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CN101910708B - 照明装置和液晶显示装置 - Google Patents

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CN101910708B
CN101910708B CN200880123376.4A CN200880123376A CN101910708B CN 101910708 B CN101910708 B CN 101910708B CN 200880123376 A CN200880123376 A CN 200880123376A CN 101910708 B CN101910708 B CN 101910708B
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Abstract

本发明的照明装置(10)具备：出射光的多个光源(14)；使出射后的光传播的导光板(12)；和配置在导光板(12)的光源(14)一侧的至少一部分，使在导光板(12)中传播的光扩散的各向异性扩散板(11)。各向异性扩散板(11)，在导光板(12)的平面方向中，使光在与多个光源(14)的排列方向平行的方向上比在与多个光源(14)的排列方向垂直的方向上更显著地扩散。由此，能够抑制光的亮度半值角的扩大并改善图像的外观，并且能够抑制由扩散引起的亮度降低。

Description

照明装置和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及照明装置和液晶显示装置。
背景技术
近年来，作为监视器、投影仪、便携式信息终端、便携式电话等的显示装置正在广泛地利用液晶显示装置。液晶显示装置，一般根据驱动信号使液晶显示面板的透过率(或反射率)变化，对照射在液晶显示面板上的来自光源的光的强度进行调制而显示图像和文字。在液晶显示装置中，具有直接观察在液晶显示面板上显示的图像等的直视型显示装置、和由投影透镜将在液晶显示面板上显示的图像等放大投影到屏幕上的投影型显示装置(投影仪)等。
液晶显示装置，通过在呈矩阵状规则地排列的各个像素上施加与图像信号对应的驱动电压，使各像素中的液晶层的光学特性变化，通过配置在其前后的偏光元件(典型地为偏光板)，与液晶层的光学特性对照，对透过的光进行调光，由此显示图像和文字等。在直视型液晶显示装置中，该偏光板通常直接与各个液晶显示面板的光入射侧基板(背面基板)和光出射侧基板(前面基板或观察者侧基板)粘贴在一起。
作为将独立的驱动电压施加到各像素上的方式，具有单纯矩阵方式和有源矩阵方式。其中，需要在有源矩阵方式的液晶显示面板中设置开关元件和用于将驱动电压供给至像素电极的配线。作为开关元件，正在使用MIM(金属-绝缘体-金属)元件等非线性2端子元件、TFT(薄膜晶体管)元件等的3端子元件。
但是，在从液晶显示装置的背光源出射的光中，由于光源、导光板、棱镜片等各种各样的结构要素的主要原因而发生不均。作为减少这种光的不均的方法，具有用扩散片使光扩散的方法(例如参照专利文献1)。
参照图10说明用扩散片使光扩散的结构。图10是表示搭载在液晶显示装置上的照明装置的图。照明装置具备使光扩散的扩散片119。从光源114出射的光一面在导光板112中传播一面在反射板116处反射，通过导光板112和棱镜片118入射到液晶面板(未图示)。入射液晶面板的光，当通过扩散片119时扩散，因此能够减少光的不均。
专利文献1：日本特开2007-134281号公报
发明内容
但是，在移动用途的液晶显示装置中，根据模块的薄型化和小型化的市场要求，采用作为发光元件具备LED(Light Emitting Diode：发光二极管)的边光型的背光源正在成为主流。
在具备LED的背光源中，在入光部附近发生由LED的配光特性引起的眼球不均(目玉ムラ)(亮度不均的一种)，使外观恶化，该问题在逆棱镜方式的背光源中特别显著。
图11是表示眼球不均的图。根据光源(LED)114的配光特性，在LED114彼此之间形成暗部113，在LED114的前方形成有明部115。当该暗部113和明部115混合存在的区域到达显示区域110时，能够在显示区域中视认出明暗部(眼球不均)。
