CN1291253C - 光波导、光源装置、显示装置和配有它们的信息终端 - Google Patents

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Abstract

提供一种光源装置，其发射光的强度分布均匀，光学利用效率高；一种显示装置，其辨认率高并节省能量；和一种信息终端。在与线状光波导的发射面相对的表面上形成反射部。反射部周期地由将从点光源来的光导向入射到线状光波导上的全反射面，允许光反射并使线状光波导导向的光从发射面发射的光析取面，和获取光析取面上发射而不反射的光再次进入线状光波导的再入射面形成。通过改变光析取面和再入射面的尺寸，能将从线状光波导发射的光的强度分布做得均匀。

Description

光波导、光源装置、显示装置和配有它们的信息终端
技术领域
本发明涉及光波导、配有光波导的光源装置、使用光源装置的显示装置和信息终端，特别是涉及具有发射光的强度分布均匀且发射效率高的光波导的光源装置，以及辨认率高且所需电能消耗少的显示装置，和配有它们的信息终端。
背景技术
在显示装置中，液晶显示(LCD)的特点是重量轻、体积薄。因此，LCD已广泛应用为便携式、笔记本式信息处理终端和诸如此类的显示装置，或者用作包括例如便携式电视、电子笔记本、便携式电话和诸如此类此类的信息终端的显示装置。一般在LCD中，通过使用光源装置对显示板照明使信息的辨认率增强。
作为用在LCD中的光源装置，可用的有边缘光型光源装置，其中来自光源的光从变成发射面的片状光波导侧面进入。因为边缘光型光源装置设置在近似棒形的光波导的侧面，所以整个光源装置的厚度能做得差不多等于光波导。因此，边缘光型光源装置能做得比光源设置在片状光波导前表面的垂直型光源装置薄。所以在LCD中已普遍使用边缘光型光源装置。
关于采用边缘光型光源装置，可使用的有点光源，例如发光二极管(LED)之类，或线光源例如冷阴极荧光灯(CCFL)。
图12示出光源装置的结构，其中来自点光源的光被转变成线光源(转变成线状光通量)，然后进入片状光波导。光源装置101由点光源光源102a、102b、线状光波导103和片状光波导104构成。在点光源102a和102b的发光方向上提供有线状光波导103，在线状光波导103的发光方向上提供有片状光波导104。
在线状光波导103中形成有带周期性凹凸结构的反射部105，或者在发射面103c的相对面上的光散射部。另外，在片状光波导104中，形成包含周期性凹凸结构的反射部106，或发射面104的相对面上的光散射部。
从点光源102a和102b发射并从入射面103a和103b进入线状光波导103内部的光在反射部105被反射，结果其转变成线光源并从发射面103c向线状光波导103的外部发射。从线状光波导103发射并从入射面104a进入片状光波导104内部的光，在反射部106被反射，结果其转变成片光源(转变成片状光通量)，其角度变化，并从发射面104c向片状光波导104外部发射。
虽然在图中没有表示，显示装置设置成与片状光波导104的发射面104c相对。顺便说说，光源装置101在给传输型显示装置照明的情况下用作背面光，在给反射型显示装置照明的情况下用作前面光。图12表示采用光源装置101作前面光的结构。
进一步说，图13中表示一种类型的光源装置，其允许由光源(例如CCFL和诸如此类)发射的光直接进入片状光波导。光源装置101由线光源108a和108b、片状光波导104、反射器109a和109b构成。线光源108a和108b设置成与片状光波导104的入射面104a和104b相对。入射面104a和104b被反射器109a和109b连同线光源108a和108b遮盖。
在片状光波导104中，在与发射面104c相对的表面上，形成包含周期性凹凸结构的反射部106或光散射部。
从线光源108a和108b发射的光直接或在反射器109a和109b中反射，此后它进入片状光波导104并在反射部106反射，结果其转变成片光源。
虽然在图中没有表示，显示装置设置成与片状光波导104的发射面104c相对。附带提一下，图13表示是采用光源装置101作背面光的结构。
近年来，对LCD增强辨认率和减少电能消耗的要求日益增多。
在上述边缘光型光源装置中，进入线状光波导或片状光波导的光在转变成线光源或片光源期间，在光波导内部重复反射。这时，光不仅在光波导和光散射部被吸收，而且其一部分返回光波导和反射器，从而在那里被吸收，这就引起光学损失而降低光波导的发射效率。结果产生一个问题是光源装置的光学利用效率降低。顺便提一下，“光波导的发射效率”是指从发射面向光波导外部发射的光量与从入射面入射到光波导的光量之比。再有，“光源装置的光学利用效率”是指为显示装置照明的光量与从光源发射的光量之比。
为解决这个问题，在日本专利公报NO.2002-365439中披露了一种方法，通过修改线状光波导的形状，提高光源装置的光学利用效率。
图14示出这个公报披露的发明结构。光源装置101由点光源102a和102b、线状光波导103和片状光波导104构成。图14A示出光源装置101的简要顶视图和前视图，图14B是线状光波导103的反射部105的放大图。
如图14中所示，在点光源102a和102b的发光方向上设置有线状光波导103，在线状光波导103的发光方向上设置有片状光波导104。
如图14A中所示，光波导103在中心部位的宽度最窄，朝向两个端部则变宽。在线状光波导103中，在与发射面103c相对的表面上形成有反射部105。
