CN1603910A

CN1603910A - 面状发光装置

Info

Publication number: CN1603910A
Application number: CN200410089943.2A
Authority: CN
Inventors: 奥脇大作; 志村崇; 渡边清一; 宫下纯司
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: JP4247035B2; US7072116B2; DE102004019063B4; CN100416374C; DE102004019063A1; JP2004327096A; US20040246601A1

Abstract

一种面状发光装置，包括由透光材料制成并具有受光面、发光面的导光板，与受光面相对配置的光源，和设置在受光面上的棱镜结构，棱镜结构具有顶角不同的多种棱镜。

Description

面状发光装置

技术领域

本发明涉及把来自光源的光导入导光板、通过该导光板出射、利用该导光板的出射光照射液晶显示装置的液晶盒等被照明体整个表面的面状发光装置。

背景技术

近年来一直用薄型液晶显示装置作为笔记本式字处理器、计算机或便携式电话机以及其它便携式信息终端设备的显示装置。为了照亮这样的薄型液晶显示装置而利用具有导光板的面状发光装置。该面状发光装置的光源利用荧光管等线状光源和多个发光二级管等点状光源，多个发光二级管(以下称LED)因施加的电压低、消耗电功率少而往往被小型的液晶显示装置作为光源使用。

最近随着小型液晶显示装置的彩色化而要求更明亮的照明，甚至要求传统的单色液晶显示装置几倍亮度的照明。为此需要使用从作为光源的LED出射的定向性高的光，并将该光导入到密度更高的导光板中。因此，就会在把多个LED作为光源使用的面状发光装置中使用出射光的定向性强的LED。可是当使用出射光的定向性强的LED时，例如特开2002-082625(图4)所示，有如下的缺点：在靠近导光板31的发光LED32的一侧(端面31a一侧)产生在导光板31的内部传播的光的波谷，并在多个LED32之间和它们的两端产生光不能到达的三角形部分A。

图13A至图13C示出了这样的传统面状发光装置的一个实例。在图13A至C中，102是作为发光光源的LED，101是导光板，103是与导光板101的上面101a相对配设的棱镜片，104是与导光板101的下面101b相对靠近设置的反射片。如图13A所示，导光板101是平面形状的矩形，由塑料等透光材料构成。导光板101的下面101b具有皱折、点或三棱形或印刷的不规则的凹凸等，并成为散射面。多个LED102与作为导光板101一个侧面的受光面101c相对配设。包括导光板的上面101a和受光面101c的四个侧面为镜面等的光滑面。在LED102上流过预定的电流后使其发光时，来自LED102的光通过折射透过导光板101的受光面101c后射入导光板101的内部，变成在其内部扩展的内部光。该内部光被导光板的下面101b漫反射，一边在上面101a反复全反射，一边在导光板101内传播，同时在其间通过折射透过上面101a，向上方出射。该出射的光入射到棱镜片103，在此利用棱镜的折射作用，使在大致垂直图面方向上的光均匀，作为面状照明光向未示出的液晶面板等照明对象出射。另外，反射片104反射从导光板101的下面101b经漫射向外部出射的光后再返回到导光板101内，从而起到提高光利用率的作用。在此，图13A中用斜线表示的范围S是从LED102入射到导光板101后经折射透过导光板的受光面101c的内部光在导光板101的内部存在分布的光存在区，没有斜线的部分S1是不存在内部光的光欠缺区。不存在内部光的光欠缺区S1形成以受光面101c上的最大折射角的折射光为斜边的三角形。如图13C中所示那样，例如在假设LED102发出的光S的最大出射角为55°时，S入射的受光面101c上的最大折射角(或折射的最大出射角)大致为30°，光欠缺区S1的三角形的斜边与底边形成的角大致为60°。

这样，在导光板101中，作为不存在内部光的光欠缺区S1与从受光面101c进入的入射光处于混杂状态。因此在采用该导光板101的面状发光装置中，在照射液晶盒等被照明体时，在LED102附近的部分(或靠近受光面101c附近部分)交替产生明亮部分与黑暗部分，使亮度变得不均匀，没有达到良好的照明状态。如图13A至C中所示的那种面状发光装置，为了薄型化和结构简单化，在不通过发散板而使棱镜片103与导光板直接对置的构造中，导光板内的亮度分布几乎反映的是原样的照明光亮度，这时如果亮度不均匀会特别成问题。

