CN103307510B - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种面光源装置，能够降低光源附近的亮度变化而无需降低光出射图案的强度。布置光源并形成光出射图案。所述光出射图案反射在导光板中引导的光并将所述光输出。在通过所述光出射图案的中心轴的截面内的所述光出射图案的多个切线的多个倾斜角中，所述切线的最大的倾斜角被定义为所述光出射图案的最大倾斜角。同时，在设置在所述导光板内的所述光出射图案中，最大倾斜角在光入射表面附近的区域中随着离所述光入射表面的距离的增加而减小，以及所述最大倾斜角在远离所述光入射表面附近的区域中随着离所述光入射表面的距离的增加而减小或保持不变。

Description

面光源装置

技术领域

本发明涉及一种面光源装置，尤其涉及一种用作液晶显示器的背光源的面光源装置。

背景技术

图1A是示出当从下表面侧观看面光源装置时传统示例的面光源装置的视图。图1B是示出传统示例的面光源装置的侧视图。在面光源装置11中，多个光源12被布置为面向导光板13的光入射表面14。导光板13使用高折射率的透明树脂而被形成为平板状，并且多个球形光出射图案17突出在光出射表面15的相反表面（下表面16）上。例如，日本未审查专利公开第11-281976号公开了这种面光源装置。

图2A和图2B示出了在图1A和图1B的面光源装置11中光出射图案17的最大倾斜角（maximum inclined angle）减小的情况。如在本文所使用的，光出射图案的最大倾斜角是指在通过光出射图案的中心轴的截面或与通过光出射图案的中心轴的截面平行的截面中被引至（draw to）光出射图案的表面的切线的倾斜角中的最大的倾斜角。例如，在图1A和图1B以及图2A和图2B的球形光出射图案中，最大倾斜角为被引至光出射图案17的一端的切线相对于水平面的倾斜角。如图2A和图2B所示，对于光出射图案17的小的最大倾斜角，从光源12入射到导光板13的光通过光出射图案17难以在每个方向上被散射，因此不能够充分地获得混光效果。因此，光源12前面的部分变亮，而在光源12之间的区域中产生暗部D，并且在光源12附近产生亮度变化。同时，光出射图案17具有高强度。

图3A和图3B示出了在图1A和图1B的面光源装置11中光出射图案17的最大倾斜角增加的情况。如图3A和图3B所示，对于光出射图案17的大的最大倾斜角，从光源12入射到导光板13的光通过光出射图案17易于在每个方向上被散射，因此增强了混光效果。因此，在光源12附近几乎没有产生亮度变化。同时，当光出射图案17的最大倾斜角增加到亮度变化不明显的程度时，提高光出射图案17的纵横比来降低强度。在将面光源装置用作液晶显示器的情况下，当用手指按压液晶显示器的表面时，光出射图案17可能会被压坏（crush）。

因此，在光出射图案17的最大倾斜角增加和减小的情况下都存在实际问题。

发明内容

鉴于上述技术问题而提出本发明，本发明的一个目的在于提供一种面光源装置，其能够降低光源附近的亮度变化而无需减小面光源装置中的光出射图案的强度，其中通过光出射表面输出光的光出射图案形成在导光板中。

根据本发明的一个方案，一种面光源装置包括：光源；以及导光板，通过光入射表面引导从光源发出的光以通过光出射表面将所发出的光输出到外部，其中导光板包括位于光出射的表面及其相反表面中的至少一个上的光出射图案，该光出射图案通过光出射表面输出在导光板中的光，以及在通过光出射图案的中心轴的截面内的光出射图案的切线的倾斜角中的最大倾斜角在光入射表面附近的区域中随着离光入射表面的距离的增加而减小，以及该最大倾斜角在远离光入射表面附近的区域的区域中随着离光入射表面的距离的增加而减小或保持不变。

在本发明的面光源装置中，光出射图案的最大倾斜角在光入射表面附近的区域中相对增大，这是因为光出射图案的最大倾斜角随着离光入射表面的距离的增加而完全减小。因此，在光入射表面附近的区域中光的散射程度被提高为使得几乎不产生亮度变化。在远离光入射表面的区域中，由于光出射图案的最大倾斜角减小，能够提高光出射图案的强度，因此光出射图案几乎不会被压坏。

