面狀光源的製作方法
2023-07-30 05:01:51 1
專利名稱：面狀光源的製作方法
技術領域：
本發明與從背部照射液晶面板等的面狀光源有關。
背景技術：
近年來，在行動電話以及其它可攜式信息終端設備上採用了小型的液晶顯示器，作為該液晶顯示器的照明手段使用了面狀光源。該面狀光源由板狀的導光板及其相向配置在其側面的發光二極體(下面稱之為LED)等發光光源構成，由於其適合小型化與薄型化，因而被廣泛使用。
此種面狀光源，可將LED發出的光射入導光板，通過在導光板內的重複反射進行傳播。此時，可通過設置在導光板下面的溝槽及褶縐，射出反射或折射光。其後，從導光板上面射出的光射向液晶顯示器，照射液晶顯示器。
作為此類面狀光源的例示，可參照圖6所示目前使用的面狀光源(可參照專利申請2002-093383號的圖7)，圖6示出面狀光源110的構成，其中(a)為斜視圖，(b)為側視圖。
在圖6之中，101為構成發光光源的LED，102為導光板，103為稜鏡薄板，106為反射板，107為液晶顯示板。導光板102的平面形狀由基本呈四邊形的板狀透光玻璃或樹脂構成。102a為導光板102的上面。102c為與LED101相向的入射光側面。102b為導光板的下面。在該下面的102b之上形成許多非對稱的稜鏡102b1，與上述上面的102相向。該非對稱稜鏡102b1隨著距入射光側面102c的距離的增加，由急劇增加與上面的102a距離的陡峭下降斜面102b11和緩慢減少與上面的102a的距離的慢上坡斜面構成。此外，在與前期入射光側面102c相向的位置上，配置了由固定件101b固定的3個LED101。
若從未圖示的電源給LED101提供額定電流，LED101就會發出白色或規定顏色的光。由LED101射出的光，射入導光板102的入射光側面102c，在該面上折射之後進入導光板102的內部。進入內部的光，正如後述，在導光板的上面102a與下面102b之間反覆反射之後，在上面的102a發生折射，穿過導光板102射出，射入稜鏡薄板103。射入稜鏡薄板103的光，在稜鏡薄板103內被正反射，最終將其前進方向改變為Z方向。該Z方向的光通過射入液晶顯示板107，將透過液晶的光的方向改變為理想方向，使鮮明的顯示成為可能。
圖7是表示從LED101射入導光板102的光的一種路徑的側面圖。在該圖之中，從LED101以出射角θi射出的光線以入射角θl射入導光板102的入射光側面102c，在該面折射後透過，此時的入射角θl和出射角θ間的關係，若將空氣的折射率設定為1、將導光板102(由聚碳碳酯等構成)的折射率設定為n，則根據斯內爾定律，nSinθ＝Sinθi這樣一來，θ＝Sin-1((1/n)Sinθi)… (1)例如，當導光板102的折射率n＝1.58，θi＝90°時，因根據式(1)，θ＝Sin-1((1/1.58)＝39.3°，所以臨界角θc為θc＝39.3°然而，由於入射角θi實際上最大也超不過90°，因而根據式(1)出射角θ最大也超不過臨界角θc。由於導光板102的臨界角θc一般都在40°左右，因此上述出射角θ最大的也不會超過40°。在出射角θ透過入射光側面102c的光線以入射角θ1射入導光板102的上面的102a。此時，正如由圖7也可看出的那樣，有θ+θ1＝90°的關係，由於正如上述出射角θ為40°以下，因而入射角θ1為50°以上，就會超過了40°左右的臨界角θc。因此，射入該上面102a的光線以50°以上的反射角θ1被全面反射。
該反射光對應於設置在下面的具有傾角α的上升斜面102b12，以θ2＝θ1-α的入射角θ2入射。在這兒，傾角α為約1°至數度。
