JP2012234801A - 導光板及び光源モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】導光板及び光源モジュールを提供する。
【解決手段】導光板は、第一表面、第二表面、少なくとも1つの入光面、及び複数の微細構造組を含む。第二表面は、第一表面に相対する。入光面は、第一表面及び第二表面に接続される。複数の微細構造組は、第二表面に分散して配置され、そのうち、複数の微細構造組は、第一表面上の任意の方向に全て不連続である。各微細構造組は、第二表面に対して突起する少なくとも一つの突起構造、及び、第二表面に対して窪む少なくとも一つの窪み構造を含む。光源モジュールは、前記導光板を含む。
【選択図】図1A
【解決手段】導光板は、第一表面、第二表面、少なくとも1つの入光面、及び複数の微細構造組を含む。第二表面は、第一表面に相対する。入光面は、第一表面及び第二表面に接続される。複数の微細構造組は、第二表面に分散して配置され、そのうち、複数の微細構造組は、第一表面上の任意の方向に全て不連続である。各微細構造組は、第二表面に対して突起する少なくとも一つの突起構造、及び、第二表面に対して窪む少なくとも一つの窪み構造を含む。光源モジュールは、前記導光板を含む。
【選択図】図1A
Description
本発明は、光学素子及び光学モジュールに関し、特に、導光板及び光源モジュールに関する。
従来の光源モジュールが主にエッジライト式光源モジュール及び直下式光源モジュールの二種類に分けられる。エッジライト式光源モジュールでは、導光板を利用して導光板の側面に配置される発光素子からの光を導光板の正面に導き、これにより、面光源が形成される。導光板の表面が全て平滑な表面であると仮定するときに、導光板の側面から導光板に入射した光線は、導光板の表面により絶えずに全反射され、導光板の正面から射出することができない。よって、従来の導光板の正面又は背面には、エッチングによるドット(dot)又はシルクスクリーン印刷によるドットが設置され、これにより、上述の全反射現象が破壊される。しかし、従来のエッチングによるドット又はシルクスクリーン印刷によるドットを以って全反射を破壊して光線を導光板の正面から射出させる時に、光線の進行方向が往々導光板の正面の法線方向から外れる。これにより、光線を正しい方向に導くために、導光板にプリズム片を配置する必要がある。しかし、プリズム片を使用することは、コストを増加することができるのみならず、光エネルギーの消耗を増加することもできる。
特許文献1には、導光板の底面に取り出し構造があることが開示されており、そのうち、取り出し構造は、前案内面、尾行面及び高原部分を有する。特許文献2には、導光板の底面及び出光面のうち少なくとも1つの面に複数の微細構造が設けられることが開示されている。特許文献3には、導光板の導光面から出向面への方向に複数のドットが凹設されることが開示されている。特許文献4には、導光板の底面に不規則な粗面及び平滑面が形成されることが開示されている。特許文献5には、光偏向器の入光面にプリズム形成面があることが開示されている。特許文献6には、液晶表示装置が面光源装置を含み、且つ面光源装置が導光板及び発光部を含むことが開示されている。特許文献7には、導光板の底面に重複して配列される導光板の微細構造が開示されている。特許文献8には、複数層の環状微細構造を有する導光板が開示されている。特許文献9には、導光板の底面に楔形凹溝があることが開示されている。特許文献10には、一定の配列規則がある微細構造を有する導光板が開示されている。特許文献11には、微細構造を有する導光板が開示されている。特許文献12には、導光板の底面に微細反射構造があることが開示されている。
本発明の一目的は、導光板を提供することにあり、この導光板の導光方式は、比較的に高い効率を有する。
本発明の一目的は、光源モジュールを提供することにあり、この光源モジュールは、比較的に高い正面方向の輝度を有する。
本発明の他の目的及び利点については、本発明に開示されている技術的特徴から更なる理解を得ることができる。
前述の一又は部分又は全部の目的若しくは他の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、導光板が提供される。この導光板は、第一表面と、第二表面と、少なくとも1つの入光面と、複数の微細構造組とを含む。第二表面は、第一表面に相対する。入光面は、第一表面及び第二表面に接続される。複数の微細構造組は、第二表面に分散して配置され、そのうち、複数の微細構造組は、第一表面上の任意の方向に全て不連続である。各微細構造組は、第二表面に対して突起する少なくとも一つの突起構造、及び、第二表面に対して窪む少なくとも一つの窪み構造を含む。突起構造は、第一微細表面及び第二微細表面を含む。第二微細表面は、第一微細表面に接続され、そのうち、第一微細表面の傾斜方向は、第二微細表面の傾斜方向と異なる。窪み構造は、第三微細表面及び第四微細表面を含む。第四微細表面は、第三微細表面に接続され、そのうち、第三微細表面の傾斜方向は、第四微細表面の傾斜方向と異なる。
本発明のもう1つの実施例によれば、光源モジュールが提供される。この光源モジュールは、上述の導光板及び少なくとも1つの発光素子を含み、そのうち、発光素子は、導光板の入光面の近傍に配置される。
以上述べたところを総合すれば、本発明の実施例による導光板及び光源モジュールは、少なくとも、以下の利点のうち一つを有する。
本発明の実施例による導光板及び光源モジュールでは、突起構造及び窪み構造を有する微細構造組を採用するので、突起構造と窪み構造との組合せにより、光を正面方向に有効に導くことができる。よって、本発明の実施例による導光板の導光方式は、比較的に高い効率を有し、且つ本発明の実施例による光源モジュールは、比較的に高い正面方向の輝度を有する。
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
なお、次の各実施例の説明は、添付した図面を参照して行われたものであり、本発明の実施可能な特定の実施例を例示するために用いられる。また、次の各実施例に言及した方向の用語、例えば、上、下、前、後、左、右などは、添付した図面の方向を参考するためのもののみである。よって、以下に使用された方向の用語は、説明のために用いられ、本発明を限定するためのものでない。
