CN101329031A - 光路偏转板、面光源装置及透过型图像显示装置 - Google Patents

Abstract

一种光路偏转板、面光源装置及透过型图像显示装置，光路偏转板(40)与多个光源(30)分开配置，具有让光源(30)的光(F)入射的主面(40a)和让光(F)出射的平坦的出射面(40b)，主面上按与邻接的2光源间对应的每个区域(41)而设有多个棱镜(60)，在各区域(41)的第1及第3区域(41A、41C)上配置了多个棱镜中的第1棱镜(61)，在第2区域(41B)上配置了第2棱镜(62)，第1棱镜把来自上述2光源中的较近的光源的光的方向借助于入射所造成的折射而改变到出射面的法线(N)方向，把来自上述2光源中的较远的光源的光的方向借助于棱镜内的全反射而改变到法线方向，第2棱镜把来自上述2光源的光的方向借助于棱镜内的全反射而改变到法线方向。这样就能确保均匀、高亮度。

Description

光路偏转板、面光源装置及透过型图像显示装置

技术领域

本发明涉及光路偏转板、面光源装置及透过型图像显示装置。

背景技术

作为透过型图像显示装置，例如，在透过型液晶单元等透过型图像显示部的背面侧配置了直下型的面光源装置而成的东西是众所周知的，作为这种面光源装置，在面内互相空开间隔配置了多个光源，在该多个光源的前面侧配置了改变来自这些光源的光的方向而使之出射的棱镜部件(光路偏转板)而成的东西是公知的(参照专利文献1：特开平7-141908号公报)。

发明内容

专利文献1(特开平7-141908号公报)中记载的光路偏转板是按在邻接的2个光源之间把来自较近的一方光源的光导向前面侧而使之从法线方向出射的方式构成的。然而，丝毫未考虑来自另一方光源的光的出射方向。因此，不一定能使来自另一方光源的光从法线方向出射，结果就难以确保均匀、高亮度。

因此，本发明的目的在于提供能确保均匀、高亮度的光路偏转板、面光源装置及透过型图像显示装置。

本发明所涉及的光路偏转板，与互相空开间隔排列的多个光源分开配置，改变来自多个光源的光的方向而将其出射，其特征在于，具有其上入射来自多个光源的光的主面和与主面相对配置的并且其上出射从主面入射的来自多个光源的光的平坦的出射面，主面在该主面上的与邻接的2个光源间对应的每个区域上设有多个棱镜，各对应的区域在多个光源的排列方向具有第1～第3区域，多个棱镜中的第1棱镜至少有1个配置在第1及第3区域上，多个棱镜中的第2棱镜至少有1个配置在第2区域上，第1棱镜把来自邻接的2个光源中的离该第1棱镜较近的光源的光的方向借助于向该第1棱镜的入射所造成的折射而改变到出射面的法线方向，并且把来自邻接的2个光源中的离该第1棱镜较远的光源的光的方向借助于在该第1棱镜内的全反射而改变到法线方向，第2棱镜把来自邻接的2个光源的光的方向借助于在该第2棱镜内的全反射而改变到法线方向。

在上述构成中，主面上的各对应区域内的第1～第3区域是在上述排列方向按第1～第3区域的顺序配置的。因而，第1区域位于离邻接的2个光源中的一方较近的地方，第3区域位于离邻接的2个光源中的另一方较近的地方，第3区域位于该第1及第2区域之间。

并且，多个棱镜中的第1棱镜至少有1个设置在第1及第3区域上，所以来自近的一方光源的光的方向借助于向棱镜的入射所造成的折射而改变到法线方向，来自较远的一方光源的光的方向借助于在棱镜内的全反射而改变到法线方向。从较远的光源到配置在第1及第3区域上的棱镜的光的方向和法线方向所构成的角度有变大的倾向，不过，像上述第1棱镜那样利用全反射就能确实地改变到法线方向。还有，多个棱镜中的第2棱镜至少有1个设置在第2区域上，所以来自来自邻接的2个光源的光的方向都是借助于设置在第2区域上的棱镜内的全反射而变更到法线方向。第2区域位于第1及第3区域之间，所以从各光源到设置在第2区域上的棱镜的光的方向和法线方向所构成的角度有变大的倾向，不过，像上述第2棱镜那样利用在棱镜内的全反射就能把来自2个光源的光的方向都确实地改变到法线方向。

因而，从与各对应区域对应的2个光源向各对应区域分别入射的光的方向都会向出射面的法线方向出射。因而，能谋求从出射面出射的光的亮度的均匀化。并且，向各对应区域入射的光能更确实地从法线方向出射，所以能实现高亮度。

优选的是，构成上述第1棱镜的第1及第2倾斜面与出射面所构成的第1及第2倾斜角度是按第1倾斜面使来自邻接的2个光源中的离该第1棱镜较近的光源的光折射到法线方向，并且第1倾斜面使来自邻接的2个光源中的离该第1棱镜较远的光源的光折射到第2倾斜面侧，由第2倾斜面使该折射后的光全反射到法线方向的方式规定的，构成第2棱镜的第3及第4倾斜面与出射面所构成的第3及第4倾斜角度是按第3倾斜面使来自邻接的2个光源中的第3倾斜面侧的光源的光折射到第4倾斜面侧，由第4倾斜面使该折射后的光全反射到法线方向，并且第4倾斜面使来自邻接的2个光源中的第4倾斜面侧的光源的光折射到第3倾斜面侧，由第3倾斜面使该折射后的光全反射到法线方向的方式规定的。

