CN101065609A - 导光板、使用该导光板的面状照明装置和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种既薄又轻，从光射出面能发射出更均匀、更高辉度的照明光的大尺寸导光板，该导光板的矩形光出射面的北面的截面形状满足下述10次函数。下述式中，X为在与导光板的一边平行的方向距离原点O的位置，Y为与上述一边垂直的方向距离原点的位置。Y＝A0+A1×X+A2×X2+A3×X3+A4×X4+A5×X5+A6×X6+A7×X7+A8×X8+A9×X9+A10×X10－1.3×105≤A0≤2.4×105，－2.0×104≤A1≤9.4×104，－2.6×104≤A2≤5.7×104，－5.5×103≤A3≤2.2×103，－2.1×102≤A4≤1.1×102，－3.7×10≤A5≤2.2×10，－1.4×10≤A6≤3.3×10，－3.6≤A7≤1.5，－7.8×10－2≤A8≤3.3×10－2，－1.2×10－2≤A9≤3.2×10－2，－1.4×10－3≤A10≤4.9×10－4面状照明装置具有该导光板，液晶显示装置具有作为背光单元的此面状照明装置。

Description

导光板、使用该导光板的面状照明装置和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种透明光导板和使用该导光板的面状照明装置和液晶显示装置，所述的光导板使来自棒状光源入射的光向面方向漫射，以便从光射出面射出更均匀的照明光。
背景技术
在液晶显示装置中使用了用光从液晶屏(LCD)的后面照射并照亮该液晶屏的背光单元。背光单元是由照明用光源、使从该光源射出的光漫射以照射液晶屏的导光板、使从导光板发射的光均等化的棱镜片或漫射片等部件构成。
目前，大型液晶电视背光单元的主流为专利文献1所披露的那样，在照明用光源正上方设置导光板，所谓正下型方式。该方式是在液晶屏的背面配置多根作为光源的冷阴极管，内部作为白色反射面以确保均匀的光量分布和必要的辉度。不过，该方式为使光量分布均匀，理论上与液晶屏垂直方向的厚度需要30mm左右。
近些年来，希望液晶显示装置的薄型化、低耗电化、大型化，但在上述正下型背光单元中，如果导光板的厚度小于10mm，则会出现光量不均现象，因此，其将限制显示屏的薄型化。为使上述液晶显示装置能够实现薄型化、低耗电化、大型化，提出了各种形状的导光板(参见专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5和专利文献6)。
图22为分解透视图，其显示了具有专利文献2披露的导光板的面光源装置的大致结构。
该图所示的面光源装置(背光单元)是通过以下方法形成的，在导光板100中埋设荧光灯102之后，在导光板100的背面设置反射片104，并在导光板100的射出面层压透射光量校正片106、光漫射片108及棱镜片110。
导光板100呈大致长方形并使照明光产生漫射的微粒子分散掺杂的树脂形成。导光板100用作射出表面是平坦的上表面。在导光板100的背面(射出面的反面)形成埋设荧光灯102的U形截面的凹槽100a，在导光板100的射出面，除荧光灯102正上方以外的部分形成促进照明光射出的光量校正面100b。
这样，在专利文献1中记载了通过掺杂微粒子形成导光板100，同时通过在荧光灯102正上方以外射出面的一部分或整个射出面上形成的光量校正面100b，促进照明光的射出，由此可使整体厚度变薄，并能降低发射光的异常和辉度不均。
另外，在专利文献3公开了一种导光板，为了获得不降低背光照射量并能实现液晶显示装置的小型轻量化、薄型化及降低成本和耗电量的液晶显示装置的背光照明，该导光板具有长方形照射面，所述矩形剖面的凹槽在与长边平行的短边的中央部凿开并嵌入光源，背面是向靠近该凹槽的长边的两侧面方向使板厚逐渐变薄形成的。
另外，为了获得能够使液晶显示装置的边框变窄、厚度变薄并且光利用效率高的明亮的背光单元，专利文献4公开了一种导光体(导光板)，其中，该导光体具有以纵深方向为主轴，与设置光源的凹部的宽度方向平行的抛物线形状截面。
进而，为了保持显示屏面板内亮度均匀并形成高亮度照明，专利文献5公开了一种导光板，其中，该导光板将折射率连续增大的多层板状光导波层层压在八字状高反射层上，从这些光射出端面发射的光能够照亮光漫射层。此处，用于设置光源的凹部为三角形。
在上述各篇专利文献中公开的导光板为了能够实现液晶显示装置的薄型化、小型轻量化、低耗电化及低成本化等几个方面，均采用了在中央部设置一个或多个凹槽并在凹槽中容纳棒状光源的结构，优选从凹槽部分向端面形成板厚逐渐变薄，从而能实现薄型化。
此外，在专利文献6中，为了对液晶背光进行改良以使其适用于壁挂式电视的大型液晶显示面板，通过并列布置多块导光板并在导光板间设置规定数量的线状光源以提高亮度，从而实现高均匀性的大型背光。
专利文献1：实开平5-4133号公报
专利文献2：特开平9-304623号公报
专利文献3：特开平8-62426号公报
专利文献4：特开平10-133027号公报
专利文献5：特开平5-249320号公报
专利文献6：特开平2001-42327号公报
发明内容
但是，在图22所示的专利文献2披露的导光板100中，虽然在其射出面表面上形成除光源(荧光灯)102的正上方以外部分的粗糙表面或微棱镜面等光量校正面100b，以促进相对于射出面以临界角以上的角度入射的照明光的发射，但如图23所示，由于实线所示的来自具有光量校正面100b的导光板100的照明光的辉度N2，相对于虚线所示的来自没有光量补偿面的导光板的照明光辉度N1提高一点点，因此，通过光量校正面100b提高辉度的效果不大，光源光的利用效率较低，光源光的漫射不充分，因此，存在着从射出面不能发射出均匀且高亮度的光的问题。
