侧缘型表面发光装置及液晶显示单元的制作方法

当前公开的主题涉及侧缘型表面发光装置。

背景技术：

侧缘(side-edge)型表面发光装置就其薄且轻的结构而言已经广泛地用作显示单元(例如液晶显示器(lcd)单元)的背光，该侧缘型表面发光装置由具有多个发光元件(例如设置在其侧面上的发光二极管(led)元件)的导光板构成。当显示单元在公共场所中使用时，需要窄的配光特性或窄视特性，以防止其他人从侧面观看该显示单元。这称为隐私效应。

现有技术的侧缘型表面发光装置由以下部件构成：双面棱镜导光板，该双面棱镜导光板具有发光表面和与该发光表面相反的配光控制表面、处在发光表面和配光控制表面的侧边上的光入射表面；多个led元件，该多个led元件设置在导光板的光入射表面上；设置在导光板的发光表面上的单面棱镜上棱镜片，该单面棱镜上棱镜片包括与光入射表面平行的沿着一个方向的棱镜；以及吸光片(黑色片)，该吸光片设置在导光板的配光控制表面上(参见：jp2009-277388a)。由于吸光片吸收从导光板的配光控制表面泄漏的光，因此泄漏的光几乎不会返回到导光板，从而如图1所例示的那样可以提高隐私效应。

在图1中，在使用光反射片(白色片)代替吸光片的第一比较例装置中，上棱镜片的发光表面上的方位角θ＝0°处的发光强度ir被定义为100％。此外，隐私效应i1/i0(％)通过上棱镜片的发光表面上的方位角θ＝±35°处的发光强度i1相对于上棱镜片的发光表面上的方位角θ＝0°处的发光强度i0来定义。

在上述现有技术的侧缘型表面发光装置中，如图1中所例示，与具有光反射片的第一比较侧缘型表面发光装置相比，隐私效应能够得到改善，但是由于吸光片吸收从导光板泄露的光，发光强度将会降低。

技术实现要素：

当前公开的主题寻求解决上述问题中的一个或多个。

根据当前公开的主题，一种侧缘型表面发光装置包括：导光板，其具有第一发光表面、与所述第一发光表面相反的配光控制表面以及处在所述第一发光表面和所述配光控制表面的侧边上的光入射表面；光源，其设置在所述导光板的所述光入射表面上；第一棱镜片，其具有与所述导光板的所述第一发光表面相对的多个第一棱镜和与所述多个第一棱镜相反的第二发光表面；吸光片，其与所述导光板的所述配光控制表面相对；以及第二棱镜片，其具有与所述导光板的所述配光控制表面相对的平坦表面和与所述吸光片相对的多个第二棱镜，所述多个第二棱镜与所述导光板的所述光入射表面垂直。

