专利名称：导光板、表面光源设备、透射型图像显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导光板、表面光源、及透射型图像显示设备。
背景技术：
一般地，诸如液晶显示设备的透射型图像显示设备具有表面光源设备，该表面光源设备被布置在诸如液晶显示面板的透射型图像显示単元的背表面侧，用于向透射型图像显示单元提供背光。已知侧光型(edge-light type)表面光源设备作为这种表面光源设备(例如參见日本专利申请特许公开2005-38768号)。侧光型表面光源设备包括光源和传输光的导光板，该光源被布置在导光板旁边，用于将光提供至导光板的侧面。用于反射光的白点(反射点)被设置在导光板的背表面侧。在该结构中，从光源发出的光从导光板的侧面进入与光源相対的导光板并传播通过导光板 同时在导光板中被全反射。多个白点被形成在导光板的背表面侧(例如參见日本专利申请特许公开2005-38768号)，由此，从透射型图像显示単元侧的导光板的出射表面发射被白点反射的光。为了将从导光板的出射表面发射的光朝前方聚集以使得光高效地进入透射型图像显示单元，棱镜板通常被布置在导光板与透射型图像显示単元之间。这种棱镜板的示例是其中多个棱镜単元成排布置在透射型图像显示单元侧的表面上的棱镜板。
发明内容
然而，当形成有棱镜单元的棱镜板被布置在与如上述具有白点的导光板相対的表面上时，存在不能在前方向上充分改善亮度的情況。因此，本发明的目的是提供一种能够改善前方向上的亮度的导光板以及包括该导光板的表面光源设备和透射型图像显示设备。根据本发明的导光板是设置在棱镜板的与该棱镜板的ー个表面相反的背表面侧的导光板，棱镜板具有多个棱镜単元，每个棱镜单元沿形成在所述ー个表面上的ー个方向延伸，所述多个棱镜单兀沿基本上垂直于棱镜单兀的延伸方向的方向成排布置。导光板包括平面主体，其具有位于棱镜板侧的第一表面、在第一表面的相反侧的第二表面、以及与第一表面和第二表面相交的用于接收光的入射表面；以及多个透镜単元，其被形成在第二表面上，所述多个透镜单元向与第一表面相反的ー侧突出。所述多个透镜单元中的每个透镜单元具有的外部形状使得通过把入射到入射表面上并从第一表面出射的光的第二光通量与第一光通量之比乘以从第一表面发射的光的光发射效率而获得的值大于I. 055%。第一光通量是从第一表面上的点向所有方向发射的光的总光通量。第二光通量是从该点向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量。预定方向是在基本上垂直于棱镜単元的延伸方向的平面内与第一表面的法线成大约30°角的方向。发射效率是从第一表面发射的光的量与入射到入射表面上的光的量之比。根据本发明的表面光源设备是用于将光提供至棱镜板的与该棱镜板的ー个表面相反的后表面的表面光源设备，棱镜板具有多个棱镜単元，每个棱镜单元沿形成在所述ー个表面上的ー个方向延伸，所述多个棱镜单兀沿基本上垂直于棱镜单兀的延伸方向的方向成排布置。表面光源设备包括导光板，该导光板包括平面主体，其具有位于棱镜板侧的第一表面、在第一表面的相反侧的第二表面、以及与第一表面和第二表面相交的用于接收光的入射表面，以及形成在第二表面上井向与第一表面相反的ー侧突出的多个透镜単元；以及光源単元，其被设置在导光板的入射表面旁边，用于将光提供至入射表面。所述多个透镜单元中的每个透镜单元具有的外部形状使得通过把入射到入射表面上并从第一表面出射的光的第二光通量与第一光通量之比乘以从第一表面发射的光的光发射效率而获得的值大于I. 055%。第一光通量是从第一表面上的点向所有方向发射的光的总光通量。第二光通量是从该点向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量。预定方向是在基本上垂直于棱镜单元的延伸方向的平面内与第一表面的法线成大约30°角的方向。发射效率是从第一表面发射的光的量与入射到入射表面的光的量之比。根据本发明的透射型图像显示设备包括棱镜板，该棱镜板具有多个棱镜単元，每个棱镜単元沿形成在ー个表面上的ー个方向延伸，所述多个棱镜单元沿基本上垂直于棱镜単元的延伸方向的方向成排布置；导光板，其被设置在与所述ー个表面相対的棱镜板的背 表面侧，该导光板包括平面主体，其具有位于棱镜板侧的第一表面、在第一表面的相反侧的第二表面、以及与第一表面和第二表面相交的用于接收光的入射表面，以及形成在第二表面上井向与第一表面相反的ー侧突出的多个透镜単元；光源単元，其被设置在导光板的入射表面旁边，用于将光提供至入射表面；以及透射型图像显示単元，其被设置在棱镜板的所述ー个表面侧，用于基于从棱镜板发射的光的照明来显示图像。所述多个透镜单元中的每个透镜单元具有的外部形状使得通过把入射到入射表面上并从第一表面出射的光的第ニ光通量与第一光通量之比乘以从第一表面发射的光的光发射效率获得的值大于I. 055%。第一光通量是从第一表面上的点向所有方向发射的光的总光通量。第二光通量是从该点向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量。预定方向是在基本上垂直于棱镜単元的延伸方向的平面内与第一表面的法线成大约30 °角的方向。发射效率是从第一表面发射的光的量与入射到入射表面的光的量之比。以下，棱镜板的与导光板相对的表面(即，在所述ー个表面的相反侧的表面)也将被称为后表面。在这样构造的导光板、表面光源设备、和透射型图像显示设备中，从导光板的入射表面入射到导光板上的光在在导光板中被全反射的情况下传播通过导光板。传播通过导光板的光在入射到设置在第二表面上的透镜单元上时在与全反射条件不同的条件下被该透镜单元反射。因此，从主体的第一表面发射被透镜单元反射的光。由于形成在第二表面上的多个透镜単元中的每个透镜单元被成形为满足上述条件的形状，所以以较大比例从第一表面向预定方向(在基本上垂直于棱镜单兀的延伸方向的平面内与上述第一表面的法线成大约30°角的方向)发射光。由于导光板被设置在棱镜板的背表面侧，所以从导光板发射的光从棱镜板的后表面入射到棱镜板上。光的对棱镜板的入射角度基本上等于光从导光板的出射角度。因此，从第一表面发射的光可能以大约30°的入射角射在棱镜板上。这样的入射角的入射光以较大比例从棱镜单元朝前方向发射。因此，前方向上的亮度提高。在根据本发明的透射型图像显示设备中，透射型图像显示単元被设置在棱镜板上，从而用在前方向上具有较高亮度的光来照明。因此，可以提高通过透射型图像显示单元显示的图像的亮度。本发明可以提供一种能够改善前方向上的亮度的导光板以及ー种包括该导光板的表面光源设备和透射型图像显示设备。
