CN101427070B - 照明装置以及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种照明装置以及具有该照明装置的液晶显示装置，它们的亮度分布特性比以往相比更加良好。在导光板(62)的反射面一侧设置有柱面透镜(65)，而且这些柱面透镜(65)之间通过凹形的曲面连接。由LED(61)输出并进入到导光板(62)内的光在柱面透镜(65)的边界部分处向各种方向偏转。由此，在柱面透镜(65)的边界部分处向垂直方向(厚度方向)反射并从导光板(62)的外侧出射的光的比率减少，从而防止发生条纹状的亮度不均匀。其结果，液晶显示装置的显示品质得以提高。

Description

照明装置以及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种在导光板的端面附近配置有1个或多个光源的照明装置以及使用该照明装置的液晶显示装置。 
背景技术
液晶显示装置薄而轻便，而且消耗功率小，所以广泛使用于移动电话和便携式终端(PDA：Personal Digital Assistant：个人数字助理)等电子设备上。在使用于这些电子设备的液晶显示装置上，通常设置有称为背光源的照明装置。 
图1是示出了现有的液晶显示装置(透射式液晶显示装置)的一例的示意图。如该图1所示，透射式液晶显示装置由液晶面板10和背光源20构成，该背光源20配置在液晶面板10的背面侧。 
在2片透明基板11a、11b之间封入液晶12，由此形成液晶面板10。另外，在液晶面板10的前面侧(在图1中为上侧)配置有偏振器13a，在背面侧(在图1中为下侧)配置有偏振器13b。 
背光源20由成为光源的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)21、导光板22、反射板(反射镜或白色板)23、棱镜片24构成。LED21配置在导光板22的一侧的端面(入光面)侧。通常，在液晶面板为2英寸的情况下，使用3～4个LED21。 
导光板22由透明树脂构成，而且如图1所示，剖面形成为楔状。在该导光板22的背面侧配置有反射板23，在前面侧(液晶面板10一侧)配置有棱镜片24。下面，导光板22的背面亦称为反射面，前面亦称为出光面。 
在这样构成的液晶显示装置中，LED21所发射出的光从导光板21的端面(入光面)进入到导光板22内，并在厚度方向上对置的2个面(反射面和出光面)之间反复反射，最终从出光面出射至导光板22的外部。棱镜片24使从导光板22出射的光沿着与导光板22的出光面大致垂直的方向折射。 
通常，在构成液晶面板10的2片透明基板11a、11b中的1片基板的各 个像素上分别形成有像素电极，而在另一片基板上，形成有与这些像素电极相对置的共享电极(共用电极)和滤光器。背光源20出射的光若通过在液晶面板10的背面侧配置的偏振器13b，则变为直线偏振光。若在像素电极和共享电极之间施加了电压，则通过液晶12的光的相位随着电压变化，从而能够控制透过前面侧的偏振器13a的光量。通过对各个像素分别控制透光量，能够在液晶显示装置上显示所期望的图像或文字。 
在透射式液晶显示装置中，优选地，使背光源20所出射的光均匀地照射液晶面板10的整个面。因此，有些透射式液晶显示装置在导光板22的反射面和出光面上设置微细的凹凸，以使光更加均匀地散射。 
如上所述，一般的透射式液晶显示装置需要配置照明装置(背光源)。与此相对，反射式液晶显示装置利用自然光或照明光的反射来实现显示，所以照明装置并不是必须的。但是，即使是反射式液晶显示装置，若周围变暗则不易看清画面，因此有些反射式液晶显示装置在液晶面板的前面侧具有称为前光源的照明装置。与背光源一样，前光源也由导光板和配置在该导光板的端面附近的光源构成。 
然而，如图2所示，在现有的液晶显示装置用照明装置中有时会发生亮度不均匀，该亮度不均匀是指，从光源所配置一侧的端面向倾斜方向延伸的条纹状部分比其他部分更亮的现象。发生该亮度不均匀的原因如下。 
