背光器件、光源器件、透镜、电子设备和光导板的制作方法

专利名称：背光器件、光源器件、透镜、电子设备和光导板的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在例如根据基于光的透射产生的亮度来显示图象的显 示器中产生光的背光器件、用于该背光器件的透镜、光源器件、电子设备 和光导板。
背景技术：
近年来，作为安装在液晶显示器中的背光，已经提出了使用LED (发 光二极管)作为光源的背光，并将其嵌入在产品中。在广色域LED背光 中，使用分别用于R (红色)、G (绿色)和B (蓝色)色彩的LED，从 而实现具有100%或更高的NTSC (国家电视系统委员会制式)的色彩重 现。现在，期望具有这种LED背光的显示器以PC (个人计算机)、娱乐 装备或者车内使用的形式而投入商用。在从约7至17英寸范围的中等尺寸背光的情况下，减小背光的厚度 是关键性的。这里，在所谓直接下挂型背光中，LED布置在液晶面板的显 示表面的后侧上，并沿着显示表面布置。大部分大尺寸背光包括直接下挂 型背光。但是，为了实现上述薄型背光，不可缺少的是涉及所谓边缘光型 (侧边缘型)背光，其中从光导板的边缘发射光。作为边缘光型背光的示 例，在日本专利早期公开No. Hei 11-212479 (此后称作专利文献1)中公 开了 一种实现保持发光表面均匀的背光技术。专利文献1中所属的发明的目的不在于减小厚度，而在于即使在大尺 寸显示器中，也能去除亮度的不规则并实现减轻的重量(例如，参考专利 文献1的段落
、
等，以及图l和图3)。具体而言，如专利文 献1的图1所示，设置四个光源(3)以确保预定亮度，并在光导板 (9) 、 (10)之间设置间隙(11)，以实现减轻的重量。此外，如专利 文献1的图3所示，柱面透镜(12)沿着间隙(11)的两个端部布置，从
而从光源(3)发射的光被会聚，并均匀地散布在光导板(9) 、 (10)的 从端部到中部范围的区域中。顺便提及，如专利文献1的说明书的段落
所述，光源(3)由热阴极管或冷阴极管组成。作为将LED用作光源的背光，以及提出了一种减小亮度不规则的背光 (例如，参考日本专利早期公开No. 2005-196989 (此后称作专利文献 2))。在此背光中，RGB LED的光强分布被控制到预定范围，从而减小 色彩和照度中的不规则(例如，参考专利文献2的段落
)。发明内容在其中LED基本布置为域光导板紧密接触的情况下，如在专利文献2 所公开的边缘光型背光的结构中，即使LED的间隔较小，也大量发生诸如 所谓球形显现(bulb appearing)现象之类的色度或亮度的不规则，尤其是 在光导板的入射部分处。因此，存在对能够抑制亮度或色度中的不规则的技术的需要。根据本发明的实施例，提供了一种背光器件。该器件包括发光元 件；透镜，其具有入射表面和出射表面，由所述发光元件发射的光入射在 所述入射表面上，所述出射表面具有会聚光的能力并且入射在所述入射表 面上的光从所述出射表面出射；和光导板，其具有光入射面，并且通过所 述入射面引入从所述出射表面出射的光，以实现表面发光。该器件还包括 反射构件，其可工作以将从所述透镜的所述出射表面出射的光的一部分朝 向所述光导板的所述入射面反射。在本发明的一个实施例中，透镜包括具有会聚能力的出射表面，由此 入射在入射表面上的光可以被尽可能多地聚集，并且可以使聚集的光朝向 光导板出射。此外，通过用于反射从透镜的出射表面出射的光的反射构 件，从出射表面出射并且没有直接行进到光导板的光也可以被引入到光导 板中。这使得可以增大引入到光导板中光线的量，并抑制亮度中的不规 则。此外，可以增强亮度本身。在上述背光器件中，优选地，所述出射表面具有第一主表面(主 面)，其具有所述会聚能力；和侧表面，其设置在所述第一主表面的侧部
