CN100409077C - 杆状光透射体、照明装置及液晶显示器 - Google Patents

杆状光透射体、照明装置及液晶显示器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种杆状光透射体，具有多个棱镜组，所述棱镜组通过棱镜将从光源入射的光转换成线性光，以输出该线性光，所述棱镜包括：第一棱镜，具有全反射入射光以将该光从杆状光透射体输出的功能；以及第二和第三棱镜，位于该第一棱镜的两侧，第二和第三棱镜每个具有传输和反射该入射光的功能。使用本发明构成反射型或者透射型液晶显示器，可以获得具有均匀光分布及高亮度的液晶显示器。

Description

杆状光透射体、照明装置及液晶显示器
相关申请
本申请基于并要求2004年12月28日提交的在先日本专利申请No.2004-378566的优选权益，其全部内容在此通过援引合并在此。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，其采用由杆状光透射体及平面光透射体构成的照明装置，特别涉及一种具有多个棱镜(prism)的杆状光透射体。
背景技术
近来，用于信息终端中的液晶显示元件和液晶显示器被要求提供更高的显示质量，例如彩色化处理(colorization)、高亮度(Luminance)或者高分辨率。由于液晶显示元件薄且轻，从而广泛用作便携式信息终端的显示单元。
图11为传统透射型液晶面板的剖面图。如图11所示，透射型液晶面板具有位于玻璃基板210与玻璃基板212之间的偏光片214。总线等形成在玻璃基板212上。液晶220被密封在玻璃基板212和玻璃基板218之间。此外，滤色镜224位于玻璃基板218和玻璃基板222之间。偏光片228位于玻璃基板222和玻璃基板226之间。
在透射型液晶面板中，滤色镜和液晶被夹在偏光片之间，而在反射型液晶面板中，偏光片214被反射板如镜子取代。在各个液晶面板中，当线性偏振光通过液晶时，由于液晶的特性其相位被调制，调制后的光通过滤色镜进而通过偏光片，或被偏光片反射，由此进行黑白显示。文字信息或图像信息是通过排列多个白点和黑点来构成。另一方面，由于液晶本身为不能发光的光吸收元件，因此，仅通过液晶难以看到信息。
为了解决这个问题，照明装置作为照明工具被设置在透射型液晶面板的后面或者反射型液晶面板的前面。由于反射型液晶面板通过日光或者室内光来照明，因此在这些条件下不需要照明装置。当反射型液晶面板未处于照明环境中，则像透射型液晶面板一样需要照明装置。照明装置包括点光源、杆状光透射板以及平面光透射体。因此，从这种点光源如LED发射出来的光被杆状光透射板转换成线光源，来自线光源的光入射到平面光透射板，且该入射光照亮液晶面板的整个表面。
专利文献1(日本专利申请未审公开No.H7-325208)公开了一种液晶显示器技术，该液晶显示器设置有棱镜薄片(sheet)，该棱镜薄片具有至少两个顶角部分，其各个棱镜部分的斜面弯曲地形成，顶角由弯曲部分形成，且顶角部分的角度彼此不同。
专利文献2(日本专利申请未审公开No.H10-214035)公开了一种背光装置及使用该背光装置的液晶显示器技术，该背光装置具有棱镜薄片，该棱镜薄片包括多个具有不同顶角的三棱镜，至少一个顶角在80°-100°的范围内，以及液晶显示器使用该背光装置。
专利文献3(日本专利申请国家公开(未审公开)No.2003-511735)公开了一种形成光学膜的技术，该光学膜设置有在该光学膜的输入面上形成的偏振棱镜阵列，用于减少或避免波纹(亮度的不均匀)。
专利文献4(日本专利申请特开No.2003-77326)公开了一种照明装置技术，该照明装置设置有发射光的光源及线性光透射体，该线性光透射体通过形成在其相反侧的多个光反射部分反射从该光源引入的光，并从其与该相反侧相对的一侧线性地输出光，以获得均匀的光强度，从而光反射部分的多个面能够使光会聚到观看者眼中的角度分别倾斜。
鉴于以上问题，本发明的目的为提供一种构造简单且制造成本低的杆状光透射体、一种使用这种杆状光透射体且可以提供足够亮度的照明装置，以及使用这种照明装置的液晶显示器。
发明内容
