专利名称：平面型光源及其制造方法
技术领域：
本发明涉及照射液晶板等的平面型光源以及用以形成这种平面型光源的制造方法。
背景技术：
近年来，便携式电话机以及其他便携式信息终端机中用到了小型的液晶显示装置，而作为这种液晶显示装置的照明器件则可用平面型光源。这种平面型光源由板状的导光板和面对其侧面设置的发光二极管(以下称作LED)等发光光源构成，作为适合小型化、薄型化的装置被广泛使用。
所述平面型光源是将LED发出的光入射到导光板，于导光板内反复反射传播。此时，通过设于导光板底面上的槽与波纹射出反射或折射的光。然后，从导光板顶面出射的光朝向液晶显示装置而照射液晶显示装置。
作为这种平面型光源的一例，已知有图4所示的平面型光源(例如参考专利文献2002-093383的图7)。图4示明平面型光源110的结构，(a)为透视图，(b)为侧视图。
图4中，101为发光发源LED，102为导光板，103为棱镜片，106为反射板，107为液晶显示板。导光板102成为大致四边形的平面形板状件，由透光性的玻璃或树脂等构成。102a为导光板102的顶层，102c为与LED101相对的光入射侧面。102b为导光板102的底面。在此底面102b上形成有许多非对称棱镜102b1，与前述顶面102相对。这种非对称棱镜102b1由随着远离光入射侧面102c而急剧增加同顶面102a的距离的下降斜面102b11、随着同顶面102a的距离缓慢减小而上升的斜面102b12构成。此外，在与上述光入射侧面102c相对的位置处将3个LED101布置成由保持件101b保持的状态。
当由未图示的电源给LED101供给规定的电流后，LED101即以白色或规定的颜色发光，LED101射出的光入射到导光板102的光入射侧面102c，在此面上折射而透过导光板102的内部。入射到内部的光如后所述在导光板的顶层102a与底面102b之间反复反射后，于顶面102a折射，从导光板102出射而入射到棱镜片103中。入射到棱镜板103上的光，于棱镜片103内正反射，最后将行进的路径改变到Z方向。朝向此Z方向的光线入射到液晶显示板107上，由此可将透过液晶的光的方向作为理想的方向而能进行清晰的显示。
图5是示明从LED101入射到导光板102的光的路径的侧视图。在此图中，从LED101以出射角θ出射的光线以入射角θi入射到导光板102的光入射侧面102c，并于此面上折射透过，这时的入射角θi和折射的出射角θ的关系为，空气的折射率为1，导光板102(由聚碳酸酯等形成)的折射率为n时，根据斯泗耳(snell)定律，为nsinθ＝sinθi，由此有θ＝sin-1(C1/n)sinθi) …(1)例如当导光板102的折射率为n＝1.58而θi＝90°时，由(1)式得θ＝sin-1(1/1.58)＝39.3°，故有临界而θc＝39.3°。
但由于入射角θi实际上最大也低于90°，因而由(1)式出射角θ最大也低于临界角θc。由于导光板102的临界角θc一般约为40°，故上述出射角最大也不超过40°。以出射角θ透过光入射侧面102c的光线以入射角θ1入射到导光板102的顶面102a。此时，以图5也可看到存在θ+θ1＝90°的关系，但出射角θ如上所述在40°以下，因而入射角θ1在50°以上，超过了40°左右的临界角θc。据此，入射到顶面102a上的光线便以50°以上的反射角θ1全反射。
此反射光相对于设于底面具有倾角α的上升斜面102b12的θ2＝θ1-α的入射角θ2入射。此倾角在此约为1度至几度。
以入射角θ2入射的光线在此底面上以反射角θ2反射，相对于顶面102a以θ3＝θ2-α＝θ1-2α的入射角θ3入射，并以θ3的反射角反射，反射的光线则相对于上升的斜面102b12以θ4＝θ3-α＝θ1-3α的入射角θ4入射。这样，初始时由顶面102a以反射角θ1出射的光线每次在入射到斜面102b12与顶面102a时，其入射角即成为从θ1每次各减去倾角α的值。这就是说，初始时反射角为θ1的光线在以后经反复反射后在作第N次入射时，若其入射角为θ，则θN＝θ1-(N-1)α …(2)(这里，相对于图中所示的θ2、θ3、θ4……，(2)式中的入射次数N分别为2、3、4……)。
