CN1584392A - 图像读取装置与液晶模块所用的线状光源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，主体至少包含导光棒与光源组件。导光棒为多边形柱体，此多边形柱体中的一表面，分布有表面纹理并具有反射作用的反射面，该反射面的相对应面为呈凸柱状的出射面，其余的表面均具为反射层，该多边形柱体的两侧尾端，其中至少一侧尾端为可供光线进入的入射面，光源组件装置于此多边形柱体的两侧端(或一侧端，则另一侧端为反射层端面)发射光束，并经由凸柱状的出射面均匀射出；本发明导光棒具有结构及形状简明而制造简易及成品良率高故而制造成本甚低，且具体积小、光能利用率高及可截短或增长的优点，此外尚具有可产生所需不同波长的单色光或彩色光的多功能、高亮度及低成本的优点。

Description

图像读取装置与液晶模块所用的线状光源

技术领域

本发明是有关于一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其尤指一种扫描器、传真机、多功能周边事务机及影印机等图像读取装置或液晶模块所用的线状光源，其主要是包含有光源组件及导光棒。

背景技术

在扫描器、传真机、多功能周边事务机及影印机等图像读取装置中，需用线状光源来对目标进行照明，在液晶模块中，需对液晶背景进行照明，所用的一种方法为：利用线状光源，再结合能将线状光源转换为面状光源的导光棒，即可为液晶板提供背光。

图像读取装置与液晶模块的线状光源的现有技术有：如图1，如图所示，采用冷阴极管的线状光源110；如图2，如图所示，采用发光二极体(LED)阵列的线状光源120；如图3，如图所示，采用LED阵列加柱面透镜的线状光源130；如图4，如图所示，采用柱面导光棒的线状光源140；如图5(A)及图5(B)，如图所示，采用柱面导光棒加外壳的线状光源150；如图6及图7及图8(A)及图8(B)及图9(A)及图9(B)，如图所示，采用柱面与斜面相交构成的导光棒的线状光源160、170、180及190。

上述图1所示的线状光源110由冷阴极管112与转换电路114组成，冷阴极管112的发光原理与普通的萤光管(热阴极管)一样，但电极部分因没有灯丝构造，简单又使电极小型化的优点，特别适合细管径，然此技术由于需配置转换电路114，故整体体积大，且由于冷阴极管112为圆柱体发光，故光能利用率低，且不能分别产生不同波长的光，易破碎及寿命短。

图2中，于基板122上安装有许多个LED 124，譬如40个。此技术因LED 124的辐射立体角可大至半空间，故光能利用率低；而由于LED 12间存在间距与发光强度不一致，故光均匀性差；且采用许多个LED 124，故成本高。

图3中，亦在基板122上安装有许多个LED 124如40个，同时设置有柱面透镜132；与图2相比，此增设柱面透镜132的技术虽改善了光能利用率与光均匀性，但其光能利用率、均匀性仍嫌不足，且其有提高成本的缺点。

图4所示的技术，请参阅美国专利第5400224号，光线利用一柱面构成的导光棒142后射出。导光棒142截面为圆形，亦可为矩形、三角形、椭圆形、不规则形状等；当入射光200射入后，在导光棒142内，对于入射角大于临界角的光线将以无光通量损失的全反射方式进行传播，最终从另一端面射出，形成出射光202；当光线落至表面纹理144后，对于入射角小于临界角的光线将从此表面纹理144折射出去，形成从表面纹理144折射出来的光线204，同时，与此表面纹理144相对的光滑表面也有入射角小于临界角的光线折射出去，形成从光滑表面折射出来的光线206。而由于光线从三面射出，故光能利用率低；因导光棒142仅为简单的柱面，表面纹理144仅为简单的带状，故光均匀性差。