按上述方式规定第1及第2倾斜角度，从而使来自与各对应区域对应的2个光源中的较近的一方光源的光的方向借助于第1棱镜的第1倾斜面所造成的折射而改变到法线方向，使来自上述2个光源中的较远的一方光源的光的方向借助于向第1棱镜的入射所造成的折射而改变到朝向第2倾斜面的方向，之后，会借助于第2倾斜面的全反射而改变到法线方向。因此，可借助于第1棱镜把来自上述2个光源的光的方向都改变到法线方向。还有，按上述方式规定第3及第4倾斜角度，从而使来自与各对应区域对应的2个光源的光的方向在通过第3倾斜面及第4倾斜面而入射到第2棱镜之后借助于第4倾斜面及第3倾斜面所造成的全反射而改变到法线方向。因此，可借助于第2棱镜把来自上述2个光源的光的方向都改变到法线方向。

还有，优选的是，设置在上述对应的区域上的多个棱镜相对于与邻接的2个光源间的中央位置上的出射面正交的平面是对称的。

在该情况下，对于对应的区域的一半区域规定棱镜的形状即可，所以可缩短光路偏转板的制作所需要的时间。

还有，优选的是，上述第1～第3区域均具有多个单位区域，第1及第3区域所具有的多个单位区域上均设有断面形状相同的多个第1棱镜，第2区域所具有的多个单位区域上均设有断面形状相同的多个第2棱镜。

在该情况下，第1及第3区域的各单位区域内设有断面形状相同的多个第1棱镜，第2区域的各单位区域内设有断面形状相同的多个第2棱镜。一方面能按相同的条件来制作各单位区域内的棱镜，另一方面能用更多的棱镜来变更光的方向，所以光的方向容易集中于出射面的法线方向。

还有，本发明所涉及的面光源装置，其特征在于，具备互相空开间隔排列的多个光源和与多个光源分开配置的上述本发明所涉及的光路偏转板。

在该情况下，从多个光源各自输出的光通过光路偏转板而从光路偏转板的出射面出射。此时，来自多个光源中的邻接的2个光源的光向与该2个光源对应的光路偏转板的对应区域入射的话，如上所述，就会从出射面的法线方向输出，所以上述面光源装置能输出均匀、高亮度的光。

再有，本发明所涉及的透过型图像显示装置，其特征在于，具备上述本发明所涉及的面光源装置和在来自面光源装置的光的出射方向上与该面光源装置分开配置的透过型图像显示部。

在该透过型图像显示装置中，从上述面光源装置输出的均匀、高亮度的光向透过型显示部入射。结果，可由透过型图像显示部以均匀的亮度来显示更清晰的图像。

如上所述，根据本发明所涉及的光路偏转板，能使来自邻接的2个光源的光一同从出射面的法线方向出射，可确保较均匀、高亮度。还有，根据本发明所涉及的面光源装置，借助于光路偏转板使来自邻接的2个光源的光一同从出射面的法线方向出射，所以可输出较均匀、高亮度的光。再有，根据本发明所涉及的透过型图像显示装置，可借助于面光源装置，向透过型图像显示部入射较均匀、高亮度的光，所以可在透过型图像显示部较清晰地显示均匀亮度的图像。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的透过型图像显示装置的一实施方式的构成的断面图。

图2是光路偏转板的放大了一部分的示意图。

图3是配置在第1区域上的棱镜的一个例子的示意图。

图4是配置在第3区域上的棱镜的一个例子的示意图。

图5是配置在第2区域上的棱镜的一个例子的示意图。

图6是用于说明倾斜角度的规定方法的光路偏转板模型的示意图。

图7是用于说明倾斜角度的规定方法的一部分的光路偏转板模型的示意图。

图8是用于说明倾斜角度的规定方法的一部分的光路偏转板模型的示意图。

图9是用于说明倾斜角度的规定方法的一部分的光路偏转板模型的示意图。

图10是第1实施例的光路偏转板的放大了一部分的示意图。

图11是图10所示的光路偏转板的进一步放大了一部的示意图。

图12是第2实施例的光路偏转板的放大了一部分的示意图。

符号说明

1…透过型图像显示装置，10…透过型图像显示部，30、31、32…光源，40…光路偏转板，40a…里面(主面)，40b…出射面，41…对应区域，41A…第1区域，41B…第2区域，41C…第3区域，50…面光源装置，60、60_m…棱镜，60a、60b…倾斜面，61…棱镜(第1棱镜)，61a…倾斜面(第1或第2倾斜面)，61b…倾斜面(第1或第2倾斜面)，62…棱镜(第2棱镜)，62a…倾斜面(第3倾斜面)，62b…倾斜面(第4倾斜面)，75…光路偏转板，N…法线，A₁～A₂₉…区域(单位区域)，F、F1、F2…光，α、β、α_m、β_m…倾斜角度(第1～第4倾斜角度)。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的光路偏转板、面光源装置及透过型图像显示装置的实施方式进行说明。另外，在附图的说明中对相同要素付以相同符号，省略重复的说明。还有，附图的尺寸比率与说明的东西不一定一致。

图1是示意地表示本发明所涉及的透过型图像显示装置的一实施方式的构成的断面图。透过型图像显示装置1是液晶显示装置，是在液晶单元11的上下两面上层叠偏振光板12、13而成的透过型图像显示部10的背面侧(下侧)设置面光源装置50而构成的。

液晶单元11、偏振光板12、13可以采用现有液晶显示装置等透过型图像显示装置所用的东西。作为液晶单元11，可以列举90°扭曲TN型液晶显示元件。还有，上下一对偏振光板12、13按其透过轴成为互相正交的状态的方式配置，该偏振光板12、13的透过轴按与液晶单元11中的液晶分子的取向方向平行的方式配置。

面光源装置50具有光源部20和在光源部20的前面侧(图1中的上侧)，即，透过型图像显示部10一侧与光源部20分开配置的光路偏转板40。

光源部20具有多个光源30，多个光源30按各光源30的中心轴线位于同一面内的方式以相等间隔L配置。邻接的光源30、30间的中心轴线间的间隔L例如是15mm～150mm。各光源30是在与多个光源30的排列方向正交的方向延伸的棒状的东西，可以列举像荧光灯(冷阴极线管)那样的直管状的东西。在这里，光源30为棒状，不过，也可以采用LED那样的点光源等。