在根据本发明的面光源装置中，在光出射图案的最大倾斜角中，最大（largest）的最大倾斜角的范围为25°到40°。因此，可以减小光入射表面附近的亮度变化以获得良好的视觉质量。

在根据本发明的面光源装置中，多个光源被期望布置为面向光入射表面，以及在离最接近于光入射表面的光出射图案的距离等于多个光源当中的两个光源之间的间隔的区域中，光出射图案的最大倾斜角期望大于所有光出射图案的最大倾斜角的最小值。当光出射图案的最大倾斜角在离最接近于光入射表面的光出射图案的该距离内达到最小值时，光的散射程度不足，并且在光入射表面附近的区域中获得的抑制亮度变化的效果不足。

在根据本发明的面光源装置中，光出射图案的最大倾斜角随着离光入射表面的距离的增加而平滑地改变。因此，光出射图案的变化变得不明显，并且光出射图案几乎不会被压坏。

在根据本发明的面光源装置中，光出射图案的最大倾斜角从这样的位置到这样的端部保持不变，其中该位置和该端部位于距离光入射表面更远的导光板的一侧上。因此，可以防止光出射图案的最大倾斜角在远离光入射表面的区域中过度地减小。

在根据本发明的面光源装置中，在位于与在导光板中形成光出射图案的表面相反的一侧上的表面中，面向光出射图案的区域被形成为平滑表面或具有0.1μm或更小的算术平均粗糙度的粗糙表面。因此，可以从位于与形成有光出射图案的表面相反的一侧上的表面添加或去除散射光的功能。

用于解决本发明中的问题的装置的特点是可适当地组合上述组成部分，并且可以通过这些组成部分的组合在本发明中作出许多改变。

附图说明

图1A是示出传统示例的面光源装置的示意性仰视图；

图1B是示出传统示例的面光源装置的示意性侧表面图；

图2A和图2B是示出光出射图案的最大倾斜角减小的传统面光源装置的示意性仰视图和示意性侧视图；

图3A和图3B是示出光出射图案的最大倾斜角增加的传统面光源装置的示意性仰视图和示意性侧视图；

图4A是示出根据本发明的第一实施例的面光源装置的示意性平面图；

图4B是示出根据本发明的第一实施例的面光源装置的示意性仰视图；

图5A是图4A和图4B的面光源装置的示意性侧视图；

图5B是示出图5A的面光源装置的光出射图案的放大的侧视图；

图5C是示出光出射图案的最大倾斜角的视图；

图6是示出距离光源的距离和光出射图案的最大倾斜角之间的关系的视图；

图7是示出光出射图案的最大倾斜角和导光板的视觉质量之间的关系的视图；

图8A到图8D是示出具有各种形状的光出射图案的视图；

图9A是示出具有大的最大倾斜角的光出射图案及其轮廓的视图；

图9B是示出具有小的最大倾斜角的光出射图案及其轮廓的视图；

图10A是示出根据本发明的第二实施例的面光源装置的示意性平面图；

图10B是示出根据本发明的第二实施例的面光源装置的示意性仰视图；

图10C是示出根据本发明的第二实施例的面光源装置的示意性侧视图；

图11A是示出根据本发明的第三实施例的面光源装置的示意性平面图；

图11B是示出根据本发明的第三实施例的面光源装置的示意性仰视图；

图11C是示出根据本发明的第三实施例的面光源装置的示意性侧视图；

图11D是示出根据本发明的第三实施例的面光源装置的示意性端视图；以及

图12是示出根据本发明的第四实施例的面光源装置和放大的后表面的两点的示意性侧视图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。然而，本发明不限于以下实施例，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种设计改变。

（第一实施例）

下面，将对根据本发明的第一实施例的面光源装置31进行描述。图4A是第一实施例的面光源装置31的示意性平面图，以及图4B是面光源装置31的示意性仰视图。

面光源装置31包括光源32和导光板33。光源32包括位于其中的一个或多个LED（芯片）。在光源32中，LED发射光用以将白光从前表面的光出射窗口（发射表面）输出。

