CN101221257A - 光扩散板、面光源装置及液晶显示设备 - Google Patents

光扩散板、面光源装置及液晶显示设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光扩散板、面光源装置及液晶显示设备。本发明提供了一种能够发射亮度高均匀的光的光扩散板。本发明的光扩散板3具有粗糙表面部分4，该凸纹结构部分由设置在其至少一侧的具有三角形横截面的多个三角脊组成，其中凸纹结构部分4包括具有50到70度顶角α的等腰三角形的第一三角脊6和具有110到130度顶角β的等腰三角形的第二三角脊8。

Description

光扩散板、面光源装置及液晶显示设备
技术领域
本发明涉及一种亮度高均匀的光的光扩散板和面光源装置和一种能够显示亮度高均匀的图像的液晶显示设备。
背景技术
已知的这种液晶显示设备，例如，其具有一个面光源装置作为背光，设置在显示装置的背面，该显示装置包括液晶单元和一对设置在液晶单元前侧及后侧的偏光器。对于用作背光的面光源装置，这种结构已知作为多个光源设置在灯盒内，并且光扩散板设置在光源前侧(参见日本未审查的专利公开(Kokai)第7-141908号([0012]段，图1))。要求该面光源装置的亮度为高均匀。
面光源装置的相邻光源之间的距离优选尽可能大，从而减少光源的数量并因此降低能量消耗。光源和光扩散板之间的距离优选尽可能小从而缩短液晶显示设备的深度。
然而，在现有技术的面光源装置中，在相邻光源彼此之间设置较大距离或在光源与光扩散板之间设置较小距离会造成难以通过光扩散板充分扩散由多个光源发射的光，因此导致发生亮度缺乏均匀性的问题。
发明内容
发明概述
针对上述背景作出本发明，并且本发明的目的是提供一种能够发射高均匀亮度的光的光扩散板和面光源装置。本发明的另一个目的是提供一种能够显示高均匀亮度的高质量图像的液晶显示设备。
为了实现上述目的，本发明提供下面的方法。
[1]光扩散板包括透光板，其具有凸纹结构部分，该表面部分由多个三角脊组成，这些三角脊至少在其一侧具有三角形截面，其中凸纹结构部分包括具有50到70度顶角的等腰三角形的第一三角脊和具有110到130度顶角的等腰三角形的第二三角脊。
[2]根据[1]的光扩散板，其中第一三角脊底边的长度在30到500μm范围内，并且第二三角脊底边的长度在30到500μm范围内。
[3]根据[1]或[2]的光扩散板，其中在投影平面中光扩散板的第一三角脊所占的总面积S1与在投影平面中光扩散板的第二三角脊所占的总面积S2以在S1∶S2＝4∶6到8∶2的范围内的比例相关联。
[4]包括根据[1]到[3]的任一项的光扩散板和多个设置在光扩散板背面的光源的面光源装置，其中其上形成有凸纹结构部分的表面设置在光扩散板的前侧。
[5]包括根据[1]到[3]的任一项的光扩散板、多个设置在光扩散板背面的光源和设置在光扩散板前侧的液晶面板的液晶显示设备，其中其上形成有凸纹结构部分的表面设置在光扩散板的前侧。
根据[1]的本发明的光扩散板具有凸纹结构部分，该部分由多个设置在光扩散板的至少一侧的具有三角形截面的三角脊组成，同时凸纹结构部分包括具有50到70度顶角的等腰三角形的第一三角脊和具有110到130度顶角的等腰三角形的第二三角脊，并且因此可以发射亮度高均匀的光。
根据[2]的本发明，由于第一三角脊底边的长度在30到500μm的范围内，并且第二三角脊底边的长度在30到500μm的范围内，所以凸纹结构部分是不可见的并且能够充分获得亮度的高均匀性。
根据[3]的本发明，由于在投影平面中光扩散板的第一三角脊所占的面积S1与在投影平面中光扩散板的第二三角脊所占的面积S2在S1∶S2＝4∶6到8∶2的比例范围内相关联，所以可以充分获得亮度的高均匀性。
根据[4]的本发明，由于面光源装置包括根据[1]到[3]的任一项的光扩散板和多个设置在光扩散板背面的光源，并且在其上形成有凸纹结构部分的表面被设置在光扩散板的前侧，这提供了具有亮度高均匀的表面装置。
根据[5]的本发明，可以提供能够显示亮度高均匀的高质量图像的液晶显示设备。
附图简述
图1示意性地显示根据本发明的液晶显示设备的一个实施方案。
图2是示出根据本发明的光扩散板的一个实施方案的透视图。
图3是图2所示的光扩散板的剖面图。
图4是示出根据本发明的光扩散板的另一实施方案的剖面图。
图5是示出根据本发明的光扩散板的又一实施方案的剖面图。
[参考标记简述]
1面光源装置
2光源
3光扩散板
3a背表面(该表面上没有形成凸纹结构部分)