多个光源30，如图1所示，优选的是配置在灯箱35中，灯箱35的内面35a优选的是形成为光反射面。这样，从各光源30输出的光F会确实地输出到透过型图像显示部10一侧，可有效地利用来自各光源30的光F。

光路偏转板40具有位于光源部20一侧的里面(主面)40a和与里面40a相对配置的平坦的出射面40b，按全部遮盖多个光源30的方式配置。光源30和光路偏转板40之间的距离d例如是5mm～50mm。距离d，如图1所示，是光源30的最上部和里面40a之间的距离。光路偏转板40的厚度可以列举0.1mm～15mm，不过，优选的是0.5mm～10mm，更优选的是1mm～5mm。

光路偏转板40由透明材料，例如透明树脂、透明玻璃构成。作为透明树脂，可以列举聚碳酸酯树脂、ABS树脂(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚合物树脂)、异丁烯树脂、MS树脂(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物树脂)、聚苯乙烯树脂、AS树脂(丙烯腈-苯乙烯共聚合物树脂)、聚乙烯、聚丙烯等多烯树脂等。

在光路偏转板40的里面40a上，在位于邻接的2个光源30、30间的上方的区域，并且是与2个光源30、30间对应的对应区域41上，如图2所示，均形成了断面形状为三角形状的多个棱镜60。在本实施方式中，对应区域41上形成的多个棱镜60的构成是相对于2个光源30、30间的中央位置，即，从光源31到光源32的L/2位置的与出射面40b正交的假想性的平面P折叠对称(图2中是左右对称)的。

图2是光路偏转板的放大了一部分的示意图。在图2中，也示出了2个光源30、30。以下，为了区别2个光源30、30，把光源30、30也称为光源31、32，把从光源31输出的光F也称为光F1，把从光源32输出的光F也称为光F2。

如图2所示，多个棱镜60按它们的棱镜顶部位于同一平面上的方式形成。各棱镜60，如图2所示，按通过规定棱镜60所具有的2个倾斜面60a、60b相对于出面40b倾斜的倾斜角度α、β而把从来自2个光源31、32的光F1、F2的方向都改变到出射面40b的法线N方向的方式构成。

多个棱镜60包含第1类型的棱镜(第1棱镜)61和第2类型的棱镜(第2棱镜)62，第2类型的棱镜62配置在对应区域41的包含中央位置的区域上，第1类型的棱镜61配置在配置第2类型的棱镜62的区域两侧的区域上。因而，对应区域41具有配置多个第1类型的棱镜61的第1及第3区域41A、41C和第1及第3区域41A、41C所夹着的配置多个第2类型的棱镜62的第2区域41B。

利用图3～图5对各类型的棱镜61、62进行说明。图3是配置在第1区域上的棱镜的一个例子的示意图。图4是配置在第3区域上的棱镜的一个例子的示意图。图5是第2棱镜的一个例子的示意图。

如图3及图4所示，第1棱镜61按借助于棱镜61所具有的2个倾斜面61a、61b中的一方倾斜面使来自2个光源31、32的光F1、F2中的较近的一方光源的光的方向折射而改变到法线N方向，并且使来自另一方光源的光F的方向在棱镜61内全反射而把方向改变到法线N方向的方式构成。即，在棱镜61中只借助于2个倾斜面61a、61b中的一个面而产生全反射。对于棱镜61分别配置在第1及第3区域41A、41C上的情况具体地进行说明。

在棱镜61配置在第1区域41A上的情况下，如图3所示，棱镜61按借助于棱镜61的倾斜面(第1倾斜面)61b使来自2个光源31、32中的光源31的光F1折射，从而把光F1的方向改变到法线N方向，并且借助于倾斜面61b使来自光源32的光F2折射到倾斜面(第2倾斜面)61a(60a)一侧之后，借助于倾斜面61a全反射该折射后的光而把方向改变到法线N方向的方式构成。

在棱镜61配置在第3区域41C上的情况下，如图4所示，棱镜61按借助于棱镜61的倾斜面(第1倾斜面)61a使来自2个光源31、32中的光源32的光F2折射，从而把光F2的方向改变到法线N方向，并且借助于倾斜面61a使来自光源31的光F1折射到倾斜面(第2倾斜面)61b一侧之后，借助于倾斜面61b全反射该折射后的光而把方向改变到法线N方向的方式构成。

第2类型的棱镜62，如图5所示，按借助于倾斜面(第3倾斜面)62a折射来自光源31的光F1，将其导向倾斜面(第4倾斜面)62b，借助于倾斜面62b将其全反射，把光F1的方向置于法线N方向，并且借助于倾斜面62b使来自光源32的光F2折射到倾斜面62a一侧，借助于倾斜面62a将其全反射，把光F2的方向置于法线N方向的方式构成。这样，构成棱镜62的2个倾斜面62a、62b均产生全反射。

如上所述，包含上述2个类型的棱镜61及棱镜62的多个棱镜60，通过规定构成各棱镜60的2个倾斜面60a、60b的倾斜角度α、β来决定其形状。利用图6～图9来说明该倾斜角度α、β的规定方法的一个例子。

