专利名称：前照灯、反射式显示装置及前照灯中的光控制方法
技术领域：
本发明涉及前照灯(Front Light)、反射式显示装置及前照灯中的光控制方法。
背景技术：
图1是示出由前照灯2及反射式液晶显示面板3构成的反射式液晶显示装置1的概略剖面图。在使用了这种前照灯2的反射式液晶显示装置1中，从前照灯2的光出射面6出射的光大致可以分为以下二种。一种是图像光8，其如图1中实线箭头所示，从冷阴极射线管之类的线状光源4发出的光在导光板5内传播，从该光出射面6大致垂直出射后，通过液晶显示面板3的玻璃基板及液晶层，被反射面7反射，返回到原来的方向，通过液晶显示面板3及前照灯2，出射到观察者方。另一种是噪声光(noise光)9，其如图1中虚线箭头所示，通过被前照灯2的光出射面6及液晶显示面板3的玻璃基板表面等反射，出射到观察者方。
在产生了这种噪声光9时，如图1所示，因为图像光8与噪声光9出射到相同方向，所以，在由液晶显示面板3生成的图像中，白色光重叠，画面的对比度降低，可视性变差。
图2是示出防止上述可视性降低的反射式液晶显示装置10的概略剖面图。在该反射式液晶显示装置10中，在导光板5的表面(与光出射面6相对的面)上与光源4平行地(与光线垂直)形成断面未锯齿状的图形(pattern)11，在导光板5内传播的光在图形11上发生全反射，从导光板5的光出射面6斜向出射。因此，即使从光出射面6出射的光在光出射面6发生反射，或从光出射面6出射的光在液晶显示面板3的表面发生反射，该噪声光9(正反射光)在观察者方也会出射到倾斜方向，很难直接进入观察者的眼睛。因此，可以减少画面正面方向中的噪声光9，提高画面的对比度。另一方面，因为从光出射面6向倾斜方向出射的光在透过液晶显示面板3的液晶层后，被具有适当倾角的反射面7反射到垂直方向，成为画面正面方向中的图像光8，所以，可以保持画面正面方向的亮度，提高可视性。
在将冷阴极射线管、导光棒、或由多个点光源构成的线状光源用作前照灯的光源时，可以采用图2的导光板结构。但是，在使用所述的点光源时，从点光源12出射的光如图3的平面视图所示，因为在导光板5内以点光源12为中心呈放射状扩展，所以，由锯齿状图形11反射并从光出射面6出射的光的方向在光出射面6内不恒定。进而，如果要将不沿着恒定方向出射的光由反射面7同样地反射到垂直方向，则必须根据位置使反射面7的倾斜方向不同，反射面7的形状不得不变得复杂。因此，反射面的设计、制造及与前照灯的位置对齐变得困难。
此外，即使可以按照从光出射面6出射的点光源12的光的方向来制作反射面7的形状，也会产生以下问题因为太阳光之类的外界光的入射角度统一在一定方向，所以，如果由根据使用了点光源12的前照灯而改变倾斜方向的反射面7反射外界光，则由反射面7反射的光的反射方向朝向各个方向，在外界光下使用时，画面中会产生亮度不均匀。
发明内容
本发明是鉴于上述技术课题形成的，其目的在于，在使用了所述的点光源的前照灯中，防止图像光与噪声光沿相同方向出射，此外，减小由前照灯照明时与由外界光照明时的照明状态的差别。
本发明涉及的前照灯在某实施方式中，具有导光板，其封闭并传播从光入射面入射的光，使其从上述光出射面向被照明物出射光；和点光源，其配置在与上述导光板的光入射面相对的位置，其特征在于从上述光出射面出射的光的发光强度(光度)最大的方向倾斜到相对于上述光出射面的法线方向倾斜的方向，该发光强度最大方向在上述光出射面内大致统一在一个方向。
本发明涉及的反射式显示装置在某实施方式中，其特征在于具有上述前照灯和反射式显示面板，该反射式显示面板具有反射面，该反射面配置在上述前照灯的光出射面侧，使从上述光出射面出射的光发生反射。
本发明涉及的前照灯中的光控制方法在某实施方式中，该前照灯具有导光板，其封闭并传播从光入射面入射的光，使其从光出射面出射；和点光源，其配置在与上述导光板的光入射面相对的位置，其特征在于使从上述光出射面出射的光的发光强度最大的方向倾斜到相对于上述光出射面的法线方向倾斜的方向，使该发光强度最大方向在上述光出射面内大致统一在一个方向。
图1是示出现有的反射式显示装置的概略剖面图。
图2是示出防止可视性降低的现有的另一反射式液晶显示装置的概略剖面图。
图3是示出在使用了点光源的前照灯中，从点光源出射的光的动作的概略平面图。
图4是示出依据本发明的实施例1的反射式液晶显示装置的概略剖面图。
图5是上述的反射式液晶显示装置中使用的前照灯的一部分的局部剖开概略透视图。
图6是上述的前照灯的平面图。
图7是表示在液晶显示面板中，在内面基板上形成的反射面的局部剖开放大剖面图。
