CN1100281C - 光导体、光导体的制造方法以及面光源 - Google Patents

Abstract

在光导体(1)上形成透射透镜部(2)，该透射透镜部(2)由用与光导体相同的树脂成形的多个双凸单元透镜组成。透射透镜部(2)的双凸单元透镜是凹或凸状三角柱棱镜，其棱线方向大体相互平行配置。三角柱棱镜顶角形成为125至165度。在透射透镜部(2)相对面上进行不透光处理。根据本发明的光导体及其制造方法，由于在成形同时形成双凸透镜，所以减少乃至无需过去所必须的双凸透镜片的使用块数，其结果可大大减少成本。

Description

光导体、光导体的制造方法以及面光源

本发明涉及光导体、光导体的制造方法以及面光源；尤其是有关用于液晶显示器等的背照光、广告照明、交通标记等的面光源、具有该面光源的光导体及其光导体的制造方法。

作为用于液晶显示装置(LCD)背照光的面光源，所公知的是把透光性平板作成光导体的边缘光方式的技术。在象该面光源中，从由透明平行平板组成的光导体侧端面的两个或其一射入光线，利用透光性平板内部的全反射使光在整个光导体中传遍，用光导体背面的光散射反射板使其传播的光之一部分形成未达到临界角的扩散反射，从光导体表面放出扩散光(实开昭55-162201)。

并且，下述技术也是公知的。即，将一个面上有三角棱镜型双面凸出透镜的突起、另一个面作成光滑面的镜片突起面朝上地迭在上述面光源光导体表面，利用透镜的光聚焦作用，可使其扩散放射光在所要求的角度范围内均等地扩散(实开平4-107201)。

在该镜片与磨砂透明扩散板(磨砂透明片)组合使用情况下，比仅用磨砂透明扩散板的技术(美国专利US-4729067)还要更能在所要限定的角度范围内重点地分配光源的光能，并且，在其所要求的角度范围内可得到各方同性均等性高的扩散光。

还有，最近，作为解决在液晶显示装置中使用的背照光的高亮度的措施，如图1所示，趋向于采用两块双凸透镜成直角迭加的结构(《显示器》月刊1996年5月，第35～39页)。

但是，在已有的液晶显示装置的背照光中，问题不仅在于视觉特性较狭窄，而且由于用两块双凸透镜片，仅这一点就要提高部件成本，同时由于必须进行组装，把两块双凸透镜片对置成直角，这又要提高很大的成本，因此背照光本身就成了高价产品。

为了解决上述问题，本发明目的在于提供通过仅使用一块、甚至无须使用双凸透镜而降低了部件成本和制造成本的背照光用面光源、具有该面光源的光导体及其光导体的制造方法。

为了实现上述目的，提供一种有关本发明第一方面的光导体从光发射面发出光，所述光从与至少一个侧端面相邻设置的光源发射，该光导体具有第一透镜部，所述第一透镜部由在所述光发射面上用与所述光导体相同的树脂形成的多个凹或凸状双凸单元透镜组成，所述第一透镜部的多个双凸单元透镜是顶角为125至165度的三角柱棱镜部，其棱线方向大体平行配置。

根据有关本发明第二方面的光导体，其特征在于，在本发明第一方面的光导体中，所述第一透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为135至165度。

有关本发明第三方面的光导体，其特征在于，在本发明的第一或第二方面的光导体中，所述第一透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为150度左右。

有关本发明第四方面的光导体，其特征在于，在本发明的第一至第三方面的任一方面记载的光导体中备有第二透镜部，该第二透镜部由多个凹或凸状双凸单元透镜组成，所述单元透镜用和所述光导体同样的树脂形成在与所述光发射面相对的光反射面上，所述第二透镜部的多个双凸单元透镜是顶角为125至165度的三角柱棱镜部，其棱线方向大体平行配置。

