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TWI428541B - 面光源裝置及液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI428541B
TWI428541B TW100100802A TW100100802A TWI428541B TW I428541 B TWI428541 B TW I428541B TW 100100802 A TW100100802 A TW 100100802A TW 100100802 A TW100100802 A TW 100100802A TW I428541 B TWI428541 B TW I428541B
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light
light source
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light guide
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TW100100802A
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TW201231875A (en
Inventor
Takako Ishikawa
Yasuhiro Tanoue
Masayuki Shinohara
Yoshihiro Ueno
Original Assignee
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，具體而言，係關於解決發光面的亮度不均勻且達成出射光的窄指向性，可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)
為了將液晶顯示裝置等所使用之背光予以薄型化，係省略光擴散片等之附加的薄片，而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，當導光板變得易翹曲，則安裝背光就變得困難，且會有光從導光板翹曲之處洩漏之虞。因此，在有關防止變薄的導光板翹曲的方法上，乃有不須於導光板與液晶顯示面板之間隔著空氣層，而係藉由接著劑等將導光板貼附於液晶顯示面板的背面的方法。
有關將導光板接著於液晶顯示面板的背面而成的液晶顯示裝置方面，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之二液硬化型矽樹脂)，以不隔著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，在與導光板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，光未在連接層13與導光板12的界面全反射。因此，射入導光板12的光L無法在導光板12內導光，致使在光源15的附近從液晶顯示面板14射出。此結果如第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較遠處(即，光源15彼此的中央部分)發光亮度低而變暗。
為了解決上述那樣的發光亮度的不均勻，在專利文獻1所記載的第一實施例(參照專利文獻1的第1圖)中，如第3圖所示，於導光板12的表面部分地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較遠處縮小薄膜16的面積率。又，形成有薄膜16的導光板12係藉由折射率比導光板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係利用折射率1.49的壓克力板所形成，使用折射率1.41的二液硬化型矽樹脂作為薄膜16，並使用折射率1.51的二液硬化型矽樹脂作為連接層13。
專利文獻1之第一實施例中，係於導光板12的表面形成有薄膜16，所以，導光板12內的光係透過在導光板12與薄膜16的界面全反射而在導光板12內導光。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，因為與到達光量少的光源15相距較遠之處薄膜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)中，如第4圖所示，於導光板12表面部分地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，而在距離光源15較遠處提高凹凸17的粗面化程度。又，形成有凹凸17的導光板12係藉由折射率比導光板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係利用折射率1.49的壓克力板所形成，並使用折射率1.41的二液硬化型矽樹脂作為連接層13。
專利文獻1之第二實施例中，由於連接層13的折射率比導光板12的折射率還低，所以，導光板12內的光係透過在導光板12表面之平滑的區域全反射而被封閉在導光板12內，並在導光板12內導光。另一方面，射入凹凸17的光藉由凹凸17散射而朝連接層13內透過，進而在液晶顯示面板14之處於散射狀態的像素散射並發光。而且，在接近光源15之處，由於凹凸17的粗面化程度低，所以在凹凸17散射並從液晶顯示面板14射出之光的比率小，在與到達光量少的光源15相距較遠之處，由於凹凸17的粗面化程度高，所以在凹凸17散射並從液晶顯示面板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。射入導光板12之前的光的範圍(指向射性)雖為±90°，但是導光板12之折射率ng=1.49，所以，射入導光板12之後的光的範圍成為：
±arcsin(1/1.49)=42.2°
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°從水平方向測量時為18.9°。
因此，進入導光板12內之±42.2°範圍的光當中的從水平方向測量為18.9°～42.2°範圍的光與-18.9°～-42.2°範圍的光(於第5圖(b)施加斜線範圍的光)在射到與薄膜16之界面時，不會在與薄膜16的界面反射而係透過薄膜16。如此一來，於第5圖(b)中施加斜線範圍的光係在光源15的附近透過薄膜16而不會在導光板12內被導光，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之第二實施例中亦是，由於連接層13的折射率與第一實施例的薄膜16同為1.41，所以，進入導光板12內之±42.2°範圍之光當中的從水平方向測量為18.9°～42.2°範圍的光與-18.9°～-42.2°範圍的光，不會在導光板12之平滑的區域反射而係透過連接層13。如此一來，第二實施例的情況亦是，第5圖(b)中施加有斜線範圍的光係在光源15的附近透過連接層13而不會在導光板12內被導光，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，由於光容易在光源的附近洩漏，所以，光源的附近明亮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範圍的情況，有運用慣用上使用的記法的情形。例如，有將上述光的範圍由-42.2°～+42.2°之記載(即，將光的範圍設為x時，則-42.2°≦x≦+42.2°)予以取代，改為簡略地記載成±42.2°的情形。
(關於專利文獻2)
又，於第2專利文獻中揭示有：一種液晶顯示裝置，其透過省略稜鏡片等之附加的薄片而將導光板的厚度薄化且減少因附加的薄片所造成光的衰減，並且藉著使出射光之指向特性變窄，以謀求提升顯示面之亮度。
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的下面重疊有折射率比導光板24還低的第1透光層25，於第1透光層25的下面重疊有和導光板24大致相同折射率的偏光層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形成一體而成者。又，與導光板24之厚度大之側的端面對向地配置如冷陰極型螢光燈那樣的光源29。