以入射角θ2入射的光線在該面以θ2的反射角被反射，相對於上面的102a，以θ3＝θ2-α＝θ1-2α的入射角θ3入射，以θ3的反射角被反射，被反射的光線，相對於上升斜面102b12，以θ4＝θ3-α＝θ1-3α的入射角θ4入射。這樣一來，最初由上面102a反射角θ1射出的光線每射入斜面102b12及上面的102a，其入射角即變為從θ1中減去一個傾角α的值。也就是說，最初為反射角θ1的光線在進行了N次反覆的反射之後的情況下，若將其入射角設為θN，則θN＝θ1-(N-1)α…(2)(對於此處圖中所示的θ2、θ3、θ4…，式(2)中的入射次數N分別為②、③、④…)。
入射角θN正是這樣減少的，對於臨界角θc，當θN＝θ1-(N-1)α＜θc… (3)時，入射光透過上面102a或下面102b的上升斜面102b12，從導光板102射出到外部，例如若設θ1＝52°、α＝1°、θc＝40°則根據式(3)，N＞13，要想射出到外部，必須經過14次以上的反覆入射。因此在入射光側面102c附近，入射光不能射出到外部。例如當導光板102的厚度為1mm時，在距入射光側面102c大體3mm的範圍內，光線不能射出到外部，在此距離以外射出到外部才是正常的光線路徑。在光線正常射出的範圍內，出射光以極均勻的狀態射出。
然而，採用此種導光板102的現用的背光光源中，下述的問題並不少見。即如圖8的平面圖所示，在導光板102的入射光側面102c附近，例如3～4mm的範圍S1內，有數條輝線14很明顯(圖8中的輝線全部用深影線標示)。S2為輝線不明顯的範圍。產生此種明顯的輝線14可有如下原因。正如圖10所示，在導光板102的入射光側面102c與上面102a交叉的邊緣部位102d上，從LED101到達的發光光線從邊緣102d進入導光板102。
而且，在表示LED的「光源的指向特性」的圖11之中，在LED101的發光光線中，到達上述邊緣102d的光是相當於用影線標示的SL的方向的光。
若上述邊緣102d不是鏡面而是粗糙面，則LED101的發光光線在邊緣不是以通常的折射，而是以散亂的形式入射。即多個種光線從邊緣102d分為不同的方向進入導光板102內，看起來就好象邊緣102d在發光。因此，可將邊緣102d看作二次光源。而且此種二次光源也在導光板102的入射光側面102c與下面的102b交叉的下側的邊緣部102e產生。正如上述，由於現用的導光板102其邊緣102d、102e基本呈直角結構，因而成形加工時的複製性很差，很容易形成粗糙表面，因此，很容易產生二次光源。
若論在邊緣102d發生的二次光源，正如圖9所示，二次光源產生的光線，與下面102b的上升斜面102b12對應的入射角θb有時會在臨界角θc以下，此種情況下，正如光線S21所例示，透過上升斜面102b12，經其下方一側的反射板106反射，再次進入導光板102內，透過上面的102a射出到上方。由於此種射出涉及很大的範圍，因而不會因此而產生輝線。
另一方面，當上述入射角θb大於臨界角θc的情況下，正如光線S22所示，由上升斜面102b12反射之後由上面的102a出射，但在到達該出射之前的基於反射等的入射次數，正如前面已說明過的那樣，因入射角θb與臨界角θc的差而異，若該差增加，入射的次數也將增加。關於此點，將用圖10更為詳細地加以介紹。在圖10之中，φ1，φ2，φ3，φ4均為從邊緣102d產生的光束，各光束自身的角度寬度設定為小於上升斜面102b12的傾角α。而且將這些光束的上面102a作為基準的出射角φ1設定為最小，按照φ2、φ3、φ4的順序，依次大一個傾角α。
