專利名稱：背光裝置、液晶顯示裝置和光偏轉(zhuǎn)片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種背光裝置、液晶顯示裝置以及例如適用于所述液晶顯示 裝置和室內(nèi)照明系統(tǒng)的光源的光偏轉(zhuǎn)片。
背景技術(shù)：
近來，諸如LCD (液晶顯示器)和PDP (等離子顯示面板)之類的厚度 大大縮小的顯示器已經(jīng)被提出替代CRT (陰極射線管)作為電視接收器的顯 示器，并且已經(jīng)投入實(shí)際使用。具體而言，所述包括液晶顯示面板的液晶顯 示器在低耗電率和大尺寸液晶顯示面板降價的驅(qū)動下已變得普及，并且隨著 研發(fā)繼續(xù)向前推進(jìn)。
在這種液晶顯示器中，背光系統(tǒng)是主流，其中通過從背面二維地照亮具 有濾色鏡的透射型液晶顯示面板來顯示彩色圖像。
作為所述背光系統(tǒng)的光源，通過使用熒光燈和發(fā)光二極管(LED)來發(fā) 射白光的冷陰極熒光燈(CCFL)被認(rèn)為是有前途的(例如參見專利文獻(xiàn)l)。
具體而言，隨著藍(lán)色LED的發(fā)展，分別發(fā)射紅色光、綠色光和藍(lán)色光(它 們是三基色)的LED—起出現(xiàn)，從而通過混合從這些LED發(fā)射的紅色光、綠 色光和藍(lán)色光能夠獲得具有高色純度的白光。因此，使用這些LED作為所述 背光裝置的光源增加了透過所述液晶顯示面板的光的色純度，從而與CCFL 相比廣泛擴(kuò)展了色彩再現(xiàn)范圍。此外，使用具有高輸出功率的發(fā)光二極管芯 片大大提高了所述背光裝置的亮度。
當(dāng)在這種背光裝置的光源中使用三基色(紅色光、綠色光和藍(lán)色光)的 LED時，如果LED被布置在發(fā)光面板的正下方，也就是說它們是直下式二^L 管，那么因?yàn)長ED是點(diǎn)光源所以易于產(chǎn)生亮度不一致和色彩不一致。
解決此問題的方法可以包括增加LED和散射片之間的距離；然而，背光 裝置的厚度與包括CCFL的相比會變得非常大。在液晶顯示器中，進(jìn)一步減 小重量和厚度是必須的，所以背光裝置也需要進(jìn)一步減小其厚度。
于是， 一種減小厚度的方法被提出，其中通過一導(dǎo)光板，來自被布置在
導(dǎo)光板一側(cè)的光源的光被多路反射以形成面光源。
包括導(dǎo)光板的背光裝置的側(cè)光型結(jié)構(gòu)中，在導(dǎo)光^1的一側(cè)布置有大量用
于增加亮度的光源；在這種結(jié)構(gòu)中，提出了這么一種結(jié)構(gòu)，其中在導(dǎo)光板的
與光輸出部分相對的底面上形成有 一個具有三角形橫截面的凹形結(jié)構(gòu)(例如
參見專利文獻(xiàn)2)。
為了使亮度的面內(nèi)分布均勻，例如在散射片和棱鏡片的形狀和布置方面
提出了多種技術(shù)方案。目前廣泛使用的棱鏡片可以包括來自于Sumitomo 3M 有限公司的BEF'm和來自于MITSUBISHI RAYON有限公司的DIAART 。作為例 子的圖47的透視圖所示的前一棱鏡片是具有連續(xù)形成于一個表面上的三角 柱凹凸形平面的光偏轉(zhuǎn)片150，并且它具有將從各種方向入射的入射光折射 到預(yù)定發(fā)射方向范圍內(nèi)的功能。
圖48示出了包括上述MITSUBISHI RAYON有限公司的DIAART 型側(cè)光型 背光裝置的分解透視示意圖。在該例中，提出了這么一種結(jié)構(gòu)，其中在光入 射側(cè)，具有三角柱凹槽面的光偏轉(zhuǎn)片150被布置成與導(dǎo)光板130的作為光射 出面的上表面130A相對，并且在與導(dǎo)光板130的上表面130A相對的底面 130B上，在與光偏轉(zhuǎn)片150的三角柱棱柱面的延伸方向相垂直的方向上形成 有凹槽。在該結(jié)構(gòu)中，從光源121發(fā)出的光被反射器135反射從而進(jìn)入導(dǎo)光 板130的側(cè)面130sJ吏得〃yv那里輸出的光通過形成于導(dǎo)光+反130的底面130B 上的凹槽、被布置成對著底面130B的反射板132,以及進(jìn)一步通過光偏轉(zhuǎn)片 150,以期望的角度分布進(jìn)入液晶顯示面板136 (例如參見專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)1日本未經(jīng)審查的專利申請公報No. 8-13691專利文獻(xiàn)2日本未經(jīng)審查的專利申請公報No. 6-352專利文獻(xiàn)3日本未經(jīng)審查的專利申請/^報No. 11-22451
發(fā)明內(nèi)容
在包括LED,尤其是三基色LED的背光裝置中，如上所述，如何在使亮 度的面內(nèi)分布一致(也就是說使顏色混合和光功率分布一致)的同時增加亮 度很重要。
為了使亮度的面內(nèi)分布一致，通常使用散射板和棱鏡片。所述散射板通 過散射入射光來輸出它；然而此時，大約一半的光沒有被向前輸出而是向后 返回。當(dāng)使用諸如上述BEF之類的棱鏡片時，如果從光源入射到該棱鏡片的光具有較寬的角度分布，那么以不適合所述棱鏡片形狀的角度入射的光會向 后返回。返回的光被循環(huán)；然而，它的一部分由于所述反射板的反射導(dǎo)致?lián)p 失從而產(chǎn)生熱。也就是說，在所述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，存在如下問題，由于所述散 射板和棱鏡片導(dǎo)致的返回光太多，所以使得由于所述反射板反射導(dǎo)致的損失 太大，致使光亮不足。
此外，在中型和大型尺寸的背光裝置中，因?yàn)槭褂萌舾蒐ED，所以如果 在各個LED中存在不均勻的發(fā)射波長和光通量，那么就會產(chǎn)生亮度不一致和 色彩不一致。因此，諸如增加所述散射片的厚度之類的措施是必須的，從而
出現(xiàn)亮度降低的問題。
在專利文獻(xiàn)2公開的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)來自所述光源的光進(jìn)入導(dǎo)光板內(nèi)部時， 所述光的 一部分被邊界反射從而產(chǎn)生損失。
在上述側(cè)光結(jié)構(gòu)中，當(dāng)LED被用作為光源時，如果在所述導(dǎo)光板的側(cè)面
可用于背光的有效區(qū)域面積減小。另一方面，還存在因?yàn)楣庠磾?shù)量的限制難 于增大尺寸的問題，以及因?yàn)楣庠幢患性谝粋€位置而難于發(fā)散熱量的問 題。當(dāng)所述光源是LED時，在高溫下發(fā)光效率降低，所以保證散熱性能是重 要的。在所述側(cè)光結(jié)構(gòu)中，LED光源的數(shù)量和密度是受限的。
考慮以上問題，本發(fā)明的目的是通過控制從導(dǎo)光板向外輸出的光的角度 分布，由此控制從所述背光裝置發(fā)出的光的角度分布，減少返回的光量，來 提高光利用率。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的背光裝置包括一導(dǎo)光板和至少一個光 源，使得從所述導(dǎo)光板的光射出面向外輸出光，其中所述導(dǎo)光板包括形成于 所述光射出面或者與所述光射出面相對的背面上的孔或突起，并且所述孔或 突起的側(cè)面大致垂直于所述光射出面或背面。
根據(jù)本發(fā)明，所述背光裝置此外可包括布置于所述導(dǎo)光板的光射出面上
特定方向上包括峰值的角度亮度分布，來輸出具有特殊角度分布的入射光。
此外，根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置包括透射型液晶顯示面板和用于從背 面照亮所述液晶顯示面板的背光裝置，其中所述背光裝置包括導(dǎo)光板和裝配 在該導(dǎo)光板中的光源，并且所述導(dǎo)光板設(shè)置有形成于所述導(dǎo)光板的光射出面 或與所述光射出面相對的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的側(cè)面大致
垂直于所述光射出面或背面。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器裝置此外可包括設(shè)置在所述導(dǎo)光板的光射出 面上的光偏轉(zhuǎn)片，其中所迷光偏轉(zhuǎn)片可以以在特定方向(例如大致垂直的方 向)上具有峰值的角度亮度分布來輸出具有特定角度分布的入射光。
此外，在布置于導(dǎo)光板的光射出面上的光偏轉(zhuǎn)片中，根據(jù)本發(fā)明的光偏 轉(zhuǎn)片混合來自光源的光以便向外導(dǎo)出光，并且它包括錐體凹形結(jié)構(gòu)或具有兩 個三角形斜面和兩個梯形斜面的凹形結(jié)構(gòu)，這些凹形結(jié)構(gòu)至少在所述光射出 面上并置。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的背光裝置中，所述導(dǎo)光板包括形成于所述光 射出面或者與所述光射出面相對的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的 側(cè)面大致垂直于所述光射出面或背面。
因?yàn)榇笾麓怪庇谒龉馍涑雒婊虮趁娴膫?cè)面保持被導(dǎo)引至所述導(dǎo)光板
內(nèi)的光的反射角度，所以能夠提高被導(dǎo)引至所述導(dǎo)光板內(nèi)的光的比例；當(dāng)所 述光源包括特定角度分布時，所述光基本上保持它的角度分布，從而將其從 所述導(dǎo)光板被輸出。
通過布置根據(jù)本發(fā)明的以在特定方向上具有峰值的角度亮度分布來輸 出具有特定角度分布的入射光的光偏轉(zhuǎn)片，當(dāng)從保持來自所述光源的光的角 度分布的導(dǎo)光板輸出的光通過所述光偏轉(zhuǎn)片時，所述光以在相對于所述光射 出面的期望方向(例如與其垂直的方向)上具有峰值的角度亮度分布被輸出。 也就是說，以適合于所述液晶顯示裝置的角度亮度分布來輸出光。
此外，通過控制從所述導(dǎo)光板輸出的光的角度分布，從所述光偏轉(zhuǎn)片返 回的光量被減少，從而提高了亮度。