为了缓解这样的问题，例如特开2002-196151(图1、图2)中所示那样，在与导光板1的LED2对置的受光面1c上形成多个棱镜1c1的面状发光装置是公知的。据此，由于能减少LED的光线在棱镜斜面上的入射角，而使LED的光线入射到导光板时的折射弯曲变小，从而可以缩小照明的暗部分的面积进而可以减轻照明亮度的不均匀。

在图14A至C中，示出了具有设置了这种棱镜的导光板的传统面状发光装置。在图14A至C中，101p是设置在导光板101的受光面101c上的多个棱镜。其它的构成与在图13A至C中所示的面状发光装置相同。在图14C中所示的棱镜101p的顶角α在该例中为60°以下。这时从LED101以最大出射角55°出射的光线S对棱镜101p的斜面在法线上侧入射，因折射向外侧折曲，透射光sp相对受光面101c的出射角为55°以上。该出射角在图中所示的例中为大致60°。在棱镜101p的顶角α为70°时，光线S相对棱镜的入射角为0°，光不会折曲地直接进入，透射光sp的出射角为55°，α为70°以下时折射光向外侧折曲，透射光sp的出射角超过55°，α角为60°以下时，出射角接近60°。也就是说，以该透射光sp的受光面102为基准的最大出射角约为60°，比在没有图13C中所示的棱镜时的最大出射角(约30°)大。

在最大出射角较小时，如图13A所示，光欠缺区S1的三角形斜面的斜度变陡，在光欠缺区S1的导光板101内的光的射入变深。与此相反，在最大出射角较大时，如图14A所示，光欠缺区S1的三角形斜面的斜度变平缓，在光欠缺区S1的导光板101内的光射入变浅。在该光欠缺区S1的射入越浅，在导光板上的光的亮度就越均匀。在此使棱镜101p的顶角变小，棱镜的斜面的倾角增加，在导光板101内部随着最大出射角的进一步变大，可以使光欠缺区S1的射入进一步变浅。因此通过在该棱镜中适当选择顶角，使光欠缺区S1的导光板101内的光射入变浅，使导光板中内部光的亮度均匀性提高，从而可以使照明光的亮度均匀性提高。在此，图15是表示各个棱镜透射光集合成的集合光束的图。在图15中，SK是在图14中所示的各棱镜101p的多个透射光sp在每个LED102上集合成的集合光束，图16A表示在导光板101内的集合光束SK的分布。

在采用受光面上具有多个棱镜的导光板的上述面状发光装置中，还存在以下问题：也就是说，如上所述，来自LED的光透过多个棱镜变成透过各透镜101P的多个透射光sp，这些透射光sp集合后构成集合光束SK，这样的集合光束SK如图16A所示，从各LED102发散，左右(图面上的上下)分开成大致人字形在导光板101内行进分布。在该集合光束SK中，一旦上述个别棱镜的透射光(sp)彼此的间隔(图15中的w)变窄，这些集合光束SK将作为集中成一体的光线被识别，并成为明显的亮线。另外，在该集合光束(SK)的周边(集合光束间的间隙)容易产生暗的部分。

也就是说，如图15所示，当最大出射角变大，与此相应地，相对受光面101c的最小倾角变小时，就通过多个棱镜101p分别折射的透射光sp的光线而言，相邻的光线彼此间的间隙W变小，产生用肉眼不能识别的情况，存在看到的多个光束成为集合体的情况。

在这样的情况下，如图16A所示，不能识别从各LED102发出并在整个导光板101上向左右开放的大致人字形集合光束SK内各个棱镜的透射光sp(见图15)。集合光束SK作为一体的光线可以视觉确认，并且变成明显的亮线。此外，集合光束SK不管作为整体是否能识别，都会如图16A所示，在集合光束SK彼此之间产生隙隔区间R，并且该部分有亮度下降的倾向。据此，在上述亮线的间隙区R可以发现亮度下降，在B-B剖面上发现特别显著的下降。

