TWI446066B - 面光源裝置及液晶顯示裝置 - Google Patents

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Takako Ishikawa
Yasuhiro Tanoue
Masayuki Shinohara
Yoshihiro Ueno
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Omron Tateisi Electronics Co
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Description

面光源裝置及液晶顯示裝置
本發明係關於面光源裝置及液晶顯示裝置，具體上，係關於能解決發光面的亮度不均勻且達成出射光的窄指向性，謀求發光面的均勻化與高亮度化的面光源裝置、及使用該面光源裝置的液晶顯示裝置。
(關於專利文獻1)
為了將使用於液晶顯示裝置等之背光予以薄型化，必須省略光擴散片等附加的薄片，且必須將導光板本身的厚度作得薄。
但是，一旦將導光板的厚度作得薄，則導光板變得如薄片那般的薄，所以，導光板變得易翹曲。如此一來，若導光板變得易翹曲，則組裝背光就變得困難，且會有光從導光板翹曲部位洩漏之虞。因此，作為防止變薄的導光板翹曲的方法，乃有不將空氣層夾入導光板與液晶顯示面板之間，而藉由接著劑等以將導光板貼附於液晶顯示面板的背面的方法。
作為將導光板接著於液晶顯示面板的背面之液晶顯示裝置，乃有例如專利文獻1之比較例1(參照專利文獻1的第3圖)所記載者。此液晶顯示裝置11，如第1圖所示，使用兩面平滑的壓克力板(折射率1.49)作為導光板12，並使用折射率比導光板12還高的連接層13(折射率1.51之二液硬化型矽酮樹脂)，以不夾入空氣層的方式將導光板12貼合於散射型之液晶顯示面板14的背面。又，於與導光板12之兩端面對向的位置分別設置有由冷陰極管所構成的光源15。
此液晶顯示裝置11，如第2圖(a)所示，從光源15射出並進入導光板12內的光L從導光板12透過連接層13，進而朝向液晶顯示面板14射入並在處於散射狀態(白濁狀態)的像素散射，藉以朝向前方射出，使該像素發光。
但是，如此的液晶顯示裝置，連接層13的折射率比導光板12的折射率還高，所以，如第2圖(a)中以虛線表示的光L，光在連接層13與導光板12的界面不進行全反射。因此，射入導光板12的光L無法於導光板12內進行導光，而在光源15的附近從液晶顯示面板14射出。此一結果，如第2圖(b)所示亮度分布，在接近光源15之處，發光亮度高而明亮，但是，在離光源15遠之處(即，光源15彼此的中央部分)發光亮度低而變暗。
為了解決上述般發光亮度的不均勻，在專利文獻1所記載之第一實施例(參照專利文獻1之第1圖)，如第3圖所示，於導光板12的表面部分形成折射率比導光板12還低的薄膜16，且在接近光源15之處增大薄膜16的面積率，而在離光源15遠之處縮小薄膜16的面積率。又，形成有薄膜16的導光板12係透過折射率比導光板12還高的連接層13而貼附於液晶顯示面板14的背面。在此，導光板12係藉由折射率1.49的壓克力板所形成，使用折射率1.41的二液硬化型矽酮樹脂作為薄膜16，而使用折射率1.51的二液硬化型矽酮樹脂作為連接層13。
專利文獻1之第一實施例，係於導光板12的表面形成有薄膜16，所以，導光板12內的光係藉由在導光板12與薄膜16的界面全反射而於導光板12內進行導光。而且，接近光源15之處薄膜16的面積率大，所以，通過薄膜16間而從液晶顯示面板14射出之光的比率小，在到達之光量少的離光源15遠之處薄膜16的面積率小，所以，通過薄膜16間而從液晶顯示面板14射出之光的比率變大，其結果可謀求在液晶顯示裝置之顯示面全體發光亮度的均勻化。
又，在專利文獻1所記載之第二實施例(參照專利文獻1之第2圖)，如第4圖所示，於導光板12表面部分形成呈稜鏡狀的凹凸17，且在接近光源15之處降低凹凸17的粗面化程度，而在離光源15遠之處提高凹凸17的粗面化程度。又，形成有凹凸17的導光板12係透過折射率比導光板12還低的連接層13而貼附於液晶顯示面板14的背面。在此，導光板12係藉由折射率1.49的壓克力板所形成，使用折射率1.41的二液硬化型矽酮作為連接層13。
專利文獻1之第二實施例，係連接層13的折射率比導光板12的折射率還低，所以，導光板12內的光藉由在導光板12表面之平滑的區域全反射而被封閉在導光板12內，並於導光板12內進行導光。另一方面，已射入凹凸17的光在凹凸17被散射藉以朝連接層13內透過，並且在液晶顯示面板14之處於散射狀態的像素被散射而發光。而且，在接近光源15之處係凹凸17的粗面化程度低，所以，在凹凸17被散射而從液晶顯示面板14射出之光的比率小，到達之光量少的離光源15遠之處係凹凸17的粗面化程度高，所以，在凹凸17被散射而從液晶顯示面板14射出之光的比率變大，其結果可謀求在液晶顯示裝置之顯示面全體發光亮度的均勻化。
於專利文獻1的第一實施例中，以第5圖(a)表示在垂直於導光板12之平面內之光的指向特性。正要射入導光板12之前之光的擴散程度(指向射性)為±90°，導光板12之折射率ng=1.49，所以，剛射入導光板12之後之光的擴散程度成為：
±arcsin(1/1.49)=±42.2°
另一方面，於導光板12與薄膜16之界面之全反射的臨界角成為：
arcsin(1.41/1.49)=71.1°
此臨界角71.1。當從水平方向測量時成為18.9°。
據此，進入導光板12內之±42.2°的擴散程度之光之中，從水平方向測量為18.9°～42.2°範圍之光與-18.9°～-42.2°範圍之光(於第5圖(b)施加斜線範圍的光)射入與薄膜16之界面時，不會在與薄膜16的界面被反射而係透過薄膜16。如此一來，於第5圖(b)中施加斜線範圍的光在光源15的附近透過薄膜16而不會在導光板12內進行導光，所以，無法將充分的光量從光源15導光至遠處，無法使發光亮度充分地均勻化。
專利文獻1之第二實施例中，連接層13的折射率也與第一實施例的薄膜16相同而為1.41，所以，進入導光板12內之±42.2°擴散程度之光之中，從水平方向測量為18.9°～42.2°範圍之光與-18.9°～-42.2°範圍之光，不會在導光板12之平滑的區域被反射而係透過連接層13。如此一來，第二實施例的情況於第5圖(b)施加斜線範圍的光，在光源15的附近透過連接層13而不會於導光板12內進行導光，所以，無法將充分的光量從光源15導光至遠處，無法使發光亮度充分地均勻化。
如以上所述，專利文獻1所揭示的液晶顯示裝置，係光易在光源的附近洩漏，所以，光源的附近明亮地發光而於顯示面發生亮度不均，且由於光的利用效率降低，所以有顯示面變暗的問題。
又，於本說明書中，在表示光的指向特性或指向性擴散程度的情況下，有使用慣用的記法的情形。例如，有取代如上述將光的擴散程度記載為-42.2°～+42.2°(即，將光的擴散程度設為x時，-42.2°≦x≦+42.2°)，而簡略地記載成±42.2°的情形。
(關於專利文獻2)
又，於專利文獻2揭示：藉由有省略稜鏡片等附加的薄片而將導光板的厚度減薄且消除因附加的薄片所造成光的衰減，又，藉由將出射光之指向特性縮窄，以謀求顯示面之亮度提升的液晶顯示裝置。
第6圖係顯示專利文獻2所揭示之液晶顯示裝置之構造的概略圖。此液晶顯示裝置21係於面光源裝置22的全面重疊液晶顯示面板23者。面光源裝置22具備呈楔形的導光板24，於導光板24的下面重疊折射率比導光板24還低的第1透光層25，於第1透光層25的下面重疊折射率與導光板24大致相同的偏光層26。偏光層26係於具有與導光板24大致相同折射率之第2透光層27的背面，將由金屬材料所構成之微鏡28形成為一體者。又，與導光板24之厚度大之側的端面對向地配置有如冷陰極型螢光燈的光源29。
如於第6圖中以箭頭表示光路徑的方式，於此面光源裝置22中，從光源29發射的光通過導光板24的側面而進入導光板24內。進入導光板24的光係一面在導光板24的上面與下面之間反覆進行全反射，一面於導光板24內進行導光。導光板24內的光係每一次在呈楔形的導光板24的上面與下面全反射，則在射入至導光板24的下面時的入射角(光線與直立於導光板24下面的法線所形成的夾角)變小。於是，一旦射入至導光板24的下面之光的入射角比在第1透光層25與導光板24之界面的全反射的臨界角還小，則該光透過導光板24的下面而射入至第1透光層25，進而射入至第2透光層27內而在微鏡28被反射，在微鏡28被反射的光透過第2透光層27、第1透光層25及導光板24而從導光板24的上面(光出射面)射出。
