专利名称：光波导，面光源装置，和液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光波导、面光源装置和液晶显示器。更具体地，本发明涉及接收由例如发光二极管(LED)的点光源产生的光、并通过面来发射所接收的光的光波导，并涉及面光源装置和具有这种光波导的液晶显示器。
背景技术：
某些类型的液晶显示器包括液晶面板和用作背光功能的面光源装置。所述面光源装置提供在液晶面板的背表面上，该背表面面对远离液晶面板的显示表面。一些面光源装置包括光波导和荧光管(冷阴极管)。光波导由高度半透明的材料构成。沿着光波导的边缘设置荧光管。随着液晶显示器厚度的减小，相应地希望减小荧光管的直径。然而，随着荧光管直径的减小，所述荧光管更容易被较小的冲击所损害。进一步，为了使荧光管发射充足量的光以使所述荧光管用作光源，必须给所述荧光管施加相对高的电压，其需要一个复杂的发光电路。
因此，取代荧光管的具有LED的边光型(侧光型)面光源装置已经被提出。在这样的装置中，提供LED以面对光波导的边缘。来自LED的光从光波导面对液晶面板的光输出表面发射。就是说，光通过一个面离开所述波导。然而，在这样的面光源装置中，由于来自LED的光的强方向性，会出现有缺陷的发射线和亮度不均匀。
因此，一些面光源装置包括提供在光波导上的散射片或散射点。所述散射片和散射点将来自LED的光散射，以减小光的方向性。这种类型的面光源装置典型地具有一个或两个用于聚集光的棱镜片，以获得充分的亮度。因此，这种类型的面光源装置具有增加的组件数量，其增加了装配步骤数和成本。
日本特许公开专利公开号2003-75649披露了一种技术，其中来自一个或较少个数量的LED的光被光波导散射，以减小LED的方向性。图13展示了一种被披露在日本特许公开专利公开号2003-75649中的面光源装置。所述装置包括LED 41，光波导44，和光偏转器45。所述光波导44具有面对LED 41的入射表面42和面对光偏转器45的光输出表面43。透镜44a的平行阵列提供在光波导44的面对远离光输出表面43的表面上。透镜44a延伸的方向平行于来自LED 41的、通过入射表面42进入光波导44的光的方向。通过入射表面42进入光波导44的LED 41的光在通过光输出表面43从波导44发射之前被散射，以在XY平面内广泛地分布。如图14中所示，通过光输出表面43被发射的光的方向通过光偏转器45被转换到前方向。日本特许公开专利公开号2003-75649还披露了一个可选择的实施方案，其中代替使光输出表面43粗糙化，垂直于透镜44a延伸的另外的透镜平行阵列被提供在光输出表面43上。
依照日本特许公开专利公开号2003-75649披露的技术，在光波导44面对远离光输出表面43的表面上的透镜44a的阵列，与在光输出表面43上的透镜阵列一起，将通过入射表面42进入光波导44中的光转变为通过光输出表面43离开光波导44的均匀面光。然而，尽管透镜阵列能够散射进入光波导44的光，以使光在XY平面内广泛地分布，但是透镜阵列不能使光离开波导44，以使光在所述前方向中前进。因此，光偏转器45对于转换离开光波导44的光的方向是不可缺少的。
在常规的边光型面光源装置中，不管是使用点光源还是线光源，沿着垂直于光波导的光输出表面的方向、通过光输出表面离开光波导的光量与通过光波导的边缘进入光波导的光量的比率是很小的。换句话说，通过光波导的边缘进入光波导的光不能被有效地利用。日本特性公开专利公开号10-282342披露了一种改进的能消除该缺陷的光波导。所述改进的光波导在光输出表面上具有规则排列的显微棱镜(microscopic prisms)。在光波导的面对远离光输出表面的表面上提供凸出部或凹部。所述凸出部或凹部以预定的间隔被间隔开，并以垂直于所述显微棱镜的延伸方向延伸。每个凸出部或凹部都限定了具有不同尺寸的斜面。其中一个斜面到光输出表面上的投影面积不小于另外一个斜面到光输出表面上的投影面积的3倍。