这样一来，在导光板上设置有棱镜的传统面状发光装置中，由于棱镜101p的存在而使得向光欠缺区S1的导光板101内部的光射入变浅，这些虽然曾是有利的，但往往在导光板101内产生像上述那样的集合光束的光线明显变亮，另外，在导光板内部产生亮度均匀性下降的问题。此外，在没有图14A至C所示那样的扩散板结构的面状发光装置中，导光板内的内部光的亮度分布和亮线的发生反映在照明光本身的品质上，是特别大的问题。也就是说，在例如作为参考图的图17所示的面状发光装置中，在导光板101的上方相对配置扩散片105，此外，还在扩散片的上方配置棱镜片103，这时导光板101的内部光的亮线和亮度分布借助扩散片105的作用，反映在以某种程度形成的照明光上。并且如在已说明的图14B中所示的面状发光装置那样，为达到薄型化和简单化的目的，在不通过导光板(101)上方的扩散片而只相对配置棱镜片(103)构成的面状发光装置中，上述的亮线明显和亮度下降的部分(图16A中的R)容易反映在照明光本身上，因此这些会直接使照明的状态变坏。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种使导光板内光的亮度均匀并且在通过各个棱镜时集合的集合光束中亮线不明显的面状发光装置。

为了达到上述目的，根据本发明的一个特征，包括由透光材料构成并且具有受光面及发光面的导光板、相对受光面配置的光源和设置在受光面上的棱镜结构，棱镜结构具有顶角不同的多种棱镜。

为了达到上述目的，按照本发明的另一特征，在设有由透光材料构成并具有受光面及发光面的导光板、相对受光面配置的光源和设置在受光面上的棱镜结构的面状发光装置中，当棱镜的顶角为α，棱镜的节距为P，棱镜的高度为h，光源发光的实际最大出射角为θ₀，导光板的折射率为n时，透镜的结构使下述关系成立：

{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm

其中θ2＝sin^-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。

为了达到上述目的，按照本发明的又一特征，就顶角不同的多种棱镜中的至少一种棱镜而言，当棱镜的顶角为α，棱镜的节距为P，棱镜的高度为h，光源发光的实际最大出射角为θ₀，导光板的折射率为n时，下述关系成立：

{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm

其中θ2＝sin^-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。

附图说明

图1A是表示本发明的面状发光装置第1实施例的平面图。

图1B是在图1A中所示的面状发光装置的侧面图。

图2是表示图1A中所示面状发光装置的LED部分的放大平面图。

图3是表示在图1A中所示面状发光装置中的棱镜的透射光方向的图。

图4是表示通过计算求出图3中所示棱镜的透射光角度的结果的曲线图。

图5A是表示在图1A中所示的面状发光装置的导光板中集合光束分布的图。

图5B是分别表示图5A的A-A，B-B剖面的光的亮度的图。

图6是表示在图1A中所示面状发光装置的棱镜的透射光宽度的图。

图7是表示在图1A中所示面状发光装置的各个棱镜的透射光之间间隔的图。

图8A是表示在图1A中所示面状发光装置的导光板中的棱镜透射光一个实例的图。

图8B是表示在图1A中所示面状发光装置的导光板中棱镜的尺寸和排列的图。

图9A是表示在图1A中所示面状发光装置的导光板中棱镜透射光的另一实例的图。

图9B是表示在图1A中所示面状发光装置的导光板中各个棱镜的尺寸及其透射光的其它实例的图。

图10A是表示适用于在图9B中所示的棱镜尺寸和排列时导光板中第1第2棱镜中的第1棱镜透射光分布的图。

图10B是表示在图10A中的第2棱镜的透射光分布的图。

图10C是表示图10A中的第1和第2棱镜的透射光分布的图。

图11A是表示本发明第2实施例的面状发光装置中棱镜透射光的图。

图11B是表示在图11A中棱镜的排列和尺寸的一个实例图。

图11C是表示图11A中的棱镜排列和尺寸的另一实施例的图。

图12是表示在本发明第3实施例的面状发光装置中棱镜的排列及其透射光的图。

图13A是表示传统的面状发光装置的平面图。

图13B是表示在图13A中所示的面状发光装置的侧面图。

图13C是表示在图13A中所示的面状发光装置中棱镜的透射光图。

图14A是表示传统的面状发光装置的平面图。

图14B是表示在图14A中所示的面状发光装置的侧面图。

图14C是表示在图14A中所示的面状发光装置中透镜的透射光的图。

图15是表示在图14A中所示的面状发光装置中各个棱镜的透射光的图。

图16A是表示在图14A中所示的面状发光装置的导光板中集合光束分布的图。

图16B是分别表示在图16A中A-A、B-B剖面的光亮度的图。

图17是表示传统的面状发光装置的侧面图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的几个实施例。

在图1A和B中示出了本发明的面状发光装置的第1实施例，该面状发光装置包括导光板1。该导光板1是由透光性塑料材料等制成的板状体并且大体上具有长方体形状。该导光板1具有在上面形成的发光面1a，下面1b，和在一个侧面上形成的受光面1c。发光面1a形成通过镜面精加工等的光滑面。光源2与受光面1c相对配置，该光源2在图示的实施例中，由3个LED(发光二极管)构成。棱镜片3与导光板1的发光面1a相对配置，反射片4与导光板1的下面1b相对配置(参见图2)。

