CN102608692A - 导光板及面光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高亮度且可减少光源附近的入光不均的导光板。其具备：具有第一主面和位于第一主面相反侧的第二主面(12、14)、包围第一及第二主面(12、14)的多个侧面，且至少以一个侧面为入光面(10)的基体；配置在第一主面(12)上，且在与入光面(10)正交的方向上延伸的多个第一光学要素(16)；配置在第二主面(14)上，且在与入光面(10)平行的方向上延伸的多个第二光学要素(18)；以及配置在第二主面(14)的入光面(10)侧，且在与入光面(10)正交的方向上延伸的多个第三光学要素(20)。

Description

导光板及面光源装置

技术领域

本发明涉及从背面照射液晶显示元件等的导光板及面光源装置。

背景技术

液晶显示元件不会自己发光。因此，为了显示图像，需要向液晶显示元件的背面射出照明光的面光源装置。面光源装置具备引导从光源入射的光且从出光面出射的导光板。

面光源装置要求消除显示不均，且高亮度、高效率的性能。在目前最为普及的面光源装置中，为了防止显示不均，在导光板的出光面上配置有两枚向上棱镜片。另一方面，作为实现更高亮度高效率的面光源装置的方式，曾提出在导光板的出光面上使用向下棱镜片的方案(参照专利文献1及2)。

使用向下棱镜片的现有的面光源装置具备光源、导光板、反射部件、向下棱镜片以及扩散片。导光板与光源的发光面相对地配置。反射部件配置在导光板的下表面。向下棱镜片配置在导光板的上表面。扩散片配置在向下棱镜片上。

光源使用多个发光二极管(LED)等点光源。在导光板中，与光源相对地配置的一侧面为入光面，与入光面正交的一方的主面为出光面，另一方的主面为反射面。在反射面上设有在与入光面平行的方向上延伸的光学要素。为了照明光的均匀化，也可以在出光面上配置在与入光面正交的方向上延伸的多个细微的光学要素。

从光源出来的光从入光面被导入到导光板内。光在导光板内由反射面的光学要素反复进行反射，在达到临界角以上时通过出光面而出射到导光板外。出射到导光板外的光通过向下棱镜片向出光面的法线方向偏转，然后通过扩散片而放射。扩散片是为了防止与液晶显示元件的波纹而配置的。在不发生波纹的情况下，也可以不设置扩散片。

在使用了向下棱镜片的面光源装置中，通过使指向性强的光从导光板出射，来实现高亮度、高效率。为此，导光板中的光扩散较弱的入光面的附近，在与多个光源相对的各入光部发生明部，在入光部之间发生暗部，以及在入光部附近发生较强的亮线等入光不均。

为了改善入光不均，曾提出使光从导光板的下面出射，利用形成于反射部件的反射面上的光学要素再次使光向导光板反射的方法(参照专利文献3)。设在反射部件上的光学要素在与导光板的入光面附近对应的区域使用如使光扩散那样的形状。

另外，为了改善入光不均，采取了在导光板的入光面使光扩散，并使光均匀地入射到导光板内的方法。或者，也可以在导光板的出光面使光扩散，并使光从出光面均匀地出射。该场合，在入光面或者出光面上配置有通过喷砂处理等而加工出的粗面图形或透镜图形。利用在入光面使光扩散的方法，能够在某种程度上改善入光不均。但是，与现有的使用了两枚向上棱镜片的面光源装置的外观相比较，入光不均的改善不能说是充分的。

现有技术文献

专利文献1：特开2005-142078号公报

专利文献2：特开2008-218418号公报

专利文献3：国际公开2005/061957号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种高亮度且可降低光源附近的入光不均的导光板及面光源装置。

为了实现上述目的，本发明的第一方案是导光板，其要点是，具备：具有第一主面和位于第一主面相反侧的第二主面、包围第一及第二主面的多个侧面，且至少以一个侧面为入光面的基体；配置在第一主面上，且在与入光面正交的方向上延伸的多个第一光学要素；配置在第二主面上，且在与入光面平行的方向上延伸的多个第二光学要素；以及配置在第二主面的入光面侧，且在与入光面正交的方向上延伸的多个第三光学要素。

