CN100434988C

CN100434988C - 导光板

Info

Publication number: CN100434988C
Application number: CNB2005100082623A
Authority: CN
Inventors: 宮下纯司
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: US20050190578A1; KR20060041935A; DE102005006585A1; CN1658041A; DE102005006585B4; KR101013532B1; US7357557B2

Abstract

一种导光板，在具有透光性的板状部件的侧面设有光入射面，对来自与该光入射面相对配置的光源的光进行光路变换，将面状照明光从上述板状部件的上面射出到照明对象物上。在上述光入射面上形成有凹凸状的曲面部。另外，该曲面部，由其曲面形状的凹部和凸部形成平滑连续的凹凸曲面。由此，可以防止光源附近的明线的产生和亮度不均匀，并且可以使入射到导光板后的光的强度分布均匀化。

Description

导光板

技术领域

本发明涉及一种应用于面光源的导光板，例如从背面照射液晶板。特别涉及一种用于手机等小型液晶板的面光源用的导光板。

背景技术

近年来，作为书型的文字处理器或手机、便携式TV那样的小型、薄型的信息仪器的显示装置，常采用具有薄且易目视的背光机构的液晶显示装置。作为这样的背光机构，常用从背面照射到液晶板整个表面的面光源。作为该面光源，一般为由荧光灯或发光二极管(LED)形成的光源、和将该面光源的光束变换成照射到液晶板的面状光束的导光板所构成的结构。其中，特别是近些年来，以更小型化、更薄化和长寿命化为目的、多使用应用了作为光源的LED等的面光源。另外，这些面光源大体被划分为：将光源配置于导光板的正下方的正下型和将光源配置于导光板的侧方的侧灯型。但是在手机等重视小型化、薄型化的设备中，更多采用的是侧灯型。

下面参照图1和图2，说明现有技术的侧灯型的面光源。图1表示现有技术中的该种面光源的一个实施例。作为其基本结构，该光源具有：由透明材料制成的大体长方体的导光板1，由配置于该导光板1的侧面的3个LED而构成的光源2。

导光板1设置于液晶板7的背面侧，通常，如图2B所示，在导光板1的下面侧设置有用于使来自光源2的光反射到液晶板7侧的光反射板8。而且，在导光板1的上面侧设置有使来自光源2的光均匀分散的漫射板9和使光会集的棱镜板10。

导光板1由具有透光性的大体长方体形状的板状部件构成，例如由无色透明的塑料等形成。将导光板1的上面作为光出射面1b，将导光板1的一个侧面作为光入射面1a，并在与该光入射面1a相对的位置配置光源2。来自光源2的照射光3从光入射面1a射入后，朝光出射面1b地在导光板内部进行多次反射、并传播，而后其临界角以下的部分的光作为照明光4从导光板1的光出射面1b而射出到外部。射出到外部的照明光4从背后照射液晶板7。

图2A和图2B表示现有技术的侧灯型面光源的另一实施例(参照日本专利公报特开平2003-262743，第2页和图6)。该种面光源为如下设置：在呈大体长方体形状的导光板1的一个角部1d上进行倒角加工，并将通过倒角加工而形成的侧面作为光入射面1a，在与该光入射面1a相对的位置上配置由1个LED构成的光源2。另外，如图2B所示，导光板1的上面为光出射面1b；而在与光出射面1b相对的下面1c上形成有光反射面，该光反射面作为使入射到导光板1内部后的光5朝光出射面1b反射的构件，是由设置于其表面的多个小颗粒或多个半球状的圆粒等而形成的。

在上述现有的侧灯型的面光源中，如图3A和图3B所示，当来自光源2的照射光3以入射角a射入导光板1时，产生光的折射，成为入射到导光板1内部后的光5，并以与法线成角b进行入射。由于作为导光板1的材料的丙烯树脂或聚碳酸酯树脂等的折射率大于空气的折射率，所以与法线所成的角b小于入射角a。这时，来自光源2的照射光3具有LED本身的指向性，具有该指向性的照射光3在光入射面1a发生折射并入射其中，所以入射到导光板1内部后的光5的指向性窄于光源2的照射光的指向性。

图4表示来自光源2的照射光3和入射到导光板1内部后的光5的指向性。图4A表示作为光源2的LED本身的照射光3的指向性，图4B表示将光源2的照射光3从导光板1的光入射面1a入射到导光板内部后的光5的指向性。作为点光源的LED本身的照射光3具有图4A的曲线101所示的指向性。另外，将具有这样指向性的照射光3入射到导光板1内部后而成的光5，具有图4B的曲线102所示的指向性。如上所述，入射到导光板1后的光5的指向性窄于LED本身的照射光3的指向性。因此，在将光入射面1a形成为平整面的现有技术的导光板1中，存在入射到导光板1后的光5的强度分布不均匀的问题。