作为减少这种眼球不均的方法，可以考虑加长从LED到有源区域的距离(助跑道)117的方法。但是，当加长助跑道117时，由于背光源的外形变大，所以不利于模块的小型化。
但是，为了有效活用液晶显示装置的背光源的光，正在研讨采用微透镜阵列(MLA)的方法。作为微透镜阵列用的背光源，为了提高透镜的聚光效果，优选使用亮度半值角狭窄的背光源，使用逆棱镜方式(TL方式)的背光源，将透镜曲率方向的亮度半值角变窄。因此，当单纯地用使光扩散的扩散片时使亮度半值角扩大，从而降低微透镜阵列的效果。此外，在显示区域一面存在扩散片成为亮度降低的主要原因。
本发明是鉴于上述课题提出的，本发明的目的在于，提供能够抑制光的亮度半值角扩大且改善外观，并且能够抑制由扩散引起的亮度降低的照明装置和液晶显示装置。
本发明的照明装置的特征在于，包括：出射光的多个光源；使上述出射的光传播的导光板；和配置在上述导光板的光源侧的至少一部分，使在上述导光板中传播的光扩散的各向异性扩散粒子，上述各向异性扩散粒子，在上述导光板的平面方向，使上述光在与上述多个光源的排列方向平行的方向比在与上述多个光源的排列方向垂直的方向更显著地扩散。
根据某实施方式，将上述各向异性扩散粒子配置在从上述导光板的光源侧的端部到上述导光板的与图像显示区域对应的位置之间的区域的至少一部分。
根据某实施方式，还具备反射在上述导光板中传播的光的反射板，上述各向异性扩散粒子配置在上述导光板的反射板侧的面。
根据某实施方式，将上述各向异性扩散粒子配置在上述导光板的出射面侧。
根据某实施方式，上述导光板的光源侧的端部的厚度，比上述导光板的与图像显示区域对应的位置的厚度厚，上述导光板具有厚度从上述光源侧的端部向上述与图像显示区域对应的位置逐渐变薄的锥形部，上述各向异性扩散粒子配置在上述锥形部。
根据某实施方式，还具备配置在上述导光板的光源侧的一部分的各向异性扩散板，上述各向异性扩散粒子包含于上述各向异性扩散板中。
根据某实施方式，上述照明装置是逆棱镜方式的背光源。
本发明的液晶显示装置的特征在于，具备上述照明装置；和具有一对基板和配置在上述一对基板之间的液晶层的液晶面板。
根据某实施方式，还具备设置在上述液晶面板与上述照明装置之间的多个微透镜。
根据本发明，各向异性扩散粒子配置在导光板的光源侧的至少一部分，各向异性扩散粒子，在导光板的平面方向，使光在与多个光源的排列方向平行的方向比在与多个光源的排列方向垂直的方向更显著地扩散。因此，能够抑制光的亮度半值角的扩大和亮度的降低，并且能够减少眼球不均而改善外观。此外，由于能够实现模块的小型化，所以能够高效率地提供显示品质良好的液晶显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的液晶显示装置的剖面图。
图2(a)是表示本发明的实施方式的各向异性扩散板和其周围的结构要素的立体图，(b)是放大表示本发明的实施方式的各向异性扩散板的立体图，(c)是表示本发明的实施方式的各向异性扩散板和其周围的结构要素的剖面图。
图3是表示本发明的实施方式的各向异性扩散板的立体图。
图4是表示本发明的实施方式的各向异性扩散粒子扩散光的情形的图。
图5(a)是表示没有配置有各向异性扩散粒子的导光板的俯视图，(b)是表示没有配置有各向异性扩散粒子的导光板的剖面图。
图6(a)是表示本发明的实施方式的配置有各向异性扩散粒子的导光板的俯视图，(b)是表示根据本发明的实施方式的配置有各向异性扩散粒子的导光板的剖面图。
图7是表示本发明的实施方式的配置在导光板的出射面侧的各向异性扩散板的图。
图8是表示本发明的实施方式的配置在具有锥形部的导光板上的各向异性扩散板的图。
图9是表示本发明的实施方式的配置在与没有封装的LED相邻的导光板上的各向异性扩散板的图。
图10是表示搭载在液晶显示装置上的照明装置的图。
图11是表示眼球不均的图。
附图标记的说明
1液晶显示装置
10照明装置
11各向异性扩散板
12导光板
16反射板
18棱镜片
26棱镜
31各向异性扩散粒子(针状填充物)
50液晶显示面板
51液晶面板
52微透镜阵列
52a微透镜
具体实施方式
下面，参照附图，对根据本发明的照明装置和液晶显示装置的实施方式进行说明。
图1是表示根据本发明的实施方式的液晶显示装置1的剖面图。液晶显示装置1具备液晶显示面板(带有微透镜的液晶面板)50和配置在液晶显示面板50的下面(与显示面相反一侧的面侧)的照明装置10。