本发明的第二方案是对液晶显示元件进行照射的面光源装置，其要点是，具备：本发明第一方案的导光板；与入光面相对向地配置的光源；形成有多个棱镜列的主面以面向第一主面的方式配置的棱镜片；以及面向第二主面配置的反射部件。

本发明的第三方案是对液晶显示元件进行照射的面光源装置，其要点是，具备：本发明第一方案的导光板；与入光面相对地配置的光源；面向第一主面配置的反射部件；以及形成有多个棱镜列的主面以面向第二主面的方式配置的棱镜片。

本发明的效果如下。

本发明能够提供高亮度且可降低光源附近的入光不均的导光板及面光源装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的面光源装置的一例的概略侧视图。

图2是表示本发明的实施方式的导光板的一例的俯视图。

图3是表示图2所示的导光板的A-A剖面的一例的图。

图4是表示图2所示的导光板的A-A剖面的其他例的图。

图5是图2所示的导光板的仰视图。

图6是表示图5所示的导光板的B-B剖面的一例的图。

图7是表示图5所示的导光板的C-C剖面的一例的图。

图8是表示图5所示的导光板的C-C剖面的其他例的图。

图9是表示图5所示的导光板的C-C剖面的其他例的图。

图10是表示图5所示的导光板的C-C剖面的其他例的图。

图11是表示本发明的实施方式的面光源装置的其他例的概略侧视图。

图中：

1-光源，3-导光板，4-基体，5-棱镜片，7-反射部件，9-扩散片，10-入光面，12-第一主面，14-第二主面，16-第一光学要素，18-第二光学要素，20-第三光学要素，22-第一斜面，24-第二斜面，26-棱镜列，30-显示区域，32-入光区域。

具体实施方式

其次，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分附注同一或类似的符号。但是，附图只是示意图，应该注意厚度与平面尺寸的关系、各层的厚度的比率等与实际部件不同。因此，具体的厚度及尺寸应该参考以下的说明来判断。此外，不言而喻，也包含附图彼此间彼此尺寸的关系及比率不同的部分。

此外，以下所示的实施方式是举例说明用于将本发明的技术思想具体化的装置及方法的实施方式，本发明的技术思想并不是将构成部件的材质、形状、结构、配置等特定于下述范围。本发明的技术思想在技术方案的保护范围内能够加以各种变更。

图1表示本发明的实施方式的面光源装置的一例。具备光源1、导光板3、棱镜片5、扩散片9、反射部件7。导光板3具备基体4、设置在基体4的第一主面12上的多个第一光学要素16、设置在与第一主面对置的第二主面14上的多个第二光学要素18以及多个第三光学要素20。将从入光面10至用面光源装置照射的液晶显示元件的显示区域30的入光面10侧的端部为止的宽度L的区域作为入光区域32。

光源1以面向导光板3的入光面10的方式配置。棱镜片5以形成有多个棱镜列26的主面面向作为导光板3的出光面的第一主面12的方式配置。扩散片9以隔着棱镜片5而与导光板3相对的方式配置。反射部件7以面向作为导光板3的反射面的第二主面14的方式配置。

如图2及图5所示，导光板3使用大致矩形形状的基体4。将包围基体4的第一及第二主面12、14的四个侧面中的一个侧面作为入光面10。与入光面10相对向地配置有多个例如三个光源1。在以下的说明中，虽然使用矩形形状的基体4进行说明，但对于基体4的形状不作限定。例如，作为基体4，也可以使用四边形以上的多边形。另外，也可以将基体4所使用的多边形的多个侧面作为入光面来使用。

作为基体4，使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)等透明的热塑性塑料。导光板3的第一～第三光学要素16、18、20利用注射模塑成形法等形成于基体4上。

在导光板3的入光面10上，设有使从光源1射出的光向与行进方向大致正交方向扩展的各向异性扩散光学图形。各向异性扩散光学图形例如以波状、圆弧状、V字状等图形向导光板3的厚度方向延伸的方式设置。尤其是波状图形由于扩散性强，能够抑制亮线的发生，因而较为理想。