在导光板1的下面1b上形成包括皱折、点、不规则的棱柱体或通过印刷得到的不规则凹凸的漫射面，作为用于使从LED2入射到导光板1内的光向上述上面1a反射的部件。

另外，包含导光板1的受光面1c的四个面的表面形成经过镜面精加工等的光滑面。

如图2所示，在导光板1的受光面1c上设置棱镜结构。该棱镜结构具有例如顶角为α1的第1棱镜1p1、顶角为α2的第2棱镜1p2，这些第1和第2棱镜每隔1个互相邻接地排列。在此，在本实施例中，第1棱镜1p1的顶角α1比第2棱镜1p2的顶角α2小。

在上述结构中，当从未示出的驱动电路向光源即LED2供给预定的电流时，LED2发射预定颜色例如大致白色的光。来自LED2的光从受光面1c入射到导光板1上，被图1B中所示的上面即发光面1a全反射，并且一边被下面1b重复漫射一边在导板1的内部广泛传播，在其间通过折射透过发光面1a的光从发光面1a向棱镜片3出射。把从导光板1入射到棱镜片3上的光的方向调整到大致垂直的方向，作为照明光向外部液晶面板等出射并照明该液晶板。在此，反射片4使通过从导光板1的下面1b漫射而出射到下侧的光再度反射，并返回到导光板1内，起提高光的利用率的作用。

在产生上述照明光的过程中，如图2所示，从LED2以预定的出射角(例如55°)发射并到达受光面1c的第1棱镜1p1和第2棱镜1p2的入射光s分别被棱镜面折射后，变成透射光sp1和sp2，在导光板1内行进。在此，如果在水平方向的面1c上的第1棱镜1p1的透射光sp1的出射角为1，第二棱镜1p2的透射光sp2的出射角为2，则1＞2的关系成立。这将如后面所详细描述的那样，其关系是透镜的顶角越小，出射角()越大。在此，在图1A中，S是导光板1中内部光存在的光存在区，S1是内部光不存在的光欠缺区。构成该三角形光欠缺区S1的斜边的角度等于透过上述第1棱镜1p1的透射光sp1(或内部光)的出射角1的最大值。而且存在1的最大值越大，在欠缺区S1的导光板1内部的射入就越变浅的倾向。

下面将讨论棱镜的角度与该透射光在导光板1内部的出射角的关系。在此，一般如图3所示，若设棱镜p的倾斜角为β，棱镜的顶角为α，则β＝90°-(α/2)。当来自LED2的光线s的出射角即相对水平方向1c的入射角为θ0，相对棱镜面的入射角为θ1时，

θ1＝θ0-(90°-(α/2))＝θ₀-β ...(1)

((∵α/2＝90°-θ₀+θ1))。

当在棱镜面上折射光的出射角为θ2，导光板1的折射率为n时，根据斯内尔定律，

θ2＝sin^-1[(Sinθ₁)/n]

＝sin^-1[{sin(θ₀-90°+(α/2))}/n]

＝sin^-1[(sin(θ₀-β)/n) ...(2)

θ2是透射光sp与棱镜面的法线构成的角，当以透射光sp的水平方向1c为基准的出射角为时，

＝θ2+β＝θ2+90°-(α/2) ...(3)

现在，在LED2发出的光线s的出射角θ₀为55°，导光板1的折射率为1.585的情况下，使棱镜的倾斜角β或顶角α变化，利用上述的(1)、(2)、(3)式通过计算出射角β求出结果，在图4中示出该结果。如图4所示，随着使棱镜的倾斜角β增加，使顶角α减小，透射光(或内部光)sp的上述出射角从约30°单调增加到约70°。在本第一实施例中，如图2所示，使用的是上述第一棱镜1p1和第2棱镜1p2两种棱镜，对于第1棱镜1p1为了使其透射光sp1的出射角变大而选择顶角小的棱镜，对于第2棱镜1p2为了使其透射光sp2的出射角变小而使顶角较大(但比180°小得多)。在此，作为第1棱镜1p1之所以选择出射角较大的顶角α，是因为要使向图1A中所示的光欠缺区S1的导光板1内部的光的射入变浅，作为第2棱镜1p2之所以选择出射角较小的顶角α，是因为要通过比较小的第2棱镜1p2的透射光sp2补充第1棱镜1p1的透射光sp不存在的部分。