在日本特许公开专利公开号10-282342中披露的光波导通过其中一个边接收光，并通过光输出表面有效地发射光。这就使得用于面光源装置所需的棱镜片的数量减少。然而当使用点光源时，该光波导不能消除有缺陷的发射线。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种接收光并以期望的方向有效地发射所接收的光、并防止产生有缺陷的发射线的光波导，和提供一种面光源装置及一种具有这种光波导的液晶显示器。
为了获得上述目的，本发明提供了一种光波导。所述光波导包括第一表面和第二表面。第一表面和第二表面设置在所述光波导的相对侧面上。第三表面与第一和第二表面彼此相连。所述光波导通过第三表面接收光，并通过在第二表面上的区域将光发射到外部。多个第一凹槽形成在第一表面上。每个第一凹槽由第一表面的部分定义。定义第一凹槽的第一表面的每个部分包括反射表面。每个反射表面反射通过第三表面进入光波导的光，以使光向着第二表面前进。所述反射表面的延伸方向平行于所述第三平面。多个凸出部形成在所述第二表面上。所述凸出部垂直于所述反射表面的延伸方向延伸。每个凸出部都具有一个峰线(peak line)。第二凹槽提供在每对相邻的凸出部的峰线之间。每个第二凹槽由在相应凸出部的峰线之间的第二表面的部分定义。定义第二凹槽的第二表面的每个部分包括底端部分。所述底端部分设置成比第二凹槽在深度方向上的中点更靠近第一表面。由在所述底端部分上的一个点处的每个底端部分的切面和包含所有凸出部峰线的假定平面所定义的角度随着所述点接近第一表面而减小。
本发明还提供了一种面光源装置。所述面光源装置包括点光源和所述光波导，该光波导接收由所述点光源产生的光。
进一步，本发明提供了一种液晶显示器。所述液晶显示器包括具有显示表面的液晶面板，和提供在液晶显示面板面对远离显示表面的表面上的面光源装置。所述面光源装置包括点光源和光波导，该光波导接收由所述点光源产生的光。
本发明的其他方面和优点将从下面的描述变得显而易见，该描述结合附图并通过实施例的方式阐明本发明的原理。
参照下面给出的优选实施方案的描述和附图，可以更好地理解本发明和本发明的目的和优点，其中
图1(a)是示意性显示依照第一实施方案的光波导的透视图；图1(b)是显示图1(a)的光波导的放大局部透视图；图1(c)是显示图1(a)光波导的背表面的放大局部透视图；图2是显示具有图1(a)光波导的液晶显示器的侧视图；图3是显示图1(a)光波导工作的示意图；图4(a)是显示具有平的光输出表面的光波导工作的示意图；图4(b)是显示在光输出表面上具有平面棱镜的光波导工作的示意图；图5(a)是显示其上存在有缺陷的发射线的光波导的平面示意图；图5(b)是显示图4(b)中的光波导工作的示意透视图；图6(a)和6(b)是显示图1(a)中所示的光波导工作的示意图；图7是显示图1(a)中示出的光波导的平面示意图，其用在光学模拟中；图8(a)是描绘图1(a)中示出的光波导中曲面棱镜的横截面轮廓的曲线图；图8(b)是描绘图4(b)中示出的平面棱镜的横截面轮廓的曲线图；图9(a)是显示依照本发明第二实施方案的光波导的示意透视图；图9(b)是显示形成在图9(a)示出的光波导上的光接纳部分的示意平面图；图10(a)到10(c)是显示变型例的光波导的示意图；图11(a)到11(c)是显示其他变型例的光波导的示意图；图12是显示形成在另一变型例的光波导上的光接纳部分的示意平面图；图13是显示已有技术中的面光源装置的示意透视图；图14是用于解释图13示出的面光源装置工作的局部侧面图；图15是显示棱镜倾斜角与输出角之间关系的曲线图；图16是显示形成在图9(a)示出的用于光学模拟的光波导上的光接纳部分的示意平面图。
具体实施例方式
现在将参照图1(a)到8(b)来描述本发明的第一实施方案。
如图2所示，依照其实施方案的透射型液晶显示器11包括液晶面板12和面光源装置13，其用作侧光型背光单元。液晶面板12具有显示表面。面光源装置13提供在面对远离所述显示表面侧的液晶面板12的一侧上。面光源装置13包括光波导14和点光源15，该点光源是LED。如图1(a)所示，点光源15的数量可以是四个。排列点光源15以面对入射表面14a(第三表面)，该表面是光波导14的一个边。
