CN1444711A - 中空的面发光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光导单元(6)，它能有效地平衡形成光导空间(3)的分光膜(1，2)的光泄漏效应和光传播效应，并满足减轻单元重量的要求。一种光导单元(6)，它包括第一分光膜(1)和第二分光膜(2)，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是平表面，所述棱形表面承载多个基本互相平行地排列的棱镜，其中，所述两个分光膜(1，2)这样排列，即，定位所述两个分光膜(1，2)的第一边缘(11，21)而形成一开口(30)，一光导空间(3)形成在所述分光膜(1，2)之间，且所述光导空间(3)的高度从所述开口(30)到相对所述开口(30)的分光膜(1，2)的远处边缘(12，22)基本上不增加，且面向所述光导空间(3)的外侧的所述第一分光膜(1)的主表面是一光发射表面，且根据特定的情况限定两个分光膜(1，2)的排列和两个分光膜(1，2)的棱镜相对于光(40)的入射方向的方向。

Description

中空的面发光器
发明领域
本发明涉及一种光导单元，它用作为液晶显示器或室外标志牌的背光的面光源，或者用作为一种内部或者外部发光装置。本发明的光导单元可用来替代传统的光导板，并因其内部具有一中空的光导空间，因而能减轻光导单元、由此面光源的重量。
发明背景
如图1所示，一传统的面光源采用一实心的光导板10来发光，该光导板从一点光源或者一线光源(即，图1中的一灯)接收光。该光导板通常由诸如丙烯酸树脂之类的聚合物材料所制成。从光源发出的光通过光入射棱边(光入射侧面)进入光导板，且被允许从光导板的主表面的其中之一发射，而光通过该板从光入射棱边朝向与光入射棱边相对的板的远边缘进行传播。这样就实现了面光发射。
通过光导板的光的传播利用在空气和光导板之间的交界面处的光的全内部反射，其归因于空气和光导板(聚合物材料)之间的折射率的差异。这样的光导板是用于液晶显示器的背光面光源的主要部分。例如，日本待审专利申请A-11-142845公开了这样的光导板和一包括光导板的背光。
然而，当使用一实心光导板时，要减小面光源的重量变得很困难。例如，随着液晶显示屏的扩大，光导板的面积(光发射面积)和随之的面光源的厚度逐步增加。因此，光导板的重量的增加使面光源重量的减少变得十分困难，从而难于减小液晶显示器的重量。即使在小型的液晶显示器的情形中，也高度要求减少面光源的重量，例如，诸如便携式个人电脑的终端，手提电话，PHS，等
因此，已有人提出采用一中空的光导单元来代替实心的光导板。例如，已知有一种中空光导单元，它包括一光发射板和一背板，它们互相平行布置以形成一个中空的光导空间，以及两个各设置在光发射板和朝向光导空间内侧的背板表面上的分光膜(prismatic film)。
分光膜是一种众所周知的光学元件，其含义是光传递膜，它的一个主表面是平的，而其另一个主表面承载多个沿长度方向互相平行布置的棱镜(所谓的平行棱镜)。这样的光传递膜通常放置在光导板和被照明的物体之间(例如，一液晶显示屏等)。
为了使光从光导单元发射，一般来说，一线性光源(例如，一荧光管等)沿在上述光导空间的一端形成的开口放置，光通过开口在光导空间内辐射。通过设置上述成对的基本互相平行的分光膜并在两者之间留有一间隙，形成上述的开口。该成对的分光膜通常使其平表面互相平行地排列。
这样的光导单元具有一形成在单元一端的第一开口，以及一形成在与该端相对的另一端(离该端最远的一端)的第二开口，且两个光源放置在各开口中，将光辐射到光导空间。由于成对的分光膜互相平行地排列，所以光导空间的高度(沿厚度方向)，即，垂直于光发射表面的尺寸，从在一端的第一开口到在离该段最远端的第二开口基本上不发生变化。
本发明的发明人在JP-A-6-180552中提出了包括这样一个中空光导单元以及一包含该光导单元和一光源的面光源的一实施例。在此发明JP-A-6-180552之前，已知有另外的光导单元的实施例。
在光导单元的其它实施例中，(i)在光发射板上的分光膜棱镜的排列方向与光源发出的光的方向平行，且承载平行棱镜的分光膜表面排列成面向光导空间的外侧。此外，(ii)在背板上的分光膜棱镜的方向也与光源发出的光的方向平行，且分光膜表面排列成面向光导空间的外侧。在包括这样的光导单元的面光源的情形中，从光发射表面发出光的照度，随着离光源距离的增加，趋于减小。因此，必须添加附加的光学元件来修正这种照度的降低。这样的附加光学元件即是所谓的萃取器，它具有锯齿形的用于反射的突起，它们之间的距离随离光源距离的增加而增加。这样的萃取器通常设置在背板侧的分光膜的平表面上。