通常，为了将来自点光源的光有效转换成线光源，以照亮平面光透射板，有必要在杆状光透射板上设置用于反射的铝膜，其中该杆状光透射板将来自点光源的光转换成线光源。由于需要在杆状光透射板上设置用于反射的铝膜，因此也需要制造工序，这导致难以降低成本。图12A和12B为示出了传统杆状光透射板的示意图。如图12A所示，当使用具有用于反射的铝膜的杆状光透射板时，光以所需角度被反射。另一方面，如图12B所示，当考虑低成本，未将用于反射的铝膜应用到光透射板时，由于光会通过在杆状光透射板上构成的棱镜，光不能以所需角度从杆状光透射板的所需光输出面发射出，进而不能获得具有充分强度的输出光。
为了解决以上问题，本发明具有以下特征。
根据本发明的杆状光透射体具有一个棱镜组，该棱镜组将从光源入射的光转换成线性光，以输出该线性光，其中该棱镜组包括：第一棱镜，具有全反射入射光以将该光从杆状光透射体输出的功能；以及多个棱镜，位于该第一棱镜的两侧，每个棱镜具有传输和反射该入射光的功能。因此，能够以所需角度从杆状光透射体的光输出面输出线性光。
根据本发明的照明装置包括：光源；杆状光透射体，具有多个棱镜组，所述棱镜组将从光源入射的光转换成线性光，以输出该线性光；以及平面光透射体，将从该杆状光透射体入射的该线性光以平面方式从其平面光输出面输出，其中该杆状光透射体的棱镜组包括：第一棱镜，具有全反射入射光以将光从该杆状光透射体输出的功能；以及多个棱镜，位于该第一棱镜的两侧，每个棱镜具有传输和反射该入射光的功能。
根据本发明的液晶显示器，包括：照明装置，该照明装置包括：光源；杆状光透射体，具有棱镜组，该棱镜组将从光源入射的光转换成线性光，以输出该线性光；以及平面光透射体，将从该杆状光透射体入射的该线性光以平面方式从其平面光输出面输出；以及液晶面板，其中该杆状光透射体的每个棱镜组包括：第一棱镜，具有全反射入射光以将光从该杆状光透射体输出的功能；以及多个棱镜，位于该第一棱镜的两侧，每个棱镜具有传输和反射该入射光的功能。通过这样构成反射型或者透射型液晶显示器，可以获得具有均匀光分布及高亮度的液晶显示器。
附图说明
图1示出根据本发明的杆状光透射体的一个实施例；
图2示出一个实施例，其中具有多个棱镜的杆状光透射体的面形成为凸形；
图3示出一个实施例，其中具有棱镜的杆状光透射体的面的凸形通过合并直线而形成为多边形；
图4示出一个实施例，其中具有棱镜的杆状光透射体的面的凸形形成为曲面形；
图5示出一个实施例，其中来自光源的光所进入的杆状光透射体的面的尺寸小于光源纵向上的尺寸；
图6示出LED光源的光强分布图；
图7示出在根据本发明的杆状光发射体中的第一、第二及第三棱镜的变化；
图8示出使用根据本发明的杆状光透射体的照明装置的透视图；
图9示出使用反射型液晶面板的液晶显示器的一个实施例的透视图；
图10示出使用透射型液晶面板的液晶显示器的一个实施例的透视图；
图11示出传统透射型液晶面板的剖面图；以及
图12A和12B为示出传统杆状光透射板的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的示范性实施例。熟悉本领域的技术人员在本发明的主旨范围内可对实施例进行适当的改变和修改。请注意本发明不限于以下实施例。
图1示出根据本发明的杆状光透射体的一个实施例。如图1所示，杆状光透射体20包括多个棱镜组，每个棱镜组包括三个棱镜，即：第一棱镜25，其功能为全反射入射光以将入射光从杆状光透射体20输出；以及第二和第三棱镜24和26，位于第一棱镜25的两侧，棱镜24和26每个的功能为传输和反射入射光。
来自位于杆状光透射体20一端的LED光源的光首先进入第二棱镜24(其传输并反射入射光)的第一面。入射光通过折射沿几乎平行于杆状光透射体20的纵向被反射，从而将该入射光输出至杆状光透射体20的外侧。曾经已被输出到杆状光透射体20外侧的光进入第二棱镜24(其传输并反射入射光)的第二面。由于第二面以与杆状光透射体20的纵向成约90°角构成，因此光几乎不受折射影响，而重新进入杆状光透射体20，同时保持近似平行于杆状光透射体20的纵向。重新进入的光被第一棱镜25的第一面全反射，而被输出到杆状光透射体20的外侧。类似地，来自位于杆状光透射体20另一端的LED光源的光利用第三棱镜26和第一棱镜25从杆状光透射体20输出。
为了保持照明装置中光强分布均匀，期望从杆状光透射体20输出的光近似垂直输出。因此，在根据本发明的实施例中，第二棱镜24的顶角θ2及第一棱镜25的顶角θ1根据它们关于光源(其位于杆状光透射体20端部处)的位置而改变，其中，该第二棱镜24传输并反射从杆状光透射体20输出的光，以使该光垂直于杆状光透射体20，而第一棱镜25具有输出来自杆状光透射体20的入射光的功能。
