专利名称：表面光源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及把从光源发射出的线性发射光转换成平面发射光的表面光源装置。
背景技术：
现有的表面光源设备包括作为发射线性光的长圆柱形的线性光源的放电灯的冷阴极荧光灯。所述冷阴极荧光灯由作为反射部件的片状灯反射器围绕。所述灯反射器具有来自所述冷阴极荧光灯的发射光可从中射出的开口部分。所述灯反射器的开口部分被固定在光导的侧面上，所述光导将来自冷阴极荧光灯的线性光转换成平面光并且发射来自其表面的所述平面光。在该光导的背面形成有棱镜。
在此表面光源设备中，来自冷阴极荧光灯的发射光由所述灯反射器反射并且通过所述开口部分被导入所述光导的侧面。导入至所述光导的所述光从该光导的所述表面发出。来自该光导的所述表面的发射光通过置于该光导前表面的光学片被收集或漫射。被导入该光导的所述光的一部分从该光导的背面射出。来自该光导背面的所述发射光由置于该光导背面的光学片以朝着所述光导侧的方向反射。(参见例如日本专利申请公开No.2002-270024)。
近些年来，业已要求包括此类表面光源设备的液晶显示器朝着更亮、更薄、更轻并且成本更低的方向发展。因此也要求表面光源设备更亮、更薄、更轻并且成本更低。所述光导背面棱镜的设置是用于达到所述要求的有效措施，因为改善了光收集功能并能够减少光学片数量。
然而在现有的表面光源设备中，由于灯反射器形状的不一致或者灯反射器和光导装配的不一致，使得灯反射器和光导之间存在微小的空隙。结果是来自冷阴极荧光灯的发射光可以从光导的表面进入光导，而非从光导的侧面。更具体地，来自冷阴极荧光灯的发射光可以从灯反射器和光导之间的空隙中漏出并且从光导的前表面进入光导。从光导表面而非侧面入射光导的光会在光导的前表面上产生暗光线或者产生亮度不一致。此外当利用由其背面上装备有棱镜的光导时，很可能由于所述光是从光导表面而非侧面进入光导，导致使用棱镜的光收集功能的亮度不一致。
简言之，在现有的表面光源设备中，改善平面内亮度的质量是非常困难的。
发明内容
本发明考虑了上述问题，并且本发明的目标是提供一种能够增强平面内亮度的质量的表面光源设备。
根据本发明的一个实施例提供了一种表面光源设备包括光源；将来自所述光源的发射光转换成平面光并发射该平面光的表面光源转换部件；包括在所述表面光源转换部件内的光导，所述光导包括相互正对的第一主表面和第二主表面，包括连接所述第一主表面和所述第二主表面的侧表面，并被放置成使得所述侧表面与所述光源相对；以及将来自所述光源的发射光朝向所述侧面进行反射的反射器，其中所述表面光源转换部件在其所述侧面所位于的一某部分具有预定厚度，并且所述反射器包括在厚度方向固定所述表面光源转换部件并且相对着的一对夹板部分，所述夹板部分的至少一个接触一个在所述光导的第一主表面和侧面之间形成的的边角部分并且与所述第一主表面分开。反射器产生的间隔要比光源和侧面之间的预定厚度为小。
根据该表面光源设备，所述反射器具有固定所述表面光源转换部件的夹板部分使得来自光源的发射光能从其表面而非从其侧面进入光导，所述光导包括在所述表面光源转换部件内。因为发射光从其表面而非侧面进入光导，这就阻止了亮度不一致情况的发生。这样就可产生平面内一致的亮度并且可以改善平面内亮度的质量。
反射器在光源和侧面之间产生了一个空隙。该空隙小于光源和侧面之间的预定厚度。这样就可阻止区域光源转换部件朝向光源侧的移动，并且因为与表面光源转换部件的接触就可保护光源免于毁坏。
图1是示意性地示出了根据本发明一个实施例的表面光源设备结构的侧视图；图2是示意性地示出了图1中示出的表面光源设备结构的透视分解图；
图3是示意性地示出了包括有图1中示出的表面光源设备的液晶显示器结构的透视分解图；图4是示出了图1中示出的表面光源设备的结构元件的反射器形状的侧视图；图5是示出了图1中示出的表面光源设备的结构元件的光导形状的透视图；以及图6是示出了图1中示出的表面光源设备的光导形状的截面图。