图5A是表示在第一实施例中上述透射光(sp1、sp2)彼此补充的状态的一个实例。在图5A中，SK1是图2中所示的每个第1棱镜1p1的透射光束sp1经多个集合后构成的集合光束，SK2是图2中所示的每个第2棱镜1p2的透射光束sp2经多个集合后构成的集合光束。如图5A中所示，集合光束SK1和SK2在导光板1内并且以LED2为起点左右(在图中为上下)开放伸展成人字形状。SK1的出射角比SK2的出射角形成得大。因此集合光束SK1和SK2之间在过去形成为暗部的区域R(参见图16A)中，由集合光束SK2射入并补充其间隔。结果在第1实施例中，与过去相比，在导光板1内部的亮度均匀性是高(参见图5B)，另外，这一点在后面将更详细地说明。

接着，说明在第1实施例中考虑的棱镜的尺寸和棱镜的节距的间隔。这种考虑如已经在现有的实例中说明的那样(见图15)，是为了不产生因各个棱镜折射产生的光线彼此的间隔变窄而在视觉上确认为整体的光线这样的缺点而进行的。下面将说明如何确定棱镜的高度和节距。图6是表示入射到1个棱镜p上的光线折射后的光线宽度图。在图6中，h为棱镜的高，α为顶角。从LED2向θ₀的方向发出的光以θ1入射到棱镜的斜面上，然后根据斯内尔定律向θ2方向折射，在导光板(未示出)中行进。因为以该θ2在棱镜斜面上出射的光按其原样在导光板的有效面积上行进，所以必需通过棱镜底边部分。在此，可以发现当从棱镜的安装根部使光向θ2方向相反地追寻θ2方向的光时在入射面的高度h′处入射。

如果求出h′则

h′＝2h×tan(α/2)/{tan(α/2)+tan(α/2+θ2)}

(∵a＝h′×tan(α/2+θ12)，b＝h′×tan(α/2)

a+b＝2h×tan(α/2)

在此，当设棱镜p的底边宽度为Wp时，则

Wp＝2h×tan(α/2) ...(4)

接着，通过棱镜射入到导光板内部的光的宽度W

W＝Wp×sin(90°-)＝Wp×cos，

如将式(4)代入该式中，

W＝2h×tan(α/2)×cos。

接着如图7所示，在以某个间隔设置棱镜p时，当设棱镜的节距为P时，没有棱镜的平面部分的宽度Wf也根据式(4)加以考虑，即，

Wf＝P-Wp＝P-2h×tan(α/2) ...(5)

在此，因为被棱镜折射的光在平面部分不存在，所以通过棱镜的光如图7所示，Wn的间隔会变空。求出该间隔，则有

Wn＝Wf×sin(90°-)＝Wf×cos。在此，如将式(3)、(5)代入，则有

Wn＝{P-2h×tan(α/2)}×cos(θ2+90°-(α/2))...(6)

但θ2用式(2)表示，即

θ2＝sin^-1[{Sin(θ₀-90°+(α/2))}/n]

作为一个实例，引用传统的棱镜尺寸和节距间隔，用式(6)计算各棱镜的透射光间的间隔Wn。在此当设棱镜的顶角α为90°，高度为h＝0.33，节距间隔P为P＝0.18时，在θ₀＝55°，n＝1.585的情况下，利用式(6)进行计算，得到

Wn＝{0.18-2×0.03×tan45°}×cos(45°+6.3°)

