CN101765737A - 面光源装置及液晶显示装置 - Google Patents

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light
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田上靖宏
篠原正幸
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Abstract

一种面光源装置及液晶显示装置。在面状光源(11)的光出射面侧依次配置入射侧棱镜片(12)和出射侧棱镜片(13)。在入射侧棱镜片(12)的朝向面状光源(11)的方向的面上排列有顶角为72°～100°且在一方向上伸长的单位棱镜(15)。在出射侧棱镜片(13)的朝向面状光源(11)相反方向的面上排列有顶角为100°～125°且在一方向上伸长的单位棱镜(16)。另外，从与两棱镜片(12、13)垂直的方向观察，入射侧棱镜片(12)的棱镜长度方向与出射侧棱镜片(13)的棱镜长度方向构成的角度为15°以下。

Description

面光源装置及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及面光源装置以及液晶显示装置。
背景技术
指示车辆的目的地等的导航系统正在普及，但是如图1所示，该导航系统的车载监视器100在车辆的驾驶座101与副驾驶座102之间设置在仪表板103上。该导航系统无论昼夜都用于车辆行驶中，另外，从副驾驶座以及后排座位也能够看到车载监视器(特别是可显示DVD映像的监视器)，故而要求具有如下的性能：
1、无论是从正面看，还是从驾驶座和副驾驶座看都明亮清楚；
2、在夜间行驶时，不会妨碍视野而向前挡风玻璃映入。
在一般的车辆(普通汽车)中，从驾驶座101和副驾驶座102观看设置在仪表板103中央部的车载监视器100的角度相对于与车载监视器100的画面垂直的方向向左右各偏移30°左右。另外，垂直于车载监视器100的画面的正面方向的区域和向左右各偏移30度左右的区域重合而在以下称为照射区域V。
如图2所示，若使横向观察时在车载监视器100的画面立起的垂线N指示驾驶者眼界的方向而设置车载监视器，则从画面的垂线N向上方倾斜50°以上的光被前挡风玻璃104反射而进入驾驶者的眼睛，妨碍驾驶。另外，将向该方向射出的光称为旁瓣光(サイドロ一ブ光)。
因此，希望用于这样的车载监视器100的液晶显示装置的面光源装置具有在正面方向的区域和左右30°附近的区域明亮并且不向上方50°以上的区域射出光的特性。
图3是表示面光源装置的指向特性的图。该指向特性图的中心表示与面光源装置的光出射面垂直的方向(称为Z方向)，多个同心圆表示自Z方向的倾斜、表示10°～90°的倾斜(由表示该倾斜自Z方向的角度)，以Z方向为中心的放射状直线表示绕Z方向0°～360°的角度。另外，X方向表示在设置时朝向横向而组装在设备上的方向，Y方向表示在设置时朝向纵向(上下方向或向前后倾斜的斜上下方向)而组装的方向。在该指向特性图中，若表示作为车载监视用希望的特性，则欲增大光强度的观察区域在图3中由虚线包围所示地，为中心部的区域和X方向的左右各约30°的区域(以下，将这些区域称为照射区域V)。另外，由于会导致向前挡风玻璃映入而希望尽可能减小射出光的区域，是图3中由点划线包围的在Y方向上50°以上的区域(以上将该区域称为不照射区域W)。
本发明的发明者们，由以上的认识，对现有的面光源装置的指向特性进行了探讨。
(第一现有例)
图4是表示具有标准特性的面光源装置的结构的剖面图。该面光源装置100在专利文献5的图25(B)中作为专利文献1的面光源装置而介绍。面光源装置110在透光性基板111的一面形成光各向同性扩散性层112，另外在其之上层积棱镜片113，在另一面上形成有反射层114。另外，在透光性基板111的侧面配置有点状或线状的发光源115。棱镜片113是排列有顶角α为90°的三角柱状的单位棱镜，单位棱镜朝向透光性基板111的相反侧而配置。
在面光源装置110中，被光各向同性扩散性层112各向同性扩散的光通过棱镜片113的棱镜作用而偏向，故而光能集中在垂直方向附近，光利用率提高。
因此，本发明的发明者们通过模拟求出图4的面光源装置110的指向特性。在模拟中，使用图5所示的模型，即，在X方向和Y方向上分别排列多个具有朗伯特性(ランバ一ト特性)的光源116而配置成棋盘格状，在其之上，使棱镜长度方向与X方向平行且棱镜排列方向与Y方向平行而配置有面光源装置110的棱镜片113。另外，在图5中较少地描画光源116的数量，但是为了将面光源装置的出射面精度良好地模型化，实际上配置100万个左右的光源而进行模拟。图6是表示该模拟结果的指向特性图。另外，图7是表示横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。在图7中，在Z方向上的光强度为1，在X及Y的正方向上由正值表示角度
Figure GPA00001010570900021
在负方向上由负值表示角度
Figure GPA00001010570900022
观察图6及图7，横向上的指向特性在照射区域V整体扩展。但是，左右
Figure GPA00001010570900031
方向的照射区域V的光强度与Z方向
Figure GPA00001010570900032
的光强度相比降低到约80％，不能够说光强度足够。另外，观察纵向的指向特性，则在45°以上的区域，光强度变得相当大。因此，在不照射区域W，光强度大，在作为车载监视器使用时，面光源装置110的光相当强地映入前挡风玻璃。