于是，当入射角θN减小，相对于临界角θc成为θN＝θ1-(N-1)α＜θc …(3)时，入射光透过顶面102a或底面102b的上升斜面102b12，从导光板102出射到外部。例如设θ1＝52°、α＝1°、θc＝40°时，由(3)式得N＞13，故为了出射到外部，需要反复14次以上的入射。因此，在光入射侧面102c的附近，入射光不会出射到外部。例如当导光板102的厚度为1mm时，在距光入射侧面102c约3mm的范围内，光线难以出射到外部。可是在导光板102的区域中，能利用为照明光的发光区的部分减少，空间的利用率低，不利于装置的小型化。
于是在实际上大多时候并不原样地使用图4所示的平面型光源110而是对之进行了改进而多采用图6所示的平面型光源。图6(a)是示明此光源整体的侧视图，而图6(b)是图6(a)所示的C部的放大图。图6中，120为改进了的平面型光源，102bh是在导光板102的底面102b中设于光入射侧面102c附近的波纹反射面。这种波纹反射面102bh具有细微的不规则的凹凸。这样，平面型光源120在导光板102的底面除有非对称棱镜102b1的反射装置外，还设有波纹反射面102bh构成的反射装置。102D则是非对称棱镜102b1组成的反射装置与由波纹反射面102bh形成的反射装置在边界处出现的台阶。其它标号与结构同于图4所示平面型光源110的情形相同。台阶102D的形状虽有上升情形和下降情形，但其边缘则垂直地形成近拟90°的角度。
如图6所示，从LED101经光入射侧面102c进入导光板102内的光之中，对于入射到波纹反射面102bh上的光线的路径，如图6(a)的实线所示，由于散射而有直接朝向顶面102a的部分，一旦出射到底面，通过反射板106反射再次入射到导光板102后，也有朝向顶面102a的部分。这样，除虚线所示的利用非对称棱镜102的光的路径外，还形成了利用波纹反射面102bh的光的路径。在导光板102的顶面102a，从光入射侧102c附件处，光也能出射到上方，而可使照射区域拓广到光入射侧面102c的附件。
但在这种改进的导光板102之中也存在不少的下述问题。具体如图7的平面图所示。在导光板102的光入射侧面102c附近例如3-4mm左右的区域S1中，有几条醒目的亮线14(图7中将亮线以完全浓厚的阴影表示)。S2则是无醒目亮线的区域。发生这种醒目亮线的厚因据认为是如以下所说明的。如图6(b)所示，存在于导光板102的底面102b中存在的台阶102D的边缘部上，到达有经过光入射侧面102c的来自LED101的光线。
当上述边缘部成为非镜面的糙面时，LED101发光的光线于该边级部上便不作通常的折射而成为以散射形式进行光的输入。这就是说，来自边缘部的许多光线分散到不同方向上，沿导光板102内传播，看起来似乎是边缘部在发光。因此可把上述台阶102D的边缘部视作为二次光源。此外，上述边缘部由于是垂直的，在成形加工之际的复制性差，易成为糙面。因此成为易发生二次光源的部分。
再如图8所示，因台阶102D引起的二次光源向各个方向发出光线。其中相对于导光板102的顶面102a的入射角是以临界角θc以下的入射角进行入射的，则如光线S21、S22所示，通过折射透过该面而出射到外部。这种光线的直接透过是在宽广的范围连续地进行，因而不会产生亮线。另一方面，当上述入射角超过临界角θc时，光的路径如S31、S32、S33所示，一旦于顶面102a上反射后，便射向底面102b。最后经一至多次反射，从顶面102a出射到外部，成为照明光。到出射至外部所经的反射次数，根据前述原理，随着相对于顶面102a的初始入射角的增大而增多(参看(3)式)。