本发明人在JA-A-6-180552中提出一种改进的光导单元，以提供一价廉的光导单元和面光源，它不需要任何的萃取器和一面光源，因此，可以十分容易地设计和生产。
这就是说，所提出的中空光导单元包括一对分光膜，它们固定在对应的位置上，使其排列成特定的三维结构，其中，(I)用作为一光发射平面的一分光膜的棱形表面这样布置，即，使该分光膜的棱镜的方向垂直于从光源发出光的方向，且棱形表面朝向光导空间的内侧。此外，(II)其它的分光膜这样布置，即，使其它分光膜的棱镜的方向与从光源发出的光的方向平行，且棱形表面朝向光导空间的内侧。由此，在不使用一萃取器的情况下，使光发射表面上的照度变得均匀。
采用上述这种光导单元，从光源发出的一部分光被分光膜反射，而余下部分的光通过在光发射侧的分光膜，并从光发射表面(光泄漏)发射。被分光膜反射的光从光发射表面发射，或者，通过由光导空间内的诸分光膜反复反射和传递，从靠近光源的一端传播到离光源最远的一端。这就是说，光泄漏和光传播之间的平衡是重要的。如果光泄漏效应太强，则待传播的光量降低，这样，光发射的均匀性趋于变坏。光泄漏效应的增加导致照明亮度的增加。
因此，根据光导单元(即，面光源)的用途，规模以及诸如此类的特点，为了平衡光泄漏和光传播，并达到所要求的亮度以及发射光的均匀性，必须对光导单元的结构进行优化，例如，优化两个分光膜的三维结构和组合诸棱镜的形状，或者，选择和使用诸如萃取器之类的光学元件。
发明概述
如上所述，包括一对互相平行排列的分光膜并固定在特定的结构中的中空光导单元，可以减少单元本身，面光源和包括该面光源的一装置(例如，一液晶显示器等)的重量。
然而，生产上述传统的、具有相当薄厚度的光导单元比较困难。随着液晶显示器屏幕的扩大，人们高度要求进一步减小液晶显示器的厚度。此外，还要求降低上述便携式终端的厚度。
为满足这些要求，有必要将光导单元的厚度(即，光导空间的厚度或高度)减小到30mm或更小，较佳地减小到20mm或更小。
光导单元厚度的减小意味着光导空间的高度的降低，光导空间的高度就是垂直于光传播方向的空间的尺寸。另一方面，光发射表面的面积(即，光传播距离)随单元厚度的减小而没有显著减小。本发明人在JP-A-6-180552中的上述建议提出之后，已作了进一步的研究。其结果发现，在光源放置的边缘附近可泄漏大量的光，或者，当光导空间的高度相对较低时，几乎所有的光量可以无泄漏地传播到最远端。因此，为了容易地实现单元厚度的减薄，有必要比以往更有效地平衡光泄漏效应和光传播效应。然而，使用附加的诸如萃取器之类的光学元件可使单元的结构变得复杂，并难于减小单元重量。
本发明提供了一种重量轻的光导单元，它能有效地平衡组成光导空间的分光膜的光泄漏效应和光传播效应，并能满足减轻单元重量的要求。
根据本发明的第一个方面，提供一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从所述开口起，在所述诸分光膜之间连续，所述光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从所述开口到相对该开口的远处边缘基本上不增加，且面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，其特征在于，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第一分光膜的所述诸棱镜的方向与所述光线的方向不平行。
根据本发明的第二个方面，提供一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从所述开口起，在所述诸分光膜之间连续，所述光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从所述开口到相对该开口的远处边缘基本上不增加，且面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，其特征在于，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第一分光膜的所述诸棱镜的方向与所述光线的入射方向平行；在于所述第二分光膜的所述棱镜的排列方向不与所述光线的方向平行。