如图14B中所示，反射部105的构成包括：全反射面105a，其将光线从点光源102a和102b引导到线状光波导103(换句话说，引导光线而不引起光学损失)；和光析取面105b，其反射进入线状光波导103的光，使其从发射面103c发射。光析取面105b形成近似V形的槽，允许从两个点光源102a和102b入射的光反射。全反射面105a和光析取面105b形成的方法是随着它从线状光波导103的端部向中心靠近而逐渐靠近发射面103c。线状光波导103在发射面103c的中心处宽度最窄，并被形成为朝向两个端部变宽。
在片状光波导104中，提供有包含周期性凹凸部的反射部106，或与发射面104c相对的表面上的光散射部。
从点光源102a和102b入射在线状光波导103上的光在反射部105上反射，在转变成线光源以后，从线状光波导103发射，并从片状光波导104的入射面104a进入片状光波导104。入射在片状光波导104上的光在反射部106上反射。从而转变为片光源，并从发射面104c发。
如上所述，线状光波导103在中心部宽度最窄，向两个端部变宽。因此，从点光源102a和102b入射在线状光波导103的光的主要部分，在到达线状光波导103宽度最窄的中心部以前向线状光波导103外部发射，这使得在线状光波导103上的反射次数减少。结果，在线状光波导103上的光学损失减少，从而提高了光源装置101的光学利用效率。
日本专利公报NO.2001-243822披露了另一种方法，其中改进了片状光波导的反射部的形状，以提供片状光波导的发射效率。
图15示出这个公报中的光源装置的结构。光源装置101由点光源102、线状光波导103和片状光波导104构成。图15A是光源装置101的简要顶视图和简要前视图，图15B是片状光波导104的反射部106的放大图。
如图15A中所示，在点光源102的发光方向上设置有线状光波导103，在线状光波导103的发光方向上设置有片状光波导104。
这里的线状光波导103是楔形。在片状光波导104中，在与发射面104c相对的表面上形成有反射部106。如图15B中所示，反射部106的构成包括：全反射面106a，其对入射在片状光波导104上的光进行引导；光析取面106b，其允许片状光波导104内被引导的光(进入光波导内部而不引起损失)以从发射面发射的途径进行反射；和再入射面106c，其使光析取面106b发射的光再次进入片状光波导104。光析取面106b的倾斜角p和再入射面106c的倾斜角q的关系为p＜q，p＝45至65°，q＝80至90°。
从点光源102发射并入射在线状光波导103上的光，在其由线状光波导103转变成线光源以后，入射在片状光波导上并在反射部106上反射，结果其转变成片光源。
在光源装置101中，片状光波导104从光析取面106b向外部发射的光的一部分，在发射之后立即从再入射面106c再次入射到片状光波导104内部，并在邻接的光析取面106b上反射以后从发射面104发射。结果，在片状光波导中的反射次数减少，片状光波导104中的光学损失降低，因而提高了光源装置101的光学利用效率。
虽然图14中所示的光源装置101试图通过减少在线状光波导103中的反射次数以提高发射效率，但从线状光波导103发射的光的强度分布还不能做得均匀，因为反射次数减少了。也就是说，如图16A中所示，从线状光波导103发射的光的强度分布在接近线状光波导103的两个端部(入射面103a和103b)较强，而接近中心部位则变得较弱。结果从光源装置101发射的光的强度分布的均匀性变差，使用光源装置101的显示装置的辨认率也降低。
此外，同样适用于图15中所示的光源装置101。如图16B中所示，从片状光波导104发射的光的强度分布在接近端部(入射面104a)的部位较强，离开入射面104a则变得较弱。
另一方面，在日本专利公报NO.2001-332112和2002-40420中披露了针对从光波导发射的光的强度分布均匀性的发明。
图17示出这些公报中披露的该发明的结构。光源装置200有楔形反射槽，随着槽离开光源而加深其深度，为的是提高从光波导发射的光的均匀度。这样，在光波导的中心部分，入射在楔形槽上的光量会增加，使从光波导发射的光的强度分布做得均匀。
但是，在这种结构情况下，因为槽的深度受限于槽的间距和槽的角度，在入射在光波导上的光中，几乎平行的光不能有效地在槽上反射。结果，光学损失由于光在光波导内重复反射或光被从与它所入射的入射面相对的入射面发射而变大，致使光源装置的光学利用效率下降。也就是说，从光波导发射的光在利用效率低的状况下才是均匀的，使用这个光波导的显示装置的辨认率也变低。
这样，对于装备常规光源装置的光波导来说，重要的是使发射的光的强度分布均匀和发射效率提高两者兼容。
发明内容
针对上述这些问题完成了本发明，其目的是提供：发射光的发射效率高和强度分布均匀的光波导，装备有这种光波导的光源装置，采用这种装置的显示装置和信息终端。
为达到上述目的，本发明的第一方面提供一种光波导，其特征在于：它把从入射面取得的光从至少提供在邻接入射面的表面上的发射面向外部发射，那里，在与发射面相对的表面上周期地形成：全反射面，其对从入射面入射的入射光进行导向；光析取面，其允许入射光向发射面反射并从发射面发射；和再入射面，其形成在光析取面与全反射面之间并再次取得从光析取面外部发射的光，在那里设定：包含由光析取面和再入射面形成的近似V形的槽的底部并与发射面平行的表面，与邻接V形槽且位于入射面侧的全反射面和光析取面的相交线之间的距离为d，包含V形槽底部的表面，与邻按V形槽且位于入射面的相对侧的全反射面和再入射面的相交线之间的距离为x，与发射面相对的表面具有x/d＜1的区域，以及至少d和x之一能周期地变化，从而使从发射面向外发出的光的强度分布做的均匀。
