CN100375919C - 面状光源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的面状光源是在导光板的入射光侧面与出射面彼此相交的入射光侧面的上端以及在导光板的入射光侧面与出射面相交的入射光侧面下端设置了倒角。通过设置该倒角，可使照明时产生的辉线变得不明显，防止因明暗产生的条纹引起的液晶显示的质量下降。

Description

面状光源

技术领域

本发明与从背部照射液晶面板等的面状光源有关。

背景技术

近年来，在移动电话以及其它便携式信息终端设备上采用了小型的液晶显示器，作为该液晶显示器的照明手段使用了面状光源。该面状光源由板状的导光板及其相向配置在其侧面的发光二极管(下面称之为LED)等发光光源构成，由于其适合小型化与薄型化，因而被广泛使用。

此种面状光源，可将LED发出的光射入导光板，通过在导光板内的重复反射进行传播。此时，可通过设置在导光板下面的沟槽及褶绉，射出反射或折射光。其后，从导光板上面射出的光射向液晶显示器，照射液晶显示器。

作为此类面状光源的例示，可参照图6所示目前使用的面状光源(可参照专利申请2002-093383号的图7)，图6示出面状光源110的构成，其中(a)为斜视图，(b)为侧视图。

在图6之中，101为构成发光光源的LED，102为导光板，103为棱镜薄板，106为反射板，107为液晶显示板。导光板102的平面形状由基本呈四边形的板状透光玻璃或树脂构成。102a为导光板102的上面。102c为与LED101相向的入射光侧面。102b为导光板的下面。在该下面的102b之上形成许多非对称的棱镜102b1，与上述上面的102相向。该非对称棱镜102b1随着距入射光侧面102c的距离的增加，由急剧增加与上面的102a距离的陡峭下降斜面102b11和缓慢减少与上面的102a的距离的慢上坡斜面构成。此外，在与前期入射光侧面102c相向的位置上，配置了由固定件101b固定的3个LED101。

若从未图示的电源给LED101提供额定电流，LED101就会发出白色或规定颜色的光。由LED101射出的光，射入导光板102的入射光侧面102c，在该面上折射之后进入导光板102的内部。进入内部的光，正如后述，在导光板的上面102a与下面102b之间反复反射之后，在上面的102a发生折射，穿过导光板102射出，射入棱镜薄板103。射入棱镜薄板103的光，在棱镜薄板103内被正反射，最终将其前进方向改变为Z方向。该Z方向的光通过射入液晶显示板107，将透过液晶的光的方向改变为理想方向，使鲜明的显示成为可能。

图7是表示从LED101射入导光板102的光的一种路径的侧面图。在该图之中，从LED101以出射角θi射出的光线以入射角θl射入导光板102的入射光侧面102c，在该面折射后透过，此时的入射角θl和出射角θ间的关系，若将空气的折射率设定为1、将导光板102(由聚碳碳酯等构成)的折射率设定为n，则根据斯内尔定律，nSinθ＝Sinθi这样一来，

θ＝Sin^-1((1/n)Sinθi)…(1)

例如，当导光板102的折射率n＝1.58，θi＝90°时，因根据式(1)，θ＝Sin^-1((1/1.58)＝39.3°，所以临界角θc为θc＝39.3°。

然而，由于入射角θi实际上最大也超不过90°，因而根据式(1)出射角θ最大也超不过临界角θc。由于导光板102的临界角θc一般都在40°左右，因此上述出射角θ最大的也不会超过40°。在出射角θ透过入射光侧面102c的光线以入射角θ1射入导光板102的上面的102a。此时，正如由图7也可看出的那样，有θ+θ1＝90°的关系，由于正如上述出射角θ为40°以下，因而入射角θ1为50°以上，就会超过了40°左右的临界角θc。因此，射入该上面102a的光线以50°以上的反射角θ1被全面反射。