即，如图3(a)的立体图所示，通常，在导光板22的反射面上排列着沿着导光板22的长度方向(图3(a)所示的Y轴方向)延伸的多个柱面透镜25。这些柱面透镜25用于使光源输出的光沿着导光板22的宽度方向(图3(a)所示的X轴方向)扩散，使得亮度变得均匀。然而，如图3(b)的剖视图所示，从LED21进入到导光板22内的光在柱面透镜25的边界部分(尖部)向垂直方向(厚度方向：图3(b)所示的Z轴方向)反射，从导光板22的出光面向外部出射，从而成为导致亮度不均匀的原因。 
在专利文献1中，为了防止产生这样的缺陷而提出了如下的方案：如图4所示，在导光板22的反射面一侧形成的柱面透镜25中，对于接近光源的部分(图中以斜线示出的部分)的表面实施面粗化处理，以使光发生漫反射。另外，在专利文献2中记载有一种导光板31，如图5的剖视图所示，该导光板31的出光面一侧设置有柱面透镜(沿着与入光面垂直的方向延伸的凸部) 32。在该导光板31中，以曲面形成各柱面透镜32之间的边界部分。 
然而，本申请的发明者们认为，在上述专利文献1、2中所记载的方法中存在如下所述的缺陷。即，在专利文献1所记载的方法中，需要作为面粗化处理而例如进行喷砂处理，该喷砂处理是指，向用于形成导光板的模具喷出砂子(研磨剂)，从而形成凹凸的处理。此时，必须反复进行对模具进行喷砂处理的工序、利用喷砂处理过的模具制造导光板的工序、评价所制造的导光板的光学特性的工序，从而制造出能够获得所期望特性的导光板的模具。但是，借助喷砂处理的凹凸图案的再现性差，所以要获得所期望品质的模具就花费很长的时间，这会成为产品成本上升的原因。 
在专利文献2中所记载的导光板存在如下问题：由于柱面透镜设置在出光面一侧，所以从光源入射至导光板内的光还未足够扩散至导光板内就向液晶面板侧出射，从而亮度分布特性变差。 
专利文献1：JP特开2004-6326号公报 
专利文献2：JP特开2005-71610号公报 
发明内容
本发明的目的在于，提供一种亮度分布特性比以往更加良好的照明装置以及具有该照明装置的液晶显示装置。 
本发明的照明装置的特征在于，具有光源和导光板，该导光板从端面导入上述光源所输出的光并从厚度方向上的一侧面出射；在上述导光板的厚度方向上的另一侧面上，排列形成有沿着与上述端面交叉的方向延伸的多个柱面透镜，而且各柱面透镜之间通过凹形的平滑的曲面连接。 
在本发明中，在导光板的反射面一侧相互排列形成有多个柱面透镜。这些柱面透镜沿着与导光板的入光面交叉的方向(例如，与入光面垂直的方向)延伸，而且各柱面透镜之间通过凹形的曲面连接。也就是说，本发明的照明装置在各柱面透镜的边界部分不存在尖部。因此，到达柱面透镜的边界部分的光被凹形的曲面向各种方向反射。由此，在柱面透镜的边界部分处反射的光从出光面出射的比率减少，所以能够防止亮度不均匀，从而能够得到良好的亮度分布特性。 
柱面透镜的曲面例如能够按照圆、椭圆或正弦曲线形成。另外，柱面透镜之间的凹形的曲面例如也能够按照圆、椭圆或正弦曲线形成。 
本发明的其他照明装置的特征在于，具有光源和导光板，该导光板从端面导入上述光源所输出的光并从厚度方向上的一侧面出射；在上述导光板的厚度方向上的另一侧面上，排列形成有沿着与上述端面交叉的方向延伸的多个柱面透镜，而且各柱面透镜通过平面连接。 
在本发明中，在导光板的反射面一侧相互排列形成有多个柱面透镜。这些柱面透镜沿着与导光板的入光面交叉的方向(例如，与入光面垂直的方向)延伸，而且各柱面透镜例如通过一个平面或以V字状组合的多个平面连接。因此，到达柱面透镜的边界部分处的光被平面向倾斜方向反射。由此，在边界部分处所反射的光从出光面出射的比率减少，所以能够防止亮度不均匀，从而能够得到良好的亮度分布特性。 
在本发明的液晶显示装置的上述照明装置上配置有液晶面板。如上所述，照明装置的亮度分布特性良好，所以液晶显示装置的显示品质也变得良好。 
附图说明
图1是示出了现有的液晶显示装置(透射式液晶显示装置)的一例的示意图。 
图2是示出了现有的液晶显示装置用照明装置的缺陷的示意图。 
图3(a)是示出了现有的导光板的立体图，图3(b)是用于说明因该导光板而导致亮度不均匀的原因的剖视图。 
图4是示出了专利文献1所记载的导光板的立体图。 
图5是示出了专利文献2所记载的导光板的剖视图。 