在图22所示的导光板100中，将光源(荧光灯)102埋设在截面形状为圆形的凹槽100a中，如图23所示，由于光源102产生的亮度峰值原样存留，因此，导致的一个问题是，为了用作面光源装置，就需要使用在导光板射出侧设置透射光量校正片106、光漫射板108及棱镜片110等来消除射出面异常和辉度不均匀的光，为此面光源装置成本增加。
另外，在专利文献3公开的液晶显示装置的背光中，虽然通过将电子线路基板上的部件布置在使导光板的背面倾斜所产生的缝隙中，来降低成本及耗电量，可以实现液晶显示装置的小型轻量化及薄型化，但却未全面考虑从导光板的射出面发射出的光不均匀性的问题。
另外，在专利文献4公开的液晶显示装置的背光单元中，虽然通过使设置在导光体(导光板)中的凹槽上的凹部的截面形状形成抛物线，导光体中光的漫射能变成几乎均匀的光射向导光体，从而能够提高光的利用效率，但却未全面考虑从导光板的射出面射出的照明光不均的问题。
另外，在专利文献5披露的导光板中，由于作为是层压多层板状光导波板的复杂结构，因此，辉度的衰减比以往有所减少，从而能够获得均匀的辉度，照明效果较好，但却存在制造成本提高的问题。
另外，在专利文献6公开的导光板中，为了辉度在线状光源的正上方部分升高，因此，必须设置抑制线状光源的光透射的透射抑制图案，而且，为了来自线状光源的光会在导光板的内部从一端向另一端沿面内方向透射，因此，光量会逐渐衰减，从而高辉度化不充分。
本发明的第1个课题在于提供一种解决上述现有技术的问题的导光板，该导光板薄型轻量，即使多块并列构成也能从光射出面高效射出更均匀且辉度更高的照明光。
另外，除上述第1课题的目的以外，本发明的另一个课题在于提供了能够获得更大尺寸的光射出面的导光板。
本发明的第2个课题在于提供一种解决上述现有技术中的问题的面状照明装置，该装置比直下型照明装置更薄更轻，能以更低成本制造，并能够发射出更均匀地且辉度更高的照明光，而且可获得大尺寸的照明表面，或者可以适用于壁挂电视等液晶显示装置。
另外，本发明的第3个课题在于提供了一种解决上述现有技术中的问题的液晶照明装置，该装置既薄又轻，制造成本更低，并能够实现更均匀且辉度更高的显示，另外，可获得大尺寸的显示画面，或者可作为壁挂电视等壁挂型的液晶照明装置。
为了解决上述第1个课题，本发明的第1模式提供了一种导光板，该导光板为透明导光板，其特征在于，具有构成前部的矩形光射出面，相对于含有上述光射出面的中心且与上述光射出面的一边垂直的对称面的构成背部的对称形状的背面，在与上述一边平行并与上述光射出面垂直的面中的上述背面的截面中，若以上述导光板的端面与上述背面的连接部分为原点，将沿与上述一边平行的方向距离上述原点的位置定为X，将沿与上述一边垂直的方向距离上述原点的位置定为Y，则上述背面的截面形状由满足以下10次函数式的曲线的一部分表示：
Y＝A0+A1×X+A2×X2+A3×X3+A4×X4+A5×X5+A6×X6+A7×X7+A8×X8+A9×X9+A10×X10
-1.3×105≤A0≤2.4×105，
-2.0×104≤A1≤9.4×104，
-2.6×104≤A2≤5.7×104，
-5.5×103≤A3≤2.2×103，
-2.1×102≤A4≤1.1×102，
-3.7×10≤A5≤2.2×10，
-1.4×10≤A6≤3.3×10，
-3.6≤A7≤1.5，
-7.8×10-2≤A8≤3.3×10-2，
-1.2×10-2≤A9≤3.2×10-2，
-1.4×10-3≤A10≤4.9×10-4
此处，优选在上述对称面与上述导光板的两端面之间分别形成上述导光板厚度最大的最大厚壁部，通过位于从上述对称面至上述最大厚壁部之间的相对于上述对称面对称的上述背面，形成向上述光射出面变细并与上述对称面平行延伸的平行凹槽。上述平行凹槽优选为用于容纳棒状光源的凹槽。
另外，优选当上述平行凹槽中容纳半径为r的上述棒状光源时，假设从上述棒状光源的中心至上述导光板的最短距离为t，在上述导光板的厚度方向，从与上述最大厚壁部彼此接触的面至上述棒状光源中心的最短距离为ΔH，则最好满足t≥r、ΔH≥r。
另外，优选在上述背面的上述截面形状中，形成上述背面的曲线和上述对称面的交点与位于从该交点至上述最大厚壁部之间的一个点之间的曲线近似于通过这二点的直线。
或者，优选在上述背面的上述截面形状中，形成上述背面的曲线和上述对称面的交点与位于从该交点至上述最大厚壁部间的一个点之间的曲线近似于圆、椭圆、抛物线及双曲线中的任意一曲线。
另外，上述10次函数优选在上述原点倾斜为零的函数，上述10次函数优选在上述对称面的位置与上述原点之间具有一个极小值。
另外，优选不仅在上述对称面与上述端部之间形成厚度最大的最大厚壁部，而且从上述最大厚壁部向上述端部厚度逐渐变薄，由上述10次函数的系数的来确定。
另外，优选由多块上述导光板形成的上述端面互相连接。或者，优选具有以上述端面彼此相互连接成一体的多块上述导光板的并列结构。
另外，为了解决上述第2个课题，本发明第2种模式提供了一种面状照明装置，其特征在于，具有上述第1种模式的各导光板，容纳在上述导光板的上述平行凹槽中的棒状光源，设置在上述棒状光源背后以阻碍上述平行凹槽的反射器，安装在上述导光板的上述端面与上述最大厚壁部之间的上述背面的反射片，以及设置在上述导光板的上述矩形光射出面上的漫射片。
在此，进一步优选具有设置在上述导光板的上述矩形光射出面与上述慢射片之间的棱镜片。
此外，为了解决上述第3个课题，本发明第3种模式提供了一种液晶显示装置，其特征在于，具有由上述第2种模式的面状照明装置形成的背光单元，设置在该背光单元的光射出面侧的液晶显示屏，以及驱动上述背光单元和上述液晶显示屏的驱动单元。
本发明中第1种模式的导光板由于其背面的截面形状以满足上述10次函数式的方式形成，因此，能够从光射出面射出均匀且高辉度照明光。进一步，在采用多块连接以形成连接导光板或导光板组件时，能够抑制连接部分产生辉线。
