CN1704819A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

一种面光源装置包括电致发光器件、在该电致发光器件光发射面一侧上的光散射部分，以及在该光散射部分的光发射面一侧上的光汇聚部分。该光汇聚部分包括叠放的第一和第二光学膜片，各光学膜片具有平面的光入射部分和光发射部分，通过该光入射部分光得以射入，以及通过该光发射部分光得以射出。各光学膜片的光发射部分形成有平行的棱状突条，各具有90度到105度的顶角。各光学膜片上都设置为光入射部分朝向电致发光器件，以及所述第一光学膜片突条的排列方向垂直于所述第二光学膜片突条的排列方向。

Description

面光源装置

技术领域

本发明涉及一种设置有电致发光器件的面光源装置。

背景技术

日本未审毕专利公开号8-83688、2000-277266、以及2003-109747披露了一种面光源装置，以平面形式从电致发光器件，或者称EL装置(electro luminescence，电致发光/冷光)发射光线，例如，作为冷光源，用于液晶显示器的背光部分。

公开号8-83688的专利申请披露了这种装置，在有机电致发光器件的光发射面外侧设置有光散射部分。通过将一透镜膜片粘接于安装该有机电致发光器件的透明基板，粗糙化透明基板的表面，或者在透明基板上分散不透明颗粒而形成该光散射部分。该光散射部分的目的在于通过反射从外侧进入的光，而避免阴极(或者镜电极)作为镜面被看到，该电极为有机电致发光器件的一部分。

公开号2000-277266的专利申请披露，这种装置在透明基板的光发射面上设置有聚光层，在该透明基板上安装有机电致发光器件。该聚光层包括多个显微结构的平行棱镜。该聚光层汇聚从有机电致发光器件中发出的光，从而提高朝向该器件前方的方向性。

公开文献8-83688和2000-277266中的技术方案，对于提高从该有机电致发光器件发射朝向面光源装置前端的光正面亮度来说是不够的，并且，没有充分利用从有机电致发光器件发射的光。所以，需要大量电能消耗以维持较高正面亮度。

公开号2003-109747的专利申请披露，在这种装置上，有设置于透明基板上的光漫射部分，透明基板上安装有机电致发光器件，并且还披露了一种光汇聚部分，位于该光漫射部分的光发射侧。通过在一种透明膜片当中分散一种光散射物质，这种物质有不同于该透明膜片的折射率，或者，通过在一种透明基板当中分散光散射物质，这种物质有不同于该透明基板的折射率，而形成该光散射部分。光汇聚部分包括一个透镜，用于把从光漫射部分出来的光聚集。该光散射部分阻止从有机电致发光器件中发射出的光，在透明基板表面和空气之间的交界面上发生全反射。光汇聚部分通过汇聚从光漫射部分射出的光，以提高正面亮度。

公开号2003-109747的专利申请披露了这种装置，其上有一光漫射部分和一光汇聚部分，此专利比公开文献8-83688和2000-277266中的装置更有效地利用了从有机电致发光器件中发射出的光，并且，为保证高正面亮度，其所需电能比公开文献8-83688和2000-277266中的装置少。

但是，公开号2003-109747的专利申请仅披露了由透镜构成的光汇聚部分，该透镜具有一种形状，设计为把从光漫射部分射出的光进行汇聚。换句话说，根本没有披露适于提高从有机电致发光器件射出光利用率的光汇聚部分的具体结构。

本发明提供一种面光源装置，其利用率高，从电致发光器件中发出的光的正面亮度也高。应注意到，所谓“正面亮度(frontbrightness)”含义为电致发光器件的光发射面法线方向亮度。

发明内容

根据本发明的一种面光源装置，包括电致发光器件，光散射部分，和光汇聚部分。该光散射部分位于光散射部分的光发射面一侧。该光汇聚部分包括层叠放置的第一和第二光学膜片，各具有平面的光入射部分，通过该光入射部分光得以进入，以及光发射部分，通过该光发射部分光得以射出。每个光学膜片的光发射部分形成有多个彼此平行排列的棱状突条。每个突条的顶角为90度到105度。该第一和第二光学膜片，各设置为使所述的光入射部分朝向该电致发光器件，以及该第一光学膜片上的突条排列方向垂直于该第二光学膜片上突条的排列方向。

