CN100426011C - 光偏转元件及光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光偏转元件，具有让光入射的入光面(41)和位于其相反侧并让所入射的光出射的出光面(42)，入光面(41)上相互并排排列有多个棱镜列(41A)，棱镜列(41A)分别由位于顶端部分的倾斜角(b)为1°～50°的顶端部平面(46)、位于该顶端部平面一侧的第1棱镜面(44)、以及位于另一侧的第2棱镜面(45)所构成。通过将该光偏转元件与一次光源以及具有让该一次光源所发出光入射的光入射面和让经过导光的光出射的光出射面的导光体组合，来提供一种不会导致亮度下降，没有黑线条、干涉条纹等外观缺陷的高品质光源装置。

Description

光偏转元件及光源装置

技术领域

本发明涉及构成在笔记本PC、液晶电视机、移动电话手机、便携式信息终端等当中作为显示单元使用的液晶显示装置等的边缘照明方式光源装置及其所用的光偏转元件，具体来说，涉及配置于导光体的光出射面侧的改进的光偏转元件。

背景技术

近年来，彩色液晶显示装置作为便携式笔记本PC、PC等监视器，或作为液晶电视机、录像一体型液晶电视机、移动电话手机、便携式信息终端等显示单元，在各领域得到广泛使用。而且，伴随信息处理量增大、需求多样化、以及对多媒体的适应等，液晶显示装置的大屏幕化和高精细化取得迅速的进展。

液晶显示装置基本上由背光部和液晶显示元件部所构成。作为背光部，存在光源配置于液晶显示元件部正下方的直接背光方式的背光部和光源配置为与导光体的侧端面相向的边缘照明方式的背光部，出于液晶显示装置小型化的考虑，多采用边缘照明方式。

但近年来相对较小屏幕尺寸的显示装置，其中观察方向范围相对较窄的作为例如移动电话手机的显示单元使用的液晶显示装置等，出于减小电力消耗的考虑，作为边缘照明方式的背光部，为了有效利用一次光源所发出的光量，可利用使屏幕所出射的光束其展开角度尽可能小、使光集中于所需角度范围出射的边缘照明方式的背光部。

作为这样限定观察方向范围的显示装置，其中为了提高一次光源光量的利用效率并降低电耗而集中于相对较窄范围进行光出射的光源装置，在日本特开2001-143515号公报中提出了与导光体的光出射面相邻使用两面具有棱镜形成面的棱镜片的方案。这种两面的棱镜片，作为其中一面的入光面和作为其中另一面的出光面分别形成有相互平行的多个棱镜列，使棱镜列方向在入光面和出光面两者中相一致，而且使棱镜列彼此配置于对应的位置。由此，使导光体的光出射面出射在相对于该光出射面倾斜的方向上具有出射光峰值并分布于适当角度范围的光，从棱镜片的入光面其中一棱镜面入射，在另一棱镜面进行内面反射，还受到出光面处棱镜的折射作用，来使光集中出射至相对较窄的所需方向。

采用这样的光源装置，能够进行较窄角度范围的集中出射，但作为用作光偏转元件的棱镜片，需要使两面相互平行的多个棱镜列在入光面和出光面两者的棱镜列方向相一致，而且使棱镜列彼此配置于对应的位置，其成型较复杂。

另一方面，日本特开平10-254371号公报中提出了通过使构成棱镜片的棱镜列的其中一棱镜面相对于棱镜片法线方向的倾斜角为4.7°～5.7°，另一棱镜面相对于棱镜片法线方向的倾斜角为34.2°～35°，来实现棱镜片法线方向的亮度提高。但象这样使棱镜列其中一棱镜面相对于棱镜片法线方向的倾斜角极小这种棱镜片，其棱镜列的顶角小到40°左右，微细棱镜形状其成型困难，同时还存在其用于构成光源装置的情况下由于棱镜列顶端的「压扁」而可观察到黑线条等光源品质方面的问题。

而且，日本特开2001-343507号公报提出了其目的在于在不导致亮度大幅度下降的情况下使棱镜列顶端耐擦伤性能提高，在棱镜片的棱镜列的顶端部形成与薄片面平行的平坦部的方案。但象这样在棱镜列的顶端部形成与薄片面平行的平坦部的棱镜片，其用于构成光源装置的情况下，虽然能够在某种程度上抑制棱镜列顶端「压扁」所造成的黑线条的发生，但由于导光体和棱镜片两者接触面积的增加，存在粘附(sticking)所造成的干涉条纹的发生、有时造成作为光源装置的亮度下降这种问题。

发明内容

本发明其目的在于，对用棱镜片等光偏转元件构成的光源装置提供高品质光源装置，一种在不导致亮度降低的情况下抑制光偏转元件的棱镜列顶端「压扁」所造成的黑线条等问题发生，从而使亮度提高。

采用本发明，作为实现如上所述目的的技术方案所提供的光偏转元件，其特征在于，具有让光入射的入光面和位于其相反侧并让所入射的光出射的出光面，所述入光面上相互并排排列有多个棱镜列，所述棱镜列分别由位于顶端部分的倾斜角为1°～50°的顶端部平面、位于该顶端部平面一侧的第1棱镜面、以及位于所述顶端部平面另一侧的第2棱镜面所构成。

本发明的一种方式中，与所述棱镜列的延续方向相正交的剖面上所述顶端部平面的尺寸为0.008P～0.088P，P为所述棱镜列的间距。

本发明的一种方式中，所述第1棱镜面和所述第2棱镜面其中至少之一由凸曲面所形成。本发明的一种方式中，所述第1棱镜面和所述第2棱镜面其中至少之一由多个面形成，该多个面分别由平面或凸曲面形成。本发明的一种方式中，所述多个面由与所述顶端部平面相邻的平面和与该平面邻接的凸曲面所形成。