处；并且所述背光器件还包括反射部分，其被设置成面对所述侧表面并使 得从所述侧表面出射的光再次入射在所述侧表面上并通过所述第一主表面 出射。如果不存在反射部分，则从侧表面出射的光将不会引入到光导板 中。反射部分的存在确保了使从侧表面出射的光还入射在透镜上并被利 用，从而增大了引入到光导板中光线的量，并可以获得均匀的光。此外， 这可以增大光使用效率并增强亮度。在上述背光器件中，优选地，所述出射表面具有第一主表面，其具有所述会聚能力；和侧表面，其设置在所述第一主表面的侧部处；并且所述 反射构件具有第一反射表面，其可工作以将从所述透镜的所述出射表面出 射的光的一部分朝向所述光导板的所述入射面反射；和第二反射表面，其 被设置成面对所述侧表面并反射从所述侧表面出射的光使得从该光再次入 射在所述侧表面上并通过所述第一主表面出射。如果不存在第二反射表 面，则从侧表面出射的光是将不会引入到光导板中的光。第二反射表面的 存在确保了使从侧表面出射的光还入射在透镜上并被利用，从而增大了引 入到光导板中光线的量，并可以获得均匀的光。此外，因为单个反射构件 具有第一和第二反射表面两者的功能，所以可以实现背光器件尺寸或厚度 的减小。在上述背光器件中，优选地，所述反射构件包括基部，其具有所述第 二反射表面；和楔部，其具有所述第一反射表面，并且其在所述光导板的 厚度方向上的宽度随着从所述基部朝向所述光导板而逐渐减小。反射构件 还被用作用于定位透镜的构件。不需要单独提供透镜固定构件等，由此可 以实现背光器件尺寸或厚度的减小，并且可以在结构上简化背光器件。在上述背光器件中，优选地，所述入射表面包括第二主表面，其具有 会聚能力；和突出表面，其设置在所述第二主表面的端部处并从所述第二 主表面突出。这确保了例如即使当产生从发光元件广泛散射到外部的光 时，也可以通过突出表面有效地将光聚集到透镜中。第一主表面的会聚能 力和第二主表面的会聚能力可以不同或相同。在上述背光器件中，优选地，所述入射表面具有散射光的能力。这确 保了即使当光在入射表面处散射时，也可以通过第一主表面将光会聚，并
且从侧表面出射的光可以被反射部分和第二反射表面反射，由此可以增大 光使用效率。在上述背光器件中，优选地，所述透镜是将柱面作为所述出射表面或 所述第一主表面的透镜，或者是将超环面作为所述出射表面的透镜。相同 情况可以应用于第二主表面。在上述背光器件中，优选地，所述透镜具有反射表面，其设置在所述 出射表面的侧部处并对入射在所述入射表面并经过所述透镜的光进行反 射。虽然在上述构造中由反射部分或第二反射表面反射光，但是此构造中 的透镜具有包括反射功能的反射表面。在上述背光器件中，优选地，所述发光元件是发射多种色彩的光的元 件。该透镜还被构造成可以取入尽可能多的以各种角度从发光元件发射的 光线。因此，促进了多种色彩的光线的混合，并且可以在光导板的入射面 处产生不具有色度或亮度中的不规则的混合色彩光。在上述背光器件中，优选地，所述光导板具有设置在所述入射面处的 透镜部或棱镜部。根据透镜的出射表面的形状，光在光导板的面中的散布 可以相对较小或者可以相对较大。在此构造中，可以合适地控制光的散布 的程度。根据本发明的另一个实施例，提供了一种背光器件。该器件包括发 光元件；和透镜，其具有入射表面、出射表面和侧表面，由所述发光元件 发射的光入射在所述入射表面上，所述出射表面具有会聚光的能力并且入 射在所述入射表面上的光从所述出射表面出射，所述侧表面设置在所述出 射表面的侧部处。该器件还包括光导板，其具有光入射面，并且通过所 述入射面引入从所述出射表面出射的光，以实现表面发光；和反射部分， 其被设置成面对所述侧表面并使得从所述侧表面出射的光再次入射在所述 侧表面上并通过所述出射表面出射。根据此构造，从透镜的侧表面出射的光被反射部分反射，以再次通过 侧表面引入到透镜中，从而增大了引入到光导板中光线的量，可以获得均 匀的表面发光，并可以抑制亮度中的不规则。此外，增强了光使用效率， 并可以增强亮度本身。
因此，根据基于本发明的背光技术等，可以抑制亮度或色度中的不规 则。此外，可以实现成本降低和结构简化。


图1是示出根据本发明实施例的背光器件的立体图利用本发明的系统 的方框图；图2是以放大形式示出如图1所示的背光器件的一部分的立体图； 图3是背光器件的一部分沿着水平面所取的剖视图； 图4是沿着图3的线A-A所取的剖视图；图5示出了其中RGB色彩在光源块中排列的顺序的修改示例；图6示出了透镜的设计值；图7是示出指明透镜的第一和第二主表面的形状的设计值；图8示出了从例如三种光源块产生的光线通过透镜和光导板传播的方式；图9示出了在X-Z平面上观察是图8中的光线传播的方式； 图10是示出根据本发明另一个示例的光源器件的剖视图； 图11是示出指明透镜的主表面和入射表面的形状的设计值的表格； 图12示出了当三种光源器件工作以发光时光线的状况； 图13示出了表示在三种光源器件中，光导板的入射面附近光强分布 特定的图；图14示出了在三种光源器件中，光导板中亮度和色度的状况； 图15A至图15H示出了透镜的各种修改示例；图16A至16E示出了光导板的各种修改示例，其示出了入射面的切割 模式的不同；并且图17是示出装备有使用根据本发明的以上实施例的背光器件的显示 器的膝上型PC的一部分的部分剖视图。