根据当前公开的主题，由于所述第二棱镜片的存在，可以提高隐私效应，并且同时，可以提高发光强度。

附图说明

与现有技术相比，通过以下结合附图对特定实施方式的描述，当前公开的主题的上述及其他优点和特征将更加明显，其中：

图1是示出与第一比较例装置相比的现有技术侧缘型表面发光装置中的发光强度和隐私效应的图；

图2是例示出根据当前公开的主题的侧缘型表面发光装置的第一实施方式的立体图；

图3是图2的导光板的立体图；

图4是图3的上侧棱镜中的一个的横截面视图；

图5a是图3的下侧棱镜的仰视图；

图5b是图5a的部分横截面视图；

图6是用于解释图2的导光板的操作的横截面视图；

图7是图2的上棱镜片的横截面视图；

图8是图2的下棱镜片的横截面视图；

图9是用于解释图8的下棱镜片的操作的横截面视图；

图10是示出图2的侧缘型表面发光装置的可视光分布的图；

图11是示出侧缘型表面发光装置的第二比较例的可视光分布的图；

图12a是示出由绝对发光强度表示的图10和图11的光分布的图；

图12b是示出由相对发光强度表示的图10和图11的光分布的图；

图13是示出相对于图8和图9的下棱镜片的棱镜的顶角的发光强度和隐私效应的曲线图；

图14是示出相对于图3和图4的导光板的上侧棱镜的曲率半径的发光强度和隐私效应的曲线图；

图15是示出与第一比较例装置和现有技术装置相比的图2的侧缘型表面发光装置中的发光强度和隐私效应的曲线图；

图16是例示出根据当前公开的主题的侧缘型表面发光装置的第二实施方式的立体图；

图17是例示出应用了图16的侧缘型表面发光装置的lcd单元的立体图；

图18a是示出当光调制元件导通时图17的lcd单元的相对光分布的图；以及

图18b是示出当光调制元件关闭时图17的lcd单元的相对光分布的图。

具体实施方式

图2是例示出根据当前公开的主题的侧缘型表面发光装置的第一实施方式的立体图。

在图2中，侧缘型表面发光装置100由以下部分构成：双面棱镜导光板1，该双面棱镜导光板1具有发光表面se、与该发光表面se相反的配光控制表面sd、处在发光表面se和配光控制表面sd的侧边上的光入射表面sin；多个led元件2，该多个led元件2设置在光入射表面sin上；单面棱镜上棱镜片3，该单面棱镜上棱镜片3设置在发光表面se上；吸光片(黑色片)4，该吸光片4设置在配光控制表面sd侧；以及单面棱镜下棱镜片5，该单面棱镜下棱镜片5设置在导光板1与吸光片4之间。

吸光片4由用黑色颜料着色的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)制成。根据需要，对吸光片4的表面进行消光处理(dull-finish)。

led元件2由控制单元200驱动，控制单元200由微型计算机等构成。

在图2的侧缘型表面发光装置100中，当光从led元件2引入导光板1时，光的第一部分从发光表面se通过上棱镜片3发射到外部。另一方面，光的第二部分可从配光控制表面sd泄漏到下棱镜片5。在这种情况下，下棱镜片5将光的第二部分中的一部分返回到导光板1，使得仅光的第二部分中的剩余部分被吸光片4吸收。结果，可以增加方位角θ＝0°处的发光强度i0，并且同时，可以减小方位角θ＝35°或-35°处的发光强度i1，以提高隐私效应，这将在后面进行说明。

接下来将参照图3、图4、图5a、图5b和图6对导光板1进行说明。

图3为图2的导光板1的立体图，在图3中，导光板1由诸如丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂的透明材料制成。导光板1是双棱镜型，其具有在发光表面se上沿着与光入射表面sin垂直的x方向(光传播方向)的多个上侧棱镜11和在配光控制表面sd上沿着与光入射表面sin平行的y方向的多个下侧棱镜12。当来自led元件2(参见图2)的光入射到光入射表面sin时，光传播通过导光板1的内部，使得光被棱镜12朝向棱镜11反射，以从发光表面se发射光。

如图4中所例示，图4是图3的棱镜11中的一个的横截面视图，棱镜11沿z方向的正侧突出，即，棱镜11是凸的。更详细地，每个棱镜11具有等腰三角形的横截面，该等腰三角形的顶角α为80°至110°，该等腰三角形具有圆滑尖端11a，该圆滑尖端11a的曲率半径r为0至25μm。此外，每个棱镜11的宽度w约为50μm。宽度w、曲率半径r和顶角α根据侧缘型表面发光装置100的所需分布特性进行调节，这将在后面进行说明。

注意，每个棱镜11的横截面也可以是诸如半圆形或梯形的其他形状。此外，棱镜11可以由二维地布置在xy平面中的半球形凸部与半球形凹部交替形成。此外，棱镜11可以由二维地布置在xy平面中的多边形锥体形成。

图5a是图3的下侧棱镜12的仰视图，图5b是图5a的部分横截面视图(参见：jp2009-081094a和美国专利申请公开no.2009/0086509a1)，在图5a和图5b中，多个平面镜精加工表面13沿x方向设置在配光控制表面sd上，以将光传播到导光板1的内部。平面镜精加工表面13越远离光入射表面sin，平面镜精加工表面13沿y方向在该位置处的宽度越小。在平面镜精加工表面13之间设置棱镜12的序列，每个棱镜12包括具有大角度β1的倾斜表面12-1和具有小角度β2(<β1)的倾斜表面12-2。棱镜12离光入射表面sin越远，沿着y方向在该位置处的棱镜12的序列的宽度越大。

图6是用于解释图2的导光板1的操作的横截面视图，在图6中，一些光在发光表面se和配光控制表面sd之间进行全反射，然后在第一发光表面se或棱镜12中的一个的倾斜表面12-2处进行折射。在这种情况下，由于沿y方向的平面镜精加工表面13的宽度和棱镜12的宽度沿x方向改变，因此导光板1的发光表面se内的表面发光强度可以是均匀的。因此，从发光表面se发出的一些光l1既不受干扰也不漫射(diffuse)，而是相对于发光表面se的法线以一定角度进行折射。另一方面，一些光l2从导光板1的配光控制表面sd泄漏到吸光片4。