根据本发明的第三个方面，提供一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口和一光导空间，它从所述开口起连续，形成在所述诸分光膜之间，且面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，其特征在于，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第一分光膜的所述诸棱镜的方向与所述光线的方向平行，所述第二分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第二分光膜的所述棱镜的方向也与所述光线的方向平行；在于所述两个分光膜这样排列，即，所述光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从所述开口到相对该开口的远处边缘降低。
根据本发明的第四个方面，提供一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从所述开口起，在所述诸分光膜之间连续，所述光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从所述开口到相对该开口的远处边缘基本上不增加。且面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，其特征在于，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的内侧放置，而述第二分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置。
根据本发明的第五个方面，提供一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从所述开口起，在所述诸分光膜之间连续，所述光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从所述开口到相对该开口的远处边缘基本上不增加。且面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，其特征在于，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的内侧放置，且所述第二分光膜的所述棱形表面也朝向所述光导空间的内侧放置。
根据本发明的第六个方面，提供一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从所述开口起，在所述诸分光膜之间连续，所述光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从所述开口到相对该开口的远处边缘基本上不增加。且面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，其特征在于，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的内侧放置，且所述第一分光膜的所述棱镜的方向垂直于所述光的所述方向，在于所述第一分光膜的所述棱镜的顶角小于所述第二分光膜的所述棱镜的顶角。
附图简介
图1是传统面光源的剖视图；
图2示出取决于分光膜的结构的光学功能；以及
图3是包括根据本发明的光导单元的一较佳实例的面光源的剖视图。
具体实施方式
分光膜的作用是全内部反射光，或根据棱镜的顶角、光进入的表面、光的入射角等来允许光在其间折射和通过。分光膜的这样的光学功能可参考图2来解释。
所示的分光膜在其棱形表面具有多个有着相同形状和相同尺寸的平行棱镜，它们沿着棱镜的长度方向排列。图2的例子定性地示出了一分光膜的光学功能，该分光膜包括的棱镜具有90°的顶角和45°的底角。
当光在图2(a)或2(b)的球体中心辐射在分光膜上时，通过A区域到达膜的光是全反射的，而通过其它区域到达膜的光在该膜内传播且是折射的。折射的光可以返回到球体的内侧或通过该膜，然后根据折射角或折射次数，从与入射表面相对的表面发射(泄漏出)。这就是说，根据光的入射角，光是全内部反射并传播到最远端，或者，折射并允许通过该膜，然后有选择地发射。区域A的形状和尺寸，随着面向光导空间内侧的入射表面的特性(即，入射表面是棱形表面还是平表面)，或诸棱镜的形状和尺寸而变化。因此，具有这样光学功能的一对分光膜的有效组合可以调整光泄漏效应和光传播效应之间的平衡。