在此，將光束φ1、φ2、φ3、φ4的上述出射角分別設定為θd1、θd2、θd3、θd4，將這些出射角與臨界角θc的關係設定為θd1＝1.5α+θcθd2＝2.5α+θc
d3＝3.5α+θcθd4＝4.5α+θc (4)正如圖10所示，光束φ1、φ2、φ3、φ4均對於上升斜面102b12進行第1次的入射，其時的入射角雖然分別為θd1-α、θd2-α、θd3-α、θd4-α，但由於均依據式(4)大於臨界角θc，因此，這些光束在上升斜面102b12全部被反射。而且被反射的光束雖然對上面的102a進行第2次的入射，而其時的入射角，在考慮到式(4)的前提下，分別為θd1-2α＜θc、θd2-2α＞θc、θd3-2α＞θc、θd4-α＞θc，只有光束φ1的入射角θd1-2α小於臨界角θc，正如圖中所示，從上面102a，以光束的寬度b1射出。
其餘的光束φ2、φ3、φ4雖在上面102a被反射，對上升斜面102b12進行第3次的入射，但此時的入射角考慮到式4，分別為θd2-3α＜θc、θd3-3α＞θc、θd4-3α＞θc。
此時，只有光束φ2的入射角θd1-3α小於臨界角θc，光束φ2從上升斜面102b12以光束的寬度b2射出。下面也相同，由於第4次的入射，光束φ3以寬度b3從上面102a射出，由於第5次的入射，光束φ4以寬度b4從上升斜面102b12射出到外部。
正如上述，依據入射的次數，上述各光束依次射出到外部，但射出時的光束的寬度依入射的次數依次增加，形成b1＜b2＜b3＜b4的關係。這是因為各個光束φ1、φ2、φ3、φ4自身的角度即便相同，實際的光束寬度的尺寸也會隨光束路徑的長度成比例增加，入射次數越多，光束的路徑越長，隨之而來的出射光的實際的寬度就會變得越寬。而在圖10之中，由於從下面的上升斜面102b12射出的光束正如圖9所示，實際被反射板106反射，再次進入導光板2內之後從上面的102a射出，所以從結果上可認為與直接從102a射出的光束視為相同。
若將圖10所示的光束φ1、φ2、φ3、φ4的出射光對應於圖8所示的多個條輝線14①、14②、14③、14④進行考慮，則圖10所示的寬度b1的光束φ1的出射光處於距入射光側面102c最近的位置，因其寬度也最窄，所以與圖8所示的輝線14①對應。圖10所示的寬度b2的光束φ2的射出光處於第2靠近入射光側面102c的位置，因其寬比上述b1略寬若干，所以與圖8所示的輝線14②對應。正如上述，圖10所示的光束φ3、φ4的射出光，分別對應於圖8所示的14③、14④。
當與圖10所示的光束φ4的上面的102a對應的出射角更大的情況下，隨著出射角的增大，從導光板2射出前的入射次數進一步增加，射出到外部的位置也距入射光側面102c更遠，與此同時，出射的光束的寬度也更寬，單位面積的光量，即輝度也會逐漸下降。此時，在圖8所示的導光板102的平面圖上，用深影線標示的輝線的寬度隨著距入射光側面102c的距離的增大而變寬，與輝線變得不明顯的事實一致。正如上述，圖8所示的輝線明顯的原因正如圖10所示，在於從邊緣102d發出的光線之中，存在以較少的入射次數(1～4次)射出到導光板102外部的光線。
