專利名稱：面狀發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把來自光源的光導入導光板、通過該導光板出射、利用該導光板的出射光照射液晶顯示裝置的液晶盒等被照明體整個表面的面狀發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
近年來一直用薄型液晶顯示裝置作為筆記本式字處理器、計算機或便攜式電話機以及其它便攜式信息終端設(shè)備的顯示裝置。為了照亮這樣的薄型液晶顯示裝置而利用具有導光板的面狀發(fā)光裝置。該面狀發(fā)光裝置的光源利用熒光管等線狀光源和多個發(fā)光二級管等點狀光源，多個發(fā)光二級管(以下稱LED)因施加的電壓低、消耗電功率少而往往被小型的液晶顯示裝置作為光源使用。
最近隨著小型液晶顯示裝置的彩色化而要求更明亮的照明，甚至要求傳統(tǒng)的單色液晶顯示裝置幾倍亮度的照明。為此需要使用從作為光源的LED出射的定向性高的光，并將該光導入到密度更高的導光板中。因此，就會在把多個LED作為光源使用的面狀發(fā)光裝置中使用出射光的定向性強的LED?？墒钱斒褂贸錾涔獾亩ㄏ蛐詮姷腖ED時，例如特開2002-082625(圖4)所示，有如下的缺點在靠近導光板31的發(fā)光LED32的一側(cè)(端面31a一側(cè))產(chǎn)生在導光板31的內(nèi)部傳播的光的波谷，并在多個LED32之間和它們的兩端產(chǎn)生光不能到達的三角形部分A。
圖13A至圖13C示出了這樣的傳統(tǒng)面狀發(fā)光裝置的一個實例。在圖13A至C中，102是作為發(fā)光光源的LED，101是導光板，103是與導光板101的上面101a相對配設(shè)的棱鏡片，104是與導光板101的下面101b相對靠近設(shè)置的反射片。如圖13A所示，導光板101是平面形狀的矩形，由塑料等透光材料構(gòu)成。導光板101的下面101b具有皺折、點或三棱形或印刷的不規(guī)則的凹凸等，并成為散射面。多個LED102與作為導光板101一個側(cè)面的受光面101c相對配設(shè)。包括導光板的上面101a和受光面101c的四個側(cè)面為鏡面等的光滑面。在LED102上流過預定的電流后使其發(fā)光時，來自LED102的光通過折射透過導光板101的受光面101c后射入導光板101的內(nèi)部，變成在其內(nèi)部擴展的內(nèi)部光。該內(nèi)部光被導光板的下面101b漫反射，一邊在上面101a反復全反射，一邊在導光板101內(nèi)傳播，同時在其間通過折射透過上面101a，向上方出射。該出射的光入射到棱鏡片103，在此利用棱鏡的折射作用，使在大致垂直圖面方向上的光均勻，作為面狀照明光向未示出的液晶面板等照明對象出射。另外，反射片104反射從導光板101的下面101b經(jīng)漫射向外部出射的光后再返回到導光板101內(nèi)，從而起到提高光利用率的作用。在此，圖13A中用斜線表示的范圍S是從LED102入射到導光板101后經(jīng)折射透過導光板的受光面101c的內(nèi)部光在導光板101的內(nèi)部存在分布的光存在區(qū)，沒有斜線的部分S1是不存在內(nèi)部光的光欠缺區(qū)。不存在內(nèi)部光的光欠缺區(qū)S1形成以受光面101c上的最大折射角的折射光為斜邊的三角形。如圖13C中所示那樣，例如在假設(shè)LED102發(fā)出的光S的最大出射角為55°時，S入射的受光面101c上的最大折射角(或折射的最大出射角)大致為30°，光欠缺區(qū)S1的三角形的斜邊與底邊形成的角大致為60°。
這樣，在導光板101中，作為不存在內(nèi)部光的光欠缺區(qū)S1與從受光面101c進入的入射光處于混雜狀態(tài)。因此在采用該導光板101的面狀發(fā)光裝置中，在照射液晶盒等被照明體時，在LED102附近的部分(或靠近受光面101c附近部分)交替產(chǎn)生明亮部分與黑暗部分，使亮度變得不均勻，沒有達到良好的照明狀態(tài)。如圖13A至C中所示的那種面狀發(fā)光裝置，為了薄型化和結(jié)構(gòu)簡單化，在不通過發(fā)散板而使棱鏡片103與導光板直接對置的構(gòu)造中，導光板內(nèi)的亮度分布幾乎反映的是原樣的照明光亮度，這時如果亮度不均勻會特別成問題。
為了緩解這樣的問題，例如特開2002-196151(圖1、圖2)中所示那樣，在與導光板1的LED2對置的受光面1c上形成多個棱鏡1c1的面狀發(fā)光裝置是公知的。據(jù)此，由于能減少LED的光線在棱鏡斜面上的入射角，而使LED的光線入射到導光板時的折射彎曲變小，從而可以縮小照明的暗部分的面積進而可以減輕照明亮度的不均勻。
