JP4384547B2 - 非正三角形レンズ構造を有する導光板 - Google Patents

Description

本発明は、非正三角形レンズ構造を有する導光板に関し、詳しく言えば、周知のバックライトは大量の光エネルギーを均質に放射するためにレンズと、拡散板と、反射板などの光学効果のある膜層を採用すると同時に、大部分の光エネルギーが屈折および再屈折を繰り返して消耗され、液晶ディスプレイパネルの非透光の部分に入射して無駄にされるという問題を解決するために、非全面的に複数の特定位置で発光することが考案され、かつ発光の光束を複数の制御された平行光により方位角度に集中し、液晶ディスプレイパネルの開口に放射し、また、周知の多片式バックライトの複雑な構造を整合し、簡易化させるバックライトに関するものである。

周知の多くの導光板は、光源面が光を均質に放射できる技術理念に基づくものである。レンズのマトリックス構造から形成されるものがある（特許文献１参照）。その目的は、視角を変える場合、輝度がある角度に突然の変化をすることを防止することである。従って、本発明の技術理念と異なる。

多焦点反射パターンを有する導光板は、図９‐１および図９‐２に示すように、導光板の発光面の向かい合う面に多数個の多焦点反射パターンが形成され、各パターンの中間に円弧面が形成され、円弧面を中心に中から外へ多数個の環状円弧面が形成され、入射光が導光板のパターンの円弧面を経由して上方に反射されて放射されることで、平面光源が形成されるものである（特許文献２参照）。この先行技術は、多焦点反射鏡の多方向の反射により、平面状光源の輝度を均質に分布させるものであるが、本発明の技術理念とは異なる。

レンズのマトリックス構造から形成されるものがある（特許文献３参照）。その目的は、均質に発光しうることである。従って、本発明の技術理念による非三角形レンズ構造を有する導光板と周知の技術理念とは異なる。

平面状光源は、図１０‐１および図１０‐２に示すように、凹面鏡１１ｎまたは凸面鏡１１ｐを用いて、凹面または凸面鏡の多方向の屈折により、側端の入射面のあたりの発光面が十分な輝度を有し、図１１‐１、図１１‐２、図１２‐１および図１２‐２に示すように、導光板の発光面の向かい合う面および入射面外のほかの側面に分布密度が異なる凹面反射鏡１２ｐまたは凸面反射鏡１２ｎが形成され、凹面または凸面反射鏡の多方向の反射および周辺に密度の比較的高い反射鏡を設置することにより、導光板の周辺輝度を増加させ、輝度が不十分であるという点を改善し、平面状光源の輝度分布および放射角度を均一にすることができるものである（特許文献４参照）。従って、本発明の技術理念と異なる。

光源の部分的透過方法によるバックライト液晶ディスプレイは、図１３に示すように、液晶ディスプレイｆの底側に複数の光ルート５２を有する反射層５１が形成され、液晶ディスプレイｆと導光板ｈとの間にマイクロミラー光学膜ｇが設けられ、かつ光学膜ｇが光ルート５２に向かい合うところに集光区域６１を有し、導光板ｈの自発光がマイクロミラー光学膜ｇの集光区域６２を介して集光され、比較的多い光エネルギーの自発光Ｌ５となり、続いて反射層５１の光ルート５２を透過し、液晶ディスプレイｆに入射し、また、反射層５１により高度反射される自然光Ｌ４とマイクロミラー光学膜ｇにより集光されて増強される自発光と結合することにより、液晶ディスプレイｆ全体の発光パフォーマンスを増強し、そして、集光区域６１の集光効果が強ければ強いほど、反射層５１の光ルート５２を透過する自発光Ｌ５が強くなり、光ルート５２の反射層において占める面積比が縮小され、反射用の面積比が拡大され、利用可能な反射自然光Ｌ４が大きくなるという設計により、液晶ディスプレイｆの発光パフォーマンスを増加すると同時に、外界の自然光Ｌ４に対する対比度を減少させることができるものである（特許文献５参照）。この先行技術は、光ルート５２を有する反射層５１と集光区域６１を有するマイクロミラー光学膜ｇとを備えることを特徴とし、自発光Ｌ５を特定位置に放射する効果を有するものであるが、自発光Ｌ５を特定位置に放射する効果のあるマイクロミラー光学膜ｇを導光板ｆにおいて独立させる構造は本発明に比べて異なり、その技術理念が異なり、かつマイクロミラー光学膜および集光区域６１の構造説明と特徴と数値が、この先行技術では掲示されていないのに対し、本発明では掲示されている。

