CN101446405A - 面状照明设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种面状照明设备，其中：光引入棱镜机构形成于光导板的光进入表面处，其中棱镜机构包括多个棱镜件，该多个棱镜件在光导板的厚度方向上延伸并包括第一和第二光入射面，该第一和第二光入射面相对于光进入表面具有各自不同的倾斜角度，使得第一和第二光入射面相对于光入射表面倾斜从0度至30度的角度和从45度至90度的角度；光发射模形成于光导板的下表面处，使得在垂直于光进入表面的方向上以类似台阶状的方式连续地设置棱镜；以及光漫射模形成于光导板的上表面处，使得在平行于光进入表面的方向上设置弧形棱镜。

Description

面状照明设备
技术领域
本发明涉及使用发光二极管(LED)等点光源作为光源的侧光型面状(spread)照明设备，尤其涉及适合作为液晶显示面板背光源的面状照明设备。
背景技术
以小厚度为特征的液晶显示(LCD)面板本身不发光，因此需要照明装置来显示图像。侧光型面状照明设备被构造为使得光源位于设置在LCD面板下的光导板的侧表面处(光进入表面)，特别是在移动电话等小型便携式信息装置领域中，这种侧光型面状照明设备被广泛用作照明装置。
为了在LCD面板上实现高质量显示，总是要求面状照明设备提供增强的亮度均匀性，并且已经开发了各种改善方法以满足这种要求。例如，由多个棱镜组成并且设置在光导板的光反射表面(下表面)处的光发射模(pattern)被构造为使得单位面积的棱镜数量随着与光导板的光进入表面的距离的增加而逐渐增加，从而从光导板的光发射表面(上表面)的整个区域基本均匀地发光而与距光发射表面的距离无关。同时，以层叠方式在光发射表面处设置用于漫射从光导板发射的从而使得所发射的光均匀的光漫射片和用于调节关于两个相互正交的轴方向上的方向特征的两个棱镜片，从而使照明光更加均匀。
当LED等点光源被用作设置在光导板的光进入表面处的光源时，通常将光引入棱镜机构设置在光进入表面处，从而使从LED发射的、并引入光导板中的光在平行于光导板的光进入表面的方向上扩散，使得照明光在光导板的角落部分处也可以利用。(例如，参见日本特开2002-42534号专利申请)。
此外，由多个棱镜组成的光漫射模(沟脊结构，ridge and groovestructure)被设置在光导板的光发射表面处，其中棱镜在基本上垂直于光导板的光进入表面的方向上延伸，从而在光导板中传播的光在平行于光进入表面的方向上漫射并且使照明光进一步均匀(例如，参见日本特开2003-234004号专利申请)。
然而，在光导板的光进入表面处形成光引入棱镜机构，在光导板的光反射表面处形成光发射模，在光导板的光发射表面处形成光漫射模，并且在光发射表面处设置光漫射片和两个棱镜片的面状照明设备具有以下问题。图10示出上述传统面状照明设备，其中在以大体上均匀的方式从光导板的光发射表面发射照明光时，光导板101的光进入表面101a附近相互对称地存在两条可以看到的亮线，在亮线附近设置LED 102。这两条亮线分别沿着与光轴(在垂直于光进入表面101a的方向上从LED 102的中心延伸的轴)倾斜大约50度的两个方向的线而形成。如果设置在光导板101的光发射表面处的框架形状的片可以很好地覆盖该亮线，则不会干扰亮度均匀性，因此不会产生实际问题。然而，为了实现具有窄框架的小面状照明设备，其中因被光阻片(light blocking sheet)覆盖而不能作为照明区使用的区域(无效区域)被减小以满足不断增加的对进一步降低设备尺寸的要求，必须抑制使亮度均匀性恶化的亮线的产生。
本发明是鉴于上述问题而产生的，本发明的目的是提供一种侧光型面状照明设备，其中抑制了在如LED等点光源的附近的亮线的产生，并且实现好的亮度均匀性。
为了实现本发明，本发明人努力研究并澄清了本发明着力解决的引起亮线产生的机理。基于所得到的关于引起亮线产生的机理的发现，发明人进行了进一步的研究，并完成了本发明。所以，为了便于理解本发明，将参照图10说明在传统面状照明设备中产生亮线的原因。