图5(A)、5(B)所示的技术，请参阅日本专利申请公开号：特开平8-163320，线状光源150由导光棒152，光源组件300及外壳158组成；由柱面构成的导光棒152的截面为矩形去掉一个角后形成的五角形，或为矩形去掉两个角或两个以上的角后形成的多角形，去掉一个角后所形成的平面即为出射面154，导光棒152在与出射面154相邻两侧面以外的其他侧面上涂有反射层156(参阅图5(B))，在出射面154及设置有光源组件300的端面以外的至少一个面上，隔著薄空气层设置有外壳158。此技术需设置外壳158，增加了体积与成本；因导光棒152的截面为矩形去掉若干角所形成的多角形，较易产生入射角小于临界角的光线，而对从导光棒152表面折射出来的光线，仅能部分经外壳158内壁反射后重新折射进入导光棒152内，故光能利用率不够高；且仅靠反射层156来调节输出光通量分布，故光均匀性不够好。

图6、图7所示的技术，请参阅***专利公告号：326931；图6中，线状光源160由导光棒162和光源组件300组成。由柱面与斜面相交构成的导光棒162，其柱面截面为矩形，斜面为斜平面164，与斜平面164相对的为出射面168，在斜平面164上，设置有表面纹理165与反射层166；图7所示线状光源170由导光棒172与二端光源组件300组成；图7中，由柱面与斜面相交构成的导光棒172，柱面截面为矩形，斜面为二端斜平面174，与斜平面174相对的为出射面178，其余设置与图6同；上述技术由于导光棒162、172的截面为矩形，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不高；仅靠呈线性变化的斜平面164、174及反射层166来调节输出光通量分布，故光均匀性不好。

图8(A)、8(B)所示线状光源180，由导光棒182和位于二端的光源组件300组成。由柱面与斜面相交构成的导光棒182，柱面截面为不规则形状(请参阅图8(B))，斜面由位于导光棒182二侧的两对倾斜方向相反的斜平面184组成，出射面186为非圆柱面的其他柱面，与出射面186相对的为涂有反射层的表面纹理188。此技术因导光棒182的该种不规则的截面形状，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不是很高；又反射层为简单的带状，仅靠呈线性变化的斜平面184来调节输出光通量分布，故光均匀性不是很好。

图9(A)、9(B)所示线状光源190，由导光棒192和光源组件300组成。由柱面与斜面相交构成的导光棒192，柱面裁面为不规则形状，斜面为斜曲面194，出射面196为不规则柱面，与出射面196相对的为涂有反射层的表面纹理198；此外，尚设置有由二斜面构成的沟槽199。此技术由于导光棒192的该种不规则截面形状，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不很理想；又反射层为简单的带状，仅靠斜曲面194，沟槽199来调节输出光通量分布，故光均匀性不很理想。

图10所示的技术，请参阅***专利公告案号420306；其中该导光棒的反射面的该表面纹理是垂直于该传输面光轴，其为不等距的斜齿形，而该反射层呈不规则形状；该斜齿形向背离该光源组件的方向倾斜，以有利于反射光向背离该光源组件的方向传播；虽达到优越的光均匀性体积小、光能利用率高和可截短或增长的优点；然导光棒模具的精确度规格要求相当严格冀以达到表面纹理为不等距的斜齿形、且需涂有不规则的反射层致使模具制造成本高且良率不易提高而导致生产成本居高不下、不甚理想。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，该导光棒的结构及形状简明，因此模具的精确度规格要求合理而不严苛，使模具制造费用低，而具表面纹理并有反射作用的反射层其表面纹理仅只为表面粗糙度的处理，其涂或镀反光漆制程简易甚或不须涂、镀反光漆，所以导光棒的制造良率易达到理想。

本发明的次要目的，在于提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，而其使用的导光棒可截短成为更短的导光棒。

本发明的另一目的，在于提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，此线状光源是由点状光源或经转换后所得到的点状光源发光，经本发明的导光棒获得线状出射光。

本发明的又一目的，在于提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，此线状光源可分别产生所需不同波长的单色光，并可拼长成为更长的线状光源。

本发明的又一目的，在于提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，本发明特别适用于扫描器、传真机、多功能周边事务机及影印机等图像读取装置所需目标照明与液晶模块所需背景照明的线状光源。

