CN100354657C - 光源装置及光偏转元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种光源装置，包含导光体(3)和光偏转元件(4)，该导光体(3)具有入射一次光源所发出光的相互对向的2个光入射面及对所入射光进行导光并出射的光出射面(33)，光偏转元件(4)相邻配置于该导光体的光出射面一侧。光偏转元件(4)具有入射光的光进入面(41)和位于其相反侧使所入射光出射的光输出面(42)。光进入面(41)相互大致并排排列有多条由2个棱面构成的棱型列。棱面分别由倾斜角不同的至少2个平面(46，47，48；49，50，51)构成。与光输出面(42)越近位置的平面其倾斜角越大，最接近光输出面(41)的平面(46；49)的倾斜角和最远离光输出面(41)的面的倾斜角(48；51)两者的差为15度或以下。

Description

光源装置及光偏转元件
技术领域
本发明涉及构成作为笔记本PC、液晶电视、手机、便携式信息终端等的显示部使用的液晶显示装置的边缘光方式的光源装置及其所用的光偏转元件，具体来说，涉及作为适用于相对较大尺寸的液晶显示装置等、将一次光源分别配置为与导光体对向的两个侧端面相对的光源装置，可获得极高亮度并避免因观察方向变化造成亮度大幅度降低的光源装置及其所用的光偏转元件。
背景技术
近年，彩色液晶显示装置，作为便携式笔记本PC、个人PC等的监视器、或作为液晶电视、带影像源的一体型液晶电视、手机、便携式信息终端等的显示部被广泛用于各个领域。此外，随着信息处理量的增大、需求的多样化、与多媒体相适应等，液晶显示装置的大屏幕化和高精细化不断推进。
液晶显示装置基本上由背光部分和液晶显示元件部分所构成。作为背光部分有两种方式，一是在液晶显示元件部分的正下方配置光源的直接背光方式，另一是将一次光源配置为与导光体的侧端面相对的边缘光方式，从液晶显示装置的小型化观点考虑多采用边缘光方式。
而近年的液晶显示装置等当中，作为耗电低的边缘光方式的背光部分来说，为了有效利用一次光源所发出的光，可使用尽可能减小从显示屏幕出射的光束的展宽角度、集中于所需角度范围出射光的背光。
这样限定观察方向的显示装置，作为为提高一次光源光量的利用效率、降低耗电而集中于相对较窄范围进行光出射的光源装置来说，本申请人在日本专利特开2001-143515号公报中提出了一种使用与导光体的光出射面相邻、两面具有棱形形成面的棱镜片的方案。该两面棱镜片，其中一面的光进入面和另一面的光输出面分别形成有相互平行的多条棱镜列，使光进入面和光输出面两者的棱镜列方向一致并使同类棱镜列配置在对应位置。这样，使得从导光体的光出射面出射、在相对于该光出射面倾斜的方向上使出射光峰值分布于适宜角度范围出射的光，从棱镜片的光进入面的棱镜列其中一个棱镜面入射，在另一棱镜面发生内面反射，接着在光输出面的棱镜列的折射作用下，使光在相对狭窄的所需方向上集中出射。
但是，这样的光源装置，虽然能在狭窄角度范围集中出射，但存在的问题是出射光分布极其狭窄，观察方向稍有变化便造成较大的亮度降低，相对较大尺寸的光源装置其实用性较差。此外，这样的光源装置，作为用作光偏转元件的棱镜片需要两面相互平行的多条棱镜列使光进入面和光输出面两者的棱镜列方向一致，并将同类棱镜列配置在对应位置，这种构型很复杂。
此外，日本专利特表平9-507584号公报、特开平9-105804号公报、特开平11-38209号公报、特开2000-35763号公报中提出的方案，使用棱镜片使导光体出射的光偏转时，出于提高光的聚光性、取向性等目的，将构成棱镜片的棱镜列远离光源一侧的棱镜面制成凸曲面形状。但以上公报中记载的凸曲面形状的棱镜面，其曲率半径均相对较大或相对较小，所以导光体的出射光分布有的无法充分使视场角集中，有的使视场角集中，有的与某些情况相反使视场角变宽。此外，以上公报中记载的导光体，其光出射机构并不能赋予高取向性，所出射的是出射光分布相对较宽的光，因此即便用棱镜片使光会聚也无法实现亮度的充分提高。
此外，特开昭63-298902号公报中公开了一种光进入面形成有剖面为五边形的棱镜列的棱镜片。分别构成该棱镜列的两个棱镜面的棱镜顶部一侧的面和接近光输出面一侧的面两者之间呈大角度，因此，该棱镜片不能使导光体的出射光分布的视场角集中，聚光特性差，亮度提高效率也比较低。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种不仅谋求基于高聚光效应的亮度提高，而且亮度随观察方向变化引起的下降小，能够提高一次光源光量的利用效率(具体来说，提高一次光源所发出光在所需观察方向上集中出射的效率)，而且容易以简单构成改善图像品质的光源装置。
具体来说，本发明的光源装置，包含一次光源、具有入射该一次光源所发出光的相互对向的2个光入射面及对所入射光进行导光并出射的光出射面的导光体、以及相邻配置于该导光体的光出射面一侧的光偏转元件，其中，该光偏转元件，具有入射光的光进入面和位于其相反侧使所入射光出射的光输出面，所述光进入面相互大致并排排列有多条由2个棱镜面构成的棱镜列，所述棱镜面分别由倾斜角不同的至少2个面构成，与所述光输出面越近位置的所述面其倾斜角越大，最接近所述光输出面的所述面的倾斜角和最远离所述光输出面的所述面的倾斜角两者的差为15度或以下。
本发明一方式中，所述面中至少一个面是平面。本发明一方式中，所述面都是平面。本发明一方式中，所述面是至少3个平面。
此外，本发明一方式中，所述面中至少一个面是凸曲面。本发明一方式中，所述面都是凸曲面。本发明一方式中，所述面是至少1个平面和至少1个凸曲面。本发明一方式中，所述面是至少2个平面和至少1个凸曲面。本发明一方式中，所述面中至少2个面是彼此形状不同的凸曲面。
此外，本发明的光偏转元件，其中，具有入射光的光进入面和位于其相反侧使所入射光出射的光输出面，所述光进入面相互大致并排排列有多条由2个棱镜面构成的棱镜列，所述棱镜面分别由倾斜角不同的至少2个面构成，与所述光输出面越近位置的所述面其倾斜角越大，最接近所述光输出面的所述面的倾斜角和最远离所述光输出面的所述面的倾斜角两者的差为15度或以下。
本发明一方式中，所述面中至少一个面是平面。本发明一方式中，所述面都是平面。本发明一方式中，所述面是至少3个平面。
此外，本发明一方式中，所述面中至少一个面是凸曲面。本发明一方式中，所述面都是凸曲面。本发明一方式中，所述面是至少1个平面和至少1个凸曲面。本发明一方式中，所述面是至少2个平面和至少1个凸曲面。本发明一方式中，所述面中至少2个面是彼此形状不同的凸曲面。
按照本发明，可通过由倾斜角不同的多个平面或凸曲面等面构成形成于光偏转元件的光进入面的棱镜列的两个棱镜面，提供一种不仅谋求基于高聚光效应的亮度提高，而且亮度随观察方向变化引起的下降小，能够提高一次光源光量的利用效率(具体来说，提高一次光源所发出光在所需观察方向上集中出射的效率)，而且容易以简单构成改善图像品质的光源装置。
附图说明
图1是示出本发明的光源装置的示意性立体图；
图2是本发明光偏转元件的光进入面的棱镜列形状的说明图；
图3是本发明光偏转元件的光进入面的棱镜列形状的说明图；
图4是本发明光偏转元件的光进入面的棱镜列形状的说明图；
图5是示出光偏转元件的出射光亮度分布(XZ面内)的说明图；
图6是示出光偏转元件的各种出射光亮度分布(XZ面内)的曲线图；
图7是出射光光强分布(XZ面内)的半高宽的说明图：
图8是光源装置的显示区的说明图；
图9是示出本发明的光源装置的光偏转元件的出射光亮度分布(XZ面内)的说明图；
图10是示出本发明的光散射元件其散射性为各向异性的出射光光强分布(XZ面内)的说明图；
图11是本发明其散射性为各向异性的光散射元件的说明图；
图12示出本发明其散射性为各向异性的光散射元件的凹凸结构的示意图；
图13是示出本发明其散射性为各向异性的光散射元件的凹凸结构的示意图；
图14是示出本发明其散射性为各向异性的光散射元件的凹凸结构的示意图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
图1是示出本发明的面光源装置的一实施方式的示意性立体图。如图1所示，本发明的面光源装置由以下各部分构成：将相互对向(即相反一侧)的两个侧端面作为光入射面31、而与之大致正交的一表面(主面)作为光出射面33的导光体3；与导光体3的光入射面31相对配置、由光源反射器2覆盖的一次光源1；配置于导光体3的光出射面上的光偏转元件4；以及导光体3的光出射面33的相反侧背面34上配置的光反射元件5。
