专利名称：照明装置和使用照明装置的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明装置及应用照明装置的显示装置，更具体地说，涉及一种以高效率提供均匀光线发射分布的照明装置、用于液晶显示装置的背光、以及将背光应用于液晶显示装置的液晶显示装置。
背景技术：
最近几年，液晶显示装置的屏幕尺寸一直在增加，并在液晶电视中等方面得到更广泛的应用。虽然液晶显示装置消耗的电能比传统的CRT等消耗的电能少，但用于液晶显示装置(与液晶显示装置相关的照明装置)的背光消耗的电能已经随着屏幕尺寸的增加成为突出的问题，因为背光消耗了整个液晶显示装置消耗电能的大部分。此外，为了使液晶显示装置具有更低的成本，也要求用于液晶显示装置的背光成本更低。
如图1所示，用于液晶显示装置(液晶BL)的传统背光包括并排设置的多个冷阴极荧光灯(CCFL)102；利用反射板覆盖并环绕CCFL的壳体；放置在壳体发射面上用于使光线发射分布均匀的漫射板101；以及层压在漫射板上用于会聚发射光的光学板103(透镜板等)。在此结构中，从CCFL发射的光线是均匀的，同时在漫射板和反射板之间反复反射，并通过漫射板发射。在此情况下，由于光线被漫射板、反射板或CCFL吸收，所以，当使用的漫射板通常具有接近50％的透射率和50％的反射率时，只有接近60％由CCFL发射的光线通过漫射板发出。最终的低电能效率增加了电能消耗。因为透镜形状等形成于薄板上，且导致阻碍降低液晶BL成本的多个光学板用于背光中，所以，液晶BL很贵。
日本专利公开申请号No2002-352611的说明书等公开了一种不使用如上所述(1-3页，图1)的漫射板。公开的照明装置具有设置在发射板上的Fresnel(菲涅耳)透镜，以便具有高度方向性和相对均匀的强度分布。另外，日本专利公开申请号No2001-23423(图2)的说明书等公开了一种形成有用于分布来自光源的入射光从侧面到侧面以均匀分布光线的盲孔的光导向部件。
然而，如图14所示，在日本专利公开申请号No2002-352611的说明书等中公开的照明装置在单元Fresnel透镜(液晶BL的零件)的整个范围内，只有大约最大值60％的均匀度，因此，造成均匀度不足。
另外，在日本专利公开申请号No2001-23423的说明书等中公开的照明装置通过光学路径变化，均匀地扩展来自光源的光线以使光线无方向，因此，除了光线导向件外，还需要光线会聚装置，造成成本增加。此外，此照明装置还受到边缘光线设计的影响，而不考虑来自平面外而不是光线导向件侧面的入射光线。同样，此照明装置不能用作通常在大型液晶显示装置中使用的照明装置，即，来自均匀件的平面外光线入射在均匀件上(图1中的漫射板)的形式的照明装置。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有均匀光线发射分布和窄发射光线角分布、不贵且可以使用来自均匀件的平面外入射光线用于照射的照明装置。
照明装置包括光源；以及光线导向板，其用于接收来自其光线入射面上的所述光源的光线，并从其光线发射面发射光线。光线导向板包括设置在所述光线发射板上的光线分布器，以及设置在所述光线入射面上的棱镜部分。光线分布器构成为使来自所述光源的部分入射光按其原本情况从所述光线导向板发射，并向所述棱镜部分反射至少部分剩余的光线部分。棱镜部分构成为折射和反射来自所述光线分布器的其上入射光、以及直接来自所述光源入射在其上的光线以引导至少部分光线到所述光线发射板。照明装置满足下列公式 其中r表示所述光源和所述入射光平面之间的距离；d表示所述导向板的厚度；D表示所述光源在平行于所述光线发射面方向的宽度；P表示所述光线分布器在平行于所述光线发射面方向的宽度；而n表示所述光线导向板相对空气的相对折射系数。
根据另一实施方式，照明装置包括光源；以及光线导向板，其用于接收来自其光线入射面上所述光源的光线，并从其光线发射面发射光线。光线导向板包括设置在所述光线入射面上的光线分布器，以及设置在不设置所述光线分布器的区域内的所述光线入射面上的棱镜部分。光线分布器构成为使来自所述光源的部分入射光按其原本情况从所述光线导向板发射，并折射至少部分剩余光线，以便所述光线通过所述光线发射面反射。棱镜部分构成为折射和反射通过所述光线发射面反射并入射在其上的光线，以及直接来自所述光源入射在其上的光线以引导至少部分光线到所述光线发射面。照明装置满足下列公式 其中r表示所述光源和所述入射光平面之间的距离；D表示所述光源在平行于所述光线发射面方向的宽度；P表示所述光线分布器在平行于所述光线发射面方向的宽度；以及n表示所述光线导向板相对空气的相对折射系数。
图1是显示用于液晶显示装置的传统背光的示意简图；图2是显示根据本发明照明装置的结构的示意简图；图3是显示用于光线分布器必须宽度的示意简图；图4是显示来自光源的光线直接入射到棱镜部分上的光线示意简图；图5是显示从光源直接入射到棱镜部分的棱镜面3b上并透射过平面的光线路径示意简图；图6是显示从光源直接入射在棱镜部分的棱镜面3b上、透射过平面、通过邻近棱镜的棱镜面3a反射，然后，在垂直于光线发射面方向的左侧上由光线导向板的光线发射面发射的光线路径示意简图；图7是显示从光源直接入射到棱镜部分的棱镜面3b上、透射过平面、通过邻近棱镜的棱镜面3a反射，然后，在垂直于光线发射面方向的右侧上由光线导向板的光线发射面发射的光线路径示意简图；图8是显示从光源直接入射到棱镜部分的棱镜面3b上并透射过平面的示意简图；图9是显示直接从光源入射到棱镜部分上的光线示意简图；图10是显示直接由光源入射到棱镜部分上的光线示意简图；图11是显示通过光线分布器反射，再通过棱镜部分入射到邻近光线分布器上，通过光线分布器反射，然后再从光线导向板的光线入射面发射的光线路径示意简图；图12是显示通过光线分布器反射并入射到棱镜部分上的光线路径示意简图；图13是显示通过光线分布器反射，入射到棱镜部分的棱镜面3a上，在比垂直于棱镜面3a的方向更靠近光源的方向折射，然后再透射过棱镜面3a上的光线路径示意简图；图14是显示通过光线分布器反射，入射到棱镜部分的棱镜面3a上，在比垂直于棱镜面3a的方向更靠近照射的方向折射，然后再透射过棱镜面3a上的光线路径示意简图；图15是显示照射并透射过第一棱镜的棱镜面3a上，并在照射方向传递的光线示意简图；图16是显示照射并透射过第一棱镜的棱镜面3a上，并向光源传递的光线示意简图；图17是显示在比垂直于棱镜面3b的方向更靠近光线导向板的发射方向传递的透射的光线示意简图；图18是显示在比垂直于棱镜面3b的方向更远离光线导向板的发射方向的方向传递的透射的光线示意简图；图19是显示透射过第二棱镜的棱镜面3a的光线路径示意简图；图20是显示通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并从垂直于光线导向板平面方向左侧上的光线导向板平面上发射的光线路径示意简图；图21是显示通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并从垂直于光线导向板平面方向右侧上的光线导向板平面上发射的光线路径示意简图；图22是显示通过第一棱镜的棱镜面3a和3b以及第二棱镜的棱镜面3a和3b传递的光线路径示意简图；图23是显示通过在相对照射方向的方向中的光线分布器的一个表面反射的光线路径示意简图；图24是显示通过在相对照射方向的方向中的光线分布器的两个表面反射的光线路径示意简图；图25是显示根据本发明实施方式的照明装置的示意简图；图26是显示根据本发明实施方式的照明装置的截面示意图；图27是显示光线分布器的局部示意简图；图28是显示光线分布器阶梯结构的示意简图；图29是显示具有阶梯结构的光线分布器的整体示意简图；图30是显示表示光线导向板棱镜部分的两个作用的示意简图；图31是显示当光线分布器设置在光线入射面上时，光线导向板的截面视图；图32是显示制作的光源单元的总体透视图；图33是显示制作的光源单元的局部截面视图；图34是显示制作的光线导向板的整个光线分布器的截面视图；图35是显示在制作的照明装置中的冷阴极荧光灯、光线导向板的光线分布器、以及光线导向板的棱镜部分中位置关系的示意简图；图36是显示在制作的照明装置中光线导向板的棱镜部分如何设置的示意简图；图37是显示制作的照明装置的总体说明示意简图；图38是显示对实施例1中的光线发射分布状态进行测量的结果图表；图39是显示对实施例1中的光线发射角度分布状态进行测量的结果图表；