该反射光对应于设置在下面的具有倾角α的上升斜面102b12，以θ2＝θ1-α的入射角θ2入射。在这儿，倾角α为约1°至数度。

以入射角θ2入射的光线在该面以θ2的反射角被反射，相对于上面的102a，以θ3＝θ2-α＝θ1-2α的入射角θ3入射，以θ3的反射角被反射，被反射的光线，相对于上升斜面102b12，以θ4＝θ3-α＝θ1-3α的入射角θ4入射。这样一来，最初由上面102a反射角θ1射出的光线每射入斜面102b12及上面的102a，其入射角即变为从θ1中减去一个倾角α的值。也就是说，最初为反射角θ1的光线在进行了N次反复的反射之后的情况下，若将其入射角设为θN，则

θN＝θ1-(N-1)α…(2)

(对于此处图中所示的θ2、θ3、θ4…，式(2)中的入射次数N分别为②、③、④…)。

入射角θN正是这样减少的，对于临界角θc，当

θN＝θ1-(N-1)α<θc…(3)

时，入射光透过上面102a或下面102b的上升斜面102b12，从导光板102射出到外部，例如若设θ1＝52°、α＝1°、θc＝40°则根据式(3)，N>13，要想射出到外部，必须经过14次以上的反复入射。因此在入射光侧面102c附近，入射光不能射出到外部。例如当导光板102的厚度为1mm时，在距入射光侧面102c大体3mm的范围内，光线不能射出到外部，在此距离以外射出到外部才是正常的光线路径。在光线正常射出的范围内，出射光以极均匀的状态射出。

然而，采用此种导光板102的现用的背光光源中，下述的问题并不少见。即如图8的平面图所示，在导光板102的入射光侧面102c附近，例如3～4mm的范围S1内，有数条辉线14很明显(图8中的辉线全部用深影线标示)。S2为辉线不明显的范围。产生此种明显的辉线14可有如下原因。正如图10所示，在导光板102的入射光侧面102c与上面102a交叉的边缘部位102d上，从LED101到达的发光光线从边缘102d进入导光板102。

而且，在表示LED的“光源的指向特性”的图11之中，在LED101的发光光线中，到达上述边缘102d的光是相当于用影线标示的SL的方向的光。

若上述边缘102d不是镜面而是粗糙面，则LED101的发光光线在边缘不是以通常的折射，而是以散乱的形式入射。即多个种光线从边缘102d分为不同的方向进入导光板102内，看起来就好象边缘102d在发光。因此，可将边缘102d看作二次光源。而且此种二次光源也在导光板102的入射光侧面102c与下面的102b交叉的下侧的边缘部102e产生。正如上述，由于现用的导光板102其边缘102d、102e基本呈直角结构，因而成形加工时的复制性很差，很容易形成粗糙表面，因此，很容易产生二次光源。

若论在边缘102d发生的二次光源，正如图9所示，二次光源产生的光线，与下面102b的上升斜面102b12对应的入射角θb有时会在临界角θc以下，此种情况下，正如光线S21所例示，透过上升斜面102b12，经其下方一侧的反射板106反射，再次进入导光板102内，透过上面的102a射出到上方。由于此种射出涉及很大的范围，因而不会因此而产生辉线。

另一方面，当上述入射角θb大于临界角θc的情况下，正如光线S22所示，由上升斜面102b12反射之后由上面的102a出射，但在到达该出射之前的基于反射等的入射次数，正如前面已说明过的那样，因入射角θb与临界角θc的差而异，若该差增加，入射的次数也将增加。关于此点，将用图10更为详细地加以介绍。在图10之中，φ1，φ2，φ3，φ4均为从边缘102d产生的光束，各光束自身的角度宽度设定为小于上升斜面102b12的倾角α。而且将这些光束的上面102a作为基准的出射角φ1设定为最小，按照φ2、φ3、φ4的顺序，依次大一个倾角α。

在此，将光束φ1、φ2、φ3、φ4的上述出射角分别设定为θd1、θd2、θd3、θd4，将这些出射角与临界角θc的关系设定为：

θd1＝1.5α+θc

θd2＝2.5α+θc

θd3＝3.5α+θc

θd4＝4.5α+θc(4)

