CN1820165A - 照明装置和液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

照明装置具有光源(16)和面状导光板(18)。面状导光板(18)具有相对置的表面、侧面以及端面，多个棱镜(28)设置在一个端面(23)上。多个棱镜(28)具有线状导光板的功能以提供一体型的面状导光板。多个棱镜(28)的形状根据位置而改变，光源(16)配置成使其光从端面附近的位置入射到侧面上。相对置的表面的一方具有用于使在面状导光板的内部传播的光从相对置的表面的一方射出的单元(26)。并且，在面状导光板的侧面或背面设置有狭缝(30、32)或者槽(34)。液晶显示装置包括这种照明装置。

Description

照明装置和液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置和液晶显示装置。

背景技术

液晶显示装置由于薄且轻而作为便携型信息终端的显示器广泛使用。由于液晶自身是不发光的受光型元件，因而液晶显示装置包括用于对液晶面板进行照明的照明装置。液晶显示装置分成透射型液晶显示装置和反射型液晶显示装置。透射型液晶显示装置在背面侧配置有照明装置(背光)，而反射型液晶显示装置在前面侧配置有照明装置(前光)。反射型液晶显示装置由于被太阳光或者室内灯的灯光照射，因而在该条件下，不需要照明单元，然而在未处于照明环境的情况下，则需要照明单元。在任意一种液晶显示装置的情况下，直线偏振光的光在透过液晶时根据其液晶特性而使相位得到调制，然后透过滤色器，并透过偏光器或被偏光器遮挡，从而形成1个点的黑或白的显示。通过配设多个点来形成文字信息或图像信息。

现有的照明装置由光源、线状导光板以及面状导光板构成(例如，参照日本专利公报特开平10-260405号和特开2003-77326号)。LED等光源配置在线状导光板的侧部，线状导光板与面状导光板相邻配置。光源的光入射到线状导光板的侧面，并在设置于线状导光板的端面上的多个棱镜处发生反射，从而入射到面状导光板上。面状导光板具有棱镜等光射出单元，该光射出单元用于使在面状导光板的内部传播的光朝向液晶面板射出。

而且，照明装置理想的是面内的亮度分布均匀。近年来，在信息终端中使用的液晶面板和液晶显示装置要求这样的一种照明装置，其可以提高显示品质，例如实现彩色化、高亮度化、高分辨率化，并且具有可以降低成本的简单的结构。

然而，在上述照明装置中，由于光源、线状导光板以及面状导光板分别单独制成，并作为一个组件组装起来，因而存在使用部件多、组装工时多、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亮度分布均匀且便宜的照明装置以及包括该照明装置的液晶显示装置。

本发明的照明装置，其特征在于，具有光源和面状导光板，该面状导光板具有相对置的表面、侧面以及端面，多个棱镜设置在一个端面上，所述多个棱镜的形状根据其位置而改变，所述光源配置成使其光从所述端面附近的位置入射到所述侧面，所述相对置的表面的一方具有用于使在该面状导光板的内部传播的光射出的单元。

另外，本发明的照明装置，其特征在于，具有光源和面状导光板，该面状导光板具有相对置的表面、侧面以及端面，多个棱镜设置在一个端面上，所述光源配置成使其光从所述端面附近的位置入射到所述侧面，所述面状导光板在所述多个棱镜的附近具有槽或狭缝，所述相对置的表面的一方具有用于使在该面状导光板的内部传播的光射出的单元。

而且，本发明的液晶显示装置具有液晶面板和用于对该液晶面板进行照明的照明装置。该照明装置可采用上述的任一种结构。

根据上述结构，通过在面状导光板的端面上设置具有线状导光板的功能的多个棱镜，使面状导光板与以往的线状导光板成为一体，可在维持亮度分布等显示品质的状态下，去除以往作为单独部件而形成的线状导光板，从而减少了使用构件的数量，可以降低成本。

特别是，通过根据位置来改变设置在面状导光板的一端部的多个棱镜的角度，可使面状导光板的射出光的亮度分布均匀。

而且，面状导光板通过采用在多个棱镜的附近具有槽或狭缝的结构，可使在槽或狭缝的表面全反射的光在多个棱镜处转换方向，从而可有效利用入射到面状导光板的光，可以改善亮度。

