專利名稱：面光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置在液晶顯示器的背面以從背面照明該液晶顯示器的、亦稱之為背光的照明裝置，尤其涉及一種沒(méi)有亮度不均的面光源裝置。
背景技術(shù)：
在透射型的液晶顯示器中，在形成電子潛像的液晶面板的背面設(shè)置照射面狀的照明光的背光源(back-light)。在這里，將這種背光源稱之為面光源裝置。該面光源裝置，在反射板之上將多個(gè)線狀光源與液晶面板的表面平行地進(jìn)行排列，以有效地利用來(lái)自該線狀光源的出射光。此外，一般是在線狀光源中設(shè)置介于液晶面板之間的光擴(kuò)散板以使照明光的面內(nèi)分布平滑均勻。在液晶面板的上面和下面層疊有偏光板，將面光源裝置設(shè)置在下側(cè)的偏光板的背面。
作為用于上述面光源裝置的反射板，在下述專利文獻(xiàn)1中記載了一種背光用反射鏡，其排列共有第1焦點(diǎn)、將第2焦點(diǎn)配置在包含第1焦點(diǎn)的直線的兩側(cè)的兩個(gè)半橢圓，并將光源放置于第1焦點(diǎn)，由此將光源的像成像于第2焦點(diǎn)，以形成宛如有3個(gè)光源這樣的光學(xué)系統(tǒng)。
專利文獻(xiàn)1日本專利公開(kāi)特開(kāi)2005-24746號(hào)公報(bào)在專利文獻(xiàn)1中有關(guān)于排列兩個(gè)半橢圓并對(duì)來(lái)自光源的光進(jìn)行正反射(或鏡面反射)的反射鏡的記載。但是，并沒(méi)有涉及就兩個(gè)半橢圓的邊界部的亮度不均進(jìn)行考慮這方面的記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在將排列兩個(gè)半橢圓并對(duì)來(lái)自光源的光進(jìn)行正反射的反射鏡用作基本構(gòu)造的照明裝置中，使該兩個(gè)橢圓的邊界部的亮度不均得以消除而提供一種均勻的面光源裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明將排列兩個(gè)半橢圓并設(shè)成凹面狀以包圍光源的反射板，用包含正反射光的擴(kuò)散反射材料進(jìn)行成型，并將正反射光聚集在邊界部由此將亮度不均消除掉。
此正反射光的聚集方法是將第1和第2焦點(diǎn)配置成幾乎相同的高度，并將光源位置從第1焦點(diǎn)向反射板側(cè)偏移。另外，將光源和第1焦點(diǎn)置于反射板側(cè)，將第2焦點(diǎn)置于邊界部附近，并對(duì)它們的位置進(jìn)行調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明，兩個(gè)橢圓的邊界部的亮度不均就得以消除而獲得均勻的面光源裝置。本發(fā)明適用于作為液晶顯示器的背光、透射型布告板的背光、用來(lái)查看射線照片的醫(yī)療用背光以及天花板吊燈等平面照明裝置的面光源裝置。
另外，在使用了背景技術(shù)中的背光用反射鏡的面光源裝置中，作為擴(kuò)散板為保證指向特性其透射率小于等于60％，但在本發(fā)明中，就能夠使用透射率小于等于65％的擴(kuò)散板。這樣一來(lái)，如果使用透射率較高的擴(kuò)散板就可以得到更為明亮的面光源。這是因?yàn)椴粌H是正反射光而且還取入了擴(kuò)散反射光，所以在擴(kuò)散板的下方指向特性就一定程度上得到保證的緣故。


圖1是涉及本發(fā)明的面光源裝置的與線狀光源正交的方向的截面圖。
圖2是如圖1所示的面光源裝置的局部放大截面圖。
圖3是偏移了線狀光源的位置時(shí)的光線追蹤圖。
圖4是如圖3所示的擴(kuò)散板上的正反射光的照度分布圖。
圖5是擴(kuò)散板上的照度分布圖。