有关本发明第五方面的光导体，其特征在于，在本发明的第四方面记载的光导体中，所述第二透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为135至165度。

有关本发明第六方面的光导体，其特征在于，在本发明的第四或第五方面记载的光导体中，所述第二透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为150度左右。

有关本发明第七方面的光导体，其特征在于，在本发明的第四至第六任一方面记载的光导体中，第所述第一透镜部的多个双凸单元透镜棱线方向和所述第二透镜部的多个双凸单元透镜棱线方向大体相互垂直配置列。

有关本发明的第八方面，一种面光源，其特征在于，具有本发明的第一至第七任一方面记载的光导体和与所述光导体至少一个侧端面相邻设置的光源。

有关本发明的第九方面，一种光导体的制造方法，其特征在于，有关本发明的第一至第七任一方面记载的光导体的制造方法包括用金属模形成所述光导体的工序。

图1是已有的液晶显示装置的示意图；

图2是本发明光导体的透视图；

图3是亮度分布特性曲线图；

图4是视场角特性曲线图；

图5是本发明光导体的透视图；

图6是具有本发明面光源的液晶显示装置的示意图；

图7是光导体的透视图；

图8是三角柱棱镜部的剖面形状示意图；

图9是相对于棱镜间距的亮度分布特性变化曲线图。

下面参照附图详细说明本发明的实施例。

图7(A)及(B)是表示光导体的透视图，利用该图定义以下用语。

所谓双凸单元透镜，在图7(A)中，是指把以顶点ABC形成的三角形作为底面的三角柱棱镜，在图7(B)中是指把以顶点ABDEC形成的五角形作为底面的五角柱棱镜。但是，其中例示的双凸单元透镜1b只不过是一个例子，并不仅限于这些。还有，在该图中，双凸单元透镜虽然仅示出了凸状，但也可以是未图示的凹形。

所谓双凸单元透镜的三角柱棱镜部，在图7(A)及图7(B)中都是指把以顶点ABC形成的三角形作为底面的三角柱棱镜。

所谓三角柱棱镜部的顶部，在图7(A)及图7(B)中都是指顶点A。

所谓三角柱棱镜部顶部的角度，在图7(A)及图7(B)中都是指点BAC形成的角度。

图8(A)、(B)及(C)是三角柱棱镜部剖面形状的示意图。

如图8(A)所示，虽然三角柱棱镜部应该是理想的等腰三角形，但比如即便成为如图8(B)那样去掉一点顶部的五角形、或者成为象图8(C)那样顶部A圆滑弯曲的形状，对于光导体几乎也没有影响，所以，这些形状的棱镜全都包括在本申请发明的三角柱棱镜部中。

图2是有关本发明光导体的透视图。

在光导体1上形成透射透镜部2，该透镜部由用与光导体相同的树脂成形的多个双凸单元透镜组成。另外，为了在透射透镜部2的相对面上进行使光散反射的均匀扩散的光反射处理(例如细小凹凸和网板印刷等的散点加工)，并且，为了防止光泄漏，在以后的工序中安装反射板(未图示)。

透射透镜部2的双凸单元透镜是三角柱透镜，其棱线方向大体相互平行配置，尤其是三角柱棱镜的顶点，根据后述的计算结果制造成从125度至165度的范围。还有，三角柱棱镜的顶点若是125～165度，则即使三角柱棱镜的大小、间距、高度及顶角发生偏差和离散等，也不会影响到光导体的性能。尤其是如图9所示，已经知道，即便使棱镜的间距在10～1000μ范围变化，亮度分布特性也没有大的变化。

作为光导体1的材料从透光材料中选取。通常使用丙烯酸或聚碳酸酯树脂。光导体的厚度一般为1～10mm。

再有，作为其他透光性材料，使用：聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯等丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的单体或聚合物；聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯酸盐等聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基戊烯等脂热塑性树脂、或用紫外线或电子束交联的多官能脲烷丙烯酸酯、聚酯丙烯酸脂等的丙烯酸、不饱和聚酯等透明树脂；透明玻璃等；透明陶瓷等。