如图2所示，由薄片构成的反射元件16提供在面光源装置13的附近。反射部件16提供在其中没有设置液晶面板12的光波导14的一侧。反射部件16将从光波导14泄漏的光反射回波导14。被返回波导14的光通过光输出表面18(第二表面)从波导14发射，其是光波导14面对液晶面板12的表面。散射片17提供在光波导14与液晶面板12之间。
光波导14由高透明材料，例如丙烯酸树脂构成。如图1(a)所示，光波导14从顶部看是基本上矩形的。如图1(a)、1(c)和3所示，锯齿状凹槽19(第一凹槽)形成在光波导14面对远离光输出表面18的背表面(第一表面)上，以致背表面具有锯齿状横截面。锯齿状凹槽19彼此平行延伸。每个锯齿状凹槽19通过第一导向表面19a(反射表面)和第二导向表面19b限定。每个第一导向表面19a都比相应的第二导向表面19b更接近于入射表面14a。光波导14具有相对表面14b，或面对远离入射表面14a的光波导的一个边。每个第一导向表面19a都被倾斜，以致第一导向表面19a接近于相对表面14b的部分比第一导向表面19a接近于入射表面14a的部分更接近于光输出表面18。每个第二导向表面19b都被倾斜 ，以致第二导向表面19b接近于相对表面14b的部分比第二导向表面19b接近于入射表面14a的部分更远离光输出表面18。第一导向表面19a和第二导向表面19b交替并连续地形成在光波导14的背表面上。所述锯齿状凹槽19延伸的方向平行于入射表面14a和相对表面14b。第一导向表面19a和第二导向表面19b延伸的方向也平行于入射表面14a和相对表面14b。
由每个第一导向表面19a和在下面将要讨论的假定平面P1(见图1(b))所定义的角度被确定，以致通过入射表面14a进入光波导14并到达第一导向表面19a上的光、尤其是在光波导14中以平行于所述假定平面P1的方向前进的光，在第一导向表面19a上被全部反射，并沿着基本上垂直于所述假定平面P1的方向向光输出表面18前进。由每个第一导向表面19a和平行于假定平面P1的平面所定义的角θ1(见图3)优选在不小于35°和不大于50°的范围内，更优选在不小于40°和不大于45°的范围内。由第二导向表面19b和平行于假定平面P1的平面所定义的角θ2(见图3)优选在不小于0.3°和不大于2.5°的范围内。
如图1(a)和1(b)所示，光波导14在光输出表面18上具有曲面棱镜20(凸出部)。棱镜20以垂直于锯齿状凹槽19的延伸方向的方向彼此平行延伸。设置棱镜20以致每对相邻的棱镜20是连续的。棱镜20具有相同的尺寸。如图1(b)中所示，棱镜20的峰线设置在假定平面P1内。在每对相邻的棱镜20的峰线之间的光输出表面18的部分是朝向光波导14的背表面凸出的曲面20a。就是说，拱形横截面凹槽21(第二凹槽)被定义在每对相邻的棱镜20的峰线之间。每个拱形横截面凹槽21由相应的曲面20a定义。
每个曲面20a包括比凹槽21深度的中点更接近光波导14的背表面的底端部分21a。由假定平面P1和在底端部分21a上的点处的底端部分21a的切面所定义的角随着所述点靠近光波导14的背表面而减小。在底端部分21a上最接近光波导14的背表面的点处，底端部分21a的切面平行于假定平面P1。就是说，由假定平面P1和在底端部分21a上的点处的底端部分21a的切面所定义的角的最小值是0°。
由假定平面P1和在底端部分21a上的点处的底端部分21a的切面所定义的角的最小值不需要是零度，只要所述角至少不大于10°。由假定平面P1和底端部分21a的切面所定义的角的最小值优选不超过十度，其原因如下。