图40是显示测量实施例1中的光线发射角度分布状态进行测量的位置的示意简图；图41是显示对实施例3中的光线发射角度分布状态进行测量的结果图表；图42是显示实施例4中棱镜设置的示意简图；以及图43是显示对对比实施例中的光线分布状态进行测量的结果图表。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明实施方式进行具体说明。图2是显示根据本发明第一实施方式照明装置的截面视图。在此实施方式中，光线分布器2设置在基本在光源4上方区域中的光线导向板1的光线发射面上，并接收相对强的发射光，而棱镜部分3设置在光线导向板1的光线入射面上。光线分布器2使来自光线导向板1的部分发射光离开，并向棱镜部分3反射至少部分剩余的光线。棱镜部分3折射和反射从光线分布器2入射到其上的光线以及直接由光源入射到其上的光线，并向光线导向板1的光线发射面引导至少部分入射光。
其次，将具体说明根据第一实施方式的照明装置的操作。由光源4发射并入射到光线导向板1中的光线分布器2上的光线实际上从光线导向板1部分发射，而大多数剩余的光线向棱镜部分3反射。通过光线分布器2反射并入射到棱镜部分3上的光线、以及直接从光源4入射到棱镜部分3上的光线通过棱镜部分3折射和反射，而大多数光线在垂直于光线发射面并基本远离光源的方向(在后文中只称为“照射方向”)，从远离不设置光线分布器2的光源4区域中的光线导向板1的光线发射面发射。
典型的照明装置在基本为光源4上方的区域发射较强的光线，而在远离光源如在光源之间的区域发射较弱的光线。另一方面，在此实施方式中，在基本为光源4上方的区域中发射的强光线通过光线分布器2分布到远离光源4，如光源之间的区域，并通过不设置光线分布器2的光源4上方区域中的棱镜部分3在照射方向发射，从而可以均匀地分布发射的光线。
为了均匀地分布发射的光线，光线分布器2必须设置在适当的位置。为了在照射方向有效地从光线导向板1的光线发射面发射入射光线到棱镜部分3上，还必须设定棱镜部分3的棱镜表面的角度。应该认为，棱镜部分3上的入射光线包括从光源4直接入射到其上的光线，以及通过光线分布器2反射、将要入射在棱镜部分3上的来自光源4的光线。此外，光线分布器2具有反射面、必须设定以便通过光线分布器2反射的光线入射到远离光源4的棱镜部分3上的角度。
首先，将参照图3说明光线分布器2应该设置的位置。
光线分布器2用于由光线导向板1的发射面在照射方向发射来自光源4的其部分入射光线，并反射入射到棱镜部分3上的剩余光线。已经在光线导向板1内传递的光线包括当其透射过光线导向板1的发射面以传播进空气中时，具有入射角大于临界角的光线。由于此光线不能透过光线导向板1的光线发射面，所以，当光线以大于临界角的角度入射到光线分布器2上时，光线分布器2不起作用。上述临界角x由公式(1)表示为x=sin-1(1n)---(1)]]>其中n表示光线导向板1对空气的相对折射系数。
因此，如图3所示，当光线分布器2放置到光线导向板1的光线发射面上时，中心在从光源4到光线导向板1的光线发射面所画的法线与光线入射面之间的交点位置，从图3的几何关系看，在平行于光线发射面方向的光线分布器2的要求宽度P由公式(2)表示 其中r表示光源4和光线导向板1的光线入射面之间的距离；d表示光线导向板1的厚度；D表示光源4在平行于光线导向板1的光线发射面方向的宽度。实际上，入射在光线导向板1上的光线在光线导向板1的光线入射面被折射，而折射角小于入射角。然而，由于可以认为只有少量没有入射到具有宽度P的光线分布器2上，且满足上述公式(2)并从光线导向板1的光线发射面离开的光线，所以，如图3所示，用于光线分布器2的最大宽度P可以在光线直线传递，而不考虑光线在光线导向板1的光线入射面上反射的假设下进行计算。此计算的方法不会产生任何问题。
由于接收大量来自光源4的光线的区域的宽度至少大于光源4的宽度，所以，当光线分布器2设置在光线导向板1的光线发射面的侧面上时，要求用于光线分布器2的宽度P由公式(3)表示 现在，考虑如何得到入射到光线分布器2上的光线入射角。假设入射到光线分布器2上的来自光源4的光线入射角x0(由与光线导向板1的光线入射面垂直方向的光线形成的角)具有最大值x0(max)，则从图3所示的几何关系可以推导出公式(4.A)，而公式(4.A)又可以转换为公式(4.B)tan{x0(max)}=P2×(r+d)---(4.A)]]>x0(max)=tan-1{P2×(r+d)}---(4.B)]]>由以上公式可以得出，来自光源4的入射到光线分布器2上的光线入射角x0具有由公式(4.C)表示的范围x0<tan-1{P2×(r+d)}---(4.C)]]>
其次，考虑棱镜部分3的棱镜面相对光线导向板1的光线入射面的角度。在下文中，靠近最近光源4的棱镜面称作“棱镜面3a”，而远离最近光源4的棱镜面称作“棱镜面3b”。棱镜面3a相对光线导向板1的入射面的角度定义为θ1，而棱镜面3b相对光线导向板1的入射面的角度定义为θ2。假设在下文中，光线导向板1的入射面和光线发射面彼此平行。
如上所述，入射到棱镜部分3上的光线包括直接由光源4入射到其上的光线、以及在其入射到棱镜部分3上之前，通过光线分布器2反射的来自光源4的光线。
下面将对应该设定用于直接由光源4入射到棱镜部分3上的光线的棱镜面的角度进行首先说明。如图4所示，从光源4入射到棱镜部分3上的光线包括入射到平行于两个邻接棱镜之间的光线导向板1的平面上的光线A；入射到棱镜面3a上的光线B；以及入射到棱镜面3b上的光线C。在上述光线中，入射到棱镜面3b上的光线C主要包括相对照射方向具有较大角度的光线。因此，通过在照射方向发射光线C，可以增加基本不是光源4上方位置区域中的发射光线量，从而使由照明装置发射的光线量均匀，或缩小发射光线角度分布状态。
下面将对为了在照射方向发射光线C，用于分别在光线C相对光线导向板1的光线入射面的入射角x0等于或小于棱镜部分3的棱镜面3b相对光线入射面的角θ2的情况(当x0≤θ2时)时，其中光线C为直接从光源4入射到棱镜部分3的棱镜面3b上，以及入射角x0大于角θ2的情况(当x0＞θ2时)时，应该设定的棱镜部分3的棱镜面的角度进行说明。当直接从光源4入射到棱镜部分3的棱镜面3b上的光线透射过棱镜面3b时，透射光相对光线导向板1的光线入射面形成角γ。空气的折射系数定义为n0；光线导向板1的折射系数定义为n1；而光线导向板1相对空气的相对折射系数定义为n(＝n1/n0)。
参照图5，将对当x0≤θ2时，为了在照射方向发射光线C应该设定的棱镜部分3的棱镜面的角度进行说明。如图5所示，当x0≤θ2时，可以将Snell定律应用到通过棱镜面3b传递的光线，以推导出公式(5)，而公式(5)又可以转换为公式(6)(5)n1×sin(θ2+γ-90°)＝n0×sin(θ2-x0) 为了使此光线通过第二棱镜的棱镜面3a反射并在照射方向发射，首先，满足公式(6)的光线必须入射到第二棱镜的棱镜面3a上，为了达到此要求，必须满足公式(7)(7)θ1＞γ如图6所示，当满足上述公式(6)和(7)的光线在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射时，光线可以通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并从垂直于光线导向板1的光线发射面方向的左侧上发射，而且光线也可以通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并从垂直于光线导向板1的光线发射面方向的右侧上发射。因此，参照图6和7，将得到为了使满足上述公式(6)和(7)的光线在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射的条件。
在图6所示的情况中，光线从垂直于光线导向板1的光线发射面方向的左侧上发射，通过利用Snell定律推导出公式(8)(8)n1×sin(90°-2×θ1+γ)＝n0×siny其中y表示通过用垂直于光线导向板1的光线发射面的方向透射过光线导向板1的光线发射面的光线形成的角。
为了在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射光线，必须满足公式(9)(9)0≤y＜90°