具体实施方式
现在，将参考附图描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明实施例的背光器件的立体图。图2是以放大形 式示出如图1所示的背光器件10的一部分的立体图。图3是示出背光器件 10的一部分的平面图。背光器件10是主要布置在液晶面板(未示出)的 背侧上的器件，所述液晶面板具有例如液晶元件作为用于对光的透射进行调制的元件。背光器件IO包括光源器件1、光导板2和光学片3、 4。图3 是背光器件10的一部分的沿着水平面所取的剖视图，图4是沿着图3的线 A-A所取的剖视图。如图1所示，光源器件1具有例如多个光源块5、用于将由光源块5 产生的光引导至光导板2的透镜6、以及反射从透镜6引导的光的反射构 件7。光源块5包括例如作为发光元件的LED 8。如图4所示，在此实施 例的光源块5中，安装由用于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)这三种 主要色彩的LED芯片，并且LED 8嵌在透明树脂9中。透明树脂9理想 地具有100%的光透射率，但是，自然地，尽管透明树脂9是"透明" 的，仍然会在其中发生一些光的吸收。如图3所示，光源块5沿着光导板 2的入射面2a排列为一排，使得在各个光源块5中，LED 8以从图中的左 侧起R、 G和B的顺序排列。但是，如图5所示，光源块5可以是在布置 方向(Y方向)上交替相反地布置，使得LED以RGB、 BGR、 RGB、... 的色彩顺序布置，或者光源块5可以布置为随机安排色彩顺序。光源块5的形式不限于上述情况。例如，可以在每个光源块中安装用 于一种色彩的LED，或者可以在每个光源块中安装用于两种色彩的LED。 或者， 一个光源块可以包括用于四种或更多种不同色彩的LED或者用于相 同色彩的LED。 LED的色彩不限于R、 G和B三种；例如，可以构思诸到 采用如黄色、橙色和祖母绿色之类各种色彩。换言之，由背光器件10产 生的色彩(光导板进行表面发光的色彩)不限于白色，而可以是上述色彩 的单个(单色)或组合使用中的任一种。或者，可以将包括白色LED的光 源块用作光源块。在每个光源块包括用于一种色彩的LED的情况下，分别 用于R、 G和B色彩的光源块可以按顺序布置，或者可以布置成使得R、 G和B色彩随机布置。光源块的数量不受限制，并且该数量可以是一个或 多个。在光源块的数量是一或小数量时，期望使用大功率LED。光源块的
数量还取决于液晶面板的尺寸。光导板2和光学片3、 4可以是各种已知的光导板和光学片的任一种。布置在光导板2的前表面2b那侧(布置有液晶面板的那一侧)的光 学片3的示例包括棱镜片和漫射片。布置在光导板2的后表面2c那侧上的 光学片4的示例包括反射片。此外，极性片可以包括在光学片3、 4中。 棱镜片可以是普通棱镜片或者反向棱镜片。但是，光学片的构造和布局不 限于上述构造和布局，而可以如上所述使用各种己知的情况。透镜6与光导板2的入射片面2a相对地布置，使得其沿着入射面2a 延伸，并在形状上为长形(见图3)。透镜6例如在光导板2的厚度方向 (Z方向)上夹在两个反射构件7之间。反射构件7形成为在Y方向上较 长，并可以在Y方向上分为两个或更多部分。透镜6还可以是单个长形的 一个透镜，或者可以在Y方向上分为两个或更多部分，类似于反射构件 7。如图4所示，反射构件7具有基部7a和楔部7b，并且光源块5和透 镜6与基部7a接触。楔部7b具有锥形，使得其厚度随着远离基部7a而减 小。楔部7b具有第一反射表面17，用于将从透镜6的出射表面6a出射的 光的一部分朝向光导板2反射。可以合适地设定第一反射表面17的角度 (例如，相对于光轴，即x轴的角度)。另一方面，基部7a具有第二反射 表面27，其面对透镜6的侧表面36，并且反射从侧表面36出射的光，使 得该光再次入射在侧表面36上。这样再次入射在侧表面36上的光通过透 镜6的出射表面6a出射，以入射在光导板2的入射面2a上，其将在下文 描述。