以上的說明雖是將圖9所示的邊緣102d作為二次光源的，但在把下側的邊緣102e作為二次光源時，與上面的102a對應的入射角形成臨界角以上的光線中也會以與上述相同的原理產生輝線。而起因於邊緣102d及102e的二次光源的這些輝線還具有在導光板102的上方配置圖6所示的稜鏡薄板103或擴散薄板(未圖示)等限制光的方向的部件的情況下，更為明顯的趨勢。此外，在以上的說明中，為方便起見，作為輝線產生的情況，僅介紹了導光板102的下面102b的反射面由非對稱稜鏡102b1構成的情況，然而實際情況並不受此限制，即使導光板102的下面的102b是由對稱稜鏡、印刷、褶縐或點等構成的具有規則或不規則凸凹的反射面，當導光板102的邊緣102d、102e產生上述二次光源的情況下，根據基本相同的原理，同樣會產生照明時輝線明顯的問題。而且此種輝線一旦產生，即會產生明暗條紋，成為極其難看的面狀光源。
發明內容
本發明正是針對上述現有技術的問題而提出的，其目的在於在具有導光板以及在其一側配置LED等發光光源的面狀光源之中，提供一種可防止因輝線產生明暗條紋的面狀光源。
作為實現上述目的的第1種手段，本發明所涉及的面狀光源的特徵在於具有由板狀透光材料構成，上面為出射面、下面為反射面的導光板以及與該導光板的入射光側面相向配置的發光光源，通過導光板的反射面與出射面的作用，將從該發光光源射入上述導光板的入射光側面的光進行光路變換，從上述出射面射出面狀光束的面狀光源之中，在上述導光板的入射光側面與出射面相交的入射光側面的上端以及導光板的入射光側面與反射面相交的入射光側面的下端設置了倒角。
此外，作為實現上述目的的第2種手段，本發明所涉及的面狀光源的特徵在於在上述導光板的入射光側面與出射面相交的入射光側面的上端以及導光板的入射光側面與反射面相交的入射光側面的下端設置了曲面。
此外，作為實現上述目的的第3種手段，本發明所涉及的面狀光源的特徵在於在上述導光板的入射光側面與出射面相交的入射光側面的上端以及導光板的入射光側面與反射面相交的入射光側面的下端中的任意一方設置了倒角，而在另一方設置了曲面。
在一種實施方式中，與上述導光板的出射面相對應，配置了限制光的透過方向的部件，該限制部件由稜鏡薄板構成。
此外，在一種實施方式中，上述導光板的反射面至少有一部分由多個稜鏡構成。
在其它實施方式中，上述導光板的反射面具有由褶縐構成的反射面和由多個稜鏡構成的反射面。
圖1是本發明的第1實施方式所涉及的面狀光源的說明圖。
圖2是表示圖1所示的面狀光源的照明狀態的平面圖。
圖3是本發明的第2實施方式所涉及的面狀光源的說明圖。
圖4是本發明的第3實施方式所涉及的面狀光源的說明圖。
圖5是本發明的第4實施方式所涉及的面狀光源的說明圖。
圖6是採用現用的導光板的背光燈的說明圖。
圖7是圖6所示的導光板的正常反射路徑的說明圖。
圖8是表示圖6所示的導光板的照明狀態的平面圖。
圖9是圖6所示的導光板的異常反射路徑的說明圖。
圖10是詳細介紹圖6所示的導光板的異常反射路徑的說明圖。
圖11表示LED光源的指向特性的說明圖。
具體實施例方式
圖1示出本發明所涉及的面狀光源的第1種實施方式，其中(a)為面狀光源10的斜視圖，(b)為側面圖，(c)為(b)中的A部分的放大圖。
在圖1之中標號1為光源LED，2為導光板，3為稜鏡薄板，6為反射板，7為液晶面板。導光板2為平面形狀基本呈四邊形的板狀，由透光性樹脂，例如聚碳酸酯等構成。2a為導光板2的上面，2b為導光板2的下面，2c為與LED1相向的導光板2的入射光側面。在上述下面2b之上，形成多個非對稱的稜鏡2bp。該非對稱稜鏡2bp根據距入射光側面2c的距離，具有與上面2a的距離急劇增加的下降斜面2bp1和與上面2a的距離緩慢減少的上升斜面2bp2。