图2示出一个实施例，其中具有多个棱镜的杆状光透射体的面形成为凸形。当杆状光透射体未采用凸形时，来自LED光源的光常常会通过折射而会聚在杆状光透射体靠近LED光源的一端，从而杆状光透射体20的该端部会比光能直接到达的中心部分更暗，并且由于杆状光透射体远离LED光源的另一端与光源距离远，其会比中心部分更暗。因此，通过将杆状光透射体的面形成凸形的形式，光源与杆状光透射体的远侧端之间的距离可以缩短，而使更多的光能会聚到远侧端处，从而可使得从杆状光透射体的该端部到中心部分附近的亮度更均匀。即使当杆状光透射体的面形成为凸形时，杆状光透射体20仍具有三个棱镜，即：第一棱镜25，其功能为全反射入射光以将入射光从杆状光透射体20输出；以及第二和第三棱镜24和26，位于第一棱镜25的两侧，每个棱镜24和26的功能为传输和反射入射光。
图3示出一个实施例，其中图2所示的具有棱镜的杆状光透射体的面的凸形通过合并直线而形成为多边形。通过将凸形形成为多边形的形式，可以精细地调整杆状光透射体的端部与光源之间的距离，从而与图2所示的实施例相比，显示质量可得到进一步提高。由于凸形是直线的结合，从而易于进行获得凸形的工作。
图4示出一个实施例，其中图2所示的具有棱镜的杆状光透射体的面的凸形形成为曲面形。通过将凸形形成为曲面形的形式，可以获得平滑的轮廓，从而与图3所示的实施例相比，显示质量可得到进一步提高。术语“曲面形”包括使直线的接点平滑或变圆的形状，并进一步包括非球形等。
图5示出一个实施例，其中来自光源的光所进入的杆状光透射体的面的尺寸小于光源纵向上的尺寸。当杆状光透射体20的光进入部分沿其纵向的尺寸表示为t1，而光源沿其纵向的尺寸表示为t2，则获得t1＜t2的关系。图6为显示LED光源的光强分布的坐标图。例如，当使用LED光源时，则LED光源通常具有如图6所示的光强分布，并且光发射面的整个表面不亮。因此，即使杆状光透射体20的光进入面较小，亮度也不会降低。因此，通过将LED的亮部(bright portion)设置作为杆状光透射体20的光进入面，可以更有效地使亮度均匀。
图7为示出在根据本发明的杆状光透射体中第一、第二及第三棱镜的顶角变化的坐标图。图7中，棱镜数(prism number)被加到各个棱镜组，每组包括第一棱镜25、第二棱镜24以及第三棱镜26。根据该实施例的杆状光透射体20包括约200个棱镜组。根据本发明的杆状光透射体20实施于约2寸的照明光学系统中，并示出第一、第二及第三棱镜的顶角θ1、θ2及θ3的变化。从图7中可以理解第二及第三棱镜的顶角θ2及θ3可从约25°变化到约80°，而第一棱镜25的顶角θ1相应于顶角θ2及θ3的变化可从约85°变化到约93°。由于在纵向上杆状光透射体20的棱镜部分具有关于杆状光透射体20的中心的对称形状，因此使得用于形成杆状光透射体的模具的制造变得容易。
图8示出使用根据本发明的杆状光透射体的照明装置的透视图。如图8所示，根据本发明的杆状光透射体20与平面光透射体30相结合。使用根据本发明的杆状光透射体20，从位于杆状光透射体两端的LED光源发出的光可用作照明装置的线性光源。因此，能够以低成本提供具有均匀亮度分布及高亮度的照明装置。
图9示出使用反射型液晶面板的液晶显示器的一个实施例的透视图。如图9所示，该液晶显示器为反射型液晶显示器，其中通过将根据本发明的杆状光透射体20和平面光透射体30相互结合而构成照明装置，并且该照明装置用作前灯。
图10示出使用透射型液晶面板的液晶显示器的一个实施例的透视图。如图10所示，该液晶显示器为透射型液晶显示器，其中通过将根据本发明的杆状光透射体20和平面光透射体30相互结合而构成照明装置，并且该照明装置用作背灯。
通过使用根据本发明的杆状光透射体20作为用于平面照明光学系统的线性光源，来构成反射型或者透射型液晶显示器，能够低成本地提供具有均匀亮度分布及高亮度的液晶显示器。
在图1至图10中，已经说明了第二棱镜24和第三棱镜26分别由单棱镜构成的实施例，其中第二棱镜24和第三棱镜26位于第一棱镜25的两侧，该第一棱镜25的功能为全反射入射光进而从杆状光透射体20输出光。但是，第二棱镜和第三棱镜均可以由多个棱镜构成。虽然如此，只要第二棱镜和第三棱镜均具有传输及反射入射光的功能就足够了，并不一定必须由单棱镜构成。
根据本发明，提供一种杆状光透射体、使用该杆状光透射体以提供充分亮度的照明装置以及使用该照明装置的液晶显示器，其中，通过简化结构而不需在杆状光透射体上提供用于反射等的铝膜，可低成本地实现该杆状光透射体。