此外，因?yàn)樵谒鰧?dǎo)光板中光被充分混合，所以當(dāng)所述LED被用作光源 時，即使在個別LED中出現(xiàn)相對較大的不均勻時，亮度不均勻度也會被抑制。 當(dāng)使用多顏色光源時，色度的不均勻度也能夠被抑制。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖6A是^f艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和對比例的背光裝置的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6B是示出光源的角度亮度分布的圖7A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖7C是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的角度亮度分布的圖8A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖8C是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的角度亮度分布的圖9A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖9C是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的角度亮度分布的圖1 OA是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖IOB是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖10C是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的角度亮度分布的圖11A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖IIB是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖11C是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的角度亮度分布的圖12A是根據(jù)對比例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖12B是 根據(jù)所述對比例的背光裝置的導(dǎo)光板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖12C是示出 根據(jù)所述對比例的背光裝置的角度亮度分布的圖13A是根據(jù)對比例的背光裝置的導(dǎo)光板的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖13B是 根據(jù)所述對比例的背光裝置的導(dǎo)光板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖13C是示出 根據(jù)所述對比例的背光裝置的角度亮度分布的圖14是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖15是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置中光行進(jìn)方向的示例性圖16是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的關(guān)鍵部分的截面結(jié)構(gòu)示意圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的光源的布置的平面結(jié)構(gòu) 示意圖18是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的光源的角度分布的圖； 圖19是^f艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖2OA和20B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板上的角度 亮度分布的圖21A和21B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的散射片上的角度 亮度分布的圖22是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的平面內(nèi)色度點(diǎn) (chromat ici ty point)的色度圖23是根據(jù)本發(fā)明的背光裝置設(shè)置的突起的示例性圖； 圖24A和24B分別是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的截面和平面結(jié)構(gòu) 示意圖25A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的光偏轉(zhuǎn)片的透視結(jié)構(gòu)示意 圖；圖25B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光板的透視結(jié)構(gòu)示意圖； 以及圖2 5C是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的截面結(jié)構(gòu)示意圖26A是^4居本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的導(dǎo)光4反的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2 6B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的角度亮度分布的圖27是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的關(guān)鍵部分的截面結(jié)構(gòu)示意圖28A和28B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的散射片上的角度 亮度分布的圖29是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的透視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖30A至3OC是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)的形狀 的幾何圖31是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片中入射光和發(fā)射角度的示 例性圖32是說明斯涅耳(Snell)定律的示例性圖33是示出光入射角和設(shè)置于光偏轉(zhuǎn)片中的凹形結(jié)構(gòu)的頂角e之間的關(guān) 系的圖34A至34F是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的角度亮度分布的
圖35A至35E是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的角度亮度分布的
圖36A是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的角度亮度分布的圖； 圖36B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的角度亮度分布的圖；圖37是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的角度亮度分布的圖； 圖38是示出對比例的光偏轉(zhuǎn)片的角度亮度分布的圖； 圖39是示出對比例的光偏轉(zhuǎn)片的角度亮度分布的圖； 圖40是所述背光裝置的例子的截面結(jié)構(gòu)示意圖41A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的表面的放大透視圖；圖41B 至41D是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)的形狀的幾何圖42A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的表面的放大透視圖；圖42B 至42D是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)的形狀的幾何圖43A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片的表面的放大透視圖；圖43B
圖44A至44F是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)片上的角度亮度分布 的圖45是根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的例子的分解透視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖46是根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的例子的關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖47是傳統(tǒng)光偏轉(zhuǎn)片的例子的透視示意圖； 圖48是傳統(tǒng)光偏轉(zhuǎn)片的例子的分解透視結(jié)構(gòu)示意圖。
參考標(biāo)號
la 第一基板
lb 第二基板
2a TFT(薄膜晶體管)
2b 像素電極
2c 門極總線
2d 源極總線
3 濾色鏡
4 公共電極
5 液晶
6、 7偏振板
10 背光裝置
11 液晶顯示面4反
12 液晶顯示裝置21光源
22反射結(jié)構(gòu)
23布線板
24外殼
25墊片
26換向片
27散射板
28散射片
30導(dǎo)光板
31光源開口
32孑匕
33突起
40光偏轉(zhuǎn)片
41凹形結(jié)構(gòu)
50光偏轉(zhuǎn)片
51凹形結(jié)構(gòu)
51A平面
51B背面
61三角形凹形結(jié)構(gòu)
62三角形突起
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將描述實(shí)施本發(fā)明的最佳模式；然而，本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。 以下示出了根據(jù)本發(fā)明的背光裝置的優(yōu)選實(shí)施例，其集成有光源，用于透射 型液晶顯示面板的液晶顯示裝置；根據(jù)本發(fā)明的背光裝置并不限于以下實(shí)施 例；作為替代，它可以被應(yīng)用于作為室內(nèi)照明被設(shè)置在整個天花板表面的表 面光源照明裝置。在該例中，白色LED可以;故用作光源。
首先，圖1至5的基本結(jié)構(gòu)示意圖中示出了根據(jù)實(shí)施本發(fā)明的最佳模式 的背光裝置的導(dǎo)光板。
在圖1示出的例子中，導(dǎo)光板30設(shè)置有用于容納光源21的光源開口 31 和穿透導(dǎo)光板30的孔32?？?2可以為圓柱形或者棱柱形(所述棱柱形包括
多邊形截面的柱形，除四邊形棱柱形外，所述截面為五邊形截面以及比五邊
形截面更多的多邊形截面)，它們具有與光射出面30A和與光射出面30A相 對的背面30B相垂直的平面。
光源開口 31的形狀可以包括圖中所示的穿透導(dǎo)光板30的形狀以及從導(dǎo) 光板30的背面30B開口的凹入形狀。在設(shè)置有這種凹形光源開口 31的情況 下，光源21被布置在開口內(nèi)以便將光源21裝配在導(dǎo)光板30中。