上述结构中，在与发射面相对的表面上的x/d＜1的区域，优选x-d保持恒定，而d和x变化，以使从发射面发射的光的强度分布做得均匀，或者在与发射面相对的表面上的x/d＜1区域，优选x/d保持恒定，而d和x变化，以使从发射面发射的光的强度分布做得均匀。
因为上述光波导是在发射面相对的表面上以全反射面、光析取面和再入射面周期地形成的，所以不能反射但发射至光析取面的光，能再次从再入射面取入光波导，并导向进入光波导的内部，因而发射效率高。
另外，由光析取面和再入射面形成的近似V形的槽的底部，与邻接V形槽且位于入射面侧的全反射面之间的距离d，以及V形槽底部与邻接V形槽且位于入射面相对侧的全反射面之间的距离x，在配置中是变化的，所以在光不被反射但发射至光析取面以后，从再入射面再次取入光波导内部的光量是可调的。因此，在发射光强度较低的区域，从入射面取入光波导内部的光量增加，从而增加了发射的光量，因此能使发射光的强度分布均匀。这样，能获得发射效率高、强度分布均匀的光波导。
还有，在上述本发明的第一方面的任何一个结构中，优选光波导是线状光波导，其从入射面取得点光源发射的光并从发射面发射线状光，或者是片状光波导，其从入射面取得线光源发射的光并从发射面发射片状光。
上述结构的光波导能有效地将光源发射的光转变成均匀的线光源或片光源。
进一步，为达到上述目的，本发明的第二方面提供一种光源装置，其具有上述本发明的第一方面的任一结构的光波导，并包括允许光入射到入射面的光源。
因为上述结构的光源装置能将光源发射的光有效地从发射面发射出去，所以能量的利用效率高。另外，从发射面发射的光的强度分布均匀。
在上述本发明的第二方面中，优选提供近似片状的反射元件，其邻接全反射面、光析取面和再入射面，并允许光析取面外侧发射的光从全反射面、光析取面和再入射面入射。
根据上述结构，从光析取面泄漏至光波导外部的光中，有一部分不再从入射面入射至光波导的光，能被反射元件反射，转向至光波导的内部。结果是光波导的发射效率提高，能提供有较高光学利用效率的光源装置。
再进一步，为达到上述目的，本发明的第三方面提供一种显示装置，其特征在于：显示信息的显示板被上述本发明第二方面的光源装置照明。
上述结构的显示装置包括能均匀有效地为显示板照明的光源装置。因此，在相同条件下能提供显示信息辨认率高、能量消耗少的显示装置。
在上述本发明的第三方面中，最好将显示板的光入射面和光波导的发射面互相粘合。根据上述结构，光波导和显示板之间的缝隙减少，所以显示装置在体积上能做得薄。
另外，在上述本发明的第三方面中，显示板有包含多个片状元件的层叠结构，光波导最好用作允许光入射到显示板的片状元件。根据上述结构，光波导构成显示板的一部分，所以显示装置在体积上能做得薄。
再进一步，为达到上述目的，本发明的第四方面提供一种信息终端，其包括具有上述本发明第三方面的任一结构的显示装置。根据上述结构的信息终端有高的辨认率并包含耗能少的显示装置，所以，它也是节省能量的信息终端，信息辨认率好，有卓越的适用性。
附图说明
图1A示出根据本发明第一优选实施例的光源装置的结构，所示为光源装置结构的简要顶视图和前视图；
图1B示出图1A中所示的线状光波导的A、B和C的反射部的放大图；
图1C示出片状光波导的反射部的放大图；
图1D示出反射部的各部分的位置关系；
图2A示出配有根据第一实施例的光源的线状光波导反射部的光行为；
图2B示出从线状光波导发射的光的强度分布；
图3A示出根据本发明第二优选实施例的光源装置的结构，所示为光源装置结构的简要顶视图和前视图；
图3B示出图3A中所示的线状光波导的A、B和C的反射部的放大图；
图3C示出片状光波导的反射部的放大图；
图3D示出反射部的各部分的位置关系；
图4A示出配有根据第二实施例的光源的线状光波导反射部的光行为；
图4B示出从线状光波导发射的光的强度分布；
图5A示出根据本发明第三优选实施例的光源装置的结构，所示为光源装置结构的简要顶视图和前视图；
图5B示出图5A中所示的片状光波导的A、B和C部的反射部的放大图；
图5C示出反射部的各部分的位置关系；
图6A示出根据本发明第四优选实施例的光源装置的结构，所示为光源装置结构的简要顶视图和前视图；
图6B示出图6A中所示的片状光波导的A、B和C部的反射部的放大图；
图6C示出图6A中所示的片状光波导的D、E和F部的反射面的放大图；
图7示出根据本发明第五实施例的显示装置的结构图；
图8示出根据本发明第六实施例的显示装置的结构图；
图9示出根据本发明第七实施例的显示装置的结构图；
图10示出根据本发明第八实施例的显示装置的结构图；
图11示出根据本发明第九实施例的显示装置的结构图；
图12示出常规光源装置的结构实例；
图13示出常规光源装置的结构实例；
图14A和14B示出常规光源装置的结构实例；
图15A和15B示出常规光源装置的结构实例；
图16A和16B示出常规光源装置的强度分布；
图17示出常规光源装置的结构实例。
具体实施方式
[第一实施例]
下面将描述本发明的第一实施例。图1示出根据本发明的光源装置的结构。图1A是光源装置1的简要顶视图和前视图，图1B是图1A所示的线状光波导3的A、B和C部中的反射部51的放大图，以及图1C片状光波导4中反射部6的放大图。图1D示出反射部51各部分之间关系图。
光源装置1具有点光源2(2a和2B)、线状光波导31，片状光波导4和反射面71。