图I是示出使用根据本发明的导光板的实施例的透射型图像显示设备的概要结构的示意图；图2是如从背表面侧观察的图I的导光板的平面视图；图3是用于说明透镜单元的形状的ー组图，其中，(a)是示出将局部坐标系设置在出射表面上的状态的图，而(b)是用于说明在(a)中示出的坐标系中根据z轴和X轴定义角 度的方法的图；图4是用于说明透镜单元的外部形状的示例的图；图5是示出限定透镜单元的外部形状的条件的图表；图6是示出限定透镜单元的外部形状的优选条件的图表；图7是图I中示出的透射型图像显示设备的部分放大视图；图8是示出背部形成有多个白点的导光板的结构示例的示意图；图9是示出发射光相对于其出射角Θ。的強度分布测量结果的图；图10是示出仿真模型的示意图；图11是示出用于仿真的透镜单元的外部形状的图；图12是示出用于仿真的透镜形状与光发射效率之间的关系的图表；图13是示出用于仿真的透镜形状与光发射效率之间的关系的图表；图14是示出用于仿真的透镜形状与在预定方向上发射的光的比例之间的关系的图表；图15是示出用于仿真的透镜形状与在预定方向上发射的光的比例之间的关系的图表；图16是示出用于仿真的透镜形状与有效光发射比例之间的关系的图表；图17是示出用于仿真的透镜形状与有效光发射比之间的关系的图表；图18是示出由图16中所示的ka和高宽比[hノWa]的值限定的透镜形状的底角的图表；图19是示出由图17中所示的ka和高宽比[hノwj的值限定的透镜形状的底角的图表；图20是示出由图16中所示的ka和高宽比[hノwj的值限定的透镜形状的前端部的曲率半径r相对于宽度Wa的图表；图21是示出由图17中所示的ka和高宽比[hノwj的值限定的透镜形状的前端部的曲率半径r相对于宽度Wa的图表。
具体实施例方式以下将參照附图对本发明的实施例进行说明。在附图的说明中，将用相同的标记表示相同的组成构件，而省略相同组成构件的重复描述。附图中的尺寸比例不一定与说明的尺寸比例一致。在说明中表示方向的词语诸如“上”和“下”是根据附图中说明的状态为方便而使用的词语。图I是示出使用根据本发明的导光板的实施例的透射型图像显示设备的概要结构的示意图。图I示出了透射型图像显示设备10在分解状态下的截面结构。图I示意性地将光图解为光束。透射型图像显示设备10可以有利地用作用于移动电话和各种电子设备或TV装置的显示设备。透射型图像显示设备10包括透射型图像显示単元20、用于输出要提供给透射型图像显示単元20的表面光的表面光源単元30、以及被布置在透射型图像显示単元20与表面光源単元30之间的棱镜板40。以下，为了说明的方便，将棱镜板40和透射型图像显示单兀20相对于表面光源30成排布置所沿着的方向称为如图I中不出的Z轴方向或前方向。将垂直于Z轴方向的两个方向分别称为X轴方向和Y轴方向。X轴方向和Y轴方向彼此垂直。
透射型图像显示単元20基于从导光板50发射的表面光的照明来显示图像。透射型图像显示单元20的示例包括作为起偏振板叠层(polarizing plate laminate)的液晶显示面板，在该起偏振板叠层中，线性起偏振板22、23被布置在液晶元件21的两侧。在该情况下，透射型图像显示设备10是液晶显示设备(或液晶TV)。可以将在常规的透射型图像显示设备(诸如液晶显示设备)中使用的液晶元件和起偏振板作为液晶元件21和起偏振板22、23。液晶元件21的示例包括TFT型和STN型液晶元件。棱镜板40用于将从导光板50发射的光朝前方聚集。棱镜板40是光学片,其中多个棱镜单元41被布置在前表面40a上，前表面40a是在透射型图像显示单元20侧的ー个表面。视作平面的棱镜板40的形状的示例包括基本上是长方形的形状和基本上是正方形的形状。棱镜单元41在ー个方向(图I中的Y轴方向)上延伸。多个棱镜单元41在棱镜单兀41的延伸方向上成排布置。姆个棱镜单兀41具有三角形棱镜形状，同时其垂直于棱镜单元41的延伸方向的截面是顶角α基本上是直角的直角三角形。顶角α可以是至少80°但小于等于100°。顶角α优选地是至少80°但小于等于90°，更优选地是90°。优选地，棱镜单元41具有等腰直角三角形截面。棱镜单元41的顶端41a可以弯曲到由制造等中的误差引起的程度。棱镜板40由透光材料(或透明材料)制成。透光材料的折射率例如是I. 46至I. 62，优选地是I. 49至I. 59。透光材料的示例包括透光树脂材料和透光玻璃材料。透光树脂材料的示例包括聚碳酸酯树脂(折射率1. 59)、MS树脂(甲基丙烯酸甲脂-苯こ烯共聚物树脂；折射率1. 56至I. 59)、聚苯こ烯树脂(折射率1. 59)、AS树脂(丙烯腈-苯こ烯共聚物树脂；折射率1. 56至I. 59)、丙烯酸基紫外光(UV)可固化树脂(折射率1. 46至I. 58)和聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA;折射率I. 49)。棱镜板40可以以不丧失本发明的本质的程度包含扩散体(diffuser)等。棱镜板40具有通常为光滑表面的后表面40b。然而，后表面40b可以是以不丧失本发明的本质的程度粗糙化的表面。当光学构件被布置在棱镜板40与导光板50之间时，经如上所述粗糙化的后表面40b例如可以防止光学构件和棱镜板40彼此粘附。