正如图10所示，光束φ1、φ2、φ3、φ4均对于上升斜面102b12进行第1次的入射，其时的入射角虽然分别为：θd1-α、θd2-α、θd3-α、θd4-α，但由于均依据式(4)大于临界角θc，因此，这些光束在上升斜面102b12全部被反射。而且被反射的光束虽然对上面的102a进行第2次的入射，而其时的入射角，在考虑到式(4)的前提下，分别为：θd1-2α<θc、θd2-2α>θc、θd3-2α>θc、θd4-α>θc，只有光束φ1的入射角θd1-2α小于临界角θc，正如图中所示，从上面102a，以光束的宽度b1射出。

其余的光束φ2、φ3、φ4虽在上面102a被反射，对上升斜面102b12进行第3次的入射，但此时的入射角考虑到式4，分别为：

θd2-3α<θc、θd3-3α>θc、θd4-3α>θc。

此时，只有光束φ2的入射角θd1-3α小于临界角θc，光束φ2从上升斜面102b12以光束的宽度b2射出。下面也相同，由于第4次的入射，光束φ3以宽度b3从上面102a射出，由于第5次的入射，光束φ4以宽度b4从上升斜面102b12射出到外部。

正如上述，依据入射的次数，上述各光束依次射出到外部，但射出时的光束的宽度依入射的次数依次增加，形成b1<b2<b3<b4的关系。这是因为各个光束φ1、φ2、φ3、φ4自身的角度即便相同，实际的光束宽度的尺寸也会随光束路径的长度成比例增加，入射次数越多，光束的路径越长，随之而来的出射光的实际的宽度就会变得越宽。而在图10之中，由于从下面的上升斜面102b12射出的光束正如图9所示，实际被反射板106反射，再次进入导光板2内之后从上面的102a射出，所以从结果上可认为与直接从102a射出的光束视为相同。

若将图10所示的光束φ1、φ2、φ3、φ4的出射光对应于图8所示的多个条辉线14①、14②、14③、14④进行考虑，则图10所示的宽度b1的光束φ1的出射光处于距入射光侧面102c最近的位置，因其宽度也最窄，所以与图8所示的辉线14①对应。图10所示的宽度b2的光束φ2的射出光处于第2靠近入射光侧面102c的位置，因其宽比上述b1略宽若干，所以与图8所示的辉线14②对应。正如上述，图10所示的光束φ3、φ4的射出光，分别对应于图8所示的14③、14④。

当与图10所示的光束φ4的上面的102a对应的出射角更大的情况下，随着出射角的增大，从导光板2射出前的入射次数进一步增加，射出到外部的位置也距入射光侧面102c更远，与此同时，出射的光束的宽度也更宽，单位面积的光量，即辉度也会逐渐下降。此时，在图8所示的导光板102的平面图上，用深影线标示的辉线的宽度随着距入射光侧面102c的距离的增大而变宽，与辉线变得不明显的事实一致。正如上述，图8所示的辉线明显的原因正如图10所示，在于从边缘102d发出的光线之中，存在以较少的入射次数(1～4次)射出到导光板102外部的光线。

以上的说明虽是将图9所示的边缘102d作为二次光源的，但在把下侧的边缘102e作为二次光源时，与上面的102a对应的入射角形成临界角以上的光线中也会以与上述相同的原理产生辉线。而起因于边缘102d及102e的二次光源的这些辉线还具有在导光板102的上方配置图6所示的棱镜薄板103或扩散薄板(未图示)等限制光的方向的部件的情况下，更为明显的趋势。此外，在以上的说明中，为方便起见，作为辉线产生的情况，仅介绍了导光板102的下面102b的反射面由非对称棱镜102b1构成的情况，然而实际情况并不受此限制，即使导光板102的下面的102b是由对称棱镜、印刷、褶绉或点等构成的具有规则或不规则凸凹的反射面，当导光板102的边缘102d、102e产生上述二次光源的情况下，根据基本相同的原理，同样会产生照明时辉线明显的问题。而且此种辉线一旦产生，即会产生明暗条纹，成为极其难看的面状光源。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术的问题而提出的，其目的在于：在具有导光板以及在其一侧配置LED等发光光源的面状光源之中，提供一种可防止因辉线产生明暗条纹的面状光源。

