專利名稱：面光源裝置和包含該裝置的液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種面光源裝置和一種包含該面光源裝置的液晶顯示設備，特別涉及一種照亮液晶顯示面板的面光源裝置，和一種包含該面光源裝置的液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置已經(jīng)于各種領(lǐng)域內(nèi)被應用為顯示裝置，例如用于電腦和電視的OA設備的顯示裝置，其發(fā)揮了重量輕、厚度小、功耗低的優(yōu)勢。近年來，液晶顯示裝置也被用作諸如移動電話之類的移動終端的顯示裝置。這種液晶顯示裝置包括，例如，一個透射液晶顯示面板和一個照亮液晶顯示面板的背面的液晶背光設備。
對于具有這種結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置來說，被顯示于液晶顯示裝置上的圖像的亮度，可以通過改善來自背光裝置的輻射光的使用效率而得到增強。例如，有人提出一種背光系統(tǒng)和一個顯示裝置，其中一種具有棱柱的亮度增強薄膜(例如，3M有限公司生產(chǎn)的BEF)被應用于該顯示裝置上。(例如，可以參考韓國公開號為11-167809，PCT國家公開號為10-510371的日本專利申請)。
在上述的被應用了亮度增強薄膜的液晶顯示設備中，處于到液晶顯示面板的法線方向上的光線可以被增強。不過，處于不同于法線方向的視角方向上的光線不能被充分地增強。或者說，可以讓高亮圖像得以顯示的視角的范圍狹窄。
發(fā)明概要本發(fā)明正是建立在對于上述問題的考慮上，本發(fā)明的目標是提供一種面光源裝置，其可以實現(xiàn)作為光照的目標的液晶顯示面板的廣視角，以及一種包含該面光源裝置的液晶顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種面光源裝置，其包括一個光源；一個光導，其具有一個入射面，來自光源的輻射光入射到其上，還具有一個第一主表面和第二主表面，它們彼此相對，穿過入射面進入的入射光在此被發(fā)射；一個反射層，其被設置于光導的第二主表面?zhèn)壬希揖哂懈叻瓷渎?；一個散射層，其被設置于光導的第一主表面?zhèn)壬?，通過堆疊很多具有光散射屬性的散射片而構(gòu)成；一個透鏡層，其被設置于散射層上。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種液晶顯示裝置，其包括一個液晶顯示面板，其包括一個有效顯示區(qū)，在該區(qū)內(nèi)安置了很多顯示像素；一個面光源裝置，其照亮液晶顯示面板，該面光源裝置包括一個光源；一個光導，其具有一個入射面，來自光源的輻射光入射到其上，還具有一個第一主表面和第二主表面，它們彼此相對，穿過入射面進入的入射光在此被發(fā)射；一個反射層，其被設置于光導的第二主表面?zhèn)壬?，且具有高反射率；一個散射層，其被設置于光導的第一主表面?zhèn)壬?，通過堆疊很多具有光散射屬性的散射片而構(gòu)成；一個透鏡層，其被設置于散射層上。
本發(fā)明可以提供一種面光源裝置，其可以實現(xiàn)作為光照目標的液晶顯示面板的寬視角，以及一種包含該面光源裝置的液晶顯示裝置。
本發(fā)明的其它目標和優(yōu)點將在后續(xù)的描述中闡述，有些可以明顯地由說明書得到，或者可以通過本發(fā)明的實踐而掌握。本發(fā)明的這些目標和優(yōu)點可以通過采用在下文中特別指出的手段與結(jié)合而得以實現(xiàn)和獲得。


這些被結(jié)合進本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖描述了本發(fā)明的實施例，并且和前文給出的概要描述，以及下文將給出的對實施例的詳細描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是一分解透視圖，其根據(jù)本發(fā)明的一個實施例圖示出一個液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
圖2是一分解透視圖，其圖示出一個被安裝在圖1中所示的液晶顯示裝置上的背光單元的結(jié)構(gòu)。
圖3是一橫截面圖，其圖示出圖1中所示的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