以下，各现有例及本发明都以该面光源装置110的指向特性为基准进行比较。
(第二现有例)
图8是表示用于专利文献2公开的面光源装置的棱镜片120的立体图。在该棱镜片120中，单位棱镜121朝向透光性基板的相反侧而配置，为了减少向不照射区域W射出的光强度，使单位棱镜121的顶角α为95°～110°。
因此，使用顶角α＝95°、110°时的图8的棱镜片120，以与第一现有例同样的条件进行模拟。图9是表示顶角α＝95°时的模拟结果的指向特性图。另外，图10是表示此时的横向(ZX平面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。其中，图10中的光强度将第一现有例的Z方向的光强度设为1(或者，使棱镜片上的光量与第一现有例的值相同而标准化。以下相同)。
观察图9及图10，位于Z方向的照射区域V的光强度(正面强度)比第一现有例减少5％。另外，在横向的指向特性中，在左右30°方向的照射区域V的光强度，与第一现有例相同，与Z方向的光强度相比降低到约80％，不能够说光强度足够。另外，观察纵向的指向特性，45°以上区域的光强度与第一现有例相比减少，但仍向不照射区域W射出大量光，在作为车载监视器使用时映入到前挡风玻璃。
图11是表示顶角α＝110°时的模拟结果的指向特性图。另外，图12是表示此时的横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。
观察图11及图12，由于指向性在横向扩展，故而位于Z方向的照射区域V的光强度(正面强度)比第一现有例减少20％。另外，在横向的指向特性中，左右30°方向的照射区域V的光强度约为Z方向光强度的85％。在纵向的指向特性中，50°以上区域的光强度大幅度减小，向不照射区域W射出的光量得到相当的改善。
在这样地第二现有例的情况下，顶角α接近95°时，向照射区域V射出的光量减少而使图像的视认性降低，向不照射区域W射出的光量多而容易使光和图像映入到前挡风玻璃，另外，顶角α接近110°时，向不照射区域W射出的光量得到相当的改善，但向照射区域V射出的光量也减少得相当多，具有液晶显示装置的视认性显著降低的问题。
(第三现有例)
图13是专利文献3记载的面光源装置130的示意图。在该面光源装置130中，在面光源131的前面重合棱镜片132，进而在其前面重合光学片133。棱镜片132排列顶角为90°的单位棱镜，使形成有单位棱镜的面与面状光源131相对。
根据这样的面光源装置，在作为导航系统的车载监视器而设置在驾驶座和副驾驶座的中央部的情况下，可在驾驶座和副驾驶座两方向上明亮。
因此，使用该棱镜片132以与第一现有例同样的条件进行模拟。如图14所示，棱镜片132以棱镜排列方向与X方向平行且棱镜长度方向与Y方向平行的方式配置。图15是表示此时的模拟结果的指向特性图。另外，图16是表示此时的横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。
观察图15及图16，在横向上向位于左右30°方向的照射区域V射出光，但不向Z方向射出光，位于正面的照射区域V的光强度(正面强度)几乎为零。另外，观察在YZ面内的指向特性时，完全不向YZ面内射出光，虽然光不向不照射区域W射出，但也完全不向正面的照射区域V射出光。
为了使光在正面的照射区域V射出，需要在棱镜片132之前放置扩散片等而使光较强地扩散，但这样也向不照射区域W射出光，未阻碍向前挡风玻璃的映入。
(第四现有例)
图17是表示专利文献4记载的液晶显示装置140的结构的示意图。该液晶显示装置140在面状光源141的前面重合带格栅薄膜(ル一バ付けフイルム)142，在其前面配置有液晶面板143。带格栅薄膜142具有细微的格栅构造，例如具有住友3M公司(住友スリ一エム社)制造的“灯控膜”。若使用带格栅薄膜142，则能够限制光的透过方向和格栅排列方向上的光的扩展。
图18是表示从该液晶显示装置140除去液晶面板143后的面光源装置的指向特性(粗线)和进一步除去带格栅薄膜142后的面光源装置的指向特性(细线)的图。由图18可知，在使用有带格栅薄膜142的情况下，35°度以上的光强度几乎为零，故而可不使光向不照射区域W射出，能够消除向前挡风玻璃的映入。
但是，由于带格栅薄膜14的透过率低，故而与不使用带格栅薄膜142时相比，垂直方向(Z方向)的光强度降低20～30％，照射区域V整体变得相当暗。另外，带格栅薄膜成本高，相当于10片以上的棱镜片的成本。
(第五现有例)
图19是专利文献5的图2记载的一组棱镜片151、152。一棱镜片151将单位棱镜片的形成面朝向面状光源配置，另一棱镜片152在面状光源相反侧将单位棱镜的形成面朝向面状光源相反侧配置，两棱镜片151、152的棱镜长度方向平行。另外，在该棱镜片151、152中，棱镜片材料的全反射临界角设为θc时，单位棱镜的顶角α为α＜2×θc。由此可谋求面光源装置的高亮度化。在专利文献5中记载有，使用这样构造的一组棱镜片151、152时，不产生旁瓣光，使单位棱镜α＜90°(特别是α≈60°)时，该效果显著。
但是，在使用这一组棱镜片151、152进行模拟时，可得到图20及图21这样的结果。图20是表示顶角α＝60°时的模拟结果的指向特性图。另外，图21是表示此时的横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。在该模拟中，在X方向和Y方向上分别排列多个具有朗伯特性的光源而配置成棋盘格状，在其之上以棱镜长度方向与X方向平行且棱镜排列方向与Y方向平行的方式配置棱镜片151、152(参照图5)。