具体实施例方式
现在将参考附图描述根据本发明的一个实施例的表面光源设备。
图3示出了作为平板显示装置的透射液晶显示装置1，它具有薄形结构使得相框状外围部分很窄并且十分轻便。所述液晶显示装置1包括作为透射平面显示板的大致呈矩形的平面液晶显示板2，它通常用作笔记本个人计算机(PC)的图像显示单元。
配置所述液晶显示板2使得作为光学调制层的液晶层插在一对基板之间，即阵列基板3和反向基板4。阵列基板3包括以矩阵形式排列其上的薄膜晶体管(TFT)，并且像素电极连接至所述薄膜晶体管。反向基板4包括反向电极。在具有光透射性的导电材料上形成所述像素电极和反向电极。放置阵列基板3和反向基板4使得像素电极对着反向电极，并且在阵列基板3和反向基板4之间产生一个空隙。从阵列基板3和反向基板4之间的所述空隙由液晶成分密封形成了液晶层。
作为向液晶显示板2提供驱动信号并且驱动该液晶显示板2的电路板，一个长矩形的平面驱动器电路5经由一对柔性印刷电路(FPC)6和7附在所述液晶显示板2的一侧边缘。
液晶显示板2在其中央部分具有对应于用于显示图像的显示区域的矩形显示屏幕区域8。该显示屏幕区域8的对角线长度可以是，例如12英寸。
将液晶显示板2放置在前盖11和背光装置15之间行使表面光源设备的功能。更具体地，相框状的前盖11附在所述液晶显示板2的前表面(即第一主表面)上。前盖11包括将液晶显示板2的所述显示屏幕区域8予以暴露的矩形窗口部分12，以及限定窗口部分12的矩形框状主体部分13。主体部分13包括当容纳所述液晶显示板2时覆盖该液晶显示板2的外向边缘部分的外向外围部分14。
矩形的平面背光装置15附在液晶显示板2的背面。背光装置15朝向液晶显示板2的显示平面区域8的背面发射平面光。背光装置15连同液晶显示板2，都纳入于前盖11，使得背光装置15的前表面正对着液晶显示板2的背面。
通过将印刷电路6和7朝向背光装置15的背侧弯曲把附在液晶显示板2上的驱动器电路5放置在背光装置的背侧。在此情况下，长矩形绝缘片16插在驱动器电路5和背光装置15之间。绝缘片16保证了驱动器电路5和背光装置15之间的绝缘。
如图1和图2中示出的背光装置15包括作为长圆柱形线性光源的放电灯的冷阴极荧光灯22。冷阴极荧光灯22的两端都带有灯固定器23。灯固定器23例如可由弹性橡胶形成。两个电缆24的一端连接至冷阴极荧光灯22两端。电缆24的另一端依附至作为连接器的外壳25。
背光装置15包括把来自冷阴极荧光灯22的发射光转换成平面光并发射该平面光的表面光源转换部件21。表面光源转换部件21包括一个大致呈矩形的平面光导26。光导26具有相互正对的第一主表面26b和第二主表面26d以及连接所述第一主表面26b和第二主表面26d的第一侧面26a和第二侧面26e。放置光导26使其第一侧面26a平行于冷阴极荧光灯22正对着冷阴极荧光灯22的外向外围表面并且使其第一主表面26b正对着液晶显示板2的背面。简言之，第一侧面26a是来自冷阴极荧光灯22的发射光入射的光入射表面。第一主表面26b是发出朝向液晶显示板2的平面光的光发射表面。光入射表面26a对应于不包括定义在光入射表面26a和光发射平面26b之间的边角部分26c的平面部分。
光导26是棱镜波导，被配置以使在棱镜波导的至少一个主表面上形成各自带有光收集功能的棱镜。在此实施例中如图5和图6所示，光导26在其第二主表面26d上具有棱镜26p。每个棱镜26p在第一侧面26a的法线方向A上延伸，并且沿着法线方向A具有顶角26x。顶角26x对应于棱镜26p的两个表面26p1和26p2之间的交会部分。在此实施例中，表面26p1和26p2之间的夹角θ1约为90°。把棱镜26p安排在与法线方向A垂直的方向B上。在此实施例中，相邻棱镜26p之间的间距P约为50μm。光导26将线性光源转换成平面光源。更具体地，光导26将来自冷阴极荧光灯22并在光入射表面26a上入射的线性发射光偏转朝向第一主表面26b(或者通过第二主表面26d全反射所述线性发射光)，并将线性发射光转换成平面发射光。简言之，光导26从第一主表面26b发射平面光。