附图说明

图1是表示本发明实施例的具有背光的液晶显示装置的立体图。

图2是表示本发明实施例的具有前光的液晶显示装置的立体图。

图3是表示本发明实施例的照明装置的立体图。

图4是表示比较例的照明装置的立体图。

图5是表示从面状导光板射出的光的亮度的图。

图6是对设置在面状导光板的端面上的棱镜的形状进行说明的图。

图7是对设置在图3中的面状导光板的端面上的、位于中央部的棱镜的形状进行说明的图。

图8是对设置在图3中的面状导光板的端面上的、位于端部的棱镜的形状进行说明的图。

图9是表示与会聚光一起示出的液晶显示装置的示例的立体图。

图10是对设置在另一例的面状导光板的端面上的、位于中央部的棱镜的形状进行说明的图。

图11是对设置在另一例的面状导光板的端面上的、位于端部的棱镜的形状进行说明的图。

图12是表示与平行行进的光一起示出的液晶显示装置的示例的立体图。

图13是表示另一例的面状导光板的立体图。

图14是表示图13中的面状导光板的棱镜的形状的图。

图15是表示另一例的面状导光板的立体图。

图16是表示图15中的面状导光板的棱镜的形状的图。

图17是表示另一例的面状导光板的立体图。

图18是表示另一例的面状导光板的立体图。

图19是图18中的面状导光板的概略俯视图。

图20是表示另一例的面状导光板的立体图。

图21是图20中的面状导光板的概略俯视图。

图22是表示另一例的面状导光板的立体图。

图23是图22中的面状导光板的概略侧视图。

图24是图22中的面状导光板的概略仰视图。

图25是表示另一例的面状导光板的立体图。

图26是表示另一例的面状导光板的立体图。

图27是表示另一例的面状导光板的立体图。

具体实施方式

图1是表示本发明实施例的具有背光的液晶显示装置的立体图。液晶显示装置10由液晶面板12和配置在液晶面板12的背面侧的照明装置14构成。液晶面板12包括封在一对玻璃基板之间的液晶，偏光器配置在液晶面板12的两侧。在该情况下，照明装置14的光透过液晶面板12到达观察者。

图2是表示本发明实施例的具有前光的液晶显示装置的立体图。液晶显示装置10由液晶面板12和配置在液晶面板12的前面侧的照明装置14构成。液晶面板12是具有反射膜的反射型液晶面板，照明装置14的光在透过液晶面板12的液晶之后在反射膜发生反射，并再次透过液晶而从液晶面板12射出。在图1和图2中，为了使亮度分布均匀，可以与照明装置14一起使用散射板或BEF片等各种光学构件或光学膜。

图3是表示本发明实施例的照明装置的立体图。该照明装置14(和后面要说明的照明装置14)可用作图1和图2中的照明装置14。在图1至图3中，照明装置14由光源16和面状导光板18构成。光源16是由白色LED(Low Emitting Diode：发光二极管)构成的点光源。面状导光板18由透明树脂或玻璃制成，其由具有相对置的表面19、20、侧面21、22以及端面23、24的大致矩形板构成。表面19是光的射出表面，并具有多个棱镜26，该多个棱镜26作为用于使在面状导光板18的内部传播的光射出的单元。棱镜26在相对于面状导光板18的轴线垂直的方向从侧面21向端面22延伸。另外，用于使光射出的单元不仅限于棱镜26，可以是散射层或反射层。

多个棱镜28设置在面状导光板18的端面23上。棱镜28从表面19与表面19垂直地向表面20延伸，棱镜28上涂敷有反射膜。光源16配置在各侧面21、22的靠近端面23的位置。即，光源16配置成使其光从端面23附近的位置入射到面状导光板18的侧面21、22。入射到面状导光板18的光在多个棱镜28处发生反射而改变方向，从而在面状导光板18的内部，沿与面状导光板18的轴线大致平行的方向(与侧面21、22平行的方向)行进，并最终从表面19射出。

图4是表示比较例的照明装置的立体图。现有的照明装置由光源16a、线状导光板17a以及面状导光板18a构成。线状导光板17a具有多个棱镜28a。光源16a配置在线状导光板17a的侧部，线状导光板17a与面状导光板18a相邻配置。光源16a的光入射到线状导光板17a的侧面，然后在设置于线状导光板17a的端面上的多个棱镜28a处发生反射而入射到面状导光板18a。在面状导光板18a的内部传播的光朝向液晶面板射出。

图3所示的照明装置14的作用与图4所示的照明装置的作用基本相同。然而，在图4所示的照明装置中，由于光源16a、线状导光板17a以及面状导光板18a分别单独制作，并作为一个组件组装起来，因而使用部件多，组装工时多，成本高。与此相对，在本发明中，通过在面状导光板18的端面23上设置具有线状导光板18a的功能的多个棱镜28，可维持光学特性，减少使用部件数量，实现低成本化。