另外，进一步，通过使与容纳棒状光源的凹槽相当的背面部分的截面形状向光射出面逐渐变细，从而能够降低光射出面上的照度或辉度的峰值，使光射出面上的照度或辉度更加均匀，并能够达到光射出面所要求的均匀度。
另外。通过互相连接各个独立的多块本发明的导光板的端面以形成连接导光板(导光板组件)，或者使多块导光板在端面连为一体而构成连接导光板，从而可扩大连接导光板的光射出面的尺寸。这种连接导光板能够抑制在光射出面连接部产生辉线。
根据本发明的第2种模式，可以提供一种面状照明装置，通过使用上述第1种模式的导光板，该装置既薄又轻，且能以更低成本制造，并可抑制在连接导光板的连接部产生辉线，可发射出更均匀且辉度更高的照明光，并且可以得到大尺寸的照明表面或者适用于壁挂电视等液晶显示装置。
根据本发明的第3种模式，可以提供一种液晶照明装置，通过采用上述第2种模式的面状照明装置，该装置既薄又轻，且能以更低成本制造，并可抑制在连接导光板的连接部产生辉线，可提供更均匀且颜色不会深浅不一的辉度更高的显示，并且可以得到大尺寸的显示画面或者适用于壁挂电视等壁挂型的液晶照明装置。
附图说明
图1为显示本发明中面状照明装置的一种实施形式的大致结构模式剖面图，该面状照明装置使用了并列设置多块本发明的导光板所形成的连接导光板。
图2为使用了具有本发明的导光板的背光单元的液晶显示装置的一个实施例的示意性局部透视图。
图3A为图2所示的液晶显示装置的示意性局部剖面图，图3B为该液晶显示装置中使用的本发明的导光板和容纳在其中的棒状光源的一实施例的示意性剖面图。
图4为显示本发明的导光板的背面截面形状的10次函数式的一例曲线图。
图5为说明在图3B所示的导光板背面形成的平行凹凹槽与容纳在该平行凹凹槽中的光源的关系的视图。
图6为显示本发明中导光板的其它实施例的示意性剖面图，其为构成容纳棒状光源的平行凹槽的部分的背面的截面形状由相对于对称面S对称的抛物线曲线的一部分形成的导光板的一个例子。
图7为显示本发明中导光板的其它实施例的示意性剖面图，其为构成容纳棒状光源的平行凹凹槽部分的背面的截面形状由相对于对称面S对称的椭圆曲线的一部分形成的导光板的一个例子。
图8为显示本发明中导光板的其它实施例的示意性剖面图，其为构成容纳棒状光源的平行凹凹槽的部分背面的截面形状由相对于对称面S对称圆的一部分(圆弧)形成的导光板的一个例子。
图9为显示本发明中导光板的其它实施例的示意性剖面图，其说明了在构成容纳棒状光源的平行凹凹槽的部分的背面的截面形状由相对于对称面S对称的圆的一部分(圆弧)形成的导光板中，对称面的背面所形成的角度的示意图。
图10为显示本发明中导光板的其它实施例的示意性剖面图，其为构成容纳棒状光源的平行凹槽部分背面的截面形状由向着对称面S凸起的曲线形成的导光板的一个例子。
图11为显示本发明中导光板的其它实施例的示意性剖面图，其为构成容纳棒状光源的平行凹槽的部分的背面的截面形状由组合了朝对称面S凸起和凹入的曲线所形成的曲线形成的导光板的一个例子。
图12为在本发明的导光板的光射出面上形成的网点图案的一个例子。
图13A为示意性剖面图，其显示了在本发明的导光板的反射片与导光板的倾斜面之间设置棱镜片的实施形式，图13B和13C分别为从导光板侧观察图13A所示的棱镜片的一个实施例的示意性平面图及示意性横截面图。
图14为连接设置3块具有图4曲线图所示的背面形状的导光板时的光射出面中的辉度分布的一个例子的曲线图。
图15为表示本发明中导光板的背面截面轮廓的10次函数式的另一个例子的曲线，其为与图3所示的曲线图不同的曲线图。
图16为表示本发明中导光板的背面截面轮廓的10次函数式的另一个例子的曲线，其为与图3和图15所示的曲线图不同的曲线图。
图17为连接设置3块具有图15所示的背面形状的导光板时的光射出面中辉度分布的一个例子的曲线图。
图18为连接设置3块具有图16所示的背面形状的导光板时的光射出面中辉度分布的一个例子的曲线图。
图19为本发明中导光板的另一实施例的示意性剖面图，其为背面的截面形状由相对于光射出面倾斜的直线形成并且容纳光源的平行凹凹槽为三角形的导光板的一个例子。
图20为连接设置3块具有图19所示形状的导光板时的光射出面中辉度分布的一个例子的曲线图。
图21图21A为在本发明的面状照明装置的导光板的两个端面上设置放射板的结构例的示意剖面图，图21B为在并排布置多块本发明的面状照明装置的导光板所形成的导光板组件的两个端面上设置放射板的结构例的示意部分剖面图。
图22为显示具有以往的导光板的面状光源装置的大致结构的分解透视图。
图23为图21中所示的面光源装置的导光板的射出面中的辉度曲线图。
符号说明
2 背光单元              4 液晶显示屏         6 驱动单元
10 液晶显示装置         12 光源              14 漫射片
16，17，19 棱镜片       18 导光板            18a 光射出面
18b 背面                18c 端面             18d 厚壁部
18e 薄边端部            18f 平行凹凹槽       18h一个边
20 反射器               22 反射片            92 网点图案
S 对称面                P 交点
具体实施方式
下面，根据附图所示的最佳实施例对本发明的导光板、使用该导光板的面状照明装置及液晶显示装置进行详细说明。
图1为模式剖面图，其显示了本发明中第2模式的面状照明装置(下面，也称为背光单元)中一种实施例的大致结构，该面状照明装置是使用并列多块本发明中第1模式的导光板所形成的连接导光板(导光板组件)而构成的。这种面状照明装置用作本发明的第3种模式的液晶显示装置的背光单元。图2是与图1所示的背光单元中一块导光板对应的液晶显示装置的一实施例的示意性局部透视图。另外，图3A为图2所示的液晶显示装置的示意性局部剖面图，图3B是在图3A所示的液晶显示装置中使用的本发明的导光板以及容纳在其中的棒状光源的一种实施例的示意性剖面图。