首先，注意在光导板101中光在光轴方向上传播的行为。在下面的说明中，将光在光轴方向上传播的角度限定为0度(在下文中，将该角度称为“传播角度”或简称为“角度”)。以0度传播角度传播的光在设置于光导板101的下表面(光反射表面)处的光发射模处反射或散射，并且反射的光或散射的光以及以小于光导板101的材料的临界角度θc的角度入射到光导板101的上表面(光发射表面，确切地说是光漫射模的表面)上的光适用于穿过光导板101的上表面并成为照明光。
然后，在实质上保持光通量恒定的同时传播角度从0度连续地改变，直到使光在平行于光进入表面101a的方向上传播。在从光导板101的上表面的上方观看该变化时，达到这样一点：光以相对于在光导板101的上表面形成的光漫射模(沟脊结构)的棱镜的脊方向成临界角度θc入射到该棱镜上。由于该光漫射模的棱镜被形成为在垂直于光进入表面101a的方向上延伸，因此以临界角度θc入射到棱镜上的光的传播角度是(90-θc)度。传播角度小于(90-θc)度的光与传播角度为0度的光一样通过在光发射模处的反射或散射改变其角度，直到传播角度达到或超过(90-θc)度，只有在这之后光才被允许从上表面脱离光导板101作为照明光。另一方面，在开始时传播角度已经大于(90-θc)度的光被允许穿过光漫射模的表面作为照明光而不会在光发射模处改变传播角度。
因此，在以光轴为中心的方向上传播的光(穿过在图10中所示的两条虚线之间限定的A区传播)通过形成在光导板101的下表面处的光发射模关于光导板101的上表面改变其入射角度，并且从而适于从上表面脱离光导板101(在下文中，该发射模式被称为“光发射模式A”)。另一方面，在限定传播角度大于约(90-θc)度的方向上传播的光(穿过在图10中所示的每条虚线和光进入表面101a之间限定的B区传播)适于从上表面脱离光导板101而没有在光发射模处改变传播角度(在下文中，该发射模式被称为“光发射模式B”)。也就是说，光发射模式以传播角度是否达到(90-θc)度而不同，在此情况下，如果光同时发射以在所有方向上传播，则沿着(90-θc)度的角度方向导致亮度不连续。特别地，当光导板101由折射率为1.58的聚碳酸酯制成时，由于聚碳酸酯关于空气的临界角θc为39.2度，所以沿其出现亮度不连续的(90-θc)度方向是大约50.8度。该方向基本上与研究原型中沿其出现可见亮线的方向一致。
在光发射模式A和光发射模式B之间比较从光导板101的上表面发射的光在单位面积上的量，表明由光发射模式A发射的量小于由光发射模式B发射的量。这意味着照明光在B区比A区更亮。这归因于光发射模式A的光发射模被构造为使得相对于光导板101的上表面的入射角逐渐减小，从而光适于从光导板101的上表面逐渐脱离。特别当光发射模被形成为使得模密度随着与光进入表面101a的距离的减小而减小时，更有可能B区的亮度更高，在此情况下，亮度不连续区域处的亮度差变得更大。
如众所周知的，在光导板101中传播的光的量(光通量)实际上随传播角度而变化，具体来说，随传播角度的增加而减小。因此，在远离亮度不连续区域时，随着与光进入表面101a的距离的减小，照明光亮度显著减小。因为在产生亮度不连续区域时随着与光进入表面101a的距离的减小，亮度显著地减小，所以认为观看者将亮度不连续区域视为亮线。
发明内容
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种面状照明设备，包括点光源和光导板，该光导板包括：设置有光引入棱镜机构的光进入表面，点光源被设置为面对光进入表面；设置有光发射模的主表面，该主表面用于以面状形式发射来自点光源的光；以及设置有光漫射模的另一主表面，该光漫射模具有沟脊结构，该沟脊结构具有在垂直于光进入表面的方向上延伸的多个脊和沟，其中光引入棱镜机构包括沿着光进入表面排列的多个棱镜件并且每个棱镜件包括第一光射入面，用于将来自点光源的光在一般地垂直于光进入表面的方向上引入光导板，以及第二光入射面，用于将来自点光源的光在一般地平行于光进入表面的方向上引入光导板。
在本发明的该方面中，棱镜件的第一光入射面可以相对于光导板的光进入表面倾斜从0度到30度的角度，并且棱镜件的第二光入射面可以相对于光进入表面倾斜从45度到90度的角度。
在本发明的该方面中，当来自点光源的光通过光引入棱镜机构被引入光导板时，在相对于光轴倾斜基本上(90-θc)度的角度的方向上传播的光通量可以成为局部最小，其中θc是光导板材料的临界角度。