如第6圖中以箭頭表示光路那樣，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，一面在導光板24內導光。導光板24內的光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(光線與垂直於導光板24的下面的法線所形成的夾角)變小。此外，當射入至導光板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時，其光透過導光板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反射，在微鏡28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。
以此種構造的面光源裝置22而言，在導光板24內導光的光中，由於僅射入至導光板24的下面時之入射角是比全反射之臨界角還小的窄小狹窄範圍的光會透過第1及第2透光層25、27而在微鏡28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亦是，由於折射率比導光板24還低的第1透光層25是未隔著空氣層而密接於導光板24的下面，所以，與第5圖(b)施加斜線的範圍相當的光係如第7圖所示，在最初入射至導光板24的下面時會透過第1及第2透光層25、27而在微鏡28反射，從面光源裝置22的正面一次射出。所以，即使是使用面光源裝置22的情況，光源29的附近還是明亮而發生亮度不均，無法使顯示面全體均勻地發光。又，由於在光源29的附近漏光以致於光的利用性降低，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1]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，其目的在於提供一種能降低在光源附近的漏光以更均勻地發光，進而藉由射出窄指向特性的光而能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一種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將前述光源之光從光入射端面導入，並使該光從光出射面射出至外部；1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；前述導光基板係光導入部與導光板本體作為一體而構成，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射出至外部的前述光出射面；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面設置有指向性變換部，該指向性變換部係藉著將射入於前述導光部之光之於前述導光基板之厚度方向的指向性範圍作得窄，而用以將從前述光入射端面射入於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漏往前述低折射率層；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漏往前述低折射率層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，藉由指向性變換部，能將導光於導光板本體內之光的指向特性作得窄，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，在光的利用特性提升的狀態下，發光面的亮度提升。又，在使利用指向性變換部將指向特性作得窄之光的一部分朝低折射率層透過的狀態下，能將從光出射面射出之光的指向特性作得更窄，能使面光源裝置的正面亮度提升。又，藉由指向性變換部將導光板本體內之光的指向性作得窄，藉此，以光控制圖案或光出射手段所達到光的控制性也變高。爰此，依據此面光源裝置，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而將前述光源之光從光入射端面導入，並使該光從光出射面射出至外部；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為一體而構成，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射出至外部的前述光出射面；於前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面設置有指向性變換部，該指向性變換部係藉著將射入於前述導光部之光之於前述導光基板之厚度方向的指向性範圍作得窄，而用以將從前述光入射端面射入於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與導光板本體之前述光出射面相反側的面漏往前述低折射率層側；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漏往前述高折射率層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，也達到與第1面光源裝置同樣的作用效果。在第2面光源裝置，藉著低折射率層的光進入到高折射率層而成為更窄指向特性的光。如此一來，利用高折射率層使指向特性變窄的光利用光出射手段反射而從光出射面射出。此一結果，依據第2面光源裝置，能將出射光作成更窄指向特性，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，能使利用光出射手段反射的光容易射出至外部。另一方面，即使於光出射面設置有第2低折射率層，也藉由指向性變換部的作用而能防止導光板本體內的光直接漏往第2低折射率層側。
本發明之第1或第2面光源裝置之另一實施樣態，前述光源係點光源，前述光導入部係將指向性變換部形成於前述導光基板之光出射面側的面或其相反面之與前述光出射面平行的區域，該指向性變換部係由從接近前述點光源之側朝向遠離前述點光源之方向延伸的複數個圖案所構成。更具體而言，前述指向性變換部係由呈V形溝狀之複數個指向性變換圖案所構成。由V形溝狀之指向性變換圖案所構成的指向性變換部，係在與由相鄰的前述指向性變換圖案所形成的山部之稜線垂直的剖面中，該山部的頂角最好是在107°以上且154°以下。將前述山部的頂角設成107°以上且154°以下的理由係在於能將導光板之指向性變換效率與導光效率達到良好。又，指向性變換圖案的山部係表示從導光基板突出的部分，山部的頂角係夾著稜線之面彼此間的窄角。爰此，在指向性變換部設置於光導入部之光出射面側的情況下，指向性變換圖案之山部的谷線係位於比稜線更接近與光出射面相反面之側，反之，在指向性變換部設置於與光導入部之光出射面側相反面的情況下，指向性變換圖案之山部的谷線係位於比稜線更接近光出射面之側。
又，更具體而言，前述指向性變換部係由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，最好是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接近前述點光源之側之緣的任意點朝前述點光源之光出射窗之一端延伸的方向，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接近前述點光源之側的任意點朝前述點光源之光出射窗之另一端延伸的方向，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。依據此實施樣態，能使導光板之指向性變換效率與導光效率達到良好。
又，此實施樣態中，其特徵在於係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，通過任一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)。依據此實施樣態，於複數個點光源沿著導光板的端緣配置，並於各點光源的前方分別設置指向性變換部的面光源裝置，可避免來自於不對應的其他點光源的光射入並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漏光。
