TWI639870B - Light guide plate and surface lighting device - Google Patents

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TWI639870B TW106113471A TW106113471A TWI639870B TW I639870 B TWI639870 B TW I639870B TW 106113471 A TW106113471 A TW 106113471A TW 106113471 A TW106113471 A TW 106113471A TW I639870 B TWI639870 B TW I639870B
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Abstract

於導光板(30)形成有入射面(31)及出射面(32)。入射面(31)係供自光源(20)照射之光入射之端面。出射面(32)係供自入射面(31)入射之光射出之面且與厚度方向垂直之面。在以平行於導光板(30)之厚度方向及光源(20)與導光板(30)之排列方向之雙方的面而切割之剖面上，入射面(31)之至少一部分係朝光源(20)側隆起之曲線。

Description

導光板及面照明裝置
本發明主要關於一種使用於側光式之面照明裝置之導光板。
側光式(Edge lighting)之面照明裝置具備光源及導光板。光源係朝導光板之端面(側面)照射光。照射於導光板之光，一邊於導光板內反射，一邊自另一表面(出射面)均勻地射出。藉此，只要朝導光板之側面照射光，即可使出射面整體發光。專利文獻1及專利文獻2揭示一種側光式之面照明裝置。
於專利文獻1揭示有一種面照明裝置，其被構成為以反射構件使自光源照射之光反射之後，入射於導光板。專利文獻1中，記載有可使用凹面鏡作為此反射構件之內容。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：國際公開第2012/070331號。
然而，於專利文獻1之構成中，需要進行光源、反射構件、及導光板之3個零件的位置調整。於因組裝時之位置偏移及溫度變化等，而造成光源、反射構件、及導光板之任一者的位置精度降低之情況下，恐有導光板內之光路大幅變化之擔憂。此外，於反射構件或導光板之 形狀之精度低的情況下，也同樣有導光板內之光路大幅變化之可能。其結果，會造成自出射面射出之光變得不均勻。
本發明係鑑於以上之情狀而完成，其主要之目的在於提供一種出射面之發光之均勻性高的導光板。
本發明所欲解決之課題，誠如上述，下面對用以解決此問題之手段及其功效進行說明。
根據本發明之第一態樣，提供一種以下之構成的導光板。亦即，此導光板形成有入射面及出射面。上述入射面係供光自光源入射之端面。上述出射面係供自上述入射面入射之光射出之面且垂直於厚度方向的面。在以平行於上述導光板之厚度方向及上述光源與上述導光板之排列方向的雙方之面而切割之剖面上，上述入射面之至少一部分係朝上述光源側隆起之曲線。
藉此，對於入射於入射面之光，可一邊使行進方向一致，一邊取入導光板之內部。並且，自入射面取入之光，其光路以朝厚度方向之中央側靠近之方式變化，因此在導光板內反射之次數增多，從而可提高出射面之發光之均勻性。
根據本發明之第二態樣，提供一種面照明裝置，其具備：上述導光板；及光源，其朝上述導光板之上述入射面照射光。
藉此，可不用在光源與導光板之間配置聚光裝置等，而使出射面均勻地發光。
根據本發明，可實現出射面之發光的均勻性高之導光板。