在光源開口 31的平面布置中，開口以等間隔位于陣列中，并且在每個 陣列的光源開口 31中，包括R (紅)LED、 G (綠)LED、 B (藍(lán))LED的光源 21例如按該種順序被布置，以便將光源21集成到導(dǎo)光板30中。圖1示出了 其上帶有每個LED的光源21相并列的一個區(qū)域，并且相同的LED陣列沿與 圖1的平面相垂直的方向被設(shè)置，使得LED光源21 二維地并置成一整體以 形成面光源。
孑L 32按大致等間隔布置，每一個都被布置在光源開口 31之間。孔32 的數(shù)目可以大約與光源開口 31的相同，或者，它也可以不同。最好孔32相 對光源31的位置、形狀、尺寸和數(shù)目根據(jù)諸如光源21的種類、特性、布置 和數(shù)目之類的條件以及背光裝置的目標(biāo)條件來適當(dāng)選擇。
在特定環(huán)境下，沒有孔32，光源開口 31也可以有它的效果。也就是說， 當(dāng)光源開口 31具有與光射出面30A和背面30B大致垂直的側(cè)面時，它可以 具有與孔32或者突起33相同的效果。類似地，當(dāng)導(dǎo)光板30設(shè)置有從背面 30B開口的凹形孔以^更形成光源開口 31時，光源開口 31可以具有與孔32 相同的功能。
導(dǎo)光板30的材料可以包括諸如丙烯酸樹脂之類的在使用的波長帶寬內(nèi) 光學(xué)透明的透明和無色的樹脂。
盡管沒有顯示，最好導(dǎo)光板30設(shè)置有被布置在除光射出面30A之外的 背面30B和側(cè)面上的、由諸如反射片之類的鏡面反射元件構(gòu)成的反射結(jié)構(gòu)。 通過在除光射出面30A之外的表面上設(shè)置鏡面反射材料，在該表面上能夠保 持反射角度。
導(dǎo)光板30在光射出面30A上可以設(shè)置有光偏轉(zhuǎn)片(它將在后文描述) 以及偏振轉(zhuǎn)換片，偏振轉(zhuǎn)換片起到在必要時將入射光分解成彼此垂直的偏振 分量的作用。
從LED光源發(fā)出的光的輻射角度分布能夠被LED的透鏡調(diào)節(jié)。具體而言，
當(dāng)使用其中朝LED的側(cè)面發(fā)射光的側(cè)面發(fā)光型LED時，所述光能夠被導(dǎo)引至 導(dǎo)光板30內(nèi)整個較寬的區(qū)域。
在側(cè)面發(fā)光型LED中，盡管省略了詳細(xì)描述，然而諸如發(fā)光裝置之類的 各個發(fā)光體被樹脂支架支撐并且一對端子從樹脂支架上伸出來。每個發(fā)光二 極管設(shè)置有從側(cè)面輻射從光源發(fā)出的光的光學(xué)元件，從而具有沿發(fā)光體的周 向輻射^d出的大部分光的方向性。例如日本未經(jīng)審查的專利申請公報No. 2003-8068和No. 2004-133391中公開了側(cè)面發(fā)光型LED。
在側(cè)面發(fā)光型LED中，盡管省略了詳細(xì)描述，然而當(dāng)諸如發(fā)光裝置之類 的發(fā)光體如上配置時，從光源21發(fā)出的光從光源開口 31進(jìn)入導(dǎo)光板30的 內(nèi)部，使得光主要通過在導(dǎo)光板30上方和下方存在的與空氣層的界面處重 復(fù)全反射在導(dǎo)光板30內(nèi)被導(dǎo)引。當(dāng)被導(dǎo)引的光進(jìn)入孔32時，它可能再次進(jìn) 入導(dǎo)光板30的內(nèi)部或者它也可能被輸出到導(dǎo)光板30的外部。再次入射到導(dǎo) 光板30內(nèi)部的光在重復(fù)全反射之后將從孔32被輸出到導(dǎo)光板30的外部。 此處要點(diǎn)是因?yàn)楣庠撮_口 31和孔32具有與導(dǎo)光板30的光射出面30A大致 垂直的側(cè)面，所以從導(dǎo)光板30輸出的光保持光源21的角度分布。當(dāng)設(shè)置突 起時，通過以相同方式使側(cè)面與前述表面大致垂直，光源21的角度分布也 能夠被保持。為了保持光源21的角度分布，孔32或者突起的側(cè)面以90°±10。 以內(nèi)的角度對著光射出面30A，優(yōu)選該角度為90°±5°以內(nèi)，更優(yōu)選該角度在 90°±3°以內(nèi)。當(dāng)采用注模成型形成導(dǎo)光板30時，拔模裕量為大約1°至2°,因 此能夠在足夠滿意的精度范圍內(nèi)形成孔或者突起的側(cè)面。
根據(jù)本發(fā)明，除了圖l示出的例子外，如圖2和3所示，導(dǎo)光板30也 可以設(shè)置有凹形孔32,其并不穿透導(dǎo)光板30并且形成于光射出面30A和背 面30B上。此外，如圖4和5所示，導(dǎo)光板30也可以設(shè)置有形成于光射出 面30A和背面30B上的突起33。這些孔32和突起33可以具有諸如圓柱形和 棱柱形之類的各種形狀，它們以與圖1中示出的孔32相同的方式具有與光 射出面30A和背面30B大致垂直的側(cè)面。在圖2和3中，相同的參考符號指 代圖1中對應(yīng)的相同的部件，并且為避免重復(fù)省略其描述。
接下來，從如上構(gòu)造的導(dǎo)光板30輸出的光的角度亮度分布將作為通過 光線跟蹤分析的結(jié)果被示出。在每個例子中，如圖6A所示，導(dǎo)光板30設(shè)置 有光源21,其由上述側(cè)面發(fā)光型LED(紅LED 21R、綠LED 21G和藍(lán)LED 21B) 構(gòu)成，并且#1布置在穿透導(dǎo)光板30的圓柱形光源開口 31之內(nèi)；以及反射結(jié)
構(gòu)22,其由鏡面反射片構(gòu)成并且被布置在除光射出面30A之外的背面30B 和側(cè)面上。其中，導(dǎo)光板30的材料是聚曱基丙烯酸曱酯(P薩A);導(dǎo)光板30 的厚度為10mm;并且凹形孔32的深度或者突起33的高度為0. 5mm。
圖6B示出了從光源21發(fā)出的輻射光的角度亮度分布。在角度亮度分布 圖的下方，實(shí)線指示當(dāng)觀察導(dǎo)光板的表面時水平方向(橫向，0°)的角度亮 度分布；虛線指示垂直方向(豎向，90°)的角度亮度分布。也就是說，可以 了解到同時在水平和垂直方向，分布是側(cè)面發(fā)光型的，其在離垂直于光射出 面80。的方向具有強(qiáng)烈的亮度峰值。
圖7A和7B分別是截面和平面結(jié)構(gòu)示意圖，這時孔32以與圖1上述相 同的方式具有穿透導(dǎo)光4反30的圓柱形狀。如圖7B所示，孔32一皮布置成圍 繞光源開口 31以大致等間隔形成矩形。此時，在從導(dǎo)光板30輸出的光的角 度亮度分布中，如圖7C所示，可以了解到該分布保持了光源21的角度亮度 分布故而在大約8(T方向具有亮度峰值。
圖8A和8B分別是截面和平面結(jié)構(gòu)示意圖，這時孔32以與圖2上述相 同的方式具有從導(dǎo)光板30的光射出面30A開口的圓柱形和凹入形狀。如圖 8B所示，孔32被布置成圍繞光源開口 31以大致等間隔形成矩形。此時，在 從導(dǎo)光板30輸出的光的角度亮度分布中，如圖8C所示，還可以了解到該分 布保持了光源21的角度亮度分布故而在大約80。方向具有亮度峰值。
圖9A和9B分別是截面和平面結(jié)構(gòu)示意圖，這時孔32以與圖3上述相 同的方式具有^v導(dǎo)光4反30的背面30B開口的圓柱形和凹入形狀。如圖9B所 示，孔32被布置成圍繞光源開口 31以大致等間隔形成矩形。此時，在從導(dǎo) 光板30輸出的光的角度亮度分布中，如圖9C所示，還可以了解到該分布保 持了光源21的角度亮度分布故而在大約80°方向具有亮度峰值。
圖IOA和IOB分別是截面和平面結(jié)構(gòu)示意圖，這時圓柱形突起33以與 圖4上述相同的方式形成于導(dǎo)光板30的光射出面30A上。如圖IOB所示， 突起33被布置成圍繞光源開口 31以大致等間隔形成矩形。此時，在從導(dǎo)光 板30輸出的光的角度亮度分布中，如圖IOC所示，還可以了解到該分布保 持了光源21的角度亮度分布故而在大約80°方向具有亮度峰值。
與設(shè)置通孔時相比較，當(dāng)例如通過注模成型在樹脂導(dǎo)光板上設(shè)置小孔或 者突起時，因?yàn)槿诨牟牧系目闪鲃有?，所以該方法具有易于制造、易于?加面積和易于減少生產(chǎn)節(jié)拍時間(tact time)等優(yōu)點(diǎn)。
圖IIA和IIB分別是截面和平面結(jié)構(gòu)示意圖，這時圓柱形突起33以與 圖5上述相同的方式形成于導(dǎo)光板30的背面30B上。如圖11B所示，突起 33被布置成圍繞光源開口 31以等間隔形成矩形。此時，在從導(dǎo)光板30輸出 的光的角度亮度分布中，如圖IIC所示，可以了解到該分布也保持了光源21 的角度亮度分布故而在大約80。方向具有亮度峰值。
當(dāng)以這種方式在背面30B上設(shè)置突起33時，從突起33輸出的光在被背 面上的鏡面反射板反射后沿前方被發(fā)射出去，使得來自三色光源21的光能 夠容易地被混合。因此，諸如液晶顯示裝置之類的包括這種導(dǎo)光板30的照 明裝置具有能夠減少反射板和液晶顯示面板之間厚度的優(yōu)點(diǎn)。
同時，在此也以相同方式對上述專利文獻(xiàn)2中提出的設(shè)置有三角形橫截 面的凹形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中的角度亮度分布進(jìn)行了分析。
首先，如圖12A所示，導(dǎo)光板30設(shè)置有形成于導(dǎo)光板30的光射出面30A 上的三角形凹形結(jié)構(gòu)61，其沿垂直于圖12A的平面的方向延伸，以-便如圖 12B所示沿與光源開口 31成水平的方向以等間隔布置三角形凹形結(jié)構(gòu)61。 在圖12B中，虛線箭頭x指示水平方向，實(shí)線箭頭y指示垂直方向。其它的 結(jié)構(gòu)與圖7至11中示出的上述例子的相同。在此情況下，如圖12C所示， 從導(dǎo)光板30輸出的光的角度亮度分布并未保持光源21的角度亮度分布，并 且水平方向的角度亮度分布與垂直方向不同。
如圖13A所示，對于三角形突起62被設(shè)置于導(dǎo)光板30的光射出面上的 結(jié)構(gòu)，也以相同的方式分析角度亮度分布。在此情況下，如圖13B所示，三 角形突起62以等間隔沿與光源開口 31成水平的方向被布置。其它的結(jié)構(gòu)與 圖7至12中示出的上述例子的相同。在此情況下，如圖13C所示，也可以 了解到從導(dǎo)光板30輸出的光的角度亮度分布并未保持光源21的角度亮度分 布，并且水平方向的角度亮度分布與垂直方向不同。
從這些結(jié)果中可以了解到圖7至11中示出的根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)光板30與 圖12和13中示出的傳統(tǒng)導(dǎo)光板相比，能夠在保持從光源發(fā)出的光的角度分 布的同時以尖銳的角度亮度分布發(fā)出光。