米国特許公報第５９１７６６４号 中華民国特許公報第４６３９５７号 米国特許公報第６３５６３９１号 中華民国特許公報第５３８２８５号 中華民国特許公報第５６０６２１号

本発明による非正三角形レンズ構造を有する導光板は、周知のバックライトが大量の光エネルギーを均質に放射するためにレンズと、拡散板と、反射板などの光学効果のある膜層とを採用すると同時に、大部分の光エネルギーが屈折および再屈折を繰り返して消耗され、液晶ディスプレイのパネルの非透光の部分に入射して無駄になるという問題を解決するために、非全面的に複数の特定位置から発光することが考案され、かつ発光の光束を複数の制御された平行光により方位角度に集中し、液晶ディスプレイパネルの開口に放射するバックライトというものである。かつ本発明は、周知のバックライト内のレンズと、拡散板と、反射板などを省き、コストを大幅に減少させることができるものである。

本発明による非正三角形レンズ構造を有する導光板は、複数の平行するように制御された光或いは角度の範囲が±１５°以内（±１５°を含む）に制御された光の入射により、光を本発明による導光板内に導き、そして、本発明により特殊設計された鈍角の三角形レンズ構造を介して全反射の原理で複数の平行するように制御された光を捉え、特定の発光範囲に導き、例えば、発光面の発光を液晶パネルの開口に放射される光線に類似させるように導き、そして、非全面的に特定位置で発光し、発光の光束を複数の制御された平行光により特殊角度に集中し、液晶ディスプレイパネルの開口に放射するものであるため、光エネルギーを有効に使用し、輝度を増加させ、液晶ディスプレイの画質を上回らせ、電力の消耗を減少させ、電池の使用時間を延長することができ、かつ本発明のバックライトを整合化させる設計により、一体成型または貼付け二枚式のバックライトに設計しても構わないため、バックライトの製造に材料と加工時間がかかるコストを有効に制御することができるものである。

本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板は、図１に示すように、非正三角形レンズ１３が整列する鈍角の三角形であって、そのうちのＤが非正三角形のレンズ底面１４の幅であって、非正三角形レンズ１３底部の幅が液晶ディスプレイパネルの開口２０の距離に対応し、光が非正三角形レンズ１３内から全反射され、放射される光線が液晶ディスプレイパネルの開口２０に照準を合わせることで、光エネルギーが有効に使用され、輝度を増加させ、液晶ディスプレイの画質を上回らせるものである。

図２および図６‐１に示すのは、多種の角度による光入射の一つであり、光線は発光源１０から導光板１１に入射し、導光板１１内に角度θを有する入射光１２は非正三角形レンズ１３のレンズ底面１４を介して非正三角形レンズ１３（導光板１１および非正三角形レンズの材料屈折率がｎ１）に入射し、入射光１２は非正三角形レンズ１３のレンズ発光斜面１５内において第一次全反射１６（レンズ底面１４とレンズ発光斜面１５との間の角度がθ１）が生じ、第一次全反射１６ののち、非正三角形レンズ１３のレンズ側辺１７において第二次全反射１８（レンズ底面１４とレンズ側面１７との間の角度の外角がθ２）が生じ、最後に非正三角形レンズ１３のレンズ発光斜面１５から発光屈折１９を形成し、充填層２１（薄膜、充填液または空気のいずれか一つ）に放射し、最後の発光屈折１９は充填層１２を透過した後、液晶ディスプレイパネルの開口２０に照準を合わせて垂直のような発光となり、そのうちの材質屈折率ｎ２（充填層２１の材料屈折率がｎ２）は非正三角形レンズ１３の材質屈折率ｎ１に近似し、非正三角形レンズ１３中のθ１とθ２は加工により制御可能な角度である。図６‐２に示すように、導光板１１は、光の入射する側の向かい合いに三角形の面または一般の平面を有し、さらに反射層が加えられ、また、三角形の面により光線が導光板１１において向かい合う直行光（θ≒０°）まで平行伝導され、放射されることを防止可能であるため、直行光は三角形の反射面により全反射を進行させ、光を導光板１１に折り返し、光の損失を減少させることができ、さらに導光板１１の発光面の向かい合いに反射板を装着すれば、極めて小さい光が屈折により損失されることを減少させることが可能である。図３は、光の異なる入射角から入射する非正三角形レンズ１３を示す図である。