図1Aは、本発明の一実施例による光源モジュールの断面図であり、図1Bは、図1Aにおける光源モジュールの上面図である。図1A及び図1Bを参照する。本実施例による光源モジュール200は、導光板100及び少なくとも1つの発光素子210(図1A及び図1Bでは、一つの発光素子を例とする。)を含む。導光板100は、第一表面110、第二表面120、少なくとも一つの入光面130(図1A及び図1Bでは、1つの入光面を例とする。)、及び複数の微細構造組140を含む。第二表面120は、第一表面110に相対する。入光面130は、第一表面110及び第二表面120に接続される。複数の微細構造組140は、第二表面120に分散して配置される。
光源モジュール200中の各素子及び構造の方向を便宜に説明するために、ここでは、互いに垂直であるx軸、y軸及びz軸を含む直角座標系を定義し、そのうち、y−z平面は、例えば、入光面130に実質的に平行であり、x−y平面は、例えば、第一表面110に実質的に平行である。
複数の微細構造組140は、第一表面110上の任意の方向に全て不連続であり、即ち、x−y平面に平行である任意の方向に、複数の微細構造組140は、全て分散して配置される。各微細構造組140は、第二表面120に対して突起する少なくとも一つの突起構造142(図1Aでは、3個の突起構造142を例とする。)、及び、第二表面120に対して窪む少なくとも1つの窪み構造144(図1Aでは、3個の窪み構造144を例とする。)を含む。突起構造142は、第一微細表面152及び第二微細表面154を含む。第二微細表面154は、第一の微細表面152に接続され、且つ第一微細表面152の傾斜方向は、第二微細構造154の傾斜方向と異なる。本実施例では、第一微細表面152の傾斜方向は、第二微細表面154の傾斜方向と相反する。
窪み構造144は、第三微細表面156及び第四微細表面158を含む。第四微細表面158は、第三微細表面156に接続され、且つ第三微細表面156の傾斜方向は、第四微細表面の傾斜方向と異なる。本実施例では、第三微細表面156の傾斜方向は、第四微細表面158の傾斜方向と相反する。
発光素子210は、導光板100の入光面130の近傍に配置される。本実施例では、発光素子210は、例えば、発光ダイオード(LED)である。しかし、他の実施例では、発光素子210は、冷陰極蛍光管(CCFL)又は他の適切な発光素子であってもよい。また、他の実施例では、発光素子210は、複数の発光素子210を有しても良く、これらの発光素子210は、y方向に沿って入光面130の近傍に配列される。
図2は、図1Aにおける光源モジュールの局所拡大図である。図1、図1B及び図2を参照する。本実施例では、第一微細表面152は、入光面130と第二微細表面154との間に位置し、且つ第三微細表面156が、入光面130と第四微細表面158との間に位置する。また、本実施例では、第三微細表面156は、第二微細表面に接続され、且つ、第二微細表面154及び第三微細表面156は、第一微細表面152と第四微細表面158との間に位置する。本実施例では、第二微細表面154及び第三微細表面156上の任意の点の法線が第二表面120に対する傾斜角度θ1は、30度以上且つ70度以下である。また、本実施例では、第一微細表面152上の任意の点の法線が第二表面120に対する傾斜角度θ2は、0度より大きく且つ85度以下であり、且つ第四微細表面158上の任意の点の法線が第二表面120に対する傾斜角度θ3は、0度より大きく且つ20度以下である。本実施例では、上述の傾斜角度θ1、傾斜角度θ2、及び傾斜角度θのそれぞれ又はその組合せの角度範囲の設計により、本実施例による光源モジュール200に、比較的に良い正面方向の光取り出し効率及び比較的に集中する正面方向の光取り出し視角(即ち、視角が0度である方向(即ち、z方向)に集中するように)を持たせることができる。もし傾斜角度θ1、傾斜角度θ2、及び傾斜角度θ3の角度が上述の角度範囲以外であれば、光源モジュール200の光学効果は、従来のエッジライト式光源モジュールに及ばない。
本実施例では、突起構造142は、第二表面120に平行である方向に延伸する線状突起(図1Bに示すように)であり、且つ窪み構造144は、第二表面120に平行である方向に延伸する線状凹溝(図1Bに示すように)である。本実施例では、突起構造142及び窪み構造144は、第二表面120に平行である方向に延伸して直線状になり、例えば、突起構造142及び窪み構造144は、y方向に沿って延伸する。
本実施例では、各微細構造組140は、この微細構造組140の突起構造142及び窪み構造144の配列方向(本実施例では、例えば、x方向である。)における幅Lは、6マイクロメートル(μm)以上且つ2000μm以下であり、且つ突起構造142及び窪み構造144中の各々は、突起構造142及び窪み構造144の配列方向における幅は、3μm以上且つ1000μm以下である。例えば、突起構造142が突起構造142及び窪み構造144の配列方向における幅L1は、3μm以上且つ1000μm以下であり、且つ窪み構造144が突起構造142及び窪み構造144の配列方向における幅L2は、3μm以上且つ1000μm以下である。幅L1及び幅L2は、互いに等しく又は等しくなくても良い
本実施例では、各微細構造組140中の突起構造142及び窪み構造144の数の総和は、3以上であり、且つ、各微細構造組140の突起構造142及び窪み構造144が第二表面に交替して配列され、本実施例では、例えば、x方向に交替して配列される。言い換えると、各微細構造組140の突起構造142の数が例えばmであり、各微細構造組140の窪み構造144の数が例えばnであると、本実施例では、m+n≧3、m≧1、且n≧1である。しかし、他の実施例では、m=1且つn=1であっても良い。図3の(a)乃至(e)では、それぞれ、m=1且つn=1、m=2且つn=2、m=3且つn=3、m=1且つn=2、m=2且つn=1の5種類の微細構造組の例を示す。
本実施例では、各微細構造組140中の突起構造142及び窪み構造144の数の総和は、3以上であり、且つ、各微細構造組140の突起構造142及び窪み構造144が第二表面に交替して配列され、本実施例では、例えば、x方向に交替して配列される。言い換えると、各微細構造組140の突起構造142の数が例えばmであり、各微細構造組140の窪み構造144の数が例えばnであると、本実施例では、m+n≧3、m≧1、且n≧1である。しかし、他の実施例では、m=1且つn=1であっても良い。図3の(a)乃至(e)では、それぞれ、m=1且つn=1、m=2且つn=2、m=3且つn=3、m=1且つn=2、m=2且つn=1の5種類の微細構造組の例を示す。