圖4圖示出一個應用于圖2中所示的背光單元的透鏡層的結(jié)構(gòu)的例子。
圖5示出涉及處于可應用于圖1中所示的液晶顯示裝置上的背光單元的水平方向上的光照的視角分布的測量結(jié)果。
圖6示出涉及處于可應用于圖1中所示的液晶顯示裝置上的背光單元的法線方向上的光照的視角分布的測量結(jié)果。
圖7A示出涉及處于可應用于圖1中所示的液晶顯示裝置上的背光單元的法線方向上的光照的視角分布的測量結(jié)果。
圖7B解釋在一個背光單元中的散射片和透鏡層中的光照峰值方向，在該背光單元中第二光學功能層由單個散射片組成。
圖8A示出涉及處于一個背光單元的水平方向上的光照的視角分布的測量結(jié)果，在該背光單元中第二光學功能層由兩個散射片組成。
圖8B解釋在多個背光單元中的散射片和透鏡層中的光照峰值方向，在該背光單元中第二光學功能層由兩個散射片組成。
圖9A示出涉及處于一個背光單元的法線方向上的光照的視角分布的測量結(jié)果，在該背光單元中第二光學功能層由三個散射片組成。
圖9B解釋在多個背光單元中的散射片和透鏡層中的光照峰值方向，在該背光單元中第二光學功能層由三個散射片組成。
圖10示出用于解釋一個散射片的模糊值的優(yōu)化范圍的測量結(jié)果的例子。
圖11示出用于解釋形成于一個棱鏡外形的外延的方向和一個光源的主要輻射方向之間的角度的優(yōu)化范圍的測量結(jié)果的例子。
具體實施例現(xiàn)在將參考附圖，對根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種面光源裝置，以及一種包含該面光源裝置的液晶顯示裝置進行描述。特別是給出關(guān)于一種選擇性地讓來自諸如背光單元的的面光源裝置的背光通過，并顯示出圖像的一種透射液晶顯示裝置的描述。
如圖1中所示，一個液晶顯示裝置1包括一個基本呈矩形的，平面的透射液晶顯示面板2，和一個照亮液晶顯示面板2的背光單元15。液晶顯示面板2被設置為使得液晶層被夾在一反襯底之間。特別的，液晶顯示面板2包括一個矩形的陣列襯底3，一個矩形的反襯底4，和一個液晶層5，其作為光學調(diào)制層，且被封在這些成對的襯底之間。陣列襯底3和反襯底4通過密封材料來鍵合。液晶顯示面部2包括一個用于顯示圖像的有效顯示區(qū)段6。
有效顯示區(qū)段6由很多排列于一個矩陣中的顯示像素PX組成。特別地，有效顯示區(qū)段6包括在第一方向排列成行的顯示像素PX的像素行PL，和在與第一方向垂直的第二方向排列成列的顯示像素PX的像素列PC。
陣列襯底3包括很多掃描線Y(1，2，3，...，m)，很多信號線X(1，2，3，...，n)，與各自的顯示像素PX相關(guān)聯(lián)地排列的開關(guān)元件7，和連接到開關(guān)元件7的像素電極8。
每根掃描線Y沿著與顯示像素PX的行方向平行的方向延伸，即第一方向。每根信號線X沿著與顯示像素PX的列方向平行的方向延伸，即第二方向，從而與掃描線相交。開關(guān)元件7被設置于靠近掃描線Y和信號線X之間的交點處。
開關(guān)元件7是由，例如，一個薄膜晶體管(TFT)，所形成的，該薄膜晶體管包括一個由諸如非晶硅薄膜或者多晶硅薄膜所形成的半導體層。開關(guān)元件7有一個柵電極7G，其電性地與相關(guān)聯(lián)的掃描線Y相連接(或者與掃描線一體地形成)。開關(guān)元件7有一個源電極7S，其電性地與相關(guān)聯(lián)信號線X相連接(或者與信號線一體地形成)。開關(guān)元件7有一個漏電極7D，其電性地與相關(guān)聯(lián)的顯示像素元件的像素電極8相連接。
反襯底4包括一個反電極9，其與所有位于有效顯示區(qū)段6內(nèi)的顯示像素PX共同相連接。像素電極8和反電極9由具有光透射率的導電材料，比如ITO(銦錫氧化物)或者IZO(銦鋅氧化物)。陳列襯底3和反襯底4被設置為使得像素電極8面對著反電極9，且它們之間有一個狹縫。液晶層5由被封在陣列襯底3和反襯底4之間的狹縫中的液晶化合物所形成。
在液晶顯示面板2中，一對極化板PL1和PL2被設置于陳列襯底3的外表面和反襯底4的外表面，其中所述極化板的極化方向根據(jù)液晶層6的特性而設置。
