TWI504990B - 面光源裝置及液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI504990B
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Description

面光源裝置及液晶顯示裝置
本發明有關於一種面光源裝置和液晶顯示裝置，特別有關於一種用作液晶顯示器之背光的面光源裝置以及其中使用該面光源裝置的液晶顯示裝置。
近年來，隨著設置有面光源裝置的薄型(low-profile)移動裝置的發展，對於面光源裝置的薄型化的需求日益增加。為了減小面光源裝置的厚度，需要減小導光板的厚度。然而，即使平坦導光板的厚度能夠減小，但是在減小包括LED的光源高度方面仍然存在限制。因此，在使用薄的平坦導光板的情況下，光源的高度大於導光板的端面(光入射表面)的厚度，與導光板的光入射表面相對佈置的光源突出於導光板的上表面之上。當光源突出於導光板之上時，從光源發出的光不是完全入射到導光板的光入射面，光部分洩漏到外部，從而降低了光利用效率。
為了解決以上問題，已經提出使用如下的導光板：其中，在導光板本體的端部處設置有厚度大於平坦導光板本體之厚度的光導引部，並在光導引部中設置有從光導引部的最大厚度點朝導光板本體的端部傾斜的傾斜表面。例如，WO 2010/070821和WO 2008/153024揭露各自使用導光板的面光源裝置。
圖1說明面光源裝置11的實例，在面光源裝置11中使用導光板，該導光板包括比導光板本體厚的光導引部。導光板13包括厚度實質上均勻的導光板本體14以及楔形光導引部15。在導光板本體14的後表面中形成偏向圖案或擴散圖案，在它的表面上形成有柱狀透鏡(lenticular lens)16。在光導引部15中形成傾斜表面17。傾斜表面17從具有光導引部15的最大厚度的點朝導光板本體14的一端傾斜。光導引部15的端面(光入射表面)的厚度大於光源12的高度。在其中使用導光板13的面光源裝置11中，光導引部15的端面厚度大於光源12的高度，進而光導引部15有效地接收從光源12發出的光。由光導引部15接收的光被引導到導光板本體14並以平坦方式被擴展，並且光由偏向圖案或擴散圖案反射，並且從導光板本體14的光出射表面被輸出到外部。此時，從光出射面輸出的光的指向式樣(directional pattern)由柱狀透鏡16擴展。因此，在具有以上結構的面光源裝置中，不僅能夠改善光源的光利用效率，而且能夠達成面光源裝置的薄型化。
然而，對於如圖1所示的在光導引部15中設置有傾斜表面17的面光源裝置11，在光導引部15中向光源12的光學軸傾斜的方向上行進的光由傾斜表面17反射並在圖1中箭頭所示的水平方向(導光板的寬度方向)上被擴展，當從上方觀看導光板本體14時，由該光和光源12的光軸形成的角度增大。結果，由傾斜表面17橫向擴展的光從導光板13的側表面洩漏，或者該光橫向入射到柱狀透鏡16而從柱狀透鏡16洩漏，進而由於光量損失而產生光利用效率下降或者亮度均勻性下降。
圖2是WO 2010/070821中揭露面光源裝置的立體圖。在圖2的面光源裝置21中，在光導引部15的傾斜表面17中設置有彼 此平行的多個V形槽狀防漏光圖案22。該防漏光圖案22減少從傾斜表面17洩漏的光從而改善了光利用效率。然而，同時，與僅設置有傾斜表面17的情況相比，由防漏光圖案22反射的光容易在水平方向上被擴散。因此，光的水平擴展增加，而且光容易從導光板13的側表面洩漏。此外，在導光板13的上表面或下表面中設置有諸如柱狀透鏡之類的光學圖案的情況下，光容易從該光學圖案洩漏。結果，由於光量損失產生了光利用效率下降或者亮度均勻性下降。
針對以上技術問題，已經做出本發明至少一個實施例，並且本發明的目的是在面光源裝置(其中導光板的光導引部包括傾斜表面)中防止光從導光板的側表面或導光板本體的光學圖案洩漏。
根據本發明至少一個實施例的一個態樣，一種面光源裝置，包括：光源；以及導光板，配置為導引經由光入射表面將從該光源發出的光以經由光出射面將該光輸出到外部，其中該光源設置在面向該導光板的該光入射表面的位置，該導光板包括光導引部，該光導引部配置為捕獲從該光源發出並經由該光入射表面入射的光，並且該導光板包括導光板本體，該導光板本體設置為被連續地接合到該光導引部，該導光板本體的厚度係小於該光導引部的最大厚度，被捕獲的光由光出射部經由該光出射表面輸出到外部，該光導引部包括傾斜表面，該傾斜表面位於該導光板的光出射側的表面及其相對表面的至少一個表面中，該傾斜表面從具有厚度大於該導光板本體的厚度的部分中的表面朝該導光板本體的表面的一端傾斜，以及該導光板本體包括指向轉換圖案，該指向轉換圖案是在該導光板的光出射側的表面及其相對表面的至少一個表面中位於該光導引部和該導光板本體的有效照 明區域之間的區域中，該指向轉換圖案轉換從該光導引部向該有效照明區域傳播的光的指向方向，使得當從與該光出射表面正交的方向觀看時，藉由該光的指向方向和與該光入射表面正交的方向形成的角度減小。本文中，光的指向方向不是指單獨的光的方向，而是指光的指向式樣(directional pattern)的最大強度方向。
在本發明至少一個實施例的面光源裝置中，藉由設置在 光導引部和有效照明區域之間的指向轉換圖案，能夠轉換從光導引部向有效照明區域傳播的光的指向方向，使得由光的指向方向以及與光入射表面正交的方向(之後稱作垂直方向)形成的角度減小。因此，在存在柱狀透鏡等的光學圖案的情況下，能夠防止被引導到有效照明區域的光從導光板的側表面和光學圖案洩漏。因此，在該面光源裝置中，能夠提高光利用效率，並且能夠防止亮度均勻性下降。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，該指向 轉換圖案包括多個圖案元件(pattern element)，以及當從與該光出射表面正交的方向觀看時，從與該光入射表面正交的虛擬直線到至少一個圖案元件的在該有效照明區域側的一端的距離係大於從該虛擬直線到該至少一個圖案元件的在該光導引部側的一端的距離，以及該虛擬直線穿過該光源的發射中心。因此，從光源側入射到圖案元件的光由圖案元件反射，這允許被引導到有效照明區域的光的方向接近於該垂直方向。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，當從與該光出射表面正交的方向觀看時，在該虛擬直線的兩側，藉由該圖案元件和該虛擬直線形成的角度隨著與該虛擬直線的距離增大而增大。因此，入射到每個圖案元件的光的方向依據從光源的距離而變化，使 得能夠縮窄由每個圖案元件反射的光的指向式樣。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，當從與該光出射表面正交的方向觀看時，在該虛擬直線的兩側，該等圖案元件彼此平行地配置。因此，在虛擬直線的兩側上之圖案元件係彼此平行，使得能夠簡化用來模製導光板的成型鑄模(molding die)以降低製造成本。