作为实现上述目的的第1种手段，本发明提供一种面状光源，包括：导光板，由板状透光材料构成，在其上面具有出射面，在其下面具有反射面，在其侧面的一部分上具有所设置的入光面；和与该导光板的入光面相对置的发光光源，通过所述导光板的反射面与出射面的作用将从所述发光光源射入到所述导光板的入光面的光进行光路变换，以便从所述出射面射出面状光束，所述的面状光源其特征在于：在所述导光板的入光面与出射面相交的入光面的上端部分和在所述导光板的入光面与反射面相交的入光面的下端部分设置倒角部，同时在所述的导光板的反射面上距入光面近的区域形成褶皱的区域，在距入光面远的区域形成非对称棱镜。

作为实现上述目的的第2种手段，本发明提供一种面状光源，包括：导光板，由板状透光材料构成，在其上面具有出射面，在其下面具有反射面，在其侧面的一部分上具有所设置的入光面；和与该导光板的入光面相对置的发光光源，通过导光板的反射面与出射面的作用将从所述发光光源射入到所述导光板的入光面的光进行光路变换，以便从所述出射面射出面状光束，所述的面状光源其特征在于：在所述导光板的入光面与出射面相交的入光面的上端部分和在所述导光板的入光面与反射面相交的入光面的下端部分设置曲面部，同时在所述的导光板的反射面上距入光面近的区域形成褶皱的区域，距入光面远的区域形成非对称棱镜。

作为实现上述目的的第3种手段，本发明提供一种面状光源，包括：导光板，由板状透光材料构成，在其上面具有出射面，在其下面具有反射面，在其侧面的一部分上具有所设置的入光面；和与该导光板的入光面相对置的发光光源，通过所述导光板的反射面与出射面的作用将从所述发光光源射入到所述导光板的入光面的光进行光路变换，以便从所述出射面射出面状光束，所述的面状光源其特征在于：在所述导光板的入光面与出射面相交的入光面的上端部分和在所述导光板的入光面与反射面相交的入光面的下端部分其中的一个端部分设置倒角部，而在另一个端部分设置曲面部，同时在所述的导光板的反射面上距入光面近的区域形成褶皱的区域，距入光面远的区域形成非对称棱镜。

在一种实施方式中，与上述导光板的出射面相对应，配置了限制光的透过方向的部件，该限制部件由棱镜薄板构成。

此外，在一种实施方式中，上述导光板的反射面至少有一部分由多个棱镜构成。

在其它实施方式中，上述导光板的反射面具有由褶绉构成的反射面和由多个棱镜构成的反射面。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式所涉及的面状光源的说明图。

图2是表示图1所示的面状光源的照明状态的平面图。

图3是本发明的第2实施方式所涉及的面状光源的说明图。

图4是本发明的第3实施方式所涉及的面状光源的说明图。

图5是本发明的第4实施方式所涉及的面状光源的说明图。

图6是采用现用的导光板的背光灯的说明图。

图7是图6所示的导光板的正常反射路径的说明图。

图8是表示图6所示的导光板的照明状态的平面图。

图9是图6所示的导光板的异常反射路径的说明图。

图10是详细介绍图6所示的导光板的异常反射路径的说明图。

图11表示LED光源的指向特性的说明图。

具体实施方式

图1示出本发明所涉及的面状光源的第1种实施方式，其中(a)为面状光源10的斜视图，(b)为侧面图，(c)为(b)中的A部分的放大图。

在图1之中标号1为光源LED，2为导光板，3为棱镜薄板，6为反射板，7为液晶面板。导光板2为平面形状基本呈四边形的板状，由透光性树脂，例如聚碳酸酯等构成。2a为导光板2的上面，2b为导光板2的下面，2c为与LED1相向的导光板2的入射光侧面。在上述下面2b之上，形成多个非对称的棱镜2bp。该非对称棱镜2bp根据距入射光侧面2c的距离，具有与上面2a的距离急剧增加的下降斜面2bp1和与上面2a的距离缓慢减少的上升斜面2bp2。

