CN103688202A

CN103688202A - 表面光源器件

Info

Publication number: CN103688202A
Application number: CN201280035518.8A
Authority: CN
Inventors: 丰冈和彦; 山室正树; 松田弘树
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-03-26
Also published as: KR20140049553A; JP6207117B2; TWI574084B; TW201310138A; US20140254195A1; JP2013025953A; US9423549B2; EP2734877A1; WO2013012974A1

Abstract

本发明公开了一种能够获得均匀和高亮度发射光的表面光源器件。所述表面光源器件可包括发射光的光源(11)；导光板(12)，所述导光板引导从所述光源入射在其后表面侧或其侧表面侧的光，然后将所述光从其前表面侧发出；以及漫射板(14)，其设置在所述导光板的所述前表面侧上，所述漫射板将所述入射光从所述导光板漫射到其前表面侧。所述漫射板可由面积重量不小于0g/m²且不大于40g/m²的非织造织物制成。

Description

表面光源器件

技术领域

本发明涉及表面光源器件。

背景技术

表面光源器件通常在使用（例如）液晶面板等的显示装置中用作背光源。例如，在专利文献1中公开了一种表面光源器件作为该类型的表面光源器件，其中由超高分子量的多孔塑料薄膜制成的光漫射板设置在导光板的一侧上。

发明内容

本发明的一个方面是表面光源器件，其包括发射光的光源；导光板，其引导从光源入射在其后表面侧或侧表面侧上的光，并将光从其前表面侧发射；以及漫射板，其设置在导光板的前表面侧上，其将入射光从导光板漫射到其前表面侧。漫射板由面积重量不小于10g/m²且不大于40g/m²的非织造织物制成。

本发明的另一个方面是表面光源器件，其包括发射光的光源；以及漫射板，其将从光源入射在其后表面侧的光漫射到其前表面侧。漫射板由实际重量不小于10g/m²且不大于40g/m²的非织造织物制成。

附图说明

图1为示出根据本发明一个实施例的表面光源器件的构造的示意图；

图2为示出根据本发明另一个实施例的表面光源器件的构造的示意图；

图3示出光穿过非织造织物的透射和漫射；

图4示意性地示出效果确认测试；

图5示出工作实例和比较例的光学性质；

图6示出工作实例和比较例的总透射率和总反射率之间的关系；

图7示出工作实例和比较例的波长和总透射率之间的关系；

图8示出非织造织物的增益和雾度之间的关系；

图9示出非织造织物的片数与增益和雾度之间的关系；

图10示出工作实例和比较例的液晶面板的亮度；

图11示出工作实例和比较例的液晶面板的亮度均匀性；

图12汇总了图10和11中的结果；

图13示出工作实例和比较例的亮度改善；和

图14示出工作实例和比较例的亮度改善。

具体实施方式

以下是结合附图对根据本发明的表面光源器件的多个实施例的详细说明。在附图的说明中，省去具有相同附图标记的相同元件的重复说明。

在常规的漫射板中，构成扩散元件的分子或珠和粘结剂的衍射率差异很小，因此其边界部分的光损耗不能被忽略。所以，为了实现令表面光源器件发出均匀和高亮度的光，考虑到可能有必要同时确保漫射板的扩散性和改善亮度。

图1为示出根据本发明一个实施例的表面光源器件的构造的示意图。如该附图中所示，表面光源器件10包括光源11、导光板12、反射板13、漫射板14、棱镜片15和反射偏光板16。表面光源器件10与（例如）液晶面板P结合，以构成用于电视或个人计算机监视器的液晶显示模块1。

例如，公知的将线性偏光板等固定到其表面的液晶单元，例如TFT或STN、IPS或VA，用于液晶面板P。该液晶单元包括，例如，多个基板、提供的用于每个基板的电极和密封在基板间的液晶层、取向膜、间隔物、彩色滤光片等等。该实例中的光源11示出为LED（发光二极管）。一行多个光源11沿着导光板12的侧表面以预定间隔设置。冷阴极荧光灯(CCFL)等可用作光源11。还可将光源11沿着导光板12的后侧表面，或导光板12的两个相对侧表面，或沿着导光板12的所有侧表面设置。