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，位於該光導引部和該導光板本體的該有效照明區域之間的區域中的該指向轉換圖案被部分移除，以形成鄰近與該光入射表面正交的虛擬直線的平坦表面，並且該虛擬直線穿過該光源的發射中心。因此，由於該指向轉換圖案，從光源向前發出的光的方向在水平方向上幾乎不彎曲。因此，該指向轉換圖案能夠防止光源前方或附近的亮度降低。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，該指向轉換圖案包括多個圖案元件，以及在與該光入射表面平行的該指向轉換圖案的橫截面中，至少一些圖案元件具有非對稱形狀。因此，因為圖案元件具有非對稱形狀，所以指向轉換圖案的設計自由度增大。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，藉由交替地配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向該多個斜面具有彼此不同的傾斜方向，在與該光入射表面平行的指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的虛擬直線的區域中，在該指向轉換圖的每個斜面中從該導光板的內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀是使得：法線傾斜於該虛擬直線的相對側的每個斜面的寬度總和大於法線傾斜於該虛擬直線一側的每個斜面的寬度總和，並且該虛擬直線穿過該光源的發射中 心。因此，能夠增大對於將反射光的方向轉換為該垂直方向極具貢獻的斜面的面積，進而強化防止光洩漏的效果。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，藉由交 替地配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向的該多個斜面具有彼此不同的傾斜方向，在與該光入射表面平行的指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的虛擬直線的區域中在該指向轉換圖案的每個斜面中從該導光板的內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀是使得：法線傾斜於該虛擬直線的相對側的每個斜面的寬度總和對於法線傾斜於該虛擬直線的相對側的每個斜面的該寬度總和與法線傾斜於該虛擬直線側的每個斜面的寬度總和的總和的比率係大於或等於0.2，並且該虛擬直線穿過該光源的發射中心。因此，與傳統實例相比，光利用效率改善了至少2%。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，藉由交 替地配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向的該多個斜面具有彼此不同的傾斜方向，在與該光入射表面平行的指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的虛擬直線的區域中在該指向轉換圖案的每個斜面中從該導光板的內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀是使得：藉由屬於法線傾斜於該虛擬直線側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的平均角度係大於藉由屬於法線傾斜於該虛擬直線的相對側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的平均角度，並且該虛擬直線穿過該光源的發射中心。因此，能夠增大對於將反射光的方向轉換為該垂直方向極具貢獻的斜面的面 積，進而強化防止光洩漏的效果。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，藉由交 替地配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向的該多個斜面具有彼此不同的傾斜方向，在與該光入射表面平行的指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的虛擬直線的區域中在該指向轉換圖案的每個斜面中從該導光板的內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀是使得：藉由屬於法線傾斜於該虛擬直線的相對側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的平均角度對於藉由屬於法線傾斜於該虛擬直線的所述相對側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的該平均角度以及藉由屬於法線傾斜於該虛擬直線側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的平均角度之和的比率係大於或等於0.25，並且該虛擬直線穿過該光源的發射中心。因此，與傳統實例相比，光利用效率改善了至少2%。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，該指向 轉換圖案包括具有V形槽形狀的多個圖案元件。因此，簡化了指向轉換圖案的結構。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，彼此相 鄰的該圖案元件之間的頂角是在從50°到140°的範圍。這是因為當彼此相鄰的圖案元件之間的頂角是小於50°或大於140°時光利用效率可能減小。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，在該光 導引部中設置有光擴散圖案，該光擴散圖案用於將經由該光入射表面入射的光在該導光板的寬度方向上擴展。對於設置光擴散圖案的位置 沒有特別的限制。例如，光擴散圖案可以設置在光導引部的上表面和下表面中、是傾斜表面的上表面或下表面中、以及光入射表面中。因此，從光入射表面進入光導引部的光由光擴散圖案橫向擴展，以及由指向轉換圖案轉換為該垂直方向。藉由將光發送到導光板的側面附近，強化導光板邊緣處的亮度。同時，光的方向與該垂直方向對準，而難以從該導光板的側面或柱狀透鏡的光學圖案洩漏。因此，能夠達成亮度均勻性和光利用效率的改善。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，光出射 表面形成為柱狀透鏡形狀。因此，從光出射表面輸出的光的指向式樣能夠藉由柱狀透鏡形狀而被橫向擴展。
在根據本發明至少一個實施例的面光源裝置中，在面向 該光入射表面的位置中以間隔P佈置與該光源相同的多個光源，以及該指向轉換圖案存在於位置是在到該光源的光出射側上端面的距離小於或等於P/[2‧arcsin(1/n)]之距離的區域中，其中n是該導光板的折射率。這是因為，當形成有指向轉換圖案的區域從光源的光出射側的端面延伸超過P/[2‧arcsin(1/n)]時，從某個光源發出的光進入到相鄰光源前方的區域從而減小光利用效率。