参照图20及图21，位于Z方向的照射区域V的光强度(正面强度)比第一现有例的情况减少20％。另外，在横向的指向特性中，在左右30°方向的照射区域V的光强度与Z方向的光强度相比降低到约50％，光强度不足。另外，观察纵向的指向特性，不照射区域W的光强度比第一现有例增加，在作为车载监视器使用时较强地映入到前挡风玻璃。
专利文献1：(日本)特开昭63-318003号公报
专利文献2：(日本)特开2001-124910号公报
专利文献3：(日本)特开2000-164016号公报
专利文献4：(日本)特表平06-504627号公报
专利文献5：(日本)特开平6-222207号公报
发明内容
本发明是鉴于上述技术课题而作出的，其目的在于提供一种在一方向上具有扁平的指向特性的面光源装置。
本发明第一方面的面光源装置包括：面状光源，其从光出射面射出光；第一棱镜片，其配置在所述面状光源的光出射面侧；第二棱镜片，其隔着所述第一棱镜片而配置在所述面状光源相反侧，其特征在于，所述第一棱镜片在朝向所述面状光源方向的面上排列有顶角为72°～100°且在一方向上伸长的棱镜，所述第二棱镜片在朝向所述面状光源相反方向的面上排列有顶角为100°～125°且在一方向上伸长的棱镜，从与所述第一棱镜片及所述第二棱镜片垂直的方向观察，所述第一棱镜片的棱镜长度方向与所述第二棱镜片的棱镜长度方向构成的角度为15°以下。
在本发明第一方面的面光源装置中，由于第一棱镜片在朝向面状光源方向的面上排列有顶角为72°～100°且在一方向上伸长的棱镜，故而在垂直于棱镜长度方向的面内，从面光源装置的光出射面射出的光在通过第一棱镜片时折射，由此几乎不向垂直于光出射面的方向射出。例如，在第一棱镜片的棱镜顶角为90°时，从垂直方向观测，几乎不向10°以内的方向射出光。
由此，在第二棱镜片中与棱镜长度方向垂直的面内，在第二棱镜片几乎不从垂直方向射入光。并且，第二棱镜片在朝向面状光源相反方向的面排列有顶角为100°～125°且在一方向上伸长的棱镜，从垂直方向观察，其棱镜长度方向与第一棱镜片的棱镜长度方向构成的角度为15°以下，故而在垂直于棱镜长度方向的面内，从垂直于第二棱镜片的方向几乎不射入光，结果，在自垂直方向一定角度以上的方向不射出光(旁瓣光)。例如，在第二棱镜片的棱镜角度为112°时，在自垂直方向45°以上的区域几乎不射出光。另外，在以一定角度向第二棱镜片倾斜射入的光在第二棱镜片折射，由此从第二棱镜片向垂直方向射出。
另一方面，在垂直于棱镜排列方向的面内，由于第一及第二棱镜片而几乎不受到光学作用，故而从第二棱镜片以与面状光源的指向特性扩展相同程度的扩展射出。结果，从面光源装置射出的光的指向特性为：在棱镜长度方向上宽、在棱镜排列方向窄的扁平特性。
本发明第一方面的面光源装置，如上所述，光强度高的区域在一方向(棱镜长度方向)上伸长，在与其垂直的方向上相对于垂直方向一定大小的角度方向几乎不射出光，故而用于车载监视器而使棱镜长度方向朝向横向设置时，从驾驶座和副驾驶座以及正面方向可清楚地看到车载监视器，并且可防止车载监视器的图像和光映入到前挡风玻璃而妨碍驾驶。
本发明第一方面的面光源装置的一方面，所述面状光源具有使从光出射面射出的光整体扩展的指向特性。在该方面中，使用具有整体地扩展的指向特性的面状光源，故而能够使从面光源装置射出的光的指向特性在棱镜长度方向上较大扩展。由此，能够使横向的指向特性扩展，使照射区域整体明亮。
本发明的第一方面的面光源装置的另一方面，所述第一棱镜片及所述第二棱镜片的各棱镜的折射率为1.55以上。由于棱镜使用折射率为1.55以上的材料，故而能够提高透过第一及第二棱镜片的光的聚光效果，可减少旁瓣光。
本发明第二方面的面光源装置，其具有从光出射面射出光的面状光源、和配置在所述面状光源的光出射面侧的棱镜片，其特征在于，从所述面状光源的光出射面射出的光的指向特性，在垂直于光出射面的一平面内，指向特性的峰值方向相对于与所述光出射面垂直的方向构成大于10°的角度，所述棱镜片在朝向所述面状光源相反方向的面上排列有顶角为100°～125°、折射率为1.55以上且在一方向上伸长的棱镜，将棱镜长度方向朝向与垂直于光出射面的所述平面垂直的方向配置。
在本发明第二方面的面光源装置中，在垂直于面状光源的光出射面的一平面中，在距光出射面的垂直方向10°以内的范围内几乎不射出光。由此，在棱镜片中，在垂直于棱镜长度方向的面内，几乎不向自垂直方向10°以内的范围射入光。由于棱镜片在朝向面状光源相反方向的面排列有顶角为100°～125°、折射率为1.55以上且在一方向上伸长的棱镜，故而在垂直于棱镜长度方向的面内，从垂直于棱镜片的方向几乎不射出光，结果，在自垂直方向一定角度以上的方向不射出光(旁瓣光)。例如，在棱镜片的棱镜顶角为112°时，在自垂直方向45°以上的区域几乎不射出光。另外，棱镜的折射率为1.55以上，故而能够提高透过棱镜片的光的聚光效果，可减少旁瓣光。另外，以一定角度向棱镜片倾斜射入的光在棱镜片折射，由此从棱镜片向垂直方向射出。
另一方面，在垂直于棱镜排列方向的面内，由于棱镜片而几乎不受到光学作用，故而以与面状光源的指向特性扩展相同程度的扩展从棱镜片射出。其结果，从面光源装置射出的光的指向特性为在棱镜长度方向上宽、在棱镜排列方向上窄的扁平特性。
本发明第二方面的面光源装置，如上所述地，光强度高的区域在一方向(棱镜长度方向)上伸长，在与其正交的方向上相对于垂直方向一定大小的角度的方向几乎不射出光，故而用于车载监视器而使棱镜长度方向朝向横向设置时，能够从驾驶座、副驾驶座以及正面方向清楚地看到车载监视器，并且能够防止车载监视器的图像和光映入到前挡风玻璃而妨碍驾驶。
