CN102242879A - 平面照明设备 - Google Patents

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Abstract

平面照明设备使用大而薄的导光板，并且能够产生高的光利用效率，发射具有最小亮度不均匀性的光，并且将入射的光更深地导引到导光板以实现均匀或者凸起的亮度分布，即与屏幕的外围区域相比在屏幕中间附近范围具有较高的分布曲线。在导光板的背面侧、或者更靠近光出射平面的一侧、或者两侧上，设置具有连续变化的分布密度的给定图案，使得分布密度随着与光入射平面的距离的增加而减小，然后再次增大。

Description

平面照明设备
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示器设备等的平面照明设备。
背景技术
液晶显示设备使用背光单元，用于将光从液晶显示面板后辐射以照亮所述液晶显示面板。使用导光板和漫射片来配置背光单元，所述导光板将由照明光源发射的光进行漫射以照射所述液晶显示面板和诸如棱镜片之类的光学部分，所述漫射片用于使从导光板发射的光变得均匀。
当前，大液晶电视机主要使用所谓的直接照明型背光单元，所述直接照明型背光单元包括在所述照明光源上直接放置的导光板。这种类型的背光单元包括多个冷阴极管，用作在所述液晶显示面板背面设置的光源，而所述背光单元内部提供白反射表面，以确保均匀的光量分布和必要的亮度。
然而，为了利用直接照明型背光单元实现均匀的光量分布，要求沿所述液晶显示面板的法向约30mm的厚度，使得使用所述直接照明型背光单元难以进一步减小所述背光单元的厚度。
另一方面，在允许减小所述直接照明型背光单元厚度的背光单元中，是如下使用导光板的背光单元：在所述导光板中沿给定方向导引由所述照明光源发射并且通过光入射平面进入所述导光板的光，并且通过与光进入的平面不同的光出射平面发射光。
已经提出了一种使用导光板的板形式类型的背光单元，所述导光板具有在其顶部表面(光出射平面)、相对的表面(背面)等等上形成的图案来发射光，其中允许光通过其横向侧并通过顶部表面出射；或者一种使用包含在树脂中混合的散射颗粒的导光板的类型的背光单元，所述散射颗粒用于进行漫射，从而允许光通过横向侧并且通过顶部表面出射。
例如，JP2003-43266A描述了一种具有设置在反射表面(背面)上的多个点(点状图案)的导光板。排列所述点以形成定义为具有给定分布密度的带状区域。在每一个单独的带状区域中，排列所述点以形成沿相邻带状区域的方向延伸的实质上等间隔的垂直线。由一个带状区域中的点形成的垂直线之间的距离与在相邻带状区域中形成的垂直线之间的距离不同。
JP2003-43266A还描述了点分布密度随着与光源距离的增加而增大。
JP2000-250036A描述了一种平面光源设备，包括：光导构件，具有在与光出射平面相反的平面(背面)上设置的光提取机制，并且具有从所述光导构件的横向末端部分朝着中心相距至少1.5d的距离上设置的防止暗线机制，其中d是光允许进入部分附近的光导构件的厚度。
JP2000-250036A描述了设置用作光提取机制的点，使得它们的面积随着相距光源距离越远而增加。JP2000-250036A还描述了在通过点等形成的图案中提供防止暗线机制。
JP2002-258022A描述了一种包括多个基本单元的光反射片，每一个基本单元包括彼此按照5000μm或以下的间距设置的类似表面的反射表面。所述基本单元具有实质上一致的主反射方向，所述反射表面具有70％或以上的反射率。另外，所述反射表面每一个上面均设置有由光学透明物质构成的涂覆层。所述涂覆层的表面是平滑表面。
JP2002-258022A描述了在光反射片的横向末端部分设置图案，以使用上述反射片对在平面光源设备中的光源附近发生的亮线进行校正。
当液晶显示设备获得增加的尺寸时，对于如上所述的较大背光单元的需求增加。因此已经提出了如上所述的各种背光单元，所述背光单元包括具有在例如与光出射平面相对的表面上形成用于发射光的图案的类型的背光单元，其中，允许光通过其横向侧，并且允许通过光出射平面，或者使用包含其中混合的用于漫射光的散射颗粒的导光板的背光单元，从而沿光已经进入并且允许通过光出射平面出射的方向不同的方向导引通过横向平面的光。因此，将光源设置在所述导光板的横向侧上使得与具有在导光板的相反一侧上设置的光源的背光单元相比较，能够实现尺寸和重量的减小。
然而，当使得在例如与所述光出射平面相对表面上形成的图案的那种类型的背光单元更薄且更大时，将所允许的光更深地导引到导光板内变得困难，使得离所述光入射平面越远，从光出射平面发射的光量减少，在减小光使用效率的同时产生了不均匀的照明分布(亮度分布)。
因此，根据JP2003-43266A和JP2000-250036A，当点更加远离光入射平面时，图案(点)的分布密度增大。
另外，当使得背光单元更薄且更大时，需要减小图案分布密度，以便将所允许的光更深地导引到导光板中，而当所述图案分布密度较小时，在光入射平面附近没有足够地漫射所允许的光，使得离开光出射平面的光可以发展为可见的亮线(暗线，不均匀性)，这是由于例如在光入射平面附近，放置光源的光源单元的空间间隔等原因。