根據本發明至少一個實施例的液晶顯示裝置包括：根據 本發明至少一個實施例的面光源裝置以及液晶面板。因為在該液晶顯示裝置中使用根據本發明至少一個實施例的面光源裝置，所以在該液晶顯示裝置中能夠增強光利用效率，而且能夠防止亮度均勻性下降。
在本發明至少一個實施例中用於解決所述問題的手段 具有上述組件能夠適當組合的特徵，而且藉由這些組件的組合能夠對本發明進行多種變化。
11‧‧‧面光源裝置
12‧‧‧光源
13‧‧‧導光板
14‧‧‧導光板本體
15‧‧‧光導引部
16‧‧‧柱狀透鏡
17‧‧‧傾斜表面
21‧‧‧面光源裝置
22‧‧‧V形槽狀防漏光圖案
31‧‧‧面光源裝置
32‧‧‧光源
33‧‧‧導光板
34‧‧‧導光板本體
35‧‧‧光導引部
36‧‧‧柱狀透鏡
37‧‧‧傾斜表面
38‧‧‧光入射表面
39‧‧‧光出射表面
40‧‧‧指向轉換圖案
40a‧‧‧圖案元件
41‧‧‧LED
42‧‧‧透明密封樹脂
43‧‧‧白色樹脂
44‧‧‧光出射窗
45‧‧‧光出射部
46‧‧‧有效照明區域
47‧‧‧圖案形成區域
48‧‧‧面光源裝置
49‧‧‧面光源裝置
50a‧‧‧斜面
50b‧‧‧斜面
51‧‧‧指向
52‧‧‧指向
61‧‧‧面光源裝置
62‧‧‧平坦表面
71‧‧‧面光源裝置
72‧‧‧光擴散圖案
72a‧‧‧V形槽
73‧‧‧面光源裝置
81‧‧‧面光源裝置
82‧‧‧光擴散圖案
91‧‧‧面光源裝置
92‧‧‧突出部
93‧‧‧光擴散圖案
95‧‧‧反向傾斜部
101‧‧‧面光源裝置
111‧‧‧面光源裝置
121‧‧‧液晶顯示裝置
122‧‧‧擴散板
123‧‧‧棱鏡片
124‧‧‧液晶面板
125‧‧‧反射片
C‧‧‧光學軸
C’‧‧‧正交線
D1‧‧‧寬度
D11‧‧‧寬度
D12‧‧‧寬度
D13‧‧‧寬度
D2‧‧‧寬度
D21‧‧‧寬度
D22‧‧‧寬度
D23‧‧‧寬度
G‧‧‧長度
g‧‧‧水平擴展
H‧‧‧高度
K‧‧‧長度
L1‧‧‧光
L2‧‧‧光
N‧‧‧法線
P‧‧‧間隔
R1‧‧‧球形表面
R2‧‧‧圓圈
S‧‧‧距離
T‧‧‧厚度
T’‧‧‧高度
t‧‧‧厚度
W‧‧‧寬度
圖1是說明傳統面光源裝置的立體圖；圖2是WO 2010/070821中揭露的面光源裝置的立體圖；圖3是說明根據本發明第一實施例的面光源裝置的立體圖圖4A是圖3中面光源裝置的平面圖；圖4B是沿著圖4A中的X-X線截取的放大剖視圖，並且說明了柱狀透鏡的橫截面形狀；圖5是圖3中面光源裝置的示意性剖視圖；圖6是說明在與光入射表面平行的截面中的指向轉換圖案以及具有放大形式的一部分指向轉換圖案的形狀的剖視圖；圖7A和7B是說明指向轉換圖案的作用的說明性視圖；圖8A是說明在圖1的傳統實例中從與導光板的光入射表面正交的方向上觀看時光引導指向的視圖；圖8B是說明在本發明第一實施例中從與導光板的光入射表面正交的方向觀看時光引導指向的視圖；圖9是說明指向轉換圖案的(朝外法線的寬度總和)/(朝外法線的寬度總和+朝內法線的寬度總和)與光利用效率的改善率之間的關係的視圖；圖10是說明指向轉換圖案的(朝外法線的平均角度)/(朝外法線的平均角度+朝內法線的平均角度)與光利用效率的改善率之間的關係的視圖；圖11是說明用來獲得朝外法線或朝內法線的寬度總和以及朝外法線或朝內法線的平均角度的方法的視圖； 圖12是說明指向轉換圖案的頂角θ與導光板的光利用效率的改善率之間的關係的視圖；圖13是說明指向轉換圖案的平均開口角度與光利用效率的改善率之間的關係的視圖；圖14是說明指向轉換圖案的平均開口角度的視圖；圖15A至15E是說明不同指向轉換圖案的每一個中在與光入射表面平行的截面中的形狀的剖視圖；圖16A至16D是說明其中形成有指向轉換圖案的各圖案形成區域的各種形狀的示意圖；圖17是說明根據本發明第一實施例的變型的面光源裝置的平面圖；圖18是說明根據本發明第一實施例的另一變型的面光源裝置的立體圖；圖19是說明根據本發明第二實施例的面光源裝置的立體圖；圖20是圖19中的面光源裝置的平面圖；圖21是說明在與光入射表面平行的截面中指向轉換圖案以及具有放大形式的一部分指向轉換圖案的形狀的剖視圖；圖22A至22C是說明其中形成有指向轉換圖案的各圖案形成區域的各種形狀的示意圖；圖23是說明根據本發明第三實施例的面光源裝置的立體圖；圖24A是圖23中面光源裝置的平面圖；圖24B是沿著圖24A中的Y-Y線截取的剖視圖，並說明了光擴散圖案的橫截面形狀；圖25是說明根據本發明第三實施例的變型的面光源裝置的立體 圖；圖26是說明根據本發明第四實施例的面光源裝置的平面圖；圖27是以放大形式說明圖26的面光源裝置中光導引部的一部分的放大立體圖；圖28是說明根據本發明第五實施例的面光源裝置的立體圖；圖29是說明根據本發明第五實施例的變型的面光源裝置的立體圖；圖30A至30C是說明導光板的各種模式的示意性側視圖；圖31A至31C是說明導光板的各種模式的示意性側視圖；圖32A至32C是說明導光板的各種模式的示意性側視圖；圖33A至33C是說明導光板的各種模式的示意性側視圖；圖34是說明根據本發明第六實施例的面光源裝置的平面圖；圖35A、35B和35C是說明根據本發明第七實施例的面光源裝置的側視圖、平面圖和仰視圖；以及圖36是說明根據本發明第八實施例的液晶顯示裝置的剖視圖。
之後，將參照附圖詳細描述本發明的較佳實施例。然而，本發明不限於以下的實施例，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以進行各種設計變化。
(第一實施例)
以下將參照圖3到7B描述根據本發明第一實施例的面光源裝置31。圖3是說明第一實施例的面光源裝置31的立體圖，圖4A是面光源裝置31的平面圖。圖4B是沿著圖4A中的X-X線截取的剖視圖，並說明設置在導光板33的表面中的柱狀透鏡36的截面。圖5是沿著 面光源裝置31的縱長方向(與光入射表面38正交的方向)的示意性剖視圖，並說明導光板33中光線的行為(behavior)。圖6是說明在與導光板33的光入射表面38平行的截面中指向轉換圖案40的截面的視圖，並且還以放大形式說明指向轉換圖案40的一部分。圖7A和7B說明由指向轉換圖案反射的光的行為。
面光源裝置31包括點光源32(光源)和導光板33。該點 光源32設置有一個或多個LED，並發出白光。如圖5所示，LED 41密封在透明密封樹脂42中，除了前表面之外該透明密封樹脂42以白色樹脂43覆蓋，透明密封樹脂42從白色樹脂43露出的前表面構成光出射窗44(發射表面)。該點光源32比導光板33的寬度小，該點光源32被稱作點光源而冷陰極管被稱作線性光源。
在導光板33中，光導引部35設置在薄板狀導光板本體 34的端面中，以便連續地接合到導光板本體34。使用高折射率透明樹脂(諸如是丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂(PC)、環烯基材料以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))來一體形成該導光板33。
