专利名称：棱镜板、光照装置、面发光装置以及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及棱镜板、光照装置、面发光装置以及液晶显示装置。
背景技术：
以往以来，作为液晶显示装置的照明方法，背光装置已为众所周知，该背光装置是一种从液晶显示面板的背面侧朝向显示面侧使光透过的面发光装置。以往的背光装置一般包括导光板，由透明树脂板构成，该透明树脂板具有一侧端面、与该一侧端面正交的射出面以及设置于该射出面相反侧的棱镜面；光源，配置于导光板一侧端面侧；棱镜板，配置于导光板的射出面侧。
该以往的背光装置其构成为，从光源所发出的光由一侧端面入射到导光板内部，在棱镜面上进行反射从射出面射出，进而该射出光利用棱镜板进行收敛从棱镜板的整个面射出。作为这种背光装置的一个示例，专利文献1记载的面光源器件以往以来已为众所周知。
专利文献1特公平7-27137号公报在专利文献1记载的面光源器件中，如同一文献的图1所示可知，从导光板所射出光线的方向朝着相互不同的方向，在光分散的状态下加以射出。根据专利文献1，虽然通过棱镜板使该分散的光向一个方向收敛，但是由于在棱镜板的收敛效果上还存在限度，因而无法充分提高使之通过棱镜板后的光的指向性。
发明内容
本发明是鉴于上述状况而做出的，其目的为提供光的指向性高、高亮度并且在亮度均匀性方面优良的面发光装置及具备该面发光装置的液晶显示装置。另外，本发明的目的为，提供在面发光装置中使用的棱镜板以及光照装置。
本发明的棱镜板，其特征为在透明板的入射面侧连续设置多个由折射面和反射面构成的凸条状光折射部，并使与上述入射面相反方的射出面成为平坦面，上述光折射部利用上述折射面，使来自相对于上述透明板倾斜方向的入射光入射到上述透明板内部，并在上述透明板内部利用上述反射面使该入射光进行反射，从上述另一面射出。
根据上述结构，可以利用折射面和反射面使入射光向指定方向折射加以射出。特别是上述棱镜板，可以在使指向性高的入射光几乎没有分散的状况下进行折射。
另外，本发明的棱镜板，将上述入射光相对于上述射出面法线方向的入射角度设为α，将来自上述射出面的射出角度设为ψ，将上述折射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ1，将上述反射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ2，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式1]的关系。
公式1θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}-sin-1(sinψ/N)]根据上述结构，可以使相对于上述射出面法线方向以入射角度α入射的光，沿射出角度ψ的方向射出。
另外，本发明的棱镜板，将上述折射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ1，将上述反射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ2，将上述入射光相对于上述射出面法线方向的入射角度设为α，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式2]的关系。
公式2θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}]
根据上述结构，可以使相对于上述射出面法线方向以入射角度α入射的光，沿射出面的法线方向射出。
另外，本发明的棱镜板，在上述光折射部上，上述折射面和上述反射面相接来形成顶部，在相邻的各光折射部之间形成谷部，将从上述顶部到上述谷部的高度设为上述光折射部的高度h，将从上述顶部到下述入射光通过上述谷部的透明板法线的位置的高度设为H，此时满足H＜h。
根据上述结构，可以提高从折射面入射利用反射面进行反射的光量，能够使射出光的亮度得到提高。
另外，本发明的棱镜板是一种前面记载的棱镜板，其特征为上述射出面被光泽精加工处理。
根据上述结构，可以使射出面上射出光亮度的均匀性得到提高。
本发明的另一种光照装置，其特征为具备导光板和配置于该导光板的一侧端面附近的光源，在上述导光板的与上述一侧端面正交的一面上，连续设置多个由缓斜面部和陡斜面部构成的凸条状棱镜部，该陡斜面部比该缓斜面部更靠近上述一侧端面，来自上述光源的光经由上述一侧端面被导入上述导光板的内部。
根据上述结构，被导入导光板内部的光在一面和该一面相反方的另一面之间交替反射，与此同时在导光板内部进行传播，在以指定临界角度照到缓斜面部或另一面时，从缓斜面部或另一面向导光板外部射出。虽然从缓斜面部和另一面所射出的光的方向各自不同，但至少在与一侧端面相反方的方向，且相对于另一面各自不同的角度方向进行收敛。因而，根据上述结构，可以使光源的光向指定方向进行收敛加以射出，能够提高射出光的亮度。
另外，本发明的光照装置是一种前面记载的光照装置中，其特征为，在与上述导光板的一面相反方的另一面上也设置多个上述棱镜部。
根据这种结构，被导入导光板内部的光在一面和另一面之间交替反射，与此同时在导光板内部进行传播，在以指定临界角度照到一面或另一面的任一缓斜面部上时，从该缓斜面部向导光板外部射出。从缓斜面部所射出的光的方向至少是一侧端面相反方的方向，对另一面向指定角度方向进行收敛。因而，根据上述结构，可以使光源的光向指定方向进行收敛加以射出，能够提高射出光的亮度。
另外，本发明的光照装置是一种前面记载的光照装置，其特征为，使与上述导光板的一面相反方的另一面配置有反射板，该反射板具有金属光泽面。