在圖14A至C中，示出了具有設(shè)置了這種棱鏡的導光板的傳統(tǒng)面狀發(fā)光裝置。在圖14A至C中，101p是設(shè)置在導光板101的受光面101c上的多個棱鏡。其它的構(gòu)成與在圖13A至C中所示的面狀發(fā)光裝置相同。在圖14C中所示的棱鏡101p的頂角α在該例中為60°以下。這時從LED101以最大出射角55°出射的光線S對棱鏡101p的斜面在法線上側(cè)入射，因折射向外側(cè)折曲，透射光sp相對受光面101c的出射角為55°以上。該出射角在圖中所示的例中為大致60°。在棱鏡101p的頂角α為70°時，光線S相對棱鏡的入射角為0°，光不會折曲地直接進入，透射光sp的出射角為55°，α為70°以下時折射光向外側(cè)折曲，透射光sp的出射角超過55°，α角為60°以下時，出射角接近60°。也就是說，以該透射光sp的受光面102為基準的最大出射角約為60°，比在沒有圖13C中所示的棱鏡時的最大出射角(約30°)大。
在最大出射角較小時，如圖13A所示，光欠缺區(qū)S1的三角形斜面的斜度變陡，在光欠缺區(qū)S1的導光板101內(nèi)的光的射入變深。與此相反，在最大出射角較大時，如圖14A所示，光欠缺區(qū)S1的三角形斜面的斜度變平緩，在光欠缺區(qū)S1的導光板101內(nèi)的光射入變淺。在該光欠缺區(qū)S1的射入越淺，在導光板上的光的亮度就越均勻。在此使棱鏡101p的頂角變小，棱鏡的斜面的傾角增加，在導光板101內(nèi)部隨著最大出射角的進一步變大，可以使光欠缺區(qū)S1的射入進一步變淺。因此通過在該棱鏡中適當選擇頂角，使光欠缺區(qū)S1的導光板101內(nèi)的光射入變淺，使導光板中內(nèi)部光的亮度均勻性提高，從而可以使照明光的亮度均勻性提高。在此，圖15是表示各個棱鏡透射光集合成的集合光束的圖。在圖15中，SK是在圖14中所示的各棱鏡101p的多個透射光sp在每個LED102上集合成的集合光束，圖16A表示在導光板101內(nèi)的集合光束SK的分布。
在采用受光面上具有多個棱鏡的導光板的上述面狀發(fā)光裝置中，還存在以下問題也就是說，如上所述，來自LED的光透過多個棱鏡變成透過各透鏡101P的多個透射光sp，這些透射光sp集合后構(gòu)成集合光束SK，這樣的集合光束SK如圖16A所示，從各LED102發(fā)散，左右(圖面上的上下)分開成大致人字形在導光板101內(nèi)行進分布。在該集合光束SK中，一旦上述個別棱鏡的透射光(sp)彼此的間隔(圖15中的w)變窄，這些集合光束SK將作為集中成一體的光線被識別，并成為明顯的亮線。另外，在該集合光束(SK)的周邊(集合光束間的間隙)容易產(chǎn)生暗的部分。
也就是說，如圖15所示，當最大出射角變大，與此相應(yīng)地，相對受光面101c的最小傾角變小時，就通過多個棱鏡101p分別折射的透射光sp的光線而言，相鄰的光線彼此間的間隙W變小，產(chǎn)生用肉眼不能識別的情況，存在看到的多個光束成為集合體的情況。
在這樣的情況下，如圖16A所示，不能識別從各LED102發(fā)出并在整個導光板101上向左右開放的大致人字形集合光束SK內(nèi)各個棱鏡的透射光sp(見圖15)。集合光束SK作為一體的光線可以視覺確認，并且變成明顯的亮線。此外，集合光束SK不管作為整體是否能識別，都會如圖16A所示，在集合光束SK彼此之間產(chǎn)生隙隔區(qū)間R，并且該部分有亮度下降的傾向。據(jù)此，在上述亮線的間隙區(qū)R可以發(fā)現(xiàn)亮度下降，在B-B剖面上發(fā)現(xiàn)特別顯著的下降。
這樣一來，在導光板上設(shè)置有棱鏡的傳統(tǒng)面狀發(fā)光裝置中，由于棱鏡101p的存在而使得向光欠缺區(qū)S1的導光板101內(nèi)部的光射入變淺，這些雖然曾是有利的，但往往在導光板101內(nèi)產(chǎn)生像上述那樣的集合光束的光線明顯變亮，另外，在導光板內(nèi)部產(chǎn)生亮度均勻性下降的問題。此外，在沒有圖14A至C所示那樣的擴散板結(jié)構(gòu)的面狀發(fā)光裝置中，導光板內(nèi)的內(nèi)部光的亮度分布和亮線的發(fā)生反映在照明光本身的品質(zhì)上，是特別大的問題。也就是說，在例如作為參考圖的圖17所示的面狀發(fā)光裝置中，在導光板101的上方相對配置擴散片105，此外，還在擴散片的上方配置棱鏡片103，這時導光板101的內(nèi)部光的亮線和亮度分布借助擴散片105的作用，反映在以某種程度形成的照明光上。