在本发明的实施例中，设置在面状导光板18的端面23上的多个棱镜28的形状根据其沿着端面23的位置而改变。即，棱镜28的形状进行改变，以便使从光源16射出并在棱镜28的斜面发生反射的光与面状导光板18的轴线大致平行地行进。若将棱镜28的形状改变成可获得大致平行光，如图5所示，就能够获得亮度分布均匀的照明装置。

图6是对设置在面状导光板18的端面23上的棱镜28的形状进行说明的图。n是设置在面状导光板18的端面23上的棱镜28的个数。虽然仅示出了一部分棱镜28，但多个棱镜28是以一定间距设置的。在其他图中也是仅表示一部分棱镜28，在该情况下，也是以一定间距设置多个棱镜28。例如，在2英寸的液晶面板的情况下，棱镜28以0.23mm的间距设置有150个。

各棱镜28包括2个斜面。将棱镜28的面向一个光源16的斜面的倾斜角度设为θ_n。在该情况下，倾斜角度θ_n是相对于与面状导光板18的轴线垂直的线(平行于端面23的线)的角度。θ_out是从光源16射出并在棱镜28的斜面进行反射后的光相对于与面状导光板18的轴线平行的直线的角度。并且，将面状导光板18的宽度设为L，将光源16与面状导光板18之间的距离设为ΔL。使ΔL尽量接近0。另外，将光源16的中心与面状导光板18的端面23(棱镜28的斜面的外端部)之间的距离设为t/2。X_n是面状导光板18的侧面21与第n个棱镜28之间在X方向上的距离。

棱镜28的面向一个光源16的斜面的倾斜角度θ_n通过下述公式(1)来确定。

$\mathrm{\θ}\left(n\right)=\frac{{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\ΔL}+X\left(n\right)}{\frac{1}{2}t}\right)+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{out}}\left(n\right)}{2}---\left(1\right)$

这样，可求出棱镜28的面向一个光源16的一个斜面的倾斜角度。另外，同样也可求出棱镜28的面向另一光源16的另一斜面的倾斜角度。另外，也可以是如上述那样求出棱镜28的面向一个光源16的一个斜面的倾斜角度，而对于棱镜28的面向另一光源16的另一斜面的倾斜角度，则在使棱镜28的槽的中心角θ_p恒定的条件下求出。这样，能以更低的成本实施棱镜28的切削加工。另外，棱镜28的形状不必是所有的都各不相同，可以按具有若干个棱镜28的分组使形状不同。

图7至图9是表示棱镜28的形状的一例的图。图7是对位于端面23的中央部的棱镜28的形状进行说明的图。位于中央部的棱镜28的形状是将θ_out作为0度来求出θ_n。图8是对位于端面23的端部的棱镜28的形状进行说明的图。位于端部的棱镜28的形状是将θ_out作为-3度来求出θ_n。在该情况下，如图9所示，在观察液晶面板12的情况下，在±3度的范围内会聚的光进入观察者的眼睛。例如，在移动电话的情况下，优选的是，根据手臂的长度和眼睛的位置之间的关系，±3度的光入射到眼睛，在画面的一端为+3度，在另一端为-3度，在中心为0度。这样，通过根据棱镜28的位置使多个棱镜28的形状(角度)变化成期望的角度(例如+3度至-3度)，照明光学系统的分布变得均匀。另外，在面状导光板18的棱镜26以使光会聚于观察者的眼睛的角度来配置的情况下，可更加明亮。

图10至图12是表示棱镜28的形状的一例的图。图10是对位于端面23的中央部的棱镜28的形状进行说明的图。位于中央部的棱镜28的形状是将θ_out作为0度来求出θ_n。图11是对位于端面23的端部的棱镜28的形状进行说明的图。位于端部的棱镜28的形状是将θ_out作为0度来求出θ_n。在该情况下，如图12所示，在观察液晶面板12的情况下，平行光进入观察者的眼睛。在图9的结构中，由于所有的光会聚于一点，因而可使显示非常明亮，然而当眼睛的位置偏离聚光点时，显示变暗。因此，如图12所示，从照明装置14射出平行光、并且光均匀地到达所有位置，可使整个显示都很明亮。

在以上说明的示例中，面状导光板18的端面23大致形成为平直的。即，多个棱镜28的斜面的外端部排列设置在一条直线上。与此相对，面状导光板18的端面23也可弯曲形成为使中央部比端部向外侧突出。即，多个棱镜28的顶部设置在弯曲的线上。这样，通过使面状导光板18的端面23为外凸的多边形或曲面，可改善亮度。这样，通过一块面状导光板18，可获得更好的光学特性，并可实现低成本化。下面，对具有该特征的面状导光板18进行说明。