如图2所示，在基体4的第一主面12上设有在与入光面10正交的方向上延伸的多个第一光学要素16。多个第一光学要素16设置在第一主面12的整个面上。如图3所示，各第一光学要素16优选与入光面10平行地切出的剖面形状为具有顶角θ的等腰三角形的突起。顶角θ优选为大于90度且不足140度的范围。另外，多个第一光学要素16优选包含具有在大于90度且不足140度的范围内的两个以上、最好是三个以上不同的多个顶角θ的等腰三角形。还有，作为第一光学要素，如图4所示，在使用了槽形状的情况下也能够起到同等的效果。

第一光学要素16使在导光板3的内部传播的光、即向与入光面10平行的方向倾斜的光接近正面方向(出光面的法线方向)并从导光板3出射，具有增加正面方向的光量的功能。通过使顶角θ为大于90度且不足140度的范围，能够有效地增加正面方向的光量，能够实现高亮度的导光板。另外，通过使用顶角θ具有大于90度且不足140度的范围内的不同顶角θ的多个等腰三角形，能够调整正面方向的光量，使指向性变弱或变强，可以实现任意的光出射特性。

另外，多个第一光学要素16的高度为5μm以上，更优选为6μm以上。第一光学要素16的高度不足5μm时，容易发生与面向第一主面12配置的棱镜片5的贴紧，容易发生显示缺陷。

如图5所示，在基体4的第二主面14上设有在与入光面10平行的方向上延伸的多个第二光学要素18、以及在与入光面10正交的方向上延伸的多个第三光学要素20。多个第二光学要素18设置在第二主面的整个面上。如图1及图5所示，多个第三光学要素20设置在从入光面10起到在朝向显示区域30侧的方向上超出入光区域32与显示区域30的边界宽度DL的位置为止的区域中。

如图6所示，多个第二光学要素18各自在与入光面10垂直地切出的剖面中，优选具有第一斜面22及第二斜面24的突起形状。朝向导光板3内部的法线与平行于入光面10的面相交的斜面为第一斜面22，与平行于入光面10的面不相交的斜面为第二斜面24。在垂直于入光面10的方向上的第一斜面22的宽度优选为60μm～一百几十μm的范围。第一斜面22与入光面10的法线所成的角度α优选为大于0.5度且不足5度的范围，最好是大于0.5度且不足3度的范围。第二斜面24与入光面10的法线所成的角度β优选为大于50度且不足80度的范围，最好是大于70度且不足80度的范围。

角度α为5度以上时，导致在入光面10侧出射较多的光。角度α为0.5度以下时，具有在与入光面相对的侧面侧出射较多的光的倾向。因此，在面光源装置中为了使面内均匀地发光，优选使角度α为大于0.5度且不足5度的范围。

若角度β为50度以下，则由与入光面10相对的侧面反射后的光由第二斜面24反射，在比预定角度倾斜的方向上出射到导光板3外。因此，从斜向观察面光源装置时，发生局部产生明亮的部分的显示不良状况。另外，若使角度β为80度以上，则具有以下倾向，即、在注射模塑成形时，第二光学要素18的角部分被模具抓住，发生崩碎等成形不良状况。

另外，多个第二光学要素18的高度为5μm以上，更优选为6μm以上。第二光学要素18的高度不足5μm时，容易发生与面向第二主面14配置的反射部件7的贴紧，容易发生显示缺陷。

如图5及图7，多个第三光学要素20各自与入光面10平行地切出的剖面形状优选为具有底角η的等腰三角形的突起形状。底角η优选大于20度且不足45度的范围。第三光学要素20与第一光学要素16相同，使在导光板3的内部传播的光、即向与入光面10平行的方向倾斜的光接近正面方向(出光面的法线方向)并从导光板3出射，具有增加正面方向的光量的功能。通过使第三光学要素20的底角η为大于20度且不足45度的范围，能够有效地增加正面方向的光量。

另外，如图1所示，多个第三光学要素20配置在从入光面10起到在朝向显示区域30内的方向上超出与显示区域30的入光面10侧的端部相对应的位置4mm以内的宽度DL的位置为止的区域中。即、由于通常的液晶显示装置的入光区域32的宽度L为4mm，因此配置有第三光学要素20的区域的距离入光面10的宽度幅(L+DL)在与入光面10正交的方向为4mm以上且8mm以内的范围。若宽度DL超过4mm，则会看到配置有第三光学要素20的区域和未配置第三光学要素20的区域的边界，容易发生显示缺陷。