每一点光源2a和2b是在光源装置1的光发射区域中足够小的光源，例如，可使用发光二极管LED但不局限于此，可采用小光源如激光二极管(LD)和诸如此类。
关于线状光波导31和片状光波导4的材料，可使用具有高透光度的树脂和玻璃。关于形成这些光波导的材料，最好有尽可能高的透光度。顺便说说，考虑光源装置1的加工方便和节省重量，希望采用树脂来形成，尤其是透光度极好和加工方便的聚碳酸树脂和丙烯树脂。至于光波导的形成方法，除了直接切割树脂和玻璃的切割加工以外，虽然还有使用造型模的压力成型、注塑成型等等，但是当考虑生产率和加工精度时，还是希望使用造型模例如压力成型、注塑成型之类的形成方法。还有，在使用光源装置1作为显示装置背面光的情况下，这些光波导可采用具有对光进行散射而不吸收光的特性的材料。
在线状光波导31中，在与发射面31c相对的表面上形成反射部51。反射部51如图1B所示周期地由如下部分所形成：全反射面51a，其对从点光源入射在线状光波导31上的光进行导向；光析取面51b，其反射经线状光波导31导向的光，使光从发射面31c发射；和再入射面51c，其使光析取面51b上发射但不反射的光再次进入至线状光波导31。
由于再入射面51c的深度x的形成方法是使其小于光析取面的深度d，所以x/d＜1，每一全反射面51a随着其从线状光波导31的两个端部(入射面31a和31b)接近中心部位，都向发射面31c靠近d-x。因此，线状光波导31的形成方法是在中心部位宽度最窄，而向两个端部(入射面31a和31b)变宽。
在本实施例中，因为随着从两个端部(入射面31a和31b)向中心部位接近时，逐渐增加d，而d-x保持不变，所以，随着中心接近，x也增加。因此，如图1B，在靠近线状光波导31中心部位的C部，光析取面51b的深度d和再入射面51c的深度x相同地比A部和B部大。
在片状光波导4中，在与发射面4c相对的表面上形成反射部6。如图1C所示，片状光波导4的反部6周期地有如下部分形成：反射面6a，其引导光入射到片状光波导4上；和光析取面6b，其将光反射使进入片状光波导4的内部的光从发射面4c发射。
反射面71具有高的光反射率，其能由散射反射光的树脂或薄膜形成。更好的是可使用棱镜反射片或诸如此类，其具有允许反射光在垂直于线状光波导31的发射面31c的方向上，从反射部51入射到线状光波导31的功能。
反射面71设置在靠近线状光波导31的反射部51，允许在线状光波导31的光析取面51b上发射但不反射并且不从再反射面51c被取入线状光波导31的光，反射并再次入射到线状光波导31。当反射面71设置成离开线状光波导31的反射部时，这个再反射的效率会降低。因此，最好将反射面71设置成靠近线状光波导31的反射部51，更好的是将反射面71设置成靠近反射部51的一部分(全反射面51a、由全反射面51a和光析取面51b构成的边缘部和由反射面51a和入射面51c构成的边缘部)。
下面将描述上述结构的光源装置1中线状光波导31的反射部51的优选形状。
图1D中所示的角α表示全反射面51a相对于发射面31c的角度。当这个角度大时，再入射面51c的深度x变小，而在邻近线状光波导31的中心部位的再入射面51c中，再次获取光析取面51b上发射而不反射的光进入线状光波导31的效果变小。
另外，当角α小于0°时，每次在全反射面51a上反射的，导入线状光波导31内部的光相对于发射面31c的角度都变小。因此，从点光源2a和2b入射在线状光波导31上的光，在全反射面51a上反射期间不能满足全反射条件，而从线状光波导31向外泄漏(在全反射面51a上反射的光从发射面31c发射，而不通过光析取面51b)。但是，即使当角α小于0°时，如果绝对值小的话，这种现象实际上不产生任何问题。
基于上述原因，角α优选在一1至5°之间，最好为0°。
当光析取面51b相对于发射面31c的角度β太大时，能在光析取面51b中反射的光量变小，从线状光波导31发射的效率变低。还有，当角度β太小时，在光析取面51b中反射的光和发射面31c反射的光构成的角度变大，发射面31c透光性变低，以致从线状光波导31发射的效率变低。基于上述原因，角β优选30至60°，最好是40至50°，以提高从线状光波导31的发射效率。
此外，为了有效地收集线状光波导31从光析取面51b向外泄漏的光，再入射面51c优选靠近光析取面51b。因此，再入射面51c相对于发射面31c的角γ最好较大。但是，当γ大于90°时，在线状光波导31上形成反射部51就变得困难了。基于上述原因，γ优选为60至90°，最好为80至90°。
在本实施例的光源装置1中，在点光源发射光的方向上设置有线状光波导31，在线状光波导31发射的方向上设置有片状光波导4。反射面71设置成靠近线状光波导31的反射部51，如图1A所示。
在上述光源装置1中，从点光源2a和2b发射的光被形成在线状光波导31侧面的反射部51反射，以致它转变成线光源，并入射在片状光波导4上。入射到片状光波导4的光，在与片状光波导的发射面4c相对的表面上形成的反射部6内被反射，并转变成光源。
因为在装有光源装置1的线状光波导31的反射部51中提供有再入射面51c，所以光析取面51b发射的光可再次被获取导入线状光波导31，因此，从线状光波导31发射的效率很高。
另外，在图2A中简要示出图1A所示线状光波导31的A、B和C部中反射部51上的光行为。图2B中示出从装有光源装置1的线状光波导31发射的光的强度分布。