1‧‧‧面照明裝置
10‧‧‧光源固定器
20‧‧‧光源
30、80‧‧‧導光板
31、81‧‧‧入射面
32、82‧‧‧出射面
33‧‧‧反射面
40‧‧‧液晶面板
100、101‧‧‧側面
圖1為顯示本發明之一實施形態之面照明裝置的構成之立體圖。
圖2為面照明裝置之A-A線之剖視圖。
圖3為顯示對先前例之導光板照射平行光(水平)、平行光(傾斜)、集中於一點之光時的光路之變化之剖視圖。
圖4為顯示對本實施形態之導光板照射平行光(水平)、平行光(傾斜)、集中於一點之光時的光路之變化之剖視圖。
圖5為示意顯示本實施形態之導光板與先前例之導光板的光路之差異之剖視圖。
圖6為示意顯示可彎曲之導光板(第1變形例)與先前例之導光板的差異之剖視圖。
圖7為顯示具有反射面之導光板(第2變形例)的構成之剖視圖。
圖8為顯示入射面之曲率半徑較板厚的1/2大之(凸型曲線)導光板(第3變形例及第4變形例)之剖視圖。
圖9為顯示入射面為橢圓弧之導光板(第5變形例至第7變形例)之剖視圖。
圖10為顯示入射面之一部分為曲面的導光板(第8變形例至第9變形例)之剖視圖。
圖11為顯示側面為曲面之導光板(第10變形例)之立體圖。
其次，參照圖式，對本發明之實施形態進行說明。首先，參照圖1及圖2，對面照明裝置1之構成進行說明。圖1為顯示本發明之一實施形態之面照明裝置1的構成之立體圖。圖2為面照明裝置1之A-A線之剖視圖。
如圖1所示，面照明裝置1具備光源固定器10、光源20、及導光 板30。此外，以下之說明中，亦將導光板之厚度方向僅稱為厚度方向，且亦將光源20與導光板30之排列方向僅稱為排列方向。此外，將與厚度方向及排列方向之雙方垂直的方向稱為光源長度方向。
光源20係排列配置於光源長度方向之複數個發光元件(本實施形態中為發光二極體)。藉此，光源20可於光源長度方向全長將光照射於對象物即導光板30。再者，光源20也可由發光二極體以外之元件構成。例如，光源20也可為CCFL(冷陰極熒光管)、HCFL(熱陰極熒光管)、EL(電致發光)。此外，光源20不限於排列配置點光源而成之構成，也可為配置線狀之光源之構成。
光源固定器10係被構成為可安裝光源20。此外，光源固定器10係以覆蓋光源20與導光板30之間的方式配置，且至少內面由可反射光之材料構成。根據此構成，光源20所照射之光的一部分，在光源固定器10之內面反射之後，被入射於導光板30。藉此，可抑制光源20所照射之光的損失。
本實施形態中，導光板30係長方形之板狀構件。只要能透射光，導光板30之材料可任意，既可為丙烯酸或聚碳酸酯等樹脂製，也可為玻璃製。如圖1所示，於導光板30形成有入射面31及出射面32。
入射面31係導光板30之側面(端面)，也可換稱為與厚度方向平行之面(且與光源長度方向平行之面)、或包含與厚度方向平行之部分的面。此外，導光板30，係以光源20與入射面31對向之方式(換言之，以入射面31之長邊方向與光源長度方向一致之方式，且光源20與入射面31之長邊方向的位置一致之方式)配置。根據此構成，光源20所照射之光，自入射面31之大致整體入射於導光板30之內部。
此外，如圖1及圖2所示，入射面31為曲面。具體而言，於圖2(以 與厚度方向及排列方向之雙方平行的面而切割之剖面，以與光源長度方向垂直之面而切割的剖面)中，入射面31係朝光源20側隆起之曲線。本實施形態中，入射面31係曲率半徑為導光板30之板厚的1/2之圓弧(內角為180°的扇形)。
曲面狀之入射面31，可利用切削或研磨等機械加工而形成，也可使用模具形成。此外，也可藉由使導光板30之端面熔融，利用表面張力將端面形成為曲面，且於此狀態下進行冷卻而形成入射面31。較佳為，入射面31之表面係以在朝入射面31入射時不會使光的行進方向變亂之程度而作成平坦。再者，關於入射面31為曲面之優點，容待後述。