Claims (14)

1. 一种杆状光透射体，包括多个棱镜组，每个棱镜组将从光源入射的光转换成线性光，以输出该线性光，其中，每个棱镜组包括：
第一棱镜，具有全反射入射光而将该入射光从该杆状光透射体输出的功能；以及
多个棱镜，位于该第一棱镜的两侧，每个棱镜具有传输和反射该入射光的功能。
2. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
所述多个棱镜为第二和第三棱镜，位于该第一棱镜的两侧，第二和第三棱镜每个具有传输和反射该入射光的功能。
3. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
具有该棱镜组的该杆状光透射体的面形成为凸形。
4. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
具有该棱镜组的该杆状光透射体的面形成为多边形。
5. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
具有该棱镜组的该杆状光透射体的面形成为曲面形。
6. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
来自该光源的光所进入的该杆状光透射体的面的尺寸小于该光源纵向上的尺寸。
7. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
来自该光源的光所进入的该杆状光透射体的面的尺寸小于该光源纵向上的尺寸，且在位于该杆状光透射体的端部的第一棱镜与位于该杆状光透射体的中部的第一棱镜之间，该第一棱镜的顶角从85°连续变化到93°。
8. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
具有该棱镜组的该杆状光透射体的面形成为凸形，来自该光源的光所进入的该杆状光透射体的面的尺寸小于该光源纵向上的尺寸，且在位于该杆状光透射体的端部的第一棱镜与位于该杆状光透射体的中部的第一棱镜之间，该第一棱镜的顶角从85°连续变化到93°。
9. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
具有该棱镜组的该杆状光透射体的面形成为多边形，来自该光源的光所进入的该杆状光透射体面的尺寸小于该光源纵向上的尺寸，且在位于该杆状光透射体的端部的第一棱镜与位于该杆状光透射体的中部的第一棱镜之间，该第一棱镜的顶角从85°连续变化到93°。
10. 如权利要求1所述的杆状光透射体，其中，
具有该棱镜组的该杆状光透射体的面形成为曲面形，来自该光源的光所进入的该杆状光透射体面的尺寸小于该光源纵向上的尺寸，且在位于该杆状光透射体的端部的第一棱镜与位于该杆状光透射体的中部的第一棱镜之间，该第一棱镜的顶角从85°连续变化到93°。
11. 一种照明装置，包括：
光源；
杆状光透射体，具有多个棱镜组，所述棱镜组将从该光源入射的光转换成线性光，以输出该线性光；以及
平面光透射体，将入射自该杆状光透射体的该线性光以平面方式从其平面光输出面输出，其中，
该杆状光透射体的每个棱镜组包括：第一棱镜，具有全反射该入射光以将该入射光从该杆状光透射体输出的功能；以及多个棱镜，位于该第一棱镜的两侧，每个棱镜具有传输和反射该入射光的功能。
12. 如权利要求11所述的照明装置，其中，
所述多个棱镜为第二和第三棱镜，位于该第一棱镜的两侧，第二和第三棱镜每个具有传输和反射该入射光的功能。
13. 一种液晶显示器，包括：
照明装置，包括：光源；杆状光透射体，其具有多个棱镜组，所述棱镜组将从光源入射的光转换成线性光，以输出该线性光；以及平面光透射体，将入射自该杆状光透射体的该线性光以平面方式从其平面光输出面输出；以及
液晶面板，其中，
该杆状光透射体的每个棱镜组包括：第一棱镜，具有全反射入射光以将光从该杆状光透射体输出的功能；以及多个棱镜，位于该第一棱镜的两侧，每个棱镜具有传输和反射该入射光的功能。
14. 如权利要求13所述的液晶显示器，其中，
所述多个棱镜为第二和第三棱镜，位于该第一棱镜的两侧，第二和第三棱镜每个具有传输和反射该入射光的功能。
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