专利名称：带有多边形光导板的扩展照明装置的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种与液晶显示(LCD)装置一起使用的扩展照明装置，并尤其涉及一种带有光导板的扩展照明装置，其中光导板的构形适宜于在整个显示屏上以均匀的方式扩展来自点光源的光。
2.相关技术的描述光源设置成面对光导板一个端面的侧光式扩展照明装置经常地用作LCD装置的辅助照明装置。在侧光式扩展照明装置中，光源的形状做成棒状，如荧光灯，并具有基本上等于光导板宽度的长度，由此可以以均匀的方式对整个光导板照明。在要求低功耗的装置、如便携式电话中，采用发光二极管(LED)做为光源。LED是一个点光源，会带来关于实现光导板上均匀亮度的问题。日本专利JP3151830公开了一种扩展照明装置，其中也强调了上述问题。在其中公开的扩展照明装置中，从其一个端面进入到光导板的光在从其一个主表面(光出射面)出射之前被局限在光导板之内。该光导板有一个基本上设置在其一个端面(光入射面)的中心的点光源，并有一个整个地形成在与所述主表面相对的另一个主表面上的光散射图案。光散射图案包括多个的图案元素，每个元素具有伸出的构形并以间隔分布，其纵向的取向基本上正交于连接图案元素和点光源的连线。在日本待定专利申请JP2001-357714中公开了另一种扩展照明装置，其中也是针对前述的问题。扩展照明装置包括一个光导板，该光导板在其作为光出射面的主表面上有一种光发射图案，该图案包括一个斜面阵列。点光源设置在光导板的至少一个角上。该角被斜切，并且其切面的取向基本上垂直于连接一个角与另一个在对角线方形上相对的角的对角线，使得发光面与斜面对齐的点光源发出的光指向光导板的中心区域。但是，上述的扩展照明装置有下列问题。在日本专利申请JP3151830公开的扩展照明装置中，点光源12设置在光导板11的光入射面中心，如图5所示，这种设置使得点光源很难对整个区域15以均匀的亮度照明。并且在日本待定专利申请JP2001-357714公开的扩展照明装置中，点光源12设置在光导板11的斜切角13处，如图6A所示，这种设置解决了图5所示扩展照明装置中出现的问题。但角13被斜切，点光源12发出的光被导向光导板11的中心，因此在区域K处提供的亮度低于中心区域的亮度。如果在角13的对角位置以同样的方式设置另一个点光源，则区域K的照明亮度仍然低于中心区域的亮度。图6A中显示的问题可以通过在所有四个角处分别设置点光源来解决，但这种组件数量的增加使得制造成本增高并消耗更多的电能。图6B展示了解决问题的另一个办法，其中在一个作为光导板11的光出射面的主表面11a上形成光发射图案14，并且斜切角13有一种水平扩散光束的机构13a。光发射图案14包括一个斜面阵列，截面中的各个斜角在1～20°的范围。因为光发射图案14基本上平行于斜切角13的表面取向，所以从点光源发出并朝向两个与角13相邻的角传播离开光导板11的中心区的光线在光发射图案14的斜面处无效地反射，由此不能有效地从一个主表面11a出射，而朝向光导板11的中心区传播的光束在光发射图案14的斜面处有效地被反射，因而从一个主表面11a有效地出射。因此该方法仍然不能令人满意，尽管设置了用于水平扩散光束的机构13a，但在对接近两个相邻角度、尤其接近长边处的角度的区域有效照明时还不能在整个光导板11上提供均匀的照明。
发明概述鉴于上述问题产生了本发明，并且本发明的目的在于提供一种扩展照明装置，其中光导板的构造适宜于允许从点光源发出并进入到光导板中的光以均匀的方式从光导板向照明目标、如LCD屏发射。为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，扩展照明装置，包括至少一个点光源；和一个由基本上透明的材料形成的光导板，光导板用于使从该至少一个点光源发出并进入其内的光从其一个主表面出射，该光导板成形为多边形，该多边形有两个边基本上相互平行，并且做为其一部分，至少包括一个三角形，该三角形底边由连接两个平行边的各自直接相反端的虚线限定，并且有一个设置在其一边的点光源，该边构成三角形的两个斜边之一。在本发明的一个方面，形成在垂直于多边形的有点光源的边的一个线条与多边形的两个平行边中与具有点光源的边相邻的一个边之间的角度可以由公式算出{55-(Y/X)×15}°，此处的Y是两个平行边中的一个边的长度，X是两个平行边之间的距离。在本发明的一个方面，点光源可以设置成不凸出到两个平行边中与有点光源的边相邻的一个边的延长线以外。