导光体3与XY面平行配置，总体上呈矩形板状。导光体3具有4个侧端面，其中与YZ面平行的1对侧端面形成为光入射面31。各光入射面31可与一次光源1相对配置，一次光源所发出光由光入射面31入射到导光体3内。
与导光体3的光入射面31大致正交的2个主面，分别处于与XY面大致平行的位置，其中一面(图中上表面)为光出射面33。该光出射面33或其背面34当中至少一面，通过赋予由粗面构成的取向性光出射功能部分、或由与光入射面31大致平行形成了棱镜列、双凸透镜列、V字型槽等许多透镜列的透镜面所构成的取向性光出射功能部分等，使光入射面31的入射光在导光体3中传导，从光出射面33出射在光入射面31和光出射面33的正交面(XZ面)内的出射光光强分布中具有取向性的光。令该XZ面内的出射光光强分布的峰值其方向与光出射面33所成的角度为a的话，该角度a最好为10～40度，出射光光强分布的半高宽最好为10～50度。
形成于导光体3表面的粗面或透镜列，从谋求光出射面33内亮度均匀性方面考虑，较好是基于ISO4287/1-1984的平均倾斜角θa取0.5～15度的范围。平均倾斜角θa理想的是1～12度范围，更为理想的是1.5～11度范围。该平均倾斜角θa，最好是可根据导光体3的厚度(t)和入射光传播方向长度(L)两者之比(L/t)来设定最佳范围。具体来说，用L/t为20～200左右的导光体3时，平均倾斜角θa较好是0.5～7.5度，理想的是1～5度范围，更为理想的是1.5～4度。而用L/t为20或以下范围的导光体3时，平均倾斜角θa较好是7～12度，更为理想的是8～11度范围。
形成于导光体3的粗面的平均倾斜角θa可根据斜率函数f(x)用下面式(1)和式(2)求得，其中该斜率函数f(x)按照ISO4287/1-1984标准，用触针式表面粗度仪测定粗面形状，以测量方向坐标为x得到的。这里，L为测定长度，Δa为平均倾斜角θa的正切。
Δa = ( 1 / L ) ∫ 0 L | ( d / dx ) f ( x ) | dx · · · · · · ( 1 )
θa＝tan-1(Δa)    ……(2)
此外，就导光体3来说，其光出射率较好为0.5～5％范围，1～3％的范围则更好。这是由于，光出射率一旦小于0.5％，从导光体3出射的光量便往往变少而无法获得足够的亮度，而光出射率一旦大于5％，一次光源1附近便有大部分光出射，光出射面33内X方向的出射光其衰减明显，光出射面33的亮度均匀性往往降低。这样，可通过将导光体3的光出射率取0.5～5％，光出射面出射光的出射光光强分布(XZ面内)的峰值光角度(峰值角度)相对于光出射面法线处于50～80度范围，可使导光体3所出射光具有出射光光强分布(XZ面内)的半高宽为10～50度这种取向性高的出射特性，从而可提供一种由光偏转元件4使其出射方向有效偏转、具有高亮度的光源装置。
本发明中，对导光体3的光出射率作如下定义。仅使其中之一一次光源1点亮时，光出射而33靠光入射面31一侧的端缘处的出射光光强(I0)和距离光入射面3一侧的端缘L的位置处的出射光光强(I)两者间的关系，令导光体3厚度(Z方向尺寸)为t时满足下面式(3)这种关系。
I＝I0·α(1-α)L/t    …(3)
这里，常数α是光出射率，是光出射面33与光入射面31正交的X方向的单位长度(相当于导光体厚度t的长度)的导光体3出射光的比例(％)。该光出射率α可通过纵轴取光出射面33的出射光光强的对数、横轴取(L/t)来绘制两者间的关系，根据其梯度求得。
而未赋予取向性光出射功能部分的其他主面，为了控制导光体3的出射光在与光入射面31平行的面(YZ面)上的取向性，最好形成一透镜面，其所排列的许多透镜列在相对于光入射面31大致垂直的方向(X方向)上延伸。图1所示的实施方式中，光出射面33上形成粗面，而背面34则形成在相对于光入射面31大致垂直方向(X方向)上延伸的许多透镜列排列所组成的透镜面。本发明中，也可以与图1所示的方式相反，光出射面33上形成透镜面，而背面34则形成为粗面。
如图1所示，在导光体3的背面34或光出射面33形成透镜列时，作为该透镜列所列举的是在大致X方向上延伸的棱镜列、双凸透镜列、V字型槽等，但最好形成为YZ剖面形状为大致三角形的棱镜列。
本发明中，导光体3形成棱镜列作为透镜列时，最好其顶角取70～150度范围。这是由于，可通过使顶角取该范围，使导光体3的出射光充分聚光，可谋求光源装置亮度的充分提高。具体来说，可通过使棱镜顶角处于此范围内，使所出射的是包含出射光光强分布(XZ面内)中峰值光在内的、在XZ面垂直面(YZ面)上出射光光强分布的半高宽为35～65度的经过聚光的出射光，从而可提高光源装置的亮度。另外，光出射面33形成棱镜列时、最好顶角取80～100度范围，而背面34形成棱镜列时，最好顶角取70～80度或100～150度范围。
另外，本发明中也可以替代或者一并使用如上所述的光出射面33或其背面34形成光出射功能部分这种构成，在导光体内部通过混入分布光散射性微粒来赋予取向性光出射功能。此外，作为导光体3来说，不限于图1所示剖面形状，也可使用船形等种种剖面形状。
图2是光偏转元件4的棱镜列形状的说明图，光偏转元件4将主表面其中之一作为光进入面41，而另一面作为光输出面42。光进入面41大致并排排列有许多棱镜列，各棱镜列与其中之一的一次光源有关，由位于一次光源一侧的第1棱镜面44和位于远离一次光源一侧的第2棱镜面45这2个棱镜面所构成。图2所示的实施方式中，第1棱镜面44和第2棱镜面45分别由3个彼此倾斜角不同的平面46～48和49～51构成，越接近光输出面的平面其倾斜角越大。此外，平面46～51当中构成第1棱镜面44的最接近光输出面的平面48和最远离光输出面的平面46两者的倾斜角之差为15度或以下，而构成第2棱镜面45的最接近光输出面的平面51和最远离光输出面的平面49两者的倾斜角之差为15度或以下。此外，本发明中所谓平面等面的倾斜角，是指各平面等面相对于棱镜列形成平面43的倾斜角度。
本发明的光偏转元件4，可通过分别用倾斜角不同的至少2个平面或凸曲面等面构成第1棱镜面44和第2棱镜面45，这些平面或凸曲面等面的倾斜角越接近光输出面越大，最接近光输出面的平面或凸曲面等面和最远离光输出面的平面或凸曲面等面两者的倾斜角之差为15度或以下，从而发挥极高的聚光效果，作为光源装置可得到极高的亮度。该最接近光输出面的平面或凸曲面等面和最远离光输出面的平面或凸曲面等面两者的倾斜角之差，以0.5～10度范围为好，1～7度范围则更好。此外，可通过将第1棱镜面44和第2棱镜面45形成为这种结构，很容易设计具有所需聚光性的光偏转元件，而且还可以稳定地制造具有恒定光学特性的光偏转元件。
下面说明本发明光偏转元件的棱镜面形状。经过由一个平面构成的棱镜面全反射所出射光，随棱镜面的全反射部位，分散在相当宽范围，可通过分别调整各部位棱镜面的倾斜角，在所有部位使峰值角度在大致同一方向上出射，来使各部位的出射光亮度分布(XZ面内)中的峰值光出射时使大部分的出射光集中于规定方向上。此时，可通过使各部位棱镜面的倾斜角形成为越接近光输出面42的部位其倾斜角越大，使棱镜面整体全反射的出射光在一恒定方向上聚光，从而可使取向性更高、峰值强度大的光出射。
作为该棱镜面的部位、可设定至少2个区域，但该区域数(倾斜角不同的平面数)过少时，基于光偏转元件的聚光性便降低，往往有损于亮度改善效果，因此以3个或以上为好，5个或以上较为理想，6个或以上则更为理想。此时，为提高聚光特性，需要使最接近光输出面42的区域的倾斜角和最远离光输出面42的区域的倾斜角两者的差为15度或以下，较为理想的是0.5～10度范围，1～7度范围则更为理想。
另一方面，一旦增多此区域数，可由棱镜面在整面对峰值角度进行精细调整，因而可提高整体的集中度，但必须精密形成倾斜角不同的平面，这不仅使形成光偏转元件的棱镜面所用的金属模具切削用刀具的设计及制造变得复杂，而且难以稳定地获得具有恒定光学特性的光偏转元件。因此、棱镜面上形成的区域数以20或以下为好，12或以下更好。该棱镜面的分割最好采用均等分割，但不一定非要均等分割不可，可根据所需的棱镜面整体出射光亮度分布(XZ面内)进行调整。此外，具有不同倾斜角的各平面的宽度(棱镜列剖面中各平面部分的长度)，相对于棱镜列的间距以取4～47％范围为好，6～30％更好，7～20％范围更为理想。