本发明的液晶显示装置与第一方面或第二方面的面光源装置相对而配置有液晶面板。在本发明的面光源装置中，在一方向上具有宽范围的视认性，在与其正交的方向上仅具有窄范围的视认性。因此，例如作为导航系统的车载监视器使用时，通过使视认性宽的方向朝向横向而设置，自驾驶座、副驾驶座以及后排座位、正面等的视认性良好，并且车载监视器的图像不映入到前挡风玻璃，不易妨碍驾驶。
另外，本发明用于解决上述课题的方式具有将以上说明的构成要素适当组合的特征，本发明通过将上述结构要素组合而可进行多种变更。
附图说明
图1是表示设置有车载监视器的车辆的内部的示意图；
图2是说明车载监视器的光由前挡风玻璃反射而进入驾驶者眼睛的样子的图；
图3是说明面光源装置的理想指向特性的图；
图4是表示第一现有例的面光源装置的结构的剖面图；
图5是说明通过模拟求出面光源装置的指向特性时的模型的图；
图6是表示对第一现有例的指向特性进行模拟的结果的图；
图7是表示第一现有例中横向上的指向特性和纵向上的指向特性的图；
图8是表示第二现有例的棱镜片的立体图；
图9是表示在第二现有例中单位棱镜的顶角为95°时的模拟结果的指向特性图；
图10是表示图9的模拟结果中横向的指向特性和纵向的指向特性的图；
图11是表示在第二现有例中单位棱镜的顶角为110°时的模拟结果的指向特性图；
图12是表示图11的模拟结果中横向的指向特性和纵向的指向特性的图；
图13是第三现有例的面光源装置的示意剖面图；
图14是说明通过模拟求出面光源装置的指向特性的其他模型的图；
图15是表示对第三现有例的指向特性进行模拟的结果的图；
图16是表示第三现有例中的横向的指向特性和纵向上的指向特性的图；
图17是表示第四现有例的液晶显示装置的构造的示意图；
图18是表示从第四现有例的液晶显示装置中除去液晶面板后的面光源装置的指向特性、和进而将带格栅薄膜也除去后的面光源装置的指向特性的图；
图19是表示第五现有例的一组棱镜片的立体图；
图20是表示对第五现有例的指向特性进行模拟的结果的图；
图21是表示第五现有例中横向的指向特性和纵向的指向特性的图；
图22是表示本发明第一实施方式的面光源装置的示意立体图；
图23是第一实施方式的面光源装置所使用的面状光源的示意图；
图24是第一实施方式的面光源装置所使用的其他面状光源的示意图；
图25是说明第一实施方式的入射侧棱镜片和出射侧棱镜片的配置的图；
图26是用于说明入射侧棱镜片的作用的图；
图27是用于说明出射侧棱镜片的作用的图；
图28是说明入射侧棱镜片的作用的示意图；
图29是说明出射侧棱镜片的作用的示意图；
图30是说明第一实施方式的面光源装置的光的轨迹和指向特性的变化的图；
图31是表示对第一实施方式的面光源装置的指向特性模拟的结果的图；
图32是表示第一实施方式的面光源装置中横向的指向特性和纵向的指向特性的图；
图33是表示对设于入射侧棱镜片的单位棱镜的顶角β、和使朗伯光射入入射侧棱镜片时在YZ面内±10°以内的区域射出的光量的比例的关系进行计算的结果的图；
图34是表示对设于出射侧棱镜片的单位棱镜的顶角γ、和使朗伯光射入出射侧棱镜片时的旁瓣强度的关系进行计算的结果的图；
图35(a)、(b)是表示使一棱镜片绕垂直于两棱镜片的轴旋转而使入射侧棱镜片和出射侧棱镜片的棱镜长度方向交叉的例子的图；
图36是使入射侧棱镜片的棱镜长度方向与出射侧棱镜片的棱镜长度方向构成10°而配置并且入射侧棱镜片的棱镜长度方向与X方向平行时的指向特性图；
图37是表示图36的模拟结果中横向的指向特性和纵向的指向特性的图；
图38是使入射侧棱镜片的棱镜长度方向与出射侧棱镜片的棱镜长度方向构成15°而配置并且入射侧棱镜片的棱镜长度方向与X方向平行时的指向特性图；
图39是表示图38的模拟结果中横向的指向特性和纵向的指向特性的图；
图40是使入射侧棱镜片的棱镜长度方向与出射侧棱镜片的棱镜长度方向构成20°而配置并且入射侧棱镜片的棱镜长度方向与X方向平行时的指向特性图；
图41是表示图40的模拟结果中横向的指向特性和纵向的指向特性的图；
图42是表示本发明第二实施方式的面光源装置的示意剖面图；
图43是表示在第二实施方式的面光源装置中在不同位置上配置有扩散片的例子的示意剖面图；
图44是表示在第二实施方式的面光源装置中在其他不同位置上配置有扩散片的例子的示意剖面图；
图45是表示本发明第三实施方式的面光源装置的示意立体图；
图46是表示第三实施方式的面光源装置所使用的面状光源的构造的一例的立体图；
图47是表示第三实施方式的面状光源的不同结构的示意剖面图；
图48是表示第三实施方式的面状光源的其他不同结构的示意剖面图；
图49是表示第三实施方式的面状光源的其他不同结构的示意剖面图；
图50是表示本发明第四实施方式的液晶显示装置的结构的示意立体图。
附图标记说明
10、20、30：面光源装置
11、31：面状光源
12：入射侧棱镜片
13：出射侧棱镜片
14、39：光出射面
15、16、33、36：单位棱镜
17：扩散板
18、38：发光源
19、37：导光板
21：扩散片
32、35：棱镜片
34：面状光源
40：凹部
41：反射片
42：扩散片
43：凸部
50：液晶显示装置
51：液晶面板
V：照射区域
W：不照射区域
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施方式。
(第一实施方式)
图22是表示本发明第一实施方式的面光源装置10的示意立体图。该面光源装置10具有面状光源11、入射侧棱镜片12(第一棱镜片)以及出射侧棱镜片13(第二棱镜片)。