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。此實施樣態最好是相鄰的前述傾斜面彼此的夾角為107°以上且136°以下。其理由在於若是相鄰的前述傾斜面彼此所形成的夾角在此範圍內，則可相對於對光出射面44之法線朝±90°以內的方向射出之光的全光量，將朝±20°以內的方向射出之光的全光量的比率設於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最好是在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、及至少至少一層的連接層所構成的液晶顯示裝置，該至少一層的連接層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而使前述導光板本體密接於前述液晶面板，該液晶顯示裝置之特徵在於：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，藉著低折射率的連接層以將面光源裝置安裝於液晶面板，所以，即使是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，以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，而能將液晶顯示裝置的顯示面高亮度化，並將亮度分布均勻化。
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。
以下一面參照所附圖式一面說明本發明較佳實施形態。
(第1實施形態)
以下一面參照第8圖～第10圖一面說明有關本發明之實施形態1之面光源裝置31的構造。第8圖(a)及(b)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9圖(a)係面光源裝置31的部分斷裂上視圖。第9圖(b)係顯示通過面光源裝置31之中心之剖面的圖式。
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9圖(b)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，然後以白色樹脂36覆蓋除了該透明密封樹脂35的正面以外的各面而成者。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。如此一來，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的界面反射之後，從光出射窗37射出。
點光源32不限於第9圖(b)所示者。在此所指的點光源32並非嚴謹意味的點光源，而係針對冷陰極管稱為線狀光源而相對地稱為點光源者。即，所謂點光源係比導光板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那樣具有10mm以上長度或寬度者。
例如，在其他點光源32方面，有側面發光型的LED等。以側面發光型的LED而言，係於1個封裝內裝入有1個以上的LED晶片，也可同時密封有複數個LED晶片。以同時密封有複數個LED晶片者而言，有出射窗的寬度為5mm左右者，但與導光板的發光區域的寬度為2英吋左右者相較下就非常小，故能視為點光源。又，也可作成將使用光纖導引的光導入導光板。在該情況，能將光纖的光出射端面視為點光源。
導光板33係在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而成者。導光基板38係表面與背面形成平行的板狀，在概念上能區分為導光板本體41與光導入部42。光導入部42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)等之高折射率的透明樹脂或高折射率的玻璃所形成，其折射率以1.5～1.6為佳。又，導光基板38的厚度以0.3mm～0.5mm左右為佳。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射出的光有效率地從光入射端面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。但由於導光基板38儘可能愈薄愈好，所以，光導入部42之端面的厚度係以與點光源32之光出射窗37的高度相等者為佳。
於光導入部42中，在與導光板本體41的光出射面44同側的面(表面)上形成有指向性變換部45。指向性變換部45係形成於光導入部42內之與導光板本體41相鄰的區域。換言之，從垂直於導光基板38之光出射面44的方向觀看，從位於指向性變換部45的與點光源32相距較遠的一側的緣部迄至光入射端面43為止的區域稱為光導入部42，除此以外的區域(從位於指向性變換部45的與點光源32相距較遠的一側的緣部迄至導光板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。光導入部42的背面形成平滑。指向性變換部45係可發揮使從光入射端面43射入的光的指向特性改變並封閉於導光基板38內的作用者，而其詳細將於後面述及。
於導光板本體41的光出射面44凹設有多個可使從光源側導光而來的光全反射，並用以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8圖(a)中，擴散圖案46係規律地配置，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配置排列成幅射狀(同心圓狀)等使用一般的配置方法。又，由於可到達的光量會隨著與點光源32相距變遠而變少，所以，為了使面光源裝置31的發光亮度均勻化，宜作成隨著與點光源32相距變遠而使擴散圖案46的分布密度或數量密度變大。第10圖(a)、(b)、(c)及(d)係顯示擴散圖案46之形狀的立體圖、上視圖、(從光源側所見的)前視圖及側視圖。此擴散圖案46形成由4面的傾斜面所構成之鑽石形狀的凹部。
導光板本體41的背面平滑且形成與光出射面44平行。導光板本體41的背面以未隔著空氣層而係作成密接於導光板本體41的背面的方式，形成有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，且係較高的折射率者，所以，以折射率1.4以上且未達1.5的材料為佳。具體的例子有：於聚碳酸酯樹脂所構成之導光基板38的下面形成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左右。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的方向射出者。偏向圖案47形成剖面三角形狀(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。在該情況，偏向圖案47可形成凹狀，也可形成凸狀，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，並利用低折射率層39與反射層40來構成背面鏡。
(作用效果)
首先，一面參照第11圖、第12圖，一面說明具有上述那樣的構造之面光源裝置31中的光的行徑與其作用效果。關於用以實現此等光的行徑以達到其作用效果之具體的結構或條件等，將於後面詳細記述。又，以下將垂直於導光基板38之光入射端面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11圖顯示面光源裝置31中的光的行徑。又，第12圖係說明於導光板33內的光之指向特性的變化的圖式。第12圖所示之指向特性P1表示點光源32的光射入於光導入部42之後的指向特性。若是將導光基板38的折射率設為ng，則射入於光導入部42之後的光的指向性範圍以
±α=±arcsin(1/ng)　…(計算式1)
來表示，所以當設為ng=1.59時，則指向特性P1的指向範圍為±α=±39.0°。
當將導光基板38的折射率設為1.59時，則於平坦部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，將此換算成從水平方向(X軸方向)所測得的角度時，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的光的指向性範圍為±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，而係一面全反射一面在導光板33內導光。
指向特性P1當中的施加了斜線之區域的光，在無指向性變換部45的情況，如第11圖以虛線箭頭所示的光L3的方式到達導光板本體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反射並從光出射面44射出。一方面，指向特性P1當中的斜線區域外的光，係在與低折射率層39的界面全反射的光。即，指向特性P1之斜線區域的光係相當於第5圖(b)之斜線區域內的光。第11圖所示之光線L1、L2均表示第12圖之指向特性P1中的施加了斜線的區域內的光，若無指向性變換部45，則以虛線箭頭的光L3的方式，會使光出射面44的點光源附近發光而造成亮度不均勻的原因。