該光導引部35是導光板33中厚的、實質上是楔形的部 分，以及點光源32配置為面向作為光導引部35的端面的光入表射面38的一部分。光導引部35的端面之厚度T等於或大於光出射窗44的高度H，以及因而從點光源32發出的光有效地從光入射表面38入射到光導引部35，從而增強面光源裝置31的光利用效率。
在光導引部35的上表面(在導光板本體34的光出射表面 39的相同側的表面)中形成有傾斜表面37。傾斜表面37從光入射表面38附近具有最大厚度的部分朝導光板本體34的一端傾斜。帶狀(band-like)傾斜表面37從導光板33的一側邊緣向另一側邊緣延伸。在 第一實施例的面光源裝置31中，平滑地形成了傾斜表面37。
導光板本體34構成導光板33的大部分。導光板本體34的厚度小於光導引部35的最大厚度T，藉此達成導光板33的薄型化。導光板本體34具有其中表面和後表面彼此平行的平板形狀，並且導光板本體34具有實質上均勻的厚度。如圖4A所示，導光板本體34的大部分構成一有效照明區域46，以及與光導引部35相鄰的端部區域構成一圖案形成區域47。
有效照明區域46是從中輸出具有均勻亮度的光的區域，以及有效照明區域46與層疊在面光源裝置31上的液晶面板的顯示區域相對應。有效照明區域46的上表面構成光出射表面39，以及柱狀透鏡36被模製在有效照明區域46的光出射表面39中。如圖4A和4B所示，在柱狀透鏡36中，凸透鏡橫向配置同時在平行於導光板本體34的縱長方向延伸，以及該透鏡表面配置在寬度方向上。該柱狀透鏡橫向擴展從光出射表面39輸出的光的指向式樣。在有效照明區域46中光出射表面39的相對表面(下表面)中設置有光出射部45。在圖5中，說明了三角槽狀圖案作為光出射部45。可替代地，例如，可以使用藉由噴砂(sandblasting)形成的圖案、使用擴散墨水藉由照片沖印形成的圖案、衍射光柵圖案以及任意不規則圖案作為光出射部45。該光出射部45可以設置在導光板本體34的光出射表面39中，或者可以設置在光出射表面39以及該光出射表面39的相對表面的兩者中。
圖案形成區域47位於導光板本體34的端部中，並且是位於光導引部35的該端(傾斜表面37的下端)和有效照明區域46的該端之間的帶狀區域。指向轉換圖案40設置在圖案形成區域47的上表面和/或下表面中。如圖4A和6所示，在指向轉換圖案40中以輻射狀 (radially)配置具有V形槽形狀的多個圖案元件40a。當從與光出射表面39正交的方向上觀看時，每個圖案元件40a穿過點光源32的發射中心，並且相對於與光入射表面38正交的虛擬直線(之後，稱作點光源32的光學軸C)而傾斜，以及圖案元件40a的傾斜方向相對於光學軸C的兩側而彼此相對。在每個圖案元件40a中，與光學軸C的角度隨著與光學軸C的距離增大而逐漸增大。
如圖6所示，藉由兩個斜面來構成每個圖案元件40a，在這兩個斜面中，在與光入射表面38平行的橫截面中傾斜角度與傾斜方向兩者均彼此不同，並且圖案元件40a具有非對稱V形槽形狀。因此，在指向轉換圖案40中交替配置具有不同傾斜方向的斜面。
指向轉換圖案40的橫截面形狀具有如下特徵。在與光入射表面38平行的橫截面中，假設在每個圖案元件40a的斜面中從導光板33的內部朝外繪製一法線N，在法線N傾斜於正交線C’(與光學軸C垂直)的相對側的每個斜面50b的寬度D2的總和係大於法線N傾斜於正交線C’該側的每個斜面50a的寬度D1的總和。此時，在光學軸C的右側區域和左側區域中，分別計算斜面50b的寬度D2的總和以及斜面50a的寬度D1的總和中的每一個，並且在光學軸C的兩側，斜面50b的寬度D2的總和係大於斜面50a的寬度D1的總和。特別地，在圖6的實例中，對於在任意點彼此相鄰的兩個斜面50a和50b而言，在法線N傾斜於正交線C’的相對側的斜面50b的寬度D2係大於法線N傾斜於正交線C’的該側的斜面50a的寬度D1。
也可以將指向轉換圖案40的橫截面形狀的特徵表示如下。藉由正交線C’和傾斜於正交線C’的該側的斜面50a的法線N形成的每個角度α(或者斜面50a的傾斜角度)的平均角度係大於藉由正交線C’ 和傾斜於正交線C’的該側的斜面50b的法線N形成的每個角度β(或者斜面50b的傾斜角度)的平均角度。如本文所使用的，藉由正交線C’和傾斜於正交線C’的該側的斜度50a的法線N形成的每個角度α的平均角度藉由如下方式定義(參見圖14)：Σαi ×D 1i /ΣD 1i
其中，αi是藉由正交線C’和傾斜於正交線C’的該側的斜面50a的法線N形成的角度，以及D1i是每個斜面50a(i是添加到每個斜面50a的索引)的寬度。相對於光學軸C的右側或左側區域中的斜面50a計算分母和分子的總和。類似地，藉由正交線C’和傾斜於正交線C’的相對側的斜度50b的法線N形成的每個角度β的平均角度藉由如下方式定義(參見圖14)：Σβj ×D 2j /ΣD 2j
其中，βj是藉由正交線C’和傾斜於正交線C’的相對側的斜面50b的法線N形成的角度，以及D2j是每個斜面50b(j是添加到每個斜面50b的索引)的寬度。相對於光學軸C的右側或左側區域中的斜面50b計算分母和分子的總和。在光學軸C的右側和左側區域每一個區域中相互比較平均角度的大小。特別地，在圖6的實例中，對於在任意點彼此相鄰的兩個斜面50a和50b而言，藉由正交線C’和傾斜於正交線C’的該側的法線N形成的角度α係大於藉由正交線C’和傾斜於正交線C’的相對側的法線N形成的角度β。
在附圖中，為了方便的目的粗略地繪製了諸如柱狀透鏡36和指向轉換圖案40的光學圖案。然而，實際上光學圖案是精密地形成的，具有微米級精度。
在面光源裝置31中，如圖5中的箭頭所指示的，從點光 源32發出的光經由光入射表面38入射到光導引部35，光由光導引部35的上表面或下表面反射或者穿過光導引部35，並且光被引入到薄的導光板本體34。引導到導光板本體34的光被導光板本體34引導同時由指向轉換圖案40、柱狀透鏡36以及導光板本體34的下表面反射。然後，光由光出射部45反射或擴散，並實質上均勻地從光出射表面39輸出。
此時，如圖3和4所示，入射到指向轉換圖案40的光L2由指向轉換圖案40反射並彎曲，以便接近於與光學軸C平行的方向，即光由指向轉換圖案40轉換，使得盡可能減小與光學軸C之間的角度。圖7A和7B是說明由指向轉換圖案40反射的光L2的行為的視圖，其中圖7A是說明當從上方觀看導光板33時光L2的行為的視圖，圖7B是說明在與光入射表面38正交的方向上(從點光源側)觀看光L2時光L2的行為的視圖。
如圖7A和7B中的虛線所示，在圖案元件40a配置為與光學軸C平行的情況，因為由斜面50b反射的光L1被橫向擴展，所以光L1可能從導光板33的側面或者柱狀透鏡36洩漏。
另一方面，在第一實施例的面光源裝置31中，如圖7A和7B中的實線所示，指向轉換圖案40配置為傾斜於光學軸C。因此，光L2由圖案元件40a的斜面50b反射，以便當從上方觀看時光L2接近於與光學軸C平行的方向，並且光L2係向前定向。結果是，在第一實施例的面光源裝置31中，由圖案元件40a反射的光幾乎不會到達導光板33的側面，並且難以從橫向方向上入射到柱狀透鏡36。因此，能夠減小從導光板33的側面或者柱狀透鏡36洩漏的光，以增強光利用效率，並且能夠提高面光源裝置31的亮度。