图8(a)是示出从前照灯出射的光的光线图；(b)是示出入射到前照灯的外界光的光线图。
图9是示出从偏转图形的倾斜面漏出的光的动作的说明图。
图10是示出在前照灯的导光板内传播的光及从其表面漏出的光的方向的图。
图11是示出偏转图形的方向及由偏转图形反射的光的方向变化的图。
图12是示出与点光源位于同一圆周上的偏转图形的配置及由偏转图形反射的光的出射方向的概略平面图。
图13是示出公式(1)中使用的入射角γ1的说明图。
图14是示出与点光源位于同一圆周上的偏转图形的配置及由偏转图形反射的光的出射方向的立体概略图。
图15是示出偏转图形的其他配置及由偏转图形反射的光的出射方向的概略平面图。
图16是说明图15中的偏转图形的配置的图。
图17(a)(b)(c)是示出将点光源作为中心，位于φ＝0°、45°、90°各方向的位置上的出射光的发光强度分布的模拟结果的图。
图18是示出模拟上述的发光强度分布的位置的平面图。
图19是示出使用前照灯时的角度(方位)的图。
图20是示出由外界光引起的图像光及噪声光的概略图。
图21是示出偏转图形的其他剖面形状的剖面图。
图22(a)是示出将点光源设置到导光板的上端部中央的状态的平面图；(b)是示出将点光源设置到导光板的上端部的角部分的状态的平面图。
图23是示出本发明的实施例2的概略图。
图24(a)(b)(c)是示出在上述的实施例中，将点光源作为中心，位于φ＝0°、45°、90°各方向的位置上的出射光的发光强度分布的模拟结果的图。
图25是示出依据本发明的实施例3的反射式液晶显示装置的概略剖面图。
图26是示出上述的反射式液晶显示装置中的反射面的形状的局部剖开放大剖面图。
图27(a)(b)是示出使用上述的反射式液晶显示装置，测定从其正面出射的光的亮度分布的结果的图。
图28(a)(b)都是示出从导光板的内部(下面侧)看到的使反射光偏移的偏转图形的图。
图29是示出组装有本发明涉及的反射式液晶显示装置的移动电话的透视图。
图30是示出组装有本发明涉及的反射式液晶显示装置的移动信息终端的透视图具体实施方式
以下，参照附图，具体说明本发明的实施例。
实施例1图4是示出在反射式液晶显示面板23的前面配置了依据本发明的实施例1的前照灯22的反射式液晶显示装置21的概略剖面图。此外，图5是该前照灯22的局部剖开概略透视图。图6是其平面图。
前照灯22由所谓的点光源24及导光板25构成，该点光源24中密封了发光二极管等发光元件；该导光板25是由聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、合成树脂等透明树脂通过注射模塑法等方法成形的。点光源24配置在导光板25的有效出射区域25a(参照图10)的外侧的角部，在导光板25的上面上形成了多个偏转图形26，该偏转图形26用于使从点光源24出射并在导光板25内部传播的光发生全反射。在图5及图6中，点光源24配置在导光板25的内部，但是，也可以在导光板25的角部近旁配置在导光板25的外部。导光板25的上面上配置的各个偏转图形26被凹陷设置为V槽状，如图6所示，大致排列在以点光源24为中心的同心圆上。
此外，为了使从导光板25的光出射面28出射的光的强度分布在整个光出射面上均匀，偏转图形26在点光源24的近旁，图形面密度变小，随着与点光源24的距离增加，图形面密度逐渐变大。
图4所示的反射式液晶显示面板23在形成了TFT电极的内面基板31及形成了透明电极的玻璃基板32之间，密封了液晶材料33，在内面基板31之上形成了反射面34。如图7所示，在内面基板31之上形成了绝缘材料层35，在绝缘材料层35中配置了同一形状的多个倾斜图形35a，通过在绝缘材料层35的表面上形成铝等金属的蒸镀薄膜，形成了反射面34。此外，虽然没有进行图示，但是，在玻璃基板32之上设置了偏振片等。
然而，在该前照灯22的点光源24点亮时，如图8(a)及图5所示，从点光源24出射并入射到导光板25内的光(用箭头表示。以下相同)被封闭在导光板25内，在导光板25的表面27与光出射面28(内面)之间反复进行全反射，并向远离点光源24的方向传播，同时，逐渐扩展到整个导光板25。该光被偏转图形26的倾斜面29全反射时，其向导光板25的光出射面28前进，从光出射面28向液晶显示面板23出射，并照明液晶显示面板23。在本发明的前照灯22中，从光出射面28出射的光相对于光出射面28的法线方向倾斜，与出射位置无关，向同一方向倾斜。