具体地说，反射次数对应于光的路径S31、S32、S33，按1次、2次、3次顺次地增加。因此，从导光板102顶面102a出射的位置成为离散的，生成图7所示的亮线。至于光束的宽度，如图9所示，比较图8所示的光的路径S31、S33分别对应的光束φ1与φ3，将从导光板102的上面102a出射时的光束的宽度在φ1的情形设为b1，在φ3的情形设为b3，则光束的宽度b3显著地大于b1。看来这是由于随着光的路径的反射次数增加使光程长增大，与此大致成比例地也增大了光束的宽度所致。这样，亮线的宽度便也如图7所示，随着离开导光板102的光入射侧面102c的距离增加面顺次变宽。此外，当光的路径的反射次数进一步增加，从导光板102的顶面102a出射时的光束的宽度变得更宽，单位面积上的光量即亮度降低，如图7所示，当离开光入射侧面102c一定程度后，亮线变得不醒目。
如上所述，产生醒目亮线的原因是源于导光板102的底面102b存在台阶102D(参看图6与8)。此台阶102D是在由模制加工形成导光板102时，通过于模具内应用了许多模块(复制用形成凹凸面的模腔内的金属型件)而形成的。图10为用于形成导光板102而使用的现有的金属型要部的示意略图。图10中，121为金属模具框，122为波纹图案用模块，123为棱镜图案用模块。波纹图案用模块122的表面上形成有与图6所示波纹反射面102bh相对应的凹凸图案，棱镜图案用的模块123的表面上形成有与导光板102的底面102b所设非对称棱镜102b1相对应的凹凸图案。形成导光板102之际，首先如图10(a)所示，将波纹图案用模块122与棱镜图案用模块123置入金属模具框121之中，然后如图10(b)所示，使两种模块122、123成密切接触状态。再将溶融树脂材料注入金属模具框121中，复制这两种模块122、123的表面图案，形成导光板102。
此时，如图10(c)的剖面图所示，在波纹图案用的模块122和棱镜图案用的模块123之间多会形成台阶D，通过复制此台阶D就成为图6所示的导光板102的台阶102D。此台阶D的边缘部略成90°。此外，台阶D虽因波纹图案用模块122和棱镜图案用模块123的厚度差产生，但在加工模块122、123的表面图案的凹凸之际，由于各自的厚度变化，要想使厚度一致而无台阶是极其困难的。
这样，在已有的导光板102上，由于模块122、123之间生成的台阶D被复制而作为反射面的台阶102D出现，因而在由此导光板102照明时，就会产生起因上述台阶而产生的醒目亮线的问题。当产生了这种亮线，就能出现阴暗条纹、外观不佳的平面型光源的问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述的现有技术中的问题而提出的，其目的在于提供这样的面状光源及其制造方法，即在具有导光板及配置于其一侧的LED等发光光源的平面型光源中，能抑制因上述导光板的反射面的台阶产生的亮线，由此来防止亮线所致的阴暗条纹。
为了达到上述目的，本发明的平面型光源具有底面形成为反射面的板状透光材料件，使上述反射面由多种反射装置组合成的导光板以及于此导光板的光入射侧面相对配置的发光光源，此平面型光源的特征在于，上述导光板的反射面是在形成于该反射面中的多种反射装置之间平滑地形成，使得在相邻的反射装置之间不生成台阶。
作为本发明的面状光源的一实施列，上述反射面是用对应多种反射装置的各复制面所形成的单一模腔内的金属模型片复制形成的。
此外，上述反射面作为多种反射装置具有棱镜形成的反射装置和由预定形状的波纹所成的反射装置。
为了实现上述目的，本发明的平面型光源的制造方法是于导光板的底面上形成由多种反射装置组成的反射面的平面型光源的制造方法，其特征在于，将对应上述多种反射装置的各复制面所形成的单一模腔内的金属模型片设置于导光板的成形金属模具内，通过于此成形金属模具内注入熔融树脂，复制成不会使多种反射装置间产生台阶的反射面。
作为本发明制造方法的一实施例，特征在于，于上述模腔内金属模型片的复制面上形成与棱镜所致反射装置相对应的凹凸复制面以及与规定形状的波纹所致反射装置相对应的凹凸复制面。
此外，作为上述模腔内金属模型片的复制面的形成方法，本发明的特征在于，在对应于导光板的反射面的整个复制面上加工出与棱镜所致的反射装置对应的凹凸复制面，然后掩蔽此凹凸复制面的一部分，于未掩蔽的余剩复制面上珩磨加工出与规定形状的波纹所致反射装置相对应的凹凸复制面，在同一复制面上形成上述模腔的金属模型片的复制面上的棱镜所致凹凸复制面以及波纹所致的凹凸复制面。
图1示明本发明第一实施方式的平面型光源。