在一個彩色顯示液晶顯示裝置中，液晶顯示面板2包括很多種顯示像素，例如，一種顯示紅色(R)的紅色像素、一種顯示綠色(G)的綠色像素、和一種顯示藍色(B)的藍色像素。特別的，紅色像素包括一個紅色濾光器，其讓具有紅色主波長的光通過。綠色像素包括一個綠色濾光器，其讓具有綠色主波長的光通過。藍色像素包括一個藍色濾光器，其讓具有藍色主波長的光通過。這些彩色濾光器被設置于陣列襯底3或者反襯底4的主表面上。
液晶顯示裝置在某些情況下包括一個矩形框形狀的遮光罩11。在設置有遮光罩11的情況下，遮光罩11包括一個直角窗口區(qū)段11A，其將液晶顯示面板2的有效顯示區(qū)段6暴露出來，還包括一個主體11B，其呈矩形框形狀，且定義窗口區(qū)段11A。具備上述結(jié)構(gòu)的液晶顯示面板2被夾持在背光單元15和遮光罩11之間。特別地，在背光單元的上表面面對著液晶顯示面板2的背表面(陣列襯底側(cè)表面)的情況下，背光15，以及液晶顯示面板2，是與遮光罩11一體地形成的。背光15照亮液晶顯示面板2的后側(cè)。例如，在某種情況下，背光單元15和液晶顯示面板2由一種雙面膠帶所固定，遮光罩11則不是所必須的。
液晶顯示裝置還包括一個驅(qū)動電路12，其提供一個驅(qū)動信號給液晶顯示面板2。該驅(qū)動電路12呈現(xiàn)為，例如，一個加長的矩形，平面形狀，并且通過一個柔性印刷電路板而電性地連接到液晶顯示面板2的一側(cè)邊緣。通過彎曲所述的柔性印刷電路板，該驅(qū)動電路12可以被置于背光15的后側(cè)上。
如圖2和3中所示，背光單元15包括一個光源單元20和一個光導21。光源單元20包括，例如，點光源22以作為光源。點光源22由一個白發(fā)光二級管所組成。這種可應用于本實施例的白發(fā)光二級管，可以是一種二級管單元，其組合并封裝了紅發(fā)光二級管、綠發(fā)光二級管、和藍發(fā)光二級管，或者一種二級管單元，其中一個藍發(fā)光二級管或一個紫外線發(fā)射二級管與一個螢光體相結(jié)合。來自白發(fā)光二級管的輻射光在其主要輻射方向上輻射。該輻射光可包括以預設定的相對于主輻射方向的偏離角度偏離主輻射方向的光分量。該主輻射方向?qū)谝粋€方向，在該方向上來自發(fā)光二級管22的輻射光獲得最大強度值。
在該實施例中，光源單元20包括很多發(fā)光二級管22。該光源單元20包括一個用于在預定位置上支承很多發(fā)光二級管22的支架基板，和一個用于驅(qū)動這些發(fā)光二級管22的驅(qū)動電路。
光導21將來自發(fā)光二級管22的輻射光從轉(zhuǎn)換為平面光并且發(fā)射該平面光。特別地，光導21是由一種諸如丙烯酸樹脂或者聚碳酸酯樹脂的光透射樹脂材料所形成的。光導21可以是楔板形的，其一端的部分較薄，而另一端的部分則較厚，或者也可以是平板形的，整體的厚度基本均勻。在此實施例中，光導21是平板形的。在上下文中，光導21的厚度與在垂直于第一主表面21b的方向上高度相對應。光導21包括一個基本呈矩形的第一主表面21b，其面對著液晶顯示面板2；一個基本呈矩形的第二主表面21d，其面對著第一主表面21b；和基本呈矩形的第一側(cè)表面21a和第二側(cè)表面21c，其連接第一主表面21b和第二主表面21d。
在此實施例中，光源單元20沿著光導21的一個短側(cè)21S而設置。特別地，發(fā)光二級管22被排列為面對著沿著光導21的短側(cè)21S而延伸的第一側(cè)表面21a。光導21的第一側(cè)表面21a對應于一個光入射表面，其中來自發(fā)光二級管22的輻射光入射到該表面上。在此情況下，發(fā)光二級管22被設置為使得它們的主輻射方向D與第一側(cè)表面21a的法線方向基本平行(例如，通過設置發(fā)光二級管22的發(fā)射表面和第一側(cè)表面21a之間的位置，使它們基本平行)。所以，使得大部分來自發(fā)光二級管22的輻射光直接入射到入射表面21a。
在具有上述結(jié)構(gòu)的光導21中，來自發(fā)光二級管22，并穿過第一側(cè)表面21a進入的輻射光，在光導21內(nèi)傳播。然后，光可以由第一主表面21b和第二主表面21d發(fā)射?；蛘哒f，光導21的第一主表面21b和第二主表面21d對應于發(fā)射面，其中進入光導21的入射光由此發(fā)射面發(fā)射。