采用这种结构，可以在导光板内部使照到另一面上的光进行正反射。据此，可以只从一面方的缓斜面部使光射出，能够提高射出光的亮度。
另外，在本发明中，也可以使上述导光板的一面方配置反射板，该反射板具有金属光泽面。采用这种结构，可以使从导光板内部向一面所射出的光在反射板上进行正反射，令其再次导入导光板内部，最后只从导光板的另一面使光射出，能够提高射出光的亮度。
另外，本发明的光照装置是一种前面记载的光照装置，其特征为，对上述一面及/或另一面的上述陡斜面部的倾斜角度γ1为20°～90°的范围，上述缓斜面部的倾斜角度γ2为0.5°～5°的范围。
根据上述结构，可以使导入导光板内部的光，从缓斜面部高效率地射出。
本发明的面发光装置，其特征为具备导光板；光源，配置于该导光板的一侧端面附近；棱镜板，配置于上述导光板的与上述一侧端面正交的一面上，由透明板构成，在上述导光板的一面及/或另一面上，连续设置多个由缓斜面部和陡斜面部构成的凸条状棱镜部，该陡斜面部比该缓斜面部更靠近上述一侧端面，在上述棱镜板与上述导光板相对的入射面上，连续设置多个由折射面和反射面构成的凸条状光折射部，并使与上述入射面相反方的射出面成为平坦面，并且上述棱镜板在使上述折射面朝向上述光源方的状态下配置于上述导光板上，从上述光源经由上述一侧端面被导入上述导光板内部的光从上述缓斜面部射出，入射到上述光折射部，入射到上述光折射部的光利用上述折射面被导入上述透明板内部，并在该透明板内部利用上述反射面使光反射，从上述射出面射出。
根据上述结构，可以使来自光源的光从导光板的缓斜面部向一个方向进行收敛加以射出，利用棱镜板使该射出光向指定方向折射。据此，可以从棱镜板的射出面射出高亮度、在亮度均匀性方面优良并且指向性高的光。
另外，本发明的面发光装置，其特征为，将对上述棱镜板射出面法线方向的上述入射光的入射角度设为α，将出自上述射出面的射出角度设为ψ，将对上述射出面的上述折射面的倾斜角度设为θ1，将对上述射出面的上述反射面的倾斜角度设为θ2，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式3]的关系。
公式3θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}-sin-1(sinψ/N)]根据上述结构，可以使对射出面法线方向以角度α从导光板所射出的光，沿射出角度ψ的方向射出。
另外，本发明的面发光装置是一种前面记载的面发光装置，其特征为，将对上述棱镜板射出面的上述折射面的倾斜角度设为θ1，将对上述射出面的上述反射面的倾斜角度设为θ2，将对上述射出面法线方向的出自上述导光板的射出光的射出角度设为α，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式4]的关系。
公式4θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}]根据上述结构，可以使对射出面法线方向以角度α从导光板所射出的光，沿射出面的法线方向射出。
另外，本发明的面发光装置是一种前面记载的面发光装置，其特征为，在上述光折射部上，上述折射面和上述反射面相接来形成顶部，在相邻的各光折射部之间形成谷部，将从上述顶部到上述谷部的高度设为上述光折射部的高度h，将从上述顶部到下述入射光位置的高度设为H，该入射光从上述谷部的透明板法线上通过，此时满足H＜h。
根据上述结构，可以提高从折射面入射利用反射面进行反射的光量，能够使面发光装置射出光的亮度得到提高。
另外，本发明的面发光装置是一种前面记载的面发光装置，其特征为，使上述导光板与一面相反方的另一面配置反射板，该反射板具有金属光泽面。
采用这种结构，可以在导光板内部使照到另一面上的光进行正反射。据此，可以只从一面方的缓斜面部使光射出，能够提高面发光装置射出光的亮度。
另外，在本发明中，也可以使上述导光板的一面方配置反射板，该反射板具有金属光泽面。采用这种结构，可以使从导光板内部向一面所射出的光在反射板上进行正反射，令其再次导入导光板内部，最后只从导光板的另一面使光射出，能够提高射出光的亮度。
另外，本发明的面发光装置是一种前面记载的面发光装置，其特征为，对上述一面及/或另一面的上述陡斜面部的倾斜角度γ1为20°～90°的范围，上述缓斜面部的倾斜角度γ2为0.5°～5°的范围。
根据上述结构，可以使被导入导光板内部的光，从缓斜面部高效率地射出，能够提高面发光装置射出光的亮度。
另外，本发明的面发光装置是一种前面记载的面发光装置，其特征为，上述射出面已被光泽精加工(犁地)处理。
根据上述结构，可以使棱镜板射出面上射出光亮度的均匀性得到提高。
接着，本发明的液晶显示装置其特征为，具备液晶显示面板，在一对基片间挟持着液晶层；前面任一项中记载的面发光装置，在液晶显示面板的背面方朝向上述棱镜板配置上述面发光装置。
根据上述结构，由于具备射出光亮度高并且在亮度均匀性方面优良的上述面发光装置，因而可以获得明亮且没有亮度不均匀的显示。
发明效果如同上面所说明的那样，根据本发明的棱镜板，可以在不使指向性高的光分散的状况下令其折射。另外，根据本发明的光照装置，可以使指向性高的光射出。再者，根据本发明的面发光装置，可以从射出面的整个面射出亮度高并且亮度均匀性优良的光。再者还有，根据本发明的液晶显示装置，可以获得明亮且没有亮度不均匀的显示。
图1是表示本发明第1实施方式光照装置的斜视图。
图2是表示本发明第1实施方式光照装置的剖面模式图。
图3是表示被导入本发明第1实施方式光照装置导光板内部的光的传播方向的模式图。
图4是在实验示例1中说明光照装置和亮度测定传感器的位置关系的模式图。
图5是在实验示例1中说明亮度测定传感器的角度和来自光照装置的射出光亮度之间关系的曲线图。