也就是說，當(dāng)用根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)光板構(gòu)造背光裝置時，光能夠在一種從 光源21發(fā)出的光的角度分布比傳統(tǒng)導(dǎo)光板中更可靠地保持的狀態(tài)下從導(dǎo)光 板被發(fā)射。
然后，在根據(jù)本發(fā)明的背光裝置中，將描述如下例子，其中設(shè)置于導(dǎo)光
根據(jù)上述各個實(shí)施例，設(shè)置于導(dǎo)光板中的孔或者突起的形狀為圓柱形； 然而，本發(fā)明并不限于該形狀，所以任何形狀只要具有與導(dǎo)光板的光射出面 和背面大致垂直的側(cè)面就可以被采用。具體而言，它可以是諸如四邊形棱柱 的棱柱，因而對于來自光源的光不具有類似圓柱體的各向同性而是在光源的 發(fā)射方向上具有各向異性。
圖14示出了這種情況下導(dǎo)光板30的平面結(jié)構(gòu)示意圖。在該例中，RGB 色LED(21R、 21G、 21B)的光源21形成陣列，并且在光源之間，四方形才黃 截面的棱柱孔32以等間隔布置。棱柱孔32包括各條邊沿著陣列方向的方形 孔32S和各條邊與陣列方向成45。角的菱形孔32D,并且方形孔32S和菱形 孔32D交替排列。
如上，當(dāng)孔或者突起具有圓柱形橫截面時，孔或者突起對于任何方向入 射的光表現(xiàn)出相同的行為。因此，當(dāng)孔或者突起類似圓柱體具有各向同性形 狀時，由于諸如相對光源的位置關(guān)系和距離之類的條件以及尺寸，面內(nèi)亮度 分布可能難于被均勻化。
形狀時，類似圖15中由箭頭La、 Lb和Lc示意性示出的光行進(jìn)方向光從不 同方向進(jìn)入孔或者突起，使得入射角度不同于光源對著孔或者突起的側(cè)面的 角度。當(dāng)設(shè)置菱形孔32D時，可以控制光從菱形孔32D被發(fā)出還是通過在菱 形孔32D的側(cè)面上被全反射再次返回到導(dǎo)光板30的內(nèi)部。
也就是說，當(dāng)孔或者突起的形狀在光的發(fā)射方向(行進(jìn)方向)為各向異 性時，通過根據(jù)光源21和孔或者突起的相對位置合適地選擇孔或者突起的 形狀，能夠控制來自光源21的光的分配使得來自光源21的部分光被發(fā)射而 其余的光被導(dǎo)引以重復(fù)反射。當(dāng)沿圖15中示出的箭頭La或者箭頭Lc方向 入射的光要完全被反射時，優(yōu)選孔或者突起的形狀為方形。
然而，當(dāng)控制從孔或者突起發(fā)出和反射光的比例時，形狀并不限于方形， 并且任何諸如多邊形和橢圓形之類的復(fù)雜幾何形狀都可以被釆用。然后，通 過選擇對于光源的角度分布最優(yōu)的形狀和布置，包括這種形狀的孔或者突起 的，能夠避免上述的亮度不一致，導(dǎo)致減少、避免或者改善面內(nèi)亮度分布和 面內(nèi)色度分布。
作為例子，已經(jīng)討論了當(dāng)在導(dǎo)光板的背面上設(shè)置方形突起時的角度亮度
分布。在該例中，結(jié)構(gòu)對應(yīng)于17英寸液晶監(jiān)視器的LED背光裝置。圖16示 出了它的關(guān)^t部分的截面結(jié)構(gòu)示意圖。1^M皮用于光源21; RGB LED的ft目 之比為藍(lán)色(B):綠色(G):紅色(R) = 3:3:2;并且總數(shù)為64。如圖16 所示，這些光源21被布置于導(dǎo)光板30中設(shè)置的圓柱形光源開口 31內(nèi)。在 導(dǎo)光板30的背面上，形成有四方形棱柱突起33，其高度為0. 3mm,四方形 平面形狀，并且頂角^l布置成靠近光源21。在導(dǎo)光板30的側(cè)面和背面上， 設(shè)置有由鏡面反射片構(gòu)成的反射結(jié)構(gòu)22。在導(dǎo)光板30的光射出面上，換向 片26被布置在光源21正上方的位置，用于散射沿LED正前方(也就是說垂 直于光射出面的方向)發(fā)射的光。這是具有僅在LED正上方的位置印制的白 色散射材料的薄膜。當(dāng)從LED正上方發(fā)射的光通過控制LED角度分布被充分 抑制時，能夠構(gòu)造沒有換向片的液晶顯示裝置。在換向片26上，散射板27 和散射片28通過墊片25按照順序疊壓在一起。散射片28包括用于在前面 調(diào)節(jié)光發(fā)射方向的具有所謂高啟動效果的薄片。光源21通過墊片25被布置 在布線板23上，并且整個結(jié)構(gòu)被容納在外殼24內(nèi)。反射板與液晶顯示面板 (未顯示)之間的厚度為24mm，反射板在該情況下為導(dǎo)光板30的背面上的 反射結(jié)構(gòu)22。圖17示出了紅色光源21R、綠色光源21G、藍(lán)色光源21B的排 列的平面結(jié)構(gòu)示意圖。在此情況下，沿垂直方向布置有16個LED并且沿水 平方向4個LED排成一行；端部與首行LED之間的距離el為35mm;光源行 之間的距離e2為90mm;以及每列光源之間的距離e3為17. 2mm。 LED包括側(cè) 面強(qiáng)烈發(fā)光的側(cè)面發(fā)光型LED。它的角度分布如圖18所示。圖19是導(dǎo)光板 30的背面的平面結(jié)構(gòu)示意圖。突起33具有基本相同的形狀，并且以大致相 同的密度精確地布置在陣列化的光源開口 31之間。
圖20A和20B以及圖21A和21B分別示出了根據(jù)該結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光板30和 散射片28上的角度亮度分布。圖20A和21A示出了面內(nèi)分布，而圖20B和 21B示出了水平和垂直方向的截面上的分布。/人圖20A和20B,可以了解到 導(dǎo)光板30保持了 LED角度分布故而沿傾斜方向具有強(qiáng)烈分布。另一方面， 可以從圖21A和21B 了解到從導(dǎo)光板被輸出后發(fā)射方向被散射片28調(diào)整的 光的角度分布向前對準(zhǔn)。
至于背光裝置的亮度不均勻性，當(dāng)最大亮度為Lmax并且最小亮度為 Lmin時，(Lmax-Lmin) /Lmax約等于100/。。
當(dāng)在不使用導(dǎo)光板的情況下構(gòu)造具有被布置于散射片正下方的LED的背
光裝置時，為了將亮度不均勻度抑制到相同范圍，背光裝置需要大約60隱 的厚度。因此，可以了解到通過使用根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)光板能夠抑制亮度不均 勻度，從而減少了背光裝置的厚度。
圖22示出了在散射片28上測得的色彩不均勻度。從圖22的結(jié)果可以 了解到根據(jù)本發(fā)明的背光裝置的色彩不均勻度能夠被抑制在大約Au' v' ^ 0. 010的范圍內(nèi)。
根據(jù)實(shí)施例，盡管沒有執(zhí)行帶色彩傳感器的反饋和電子控制并且全部 LED被恒流串聯(lián)驅(qū)動，然而色彩不均勻度能夠被抑制至與包括LED光源的傳 統(tǒng)背光裝置相同的程度。因此，通過增加上述類似傳統(tǒng)背光裝置中的反饋和 電子控制，色彩不均勻度能夠被進(jìn)一步抑制。
根據(jù)實(shí)施例，突起被設(shè)置于導(dǎo)光板上的例子被示出。當(dāng)設(shè)置突起時，圖 23的截面示意圖示出了根據(jù)所述實(shí)施例的導(dǎo)光板的關(guān)鍵部分，當(dāng)所述部分的 長度(即來自最近的光源的光所通過的長度)為L,所述部分的高度為H， 并且從光源發(fā)出的光量被減至主峰角時的25。/。的角度為a時，優(yōu)選
L/H》tan a (1 )
圖23中，從光源21發(fā)出并且從光源開口 31被導(dǎo)引至導(dǎo)光板30內(nèi)部的 光的亮度分布被標(biāo)注為DL，并且最強(qiáng)亮度(即主峰)的方向被標(biāo)注為虛線 p100。發(fā)出的光量被減至主峰時的25%的角度被標(biāo)注為箭頭p25。從法線到 箭頭p25的角度被標(biāo)注為a。此時，當(dāng)突起33的橫向長度L和其高度H之間 的關(guān)系滿足以上等式(1)時，主峰的25%或者更多的被發(fā)出的光量被突起 33的側(cè)面反射。因此，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在導(dǎo)光板上設(shè)置突起時，最好突起的 寬度和高度滿足以上等式(1)。
當(dāng)突起的上表面大致平行于光射出面時(也就是說它與光射出面成 0°±10°的角度，優(yōu)選該角度為0°±5°，更優(yōu)選為0°±3°),從上表面輸出的光的 角度亮度分布能夠基本上與從除突起外的部分輸出的光的相等。
在參考圖16和19描述的以上例子中，導(dǎo)光板30上的突起33的高度為 0. 3mm,它的對角線方向的寬度為13mm。
在此情況下，如圖18所示的被用作光源21的側(cè)面發(fā)光型LED沿橫向具 有強(qiáng)的亮度分布。如同從圖18所了解的，從光源發(fā)出的光量被減少至主峰 角度時的25。/。的角度ot大約為55°。也就是說，在此情況下，設(shè)置于導(dǎo)光板 30上的突起33的高度H為0.3腿，并且它的截面長度L為13隱，所以比值L/H 43。因?yàn)閠an (55°) 1.4,所以可以知道這滿足L/H > Un a。
才艮據(jù)上述實(shí)施例，設(shè)置于導(dǎo)光板上的突起的形狀基本上相同。當(dāng)按這種 方式孔或者突起的形狀相同時，所述結(jié)構(gòu)具有相對簡化的構(gòu)造及易于制造的 優(yōu)點(diǎn)。如果光源的布置均勻，那么面內(nèi)亮度易于均勻化，從而抑制亮度不均 勻度和色彩不均勻度。
另外一方面，布置于導(dǎo)光板上的多個孔或者突起的形狀可以根據(jù)離光源 的位置來選擇，使得從光源發(fā)出的光在光源附近難于被外部獲得，而從光源 發(fā)出的光在距光源相對較遠(yuǎn)的位置易于被外部獲得。現(xiàn)在將參考圖24A的截 面結(jié)構(gòu)示意圖和圖24B的平面結(jié)構(gòu)示意圖來描述該情況的實(shí)施例。
根據(jù)該實(shí)施例，如圖24A所示，在導(dǎo)光板30的背面上設(shè)置有圓柱形光 源開口 31以便在其中容納LED光源21。在光源開口 31之間的背面上設(shè)置有 多個突起33。隨著突起33的寬度和高度的增加，光更易于被外部獲得。因 此，如圖24A和24B所示，突起33的形狀被選擇使得越靠近光源21,寬度 和/或高度越??；而離光源21越遠(yuǎn)，寬度和/或高度越大。通過這種配置， 在光源附近光難于被外部獲得，而在距光源相對較遠(yuǎn)的位置光易于被外部獲 得，從而改善了光的利用率。具體而言，類似參考圖16至19描述的實(shí)施例， 當(dāng)沒有以均勻分布布置光源21時，通過根據(jù)相對光源21的位置合適地選擇 孔或者突起的形狀，即使對于遠(yuǎn)離光源21的位置，光也被導(dǎo)引通過導(dǎo)光板 的內(nèi)部，使得光能夠被外部獲取，從而改善了光的利用率。
然后將討論如下情況下的角度亮度分布使用具有上述形狀的導(dǎo)光板 30,并且設(shè)置有光偏轉(zhuǎn)片，其朝導(dǎo)光板30的光輸出側(cè)以沿特定方向(例如 與光射出面相垂直的方向)具有峰值的角度亮度分布輸出具有特定角度分布 的入射光。