照明装置10具备：导光板12；配置在导光板12的1个侧面上的作为光源的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)14；配置在导光板12下面的反射板16；配置在导光板12的上表面(液晶面板侧)的棱镜片18；和配置在导光板12与反射板16之间的各向异性扩散板11。
在面对反射板16的导光板12的下部形成有多个倾斜面，多个倾斜面以倾斜角随着远离LED14而变大的方式形成。此外，倾斜面的位置是一个例子，也可以在导光板12的上部形成有倾斜面。此外，也可以在与导光板12的入光面正交的方向上形成有倾斜面。
此外，也可以代替LED14在光源中用冷阴极管，此外，也可以将LED14配置在由导光板12的2个侧面夹着的角部。
棱镜片18是包含沿任意方向排列的多个棱镜26的棱镜阵列。照明装置10是逆棱镜方式的背光源，各个棱镜26具有向下尖出的山部26a。在山部26a彼此之间形成有谷部(沟部)26b。
从LED14出射的光在导光板12内传播，在反射板16或导光板12的倾斜面反射后，通过导光板12的上表面(出射面)，被棱镜片18的棱镜26折射，向配置在棱镜片18上部的液晶显示面板50出射。此外，在导光板12内传播的光由各向异性扩散板11扩散。将在后面详细叙述各向异性扩散板11的功能。
液晶显示面板50具备：具有呈矩阵状配置的多个像素的液晶面板(粘接基板)51；包含设置于液晶面板51的受光面(与纸面垂直地延伸的液晶面板51的底面)的多个微透镜52a的微透镜阵列52；设置在微透镜阵列52的周边区域中的支撑体53；设置在液晶面板51的观察者侧(图的上侧)的前面侧光学薄膜54；设置在微透镜阵列52的光入射侧的背面侧光学薄膜55；和配置在背面侧光学薄膜55与微透镜阵列52之间的保护层56。将微透镜阵列52配置在液晶面板51与照明装置10之间。
保护层56由光硬化性树脂形成，与微透镜阵列52和支撑体53接触地设置。保护层56和微透镜阵列52以保护层56仅与各微透镜52a的顶点附近接触的方式贴合在一起。
前面侧光学薄膜54隔着粘接层57与液晶面板51粘贴在一起，背面侧光学薄膜55隔着粘接层58与保护层56粘贴在一起。此外，前面侧光学薄膜54和后面侧光学薄膜55分别具备透过直线偏振光的偏光薄膜。
保护层56由可见光的透过率高的丙烯酸类或环氧类的UV硬化树脂形成，但是也可以由热硬化性树脂形成。保护层56和支撑体53优选由与微透镜52a相同的材料或具有与构成微透镜52a的材料的折射率大致相同的折射率的材料形成。
液晶面板51包括：对每个像素形成有开关元件(例如TFT、MIM元件等)的电元件基板60；例如作为彩色滤光片基板(CF基板)的对置基板62；和液晶层64。液晶层64包含封入电元件基板60与对置基板62之间的液晶材料，由设置在外周部的密封材料66密封。
微透镜阵列52的微透镜52a是在液晶面板51上与配置在矩阵上的像素的列(图中的纸面垂直方向)对应地延伸的双凸透镜。像素间距(1个像素的宽度)根据机种而不同，但是约为50～300μm，微透镜52a的宽度也成为与像素间距对应的宽度。
下面，更详细地说明各向异性扩散板11。图2(a)是表示各向异性扩散板11和其周围的结构要素的立体图，图2(b)是放大表示各向异性扩散板11的立体图，图2(c)是表示各向异性扩散板11和其周围的结构要素的剖面图。
各向异性扩散板11配置在导光板12的LED14侧的一部分。即，配置在离开导光板12的中央部的光源侧。更加优选配置在从导光板12的LED14侧端部到有源区域(与图像显示区域对应的区域)之间的区域(成为助跑道的区域)的至少一部分。各向异性扩散板11的y方向的宽度根据显示画面的大小而不同，但是例如在3型等级中为10mm以下。
各向异性扩散板11配置在导光板12的背面侧(图的下侧)的面，位于导光板12与反射板16之间。在导光板12内传播的光的一部分入射到各向异性扩散板11，被各向异性扩散板11扩散。该扩散后的光，被反射板16反射，再次通过各向异性扩散板11从导光板12的上表面(出射面)出射。
图3是表示各向异性扩散板11的立体图。各向异性扩散板11包含多个具有光学的扩散各向异性的各向异性扩散粒子31。各向异性扩散粒子31，在导光板12的平面方向(xy方向)，使光在与多个LED14的排列方向(x方向)平行的方向(x方向)比在与多个LED14的排列方向(x方向)垂直的方向(y方向)更显著地扩散。