例如，可由光透射树脂形成光导26。光导的形状为楔形使得光导的厚度从光入射表面26a至第二侧面(非光入射表面)26e逐渐减小。在此情况下光导26的厚度对应于第一主表面26b在法线方向上的高度。用此形状，光导26在光入射表面26a上的入射光被相等地发射至第一主表面26b，并且在第二主表面26d侧上提供用于接纳驱动器电路5并位于光导26的非光入射表面26e侧的空间。在此实施例中，在光入射表面26a侧的光导26厚度T1是2.5mm。
附着的大致呈矩形的光学片27是用于覆盖光导26的第一主表面26b。光学片27是收集来自光导26的第一主表面26b的平面发射光的光收集片和散射来自光导26的第一主表面26b的平面发射光的散射片中的至少一种。
附着的大致呈矩形的光学片29是用于覆盖光导26的第二主表面26d。光学片29是反射光的反射片，通过第二主表面26d漏出来自光导26的内部的光并射向光导26的第一主表面26b。
大致呈矩形的光学片29的尺寸大于光导26的第二主表面26d的尺寸。光学片29延伸到光导26的光入射表面26a并且形成了表面光源转换部件21。光学片29的厚度T2为例如0.16mm。因此，光导26的光入射表面26a所在的区域内，表面光源转换部件21具有对应于在光入射表面26a侧上光导26的厚度T1和光学片29的厚度T2之和T的预定厚度。在此实施例中，厚度T是2.66mm。
背光装置15还包括片状灯反射器31，作为将来自冷阴极荧光灯22的发射光反射至光导26的光入射表面26a的反射器。如图1所示的灯反射器31具有大致呈C形的截面。把灯反射器31围绕冷阴极荧光灯22放置使其正对着光导26的光入射表面26a。更具体地，灯反射器31包括朝着光导26的光入射表面26a方向延伸的第一延长部分33，以及朝着第二主表面26d方向延伸的第二延长部分34。所述第一延长部分33和第二延长部分34围绕着冷阴极荧光灯22。
第一延长部分33的中间部分35朝向冷阴极荧光灯22弯曲，而第一延长部分33的末端部分37朝着远离冷阴极荧光灯22的方向弯曲。类似地，第二延长部分34的中间部分36朝向冷阴极荧光灯22弯曲，而第一延长部分34的末端部分39朝着远离冷阴极荧光灯22的方向弯曲。
灯反射器31形成了用于出射来自冷阴极荧光灯22的发射光的开口部分32。开口部分32正对着光导26的光入射表面26a。如图1和图4所示的开口部分32的范围由弯曲部分33A和弯曲部分34A所限定，其中弯曲部分33A是在第一延长部分33的中间部分35和末端部分37之间形成的而弯曲部分34A是在第二延长部分34的中间部分36和末端部分39之间形成的。
第一延长部分33的末端部分37和第二延长部分34的末端部分39起到一对夹板部分的功能，它们互相正对并且在其厚度方向固定表面光源转换部件21。配置末端部分37和39中的至少一个与光导26的主表面和光入射表面之间的边角部分相接触，并与所述光导26的一个主表面是隔开的。
更具体地如图4所示，配置成对的末端部分37和39使其限定一个从表面光源转换部件21到冷阴极荧光灯22逐渐变窄的锥形空隙。在此实施例中，末端部分37是相对于光导26的第一主表面26b是倾斜的并且与光导26相接触。末端部分39则与光导26的第二主表面26d大致平行。光学片29插在光导26和末端部分39之间，并且末端部分39不与光导26相接触。