棱镜板40的厚度可以是棱镜单元41的顶端41a与基本上平坦的后表面40b (在前表面40a的相反侧的表面)之间的距离。棱镜板40的厚度的示例是至少O. Imm但小于等亍 Smnin表面光源设备30是用于向透射型图像显示単元20提供背光的侧光型背光単元。表面光源设备30包括导光板50和光源单兀60、60，光源单兀60、60被布置在导光板50的彼此相反的侧面50a、50b旁边。光源单元60、60中的每个具有如同(在图I中在Y轴方向上布置的)线ー样布置的多个点状光源61。点状光源61的示例是发光二极管。为了高效地使光入射到导光板50上，光源単元60可以配备有用于反射光的设置在导光板50的相对侧的作为反射构件的反射器。虽然这里例示了具有多个点状光源61的光源単元60，但是光源単元60也可以是线性光源，诸如突光管。表面光源设备30可以配备有相对于透射型图像显示単元20位于导光板50的相反侧的反射単元70。反射単元70用于使从导光板50发射至反射単元70的光再次入射到 导光板50上。反射単元70可以具有如图I中示出的片形状。反射単元70可以是表面光源设备30的容纳导光板50的壳体的镜面抛光底面。现在将參照图I和图2对导光板50进行说明。图2是从背表面侧观察图I中示出的导光板50的平面视图。视为平面的导光板50的形状的示例包括基本上是长方形的形状和基本上是正方形的形状。导光板50具有平面主体51和形成在主体51上的多个透镜单元52。主体51由透光材料(或透明材料)构成。透光材料的折射率例如是I. 46至I. 62。透光材料的示例包括透光树脂材料和透光玻璃材料。透光树脂材料的示例包括聚碳酸酯树脂(折射率1. 59)、MS树脂(甲基丙烯酸甲脂-苯こ烯共聚物树脂；折射率1. 56至I. 59)、聚苯こ烯树脂(折射率1. 59)、AS树脂(丙烯腈-苯こ烯共聚物树脂；折射率1. 56至I. 59)、丙烯酸可UV固化树脂(折射率1. 46至I. 58)和聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA ;折射率1. 49)。从透明度角度来看，更优选PMMA作为透光树脂材料。如图I中示出的，主体51具有在厚度方向上彼此相反的出射表面(第一表面)51a和背表面(第二表面)51b。出射表面51a和背表面51b基本上是平坦的。主体51具有与出射表面51a和背表面51b相交的四个侧面51c、51d、51e、51f。图I示出了在X轴方向上彼此相反的两个侧面51c、51d。侧面51c、51d也用作与光源单元60相对的侧面50a、50b。在该情况下，侧面51c、51d是光从光源単元60入射到其上的入射表面。在主体51的四个侧面51c、51d、51e、51f中，余下的两个侧面51e、51f (见图3)在Y轴方向上彼此相反。作为侧面51c、51d与出射表面51a、背表面51b之间的位置关系的示例，图I示出侧面51c、51d基本上垂直于出射表面51a、背表面51b的状态。在该实施例中，也假定其他的侧面51e、51f垂直于出射表面51a、背表面51b。如图I和图2中示出的，多个透镜单元52形成在背表面51b上。透明的透镜单元52用于使传播通过导光板50的光从出射表面51a侧出射。每个透镜单元52具有圆顶形外部形状。现在将对每个透镜单元52的形状进行说明。为了简化说明，假定多个透镜単元52具有相同大小。
透镜单元52具有这样的外部形状，使得当从出射表面51a上的给定点(ー个点)P发射光时，通过从用作出射位置的点P发射的光的第二光通量与第一光通量的比(比例)乘以发射效率而获得的值大于1.055%。点P可以是出射表面(第一表面)51a的中心部分中的点(一个点)，S卩，出射表面51a的中心。第一光通量是从点P向导光板50的外部的所有方向(所有方位)发射的光的总光通量。第二光通量是从点P向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量。在该实施例中，单位立体角是1/4JI。该预定方向是在垂直于Y轴方向的平面内与出射表面51a的法线成大约30°的角的方向。发射效率是从出射表面51a发射的光的总量与入射到用作入射表面的侧面51c、51d上的光(即入射到导光板50上的光)的量之比 。将參照图3提供更具体的说明。图3是用于说明透镜52的形状的一组图。图3(a)是示出将局部坐标系建立在出射表面51a上的状态的图。图3 (b)是用于说明在图3Ca)中示出的坐标系中根据z轴和X轴限定角度的方法的图。如图3 (a)中示出的，建立以出射表面51a上的给定点P作为原点的局部xyz坐标系，使得假定关于原点的単位球表面。在xyz坐标系中，z轴垂直于出射表面51a。就是说，z轴对应于出射表面51a的法线。X轴基本上平行于X轴方向。就是说，X轴是基本上垂直于用作入射表面的侧面51c、51d的方向。在该情况下,y轴基本上与Y轴方向一致。x轴、y轴和z轴在图3 (b)中也分别对应于X轴、Y轴和Z轴。如在图3 (b)中示出的，假设Θ是从点P发射的光的方向与z轴之间的角(偏向角)，且φ是发射的光的方向与X轴之间的角(偏向角)。在该设置中，预定方向是在χ-ζ平面内θ=30°的方向。换句话说，预定方向是由0=30°和φ=0°限定的方向。预定方向可以是落入θ和φ分别满足θ=30° ±5°和φ=0σ±5σ的范围内的方向。假设
所有方向发射的光的总光通量，且の2是向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量。光通量φ2与总光通量φ1的比是预定方向上的光发射比。以下也将预定方向上的光发射比简称为“光发射比”。假设R是光发射比，Κ=Φ2/Φ1Ι5假设Q1是入射到导光板50上的光的量，且Q2是从出射表面51a发射的光的总量。假设E是光发射效率，E=QyQ10在该情况下，透镜单元52的外部形状满足I. 055 (%) <RXEX100 (=Re)在以下说明中，也将Re称为有效光发射比。图4是用于说明透镜单元52的外部形状的示例的图，即，导光板50的包括透镜单元52的中心轴C的截面结构的示意图。在透镜单元52中，将位于背表面51b的相对侧的透镜单元52的顶端称为透镜单元52的前端部52a，而将透镜单元52的背表面51b侧称为底部52b。在该实施例中，假定透镜单元52具有通过绕用作旋转轴的中心轴C旋转图4中示出的截面形状而获得的形状。因此，透镜单元52在包括中心轴C的给定截面中是双侧対称的。透镜单元52也具有这样的外部形状使得背表面51b与接触透镜单元52的切面之间形成的角从透镜単元52中的底部52b侧向前端部52a侧单调递减。