因此，根据JP2003-43266A和JP2000-250036A，在靠近光入射平面的一部分光出射平面等上设置图案，以漫射光入射平面附近的光，以防止观察到暗线。
发明内容
然而，当形成用于发射光的图案，使得当图案(点)更加远离光入射平面时图案(点)的分布密度增大时，因为图案分布密度较小，所以所允许的光在光入射平面附近没有足够地漫射，因此可以观察到由于光源单元的空间间隔等原因的亮线。
与其中按照上述方式设置图案的配置相反，当如同JP2000-250036A和JP2002-258022A那样的情况将图案设置在靠近光入射平面的一部分光出射平面上时，可以减小亮线，但是通过光出射平面的光的亮度分布(照度分布)在图案区域的边缘处突然变化，从而不能够实现平滑分布。
本发明的目的是克服与上述现有技术相关联的问题，并且提供一种平面照明设备和制造平面照明设备的方法，其使用大而薄的导光板，并且能够产生较高的光利用效率、发射具有最小化的亮度不均匀性的光以及将所允许的光更深地导引到导光板中以实现均匀或凸起的亮度分布，即与屏幕的外围相比屏幕的中心附近范围内的分布曲线更高。
为了实现上述目的，所述平面照明设备包括：导光板，包括矩形的光出射平面；设置在所述光出射平面一侧上的至少一个光入射平面，用于允许光与所述光出射平面平行地传播；以及背面，是与所述光出射平面相对的平面；光源，与所述光入射平面相对放置；以及透射率调节构件，按照给定图案设置在靠近所述背面的导光板一侧上、或者靠近所述光出射平面一侧上、或者这两侧上；其中所述透射率调节构件的分布密度连续地改变，先随着与所述光入射平面的距离增加而减小，然后再次增大。
在这种情况下，优选地是所述透射率调节构件的分布密度在比分布密度峰值的位置更加远离光入射平面的位置处具有最小值。
另外，优选地是所述透射率调节构件没有设置在沿所述光入射平面的法向从所述导光板的光入射平面的末端延伸给定距离的区域中。
在这种情况下优选的是所述给定距离是30mm或以上。
另外优选地是每一个所述透射率调节构件具有0.1mm2或以下的面积。
另外优选地是所述透射率调节构件随机分布地放置。
另外优选地是所述导光板包含在其中散布的散射颗粒。
另外优选地是满足1.1≤Φ·Np·LG·KC≤8.2，其中Φ是在所述导光板中散布的散射颗粒的散射横截面，Np是颗粒密度，LG是沿光入射方向的光导长度，Kc是校正系数，假设Kc的范围是0.005到0.1，包含0.005和0.1。
另外优选地是所述导光板包括沿所述光出射平面的法向彼此叠置、并且具有不同密度的散射颗粒的多个层。
另外优选地是所述导光板沿所述光出射平面的法向具有3mm或以下的厚度。
另外优选地是所述导光板是平板。
可选地优选地是所述导光板的厚度随着与所述光入射平面距离的增加而逐渐增大。
另外优选地是所述导光板的光出射平面是凹面。
另外优选地是所述光入射截面设置为与所述光出射平面的相对两侧相邻。
可选地，优选地是所述光入射平面设置为与所述光出射平面的一侧相邻。
另外优选地是所述透射率调节构件40的分布密度连续地改变，以随着相距所述光入射平面的距离增加而减小，然后增大，随后保持在恒定水平。
可选地，优选的是所述光入射平面设置为与所述光出射平面的四侧相邻。
另外优选地是所述透射率调节构件设置在所述导光板的背面之上。
本发明使得能够实现具有较高光利用效率和最小化亮度均匀性的光发射，以及将所允许的光更深地导引至导光板中，实现了均匀分布的亮度或者在中心附近范围内较高的亮度分布曲线。
附图说明
图1是示出了使用本发明的平面照明设备的液晶显示设备的实施例的示意性透视图。
图2是图1中所示的液晶显示设备沿II-II线得到的横截面视图。
图3A是部分省略地示出了图2的平面照明设备的光源、导光板和透射率调节构件的顶部平面图；图3B是图3A的沿B-B线的横截面视图。
图4是示出了图3的导光板的形状的透视图。
图5A和图5B是示出了在本发明中所使用的导光板的其他示例的示意性横截面视图。
图6A是示出了图2的平面照明设备的光源的示意性结构的透视图；图6B是示出了形成图6A的光源的LED之一的放大示意性透视图。
图7是示出了在图2的平面照明设备中使用的透射率调节构件的分布密度的曲线。
图8是示出了透射率调节构件的空间间隔分布的曲线。
图9是示出了通过平面照明设备的光出射平面发射的光的亮度分布的测量曲线。
图10是示出了本发明的平面照明设备示例的一部分的示意性横截面视图。
图11A是示出了在图10的平面照明设备中使用的透射率调节构件的分布密度的曲线；图11B是示出了透射率调节构件的分布密度的另一个示例的曲线。
具体实施方式
现在，将参考附图中所示的优选实施例详细描述本发明的平面照明设备。
图1是示出了配置有本发明的平面照明设备的液晶显示设备的示意性透视图；图2是图1所示的液晶显示设备沿II-II线得到的横截面视图。
图3A是图2所示的平面照明设备的示例(也称作“背光单元”)沿III-III线的视图；图3B是图3A沿B-B线的横截面视图。
液晶显示设备10包括背光单元20、设置在背光单元的靠近所述光出射平面的一侧上的液晶显示面板12、以及用于驱动液晶显示面板12的驱动单元14。在图1中，没有示出一部分液晶显示面板12以说明所述背光单元的结构。