并且如在已說明的圖14B中所示的面狀發(fā)光裝置那樣，為達到薄型化和簡單化的目的，在不通過導光板(101)上方的擴散片而只相對配置棱鏡片(103)構(gòu)成的面狀發(fā)光裝置中，上述的亮線明顯和亮度下降的部分(圖16A中的R)容易反映在照明光本身上，因此這些會直接使照明的狀態(tài)變壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種使導光板內(nèi)光的亮度均勻并且在通過各個棱鏡時集合的集合光束中亮線不明顯的面狀發(fā)光裝置。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個特征，包括由透光材料構(gòu)成并且具有受光面及發(fā)光面的導光板、相對受光面配置的光源和設(shè)置在受光面上的棱鏡結(jié)構(gòu)，棱鏡結(jié)構(gòu)具有頂角不同的多種棱鏡。
為了達到上述目的，按照本發(fā)明的另一特征，在設(shè)有由透光材料構(gòu)成并具有受光面及發(fā)光面的導光板、相對受光面配置的光源和設(shè)置在受光面上的棱鏡結(jié)構(gòu)的面狀發(fā)光裝置中，當棱鏡的頂角為α，棱鏡的節(jié)距為P，棱鏡的高度為h，光源發(fā)光的實際最大出射角為θ0，導光板的折射率為n時，透鏡的結(jié)構(gòu)使下述關(guān)系成立{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm其中θ2＝sin-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。
為了達到上述目的，按照本發(fā)明的又一特征，就頂角不同的多種棱鏡中的至少一種棱鏡而言，當棱鏡的頂角為α，棱鏡的節(jié)距為P，棱鏡的高度為h，光源發(fā)光的實際最大出射角為θ0，導光板的折射率為n時，下述關(guān)系成立{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm其中θ2＝sin-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。


圖1A是表示本發(fā)明的面狀發(fā)光裝置第1實施例的平面圖。
圖1B是在圖1A中所示的面狀發(fā)光裝置的側(cè)面圖。
圖2是表示圖1A中所示面狀發(fā)光裝置的LED部分的放大平面圖。
圖3是表示在圖1A中所示面狀發(fā)光裝置中的棱鏡的透射光方向的圖。
圖4是表示通過計算求出圖3中所示棱鏡的透射光角度的結(jié)果的曲線圖。
圖5A是表示在圖1A中所示的面狀發(fā)光裝置的導光板中集合光束分布的圖。
圖5B是分別表示圖5A的A-A，B-B剖面的光的亮度的圖。
圖6是表示在圖1A中所示面狀發(fā)光裝置的棱鏡的透射光寬度的圖。
圖7是表示在圖1A中所示面狀發(fā)光裝置的各個棱鏡的透射光之間間隔的圖。
圖8A是表示在圖1A中所示面狀發(fā)光裝置的導光板中的棱鏡透射光一個實例的圖。
圖8B是表示在圖1A中所示面狀發(fā)光裝置的導光板中棱鏡的尺寸和排列的圖。
圖9A是表示在圖1A中所示面狀發(fā)光裝置的導光板中棱鏡透射光的另一實例的圖。
圖9B是表示在圖1A中所示面狀發(fā)光裝置的導光板中各個棱鏡的尺寸及其透射光的其它實例的圖。
圖10A是表示適用于在圖9B中所示的棱鏡尺寸和排列時導光板中第1第2棱鏡中的第1棱鏡透射光分布的圖。
圖10B是表示在圖10A中的第2棱鏡的透射光分布的圖。
圖10C是表示圖10A中的第1和第2棱鏡的透射光分布的圖。
圖11A是表示本發(fā)明第2實施例的面狀發(fā)光裝置中棱鏡透射光的圖。
圖11B是表示在圖11A中棱鏡的排列和尺寸的一個實例圖。
圖11C是表示圖11A中的棱鏡排列和尺寸的另一實施例的圖。
圖12是表示在本發(fā)明第3實施例的面狀發(fā)光裝置中棱鏡的排列及其透射光的圖。
圖13A是表示傳統(tǒng)的面狀發(fā)光裝置的平面圖。
圖13B是表示在圖13A中所示的面狀發(fā)光裝置的側(cè)面圖。
圖13C是表示在圖13A中所示的面狀發(fā)光裝置中棱鏡的透射光圖。
圖14A是表示傳統(tǒng)的面狀發(fā)光裝置的平面圖。
圖14B是表示在圖14A中所示的面狀發(fā)光裝置的側(cè)面圖。
圖14C是表示在圖14A中所示的面狀發(fā)光裝置中透鏡的透射光的圖。
圖15是表示在圖14A中所示的面狀發(fā)光裝置中各個棱鏡的透射光的圖。
圖16A是表示在圖14A中所示的面狀發(fā)光裝置的導光板中集合光束分布的圖。
圖16B是分別表示在圖16A中A-A、B-B剖面的光亮度的圖。