根据下文结合附图进行的详细描述，本发明的这些以及其它的目的和优点将更为明了。

附图说明

本发明被认为具有新颖性的特征，特别在所附的权利要求书中提出。本发明及其发明目的、优点，将参照后面的实施例及其附图进行说明。

图1A为本发明第一优选实施例中的面光源装置的侧面示意图；

图1B为本发明第一优选实施例的面光源装置的分解透视图；

图1C为本发明的第一优选实施例中的一个棱镜膜片的局部侧视图；

图1D为本发明第一优选实施例的一个棱镜膜片的局部侧视图；以及

图2表示所述棱镜膜片的突条上顶角和正面亮度率之间的关系图。

具体实施方式

下文将参照图1A到2，根据本发明第一实施例来描述液晶显示器的背光部分。

如图1A所示，液晶显示器11包括液晶面板12，以及设置于液晶面板12的背侧(即显示器表面的背面)的背光部分13或者面光源装置。背光部分13包括：透明基板14；有机电致发光器件15，设置于透明基板14的光入射面141上；光散射膜17或者说光散射部分，通过粘接层16粘接于所述透明基板14的所述光发射面142上；以及，两个棱镜光学膜片18、19或者光学膜片，设置于光散射膜17的光发射面171上。棱镜膜片18、19在本实施例中作为光汇聚部分。所述光散射膜17邻接于棱镜膜片18。棱镜膜片18邻接于棱镜膜片19。透明基板14、粘接层16、光散射膜17和棱镜膜片18、19都由较高光导率的物质形成。

所述有机电致发光器件15，或者有机EL器件，包括第一电极20，有机电致发光/冷光层21或者有机EL层，以及第二电极22，它们以上述顺序分层设置于透明基板14的光入射面141上。所述有机电致发光器件15上覆盖有保护层(未示出)，以防止潮气和氧气的渗透，从而避免该有机电致发光器件21暴露于周围环境的空气中。

第一电极20由透明并导电材料形成，例如氧化铟锡。从第一电极20侧开始以下述顺序，有机电致发光层21形成有三层结构，包括空穴传输层、发光层、和电子注入层，或者形成四层结构，包括空穴传输层、发光层、电子传输层、和电子注入层。有机电致发光层21设计为发射白光。第二电极22由反光的金属材料例如铝形成。第二电极22为阴极。第一电极20为阳极。当在第一电极20和第二电极22之间施加电压时，有机电致发光层21发射白光。

光散射膜17的光发射面171被粗糙化，从而形成粗糙表面以散射光线。在光发射面171上，该表面的粗糙度设定为Ra(粗糙度的计算方法)为0.6μm到1μm。光散射膜17通过粘接层16粘贴于透明基板14上，从而光入射面172，其位于粗糙的光发射面171的反面，面对透明基板14的光发射面142。

所选的粘接层16的物质应该能使粘接层16的折射率接近于透明基板14和光散射膜17的折射率。

如图1B，多个棱状突条23、24分别设置于棱镜膜片18、19一侧，成行平行排列。平行排列的突条23构成棱镜膜片18的光发射部分181。平行排列的突条24构成棱镜膜片19的光发射面191。棱镜膜片18、19上光发射部分181、191的反面为平面的光入射部分182、192，如图1A。棱镜膜片18上的光入射部分182面对光散射膜17的光发射面171。棱镜膜片19上的光入射部分192面对棱镜膜片18上的光发射部分181。于是，光入射部分182、192朝向有机电致发光器件15。

如图1C所示，每个棱镜膜片18上的各突条23形成有一对平面的倾斜面231、232。斜面231、232之间的连接部233(位于远离光入射部分182的位置)包括在同一平面P1之中，并且，每个突条23高度相同。本实施例中，假想的平面P1平行于平面的光入射部分182。斜面231、232之间的顶角θ1(即连接部233处的顶角)均相同，以及每个突条23的剖面形状相同，均为等腰三角形，该剖面由垂直于所述平面的纵向(图1B中箭头Q1方向)截取。平面P1和斜面231之间的角θ11基本上与角θ12相等，角θ12即平面P1同斜面232之间的夹角。

如图1D所示，棱镜膜片19的突条24，各构成一对平面的斜面241、242。斜面241、242之间的连接部243(位于光入射部分192的远端)包括在同一平面P2之中，并且，每个突条24高度相同。本实施例中，假想的平面P2平行于平面的光入射部分192。斜面241、242之间的顶角θ2(即连接部243处的顶角)均相同，以及每个突条24的剖面形状相同，均为等腰三角形，该剖面由垂直于所述平面的纵向(图1B中箭头Q2方向)截取。平面P2和斜面241之间的角θ21基本上与角θ22相等，角θ22即平面P2同斜面242之间的夹角。