在所述液晶显示面板12中，将电场部分地施加于沿给定方向预先排列的液晶分子，以改变的分子的取向。将所得到的液晶单元中折射率的变化用于在液晶显示面板12上显示字符、数字、图像等等。
所述驱动单元14向液晶显示面板12中的透明电极施加电压，以改变液晶分子的取向，从而控制通过液晶显示面板12透射的光的透射率。
背光单元20是用于从液晶显示面板12的后面照射液晶显示面板12的整个表面的照明设备，并且包括光出射平面24a，光出射平面24a具有与液晶显示面板12的图像显示表面实质上相同的形状。
如图1、2、3A和3B所示，背光单元20的这一实施例包括照明设备24的主体和外壳26。照明设备24的主体包括光源28、导光板30、光学构件单元32、反射膜34和透射率调节构件40。所述外壳26包括下部外壳42、上部外壳44和支撑构件48。如图1所示，电源单元箱壳49设置在所述下部外壳42的下侧上以保持向所述光源28供应电能的电源单元。
现在将描述组成背光单元20的部件。
照明设备24的主体包括：光源28，用于发射光；导光板30，用于允许光源28发射的光进入以产生平面光；光学构件单元32，用于对导光板30产生的光进行散射和漫射，以获得具有进一步减小的不均匀性的光；多个透射率调节构件40，用于发射散射光和减小不均匀性；以及反射膜34，用于反射从导光板的背面泄露的光，并且使所述光再次进入到导光板30中。
首先，将描述导光板30。
图4是示意性地示出了导光板形状的透视图。
如图2、3A、3B和4所示，所述导光板30包括：平坦的矩形光出射平面30a；两个光入射平面，在所述光出射平面30a的两个长边上形成、并且实质上与所述光出射平面30a垂直的第一光出射平面30d和第二光出射平面30e；以及倾斜平面30b，位于与光出射平面30a相对的一侧上。
导光板30由透明树脂形成。优选地，导光板30包含经过揉捏的并且均匀散布在整个导光板30中的光散射颗粒，用于散射光。可以用于形成导光板30的透明树脂材料包括光学透明树脂，例如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)、苯甲基异丁烯酸酯、MS树脂和COP(环烯聚合物)。经过揉捏并且散布到导光板30中的散射颗粒可以由例如包括诸如TOSPEARL(商标)之类的硅树脂颗粒、硅石颗粒、氧化锆颗粒或者电介质聚合物颗粒的细微颗粒构成。
沿与光出射平面30a垂直的方向减小导光板30的厚度以减小厚度和重量，这可以允许所述透射率调节构件40反射所发射的光，可能引起亮度的不均匀性。然而，在所述导光板30内揉捏和散布散射颗粒，这使通过导光板30所导引的光被散射，因此甚至当将导光板30厚度减小为3mm或以下时，可以使得光发射通过光出射平面30a，无需透射率调节构件40反射所发射的光(没有亮度的不均匀性)。
根据该实施例的导光板具有平板形状，但是不局限于这种结构；其背面可以相对于光出射平面倾斜。
例如，导光板的形状可以像是倒置的楔形物，其中背面由相对于光出射平面倾斜的两个倾斜平面组成，使得从光入射平面(30d和30e)朝着中心厚度增加。
尽管导光板的光出射平面是平坦的平面，其并非局限于此，并且可以是凹面。如果导光板由于热和湿度而收缩，凹面形式的光出射平面的这种结构防止了导光板朝着光出射平面翘曲并且触碰到液晶显示面板。
根据该实施例，揉捏并且散布到导光板中的散射颗粒的颗粒密度如上所述均匀地散布在所述导光板中，但是这并未是唯一的情况；所述导光板可以包括具有不同颗粒密度的散射颗粒的多个层。
利用包括具有不同散射颗粒密度的多个层的导光板，可以彼此独立地调节沿与光入射平面垂直的方向的导光板的各个单独区域中的颗粒密度，因此可以更加期望的亮度分布使光发射通过光出射平面。
图5A和图5B是示出了在本发明中所使用的导光板的其他示例的示意性横截面视图。图5A中所示的导光板100和图5B中所示的导光板110对与图3中所示光导板30相同的部件共享相同的参考符号。下文中将主要关注于不同的部件。
图5A所示的导光板100包括位于光出射平面30a的相对侧上的两个倾斜平面(第一倾斜平面100b和第二倾斜平面100c)，即位于所述导光板100下面一侧上，以便相对于中心轴或二等分线α彼此对称，二等分线α连接导光板30a的短边侧的中心(参见图1和图3)，并且相对于光出射平面30a倾斜给定的角度θ。这两个倾斜平面(第一倾斜平面100b和第二倾斜平面100c)通过具有曲率半径R的弯曲部分100h彼此平滑地相连。
所述导光板100的厚度从第一光入射平面30d和第二光入射平面30e朝着中心增大，使得导光板30在与中心二等分线α相对应的位置处最厚，而在两个末端上在两个光入射平面(第一光入射平面30d和第二光入射平面30e)处最薄。
因此，具有随着相距所述光入射平面的距离增加而变得更厚的导光板的倒置楔形结构使得能够将光更深地导引到导光板中，使得光可以以更加期望亮度分布通过光出射平面而发射。
