CN102313174A - 面光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面光源装置，其包括一导光板，导光板包括一具有较大厚度的光导入单元、一上表面为一斜面的楔形的光导入单元，以及一具有较薄厚度的且构成发光区域的导光板主体。该导光板主体的上表面上设置有一扩散板，该扩散板上方叠置有两个上表面形成有棱镜的棱镜片(38a、38b)。该扩散板(37)远离该斜面(50)的下端并从该下端处缩进，该棱镜片(38a)从该导光板主体(49)一侧向着该光导入单元(48)一侧延伸，并以夹着一空气层(56)的方式覆盖于该斜面的上方。另外，正对该光导入单元(48)的一光入射端面(41)设置有多个光源(35)。本发明旨在防止由于光从一导光板的一斜面泄漏而引起亮斑和亮度不均从而造成发光品质的降低。

Description

面光源装置
技术领域
本发明涉及一种面光源装置，特别是涉及一种使用在例如从背面点亮一液晶面板的一背光源中的面光源装置。
背景技术
在一边缘式面光源装置中，光源与一平板状的导光板的一光入射端面对置，并且一扩散板和一棱镜片重叠在该导光板的上表面上。在该面光源装置中，如果该导光板的厚度小于该光源的高度，则从该光源发射的光中未能从该光入射端面进入该导光板、而是入射向该光入射端面的外侧的光便会增加，由此降低了光的利用率。因此，需要使得该导光板的厚度基本等于该光源的高度。
在尝试减小该面光源装置的整体厚度时，需要考虑到减小该光源的高度以及该导光板的厚度。然而，即使可以减小该导光板的厚度，但是由于该光源在制造上存在一些制约，因此很难再进一步地减小该光源的高度。因此，采用减小该光源的高度以及该导光板的厚度的方法无法将该面光源装置的厚度减小至某一限度以下。
如图1所示，提出了一种面光源装置11，该面光源装置11包括一光入射单元15以及光源12，其中该光入射单元15的厚度基本等于该光源12的高度，且该光入射单元15具有一光入射端面14，该面光源装置11还包括一厚度薄于该光入射端面14的平板状的导光板主体17以及一楔形的光导入单元16，其中，该导光板主体17设于一导光板13上与该光入射端面14相对的一侧，该楔形的光导入单元16则形成于该光入射单元15与该导光板主体17之间以连接两者。在该面光源装置11中，使得该光入射端面14与该导光板主体17之间的厚度差与一扩散板19以及棱镜片20、21的整体厚度基本一致，由此通过将该扩散板19和棱镜片20、21重叠于该导光板主体17的上表面上来减小该面光源装置11的整体厚度。此外，在该面光源装置11中，由于该光源12的高度与该光入射端面14的厚度基本一致，因此从该光源12发射的光便可高效地从该光入射端面14进入该光入射单元15。另外，由于该光导入单元16的上表面为一斜面18，使得具有较大厚度的该光入射单元15得以通过该光导入单元16与具有较小厚度的该导光板主体17平滑相连，这样进入该光入射单元15的光便可以通过在该光导入单元16的该斜面18上以及在该光导入单元16的下表面上发生全反射而被导向该导光板主体17，由此可以减少该导光板13的漏光。
然而，当该面光源装置被用作液晶面板的背光源时，该光导入单元的上表面和该导光板主体的上表面的边缘部分上需要覆盖一遮光带(主要是黑色胶带)，然后再在该遮光带上叠置该液晶面板，以防止漫射光进入该液晶面板。有时候该遮光带会粘在该光导入单元的该斜面上，如果该遮光带粘在了该斜面上，则该导光板内的入射至该斜面的光就会被该遮光带吸收，这样就可能降低该面光源装置的亮度或者造成该面光源装置的亮度不均。
在公告号为No.4279761的日本专利所公开的面光源装置中，如图2所示，在叠置于该导光板主体17的上表面上的片层中位于最下层的一扩散板19的端部延伸并叠置于该斜面18的上表面上，这样该延伸的扩散板19就防止了该遮光带粘着于该斜面18上。
然而，在公告号为No.4279761的日本专利所公开的面光源装置中，光容易从该光导入单元16的该斜面18泄漏，具体原因如下：
A)在导光板内部，光通过在该导光板的上表面和下表面上反复地全反射而实现导光，但是如果该导光板是平板状的，则即使反复地发生全反射，入射至该导光板的上表面或下表面上的光的入射角也不会发生变化，因此光不太会在该导光板的上表面和下表面处泄漏。
另一方面，在公告号为No.4279761的日本专利所公开的情况下，即该导光板13包括该斜面18，则当光每次在该导光板13的下表面和该斜面18上发生全反射、并再次入射至该斜面18时该光的入射角就变小了，因此随着光逐渐远离该光入射端面14，入射角临近该全反射的临界角(下文中，将该全反射的临界角简称为临界角)的光就增多了，由此从该斜面18泄漏的光的比例就增加了。
B)由于从该光源发射的光基本呈现朗伯(Lambert)分布，该光源的光发射表面中央的光以及位于与该光发射表面垂直的方向上的光为从该光源发射的光中发光强度最强的光。因此，在该导光板内传导的光中具有最大光强的光为在与该光入射端面垂直的方向上沿着该导光板的中央前进的光(在实际的导光板中，在该导光板的斜面或者该导光板的下表面上的凹凸图案的影响下，随着光逐渐远离该光源，光的分布会变得均一化，但是在该光入射单元的附近，一般而言在与该光入射端面垂直的方向上沿着该导光板的中央前进的光的强度较大。)
