帶有多邊形光導板的擴展照明裝置的製作方法

2023-08-08 22:29:21

專利名稱：帶有多邊形光導板的擴展照明裝置的製作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及一種與液晶顯示(LCD)裝置一起使用的擴展照明裝置，並尤其涉及一種帶有光導板的擴展照明裝置，其中光導板的構形適宜於在整個顯示屏上以均勻的方式擴展來自點光源的光。
2.相關技術的描述光源設置成面對光導板一個端面的側光式擴展照明裝置經常地用作LCD裝置的輔助照明裝置。在側光式擴展照明裝置中，光源的形狀做成棒狀，如螢光燈，並具有基本上等於光導板寬度的長度，由此可以以均勻的方式對整個光導板照明。在要求低功耗的裝置、如可攜式電話中，採用發光二極體(LED)做為光源。LED是一個點光源，會帶來關於實現光導板上均勻亮度的問題。日本專利JP3151830公開了一種擴展照明裝置，其中也強調了上述問題。在其中公開的擴展照明裝置中，從其一個端面進入到光導板的光在從其一個主表面(光出射面)出射之前被局限在光導板之內。該光導板有一個基本上設置在其一個端面(光入射面)的中心的點光源，並有一個整個地形成在與所述主表面相對的另一個主表面上的光散射圖案。光散射圖案包括多個的圖案元素，每個元素具有伸出的構形並以間隔分布，其縱向的取向基本上正交於連接圖案元素和點光源的連線。在日本待定專利申請JP2001-357714中公開了另一種擴展照明裝置，其中也是針對前述的問題。擴展照明裝置包括一個光導板，該光導板在其作為光出射面的主表面上有一種光發射圖案，該圖案包括一個斜面陣列。點光源設置在光導板的至少一個角上。該角被斜切，並且其切面的取向基本上垂直於連接一個角與另一個在對角線方形上相對的角的對角線，使得發光面與斜面對齊的點光源發出的光指向光導板的中心區域。但是，上述的擴展照明裝置有下列問題。在日本專利申請JP3151830公開的擴展照明裝置中，點光源12設置在光導板11的光入射面中心，如圖5所示，這種設置使得點光源很難對整個區域15以均勻的亮度照明。並且在日本待定專利申請JP2001-357714公開的擴展照明裝置中，點光源12設置在光導板11的斜切角13處，如圖6A所示，這種設置解決了圖5所示擴展照明裝置中出現的問題。但角13被斜切，點光源12發出的光被導向光導板11的中心，因此在區域K處提供的亮度低於中心區域的亮度。如果在角13的對角位置以同樣的方式設置另一個點光源，則區域K的照明亮度仍然低於中心區域的亮度。圖6A中顯示的問題可以通過在所有四個角處分別設置點光源來解決，但這種組件數量的增加使得製造成本增高並消耗更多的電能。圖6B展示了解決問題的另一個辦法，其中在一個作為光導板11的光出射面的主表面11a上形成光發射圖案14，並且斜切角13有一種水平擴散光束的機構13a。光發射圖案14包括一個斜面陣列，截面中的各個斜角在1～20°的範圍。因為光發射圖案14基本上平行於斜切角13的表面取向，所以從點光源發出並朝向兩個與角13相鄰的角傳播離開光導板11的中心區的光線在光發射圖案14的斜面處無效地反射，由此不能有效地從一個主表面11a出射，而朝向光導板11的中心區傳播的光束在光發射圖案14的斜面處有效地被反射，因而從一個主表面11a有效地出射。因此該方法仍然不能令人滿意，儘管設置了用於水平擴散光束的機構13a，但在對接近兩個相鄰角度、尤其接近長邊處的角度的區域有效照明時還不能在整個光導板11上提供均勻的照明。