如上述附图所示，液晶显示装置10主要具有背光单元2、设置在背光单元2的光射出面侧的液晶显示屏4以及用于驱动它们的驱动单元6。背光单元2由冷阴极管12、漫射片14、棱镜片16、17、导光板18、反射器20及反射板22构成。
背光单元2是从液晶显示屏4的背后向液晶显示屏4的整个表面照射均匀光线的面状照明装置，并具有与液晶显示屏4的图像显示面几乎相同的光射出面(发光面)。如图1所示，背光单元2主要具有光源12、漫射片14、二块棱镜片16及17、导光板18、反射器20及反射板22。
如图2、图3A及图3B所示，光源12为细径棒状冷阴极管，其用于对液晶显示屏4进行照明。如图3B所示，光源12设置在形成于导光板18中的平行凹槽18f内，并与图2及图3A所示的驱动单元6相连。在此，作为光源12，虽然使用了冷阴极管，但本发明并不限定于此，也可以使用任何其它的棒状光源。例如，作为光源12，可以使用通常的荧光灯管或LED(发光二极管)等。即，也可以使用长度与导光板18的平行凹槽18f相等的圆柱形或角柱状透明导光体，并且在该发光体的上表面及底面上设置LED的LED光源代替光源12。上述LED光源的LED光可以从导光体的上表面及底面射入，并从导光体的侧面射出LED光。
图3A及图3B所示的导光板18为图1所示的连接导光板的多块导光板中一块导光板的示意性剖面图。如图3B所示，导光板18由构成前部的平坦矩形光射出面18a、构成背部的背面18b与端面18c形成。背面18b具有相对于对称面S对称的形状，该对称面含有光射出面18a的中心点并与光射出面18a的一个边18h(图3B中，左右方向的一边)垂直。另外，背面18b在与光射出面18a的一个边18h平行且与光射出面18a垂直的面中的导光板18截面的背面18b的截面轮廓中，以背面18b与端面18c的连接部分为原点O，以沿平行于一个边18h的方向距离原点O的位置为X，以沿垂直于一个边18h的方向距离原点O的位置为Y，此时，背面18b的截面形状(截面曲线)应满足以下10次函数式(1)。
式(1)；Y＝A0+A1×X+A2×X2+A3×X3+A4×X4+A5×X5+A6×X6+A7×X7+A8×X8+A9×X9+A10×X10
-1.3×105≤A0≤2.4×105、
-2.0×104≤A1≤9.4×104、
-2.6×104≤A2≤5.7×104、
-5.5×103≤A3≤2.2×103、
-2.1×102≤A4≤1.1×102、
-3.7×10≤A5≤2.2×10、
-1.4×10≤A6≤3.3×10、
-3.6≤A7≤1.5、
-7.8×10-2≤A8≤3.3×10-2、
-1.2×10-2≤A9≤3.2×10-2、
-1.4×10-3≤A10≤4.9×10-4
图4是本发明的导光板的背面截面形状(截面曲线)的10次函数式的一个例子的曲线图。图4所示的曲线图是A0＝-1.21×105、A1＝9.34×104、A2＝-2.53、A3＝2.15×103、A4＝1.03×102、A5＝2.16×10、A6＝-1.04×10、A7＝1.41、A8＝3.30×10-2、A9＝-1.18×10-2、A10＝4.87×10-4的情况。
如图3B所示，本发明的导光板18通过由该10次函数式表示的截面形状的背面18b和平坦的光射出面18a，分别形成厚壁部18d与薄壁端部18e。此外，在导光板18中，通过厚壁部18d中壁厚最大的最大壁厚部内侧(接近对称面的一侧)的背面18g形成与光射出面18a的一边18h垂直的平行凹槽18f。如图中例子所示，上述棒状光源12容纳在所述平行凹槽18f中。
这时，如图5所示，当光源12的半径为r，从光源12中心至导光板18的平行凹槽18f部分的背面18g的最短距离为t，优选满足条件t≥r，t＞r，即，优选将构成导光板18的平行凹槽18f的背面部分18g的形状设计成：在光源12与构成导光板18的平行凹槽18f的背面部分18g之间稍有间隔。
另外，在以导光板18的厚度方向，将从光源12的中心至使导光板18最大厚度的一对最大壁厚背面部18k彼此相连的虚拟面V的距离定为ΔH，优选满足条件ΔH≥r，ΔH＞r，即，优选以光源12与虚拟面V不接触的方式设计。这样，通过采用光源12与虚拟面V不接触的设计，例如，如图2及图3A所示，当用于提高光源12利用效率的反射器20阻挡导光板18的平行凹槽18f时，可防止与光源12的反射器20接触造成的漏电。另外，通过以满足上述范围的形状构成平行凹槽18f，能确保光源12容纳在平行凹槽18f中，以便光源12的一部分不会从导光板18的平行凹槽18f中露出。
在具有图3A及图3B所示结构的导光板18中，在从设置在该平行凹槽18f中的光源12射出的光中，从形成平行凹槽18f的背面部分18g射入导光板18内部的光由导光板18的背面18b反射后，从光射出面18a射出。这时，虽然存在一部分光从导光板18的背面18b漏出的情况，但漏出的光通过形成于导光板18背面18b侧的反射片18反射后，再次入射至导光板18的内部，并从光射出面18a射出。本发明通过以上述10次函数的截面形状形成导光板18的背面18b，从而使导光板18的光射出面18a能够放射出均匀的光。
在本发明中，优选以从光射出面18a射出的光束的光量分布达到均匀的方式确定表示导光板18背面18b的截面形状的上述公式(1)的10次函数的各个系数(A0～A10)。这时，可以以从设置在一块导光板上的光源射出的光束实际上能够确定从该导光板的光射出面全部射出的系数。或者，在连接了多块导光板的情况下，系数的确定方式也可以为：从设置在某一导光板上的光源射出的光并不全部从该导光板射出，而是部分光也可以由穿过与该导光板相邻的导光板或相距一定距离的导光板的端面后再从光射出面射出。