图6是表示用于说明倾斜角度α、β的规定方法的光路偏转板模型的图。

如图6所示，把连接多个棱镜顶部60c的直线设为z轴，把通过光源31的中心的法线N方向的轴设为y轴，把z轴和y轴的交点设为原点O。还有，把光路偏转板40的折射率设为n，把原点O到光源31的中心的距离设为H。并且，把规定倾斜角度α、β的对象的棱镜60设为棱镜60_m(m为1以上的整数)，把其两侧的棱镜60设为棱镜60_m-1、60_m+1。还有，使棱镜60_m、60_m-1、60_m+1的棱镜顶部的z轴上的位置及倾斜角度α、β与各棱镜60_m、60_m-1、60_m+1对应，如图6所示，利用m、m-1、m+1来区别。并且，如图6所示，倾斜角度α以右旋转的方向为正的方向，倾斜角度β以左旋转的方向为正的方向。

还有，把来自光源31、32的光F1、F2的方向通过折射或全反射而最后变更到法线N方向的位置设为棱镜60_m的倾斜面60a、60b的中点p₁、p₂。把点p₁的坐标设为(z1_m、y1_m)，把点p₂坐标设为(z2_m、y2_m)的话，点p₁、p₂由以下的式(1)、(2)表示。

[数学式1]

$({z1}_m,{y1}_m)=$

$(\frac{1}{2}\frac{(z_{m-1}+z_m){\tan \mathrm{\β}}_{m-1}+{2z}_m{\tan \mathrm{\α}}_m}{{\tan \mathrm{\β}}_{m-1}+{\tan \mathrm{\α}}_m},\frac{1}{2}\frac{(z_m-z_{m-1}){\tan \mathrm{\β}}_{m-1}{\tan \mathrm{\α}}_m}{{\tan \mathrm{\β}}_{m-1}+{\tan \mathrm{\α}}_m})...\left(1\right)$

[数学式2]

$({z2}_m,{y2}_m)=$

$(\frac{1}{2}\frac{{2z}_m{\tan \mathrm{\β}}_m+(z_m+z_{m+1}){\tan \mathrm{\α}}_{m+1}}{{\tan \mathrm{\β}}_m+{\tan \mathrm{\α}}_m},\frac{1}{2}\frac{(z_{m+1}-z_m){\tan \mathrm{\β}}_m{\tan \mathrm{\α}}_{m+1}}{{\tan \mathrm{\β}}_m+{\tan \mathrm{\α}}_{m+1}})...\left(2\right)$

把棱镜60_m设为第1类型的棱镜61或第2类型的棱镜62的情况下倾斜角度α_m、β_m应该满足的条件由

(i)如图7所示，把来自光源31的光F1的方向借助于向棱镜60的入射所伴随的折射而改变到法线N方向的情况，

(ii)如图8所示，使来自光源32的光F2的方向借助于倾斜面60a全反射而改变到法线N方向的情况，

(iii)如图9所示，使来自光源31的光F1的方向借助于倾斜面60b全反射而改变到法线N方向的情况，

这3种情况下的折射条件及全反射条件的组合来表示。

图7～图9是用于说明上述(i)～(iii)各情况下的棱镜60_m所引起的光F1或光F2的光路的变更方法中相应的倾斜角度α_m、β_m的规定方法的图。还有，如图7所示，对于来自光源31的光F1借助于倾斜面60b的折射把光F1的方向改变到法线N方向的情况与设置在第1区域41A上的棱镜61的情况对应。配置在第3区域41C上的情况后述。

为实现上述(i)所必要的条件，如图7所示，在把y轴和向棱镜60_m入射的光F1所构成的角度设为θ_m的情况下，是以下的式(3)～(6)。

[数学式3]

sin(β_m+θ_m)＝n·sinβ_m…(3)

[数学式4]

${\tan \mathrm{\θ}}_m=\frac{z_m+{\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\β}}}{H+{\mathrm{\ΔH}}_m^{\mathrm{\β}}}...\left(4\right)$

[数学式5]

${\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\β}}=\frac{1}{2}\·\frac{(z_{m+1}-z_m){\tan \mathrm{\α}}_{m+1}}{{\tan \mathrm{\β}}_m+{\tan \mathrm{\α}}_{m+1}}...\left(5\right)$

[数学式6]

${\mathrm{\ΔH}}_m^{\mathrm{\β}}={\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\β}}{\tan \mathrm{\β}}_m...\left(6\right)$

Δz^β _m、ΔH^β _m，如图7所示，是用于对把光F1的方向最终变更到法线N方向的位置设为点p₂的位置而产生的棱镜顶部60c的位置和光F1的入射位置的偏离在z轴方向及y轴方向进行补正的补正项。

为实现上述(ii)所必要的条件，在与(i)的情况同样地定义θ_m，并且把ξ_m设为向棱镜60_m入射的来自光源32的光F2和法线N方向(y轴方向)所构成的角度的情况下，是以下的式(7)～式(10)。

[数学式7]

sin(β_m-ξ_m)＝nsin(2α_m+β_m-π)…(7)

[数学式8]

${\tan \mathrm{\ξ}}_m=\frac{L-z_m-{\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\α}}}{H+{\mathrm{\ΔH}}_m^{\mathrm{\α}}}...\left(8\right)$

[数学式9]

${\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\α}}=\frac{(z_m-{z1}_m)\tan ({2\mathrm{\α}}_m-0.5\mathrm{\π})+{y1}_m}{{\tan \mathrm{\β}}_m+\tan ({2\mathrm{\α}}_m-0.5\mathrm{\π})}...\left(9\right)$

[数学式10]

${\mathrm{\ΔH}}_m^{\mathrm{\α}}={\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\α}}{\tan \mathrm{\β}}_m...\left(10\right)$

式(9)、式(10)所表示的Δz^α _m、ΔH^α _m，如图8所示，是用于对把光F2的方向在点p₁的位置最终改变到法线N方向所造成的光F2向棱镜60_m的入射位置和棱镜顶部60c的位置的偏离在z轴方向及y轴方向进行补正的补正项。

再有，为实现上述(iii)所必要的条件，在与(i)、(ii)的情况同样地定义了θ_m、ξ_m的情况下，是以下的式(11)～式(14)。

[数学式11]

sin(α_m-θ_m)＝nsin(α_m+2β_m-π)…(11)