圖17是表示傳統(tǒng)的面狀發(fā)光裝置的側(cè)面圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的幾個實施例。
在圖1A和B中示出了本發(fā)明的面狀發(fā)光裝置的第1實施例，該面狀發(fā)光裝置包括導光板1。該導光板1是由透光性塑料材料等制成的板狀體并且大體上具有長方體形狀。該導光板1具有在上面形成的發(fā)光面1a，下面1b，和在一個側(cè)面上形成的受光面1c。發(fā)光面1a形成通過鏡面精加工等的光滑面。光源2與受光面1c相對配置，該光源2在圖示的實施例中，由3個LED(發(fā)光二極管)構(gòu)成。棱鏡片3與導光板1的發(fā)光面1a相對配置，反射片4與導光板1的下面1b相對配置(參見圖2)。
在導光板1的下面1b上形成包括皺折、點、不規(guī)則的棱柱體或通過印刷得到的不規(guī)則凹凸的漫射面，作為用于使從LED2入射到導光板1內(nèi)的光向上述上面1a反射的部件。
另外，包含導光板1的受光面1c的四個面的表面形成經(jīng)過鏡面精加工等的光滑面。
如圖2所示，在導光板1的受光面1c上設(shè)置棱鏡結(jié)構(gòu)。該棱鏡結(jié)構(gòu)具有例如頂角為α1的第1棱鏡1p1、頂角為α2的第2棱鏡1p2，這些第1和第2棱鏡每隔1個互相鄰接地排列。在此，在本實施例中，第1棱鏡1p1的頂角α1比第2棱鏡1p2的頂角α2小。
在上述結(jié)構(gòu)中，當從未示出的驅(qū)動電路向光源即LED2供給預定的電流時，LED2發(fā)射預定顏色例如大致白色的光。來自LED2的光從受光面1c入射到導光板1上，被圖1B中所示的上面即發(fā)光面1a全反射，并且一邊被下面1b重復漫射一邊在導板1的內(nèi)部廣泛傳播，在其間通過折射透過發(fā)光面1a的光從發(fā)光面1a向棱鏡片3出射。把從導光板1入射到棱鏡片3上的光的方向調(diào)整到大致垂直的方向，作為照明光向外部液晶面板等出射并照明該液晶板。在此，反射片4使通過從導光板1的下面1b漫射而出射到下側(cè)的光再度反射，并返回到導光板1內(nèi)，起提高光的利用率的作用。
在產(chǎn)生上述照明光的過程中，如圖2所示，從LED2以預定的出射角(例如55°)發(fā)射并到達受光面1c的第1棱鏡1p1和第2棱鏡1p2的入射光s分別被棱鏡面折射后，變成透射光sp1和sp2，在導光板1內(nèi)行進。在此，如果在水平方向的面1c上的第1棱鏡1p1的透射光sp1的出射角為1，第二棱鏡1p2的透射光sp2的出射角為2，則1＞2的關(guān)系成立。這將如后面所詳細描述的那樣，其關(guān)系是透鏡的頂角越小，出射角()越大。在此，在圖1A中，S是導光板1中內(nèi)部光存在的光存在區(qū)，S1是內(nèi)部光不存在的光欠缺區(qū)。構(gòu)成該三角形光欠缺區(qū)S1的斜邊的角度等于透過上述第1棱鏡1p1的透射光sp1(或內(nèi)部光)的出射角1的最大值。而且存在1的最大值越大，在欠缺區(qū)S1的導光板1內(nèi)部的射入就越變淺的傾向。
下面將討論棱鏡的角度與該透射光在導光板1內(nèi)部的出射角的關(guān)系。在此，一般如圖3所示，若設(shè)棱鏡p的傾斜角為β，棱鏡的頂角為α，則β＝90°-(α/2)。當來自LED2的光線s的出射角即相對水平方向1c的入射角為θ0，相對棱鏡面的入射角為θ1時，
θ1＝θ0-(90°-(α/2))＝θ0-β...(1)((∵α/2＝90°-θ0+θ1))。
當在棱鏡面上折射光的出射角為θ2，導光板1的折射率為n時，根據(jù)斯內(nèi)爾定律，θ2＝sin-1[(Sinθ1)/n]＝sin-1[{sin(θ0-90°+(α/2))}/n]＝sin-1[(sin(θ0-β)/n) ...(2)θ2是透射光sp與棱鏡面的法線構(gòu)成的角，當以透射光sp的水平方向1c為基準的出射角為時，＝θ2+β＝θ2+90°-(α/2) ...(3)現(xiàn)在，在LED2發(fā)出的光線s的出射角θ0為55°，導光板1的折射率為1.585的情況下，使棱鏡的傾斜角β或頂角α變化，利用上述的(1)、(2)、(3)式通過計算出射角β求出結(jié)果，在圖4中示出該結(jié)果。如圖4所示，隨著使棱鏡的傾斜角β增加，使頂角α減小，透射光(或內(nèi)部光)sp的上述出射角從約30°單調(diào)增加到約70°。在本第一實施例中，如圖2所示，使用的是上述第一棱鏡1p1和第2棱鏡1p2兩種棱鏡，對于第1棱鏡1p1為了使其透射光sp1的出射角變大而選擇頂角小的棱鏡，對于第2棱鏡1p2為了使其透射光sp2的出射角變小而使頂角較大(但比180°小得多)。在此，作為第1棱鏡1p1之所以選擇出射角較大的頂角α，是因為要使向圖1A中所示的光欠缺區(qū)S1的導光板1內(nèi)部的光的射入變淺，作為第2棱鏡1p2之所以選擇出射角較小的頂角α，是因為要通過比較小的第2棱鏡1p2的透射光sp2補充第1棱鏡1p1的透射光sp不存在的部分。