如图2所示，在公告号为No.4279761的日本专利所公开的面光源装置11中，该扩散板19在该斜面18的上表面上延伸，因此如果光入射至该斜面18上与该扩散板19紧密相连的区域，由于界面处的折射率的差值很小，光会通过该扩散板19泄漏至外部。此外，由于上述的最大强度附近的光也会入射至该斜面18，相对于该光源12的总光量来说漏光的比例就增加了。
进一步地，实际上，由于该扩散板19的背面上具有微小的凹凸，该扩散板19的延伸部分的整个背面并不是紧密附着于该斜面18上的，这样即使光在含有一空气层22的部分处发生全反射，但是由于最大强度附近的光也入射至了该斜面18，因此即便仅有一些光通过该扩散板19泄漏也会导致产生大量的泄漏光。
C)在公告号为No.4279761的日本专利所公开的面光源装置11中，由于该导光板13的该斜面18是平整的，当该扩散板19的边角与该斜面18接触时，容易在该斜面18上造成微小的刮痕，这样的刮痕会使光容易从该斜面18泄漏。如果微小的刮痕形成于该斜面18上位于该导光板主体一侧的端部附近，光的泄漏就会变得尤为严重。
如图3所示，光从该斜面18泄漏后，透过该扩散板19而发生扩散，并进入该棱镜片20、21的端面以及该两个棱镜片20、21之间。进入该两个棱镜片20、21之间的光进而在该棱镜片21的作用下向上偏转，这样一些光就被一遮光带23吸收了，而剩余的光则到达该遮光带23的开口处(即该导光板主体17的发光区域)，因此就成为了一冗余光，并会导致形成亮斑(即，不均匀的明亮发光点)。另外，从端面进入该棱镜片20、21的光会在该棱镜片20、21的内部被传导，并逐渐向上方出射，由此就在该遮光带23的开口内形成了细长的亮度不均(亮线)。结果，该面光源装置11的发光区域中就形成了亮斑和亮度不均，从而降低了该面光源装置11的发光品质。此外，该斜面18处的光泄漏的增加还会致使该发光区域亮度的减弱。
进一步地，在该斜面18的倾斜角很平缓的情况下，因为光的泄漏很少，所以该扩散板19将能起到较好的光扩散效果，而亮斑和亮度不均也会显得不太显著，因此发光品质的降低也就比较轻微了。然而，随着近年来面光源装置薄型化的趋势，该斜面的倾斜角变得更陡，由此使得发光品质的降低和亮度的减弱日益明显。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，并提供一种能够防止因光从一导光板的一斜面泄漏而引起亮斑和亮度不均从而造成发光品质的下降的面光源装置。
本发明的目的在于提供一种面光源装置，包括：一导光板，该导光板包括一光入射端面、一厚度薄于该光入射端面的导光板主体以及一连接该导光板主体的光导入单元，该光导入单元的厚度从该光入射端面一侧向着该导光板主体一侧逐渐变薄；在正对该光入射端面的位置处设置的光源；置于该导光板主体的发光侧的表面上的一扩散板以及一个或多个棱镜片；以及一遮光带，该遮光带被置于该扩散板和该棱镜片上方除了该导光板主体的一发光区域以外的区域处；其中该一个或多个棱镜片中的至少一个棱镜片向着该光导入单元的上表面延伸而出。
在本发明所述的该面光源装置中，通过在比该光入射端面更薄的该导光板主体上叠置该扩散板以及该棱镜片，使得该面光源装置的整体厚度更薄。但是，在这种形态的导光板中，光会从非平板状的该光导入单元的上表面泄漏并成为一漫射光，从而便可能因亮斑和亮度不均等缺陷造成发光品质的降低。
然而，在本发明所述的该面光源装置中，由于该棱镜片向着该光导入单元的该上表面延伸、并使得该光导入单元的该上表面被该棱镜片所覆盖，从该光导入单元的该上表面泄漏的光便会进入该棱镜片，继而向一基本垂直于该棱镜片的方向偏转，并被该遮光带所吸收。因此就可以防止从该光导入单元泄漏的光变成一漫射光从而导致亮斑和亮度不均，这样就能提高该面光源装置的发光品质。
在本发明的一实施例所述的面光源装置中，该扩散板被置于该导光板主体的发光侧的表面上，两个该棱镜片被叠置于该扩散板上，该两个棱镜片的棱镜形成于该两个棱镜片的与正对该扩散板的表面相对的表面上；并且该两个棱镜片中的至少一个棱镜片向该光导入单元的该上表面延伸。在该实施例中，由于在该导光板主体的该上表面处叠置于该扩散板上的该棱镜片向着该光导入单元一侧延伸而出并覆盖该光导入单元的该上表面，这样该棱镜片就不容易附着于该光导入单元的该上表面上。因此，该光导入单元中的光就很难从该上表面泄漏至外部，由此就不容易产生漫射光，从而能抑制发光品质的降低。此外，由于减少了该光导入单元处的光泄漏，从而提高了该导光板主体的发光亮度。
另外，在本发明的该实施例中，两个该棱镜片也可以被叠置于该光导入单元的该上表面上。如果该两个棱镜片被叠置于该光导入单元的该上表面上，则从该光导入单元的上表面泄漏的光便将两次经过该棱镜片，因此被偏转向与该棱镜片垂直的方向并被该遮光带吸收的光的比例就增加了。
较佳地，在本发明的该实施例中，也可以在该光导入单元的该上表面与延伸向该光导入单元的该上表面的该棱镜片之间形成一空气层。如果在该光导入单元的该上表面与该棱镜片之间形成了一空气层，则光就很难从该导光板的上表面泄漏，因此可以抑制该面光源装置的发光品质的降低并提高其发光亮度。