[数学式12]

${\tan \mathrm{\θ}}_m=\frac{z_m+{\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\β}}}{H+{\mathrm{\ΔH}}_m^{\mathrm{\β}}}...\left(12\right)$

[数学式13]

${\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\β}}=-\frac{(z_m-{z2}_m)\tan ({2\mathrm{\β}}_m-0.5\mathrm{\π})+{y2}_m}{{\tan \mathrm{\α}}_m+\tan ({2\mathrm{\β}}_m-0.5\mathrm{\π})}...\left(13\right)$

[数学式14]

${\mathrm{\ΔH}}_m^{\mathrm{\β}}=-{\mathrm{\Δz}}_m^{\mathrm{\β}}{\tan \mathrm{\α}}_m...\left(14\right)$

上述Δz^β _m、ΔH^β _m，如图9所示，是用于对在点p₂的位置把光F1的方向最终改变到法线N方向所给出的光F1向棱镜60的入射位置和棱镜顶部60c的偏离在z轴方向及y轴方向进行补正的补正项。另外，Δz^β _m是以图9中的虚线所示的箭头的方向，即，z轴的负的方向为正。

如图3所示，配置在第1区域41A上的棱镜61所造成的光F1、F2的方向的变更能以图7和图8的情况的组合来实现，所以在把棱镜60_m作为第1区域41A内的棱镜61的情况下的倾斜角度(第2倾斜角度)α_m及倾斜角度(第1倾斜角度)β_m按同时满足式(3)～(6)及式(7)～(10)的方式来规定。

还有，如图5所示，配置在第2区域41B上的棱镜62所造成的光F1、F2的方向的变更能以图8和图9的情况的组合来实现，所以在把棱镜60_m作为棱镜62的情况下的倾斜角度(第3倾斜角度)α_m及倾斜角度(第4倾斜角度)β_m按同时满足式(7)～(10)及式(11)～(14)的方式来规定。

第3区域41C与把第1区域41A左右反转所得的东西对应，所以设为把对配置在第1区域41A上的棱镜61规定的倾斜角度α_m、β_m的值反转所得的值。即，位于第3区域41C上的各棱镜61的倾斜角度(第1倾斜角度)α_m及倾斜角度(第2倾斜角度)β_m设为第1区域41A中的对应的棱镜61的倾斜角度β及倾斜角度α的值。

并且，上述第1及第2区域41A、41B的边界位置或第2及第3区域41B、41C的边界位置按从出射面40b出射的光的局部亮度角度分布尽可能光滑地连接的方式来决定。

分别配置在第1～第3区域41A～41C上的棱镜60(61或62)的上述倾斜角度α、β的计算优选的是例如算出至对应区域41z的轴方向上的一半区域(即，到z＝L/2为止的区域)，把倾斜角度α、β分别反转所得的东西设为其余一半区域的α、β。这样就能省略一部分计算。还有，对于使用上述式(3)～(14)算出的倾斜角度α、β，可以容许一定范围，例如±3°的程度的误差。

在制作光路偏转板40时，利用式(3)～(14)分别计算对应区域41上应该形成的各棱镜60的倾斜角度α、β。并且，准备由表里面都平坦的透明材料构成的板状体，对其里面的给定位置例如采用细微加工技术进行切削加工，从而形成具有算出的倾斜角度α、β的棱镜60作为光路偏转板40即可。

在使用具有上述构成的光路偏转板40的面光源装置50中，从多个光源30中的邻接的2个光源31、32输出的光F1、F2主要入射到位于邻接的2个光源31、32间的正上方的对应区域41上。

在各对应区域41上分别形成了多个棱镜60。并且，在各对应区域41所具有的第1及第3区域41A、41C上形成了多个棱镜60中的第1类型的棱镜61多个，在第2区域41B上形成了第2类型的棱镜62多个。

第1及第2类型的棱镜61、62按使来自光源31、32的光F1、F2都在法线N方向出射的方式构成，所以从光路偏转板40，在整个出射面40b上，朝向法线N方向的光F会出射。因而，从光路偏转板40出射的光F，即，从面光源装置50出射的光F的亮度变得均匀。还有，相对于法线N方向倾斜出射的光变少，所以亮度变高。

通常，在与法线N方向正交的方向，随着光路偏转板40的里面40a上形成的棱镜60和光源30的距离拉开，从光源30向棱镜60的光F的方向和法线N方向所构成的角度会变大，因而借助于光F向棱镜60入射时的折射来把光的方向改变到法线N方向有变得困难的倾向。

相比之下，在本实施方式的光路偏转板40中，在离光源31、32正上方较近的第1及第3区域41A、41C上配置的棱镜61，对于来自近的光源30(31或32)的光F(F1或F2)，借助于该光F向棱镜61入射时的折射把光F的方向改变到法线N方向，另一方面，对于来自远的光源30(32或31)的光F(F2或F1)，则使之在棱镜61内全反射，从而把光F的方向改变到法线N方向。还有，配置在第2区域41B上的棱镜62把来自光源31、32的光F1、F2，不论哪个方向，都利用棱镜62内的全反射而改变到法线N方向。因此，光路偏转板40能把来自各光源30的光F的方向确实地改变到法线N方向。结果，适用了光路偏转板40的面光源装置50，如上所述，可向光路偏转板40出射均匀、高亮度的光F。

并且，如图1所示，在按来自面光源装置50的光F向透过型图像显示部10入射的方式构成的透过型图像显示装置1中，均匀、高亮度的光F向透过型图像显示部10入射，因而能显示在整个画面上均匀的亮度的且更加清晰的图像。