图6是示出了本发明第一实施方式的照明装置以及使用该照明装置的液晶显示装置的示意图。 
图7是第一实施方式所使用的导光板的剖视图。 
图8是示出了第一实施方式所使用的导光板的柱面透镜的曲面形状以及连接各柱面透镜之间的凹形曲面的形状的示意图。 
图9是示出了在第一实施方式的导光板的柱面透镜边界部分处的光的反射的示意图。 
图10是示出了本发明第二实施方式的照明装置的导光板上所设置的柱 面透镜的形状的图。 
图11(a)是示出了现有的照明装置的亮度分布的模拟结果的图，图11(b)是示出了第二实施方式的照明装置的亮度分布的模拟结果的图。 
图12是示出了本发明第三实施方式的照明装置的导光板上所设置的柱面透镜的形状的图。 
图13是示出了本发明第四实施方式的照明装置的立体图。 
图14(a)是示出了在导光板的出光面上形成的光扩散元件(凹凸)的放大图，图14(b)是示出了与光扩散元件形成面垂直的面的光扩散曲线的图，图14(c)是示出了与光扩散元件形成面平行的平面(ab面)的光扩散曲线的图。 
图15(a)是示出了在导光板的出光面上设置的光扩散元件(DOE)的剖视图，图15(b)是示出了与光扩散元件形成面垂直的面的光扩散曲线的图，图15(c)是示出了与光扩散元件形成面平行的平面的光扩散曲线的图。 
图16(a)～(e)是示出了用于形成DOE的成形模具的制造方法的一例的示意图。 
图17是示出了在本发明第五实施方式的导光板上配置了棱镜片的例子的立体图。 
图18是示出了在导光板的端面设置了配光变换元件的例子的立体图。 
图19(a)、(b)是示出了使用棱镜作为配光变换元件的例子的立体图。 
图20是示出了在背光源(照明装置)上配置了液晶面板的液晶显示装置的立体图。 
图21是示出了在本发明第六实施方式的照明装置的导光板上设置的柱面透镜的形状的剖视图。 
图22是更加详细地示出了柱面透镜的剖面形状的图。 
图23是示出了在从柱面透镜的顶部到边界部为止的各位置处的切线的角度的图。 
图24是示出了第六实施方式的效果的示意图。 
图25是示出了使柱面透镜的平面部与X轴所成的角度在0～75度的范围内变化从而模拟了在导光板的出光面处的亮度分布的结果的图(其一)。 
图26是示出了使柱面透镜的平面部与X轴所成的角度在0～75度的范 围内变化从而模拟了在导光板的出光面处的亮度分布的结果的图(其二)。 
图27是示出了在具有第六实施方式所说明的柱面透镜的导光板的出光面上形成了光扩散元件的例子的立体图。 
图28是示出了在图27所示的导光板上配置了棱镜片的例子的立体图。 
图29是示出了在图28所示的导光板的入射面上配置了配光变换元件的例子的立体图。 
图30是示出了在图29所示的背光源(照明装置)上配置液晶面板从而形成液晶显示装置的例子的立体图。 
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明。 
(第一实施方式) 
图6是示出了本发明第一实施方式的照明装置以及使用了该照明装置的液晶显示装置的示意图。如该图6所示，本实施方式的液晶显示装置由液晶面板50和背光源(照明装置)60构成，该背光源60配置在液晶面板50的背面侧。 
在2片透明基板51a、51b之间封入液晶52，由此形成液晶面板50。另外，在液晶面板50的前面侧(图6中为上侧)配置有偏振器53a，在背面侧(图6中为下侧)配置有偏振器53b。液晶面板50的大小例如为2～4英寸。 
背光源60由成为光源的多个LED61、导光板62、反射板(反射镜或白色板)63以及棱镜片64构成。沿着导光板62的一侧端面(入光面)配置有LED61。 
导光板62由PMMA(Poly Methyl MethAcrylate：聚甲基丙烯酸甲酯)等透明树脂构成，如图6所示，剖面形成为楔状。导光板62的大小与液晶面板50的大小大致相同，在配置有LED的一侧的端部处的厚度(即，入光面的高度)约为1mm。在该导光板62的背面侧配置有反射板63，在前面侧(液晶面板50一侧)配置有棱镜片64并作为配光控制板。 
图7是示出了在与导光板62的入光面平行的面处的剖视图，图8是示出了同样在该导光板62上设置的柱面透镜的形状的示意图。 