图2是示明上述图1所示平面型光源的照明光状态的平面图。
图3示明图1所示平面型光源的制造方法，同时示明本发明第二实施方式的平面型光源。
图4示明现有的平面型光源。
图5示明图4所示平面型光源的通常的反射路径。
图6示明改进了图4所示平面型光源的平面型光源。
图7示明图6所示平面型光源的照明光的状态。
图8示明图6所示平面型光源的通常的反射路径。
图9说明图6所示平面型光源的异常的反射路径。
图10示明图6所示面状光源的制造方法。
具体实施例方式
图1示明本发明的平面型光源的第一实施方式，(a)为此平面型光源10的透视图，(b)为其侧视图，(c)为图(b)中A部的放大图。
图1中，标号1是用作光源的LED，2为导光板，3为棱镜片，6为反射板，7为液晶板。导光板2为大致四边形的平面板状件，由透光性树脂例如聚碳酸酯等组成。2a为导光板2的顶面，2b为导光板2的底面。2c为与LED1相对的导光板2的光入射侧面。导光板2的底面2b上在与上述光入射侧面2c的附近设有辅助反射面2bh。辅助反射面2bh具有较细的棱镜或波纹的凹凸。这种棱镜或波纹的凹凸被规则地或不规则地设置。在底面2b上，与上述辅助反射面2bh相连的部分上形成有由许多非对称棱镜2bp组成的棱镜反射面。这种非对称棱镜2bp具有随着与光入射侧面2c的距离增加而急剧地增大与顶面2a的距离的下降斜面2bp1以及与顶面2a的距离缓慢减小的上升斜面2bp2。如图1(c)所示，非对称棱镜2bp的上升斜面2bp2的倾角α约为1度至几度。3个LED1由保持件1b保持而配置于光入射侧面相对的位置上。
在上述结构下，当由未图示的电源向LED1提供规定的电流后，LED1即以白色或规定的颜色发光。从LED1发出的光之中，如图1(b)的虚线所示的入射到导光板2的光入射侧面2c上的光，经折射而出射的角比临界角小，所以根据上述现有例用图5所说明的相同原理，在初始到达顶面2a上时，由于相对于该面的入射角(图5的θ1)在临界角以上而发生全反射。然后如图1(b)的虚线例示，通过在顶面2a与底面2b之间反复反射，如已说明过的，每次反射后入射角就减小一个斜面倾角α，在其到达临界角以下时，通过折射而向外部出射。这样，经正常路径从导光板2上面2a出射的光线便入射到棱镜片3之上。
另一方面，于光入射侧面2c向下方折射而到达辅助反射面2bh的光，如图1的实线所示，也有因散射而互接朝向顶面2a的，而也有一旦向下方出射，在通过反射板6反射而再次入射到导光板2后朝向顶面2a的。到达顶面2a的光当入射角在临界角以下便出射到外部，入射到棱镜片3。这样，除利用在图1中以虚线所示的非对称棱镜2bp的光的路径外，还产生有利用辅助反射面2bh的光的路径。于是，在导光板2的顶面2a上，还能从光入射侧面2c附近有光出射，并将照明区域拓广到光入射侧面2c的附近。入射到棱镜片3上的光于棱镜片3内正反射，最终将前进路径改变到Z方向上。朝面此Z方向的光线入射到液晶显示板7上，由此使透过液晶的光的方向成为理想的方向而能有清晰的显示。
在此，于第一实施方式的平面型光源10的导光板2上，如图1(c)的放大图所示，在辅助反射面2bh与非对称棱镜2bp的棱镜反射面的界面上不形成已有的那种台阶。这种台阶是图6所示的已有的平面型光源120中产生的台阶(边缘垂直的清晰的台阶即相当于图8的102D)。由此不会发生因台阶导致的二次光源，防止了发生上次光源照明时醒目亮线造成的阴暗条纹，结果可以防止降低液晶显示的质量。
图2是示明图1所示平面型光源10的照明光状态的平面图。据此在导光板2的全区域成为没有醒目亮线的区域R，看不到过去那种醒目的亮线。此外，不产生上述台阶的原因乃是由于在用金属模具通过树脂模压加工来形成导板2之时，作为设置到此金属模具内的模块(形成复制用凹凸面的模腔内的金属模型片)则是采用单一的模块。即原来要把分割成2个的模块作为整体的1个模块来使用。通过由这种整体的模块来复制凹凸形状，就不会象过去那样，由于组合了多个模块而产生的模块间的台阶被复制到导光板中。
