导光板、面发光装置、液晶显示设备及导光板制造方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200980000214.6

申请日:

2009.02.06

公开号:

CN101680619A

公开日:

2010.03.24

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F21S 2/00申请日:20090206|||公开

IPC分类号:

F21S2/00; G02B6/00; G02F1/13357; F21Y101/02

主分类号:

F21S2/00

申请人:

索尼株式会社

发明人:

佐佐木纯; 工藤泰之; 青木诚; 永田佳秀; 福田麻里子; 落合昌弘

地址:

日本东京

优先权:

2008.2.7 JP 027331/2008

专利代理机构:

北京康信知识产权代理有限责任公司

代理人:

余 刚;吴孟秋

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内容摘要

本发明提供了能够改善光利用效率和亮度分布特性且能够解决薄型化的导光板、面发光装置、液晶显示设备以及导光板制造方法。根据本发明的导光板(4)包括:光发射面(41);与光发射面(41)相对的光反射面(42);以及包括沿着光发射面(41)的边缘部连续形成的突出部(43c)的光入射面(43a)。因此,进入突出部(43c)的光穿过突出部(43c),并在光发射面(41)的内表面发生全反射,于是在导光板(4)内传播。如上所述,由于向光入射面(43a)的上部发射的入射光成分能够被突出部(43c)有效阻止,因此能够改善亮度分布特性和光利用效率。根据本发明的导光板(4)通过冲压处理制造出来。

权利要求书

1.  一种导光板,包括:
光发射面;
与所述光发射面相对的光反射面;以及
光入射面,包括突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,所述突出部形成于所述光入射面在所述光发射面一侧的端部。

2.
  根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述突出部沿着所述光发射面的边缘部连续形成在所述光入射面上。

3.
  根据权利要求2所述的导光板,
其中,所述导光板的厚度等于或小于0.30mm。

4.
  根据权利要求3所述的导光板,
其中,所述光入射面包括从所述光反射面一侧向所述光
发射面一侧延伸的大量条纹凹部。

5.
  根据权利要求3所述的导光板,
其中,所述光入射面具有沿着所述光入射面的纵向方向的粗糙度分布。

6.
  根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述光入射面是由沿着所述光入射面的纵向方向配置的多列棱镜构成的棱镜面。

7.
  根据权利要求6所述的导光板,
其中,所述棱镜面包括从所述光反射面一侧向所述光发射面一侧延伸的大量条纹凹部。

8.
  根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述突出部包括从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧倾斜的锥面。

9.
  根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述光反射面包括以随着其与所述光入射面的距离的增加而增大的密度形成的曲面状圆点图案。

10.
  根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述光发射面包括配置在与所述光入射面平行的方向的多列棱镜图案。

11.
  一种导光板,包括:
光发射面;
与所述光发射面相对的光反射面;以及
包括光入射面的四个侧面,各侧面包括突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,各突出部形成在各侧面在所述光发射面一侧的端部。

12.
  根据权利要求11所述的导光板,
其中,所述突出部沿着所述光发射面的边缘部连续形成在所述侧面上。

13.
  根据权利要求11所述的导光板,
其中,所述四个侧面包括从所述光反射面一侧向所述光发射面一侧延伸的大量条纹凹部。

14.
  一种面发光装置,包括:
导光板,包括
光发射面,
与所述光发射面相对的光反射面,以及
光入射面,包括突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,所述突出部形成在所述光入射面在所述光发射面一侧的端部;以及光源,配置在所述导光板的所述光入射面上。

15.
  根据权利要求14所述的面发光装置,
其中,所述光源为点光源。

16.
  一种液晶显示设备,包括:
导光板,包括
光发射面,
与所述光发射面相对的光反射面,以及
光入射面,包括突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,所述突出部形成在所述光入射面在所述光发射面一侧的端部;
光源,配置在所述导光板的光入射面上;以及
液晶显示装置,配置在所述导光板的所述光发射面一侧。

17.
  一种导光板制造方法,包括:
准备由透明树脂制成的塑料片;以及
把塑料片冲压成框状以成形导光板。

18.
  根据权利要求17所述的导光板制造方法,
其中,所述冲压步骤包括形成包括突出部的截面,所述突出部沿着塑料片的一个表面的边缘部连续形成。

19.
  根据权利要求17所述的导光板制造方法,
其中,准备塑料片的步骤是一个成形长塑料片的步骤,以及,
其中,成形塑料片的步骤包括在所述塑料片的表面上转印几何图案的步骤。