所述导光板100包括界面z更靠近光出射平面30a的一侧上的第一层102和界面更靠近背面的一侧上的第二层104，所述界面z将与背面接壤的光入射平面(30d、30e)的末端相连，并且这两个层包含其中揉捏并且以不同颗粒密度散布的散射颗粒。第二层104具有比第一层102更大的散射颗粒密度。因此，包括包含不同密度的散射颗粒的多个层的导光板能够发射具有更加期望的亮度分布的光，并且产生更高的光利用效率。
图5B所示的形状像平板的导光板110具有凹面光出射平面，并且包括包含不同密度散射颗粒的两个层。
所述导光板110具有形成为凹面的光出射平面110a，即随相距光入射平面(30d、30e)的距离增加而更加接近背面30b的形状。导光板110包括界面y更靠近光出射平面110a的一侧上的第一层112和更靠近背面30b的一侧上的第二层114，所述界面y是弯曲的平面，其形状为随着从与背面30b接壤的光入射平面(30d、30e)侧面的末端朝着所述导光板30中心的距离的增加，更加远离所述背面30b。因此，这样散布散射颗粒，使得第二层114具有比第一层112更高的颗粒密度。
因此，可以调整形成为平板的导光板，以具有更大的光入射平面，并且产生提高的光利用效率。如果导光板由于热和湿度而收缩，凹面形式的光出射平面的这种结构防止了导光板朝着光出射平面翘曲，并且触碰液晶显示面板。
另外，甚至在导光板具有平板形式的情况下，具有不同颗粒密度使得具有更高颗粒密度的第二层的厚度从光入射平面朝着导光板的中心增加的两层结构，也使得能够实现期望的亮度分布。
为了通过光出射平面发射具有在中间附近的范围内较高的亮度分布曲线的光，将导光板中所包含的散射颗粒的颗粒密度设置在以下范围也是优选的。
现在，让Φ是在导光板30中所包含颗粒的散射横截面；LG是沿入射方向的光导引长度，根据该实施例，所述光导引长度是在导光板的光入射平面之间的距离；Np是在导光板30中所包含的散射颗粒的密度(每单位体积的颗粒数)；以及KC是补偿系数。那么优选地，散射颗粒满足以下关系：Φ·NP·LG·KC的值大于等于1.1并且小于等于8.2，并且补偿系数KC的值大于等于0.005且小于等于0.1。包含满足上述关系的散射颗粒的导光板30能够通过光出射平面发射均匀的光，具有大大减小的亮度不均匀性。
优选地，值Φ·NP·LG·KC在[2.0，7.0]的范围，更优选地不小于3.0，更加优选地不小于4.7。
可以通过将增塑剂混合到导光板的透明树脂中来制造导光板。
通过混合透明树脂和增塑剂而准备的材料来制造导光板，这提供了柔性导光板，允许导光板变形成各种形状。因此，可以将导光板的表面形成为各种弯曲的表面。
在向导光板赋予柔性的情况下，甚至可以将使用上述导光板的背光单元安装到具有曲率的墙壁上，例如当用于采用装饰照明(灯彩)的显示板时。因此，背光单元可以用于更广范围的应用，以及包括灯饰照明和POP(购买点)广告的较宽应用范围。
所述增塑剂例如是邻苯二甲酸酯，具体地邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DOP(DEHP))，邻苯二甲酸二正辛基酯(DnOP)，邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)，邻苯二甲酸二壬酯(DNP)，邻苯二甲酸酸二异癸酯(DIDP)，邻苯二甲酸混合基酯(C6至C11)(610P，711P等)和邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)。除了邻苯二甲酸酯之外，所述增塑剂也可以例如是己二酸二辛酯(DOA)，己二酸二异壬酯(DINA)，己二酸二正烷基酯(C6，8，10)(610A)，己二酸二烷基酯(C7，9)(79A)，壬二酸二辛酯(DOZ)，癸二酸二丁酯(DBS)，癸二酸二辛酯(DOS)，磷酸三甲苯酯(TCP)，乙酰基柠檬酸三丁酯(ATBC)，环氧化大豆油(ESBO)，偏苯三酸三辛酯(TOTM)，聚酯和氯化石蜡。
现在将描述光源28。
图6A是示出了图1和图2的背光单元20的光源28的结构的示意性透视图；图6B是只示出了图6A的光源28的一个LED芯片的放大示意性透视图。
如图6A所示，光源28包括多个发光二极管芯片(下文称作“LED芯片”)50和光源底座52。
LED芯片50是发射蓝光的发光二极管的芯片，其表面具有涂覆在其上的荧光物质。LED芯片50具有光发射表面50a，所述光发射表面具有白光发射通过的给定区域。
具体地，当通过LED芯片50的发光二极管的表面发射的蓝光透射通过所述荧光物质时，所述荧光物质产生荧光。因此，通过所述发光二极管发射的蓝光和作为荧光物质的发射的光混合以从LED芯片50产生白光。
LED芯片50例如可以通过向GaN基发光二极管、InGaN基发光二极管等的表面涂覆YAG(钇铝石榴石)基荧光物质来形成。
光源支架52是板构件，放置为其一个表面面对光入射平面30d和30e，该表面是导光板30的横向端面。
光源支架52在其面对导光板30的光入射平面的横向平面(30d或30e)上承载LED芯片50，使得LED芯片50按照给定的间隔彼此间隔开。具体地，组成光源28的LED芯片50沿导光板30的第一光入射平面30d或第二光入射平面30e的长度排列成阵列，并且固定到光源支架52。
