面光源装置的制作方法

专利名称：面光源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及面光源装置，特别涉及作为液晶显示装置的背光或前光、可通过两面进行照明的灯等使用的面光源装置。
背景技术：
近年来，随着信息通信的高速化和IT化，比较小型的便携型信息终端作为民用商品而迅速地渗透到市场中。作为其代表，有便携电话、PDA、多功能型手表、ATM等，使用液晶显示装置作为这些便携型信息终端等的主要装置。其中，彩色显示的液晶显示装置为主流，正在要求更加高精细、小型、薄型、省电并且低成本的液晶显示装置。
图1是表示现有的面光源装置11的结构的局剖后的分解立体图。该面光源装置11中，与透明的导光板12的端面(光入射面)相对地配置冷阴极管13，在导光板12的前面依次重叠散射片14、两个棱镜片15、16，进而在导光板12的背面侧配置了反射片17。两个棱镜片15、16被配置为棱镜的排列方向互相正交。此外，在导光板12的背面通过白色涂料等形成散射图案18。
图2是说明透过光源装置11的各部分的光的指向特性的图。在该面光源装置11中，从冷阴极管13射出的光从光入射面进入导光板12内部，在导光板12的前面和背面之间反复进行反射的同时在导光板12内传播。在导光板12内向与冷阴极管13相反的一侧传播的光通过由散射图案18进行散射，其一部分从导光板12的前面(光出射面)向斜前方被射出。这样，从导光板12的光出射面射出的光向平行于导光板12的光出射面的方向倾斜，该出射光的指向特性如图2的P11所示。
从导光板12射出的光透过散射片14而被散射，所以透过了散射片14的光成为如图2中P12所表示的具有大致朗伯(lambert)特性的光。
透过了散射片14的光进而透过棱镜片15，从而垂直于冷阴极管13的长度方向的面内的指向性缩窄，同时光路被弯曲，以使最大强度的方向朝向与导光板12大致垂直的方向，成为如图2中P13所表示的指向特性。
接着，透过了棱镜片16的光将平行于冷阴极管13的长度方向的方向上的指向性缩窄，同时光路被弯曲，以使最大强度的方向朝向垂直于导光板12的光出射面的方向，成为如图2中P14所示的指向特性，朝向面光源装置11的正面方向射出。
在这样的结构的面光源装置11中，降低亮度不均的效果较高，但由于在导光板12的前面重叠了散射片14和棱镜片15、16，所以存在由于这些片而面光源装置11的厚度加厚的问题。此外，光的控制性和利用效率也低。
图3是表示现有的其它结构的面光源装置21的概略立体图。在该面光源装置21中，与导光板22的端面(光入射面)相对地配置光源23，与导光板22的背面相对地配置反射片24。在导光板22的背面以光源23为中心同心圆状地排列了剖面为三角形凹状的光偏转图案25。
但是，该面光源装置21中，从光源23射出的光从光入射面进入导光板22内，在导光板22内传播，同时向导光板22整体扩展。然后，在导光板22内引导的光射入光偏转图案25时，被光偏转图案25全反射的光从导光板22的前面(光出射面)向大致垂直的方向射出。根据这样的结构的面光源装置21，如最初的现有例这样，不需要散射片或棱镜片，所以可以使面光源装置21薄型化，而且也提高光的控制性和利用效率。
在这样的面光源装置21中，从侧面观看的状态如图4(a)所示，从导光板22的光出射面的各部射出的光的指向特性例如P21和P22这样大致相等。此外，在光源23的附近减小光偏转图案25的光反射面的密度，随着远离光源23而将光偏转图案25的光反射面的密度增大，所以在导光板22的光出射面整体上还实现了亮度的均匀化。因此，如图4(a)这样，在从正面观看光出射面的情况下，不产生亮度不均。
相对于此，如图4(b)所示，在光源23的附近，从光出射面射出的光的、垂直于光的行进方向的面内的指向特性如P23这样横向扩展，但在远离光源23的位置，垂直于光的行进方向的面内的指向特性如P24这样变窄。因此，如图4(b)这样，在从斜向观看光出射面的情况下，在光出射面上产生亮度不均，接近光源23的区域明亮地发光。另外，垂直于光的行进方向的面内的指向特性是从图22的E2方向观看时的指向特性，以下，将其称作光偏转图案的长度方向的出射光的指向特性，或在根据文章的前后关系清楚的情况下，有时也简称作指向特性(在本发明的实施例中也同样。)。
考虑到今后的液晶显示装置的高质量化和用途的多样化时，需要解决这样的亮度不均，要求从哪个方向观看都不产生亮度不均的理想的面光源装置。
本发明的发明人对光偏转图案25的长度方向的出射光的指向特性根据位置而不同的原因进行了研究的结果，得到如下的见解。图5(a)表示入射到位于光源23附近的光偏转图案25并被光偏转图案25全反射的光的指向特性P23。图5(b)表示被位于远离光源23的位置的光偏转图案25全反射的光的指向特性P24。在这些图中，光偏转图案25的光反射面中的反射点用黑点表示。此外，图5(a)(b)中的指向特性P23、P24表示从图22的E2方向观看被光偏转图案25的光反射面全反射的光时的指向特性。关于后述的图6以及图7也同样。光源23虽被称作点光源但也有有限的大小，而且由于光偏转图案25的长度(长度方向的宽度)与光源23的宽度相比非常小，所以如图5(a)这样，位于光源23附近的光偏转图案25中，由将光源23的光源发光面宽度的两端和光偏转图案25的重心连接的直线形成的估计角大，所以入射光以较宽的扩展度入射。因此，被光偏转图案25全反射的光的扩展度也变大，指向特性P23变宽。相对于此，如图5(b)这样，在位于远离光源23的位置的光偏转图案25的情况下，由于由将光源23的光源发光面的宽度的两端和光偏转图案25的重心连接的直线形成的估计角小，所以入射到光偏转图案25的光的扩展度变窄。因此，被光偏转图案25全反射的光的扩展度也变小，指向特性P24变窄。其结果，在光源23的附近和远离光源23的位置处，指向特性产生宽窄。
此外，图6(a)表示入射到位于光源23的前方的光偏转图案25并被光偏转图案25全反射得到的光的指向特性P23。图6(b)表示被位于从光源23的前方偏离的方向上的光偏转图案25全反射得到的光的指向特性P25。如图6(a)这样，在位于光源23的前方的光偏转图案25的情况下，由于由将光源的光源发光面的宽度的两端和光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角ξC大，所以入射光以较宽的扩展度入射。因此，被光偏转图案25全反射的光的扩展度变大，指向特性P23变宽。相对于此，即使在离光源23的距离相等的情况下，如果是如图6(b)这样为位于从光源23的前方偏离的斜方向上的光偏转图案25，则因由将光源23的光源发光面的宽度的两端和光偏转图案25的重心连接的直线形成的估计角ξD窄，所以入射到光偏转图案25的光的扩展度仍然变窄。因此，被光偏转图案25全反射得到的光的扩展度也变小，指向特性P25变窄。其结果，根据光偏转图案25所在的方向，指向特性产生宽窄。
这样，指向特性根据位置而变化的结果，即使对光偏转图案25的光反射面的密度进行调整，使得在从垂直的方向观看的情况下、在各区域中亮度均匀，在从斜向观看的情况下，在光出射面的各区域中亮度也不同，面光源装置21中产生了亮度不均。
另外，作为控制被光偏转图案25全反射得到的光的指向特性的方法，例如图7(a)所示，有将光偏转图案25弯曲为在光的入射方向上成为凸形的结构(参照专利文献2)。根据这样的光偏转图案25，如图7(b)所示，可以将光全反射而如P26这样扩展光的指向特性。此外，也提出了通过波浪状的光偏转图案等将出射光的指向特性扩宽的方案(参照专利文献1)。但是，在这些现有的面光源装置中，由于不考虑自光源的相对位置，而使所有的光偏转图案相同地弯曲而形成了同一形状，所以在消除从任意方向观看时的亮度不均方面没有效果。
日本特开2001-243822[专利文献2]日本特开2002-215584[专利文献3]日本特开2004-126016

发明内容
本发明基于上述见解而完成，其目的在于提供不通过散射片和棱镜片等增大面光源装置的厚度，而且从任何方向观看都难以产生亮度不均的面光源装置。
本发明的第一面光源装置具有光源以及导光板，该导光板使从所述光源导入的光在光出射面的大致整体上扩展而使其从光出射面射出，该面光源装置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上形成有用于反射在导光板内引导的光的具有光反射面的多个光偏转图案，其特征在于，在从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的垂直于其光反射面的法线方向沿着所述光反射面的长度方向变化，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布根据光偏转图案和所述光源的距离而变化。
本发明的第一面光源装置中，根据离光源的距离而改变从垂直于光出射面的方向观看时的垂直于光反射面的法线方向的出现频度分布，所以可以根据离光源的距离来调整从导光板射出的出射光的与光的行进方向垂直的方向的指向特性，可以使得从任何的方向观看都不产生面光源装置的亮度不均。
在本发明的第一面光源装置的某一实施方式中，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布中的半值宽度为，离所述光源的距离越远则越大。