根据本发明，通过适当地选择分光膜的三维结构和组合诸棱镜的形状，以及平衡光泄漏效应和光传播效应，可以容易地减小单元的厚度。分光膜的三维结构和诸棱镜形状的组合应予以优化的设计，现总结如下：
(a)组合两个分光膜的棱形表面的方向，即，面向光导空间的内侧或外侧；
(b)两个分光膜的棱镜的方向，即，棱镜的方向与从光源发出的光的入射方向的夹角；当棱镜的方向与从光源发出的光的方向平行时，该角为0°，当棱镜的方向垂直于从光源发出光的方向时，该角为90°；
(c)组合两个分光膜的棱镜的顶角；即，分光膜可有相同的顶角，或它们可有不同的顶角；
(d)组合两个分光膜的平面；即，它们的平表面互相平行，或互相不平行。在不平行的情形中，两个分光膜排列成：光导空间的高度从形成在一端的开口到离该开口最远端降低。在这种情形中，沿光入射方向在平面内的光导空间的横截面的形状呈楔的形式。
现参照图3说明根据本发明的光导空间的一较佳实施例，该实施例是通过有效组合分光膜的三维结构和棱镜的形状而组装的。
图3是包括本发明的光导单元(1)的面光源(60)和光源(4)的垂直横截面图。该图是沿着从光源(4)到光导空间(3)的光(40)的入射方向在垂直于光发射表面的平面内的面光源的横截面图。
在图3的实施例中，两个分光膜(1，2)排列而成光导单元(6)，该单元包括的分光膜(1，2)留有一距离，以提供在两者之间的中空光导空间(3)。此外，分光膜(1，2)的一边缘(11，12)定位成互相平行，并在两者之间留有一间隙以形成开口(30)，该开口(30)和光导空间(3)是连续的。
光源(4)设置在开口(30)附近，这样，它能有效地照明光导空间(3)的内侧，并与光导单元(6)一起形成面光源(60)。在图3的实施例中，反射平面(41)的放置使它部分覆盖光源(4)的照明表面。反射平面(41)有效地防止光沿光导空间之外的其它方向的照明。一般来说，反射膜(5)设置在第二分光膜(2)的背表面，即，与面向光导空间内侧的表面相对的外表面，以增加第一分光膜(1)的光发射表面的照度，即，图3中的上表面。
当如图3实施例所示的光导单元组装时，光导空间(3)的横截面最好具有一楔形。这就是说，分光膜(1，2)的平表面互相不平行，且两个分光膜这样布置：光导空间(3)的高度从在第一边缘(11，12)(该处设置有光源(4))的开口(30)到最远边缘(12，22)降低。
在本发明的第一实施例中，两个分光膜中的第一分光膜(其放置在光发射表面侧)应这样放置：其棱形表面面向光导空间的外侧。在这情形中，第一分光膜的棱镜的方向应与光的方向平行。由此，光泄漏效应和光传播效应得到很好的平衡，因此光导单元的厚度可以容易地降低。
在该实施例中，第二分光膜的三维布置和棱镜的形状是不限制的。然而，第二分光膜的棱镜的方向最好不与第一分光膜的棱镜的方向平行，特别是，两棱镜的方向之间的夹角最好是在40°和90°之间的范围内。因此，即使当光导空间具有的高度为30mm或更小，尤其是，20mm或更小时，光泄漏效应和光传播效应非常容易地得到平衡。
当棱镜的两个方向之间的夹角等于或接近于0°时，第一分光膜的棱镜的顶角最好在80°和95°之间的范围内，而第二分光膜的棱镜的顶角最好在65°和80°之间的范围内。因此，即使当光导空间具有的高度为30mm或更小时，光泄漏效应和光传播效应非常容易地得到平衡。
在上述的第一实施例中，第一分光膜的棱镜的方向和光的方向之间的夹角不等于0，即，这两个方向互相不平行。一般来说，这样的角度在40°和90°之间的范围内。
在本发明的第二实施例中，第一分光膜的棱形表面放置成面向光导空间的外侧，且第一分光膜的棱镜的方向与光的方向平行。在该实施例中，第二分光膜的三维结构形成如下。这就是说，第二分光膜的棱镜的方向与所述光的方向不平行。由此，光泄漏效应和光传播效应很好地得到平衡，因此光导单元的厚度可以容易地降低。第二分光膜的棱镜的方向和光的方向之间的夹角不等于0，即，这两个方向互相不平行。一般来说，这样的角度在40°和90°之间的范围内。