在此前的说明中，如图2所示，光源30(31、32)正上方为邻接的2个棱镜60、60的谷部，不过，光源30正上方的形状例如也可以是平坦的，而且，棱镜顶部60c也可以位于此处。在平坦的情况下，在除了从对应区域41到光源正上方的平坦区域以外的区域上同样地配置上述第1及第2类型的棱镜61、62即可。还有，在光路偏转板40中分散扩散剂，从获得较均匀的亮度的观点来看是优选的。还有，通常，光源30具有一定宽度，因而对应区域41位于邻接的光源30、30间的区域上面即可，不限于上述方式中光源30的中心轴线间，可以从中心轴线间的区域向左右偏离，或者宽度与中心轴线间的长度不一致。再有，设置在对应区域41上的多个棱镜60是相对于图2所示的平面P对称的，不过，只要第1及第2类型的棱镜61、62按上述位置关系配置即可，在平面P的两侧棱镜的个数等可以不同。

其次，利用实施例对光路偏转板进行说明。

(第1实施例)

图10示意地表示第1实施例的光路偏转板的构成。光路偏转板70代替图1所示的光路偏转板40而适用于面光源装置50。图10中放大示出第1实施例的光路偏转板70的一部分，还示出面光源装置50中的多个光源30中的邻接的2个光源30、30。在本实施例中，面光源装置50所具有的多个光源30均是荧光灯，多个光源30中的邻接的2个光源30、30间的间隔L是30mm。在以下的说明中，与上述实施方式的情况一样，为了区别它们，也把2个光源30、30称为光源31、32。

光路偏转板70的构成是，与光源31、32对着的里面40a具有包含光源31、32正上方的区域A₀，并且在光源31上面的区域A₀和光源32上面的区域A₀之间具有29个区域(单位区域)A₁～A₂₉，这些点主要与图1所示的光路偏转板40的构成不同。以该不同点为中心对光路偏转板70进行说明。

光路偏转板70由折射率1.57的透明树脂构成，光路偏转板70的厚度是2mm。还有，光路偏转板70的出射面40b，即前面侧的表面在整个面上是平坦的。

光路偏转板70所具有的里面40a的各区域A₀～A₂₉的宽度均是1000μm，各区域A₀的宽度方向的中心是位于对应的光源31、32的中心轴线的正上方。因而，在光路偏转板70中，对应区域41包括光源31上面的区域A₀的区域A₁一侧的一半区域、区域A₁～A₂₉、光源32上面的区域A₀的区域A₂₉一侧的一半区域。在这里，把对应区域41作为光源31、32的中心轴线间的区域来说明，不过，光源31、32具有宽度，所以也可以把由区域A₀～区域A₂₉组成的区域看作对应区域41。在该情况下，对应区域41分成30个区域。

如图11所示，里面40a的区域A₀为平坦面，里面40a上的各区域A₁～A₂₉上分别形成了20个棱镜60。邻接的棱镜60的间隔，即，棱镜顶部60c间的距离是150μm，光路偏转板70和光源31、32的距离H是20mm。

各区域A₁～A₂₉内的20个棱镜60具有相同的断面形状。即，各区域A₁～A₂₉内的各棱镜60的倾斜面60a、60b的倾斜角度α、β相同。如图11所示，把区域A₁～A₂₉的边界位置设为棱镜顶部60c的位置，所以在边界位置具有棱镜顶部60c的棱镜60涉及邻接的2个区域A_i、A_i+1，不过，边界位置的棱镜60属于离光源31远的一方区域，即，区域A_i+1一侧的东西。

构成各区域A₁～A₂₉内的棱镜60的2个倾斜面60a、60b与出射面40b所构成的倾斜角度α_m、β_m是把式(3)～(14)组合起来算出的。按本实施例的方式在各区域A_i内配置相同断面形状的棱镜60的情况下，是把z_m作为邻接的2个区域A_i-1、A_i(i是1～29中的任一整数)的边界位置z_i来计算的。计算结果如表1。

[表1]

m	zm(mm)	αm(°)	βm(°)	m	zm(mm)	αm(°)	βm(°)
								1	0.5	72.8	4.9	16	15.5	66.5	65.8
2	1.5	71.8	9.6	17	16.5	67.2	65.2
								3	2.5	71.0	14.0	18	17.5	67.9	64.5
4	3.5	70.3	18.0	19	18.5	68.6	63.9
								5	4.5	69.9	21.6	20	19.5	69.4	63.3
6	5.5	69.6	73.3	21	20.5	70.4	62.7
								7	6.5	61.1	72.5	22	21.5	70.9	62.1
8	7.5	61.6	71.7	23	22.5	71.7	61.6
								9	8.5	62.1	70.9	24	23.5	72.5	61.1
10	9.5	62.7	70.1	25	24.5	73.3	69.6
								11	10.5	63.3	69.4	26	25.5	21.6	69.9
12	11.5	63.9	68.6	27	26.5	18.0	70.3
								13	12.5	64.5	67.9	28	27.5	14.0	71.0
14	13.5	65.2	67.2	29	28.5	9.6	71.8
								15	14.5	65.8	66.5	30	29.5	4.9	72.8

在表1所示的计算结果的算出中，m为1以上6未满时利用式(3)～式(6)及式(7)～(10)来算出，m为6以上15以下时利用式(7)～式(10)及式(11)～式(14)来算出。M为16以上时的α_m、β_m是把到m＝15为止由计算结果获得的α、β的值反转。

因而，以m为1以上6未满的α_m、β_m为倾斜角度的棱镜60是位于第1区域的第1类型的棱镜61。在该情况下，由区域A₁～A₅组成的区域是第1区域41A。还有，以m为6以上25以下的α_m、β_m为倾斜角度的棱镜60是位于第2区域41B的第2棱镜62。在该情况下，由区域A₆～A₂₅组成的区域是第2区域41B。并且，以m比25大且29以下的α_m、β_m为倾斜角度的棱镜60是配置在第3区域上的第1类型的棱镜61。在该情况下，由区域A₂₆～A₂₉组成的区域是第3区域41C。