只要面状光源11能够从前面的光出射面14的大致整体均匀地射出光，则可以是任何方式、任何结构。例如，可以是图23所示地在扩散板17的背面侧排列有LED和冷阴极管等发光源18的正下方型方式的面状光源，也可以是图24所示地与导光板19的侧面相对而配置LED和冷阴极管等发光源18并在导光板19的前面重合扩散板17的边缘灯光型的面状光源。另外，作为面状光源11，具有使从光出射面射出的光整体地扩展的指向特性、即在特定的角度方向上不具有峰值的指向特性为好，例如，从位于光出射面上的任意位置的点发出具有朗伯型的指向特性的光为好。
入射侧棱镜片12平行地排列有三角柱状的微小单位棱镜15，各单位棱镜15的顶角β为72°～100°。出射侧棱镜片13平行地排列有三角柱状的微小单位棱镜16，各单位棱镜16的顶角γ为100°～125°。该入射侧棱镜片12以及出射侧棱镜片13由折射率高的透明树脂形成，但其折射率为1.55以上为好。这是因为，通过使用折射率为1.55以上的材料，能够提高透过棱镜片12、13后的光的聚光效果。
另外，单位棱镜15、16的排列间距(单位棱镜15、16的宽度)为10μm～1000μm为好。该排列间距若大于1000μm，则单位棱镜15、16显眼，若相反比10μm小，则光衍射或棱镜片12、13的制造困难。即，若使单位棱镜15、16的排列间距为10μm～1000μm，则可得到单位棱镜15、16不显眼、衍射栅的作用不显现出来、并且棱镜片12、13的制造容易的效果。另外，在垂直于单位棱镜15、16的长度方向的截面中，可以使其顶部具有曲率半径为10μm以下的圆弧。这是因为，单位棱镜15、16的顶部虽然在光学上成为两平面的交叉角为好，但使顶部多少具有圆形能提高单位棱镜15、16的强度，另外在制造时会多少形成圆形。另一方面，若单位棱镜15、16的圆弧大，则透过光棱镜片12、13后的光的指向特性的变化变大，故而圆弧为10μm以下为好。
入射侧棱镜片12和出射侧棱镜片13使形成有单位棱镜15、16的面(以下称为棱镜形成面)和相反侧的面相互背对背而配置，如图25所示地使入射侧棱镜片12的棱镜长度方向和出射侧棱镜片13的棱镜长度方向平行而配置。入射侧棱镜片12和出射侧棱镜片13的棱镜形成面相反侧的面可以是平坦的，也可以形成比单位棱镜15、16微细的凹凸。若使棱镜形成面相反侧的面平坦，则透过光棱镜片12、13的光不扩散，故而能够减少向不需要方向射出的光。另外，若在棱镜形成面相反侧的面形成微细的凹凸，则能够防止棱镜片12、13彼此重合时光学紧密贴合。
入射侧棱镜片12以棱镜形成面与面状光源11的光出射面14相对的方式配置。出射侧棱镜片13隔着入射侧棱镜片12配置在面状光源11的相反侧，棱镜形成面朝向面状光源11的相反侧。
这些棱镜片12、13通过使用有紫外线固化型树脂的2P法(PhotoPolymerization法)如下地形成。在成形用的模具中形成有棱镜片12、13的棱镜形成面的反转图案，首先，在该模具之上滴下液状或流动体状的紫外线固化型树脂。然后，在紫外线固化型树脂之上放置由聚碳酸酯树脂、聚烯烃、PET、丙烯酸树脂等构成的透明树脂片，利用透明板从上方按压紫外线固化型树脂，将紫外线固化型树脂夹入到模具与透明树脂片之间并将其压扁。在该状态下透过透明板及透明片向紫外线固化型树脂照射紫外线，使紫外线固化型树脂固化。然后，将成型件从模具起模，通过紫外线固化型树脂在透明树脂片的表面成形单位棱镜15、16，得到棱镜片12、13。另外，透明树脂片的折射率与固化后的紫外线固化型树脂相同为好。
通过这样地转印模具的图案而形成棱镜片12、13，能够精度良好地成形微细的单位棱镜15、16，另外能够低成本地批量生产棱镜片12、13。另外，由于紫外线固化型树脂的硬度高，故而能够制作强度高的棱镜片12、13。
该面光源装置10组装到车载监视器等中时，如图25所示地，使棱镜片12、13的棱镜长度方向朝向横向(X方向)、棱镜排列方向朝向纵向(Y方向)使用而进行组装。在此，所谓横向是指，如对现有例所作的说明那样地，为水平方向，所谓纵向是指上下方向或向前后倾斜的斜上下方向。
(作用效果)
接着，在对该面光源装置10的设计方针进行说明之后，对其作用效果进行说明。若大致说明入射侧棱镜片12的作用，则不使光朝向图26的实线包围所示的Z方向区域射出。另外，出射侧棱镜片13的动作为，使从入射侧棱镜片12入射的光不向图27的实线包围所示的不照射区域W射出。换言之，对入射侧棱镜片12赋予使透过入射侧棱镜片12后的光不向Z方向射出的指向特性，另外，对出射侧棱镜片13赋予使从入射侧棱镜片12与Z方向平行地射入后的光向不照射区域W射出的指向特性。另外，面光源装置10的指向特性关于YZ面以及ZX面对称，故而以下仅关于正侧说明倾斜
Figure GPA00001010570900141
但不作特别限定，显然负侧与正侧对称。
入射侧棱镜片12使单位棱镜15朝向光入射方向，如图28所示地，垂直地射入到入射侧棱镜片12的光在单位棱镜15折射，由此在ZY面内向自垂直方向倾斜的方向射出。例如，若将单位棱镜15的顶角β设为90°、折射率设为1.59，则如图28所示地，垂直地射入到入射侧棱镜片12的光向自纵向(Y方向)倾斜
Figure GPA00001010570900142
的方向射出，不向垂直方向(Z方向)射出(实际上射入朗伯光((ランバ一ト光))，故而根据后述的图33，不仅在垂直方向上，在-10°～+10°的范围不射出光)。另外，在单位棱镜15的顶角β为90°时，相当于使第三现有例的棱镜片132绕Z方向旋转了90°，故而使朗伯光射入到入射侧棱镜片12时的指向特性图也可理解为：将图15的指向特性图旋转了90度，不向Z方向射出光而向Y方向分支并射出光。