将參照图4对透镜单元52的外部形状的各种示例进行说明。在图4中，假设Wa(μ m)和ha ( μ m)分别是透镜单元52的宽度(直径)和最大高度。 假设(I)hノWa是为最大高度ha与宽度Wa之比的高宽比，(II)r/wa是透镜単元52的前端部52a的曲率半径r ( μπι)与宽度wa之比，且(III) Y (。)是透镜单元52的底部52b相对于背表面51b的角(后文中称为底角),有效光发射比Re (%)落入上述范围内的透镜单元52可以具有hノwa、r/wa、和Y由图5的图表内的组合中的任意组合限定的外部形状。优选地，透镜单元52具有hノwa、r/wa、和Y由图6的图表内的组合中的任意组合限定的外部形状。现在将根据基于图5和图6的图表中示出的高宽比[hノwj的分类具体地例示透镜单元52要满足的形状条件。(1)0. 17 ^ ha/wa<0. 19 的情况透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件中的任意条件的形状
(Ia) O. 66 く r/wa 彡 O. 94 且 34. 48 ^ Y ^ 48. 00(Ib) I. 22 ^ r/wa 彡 I. 28 且 70. 93 ^ y ^ 78. 28优选地，透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状O. 66 く r/wa 彡 O. 80 且 34. 48 ^ Y ^ 40. 32(2)0. 15 ^ ha/wa<0. 17 的情况透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状O. 74 く r/wa 彡 I. 21 且 31. 41 ^ y ^ 55. 00优选地，透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状O. 82 く r/wa 彡 I. 05 且 34. 02 ^ Y ^ 44. 64(3)0. 13 ^ ha/wa<0. 15 的情况透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状O. 94 く r/wa 彡 I. 47 且 30. 57 ^ Y ^ 58. 14优选地，透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状I. 03 く r/wa 彡 I. 29 且 33. 44 ^ Y ^ 45. 63(4)0. 11 ^ ha/wa<0. 13 的情况透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状I. 30 く r/wa 彡 I. 72 且 32. 70 ^ y ^ 54. 09优选地，透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状I. 41 く r/wa 彡 I. 51 且 36. 55 ^ Y ^ 41. 25(5)0. 09 ^ ha/wa<0. 11 的情况透镜单元52具有r/wa和Y满足以下条件的形状I. 81 く r/wa 彡 2. 06 且 36. 17 ^ Y ^ 49. 07前端部52a的曲率半径r表示作为透镜单元52的顶端的前端部52a的弯曲状态。例如，如图4中示出的，前端部52a的曲率半径是假定与前端部52a接触的(在图4中用虚线表示的)圆的半径。底角Y是在透镜单元52的切面P与背表面51b之间、在透镜52的轮廓与背表面51b的相交处、在通过中心轴C的截面中形成的角。底角Y对应于假定透镜单元52为液滴时的接触角。相对于前端部52a，底部也用作透镜单元52的裙座。因此，底角Y也是裙座角。例如，宽度wa是至少5 μ m但小于等于1mm，优选地是至少10 μ m但小于等于5mm。具有这样大小的透镜单元52为所谓的微透镜。
由于图4示出了包括透镜单元52的中心轴C的截面的结构，所以宽度wa对应于透镜单元52的最大宽度。另ー方面，匕是透镜单元52的在前端部52a的位置处的厚度。高宽比[hノwj对应于透镜单元52的在前端部52a的位置处的厚度(或高度)相比于透镜单元52的最大宽度，S卩，[前端部位置处的厚度]/[透镜单元的最大宽度]。一般而言，透镜単元52在前端部52a的位置处具有最大厚度，使得透镜单元52的在前端部52a的位置处的厚度也是透镜単元52的最大厚度。在上述(II)中阐述的比例对应于曲率半径r与透镜単元52的最大宽度之比，即，[曲率半径]/[透镜单元的最大宽度]。透镜单元52可以由与主体51的材料相同的材料制成。透镜单元52也可以由与主体51的材料不同的材料制成，只要该材料是透光材料。这样构造的导光板50的主体51可以是由单种透光材料构成的单层平面主体或堆叠有由彼此不同的透光材料制成的层的多层平面主体。当透镜单元52由与主体51的材料相同的材料制成吋，导光板50是由单种透光材料制成的平面主体。当将透光树脂材料用作构成主体51和透镜单元52的透光材料吋，透光树脂材料 也可以包含添加剤，诸如UV吸收剂、抗静电剂、抗氧化剂、加工稳定剂、阻燃剂、和润滑剤。可以单独地或以两个或更多个的组合来使用这些添加剤。使导光板50包含有UV吸收剂是优选的，这是因为当从光源単元60发射的光包括大量UV射线等吋，UV吸收剂可以防止导光板50被UV射线劣化。UV吸收剂的示例包括基于苯并三唑、ニ苯甲酮、氰基丙烯酸酯、丙ニ酸酷、草酰替苯胺、和三嗪的UV添加剂，其中，优选基于苯并三唑和三嗪的UV添加剤。透光树脂材料通常在不包含光扩散剂作为添加剂的情况下使用，但可以在不丧失本发明的本质的情况下包含有少量的光扩散剂。作为光扩散剂，折射率与主要构成具体包括主体51和透镜单元52的导光板50的上述透明材料的折射率不同的粉末被用作分散在透明材料中。光扩散剂的示例包括有机颗粒(诸如苯こ烯树脂颗粒和甲基丙酸烯树脂颗粒)和无机颗粒(诸如碳酸钾颗粒和硅石颗粒)，而其颗粒大小通常为O. 