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CN104272011A - 导光板 - Google Patents

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CN104272011A
CN104272011A CN201380024463.5A CN201380024463A CN104272011A CN 104272011 A CN104272011 A CN 104272011A CN 201380024463 A CN201380024463 A CN 201380024463A CN 104272011 A CN104272011 A CN 104272011A
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CN
China
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guide plate
light guide
light
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pitch
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Application number
CN201380024463.5A
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藤田胜
持田省郎
金山喜彦
日下雄介
伊藤正弥
菊池荣成
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明使用导光板(11)，包含：光入射的侧面；具有光反射的多个棱镜(12)的反射棱镜面；及光放出的光出射面，导光板(11)的特征在于，反射棱镜面具有棱镜(12)的节距变化的第一区域(PA)与棱镜(12)的深度变化的第二区域(TA)。另外，使用导光板(11)，该导光板在光入射侧面配置有第一区域，相邻的在导光板(11)的内部侧配置有第二区域(TA)。

Description

导光板
技术领域
本发明涉及用于照明装置的导光板。
背景技术
用图12对现有的专利文献1的导光板进行说明。导光板为长方体。图12是现有的导光板的立体图。如图12所示，现有的导光板由LED光源13与导光板11形成。
导光板11具有：具有多个棱镜12的反射棱镜面22；及与其相对的光出射面23。导光板11将入射的光传播到其内部，同时由棱镜12反射该光，从光出射面23射出。在导光板11的两端部配置有LED光源13。
LED光源13是生成射出到导光板11的光的光生成单元。棱镜12的深度随着离开LED光源13变深。其理由是以能将来自LED光源13的直接的光与由光出射面23反射的反射光不根据地方而均匀地反射到导光板11的整体的方式形成棱镜12。即，越到里面光越难到达，因此为了使其反射，做成较大的棱镜。
在图12中图案化地显示，较少地显示棱镜12的数量。以下的图也同样。该情况，例如，实际在导光板11中，反射棱镜面22具有169个三角柱状的棱镜12。该棱镜12从导光板11的端部朝向中央以第N＝1、2、…、84、85、84、83、····2、1的方式编号。
另外，导光板11的长度W是59.2mm，导光板11的厚度D是3.5mm。另外，棱镜12间的节距一定且为0.35mm。关于棱镜12的深度(三角形的高度)，最端部的棱镜12的第一个是24.3μm，中央的第85个是75μm。
在现有的导光板11中，使棱镜12的深度可变，将导光的光在光出射面23侧使光反射。导光板11的厚度D是3.5mm，但是由于需要光穿过到中央的部分，因此使棱镜12的最大深度为75μm(数％的厚度量)。
在该结构中，如果进一步设置大面积的导光板11的话，需要使棱镜12的高度进一步变深。但是，导光板11的厚度相对于棱镜12的高度无法成为某比例以下，可能的厚度被棱镜12的高度制限。因此，设置0.2～0.3mm的薄的片材状的导光板11的话，无法确保用于将需要的光导光的厚度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2004-200128号公报
发明内容
为了解决所述问题，使用一种导光板，包含光入射的侧面、具有光反射的多个槽的底面、及光放出的上表面，其特征在于，底面具有槽的节距变化的第一区域及槽的深度变化的第二区域。