以下の表１は、図１の非正三角形レンズ構造を有する導光板の実施例を説明するものであり、下記の実施例で挙げられた具体的な数値は、本発明の部分の実施例によるものに過ぎないため、本発明の請求範囲を制限できないものである。

図４と図５に示すように、非正三角形レンズ１３は、平行する等距離の三角錐に設けてもよく、加工の便利を図るために、長い形状の三角錐を等距離で配列して形成されるものである。また、非正三角形レンズ１３は、マトリックス式三角錐に設けてもよい。その加工方法は、独立式の三角錐をマトリックス方法で配列し、すべての三角錐の幅を液晶ディスプレイパネルの開口２０の大きさに対応させることである。かつバックライトを整合化させる設計により、一体成形または貼付け二枚式のバックライトが設計されることで、バックライトの製造に材料と加工時間がかかるコストを有効に制御可能である。図８‐１に示すように、導光板１１は両面に非正三角形レンズ１３を有するように設計してもよい。こうすると、本実施例の導光板１１は、両面発光の方法を有し、さらに液晶画面を加えれば、双画面の機能を有することが可能である。図８‐２は、両面非正三角形レンズの三角反射板の光進行方向を示す図である。図７に示すように、液晶ディスプレイパネルの寸法が比較的大きい場合、単光源が液晶ディスプレイパネルに全面分布できないため、双光源を利用する。このとき、光源は導光板１１の両側にそれぞれ一つ装着され、非正三角形レンズ１３は導光板１１の幅の中央を基準に両側に対称的な配列をするように設計されることで、光源伝導の不足という問題を防止することが可能である。

本発明による非正三角形レンズ構造を有する導光板は、出願請求の前に先行文献に記載されることなく、公開されていないため、新規性の要件を満たすものである。そして、本発明は、非全面的に複数の特定位置から発光し、かつ発光の光束を複数の制御された平行光により方位角度に集中し、液晶ディスプレイパネルの開口に放射するものであって、光が捉えられ、放射される前に、導光板の内部において全反射の原理に従って伝導を進行させることで、光エネルギーの屈折と再屈折を繰り返す過程での損失を大幅に減少させ、光エネルギーを有効に使用し、輝度を増加させ、液晶ディスプレイの画質を上回らせるか、電力の消耗を減少させ、電池の使用時間を延長することができるとともに、周知のバックライトの大量の光エネルギーが無駄になるという問題を改善でき、また、光が捉えられ、放射される前に、導光板の内部において全反射の原理に従って伝導を進行させることで、光エネルギーの屈折と再屈折を繰り返す過程での損失を大幅に減少させることができ、さらにバックライトを整合化させる設計により、一体成形または貼付け二枚式のバックライトが設計されることで、バックライトの製造に材料と加工時間がかかるコストを有効に制御し、実用性と進歩性の要件を満たすことができるものである。

上述は本発明の比較的好ましい実施例に過ぎないため、本発明の請求範囲を制限しかねるものである。そして、本発明の請求範囲に記載される構造に均等な変化をするのは、本発明の請求範囲に属すべきである。

本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板の作動を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板の各種の入射光の作動を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板の平行する等距離の三角錐を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板のマトリックス式三角錐を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板の三角形反射板を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板の大寸法の液晶パネル光源を示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板の両面非正三角形レンズを示す模式図である。 本発明の一実施例による非正三角形レンズ構造を有する導光板の両面非正三角形レンズの三角反射板光源の作動を示す模式図である。 中華民国特許公報第４６３９５７号による多焦点反射パターンを有する導光板を示す模式図である。 中華民国特許公報第４６３９５７号による多焦点反射パターンを有する導光板を示す模式図である。 中華民国特許公報第５３８２８５号による平面状光源を示す模式図である。 中華民国特許公報第５３８２８５号による平面状光源を示す模式図である。 中華民国特許公報第５３８２８５号による平面状光源を示す模式図である。 中華民国特許公報第５３８２８５号による平面状光源を示す模式図である。 中華民国特許公報第５３８２８５号による平面状光源を示す模式図である。 中華民国特許公報第５３８２８５号による平面状光源を示す模式図である。 中華民国特許公報第５６０６２１号による光源の部分的透過方法によるバックライト液晶ディスプレイを示す模式図である。