在本发明的该方面中，光引入棱镜机构可以包括沿着光导板的光进入表面设置的多个棱镜对，并且每个棱镜对被构造为使得多个棱镜件的相邻两个相互对称设置。
在本发明的该方面中，可以在第二光入射面的相邻两个之间设置平坦部分。
在本发明的该方面中，光引入棱镜机构可以包括两个棱镜阵列，该棱镜阵列被分别构造为使得沿着光导板的光进入表面以平行移位的方式连续排列多个棱镜件，并且该棱镜阵列被相互对称地形成。
在本发明的该方面中，点光源可以包括半圆柱透镜部分，并且光引入棱镜机构可以包括一棱镜对，该棱镜对被构造为使得在光导板的光进入表面处设置的凹槽的壁表面处相互对称地设置多个棱镜件中的两个以容纳点光源的透镜部分。
在本发明的该方面中，光发射模可以具有随着与光导板的光进入表面的距离的增加而增加的光发射率。
根据本发明，提供一种侧光型的面状照明设备，其中抑制了在如LED等点光源的附近的亮线的产生，并且实现好的亮度均匀性。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的面状照明设备的分解透视图；
图2是图1的面状照明设备的光引入棱镜机构的示例的相关部分的放大水平截面图；
图3A是图1的面状照明设备的光导板的示例的示意性侧视图，而图3B是由图3A中的虚线A所包围的部分的放大视图；
图4A是沿平行于光进入表面的线取得的图3A的光导板的示意性截面图，图4B是由图4A中的虚线B所包围的部分的放大视图，图4C是用于说明光线的行为的光导板的俯视平面图；
图5A是从图2的光引入棱镜机构引入光导板的光的传播方向的解释性视图，而图5B是从光引入棱镜机构引入的光的光分布图；
图6是光分布图，其中作为参考示例附加示出了从各传统光引入棱镜机构引入的光的分布；
图7A是传统LED阵列的解释性视图，而图7B是根据本发明可行的LED阵列的解释性视图；
图8A至图8F是可应用于根据本发明的面状照明设备的光引入棱镜机构的各种示例的水平截面图；
图9是用于根据本发明的面状照明设备的光引入棱镜机构的另一示例的水平截面图；以及
图10是示出亮线的产生的传统面状照明设备的相关部分的解释性俯视平面图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的示例性实施例。在附图中，为了更好地理解本发明，适当地放大了构成组件的配置等。
参照图1，根据本发明的实施例的面状照明设备1包括具有基本上矩形形状的光导板2和面对光导板2的一个侧表面(光进入表面)2a设置的作为点光源的LED 30。
在光导板2的一个主表面处，具体来说是下表面(光反射表面)2c，设置光反射片32。光反射片32用于将从LED 30发射的进入到光导板2并从下表面2c泄漏的光重新引入光导板2。在光导板2的另一主表面处，具体来说是上表面(光发射表面)2d，以层叠的方式设置光漫射片34和一对棱镜片36和38。光漫射片34用于漫射从光导板2的上表面2d发射的光，从而使亮度均匀。该对棱镜片36和38被排列成使得它们的棱镜表面都朝向上方(与光导板2相反的方向)并且它们的棱镜脊线相互垂直，由此关于相互正交的两个轴向调节由光漫射片34漫射的光的方向性特征。
下面将对光导板2的结构进行说明。光导板2由透明材料制成(例如，聚碳酸酯树脂)。光引入棱镜机构4在光导板2的光进入表面2a处形成，使得相对于光进入表面2a凸出。光引入棱镜机构4用于使从LED 30发射的并且通过光进入表面2a引入光导板2的光关于平行于光导板2的主表面的方向以所期望的光分布传播。此外，光发射模10在光导板2的下表面2c处形成。光发射模10用于将在光导板2中传播的并入射到下表面2c上的光向光导板2的上表面2d反射或散射，从而光以面状形式从上表面2d脱离光导板2。并且，在光导板2的上表面2d处形成光漫射模20。光漫射模20主要用于将在光导板2中传播的并且入射到上表面2d上的光在平行于光进入表面2a的方向上漫射。