优选地，光源支架52由具有诸如铜和铝之类的良好导电性的金属构成。由具有如铜和铝所示例的良好热传导性的金属构成的光源支架52作为热沉，用于吸收LED芯片50产生的热，并且将所述热释放到外部。光源支架52可以配备有鳍状物，以提供用于增加散热效应的较大表面积或者用于将热传递到散热构件的热导管。
如图6B所示，优选地，根据该实施例的LED芯片50每一个均具有矩形形状，使得与LED芯片50排列成矩阵的方向垂直的侧面比沿LED芯片50排列成矩阵的方向的侧面短。因此，优选地，与导光板30的光出射平面30a垂直的LED芯片50那一侧的长度“a”、沿阵列方向一侧的长度“b”以及排列成阵列的LED芯片50彼此间隔开的距离“q”具有满足q＞b＞a的关系，其中q是LED芯片50排列成阵列的空间间隔。
将LED芯片50设置成每一个均具有矩形形状，这允许在产生大量光的同时实现更薄的光源设计。更薄的光源28进而允许减小背光单元的厚度。另外，可以减小需要排列的LED芯片的个数。
尽管优选地，所述LED芯片50每一个均具有矩形形状，所述矩形形状的短边沿导光板30的厚度方向以设计更薄的光源28，本发明并不局限于此，允许LED芯片具有合适的任意形状，例如正方形、圆形、多边形和椭圆形。
接下里将描述透射率调节构件40。
透射率调节构件40每一个均由圆点构成，具有给定的透射率并且配置用于对允许通过所述导光板30的光入射平面的光进行漫射、并且通过光出射平面30a发射所述光，并且减小所发射的光的不均匀性。如图2和3所示，通过在导光板30的背面30b上印刷或者以其他方式，以给定图案提供多个透射率调节构件40。
图7是示出了沿提供有透射率调节构件40的光入射平面(30d和30e)垂直的方向的分布密度的曲线。所述曲线在垂直轴上指示透射率调节构件40的分布密度的归一化值，在水平轴上指示与导光板的中心的距离[mm]。
如图7所示，透射率调节构件40的分布密度连续地变化，随相距光入射平面30d和30e的距离增加而减小、然后再次增大。具体地，透射率调节构件40的分布密度连续地变化，沿与光入射平面垂直的方向在导光板30的中心(二等分线α)处达到峰值，然后朝着第一光入射平面30d和第二光入射平面30e连续减小，随后在第一光入射平面30d和第二光入射平面30e附近再次增大。
因此在所示示例中，透射率调节构件40的分布图案的密度曲线的峰值位于导光板30的中心，并且在从所述中心到光入射平面(30d和30e)距离的约2/3处的两侧的点处达到最小值。
利用如此分布的透射率调节构件40，其分布密度连续变化，先随着相距光入射平面30d和30e的距离的增加而减小，并且然后继续增大，可以在光入射平面附近对允许通过光入射平面30d和30e、并且与光出射平面30a平行传播的光进行漫射，并且可以防止所发射光的亮度分布的突然变化，同时可以将所允许的光更深地导引至导光板，结果是可以通过光出射平面30a发射具有平滑和均匀亮度分布曲线的光，亮度分布曲线在中间附近范围较高，同时也可以改善光利用效率。
通过透射率调节构件40对光的漫射具有与光出射平面30a垂直的方向性，并且可以改善所发射光的前端亮度。
可以通过根据透射率调节构件40的位置来调节透射率调节构件40的尺寸(面积)，或者通过适当地调节相邻透射率调节构件40之间的空间间隔(间距)，来调节所述透射率调节构件40的分布密度。在所示示例中，所述透射率调节构件40全部具有相同的尺寸，并且他们的分布密度通过改变空间间隔来调节。
在改变透射率调节构件40的空间间隔时，优选地是将所述透射率调节构件40以随机的间隔与相邻构件间隔开，将平均分布密度设置为上述分布密度。
按照随机间隔分布透射率调节构件40以便与相邻构件间隔开，这防止了透射率调节构件40反射通过光出射平面30a发射的光。
透射率调结构件40可以是散射反射构件，并且例如可以由漫射光的诸如硅石、氧化钛和氧化锌之类的颜料形成，或者由包含诸如树脂、玻璃和氧化锆之类的一种珠子的涂层和粘合剂、以及通过涂覆精细微观粗糙机械或抛光至表面所产生的粗糙化表面图案来构成。可选地，可以使用具有高反射率和低光吸收率的材料，包括例如银和铝等金属。
可选地，诸如用于丝网印刷和平版印刷的墨水之类的普通白墨水可以用于形成透射率调节构件40。其示例包括通过将氧化钛、氧化锌、硫酸锌、硫酸钡等散布到丙烯基粘合剂、聚酯基粘合剂、氯乙基粘合剂等中而准备的墨水，或者通过将硅石与氧化钛混合以提供扩散性而准备的墨水。
另外优选地，透射率调节构件40的每一个均具有0.1mm2或以下的面积。利用每一个均给定0.1mm2或以下的面积的透射率调节构件40，甚至在导光板30较薄、具有不超过3m的厚度时，可以通过光出射平面30a发射光，而不会有透射率调节构件40反射光。
作为优选实施例，背光单元的说明性示例包括导光板的光入射平面30d和30e附近的边缘区域，其中在所述边缘区域不提供透射率调节构件40。
具体地如图3A所示，所述边缘区域从第一光入射平面30d和第二入射平面30e延伸距离L。这些区域不包含透射率调节构件40。
如上所述，通过透射率调节构件40进行的漫射具有沿光出射平面的方向的方向性。因此，在光入射平面附近提供透射率调节构件，这增加了返回光，所述返回光是允许通过所述光入射平面、然后朝着光入射平面返回以通过光入射平面出射的光。返回光的增加减小了通过光出射平面发射的光的量，因此减小了光利用效率。