背光單元15包括很多將預設定光學特性賦予來自光導21的發(fā)射光的光學功能層。特別地，背光單元15包括一個設置于光導21的第二主表面21d側(cè)上的第一光學功能層25。第一光學功能層25是一層反射層，其具備將從光導21的第二主表面21d漏出的光反射回光導21的第一主表面21b的功能。在此實施例中，第一光學功能層25由一層反射片所組成，其中該反射片在其面對著光導21的第二主表面21d的表面上有一個具有光反射性的反射層。第一光功能層25形成為一個基本上是矩形的形狀，且其尺寸與第二主表面21d的尺寸基本相等。
背光單元15也包括一個設置于光導21的第一主表面21b側(cè)上的第二光學功能層26。第二光學功能層26是一個散射層，其具備將來自光導21的第一主表面21b的發(fā)射光進行散射的功能。在此實施例中，第二光學功能層26包括一個多個(比如，2個)具有光散射屬性的散射片26A和26B的堆疊結(jié)構(gòu)。該堆疊結(jié)構(gòu)被設置為與光導21的第一主表面21b相對向。第二光學功能層26被形成為一個大致矩形形狀，且其尺寸與第一主表面21b的尺寸基本相等。散射片26A和26B是彼此獨立的分離片，并且當散射片26A和26B被堆疊時，在其之間設置有一個空氣層。
背光單元15還包括一個第三光學功能層27，其設置于第二光學功能層26之上。第三光學功能層27是一個透鏡層，其具有會聚發(fā)射自第二光學功能層26的散射光的功能。在此實施例中，如圖4中所示，第三光學功能層27由一個透鏡片所組成，該透鏡片在其面對著第二光學功能層26的一側(cè)，或者是與其相反的一側(cè)上，有一個棱鏡表面27S。第三光學功能層27形成為基本矩形形狀，且其尺寸與第二光學功能層26的尺寸基本相等。
第三光學功能層27的棱鏡表面27S是通過交叉很多棱鏡形狀27p所形成的。每個棱鏡形狀27p沿著第一方向A延伸，并且其頂角部分27x沿著第一方向A延伸。該頂角部分27x對應于在兩個平板面27p1和27p2之間的，定義棱鏡形狀27p的交點。該棱鏡形狀27p排列于與第一方向A垂直的第二方向B。
這些光學元件，比如光源單元20，光導21，第一光學功能層25，第二光學功能層26和第三光學功能層27，是由一個基本呈矩形框狀的支架框所安裝和支承的。該支架框30包括一個可以安裝上述光學元件的凹進部分30A。
具備上述結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置按照如下所述的方式操作。給光源單元20的發(fā)光二級管22提供電能，從而開啟發(fā)光二級管22。來自發(fā)光二級管22的主要輻射光入射到光導21的第一側(cè)表面21a上。穿過第一側(cè)表面21a進入的入射光穿過光導21的內(nèi)側(cè)傳播，并且被折射或者反射到光導21的第一主表面21b和第二主表面21d。來自光導21的第二主表面21d的發(fā)射光被第一光學功能層反射并引導入光導21的內(nèi)側(cè)。
穿過光導21的內(nèi)側(cè)傳播的光從光導21的第一主表面21b發(fā)射。來自第一主表面21b的發(fā)射光入射到第二光學功能層26上。在穿過第二光學功能層26時，光被適當?shù)厣⑸?。從第二光學功能層26射出的散射光入射到第三光學功能層27上。該入射光在第三光學功能層27中被適當?shù)貢?。因此，來自光?1的第一主表面21b的發(fā)射光的亮度被增強并且更加均勻。
來自背光單元15的照明光，即從第三光學功能層27射出的光，被引出至液晶顯示面板2的后側(cè)。該照明光被引出至液晶顯示面板2，選擇性地通過液晶顯示面板2的有效顯示區(qū)段6?；蛘哒f，在有效顯示區(qū)段6中，可以選擇控制被引導至各自的顯示像素PX的照明光的傳輸與否。因此，一幅圖像被顯示在液晶顯示面板2的有效顯示區(qū)段6上。
如上所述，背光單元15包括具有散射屬性的散射片和具有光會聚屬性的透鏡片，以便于增強發(fā)射光的亮度并且使發(fā)射光均勻。采用這種結(jié)構(gòu)，處于法線方向的亮度可以被增強。而且，為了基本增強在不同于法線方向的視角方向上的亮度，即為了實現(xiàn)一個廣視角，應用由多個散射片的堆疊結(jié)構(gòu)所組成的第二光學功能層是有效的。
現(xiàn)在假設一個方向，其中光源單元20的發(fā)光二級管22沿此方向排列，即一個方向，其中第一側(cè)表面21a沿此方向作為光入射表面延伸，為水平方向H；發(fā)光二級管22的主輻射方向D，即與第一側(cè)表面21a垂直的方向，為法線方向V；水平方向H和法線方向V以直角彼此相交。