本发明的一种方式中，所述凸曲面其与所述棱镜列的延续方向相正交的剖面呈圆弧形状。本发明的一种方式中，所述凸曲面其曲率半径r相对于所述棱镜列的间距P之比r/P为2～50。本发明的一种方式中，由所述凸曲面形成的棱镜面，或所述第1棱镜面和所述第2棱镜面其中由多个面形成的棱镜面，连接其顶端缘和底部边缘的虚拟平面与棱镜面之间的最大距离d相对于所述棱镜列的间距P之比d/P为0.1～5％。

而且采用本发明，作为实现如上所述目的的技术方案所提供的光源装置，其特征在于，包括：一次光源；具有让从该一次光源所发出光入射的光入射面和让经过导光的光出射的光出射面的导光体；以及与该导光体的光出射面侧相邻配置的上述光偏转元件。

本发明的一种方式中，所述光偏转元件的顶端部平面的倾斜角形成为这样的角度，使得避免让从所述导光体的光出射面出射的光中的峰值光通过所述光偏转元件的顶端部平面入射到该光偏转元件中。本发明的一种方式中，所述峰值光从所述光出射面在相对于该光出射面呈10°～40°角度的方向上出射。本发明的一种方式中，所述棱镜列的第1棱镜面处于比所述第2棱镜面更靠近所述一次光源的位置，所述第1棱镜面由平面所形成，所述第2棱镜面由凸曲面形成或由多个面形成，该多个面分别由平面或凸曲面形成。

附图说明

图1是示出本发明光源装置的示意性立体图。

图2是示出本发明光偏转元件的棱镜列概略形状的部分剖面图。

图3是示出本发明光偏转元件的棱镜列概略形状的部分剖面图。

图4是示出本发明光源装置的示意性立体图。

图5是光漫射元件的出射光分布的说明图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。

图1是示出本发明光源装置一实施方式的示意性立体图。如图1所示，本发明的光源装置包括下列构成：以至少一个侧端面作为光入射面31、以与之大致正交的一个表面作为光出射面33的导光体3；与该导光体3的光入射面31相向配置、用光源反射器2覆盖的一次光源1；在导光体3的光出射面上邻接配置的光偏转元件4；在光偏转元件4的出光面42上与之相向邻接配置的光漫射元件6；以及与导光体3的光出射面33相反侧背面34相向配置的光反射元件5。

导光体3与XY平面平行配置，整体上呈矩形板状。导光体3具有4个侧端面，其中与YZ面平行的一对侧端面其中至少一个侧端面作为光入射面31。光入射面31与一次光源1相向配置，一次光源1所发出光从光入射面31入射到导光体3内。本发明中，例如光入射面31相反侧的侧端面32等其他侧端面也可以使光源相向配置。

与导光体3的光入射面31大致正交的2个主面分别处于与XY面大致平行的位置，其中某一面(图中为上表面)为光出射面33。该光出射面33和背面34其中至少一个面赋予由粗糙面所形成的指向性光出射功能部、或由与光入射面大致平行并排形成了棱镜列、双凸透镜列、V字型槽等许多透镜列的透镜面所形成的指向性光出射功能部，以此使光入射面31的入射光在导光体3中导光，同时使光入射面31和光出射面33的正交面(XZ面)内的出射光分布中具有指向性的光从光出射面33出射。令与该XZ面内的出射光分布峰值所对应的峰值光方向与光出射面33所呈角度为a，该角度a最好是10°～40°，出射光分布的半高宽最好是10°～40°。

导光体3表面形成的粗糙面、透镜列，出于谋求光出射面33内亮度均匀度的考虑较好为ISO4287/1-1984所规定的平均倾斜角θa在0.5°～15°范围内这种粗糙面、透镜列。平均倾斜角θa比较理想的是1°～12°范围，1.5°～11°范围则更加理想。这是因为粗糙面、透镜列的平均倾斜角θa不足0.5°的话，导光体3的出射光量便减少，而往往得不到足够亮度，平均倾斜角θa超过11°的话，一次光源附近便有大量光出射，而光出射面33内X方向上的光衰减显著，光出射面33的亮度均匀度往往下降。通过这样将导光体3的粗糙面、透镜列的形成面的平均倾斜角θa规定在0.5°～15°范围内，可从导光体3出射的是光出射面33出射光的出射光分布中峰值光角度a处于10°～40°范围内、与光入射面31和光出射面33两者垂直的XZ面中出射光分布的半高宽在10°～40°范围内这种具有高指向性出射特性的光，能够用光偏转元件4使其出射方向有效偏转，于是能够提供具有高亮度的面光源装置。

该平均倾斜角θa最好是根据导光体3的厚度(t)和入射光传播方向长度L两者之比L/t设定最佳范围。具体来说，使用L/t为20～200左右的导光体3的情况下，平均倾斜角θa以0.5°～7.5°为宜，比较理想的是1°～5°范围，更为理想的是1.5°～4°范围。而使用L/t不足20左右的导光体3的情况下，平均倾斜角θa以7°～12°为宜，更为理想的是8°～11°范围。

形成于导光体3的粗糙面的平均倾斜角θa，可按照ISO4287/1-1984，用触针式表面粗度计测定粗糙面形状，以测定方向的座标为x，从所得到的倾斜函数f(x)用下面式(1)和式(2)求得。这里，L是测定长度，Δa是平均倾斜角θa的正切。