从公式(8)和(9)推导出下列公式(10) 在图7所示的情况中，光线从垂直于光线导向板1的光线发射面方向的右上发射，通过利用Snell定律推导出公式(11(11)n1×sin(2×θ1-γ-90°)＝n0×siny其中y表示通过用垂直于光线导向板1的光线发射面的方向透射过光线导向板1的光线发射面的光线形成的角。
为了在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射光线，必须满足公式(12)(12)0≤y＜90°从公式(11)和(12)推导出下列公式(13) 当满足公式(10)或(13)时，光线通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，以便当x0≤θ2时，必须满足公式(14)，以便入射到棱镜部分3的棱镜面3b上的光线C在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射 从以上可以看出，必须满足公式(6)、(7)和(14)，以便当x0≤θ2时，入射在棱镜部分3的棱镜面3b上的光线C在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
参照下面的图8，将对应该设定以便当x0＞θ2时，在照射方向发射光线C的棱镜部分3的棱镜面的角度进行说明。如图8所示，当x0＞θ2时，可以将Snell定律应用到通过棱镜面3b传递的光线以推导出公式(15)，而公式(15)又可以变换成公式(16)(15)n1×sin(90°-θ2-γ)＝n0×sin(x0-θ2)(16) 为了在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射光线，无论是当x0＞θ2时，还是当x0≤θ2时，必须满足公式(7)和(14)。
必须注意一个任意的光源4，在距离s或更远离此光源4处，入射到光线导向板1的光线入射面上的光线在量上比在小于s的远离光源4的距离处入射的光线更小。因此，如图9所示，入射到棱镜部分3上的光线可以处理为可以在公式(17)表示范围内的入射角x0内的光线导向板1的光线入射面上入射x0<tan-1(sr)---(17)]]>其中s表示光源之间的距离(当有多个光源时)或光线导向板的长度(当只有一个光源时)；r表示光源4的中心或光源4的表面和光线导向板1之间的距离；以及d表示光线导向板1的厚度。
从上述可知，为了将具有角度θ2的直接入射到棱镜面3b上的光线在照射方向发射到光线导向板1(在图4中标记为C的光线)的光线入射面上，当x0≤θ2时，棱镜面3b对光线导向板1的光线入射面的角度θ2可以根据公式(7)、(14)、(6)、(17)设定，同时，当x0＜θ2时，棱镜面3b对光线导向板1的光线入射面的角度θ2也可以根据公式(7)、(14)、(16)、(17)设定。
由于来自光源4的光线在靠近邻接光源之间中点处变为最弱，所以，在优选方式中，棱镜面3b对光线导向板1的光线入射面的角度θ2设定为以便直接来自靠近光源中点处得到的光源4的光线入射到棱镜部分3上，即，如图10所示，满足公式(18)的入射角x0的光线在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射tan-1(s4×r)≤x0≤tan-1(s2×r)---(18)]]>其次，将对应该设定以便当来自光源4的光线在其入射到棱镜部分3上之前，通过光线分布器2反射时，在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射光线的棱镜面的角度进行说明。
首先，作为用于讨论设定的棱镜面角度的前提条件，考虑应该在设定棱镜面角度中考虑的角度α的范围，其中α表示通过利用光线导向板1的光线发射面入射到棱镜部分3上的光线形成的角度。如图11所示，当由与一个任意光源4相关的光线分布器2反射的光线再次入射到与邻接光源相关的光线分布器2上时，光线将沿与分布相反的路径传递，并向邻接光源发射，从而使光线不会用于照射。因此，可以将角度α限制在满足公式(19)的范围，其中d表示光线导向板1的厚度，s表示光源之间的距离(当有一个光源时，光线导向板1的长度)，以便棱镜的角度只设定为用于满足公式(19)的光线。从设定光线分布器2的反射面的观点看，这就意味着光线分布器2的反射面的角度应该设定为以便最大可能量的反射光线满足公式(19)α>tan-1(ds)---(19)]]>此外，由于来自光源4的光线变为在靠近光源之间的中点最弱，因此，在优选方式中，棱镜面的角度确定为以便入射在靠近光源之间中点的最大可能量的反射光线通过棱镜部分在照射方向发射。例如，如图12所示，在优选方式中，入射在靠近光源之间中点的反射光线包括具有相对光线导向板1的光线发射面的角度，其角度满足由公式(20)表示的范围。从设定光线分布器2的反射面的观点看，这就意味着反射面优选设定为以便从光线分布器2反射的光线倾向于集中在靠近光源之间的中点，而光线分布器2的反射面的角度优选设定为以便从光线分布器2反射到光线发射面的角度α在满足公式(20)的范围内tan-1(2×ds)≤α≤tan-1(4×ds)---(20)]]>其次，将对当来自光源4的光线通过光线分布器2反射并入射到棱镜部分3上时，应该设定为以便在照射方向发射光线的棱镜面的角度进行说明。以下说明在用于来自光线分布器2的光线反射到光线发射面的范围在公式(19)表示的范围内的假设条件下进行。
由光线分布器2反射光线的角度(通过利用光线导向板1的光线发射面反射的光线形成的角度)设定为α，而靠近光源的棱镜面3a相对光线导向板1的光线入射面的角度设定为θ1。由于光线导向板1具有大于空气的折射系数，所以，如图13所示，当满足公式(21)时，由光线分布器2反射的大量光线通过棱镜部分3从光线导向板1向光源发射(21)90°-θ1＜α因此，如图14所示，为了增加在照射方向通过棱镜部分3从光线导向板1的光线发射面发射，并由光线分布器2反射的光线量，靠近光源的棱镜面3a相对光线导向板1的光线入射面的角度θ1必须设定为满足公式(22)(22)90°-θ1≥α在满足用于增加在照射方向通过棱镜部分3从光线导向板1的光线发射面发射，并由光线分布器2反射的光线量的上述公式(22)的条件下，可以假设用于已经透射过第一棱镜的棱镜面3a并从光线分布器2反射的光线传播的以下两种情况。第一种情况是，如图15所示，入射到并透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递。第二种情况是，如图16所示，入射到并透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递。
可以得到用于在如图15所示第一种情况中用于光线传递的条件。
如图15所示，当将Snell定律应用到透射过棱镜面3a的光线时，推导出公式(23)，可以将公式(23)变换为公式(24)(23)n0×sinx＝n1×sin(90°-α-θ1)(24)x＝sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}其中α表示由光线分布器2入射的光线与光线导向板1的光线发射面形成的角度；β1表示通过透射过棱镜面3a的光线与光线导向板1的光线发射面形成的角度；x表示通过此透射的光线与光线导向板1的光线发射面形成的角度；n0表示空气的折射系数；n1表示光线导向板1的折射系数；而n(＝n1/n0)表示光线导向板1相对空气的相对折射系数。
为了使透射的光线在照射方向传递，应该满足x+θ1＞90°。因此，必须满足公式(25)(25)θ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}＞90°由于通过在照射方向传递的透射光线与垂直于棱镜面3a方向形成的角度x由公式(24)表示，所以，如图15所示，通过在照射方向传递的透射光线与光线导向板1的光线入射面形成的角度β1通过公式(26)表示(26)β1＝θ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}-90°其次，可以得到用于在如图16所示第二种情况中用于光线传递的条件。
在第二种情况中，如图16所示，入射到并透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递。