出射面32係導光板30之表面(與厚度方向垂直之面、包含與厚度方向垂直之部分的面、且面積最大之面、主表面)。自入射面31入射之光，一邊於導光板30之內部進行反射一邊朝入射面31之相反側的端面(圖2右側之端面)前進。在此過程中，該光自出射面32朝外部射出。根據此構成，可使出射面32大致整體發光。
如圖1所示，本實施形態之面照明裝置1係作為液晶面板40之背光使用。再者，液晶面板40例如由液晶層、濾色片、玻璃基板、偏光膜等構成。根據此構成，只要朝入射面31照射光，即可均勻地將光照射於液晶面板。
再者，為了自出射面32更均勻地射出光，也可於導光板30與液晶面板40之間設置擴散板。此外，根據同樣之目的，也可於出射面32之表面形成槽、凹部或凸部。此外，為了防止來自與出射面32對向之面的光之射出，也可於該面設置反射片或反射板。
此外，圖1所示之導光板30係長方形之板狀，但也可為正方形等 之其他多邊形的板狀，也可為圓板狀。此外，導光板30不限於平板，也可為曲面板。於導光板30為曲面板之情況下，出射面32成為曲面狀。此外，圖1所示之面照明裝置1係朝導光板30之1個端面照射光，但也可為朝2個以上之端面照射光的構成。此外，只要自出射面32均勻地射出光，也可為朝入射面31之一部分照射光之構成。
其次，參照圖3至圖5，一邊與先前例之導光板80進行比較，一邊對入射面31為朝光源20側隆起之曲面之優點進行說明。再者，於圖3以下之剖視圖中，為了便於讀圖，省略陰影線。
如圖3所示，先前例之導光板係將端面形成為平面狀(圖3之剖面中為直線狀)。此外，與導光板30相同，於導光板80形成有入射面81、及出射面82。
自光源20照射有各種各樣之行進方向的光。此外，該光在光源固定器10之內面進行反射之情況下，會使行進方向進一步變化。藉此，可朝入射面31入射所有之行進方向的光。
圖3中的(a)顯示平行於出射面82之平行光入射於先前例之導光板80之入射面81時的光之行進方向之變化。於先前例之導光板80中，當入射有平行於出射面82之平行光時，光的行進方向不變化。藉此，該光不會自出射面82射出。
與此相對，圖4中的(a)顯示平行於出射面32之平行光入射於本實施形態之導光板30之入射面31時的光之行進方向之變化。於本實施形態之導光板30中，平行於出射面32之平行光，藉由通過入射面31，其行進方向分別以朝向導光板30之內側(厚度方向之中央側)的方式變化。藉此，即使於入射有與出射面32平行之光之情況下，該光仍於導光板80內一邊進行反射一邊前進，因此，該光之一部分自出射面32 射出。藉此，可有效地利用光源20之光。再者，於將自入射面31之厚度方向的端部入射之光與出射面32所夾的角設為角度α(參照圖4中的(a))，且將導光板30假定為玻璃之情況下，該光仍會以角度α進行全反射。
圖3中的(b)顯示傾斜於出射面82之平行光被入射於先前例之導光板80之入射面81時的光之行進方向之變化。於先前例之導光板80中，光之行進方向係以相對於出射面82之傾斜角變小之方式變化。在相對於出射面82之傾斜角小之情況下，如圖5中的(a)所示，因在導光板80內進行反射之次數減少，因此自出射面82射出的光，有可能變得不均勻。
與此相對，圖4中的(b)顯示傾斜於出射面32之平行光被入射於本實施形態之導光板30之入射面31時的光之行進方向之變化。於本實施形態之導光板30中，傾斜於出射面32之平行光，藉由通過入射面31，行進方向分別以朝向導光板30之內側移動之方式(以相對於出射面32之傾斜角變大之方式)變化。在相對於出射面32之傾斜角大的情況下，如圖5中的(b)所示，因在導光板30內進行反射之次數增加，因此可使自出射面82射出之光更加均勻。