圖6是擴(kuò)散板上的直射光+擴(kuò)散反射光的照度分布圖。
圖7是雙重半橢圓反射板的直射光照度分布圖。
圖8是雙重半橢圓反射板的直射光的下降量(dropping amount)與光源間距的關(guān)系圖表。
圖9是光源正交方向的亮度分布圖。
圖10是使用了鈑金加工(sheet metal)反射板的面光源裝置的光源正交方向截面圖。
圖11是實(shí)施例2的面光源裝置的光源正交方向截面圖。
圖12是實(shí)施例3的面光源裝置的光源正交方向截面圖。
圖13是實(shí)施例4的面光源裝置的光源正交方向截面圖。
圖14是實(shí)施例5的面光源裝置的光源正交方向截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，利用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是涉及本發(fā)明的面光源裝置的與線狀光源正交的方向的截面圖。該面光源裝置由冷陰極管等的線狀光源1、采用包圍該光源的形狀的反射板3、配置在該反射板的正上方的擴(kuò)散板4、以及根據(jù)需要在擴(kuò)散板4上所追加的擴(kuò)散片5和棱鏡片6等光學(xué)薄膜類構(gòu)成。
在圖1中，反射板3由以擴(kuò)散反射為主、同時(shí)還通過(guò)使表面平滑等而增強(qiáng)了正反射光的反射面構(gòu)成。反射板3的與線狀光源1正交的方向的截面，采用對(duì)一個(gè)線狀光源1將兩個(gè)半橢圓(或者雙重半橢圓)按線狀光源1的數(shù)目相應(yīng)進(jìn)行了排列的形狀。
圖2是圖1所示的面光源裝置的局部放大截面圖。具有第1焦點(diǎn)10與第2焦點(diǎn)21的第1橢圓25、和具有第1焦點(diǎn)10和第2焦點(diǎn)22的第2橢圓26共有第1焦點(diǎn)10。反射板3的截面形狀為排列將這些橢圓25、26的輪廓用包含共有的焦點(diǎn)10與其他兩個(gè)焦點(diǎn)21、22的直線進(jìn)行了分割后的兩個(gè)半橢圓。
該反射板3以兩個(gè)半橢圓包圍線狀光源1，將來(lái)自線狀光源1的光正反射和擴(kuò)散反射到擴(kuò)散板4。此外，43、43’是兩個(gè)半橢圓的邊界部。
另外，配置在擴(kuò)散板4的正下方的多個(gè)線狀光源1被分別配置在連結(jié)經(jīng)過(guò)分割的兩個(gè)半橢圓的交點(diǎn)31與共有的焦點(diǎn)10的直線上。該線狀光源1的間距W大于反射板3的深度D。因此，與使用以往的平面狀的反射板時(shí)的線狀光源的個(gè)數(shù)相比較，就能夠削減其個(gè)數(shù)。
圖3是將配置在第1焦點(diǎn)10上的線狀光源的位置向反射板側(cè)的位置11～14偏移時(shí)的光線追蹤圖。在將光源配置于第1焦點(diǎn)10的情況下，這時(shí)的正反射光為80，通過(guò)將線狀光源的位置以11、12、13、14每次一點(diǎn)靠近反射板側(cè)，就能夠使它們的正反射光以81、82、83、84分布在兩個(gè)半橢圓的邊界部附近。
圖4是對(duì)圖3所示的正反射光80～84進(jìn)行了模擬的擴(kuò)散板上的正反射光的照度分布圖?？v軸是將擴(kuò)散板上的最大照度設(shè)為1時(shí)的相對(duì)值，橫軸是與線狀光源正交的方向的位置的相對(duì)值，是將與線狀光源正交的方向的位置用從光源到邊界處的距離L＝1相除后得到的值。
在圖4中，如圖3所示，通過(guò)將線狀光源的位置靠近反射板側(cè)，就可以使正反射光從正發(fā)射光80分布至位于反射板的邊界部附近的正反射光84。這些正反射光80～84均超過(guò)10％，但由于這些正反射光80～84在圖3中是兩個(gè)半橢圓的邊界部的單側(cè)的正反射光的比例，所以若將邊界部的兩側(cè)的正反射光合計(jì)起來(lái)就將超過(guò)20％。