在本发明中，如上所述，在靠近线状光波导31的中心部位的C部中，光析取面51b的深度d和再入射面51c的深度x等量地大于A部和B部。因此，如图2A所示，在靠近线状光波导31的中心部的C部，在光析取面51b上反射并转变成线光源的光量大于A部和B部。再有，在光析取面51b上发射而不反射的光中，在线状光波导31再次从再入射面51c获取的光量也是较大的。
因此，在常规光源装置中，从片状光波导发射的光量的分布变得不平滑，或者其结果是发射的光量变低，而在本发明的光源装置1中，如图2B所示，在线状光波导31的中心部发射的光量较高，并且从线状光波导31发射的光的强度分布也是均匀的。这样，能得到其中发射光的强度分布均匀并且光学利用效率高的光源装置。
顺便提一下，虽然这里线状光波导31的光析取面51b的深度d(由光析取面51b和再入射面51c形成的近似V形槽的底部，与邻接该槽并位于入射面31a侧的全反射面51a之间的距离)和再入射面51c的深度x(形槽的底部与邻接该槽并位于入射面31a相对侧的全反射面51a之间的距离)改变，以致使d-x保持恒定，但不限于此，通过改变至少d或x之任一，能得到相同的效果。
还有，在本实施例中，虽然d和x随着它们从线状光波导31的两个端部(31a和31b)向中心部靠近而逐渐改变，但是，即使只在线状光波导31的一部分改变它们，例如只在邻接线状光波导31的中心部进行改变，也能得到同样的效果。
此外，虽然作为一个示例描述了线状光波导31的形状，其中它的宽度在中心部最窄，朝着两个端部(入射面31a和31b)变宽。但不限于此，即使宽度最窄处不在线状光波导31的中心部，也能得到同样的效果。
另外，在本实施例中，虽然作为一个示例描述了使用两个点光源的结构，但不限于此，即使使用一个点光源的结构，将线状光波导31的形状转变成如图15所示楔形，也能获得如上所述的同样效果。还有，即使采用分别设置的多个点光源而不是点光源2a和2b时，也能得到上述同样的效果。
[第二实施例]
下面将描述本发明的第二优选实施例。图3示出根据本发明的光源装置1。图3A是光源装置1的简要顶视图和前视图，图3B是图3A所示的线状光波导32的A、B和C部中的反射部52的放大图，和图3C是片状光波导4的反射部6的放大图。
与第一实施例类似，光源装置1具有点光源2(2a和2b)、线状光波导32、片状光波导4和反射面72。
点光源2(2a和2b)、片状光波导4、反射面72与第一实施例的相同。尽管线状光波导32与第一实施例的线状光波导31几乎是相同的，但是，本实施例的线状光波导32的反射部52，随着反射部52从两个端部(入射面32a和32b)向中心部靠近，允许d和x逐渐增加，而x/d保持恒定，x/d是再入射面52c的深度x与光析取面52b的深度d之比。
另外，图4A简要示出在图3A所示线状光波导32的A、B和C部的反射部52的光行为。还有，图4B示出从装备光源装置1的线状光波导32发射的光的强度分布。
在本实施例中，如下所述，在靠近线状光波导32的C部中，光析取面52b的深底d和再入射面52c的深度x相同地大于A部和B部。因此，如图4A所示，在靠近线状光波导32的中心部的C部中，光析取面52b上反射并转变成线光源的光量大于A部和B部。再有，在光析取面52b发射而不反射的光中，再次从再入射面52c获取的进入线状光波导32的光量也是较大的。
因此，在常规光源装置中，从片状光波导发射的光量的分布变得不平滑，或者其结果是发射的光量变低，而在根据本发明的光源装置1中，如图4B所示，在线状光波导32的中心部发射的光量变高，并且从线状光波导32发射的光的强度分布也是均匀的。这样，能得到其中发射光的强度分布均匀并且光学利用效率高的光源装置。
顺便提一下，如图3D中所示，由全反射面52a、光析取面52b和再入射面52c的每个面构成的角度与第一实施例的角度相同，每个角度的范围也与第一实施例的范围相同。
这样，根据本实施例的光源装置能得到与第一实施例的光源装置相同效果。
[第三实施例]
下面将描述本发明的第三优选实施例。图5示出根据本实施例的光源装置1。图5A是光源装置1的简要顶视图和前视图，图5B示出图5A所示片状光波导43的A、B和C部中的反射部63的放大图。
光源装置1具有片状光波导43、反射面73、线光源8(8a和8b)和反射器9(9a和9b)。
如图5A中所示，反射面73设置为靠近片状光波导43的反射部63。另外，反射器9a和9b具有与片状光波导近似相同的厚度，提高从线光源8a和8b向片状光波导43发射的光的入射效率。
线光源8a和8b是在片状光波导43的光发射区域中足够小的光源，例如，可使用CCFL，但不限于此，可使用其中将多个紧致光源如LED或诸如此类的光源直线地链接起来。还有，在多个光源直线地链接和配置的情况下，每个紧致光源可彼此重叠配置，或者隔开配置。
关于反射器9的材料，可使用光反射率高的金属、汽化或电镀光反射率高的金属的树脂和诸如此类。关于光反射率高的金属可列举银、铝等等。
在片状光波导43中，在与发射面43c相对的表面上形成反射部63。反射部63具有与第一实施例线状光波导31上形成的反射部51相同的形状。这就是说，如图5B中所示，反射部63周期地有如下部分形成：全反射面63a，其对从线光源8a和8b入射到片状光波导43的光进行导向；光析取面63b，其使导入片状光波导43内部的光反射，从而从发射面43发射；和再入射面63c，其使光析取面63b上发射而不反射的光再次进入片状光波导43。关于片状光波导43的材料和形成方法，它们与第一实施例相同。
由于再入射面63c的深度x的形成方法是使其小于光析取面63b的深度d，所以x/d＜1，全反射面63a随着其从片状光波导43的两个端部(入射面43a和43b)接近中心部位，向发射面43c接近d-x。因此，片状光波导43形成的方法是中心部位的宽度最窄，向两个端部(入射面43a和43b)厚。