优选以其背面18b在与端面18c的连接部的斜率为零(0)的方式构成本发明的导光板。这样通过使倾斜为零，如图1所示，当连接多块导光板18时，可抑制在与这些连接而成的导光板18的光射出面18a的端面对应的部分(即，连接部分)中产生辉线。
在本发明中，例如，可以利用通过挤压成形或注射模塑成形加热后的原料树脂的成型方法，在模具中使单体、低聚体等聚合成型的浇铸聚合法等方法制造导光板18。作为导光板18的材料，可以使用例如聚碳酸酯、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等丙烯系树脂、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、苄基甲基丙烯酸酯或MS树脂、其它丙烯系树脂或者COP(环烯烃聚合物)等透明树脂。透明树脂中可以混入使光散乱的微粒子，因此，可进一步提高光由光射出面的射出效率。
此外，在图3B所示的导光板18背面18b的截面形状(截面曲线)中，假设形成背面18b的曲线与对称面S的交点为P，则该交点P与位于交点P至原点之间的任意一点之间的曲线，即构成平行凹槽18f部分的曲线也可以与圆、椭圆、抛物线、双曲线、悬垂线中任一种曲线接近。另外，也可利用在该交点P与从交点P至原点间任意一点之间具有变曲点的曲线，也可以形成构成平行凹槽18f的部分。
即，可以如图6所示，以构成平行凹槽18f的部分的背面18g的截面形状由相对于对称面S对称的抛物线曲线的一部分形成的方式构成导光板，也可以以图7所示的椭圆曲线的一部分形成的方式构成导光板。或者。如图8所示，构成平行凹槽18f部分的背面18g之截面形状也可由互相相交有尖锐交点P的相对于对称面S对称的二条曲线的一部分形成构成导光板，
构成平行凹槽18f的部分的背面18g采用以上截面形状的导光板能够从其光射出面18a射出均匀的光线。
此外，如图6所示，如果以构成平行凹槽18f部分的背面18g的截面形状由抛物线的一部分构成形成的导光板，相对于对称面S，也可以分别形成相互不同的与对称的背面18g及18g’对应的抛物线的焦点。
此外，如图8所示，也可以采用构成平行凹槽18f的部分的背面18g的截面形状构成以相对于对称面S对称的圆的一部分(圆弧)形成的导光板。在这种情况下，如图8所示，相对于对称面S对称的各个背面18g及18g’分别由中心不同的圆的一部分构成。这样，相对于对称面S对称的各个背面18g、18g’相交的部分P形成图8所示的尖的形状。
此外，在本发明中，在以构成导光板中平行凹槽的部分的背面的截面形状，构成相对于对称面S对称的曲线的一部分形成的导光板时，如图9所示，一个边的背面18g在交点(尖点)P的连线与另一边的背面18g’在交点P的连线彼此形成的角θ优选90度以下，更进一步优选60度以下。若角度在该范围内时，不仅可在导光板18的光射出面18a中抑制在这些背面交点P处产生的辉线，而且能够抑制在连接时连接部产生的辉线，以便能够整体发射出均匀的光线。
虽然在图1～图9所示的导光板中，给出了构成平行凹槽18f的部分的背面18g的截面形状朝向对称面S形成凹形的导光板的例子，例如，图10及图11所示，截面形状也可以为凸形。图10给出了构成平行凹槽18f的部分的背面18g的截面形状由朝对称面S为凸形的2条曲线形成的导光板70的例子，图11给出了构成平行凹槽18f的部分的背面18g的截面形状由组合朝向平行凹槽18f中心的凸形曲线和凹状曲线所形成的导光板的例子。图10及图11所示的构成平行凹槽18f的部分的背面18g也能够抑制辉线的产生并可从光射出面发射出具有充分照度的光。
这样，在本发明中，在导光板的平行凹槽的截面形状中，与平行凹槽相当的部分可以是朝向平行凹槽中心的凸或凹曲线形状或者直线形状，也可以是它们的组合。这些曲线并不局限于图中所示的圆弧，也可以是朝向对称面S的凸或凹形椭圆、抛物线或双曲线等曲线的一部分。此外，在本发明中，如果使平行凹槽的前端部分的截面形状逐渐变细，则构成平行凹槽的曲线可以采用朝向平行凹槽中心的凸或凹形圆、椭圆、抛物线或双曲线等的一部分。
在本发明的导光板中，如图12所示，例如可通过印刷，在导光板18的光射出面18a上形成网点图案92，该图案在某一中心线X处网点的密度较高，从该中心线X向两侧(以与中心线垂直的方向)，网点密度逐渐降低。通过在以网点图案的中心线X与对应于导光板18的对象面的位置相一致的导光板18的光射出面18a上形成这种网点图案92，从而能够抑制导光板18的光射出面18a上辉线的产生或不均。另外，代替在导光板18上印刷网点图案92，也可在光射出面上层压形成网点图案的薄片。网点的形状可以是矩形、圆形、椭圆形等任意形状，可根据辉线的强度或宽度适当选择网点的密度。另外，代替通过印刷在导光板18上形成网点图案，也可以通过使与网点图案对应的部分形成磨砂面。这种磨砂面也可形成于导光板的平行凹槽的最深部或侧壁上。
此外，本发明人认为，在图3B所示的构成导光板18的平行凹槽18f的背面部分的截面形状(曲线)为三角形(V字形)的导光板中，光源12的正上方，即矩形光射出面18a的中心部分的相对照度较低。在这种平行凹槽的截面形状为三角形的情况下，优选使平行凹槽的顶点(最深部)在一定宽度内达到平坦或使其形成曲率半径较小的曲面，从而使光射出面中的照度均匀。在本发明中，只要以上述形状设计导光板中平行凹槽最深部的截面形状，就可将导光板的光射出面上的照度调整到最佳以使其达到均匀。
而且，在本发明中，在对称面S上背面交叉的部分的截面形状(即，平行凹槽前端部分的截面形状)不仅可以是经倒角处理的平坦形或被修圆的圆形，当然也可以是椭圆形、抛物线形或双曲线形。劲儿，除此之外，该交叉部分优选为磨砂面，这样可降低光射出面上的照度或辉度的峰值。