また、本実施例では、突起構造142及び窪み構造144の接続する箇所は、第二平面120に平行である平面を含まない。言い換えると、突起構造142及び窪み構造144は、例えば、緊密相隣である。本実施例では、突起構造142の第二微細表面154及び窪み構造144の第三微細表面156は、例えば、折り曲げ方式で接続され、且つ折り曲げ処は、第二表面120に平行である平面を含まない。しかし、他の実施例では、第二微細表面154及び第三微細表面156は、平滑的に接続されてもよく、例えば、第二微細表面154及び第三微細表面156は共平面であり、また組み合わせにより平面を成す。
他の実施例では、再び図3の(d)を参照し、第四微細表面158が第一微細表面152に接続され、且つ第一微細表面152及び第四微細表面158が第三微細表面156と第二微細表面154との間に位置しても良い。また、窪み構造144は、入光面130と突起構造142との間に位置してもよい。図3の(d)に示す実施例では、各微細構造組140は、入光面130に近いところから入光面130を離れるところへの方向に順序に見ると、先に出現するのが窪み構造144であり、それから出現するのが突起構造142及び窪み構造144である。しかし、図1Aに示す実施例では、入光面130に近いところから入光面130を離れるところへの方向に順序に見ると、先に出現するのが突起構造142であり、それから出現するのが窪み構造144、突起構造142、窪み構造144、突起構造142、及び窪み構造144である。本発明は、入光面130に近いところから入光面130を離れるところへの方向に順序に見る時に先に出現するのが突起構造142であるかそれとも窪み構造144であるかに限定されない。
図1A及び図1Bを参照する。本実施例による導光板100及び光源モジュール200では、突起構造142及び窪み構造144を有する微細構造組140を採用するので、突起構造142及び窪み構造144の組合せにより、発光素子210からの光束212を正面方向(即ち、z方向)に有効に導くことができる。よって、本実施例による導光板100の導光方式は、比較的に高い効率を有し、且つ本実施例による光源モジュール200は、比較的に高い正面方向の輝度(即ち、z方向の輝度)を有する。具体的に言えば、発光素子210からの光束212が、入光面130から導光板100に進入する。その後、光束212(例えば、光束212a)が第三微細表面156に伝播する時に、第三微細表面156は、光束212aをz方向に反射する。一方、光束212(例えば、光束212b)が第二微細表面154に伝播する時に、一部の光束212bが、入射角度が小さ過ぎるため、第二微細表面154を貫通する可能性がある。第二微細表面154の屈折作用により、光束は、続いて微細構造組140中の次の突起構造142に伝播することができ、また、この突起構造142の第一微細表面152を貫通し、それから、この突起構造142の第二微細表面154により再びz方向に反射される。これにより、光束212a及び光束212bは、ともに、正面方向(即ち、z方向)に沿って、導光板100の第一表面110から射出する。よって、本実施例による導光板200の上方には、導光板100から射出した光束212を正しい方向(即ち、z方向)に導くためのプリズム片を設置する必要がない。
また、上述の光束212a及び212bが受ける微細構造組140の光学作用の説明は、例を挙げるためのもののみであり、実際には、光学作用は、様々な変化を有しても良い。概して言えば、入光面130に最も近い第一個の突起構造142又は窪み構造144により正面方向(即ち、z方向)に導くことができない光束212の一部は、次の突起構造142又は窪み構造144に伝播してそれにより正面方向に導かれ得る。また、もし、第二個の突起構造142又は窪み構造144により正面方向に導くことができない光束212の一部がまだある時に、この部分は、続いて第三個の突起構造142又は窪み構造144に伝播することができ、そして、この突起構造142又は窪み構造144により正面方向に導かれ得る。これにより、光束212が、絶えずに順序に複数の突起構造142又は窪み構造144により正面方向に導かれた後に、大部分の光束212が全て正面方向に導かれ得るので、本実施例による光源モジュール100では、第二表面120に、光束212を反射するための反射片を配置する必要がなく、且つ依然として良好な正面方向の輝度に達することができる。
本実施例による光源モジュール100は、プリズム片及び反射片を採用せずに、良好な正面方向の輝度に達することができるので、光源モジュール100のコストは、比較的に低い。また、光束212は、プリズム片及び反射片の作用による光損失が生じないため、本実施例による光源モジュール100は、光損失が比較的に低く、これにより、比較的に高い光取り出し効率を実現することができる。
図4の(a)乃至(f)は、図1Aにおける突起構造及び窪み構造の多種な変化を示す。図1A及び図4の(a)乃至(f)を参照する。本実施例では、第二表面120に垂直である方向(例えば、x−z平面に平行である方向)に沿って第一微細表面152、第二微細表面154、第三微細表面156、及び第四微細表面158を断ち切ることにより得た断ち切り線が直線、曲線、又は、傾斜程度が異なる複数段の直線からなる折線である。例えば,図4の(a)における第一微細表面152aの断ち切り線、第二微細表面154aの断ち切り線、第三微細表面156aの断ち切り線、及び第四微細表面158aの断ち切り線はそれぞれ直線であり、且つ、第二微細表面154aの断ち切り線と第三微細表面158aの断ち切り線とは接続して直線を成す。図4の(b)では、第二微細表面154bの断ち切り線及び第三微細表面156bの断ち切り線はそれぞれ直線であり、且つ両者は接続して折線を成す。図4の(c)では、第二微細表面154cの断ち切り線と第三の微細表面156cの断ち切り線とは接続して折線を成し、且つ折り方向は図4の(b)に示すのと相反する。図4の(d)では、第二微細表面154dの断ち切り線及び第三微細表面156dの断ち切り線は、それぞれ、傾斜程度が異なる二段の直線からなる折線であり、且つ第二微細表面154dの断ち切り線と第三微細表面156dの断ち切り線との接続箇所は平滑な接続であるが、他の実施例では、折り曲げ接続であっても良い。図4の(e)では、第二微細表面154eの断ち切り線及び第三微細表面156eの断ち切り線はそれぞれ曲線であり、且つ両者は平滑的に接続して曲線を成す。図4の(f)では、第二微細表面154fの断ち切り線及び第三微細表面156fの断ち切り線は、それぞれ、傾斜程度が異なる二段の直線からなる折線であるが、折り方向は、図4の(d)に示すのと異なる。