该实施例中，棱状突条23的顶角θ1基本上与棱状突条24的顶角θ2相等。

另外，在该实施例中，棱镜膜片18的突条23的剖面形状和尺寸与棱镜膜片19的突条24相同。突条23的倾斜度与突条24的倾斜度相同。

棱镜膜片18设置于光散射膜17的光发射面171上，从而光入射部分182接触并面对光散射膜17的光发射面171。棱镜膜片19位于棱镜膜片18的光发射部分181上，从而光入射部分192接触并面对光散射膜18的光发射面181。一对棱镜膜片18、19如此设置，使一个棱镜膜片18上的突条23延伸的方向垂直于另一个棱镜膜片19上的突条24延伸的方向。从而，突条23在棱镜膜片18上的排列方向(图1B中箭头S1所指)，垂直于突条24在棱镜膜片19上的排列方向(图1B中箭头S2所指)。

以下描述背光部分13和棱镜膜片18、19的运作方式。

从有机电致发光器件15发射出的光，穿过透明基板14和粘接层16，从而通过光入射面172进入光散射膜17。

当粘接层16的折射率设定接近于透明基板14和光散射膜17的折射率，从有机电致发光器件15射出的光则进入光散射膜17，从而透明基板14和粘接层16之间界面、以及粘接层16和光散射膜17之间界面上的全反射较少。从而提高了光的利用率。

于是，进入光散射膜17的光，穿过光发射面171，从光散射膜17外侧出来。同时，如果光散射膜17有平面的光发射面171，在这个方向上行进的光超过临界角发生全反射，由于有粗糙的光发射面171，光将部分地穿过光发射面171而出。光发射面171上反射的光反射到第二电极22，并重新进入光散射膜17，然后穿过光发射面171而出。从而，光的利用率进一步提高。

已从光散射膜17离开的光，穿过棱镜膜片18的光入射部分182进入棱镜膜片18。由于光散射膜17的光发射面171是粗糙的，光发射面171不紧密接触棱镜膜片18的光入射部分182，并且空气占据光发射面171和光入射部分182之间的间隙。由于空气折射率比棱镜膜片18的折射率小，在空气和光入射部分182之间的界面上，通过光入射部分182进入棱镜膜片18的光被折射到靠近光入射部分182的法线方向。

已进入棱镜膜片18和已到达光发射部分181的光，通过共同构成的突条23的斜面231、232，部分地射出棱镜膜片18。由于斜面231、232都暴露于空气中，通过这些面231、232，从棱镜膜片18射出的光被折射，从而沿垂直于突条23的纵向Q1的假想平面行进的一部分光(即突条23排列方向S1上的一部分光)靠近光入射部分182的法线方向。

已到达光发射部分181的其余光在斜面231、232上发生全反射。全反射光在光散射膜17的粗糙的光发射面171或者在有机电致发光器件15上的第二电极22上被反射，然后再次进入棱镜膜片18。同时，光在粗糙的光发射面171上被折射，结果，更多的光得以从棱镜膜片18射出。

从棱镜膜片18射出的光，穿过棱镜膜片19的光入射部分192，进入棱镜膜片19。这种情况下，和光进入棱镜膜片18时一样，光被折射，从而靠近光入射部分192的法线方向。

已进入棱镜膜片19和已到达光发射部分191的光，通过共同构成突条24的斜面241、242，部分地射出棱膜片19。由于斜面241、242都暴露于空气中，通过这些面241、242，从棱镜膜片19射出的光被折射，从而沿垂直于突条24的纵向Q2的假想平面行进的一部分光(即突条24排列方向S2上的一部分光)靠近光入射部分192的法线方向。

已到达光发射部分191的其余光在斜面241、242上部分地发生全反射。全反射光在光入射部分192和空气之间的界面上、空气和棱镜膜片18之间的界面上、光入射部分182和空气之间的界面上、光散射膜17上粗糙的光发射面171，或者有机电致发光器件15上的第二电极22被反射，然后再次进入棱镜膜片19。再次进入棱镜膜片19的光得以从棱镜膜片19部分地射出。