当将Snell定律应用到如图16所示透射过棱镜面3a的光线时，推导出公式(27)，然后将公式(27)变换为公式(28)(27)n0×sinx＝n1×sin(90°-α-θ1)(28)x＝sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}其中α表示由光线分布器2入射的光线与光线导向板1的光线发射面形成的角度；β1表示通过透射过棱镜面3a的光线与光线导向板1的光线发射面形成的角度；x表示通过此透射光线与垂直于棱镜面3a的方向形成的角度；n0表示空气的折射系数；n1表示光线导向板1的折射系数；而n(＝n1/n0)表示光线导向板1相对空气的相对折射系数。
为了使透射的光线向光源传递，必须满足x+θ1≤90°。因此，必须满足公式(29)(29)θ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}≤90°由于通过在照射方向传递的透射光线与垂直于棱镜面3a方向形成的角度x由公式(28)表示，所以，如图16所示，通过向光源方向传递的透射光线与光线导向板1的光线入射面形成的角度β1通过公式(30)表示(30)β1＝90°-θ1-sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}在光线在照射方向传递的第一种情况中，当由光线分布器2反射的光线透射过棱镜部分3，并最终通过棱镜面3a反射并在照射方向从光线导向板1发射时，当考虑下列情况(1)和(2)时，可以覆盖大多数光线。在光线向光源传递的第二种情况中，当由光线分布器2反射的光线透射过棱镜部分3，并最终通过棱镜面3a反射并在照射方向从光线导向板1发射时，当考虑下列情况(3)和(4)时，可以覆盖大多数光线。应该注意，情况(1)-(4)的任何一种情况都是在满足公式(22)的前提下考虑的。
(1)透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递(满足公式(25))，其中此透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b，通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
(2)透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递(满足公式(25))，其中此透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b以及第二棱镜的棱镜面3a和3b，通过第三棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
(3)透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递(满足公式(29))，其中透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b以及第二棱镜的棱镜面3a和3b，通过第三棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
(4)透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递(满足公式(29))，其中透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b、第二棱镜的棱镜面3a和3b、以及第三棱镜的棱镜面3a和3b，通过第四棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
现在将对出现情况(1)的条件进行说明。具体地说，条件为透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递的那些条件(满足公式(25))，其中在满足公式(22)的前提下，此透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b，通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
有两种可能的情况存在，即入射到第一棱镜的棱镜面3a上、由光线分布器2反射的光线在照射方向传递(图15，公式(25))，并透射过棱镜面3b。在一种情况中，如图17所示，透射的光线通过比垂直于棱镜面3b的方向更靠近照射方向的光线导向板1传递。在另外一种情况中，如图18所示，透射的光线通过光线导向板1在比垂直于棱镜面3b的方向更远离照射方向的方向传递。无论是在图17还是图18的情况中，已经透射过棱镜面3b的透射光线与光线导向板1的光线入射面形成角β2。
当光线在图17所示的第一种情况中传递时，通过应用Snell定律推导出公式(31)，公式(31)还可以变换为公式(32)
(31)n1×sin(θ2+β2-90°)＝n0×sin(θ2+β1-90°) 当光线在图18所示的第二种情况中传递时，通过应用Snell定律推导出公式(33)，公式(33)还可以变换为公式(34)(33)n1×sin(90°-β2-θ2)＝n0×sin(90°-β1-θ2) 应该注意，由于sin-1(-x)＝-sin-1x，所以，公式(32)等于公式(34)。
为了使已经透射过第一棱镜的棱镜面3b并以通过公式(32)(公式(34))表示的角β2传递的光线透射到第二棱镜的棱镜面3a，必须满足公式(35)(35)θ1＞β2其次，为了使通过公式(32)(公式(34))表示的角β2传递的光线通过第二棱镜的棱镜面3a反射，必须得到成立的条件。为此，首先考虑光线透射过第二棱镜的棱镜面3a的情况。如图19所示，当以角度β2传递到光线导向板1的光线入射面的光线透射过第二棱镜的棱镜面3a时，从Snell定律可以推导出公式(36)，而公式(36)又可以变换为公式(37)(36)n1×sin(90°+β2-θ1)＝n0×sinx
其中x为透射光线的折射角。
在图19中，透射光线的折射角x可以达到的最大值为90°，此时，到棱镜面3a的入射角(90°+β2-θ1)也可以达到由公式(38)表示的最大值 因此，在棱镜面3a上的入射光线不会透射过，但可以通过图19中棱镜面3a反射的条件要满足公式(39)。公式(39)可以变换为公式(40)，而从公式(35)和(40)又可以推导出公式(41) 其次，为了使通过第二棱镜的棱镜面3a反射的光线在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，必须找到成立的条件。有两种可能的情况存在，其中通过第二棱镜的棱镜面3a反射的光线在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。在一种情况中，如图20所示，光线从垂直于光线导向板1的光线发射面的方向发射到左侧。在另一种情况中，光线从垂直于光线导向板1的光线发射面的方向发射到右侧。
如图20所示，当光线从垂直于光线导向板1的光线发射面的方向发射到左侧时，将Snell定律应用到在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射的光线，以推导公式出(42)
(42)n1×sin(90°+β2-2×θ1)＝n0×siny其中y表示通过透射过光线导向板1的光线发射面的光线与垂直于光线导向板1的光线发射面方向形成的角度。
为了在照射方向从光线导向板1发射光线，必须满足公式(43)(43)0≤y≤90°可以从公式(42)和(43)推导出下列公式(44) 如图21所示，当光线从垂直于光线导向板1的光线发射面的方向发射到右侧时，将Snell定律应用到在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射的光线，以推导公式(45)(45)n1×sin(2×θ1-β2-90°)＝n0×siny其中y表示通过透射过光线导向板1的光线发射面的光线与垂直于光线导向板1的光线发射面方向形成的角度。