此外，在第一實施例的指向轉換圖案40中，藉由圖案元 件40a和光學軸C形成的角度隨著與光學軸C的距離增大而增大。在從點光源32入射到圖案元件40a的光中，與圖案元件40a的長度方向的角度隨著與光學軸C的距離增大而增大。因此，藉由圖案元件40a和光學軸C形成的角度隨著與光學軸C的距離增大而增大，這允許光被向前彎曲，而和與光學軸C的距離無關。
然而，在本發明的效果中，由指向轉換圖案40反射的光 在與光學軸C平行的方向上沒有全部彎曲。由指向轉換圖案40反射的光的整個指向式樣，尤其是光的最大亮度方向係轉換為定向朝向與光學軸C平行的方向。
圖8A是說明在導光板本體14(圖1中的傳統實例)中沒有 設置指向轉換圖案的情況下從與導光板13的光入射表面正交的方向上觀看時光引導指向的視圖。圖8B是說明在導光板本體34中設置了指向轉換圖案40的情況(第一實施例)從與導光板33的光入射表面38正交的方向觀看時光引導指向的視圖。在圖8A和8B中，R1表示具有半徑為1的球面，以及R2表示一圓圈，該圓圈是與相對於光學軸C的反射的臨界角arcsin(1/n)(其中，n是導光板的折射率)具有相同角度的圓錐與球形表面R1相交而形成的。在WO 2010/070821和WO 2008/153024中詳細揭露光引導指向(指向式樣)。
在圖8A和8B中，指向51指示緊接著在光入射到光導引部15和35之後光的指向式樣。在圖8A中，指向52指示由光導引部15的傾斜表面17反射的光的指向式樣。在圖8B中，指向52指示由光導引部35的傾斜表面37反射並進一步由指向轉換圖案40反射的光的指向式樣。當該指向是位於圓圈R2之外的區域中時，光從導光板的側面或者柱狀透鏡洩漏。因此，在圖8A的傳統實例的指向式樣中，存在相當大量的 光從導光板13(陰影區域)洩漏。另一方面，在設置了指向轉換圖案40的面光源裝置31中，指向轉換圖案40反射光以將指向52向內拉。因此，如圖8B中的陰影所示，從圓圈R2擴展出去的光量減小，而且從導光板33洩漏的光減少。
在第一實施例的面光源裝置31中，如圖6所示，在指向 轉換圖案40中法線傾斜於正交線C’的相對側的每個斜面50b的寬度的總和係大於法線傾斜於正交線C’的該側的每個斜面50a的寬度的總和。因此，能夠增大如圖7所示將光朝向與光學軸C平行的方向反射的表面(斜面50b)的面積，以強化將光的指向式樣轉換成與光學軸C平行的方向的效果。
能夠在本發明的實施例中設定較寬鬆的條件。圖9是說明指向轉換圖案的(朝外法線的寬度總和)/(朝外法線的寬度總和+朝內法線的寬度總和)與光利用效率的改善率之間的關係的視圖。參見圖11，在與光入射表面38平行的橫截面中，假設在每個圖案元件40a的斜面中從導光板33的內部朝向外繪製法線N，朝外法線是指傾斜於正交線C’(與光學軸C垂直)的相對側的法線N。朝外法線的寬度是指具有朝外法線的斜面50b的寬度D2。參見圖11，在與光入射表面38平行的橫截面中，假設在每個圖案元件40a的斜面中從導光板33的內部朝向外繪製法線N，朝內法線是指傾斜於正交線C’(與光學軸C垂直)的該側的法線N。朝內法線的寬度是指具有朝內法線的斜面50a的寬度D1。
因此，參見圖11，藉由將朝外法線的寬度D21、D22、......相加而獲得朝外法線的寬度總和，即，在光學軸C的右側和左側區域之一中的D21+D22+......。類似地，藉由將朝內法線的寬度D11、D12、......相加而獲得朝內法線的寬度總和，即，在光學軸C的右側和左側區域之 一中的D11+D12+......。
如從圖9可以看到的，當指向轉換圖案的(朝外法線的寬 度總和)/(朝外法線的寬度總和+朝內法線的寬度總和)大於或等於0.1時，與傳統實例相比，確認改善光利用效率的效果。當(朝外法線的寬度總和)/(朝外法線的寬度總和+朝內法線的寬度總和)大於或等於0.2時，指向轉換圖案具有實際價值，因為與傳統實例相比獲得了至少2%的改善光利用效率的效果。如從圖9可以看到的，當(朝外法線的寬度總和)/(朝外法線的寬度總和+朝內法線的寬度總和)大於或等於0.5時，即，當朝外法線的寬度總和大於朝內法線的寬度總和時，獲得了改善光利用效率的高效果。特別地，當(朝外法線的寬度總和)/(朝外法線的寬度總和+朝內法線的寬度總和)為0.75時，係獲得最高效果。
圖10是說明指向轉換圖案的(朝外法線的平均角度)/(朝 外法線的平均角度+朝內法線的平均角度)與光利用效率的改善率之間的關係的視圖。參見圖11，藉由如下方式來定義朝外法線的平均角度：(β1×D21+β2×D22+...)/(D21+D22+...)
其中，β1、β2，......是在與光入射表面38平行的橫截面中及在光學軸C的右側和左側區域之一中藉由朝外法線和正交線C’形成的每個角度，D21、D22、......是具有朝外法線的斜面的寬度。類似地，藉由如下方式來定義朝內法線的平均角度：(α1×D11+α2×D12+...)/(D11+D12+...)
其中，α1、α2，......是在與光入射表面38平行的橫截面中及在光學軸C的右側和左側區域之一中藉由朝內法線和正交線C’形成的每個角度，D11、D12、......是具有朝內法線的斜面的寬度。
如從圖10可以看到的，當指向轉換圖案的(朝外法線的平 均角度)/(朝外法線的平均角度+朝內法線的平均角度)大於或等於0.2時，與傳統實例相比，確認改善光利用效率的效果。當(朝外法線的平均角度)/(朝外法線的平均角度+朝內法線的平均角度)大於或等於0.25時，指向轉換圖案具有實際價值，因為與傳統實例相比獲得了至少2%的改善光利用效率的效果。如從圖10可以看到的，當(朝外法線的平均角度)/(朝外法線的平均角度+朝內法線的平均角度)大於或等於0.5時，即當朝外法線的平均角度大於朝內法線的平均角度時，獲得了改善光利用效率的高效果。特別地，當朝外法線的平均角度)/(朝外法線的平均角度+朝內法線的平均角度)是大約0.7時，係獲得最高效果。
期望的是，在指向轉換圖案40中由彼此相鄰的圖案元件 40a形成的頂角θ(參見圖6)的範圍是從50°到140°。圖12說明了這一原因的模擬結果。參見圖12，當在具有圖6所示形狀的指向轉換圖案40中頂角在15°到170°的範圍內變化時，檢查光利用效率變化了多少。在圖12中，水平軸表示指向轉換圖案40的頂角θ，垂直軸表示光利用效率的改善率。光利用效率的改善率表示從光出射表面39輸出的光在從光入射表面38入射的光中的比率，並且基於圖1中傳統實例的光利用效率(100%)來表示光利用效率的改善率。如從圖12可以看到的，在指向轉換圖案40的頂角θ小於或等於180°的實質上整個區域內改善光利用效率的效果，並且在90°的頂角θ處獲得最高效果。特別地，指向轉換圖案40具有實際價值，因為當頂角θ的範圍是從50°到140°時，獲得至少2%的改善光利用效率的效果。因此，期望指向轉換圖案40的頂角θ的範圍是從50°到140°。