另外，出射侧棱镜片13使单位棱镜16朝向光出射方向，如图29的虚线标记所示，若相反使光垂直地射入到出射侧棱镜片13，则该光被单位棱镜16折射，由此在ZY面内向自垂直方向倾斜的方向射出。通过入射侧棱镜片12后的光几乎不向垂直方向射出，故而若垂直地射入的光的出射方向朝向不照射区域W，则能够防止不照射区域W明亮发光。例如，在使单位棱镜16的顶角γ为112°、折射率为1.59时，如图29的虚线标记所示，垂直地射入到出射侧棱镜片13的光向朝向纵向(Y方向)的倾斜
Figure GPA00001010570900143
约为30度的区域射出。另外，若光以-8°～+8°范围的入射角射入出射侧棱镜片13，则通过折射，向角度
Figure GPA00001010570900144
为-56°～-16°以及16°～56°的方向射出光。由此，若通过入射侧棱镜片12后的光几乎不向垂直方向射出，则通过出射侧棱镜片13后的光几乎不向自Z方向的倾斜为30°左右的区域射出。另外，若从入射侧棱镜片12向8°以下的范围不射出光，则通过出射侧棱镜片13后的光几乎不向自Z方向的倾斜为16°～56°的区域射出并变暗。并且，在相对于Z方向倾斜约60°以上的方向上，如图29的双点划线的箭头标记所示地，在单位棱镜16的斜面全反射后的光在其他的斜面也全反射，故而不向该方向射出光。结果，旁瓣光称为微弱的光量，能够防止不照射区域W变明亮。
另一方面，如图29的细实线箭头标记所示，以22°左右的入射角射入到该出射侧棱镜片13的光从出射侧棱镜片13向大致垂直的方向射出。由此，通过入射侧棱镜片12后的光不向垂直方向以及ZX面内射出，但通过出射侧棱镜片13后，向垂直方向以及ZX面内附近的照射区域V射出光。
图30是汇总表示上述的入射侧棱镜片12的作用和出射侧棱镜片13的作用的图。在纵向(YZ面内)观察时，从面状光源11射出的朗伯光由于通过入射侧棱镜片12而转换成在垂直方向上暗且在倾斜方向上明亮的指向特性的光，另外，若该光通过出射侧棱镜片13后，转换成仅在垂直方向上明亮的指向特性的光。另外，在横向(ZX面内)观察时，从面状光源11射出的朗伯光由于通过入射侧棱镜片12和出射侧棱镜片13，指向特性不受影响，故而即使通过棱镜片12、13也横向扩展。特别是，作为面状光源11而使用指向特性整体地扩展的类型，则能够扩大棱镜长度方向的出射光的指向特性，并且使光在横向上的宽范围扩展。
结果，在面光源装置10中，通过两棱镜片12、13的相加效果，能够使在横向上较长扩展的照射区域V明亮且在不照射区域W暗的指向特性的光射出。
图31是表示通过与第一现有例相同的模拟条件求出透过一对棱镜片12、13后的光的指向特性的结果的指向特性图。另外，图32是表示此时的横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。其中，使单位棱镜15的顶角β＝90°、折射率为1.59，单位棱镜16的顶角γ＝112°，折射率为1.59。如图32所示地，根据第一实施方式的面光源装置10，在纵向(YZ面内)上倾角
Figure GPA00001010570900151
为44°以上和-44°以下，光强度大致为零，如图31所示地不照射区域W变暗。由此，例如在使用于车载监视器等的情况下，向不照射区域W射出的光不会照映到前挡风玻璃而妨碍驾驶。另外，在纵向上光集中在-44°～44°的狭窄范围，进而，在0°方向(Z方向)上光强度比第一现有例增大10％，照射区域V的明亮度提高。另外，横向上的指向性宽，在-30°～30°的范围具有与0°方向大致相同的明亮度，故而能够使照射区域V均匀地变亮。
接着，对单位棱镜15的顶角β和单位棱镜16的顶角γ的范围进行说明。通过出射侧棱镜片13后的光中向约60°以上的方向射出的光，如图29的双点划线所示地几乎消失。但是，纵向上的指向性仍宽、不照射区域W仍变亮，故而通过出射侧棱镜片13后的光在自垂直方向约10°～约60°的方向上可能地不照射为好。通过模拟或计算，在从出射侧棱镜片13射出后向约10°～约60°的方向照射的光中大多为以10°以下的入射角射入到出射侧棱镜片13的光。因此，为了得到目标特性，只要使入射角约10°以下的光不射入出射侧棱镜片13即可。因此，如图29的虚线所示地光那样地，只要从入射侧棱镜片12不向约10°以下的方向射出光即可。
图33表示计算在入射侧棱镜片12设置的单位棱镜15(折射率1.59)的顶角β、和使朗伯光射入到入射侧棱镜片12时在YZ面内向±10°以内(-10°～+10°)的区域射出的光量的比例的关系的结果。根据图33，在顶角β约为90°时，向±10°以内射出的光量的比例大致为零，但实际应用上，只要该比率为0.02(2％)以下则可允许。若顶角β比72°小或比100°大，则即使由出射侧棱镜片13对光进行控制，向不照射区域W射出的光量也变大，向前挡风玻璃映入。另外，若向±10°以内射出的光量的比例为0.01(1％)以下，则可得到更加理想的特性，故而使单位棱镜15的顶角β为87°～95°为好。
图34表示计算在出射侧棱镜片13设置的单位棱镜16(折射率1.59)的顶角γ、和使朗伯光射入到出射侧棱镜片13时的旁瓣强度的关系的结果。在此，所谓旁瓣强度是指在YZ面内
Figure GPA00001010570900161