如图7所示，在本实施方式中，在导光板62的反射面一侧，沿着宽度方 向(X轴方向)排列形成有沿着导光板62的长度方向(Y轴方向：与入光面垂直的方向)延伸的多个柱面透镜65。如图8所示，按照半径为r的圆来形成这些柱面透镜65的曲面。另外，各柱面透镜65之间通过凹形的曲面连接，而且该凹形的曲面也按照半径为r的圆来形成。即，在本实施方式中，在相邻的柱面透镜65之间不存在尖部，而且柱面透镜65之间通过曲率半径为r的平滑的曲面连接。此外，将柱面透镜65的高度h设定成小于2倍的圆半径r，而且将柱面透镜65的配设间距p设定成小于4倍的圆半径r。 
图9是示出了在本实施方式的导光板的柱面透镜边界部分处的光的反射的示意图。参照该图9和示出了现有例的图3(b)，说明本实施方式的效果。 
如图3(b)所示，在现有的照明装置中，由于在各柱面透镜25的边界部分存在尖部，所以从LED21进入到导光板22内的光在柱面透镜25的边界部分(尖部)沿着与出光面垂直的方向反射，从而成为导致亮度不均匀的原因。与此相对，在本实施方式中，如图9所示，由于各柱面透镜65之间通过凹形的平滑的曲面连接，所以从LED61输出并进入到导光板62内的光在柱面透镜65的边界部分处向各种方向偏转。由此，在柱面透镜65的边界部分处沿着垂直方向(厚度方向)反射并向导光板62的外侧出射的光的比率减少，从而能够防止发生图2所示的条纹状的亮度不均匀。其结果，液晶显示装置的显示品质得以提高。 
(第二实施方式) 
图10是示出了在本发明第二实施方式的照明装置的导光板上设置的柱面透镜的形状的图。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，在导光板的反射面一侧设置的柱面透镜的形状不同，而其他结构基本与第一实施方式相同，所以省略说明与第一实施方式重复的部分。 
如图8所示，在第一实施方式的导光板62中，柱面透镜65以及各柱面透镜65之间的边界部分均都具有按照半径为r的圆形成的形状。与此相对，在第二实施方式的导光板62中，如图10所示，柱面透镜65以及各柱面透镜65之间的边界部分均都具有按照椭圆形成的形状，该椭圆将X轴方向(导光板62的宽度方向)作为短轴，将Z轴方向(导光板62的厚度方向)作为长轴。此外，将柱面透镜65的高度h设定成小于椭圆的半长轴b的2倍，而且将柱面透镜65的配设间距p设定成小于椭圆的半短轴a的4倍。
在该第二实施方式中，各柱面透镜65之间的边界部分也由凹形的平滑的曲面形成，所以能够获得与第一实施方式相同的效果。 
图11(a)是示出了具有图3(a)、(b)所示形状的柱面透镜的现有照明装置的亮度分布的模拟结果的图，图11(b)是示出了本实施方式的照明装置的亮度分布的模拟结果的图。但是，在此，将椭圆的半短轴a设为0.075mm，将半长轴b设为0.08mm。另外，在此，只利用被反射面反射1次的光来模拟亮度分布。从这些图11(a)、(b)之间的比较可以确认到，与以往相比，本实施方式的照明装置能够抑制条纹状的亮度不均匀。 
此外，在该第二实施方式中，通过将长轴设为Z轴方向(导光板的厚度方向)、将短轴设为X轴方向(导光板的宽度方向)的椭圆来决定柱面透镜65以及各柱面透镜65之间的边界部分的曲线形状，也可以通过将长轴设为X轴方向(导光板的宽度方向)、将短轴设为Z轴方向(导光板的厚度方向)的椭圆来决定柱面透镜65以及各柱面透镜65之间的边界部分的曲面形状。 
(第三实施方式) 
图12是示出了在本发明第三实施方式的照明装置的导光板上设置的柱面透镜的形状的图。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，在导光板的反射面一侧设置的柱面透镜的形状不同，而其他结构基本与第一实施方式相同，所以省略说明与第一实施方式重复的部分。 
如图12所示，在本实施方式的导光板中，柱面透镜65以及各柱面透镜65之间的边界部分均都沿着h＝c(1+sin(x))的正弦曲线形成。在该第三实施方式中，各柱面透镜65之间的边界部分也由凹形的平滑的曲面形成，所以能够获得与第一实施方式相同的效果。 
(第四实施方式) 