＝0.12×0.62＝0.074mm

可是，需研究图7中所示的棱镜的透射光间的间隔Wn的值实际上在什么程度上是必要的。一般认为视力为1.0的人眼分辨力是1′(＝1/60°)。或者因为能看清便携电话机和PDA等小型显示器时显示器与人眼的距离是约300mm，这时人眼能识别的间隔是300×tan(1/60)＝0.087mm，因为采用上述尺寸的棱镜时各棱镜的透射光间的间隔为0.074mm，在识别限度以下，所以不能一束一束地分开识别，只能看到一束作为集合光束的粗线，在作为背照光看时，为了在LED附近使分成左右的集合光束不成为明显的亮线，而使通过各棱镜折射的光不像上述那样一体地被看到是重要的。为此，必需使上述Wn的值在作为识别限度的0.087mm以上。但，因为上述计算是将出射光的方向θ1特定为1计算的，实际上，各种方向的出射光被棱镜折射后变成内部光，所以该计算只是大体上的目标，其实际的数值最终由实验求出。无论如何，因为过去关于光线的间隔Wn不考虑识别限度，因此会因所设定的棱镜列尺寸，而使间隔Wn变为识别限度以下，所以多束光线成为明显粗亮线的情况并不少见。

下面将说明在第1实施例中采用的满足使上述光线的间隔Wn变成识别限度以上并能识别各个光束的条件的棱镜尺寸和排列的具体实例。图8A和B是表示具体实例的图。如图8A中所示，第1棱镜1p1和第2棱镜1p2与LED2对置而且每隔1个交替排列。在此，如图8B所示，设第1棱镜1p1的顶角α为60°，高度h为0.03nm，第2棱镜1p2的顶角α为130°，在该条件下，针对第1棱镜1p1，求出在线间距离Wn超过识别限度0.087mm的值0.1mm时的节距P，为此，将式(6)变形，得到

P＝Wn/cos(θ2+90°-(α/2))+2h×tan(α/2)...(7)

将上述第1棱镜1P1的顶角α＝60°，高度h＝0.03mm和目标的线间距离Wn＝0.1mm代入式(7)中计算。并在n＝1.585，θ₀＝55°时用式(2)求出θ2。结果得到P＝0.217mm。这时，根据式(4)得到棱镜底边的宽度WP：

WP＝2h×tan(α/2)，考虑式(7)后得到的第1棱镜1p1之间的间隙是

P-WP＝Wn/cos(θ2+90°-(α/2))，该间隙值变为0.183mm。

接着计算设置在整个间隙中的第2棱镜1p2的高度h。

在式(4)中，即在WP＝2h×tan(α/2)中，通过设WP＝0.183mm，α＝130°，得到h＝0.042mm。

在图8A中示出了图8B所示尺寸的棱镜1p1和1p2的透射光sp1、sp2的状态。在此，透射光sp1的出射角57°和透射光sp2的出射角44°分别是将α＝60°、α＝130°代入式(3)中根据求出的值。第1棱镜1p1的透射光s1p间的间隔当然变成0.1mm在识别界限以上，第2棱镜1p2的透射光s2p间的间隔Wn2却不见得变成识别界限以上，并且在这种情况下，因为该透射光s2p的出射角44°比较小，所以不会成为亮线而造成实际损害。

此外，仍将第1棱镜1p1彼此的间隔固定为上述的0.183mm，当提高第1棱镜的高度时，第1棱镜的透射光s1p的宽度扩展，可以使该透射光的光量逐渐增加。在图9A和9B中示出该例。如图9B所示，在第1棱镜1p1的顶角α保持原样(60°)，高度为0.08mm时，如图9A所示，在Wn确保为0.1mm的状态下，可以使第1透镜1p1的透射光s1p的宽度比图8时更宽。这时，第2棱镜1p2的透射光sp2的宽度比图8时减少。这是因为第1棱镜1p1的高度变高，所以相对于LED2的出射角为θ₀(55°)的入射光S而言，被第1棱镜1p1的遮蔽增加，在第2棱镜1p2上的入射范围减少。这样通过适当选定第1棱镜的高度就可以调节第1棱镜的透射光s1p的宽度和第2棱镜的透射光s2p的宽度，使这些透射光的亮度趋于平衡，进一步提高导光板1的亮度均匀化。

下面，图10A至C是表示采用图9A和B中所示尺寸的棱镜的导光板1的内部光分布状态的图(局部示出了LED2附近的部分)。在此，图10A表示的是第1棱镜1p1的透射光sp1的分布状态，图10B表示第2棱镜的1p2的透射光sp2的分布状态，图10C表示上述透射光sp1和sp2混合存在的实际状态。如在图10A中所示，透射光sp1从各个第1棱镜1p1向左右(图中为上下)大致分成人字形在导光板1内行进。于是与来自1个LED2的入射光对应的由多束(在此为4束)透射光sp1组成的集合光束SK1向左右大致分成人字形地行进。该集合光束SK1相当于在图5中所示的SK1。在此因为构成集合光束SK1的各透射光sp1的光束彼此的间隔为0.1mm，处于上述识别界限值以上，所以能作为单独的光束识别，不会把集合光束SK1整体作为一束粗亮线识别。因此亮线不显著。另外，向透射光sp1和内部光束SK1的导光板1内部的出射角是57°(见图9A)。