在该实施方式中，由于离光源的距离越大，则从垂直于光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布中的半值宽度变得越大，所以越是被位于远离光源处的光偏转图案反射的光则扩展得越大。从而，可使由导光板射出的出射光的从光源侧观看的指向特性与离光源的距离无关而大致相等，可使得从任何的方向观看都不产生面光源装置的亮度不均。
在本发明的第一面光源装置的另一实施方式中，将从所述导光板的光出射面射出的光的、从所述光源侧观看时的视场角的目标值设为φ，将所述导光板的折射率设为n，将从垂直于所述光出射面的方向观看时的所述光反射面近似为圆弧形状的情况下，所述圆弧形状的中心角为2×φ/n或以下，并且离所述光源的距离越远，则所述圆弧形状的中心角越大。这里，由光出射面射出的光的从光源侧观看的视场角是指，在入射到光反射面的来自光源的光被光反射面反射后从导光板的光出射面射出时，从光源侧观看从光出射面出来的光的指向特性，该指向特性的光强为最大强度的1/2或以上的范围的角度。
在该实施方式中，由于将从垂直于光出射面的方向观看时的光反射面近似为圆弧形状的情况下，圆弧形状的中心角为2×φ/n或以下，并且离光源的距离越远，则圆弧形状的中心角越大，所以越是被位于远离光源处的光偏转图案反射的光则扩展得越大。从而，可使由导光板射出的出射光的从光源侧观看的指向特性与离光源的距离无关而大致相等，可使从任何的方向观看都不产生面光源装置的亮度不均。而且，由于将光反射面近似为圆弧形状，所以可以根据其中心角的大小来控制法线方向的出现频度的分布。
本发明的第二面光源装置具有光源以及导光板，该导光板使从所述光源导入的光在光出射面的大致整体上扩展而使其从光出射面射出，该面光源装置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上形成有用于反射在导光板内引导的光的具有光反射面的多个光偏转图案，其特征在于，在从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的垂直于其光反射面的法线方向沿着所述光反射面的长度方向变化，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布根据由将所述光源的光源发光面的宽度的两端和光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角而变化。
在本发明的第二面光源装置中，由于根据由将所述光源的发光面的宽度的两端和光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角来改变从垂直于光出射面的方向观看时的垂直于光反射面的法线方向的出现频度分布，所以可以根据从光源观看的方向来调整从导光板射出的出射光的从光源侧观看的指向特性，可以使得从任何的方向观看都不产生面光源装置的亮度不均。
在本发明的第二面光源装置的某一实施方式中，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布中的半值宽度为，由将所述光源的光源发光面的宽度方向的两端和各光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角越小则越大。
在该实施方式中，由于由将光源的光源发光面的宽度方向的两端和各光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角越小，从垂直于光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布中的半值宽度变得越大，所以越是被位于偏离光源的正面的方向上的光偏转图案反射的光则越以大的扩宽度反射。从而，可使由导光板射出的出射光的从光源侧观看的指向特性与从光源观看的方向无关而大致相等，可以使得从任何的方向观看都不产生面光源装置的亮度不均。
在本发明的第二面光源装置的另一实施方式中，将从所述导光板的光出射面射出的光的、从所述光源侧观看时的视场角的目标值设为φ，将所述导光板的折射率设为n，将由将所述光源的光源发光面的宽度方向的两端和各光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角设为ξ时，在2×φ/n≤ξ的区域中，从垂直于所述光出射面的方向观看时的所述光反射面为大致直线状，在2×φ/n＞ξ的区域中，在将从垂直于所述光出射面的方向观看时的所述光反射面近似为圆弧形状的情况下，所述圆弧形状的中心角为2×(φ/n)·ξ或以下，并且所述估计角ξ越小则所述圆弧形状的中心角越大。
在该实施方式中，由于在2×φ/n＞ξ的区域中，在将从垂直于光出射面的方向观看时的光反射面近似为圆弧形状的情况下，圆弧形状的中心角为2×(φ/n)·ξ或以下，并且所述估计角ξ越小则所述圆弧形状的中心角越大，所以越是被位于偏离光源的正面的方向上的光偏转图案反射的光则越以大的扩宽度反射。从而，可使从导光板射出的出射光的与光的行进方向垂直的方向的指向特性与从光源观看的方向无关而大致相等，可以使得从任何的方向观看都不产生面光源装置的亮度不均。而且，由于将光反射面近似为圆弧形状，所以可以根据其中心角的大小来控制法线方向的出现频度的分布。此外，由于在2×φ/n≤ξ的区域中，从垂直于光出射面的方向观看时的光反射面为大致直线状，所以在对光反射面进行了近似的圆弧形状的曲率减小的区域中使光反射面大致为直线状，可以简化光反射面的设计以及制造。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，在从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光反射面的长度方向中央部形成为圆弧状，所述光反射面的长度方向两端部以大于长度方向中央部的曲率弯曲，并且，所述光反射面的长度方向两端部位于将所述长度方向中央部延长得到的圆弧的内周侧。根据该实施方式，在光反射面的长度方向中央部得到反射光的基本的要求特性，而且可以在光反射面的长度方向两端部增大反射光的扩展度。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的光反射面弯曲或形成波浪形。根据该实施方式，通过调整光偏转图案的弯曲情况，可以使垂直于光偏转图案的光反射面的法线以任意的扩展度分布。作为光反射面弯曲或形成波浪形的方式，有大致圆弧状地弯曲的情况或以S字状形成波浪形的情况等。从而，即使在使法线方向的出现频度的分布的半值宽度相等的情况下，也可以由各种曲面形状来进行具体化。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的光反射面为，其中央部向光源方向突出的凸弯曲面。根据该实施方式，可以减轻光偏转图案的端部的由于成形时的塌边而漫反射的杂散光。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光偏转图案的光反射面为，将其端和端连接的直线的长度是30μm或以下。根据该实施方式，通过将光偏转图案的直线长度减小到30μm或以下，可以抑制光偏转图案引起的光出射面中的光的闪烁。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面是以所述光反射面为斜面的三角形凹状。在该实施方式中，通过调整作为光反射面的斜面的角度，可以任意地调整从光出射面射出的光的方向或从侧面侧观看的指向特性。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面由以所述光反射面为斜面的三角形凹状的部分、以及在所述三角形凹状的部分的光入射侧与所述三角形凹状的部分连续地形成的以所述光反射面为斜面的三角形凸状的部分构成。根据该实施方式，可以增加向垂直于光出射面的方向射出的光的强度，并可以提高光的利用效率。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面由以所述光反射面为斜面的三角形凹状的部分、以及在与所述三角形凹状的部分的光入射侧相反的一侧与所述三角形凹状的部分连续地形成的三角形凸状的部分构成。根据该实施方式，可以使透过光反射面而漏出到导光板外部的光从三角形凸状的部分再入射到导光板内，并可以提高光的利用效率。此外，可以不需要反射片而使面光源装置更薄型化。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面是以所述光反射面为斜面的三角形凸状。在该实施方式中，通过调整作为光反射面的斜面的角度，可以调整从光出射面射出的光的方向或从侧面侧观看的指向特性。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光源是线状光源或光源发光面的宽度宽的光源，与所述导光板的一边相对地进行了配置。在光源为线状光源的情况下，即向平行于导光板的一边的方向延长的光源的情况下，离光源的距离或方向引起的入射到光偏转图案的光的扩展度的变化增大，但根据本发明，即使在这样的情况下，也可以减小光出射面中的光的亮度不均。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，将一个点光源或光源发光面的宽度窄的光源与所述导光板的一边相对地进行了配置。即使在光源为点光源的情况下，即为比导光板的任何一个侧面的一边长度小的光源的情况下，也可以减小光出射面中的光的亮度不均。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，将多个所述光源与所述导光板的一边相对地进行了排列。通过排列多个光源，即使在使用多个光源的情况下，也可以根据排列的方式而将光源设为多个点光源或在一个方向上延长的线状的光源。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光偏转图案被不规则地配置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上。根据该实施方式，由于不规则地配置了光偏转图案，所以可以降低被各光偏转图案反射并从光出射面射出的光的干涉。