图13是示出了本发明第四实施方式的照明装置的立体图。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，在导光板的出光面上形成了光扩散元件，而其他结构基本与第一实施方式相同，所以省略说明与第一实施方式重复的部分。 
在本实施方式中，在导光板62的整个出光面(图13中以斜线示出的面)上形成了微细的凹凸并作为光扩散元件66。例如通过对用于导光板的制造的模具进行喷砂处理，形成这些微细的凹凸。图14(a)是示出了在导光板的出光面上形成的光扩散元件66(凹凸)的放大图。另外，图14(b)是示出 了光扩散元件(凹凸)的光扩散曲线的图，而且取与光扩散元件形成面平行的方向a作为横轴，取与光扩散元件形成面垂直的方向c作为纵轴。而且，图14(c)是示出了与光扩散元件形成面平行的平面(ab面)上的光扩散元件的光扩散曲线的图。在本实施方式中，如图14(c)所示，将在与光扩散元件形成面平行的平面上的扩散曲线设定为旋转对称形状(圆形)。 
本实施方式除了能够获得与第一实施方式相同的效果之外，还由于在导光板62的出光面上形成了光扩散元件66，所以能够使背光源输出的光的分布更加均匀。另外，通过局部地改变构成光扩散元件66的凹凸的密度及深度，也能够控制光分布，例如能够使照射面板中央部的光的强度高于照射面板周边部的光的强度，或者相反地，能够使照射面板周边部的光的强度高于照射面板中央部的光的强度。 
光扩散元件66可以采用DOE(Diffractive Optical Element：衍射光学元件)。例如图15(a)所示，DOE由设置在导光板62的出光面上的二值的凹凸图案即深度以及高度均匀的凹凸图案构成。利用盖师贝格撒克斯通算法(Gerchberg-Saxton Algorithm)或模拟退火法(Simulated Annealing Method)，根据所期望的特性对凹凸图案进行优化，由此决定DOE的凹凸图案。图15(b)是示出了光扩散元件(DOE)的光扩散曲线的图，而且取与光扩散元件形成面平行的方向a作为横轴，取与光扩散元件形成面垂直的方向c作为纵轴。另外，图15(c)是示出了在与光扩散元件形成面平行的平面(ab面)上的光扩散元件66的光扩散曲线的图。在作为光扩散元件66采用了DOE的情况下，例如图15(c)所示，也容易使与光扩散元件形成面平行的面的扩散曲线成为椭圆。 
图16(a)～(e)是示出了用于形成DOE的成形模具的制造方法的一例的示意图。 
首先，准备光掩模(曝光掩模)，而且在该光掩模上已描画有通过盖师贝格撒克斯通算法或模拟退火法所决定的凹凸图案。 
接着，如图16(a)所示，在硅衬底71上涂敷光致抗蚀剂，形成光致抗蚀膜72。然后，利用预先准备好的光掩模进行缩小曝光(stepper exposure)之后进行显影处理，并如图16(b)所示那样，将光掩模的凹凸图案转印到抗蚀膜72上。
接着，如图16(c)所示，向硅衬底71的上侧的整个面上溅射Ni(镍)，从而形成基底膜73。然后，如图16(d)所示，在基底膜73上以足够的厚度电镀Ni，从而形成金属块74。 
接着，如图16(e)所示，从硅衬底71取下金属块74，将该金属块74的外形加工成规定的形状之后与加强板75接合，并作为成形模具。但是，如果金属块74具有足够的强度，则金属块74不需与加强板75接合就可以作为成形模具。 
在将如上所述那样形成了凹凸图案的成形模具与其他的成形模具组合之后，将PMMA等透明树脂注入到由这些成形模具形成的空间内，从而形成出光面上具有DOE的导光板62。 
(第五实施方式) 
下面，对本发明的第五实施方式进行说明。第五实施方式与第一实施方式的不同点在于，在导光板的入光面上设置了配光变换元件，而其他结构基本与第一实施方式相同。 
图17是示出了在导光板62上配置了棱镜片64的例子的立体图。LED61发出的光从导光板62的入光面进入到导光板62内，并在反射面和出光面之间反复反射，不满足全反射条件的光从出光面输出。棱镜片64使从导光板62输出的光向与导光板62的出光面大致垂直的方向折射。此外，也可以在导光板62上配置2片互相垂直的棱镜片。 