在本发明所述的该面光源装置的另一个实施例中，一个该棱镜片被设置于该导光板主体的发光侧的表面上，该棱镜片上的棱镜形成于正对该导光板主体的表面上，并且该扩散板叠置于该棱镜片上。在该实施例中，由于采用了下表面上设置有棱镜的棱镜片，使得经过该棱镜片的光能够被高效地偏转向垂直于该棱镜片的方向，这样便会有更多的光被该遮光带所吸收。
在本发明所述的该面光源装置的另一个实施例中，该扩散板被设置于远离该光导入单元与该导光板主体的边界的位置处。在该实施例中，由于该扩散板的端面远离该光导入单元，则从该光导入单元泄漏的光很难从该扩散板的端面进入该扩散板，因此可以抑制发光品质的降低。
在本发明所述的该面光源装置的另一个实施例中，将该一个或多个棱镜片中的至少一个延伸的棱镜片的棱镜的脊线方向与垂直于该光入射端面的方向之间的夹角设置为30°以上、90°以下。其中，此处的该棱镜的脊线方向与垂直于该光入射端面的方向之间的夹角被定义为：与该棱镜的脊线的旋转方向无关，而是取值为从垂直于该光入射端面的方向起测得的0°以上、90°以下的角度。根据本实施例，从该光导入单元的上表面泄漏的光将很难被该棱镜片回归反射。因此，可以防止被该棱镜片回归反射的光再次回到该导光板中并从该发光区域出射，由此便抑制了发光品质的降低。
在本发明所述的该面光源装置的另一个实施例中，该光导入单元的发光侧的表面为一斜面。在该实施例中，该导光板主体的发光侧的表面下凹，从而可以供该扩散板和该棱镜片容纳于其中。
在本发明所述的该面光源装置的另一个实施例中，该光导入单元的发光侧的表面由多个平面向外突出地形成。在该实施例中，该棱镜片的端角可以从该光导入单元的上表面飞起，这样便可以防止该棱镜片的端角刮伤该光导入单元的该上表面，从而可以减少从被刮伤的区域泄漏的光。
在本发明所述的该面光源装置的另一个实施例中，该光导入单元的发光侧的表面可由一曲面向外突出地形成。在该实施例中，该棱镜片的端角可以从该光导入单元的该上表面飞起，以防止该棱镜片的端角刮伤该光导入单元的该上表面，从而可以减少从被刮伤的区域泄漏的光。
进一步地，解决本发明中的上述技术问题的手段，不但包括由上述的构成要素的适当组合而构成的特征，还可以衍生出利用本发明的构成要素的组合而形成的诸多变形。
附图说明
图1为现有的面光源装置的概要截面图。
图2为公告号为No.4279761的日本专利所公开的面光源装置中的光路示意图。
图3为公告号为No.4279761的日本专利所公开的面光源装置中因斜面上的光泄漏导致发光品质降低的原因说明示意图。
图4为本发明的第一实施例所述的一面光源装置的概要截面图。
图5为本发明的第一实施例所述的该面光源装置的分解斜投影图。
图6A和图6B示出了该第一实施例所述的该面光源装置中的光路，其中图6B为该第一实施例所述的该面光源装置的局部截面图，图6A为去除掉该遮光带之后的俯视图。
图7为定义该扩散板以及该遮光带等等的设置方法的示意图。
图8A为该上下棱镜片的设置状态的俯视图，其中，位于下侧的该棱镜片的棱镜的脊线方向与该光入射端面基本垂直，图8B为上述情况下光路的截面示意图。
图9示出了夹角φ1与一入射角β之间的关系，其中该夹角φ1为位于下侧的该棱镜片的棱镜的脊线方向与一垂直于该光入射端面的垂线C形成的夹角，入射角β为光入射至该棱镜表面的入射角。
图10A和图10B为图9的注解示意图。
图11为采用该第一实施例所述的该面光源装置的一液晶显示装置的概要截面图。
图12为本发明的该第二实施例所述的一液晶显示装置的概要截面图。
图13A为本发明的该第三实施例所述的一面光源装置的截面示意图，图13B为描述该第三实施例的一变型例的示意图。
图14为本发明的第四实施例所述的一面光源装置中所用的一导光板的斜投影图。
图15为图14所示的导光板中该光导入单元的一圆锥形斜面的详细视图。
图16为本发明的第五实施例所述的一面光源装置的示意图。
附图标记说明
31 面光源装置
34 导光板
35 光源
36 柔性印刷基板
37 扩散板
38a、38b 棱镜片
39 遮光带
41 光入射端面
47 光入射单元
48 光导入单元
49 导光板主体
50 斜面
55 窗口
56 空气层
61、66 液晶显示装置
62、63 偏光板
64 液晶面板
71 V型槽
72 棱镜片
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例并不用于限制本发明，在不背离本发明的主旨的情况下可以对这些实施例做出各种设计变更。
第一实施例
首先，参考图4和图5，说明本发明的第一实施例的一面光源装置31的结构。图4为该面光源装置31的概要截面图。图5为该面光源装置31的分解斜投影图。
如图4所示，该面光源装置31包括一反射板32、一框架33、一导光板34、多个光源35、一柔性印刷基板36、一扩散板37、两个棱镜片38a和棱镜片38b以及一遮光带39(遮光片)等等。
如图4所示，该光源35(LED发光元件)是侧发光式的，其中一蓝光LED芯片43被封装于一透光树脂44中，该透光树脂44包含荧光物质，并且除了该透光树脂44的前表面以外的其他表面均覆盖有一白色树脂45。该LED芯片43发光时，从该LED芯片43发射的蓝光被转换成模拟白光并通过该透光树脂44的该前表面(发光窗口46)向前发射。另外，一部分从该LED芯片43发射的光在该透光树脂44与该白色树脂45的界面处被反射，接着通过该发光窗口46向前发射。
该柔性印刷基板36的下表面上设有多个以固定间隔排成一列的光源35。