發明概述鑑於上述問題產生了本發明，並且本發明的目的在於提供一種擴展照明裝置，其中光導板的構造適宜於允許從點光源發出並進入到光導板中的光以均勻的方式從光導板向照明目標、如LCD屏發射。為了實現上述目標，根據本發明的一個方面，擴展照明裝置，包括至少一個點光源；和一個由基本上透明的材料形成的光導板，光導板用於使從該至少一個點光源發出並進入其內的光從其一個主表面出射，該光導板成形為多邊形，該多邊形有兩個邊基本上相互平行，並且做為其一部分，至少包括一個三角形，該三角形底邊由連接兩個平行邊的各自直接相反端的虛線限定，並且有一個設置在其一邊的點光源，該邊構成三角形的兩個斜邊之一。在本發明的一個方面，形成在垂直於多邊形的有點光源的邊的一個線條與多邊形的兩個平行邊中與具有點光源的邊相鄰的一個邊之間的角度可以由公式算出{55-(Y/X)×15}°，此處的Y是兩個平行邊中的一個邊的長度，X是兩個平行邊之間的距離。在本發明的一個方面，點光源可以設置成不凸出到兩個平行邊中與有點光源的邊相鄰的一個邊的延長線以外。
在本發明的一方面中，Y(兩個平行邊中一個邊的長度)與X(兩個平行邊之間的距離)的比率可以在1～2.5。在本發明的一方面中，多邊形可以是五邊形，做為其一部分，包括一個底邊由連接兩個平行邊的各個直接相對端的虛線限定的三角形。在本發明的一個方面，多邊形可以是六邊形，做為其一部分，包括兩個形狀一致的三角形，兩個三角形關於光導板的中點對稱定位並取向，由此使得六邊形的兩個均有點光源的邊互相平行取向。在本發明的一個方面，光導板可以有形成在至少一個主表面上的光散射圖案。在本發明的一個方面，光散射圖案可以包括多個交錯地設置成格柵狀分布的圖案元素。因此，從點光源發出的光的方向可以通過適當地確定其上設置有點光源的邊的角度來優化，由此可以有效地對光導板的角部區域照明，以最少數量的點光源以及最小的功耗在整個光導板上實現均勻的照明。另外，與形成在光導板上的光散射圖案的結合將協同產生更均勻的照明。
附圖簡述通過下面結合附圖進行的描述，本發明的上述及其它特點和優點將變得更加清晰，其中

圖1A是本發明第一實施例的擴展照明裝置的平面圖；圖1B是圖1A所示的擴展照明裝置在N方向的側視圖；圖2是根據本發明第二實施例的擴展照明裝置的頂視平面圖；圖3是根據本發明第三實施例的擴展照明裝置的頂視平面釋意圖；圖4A是根據本發明第三實施例的照明裝置頂視平面圖，表示光導板上測量亮度的點，圖4B表示在圖4A點處的測量結果；圖5是一種常規的擴展照明裝置的頂視平面釋意圖；圖6A和6B是另一種常規擴展照明裝置的頂視平面釋意圖；和圖7是發光二極體(LED)的截面圖。
對優選實施例的詳細描述下面將參考圖1A和1B描述根據本發明第一實施例的擴展照明裝置。在根據第一實施例的擴展照明裝置中，光導板11具有圖1A所示平面圖中的結構，具體地說，光導板11的形狀做成五邊形，限定了五個角度(以下視情況而定也稱作「角部」)P、Q、R、S和T，並且還定義了五個邊(以下視情況而定也稱作「側面」)YA(Q-S)、YB(R-T)、YC(P-Q)、YD(P-R)和YE(S-T)。邊YA和YB基本上彼此平行，其間的間距等於邊YE的長度X，該兩個邊還基本上垂直於邊YE，由此使得角S和T的內角成為直角，並且邊YC和YD分別構成三角形的兩個斜邊，其中三角形的底邊由連接角Q和R的虛線確定，其頂角由角P定義。做為點光源的LED 12設置在光導板11的側面YC處，從LED12發出的光經側面YC進入光導板11。邊YA和YB的各自長度Y1和Y2可以彼此相等或不等，但考慮到做為照明目標的LCD裝置通常是矩形，所以最好長度Y1和Y2裁成彼此相等。在實施例的描述中，長度Y1和Y2彼此相等並總的以Y表示。在光導板11的除帶有LED 12的側面YC之外的側面至少放置一個反射件，如反射率不小於85％的鏡面反射膜，從而完全利用進入光導板11中的光。具體地說，反射膜的反射面最好例如塗覆銀或鋁。光導板11的基本功能如下。從LED 12發出並經側面YC進入光導板11的光在光導板11中傳播的同時被反覆地全反射，並且入射到形成在一個主表面(光出射面)11a上的光散射圖案的光部分地改變其方向，從而從光出射面11a出射，而入射到另一主表面(底面)11b的光在設置於底面11b上的反射板(未示出)處反射，返回到光導板11，並最終從光出射面11a出射。