接着，用图2说明本发明光导体的作用。

从与光导体1的侧端面1a相邻设置的光源(未图示)射出的光(图2右边横向)从侧端面1a进入光导体1的内部，在透射透镜部2的相对面和侧端面1a以外的侧端面反射，向透射透镜部2的方向引导的光具有使光聚焦的作用，使其扩散放射光在所要求的角度范围内均匀地各向同性地扩散，透射透镜部2射出(图2上方向)。

图3是表示亮度分布特性的曲线图。

横轴是设光导体长度为100％、用百分数表示光导体离开灯的位置，值0位置是最接近灯的光导体端面位置，另一方面，值100位置是离灯最远的光导体端面位置。

纵轴虽然没有表示单位，但作为亮度意味着其值越大越亮。

表示图3亮度分布特性的曲线作用是用作为美国ORA公司开发的光学设计评价软件的CODEV分析光导体亮度分布特性，作为评价参数，设从灯照射的光波长为600nm、作为光导体材料使用典型的PMMA折射率1.49、三角柱棱镜顶角变化为90°、120°、125°、150°、165°及平直(即无三角柱棱镜)的情况下，示出了亮度分布特性模拟结果。

通过同一图面可准确判明，作为与已有的光导体一起使用的镜片顶角的90°至120°的亮度分布特性不仅不如平直的，而且125°至165°的亮度分布特性也比已有的90至120的亮度分布特性有很大改善。并且90°至165°的特性改善是显者的，尤其是在150°附近，亮度分布特性中出现峰值效果是易于理解的。

但是，即便使光的波长和光导体的材料的折射率有些变化，这里对于判明的亮度分布特性也无多大影响。并且本案申请人摆脱了作为已有镜片顶角范围的90°至120°的传统技术限定、独立进行光导体基础光学设计模拟结果发现，亮度分布特性在125至165范围有很大改善，根据该结果提出全新的光导板。

图4是表示视场角特性的曲线图。

横轴是表示对光导体的视场角度，值0(未图示)意味着对光导体的垂直方向，值-90意味着对光导体的水平方向。

纵轴虽然没有表示单位，但是作为亮度，意味着值越大越大。

表示图4视场角特性的曲线图与上述一样，用CODEV分析光导体的视场角特性，作为评价参数，设从灯照射的光波长为600nm、作为光导体材料使用典型的PMMA折射率1.49、在使三角柱棱镜顶角变化为90°、120°、125°、135°、150°、165°及平直(即无三角柱棱镜)情况下，示出了亮度分布的模拟结果。

通过同一图面可准确判明，若使120°的视场角特性与作为与已有的光导体一起使用的镜片顶角90°的视场角特性相比较，则比起90°来说，120°要差得多，但是另一方面，125°至165°的视场角特性比已有的90°的视场角特性要大大改善，所以，显示出峰值效果是容易理解的。

图5是表示本发明光导体的透视图。

在光导体1上形成由用与光导体1相同的树脂成形的多个双凸单元透镜组成的透射透镜部2及反射透镜部3。

透射透镜部2及反射透镜部3的各个双凸单元透镜是三角柱棱镜，其棱线的方向大体相互平行配置，透射透镜部2的多个双凸单元透镜的棱线方向与反射透镜部3的多个双凸单元透镜的棱线方向大体成垂直配置。

另外，在反射透镜部3的下面进行蒸镀铝等以形成反射面(未图示)，使其不透光。

接着，参照图5说明本发明的作用。

从与光导体1的侧端面1a相邻设置的光源(未图示)射出的光(图5右横向)从侧端面1a进入光导体1内，在反射透镜部3下面和侧端面1a以外的侧端面反射。这时，反射透镜部3的作用是使在光导体1内引向透射透镜部2的光均匀，把扩散了的光导向透射透镜部2。