图6是表示本发明第2实施方式光照装置的剖面模式图。
图7是表示被导入本发明第2实施方式光照装置导光板内部的光的传播方向的模式图。
图8是表示本发明第3实施方式光照装置的剖面模式图。
图9是表示被导入本发明第3实施方式光照装置导光板内部的光的传播方向的模式图。
图10是表示本发明第4实施方式棱镜板的剖面模式图。
图11是表示本发明第4实施方式棱镜板主要部件的剖面模式图。
图12是表示对棱镜板折射面及反射面的各倾斜角度θ1、θ2和光入射角度α之间的关系进行模拟后的结果的曲线图。
图13是表示本发明第4实施方式棱镜板主要部件的侧面模式图。
图14是在实验示例2中表示棱镜板和激射光之间位置关系的模式图。
图15是表示本发明第5实施方式面发光装置的侧面模式图。
图16是表示被导入本发明第5实施方式面发光装置内部的光的传播方向的模式图。
图17是表示本发明第6实施方式液晶显示装置的侧面模式图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明，而在下面的说明中所使用的附图是说明本发明结构所用的，所图示各部分的大小、厚度和尺寸等未必与实际各装置的尺寸关系相一致。
参照附图，对作为本发明第1实施方式的光照装置加以说明。图1表示本实施方式光照装置的斜视图，图2表示本实施方式光照装置的剖面模式图，图3采用模式图来表示被导入导光板内部的光的传播方向。
如图1及图2所示，光照装置1大致由透明的导光板2和光源装置(光源)3构成。光源装置3配置于向导光板2导入光侧的一侧端面2a侧。另外，导光板2由平板状透明的丙烯树脂板等构成，经由该一侧端面2a将从配置于一侧端面2a侧的光源装置3所射出的光导入导光板2的内部。
另外，如图1及图2所示，在导光板2的与一侧端面2a正交的一面2b(图1中导光板的上面)上，设置有多个凸条状棱镜部4。棱镜部4呈条状且按指定间距形成有多个。另外，与一面2b相反方的另一面2c成为平坦面。
如图2所示，棱镜部4由缓斜面部4a和陡斜面部4b构成，该陡斜面部比该缓斜面部4a更靠近一侧端面2a被配置。棱镜部4因缓斜面部4a和下述陡斜面部4b而成为非对称形状，该陡斜面部是以比缓斜面部4a更陡的倾斜角度来形成的，各棱镜部4的形成方向相一致，使之对导光板2的一侧端面2a平行延伸。另外，棱镜部4…之间，因缓斜面部4a和陡斜面部4b邻接，而连结形成谷部4c。另外，在棱镜部4上，缓斜面部4a和陡斜面部4b邻接来形成顶部4d。
陡斜面部4b的倾斜角度γ1相对于一面2b的基准面2d被设定为20°～90°的范围，缓斜面部4a的倾斜角度γ2相对应基准面2d被设定为0.5°～5°的范围。另外，棱镜部4…之间的间距P被设定为0.05～0.5mm左右。若间距P较大，则如下所述叠加棱镜板时的亮度增大。另外，缓斜面部的角度γ2越小，叠加棱镜板时的亮度均匀性越得到提高。
还有，作为构成导光板2的材料除丙烯系列树脂之外，还可以使用聚碳酸酯系列树脂以及环氧树脂类的透明树脂材料和玻璃等。另外，导光板的折射率最好为1.40～1.60左右。
接着，光源装置3被配置于导光板2的一侧端面2a附近。光源装置3如图1所示，包括棒状导光体3a，与导光板2相邻；LED等的发光装置3b，被安装于该棒状导光体3a的一端。在该光源装置3中，由发光装置3b所发出的光在棒状导光体3a内部传播期间向导光板2方折射，可以从棒状导光体3a向导光板2的一侧端面2a照射来自发光装置3b的光。
如图3所示，从光源装置3向导光板2所照射的光经由一侧端面2a被导入导光板2内部。图3中的符号5表示，在导光板2内部进行传播的光的传播路径示例。从光源装置3所射出的光5在导光板2的一面2b和另一面2c之间进行反射，与此同时在导光板2内部进行传播，朝向与一侧端面2a相反方的另一端面2e行进。随后，在光的一部分以指定临界角度入射到缓斜面部4a上时，从其缓斜面部4a射出。同样，光的另一部分也从导光板2的另一面2c射出。所射出的光各自对导光板2的基准面2d向指定的方向进行收敛。也就是说，虽然从发光装置3入射到导光板2上的光的路线朝向各个方向，但是随着在导光板2内部进行传播其路线的方向逐渐收敛，在从缓斜面部4a及另一面射出时，大致被收敛为一定的方向。
在导光板2内部光的传播路径可以根据缓斜面部4a的倾斜角γ2、陡斜面部4b的倾斜角γ1以及棱镜部4的间距P，使之产生变化。因而，可以通过适当设定这些倾斜角γ1、γ2及间距P，来调整缓斜面部4a及另一面2c上射出光的射出方向。
(实验示例1)作为导光板2准备好下述部件，该部件由长度为50mm、宽度为66mm、厚度为1.0mm的透明丙烯树脂形成，将缓斜面部4a的倾斜角度设为2.3°，将陡斜面部4b的倾斜角度设为43°，将间距P设为0.18mm。另外，作为光源装置3准备好下述部件，该部件在棒状导光体的两端安装有2个额定值为10mA的LED(发光装置)。然后，通过在导光板2的一侧端面2a侧安装光源装置3，制造出实验示例1的光照装置。
另外，如图4所示，对于该实验示例1的光照装置，在导光板2大致中央的上方配置亮度测定传感器6。亮度测定传感器6可以将导光板2的中央作为中心O，向导光板2的一侧端面2a侧((-)方向(负方向))和另一侧端面2e方((+)方向(正方向))按圆弧状进行移动。
然后，在使光照装置进行动作的同时，通过使亮度测定传感器从(+)方向向(-)方向按10°的刻度进行移动，测定出从导光板一面侧所射出的光的强度。将结果表示在图5中。另外，将光照装置翻转，也在导光板的另一面侧配置亮度传感器，测定出光的亮度。将结果一起表示在图5中。再者，在图5中，同时记载出一面侧的亮度和另一面侧的亮度之间的合计量。