说明书

导光板、面发光装置、液晶显示设备及导光板制造方法
技术领域
本发明涉及用于侧光式背光单元的导光板、装备有该导光板的面发光装置和液晶显示设备、以及导光板制造方法。
背景技术
液晶显示(LCD)装置与阴极射线管(CRT)相比,能够实现低功耗、小型化和薄型化,且各种尺寸的液晶显示设备目前被广泛应用于从诸如便携式电话、便携式游戏设备、数码相机和PDA(个人数字助理)的小型装置到大型的液晶电视的装置中。
液晶显示设备分为透射型、反射型等。特别地,透射型液晶显示设备包括液晶显示面板和作为照明光源的背光单元。对于背光单元,除了光源配置在液晶显示面板的正下方的直下式外,还有侧光式。侧光式背光单元由配置在液晶显示面板背面的导光板、配置在导光板的侧面的光源、覆盖导光板的光发射面的另一侧的表面的反射板等构成。
通常,在这些类型的背光单元中用到的光源中,发射白光的冷阴极荧光灯(CCFL)被广泛使用。尤其在近年,使用发光二极管(LED)作为光源的背光单元被高度期望用于手机等的移动显示器上。
在侧光式背光单元中,从光源发出的光从导光板的入射面进入导光板,一边在导光板的发射面和反射面上发生全反射,一边在导光板内进行传播。在传播过程中,光被在反射面形成的漫射图案漫射(diffuse),并且当相对于发射面的入射角等于或小于临界角的时候,从发射面发射出去,于是成为液晶显示面板的照明光。为了得到上述光学特性,优化了导光板的设计。
另一方面,在侧光式背光单元中,需要改善光的利用效率和平面亮度分布。具体来说,有必要使从光源发出的光有效地进入导光板,并防止在导光板内传播的光泄露到外面。此外,当用LED作为光源时,从光源发出的光在从导光板的入射面以扇状散开的情况下,在导光板内进行传播。因此,容易在导光板的内部产生光没传播到的区域,因此,仅通过优化导光板的设计使光从导光板的发射面均匀地发射是困难的。
为了解决上述问题,例如,专利文件1公开了一种使导光板的入射面变得粗糙、从而利用入射面的光漫射来减小亮度不均匀性的技术。此外,专利文件2和3公开了通过在导光板的光入射面提供棱镜或曲面状的凸凹设计来减小亮度不均匀性的技术。
在专利文件1公开的导光板中,由于光源发出的光在入射时被强制地、无方向性地漫射,所以入射光的传播方向也变得无方向性,且光不仅在导光板的面方向而且在其厚度方向也发生漫射。因此,被假定在导光板的内部通过全反射传播的光从导光板的侧面或背面出射,且光的利用效率因此降低,这是一个问题。
此外,在专利文件2和3的导光板中,由于在光入射面上形成有棱镜或曲面状的凸凹,所以光入射面不是平坦的。因此导致发生光在凸凹部分发生折射或反射使光不能有效进入导光板的问题。因此,对于这种结构,难以改善光的利用效率和亮度分布。
此外,近年来,在以便携式电话为代表的便携式信息终端或便携式游戏设备领域中,由于存在使液晶显示设备进一步薄型化的需求,所以导光板薄型化被提上重要日程。相对于入射面的光利用效率随着导光板薄型化而降低,于是提高光利用效率和改善亮度分布特性变得更加困难。
专利文件1:日本专利申请公开第2001-243825号
专利文件2:日本专利申请公开第2002-196151号
专利文件3:日本专利申请公开第2005-228718号
发明内容
鉴于上述情况,本发明的一个目的是提供一种能够改善光利用效率和亮度分布特性、并且能够解决薄型化的导光板、面发光装置、液晶显示设备及导光板制造方法。
为了实现上述目的,根据本发明的一个实施方式,提供了一种包括光发射面、光反射面和光入射面的导光板。
光反射面与光发射面相对。光入射面包括突出部。突出部的突出量从光发射面侧向光反射面侧逐渐减小。突出部在光发射面侧的端部形成。
此外,根据本发明的一个实施方式,提供了一种包括导光板和光源的面发光装置。
导光板包括光发射面、光反射面和光入射面。光反射面与光发射面相对,光入射面包括突出部。突出部的突出量从光发射面侧向光反射面侧逐渐减小。突出部在光发射面侧的端部形成。
光源配置在导光板的光入射面上。
此外,根据本发明的一个实施方式,提供了一种包括导光板、光源和液晶显示器件的液晶显示设备。
导光板包括光发射面、光反射面和光入射面。光反射面与光发射面相对,光入射面包括突出部。突出部的突出量从光发射面侧向光反射面侧逐渐减小。突出部在光发射面侧的端部形成。
光源配置在导光板的光入射面上。
液晶显示器件配置在导光板的光发射面侧。
由于导光板在光发射面侧的光入射面的端部包括具有上述结构的突出部,所以当光源的高度等于或大于导光板的厚度尺寸时,在光入射面和光源之间会形成与突出部的突出长度相对应的缝隙。由于通常从作为光源的发光二极管发出的光具有方向性,光在导光板的内部以扇状从光入射面传播。通过在导光板内形成突出部,可以使从光源发出的将进入光入射面的光在一定程度扩散的同时进入光入射面。因此,能够减弱入射光L的方向性,且与光源配置在与光入射面相接触的位置相比,能够抑制在光入射面的光源配置的位置生成亮斑。
此外,因为光可以在光入射面的附近的宽的范围内发生漫射,所以使得能够增加在导光板的四个角落位置和光源之间传播的光的量,增强在导光板内部传播的光的一致性,并且改善面内亮度分布。此外,由于直接到达与光入射面直交的两侧的侧面和与光入射面相对的侧面的光的量渐少,所以穿过这些侧面向外传播的光的量也减少了。因此,能够改善光的利用效率。