光偏轉(zhuǎn)片可以包括光偏轉(zhuǎn)片40，其中如圖25A所示四邊形錐體凹形結(jié)構(gòu) 41在平面中連續(xù)田比鄰。
如圖25B所示，穿透導(dǎo)光板30的圓柱形孔32-故布置在光源開口 31的 陣列之間的導(dǎo)光板30上，每個光源開口都有凈皮容納于其中的光源21。
圖25C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背光裝置的關(guān)鍵部分的截面示意圖。在 圖25C中，相同的參考符號指代圖25A和25B中對應(yīng)的相同的部件，并且為 避免重復(fù)省略其描述。根據(jù)所述實(shí)施例，光偏轉(zhuǎn)片40的凹形結(jié)構(gòu)41被布置 成對著導(dǎo)光板30的光射出面，并且在導(dǎo)光板30的背面和側(cè)面上設(shè)置有由鏡
面反射片構(gòu)成的反射結(jié)構(gòu)22。
通過這種結(jié)構(gòu)，由箭頭Lll和L12示出的從光源21發(fā)出的光在導(dǎo)光4反 30中被全反射。在孔32中，光在其角度分布基本被保持的情況下被導(dǎo)引， 然后在重復(fù)反射后從孔32被輸出以便進(jìn)入光偏轉(zhuǎn)片40。朝背面輸出的光被 反射結(jié)構(gòu)22反射一次，然后它進(jìn)入光偏轉(zhuǎn)片40。當(dāng)其中光源為上述側(cè)面發(fā) 光型LED時，入射到光偏轉(zhuǎn)片40中的光也具有相同的角度分布。
如圖25A配置的光偏轉(zhuǎn)片40能夠以沿特定的方向(例如垂直方向)具 有峰值的角度亮度分布，將沿特定方向具有峰值的光輸出到光偏轉(zhuǎn)片40的 光射出面。通過改變設(shè)置于光偏轉(zhuǎn)片40上的凹形結(jié)構(gòu)的形狀(特別是傾斜 角度)和組件的折射率能夠控制從光偏轉(zhuǎn)片40輸出的光的角度亮度分布和 由于光偏轉(zhuǎn)片40導(dǎo)致的返回至導(dǎo)光板30的光量。因此，適合于到光偏轉(zhuǎn)片 40的入射光的角度分布的凹形結(jié)構(gòu)的合適形狀使得使用光偏轉(zhuǎn)片40的顯示 裝置能夠具有期望的角度亮度分布。通過減少返回的光，能夠減少反射結(jié)構(gòu) 處的損失，從而改善整體亮度。后面將詳細(xì)描述光偏轉(zhuǎn)片40的凹形結(jié)構(gòu)的 形狀。
已經(jīng)研究過了當(dāng)以這種方式設(shè)置光偏轉(zhuǎn)片時從光偏轉(zhuǎn)片輸出的光的角 度亮度分布。在該例中，如圖26A中導(dǎo)光板30的示意性截面所示，在導(dǎo)光 板的背面上以與圖11中示出的例子相同的方式設(shè)置有突起33。突起33按照 與圖25B中示出的例子相同的方式被布置于陣列化的光源21之間的陣列中。 由P匿A制成的導(dǎo)光板30具有IO,厚以及0. 5mm高的突起。它與光偏轉(zhuǎn)片 40和反射結(jié)構(gòu)22之間的間隔分別為5mm。由P畫A制成的光偏轉(zhuǎn)片40的凹 形結(jié)構(gòu)具有72°頂角。
圖26B示出了以這種方式配置的光偏轉(zhuǎn)片40上的角度亮度分布。從該 結(jié)果中可以看出從根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)光板上的光偏轉(zhuǎn)片40輸出的光的角度亮 度分布沿水平和垂直方向都在光發(fā)射表面前方具有亮度峰值。
已經(jīng)研究過了當(dāng)如下情況時從光偏轉(zhuǎn)片輸出的光的角度亮度分布，即如 圖27的示意性截面所示設(shè)置按照參考圖16、 17和19所描述配置的導(dǎo)光板 和按照與圖25A中示出的例子相同的方式布置于導(dǎo)光板30的光輸出側(cè)上的 光偏轉(zhuǎn)片40。在圖27中，相同的參考符號指代圖16中對應(yīng)的相同的部件， 并且為避免重復(fù)省略其描述。
結(jié)果在圖28A和28B中顯示。從圖28A與圖28B的比較顯而易見可以知
道，通過設(shè)置光偏轉(zhuǎn)片40,所述分布沿垂直方向變得更尖銳并且亮度峰值增 加。
從這些結(jié)果中可以知道根據(jù)本發(fā)明的背光裝置能夠以沿期望的方向(例 如沿前方)具有高亮度峰值的角度亮度分布來發(fā)射光。當(dāng)鏡面反射片被用作 設(shè)置于導(dǎo)光板上的反射結(jié)構(gòu)時，也能夠獲得滿意的結(jié)果。
以這種方式，在根據(jù)本發(fā)明的背光裝置中，導(dǎo)光板能夠混合三色LED光
源的光并且能夠控制角度亮度分布。此外，它能夠減少由于返回的光導(dǎo)致的 損失，從而改善亮度。因?yàn)橛煞祷氐墓鈱?dǎo)致的被反射結(jié)構(gòu)吸收的光能夠一皮抑 制，所以發(fā)熱也被抑制。
此外，因?yàn)槊鎯?nèi)亮度分布能夠被導(dǎo)光板均勻化，所以能夠減少包括帶有 導(dǎo)光板的背光裝置的液晶顯示裝置的厚度。
當(dāng)孔或者突起設(shè)置于導(dǎo)光板上時，為了改善導(dǎo)光板的面內(nèi)亮度分布均勻
性，采用以下結(jié)構(gòu)比較有效
(1) 布置若干直徑較小的孔。
(2) 在亮度變得相對較高的區(qū)域，比如光源的附近，縮小孔的直徑或 者減少孔的數(shù)目。
(3) 增加導(dǎo)光板的厚度或者減小它的折射率。
(4 )增加導(dǎo)光板和反射結(jié)構(gòu)之間的間隔以及導(dǎo)光板和光偏轉(zhuǎn)片之間的間隔。
然而，因?yàn)楸彻庋b置的厚度與以上條款(3)和(4)之間的制約關(guān)系， 所以必須在它們中間取得平衡。
即使當(dāng)使用上述側(cè)面發(fā)光型LED時，因?yàn)楣鉀]有全部沿垂直于光射出面 的方向被發(fā)射，所以也必須設(shè)法滿足少量的垂直入射的光。作為措施在LED 光源或者光源開口正上方布置反射散射片是有必要的。
為了抑制從光源入射到導(dǎo)光板中的光的角度分布的變化，光源沒有被i殳 置在導(dǎo)光板的背面的底部，但是至少一個開口作為光源開口形成于導(dǎo)光板上 以便在其中容納光源。
光源開口的形狀最好是柱形開口 ，其側(cè)面大致垂直于導(dǎo)光板的光射出面 并且上表面基本平行于該光射出面。當(dāng)側(cè)面和上表面分別以大約90°±10°和 0°±10°角對著導(dǎo)光板的光射出面時，角度分布能夠被充分地保持。理想的是 角度為90°±5°和0°±5°，更理想的是90°±3°和0°±3°,角度分布能夠被更可靠
地保持。
當(dāng)使用上述具有類似根據(jù)本發(fā)明的背光裝置中的尖銳的角度亮度分布 的光源和光偏轉(zhuǎn)片時，發(fā)出的光的角度亮度分布可以非常的窄。這意味著包 括背光裝置的顯示裝置的視場角變得很窄。
為了解決此問題，可以采用以下結(jié)構(gòu)
(1)在光偏轉(zhuǎn)片的光射出面上，布置散射片；然而，為了減少返回的 光，最好采用具有高透射性的片。
(2 )使用具有散射效果的反射結(jié)構(gòu)。 (3)孔或者突起至少部分為錐形。
然后將詳細(xì)描述整合到根據(jù)本發(fā)明的背光裝置中的光偏轉(zhuǎn)片。 圖29是根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)片的透視示意圖。根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)片 50設(shè)置有在它的光入射面51A上并置的多個凹形結(jié)構(gòu)52,圖中凹形結(jié)構(gòu)52 為四邊形錐體。也就是說，在整個面51A上，二維連續(xù)地布置有四邊形錐形 凹形結(jié)構(gòu)52。
現(xiàn)在將參考圖30A至30C的幾何圖來描述凹形結(jié)構(gòu)52的形狀。圖30A 示出了具有頂點(diǎn)0和基面ABCD的四邊形錐體。如圖30B所示，通過分別連 接頂點(diǎn)0與邊AD和BD的中點(diǎn)E和F形成的三角形OEF的頂角被定義為凹形 結(jié)構(gòu)52的頂角e。頂角e大于三角形ABO的頂角f
當(dāng)設(shè)置這種四邊形錐體凹形結(jié)構(gòu)52時，圖31示出了由于入射光的入射 角的不同導(dǎo)致的光的行為。圖31中示出了當(dāng)頂角e大約為70°時以與平面51A 成0°、 20°、 40°、 60°和80°角入射到光偏轉(zhuǎn)片50中的光束的折射情況。箭頭 Ll和L2示出了入射角分別為0°和20。的情況，并且光束在凹形結(jié)構(gòu)52的上 表面?zhèn)鹊慕缑嫣幈徽凵洳谋趁?1B被輸出。箭頭L3和L4示出了入射角為 40。的情況，并且如箭頭L3所示光束^L背面51B全反射，或者如箭頭L4所 示光束被鄰近凹形結(jié)構(gòu)52的斜面全反射并從背面51B被輸出。箭頭L5和L6 示出了入射角為60。的情況，并且如箭頭L5所示光束以相同方式被背面51B 全反射，或者如箭頭L6所示光束被鄰近凹形結(jié)構(gòu)52的斜面全反射并從背面 51B一皮輸出。箭頭L7示出了入射角為80°的情況，并且光束沒有到達(dá)^^皮虛線 k所圍的圓內(nèi)的凹形結(jié)構(gòu)52的頂點(diǎn)的附近，而是被鄰近的凹形結(jié)構(gòu)52的斜 面全反射并從背面51B被輸出。
也就是說，可以了解到相對凹形結(jié)構(gòu)的頂角成20?；蛘吒〉娜肷浣堑?br> 光束從垂直于背面51B的方向略微傾斜地被輸出；以大約80°角入射的光束 以大致垂直于背面51B的方向y^人背面51B一皮輸出。還可以了解到具有40°至 60。入射角的光束取決于凹形結(jié)構(gòu)52的入射點(diǎn)在發(fā)射角和反射率上不同。
當(dāng)將光偏轉(zhuǎn)片使用于諸如背光裝置之類的照明裝置或者諸如液晶顯示 器之類的顯示裝置時，通常優(yōu)選從光偏轉(zhuǎn)片50的作為光射出面的背面51輸 出的光的發(fā)射角垂直于背面51。
解決此問題的條件由如下基于諸如斯涅耳(Snell)定律的基本幾何光 學(xué)的公式(2)表達(dá)
n0 x cos (ein + p/2) = n x cos {(3/2) x(3} (2)
其中nO表示空氣的折射率；n表示光偏轉(zhuǎn)片的折射率；6in表示如圖32 所示的入射到設(shè)置于光偏轉(zhuǎn)片50的面51A上的凹形結(jié)構(gòu)52的斜面上的光的 入射角；以及P表示所需的凹形結(jié)構(gòu)52的頂角。如圖32所示，最好來自背 面51B的光發(fā)射角為0°。
當(dāng)將光偏轉(zhuǎn)片50用于背光裝置時，光的入射角并不唯一而是具有一定 分布；在此情況下，可以使用所述分布的峰值。