为了在照射方向从光线导向板1发射光线，必须满足公式(46)(46)0°≤y≤90°可以从公式(45)和(46)推导出下列公式(47) 一旦满足公式(44)或(47)，通过第二棱镜的棱镜面3a反射的光线在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，以便当透射的光线在照射方向传递时，为了在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射入射到和透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线，必须满足公式(48) 从以上可知，为了满足使上述情况(1)出现的条件，即，为了使透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递(满足公式(25))，其中此透射光线透射过第一棱镜的棱镜面3b，通过第二棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，在满足公式(22)的前提下，必须满足公式(19)、(22)、(25)、(26)、(32)、(41)和(48)。
其次，将对用于使情况(2)出现的条件进行说明。具体地说，这些条件为透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递的那些条件(满足公式(25))，其中在满足公式(22)的前提下，此透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b以及第二棱镜的棱镜面3a和3b，通过第三棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
为了使入射到并透射过第一棱镜的棱镜面3a并在照射方向传递(满足公式(25))的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b和第二棱镜的棱镜面3a，由公式(38)可知，条件为以通过公式(32)表示的角β2传递到光线导向板1的光线入射面的光线满足公式(49)。
通过透射过第二棱镜的棱镜面3a的光线与光线导向板1的光线入射面形成的角β3可以通过利用透射光线的折射角x，由公式(36)推出的公式(50)表示，以便角β3也通过公式(51)表示(50)β3＝x+θ1-90°(51)β3＝θ1+sin-1{sin(90°+β2-θ1)}-90°
当具有相对光线导向板1的光线入射面的角β3的光线入射并透射过第二棱镜的棱镜面3b时，最终的光线与光线导向板的光线发射面形成角β4，由公式(52)表示。此公式(52)可以通过用β4代替公式(32)中的β2，用β3代替公式(32)中的β1推导出，并将公式(51)带入公式(32)得到 为了使此光线入射到第三棱镜的棱镜面3a，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，与推导公式(41)和(48)的过程一样，必须满足公式(53)和(54) 从上述可知，为了满足使上述情况(2)出现的条件，即，在满足公式(22)的前提下，为了使透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递(满足公式(25))，其中此透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b和第二棱镜的棱镜面3a和3b，通过第三棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，必须满足公式(19)、(22)、(25)、(26)、(32)、(52)、(53)和(54)。
其次，将对用于使情况(3)出现的条件进行说明。具体地说，这些条件为透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递的那些条件(满足公式(29))，其中在满足公式(22)的前提下，透射光透射过第一棱镜的棱镜面3b以及第二棱镜的棱镜面3a和3b，通过第三棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
当入射到并透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递时(图16)，通过此光线与光线导向板1的光线入射面形成的角β1通过公式(30)表示。为了帮助此透射光更容易地入射到第一棱镜的棱镜面3b，并为了使更多数量的棱镜设置在棱镜部分3中，通过棱镜面3b与光线导向板1的光线入射面形成的角优选近可能靠近90°。在此情况中，由于当其透射并折射到棱镜面3b上时，光线不会很大地改变方向，因此，如图22所示，当其在棱镜面3b上折射时，透射过棱镜面3b的光线更容易向光源传递。当光线如图22所示传递时，通过透射光利用光线导向板1的光线入射面传递的方向形成的角β5可以利用Snell定律由公式(55)得出 由于角β5小于通过入射到第一棱镜的棱镜面3b上的光线与光线导向板1的光线入射面形成的角α，公式(56)倾向于满足(56)θ1+sin-1{n×sin(90°-β5-θ1)}＞90°当将β5替换为条件等式的公式(25)中的α时，可以推导出上述公式(56)，以便使透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线在照射方向传递。假设满足公式(56)，如果与光线导向板1的光线入射面形成角β5的光线入射到并透射过第二棱镜的棱镜面3a，此透射过的光线在照射方向传递，以便光线可以以与上述情况(1)和(2)相同的方式处理。因此，如图22所示，通过第二棱镜的棱镜面3a与光线导向板1的光线入射面形成的角β6、以及通过透射第二棱镜的棱镜面3b的光线与光线导向板1的光线入射面形成的角β7可以分别通过公式(57)和(58)得到(57)β6＝θ1+sin-1{n×sin(90°-β5-θ1)}-90°
为了使相对光线导向板1的光线入射面具有角β7的光线入射到第三棱镜的棱镜面3a上，通过第三棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，在与推导公式(41)和(48)同样的推导过程中，必须满足公式(59)和(60)(59) (60) 从上述可知，为了满足使上述情况(3)出现的条件，即，在满足公式(22)的前提下，为了使透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递(满足公式(29))，其中透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b和第二棱镜的棱镜面3a和3b，通过第三棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，必须满足公式(19)、(22)、(29)、(30)、(55)、(57)、(58)、(59)和(60)。
其次，将对用于使情况(4)出现的条件进行说明。具体地说，条件为透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递的那些条件(满足公式(29))，在满足公式(22)的前提下，其中透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b、第二棱镜的棱镜面3a和3b、以及第三棱镜的棱镜面3a和3b，通过第四棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射。
在满足公式(22)、(29)、(30)的前提下，在用于上述情况(2)出现的条件中，用于上述的条件将满足公式(61)到(63)，其分别通过用β7替换β2(公式(58))、以及用通过透射过第三棱镜的棱镜面3b的光线和光线导向板1的光线入射面形成的角β9替换公式(52)到(54)中的β4推导出
应该注意，β6(公式(57))、β5(公式(55))、以及β1(公式(30))要求用θ1和θ2表示β7。
从上述可知，为了满足使上述情况(4)出现的条件，即，在满足公式(22)的前提下，为了使透射过第一棱镜的棱镜面3a的光线向光源传递(满足公式(29))，其中透射的光线透射过第一棱镜的棱镜面3b、第二棱镜的棱镜面3a和3b，以及第三棱镜的棱镜面3a和3b，通过第四棱镜的棱镜面3a反射，并在照射方向从光线导向板1的光线发射面发射，必须满足公式(19)、(22)、(29)、(30)、(55)、(57)、(58)、(61)、(62)和(63)。