如图10B所示，透射光sp2从各个第2棱镜1p2向左右(图中为上下)大致分成人字形在导光板1内行进。于是与来自1个LED2的入射光对应的由多束(在此是4束)透射光sp2组成的集合光束SK2分别向左右行进。(因为这时透射光sp2之间的间隔如图9A的Wn2所示，变得比0.1mm大)该集合光束SK2是相当于图5中所示的SK2。并且透射光sp2和集合光束SK2在导光板1内部的出射角是44°(参见图9A)。接着在图10C中，同时示出第1棱镜1p1的透射光sp1和第2透镜1p2的透射光sp2的分布状态。因此，在透射光sp1(相当于上述SK1)不存在的区域(相当于图5A的R部分)第2棱镜1p2的透射光sp2将射入，补充该部分。图5B是在使用图9A和B所示的棱镜时，图5A的A-A剖面和B-B剖面中的亮度分布的图。据此在R部分中的亮度没有缺少，可以比过去得到均匀的亮度(参见图16A)。

这样一来，按照本第1实施例的面状发光装置，由于在导光板1的受光面上设置顶角小的第1棱镜1p1和顶角大的第2棱镜1p2，并设定第1棱镜的节距P等尺寸使之满足预定的条件，所以，第一能将由各个第1棱镜1p1折射的来自LED2的入射光变成的透射光sp1彼此的间隔设在预定的识别值以上，从而使上述集合光束(SK1)的亮线不明显。第二通过由各个第二棱镜1p2折射来自LED2的入射光变成的透射光sp2，在导光板1内补充上述第1棱镜1p1的透射光sp1的集合光束(SK1)的间隙，可以使亮度均匀性提高。这样一来，因为本第1实施例能防止在导光板1内部出现亮线和提高亮度的均匀性，所以不需要具有图17的参考例中所示的那种扩散片105，只要借助图1A和B中所示的简单的面状发光装置就可以反映出与照明光品质直接相关的导光板亮度品质，并可以确保充分照明光的品质。另外在本第1实施例中，在导光板上设置顶角不同的两种棱镜，但本发明并不受此限制，即使通过在导光板上设置顶角不同的三种以上棱镜也可以得到同样的效果。

下面参照图11A至C说明本发明的第2实施例，其涉及具有导光板的面状发光装置，所述导光板上棱镜的排列方式与在图9A和B中所示的棱镜排列不同。另外，本第2实施例其它部分的结构与图1A和B所示的第1实施例相同。

在该第2实施例中，第1棱镜1p1按每2个统一配置，而第2棱镜按每1个或多个统一配置。在图11B所示的实例中，第1棱镜1p1的顶角α是60°，高度是0.08mm，2个第1棱镜1p1之间以空出宽度为0.183mm的平面部1f的形式排列。

在这2个第1棱镜1p1的外侧连接配置1个第2棱镜1p2。第2棱镜的高度是0.06mm，其顶角是130°，其宽度是0.257mm。也就是说，第1棱镜间的间隔可以为0.183mm和0.257mm。如图11A中所示，除第1棱镜1p1的透射光s1p，第2棱镜的透射光s2p之外，还产生第1棱镜1p1之间平面部If的透射光s1f(在顶角为180°时，用式(3)求出的其出射角为31°)，在采用这三种透射光进行平衡时可实现互相补充，使导光板1整体的亮度均匀性进一步提高，这时，第1棱镜1p1的透射光sp1之间的间隔因第1棱镜1p1彼此的间隔而有长有短，但即使在短的情况下也达到0.1mm，可以进行单个识别，困此，可以避免出现明显的亮线。另外，在图10B的实例中，是在2个连续的第1棱镜1p1之间配置1个第2棱镜1p2，但也可以如图11C所示那样，代之以在两个连续的第1棱镜1p1之间排列2个连续的第2棱镜1p2。而且也可以交错配置多个第1棱镜和第2棱镜。