圖13說明具有圖6所示形狀的指向轉換圖案40的平均開 口角度與光利用效率的改善率之間的關係的模擬結果。如圖14所示， 當在與導光板33的光出射表面39正交的方向上觀看的指向轉換圖案40被劃分成相對於光學軸C的右側和左側區域時，藉由傾斜度ψ1、ψ2、ψ3、......的算術平均而獲得指向轉換圖案40的平均開口角度，傾斜度ψ1、ψ2、ψ3、......中的每一個是藉由圖案元件40a的延伸方向和光學軸C在右側和左側區域中形成的。如從圖13可以看到的，在光學軸C的右側和左側區域的兩個區域中，當指向轉換圖案40的平均開口角度小於或等於60°時，獲得了改善光利用效率的效果。特別地，指向轉換圖案40具有實際價值，因為當平均開口角度的範圍是從5°到55°時，獲得了至少2%的光利用效率的改善率，因此，指向轉換圖案40的平均開口角度期望是在從5°到55°的範圍內。
在光學軸C兩側上傾斜配置指向轉換圖案40是唯一必要 的。因此，對於指向轉換圖案40的橫截面形狀沒有特別的限制。例如，如圖15A所示，可以將具有非對稱截面形狀的圖案元件40a重複配置在右側和左側區域中。在圖15B中，具有非對稱截面形狀的圖案元件40a配置在右側和左側區域中同時逐漸變形。如圖15C所示，可以重複配置具有對稱的V形槽截面形狀的圖案元件40a。如圖15D所示，指向轉換圖案40的頂部可以彎曲，或者如圖15E所示，可以配置具有多邊形截面形狀的圖案元件40a。
設置有指向轉換圖案40的區域(圖案形成區域47)可以有 各種形狀。例如，如圖16A所示，指向轉換圖案40可以不設置在點光源32的光幾乎不會到達的點光源側的邊角部。如圖16B所示，在點光源側的邊角部，可以將不存在指向轉換圖案40的區域增大以形成梯形的圖案形成區域47。在圖16C中，在圖案形成區域47中，位於點光源32的相對側的邊緣係突出到點光源32的相對側。如圖16D所示，在圖案形成區 域47中，位於點光源32的相對側的邊緣可以凹陷到點光源側。
(變型)
圖17是說明根據本發明第一實施例的變型的面光源裝置48的平面圖。在點光源32的光學軸C兩側，指向轉換圖案40的圖案元件40a可以彼此平行。即，在面光源裝置48中，指向轉換圖案40的圖案元件40a係傾斜的，以便在點光源32的光學軸C的兩側上相對於光學軸C相對地定向。在光學軸C的右半部分的圖案元件40a彼係此平行，在左半部分的圖案元件40a係彼此平行。
即使圖案元件40a彼此平行，也能夠減少光洩漏，因為 由指向轉換圖案40反射的光的指向式樣能夠被轉換成與光學軸C平行的方向。當圖案元件40a彼此平行時，容易製造指向轉換圖案40。特別地，當藉由切割在鑄模中形成用於模製指向轉換圖案40的反向圖案時，容易製造鑄模。
圖18是說明根據本發明第一實施例的另一變型的面光 源裝置49的立體圖。如在面光源裝置49中，可以取消柱狀透鏡36，以及有效照明區域46的光出射表面39可以是平滑的。即使取消了柱狀透鏡36，也能夠有利地減少從側面的光洩漏。
(第二實施例)
圖19是說明根據本發明第二實施例的面光源裝置61的立體圖。圖20是面光源裝置61的平面圖。圖21說明在與光入射表面38平行的橫截面中指向轉換圖案40的橫截面形狀。圖21亦以放大形式說明指向轉換圖案40的一部分。
在第二實施例的面光源裝置61中，指向轉換圖案40被部分移除以形成鄰近點光源32的光學軸C的平坦表面62。特別地，在圖19 和20的實例中，設置有三角形平坦表面62，以便該表面被夾設在右側和左側的指向轉換圖案40之間。
根據第二實施例的結構，藉由位於該兩側的指向轉換圖 案40，能夠減少從導光板33的側面或柱狀透鏡36的光洩漏。此外，由於在點光源32的前方部分移除指向轉換圖案40，所以如圖20中的虛線所示，能夠增加發送到點光源32的前方的光量。光藉由指向轉換圖案40橫向擴展，以減少發送到點光源32的前方的光量，其允許防止位於點光源32前方的部分中的暗部。
指向轉換圖案40被移除的部分(平坦表面62)的形狀不是 限制於如圖19和20所示的三角形狀。例如，如圖22A所示，五角形的指向轉換圖案40可以被移除，如圖22B所示，矩形的指向轉換圖案40可以被移除，如圖22C所示，梯形的指向轉換圖案40可以被移除。
(第三實施例)
圖23是說明根據本發明第三實施例的面光源裝置71的立體圖。圖24A是面光源裝置71的平面圖。圖24B是沿著圖24A中的Y-Y線截取的剖視圖。
在第三實施例的面光源裝置71中，在光導引部35的上表面和/或下表面中形成有用來橫向擴展反射光的指向的光擴散圖案72。如圖24B所示，藉由配置彼此平行的垂直延伸的V形槽72a可以形成光擴散圖案72，或者光擴散圖案72可以是具有柱狀透鏡形狀或隨機形狀的圖案。在第三實施例的結構中，光被發送到導光板33的側表面方向同時由光擴散圖案72橫向擴展，藉此防止光出射表面39的側邊緣部變暗。此外，被發送到側表面方向的光的指向式樣由指向轉換圖案40轉換成與光學軸C平行的方向，使得光幾乎不會從導光板33的側面或柱狀 透鏡36洩漏。此外，在點光源32的前方中，形成有不具有指向轉換圖案40的平坦表面62，以防止點光源32的前方變暗。
當藉由V形槽72a構成光擴散圖案72時，光幾乎不從傾斜表面37或光導引部35洩漏，而且從點光源32發出並入射到光導引部35的光能夠以較低的損失被引導到導光板本體34。
在第三實施例的面光源裝置71中，在按照如下所示來設定圖23中每一零件的尺寸的同時製造樣品時，從導光板33洩漏的光量比率是5%：點光源32的光出射窗的寬度：2mm
導光板33的寬度W：5.5mm
光導引部35的最大厚度T：0.42mm
光導引部35的長度K：1.5mm
導光板本體34的厚度t：0.23mm
圖案形成區域47的長度G：1.5mm
導光板33的折射率n：1.59
另一方面，當在指向轉換圖案40和光擴散圖案72被移除的同時以相同的條件製造圖1中傳統實例的面光源裝置時，洩漏光量的比率是15%。因此，在第三實施例的面光源裝置中，能夠將漏光比率減少到傳統實例的1/3。
(變型)
圖25是說明根據本發明第三實施例的變型的面光源裝置73的立體圖。在面光源裝置73中，以輻射狀形成用來橫向擴展光的光擴散圖案72。
(第四實施例)
圖26是說明根據本發明第四實施例的面光源裝置81的平面圖。圖27是以放大形式說明面光源裝置81中光導引部35的一部分的立體圖。
在第四實施例的面光源裝置81中，在光導引部35的光入射表面38中面向點光源32的至少一個區域中，設置有橫向擴展光的光擴散圖案82。如圖27所示，該光擴散圖案82可以形成為圓柱透鏡形狀，其中橫向配置有在高度方向上延伸的凸透鏡，藉由配置彼此平行的在高度方向上延伸的V形槽可以構成光擴散圖案82，或者光擴散圖案82可以是具有隨機形狀的圖案。
在具有以上結構的面光源裝置81中，光被發送到導光板33的側面方向同時由光擴散圖案82橫向擴展，藉此防止光出射表面39的側邊緣部變暗。此外，被發送到側面方向的光的指向式樣由指向轉換圖案40轉換為與光學軸C平行的方向，光幾乎不從導光板33的側面或柱狀透鏡36洩漏。此外，在點光源32的前方形成不具有指向轉換圖案40的平坦表面62，以便防止點光源32的前方變暗。
(第五實施例)
圖28是說明根據本發明第五實施例的面光源裝置91的立體圖。