如图1中所示，光引入棱镜机构4被形成为在光导板2的厚度方向上延伸(光进入表面2a的较短侧的方向)。参照图2，光引入棱镜机构4由沿着光导板2的光进入表面2a重复排列的多个棱镜对5组成，其中每个棱镜对5由相互反射对称设置的第一棱镜件6和第二棱镜件7组成。棱镜对5的第一棱镜件6包括关于光进入表面2a倾斜一小角度从而使取向与光进入表面2a接近平行的第一光入射面6a和关于光进入表面2a倾斜一大角度从而使取向与光进入表面2a接近垂直的第二光入射面6b，并且第二棱镜件7包括关于光进入表面2a倾斜一小角度从而使取向与光进入表面2a接近平行的第一光入射面7a和关于光进入表面2a倾斜一大角度从而使取向与光进入表面2a接近垂直的第二光入射面7b。因此，棱镜对5包括对光进入表面2a具有小倾斜角的第一光入射面6a和7a以及对光进入表面2a具有大倾斜角的第二光入射面6b和7b。第一光入射面6a和7a用于使从LED 30发射的光在一般地垂直于光进入表面2a的方向上传播，第二光入射面6b和7b用于使从LED 30发射的光在一般地平行于光进入表面2a的方向上传播。由于光引入棱镜机构4的棱镜对5被各自构造为使得第一棱镜件6和第二7相互反射对称地设置，所以光入射以相等的方式关于光轴对称地分布，由此以均衡的方式抑制对称地出现的亮线，并且同时以均衡的方式增强光进入表面2a附近的亮度均匀性。
在该对棱镜件6和7之间的对称平面C垂直于光进入表面2a，该对称平面C包括穿过相邻的两个第一光入射面6a和7a之间的汇合点的线。因此，第一光入射表面6a和第一光入射面7a分别与光进入表面2a所成的角度彼此相等(θa)，并且第二光入射面6b和第二光入射面7b分别与光进入表面2a所成的角度彼此相等(θb)。就此而论，角度θa是在第一光入射面6a(7a)和光进入表面2a之间形成的两个角度中的较小一个，角度θb是在第二光入射面6b(7b)和光进入表面2a之间形成的两个角度中的较小一个。在本实施例中，角度θa是15度，角度θb是70度。同时，在本实施例中，相邻的两个第一光入射面6a和7a之间的汇合点位于表示光进入表面2a的延伸的线上(图中的虚线)，但是本发明不局限于这种位置排列，只要汇合点与对称面C相符即可。此外，棱镜对5可以被构造为使得该对棱镜件6和7排列成它们各自的第二光入射面6b和7b在对称面C处彼此汇合，而不是第一光入射面6a和7a彼此汇合。
在本实施例中，在两个相邻的棱镜对5之间(具体来说是在第一棱镜对5的第二光入射面6b和第二棱镜对5的第二光入射面7b之间)提供具有预定宽度的平坦部分4a。平坦部分4a被设计用于防止要入射在第一棱镜对5的第二光入射面6b上的光被第二棱镜对5所遮挡。结果，可以精确地控制光分布，从而进一步可靠地防止产生亮线，并且同时增强了光进入表面2a附近处的亮度均匀性。
平坦部分4a的宽度优选地被确定如下。建立通过第一棱镜对5的第二光入射面6b的末端的虚拟平面，该末端位置靠近光导板2的光进入表面2a，并且该虚拟平面关于光轴倾斜60度的角度(绝对角度)。然后，在光进入表面2a的长度方向上移动第二棱镜对5使其远离第一棱镜对5一距离，该距离使得第二棱镜对5不受虚拟平面的妨碍，其中将平坦部分4a的宽度被设置为等于或大于该距离。更优选地，以关于光轴倾斜70度的角度的虚拟平面来确定平坦部分4a的最小宽度。具体来说，在本实施例中，平坦部分4a的宽度被确定为使得第一棱镜件6的宽度、第二棱镜件7的宽度和平坦部分4a的宽度的比为1:1:1(这些宽度由投影到光进入表面2a上的各自的长度来定义)。
同时，在本实施例中，以0.15mm的节距Pi设置两个相邻的棱镜对5。两个相邻的棱镜对5之间的节距Pi被设定为使得多个(例如，几个到几十个)棱镜对5面对一个LED 30的光发射面30a。在此情况下，可以沿着光导板2的光进入表面2a的整个长度不间断地设置光引入棱镜机构4，或者可以对应于LED 30的部置间断地设置光引入棱镜机构4。
下面将参照图3A和3B对在光导板2的下表面2c处形成的光发射模10进行说明。
如图3A中所示，光发射模10被形成为使得在光进入表面2a和相对侧表面2b之间连续地排列多个棱镜，每个棱镜包括朝向光导板2的光进入表面2a的第一倾斜面10a和朝向与光进入表面2a相对的光导板2的侧表面(相对侧表面)2b的第二倾斜面10b，其中如图3B中所示，第一倾斜面10a与经过每个棱镜谷的虚拟平面(由对应于光导板2的下表面2c的虚线示出)形成的角度
Figure A200810179103D00111
随着与光进入表面2a的距离的增加而增加。在本实施例中，角度