其次，考虑设置在光线导向板1的光线发射面侧面上的光线分布器2的反射面的角度。
光线分布器2需要在相对照射方向的方向从光源4反射部分光线。为了在相对照射方向的方向反射光线，光线可以通过一个平面或两个平面反射。
考虑光线通过光线分布器2的一个平面反射的第一种情况。如图23所示，从光源4入射到光线导向板1上的光线入射角设定为x0；折射角为y；空气的折射系数为n0；光线导向板1的折射系数为n1；光线导向板1相对空气的相对折射系数为n。通过将Snell定律应用到从光源4入射到光线导向板1的光线推导出下列公式(64)，而公式(64)可以转换成用于得到折射角y的公式(65)(64)n1×siny＝n0×sinx0
y=sin-1(1nsinx0)---(65)]]>为了得到在光线导向板1内以公式(65)表示的折射角传递的光线通过与垂直于光线导向板1的光线发射面的方向形成的角θ3的平面(此后称为“θ3平面”)反射的条件，考虑光线不反射，但用定义为α′的折射角透射过θ3平面的第一种情况。从Snell定律推导出公式(66)(66)n0×sinα′＝n1×sin(90°-θ3+y)当光线不反射但透射过θ3平面时，α′具有等于90°的最大值，在此情况下，公式(66)简化为公式(67) 因此，由公式(65)和(67)可知，在光线导向板1内以公式(65)表示的折射角传递的光线通过与垂直于光线导向板1的光线发射面的方向形成角θ3的平面反射的条件通过公式(68)表示 在满足上述公式(68)的条件下，当光线与光线导向板1的光线入射面形成角α1时，假设通过θ3平面反射的光线在相对照射方向的方向传递，则从如图23所示光线传递方向的每个角的几何关系可以推导出公式(69)，而公式(70)可以通过求解α1从公式(69)推导出。
(69)90°-θ3+y+α1＝θ3(70)α1＝2×θ3-y-90°
为了使光线在其通过θ3平面反射后，在相对照射方向的方向传递，公式(71)必须满足(71)α1＞0°由公式(65)、(70)和(71)可知，为了使光线在其通过θ3平面反射后，在相对照射方向的方向传递，公式(72)必须满足 此外，如上所述，光线分布器2的反射面的角θ3优选设定为以便最大可能量的光线满足公式(19)、而由公式(19)、(65)、以及(70)推导出的公式(73)优选应该满足 此外，如上所述，光线分布器2的反射面的角θ3优选设定为以便最大可能量的反射光线满足公式(20)、而从公式(20)、(65)、以及(70)推导出的公式(74)优选应该满足 其次，考虑来自光源的光线通过光线分布器2的两个平面在相对照射方向反射的情况。
如图24所示，光线分布器2的两个反射面包括与垂直于光线导向板1的光线发射面的方向形成角θ3的平面(此后称为“θ3平面”)，以及与光线导向板1的光线发射面的方向形成角θ4的平面(此后称为“θ4平面”)。来自光源4的光线以入射角x0入射到光线导向板1，而已经透射过光线导向板1的光线具有折射角y。由于必须满足公式(68)以便使光线通过θ3平面反射，必须满足公式(68)以便使光线通过θ3平面和θ4平面共同反射。如图24所示，通过θ3平面反射的光线以通过2×θ3-θ4-y计算出的入射角入射到θ4平面，以便必须满足公式(75)，以使光线通过θ4平面反射2×θ3-θ4-y>sin-1(1n)---(75)]]>将公式(65)带入公式(75)以推导出表示通过θ3平面反射的光线又通过θ4平面反射的条件的公式(76)2×θ3-θ4-sin-1(1nsinx0)>sin-1(1n)---(76)]]>假设通过θ4平面反射的光线与光线导向板1的光线发射面形成角α2，如图24所示，从关于光线传递方向的每个角的几何关系可以推导出公式(77)，并求解公式(77)得到α2以推导出公式(78)(77)α2-θ4+θ3-y＝θ4+90°-θ3(78)α2＝90°-2×θ3+2×θ4+y如上所述，光线分布器2的反射面的角优选设定为以便使来自光线分布器2的最大可能量的反射光满足公式(19)、从公式(19)、(65)、以及(78)推导出的公式(79)优选应该满足 此外，如上所述，光线分布器2的反射面的角θ3和θ4优选设定为以便最大可能量的反射光满足公式(20)、从公式(20)、(65)、以及(78)推导出的公式(80)优选应该满足
图25是显示根据本发明第一实施方式的照明装置的示意简图，而图26是显示照明装置的截面视图。由直线光源4a发射的光线入射到光线导向板1上。光线分布器2设置在基本位于上述各个光源4a上方的位置，其中强光由直线光源4a发射。如图27所示，由直线光源4a入射到光线分布器2上的部分光线透射过光线分布器2，并在照明装置的照射方向离开，而部分光线在相对照射方向的方向反射。为了在相对照射方向的方向反射部分来自光源4a的光线，光线分布器2必须包括满足条件1(公式(3)、(4)、(68)、和(73))或条件2(公式(3)、(4)、(68)、(75)和(78))的平面。
如图27所示，在优选方式中，因为此光线分布器2有助于控制由光线分布器2反射的光线角度和量，所以，此光线分布器2包括在相对照射方向的方向反射光线的平面以及以其他顺序透射光线的平面(不满足条件1或2的平面)。例如，采用如图28所示具有组合阶梯结构的光线分布器2(图29)，从光线分布器2反射的光线角可以通过调节θ3和θ4控制。反射光线和透射光线的比也可以通过调节相对光线导向板的光线发射面基本为平面的平面长度、以及具有相对光线导向板的光线发射面有大角的平面的长度调节。此外，由于来自光源的光线在靠近两个邻近光源之间的中点处具有最低的强度，所以，从光线分布器2反射的光线的反射角α优选设定为满足公式(20)，以便从光线分布器2反射的光线倾向于集中在靠近光源之间的中点处。
如图30所示，光线导向板1中的棱镜部分3具有在照射方向发射由光线分布器2反射的光线的作用，以及有效地在照射方向发射直接从光源4a之间的光源4a入射到光线导向板1上的光线的作用。具有在照射方向发射由光线分布器2反射光线作用的棱镜部分3或满足条件3(公式(19)、(22)、(25)、(26)、(32)、(41)以及(48))，或者满足条件4(公式(19)、(22)、(25)、(26)、(32)、(52)、(53)以及(54))，或条件5(公式(19)、(22)、(29)、(30)、(55)、(57)、(58)、(59)以及(60))，或条件6(公式(19)、(22)、(29)、(30)、(55)、(57)、(58)、(61)、(62)以及(63))。具有有效地发射直接从光源4a之间的光源4a入射到光线导向板1上的光线作用的棱镜部分3满足条件7(公式(7)、(14)、(6)(当x0≤θ2时)、(16)(当x0＞θ2时)以及(17))。
另外，由于来自光源4a的光线在如上所述靠近邻近光源之间中点处具有最低的强度，所以，在优选方式中，棱镜部分3的两个棱镜面的角度设定为满足上述用于从具有满足公式(18)的入射角x0的来自光源4a的入射角的条件3到6的任何一个条件。此外，从均匀发射光线的观点看，棱镜部分3优选关于光源4a之间的中点双侧对称。
从光线分布器2入射到棱镜部分3的光线相对光线导向板1的光线入射面的角度、以及直接从光源4a入射到棱镜部分3的光线，相对光线导向板1的光线入射面的角度根据棱镜部分3设置的位置变化。因此，棱镜部分3的两个棱镜面的角θ1、θ2和光线分布器2反射面的角θ3、θ4可以适当地设定，以进一步改进发射光线的效率和均匀度。
上述已经基于计算对与光线导向板1的光线入射面和光线发射面成直角的任意截面的棱镜面3a、3b对光线导向板1的光线入射面的角度、以及光线分布器2的发射面的角度进行了讨论，以便上述讨论不局限于在平行于光线导向板1的光线发射面的直线光源，并可以应用到点光源。
与根据本分明实施方式的照明装置相关的光线导向板1可以由树脂(丙烯酸类树脂等)、玻璃等制作。当光线导向板1由树脂制作时，光线导向板1可以通过注模构成。另外，光线导向板1也可以通过热挤压或注模制作具有光线分布器2的光线导向板1以及具有棱镜部分3的光线导向板，然后用粘合剂将两者粘合在一起构成。
用在此处的光源可以为冷阴极荧光灯、LED(光线发射二极管)等。另外，点光源如壳形LED、表面可以固定的LED等可以直线间隔设置以作为直线光源使用。