在本发明的第一以及第二面光源装置的又一实施方式中，所述光偏转图案以所述光源为中心、同心圆状或椭圆状地配置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上。根据该实施方式，可以提高在导光板内引导并从光出射面射出的光的控制性，并可以提高光的利用效率。
本发明的图像显示装置包括本发明的第一以及第二面光源装置和液晶显示面板。此外，本发明的便携信息终端具有本发明的图像显示装置。
根据该液晶显示装置或便携信息终端，不仅可以消除从正面观看面光源装置时的亮度不均，而且可以消除从斜向观看时的亮度不均，所以可以提高图像的显示质量。另外，便携信息终端包含便携电话、PDA、电子记事本、数字表、小型计算机、便携用计算器等。
本发明的图像显示方法的特征在于，使用本发明的图像显示装置将图像显示在液晶显示面板上。根据这样的图像显示方法，不必使用以往使用的散射片或透镜片，可以由面光源装置直接照射液晶显示面板。从而，通过直接照射液晶面板可以消除由于透过散射片或透镜片而引起的图像的模糊，在小型且轻薄的电子设备中，可以显示鲜明的图像。特别是不仅可以鲜明地显示静止图像，还可以鲜明地显示运动图像或信息内容。
另外，本发明的以上说明的构成要素尽可能的情况下可以任意地组合。


图1是表示现有的面光源装置的结构的局剖后的分解立体图。
图2是说明透过图1的面光源装置的各部分的光的指向特性的图。
图3是表示现有的其它结构的面光源装置的概略立体图。
图4(a)是表示从侧面观看图3的面光源装置时的指向特性的图，(b)是表示从光源侧观看图3的面光源装置时的指向特性的图。
图5(a)是表示被位于光源附近的光偏转图案全反射的光的指向特性的图，(b)是表示被位于远离光源的位置的光偏转图案全反射的光的指向特性的图。
图6(a)是表示被位于光源前方的光偏转图案全反射的光的指向特性的图，(b)是表示被位于偏离光源前方的方向上的光偏转图案全反射的光的指向特性的图。
图7(a)是表示现有例中的弯曲的光偏转图案的立体图，(b)是表示被弯曲的光偏转图案全反射的光的指向特性的图。
图8是表示本发明的面光源装置的立体图。
图9是示意地表示导光板的图案面上形成的光偏转图案的配置的平面图。
图10(a)是同上的光偏转图案的立体图，(b)是其平面图，(c)是其剖面图。
图11是说明图8的面光源装置中的光的行为的图。
图12(a)是位于光源附近的光偏转图案的平面图，(b)是表示从垂直于光出射面的方向观看时的各法线方向的出现频度的分布的图。
图13(a)是远离光源的位置上的光偏转图案的平面图，(b)是表示从垂直于光出射面的方向观看时的各法线方向的出现频度的分布的图。
图14是说明求得法线方向的出现频度的分布的方法的图。
图15(a)是表示位于光源附近的光偏转图案的估计角ξA的图，(b)是表示入射到该光偏转图案的光的强度分布的图。
图16(a)是表示位于远离光源的位置上的光偏转图案的估计角ξA的图，(b)是表示入射到该光偏转图案的光的强度分布的图。
图17(a)～(d)是表示弯曲程度依次变大的光偏转图案、各个法线方向的出现频度分布、以相同的估计角入射的光被光反射面反射时的出射光强的扩展度的图。
图18是表示在本发明的面光源装置中，入射到位于光源附近的光偏转图案和位于远离光源处的光偏转图案的光的指向特性以及被各光偏转图案反射的出射光的指向特性的图。
图19(a1)、(a2)以及(a3)是表示在本发明的面光源装置中，位于光源附近的光偏转图案中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布的图，(b1)、(b2)以及(b3)是表示位于远离光源处的光偏转图案中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布的图。
图20是表示在现有例的面光源装置中，入射到位于光源附近的光偏转图案和位于远离光源处的光偏转图案的光的指向特性以及被各光偏转图案反射的出射光的指向特性的图。
图21(a1)、(a2)以及(a3)是表示在现有例的面光源装置中，位于光源附近的光偏转图案中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布的图，(b1)、(b2)以及(b3)是表示位于远离光源处的光偏转图案中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布的图。
图22是说明图18～图21等所示的指向特性的图。
图23是表示在现有例和本发明的情况下，离光源的距离和从光源观看的出射光的光强分布的半值宽度的关系的图。
图24是表示在本发明的面光源装置中，位于光源的前方的光偏转图案的估计角和位于偏离光源的前方的方向上的光偏转图案的估计角的图。
图25是表示在本发明的面光源装置中，入射到位于光源前方的光偏转图案和位于偏离光源前方的位置上的光偏转图案的光的指向特性以及被各光偏转图案反射的出射光的指向特性的图。
图26是表示在现有例和本发明的情况下，估计角和从光源观看的出射光的光强分布的半值宽度的关系的图。
图27(a)～(c)是表示光源的各种方式的图。
图28(a)(b)是说明弯曲的光偏转图案的朝向和成形塌边的影响的图。
图29(a)～(f)是表示各种形状的光偏转图案的平面图。
图30(a1)(a2)是表示如(b1)(b2)这样，法线方向的出现频度分布相等、形状不同的光偏转图案的例子的图。
图31(a)(b)是表示相对于光的入射方向具有非对称的形状的光偏转图案的平面图，(c)是表示将对称的形状的图形倾斜地配置的光偏转图案的平面图。
图32是表示其它的变形例的面光源装置中的光偏转图案的概略图。
图33是将非圆弧状的光反射面模拟为假想的圆弧的状态的平面图。
图34(a)(b)(c)(d)分别是表示不同中心角的光偏转图案、其法线方向的出现频度分布、出射光的指向特性的图。
图35(a)是表示大小的中心角的光偏转图案的平面图，(b)是表示它们的出射光的指向特性的图，(c)是表示宽窄的估计角的入射光强特性的图，(d)是表示被配置在成为宽的估计角的位置上的中心角的窄的光偏转图案的指向特性和被配置在成为窄的估计角的位置上的中心角的宽的光偏转图案的指向特性的图。
图36是表示出射光的视场角相等的光反射面中的、中心角η相对于从光源到光反射面的距离的变化的图。
图37是说明求中心角η的上限值的方法的图。
图38(a)(b)是说明求中心角η的上限值的方法的图。
图39是表示出射光的视场角相等的光反射面中的、中心角η相对于估计角的变化的图。
图40是表示出射光的视场角相等的光反射面中的、估计角相对于从光源到光反射面的距离的变化的图。
图41是说明求中心角η的上限值的方法的图。
图42是说明光反射面的长度对于出射角的影响的图。
图43是表示不规则地配置了光偏转图案的面光源装置的概略立体图。
图44是表示配置为椭圆弧状的光偏转图案的概略平面图。
图45是表示从光反射面漏出的光线从再入射面再入射到导光板内的状态的说明图。
图46是表示光偏转图案的不同的剖面形状的概略剖面图。
图47是表示光偏转图案的其它不同的剖面形状的概略剖面图。
图48是表示光偏转图案的其它不同的剖面形状的概略剖面图。
图49是表示将散射片重叠后的面光源装置的立体图。
图50是表示将散射片和棱镜片重叠后的面光源装置的立体图。
图51是表示位于光源前方的光偏转图案的基本形状(前面的轮廓)的详细的平面图。
图52是表示关于图51的基本形状的光偏转图案，作为宽度方向的坐标x的函数求出法线方向θ的结果的图。
图53是基于图52表示了法线方向的出现频度分布的图。
图54是表示入射光的估计角ξ和法线方向分布的出现频度的半值宽度的关系的设计例子的图。
图55是表示将多个光源接近排列的状态的平面图。
图56是表示将多个光源远离排列的状态的平面图。
图57(a)是表示以多个光源中一个光源为基准设计的光偏转图案的图，(b)是表示以另一个光源为基准设计的光偏转图案的图，(c)是表示以多个光源为基准而设计的光偏转图案的图。
图58是表示接近于多个光源中一个光源的位置A1、位于大致相等的距离的位置B1、靠近另一个光源的位置C1的图。
图59(a)是表示图58的位置A1的光偏转图案的分布的概略图，(b)是表示图59的位置B1的光偏转图案的分布的概略图，(c)是表示图59的位置C1的光偏转图案的分布的概略图。