圖5是擴(kuò)散板上的直射光、擴(kuò)散反射、正反射光、直射光+擴(kuò)散反射光、直射光與反射光(擴(kuò)散反射光和正反射光)的合計(jì)的照度分布圖。與圖4相同，縱軸與橫軸是照度及光源正交方向位置的相對(duì)值。該分布是分成直射光、擴(kuò)散反射光、正反射光進(jìn)行了模擬后的結(jié)果。
圖5中，擴(kuò)散反射光除了在光源正上方位置稍微下降外，大致上呈平坦的分布。光源正上方位置輕微下降是由于擴(kuò)散反射光處于光源的陰影的緣故。另外，直射光在光源正上方最亮，由于其亮度程度還在擴(kuò)散反射光的下降度以上，因此擴(kuò)散反射光在光源正上方的下降不會(huì)成為問(wèn)題。此外，直射光在光源正上方位置成為最大，在邊界部成為最小，其差約為20％。
此直射光+擴(kuò)散反射光的邊界部的下降最大約為20％。其原因在于直射光的下降。從而，用正反射光來(lái)彌補(bǔ)該下降即可。即，正反射光的相位與直射光的相位反轉(zhuǎn)，其振幅基本相等。
圖6是關(guān)于基于該正反射光的修正量的說(shuō)明圖，為僅抽出圖5所示的直射光+擴(kuò)散反射光的圖表。
在圖6中，直射光+擴(kuò)散反射光的圖表呈大致正弦曲線，必須補(bǔ)足的光量A與相反側(cè)B呈對(duì)稱的形狀。從而，A的面積就大約為一區(qū)間部分面積C的一半。由于C的面積寬度為下降量20％×雙重半橢圓的寬度，因此可知A的面積就為C的面積的一半也就是10％×雙重半橢圓的寬度，在光源間距是反射板深度的兩倍的情況下，只要有大約10％的正反射率即可。這樣，設(shè)正反射率為10％進(jìn)行了模擬的結(jié)果就是直射光、擴(kuò)散反射光、正反射光各自的合計(jì)變得大致平坦。
這里，為了歸納必要的正反射光量，在圖7中示出改變雙重半橢圓反射板的光源間距來(lái)計(jì)算直射光照度分布的結(jié)果。另外，為使照度的下降量容易理解，在圖8中示出由圖7將照度的下降量進(jìn)行了圖表化的結(jié)果。
在本實(shí)施例中，以光源間距大于反射板深度的情況作為對(duì)象。從而，如圖8所示，由于光源間距＝反射板深度時(shí)的下降量為4％，所以如先前所說(shuō)明那樣，因直射光的照度分布呈大致正弦曲線故必要的正反射率為其一半即2％以上。此外，在光源間距是反射板深度2倍的情況下，下降量為20％，故必要的正反射率就為其一半即10％。
圖9是經(jīng)過(guò)試制的面光源裝置的光源正交方向的亮度分布圖。在圖9中，為了能方便理解地捕捉亮度不均，將光源被配置的中央±100mm的平均亮度設(shè)為1來(lái)表現(xiàn)。該面光源裝置設(shè)反射板的深度D＝18mm，光源間距W＝40mm，光源間距÷反射板深度＝約2倍。另外，將反射板的形狀設(shè)為雙重半橢圓(dual half-ellipses)，作為線狀光源將冷陰極管設(shè)置在從第1焦點(diǎn)向反射板側(cè)離開(kāi)約10mm的位置。進(jìn)而，在反射板的正上方，按照距離線狀光源近遠(yuǎn)的順序?qū)盈B由擴(kuò)散板、擴(kuò)散片、棱鏡片組成的光學(xué)薄膜組。
在該試制中，使用將反射面作為鏡面的模具對(duì)添加了擴(kuò)散反射劑的樹(shù)脂進(jìn)行注模(注射模塑)成型來(lái)制作反射板。另外，在將模具表面準(zhǔn)備得比通常更為平滑，并添加了擴(kuò)散反射材料的樹(shù)脂中也可以得到近10％的正反射率。