图7是图2的上棱镜片3的横截面视图(参见jp2005-142078a的图8)，在图7中，上棱镜片3由平行于光入射表面sin(参见图2)的一系列等距设置的、变形的三角形棱镜31构成，并且每个棱镜31具有在光入射表面sin侧的直线倾斜(straight-slope)表面31-1和在光入射表面sin的相反侧的弯曲倾斜表面31-2。棱镜31与导光板1的发光表面se相对。棱镜31的宽度例如约为50μm。当具有相对于导光板1的发光表面se倾斜的方向的光l1入射到上棱镜片3的棱镜31时，光l1在直线倾斜表面31-1处折射，然后通过弯曲倾斜表面31-2进行全反射，使得垂直于上棱镜片3的平坦发光表面se3的光l3从其发射。注意，弯曲倾斜表面31-2可以是直线倾斜的、花键(spline)倾斜的或抛物线倾斜的。

图8是图2的下棱镜片5的横截面视图，在图8中，下棱镜片5由垂直于光入射表面sin(参见图2)的一系列等距设置的三角形棱镜51构成，并且每个棱镜51具有沿y方向的对称的直线倾斜表面51-1和51-2。棱镜51与吸光片4相对。在这种情况下，直线倾斜表面51-1和51-2之间的顶角γ例如为90°。

图9是用于解释图8的下棱镜片5的操作的横截面视图，在图9中，从导光板1的配光控制表面sd泄露的光l2入射到下棱镜片5的平坦光入射表面sin5。

相对于下棱镜片5的平坦光入射表面sin5具有相对小的入射角的光l2的光l21被三角形棱镜51的直线倾斜表面51-1和51-2全反射并且返回到导光板1。在这种情况下，光l21到直线倾斜表面51-1或51-2的入射角大于下棱镜片5的临界角，使得光l21被直线倾斜表面51-1和51-2全反射以返回到导光板1。结果，90％或更多的光l2可以在-35°与35°之间的方位角θ处从上棱镜片3发射，这将增强方位角θ＝0°处的发光强度i0。

另一方面，相对于下棱镜片5的平坦光入射表面sin5具有相对大的入射角的光l2的光l22在三角形棱镜51的直线倾斜表面51-1或51-2处折射并且传播到吸光片4。在这种情况下，光l22到直线倾斜表面51-1或51-2的入射角小于下棱镜片5的临界角。这将降低方位角θ＝35°和-35°处的发光强度i1，即增强隐私效应。

在图8和图9中，棱镜51沿着x方向布置；然而，棱镜51的方向与x方向之间的角度可以小于45°，优选地小于20°。

在图10中，图10示出了图2的侧缘型表面发光装置的视觉光分布，其中，下棱镜片5的棱镜51沿x方向(即，垂直于光入射表面sin)设置，发光强度i在中心部分较大且发光强度i的波动相对较小。

另一方面，在图11中，图11表示第二比较例装置300的视觉光分布，其中，下棱镜片5’的棱镜51’沿y方向(即，平行于光入射表面sin)设置，发光强度i在中心部分较小且发光强度i的波动相对较大。

图12a和图12b中示出了图10的侧缘型表面发光装置100的模拟光分布和图11的侧缘型表面发光装置300的模拟光分布。要注意，图12a是由绝对发光强度i(cd/m²)表示的光分布，并且图12b是由相对发光强度i/i0(％)表示的光分布，其中，i0是方位角θ＝0°处的发光强度。

如图12a中所例示，方位角θ＝0°处的绝对发光强度i0在图10的侧缘型表面发光装置100中比在图11的侧缘型表面发光装置300中更大。图10的装置100可以增加方位角θ在-35°与35°之间的发光强度i。另外，如图12b中所例示，方位角θ＝±35°处的相对发光强度i1/i0在图10的侧缘型表面发光装置100中比在图11的侧缘型表面发光装置300中更小。图10的装置100可以提高隐私效应。

图13示出了相对于图8和图9的下棱镜片5的棱镜51的顶角γ的发光强度i0和隐私效应i1/i0，当顶角γ为90°时，方位角θ＝0°处的发光强度i0被定义为100％。另外，导光板1的上侧棱镜11的顶角α和曲率半径r分别为100°和16μm。