$\mathrm{\Δa}=(1/L){\∫}_0^L\left|(d/\mathrm{dx})f\left(x\right)\right|\mathrm{dx}\·\·\·\left(1\right)$

θa＝tan^-1(Δa)            …(2)

还有，作为导光体3来说，以其光出射率在0.5％～5％范围内的导光体为宜，更为理想的是在1％～3％范围内。这是因为，通过将光出射率限定于这些范围内，与导光体3的表面所形成的粗糙面、棱镜列形成面的平均倾斜角θa的情况相同，确保导光体3出射足够的光量，并得到足够的亮度，同时抑制一次光源1附近有大量光出射，可提高光出射面33的亮度均匀度。还有，通过将光出射率限定于上述范围内，可从导光体3出射的是光出射面33出射光的出射光分布中峰值光角度a处于10°～40°范围内、与光入射面和光出射面两者垂直的XZ面中出射光分布的半高在10°～40°范围内这种具有高指向性出射特性的光，能够用光偏转元件4使其出射方向有效偏转，于是能够提供具有高亮度的面光源装置。

本发明中，导光体3的光出射率如下所述定义。光出射面33靠近光入射面31一侧端缘的出射光光强(I₀)和与光入射面31一侧端缘相距距离L的位置的出射光强度(I)两者的关系，满足下述式(3)这种关系，其中t为导光体3的厚度(Z方向的尺寸)。

I＝I₀(A/100)[1-(A/100)]^L/t    …(3)

这里，常数A为光出射率，为光出射面33中与光入射面31正交的X方向的每单位长度(相当于导光体厚度t的长度)的导光体3的光出射比例的百分比(％)。可通过纵轴表示光出射面23的出射光的光强对数，横轴表示L/t，以上述关系作图，根据其梯度求得该光出射率A。

而没有赋予指向性光出射功能部的另一主面，为了控制导光体3的出射光在与一次光源1平行的面(YZ面)上的方向性，最好是形成相对于光入射面31在80°～90°左右的大致垂直方向(大致X方向)上延伸的许多透镜列排列而成的透镜面。图1所示的实施方式中，在光出射面33形成粗糙面，而在背面34形成相对于光入射面31在大致垂直方向(大致X方向)上延伸的许多透镜列排列所形成的透镜面。本发明中也可以与图1所示方式相反，在光出射面33上形成透镜面，将背面34形成为粗糙面。

如图1所示，导光体3的背面34或光出射面33形成透镜列的情况下，作为该透镜列来说，可例举在大致X方向上延伸的棱镜列、双凸透镜列、V字型槽等，但YZ方向的剖面形状最好是形成为大致三角形形状的棱镜列。

本发明中，在导光体3上形成棱镜列作为透镜列的情况下，其顶角最好是形成为70°～150°范围。这是因为通过将顶角形成为该范围，能够使导光体3的出射光充分聚光，能够谋求充分提高面光源装置的亮度。具体来说，通过将棱镜顶角形成为该范围，可出射包括出射光分布中峰值光在内的、在XZ面的垂直面上出射光分布的半高宽为35°～65°的会聚出射光，可以使面光源装置的亮度提高。还有，光出射面33形成棱镜列的情况下，顶角最好是80°～100°范围，而背面34形成棱镜列的情况下，顶角最好是70°～80°或100°～150°范围。

另外，本发明中，也可以通过在导光体内部混入分布光漫射性微颗粒来赋予指向性光出射功能，以此替代在如上所述的光出射面33或背面34形成光出射功能部或两者并用。而且，作为导光体3来说，不限于图1所示剖面形状的导光体，也可以使用具有楔形、船形等各种剖面形状的导光体。

图2是光偏转元件4中棱镜列形状的说明图。光偏转元件4其两个主表面中位于导光体3一侧的面为入光面41，另一面为出光面42。入光面41并排配置有许多棱镜列41A，各棱镜列具有位于一次光源一侧的第1棱镜面44和位于远离一次光源一侧的第2棱镜面45这两个棱镜面。图2所示的实施方式中，第1棱镜面44由平面形成，第2棱镜面45由凸曲面45形成。

本发明的光偏转元件4中，具有两个棱镜面44、45的棱镜列41A的顶端部分形成有平面(顶端部平面)46。具体来说，棱镜列41A由顶端部平面46、位于其一侧的第1棱镜面44、以及位于另一侧的第2棱镜面45所构成。通过在棱镜列的顶端部形成顶端部平面46，能够防止将光偏转元件4配置于导光体3上时棱镜列41A顶端「压扁」即发生形变，能够提供避免这种「压扁」所造成的黑线条(黑线)等发生的高品质光源装置。本发明中，通过使该顶端部平面46相对于棱镜形成面(与棱镜列41A的底面相对应面)43的倾斜角b形成为1°～50°范围内，能够抑制光偏转元件4和导光体3两者吸附造成的干涉条纹等发生，同时能够抑制设置顶端部平面46所造成的亮度降低。尤其是顶端部平面46的倾斜角为5°～45°范围可带来亮度提高，因此较为理想，更加理想的是7°～35°范围。