本发明中，例如图3和4所示，还可以将具有如上所述不同倾斜角的平面中至少1个形成为凸曲面，也可将全部平面形成为凸曲面。图3中，将第1棱镜面44和第2棱镜面45分别分割成4个区域，由3个平面52～54及55～57与1个凸曲面58及59构成。图4中，将第1棱镜面44和第2棱镜面45分割成2个区域，由彼此形状不同的2个凸曲面60、61及62、63所构成。图中，64～67是决定凸曲面60～63形状的非圆柱面形状。此外，也可用使分别分割第1棱镜面44和第2棱镜面45的各区域的边界连贯的曲面构成，此时只要是不引起亮度大幅度降低的范围，曲面即便与各区域边界有些偏离也可。例如，曲面的通过位置(离棱镜顶部的距离)相对于棱镜列间距的比例与区域边界的比例的偏离以4％或以下为好，2％或以下更好，1％或以下的范围更为理想。另外，本发明中，凸曲面等面的倾斜角是指1个凸曲面等面在全部位置的倾斜角的平均值。这样，在以不同倾斜角的多个凸曲面构成棱镜面时，与以不同倾斜角的平面构成的情况相比，区域数可减少，可以取2～10个区域数，最好为2～5范围。但是，区域数过少时难以设计对所需出射光亮度分布(XZ面内)进行调整所用的各凸曲面，因此区域数取3～5范围更好。
此外，凸曲面的形状，其XZ剖面的形状可做成圆弧(具体来说，面是圆柱面形状)或非圆弧(具体来说，面是非圆柱面形状)。而用多个凸曲面构成棱镜面时，最好各凸曲面的形状彼此不同。此时可以使圆柱面形状的凸曲面与非圆柱面形状的凸曲面组合，但最好使至少1个凸曲面做成非圆柱面形状。将多个凸曲面制成圆柱面形状时，可使各凸曲面的曲率改变。作为非圆柱面形状，可列举椭圆面形状的一部分、抛物线形状的一部分等。
此外，凸曲面使其曲率半径(r)与棱镜列间距(P)之比(r/P)以2～50范围为好，5～30更好，7～10范围更为理想。该r/P小于2或超过50时，不能发挥充分的聚光特性，亮度往往下降。
此外，这样构成的棱镜列中，如图2所示，以距离棱镜列的棱镜顶部的高度为h，以棱镜列整体高度为H时，至少高度h在h/H为10％或以上区域，以形成至少2个倾斜角不同的平面或凸曲面等面为好，形成3个或以上更好。这是因为通过在这样的高度h区域形成2个平面或凸曲面等面往往可获得充分的聚光特性。此外，以棱镜面全反射并从光输出面出射的光其出射光亮度分布(XZ面内)的强度，占h/H为60％或以下区域以棱镜面整体全反射并从光输出面出射的光的出射光亮度分布(XZ面内)的强度的75％或以上，因此h/H取60％或以下范围可获得充分的效果。这是因为，全反射并从光输出面出射的光的出射光亮度分布(XZ面内)的强度占以棱镜面整体全反射并从光输出面出射的光的出射光亮度分布(XZ面内)的强度的75％或以上。高度h的区域，h/H为15％或以上区域更好，20％或以上区域更为理想。此外，高度为h的区域过小时往往得不到充分的聚光特性，而且金属模具的制造也复杂，所以h/H最好为20％或以上。此时高度h区域中区域数，以1～8范围为好，1～6更好，2～4范围更为理想。
此外，以倾斜角不同的多个平面或凸曲面等面构成棱镜面时，为确保充分的聚光特性，连结棱镜列顶部和底部的假想平面Q(图2、3)与多个平面或凸曲面(实际棱镜面)间的最大距离d相对于棱镜列的间距(P)的比例(d/P)最好为0.4～5％。这是因为，当d/P小于0.4％或超过5％时往往聚光特性降低，往往无法充分提高亮度，所以以0.4～3％范围更好，0.7～2.2％范围更为理想。
本发明中，棱镜列顶角在考虑聚光特性、光利用效率时，以35～80度为好，50～70度范围更好，60～70度范围更为理想。此外，相对于棱镜顶角法线的左右分角(2个相对于棱镜面法线的倾斜角度)α、β，位于光源侧的分角α最好取25～40度范围，β取25～40度范围。该顶角的分角α、β，由于配置于对向的2个光入射面的一次光源分别所发出的光的出射光亮度分布(XZ面内)的峰值角度取大致同一方向，所以最好取大致同一角度。此外，为提高光利用效率使亮度进一步提高，同时减小因观察方向变化引起的亮度降低，分角α与β之差的绝对值|(α-β)|取0～10度为好，0～9度更好，0～8度范围更为理想。此外，使出射光亮度分布(XZ面内)的峰值光在大致法线以外时，可通过调整棱镜顶角的分角α、β，使分角α、β彼此不同，获得在所需方向上具有峰值光的出射光亮度分布(XZ面内)。
此外，本发明的光偏转元件，也可以在邻接的棱镜列间形成比棱镜列倾斜角小的凸形、平面(光透过区域)。通过形成这样的光透过区域，可使从液晶面板侧入射的外光从该部分导入光源装置内，通过利用配置于导光体背面的反射片5反射再在液晶屏一侧出射，外光也能有效地利用。此时为维持由反射片(光反射元件)5反射的外光的均匀性，最好对反射片赋予微弱的散射性，或在光偏转元件的光输出面上形成光散射层，或在光偏转元件的光输出面上载置光散射片。此外，提高外光的利用效率时，作为背光的光利用效率便下降，因此需考虑使用方式以决定光透过区域的比例。例如，光透过区域的宽度以棱镜列间距的20～50％范围为好，20～40％范围更好。作为光透过区域，可列举出平面形状、曲面形状、多边柱面形状等。其中，将光透过区域制成多边柱面形状或曲面形状可控制外光的反射，所以最好。
采用本发明这种光偏转元件的光源装置中，以1个曲面构成第1棱镜面44和第2棱镜面45时，从光偏转元件出射的光其出射光亮度分布(XZ面内)急剧下降，观察方向稍有变化即造成较大的亮度降低。本发明中，利用倾斜角不同的多个平面或凸曲面等面构成棱镜面44、45，在从光偏转元件出射的光的出射光亮度分布(XZ面内)中，可使图5所示亮度为峰值亮度的70％的出射光分布宽度(θ70)取10度或以上，从而可缓和观察方向变化引起的亮度急剧降低。该出射光分布宽度(θ70)取15度或以上更好，取18度或以上更为理想。
此外，本发明中，在光偏转元件出射的光的出射光亮度分布(XZ面内)中图5所示的亮度为峰值亮度的90％的出射光分布宽度(θ90)与亮度为峰值亮度的20％的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)较好是取5或以下，4或以下则更好，3.5或以下更为理想。可通过θ20/θ90为5或以下，来缓和观察方向变化引起的亮度急剧降低使之处于不影响使用的程度。
本发明的光偏转元件4的使视场集中，对导光体3的光出射面33的出射光光强分布(XZ面内)的展宽程度(半高宽)有影响，所以光偏转元件4的光输出面42的出射光亮度分布(XZ面内)的半高宽A相对于导光体3的光出射面33的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽B的最佳比例也随导光体3的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽B而变化。例如，导光体3的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽B小于26度时，半高宽A以半高宽B的30～95％范围为好，30～80％范围更好，30～70％范围更为理想。此外，导光体3的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽B为26度或以上时，半高宽A以半高宽B的30～80％范围为好，30～70％范围更好，30～60％范围更为理想。
一般认为，要提高导光体的出射效率时，导光体3的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽B要变大，使聚光效率降低，但实际上如上文所述为增大视场集中的效果，从视场集中的效率和作为面光源装置的光利用效率方面考虑，最好与出射光光强分布(XZ面内)的半高宽B为26度或以上(超过36度更好)的导光体组合使用光偏转元件。此外，导光体3的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽小时，视场集中化的效果小，但由于导光体3的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽越小能实现越高亮度，所以从高亮度化方面考虑，最好与出射光光强分布(XZ面内)的半高宽B小于26度的导光体组合使用光偏转元件。