圖5A是表示在第一實施例中上述透射光(sp1、sp2)彼此補充的狀態(tài)的一個實例。在圖5A中，SK1是圖2中所示的每個第1棱鏡1p1的透射光束sp1經(jīng)多個集合后構(gòu)成的集合光束，SK2是圖2中所示的每個第2棱鏡1p2的透射光束sp2經(jīng)多個集合后構(gòu)成的集合光束。如圖5A中所示，集合光束SK1和SK2在導光板1內(nèi)并且以LED2為起點左右(在圖中為上下)開放伸展成人字形狀。SK1的出射角比SK2的出射角形成得大。因此集合光束SK1和SK2之間在過去形成為暗部的區(qū)域R(參見圖16A)中，由集合光束SK2射入并補充其間隔。結(jié)果在第1實施例中，與過去相比，在導光板1內(nèi)部的亮度均勻性是高(參見圖5B)，另外，這一點在后面將更詳細地說明。
接著，說明在第1實施例中考慮的棱鏡的尺寸和棱鏡的節(jié)距的間隔。這種考慮如已經(jīng)在現(xiàn)有的實例中說明的那樣(見圖15)，是為了不產(chǎn)生因各個棱鏡折射產(chǎn)生的光線彼此的間隔變窄而在視覺上確認為整體的光線這樣的缺點而進行的。下面將說明如何確定棱鏡的高度和節(jié)距。圖6是表示入射到1個棱鏡p上的光線折射后的光線寬度圖。在圖6中，h為棱鏡的高，α為頂角。從LED2向θ0的方向發(fā)出的光以θ1入射到棱鏡的斜面上，然后根據(jù)斯內(nèi)爾定律向θ2方向折射，在導光板(未示出)中行進。因為以該θ2在棱鏡斜面上出射的光按其原樣在導光板的有效面積上行進，所以必需通過棱鏡底邊部分。在此，可以發(fā)現(xiàn)當從棱鏡的安裝根部使光向θ2方向相反地追尋θ2方向的光時在入射面的高度h′處入射。
如果求出h′則h′＝2h×tan(α/2)/{tan(α/2)+tan(α/2+θ2)}(∵a＝h′×tan(α/2+θ12)，b＝h′×tan(α/2)a+b＝2h×tan(α/2)在此，當設(shè)棱鏡p的底邊寬度為Wp時，則Wp＝2h×tan(α/2)...(4)接著，通過棱鏡射入到導光板內(nèi)部的光的寬度WW＝Wp×sin(90°-)＝Wp×cos，如將式(4)代入該式中，W＝2h×tan(α/2)×cos。
接著如圖7所示，在以某個間隔設(shè)置棱鏡p時，當設(shè)棱鏡的節(jié)距為P時，沒有棱鏡的平面部分的寬度Wf也根據(jù)式(4)加以考慮，即，Wf＝P-Wp＝P-2h×tan(α/2)...(5)在此，因為被棱鏡折射的光在平面部分不存在，所以通過棱鏡的光如圖7所示，Wn的間隔會變空。求出該間隔，則有Wn＝Wf×sin(90°-)＝Wf×cos。在此，如將式(3)、(5)代入，則有Wn＝{P-2h×tan(α/2)}×cos(θ2+90°-(α/2))...(6)但θ2用式(2)表示，即
θ2＝sin-1[{Sin(θ0-90°+(α/2))}/n]作為一個實例，引用傳統(tǒng)的棱鏡尺寸和節(jié)距間隔，用式(6)計算各棱鏡的透射光間的間隔Wn。在此當設(shè)棱鏡的頂角α為90°，高度為h＝0.33，節(jié)距間隔P為P＝0.18時，在θ0＝55°，n＝1.585的情況下，利用式(6)進行計算，得到Wn＝{0.18-2×0.03×tan45°}×cos(45°+6.3°)＝0.12×0.62＝0.074mm可是，需研究圖7中所示的棱鏡的透射光間的間隔Wn的值實際上在什么程度上是必要的。一般認為視力為1.0的人眼分辨力是1′(＝1/60°)?；蛘咭驗槟芸辞灞銛y電話機和PDA等小型顯示器時顯示器與人眼的距離是約300mm，這時人眼能識別的間隔是300×tan(1/60)＝0.087mm，因為采用上述尺寸的棱鏡時各棱鏡的透射光間的間隔為0.074mm，在識別限度以下，所以不能一束一束地分開識別，只能看到一束作為集合光束的粗線，在作為背照光看時，為了在LED附近使分成左右的集合光束不成為明顯的亮線，而使通過各棱鏡折射的光不像上述那樣一體地被看到是重要的。為此，必需使上述Wn的值在作為識別限度的0.087mm以上。但，因為上述計算是將出射光的方向θ1特定為1計算的，實際上，各種方向的出射光被棱鏡折射后變成內(nèi)部光，所以該計算只是大體上的目標，其實際的數(shù)值最終由實驗求出。無論如何，因為過去關(guān)于光線的間隔Wn不考慮識別限度，因此會因所設(shè)定的棱鏡列尺寸，而使間隔Wn變?yōu)樽R別限度以下，所以多束光線成為明顯粗亮線的情況并不少見。