在本发明的一方面中，Y(两个平行边中一个边的长度)与X(两个平行边之间的距离)的比率可以在1～2.5。在本发明的一方面中，多边形可以是五边形，做为其一部分，包括一个底边由连接两个平行边的各个直接相对端的虚线限定的三角形。在本发明的一个方面，多边形可以是六边形，做为其一部分，包括两个形状一致的三角形，两个三角形关于光导板的中点对称定位并取向，由此使得六边形的两个均有点光源的边互相平行取向。在本发明的一个方面，光导板可以有形成在至少一个主表面上的光散射图案。在本发明的一个方面，光散射图案可以包括多个交错地设置成格栅状分布的图案元素。因此，从点光源发出的光的方向可以通过适当地确定其上设置有点光源的边的角度来优化，由此可以有效地对光导板的角部区域照明，以最少数量的点光源以及最小的功耗在整个光导板上实现均匀的照明。另外，与形成在光导板上的光散射图案的结合将协同产生更均匀的照明。
附图简述通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述及其它特点和优点将变得更加清晰，其中
图1A是本发明第一实施例的扩展照明装置的平面图；图1B是图1A所示的扩展照明装置在N方向的侧视图；图2是根据本发明第二实施例的扩展照明装置的顶视平面图；图3是根据本发明第三实施例的扩展照明装置的顶视平面释意图；图4A是根据本发明第三实施例的照明装置顶视平面图，表示光导板上测量亮度的点，图4B表示在图4A点处的测量结果；图5是一种常规的扩展照明装置的顶视平面释意图；图6A和6B是另一种常规扩展照明装置的顶视平面释意图；和图7是发光二极管(LED)的截面图。
对优选实施例的详细描述下面将参考图1A和1B描述根据本发明第一实施例的扩展照明装置。在根据第一实施例的扩展照明装置中，光导板11具有图1A所示平面图中的结构，具体地说，光导板11的形状做成五边形，限定了五个角度(以下视情况而定也称作“角部”)P、Q、R、S和T，并且还定义了五个边(以下视情况而定也称作“侧面”)YA(Q-S)、YB(R-T)、YC(P-Q)、YD(P-R)和YE(S-T)。边YA和YB基本上彼此平行，其间的间距等于边YE的长度X，该两个边还基本上垂直于边YE，由此使得角S和T的内角成为直角，并且边YC和YD分别构成三角形的两个斜边，其中三角形的底边由连接角Q和R的虚线确定，其顶角由角P定义。做为点光源的LED 12设置在光导板11的侧面YC处，从LED12发出的光经侧面YC进入光导板11。边YA和YB的各自长度Y1和Y2可以彼此相等或不等，但考虑到做为照明目标的LCD装置通常是矩形，所以最好长度Y1和Y2裁成彼此相等。在实施例的描述中，长度Y1和Y2彼此相等并总的以Y表示。在光导板11的除带有LED 12的侧面YC之外的侧面至少放置一个反射件，如反射率不小于85％的镜面反射膜，从而完全利用进入光导板11中的光。具体地说，反射膜的反射面最好例如涂覆银或铝。光导板11的基本功能如下。从LED 12发出并经侧面YC进入光导板11的光在光导板11中传播的同时被反复地全反射，并且入射到形成在一个主表面(光出射面)11a上的光散射图案的光部分地改变其方向，从而从光出射面11a出射，而入射到另一主表面(底面)11b的光在设置于底面11b上的反射板(未示出)处反射，返回到光导板11，并最终从光出射面11a出射。形成在边YA和垂直于边YC的线H之间的角度α由下列公式算出{55-(Y/X)×15}度，并且依据光导板11的材料、LED 12的发射角分布特性以及光散射图案的构形，Y与X之比最好处于1.0～2.5的范围，但不限于该范围的值。