例如，导光板12为厚度为若干毫米的板状构件，其由透明材料，例如丙烯酸类树脂等形成。导光板12的折射率设定为例如约1.5。导光板12引导从光源11入射在侧表面上的光并将光从前表面发出。如有必要，可将多种添加剂，例如光扩散剂、紫外线吸收剂、热稳定剂和光聚合稳定剂添加到导光板12。

具有粘合到其表面的银箔或铝箔膜的树脂板状构件，或由电介质制成的具有超多层构造的反射膜可用作反射板13。反射板13设置在导光板12的后表面侧上，以通过将从导光板12的后表面侧漏出的光朝向导光板12反射来确保表面光源器件10发出的光的亮度。反射板13可为已在其表面上色为白色的树脂板，或由铝等制成的金属板。

漫射板14为由（例如）非织造织物形成的板状构件。漫射板14设置在导光板12的前表面侧上，并且通过将从导光板12入射在后表面侧的光漫射遍及整个前表面侧来确保表面光源器件10发出的光的均匀性。

例如，常用塑料例如聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，或工程塑料例如聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚苯硫醚，例如，可用作制成非织造织物的树脂。在漫射板14中，非织造织物的面积重量为，例如，不小于10g/m²且不大于40g/m²。另外，低的光吸收和高透射率作为上述树脂所需的基本性质是所期望的。就厚度为50微米的单个试件而言，可使用总光透射率不小于70%或优选不小于80%的材料。在这种情况下，总光透射率可通过由所用树脂制备50微米厚的单个试件并使用JIS K7361-1(1997)中规定的方法进行测量。

棱镜片15为由（例如）透射率类似于导光板12的透射率的材料形成的片状构件。将用于安排和改变已穿过漫射板14的光的发射方向的棱镜设置为在棱镜片15的前表面或后表面上的多个阵列。特别地，棱镜片15包括具有（例如）微结构表面的第一聚合物层和设置在微结构表面相对侧上的第二聚合物层，其中微结构表面包括用于对光进行整形的棱镜阵列。由于棱镜片15的折射和全反射，一部分光朝向前表面方向取向，而其余光返回到非织造织物侧（光源11侧）。因此，返回的光射到非织造织物上，并且以低损耗再次被分散和漫射，然后穿过每个构件或被其反射后，它将再次从非织造织物向棱镜方向照射。因此，其结果是，有可能更有效地增加屏幕前表面方向的亮度。

反射偏光板16为包括至少两个聚合物层的板状构件。反射偏光板16设置在棱镜片15的前表面侧上，并且基于聚合物层间折射率的差异，反射处于第一偏振态的光，并透射处于近似正交于第一偏振态的第二偏振态的光。

聚合物层的至少一层可包括聚萘二甲酸丁二醇酯官能团。通过聚合一种或多种具有聚萘二甲酸丁二醇酯官能团的单体将该聚萘二甲酸丁二醇酯官能团加入到聚合物层中。单体的例子包括聚萘二甲酸丁二醇酯，例如2,6-或1,4-或1,5-或2,7-或2,3-萘二甲酸（naphthalene dicarbonate）及其酯。另外，至少一个聚合物层可包括，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，其为2,6-或1,4-或1,5-或2,7-或2,3-萘二甲酸和乙二醇的共聚物。

另外，图2为示出根据本发明另一实施例的表面光源器件的构造的示意图。构成该附图中所示的液晶显示模块21的表面光源器件30与图1中所示实施例的不同之处在于没有导光板12，光源11入射在后表面，并且来自光源11的光首先入射在漫射板14上。另外，反射板13设置在光源11的后表面侧上。所有其他点都与图1中所示的实施例相同。