8至50 μ m。优选地，出射表面51a是平坦的。然而，为了降低莫尔条纹，出射表面51a可以在其表面层展现轻微扩散。可以通过喷墨印刷(喷墨技木)、光聚合、挤出成型、或注射成型等等来制造配备有透镜单兀52的导光板50。当通过喷墨印刷(喷墨技术)或光聚合制造导光板50时，可以使用UV可固化树脂作为透镜単元52的材料。UV可固化树脂的示例包括丙烯酸基UV可固化树脂。现在将对通过喷墨印刷同时使用丙烯酸基UV可固化树脂作为透镜単元52的材料来制造导光板50的方法示例进行说明。在该情况下，通过挤出成型或注射成型等形成作为平面主体的主体51。随后，在操作喷墨头的同时将UV可固化树脂滴(印刷)在主体51的表面上以成为背表面51b。接下来，通过用UV射线照射来固化UV可固化树脂，使得形成透镜单元52。当使用喷墨印刷形成透镜单元52时，在作为另ー印刷技术的丝网印刷(screenprinting)中不可缺少的原物(original)等是不必要的。通常通过适当地重复设计和尝试步骤将多个透镜単元52布置成预定点图案，使得从出射表面51a发射的光的亮度变高。在没有原物情况下的喷墨印刷可以降低确定预定点图案所需要的时间。因此，可以更高效地制造导光板50。虽然这里例示了基于喷墨印刷的制造方法，但是通过挤出成型或注射成型等直接地形成有透镜单元52的导光板50可以按照上述方式来制造。在该情况下，透镜单元52由与主体51的材料相同的材料制成。现在将在将导光板50被用在透射型图像显示设备10中以作为图I中作为示例示出的表面光源设备30的一部分的情况下对导光板50的操作和效果进行说明。图7是图I中示出的透射型图像显示设备10的部分放大视图。图7放大了图I中的侧面50a (侧面51cM则。当打开光源单兀60中的点状光源61时,来自点状光源61的光从导光板50的与点状光源61相对的侧面50a进入导光板50。已进入导光板50的光在在导光板50中被全反射的情况下传播通过导光板50。当入射到透镜单元52上时，传播通过导光板50的光在除全反射条件之外的条件下在透镜单元52中被反射。因此，反射的光从出射表面51a出射。 由于透镜单元52具有有效光发射比Re (%)大于I. 055%的形状，所以从出射表面51a以大约30°的出射角Θ。发射的光的比例变得较高。因此，通过棱镜板40入射到透射型图像显不单兀20上的光的売度提闻。现在将作为示例參照白点81取代透镜单元52被形成在背表面51b上的导光板80来说明这点。图8是示出背表面51b上形成有多个白点81的导光板80的结构示例的示意图。为了说明，图8也示出了点状光源61和棱镜板40。除了白点81取代透镜单元52形成在背表面51b上之外，导光板80具有与导光板50相同的结构。在导光板80中，与导光板50中的构成相似的构成将參用相同的标记。进入导光板80的光在由点状光源61发出之后也在在导光板80中被全反射的情况下传播通过导光板80。当入射到白点81上时，传播通过导光板80的光在除全反射条件之外的条件下在白点81的位置处被反射。因此，被白点81反射的光从出射表面51a发射。这里，如图9中示出的，出射角Θ。趋于变为接近60°。图9是示出发射的光相对于其出射角Θ。的強度分布測量结果的图。在图9中，横坐标是从出射表面51a发射的光的出射角Θ。，而纵坐标是光強度(Cd)。从导光板80发射的光以与出射角Θ。基本相同的角入射到棱镜板40上。因此，从导光板80以大约60°的出射角Θ。发射的光以大约60°的入射角Θ i入射到棱镜板40上。然而，如在图8中示出的，以接近60°的入射角Θ i入射到棱镜板40上的光在从棱镜单元41发射时可能偏离Z轴方向出射。因此，入射到透射型图像显示単元20上的光趋于減少。另ー方面，在导光板50中，光以落入30° ±5° (B卩，至少25°但小于等于35° )的范围内的出射角Θ。发射的比例更高。在该情况下，更大量的光以30° ±5°的入射角Qi入射到棱镜板40上。当对棱镜板40的入射角Qi接近30°时，从棱镜单元41发射的光可能朝如图7中示出的厚度方向(Z轴方向)出射。换句话说，从导光板50发射的光可能朝作为厚度方向的前方聚集。因此，光以更大比例向透射型图像显示単元20出射。这改善了前方的亮度，从而允许透射型图像显示単元20显示更亮的图像。现在将根据仿真的结果对出射角Θ。接近30°的出射光的量在透镜单元52满足图5中示出的条件时变得更大的事实进行说明。图10是示出仿真模型的示意图。为了说明的方便，与图I中示出的要素相对应的要素将如在导光板50M中一祥添加有下标M。通过在以下模型中使用光线跟踪来进行仿真点状光源61M、61M分别布置在导光板50m的侧面50Ma、50Mb旁边,而反射片作为反射单兀70M设置在图10中不出的导光板50M之下。点状光源61M、61M布置在侧面50Ma、50Mb旁边。另一方面，点状光源61M、61M位于导光板50m的较短侧方向上的中心部分处。仿真条件如下 导光板50m的构成材料假定主体51M和透镜单元52M中的每个由PMMA (折射率I. 49)制成 视作平面的导光板50M的形状(在厚度方向上)长方形 导光板50m的较长侧长度Wl 500mm 籲导光板50m的较短侧长度W2 20mm 主体51M的厚度t :4mm籲导光板50m的透镜单元52m的前端部52Ma与反射单元70M之间的距离0. Imm 反射単元70m :被假定为镜子(具有100%的反射率) 点状光源61m :被假定为具有各项同性发射的点光源 从点状光源61m发射的光的波长被假定为550nm 点状光源61M与导光板50M之间的距离0. Imm对主体51m的侧面51Me、51Mf假定周期性边界条件。就是说，假定侧面51Me、51Mf将所有光反射回到导光板50中。在仿真中，用透镜单元52m的包括如图4中示出的其中心轴C的截面结构中的圆锥截面来表示透镜单元52M的轮廓。具体地,如图11中示出的,建立u-v坐标系,并通过用以下表达式(I)表示的圆锥截面V(U)限定透镜单元52M的截面形状。u-v坐标系中的V轴对应于图4中的透镜单元52的中心轴C。u轴对应于图4中示出的X轴方向。[表达式I]
—ν\μβ =5 ma —-***(!)