在本发明的第三实施例中，第一分光膜的棱形表面放置成面向光导空间的外侧，第一分光膜的棱镜的方向与光的方向平行，第二分光膜的棱镜的方向也与光的方向平行。在该实施例中，两分光膜的相对结构形成如下。这就是说，如图3所示，两个分光膜这样布置：光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从在膜的第一边缘处的开口(30)到离开口最远边缘降低。第二分光膜的棱形表面放置成面向光导空间的外侧。由此，光泄漏效应和光传播效应很好地得到平衡，且因此光导单元的厚度可以容易地降低。
一般来说，构造成第一分光膜的棱形表面放置成面向光导空间的外侧，且两个分光膜的棱镜的方向均与光的方向平行的结构，对于增加光泄漏效应来说是不利的。然而，当两个分光膜如上所述地相对地排列，且光导空间的垂直截面呈楔的形式时，可以避免这样的缺点。
与上述实施例相比，第一分光膜的棱形表面可以放置成面向光导空间的内侧。在这种情形中，第二分光膜的三维结构和棱镜的形状可以形成如下。
在本发明的第四实施例中，第一分光膜的棱形表面放置成面向光导空间的内侧，而第二分光膜的棱形表面放置成面向光导空间的外侧。由此，光泄漏效应和光传播效应很好地得到平衡，且因此光导单元的厚度可以容易地降低。
在该实施例中，第二分光膜的棱镜的方向较佳地基本上与光的方向平行。因此，即使当光导空间具有的高度为30mm或更小时，光泄漏效应和光传播效应非常容易地得到平衡。
在这第四实施例中，第一分光膜的诸棱镜方向和光的方向之间的夹角最好是在40°和90°之间的范围内。因此，即使当光导空间具有的高度为20mm或更小，光泄漏效应和光传播效应非常容易地得到平衡。
在本发明的第五实施例中，第一分光膜的棱形表面面向光导空间内侧放置，且第二分光膜的棱形表面也面向光导空间内侧放置。在该实施例中，第一分光膜的棱镜的方向不垂直于光的方向。在这种情形中，第一分光膜的诸棱镜的方向和光的方向之间的夹角最好是在30°和60°之间的范围内。因此，即使当光导空间具有的高度为30mm或更小，光泄漏效应和光传播效应非常容易地得到平衡。从这样的观点来看，第一分光膜的诸棱镜方向和光的方向之间的夹角最好是在40°和50°之间的范围内。
在这第五实施例中，第二分光膜的诸棱镜方向基本与光入射的方向平行。第一分光膜的诸棱镜的方向和光的方向之间的夹角较佳地是在30°和60°之间的范围内，且第一分光膜的诸棱镜的方向基本上与光的方向平行。因此，即使当光导空间具有的高度为20mm或更小，光泄漏效应和光传播效应非常容易地得到平衡。
在本发明的第六实施例中，第一分光膜的棱形表面面向光导空间内侧放置，且第二分光膜的棱形表面也面向光导空间内侧放置，且第一分光膜的诸棱镜的方向垂直于光的方向。在这种情形中，第一分光膜的棱镜的顶角小于第二分光膜的棱镜的顶角。由此，光泄漏效应和光传播效应可以很好地得到平衡。
还在该实施例中，第二分光膜的诸棱镜方向最好基本上与光的方向平行。因此，即使当光导空间具有的高度为30mm或更小，光泄漏效应和光传播效应非常容易地得到平衡。
在这第六实施例中，第一分光膜的诸棱镜的顶角最好在65°和80°之间的范围内，而第二分光膜的诸棱镜的顶角最好在80°和95°之间的范围内。
在用于本发明的分光膜中，多个棱镜沿棱镜的长度方向延伸，且互相平行。各棱镜的顶的形状可以是多角形或圆形。
为了有效地提高光传播的效应，棱镜的顶最好是具有特定顶角的多角形。在多角形顶的情形中，其顶角通常从60°至100°，较佳地从65°至95°，最好从70°至90°。
用于本发明的分光膜由具有至少80％的透光度的聚合物制成，较佳地至少为85％，最好至少为90％。这里的透光度是根据JIS K7105测得的全透光度。
分光膜的生产可利用一与棱镜的形状和结构对应的具有特定形状和结构的模具来成形聚合物。用来成形分光膜的聚合物最好是具有折射率为1.4至1.9的高透明的聚合物，例如，丙烯酸聚合物，环氧树脂变质丙烯酸聚合物，聚碳酸酯，等。
在本发明的效应不削弱的情况下，分光膜的尺寸是不受限制的。一般来说，分光膜的厚度(从平表面到棱镜的顶的距离)是从50μm至2mm。
棱镜的节距(相邻顶之间的距离)通常为0.020至0.5mm，较佳地为0.022至0.3mm，且棱镜的高度(介于相邻棱镜和顶之间从底起的高度)通常为0.01至1mm，较佳地为0.011至0.6mm。
根据本发明所使用的分光膜，市场上可购得的具体实例包括“BEF系列”，“IDF系列”和“TRAF”(所有这些产品可从美国3M公司购得)。
根据本发明，面光源可如上述的传统面光源那样进行组装。这就是说，除了光导单元之外，面光源的部件可与传统面光源的部件相同。
例如，作为光源，可使用具有传统形状的光源，诸如线型(杆状)光源，球形光源等。举例来说，可以使用荧光管，冷阴极射线管，发光二极管等。