为达上述诸目的，本发明提供了一种线状光源，其包含有导光棒及光源组件。

导光棒包含有：其是包括一多边型柱体，该柱体的至少一尾端为可供光线进入的入射面，该柱体中的某相对二表面分别设有一含表面纹理的反射面及其相对应的出射面，其余的表面则具是有反射作用的反射层所组成，使得由入射面进入的光线经由多边型柱体的传输和反射面的多次反射后，使光线均匀地从该出射面出射。

其中该多边形柱体其中一表面是呈凸字形体为不可加白色的反光漆作镀膜的的出射面，而与相对应含表面纹理的反射面必须加白色反光漆作镀膜，该反射面的表面纹理可分段处理，其近光源处较平滑而略为粗糙，远离光源处其粗糙度则渐进增加，粗糙度的分段调整藉以使出射面的光线均匀分布而提高光线均匀度。其余的多边形柱体的表面则具有反射作用的反射层，可加白色的反光漆作镀膜，该多边形柱体的两尾端面皆可为光的射面，光束由两端光源器射入柱体，则两端面不加白色反光漆，或一尾端为可供光线进入的入射面，另一尾端面则为反射端面，该反射端面可将抵达此面的光线反射回至该多边形柱体中，此反射端面必须加白色反光漆作镀膜。

光源组件是用与接触式影像感测器(contact image sensor，CIS)的导光棒入射端连接，作为接触式影像感测器的导光棒入射光源，其是包括凸字多边形座式定位面、反射面、一为平面的安装面及安装于该安装面上至少一个的发光二极体，该凸字多边形座式定位面，用与接触式影像感测器的导光棒入射尾端紧密连接，而该导光棒与光源组件安装面正交。

此非封闭的多边形导光棒柱体的中心线垂直于该光源组件的安装面，其是为光源组件的光轴；构成定位面的一个非封闭的凸字状多边形柱体与接触式影像感测器凸柱状多边形导光棒入射端紧密配合，而构成定位面的另一个座式平面则与接触式影像感测器的导光棒入射端尾端面接触。

由于定位面为一个非封闭的凸柱状多边形柱体相交于一个平面，而构成该定位面的一个非封闭的凸柱状多边形柱体与接触式影像感测器导光棒入射端紧密配合，构成定位面的另一平面则与接触式影像感测器导光棒入射端的端面接触，故具有与接触式影像感测器导光棒入射端的连接定位准确度高的特性，从而使接触式影像感测器导光棒入射光源漏光的程度降至最低，因此发光强度分布一致性优越，而至少一个以上的发光二极体以距离光轴最近且均匀分布的方式安装在该安装面上，故具有发光强度分布集中于光轴的特性，从而提高了与的相连的接触式影像感测器导光棒的光能利用率及光均匀性。

由于只需将接触式影像感测器导光棒入射端直接***，依靠构成定位面的一个非封闭的多边形柱体与接触式影像感测器导光棒入射端的紧密配合实现连接，免去了通常的热熔铆接工艺，故具有连接工艺简单的特性，从而降低了生产成本。