形成在邊YA和垂直於邊YC的線H之間的角度α由下列公式算出{55-(Y/X)×15}度，並且依據光導板11的材料、LED 12的發射角分布特性以及光散射圖案的構形，Y與X之比最好處於1.0～2.5的範圍，但不限於該範圍的值。因此，與日本待定專利申請JP2001-357714公開的擴展照明裝置不同，該裝置中光導板的角部被斜切，使得從點光源發出的光直向光導板光出射面的中心區，而在本發明的擴展照明裝置中，從做為點光源的LED 12發出並傳播進入光導板11的光的方向由光導板11的結構適當地決定，由此使得LED 12發出的光可以以在光導板11上均勻的方式發射。設置在側面YC上的LED 12定位成不凸出到從邊YA的延長線M以外，擴展照明裝置的寬度由此不會超過邊YE的長度。邊YC的長度沒有嚴格的限定，只要可以如上所述地設置包含焊接空間的LED 12即可。做為點光源的LED 12例如這樣構造，即位於透明基底121上的InGaN藍LED晶片120被置於外殼123中並被YAG螢光材料122完全覆蓋，如圖7所示。從藍LED晶片120發出的藍光與從由藍LED晶片120激發的YAG螢光材料122發出的黃光混合，由此從與光導板11的側面YC接觸的光發射面124發出白光。或者，LED 12可以包括InGaN紫外LED晶片和白色螢光材料，從而發射白光。光導板11由折射率較高的透明樹脂材料形成，如聚碳酸酯或丙烯酸甲酯，並且在圖1B中相對於光傳播方向具有恆定的厚度，或者也可以具有隨著離開LED12的距離增大而逐漸減小的厚度，從而形成楔形截面。另外，光導板11的光出射面11a和底面11b上可以設置通過糙化而形成的光散射圖案或是帶有擴散反射墨水的印刷點。下面對本發明第二實施例的擴展照明裝置進行描述。參見圖2，根據本發明第二實施例的的擴展照明裝置有一個形狀為六邊形的光導板11，其定義了六個角(以下視情況而定也稱作「角部」)P1、P2、Q、R、S和T，並且還定義了六個邊(以下視情況而定也稱作「側面」)YA(Q-S)、YB(R-T)、YC1(P1-Q)、YD1(P1-R)、YC2(P2-T)和YD2(P2-S)，其中邊YA和YB基本上彼此平行，其間距為X。六邊形包括兩個做為其組成部分的三角形，其中一個(圖中的上方)是這樣形成，即邊YC1和YD1分別構成兩個斜邊，連接角Q和R的虛線構成底邊，角P1構成頂角，另一個三角形(圖中的下方)這樣構成，即邊YC2和YD2以及連接角S和T的虛線分別構成三條邊，角P2構成面朝下的頂角。在本文中，因為LCD裝置通常為矩形，所以邊YA和YB的各自長度Y1和Y2最好設置成彼此相等(Y1＝Y2，總的稱作Y)。前面兩個三角形的形狀彼此相等，並且分別繞光導板11的中點對稱地定位和取向。兩個三角形的側面YC1和YC2彼此平行且在其上分別設置有做為點光源的第一和第二LED 12。因為兩個LED 12設置成彼此對角線相對，所以根據第二實施例的擴展照明裝置尤其適於長度Y與距離X之比大於2.5、並且需要對整個光導板11上提供均勻性提高的更亮的照明的情形。邊YA和垂直於邊YC的線H之間形成的角α由公式{55-(Y/X)×15}算出。分別設置在側面YC1和YC2的第一和第二LED 12定位成不凸出到邊YA和YB的延長線M之外，由此使得擴展照明裝置的寬度不超過邊YA和YB之間測得的距離。對邊YC1/YC2的長度W沒有嚴格的限制，只要可以如上所述地設置包含焊接空間的LED 12即可。下面描述根據本發明第三實施例的擴展照明裝置。參見圖3，根據本發明第三實施例的擴展照明裝置的光導板11形狀做成與第一實施例的相同，但在其光出射面11a(參見圖1B)上形成有光散射圖案。光散射圖案包括多個的做為圖案元素的圓形凸點Kn。在圖3中，為了便於理解，光散射圖案的點Kn的數量和大小不同於由實驗根據光導板11的大小及LED 12的光度確定的情形。點Kn以交錯的方式位於由分別平行於YA/YB和YE的虛線xm和yn(m和y代表整數)形成的交叉點處。