此外，在本发明的导光板中，优选对导光板背面的截面形状及构成平行凹槽部分的截面形状中的至少一种进行调整，以便在导光板光射出面的照度分布中中，使照度峰值为照度平均值的3倍以下，更优选2倍以下。这样，在导光板光射出面的照度分布中，通过使照度峰值为照度平均值的3倍以下，从而可以使从导光板的光射出面射出的照明光的照度分布比以往更均匀。其结果是，不必对从导光板的光射出面射出的照明光进行很充分的漫射(混合等)，从而可以使用漫射效率不太高的低成本漫射片14。另外，还可减少使用片数，还可停止高价棱镜片16、17及19自身的使用。或者可使用漫射效率不太高的低成本棱镜片16、17及19，或减少使用片数。
上面虽然对本发明的导光板背面的截面形状(轮廓)进行了说明，但是，如图1所示，可以采用端面相互紧密连接的方式，连接多块具有上述形状的背面的的导光板18，从而能构成具有较大光射出面的连接导光板。在这些导光板18中，如图3B所示，设计背面形状应按照：从设置于导光板18的平行凹槽18f中的冷阴极管12射出的一部分光通过该导光板内部的倾斜面18b反射后到达该导光板18的端面18c，再从与该端面18c相连的相邻导光板18的端面18c射入该导光板18内部。因此，光可从相邻位置的导光板18的光射出面18a射出。这样，由于通过以所有的光射出面构成同一平面的方式并列设置多块导光板18，从而能够利用从设置在相邻位置的导光板18上的冷阴极管12发出的光，因此，能够提高光的射出效率。并且，进一步通过采用使导光板18的背面18b在与端面18c的连接部的斜率为零(0)的结构，如图1所示，在连接多块导光板18时，这样，能够进一步抑制在与这些连接的导光板18的光射出面18a的端面相对应的部分(即连接部分)产生辉线。
下面，对图2及图3A所示的背光单元2的漫射片进行说明。漫射片14漫射从导光板18的光射出面18a射出的光以使其达到均匀。例如，漫射片14可通过给由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、苄基甲基丙烯酸酯或MS树脂、其它丙烯系树脂或者COP(环烯烃聚合物)之类的光学透明树脂形成的平板形板材提供光漫射性而形成。其方法没有特别限定，例如可采用对上述平板形板材的表面进行微细凹凸加工或通过研磨使表面粗糙(以后，将这样处理过的面称为“磨砂面”。)以赋予光漫射性，或者将可使光散乱的二氧化硅、氧化钛、氧化锌等颜料或树脂、玻璃、氧化锆等珠类材料与粘结剂一起涂布于表面，或者在上述树脂中混合能使光散乱的上述颜料、珠类材料等方法形成。在本发明中，作为漫射片14可采用粗糙型或涂布型漫射片。
在本发明中，作为漫射片14，优选采用使用了上述原材料并带有光漫射性的厚度500μm以下的薄膜形材料。
另外，漫射片14优选与导光板18的光射出面18a相隔规定距离设置，该距离可根据导光板18的光射出面18a的光量分布适当改变。这样，通过使漫射片14与导光板18的光射出面18a相隔规定距离，可以使从导光板18的光射出面18a射出的光在光射出面18a与漫射片14之间进一步混合。因此，能够使透过漫射片14后对液晶显示屏4照明的光的照度更为均匀。作为使漫射片14与导光板18的光射出面18a相隔规定距离的方法，例如可采用在漫射片14与导光板18之间设置隔板的方法。
特别是，在使背光单元2的厚度稍厚一些的情况下，不必通过导光板18之平行凹槽18f的截面形状，大大降低与平行凹槽18f相当的导光板18的光射出面18a上的照度峰值，降低一部分的同时，通过在漫射片14与导光板18的光射出面18a之间设置间隙，也可以使从漫射片14射出的照明光的照度分布达到均匀。另外，导光板18的平行凹槽18f的截面形状的改良(平行凹槽的前端部分的逐渐变细)是有限度的，与平行凹槽18f相当的导光板18的光射出面18a上的照度峰值在不能完全降低或不能充分降低时，也可在漫射片14与导光板18的光射出面18a之间设置间隙，从而使从漫射片14射出的照明光的照度分布达到均匀。
下面，对图2及图3A所示的背光单元的棱镜片进行说明。棱镜片16和17是通过平行布置多个棱镜所形成的透明薄片，从而可提高从导光板18的光射出面18a射出的光的聚光性并改善辉度。棱镜片16以及17中的一个以棱镜列的延伸方向与导光板18的平行凹槽18f平行的方式布置，另一个则以垂直的方式布置。即，棱镜片16和17以棱镜列的延伸方向互相垂直的方式布置。另外，棱镜片16以棱镜的顶角与导光板18的光射出面18a相对的方式布置。在此，棱镜片16和17的布置顺序可以是在导光板的正上方设置棱镜片16，该棱镜片具有沿与导光板的平行凹槽平行的方向延伸的棱镜，并且，在该棱镜片16上设置棱镜片17，该棱镜片17具有沿与导光板18的平行凹槽18f垂直的方向延伸的棱镜，所述布置顺序也可以相反。
虽然在图中所示的例子中使用了棱镜片，但是，代替棱镜片，也可采用有规则地布置与棱镜类似的光学元件的薄片。另外，也可使用规则排列具有透镜效果的元件，例如，双凸镜片、凹镜片、凸镜片、锥形镜片等光学元件的薄片代替棱镜片。
进而，在本发明中，如图13A、13B及13C所示，优选在反射片22与导光板18的背面18b之间还设置棱镜片19。图13A为示意性剖面图，其显示了在反射片22与导光板18背面18b之间设有棱镜片19的形式；图13B及13C分别为从导光板侧观察布置在反射片22与导光板18的背面18b之间的棱镜片19的示意性平面图及示意性横截面图。设置于反射片22与导光板18的背面18b之间的棱镜片19优选以棱镜19a的延伸方向与导光板18的平行凹槽18f垂直，同时，棱镜19a的顶角与导光板18的背面18b相对的方式设置。
在此，虽然使用了棱镜片，但也可采用效果与棱镜片相同的光学元件，还可设置规则布置具有透镜效果的元件(例如，双凸镜片、凹镜片、凸镜片、锥形镜片等光学元件)的薄片。
在图中所示的例子中，虽然使用了棱镜片16和17，进一步优选还使用了棱镜片19，但是在使由导光板18的平行凹槽18f形成的光射出面18a上的照度更均匀的情况下，当然可无需棱镜片19，棱镜片16和17的某一个或两个均可以不采用。通过减少高价棱镜片的使用片数或者甚至不用棱镜片，能够降低装置的成本。