Figure A200810179103D00112
从最小为0.3度直到最大为20度。另一方面，因为每个棱镜的顶角
Figure A200810179103D00113
被恒定设置为120度，与到光进入表面2a的距离无关，所以第二倾斜面10b与虚拟平面所成的角度被计算为：
Figure A200810179103D00115
同时，光发射模10具有0.15mm的恒定棱镜节距。
利用按上述构成的光发射模10，从光进入表面2a引入光导板2并入射在第一倾斜面1a上的光被在这样的方向反射使得以减小大约
Figure A200810179103D00117
的角度入射在光导板2的上表面2d上。光在光导板2的下表面2c和上表面2a处反复反射，从而使以小于临界角度θc的角度入射在上表面2d(光漫射模20)上的部分光从上表面2d脱离光导板2(参见图3A中的光线L)。如上所述，光发射模10被构造为使得每个棱镜的角度
Figure A200810179103D00118
随着与光进入表面2a的距离的增加而增加。结果，在光导板2中传播的并入射到位置远离光进入表面2a的第一倾斜面10a上的光以较大的角度变化而反射，并且因此更可能从上表面2d脱离光导板2。也就是说，与位置朝向光进入表面2a的区域相比，在位置朝向相对侧表面2b的区域中以更大的发射率从光导板2的上表面2d发射光。结果，由在光导板2中传播的光的量随着与光进入表面2a的距离的增加而减小这一事实导致的从上表面2d的光发射量随着与光进入表面2a的距离的增加而减小的不利情况可以被补偿，从而可以从光导板2的整个上表面2d以基本均匀的方式发射光(宏观均匀)。
下面将参照图4A、4B和4C对在光导板2的上表面2d处形成的光漫射模20进行说明。
参照图4A，光漫射模20被形成为使得多个弧形棱镜20a在基本上垂直于光进入表面2a的方向上延伸并且在沿着光进入表面2a的长度方向上以每两个相邻棱镜之间设置预定的距离来重复排列。也就是说，光漫射模20被构造为使得光导板2的上表面2d以在基本上垂直于光进入表面2a的方向上延伸的多个弧形棱镜20a凹凸不平。参照图4B，在本实施例中，弧形棱镜20a具有例如半径R为0.05mm、高度H为0.017mm、宽度W为0.06mm的截面形状。光漫射模20具有0.10mm的棱镜节距P。
利用按上述构成的光漫射模20，入射到光导板2的上表面2d上的光在光漫射模20的棱镜面(曲面)处反射，并因而可以关于平行于光导板2的光进入表面2a的方向随机散射。结果，可以使在光导板2中传播的光均匀。
下面将进一步对沿着光导板2的光进入表面2a设置的LED 30进行说明。LED 30例如是包括蓝光LED和黄光荧光粉的伪白光LED，并且作为光源以径向方式发光。回到图2，LED 30被设置为使光发射面30a的取向平行于光导板2的光进入表面2a并且还与光进入表面2a设置有预定的距离，但是可选择地将LED 30设置为使光发射面30a与光引入棱镜机构4的棱镜顶点接触。
在下文中将说明具有根据本发明的实施例的上述结构的面状照明设备1的有益效果。
通过在光导板2的光进入表面2a处形成的光引入棱镜机构4将从LED 30发射的光关于平行于光导板2的主表面的方向以径向方式分散。下面将参照图5A和图5B说明从LED 30发射的光在入射到光引入棱镜机构4之后的行为。
图5A是从光导板2的上表面2d的上方观察的入射到光引入棱镜机构4的棱镜对5上的光的光学路径的示意图，图5B是示出引入光导板2的光的光分布特征的计算结果的图表。光分布特征是指当光轴方向是0度时光通量的角度分布。为了说明的目的将关于光轴的角度(传播角度，在下文中也适当地简单称为“角度”)定义为向光轴的右侧方向是加方向，向光轴的左侧方向是减方向，但是角度分布关于光轴基本上呈现对称图案，并且所以下面除非特别指出的以外将只对加方向进行说明。在此情况下，光导板2由聚碳酸酯树脂通过注模制成并且在可见光范围内折射率为1.58。
参照图5A，分别入射到棱镜对5的第一光入射面6a和7a上的光根据第一光入射面6a和7a关于光进入表面2a的倾斜角度以偏离光轴大约15度的方向为中心的确定角度分布相互对称地传播。另一方面，分别入射在棱镜对5的第二光入射面6b和7b上的光根据第二光入射面6b和7b关于光进入表面2a的倾斜角度以偏离光轴大约70度的方向为中心的确定角度分布相互对称地传播。