在面光源裝置91中，在點光源32的前方，在光導引部35的傾斜表面37中形成有突出部92。該突出部92與截面錐體的一部分具有相同的形狀。在傾斜表面37中設置有突出部92的情況下，當從上方觀看導光板33時，點光源32由實質上為弧形的突出部92的外圓周表面(傾斜表面)包圍。因此，從點光源32發出並從光入射表面38進入光導引部35的光實質上正交地入射到突出部92的外圓周表面。結果是，光幾乎不會從光導引部35的傾斜表面(突出部92的外圓周表面)洩漏，並且提高從光導引部35引導到導光板本體34的光的效率。
(變型)
在第五實施例的面光源裝置中，如圖29所示，可以在突出部92的外圓周表面設置以橫向擴展光的光擴散圖案93。
(導光板的各種模式)
圖30A到30C、31A到31C、32A到32C以及33A到33C是說明導光板33的各種形狀的示意性側視圖。當使用這些導光板時，能夠獲得本發明的效果。
在圖30A的導光板中，取消光導引部35一端處的水平部，並且傾斜表面37是從光入射表面38開始。在圖30B的導光板中，光導引部35的傾斜表面37設置在多個臺階處。在圖30C的導光板中，光導引部35的傾斜表面37形成為彎曲形狀。
在圖31A的導光板中，導光板本體34的上表面係傾斜以形成錐形的導光板本體34。在圖31B和31C的導光板中，光導引部35的上表面中光入射表面38的該側上的該端朝向傾斜表面37的相對方向傾斜，以形成反向傾斜部95。特別地，在圖31C中，設置反向傾斜部95，藉此光導引部35的該端處的高度T’係小於導光板本體34的厚度t。
在圖32A的導光板中，在光導引部35的上表面和下表面中設置有傾斜表面37，以及在一個或兩個傾斜表面37中設置有光擴散圖案72。如圖32B所示，比光導引部35厚的部分96可以設置在導光板本體34的一部分中。
圖32A和27B所示，可以藉由適度傾斜光導引部35的最上方的表面來設置適度傾斜表面97。
在圖32C中，光擴散圖案72設置在傾斜表面37和光導引部35的下表面這兩個表面中。在圖33A中，光擴散圖案72僅設置在光導 引部35的下表面中。如圖32C和33A所示，設置在光導引部35的下表面中的光擴散圖案72可以延伸到導光板本體34的下表面。
在圖33B和33C的導光板33中，傾斜表面37形成在兩個臺階處同時在斜面的中間改變斜度。在圖33B的導光板33中，光擴散圖案72設置在整個傾斜表面37中。在圖33C的導光板33中，光擴散圖案72僅設置在傾斜表面37的下半部中。
在以上的實施例和變型中，使用了一個光源。可替代地，可以配置多個點光源同時面向導光板的光入射表面。在這種情況下，具有以上配置的指向轉換圖案可以與點光源相同的間隔重複設置在與點光源對應的位置。
在以上的實施例和變型中，指向轉換圖案是設置在導光板的上表面中。可替代地，指向轉換圖案也可以設置在導光板的下表面中，或者指向轉換圖案也可以設置在導光板的上表面和下表面的二面中。
(第六實施例)
以下將描述包括多個點光源32的面光源裝置101。圖34是說明面光源裝置101的平面圖，在該面光源裝置101中多個點光源32佈置為面向導光板33的光入射表面38。在面光源裝置101中，指向轉換圖案40係以與點光源32之間的間隔P相同的間隔來設置，且點光源32之間的中點作為邊界。例如，點光源32具有5.5mm的間隔P，以及指向轉換圖案40具有相同的5.5mm的間隔。
在配置有多個點光源32的情況下，在指向轉換圖案40中，光可以從兩側的點光源32到達點光源32之間的中間部。當光從兩側的點光源32同時入射到指向轉換圖案40的某一點時，指向轉換圖案 40不能最佳化地設計來使得不會產生光洩漏。因此，面光源裝置的光利用效率下降。
因此，來自多個點光源32的光較佳地不要入射到指向轉換圖案40。根據菲涅爾法則(Fresnel，Law)，從點光源32發出並從光入射表面38進入光導引部35的光的入射角γ表示如下：γ=arcsin(1/n) (公式1)
其中，n是導光板33的折射率。因此，如圖34所示，光導引部35中光的擴展落入光源中心C周圍的2γ的範圍內。從圖34和公式1可以看出，指向轉換圖案40中光的水平擴展g表示如下：g=S tan γS‧γ=S‧arcsin(1/n) (公式2)
為了使得來自光源中心C的γ在方向上被引導的光不會進入相鄰區域，需要使得水平擴展g小於點光源32之間的間隔P的1/2。因此，獲得了如下表示式：
其中，S是從點光源32的端面(發射面)到指向轉換圖案40的該端的距離。基於公式2和條件1，光不從兩個方向到達指向轉換圖案40的條件獲得如下：
因此，在使用多個點光源32的情況下，當從點光源32的端面到指向轉換圖案40的該端之間的距離S確定為滿足如下條件時能夠最佳化設計指向轉換圖案40：
而且能夠減小光的洩漏以增強光利用效率。例如，假設點光源32之間的間隔P設定為5.5mm，導光板33的折射率n設定為1.59(聚碳酸酯 樹脂)，獲得：
而且設置有指向轉換圖案40的區域的長度可以小於或等於大約4mm。
(第七實施例)
圖35A、35B和35C是說明根據本發明第七實施例的面光源裝置111的側視圖、平面圖和仰視圖。在面光源裝置111中，柱狀透鏡36設置在導光板本體34的上表面中的有效照明區域，導光板本體34的下表面中的端部用作圖案形成區域47，並且指向轉換圖案40設置在導光板本體34的下表面的端部中。
在圖3到34的實施例中，類似於第七實施例，指向轉換圖案40可以設置在與導光板33的光出射表面39相對的一側的表面中。
(第八實施例)
圖36是說明使用了本發明的面光源裝置(例如，第一實施例的面光源裝置31)的液晶顯示裝置121的示意性剖視圖。在液晶顯示裝置121中，擴散板122、棱鏡片123以及液晶面板124層疊同時面向導光板33的光出射表面側，以及反射片125佈置在導光板33的後表面側。在液晶顯示裝置121中，能夠利用本發明的面光源裝置的特徵，能夠增強液晶顯示裝置121的光利用效率，以有助於螢幕的視覺化，並且能夠達到液晶顯示裝置121的薄型化。
31‧‧‧面光源裝置
32‧‧‧光源
33‧‧‧導光板
34‧‧‧導光板本體
35‧‧‧光導引部
36‧‧‧柱狀透鏡
37‧‧‧傾斜表面
38‧‧‧光入射表面
39‧‧‧光出射表面
40‧‧‧指向轉換圖案
46‧‧‧有效照明區域
47‧‧‧圖案形成區域
C‧‧‧光學軸
L2‧‧‧光

Claims (17)

  1. 一種面光源裝置，包括：一光源；以及一導光板，配置為經由一光入射表面引導從該光源發出的光，以經由一光出射表面將該光輸出到外部，其中，該光源設置在面向該導光板的該光入射表面的位置，該導光板包括一光導引部，該光導引部配置為捕獲從該光源發出並經由該光入射表面入射的光，並且該導光板包括一導光板本體，該導光板本體設置為被連續接合到該光導引部，該導光板本體的厚度係小於該光導引部的最大厚度，被捕獲的光由一光出射部經由該光出射表面輸出到外部，該光導引部包括一傾斜表面，該傾斜表面位於該導光板的一光出射側的表面及其相對表面的至少一個表面中，該傾斜表面從具有厚度比該導光板本體的厚度大的部分中的表面朝向該導光板本體的表面的一端傾斜，以及該導光板本體包括一指向轉換圖案，該指向轉換圖案是在該導光板的光出射側的表面及其相對表面的至少一個表面中位於該光導引部和該導光板本體的一有效照明區域之間的區域中，該指向轉換圖案轉換從該光導引部向該有效照明區域傳播的光的指向方向，使得當從與該光出射表面正交的方向觀看時，藉由該光的指向方向和與該光入射表面正交的方向形成的角度減小。