若將導光基板38的折射率設為ng，將低折射率層39的折射率設為n1，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，則為：
β=90°-γ=90°-arcsin(n1/ng)　…(計算式3)
。現在若設ng=1.59，n1=1.4，則β=28.3°。
因此，射入至光導入部42之指向性範圍±α(=±39.0°)的光中，-β～+β範圍的光(斜線區域外的光)在光導入部42與空氣的界面且在導光板本體41與低折射率層39的界面全反射，不會從導光基板38洩漏而係被導光。相對於此，-α～-β範圍的光L2與+β～+α之範圍的光L1(斜線區域的光)在無指向性變換部45的情況下，雖然會在與空氣的界面全反射，但是會透過與低折射率層39的界面並從光出射面44洩漏。
面光源裝置31，係發揮使此等光L1、L2在指向性變換部45反射以改變指向特性，並封閉於導光板本體41內的作用。以指向特性來說，進入光導入部42內之後的指向特性P1為，因為光在指向性變換部45反射而使垂直於光出射面44的剖面內的範圍被窄化。即，具有在指向性變換部45被窄化之指向特性P2的光之指向性範圍γ，係變小成為在指向特性P1之斜線區域外之光的指向性範圍β程度(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，在指向性變換部45反射之後的光(指向特性P2)係在導光板本體41與低折射率層39的界面全反射，而如第11圖所示光L1的方式，只要是不在擴散圖案46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)反覆地全反射，一面在導光板本體41內導光。
如此一來，被封閉於導光板本體41內的光一旦在擴散圖案46全反射，則其光朝下方前進，所以，指向特性P2的方向改變而成為指向特性P3。指向特性P3之斜線區域外的光係表示入射角比於與低折射率層39的界面全反射的臨界角還大的光。指向特性P3的光當中之斜線區域外的光係在與低折射率層39的界面全反射，但是，斜線區域內的光係如第11圖之光L2的方式射入至低折射率層39。所以，射入至低折射率層39之光的指向特性係如P4般地變窄。此指向特性窄的光係如第11圖之光L2的方式在反射層40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(指向特性如P6)。
此結果為，依據此面光源裝置31，透過設置指向性變換部45而能以良好精度控制在導光板本體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洩漏而發生亮度不均勻的情況。例如將導光基板38的折射率設為1.59，將低折射率層39的折射率設為1.4的情況，若未在導光板33設置指向性變換部45，則沿著面光源裝置的中心線A-A(參照第9圖)之光出射面44之亮度分布成為如第13圖中細實線所示，在點光源32的附近明亮發光而於面光源裝置31發生顯著的亮度不均勻。相對於此，在指向性變換部45反射後的指向特性(P2)而言，當縮小至指向特性範圍γ為28°左右時，則沿著面光源裝置的中心線A-A之光出射面的亮度分布如第13圖中的粗實線所示，光出射面44的亮度均勻化。而且，如第13圖所示，藉由抑制來自於點光源32附近之光的洩漏，使得光出射面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，藉由在指向性變換部45反射而指向特性變窄的光之一部分通過導光板本體41與低折射率層39的界面，使得指向特性變更窄。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。第14圖顯示從光出射面44射出的光的指向特性(從Z方向看到的指向特性)，而得知能實現於X方向具有非常窄的指向特性。又，第15圖係顯示將此指向特性設為ZX面內之各出射方向的亮度分布的圖式。依據第15圖，得知全出射光的90%以上的光量集中於±20°以內的情況。又，第14圖及第15圖係顯示將擴散圖案46的傾斜角ε設為9.3°，將偏向圖案47的頂角κ設為120°情況下的特性。
因此，依據此面光源裝置31，可藉由指向性變換部45將在導光板本體41內導光的光的指向特性變窄，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，藉光的利用效率提升而使發光面的亮度提升。又，使藉由指向性變換部45而指向特性窄化的光的一部分朝低折射率層39透過，而能更窄化從光出射面44射出之光的指向特性，能提升面光源裝置31的正面亮度。又，藉由指向性變換部45將導光板本體41內的光的指向性窄化，使得基於擴散圖案46或偏向圖案47之光的控制性亦變高。因此，依據此面光源裝置31，能實現窄指向性、亮度高且可均勻發光的背光。而且，不需要稜鏡片等附加的薄片，故能將面光源裝置31或液晶顯示裝置予以薄型化。
(關於指向性變換部)
其次，說明用以實現上述光的行徑與作用效果之詳細。首先，說明指向性變換部45的構造。
如第8圖所示，指向性變換部45設置於矩形區域或帶狀區域，將呈V形溝狀之同一形狀的指向性變換圖案48排列成輻射狀所構成。第16圖(a)係顯示沿著指向性變換圖案48之谷線截斷之導光板33之一部分的剖面圖。第16圖(b)係顯示沿著第9圖(a)之B-B線且垂直於各指向性變換圖案48之稜線48a之剖面的一部分的放大圖。光導入部42中之比指向性變換部45更接近點光源32的區域係與光出射面44同一面的平坦面(此平坦的區域稱為光導入部42的平坦面49)，指向性變換部45係以從光出射面44及平坦面49陷入的方式形成。
呈V形溝狀的指向性變換圖案48的稜線48a係位於包含光出射面44及平坦面49的平面內且延伸於水平方向。又，指向性變換圖案48的谷線48b係以距離點光源32遠側的最深，而距離點光源32近側的最淺之方式直線地傾斜。形成於鄰接的指向性變換圖案48間之V形溝部的兩端面均成為垂直於光出射面44及平坦面49的面。又，各指向性變換圖案48具有相同的形狀，位在離點S相等距離的剖面(垂直於稜線的剖面)係成為相互相等的剖面形狀。
將各指向性變換圖案48的谷線48b朝向點光源32側三維地延長後之終點係集中於某一點或某一點的附近區域。在此實施形態的情況，係將各指向性變換圖案48的谷線48b延長後的終點，係集中於平坦面上的光導入部42的端面(光入射端面43)的中央部的一點或其附近的一點或這些點中的一點的附近區域。在此實施形態中，設成是集中於光導入部42之端面之中央部的一點S。同樣地，將指向性變換圖案48的稜線48a三維地延長後的終點也集中於某一點或某一點的附近區域。
又，指向性變換圖案48之谷線48b的傾斜角度(斜度)θ約1°，然而，此傾斜角度θ的值係依指向性變換圖案48的範圍(以點S作為中心而在XY面內的範圍角度)而改變。又，於垂直於稜線48a的剖面中夾著稜線48a之傾斜角所形成的角度(山部的頂角)Φ 宜設為107°＜Φ ＜154°，特別以120°左右較佳。
指向性變換部45若要概略地說明，係發揮在反射光的前後使光的指向特性在X軸的周圍旋轉，或傾斜的作用。射入至光導入部42的光全體具有如第18圖(a)所示的圓錐狀的指向特性P1，但是，當從X軸方向的某點來觀看此指向特性P1時，則如第17圖(a)、(b)所示成為在Y方向窄的指向特性的光。當此光在指向性變換部45反射時，則其指向特性如第17圖(c)、(d)的方式旋轉。其結果，在ZX面內之指向性範圍變小成γ。整體上，第18圖(a)之圓錐狀的指向特性P1如第18圖(b)的方式變換成在Z方向縮小之扁平的指向特性P2。爰此，若是以γ≦β的方式設定指向性變換部45的形狀及尺寸，則在指向性變換部45反射的光在與低折射率層39的界面也不會洩漏，而能將光傳送到遠處。又，關於指向性變換部45之詳細，可參考特願2008-180147或PCT/JP2009/003184(參考文獻1)或2007-155797或PCT/JP2008/61610(參考文獻2)。
又，第17圖(b)、(d)係從ZX面內觀看到的光的指向特性，且如此的指向特性於XY面內從斜方向觀看到點光源32的情況下，依據觀看方向，上下方向的指向性範圍不同。爰此，指向性變換部45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，係將各方向的指向性變換圖案48設成相同形狀。