相反，在光入射平面30d和30e附近设置不包含透射率调节构件40的边缘区，这防止了通过透射率调节构件40散射的光作为返回光通过光入射平面出射，并且防止了光利用效率的减小。
另外，这种结构使得在通过透射率调节构件40沿光出射平面30a的方向散射光之前能够对允许通过光入射平面30d和30e的光进行散射，即在通过光出射平面30a发射光之前，因此防止了由于光源20的光源单元的空间间隔等原因的亮线的出现。
在典型的背光单元中，由外壳覆盖光出射平面的末端部分，并且不使用从这些被覆盖部分发射的光。因此，提供几乎不发射光的边缘区域并且增加导光板中心附近的光发射量，使得能够改善光利用效率。
尽管对于不包含透射率调节构件40的边缘区域的尺寸没有具体的限制，即对从光入射平面30d和30e开始的距离L(边缘区域的长度)没有具体限制，但是所述长度有选地是20mm或以上，更优选地是30mm或以上。
具有延伸30mm或以上的距离L的边缘区域的结构更加期望地减少了返回光，并且引起光被更加期望地散射，因此实现了更加均匀的亮度分布，并且产生了提高的光利用效率。
现在将通过参考具体示例更加详细地描述边缘区域的尺寸。
在该实施例中，对所示背光单元20进行计算机仿真，以获得发射光的归一化亮度分布。
<示例1>
在示例1中使用的背光单元20具有与40英寸屏幕相对应的尺寸。与40英寸屏幕相对应的背光单元20的发射表面沿与光入射平面垂直的方向具有499mm的长度。
具体地，在仿真中使用的导光板30的模型是由包含其中揉捏和散布了硅石散射颗粒的基材料PMMA制成的平坦导光板。所述导光板30厚1mm，所述散射颗粒具有4.5μm的直径。
光源28的模型包括LED芯片，每一个LED芯片测量为1.5mmx2.6mm，按照7mm的间距排列成矩阵。为了便于比较，所述仿真只使用一个光源28，只允许光通过第一光入射平面30d，并且不允许光通过第二光入射平面30e。
通过在与背光单元20的发射表面相对应的区域中，在导光板30的背面侧30b上形成具有0.05mm直径的凹点，来提供透射率调节构件40。透射率调节构件40的空间间隔(间距)如图8所示地变化，以调节分布密度。图8在水平轴上示出了沿与光入射平面30d和30e垂直的方向与导光板中心的距离[mm]，在垂直轴上示出了相邻透射率调节构件40之间的间距。
使用具有上述形状的背光单元20，利用以下示例测量亮度分布：示例11，其中导光板30沿与光入射平面垂直的方向具有519mm的长度(导光板的长度)、以及10mm的边缘区域长度L；
示例12，其中导光板具有539mm的长度和20mm的边缘区域长度L；
示例13，其中导光板具有549mm的长度和25mm的边缘区域长度L；
示例14，其中导光板具有559mm的长度和30mm的边缘区域长度L；以及
示例15，其中导光板具有569mm的长度和35mm的边缘区域长度L。因此如图9所示测量了归一化的亮度。
归一化的亮度分布如图9所示。在图9中，垂直轴表示归一化的亮度，水平轴表示与导光板中心的距离[mm]。在曲线中，示例11用链状双虚线表示，示例12用细虚线表示，示例13用链状线表示，示例14用细实线表示，以及示例15用粗虚线表示。
如图9所示，当边缘区域长度是20mm或以上时，可以按照期望地减小光入射平面附近的亮度不均匀性；当边缘区域长度是30mm或以上时，可以更加按照期望地减小光入射平面附近的亮度不均匀性。
在所示示例中的背光单元20的透射率调节构件40具有根据该实施例的圆形形状，但是也可以具有根据本发明的任意合适的形状，例如矩形、三角形、六边形、圆形和椭圆形。
根据该实施例的透射率调节构件设置在所述导光板的背面上，但是本发明不局限于这种结构，它们也可以设置在所述导光板的光出射平面上。
另外，设置所述透射率调节构件40的位置并没有局限为所述导光板的表面；所述透射率调节构件可以设置在透明膜上，并且这种透明膜可以设置在导光板的背面一侧或者光出射平面一侧上，或者可选地可以设置在组成光学构件单元的反射膜或反射片上。
接下来将描述光学构件单元32。
光学构件单元32配置为在照明光通过照明设备24的主体的光出射平面24a发射之前，进一步减小通过导光板30的光出射平面30a发射的照明光的亮度不均匀性和照度不均匀性。如图2所示，所述光学构件单元32包括：漫射片32a，用于对通过所述导光板30的光出射平面30a发射的照明光进行漫射，以减小亮度不均匀性和照度不均匀性；棱镜片32b，具有在其上形成的、与光出射平面30a和光入射平面30d、e相遇的线平行的微棱镜阵列；以及漫射片32c，用于对通过所述棱镜片32b所发射的照明光进行漫射，以减小亮度不均匀性和照度不均匀性。
漫射片32a和32c和棱镜片32b并没有具体限制，可以是已知的漫射片和已知的棱镜片。漫射片20a和20c以及棱镜片20b可以例如是本申请的申请人在JP2005-234397的第0028段至0033段中所公开的漫射片和棱镜片。