3b前表面(该表面上形成有凸纹结构部分)
4无光表面部分
6第一三角脊
8第二三角脊
20液晶面板
30液晶显示设备
α第一三角脊的顶角
β第二三角脊的顶角
E1第一三角脊底边的长度
E2第二三角脊底边的长度
发明详述
图1示出了本发明的液晶显示设备的一个实施方案。在图1中，参考数字(30)表示液晶显示设备，(11)表示液晶单元，(12)和(13)表示偏光器，并且(1)表示面光源装置(背光)。偏光器(12)和(13)设置在液晶单元(11)的前侧和后侧，以便部件(11)、(12)和(13)组成液晶面板(20)作为显示装置。
将面光源装置(1)设置在后侧偏光器(13)的后侧，该后侧偏光器(13)设置在液晶面板(20)后侧。面光源装置(1)包括具有在投影平面上为矩形并在前侧开口的扁平盒结构的灯盒(5)、以彼此间隔一段距离地设置在灯盒(5)中的多个线性光源(2)和设置在多个线性光源(2)的前侧的光扩散板(3)。光扩散板(3)安装在灯盒(5)上，以便关闭其开口。灯盒(5)还沿其内部的反射层(未示出)排列。
光扩散板(3)具有凸纹结构部分(4)，其由设置在其一侧的具有三角形截面的多个三角脊组成，如图2和3所示。凸纹结构部分(4)包括具有50到70度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有110到130度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)。在该实施方案中，第一三角脊(6)和第二三角脊(8)可交替设置。
将光扩散板(3)设置成以便在其上形成凸纹结构部分(4)的光扩散板(3)的表面(3b)位于前侧，即，位于液晶面板侧(参见图1)。也就是说，将光扩散板(3)设置成以便其上没有形成凸纹结构部分(4)的表面(3a)位于背面(位于光源侧)(参见图1)。
在该实施方案中，第一三角脊(6)底边的长度(E1)设置成等于第二三角脊(8)底边的长度(E2)(参见图3)。同样，在该实施方案中，第一三角脊(6)的底边和第二三角脊(8)的底边设置成彼此平行，并位于同一个平面内(参见图3)。
同样，在该实施方案中，第一三角脊(6)由脊(7)组成，其具有形成在光扩散板(3)的表面上的等腰三角形截面以在平行于光扩散板(3)的该表面的一个方向上延伸，第二三角脊(8)由脊(9)组成，其具有形成在光扩散板(3)的表面上的等腰三角形横截面，在平行于光扩散板(3)的该表面的一个方向上延伸，从而多个脊(7)和(9)可以彼此基本平行地延伸(参见图2)。
在该实施例中，线性光源用作光源(2)，并且被设置以使线性光源(2)的纵向和光扩散板(3)的多个脊(7)及(9)的纵向基本一致。
在具有上述结构的面光源装置(1)中，光扩散板(3)具有凸纹结构部分(4)，其由多个设置在其一侧上的具有三角形横截面的三角脊组成，并且凸纹结构部分(4)包括具有50到70度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有110到130度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)，从而可以发射亮度高均匀的均匀光。换句话说，面光源装置(1)可以向液晶面板(20)发射亮度高均匀的光。同样因为光扩散板(3)的凸纹结构部分(4)具有等腰三角形横截面，所以可以相对容易地以高生产率制造该光扩散板(3)。
根据本发明，虽然凸纹结构部分(4)包含具有50到70度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有110到130度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)是必需的，特别优选采用下面特殊的结构(第一优选实施方案和第二优选实施方案)。
第一优选实施方案
凸纹结构部分(4)包含具有50.8到51.8度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有110.4到111.4度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)。第一优选实施方案能够充分抑制亮度的不均匀性。
在第一优选实施方案中，特别优选的结构是凸纹结构部分(4)包含具有51.1到51.5度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有110.7到111.1度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)。