又，若是要作到完全無漏光，理論上，指向性變換部45必須具有可在指向性變換部45收入-α～-β範圍的光與+β～+α的全部光的程度之長度或面積，然而也考量其他條件，亦未必需在指向性變換部45收入此等範圍的全部光。
第8圖、第9圖等所示之指向性變換部45係從光出射面44及平坦面49凹入，然而，指向性變換部45也能以從平坦面49或光出射面44突出的方式來設置。第19圖係顯示使指向性變換部45突出之例子的剖面圖。此指向性變換部45形成使光導入部42表面的一部分突出，所配置排列的V形溝狀的指向性變換圖案48的谷線48b係形成水平，而位於與光出射面44相同的平面內。稜線48a的接近於點光源32的那側端之高度低，而稜線48a的遠離點光源32的那側端之高度高。因此，指向性變換部45的V形溝隨著遠離點光源32而呈直線地變深，稜線48a也傾斜成直線狀。又，指向性變換部45的兩端面係成為與平坦面49及光出射面44垂直的垂直面。各個稜線48a朝向點光源32延長的終點係集中於一點S。
又，較佳為，不論指向性變換部45是比光出射面44更向上突出，還是由光出射面44向下凹入的情況，指向性變換部45與光出射面44的段差仍舊很小。
又，指向性變換部45或指向性變換圖案48亦可具有於此所示以外的形狀者。例如，可以是參考文獻1所揭示之各種形狀者。又，此等的最適當設計例亦可參考參考文獻1所記載者。
(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係藉由讓在導光板本體41內導光的光全反射，以相對於導光板本體41的下面，入射角變小的方式發揮彎曲光路的作用。第10圖所示之擴散圖案46凹陷成鑽石形狀，然而，擴散圖案46為凹狀的情況下，由於在接近點光源32的前半部反射光，所以，不論位在遠離點光源32的那側的後半部的形狀為何，均不會有什麼特別問題，另一方面，擴散圖案46的前半部有需要使光反射並使光從導光板本體41朝向低折射率層39透過，且有需要將從導光板本體41朝向低折射率層39透過之光的指向性範圍儘可能窄。為此，擴散圖案46之中，位於接近點光源32的那側的前半部的傾斜角ε宜設成0°＜ε≦20°。較佳為，此傾斜角設為0°＜ε≦10°，更佳者為0°＜ε≦5°。但是，可藉著組合擴散圖案46的傾斜角ε與導光基板38之折射率和低折射率層39之折射率的折射率比，而控制朝向低折射率層39穿過之光的峰值方向，所以，最適當的傾斜角ε的值係必須考慮導光基板38與低折射率層39的折射率比來決定。
擴散圖案46之前半部的傾斜角ε只要在上述範圍即可，所以，不需如第10圖所示前半部與後半部對稱，如第20圖(a)所示之擴散圖案46那樣地前半部與後半部亦可非對稱。特別是，亦可如第20圖(a)所示的那樣，剖面是不等邊三角形。又，擴散圖案46也可如第20圖(b)所示那樣地從光出射面44突出。擴散圖案46是凸狀的情況，朝向導光板本體41導光而來的光在擴散圖案46的後半部全反射，所以在此情況下，後半部的傾斜角ε在上述範圍即可。而且，擴散圖案46亦可如第20圖(c)所示的方式，以曲面構成。第20圖(c)中係使呈圓頂狀的擴散圖案46突出光出射面44的表面。
(關於偏向圖案)
第21圖係表示在偏向圖案47中的光之行徑的圖式。偏向圖案47及反射層40係如第21圖以箭頭表示光路的方式，發揮使射入至低折射率層39的光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，並朝低折射率層39的下面突出。從易於製作成為偏向圖案47之基礎模具的理由，係呈剖面形狀為二等邊三角形。又，偏向圖案47的剖面為二等邊三角形的情況下，位於與點光源32相反側的斜面係發揮使來自於光源方向的光(在第21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21圖的虛線箭頭表示到達導光基板38或低折射率層39的端面並在該端面反射回來的光，而位於光源側的斜面係發揮使此返回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係以107°以上且136°以下者為佳。此理由表示於第22圖。第22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式。第22圖的橫軸表示偏向圖案47的頂角κ。又，第22圖的縱軸表示從光出射面44射出之光的指向特性中，以百分率表示朝±20°以內的方向射出的光的全光量相對於對光出射面44的法線朝±90°以內的方向射出的光的全光量之比率。此光量的比率在60%以上即可，從第22圖可得知此時之頂角κ的值在107°以上且136°以下。爰此，偏向圖案47的頂角κ以在107°以上且136°以下者為佳。又，從光出射面44射出之光的指向特性的峰值方向，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23圖(a)～(c)顯示實施形態1的變形例。第23圖(a)所示的變形例，係將指向性變換部45形成在光導入部42的下面。此情況下，光在光導入部42的下面反射時，以指向性變換部45變換指向特性。又，在指向性變換部45是設置於光導入部42下面的情況下，指向性變換圖案48之谷線48b係位於比稜線48a更接近光出射面44的那側。
第23圖(b)所示的變形例，係將指向性變換部45形成於光導入部42的下面，且將低折射率層39及反射層40延伸至光導入部42的端面。由於低折射率層39延伸至光導入部42端，所以從指向性變換部45朝向低折射率層39的光有一部分會洩漏，但是，若比起專利文獻2中無指向性變換部45的情況，效果變好，而且因低折射率層39延伸至光導入部42的端面，製作變得容易。如此一來，即使將低折射率層39及反射層40延伸至光導入部42的端也無妨。其中，使點光源32的光出射窗37的下端位於比低折射率層39的上面更上方，以免點光源32的光從低折射率層39的端面直接射入至低折射率層39。
第23圖(c)所示的變形例中，係將指向性變換部45形成於光導入部42的上面，且將低折射率層39及反射層40延伸至光導入部42的端面。在如此的形態中，射入至光導入部42之光的一部分不在指向性變換部45變換而係直接射入至低折射率層39，而射入至低折射率層39的光不會朝下方洩漏而藉由反射層40朝上方反射，之後射入至指向性變換部45。
第23圖(b)的形態中，係指向性變換部45設置於光導入部42與低折射率層39之間而變得容易漏光，設計也變得困難，所以，在將低折射率層39與反射層40延伸至光導入部42端的情況下，以如第23圖(c)的方式使指向性變換部45位於光導入部42與空氣之界面為佳。
(第2實施形態)
第24圖(a)係顯示本發明之實施形態2的面光源裝置51之概略剖面圖。此面光源裝置51係在實施形態1的面光源裝置31中的低折射率層39的下面與反射層40之間設置具有與導光基板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係由折射率為1.4以上且未達1.5的透明材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯)所形成，且具有均勻的厚度而成為5μm左右的厚度。高折射率層52係由折射率為1.5～1.6左右的透明材料(例如折射率為1.59的聚碳酸酯樹脂等)所形成，且具有10μm～50μm左右的厚度。偏向圖案47形成於高折射率層52的下面，高折射率層52的表面設置有反射層40。
這樣的面光源裝置51亦能達到與實施形態1同樣的作用效果。實施形態2的面光源裝置51係藉由使在低折射率層39內洩漏的光射入至高折射率層52內，而在使指向特性成為比低折射率層39內漏洩的指向特性還要狹窄之後，能藉由反射層40反射。其結果，與無高折射率層52的情況相比較，能使光出射面44射出之光的指向特性在半寬度上約窄了10°。而且，可使用比導光基板38還低折射率的透明樹脂接著劑，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，故面光源裝置51的製造變容易。
於實施形態2中，擴散圖案46亦可如第24圖(a)將鑽石形狀或三角形狀的圖案(彗星圖案)凹設於光出射面44，也可如第24圖(b)將鑽石形狀或三角形狀的圖案(彗星圖案)突設於光出射面44，亦如第24圖(c)將圓頂形狀的圖案(鼓起形狀圖案)突設於光出射面的上面。又，即使將低折射率層39或高折射率層52、反射層延伸至光導入部42的端面也無妨。