下面將說明在第1實施例中采用的滿足使上述光線的間隔Wn變成識別限度以上并能識別各個光束的條件的棱鏡尺寸和排列的具體實例。圖8A和B是表示具體實例的圖。如圖8A中所示，第1棱鏡1p1和第2棱鏡1p2與LED2對置而且每隔1個交替排列。在此，如圖8B所示，設(shè)第1棱鏡1p1的頂角α為60°，高度h為0.03nm，第2棱鏡1p2的頂角α為130°，在該條件下，針對第1棱鏡1p1，求出在線間距離Wn超過識別限度0.087mm的值0.1mm時的節(jié)距P，為此，將式(6)變形，得到P＝Wn/cos(θ2+90°-(α/2))+2h×tan(α/2)...(7)將上述第1棱鏡1P1的頂角α＝60°，高度h＝0.03mm和目標的線間距離Wn＝0.1mm代入式(7)中計算。并在n＝1.585，θ0＝55°時用式(2)求出θ2。結(jié)果得到P＝0.217mm。這時，根據(jù)式(4)得到棱鏡底邊的寬度WP
WP＝2h×tan(α/2)，考慮式(7)后得到的第1棱鏡1p1之間的間隙是P-WP＝Wn/cos(θ2+90°-(α/2))，該間隙值變?yōu)?.183mm。
接著計算設(shè)置在整個間隙中的第2棱鏡1p2的高度h。
在式(4)中，即在WP＝2h×tan(α/2)中，通過設(shè)WP＝0.183mm，α＝130°，得到h＝0.042mm。
在圖8A中示出了圖8B所示尺寸的棱鏡1p1和1p2的透射光sp1、sp2的狀態(tài)。在此，透射光sp1的出射角57°和透射光sp2的出射角44°分別是將α＝60°、α＝130°代入式(3)中根據(jù)求出的值。第1棱鏡1p1的透射光s1p間的間隔當然變成0.1mm在識別界限以上，第2棱鏡1p2的透射光s2p間的間隔Wn2卻不見得變成識別界限以上，并且在這種情況下，因為該透射光s2p的出射角44°比較小，所以不會成為亮線而造成實際損害。
此外，仍將第1棱鏡1p1彼此的間隔固定為上述的0.183mm，當提高第1棱鏡的高度時，第1棱鏡的透射光s1p的寬度擴展，可以使該透射光的光量逐漸增加。在圖9A和9B中示出該例。如圖9B所示，在第1棱鏡1p1的頂角α保持原樣(60°)，高度為0.08mm時，如圖9A所示，在Wn確保為0.1mm的狀態(tài)下，可以使第1透鏡1p1的透射光s1p的寬度比圖8時更寬。這時，第2棱鏡1p2的透射光sp2的寬度比圖8時減少。這是因為第1棱鏡1p1的高度變高，所以相對于LED2的出射角為θ0(55°)的入射光S而言，被第1棱鏡1p1的遮蔽增加，在第2棱鏡1p2上的入射范圍減少。這樣通過適當選定第1棱鏡的高度就可以調(diào)節(jié)第1棱鏡的透射光s1p的寬度和第2棱鏡的透射光s2p的寬度，使這些透射光的亮度趨于平衡，進一步提高導光板1的亮度均勻化。
下面，圖10A至C是表示采用圖9A和B中所示尺寸的棱鏡的導光板1的內(nèi)部光分布狀態(tài)的圖(局部示出了LED2附近的部分)。在此，圖10A表示的是第1棱鏡1p1的透射光sp1的分布狀態(tài)，圖10B表示第2棱鏡的1p2的透射光sp2的分布狀態(tài)，圖10C表示上述透射光sp1和sp2混合存在的實際狀態(tài)。如在圖10A中所示，透射光sp1從各個第1棱鏡1p1向左右(圖中為上下)大致分成人字形在導光板1內(nèi)行進。于是與來自1個LED2的入射光對應(yīng)的由多束(在此為4束)透射光sp1組成的集合光束SK1向左右大致分成人字形地行進。該集合光束SK1相當于在圖5中所示的SK1。在此因為構(gòu)成集合光束SK1的各透射光sp1的光束彼此的間隔為0.1mm，處于上述識別界限值以上，所以能作為單獨的光束識別，不會把集合光束SK1整體作為一束粗亮線識別。因此亮線不顯著。另外，向透射光sp1和內(nèi)部光束SK1的導光板1內(nèi)部的出射角是57°(見圖9A)。
如圖10B所示，透射光sp2從各個第2棱鏡1p2向左右(圖中為上下)大致分成人字形在導光板1內(nèi)行進。于是與來自1個LED2的入射光對應(yīng)的由多束(在此是4束)透射光sp2組成的集合光束SK2分別向左右行進。(因為這時透射光sp2之間的間隔如圖9A的Wn2所示，變得比0.1mm大)該集合光束SK2是相當于圖5中所示的SK2。并且透射光sp2和集合光束SK2在導光板1內(nèi)部的出射角是44°(參見圖9A)。接著在圖10C中，同時示出第1棱鏡1p1的透射光sp1和第2透鏡1p2的透射光sp2的分布狀態(tài)。因此，在透射光sp1(相當于上述SK1)不存在的區(qū)域(相當于圖5A的R部分)第2棱鏡1p2的透射光sp2將射入，補充該部分。圖5B是在使用圖9A和B所示的棱鏡時，圖5A的A-A剖面和B-B剖面中的亮度分布的圖。據(jù)此在R部分中的亮度沒有缺少，可以比過去得到均勻的亮度(參見圖16A)。