另外，多个第三光学要素20的高度在入光面10的端部为10μm～15μm，并朝向显示区域30逐渐变低，在幅(L+DL)大致成为0。之所以使第三光学要素20的高度在入光面10的端部为10μm～15μm，是为了平衡后述的与第一及第三光学要素16、20的斜面比例，将第三光学要素20配置在宽度(L+DL)内。通过使第三光学要素20的高度在入光面10的附近变高，能够降低入光面10附近的显示不均。

作为第三光学要素20，使用突起形状进行了说明，但如图8所示，即使是与入光面10平行地切出的剖面为具有底角η的等腰三角形的槽，也能够起到与突起的情况同等的效果。另外，如图9或图10所示，即使与入光面10平行地切出的剖面形状为具有底角η的等腰梯形的突起或槽，也能够起到与使用了等腰三角形的突起或槽的情况同等的效果。

在实施方式的导光板3中，光源1出来的光通过入光面10而被导入导光板3内。导光板3内行进的光由第二主面14的第二光学要素18的第一斜面22反复进行反射。在第一主面12达到临界角以上的光从导光板3朝向棱镜片5出射。在第二主面14达到临界角以上的光从导光板3朝向反射部件7出射，由反射部件7反射并通过第二主面14，再次被导入导光板3内。

在导光板3内行进并到达第一主面12的光与第一主面12平坦部相比，在第一光学要素16的斜面通过屈折而向导光板3外出射的机会较多。同样，到达第二主面14的光与第二主面的第二光学要素18的第一斜面22相比，在第三光学要素20的斜面通过屈折而向导光板3外出射的机会较多。例如，在入光区域32，若第一及第三光学要素16、20的斜面的比例小，则入光区域32会变暗。与此相对，在入光区域32，若第一及第三光学要素16、20的斜面的比例大，则入光区域32会变得明亮。即、为了抑制入光区域32中的显示不均，需要适当地设定第一及第三光学要素16、20的斜面的比例。

在一般的面光源装置中，从入光面到显示区域的距离，即入光区域的宽度大约是4mm。若考虑公差等，则需要使在从入光面到超出3mm的区域中不发生显示不均。而且，通常情况下，多个光源的间隔为6mm～15mm的范围。由此，将多个光源1的间隔设为6mm～15mm，利用光学模拟算出在从入光面10起至与入光面10相距3mm的位置为止的区域中能够抑制显示不均的斜面比例。其结果，确认了在斜面比例为10％以上、60％以下的范围能够抑制显示不均。在此，将“斜面比例”定义为，在从入光面10起至与入光面10相距3mm的位置为止的对象区域中，将第一及第二主面12、14投影到与入光面10正交的平面上时，多个第一光学要素16的投影面积相对于对象区域的投影面积的百分比与多个第三光学要素20的投影面积相对于对象区域的投影面积的百分比的算术平均值。

如上所述，在实施方式的导光板3中，在第二主面14的入光面10侧上，配置在与入光面10正交的方向上延伸的第三光学要素20。通过将第三光学要素20配置在从入光面10起到在入光面10正交的方向上与入光面10相距4mm以上且8mm以内范围的位置的区域、即从入光面10起到在朝向显示区域30内的方向上超出与显示区域30的入光面10侧的端部相对应的位置4mm以内的位置为止的区域，从而能够抑制显示不均。另外，在从入光面10起到与入光面10相距3mm的位置为止的对象区域中，通过使第一及第三光学要素16、20的斜面比例为10％以上、601％以下的范围，能够抑制显示不均。

另外，在实施方式的面光源装置中，形成有多个棱镜列26的主面与导光板3相对配置且棱镜片5配置在扩散片9与导光板3之间。其结果，能够实现高亮度、高效率的面光源装置。

此外，在上述的说明中，如图1所示，将导光板3的第一主面12作为出光面、将第二主面14作为反射面。但是，如图11所示，即使将第二主面14作为出光面并面向棱镜片5地配置，也能够得到同等的效果。该场合，从第一主面12出射的光由面向第一主面12的反射部件7反射，再次被导入导光板3内。

(其他实施方式)

如上所述，本发明通过本发明的实施方式进行了记载，但不应该理解为构成该公开的一部的论述及附图限定了本发明。根据该公开，本领域人员很清楚各种代替实施方式、实施例及运用技术。因此，根据上述的说明，本发明的技术范围仅由妥当的技术方案的保护范围所涉及的发明特定事项决定。