考慮具有第二光學功能層26的不同結(jié)構(gòu)的多種背光單元15，測量其在各自的視角(deg.)的相對于法線方向的亮度(cd/m2)。背光單元A包括由單個散射片所組成的第二光學功能層26。背光單元B包括由兩個散射片的堆疊結(jié)構(gòu)所組成的第二光學功能層26。背光單元C包括由三個散射片的堆疊結(jié)構(gòu)所組成的第二光學功能層26。采用亮度計進行亮度的測量。對于其它的光學元件也同樣照此設置，并且使用一個BEF(3M有限公司制造)作為組成第三光學功能層27的透鏡層。
圖5是一示出在水平方向H上的亮度的視角分布的測量結(jié)果的曲線圖，而圖6是一示出在法線方向V上的亮度的視角分布的測量結(jié)果的曲線圖。從圖5和圖6可以清楚地看出，在A條件下，即應用只包括單片散射片的第二光學功能層，在法線方向(0°)得到較高的亮度，而與之相比，在B條件下，即應用包括兩個散射片的堆疊結(jié)構(gòu)的第二功能層，以及在C條件下，即應用包括三個散射片的堆疊結(jié)構(gòu)的第二功能層，在視角的更寬范圍內(nèi)得到較高的亮度。
例如，在圖6中所示的在法線方向上的視角分布中，在法線方向的亮度在B條件下是1924cd/m2，而在C條件下是1932cd/m2，其與B條件基本相等(也就是相對于B條件的相對亮度為1.00)。另一方面，在A條件下法線方向的亮度是1787cd/m2(也就是相對于B條件的相對亮度為0.93)。簡單地說，通過使用多個散射層的堆疊結(jié)構(gòu)，背光單元15在法線方向的亮度增加了大約10％。在B和C條件下，在相對于法線方向傾斜30°的視角方向上，沒有明顯的衰減，并且在0°±30°的范圍內(nèi)，其比條件A所得的亮度更高。
已經(jīng)確認，與包含由單個散射層所組成的第二光學功能層26的背光單元相比，包含由多個散射層所組成的第二光學功能層26的背光單元可以得到更高的亮度和更廣的視角。
在第二光學功能層是由兩個散射層所組成的條件B下的亮度測量結(jié)果，被與在在第二光學功能層是由三個散射層所組成的條件C下的亮度測量結(jié)果進行比較。可以確認得到了相當?shù)韧奶匦?。或者說，雖然多個散射片的堆疊結(jié)構(gòu)的使用可以使在廣角范圍內(nèi)相對于法線方向的亮度增強，但即使增加堆疊的散射片的數(shù)量，期望在亮度方面得到進一步的增強也是很困難的，而且這會導致制造成本方面的增加和整個設備的厚度的增加。因此，第二光學功能層26的散射片的數(shù)量最好是2。從而，既可以實現(xiàn)在成本和厚度方面的降低，又可以得到較高的亮度和較寬的視角。
發(fā)明人對上述結(jié)果進行了進一步的研究。圖7A示出包括由單個散射片所組成的第二光學功能層26的背光單元(A)的法線方向上的亮度的視角分布的測量結(jié)果，A1條件，即沒有設置作為透鏡層的第三光學功能層27的條件，與A2條件，即設置了第三光學功能層27的條件，二者被進行了比較。
從圖7A中可以清楚地看到，在僅有第二光學功能層被設置于光導21的發(fā)射表面21b側(cè)上的條件(A1)中，亮度的峰值出現(xiàn)在偏離法線方向大約43°的視角方向上。特別地，如圖7B中所示，來自光導21的發(fā)射光的，穿過單個散射片的光分量，被主要地引導于大約43°的視角方向上。
另一方面，在光導21的第二光學功能層26和第三光學功能層27被設置于光導21的發(fā)射表面21b側(cè)上的條件(A2)中，亮度的峰值出現(xiàn)在偏離法線方向大約25°的視角方向上。特別的，如圖7B中所示的，主要以43°的入射角入射到第三光學功能層27上的入射光，穿過第三光學功能層27，并且被主要地引導于大約25°的視角方向上。
在第二光學功能層26是由單個散射片所構(gòu)成的條件下，獲得高亮度的視角的范圍很窄，而亮度的峰值大大地偏離了法線方向(即法線方向的亮度不能被充分地增強)。而且，條件(A2)中在大約25°處的峰值要比條件(A1)中在大約43°處的峰值低，而且透鏡層(第三功能層27)的效果不能充分地發(fā)揮。
圖8A示出包括由兩個散射層所組成的第二光學功能層26在內(nèi)的背光單元(B)的法線方向的亮度的視角分布的測量結(jié)果。B1條件，即沒有設置作為透鏡層的第三光學功能層27的條件，與B2條件，即設置了第三光學功能層27的條件，二者被進行了比較。