为解决这样的问题，公开了在上述导光板的光入射面上设置由多个均等的棱镜而构成凹凸的导光板的示例(例如，参照日本专利公报特开平2002-196151，第3～5页和图2)。图5和图6所示的导光板11，由于除光入射面11a的形状与上述现有技术的导光板1不同以外、其余结构相同，所以仅对该光入射面11a的结构进行说明，其余说明从略。由于与在角部进行倒角加工的其他现有技术的导光板也相同，所以下面基于图5和图6所示的导光板11a进行说明。

如图5A和图5B所示，在导光板11的一侧面上设有光入射面11a，在该光入射面11a上设有凹凸部。该凹凸部分布形成有多个均等的棱镜状的凸部12。另外，棱镜状的凸部12由一对斜面12a、12b而形成大体三角形的断面，而且，相邻的凸部12之间形成有平面部13。

在将该导光板11的光入射面11a看作准平面时，如图6所示，由设置于光入射面11a的凸部12的各斜面12a、12b的作用，从而即使对于入射到光入射面11a的入射角较大的光，也可以增大入射到导光板1内部后的光15、17与法线所成的角，使其大于在上述导光板1时的角。因此，从整体来看光入射面11a时，可以增大从棱镜状的凸部12入射到导光板11内部后的光15、17的角度范围。另外，自平面部13入射到导光板11内部后的光16与在上述导光板1中的平面状的光入射面1a时同样地、径直地射入导光板11的内部。

但是，如图6所示，在上述导光板11中，由于由棱镜状的凸部12和平面部13所形成的光入射面11a的形状不连续，所以，自光入射面11a入射到导光板11内部后的光15、16、17的指向性为图7所示的歪曲形状。图6中的、自导光板11的平面部13入射到导光板11内部后的光16具有图7的曲线104所示的指向性。另外，图6中的、自凸部12的一侧的斜面12a入射到导光板11内部后的光17具有图7的曲线105所示的指向性。而且，图6中的、自凸部12的另一侧的斜面12b入射到导光板11内部后的光15具有图7的曲线103所示的指向性。

这样，在现有的导光板11中，自光入射面11a入射到导光板11内部后的光15、16、17的指向性为歪曲的形状，相对于该指向性而产生光强度分布不均匀的问题。另外，在采用了这样光强度分布不均匀的导光板11的液晶显示装置的侧灯型面光源的情况下，会产生来自光源的明线，并在显示画面产生亮度不均的现象，从而导致显示画面品质显著降低的问题。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术中的问题而提出的，其目的在于提供一种面状光源的导光板，该导光板可以防止光源附近的明线的产生和亮度不均，可以通过使入射到导光板后的光强度分布均匀而提高显示画面的品质。

为了达到上述目的，本发明的导光板，在具有透光性的板状部件的侧面设有光入射面，对来自与该光入射面相对配置的光源的光进行光路变换，将面状照明光从上述板状部件的上面射出到照明对象物上，在上述光入射面上形成有凹凸状的曲面部，其特征在于，该曲面部为凹部和凸部平滑连续的凹凸曲面形状。

在其中一个实施例中，上述板状部件为四边形，在其一侧面上设有光入射面。另外，在另一实施例中，在该板状部件的至少一个角部进行倒角加工，在由该倒角加工而形成的板状部件的侧面设有光入射面。

另外，在其中一个实施例中，上述凹凸状的曲面部，其曲面形状的凹部和凸部沿光入射面的长度方向交互反复地形成。

上述本发明的导光板，由于将其侧面作为光入射面、并在该光入射面上形成有凹凸状的曲面部，从而可以将入射到导光板内部后的光的指向性修正为无偏差的平衡性良好的光。由此，可以使入射到导光板后的光的强度分布均匀化，可以防止光源附近的明线的产生和亮度不均的发生。其结果是由本发明的导光板和LED，从而可以形成高品质的侧灯型面光源。而且，在将本发明的导光板作为液晶显示装置的侧灯型面光源而使用时，可以减少显示画面的亮度不均匀而获得高品质的液晶显示装置。

