CN1963640B - 面光源装置 - Google Patents

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Abstract

一种面光源装置，用具有第1焦点与第2焦点的第1椭圆、和具有第1焦点与第2焦点的第2椭圆构成双重半椭圆的反射板。而且，使第1椭圆和第2椭圆的各第1焦点共有。其中，反射板的截面形状为排列将上述第1椭圆和第2椭圆的轮廓用包含共有的第1焦点和其他焦点的直线进行了分割后的双重半椭圆。该反射板以双重半椭圆来包围线状光源，并将来自线状光源的光正反射及扩散反射到位于上方的扩散板。由此，排列了双重半椭圆状的反射板的边界部的亮度不均就得以消除。

Description

面光源装置
技术领域
本发明涉及一种设置在液晶显示器的背面以从背面照明该液晶显示器的、亦称之为背光的照明装置，尤其涉及一种没有亮度不均的面光源装置。
背景技术
在透射型的液晶显示器中，在形成电子潜像的液晶面板的背面设置照射面状的照明光的背光源(back-light)。在这里，将这种背光源称之为面光源装置。该面光源装置，在反射板之上将多个线状光源与液晶面板的表面平行地进行排列，以有效地利用来自该线状光源的出射光。此外，一般是在线状光源中设置介于液晶面板之间的光扩散板以使照明光的面内分布平滑均匀。在液晶面板的上面和下面层叠有偏光板，将面光源装置设置在下侧的偏光板的背面。
作为用于上述面光源装置的反射板，在下述专利文献1中记载了一种背光用反射镜，其排列共有第1焦点、将第2焦点配置在包含第1焦点的直线的两侧的两个半椭圆，并将光源放置于第1焦点，由此将光源的像成像于第2焦点，以形成宛如有3个光源这样的光学***。
专利文献1：日本专利公开特开2005-24746号公报
在专利文献1中有关于排列两个半椭圆并对来自光源的光进行正反射(或镜面反射)的反射镜的记载。但是，并没有涉及就两个半椭圆的边界部的亮度不均进行考虑这方面的记载。
发明内容
本发明的目的在于，在将排列两个半椭圆并对来自光源的光进行正反射的反射镜用作基本构造的照明装置中，使该两个椭圆的边界部的亮度不均得以消除而提供一种均匀的面光源装置。
为达到上述目的，本发明将排列两个半椭圆并设成凹面状以包围光源的反射板，用包含正反射光的扩散反射材料进行成型，并将正反射光聚集在边界部由此将亮度不均消除掉。
此正反射光的聚集方法是将第1和第2焦点配置成几乎相同的高度，并将光源位置从第1焦点向反射板侧偏移。另外，将光源和第1焦点置于反射板侧，将第2焦点置于边界部附近，并对它们的位置进行调整。
根据本发明，两个椭圆的边界部的亮度不均就得以消除而获得均匀的面光源装置。本发明适用于作为液晶显示器的背光、透射型布告板的背光、用来查看射线照片的医疗用背光以及天花板吊灯等平面照明装置的面光源装置。
另外，在使用了背景技术中的背光用反射镜的面光源装置中，作为扩散板为保证指向特性其透射率小于等于60％，但在本发明中，就能够使用透射率小于等于65％的扩散板.这样一来，如果使用透射率较高的扩散板就可以得到更为明亮的面光源.这是因为不仅是正反射光而且还取入了扩散反射光，所以在扩散板的下方指向特性就一定程度上得到保证的缘故.