在此实施例中，末端部分37与在光导26的第一主表面26b和光入射表面26a之间形成的边角部分26c相接触。此外，末端部分37与第一主表面26b是隔开的。换句话说，在末端部分37仅与光导26在边角部分26c处相接触而与光导26的第一主表面26b或光入射表面26a都没有接触的情况下，末端部分37和末端部分39完整地固定了光导26和光学片29。
灯反射器31具有弹簧的特性并且可以在表面光源转换部件21的厚度方向上发生轻微的弹性形变。因此，第一延长部分33和第二延长部分34之间的空隙可以稍稍变化的。
在此实施例中，当区域光源转换部件21未在第一延长部分33和第二延长部分34之间固定时，第一延长部分33和第二延长部分34之间的最小空隙，即弯曲部分33A和弯曲部分34A之间开口部分32的空隙H1，例如可以是2.4mm±0.1mm。此外，末端部分37和弯曲部分33A之间的高度，即末端部分37的倾斜尺度H2，例如可以是0.2mm。
这样固定在成对末端部分37和39之间的表面光源转换部件的厚度T(在光入射表面26a侧的光导26的厚度T1和光学片29的厚度T2之和)就大于弯曲部分33A和弯曲部分34A之间的空隙H1。即H1＜T。此外，固定在成对末端部分37和39之间的表面光源转换部件的厚度T要大于空隙H1与末端部分37的倾斜尺度H2之和H。即H＜T。
当光学片所附的光导26被推入灯反射器31的开口部分32时，成对末端部分37和39相互移开。另一方面，成对末端部分37和39互相推动并且固定表面光源转换部件21。因此就使得末端部分37仅与光导26的光入射表面26a和第一主表面26b之间形成的边角部分26相接触，而末端部分39仅与光学片29接触。结果是末端部分37与光导26的光入射表面26a和第一主表面26b相互隔离，这样就阻止了来自冷阴极荧光灯22的发射光进入光导26的表面，而非光入射表面26a。
此外，当表面光源转换部件2固定在成对末端部分37和39之间时，灯反射器31在冷阴极荧光灯22和光导26的光入射表面26a之间产生了一个小于表面光源转换部件21厚度T的空隙。这样就尤其抑制了光导26的表面光源转换部件21特别是朝向冷阴极荧光灯22的移动，并且阻止了由冷阴极荧光灯22与表面光源转换部件21的接触造成的冷阴极荧光灯22的损坏。
诸如光收集片或光漫射片的光学片27附在光导26的第一主表面26b上。光学片(反射片)29附在光导26的第二主表面26d上。所示冷阴极荧光灯22和灯反射器31附在光导26的光入射表面26a上。如此配置的光导26就被固定在大致呈矩形的平面框40内。
接下来将描述上述实施例的操作。
首先是电能经由外壳25和电缆24被供应给冷阴极荧光灯22，从而驱动冷阴极荧光灯22。
来自冷阴极荧光灯22的线性发射光由覆盖着冷阴极荧光灯22的灯反射器31的内表面进行反射。让反射光入射至光导26的光入射表面26a。这时灯反射器31的末端部分37阻止来自冷阴极荧光灯22的发射光通过表面而非光入射表面26a进入光导26。
光导26的光入射表面26a上的入射光通过在光导26的第二主表面26d上形成的棱镜并且通过附加在第二主表面26d上的光学片29，被折射或反射朝向光导26的第一主表面26b。因此，就有平面发射光从光导26的第一主表面26b出射。
当来自光导26第一主表面26b的平面发射光通过光学片27时，此光给予预定的光学性质。例如恰当收集或漫射所述发射光。因此来自光导26第一主表面26b的平面发射光的亮度就得到了改善和一致。
来自背光装置15的照明光，即来自光学片27的平面光，射入至液晶显示板2的背面。在液晶显示板2背面上的入射照明光选择性地通过液晶显示板2的显示屏幕区域8。因此就有图像显示在液晶显示板2的显示屏幕区域8上。
如上所述，配置灯反射器31的末端部分37仅与边角部分26c接触而与光导26的光入射表面26a和第一主表面26b都没有接触。这样，光导26的光入射表面26a和第一主表面26b就相互绝缘。