由于突条23的排列方向S1垂直于突条24的排列方向S2，从有机电致发光器件15中出来的大部分光，穿过棱镜膜片18和19，在朝前方向汇聚。

穿过光发射部分191的光进入所述液晶面板12。液晶显示器11的使用者利用从背光部分13射出的光，观察液晶面板12的视屏。

按照第一优选实施例，有如下优点：

(1)粘接层16的折射率接近于透明基板14和光散射膜17。所以，在任何方向从有机电致发光器件15射出的光，在透明基板14和粘接层16之间的界面、以及粘接层16和光散射膜17之间界面上，几乎不发生全反射，然后到达光散射膜17。从而，提高从背光部分13发出的光的利用率。

(2)由于光散射膜17的光发射面171经粗糙化，相对于平面的光发射面171，更多的光可以从光散射膜17射出。于是，进一步有效地射出背光部分13的光。

(3)穿过棱镜膜片18和19从光散射膜17出来的光，由于这些光经过汇聚，从而其行进方向靠近透明基板14的光发射面142的法线方向。于是背光部分13上正面亮度得以改善。

(4)由于来自有机电致发光器件15的光穿过光散射膜17，从而穿过棱镜膜片18和19，其行进方向被光散射膜17散开的光并不直接射出，而是通过用于改进发光效率的棱镜膜片18和棱镜膜片19汇聚。于是，改善了背光部分13的正面亮度。

(5)光散射膜17粘接于有机电致发光器件15的透明基板14上，所以，光散射膜17和透明基板14之间不存在空气，从而从有机电致发光器件15射出的光可有效地传播到光散射膜17上。

(6)与用于发光的无机电致发光器件相比，有机电致发光器件15所需电压较低。所以，其可用作液晶显示器11上合适的背光光源。

下文将描述面光源装置的若干实例。

实例1

上述优选实施例当中，棱镜膜片18、19各自的突条23、24的顶角都是90度。光散射膜17具有94％的阴霾(haze)，82％的总透射率。

实例2

各个棱镜膜片18、19的突条23、24上顶角都为105度。其他部分与实例1相同。

实例3

各个棱镜膜片18、19的突条23、24上顶角都为65度。其他部分与实例1相同。

实例1到实例3中，当有机电致发光器件15上的电流恒定时(即，有机电致发光器件15上发射强度也为恒定)，可测出背光部分13中间的正面亮度(即透明基板14的光发射面142在法线方向上的亮度)。结果如图2。图2中，纵坐标上的标量代表相对的正面亮度，其中实例1的正面亮度为1.00。实例2和实例3的相对的正面亮度分别为0.93和0.74。

根据这些结果，相对于顶角为90度时的正面亮度，当突条23、24的顶角范围处于90度到105度时，相对的正面亮度等于或者大于0.9。当顶角范围处于65度到105度时，相对的正面亮度等于或者大于0.7。

实例4到实例11

实例4到实例11的光散射膜17分别有30％、47％、66％、86％、88％、90％、92％、95％的阴霾。其余部分与实例1相同。

在实例1和实例4到实例11中，当有机电致发光器件15上的电流恒定时，可测出背光部分13中央正面亮度(即透明基板14的光发射面142在法线方向上的亮度)。结果如表1。表1中，正面亮度比率代表相对正面亮度，在此实例1中的正面亮度设定为1。

表1

	阴霾(％)	正面亮度比率
			实例1	94	1.00
实例4	30	0.73
			实例5	47	0.79
实例6	66	0.86
			实例7	86	0.93
实例8	88	0.97
			实例9	90	0.98
实例10	92	0.99
			实例11	95	0.87

根据这些结果，相对于阴霾为94％时的正面亮度，当光散射膜17的阴霾范围为86％和94％之间时，相对的正面亮度(正面亮度比率)等于或者大于0.9。当阴霾范围是47％和95％之间时，正面亮度比率等于或者大于0.75。

于是，正面亮度根据阴霾的多少而不同，因为已经进入光散射膜17的光，对于朝向棱镜膜片18的光出射率，当阴霾小时减小。另一方面，当光通过光散射膜17以较大面积阴霾射出时，这些光很大程度被散射，从而无法有效汇聚。

实例12到实例21

在实例12到实例21中，正面光的总透射率分别为46％、50％、58％、75％、76％、87％、88％、93％、97％、99％。其余部分与实例1相同。

在实例1和实例12到实例21中，当有机电致发光器件15上的电流恒定时，可测出背光部分13中间的正面亮度(即透明基板14的光发射面142在法线方向上的亮度)。结果如表2。表2中，正面亮度比率代表一种相对的正面亮度，在此实例1中的正面亮度设定为1。