例如，该侧发光式光源35可以采用日亚化学工业生产的厚度为0.4mm的NSSW204，该柔性印刷基板36则可以采用日亚化学工业生产的厚度为0.1mm的NSSW204。
该导光板34由一具有高折射率的透光树脂制成，例如聚碳酸酯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂等等。在该导光板34的端面上形成一用于将光导入该导光板34的光入射端面41，其中该光入射端面41的高度大于该光源35的该发光窗口46的高度。一包括了该光入射端面41的光入射单元47具有均一的厚度，其中一平板状的导光板主体49设于与该光入射单元47相对的一侧，且该导光板主体49的厚度薄于该光入射单元47的厚度，并且在该光入射单元47与该导光板主体49之间形成一用于连接该光入射单元47以及该导光板主体49的楔形的光导入单元48。在该导光板34中，该导光板主体49占据了大部分区域，并且在该导光板主体49的下表面形成大量微小的偏转图案40(扩散单元)，该微小的偏转图案40用于全反射或者扩散在该导光板主体49中传导的光，以使这些光从该导光板主体49的上表面(光出射面42)向上发射。另外，该光导入单元48的上表面为一斜面50，该斜面50为一从该光入射单元47的上表面向下倾斜至该导光板主体49的上表面的斜面。
例如，该导光板34由聚碳酸酯树脂制成，该光入射单元47的厚度为0.43mm，该光导入单元48的斜面50的倾斜角约为10°，并且该导光板主体49的厚度为0.2mm。
通过切割一树脂片(例如聚碳酸酯树脂片)得到该框架33，该框架33的厚度与该导光板34的该光入射单元47的厚度相同，并且如图5所示，该框架33上设有一用于容纳和定位该导光板34的开口51。此外，在该开口51的端部处，以与该光源35相同的间隔设置凹部52，该凹部52用于定位安装在该柔性印刷基板36的下表面上的光源35。
该反射板32由一具有高折射率的材料制成，例如白片或金属箔等等，或者该反射板32由一反射机构形成，例如一多层膜(ESR，Enhanced SpecularReflector，增强型镜面反射片)。例如，可以采用3M公司制造的厚度为0.065mm的ESR。设置该反射板32以反射从该导光板34的下表面泄漏的光并使该泄漏的光重新进入该导光板34中，从而提高光的利用率。
如图4所示，该反射板32上表面的外边缘部分通过双面胶53附着于该框架33的下表面。接着将该导光板34置于该框架33的该开口51中，将该光源35在各个凹部52中容纳定位，并使各个光源35的该发光窗口46正对该导光板34的该光入射端面41，并且该柔性印刷基板36的该下表面通过该双面胶54(例如日东电工公司制造的厚度为0.03mm的No.5603双面胶)附着于该框架33的该上表面和该导光板34的该光入射单元47的该上表面处。这样，该柔性印刷基板36和该反射板32就与该框架33固定了，该反射板32正对该导光板34的背面，并且该导光板34的该光入射单元47被该反射板32和该柔性印刷基板36夹在中间。
进一步地，虽然该光入射单元47的厚度既可以大于也可以小于该光源35的高度，但是在装配状态下，该光源35的该发光窗口46既不能从上方突出该光入射端面41的上端，也不能从下方突出该光入射端面41的下端。另外，即使该光源35的下表面比该导光板34的背面更加缩进并由此导致在该光源35的下表面与该反射板32之间形成一间隙也不会产生问题。
于是，点亮该光源35后，该光源35发射的光将会从该光入射端面41被导入该导光板34，并且通过在该导光板34的上表面与下表面之间反复地发生全反射而在该导光板34中传导。进而，在传导过程中在该偏转图案40处发生全反射或者扩散、并以一小于临界角的入射角进入该光出射面42的光将会通过该光出射面42出射至外部。
该扩散板37和两棱镜片38a、38b以叠置的状态被安装在该导光板主体49的该上表面，并且该扩散板37和两棱镜片38a、38b的边缘通过该遮光带39固定。例如，可以采用TSUJIDEN公司制造的厚度为0.047mm的D122LS4作为该扩散板37。该扩散板37以不向着该斜面50突出的方式被叠置于该导光板主体49的该上表面。也就是说，该扩散板37的端部比该斜面50的下端(该斜面50与该导光板主体49的该上表面之间的边界)更加缩进。该扩散板37的端部的缩进程度最好为：使得从该斜面50的下端泄露的光难以进入该扩散板37的端面。
在该棱镜片38a、38b中，一截面为顶角是90°的三角形的直线状棱镜以一固定间隔平行设置于一表面(上表面)上，该表面朝向与该导光板34相对的那一侧。例如，可以采用3M公司制造的厚度为0.062mm的TBEF2-T作为该棱镜片38a、38b。当从垂直于该棱镜片表面的方向观察时，该两个棱镜片38a和38b上的棱镜的脊线方向相互正交。另外，当从垂直于该棱镜片表面的方向观察时，该棱镜片38a和棱镜片38b各自的棱镜的脊线方向与一垂线C之间的夹角φ1和φ2为45°，其中该垂线C垂直于该光入射端面41(参考图6A)。