此外,通过在光入射面提供突出部,进入突出部的光将穿过突出部,并在光发射面的内表面发生全反射,于是在导光板的内部进行传播。如前所述,因为向光入射面的上部发射的入射光成分能够被突出部有效阻挡,因此能够改善光的利用效率。应该注意,可以在光入射面上、沿着光发射面的边缘部间断地形成突出部,以替代在光入射面上、沿着光发射面的边缘部连续地形成突出部。
即使当导光板变薄时,它也发挥出显著的效果。换句话说,由于当光入射面部分的导光板的厚度等于或小于光源的高度(厚度)的时候,突出部能有效发挥其作用,因此能够同时实现光利用效率和亮度分布特性的改善。
光入射面可以是由沿着其纵向排列的多列棱镜组成的棱镜面。
因此,增强了光入射面的光漫射效果,且能够减小亮度不均匀性。光入射面不局限于棱镜面,可以有其它形状的透镜。
另一方面,根据本发明的另一实施方式,提供了一种包括光发射面、光反射面和包括光入射面的四个侧面的导光板。
光反射面和光发射面相对,各个侧面均包括突出部,各突出部的突出量从光发射面侧向光反射面侧逐渐减小,各突出部在光发射面侧的端部形成。
通过在包括光入射面的四个侧面形成突出部,可以通过突出部捕捉在导光板的侧面和反射板之间的缝隙的正面方向传播的光,并使光重新进入导光板内。因此,能够缓和导光板的周边部分的亮度的有偏上升。
在导光板中,光入射面的结构可包括大量从光反射面侧向光发射面侧延伸的条纹凹部。因此,使得能够抑制光在导光板的厚度方向发生扩散,并抑制透过导光板的光的全反射效率的降低,提高发射强度的平面内一致性而不降低光利用效率。
此外,在这种结构中,光入射面可被构造成具有一定的粗糙度。通过使光入射面粗糙化,入射光能够在某种程度上在光入射面散射开来而失去其方向性。因此,能够在导光板内实现均匀化的光透过分布。此外,由于光入射面在纵向方向上的表面粗糙度的适当随机分布,能够进一步增强上述效果。
根据本发明的一个实施方式,提供了一种导光板制造方法,包括准备透明树脂制成的塑料片。通过把塑料片冲压成框状的外形,导光板就成形了。因此,可制造包括具有沿着塑料片的一个表面的边缘部连续形成的突出部的冲压截面的导光板。
在该导光板制造方法中,导光板是通过冲压方法制成的。因此,不能通过注射成型方法制造的诸如0.30mm以下的超薄导光板,利用冲压法容易制造。此外,除了把导光板的制造成本降到低成本外,能够显著提高产量。此外,通过改变冲压刀片的尺寸,能够容易地制造支持多种显示屏尺寸的导光板。此外,导光板在冲压后不需进行任何特殊的处理就可以被实际应用,其侧面以冲压截面的形式直接使用。
发明效果
如上所述,根据本发明,能够得到可以改善光利用效率和亮度分布特性、且能够解决薄型化的导光板、面发光装置以及液晶显示设备。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明实施方式的液晶显示设备的结构的透视图;
图2是构成图1中的液晶显示设备的导光板的侧视图;
图3是导光板的平面图;
图4是导光板的仰视图;
图5是沿着图3中的A-A线剖开的横截面图;
图6是示出了导光板的主体部分的透视图;
图7是示出了光源和构成图1中的液晶显示设备的导光板的光入射面之间关系的主要部分的侧视图;
图8是导光板的光入射面的主体部分的平面图;
图9是导光板的光入射面的主体部分的侧视图,其中图9(A)示出了没有提供根据本发明的突出部的情况,图9(B)示出了提供了根据本发明的突出部的情况;
图10是示出了突出部的形状的实例的主要部分的侧视图;
图11是示出了构成图1中的液晶显示设备的导光板的侧面与反射板之间关系的主要部分的侧视图;
图12是用于解释根据本发明的实施方式的导光板制造方法的导光板制造装置的示意性结构图;
图13是示出了构成导光板制造装置的冲压部的冲压机的示意性结构的透视图;
图14是通过冲压处理制造的导光板的侧面(冲压截面)样本照片;
图15示出了导光板的发射面的亮度分布的模拟结果,其中图15(A)示出了在光入射面没有突出部的导光板的实例,图15(B)示出了在光入射面有突出部的导光板的实例;
图16是示出了导光板结构的修改实例的侧视图;
图17是示出了根据本发明的另一实施方式的光入射面的形状的修改实例的示图;
图18是图17中的主要部分的放大图。
图19示出了各光源相对于包括具有图17中所示结构的光入射面的导光板的亮度分布的模拟结果;以及
图20是示出了根据本发明的另一实施方式的光入射面的形状的修改实例的示图。
符号说明
1  液晶显示设备
2  液晶显示面板
3  面发光装置
4  导光板
5    光源
6    反射板
7    背光单元
11   导光板制造装置
12   片成形部
13   冲压部
40   导光部
41   光发射面
42   光反射面
43   侧面
43a  光入射面
43c  突出部
43d  凹部
43p  棱镜面
S    塑料片
具体实施方式
以下,将参照附图说明本发明的实施方式。