表2

	阴霾(％)	正面亮度比率
			实例1	82	1.00
实例12	46	0.81
			实例13	50	0.86
实例14	58	0.91
			实例15	75	0.96
实例16	76	0.99
			实例17	87	0.99
实例18	88	0.98
			实例19	93	0.97
实例20	97	0.94
			实例21	99	0.91

根据这些结果，相对于当正面光的总透射率为82％时的正面亮度，当对正面光的总透射率范围处于75％到93％时，相对正面亮度等于或者大于0.95。当对正面光的总透射率范围处于58％到99％时，相对正面亮度等于或者大于0.9。

本发明不限于上述实施例，还可以进行如下修改。

(1)在第一优选实施例中，棱镜膜片18上的突条23的顶角θ1可以设置为不同于棱镜膜片19上的突条24的顶角θ2。根据有机电致发光器件15的特性不同，θ1和θ2可调节为同背光部分13相适应的特性。

(2)在第一优选实施例中，角θ11可以不同于角θ12，或者θ21可不同于角θ22。根据所要求的特性不同，这些角均可调节。例如，当要求亮度在不是在透明基板14的光发射面142的法向方向上最大时，可通过调节角θ11、θ12、θ21、和θ22获得。

(3)光散射膜17可以省略，以及透明基膜片14的光发射面142可以被粗糙化，作为光散射部分。

(4)光散射膜17可以省略，以及一种散射材料可以分散于透明基板14上，作为光散射部分。

(5)也可用无机电致发光器件替代有机电致发光器件。

本领域技术人员应当明了，对本发明描述的具体实施例是为说明的目的，本发明并不限于上述的细节，对本发明实施例可以进行各种改进和变化，而不偏离本发明的精神或范围。因此，本发明包括在所附权利要求及其等同替换范围之内的各种改进和变化。

附图标记一览表

11液晶显示器              12液晶面板

13背光部分                14透明基板

15有机电致发光器件        16粘接层

17光散射膜                18棱镜膜片

19棱镜膜片                20第一电极

21发光层                  22第二电极

23突条                    24突条

141透明基板的光入射面     142透明基板的光发射面

171光散射膜的光发射面     172光散射膜的光入射面

181棱镜膜片的光发射部分   182棱镜膜片平面的光入射部分

191棱镜膜片的光发射部分   192棱镜膜片平面的光入射部分

231斜面                   232斜面

233连接部                 241斜面

242斜面                   243连接部

S1排列方向                S2排列方向

Claims (9)

1.一种面光源装置，包括：

电致发光器件；

光散射部分，设置于所述电致发光器件的光发射面一侧上；以及

光汇聚部分，设置于所述光散射部分的光发射面一侧上，其中所述光汇聚部分包括叠放的第一和第二光学膜片，所述膜片各具有平面的光入射部分，通过该光入射部分光得以进入，以及所述膜片各具有光发射部分，通过该光发射部分光得以射出，其中各所述光学膜片的所述光发射部分形成有多个彼此平行排列的棱状突条，各所述棱状突条具有90度到105度的顶角，其中各所述第一和第二光学膜片设置为所述光入射部分朝向所述电致发光器件，以及所述第一光学膜片的所述突条排列方向垂直于所述第二光学膜片的所述突条排列方向。

2.根据权利要求1所述的面光源装置，其中所述光散射部分具有47％到95％的阴霾。

3.根据权利要求2所述的面光源装置，其中所述光散射部分具有66％到95％的阴霾。

4.根据权利要求3所述的面光源装置，其中所述光散射部分具有86％到94％的阴霾。

5.根据权利要求1所述的面光源装置，其中所述光散射部分具有58％到99％的正面光的总透射率。

6.根据权利要求5所述的面光源装置，其中所述光散射部分具有75％到93％的正面光的总透射率。

7．根据权利要求1所述的面光源装置，其中所述电致发光器件设置于透明基板上，其中所述光散射部分为光散射膜，所述光散射膜的光发射面粗糙化，以及，其中所述光散射膜粘接于透明基板上，从而背对所述光发射面的光入射面面对所述透明基板的光发射面。

8．根据权利要求1所述的面光源装置，其中所述电致发光器件为有机电致发光器件。

9．根据权利要求1所述的面光源装置，其中所述第一光学膜片的所述光入射部分接近所述光散射部分，并面对所述光散射部分的所述光发射面，以及，其中所述第一光学膜片的所述光发射部分面对所述第二光学膜片的所述光入射部分。

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