如此構造的面光源裝置22，於導光板24內進行導光的光之中，僅射入至導光板24的下面時之入射角成為比全反射之臨界角還小的狹窄範圍的光會透過第1及第2透光層25、27而在微鏡28被反射，所以，能從面光源裝置22射出窄指向特性的光。
但是，此面光源裝置22也是折射率比導光板24還低的第1透光層25不隔著空氣層而密接於導光板24的下面，所以，相當於第5圖(b)施加斜線的範圍之光，係如第7圖所示，當最先射入至導光板24的下面時透過第1及第2透光層25、27而在微鏡28被反射，一次從面光源裝置22的正面射出。所以，在使用面光源裝置22的情況下，光源29的附近明亮地發光而發生亮度不均，無法使顯示面全體均勻地發光。又，在光源29的附近漏光而光的利用效率降低，所以，有顯示面變暗的問題。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開平5-88174號公報
[專利文獻2]特開2001-110218號公報
本發明係鑒於如此的技術性課題而完成的發明，其目的在於提供能降低於光源附近的漏光以更均勻地發光，進而能藉由使射出窄指向特性的光而提升發光亮度的面光源裝置。又，本發明之另一目的在於提供使用了該面光源裝置的液晶顯示裝置。
本發明之第1面光源裝置，係具備：光源、及導光板，該導光板係設置於與前述光源對向的位置，而使前述光源之光從光入射端面導入並從光出射面朝外部射出；該面光源裝置之特徵在於：前述導光板具備：導光基板，係由透光性材料構成；低折射率層，係不隔著空氣層而密接於前述導光基板之與前述光出射面相反側的面，且折射率比前述導光基板還低；及反射層，係不隔著空氣層而密接於前述低折射率層之與前述光出射面相反側的面；前述導光基板係將光導入部與導光板本體作成為一體，該光導入部係設置於與前述光源對向的位置，該導光板本體係具備將從前述光導入部所導光的光朝外部射出的前述光出射面；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面具備錐形部，該錐形部係以隨著離開前述光源而光導入部之厚度漸漸變厚的方式傾斜；於前述導光板本體之前述光出射面側形成有光控制圖案，該光控制圖案係用以使導光板本體內的光反射而從導光板本體之與前述光出射面相反側的面朝前述低折射率層洩漏；於前述低折射率層與前述反射層的界面或前述反射層之與前述界面相反側的面，形成有光出射手段，該光出射手段係用以使朝前述低折射率層洩漏的光反射並從前述光出射面射出。
於本發明之第1面光源裝置，藉由光控制用的錐形部，能將於導光板本體內進行導光之光的指向特性縮窄，能防止於光源附近的漏光。其結果，能提升於發光面之亮度分布的均勻性，又，在光的利用效率提升，來光面的亮度提升。又，能藉由使利用錐形部將指向特性縮窄之光的一部分朝低折射率層透過，來將從光出射面射出之光的指向特性更加縮窄，能使面光源裝置的正面亮度提升。又，藉由錐形部將導光板本體內之光的指向性縮窄，利用光控制圖案或光出射手段所造成之光的控制性也變高。據此，根據此面光源裝置，便能實現窄指向性、高亮度、可均勻發光的背光。
本發明之第2面光源裝置，係具備：光源、及導光板，該導光板係設置於與前述光源對向的位置，使前述光源之光從光入射端面導入並從光出射面朝外部射出；該面光源裝置之特徵在於：前述導光板具備：導光基板，係由透光性材料構成；低折射率層，係不隔著空氣層而密接於前述導光基板之與前述光出射面相反側的面，且折射率比前述導光基板還低；高折射率層，係不隔著空氣層而密接於前述低折射率層之與前述光出射面相反側的面，且折射率比前述低折射率層還高；及反射層，係不隔著空氣層而密接於前述高折射率層之與前述光出射面相反側的面；前述導光基板係將光導入部與導光板本體作成為一體地構成，該光導入部係設置於與前述光源對向的位置；該導光板本體係具備將從前述光導入部所導光的光朝外部射出的前述光出射面；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面具備錐形部，該錐形部係以隨著離開前述光源而光導入部之厚度漸漸變厚的方式傾斜；於前述導光板本體之前述光出射面側形成有光控制圖案，該光控制圖案係用以使導光板本體內的光反射而從導光板本體之與前述光出射面相反側的面朝前述低折射率層側洩漏；於前述高折射率層與前述反射層的界面或前述反射層之與前述界面相反側的面，形成有光出射手段，該光出射手段係用以使朝前述高折射率層洩漏的光反射並從前述光出射面射出。
本發明之第2面光源裝置，也發揮與第1面光源裝置同樣的作用效果。進一步地，第2面光源裝置，藉由著低折射率層的光朝高折射率層進入而進一步成為窄指向性的光。於是，利用高折射率層使指向特性變窄的光係利用光出射手段反射而從光出射面射出。此一結果，根據第2面光源裝置，便能進一步將出射光作成窄指向性，能使正面亮度提升。
本發明之第1或第2面光源裝置之一實施樣態，其特徵在於：折射率比前述導光基板還低的第2低折射率層，係不隔著空氣層而密接於前述導光基板之前述光出射面側的面。此實施樣態於光出射面設置有第2低折射率層，所以，能使被光出射手段反射的光容易朝外部射出。另一方面，即使於光出射面設置有第2低折射率層，也藉由錐形部的作用而能防止導光板本體內的光直接朝第2低折射率層側洩漏。
本發明之第1或第2面光源裝置之另一實施樣態，其特徵在於：於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面中，於比前述錐形部更接近前述光源的區域，具有倒錐形部，該倒錐形部係以隨著離開前述光源而光導入部之厚度漸漸變薄的方式傾斜。根據此實施樣態，便能將與光源對向之光入射端面的高度增高，所以，光源之光的利用效率提升。
此實施樣態中，最好是於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面設置指向性變換部，該指向性變換部係藉由將射入至前述光導入部之光之於前述導光基板厚度方向中的指向性擴散程度縮窄，以將從前述光入射端面射入至前述光導入部的光封閉於前述導光基板內。藉由設置指向性變換部，能減少在前述倒錐形部反射後從光導光部等洩漏的光。更具體而言，前述指向性變換部係以呈V形溝狀之複數個指向性變換圖案來構成。以V形溝狀之指向性變換圖案所構成的指向性變換部，係在垂直於以鄰接的前述指向性變換圖案所形成的山部之稜線的剖面中，該山部的頂角最好是在107°以上、154°以下。這是因為能藉由將前述山部的頂角設成107°以上、154°以下，來改良導光板之指向性變換效率與導光效率。又，山部係指從導光基板突出的部分，山部的頂角係指夾著稜線之面彼此間的窄角。
又，更具體而言，在光源為點光源的情況下，前述指向性變換部係以複數個指向性變換圖案所構成，該複數個指向性變換圖案係以前述點光源或點光源附近之某位置為中心而配置排列成輻射狀。
又，此實施樣態，較佳是在前述光源為點光源的情況下，從垂直於前述導光板之光出射面的方向觀看時，從前述指向性變換部之接近前述點光源之側之邊緣的任意點朝前述點光源之光出射窗之一方的端延伸的方向，與從該任意點朝該光出射窗的中央延伸的方向的夾角為32°以下，且從前述指向性變換部之接近前述點光源之側之邊的任意點朝前述點光源之光出射窗之另一方的端延伸的方向，與從該任意點朝該光出射窗的中央延伸的方向的夾角為32°以下。根據此實施樣態，便能改良導光板之指向性變換效率與導光效率。
又，此實施樣態中，其特徵在於沿著前述導光板的端緣而配置複數個前述點光源，從垂直於前述導光板之光出射面的方向觀看，通過任何之任意點光源的中心並垂直於前述導光板之端緣的方向設定為X軸，而沿著前述導光板的端緣設定為Y軸時，與該點光源對應的指向性變換部，係位於同時滿足以下三個式子之區域的內部：
X＞0
X≦{-2Y+(2P-W)}/(2tanα)
X≦{2Y+(2P-W)}/(2tanα)
(其中，P：前述點光源間的距離，W：前述點光源之光出射窗的寬度，α：將導光板的折射率設為ng時，以α=arcsin(1/ng)表示的角度)。根據此實施樣態，便能於複數個點光源沿著導光板的端緣配置，於各點光源的前方分別設置指向性變換部的面光源裝置中，避免來自於不對應的其他點光源的光射入而反射或透過分別的指向性變換部，能降低來自於指向性變換部或導光部的光洩漏。
在本發明之另一其他實施形態中，係將前述導光板的折射率設為ng，將低折射率層的折射率設為n1時，最好是將從與前述光出射面平行的平面測得的前述錐形部的傾斜角ω設成：