第二优选实施方案
凸纹结构部分(4)包含具有68.8到69.8度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有128.8到129.8度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)。第二优选实施方案能够充分抑制亮度的不均匀性。
在第二优选实施方案中，特别优选的结构是凸纹结构部分(4)包含具有69.1到69.5度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有129.1到129.5度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)。
根据本发明，优选的是，第一三角脊(6)底边的长度(E1)设置在30到500μm范围内。不小于30μm的长度起到充分地抑制亮度不均匀的作用，并且不大于500μm的长度使凸纹结构部分(4)是看不见的。特别优选的是将第一三角脊(6)底边的长度(E1)设置在30到300μm范围内。
优选的是，将第二三角脊(8)底边的长度(E2)设置在30到500μm范围内。不小于30μm的长度起到充分地抑制亮度不均匀的作用，并且不大于500μm的长度使凸纹结构部分(4)是看不见的。特别优选的是将第二三角脊(8)底边的长度(E2)设置在30到300μm的范围内。
优选的是，将相邻三角脊之间的距离(P)设置在30到500μm的范围内。不小于30μm的距离使得易于在光扩散板的表面上形成三角脊，并且不大于500μm的距离使得可能充分抑制亮度的不均匀性，同时保持凸纹结构部分(4)是看不见的。
尽管对于光扩散板(3)的厚度(T)是没有限制的，但T优选设置在0.2到10.0mm的范围内。当厚度设置在该范围内时，使得可能进一步减小装置的深度，同时充分抑制亮度的不均匀性。特别优选将光扩散板(3)的厚度(T)设置在0.5到5.0mm的范围内。
尽管对于制造光扩散板(3)的方法没有限制，例如可以采用挤压成形、压制塑模、机械加工处理、注模法或类似方法。在这些方法中，为了生产效率的原因优选采用挤压成形。
当利用挤压成形或压制塑模制造光扩散板(3)时，可以使用在其上具有压花形成的三角形截面的棱柱图形的模型以将棱柱图形复制到光扩散板(3)的表面上。在这种情况下，重现精度优选为70％或更高，并且更优选为85％或更高。重现精度可以通过下面的方程计算。
重现精度(％)＝H2/H1×100
其中H1是形成在模型上的三角脊的高度，和H2是形成在生成的光扩散板上的三角脊的高度。
对用于形成光扩散板(3)的材料是没有限制的，并且只要是透明的任何材料都可以使用。例如，可以使用玻璃板、光学玻璃板或透明树脂板。作为透明树脂板，例如，可以采用丙烯酸树脂板、聚碳酸酯树脂板、聚苯乙烯板、环烯烃树脂板、MS树脂板(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物板)、ABS树脂板和AS树脂板(丙烯腈-苯乙烯共聚物板)。优选使用具有1.45到1.60折射率的透明板。
本发明的光扩散板(3)通过形成在其至少一个表面上的无光表面部分(4)获得光扩散功能。然而，也可以使光扩散板(4)的材料具有光扩散功能，从而可以补充凸纹结构部分(4)的光扩散功能。例如，光扩散板(3)可以通过形成一种组合物进行制备，在该组合物中，光扩散粒子，例如聚苯乙烯粒子、硅树脂粒子，或无机粒子，例如碳酸钙粒子、硫化钡粒子、氧化钛粒子或铝粒子，被包括在透明树脂中，例如丙烯酸树脂。同样，光扩散板可以由丙烯酸树脂形成，该丙烯酸树脂包括在其中排列时具有折射率各向异性的粒子。
尽管对光源(2)没有限制，但可以使用点光源，例如发光二极管以及线性光源，例如荧光灯、卤素灯或钨丝灯。
相邻光源(2)、(2)之间的距离(L)优选设置成小于20mm以确保均匀的亮度。光源(2)和光扩散板(3)之间的距离(d)优选设置成15mm或更大以确保均匀的亮度。
在图1到3所示的实施方案中，光扩散板的三角脊(6)、(8)分别包括在平行于其表面的一个方向上延伸的脊(7)、(9)(一维型)(参见图2)。然而，本发明并不局限于这种结构，而且光扩散板的三角脊(6)、(8)还可以分别包括在平行于其表面的两个不同方向(例如，两个互相垂直的方向)上延伸的脊(7)、(9)(二维型)。