第25圖係顯示在如第24圖(b)突設有傾斜角ε=4°～10°之彗星圖案狀的擴散圖案46，而作成偏向圖案47的頂角κ=120°的面光源裝置中，從光出射面44射出之光的指向特性(從Z方向看到的指向特性)的圖式。從第25圖得知可獲得非常窄的指向特性。又，第26圖係將第25圖之X方向之指向特性表示成在ZX面內之各出射方向之亮度分布，係將第25圖之Y方向之指向特性表示成在ZY面內之各出射方向之亮度分布的圖式。依據第26圖，以ZX面內的指向特性而言，全出射光之98%的光量係集中在光出射面44的法線方向±20°以內。
第27圖係顯示在突設有如第24圖(c)的鼓起圖案狀的擴散圖案46，而作成偏向圖案47的頂角κ=120°的面光源裝置中，從光出射面44射出之光的指向特性(從Z方向看到的指向特性)的圖式。從第27圖得知可獲得非常窄的指向特性。又，第28圖係將第27圖之X方向之指向特性表示成ZX面內之各出射方向之亮度分布，且將第27圖之Y方向之指向特性表示成ZY面內之各出射方向之亮度分布的圖式。依據第28圖，以ZX面內的指向特性而言，全出射光之96%的光量係集中在光出射面44之法線方向±20°以內。
如此一來，得知由於指向特性，呈鑽石形狀等之彗星圖案狀的擴散圖案46比鼓起圖案狀的擴散圖案46的性能良好一些。
第29圖係顯示在突設有如第24圖(c)的鼓起圖案狀的擴散圖案46，而作成偏向圖案47的頂角κ=112°的面光源裝置中，從光出射面44射出之光的指向特性(從Z方向看到的指向特性)的圖式。又，第30圖係將第29圖之X方向之指向特性表示成ZX面內之各出射方向之亮度分布，且將第29圖之Y方向之指向特性表示成ZY面內之各出射方向之亮度分布的圖式。
在顯示頂角κ=120°的情況之指向特性的第28圖中，ZX面內之指向特性的峰值方向係大致為0°。同樣地，在顯示頂角κ=112°的情況之指向特性的第30圖中，ZX面內之指向特性的峰值方向亦大致為0°。可得知若一倂考量在此未示出的模擬結果時，若偏向圖案47的頂角κ是在110°以上且120°以下的範圍，則ZX面內的指向特性(於X方向的指向特性)於大致0°的方向具有峰值。爰此，若將偏向圖案47的頂角κ設在110°以上且120°以下，則在提升面光源裝置之正面亮度上具有效果。
(第3實施形態)
第31圖係顯示本發明之實施形態3的之面光源裝置61的立體圖。面光源裝置61的特徵在於：在以配置有點光源32的位置的附近作為中心之圓弧狀的區域設置有指向性變換部45。又，指向性變換圖案48呈V形溝狀，同樣以指向性變換部45之圓弧狀區域的中心作為中心而配置排列成輻射狀。如此一來，依據此實施形態，各指向性變換圖案48為同一形狀，而指向性變換圖案48或指向性變換部45的設計變得容易。又，第31圖中，指向性變換部45比光出射面44更向上突出，但亦可設成比光出射面44還向下凹入(未圖示)。
又，此實施形態亦是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的傾斜面所成的角度(山部的頂角)Φ 宜設為107°＜Φ ＜154°，特別是120°左右較佳。理由如下。
第32圖係表示在指向性變換圖案48所形成之山部的頂角Φ 與指向性變換效率、導光效率、變換效率×導光效率的關係之圖式。此關係乃是在設成指向性變換部45之內周緣的半徑r1=2.5mm、且指向性變換部45之外周緣的半徑r2=3.8mm的情況下者，但是，除此之外的情況也顯示同樣的傾向。所謂的山部的頂角Φ 係指形成於鄰接的指向性變換圖案37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，所謂的指向性變換效率係表示傳導至導光板本體41之光的指向性中有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)。
所謂的導光效率，傳導至導光板本體41之光量對射入至光導入部42後不久的光的光量比率。即，
導光效率=(傳導至導光板本體之光量)÷(入射後不久的光量)。
依據第32圖，頂角Φ =120°時，根據指向性變換部45之指向性的變動效率也變得最高。當頂角Φ 比120°還小時，則指向性變動效率降低，而且在指向性變換部45會發生漏光，由於朝導光板本體29傳導之光的光量減少，所以，導光效率亦降低。當頂角Φ 比120°還大時，指向性變動效率降低，然而，因漏光減少，所以導光效率會提升。
從以上的情況，最適合的頂角Φ 係必須考量指向性變動效率與導光效率雙方來作決定。因此，最好是藉由指向性變動效率×導光效率來評價。此指向性變動效率×導光效率的值較佳為：
指向性變動效率×導光效率＞0.85
所以，依據第32圖，只要頂角Φ ＞92°即可。又，更佳的情況為：
指向性變動效率×導光效率＞0.9
，因此，只要107°＜Φ ＜154°即可。又，指向性變動效率×導光效率的值在頂角Φ =120°時為最大值。
第33圖係表示視角θ1與指向性變換效率、導光效率、指向性變換效率×導光效率的關係之圖式。第33圖係藉由設成頂角Φ =120°之計算所求得者。在此，所謂的視角θ1如第34圖所示，係從指向性變換部45之內周緣的中央朝點光源32之光出射窗37的一端延伸的線段與從指向性變換部45之內周緣的中央朝光出射窗37的中央延伸的線段所成之夾角。第33圖的關係亦吻合從指向性變換部45之內周緣的中央朝點光源32之光出射窗37的另一端延伸的線段與從指向性變換部45之內周緣的中央朝光出射窗37的中央延伸的線段所成之夾角θ2。
依據第33圖，為作成指向性變動效率×導光效率＞0.85，只需設θ1＜43°即可。又，為作成指向性變動效率×導光效率＞0.9，只需設θ1≦32°即可。又，θ1=22°時，指向性變動效率×導光效率的值為最大值。爰此，視角θ1、θ2宜設成θ1≦32°、θ1≦32°，特別是設成θ1=θ2=22°的情況下，能使指向性變動效率與導光效率達特別良好。
第31圖中，擴散圖案46相互平行配置，然而，擴散圖案46亦配合指向性變換部45成輻射狀配置。又，下面的偏向圖案47亦不限於延伸成直線狀者，亦能以大致點光源32的位置為中心而延伸成圓弧狀者。
(第3實施形態之變形例)
第35圖係顯示實施形態3之變形例的面光源裝置66的立體圖。此面光源裝置66中，複數個具有呈圓弧狀的指向性變換部45沿著導光板33的端緣排列。在與各光導入部42之光入射端面對向的位置分別配置有點光源32。此面光源裝置66中，因為能使用複數個點光源32，所以，能提高面光源裝置66的發光亮度。又，在鄰接的指向性變換部45彼此重疊配置的情況下，宜作成將各指向性變換部45的重疊部分削除，以免指向性變換部45彼此重疊。
又，如此地使用複數個點光源32並沿著導光板33的端緣排列有複數個指向性變換部45的情況下，從光入射端面迄至指向性變換部45之外周緣的距離(半徑)r2除了所謂
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。)
的條件以外，更進一步產生限制。以下就此點作說明。
第36圖係從垂直的方向觀看沿著端面排列有複數個點光源32的光導入部42的概略圖。於第36圖中，從垂直於導光板33的方向來看，在通過某點光源32的中心並垂直於導光板33之端面的方向上設定X軸，而沿著導光板33的光入射端面43設定Y軸。若是將導光板38的折射率設為ng，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之光的範圍係±α=±arcsin(1/ng)。第36圖中，從各點光源32射出的光當中的通過光導入部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)的兩個點光源32之間的區域(第37圖之線段E1與E2之間的區域)時，第36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的光可到達的區域。
為作成使配置於正中間的點光源32之前方的指向性變換部45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45有必要收納於合倂區域C與區域D後的區域內。因此，在正中間的點光源32的前方，指向性變換部45有必要收納於同時滿足以下三個式子的區域內：
X＞0　…(計算式4)
X≦{-2Y+(2P-W)}/(2tanα)　…(計算式5)
X≦{2Y+(2P-W)}/(2tanα)　…(計算式6)