图60(a)是表示以多个光源中一个光源为基准设计的光偏转图案的分布的图，(b)是表示该光偏转图案的形状的平面图，(c)是表示其法线方向的出现频度的分布的图。
图61(a)是表示以多个光源中另一个光源为基准设计的光偏转图案的分布的图，(b)是表示该光偏转图案的形状的平面图，(c)是表示其法线方向的出现频度的分布的图。
图62(a)是表示将多个光偏转图案平均化而设计的光偏转图案的分布的图，(b)是表示该光偏转图案的形状的平面图，(c)是表示其法线方向的出现频度的分布的图。
图63(a)是表示该光偏转图案的形状的平面图，(b)是表示其法线方向的出现频度的分布的图。
图64是表示透过型的液晶显示装置的概略剖面图。
图65是表示反射型的液晶显示装置的概略剖面图。
图66是表示双面显示型的液晶显示装置的概略剖面图。
图67是便携电话的立体图。
图68是电子辞典的立体图。
图69是多功能手表的立体图。
具体实施例方式
以下，按照附图详细说明本发明的实施例。(面光源装置的结构)图8是表示本发明的实施例1的面光源装置31的立体图。导光板32由聚碳酸脂树脂或甲基丙烯树脂、玻璃等折射率高的透明材料形成为平板状。导光板32的短边侧的端面成为光入射面34，在与光入射面34相对的位置配置有内置了LED等发光元件的光源33。导光板32的前面为光出射面35，与光出射面35相对的面成为形成了光偏转图案37的图案面。与该图案面相对，在导光板32的背面侧配置有由金属板和白色树脂片等构成的反射片36。另外，如图8所示，将原点决定在光源33(的光源发光面的中心)上，将z轴方向取为导光板32的厚度方向，将r轴方向取为与光出射面35平行地通过光源33的任意的方向，将中心线CC取为通过光源的中心线、在与光源的光源发光面垂直的方向，将中心线CC和r轴方向所成的角度设为ω，将ζ轴取为垂直于r轴以及z轴的方向。
图9是示意地表示了导光板32的图案面中的光偏转图案37的配置的平面图。光偏转图案37是凹陷设置在导光板32的背面的凹状图案，以光源33为中心而同心圆状地进行了配置，在圆周方向上排列的光偏转图案37互相离散地进行了配置。图10是将光偏转图案37的形状放大表示的图，图10(a)是光偏转图案37的立体图，图10(b)是平面图，图10(c)是剖面图。光偏转图案37被凹陷设置为截面三角形状，具有光反射面38和再入射面39。此外，光偏转图案37在俯视时弯曲为大致圆弧状，其中央部向光源33侧凸状地弯曲(即，在图10中，光源33位于迎面左侧)。光偏转图案37最好其长度方向的直线长度(连接端和端的直线的长度)Pw为30μm或以下。通过将光偏转图案37的直线长度Pw设为30μm或以下，使光偏转图案37不易突出，可以减轻光出射面35中的闪烁。
图11是说明面光源装置31中的光的行为的图，表示包含z轴方向和r轴方向的剖面。从光源33射出的光从光入射面34入射到导光板32内，在导光板32的前面(光出射面35)和背面(图案面)反复进行全反射，同时向导光板32的整体扩展。这样，在导光板32内引导的光入射到光偏转图案37时，入射到光偏转图案37的光被该光反射面38全反射，并透过光出射面35向外部射出。其结果，从导光板32的光出射面35以最大强度的方向朝向大致垂直于光出射面35的方向的方式射出。而且，在光源33的附近，光偏转图案37的光反射面38的密度减小，随着远离光源33，光偏转图案37的光反射面38的密度增大，所以亮度在光出射面35的整体上被均匀化。此外，从导光板32的背面漏出的光被反射片36反射后再入射到导光板32内，所以光的损失降低。
(法线方向的出现频度的分布)图12(a)表示如图9所示的A点这样、位于光源33附近的光偏转图案37的平面图，图12(b)是表示从垂直于光出射面35的方向观看时的垂直于光反射面38的各法线方向的出现频度的分布(以下，称作法线方向的出现频度分布。)的图。此外，图13(a)表示如图9所示的B点这样、位于远离光源33处的光偏转图案37的平面图，图13(b)是表示其法线方向的出现频度分布的图。首先，定义光偏转图案37的法线方向的出现频度分布。如图14所示，将光偏转图案37的光反射面38沿着其长度方向分割为一定宽度的微小的切片38a、38b、…。这里，将各切片38a、38b、…设为大致可以视为平面的程度的小的切片，将与各切片38a、38b、…垂直地竖立的法线设为Na、Nb、…。然后，在从垂直于导光板32的光出射面35的方向观看时，将各法线Na、Nb、…相对于来自光源33的光的入射方向(将光偏转图案37和光源33连接的方向)所成的角度作为法线方向，用θa、θb、…表示。然后，分别数从垂直于光出射面35的方向观看时法线方向θ(＝θa、θb、…)相等的切片的数并求出出现频度的即为出现频度分布。
图12(b)以及图13(b)是通过如下步骤而得到的在从垂直于光出射面35的方向观看时，如图12(a)以及图13(a)所示，沿着光反射面38的长度方向求法线N(＝Na、Nb、…)的方向θ的变化，并求相等的法线方向θ的出现频度，将法线方向θ取作横轴，将各法线方向的出现频度取作纵轴。其曲线随着切片38a、38b、…的宽度减小，如图12(b)、图13(b)这样，成为平滑的曲线。换言之，用具有法线方向处于θ和θ+d θ之间的法线方向的区域的面积对于光反射面的比例N(θ)表示出现频度。另外，图12(a)以及图13(a)所示的光反射面38不是完整的圆弧，所以图12(b)以及图13的曲线图成为曲线，这是略微夸张地绘制的。
另外，出射光的指向特性在数学上如下地进行表示。从垂直于光出射面35的方向观看，将入射光相对于在光反射面38的某一光入射点竖立的法线的入射角度设为θin，将在该点反射后的出射光相对于与光出射面35垂直的法线的出射角度设为θout时，在光反射面38的中心，θin＝0的平行光入射的情况下的出射光分布F1(θout)由光反射面38的法线方向的出现频度N(θ)来决定。将导光板32的折射率设为n时，光的出射角度θout由下式来表示。n·tan(θ)＝sin(θout)。这里，α＝sin(θout)/n时，F1(θout)用下式来表示。F1(θout)＝N(arctan(α))·d θ/d θout＝N(arctan(α))·cos(θout)/{n·(1+α2)}。此外，将入射到光偏转图案37的光的入射光分布设为ξ(θin)时，此时的出射光分布F2(θout)用下式来表示。F2(θout)＝∫ξ(θin)F1(θout·θin)dθin(积分区间为[-180度，+180度]。)。
在本发明中，在接近光源33的位置，如图12(a)(b)所示，光偏转图案37的弯曲程度减小，从而，法线方向的出现频度分布的半值宽度K减小。相对于此，随着远离光源33，如图13(a)(b)所示，光偏转图案37的弯曲程度逐渐增大，法线方向的出现频度分布的半值宽度K逐渐增大。
(估计角)接着，考虑从光源33入射到光偏转图案37的光的扩展度。如图9的A点这样，在接近光源33的位置，如图9所示，由将光源33的光源发光面的宽度方向的两端和光偏转图案37的重心连接的直线形成的估计角ξA大。另一方面，如图9的B点这样，在远离光源33的位置，如图9所示，估计角ξB减小。另外，该估计角ξA由光源的光源发光面的宽度W和光偏转图案37的rω坐标来决定，用ξA＝Arctan[(r×sinω+W/2)(r×cosω)]-Arctan[(r×sinω-W/2(r×cosω))]唯一地进行表示。对于估计角ξB也同样。从而，在接近光源33的光偏转图案37中，如图15(a)所示，光在大的估计角ξA的范围入射，如图15(b)这样，入射光的角度分布的扩展度变大。相对于此，在位于远离光源33处的光偏转图案37中，如图16(a)所示，光从小的估计角ξB的方向入射，入射光的角度分布如图16(b)这样减小。
(亮度分布的均匀化)在本发明的面光源装置31中，与现有例进行比较的同时说明光出射面35的各点处的亮度分布被均匀化的理由。首先，说明弯曲程度不同的光偏转图案37的作用。图17(a)～(d)表示弯曲程度依次变大的光偏转图案37、各自的法线方向的出现频度分布、以相同的估计角入射的光被光反射面38反射时的出射光强(以下，将从光出射面35射出的光简称作出射光。)的扩展度。其中，图17所示的出射光强是如图22的E2方向这样，从光源侧观看被光偏转图案37的光反射面38反射的光，或者从光出射面35射出的光时的光强分布。从图17可知，随着光偏转图案37的弯曲程度增大，法线方向的出现频度分布的半值宽度K变宽，而且出射光的扩展度变大，出射光的指向性提高。
图18表示在本发明的面光源装置31中，入射到位于光源33附近的光偏转图案37(A)和位于远离光源33处的光偏转图案37(B)的光的指向特性以及被各光偏转图案37反射的出射光的指向特性。图19(a1)、(a2)以及(a3)表示位于光源33附近的光偏转图案37(A)中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布，图19(b1)、(b2)以及(b3)表示位于远离光源33处的光偏转图案37(B)中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布。此外，图20表示在现有例的面光源装置21中，入射到位于光源23附近的光偏转图案25(A)和位于远离光源23处的光偏转图案25(B)的光的指向特性以及被各光偏转图案25反射的出射光的指向特性。图21的(a1)、(a2)以及(a3)表示在现有例中位于光源23附近的光偏转图案25(A)中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布，图21的(b1)、(b2)以及(b3)表示位于远离光源23处的光偏转图案25(B)中的入射光的强度分布、法线方向的出现频度分布、以及出射光的强度分布。