通过例如汽相沉积、溅射、涂覆等方法形成具有高光反射性的膜， 来形成第一反射表面17或第二反射表面27。或者，反射构件7自身的材 料可以是具有这种高反射性的材料。光源器件1和光导板2等通过诸如框架(未示出)之类的合适构件进 行定位而被固定。光源块5、透镜6和反射构件7可以通过使用粘接材料 或类似固定方法相对定位并固定，或者它们可以不需要直接互相接触，但 可以通过合适的固定方法固定。如图4所示，透镜6具有从光源块5发射的光入射在其上的入射表面 6b，以及光通过其出射的出射表面6a。出射表面6a具有第一主表面16和 设置在第一主表面16的侧部处的侧表面36，第一主表面16具有会聚光的 能力，即，是凸形的。如上所述，透镜6的侧表面36面对并接触反射构 件7的基部7a的第二反射表面27。入射表面6b具有第二主表面26和设 置在第二主表面26的上下端部处并从第二主表面26突出的突出表面46， 第二主表面26具有会聚光的能力。突出表面46每个被设置成与光源块5 的封装表面11形成最优角度。该最优角度例如是确保来自光源块5的光 尽可能多地入射在透镜6上的角度。第一主表面16是例如超环面或柱面。第二主表面26也是超环面或柱 面。第一主表面16和第二主表面26的组合可以是超环面的第一主表面16 和柱面的第二主表面26，或可以是柱面的第一主表面16和超环面的第二 主表面26。或者，主表面16和26两者可以都是超环面或可以都是柱面。 侧表面36不限于平面，而可以是曲面。类似于侧表面36，突出表面46可 以是曲面。透镜6的材料的非限制性示例包括聚碳酸酯、烯烃树脂和玻璃材料。 这些材料每种都确保抗热性。图6示出了透镜6的设计值。如图6所示，透镜6的高度hl、透镜6 的厚度al、透镜6在光轴处的厚度bl例如被设定为hl=2.94mm、 al二 2.23mm、 bl二2.10mm。透镜6在纵向(即，在图光源块5中垂直于纸面 的方向，即Y方向)上的长度是43.34mm。光源块5中LED芯片是约 0.3mm正方。这些值仅作为示例给出，它们可以被合适地修改。图反射构件7是示出指明透镜6的第一主表面16和第二主表面26的 形状的设计值的表格。在此示例中，第一主表面16和第二主表面26两者 都是非球面(非柱面)，例如超环面。在以主表面16和26每个的顶点作 为原点并以光轴方向作为x轴的直角坐标系中，以每个主表面的顶点处的 曲率为c、 二次曲线常数为k、并且第四阶、第六阶和第八阶非球面系数 为0!2、 o3和q4，则非球表面变形量AH(h)，即非球表面可以由以下方程 (1)表达。由于此直角坐标系，从光轴起沿图中z方向的高度方向被取为 y轴。
△H(h)=(cy2/[l + {l-(l+k)c2y2}1/2]) +o2y4+c6y6+a4y8 。。。 (1) 现在，将参考图4描述背光器件10的工作。在从每个LED 8产生的光线中，由于相对于封装表面11和第二主表 面26的临界角度的影响，在预定角度范围内的光线透射通过透明树脂9。 以X轴方向作为O度的角度在X-Y平面中观察时，透射通过透明树脂9的 光线基本上被散布到大致90度。在此实施例中的透镜6也可以将这样散 布的光线引导至光导板2。在透射通过透明树脂9的光线中，与透镜6的光轴(X轴)具有相对 小角度的那些光线入射在第二主表面26上。入射在第二主表面26上的光 线被折射，经过透镜6，通过第一主表面16出射，并被引入光导板2的入 射面2a。另一方面，在透射通过透明树脂9的光线中，与光轴具有相对大 角度的那些光线入射在突出表面46上。入射在突出表面46上的光线被折 射，通过透镜6的侧表面36出射，然后被反射构件7的第二反射表面27 反射，并再次入射在6的侧表面36上。入射在侧表面36上的光线通过第 一主表面16出射，然后被反射构件7的17反射，并被引入光导板2的入 射面2a。图8示出了例如从光源块5发射的光线通过透镜6和光导板2传播的 方式。图9示出了从X-Z平面观察的该方式。从图8可以看到，光线在透 镜6中也在Y方向上(即，在透镜6的纵向上)散布。因此，透镜6中光 的传播不仅发生在光轴方向上，而且还发生在交叉方向和倾斜方向上，其 参与了反复发生的多重反射，从而促进了由光源块5发射的光的RGB色 彩的混合，并可以产生期望的白色。在经历反复多重反射的同时传播通过 透镜6的光中，约65。/^被引导至光导板2。因此，根据此实施例中的光源器件1，透镜6包括具有会聚能力的第 一主表面16，由此可以尽可能多的聚集入射在入射表面6b上的光，并使 聚集的光朝向光导板2出射。此外，从第一主表面16出射并且没有直接 行进到光导板2的光线也可以通过反射构件7的第一反射表面17被引入光 导板2。这确保了引入光导板2的光线量的增大，可以获得均匀的表面发