然后，由反射透镜部3引向透射透镜部2的光从透射透镜部2射出(图5的上方向)，透射透镜部2具有使光聚集作用，使其扩散放射光在所要求的角度范围内均匀各向同性地扩散。

图6是具有本发明的面光源的液晶显示装置的示意图。

液晶显示装置由液晶板6和面光源5构成，本发明的光导体1、荧光管等的光源4及各种控制电路(未图示)等组成面光源5。

从光源4射出的光从光导体1侧端面进入内部，在反射透镜部3下面和侧端面以外的侧端面反射，重复聚焦，扩散放射光在所要求的角度范围内均匀各向同性地扩散，引向液晶屏6。

加之，在本发明的光导体制造方法中，其工序包括使用加工透射透镜部2的细微图形(パタ-ン)的金属模和加工透射透镜部2及反射透镜部3的细微图形的金属模，形成上述光导体，在成形的同时形成用与光导体相同的树脂成形的多个双凸单元透镜。

并且，本案申请人所作的降低光导体制造成本的方案通过特愿平7-286046、特愿平7-286047及特愿平7-304484，以面光源用光导体或光导体的制造方法为题提出申请。

在特愿平7-286046、特愿平7-286047中，把平板的一个面作为光放出面，仅在该面上形成起透镜作用的细微图形，同时作成仅在实施细微图形的金属模部能自由交换。

在特愿平7-304484中，为了在反射透镜部3的下面作不透光处理，在形成反射透镜部3的细微图形的金属模部配插热复制薄片，利用树脂射出时的熔融热和成形压力，在成形的同时复制迭层在热复制薄片上的不透光材料薄膜。

从而，应用本发明，无需作成过去所必须的2块透镜薄片，在成形的同时，可以在反射透镜部3的下面作不透光处理，借此，可期待带来大大降低制造成本的新效果。

对以上所说明的情况，根据本发明的光导体及其制造方法，由于在成形同时形成双凸透镜，所以减少乃至无需过去所必须的双凸透镜片的使用块数，其结果可大大减少成本。

再有，根据本发明的面光源，由于使用上述光导体，所以能大大降低面光源的部件成本。

Claims (9)

1.一种光导体，从光发射面发出光，所述光从与至少一个侧端面相邻设置的光源发射，其特征在于，具有第一透镜部，所述第一透镜部由在所述光发射面上用与所述光导体相同的树脂形成的多个凹或凸状双凸单元透镜组成，所述第一透镜部的多个双凸单元透镜是顶角为125至165度的三角柱棱镜部，其棱线方面大体平行配置。

2.根据权利要求1的光导体，其特征在于，所述第一透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为135至165度。

3.根据权利要求1或2的光导体，其特征在于，所述第一透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为150度左右。

4.根据权利要求1的光导体，其特征在于，备有第二透镜部，所述第二透镜部由多个凹或凸状双凸单元透镜组成，所述单元透镜用和所述光导体相同的树脂形成在与所述光发射面相对的光反射面上，所述第二透镜部的多个双凸单元透镜是顶角为125至165度的三角柱棱镜部，其棱线方面大体平行配置。

5.根据权利要求4的光导体，其特征在于，所述第二透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为135至165度。

6.根据权利要求4的光导体，其特征在于，所述第二透镜部的多个双凸单元透镜的顶角为150度左右。

7.根据权利要求4的光导体，其特征在于，所述第一透镜部的多个双凸单元透镜棱线方向和所述第二透镜部的多个双凸单元透镜棱线方向大体相互垂直配置。

8.一种面光源，其特征在于，具有权利要求1至7任一项所述的光导体和与所述光导体至少一个侧端面相邻设置的光源。

9.一种光导体的制造方法，该方法是权利要求1至7任一项所述的光导体制造方法，其特征在于，包括用金属模形成所述光导体的工序。

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