各向异性扩散粒子31例如是针状填充物。配置有这种针状填充物31的各向异性扩散板11和导光板12，例如能够使用混合有针状填充物31的粘接剂进行制作。优选粘接剂的光学透明性高，例如能够使用丙烯酸类粘接剂等。作为丙烯酸类粘接剂的主要成分，例如为：丙烯酸和它的酯、甲基丙烯酸和它的酯、丙烯酰胺、丙烯腈等的丙烯酸单体的单聚物或它们的共聚物、丙烯酸单体的至少1种和醋酸乙烯树脂、马来酸酐、苯乙烯等的乙烯单体的共聚物等。
针状填充物31是折射率与粘接剂不同，并且针状(包含纤维状)的高纵横比的填充物，为了防止透过光的着色，优选无色或白色。作为针状填充物31，例如，用由氧化钛、氧化锆、氧化锌等的金属氧化物、勃姆石、硼酸铝、硅酸钙、碱性硫酸镁、碳酸钙、钛酸钾等的金属化合物、玻璃、合成树脂等构成的针状或纤维状物是适合的。针状填充物31的大小，例如，长径为2～5000μm，短径为0.1～20μm，更加优选长径为10～300μm，短径为0.3～5μm。
作为配置有针状填充物31的各向异性扩散板11和/或导光板12的制作方法，例如存在调制将针状填充物31分散在粘接剂中的含有填充物的粘接组成物，将它涂敷在成为各向异性扩散板11的基座的片和/或导光板12上后，通过干燥除去溶剂的方法。进而根据需要，为了粘接剂成分的硬化或稳定化，也可以在室温或约30～60℃的温度环境下进行约1日～2周程度的硬化(cure)。
在涂敷含有填充物的粘接组成物时，通过施加到含有填充物的粘接组成物上的剪断力，各针状填充物31以长轴大致沿涂敷方向的方式取向。因此，能够根据涂敷方向设定针状填充物31的方向。此外，能够根据针状填充物的大小、含有填充物的粘接组成物的粘度、涂敷方式和涂敷速度等对针状填充物的取向程度进行调整。从含有填充物的粘接组成物形成的填充物含有层的厚度，例如为1～50μm，更加优选10～30μm。
此外，也可以在具有紫外线硬化性或热硬化性的丙烯酸类或环氧类的树脂中混合针状填充物31，将含有这种针状填充物31的树脂涂敷在成为各向异性扩散板11的基座的片和/或导光板12上，通过施加紫外线和加热使其硬化，制作出配置有针状填充物31的各向异性扩散板11和/或导光板12。这时，也能够根据涂敷方向设定针状填充物31的方向。
图4是表示各向异性扩散粒子(针状填充物)31扩散光的情形的图。当各向同性的光21入射到针状填充物31时，光21被针状填充物31扩散。针状填充物31具有使光21不太在它的长轴方向(y方向)扩散，而使光21在它的短轴方向(x方向)较大地扩散的特性。因此，透过针状填充物31的光22成为在x方向较大地扩散，而在y方向不太扩散的各向异性扩散光。
此外，也可以将各向异性扩散粒子(针状填充物)31直接配置在导光板12内。此外，在本发明的实施方式的说明中，将各向异性扩散板11设置在导光板12的结构也表现为将各向异性扩散粒子31配置在导光板12中。
图5表示通过没有配置各向异性扩散粒子(针状填充物)31的导光板12传播的光的情形，图6表示在配置有各向异性扩散粒子(针状填充物)31的导光板12中传播的光的情形。图5(a)和图6(a)是导光板12的俯视图，图5(b)和图6(b)是导光板12的剖面图。
参照图5(a)，没有被各向异性扩散粒子31扩散的各向同性的光21，因为向x方向的扩散的程度较小，所以暗部13形成得较大。因此，暗部13和明部15混合存在的区域扩大，当该混合存在的区域到达显示区域时，能够在显示区域中视认出眼球不均。当为了防止视认出眼球不均而加长助跑道17时，存在会使模块大型化这样的问题。
另一方面，参照图6(a)，由各向异性扩散粒子31扩散后的各向异性的光22，因为向x方向的扩散的程度较大在x方向上扩大得很广，所以暗部13的面积变小。因为能够减小暗部13和明部15混合存在的区域的面积(减少眼球不均)，所以能够防止在显示区域中视认出眼球不均，并改良外观。此外，因为能够缩短助跑道17，所以能够实现模块的小型化。特别是，能够使液晶显示装置的边框部分的尺寸小型化。
此外，因为各向异性扩散粒子31使光21各向异性扩散，所以z方向的扩散小，如图5(b)和图6(b)所示，几乎不产生z方向的光路差。