在本实施例中，由于随着它们从两个端部(入射面43a和43b)接近中心，d逐渐增加而d-x保持恒定，所以x随着接近中心也逐渐增加。因此，如图5B中所示，在靠近片状光波导43中心的C部中，光析取面63b的深度d和再入射面63c的深度x同样地大于A部和B部。
顺便提一下，如图5C中所示，由全反63a、光析取面63b和再入射面63c的每个表面构成的角度与第一实施例线状光波导31的反射部51的角度相同，每个角度的范围也与第一实施例线状光波导31的反射部51的角度相同。
反射面73设置为靠近片状光波导43的反射面63，在片状光波导43的光析取面63b上不是全反射，而是发射，并且反射片状光波导43中没有从再入射面63c获得的光，从而使其再次入射在片状光波导43上。当反射面73设置成偏离片状光波导43的反射部63时，再进入的效率变低。因此，光反射面73靠近反射部63较好，最好靠近反射部63的一部分(全反射面63a和由全反射面63a和光析取面63b构成的边缘部，以及由全反射面63a和再入射面63c构成的边缘部)。
反射面73具有高的光反射率，其能由散射反射光的树脂或薄膜形成。更好地，可使用棱镜反射片和诸如此类，其具有允许反射的光在垂直于线状光波导43的发射面43c的方向上，从反射部63入射在片状光波导43上的功能。
在上述光源装置1中，从线光源8a和8b发射的光直接被反射，或者由反射器9a和9b反射，此后入射在片状光波导43上。入射到片状光波导43的光在片状光波导43另一表面上形成的反射部63反射，结果转变成片光源。
在本实施例中，片状光波导43提供有与配备第一实施例的线状光波导31所配备的反射部51相同的结构，这样从片状光波导43发射的效率是高的，并且使从片状光波导43发射的光的强度分布做得均匀。
如上所述，能得到发射光的强度分布均匀和光学利用效率高的光源装置。
顺便提一下，上面所获得的效果，不但在与第一实施例的线状光波导31所配备的反射部51相同结构情况下获得的效果可应用于本实施例的片状光波导43的反射部63，而且在例如与第二实施例的线状光波导32所配备的反射部52相同结构的情况下获得效果也可应用于本实施例的反射部63。
[第四实施例]
下面将描述本发明的第四实施例。图6示出根据本发明的光源装置1。图6A示出光源装置1的简要顶视图和前视图，图6B示出图6A中所示的线状光波导31的A、B和C部中的反射部51放大图，图6C示出图6A中所示片状光波导43的D、E和F部中反射部63的放大图。
光源装置1具有点光源2(2a和2b)、线状光波导31、片状光波导43和反射面71和73。
光源2、线状光波导31和反射面71与第一实施例的相同。另外，片状光波导43和反射面73与第三实施例的相同。
在本实施例中，在或者是将点光源2发射的光转变成线状光波导31的线光源，或者是将从线状光波导31发射的光转变成片状光波导43的片光源的情况下，光波导的发射效率高，发射光的强度也做得均匀。
这样，能实现光源装置，其利用效率高于第一和第二实施例中所示光源装置，并且发射光的强度分布均匀。
顺便提一下，虽然作为一个示例描述了使用与第一实施例相同结构的线状光波导31和与第三实施例相同结构的片状光波导43，但也能使用与第二实施例相同结构的线状光波导32。此外，即使片状光波导43的反射面具有与第二实施例的线状光波导32的反射面52相同的结构，也能得到同样的效果。
[第五实施例]
下面将描述本发明的第五优选实施例。图7示出根据本实施例的显示装置11的简要斜视图。显示装置11是包括与第一实施例相同的光源装置1作为前面光的显示装置。
如图7所示，在配备有光源装置1的片状光波导4的发射面4c的发射方向上，提供有反射型液晶板12。反射型液晶板12在与光源装置1的发射面4c相对的基板12a上与光学薄膜层14粘合或固着。
反射型液晶板12包括：第一基板12a，其具有透光电极且本身也是透光的；第二基板12b，其中为每一反射象素电极提供驱动液晶用的开关元件，并具有这样的结构，其中这些反射象素电极和透光电极两者都是相面对(即相反)设置的，液晶插在它们之间。
关于反射型液晶板12，反射型液晶板不但能使用这种有源矩阵型，而且能使用单纯矩阵型。另外，除了在反射型液晶板12中提供反射象素电极的类型以外，可使用以基板12b作透光电极并在反射型液晶板12外表面上提供反射面的反射型液晶板。还有，反射型液晶板12不限于只使用这种类型，而可使用要求辅助光源的其他反射型显示装置，例如电泳显示器。
提供光学薄膜层14，以便用裸眼能辨认显示在反射型液晶板12上的信息，光学薄膜层14由用来仅发射特定偏振分量的偏振层和进行液晶光学补偿的相位差层中至少一层构成。光学薄膜层14的一部分可提供在反射型液晶板12的内部。
在上述显示装置11中，从光源装置1的发射面4c发射的光通过光学薄膜层14，进入反射型液晶板12，在反射型液晶板12的基板12b上形成的反射象素电极中反射。此后，光通过光源装置1并达到观察者16的眼睛。
因为光源装置1与第一实施例的相同，所以从光源装置1发射的光的强度分布是均匀的，并且光学利用效率高。因此，图7中所示根据本发明的显示装置11有高的对反射型液晶板12上的显示信息(字符、图像和诸如此类)的辨认率，并且能量的利用效率高。因此，在点光源2转换能量以便发射光的情况下，能节省电源。
因此，在本实施例中，显示装置11不限于采用与第一实施例相同的光源装置的结构，即使它采用与第二或第三或第四实施例相同的光源装置的结构，也能获得同样的效果。