在第一导向表面19a上向着光输出表面18反射的光的大部分通过光波导14以垂直于假定平面P1的方向前进。然而，严格地说，如图5(b)所示，由每个点光源15产生的光当其在第一导向表面19a其中之一反射时的前进方向根据点光源15相对于接纳来自光源15的光的每个第一导向表面19a一部分的的位置而变化。特别地，在每个第一导向表面19a中，由假定平面P1和在第一导向表面19a上被反射的光的方向所定义的角在每个点光源15前面的区域中比在远离那里的区域中更接近直角。就是说，每个第一导向表面19a位于每个点光源15前面的部分反射来自点光源15的光，以致光以垂直于假定平面P1的方向向着光输出表面18前进。当已经被反射而以垂直于假定平面P1的方向前进的光到达其中一个曲面20a时，如果在入射点处由假定平面P1和曲面20a的切面所定义的角很大，则到达入射点的光被折射从而以显著不同于垂直于假定平面P1的方向前进。结果，在光波导14的前方向中发射的光的量降低，较低亮度的暗线和暗点出现在点光源15前面的光波导14的区域中。
图15是显示输出角和棱镜倾斜角之间关系的曲线图。输出角是指由垂直于假定平面P1的直线与在光被反射而以垂直于假定平面P1的方向前进并到达曲面20a后离开其中一个曲面20a的方向所定义的角。棱镜倾斜角是指由假定平面P1与在曲面20a上的入射点处的曲面20a的切面所定义的角。液晶显示器11的使用者一般从显示表面前面的位置，或者在从光波导14的前方向±5°的角度范围内的位置观看显示表面。因此，在实际使用中输出角需要不大于大约5°。因而，在图15中显示的结果建议由每个底端部分21a和假定平面P1所定义的角优选不大于10°。
现在将描述光波导14的工作。
当点光源15发射光时，光通过入射表面14a进入光波导14。如图3所示，当进入光波导14的光到达任一第一导向表面19a时，光完全被反射而向着光输出表面18前进。其后，所述光通过光输出表面18向着液晶面板12离开光波导14。已经离开光波导14的光通过散射片17进入液晶面板12，被用于在液晶面板12的显示表面上显现图象。
到达第一导向表面19a的光不仅包括直接从入射表面14a向任一第一导向表面19a传播并到达第一导向表面19a的光，还包括不是直接从入射表面14a向任一第一导向表面19a传播、但在任一第二导向表面19b或光输出表面18上被完全反射后到达任一第一导向表面19a的光。直接从入射表面14a向任一第一导向表面19a传播的光在光波导14中基本上与假定平面P1(见图1(b))平行地前进。另一方面，因为每个第二导向表面19b被倾斜，以致第二导向表面19b更接近于相对表面14b的部分比第二导向表面19b更接近于入射表面14a的部分位于更加远离光输出表面18，所以不直接从入射表面14a向任一第一导向表面19a传播的光在第二导向表面19b和光输出表面18上被反复地完全反射，直到所述光在光波导14中沿着基本上与假定平面P1平行的线前进。因而，直接从入射表面14a向任一第一导向表面19a传播的光和不直接从入射表面14a向任一第一导向表面19a传播的光都在第一导向表面19a上被完全反射，以致所述光以基本上垂直于假定平面P1的角度向着光输出表面18前进。
光波导14的折射率比空气的折射率更大。因此，当进入光波导14时，光以一个比在光波导和空气之间界面处的入射角更大的折射角被折射。因而，假定光输出表面18形成平面而没有如图4(a)所示的曲面棱镜20，则在其中一个第一导向表面19a上向着光输出表面18被反射的光线L在光输出表面18上被折射，以便沿着从垂直于光输出表面18的方向被显著移动的方向前进。就是说，图4(a)示出的平坦光输出表面18不能在前方向中发射光。
另一方面，假定曲面棱镜20被如图4(b)示出的平面棱镜22取代，则在其中一个第一导向表面19a上向着光输出表面18被反射的光线L在斜面22a上被折射，从而沿着从垂直于斜面22a的方向被显著移动的方向前进。结果，光线L离开斜面22a而以前方向前进。然而，以前方向离开斜面22a的光是以一个特定的角度到达斜面22a的光。以不同于所述特定的角度到达斜面22a的光不会以前方向离开斜面22a。