IV· X J
I-A11 +<J(l — ^rt|s . ~ I在表达式(I)中，ka是指示用表达式(I)表示的圆锥截面的锐度(acuteness)的參数并示出了透镜单元52m的前端部52Ma的锐度。例如，当ka为O、I、和-I时，透镜单元52M的外部形状分别成为抛物线的、棱柱状的、和半椭圆的。在仿真模型中，多个透镜单元52 以固定间隔布置在主体51M的后表面52Mb上。具体地，对后表面52Mb设置通过布置多个方形而形成的方点阵，且在作为方点阵的构成単元的每个方形处放置ー个透镜单元52m。透镜单元52m占据点阵的构成单元的比例(透镜单元52M覆盖构成单元的比例)为78. 5%。用作方点阵的构成单元的方形的每侧的长度为500 μ m。
首先，在仿真中设计了具有由表达式(I)限定的外部形状的透镜单元52m。假设光从点状光源61m入射到具有这样设计的透镜单元52m的导光板50m上，则假定用作光发射位置的点P在导光板50m的出射表面51Ma的中心部分处。随后，建立图3 Ca)(或图3 (b))中示出的局部χ-y-z坐标系，并计算来自点p的全辐射通量和从点P朝Θ =30°且的方向(后文中称为预定方向)发射的光的每单位立体角的辐射通量。具体地，为了与稍后将说明的比较试验进行比较，在仿真中的半球表面上的多个点中的每个点处计算在0°彡Θ彡90°且Og < φ < 36(^(对应于图3 (b)中示出的单位球的球表面中z > O的区域中的半球表面)的范围内发射的光的辐射。此后，根据这样计算的辐射计算整个半球表面的全辐射通量和预定方向上的每单位立体角的辐射通量。以在Θ和φ方向上分别以5°和10°为增量的方式设置用于计算辐射的多个点，从而包括预定方向上的点。根据辐射如下计算全辐射通量和辐射通量。 首先，将每个计算点处的辐射转换成每单位立体角的辐射通量。设置1/4π作为単位立体角。随后，将每个辐射通量转换成単位球表面上每表面元素辐射通量。此后，在半球表面上对单位球表面上每表面元素的辐射通量求数值积分，从而计算全辐射通量。对于朝预定方向的每单位立体角的辐射通量，使用预定方向上的计算点处的转换值。当计算辐射通量作为仿真中的物理量时，辐射通量对应于作为所谓的心理物理量的光通量(每单位时间的光量)。因此，预定方向上的每单位立体角的辐射通量与计算的全辐射通量之比，即，[每单位立体角的辐射通量]/[全辐射通量]对应于光发射比(朝预定方向发射的光的比
例)Ro计算从出射表面51Ma发射的光的总量与入射到导光板50Μ上的光的量之比，从而得到光发射效率E。针对通过改变ka和hノWa设定的多个透镜単元52m的形状中的每个进行上述仿真，从而计算光发射比R和光发射效率E，从而针对每个仿真的结果得到有效光发射比Re。为了比较，通过使用配备有白点81的导光板80来获得基于实际测量值的有效光发射比re。在用于比较的试验(后文中称为“比较试验”)中，采用由三星电子有限公司制造的UN46B8000中使用的背光単元，并使用该背光単元的导光板作为导光板80。通过使用导光板80和背光単元的光源并在导光板80的背表面侧设置银沉积反射膜，获得与图10的结构相似的结构。用于比较试验的导光板80配备有白点81。在比较试验中，如在图10示出的仿真模型中，将白光从导光板80的侧面提供到导光板80中，并在出射表面51a的预定位置(导光板80的中心位置)处测量亮度。通过使用亮度计(由Topcon公司制造的亮度色度计BM-5AS)进行测量。具体地，在图3 (b)中示出的球表面中z ^ O的半球表面内的多个測量点中的每个测量点处测量亮度。设置多个测量点从而对应于用于仿真中的辐射的计算点。将测量的亮度转换成光強度，即，每立体角的光通量。使用通过上述亮度计设置的1/4 π作为单位立体角。随后，将每单位立体角的光通量(光強度)转换成単位球表面上每表面元素的光通量。此后，在整个半球表面上对单位球表面上每表面元素的光通量求数值积分，从而计算总光通量。使用预定方向上的计算点处的转换值作为朝预定方向的每单位立体角的光通量。将向预定方向的每单位立体角的光通量Φ:除以总光通量Φ2，从而计算光发射比(预定方向上的光发射比)。已知具有通过丝网印刷形成的白点81的导光板80的发射效率为80%。因此，在比较试验中假设导光板80的发射效率为80%。将计算的向预定方向的光发射比R乘以作为假设的光发射效率E的80%，从而计算比较试验中的有效光发射比Re。得出的有效光发射比Re 为 I. 055%。图12至21的图表中示出了仿真的結果。图12和13是示出由表达式(I)中的ka和高宽比[hノwa]限定的透镜形状与光发射效率E之间的关系的图表。图12示出了 ka至少为O. I但小于等于O. 9的范围。图13示出了 ka至少为-O. 9但小于等于O的范围。在图12和图13中用百分比(％)表示光发射效率E。图14和15是示出由表达式(I)中的ka和高宽比[hノwa]限定的透镜形状与预定方向的光发射比R之间的关系的图表。图14示出了 ka至少为O. I但小于等于O. 9的范围。图15示出了 ka至少为-O. 9但小于等于O的范围。如在图12和13中一祥，在图14和图15中用百分比表示光发射比R。图16和图17是示出由表达式(I)中的ka和高宽比[hノwj限定的透镜形状与有效光发射比Re之间的关系的图表。图16示出了 ka至少为0.1但小于等于0.9的范围。