一次光源1是在Y方向延伸的线状光源，可采用例如荧光灯、冷阴极管。另外，本发明中作为一次光源1不限于线状光源，也可以用LED光源、卤素灯、亚卤灯等这种点光源。此外，光源反射体2将一次光源1的光很少损耗地导向导光体3。作为材料，可采用例如表面具有金属蒸镀反射层的塑料薄膜。如图1所示，光源反射体2从光反射元件5的端缘部外面经一次光源1的外面向光偏转元件4的光输出面端缘部弯卷。另外，光源反射体2也可以避开光偏转元件4，从光反射元件5的端缘部外面经一次光源1的外面向导光体3的光出射面端缘部弯卷。
也可以将与这样的光源反射体2同样的反射部件附加在导光体3的侧端面31以外的侧端面。作为光反射元件5，可采用例如表面具有金属蒸镀反射层的塑料片。本发明中作为光反射元件5也可采用通过在导光体3的背面34进行金属蒸镀形成的光反射层等以替代反射片。
本发明的导光体3和光偏转元件4可由光透过率高的合成树脂构成。作为这种合成树脂，可列举出甲基丙烯酸树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯系树脂、聚酯系树脂、氯乙烯系树脂。特别是甲基丙烯酸树脂在光透过率高度、耐热性、力学特性、成型加工性方面都好，所以最适用。作为这样的甲基丙烯酸树脂，是以甲基丙烯酸甲酯作为主要成分的树脂，甲基丙烯酸甲酯最好为80重量％或以上。形成导光体3及光偏转元件4的粗面的表面结构、棱镜列等表面结构时，可采用具有所需表面结构的模具部件对透明合成树脂板进行热压形成，也可通过丝网印刷、挤压成型、射流成型等在成型的同时进行形状赋予。此外，也可采用热或光硬化性树脂形成结构面。另外，在由聚酯系树脂、丙烯酸系树脂、聚碳酸酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚甲基丙烯酰亚胺树脂等制成的透明膜或片等透明基材上，也可以在表面上形成由活性能量线硬化型树脂制成的粗面结构或透镜列排列结构，也可以靠这种片粘接、熔接等方法让各个透明基材靠接合形成为一体。作为活性能量线硬化型树脂来说，可以使用多官能(甲基)丙烯酸化合物、乙烯基化合物、(甲基)丙烯酸酯类、烯丙基化合物、(甲基)丙烯酸的金属盐等。
由如上所述的一次光源1、光源反射体2、导光体3、光偏转元件4及光反射元件5构成的面光源装置的发光面(光偏转元件4的光导出面42)上通过配置液晶显示元件构成液晶显示装置。液晶显示装置从图1的上方通过液晶显示元件由观察者观察。此外，本发明中得到充分准直的狭窄分布的光能够从面光源装置入射液晶显示元件，所以获得液晶显示元件中没有灰度反转的、而清晰度、色调均匀性良好的图像显示，同时可得到集中于所需方向的光照射，提高一次光源相对于该方向照明的发光量的利用效率。
此外，本发明中，在这样利用光偏转元件4实施视场集中化、高亮度化的光源装置中，为了在尽可能不使亮度降低的情况下根据目的适当地控制视场角范围，也可以在光偏转元件4的光输出面上邻接配置光散射元件6。此外，本发明中通过这样配置光散射元件6，可抑制造成品质低下原因的晃眼、亮斑等并提高品质。
光散射元件6可以在光偏转元件4的光输出面侧与光偏转元件4成为一体，也可分开将光散射元件6载置于光偏转元件4的光输出面侧。最好是分开配置光散射元件6。分开载置光散射元件6时，光散射元件6与光偏转元件4邻接一侧的面，为防止与光偏转元件4的粘附，最好赋予凹凸结构。同样，光散射元件6的出射面，也需要考虑与其上配置的液晶显示元件间的粘附问题，最好在光散射元件6的出射面上也赋予凹凸结构。该凹凸结构仅用来防止粘附时，以采用平均倾斜角为0.7度或以上的结构为好，1度或以上更好，1.5度或以上更为理想。
本发明中，兼顾亮度特性、辨认性及品质等，最好使用其光散射特性使光偏转元件4的出射光适度散射的光散射元件6。具体来说，光散射元件6的光散射性低时，难以充分展宽视场角，导致辨认性降低，同时品质改善效果往往不充分，相反光散射性过高时，有损于光偏转元件4的视场集中化效果，而且全光线透过率也降低，亮度往往降低。因此，本发明的光散射元件6中，所用的是入射平行光时出射光光强分布(XZ面内)的半高宽为1～13度范围的光散射元件。光散射元件6的半高宽以3～11度范围为好，4～8.5度范围则更好。此外，本发明中所谓光散射元件6的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽，如图7所示，是指入射光散射元件6的平行光线在出射时以怎样的程度散射展宽，所以指的是透过光散射元件6散射的光的出射光光强分布(XZ面内)中为峰值的一半值的展宽角的全幅角度(ΔθH)。
这种光散射特性可通过在光散射元件6中混入光散射剂，或对光散射元件6其中至少之一表面赋予凹凸结构来赋予。表面形成的凹凸结构，在光散射元件6其中之一表面形成与形成于两者表面，其程度是不相同的。在光散射元件6其中之一表面形成凹凸结构时，其平均倾斜角以取0.8～12度范围为好，3.5～7度更好，4～6.5度更为理想。在光散射元件6的两者表面形成凹凸结构时，形成于其中之一表面的凹凸结构其平均倾斜角以取0.8～6度范围为好，2～4度更好，2.5～4度更为理想。此时，为了抑制光散射元件6的全光线透过率的降低，最好使光散射元件6的入射面侧的平均倾斜角比出射面侧的平均倾斜角大。此外，作为光散射元件6的光散射透过率比值(ヘイズ)，从提高亮度特性和改善辨认性的观点考虑较好是取8～82％范围，取30～70％范围更好，40～65％范围更为理想。
本发明的光源装置中，还要求从其发光面(光散射元件6的出射面)的法线方向观察时的显示区域内的亮度是均匀的。该亮度的均匀性依赖光源显示区的大小，例如笔记本PC、PC监视器等显示区大的大型光源装置中，有时要求相对较宽的视场角特性，要求从发光面出射的出射光光强分布(XZ面内)更宽。另一方面，手机、便携式信息终端等显示区小的小型光源装置中，有时优先考虑的是高亮度和提高显示品质，从发光面出射的出射光光强分布(XZ面内)也可相对较窄。为此，作为光散射元件6最好根据如图8所示的光源装置的显示区AR的大小(与导光体的光入射面垂直的X方向尺寸)使用具有适当光散射特性的光散射元件。
本发明的光源装置，适用于台式PC监视器、液晶电视机等尺寸相对较大的显示装置。用于这种显示装置时，不仅需要相对较宽的视场角，还需要高亮度，作为一次光源1，可使用在导光体3的对向的2个端面分别配置1个或以上冷阴极管的多灯型一次光源。这种光源装置中，使用单灯型一次光源1时，与品质相关的辨认性有所不同，如下文所述的出射光光强分布(XZ面内)的非对称性失去其特性，光源装置的中央部位附近的出射光光强分布(XZ面内)如图9所示，即使不用光散射元件6也能提高对称性。此外，接近光源的两端部附近的出射光光强分布(XZ面内)，分别受到最近处所传导光的影响，成为带有若干非对称性的出射光光强分布(XZ面内)。具体来说，图9左侧的端部附近，光源侧出射光光强分布(XZ面内)急剧下降，中央侧出射光光强分布(XZ面内)往往平滑延伸，所以左端部附近的光其出射方向稍稍朝向中央部的成分增多。另一方面，图9右侧的端部附近，具有与此相反的出射光光强分布(XZ面内)，光的出射方向稍稍朝向中央部的成分增多。因此，可得到从中央部观察两端部附近时辨认性优异的出射光特性，成为直到端部均具有高品质、高亮度的光源装置。作为光散射元件6需要得到宽视场角的光散射性，所用的较好是出射光光强分布(XZ面内)的半高宽以6～13度范围为好，6.5～11度更好，7～9度范围更为理想。此外，作为光散射透过率比值以50～82％范围为好，60～75％更好，65～70％更为理想。此外，在光散射元件6表面形成凹凸结构时，其平均倾斜角以4.5～12度范围为好，5.5～8.5度更好，6～7度范围更为理想。
本发明的光源装置中，用如上所述光散射元件6时，使用光偏转元件4的出射光亮度分布(XZ面内)的半高宽为19～26度左右的聚光性相对较弱的光偏转元件4，同时由于可抑制基于YZ面散射的亮度降低，所以从提高亮度的观点考虑有时最好是使用光散射性相对较弱的光散射元件6。此时，作为光散射元件6需要得到宽视场角的光散射性，其出射光光强分布(XZ面内)的半高宽以1～8度范围为好，2～8度更好，3～7度范围更为理想。此外，作为光散射透过率比值以8～70％范围为好，30～65％更好，40～60％范围更为理想。此外，在光散射元件6其中之一表面形成凹凸结构时，其平均倾斜角以0.8～7度范围为好，3～6.5度更好，3.5～6度范围更为理想。在两面均形成凹凸结构时，其中之一表面的平均倾斜角以0.8～4度范围为好，1～4度更好，2～4度范围更为理想。