此外，在此情況下，為了利用片內(nèi)的全反射，即凹形結(jié)構(gòu)52的斜面內(nèi) 在圖32示出的點(diǎn)R處的全反射，最好如圖32的6in所示發(fā)射光的入射角較 小。根據(jù)片的折射率，該角度處于50。 S ein < 90。的范圍內(nèi)。
使用以上公式(2)可以獲得當(dāng)四邊形錐體凹形結(jié)構(gòu)設(shè)置于光偏轉(zhuǎn)片上 時典型材料的光的入射角(分布峰值)和頂角e之間的關(guān)系。圖33示出了結(jié) 果。圖33中，折射率為1.49的壓克力(acryl )被標(biāo)注為實(shí)線1; 折射率 為1. 59的聚碳酸酯被標(biāo)注為實(shí)線m;折射率為1. 7的高折射率材料被標(biāo)注為 實(shí)線n。
^v圖33的結(jié)果可以知道，在1. 49至1. 7這一相對較廣的折射率范圍內(nèi)，
對于入射角為最優(yōu)的凹形結(jié)構(gòu)的頂角e具有差異不大的趨勢。
另一方面可以了解到，在50°至90。的入射角范圍內(nèi)，最佳的頂角e線性 增力口。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)片被整合到背光裝置中時，從LED光源發(fā)出的光 的照射角度分布可以通過LED透鏡調(diào)整。特別當(dāng)使用從側(cè)面發(fā)出光的側(cè)面發(fā) 光型LED時，光束能夠從LED位置被導(dǎo)引到導(dǎo)光板內(nèi)寬廣的區(qū)域。照射角度 分布通?？赡茉?0°至90°之間具有峰值。
因此，當(dāng)壓克力被用作光偏轉(zhuǎn)片的材料時，可以了解到四邊形錐體凹形 結(jié)構(gòu)的頂角優(yōu)選大約為72°。
作為例子，分析了當(dāng)設(shè)置了根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)片和具有被設(shè)為大約
80。的照射角的LED時的從光偏轉(zhuǎn)片輸出的光的角度分布。圖34A至34F和 圖35A至35E示出了這些結(jié)果。圖34A至34F分別示出了當(dāng)頂角e為20°、40°、 60°、 66°、 72°和78°時的結(jié)果。圖35A至35E分別示出了當(dāng)頂角e為84°、 100°、 120°、 140°和160°時的結(jié)果。在每個例子中，實(shí)線表示在光偏轉(zhuǎn)片的表面上 沿水平方向(0°)的角度亮度分布，虛線表示沿垂直方向(90°)的分布。
從這些結(jié)果中可以了解到當(dāng)如圖34E所示頂角e為72°時，前方亮度沿水 平和垂直方向都為最大。在實(shí)際背光裝置和液晶顯示裝置中，因?yàn)樵O(shè)置有諸 如散射片之類的擴(kuò)大角度亮度分布的結(jié)構(gòu)，所以角度亮度分布由于所述結(jié)構(gòu) 的作用導(dǎo)致可以被拓寬，使得這種具有方向性的角度亮度分布可以最適合于 顯示裝置。
在此情況下，實(shí)際的角度亮度分布例子包括圖34D示出的頂角66°的例 子以及圖34F示出的頂角范圍從66°至78° (含78°)的例子。圖36A和36B 分別示出了 64°和80°的頂角的角度亮度分布。在這些例子中，前方的亮度被 減弱并且亮度峰值傾斜，所以可以知道這樣不利于顯示裝置。
根據(jù)這些結(jié)果，當(dāng)光偏轉(zhuǎn)片被整合到具有側(cè)面發(fā)光型LED光源(具有被 設(shè)置為大約80°的峰值照射角)的背光裝置和包括背光裝置的液晶顯示裝置 中時，可以了解到當(dāng)光偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)的頂角處于66°至78°的范圍時，能 夠獲取優(yōu)選的角度亮度分布，從而優(yōu)化了面內(nèi)亮度分布。
當(dāng)光偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)為四邊形錐體時，估計(jì)光學(xué)頂角e在相對光入射 角的± 6。范圍內(nèi)能夠獲得實(shí)際最佳的角度亮度范圍。
然后，作為對比例，示出了當(dāng)光偏轉(zhuǎn)片由上述BEFTM (來自Sumitomo 3M 有限公司)和DIAART'm (來自MITSUBISHI RAYON有限公司)制成時的角度亮 度分布的分析結(jié)果。圖37中，按照與圖34E示出的例子相同的方式示出了 使用根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)片并且它的凹形結(jié)構(gòu)是具有72°頂角的四邊形錐體 時的情況。圖38中，示出了使用上述BEFTM時的情況；并且圖39中，示出 了使用上述DIAARTTM時的情況。在每個例子中，作為圖40中示出的背光裝 置的例子，示出了當(dāng)在一定空間內(nèi)布置多個側(cè)面發(fā)光型LED光源、反射結(jié)構(gòu) 22被設(shè)置于底面和側(cè)面、光偏轉(zhuǎn)片50被布置于上表面時的角度亮度分布。圖37中，鏡面反射片被用作反射結(jié)構(gòu)22;在圖38和39中，使用了散射反 射片。在每個例子中，反射系凄丈(reflector factor)為97%。在圖37至 39中，也以圖34和35中相同的方式，用實(shí)線表示沿水平方向的角度亮度分 布，用虛線表示沿垂直方向的角度亮度分布。
由圖37顯而易見的是，當(dāng)使用圖29示出的光偏轉(zhuǎn)片時，光發(fā)射效率為 90%;然而，在圖38和39的例子中，效率分別為72 %和85 % ，所以可以 知道，圖37示出的例子在光發(fā)射效率方面最優(yōu)。使用圖38示出的BEF時的 前方亮度被設(shè)為l,則在圖37示出的情況下，它是2.2倍；在圖39示出的 情況下，它只有1.2倍，所以可以知道在圖37的例子中前方亮度也為最大。
從這些結(jié)果中可以知道，通過使用圖29示出的光偏轉(zhuǎn)片，能夠優(yōu)化亮 度的角度分布，尤其當(dāng)光偏轉(zhuǎn)片被整合到包括側(cè)面發(fā)光型LED的背光裝置中 時，前方亮度能夠兩倍高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
如圖38的箭頭Sl和S2所示，當(dāng)從最側(cè)面發(fā)出的光(所謂的側(cè)瓣)入 射到液晶顯示裝置的液晶顯示面板時，它幾乎全部被毫無作用地反射或者吸 收了。
然而，當(dāng)使用圖29示出的光偏轉(zhuǎn)片時，這種從最側(cè)面輸出的光被避免， 所以可以獲得充分改善光利用率的優(yōu)點(diǎn)。
在上述各個例子中，凹形結(jié)構(gòu)52以50)im的間距布置。凹形結(jié)構(gòu)52的 間距要求為可見光的波長的一半或者更多，即O. 2jam。如果間距過大，那么 所述片難以通過模塑制造來生產(chǎn)。如果整個光偏轉(zhuǎn)片的厚度過厚，那么面內(nèi) 分布就不一致，所以厚度最好為500mm或者更小。此外，根據(jù)頂角，凹形結(jié) 構(gòu)的深度可以相對于間距變得更深，所以最好選擇間距，使得凹形結(jié)構(gòu)的深 度變成50mm或者更小。
在上述例子中，光偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)大致為四邊形錐體。在此情況下， 由構(gòu)成四邊形錐體的斜面所定義的角度沿片的橫向(水平)和豎向(垂直) 都相同，所以當(dāng)片被整合到液晶顯示裝置中時，亮度的角度分布沿顯示屏的 水平和垂直方向基本上都相同。從圖34A至34F和圖35A至35E的結(jié)果還可 以知道，分別由實(shí)線和虛線顯示的角度亮度分布沿水平和垂直方向大致相 同。
然而，在諸如TV接收器之類的顯示裝置中，最好沿水平方向的亮度的 角度分布寬于沿垂直方向的分布，也就是說，沿水平方向的視場角寬于垂直
方向。
因此，如以下例子所示，凹形結(jié)構(gòu)的形狀還可以包4舌如下的形狀，聲斤述 形狀在顯示裝置的水平方向?qū)?yīng)的;f黃向上與垂直方向?qū)?yīng)的豎向具有不同 比例。
當(dāng)凹形結(jié)構(gòu)被制作成與上述例子中相同的四邊形錐體時，圖41A至41D 示出了其中在開口上它的四邊形為正方形的例子。圖41A是具有這種凹形結(jié) 構(gòu)的光偏轉(zhuǎn)片的表面的放大透視圖。對于這種情況，當(dāng)開口上的四邊形的邊 為x和y時,x = y。
如圖41B所示，當(dāng)凹形結(jié)構(gòu)^皮制作成具有方形基面ABCD和頂點(diǎn)0的四 邊形錐體時，通過連接頂點(diǎn)0與邊AD和BC的各自中點(diǎn)E和F形成的三角形 0EF以及通過連接頂點(diǎn)0與邊AB和CD的各自中點(diǎn)G和H形成的三角形0GH 分別如圖41C和41D所示彼此是全等的。
也就是說，在三角形0EF和0GH中，斜線長度a，底線的半長b和高度 h分別都相等。
在以這種方式構(gòu)成的各向同性類型中，亮度的角度分布基本上如上所述 沿水平和垂直方向都相同。
另外一方面，如圖42A和43A的光偏轉(zhuǎn)片的各個例子的放大透視圖所示， 凹形結(jié)構(gòu)也可以被構(gòu)造成x # y，使得亮度的角度分布沿各個方向不同，其 中凹形結(jié)構(gòu)的基面的邊為x和y,所以頂角根據(jù)各邊的延伸方向而不同。
在圖42A至42D示出的例子中，凹形結(jié)構(gòu)的基面^皮制作成矩形四邊形錐 體。也就是i兌，如圖42B所示，由具有頂點(diǎn)0和矩形基面ABCD的矩形四邊 形錐體形成凹形結(jié)構(gòu)。如圖42C和42D所示，在通過連4I"頂點(diǎn)0與邊AD和 BC的各自中點(diǎn)E和F形成的三角形0EF以及通過連4妄頂點(diǎn)0與邊AB和CD 的各自中點(diǎn)G和H形成的三角形0GH中，頂角ei不同于e2 (ei〈62);斜線 長度al不同于斜線長度a2(al〈a2);并且基邊的半長bl不同于基邊的半長 b2 (bl〈b2)。然而，高度h相同。
通過這種結(jié)構(gòu)，構(gòu)成凹形結(jié)構(gòu)的斜面的角度沿水平和垂直方向不同，從 而能夠提供沿水平和垂直方向亮度不同的光偏轉(zhuǎn)片。
另外一方面，在圖43示出的例子中，構(gòu)成凹形結(jié)構(gòu)的斜面由兩個三角 形和兩個梯形構(gòu)成，使得雖然斜面的傾角相同但是亮度的角度分布沿水平和 垂直方向不同。在此情況下，如圖43B所示，凹形結(jié)構(gòu)由矩形基面ABCD、通
過分別連接邊AB/CD和頂點(diǎn)0/P形成的三角形ABO和CDP的斜面以及通過分 別連4妻邊AD/BC和頂點(diǎn)0/P形成的梯形AOPD和BOPC構(gòu)成。圖43C和43D分 別示出了通過分別連接基面邊AD/BC的中點(diǎn)E/F和邊線OP的中點(diǎn)Q形成的 三角形QEF以及通過分別連接基面邊AB/CD的中點(diǎn)G/H和邊線OP形成的斗弟 形GHOP。在三角形EFQ和梯形GHOP中，高度h相同并且斜線長度a也相同。 當(dāng)三角形EFQ的頂角為e時，分別由從邊線的點(diǎn)0/P垂下的垂直線和斜面定