图17示出了 ka至少为-O. 9但小于等于O的范围。图16的图表中的各単元格的值基于图12和图14的图表中的相应单元格的值。类似地，图17的图表中的各単元格的值基于图13和图15的图表中的相应单元格的值。图18和图19是示出分别由如图16和图17中表示的ka和高宽比[hノwj限定的透镜形状的底角Y的图表。图20和21是示出前端部52Ma的曲率半径r与分别由如图16和图17中表示的ka和高宽比[hノwj限定的透镜形状的宽度Wa之比[r/wj的图表。在图16和图17的图表中，比针对白点81计算的有效光发射比Re的值(I. 055%)大的有效光发射比Re的值标有下划线。这指示因为有效光发射比Re更高，而有更大量的光以接近30°的出射角发射。也就是说，当在组合有棱镜板40 时，由于有效光发射比Re较高，亮度可以更加提高。因此，当与棱镜板40m组合时，与比较试验的导光板80相比，配备有具有与图16和图17的图表中的标有下划线的位置(単元格)对应的形状的透镜单元的导光板50m可以更加提闻売度。在图16至图21中用粗框围绕的区域内的单元格中，hノWa和 <满足以下条件(I)和⑵条件(I):ha/wa〈0. 19条件(2):ka<0在图18至图21 (特别地图19和图21)中，用粗框围绕的区域内的与包括图16和图17中的标有下划线的值的单元格对应的单元格内的值标有下划线。在图17、图19和图21中用粗框围绕的区域内的单元格中，现在将研究具有标有下划线的值的单元格。透镜单元52的与这些单元格对应的高宽比[hノwa]、曲率半径与宽度wa之比[r/wa]、和底角Y落入图5的图表内。因此，在配备有由图5中示出的高宽比[h ノWa]、曲率半径与宽度Wa之比[r/wa]、和底角Y的组合限定的透镜单元52的导光板50中，以接近30°的出射角发射的光的比例更大。因此，在配备有棱镜板40的透射型图像显示设备10中，使用该实施例中的导光板50可以以较高亮度照明透射型图像显示単元20。这可以改善通过透射型图像显示単元20显示的图像的亮度。
当hノwa较小时透镜单元变得较平，而当ka较大时透镜单元52的顶端变得较圆。当hノWa和ka分别满足条件(I)和条件(2)时，透镜单元52的顶端(前端部52a)趋于具有较圆和较平的形状，由此，更易于通过印刷来形成透镜单元52。因此，由图5中示出的高宽比[hノwj、曲率半径与宽度Wa之比[r/wj、和底角Y的组合限定的透镜单元52具有更易于通过印刷来制造的形状。当通过喷墨印刷形成透镜单元52时，由于透镜単元52较平，所以背表面51b需要的防液处理变得较弱(或不必要)，同时更加改善透镜单元52到主体51的附着。因此，当使用喷墨印刷方案吋，图5中示出的透镜单元52中的每个是更优选的形状。虽然在此之前在比较试验中已假设发射效率E为80%，但是当假定光发射效率E为100%时比较试验中的有效光发射比Re为I. 5075%。在图17中的粗框内的单元格中，有效光发射比Re大于I. 5075%的单元格画有阴影。在图19和图21中，与图17中的画有阴影的单元格对应的单元格也画有阴影。在图17、图19和图21中的画有阴影的単元格的限定透镜单元52m的形状的高宽比[hノwj、曲率半径与宽度Wa之比[r/wa]、和底角Y落入图6的图表的范围内。
因此，配备有由落入图6的图表的范围内的高宽比[hノWa]、曲率半径与宽度Wa之比[r/wa]、和底角Y限定的透镜单元52的导光板50以高于在比较试验中假设光发射效率E为100%的情况下的比例的比例朝大约30°的方向发射光。因此，当配备有由落入图6的图表的范围内的高宽比[hノwj、曲率半径与宽度Wa之比[r/wa]、和底角Y限定的透镜单元52的导光板50组合有棱镜单元40时，可以用较高亮度照明透射型图像显示単元20。这可以改善通过透射型图像显示単元20显示的图像的亮度。虽然之前已说明了本发明的实施例，但是本发明可以在不偏离本发明的本质的范围内以各种方式来修改而不限于上述实施例。 在上述实施例中，假定形成在背表面51b上的多个透镜単元52具有有效光发射比Re大于I. 055%的形状。然而，如果形成在背表面51b上的多个透镜单元中的至少一半是上述实施例中说明的透镜单元52，则将足够。换句话说，形成在背表面51b上的多个透镜単元可以包括由用作透镜单元52的第一透镜单元组成的一半和由不满足上述实施例中说明的条件的第二透镜单元组成的另一半。用作透镜单元52的第一透镜单元的数目和第二透镜単元的数目也可以是6:4。优选地，如图4中示出的，透镜单元52具有在透镜单元52的切面与背表面51b之间形成的角从透镜単元52的底部侧向前端部侧单调递减的形状。然而，只要透镜单元52具有有效光发射比Re大于I. 055%的形状，例如，由图5中示出的hノwa、r/wa、和Y的组合限定的形状，则不需要透镜单元52的切面与背表面51b之间形成的角向前端部52a单调递减。光源単元60的数目不限于2。例如，光源単元60的数目可以是3或更大。在该情况下，例如，主体51的侧面51e、51f中的至少之ー还可以设置有光源単元60。可以单独地设置一个光源单兀60。在该情况下,光源单兀60被布置在图I中不出的侧面51c、51d之一处。在透射型图像显示设备10中，只要本丧失本发明的本质，就可以在导光板50与棱镜板40之间及在棱镜板40与透射型图像显示单元20之间布置其他的光学构件。布置在导光板50与棱镜板40之间的光学构件的示例包括具有不丧失本发明的本质的程度的光扩散特性的光扩散片和微透镜片。布置在棱镜板40与透射型图像显示単元20 之间的光学构件的示例包括反射偏振分离片、光扩散片、和微透镜片。