图13是表示另一例的面状导光板的立体图。具有多个棱镜28的面状导光板18的端面23是多边形形状。图14是表示图13中的面状导光板18的棱镜28的形状的图。棱镜28的形状可使用上述公式(1)来确定。在该情况下，根据端面23的形状的改变，公式(1)的t值改变。在端面23的端部，可利用从光源16以大角度入射的光。并且，在端面23的中央部，可利用从光源16以较小的角度入射的光，而不受附近的其他棱镜28影响。这样，可使端部和中央部更加明亮，可使中心作为整体更加明亮。

图15是表示另一例的面状导光板的立体图。具有多个棱镜28的面状导光板18的端面23是曲面形状。图16是表示图15中的面状导光板18的棱镜28的形状的图。在该实施例中，与图13和图14的具有多边形形状的端面23的情况一样，可使中心更明亮，并且由于不会像多边形那样有棱角，因而可获得更高的显示品质。多个棱镜28的角度可设定成使来自光源16的大致中心的光成为平行光。或者，多个棱镜28的角度可设定成使光会聚于观察者的眼睛。

图17是表示另一例的面状导光板的立体图。在该实施例中，2个光源16配置在面状导光板18的各侧面21、22上。通过将多个光源16配置在单侧，可使显示更加明亮。

图18至图24是表示另一例的面状导光板的立体图。在这些实施例中，在面状导光板18的端面23上设置有多个棱镜28。因此，这些实施例具有与前面说明的实施例基本相同的作用。而且，在这些实施例中，面状导光板18在多个棱镜28的附近具有槽或狭缝。槽或狭缝沿着相对于面状导光板18的轴线垂直的线延伸。并且，在这些实施例中，端面23是曲面形状，然而端面23并不限于曲面形状。

图18是表示另一例的面状导光板的立体图。图19是图18中的面状导光板的概略俯视图。在图18和图19中，面状导光板18在多个棱镜28的附近具有狭缝30。狭缝30相对于光源16的延长线设置在端面23的相反侧。狭缝30沿着相对于面状导光板18的轴线垂直的线延伸。狭缝30是贯穿面状导光板18的两个表面19、20之间的狭缝，狭缝30分别从面状导光板18的侧面21、22向内部延伸规定距离。面状导光板18在两狭缝32之间是连续的。

狭缝30的在端面23侧的表面30a对从光源16射出并在面状导光板18的内部行进的光提供全反射面。从光源16进入面状导光板18的光在面状导光板18内以各种角度行进。在上述实施例中，朝向面状导光板18的端面23行进的光在端面23的棱镜28处发生反射，因而方向转换成相对于面状导光板18的轴线大致平行的方向，而朝向面状导光板18的与端面23相反的一侧行进的光以原来的角度在面状导光板18的内部传播，并以大角度从面状导光板18的表面19射出。以大角度从面状导光板18的表面19射出的光实质上对显示并无帮助。因此，通过设置狭缝30，如图19的箭头所示，朝向与端面23相反侧行进的光在表面30a发生全反射而朝向端面23行进。这样，朝向端面23进行的光在端面23的棱镜28处发生反射而转换了方向，从而以相对于面状导光板18的轴线近似平行的角度在面状导光板18的内部传播。这样，可有效利用入射到面状导光板18的光，可改善亮度。

图20是表示另一例的面状导光板的立体图。图21是图20中的面状导光板的概略俯视图。在图20和图21中，面状导光板18在多个棱镜28的附近具有狭缝32。狭缝32是贯穿面状导光板18的两个表面19、20之间的狭缝，其设置在面状导光板18的中间部，并沿着相对于面状导光板18的轴线垂直的线延伸。面状导光板18在狭缝32的两侧是连续的。

在该情况下，狭缝30相对于光源16的延长线设置在端面23的相反侧，狭缝32的在端面23侧的表面32a对在面状导光板18内行进的光提供全反射面。因此，该实施例的作用与前面实施例的作用相同。

图22是表示另一例的面状导光板的立体图。图23是图22中的面状导光板的概略侧视图。图24是图22中的面状导光板的概略仰视图。在图22至图24中，面状导光板18在多个棱镜28的附近具有槽34。槽34是在面状导光板18的表面20侧开口的槽，其在面状导光板18的两个侧面21、22之间，沿着相对于面状导光板18的轴线垂直的线延伸。面状导光板18在槽34的上侧部分是连续的。