的范围的出射光的光强度中的最大值。顶角γ为112°时旁瓣强度最小。旁瓣强度为0.1(a.u.)以下为好(Z方向上的光强度，如图32所示地可比1(a.u.)大)，故而根据图34，只要顶角γ为100°～125°即可。更加理想的是，由于只要使旁瓣强度为0.05(a.u.)即可，故而只要使顶角γ为107°～120°即可。另外，由于顶角γ增大则照射区域V的亮度降低，故而不使照射区域V的亮度降低，旁瓣强度最低的顶角γ的值约为112°最好。
这样，根据第一实施方式的面光源装置10，能够大幅度减少旁瓣光，可使不照射区域W变暗，另外，纵向上的指向特性成为在垂直方向上聚光的窄指向特性，不使照射区域V的亮度降低。另外，在与棱镜片12、13的棱镜长度方向平行的横向上不聚光，具有宽的指向特性，故而能够使照射区域V在大范围内明亮。因此，若将该面光源装置10组装到导航系统的车载监视器而在驾驶座和辅驾驶座的中央设置车载监视器，则能够从驾驶座、副驾驶座以及正面观看到明亮的图案，同时可防止向前挡风玻璃的映入。并且，由于由两块棱镜片12、13构成，故而与使用带格栅薄膜相比，能够使成本降低。
(与第五现有例的对比)
在面光源装置10和第五现有例中使用的棱镜片151、152(图19)大致类似，故而对其不同进行简单说明。在第五现有例中，使棱镜的顶角α为α＜2×θc(θc：材料的临界角)。该顶角α的上限值根据折射率而改变，但棱镜材料若是通常经常使用的丙烯酸和聚碳酸酯，则
丙烯酸的情况：折射率为1.49，故而α＜84.3；
聚碳酸酯的情况：折射率为1.59，故而α＜77.9。
由此，作为棱镜的顶角α，棱镜片151、152都是比90度小的角度。另外，在第五现有例中，棱镜片151的顶角和棱镜片152的顶角的角度相同。由于具有这样的制约，故而在第五现有例中不能够起到本申请发明的作用效果，如图20所示地不照射区域W的光强度变得相当大。
(第一实施方式的棱镜片彼此的倾斜)
面光源装置10若如上所述地使入射侧棱镜片12的棱镜长度方向和出射侧棱镜片13的棱镜长度方向平行，则能够使横向的出射光的扩展最大，故而如图25所示地使两棱镜片12、13的棱镜长度方向平行为好。
但是，如图35(a)或(b)所示地，通过使一棱镜片12或13绕垂直于两棱镜片12、13的轴旋转而使入射侧棱镜片12的棱镜长度方向和出射侧棱镜片13的棱镜长度方向相互倾斜，则在用于液晶显示装置时具有抑制莫尔条纹的效果。另一方面，若从垂直于两棱镜片12、13的方向看时的棱镜长度方向彼此构成的角度大于15°，则面光源装置10的指向特性在横向上不左右对称，或在纵向上不上下对称，而且根据观察角度的不同，光强度增大或减小，变动激烈，面光源装置的品质降低。因此，在以防止莫尔条纹等的目的使棱镜片12、13彼此倾斜的情况下，棱镜长度方向彼此构成的角度为15°以下为好。
另外，在使用棱镜长度方向相互不平行的棱镜片12、13的情况下，任一方的棱镜片12、13的棱镜长度方向与X方向平行为好。或者，入射侧棱镜片12的棱镜长度方向和出射侧棱镜片13的棱镜长度方向可以夹着X方向向相反方向倾斜。
然后，对使棱镜长度方向的构成角度为15°以下的根据进行说明。图36是入射侧棱镜片12的棱镜长度方向与出射侧棱镜片13的棱镜长度方向构成10°的角度而配置并且入射侧棱镜片12的棱镜长度方向与X方向平行时的指向特性图。图37是表示此时的横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。此时，如图37所示，在纵向上不向45°以上的方向射出光，如图36所示地不照射区域W变暗，照射区域V变亮。另外，根据图37，基于角度
Figure GPA00001010570900181
的光强度变动也变得较小。
另外，图38是入射侧棱镜片12的棱镜长度方向与出射侧棱镜片13的棱镜长度方向构成15°的角度而配置且入射侧棱镜片12的棱镜长度方向与X方向平行时的指向特性图。另外，图39是表示此时的横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。此时，如图39所示地在纵向上不向45°以上的方向射出光，如图38所示地不照射区域W变暗，照射区域V区域变亮。另外，根据图39，虽然角度
Figure GPA00001010570900182
的光强度的变动稍变大，但平均地看，光强度的变动较小。
另外，图40是入射侧棱镜片12的棱镜长度方向与出射侧棱镜片13的棱镜长度方向构成20°的角度而配置且入射侧棱镜片12的棱镜长度方向与X方向平行时的指向特性图。另外，图41是表示此时的横向(ZX面内)的指向特性(细线)和纵向(YZ面内)的指向特性(粗线)的图。此时也如图41所示地在纵向上不向45°以上的方向射出光，如图40所示地不照射区域W变暗，照射区域V区域变亮。但是，根据图41，角度
Figure GPA00001010570900183
的光强度的变动变得相当大，面光源装置10产生亮度不均。
由此，入射侧棱镜片12的棱镜长度方向与出射侧棱镜片13的棱镜长度方向构成15°以下为好。
(第二实施方式)
图42是表示本发明第二实施方式的面光源装置20的示意剖面图。在该实施方式中，在入射侧棱镜片12与面状光源11之间设有扩散片21。此时，可通过扩散片21的扩散功能使指向特性向横向(X方向)扩展。
另外，如图43所示地，该扩散片21也可以设置在入射侧棱镜片12与出射侧棱镜片13之间。此时，除了能够使指向特性在横向上扩展之外，还可以防止在入射侧棱镜片12与出射侧棱镜片13之间产生的光学紧密贴合和莫尔条纹。另外，此时，作为扩散片21，可以使用具有不影响第一实施方式中说明的棱镜片12、13的指向特性的特征的弱扩散功能的部件。
