CN100430794C - 导光板、使用导光板的表面发光装置和导光板制造方法 - Google Patents

Abstract

在导光板的反射面与发射面中至少一面形成凹凸时，把凹凸构成多条沿垂直于入射面的方向形成的直槽。当槽用研磨法形成时，使槽表面变粗糙，因而光被槽适当地聚集与漫射，故能增大亮度并减小亮度不均性。

Description

导光板、使用导光板的表面发光装置和导光板制造方法

发明背景

本发明是一种涉及用于液晶显示器等的表面发光装置的技术。

作为一种照明液晶显示板等的装置，已提出过称为正光或背光的表面发光装置。在表面发光装置中，点光源或线光源排列在导光板一侧，光源发射的光束进入导光板反射，而且相对导光板向上或向下发射。为实现上述的光发射，在导光板预定的表面或在层迭在导光板上的光学片上形成凹凸，以反射光源发出的光。对于这些凹凸的设置形式，曾提出过各种形式来增大亮度并减小亮度的不均匀性。

这些凹凸形式分两大类，一类把凹凸做成各种点状诸如圆柱、圆锥与半球等，另一类把凹凸做成各种线形，其裁面构成三角形等。在把凹凸做成各种点形状的前一类中，光容易扩散，便于减小亮度的不均匀性，但亮度容易劣化。而在把凹凸做成各种线形的后一类中，亮度容易增大，但沿直线会产生亮度不均匀性。

作为相关技术的一个特例，例如在专利文件1揭示的一种技术中，在相对发射面的反射面上，沿垂直于入射面的方向重复形成一种凸部，该凸部有一对沿垂直于入射面的方向形成的倾斜面。在专利文件揭示的一种技术中，在发射面上设置了同样的凸部。

[专利文件1]JP-A-10-268138

[专利文件2]JP-A-2003-86012

在把表面发光装置配入蜂窝电话等小型装置时，不会设置足够大的空间来安置光源。因此与冷阴极射线管等线光源相比，优先采纳了LED等点光源。但在专利文件1与揭示的结构中，会遇到下列诸问题。使用点光源时，虽然发射效率很高，但是光源相对垂直于入射面的方向的正部变得线性地明亮，还在发射面上的光源附近容易造成亮度的不均匀性。

发明内容

因此，本发明的目的是即使在使用LED等点光源时，也能增大亮度并减小亮度的不均匀性。

(1)一种导光板，包括

导光体，它包括：

光进入的入射面；

光从其发射的发射面；和

反射入射光并与发射面相对的反射面，

其中多条槽形成在发射面和反射面中至少一个面上，并沿垂直于入射面的方向延伸；而且诸槽分别具有粗糙表面。

(2)根据(1)的导光板，其中槽的各宽度定为W1，槽的各深度定为d，粗糙表面包括多个凸部，凸部的各宽度定为W2，凸部的各高度定为h，满足下列公式：

0.05mm＜W1＜0.2mm

0.002mm＜d＜0.02mm

W2≤0.5×W1，和

h≤0.5×d

(3)根据(2)的导光板，满足下列公式：

0.0001mm＜W2，和

0.0001mm＜h

(4)根据(1)的导光板，其中诸槽相互基本上以规则的间距排列。

(5)一种表面发光装置，包括：

发光光源；

导光体，它包括：

光进入的入射面；

光从中发射的发射面；和

反射入射光并与发射面相对的反射面，

其中多条槽形成在发射面和反射面中至少一面上，并沿垂直于入射面的方向延伸；诸第一槽分别具有粗糙表面。

(6)根据(5)的表面发光装置，还包括：遮盖导光体以暴露入射面与发射面的反射板。

(7)根据(5)的表面发光装置，还包括：设置在发射面上的半透明光学片，其中多条第二槽形成在光学片上，沿平行于入射面的方向排列。

(8)根据(7)的表面发光装置，其中第二槽的宽度与节距各自大于第一槽的宽度与节距。

(9)根据(7)的表面发光装置，其中每条第二槽的截面为三角形。

(10)一种形成导光板的方法，该法包括：准备一导光体，在导光体的至少一面形成多条直线槽，使诸槽各自具有粗糙表面，其中诸表面用作光从中发射的发射面和反射光的反射面，反射面与发射面相对。