在本實(shí)施例中，由于用反射板進(jìn)行正反射和擴(kuò)散反射，因此用于進(jìn)行正反射的反射板就必須是高反射率反射面。作為該反射板的制造方法，一般通過(guò)對(duì)在聚碳酸酯樹(shù)脂等熱可塑性成型樹(shù)脂中添加了氧化鈦等可視光擴(kuò)散反射劑的樹(shù)脂材料進(jìn)行注模成型、擠壓成型或者壓縮成型來(lái)進(jìn)行制造。此時(shí)，如果將模具表面作為鏡面，就可以比較容易地加大反射板的正反射率。另外，還可以通過(guò)利用超臨界流體的微細(xì)發(fā)泡成型或借助于化學(xué)發(fā)泡劑的發(fā)泡成型等使微小空孔分布來(lái)成型。
除此以外，還可以在通過(guò)鈑金加工而對(duì)形狀進(jìn)行了修整的金屬板上，粘貼利用發(fā)泡成型的高反射率擴(kuò)散反射片來(lái)進(jìn)行制造。另外，也可以在經(jīng)過(guò)鈑金加工的金屬板表面上實(shí)施氧化鈦等白色高反射率的涂覆來(lái)進(jìn)行制造。在此情況下，還可以如圖10所示，通過(guò)設(shè)成帶倒圓修整的邊界部33，對(duì)反射板全部面一體地進(jìn)行加工。
圖11是涉及本發(fā)明的面光源裝置的與線狀光源正交的方向的局部放大截面圖。實(shí)施例2是在實(shí)施例1中將共有的第1焦點(diǎn)10的位置下移到線狀光源1的位置時(shí)的實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，反射板3的與線狀光源1正交的方向的截面形狀為排列將共有的第1焦點(diǎn)10的兩個(gè)橢圓25、26的輪廓在反射板3側(cè)的第1焦點(diǎn)10與擴(kuò)散板4側(cè)的第2焦點(diǎn)21、22之間進(jìn)行了分割后的兩個(gè)半橢圓。反射板3包圍被配置于第1焦點(diǎn)10的線狀光源1，將來(lái)自線狀光源1的光正反射和擴(kuò)散反射到擴(kuò)散板4。
在本實(shí)施例中，因?yàn)榈?焦點(diǎn)10與線狀光源1的位置相同，故可以使正反射光收斂至第2焦點(diǎn)21、22的附近。這是因?yàn)榭紤]到根據(jù)線狀光源1、擴(kuò)散板4和光學(xué)薄膜(擴(kuò)散片5和棱鏡片6)的種類的不同，亮度分布只在邊界部下降的情況的緣故。另外，還可以通過(guò)調(diào)整第2焦點(diǎn)的21、22的位置來(lái)調(diào)節(jié)正反射光向邊界部的收斂程度。

圖12是涉及本發(fā)明的面光源裝置的與線狀光源正交的方向的局部放大截面圖，改變了圖11所示反射板1的形狀。在圖12中，反射板1的形狀為排列將經(jīng)過(guò)分割的兩個(gè)半橢圓的交點(diǎn)31向擴(kuò)散板4側(cè)移動(dòng)后的兩個(gè)半橢圓。
雖然也可以用模具來(lái)制作排列了這種雙重半橢圓的形狀，但也可以取代使兩個(gè)半橢圓的交點(diǎn)31移動(dòng)而在反射板上設(shè)置覆蓋交點(diǎn)31的突起部32。該突起部32適合于在已經(jīng)制作好模具后的正反射光的調(diào)整等。
在本實(shí)施例中，不僅可以與實(shí)施例2同樣地通過(guò)第2焦點(diǎn)21、22的位置調(diào)整，還可以通過(guò)改變雙重半橢圓的形狀來(lái)調(diào)整正反射光的分布。
圖13是涉及本發(fā)明的面光源裝置的與線狀光源正交的方向的局部放大截面圖。在圖13中，第1焦點(diǎn)位置不是由兩個(gè)半橢圓所共有，而是從線狀光源1的位置向左右離開(kāi)來(lái)進(jìn)行配置。
在圖13中，反射板3的與線狀光源1正交的截面形狀為排列將兩個(gè)橢圓25、26交叉、且包含第1橢圓25的焦點(diǎn)10’，21的直線與包含第2橢圓26的焦點(diǎn)10”，22的直線的交點(diǎn)位于反射板3側(cè)的各橢圓25、26的輪廓，用包含各橢圓25、26的反射板3側(cè)的焦點(diǎn)10’、10”的直線進(jìn)行了分割后的兩個(gè)半橢圓。另外，反射板3包圍線狀光源1，該線狀光源1配置在連結(jié)各橢圓25、26的反射板3側(cè)的焦點(diǎn)10’、10”的直線上的中間，并將來(lái)自線狀光源1的光正反射和擴(kuò)散反射到擴(kuò)散板4。