附图说明

图1为表示一现有技术中的侧灯型面光源的要部的立体图。

图2A为表示另一现有技术中的侧灯型面光源的要部的平面图。

图2B为上述图2A中的C-C线剖面图。

图3A为表示一现有技术中的导光板的光入射面附近的局部放大平面图。

图3B为表示另一现有技术中的导光板的光入射面附近的局部放大平面图。

图4A表示现有技术中的光的指向性，为表示光源本身的照射光的指向性的示意图。

图4B表示现有技术中的光的指向性，为表示入射到导光板内部后的光的指向性的示意图。

图5A为现有技术中的导光板的平面图。

图5B为图5A中的A部分的局部放大立体图。

图6为表示现有技术中的导光板的光入射面附近的局部放大平面图。

图7为表示入射到现有技术中的导光板内部后的光的指向性的示意图。

图8A为应用本发明的第1实施例中的导光板的侧灯型面光源的平面图。

图8B为上述图8A的A-A线剖面图。

图9A为图8A的B部分的放大图。

图9B为图8A中的光入射面的局部放大平面图。

图10为表示本发明的第1实施例的导光板的光入射面的局部放大平面图。

图11A为表示入射到本发明的第1实施例中的导光板内部的光的指向性的曲线106的示意图。

图11B为表示入射到本发明的第1实施例中的导光板内部的光的指向性的曲线107的示意图。

图11C为表示入射到本发明的第1实施例中的导光板内部的光的指向性的曲线108的示意图。

图12A为应用本发明的第2实施例中的导光板的侧灯型面光源的平面图。

图12B为上述图12A的D-D线剖面图。

图13A为图12A的B部分的放大图。

图13B为图12A的光入射面的局部放大平面图。

具体实施方式

下面参照附图，详细地说明本发明的导光板的最佳实施例。图8A和图8B表示应用本发明的第1实施例中的导光板的侧灯型面光源。在本实施例中，用相同符号表示与上述现有例相同的结构要素，并省略其说明。

如图8A和图8B所示，本实施例的面光源具有导光板21和由3个发光二极管(LED)构成的光源2。导光板21由具有透光性的塑料材料所形成，例如将丙烯树脂等进行注射模塑成形而成为大体长方体形状的板状部件，其上面为光出射面21b。在与光出射面21b相对的下面21c上，作为使自光源2入射到导光板21内部后的光26朝光出射面21b反射的构件，在其表面上设有多个小颗粒或多个半球状的圆粒等。因此，下面21c为光反射面。

另外，在导光板21的一个侧面设有光入射面21a，在与该光入射面21a相对的位置配置光源2。如图8B所示，光源2的照射光从光入射面21a入射后，朝光出射面21b在导光板21内部进行多次反射、并传播，而后其临界角以下的部分作为照明光25从导光板21的光出射面21b而射出到外部。射出到外部的照明光25从背后照射液晶板7。这样，在上述导光板21的光出射面21b上形成照射光25的发光面，从而形成本实施例的侧灯型面光源。

图9A和图9B表示图8A中的B部分的放大图，在导光板21的光入射面21a上形成有凹凸状的曲面部20。在一个实施例中，该曲面部20在导光板21的光入射面21a的长度方向交替反复地形成有由平滑的曲面构成的凸部22和由平滑的曲面构成的凹部23。另外，由于凸部22和凹部23平滑地连接，所以该曲面部整体形成为平滑连续的凹凸曲面。而且，由于上述凸部22和凹部23在导光板21的厚度方向以相同的曲面形状延伸，所以凸部22和凹部23为平滑的2次曲面，因此，凸部22和凹部23的横截面形状为2次曲线。

对于该2次曲线没有特别的限定，但是在本实施例中，如图10所示，以x轴和y轴的交点24为中心，以由椭圆27的椭圆弧构成的2次曲线形成凸部22和凹部23的横截面形状。该椭圆27的x轴方向的半径设为C，y轴方向的半径设为D，以公式x²/C²+y²/D²＝1来表示。即，以通过椭圆27的中心24的y轴来分割椭圆27，将由一侧的椭圆弧构成的2次曲线作为凸部22的横截面形状，将由另一侧的椭圆弧构成的2次曲线作为凹部23的横截面形状。另外，在将此时的椭圆27的y轴方向的光入射面21a宏观地看作平面的情况下，与该平面平行地形成凸部22和凹部23的形状。而且，该椭圆27的半径C、D最好设定为30～500μm的范围内的规定值。

如图9A所示，上述本实施例的导光板21的光入射面21a形成为连续凹凸的平滑2次曲线，所以，通过从该光入射面21a射入光源2的照射光，可使入射到导光板21内部后的光26的强度分布均匀。因此，光26的指向性可以由图11A的曲线106所示的平滑的圆来表示，并可修正光强部分和光弱部分的差，以使其平滑地变化。由此，可以防止光源2附近的明线和光点。图11B和图11C所示的曲线107、108表示，通过改变作为椭圆27的半径C、D的比的D/C的值而使上述凸部22和凹部23的形状变化时的、入射到导光板21内部后的光26的指向性。这样，通过改变凸部22和凹部23的形状，可以控制入射到导光板21内部后的光26的指向性。