在具有如本文所述的构造的表面光源器件10、30中，设置在导光板12的前表面侧或光源11的前表面侧上的漫射板14可由不小于10g/m²且不大于40g/m²的非织造织物形成。在漫射板中，例如，将光扩散剂（例如丙烯酸珠等）保留在粘结剂中，如同在常规的漫射板中一样，由于作为扩散元件的珠与粘结剂之间的折射率差异很小，所以为了获得足够的扩散，漫射板有必要具有多个光学界面，因此在这些界面处可能产生光损耗。

相比之下，在使用如本文所述的非织造织物的漫射板14中，由于在构成非织造织物的树脂与周围空气之间存在足够的折射率差异，所以当在非织造织物的界面处漫射光时可以减少光损耗。在这种情况下，如果非织造织物的面积重量减小，则漫射板14的扩散性趋于降低而透射率提高。同样，如果非织造织物的面积重量增加，则漫射板14的扩散性趋于提高而透射率降低。然而，如果非织造织物的面积重量增加至高于特定的量，则漫射板14的扩散饱和。

因此，在一些实施例中，通过使非织造织物的面积重量不小于10g/m²且不大于40g/m²，如同在上述实施例中一样，可使漫射板14兼具高扩散性和高透射率。因此，可以获得从表面光源器件10,30所发射光的均匀性和高亮度。在液晶面板P的显示器中，通过使从表面光源器件10,30发出的光均匀，可以消除由于光源11所位于和没有位于的部分造成的光的不均匀（热斑）。

另外，如图3中所示，在使用非织造织物的漫射板14中，以大约直角入射在漫射板14上的光L1被部分漫射，但是在保持较低损耗的情况下透射到漫射板14的前表面侧。因此，在一些实施例中，期望用于非织造织物的树脂具有低的光吸收和高透射率。另一方面，以一角度入射在漫射板14的光L2通常被非织造织物漫射，并且光L2的一部分以与光L1相同的方式穿过漫射板14的前表面。因此，在漫射板14的前表面侧，以大约直角射到漫射板14上的光的强度可高于以大约直角入射在漫射板14后表面侧上的光的强度。

此亮度的改善可通过将漫射板14和反射板13相对设置（如图1和图2中所示）得到进一步增强。换句话讲，通过将漫射板14和反射板13相对设置，将在非织造织物的界面处反射到漫射板14后表面侧的光在反射板13处反射，然后再次入射在漫射板14上，所以可以在与光L1相同的方向上增加穿过漫射板14前表面的光。

在漫射板14和反射板13相对设置的构造中，反射偏光板还可设置在漫射板14的前表面侧。反射偏光板为通常选择性透射在平行于一条面内轴线（透射轴）的方向上振动的光并且可反射所有其他光的偏光板。换句话讲，在入射在反射偏光板上的光中，通过仅透射在平行于透射轴的方向上振动的光的分量表现出偏振效应。未透射穿过反射偏光板的光被反射而基本上不被该反射偏光板吸收。因此，反射偏光板中所反射的光返回到漫射板14，其在漫射板14中被重复漫射和色散，从而一部分偏振光被消耗。被消耗掉一部分的偏振光再次返回到反射偏光板，并且如上所述，仅一部分被透射，而其他部分被反射。这样，光在反射板14和反射偏光板之间循环，并且此时光在漫射板14处的上述行为重复，从而可进一步增加以大约直角方向发出的光的强度。

实例

接下来，说明了对用于根据本发明的表面光源器件10的漫射板14的效果确认测试。在这些效果确认测试中，首先测量非织造织物片材的光学性质。所有以下测量均在标准大气以及23℃±2℃的温度和50%±10%的相对湿度下进行，相对湿度为如JIS K7100(1999)中所规定的测试大气和环境的2级容差。

在测量中，使用由旭化成纺织株式会社(Asahi Kasei Fibers Corporation)制造的非织造织物PMA013，并且工作实例1至6制备为分别由1至6层非织造织物制成的漫射板。一片非织造织物PMA013重13g/m²。另外，将PMA013加热熔融以制成50微米厚的试件，并且当根据JIS K7631-1测量总透射率时，获得71.8%的结果。