図5は、本発明のもう一つの実施例による光源モジュールの局所断面図である。本実施例による光源モジュール200Aは、図1A及び図2における光源モジュール200と類似するが、両者の相違点は、次のとおりである。図1A及び図2では、任意のペアの相隣する突起構造142及び窪み構造144の傾斜角度θ1、θ2、θ3は、それぞれ、他のペアの相隣する突起構造142及び窪み構造144の傾斜角度θ1、θ2、θ3と実質的に等しい。しかし、本実施例では、導光板100Aの異なるペアの突起構造142及び窪み構造144の傾斜角度θ1、θ2及びθ3は、同じでなく又は全て同じでない。例えば、傾斜角度θ1′は傾斜角度θ1′′に等しくなく、傾斜角度θ2′は傾斜角度θ2′′に等しくなく、且つ傾斜角度θ3′は傾斜角度θ3′′に等しくない。また、図1A及び図2では、全ての突起構造142の幅L1は実質的に等しく、且つ全ての窪み構造144の幅L2も実質的に等しい。しかし、本実施例による導光板100Aでは、各微細構造組140Aのこれらの突起構造142Aの幅L1は同じでなく又は全て同じでなく、且つ各微細構造組140Aのこれらの窪み構造144Aの幅L2は同じでなく又は全て同じでない。例えば、幅L1′は幅L1′′に等しくなく、且つ幅L2′は幅L2′′に等しない。
これにより、第一表面110から射出した光束112は、使用上のニーズに符合するよう、x−z平面に平行である平面上に適切に展開することができる。例えば、光源モジュール200Aは、その上に液晶パネルが置かれる時に、比較的に広い視角を持つ液晶表示器を提供することができる。
図6は、図1Aにおける突起構造及び窪み構造の多種な変化を示す図である。図1A及び図6の(a)乃至(f)を参照する。第一微細表面152と第二微細表面154との接続箇所、及び、第三微細表面156と第四微細表面158との接続箇所は、それぞれ、面取りを有し又は角度を形成し、且つ面取りは、直線(線分)状、凸円弧状又は凹円弧状である。例えば、図6(a)では、第一微細表面152a′(又は第三微細表面156a′)と第二微細表面154a′(又は第四微細表面158a′)との接続箇所は、角度を形成する。図6の(b)では、第一微細表面152b′(又は第三の微細表面156b′)と第二微細表面154b′(又は第四微細表面158b′)との接続箇所は、線分151b′を形成し、且つ線分151b′の幅Cは、例えば、0μmより大きく且つ10μm以下である。図6の(c)では、第一微細表面152c′(又は第三微細表面156c′)と第二微細表面154c′(又は第二微細表面158c′)との接続箇所は、線分151b′を形成し、且つ第一微細表面152c′(又は第三微細表面156c′)は曲面である。図6の(d)では、第一微細表面152d′(又は第三微細表面156d′)と第二微細表面154d′(又は第四微細表面158d′)との接続箇所は、凸円弧151d′(又は凹円弧151d′)を形成し、且つ円弧151d′の曲率半径rは、例えば、0μmより大きく且つ100μm以下である。図6の(e)では、第一微細表面152e′(又は第三微細表面156e′)と第二微細表面154e′(又は第四微細表面158e′)との接続箇所は、凹円弧151e′(又は凸円弧151e′)を形成し、且つ円弧151e′の曲率半径rは、例えば、0μmより大きく且つ100μm以下である。図6の(f)では、第一微細表面152f′(又は第三微細表面156f′)と第二微細表面154f′(又は第四微細表面158f′)との接続箇所は、凸円弧151d′(又は凹円弧151d′)を形成し、円弧151d′の曲率半径rは、例えば、0μmより大きく且つ100μm以下であり、且つ第一微細表面152f′(又は第三微細表面156f′)は、例えば、曲面である。
図7乃至図15は、図1Bにおける微細構造組の多種な変化の上面図及び斜視図である。図1A、図1B、及び図7乃至図15を参照する。各微細構造組140の突起構造142及び窪み構造144は、第二表面120に平行である方向に、直線状、V字状、N字状、W字状、複数段折り曲げ状、円弧状又は波状に延伸し、或いは、少なくとも1つの円弧と少なくとも1つの直線とが接続する形状に延伸し、或いは、他の適切な形状に延伸してもよい。例えば、図7の(A)及び(B)では、突起構造142a及び窪み構造144aは、第二表面120に平行である方向(例えば、y方向)に直線状に延伸し、また、微細構造組140aの最大幅Wは、例えば、1μmより大きく且つ2000μmより小さい。図8の(A)及び(B)では、突起構造142b及び窪み構造144bは、第二表面120に平行である方向にV字状に延伸し、且つV字状の先端(頂点)は、例えば、入光面130を離れる方向(即ち、x方向)に面する。図9の(A)及び(B)では、突起構造142c及び窪み構造144cは、第二表面120に平行である方向にV字状に延伸し、且つV字状の先端(頂点)は、例えば、入光面130に面する(即ち、−x方向に面する。)。図10の(A)及び(B)では、突起構造142d及び窪み構造144dは、第二表面120に平行である方向にN字状に延伸し、他の実施例では、W字状、之(zigzag)字状、複数のV字が接続する形状、複数のN字が接続する形状、又は複数のV字及びN字が接続する形状に延伸してもよい。図11の(A)及び(B)では、突起構造142e及び窪み構造144eは、第二表面120に平行である方向に円弧状に延伸し、且つ円弧の開口は入光面130に面する。図12の(A)及び(B)では、突起構造142f及び窪み構造144fは、第二表面120に平行である方向に円弧状に延伸し、且つ円弧の開口は入光面130を離れる方向に面する。図13の(A)及び(B)では、突起構造142g及び窪み構造144gは、第二表面120に平行である方向に波状に延伸する。図14の(A)及び(B)では、突起構造142h及び窪み構造144hは、第二表面120に平行である方向に、円弧と二つの直線とが接続する形状に延伸し、そのうち、円弧は、二つの直線に接続する。図15の(A)及び(B)では、突起構造142i及び窪み構造144iは、第二表面120に平行である方向に、直線と二つの円弧とが接続する形状に延伸し、そのうち、直線は二つの円弧に接続する。
図16は、図7乃至図15における突起構造及び窪み構造の延伸原則を説明するための図である。図16の(A)及び(B)を参照する。そのうち、線Pは、突起構造及び窪み構造の延伸方向を表し、Hは、x方向に平行である参照直線であり、接線Tは、線P上の点Kの接線である。本実施例では、線P上の任意の点Kを通過する接線Tと、参照直線Hとが成す角度δは、0度以上且つ180以下である。他の実施例では、この原則を以って他の形状の突起構造及び窪み構造を形成してもよい。