圓凸點Kn的直徑隨著離開LED12中點的距離的增大而增大，並且還隨著相對於虛線L的角度θ的增大而增大，其中虛線L起始於LED12的中點G並垂直於LED12的光發射面。具體地說，取點K4、K5和K6做為比較例，設置在虛線L上的點K6的直徑大於也設置在虛線L上但更接近LED12的中點G的點K4的直徑，設置在距離中點G與點K4有相等距離、但角度θ大於點K4的位置處的點K5具有大於點K4的直徑。考慮到LED12發出的光的光強隨著相對於虛線L的角度θ的增大而減小、並隨著離開LED12中點G的距離增大而減小這些事實之後構建了光散射圖案，由此使得從LED12發出並進入到光導板11的光可以以更均勻的方式從光導板11的光出射面11a出射，與距離和光發射角無關。另外，因為點以交錯的方式設置成格柵分布而非弧形分布，所以可以很容易地製造用於形成光散射圖案的掩膜。圖4A和4B表示根據第三實施例的擴展照明裝置的光導板11上的光斑。在圖4A中，邊YA和YB的長度Y1和Y2彼此相等，長度Y與距離X之比為4∶3，角度α(參見圖1A)為35°。從圖4B可知，最低亮度與最高亮度之比為0.88，其落在實際可接受的範圍之內。結合第三實施例，光散射圖案可以應用到第二實施例的擴展照明裝置，該裝置有兩個設置成彼此相對的點光源。在此情況下，光散射圖案由兩個關於光導板的中點對稱的部分組成。在不脫離本發明實質及特點的情況下可以以其它的形式實施本發明。以上所述的實施例只出於舉例而非限定的目的。本發明的範圍由所附的權利要求而非前述說明限定。所有的變化和改型都將落在由權利要求限定的本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種擴展照明裝置，包括至少一個點光源；和一個由基本上透明的材料形成的光導板，光導板用於使從該至少一個點光源發出並進入其內的光從其一個主表面出射，該光導板成形為多邊形，該多邊形有兩個邊基本上相互平行，並且做為其一部分，至少包括一個三角形，該三角形底邊由連接兩個平行邊的各自直接相反端的虛線限定，並且有一個設置在其一邊的點光源，該邊構成三角形的兩個斜邊之一。
2.如權利要求1所述的擴展照明裝置，其特徵在於形成在垂直於多邊形的有點光源的邊的一個線條與多邊形的兩個平行邊中與具有點光源的邊相鄰的一個邊之間的角度可以由公式算出{55-(Y/X)×15}°此處的Y是兩個平行邊中的一個邊的長度，X是兩個平行邊之間的距離。
3.如權利要求1所述的擴展照明裝置，其特徵在於點光源設置成不凸出到兩個平行邊中與有點光源的邊相鄰的一個邊的延長線以外。
4.如權利要求2所述的擴展照明裝置，其特徵在於長度Y與距離X的比率出於1～2.5的範圍。
5.如權利要求1所述的擴展照明裝置，其特徵在於多邊形是五邊形，做為其一部分，包括一個底邊由連接兩個平行邊的各個直接相對端的虛線限定的三角形。
6.如權利要求1所述的擴展照明裝置，其特徵在於多邊形是六邊形，做為其一部分，包括兩個形狀一致的三角形，兩個三角形關於光導板的中點對稱定位並取向，由此使得六邊形的兩個均有點光源的邊互相平行取向。
7.如權利要求1所述的擴展照明裝置，其特徵在於光導板有形成在至少一個主表面上的光散射圖案。
8.如權利要求7所述的擴展照明裝置，其特徵在於光散射圖案包括多個交錯地設置成格柵狀分布的圖案元素。
全文摘要
在擴展照明裝置中包括一個點光源和一個光導板，光導板的形狀做成五邊形，其中有兩個邊基本上相互平行，並且做為其一部分，至少包括一個三角形，三角形的底邊由連接兩個平行邊的各自直接相反端的虛線限定，並且點光源設置在五邊形的構成三角形兩個斜邊之一的邊上。
文檔編號G02F1/13357GK1523264SQ20041000585
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月20日 優先權日2003年2月21日
發明者水谷仁, 川島悟之, 國持亨, 石神克二, 之, 二 申請人:美蓓亞株式會社