[第六实施例]
下面将描述本发明的第六优选实施例。图8中所示的是根据本实施例的显示装置11的简要斜视图。显示装置11是包括与第一实施例相同的光源装置作为前面光的显示装置。
如图8中所示，在配备有光源装置1的片状光波导4的发射面4c的发射方向上，提供有反射型液晶板12。在反射型液晶板12中，在配备有光源装置1的片状光波导的发射面12a相对的表面上，粘合或固着有光学薄膜层14。此外，在片状光波导4和光学薄膜层14之间提供有低折射率射层15，其允许片状光波导4和光学薄膜层14粘合或固着。
反射型液晶板12和光学薄膜层14与第五实施例的相同。
低折射率层15最好采用光吸收率低的层。另外，假设片状光波导4的折射率取为n1，光学薄膜层14的折射率为n2，低折射率层15的折射率为n3，结果导向光源装置1的片状光波导4的光在片状光波导4的发射面4c完全反射时，最好选择满足n3＜n1，n3＜n2。就树脂而言，可采用硅系树脂，氟系树脂，丙烯系树脂和诸如此类。
另外，在光学薄膜层14提供在反射型液晶板12内部的情况下，因为低折射率层15提供在光源装置1的片状光波导4与反射型液晶板12之间，当假设片状光波导4的折射率取为n1，反射型液晶板12中的光源装置1的发射面4c的相对表面的折射率为n4，低折射率层15的折射率为n3时，最好使用满足n3＜n1，n3＜n4的材料。
在上述显示装置11中，从光源装置1发射的光通过低折射率层15和光学薄膜层层14，并在反射型液晶板12的基板12b中形成的反射象素电极中反射。在反射象素电极中反射的光，继续再次通过光源装置1的低折射率层15、光学薄膜层14和片状光波导4，到达观察者16的眼睛。
在本实施例中，光源装置1的片状光波导4和光学薄膜层14经低折射率层15粘合或固着，所以光源装置1和反射型液晶板12之间的缝隙减小。也就是说，在低折射率层15未提供的情况下，片状光波导4和光学薄膜层14之间提供有1至2mm的气隙，而在插入低折射率层15的情况下，气隙的厚度变成50至100μm，所以光源装置能在体积上做得薄，此外，显示装置也能在体积上做得薄。
再有，因为光源装置1与根据第一实施例的光源装置相同，所以从光源装置1发射的光的强度分布是均匀的，光学利用效率也高。因此，图7中所示根据本实施例的显示装置11有高的对反射型液晶板12上的显示信息(字符、图像和诸如此类)的辨认率，并且能量利用效率高，此外它是薄型。
顺便提一下，在本实施例中，显示装置11不限于采用与第一实施例相同的光源装置的结构，即使它采用与第二或第三或第四实施例相同的光源装置的结构，也能获得同样的效果。
[第七实施例]
下面将描述本发明的第七优选实施例。图9中所示的是根据本实施例的显示装置11的简要斜视图。显示装置11是包括与第一实施例相同的光源装置作为前面光的显示装置。
如图9中所示，光源装置1的片状光波导4用作基板12a，它与反射型液晶板12的光源装置1的发射面4c相面对。在反射型液晶板内部提供有光学薄膜层14。此外，在光学薄膜层14与用作反射型液晶板12基板的片状光波导4之间，提供有低折射率层15，其允许导向光源装置1的片状光波导的光在片状光波导4的发射面4c中反射。
反射型液晶板12与第五实施例的相同。
提供光学薄膜层14，以便用裸眼能辨认显示在反射型液晶板上的信息，光学薄膜层14由用来仅发射特定偏振分量的偏振层和进行液晶光学补偿的相位差层中的至少一层构成。
低折射率层15最好采用光吸收率低的层。另外，假设片状光波导4的折射率取为n1，光学薄膜层14的折射率为n2，低折射率层15的折射率为n3，以致导向光源装置1的片状光波导4的光在片状光波导4的发射面4c完全反射时，最好选择材料以便满足n3＜n1，nx＜n2。就树脂而言，可采用硅系树脂，氟系树脂，丙烯系树脂和诸如此类。
在上述显示装置11中，从光源装置1发射的光通过低折射率层15和光学薄膜层层14，并在反射型液晶板12的基板12b中形成的反射象素电极中反射。在反射象素电极中反射的光，继续再次通过光源装置1的低折射率层15、光学薄膜层14和片状光波导4，到达观察者16的眼睛。
在本实施例中，反射型液晶板12中因为与光源装置1的光发射面4c相面对的基板12a用作光源装置1的片状光波导4，所以显示装置11的厚度能减小，使体积做薄。
另外，因为光源装置1与根据第一实施例的光源装置相同，所以从光源装置1发射的光的强度分布是均匀的，光学利用效率高。因此，图9中所示根据本实施例的显示装置11有高的对反射型液晶板12上的显示信息(字符、图像和诸如此类)的辨认率，并且能量利用效率高。此外，体积上也薄。
顺便提一下，显示装置11不限于采用与第一实施例相同的光源装置的结构，即使它采用与第二或第三或第四实施例相同的光源装置的结构，也能获得同样的效果。
[第八实施例]
在上述第五至第七实施例中，已描述过显示装置采用光源装置1作为前面光。本发明也能实施采用光源装置1作为背面光的结构的显示装置11。
图10示出根据本发明第八优选实施例的显示装置的斜视图。显示装置11是包括用作背面光的光源装置1结构的显示装置。
如图10中所示，在配备以光源装置1的片状光波导4发射面4c的发射方向上，提供有传输型液晶板13。传输型液晶板13与光学薄膜层14a和14b粘合或固着。
传输型液晶板13包括具有透光电极和本身透光的第一基板13a，和提供有开关元件以驱动液晶的第二基板13b，并且有这样的结构，其中这两个基板的开关元件和透光电极是相对设置的，液晶插在它们之间。关于传输型液晶板13不限于这种有源矩阵型，也可以使用单纯矩阵型传输型液晶板。此外，传输型液晶板13可以是要求其他辅助光源的显示装置。