此外，标号2d为在导光板2的上述入射光侧面2c和上面2a交叉的部分形成的倒角，标号2e是在同样为入射光侧面2c与下面2b交叉部分形成的倒角。从所举的例子来看，倒角2d的倾斜角如图1(c)所示，基本为45°

在此种结构之中，若从图示外的电源，给LED1提供额定电流，则LED1即发出白色或规定颜色的光。在LED1发出的光中，正如图1(b)中的虚线所示，射入导光板2的入射光侧面2c(除去倒角2d以及2e的部分)的光，由于其因折射引起的出射角小于临界角，因而根据用图7说明的现用方式的同样原理，最初到上面2a或下面2b时，因与这些面对应的入射角(图7的θ1)全部在临界角以上，因而全部被反射。而且正如图1(b)中的虚线所示，通过在上面2a与下面2b之间反复反射，正如已介绍过的那样，每反射一次，入射角即减少一个斜面的倾角(相当于图7中的α)，当减少到临界角以下时即折射出外部。正如上述，经过正常的路径从导光板2的上面2a射出的光线，射入棱镜薄板3。射入棱镜薄板3的光在棱镜薄板3内正反射，最终将其前进方向改变为Z方向。通过将朝该Z方向前进的光线射入液晶显示板7，即可将透过液晶的光的方向设定为理想方向，使鲜明的显示成为可能。

另外，正如图1(c)的放大图所示，由于倒角2d与上面2a交叉的边缘2d1以及倒角2d与入射光侧面1c交叉的边缘2d2的各自的交叉角θd1及θd2均为90°以上，因而可改善成形加工导光板2时的复制性，边缘2d1、2d2不易象过去那样变成粗糙面。因此，在边缘2d1、2d2不易发生过去那种二次光源。图1(b)所示的下侧的倒角2e也因同样的理由不易发生二次光源。

因此，在上述第1实施方式的面状光源10之中，在照明时，大多数情况下能够避免产生象图8所示的现用方式中的辉线明显的状态。

图2为上述面状光源10的照明光的平面图。若采用此种方式，在导光板2的整个范围内，形成辉线不明显的范围R，再也见不到象现在那样的辉线明显部位。而且与导光板2的上面相向配置的棱镜薄板或扩散薄板之类的限制透过方向的部件时，若采用现用方式，辉线会更为显著，而在本发明之中很容易消除此种明显的辉线。

下面介绍本发明所涉及的第2种实施方式。图3是与第2种实施方式有关的面状光源，其中(a)为面状光源20的侧面图，(b)为(a)中的B部分的放大图。在图3之中，2f为在导光板2的上述入射光侧面2c与上面2a交叉部分形成的圆弧形的曲面，2g为在导光板2的上述入射光侧面2c与下面2b交叉部分形成的圆弧形的曲面。由于其它构成与图1中的面状光源10基本相同，因而省略其详细介绍。上述两个曲面2f及2g，由于其曲面缓慢改变，因而在成形加工导光板2时的复制性得到改善。因此，不易出现现用的边缘那样的粗糙面，很容易防止产生二次光源。这样一来，还可消除现用方式的明显辉线。在图3之中，与图1相同，虚线表示由LED1射入导光板2的光线的正常路径。

下面介绍本发明所涉及的面状光源的第3种实施方式。图4是与第3种实施方式有关的面状光源30的侧面图。与该第3种实施方式有关的面状光源30是图1所示的第1种实施方式的变形。在图4之中，2bh是在导光板2的下面2b中，设置在下侧的倒角2e附近的褶绉反射面。而面状光源30的其它构成，由于与图1所示的面状光源10相同，因而省略其详细介绍。褶绉反射面2bh由细小的不规则凸凹构成。因此，在褶绉反射面2bh散乱的散乱光之中既有直接朝向上面2a的光，也有朝下方射出的光。因散乱从导光板2的下面2b射出到外面的光，被反射板b反射之后再次射入导光板2，射向上面2a。正如上述，除利用非对称棱镜2bp的光的路径之外，还产生了利用褶绉反射面2bh的路径，在导光板2的上面2a，从距入射光侧面2c很近的地方也可朝上方射出光，从而可将照明范围扩大到入射光侧面2c附近。由于该第3种实施方式也存在上下倒角2d、2e，因而很容易防止象现用方式那样在导光板2的边缘产生二次光源，使面状光源30的照明时的辉线变得不明显。