在现有的表面光源设备中，由于在灯反射器31制造过程中出现的灯反射器31形状的不一致或者灯反射器31和光导26装配的不一致，会导致在灯反射器31的开口部分32和光导26的第一主表面26b之间可能产生空隙。结果是来自冷阴极荧光灯22的发射光可以从该空隙中泄漏并且进入光导26的第一主表面26b。更具体地，当带有光收集功能的棱镜波导被用作光导26时，就容易产生亮度不一致。这样就要求对背光装置平面内亮度的质量改善。
为了满足这些要求，根据上述实施例可知即使在灯反射器31的制造和装配过程中产生了不一致，末端部分37也可以阻止来自冷阴极荧光灯22的发射光通过其侧面而非光入射表面26a进入所述光导。这样就可以防止光导26的亮度不一致。因此就可改善背光装置15的亮度、平面内的亮度可做得一致并且提高亮度的质量。
固定在灯反射器31的成对末端部分37和39之间的表面光源转换部件21的厚度T大于空隙H1与末端部分37的倾斜尺度H2之和H。此外，配置灯反射器31在表面光源转换部件21的厚度方向上可以发生轻微的弹性形变。这样如果将表面光源转换部件21从包括了开口部分32的开口端表面的平面相垂直的方向推入，那么末端部分37在远离表面光源转换部件21的方向上发生轻微的弹性形变并且增大了在成对末端部分37和39之间的空隙。因此光导26的边角部分26c在预定位置处接触末端部分37。即使增大了在成对末端部分37和39之间的空隙，该空隙也不会大于表面光源转换部件21的厚度，因此就可以很容易地相对于灯反射器31放置表面光源转换部件21(更具体的，光导26)、可以提高生产效率、阻止表面光源转换部件21朝向冷阴极荧光灯22的移动并且防止冷阴极荧光灯22的损坏。末端部分37接触光导26的边角部分26c全部(至少是在面对冷阴极荧光灯22范围内的边角部分26c全部)，而不受灯反射器31和光导26在制造和装配过程中不一致的影响。因此光导26的光入射表面26a和第一主表面26b能够可靠的相互隔离。严格地讲，在光导26的第二主表面26d上形成的棱镜26p在光学片29和光导26之间(在对应于棱镜26p凹陷的区域)产生空隙。尽管如此，这些空隙十分的小。类似地，在使用在其第一主表面26b上具有棱镜的光导26的情况下，也可在棱镜凹陷区域处在光导26和灯反射器31之间产生空隙。在此情况下，这些空隙也是很小的并且能够完全展现出本发明的有利作用。
灯反射器31的末端部分37仅与光导26相接触而不与的第一侧面26a接触。换句话说，第一侧面26a完全没有被灯反射器31覆盖，所以来自冷阴极荧光灯22的发射光可以做得射入第一侧面26a。简言之，所述第一侧面26a的全部都可有效地用作光入射表面26a。因此来自冷阴极荧光灯22的发射光可被有效使用，从而提高了亮度。
在表面光源转换部件21被固定的情况下，末端部分37相对于光导26的第一主表面26b倾斜。这时的末端部分37和第一主表面26b之间的角度θ2在5°到20°之间。如果角度θ2小于5°，那么末端部分37和第一主表面26b就会变得大致平行，使得当表面光源转换部件21内推入成对末端部分37和39之间时，阻止表面光源转换部件21朝向冷阴极荧光灯22移动的效果变弱。如果θ2大于20°，那么在末端部分37和39之间固定表面光源转换部件21的压力就会减弱，使得表面光源转换部件21能够很轻易地朝向液晶显示板2脱离。所以角度θ2在上述范围内是理想的。
当把棱镜波导用作光导26时，就可完全展现出阻止亮度不一致的效果。这样就无需附加大于必须数目的光学片，并且能够进一步改善背光装置15的亮度。此外，还能提高亮度质量。而且还可以进一步降低背光装置15的厚度、重量和成本。
根据带有背光装置15的液晶显示装置1，就可改善该的液晶显示装置1的亮度、提高亮度质量并且降低厚度、重量和成本。