如图13中所例示，当顶角γ为90°时，方位角θ＝0°处的发光强度i0最大。另外，当顶角γ为70°～110°时，发光强度i0大于88％，并且当顶角γ为85°～100°时，发光强度i0大于90％。另一方面，当顶角γ为80°至85°时，隐私效应i1/i0略差。然而，即使当顶角γ为70°～110°时，隐私效应也是可接受的。因此，棱镜51的顶角γ为70°～110°，优选地为85°～100°，并且更优选地，棱镜51的顶角γ为90°。

在图14中，图14示出了相对于图3和图4的导光板1的上侧棱镜11的曲率半径r的发光强度i0和隐私效应i1/i0，当曲率半径r为18μm时，方位角θ＝0°处的发光强度i0被定义为100％。另外，导光板1的上侧棱镜11的顶角α为100°。

在图14中，考虑到较大的发光强度i0和具有较小比率i1/i0的隐私效应，曲率半径r为16μm至18μm，更优选地，曲率半径r为16μm。

图15中示出了图2的侧缘型表面发光装置100的发光强度i0和隐私效应i1/i0。在这种情况下，下棱镜片5的顶角γ为90°，导光板1的上侧棱镜11的顶角α和曲率半径r为100°和16μm。

如图15中所例示，发光强度i0大于现有技术的侧缘型表面发光装置的发光强度i0。另一方面，与现有技术的侧缘型表面发光装置相比，隐私效应i1/i0略微劣化；然而，隐私效应i1/i0与第二比较例相比是充分有利的。因此，在图2的侧缘型表面发光装置100中，隐私效应i1/i0可以与发光强度i0兼容。

在图16中，图16是例示出根据当前公开的主题的侧缘型表面发光装置的第二实施方式的立体图，通过将光调制元件6添加到图2的侧缘型表面发光装置100来构造侧缘型表面发光装置100’。光调制元件6也由控制单元200控制。

光调制元件6由其中液晶液滴分散在聚合物中的聚合物分散液晶(pdlc)制成。当控制单元200向光调制元件6施加垂直电压时，由于液晶液滴和聚合物之间的折射率不同，液晶液滴的方向(指向矢)平行于z方向，使得光调制元件6处于透光状态。在这种情况下，侧缘型表面发光装置100’用作图2的侧缘型表面发光装置100，表现出窄视特性，即优异的隐私效应。另一方面，当没有垂直电压施加到光调制元件6时，液晶液滴的方向(指向矢)在聚合物中是随机的，使得光调制元件6处于光漫射状态。在这种情况下，侧缘型表面发光装置100’用作光漫射层，表现出宽视特性。

在图17中，图17例示出了应用了图16的侧缘型表面发光装置100’的lcd单元，同样由控制单元200控制的lcd面板7设置在光调制元件6上。在这种情况下，上侧棱镜11的顶角α和曲率半径r为100°和16μm，且下棱镜片5的棱镜51的顶角γ为90°。

当光调制元件6导通时，即，向其施加垂直电压时，图18a中例示出了相对光分布，表现出窄视特性。即，方位角θ＝±35°处的隐私效应i1/i0(％)在x方向上为3.1％，在y方向上为2.7％，这两者都足够小。另一方面，当光调制元件6关闭时，即，不向其施加垂直电压时，图18b中例示出了相对光分布，表现出宽视特性。即，方位角θ＝±35°处的隐私效应i1/i0(％)在x方向上为8.5％，在y方向上为7.7％，这两者都足够大。

在上述实施方式中，led元件2的数目可以是1、2、3、5或更多。此外，led元件2可以由诸如激光二极管(ld)元件的其他光源代替。另外，led元件可以由诸如冷阴极荧光管和热阴极荧光管的线性光源代替。此外，led元件2可以是接收来自光源的光的光纤。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离当前公开的主题的精神或范围的情况下可以对当前公开的主题进行各种修改和变型。因此，当前公开的主题旨在涵盖当前公开的主题的落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变型。在上文以及在本说明书的背景技术部分中描述的全部相关或现有技术参考文献在此通过引用整体并入。

本申请要求于2018年5月31日提交的日本专利申请no.jp2018-105022的优先权权益，该日本专利申请的公开在此通过引用整体并入。