另外，在图18以及图20(图24、图25也同样)中，在光偏转图案37(25)的光反射面中的光反射点加上了黑点。此外，图18～图21(图24、图25也同样)所示的入射光的指向特性以及入射光的强度分布是从图22的E1方向观看入射到光反射面之前的光时的分布，出射光的指向特性以及入射光的强度分布是从图22的E2方向观看被光反射面反射的光时的分布。
在现有例的情况下，如图20或图21(a1)(b1)所示，入射到光偏转图案25的光的估计角在光源附近的光偏转图案25(A)中较大，为ξA，在远离光源的位置处的光偏转图案25(B)中较小，为ξB。因此，如图20所示，在光出射面整体上设有同一形状的光偏转图案25，如图21(a2)(b2)所示，在法线方向上的出现频度的半值宽度K对于任何的光偏转图案25都相同的现有例的情况下，直接反映估计角的变化，如图20或图21(a3)(b3)这样，在光源23附近，出射光的指向特性变宽，在远离光源23的位置，出射光的指向特性变窄。这样，在出射光的指向特性根据离光源23的距离而变化的情况下，如前所述，在从斜向观看的情况下，出射光亮度根据离光源23的距离而不同，存在导光板22的光出射面上产生亮度不均的问题。
在本发明的情况下，也如图18或图19(a1)(b1)所示，入射到光偏转图案37的光的估计角在光源33附近较大，为ξA，在远离光源33的位置较小，为ξB。但是，在本发明的情况下，如图18所示，光偏转图案37的形状根据离光源33的距离而变化，如图19(a2)(b2)所示，离光源33的距离越大则法线方向上的出现频度的半值宽度K越宽。从而，在本发明的情况下，估计角的变化和法线方向上的出现频度的半值宽度K的变化反向地变化，从而互相抵消，如图18或图19(a3)(b3)这样，与离光源33的距离无关，从光源33侧观看的出射光的指向特性大致均匀。具体来说，在远离光源33的位置，光源33的光以比较窄的估计角ξB入射，但由于光偏转图案37的弯曲程度大，所以入射光被光反射面38全反射后从光出射面35射出时比较大地扩展。另一方面，在接近光源33的位置，光源33的光以比较宽的估计角ξA入射，但由于光偏转图案37的弯曲程度小，所以入射光被光反射面38全反射后从光出射面35射出时扩展得不是很大。其结果，根据离光源33的距离来适当设计各光偏转图案37的法线方向的出现频度分布的半值宽度，由此可以使从光源33侧观看的指向特性(rζ面内的指向特性)与离光源33的距离无关而大致均匀。
此外，在如图11这样的zr平面内考虑时，入射到各光偏转图案37的光的导光板厚度方向的扩展度与离光源33的距离无关而大致固定。并且，各光偏转图案37的光反射面38的角度也与离光源33的距离无关而固定，所以zr平面内的指向特性(从ζ轴方向观看的指向特性)也与离光源33的距离无关而大致均匀。
此外，光偏转图案37中，由于在光源33附近，光反射面38的密度低，随着远离光源33，光反射面38的密度不断增大，所以亮度在导光板32的光出射面35整体上被均匀化。
从而，在本发明的面光源装置31中，在从光源33观看某一方向的情况下，与离光源33的距离无关，出射光的指向特性不论从哪个方向观看都为大致相同的形状(即为三维的指向特性相同的形状。)。
图23是表示在现有例和本发明的情况下，离光源的距离和从光源观看的出射光的光强分布的半值宽度(视场角)的关系。在现有例的情况下，随着离光源的距离增大，半值宽度急剧地减小，所以从斜向观看时，远离光源的部分变暗，可能产生亮度不均。对于此，在本发明的情况下，与离光源的距离无关，出射光的光强分布的半值宽度大致固定，所以难以产生亮度不均。
在以上的说明中，考虑到从光源观看时，在同一方向上离光源的距离引起的指向特性的变化。但是，出射光的指向特性如图6中所说明的那样，即使离光源的距离相同，也根据从光源观看的方向而发生变化。即，如图6所示，即使离光源23的距离相等，在位于光源23的正面的光偏转图案25中，其估计角ξC仍较大，但在位于从光源23的正面偏离的边缘处的光偏转图案25中，估计角ξD减小。
因此，如现有例这样，如果各光偏转图案25的形状相同，则即使离光源23的距离相等，在位于光源33的正面的光偏转图案25中，其估计角ξC大，所以出射光的指向特性P23也变宽，此外，在位于从光源23的正面偏离的边缘处的光偏转图案25中，估计角ξD小，所以出射光的指向特性P25变窄，产生亮度不均。
对于此，在本发明的面光源装置31的情况下，如图24所示，即使离光源33的距离相等，光偏转图案37所在的方向相对于在光源33的前面竖立的垂线CC所成的角度θ越大，则使光偏转图案37的弯曲程度越大，扩大了法线方向的出现频度的半值宽度K。从而，如图25所示，越是从光源33的正面偏离的光偏转图案37则估计角ξD越小，但另一方面，光偏转图案37的弯曲程度变大，法线方向的出现频度分布的半值宽度K变大，所以通过光偏转图案37使出射光扩宽估计角ξD减小的量那么多，无论是被位于导光板32的边缘处的光偏转图案37(D)反射的光，还是位于光源33的前方的光偏转图案37(C)均可以以大致相同的指向特性射出。
图26表示在现有例和本发明的情况下，光反射面上的估计角和从光源观看的出射光的光强分布的半值宽度(视场角)的关系。在现有例的情况下，随着估计角减小，半值宽度急剧地减小，所以从斜向观看时，从中心偏离的边缘部分变暗，可能产生亮度不均。对于此，在本发明的情况下，与估计角无关，出射光的光强分布的半值宽度大致固定，所以难以产生亮度不均。
从以上的说明可知，根据本发明的面光源装置31，在导光板32的光出射面35的任何位置，以三维表示的出射光的指向特性都大致相等，所以从任何的方向观看面光源装置31都难以产生亮度不均，可以制造视觉辨认性好的面光源装置31。而且，如第一现有例这样，不需要散射片和棱镜片等，所以可以使面光源装置31薄型化。
(变形例)以下，依次说明本发明的变形例。说明光源33的方式。如图27(a)所示，光源33可以是具有导光板32宽度程度的长度的光源33(线状光源)，或者，如图27(b)所示，也可以是与导光板32的宽度相比非常小的光源33(点光源)。此外，如图27(c)所示，也可以是排列多个小的光源33(点光源)而进行线状光源化或点光源化而成的光源。如图27(c)所示，在排列了多个光源33的情况下，根据本发明的面光源装置，可以消除光源33彼此之间的间隙引起的亮度不均。
此外，光偏转图案37也可以弯曲成其中央部相对于光源33的方向凹入，但最好如上述实施例(例如，图12、图13)这样，弯曲成相对于光源33的方向突出。成形塌边在光偏转图案37的端的锐角部分容易变大，所以如图28(b)所示，在光偏转图案37弯曲为相对于光源33的方向凹入的情况下，光偏转图案37的成形塌边40位于光源33侧，可能使来自光源33的入射光被成形塌边40漫反射而成为杂散光。相对于此，如图28(a)所示，在光偏转图案37弯曲为相对于光源33的方向突出的情况下，在光偏转图案37的端即使产生成形塌边40也容易成为光偏转图案37的阴影，难以使来自光源33的入射光被成形塌边40漫反射而成为杂散光。
此外，光偏转图案37不限于弯曲为大致圆弧状的结构，也可以是弯曲为如图29(a)所示的波浪状的结构、弯曲为如图29(b)所示的椭圆弧状的结构、如图29(c)所示那样弯曲为S字状的结构。或者，如图29(d)所示，也可以是弯曲配置多个光偏转图案37的结构。此外，可以如图29(e)所示为圆或椭圆的半球状的结构，也可以如图29(f)所示，为多个光偏转图案37被弯曲配置为向与光源33相反的一侧突出的结构。
即使是这样的形状不同的光偏转图案37，也可以具有相同的功能。例如，图30(a1)所示的大致圆弧状的光偏转图案37具有如图30(b1)所示的法线方向的出现频度分布，图30(a2)所示的波浪状的光偏转图案37具有如图30(b2)所示的法线方向的出现频度分布，图30(a1)的大致圆弧状的光偏转图案37和图30(a2)的波浪状的光偏转图案37如图30(b1)(b2)这样，具有与相等的法线方向的出现频度分布相等的半值宽度K。
此外，光偏转图案37不必具有相对于光源33的光的入射方向(与光源33连接的方向)对称的形状，例如图31(a)(b)所示这样为非对称，或如图31(c)所示这样将对称的形状的结构倾斜配置也没关系。
此外，作为其它的变形例，如图32所示，也可以在某一微小的区域中，将存在多个的光偏转图案37中一部分设为直线状光偏转图案37a。例如，也可以为了光偏转图案37的形状评价等，在对视场角没有影响的范围内，设置一个或多个(例如10个或以下)直线状的光偏转图案37a。
此外，在光源33的附近，由于光偏转图案37的曲率变小，所以位于光源33附近的光偏转图案37也可以是直线状的光偏转图案37。