本发明不限于上述实施例。在实施本发明阶段中，可以不背离本发明精神而做出各自修改和变化。在实施例中揭示的结构元件可被恰当组合并且可以做出各自发明。例如可以从实施例中省略某些结构元件。此外，在不同实施例中的结构元件可被恰当组合。
例如在上述实施例中，描述了透射液晶1。然而上述表面光源设备可适用于包括了反射部分和透射部分的透射液晶显示装置的背光装置。此外，上述表面光源设备可适用于选择性反射(从液晶显示板2的显示屏幕区域8的前表面入射的)入射光并显示图像的反射液晶显示装置的前光装置。
光学片29无需延伸到光导26的光入射表面26a侧。在此情况下，只有表面光源转换部件21的光导26被固定在成对的末端部分37和39之间。不必说在此情况下，通过将固定在成对的末端部分37和39之间的表面光源转换部件21的厚度(＝T1)设置为大于空隙H1与末端部分37的倾斜尺度H2之和H，就可获取如上述实施例中所示的相同的有利作用。
工业应用如上所述，本发明能够提供可改善平面内亮度质量的平面光源设备。
权利要求
1.一种表面光源装置，包括光源；把来自所述光源的发射光转换成平面光并发射该平面光的表面光源转换部件；包括在所述表面光源转换部件内的光导，所述光导包括相互正对的第一主表面和第二主表面，包括连接所述第一主表面和所述第二主表面的侧表面，并被放置成使得所述侧表面与所述光源相对；以及把来自所述光源的发射光反射向所述侧表面的反射器，其中所述表面光源转换部件在设置所述侧表面的其一部分处具有预定厚度，所述反射器包括在其厚度方向上夹住所述表面光源转换部件并且相互正对的一对夹板部分，所述夹板部分中的至少一个与在所述光导的第一主表面和侧表面之间形成的边角部分相接触并且与所述第一主表面分开，以及所述反射器在所述光源和所述侧表面之间形成一小于所述预定厚度的空隙。
2.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征在于，所述光导在其第二主表面上具有棱镜。
3.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征在于，所述一对夹板部分被配置为限定一种渐细形状以使其间的空隙从所述表面光源转换部件向所述光源逐渐变窄。
4.如权利要求3所述的平面光源装置，其特征在于，接触所述边角部分的所述一对夹板部分之一与所述第一主表面之间的夹角在5°到20°之间。
5.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征在于，所述一对夹板部分夹住包括在所述表面光源转换部件中的光导。
6.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征在于，所述一对夹板部分夹住包括在所述表面光源转换部件中的光导，以及被放置在所述光导的第二主表面侧上的光学片。
7.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征在于，接触所述光导的边角部分的所述夹板部分与所述光导的侧表面分开。
全文摘要
把来自光源的发射光转换成平面光的表面光源转换部件在与光源正对的所述光导的光入射表面所在处具有预定的厚度。把来自所述光源的发射反射至所述光入射表面的反射器包括在其厚度方向固定所述表面光源转换部件的夹板部分。所述夹板部分与在所述光导的光发射表面和光入射表面之间形成的边角部分相接触并且与所述光发射主表面隔开。所述反射器产生了一个小于在所述光源和所述光入射表面之间预定厚度的空隙。
文档编号G02F1/1335GK1806146SQ20048001621
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月13日
发明者井上馨 申请人:东芝松下显示技术有限公司