  2. 如申請專利範圍第1項之面光源裝置，其中，該指向轉換圖案包括複數個圖案元件，以及當從與該光出射表面正交的方向觀看時，從與該光入射表面正 交的虛擬直線到至少一個圖案元件的在該有效照明區域側的一端的距離係大於從該虛擬直線到該至少一個圖案元件的在該光導引部側的一端的距離，並且該虛擬直線穿過該光源的一發射中心。
  3. 如申請專利範圍第2項之面光源裝置，其中，當從與該光出射表面正交的方向觀看時，在該虛擬直線的兩側，藉由該圖案元件和該虛擬直線形成的角度隨著與該虛擬直線的距離增大而增大。
  4. 如申請專利範圍第2項之面光源裝置，其中，當從與該光出射表面正交的方向觀看時，在該虛擬直線的兩側，該圖案元件彼此平行地配置。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之面光源裝置，其中，位於該光導引部和該導光板本體的該有效照明區域之間的區域中的該指向轉換圖案被部分移除，以形成鄰近於與該光入射表面正交的虛擬直線的平坦表面，並且該虛擬直線穿過該光源的一發射中心。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之面光源裝置，其中，該指向轉換圖案包括複數個圖案元件，並且在與該光入射表面平行的該指向轉換圖案的橫截面中，至少一些圖案元件具有非對稱形狀。
  7. 如申請專利範圍第6項之面光源裝置，其中，藉由交替地配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向該等斜面具有彼此不同的傾斜方向，在與該光入射表面平行的該指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的一虛擬直線的區域中在該指 向轉換圖案的每個斜面中從該導光板的一內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀使得：該法線傾斜於該虛擬直線的一相對側的每個斜面的寬度總和係大於該法線傾斜於該虛擬直線側的每個斜面的寬度總和，並且該虛擬直線穿過該光源的一發射中心。
  8. 如申請專利範圍第6項之面光源裝置，其中，藉由交替的配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向該等斜面具有彼此不同的傾斜方向，與該光入射表面平行的該指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的一虛擬直線的區域中在該指向轉換圖案的每個斜面中從該導光板的一內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀使得：該法線傾斜於該虛擬直線的一相對側的每個斜面的寬度總和對於該法線傾斜於該虛擬直線的該相對側的每個斜面的該寬度總和與該法線傾斜於該虛擬直線側的每個斜面的寬度總和的總和的一比率係大於或等於0.2，並且該虛擬直線穿過該光源的一發射中心。
  9. 如申請專利範圍第6項之面光源裝置，其中，藉由交替的配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向該等斜面具有彼此不同的傾斜方向，與該光入射表面平行的該指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的一虛擬直線的區域中在該指向轉換圖案的每個斜面中從該導光板的內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀使得：藉由屬於該法線傾斜於該虛擬直線側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的 每個角度的一平均角度係大於藉由屬於該法線傾斜於該虛擬直線的一相對側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的一平均角度，並且該虛擬直線穿過該光源的一發射中心。
  10. 如申請專利範圍第6項之面光源裝置，其中，藉由交替地配置多個斜面來形成該指向轉換圖案，沿著該光入射表面的寬度方向該等斜面具有彼此不同的傾斜方向，在與該光入射表面平行的該指向轉換圖案的橫截面中，假設在其間夾設有與該光入射表面正交的一虛擬直線的區域中在該指向轉換圖案的每個斜面中從該導光板的內部朝外繪製一法線，該指向轉換圖案的橫截面形狀使得：藉由屬於該法線傾斜於該虛擬直線的一相對側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的一平均角度對於藉由屬於該法線傾斜於該虛擬直線的該相對側的斜面的該法線以及與該光出射面正交的方向形成的每個角度的該平均角度以及藉由屬於該法線傾斜於該虛擬直線側的斜面的該法線以及與該光出射表面正交的方向形成的每個角度的一平均角度之總和的一比率係大於或等於0.25，並且該虛擬直線穿過該光源的一發射中心。
  11. 如申請專利範圍第1項之面光源裝置，其中，該指向轉換圖案包括複數個圖案元件，並且當從與該光出射表面正交的方向觀看時，在一光學軸中心兩側的區域中，藉由該圖案元件的延伸方向以及該光學軸中心形成的每個角度的平均值是在從5°到55°的範圍。
  12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之面光源裝置，其中，該指向轉 換圖案包括具有V形槽形狀的複數個圖案元件。
  13. 如申請專利範圍第12項之面光源裝置，其中，彼此相鄰的該等圖案元件之間的一頂角是在從50°到140°的範圍。
  14. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之面光源裝置，其中，在該光導引部中設置有一光擴散圖案，該光擴散圖案用於將經由該光入射表面入射的光在該導光板的寬度方向上擴展。
  15. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之面光源裝置，其中，該光出射表面形成為柱狀透鏡形狀。
  16. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之面光源裝置，其中，在面向該光入射表面的位置以間隔P配置與該光源相同的複數個光源，以及該指向轉換圖案存在於位置是在到該光源的一光出射側上的一端面的距離小於或等於P/[2．arcsin(l/n)]的距離的區域中，其中n是該導光板的一折射率。
  17. 一種液晶顯示裝置，包括：根據申請專利範圍第1至16項中任一項之面光源裝置；以及一液晶面板。
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