此外，在点光源24没有点亮，而是由太阳光等外界光照明液晶显示面板23时，如图8(b)所示，从导光板25的表面27入射的外界光透过导光板25，从光出射面28出射，照明液晶显示面板23。
在来自点光源24的光从导光板25的光出射面28斜向出射时，如图4所示，出射的光透过液晶显示面板23的玻璃基板32及液晶材料33，在反射面34发生反射。因为反射面34以在从光出射面28出射的光的入射方向下降的状态倾斜，所以，如图7所示，从前照灯22斜向入射的光被反射面34大致向垂直方向反射。被反射面34反射的图像光大致垂直透过液晶材料33、玻璃基板32、导光板25等，出射到反射式液晶显示装置21的画面正面，可以提高画面正面方向的亮度。
具有这种结构的反射式液晶显示装置21具有如下说明的特征。因为从前照灯22的光出射面28出射的光倾斜于光出射面28的法线方向，使该斜向入射的光在反射面34向大致垂直的方向反射，使图像光大致向画面正面出射，所以，从光出射面28斜向出射的光即使在光出射面28及玻璃基板32的表面发生反射，这些噪声光如图4中虚线箭头所示，出射到视角以外的倾斜方向，不会造成图像光与噪声光的重合，可以得到对比度高的显示画面。
此外，因为从光出射面28斜向出射的光如图5所示，都统一在相同方向，所以，只要将反射面34倾斜到一定方向就可以，不会造成反射面34的结构的复杂化。进而，从导光板25的光出射面28出射的点光源24的光与外界光相同，都统一在一个方向，反射面34的各倾斜图形35a倾斜到一定方向，所以，即使都统一在一定方向的外界光入射并在反射面34发生反射，反射光的方向也会朝向一定方向，不容易产生亮度不均匀，可以使得画面变亮。进而，因为反射面34的倾斜是由多个倾斜图形35a的集合形成的，所以，液晶显示面板23的厚度变薄(如果采用1个倾斜的反射面，则液晶显示面板23的厚度变大。)。而且，因为各倾斜图形35a弯曲成凹面状，所以，反射光稍许扩散，可以防止外界光及景色映入反射面34。
图9说明了下述情况光以小于全反射的临界角的入射角(以倾斜面29的法线为基准的入射角)，从导光板25内入射到偏转图形26的倾斜面29。入射到倾斜面29的光透过倾斜面29，从导光板25的表面27斜向出射。此外，其中一部分在从倾斜面29出射后，入射到倾斜面29后方的捕捉面30，再次返回到导光板25内，被再次利用。
在前照灯(未图示)中使用了冷阴极射线管等线状光源时，如图9所示，如果从倾斜面29直接漏出光，则因为漏出的光的方向在整个导光板25中都统一在一个方向，所以，从某角度看画面时，画面成为全白色，已经无法识别画面。
与之相对，在使用了点光源24的前照灯22中，如图10所示，因为在导光板25内传播的光以点光源24为中心呈放射状扩展，所以，从偏转图形26的倾斜面29直接漏出的噪声光不象使用线状光源时那样统一出射到一个方向，而是出射到以点光源24为中心的半径方向。因此，噪声光的出射方向根据位置而不同，不易象使用线状光源时那样，画面成为全白色，可以用宽视角来识别画面。
其次，说明用于实现下述功能的结构通过以点光源24为中心配置成同心圆状的偏转图形26使来自点光源24的光发生反射，使偏转图形26反射的光统一在一定方向，从光出射面28出射。为了使来自光出射面28的出射光的方向统一在一定方向，只要根据从点光源24看到的偏转图形26的方向，改变入射到偏转图形26的光线与偏转图形26的倾斜面29的法线所成的角度就可以。因为入射到偏转图形26的倾斜面29的光的角度依赖于从点光源24看到的偏转图形26的方向(或从偏转图形26看到的点光源24的方向)，所以，如图11(图11将内面侧作为上面，从导光板25的内部看偏转图形26。)所示，只要根据从点光源24看到的偏转图形26所在的方向，改变倾斜面29的方向，改变入射光线与倾斜面29的法线所成的角度，就可以控制光的出射方向。
具体而言，如图12所示，为了使从点光源24出射的光在各偏转图形26的倾斜面29上发生反射，从光出射面28斜向出射到相同方向，只要规定各倾斜面29的方向，使得在从与导光板25的光出射面28垂直的方向看时，配置在以点光源24为中心的同一圆周上的偏转图形26的倾斜面29的法线N大致相交于一点O就可以。按照这种方式，从与光出射面28垂直的方向看时，只要使得倾斜面29的法线N相交于一点，就可以降低从光出射面28出射的光的出射方向的偏差(ばらつき)，使得出射方向大致统一在一个方向。