從圖8A中可以清楚地看到，在僅有第二光學功能層被設置于光導21的發(fā)射表面21b側(cè)上的條件(B1)中，亮度的峰值出現(xiàn)在偏離法線方向大約30°的視角方向上。特別地，如圖8B中所示，來自光導21的發(fā)射光的，穿過單個散射片的光組分，被主要地引導于大約43°的視角方向上。而且，由散射片26B射出的光被主要引導于大約30°角的視角方向上。或者說，穿過第二光學功能層26的光經(jīng)歷了在散射片26A和26B之間的空氣層的折射率影響，趨向于易于被引導于一個更靠近法線方向的視角方向上。結(jié)果，在第二光學功能層是由兩個散射片所組成的條件下，與第二光學功能層是由單個散射片所組成的條件相比，亮度的峰值可以被移到更靠近法線方向的視角方向上。
另一方面，在光導21的第二光學功能層26和第三光學功能層27被設置于光導21的發(fā)射表面21b側(cè)上的條件(B2)中，亮度的峰值出現(xiàn)在偏離法線方向大約18°的視角方向上。特別的，如圖8B中所示的，主要以30°的入射角入射到第三光學功能層27上的入射光，穿過第三光學功能層27，并且被主要地引導于大約18°的視角方向上。
在第二光學功能層26是由兩個散射片所構(gòu)成的條件下，與第二光學功能層26是由單個散射片所構(gòu)成的條件相比，獲得高亮度的視角的范圍增加了，而亮度的峰值被移至更靠近法線方向的視角方向上。而且，在條件(B2)下在大約18°處的峰值亮度比條件(B1)下在大約30°處的峰值亮度要高，而條件(B2)下用于得到高亮度的視角范圍要比條件(B1)下用于得到高亮度的視角范圍寬。簡單地說，入射到透鏡層(第三光學功能層27)上的光的主要入射角度可以被優(yōu)化，而透鏡層的效果可以得到充分發(fā)揮。
圖9A示出包括由兩個散射層所組成的第二光學功能層26在內(nèi)的背光單元(C)的法線方向的亮度的視角分布的測量結(jié)果。C1條件，即沒有設置作為透鏡層的第三光學功能層27的條件，與C2條件，即設置了第三光學功能層27的條件，二者被進行了比較。
從圖9A中可以清楚地看到，在僅有第二光學功能層被設置于光導21的發(fā)射表面21b側(cè)上的條件(C1)中，亮度的峰值出現(xiàn)在偏離法線方向大約15°的視角方向上。特別地，如圖9B中所示，來自光導21的發(fā)射光的，穿過單個散射片的光組分，被主要地引導于大約43°的視角方向上。由散射片26B所射出的光被主要地引導于大約30°角的視角方向上。而且，發(fā)射自散射片26C的光被主要地引導于大約15°角的視角方向上。
另一方面，在光導21的第二光學功能層26和第三光學功能層27被設置于光導21的發(fā)射表面21b側(cè)上的條件(C2)中，亮光的峰值出現(xiàn)在偏離法線方向大約7°的視角方向上。特別的，如圖9B中所示的，主要以15°的入射角入射到第三光學功能層27上的入射光，穿過第三光學功能層27，并且被主要地引導于大約7°的視角方向上。
在第二光學功能層26是由兩個散射片所構(gòu)成的條件下，與第二光學功能層26是由單個散射片所構(gòu)成的條件相比，獲得高亮度的視角的范圍增加了，而亮度的峰值被進一步地移至更靠近法線方向的視角方向上。而且，在條件(C2)下在大約7°處的峰值亮度比條件(C1)下在大約15°處的峰值亮度要高，而條件(C2)下用于得到高亮度的視角范圍要比條件(C1)下用于得到高亮度的視角范圍寬。簡單地說，入射到透鏡層(第三光學功能層27)上的光的主要入射角度可以被優(yōu)化，而透鏡層的效果可以得到充分發(fā)揮。
由以上結(jié)果可以理解，入射到透鏡層上的光的主要入射角需要被優(yōu)化，以便實現(xiàn)更高的亮度和更寬的視角。特別地，在采用僅設置了單個散射片的結(jié)構(gòu)時，用于得到高亮度的視角范圍很窄，這可以從條件(A1)的結(jié)果清楚地得到，而且得到峰值亮度的視角方向并不與透鏡層的優(yōu)化入射角度相對應。所以，即使把透鏡層增加到整個結(jié)構(gòu)中去，亮度也會降低，如同從條件(A2)的結(jié)果中所清楚得到的那樣。
另一方面，采用多個散射片被堆疊的結(jié)構(gòu)時，峰值亮度的視角方向可以被這些散射片的組合所控制，且可以使得到峰值亮度的視角方向?qū)谕哥R層的入射角度。所以，通過將具有多個散射片的堆疊結(jié)構(gòu)的第二光學功能層26和作為透鏡層的第三光學功能層27相結(jié)合，可以得到更高的亮度，而可以獲得高亮度的視角范圍被增加了。在上述結(jié)果的基礎上，對于入射到第三光學功能層27上的光的主要入射角，最好將范圍15°到30°作為其優(yōu)化情況。