对于比较例，使用由苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物树脂制成的2mm厚漫射板，其中分散有光扩散剂。当根据JIS K7136(2000)的方法使用D65光源和由日本电色工业株式会社(Nippon Denshoku Industries Co.,Ltd.)制造的NDH2000雾度计测量时，该漫射板的光学性质为53.8%的总透射率和99.5%的雾度。

评估了四种光学性质：总透射率(TT)、平行透射率(PT)、12度入射角处的绝对反射率(R)和总反射率(TR)。

如图4A中所示测量总透射率(TT)，将积分球(integrating cube)I放置为接触样品S的前表面侧，然后测量从样品S的后表面侧透射到前表面侧的光的强度。同样，如图4B中所示测量平行透射率(PT)，将积分球I放置为离样品S的前表面侧预定的距离，然后测量从样品S的后表面侧透射到前表面侧的光的强度。

如图4C中所示测量12度入射角处的绝对反射率(R)，将积分球I放置到样品S的后表面侧，然后测量从样品S的后表面以大约12度的角度反射的光的强度。为了测量总透射率(TT)、平行透射率(PT)、12度入射角处的绝对反射率(R)，使用岛津公司(Shimadzu Corporation)的UV-VIS-NIR扫描分光光度计UV-3100PC，并且测量条件为波长：400nm至700nm，扫描速度：标准，扫描间隔：0.5nm，以及扫描宽度：1.0nm。

另一方面，如图4D中所示测量总反射率(TR)，将积分球I放置为接触样品S的前表面侧，然后使用积分球I测量从积分球I射向样品S的前表面的光的反射。使用由日立高新技术公司(Hitachi High-TechnologiesCorporation)制造的分光光度计U-4000测量总反射率(TR)，并且测量条件为波长：400nm至700nm，以及扫描间隔：0.5nm。

图5示出了测量结果。如图中所示，例如在工作实例4中，虽然总透射率(TT)与比较例几乎相同，但是总反射率(TR)高出约10%。这表明了使用非织造织物的漫射板的高扩散性。同样，例如在工作实例3中，虽然总反射率(TR)与比较例几乎相同，但是总透射率(TT)高出约10%。这表明了使用非织造织物的漫射板的低损耗。

图6为测量结果的曲线图，其中总透射率(TT)在横轴上，总反射率(TR)在纵轴上。如该图中所示，根椐非织造织物的面积重量在总透射率(TT)和总反射率(TR)之间存在权衡关系，但是可以看出，对于工作实例1至6而言，总透射率(TT)和总反射率(TR)之间的权衡关系与比较例相比高出约10%。

图7为测量结果的曲线图，其中波长在横轴上，总透射率(TT)在纵轴上。如该图中所示，在比较例中在400nm至450nm的波长范围内透射率降低，但相比之下在工作实例1至6中，在400nm至700nm的整个可见波长范围内透射光谱几乎是平的。由此可以看出，工作实例1至6与比较例相比为消色差的。

接下来，对多种非织造织物的增益、雾度和总透射率进行测量。所有测量的样品均由旭化成纺织株式会社(Asahi Kasei Fiber Corporation)制造。

要测量增益，使用由PR公司(Photoresearch)制造的分光光度计PR-650、Melles Griot偏振片P/N03FPG007（单片透射率32%，平行尼科耳透射率20%）、具有直接位于其下的6.3mm厚

漫射板的灯箱，以及Fostec光源器件DCRIIw（灯EKE：21V，150W）。

由以下公式得到增益。如果灯箱发射光谱为L_LB(λ)，并且当将样品设置在灯箱中时发射光谱为L_样品(λ)，那么透射率T_样品(λ)由以下公式(1)得到。

T_样品(λ)=L_样品(λ)/L_LB(λ)...(1)

另外，当将样品设置在灯箱中时背光源发射光谱L_BL-样品(λ)由以下公式得到，

L_BL-样品(λ)=LLB(λ)×T_样品(λ)...(2)

另外，如果校正项为V(λ)，则将样品设置在灯箱中时背光源亮度B_样品由以下公式(3)得到。

B_样品=∫V(λ).L_BL-样品(λ)...(3)