(11)根据(10)的导光板形成法，槽沿垂直于导光体作为光进入的入射面的一面的方向延伸。

(12)根据(10)的导光板形成法，其中槽相互以基本上规则的间距排列。

(13)根据(10)的导光板形成法，其中槽用研磨工艺形成。

(14)根据(13)的导光板形成法，其中研磨工艺由其周边带粗糙表面的砂轮实行。

(15)根据(14)的导光板形成法，其中磨粒附着于砂轮周边。

在这种导光板上，直槽能增大亮度。另在把槽表面做粗糙而漫射光时，可减小亮度不均匀性。因而即使使用了LED等点光源，也能增大亮度并减小亮度不均性。由于槽设置方向垂直于导光板的入射面，因此即使在远离光源的部分，也能增强光在导光板内的传播。

在这种表面发光装置中，导光板上形成的直槽可增大亮度。另一方面，当槽表面做粗糙时，光被漫射，减小了亮度不均性，因而即使使用LED等点光源，也能增大亮度并减小亮度不均性。由于槽设置方向垂直于导光板的入射面，因此即使在远离光源的部分，也能增强光在导光板内的传播。

在用这种制造方法制作的导光板上，因直槽通过研磨形成，故其表面做得粗糙，因而直槽能增大亮度。另一方面，当将槽表面做粗糙使光漫射时，可减小亮度不均性，因而即使使用LED等点光源，也能增大亮度并减小亮度不均性。

如上所述，按照本发明，即使在使用LED等点光源时，也能增大亮度并减小亮度不均性。

附图简介

图1是一实例的截面结构图，其中对液晶显示器应用了涉及本发明一实施例的表面发光装置A。

图2(a)是光学片30的下表面视图，图2(b)是光源10和导光板20的上表面视图。

图3是表示发射面22的表面状态的局部放大图，其中图3(a)表示槽22a截面方向的表面状态，图3(b)表示槽22a方向的表面状态。

图4(a)表示点光源光强与光方向(角度)的关系，图4(b)表示导光板内点光源发出的光强。

图5表示制造导光板20时尤其在研磨形成槽22a时的形式。

图6是表面发光装置A试验制品导光板上表面在发光时的照片，其中设置了对应于槽22a的槽，但槽表面不粗糙。

图7是发光时表面发光装置A试验制品导光板的上表面，其中设置了对应于槽22a的槽，槽表面粗糙。

较佳实施例的详细描述

下面参照附图说明本发明最佳的实施例。图1是一实例的截面结构图，其中对液晶显示器应用了涉及本发明一实施例的表面发光装置A。该液晶显示器为背光型，表面发光装置A上表面一侧设置了液晶面板B，当表面发光装置A向上发光时，液晶面板B受照射。在该例中，以这种背光型液晶显示器为例作说明，但本发明也适用于正光型液晶显示器。表面发光装置A包括多个光源10、导光板20、光学片30与反射框40。参照图1和2，再说明表面发光装置A的结构。图2(a)是光学片20的下表面视图，图2(b)是光源10和导光板20的上表面视图。

光源10是LED等点光源。本例中，即使在把上述点光源用作光源时，也能增大亮度并减小亮度不均性，但要指出，可以使用冷阴极射线管等线光源。导光板是一种由合成树脂制作的板形构件，而合成树脂是一种半透明材料，诸如丙烯酸树脂或聚碳酸酯。该例中，把导光板20形成长方体形状，包括：四条边21a～21d；进入导光板20的光从其发射到液晶面板B的发射面22；和与发射面22相对的反射面23。边21a是四条边21a～21d中的一条，构成光源10发出的光进入的入射面。边21b构成与入射面21a相对的面，被反射框40反射的光再次进入。在发射面22上形成后面描述的凹凸。反射面23构成被反射框40反射的光再进入的面。

光学片30由半透明片构成，包括导光板20发射面上的下表面31和相对于下表面31的上表面32。下表面31上形成后面要描述的凹凸。构成反射框40，使之遮盖除了边21a与发射面22之外的导光板20。反射框40的内表面构成为反射镜面，导光板20发射的光在其上经反射而再进入导光板20。

如上构成并如下进行在表面发光装置A中实现的表面光发射的基本原理的说明。图1的箭头代表一例光通道。光源10发射的光通过边21a进入导光板20，于是光在发射面22和反射面23上被反射，通过导光板20传播。沿发射面23法线方向引导的光从发射面22发射并通过光学片30，液晶面板B受光照射。