這樣一來，按照本第1實施例的面狀發(fā)光裝置，由于在導光板1的受光面上設(shè)置頂角小的第1棱鏡1p1和頂角大的第2棱鏡1p2，并設(shè)定第1棱鏡的節(jié)距P等尺寸使之滿足預定的條件，所以，第一能將由各個第1棱鏡1p1折射的來自LED2的入射光變成的透射光sp1彼此的間隔設(shè)在預定的識別值以上，從而使上述集合光束(SK1)的亮線不明顯。第二通過由各個第二棱鏡1p2折射來自LED2的入射光變成的透射光sp2，在導光板1內(nèi)補充上述第1棱鏡1p1的透射光sp1的集合光束(SK1)的間隙，可以使亮度均勻性提高。這樣一來，因為本第1實施例能防止在導光板1內(nèi)部出現(xiàn)亮線和提高亮度的均勻性，所以不需要具有圖17的參考例中所示的那種擴散片105，只要借助圖1A和B中所示的簡單的面狀發(fā)光裝置就可以反映出與照明光品質(zhì)直接相關(guān)的導光板亮度品質(zhì)，并可以確保充分照明光的品質(zhì)。另外在本第1實施例中，在導光板上設(shè)置頂角不同的兩種棱鏡，但本發(fā)明并不受此限制，即使通過在導光板上設(shè)置頂角不同的三種以上棱鏡也可以得到同樣的效果。
下面參照圖11A至C說明本發(fā)明的第2實施例，其涉及具有導光板的面狀發(fā)光裝置，所述導光板上棱鏡的排列方式與在圖9A和B中所示的棱鏡排列不同。另外，本第2實施例其它部分的結(jié)構(gòu)與圖1A和B所示的第1實施例相同。
在該第2實施例中，第1棱鏡1p1按每2個統(tǒng)一配置，而第2棱鏡按每1個或多個統(tǒng)一配置。在圖11B所示的實例中，第1棱鏡1p1的頂角α是60°，高度是0.08mm，2個第1棱鏡1p1之間以空出寬度為0.183mm的平面部1f的形式排列。
在這2個第1棱鏡1p1的外側(cè)連接配置1個第2棱鏡1p2。第2棱鏡的高度是0.06mm，其頂角是130°，其寬度是0.257mm。也就是說，第1棱鏡間的間隔可以為0.183mm和0.257mm。如圖11A中所示，除第1棱鏡1p1的透射光s1p，第2棱鏡的透射光s2p之外，還產(chǎn)生第1棱鏡1p1之間平面部If的透射光s1f(在頂角為180°時，用式(3)求出的其出射角為31°)，在采用這三種透射光進行平衡時可實現(xiàn)互相補充，使導光板1整體的亮度均勻性進一步提高，這時，第1棱鏡1p1的透射光sp1之間的間隔因第1棱鏡1p1彼此的間隔而有長有短，但即使在短的情況下也達到0.1mm，可以進行單個識別，困此，可以避免出現(xiàn)明顯的亮線。另外，在圖10B的實例中，是在2個連續(xù)的第1棱鏡1p1之間配置1個第2棱鏡1p2，但也可以如圖11C所示那樣，代之以在兩個連續(xù)的第1棱鏡1p1之間排列2個連續(xù)的第2棱鏡1p2。而且也可以交錯配置多個第1棱鏡和第2棱鏡。
以上的說明雖然是針對在第1實施例和第2實施例中第1棱鏡1p1的頂角為60°，第2棱鏡的頂角1p2的頂角為130°的情況進行說明的，但是本發(fā)明并不受這些數(shù)值的限制，利用頂角比較大的第1棱鏡和頂角比較小的第2棱鏡，通過使與第1棱鏡相關(guān)的透射光的間隙Wn(參照式(6))明顯超過識別限度0.087mm，并在考慮這一點的基礎(chǔ)上選擇第1棱鏡的高度(h)和節(jié)距(P)，可以達到使亮線不明顯，和使亮度均勻性提高的同樣效果。
下面參照圖12說明本發(fā)明的第3實施例。如圖12所示，在第3實施例中，只在導光板1的側(cè)面上整排設(shè)置一種棱鏡1p。該棱鏡1p的頂角(α)，高度(h)和節(jié)距(P)與圖9A和B中所示棱鏡排列中的第1棱鏡1p1相同，即，α＝60°，h＝0.08mm，P＝0.257mm，但棱鏡1p之間的間隔(0.183mm)的部分形成為平面部1f。來自LED2的入射光s通過折射后透過棱鏡1p，產(chǎn)生透射光sp，折射后透過平面部1f的光產(chǎn)生透射光sf。在此，透射光sp、sf的出射角，根據(jù)已經(jīng)說明的原理，分別是57°和31°，另外透射光sp彼此的間隔根據(jù)已經(jīng)說明的原理是0.1mm。