為佳。若是滿足此條件的話，便能使在錐形部反射的光難以從導光基板與低折射率層之間洩漏。
本發明之第1或第2面光源裝置之另一其他實施樣態，係前述反射層之前述光出射面側的面具有成為前述光出射手段的複數個傾斜面。此實施樣態最好是鄰接的前述傾斜面彼此的夾角為107°以上、136°以下。這是因為鄰接的傾斜面彼此的夾角在此範圍內的話，便能將相對於光出射面44的法線朝±20°以內的方向射出之光的全光量對朝±90°以內的方向射出之光的全光量的比率定在60%以上。
又，本發明之第1或第2面光源裝置之另一其他實施樣態，係前述光控制圖案係藉由形成於前述光出射面的凸狀圖案或凹狀圖案所構成，於前述凸狀圖案或前述凹狀圖案之用以使光反射的面與前述光出射面的夾角較佳是在20°以下。
本發明之液晶顯示裝置，係由本發明之面光源裝置、液晶面板、及至少介於前述面光源裝置之前述導光板本體與前述液晶面板之間並使前述導光板本體密接於前述液晶面板之至少一層連接層所構成的液晶顯示裝置，其特徵在於：前述各連接層之任一者的折射率比前述導光板本體的折射率還低。於此液晶顯示裝置，藉由低折射率的連接層將面光源裝置安裝於液晶面板，所以，即使是在薄的面光源裝置的情況下，也能防止面光源裝置的翹曲。而且，藉由使用本發明的面光源裝置作為面光源裝置，能防止光直接漏往連接層，能將液晶顯示裝置的顯示面高亮度化，將亮度分布均勻化。
又，用以解決本發明之前述課題的手段，係具有適當地組合以上所說明之構成要素的特徵者，本發明係可藉由該等構成要素的組合而達到多種樣態變化的發明。
 [用以實施發明的形態]
以下一面參照所附圖式一面說明本發明之合適的實施形態。
(第1實施形態)
以下一面參照第8圖～第12圖一面說明以本發明之實施形態1所構成之面光源裝置31的構造。第8圖及第9圖係分別顯示面光源裝置31的表面側與背面側的構造的立體圖。第10圖係實施形態1之面光源裝置之切斷一部分的概略剖面圖。
面光源裝置31係由點光源32與導光板33所構成。點光源32係內建有1個或複數個接近的LED者，且係發白色光者。例如第10圖所示，點光源32係將1個或複數個LED34密封於透明密封樹脂35內，進而以白色樹脂36覆蓋除了該透明密封樹脂35的正面以外的各面者。透明密封樹脂35的正面從白色樹脂36露出而成為光出射窗37。於是，從LED34射出的光直接從光出射窗37射出，或是在透明密封樹脂35與白色樹脂36的界面被反射後從光出射窗37射出。
點光源32不限於第10圖所示者。在此所指的點光源32並非嚴謹意思的點光源，而係相對於將冷陰極管稱為線狀光源地稱為點光源者。即，點光源係指比導光板33的寬度還小的光源，雖然點光源32也具有有限的寬度，但是並非如冷陰極管般具有10mm以上長度或寬度者。
例如，作為其他點光源32，乃有側視型的LED等。側視型的LED，係於1封裝內裝入有1個以上的LED晶片，也可同時密封有複數個LED晶片。同時密封有複數個LED晶片，係有出射窗的寬度成為5mm程度者，但是，若是與導光板的發光區域的寬度為2英吋程度比較時就非常小，所以，能視為點光源。又，也可作成將使用光纖所導引的光導入導光板的方式。此情況下，能將光纖的光出射端面視為點光源。
導光板33係於由透光性材料所構成的導光基板38的下面，設置由折射率比導光基板38小的透光性材料所構成的低折射率層39，並於低折射率層39的下面以金屬薄膜等形成反射層40者。在概念上，導光基板38能分為導光板本體41與光導入部42。光導入部42係設置於導光板本體41的光源側端部，光導入部42與導光板本體41係一體且連續地形成。導光基板38係由聚碳酸酯樹脂(PC)、丙烯酸樹脂、環烯烴類材料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等高折射率的透明樹脂或高折射率的玻璃所形成，其折射率較佳為1.5～1.6。又，導光基板38的厚度為0.3 mm～0.5 mm的程度。若是將光導入部42的端面(光入射端面43)的厚度設得比點光源32的光出射窗37的高度還厚，則能使從點光源32射出的光效率佳地從光入射端面43射入至光導入部42內，因此面光源裝置31的光利用效率變高。但是，由於導光基板38最好是愈薄愈好，所以，光導入部42之端面的厚度較佳為與點光源32之光出射窗37的高度相等。
於光導入部42中，於與導光板本體41的光出射面44同側的面(表面)形成有光控制用的錐形部45。錐形部45係於光導入部42內之與導光板本體41鄰接的區域中，且形成於與光入射端面43平行地延伸之矩形的帶狀區域。換言之，從垂直於導光基板38之光出射面44的方向觀看，將從位於錐形部45距離點光源32遠的一側的邊緣至光入射端面43為止的區域稱為光導入部42，除此以外的區域(位於錐形部45距離點光源32遠的一側的邊緣至與導光板33之光入射端面43相反側的端面為止的區域)稱為導光板本體41。此實施形態中，包含錐形部45，光導入部42的表背兩面係形成為平滑。又，錐形部45也可設置於光導入部42之與光出射面44相反側的面(背面)，雖然也可設置於表背兩面，但是以下說明僅設置於表面的情形。
錐形部45係以隨著離開光入射端面43而光導入部42厚度變大的方式傾斜。錐形部45的法線方向位於垂直於光入射端面43及光出射面44的平面內。因此，鄰接錐形部45之光源側的薄板部49的厚度，比鄰接錐形部45之與光源相反側之導光板本體41的厚度還薄。
於導光板本體41的光出射面44凹設有多數個用於使從光源側導光而來的光全反射，並使光的導光方向改變之微細的擴散圖案46(光控制圖案)。在第9圖中，擴散圖案46係大致規律地配置，但是也可隨機配置。或是，為了在光出射面44的面內獲得亮度的均勻性，也可將擴散圖案46交錯配置，也可將擴散圖案46配置排列成輻射狀(同心圓狀)等使用一般的配置方法。又，隨著遠離點光源32而到達的光量變少，所以，為了使面光源裝置31的發光亮度均勻化，最好是以隨著遠離點光源32而使擴散圖案46的分布密度或數量密度變大的方式進行。
導光板本體41的背面，係成為平滑且形成為與光出射面44平行。在導光板本體41的背面，係以不夾入空氣層而密接於導光板本體41的背面的方式，形成有由折射率比導光板本體41低的透明樹脂等所構成的低折射率層39。低折射率層39係由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯樹脂(PC)、丙烯酸樹脂、環烯烴類材料等透明樹脂或玻璃所形成。又，低折射率層39最好是折射率比導光板本體41低，且係較高的折射率，所以，較佳為折射率1.4以上且未達1.5的材料。作為具體例，有於由聚碳酸酯樹脂所構成之導光基板38的下面形成由聚甲基丙烯酸甲酯所構成的低折射率層39者。低折射率層39的厚度為5μm程度。於低折射率層39的下面形成有微細的偏向圖案47(光出射手段)，該微細的偏向圖案47係使從斜方向射入至低折射率層39下面的光反射而朝大致垂直於光出射面44的方向射出。偏向圖案47成為剖面三角形狀(稜鏡狀)的凸部且朝導光基板38的寬度方向長長地延伸，並配置排列於垂直於光入射端面43的方向。第8圖及第9圖係將偏向圖案47無間隙地配置排列，然而，也可隔著間隔而離散地配置。此情況下，偏向圖案47可成為凹狀，也可成為凸狀，也可為凹狀與凸狀的組合。又，偏向圖案47能以平面構成，也能以曲面構成。
再者，以覆蓋此偏向圖案47的方式，於低折射率層39的下面全面形成由Ag或Al等金屬蒸鍍膜或白色樹脂覆膜所構成的反射層40，並藉由低折射率層39與反射層40來構成背面鏡。
(作用效果)
首先，一面參照第10圖、第11圖，一面說明具有上述構造之面光源裝置31中的光的舉動與其作用效果。又，以下將垂直於導光基板38的光入射端面43的方向設為X方向，將垂直於光出射面44的方向設為Z方向，將與X方向及Z方向正交的方向設為Y方向。
第10圖顯示面光源裝置31中的光的舉動。又，第11圖係說明於導光板33內的光之指向特性之變化的圖。第11圖所示之指向特性P1表示點光源32的光剛射入至光導入部42後的指向特性。若是將導光基板38的折射率設為ng，則剛射入至光導入部42後的光的指向性擴散程度以
±α=±arcsin(1/ng)　...(計算式1)
來表示，所以當設ng=1.59時，則指向特性P1的指向性擴散程度為±α=±39.0°。