本发明中，作为光散射元件6，最好使用光散射性为各向异性的光散射元件，原因是可提高光散射元件6的全光线透过率，可有效散射光偏转元件4的出射光，从而可使亮度提高。例如将线状冷阴极管作为一次光源1配置于导光体3的1个端面的光源装置中，其目的在于，利用光偏转元件4对导光体3的光出射面出射的出射光主要在XZ面内谋求视场角集中化，该XZ面内使视场角集中的光进一步通过光散射元件6散射，展宽视场角。但是在使用散射性为各向同性的光散射元件6时，即使在未利用光偏转元件使视场角集中的YZ面内也可使光各向同性散射，从而引起亮度降低。因此，如图10所示，通过使用XZ面内的光散射性高于YZ面内这种光散射性为备向异性的光散射元件6，可使通过光偏转元件4实现视场角集中化的XZ面内的光的散射得到强化，减弱未实现视场角集中化的YZ面内的光的散射，从而可使光偏转元件4的出射光有效散射，将亮度降低抑制为最低限度。
对于这样的光散射元件6为各向异性的散射性，使用具有怎样的各向异性的光散射元件6，不仅由如上所述的XZ面和YZ面的各向异性因素来决定，还可根据导光体3的光出射功能部分的形状、光偏转元件4的透镜形状、排列、光源装置的用途等作适当选定。具体来说，如图11所示，假想包含光散射元件6的出射面的法线及出射面内的任意方向(P-n方向(n＝1，2，…))的任意面(ZP-n面(n＝1，2，…))，可通过使这些任意面上的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽有所不同来赋予各向异性。另外，令ZP-n面的半高宽中最大者为最大半高宽，最小者为最小半高宽。同样，对于光散射元件6赋予为各向异性的散射性的凹凸结构的平均倾斜角，可通过使ZP-n面与光散射元件6(XY面)交叉的任意P-n方向的平均倾斜角有所不同来赋予平均倾斜角的各向异性。此时，令P-n方向的平均倾斜角中最大者为最大平均倾斜角，最小者为最小平均倾斜角。
例如在与导光体3的YZ面平行的2个侧端面分别相对配置线状冷阴极管作为一次光源1时，光偏转元件4主要在XZ面实现视场角集中化，在YZ面几乎不起作用，因此适宜使用光偏转元件4的出射光在XZ面内有效散射、在YZ面内则未散射这种光散射性为各向异性的光散射元件6。因此作为光散射元件6，最好具有XZ面给出最大半高宽、而YZ面给出最小半高宽这种光散射性为各向异性的元件。同样，形成于光散射元件6的凹凸结构，最好也形成为在X方向具有最大平均倾斜角、而在Y方向具有最小平均倾斜角这种结构或配置。
这种光散射性为各向异性的光散射元件6，考虑到亮度特性、辨认性及品质等的平衡，也需要使用其光散射特性使光偏转元件4的出射光适当散射的光散射元件6。具体来说，光散射元件6的光散射性低时，难以充分展宽视场角，使辨认性降低，同时品质改善效果往往不够充分，反之光散射性过高时，有损于基于光偏转元件4的视场集中化效果，同时全光线透过率也降低，亮度往往降低。因此采取出射光光强分布(XZ面内)的最大半高宽为1～13度范围，以3～11度范围为好，4～9度范围更好。此外，最大半高宽相对于最小半高宽之比(最大半高宽/最小半高宽)以1.1～20范围为好，2～15范围更好，4～10范围更为理想。这是因为，通过最大半高宽/最小半高宽取1.1或以上，可使光利用效率提高，亮度提高，通过取20或以下，可抑制较强光散射性造成的亮度降低。
光散射元件6其中之一表面形成凹凸结构时，其最大平均倾斜角取0.8～15度范围为好，取3.5～11度更好，取4～9度更为理想。此外，从与最大半高宽/最小半高宽同样的观点考虑，最大平均倾斜角相对于最小平均倾斜角之比(最大平均倾斜角/最小平均倾斜角)以1.1～20范围为好，2～15范围更好，4～10范围更为理想。凹凸结构也可在光散射元件6两者表面形成，此时为抑制光散射元件6的全光线透过率的降低，最好将光散射元件6的入射面一侧的平均倾斜角做得比出射面侧的平均倾斜角大。此外，作为光散射元件6的光散射透过率比值，从提高亮度特性和改善辨认性的观点考虑取8～82％范围为好，30～70％范围更好，40～65％范围更为理想。
作为这种光散射性为各向异性的光散射元件6的散射性赋予结构，可列举出例如图12～图14所示的凹凸结构。图12所示的凹凸结构，是大量基本并排连续设置在一轴方向上延伸的双凸透镜列等透镜列6a的排列结构。这种透镜列的排列间隔，最好是选定对于作为显示装置所用的液晶元件的间隔和光偏转元件4的棱镜列等透镜列的排列间隔难以发生摩尔条纹的间隔，或形成为随机的排列间隔。通常透镜列的排列间隔以1～70μm范围为好，从容易制造和防止发生摩尔条纹的观点考虑取5～40μm更好，10～30μm范围更为理想。此外，从提高亮度及提高辨认性的观点考虑，与透镜列的长度方向相正交方向的平均倾斜角以0.8～15度范围为好，3.5～11度更好，4～9度范围更为理想。
图13所示的凹凸结构是将大量圆柱形透镜形状体6b离散排列的结构。圆柱形透镜形状体的排列间隔可以是具有一定规则的间隔，也可以是随机的排列间隔。通常，圆柱形透镜形状体的排列间隔以1～70μm范围为好，从容易制造和防止发生摩尔条纹的观点考虑取5～40μm更好，10～30μm范围更为理想。此外，从提高亮度及提高辨认性的观点考虑，与圆柱形透镜形状体的长度方向相正交方向的平均倾斜角以0.8～15度范围为好，3.5～11度更好，4～9度范围更为理想。这种离散的排列结构，排列时最好使作为光散射元件6被要求给出最大半高宽的面与光散射元件6的出射面的相交线、与圆柱形透镜形状体的长度方向大致垂直的概率高。此外，排列时最好使作为光散射元件6被要求给出最小半高宽的面与光散射元件6的出射面的相交线、与圆柱形透镜形状体的长度方向大致平行的概率高。
图14所示的凹凸结构是细丝结构。与细丝6c的延伸方向相正交方向的平均倾斜角，从提高亮度及提高辨认性的观点考虑以0.8～15度为好，3.5～11度更好，4～9度范围更为理想。细丝的延伸方向，最好是与作为光散射元件6被要求给出最大半高宽的面与光散射元件6的出射面的相交线基本垂直的方向。
通过对赋予这种光散射性为各向异性的凹凸结构的形成面及其背面其中至少之一赋予粗面结构，可抑制晃眼、亮斑等，从而可使品质提高。但有时一旦增强粗面结构的光散射性便会有损于各向异性的光散射性，导致亮度降低，所以最好赋予相对光散射性较弱的粗面结构。作为这种粗面结构，平均倾斜角以0.5～5度范围为好，0.8～4度更好，1～3.5度范围更为理想。另外，对赋予各向异性的凹凸结构表面赋予粗面结构时的粗面结构的平均倾斜角，指的是凹凸结构造成的平均倾斜角以外的粗面结构本身的平均倾斜角。这种平均倾斜角，可经由无凹凸结构的部分、平行于凹凸结构的长度方向进行测量，可采用触针粗度仪进行的计量、对光散射元件6剖面形状进行图像分析的方法、原子间力显微镜进行测定。
本发明中，还可以用光偏转元件4使导光体3的出射光在法线方向等特定方向上出射，用光散射性为各向异性的光散射元件6使该出射光在所需方向上出射。此时，还可以对光散射元件6赋予各向异性散射作用和光偏转作用这两方面功能。例如用双凸透镜列、圆柱形透镜形状体的凹凸结构中，可通过将其剖面形状制成非对称形状来赋予各向异性散射作用和光偏转作用这两方面功能。
此外，本发明中，以调整作为光源装置的视场角并使品质提高为目的，还可使光偏转元件4、光散射元件6中含有光散射材料。作为这种光散射材料，可使用构成光偏转元件4、光散射元件6的材料和折射率不同的透明微粒，可列举如硅珠、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟化甲基丙烯酸盐等单体聚合物或共聚合物等。作为光散射材料而言，需要适当选取含量、粒径、折射率等，避免有损于光偏转元件4的视场集中效果和光散射元件6的适当散射效果。例如就光散射材料的折射率来说，与构成光偏转元件4或光散射元件6的材料间的折射率差过小的话，散射效果便很小，而过大的话，则产生过剩的散射折射作用，所以较好是折射率在0.01～0.1范围，较为理想的是0.03～0.08，更为理想的是0.03～0.05范围。此外，就光散射材料的粒径来说，粒径过大便造成散射增强，导致晃眼或亮度降低，而过小便发生着色，所以较好是平均粒径在0.5～20μm范围，较为理想的是2～15μm，更为理想的是2～10μm范围。