本實(shí)施例如從圖13所示的正反射光線的箭頭可以看出那樣，具有射向雙重半橢圓的鄰近區(qū)間的光增加之類的特征。由于從該鄰近區(qū)間到來(lái)的光與來(lái)自線狀光源1的直射光的方向相反，故有助于指向特性(directivity)的對(duì)稱性改善。
圖14是涉及本發(fā)明的面光源裝置的與線狀光源正交的方向的局部放大截面圖。圖14改變了圖13所示的線狀光源的位置。
在圖14中，線狀光源被配置在包含第1橢圓25的焦點(diǎn)10’、21的直線與包含第2橢圓26的焦點(diǎn)10”、22的直線的交點(diǎn)上，反射板3包圍著該線狀光源1。
在本實(shí)施例中，由于使光源位置靠近反射板，故射向雙重半橢圓的鄰近區(qū)間的光進(jìn)一步增加。
如上述說(shuō)明那樣，雙重半橢圓根據(jù)第1第2焦點(diǎn)位置與橢圓的大小使反射板的深度改變。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，根據(jù)所要求的光源間距與反射板的深度以及正反射光的分布進(jìn)行適宜選擇即可。
權(quán)利要求
1.一種面光源裝置，由被配置在擴(kuò)散板正下方的多個(gè)線狀光源和對(duì)來(lái)自上述線狀光源的光進(jìn)行反射的反射板構(gòu)成，其特征在于，上述反射板與線狀光源正交的截面形狀為排列將共有一個(gè)焦點(diǎn)的兩個(gè)橢圓的輪廓、用包含共有的焦點(diǎn)和其他兩個(gè)焦點(diǎn)的直線進(jìn)行了分割后的兩個(gè)半橢圓，上述反射板以兩個(gè)半橢圓的輪廓包圍線狀光源，并將來(lái)自線狀光源的光正反射和擴(kuò)散反射到擴(kuò)散板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述線狀光源被配置在連結(jié)經(jīng)過(guò)分割的兩個(gè)半橢圓的交點(diǎn)和共有的焦點(diǎn)的直線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所記載的面光源裝置，其特征在于，被照射到上述擴(kuò)散板的來(lái)自線狀光源的直射光的光量分布曲線、與來(lái)自反射板的正反射光的光量分布曲線的相位反轉(zhuǎn)，且直射光與正反射光的振幅大致相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所記載的面光源裝置，其特征在于，將上述反射板的正反射率設(shè)為2％以上到10％左右。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述線狀光源的間距大于反射板的深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述反射板通過(guò)對(duì)在聚碳酸酯樹(shù)脂等熱可塑性成型樹(shù)脂中添加了氧化鈦等可視光擴(kuò)散反射劑的樹(shù)脂材料進(jìn)行注模成型、擠壓成型或壓縮成型來(lái)進(jìn)行制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述反射板通過(guò)利用了超臨界流體的微細(xì)發(fā)泡成型或借助于化學(xué)發(fā)泡劑的發(fā)泡成型來(lái)進(jìn)行制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述反射板在經(jīng)過(guò)鈑金加工的金屬板上粘貼擴(kuò)散反射片來(lái)制造。