光，并可以已知亮度的不均匀。此外，可以增强亮度本身。根据此实施例中的透镜6，如上所述促进了由光源块5发射的光的RGB色彩的混合，由此可以在光导板2的入射面2a处产生不存在色度或 亮度上的不规则的白色。如果不存在反射构件7的第二反射表面27，则从透镜6的侧表面36 出射的光线将不会被引入到光导板2中。但是，实际上，存在第二反射表 面27，因此从侧表面36出射的光线再次入射在透镜6上并可以被利用； 结果，增大了引入到光导板2中的光线量，从而可以获得均匀的光。此 外，这经一步促进了色彩的混合，从而实现了上述效果。此外，因为反射构件7每个都具有第一反射表面17和第二反射表面 27两者的功能，所以可以实现背光器件10的尺寸或厚度的减小。此外， 反射构件7还具有用于定位光源块5和透镜6的构件的功能。因此，不需 要为固定光源块5和透镜6单独准备一个或多个构件，其还可以实现背光 器件10的尺寸或厚度的减小。根据此实施例中的透镜6，因为设置了突出表面46，所以即使产生了 从光源块5广泛散布到外部的光线，也可以通过突出表面46将这些光线 有效地聚集到透镜6中。同时， 一般而言，考虑到发光量，所安装的LED芯片数量随着是将大 功率型LED还是将普通LED用作构成背光的LED而不同。以例如大约十 倍于普通LED的电流值(约数百毫安)来驱动大功率型LED。在使用大 功率型LED的情况下，考虑到所安装的LED数量和应对热的手段，难以 使RGB芯片互相靠近。因此，芯片间距变大，其在有限空间中通过混合 RGB光线来获得白光时是不利的。在使用大功率型LED的情况下，如果 能够确保足够的光路，将几乎不会产生问题，但是由于用于背光的框架的 空间问题以及由于为了减小系统厚度而对厚度的限制的问题，难以获得足 够的光路。着眼于此，在现有技术背光的一些情况下，通过利用分色镜来 主动地进行到白光的会聚；但是，即使在这些情况下，光学系统的尺寸仍 然会引起与厚度和框架宽度减小相关的问题。另一方面，利用普通的小功率LED使得可以实现RGB LED芯片之间 极小的间距，这在实现厚度和框架(边框)宽度减小方面是有利的。但 是，如上所述，在LED基本布置为与光导板紧密接触的情况下，如专利文献2中所述的边缘光型背光结构，即使芯片间距较小也将产生亮度和/或色度的不规则。此外，在普通LED的情况下，对分色镜的利用伴随着使镜自身更薄的 需要，这带来了与强度有关的问题。此外，因为光学部件在尺寸上较小， 形成反射膜等的成本提高将导致成本的较大提高。在利用分色镜的情况 下，透镜紧接着插在LED之后，使得来自光源的光线平行，此构造也伴随 着实现小孔径的限制。此实施例中的光源器件1能够降低成本并能够减小 尺寸或厚度。此外，简单结构的实现使得可以减小支撑光源器件1的框架 (边框)的宽度w (例如，如图17所示)。图10是示出根据本发明另一个实施例的光源器件的剖视图。这里， 对于与根据图光源器件1至4所示的实施例的背光器件IO相同的构件和功 能，将简化或省略说明，并且以下说明将集中于与上述实施例的不同之 处。在如图10所示的光源器件51中，透镜12的形状不同于如图4所示的 光源器件1的透镜6。类似于透镜6，透镜12面对光导板2的入射面2a， 并在沿着入射面2a的方向的Y轴上是长形的。透镜12包括入射表面12b 和出射表面12a，出射表面12a具有主表面22和设置在主表面22的侧部 处的侧表面32。透镜12的高度h2和透镜12在光轴处的厚度a2被设定为 h2二2.94mm和a2 = 2.23mm。透镜的纵向或Y方向的长度是43.34mm。这 些值可以适当地修改。图ll是示出用于指明透镜12的主表面22和入射表面12b的设计值的 表格。主表面22的形状由上述方程(1)指明，在此示例中，主表面22 是超环面，入射表面12b是平(平坦的)面。透镜12相对于光源块5和反 射构件7定位，使得构成透镜12的出射表面12a的一部分的侧表面32面 对反射构件7的第二反射表面37，并且透镜12的入射表面12b面对用于 光源块5的封装表面11。利用光源器件51的构造，也可以有效地聚集从光源块5发射的光线