具体而言，把从与导光板25的光出射面28垂直的方向看时，连接法线N的交点O和点光源24(点光源的发光区域的中心)的直线(与通过点光源24并从光出射面28出射的光线的方向在光出射面28上的正投影平行的直线)，与连接点光源24(点光源的发光区域的中心)和偏转图形26的直线所成的角度设为φ，把连接点光源24和偏转图形26的直线与法线N所成的角度设为ξ，如图13所示，将在倾斜面29发生全反射的光入射到光出射面28的入射角设为γ1时，只要ξ及φ满足如下公式(1)，法线N就相交于一点O。
ξ=arccos(1-cosφ·sinγ1+sin2γ1-2·sinγ1·cosφ)...(1)]]>例如，在从光出射面28出射的光的出射角γ2为20°时，根据斯涅尔定律，1×sinγ2＝n×sinγ1(导光板25的折射率n＝1.53)，所以，上述公式(1)的γ1为12.9°。
此外，如图13所示，偏转图形26的剖面形状为直角三角形，倾斜面29与导光板25的表面27之间的角度α＝50°，该角度对全部偏转图形26都恒定。此外，法线N的交点O与偏转图形26不在同一平面，如图14所示，成为立体配置。同一圆周上的偏转图形26的倾斜面29的法线N优选不只是在从与光出射面28垂直的方向看到的状态下，而且在3维情况下，也交叉于一点O。另外，上述公式(1)的含义是虽然在不同的圆周上，但是从点光源24看位于相同方位的偏转图形26在从与光出射面28垂直的方向看时，该倾斜面29的法线N的方向相对于连接点光源24和该偏转图形26的方向仅倾斜相同的角度ξ，所以，上述交点O对于不同圆周上的偏转图形26，不在相同的点。
此外，偏转图形26的配置方向如图15所示，如果使位于以点光源24为中心的同一圆周C上的各偏转图形26的长边方向与连接点光源24和偏转图形26的直线和以点光源24为一个焦点的椭圆E的交点处的椭圆E的切线方向一致，也可以得到同样的效果。
具体而言，如图16所示，考虑以点光源24为一个焦点，并且，在长轴方向内切于以点光源24为中心的圆周C的椭圆E，引一条连接点光源24和任意偏转图形26的直线，求该直线与椭圆E的交点上的椭圆E的切线方向，按照使上述偏转图形26的长边方向与该切线方向平行的状态决定偏转图形26的方向，也可以使从导光板25的光出射面28出射的光的方向一致。
根据图16，进一步具体说明位于以点光源24为中心的圆周C上的各偏转图形26的配置方向的决定方法。在考虑位于以点光源24为中心的半径r的圆周C上的偏转图形26时，因为椭圆E以点光源24为一个焦点A，并且内切于圆周C，所以，如果将椭圆E的长轴设为a，短轴设为b，焦点A、B间的距离设为2p，则这些参数与圆周C的半径r之间，存在如下关系。
r＝a+p …(2)p2＝a2-b2…(3)
在此，如果将导光板25的折射率设为n，空气中的折射率设为n1，来自导光板25的光的出射角度设为γ2(参照图13)，则椭圆E的椭圆率满足如下公式(4)。例如，如果出射角度γ2＝20°，折射率n1＝1，n＝1.53，则该椭圆率为0.97469。
ba=1-n12·sin2γ2n2...(4)]]>根据上述公式(2)、公式(3)、公式(4)，因为可以将圆周C的半径r作为参数，决定椭圆E的长轴a、短轴b、焦点间距离2p的值，所以，可确定椭圆E。
另外，图16是从与导光板25垂直的方向看到的说明图，u轴方向表示与通过点光源24并从光出射面28出射的光线的方向在光出射面28上的正投影平行的方向，v轴方向表示与u轴方向垂直的方向。
在这样相对配置了偏转图形26的圆周C决定了椭圆E时，决定长边方向，使其成为与连接点光源24和偏转图形26的直线与椭圆E的交点上的椭圆E的切线相平行。如果这样决定了圆周C上的偏转图形26的方向，则在从与导光板25垂直的方向看时，与圆周C上的各偏转图形26的倾斜面垂直的法线N在距离点光源24为L＝p(1+p/a)＝k n1 sinγ2的位置相交于一点。但是，k是任意的比例常数。
此外，如图16所示，如果象图16中实线所示的偏转图形26那样，在满足上述公式(4)的椭圆E上配置偏转图形26，则可以使来自点光源24的光从导光板25的光出射面28斜向出射到一个方向，使得偏转图形26的配置的设计变得容易。但是，与配置在圆周上的情况不同，配置在椭圆上时，由于各椭圆间的距离随其在导光板25内的位置而不同(例如，v轴方向与u轴方向相比，椭圆间的间隔更狭窄。)，所以，产生图形密度不均匀。为了使图形密度一定，只要根据位置，调节图形的长边方向的长度就可以。
此外，为了防止来自点光源24的光不在偏转图形26的倾斜面发生反射，而在侧面发生反射成为噪声光，优选偏转图形26的侧面平行于来自点光源24的光线，或，在后方以向内侧凹陷的状态倾斜。