另外，在相互叠置的该棱镜片38a和棱镜片38b中，位于下侧的该棱镜片38a的端部向着该斜面50的上方延伸而出，并覆盖该斜面50的大部分区域。但是，在该棱镜片38a的该端部的下表面与该斜面50之间夹有一空气层56，使得该棱镜片38a与该斜面50之间的紧密接触区域越小越好。另外，该棱镜片38a的该端部延伸而出的长度越长越好，但前提是保证该棱镜片38a的上端不会从上方突出包含有该光入射单元47的该上表面的水平面。位于上侧的该棱镜片38b的端部最好不与该棱镜片38a的倾斜部分重叠。
进一步地，也可以采用与上述结构相反的结构，即，位于下侧的该棱镜片38a比该斜面50的下端更加缩进，而位于上侧的该棱镜片38b则向着该斜面50的上方延伸而出。另外，在不同的场合中，该位于上侧的棱镜片38b与该位于下侧的棱镜片38a均可以向着该斜面50的上方延伸而出(将在下文中描述)。
该遮光带39为一黑胶带。例如，可以采用寺岗制作所制造的厚度为0.05mm的7045(0.05)黑HF作为该遮光带39。在该导光板主体49的一发光区域(有效区域)中，该遮光带39上开设有一用于暴露该棱镜片38b的窗口55。该遮光带39贴于该柔性印刷基板36的该上表面以及该棱镜片38b的该上表面的外边缘部分，并且该遮光带39还贴于位于该柔性印刷基板36的相对侧的框架33的上表面。由此，该扩散板37、该棱镜片38a和棱镜片38b均被该遮光带39所固定。
在具有上述结构的该面光源装置31中，由于向着该斜面50的上方延伸而出的该棱镜片38a被该扩散板37抬起，因此在该斜面50与该棱镜片38a的该下表面之间便形成了该空气层56。由于在与该空气层56相接触的导光板材料中的临界角小于在与该树脂层(扩散板37或棱镜片38a)紧密接触的导光板材料中的临界角，因此在该棱镜片38a下形成该空气层56后光就很难泄露。特别地，该导光板34中的光是最多的，并且由于在该导光板34的该背面以及该斜面50上有大量的光被多次全反射，这使得从该斜面50的该下端部泄露的光的比例较大，但是由于在该区域中可靠地形成了该空气层56，因此便可以减小光的泄露。因此，在该面光源装置31中，由于减少了该斜面50处光的泄露，该发光区域的亮度就增强了。另外，随着该斜面50处漏光的减少，也减少了因该斜面50处泄露的光成为一漫射光并到达该发光区域而造成的亮斑和亮度不均。
然而，即使该斜面50与该棱镜片38a之间存在该空气层56，沿着以下方向射入该光入射单元47的光在入射至该斜面50时仍然会从该斜面50泄漏，该方向满足：相对于该斜面50的法线的角度小于相对于该空气层56的临界角(例如，如果该导光板34由聚碳酸酯树脂制成，则该临界角为39°)。
另外，如图6B所示，以一大于相对于该斜面50的临界角的入射角θ1入射的光L1会在该斜面50上发生全反射，但是在该斜面50上发生全反射的光L1由于在该导光板34的下表面上发生的全反射将会再次入射至该斜面50。假设该斜面50的倾斜角为γ，则再次入射至该斜面50时的入射角会减小2γ，因此参考图6B所示，以L2和L3表示的在该斜面50和该背面之间发生了多次全反射的光将会以小于该临界角的入射角θ2和θ3入射至该斜面50并从该斜面50泄露至外部。
如图6B所示，如上所述地从该斜面50泄露的光在从该棱镜片38a的该下表面通过该棱镜片38a的过程中，其光路会向着垂直于该棱镜片38a的方向弯折，并由此被导向垂直于该棱镜片38a的方向。因此，从该斜面50泄露的光会被该遮光带39吸收，从而很难到达该遮光带39的该窗口55处。参考图6B，该光L2会受到该棱镜片38a和棱镜片38b的棱镜的脊线方向的倾角φ1和φ2(相对于该垂直于该光入射端面41的垂线C的倾角)的影响，从而使得经过该棱镜片38a的该光L2从垂直于包含该垂线C的平面的平面斜向上偏离，并最终到达该遮光带39的该下表面被该遮光带39吸收。
由于在该斜面50和该背面上多次全反射的光会入射至该斜面50的该下端部A，因此该区域A中的光量是该导光板34内最多的，并且这些光也很容易泄露出去。如图6A和图6B所示，从该区域A泄露的该光L3从该斜面50泄露至外部的地点相较于该光L2而言更接近该窗口55，但是由于该光L3会经过该位于下侧的棱镜片38a和该位于上侧的棱镜片38b，因此该光L3将会偏转至相较于该光L2而言更接近垂直的方向，最终该光L3将同样无法到达该窗口55，而是到达该遮光带39的该下表面并被该遮光带39吸收。
另外，如果该棱镜片38a的该下表面与该斜面50紧密接触，并且不设置该空气层56，则从该斜面50泄露的光量就增加了，但是在这种情况下，同样由于上述的该棱镜片38a和棱镜片38b的作用，从该斜面50泄露的光仍然会到达该遮光带39的下表面并被该遮光带39吸收，并且难以从该窗口55泄露出去。
由此在该面光源装置31中，发光区域中便很少会出现亮斑和亮度不均，从而该面光源装置的发光品质便增强了。
此外，如果在该斜面50上形成了微小的刮痕，则光会很容易从此泄露，但是由于该棱镜片38a并不与该斜面50的大部分区域接触，尤其是不与光量较多的该下端部A接触，所以便不太容易产生会导致光泄露的刮痕，因此能减少该发光区域的亮度降低。
接下来，通过简单地考察从该斜面50的下端处泄漏的光的光路，来考虑该扩散板37和该遮光带39的设置。图7示出了光L4的光路，该光L4以相对于该斜面50的法线N呈一角度θ4(入射角)的方向入射至该斜面50的该下端。实际上该导光板中的光具有不同的光线方向以及强度分布，因此统一处理是很困难的，但是可以通过简化地执行对一代表性的光线的追踪来得到各个要素之间大致的尺寸关系。