尽管在所讨论的实施例中的光学构件单元包括两个漫射片32a和32c以及这两个漫射片之间的棱镜片34b，对于其中设置所述棱镜片和漫射片的顺序或者设置棱镜片和漫射片的个数没有具体的限制。也没有限制所述棱镜片和所述漫射片，可以使用各种光学构件制成，只要他们能够减小通过导光板30的光出射平面30a发射的照明光的亮度不均匀性和照度不均匀性。
另外，光学构件单元可以适于具有使用棱镜片和漫射片各自一个片或者只使用两个漫射片形成的双层结构。
接下来将描述反射膜34。
所述反射膜34配置为将通过导光板30的背面30b泄露的光反射回导光板30，并且有助于提高光利用效率。反射膜34具有与导光板30的背面30b相对应的形状，并且形成为覆盖所述背面30b。在该实施例中，反射膜34形成为轮廓符合导光板30的背面30b的轮廓的形状，背面30b的轮廓具有如图2所示横截面的平坦平面。
反射膜34可以由任意所需材料构成，只要材料能够反射通过导光板30的背面泄露的光。反射膜34可以由以下形成：例如树脂片，通过将例如PET或PP(聚丙烯)与填充物揉捏在一起、然后提取所得到的混合物以在其中形成空洞来提高反射率，来产生所述树脂片；由具有通过例如在透明或白树脂片的表面上沉积铝蒸汽而形成的定向反射面的片；诸如铝箔等金属箔或承载金属箔的树脂片；或者表面上具有足够反射特性的片状金属。
接下来将描述外壳26。
如图2所示，外壳26通过保持导光板的侧面面对光出射平面和背面以固定照明设备的主体，来在外壳26中容纳并且支撑照明设备24的主体。外壳26包括下部外壳42、上部外壳44和支撑构件48。
所述下部外壳42在一侧具有实质上矩形盒子开口的形状。如图2所示，外壳42的底部侧和横向侧从底部侧和横向侧的上方支撑在其中放置的照明设备24，并且覆盖除了光出射平面24a之外的照明设备的面，即与照明设备的光出射平面24a相对的平面(背面)和横向侧面。
上部外壳44具有矩形盒子的形状；其在顶部具有小于照明设备24主体的矩形发光平面24a的开口，并且底部侧也开口。
如图2所示，上部外壳44在照明设备主体和下部外壳42的上方放置，即，从光出射平面一侧放置，以覆盖照明设备24的主体和保持所述主体的下部外壳42、以及四个横向截面部分22b。
支撑构件48是杆状构件，每一个杆状构件均沿与其长度延伸方向垂直方向上具有相同横截面。
如图2所示，支撑构件48设置在反射膜34和下部外壳42之间，更具体地设置在反射膜34和下部外壳42之间，靠近第一光入射平面30d所位于的、导光板30的背面30b末端，并且靠近第二光入射平面30e所位于的背面30b的末端。支撑构件48因此将导光板30和反射膜34固定到下部外壳42，并且支撑它们。
背光单元20基本上如上所述配置。
在背光单元20中，由设置在导光板30两侧的光源28发射的光射到导光板30的光入射平面，即第一光入射平面30d和第二光入射平面30e。然后，当通过各个平面的光传播通过导光板30的内部并且通过光出射平面30直接出射或通过背面30b反射之后通过光出射平面30出射时，通过在光入射平面附近区域中的导光板30内部包含的散射体以及在提供有光透射率调节构件40的区域中的散射体和透射率调节构件，来散射光。通过背面30b泄露的一部分光通过反射膜34反射以再次进入导光板30。
因此，通过导光板30的光出射平面30a发射的光透射通过光学构件32，并且通过所述照明设备24主体的光发射平面24a发射，以照亮液晶显示面板12。
液晶显示面板12使用驱动单元14来根据位置控制光的透射率，以便在其表面上显示字符、数字和图像。
尽管根据上述实施例的导光板是包括两个光源的类型，所述两个光源放置成邻近导光板的两个光入射平面，以允许光通过导光板的两侧，但是本发明不局限于这样的结构；除了那些设置为邻近两个光入射平面之外的光源，导光板也可以包括在导光板的光出射平面的短边侧的光源。增加光源的个数允许提高通过导光板发射的光的强度。
可选地，所述导光板可以包括放置成与一个光入射平面相邻的单一光源，以允许光通过导光板的一侧。
图10是示出了本发明的背光单元的另一个示例的示意性横截面视图；图11A是示出了在图10所示的背光单元中使用的透射率调节构件的密度分布的曲线。在这些曲线中，垂直轴表示透射率调节构件40的分布密度的归一化值，水平轴表示与第一光入射平面30d的距离[mm]。图10中所示的背光单元120具有与图2所述背光单元20的相似的结构，不同之处在于：图10的背光单元120只具有单一的光源28，并且具有透射率调节构件40的不同分布密度。在下文中向相似的部件赋予类似的符号，并且将描述主要关注于这些背光单元不同的部件。
图10所示的背光单元120具有只与第一光入射平面30d相邻的光源28，并且不具有与第二光入射平面30e相邻的光源28。这种背光单元120的透射率调节构件40具有如图11A所示的分布密度，所述分布密度连续地改变，随着与光入射平面30d的距离的增加而减小，然后在再次朝着第二光入射平面30e减小之前增大。
因此，透射率调节构件40的分布图案的密度轮廓具有这样的特征曲线：在更靠近第一光入射平面30d的位置具有最小值，并且在更靠近第二光入射平面30e的位置处具有峰值。