图17(a)(b)(c)分别示出使用上述结构的前照灯22，如图18所示，位于以点光源24为中心的φ＝0°、45°、90°各方向的位置P1、P2、P3上的出射光的发光强度分布的模拟结果，都绘出了发光强度大于等于发光强度的最大值的一半值的区域。此外，图17(a)(b)(c)的横轴表示图18的x轴方向(上述v方向)，纵轴表示图18的y轴方向(上述-u方向)，表示出从光出射面28的法线方向倾斜90°以内的方位。如图17(a)(b)(c)所示，在所有情况下，发光强度大于等于一半值的区域都是在连接点光源24和该位置的方向上长的区域，但是，每种情况下都是位于y轴上，出射方向朝向特定方向，大致一致。反射式液晶显示面板23因为反射面34具有扩散特性，所以，只要来自前照灯22的各位置的出射光的发光强度分布大于等于一半值的区域包含特定的方向，就不会在画面中产生亮度不均匀，可以确保可视性。此外，因为该特定的方向与光出射面28的垂直方向不同，所以，前照灯22的光出射面28及液晶显示面板23的表面上的反射光不出射到画面正面方向，对比度变高。
下面，从实际使用形式来考虑。因为反射式液晶显示装置21可作为移动电话等的显示器来使用，所以，很多情况下，以沿上下方向立起的状态或以斜向立起的方位被使用或观察。在这种反射式液晶显示装置21中，优选从前照灯22的光出射面28出射的光的出射方向倾斜到上下方向。最好向下方倾斜。因此，点光源24在使用状态中只要配置在导光板25的上端部(成为图像光透过区域的有效出射区域25a的外侧)就可以。如果将点光源24配置在导光板25的上端部，则如图19所示，容易使来自前照灯22的出射光出射到斜下方向。即，偏转图形26的倾斜面29的法线与入射到倾斜面29的光线所成的角度变大，可以使光在倾斜面29发生全反射，并向下方出射。
这样，通过使光从前照灯22向斜下方向出射，使外界光的入射方向(及出射方向)与从前照灯22出射的光的方向一致，在液晶显示面板23的反射面34发生反射，可以将外界光及来自前照灯22的光都出射到垂直方向(反射式液晶显示装置21的正面方向)。其结果，在用前照灯22照明液晶显示面板23时以及在用外界光照明液晶显示面板23时，都可以实现相同的照明状态，可以使画面容易观察。另外，为了使光遍布有效出射区域25a的整个面并抑制亮度不均匀，优选在有效出射区域25a的短边侧配置点光源24。
下面，考虑从导光板25的光出射面28出射的光的角度。因为太阳光及照明光等外界光位于远比通常反射式液晶显示装置21高的位置，所以，外界光入射到导光板25的角度由反射式液晶显示装置21的角度(使用形式)决定。这时，在手持移动电话等小型便携机器，从画面正面观察时，如果液晶画面的倾斜度小于15°，则如图20所示，能够与图像光一起观察到由前照灯22的表面等反射的噪声光，图像的对比度降低，不容易观察。即，对于大致从正上方入射的外界光，如果将液晶画面从水平方向倾斜至少15°，则外界光不映入液晶画面。因此，只要将来自前照灯22的光出射面28的出射角增大到与外界光相同的至少15°，就可以从外界光不映入的角度看画面。因此，只要将从光出射面28出射的光的出射方向相对于光出射面28的法线至少倾斜15°角度就可以。
此外，考虑手持便携机器，如果是一般地手持，那么，其液晶画面相对于水平方向在20°～35°的范围内倾斜，外界光的入射角为20°～35°。因此，只要使来自光出射面28的出射角相对于光出射面28的法线倾斜与外界光入射角相同的大于等于20°小于等于35°的角度就可以。
另外，在上述实施方式中，偏转图形26的剖面形状是直角三角形，但是，偏转图形26也可以具有其它剖面形状。即，在剖面为直角三角形的偏转图形26中，不是使未在偏转图形26的倾斜面29发生反射而透过的光直接出射到观察者方向，而是容易地从捕捉面30再次入射到导光板25内(参照图9)。与之相对，只要具有用于反射光的倾斜面，也可以是具有其他剖面形状的偏转图形26。此外，如图21所示，为了使出射光具有扩散性，倾斜面29也可以包含曲面。
此外，如图22(a)所示，点光源24也可以配置在导光板25上端部(成为透过图像光的区域的有效出射区域25a的外侧)的中央部。但是，如果将点光源24配置在中央部，则如图22(a)所示，如果从点光源24出射的光不具有大致180°的宽光束扩散角，则可能在有效出射区域25a(画面)的角落产生暗部。与之相对，如果将点光源24配置在导光板25的角部，则如图22(b)所示，可以将从点光源24出射的光的光束扩散角缩小到约90°，不容易在有效出射区域25a中产生暗部。此外，如果将点光源24配置在角部分，则在画面中央部，从导光板25的表面27直接出射到观察者方向的噪声光的出射方向相对于画面上下方向倾斜，噪声光不容易被观察者识别。