另外，背光源亮度B_BL由以下公式得到，

B_BL=∫V(λ).L_LB(λ)...(4)

由上述公式(3)和(4)，增益（有效透射率）由以下公式(5)得到。

增益=B_样品/B_BL...(5)

根据JIS K7136(2000)的方法，使用D65光源和由日本电色工业株式会社(Nippon Denshoku Industries Co.,Ltd.)制造的雾度计NDH2000测量雾度。测量结果在图8中示出。

总透射率为表明透射光时损耗（吸收）有多小，并且代表无论光的方向如何材料自身所有方向的光学效率的指标；相比之下，增益为表明在与表面光源器件（例如液晶显示器等）中的发光平面垂直的方向上发出多少光，或者光在观测者看起来有多亮的指标。在一些实施例中，可能理想的是，漫射板显示具有高雾度（如至少80%的雾度）和高增益（如至少1.025的增益）。

当将非织造织物施加到漫射板上时，增益和雾度可通过修改非织造织物的片（面积重量）数进行调整。图9示出非织造织物的片数与增益和雾度之间的关系。

如图9所示，漫射板的增益往往在非织造织物的片数超出约2时随其增加而逐渐减少。另一方面，漫射板的雾度随着非织造织物的片数增加而增加，但其值在超过约2.5片时达到饱和。

当非织造织物的片数在约1.2至2.4的范围内，增益的减少幅度很小并且雾度不饱和。如果非织造织物的该片数转换为面积重量，则其对应于10g/m²至40g/m²。因此，可以看出，如果漫射板由面积重量为10g/m²至40g/m²的非织造织物构成，则可能同时实现漫射板的透过性和扩散性。

接下来，评估非织造织物的光不均匀（LED热斑）消除性能。在此评估中，使用东芝(Toshiba)电视机REGZA RE1（37英寸）。该电视机中所用的表面光源器件包括：从液晶面板侧起，反射偏光板、棱镜片1、棱镜片2、导光板和反射板。其中，移除棱镜片1和棱镜片2，并且将其他构件作为电视机评估。

将由索尼(Sony)制造的另一个电视机40EX-700中所用的具有增强亮度功能的漫射板用作比较例，将该漫射板用由旭化成纺织株式会社(AsahiKasei Fiber Corporation)制造的非织造织物AC5050替代以获得工作实例1，并且将该漫射板用由旭化成纺织株式会社(Asahi Kasei Fiber Corporation)制造的非织造织物PMA013（两片）替代以获得工作实例2，然后使用色彩分析仪测量液晶面板的亮度分布。取自40EX-700的具有增强亮度功能的漫射板的厚度为205微米，并且当通过根据JIS K7136(2000)的方法并使用D65光源和由日本电色工业株式会社(Nippon Denshoku Industries Co.,Ltd.)制造的雾度计2000测量时，总透射率为78.0%并且雾度为94.5%。

所用的色彩分析仪为由柯尼卡美能达(Konica Minolta)制造的二维色彩分析仪CA-1500W。另外，测量条件均自动地针对快门速度、光强和测量速度进行设定，并且范围为1.0m，测量距离为0.52m，入射角度为10°。另外，为了更容易地观察光源，将电视机内原有的56个LED交替地打开和关闭，以使LED数为28，并且在移除外部挡板的情况下进行测量。每次更换用于测量的每个样品，在打开电视后保持15分钟，当确定亮度稳定后获得数据。

另外，在测量亮度分布后，通过计算亮度分布的峰谷导数幅度（derivative amp）获得亮度均匀性。值越小，表明亮度均匀性越高。评估结果在图10至12中示出。如在这些图中所示，可以看出在工作实例1和2中，平均亮度的减少与比较例相比保持低至约10%，并且亮度均匀性增加40%。

在计算亮度分布的峰谷导数幅度中，

1.使用应为评估的亮度均匀性的横截面数据串，得自实际测量的表面亮度分布数据。

2.使用Matlab7.6版（MathWorks公司(MathWorks corporation)）计算亮度偏差。用所测量的数据减去偏差得到波动幅度。计算偏差的方法如下所述：