如图5(a)所示，由每个点光源15产生的光以角度α的扩展范围进入光波导14。因此，如图5(b)所示，由每个点光源15产生的光当其在其中一个第一导向表面19a上被反射时前进的方向根据点光源15相对于从光源15接纳光的每个第一导向表面19a的一部分的位置而变化。因此，只有以特定角度到达每个第一导向表面19a的光才以光波导14的前方向被平面棱镜22发射。例如，在平面棱镜22的顶角是90°，且由每个第一导向表面19a和平行于假定平面P1所定义的角度θ1(见图3)是45°的情况下，有缺陷的发射线23(见图5(a))会出现在角α是34°的光波导14的部分中，或出现在从每个点光源15的前方向以大约17°扩展的每个范围中。在图5(b)中用虚线圆圈A标出的部分对应于图5(a)中用虚线圆圈A标出的部分。
相反，在图1(a)示出的光波导14中，其具有曲面棱镜20，在每对相邻的棱镜20的峰线之间的光输出表面18的部分是向着光波导14背表面的曲面20a的凸出部。并且，由假定平面P1和在底端部分21a上的点处的底端部分21a的切面所定义的角随着该点靠近光波导14的背表面而减小。因此，不被折射以沿着具有平面棱镜22的光波导14的前方向前进的光在曲面棱镜20上被折射，以沿着如图6(a)中示出的光波导14的前方向而前进。
如图6(b)所示，因为在每对相邻的棱镜20的峰线之间的光输出表面18的一部分是朝向光波导14背表面凸出的曲面20a，所以来自每个点光源15的、不在任一第一导向表面19a上被反射并以相对于假定平面P1的小角度通过光波导14前进的光，仅仅到达具有以小角度相对于假定平面P1倾斜的切面的其中一个曲面20a的一部分，而不到达具有以大角度相对于假定平面P1倾斜的切面的曲面20a的一部分。因此，以相对于假定平面P1的小角度通过光波导14前进的光不会穿过任一曲面20a，而是在其中一个曲面20a上向着光波导14的背表面被全反射。向着背表面被反射的光在其中一个第二导向表面19b上被反射，以致对于曲面20a的入射角不小于临界角，其使光穿过曲面20a，并沿着光波导14的前方向前进。因此，图1(a)中示出的光波导14减少了沿不同于光波导14的前方向前进的光量，增加了离开光波导14并沿光波导14的前方向前进的光量。
执行通过Monte Carlo法的光线跟踪模拟，以证实图1(b)的曲面棱镜20比图4(b)的平面棱镜22的优越性，其详细资料显示在下面。下面的图表显示了在模拟分析中使用的光波导14的尺度。
表1
多项式1Z＝C*X2/{1+(1-(1+K)*C2*X2)0.5}+C4*X4在多项式1中，Z表示沿垂直于假定平面P1方向的坐标，X表示以平行于入射表面14a并垂直于Z轴方向的坐标，系数C是50，系数K是-2，系数C4是23。
由假定平面P1和每个曲面棱镜20的曲面20a的切面所定义的角的最大值是大约49°，该角的最小值是0°。图8(a)显示了图1(b)中示出的曲面棱镜20的横截曲线，图8(b)显示了图4(b)中示出的平面棱镜22的横截曲线。
点光源15方向性的影响在光波导14与显示面24的一部分相对应的部分中尤其值得注意，所述显示面的一部分是从对应于点光源15该侧处的边离开10mm的部分。在光波导14的该部分中的几个点处测量亮度比率。所述亮度比率是亮部分的亮度与相邻暗部分的亮度的比率。所测量的亮度比率的平均值将实例和对比实例相对化而得出的。相对化的结果显示在表2中。
表2
表2中示出的模拟结果显示出，如果使用在光输出表面18上具有曲面棱镜20的光波导14，与在光输出表面18上具有平面棱镜22的光波导14(见图5(a))相比，抑制了有缺陷的发射线23的发生率。
这个实施方案提供了下面的优点。
(1)在图1(a)中示出的光波导14中，平行于入射表面14a延伸的锯齿状凹槽19提供在光波导14的背表面上。每个锯齿状凹槽19由第一导向表面19a和第二导向表面19b定义。垂直于锯齿状凹槽19的延伸方向而延伸的曲面棱镜20提供在光波导14的光输出表面18上。在每对相邻棱镜20的峰线之间的光输出表面18的一部分是向着光波导14的背表面凸出的曲面20a。由假定平面P1和在曲面20a上的一 点处的每个曲面20a的切面所定义的角随着该点靠近光波导14的背表面而减小。这样配置的光波导14沿光波导14的前方向有效地发射光。因此，结合了有光波导14的面光源装置13不需要用于收集光以获得必需的亮度的棱镜片。而且，即使使用图1(a)中示出的点光源15，有缺陷的发射线也很难在光波导14中产生。就是说，因为发射线是不可察觉的，所以图1(a)的光波导具有比常规光波导14更优良的品质。因为提高了亮度，所以图1(a)的光波导14具有比常规光波导14较好的效率。