在該第3實施例中，由于棱鏡是1種，所以沒有完成在圖5A中所示的R部分的補充，不能使導光板的亮變充分均勻，但是因為各個棱鏡1p的透射光sp的間隔變成0.1mm，并且以超過識別界限值的方式考慮構(gòu)成棱鏡列，所以使過去產(chǎn)生的大致為人導形的集合光束的亮線不明顯，從而可提高照明的品質(zhì)。另外，并不限于該例的數(shù)值，為了用1種棱鏡使棱鏡的透射光間隙Wn(參見式(6))足以超過識別限度0.087mm，可通過考慮選定的頂角(α)，高度h和節(jié)距(P)，來獲得使亮線不明顯的效果。
如上所述，按照本發(fā)明，在具有導光板和作為光源的LED并在與LED對置的導光板受光面上形成棱鏡的面狀發(fā)光裝置中，由于要確保各個棱鏡的透射光間隔在預定值以上，而采用了使在導光板上產(chǎn)生的亮線不明顯的多種棱鏡，互相補充棱鏡透射光不存在的區(qū)域，使導光板的亮度均勻性提高，借此達到光的良好照明狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種面狀發(fā)光裝置，包括由透光材料制成并具有受光面、發(fā)光面的導光板；與上述受光面相對配置的光源；和設(shè)置在上述受光面上的棱鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述棱鏡結(jié)構(gòu)具有頂角不同的多種棱鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)光裝置，其特征在于，上述多種棱鏡相互鄰接配置。
3.如權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)光裝置，其特征在于，還包括與上述發(fā)光面相對配置的棱鏡片。
4.如權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)光裝置，其特征在于，上述導光板還包括具有與上述發(fā)光面相對的面并且相對該面配置的反射片。
5.如權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)光裝置，其特征在于，在入射上述光源發(fā)出的光的導光板受光面上設(shè)置多種棱鏡，并且選定至少一種棱鏡的尺寸及排列的節(jié)距，使得所述各個棱鏡的透射光彼此之間的間隔在預定的識別值或其以上。
6.一種面狀發(fā)光裝置，包括由透光材料制成并具有受光面、發(fā)光面的導光板；相對受光面配置的光源；和設(shè)置在受光面上的棱鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，當上述棱鏡結(jié)構(gòu)的棱鏡的頂角為α，棱鏡的節(jié)距為P，棱鏡的高度為h，上述光源發(fā)光的實際最大出射角為θ0，導光板的折射率為n時，上述棱鏡結(jié)構(gòu)具有以下關(guān)系{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm，其中θ2＝sin-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。
7.如權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)光裝置，其特征在于，頂角不同的多種棱鏡中的至少一種棱鏡在棱鏡的頂角為α，棱鏡的節(jié)距為P，棱鏡的高度為h，光源發(fā)光的實際最大出射角為θ0，導光板的折射率為n時，具有以下關(guān)系{P-2h×tan(α/2)}×cos{(α/2)-θ2}＞0.087mm其中θ2＝sin-1[{(α/2)-(90°-θ2)}/n]。
8.如權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)光裝置，其特征在于，利用頂角不同的多種棱鏡的作用，使在各棱鏡上產(chǎn)生的光線的亮部和暗部互相補充，整體地緩和照明光的明暗差。
9.如權(quán)利要求6所述的面狀發(fā)光裝置，其特征在于，利用頂角不同的多種棱鏡的作用，使在各棱鏡上產(chǎn)生的光線的亮部和暗部互相補充，整體地緩和照明光的明暗差。
全文摘要
一種面狀發(fā)光裝置，包括由透光材料制成并具有受光面、發(fā)光面的導光板，與受光面相對配置的光源，和設(shè)置在受光面上的棱鏡結(jié)構(gòu)，棱鏡結(jié)構(gòu)具有頂角不同的多種棱鏡。
文檔編號F21Y101/02GK1603910SQ20041008994
公開日2005年4月6日 申請日期2004年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月21日
發(fā)明者奧脇大作, 志村崇, 渡邊清一, 宮下純司 申請人:西鐵城電子股份有限公司