如图5B中所示，如果综合上述分别在四个不同方向上传播的光和入射到平坦部分4a上的光(在以光轴为中心的方向上传播)，则在角度基本上为0度(光轴方向)的点处获得最大光通量，并且在角度大约为50度的点处发现局部最小光通量。并且在该光分布中，在角度为50度和85度之间的范围的点各看到两个次峰，因此呈现多峰(三峰)分布，具体来说是一个主峰和两个次峰。
现在，考虑两个典型的传统光引入棱镜机构作为参考示例：一个包括半径为50μm且高度为35μm的弧形棱镜(R型)，而另一个包括顶角为100度的等边三角形棱镜(V型)。图6示出与本发明的光引入棱镜机构4的光分布作对比的两个典型传统棱镜的光分布。参照图6，在这两个传统光引入棱镜机构中，在角度为(90-θc)度的点处的光通量是最大光通量的大约1/2，因此代表大的量，并且角度变化率也小。当具有这种分布特征的光在光导板2中传播时，在角度为(90-θc)度的点处引起的亮度不连续是可察觉的。同时，在角度大于60度的点处，光通量急剧下降，这导致从光导板2的上表面2d发射的光的量从大于(90-θc)度的角度值的大约60度的角度的点开始急剧下降。因此，假定当使用任何一种传统光引入棱镜机构时，由于上述亮度不连续性与在60度左右及以上的角度的点处发射光的量的急剧下降相结合，在特定角度方向产生亮线。
另一方面，参照图5B和图6，在根据本发明的光引入棱镜机构4的分布特征中，在角度范围从30度到60度的方向上传送的光通量与传统的示例相比较被减小，其中特别在从40度的角度到50度的角度的点的通量陡峭地减小，然后在产生亮线的大约50度的角度处达到局部最小。在该点处，光通量小于最大光通量的1/10。然后，在角度大于50度的点处光通量增加并且甚至在80度以上的角度的点处仍可以具有光通量。
因此，在本发明中假定将光通量达到局部最小的角度设置为基本上与产生亮线的角度相符，并且光分布还被建立为使得在从上述角度到80度以上的角度范围的点处发现次峰，从而抑制了亮线的产生并且同时增强了在光导板2的光进入表面2a附近的亮度均匀性。为了实现这种效果，第一光入射面6a和7a与光进入表面2a所成的角度θa优选地在0度到30度的范围，更优选地在0度到20度的范围，而第二光入射面6b和7b与光进入表面2a所成的角度θb优选地在45度到90度的范围，更优选地在60度到90度的范围。利用上述配置，以高水平抑制了亮线的产生，并且同时提高了靠近光进入表面的区域的亮度均匀性。
由光引入棱镜机构4在预定方向上的分布的并在光导板2中以预定方向传播的一些光向光导板2的下表面2c传播并且在光发射模10的第一倾斜面10a处反射，使得反射的光以小的角度入射在光导板2的上表面2d上。向上表面2d传播的一些光穿过形成在上表面2d处的光漫射模20并脱离光导板2，向上表面2d传播的其它光被光漫射模20反射回来并继续在光导板2中传播。
因此，经由光引入棱镜机构4引入光导板2的光在光导板2中传播的同时在下表面2c和上表面2d反复地反射，并且当以小于相对于空气(覆盖光导板2的介质)的临界角θc的角度入射到光漫射模20上时脱离光导板2。退出光导板2的光穿过光漫射片34从而被漫射，并且然后穿过一对棱镜片36和38，从而使光具有关于相互正交的两个轴方向以棱镜片36和38的法线方向为中心的指定光发射角度分布。结果，面状照明设置1适合于向被照明体(例如，LCD面板)照射宏观和微观上均匀的照明光。
同时，在本发明中，使得光能够在大于80度的角度方向上传播，并且因此在光导板2的角落区域处实现增强的亮度，从而减小无效区域。在提供窄光分布(0度到+/-65度)的传统光引入棱镜机构的情况下，必须关于光导板2的光进入表面2a的整个长度均匀地排列多个LED 30(例如，6个)，以使整个光导板2上的无效区域最小化(参见图7A)，其中最外侧的LED 30L和30R二者必须分别位于靠近光进入表面2a的长度的两端，从而最外侧的LED 30L/30R和与光进入表面2a正交的光导板2的侧表面2e/2f之间的距离很小，这可能导致来自LED 30L和30R的光从侧表面2e和2f泄漏，从而使亮度恶化。