(基于圆弧形状的近似)作为光偏转图案37的形状，弯曲为圆弧状的形状容易处理，但也可以如图29、图31等所示，光偏转图案37不是弯曲为圆弧状的结构。但是，光偏转图案37为大致圆弧状或大致椭圆状，如图33所示，在可以大致近似为圆弧形状的光反射面38的情况下，可以使光偏转图案37的处理简单。即，如33以及图10所示的光偏转图案37中，标号38a表示从垂直于光出射面35的方向观看时的光反射面38的光源侧的端缘，光反射面38的长度方向中央部弯曲为圆弧状，光反射面38的长度方向两端部以大于长度方向中央部的曲率弯曲为大致圆弧状。图33以及图10中用点划线表示的圆弧形状41通过光反射面38的光源侧的端缘38a中的长度方向中央部，光反射面38的长度方向两端部位于圆弧形状41的内周侧。这是因为在以圆弧形状41模拟了光反射面38的光源侧端缘38a时，如果假设该圆弧形状41的中心角为η，则该法线方向的出现频度分布的半值宽度K可以作为圆弧形状的中心角η来处理，可以将各光偏转图案37的出现频度分布的半值宽度K变换为中心角η来进行考虑。
以下，说明在从垂直于光出射面的方向观看时可以大致近似为圆弧形状的光偏转图案37的结构以及配置。图34(a)～(d)为中心角η(＝ηa、ηb、ηc、ηd)依次增大的光偏转图案37、各自的法线方向的出现频度分布、以相同的估计角入射的光被光反射面38反射时的出射光强(以下，将从光出射面35射出的光简称作出射光。)的扩展度。其中，图34所示的出射光强是指如图22的E2方向这样，从光源侧观看被光偏转图案37的光反射面38反射的光或者从光出射面35射出的光时的光强分布。
如图34(a)所示，将光反射面38近似得到的圆弧形状的中心角如ηa、ηb、ηc、ηd这样依次增大时，如图34(b)所示，其法线方向的出现频度分布向横向扩宽，其半值宽度也依次如Ka、Kb、Kc、Kd这样增大。其结果，出射光的视场角(指向特性中的半值全宽)也如τa、τb、τc、τd这样依次扩宽。从而，随着对光反射面38进行近似的圆弧形状的中心角η变宽，出射光的指向性降低。
如图9所示，考虑到光源33附近的光偏转图案37(A)和位于远离光源33处的光偏转图案37(B)时，如图35(c)所示，在位于光源33附近的光偏转图案37(A)中，估计角ξA变大，入射光强的扩展度增大，在位于远离光源33处的光偏转图案37(B)中，估计角ξB变小，入射光强的扩展度变窄。另一方面，如图35(a)(b)所示，在光源33附近的光偏转图案37(A)中圆弧形状的中心角ηA变窄，在位于远离光源33处的光偏转图案37(B)中圆弧形状的中心角ηB变宽，所以从光出射面射出的光的视场角φ可以设计为与离光源33的距离无关而成为希望的视场角φ。此外，位于导光板32的中央部(中心线CC附近)的光偏转图案37中，估计角ξ宽，所以使光偏转图案37的中心角η变窄，在从导光板32的中央部偏离的侧缘部的光偏转图案37中，估计角ξ窄，所以如果将光偏转图案37的中心角η扩宽，则在导光板32的中央部和侧缘部也可以形成希望的均匀的指向性φ。
从而，在可以近似为圆弧形状的光偏转图案37的情况下，如果使得离光源33的距离越远，近似为圆弧形状的光反射面38的中心角η逐渐变宽，则可以将光出射面的视场角均匀化而消除亮度不均。此外，光偏转图案37中，如果使得与中心线CC所成的角度ω越大，圆弧形状的中心角η逐渐变宽，则可以将光出射面的视场角均匀化而消除亮度不均。
但是，在将从导光板32的光出射面射出的光的视场角保持为希望的值φ的条件下，离光源33的距离不论多大，圆弧形状的中心角η都存在上限值。图36是表示圆弧形状的中心角η相对于离光源33的距离的变化的图。该画面光源装置与测定图23的数据所使用的装置相同，导光板32的折射率n＝1.55，光源发光面的宽度为W＝2mm，从被光出射面射出的光的光源侧观看的视场角为规定值φ＝20°。此外，图36的测定数据表示中心线CC上的数据和与中心线CC所成的角度为ω＝30°、60°的方向的直线上的数据。从图36可知，将光反射面38近似得到的圆弧形状的中心角η离光源33的距离越大，其增加率逐渐减小，不超过某一上限值。另外，即使将光反射面38近似得到的中心角η为180°或以上也没有意义，但该中心角η的上限值与180°相比为充分小的值(参照图36)。
中心角η的上限值通过实验被确认为2×φ/n。这一点也可以通过计算来表示。图37以及图38是用于说明该上限值的图。现在，考虑位于离光源33充分远方处(例如，面光源装置的宽度的100倍左右)的长度为Pw的光偏转图案37，如图37中用实线箭头所示，考虑光与光偏转图案37的对称轴大致平行地入射的情况。为了将该面光源装置的视场角成为目标值φ，只要将中心角η决定为使得从光反射面38的中央入射到Pw/4的位置的光从导光板32的光出射面向φ/2的方向射出就足以。从反射面38的中央入射到Pw/4的位置的光与该点的法线N构成θin＝η/4的角度。然后，如图38(a)(b)所示，被光反射面38反射的光以相对于在导光板32的光出射面上竖立的法线、θout’θin＝η/4的入射角入射。其结果，根据斯内尔(Snell)定律，从导光板32的光出射面出来的光的出射角θout由下式求出。θout＝arcsin(n·sin(θout’))n·θout’＝n·η/4。
这样，认为从光反射面38的中央入射到光反射面38的长度Pw的1/4的位置处的光从光出射面射出时，成为最大亮度的约1/2的亮度的光，所以θout＝n·η/4的2倍的角度成为目标值φ。从而，在位于离光源33充分远处的光偏转图案37中，中心角η的值大约为2×φ/n。由此，在位于靠近光源33的位置的光偏转图案37中，中心角η的值小于位于离光源充分远处的光偏转图案37的中心角2×φ/n，所以得到η≤2×φ/n。
此外，图39是表示将光反射面38近似得到的圆弧形状的中心角η相对于配置了光偏转图案37的位置的估计角ξ的变化的图。图40是表示测定了图36的数据的面光源装置中的、估计角ξ相对于离光源33的距离的变化的图。而且，图39的测定数据(实施例)是通过将图36所示的ω＝0°中的中心角η的变化和图40所示的ω＝0°中的估计角ξ的变化合成而得到的。虽然图40中未图示，但在ω＝30°、60°的情况下，也得到与ω＝0°同样的曲线。
从图39可知，估计角ξ增加时，中心角η减少。而且，将由导光板32射出的光的从光源侧观看时的视场角的目标值设为φ，将导光板32的折射率设为n时，在2×φ/n≤ξ的区域中，从垂直于光出射面的方向观看时，光反射面38为大致直线状(η0)，在2×φ/n＞的区域中，从垂直于光出射面的方向观看时，将光出射面38近似得到的圆弧形状的中心角η的上限值为2×(φ/n)·ξ。
图41是用于说明该上限值的图。由于光以±ξ/2之间的角度入射到估计角ξ的光偏转图案37，所以认为其之间的方向的光，也就是如图41中实线箭头所示，以ξ/4的角度入射到光偏转图案37的对称轴的光为最大强度的1/2的强度的光。为了使该面光源装置的视场角成为目标值φ，只要将中心角η决定为使得从光反射面38的中央入射到Pw/4的位置的光从导光板32的光出射面向φ/2的方向射出即可。从光反射面38的中央入射到Pw/4的位置的光与该点的法线N构成θin＝η/4+ξ/4的角度。并且，如图38(a)(b)所示，被光反射面38反射的光以相对于在导光板32的光出射面上竖立的法线、θout’θin＝η/4+ξ/4的入射角入射。其结果，根据斯内尔定律，从导光板32的光出射面出来的光的出射角θout通过下式求出。θout＝arcsin(n·sin(θout’))n·θout’＝n(η+ξ)/4。
这样，认为从光反射面38的中央入射到光反射面38的长度Pw的1/4的位置的光从光出射面射出时，成为最大亮度的约1/2的亮度的光，所以θout＝n(η+ξ)/4的2倍的角度成为目标值φ。从而，在位于离光源33充分远处的光偏转图案37中，中心角η的最大值大约为(2×φ/n)·ξ。从而，得到η≤2×φ/n·ξ。
但是，在该式的右边，在2×φ/n≤ξ的情况下，由于成为负值而不能采用。2×φ/n≤ξ时，中心角η充分减小，所以在该区域中，可以认为光偏转图案37大致为直线状。(光反射面的长度和指向特性的关系)另外，在以上的说明中，使用将光反射面38近似为圆弧形状时的中心角η对光偏转图案37的形状赋予特征，关于光反射面38的长度(直线长度)，除了30μm或以下的点之外，不特别成为问题。这是由于，光反射面38的长度对被光反射面38反射的光的视场角几乎没有影响。其理由是，即使近似为圆弧形状的光反射面38的长度不同，只要该估计角ξ相同，则仅各个光反射面38的法线方向的出现频度分布的高度(频度)不同，其半值宽度不发生变化。
图42是表示在光源发光面的宽度为W＝1.8mm的导光板中，在估计角ξ＝4.6°的位置形成了长度Pw为7μm、11μm、17μm的光偏转图案37的面光源装置中，被光反射面38反射并从导光板32射出的光的指向特性(实测值)的图。从该实测例子可知，光偏转图案37或光反射面38的直线长度Pw几乎不影响指向特性。
(关于光偏转图案的配置)接着说明光偏转图案37的配置。在上述实施例中，将各光偏转图案37配置为同心圆状，但不限于这样的配置。例如，在图43所示的面光源装置中，将光偏转图案37不规则地配置在导光板32的背面。此外，在图44所示的面光源装置中，将光偏转图案37配置为椭圆状。在这些情况下，根据离光源的距离或估计角来配置具有适当的法线方向的出现频度分布的半值宽度的光偏转图案37即可。