因此，在允许光只通过导光板一侧的情况下，利用如下分布的透射率调节构件40：分布密度连续变化，在再次增大之前随着与光入射平面30d的距离的增加而减小。这样，可以在光入射平面附近对通过光入射平面30d并与光出射平面30a平行传播的光进行漫射，并且可以防止所发射的光的亮度分布的突然变化，同时可以将入射的光更深地导引到导光板中，结果是光可以具有平滑和均匀的亮度分布曲线来通过光出射平面30a，所述亮度分布曲线在中间附近的范围较高，同时也可以改进光利用效率。
尽管对于图10所示的背光单元120，透射率调节构件40具有按照如图11A所示曲线变化的分布密度，本发明允许其他特征线，并且例如是包括线性变化部分的特征线。
图11B示出了具有一侧光入射的背光单元的透射率调节构件40的分布密度的另一个示例：曲线的垂直轴表示透射率调节构件40的分布密度的归一化值，水平轴表示与第一光入射平面30d的距离[mm]。
如图11B所示，透射率调节构件40的分布密度连续变化，随着与第一光入射平面30d的距离的增加而减小、然后在朝着第二光入射平面30e保持在恒定水平之前增大。
因此，透射率调节构件40的分布密度除了曲线部分之外还可以包括线性变化部分。
尽管上述已经详细描述了本发明的平面照明设备，按照任何方式本发明都不局限于上述实施例，并且在不脱离本发明精神的情况下可以进行各种改进和修改。
例如，所述导光板可以适于除了通过光出射平面发射光之外也通过背面(即与光出射平面相对的平面)发射光，即导光板可以适于从两侧发射光。由此适于从两侧发射光的背光单元可以用于更广泛范围的应用，包括装饰发光(照明)和POP(购买点)广告。

Claims (18)

1.一种平面照明设备，包括：
导光板，包括矩形的光出射平面；设置在所述光出射平面一侧上的至少一个光入射平面，用于允许光与所述光出射平面平行地传播；以及背面，是与所述光出射平面相对的平面；
光源，与所述光入射平面相对放置；以及
透射率调节构件，按照给定图案设置在靠近所述背面的导光板一侧上、或者靠近所述光出射平面的一侧上、或者这两侧上；
其中所述透射率调节构件的分布密度连续地改变，先随着与所述光入射平面的距离增加而减小，然后再次增大。
2.根据权利要求1所述的平面照明设备，其中所述透射率调节构件的分布密度在比分布密度峰值所在的位置更加远离光入射平面的位置处具有最小值。
3.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述透射率调节构件没有设置在沿所述光入射平面的法向从所述导光板的光入射平面的末端延伸给定距离的区域中。
4.根据权利要求3所述的平面照明设备，其中所述给定距离是30mm或以上。
5.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中每一个所述透射率调节构件具有0.1mm2或以下的面积。
6.根据权利要求1或2上所述的平面照明设备，其中所述透射率调节构件随机分布地放置。
7.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述导光板包含在其中散布的散射颗粒。
8.根据权利要求7所述的平面照明设备，其中满足1.1≤Φ·Np·LG·KC≤8.2，其中Φ是在所述导光板中散布的散射颗粒的散射横截面，Np是颗粒密度，LG是沿光入射方向的光导长度，Kc是校正系数，假设Kc的范围是0.005到0.1，包含0.005和0.1。
9.根据权利要求7所述的平面照明设备，其中所述导光板包括沿所述光出射平面的法向彼此叠置、并且具有不同密度的散射颗粒的多个层。
10.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述导光板沿所述光出射平面的法向具有3mm或以下的厚度。
11.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述导光板是平板。
12.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述导光板的厚度随着与所述光入射平面的距离的增加而逐渐增大。
13.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述导光板的光出射平面是凹面。
14.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中光入射截面设置为与所述光出射平面的相对两侧相邻。
15.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述光入射平面设置为与所述光出射平面的一侧相邻。
16.根据权利要求15所述的平面照明设备，其中所述透射率调节构件(40)的分布密度连续地改变，以随着与所述光入射平面的距离的增加而减小，然后增大，随后保持在恒定水平。
17.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述光入射平面设置为与所述光出射平面的四侧相邻。
18.根据权利要求1或2所述的平面照明设备，其中所述透射率调节构件设置在所述导光板的背面之上。
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