(2)在图1(a)中示出的光波导14中，在每对相邻棱镜20的峰线之间的光输出表面18的一部分是向着光波导14的背表面凸出的曲面20a。与在每个相邻棱镜20的峰线之间的光输出表面18的部分由平面构成的情形相比，其中在每对相邻棱镜20的峰线之间的光输出表面18的部分是向着光波导14背表面凸出的曲面20a的光波导14，在光波导14的前方向发射大量的光，所述光被第一导向表面19a向着光输出表面18反射。
(3)因为结合有图1(a)中示出的光波导14的面光源装置13不需要棱镜片，所以减小了组件数。这就减小了装配步骤数和生产成本。
(4)图2中示出的面光源装置13具有散射片17。因此，即使有缺陷的发射线23在光波导14中没有被完全消除，散射片17也能将有缺陷的发射线23抑制到肉眼看不到的水平。
现在将参照图9(a)和9(b)描述本发明的第二实施方案。依照第二实施方案的光波导14不同于依照第一实施方案14的光波导14，其中接纳部分25形成在光波导14的一个边(入射表面14a)上。接纳部分25的个数与点光源15的个数相同。相同的参考标记表示与第一实施方案相应的组件相同或相似的那些组件，由此省略了详细解释。
如图9(a)中所示，接纳部分25提供在光波导14面对点光源15的边上，以将来自点光源15的光导入光波导14中。每个接纳部分25与相邻的接纳部分25连续地形成。如图9(b)所示，每个接纳部分25的宽度随着从离相应点光源15的距离增大而增大。入射部分26是每个接纳部分25面对相应点光源15的端面。入射部分26的宽度K(如图9(b)中示出的横向度量)比相应点光源15的宽度更大。每个入射部分26包括入射平面26a和V形凹槽26b。入射平面26a在接纳部分25的宽度方向中以相等的间隔隔开。入射平面26a平行于假定平面28，所述假定平面28在接纳部分25与光波导14之间的界面处沿着接纳部分25的宽度方向延伸。每个V形凹槽26b设置在一对相邻的入射平面26a之间。定义每个V形凹槽26b的表面用作用于将来自相应点光源15的光散射的散射部分。由每个定义V形凹槽26b的表面和相应的入射平面26a所定义的角θ优选在不小于120°和不大于155°的范围内。每个接纳部分25的侧表面是反射平面。就是说，所述侧表面将已经被定义所述V形凹槽26b的表面所散射的光向着光波导14反射。由每个反射平面27和假定平面28所定义的角β(见图9(b))优选在不小于35°和不大于65°的范围内。
在图9(a)和9(b)中示出的光波导14中，由点光源15发射的大部分光到达入射部分26。到达入射部分26的一些光通过相应的入射平面26a进入接纳部分25。大部分光以垂直于入射平面26a的角度通过入射平面26a进入接纳部分25。因此，所述光沿着与入射平面26a基本上垂直的方向在接纳部分25和光波导14中前进，就是说，沿着与假定平面28基本上垂直的方向。另一方面，已到达入射部分26的所述光的其余部分通过相应的表面V形凹槽26b进入接纳部分25。当通过定义V形凹槽26b的表面进入接纳部分25时，所述光在定义V形凹槽26b的所述表面上被折射。在定义V形凹槽26b的所述表面上被折射的大部分光在反射平面27上被反射。这使得所述光沿着与假定平面28基本上垂直的方向，在光波导14与每对相邻的点光源15之间的区域相对应的部分中前进。
执行通过Monte Carlo方法的光线跟踪模拟，以证实接纳部分25的效能，其详细资料显示在下面。在模拟分析中使用的光波导14的尺度显示在下面的表3中。接纳部分25的尺度显示在下面的表4中。
表3
表4
在入射表面14a上具有接纳部分25的光波导14和没有接纳部分25的光波导中均测量亮度比率。具体地，在两个光波导14中，在离开入射表面14a(假定平面28)6.2mm的多个点处测量亮度比率。所测量的亮度比率的平均值在光波导14中被相对化。图5中显示了相对化的结果。
表5