符号の説明

１０ 発光源、１１ 導光板、１２ 入射光、１３ 非正三角形レンズ、１４ レンズ底面、１５ レンズ発光斜面、１６ 第一次全反射、１７ レンズ側辺、１８ 第二次全反射、１９ 発光屈折、２０ 液晶ディスプレイパネルの開口、２１ 充填層、θ 入射角度、θ１ レンズ底面とレンズ発光斜面の間の角度、θ２ レンズ底面とレンズ側辺の間の角度の外角、ｎ１ 導光板および非正三角形レンズの材料屈折率、ｎ２ 薄膜または充填層の材料屈折率

Claims (15)

1. 側面が光をバックライトに導く光入射面であり、他面が複数の非正三角形レンズを有する発光面であり、底部が反射面である導光板と、
   鈍角の三角形を呈する非正三角形レンズであって、レンズ底面とレンズ側面との間の角度が９０°以上であり、非正三角形レンズの全反射面により全反射された後の光を特定方位で発光するように導く非正三角形レンズと、
   複数の平行するように制御された光或いは角度の範囲が±１５°以内（±１５°を含む）に制御された光により発光し、かつ全ての光線を導光板内に入射させるように調節可能であり、光線が導光板を介して非正三角形レンズへ導かれ、光が非正三角形レンズの全反射により特定の方位へ導かれ、また、非正三角形レンズにより放射される光束が導光板の特定の位置から放射される光源装置とを備え、
   前記導光板（１１）と前記他面及び前記底部の前記非正三角形レンズ（１３）とは、一体成形品であって、かつ材料にかかるコストを減少する加工方法による処理品であることを特徴とする非正三角形レンズ構造を有する導光板。
2. 導光板の発光面の非正三角形レンズは、平行する等距離の三角錐であって、加工が便利になるために、長い形状の三角錐が等距離で配列されていることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
3. 導光板の発光面の非正三角形レンズは、マトリックス式三角錐であって、その加工方法は、独立式の三角錐をマトリックス方法で配列し、すべての三角錐の幅は液晶ディスプレイパネルの開口の大きさに対応することを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
4. 導光板と非正三角形レンズは、貼付け方法によるものであって、その加工処理は、導光板の部分および非正三角形レンズの部分に分けられ、かつ非正三角形レンズの部分を導光板の上に貼り付けることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
5. バックライトは、周知の多片式バックライトを整合して形成される単一構造式バックライトであることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
6. 導光板の発光面の非正三角形レンズは、底部の幅が液晶ディスプレイパネルの開口の距離に等しいか、それより小さく、かつ液晶ディスプレイパネルの開口の位置に照準を合わせることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
7. 導光板の底部の反射面は、平滑面を呈することで入射光の光源は全反射により光を反射して光の損失を減少可能であることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
8. 入射光の光源は、一般の光源または複数の平行するように制御された光であって、非正三角形レンズ内の全反射により再屈折され、液晶ディスプレイパネルの開口のあたりに照準を合わせるように放射されることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
9. 非正三角形レンズ底面とレンズ側面との間の角度は、９０°以上であり、かつ非正三角形レンズは鈍角の三角形を呈することで光を非正三角形レンズに導く時、全反射して液晶ディスプレイパネルの開口に放射可能であることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
10. θ１とθ２は、加工により制御可能であるため、発光位置は液晶ディスプレイパネルの開口のあたりに照準を合わせることが可能であることを特徴とする請求項９に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
11. 液晶ディスプレイパネルの寸法が比較的大きい場合、単光源が液晶ディスプレイパネルに全面分布不可能であるため、光源を導光板の両側にそれぞれ一つ装着することで光源伝導の不足という問題を防止可能であることを特徴とする請求項１０に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
12. 非正三角形レンズと液晶ディスプレイの反射層との間には、一層の屈折率と非正三角形レンズに近似する充填層を有することを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
13. 導光板の光入射面の向かい合いに三角形の面または一般の平面を有し、さらに反射板を加えることで入射光（θ≒０°）の光の損失を減少可能であることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
14. 導光板の発光面の向かい合いに反射板を装着することで光線の屈折および反射による光の損失を減少可能であることを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。
15. 導光面は、両面非正三角形レンズ板に設けてもよく、導光板の発光面と反射面（発光面の向かい合い）はともに非正三角形レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の非正三角形レンズ構造を有する導光板。

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