其次，将对根据本发明第二实施方式的照明装置进行说明。图31为根据本发明第二实施方式照明装置的截面视图。如图31所示，光线分布器2设置在基本在光源4上方位置的光线导向板1的光线入射面上，发射相对强的光线，而棱镜部分3设置在光线导向板1的光线入射面上。每个光线分布器2可以使部分由相应光源4发射的光线实际从光线导向板1离开，并折射通过光线导向板1的光线发射面反射的至少部分剩余光线。棱镜部分3折射和反射通过光线导向板1的光线发射面反射并入射到棱镜部分3的光线，以及直接从光源4入射到棱镜部分3上的光线以引导至少部分此光线到光线导向板1的光线发射面。
其次，将对根据本分明照明装置的操作进行说明。从光源4发射并入射到光线导向板1中的光线分布器2上的光线实际部分从光线导向板1离开，而剩余的光线主要通过光线分布器2折射并在光线导向板1内传递。然后，如果光线入射到光线导向板1的光线发射面的入射角大于临界角，则光线通过光线导向板1的光线发射面反射。通过光线导向板1的光线发射面反射并入射到棱镜部分3上的光线、以及直接从光源4入射到棱镜部分3上的光线通过棱镜部分3折射和反射，并主要在远离不设置光线分布器2的光源4的区域、主要在垂直于光线导向板1的光线发射面并相对光源4的方向发射。
第二实施方式提供了与第一实施方式同样的优点。具体地说，基本在光源4上方位置发射的强光线通过光线分布器2分布到远离光源4的光线导向板1的区域，如光源4之间的区域，以便光线在远离不设置光线分布器2的光源4的区域通过棱镜部分3在照射方向发射，从而可能以均匀分布的方式发射光线。
为实现上述优点，光线导向板1中棱镜部分3的棱镜面的角度必须设定为以便通过光线分布器2折射、在光线导向板1的光线发射面上反射，并入射到棱镜部分3上的光线，在照射方向从光线导向板1的光线发射面有效地发射。光线导向板1中棱镜部分3的其他棱镜面的角度也必须设定为以便在远离光源4的光线导向板1中直接入射在棱镜部分3上的光线，在照射方向从光线导向板1的光线发射面有效地发射。棱镜部分3的这些棱镜面的角度以与第一实施方式所述设定的同样方式设定。
当光线分布器2设置在光线导向板1的光线发射面上时，当与设置在光线分布器2的光线发射面上的光线分布器2的情况相同时，光线分布器2在与光线发射面平行的方向光线分布器2要求的宽度P参照图3进行计算。当光线分布器2设置在光线导向板1的光线发射面上时，因为不需要考虑光线导向板1的厚度d，所以，光线分布器2要求的宽度P参照公式(81)进行计算 接收大量从光源4发射光线的区域具有至少大于光源4的宽度，以便当光线分布器2设置在光线导向板1的光线入射面上时，光线分布器2要求的宽度P通过公式(82)进行计算 在具有设置在其光线发射面上的光线分布器2的光线导向板1中，由于光线分布器2和棱镜部分3设置在同一个平面上，所以，结构只需要在光线导向板1的一个平面上形成，因此，对于制造很有利。
(实施例1)图32总体上说明了制造的光源单元，而图33为制造的光源单元的截面视图。具有3mm直径的三个冷阴极荧光灯以23.4mm的间隔设置在粘接到其内壁具有反射板12的壳体1内。光线导向板14具有80mm的宽度、110mm的长度以及2.5mm的厚度。光线分布器15每个都包括θ3＝35°或45°和θ4＝0°的阶梯，并以23.4mm的间隔设置，如图35所示，等于冷阴极荧光灯10设置的间隔。如图36所示，光线导向板14中的棱镜部分16具有θ1＝60°和θ2＝90°，并具有设计为关于冷阴极荧光灯10的原始中心双侧对称的棱镜面。光线导向板14由丙烯酸类树脂制作，并通过热挤压分别制作具有光线分布器15的光线导向板以及具有棱镜部分16的光线导向板，然后用具有与光线导向板14同样折射系数(n＝1.5)的粘合剂将两者粘合在一起。
光线导向板14设置在光源单元13上以制作照明装置，并测试其以得到光线发射分布和光线发射角度分布。
如图38所示，此实施例的照明装置提供了一种发射光线量为代替光线导向板的适于工业使用的漫射板(具有接近50％的透射率)的1.26倍的照明装置，并呈现出一种良好的光线发射分布状态(最小值/最大值＝88％)。此外，如图39所示，可以确定，此实施例的照明装置呈现出的光线发射角度分布比使用漫射板的照明装置的光线发射角度分布窄。光线发射角度分布在从直接定义为0mm距离的相关CCFL上到邻接CCFL的距离为8mm的位置测量。
(实施例2)除了将实施例1中的光线导向板14中的棱镜部分16改进为具有θ1＝50°和θ2＝90°外，实施例2的照明装置与实施例1的照明装置相同。
实施例2的照明装置提供的发射光线量为代替光线导向板的适于工业使用的漫射板(具有接近50％的透射率)的照明装置的1.24倍，并提供了一种基本与实施例1中同样好的光线发射分布状态。实施例2的照明装置还呈现与实施例1中同样好的光线发射角度分布状态。
(实施例3)除了将实施例1中的光线导向板14中的棱镜部分16改进为具有θ1＝60°和θ2＝80°外，实施例3的照明装置与实施例1的照明装置相同。
实施例3的照明装置提供的发射光线量为代替光线导向板的适于工业使用的漫射板(具有接近50％的透射率)的照明装置的1.26倍，并呈现出一种最小值/最大值＝83％的光线发射分布状态。此外，如图41所示，可以确定，实施例3的照明装置呈现出的光线发射角度分布比使用漫射板的照明装置的光线发射角度分布窄。光线发射角度分布在从直接定义为0mm距离的相关CCFL上到邻接CCFL的距离为8mm的位置测量。
(实施例4)除了将实施例1中的光线导向板14中的棱镜部分16改进为具有θ1＝60°和θ2＝90°、在对光线导向板的面具有角θ2的棱镜面和对光线导向板的面具有角θ1的棱镜面之间采用0.03mm的间距L外，实施例4的照明装置与实施例1的照明装置相同。
实施例4的照明装置提供的发射光线量为代替光线导向板的适于工业使用的漫射板(具有接近50％的透射率)的照明装置的1.19倍，并呈现出一种基本与实施例1中同样好的光线发射分布状态。实施例4的照明装置还呈现与实施例1中同样好的光线发射角度分布状态。
(对比实施例)除了将实施例1中的光线导向板14中的棱镜部分16改进为具有θ1＝60°和θ2＝30°外，对比实施例的照明装置与实施例1的照明装置相同。
如图43所示，尽管提供的发射光线量为代替光线导向板的适于工业使用的漫射板(具有接近50％的透射率)的照明装置的1.25倍，但对比实施例的照明装置呈现出较大的光线发射分布状态(最小值/最大值＝60％)。
虽然本发明通过优选实例进行了公开和具体说明，但是应当认为本领域的熟练技术人员可能在此基础上做出各种变更而不会脱离由权利要求所限定的发明保护范围和主题精神。
权利要求
1.一种照明装置，包括光源；以及光线导向板，其用于接收来自其光线入射面上的所述光源的光线，并从其光线发射面发射光线，其中所述光线导向板包括设置在所述光线发射板上的光线分布器，以及设置在所述光线入射面上的棱镜部分，所述光线分布器构成为使部分来自所述光源的入射光实际上从所述光线导向板发射，并向所述棱镜部分反射至少部分剩余的光线，所述棱镜部分构成为折射和反射来自所述光线分布器入射到其上的光、以及直接来自所述光源的入射到其上的光，以便引导至少部分光线到所述光线发射板，以及所述照明装置满足下列公式 其中r表示所述光源和所述入射光平面之间的距离；d表示所述导向板的厚度；D表示所述光源在平行于所述光线发射面方向的宽度；P表示所述光线分布器在平行于所述光线发射面方向的宽度；而n表示所述光线导向板相对空气的相对折射系数。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光源为在平行于所述光线发射面方向延伸的线性光源。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线导向板具有彼此平行的所述光线入射面和所述光线发射面；所述光线分布器具有与垂直于所述光线发射面方向形成角θ3的反射面；以及所述角θ3满足下列公式 x0<tan-1{P2×(r+d)}]]>其中x0表示通过从所述光源入射到所述光线导向板上的光线与垂直于所述光线入射面的方向形成的角。
4.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于角θ3满足下列公式