如下进行设置在导光板20发射面22上的凹凸的形式的说明。对于本实施例，凹凸仅设置在发射面22上，但凹凸也可设置在反射面23上，或在发射面22与反射面23上都设置。在两面形成凹凸的情况是增大亮度和减小亮度不均性的最有效方式。参照图2(b)，在导光板20发射面22上以基本上规则的间距相互平行地设置了多条细直槽22a，这些槽形成的方向(图中为y方向)垂直于入射面的边21a。如前所述，在发射面22上形成凹凸。这方面为便于说明，图2(b)中将槽22a画得比放大的实际尺寸更大。另在本例中，这些槽22a的表面做得粗糙，即形成更细小的凹凸。图3(a)与3(b)局部放大图，示出发射面22上的表面状态，图3(a)表示沿槽22a截面方向的表面状态，图3(b)表示沿槽22a方向(平行于边21c与21d的方向，即y方向)的表面状态。

如图所示，在发射面22上沿x方向重复设置细槽22a，其宽度约0.1mm，沿y方同延伸。这些细槽22a在发射面22上构成凹凸(称为第一凹凸)。另一方面，在槽22a表面，使形成的多个凸部P变粗糙，因而可形成比第一凹凸更细小的第二凹凸。这些凸部P不像槽22a那样直线形成，而是随机形成的。

下面说明设置上述凹凸的优点。首先，一般而言，在把LED等点光源用作光源的场合中，光的定向性如图4(a)所示，因而光强因角度而不一。另在光从点光源进入导光板的情况下，光对不大于临界角的入射角折射，因而如图4(b)所示，相对从导光板上点光源观察的角度，有一光强差，从光源观察时，光强在0°方向最高，角度增大，光强减小。在把点光源用作光源时，通常使用多个点光源，因而如图4(b)所示，从光源观察时位于直线方向的区域100最亮，该区域里的光强最高，所以在该区域形成明亮的直线。光进入预定角度的区域101为次亮区，而位于点光源之间的区域102最暗。各区域的亮度差异造成了亮度不均性。

因此根据本发明，当由前述的槽22a在发射面22上形成第一凹凸时，增强了聚光作用，增大了亮度。另一方面，在把槽22a表面变粗糙而形成比第一凹凸更细小的第二凹凸时，增强了光漫射作用，减小了亮度不均性。就是说，第一与第二凹凸可产生合适的聚光与光漫射作用，能同时实现增大亮度和减小亮度不均性。另因槽22a的设置方向垂直于边21a(入射面)，故能防止光从光源10沿直线方向引导被阻断，因而大量光可从光源10发向远离光源10的边21b，结果提高了整个导光板的亮度。另因在导光板20自身上面形成了两种凹凸(第一与第二凹凸)，故不必再设置用来形成有关凹凸的光学片(不同的本体)。

至于槽22a的宽度W，例如较佳地将W定为0.05mm＜W＜0.2mm。槽22a的深度d，较佳地定为0.002mm＜d＜0.02mm。另对于槽22a的节距t，例如较佳地定为0.05mm＜t＜0.2mm。这方面在图3(a)的例中，宽度W与节距t基本上相互一样。另一方面，凸部P的宽度与高度较佳地分别定为不大于宽度W与深度d的1/2的值。通常在表面上凸部P的宽、高不大于0.0001mm时，可将该表面评估为几乎是反射镜面，而且即使在表面变粗糙后，几乎也不能得到光漫射作用，因此把凸部P的宽度与高度分别定为高于0.0001mm的值。

下面说明一种制造导光板20的方法，尤其说一下形成槽22a的方法。通常在导光板20上形成槽时，使用切割法，不过在使用切割法时，把槽表面构成反射镜面，即得不到粗糙表面，因此本例用研磨法形成槽22a。在图5示出制造导光板20时用研磨法形成槽22a的状态中。如图所示，驱动砂轮50转动，在导光板20的原始基板20’上形成槽22a。更具体地说，在磨轮50接触原始基板20’时，二者沿第一方向相对直线运动而形成一条槽22a。之后，磨轮50与原始基板20’沿垂直于第一方向的第二方向相对直线运动，并形成下一条槽22a。之后，重复以上操作，形成一组槽22a。根据以上研磨操作，在形成槽22a的同时，按磨轮50的表面粗糙度使槽22a表面变粗糙。槽22a的宽度决定于磨轮50的宽度，深度取决于磨轮50的切割深度，表面粗糙度取决于磨轮50的粗糙度，节距取决于磨轮50沿第二方向的运动。

关于磨轮50，例如可以使用切割玻璃的磨轮50，直径约56mm，宽度由槽22a的宽度决定，例如约0.4mm。磨轮50较佳地附着磨粒，如金刚石粉，槽22a的表面粗糙度由这些磨粒决定。较佳地，磨轮50的表面粗糙度为例如#600。