根据本发明，构成为具有大致V字形的棱镜的节距可变的区域与棱镜的高度可变的区域，因此不使V字形的棱镜的深度变得过深，就能够设定与导光板的片材厚对应的V字形的棱镜的深度。
另一方面，在仅节距的可变中，为了进行大面积的区域(较大的导光板11)例如超过1mm这样的图案设计，需要棱镜的节距宽度超过800μm的区域的节距宽度。在该情况下，由人眼可以识别节距间的不均匀，无法得到均匀的发光面。
在本发明的导光板的光学系统中，即使是大面积、薄的片材状，在大致V字形的棱镜的深度的最大深度的部分也能确保将光导光的厚度，在人眼无法识别不均匀的区域的节距的范围实现发光面的均匀化的导光板成为可能。
附图说明
图1A是实施方式1的导光板的立体图。
图1B是实施方式1的导光板的端部的局部剖视图。
图1C是实施方式1的变形例的导光板的端部的局部剖视图。
图2A表示实施方式1的导光板的槽的节距分布。
图2B表示实施方式1的导光板的槽的深度分布。
图3是实施方式2的导光板的立体图。
图4是实施方式2的导光板的局部剖视图。
图5是实施方式3的导光板的立体图。
图6是实施方式3的导光板的局部剖视图。
图7是实施方式4的导光板的立体图。
图8是实施方式4的导光板局部剖视图。
图9是实施方式5导光板的立体图。
图10是实施方式5导光板的局部剖视图。
图11是实施方式6的导光板的立体图。
图12是现有的导光板的立体图。
具体实施方式
参照附图对以下本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
用图1A、图1B对本发明的实施方式1中的导光板11进行说明。图1A是表示使用本发明的1实施例的导光板11的照明设备内的照明光学系统的立体图。图1A的照明光学系统由LED光源13与导光板11形成。在导光板11的相对的2面侧分别以约一定间隔直线状地配置多个LED光源13。
图1B是图1A的导光板11的A-B部分的端部的剖视放大图。形成多个槽即棱镜12。棱镜的深度T表示棱镜12的深度。厚度D表示未形成棱镜12的导光板11的部分的厚度。
第一区域PA是棱镜12的深度T一定、棱镜12的节距P可变的区域。第二区域TA是节距P一定、棱镜12的深度T可变的区域。从LED光源13侧相邻配置节距可变的第一区域PA与深度可变的第二区域TA。在LED光源13侧的导光板11的侧端部与节距可变的第一区域PA之间也可以设置不存在棱镜12的区域。
变化量Δt表示第一区域PA与2区域TA之间的棱镜12的深度变化量。从节距P5到节距P1表示节距可变。深度T(x)表示棱镜12的深度与距离x对应变化。
导光板11由1层的丙烯酸树脂层形成。在导光板11中，大致V字形的棱镜12在与LED光源13的直线状的排列相同的方向上延伸。1层的丙烯酸片材层所形成的V字形的槽即棱镜12通过热转印处理等直接形成于丙烯酸树脂层。
导光板11的长度W是470mm，宽度H是270mm，厚度D是0.3mm，LED光源13的光源侧的棱镜12的深度T的最小深度是0.7μm这样微小的高度。棱镜12的节距P的最大值形成到800μm为止。
在图1B的情况下，节距P5是最大节距。在该发明的导光板11中，节距P全都在800μm以下。这是因为，为了通过目视不出现不均匀。接近1mm的话，图案由目视被识别。至少在800μm以下的话，不产生不均匀的问题。
图1B中从节距P5到节距P1示出了几个级别的图1B，但第一区域PA实际以到约200个为止的可变节距P来使节距P可变。节距P以随着离开LED光源13而增加反射到出射面方向(上表面)上的面积的方式使节距P变小。其理由是，越离开LED光源13光强度变得越弱，因此将远处的较少的光在出射面方向上反射。
实施例的最小节距P1是130μm。此时，也可以使最小节距P变得更小，但是反射面即棱镜12的个数增加，制作时的图案形成时间上花费时间长，经济层面上效率不好。另外，面积扩大的话由于最小节距P无法为棱镜12的宽度以下，是有限的，因此有可构成尺寸的极限。
另外，在节距可变的第一区域PA中，棱镜12的深度为一定。其理由是用于确保向位于下个位置的深度可变的第二区域TA引导的光。
在此，根据节距可变的第一区域PA，最小节距P1为130μm，另一方面设置节距P为一定且使棱镜12的深度T较深的可变即深度可变的第二区域TA。在实施例中，最大深度T为6μm。
图2A表示导光板11中长度W方向上的棱镜12的节距的变化。图2B表示导光板11中长度W方向上的棱镜12的深度的变化。两者都在导光板11的中央附近。横轴为导光板11的长度方向(W方向)上的距离x，将导光板11的中央作为0mm。第一区域PA分别位于导光板11的两端且LED光源13侧，第二区域TA位于其中间。