義的角度為e/2。
在此情況下，因?yàn)樾泵娴膬A角沿兩個方向相同，所以當(dāng)光偏轉(zhuǎn)片通過注 模成型由樹脂制成時，能夠相對簡單地制造模具，從而獲取可靠生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。 這是因?yàn)楫?dāng)通過用切削工具切削來加工模具時，沿X-和Y-軸向的形狀都可 以用相同的工具切割，所以不需要形狀不同的工具。
關(guān)于參考圖43A至43D描述的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)通過將圖43C中示出的三角形 EFQ的頂點(diǎn)Q的角度設(shè)定為72。以及通過改變圖43D中示出的梯形的底邊GH 和三角形EFQ的底邊EF之間的長度比GH/EF,分析了角度亮度分布。結(jié)果在 圖44A至44F中顯示。
在圖44A至44F中，梯形和三角形之間的底邊比GH/EF^皮改變成1、1. 25、 1.5、 2、 3和5?？梢钥闯雠c圖44A相比，由實(shí)線指示的沿水平方向(0°)的 角度亮度分布不同于垂直方向(90°)。
因此，可以通過根據(jù)顯示裝置的特性選擇凹形結(jié)構(gòu)的形狀，來構(gòu)造光偏 轉(zhuǎn)片，以獲得最佳的角度亮度分布。
在上述各個例子中，光偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)被制作成四邊形錐體或者由兩 個三角形斜面和兩個梯形斜面構(gòu)成的形狀；然而，凹形結(jié)構(gòu)可以被制作成^壬 何形狀，只要該形狀包括具有適合于入射光的角度的斜面，所以諸如圓錐、 五邊形錐體、六邊形錐體和比六邊形錐體更多的多邊形錐體之類的各種其它 形狀都可以-故采用。
然后，將參考圖45的結(jié)構(gòu)示意圖，描述結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的背光裝置 的透射型液晶顯示裝置的例子。
如圖45所示，透射型液晶顯示裝置12包括透視液晶顯示面板11和設(shè) 置于液晶顯示面板11的背面上的背光裝置10。盡管沒有示出，然而液晶顯 示裝置12可以包括諸如模擬調(diào)諧器和數(shù)字調(diào)諧器之類的用于接收地面波和 衛(wèi)星波的接收部分、分別用于處理由接收部分接收的圖像和聲音信號的圖像
信號處理器/聲音信號處理器、以及諸如揚(yáng)聲器之類的用于輸出由聲音信號 處理器處理的聲音信號的聲音信號輸出部分。
在該例中設(shè)置有有源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)液晶顯示裝置，其中在由玻璃制成的
第一基板la上，形成有用于選擇每個像素的薄膜晶體管(TFT ) 2a和連接至 TFT 2a的漏極區(qū)的像素電極2b。在像素之間的邊界上，以4冊格方式形成有 連接至TFT 2a的門極的門極總線2c和連接至TFT 2a的源區(qū)的源極總線2d, 以便將像素連接在一起。
另外一方面，在由玻璃制成的第二基板lb上交替形成有每個像素的R (紅)、G (綠)和B (藍(lán))的三色濾色鏡3。在濾色鏡3上，形成有與多個 像素集成的公共電極4。盡管圖45中只示出了 3像素x3像素-9像素，然而 實(shí)際上濾色鏡3被設(shè)置顯示m像素x n像素。第一基板la和第二基板lb以 預(yù)定間隔彼此平行地被布置使得，像素電極2b對著公共電極4。像素電極 2b和公共電極4之間的空間填滿液晶5，從而夾在液晶取向膜(未示出)之 間。
此外，在由像素電極2b形成的第一基板la的表面的背面上，布置有偏 振板6和照射白光的背光裝置10。此外，在由公共電極4形成的第二基板 lb的表面的背面上，布置有偏振板7。
圖46是液晶驅(qū)動電極和TFT的布置圖。盡管圖中只示出了 4像素x4像 素=16像素，然而它們實(shí)際被布置成顯示m像素xn像素。如上所述，在基 板la的一個表面上，TFT 2a和像素電極2b被布置于每個像素以及像素之間 的邊界中，門極總線2c和源極總線2d以柵格方式形成。在液晶屏的外框中， 布置有包括X驅(qū)動器XD和Y驅(qū)動器YD的液晶驅(qū)動驅(qū)動器。門極總線2c分 別通過選擇電路G1至Gn連接至Y驅(qū)動器YD。另外一方面，源極總線2d分 別通過選擇電路Dl至Dm連接至X驅(qū)動器XD。
根據(jù)作為掃描電極總線的門極總線2c的信號，有源元件TFT 2a在施加 電場給液晶5的像素電極2b和作為數(shù)據(jù)電極的源極總線2d之間接通或者斷 開，以便選擇性地驅(qū)動每個像素的液晶。從背光裝置IO發(fā)出并且通過偏振 板6的光透射通過液晶5，同時透射受由選擇電路選擇的液晶部分控制。此 外，它透射通過每種顏色的濾色鏡3和偏振板7，以便在偏振板7的側(cè)面上 形成彩色圖像。從而，以高對比度和高速響應(yīng)實(shí)現(xiàn)高圖像品質(zhì)的液晶顯示。
在上述例子中提供了有源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)液晶顯示裝置；然而，根據(jù)本發(fā)
明的背光裝置和液晶顯示裝置顯然也可應(yīng)用于諸如單純矩陣驅(qū)動系統(tǒng)液晶 顯示裝置之類的其它的液晶顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置可以被結(jié)合到根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例的 背光裝置中。背光裝置根據(jù)諸如角度分布之類的光源特性，可以不設(shè)置上述 換向片或者散射片。背光裝置也可以不必設(shè)置有傳統(tǒng)液晶顯示裝置中使用的
BEF (來自Sumitomo 3M有限/^司)和DIAART (來自MITSUBISHI RAYON 有限公司)。
如上所述，才艮據(jù)本發(fā)明的背光裝置和液晶顯示裝置，導(dǎo)光板包括形成于 光射出面或者與光射出面相對的背面上的孔或突起，并且孔或突起的側(cè)面大 致垂直于光射出面或背面，使得在孔或者突起中，光被導(dǎo)引到導(dǎo)光板內(nèi)同時 它的反射角被保持，然后它能夠以期望的角度亮度分布從導(dǎo)光板被輸出。因 此，可以減少具有帶有導(dǎo)光板的背光裝置的整個照明裝置的厚度以及液晶顯 示裝置的厚度，如被布置于導(dǎo)光板的背面上的反射結(jié)構(gòu)和液晶顯示面板之間 的厚度。
通過在導(dǎo)光板上至少形成一個開口以便在其中容納光源，光源的角度分 布能夠被更可靠地保持，以便從導(dǎo)光板輸出光，從而避免或者抑制光利用率 的減少。
此外，設(shè)置于導(dǎo)光板中的孔或者突起的側(cè)面具有全反射從最近的光源發(fā) 出的幾乎全部的光的功能，使得能夠更長時間地導(dǎo)引所述光，以滿意地混合 所述光，從而能夠使用具有相對大的不均勻的光源。
設(shè)置于導(dǎo)光板中的孔或者突起的橫截面形狀可以是圓或者橢圓，并且孔 或者突起的橫截面形狀也可以是多邊形，使得可以很好地設(shè)置來自光源的光 的角度分布。
尤其當(dāng)設(shè)置于導(dǎo)光板中的孔或者突起的橫截面形狀是方形時，可以更好 地設(shè)置來自光源的光的角度分布。
當(dāng)設(shè)置于導(dǎo)光板中的孔或者突起的形狀全部相同時，能夠以相對簡單的 結(jié)構(gòu)均勻化亮度不均勻性和色度。
此外，當(dāng)導(dǎo)光寺反-沒置有由至少布置于導(dǎo)光板的側(cè)面的一側(cè)的鏡面反射元 件組成的反射結(jié)構(gòu)時，被導(dǎo)引到導(dǎo)光板內(nèi)的光的反射角度被保持，以<更4艮好 地混合光，從而保持來自光源的光的角度分布。
此外，當(dāng)根據(jù)離光源的位置選擇布置于導(dǎo)光板上的多個孔或者突起的形
狀，使得從光源發(fā)出的光在光源附近難于被外部獲得，而從光源發(fā)出的光在 距光源相對較遠(yuǎn)的位置易于被外部獲得時，即使當(dāng)光源的布置并不均勻時也 可以很好地混合光，從而使得角度分布被保持。
此外，當(dāng)光源是發(fā)光二極管時，可以自由地選擇光源的布置以便抑制亮 度不均勻度。
此外，當(dāng)光源是發(fā)射多色光的光源時，能夠改善色彩重現(xiàn)。
當(dāng)光源包括沿橫向具有高亮度分布的光源，并且以在特定方向上具有峰
值的角度亮度分布來輸出具有特定角度分布的入射光的光偏轉(zhuǎn)片一起使用
時，光能夠沿更期望的方向被輸出。
當(dāng)用于其中布置光源的開口具有側(cè)面大致垂直于導(dǎo)光板的光射出面并
被導(dǎo)引到導(dǎo)光板內(nèi)，同時角度分布基本上被保持。
此外，當(dāng)光偏轉(zhuǎn)片被布置在導(dǎo)光板的光射出面上，并且光偏轉(zhuǎn)片以在與
有特殊角度分布的入射光時，能夠提供能夠以期望的角度亮度分布向外發(fā)射 光的光源。
此外，當(dāng)通過至少在光射出面上并置錐形凹形結(jié)構(gòu)或者具有兩個三角形 斜面和兩個梯形斜面的凹形結(jié)構(gòu)來構(gòu)造光偏轉(zhuǎn)片時，能夠通過相對簡單的結(jié) 構(gòu)以高的利用率沿期望的方向可靠地輸出光。
當(dāng)錐形凹形結(jié)構(gòu)的頂角處于從66°到78°的范圍時，能夠^R供如下的背光 裝置，它能夠使用具有在80°處具有主峰的角度分布的光源，大致沿前方發(fā) 射光。
類似地，當(dāng)由構(gòu)成凹形結(jié)構(gòu)的兩個梯形所定義的角度處于/人66°到78° 的范圍時，能夠提供如下的背光裝置，它能夠使用具有在80。處具有主峰的 角度分布的光源，大致沿前方發(fā)射光。
根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)片，光偏轉(zhuǎn)片能夠以特定角度分布輸出從導(dǎo)光板輸 出的入射光，使得具有沿期望的方向(例如前方)具有峰值的角度亮度分布， 從而減少返回的光量并且改善亮度。此外，即使當(dāng)單個LED的光通量和波長 分布存在相對大的不均勻時，從背光裝置發(fā)出的光的亮度不均勻度也能夠被 抑制。
即使當(dāng)使用本身不具有發(fā)射角度的方向性的光源時，只要在光進(jìn)入光偏轉(zhuǎn)片之前整個系統(tǒng)在光源和光偏轉(zhuǎn)片之間具有帶強(qiáng)方向性的角度分布的結(jié) 構(gòu)，那么使用如上構(gòu)造的光偏轉(zhuǎn)片也能提供具有期望的角度亮度分布的背光 裝置。
如上所述，通過調(diào)節(jié)角度亮度分布，使之在顯示裝置的前方具有峰值， 或者通過合適地控制沿水平方向的角度亮度分布與垂直方向之間的平衡，以 及通過減少返回的光量，能夠以比以前更高的亮度發(fā)射光。