在各区域A₁～A₂₉上，如上所述，配置了20个棱镜60，不过，如果各区域A₁～A₂₉的宽度是1000μm的程度，则如上所述，区域A₁～A₅内及区域A₂₆～A₂₉内的棱镜60均作为第1类型的棱镜61起作用，区域A₆～A₂₅内的棱镜60均作为第2类型的棱镜62起作用。

在使用表1所示的计算结果来制作光路偏转板70的情况下，如图11所示，使用β₁作为连接光源31上面的区域A₀和区域A₁内的与0区域A₀邻接的棱镜60的倾斜面的倾斜角度。反过来，对于α₃₀、β₃₀，不使用β₃₀，而使用α₃₀作为连接光源32上面的区域A₀和区域A₂₉内的与区域A₀邻接的棱镜60的倾斜面的倾斜角度。

在具有上述构成的光路偏转板70中，从多个光源30中的邻接的2个光源31、32输出的光F1、F2向邻接的2个光源31、32间上面的区域A₀～A₂₉入射。

在光源31上面的区域A₀及光源32上面的区域A₀上，来自其正下方的光源31、32的光F1、F2容易向法线N方向入射，在各区域A₀上里面40a为平坦面，所以向各区域A₀入射的光F1、F2会从出射面40b向光路偏转板40的法线N方向出射。

还有，区域A₁～A₅、区域A₆～A₂₅及区域A₂₆～A₂₉，分别如上所述，与第1～第3区域41A～41C对应，配置了第1类型的棱镜61和第2类型的棱镜62。并且，第1及第2类型的棱镜61、62都是向法线N方向出射来自光源31、32的光F1、F2，因而向由区域A₁～A₂₉组成的部分入射的光F1、F2的方向会改变到法线N方向。因而，与光路偏转板40的情况一样，从光路偏转板70，在大致整个出射面40b上，出射朝向法线N方向的光F。结果，可谋求从光路偏转板70出射的光F的亮度的均匀化，相对于法线N方向倾斜地出射的光变得更少，所以还可谋求进一步提高亮度。

还有，在光路偏转板70的构成中，是在各区域A₁～A₂₉内配置20个棱镜60，因而可增加光路变更板70上设置的棱镜60的数量。并且，可由各棱镜60改变光F的方向，因而容易由光路偏转板70把光F的方向统一到法线N方向。还有，即使这样增加棱镜60的数量，也可在各区域A₁～A₂₉内配置断面形状相同的多个棱镜60，所以各区域A₁～A₂₉内的棱镜60可按相同的条件来制作。结果，与个别地规定邻接的棱镜60的断面形状来制作相同数量的棱镜60的情况相比，可缩短光路变更板70的制作所需要的时间。

如果在图1所示的透过型图像显示装置1中适用包含上述光路偏转板70的面光源装置50，则会有均匀、高亮度的光F向透过型图像显示部10入射，因而在透过型图像显示装置1中能显示在整个画面上均匀的亮度的且更加清晰的图像。

(第2实施例)

图12示意地表示第2实施例的光路偏转板的构成。光路偏转板75代替图1所示的光路偏转板40而适用于面光源装置50。图12中放大示出第2实施例的光路偏转板75的一部分，还示出面光源装置50中的多个光源30中的邻接的2个光源30、30。面光源装置50所具有的多个光源30均是荧光灯，多个光源30中的邻接的2个光源30、30间的间隔L是30mm。在以下的说明中，与上述实施方式的情况一样，为了区别它们，也把2个光源30、30称为光源31、32。

在光路偏转板75中，与光路偏转板70的情况一样，在各光源31、32上面具有区域A₀。并且，在光路偏转板75的构成中，在光源31上面的区域A₀和光源32上面的区域A₀之间28个棱镜60按棱镜顶部间的间隔为1000μm的方式形成，这一点与第1实施例的光路偏转板70的情况不同。换句话说，光路偏转板75的构成是在光路偏转板70上的邻接的区域A_i-1、A_i的边界位置z_i分别形成了具有棱镜顶部的棱镜60，这一点与光路偏转板70的构成不同。

各棱镜60的倾斜角度α_m、β_m(_m＝2～29)是把式(3)～式(14)按上述方式组合起来算出的，结果与第1实施例中示出的表1相同。表1中的α₁、β₁是假定有棱镜顶部位于z₁＝0.5mm的位置的棱镜的情况下的倾斜角度，α₃₀、β₃₀是把α₁、β₁反转所得的东西。在制作光路偏转板75时，β₁值，如图12所示，作为连接光源31上面的区域A₀和与区域A₀邻接的棱镜60的倾斜面的倾斜角度来使用，α₁的角度不使用。反过来，β₃₀不使用，而α₃₀作为连接光源32上面的区域A₀和与该区域A₀在光源31一侧邻接的棱镜60的倾斜面的倾斜角度来使用。

在第2实施例的光路偏转板75中，具有m为2以上6未满的α_m、β_m作为倾斜角度的棱镜60是位于第1区域41A的第1类型的棱镜61。还有，具有m6以上25以下的α_m、β_m作为倾斜角度的棱镜60是位于第2区域41B的第2棱镜62。具有m比25大且29以下的α_m、β_m作为倾斜角度的棱镜60是配置在第3区域上的第1类型的棱镜61。