如图2A所示，在节距可变的第一区域PA中，节距P(x)是距LED光源13侧的距离x平滑变化的曲线函数fp(x)。其为1次函数或接近1次函数的单调递增、递减函数。
如图2B所示，在深度可变的第二区域TA中，深度T(x)是距光源的距离x平滑变化的ft(x)曲线函数。在导光板11的中央取最大值，向端部减少，是如抛物线或双曲线这样的函数。
另外，在导光板11中，通过深度T的急剧变化，产生辉度的明暗差。由此，在第一区域PA与第二区域TA之间的棱镜12的深度的变化的地方容易引起明暗差。两区域的转变区域的棱镜12的深度的变化量Δt需要是比0.6μm小的变化量。
其理由是，使变化量Δt变化来进行辉度的不均匀的确认的时候，通过0.6μm以上的深度的差来确认出不均匀。因此，需要是比0.6μm小的值。
此处的不均匀是指出现在第一区域PA与第二区域TA之间的亮线。在目视的情况下，特别是连续性中断的部分，有检测不连续性的倾向。因此，如上述，需要限制变化量Δt。
在该实施例中，深度可变的第二区域TA的最大槽深度为6μm。该最大深度是由于导光板11的厚度D是0.3mm的薄片材，棱镜12的深度深的话，使强度显著降低。另外，光学上也需要用于将光导光到远处的导光范围，至少，优选相对于导光板11的厚度D到95％为止不形成棱镜12。
在实施例中，棱镜12的深度MAX的深度为相对于导光板11的厚度D的0.3mm的2％即6μm。另外，在制作工序中，在通过热压等转印方式中，向薄片材的转印后的脱模工序中存在脱模力的不平衡的话会引起变形。为了在能够制作的区域中考虑光学上的因素、强度上的因素、制作处理上的因素这3个因素，优选的是导光板11的厚度D与棱镜12的深度T的最大深度Tmax为下记式1的关系。
Tmax/D≤0.05···(式1)
在此，导光板11不是厚度一定的情况下，导光板11中导光的最薄的部分需要满足式(1)关系。
此外，在实施方式1中，第一区域PA与第二区域TA在不同的区域，但是如图1C所示，也可以在两个区域间具有使节距可变且使棱镜12的深度变化的区域(PA+TA)的区域。图1C是与图1B对应的图，表示其他的例子。
此时，棱镜深度及节距与其前后的区域的关系平滑变化的话，也能够保证辉度均一性。
另外，该例中，LED光源13设置于导光板11的两侧，也可以设置于1边。
根据本发明的导光板，通过设置深度可变的第二区域TA与节距可变的第一区域PA，即使是薄的导光板也能效率地反射所入射的光。其结果，将棱镜12的深度设计为10μm以下成为可能，可由厚度0.3mm级别设计出相当于50英寸(1050mm×650mm)的图案。
以往，由0.3mm厚的导光板设计仅槽深度可变的话，相当于10英寸(210mm×140mm)是设计的极限。但是，在该实施方式中，约其23倍的大面积的图案结构成为可能。能够实现薄的大面积的导光板。
此外，棱镜12的LED13排列方向的形状为一定、不变化的。用于将LED13的光在与LED13的排列垂直的方向上成为均匀。棱镜12的截面形状优选的是三角形，各自相似形状。光的反射变均匀。另外，设计能精简化，容易制造。
(实施方式2)
用图3、4对本发明的实施方式2的导光板11进行说明。
图3表示实施方式2的导光板11。由LED光源13与导光板11构成。多个LED光源13仅配置于导光板11的1边。此外，以下未记载的事项与实施方式1相同。
图4是图3的导光板11的A-B面的截面的放大图。由棱镜12、丙烯酸片材层16及UV树脂层17构成。棱镜12与实施方式1(图2A、图2B)相同。但是，由于LED光源13是单侧，因此是仅图2A、图2B的左侧的棱镜图案。即是第一区域PA与第二区域TA分别仅为一个的图案。
如图4所示，导光板11是UV树脂层17紧贴丙烯酸片材层16形成，在UV树脂层17形成有三角形的微小凹凸槽形的棱镜12。
根据该构成，能够使用用UV树脂的转印处理在薄片材制作V字形的微小凹凸槽形状的棱镜12。制作工序是制作金属模具，该金属模具是将用于形成微小凹凸槽形状的凸状的光学面三角形状以与配合节距可变、深度可变的转印的导光板形状相反的凹凸图案形成的。
在金属模具进行脱模处理后，涂敷UV树脂，从其上以不使气泡进入的方式将透明的丙烯酸片材从端部接触并放置。在该工序后，从透明的丙烯酸片材侧照射紫外线使UV树脂固化。在固化后，将丙烯酸片材与UV树脂层从金属模具表面在成为一体的状态下剥离。通过该转印处理，在丙烯酸片材层16形成UV树脂层17的棱镜12的图案层。在其他的实施方式中，使用UV树脂层的情况下，能够使用同样的制法。
(实施方式3)