图5是表示对导光板2基准面2d的亮度传感器的倾斜角度和射出光亮度之间关系的曲线图。图5的角度0°是导光板2基准面2d的法线方向。在图5中，亮度增高的角度相当于射出光的射出角度。
如图5所示可知，从一面侧所射出的射出光从超过+60°的附近开始其亮度增高，在+80°附近亮度成为最大。另外，可知在导光板基准面2d的法线方向及负(-)方向上，光完全没有射出。也就是说，可知来自一面侧的射出光在导光板另一侧端面2e侧，对于导光板的基准面2d在10°～30°的范围被射出。
另一方面，可知从另一面侧所射出的射出光从超过+50°的附近开始其亮度增高，在+70°附近亮度成为最大。另外，可知在导光板基准面2d的法线方向及负(-)方向上，光完全没有射出。也就是说，可知来自另一面侧的射出光在导光板的另一侧端面2e侧，对于导光板的基准面2d于10°～40°的范围被射出。
再者，可知从导光板整体所射出的光的亮度最大指示出3150(cd/m2)左右，得到高亮度的射出光。因此，如果在另一面侧配置反射板，则可以从一面侧侧使全部光射出。对于这种结构，将在下述的第2实施方式中加以详细说明。
如同上面所说明的那样，根据本实施方式的光照装置1，可以使从光源装置3入射到导光板2内部的光，相对于导光板2的基准面2d在指定角度的方向不断收敛加以射出。
下面，参照附图对作为本发明第2实施方式的光照装置加以说明。图6表示本实施方式光照装置的剖面模式图，图7采用模式图表示被导入导光板内部的光的传播方向。还有，在图6及图7所示本实施方式光照装置的结构要件之内与第1实施方式光照装置的结构要件相同的部件上，附加相同的符号以省略其详细的说明。
如图6所示，光照装置11大致由透明的导光板2、光源装置(光源)3以及安装于导光板2上的反射板7构成。光源装置3配置于向导光板2导入光侧的一侧端面2a侧。另外，导光板2由平板状透明的丙烯树脂板等构成，经由该一侧端面2a将从配置于一侧端面2a侧的光源装置3所射出的光导入导光板2的内部。
另外，如图1及图2所示，在导光板2的与一侧端面2a正交的一面2b(图1中导光板的上面)上，设置有多个凸条状棱镜部4。棱镜部4呈条状且按指定间距形成有多个。另外，与一面2b相反方的另一面2c成为平坦面。
在另一面2c上配置反射板7。反射板7其反射面7a为光泽面，该反射面7a与另一面2c接合。反射板7由铝、银等具有金属光泽性的金属等构成。通过将反射板7与导光板2的另一面2c接合，在导光板2内部进行传播，向另一面2c入射的光利用反射面7a进行正反射。
如图7所示，从光源装置3照射到导光板2上的光经由一侧端面2a被导入导光板2内部。图7中的符号5表示，在导光板2内部进行传播的光的传播路径示例。从光源装置3所射出的光5在导光板2的一面2b和另一面2c之间被反射，与此同时在导光板2的内部进行传播，朝向与一侧端面2a相反方的另一端面2e行进。随后，在光的一部分以指定临界角度入射到缓斜面部4a上时，从其缓斜面部4a射出。
由于在导光板2的另一面2c上接合有反射板7，因而在导光板2内部进行传播向另一面2c入射的光，利用反射面7a总是进行正反射。因此，传播到导光板2的光其大部分从一面2b侧射出，没有从另一面2c侧射出的状况。据此，可以进一步提高来自一面2b的射出光亮度。
对于本实施方式的光照装置认为，如果与第1实施方式的实施示例1相同测定射出光的亮度，则表示与图5所示测定结果中合计亮度的数据相同的状况。也就是说，设想由一面侧所射出的射出光的亮度从超过+60°的附近开始增高，在+80°附近成为最大。另外，设想出在导光板基准面2d的法线方向以及负(-)方向上，光完全没有射出。由上面可设想出，来自一面方的射出光在导光板的另一侧端面2e方，相对应导光板的基准面2d在10°～30°的范围被射出。
另一方面，对于另一面侧可设想出，由于在导光板内部进行传播的光利用反射板全部进行正反射，因而光从另一面侧完全不被射出。
因此，可以设想出从导光板一面所射出的光的亮度获得与上述实施示例1中导光板整体的最大亮度3150(cd/m2)相当的亮度。
这样，根据本实施方式的光照装置11，可以在导光板2内部使照到另一面2c上的光进行正反射。据此，可以只从一面2b侧的缓斜面部4a使光射出，能够进一步提高射出光的亮度。
下面，有关本发明第3实施方式的光照装置，参照附图予以说明。图8表示本实施方式光照装置的剖面模式图，图9采用模式图表示被导入导光板内部的光的传播方向。还有，在图8及图9所示本实施方式光照装置的结构要件之内与第1实施方式光照装置的结构要件相同的部件上，附加相同的符号以省略其详细的说明。
如图8所示，光照装置21大致由透明的导光板22及光源装置(光源)3构成。光源装置3配置于向导光板22导入光侧的一侧端面22a侧。另外，导光板22由平板状透明的丙烯树脂板等构成，经由该一侧端面22a将从配置于一侧端面22a侧的光源装置3所射出的光导入导光板22的内部。
另外，如图8所示，在导光板22d与一侧端面22a正交的两个面22b、22c(一面22b(图8中导光板的上面)以及另一面22c(图8中导光板的下面))两个面上，分别设置有多个凸条状棱镜部4。各棱镜部4呈条状且按指定间距形成有多个。棱镜部4由缓斜面部4a和陡斜面部4b构成，该陡斜面部比该缓斜面部4a更靠近一侧端面1a被配置。
陡斜面部4b的倾斜角度γ1相对应一面22b的基准面22d被设定为20°～90°的范围，缓斜面部4a的倾斜角度γ2相对应基准面22d被设定为0.5°～5°的范围。另外，棱镜部4…之间的间距P被设定为0.05～0.5mm左右。还有，在一面22b及另一面22c上分别形成的棱镜部4…的倾斜角度γ1、γ2及间距P各自被同样设定。
另外，作为构成导光板22的材料除丙烯系列树脂之外，还可以使用聚碳酸酯系列树脂以及环氧树脂类的透明树脂材料和玻璃等。另外，导光板的折射率最好为1.40～1.60左右。