图1是示意性地示出了根据本发明的实施方式的液晶显示设备1的结构的透视图。首先,将描述液晶显示设备1的总体结构。
该实施方式的液晶显示设备1包括液晶显示面板2和从背面照亮液晶显示面板2的面发光装置3。面发光装置3包括由导光板4、光源5和反射板6构成的背光单元7、漫射片8、以及适当的光学片如以棱镜片或透镜片为代表的聚光片9。
液晶显示面板2具有液晶层夹置于一对透明基板之间的结构。液晶显示面板2的驱动模式没有特殊限制,VA(垂直取向)、IPS(面内转换)、TN(扭转向列)等都是可用的。液晶显示面板2包括配置在光入射侧的第一偏光器(偏光板)和配置在光发射侧的第二偏光器(偏光板)。此外,液晶显示面板2包括用于显示彩色图像的滤色片(未示出)。应该注意到液晶显示面板2的结构中包括相位差膜,用于在必要时对液晶层的双折射等进行光学补偿。
背光单元7由侧光式背光单元组成。背光单元7包括透明材料制成的导光板4、配置在导光板4的一个侧面部分上的光源5以及覆盖导光板4的光发射面的另一侧的表面的反射板6等。反射板6包括反射片、镜面金属框、具有高反射率的例如白色的树脂框等。光源5由多个点光源如LED(发光二极管)组成。应该注意,也可以替代地使用诸如荧光管的线光源。
图2是导光板4的侧视图,图3是导光板4的平面图,图4为导光板4的仰视图,图5为沿着图3中的A-A线切开的剖视图,图6为导光板4的主要部分的透视图。导光板4由透明塑料材料如聚碳酸酯树脂和丙烯酸树脂构成。在该实施方式中,导光板4通过把透明树脂材料制成的塑料片冲压成预定的尺寸制造出来。该实施方式中的导光板4的尺寸的具体例子是67mm(宽)×35mm(高)×0.25mm(厚)。
如图3~图5所示,导光板4由包括作为导光板主体的导光部40的薄板、光发射面41、光反射面42及四个侧面43组成。光发射面41和光反射面42对应于导光板4的相对的两个主表面。在导光板4的四个侧面43中,一个对应于作为光入射面43a的第一侧面,其它三个对应于除此之外的第二侧面43b。光入射面43a可以是导光板4短边的侧面,也可以是其长边的侧面。导光板4的光反射面42和除光入射面43a之外的三个侧面43b被反射板6覆盖。应该注意到光入射面43a一侧也可以被反射板6覆盖。
导光板4的四个侧面43都包括突出部43c,其突出量从光发射面41一侧向光反射面42一侧逐渐减小。突出部43c形成在光入射面43a位于光发射面41一侧的端部上,具体在本实施方式中,沿着光发射面41的边缘部连续形成。如后所述,当通过把塑料片冲压成框状而制造导光板4时,这些突出部43c同时在侧面43上形成。冲压方向是从光反射面42一侧到光发射面41一侧的方向。应该注意,下文将要描述的包括突出部43c的侧面43的表面状况从导光板4的制造方法中得到。
突出部43c基本上是三角形,该实施方式中的突出长度大约是10μm,且没有特殊限制。突出部43c的上面侧(光发射面41一侧)的表面与光发射面41属于同一平面,通过与光发射面41一起连续形成,光发射面41的边缘部也形成了。突出部43c的下面侧(光反射面42一侧)的表面是一个从光发射面41一侧向光反射面42一侧倾斜的锥面。因此,侧面43是从厚度方向的预定位置朝向光发射面41的锥形。突出部43c的高度与侧面部分43的高度之比例如为等于或小于1/10。
如图3~图5所示,棱镜图案41a在导光板4的光发射面41上形成。棱镜图案41a的作用等同于用于漫射从光发射面41发出的光的光漫射图案,并在与成为光入射面43a的一个侧面43平行的方向上配置多个。棱镜图案41a可以在光发射面41的整个区域形成,也可以形成于光发射面41的一部分上。此外,除了棱镜图案,也可以采用其它光漫射图案如环形透镜图案、透镜阵列图案。
另一方面,导光板4的光反射面42具有将进入光入射面43a并且穿过导光部40的光向光发射面41一侧反射的功能。如图4和5所示,凹型曲面圆点图案42a在光反射面42上形成。圆点图案42a用于漫射被光反射面42反射的光,并随着其与光入射面43a的距离的增加而以更高的密度形成,从而缩短信息间隔。圆点图案42a不局限于凹型,也可以更换为凸型或凹型与凸型组合的型式。即使当整个光反射面42是凹凸(embossed)面而不是圆点图案42a时,能够得到同样的光漫射效果。
此外,如图6所示,大量微小的条纹凹部(凹槽)43d在导光板4的厚度方向上、在包括光入射面43a在内的导光板4的侧面43上形成。因此,表面的凹凸分布形成于侧面43的纵向方向。凹部43d可以是三角形、平的或曲面状。凹部43d的形成间隔可以规则,也可以不规则。此外,侧面43具有一定的表面粗糙度。侧面43的凹部和凸部的表面粗糙度可以不同。这种情况下,可以在纵向方向上为侧面43提供粗糙度分布。
光入射面43a的表面粗糙度没有特殊限制。光入射面43a的表面粗糙度能够设置在一定的范围内,例如,Ra(中心线平均粗糙度)为0.2μm~0.7μm(Rz(最大粗糙度)为2μm~7μm,Rzjis(十点平均粗糙度)为2μm~5μm)。因此,能够有效分散光入射面43a的光并降低亮度不均匀性。