图5是本发明的实施方式3的导光板11的立体图。由棱镜12、第一UV树脂层17A、第二UV树脂层17B及丙烯酸片材层16构成。在第二UV树脂层17B形成有棱镜12。棱镜12的形状与实施方式2相同。以下未记载的事项与实施方式1相同。
丙烯酸片材层16确保了将光在横方向(平行于片材面)上导光的导光厚度。丙烯酸片材层16的正反面是镜面，使丙烯酸片材树脂层内为全反射，光导光扩散。
在第一UV树脂层17A中，为了实现导光板11在发光时的不均匀对策、或光的指向性控制，使微小山型图案24沿着与第二UV树脂层17B的棱镜形状正交的方向形成。
微小山型图案24是半圆形的圆筒上的山型图案以半径50μm、节距100μm形成凸状。与实施方式2同样能使用用UV树脂的转印处理制作。
在该实施方式中，通过采用3层构造，能够形成用于使导光板11的面内的辉度分布均匀化的反射棱镜，且能在与棱镜12的形成面不同的面、薄片材上构成用于应对LED光源13近傍的光集中的辉度不均匀的光学图案，能够实现高功能的导光板。
(实施方式4)
用图6、7对本发明的实施方式4的导光板11进行说明。
图6表示用实施方式4的导光板11的照明光学系统。图6的照明光学系统由LED光源13与导光板11构成。倾斜部21是以在靠近导光板11的LED光源13的方向上使导光板11变厚的方式变化的部分。
其他与实施方式1同样。在该照明光学系统中，LED光源13以大致一定的间隔直线状地排列，以该LED光源13的光从导光板11的两边入光的方式相对配置多个。
图7是导光板11的A-B线的截面的LED光源13附近的局部剖视图。导光板11由1层的丙烯酸树脂形成。在导光板11中，大致V字形的微小凹凸槽形状的棱镜12在与LED光源13的直线状的排列相同的方向上延伸。在图7中，可知该V字形的微小凹凸的截面形状排列。由1层的丙烯酸片材层形成的V字形的微小凹凸的棱镜12通过热转印处理等直接形状形成于丙烯酸树脂层。
导光板11具有以在靠近LED光源13的方向上使导光板11变厚的方式变化的部分即倾斜部21。相对于LED光源13的高度h，以导光板11的厚度成为LED光源13的高度h以上的方式形成倾斜部21。由此，能在薄的导光板11使来自LED光源13的光效率良好地入光。
在倾斜部21的厚度成为一定状态下的导光板11的厚度一定的区域中，形成有细微三角形槽的棱镜12。
倾斜部21的倾斜的长度(左右方向、W方向)是LED光源13的高度h的2倍到3倍。比2倍短的话，漏光比例增加。比3倍长的话称为薄型的导光板的商品价值下降了。
另外，倾斜部21不是曲线(球面)而是直线(平面)即可。优选的是，以将入射光均匀地导向导光板11的内部的方式按直线(平面)反射。
对于导光板厚度0.3mm，光源高度h为0.8mm时，来自光源的光的入光效率是40～50％，但是通过使倾斜部21的高度为0.8mm，来自光源的光的入光效率提高到85～90％。
(实施方式5)
使用图8、9说明本发明的实施方式4的导光板11的变形例。图8表示使用实施方式4的导光板11的照明光学系统的立体图。与实施方式4的区别在于，倾斜部21是以随着靠近导光板11的光源而在棱镜12的形成面方向上使导光板11的厚度变厚的方式变化的部分。其他的条件与实施方式4相同。倾斜部21的形状与实施方式4同样。
图9是导光板11的A-B线截面的LED光源13附近的局部剖视图。是与图7对应的图。与实施方式4具有同样的效果，比实施方式4的效果从表面观察导光板11情况下还具有平面性，在其表面容易设置电视机等部件。
(实施方式6)
用图10对本发明的实施方式6的导光板11进行说明。图10是使用本发明的1实施例的导光板11的照明光学系统的LED光源13的附近的局部剖视图。图10的照明光学系统由LED光源13与导光板11构成。导光板11由丙烯酸片材层16及形成有V字形槽的棱镜12的UV树脂层17构成。倾斜部21是以沿着靠近UV树脂层17的LED光源13的方向使导光板11的厚度变厚的方式变化的部分。棱镜12的形状与实施方式1、2相同。
倾斜部21是以其端部成为LED光源13的高度h以上的方式，随着靠近LED光源13侧变厚的形状。由此，能够使来自LED光源13的光效率良好地入光到薄的导光板11。另外，倾斜部21通过只形成在与V字形槽的棱镜12相同的面，在平坦的丙烯酸片材层16的面由UV树脂层17以使入光部的高度变高的方式形成，因此无需制作一个特殊形状的丙烯酸片材。结果使来自光源的光的入光效率提高成为可能。通过UV光成形能够精度良好的形成倾斜部21、棱镜12。倾斜部21的形状与实施方式4相同。
(实施方式7)
用图11对实施方式7的导光板11进行说明。图11是使用方式7的导光板11的照明光学系统的立体图。实施方式3(图5)的变形例。不同在于，在导光板11的第二UV树脂层17B具有以在靠近光源方向上使导光厚度变厚的方式变化的部分即倾斜部21。