附图说明
图1是涉及本发明的面光源装置的与线状光源正交的方向的截面图。
图2是如图1所示的面光源装置的局部放大截面图。
图3是偏移了线状光源的位置时的光线追踪图。
图4是如图3所示的扩散板上的正反射光的照度分布图。
图5是扩散板上的照度分布图。
图6是扩散板上的直射光+扩散反射光的照度分布图。
图7是双重半椭圆反射板的直射光照度分布图。
图8是双重半椭圆反射板的直射光的下降量(dropping amount)与光源间距的关系图表。
图9是光源正交方向的亮度分布图。
图10是使用了钣金加工(sheet metal)反射板的面光源装置的光源正交方向截面图。
图11是实施例2的面光源装置的光源正交方向截面图。
图12是实施例3的面光源装置的光源正交方向截面图。
图13是实施例4的面光源装置的光源正交方向截面图。
图14是实施例5的面光源装置的光源正交方向截面图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的实施例进行说明。
[实施例1]
图1是涉及本发明的面光源装置的与线状光源正交的方向的截面图。该面光源装置由冷阴极管等的线状光源1、采用包围该光源的形状的反射板3、配置在该反射板的正上方的扩散板4、以及根据需要在扩散板4上所追加的扩散片5和棱镜片6等光学薄膜类构成。
在图1中，反射板3由以扩散反射为主、同时还通过使表面平滑等而增强了正反射光的反射面构成。反射板3的与线状光源1正交的方向的截面，采用对一个线状光源1将两个半椭圆(或者双重半椭圆)按线状光源1的数目相应进行了排列的形状。
图2是图1所示的面光源装置的局部放大截面图。具有第1焦点10与第2焦点21的第1椭圆25、和具有第1焦点10和第2焦点22的第2椭圆26共有第1焦点10。反射板3的截面形状为排列将这些椭圆25、26的轮廓用包含共有的焦点10与其他两个焦点21、22的直线进行了分割后的两个半椭圆。
该反射板3以两个半椭圆包围线状光源1，将来自线状光源1的光正反射和扩散反射到扩散板4。此外，43、43’是两个半椭圆的边界部。
另外，配置在扩散板4的正下方的多个线状光源1被分别配置在连结经过分割的两个半椭圆的交点31与共有的焦点10的直线上.该线状光源1的间距W大于反射板3的深度D.因此，与使用以往的平面状的反射板时的线状光源的个数相比较，就能够削减其个数.
图3是将配置在第1焦点10上的线状光源的位置向反射板侧的位置11～14偏移时的光线追踪图。在将光源配置于第1焦点10的情况下，这时的正反射光为80，通过将线状光源的位置以11、12、13、14每次一点靠近反射板侧，就能够使它们的正反射光以81、82、83、84分布在两个半椭圆的边界部附近。
图4是对图3所示的正反射光80～84进行了模拟的扩散板上的正反射光的照度分布图。纵轴是将扩散板上的最大照度设为1时的相对值，横轴是与线状光源正交的方向的位置的相对值，是将与线状光源正交的方向的位置用从光源到边界处的距离L＝1相除后得到的值。
在图4中，如图3所示，通过将线状光源的位置靠近反射板侧，就可以使正反射光从正发射光80分布至位于反射板的边界部附近的正反射光84。这些正反射光80～84均超过10％，但由于这些正反射光80～84在图3中是两个半椭圆的边界部的单侧的正反射光的比例，所以若将边界部的两侧的正反射光合计起来就将超过20％。
图5是扩散板上的直射光、扩散反射、正反射光、直射光+扩散反射光、直射光与反射光(扩散反射光和正反射光)的合计的照度分布图。与图4相同，纵轴与横轴是照度及光源正交方向位置的相对值。该分布是分成直射光、扩散反射光、正反射光进行了模拟后的结果。
图5中，扩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。光源正上方位置轻微下降是由于扩散反射光处于光源的阴影的缘故。另外，直射光在光源正上方最亮，由于其亮度程度还在扩散反射光的下降度以上，因此扩散反射光在光源正上方的下降不会成为问题。此外，直射光在光源正上方位置成为最大，在边界部成为最小，其差约为20％。
此直射光+扩散反射光的边界部的下降最大约为20％。其原因在于直射光的下降。从而，用正反射光来弥补该下降即可。即，正反射光的相位与直射光的相位反转，其振幅基本相等。
图6是关于基于该正反射光的修正量的说明图，为仅抽出图5所示的直射光+扩散反射光的图表。
在图6中，直射光+扩散反射光的图表呈大致正弦曲线，必须补足的光量A与相反侧B呈对称的形状。从而，A的面积就大约为一区间部分面积C的一半。由于C的面积宽度为下降量20％×双重半椭圆的宽度，因此可知A的面积就为C的面积的一半也就是10％×双重半椭圆的宽度，在光源间距是反射板深度的两倍的情况下，只要有大约10％的正反射率即可。这样，设正反射率为10％进行了模拟的结果就是直射光、扩散反射光、正反射光各自的合计变得大致平坦。
这里，为了归纳必要的正反射光量，在图7中示出改变双重半椭圆反射板的光源间距来计算直射光照度分布的结果。另外，为使照度的下降量容易理解，在图8中示出由图7将照度的下降量进行了图表化的结果。
在本实施例中，以光源间距大于反射板深度的情况作为对象.从而，如图8所示，由于光源间距＝反射板深度时的下降量为4％，所以如先前所说明那样，因直射光的照度分布呈大致正弦曲线故必要的正反射率为其一半即2％以上.此外，在光源间距是反射板深度2倍的情况下，下降量为20％，故必要的正反射率就为其一半即10％.