當將導光基板38的折射率ng設為1.59時，則於薄板部49或其背面與空氣層的界面之全反射的臨界角同為39.0°，所以，若將此換算成從水平方向(X軸方向)測量所測量的角度，則成為51.0°。即，從水平方向測量為51.0°以上角度的光，與-51.0°以下角度的光會從光導入部42與空氣層的界面洩漏。但是，射入至光導入部42的光的指向性擴散程度為±39.0°，所以，射入至光導入部42的光不會在與空氣的界面洩漏，而係一面進行全反射一面於光導入部42內進行導光。
指向特性P1之中施加了斜線之區域的光，在無錐形部45的情況下，如第11圖以虛線箭頭所示的光L3般到達導光板本體41與低折射率層39的界面時，立即朝低折射率層39側洩漏，而在反射層40被反射並從光出射面44射出。另一方面，指向特性P1之中斜線區域外的光，係在與低折射率層39的界面被全反射的光。即，指向特性P1之斜線區域的光相當於第5圖(b)之斜線區域內的光。第10圖所示之光線L1、L2均表示於第11圖之指向特性P1中施加了斜線的區域內的光，若是無錐形部45，則如虛線箭頭的光L3般使光出射面44的點光源附近發光而成為使亮度不均勻發生的原因。
將導光基板38的折射率設為ng，將低折射率層39的折射率設為n1的話，則於導光板本體41與低折射率層39的界面之全反射的臨界角γ為：
γ=arcsin(n1/ng)　...(計算式2)
而將此換算成從水平方向測量的角度β時，則成為：
β=90°-γ=90°-arcsin(n1/ng)　...(計算式3)
。現在，設為ng=1.59，n1=1.4的話，則成為β=28.3°。
因此，射入至光導入部42之指向性擴散程度±α(=±39.0°)的光之中，-β～+β範圍的光(斜線區域外的光)，不論是在光導入部42與空氣的界面或是在導光板本體41與低折射率層39的界面都全反射，不會從導光基板38洩漏地予以導光。相對於此，-α～-β範圍的光L2與+β～+α範圍的光L1(斜線區域的光)在無錐形部45的情況下，雖然在與空氣的界面被全反射，但是會透過與低折射率層39的界面而從光出射面44洩漏。
面光源裝置31，係藉由使此等光L1、L2在錐形部45反射而改變指向特性，發揮封閉於導光板本體41內的作用。當利用指向特性來說明時，剛進入光導入部42內後的指向特性P1，係藉由光在錐形部45被反射而將在垂直於光出射面44的剖面內的擴散程度縮窄。即，具有在錐形部45被縮窄之指向特性P2的光之指向性擴散程度γ，變小為在指向特性P1之斜線區域外之光的指向性擴散程度β左右(較佳為γ≦β)。在指向特性P2成為指向特性P1之斜線區域外之窄指向特性的情況下，在錐形部45被反射後的光(指向特性P2)在導光板本體41與低折射率層39的界面被全反射，而如第10圖所示之光L1般，只要是不在擴散圖案46被反射，就會一面在導光板本體41的表面(光出射面44)與背面(低折射率層39的界面)反覆進行全反射，一面於導光板本體41內進行導光。
如此一來，被封閉於導光板平體41內的光一旦在擴散圖案46被全反射，則該光朝下方前進，所以，指向特性P2的方向改變而成為指向特性P3。於指向特性P3之斜線區域外的光，係表示入射角比在與低折射率層39的界面中全反射的臨界角還大的光。指向特性P3的光之中，斜線區域外的光在與低折射率層39的界面全反射，但是，斜線區域內的光如第11圖之光L2般射入至低折射率層39。所以，射入至低折射率層39之光的指向特性係如P4般變窄。此指向特性窄的光，係如第10圖之光L2般，在反射層40被反射並朝向光出射面44(指向特性P5)，進而從光出射面44朝外部射出(指向特性P6)。
此一結果，根據此面光源裝置31，便可藉由設置錐形部45而以良好精度控制於導光板本體41內進行導光的光，能防止於點光源32附近指向特性P1之斜線區域內的光從光出射面44洩漏。因此，減少發光面的亮度不均勻而使光出射面44的亮度均勻化，又，在光出射面44全體亮度提升。
又，於導光板本體41的下面設置有低折射率層39與反射層40，所以，因在錐形部45被反射而使指向特性變窄的光的一部分通過導光板本體41與低折射率層39的界面，藉以使指向特性進一步變窄。其結果，從光出射面44射出的光的指向特性變窄，面光源裝置31的正面亮度提升。
因此，根據此面光源裝置31，便能藉由錐形部45來將於導光板本體41內進行導光的光的指向特性縮窄，能防止於點光源附近的漏光。其結果，能使於發光面之亮度分布的均勻性提升，又，因光的利用效率提升而發光面的亮度提升。又，能藉由使利用錐形部45將指向特性縮窄的光的一部分朝低折射率層39透過，而將從光出射面44射出的光的指向特性進一步縮窄，能提升面光源裝置31的正面亮度。又，藉由著錐形部45將導光板本體41內的光的指向性縮窄，利用擴散圖案46或偏向圖案47之光的控制性也會變高。因此，根據此面光源裝置31，便能實現窄指向性、亮度高、可均勻發光的背光。再者，也可省略稜鏡片等附加的薄片，所以，於此情況下，能將面光源裝置31或液晶顯示裝置薄型化。
(關於錐形部)
其次，說明上述錐形部45的作用。如第10圖所示之光L1，一旦光在錐形部45被全反射，則反射後的光的方向成為比射入前的光還接近水平方向(XY面)，其結果，如第11圖所示，如反射後之光之指向特性P2般，於導光基板38的厚度方向的指向性擴散程度變窄。第12圖(a)及第12圖(b)表示從X方向觀看錐形部45之指向特性之變化的樣子。第12圖(a)之指向特性G1表示射入至光導入部42之光的指向特性。即，此係從X方向觀看作成指向性擴散程度為α=39.0°(導光基板38之折射率為1.59的情況)之圓錐狀的指向特性，即第11圖的指向特性P1者。又，第12圖(a)及(b)的交界K表示光從導光基板38(折射率1.59)與低折射率層39(折射率1.4)之交界洩漏之光交界。即，位於上下的交界K彼此之間的光被封閉在導光基板38內，位於比上交界K還上的光或位於比下交界K還下的光從與低折射率層39的交界洩漏。因此，射入至光導入部42的指向特性G1的光，在不會被變換指向特性地到達導光基板38與低折射率層39之交界的情況下，指向特性G1之光之中位於上下的交界K間的光(第12圖(a)之區域Qin內的光)被封閉在導光基板38內，但是，位於交界K間之外的光(第12圖(a)之區域Qout內的光)成為如第10圖之光L3般朝向低折射率層39洩漏而使光出射面44明亮發光。
為了消除如此的漏光，乃在光到達與低折射率層39之交界之前，在錐形部45變換指向特性G1，如第12圖(b)之指向特性G2般全體收納於交界K間即可。根據模擬，在導光基板38的折射率ng=1.59，低折射率層39的折射率n1=1.4的情況下，如前述般使指向性擴散程度成為β=28.3即可，所以，將從水平方向測得的錐形部45的傾斜角ω(參照第11圖)設為5.3°即可。第11圖的指向特性P2表示經如此地變換的指向特性。
一般而言，將導光基板38的折射率設為ng，將低折射率層39的折射率設為n1時，為了將射入至光導入部42的光，以成為不會在導光基板38與低折射率層39的界面朝向低折射率層39洩漏的指向特性的方式在錐形部45變換指向性，以使錐形部45的傾斜角ω滿足下面的計算式4的方式即可。
例如，導光基板38的折射率為1.59，低折射率層39的折射率為1.4的情況下，依計算式則為：
5.3°≦ω≦14.2°
若是錐形部45的傾斜角ω在5.3°以上、14.2°以下，則導光基板38內的Z方向的指向性(縱向指向性)成為±28°以內，所以，變得沒有在低折射率層39洩漏的光。而且，僅Z方向的指向性變窄，Y方向的指向性(橫向指向性)幾乎不擴散，所以，來自於點光源32的光路徑成為大致直線，擴散圖案46或偏向圖案47的設計變得容易，亮度的均勻化變得容易。
又，錐形部45可從光入射端面43開始而不存在薄板部49，也可從離開光入射端面43少許距離的位置開始。
(關於擴散圖案)
其次，說明形成在光出射面44的擴散圖案46。擴散圖案46係藉由使於導光板本體41內被導光的光全反射，以對導光板本體41下面的入射角變小的方式發揮彎曲光路徑的作用。第8圖所示之擴散圖案46凹陷成鑽石形狀，然而，在擴散圖案46為凹狀的情況下，在接近點光源32的前半部反射光，所以，不論位於遠離點光源32側的後半部的形狀為何種形狀也不會有特別的問題。另一方面，擴散圖案46的前半部必須為使光反射並使光從導光板本體41朝向低折射率層39透過，且必須將從導光板本體41朝向低折射率層39透過之光的指向性擴散程度儘可能變窄。因此，擴散圖案46之中，位於接近點光源32側的前半部的傾斜角ε較佳為設成0°＜ε≦20°。最好是此傾斜角為0°＜ε≦10°，更佳為0°＜ε≦5°。但是，可藉由組合擴散圖案46的傾斜角ε、及導光基板38之折射率與低折射率層39之折射率的折射率比，而控制朝向低折射率層39穿過之光的波峰方向，所以，必須考慮導光基板38與低折射率層39的折射率比以決定最適當的傾斜角ε的值。