通过倾斜部21的部分，相对于LED光源13的高度h，由丙烯酸片材层16、第二UV树脂层17B及第一UV树脂层17A构成的高度的和成为LED光源13的高度h以上。将以导光板11的厚度随着靠近光源侧变厚的倾斜部21只在形成棱镜12的面侧形成。
由此，能够将来自LED光源13的光上效率良好地入光到导光板11。另外，通过形成于与棱镜12相同的面，能在平坦的丙烯酸片材层16的面由UV树脂层以使入光部的高度变高的方式形成，因此不使用特殊形状的丙烯酸片材层16就使提高来自光源的光的入光效率成为可能。其他条件与实施方式1相同。
此外，该倾斜部21的导光板11的长度方向(左右方向)的长度为高度h的2倍到3倍程度。低于2倍的话，漏光的比例大。倾斜部21的形状与实施方式4相同。
根据如上的本发明，在薄的导光板11上，根据与节距可变区域、槽深度可变区域及将它们组合的变量来形成细微V字形槽的深度被限制为导光厚的5％以下的细微棱镜形状，能在更薄、大面积的导光板11的面形成均匀发光的图案。
另外，这样的细微V字形，使反射槽的高度变低，且能由以人眼无法识别的不均匀的节距与深度的变化量形成，能够用作于超薄型液晶TV用的背光源。
在本发明的图案中，棱镜12的变化量小且浅，因此即使在使用UV树脂的制造处理、使用热转印的处理中，可以在薄的层转印，更薄的导光板11成为可能。
另外，由于是薄的片材状，在弹性域内能够自由地弯曲。有效利用本发明的导光板11的超薄型、轻量、弯曲特性，能够实现所有的照明设备、影像用背光源的超薄型、轻量化及新设计。
实施方式1～8能够适时组合。
产业上的可利用性
可用于各种照明装置、影像用的背光源等。
符号说明
11  导光板
12  棱镜
13  LED光源
16  丙烯酸片材层
17  UV树脂层
17A 第一UV树脂层
17B 第二UV树脂层
21  倾斜部
22  反射棱镜面
23  光出射面
24  微小山型图案
PA  第一区域
TA  第二区域

Claims (11)

1.一种导光板，含有：
光入射的侧面；
底面，具有所述光反射的多个槽；以及
所述光放出的上表面，其特征在于，
所述底面具有所述槽的节距变化的第一区域以及所述槽的深度变化的第二区域。
2.根据权利要求1所述的导光板，其中，
在所述光入射侧配置有所述第一区域，在与所述第一区域相邻且所述导光板的内部侧配置有所述第二区域。
3.根据权利要求1所述的导光板，其中，
在所述光入射的两侧面配置有两个所述第一区域，在所述两个第一区域间的所述导光板的内部侧配置有一个所述第二区域。
4.根据权利要求1所述的导光板，其中，
在所述槽的节距变化的第一区域中，所述槽的深度一定，
在所述槽的深度变化的第二区域中，所述槽的节距一定。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的导光板，其特征在于，
所述导光板的所有的所述槽的节距为800μm以下。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的导光板，其特征在于，
所述导光板的厚度D与所述槽的最大深度Tmax的比率为如下公式：
Tmax/D≤0.05。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的导光板，其特征在于，
所述槽的节距变化的第一区域与所述深度变化的第二区域之间的槽深度的差ΔT为以下这样：
ΔT<0.6μm。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的导光板，其特征在于，
所述导光板由具有位于所述底面侧的所述槽的UV树脂层及位于所述上表面侧的片材树脂层构成。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的导光板，其特征在于，
所述导光板由具有位于所述上表面侧的棱镜形状的第一UV树脂层、具有位于所述底面侧的所述槽的第二UV树脂层、以及位于所述第一UV树脂层与所述第二UV树脂层之间的非UV树脂层的树脂层构成。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的导光板，其特征在于，
所述导光板的光入射的侧面的厚度随着靠近所述侧面而增加。
11.根据权利要求10所述的导光板，其中，
仅所述导光板的所述底面侧的厚度增加。
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