附图说明

图1是采用冷阴极管的线状光源平面示意图；

图2是采用LED阵列的线状光源平面示意图；

图3是采用LED阵列加柱面透镜的线状光源截面示意图；

图4是采用柱面导光棒的线状光源立体示意图；

图5(A)是采用柱面导光棒加外壳的线状光源立体示意图；

图5(B)是第A图的截面示意图；

图6是采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源立体示意图；

图7是采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的另一种线状光源平面示意图；

图8(A)是采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源平面示意图；

图8(B)是图8(A)的截面示意图；

图9(A)是采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源平面示意图；

图9(B)是图9(A)的截面示意图；

图10是线状光源的立体示意图；

图11本发明的一较佳实施例的导光棒结构立体图；

图12(A)其是为本发明导光棒结构的截面示意图；

图12(B)其是为本发明导光棒结构的截面示意图；

图12(C)其是为本发明导光棒结构中反射面内表面结构较佳实施例截面示意图；

图13其是为本发明的光线的路径示意图；

图14其是为本发明的光线的路径示意图；

图15其是本发明的另一较佳实施例光源组件的立体图；

图16其是为本发明的一较佳实施例光源组件的立体图；

图17(A)其是为本发明的一较佳实施例发光二极体安装示意图；

图17(B)其是为本发明的另一较佳实施例的发光二极体安装示意图；

图17(C)其是为本发明的另一较佳实施例的发光二极体安装示意图；

图17(D)其是为本发明的另一较佳实施例的发光二极体安装示意图；

图18其是为本发明导光棒的较佳实施例剖面图。

具体实施方式

为使对于本发明的目的、特徵及所达成的功效，有更进一步的了解，佐以图式详细说明如后：

请参阅图11，本发明的线状光源10是由导光棒20和光源组件30所组成；该导光棒20结构主要是为呈一八边形的柱体，在本发明中则是以对称八边形柱体为最佳实施例，该对称八边形柱体210包括有：至少一端是为一可供光线进入的入射面220、一反射面230、一出射面240及反射层250，该对称八边形柱体210另端则可为一尾端面260，其中该入射面220位于该对称八边形柱体210的一端，是可提供光线的进入，该对称八边形柱体210的一侧面设有一长条形凸体270，该长条形凸体270的上端为出射面240，该反射面230及该出射面240则分别在对称八边形柱体210相对二侧面而设置，其余则为反射层250，该反射层250是由多个矩形平面所组成，该反射层250的光轴是垂直该反射面230和出射面240，反射层250可分别与反射面230和出射面240相连接而另一端为尾端面260；另，此对称八边形柱体210的材质是为高穿透、低吸收的光学用材质如压克力等，导光棒结构表面粗糙度越小越好，介质折射率越小越好，则易使入射的光线易于产生入射角大于临界角，以达到全反射，减少光通量的损失。

该反射面230的内表面可作一表面处理，其表面纹理处理方式分为两种，请同时参阅图12(A)和图12(B)所示，一为在远离光源处其表面粗糙度较高，而近光源处表面粗糙度低；另一方式为作分段处理，使各段具有不同的表面粗糙度，以增减其反射、折射及吸收的是数，表面粗糙度高者，其表面的漫射能力大、反射角度大；反的，表面粗糙度低者，漫射能力小、反射角度小且可同时改变其光通量；同理，可藉由改变此对称八边形柱体210的长度，减少或增加其表面纹理的面积，藉以达到调节光通量大小，以提高光均匀度；该出射面240是相对于该反射面230而设置；该反射层250是由多个矩形平面所组成，可分别与反射面230和出射面240相连接，且该传输面光轴即x轴的各截面，是垂直该反射面230和出射面240；请参阅图13及图14所示的光线路径图，由该入射面220进入的光线是经由该反射层250的多次反射，藉此提高光均匀度，使光线集中至该反射面230，再经由该反射面230反射而从出射面240出射，又因该反射面230的反射层250作有表面处理而使光均匀度大为提高；该对称八边形柱体210的另一端为尾端面260，是以镀膜方式镀有白色或银色的反光漆，可将光线再反射至该对称八边形柱体210中，以进一步提高光能利用率，且该对称八边形柱体210的入射面220、反射面230、反射层250、尾端面260均须以白色或银色的漆作镀模，以便于提高光线的利用率与反射率，减少光线被材质吸收的可能，降低其吸收率。

该反射面230的内表面，另一实施例为图12(C)，其是为本发明导光棒结构中反射面内表面结构较佳实施例截面示意图，如图所示，该反射面230内表面的表面纹理亦可为沟槽条纹，藉由沟槽条纹宽度、深度的变化及分段处理的方式造成不同的粗糙度，而各区段内的条纹粗糙度一致。

请参阅图15为本发明的另一较佳实施例光源组件的立体图，其中该对称八边形柱体210的另一端，可为一提供光线进入的入射面280，以达到使对称八边形柱体210可由其二端处进光者的目的。

请参阅图16，是本发明的一较佳实施例光源组件的立体图，其主要是为安装面310、定位面320及反射面330，该安装面310的外观是等于导光棒的八边形柱体，其中LED的安装位置是为至少一安装位置。