在该情况下，槽34相对于光源16的延长线设置在端面23的相反侧，狭缝32的在端面23侧的表面34a对在面状导光板18内行进的光提供全反射面。因此，该实施例的作用与前面实施例的作用相同。

图25至图27是表示其它示例的面状导光板的立体图。在这些实施例中，在面状导光板18的端面23上设置有多个棱镜28。因此，这些实施例具有与前面说明的实施例基本相同的作用。而且，在这些实施例中，面状导光板18在侧面21、22或底面20上还具有多个棱镜。另外，在这些实施例中，端面23是曲面形状，然而端面23并不限于曲面形状。

在图25中，在面状导光板18的侧面21、22上还具有多个棱镜36。从光源16射出并朝向面状导光板18的与端面23相反的一侧行进的光在棱镜36处发生反射而朝向端面23行进。这样，朝向端面23行进的光在端面23的棱镜28处发生反射而转换了方向，从而以相对于面状导光板18的轴线近似平行的角度在面状导光板18的内部传播。这样，可有效利用入射到面状导光板18的光，可改善亮度。

在图26中，在面状导光板18的底面20还具有多个棱镜38。面状导光板18的表面19上的棱镜26相对于面状导光板18的轴线垂直延伸，与此相对，面状导光板18的底面20上的棱镜38相对于面状导光板18的轴线平行延伸。因此，从光源16射出并朝向面状导光板18的与端面23相反的一侧行进的光，在面向相关联的光源16的棱镜38的斜面发生反射而使方向转换成向上，从而可从表面19射出。这样，可有效利用入射到面状导光板18的光，可改善亮度。

在图27中，在面状导光板18的底面20上还具有多个棱镜40。棱镜40以相对于面状导光板18的轴线倾斜并且相互交叉的方式延伸。因此，从光源16射出并朝向面状导光板18的与端面23相反的一侧行进的光，如图26的棱镜38那样使光的方向转换成向上，并且转换成接近相对于面状导光板18的轴线平行的方向。这样，可有效利用入射到面状导光板18的光，可改善亮度。

如以上所说明的那样，根据本发明，通过在面状导光板的端面上配置具有线状导光板的功能的多个棱镜，可获得这样的照明装置和液晶显示装置，其能通过简单的结构维持光学特性、并能实现低成本。

Claims (11)

1.一种照明装置，其特征在于，具有光源和面状导光板，所述面状导光板具有相对置的表面、侧面以及端面，多个棱镜设置在一个端面上，所述多个棱镜的形状根据位置而改变，所述光源配置成使其光从所述端面附近的位置入射到所述侧面，所述相对置的表面的一方具有用于使在该面状导光板的内部传播的光射出的单元。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，设置在所述相对置的表面的一方上的所述单元由多个棱镜构成。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述一个端面大致形成为平直的。

4.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述一个端面弯曲形成为使中央部比端部向外侧突出。

5.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述一个端面的多个棱镜将来自大致点光源的光转换成大致平行光。

6.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，多个棱镜将来自大致点光源的光转换成会聚于观察者眼睛的光。

7.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述面状导光板在所述多个棱镜的附近具有槽或狭缝。

8.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述面状导光板在所述侧面或另一表面具有多个棱镜。

9.一种照明装置，其特征在于，具有光源和面状导光板，所述面状导光板具有相对置的表面、侧面以及端面，多个棱镜设置在一个端面上，所述光源配置成使其光从所述端面附近的位置入射到所述侧面，所述面状导光板在所述多个棱镜的附近具有槽或狭缝，所述相对置的表面的一方具有用于使在该面状导光板的内部传播的光射出的单元。

10.一种液晶显示装置，其特征在于，具有液晶面板和用于对该液晶面板进行照明的照明装置，所述照明装置具有光源和面状导光板，所述面状导光板具有相对置的表面、侧面以及端面，多个棱镜设置在一个端面上，所述多个棱镜的形状根据沿着所述端面的位置而改变，所述光源配置成使其光从所述端面附近的位置入射到所述侧面，所述相对置的表面的一方具有用于使在该面状导光板的内部传播的光从所述相对置表面的一方射出的单元。

11.一种液晶显示装置，其特征在于，具有液晶面板和用于对该液晶面板进行照明的照明装置，所述照明装置具有光源和面状导光板，所述面状导光板具有相对置的表面、侧面以及端面，多个棱镜设置在一个端面上，所述光源配置成使其光从所述端面附近的位置入射到所述侧面，所述面状导光板在所述多个棱镜的附近具有槽或狭缝，所述相对置的表面的一方具有用于使在该面状导光板的内部传播的光从所述相对置表面的一方射出的单元。

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