除了设置在形成在分光膜一边缘处的第一开口附近处的光源之外，可在形成在分光膜的最远边缘处的第二开口附近设置一附加的光源。在这种情形中，光导空间的高度，从第一开口到在离第一开口最远边缘处的第二开口基本上不发生变化。这就是说，两个分光膜的平表面基本上互相平行。
当面光源组装时，提供一包围光导空间的框或盒，这样，除了分光膜的光发射表面之外，光不会从任何部分泄漏。此外，一诸如反射膜的不透光的膜可设置在第二分光膜(相对于光导空间)的外表面。
如上所述，第一分光膜的其中一个主表面，即，相对于光导空间的外表面，是光发射表面。
当光导单元的表面和背表面倒过来时，这样，第一分光膜被处理为第二分光膜且反之亦然，有些光导单元可具有包括在上述实施例中的结构。在这种情形中，第二分光膜的外表面可被用作光发射表面。
光发射表面的面积没有限制。在液晶显示器的例子中，本发明的光导单元一方面可用于具有约2cm2屏幕的液晶显示器，而另一方面可用于约1m2大屏幕的液晶显示器。
如上所述，根据本发明，可降低光导空间的高度，也可减小光导单元的厚度以及面光源的厚度。光导空间的高度通常为1至30mm，较佳地为2至20mm。
这里，光导空间的高度是在形成在膜的第一边缘处(设置光源处)的开口处测得的、介于两个分光膜的相面对的主表面之间的距离。当一个分光膜的棱形表面面向光导空间的内侧时，光导空间的高度是一个分光膜的棱镜的顶和另一分光膜的主表面之间的距离。当两个分光膜的棱形表面均面向光导空间的内侧时，光导空间的高度是从一个分光膜的棱镜的顶到另一分光膜的棱镜的顶之间的距离。
实例
按下面所述，制造实例和比较例的光导单元。用于各实例的分光膜的平面尺寸如下。用于各实例的分光膜的平面尺寸是40mm×40mm。
BEF II：分光膜(亮度提升膜)“BEFII，90/50”可从美国3M公司购得。这种膜在其棱形表面上承载有多个平行棱镜，且每个棱镜的宽度向横截面是一顶角为90°的等腰三角形。相邻棱镜的顶之间的距离(棱镜节距)是50μm，且分光膜的厚度(从膜的平表面到棱镜的顶之间的距离)是155μm。
TRAF：分光膜“TRAFII”可从美国3M公司购得。这种膜在其棱形表面上承载有多个平行棱镜，且每个棱镜的宽度向横截面是一顶角为70°的等腰三角形。棱镜节距是31μm，且分光膜的厚度是145μm。
IDF20：分光膜“IDF”可从美国3M公司购得。这种膜在其棱形表面上承载有多个平行棱镜，且每个棱镜的宽度向横截面是一顶角为70.7°的三角形，一个底角为77.6°，另一底角为31.7°。棱镜节距是50μm，且分光膜的厚度是150μm。
当使用沿棱镜的宽度方向具有非对称截面的这种分光膜，棱镜的布置方向与光的入射方向不平行时，棱镜的任一侧平面可面对光源。面对光源的侧平面可以这样选择：光泄漏效应和光传播效应可以很好地得到平衡。
在下面所述的诸实例中，在实例4，7，12，20和24中，分光膜这样排列：对应于较大底角(在IDF20的例子中为77.6°的底角)的棱镜的侧平面面对光源，而在实例3和6中，分光膜这样排列：对应于较小底角(在IDF20的例子中为31.7°的底角)的棱镜的侧平面面对光源。仅除了面向光源的第一分光膜的棱镜的侧表面不同之外，实例3和16的面光源具有相同的结构。
实例1至24
具有图3结构的一光导单元按如下所述组装。各实例中分光膜的型式和三维结构的组合示于表1。此后，参照实例1来说明光导单元的诸生产步骤。
首先，作为第一分光膜的BEFII(可从3M公司购得)放置在光发射侧，这样，棱形表面面对光导空间的外侧(在表1中，以“O”标志(外侧))，而作为第二分光膜的BEFII放置在背表面侧，这样，棱形表面面对光导空间的内侧(在表1中，以“I”标志(内侧))。一开口形成在两个分光膜的一边缘处。在此开口处测得的光导空间的高度为4mm。离两个分光膜的开口的最远边缘尽可能接近地设定，以使它们几乎互相接触。
在图3中，第一分光膜的诸棱镜的排列方向垂直于纸面的平面，而第二分光膜的诸棱镜的排列方向平行于纸面的平面。这就是说，第一分光膜的诸棱镜的方向垂直于从光源发出光的入射方向(在表1中标志为“H”)，而第二分光膜的诸棱镜的方向平行于从光源发出光的入射方向(在表1中标志为“V”)。
除了应用对表1所示的分光膜的型式和三维结构的组合之外，另一些实例的各个光导单元以与实例1相同的方式进行组装。
在诸实例的各光导单元组装之后，对光的传播和泄漏的情况观察如下：