进一步地,光入射面43a的表面粗糙度可以等于或小于光源光的波长。相应地,蛾眼被显示在光入射面43a上,结果导致进入光入射面43a的光的反射能够被抑制,且光的利用效率能够提高。这里用到的“蛾眼效应”表示当光以等于或小于目标光波长的周期进入形成有凹凸结构(如,凸起结构)的层中的时候所表现出来的反射防止作用。由于凹凸结构不能够被光识别为结构,而是识别为其折射率连续变化的层,因此界面反射受到抑制,并且表现出反射防止效果。
光入射面43a的粗糙度能够根据塑料片的冲压条件进行调整。此外,还可以通过使冲压导光板4的侧面经受后处理,将粗糙度调整到所要求的粗糙度。处理方法的例子是使用旋转的铣刀或锉刀进行磨削处理。
图7是示出了光源5和导光板4的光入射面43a之间关系的主要部分的侧视图。光源5由发光二极管(LED)构成,其光发射面与导光板4的光入射面43a相对。特别地,光源5与光入射面43a相对配置,之间夹有导光板4的突出部43c,且至少有一个其长度对应于突出部43c的突出长度的缝隙X形成于光源5和光入射面43a之间。在本实施方式中,缝隙X大约是10μm。
配置在导光板4的光入射面43a上的光源5的数量和位置没有特殊限制。在该实施方式中,总共三个光源5等间距配置在光入射面43a的中心部和两边。并且,构成各光源5的LED芯片的大小和厚度(高度)没有特殊限制。对于LED芯片,使用的是发出白光的白色LED。应该注意,使用红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的LED芯片,并通过将它们在导光板4内混合形成白色也是可以的。
本实施方式的液晶显示设备1的结构如上所述。下面,将描述液晶显示设备1的基本操作。
从光源5发出的、进入导光板4的光入射面43a的光通过在光发射面41和光反射面42多次发生全反射,在导光部40内部进行传播。关于被光反射面42上的圆点图案42a漫射的光,由于全反射条件是无效的,所以光从光发射面41发出。尤其是,因为随着与光源5的距离的变大,圆点图案42a以更高的密度形成,所以从光发射面41发出在导光板4的面内具有几乎均一的亮度分布的光是可能的。
此外,由于棱镜图案41a形成在光发射面41上,从光发射面41发出的光在一定程度散开的同时被扩散发射。此外,从导光板4的光反射面42和侧面43b漏掉的光通过反射板6反射后重新进入导光板4。因此,提高了光利用效率。
从导光板4的光发射面41发出的光通过漫射片8和聚光片9进入液晶显示面板2。漫射片8均匀地漫射从导光板4发出的光,因此提高了面内亮度的均匀性。聚光片9将从漫射片8发射的光汇聚到正面方向,并使光进入液晶显示面板2,于是提高了液晶显示面板2的前侧亮度。进入液晶显示面板2的光在其对各像素的透射量被控制后,通过滤色片(未示出)向观众一侧发射。从而,彩色图像显示在液晶显示面板2的前面。
接下来,将详细描述根据本发明的实施方式的导光板4。
如上所述,本实施方式的导光板4包括在光发射面41一侧的、在构成光入射面43a的侧面43的端部上的突出部43c。因此,如图7所示,在光入射面43a和配置在光入射面43a的对面的光源5之间,形成了一个对应于突出部43c的突出长度的缝隙X。从发光二极管发出的光通常具有方向性,从光入射面43a在导光部40内以扇状传播。在该实施方式中,通过形成缝隙X,从光源5发出的将进入光入射面43a的光(以下,指“入射光”)L在以一定程度散开的同时进入光入射面43a。因此,与光源5配置在与光入射面43a相接触的位置的情况相比,入射光L的方向性能够减弱,且能够抑制在光入射面43a的光源5配置的位置生成亮斑。
此外,因为光能够在光入射面43a的邻近区域的宽的范围内发生漫射,所以使得能够增加在导光板4的四个角落位置和光源5之间传播的光量,提高在导光部40传播的光的均匀性,并改善面内亮度分布。进一步地,由于可以减少直接到达与光入射面43a直交的两侧的侧面43b和与光入射面43a相对的侧面43b的光量,所以从这些侧面43b向外侧传播的光量减少。因此,能够提高光利用效率。
此外,在本实施方式的导光板4中,由于导光板4的光入射面43a具有适度的表面粗糙度,所以入射光L能够在某种程度上在光入射面43a散射而失去方向性。因此,能够在导光部40实现更加均匀的光传播分布。通过以适当随机性分布光入射面43a纵向方向的表面粗糙度,上述效果能够进一步增强。当导光板4的厚度减小时,上述效果变得更加显著。
图8是导光板4的光入射面43a的主要部分的放大平面图。如图8所示,由于大量微小条纹凹部43d形成在光入射面43a上,光入射面43a起着在面内往多个方向传播入射光L的作用。因此,能够增强破坏光入射面43a的入射光L的方向性的效果,另外能够进一步改善导光部40的光传播分布。此外,由于凹部43d沿着导光板4的厚度方向形成,所以导光板4的厚度方向的光扩散受到抑制。相应地,抑制了通过导光部40传播的光的全反射效率的降低。于是,能够增强发射强度的面内一致性而不削弱光利用效率。
另一方面,由于在导光板4的光入射面43a和光源5之间存在缝隙X,可能产生从光源5向光发射面41侧泄露的入射光L的成分。然而,由于在本实施方式中突出部43c形成于导光板4的光入射面43a上,能够通过突出部43c获得阻止入射光L泄露的作用。