下面按实施例具体说明本发明。
另外按下文所述方式对以下实施例各特性值进行测定。
面光源装置的法线亮度、光强半高宽的测定
用冷阴极管作为一次光源，对其驱动电路的逆变器(ハリソン公司制HIU-742A)加上DC12V，按高频方式点亮。亮度是通过将面光源装置或导光体表面分割为3×5个20mm见方的正方形，取各正方形法线方向亮度值共计15点的平均来求出的。求导光体的光强半高宽时，将具有4mmφ针孔的黑色纸固定于导光体表面以便该针孔位于导光体表面的中央，调整距离以便亮度计的测定圆为8～9mm，按冷阴极管纵向轴的垂直方向和平行方向进行调整以便测角旋转轴以针孔为中心旋转。在各个方向上使旋转轴按0.5°间隔旋转达+80°～-80°，同时用亮度计测定出射光的光强分布(XZ面内)，求得法线方向的亮度、峰值角度、光强分布(XZ面内)的半高宽(峰值的1/2或以上值分布(XZ面内)的展宽角)、出射光分布宽度(θ90、θ70、θ20)。另外，峰值角度相对于法线方向向其中一侧倾斜时取负值，而向另一侧倾斜时取正值。
平均倾斜角(θa)的测定
按照ISO4287/1-1987，由用010-2528(1μmR、55度圆锥、钻石)作为触针的触针式表面粗度仪(东京精器公司制サ一フコム570A)，按0.03mm/秒的驱动速度测定粗面的表面粗度。由根据该测定所获得的图表，对其平均线补偿来修正倾斜，再按照式(1)和式(2)计算求出。
[实施例1～9]
通过用丙烯酸树脂(三菱レイヨン(公司)制アクリペツト VH5#000)进行射流成型，来制作其中一面是平均倾斜角为8度的粗面，而另一面并排连续设置排列有在与长度300mm的边(长边)相正交方向上延伸的棱镜顶角为100度、间距50μm的棱镜列的210mm×300mm、厚度为6mm的14英寸导光体。沿对应于导光体长度300mm的长边的两侧端面用光源反射体(丽光公司制银反射薄膜)覆罩着配置冷阴极管。此外，其他侧端面则贴合光散射反射薄膜(东丽公司制E60)，在棱镜列排列面(背面)配置反射片。将以上的构成装配在框内。该导光体，与光入射面和光出射面两者垂直的面内出射光光强分布(XZ面内)的最大峰值角度相对于光出射面法线方向为63度，半高宽为44度。
另一方面，采用折射率为1.5064的丙烯酸系紫外线硬化树脂制作棱镜片，该棱镜片如表1所示，将构成棱镜列的两个棱镜面(第1棱镜面及第2棱镜面)从棱镜顶部至棱镜 列高度h’的区域1形成为平面(具有如表1所示的倾斜角及顶角分角α、β)，用曲率半径r的凸曲面(具有如表1所示的倾斜角)来构成剩余的接近光输出面一侧的区域2，在厚度为125μm的聚酯薄膜其中一表面上形成大致并排连续设置有间距56.5μm的棱镜列的棱镜列形成面。此时，凸曲面的曲率半径(r)与棱镜列间距(P)的比值(r/P)、两棱镜面与假想平面的最大距离(d)相对于棱镜列间距(P)之比(d/P)如表1所示。
载置所获得的棱镜片，使棱镜列形成面朝向所述导光体的光出射面，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面及光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表1给出下列值：以后述的比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此外，对于实施例4和6，其出射光亮度分布(XZ面内)示于图6。
[比较例1]
除了将棱镜片的棱镜列制成2个棱镜面都是平面、棱镜顶角为60.8度的剖面等腰三角形(α＝β＝30.4度)以外，与实施例1同样得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，取峰值亮度为1.00，表1示出下列值：峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此外，出射光亮度分布(XZ面内)示于图6。
[比较例2]
除了将棱镜片的棱镜列制成2个棱镜面都是平面、棱镜顶角为65.4度的剖面等腰三角形(α＝β＝32.7度)以外，与实施例1同样得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表1示出下列值：以比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此外，出射光亮度分布(XZ面内)示于图6。
表1
    棱镜顶角(°)   平面、凸曲面的倾斜角(°)     h′(μm)     h′/H(％)   凸曲面的曲率半径(μm)     r/P     d/P(％)    峰值亮度比 峰值角度(°) 半高宽(°)     θ20/θ90     θ70(°)
    α     β       区域1       区域2
    实施例1     32.0     32.0   平面   58.0   凸曲面   62.0     17.1     34.1   452     8.00     1.79    1.05   11     29.7     1.53     26.7
    实施例2     32.0     32.0   平面   58.0   凸曲面   60.0     21.1     44.6   452     8.00     1.01    1.15   6     24.4     2.93     14.8
    实施例3     32.0     32.0   平面   58.0   凸曲面   60.0     17.1     36.0   452     8.00     1.13    1.14   7     24.3     2.62     16.4
    实施例4     32.0     32.0   平面   58.0   凸曲面   60.0     13.4     28.0   452     8.00     0.94    1.13   8     23.3     2.41     18.1
    实施例5     34.0     34.0   平面   56.0   凸曲面   62.0     22.1     47.0   452     8.00     2.55    1.18   1     24.2     3.76     21.4
    实施例6     32.7     32.7   平面   57.3   凸曲面   59.0     17.4     38.0   452     8.00     0.99    1.23   4     21.4     3.80     11.0
    实施例7     34.0     34.0   平面   56.0   凸曲面   62.0     17.9     37.1   452     8.00     2.46    1.13   3     26.4     2.40     24.4
    实施例8     34.0     34.0   平面   56.0   凸曲面   58.0     17.9     41.0   452     8.00     0.98    1.36   0     17.3     8.50     6.7
    实施例9     36.0     36.0   平面   54.0   凸曲面   60.0     18.9     43.0   452     8.00     2.40    1.06   0     18.4     4 07     1.46
    比较例1     30.4     30.4             59.6     -     -   -     -     -    1.00   0     33.6     5.44     21.3