此外，通過調(diào)節(jié)設(shè)置于光偏轉(zhuǎn)片中的凹形結(jié)構(gòu)的形狀(比如頂角)，或 者通過改變光偏轉(zhuǎn)片的材料的折射率，能夠如上所述控制角度亮度分布和返 回的光量。也就是說，通過根據(jù)來自光源的角度分布，合適地制作光偏轉(zhuǎn)片 的凹形結(jié)構(gòu)以便減少返回的光和反射結(jié)構(gòu)中的損失，可以改善整體亮度，從 而使輸出光具有最優(yōu)角度亮度分布。因?yàn)槟軌蛞种朴捎诜祷毓鈱?dǎo)致的反射板 對光的吸收，所以發(fā)熱也被抑制。
通常設(shè)置有散射板，為了散射光，它以預(yù)定的間隔對著光源。當(dāng)提供導(dǎo) 光板時，這種散射片被設(shè)置于導(dǎo)光板的光射出面上?；蛘?，為了將從背光裝 置二維地發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成具有最適合于照亮液晶顯示面板的光學(xué)特性的照
明光，可以設(shè)置光學(xué)片組，其包括具有將入射光分為彼此正交的偏振分量 的功能的片；具有補(bǔ)償光波的相位差以加寬視野和防止混色的功能的片；具 有散射入射光的功能的片；以及具有改善亮度的功能的片。光學(xué)片組可以包 括散射片、棱鏡片、以及偏振轉(zhuǎn)換片。
在具有才艮據(jù)本發(fā)明的背光裝置的液晶顯示裝置中，通過:&置如上所述構(gòu) 造的光偏轉(zhuǎn)片，背光裝置10能夠被構(gòu)造成以優(yōu)選角度亮度分布發(fā)射光到圖 45中示出的液晶顯示面板ll,從而使得裝置厚度被減少。
也就是說，光源和散射片之間的距離以往要求相對較大；然而該部分的 厚度能夠被減少，從而減少了具有背光裝置的液晶顯示裝置的厚度和包括背 光裝置的各種照明裝置的厚度。
如果需要，可以在背光裝置的上表面設(shè)置散射片和偏振轉(zhuǎn)換片。
如上所述，在包括三基色發(fā)光二極管的背光裝置中，重要的是盡量增加 亮度，同時使面內(nèi)亮度分布均勻化，即，使色彩混合和光亮度分布均勻化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在導(dǎo)光板上設(shè)置有孔或者突起；如圖29和41 至43所示，光偏轉(zhuǎn)片被設(shè)置成以特定的角度亮度分布輸出光，以便通過偏 振獲得特定的角度亮度分布；并且4吏用了適合于所述分布的光偏轉(zhuǎn)片，其中
從光源發(fā)出的光入射，同時保持尖銳的角度分布，使得面內(nèi)亮度發(fā)布凈皮均勻 化，色彩混合和光強(qiáng)分布被均勻化，并且顯示裝置的發(fā)光效率被改善，從而 改善亮度。
具體而言，在上述背光裝置中，側(cè)面發(fā)光型發(fā)光二極管被用于光源；光
偏轉(zhuǎn)片的凹形結(jié)構(gòu)被制作成錐體以便具有66°至78°的頂角，使得能夠提供具 有合適的角度亮度分布和比以前顯著改善的亮度的液晶顯示裝置。
本發(fā)明并不限于上述例子，所以在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠?qū)馄D(zhuǎn)片的材 料、結(jié)構(gòu)和布置明顯地進(jìn)行各種修改。
例如，當(dāng)由于在光偏轉(zhuǎn)片和光源、導(dǎo)光板、或者其它的光源之間的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)致在光偏轉(zhuǎn)片的入射面上產(chǎn)生角度分布不均勻或者分布時，光偏轉(zhuǎn)片的凹
此外，在上述例子中，光偏轉(zhuǎn)片上的凹形結(jié)構(gòu)的形狀被均勻化，并且凹 形結(jié)構(gòu)沒有間隙地形成于片上；當(dāng)以這種方式?jīng)]有間隙地形成凹形結(jié)構(gòu)時， 能夠更可靠地改善亮度。除了方形之外，也可以沒有間隙地設(shè)置正六邊形底 面的錐形凹形結(jié)構(gòu)。然而，即使當(dāng)至少在凹形結(jié)構(gòu)之間的部分存在小的扁平 部分時，通過優(yōu)化角度亮度分布也能夠改善亮度。
此外，根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)片、背光裝置和液晶顯示裝置不限于上述的 例子，所以在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種其它的修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種背光裝置，其包括導(dǎo)光板和至少一個光源，使得光從所述導(dǎo)光板的光射出面向外被輸出，其中，所述導(dǎo)光板包括形成于所述光射出面或者與所述光射出面相對的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的側(cè)面大致垂直于所述光射出面或背面。
2. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，所述導(dǎo)光板包括形成于其中 的至少一個開口，以便在其中容納所述光源。
3. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，設(shè)置于所述導(dǎo)光板上的孔或 者突起的側(cè)面具有全反射從最近的光源發(fā)出的幾乎全部光的功能。
4. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，設(shè)置于所述導(dǎo)光板上的孔或 者突起的橫截面形狀為圓或者橢圓。
5. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，設(shè)置于所述導(dǎo)光板上的孔或 者突起的橫截面形狀為多邊形。
6. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，設(shè)置于所述導(dǎo)光板上的孔或者突起的橫截面形狀為方升!7,
7. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，設(shè)置于所述導(dǎo)光板上的孔或 者突起的形狀全部相同。
8. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，所述導(dǎo)光板設(shè)置有由布置于 所述導(dǎo)光板的側(cè)面的至少 一側(cè)的鏡面反射元件構(gòu)成的反射結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，布置于所述導(dǎo)光板上的多個 孔或者突起的形狀根據(jù)離所述光源的位置來選擇，使得從所述光源發(fā)出的光 在所述光源附近難于被外部獲得，而從所述光源發(fā)出的光在距所述光源相對 較遠(yuǎn)的位置易于被外部獲得。
10. 如權(quán)利要求l所述的背光裝置，其中，所述光源是發(fā)光二極管。
11. 如權(quán)利要求l所述的背光裝置，其中，所述光源是發(fā)射多色光的光源。
12. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，所述光源包括沿橫向具有強(qiáng) 亮度分布的光源。
13. 如權(quán)利要求12的背光裝置，其中，設(shè)置于所述導(dǎo)光板上的突起的高度H與所述突起的橫截面的長度L的比值L/H為 L/H》tan ot其中oc表示從沿橫向具有強(qiáng)亮度分布的光源發(fā)出的光量被減至主峰值角 度時的25%的角度。
14. 如權(quán)利要求9所述的背光裝置，其中，用于在其中布置所述光源的該光射出面的柱形形狀。
15. 如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其中，進(jìn)一步包括布置于所述導(dǎo)光 板的光射出面上的光偏轉(zhuǎn)片，
16. 如權(quán)利要求15所述的背光裝置，其中，通過至少在所述光射出面 上并置錐體凹形結(jié)構(gòu)或者具有兩個三角形斜面和兩個梯形斜面的凹形結(jié)構(gòu) 來構(gòu)造所述光偏轉(zhuǎn)片。
17. 如權(quán)利要求16所述的背光裝置，其中，所述錐體凹形結(jié)構(gòu)的頂角 范圍為從66。至78。。
18. 如權(quán)利要求16所述的背光裝置，其中，由構(gòu)成所述凹形結(jié)構(gòu)的兩 個梯形定義的角度范圍為從66。至78°。
19. 一種液晶顯示裝置，其包括透射型液晶顯示面板和用于從背面照亮 所述液晶顯示面板的背光裝置，其中所述背光裝置包括導(dǎo)光板和組裝在所述導(dǎo)光板中的光源，以及 其中所述導(dǎo)光板設(shè)置有形成于所述導(dǎo)光板的光射出面或者與所述光射出面相對的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的側(cè)面大致垂直于所述光射出面或背面。
20. 如權(quán)利要求19所述的液晶顯示裝置，其中，進(jìn)一步包括設(shè)置于所 述導(dǎo)光板的光射出面上的光偏轉(zhuǎn)片，其中所述光偏轉(zhuǎn)片以沿特定方向上具有峰值的角度亮度分布來輸出具 有特殊角度分布的入射光。
21. —種布置于導(dǎo)光板的光射出面上的光偏轉(zhuǎn)片，所述光偏轉(zhuǎn)片混合來 自光源的光以便向外導(dǎo)出光，并且它包括錐體凹形結(jié)構(gòu)或具有兩個三角形斜 面和兩個梯形斜面的凹形結(jié)構(gòu)，這些凹形結(jié)構(gòu)至少在所述光射出面上并置。
22. 如權(quán)利要求21所述的光偏轉(zhuǎn)片，其中，所述錐體凹形結(jié)構(gòu)的頂角范圍為/人66°至78。。
23. 如權(quán)利要求21所述的背光裝置，其中，由構(gòu)成所述凹形結(jié)構(gòu)的兩 個梯形定義的角度范圍為從66。至78°。
全文摘要
本發(fā)明目的是控制從導(dǎo)光板輸出的光的角度分布，并由此控制從背光裝置發(fā)出的光的角度亮度分布，從而使設(shè)置有背光裝置的液晶顯示單元變薄并通過減少返回光的量來提高亮度。此外，因?yàn)楣庠谒鰧?dǎo)光板中被充分混合，所以能夠使用具有相對大的變化的光源。根據(jù)本發(fā)明的背光裝置包括形成于導(dǎo)光板的光射出面或者與所述光射出面相對的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的側(cè)面大致垂直于所述光射出面。而且，鏡面反射板被布置于所述導(dǎo)光板的底面和側(cè)面上。來自光源的光的角度分布由于所述孔或者突起的大致垂直的側(cè)面得以保持，使得所述光在被輸出到外部之前被導(dǎo)引穿過所述導(dǎo)光板。
文檔編號F21V8/00GK101175946SQ20068001672
公開日2008年5月7日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者星光成 申請人:索尼株式會社