如图9所示，从光源装置3照射到导光板22上的光经由一侧端面22a被导入导光板22内部。图9中的符号5表示，在导光板22内部进行传播的光的传播路径示例。从光源装置3所射出的光5在导光板22的一面22b和另一面22c之间进行反射，与此同时在导光板2内部进行传播，朝向与一侧端面22a相反侧的另一端面22e行进。随后，在光的一部分以指定临界角度入射到缓斜面部4a时，从其缓斜面部4a射出。同样，光的另一部分也从另一面22c侧的缓斜面部4a射出。所射出的光各自对导光板22的基准面22d向指定的角度方向进行收敛。也就是说，虽然从发光装置3入射到导光板22的光的路线朝向各个方向，但是随着在导光板22内部进行传播其路线的方向逐渐收敛，在从缓斜面部4a射出时，大致被收敛为一定的方向。
在导光板22内部光的传播路径可以通过缓斜面部4a的倾斜角γ2、陡斜面部4b的倾斜角γ1以及棱镜部4的间距P来产生变化。因而，可以通过适当设定这些倾斜角γ1、γ2及间距P，来调整缓斜面部4a上射出光的射出方向。
对于本实施方式的光照装置，可以设想出，如果与第1实施方式的实施示例1相同测定射出光的亮度，则由一面22b方所射出的射出光从超过+60°的附近开始其亮度增高，在+80°附近成为最大。另外，设想出在导光板基准面22d的法线方向以及负(-)方向上，光完全没有射出。也就是说，设想出来自一面22b方的射出光在导光板22的另一侧端面22e侧，相对于基准面22d于10°～30°的范围被射出。
另外，对于另一面22c可以设想出，由于形成有与一面方相同的棱镜部，因而与一面侧的情形相同，在导光板22的另一侧端面22e侧，相对应基准面22d于10°～30°的范围被射出。
这样，根据本实施方式的光照装置21，可以相对于基准面22d在指定角度的范围内使光射出，提高射出光的指向性，与此同时能够提高射出光的亮度。
下面，有关作为本发明第4实施方式的棱镜板，参照附图予以说明。图10表示本实施方式棱镜板的侧面模式图，图11表示棱镜板主要部件的侧面扩大图。
如图10所示，本实施方式的棱镜板31在透明板32的入射面33侧连续设置多个凸条状的光折射部34，与此同时与入射面33相反侧的射出面35成为平坦面。
如图11所示，光折射部34由折射面34a和反射面34b构成。各光折射部34的形成方向相一致，使之对透明板32的一侧端面32a平行延伸。另外，各光折射部34…之间，因折射面34a和反射面34b邻接，而连结形成谷部34c。另外，在光折射部34上，折射面34a和反射面34b邻接来形成顶部34d。
作为构成棱镜板31的透明板32的材料除丙烯系列树脂之外，还可以使用聚碳酸酯系列树脂以及环氧树脂类的透明树脂材料和玻璃等。另外，导光板的折射率最好为1.40～1.60左右。
另外，射出面35最好进行光泽精加工处理。据此，可以使射出光的亮度变得均匀。
如图11所示，在本实施方式的棱镜板31上，利用折射面34a使来自对透明板32倾斜方向的入射光36入射到透明板32的内部，与此同时在透明板32的内部利用反射面34b使该入射光36反射，从射出面35射出。
在图11中，入射光36对于棱镜板射出面35的法线M1方向，以入射角度α的角度入射到棱镜板31的折射面34a上。对折射面34a的入射光36的入射角度相对于折射面34a的法线M2方向偏离角度β，以此角度加以入射。在将透明板的折射率设为N时，入射光36在通过折射面34a时以对法线M2的方向偏离角度δ的角度，予以射出。
接着，该入射光36在透明板32内部照到反射面34b上进行正反射，相对于射出面35的法线方向M1具有ε的角度。再者，入射光36通过射出面35进行折射，对于射出面35的法线方向M1按射出角ψ的方向予以射出。还有，在ε＝0°时，成为ψ＝0°。
射出角度ψ根据折射面34a的倾斜角度θ1、反射面34b的倾斜角度θ2、对棱镜板的入射光的入射角度α以及透明板32的折射率N之间的关系进行设定，使之满足上述[公式1]的关系。还有，本实施方式中的入射角度α符合第1实施方式光照装置对基准面2d法线方向的射出角度。
虽然本实施方式的棱镜板31其详细状况在下面进行说明，但是将其与第1或第2实施方式的光照装置进行组合，作为液晶显示面板的照明装置(面发光装置)来使用。也就是说，在光照装置1、11的一面侧，使棱镜板的入射面33相向成为一体的状态下，加以使用。为了通过该面发光装置高效率地对液晶显示面板进行照明，最好按棱镜板31的射出面法线方向使射出光射出。也就是说，最好使上述射出角度ε变成0°。
为了使射出角度ε变成0°，最好设定折射面34a的倾斜角度θ1、反射面34b的倾斜角度θ2、相对于棱镜板的入射光的入射角度α以及透明板32的折射率N的关系，使之满足上述[公式2]的关系。还有，本实施方式中的入射角度α符合第1实施方式光照装置对基准面2d法线方向的射出角度。
在图12中采用曲线图表示，将透明板的折射率N设为1.49并且入射光的入射角度α设为65°、75°、80°及85°时的倾斜角度θ1及θ2的关系。如图12所示，可知倾斜角度θ1及θ2处于反比例的关系。通过将倾斜角度θ1、θ2、入射角度α及折射率N设定为图12的关系，而可以使棱镜板射出光的射出角度ε变成0°。
另外，如上所述为了从棱镜板31的射出面35使光射出，必须在使入射光36通过折射面34a之后照到反射面34b上。因而，如果将该光量增多，则提高射出面35上的亮度。为此，通过光折射部34顶部34d附近的光必须尽量多地照到反射面34b上。也就是说，根据入射光的入射角度α的不同，需要对折射面34a及反射面34b的倾斜角度θ1、θ2进行最佳化。
如图13所示，在将光折射部34的间距设为p时，反射面34b的射影长度p·d为p·d＝p·tanθ1/(tanθ1+tanθ2)。