5.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线导向板具有彼此平行的所述光线入射面和所述光线发射面；所述光线分布器具有与垂直于所述光线发射面方向形成角θ3的反射面，以及与平行所述光线发射面方向形成角θ4的反射面；以及所述角θ3和θ4满足下列公式 2×θ3-θ4-sin-1(1nsinx0)>sin-1(1n)]]> x0<tan-1{P2×(r+d)}]]>其中x0表示通过从所述光源入射到所述光线导向板上的光线与垂直于所述光线入射面的方向形成的角。
6.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于所述角θ3和θ4满足下列公式
7.一种照明装置，包括光源；以及光线导向板，其用于接收来自其光线入射面上所述光源的光线，并从其光线发射面发射光线，其中所述光线导向板包括设置在所述光线入射面上的光线分布器，以及设置在不设置所述光线分布器的区域内的所述光线入射面上的棱镜部分，所述光线分布器构成为使来自所述光源的部分入射光按其原本情况从所述光线导向板发射，并折射至少部分剩余光线，以便所述光线通过所述光线发射面反射，所述棱镜部分构成为折射和反射通过所述光线发射面反射并入射到其上的光线、以及直接由所述光源入射到其上的光线，以引导至少部分光线到所述光线发射面，以及所述照明装置满足下列公式 其中r表示所述光源和所述入射光平面之间的距离；D表示所述光源在平行于所述光线发射面方向的宽度；P表示所述光线分布器在平行于所述光线发射面方向的宽度；而n表示所述光线导向板相对空气的相对折射系数。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于所述光源为在平行于所述光线发射面方向延伸的线性光源。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线导向板具有彼此平行的所述光线入射面和所述光线发射面；所述棱镜部分具有两个棱镜面；以及所述照明装置满足下列公式θ1＞γ 其中x0≤θ2 其中x0＞θ2x0<tan-1(sr)]]>其中θ1表示为靠近光源的最近所述棱镜部分的棱镜面对所述光线入射面的角度；θ2表示更远离所述最近光源的另一棱镜面对所述光线入射面的角度；n表示所述光线导向板相对空气的相对折射系数；s表示邻近光源之间的距离或当有一个光源时，所述光线导向板的长度；以及x0表示通过从所述光源入射到所述光线导向板上的光线与垂直于所述光线入射面的方向形成的角度。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于所述角x0满足下列公式tan-1(s4×r)≤x0≤tan-1(s2×r)]]>
11.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线导向板具有彼此平行的所述光线入射面和所述光线发射面，所述棱镜部分具有两个棱镜面；以及所述照明装置满足下列公式90°-θ1≥αθ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}＞90°其中a>tan-1(ds)]]> 其中β1＝θ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}-9θ° 其中θ1表示为靠近光源的最近所述棱镜部分的棱镜面对所述光线入射面的角度；θ2表示更远离所述最近光源的另一棱镜面对所述光线入射面的角度；α表示通过所述光线分布器反射的光线与所述光线发射面形成的角；而s表示邻近光源之间的距离或当有一个光源时，所述光线导向板的长度。
12.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线导向板具有彼此平行的所述光线入射面和所述光线发射面；所述棱镜部分具有两个棱镜面，以及所述照明装置满足下列公式90°-θ1≥αθ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}＞90°其中a>tan-1(ds)]]> 其中β1＝θ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}-90° 其中θ1表示为靠近光源的最近所述棱镜部分的棱镜面对所述光线入射面的角；θ2表示更远离所述最近光源的另一棱镜面对所述光线入射面的角度；α表示通过所述光线分布器反射的光线与所述光线发射面形成的角；而s表示邻近光源之间的距离或当有一个光源时，所述光线导向板的长度。
13.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线导向板具有彼此平行的所述光线入射面和所述光线发射面；所述棱镜部分具有两个棱镜面，以及所述照明装置满足下列公式90°-θ1≥αθ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}≤90°其中a>tan-1(ds)]]> 其中β1＝90°-θ1-sin-1{n×sin(90°-α-θ1)} β6＝θ1+sin-1{n×sin(90°-β5-θ1)}-90° 其中θ1表示为靠近光源的与所述棱镜部分最近的棱镜面对所述光线入射面的角度；θ2表示更远离所述最近光源的另一棱镜面对所述光线入射面的角度；α表示通过所述光线分布器反射的光线与所述光线发射面形成的角；而s表示邻近光源之间的距离或当有一个光源时，所述光线导向板的长度。
14.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线导向板具有彼此平行的所述光线入射面和所述光线发射面；所述棱镜部分具有两个棱镜面，以及所述照明装置满足下列公式90°-θ1≥αθ1+sin-1{n×sin(90°-α-θ1)}≤90°其中a>tan-1(ds)]]> 其中β1＝90°-θ1-sin-1{n×sin(90°-α-θ1)} β6＝θ1+sin-1{n×sin(90°-β5-θ1)}-90° 其中θ1表示为靠近光源的与所述棱镜部分最近的棱镜面对所述光线入射面的角度；θ2表示更远离所述最近光源的另一棱镜面对所述光线入射面的角度；α表示通过所述光线分布器反射的光线与所述光线发射面形成的角；而s表示邻近光源之间的距离或当有一个光源时，所述光线导向板的长度。
15.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于所述角α满足下列公式tan-1(2×ds)≤α≤tan-1(4×ds)]]>
16.根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于所述角α满足下列公式tan-1(2×ds)≤α≤tan-1(4×ds)]]>
17.根据权利要求13所述的照明装置，其特征在于所述角α满足下列公式tan-1(4×ds)≤α≤tan-1(4×ds)]]>
18.根据权利要求14所述的照明装置，其特征在于所述角α满足下列公式tan-1(4×ds)≤α≤tan-1(4×ds)]]>
19.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于当有一个所述光源时，所述棱镜部分为关于所述光源双侧对称，而当有两个所述光源时，所述棱镜部分为关于所述光源之间的中点对称。
20.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光线分布器由透射来自所述光源的光线的平面以及反射来自所述光源的光线的平面的重复形成。
21.一种包括根据权利要求1的照明装置的液晶显示装置。
全文摘要
本发明提供一种照明装置及应用照明装置的显示装置。由光源发射并入射到光线导向板的光线分布器上的光线按照其原本情况部分从光线导向板发射，并主要向棱镜部分反射。由光线分布器入射到棱镜部分上的光线和直接从光源入射到棱镜部分上的光线通过棱镜部分折射和反射，然后，在远离不设置光线分布器的光源的区域，在垂直于光线发射面并基本远离光源的方向从光线导向板的光线发射面发射。
文档编号G02F1/13GK1658040SQ20051000799
公开日2005年8月24日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者斋藤悟郎, 今井雅雄 申请人:日本电气株式会社