図17Aは、本発明のまた一つの実施例による光源モジュールの断面図であり、図17Bは、図17Aにおける光源モジュールをもう1つの角度から見た時の側面図である。図17A及び図17Bを参照する。本実施例による光源モジュール200Bは、図1Aに示す光源モジュール200と類似するが、両者の相違点は、本実施例による光源モジュール200Bの導光板100Bが複数の線状突起160を更に含むことにある。本実施例では、複数の線状突起160は、第一表面110上に配置され、そのうち、各線状突起160は、入光面130に実質的に垂直である方向に沿って延伸し、且つこれらの線状突起160は、入光面に実質的に平行である方向に沿って配列される。本実施例では、線状突起160は、プリズム柱状を呈し、例えば、三角柱状を呈する。しかし、他の実施例では、線状突起160′は、半円柱状(例えば、図17Cに示すように)を呈してもよく、或いは、線状突起160′′は、非球面柱状のレンズ状(例えば、図17Dに示すように)を呈してもよい。線状突起160、160′、及び160′′は、光束212を、y−z平面に平行である平面に収束させ、これにより、光源モジュール200Bは、比較的に高い正面方向の輝度を有するようになる。
図18は、本発明の他の実施例による光源モジュールの上面図である。図18を参照する。本実施例による光源モジュール200Cは、図1Bに示す光源モジュール200と類似するが、両者の相違点は、本実施例による光源モジュール200Cにおいて導光板100Cが複数の線状突起170を更に含むことにある。本実施例では、複数の線状突起170は、入光面130上に配置され、そのうち、各線状突起170は、第一表面110に実質的に垂直である方向(即ち、z方向)に沿って延伸し、且つこれらの線状突起170は、第一表面110に実質的に平行である方向(例えば、y方向)に沿って配列される。本実施例では、線状突起170は、プリズム柱状を呈し、例えば、三角柱状(例えば、図18(a)に示すように)を呈する。しかし、他の実施例では、線状突起170′は、半円柱状(例えば、図18(b)に示すように)を呈してもよく、或いは、線状突起170′′は、非球面柱状のレンズ状(例えば、図18(c)に示すように)を呈してもよい。
図19は、本発明のまた他の実施例による光源モジュールの断面図である。図19を参照する。本実施例による光源モジュール200Dは、図1A示す光源モジュール200と類似するが、両者の相違点は、本実施例により光源モジュール200Dが反射ユニット220を更に含むことにある。本実施例では、反射ユニット220は、第二表面120に配置される。反射ユニット220は、例えば、反射片であり、反射ユニット220は、第二表面120又は微細構造組140から漏れた光束212を再び導光板100へ反射することができ、これにより、光エネルギーを再利用する効果を達成することができる。
図20は、図1Aにおける光源モジュールと図19における光源モジュールとの輝度比の分布の比較図であり、図21は、図1Aにおける光源モジュールと従来の光源モジュールとの輝度分布の比較図である。図20を参照する。図20から分かるように、本実施例による導光板100を採用した後は、反射ユニット220を採用するかどうかにかかわらず、輝度比の分布に影響を与えない。これにより、本実施例による光源モジュール200は、射ユニット220を採用しない状況で、良好な正面方向の輝度を確かに達成することができるとのことが証明される。また、図20により、大部分の輝度が、視角が0度である方向(即ち、z方向)に集中していることも分かった。図21を参照する。図21に示す従来の光源モジュールは、反射片と、表面が窪み微細構造を有する導光板とを含む。図21により、従来の光源モジュールにおいて、光エネルギーのかなりの部分が0度でない方向にあることが分かった。これにより、従来の光源モジュールでは、0度でない方向(即ち、視角が0度でない方向)における光線を0度である方向に導くためのプリズム片を採用する必要がある。しかし、本実施例による光源モジュール200では、大部分の光エネルギーが0度である方向に集中するので、プリズム片のようなものを採用する必要がない。
図22Aは、本発明のまた1つの実施例による光源モジュールの上面図であり、図22Bは、図22Aにおける光源モジュールのI−I線に沿った断面、及び光源モジュールに配置される液晶パネルの断面を示す図である。図22A及び図22Bを参照する。本実施例による光源モジュール200Eは、図1Aに示す光源モジュール200と類似するが、両者の相違点は、次のとおりである。本実施例による光源モジュール200Eでは、導光板100Eは、相対する二つの入光面130を有し、且つ、光源モジュール200Eは、二つの発光素子210を有し、この二つの発光素子210は、それぞれ、この二つの入光面130の近傍に配置される。各微細構造組140Eの突起構造142Eは、第五微細表面152E′及び第六微細表面154E′を更に含む。第五微細表面152E′と第六微細表面154E′とは接続して環状表面を成す。第六微細表面154E′は第五微細表面152E′に接続し、そのうち、第五微細表面152E′の傾斜方向は、第六微細表面154E′の傾斜方向と同じでなく(例えば、相反する)、且つ第六微細表面154E′と第二微細表面154Eとは接続して環状表面を成す。また、各微細構造組140Eの窪み構造144Eは、第七微細表面156E′及び第八微細表面158E′を更に含む。第七微細表面156E′と第三微細表面156Eとは接続して環状表面を成す。第八微細表面158E′は第七微細表面156E′と接続し、そのうち、第七微細表面156E′の傾斜方向は第八微細表面158E′の傾斜方向と同じでなく(例えば、相反する)、且つ、第八微細表面158E′と第四微細表面158Eとは接続して環状表面を成す。
本実施例では、光源モジュール200Eは、制御ユニット230を更に含み、制御ユニット230は、発光素子210a及び210bに電気的に接続し、これにより、発光素子210a及び210bを駆動し、交替して点灯させる。言い換えると、発光素子210aは光束212′を発する時に、発光素子210bは光束212′′を発せず、且つ、発光素子210bは光束21′′を発する時に、発光素子212aは光束212′を発しない。
本実施例による光源モジュール200Eの上方に液晶パネル50を配置することができ、これにより、立体表示器を形成する。本実施例では、液晶パネル50は、上から下へ順に配列される能動素子アレー基板52、液晶層54及び対向基板56を含み、そのうち、能動素子アレー基板52は、例えば、薄膜トランジスターアレー基板であり、対向基板56は、例えば、カラーフィルタアレー基板である。第一微細表面152E乃至第八微細表面158E′の傾斜程度が適切に設計された後に、発光素子210aからの光束212′は、第一微細表面152E乃至第四微細表面158Eにより図22Bの左上に導かれ、且つ液晶パネル50の映像を搭載した後に使用者の左眼ELに伝播し、また、発光素子210bからの光束212′′は、第五微細表面152E′乃至第八微細表面158E′により図22Bの右上に導かれ、且つ液晶パネル50の映像を搭載した後に使用者の右眼ERに伝播する。光束212′と212′′が左眼映像と右眼映像を交替して搭載することにより、使用者の脳の中には、立体映像が形成され得る。