图9是经过试制的面光源装置的光源正交方向的亮度分布图。在图9中，为了能方便理解地捕捉亮度不均，将光源被配置的中央±100mm的平均亮度设为1来表现。该面光源装置设反射板的深度D＝18mm，光源间距W＝40mm，光源间距÷反射板深度＝约2倍。另外，将反射板的形状设为双重半椭圆(dual half-ellipses)，作为线状光源将冷阴极管设置在从第1焦点向反射板侧离开约10mm的位置。进而，在反射板的正上方，按照距离线状光源近远的顺序层叠由扩散板、扩散片、棱镜片组成的光学薄膜组。
在该试制中，使用将反射面作为镜面的模具对添加了扩散反射剂的树脂进行注模(注射模塑)成型来制作反射板。另外，在将模具表面准备得比通常更为平滑，并添加了扩散反射材料的树脂中也可以得到近10％的正反射率。
在本实施例中，由于用反射板进行正反射和扩散反射，因此用于进行正反射的反射板就必须是高反射率反射面。作为该反射板的制造方法，一般通过对在聚碳酸酯树脂等热可塑性成型树脂中添加了氧化钛等可视光扩散反射剂的树脂材料进行注模成型、挤压成型或者压缩成型来进行制造。此时，如果将模具表面作为镜面，就可以比较容易地加大反射板的正反射率。另外，还可以通过利用超临界流体的微细发泡成型或借助于化学发泡剂的发泡成型等使微小空孔分布来成型。
除此以外，还可以在通过钣金加工而对形状进行了修整的金属板上，粘贴利用发泡成型的高反射率扩散反射片来进行制造。另外，也可以在经过钣金加工的金属板表面上实施氧化钛等白色高反射率的涂覆来进行制造。在此情况下，还可以如图10所示，通过设成带倒圆修整的边界部33，对反射板全部面一体地进行加工。
[实施例2]
图11是涉及本发明的面光源装置的与线状光源正交的方向的局部放大截面图。实施例2是在实施例1中将共有的第1焦点10的位置下移到线状光源1的位置时的实施例。
在本实施例中，反射板3的与线状光源1正交的方向的截面形状为排列将共有的第1焦点10的两个椭圆25、26的轮廓在反射板3侧的第1焦点10与扩散板4侧的第2焦点21、22之间进行了分割后的两个半椭圆。反射板3包围被配置于第1焦点10的线状光源1，将来自线状光源1的光正反射和扩散反射到扩散板4。
在本实施例中，因为第1焦点10与线状光源1的位置相同，故可以使正反射光收敛至第2焦点21、22的附近。这是因为考虑到根据线状光源1、扩散板4和光学薄膜(扩散片5和棱镜片6)的种类的不同，亮度分布只在边界部下降的情况的缘故。另外，还可以通过调整第2焦点的21、22的位置来调节正反射光向边界部的收敛程度。
[实施例3]
图12是涉及本发明的面光源装置的与线状光源正交的方向的局部放大截面图，改变了图11所示反射板1的形状。在图12中，反射板1的形状为排列将经过分割的两个半椭圆的交点31向扩散板4侧移动后的两个半椭圆。
虽然也可以用模具来制作排列了这种双重半椭圆的形状，但也可以取代使两个半椭圆的交点31移动而在反射板上设置覆盖交点31的突起部32.该突起部32适合于在已经制作好模具后的正反射光的调整等.