并抑制光导板2中色度和亮度的不规则。图12示出了从三种光源器件发射的光线的状况。从图12的左侧起按 顺序示出了具有反射构件7但不具有透镜的光源器件、如图IO所示的光源器件51和如图4所示的光源器件1的情况。上侧的图对应于50束光线 的情况，而下侧的图对应于300束光线的情况。特别在光源器件51和光 源器件1中，透镜12和6中光线的数量较多，这表明促进了色彩的混合。图13示出了在各个上述三种光源器件中光导板2的入射面2a附近光 强分布特性。从图13的上侧起按顺序示出了仅具有反射构件但不具有透 镜的光源器件、如图IO所示的光源器件51和如图4所示的光源器件1的 情况。入射光通量(单位流明(lm))分别是265.7、 255.1和233.8。 在光强分布特性图中，实线示出了在图4或10的X-Y平面中观察的状况 (此后称作"平面光强")。在此情况下，圆的径向表示光强(光亮) (单位坎德拉(cd))，从圆的中心起的竖直方向(角度0度)是光 轴方向(X轴方向)，并且左右方向(±90度)是透镜的纵向(Y轴方 向)。此外，虚线示出了在图4或10的X-Z平面中观察的状况(此后称 作"竖直平面光强分布")。在此情况下，0度的角度方向是光轴方向 (X轴方向)，士90度的角度方向是竖直方向(Z轴方向)。在不具有透镜的光源器件中，不存在透镜确保了引入光导板2中的光 量较大，并且光使用效率较高。但是，对于平面光强分布，在从—45度到 十45度的角度范围内，在±27度附近出现强峰值。此外，在平面光强分 布中，由于光源块5中RGB LED 8的布局，决大多数的光被分为左右部 分。例如，负侧上的光主要由于绿色LED,正侧上的光主要由于蓝色 LED。此外，0度附近的光主要由于红色LED。对于竖直平面光强分布， 也存在角度散布现象。因为竖直平面光强分布的角度更小，所以是更有利 的，并且光被更接近垂直地引导到光导板2的入射面2a。因此，在不具有 透镜的光源器件中，在光导板2的入射面2a处产生色度和亮度的不规则。在光源器件51中，与不具有透镜的光源器件相比，光量减少了约 4%。但是，对RGB色彩的混合效果是有利的。对于平面光强分布，虽然 在从一45度到+45度的角度范围内存在一些小峰值，但是该分布是有利
的。对于竖直平面光强分布，因为小的角度散布，该分布也是有利的。在光源器件1中，与不具有透镜的光源器件相比，光量减少了约12%。但是，RGB色彩的混合效果是最好的。对于平面光强分布，在从_ 45度到+45度的角度范围内不存在陡峰值。对于竖直平面光强分布，因 为小的角度散布，该分布也是有利的。图14示出了在各个上述三种光源器件中，光导板2中的亮度和色度 分布的状况。从图14的左侧起按顺序示出了仅具有反射构件但不具有透 镜的光源器件、如图IO所示的光源器件51和如图4所示的光源器件1的 情况。对于不具有透镜的光源器件中光导板2的亮度，在上侧上(光导板 2中入射面2a的附近)色彩较浅的部分表示光的密集，示出了亮度中不规 则的产生。关于这一点，在光源器件51和光源器件1中抑制了亮度不规在另一方面，对于色度图，对于各个光源器件，左侧表示y轴(在从 蓝色到绿色的范围内产生的不规则)，而右侧表示x轴(在从蓝色到红色 的范围中产生的不规则)。虽然通过图14中的单色图难以确认，但是与 其他光源器件1和51相比，不具有透镜的光源器件在色度上产生了更严 重的不规则。图15A至15H示出了透镜的各种修改示例。图15E、 15F、 15G和 15H中示出的透镜是在入射表面处具有散射能力的透镜，即具有凹入射表 面的透镜。来自光导板2的光通量增大的状况根据光导板2的厚度、形状 或系统而不同，因此，透镜的形状也需要如图15A至15H所示进行改变。 此外，图中标号的含义如下 f:平面Cl:凸柱面 C2:凹柱面 tl:凸超环面 t2:凹超环面图16A至16E示出了光导板的各种修改示例。虽然在上述实施例中入 射面2a是平面，但是这里示出了不同切割模式的入射面。如图16A所示