然而，若导光板62的端面(入斜面)平坦，则既是端面附近又是各LED61之间的区域变暗，发生亮度不均匀。本实施方式为了防止这样的缺陷，如图18所示，在导光板62的端面设置了配光变换元件67，该配光变换元件67用于使LED61发出的光向导光板61的宽度方向(X轴方向)扩散。配光变换元件67例如可以采用DOE或通过喷砂处理形成的微细的凹凸。另外，如图19(a)、(b)所示，也可以在导光板62的端面设置棱镜67a、67b并作为配光变换元件67。图19(a)所示的棱镜67a是一种由设置在导光板62的端面的三角形状的突起构成的棱镜，图19(b)所示的棱镜67b是一种由设置在导光板62的端面的三角形状的缺口构成的棱镜。这样，通过在导光板62的端面设置配光变换元件67，能够抑制在导光板62的端面附近处的亮度不均匀。
图20是示出了在上述结构的背光源(照明装置)60上配置了液晶面板50的液晶显示装置的立体图。如上所述，液晶面板50具有在2片透明基板(玻璃基板)之间封入了液晶的结构，而且在其厚度方向的两侧分别配置了偏振器(参照图6)。通过在像素电极和共用电极之间施加电压，针对每个像素分别控制透过液晶面板50的光量，由此表示文字及图像。 
背光源60的导光板62采用具有第一～第三实施方式所说明的形状的柱面透镜65的结构。在导光板62的出射面上，优先形成如第四实施方式所说明的光扩散元件。在本实施方式中，如图18所示，在导光板62的端面形成了配光变换元件(微细的凹凸、DOE或棱镜等)67。在具有这样的结构的液晶显示装置中，由于背光源60所出射的光均匀地照射液晶面板50的整个面，所以能够防止亮度不均匀，因此图像的显示品质得以提高。 
(第六实施方式) 
下面，对本发明的第六实施方式进行说明。第六实施方式与第一实施方式的不同点在于，在导光板的反射面一侧设置的柱面透镜的剖面形状不同，而其他结构基本与第一实施方式相同，所以省略说明与第一实施方式重复的部分。 
图21是示出了在本发明第六实施方式的照明装置的导光板62上设置的柱面透镜81的形状的剖视图。另外，图22是更加详细地示出了柱面透镜的剖面形状的图，而且取以柱面透镜81的顶部为基点的X轴方向(宽度方向)的距离作为横轴，取以柱面透镜81的顶部为基点的Z轴方向(厚度方向)的距离作为纵轴。此外，图22中的实线表示本实施方式所采用的柱面透镜(实施例)的形状，虚线表示现有例所采用的柱面透镜的形状。 
在本实施方式的导光板62中，如图21所示，连接各柱面透镜81的连接部(在图21中以虚线圆包围的部分)由平面构成。下面，在本实施方式中将柱面透镜81的连接部称为平面部。此外，与第一～第三实施方式相同，柱面透镜81的顶部(曲面部)由按照圆、椭圆或正弦曲线的形状来形成。在此，按照半长轴a为0.08mm、半短轴b为0.075mm的椭圆的形状来形成柱面透镜81的曲面部(参照图10)。 
在本实施方式中，如图22所示，从柱面透镜81的顶部到相邻的柱面透镜81的边界为止的X轴方向上的长度为0.05mm，柱面透镜81的曲面部的X 轴方向上的长度为0.04mm，柱面透镜81的平面部的X轴方向上的长度为0.01mm。另外，柱面透镜81的平面部与X轴所成的角度(即，与柱面透镜81的排列方向所成的角度))θ为50度。 
图23是示出了在从柱面透镜81的顶部到边界部为止的各位置处的切线的角度的图，而且取从柱面透镜81的顶部起的X轴方向上的距离作为横轴，取角度θ(θ＝tan-1(ΔZ/ΔX))作为纵轴。此外，图23中的实线表示本实施方式所采用的柱面透镜在各位置处的切线的倾斜度，虚线表示现有例所采用的柱面透镜在各位置处的切线的倾斜度。 
在本实施方式中，由于按照椭圆的形状来形成柱面透镜81的曲面，所以如该图23所示，在从柱面透镜81的顶部(基点)到0.04mm为止的范围内，切线的角度θ以线性变化。另外，由于从0.04mm到边界部(0.05mm)为止为平面，所以切线的倾斜度θ为恒定的值(θ＝50度)。 
图24是示出了本实施方式的效果的图。如该图24所示，在本实施方式中，LED61输出并进入到导光板62内的光，在各柱面透镜81的边界附近的平面部向倾斜方向反射。由此，在柱面透镜81的边界部分处向垂直方向(厚度方向)反射并向导光板62的外侧出射的光的比率减少，从而能够防止发生图2所示的条纹状的亮度不均匀。 