    比较例2     32.7     32.7             57.3     -     -   -     -     -    0.94   1     28.9     3.07     21.5
[实施例10]
构成棱镜列的两棱镜面，如表2所示，由2个平面构成，其中之一平面是从棱镜顶部至棱镜列高度17.1μm(h’)其倾斜角为58.0度的平面(β＝32.0度)，另一平面是棱镜列高度17.1μm或以上其倾斜角为62.0度的平面(距离棱镜顶部一侧的区域1、2)，除此以外与实施例1同样制作棱镜片。
载置所获得的棱镜片，使棱镜列形成面朝向与实施例1同样的导光体的光出射面，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表2示出下列值：以比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此时，两棱镜面与其假想平面的最大距离(d)和棱镜列间距(P)之比(d/P)如表2所示。
[实施例11]
构成棱镜列的两棱镜面，如表2所示，由2个平面构成，其中之一平面是从棱镜顶部至棱镜列高度17.1μm(h’)其倾斜角为58.0度的平面(β＝32.0度)，另一平面是棱镜列高度17.1μm或以上其倾斜角为60.0度的平面(距离棱镜顶部一侧的区域1、2)，除此以外与实施例1同样制作棱镜片。
载置所获得的棱镜片，使棱镜列形成面朝向与实施例1同样的导光体的光出射面，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表2示出下列值：以比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此时，两棱镜面与其假想平面的最大距离(d)和棱镜列间距(P)之比(d/P)如表2所示。
[实施例12]
构成棱镜列的两棱镜面，如表2所示，由3个平面构成，其中之一平面是从棱镜顶部至棱镜列高度17.4μm(h’)其倾斜角为57.3度的平面(β＝32.7度)，其中之二平面是棱镜列高度17.4～31.0μm其倾斜角为58.0度的平面，其中之三平面是棱镜列高度31.0μm或以上其倾斜角为60.0度的平面(距离棱镜顶部一侧的区域1、2、3)，除此以外与实施例1同样制作棱镜片。
载置所获得的棱镜片，使棱镜列形成面朝向与实施例1同样的导光体的光出射面，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表2示出下列值：以比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此时，两棱镜面与其假想平面的最大距离(d)和棱镜列间距(P)之比(d/P)如表2所示。
[实施例13]
构成棱镜列的两棱镜面，如表2所示，由3个平面构成，其中之一平面是从棱镜顶部至棱镜列高度16.4μm(h’)其倾斜角为60.0度的平面(β＝30.0度)，其中之二平面是棱镜列高度16.4～33.0μm其倾斜角为60.5度的平面，其中之三平面是棱镜列高度33.0μm或以上其倾斜角为63.4度的平面(距离棱镜顶部一侧的区域1、2、3)，除此以外与实施例1同样制作棱镜片。
载置所获得的棱镜片，使棱镜列形成面朝向与实施例1同样的导光体的光出射面，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表2示出下列值：以比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此时，两棱镜面与其假想平面的最大距离(d)和棱镜列间距(P)之比(d/P)如表2所示。
[实施例14]
构成棱镜列的两棱镜面，如表2所示，由2个平面和1个凸曲面构成，其中之一平面是从棱镜顶部至棱镜列高度10.2μm(h’)其倾斜角为57.1度的平面(β＝32.9度)，另一平面是棱镜列高度10.2～21.0μm其倾斜角为58.9度的平面，而凸曲面是棱镜列高度21.0μm或以上其曲率半径为400μm的圆柱面形状的凸曲面(倾斜角＝60.0度，凸曲面部位的弦与棱镜列形成面的法线所成的角度＝31.1度)(距离棱镜顶部一侧的区域1、2、3)，除此以外与实施例1同样制作棱镜片。
载置所获得的棱镜片，使棱镜列形成面朝向与实施例1同样的导光体的光出射面，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表2示出下列值：以比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此时，两棱镜面与其假想平面的最大距离(d)和棱镜列间距(P)之比(d/P)如表2所示。
[实施例15]
构成棱镜列的两棱镜面，如表2所示，由2个凸曲面构成。其中之一凸曲面是从棱镜顶部至棱镜列高度10.7μm(h’)其剖面为椭圆面形状(长轴交点处曲率半径为400μm而短轴交点处曲率半径为800μm的椭圆形状其短轴交点附近)的凸曲面(倾斜角＝56.6度、β＝33.7度)，而另一凸曲面是棱镜列高度10.7μm或以上其曲率半径为400μm的圆柱面形状的凸曲面(倾斜角＝64.0度，凸曲面部位的弦与棱镜列形成面法线所成的角度＝26.0度)(距离棱镜顶部一侧的区域1、2)，除此以外与实施例1同样制作棱镜片。
载置所获得的棱镜片，使棱镜列形成面朝向与实施例1同样的导光体的光出射面，棱镜棱线与导光体的光入射面平行，得到面光源装置。求出与该面光源装置的光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)，表2示出下列值：以比较例1为基准时的峰值亮度比；峰值角度；具有峰值亮度的1/2或以上亮度值的角度范围(半高宽)；具有峰值亮度的90％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ90)与具有峰值亮度的20％或以上亮度值的出射光分布宽度(θ20)之比(θ20/θ90)；以及具有峰值亮度的70％或以上亮度的出射光分布宽度(θ70)。此时，两棱镜面与其假想平面的最大距离(d)和棱镜列间距(P)之比(d/P)如表2所示。
表2
    棱镜顶角(°)               平面、凸曲面的倾斜角(°)     h′(μm)     h′/H(％)      d/P(％) 峰值亮度比   峰值角度(°)     半高宽(°)    θ20/θ80     θ70(°)
    α     β         区域1         区域2         区域3
实施例10     32.0     32.0     平面     58.0     平面     62.0     -     -     17.1     34.1     1.62     0.99   6     33.3    1.97     26.4
实施例11     32.0     32.0     平面     58.0     平面     60.0     -     -     17.1     36.0     2.09     1.10   1     28.1    1.29     21.8
实施例12     32.7     32.7     平面     57.3     平面     58.0     平面     60.0     17.4     37.9     0.95     1.22   2     21.6    4.82     14.7
实施例13     30.0     30.0     平面     60.0     平面     60.5     平面     63.4     16.4     31.7     1.30     0.92   9     36.3    2.32     29.9
实施例14     32.9     32.9     平面     57.1     平面     58.9     凸曲面     60.0     10.2     21.5     1.01     115   6     26.5    2.53     15.6