以上的说明虽然是针对在第1实施例和第2实施例中第1棱镜1p1的顶角为60°，第2棱镜的顶角1p2的顶角为130°的情况进行说明的，但是本发明并不受这些数值的限制，利用顶角比较大的第1棱镜和顶角比较小的第2棱镜，通过使与第1棱镜相关的透射光的间隙Wn(参照式(6))明显超过识别限度0.087mm，并在考虑这一点的基础上选择第1棱镜的高度(h)和节距(P)，可以达到使亮线不明显，和使亮度均匀性提高的同样效果。

下面参照图12说明本发明的第3实施例。如图12所示，在第3实施例中，只在导光板1的侧面上整排设置一种棱镜1p。该棱镜1p的顶角(α)，高度(h)和节距(P)与图9A和B中所示棱镜排列中的第1棱镜1p1相同，即，α＝60°，h＝0.08mm，P＝0.257mm，但棱镜1p之间的间隔(0.183mm)的部分形成为平面部1f。来自LED2的入射光s通过折射后透过棱镜1p，产生透射光sp，折射后透过平面部1f的光产生透射光sf。在此，透射光sp、sf的出射角，根据已经说明的原理，分别是57°和31°，另外透射光sp彼此的间隔根据已经说明的原理是0.1mm。

在该第3实施例中，由于棱镜是1种，所以没有完成在图5A中所示的R部分的补充，不能使导光板的亮变充分均匀，但是因为各个棱镜1p的透射光sp的间隔变成0.1mm，并且以超过识别界限值的方式考虑构成棱镜列，所以使过去产生的大致为人导形的集合光束的亮线不明显，从而可提高照明的品质。另外，并不限于该例的数值，为了用1种棱镜使棱镜的透射光间隙Wn(参见式(6))足以超过识别限度0.087mm，可通过考虑选定的顶角(α)，高度h和节距(P)，来获得使亮线不明显的效果。

如上所述，按照本发明，在具有导光板和作为光源的LED并在与LED对置的导光板受光面上形成棱镜的面状发光装置中，由于要确保各个棱镜的透射光间隔在预定值以上，而采用了使在导光板上产生的亮线不明显的多种棱镜，互相补充棱镜透射光不存在的区域，使导光板的亮度均匀性提高，借此达到光的良好照明状态。

Claims

1、一种面状发光装置，包括：由透光材料制成并具有受光面、发光面的导光板；与上述受光面相对配置的光源；和设置在上述受光面上的棱镜结构，其特征在于，上述棱镜结构具有顶角不同的多种棱镜。

2、如权利要求1所述的面状发光装置，其特征在于，上述多种棱镜相互邻接配置。

3、如权利要求1所述的面状发光装置，其特征在于，还包括与上述发光面相对配置的棱镜片。

4、如权利要求1所述的面状发光装置，其特征在于，上述导光板还包括具有与上述发光面相对的面并且相对该面配置的反射片。

5、如权利要求1所述的面状发光装置，其特征在于，在入射上述光源发出的光的导光板受光面上设置多种棱镜，并且选定至少一种棱镜的尺寸及排列的节距，使得所述各个棱镜的透射光彼此之间的间隔在预定的识别值或其以上。

6、一种面状发光装置，包括：由透光材料制成并具有受光面、发光面的导光板；相对受光面配置的光源；和设置在受光面上的棱镜结构，其特征在于，当上述棱镜结构的棱镜的顶角为α，棱镜的节距为P，棱镜的高度为h，上述光源发光的实际最大出射角为θ₀，导光板的折射率为n时，上述棱镜结构具有以下关系：

{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm，

其中θ2＝sin^-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。

7、如权利要求1所述的面状发光装置，其特征在于，顶角不同的多种棱镜中的至少一种棱镜在棱镜的顶角为α，棱镜的节距为P，棱镜的高度为h，光源发光的实际最大出射角为θ₀，导光板的折射率为n时，具有以下关系：

{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm

其中θ2＝sin^-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。

8、如权利要求1所述的面状发光装置，其特征在于，利用顶角不同的多种棱镜的作用，使在各棱镜上产生的光线的亮部和暗部互相补充，整体地缓和照明光的明暗差。

9、如权利要求6所述的面状发光装置，其特征在于，利用顶角不同的多种棱镜的作用，使在各棱镜上产生的光线的亮部和暗部互相补充，整体地缓和照明光的明暗差。