的光导板的入射面具有棱镜部p;如图16B所示的光导板的入射面具有凸 棱镜部pl;如图16C所示的入射面具有凹棱镜部p2;如图16D所示的入 射面具有凸柱面透镜部el;如图16E所示的入射面具有凹柱面透镜部 e2。在包括凸柱面透镜部el的透镜部的情况下，光可以在光导板中会聚。 在凹柱面透镜部e2的情况下，光可以在光导板中散射。此外，柱面可以被 超环面或其他非球面代替。在如图16A至16E所示的各个入射面中，棱镜或透镜的间距可以是固 定、变化或随机设定的。或者，在如图16A至16E所示的入射面中，棱镜 或透镜的高度(X轴方向上的高度)可以是固定、变化或随机设定的。此外，在图16D和16E所示的情况下，如果透镜部处的能力不足，则 虽然未示出，但是入射面可以形成为在X-Z平面上观察时具有曲率。在该 情况下曲表面的形状可以是柱面、环面或其他非球面。在由平面组成入射面的情况下，如果入射面处的折射能力不足，则如 图16A至16E所示的光导板中任一种的使用都可以增大折射能力，这是非 常有效的。图17是示出膝上型PC的一部分的部分剖视图，其中安装了使用根据 上述实施例的背光器件10的显示器。PC 100包括主体55和显示器45。显 示器45具有液晶面板44，并且根据上述实施例之一的光源器件1等布置 在下边缘部41处。光源器件1除了布置在下边缘部41之外还可以布置在 上边缘部42处，或者可以仅布置上边缘部42处。或者，光源器件1可以 布置在左右边缘部处。本发明的范围并不应被解释为限制于上述实施例，本发明可以用其他 各种实施例来实现。例如，虽然液晶面板被描述作为用于调制光的透射的元件的示例，但 是，可以采用任何通过例如静电作用、磁作用等工作的微元件来作为用于 调制光的透射的元件。反射构件7的第一反射表面17或第二反射表面27可以是曲面，而不 是平面。曲面的示例包括各种形状。在反射构件7中，第二反射表面27 已经被描述为设置在基部7a处。但是，第二反射表面27可以形成在透镜
6的每个侧表面36处。在该情况下，具有高光反射性的膜可以通过汽相沉积、溅射、涂覆等方法形成在侧表面36上，或者反射片(未示出)等可 以粘接到侧表面36。在以上说明中，反射构件7具有包括基部7a和楔部7b的结构。但是 反射构件7可以设置作为分离元件的基部7a和楔部7b。此外，在以上说 明中，反射构件7具有楔部7b的宽度随着远离基部7a而逐渐减小的结 构。但是，反射构件7可以简单地具有基本恒定的厚度，来代替楔状形、、作为上述实施例中的背光器件10，可以采用例如不具有光导板2并且 从透镜6出射的光释放到空气中的背光器件。例如，在光导板2的结构中，光导板2的主表面(应用光学片3、 4的 表面)可以是棱镜状形状。或者，光导板2的厚度可以随着远离光源器件 1而逐渐增大，g卩，光导板2可以具有楔状形状。这使得可以经一步抑制 亮度和色度的不规则。虽然已经描述了 PC 100作为如图17所示的电子设备的示例，但是本发明可应用于电视和其他各种显示器。本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各 种修改、组合、子组合和替换，它们仍在所附权利要求或其等同方案的范 围内。本发明包含与2006年8月9日递交于日本专利局的日本专利申请JP 2006-216803相关的主题，其全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1. 一种背光器件，包括 发光元件；透镜，其具有入射表面和出射表面，由所述发光元件发射的光入射在 所述入射表面上，所述出射表面具有会聚光的能力并且入射在所述入射表 面上的光从所述出射表面出射；光导板，其具有光入射面，并且通过所述入射面引入从所述出射表面 出射的光，以实现表面发光；以及反射构件，其可工作以将从所述透镜的所述出射表面出射的光的一部 分朝向所述光导板的所述入射面反射。
2. 根据权利要求1所述的背光器件， 其中所述出射表面具有第一主表面，其具有所述会聚能力，以及 侧表面，其设置在所述第一主表面的侧部；并且 所述背光器件还包括反射部分，其被设置成面对所述侧表面，且其使得从所述侧表面 出射的光再次入射在所述侧表面上并通过所述第一主表面出射。
3. 根据权利要求1所述的背光器件， 其中所述出射表面具有第一主表面，其具有所述会聚能力，以及侧表面，其设置在所述第一主表面的侧部；并且 所述反射构件具有第一反射表面，其可工作以将从所述透镜的所述出射表面出射的 光的一部分朝向所述光导板的所述入射面反射，以及第二反射表面，其被设置成面对所述侧表面，且其反射从所述侧 表面出射的光以使得从该光再次入射在所述侧表面上并通过所述第一主表 面出射。