在具有上述构成的光路偏转板75中也是，在光源31、32上面均具有区域A₀、A₀，不过，如第1实施例中说明了的，光F1、F2分别从光源31上面的区域A₀及光源32上面的区域A₀向法线N方向出射。并且，在2个区域A₀和区域A₀之间的区域上，如上所述，配置了第1类型的棱镜61及第2类型的棱镜62，因而与图1所示的光路偏转板40的情况一样，可把邻接的2个光源31、32的光F1、F2的方向一同变更到法线N方向。结果，光F会从大致整个出射面40b向法线N方向出射，因而能确保均匀、高亮度。结果，从适用了光路偏转板75的面光源装置50会出射均匀、具有高亮度的光F。并且，在透过型图像显示装置1中适用面光源装置50，能显示在整个画面上均匀的亮度的且更加清晰的图像。

以上，说明了本发明的光路偏转板、面光源装置及透过型图像显示装置的实施方式及实施例，不过，本发明不限于上述实施方式及实施例。例如，在决定倾斜角度α_m、β_m时，利用了包含补正项Δz^α _m、ΔH^α _m、Δz^β _m、ΔH^β _m的式子，不过，例如，在邻接的2个棱镜60间的节距宽度1相对于H和L充分小的情况下，例如1/10以下的程度的情况下，也可以不使用上述补正项。

即，在对于第1类型的棱镜61算出倾斜角度α、β的情况下，也可使用以下的式(15)～式(18)。

[数学式15]

sin(β_m+θ_m)＝n·sinβ_m…(15)

[数学式16]

${\tan \mathrm{\θ}}_m=\frac{z_m}{H}...\left(16\right)$

[数学式17]

sin(β_m-ξ_m)＝nsin(2α_m+β_m-π)…(17)

[数学式18]

${\tan \mathrm{\ξ}}_m=\frac{L-z_m}{H}...\left(18\right)$

并且，在对于第2类型的棱镜62算出倾斜角度α、β的情况下，也可使用以下的式(19)～式(22)。

[数学式19]

sin(β_m-ξ_m)＝nsin(2α_m+β_m-π)…(19)

[数学式20]

${\tan \mathrm{\ξ}}_m=\frac{L-z_m}{H}...\left(20\right)$

[数学式21]

sin(α_m-θ_m)＝nsin(α_m+2β_m-π)…(21)

[数学式22]

${\tan \mathrm{\θ}}_m=\frac{z_m}{H}...\left(22\right)$

还有，在此前的说明中，棱镜60是对里面40a进行切削加工而形成的，不过，例如也可以在里面40a上一体形成多个棱镜60。还有，在1个对应区域41上，在对应区域41的宽度方向按照长度，例如，设置1个第2类型的棱镜62的话，在其两侧各设置1个第1类型的棱镜61即可。再有，对于面光源装置50，作为一个例子，说明了适用于透过型图像显示装置1的东西，不过，面光源装置50的适用对象不限于透过型图像显示装置1。还有，光路偏转板40、70、75的适用对象也不限于面光源装置50。

Claims (6)

1.一种光路偏转板，与互相空开间隔排列的多个光源分开配置，改变来自上述多个光源的光的方向而将其出射，其特征在于，

具有：

其上入射来自上述多个光源的光的主面；以及

与上述主面相对配置的并且其上出射从上述主面入射的来自上述多个光源的光的平坦的出射面，

上述主面在该主面上的与邻接的2个上述光源间对应的每个区域上设有多个棱镜，

各上述对应的区域在上述多个光源的排列方向具有第1～第3区域，

上述多个棱镜中的第1棱镜至少有1个配置在上述第1及第3区域上，

上述多个棱镜中的第2棱镜至少有1个配置在上述第2区域上，

上述第1棱镜把来自上述邻接的2个光源中的离该第1棱镜较近的光源的光的方向借助于向该第1棱镜的入射所造成的折射而改变到上述出射面的法线方向，并且把来自上述邻接的2个光源中的离该第1棱镜较远的光源的光的方向借助于在该第1棱镜内的全反射而改变到上述法线方向，

上述第2棱镜把来自上述邻接的2个光源的光的方向借助于在该第2棱镜内的全反射而改变到上述法线方向。

2.根据权利要求1所述的光路偏转板，其特征在于，

构成上述第1棱镜的第1及第2倾斜面与上述出射面所构成的第1及第2倾斜角度是按

上述第1倾斜面使来自上述邻接的2个光源中的离该第1棱镜较近的光源的光折射到上述法线方向，并且上述第1倾斜面使来自上述邻接的2个光源中的离该第1棱镜较远的光源的光折射到上述第2倾斜面侧，由上述第2倾斜面使该折射后的光全反射到上述法线方向的方式规定的，

构成上述第2棱镜的第3及第4倾斜面与上述出射面所构成的第3及第4倾斜角度是按

上述第3倾斜面使来自上述邻接的2个光源中的该第3倾斜面侧的光源的光折射到上述第4倾斜面侧，由上述第4倾斜面使该折射后的光全反射到上述法线方向，并且上述第4倾斜面使来自上述邻接的2个光源中的该第4倾斜面侧的光源的光折射到上述第3倾斜面侧，由上述第3倾斜面使该折射后的光全反射到上述法线方向

的方式规定的。

3.根据权利要求1或2所述的光路偏转板，其特征在于，设置在上述对应的区域上的上述多个棱镜相对于与上述邻接的2个光源间的中央位置上的上述出射面正交的平面是对称的。

4.根据权利要求1或2所述的光路偏转板，其特征在于，

上述第1～第3区域均具有多个单位区域，

上述第1及第3区域所具有的上述多个单位区域上均设有断面形状相同的多个上述第1棱镜，

上述第2区域所具有的上述多个单位区域上均设有断面形状相同的多个上述第2棱镜。

5.一种面光源装置，其特征在于，具备：

互相空开间隔排列的多个光源；以及

与上述多个光源分开配置的权利要求1或2所述的光路偏转板。

6.一种透过型图像显示装置，其特征在于，具备：

权利要求5所述的面光源装置；以及

在来自上述面光源装置的光的出射方向上与上述面光源装置分开配置的透过型图像显示部。

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