此外，標號2d為在導光板2的上述入射光側面2c和上面2a交叉的部分形成的倒角，標號2e是在同樣為入射光側面2c與下面2b交叉部分形成的倒角。從所舉的例子來看，倒角2d的傾斜角如圖1(c)所示，基本為45°在此種結構之中，若從圖示外的電源，給LED1提供額定電流，則LED1即發出白色或規定顏色的光。在LED1發出的光中，正如圖1(b)中的虛線所示，射入導光板2的入射光側面2c(除去倒角2d以及2e的部分)的光，由於其因折射引起的出射角小於臨界角，因而根據用圖7說明的現用方式的同樣原理，最初到上面2a或下面2b時，因與這些面對應的入射角(圖7的θ1)全部在臨界角以上，因而全部被反射。而且正如圖1(b)中的虛線所示，通過在上面2a與下面2b之間反覆反射，正如已介紹過的那樣，每反射一次，入射角即減少一個斜面的傾角(相當於圖7中的α)，當減少到臨界角以下時即折射出外部。正如上述，經過正常的路徑從導光板2的上面2a射出的光線，射入稜鏡薄板3。射入稜鏡薄板3的光在稜鏡薄板3內正反射，最終將其前進方向改變為Z方向。通過將朝該Z方向前進的光線射入液晶顯示板7，即可將透過液晶的光的方向設定為理想方向，使鮮明的顯示成為可能。
另外，正如圖1(c)的放大圖所示，由於倒角2d與上面2a交叉的邊緣2d1以及倒角2d與入射光側面1c交叉的邊緣2d2的各自的交叉角θd1及θd2均為90°以上，因而可改善成形加工導光板2時的複製性，邊緣2d1、2d2不易象過去那樣變成粗糙面。因此，在邊緣2d1、2d2不易發生過去那種二次光源。圖1(b)所示的下側的倒角2e也因同樣的理由不易發生二次光源。
因此，在上述第1實施方式的面狀光源10之中，在照明時，大多數情況下能夠避免產生象圖8所示的現用方式中的輝線明顯的狀態。
圖2為上述面狀光源10的照明光的平面圖。若採用此種方式，在導光板2的整個範圍內，形成輝線不明顯的範圍R，再也見不到象現在那樣的輝線明顯部位。而且與導光板2的上面相向配置的稜鏡薄板或擴散薄板之類的限制透過方向的部件時，若採用現用方式，輝線會更為顯著，而在本發明之中很容易消除此種明顯的輝線。
下面介紹本發明所涉及的第2種實施方式。圖3是與第2種實施方式有關的面狀光源，其中(a)為面狀光源20的側面圖，(b)為(a)中的B部分的放大圖。在圖3之中，2f為在導光板2的上述入射光側面2c與上面2a交叉部分形成的圓弧形的曲面，2g為在導光板2的上述入射光側面2c與下面2b交叉部分形成的圓弧形的曲面。由於其它構成與圖1中的面狀光源10基本相同，因而省略其詳細介紹。上述兩個曲面2f及2g，由於其曲面緩慢改變，因而在成形加工導光板2時的複製性得到改善。因此，不易出現現用的邊緣那樣的粗糙面，很容易防止產生二次光源。這樣一來，還可消除現用方式的明顯輝線。在圖3之中，與圖1相同，虛線表示由LED1射入導光板2的光線的正常路徑。
下面介紹本發明所涉及的面狀光源的第3種實施方式。圖4是與第3種實施方式有關的面狀光源30的側面圖。與該第3種實施方式有關的面狀光源30是圖1所示的第1種實施方式的變形。在圖4之中，2bh是在導光板2的下面2b中，設置在下側的倒角2e附近的褶縐反射面。而面狀光源30的其它構成，由於與圖1所示的面狀光源10相同，因而省略其詳細介紹。褶縐反射面2bh由細小的不規則凸凹構成。因此，在褶縐反射面2bh散亂的散亂光之中既有直接朝向上面2a的光，也有朝下方射出的光。因散亂從導光板2的下面2b射出到外面的光，被反射板b反射之後再次射入導光板2，射向上面2a。正如上述，除利用非對稱稜鏡2bp的光的路徑之外，還產生了利用褶縐反射面2bh的路徑，在導光板2的上面2a，從距入射光側面2c很近的地方也可朝上方射出光，從而可將照明範圍擴大到入射光側面2c附近。由於該第3種實施方式也存在上下倒角2d、2e，因而很容易防止象現用方式那樣在導光板2的邊緣產生二次光源，使面狀光源30的照明時的輝線變得不明顯。