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，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，當如同第37圖(a)中以虛線所表示之指向性變換部45，係在區域D的前端J1附近設置指向性變換部45時，則從正中間的點光源32發出之光的一部分不會通過指向性變換部45而係到達導光板本體41。又，會有指向性變換部45之外周緣高度過高，或是變得過深之虞。爰此，最大的指向性變換部45最好是如第37圖(a)中以實線表示的那樣，設定成其外周緣會通過區域C的前端J2、J3。再者，即使是在指向性變換部45的外周緣通過J2、J3的情況，在Sin2 α≦(P-W)/(2P-W)[或，ng2 ≧(2P-W)/(P-W)]時，當指向性變換部45之圓弧方向的長度變長，則如第37圖(a)中以實線顯示之指向性變換部45那樣，指向性變換部45的兩端部會露出區域C及D之外。
爰此，在Sin2 α≦(P-W)/(2P-W)時，指向性變換部45係宜以外周緣通過區域C的前端J2、J3，且指向性變換部45不從區域C及D露出的方式，如第37圖(b)所示分別設置在各點光源32的前方。此時，從光出射窗28的中央迄至指向性變換部45之外周緣為止的半徑r2係可利用以下的計算式7來表示。
指向性變換部45之外周緣的半徑r2只要是滿足r2＞r1等之其他條件，則能設比上述計算式7的值還小，所以，在Sin2 α≦(P-W)/(2P-W)時，指向性變換部45之外周緣的半徑r2係以上述計算式7所表示之值為上限值。爰此，半徑r2只要滿足以下的計算式8即可。
另一方面，在Sin2 α≧(P-W)/(2P-W)[或，ng2 ≦(2P-W)/(P-W)]時，當以外周緣通過區域C的前端J2、J3的方式設置指向性變換部45時，則如第38圖(a)所示，指向性變換部45會伸出至區域C及D之外。爰此，在此情況下。如第38圖(b)所示，有必要將指向性變換部45之外周緣縮小至接近到指向特性範圍的緣Lg。此時的外周緣的半徑r2為：
r2={P-(W/2)}cosα　…(計算式9)
。因此，在Sin2 α≧(P-W)/(2P-W)時，指向性變換部45之外周緣的半徑r2只要滿足以下的計算式10即可。
r2≦{P-(W/2)}cosα　…(計算式10)
(第4實施形態)
第39圖係顯示以本發明之實施形態4的面光源裝置71的立體圖。此面光源裝置71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係由使用了LED的點光源73、透明的楔子狀導光體74及稜鏡片75所構成。點光源73係與楔子狀導光體74之厚度大的那側的端面對向。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的前面與背面反覆全反射一面朝前端方向導光。在楔子狀導光體74導光的光從楔子狀導光體74的前面橫亙全長而朝斜方向射出。因朝斜方向射出的光通過稜鏡片75而使光路彎折，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，設置在楔子狀導光體74背後的反射薄片76係反射從楔子狀導光體74的背面洩漏的光並使其光再射入到楔子狀導光體74者。
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，此面光源裝置71中，指向性變換圖案48亦朝向與光入射端面43垂直的方向相互形成平行。
(第5實施形態)
第40圖(a)係顯示以本發明之實施形態5的面光源裝置81的立體圖。此面光源裝置81中，於導光基板38的上面設置有表面側低折射率層85。表面側低折射率層85與低折射率層39同樣係由比導光基板38還低折射率的透明材料(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左右。雖然擴散圖案46內能以表面側低折射率層85來掩埋，但是，以使用薄片狀的表面側低折射率層85作成於擴散圖案46內殘留空氣層的方式者為佳。又，表面側低折射率層85的上面也可重疊擴散板或稜鏡片等之光學薄片。又，實施形態5亦是，可將表面側低折射率層85與低折射率層39及反射層其中一方或雙方，特別是將低折射率層39及反射層40延伸至導光基板38的端面。
第40圖(b)所示者係變形例，且係於低折射率層39的下面存在有高折射率層52的情況。
又，也可如第41圖(a)及(b)所示的方式，將擴散圖案46形成到從表面側低折射率層85的上面到導光基板38為止的深度。
又，亦可作成第40圖(a)、第40圖(b)、第41圖(a)及第41圖(b)中的表面側低折射率層85、低折射率層39、高折射率層52及反射層40的端達到光導入部42的端面。
(第6實施形態)
第42圖係顯示以本發明之實施形態6的液晶顯示裝置91的立體圖。此液晶顯示裝置係有關在本發明之面光源裝置上直接載置液晶面板92以呈一體化。若是使用透明接著樹脂(接著層)作為表面側低折射率層85，則能將導光基板38接著於液晶面板92的下面而一體化，即使是薄的面光源裝置的情況，亦能防止發生翹曲。又，僅表面側低折射率層85的厚度份量使點光源32的上面從導光基板38的上面突出，所以，利用表面側低折射率層85接著在導光基板38之上面的液晶面板92的下面搭在點光源32的上面，因而液晶面板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、E．．．線段
J1、J2、J3．．．區域的前端
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、Φ ．．．頂角
θ．．．傾斜角度
θ1、θ2．．．視角
ε、ν．．．傾斜角
31、51、61、66、71、81～84、91．．．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．．．指向性變換部
46．．．擴散圖案
47．．．偏向圖案
48．．．指向性變換圖案
48a．．．稜線
48b．．．谷線
49．．．平坦面
52．．．高折射率層
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
85．．．表面側低折射層
92．．．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行徑的圖式，第2圖(b)係說明依據與光源的距離，液晶顯示裝置的亮度變化情形的圖式。
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圖所示液晶顯示裝置之導光板內的光之指向性的圖式，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式。
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行徑的圖式。
第8圖(a)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8圖(b)係從與光出射面側相反側看到該面光源裝置的立體圖。
第9圖(a)係以實施形態1所構成之面光源裝置的上視圖。第9圖(b)係顯示通過面光源裝置之中心之剖面的圖式。
第10圖(a)、(b)、(c)及(d)係擴散圖案的立體圖、上視圖、前視圖及側視圖。
第11圖係說明於實施形態1之導光板內之光之行徑的圖式。
第12圖係說明於導光板之光的指向特性之變化的圖式。
第13圖係顯示沿著面光源裝置之中心線A-A之光出射面之亮度分布的圖式。
第14圖係表示從垂直於光出射面的方向看到從光出射面射出之光的指向特性(亮度分布)。
第15圖係表示將第14圖之指向特性作為ZX面內之各出射方向之光強度之分布的圖式。
第16圖(a)係顯示沿著谷線之指向性變換圖案之剖面形狀的圖式。第16圖(b)係顯示沿著第9圖(a)之B-B線之剖面之一部分的放大圖。
第17圖(a)及(b)係顯示射入至指向性變換部之前的光之指向射性的圖式。第17圖(c)及(d)係顯示通過指向性變換部之後的光之指向射性的圖式。
第18圖(a)係顯示就在射入至光導入部之後的光之指向特性的概略圖，第18圖(b)係顯示以指向性變換部所變換之指向特性的概略圖。
第19圖係顯示不同的形狀之指向性變換圖案的剖面圖。
第20圖(a)、(b)及(c)均顯示不同的形狀之擴散圖案的剖面圖。
第21圖係表示於偏向圖案之光的行徑的圖式。
第22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式。
第23圖(a)～(c)係分別顯示實施形態1之變形例的概略圖。
第24圖(a)係顯示以本發明之實施形態2所構成之面光源裝置的概略剖面圖。第24圖(b)及(c)係分別顯示實施形態2之變形例的概略圖。
第25圖係於第24圖(b)的面光源裝置中，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)的圖式。