擴散圖案46之前半部的傾斜角ε在上述範圍的話即可，所以，前半部與後半部不必是對稱的，前半部與後半部也可成為非對稱。特別是，剖面也可為不等邊三角形(參照第37圖)。又，擴散圖案46也可從光出射面44突出(參照第26圖)。在凸狀的擴散圖案46的情況下，朝向導光板本體41導光而來的光在擴散圖案46的後半部被全反射，所以在此情況下，後半部的傾斜角ε在上述範圍即可。進一步，擴散圖案46也可以圓頂狀(球面狀)的方式以曲面構成。
(關於偏向圖案)
第13圖係表示於偏向圖案47中光之舉動的圖。偏向圖案47及反射層40，係如第13圖以箭頭表示光路徑般，使射入至低折射率層39的光發揮朝向垂直於光出射面44的方向反射的作用。偏向圖案47係呈剖面三角形狀之棒狀的圖案，在低折射率層39的下面突出。偏向圖案47，從易於製作成為其基礎模具的理由，係剖面形狀成為二等邊三角形。又，在偏向圖案47的剖面成為二等邊三角形的情況下，位於與點光源32相反側的斜面發揮使來自於光源方向的光(在第13圖中以實線箭頭表示的光)反射並使其從光出射面44射出的作用。第13圖的虛線箭頭表示到達導光基板38或低折射率層39的端面並在該端面被反射回來的光，位於光源側的斜面發揮使此回來的光反射並從光出射面44射出的作用。
此偏向圖案47的頂角κ最好是在107°以上、136°以下。第14圖顯示此理由。第14圖係表示相對於偏向圖案47之頂角κ的值，指向特性在±20°的範圍內所包含的光量之比率。第22圖的橫軸表示偏向圖案47的頂角κ。又，第14圖的縱軸表示在從光出射面44射出之光的指向特性中，以百分率表示相對於光出射面44的法線朝±20°以內的方向射出之光的全光量對朝±90°以內的方向射出之光的全光量的比率。此光量的比率在60%以上即可，此時之頂角κ的值，從第14圖可知為107°以上、136°以下。因此，偏向圖案47的頂角κ最好是107°以上、136°以下。又，從光出射面44射出之光的指向特性的波峰方向，能藉由偏向圖案47的傾斜面的傾斜角ν來控制。
(第1實施形態的變形例)
第15圖係顯示以實施形態1之變形例所構成之面光源裝置的概略圖。此變形例係將低折射率層39及反射層40的端延伸至光導入部42的端面(光入射端面43)。在此情況下，從光入射端面43射入的光的一部分於射入至錐形部45之前朝向低折射率層39側洩漏。但是，若是預先將錐形部45的長度增長，則即使從入射端面43射入的光的一部分於射入至錐形部45之前朝向低折射率層39側洩漏，也會在反射層40反射且一定朝錐形部45射入，所以，光不會洩漏而使其被導光。
此變形例能將低折射率層39及反射層40形成於導光基板38的背面全體，所以，導光板的製作變得容易，然而，為了消除漏光，有必須將錐形部45的長度設得充分的長而閒置空間(dead space)增加的課題，所以，為了亦可不考慮朝向低折射率層的漏光，低折射率層39及反射層40最好是從錐形部45的端(導光板本體41的端)開始。
(第2實施形態)
第16圖係顯示以實施形態2所構成之面光源裝置51的立體圖。第17圖係面光源裝置51的平面圖。第18圖係51的概略剖面圖。在此面光源裝置51，係於光導入部42中，鄰接錐形部45的光源側設置有薄板部49，鄰接薄板部49的光源側設置有倒錐形部53，鄰接倒錐形部53的光源側設置有平坦部54。錐形部45及薄板部49如以實施形態1所說明。倒錐形部53具有與錐形部45相反的傾斜，以隨著遠離光源32而使光導入部42的厚度變薄的方式來形成。又，平坦部54具有比薄板部49還大的厚度，且具有與導光板本體41大致相等的厚度。
在面光源裝置51，導光基板38的端部成為平坦部54，所以，能將光入射端面43的高度設得比實施形態1的情況還大。因此，出射光變得難以從點光源32洩漏至光入射端面43之外，光源光的利用效率(採光效率)提升。但是，鄰接平坦部54而存在有倒錐形部53，所以，在倒錐形部53反射的光變得容易從光導入部42的下面朝外部洩漏。
因此，於薄板部49中，於光導入部42的背面設置有如第19圖所示的指向性變換部55。指向性變換部55係設置於矩形區域或帶狀區域，且係將呈如第20圖所示之V形溝狀的同一形狀的指向性變換圖案48排列成輻射狀而構成。
概略而言，指向性變換部55係發揮在將光反射的前後使光的指向特性繞著X軸旋轉，或傾斜的作用。射入至光導入部42的光，整體具有如第22圖(a)所示的圓錐狀的指向特性P1，但是若從X軸方向的某點來觀看它，則如第21圖(a)、第21圖(b)所示成為在Y方向窄指向特性的光。若此光在指向性變換部55被反射，則其指向特性如第21圖(c)、第21圖(d)般旋轉。其結果，在ZX面內之指向性擴散程度變小成γ。整體上，如第18圖(a)之圓錐狀的指向特性P1係如第22圖(b)般變換成在Z方向縮小之扁平的指向特性P2。
第23圖係表示於實施形態2之面光源裝置51中，從光出射面44射出的光之指向特性(從Z方向觀看時的指向特性)，可得知於X方向中能實現非常窄的指向特性。根據第23圖的指向特性，相對於光出射面44之法線朝±20°以內的方向射出之光的全光量對朝±90°以內的方向射出之光的全光量的比率成為98%，表示非常窄的指向特性。
因此，只要是以在指向性變換部55接受在倒錐形部53被全反射的光的方式配置指向性變換部55的話，便能在倒錐形部53被全反射而將對光導入部42下面之光的指向特性縮窄。因此，在倒錐形部53被反射而使對光導入部42底面之入射角變小的光難以從光導入部42的底面或薄板部49的上面洩漏，並能導引至錐形部45。又，關於指向性變換部55的細節，可參照特願2008-180147或PCT/JP2009/003184(參照文獻1)或2007-155797或PCT/JP2008/61610(參照文獻2)。
又，第21圖(b)、第21圖(d)係從ZX面內觀看的光的指向特性，在如此的指向特性係於XY面內從斜方向觀看點光源32的情況下，依觀看方向，上下方向的指向性擴散程度不同。因此，指向性變換部55也能在正面方向與斜方向使圖案的形狀改變，然而，從圖案製造之容易性的觀點，乃將各方向的指向性變換圖案48作成相同形狀。又，指向性變換部55也能以從光導入部42的背面飛出的方式來設置，也能以凹陷的方式來設置。
又，指向性變換部55或指向性變換圖案48也可為具有在此所示以外的形狀者。例如，也可為如參照文獻1等所揭示之各種形狀者。又，此等的最適當設計例也可參考參照文獻1所記載者。
(第2實施形態的變形例)
第24圖係顯示實施形態2之變形例的立體圖。此實施形態係於倒錐形部53的表面設置有指向性變換部55。進一步地，此變形例係將低折射率層39及40的端延伸至光入射端面43。
第25圖(a)係另一變形例。此變形例也於倒錐形部53的表面設置有指向性變換部55，但是，低折射率層39及反射層40僅設置於導光板本體41的下面。
又，第25圖(b)係另一其他變形例，於薄板部49的表面設置有指向性變換部55。進一步地，第25圖(c)的變形例，係於光導入部42的下面中，於比倒錐形部53更朝平坦部54側偏的位置設置有指向性變換部55。
(第3實施形態)
第26圖係顯示以本發明之實施形態3所構成之面光源裝置61的概略剖面圖。此面光源裝置61，係於實施形態1的面光源裝置31中，在低折射率層39的下面與反射層40之間設置有具有與導光基板38之折射率同程度之折射率的高折射率層52。低折射率層39係以折射率為1.4以上、未達1.5的透明材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯等)所形成，且具有均勻的厚度而成為5μm程度的厚度。高折射率層52係以折射率為1.5～1.6程度的透明材料(例如折射率為1.59的聚碳酸酯樹脂等)所形成，且具有10μm～50μm程度的厚度。偏向圖案47形成於高折射率層52的下面，在高折射率層52的表面設置有反射層40。
如此的面光源裝置61也能達到與實施形態1同樣的作用效果。又，實施形態2的面光源裝置61係使在低折射率層39內洩漏的光射入至高折射率層52內，藉以進一步將指向特性作成比低折射率層39內的指向特性還窄，便能利用反射層40使其反射。其結果，與無高折射率層52的情況相比較，能將由光出射面44射出之光的指向特性縮窄成半高寬為約10°。進一步地，可使用折射率比導光基板38低的透明樹脂接著劑，將下面形成有偏向圖案47與反射層40之成形品的高折射率層52接著於導光基板38的下面，並藉由已硬化的低折射率透明接著劑形成低折射率層39，所以，成為容易製造面光源裝置61。