下面说明光学片30下表面31上的凹凸。同2(a)示出光学片30的下表面31，在其上形成平行于边21a的多条直槽31a，边21a是导光板20的入射面。每条槽31a都形成为棱镜槽，其截面呈三角形。槽31a的宽度与节距定成大于导光板20上槽22a的宽度与节距。光学片30还有利于增大亮度。各槽31a设置成平行于边21a的理由是可在图2中沿方向Y聚光。优选的宽度、深度与节距分别为0.1mm～0.2mm。

下面说明一比较例，其中比较了两种情况。一种情况是把槽22a的表面做成如本实施例所示的很粗糙，另一种情况是不把槽22a表面做粗糙。图6和7示出以上表面发光装置A试制品的导光板在发光时的上表面，此时四只LED排在导光板左边，可以当作光源。在图6的情况中，设置了对应于槽22a的槽，但槽表面不粗糙(槽用切割法形成，故其表面可评定为基本上是一反射镜面)。图7示出设置了对应于槽22a的槽的情况，槽表面粗糙(槽用研磨法形成，槽表面与图3(a)所示的槽表面一样)。其它条件都相同。从图6可以看出，出现了照明不均性，能识别出四只LED(光源)的位置。从光源观看时，在0°方向最亮。另一方面，在图7上，亮度不均性难得出现，亮度在远离光源的部分只有很小减小。

Claims (13)

1，一种导光板，其特征在于包括：

光进入的入射面；

光从其发射的发射面；和

反射进入的光并与发射面相对的反射面，

其中，多条槽形成在发射面与反射面中至少一面上，并沿垂直于入射面的方向延伸；

其中，槽的表面各自具有粗糙表面，

其中，槽的各宽度定为W1，槽的各深度定为d，粗糙表面包括多个凸部，凸部的各宽度定为W2，凸部的各高度定为h，满足下列公式：

0.05mm＜W1＜0.2mm；

0.002mm＜d＜0.02mm；

W2≤0.5×W1，

h≤0.5×d；

0.0001mm＜W2；和

0.0001mm＜h。

2，如权项1所述的导光板，其中诸槽相互以基本上规则的间距排列。

3，一种表面发光装置，其特征在于包括：

发光的光源；

导光体，包括：

光进入的入射面；

光从其发射的发射面；和

反射进入的光并与发射面相对的反射面，

其中多条第一槽形成在发射面与反射面中至少一面上，并沿垂直于入射面的方向延伸；

其中第一槽的表面各自具有粗糙表面，

其中，槽的各宽度定为W1，槽的各深度定为d，粗糙表面包括多个凸部，凸部的各宽度定为W2，凸部的各高度定为h，满足下列公式：

0.05mm＜W1＜0.2mm；

0.002mm＜d＜0.02mm；

W2≤0.5×W1；

h≤0.5×d；

0.0001mm＜W2；和

0.0001mm＜h。

4，如权项3所述的表面发光装置，其特征在于还包括：

遮盖导光体而露出入射面与发射面的反射构件。

5，如权项3所述的表面发光装置，其特征在于还包括：

置于发射面上的半透明光学片，

其中多条第二槽形成在光学片上，排列方向平行于入射面。

6，如权项5所述的表面发光装置，其中第二槽的宽度与节距分别大于第一槽的宽度与节距。

7，如权项5所述的表面发光装置，其中各第二槽的截面为三角形。

8，一种形成导光板的方法，其特征在于该方法包括：

提供一导光体；和

在导光体的至少一面上形成多条直槽，使槽各自具有粗糙表面，

其中诸表面用作光从其发射的发射面和反射光的反射面，反射面相对发射面，

其中，槽的各宽度定为W1，槽的各深度定为d，粗糙表面包括多个凸部，凸部的各宽度定为W2，凸部的各高度定为h，满足下列公式：

0.05mm＜W1＜0.2mm；

0.002mm＜d＜0.02mm；

W2≤0.5×W1；

h≤0.5×d；

0.0001mm＜W2；和

0.0001mm＜h。

9，如权项8所述的导光板形成方法，其中槽沿垂直于导光体一表面的方向延伸，所述表面用作光进入的入射面。

10，如权项8所述的导光板形成方法，其中槽相互以基本上规则的间距排列。

11，如权项8所述的导光板形成方法，其中槽用研磨工艺形成。

12，如权项11所述的导光板形成方法，其中研磨工艺用外周具有粗糙表面的砂轮实行。

13，如权项12所述的导光板形成方法，其中磨粒附着于砂轮的外周。

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