圖3中的(c)顯示入射有集中於入射面81上之一點的光時之光之行進方向的變化。在此，將顯示入射於入射面81之前的光之擴散之角度設為θ1，且將顯示入射於入射面81之後的光之擴散之角度設為θ2。於先前例之導光板80中，根據空氣與導光板80之折射率的差異，θ1>θ2成立。
圖4中的(c)顯示入射有集中於入射面31上之一點的光時之光之行進方向的變化。在此，將顯示入射於入射面31之前的光之擴散之角度 設為θ1，且將入射於入射面31之後的光之擴散之角度設為θ3。該情況下，θ1>θ2>θ3成立。此外，本實施形態中，即使於入射此種光之情況，行進方向仍會以相對於出射面32之傾斜角變大之方式變化。藉此，由於能使各種各樣之方向的光朝相對於出射面32之傾斜角變大之方向變化，因而在導光板30內進行反射的次數增加，因此可使自出射面82射出之光更加均勻。
此外，先前例之導光板80，亦有光幾乎不在導光板80內反射之情形，而需要詳細之光路設計。此外，為了實現此設計，對光源20及導光板80之位置及形狀要求高精度。與此相對，本實施形態之導光板80，由於可使各種各樣之方向的光朝相對於出射面32的傾斜角變大之方向變化，因此即使於位置或形狀上存在有些許之誤差，仍可使出射面32均勻地發光。
其次，參照圖5，對上述實施形態之第1變形例進行說明。再者，於變形例之說明中，有時會對與上述實施形態相同或類似之構件，於圖式上賦予相同之符號，並省略說明。
於上述實施形態中，導光板30係由玻璃等構成，且不具有可撓性。與此相對，第1變形例中，導光板30係由包含矽橡膠、氨基甲酸乙酯橡膠、或丙烯酸樹脂之樹脂組成物構成，且具有可撓性。
如上述，先前例之導光板80，雖然光幾乎不在導光板80內進行反射，但藉由進行詳細之光路設計，以高的位置精度配置零件，而使光自出射面82均勻地射出。然而，由於只要稍微將導光板80彎曲，光之入射角即會發生變化而改變反射方向，因此導光板80內之光路發生變化。其結果，變得不能自出射面82均勻地照射光(參照圖6中的(a))。
與此相對，第1變形例之導光板30，由於可使各種各樣之方向的 光朝相對於出射面32之傾斜角增大的方向變化，因此即使於導光板80被彎曲之情況下，仍可使出射面32均勻地發光(參照圖6中的(b))。
再者，於第1變形例中，導光板30具有可撓性，但也可將本發明應用於形成有彎曲，且不具可撓性之構成的導光板30(彎曲之導光板)。
其次，參照圖7，對上述實施形態之第2變形例進行說明。
上述實施形態中，入射面31之相反側的端面為直線狀，並且不設置反射板、反射片等。與此相對，於第2變形例中，如圖7中的(a)所示，於入射面31之相反側的端面(反射面33)設置有反射板，可反射自導光板30之內側入射之光。並且，反射面33成為朝與入射面31相反側隆起的曲面。換言之，於以與厚度方向及排列方向之雙方平行的面而切割之剖面上，反射面33成為朝外側隆起之曲線。
根據此構成，如圖7中的(b)所示，由於可將自導光板30之內部傳遞的各種各樣之方向的光，朝相對於出射面32之傾斜角變大的方向反射，因此可使出射面32均勻地發光。此外，因為光不會自反射面33洩漏，因此可有效地利用光源20所照射之光。
其次，參照圖8，對第3變形例及第4變形例進行說明。