此处，着重考虑从光最容易泄漏的部分、即从该斜面50的下端处泄漏的光L4。假设该光L4以该入射角θ4入射至该斜面50，其中θ4略小于该导光板材料相对于该空气层的临界角。具体地，如果该导光板材料是聚碳酸酯树脂，则在与该空气层的界面上的临界角将约为39°，此时可以将比该临界角略小的该入射角θ4设为35°。
当从该斜面50泄露的光进入该扩散板37的端面时，该光就会在该扩散板37中传导，并且出现与现有技术类似的细长的亮度不均，因此在这里首先考虑能够使得从该斜面50泄露的光不进入该扩散板37的端面的条件。若想求解出能够使得从该斜面50泄露的光不进入该扩散板37的端面的条件，则仅需考虑从最接近该扩散板37的该斜面50的下端处泄漏的光即可。假设该斜面50的该倾斜角为γ且该导光板材料的折射率为n1，则从该斜面50的下端处泄露的光L4在该空气层56中的前进方向与该导光板主体49的上表面之间的夹角由公式1表示：
90°-γ-arcsin(n1·sinθ4)(公式1)
假设该扩散板37的厚度为f，则在该光L4离开该斜面50的该下端、继而在该空气层56中前进、直至该光L4到达该棱镜片38a的该下表面的这一过程中，通过将该光L4的前进距离在水平方向上投影而得到的水平距离b由公式2得到：
b＝f·tan(κ)(公式2)
其中κ＝γ+arcsin(n1·sinθ4)。
因此，如果该斜面50的下端与该扩散板37之间的水平距离c大于公式2中的水平距离b，则该泄露光L4将避开该扩散板37而进入该棱镜片38a。也就是说，
必须满足c＞f·tan(κ)。(公式3)
如果该入射角θ4为35°，该斜面50的倾斜角γ＝10°，该扩散板37的厚度f＝0.047mm，并且该导光板材料(聚碳酸酯树脂)的折射率n1＝1.59，如上所述，得到κ＝75.8°，因此公式3就变成了
c＞0.186mm。
因此，本实施例中c的取值便可以为0.20mm。
接下来考虑能够使得该光L4到达该遮光带39的下表面并被吸收的条件。这里将该棱镜片38a和棱镜片38b简化成一平板。入射至该棱镜片38a的该下表面的光L4的该入射角为：γ+arcsin(n1·sinθ4)，因此如果该棱镜片38a和棱镜片38b的折射率为n2，则经过该棱镜片38a和棱镜片38b的光L4与垂直于该棱镜片38a和棱镜片38b的方向之间的夹角(折射角)由公式4得到：
arcsin[(1/n2)sin(κ)](公式4)
因此，如果该棱镜片38a和棱镜片38b的厚度分别是g和h，则从该斜面50的该下端至该光L4到达该遮光带39的该下表面的位置之间的水平距离d由公式5得到：
d＝b+(g+h)×tan{arcsin[(1/n2)sin(κ)]}(公式5)
其中κ＝γ+arcsin(n1·sinθ4)。
实际上，经过该棱镜片38a的光除了会在该棱镜片38a的棱镜的作用下垂直向上偏转以外，同时该光也会在该棱镜片38b的棱镜的作用下垂直向上偏转，因此从该斜面50的该下端至该光L4到达该遮光带39的该下表面的位置之间的水平距离比以公式5表达的水平距离d要短。因此，只要从该斜面50的该下端至该遮光带39的该窗口55的该边缘之间的水平距离e大于d的值，便可以保证由该斜面50的下端泄露的光L4能够在该遮光带39的该下表面被吸收。也就是说，
e＞b+(g+h)×tan{arcsin[(1/n2)sin(κ)]}(公式6)
该水平距离b为0.186mm且κ的值为75.8°，因此如果该棱镜片38a和棱镜片38b由丙烯酸树脂制成，且折射率n2＝1.5，并且厚度g＝h＝0.062mm，则此时公式6就变成e＞0.27mm。
因此，本实施例中，e的取值便可以为0.30mm。
另外，该棱镜片38a和棱镜片38b的面积要尽可能宽大，但位于上侧的该棱镜片38b不能干涉到位于下侧的该棱镜片38a的倾斜部分。
进一步地，对其它的尺寸设定也加以记载：该光入射单元47的厚度D2＝0.50mm(或0.43mm)，该导光板主体49的厚度D1＝0.30mm(或0.20mm)，从该光入射端面41至该斜面50的该下端之间的水平距离a＝1.50mm。
在通过上述方式确定了该扩散板37的该端面的位置之后，将可以大大减少进入该扩散板37的该端面的光，从而减少亮度不均匀的情况。此外，通过上述方式确定直至该遮光带39的该窗口55的边缘为止的长度，将能够使得经过该棱镜片38a和棱镜片38b的大部分漏光到达该遮光带39并被吸收。特别地，在本实施例中，在该遮光带39上吸收从该斜面50泄露的光所需的必要长度(直至该斜面50的边缘为止的长度)可以比现有技术要短，因此该导光板主体49的该发光区域被该遮光带39所覆盖的区域变小，从而使得该发光区域的可用面积变大。
接下来说明该棱镜片38a和棱镜片38b的棱镜的脊线方向的角度。如图8A所示，当从垂直于该棱镜片38a和棱镜片38b的表面的方向观察时，如果位于下侧的该棱镜片38a的棱镜的脊线方向近似平行于与该光入射端面41相垂直的方向，并且位于上侧的该棱镜片38b的棱镜的脊线方向近似平行于该光入射端面41的方向，则当光从该斜面50泄露时，光相对于该棱镜片38a的棱镜表面的入射角增大，光在该棱镜表面上会发生回归反射，因该回归反射而向着该导光板34所在的一侧折返的光(在图8B中以La表示)会被该扩散板37扩散反射，并且其中的一部分将会到达该遮光带39的该窗口55的内侧而重新造成亮度不均。另外，如图8B中所示的光Lb那样地，通过了该扩散板37的光被该反射板32反射并返回，然后通过该扩散板37以及该棱镜片38a和棱镜片38b并照亮该发光区域，由此也导致了亮度不均。因此，为了避免发生上述的不良光学影响，需要将该棱镜片38a的棱镜的脊线方向从垂直于该光入射端面41的方向倾斜一较大的角度。