图9(A)示出了没有突出部43c的光入射面44a。在这种情况下,出现被光入射面43a的上部反射的并泄露到外面的入射光成分La,于是降低了光利用效率。相比之下,如图9(B)所示,根据包括突出部43c的光入射面43a,向光入射面43a的上部传播的入射光成分能够被有效向突出部43c的内部引导。进入突出部43c的光穿过突出部,并且在光发射面41的内表面发生全反射,于是在导光部40内进行传播。如上所述,由于向光入射面43a的上部发射的入射光成分La能够被突出部43c有效阻止,因此能够提高光利用效率。
为了提高突出部43c的阻止效果,突出部43c能够被构造成图10(A)~10(C)所示的形状。图10(A)示出了具有固定斜度的平坦锥面43t1的突出部43c的例子,图10(B)和图10(C)分别示出了突出部43c具有其斜度逐渐变化的弯曲锥面43t2和43t3的例子。
另一方面,在本实施方式的导光板4中,由于除了光入射面43a之外的其余三个侧面43b也具有和光入射面43a相同的结构,因此能够得到以下效果。
首先,由于各个侧面43b具有适当的表面粗糙度和粗糙度分布,所以穿过导光部40并且到达侧面43b的光能够被随机漫射和反射。因此,能够增强光发射面41的面内亮度均匀性。进一步地,能够降低透过侧面43b的光的量以此提高光利用效率。进一步地,当光被反射板6反射并重新进入导光板4时,能够获得适当的光扩散效果。
其次,由于各个侧面43b沿着厚度方向包括微小的弯曲凹部43d,所以除了上述效果外,能够提高导光板4的主表面内的反射分散效率。因此,能够提高从光发射面发出的光的面内均匀性。
再次,由于各侧面43b在光发射面41一侧包括突出部43c,所以在导光板4的侧面43b和反射板6之间形成的缝隙内的正面方向传播的光能够被突出部43c捕捉并能使之重新进入导光部40。图11是示出该状态的背光单元7的主体部分的横截面图。在导光板4的侧面43b和反射板6之间形成的缝隙G内的正面方向(图中向上)传播的光Lb进入侧面43b的突出部43c内,并被具有适当粗糙度的突出部43c的表面效应所漫射。因此,能够减弱导光板4的周围边缘部分的亮度的有偏上升,且能够改善亮度分布。
图15(A)和图15(B)示出了由于存在/缺少突出部43c而带来的导光板的光学特性的不同。图15(A)示出了在其侧面没有突出部43c的导光板结构模型的模拟效果。图15(B)示出了在其侧面包括突出部43c的本实施方式中的导光板结构模型的模拟效果。通过在导光板的侧面构造如此结构的突出部,使得能够抑制光从导光板的侧面泄露并使之到达光发射面的整个区域以提高面内亮度分布。
如上所述,由于本实施方式中的导光板4具有导光特性,能够得到具有高的光利用效率和良好的面内亮度分布的面发光装置3和液晶显示设备1。此外,由于导光板4被形成为其厚度等于或小于0.3mm,这极其薄,这将对面发光装置3和液晶显示设备1的薄型化做出很大的贡献。
接下来,将描述本实施方式的导光板4的制造方法。
本实施方式中的导光板4的制造方法包括准备透明树脂制成的塑料片、并把塑料片冲压成框状以形成导光板4的步骤。作为导光板4的基本材料的塑料片通过多种成形方法如熔融挤出、热压和辊扎成形等制成。应该注意到塑料片可以通过购买市场上可买到的产品来准备。
图12是本实施方式使用的导光板制造装置11的结构示意图。导光板制造装置11包括片成形部12和冲压部13。
成形机20设置在片成形部12中。成形机20包括加热辊21、冷却辊22以及绕在加热辊21和冷却辊22上的第一环带23。成形机20还包括与加热辊21相对的第一压送辊24、与冷却辊22相对的第二压送辊25以及绕在第一压送辊24和第二压送辊25上的第二环带26。
第一环带23和第二环带26之间形成有一定的缝隙。通过在以相同方向运转的环带23和26之间供应透明树脂材料,形成具有预定厚度(例如,等于或小于0.30mm)的长塑料片S。此外,通过在第一环带23的表面(成形面)上形成由棱镜图案组成的几何图案,棱镜图案(41a)能够与塑料片S的成形同步地形成在塑料片S的一个表面(图12中的上表面)上。此外,通过在第二环带26的表面(成形面)形成由凹型或凸型曲面状圆点图案组成的几何图案,凹型或凸型曲面状圆点图案(42a)能够在塑料片S成形的同时转移到塑料片S的其它表面(图12中的下表面)上。
如图13所示的冲压机30装备在冲压部13中。冲压机30包括位于塑料片S的上表面侧的可移动冲模31和位于塑料片S的下表面侧的固定冲模32。可移动冲模31被构造成能够相对于固定冲模32在垂直方向进行移动。缓冲构件33和34分别装备在可移动冲模31和固定冲模32的内侧。尤其是,框状冲压刀片(四刀片,Victoriablade)35埋入固定冲模32侧的缓冲构件34中。
冲压机30对供应在可移动冲模31和固定冲模32之间的塑料片S从上到下进行冲压。这时,埋在缓冲构件34中的冲压刀片35从下表面靠近塑料片S,形成具有与冲压刀片35的形状相同的外形的片。制造出来的片构成了本实施方式的导光板4。
由冲压机30形成的片的冲压横截面部分组成了具有图2~图6所示的表面状况的导光板4的侧面43。换句话说,侧面43的突出部43c在冲压步骤的最后阶段形成在塑料片S的上表面的附近区域。突出部43c通过不同于冲压刀片35的剪切工作的机械切断而形成,并从切割截面处向外突出。突出部43c在塑料片S的冲压步骤中必然形成在冲压截面上。