表5中示出的结果提出，如果使用在入射表面14a上具有接纳部分25的光波导14，与不具有接纳部分25的光波导14相比，亮度更加均匀。
除了第一实施方案的优点(1)到(4)外，第二实施方案还具有下面的优点。
(5)在图9(a)中示出的光波导14中，来自点光源15的光被接纳部分25散射。这就使光扩展至整个光波导14。因此，在光波导14与相邻点光源15之间的区域相对应的部分中不会产生明显低亮度的暗部分。而且，在光波导14与点光源15前面的区域相对应的部分中不会产生过高亮度的亮部分。因此，可能存在于在点光源15附近的光波导14部分中的亮度不均匀性被降低。
在不脱离本发明的精神和范围的条件下，本发明可以做其他一些具体形式的修改，这对于那些本领域中技术熟练的人员来说是很显然的。尤其地，应当理解本发明可以体现在如下形式中。
棱镜20可以具有不同于图1(b)中示出的形状。然而，即使棱镜20具有不同于图1(b)中示出的形状，但由假定平面P1和在底端部分21a上的点处的底端部分21a的切面所定义的角必须随着所述点靠近光波导14的背表面而减小。进一步，由假定平面P1和在除了底端部分21a以外的曲面20a上的点处的切面所定义的角不必随着所述点靠近光波导14的背表面而减小。例如，每个曲面20a与相应棱镜20的末端部分相对应的部分不需要向着光波导14的背表面凸出，但可以向着面对远离背表面的光波导14的表面凸出，如图10(a)所示。可选择地，所述部分可以是平的，如图10(b)示出。在图10(b)中示出的变型中，每个曲面20a与相应棱镜20的末端部分相对应的部分包含在假定平面P1中。依照图10(a)和10(b)的变型，沿光波导14的前方向前进的光量小于图1(a)和1(b)情况下的光量，其中光波导14具有曲面棱镜20，但大于图4(b)情况下的光量，其中光波导14具有平面棱镜22而不是曲面棱镜20。
棱镜20可以被排列以致每对相邻的棱镜20不是连续的。例如，如图10(c)所示，每个棱镜20可以与相邻的棱镜20间隔一个预定的距离S。用于制造其中每个棱镜20与相邻棱镜20间隔所述预定距离S的光波导14的模具通过用刀片切割基底来获得，刀片的形状对应于预定间隔的棱镜20的形状。该模具比用于制造其中每个棱镜20与相邻棱镜20连续的光波导的模具更容易获得。
在每对相邻棱镜20的峰线之间的光输出表面18的部分没有全部地弯曲而向光波导14的背表面凸出，而是可以包含平坦的部分。就是说，形成在每对相邻棱镜20的峰线之间的凹槽21没有单独地由曲面定义，而是由曲面和平面定义。例如，如图11(a)到11(c)所示，每个凹槽21可以由平面20a定义，每个平面20a相对于假定平面P1倾斜不同的角度。这些变型的光波导14具有与图1(a)中示出点光波导14相同的优点。
在图9(b)中，每个接纳部分25包括交替排列的入射平面26a和V形凹槽26b。这个结构可以变成图12中示出的结构，其中每个V形凹槽26b与相邻的V形凹槽26b连续地形成。
接纳部分25可以省略掉，入射部分26可以直接形成在入射表面14a上。在这种情况下，与图1(a)中示出的具有平坦入射表面14a的光波导14的情况相比，来自点光源15的光在垂直于光波导14厚度方向的平面内被大大地散射。
在图1(a)和9(a)中示出的光波导14的宏观厚度不必一致。例如，光波导14可以是像楔子的形状，以致厚度从入射表面14a向相对表面14b逐渐减小。可选择地，光波导14在中间部分的厚度可以比光波导14其他部分的厚度更大。
在图2中示出的面光源装置13中，散射片17可以省略掉。散射片17减小了在面光源装置13的整个光输出表面中的亮度的不均匀性。然而，依赖于使用面光源装置13的液晶显示器11所需要的解析度，在一些如果没有散射片17的情况下，亮度不均匀性不会产生任何问题。
因此，本实例和实施方案应被认为是说明性的而不是限制性的，本发明不应被限制在这里所给出的细节，而是在所附的权利要求的范围和等同内可以做修改。
权利要求