图10A示出了被置于该导光板34的该上表面上的该棱镜片38a，该棱镜片38a的棱镜的脊线方向与该垂线C形成夹角φ1，而该垂线C则垂直于该光入射端面41。进一步地，此处由该棱镜的脊线方向与该垂直于该光入射端面41的垂线C所形成的该夹角φ1不依赖于该棱镜的脊线的旋转方向，而是定义为从该垂线C起测得的0°以上、90°以下的夹角。也就是说，φ1的取值范围为0°≤φ1≤90°。另外，图10B示出了图10A中有光入射的该棱镜片38a的棱镜表面的该部分(X部分)的放大图。当从该斜面50泄露的代表性的光线进入该棱镜片38a时，在该棱镜片38a的内部，该光与一垂线G的夹角α＝40°，该垂线G垂直于该棱镜片38a的表面(或该导光板34的下表面)。进一步地，考虑光以与该垂线G所成夹角α＝40°的方向进入顶角为90°的该棱镜表面的情况。图9显示了在该棱镜片38a的内部当α＝40°的光入射至顶角为90°的该棱镜表面时的夹角φ1与入射角β之间的关系，该夹角φ1为该棱镜片38a的棱镜的脊线方向与该垂直于该光入射端面41的垂线C所形成的夹角，该入射角β是指以α＝40°的方向入射至该棱镜表面的该光的入射角。
如果该棱镜片38a是由丙烯酸树脂制成，则其折射率n2＝1.5，因此该棱镜表面与空气之间的界面上的临界角为
Figure BSA00000534090600191
因此，如图10A所示，如果该入射角β＜42°，则该光会在透过该棱镜表面后被该遮光带39吸收。与此相反地，如果该入射角β＞42°，则如同图8B中所示的光La和Lb那样地，光会在该棱镜表面上发生回归反射，而后从该遮光带39的该窗口55出射，由此造成亮斑和亮度不均。根据图9所示，为了使该入射角β＜42°，该棱镜的脊线方向的倾角φ1需为约30°以上，因此需要将该棱镜片38a倾斜设置、并使得该棱镜的脊线方向的倾角φ1为约30°以上、90°以下，以避免亮斑和亮度不均。
综合以上各方面考虑，在本实施例所述的该面光源装置31中，分别设置该棱镜片38a和棱镜片38b，以使该棱镜片38a和棱镜片38b的棱镜的脊线方向与该垂直于该光入射端面41的垂线C所形成的夹角均约为45°。
图11示出了将一液晶面板64叠置于该面光源装置31上而构成的一液晶显示装置61。在该液晶面板64中，液晶材料被一对玻璃基板夹持并被封装于该对玻璃基板之间，并且该液晶面板64的尺寸(面积)与该面光源装置31基本一致。该液晶面板64的上下表面上正对该导光板主体49的区域分别贴附有偏光板62和偏光板63。另外，位于该下表面一侧的该偏光板63的厚度等于该柔性印刷基板36的上表面与该棱镜片38b的棱镜上端之间的高度差。因此，当该液晶面板64被叠置且附着于该遮光带39上时，位于该下表面一侧的该偏光板63将能够被收纳于该面光源装置31的较低的部分处，并使得附着于该柔性印刷基板36的上表面处的那部分该遮光带39的该上表面与该偏光板63的该上表面的高度基本一致。因此，在水平方向上该液晶面板64能够被该柔性印刷基板36、该遮光带39以及该偏光板63稳定支持。
第二实施例
图12为本发明的第二实施例所述的一液晶显示装置66的概要截面图。在该液晶显示装置66中，该偏光板62和偏光板63的端部比该斜面50的下端更加缩进，以在该斜面50的上方、该棱镜片38a的该上表面处形成一空间。相应地，利用该空间，位于上侧的该棱镜片38b也可向着该斜面50的上方延伸而出。
如果该上下棱镜片38a和38b均如上所述地向着该斜面50的该上表面延伸而出，则在该光源35的附近从该斜面50泄露的光将会在该上下两个棱镜片38a和38b的作用下分别向上偏转，由此该泄露光将更容易被该遮光带39吸收。因此，光线将会变得难以从该窗口55泄露，由此便可以减少亮斑和亮度不均，从而发光品质便可以得到进一步提高。
第三实施例
图13A为本发明的第三实施例所述的一面光源装置的局部示意图。在该面光源装置中，该斜面50由多段具有不同倾斜角的平面(图13A中为两段平面)构成，其中该斜面50的中段部分突出。在这种结构下，该棱镜片38a的端面的端角从该斜面50上飞起，从而不与该斜面50接触，由此便可以避免像该斜面50是平面的情况中那样由于震动或冲击使得该棱镜片38a的端角撞击该斜面50从而在该斜面50上产生刮痕。这样，可以减少从该斜面50的该刮痕区域泄露的光，从而提高该面光源装置的发光品质。
另外，图13B示出了该第三实施例的一变型例。在该变型例中，该斜面50的沿着一与该导光板34的下表面以及该光入射端面41均垂直的平面的横截面为圆弧等曲面形状。在该变型例中，由于该棱镜片38a的该下表面与该斜面50平滑接触，因此该斜面50就更不容易被刮伤。
第四实施例
图14为本发明的第四实施例的一面光源装置中采用的该导光板34和该光源35的示意图。另外，图15为图14中所示的该导光板34的该光导入单元48的详细的斜投影图。