将光导单元设在一暗室内，四个点光源(LED)与开口平行排列成行，并且发光。然后，从光发射表面观察光辐射和传播的情况。在所有实例中，从诸LED发出的四个明亮的光流在光发射表面(分光膜的主表面)从具有光源的第一边缘到离光源最远的边缘连续地前行。这就是说，有了本发明的光导单元，光传播效应和光泄漏效应可在薄的光导空间中得到平衡，而且根据光源(照明)等的亮度，可以实现所要求的光发射的亮度和均匀度。
比较例1
除了在两个分光膜的位置使用两个透明的丙烯酸树脂膜(在两个表面上无棱镜)之外，该比较例的光导单元以与实例1相同的方式进行组装。
有了该比较例的光导单元，以与诸实例相同的方式观察光传播和光泄漏的情况。然后，靠近第一边缘(光源)的区域被明亮地照亮，而靠近最远边缘的区域根本未照亮。这就是说，由于膜没有棱镜，所以光泄漏效应和光传播效应不能得到平衡。
比较例2
除了第一分光膜的三维结构使棱形表面面向外侧，且诸棱镜的方向与光的入射方向平行(用“VO”标志)，而第二分光膜的三维结构使棱形表面面向外侧，且诸棱镜的方向与光的方向平行(用“VI”标志)之外，该比较例的光导单元以与实例1相同的方式进行组装。
有了该比较例的光导单元，以与诸实例相同的方式观察光传播和光泄漏的情况。然后，靠近第一边缘(光源)的区域被明亮地照亮，而靠近最远边缘的区域根本未照亮。这就是说，即使使用相同的分光膜，但它们的三维结构不正确，光泄漏效应和光传播效应也不能得到平衡。〔表1〕
实例号  第一分光膜  第二分光膜
1  BEF II  HO  BEF II  VO
2  TRAF  HO  BEF II  VO
3  IDF 20  HO  BEF II  VO
4  IDF 20  HO  BEF II  VO
5  BEF II  HO  BEF II  VI
6  TRAF  HO  VEF II  VI
7  BEF II  HO  IDF 20  HI
8  BEF II  HO  BEF II  45I
9  BEF II  450  BEF II  VI
10  BEF II  450  BEF II  HI
11  BEF II  VO  BEF II  45I
12  BEF II  VO  IDF 20  HO
13  BEF II  VO  BEF II  HI
14  TRAF  VO  BEF II  HI
15  IDF 20  VO  BEF II  HI
16  BEF II  BO  IDF 20  HI
17  BEF II  VO  BEF II  VO
18  BEF II  HI  BEF II  VO
19  TRAF  HI  BEF II  VO
20  IDF 20  HI  BEF II  VO
21  BEF II  45I  BEF II  VO
22  BEF II  45I  BEF II  VI
23  TRAF  HI  BEF II  VI
24  IDF 20  HI  BEF II  VI
注：H：垂直于从光源发出光的方向的棱镜的方向。V：平行于从光源发出光的入射方向的棱镜的方向。45：棱镜的方向相对于从光源发出光的入射方向倾斜45°。I：棱形表面面向光导空间的内侧。O：棱形表面面向光导空间的外侧。

Claims (6)

1.一种光导单元，它包括一第一分光膜和一第二分光膜，每个分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则不承载棱镜，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，
其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从形成在所述诸分光膜之间的所述开口起连续，且所述光导空间的高度从所述开口到相对该所述开口的所述分光膜的远处边缘基本上不增加，且
面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，且所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第一分光膜的所述诸棱镜的方向与所述光线的方向不平行。
2.一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则不承载棱镜，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，