实施例2图23是说明本发明的实施例2的图。在实施例1中，偏转图形26中设置的倾斜面29的倾角α都是相同的角度(50°)，但是，在该实施例2中，根据位置改变倾斜面29的倾角α。即，如图23所示，从与光出射面28垂直的方向看时，对于位于以点光源24为中心的同一圆周上的偏转图形26，随着连接各倾斜面29的法线大致相交的点O和点光源24的方向与连接点光源24和偏转图形26的方向所成的角度φ的增大，偏转图形26的倾角α(倾斜面29与导光板25的表面27所成的角度)逐渐变大。
具体而言，设定倾角α，使以位于以点光源24为中心的同一圆周上的偏转图形26的倾斜面29的法线大致在空间的同一位置O相交(参照图14)，其按照如下方式来决定。从与导光板25的光出射面28垂直的方向看时，将连接各倾斜面29的法线大致相交的点O和点光源24的方向与连接点光源24和偏转图形26的方向所成的角度设为φ，将在倾斜面29发生全反射的光入射到光出射面28的入射角设为γ1(如上所述，例如，为12.9°。)(参照图13)时，倾斜面29的倾角α按照如下公式(5)来确定。当然，假设偏转图形26的配置也满足上述公式(1)。
α=arccos(cosγ12-2·sinγ1·cosφ)...(5)]]>图24(a)(b)(c)分别示出使用改变倾角α的前照灯22，如图18所示的位于以点光源24为中心的φ＝0°、45°、90°各方向的位置P1、P2、P3上的出射光的发光强度分布的模拟结果，都绘出了发光强度最大的区域。此外，图24(a)(b)(c)的横轴表示图18的x轴方向，纵轴表示图18的y轴方向，表示出从光出射面28的法线方向倾斜90°以内的方位。在实施例2中，来自光出射面28的出射光的发光强度最大的方向相对于光出射面28的法线方向倾斜19～26°，从与光出射面28垂直的方向看时，相对于上下方向(y轴方向)，具有±16°以内的半值宽度。
实施例3图25是使用本发明涉及的前照灯22的另一反射式液晶显示装置41的概略剖面图。该前照灯22与实施例1中说明的大致相同，但是，点光源24配置在导光板25的外侧。
在液晶显示面板23中，在玻璃基板32与内面基板31之间密封了液晶材料33，在玻璃基板32之上设置了1/4波长片42及偏振片43。但是，1/4波长片42不一定必要，也可以不使用1/4波长片42。内面基板31及玻璃基板32两者的一方中设置了用于接通、断开像素的TFT电极，另一方中设置了透明电极。此外，在彩色反射式液晶显示装置41的情况下，在液晶材料33的上面或下面设置了滤色器。
进而，如图26所示，在内面基板31的上面上，由绝缘材料层35每隔一定间隔排列了表面凹凸的倾斜图形35a，在绝缘材料层35上蒸镀铝等金属材料，形成了反射面34。
然而，在该反射式液晶显示装置41中，如图25所示，在导光板25内传播的光通过由偏转图形26进行全反射，出射到相对于导光板25的光出射面28倾斜22°的方向，从光出射面28出射的光在反射面34的倾斜的图形上发生反射，反射到垂直上方，出射到反射式液晶显示装置41的正面。此时，因为反射面34的图形弯曲，所以，在反射面34发生反射的光很少被散射，可以防止外界光及背景的映入。
此外，因为在导光板25的光出射面28及玻璃基板32发生正反射的噪声光如图25的虚线所示，向倾斜方向出射，所以，不与出射到正面的图像光重合，可以提高图像的对比度。
图27(a)(b)是使用上述的反射式液晶显示装置41，从反射式液晶显示装置41的正面出射的光的亮度分布的测定结果图。将与反射式液晶显示装置41的画面垂直的法线的方向设为0°，该图的横轴表示相对于该法线方向的倾斜。从该测定结果也可以知道，在反射面34发生反射的光向垂直方向(正面)反射。
另外，在该实施例中，使用了由倾斜的图形构成的反射面34，但不一定要使从倾斜方向入射的光被反射面反射到垂直方向，也可以采用具有通常的扩散性的反射面。此时，优选以使从前照灯22的光出射面28出射的光的出射角小于反射面34的扩散角的角度，向倾斜方向出射。