期望第二光學功能層26的散射片26A、26B和26C具有期望的散射屬性，從而控制入射到棱鏡層上的光的主要入射角度。散射屬性的級別在以下描述中將被稱作“模糊值”。
如圖10中所示的，對于一個通過堆疊兩個具有散射屬性且其模糊值為89.3％的散射片26A和26B所構(gòu)成的背光單元15，在法線方向上的亮度是2140cd/m2，并且得到充分高的亮度。類似的，對于一個通過堆疊兩個具有散射屬性且其模糊值為87.5％的散射片26A和26B所構(gòu)成的背光單元15，在法線方向上的亮度是2145cd/m2，并且得到充分高的亮度。類似的，對于一個通過堆疊兩個具有散射屬性且其模糊值為78.5％的散射片26A和26B所構(gòu)成的背光單元15，在法線方向上的亮度是2148cd/m2，并且得到充分高的亮度。
從以上結(jié)果可以了解到，背光單元15最好采用一種結(jié)構(gòu)，其中多個散射片被組合和堆疊，其具有設在74％到93％之間的模糊值(包括制造誤差(±4％))，最好是在78.5％到89.3％之間。因此，可以更容易地得到更高的亮度和更寬的視角。
同時，包括透鏡層的背光單元的亮度根據(jù)形成在棱鏡層上的棱鏡形狀的延長的方向與來自光源的輻射光的輻射方向之間的角度而變化。特別的，當?shù)谌鈱W功能層27被設置于第二光學功能層26上時，一個角度θ(deg.)被設置于棱鏡形狀的延伸方向(即圖4中的第一方向A)和在背光單元15的主平面(即圖2中由水平方向H和法線方向V所定義的平面)中的光源(即圖2中的方向D)的發(fā)光二級管的主要輻射方向之間。在此情況下，通過堆疊兩個散射片所構(gòu)建的背光單元15的亮度根據(jù)角度θ而變化，例如，圖11所示。
在以上結(jié)果的基礎上，可以理解透鏡層應該盡量地被設置為使得形成的角度θ為大約90°。因此，可以容易地得到更高的亮度和更寬的視角。
在圖11中，L1表示在某一條件下的亮度分布，該條件下，一種具有多層結(jié)構(gòu)的ESR(3M有限公司制造)被用作第一光學功能層25，而L2表示在另一條件下的亮度分布，該條件下，一種具有通過淀積銀形成的反射表面的37W01層(由REIKO有限公司制造)被用作第一光學功能層25。37W01層要比ESR便宜。然而，如圖11中所示的，37W01的反射系數(shù)比ESR要低，而由37W01得到的亮度比由ESR所得到的低大約5％。
然而，可以確定的是，即使在使用37W01的條件下，由于37W01的使用所致的亮度衰減可以通過優(yōu)化形成于棱鏡層上的棱鏡外形的延伸的方向和光源的主要輻射方向之間的角度θ而被補償，在使用ESR的條件下，可以得到幾乎相同的亮度。從圖11的結(jié)果可以清楚地得知，可以確定，在使用ESR的條件下，幾乎相同的亮度(在本例中，大約2000cd/m2或者更多)可以在90°±40°的形成角度θ范圍內(nèi)成功地得到。
在以上結(jié)果的基礎上，可以理解透鏡層最好能設置為使得所形成的角度θ為90°±40。所以，可以實現(xiàn)成本的降低，高亮度以及更寬的視角。
在將上述背光單元15與液晶顯示面板2相組合的條件下，如果棱鏡外形的延伸方向被設為與由排列在有效顯示區(qū)段6內(nèi)的顯示像素PX所組成的像素行PL和像素列PC相平行，在顯示屏幕上可能會產(chǎn)生波紋。因此，最好棱鏡外形的延伸方向不與像素行PL以及像素列PC相平行。
所以，可以提供一個具有高顯示質(zhì)量以及上述的背光單元的優(yōu)點的液晶顯示裝置。
本發(fā)明不局限于上述實施例。在實踐中，其結(jié)構(gòu)元件可以在不背離本發(fā)明的精神的前提下被調(diào)整。通過適當?shù)亟Y(jié)合本實施例中透露的結(jié)構(gòu)元件，可以進行各種發(fā)明。例如，某些結(jié)構(gòu)元件可以從實施例中所透露的所有結(jié)構(gòu)元件中忽略。而且，不同實施例中的結(jié)構(gòu)元件可以被適當?shù)亟M合。
例如，在上述實施例中，所述發(fā)光二級管被用作面光源裝置的光源。或者，一個加長的管狀光源，比如冷陰極熒光燈可以被使用。在此情況下，管狀光源被設置為使之充分平行地面對著光導21的第一側(cè)表面21a。來自管狀光源的輻射光的主要輻射方向以直角與管狀光源的外延的方向相交。