其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从形成在所述诸分光膜之间的所述开口起连续，且所述光导空间的高度从所述开口到相对该所述开口的所述分光膜的远处边缘基本上不增加，且
面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，且所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第一分光膜的所述诸棱镜的方向与所述光线的方向平行，且
所述第二分光膜的所述棱镜的方向不与所述光线的方向平行。
3.一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，
其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口和一光导空间，它从形成在所述诸分光膜之间的所述开口起连续，且
面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第一分光膜的所述诸棱镜的方向与所述光线的方向平行，所述第二分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置，且所述第二分光膜的所述棱镜的方向与所述光线的方向平行，且
所述两个分光膜这样排列，即，所述光导空间的高度从所述开口到相对该开口的所述分光膜的远处边缘降低。
4.一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则不承载棱镜，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，
其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从形成在所述诸分光膜之间的所述开口起连续，所述光导空间的高度从所述开口到相对所述开口的分光膜的远处边缘基本上不增加，且
面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的内侧放置，而述第二分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的外侧放置。
5.一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则不承载棱镜，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，
其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，一光导空间，它从形成在所述诸分光膜之间的所述开口起连续，所述光导空间的高度从所述开口到相对所述开口的分光膜的远处边缘基本上不增加。且
面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，且所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的内侧放置，且所述第二分光膜的所述棱形表面也朝向所述光导空间的内侧放置，且
所述第一分光膜的所述棱镜的排列方向不垂直于所述光的入射方向。
6.一种光导单元，它包括第一分光膜和第二分光膜，各分光膜具有两个主表面，其中一个是棱形表面，而另一个则是不承载棱镜的平表面，所述棱形表面承载多个棱镜，它们沿着棱镜的长度方向互相基本平行地排列，
其中，所述两个分光膜这样排列，即，所述分光膜的诸第一边缘基本上互相平行地设置，并在它们之间留下一间隙以形成一开口，从所述开口起连续的一光导空间形成在所述诸分光膜之间，所述光导空间的高度(沿厚度方向的尺寸)从所述开口到相对所述开口的远处边缘基本上不增加。且
面向所述光导空间外侧的所述第一分光膜的主表面是一光发射表面，以发射从所述开口向所述光导空间传播的光，
其特征在于，所述第一分光膜的所述棱形表面朝向所述光导空间的内侧放置，且所述第二分光膜的所述棱形表面面向所述光导空间的内侧放置，且所述第一分光膜的所述棱镜的排列方向垂直于所述光的所述入射方向，且
在于所述第一分光膜的所述棱镜的顶角小于所述第二分光膜的所述棱镜的顶角。
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