实施例15     33.7     33.7     凸曲面     56.6     凸曲面     64.0     -     -     10.7     19.7     3.88     0.95   11     33.1    2.19     27.4
产业实用性
综上所述，可提供一种不仅谋求基于高聚光效应的亮度提高，而且亮度随观察方向变化引起的下降小，能够提高一次光源光量的利用效率(具体来说，提高一次光源所发出光在所需观察方向上集中出射的效率提高)，而且容易以简单构成改善图像品质的光源装置。

Claims (40)

1.一种光源装置，包含一次光源、具有入射该一次光源所发出光的相互对向的两个光入射面及对所入射光进行导光并出射的光出射面的导光体、以及相邻配置于该导光体的光出射面一侧的光偏转元件，其特征在于，
所述光偏转元件具有将光入射的光进入面和位于其相反侧将所入射的光射出的光输出面，所述光进入面相互并排排列有多条由两个棱镜面构成的棱镜列，所述棱镜面分别由至少2个倾斜角不同的面构成，与所述光输出面越近位置的所述面其倾斜角越大，最接近所述光输出面的所述面的倾斜角和最远离所述光输出面的所述面的倾斜角两者的差为15度或以下。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述面中至少一个面是平面。
3.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，
所述面都是平面。
4.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于，
所述面是至少3个平面。
5.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述面中至少一个面是凸曲面。
6.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，
所述面都是凸曲面。
7.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，
所述面是至少1个平面和至少1个凸曲面。
8.如权利要求7所述的光源装置，其特征在于，
所述面是至少2个平面和至少1个凸曲面。
9.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，
所述面中至少2个面是彼此形状不同的凸曲面。
10.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，
所述凸曲面的曲率半径r和棱镜列的间距P两者之比r/P为2～50。
11.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，
所述凸曲面的至少一个是非圆柱面。
12.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
距所述棱镜列顶部的高度为h的区域内形成至少2个所述面，令所述棱镜列高度为H时h/H为10％或以上。
13.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述面与连结所述棱镜列顶部和底部的假想平面两者间的最大距离d相对于所述棱镜列间距P的比例d/P为0.4～5％。
14.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述棱镜列的顶角为35～80度。
15.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述棱镜列的顶角其中一个分角α为25～40度，而另一分角β为25～40度。
16.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述棱镜列的顶角其中一个分角α和另一分角β彼此不同。
17.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述光偏转元件出射的出射光的亮度分布中，亮度为峰值亮度的70％的出射光分布宽度θ70为10度或以上。
18.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
从所述光偏转元件出射的出射光的亮度分布中，亮度为峰值亮度的90％的出射光分布宽度θ90和亮度为峰值亮度的20％的出射光分布宽度θ20两者之比θ20/θ90为5或以下。
19.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述光偏转元件的光输出面上相邻配置了光散射元件。
20.如权利要求19所述的光源装置，其特征在于，
所述光散射元件在入射平行光时的出射光光强分布的半高宽为1～13度。
21.如权利要求19所述的光源装置，其特征在于，
所述光散射元件的光散射透过率比值为8～82％。
22.如权利要求19所述的光源装置，其特征在于，
所述光散射元件至少其中一个面的平均倾斜角为0.8～12度。
23.如权利要求19所述的光源装置，其特征在于，
所述光散射元件在入射平行光时的出射光光强分布的半高宽具有各向异性。
24.如权利要求19所述的光源装置，其特征在于，
所述光散射元件在入射平行光时的出射光光强分布的最大半高宽为最小半高宽的1.1倍至20倍。
25.一种光偏转元件，其特征在于，
具有将光入射的光进入面和位于其相反侧将所入射的光出射的光输出面，所述光进入面相互并排排列有多条由2个棱镜面构成的棱镜列，所述棱镜面分别由至少2个倾斜角不同的面构成，与所述光输出面越近位置的所述面其倾斜角越大，最接近所述光输出面的所述面的倾斜角和最远离所述光输出面的所述面的倾斜角两者的差为15度或以下。
26.如权利要求25所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面中至少一个面是平面。
27.如权利要求26所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面都是平面。
28.如权利要求27所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面是至少3个平面。
29.如权利要求25所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面中至少一个面是凸曲面。
30.如权利要求29所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面都是凸曲面。
31.如权利要求29所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面是至少1个平面和至少1个凸曲面。
32.如权利要求31所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面是至少2个平面和至少1个凸曲面。
33.如权利要求29所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面中至少2个面是彼此形状不同的凸曲面。
34.如权利要求29所述的光偏转元件，其特征在于，
所述凸曲面的曲率半径r和棱镜列的间距P两者之比r/P为2～50。
35.如权利要求29所述的光偏转元件，其特征在于，
所述凸曲面的至少一个是非圆柱面。
36.如权利要求25所述的光偏转元件，其特征在于，
距所述棱镜列顶部的高度为h的区域内形成至少2个所述面，令所述棱镜列高度为H时h/H为10％或以上。
37.如权利要求25所述的光偏转元件，其特征在于，
所述面与连结所述棱镜列顶部和底部的假想平面两者间的最大距离d相对于所述棱镜列间距P的比例d/P为0.4～5％。
38.如权利要求25所述的光偏转元件，其特征在于，
所述棱镜列的顶角为35～80度。
39.如权利要求25所述的光偏转元件，其特征在于，
所述棱镜列的顶角其中一个分角α为25～40度，而另一分角β为25～40度。
40.如权利要求25所述的光偏转元件，其特征在于，
所述棱镜列的顶角其中一个分角α与另一分角β彼此不同。
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