图25是示出了在导光板的出光面处的亮度分布的模拟结果的图，而且在模拟时，将从柱面透镜81的顶部到边界部为止的X轴方向上的长度设定为1，将平面部在X轴方向上的长度设定为0.05(5％)，并在0～75度的范围内变化平面部与X轴所成的角度。另外，图26是示出了在导光板的出光面处的亮度分布的模拟结果的图，而且在模拟时，将从柱面透镜81的顶部到边界部为止的X轴方向上的长度设定为1，将平面部在X轴方向上的长度设定为0.5(50％)，并使平面部与X轴所成的角度在0～75度的范围内变化。但是，在此，只利用被反射面反射一次的光来模拟亮度分布。另外，在图25、图26中，作为参考，也示出了现有例中的导光板的亮度分布的模拟结果，该现有例中的导光板具有图3(b)所示形状的柱面透镜。 
从这些图25以及图26可知，与以往相比，本实施方式能够使亮度分布均匀。但是，在柱面透镜81的平面部与X轴(柱面透镜的排列方向)所成的角度为45度的情况下，防止亮度不均匀的效果不好。因此，柱面透镜81 的平面部与X轴所成的角度优选45度以外的角度。例如，将柱面透镜81的平面部与X轴所成的角度，优先设定为0～40度或50～90度的范围内。 
另外，本申请的发明者等通过实验确认到，若曲面部的长度(X轴方向上的长度)变为全体(从顶部到边界部为止的X轴方向上的长度)的50％以下，光就无法足够扩散，所以亮度分布特性变差。因此，优先使柱面透镜81的曲面部在X轴方向上的长度成为从柱面透镜81的顶部到边界部为止的X轴方向上的长度的50％以上。换言之，优先使柱面透镜81的平面部在X轴方向上的长度小于从顶部到边界部为止的X轴方向上的长度的50％。 
图27是示出了在导光板62的出光面上形成了光扩散元件66的例子的立体图，该导光板62具有如上所述形状的柱面透镜81。如在第四实施方式所说明那样，作为光扩散元件66能够采用DOE或通过喷砂处理形成的微细的凹凸。由此，能够获得所期望的亮度分布特性。 
图28是示出了在图27所示的导光板62上配置了棱镜片64的例子的立体图。LED61发出的光从导光板62的入光面进入到导光板62内，并在反射面和出光面之间反复反射，并且不满足全反射条件的光从出光面输出。棱镜片64使导光板62所输出的光向与导光板62的出光面大致垂直的方向折射。 
图29是示出了在图28所示的导光板62的入射面上配置了配光变换元件67的例子的立体图。作为配光变换元件67，如第五实施方式说明那样，可以采用DOE、通过喷砂处理形成的微细的凹凸或棱镜。由此，能够使入射到导光板62内的光在宽的范围内扩散，从而能够防止入光面附近处的亮度不均匀。 
图30是示出了在图29所示的背光源(照明装置)60上配置液晶面板50从而形成了液晶显示装置的例子的立体图。在如该图30所示那样构成的液晶显示装置中，由于背光源60的亮度分布特性良好，所以能够防止发生亮度不均匀，从而能够比以往更进一步提高显示品质。 
此外，上述各实施方式均对于在液晶面板的背面侧配置的背光源上应用本发明的照明装置的例子进行了说明，但本发明也可以应用于在液晶面板的前面侧配置的前光源。

Claims (19)

1.一种照明装置，其特征在于，
具有：
光源，
导光板，其从端面导入上述光源所输出的光并从厚度方向上的一侧面出射；
在上述导光板的厚度方向上的另一侧面上，排列形成有沿着与上述端面交叉的方向延伸的多个柱面透镜，而且各柱面透镜之间通过凹形的平滑的曲面连接，
在上述导光板的上述一侧面上设置有光扩散元件，该光扩散元件由凹凸的深度以及高度均匀的凹凸图案构成，用于使出射光扩散
上述光扩散元件的上述凹凸图案中的凹凸在二维方向上分布，并且凹凸的密度不均匀。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述柱面透镜的曲面按照圆、椭圆以及正弦曲线中的任一形状形成。
3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述凹形的平滑的曲面按照圆、椭圆以及正弦曲线中的任一形状形成。