而如图2所示顶端部平面46在与一次光源相反侧具有右边升高这种倾斜角b的情况下，为了使光源装置的亮度提高，最好是顶端部平面46具有与光偏转元件4的入射光、即导光体3光出射面33的出射光当中峰值光PL1相对于棱镜形成面43的倾斜角大致相同或与之相比较大的倾斜角b。这是因为，通过这样设定顶端部平面46的倾斜角b，实际上没有导光体3的出射峰值光PL1通过顶端部平面46入射到光偏转元件3的情况，而是出射峰值光PL1从第1棱镜面44入射到光偏转元件3，其大部分由第2棱镜面45全反射，作为偏转峰值光PL2在棱镜形成面43的法线方向上出射。另一方面，顶端部平面46或是具有比出射峰值光PL1相对于棱镜形成面43的倾斜角小的倾斜角b，或是如图3所示在一次光源侧具有左边升高这种倾斜角b的话，如图3所示，导光体3出射的峰值光PL1其中一部分便通过顶端部平面46入射到光偏转元件3，这里通过折射而作为偏转峰值光PL3在大幅度偏离棱镜形成面43法线方向的方向上出射，由此往往造成棱镜形成面43法线方向亮度降低。

还有，本发明中，与棱镜列41A延续方向正交的剖面(XZ剖面)其顶端部平面46的尺寸(下文称为“长度”)S以0.008P～0.088P范围内为宜，比较理想的是0.017P～0.053P范围内，更加理想的是0.017P～0.035P范围内，其中P为棱镜列的间距(棱镜列41A的底面的X方向尺寸)。这是因为，顶端部平面46的长度超过0.088P的话，亮度降低往往较大，反之不足0.008P的话，细微棱镜形状往往难以成型。

本发明的光偏转元件4，第1棱镜面44的倾斜角ρ为5°～20°，第2棱镜面45的倾斜角σ为35°～40°，ρ和σ两者之差的绝对值(|ρ-σ|)为15°～35°，由于作为光源装置能够得到高亮度，因而较为理想。另外，这里所说的棱镜面44、45的倾斜角ρ、σ如图2所示，是指棱镜面44、45与顶端部平面46的交叉部分相对于棱镜形成面43法线的角度。这样，第1棱镜面44的倾斜角σ小，倾斜角ρ和σ两者之和(即第1棱镜面44和第2棱镜面45两者的交叉角)γ为40～60度左右的光偏转元件4中，不形成顶端部平面46的情况下棱镜列顶端「压扁」所造成的黑线条等发生明显，因此本发明特别适合这种光偏转元件4特性的改善。另外，如图2所示第2棱镜面45由曲面所形成的情况下，倾斜角σ是指曲面与顶端部平面46的交叉部分处曲面的切面和棱镜形成面43的法线所呈角度。第1棱镜面44由曲面形成的情况也相同。图2中，第1棱镜面44和顶端部平面46所呈角度以α表示，第2棱镜面45和顶端部平面46所呈角度以β表示。

图2所示的实施方式中，第2棱镜面45形成为凸曲面(特别是与棱镜列41A延续方向即Y方向正交的XZ剖面呈圆弧形状的凸曲面)。通过这样至少使第2棱镜面45为凸曲面，可进一步提高光偏转元件4的聚光效果，进一步提高光源装置的亮度。这种情况下，凸曲面的曲率半径r相对于棱镜列41A的间距P之比r/P以2～50范围为宜，比较理想的是3～30范围，更为理想的是5～12范围。这是因为，r/P不足2或超过50的话，便无法发挥充分的聚光特性，亮度往往降低。而且本发明中，构成第2棱镜面45的凸曲面不限于如上所述以r/P所规定的剖面圆弧形状的凸曲面，也可以是剖面非圆弧形状。这种情况下，连接构成第2棱镜面45的凸曲面的顶端缘和底部边缘的虚拟平面45’与凸曲面之间的最大距离d相对于棱镜列的间距P之比d/P以0.1％～5％为宜。这是因为，d/P不足0.1％或超过5％的话，聚光特性往往下降，往往不能谋求亮度的充分提高，更为理想的是0.2％～3％范围，最好是0.2％～2％范围。

本发明中不限于这种凸曲面，也可以形成为至少第2棱镜面45由倾斜角(相对于棱镜形成面43法线的角度)互不相同的两个或以上平面所构成，这些平面的倾斜角越是接近出光面越小，最接近出光面的平面和最远离出光面的平面两者的倾斜角差为15°或以下。这样，可以发挥同样高的聚光效果，可以得到高亮度的光源装置。该最接近出光面的平面和最远离出光面的平面两者的倾斜角差以0.5°～10°范围为宜，较为理想的是1°～7°范围。而且，通过使第2棱镜面45形成为这种结构，可以很容易设计具有所希望的聚光性的光偏转元件，而且还能够稳定制造具有一固定光学特性的光偏转元件。

而且，本发明中，还可以用凸曲面替换如上所述具有不同倾斜角的平面其中至少一个，也可以用凸曲面替换全部平面。这种情况下，凸曲面的形状可以形成为其XZ剖面形状为圆弧或非圆弧这种形状。还有，用多个凸曲面构成第2棱镜面的情况下，最好是各凸曲面的形状不同。这种情况下，还可以使剖面为圆弧形状的凸曲面与剖面为非圆弧形状的凸曲面相组合，最好是至少一个凸曲面形成为剖面呈非圆弧状。在将多个凸曲面形成为剖面呈圆弧形状的情况下，各凸曲面也可以使其曲率有所不同。作为非圆弧形状来说，可例举椭圆形状其中一部分、抛物线形状其中一部分等。