产业上的可利用性

本发明的导光板及面光源装置能够用于便携式电话、游戏设备、电子笔记本、车辆导航仪、笔记本PC、TV等的液晶显示装置等。

Claims (14)

1.一种导光板，其特征在于，具备：

具有第一主面和位于第一主面相反侧的第二主面、包围上述第一及第二主面的多个侧面，且至少以一个侧面为入光面的基体；

配置在上述第一主面上，且在与上述入光面正交的方向上延伸的多个第一光学要素；

配置在上述第二主面上，且在与上述入光面平行的方向上延伸的多个第二光学要素；以及

配置在上述第二主面的上述入光面侧，且在与上述入光面正交的方向上延伸的多个第三光学要素。

2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，

上述多个第三光学要素各自的与上述入光面平行地切出的剖面形状是具有大于30度且不足50度的范围的底角的等腰三角形。

3.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，

上述多个第三光学要素各自的与上述入光面平行地切出的剖面形状是具有大于20度且不足45度的范围的底角的等腰梯形。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的导光板，其特征在于，

上述多个第三光学要素各自为突起或槽。

5.根据权利要求1～4任一项中所述的导光板，其特征在于，

上述多个第三光学要素从上述入光面沿与上述入光面正交的方向延伸到4mm以上且8mm以内的范围的位置。

6.根据权利要求5所述的导光板，其特征在于，

在从上述入光面起到与上述入光面相距3mm的位置为止的对象区域中，将上述第一及第二主面投影到与上述入光面正交的平面上时，上述多个第一光学要素的投影面积相对于上述对象区域的投影面积的百分比与上述多个第三光学要素的投影面积相对于上述对象区域的投影面积的百分比的算术平均值在10％以上且60％以下的范围。

7.根据权利要求1～6任一项中所述的导光板，其特征在于，

在上述多个第二光学要素各自的与上述入光面垂直地切出的剖面中，具有朝向上述基体内部的法线与上述入光面相交的第一斜面与上述第一斜面相对的第二斜面，上述第一斜面与上述入光面的法线所成的角度在大于0.5度且不足5度的范围，上述第二斜面与上述入光面的法线所成的角度在大于50度且不足80度的范围。

8.根据权利要求1～7任一项中所述的导光板，其特征在于，

上述多个第一光学要素各自的与上述入光面平行地切出的剖面形状是具有大于90度且不足140度的范围的顶角的等腰三角形。

9.根据权利要求1～7任一项中所述的导光板，其特征在于，

上述多个第一光学要素的与上述入光面平行地切出的剖面形状包含具有大于90度且不足140度的范围的不同顶角的多个等腰三角形。

10.根据权利要求1～9任一项中所述的导光板，其特征在于，

上述多个第一光学要素各自为突起或槽。

11.一种面光源装置，是对液晶显示元件进行照射的面光源装置，其特征在于，具备：

权利要求1～10任一项中所述的导光板；

与上述入光面相对向地配置的光源；

形成有多个棱镜列的主面以面向上述第一主面的方式配置的棱镜片；以及

面向上述第二主面配置的反射部件。

12.一种面光源装置，是对液晶显示元件进行照射的面光源装置，其特征在于，具备：

权利要求1～10任一项中所述的导光板；

与上述入光面相对向地配置的光源；

面向上述第一主面配置的反射部件；以及

形成有多个棱镜列的主面以面向上述第二主面的方式配置的棱镜片。

13.根据权利要求11或12所述的面光源装置，其特征在于，

上述多个第三光学要素配置在从上述入光面起到在朝向显示区域内的方向上超出与上述液晶显示元件的显示区域的上述入光面侧的端部相对应的位置4mm以内的位置为止的区域。

14.根据权利要求13所述的面光源装置，其特征在于，

在从上述入光面起到与上述入光面相距3mm的位置为止的对象区域中，将上述第一及第二主面投影到与上述入光面正交的平面上时，上述多个第一光学要素的投影面积相对于上述对象区域的投影面积的百分比与上述多个第三光学要素的投影面积相对于上述对象区域的投影面积的百分比的算术平均值在10％以上且60％以下的范围。

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