在不规则地配置了光偏转图案37的情况下，可以降低被各光偏转图案反射并从光出射面射出的光的干涉。此外，在将光偏转图案37配置为椭圆状的情况下，可以高效率地利用光。但是，在椭圆配置的情况下，其短轴和长轴的比最好为0.94～0.99。
(关于光偏转图案的截面形状)接着，说明光偏转图案37的截面形状。在上述实施例中，如图45所示，光偏转图案37形成为截面三角形凹状。在这样的形状的光偏转图案37中，如图45所示，从光反射面38漏出的光线L1从再入射面39再入射到导光板32内，所以可以降低光的损失。
图46表示光偏转图案37的不同的截面形状。该光偏转图案37中，与光反射面38连续地在光反射面38的光源侧设有截面三角形凸状的凸部42。在如图45这样的光偏转图案37中，如图46这样入射到导光板32的背面的光线L2透过导光板32的背面，如虚线所表示的光线L3这样成为泄漏光。相对于此，在如图46这样的形状的光偏转图案37中，光线L2被凸部42的前倾斜面43全反射之后，透过光反射面38后从再入射面39再入射到导光板32内。从而，如果使用这样的形状的光偏转图案37，则可以进一步提高光的利用效率，画质也提高。
图47表示光偏转图案37的其它不同的截面形状。在该光偏转图案37中，与再入射面39连续地在再入射面39的与光源相反的一侧设有截面三角形凸状的凸部44。在如图45这样的光偏转图案37中，在如图47所示的位置，从光反射面38向导光板32的外部射出的光线L4不入射到再入射面39而成为泄漏光L5。相对于此，在如图47这样的形状的光偏转图案37中，从光反射面38漏出的光线L4从凸部44中的再入射面39再入射到导光板32内，被凸部44的后反射面45全反射后再次在导光板32中引导。从而，如果使用这样的形状的光偏转图案37，则可以进一步提高光的利用效率。另外，也可以在光偏转图案37的前后同时设置截面三角形凸状的凸部42和凸部44。
此外，光偏转图案37如图48所示的变形例这样，也可以作为截面三角形凸状向导光板32的背面(图案面)突出。这样，即使是凸状的光偏转图案37，也可以通过光偏转图案37将在导光板32内引导的光全反射后从光出射面35大致垂直地射出。
此外，光偏转图案37的截面形状最好是截面三角形状，但不一定限定为截面三角形状。例如，也可以是截面半圆状、截面1/4圆状、截面台形状、垄状、鳍状等。此外，也可以将这些截面形状进行组合。
在上述实施例的面光源装置31中，在导光板32的正面不使用散射片或棱镜片，实现了面光源装置31的薄型化。但是，这不表示排除在导光板的正面重叠各种光学片。例如图49所示，在导光板32的正面重叠散射片46，或也可以如图50这样，在导光板32的正面重叠散射片46和棱镜片47。
(最佳实施例)这里，举出最佳实施例。在该实施例中，光源33的光出射区域的宽度为1.4mm，导光板32的平面尺寸为50mm×40mm。此外，面光源装置的视场角目标值假设为20°。图51是表示位于光源33的前方的光偏转图案37的基本形状(前面的轮廓)的详细的平面图。此外，图52表示对于图51的基本形状、作为宽度方向的坐标x的函数求出法线方向θ的结果(其中，图52仅表示单侧的一半。)。从图52可知，光偏转图案37的两端的倾斜度比中央部大。图53是基于图52对法线方向的出现频度分布进行了表示的图。光偏转图案37以该基本形状为基准，设计为在估计角ξ大的位置，法线方向的出现频度分布的半值宽度K减小，在在估计角ξ小的位置，法线方向的出现频度分布的半值宽度K增大。具体来说，设计为，在光源33的附近，法线方向的出现频度分布的半值宽度K小，随着远离光源33，法线方向的出现频度分布的半值宽度K增大，或者，设计为在光源33的前方，法线方向的出现频度分布的半值宽度K小，随着偏离光源33的前方而接近边缘，法线方向的出现频度分布的半值宽度K增大。图54是表示入射光的估计角ξ和法线方向分布的出现频度的半值宽度的关系的设计例子的图。
(多个光源)接着，说明使用了多个光源的情况，特别说明使用了多个所谓点光源的情况。图55表示将多个小的光源接近配置的例子(在图55中为两个光源33a、33b)。在使多个光源接近而局部地配置的情况下，这些光源33a、33b作为整体可以视为线光源。从而，作为光源整体，可以视为具有有限的宽度的光源，如果作为连接多个光源33a、33b的整体的两端的宽度和图案的重心而形成的估计角来处理，则可以与一个光源的情况同样地进行处理。
如图56所示，在将多个小的点光源33a、33b互相远离配置的情况下，将多个光源33a、33b作为整体、作为一个光源来处理是不大合理的。但是，在该情况下，也由于各光源33a、33b的光源发光面具有有限的宽度，所以根据各光偏转图案估计各光源的估计角ξ根据光偏转图案37的位置而不同。而且，由于来自多个光源33a、33b的光到达光偏转图案37，所以不需要特别的考虑。
在将多个光源直接作为各种多个光源处理的情况下，使光偏转图案相对于各个光源的排列混合存在。以下，就两个光源33a、33b的情况来说明该方法，对于三个或以上的光源的情况也同样可以应用。图57(a)表示以一个光源33a作为基准、如前述这样设计的光偏转图案37a的分布，图57(b)表示以另一个光源33b作为基准、如前述这样设计的光偏转图案37b的分布。在这两个光源33a、33b与导光板32的光入射面34相对地配置的情况下，如图57(c)所示，使以各光源33a、33b为基准设计的各光偏转图案37a、37b混合存在即可。
但是，两个光偏转图案37a和光偏转图案37b的混合比例决定为，单位面积的光反射面的密度与离各个光源33a、33b的距离成反比。图58以及图59是说明这样的处理的图。在图59(a)(b)(c)中，用实线表示以光源33a为基准设计的光偏转图案37a，用虚线表示以光源33b为基准设计的光偏转图案37b。如图58中的位置A1这样，离光源33a的距离比离光源33b的距离短的微小区域中，如图59(a)所示，与以光源33b为基准设计的光偏转图案37b的光反射面38的密度相比，以光源33a为基准设计的光偏转图案37a的光反射面38的密度更大。如图58中的位置B1这样，离光源33b的距离和离光源33a的距离大致相等的微小区域中，如图59(b)所示，以光源33b为基准设计的光偏转图案37b的光反射面38的密度和以光源33a为基准设计的光偏转图案37a的光反射面38的密度大致相等。进而，如图58中的位置C1这样，离光源33b的距离比离光源33a的距离短的微小区域中，如图59(c)所示，与以光源33a为基准设计的光偏转图案37a的光反射面38的密度相比，以光源33b为基准设计的光偏转图案37b的光反射面38的密度更大。
作为其它的方法，在各个光偏转图案37中，也可以使用将以光源33a为基准设计的光偏转图案37a和以光源33b为基准设计的光偏转图案37b平均而得到的形状的光偏转图案。图60(b)如图60(a)所示，表示以光源33a为基准设计的某一位置A2中的光偏转图案37a的形状，图60(c)表示该法线方向的出现频度的分布。图61(b)如图61(a)所示，表示以光源33b为基准设计的同一位置A2中的光偏转图案37b的形状，图61(c)表示该法线方向的出现频度的分布。此时，在图62(a)所示的同一位置A2，为了考虑两个光源33a、33b来决定光偏转图案37，如图62(b)(c)所示，将光偏转图案37设计为图60(b)(c)所示的光偏转图案37a和图61(b)(c)所示的光偏转图案37b的平均形状即可。作为决定平均的光偏转图案37的方法，有将光偏转图案37a、37b本身的形状平均化的方法、将法线方向的出现频度的分布平均化的方法、使法线方向的出现频度的分布的半值宽度K成为平均值的方法等，但最后的方法简便。
此外，作为其它的方法，也可以在各个光偏转图案37中，使用使以光源33a为基准设计的光偏转图案37a和以光源33b为基准设计的光偏转图案37b混合存在的混合型的光偏转图案。即，如果假设以光源33a为基准设计的某一位置A2的光偏转图案37a的形状如图60(b)所示，以光源33b为基准设计的同一位置A2的光偏转图案37b的形状如图61(b)所示，则如图63(a)所示，考虑两个光源33a、33b来决定光偏转图案37。光偏转图案37被分割为两个区域，一个区域为光偏转图案37a的一部分，另一个区域为光偏转图案37b的一部分，该法线方向的出现频度的分布也如图63(b)所示成为混合型。此时，光偏转图案37a的区域的光反射面的面积和光偏转图案37b的区域的光反射面的面积的比与离各光源33a、33b的距离成反比。
(使用背光的液晶显示装置)接着说明面光源装置31的应用例。图64是表示将本发明的面光源装置31作为背光使用的透过型的液晶显示装置51的概略剖面图。在该液晶显示装置51中，在面光源装置31的前面配置有透过型的液晶面板52，使从面光源装置31的光出射面射出的光透过液晶面板52，生成图像。在这样的液晶显示装置51中，在液晶面板52和面光源装置31之间不需要散射片或棱镜片，所以可以消除由这些片引起的光的散射或吸收，并可以得到明亮的图像。此外，可以实现液晶显示装置51的薄型化。