下面，对图2和图3A所示的背光单元2的反射片进行说明。在图2和图3A中，反射片22用于反射从导光板18背面(图中的下面)泄漏的光并将其重新射入导光板18，从而能够提高光的利用效率。反射片22覆盖导光板18的下面(倾斜面)形成的。反射器20设置在光源12的背后以便盖住导光板18的平行凹槽18f。反射器20能够从光源12的下面反射光，并使光从导光板18的平行凹槽18f的侧壁面射入。
反射片22只要能反射从导光板18背面(图中的下面)泄漏的光，可使用任何材料，例如，其可通过在PET或PP(聚丙烯)等中混合填料后延展形成空隙来提高反射率的树脂片、在透明或上述白色树脂片表面上通过铝蒸镀等形成镜面的薄片、铝等金属箔或承载金属箔的树脂片、或者表面具有足够反射性的金属薄板形成。另外，反射器20也可例如通过与上述反射片相同的材料即，表面带有足够反射性的树脂材料、金属箔或者金属板形成。
以上对本发明的导光板、使用该导光板的面状照明装置及液晶显示装置进行说明。
下面，模拟使用连接多块本发明的导光板形成的连接导光板或导光板组件时的光射出面的辉度分布进行调查。图14显示了通过模拟所得到的辉度分布曲线图。此处，以连接3块导光板的情况为例进行调查，导光板的背面的截面形状为由表1所示的系数(A0～A10)限定的10次函数所表示的曲线形状(形状1)。上述图4显示了满足该函数式的曲线。在图4中，横轴X为沿与图3B所示的导光板中一个边18h平行的方向距离原点O的位置，纵轴Y为沿与导光板的一个边18h垂直的方向距离原点O的位置。另外，在辉度测量中，导光板的最大厚度为5.5mm，光源的直径为2mm，一块导光板的宽度为30mm。另外，如图3A所示，为在导光板18的背面18b上设置反射片22与反射器20的结构中进行模拟的结果。
表1
  形状1   形状2   形状3
  平均值   6720.891369565   7171.08071086957   4523.71736304348
  最大值   8719.9619   8706.1621   5754.1377
  最小值   2780.1821   3055.429   1081.4495
  最大值/平均值   1.297441292   1.214065557   1.271993195
另外，对具有由上述表1的形状2和形状3所示的系数A0～A10限定的10次函数所表示的背面形状的导光板而言，也同样进行了模拟光射出面的辉度分布调查。图15和图16分别表示形状2及形状3的10次函数曲线。图17和图18分别表示所述形状2和形状3的导光板的辉度分布。
此外，在下面的表2中显示了具有形状1～3的背面形状的各个导光板光射出面上的辉度平均值、最大值、最小值、最大值与平均值的比值(最大值/平均值)。
表2
  系数   形状1   形状2   形状3
  A0   -1.21E+05   2.35E+05   -1.64E+00
  A1   9.34E+04   -1.94E+05   3.04E-02
  A2   -2.53E+04   5.65E+04   -1.48E-01
  A3   2.15E+03   -5.43E+03   1.18E-01
  A4   1.03E+02   -2.09E+02   -6.92E-02
  A5   2.16E+01   -3.62E+01   2.18E-02
  A6   -1.40E+01   3.22E+01   -3.99E-03
  A7   1.41E+00   -3.52E+00   4.40E-04
  A8   3.30E-02   -7.74E-02   -2.91E-05
  A9   -1.18E-02   3.16E-02   1.06E-06
  A10   4.87E-04   -1.36E-03   -1.65E-08
另外，作为参考例，也对具有图19所示的背面形状的导光板光射出面的辉度分布通过模拟进行了调查。图20显示了通过该模拟获得的辉度分布。导光板17的背面18b的截面形状如图19所示，为相对于光射出面18a倾斜的直线，光源的直径为3mm，导光板18的最大厚度为5.5mm，导光板在最边缘部的厚度为2.75mm。另外，容纳光源的平行凹槽的截面形状为正三角形。在这种条件下，通过与上述同样进行模拟测量导光板光射出面的辉度分布。
从图14、17、18和图20的辉度分布曲线图可以看出，形状1～3的本发明的导光板与图19所示的导光板相比，光射出面上的辉度的最大值与最小值的间隔较小。即，光射出面上辉度不均现象得到抑制。尤其是，如上述辉度分布曲线图所示，在导光板的连接部分(X＝±15mm)，辉度的变化较少，光射出面上的辉度达到均匀。这一点也从表2中形状1～3的任一导光板的最大值与平均值的比值均变小得到验证。特别是，对于形状2的导光板而言，辉度的平均值较高并表现出均匀的辉度分布，从而实现了具有高辉度且降低辉度不均的导光板。
这样，根据本发明的导光板，知道了在采用多块连接的导光板的情况下，能够使光射出面的辉度达到均匀，同时能够抑制在连接导光板的连接部分产生辉线。
并且，此处，虽然以导光板的宽度为30mm通过模拟进行了计算，但是本发明根据用途也可改变导光板的宽度。在这种情况下，可以满足上述10次函数式(1)的方式设计导光板背面的截面形状，也可以采用与图4、图15和图16的曲线图相似的形状。
通过并排布置多块本发明的导光板以形成连接导光板，能够获得具有使从光射出面射出的光束光量分布达到均匀并抑制了辉线产生的大尺寸光照射面的背光单元。并且，具有这种大尺寸光照射面的背光单元可适用于具有大尺寸显示画面的液晶显示装置，尤其适用于对壁挂式电视等壁挂型液晶显示装置。