此外，从前照灯22的光出射面28出射的光通过液晶材料33后，由反射面34反射，但是，由于该反射面34具有扩散性，所以，即使来自前照灯22的出射光多少偏离理想方向，或多少有些分散，对画面的可视性影响也不大。例如，前照灯22的出射光的指向性比较低时，只要各出射位置上的前照灯22的出射光的发光强度大于等于一半值的方向包含特定的方向就可以，如果该特定方向不是相对于光出射面28垂直的方向，则可以减少出射到画面正面方向的噪声光。此外，因为反射面34的扩散性向入射的平行光的±30°方向扩散，所以，在前照灯22的出射光的指向性高时，各位置上的前照灯22的出射光的发光强度最大的方向也可以在以特定方向为中心的30°的范围内具有偏差。
在以上的说明中，位于同一圆周上的偏转图形26的倾斜面29的法线的延长直线在大致同一位置O相交，但是，可以考虑该偏转图形26的倾斜面29的法线方向的许可范围。理想的情况是倾斜面29的法线方向是在同一点O相交的方向，但是，在指定的范围内，法线方向偏离交点O也没有问题。
即，反射式液晶显示装置的反射面34使光扩散到±30°的方向时，来自前照灯22的出射光的发光强度最大的方向也可以在以特定方向为中心的30°的范围内具有偏差。此时，如果将形成导光板25的材料的折射率设为1.5，出射方向设为20°，则根据斯涅尔定律，在偏转图形26的倾斜面29发生反射的光在导光板25内，在20°左右的范围内偏离理想方向也可以。这样，就知道倾斜面29的法线方向可以在10°以内的范围内偏离理想方向(因为如果倾斜面29的角度偏离1°，则反射光的反射方向偏离2°。)。
此外，也可以使倾斜面29的法线方向具有偏差，使前照灯22的出射光带有扩散性。此时，在位于以点光源24为中心的同一圆周上的导光板25的表面上，只要某区域内的倾斜面29的法线方向的平均方向与其他区域中的倾斜面29的法线方向的平均方向大致相交于同一点就可以，如图28(a)所示，偏转图形26的方向具有偏差，某区域内的倾斜面29的法线方向也可以以法线方向的平均方向为中心分散。进而，也可以如图28(b)所示，通过使偏转图形26的倾斜面29成蛇行状弯曲，使其具有扩散性。在使倾斜面29的法线方向具有偏差时，优选其在以指定区域内的倾斜面29的法线的平均方向为中心的30°以内的范围内。
(关于点光源)前面使用了点光源这个用语，本发明中所说的(尤其是作为权利要求书中的用语的)点光源是作为比字面的点光源更广的概念使用的。即，从与导光板的光出射面垂直的方向看时，优选在光出射面的各位置上，出射光的前进方向一致。如果光源的发光区域是点，可以使光的前进方向一致，但是，实际上发光区域具有有限的大小。如果在导光板的有效出射区域之中大于等于50％的区域中，连接该区域内的任意点和光源的发光区域的两端的直线所成的角度小于等于10°，则可以高精度地控制光，可以将那样大小的光源作为点光源来处理。此外，如果在导光板的有效出射区域的大于等于50％的区域中，连接该区域内的任意点和光源的发光区域的两端的直线所成的角度小于等于25°，则可以控制光，并使其出射，而不存在实质性问题。
因此，本发明中所说的点光源除了通常意义上的点光源之外，还包含满足上述条件的光源。即，在与导光板的关系上，只要在导光板的有效出射区域的大于等于50％的区域中，连接该区域内的任意点和光源的发光区域的两端的直线所成的角度小于等于25°，则该处使用的光源就是本发明涉及的点光源。
此外，点光源的发光点不一定是1个，只要接近配置并限制在一定范围内，也可以具有多个发光点。
此外，作为反射式显示面板的例子，在上述实施例中，用液晶显示面板进行了说明，但是，不限于使用液晶的显示面板。
(应用)图29是示出组装了本发明涉及的反射式液晶显示装置21(或也可以是反射式液晶显示装置41)的移动电话51的透视图。该移动电话51在具有数字键等的号码盘部52上组装了反射式液晶显示装置21，在上面设置了天线53。
图30是示出组装了本发明涉及的反射式液晶显示装置21(或也可以是反射式液晶显示装置41)的PDA等移动信息终端54的透视图。该移动信息终端54在反射式液晶显示装置21的旁边设置了书写输入等输入部55，在上端部枢接着盖56。
通过这样在移动电话51、移动信息终端54等中使用本发明的反射式液晶显示装置21，可以使其具有对比度良好且可视性良好的显示部。
从上述应用可知，本发明的前照灯可以作为反射式显示装置，尤其是作为反射式液晶显示装置的前照灯来使用，进而，不限于移动电话和移动信息终端，可以用于各种机器的显示部。
权利要求
1.一种前照灯，具有导光板，其封闭并传播从光入射面入射的光，使其从光出射面出射；和点光源，其配置在与所述导光板的光入射面相对的位置，其特征在于从所述光出射面出射的光的发光强度最大的方向倾斜到相对于所述光出射面的法线方向倾斜的方向，该发光强度最大方向在所述光出射面内大致统一在一个方向。