下面介绍本发明涉及的面状光源的第4种实施方式。图5是与第4种实施方式有关的面状光源40的侧面图。正如图5所示，在该实施方式中，在导光板2的上面2a与入射光侧面2c的交叉部分形成圆弧形的曲面2f，此外，在下面2b与入射光侧面2c交叉的部分形成倒角2e。面状光源40因存在上述曲面2f及倒角2e，根据已介绍过的原理，不易发生二次光源，因此在照明时辉线并不明显。

在上述所有实施方式之中，面状光源的导光板的整个下面或大部分由非对称形棱镜构成。然而本发明并不局限于此，导光板的整个下面或大部分也可以由对称棱镜、印刷、褶绉或点等具有规则或不规则凸凹的反射面构成。即使在上述情况下，也可通过在导光板2的入射光侧面2c的上下端设置倒角2e及曲面2f防止产生二次光源，消除或减少照明光中的明显的辉线。

正如上述，若采用本发明所涉及的面状光源，可使照明时往往产生的辉线变得不明显，通过防止产生因明暗造成的条纹，即可防止液晶显示质量的下降。

Claims (5)

1.一种面状光源，包括：

导光板，由板状透光材料构成，在其上面具有出射面，在其下面具有反射面，在其侧面的一部分上具有所设置的入光面；和

与该导光板的入光面相对置的发光光源，

通过所述导光板的反射面与出射面的作用将从所述发光光源射入到所述导光板的入光面的光进行光路变换，以便从所述出射面射出面状光束，所述的面状光源其特征在于：

在所述导光板的入光面与出射面相交的入光面的上端部分和在所述导光板的入光面与反射面相交的入光面的下端部分设置倒角部，同时在所述的导光板的反射面上距入光面近的区域形成褶皱的区域，在距入光面远的区域形成非对称棱镜。

2.一种面状光源，包括：

导光板，由板状透光材料构成，在其上面具有出射面，在其下面具有反射面，在其侧面的一部分上具有所设置的入光面；和

与该导光板的入光面相对置的发光光源，

通过导光板的反射面与出射面的作用将从所述发光光源射入到所述导光板的入光面的光进行光路变换，以便从所述出射面射出面状光束，所述的面状光源其特征在于：

在所述导光板的入光面与出射面相交的入光面的上端部分和在所述导光板的入光面与反射面相交的入光面的下端部分设置曲面部，同时在所述的导光板的反射面上距入光面近的区域形成褶皱的区域，距入光面远的区域形成非对称棱镜。

3.一种面状光源，包括：

导光板，由板状透光材料构成，在其上面具有出射面，在其下面具有反射面，在其侧面的一部分上具有所设置的入光面；和

与该导光板的入光面相对置的发光光源，

通过所述导光板的反射面与出射面的作用将从所述发光光源射入到所述导光板的入光面的光进行光路变换，以便从所述出射面射出面状光束，所述的面状光源其特征在于：

在所述导光板的入光面与出射面相交的入光面的上端部分和在所述导光板的入光面与反射面相交的入光面的下端部分其中的一个端部分设置倒角部，而在另一个端部分设置曲面部，同时在所述的导光板的反射面上距入光面近的区域形成褶皱的区域，距入光面远的区域形成非对称棱镜。

4.根据权利要求1至3之中任一项所述的面状光源，其特征在于：在与所述导光板的出射面相向的位置上配置用于限制光的透过方向的部件。

5.根据权利要求4所述的面状光源，其特征在于：所述的用于限制光透过方向的部件是棱镜薄板。

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