1.一种光波导，特征在于第一表面和第二表面，其中第一和第二表面设置在所述光波导的相对侧上，和与第一和第二表面彼此相连的第三表面，其中所述光波导通过第三表面接收光，并通过在第二表面上的区域将光发射到外部，其中多个第一凹槽形成在第一表面上，每个第一凹槽由第一表面的一部分定义，其中定义第一凹槽的第一表面的每个部分包括反射表面，每个反射表面反射通过第三表面进入光波导的光，以使光向着第二表面前进，其中所述反射表面的延伸方向平行于所述第三平面，且其中多个凸出部形成在所述第二表面上，所述凸出部垂直于所述反射表面的延伸方向延伸，每个凸出部都具有一个峰线，其中第二凹槽被提供在每对相邻的凸出部的峰线之间，每个第二凹槽由在相应凸出部的峰线之间的第二表面的一部分定义，其中定义第二凹槽的第二表面的每个部分包括底端部分，所述底端部分设置成比第二凹槽在深度方向上的中点更靠近第一表面，其中由在所述底端部分上的一个点处的每个底端部分的切面和包含所有凸出部峰线的假定平面所定义的角随着所述点靠近第一表面而减小。
2.依照权利要求1的所述光波导，特征在于每个凸出部与相邻的凸出部连续地形成。
3.依照权利要求1的所述光波导，特征在于在一对相邻凸出部的峰线之间的第二表面的每个部分是向着第一表面凸出的曲面。
4.依照权利要求1的所述光波导，特征在于在一对相邻凸出部的峰线之间的第二表面的每个部分包括平面。
5.依照权利要求1的所述光波导，特征在于在一对相邻凸出部的峰线之间的第二表面的每个部分由多个平面组成。
6.依照权利要求1到5任意一项的所述光波导，特征在于由在所述底端部分上的一个点处的每个底端部分的切面和所述假定平面所定义的角的最小值不大于10°。
7.依照权利要求6的所述光波导，特征在于由在所述底端部分上的一个点处的每个底端部分的切面和所述假定平面所定义的角的最小值是0°。
8.依照权利要求1到5任意一项的所述光波导，特征在于用于将来自光源的光导向所述光波导、同时散射所述光的接纳部分。
9.依照权利要求8的所述光波导，特征在于所述接纳部分从所述第三表面向着光源延伸，并包括用于接收来自所述光源的光的入射部分，其中所述接纳部分具有从所述入射部分向着第三表面拓宽的宽度，其中所述入射部分包括多个入射平面和多个散射部分，所述入射平面沿着接纳部分的宽度方向并平行于第三表面排列，每个散射部分设置在一对相邻入射平面之间，以散射来自光源的光，其中接纳部分进一步包括反射部分，该反射部分反射被所述散射部分散射的光，以使所述光向着第三表面前进。
10.一种面光源装置，特征在于点光源；和依照权利要求1到5任意一项的光波导，其中所述光波导接收由所述点光源产生的光。
11.依照权利要求10的所述面光源装置，特征在于提供在所述光波导的第二表面上的散射片。
12.一种液晶显示器，特征在于具有显示表面的液晶面板；和提供在液晶面板面对远离显示表面的表面上的面光源装置，其中所述面光源装置包括点光源；和依照权利要求1到5任意一项的光波导，其中所述光波导接收由所述点光源产生的光。
13.依照权利要求12的所述液晶显示器，特征在于所述面光源装置进一步包括提供在所述光波导的第二表面上的散射片。
全文摘要
依照本发明的光波导具有设置在背表面相对一侧上的光输出表面。入射表面与所述背表面和所述光输出表面彼此相连。多个锯齿状凹槽形成在所述背表面上。定义所述锯齿状凹槽的表面包括第一导向表面，其反射通过所述入射表面进入光波导的光，以使所述光向着第一导向表面前进。多个曲面棱镜提供在所述光输出表面上。每个棱镜都具有峰线。拱形横截面凹槽提供在每对相邻的棱镜的峰线之间。每个拱形横截面凹槽被在相应棱镜的峰线之间的光输出表面的一部分定义。定义拱形横截面凹槽的光输出表面的每个部分具有底端部分，其设置成比凹槽在深度方向上的中点更接近所述背表面。由在所述底端部分上的一个点处的每个底端部分的切面和包含所有凸出部的峰线的假定平面所定义的角随着所述点靠近背表面而减小。
文档编号G02F1/13GK1576910SQ20041005500
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月26日
发明者户枝稔, 山本直幸, 古野间高显, 仁井田英纪, 矶谷文一 申请人:株式会社丰田自动织机