上述實施形態中，在以與厚度方向及排列方向之雙方平行之面而切割之剖面上，入射面31之圓弧的曲率半徑為板厚的1/2。與此相對，於第3變形例及第4變形例中，此剖面(圖8)之入射面31之圓弧的曲率半徑，係較板厚的1/2大(凸型曲線)。其中，所謂凸型曲線，係指板端部之曲面形成為大致球形，導光板30整體成為蝌蚪型之形狀。根據此構成，由於可增大入射面31之表面積，因此取入導光板30之內部的光量較上述實施形態增加，從而可使出射面32明亮地發光。尤其是，即使於光源20之大小(厚度方向的長度)較導光板之板厚大的情況下， 藉由使用第3變形例及第4變形例之入射面31，仍可充分地取入光源20之光。
於圖8中的(a)之第3變形例之導光板30中，入射面31係藉由對導光板30之端部進行加工等而形成，不存在圓弧狀之部分與平板狀部分的邊界。與此相對，圖8中的(b)之第4變形例之導光板30係將半圓柱狀(剖面之輪廓為扇形，且輪廓的一部分為圓弧狀)之端面部3、與平板狀(剖面之輪廓為矩形)之導光板本體34接合而構成。端面部35係接合於導光板本體34，且是導光板30之構成要素，因此可發揮相同之功效。
其次，參照圖9，對第5變形例至第7變形例進行說明。
上述實施形態及變形例中，剖面上之入射面31係圓弧，但於第5變形例至第7變形例中，剖面上之入射面31係橢圓弧。具體而言，於第5變形例中，橢圓之長軸與板厚相等，且短軸較板厚短。於第6變形例中，橢圓之短軸與板厚相等，且長軸較板厚長。第6變形例中，橢圓之長軸係較板厚長。
此外，入射面31只要是在剖面上朝光源20側隆起的曲線即可，也可為圓弧、橢圓弧以外之曲線。
其次，參照圖10，對第8變形例及第9變形例進行說明。
上述實施形態及變形例中，剖面上之入射面31整體為曲線，但於第8變形例及第9變形例中，剖面上之入射面31之一部分為曲線。具體而言，於第8變形例中，剖面上之入射面31之厚度方向之端部為曲線(朝光源20側隆起之曲線)，厚度方向之中央部為直線(平行於厚度方向之線)。於第9變形例中，剖面上之入射面31之厚度方向之端部為直線(平行於厚度方向之線)，厚度方向之中央部為曲線(朝光源20側隆起 之曲線)。
其次，參照圖11，對第10變形例進行說明。
上述實施形態及變形例中，入射面31及反射面33以外之導光板30之側面(與光源長度方向垂直之面、沿排列方向延伸之面)為平面。與此相對，於第10變形例中，如圖11所示，此側面100及側面101係曲面。具體而言，與入射面31等相同，側面100、101係以剖面(以垂直於排列方向之面而切割之剖面)成為圓弧之方式構成。再者，側面100、101之剖面，只要為朝光源長度方向之外側突出的曲線，並不限於圓弧，也可為例如橢圓弧等其他之變形例所示之形狀。
此外，與第2變形例相同，於側面100、101設置有反射板等，可反射自導光板30之內側入射之光。藉此，可使自入射面31入射、且自導光板30內經由側面100、101而朝向外側的光，返回導光板30之內側。
根據以上之構成，與第2變形例相同，由於可使自導光板30之內部傳遞之各種各樣的方向之光，朝相對於出射面32之傾斜角變大的方向反射，因此可使出射面32均勻地發光。
上述中，對複數之變形例進行了說明，但也可將各變形例之特徵適宜地組合。例如，可將第1變形例、與第2變形例至第10變形例中的至少一者組合(第2變形例以後也同樣)。具體而言，也可於具有可撓性之導光板30(第1變形例)設置反射面33(第2變形例)。此外，藉由組合第2變形例與第10變形例，光越發變得難以自導光板30洩漏，因此可使出射面32更均勻地發光。
如以上說明，於上述導光板30形成有入射面31、及出射面32。入射面31係供光自光源20入射之端面。出射面32係供自入射面31 入射之光射出之面且垂直於厚度方向的面。在以平行於導光板30之厚度方向及光源20與導光板30之排列方向的雙方之面而切割之剖面上，入射面31之至少一部分係朝光源20側隆起之曲線。