请参阅图17(A)，一个发光二极体40安装于圆形安装面350的圆心处；图17(B)，二个发光二极体40的中心与圆形安装面350的圆心处于一条直线上，且二个发光二极体40的中心距尽可能小；请参阅图17(C)，三个发光二极体40的中心落在一个直径尽可能小的圆上，该圆的圆心与圆形安装面350的圆心重合，且圆形安装面350的圆心与三个发光二极体的中心的三条连线以120°相邻；请参阅图17(D)，四个发光二极体40的中心落在一个直径尽可能小的圆上，该圆的圆心与圆形安装面350的圆心重合，并且四个发光二极体的中心的连线形成一个正方形；图17(A)至图17(D)中，由于发光二极体以距离光轴最近且均匀分布的方式安装在圆形安装面上，故可进一步使光源组件的发光强度分布集中于光轴。

最后，请参图18，可于导光棒20的八边形柱体210外部包覆一多边形反光套290，该反光套290的包覆范围必须涵盖反光面230，其主要功能为具有聚光的功效，使得入射光200的能量可在导光棒20中做充分的利用，才由另一端面射出。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，但不能以此限定本发明的专利保护范围，即大凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范围内。

Claims (19)

1.一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征在于，其主要至少是包括有：

光源组件，其主要构造是包括有一非封闭的凸字定位面、至少一反射面及至少一安装面，以及安装于该安装面的上的至少为一发光二极体及导光棒，其是包括一凸字多边形柱体、至少一出射面、反射面及复数个反射层，该柱体的一尾侧端为可供光线进入的入射面，该柱体中的其一相对二表面分别设有一含表面纹理的反射面及其相对应的出射面，其余的表面则是具有反射作用的反射层面所组成，使得由入射面进入的光线经由多边型柱体的传输和反射面的多次反射后，使光线均匀地从该出射面出射。

2.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该导光棒的凸字多边形柱体是为一凸字八边形柱体。

3.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该定位面与该凸字多边形柱体相连结，其中心线垂直于该安装面，且为该光源组件的光轴。

4.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该凸字多边形柱体与该定位面的另一平面相交。

5.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该凸字定位面平行该安装面。

6.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该凸字定位面与该导光棒入射侧端紧密配合。

7.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该反射面的凸字多边形柱体的中心线与该光源组件光轴重合。

8.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该反射面的顶部与凸字定位面平面切割出至少为一个的圆形的整合光束出射口。

9.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述安装面与反射面的底部相交而形成一个矩形缺口以安装发光二极体。

10.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该一个以上的发光二极体以距离光最近且均匀分布的方式安装至安装面上。

11.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该柱体上的出射面是形成一凸字体。

12.如权利要求11所述的线状光源，其特征在于，所述该凸字体出射面是为一长条状，此长条状的宽度可依应用调整的以达到理想的光强度。

13.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该带有表面纹理的反射面，其表面纹理可分段处理，使各段表面粗糙度不同。

14.如申请专利范围第1项所述的线状光源，其特征在于，所述该带有表面纹理的反射面，其表面纹理可分段处理，使近光源处较平滑，而远离光源处其粗糙度则渐进增加，粗糙度的分段调整藉以使出射面的光线均匀分布而提高光线均匀度。

15.如权利要求13所述的线状光源，其特征在于，所述该表面纹理可为沟槽条纹，且沟槽条纹可分为二个以上的区间，每一区间内的条纹粗糙度一样，但区间的条纹不同，可做深度及宽度上的变化，

16.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该带有表面纹理的反射面，其表面是以银白色反光漆作镀膜。

17.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该多边形柱体另一端是可为一尾端面，该尾端面可用以将抵达此面的光线反射回至该多边型柱体中。

18.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该尾端面的表面是以银白色反光漆作镀膜。

19.如权利要求1所述的线状光源，其特征在于，所述该多边形柱体的外部，可包覆一多边形反光套，该反光套套于多边形柱体的外且必须涵盖含表面纹理的反光面。

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