2.如权利要求1所述的前照灯，其特征在于从所述导光板的光出射面出射的光的发光强度最大的方向与所述光出射面的法线所成的角度大于等于15°。
3.如权利要求1所述的前照灯，其特征在于从所述导光板的光出射面出射的光的发光强度最大的方向与所述光出射面的法线所成的角度大于等于20°小于等于35°。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的前照灯，其特征在于从所述导光板的光出射面出射的光的发光强度最大的方向与包含被照明物的上下方向及所述光出射面的法线的平面平行，该被照明物的上下方向是观察由从所述光出射面出射的光所照明的被照明物时的被照明物的上下方向。
5.一种前照灯，具有导光板，其封闭并传播从光入射面入射的光，使其从光出射面出射；和点光源，其配置在与所述导光板的光入射面相对的位置，其特征在于在与所述导光板的光出射面相对的面上，设置了包含使光偏转的倾斜面的多个图形，对应于连接所述点光源和所述图形的倾斜面的方向的不同，连接所述点光源和所述图形的倾斜面的方向与所述图形的法线所成的角度不同。
6.如权利要求5所述的前照灯，其特征在于从与所述导光板的光出射面垂直的方向看时，位于以所述点光源为中心的同一圆周上的图形的倾斜面的法线大致集中到与所述点光源位置不同的一点。
7.如权利要求6所述的前照灯，其特征在于以所述点光源为中心的同一圆周上的图形的长边方向，与连接所述点光源、所述图形的直线和以所述点光源为焦点的椭圆的交点上的所述椭圆的切线方向一致。
8.如权利要求5所述的前照灯，其特征在于从与所述导光板的光出射面垂直的方向看时，所述图形以其长边方向与以所述点光源为焦点的椭圆的切线方向一致的状态配置在所述椭圆上。
9.如权利要求6所述的前照灯，其特征在于从与所述导光板的光出射面垂直的方向看时，关于位于以所述点光源为中心的同一圆周上的图形，随着连接各倾斜面的法线大致集中的所述点和所述点光源的方向与连接所述点光源和所述图形的方向所成的角度的增大，所述图形的倾斜面与所述光出射面的相对面所成的角度增大。
10.如权利要求5所述的前照灯，其特征在于位于以所述点光源为中心的同一圆周上的图形的倾斜面的法线大致集中到一点，从与所述导光板的光出射面垂直的方向看时，所述点与所述点光源的位置不一致。
11.如权利要求5至10中任何一项所述的前照灯，其特征在于所述光入射面在观察由从所述光出射面出射的光所照明的被照明物时的被照明物的上下方向上，位于所述导光板的上端部。
12.如权利要求5至10中任何一项所述的前照灯，其特征在于所述点光源配置在所述导光板的有效出射区域的角部附近。
13.一种反射式显示装置，其特征在于具有如权利要求1至10中任何一项所述的前照灯和反射式显示面板，该反射式显示面板具有反射面，该反射面配置在所述前照灯的光出射面侧，对从所述光出射面出射的光进行反射。
14.一种反射式显示装置，其具有如权利要求1至10中任何一项所述的前照灯和反射式显示面板，该反射式显示面板具有反射面，该反射面配置在所述前照灯的光出射面侧，对从所述光出射面出射的光进行反射，其特征在于所述反射面把从相对于所述前照灯中使用的导光板的光出射面的法线方向倾斜的方向入射的光，反射到与所述光出射面垂直的方向。
15.一种前照灯中的光控制方法，该前照灯具有导光板，其封闭并传播从光入射面入射的光，使其从光出射面出射；和点光源，其配置在与所述导光板的光入射面相对的位置，其特征在于使从所述光出射面出射的光的发光强度最大的方向倾斜到相对于所述光出射面的法线方向倾斜的方向，使该发光强度最大方向在所述光出射面内大致统一在一个方向。
全文摘要
一种前照灯，具有导光板(25)和配置在导光板(25)的侧面的光源(24)，导光板(25)具有光入射面及光出射面(28)，在与光出射面(28)相对的面上形成了多个偏转图形(26)。来自光源(24)的光从导光板(25)的入射面入射，在导光板(25)内传播。在导光板(25)内传播的光之中，由偏转图形(26)全反射的光从光出射面(28)出射到相对于出射面(28)的法线方向倾斜的方向。从光出射面(28)出射的光与出射位置无关，大致统一在同一方向出射。
文档编号F21V8/00GK1550376SQ20041003818
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月14日 优先权日2003年5月15日
发明者松井优贵, 大平真琴, 松下元彦, 船本昭宏, 青山茂, 宏, 彦, 琴 申请人:欧姆龙株式会社