在导光板33中，上表面和下表面形成为彼此平行的平板形状。使用高折射率的透明树脂（例如，丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂（PC）、环烯烃基材料以及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））一体形成导光板33。导光板33的上表面构成光出射表面35。如图4A所示，在第一实施例中，光出射表面35是平滑的平面。

导光板33的光入射表面34与光出射表面35垂直，并且光源32在面向光入射表面34的位置中以恒定间隔P进行排列。

如图4B所示，许多微小的光出射图案37密集地形成在导光板33的下表面36中。在光出射图案37中，分布密度（数量密度）随着离光入射表面34的距离的增加而逐渐增加。光出射图案37在光入射表面34附近呈相对低的密度进行分布，而在距离光入射表面34更远的一侧上呈相对高的密度进行分布。

图5A是面光源装置31的示意性侧视图，以及图5B是示出设置在导光板33的下表面中的光出射图案37的放大图。如图5B中的光出射图案37a、37b、37c、……所示，光出射图案37的形状从光入射表面34的那侧朝向相反侧逐渐变化。也就是说，在光入射表面34附近的区域中，光出射图案37的最大倾斜角逐渐减小，且光出射图案37的纵横比也逐渐减小。在远离光入射表面34附近的区域的区域中，光出射图案37的最大倾斜角逐渐减小或保持不变，且光出射图案37的纵横比也逐渐减小或保持不变。如此处所用的，光出射图案37的最大倾斜角表示在通过光出射图案的中心轴的截面中被引至图5C的光出射图案的表面的切线的倾斜角中的最大倾斜角α。例如，就图5C的球形光出射图案而言，形成在水平表面和被引至光出射图案37的一端的切线f之间的倾斜角成为最大倾斜角α。

由于第一实施例的面光源装置31具有上述结构，如图5A所示，从光源32发出的光从光入射表面34入射到导光板33。入射到导光板33的光在被引导的同时通过导光板33的上表面和下表面被反复地反射，并且被光出射图案37反射的那部分光从光出射表面35输出到外部。当从与光出射表面35垂直的方向观看时，被光出射图案37反射的光被水平散射，如图4B所示。特别地，在光入射表面34附近的区域内被光出射图案37散射的光中，光引导方向极大地被弯曲，这是因为在光入射表面34附近的区域中光出射图案37具有大的最大倾斜角。因此，增强了在光入射表面34附近的区域中的混光效果，降低了在光入射表面34附近的区域中的亮度变化，因此可以防止光源32之间的暗部。另一方面，在远离光入射表面34附近的区域的区域中，由于在光出射图案37的最大倾斜角减小的同时光出射图案37的纵横比也减小，因此即使对面光源装置31施加压力，光出射图案37也几乎不会被压坏。

由于光出射图案37的最大倾斜角根据离光入射表面34的距离而平滑地改变，因此在光出射图案37的高度上不会产生明显的差异，且光出射图案37的高度平滑地变化。因此，光出射图案37在高度上的变化不明显，且光出射图案37难以被压坏。

在面光源装置31中，在离最接近于光入射表面34的光出射图案37a的距离x小于或等于光源32的间隔P（参见图5A）的区域中，光出射图案37的最大倾斜角α大于所有光出射图案37中的最大倾斜角的最小值。也就是说，当离最接近于光入射表面34的光出射图案37a的距离小于光源32的间隔P时，光出射图案37的最大倾斜角α设计为不会变成最小值。当光出射图案37的最大倾斜角α在距离x处于光源32的间隔P之内时达到最小值时，光散射的程度不是足够的，并且在光入射表面34附近的区域中不能充分地抑制亮度变化的效果。

图6示出光出射图案37的最大倾斜角α的变化的示例。在该示例中，光源32的间隔P设定为5.5mm。光出射图案37的最大倾斜角α平滑地改变，并且最大倾斜角α平滑地减小直到远离光源32大约20mm，这远远超出了光源32的间隔P。光出射图案37的最大倾斜角α在距离光源32大约20mm或更远的距离处保持基本不变。