权利要求
1.一种导光板，其被设置在棱镜板的与所述棱镜板的一个表面相反的后表面侧，所述棱镜板具有多个棱镜单元，每个棱镜单元沿形成在所述一个表面上的一个方向延伸，所述多个棱镜单元沿基本上垂直于所述棱镜单元的延伸方向的方向成排布置； 所述导光板包括 平面主体，其具有位于所述棱镜板侧的第一表面、在所述第一表面的相反侧的第二表面以及与所述第一表面和所述第二表面相交的用于接收光的入射表面；以及 多个透镜单元，其形成在所述第二表面上并向与所述第一表面相反的一侧突出； 其中，所述多个透镜单元中的每个透镜单元具有的外部形状使得通过把入射到所述入射表面并从所述第一表面出射的光的第二光通量与第一光通量之比乘以从所述第一表面发射的光的光发射效率而获得的值大于I. 055% ； 所述第一光通量是从所述第一表面上的点向所有方向发射的光的总光通量； 所述第二光通量是从所述点向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量； 所述预定方向是在基本上垂直于所述棱镜单元的延伸方向的平面内与所述第一表面的法线形成大约30°角的方向；并且 所述发射效率是从所述第一表面发射的光的量与入射到所述入射表面的光的量之比。
2.—种表面光源设备,用于将光提供至棱镜板的与所述棱镜板的一个表面相反的后表面，所述棱镜板具有多个棱镜单元，每个棱镜单元沿形成在所述一个表面上的一个方向延伸，所述多个棱镜单元沿基本上垂直于所述棱镜单元的延伸方向的方向成排布置； 所述表面光源设备包括 导光板，所述导光板包括平面主体，其具有位于所述棱镜板侧的第一表面、在所述第一表面的相反侧的第二表面以及与所述第一表面和所述第二表面相交的用于接收光的入射表面；以及多个透镜单元，其形成在所述第二表面上并向与所述第一表面相反的一侧突出；以及 光源单元，其被设置在所述导光板的所述入射表面旁边，用于将光提供至所述入射表面； 其中，所述多个透镜单元中的每个透镜单元具有的外部形状使得通过把入射到所述入射表面并从所述第一表面出射的光的第二光通量与第一光通量之比乘以从所述第一表面发射的光的光发射效率而获得的值大于I. 055% ； 所述第一光通量是从所述第一表面上的点向所有方向发射的光的总光通量； 所述第二光通量是从所述点向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量； 所述预定方向是在基本上垂直于所述棱镜单元的延伸方向的平面内与所述第一表面的法线形成大约30°角的方向；并且 所述发射效率是从所述第一表面发射的光的量与入射到所述入射表面的光的量之比。
3.一种透射型图像显示设备，包括 棱镜板，其具有多个棱镜单元，每个棱镜单元沿形成在一个表面上的一个方向延伸，所述多个棱镜单兀沿基本上垂直于所述棱镜单兀的延伸方向的方向成排布置； 导光板，其被设置在所述棱镜板的与所述一个表面相反的背表面侧，所述导光板包括平面主体，其具有位于所述棱镜板侧的第一表面、在所述第一表面的相反侧的第二表面以及与所述第一表面和所述第二表面相交的用于接收光的入射表面；以及多个透镜单元，其形成在所述第二表面上并向与所述第一表面相反的一侧突出； 光源单元，其被设置在所述导光板的所述入射表面旁边，用于将光提供至所述入射表面；以及 透射型图像显示单元，其被设置在所述棱镜板的所述一个表面侧，用于基于从所述棱镜板发射的光的照明来显示图像； 其中，所述多个透镜单元中的每个透镜单元具有的外部形状使得通过把入射到所述入射表面并从所述第一表面出射的光的第二光通量与第一光通量之比乘以从所述第一表面发射的光的光发射效率而获得的值大于I. 055% ； 所述第一光通量是从所述第一表面上的点向所有方向发射的光的总光通量； 所述第二光通量是从所述点向预定方向发射的光的每单位立体角的光通量； 所述预定方向是在基本上垂直于所述棱镜单元的延伸方向的平面内与所述第一表面的法线形成大约30°角的方向；并且 所述发射效率是从所述第一表面发射的光的量与入射到所述入射表面的光的量之比。
全文摘要
提供了一种导光板、表面光源设备以及透射型图像显示设备。导光板是设置在棱镜板的背表面侧的导光板，棱镜板具有成排布置在一个表面上的多个棱镜单元，每个棱镜单元沿一个方向延伸，并且该导光板包括主体，其具有彼此相反的第一表面和第二表面、以及与第一表面和第二表面相交的入射表面；以及形成在第二表面上的多个透镜单元。每个透镜单元具有的外部形状使得通过把从第一表面上的点朝预定方向发射的光的光通量与从该点向所有方向发射的光的光通量之比乘以作为从第一表面发射的光的量与入射到入射表面的光的量值之比的光发射效率而获得的值大于1.055%。预定方向是在基本上垂直于棱镜单元的延伸方向的平面内与第一表面的法线成大约30°角的方向。
文档编号G02B6/00GK102819060SQ20121018337
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月5日 优先权日2011年6月7日
发明者太田宽史, 关口泰广, 百田健太郎 申请人:住友化学株式会社