这样的凸曲面与上面所述相同，曲率半径(r)相对于棱镜列的间距(P)之比(r/P)以2～50范围为宜，比较理想的是3～30范围，最好是5～12范围。

而第2棱镜面由倾斜角不同的多个平面或凸曲面构成时，为了确保充分的聚光特性，连接第2棱镜面的顶端缘和底部边缘(谷部)的虚拟平面(相当于图2中的45’)与多个平面或凸曲面(实际的棱镜面)之间的最大距离d与上面所述相同，相对于棱镜列的间距(P)之比(d/P)以0.1％～5％范围为宜，比较理想的是0.2～3％范围，最好是0.2～2％范围。

这样倾斜角不同的平面和凸曲面，典型的可设计为各平面和各凸曲面的全反射光从出光面42出射时出射光亮度分布(XZ面内)的峰值角度为一大致固定角度，但各峰值角度并不一定需要是一大致固定的角度，可以设计为全部峰值角度在15°以内角度范围。全部峰值角度以10°或以下角度范围为宜，比较理想的是7°或以下角度范围，最好是5°或以下角度范围。

一次光源1是在Y方向上延续的线状光源，作为该一次光源1来说，可以使用例如荧光灯、冷阴极管。另外，本发明中一次光源1不限于线状光源，还可以使用发光二极管(LED)、卤素灯、亚卤灯等这种点光源。特别是用于移动电话手机或便携式信息终端等相对较小屏幕尺寸的显示装置的情况下，最好是使用LED等较小点状光源。而且，一次光源1如图1所示不仅是设置于导光体3其中一侧端面的情况下，也可以根据需要进一步设置于相向的另一侧端面。

例如如图4所示，将LED光源等大致点状光源配置于导光体3角部等用作一次光源1的情况下，入射到导光体3的光在与光出射面33相同的平面内以一次光源1为大致中心的辐射状在导光体3中传播，光出射面33的出射光也同样以一次光源1为中心的辐射状出射。为了使按这种辐射状出射的出射光与其出射方向无关高效率地偏转至所希望的方向，最好是将形成于光偏转元件4的入光面41的棱镜列41A按大致圆弧状并排配置为围着一次光源1。通过这样使棱镜列41A按大致圆弧状并排配置为围着一次光源1，在与光出射面33相同的平面内，从光出射面33按辐射状出射的光几乎都相对于光偏转元件4的棱镜列41A大致垂直入射。于是，可以在导光体3的光出射面33的全部区域使出射光在特定方向上高效率出射，能够使亮度均匀性提高。形成于光偏转元件4的大致圆弧状的棱镜列41A，最好是根据导光体3中所传播光分布选定其圆弧状的程度，在与光出射面33相同的平面内，从光出射面33按辐射状出射的光几乎都相对于光偏转元件4的棱镜列41A大致垂直入射。具体来说，可例举并排配置为按以LED等点状光源1为大致中心的大致同心圆状使大致圆弧半径逐步变大。棱镜列41A的大致圆弧形状的半径范围可根据面光源装置的点状一次光源1的位置和与液晶显示元件的显示区域相当的面光源装置的有效区域两者的位置关系、大小来确定。

光源反射器2是将一次光源1的光以很少损耗导向导光体3的反射器。作为其材质来说，可采用例如表面具有金属蒸镀反射层的塑料膜。如图1所示，光源反射器2从光反射元件5的端缘部外表面经过一次光源1的外表面卷绕到光漫射元件6的出射面端缘部。另一方面，光源反射器2也可避开光漫射元件6，从光反射元件5的端缘部外表面经过一次光源1的外表面卷绕到光偏转元件4的出光面端缘部，或者也可避开光偏转元件4，从光反射元件5的端缘部外表面经过一次光源1的外表面卷绕到导光体3的光出射面端缘部。

也可将与这种光源反射器2相同的反射部件附于导光体3除了侧端面31以外的其他侧端面上。作为光反射元件5来说，可以使用例如表面具有金属蒸镀反射层的塑料片。本发明中，也可以用导光体3的背面34上蒸镀金属等所形成的光反射层等作为光反射元件5来取代反射片。

本发明的导光体3和光偏转元件4可以由光透射率高的合成树脂构成。作为这样的合成树脂来说，可例举甲基丙烯酸树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯系树脂、聚酯树脂、氯乙烯系树脂。特别是甲基丙烯酸树脂，其光透射率高，耐热性、力学特性、成型加工性能优异，最为合适。这样的甲基丙烯酸树脂，最好是以甲基丙烯酸甲酯为主要成分的树脂，甲基丙烯酸甲酯为80重量％或以上的树脂。形成导光体3和光偏转元件4的粗糙面的表面结构、棱镜列等表面结构时，可以通过用具有所希望的表面结构的成型件对透明合成树脂板进行热压成型，也可以利用网板印刷、挤压成型或射出成型等进行成型的同时赋予形状。而且，还可以利用热固化或光固化性树脂等形成构造面。而且，还可以在聚酯系树脂、丙烯酸系树脂、聚碳酸酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚甲基丙烯酰亚胺系树脂等制成的透明薄膜或薄片等透明基材的表面上形成由活性能量线固化型树脂所形成的粗糙面结构或透镜列排列结构，还可以利用粘接、融接等方法将这样的薄片与分立透明基材结合形成为一体。作为活性能量线固化型树脂可以使用多官能(甲基)丙烯酸化合物、乙烯基化合物、(甲基)丙烯酸酯类、烯丙基化合物、(甲基)丙烯酸的金属盐等。

还有，本发明中，这样利用光偏转元件4使视野狭窄、提高亮度的光源装置中，为了尽量不使亮度下降，根据目的对视野范围进行适当控制，可以在光偏转元件4的出光面42上邻近配置光漫射元件6。通过这样配置光漫射元件6，可以抑制造成品质下降的闪烁、亮斑等，谋求品质提高。