另外，假设通过折射面34a而未照到反射面34b的光36a达到谷部34c上的高度为H，则该H为Hp(1+d)/tanα。
另外，光折射部34的高度h为h＝p·d·tanθ2。
由于入射光36通过折射面34a，并且照到反射面34b上，因而最好为H＜h。也就是说，最好确定θ1及θ2，使之成为(1+d)/tanα＜d·tanθ2。
在θ1及θ2满足上述关系的场合下，可以增加棱镜板31的射出光量。
在下述表1～表7中，将射出角度ε设为0°，将入射角度α设为55°～85°，将θ1设为0°～80°，根据α及θ1从图12的关系导出θ2，此时从α、θ1、θ2计算出H＜h是否成立。将结果表示在表1～表7中。
表1
(α＝55°，ε＝0°)表2
(α＝60°，ε＝0°)表3
(α＝65°，ε＝0°)表4
(α＝70°，ε＝0°)表5
(α＝75°，ε＝0°)表6
(α＝80°，ε＝0°)表7
(α＝85°，ε＝0°)例如，如表1所示在对棱镜板31的入射角度α为55°时可知，在将θ1设为80°并且将θ2设为58.2°时，H＜p成立，可以使射出光量成为最大。
(实验示例2)在本实验示例中，实行对表1～表7及图12模拟数据的可靠性进行检验的实验。
作为棱镜板31准备出下述部件，该部件由厚度为0.6mm的透明丙烯树脂(商品名derupetto80NH)构成，将折射面的倾斜角度θ1设为50°～55°，将反射面的倾斜角度θ2设为55.2°～55.9°，将间距p设为0.070mm。然后，如图14所示，从该棱镜板31的射出面35法线方向对射出面照射激射光L，查出从入射面33侧所射出激射光L的折射角度θ3。将结果表示在表8中。
表8
如表8所示，向倾斜角度θ1为50°并且倾斜角度θ2为55.2°的棱镜板31所入射的激射光L，在棱镜板31内部利用反射面被反射之后从折射面射出。此时对射出面33法线方向的折射角度θ3为81.6°。
上述结果认为，若考虑光的共轭性，则意味着在从棱镜板的入射面侧以81.6°的角度入射激射光的场合下，沿射出面法线方向射出激射光。
可是，上述棱镜板相当于从上述表6之上开始第6个棱镜板，是将α设为80°进行模拟的棱镜板。因而，在本实验示例中，对于理论值80°获得实测值81.6°。这样，根据本实验示例，可知表1～表7及图12的模拟数据其可靠性高。
另外，表8所示的其它实验示例结果也相同，α的设计值和实测值是极为接近的值。
如上面所说明的那样，根据本实施方式的棱镜板31，可以利用折射面34a和反射面34b使入射光向指定方向折射予以射出。特别是上述棱镜板31可以在几乎不使指向性高的入射光分散的状况下，进行折射。另外，通过将α、θ1及θ2设定为[公式2]及图12曲线图的关系，可以使对射出面35法线方向以入射角度α入射的光，沿射出面35的法线方向射出。再者，通过设定为H＜h，可以提高从折射面34a入射利用反射面34b进行反射的光量，能够提高射出光的亮度。
下面，有关作为本发明第5实施方式的面发光装置，参照附图予以说明。图15表示本实施方式面发光装置100的侧面模式图，图16采用模式图表示被导入面发光装置100的光的传播方向。还有，本实施方式的面发光装置100是将第2实施方式的光照装置和第4实施方式的棱镜板加以组合而构成的。因而，在图15及图16所示本实施方式面发光装置100的结构要件之内与第2实施方式的光照装置及第4实施方式的棱镜板各结构要件相同的结构要件上，附加相同的符号以省略其详细的说明。
如图15所示，本实施方式的面发光装置100其结构具备导光板2；光源装置3，配置于导光板2的一侧端面2a附近；棱镜板31，配置于导光板2与一侧端面2a正交的一面2b上；反射板7，与导光板2的另一面2c侧接合。
导光板2由平板状透明的丙烯树脂板等构成，经由该一侧端面2a将从配置于一侧端面2a侧的光源装置3所射出的光，导入导光板2内部。在导光板2的一面2b上，连续设置多个由缓斜面部4a和陡斜面部4b构成的凸条状棱镜部4。另外，与一面2b相反侧的另一面2c成为平坦面。
陡斜面部4b的倾斜角度γ1相对于一面2b的基准面2d被设定为20°～90°的范围，缓斜面部4a的倾斜角度γ2相对于基准面2d被设定为0.5°～5°的范围。另外，棱镜部4…之间的间距P被设定为0.05～0.5mm左右。若间距P较大，则叠加棱镜板31时出自棱镜板31的射出光亮度增大。另外，缓斜面部的角度γ2越小，叠加棱镜板31时的射出光亮度均匀性越得到提高。还有，导光板的折射率最好为1.40～1.60左右。
在导光板2的另一面2c上，接合有以金属光泽面作为反射面7a的反射板7。
棱镜板31在透明板32的入射面33侧连续设置多个凸条状光折射部34，与此同时与入射面33相反方的射出面35成为平坦面。光折射部34由折射面34a和反射面34b构成。各光折射部34的形成方向相一致，使之对透明板32的一侧端面32a平行延伸。
然后，该棱镜板31使入射面33朝向导光板2，重合于导光板2的一面2b上。另外，棱镜板31在将折射面34a朝向光源装置3方的状态下配置于导光板3上。
如图16所示，被导入导光板2内部的光36在导光板2的一面2b和另一面2c之间进行反射，与此同时在导光板2的内部进行传播，在其一部分以指定临界角度入射到缓斜面部4a上之时，从其缓斜面部4a射出。此时的射出光如图16所示，相对于棱镜板31的射出面35法线H1以射出角度α予以射出。
另外，由于在导光板2的另一面2c上接合有反射板7，因而在导光板2内部进行传播到向另一面2c入射的光在反射面7a上总是进行正反射。因此，传播到导光板2的光其大部分从一面2b侧射出，没有从另一面2c侧射出的状况。