第26圖係以於第25圖之X方向之指向特性作為於ZX面內之各出射方向之亮度分布來表示，又，係以於第25圖之Y方向之指向特性作為於ZY面內之各出射方向之亮度分布來表示的圖式。
第27圖係顯示於偏向圖案的頂角κ=120°之第24圖(c)的面光源裝置中，從光出射面射出之光的指向特性(從Z方向看到的指向特性)的圖式。
第28圖係以於第27圖之X方向之指向特性作為於ZX面內之各出射方向之亮度分布來表示，又，係以於第27圖之Y方向之指向特性作為於ZY面內之各出射方向之亮度分布來表示的圖式。
第29圖係顯示於偏向圖案的頂角κ=112°之第24圖(c)的面光源裝置中，從光出射面射出之光的指向特性(從Z方向看到的指向特性)的圖式。
第30圖係以於第29圖之X方向之指向特性作為於ZX面內之各出射方向之亮度分布來表示，又，係以於第29圖之Y方向之指向特性作為於ZY面內之各出射方向之亮度分布來表示的圖式。
第31圖係以本發明之顯示實施形態3所構成之面光源裝置的立體圖。
第32圖係表示在指向性變換圖案所形成之山部的頂角Φ 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式。
第33圖係表示視角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式。
第34圖係用以說明視角θ1、θ2的圖式。
第35圖係顯示以實施形態3之變形例所構成之面光源裝置的立體圖。
第36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37圖(a)係顯示指向性變換部之嚐試錯誤的配置的圖式，第37圖(b)係顯示指向性變換部之較佳配置的圖式。
第38圖(a)係顯示指向性變換部之嚐試錯誤的配置的圖式，第38圖(b)係顯示指向性變換部之較佳配置的圖式。
第39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40圖(a)係顯示本發明之實施形態5所構成之面光源裝置的立體圖。第40圖(b)係顯示實施形態5之變形例的概略圖。
第41圖(a)係顯示本發明之實施形態5之其他變形例的概略圖。第41圖(b)係顯示實施形態5之另一其他變形例的概略圖。
第42圖係顯示以本發明之實施形態6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．．．指向性變換部
46．．．擴散圖案
47．．．偏向圖案
48．．．指向性變換圖案
49．．．平坦面

Claims (13)

  1. 一種面光源裝置，係具備光源及導光板，該導光板係設置在和前述光源對向的位置而將前述光源之光從光入射端面導入，並使該光從光出射面射出至外部，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，係密接於前述導光基板的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的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體本體建構成一體，該光導入部係設置在和前述光源對向的位置，該導光體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；在前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面設置有指向性變換部，該指向性變換部係用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；在前述導光板本體之前述光出射面側形成有光控制圖形，該光控制圖形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；在前述低折射率層與前述反射層的界面或前述反射層的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。
  2. 一種面光源裝置，係具備光源及導光板，該導光板係設置在和前述光源對向的位置而將前述光源之光從光入射端面導入，並使該光從光出射面射出至外部，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，係密接在前述導光基板的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，係密接在前述低折射率層的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，係密接在前述高折射率層的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體本體建構成一體，該光導入部係設置在和前述光源對向的位置，該導光體本體係具備將從前述光導入部所導光的光射出至外部的前述光出射面；在前述光導入部之光出射側的面或其相反側的面設置有指向性變換部，該指向性變換部係用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；在前述導光板本體之前述光出射面側形成有光控制圖形，該光控制圖形係用以使導光板本體內的光反射而從導光板本體的與前述光出射面相反側的面朝前述低折 射率層側洩漏；在前述高折射率層與前述反射層的界面或前述反射層的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。
  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，其中前述光源係點光源；前述光導入部係將指向性變換部形成於前述導光基板之光出射面側的面或其相反面之與前述光出射面平行的區域，該指向性變換部係由從接近前述點光源之側朝向遠離前述點光源之方向延伸的複數個圖形所構成。
  5. 如申請專利範圍第4項之面光源裝置，其中前述指向性變換部係由呈V形溝狀之複數個指向性變換圖形所構成。
  6. 如申請專利範圍第5項之面光源裝置，其中在與利用鄰接的前述指向性變換圖形所形成之山部的稜線垂直的剖面中，該山部的頂角係107°以上且154°以下。
  7. 如申請專利範圍第4項之面光源裝置，其中前述指向性變換部係由複數個指向性變換圖形所構 成，該複數個指向性變換圖形係以前述點光源或點光源附近之某位置為中心而配列成輻射狀。
  8. 如申請專利範圍第4項之面光源裝置，其中，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所形成的角度為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另一端延伸的方向、與從該任意點朝該光出射窗的中央延伸的方向所形成的角度為32°以下。
  9. 如申請專利範圍第4項之面光源裝置，其中，於沿著前述導光板的端緣配置複數個前述點光源的面光源裝置中，從垂直於前述導光板之光出射面的方向觀看，將通過任一個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，將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)。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中前述反射層之面向前述光出射面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所形成的角度為107°以上且136°以下。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之面光源裝置，其中前述光控制圖形係藉由形成於前述光出射面的凸狀圖形或凹狀圖形所構成，前述凸狀圖形或前述凹狀圖形之用以反射光的面與前述光出射面所形成的角度為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、及至少一層的連接層所構成的液晶顯示裝置，該至少一層的連接層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而使前述導光板本體密接於前述液晶面板，該液晶顯示裝置之特徵在於：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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