另外，如图44所示地，扩散片21也可以配置在出射侧棱镜片13的远离面状光源11的一侧。此时，除了能够使指向特性在横向上扩展之外，还可以防止在出射侧棱镜片13与液晶面板之间产生的莫尔条纹。此时可以与图43所示的同样地，作为扩散片21使用具有弱扩散功能的部件。
另外，作为扩散片21，可使用具有偏光功能和扩散功能的部件、例如住友3M公司制造的“DBEF-D”。
(第三实施方式)
图45是表示本发明第三实施方式的面光源装置30的示意立体图。该面光源装置30由面状光源31和棱镜片32构成。棱镜片32在一面上排列有顶角为100°～125°的微细单位棱镜33。另外，单位棱镜33的折射率为1.55以上。特别是，棱镜片32是与第一实施方式说明的出射侧棱镜片13同样的棱镜片为好。面光源装置31在包含垂直方向(Z方向)和与表面平行的方向(Y方向)的YZ面内射出如下的光，即，指向特性的峰值相对于垂直方向位于-10°～+10°的范围外(理想的是，光不向-10°～+10°的范围射出)，垂直于YZ面的X方向具有宽的指向特性。棱镜片32使棱镜形成面朝向面状光源31的相反侧而配置，并且棱镜长度方向朝向X方向。
图46是表示面状光源31的结构的一例的立体图。面状光源31由面状光源34和棱镜片35构成。面状光源34只要从前面的光出射面的大致整体均匀地射出光即可，例如也可以具有与第一实施方式的面状光源11相同的结构。棱镜片35在一面上排列有顶角为72°～100°的微细的单位棱镜36，棱镜形成面与面状光源31相对配置，并且棱镜长度方向朝向X方向。另外，单位棱镜36的折射率为1.55以上。作为棱镜片35，可使用与第一实施方式的入射侧棱镜片12相同的棱镜片。
第三实施方式的面光源装置30由一块棱镜片32和面状光源31构成，由该结构可知，其起到与第一实施方式的面光源装置10相同的作用效果。
显然，指向特性的峰值相对于垂直方向位于-10°～+10°范围外的面状光源31可以与面状光源11及入射侧棱镜片12不同。图47是表示不同的面状光源31的构造的示意剖面图。该面状光源31在由折射率较高的透明树脂构成的导光板37的背面形成使光扩散的半球状、三角柱状、棱锥状等微细凹部40，与导光板37的端面相对而配置有发光源38。发光源38可以排列多个LED等点光源，也可以是冷阴极管这样的线状光源。另外，与导光板37的背面相对而设置反射片41，与导光板37的光出射面39相对而配置有扩散片42。反射片41可以是扩散反射片，也可以是镜面反射片。作为该扩散反射片，可使用由白色PET构成的反射片等，作为镜面反射片，可使用Ag反射片和住友3M公司制造的“ESR”等。虽然可以不设置扩散片42，但在使用的情况下，不使亮度过低而使海斯值(ヘイズ値)为90％以下为好。在这样的面状光源31中，可通过控制凹部40的形状和配置等来控制出射光的方向。
如图48所示，面状光源31可以代替图47所示的凹部40而为半圆状、三角柱状、棱锥状等微细的凸部43。
另外，如49的面状光源31那样地，作为导光板37，可以使用在自发光源38远离侧依次变薄的楔形导光板。此时，在导光板37的背面可以不设置凹部40或凸部43。从楔形导光板37射出的光在图49所示的截面中，指向性窄，在与图49的截面和光出射面垂直的面内，指向特性宽，故而通过利用扩散片42扩大指向特性(或者也可以使用棱镜片使指向特性的峰值方向向垂直方向弯曲)，可得到所希望的指向特性。
(第四实施方式)
图50是表示本发明第四实施方式的立体图，表示使用本发明的上述面光源装置的液晶显示装置。该液晶显示装置50在本发明的上述面光源装置、例如第一实施方式的面光源装置10的前面配置液晶面板51。在这样的液晶显示装置中，虽然在横向(X方向)上的宽范围可观看到图像，但是在纵向(Y方向)上仅能够在较窄的范围观看到图像。由此，在作为导航系统的车载监视器使用时，从驾驶座、副驾驶座以及后排座位等可清楚地看到图像，另一方面，图像不易映入到前挡风玻璃，故而不易妨碍驾驶。

Claims (5)

1.一种面光源装置，包括：
面状光源，其从光出射面射出光；
第一棱镜片，其配置在所述面状光源的光出射面侧；
第二棱镜片，其隔着所述第一棱镜片配置在所述面状光源的相反侧，其特征在于，
所述第一棱镜片在朝向所述面状光源方向的面上排列有顶角为72°～100°且在一方向上伸长的棱镜，
所述第二棱镜片在朝向所述面状光源相反方向的面上排列有顶角为100°～125°且在一方向上伸长的棱镜，
从与所述第一棱镜片及所述第二棱镜片垂直的方向观察，所述第一棱镜片的棱镜长度方向与所述第二棱镜片的棱镜长度方向构成的角度为15°以下。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述面状光源具有使从光出射面射出的光整体地扩展的指向特性。
3.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述第一棱镜片及所述第二棱镜片的各棱镜的折射率为1.55以上。
4.一种面光源装置，其具有从光出射面射出光的面状光源、和配置在所述面状光源的光出射面侧的棱镜片，其特征在于，
从所述面状光源的光出射面射出的光的指向特性，在垂直于光出射面的一平面内，指向特性的峰值方向相对于与所述光出射面垂直的方向构成大于10°的角度，
所述棱镜片在朝向所述面状光源相反方向的面上排列有顶角为100°～125°、折射率为1.55以上且在一方向上伸长的棱镜，将棱镜长度方向朝向与垂直于光出射面的所述平面垂直的方向配置。
5.一种液晶显示装置，其特征在于，与权利要求1或4所述的面光源装置相对而配置有液晶面板。
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