図23は、本発明のまた他の実施例による光源モジュールの断面、及び光源モジュールに配置される液晶パネルの断面を示す図である。図23を参照する。本実施例による光源モジュール200Fは、図22Bに示す光源モジュール200Eと類似するが、両者の主な相違点は、第一微細表面152F乃至第八微細表面158F′の傾斜程度が異なることにある。本実施例による光源モジュール200Fでは、第一微細表面152F乃至第八微細表面158′の傾斜程度が、それぞれ、図22Bにおける第一微細表面152E乃至第八微細表面158E′の傾斜程度より小さい。このような傾斜程度の設計により、発光素子210aからの光束212′は、第一微細表面152F乃至第四微細表面158Fによって図23の右上に導かれ、且つ液晶パネル50の映像を搭載した後に使用者の右眼ERに伝達することができ、また、発光素子210bからの光束212′′は、第五微細表面152F′乃至第八微細表面158F′によって図23の左上に導かれ、且つ液晶パネル50の映像を搭載した後に使用者の左眼ELに伝播することができる。光束212′′と212′が左眼映像と右眼映像を交替して搭載することにより、使用者の脳の中には、立体映像が形成され得る。
以上述べたところを総合すれば、本発明の実施例による導光板及び光源モジュールは、少なくとも、以下の利点のうち一つを有する。
本発明の実施例による導光板及び光源モジュールでは、突起構造及び窪み構造を有する微細構造組を採用するので、突起構造と窪み構造との組合せにより、光を正面方向に有効に導くことができる。また、傾斜角度θ1、傾斜角度θ2及び傾斜角度θ3のそれぞれ又はその組合せの角度範囲の設計により、本発明の実施例による光源モジュールは、比較的に良い正面方向の光取り出し効率及び比較的に集中する正面方向の光取り出し視角を有する。よって、本発明の実施例による導光板の導光方式は、比較的に高い効率を有し、且つ本発明の実施例による光源モジュールは、比較的に高い正面方向の輝度を有する。
本発明は、前述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、前述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の精神と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目的又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の部分と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及している「第一」、「第二」等の用語は、要素(element)に名前を付け、または、異なる実施例又は範囲を区別するためのもののみであり、要素の数量上の上限又は下限を限定するためのものでない。
50 液晶パネル
52 能動素子アレー基板
54 液晶層
56 対向基板
100、100A、100B、100C、100E 導光板
110 第一表面
120 第二表面
130 入光面
140、140A、140a、140E 微細構造組
142、142A、142a、142b、142c、142d、142E、142e、142f、142g、142h、142i 突起構造
144、144A、144a、144b、144c、144d、144E、144e、144f、144g、144h、144i 窪み構造
151b′ 線分
151d′、151e′ 円弧
152、152a、152a′、152b′、152c′、152d′、152E、152e′、152F、152f′ 第一微細表面
152E′、152F′ 第五微細表面
154、154a、154a′、154b、154b′、154c、154c′、154d、154d′、154E、154e、154e′、154F、154f、154f′ 第二微細表面
154E′、154F′ 第六微細表面
156、156a、156a′、156b、156b′、156c、156c′、156d、156d′、156E、156e、156e′、156F、156f、156f′ 第三微細表面
156E′、156F′ 第七微細表面
158、158a、158a′、158b′、158c′、158d′、158E、158e′、158F、158f′ 第四微細表面
158E′、158F′ 第八微細表面
160、160′、160′′、170、170′′ 線状突起
200、200A、200B、200C、200D、200E、200F 光源モジュール
210、210a、210b 発光素子
212、212′、212′′、212a、212b 光束
220 反射ユニット
230 制御ユニット
C、L、L1、L1′、L1′′、L2、L2′、L2′′、W 幅
EL 左眼
ER 右眼
H 参照直線
K 点
P 線
r 曲率半径
T 接線
δ 角度
θ1、θ1′、θ1′′、θ2、θ2′、θ2′′、θ3、θ3′、θ3′′ 傾斜角度
x、y、z 軸
52 能動素子アレー基板
54 液晶層
56 対向基板
100、100A、100B、100C、100E 導光板
110 第一表面
120 第二表面
130 入光面
140、140A、140a、140E 微細構造組
142、142A、142a、142b、142c、142d、142E、142e、142f、142g、142h、142i 突起構造
144、144A、144a、144b、144c、144d、144E、144e、144f、144g、144h、144i 窪み構造
151b′ 線分
151d′、151e′ 円弧
152、152a、152a′、152b′、152c′、152d′、152E、152e′、152F、152f′ 第一微細表面
152E′、152F′ 第五微細表面
154、154a、154a′、154b、154b′、154c、154c′、154d、154d′、154E、154e、154e′、154F、154f、154f′ 第二微細表面
154E′、154F′ 第六微細表面
156、156a、156a′、156b、156b′、156c、156c′、156d、156d′、156E、156e、156e′、156F、156f、156f′ 第三微細表面