此外，通过以不到达有源区域(显示区域)的方式将各向异性扩散粒子31配置在导光板12中，能够防止有源区域中的光扩散。因此，能够保持光的适合于微透镜狭窄的取向特性，并改善显示区域端部的外观。
此外，如图7所示，也可以将各向异性扩散板11配置在导光板12的出射面侧(观察者侧)。用这种结构也能够减少眼球不均。但是，在图7的结构中，容易使显示区域端部的亮度比较低下。但是，根据光源的种类而不同(例如线状光源)，也可以在导光板12的出射面侧配置有反射板。这时，如果也在出射面侧的反射板与导光板12之间配置各向异性扩散板11(并用图2(b)的结构和图7的结构)，则能够最小限度地降低亮度，并减少眼球不均。
下面，参照图8，说明配置在具有锥形部的导光板12上的各向异性扩散板11。在模块薄型化的进展中，存在以下技术：使导光板12的剖面的一部分做成喇叭状(锥形状)，而使有源区域中的导光板12的厚度变薄。导光板12的LED14侧的端部的厚度，比导光板12的与有源区域(图像显示区域)对应的位置的厚度厚，导光板12具有从LED14侧的端部向与有源区域对应的位置厚度缓慢变薄的锥形部12a。但是，在这种结构中，当采用逆棱镜方式时，来自LED14的出射光直接从锥形部12a漏出，产生了外观的恶化。为了改善这种问题，用遮光片(黑色的带)19对锥形部12a进行遮光。但是，遮光片19仅防止光的漏出，对减少眼球不均没有效果。因此，通过在这种导光板12的锥形部12a配置各向异性扩散板11，能够减少眼球不均，并改善外观。
下面，参照图9，对配置在与线状光源这样的没有封装的LED相邻的导光板12的各向异性扩散板11进行说明。对图9所示的没有封装的LED14，采用使用反射板16和16a从上下夹入LED14的构造。通过在这种构造的反射板16和/或16a与导光板12之间配置各向异性扩散板11，能够减少眼球不均，并改善外观。
此外，能够用雾度(Haze value)考虑各向异性扩散的扩散性。优选雾度为30％～70％。如果为30％，则减少眼球不均的效果小，但是能够抑制亮度的降低。如果为70％，则减少眼球不均的效果大，但是亮度降低的比例增大。
在上述的实施方式的说明中，例示逆棱镜方式的照明装置进行说明，但是本发明不限定于此。本发明例如也能够应用于使用1个以上的BEF(Brightness Enhancement Film：亮度增强膜)方式(例如BEF-BEF方式)的照明装置。
工业上的可利用性
本发明在液晶显示装置和搭载在液晶显示装置上的照明装置的技术领域中特别有用。

Claims (6)

1.一种照明装置，其特征在于，包括：
出射光的多个光源；
使所述出射后的光传播的导光板；和
配置在所述导光板的光源侧的至少一部分，使在所述导光板中传播的光扩散的各向异性扩散粒子，
所述各向异性扩散粒子，在所述导光板的平面方向中，使所述光在与所述多个光源的排列方向平行的方向比在与所述多个光源的排列方向垂直的方向更显著地扩散，
所述导光板的光源侧的端部的厚度，比所述导光板的与图像显示区域对应的位置的厚度厚，
所述导光板具有厚度从所述光源侧的端部向所述与图像显示区域对应的位置逐渐变薄的锥形部，
所述各向异性扩散粒子配置在所述锥形部。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：
所述各向异性扩散粒子配置在所述导光板的出射面侧。
3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：
所述光源是LED，
多个所述LED配置在所述导光板的1个侧面，
所述各向异性扩散粒子，配置在从所述导光板的LED侧的端部到所述导光板的与图像显示区域对应的位置之间的区域的至少一部分。
4.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：
所述照明装置是逆棱镜方式的背光源。
5.一种液晶显示装置，其特征在于，具备：
权利要求1至4中任一项所述的照明装置；和
具有一对基板和配置在所述一对基板之间的液晶层的液晶面板。
6.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：
还具备设置在所述液晶面板与所述照明装置之间的多个微透镜。
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