此外,导光板4的侧面43的表面粗糙度对于在冲压刀片35剪切塑料片时不可避免地形成的冲压截面部分来说具有独特性。因此,根据塑料片S的构成材料、冲压刀片35的锋利程度以及冲压压力等调整侧面43的表面粗糙度成为可能。这对于在导光板4的侧面43上形成的条纹凹部43d同样成立。凹部43d的形成方向取决于导光板4的冲压方向(导光板4的厚度方向)。
在如上述方法制造的导光板4中,冲压截面在突出部43c形成的一侧的表面(塑料片S的上表面)用作光发射面41,另一侧面用作光反射面42。应该注意,由于导光板4的侧面部分都具有相同的表面条件,因此任何一面都可以用作光入射面43a。
根据本实施方式,由于导光板4是通过冲压方法制造出来的,所以能够容易地制造不能通过注射成型方法制造的等于或小于0.30mm的超薄导光板4。
此外,除了将导光板4的制造成本降到低成本外,还能够显著提高其产量。进一步地,通过改变冲压刀片35的尺寸,可以容易地制造支持各种显示屏尺寸的导光板。
进一步地,根据本实施方式,由于导光板4的侧面由冲压截面组成,因此易于实现上述的多种光学特性。换句话说,导光板4能够在冲压后不进行任何特殊处理的而被实际应用,其侧面以冲压截面的形式直接使用。
图14(A)表示通过冲压具有预定尺寸的厚度为0.25mm的聚碳酸酯片而得到导光板的侧面(冲压截面)的样本照片。在冲压截面中,在导光板的厚度方向延伸的微小条纹凹部(凹槽)能够被识别出来。图14(B)示出了图14(A)中形成有条纹的截面部分的放大照片。图14(C)示出了图14(A)中未形成有条纹的截面部分的放大照片。
如上所述,通过冲压处理制造的导光板的侧面具有归因于其处理方法的表面形态。这些表面形态提供如上述一样的、作为导光板的各种先进的光学功能。此外,由于能够通过冲压处理制造极其薄的导光板,对于装备了导光板的面发光装置和液晶显示设备的薄型化具有很大的贡献。
到此已经描述了本发明的实施方式。然而,本发明不局限于上述实施方式,只要不背离本发明的要旨,当然可增加各种修改。
例如,在上述实施方式中,导光板4通过冲压方法制造出来。然而,根据导光板4的厚度也可以通过注射成型方法将其制造出来。在这种情况下,突出部43c和凹部43d的形成可以通过对冲模的内表面进行处理实现。此外,除了对冲模的内表面进行处理外,还可以通过在成型后对导光板的侧面进行化学处理、喷射处理(blastprocessing)、磨削处理等,对侧面43做粗糙化处理。
此外,导光板4的形状不局限于上述的简单板,本发明也能应用到其板厚随着其离入射面侧的距离增加而逐渐减小的楔状的导光板。进一步地,如图16所示,本发明也可应用到其上表面由倾斜部51和平坦部52组成的导光板50中。相应地,在使入射面53以与光源5的尺寸相对应的厚度形成时,以平坦部52作为光发射面的薄的导光板能够被构造出来。
此外,在上述实施方式中,描述了突出部43c形成于导光板4的包括侧面43a在内的四个侧面43上的例子。作为选择,本发明也能应用到突出部43c只在光入射面43a上形成或突出部43c在除了光入射面43a的至少一个侧面43b上形成的例子。
另一方面,光入射面43a可具有由棱镜和透镜为示例的凹凸形状。相应地,预定的光漫散效果可以被表现在光入射面43a上以此减小亮度不均匀性。存在由沿着光入射面43a的纵向方向(宽度方向)配置的多列棱镜组成的棱镜面,作为凹凸形状。光入射面的凹凸形状例如可以通过在冲压刀片的顶端的内表面形成凹凸形状或将刀片的顶端形成为波形而得到。
图17是由棱镜面组成的光入射面的例子的部分平面图,图18是其放大图。光入射面43p包括大致等腰三角棱镜在宽度方向循环排列的凹凸形状的表面。棱镜的排列间距、高度、顶角和谷角(inter-prism angle,棱镜间夹角)可以根据导光板的尺寸、光源的配置间隔、光源的配置数目及要求的亮度特性等进行合理地设置。
例如,棱镜的排列间距P能够设置为0.1mm~5.0mm,高度H可以设置为0.05mm~2.5mm,顶角θa和谷角θb可以设置为60°~150°。如图18所示,棱镜的顶和棱镜之间的谷(groove)不必是尖锐的,可以是弯曲的。棱镜的顶和谷的曲率半径例如可以设置为等于或大于0.05mm。图19是包括棱镜形的光入射面43p的导光板的光分布的例子。图中的例子表示考虑了光入射面43p后的各光源的光分布的模拟结果,其中光入射面43p的顶角θa和谷角θb为120°,间距p是0.7mm,棱镜的顶和谷的曲率半径是0.15mm。上述例子例如能够应用到五个光源以间距8.6mm配置的面光源中。
当通过冲压方法制造由棱镜面组成的光入射面43p时,如上所述,微小条纹凹部沿着厚度方向形成在棱镜面上。在该情况下,能够获得归于凹部的光漫射效果和光入射面43p的棱镜面的折射效果的双重光扩散效果。因此,能够进一步降低亮度不均匀性,且能够形成具有良好的亮度均匀性的面光源。