在第一实施例的面光源装置中，由于光出射图案37的最大倾斜角在光源32附近增加，因此增强了光散射效果。如图4B的箭头所示，由于入射到导光板33的光极大地被散射从而增强了光入射表面34附近的混光效果，因此光源32附近的区域中的亮度变化得以降低，且面光源装置均匀地发亮。另一方面，虽然光出射图案37的最大倾斜角在远离光源32的区域中减小，但是由于光出射图案37的高分布密度的原因光可以被充分地散射且面光源装置可以均匀地发亮。光出射图案37的最大倾斜角随着离光源32的距离的增加而减小，且光出射图案37的纵横比也减小。因此，光出射图案37几乎不会通过按压被压坏。由于光出射图案37的最大倾斜角在特定距离（大约20μm）或更远处保持不变，因此，光出射图案37的最大倾斜角在光入射表面34的相反侧上的端部中不会过度地减小。

图7示出了在光出射图案37的最大倾斜角中最大的最大倾斜角和视觉质量之间的关系。图7的水平轴表示在光出射图案37的最大倾斜角当中最大的最大倾斜角，即，最接近于光入射表面34的光出射图案37（37a）的最大倾斜角。图7的垂直轴表示通过多人的视觉（visual sense）所评价的在光源32附近的区域中的视觉质量（亮度变化）。作为产品的视觉质量在视觉质量高于图7的水平线K时得以充分保证，而在其低于水平线K时被评价为有问题。因此，从图7可以看出，可以发现在光出射图案37的最大倾斜角当中最大的最大倾斜角范围从25°到40°。当最大的最大倾斜角小于25°时，由于低混光效果而在光源之间产生暗部，而当最大的最大倾斜角大于40°时，在光源之间产生亮部，从而降低了视觉质量。

虽然图5示出了球形光出射图案37，然而光出射图案37不限于球面形状。例如，图8A示出了在圆锥形光出射图案37中具有大的最大倾斜角的光出射图案37a和具有小的最大倾斜角的光出射图案37f。图8B示出了在具有圆形前端（leading end）的大致圆锥形光出射图案37中具有大的最大倾斜角的光出射图案37a和具有小的最大倾斜角的光出射图案37f。图8C示出了在正方棱锥（square-pyramid）形的光出射图案37中具有大的最大倾斜角的光出射图案37a和具有小的最大倾斜角的光出射图案37f。图8D示出了在椭圆形光出射图案37中具有大的最大倾斜角的光出射图案37a和具有小的最大倾斜角的光出射图案37f。

图9A示出了在光入射表面34附近的区域中具有大的最大倾斜角的光出射图案的显微镜照片以及在实际制作的光出射图案37中光出射图案的截面轮廓（在水平和垂直刻度上的单位是μm）。图9B示出了在充分远离光入射表面34的区域中具有小的最大倾斜角的光出射图案的显微镜照片以及在实际制作的光出射图案37中光出射图案的截面轮廓（在水平和垂直刻度上的单位是μm）。

（第二实施例）

图10A是示出根据本发明的第二实施例的面光源装置41的示意性平面图。图10B是示出面光源装置41的示意性仰视图。图10C是示出面光源装置41的示意性侧视图。在第二实施例的面光源装置41中，将具有0.1μm或更小的算术平均粗糙度（Ra）的粗糙表面42用作光出射表面35。由于其它配置与第一实施例的面光源装置31相同，因此通过引用与第一实施例相同的附图标记（同样适用于其它实施例）来省略该说明。

在第二实施例中，由于将粗糙表面42用作光出射表面35，因此从光出射表面35输出的光可以被散射为使方向性图案变宽。对0.1μm或更小的算术平均粗糙度（Ra）进行限制的原因是：防止由于在粗糙表面42上的散射过大而使得正面亮度（front luminance）过度降低。在第二实施例中，不必在光出射表面35上叠置扩散片。因此，可以减小面光源装置41的厚度，并且也可以实现成本降低。

（第三实施例）

图11A是示出根据本发明的第三实施例的面光源装置46的示意性平面图。图11B是示出面光源装置46的示意性仰视图。图11C是示出面光源装置46的示意性侧视图。图11D是示出面光源装置46的示意性端视图。