(第4實施形態)
第27圖係顯示以本發明之實施形態4所構成之面光源裝置62的立體圖。此面光源裝置62係以點光源32為大致中心而將錐形部45形成圓弧狀，將被錐形部45包圍之半圓狀的區域作為薄板部49。在如此的實施形態也能達到與實施形態1同樣的作用效果。
(第5實施形態)
第28圖係顯示以本發明之實施形態5所構成之面光源裝置63的立體圖。此面光源裝置63係以點光源32為大致中心而將錐形部45形成圓弧狀，沿著錐形部45的內周設置有圓弧狀且平坦的薄板部49，沿著薄板部49的內周形成有倒錐形部53，將被倒錐形部53包圍之半圓狀的區域作為平坦部54。又，於薄板部49的下面，沿著薄板部49，如第29圖所示般圓弧狀地設置指向性變換部55。因此，此指向性變換部55係設在以配置有點光源32的位置附近為中心之圓弧狀的區域。又，指向性變換圖案48成為V形溝狀，並同樣以指向性變換部55之圓弧狀區域的中心為中心而配置排列成輻射狀。所以，依據此實施形態，各指向性變換圖案48成為同一形狀，指向性變換圖案48或指向性變換部55的設計變得容易。又，第29圖中，指向性變換部55係使導光基板38的背面凹陷所形成，但是，也能以使其朝向低折射率層39突出的方式來設置(未圖示)。
又，此實施形態中，在垂直於指向性變換圖案48之稜線48a的剖面中，夾著稜線48a的傾斜面的夾角(山部的頂角)ψ(參照第20圖)較佳地設為107°＜ψ＜154°，特佳為120°程度。此理由如以下所述。
第30圖係表示在指向性變換圖案48所形成之山部的頂角ψ與指向性變換效率、導光效率、變換效率×導光效率的關係。此關係是指向性變換部55之內周緣的半徑r1=2.5mm，而指向性變換部55之外周緣的半徑r2=3.8mm的情況者，但是，除此之外的情況也顯示同樣的傾向。山部的頂角ψ係指形成於鄰接的指向性變換圖案48間的山部之垂直於稜線38a之剖面中的頂角(山部的兩側斜面所形成的最大夾角)。又，所謂指向性變換效率係表示傳導至導光板本體41之光的指向性中，僅多少的光量進入成為目標之指向性的範圍(參考參照文獻1)。即，
指向性變換效率=(作為目標之指向性之範圍內的光量)÷(全體的光量)=(全體的光量-範圍外的光量)÷(全體的光量)。
導光效率，係指傳導至導光板本體41之光量對剛射入至光導入部42後之光的光量的比率。即，
導光效率=(傳導至導光板本體41之光量)÷(剛射入後的光量)。
根據第30圖，當頂角ψ=1200時，利用指向性變換部55之指向性的變換效率變得最高。若頂角ψ比120°還小，則指向性變換效率降低，同時於指向性變換部55發生漏光，朝導光板本體29傳導之光的光量減少，所以，導光效率也降低。若頂角ψ比120°還大，指向性變換效率降低，然而，因漏光減少，所以導光效率提升。
從以上的情況，最適合的頂角ψ係必須考量指向性變換效率與導光效率雙方來決定，因此，最好是以指向性變換效率×導光效率來評價。此指向性變換效率×導光效率的值最好是：
指向性變換效率×導光效率＞0.85
，所以，根據第30圖，頂角ψ＞92°即可。又，更佳為：
指向性變換效率×導光效率＞0.9
，因此，107°＜ψ＜154°即可。又，指向性變換效率×導光效率的值係在頂角ψ=120°時成為最大值。
第31圖係表示觀察角θ1與指向性變換效率、導光效率、變換效率×指向性導光效率的關係。第31圖係設成頂角ψ=120°並藉由計算所求得者。在此，所謂觀察角θ1，如第32圖所示，係指從指向性變換部55之內周緣的中央朝點光源32之光出射窗37之一方的端延伸的線段，與從指向性變換部55之內周緣的中央朝光出射窗37的中央延伸的線段的夾角。第31圖的關係也適合於從指向性變換部55之內周緣的中央朝點光源32之光出射窗37之另一方的端延伸的線段，與從指向性變換部55之內周緣的中央朝光出射窗37的中央延伸的線段的夾角θ2。
根據第31圖，為了設成指向性變換效率×導光效率＞0.85，則設為θ1＜43°即可。又，為了設成指向性變換效率×導光效率＞0.9，則設為θ1≦32°即可。又，θ1=22°時，指向性變換效率×導光效率的值成為最大值。因此，觀察角θ1、θ2以成為θ1≦32°、θ2≦32°的方式為佳，特別是設成θ1=θ2=22°的話，就改良指向性變換效率與導光效率而言特佳。
第28圖中，擴散圖案46相互配置成平行，然而，亦可配合指向性變換部55而將擴散圖案46配置成輻射狀。又，下面的偏向圖案47也不限於延伸成直線狀者，也可為延伸成圓弧狀者。
(第5實施形態之變形例)
第33圖係顯示以實施形態5之變形例所構成之面光源裝置64的立體圖。此面光源裝置64係將複數個由圓弧狀的錐形部45、薄板部49、圓弧狀的倒錐形部53及平坦部54所構成的光導入部42沿著導光板33的端緣排列。於與各光導入部42之光入射端面對向的位置分別配置有點光源32。又，於各薄板部49的下面設置有圓弧狀的指向性變換部55。此面光源裝置64能使用複數個點光源32，所以，能提高面光源裝置64的發光亮度。又，在成為鄰接的指向性變換部55彼此重疊配置的情況下，係以作成將各指向性變換部55的重疊部分削除，以使指向性變換部55彼此不重疊的方式為佳。
又，依此方式可使用複數個點光源32，沿著導光板33的端緣排列有複數個指向性變換部55的情況下，對於從光入射端面至指向性變換部55之外周緣的距離(半徑)r2，加上
r2≦T/(2tanθ)
(T為光導入部42的厚度，θ為指向性變換圖案之稜線48a的傾斜度。)
的條件，進一步產生限制。以下說明此點。
第34圖係從垂直的方向觀看到沿著端面排列複數個點光源32的光導入部42的概略圖。於第34圖中，從垂直於導光板33的方向觀看，通過某點光源32的中心並垂直於導光板33之端面的方向設定為X軸，而沿著導光板33的光入射端面43設定為Y軸。將導光板38的折射率設為ng的話，則從點光源32之光出射窗28射出並從光入射端面43射入至光導入部42之光的擴散程度為±α=±arcsin(1/ng)。第34圖中，從各點光源32射出的光中，通過光導入部42內之指向性範圍之端的光線分別以Lg表示。著眼於夾著某點光源32(以下稱正中間的點光源32)之兩個點光源32之間的區域(第34圖之線段E1與E2之間的區域)時，第34圖所示區域C係來自於任何點光源32的光都不會到達的區域，區域D係僅來自於正中間的點光源32可到達的區域，區域C及區域D以外的區域係位於正中間的點光源32之兩側任一點光源32的光到達的區域。
為了使配置於正中間的點光源32之前方的指向性變換部55僅反射正中間的點光源32的光，而不反射其兩側的點光源32的光，其指向性變換部55必須收納於已合併區域C與區域D的區域內。所以，在正中間的點光源32的前方，指向性變換部55必須收納於同時滿足以下三個式子的區域內：
X＞0　...(計算式5)
X≦{-2Y+(2P-W)}/(2tanα)　...(計算式6)
X≦{2Y+(2P-W)}/(2tanα)　...(計算式7)
在此，P係複數個點光源32的配置排列間距，W係點光源32之光出射窗28的寬度，α=arcsin(1/ng)，ng係導光基板38的折射率。
又，區域D的前端J1及區域C的前端J2、J3的X座標、Y座標分別為：
J1((2P-W)/(2tanα)、0)
J2((P-W)/(2tanα)、-P/2)
J3((P-W)/(2tanα)、P/2)
。例如，當P=6.5mm、ng=1.59、W=2mm時，這些座標為J1(6.8、0)、J2(2.78、-3.25)、J3(2.78、3.25)。
但是，即使是在區域C及D內，一旦在第35圖(a)中如以虛線表示之指向性變換部55般在區域D的前端J1附近設置指向性變換部55，則成為從正中間的點光源32發出之光的一部分係不通過指向性變換部55而到達導光板本體41。又，會有指向性變換部55之外周緣高度變得過高，或是變得過深之虞。因此，最大的指向性變換部55最好是如第35圖(a)中以實線表示般，設定成其外周緣通過區域C的前端J2、J3。進一步地，即使是指向性變換部55的外周緣通過J2、J3的情況下，在sin2 α≦(P-W)/(2P-W)[或，ng2 ≧(2P-W)/(P-W)]的情況下，一旦指向性變換部55之圓弧方向的長度變長，則如於第35圖(a)中以實線表示之指向性變換部55般指向性變換部55的兩端部溢出至區域C及D以外。
因此，於sin2 α≦(P-W)/(2P-W)的情況下，指向性變換部55最好是以外周緣通過區域C的前端J2、J3，且，指向性變換部55不從區域C及D溢出的方式，如第35圖(b)般分別設置於各點光源32的前方。此時，從光出射窗28的中央至指向性變換部55之外周緣的半徑r2可利用以下的計算式8來表示。