接着，从导光板2所射出的光36照射到棱镜板31上。光36相对于法线M1方向以入射角度α入射到折射面34a上。接着，该光36在透明板32内部照到反射面34b上进行正反射，从射出面35射出。射出光36沿射出面35的大致法线方向被射出。
为了射出光36沿棱镜板31的射出面35法线方向射出，折射面34a和反射面34b的各倾斜角度θ1、θ2、入射角度α以及棱镜板的折射率N之间的关系，需要满足上述[公式3]的关系。
另外，为了使照到折射面34a及反射面34b上的光量增加，如同第4实施方式所说明的那样，需要满足H＜h的关系。
(实验示例3)作为导光板2准备好下述部件，该部件由长度为50mm、宽度为66mm、厚度为1.0mm的透明丙烯树脂(商品名derupetto80NH)构成，将缓斜面部4a的倾斜角度设为1.5°～4.0°，将陡斜面部4b的倾斜角度设为40°～45°，将间距P设为0.14～0.257mm。还有，在导光板的另一面上安装有银膜制的反射板。另外，作为光源装置3准备好下述部件，该部件在棒状导光体的两端安装有2个额定值为10mA的LED(发光装置)。再者，作为棱镜板准备出好下述部件，该部件由厚度为0.6mm的透明丙烯树脂构成，将折射面的倾斜角度θ1设为50°，将反射面的倾斜角度θ2设为56.8°，将间距p设为0.070mm。然后，如图16所示，将导光板、光源装置及棱镜板组合，制作出面发光装置100。
对于所获得的面发光装置100，在面发光装置(棱镜板)的射出面法线上配置亮度测定传感器，使光源装置的LED点亮，测定出来自射出面的射出光亮度。将结果表示在表8中。
表9
如表9所示可知，越是增大导光板2棱镜部4的间距P，越使亮度得到提高。
如同上面所说明的那样，根据本实施方式的面发光装置100，可以使来自光源装置3的光，从导光板2的缓斜面部2a向一个方向进行收敛加以射出，利用棱镜板31使该射出光向指定方向折射。据此，可以从棱镜板31的射出面35，使高亮度、在亮度均匀性方面优良且指向性高的光射出。
下面，对于作为本发明第6实施方式的液晶显示装置，参照附图予以说明。图17表示本实施方式液晶显示装置的侧面模式图。还有，本实施方式的液晶显示装置是将第5实施方式的面发光装置装载到液晶显示面板上的装置。因而，在图17所示本实施方式液晶显示装置的结构要件之内与第5实施方式面发光装置的结构要件相同的结构要件上，附加相同的符号以省略其详细的说明。
本实施方式的液晶显示装置200由液晶显示面板120和面发光装置100构成，该面发光装置配置于液晶显示面板120的背面侧，从内面对液晶显示面板120进行照明。
液晶显示面板120为半透过型，其大致结构为采用密封材料124将下述透明的第1基片121和透明的第2基片22接合成一体，这两个基片用来挟持液晶层123并且由相对的玻璃等构成。在第1基片121及第2基片122的液晶层123侧，各自具备显示电路部126、127。
第2基片122的液晶层123侧所具备的显示电路部127其构成为，依次堆积有未图示的半透过反射膜，叠加在第2基片122上；未图示的滤色片，用来实行彩色显示；未图示的覆盖涂(coat)膜，用来保护半透过反射膜和滤色器，与此同时使因半透过反射膜和滤色片而引起的凹凸平坦化；未图示的条状电极，用来驱动液晶层123；未图示的取向膜，用来对构成液晶层123的液晶分子取向进行控制。
另外，第1基片121的液晶层123侧所具备的显示电路部126其构成为，从第1基片121侧依次按顺序堆积未图示的条状电极、未图示的覆盖涂膜以及未图示的取向膜。
在本实施方式的液晶显示装置200中，从光源装置3所发出的光透过导光板2的内部从缓慢斜面部4a射出，再利用棱镜板31进行折射向液晶显示面板120侧射出。射出光朝向射出面35的大致法线方向射出。然后，射出光依次透过第1基片122、显示电路部127、液晶层123、显示电路部126以及第2基片121，从液晶显示面板120射出。
这样，由于从面发光装置100向液晶显示面板120照射指向性优良的光，因而可以使液晶显示面板120的显示变得明亮，与此同时能够尽量抑制显示不均匀。
还有，本发明的技术范围不限于上述实施方式，而可以添加各种各样的变更。例如，虽然在本发明中对在导光板的平坦面侧配置反射板的示例已做出说明，但是也可以在导光板的棱镜面侧配置反射板。再者，也可以在导光板的棱镜面侧配置反射板，与此同时在平坦面侧配置棱镜板。
权利要求
1.一种棱镜板，其特征为在透明板的入射面侧连续设置多个由折射面和反射面构成的凸条状光折射部，并使与上述入射面相反方的射出面成为平坦面，上述光折射部利用上述折射面，使来自相对于上述透明板倾斜方向的入射光入射到上述透明板内部，并在上述透明板内部利用上述反射面使该入射光进行反射，从上述另一面射出。
2.根据权利要求1记载的棱镜板，其特征为将上述入射光相对于上述射出面法线方向的入射角度设为α，将来自上述射出面的射出角度设为ψ，将上述折射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ1，将上述反射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ2，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式1]的关系。公式1θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}-sin-1(sinψ/N]