因此，通过与导光板21和光源2之间的位置关系等相应地改变作为椭圆27的半径C、D的比的D/C的值，使光入射面21a的形状为最合适，可以将自光入射面21a入射到导光板21内部后的光26的指向性修正为无偏差的平衡性良好的指向性。

另外，如图8B所示，射入到导光板21内部后的光26在光出射面21b和下面21c之间进行多次反射、并传播，由临界角以下的部分的光所构成的照明光25从光出射面21b射出，进而从背后照射液晶显示板7。因此，可以降低液晶显示板7的显示画面中的亮度不均，可以显示出高品质的显示画面。

图12和图13表示本发明的导光板的第2实施例。在该实施例的导光板21上，对其呈大体长方体的板状部件的一个角部21d进行倒角加工，并将由该倒角加工所形成的侧面作为光入射面21a，此外，由于该导光板21与上述第1实施例中的导光板为大体相同的结构，所以，用相同的符号表示相同的结构，并省略对导光板的详细说明。

在与已倒角的上述导光板21的光入射面21a相对的位置上，作为光源2配置有一个LED。与先前的实施例同样地，来自光源2的照射光从光入射面21a射入后，作为光26在导光板21内部进行多次反射、并朝光出射面21b传播，其临界角以下的部分的光作为照明光25从导光板21的光出射面21b而射出到外部。射出到外部的照明光25从背后照射液晶板7。

如图13A和图13B所示，在上述导光板的已倒角的光入射面21a上，形成有与先前的实施例同样的凹凸状的曲面部20。该曲面部20在导光板21的光入射面21a的长度方向交替反复地形成有由平滑的曲面构成的凸部22和由平滑的曲面构成的凹部23。另外，由于凸部22和凹部23平滑地连接，所以该曲面部整体形成为平滑连续的凹凸曲面。而且，由于上述凸部22和凹部23在导光板21的厚度方向以相同的曲面形状延伸，所以凸部22和凹部23为平滑的2次曲面，因此，凸部22和凹部23的横截面形状为2次曲线，在这一点上也与先前的实施例的结构相同。因此，该2次曲线可以起到与根据上述图10和图11而说明的先前的实施例相同的作用效果，所以其说明从略。

在上述第1和第2实施例中，虽然对大体长方体形状的导光板进行了说明，但是本发明并不限于上述实施例，也可以应用于长方体形状以外的多边形的导光板。

另外，在上述第2实施例中，虽然对将导光板的一处角部进行倒角加工并将其作为光入射面、和将与该光入射面相对的一个LED作为光源而配置的情况作了说明，但是本发明也可以适用于对两处以上角部进行倒角加工并形成多个光入射面、和将多个LED配置于光入射面的侧灯型面光源的情况。

在上述第1和第2实施例中，虽然对由连续的平滑的凹凸曲面而形成的断面形状为2次曲线的光入射面的情况进行了阐述，但是本发明并不限于上述实施例，也可以由例如断面形状为3次、4次等高次曲线的凹凸曲面来形成光入射面。

另外，在上述各实施例中，均对直接地连接凸部和凹部的情况进行了说明，但是本发明并不限于上述实施例，也可以由例如平滑的曲面部或平面部来连接凸部和凹部。

另外，在上述各实施例中，均以在导光板的光入射面未进行表面处理为例加以说明，但本发明并不限于此，也可以由粗糙面形成该光入射面、并将其作为光漫射面。因此，可以进一步地降低亮度的不均。

另外，本发明虽对在光入射面交互反复地形成相同形状的凸部和凹部进行了说明，但是本发明并不限于此，也可以将多个曲面进行组合来形成凸部和凹部，另外，也可以相应于自光源的照射光的指向性等、根据距光源的远近而使凸部和凹部的形状逐渐变化。因此，可以使指向性更为平滑。

而且，在上述各实施例中，均对将本发明的导光板应用于液晶显示装置的面光源的情况进行了说明，但是本发明并不限于上述实施例，也可以被广泛地应用于各种照明器具、显示装置等的侧灯型面光源。

Claims

1.一种导光板，在具有透光性的板状部件的侧面设有光入射面，对来自与该光入射面相对配置的光源的光进行光路变换，将面状照明光从上述板状部件的上面射出到照明对象物上，在上述光入射面上形成有凹凸状的曲面部，其特征在于，

该曲面部为凹部和凸部平滑连续的凹凸曲面形状。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，上述板状部件为四边形，在其一侧面上设有光入射面。

3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，上述板状部件为四边形，在该板状部件的至少一个角部进行倒角加工，在由该倒角加工而形成的板状部件的侧面设有光入射面。

4.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，上述凹凸状的曲面部，其平滑连续的凹部和凸部沿光入射面的长度方向交替反复地形成。

5.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，上述凹凸状的曲面部由2次曲线构成。

6.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，上述凹凸状的曲面部为粗糙面。