指向性變換部55之外周緣的半徑r2，只要滿足r2＞r1等其他條件，便可作得比上述計算式8的值還小，所以，在sin2 α≦(P-W)/(2P-W)的情況下，指向性變換部55之外周緣的半徑r2係以上述計算式8所表示之值為上限值。爰此，半徑r2只要滿足以下的計算式9即可。
另一方面，在sin2 α≧(P-W)/(2P-W)[或，ng2 ≦(2P-W)/(P-W)]的情況下，一旦以外周緣通過區域C的前端J2、J3的方式設置指向性變換部55，則如第36圖(a)所示，指向性變換部55溢出至區域C及D之外。因此，在此情況下，如第36圖(b)所示，必須將指向性變換部55之外周緣縮小至接近到指向性擴散程度的邊緣Lg。此時的外周緣的半徑r2成為：
r2={P-(W/2)}cosα　...(計算式10)
。因此，在sin2 α≧(P-W)/(2P-W)的情況下，指向性變換部55之外周緣的半徑r2只要滿足以的計算式11即可。
r2≦{P-(W/2)}cosα　...(計算式11)
(第6實施形態)
第37圖(a)係顯示以本發明之實施形態6所構成之面光源裝置65的立體圖。此面光源裝置65於導光基板38的上面設置有表面側低折射層56。表面側低折射層56係利用與低折射率層39同樣以折射率比導光基板38低的透明材料(與低折射率層39相同折射率的同材料即可)所形成，厚度為3～5μm程度。雖然擴散圖案46內能以表面側低折射層56來埋入，但是，較佳為以藉由使用薄片狀的表面側低折射層56來作成於擴散圖案46內殘留空氣層的方式進行。又，表面側低折射層56的上面也可重疊擴散板或稜鏡片等光學片。
第37圖(b)所示者為實施形態6的變形例。此面光源裝置66係於導光基板38的上面設置有表面側低折射層56，於低折射率層39的下面設置有高折射率層52。又，第37圖(b)的變形例，係將低折射率層39、高折射率層52及反射層40延伸至光導入部42的端面(光入射面)，然而，也可以如第37圖(a)的面光源裝置65般縮入成不跨到光導入部42。又，在第37圖(a)的面光源裝置65中，也可將低折射率層39及反射層40延伸至光導入部42的端面。
又，在也可如第38圖(a)及第38圖(b)所示之面光源裝置67、68般，從表面側低折射率層56的上面至達到導光基板38的深度形成擴散圖案46。
又，在第38圖(a)及第38圖(b)中，也可作成表面側低折射率層56、低折射率層39、高折射率層52及反射層40之任一者或全部的端到達光導入部42的端面。
(第7實施形態)
第39圖係顯示以本發明之實施形態7所構成之面光源裝置69的立體圖。此面光源裝置69係使用具有與導光基板38的寬度大致相等長度的棒狀光源72者。棒狀光源72係藉由使用了LED的點光源73、透明的楔子狀導光體74、稜鏡片75及反射薄片76所構成。點光源73係與楔子狀導光體74之厚度大之側的端面對向。從點光源73射出的光從端面進入楔子狀導光體74內，一面在楔子狀導光體74的前面與背面反覆進行全反射，一面被朝前端方向導光。於楔子狀導光體74進行導光的光從楔子狀導光體74的前面涵蓋全長而朝斜方向射出。被朝斜方向射出的光因通過稜鏡片75而光路徑被彎折，並朝相對於導光板33之光入射端面43大致垂直的方向射出。又，從楔子狀導光體74的背面洩漏的光在反射薄片76被反射回到楔子狀導光體74而被再利用。
因此，從光入射端面43朝光導入部42射入的光係成為大致平行的光，所以，在此面光源裝置69係指向性變換圖案48也朝向與光入射端面43垂直的方向相互平行地形成。
(第8實施形態)
第40圖係顯示以本發明之實施形態8所構成之液晶顯示裝置81的立體圖。此液晶顯示裝置81係於本發明之面光源裝置之上直接載置液晶面板82而一體化。若是使用透明接著樹脂(接著層)作為表面側低折射層56的話，便能將導光基板38接著於液晶面板82的下面而能一體化，即是在薄的面光源裝置的情況下，也能防止翹曲發生。又，使點光源32的上面從導光基板38的上面突出僅表面側低折射層56的厚度份量，所以，利用表面側低折射層56接著於導光基板38之上面的液晶面板82的下面係承載於點光源32的上面，液晶面板92穩定。
11．．．液晶顯示裝置
12．．．導光板
13．．．連接層
14．．．液晶顯示面板
15．．．光源
16．．．薄膜
17．．．凹凸
21．．．液晶顯示裝置
22．．．面光源裝置
23．．．液晶顯示面板
24．．．導光板
25．．．第1透光層
26．．．偏光層
27．．．第2透光層
28．．．微鏡
29．．．光源
C、D、Qin、Qout．．．區域
E1、E2．．．線段
J1、J2、J3．．．區域的前端
K．．．交界
L、L1、L2．．．光
n1、ng．．．折射率
P1~P6、G1、G2．．．指向特性
r1、r2．．．半徑
W．．．寬度
α、β、γ．．．指向性範圍
κ、ψ．．．頂角
θ1、θ2．．．觀察角
ε、ω、ν．．．傾斜角
31、51、61～66．．．面光源裝置
32．．．點光源
33．．．導光板
34．．．LED
35．．．透明密封樹脂
36．．．白色樹脂
37．．．光出射窗
38．．．導光基板
39．．．低折射率層
40．．．反射層
41．．．導光板本體
42．．．光導入部
43．．．光入射端面
44．．．光出射面
45．．．錐形部
46．．．擴散圖案
47．．．偏向圖案
48．．．指向性變換圖案
48a．．．稜線
49．．．薄板部
52．．．高折射率層
53．．．倒錐形部
54．．．平坦部
55．．．指向性變換部
56．．．表面側低折射層
72．．．棒狀光源
73．．．點光源
74．．．楔子狀導光體
75．．．稜鏡片
76．．．反射薄片
81．．．液晶顯示裝置
82．．．液晶面板
第1圖係顯示專利文獻1所揭示之比較例1之液晶顯示裝置的概略剖面圖。
第2圖(a)係顯示射入至第1圖之液晶顯示裝置之導光板內的光之舉動的圖，第2圖(b)係說明依據離光源的距離，液晶顯示裝置的亮度變化的樣子的圖。
第3圖係顯示專利文獻1所記載之第一實施例之液晶顯示裝置的概略剖面圖。
第4圖係顯示專利文獻1所記載之第二實施例之液晶顯示裝置的概略剖面圖。
第5圖(a)係顯示第3圖所示之液晶顯示裝置之導光板內的光之指向性的圖，第5圖(b)係顯示射入至導光板內的光之中，透過與薄膜之界面的光之區域的圖。
第6圖係顯示專利文獻2所揭示之液晶顯示裝置的概略剖面圖。
第7圖係顯示使用於專利文獻2之液晶顯示裝置之面光源裝置中的光之舉動的圖。
第8圖係從光出射面側看到以本發明之實施形態1所構成之面光源裝置的立體圖。
第9圖係從與光出射面側相反側看到之實施形態1之面光源裝置的立體圖。
第10圖係實施形態1之面光源裝置之切斷一部分的概略剖面圖。
第11圖係顯示導光板內之光的指向特性之變化的圖。
第12圖(a)及第12圖(b)係說明在錐形部被反射之前後的指向特性之變化的圖。
第13圖係表示於偏向圖案中的光之舉動的圖。
第14圖係表示相對於偏向圖案之頂角κ的值，指向特性在±20°的範圍內所包含的光量之比率的圖。
第15圖係顯示以實施形態1之變形例所構成之面光源裝置的概略圖。
第16圖係顯示以實施形態2所構成之面光源裝置的立體圖。
第17圖係顯示實施形態2之面光源裝置的平面。
第18圖係實施形態2之面光源裝置的概略剖面圖。
第19圖係顯示設置於薄板部下面之指向性變換部的平面圖。
第20圖係指向性變換部的剖面圖。
第21圖(a)及第21圖(b)係表示射入至指向性變換部之前的光之指向特性的圖，第21圖(c)及第21圖(d)係表示通過指向性變換部之後的光之指向性的圖。
第22圖(a)係表示剛射入至光導入部後的光之指向特性的概略圖，第22圖(b)係表示藉由指向性變換部所變換之指向特性的概略圖。
第23圖係表示從光出射面射出的光之指向特性(從Z方向看到的指向特性)的圖。
第24圖係顯示實施形態2之變形例的立體圖。
第25圖(a)、第25圖(b)及第25圖(c)係表示實施形態2之其他變形例的概略圖。
第26圖係顯示以本發明之實施形態3所構成之面光源裝置的概略剖面圖。
第27圖係顯示以本發明之實施形態4所構成之面光源裝置的立體圖。
第28圖係顯示以本發明之實施形態5所構成之面光源裝置的概略剖面圖。
第29圖係顯示設置於導光基板的背面之指向性變換部的立體圖。
第30圖係表示在指向性變換圖案所形成之山部的頂角ψ與指向性變換效率、導光效率、變換效率×導光效率的關係的圖。
第31圖係表示觀察角θ1與指向性變換效率、導光效率、變換效率×導光效率的關係的圖。