3.根据权利要求1记载的棱镜板，其特征为将上述折射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ1，将上述反射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ2，将上述入射光相对于上述射出面法线方向的入射角度设为α，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式2]的关系。公式2θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}]
4.根据权利要求2或3记载的棱镜板，其特征为在上述光折射部上，上述折射面和上述反射面相接来形成顶部，在相邻的各光折射部之间形成谷部，将从上述顶部到上述谷部的高度设为上述光折射部的高度h，将从上述顶部到下述入射光通过上述谷部的透明板法线的位置的高度设为H，此时满足H＜h。
5.根据权利要求1记载的棱镜板，其特征为上述射出面被经过光泽精加工处理。
6.一种光照装置，其特征为具备导光板和配置于该导光板的一侧端面附近的光源，在上述导光板的与上述一侧端面正交的一面上，连续设置多个由缓斜面部和陡斜面部构成的凸条状棱镜部，该陡斜面部比该缓斜面部更靠近上述一侧端面，来自上述光源的光经由上述一侧端面被导入上述导光板的内部。
7.根据权利要求6记载的光照装置，其特征为在与上述导光板的一面相反方的另一面上也设置多个上述棱镜部。
8.根据权利要求6记载的光照装置，其特征为在与上述导光板的一面相反方的另一面配置具有金属光泽面的反射板。
9.根据权利要求6记载的光照装置，其特征为在上述导光板的一面侧配置具有金属光泽面的反射板。
10.根据权利要求6至9的任一项记载的光照装置，其特征为上述陡斜面部相对于上述一面及/或另一面的倾斜角度γ1为20°～90°的范围，上述缓斜面部的倾斜角度γ2为0.5°～5°的范围。
11.一种面发光装置，其特征为具备导光板；光源，配置于该导光板的一侧端面附近；棱镜板，配置于上述导光板的与上述一侧端面正交的一面上，由透明板构成，在上述导光板的一面及/或另一面上，连续设置多个由缓斜面部和陡斜面部构成的凸条状棱镜部，该陡斜面部比该缓斜面部更靠近上述一侧端面，在上述棱镜板与上述导光板相对的入射面上，连续设置多个由折射面和反射面构成的凸条状光折射部，并使与上述入射面相反方的射出面成为平坦面，并且上述棱镜板在使上述折射面朝向上述光源方的状态下配置于上述导光板上，从上述光源经由上述一侧端面被导入上述导光板内部的光从上述缓斜面部射出，入射到上述光折射部，入射到上述光折射部的光利用上述折射面被导入上述透明板内部，并在该透明板内部利用上述反射面使光反射，从上述射出面射出。
12.根据权利要求11记载的面发光装置，其特征为将上述入射光相对于上述棱镜板射出面法线方向的入射角度设为α，将来自上述射出面的射出角度设为ψ，将上述折射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ1，将上述反射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ2，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式3]的关系。公式3θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}-sin-1(sinψ/N)]
13.根据权利要求11记载的面发光装置，其特征为将上述折射面相对于上述棱镜板射出面的倾斜角度设为θ1，将上述反射面相对于上述射出面的倾斜角度设为θ2，将来自上述导光板的射出光相对于上述射出面法线方向的射出角度设为α，将上述透明板的折射率设为N，此时上述θ1和上述θ2满足下述[公式4]的关系。公式4θ2＝1/2[180-θ1-sin-1{sin(α-θ1)/N}]
14.根据权利要求12或13记载的面发光装置，其特征为在上述光折射部上，上述折射面和上述反射面相接来形成顶部，在相邻的各光折射部之间形成谷部，将从上述顶部到上述谷部的高度设为上述光折射部的高度h，将从上述顶部到下述入射光通过上述谷部的透明板法线的位置的高度设为H，此时满足H＜h。
15.根据权利要求11记载的面发光装置，其特征为在与上述导光板一面相反方的另一面配置具有金属光泽面的反射板。
16.根据权利要求11记载的面发光装置，其特征为在上述导光板的一面方配置具有金属光泽面的反射板。
17.根据权利要求11～13、15～16的任一项记载的面发光装置，其特征为上述陡斜面部相对于上述一面及/或另一面的倾斜角度γ1为20°～90°的范围，上述缓斜面部的倾斜角度γ2为0.5°～5°的范围。
18.根据权利要求11记载的面发光装置，其特征为上述射出面被经过光泽精加工处理。
19.一种液晶显示装置，其特征为具备液晶显示面板，在一对基片间挟持着液晶层；权利要求11记载的面发光装置，在液晶显示面板的背面侧，朝向上述棱镜板配置上述面发光装置。
全文摘要
本发明提供一种光的指向性高、高亮度且在亮度均匀性方面优良的面发光装置。面发光装置(100)具备导光板(2)、光源(3)及棱镜板(31)，在导光板(2)上设置由缓斜面部(4a)和陡斜面部(4b)构成的棱镜部(4)，该陡斜面部比缓斜面部(4a)更靠近一侧端面(2a)被配置，在棱镜板(31)的入射面(33)上设置多个由折射面(34a)和反射面(34b)构成的光折射部(34)，从光源(3)导入导光板(2)内部的光从缓斜面部(4a)射出，入射到光折射部(34)上，在光折射部上利用折射面(34a)被导入内部，与此同时利用反射面(34b)使之反射加以射出。
文档编号F21V8/00GK1624543SQ200410100628
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月6日 优先权日2003年12月5日
发明者杉浦琢郎 申请人:阿尔卑斯电气株式会社