在第三实施例的面光源装置46，双面凸透镜47形成在导光板33的光出射表面35上。在双凸透镜47中，透镜表面在与光入射表面34垂直的方向上延伸，且透镜表面布置在宽度方向上。从光出射表面35输出的光的方向性图案可以通过设置双面凸透镜47而在导光板33的宽度方向上变宽。

（第四实施例）

图12是根据本发明的第四实施例的面光源装置51的示意性侧视图。在第四实施例的面光源装置51的导光板33中，光引入部件53设置在薄板状导光板主体52的端表面中，使得能够被延续性地接合（join）至导光板主体52。

光引入部件53是在导光板33中的厚的基本上为楔形的部分，并且光源32被布置为使得能够面向作为光引入部件53的端表面的光入射表面34。光引入部件53的端表面的厚度等于或大于光源32的光出射窗口的高度。

倾斜表面54形成在光引入部件53的上表面（位于与光出射表面35同侧的表面上）中。倾斜表面54从光入射表面34附近具有最大厚度的部分朝向导光板主体52的那端倾斜。带状的倾斜表面54从导光板33的一侧边缘延伸到另一侧边缘。

在面光源装置51中，光引入部件53的端表面的厚度等于或大于光源32的光出射窗口的高度。因此，从光源32输出的光从光入射表面34有效率地入射到光引入部件53以提高面光源装置51的光利用效率。入射到厚的光引入部件53的光被倾斜表面54和光引入部件53的下表面所反射，被引导至薄的导光板主体52，并从导光板主体52的光出射表面35输出。因此，在第四实施例中，在实现面光源装置51（导光板主体52）的小型化（low profile）的同时还可以提高光利用效率。

在第四实施例中，光出射图案37形成在导光板主体52的下表面中，以及防接触图案55形成在光引入部件53的下表面中。光出射图案37和防接触图案55可以形成为相同的形状。然而，光出射图案37在光引入部件侧上的端部中具有大约0.5%的面积比，而防接触图案55具有大约0.1%的面积比。防接触图案55设置在光引入部件53中以防止仅有光引入部件53和下部构件（例如，反射片）的接触，并且防接触图案55的面积比小于光出射图案37的面积比以减少被防接触图案55反射且从光引入部件53中漏出的光。

Claims (5)

1.一种面光源装置，包括：

多个光源，被布置为面向光入射表面；以及

导光板，通过光入射表面引导从多个光源发出的光以通过光出射表面将所发出的光输出到外部，其中，

所述导光板包括位于光出射的表面和其相反表面中的至少一个上的光出射图案，所述光出射图案通过所述光出射表面输出在所述导光板中的光，以及

在通过所述光出射图案的中心轴的截面内的所述光出射图案的多个切线的多个倾斜角中的最大倾斜角在所述光入射表面附近的区域中随着离所述光入射表面的距离的增加而减小，以及所述最大倾斜角在远离所述光入射表面附近的所述区域的区域中随着离所述光入射表面的距离的增加而减小或保持不变，

其中在离最接近于所述光入射表面的所述光出射图案的距离等于多个光源中两个光源之间的间隔的区域中，所述光出射图案的最大倾斜角大于所有所述光出射图案的最大倾斜角的最小值。

2.根据权利要求1所述的面光源装置，其中在所述光出射图案的最大倾斜角当中最大的最大倾斜角的范围为25度到40度。

3.根据权利要求1所述的面光源装置，其中所述光出射图案的最大倾斜角随着离所述光入射表面的距离的增加而平滑地改变。

4.根据权利要求1所述的面光源装置，其中所述光出射图案的最大倾斜角从这样的位置到这样的端部保持不变，其中所述位置和所述端部位于距离所述光入射表面更远的所述导光板的一侧上。

5.根据权利要求1所述的面光源装置，其中，在位于与在导光板中形成所述光出射图案的表面相反的一侧上的表面中，面向所述光出射图案的区域被形成为平滑表面或具有0.1μm或更小的算术平均粗糙度的粗糙表面。