4.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述柱面透镜的曲面和上述凹形的平滑的曲面按照相同大小的圆、椭圆或正弦曲线形成。
5.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述光源由LED构成。
6.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述光扩散元件由设置在上述一侧面上的衍射光学元件构成。
7.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在上述导光板的上述端面设置有配光变换元件。
8.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，上述配光变换元件由设置在上述端面上的衍射光学元件构成。
9.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在上述导光板的上述一侧面上配置有棱镜片。
10.一种液晶显示装置，其特征在于，
具有：
光源，
导光板，其从端面导入上述光源所输出的光并从厚度方向上的一侧面出射，
液晶面板，其配置在上述一侧面上；
在上述导光板的厚度方向上的另一侧面上，排列形成有沿着与上述端面交叉的方向延伸的多个柱面透镜，而且各柱面透镜之间通过凹形的平滑的曲面连接，
在上述导光板的上述一侧面上设置有光扩散元件，该光扩散元件由凹凸的深度以及高度均匀的凹凸图案构成，用于使出射光扩散，
上述光扩散元件的上述凹凸图案中的凹凸在二维方向上分布，并且凹凸的密度不均匀。
11.一种照明装置，其特征在于，
具有：
光源，
导光板，其从端面导入上述光源所输出的光并从厚度方向上的一侧面出射；
在上述导光板的厚度方向上的另一侧面上，排列形成有沿着与上述端面交叉的方向延伸的多个柱面透镜，而且各柱面透镜通过平面连接，
在上述导光板的上述一侧面上设置有光扩散元件，该光扩散元件由凹凸的深度以及高度均匀的凹凸图案构成，用于使出射光扩散，
上述光扩散元件的上述凹凸图案中的凹凸在二维方向上分布，并且凹凸的密度不均匀。
12.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述柱面透镜的顶部的曲面按照圆、椭圆以及正弦曲线中的任一形状形成。
13.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述平面与上述柱面透镜的排列方向所成的角度在0至90度的范围内且将45度除外。
14.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述光源由LED构成。
15.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述光扩散元件由设置在上述一侧面上的衍射光学元件构成。
16.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，在上述导光板的上述端面上设置有配光变换元件。
17.如权利要求16所述的照明装置，其特征在于，上述配光变换元件由设置在上述端面上的衍射光学元件构成。
18.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，在上述导光板的上述一侧面上配置有棱镜片。
19.一种液晶显示装置，其特征在于，
具有：
光源，
导光板，其从端面导入上述光源所输出的光并从厚度方向上的一侧面出射，
液晶面板，其配置在上述一侧面上；
在上述导光板的厚度方向上的另一侧面上，排列形成有沿着与上述端面交叉的方向延伸的多个柱面透镜，而且各柱面透镜之间通过平面连接，
在上述导光板的上述一侧面上设置有光扩散元件，该光扩散元件由凹凸的深度以及高度均匀的凹凸图案构成，用于使出射光扩散，
上述光扩散元件的上述凹凸图案中的凹凸在二维方向上分布，并且凹凸的密度不均匀。
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