在本实施例中，在各个该光源35的前方设有该光导入单元48，该光导入单元48的上表面构成为圆锥状的斜面50。此外，在各个斜面50上放射状地形成沿着该斜面50的倾斜方向的V型槽71。虽然未在图中示出，但是在本实施例中，该棱镜片38a和棱镜片38b中的至少一个向该斜面50的该上表面延伸而出，并且重叠于该斜面50的上方。
在本实施例中，由于在该斜面50上形成有该V型槽71(放射状棱镜)，因此入射至该斜面50的光会在该V型槽71处发生回归反射，由此便可以减少从该斜面50泄露的光。另外，由于在该斜面50上形成有该V型槽71，因此向着该斜面50的上方延伸而出的该棱镜片与该斜面50之间将是线性接触的，从而可以减少接触面积。这样就减少了从斜面50泄露的光，同时也增强了该发光区域的发光亮度。此外，由于减少了该斜面50处的光泄露，因而减少了亮斑和亮度不均，从而改善了发光品质。
第五实施例
图16为本发明的第五实施例所述的一面光源装置的示意图。在该面光源装置中，一棱镜片72直接叠置于该导光板主体49的该上表面上，而该扩散板37则叠置于该棱镜片72上。具有三角形截面的棱镜形成于该棱镜片72的下表面上，并且该棱镜片72的端部从该导光板主体49的该上表面延伸向该斜面50的该上表面。例如，可以采用由三菱丽阳公司(Mitsubishi Rayon Co.，Ltd)制造的厚度为190μm、棱镜间距为50μm且棱镜顶角为68°的diamondart M 168YK作为该棱镜片72。该扩散板37的端部比该斜面50的下端更加缩进。
在棱镜形成于棱镜片上表面的情况下，在光经过该棱镜时的折射作用下，该光会偏转向垂直方向。与此相对地，在棱镜形成于棱镜片下表面的情况下，进入棱镜的光会在棱镜表面发生全反射，并由此被偏转向垂直方向。因此，由于该棱镜片72的棱镜形成于其下表面上，所以光线向着垂直方向偏转并发生汇聚的效率会更高。在一个例子中，与棱镜形成于棱镜片下表面的情况相比，将有约1.5倍的光被偏转向垂直方向。
因此，当采用在下表面上设置棱镜的棱镜片72时，从该斜面50泄露的光在通过该棱镜片72后会被高效地偏转向与该棱镜片72垂直的方向，从而到达该遮光带39的下表面并被该遮光带39吸收。因此，从该斜面50泄露的光将很难从该遮光带39的该窗口55泄漏至外部，这样就减少了亮斑和亮度不均，并改善了发光品质。
另外，从该发光区域发射的光通过该棱镜片72将在正面方向上高效地汇聚，这样就增强了该面光源装置的亮度。
另外，由于该棱镜片72具有较高的聚光能力，因此可以使该遮光带39的该窗口55的边缘靠近该斜面50。

Claims (10)

1.一种面光源装置，包括：
一导光板，该导光板包括一光入射端面、一厚度薄于该光入射端面的导光板主体以及一连接该导光板主体的光导入单元，该光导入单元的厚度从该光入射端面所在的一侧至该导光板主体所在的一侧逐渐变薄；
正对该光入射端面设置的光源；
设置于该导光板主体的发光侧的表面上的一扩散板以及一个或多个棱镜片；以及
一遮光带，该遮光带设置于该扩散板和该棱镜片的上方除了该导光板主体的发光区域以外的区域处；其中
该一个或多个棱镜片中的至少一个棱镜片向着该光导入单元的上表面延伸而出。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，
该扩散板置于该导光板主体的该发光侧的该表面上，两个该棱镜片叠置于该扩散板上，并且该两个棱镜片的棱镜形成于该两个棱镜片的与正对该扩散板的表面相对的表面上；并且
该两个棱镜片中的至少一个棱镜片向该光导入单元的该上表面延伸。
3.如权利要求2所述的面光源装置，其特征在于，该两个棱镜片叠置于该光导入单元的该上表面上。
4.如权利要求2所述的面光源装置，其特征在于，在延伸向该光导入单元的该上表面的该棱镜片与该光导入单元的该上表面之间形成有一空气层。
5.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，一个该棱镜片设置于该导光板主体的该发光侧的该表面上，该一个棱镜片的棱镜形成于该一个棱镜片的正对该导光板主体的表面上，该扩散板叠置于该一个棱镜片上。
6.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，该扩散板设置于远离该光导入单元与该导光板主体的边界的位置处。
7.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，该一个或多个棱镜片中的至少一个延伸的棱镜片的棱镜的脊线方向与垂直于该光入射端面的方向之间的夹角为30°以上、90°以下。
8.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，该光导入单元的该发光侧的该表面为一斜面。
9.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，该光导入单元的该发光侧的该表面由多个平面向外突出地形成。
10.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，该光导入单元的该发光侧的该表面由一曲面向外突出地形成。
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