156E′、156F′ 第七微細表面
158、158a、158a′、158b′、158c′、158d′、158E、158e′、158F、158f′ 第四微細表面
158E′、158F′ 第八微細表面
160、160′、160′′、170、170′′ 線状突起
200、200A、200B、200C、200D、200E、200F 光源モジュール
210、210a、210b 発光素子
212、212′、212′′、212a、212b 光束
220 反射ユニット
230 制御ユニット
C、L、L1、L1′、L1′′、L2、L2′、L2′′、W 幅
EL 左眼
ER 右眼
H 参照直線
K 点
P 線
r 曲率半径
T 接線
δ 角度
θ1、θ1′、θ1′′、θ2、θ2′、θ2′′、θ3、θ3′、θ3′′ 傾斜角度
x、y、z 軸
Claims (37)
- 導光板であって、
第一表面と、
前記第一表面に相対する第二表面と、
前記第一表面及び前記第二表面に接続される少なくとも一つの入光面と、
前記第二表面に分散して配置される複数の微細構造組と、
を含み、
前記複数の微細構造組は、前記第一表面上の任意の方法に不連続であり、且つ前記複数の微細構造組の各々は、
前記第二表面に対して突起する少なくとも1つの突起構造と、
前記第二表面に対して窪む少なくとも1つの窪み構造と、
を含み、
前記突起構造は、
第一微細表面と、
前記第一微細表面に接続される第二微細表面と、
を含み、
前記第一微細表面の傾斜方向は、前記第二微細表面の傾斜方向と異なり、
前記窪み構造は、
第三微細表面と、
前記第三微細表面に接続される第四微細表面と、
を含み、
前記第三微細表面の傾斜方向は、前記第四微細表面の傾斜方向と異なる、導光板。 - 前記第一微細表面は、前記入光面と前記第二微細表面との間に位置し、且つ前記第三微細構造は、前記入光面と前記第四微細表面との間に位置する、請求項1に記載の導光板。
- 前記第三微細表面は、前記第二微細表面に接続され、且つ前記第二微細表面及び前記第三微細表面は、前記第一微細表面と前記第四微細表面との間に位置する、請求項2に記載の導光板。
- 前記第四微細表面は、前記第一微細表面に接続され、且つ前記第一微細表面及び前記第四微細表面は、前記第三微細表面と前記第二微細表面との間に位置する、請求項2に記載の導光板。
- 前記第二微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、30度以上且つ70度以下である、請求項1に記載の導光板。
- 前記第三微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、30度以上且つ70度以下である、請求項1に記載の導光板。
- 前記第一微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、0度より大きく且つ85度以下である、請求項1に記載の導光板。
- 前記第四微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、0度より大きく且つ20度以下である、請求項1に記載の導光板。
- 前記複数の微細構造組の各々が、この微細構造組の前記突起構造及び前記窪み構造の配列方向における幅は、6μm以上且つ2000μm以下であり、且つ、前記突起構造及び前記窪み構造の各々が、前記突起構造及び前記窪み構造の配列方向における幅は、3μm以上且つ1000μm以下である、請求項1に記載の導光板。
- 前記複数の微細構造組の各々の前記少なくとも1つの突起構造及び前記少なくとも1つの窪み構造の数量の総和は、3以上であり、且つ前記複数の微細構造組の各々の前記少なくとも1つの突起構造及び前記少なくとも1つの窪み構造は、前記第二表面に交替して配列される、請求項1に記載の導光板。
- 前記突起構造及び前記窪み構造の接続箇所は、前記第二表面に平行である平面を含まない、請求項1に記載の導光板。
- 前記第二表面に垂直である方向に沿って前記第一微細表面、前記第二微細表面、前記第三微細表面、及び前記第四微細表面を断ち切ることにより得られた断ち切り線は、それぞれ、直線、曲線、又は複数段の傾斜程度が異なる直線からなる折線である、請求項1に記載の導光板。
- 前記第一微細表面と前記第二微細表面との接続箇所、及び、前記第三微細表面と前記第四微細表面との接続箇所は、それぞれ、面取りを有し、且つ前記面取りは、直線状、凸円弧状、又は凹円弧状である、請求項1に記載の導光板。
- 前記突起構造は、前記第二表面に平行である方向に延伸する線状突起であり、且つ前記窪み構造は、前記第二表面に平行である方向に延伸する線状凹溝である、請求項1に記載の導光板。
- 前記突起構造及び前記窪み構造は、前記第二表面に平行である方向に、直線状、V字状、N字状、W字状、複数段の折り曲げ状、円弧状、又は波状に延伸し、或いは、少なくとも1つの円弧と少なくとも1つの直線とが接続する形状に延伸する、請求項14に記載の導光板。
- 前記少なくとも1つの入光面は、相対する二つの入光面であり、
前記複数の微細構造組の各々の前記突起構造は、更に、
前記第一微細表面に接続されて、前記第一微細表面とは第一環状表面を形成する第五微細表面と、
前記第五微細表面に接続される第六微細表面であって、前記第五微細表面の傾斜方向と前記第六微細表面の傾斜方向とが異なり、且つ前記第六微細表面と前記第二微細表面とが接続されて第二環状表面を形成する第六微細表面と、
を含み、且つ、
前記複数の微細構造組の各々の前記窪み構造は、更に、
前記第三微細表面に接続されて、前記第三微細表面とは第三環状表面を形成する第七微細表面と、
前記第七微細表面に接続される第八微細表面であって、前記第七微細表面の傾斜方向と前記第八微細表面の傾斜方向とが異なり、且つ前記第八微細表面と前記第四微細表面とが接続されて第四環状表面を形成する第八微細表面と、
を含む、請求項1に記載の導光板。 - 前記第一表面に配置される複数の線状突起を更に含み、
前記複数の線状突起の各々は、前記入光面に実質的に垂直する方向に沿って延伸し、且つ前記複数の線状突起は、前記入光面に実質的に平行である方向に沿って配列される、請求項1に記載の導光板。 - 前記入光面に配置される複数の線状突起を更に含み、
前記複数の線状突起の各々は、前記第一表面に実質的に垂直する方向に沿って延伸し、且つ前記複数の線状突起は、前記第一表面に実質的に平行である方向に沿って配列される、請求項1に記載の導光板。 - 光源モジュールであって、
導光板と、
少なくとも一つの発光素子と、
を含み、
前記導光板は、
第一表面と、
前記第一表面に相対する第二表面と、
前記第一表面及び前記第二表面に接続される少なくとも一つの入光面と、