图20是导光板4的光入射面43a的结构的另一个修改实例的部分平面图。在该例中,光入射面43a包括限定光源5所配置的区域的多个凸部43s。相应地,能够提高光源5相对于光入射面的位置准确度。凸部43s的间距和数目根据光源5的大小和数目等合理设置。此外,凸部43s之间的区域例如可以通过前面描述的棱镜面43p形成。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种导光板,包括:
光发射面;
与所述光发射面相对的光反射面;以及
光入射面,包括:沿厚度方向形成的侧面部;突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,所述突出部形成于所述侧面部在所述光发射面一侧的端部。
2.根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述突出部沿着所述光发射面的边缘部连续形成在所述光入射面上。
3.根据权利要求2所述的导光板,
其中,所述导光板的厚度等于或小于0.30mm。
4.根据权利要求3所述的导光板,
其中,所述光入射面包括从所述光反射面一侧向所述光发射面一侧延伸的大量条纹凹部。
5.根据权利要求3所述的导光板,
其中,所述光入射面具有沿着所述光入射面的纵向方向的粗糙度分布。
6.根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述光入射面是由沿着所述光入射面的纵向方向配置的多列棱镜构成的棱镜面。
7.根据权利要求6所述的导光板,
其中,所述棱镜面包括从所述光反射面一侧向所述光发射面一侧延伸的大量条纹凹部。
8.根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述突出部包括从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧倾斜的锥面。
9.根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述光反射面包括以随着其与所述光入射面的距离的增加而增大的密度形成的曲面状圆点图案。
10.根据权利要求1所述的导光板,
其中,所述光发射面包括配置在与所述光入射面平行的方向的多列棱镜图案。
11.一种导光板,包括:
光发射面;
与所述光发射面相对的光反射面;以及
包括光入射面的四个侧面,各侧面包括:沿厚度方向形成的侧面部;突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,各突出部形成在所述侧面部在所述光发射面一侧的端部。
12.根据权利要求11所述的导光板,
其中,所述突出部沿着所述光发射面的边缘部连续形成在所述侧面上。
13.根据权利要求11所述的导光板,
其中,所述四个侧面包括从所述光反射面一侧向所述光发射面一侧延伸的大量条纹凹部。
14.一种面发光装置,包括:
导光板,包括
光发射面,
与所述光发射面相对的光反射面,以及
光入射面,包括:沿厚度方向形成的侧面部;突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,所述突出部形成在所述侧面部在所述光发射面一侧的端部;以及
光源,配置在所述导光板的所述光入射面上。
15.根据权利要求14所述的面发光装置,
其中,所述光源为点光源。
16.一种液晶显示设备,包括:
导光板,包括
光发射面,
与所述光发射面相对的光反射面,以及
光入射面,包括:沿厚度方向形成的侧面部;突出量从所述光发射面一侧向所述光反射面一侧逐渐减小的突出部,所述突出部形成在所述侧面部在所述光发射面一侧的端部;
光源,配置在所述导光板的光入射面上;以及
液晶显示装置,配置在所述导光板的所述光发射面一侧。
17.一种导光板制造方法,包括:
准备由透明树脂制成的塑料片;以及
把塑料片冲压成框状以成形导光板。
18.根据权利要求17所述的导光板制造方法,
其中,所述冲压步骤包括形成包括突出部的截面,所述突出部沿着塑料片的一个表面的边缘部连续形成。
19.根据权利要求17所述的导光板制造方法,
其中,准备塑料片的步骤是一个成形长塑料片的步骤,以及,
其中,成形塑料片的步骤包括在所述塑料片的表面上转印几何图案的步骤。

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导光板、面发光装置、液晶显示设备及导光板制造方法.pdf_第2页
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本发明提供了能够改善光利用效率和亮度分布特性且能够解决薄型化的导光板、面发光装置、液晶显示设备以及导光板制造方法。根据本发明的导光板(4)包括:光发射面(41);与光发射面(41)相对的光反射面(42);以及包括沿着光发射面(41)的边缘部连续形成的突出部(43c)的光入射面(43a)。因此,进入突出部(43c)的光穿过突出部(43c),并在光发射面(41)的内表面发生全反射,于是在导光板(4)内。

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