下面说明图1所示平面型光源10的制造方法，特别着重说明导光板2的制造方法。图3示明形成导光板2的方法。在图3(a)中，标号21是用于形成导光板2的金属模具，于金属框22之中设有单一的模块23。此模块23是将过去分成两个的模块制成整体的。在模块23的表面上形成有与导光板2的辅助反射面2bh相对应的凹凸组成的棱镜图案部23a以及由与非对称棱镜2bp的反射面对应的凹凸组成的棱镜图案部23p。
图3(b)是示明上述模块23的表面的辅助图案部23S与棱镜图案部23p在界面附近凹凸状态的剖面图。由此在此两图案部的界面处看不到过去那种台阶(参看图10)而为平滑的。
下面说明用上述金属模具形成导光板2的情形。首先将前述的模块23设定到金属模具框22内，然后将熔融树脂注入空隙部内。由此将模块23表面上形成的辅助图案部23S与棱镜图案部23p的凹凸复制到导光板2的底面2b之上，但如以上所述，由于模块23的表面的凹凸上没有台阶，因而导光板2的底面2b之上不产生过去那种台阶。
下面根据图3(c)以例子说明上述模块23的表面上形成的棱镜图案部23p与辅助图案部23s的形成方法。
①首先于模块23表面的整个区域通过机加工等切削出棱镜用槽，形成棱镜图案部23p。
②其次留出形成的棱镜图案部23p的一部分，以树脂或橡胶等组成的掩模M覆盖这留出的部分。
③然后在此状态下通过珩磨等加工磨削棱镜图案部23p的露出部分，形成由具有微细的不规则凹凸的波纹而组成的辅助图案部23s。
④最后除去掩模。在这样形成的模块23的表面上，于所要求的区域中形成相分开的棱镜图案部23p和由波纹组成的辅助图案部23s，而且在这两个图案部23p与23s的界面处不形成台阶。
如上所述，根据本发明平面型光源，由于导光板的反射面上不产生复制模块时的台阶，就不会有过去那种因台阶引致的醒目亮线。结果可以防止亮线造成的阴暗条纹，能提高液晶显示的质量。
权利要求
1.一种平面型光源，具有底面形成为反射面的板状透光材料件，使上述反射面由多种反射装置组合成的导光板以及与此导光板的光入射侧面相对配置的发光光源，此平面型光源的特征在于，上述导光板的反射面是在形成于该反射面中的多种反射装置之间平滑地形成，而在相邻的反射装置之间不生成台阶。
2.权利要求1所述的面装光源，其特征在于，上述反射面是用多种反射装置对应的各复制面形成的单一模腔内的金属模型片复制形成的。
3.权利要求1所述的面状光源，其特征在于，所述反射面具有棱镜形成的反射装置和由规定形状的波纹所成的反射装置。
4.一种平面型光源的制造方法，它是于导光板的底面上形成由多种反射装置组成的反射面的平面型光源的制造方法，其特征在于，将上述多种反射装置对应的各复制面形成的单一模腔内的金属模型片设置于导光板的成形金属模具内，通过于此成形金属模具内注入熔融树脂，复制成于多种反射装置间不会产生台阶的反射面。
5.权利要求4所述的平面型光源的制造方法，其特征在于，于上述模腔内金属模型片的复制面上形成与棱镜所致反射装置相对应的凹凸复制面以及与规定形状的波纹所致反射装置相对应的凹凸复制面。
6.权利要求5所述的平面型光源的制造方法，其特征在于，上述模腔内金属模型片的复制面的形成方法是在对应于导光板的反射面的整个复制面上加工出与棱镜所致的反射装置对应的凹凸复制面，然后掩蔽此凹凸复制面的一部分，于未掩蔽的余剩复制面上珩磨加工出与预定形状的波纹所致反射装置相对应的凹凸复制面，再将上述模腔的金属模型片的复制面上的棱镜所致凹凸复制面以及波纹所致的凹凸复制面形成到同一复制面上。
全文摘要
本发明提供一种平面型光源及其制造方法。本发明的平面型光源包括底面形成为反射面的板状透光材料件，具有使上述反射面由多种反射装置组合成的导光板以及与此导光板的光入射侧面相对配置的发光光源，此平面型光源的特征在于，上述导光板的反射面是在形成于该反射面中的多种反射装置之间平滑地形成，而在相邻的反射装置之间不生成台阶。由此能防止在发光照明时在上述各反射装置间产生的阴暗差而形成的条纹。
文档编号G02F1/13357GK1499261SQ20031010443
公开日2004年5月26日 申请日期2003年10月29日 优先权日2002年10月29日
发明者奥胁大作, 宫下纯司, 司 申请人:西铁城电子股份有限公司