在以上實施例中，面光源裝置被構(gòu)建為一個背光單元。不過，面光源裝置也可以被構(gòu)建為一種前光單元。在液晶顯示裝置包括由一個前光單元所構(gòu)建的面光源裝置的情況下，所述液晶顯示面板被設置為包括具有光反射率的像素電極?；蛘哒f，根據(jù)此實施例的液晶顯示裝置可以被構(gòu)建為一個選擇性的反射來自前光單元的發(fā)射光的反射液晶顯示裝置，從而顯示一圖像。
權(quán)利要求
1.一種面光源裝置，其特征在于，它包括一個光源(22)；一個光導(21)，其具有入射表面(21a)，來自光源的輻射光入射到該表面上，和一個第一主要表面(21b)及第二主要表面(21d)，它們彼此相對，并且穿過入射表面進入的入射光由此發(fā)射；一個第一光學功能層(25)，其設置于光導的第二主表面一側(cè)上且具有光反射率；一個第二光學功能層(26)，其設置于光導的第一主表面一側(cè)上且由堆疊多個具有光散射屬性的擴散片(26A和26B)所構(gòu)建；和一個第三光學功能層(27)，其設置于第二光學功能層上，且具有光會聚功能。
2.如權(quán)利要求1所述的面光源裝置，其特征在于，在組成第二光學功能層的散射片之間插有一個空氣層。
3.如權(quán)利要求1所述的面光源裝置，其特征在于，所述各個散射層具有在74％到93％之間的模糊值。
4.如權(quán)利要求1所述的面光源裝置，其特征在于，由第二光學功能層射出，且入射到第三光學功能層上的光的主要入射角，在15°到30°之間。
5.如權(quán)利要求1所述的面光源裝置，其特征在于，所述光源是一個發(fā)光二級管，其具有一個發(fā)射表面，該發(fā)射面被設置為面對著光導的入射表面。
6.如權(quán)利要求1所述的面光源裝置，其特征在于，所述第三光功能層具有一個棱鏡表面，其中多個棱鏡外形交叉于其表面；以及一個角，其形成于棱鏡外形的延伸的方向和來自光源的輻射光的主要輻射方向之間，所述角在第二光功能層上被設為90°±40°。
7.一種液晶顯示裝置，其特征在于，它包括一個液晶顯示面板(2)，其包括多個顯示像素排列于其中的有效顯示區(qū)段(6)；和一個面光源裝置(15)，其照射液晶顯示面板，該面光源裝置包括一個光源(22)；一個光導(21)，其具有入射表面(21a)，來自光源的輻射光入射到該表面上，和一個第一主要表面(21b)及第二主要表面(21d)，它們彼此相對，并且穿過入射表面進入的入射光由此發(fā)射；一個第一光學功能層(25)，其設置于光導的第二主表面一側(cè)上且具有光反射率；一個第二光學功能層(26)，其設置于光導的第一主表面一側(cè)上且由堆疊多個具有光散射屬性的擴散片(26A和26B)所構(gòu)建；和一個第三光學功能層(27)，其設置于第二光學功能層上且具有光會聚功能。
8.如權(quán)利要求7所述的液晶顯示裝置，其特征在于，所述第三光功能層具有一個棱鏡表面，其中多個棱鏡外形交叉于其表面；以及一個角，其形成于棱鏡外形的延伸的方向和來自光源的輻射光的主要輻射方向之間，所述角在第二光功能層上被設為90°±40°。
9.如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征在于，位于第三光學功能層上的棱鏡外形的延伸的方向不與由排列于有效顯示區(qū)段中的顯示像素所組成的像素行和像素列相平行。
全文摘要
一種面光源裝置，包括一個光源(22)，一個具有入射表面(21a)的光導(21)，其中來自光源(22)的輻射光入射到所述入射表面(21a)上，一個第一主表面(21b)和一個第二主表面(21d)，它們彼此地相對，并且穿過入射表面(21a)進入的入射光由此發(fā)射，一個反射層(25)，設置于光導(21)的第二主表面(21d)側(cè)上，一個散射層(26)，設置于光導(21)的第一主表面(21b)側(cè)上，并且通過堆疊多個散射片(26A和26B)而構(gòu)建，和一個透鏡層(27)，設置于散射層(26)上。
文檔編號G02F1/133GK1782821SQ20051012905
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者山本純也, 西景子 申請人:東芝松下顯示技術(shù)有限公司