光漫射元件6可以在光偏转元件4的出光面一侧与光偏转元件4形成为一体，也可以将光漫射元件6另外形成置于光偏转元件4的出光面一侧。较好是另外配置光漫射元件6。另外形成并放置光漫射元件6的情况下，光漫射元件6与光偏转元件4相向的入射面61最好是赋予凹凸结构以防止与光偏转元件4的粘附。同样，光漫射元件6的出射面6也需要考虑与其上配置的液晶显示元件之间的粘附，最好对光漫射元件6的出射面62也赋予凹凸结构。这种凹凸结构只是为了防止粘附而赋予的情况下，以形成为平均倾斜角为0.7°或以上这种结构为宜，比较理想的是平均角度为1°或以上，更为理想的是1.5°或以上。

本发明中，考虑亮度特性、视觉辨认性和品质等平衡，最好是使用具有使光偏转元件4的出射光适当漫射这种光漫射特性的光漫射元件6。具体来说，光漫射元件6的光漫射性过低的情况下，难以使视野角度充分扩展，视觉辨认性下降，同时品质改善也不够充分，反之光漫射性过高的情况下，有损于光偏转元件4的视野狭窄化效果，总光线透射率也变低，亮度往往下降。因此，本发明的光漫射元件6使用的是使平行光入射时其出射光分布的半高宽为1°～13°范围的光漫射元件。光漫射元件6的出射光分布的半高宽以3°～11°范围为宜，最好是4°～8.5°范围。另外，本发明中所说的光漫射元件6的出射光分布的半高宽，如图5所示是指入射到光漫射元件6的平行光线在出射时有何种程度的扩散和展宽，为经过光漫射元件6透过漫射的出射光的光度分布中在峰值的半值处展宽角的全宽角度(Δθ_H)。

这样的光漫射特性可以通过在光漫射元件6中混入光漫射剂，或对光漫射元件6其中至少一个表面赋予凹凸结构来赋予。形成于表面的凹凸结构，在形成于光漫射元件6其中一个表面的情况下和形成于两个表面的情况下，其程度有所不同。光漫射元件6其中一个表面形成凹凸结构的情况下，其平均倾斜角以0.8°～12°范围为宜，比较理想的是3.5°～7°范围，更为理想的是4°～6.5°范围。光漫射元件6的两个表面形成凹凸结构的情况下，其中一表面形成的凹凸结构其平均倾斜角以0.8°～6°范围为宜，比较理想的是2°～4°范围，更为理想的是2.5°～4°范围。这种情况下，为了抑制光漫射元件6的总光线透射率的下降，最好是使光漫射元件6的入射面侧的平均倾斜角比出射面侧的平均倾斜角大。而且，光漫射元件6的光扩散透过率比值，出于提高亮度特性和改进视觉辨认特性的考虑以8％～82％范围为宜，较为理想的是30％～70％范围，更为理想的是40％～65％范围。

本发明中，还可以用光偏转元件4使导光体3的出射光在法线方向等特定方向上出射，用具有各向异性漫射性的光漫射元件6在所希望的方向上出射。这种情况下，也可以对光漫射元件6赋予各向异性漫射作用和光偏转角作用这两个功能。例如，所采用的凹凸结构是在一方向上延长的许多双凸透镜列并排配置的凹凸结构或在一方向只延伸所需尺寸的许多圆柱状透镜形状体离散平行配置的凹凸结构的情况，可通过使其剖面形状形成为非对称形状，可以赋予各向异性漫射作用和光偏转作用这两个功能。

而且本发明中，由于调整光源装置的视野角并提高品质的目的，也可以使光偏转元件4、光漫射元件6含有光漫射材料。作为这种光漫射材料，可以使用折射率与构成光偏转元件4、光漫射元件6的材料不同的透明微颗粒，可例举例如硅珠、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟化甲基丙烯酸酯等单聚合体或共聚体所制成的颗粒。作为光漫射材料来说，需要适当选定含量、粒径、折射率等以便避免有损于光偏转元件4的视野狭窄效果和光漫射元件6的适当漫射效果。例如，光漫射材料的折射率，一旦光偏转元件4、光漫射元件6的构成材料其折射率差过小，漫射效果便减小，一旦过大便产生过多的散射折射作用，因此折射率差以0.01～0.1范围为宜，比较理想的是0.03～0.08范围，更为理想的是0.03～0.05范围。而漫射材料的粒径一旦过大则散射强，发生闪烁、亮度下降，而一旦过小则发生着色，因此平均粒径以0.5～20微米范围为宜，比较理想的是2～15微米范围，更为理想的是2～10微米范围。

通过如上所述的一次光源1、光源反射器2、导光体3、光偏转元件4、光反射元件5、以及光漫射元件6所组成的光源装置的发光面(光漫射元件6的出射面62)上配置液晶显示元件来构成液晶显示装置。液晶显示装置可由观察者通过液晶显示元件从图1的上方观察。而且，本发明中，能够使充分准直的狭窄分布的光线从光源装置入射到液晶显示元件，因而在液晶显示元件中没有灰度反转等发生，能够得到亮度、色相均匀性良好的图像显示，同时能够得到集中于所希望方向的光照射，能够提高一次光源相对于该方向照明的发光量利用效率。