(1)使用傅里叶变换：从空间域到频率域。

(2)使用低通频率滤波器，滤除低频率分量—然后傅里叶变换回到空间域以用作偏差。

(3)从初始测量曲线减去偏差，剩余的较高的频率分量为振荡部分。通过用其幅度除以曲线的平均值计算振幅百分比。幅度越高，亮度均匀性越差。

另外，评估将非织造织物片与反射偏光板结合所得到的亮度改善。在此评估中，比较例1使用常规的漫射板，比较例2使用常规的漫射板与反射偏光板（DBEF-D3-460，由住友3M公司(Sumitomo3M Limited)制造）的结合，工作实例1使用非织造织物片（2片PMA013），工作实例2使用该非织造织物片与反射偏光板（DBEF-D3-460，由住友3M公司(Sumitomo3M Limited)制造）的结合。

该测量使用EZcontrast 160D（由艾尔迪姆公司(Eldim)制造）测量暗室中电视机中央部分的亮度角分布。每次更换用于测量的每个样品，在打开电视后保持15分钟，当确定亮度稳定后获得数据。

评估结果示于图13。从该图中所示的结果可以看出，在比较例中，由于与反射偏光板的结合，峰亮度增大了1.66倍，平均亮度增大了1.67倍，而相比之下，在具有单片非织造织物的工作实例中，尽管峰亮度和平均亮度与比较例相比略有降低，但是由于将反射偏光板与非织造织物结合，峰亮度增大了1.81倍，平均亮度增大了1.74倍。因此，已证实可通过结合非织造织物和反射偏光板获得亮度的极大改善。

同样，已证实由于非织造织物片和棱镜片的结合而获得亮度改善。在此评估中，比较例1使用取自40EX700的具有增强亮度功能的常规漫射板，比较例2使用常规漫射板与棱镜片（BEF III90/50T，得自住友3M公司(Sumitomo3M Limited)）的结合，工作实例1使用非织造织物片(PMA013)，工作实例2使用该非织造织物片与反射偏光板（BEFIII90/50T，得自住友3M公司(Sumitomo3M Limited)）的结合。

评估结果示于图14。从该图中所示的结果可以看出，在比较例中，由于漫射板与棱镜片的结合，峰亮度增大了1.62倍，平均亮度增大了1.00倍。相比之下，在具有单片非织造织物的工作实例中，尽管峰亮度和平均亮度与比较例相比略有降低，但是由于将棱镜片与非织造织物结合，峰亮度增大了1.80倍，平均亮度增大了1.09倍。因此，已证实可通过结合非织造织物和棱镜片获得亮度的极大改善。

参考标号列表：

10、30 表面光源器件，

11 光源，

12 导光板，

13 反射板，

14 漫射板，

15 棱镜片，

16 反射偏光板。

Claims

1.一种表面光源器件，包括：

发射光的光源；

导光板，所述导光板引导从所述光源入射在后表面侧或侧表面侧上的光并从所述前表面侧发射所述光；和

漫射板，其设置在所述导光板的所述前表面侧上，所述漫射板将所述入射光从所述导光板漫射到前表面侧；

其中所述漫射板由面积重量不小于10g/m²且不大于40g/m²的非织造织物制成。

2.根据权利要求1所述的表面光源器件，其中反射板设置在所述导光板的所述后表面侧上。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的表面光源器件，其中反射偏光板设置在所述漫射板的所述前表面侧上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的表面光源器件，其中棱镜片设置在所述漫射板的所述前表面侧上。

5.一种表面光源器件，包括：

发射光的光源；和

漫射板，所述漫射板将从所述光源入射在其后表面侧上的光漫射到其前表面侧，其中

所述漫射板由面积重量不小于10g/m²且不大于40g/m²的非织造织物制成。

6.根据权利要求5所述的表面光源器件，其中反射板设置在所述漫射板的所述后表面侧上。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的表面光源器件，其中反射偏光板设置在所述漫射板的所述前表面侧上。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的表面光源器件，其中棱镜片设置在所述漫射板的所述前表面侧上。