另一方面，在根据本发明的光引入棱镜机构4的情况下，光分布宽(0度到+/-80度)，因此可以朝向光进入表面2a的长度的中心集中地设置多个LED 30，从而最外侧LED 30L/30R和侧表面2e/2f之间的距离被增加，并且来自LED 30L和30R的光较小可能从侧表面2e和2f泄漏，因此能够提高照明光的平均亮度。
已经参照具体的实施例描述了本发明，但是本发明不局限于上述实施例，并且各种修改和组合是可能的。
例如，作为选择，可以如图8A至8F所示配置光引入棱镜机构4。
图8A中所示的光引入棱镜机构4A被形成为关于光进入表面2a缩进。图8B中所示的光引入棱镜机构4B在两个第一光入射面6a和7a之间包括另一个平坦部分4b。图8C中所示的光引入棱镜机构4C在两个相邻的第二光入射面6b和7b之间不包括平坦部分4a，从而不间断地排列多个棱镜对5。
图8D中所示的光引入棱镜机构4D包括由沿着光进入表面2a以平行移位的方式连续排列的多个棱镜件6组成的棱镜阵列8，并且还包括关于对称平面C’与棱镜阵列8反射对称配置和设置的另一个棱镜阵列。在光引入棱镜机构4D中，由于不出现第二光入射面6b和第二光入射面7b相互邻近，所以没有设置平坦部分4a，并且仍实现了在光引入棱镜机构4中设有平坦部分4a所带来的有益效果。
图8E中所示的光引入棱镜机构4E包括以平行移位的方式连续排列的多个棱镜件6。图8F中所示的光引入棱镜机构4F包括以平行移位的方式连续排列的多个棱镜件7。光引入棱镜机构4E和4F可应用于图7B中所示的光导板2使得将光引入棱镜机构4E设置在光进入表面2a的对应于最右侧LED 30R的部分处，而将光引入棱镜机构4F设置在对应于最左侧LED 30L的部分处。在此情况下，可以在光进入表面2a的对应于位于朝向光进入表面2a的中心的LED 30的部分处设置具有对称结构的光引入棱镜机构，或者可以在此不设置光引入棱镜机构。
在上述任何一种引入棱镜中，第一和第二光入射面6a、7a、6b和7b不一定是平坦的，而可以是弯曲的或多面的。当光入射面是弯曲的或多面的时，构成第一光入射面的弯曲或多面的面的任何一点处的切平面与光进入表面2a所成的角度θa优选地范围从0度到30度，更优选地到20度，而构成第二光入射面的弯曲或多面的面的任何一点处的切平面与光进入表面2a所成的角度θb优选地范围从45度到90度，更优选地从60度到90度。同时，棱镜件6(或7)不一定是彼此相同的形状，还可以是彼此不同的形状。
上述光引入棱镜机构4适合于LED 30的光发射面30a基本上是平坦的情况。另一方面，参照图9，当在其光发射面处具有由透明树脂制成的半圆柱形透镜部分31a的LED 31被用作点光源的时候，可以应用光引入棱镜机构4G。光引入棱镜机构4G被构造为使得在光导板2的光进入表面2a处设置凹陷2g，凹陷2g适合于容纳LED 31的透镜部分31a的基本上全部，其中凹陷2g具有一对第一光入射面6a和7a和一对第二光入射面6b和7b，其中第一光入射面6a和7a形成在凹陷2g的壁表面并且关于穿过光轴并取向垂直于光导板2的上表面2d的对称平面C”相互反射对称地设置，第二光入射面6b和7b关于对称平面C”相互反射对称地设置。第一光入射面6a和7a的各自一端在对称平面C”处相互对接，而第二光入射面6b和7b各连接在第一光入射面6a和7a各自的另一端和光进入表面2a之间。在上述光引入棱镜机构4G中，抑制了亮线的产生，并且提高了靠近光进入表面2a的区域处的亮度均匀性。作为选择，该对第一光入射面6a和7a可以由一个连续的曲线构成，在此情况下，在该连续曲线的任一点处的切平面与光进入表面2a所成的角度优选的范围从0度到30度，更优选到20度。
光发射模10也不局限于上述实施例的结构，并可以形成为例如点模(dot pattern)，使得在光导板2的下表面2c处设置具有粗糙表面的多个微小的斑点(spot)或者多个半球形(圆顶形)凹陷或凸起。同时，光导板2可以被构造为下表面2c相对于上表面2d倾斜，使得厚度随着与光进入表面2a距离的增加而减小，从而逐渐从上表面2d发射光。如上所述，其下表面2c相对于上表面2d倾斜的光导板2包括在本发明的范围内。当提供如实施例和修改的示例中所述构造的任何类型光发射模时，都可能清晰地出现亮线，但是如果在光导板的光进入表面处设置根据本发明的光引入棱镜机构，则适当地抑制了亮线，从而有效地实现本发明的有益效果。结果，提供一种在宏观和微观上亮度均匀性都非常好的面状照明设备。