实施例

以下利用实施例和对比例对本发明进行具体说明。还有，下述实施例和对比例中各特性值的测定如下所述进行。

光源装置的法线亮度、光度半高宽的测定

一次光源使用冷阴极管，在其驱动电路的逆变器(哈里森公司制造的HIU-742)上施加DC12V，用高频电流点亮冷阴极管。法线亮度通过将光源装置或导光体的表面3×5分割为20mm边长的正方形，取各正方形的法线方向的亮度值的15点平均值求得。导光体的光度的半高宽如下所述调节，即将具有4mmφ的针孔的黑色纸加以固定，使针孔位于导光体表面的中央，调整距离使亮度计的测定圆为8～9mm，在冷阴极管的长度方向轴的垂直方向以及平行方向上以针孔为中心使测向器旋转轴旋转。在各方向上使旋转轴在+80°～-80°以1°的间隔一边旋转一边用亮度计测定出射光的光度分布，求峰值角度、光度分布的半高宽(峰值的1/2值以上值分布的展开角)。而且，光源装置的亮度的半高宽，是将亮度计的视野角度定为0.1°，以光源装置的发光面的中央作为测定位置，使测向器旋转轴旋转进行调节。在各方向上使旋转轴在+80°～-80°之间以1°间隔一边旋转一边用亮度计对出射光的亮度分布进行测定，求峰值亮度、峰值角度。峰值角度是相对于光源装置以法线法线为0°，以一次光源一侧为负，与其相反侧为正。

对比例1

采用丙烯酸树脂(三菱人造丝株式会社制造的ァクリペットVH5#000「商品名」)，利用射出成型方法制作一个面为平均倾斜角1.1°的粗糙面，另一面为镜面的导光体。该导光体形成为216mm×290mm，厚度2.0mm～0.7mm的楔形板状。该导光体的镜面侧形成棱镜层，所述棱镜层是与导光体的长度216mm的边(短边)平行地，利用丙烯酸系紫外线固化树脂并排列连续排列设置棱镜列的棱镜顶角130°、间距为50微米的棱镜列形成的棱镜层。与对应于导光体的长度290mm的边(长边)的一个侧端面相向，沿着长边用光源反射器(丽光株式会社制银反射膜)将冷阴极管加以覆盖进行配置。还有，在其他的侧端面上粘贴光漫反射膜(东レ株式会社制E60「商品名」)，在棱镜列排列面(背面)上配置反射片。将上述构成装入框体中。该导光体，垂直于光入射面和光出射面两者的面内的出射光光度分布的最大峰值相对于光出射面法线方向呈70°，半高宽为22.5°。

另一方面，在厚度188微米的聚酯薄膜的一个表面上使用折射率为1.5064的丙烯酸系紫外线固化性树脂，制作间距56.5微米的棱镜列并排连续设置形成的棱镜片。棱镜列的剖面形状采用在以棱镜的顶点座标为原点，棱镜列的间距P的长度作为1时，按(x、z)座标表示，点1(-11.500、65.209)、点2(0.000、0.000)、以及点4(15.443、12.000)3个点依照该顺序连接的两条直线以及连接点4和点5(45.000、65.209)的半径527.817微米的凸曲线形成的形状。

使得到的棱镜片，形成棱镜列的面向着上述导光体的光出射面侧(粗糙面侧)，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，第1棱镜面(与上述断面形状中的点1和点2的连线对应的棱镜面)在光源一侧，置于导光体上，得到光源装置。

对该光源装置的评价如下所述进行。具体来说，求与光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光分布，在表2表示出以下述对比例7为基准的情况下的峰值光的亮度比例以及峰值光的角度。而且，使光源装置发光来目视观察该发光面的外端，在表2表示出有无黑线条和干涉条纹。

实施例1～18、对比例2～3

棱镜列的剖面形状采用表1所示的形状(点1～点5依次连接的形状)以外，与对比例1同样制作棱镜片。得到的棱镜片与对比例1同样置于同样的导光体上，得到光源装置。另外，表1中棱镜列的顶端部平面的倾斜角，以负值表示该顶端部平面与一次光源相反的一侧形成右边偏高的倾斜，以正值表示一次光源侧左边偏高的倾斜(在下述表3和表5中也一样)。对该光源装置与对比例一样进行评价。其结果示于表2。

表1

表2

	峰值光的亮度比	峰值光的角度(°)	外观(黑线条、干涉条纹)
				对比例1	1.75	-1	黑线条
实施例1	1.75	-2	良好
				实施例2	1.78	-2	良好
实施例3	1.77	-2	良好
				实施例4	1.76	-2	良好
对比例2	1.76	-2	干涉条纹
				实施例5	1.76	-2	良好
实施例6	1.72	-2	良好
				实施例7	1.72	-2	良好
实施例8	1.71	-2	良好
				实施例9	1.74	-2	良好
实施例10	1.77	-2	良好
				实施例11	1.76	-2	良好
实施例12	1.75	-2	良好
				对比例3	1.74	-2	干涉条纹
实施例13	1.72	-2	良好
				实施例14	1.71	-2	良好
实施例15	1.69	-2	良好
				实施例16	1.67	-2	良好
实施例17	1.75	-1	良好
				实施例18	1.78	-2	良好

对比例4

棱镜列的断面形状，用连接点1(-19.752、54.269)、点2(0.000、0.000)的直线、以及连接点2和点4(36.748、54.269)的半径为468.915微米的凸曲线构成，除此以外与对比例1一样制作棱镜片。得到棱镜片与对比例1一样置于同样的导光体上，得到光源装置。对该光源装置与对比例1一样进行评价。其结果示于表4。

实施例19～29、对比例5

棱镜列的剖面形状采用表3所示的形状(点1～点4依次连接的形状)以外，与对比例4一样制作棱镜片。将得到的棱镜片与对比例1一样置于同样的导光体上，得到光源装置。对该光源装置与对比例1一样进行评价，其结果示于表4。