第32圖係用以說明觀察角θ1、θ2的圖式。
第33圖係顯示以實施形態5之變形例所構成之面光源裝置的立體圖。
第34圖係顯示於排列複數個點光源來構成的情況下，在導光板內從各點光源射出之光到達的範圍的概略圖。
第35圖(a)係顯示指向性變換部之嘗試錯誤的配置的圖，第35圖(b)係顯示指向性變換部之較佳配置的圖。
第36圖(a)係顯示指向性變換部之嘗試錯誤的配置的圖，第36圖(b)係顯示指向性變換部之較佳配置的圖。
第37圖(a)係顯示以本發明之實施形態6所構成之面光源裝置的概略圖。第37圖(b)係顯示實施形態6之變形例的概略圖。
第38圖(a)係顯示實施形態6之另一變形例的概略圖。第38圖(b)係顯示實施形態6之其他另一變形例的概略圖。
第39圖係顯示以本發明之實施形態7所構成之面光源裝置的立體圖。
第40圖係顯示以本發明之實施形態8所構成之液晶顯示裝置的概略圖。
31．．．面光源裝置
32．．．點光源
33．．．導光板
38．．．導光基板
39．．．低折射率層
40．．．反射層
41．．．導光板本體
42．．．光導入部
43．．．光入射端面
44．．．光出射面
45．．．錐形部
46．．．擴散圖案
47．．．偏向圖案
49．．．薄板部

Claims (13)

  1. 一種面光源裝置，係具備：光源、及導光板，該導光板係設置於與前述光源對向的位置，而使前述光源之光從光入射端面導入並從光出射面朝外部射出；其特徵在於：沿著前述導光板的端緣配置複數個前述光源；前述導光板具備：導光基板，係由透光性材料構成；低折射率層，係密接於前述導光基板之與前述光出射面相反側的面，且折射率比前述導光基板還低；及反射層，係密接於前述低折射率層之與前述光出射面相反側的面；前述導光基板係將光導入部與導光板本體構成一體，該光導入部係設置於與前述光源對向的位置，該導光板本體係具備將從前述光導入部所導光的光朝外部射出的前述光出射面；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面具備錐形部，該錐形部係以隨著離開前述光源而光導入部之厚漸漸變厚的方式傾斜；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面，具備指向性變換部，該指向性變換部係將從前述光入射端面射入至前述光導入部的光封閉於前述導光基板內；於前述導光板本體之前述光出射面側形成有光控制圖案，該光控制圖案係用以使導光板本體內的光反射而從導光板本體之與前述光出射面相反側的面朝前述低折射率層洩漏； 於前述低折射率層與前述反射層的界面或前述反射層之與前述界面相反側的面，形成有光出射手段，該光出射手段係用以使朝前述低折射率層洩漏的光反射並從前述光出射面射出，從垂直於前述導光板之光出射面的方向觀看，通過任何任意的光源的中心並垂直於前述導光板之端緣的方向設定為X軸，而沿著前述導光板的端緣設定為Y軸時，與該光源對應的指向性變換部，係位於同時滿足以下三個式子之區域的內部：X>0 X≦{-2Y+(2P-W)}/(2tanα) X≦{2Y+(2P-W)}/(2tanα)(其中，P：前述光源間的距離；W：前述光源之光出射窗的寬度；α：將導光板的折射率設為ng時，以α=arcsin(1/ng)表示的角度)。
  2. 一種面光源裝置，係具備：光源、及導光板，該導光板係設置於與前述光源對向的位置，而使前述光源之光從光入射端面導入並從光出射面朝外部射出；其特徵在於：沿著前述導光板的端緣配置複數個前述光源；前述導光板具備：導光基板，係由透光性材料構成；低折射率層，係密接於前述導光基板之與前述光出射面相反側的面，且折射率比前述導光基板還低；高折射率 層，係密接於前述低折射率層之與前述光出射面相反側的面，且折射率比前述低折射率層還高；及反射層，係密接於前述高折射率層之與前述光出射面相反側的面；前述導光基板係將光導入部與導光板本體構成一體，該光導入部係設置於與前述光源對向的位置，該導光板本體係具備將從前述光導入部所導光的光朝外部射出的前述光出射面；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面具備錐形部，該錐形部係以隨著離開前述光源而光導入部之厚度漸漸變厚的方式傾斜；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面，具備指向性變換部，該指向性變換部係將從前述光入射端面射入至前述光導入部的光封閉於前述導光基板內；於前述導光板本體之前述光出射面側形成有光控制圖案，該光控制圖案係用以使導光板本體內的光反射而從導光板本體之與前述光出射面相反側的面朝前述低折射率層側洩漏；於前述高折射率層與前述反射層的界面或前述反射層之與前述界面相反側的面，形成有光出射手段，該光出射手段係用以使朝前述高折射率層洩漏的光反射並從前述光出射面射出，從垂直於前述導光板之光出射面的方向觀看，通過任何任意的光源的中心並垂直於前述導光板之端緣的方 向設定為X軸，而沿著前述導光板的端緣設定為Y軸時，與該光源對應的指向性變換部，係位於同時滿足以下三個式子之區域的內部：X>0 X≦{-2Y+(2P-W)}/(2tanα) X≦{2Y+(2P-W)}/(2tanα)(其中，P：前述光源間的距離；W：前述光源之光出射窗的寬度；α：將導光板的折射率設為ng時，以α=arcsin(1/ng)表示的角度)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中折射率比前述導光基板還低的第2低折射率層，係不隔著空氣層而密接於前述導光基板之前述光出射面側的面。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面，且於比前述錐形部還接近前述光源的區域具有倒錐形部，該倒錐形部係以隨著離開前述光源而光導入部之厚度漸漸變薄的方式傾斜。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中前述指向性變換部係以呈V形溝狀之複數個指向性變換圖案所構成。
  6. 如申請專利範圍第5項之面光源裝置，其中在垂直於以鄰接的前述指向性變換圖案所形成之山部的稜線的剖面 中，該山部的頂角係107°以上、154°以下。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中前述光源為點光源；前述指向性變換部係以複數個指向性變換圖案所構成，該複數個指向性變換圖案係以前述點光源或點光源附近之某位置為中心而配置排列成輻射狀。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中前述光源為點光源；從垂直於前述導光板之光出射面的方向觀看時，從前述指向性變換部之接近前述點光源之側之邊緣的任意點朝前述點光源之光出射窗之一方的端延伸的方向，與從該任意點朝該光出射窗的中央延伸的方向的夾角為32°以下，且從前述指向性變換部之接近前述點光源之側之邊緣的任意點朝前述點光源之光出射窗之他方的端延伸的方向，與從該任意點朝該光出射窗的中央延伸的方向的夾角為32°以下。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中將前述導光板的折射率設為ng，將低折射率層的折射率設為n1時，從與前述光出射面平行的平面測得的前述錐形部的傾斜角ω為：
  10. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中前述反射層之前述光出射面側的面具有成為前述光出射手段的複數個傾斜面。
  11. 如申請專利範圍第10項之面光源裝置，其中鄰接的前述傾斜面彼此的夾角為107°以上、136°以下。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中前述光控制圖案係藉由形成於前述光出射面的凸狀圖案或凹狀圖案所構成，於前述凸狀圖案或前述凹狀圖案之用以使光反射的面與前述光出射面的夾角係20°以下。
  13. 一種液晶顯示裝置，係由申請專利範圍第1或2項之面光源裝置、液晶面板、及至少介於前述面光源裝置之前述導光板本體與前述液晶面板之間並使前述導光板本體密接於前述液晶面板之至少一層連接層所構成的液晶顯示裝置，其特徵在於：前述各連接層之任一者的折射率比前述導光板本體的折射率還低。
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