此外，具有凹凸不平表面的光漫射模20不局限于实施例的结构，并且本发明可以包括用三角形棱镜代替弧形棱镜形成其凹凸表面的光漫射模。同时，在两个相邻的棱镜之间可以不设置平坦部分使得不间断地排列棱镜，或者在两个相邻的棱镜之间设置不同尺寸的棱镜。或者棱镜可以互相形状不同。此外，可以通过发线处理(hair line process)形成光漫射模20。并且，可以将光漫射模20设置在光导板2的下表面2c处，而不是上表面2d处，在此情况下光发射模10设置在上表面2d处。
设置在光导板2的上表面2d处的光学片不局限于实施例中的配置。例如，可以只设置棱镜片36和38中的一个。或者可以只设置光漫射片34而不设置棱镜片36和38。并且，光学片不一定以实施例中所述的顺序层叠。

Claims (8)

1.一种面状照明设备(1)包括：
点光源(30)；和
光导板(2)，所述光导板包括：设置有光引入棱镜机构(4)的光进入表面(2a)，所述点光源(30)被设置为面对所述光进入表面(2a)；设置有光发射模(10)的主表面(2d)，所述主表面用于以面状形式发射来自所述点光源(30)的光；以及设置有光漫射模(20)的另一主表面(2c)，该光漫射模(20)具有沟脊结构，该沟脊结构具有在垂直于所述光进入表面(2a)的方向上延伸的多个脊和沟，
其特征在于，所述光引入棱镜机构(4)包括沿着所述光进入表面(2a)排列的多个棱镜件(6、7)并且每个棱镜件包括第一光射入面(6a/7a)，用于将来自点光源(30)的光在一般地垂直于所述光进入表面(2a)的方向上引入所述光导板(2)，以及第二光入射面(6b/7b)，用于将来自所述点光源(30)的光在一般地平行于所述光进入表面(2a)的方向上引入所述光导板(2)。
2.根据权利要求1所述的面状照明设备(1)，其中，所述棱镜件(6/7)的所述第一光入射面(6a/7a)相对于所述光导板(2)的光进入表面(2a)倾斜从0度到30度的角度(θa)，并且所述棱镜件(6/7)的所述第二光入射面(6b/7b)相对于所述光进入表面(2a)倾斜从45度到90度的角度(θb)。
3.根据权利要求1或2所述的面状照明设备(1)，其中，当来自所述点光源(30)的光通过所述光引入棱镜机构(4)被引入所述光导板(2)时，在相对于光轴倾斜基本上(90-θc)度的角度的方向上传播的光通量为局部最小，其中θc是光导板(2)的材料的临界角度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的面状照明设备(1)，其中，所述光引入棱镜机构(4)包括多个沿着所述光导板(2)的所述光进入表面(2a)设置的棱镜对(5)，每个所述棱镜对(5)被构造为使得所述多个棱镜件(6、7)的相邻两个相互对称地设置。
5.根据权利要求4所述的面状照明设备(1)，其中，在所述第二光入射面(6b、7b)的相邻两个之间设置平坦部分(4a)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的面状照明设备(1)，其中，所述光引入棱镜机构(4D)包括两个棱镜阵列(8)，所述棱镜阵列(8)被各自构造为使得沿着所述光导板(2)的所述光进入表面(2a)以平行移位的方式连续排列多个棱镜件，并且所述棱镜阵列被相互对称地形成。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的面状照明设备(1)，其中，所述点光源(31)包括半圆柱透镜部分(31a)，并且所述光引入棱镜机构(4G)包括棱镜对，该棱镜对被构造为使得在所述光导板(2)的所述光进入表面(2a)处设置的凹槽(2g)的壁表面处相互对称地设置所述多个棱镜件中的两个以容纳所述点光源(31)的透镜部分(31a)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的面状照明设备(1)，其中，所述光发射模(10)具有随着与所述光导板(2)的所述光进入表面(2a)的距离的增加而增加的光发射率。
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