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述反射板通過(guò)在經(jīng)過(guò)鈑金加工的金屬板表面實(shí)施氧化鈦等白色高反射率涂覆來(lái)進(jìn)行制造。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述兩個(gè)半橢圓的邊界部為帶倒圓修整的邊界部。
11.一種面光源裝置，由被配置在擴(kuò)散板正下方的多個(gè)線狀光源和對(duì)來(lái)自上述線狀光源的光進(jìn)行反射的反射板構(gòu)成，其特征在于，上述反射板與線狀光源正交的截面形狀為排列將共有一個(gè)焦點(diǎn)的兩個(gè)半橢圓的輪廓、在反射板側(cè)的共有的焦點(diǎn)和擴(kuò)散板側(cè)的焦點(diǎn)之間進(jìn)行了分割后的兩個(gè)半橢圓，上述反射板包圍被配置于共有的焦點(diǎn)的線狀光源，并將來(lái)自線狀光源的光正反射和擴(kuò)散反射到擴(kuò)散板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述反射板為排列使經(jīng)過(guò)分割的兩個(gè)半橢圓的交點(diǎn)移動(dòng)到擴(kuò)散板側(cè)的兩個(gè)半橢圓的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求11中所記載的面光源裝置，其特征在于，在上述反射板上設(shè)置覆蓋經(jīng)過(guò)分割的兩個(gè)半橢圓的交點(diǎn)的突起部。
14.一種面光源裝置，由被配置在擴(kuò)散板正下方的多個(gè)線狀光源和對(duì)來(lái)自上述線狀光源的光進(jìn)行反射的反射板構(gòu)成，其特征在于，上述反射板與線狀光源正交的截面形狀為排列將兩個(gè)橢圓交叉且包含各橢圓的焦點(diǎn)的各直線的交點(diǎn)位于反射板側(cè)的各橢圓的輪廓、用包含各橢圓的反射板側(cè)的焦點(diǎn)的直線進(jìn)行了分割后的兩個(gè)半橢圓，上述反射板包圍被配置在連結(jié)各橢圓的反射板側(cè)的焦點(diǎn)的直線上的中間的線狀光源，并將來(lái)自線狀光源的光正反射和擴(kuò)散反射到擴(kuò)散板。
15.根據(jù)權(quán)利要求14中所記載的面光源裝置，其特征在于，上述反射板包圍被配置在兩個(gè)直線的交點(diǎn)上的線狀光源。
全文摘要
一種面光源裝置，用具有第1焦點(diǎn)與第2焦點(diǎn)的第1橢圓、和具有第1焦點(diǎn)與第2焦點(diǎn)的第2橢圓構(gòu)成雙重半橢圓的反射板。而且，使第1橢圓和第2橢圓的各第1焦點(diǎn)共有。其中，反射板的截面形狀為排列將上述第1橢圓和第2橢圓的輪廓用包含共有的第1焦點(diǎn)和其他焦點(diǎn)的直線進(jìn)行了分割后的雙重半橢圓。該反射板以雙重半橢圓來(lái)包圍線狀光源，并將來(lái)自線狀光源的光正反射及擴(kuò)散反射到位于上方的擴(kuò)散板。由此，排列了雙重半橢圓狀的反射板的邊界部的亮度不均就得以消除。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1963640SQ20061000922
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者增山耕一, 曾根尚也, 山田祐一郎, 津村誠(chéng) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社未來(lái)視野