(使用前光的液晶显示装置)图65是表示将本发明的面光源装置31作为前光使用的反射型的液晶显示装置53的概略剖面图。该液晶显示装置53中，在面光源装置31的背后配置有反射型的液晶面板54，从面光源装置31的光出射面射出光时，入射到液晶面板52内的光被位于液晶层的背后的反射面55反射并返回，透过导光板32后，可以观察到图像。在该液晶显示装置53中，可以得到控制了视场角的没有不均的明亮且清晰的图像。
(双面显示型液晶显示装置)图66是表示使用了本发明的面光源装置31的双面显示型的液晶显示装置56的概略剖面图。在该液晶显示装置56中，在面光源装置31的背后配置有半透过型的液晶面板57。从面光源装置31的光出射面射出光时，入射到液晶面板57内的光通过位于液晶层的背后的半透过面58反射入射光的一部分，剩余的一部分光透过半透过面58。被半透过面反射的光透过导光板32，在面光源装置31侧观察图像。另一方面，透过半透过面58而从液晶面板57出来的光在与面光源装置31相反的一侧的面生成图像。从而，在该液晶显示装置56中，可以同时在表背面观察图像。在这样的液晶显示装置56中，也可以得到控制了视场角的、没有不均的明亮且清晰的图像。
(便携电话、电子辞典及其它)此外，如上述的面光源装置60除了图67所示的便携电话61、图68所示的电子辞典62、图69所示的多功能型手表63、PDA、笔记本计算机等便携型信息终端之外，还可以用作ATM(自动取款机)、台式计算机、车载电视、壁挂电视等的显示部，并可以提供明亮且容易观看的画面。
权利要求
1.一种面光源装置，具有光源以及导光板，该导光板使从所述光源导入的光在光出射面的大致整体上扩展而使其从光出射面射出，该面光源装置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上形成有用于反射在导光板内引导的光的具有光反射面的多个光偏转图案，其特征在于，在从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的垂直于其光反射面的法线方向沿着所述光反射面的长度方向变化，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布根据光偏转图案和所述光源的距离而变化。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布中的半值宽度为，离所述光源的距离越远则越大。
3.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，将从所述导光板的光出射面射出的光的、从所述光源侧观看时的视场角的目标值设为φ，将所述导光板的折射率设为n，将从垂直于所述光出射面的方向观看时的所述光反射面近似为圆弧形状的情况下，所述圆弧形状的中心角为2×φ/n或以下，并且离所述光源的距离越远，则所述圆弧形状的中心角越大。
4.一种面光源装置，具有光源以及导光板，该导光板使从所述光源导入的光在光出射面的大致整体上扩展而使其从光出射面射出，该面光源装置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上形成有用于反射在导光板内引导的光的具有光反射面的多个光偏转图案，其特征在于，在从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的垂直于所述光反射面的法线方向沿着所述光反射面的长度方向变化，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布根据由将所述光源的光源发光面的宽度的两端和光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角而变化。
5.如权利要求4所述的面光源装置，其特征在于，从垂直于所述光出射面的方向观看时的垂直于所述光反射面的法线方向的出现频度分布中的半值宽度为，由将所述光源的光源发光面的宽度方向的两端和各光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角越小则越大。
6.如权利要求4所述的面光源装置，其特征在于，将从所述导光板的光出射面射出的光的、从所述光源侧观看时的视场角的目标值设为φ，将所述导光板的折射率设为n，将由将所述光源的光源发光面的宽度方向的两端和各光偏转图案的重心连接的直线形成的估计角设为ξ时，在2×φ/n≤ξ的区域中，从垂直于所述光出射面的方向观看时的所述光反射面为大致直线状，在2×φ/n＞ξ的区域中，将从垂直于所述光出射面的方向观看时的所述光反射面近似为圆弧形状的情况下，所述圆弧形状的中心角为2×(φ/n)·ξ或以下，并且所述估计角ξ越小则所述圆弧形状的中心角越大。
7.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，在从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光反射面的长度方向中央部形成为圆弧状，所述光反射面的长度方向两端部以大于长度方向中央部的曲率弯曲，并且，所述光反射面的长度方向两端部位于将所述长度方向中央部延长得到的圆弧的内周侧。
8.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的光反射面弯曲或形成波浪形。
9.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，从垂直于所述光出射面的方向观看时，所述光偏转图案的光反射面为，其中央部向光源方向突出的凸弯曲面。
10.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转图案的光反射面为，将其端和端连接的直线的长度是30μm或以下。
11.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面是以所述光反射面为斜面的三角形凹状。
12.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面由以所述光反射面为斜面的三角形凹状的部分、以及在所述三角形凹状的部分的光入射侧与所述三角形凹状的部分连续地形成的以所述光反射面为斜面的三角形凸状的部分构成。
13.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面由以所述光反射面为斜面的三角形凹状的部分、以及在与所述三角形凹状的部分的光入射侧相反的一侧与所述三角形凹状的部分连续地形成的三角形凸状的部分构成。
14.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转图案的垂直于长度方向的截面是以所述光反射面为斜面的三角形凸状。
15.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光源是线状光源或光源发光面的宽度宽的光源，与所述导光板的一边相对地进行了配置。
16.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，将一个点光源或光源发光面的宽度窄的光源与所述导光板的一边相对地进行了配置。
17.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，将多个所述光源与所述导光板的一边相对地进行了排列。
18.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转图案被不规则地配置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上。
19.如权利要求1或4所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转图案以所述光源为中心、同心圆状或椭圆状地配置在所述导光板的与光出射面相反的一侧的面上。
20.一种具有如权利要求1或4所述的面光源装置和液晶显示面板的图像显示装置。
21.一种具有如权利要求20所述的图像显示装置的便携信息终端。
22.一种图像显示方法，其特征在于，使用如权利要求20所述的图像显示装置将图像显示在液晶显示面板上。
全文摘要
本发明提供不增加面光源装置的厚度而从任何方向观看都难以产生亮度不均的面光源装置。导光板的背面(图案)面上配置了多个大致圆弧状的光偏转图案(37)，可以得到控制了视场角的、没有不均的明亮且清晰的图像。从光源入射的光的估计角大的位置(A)的光偏转图案(37)弯曲程度变小，从光源入射的光的估计角小的位置(B)的光偏转图案(37)弯曲程度变大。光以小的估计角(ξA)入射的光偏转图案(37)中，由于其弯曲程度大而将反射光扩展得较大，所以被光偏转图案(37)反射并从导光板的出射面射出的光的指向特性变宽。这样，根据离光源的相对位置来变换光偏转图案的弯曲程度，从而在导光板的整体，将出射光的指向特性调节为大致均匀。
文档编号G02F1/1335GK1908764SQ200610108319
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月1日 优先权日2005年8月1日
发明者中村惠子, 松井优贵, 船本昭宏, 青山茂, 樱井显治 申请人:欧姆龙株式会社