4. 根据权利要求3所述的背光器件， 其中所述反射构件包括基部，其具有所述第二反射表面，和楔部，其具有所述第一反射表面，并且其具有在所述光导板的厚 度方向上随着从所述基部朝向所述光导板而逐渐减小的宽度。
5. 根据权利要求3所述的背光器件，其中所述入射表面包括第二主表面，其具有会聚能力，和突出表面，其设置在所述第二主表面的端部并从所述第二主表面突出。
6. 根据权利要求3所述的背光器件， 其中所述入射表面具有散射光的能力。
7. 根据权利要求1所述的背光器件，其中所述透镜是将柱面作为所述出射表面的透镜，或者是将超环面作 为所述出射表面的透镜。
8. 根据权利要求5所述的背光器件，其中所述透镜是将柱面作为所述第二主表面的透镜，或者是将超环面 作为所述出射表面的透镜。
9. 根据权利要求1所述的背光器件， 其中所述透镜具有反射表面，其设置在所述出射表面的侧部，且其对入射在所述入 射表面并穿过所述透镜的光进行反射。
10. 根据权利要求1所述的背光器件， 其中所述发光元件是发射多种色彩的光的元件。
11. 根据权利要求1所述的背光器件，其中所述光导板具有设置于所述入射面处的透镜部或棱镜部。
12. —种背光器件，包括 发光元件；透镜，其具有入射表面、出射表面以及侧表面，由所述发光元件发射 的光入射在所述入射表面上，所述出射表面具有会聚光的能力并且入射在 所述入射表面上的光从所述出射表面出射，所述侧表面设置在所述出射表 面的侧部；光导板，其具有光入射面，并且通过所述入射面引入从所述出射表面 出射的光，以实现表面发光；以及反射部分，其被设置成面对所述侧表面，且其使得从所述侧表面出射 的光再次入射在所述侧表面上并通过所述出射表面出射。
13. —种光源器件，用于使光照射实现表面发光的光导板的入射面， 所述光源器件包括发光元件；透镜，其具有入射表面和出射表面，由所述发光元件发射的光入射在 所述入射表面上，所述出射表面具有会聚光的能力并且入射在所述入射表 面上的光从所述出射表面出射；以及反射构件，其可工作以将从所述透镜的所述出射表面出射的光的一部 分朝向所述光导板的所述入射面反射。
14. 一种透镜，用于将从发光元件发射的光引导至实现表面发光的光 导板的入射面，所述透镜包括入射表面，由所述发光元件发射的光入射在所述入射表面上；以及 出射表面，其具有会聚光的能力并且入射在所述入射表面上的光的一部分从所述出射表面朝向反射构件出射，所述反射构件可工作以将光朝向所述光导板的所述入射面反射。
15. —种透镜，用于将从发光元件发射的光引导至实现表面发光的光 导板的入射面，所述透镜包括入射表面，其具有主表面和突出表面，所述主表面具有会聚光的能 力，所述突出表面设置在所述主表面的端部并从所述主表面突出，由所述 发光元件发射的光入射在所述入射表面上；以及出射表面，其具有会聚光的能力并且入射在所述入射表面上的光从所 述出射表面出射。
16. —种电子设备，包括 发光元件； 透镜，其具有入射表面和出射表面，由所述发光元件发射的光入射在 所述入射表面上，所述出射表面具有会聚光的能力并且入射在所述入射表面上的光从所述出射表面出射；光导板，其具有光入射面，并且通过所述入射面引入从所述出射表面出射的光，以实现表面发光；反射构件，其可工作以将从所述透镜的所述出射表面出射的光的一部 分朝向所述光导板的所述入射面反射；以及透射调制元件，其具有多个像素，并可工作以像素为基础来对由所述 光导板发射的光的透射进行调制。
17.—种光导板，包括入射面，由发光元件发射的光通过所述入射面被引入；以及 透镜部或棱镜部，其设置在所述入射面处。
全文摘要
本发明公开了一种背光器件。该器件包括发光元件；透镜，其具有入射表面和出射表面，由发光元件发射的光入射在入射表面上，出射表面具有会聚光的能力并且入射在入射表面上的光从出射表面出射；光导板，其具有光入射面，并且通过入射面引入从出射表面出射的光，以实现表面发光；和反射构件，其可工作以将从透镜的出射表面出射的光的一部分朝向光导板的入射面反射。
文档编号G02B5/08GK101122711SQ200710137199
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者新井健雄 申请人:索尼株式会社