因此，与日本待定专利申请JP2001-357714公开的扩展照明装置不同，该装置中光导板的角部被斜切，使得从点光源发出的光直向光导板光出射面的中心区，而在本发明的扩展照明装置中，从做为点光源的LED 12发出并传播进入光导板11的光的方向由光导板11的结构适当地决定，由此使得LED 12发出的光可以以在光导板11上均匀的方式发射。设置在侧面YC上的LED 12定位成不凸出到从边YA的延长线M以外，扩展照明装置的宽度由此不会超过边YE的长度。边YC的长度没有严格的限定，只要可以如上所述地设置包含焊接空间的LED 12即可。做为点光源的LED 12例如这样构造，即位于透明基底121上的InGaN蓝LED芯片120被置于外壳123中并被YAG荧光材料122完全覆盖，如图7所示。从蓝LED芯片120发出的蓝光与从由蓝LED芯片120激发的YAG荧光材料122发出的黄光混合，由此从与光导板11的侧面YC接触的光发射面124发出白光。或者，LED 12可以包括InGaN紫外LED芯片和白色荧光材料，从而发射白光。光导板11由折射率较高的透明树脂材料形成，如聚碳酸酯或丙烯酸甲酯，并且在图1B中相对于光传播方向具有恒定的厚度，或者也可以具有随着离开LED12的距离增大而逐渐减小的厚度，从而形成楔形截面。另外，光导板11的光出射面11a和底面11b上可以设置通过糙化而形成的光散射图案或是带有扩散反射墨水的印刷点。下面对本发明第二实施例的扩展照明装置进行描述。参见图2，根据本发明第二实施例的的扩展照明装置有一个形状为六边形的光导板11，其定义了六个角(以下视情况而定也称作“角部”)P1、P2、Q、R、S和T，并且还定义了六个边(以下视情况而定也称作“侧面”)YA(Q-S)、YB(R-T)、YC1(P1-Q)、YD1(P1-R)、YC2(P2-T)和YD2(P2-S)，其中边YA和YB基本上彼此平行，其间距为X。六边形包括两个做为其组成部分的三角形，其中一个(图中的上方)是这样形成，即边YC1和YD1分别构成两个斜边，连接角Q和R的虚线构成底边，角P1构成顶角，另一个三角形(图中的下方)这样构成，即边YC2和YD2以及连接角S和T的虚线分别构成三条边，角P2构成面朝下的顶角。在本文中，因为LCD装置通常为矩形，所以边YA和YB的各自长度Y1和Y2最好设置成彼此相等(Y1＝Y2，总的称作Y)。前面两个三角形的形状彼此相等，并且分别绕光导板11的中点对称地定位和取向。两个三角形的侧面YC1和YC2彼此平行且在其上分别设置有做为点光源的第一和第二LED 12。因为两个LED 12设置成彼此对角线相对，所以根据第二实施例的扩展照明装置尤其适于长度Y与距离X之比大于2.5、并且需要对整个光导板11上提供均匀性提高的更亮的照明的情形。边YA和垂直于边YC的线H之间形成的角α由公式{55-(Y/X)×15}算出。分别设置在侧面YC1和YC2的第一和第二LED 12定位成不凸出到边YA和YB的延长线M之外，由此使得扩展照明装置的宽度不超过边YA和YB之间测得的距离。对边YC1/YC2的长度W没有严格的限制，只要可以如上所述地设置包含焊接空间的LED 12即可。下面描述根据本发明第三实施例的扩展照明装置。参见图3，根据本发明第三实施例的扩展照明装置的光导板11形状做成与第一实施例的相同，但在其光出射面11a(参见图1B)上形成有光散射图案。光散射图案包括多个的做为图案元素的圆形凸点Kn。在图3中，为了便于理解，光散射图案的点Kn的数量和大小不同于由实验根据光导板11的大小及LED 12的光度确定的情形。点Kn以交错的方式位于由分别平行于YA/YB和YE的虚线xm和yn(m和y代表整数)形成的交叉点处。圆凸点Kn的直径随着离开LED12中点的距离的增大而增大，并且还随着相对于虚线L的角度θ的增大而增大，其中虚线L起始于LED12的中点G并垂直于LED12的光发射面。