以上，虽然对本发明的导光板和设有该导光板的背光单元及液晶显示装置进行了详细说明，但是，本发明不应局限于上述实施例，在不脱离本发明思想的范围内，可作出各种改进或变化。
例如，在上面所述的例子中，虽然对将本发明的导光板连为一体以形成大型导光板(连接导光板)的形式进行了说明，但也可采用将本发明的导光板分别作为一个独立单元，并相互连接这些独立单元以形成大型导光板(连接导光板、导光板组件)的形式。从提高生产效率的角度出发，优选使形成与必需画面尺寸相当的导光板所必需的几块本发明的导光板连为一体并成形。采用这种结构，通过一块导光板就能够实现具有大尺寸光照射面的薄型背光单元，其中，该光照射面可使从光射出面射出的光束光量分布达到均匀并抑制辉线的产生。另外，使这些多块导光板一体成形的连接导光体例如易于使用挤压成型法制造。
另外，在连接一块一块独立的具有图3B所示结构的多块导光板以形成连接导光板(导光板组件)的情况下，在光从一侧导光板的端面部向另一侧的导光板透过时，有可能在其端面部发生光的散乱等。然而，在将多块导光板连为一体的连接导光板中，由于在所述端面部的光不会散乱，因此，能够进一步提高从光源发出的光的利用率。
在本发明的导光板中，考虑到端面的面积等，也可以如图21A所示，在导光板21的端面设置反射板24。另外，如上所述，在设置多块导光板18形成连接导光板(导光板组件)的情况下，如图21B所示，可以在设置于最外侧的导光板18的侧面设置反射板24。通过在侧面设置这种反射板24，能够防止光从导光板24的端面泄漏，从而能够进一步提高光利用率。放射板24可以采用与前面所述的反射片或反射器相同的材料形成。

Claims (14)

1.一种导光板，该导光板为透明导光板，其特征在于，
其具有构成前部的矩形光射出面，相对于含有上述光射出面的中心且与上述光射出面的一边垂直的对称面的构成背部的对称形状的背面，
在与上述一边平行且与上述光射出面垂直的面中的上述背面的截面中，若以上述导光板的端面与上述背面的连接部分为原点，将沿与上述一边平行的方向距离上述原点的位置定为X，将沿与上述一边垂直的方向距离上述原点的位置定为Y，则上述背面的截面形状由满足以下10次函数式的曲线的一部分表示：
Y＝A0+A1×X+A2×X2+A3×X3+A4×X4+A5×X5+A6×X6+A7×X7+A8×X8+A9×X9+A10×X10
-1.3×105≤A0≤2.4×105，
-2.0×104≤A1≤9.4×104，
-2.6×104≤A2≤5.7×104，
-5.5×103≤A3≤2.2×103，
-2.1×102≤A4≤1.1×102，
-3.7×10≤A5≤2.2×10，
-1.4×10≤A6≤3.3×10，
-3.6≤A7≤1.5，
-7.8×10-2≤A8≤3.3×10-2，
-1.2×10-2≤A9≤3.2×10-2，
-1.4×10-3≤A10≤4.9×10-4
2.根据权利要求1所述的导光板，其中，在上述对称面与上述导光板的两端面之间分别形成上述导光板厚度最大的最大厚壁部，通过位于从上述对称面至上述最大厚壁部之间的相对于上述对称面对称的上述背面，形成向上述光射出面变细并与上述对称面平行延伸的平行凹槽；
3.根据权利要求2所述的导光板，其中，上述平行凹槽为用于容纳棒状光源的凹槽；
4.根据权利要求3所述的导光板，其中，当上述平行凹槽中容纳半径为r的上述棒状光源时，将从上述棒状光源的中心至上述导光板的最短距离为t，在上述导光板的厚度方向，从与上述最大厚壁部彼此接触的面至上述棒状光源中心的最短距离为ΔH，则满足t≥r、ΔH≥r；
5.根据权利要求2～4中任意一项所述的导光板，其中，在上述背面的上述截面形状中，形成上述背面的曲线与上述对称面的交点与位于从该交点至上述最大壁厚部之间的一个点之间的曲线近似于通过这二点的直线；
6.根据权利要求2～4中任意一项所述的导光板，其中，在上述背面的上述截面形状中，形成上述背面的曲线和上述对称面的交点与位于从该交点至上述最大壁厚部间的一个点之间的曲线近似于圆、椭圆、抛物线及双曲线中的任意一曲线；
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的导光板，其中，上述10次函数是在上述原点斜率为零的函数；
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的导光板，其中，上述10次函数在上述对称面的位置与上述原点之间具有一个极小值；
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的导光板，其中，不仅在上述对称面与上述端部之间形成厚度最大的最大厚壁部，而且从上述最厚壁部向上述端部厚度逐渐变薄是由上述10次函数的系数的确定的；
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的导光板，其中，是由多块上述导光板构成的上述端面互相连接得到的导光板；
11.根据权利要求1～9中任意一项所述的导光板，其中，是具有多块上述导光板以上述端面彼此相互连接的方式并排设置的结构；
12.一种面状照明装置，其特征在于，具有：
上述权利要求2～11中任意一项所述的导光板，容纳在上述导光板的上述平行凹槽中的棒状光源，上述棒状光源设置在背后以阻挡上述平行凹槽的反射器，安装在上述导光板的上述端面与上述最大厚壁部之间的上述背面的反射片，以及设置在上述导光板的上述矩形光射出面上的漫射片；
13.根据权利要求12所述的面状照明装置。其特征在于：进一步具有设置在上述导光板的上述矩形光射出面与上述漫射片之间的棱镜片；
14.一种液晶显示装置，其特征在于，具有：
由权利要求12或13所述的面状照明装置构成的背光单元，设置在该背光单元的光射出面侧的液晶显示屏，和驱动上述背光单元及上述液晶显示屏的驱动单元。
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