藉此，對於入射於入射面31之光，可一邊使行進方向一致，一邊取入導光板30之內部。並且，自入射面31取入之光，其光路以朝厚度方向之中央側靠近之方式變化，因此在導光板30內反射之次數增多，從而可提高出射面32之發光之均勻性。
此外，於上述導光板30之剖面上，入射面31之曲線，係圓弧或橢圓弧。
藉此，由於可將入射面31設為單純之形狀，因此容易進行導光板30之光路設計及製造等。
此外，於上述導光板30之剖面上，入射面31整體，係朝光源20側隆起之曲線。
藉此，由於入射於曲面之光增多，因此可更有效地發揮本發明之功效。
此外，上述導光板30中，在與入射面31為相反側之端面形成有反射面33，該反射面33係將自入射面31入射之光朝導光板30之內側反射。於導光板30之剖面上，反射面33之至少一部分係朝入射面31之相反側隆起之曲線。
藉此，即使於自入射面31取入之光到達反射面33之情況，由於光朝導光板30之內側反射，因此可有效地利用光源20所照射之光。尤其是，反射面33係上述之形狀，因此與入射時同樣，可一邊使反射光的行進方向一致，且一邊使光路以朝厚度方向之中央側靠近之方式變化。藉此，可提高出射面32之發光的均勻性。
此外，上述導光板30係被構成為可將出射面32之至少一部分彎曲、或將導光板30彎曲。
亦即，於出射面32彎曲之情況下，稍微之誤差即會使光路大幅變化。此外，於可將導光板30彎曲而構成之情況，因導光板30彎曲，光路大幅地變化。藉此，於具有該等特徵之情況下，使出射面32均勻地發光變得困難。這點於本實施形態中，因在導光板30內進行反射之次數增多，因此即使於此種之導光板30中，仍可使出射面32均勻地發光。
以上，對本發明之較適實施形態及變形例進行了說明，但上述構成例如可依以下方式變更。
上述實施形態及變形例中，為將光源20所照射之光直接照射於入射面31之構成，但也可經由鏡面等照射於入射面31。因與專利文獻1不同，本實施形態之面照明裝置1，不太要求位置精度，因此即使採用此構成，也可自出射面32均勻地射出光。
上述實施形態及變形例中，入射面31係以通過厚度方向之中央的線作為對稱線而對稱，但也可為非對稱。
上述實施形態中，對將面照明裝置1應用於液晶顯示器之背光的例子進行了說明，但面照明裝置1也可應用於其他之用途。例如，面照明裝置1，可應用於導引顯示或廣告看板等之背光。此外，面照明裝置1，也可適用於背光以外之情形。

Claims (5)

  1. 一種導光板，係形成有入射面及出射面，前述入射面係供光自光源入射之端面，前述出射面係供自前述入射面入射之光射出之面且垂直於厚度方向的面；在以平行於前述導光板之厚度方向及前述光源與前述導光板之排列方向的雙方之面而切割之剖面上，前述入射面之至少一部分係朝前述光源側隆起之曲線；於前述剖面上，前述入射面之前述曲線係圓弧或橢圓弧；當前述曲線係圓弧時，前述圓弧的曲率半徑係成為較前述導光板之厚度的1/2大。
  2. 如請求項1所記載之導光板，其中於前述剖面上，前述入射面整體係朝前述光源側隆起之曲線。
  3. 如請求項1所記載之導光板，其中在與前述入射面為相反側之端面形成有反射面，該反射面係將自前述入射面入射之光朝前述導光板之內側反射；於前述剖面上，前述反射面之至少一部分係朝入射面之相反側隆起之曲線。
  4. 如請求項1所記載之導光板，其中於前述剖面上，前述出射面之至少一部分係彎曲或可彎曲地構成。
  5. 一種面照明裝置，具備：如請求項1至4中任一項所記載之導光板；以及光源，其朝前述導光板之前述入射面照射光。
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