具体地说，取点K4、K5和K6做为比较例，设置在虚线L上的点K6的直径大于也设置在虚线L上但更接近LED12的中点G的点K4的直径，设置在距离中点G与点K4有相等距离、但角度θ大于点K4的位置处的点K5具有大于点K4的直径。考虑到LED12发出的光的光强随着相对于虚线L的角度θ的增大而减小、并随着离开LED12中点G的距离增大而减小这些事实之后构建了光散射图案，由此使得从LED12发出并进入到光导板11的光可以以更均匀的方式从光导板11的光出射面11a出射，与距离和光发射角无关。另外，因为点以交错的方式设置成格栅分布而非弧形分布，所以可以很容易地制造用于形成光散射图案的掩膜。图4A和4B表示根据第三实施例的扩展照明装置的光导板11上的光斑。在图4A中，边YA和YB的长度Y1和Y2彼此相等，长度Y与距离X之比为4∶3，角度α(参见图1A)为35°。从图4B可知，最低亮度与最高亮度之比为0.88，其落在实际可接受的范围之内。结合第三实施例，光散射图案可以应用到第二实施例的扩展照明装置，该装置有两个设置成彼此相对的点光源。在此情况下，光散射图案由两个关于光导板的中点对称的部分组成。在不脱离本发明实质及特点的情况下可以以其它的形式实施本发明。以上所述的实施例只出于举例而非限定的目的。本发明的范围由所附的权利要求而非前述说明限定。所有的变化和改型都将落在由权利要求限定的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种扩展照明装置，包括至少一个点光源；和一个由基本上透明的材料形成的光导板，光导板用于使从该至少一个点光源发出并进入其内的光从其一个主表面出射，该光导板成形为多边形，该多边形有两个边基本上相互平行，并且做为其一部分，至少包括一个三角形，该三角形底边由连接两个平行边的各自直接相反端的虚线限定，并且有一个设置在其一边的点光源，该边构成三角形的两个斜边之一。
2.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于形成在垂直于多边形的有点光源的边的一个线条与多边形的两个平行边中与具有点光源的边相邻的一个边之间的角度可以由公式算出{55-(Y/X)×15}°此处的Y是两个平行边中的一个边的长度，X是两个平行边之间的距离。
3.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于点光源设置成不凸出到两个平行边中与有点光源的边相邻的一个边的延长线以外。
4.如权利要求2所述的扩展照明装置，其特征在于长度Y与距离X的比率出于1～2.5的范围。
5.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于多边形是五边形，做为其一部分，包括一个底边由连接两个平行边的各个直接相对端的虚线限定的三角形。
6.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于多边形是六边形，做为其一部分，包括两个形状一致的三角形，两个三角形关于光导板的中点对称定位并取向，由此使得六边形的两个均有点光源的边互相平行取向。
7.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于光导板有形成在至少一个主表面上的光散射图案。
8.如权利要求7所述的扩展照明装置，其特征在于光散射图案包括多个交错地设置成格栅状分布的图案元素。
全文摘要
在扩展照明装置中包括一个点光源和一个光导板，光导板的形状做成五边形，其中有两个边基本上相互平行，并且做为其一部分，至少包括一个三角形，三角形的底边由连接两个平行边的各自直接相反端的虚线限定，并且点光源设置在五边形的构成三角形两个斜边之一的边上。
文档编号G02F1/13357GK1523264SQ20041000585
公开日2004年8月25日 申请日期2004年2月20日 优先权日2003年2月21日
发明者水谷仁, 川岛悟之, 国持亨, 石神克二, 之, 二 申请人:美蓓亚株式会社