表3

表4

	峰值光的亮度比	峰值光的角度(°)	外观(黑线条、干涉条纹)
				对比例4	1.64	-1	黑线条
实施例19	1.63	-2	良好
				实施例20	1.65	-2	良好
实施例21	1.66	-2	良好
				实施例22	1.63	-2	良好
对比例5	1.63	-2	干涉条纹
				实施例23	1.62	-2	良好
实施例24	1.61	-2	良好
				实施例25	1.63	-2	良好
实施例26	1.55	-2	良好
				实施例27	1.59	-2	良好
实施例28	1.62	-2	良好
				实施例29	1.50	-2	良好

对比例6

棱镜列的剖面形状，用连接点1(-14.178、61.410)、点2(0.000、0.000)的直线、以及连接点2和点4(42.322、61.410)的半径为504.324微米的凸曲线构成，除此以外与对比例1一样制作棱镜片。得到的棱镜片与对比例1一样置于同样的导光体上，得到光源装置。对该光源装置与对比例1一样进行评价。其结果示于表6。

实施例30～32

棱镜列的剖面形状采用表5所示的形状(点1～点4依次连接的形状)以外，与对比例6一样制作棱镜片。将得到的棱镜片与对比例1一样置于同样的导光体上，得到光源装置。对该光源装置与对比例1一样进行评价，其结果示于表6。

表5

表6

	峰值光的亮度比	峰值光的角度(°)	外观(黑线条、干涉条纹)
				对比例6	1.77	-1	黑线条
实施例30	1.73	-2	良好
				实施例31	1.79	-2	良好
实施例32	1.67	-2	良好

对比例7

棱镜片的棱镜列采用两个棱镜面均为平面，棱镜顶角为65.4°的剖面为等腰三角形(ρ＝σ＝32.7度)的棱镜列，此外与对比例1相同得到光源装置，求该光源装置与光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布，与该峰值光的亮度分布为1.00。而且峰值光的角度为0°。

工业实用性

本发明的光偏转元件在棱镜列的顶端部设置具有特定的倾斜角的顶端部平面，因此能够提供不导致亮度下降，没有黑线条和干涉条纹等外观缺陷的高品质光源装置。

Claims (15)

1. 一种光偏转元件，其特征在于，具有让光入射的入光面和位于其相反侧并让所入射的光出射的出光面，所述入光面上相互并排排列有多个棱镜列，所述棱镜列分别由位于顶端部分的倾斜角为1°～50°的顶端部平面、位于该顶端部平面一侧的第1棱镜面、以及位于所述顶端部平面另一侧的第2棱镜面所构成。

2. 如权利要求1所述的光偏转元件，其特征在于，与所述棱镜列的延续方向相正交的剖面上所述顶端部平面的尺寸为0.008P～0.088P，P为所述棱镜列的间距。

3. 如权利要求1所述的光偏转元件，其特征在于，所述第1棱镜面和所述第2棱镜面其中至少之一由凸曲面所形成。

4. 如权利要求3所述的光偏转元件，其特征在于，所述凸曲面与所述棱镜列的延续方向相正交的剖面呈圆弧形状。

5. 如权利要求4所述的光偏转元件，其特征在于，所述凸曲面其曲率半径r相对于所述棱镜列的间距P之比r/P为2～50。

6. 如权利要求3所述的光偏转元件，其特征在于，由所述凸曲面形成的棱镜面，连接其顶端缘和底部边缘的虚拟平面与棱镜面之间的最大距离d相对于所述棱镜列的间距P之比d/P为0.1～5％。

7. 如权利要求1所述的光偏转元件，其特征在于，所述第1棱镜面和所述第2棱镜面其中至少之一由多个面形成，该多个面分别由平面或凸曲面形成。

8. 如权利要求7所述的光偏转元件，其特征在于，所述多个面由与所述顶端部平面相邻的平面和与该平面邻接的凸曲面所形成。

9. 如权利要求8所述的光偏转元件，其特征在于，所述凸曲面与所述棱镜列的延续方向相正交的剖面呈圆弧形状。

10. 如权利要求9所述的光偏转元件，其特征在于，所述凸曲面其曲率半径r相对于所述棱镜列的间距P之比r/P为2～50。

11. 如权利要求7所述的光偏转元件，其特征在于，所述第1棱镜面和所述第2棱镜面中由多个面形成的棱镜面，连接其顶端缘和底部边缘的虚拟平面与棱镜面之间的最大距离d相对于所述棱镜列的间距P之比d/P为0.1～5％。

12. 一种光源装置，其特征在于，包括：一次光源；具有让从该一次光源所发出光入射的光入射面和让经过导光的光出射的光出射面的导光体；以及与该导光体的光出射面一侧相邻配置的如权利要求1～11中任一项所述的光偏转元件。

13. 如权利要求12所述的光源装置，其特征在于，所述光偏转元件的顶端部平面的倾斜角形成为这样的角度，使得避免让从所述导光体的光出射面出射的光中的峰值光通过所述光偏转元件的顶端部平面入射到该光偏转元件中。

14. 如权利要求13所述的光源装置，其特征在于，所述峰值光从所述光出射面在相对于该光出射面呈10°～40°角度的方向上出射。

15. 如权利要求12所述的光源装置，其特征在于，所述棱镜列的第1棱镜面处于比所述第2棱镜面更靠近所述一次光源的位置，所述第1棱镜面由平面所形成，所述第2棱镜面由凸曲面形成或由多个面形成，该多个面分别由平面或凸曲面形成。

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