在本实施例中，不仅可以与实施例2同样地通过第2焦点21、22的位置调整，还可以通过改变双重半椭圆的形状来调整正反射光的分布。
[实施例4]
图13是涉及本发明的面光源装置的与线状光源正交的方向的局部放大截面图。在图13中，第1焦点位置不是由两个半椭圆所共有，而是从线状光源1的位置向左右离开来进行配置。
在图13中，反射板3的与线状光源1正交的截面形状为排列将两个椭圆25、26交叉、且包含第1椭圆25的焦点10’，21的直线与包含第2椭圆26的焦点10”，22的直线的交点位于反射板3侧的各椭圆25、26的轮廓，用包含各椭圆25、26的反射板3侧的焦点10’、10”的直线进行了分割后的两个半椭圆。另外，反射板3包围线状光源1，该线状光源1配置在连结各椭圆25、26的反射板3侧的焦点10’、10”的直线上的中间，并将来自线状光源1的光正反射和扩散反射到扩散板4。
本实施例如从图13所示的正反射光线的箭头可以看出那样，具有射向双重半椭圆的邻近区间的光增加之类的特征。由于从该邻近区间到来的光与来自线状光源1的直射光的方向相反，故有助于指向特性(directivity)的对称性改善。
[实施例5]
图14是涉及本发明的面光源装置的与线状光源正交的方向的局部放大截面图。图14改变了图13所示的线状光源的位置。
在图14中，线状光源被配置在包含第1椭圆25的焦点10’、21的直线与包含第2椭圆26的焦点10”、22的直线的交点上，反射板3包围着该线状光源1。
在本实施例中，由于使光源位置靠近反射板，故射向双重半椭圆的邻近区间的光进一步增加。
如上述说明那样，双重半椭圆根据第1第2焦点位置与椭圆的大小使反射板的深度改变。在实际的设计中，根据所要求的光源间距与反射板的深度以及正反射光的分布进行适宜选择即可。

Claims (13)

1.一种面光源装置，由被配置在扩散板正下方的多个线状光源和对来自上述线状光源的光进行反射的反射板构成，其特征在于，
上述反射板在与线状光源正交的方向上的截面形状为：对于共有一个焦点的两个椭圆，利用包含共有的焦点和其他两个焦点的一条直线进行分割所形成的在直线一侧的两个半椭圆的轮廓，
上述反射板以两个半椭圆的轮廓包围线状光源，并将来自线状光源的光正反射和扩散反射到扩散板；
上述线状光源被配置在经过分割的两个半椭圆的交点和共有的焦点之间连结该交点和该焦点的直线上；
被照射到上述扩散板的来自线状光源的直射光的光量分布曲线、与来自反射板的正反射光的光量分布曲线的相位反转，且直射光与正反射光的振幅大致相等。
2.根据权利要求1中所记载的面光源装置，其特征在于，
将上述反射板的正反射率设为2％以上且10％以下。
3.根据权利要求1中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述线状光源的排列间距大于反射板的深度。
4.根据权利要求1中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述反射板通过对在聚碳酸酯树脂中添加了氧化钛的树脂材料进行注模成型、挤压成型或压缩成型来进行制造。
5.根据权利要求1中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述反射板通过利用了超临界流体的微细发泡成型或借助于化学发泡剂的发泡成型来进行制造。
6.根据权利要求1中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述反射板在经过钣金加工的金属板上粘贴扩散反射片来制造。
7.根据权利要求1中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述反射板通过在经过钣金加工的金属板表面实施氧化钛白色高反射率涂覆来进行制造。
8.根据权利要求6或7中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述两个半椭圆的边界部为带倒圆修整的边界部。
9.一种面光源装置，由被配置在扩散板正下方的多个线状光源和对来自上述线状光源的光进行反射的反射板构成，其特征在于，
上述反射板在与线状光源正交的方向上的截面形状为：对于共有一个焦点、且不共有的两个焦点的位置在与共有的一个焦点相比更靠近扩散板的位置的形状的两个椭圆，在不共有的两个焦点和共有的一个焦点之间进行分割所形成的在共有的一个焦点一侧的两个半椭圆的轮廓，
上述反射板包围被配置于共有的焦点的线状光源，并将来自线状光源的光正反射和扩散反射到扩散板。
10.根据权利要求9中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述反射板的形状为使经过所述分割后的两个半椭圆的交点向靠近扩散板的一侧移动的形状。
11.根据权利要求9中所记载的面光源装置，其特征在于，
在上述反射板上设置覆盖经过分割的两个半椭圆的交点的突起部。
12.一种面光源装置，由被配置在扩散板正下方的多个线状光源和对来自上述线状光源的光进行反射的反射板构成，其特征在于，
上述反射板在与线状光源正交的方向上的截面形状为：使第一椭圆和第二椭圆交叉，且包含第一椭圆的两个焦点的第一直线与包含第二椭圆的两个焦点的第二直线的交点位于靠近反射板一侧，用包含第一椭圆的位于反射板侧的焦点和第二椭圆的位于反射板侧的焦点的第三直线分割第一椭圆以及第二椭圆所形成的在第三直线的一侧的两个半椭圆的轮廓，
上述反射板包围被配置在连结各椭圆的反射板侧的焦点的直线上的中间的线状光源，并将来自线状光源的光正反射和扩散反射到扩散板。
13.根据权利要求12中所记载的面光源装置，其特征在于，
上述反射板包围被配置在第一直线与第二直线的交点上的线状光源。
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