前記第二表面に分散して配置される複数の微細構造組と、
を含み、
前記複数の微細構造組は、前記第一表面上の任意の方法に不連続であり、且つ前記複数の微細構造組の各々は、
前記第二表面に対して突起する少なくとも1つの突起構造と、
前記第二表面に対して窪む少なくとも1つの窪み構造と、
を含み、
前記突起構造は、
第一微細表面と、
前記第一微細表面に接続される第二微細表面と、
を含み、
前記第一微細表面の傾斜方向は、前記第二微細表面の傾斜方向と異なり、
前記窪み構造は、
第三微細表面と、
前記第三微細表面に接続される第四微細表面と、
を含み、
前記第三微細表面の傾斜方向は、前記第四微細表面の傾斜方向と異なり、
前記発光素子は、前記入光面の近傍に位置する、光源モジュール。 - 前記第一微細表面は、前記入光面と前記第二微細表面との間に位置し、且つ前記第三微細構造は、前記入光面と前記第四微細表面との間に位置する、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記第三微細表面は、前記第二微細表面に接続され、且つ前記第二微細表面及び前記第三微細表面は、前記第一微細表面と前記第四微細表面との間に位置する、請求項20に記載の光源モジュール。
- 前記第四微細表面は、前記第一微細表面に接続され、且つ前記第一微細表面及び前記第四微細表面は、前記第三微細表面と前記第二微細表面との間に位置する、請求項20に記載の光源モジュール。
- 前記複数の微細構造組の各々が、この微細構造組の前記突起構造及び前記窪み構造の配列方向における幅は、6μm以上且つ2000μm以下であり、且つ、前記突起構造及び前記窪み構造の各々が、前記突起構造及び前記窪み構造の配列方向における幅は、3μm以上且つ1000μm以下である、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記第二微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、30度以上且つ70度以下である、請求項1に記載の光源モジュール。
- 前記第三微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、30度以上且つ70度以下である、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記第一微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、0度より大きく且つ85度以下である、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記第四微細表面上の任意の点の法線が前記第二表面に対する傾斜角度は、0度より大きく且つ20度以下である、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記複数の微細構造組の各々の前記少なくとも1つの突起構造及び前記少なくとも1つの窪み構造の数量の総和は、3以上であり、且つ前記複数の微細構造組の各々の前記少なくとも1つの突起構造及び前記少なくとも1つの窪み構造は、前記第二表面に交替して配列される、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記突起構造及び前記窪み構造の接続箇所は、前記第二表面に平行である平面を含まない、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記第二表面に垂直である方向に沿って前記第一微細表面、前記第二微細表面、前記第三微細表面、及び前記第四微細表面を断ち切ることにより得られた断ち切り線は、それぞれ、直線、曲線、又は複数段の傾斜程度が異なる直線からなる折線である、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記第一微細表面と前記第二微細表面との接続箇所、及び、前記第三微細表面と前記第四微細表面との接続箇所は、それぞれ、面取りを有し、且つ前記面取りは、直線状、凸円弧状、又は凹円弧状である、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記突起構造は、前記第二表面に平行である方向に延伸する線状突起であり、且つ前記窪み構造は、前記第二表面に平行である方向に延伸する線状凹溝である、請求項19に記載の光源モジュール。
- 前記突起構造及び前記窪み構造は、前記第二表面に平行である方向に、直線状、V字状、N字状、W字状、複数段の折り曲げ状、円弧状、又は波状に延伸し、或いは、少なくとも1つの円弧と少なくとも1つの直線とが接続する形状に延伸する、請求項32に記載の光源モジュール。
- 前記少なくとも1つの入光面は、相対する二つの入光面であり、
前記少なくとも1つの発光素子は、それぞれ、前記二つの入光面の近傍に配置され、
前記複数の微細構造組の各々の前記突起構造は、更に、
前記第一微細表面に接続されて、前記第一微細表面とは第一環状表面を形成する第五微細表面と、
前記第五微細表面に接続される第六微細表面であって、前記第五微細表面の傾斜方向と前記第六微細表面の傾斜方向とが異なり、且つ前記第六微細表面と前記第二微細表面とが接続されて第二環状表面を形成する第六微細表面と、
を含み、且つ、
前記複数の微細構造組の各々の前記窪み構造は、更に、
前記第三微細表面に接続されて、前記第三微細表面とは第三環状表面を形成する第七微細表面と、
前記第七微細表面に接続される第八微細表面であって、前記第七微細表面の傾斜方向と前記第八微細表面の傾斜方向とが異なり、且つ前記第八微細表面と前記第四微細表面とが接続されて第四環状表面を形成する第八微細表面と、
を含む、請求項19に記載の光源モジュール。 - 前記導光板は、前記第一表面に配置される複数の線状突起を更に含み、
前記複数の線状突起の各々は、前記入光面に実質的に垂直する方向に沿って延伸し、且つ前記複数の線状突起は、前記入光面に実質的に平行である方向に沿って配列される、請求項19に記載の光源モジュール。 - 前記導光板は、前記入光面に配置される複数の線状突起を更に含み、
前記複数の線状突起の各々は、前記第一表面に実質的に垂直する方向に沿って延伸し、且つ前記複数の線状突起は、前記第一表面に実質的に平行である方向に沿って配列される、請求項19に記載の光源モジュール。 - 前記第二表面に配置される反射ユニットを更に含む、請求項19に記載の光源モジュール。
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