下面介紹本發明涉及的面狀光源的第4種實施方式。圖5是與第4種實施方式有關的面狀光源40的側面圖。正如圖5所示，在該實施方式中，在導光板2的上面2a與入射光側面2c的交叉部分形成圓弧形的曲面2f，此外，在下面2b與入射光側面2c交叉的部分形成倒角2e。面狀光源40因存在上述曲面2f及倒角2e，根據已介紹過的原理，不易發生二次光源，因此在照明時輝線並不明顯。
在上述所有實施方式之中，面狀光源的導光板的整個下面或大部分由非對稱形稜鏡構成。然而本發明並不局限於此，導光板的整個下面或大部分也可以由對稱稜鏡、印刷、褶縐或點等具有規則或不規則凸凹的反射面構成。即使在上述情況下，也可通過在導光板2的入射光側面2c的上下端設置倒角2e及曲面2f防止產生二次光源，消除或減少照明光中的明顯的輝線。
正如上述，若採用本發明所涉及的面狀光源，可使照明時往往產生的輝線變得不明顯，通過防止產生因明暗造成的條紋，即可防止液晶顯示質量的下降。
權利要求
1.一種面狀光源，其特徵在於具有由板狀透光材料構成、上面為出射面、下面為反射面的導光板，以及與該導光板的入射光側面相向配置的發光光源，通過導光板的反射面與出射面的作用，將從該發光光源射入上述導光板的入射光側面的光進行光路變換，從上述出射面射出面狀光束，在上述導光板的入射光側面與出射面相交的入射光側面的上端部分，以及導光板的入射光側面與反射面相交的入射光側面的下端部分設置了倒角部分。
2.一種面狀光源，其特徵在於具有由板狀透光材料構成、上面為出射面、下面為反射面的導光板，以及與該導光板的入射光側面相向配置的發光光源，通過導光板的反射面與出射面的作用，將從該發光光源射入上述導光板的入射光側面的光進行光路變換，從上述出射面射出面狀光束，在上述導光板的入射光側面與出射面相交的入射光側面的上端部分，以及導光板的入射光側面與反射面相交的入射光側面的下端部分設置了曲面部分。
3.一種面狀光源，其特徵在於具有由板狀透光材料構成、上面為出射面、下面為反射面的導光板以及與該導光板的入射光側面的相向配置的發光光源，通過導光板的反射面與出射面的作用，將從該發光光源射入上述導光板的入射光側面的光進行光路變換，從上述出射面射出面狀光束，在上述導光板的入射光側面與出射面相交的入射光側面的上端部分、以及導光板的入射光側面與反射面相交的入射光側面的下端部分中的某一方設置了倒角部分，而在另一方設置了曲面部分。
4.根據權利要求1至3任一項所述的面狀光源，其特徵在於在與上述導光板的出射面相向的位置上配置了限制光的透過方向的部件。
5.根據權利要求4所述的面狀光源，其特徵在於上述限制光透過方向的部件是稜鏡薄板。
6.根據權利要求1至3任一項所述的面狀光源，其特徵在於上述導光板的反射面至少有一部分由多個稜鏡形成。
7.根據權利要求1至3任一項所述的面狀光源，其特徵在於上述導光板的反射面具有由褶縐構成的反射面和由多個稜鏡構成的反射面。
全文摘要
本發明涉及的面狀光源是在導光板的入射光側面與出射面彼此相交的入射光側面的上端以及在導光板的入射光側面與出射面相交的入射光側面下端設置了倒角。通過設置該倒角，可使照明時產生的輝線變得不明顯，防止因明暗產生的條紋引起的液晶顯示的質量下降。
文檔編號F21Y101/02GK1497309SQ20031010270
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月22日 優先權日2002年10月22日
發明者奧脅大作, 宮下純司, 司 申請人:西鐵城電子股份有限公司