提供光学薄膜层14a和14b使裸眼能观察显示在传输型液晶板13上的信息(字符、图像和诸如此类)，它们由用来发送特定偏振分量的偏振层和进行液晶光学补偿的相位差层中的至少一层构成。光学薄膜层14a和14b可提供在传输型液晶板13的内部。
在上述结构的显示装置11中，从光源装置1发射的光通过光学薄膜层14a，并入射在传输型液晶板13上。入射在传输型液晶板13上的光继续通过光学薄膜层14b，到达观察者16的眼睛。
在上述显示装置11中，由于光源装置1与根据第一实施例的光源装置相同，从光源装置1发射的光的强度分布是均匀的，并且光学利用效率高。因此，图10中所示根据本实施例的显示装置11，在显示于传输型液晶板13上的信息(字符、图像和诸如此类)的辨认率方面是高的，并且能量利用效率高。
图10中所示根据本实施例的显示装置11不限于采用与第一实施例相同的光源装置的结构，即使它采用与第二或第三或第四实施例相同的光源装置的结构，也能获得同样的效果。
另外，在本实施例中，提供类似于第六实施例的低折射率层15，所以显示装置11的体积能做得薄。还有，类似于第七实施例，在传输型液晶板13中，光源装置1的片状光波导4用作与光源装置1的发射面4c相对的基板，所以显示装置的体积能做得更薄。
 [第九实施例]
下面将描述本发明的第九优选实施例。图11示出根据本实施例的信息终端。信息终端21包括与第一实施例相同的显示装置。顺便说说，信息终端21可以是所提供的任何装置，其包括用来显示可目视辨认的信息例如字符、图像之类的显示装置11。作为信息终端21的例子，可列举便携式电话、电子笔记本、游戏机和诸如此类。
在本实施例中，采用与第五实施例相同结构的显示装置11，能提供信息终端21，其具有高的对显示装置11上的显示信息辨认率，并且能量消耗少。
这个效果不仅能在所采用的显示装置结构包括类似第五实施例的用作前面光的光源装置的情况下得到，而且在类似所采用的显示装置结构包括类似第八实施例的用作背面光的光源装置的情况下，也得获得同样的效果。此外，如果信息终端21的显示装置11能有与第六或第七实施例相同的结构，在显示装置11上的信息显示的辨认率就会变高。而且能提供薄型信息终端21。
顺便提一下，上述各个实施例，都是优选的一个例子，本发明不限于这些实施例。
例如，在上述各实施例中，虽然用于显示装置的光源装置描述为示例，但它能作为一般照明(例如室内照明)。
此外，光源装置不限于电子显示用的照明装置，它也能用作x射线照明用的窥视器、负片照明或手稿映描用的光盒和进一步用作危急照明灯的光源。
从上述说明可明显看出，根据本发明，能提供光波导，配备这种光波导的光，采用这种装置的显示装置和信息终端，其发射效率高，发射光的强度分布均匀。

Claims (9)

1.一种光波导，其中：从入射面获得的光被允许从至少提供在邻接入射面的表面上的发射面向外部发射，所述光波导包括：
全反射面，其允许入射光从所述入射面入射以进行导向；
光析取面，其允许所述入射光向所述发射面反射并从所述发射面发射；和
再入射面，其与所述光析取面形成近似V形的槽，并再次获取从所述光析取面向外部发射的光，
其中，所述全反射面、所述光析取面和所述再入射面周期地形成在与所述发射面相对的表面上，并且其中设：包含所述V形槽底部并与所述发射面平行的表面，与邻接V形槽且位于所述入射面侧的全反射面和所述光析取面的相交线之间的距离为d，包含所述V形槽底部的表面，与邻接V形槽且位于所述入射面的相对侧的所述全反射面和所述再入射面的相交线之间的距离为x，与所述发射面相对的表面具有x/d＜1的区域，以及d和x中至少一个能周期地变化，从而使从所述发射面发射的光的强度分布做的均匀；
其特征在于：在与所述发射面相对的表面上的x/d＜1的区域，x/d保持恒定，而d和x变化，以使从所述发射面发射的光的强度分布做得均匀。
2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于：它是线状光波导，其从所述入射面获取点光源发射的光，并能使光作为线状光从所述发射面发射。
3.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于：它是片状光波导，其从所述入射面获取线光源发射的光，并能使光作为片状光从所述发射面发射。
4.一种光源装置，其具有根据权利要求1所述的光波导，其特征在于：包括允许光在所述入射面上入射的光源。
5.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于：提供近似片状的反射元件，其紧靠所述全反射面、所述光析取面和所述再入射面，并允许从所述光析取面向外部发射的光再次从所述全反射面、所述光析取面和所述再入射面入射。
6.一种显示装置，其特征在于：显示信息的显示板采用根据权利要求4的光源装置照明。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于：所述显示板的光入射面和所述光波导的发射面粘合在一起。
8.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于：所述显示板是包括多个片状元件的层叠结构，并且作为片状元件使所述光波导通过其使光入射到所述显示板。
9.一种信息终端，其特征在于：包括根据权利要求6所述的显示装置。
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