尽管在上述实施方案中可交替地设置第一三角脊(6)和第二三角脊(8)(参见图3)，但本发明并不局限于这种结构，而且第一三角脊(6)和第二三角脊(8)还可以随机排列地设置，例如，如图4所示。
在上述实施方案中，尽管第一三角脊(6)底边的长度(E1)设置成等于第二三角脊(8)底边的长度(E2)(参见图3)，但本发明并不局限于这种结构，而且也可以采用如E1和E2具有不同值的结构。
同样，在上述实施方案中，光扩散板的第一三角脊(6)在投影平面上所占的总面积S1和光扩散板的第二三角脊(8)在投影平面上所占的总面积S2设置成彼此相等(S1＝S2)。然而，对S1和S2的比率是没有限制的，只要本发明的效果不受反作用影响。为了获得抑制亮度不均匀性的充分效果，比率优选在S1∶S2＝4∶6到8∶2的范围内。
同样，在该实施方案中，第一三角脊(6)的底边和第二三角脊(8)的底边设置成互相平行，并位于同一平面内(参见图3)。然而，本发明并不局限于这种结构，而且还可以采用这样的结构，例如，两个三角脊的底边彼此平行但不位于同一平面内，或者两个三角脊的底边不互相平行。
在上述实施方案中，尽管相邻三角脊(6)、(8)是连续设置的，但本发明并不局限于这种结构，只要本发明的效果不受反作用影响。例如，可以在相邻三角脊(6)、(8)之间设置一个平面，如图5所示。
凸纹结构部分(4)可以由不同于具有50到70度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有110到130度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)的三角脊构成，而且可以采用这种结构，例如，包括具有大于0度小于50度或大于130度小于180度顶角的等腰三角形的三角脊、具有非等腰三角形的三角脊等等，只要本发明的效果不受反作用影响。
本发明的光扩散板(3)、面光源装置(1)和液晶显示设备(30)并不局限于上述那些实施方案，而是在不偏离本发明精神的情况下可以在权利要求的范围内进行任何修改。
具体实施方式
实施例
现在描述本发明的实施例，但本发明并不局限于下面的实施例。
实施例1
在亨舍尔混合机中混合100重量份的MS树脂(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂、折射率1.57)和2.2重量份的作为光扩散粒子的具有体积平均粒度4.3μm的聚甲基丙烯酸甲酯粒子(Sekisui Plastic有限公司制造的“MBX-5”)，并且利用挤压成形机该混合物被熔化、揉合并形成一个板。通过利用具有所期望的复印图形的模子对该板进行热压，从而制成图2和3所示结构的光扩散板(3)。该光扩散板(3)的厚度(T)为2mm，并且包括在其一侧交替设置的具有51.3度顶角(α)的等腰三角形的第一三角脊(6)和具有110.9度顶角(β)的等腰三角形的第二三角脊(8)，其中第一三角脊(6)底边的长度(E1)为60μm，第二三角脊(8)底边的长度(E2)为60μm，并且相邻三角脊之间的距离(P)为60μm(参见图3)。第一三角脊(6)的底边和第二三角脊(8)的底边被设置成彼此平行并位于同一平面内(参见图3)。
通过利用光扩散板(3)制造了图1所示结构的面光源装置(1)。荧光灯用于光源(2)，同时将光扩散板(3)和光源(2)之间的距离(d)设置成20.0mm，并且相邻光源(2)、(2)之间的距离(L)设置成30.0mm。
比较实施例1
在亨舍尔混合机中混合100重量份的MS树脂(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂、折射率1.57)和3.1重量份的作为光扩散粒子的具有体积平均粒度4.3μm的聚甲基丙烯酸甲酯粒子(Sekisui Plastic有限公司制造的“MBX-5”)，并且利用挤压成形机该混合物被熔化、揉合并形成一个板。通过利用具有所期望复印的图形的模子对该板进行热压，从而制成图2和3所示结构的光扩散板(3)。在比较实施例1中的光扩散板中，所有三角脊的顶角均为90度，三角脊底边的长度为50μm，并且相邻三角脊之间的距离为50μm。
通过利用上述光扩散板制成图1所示结构的面光源装置。荧光灯用于光源，同时将光扩散板和光源之间的距离(d)设置成20.0mm，并且相邻光源之间的距离(L)设置成30.0mm。
根据下面的方法评估如上所述形成的面光源装置。评估结果如表1所示。
亮度的测量和亮度均匀性的评估
通过利用亮度计(I系统公司制造的“Eye-Scale 3W、4W”)测量面光源装置的亮度并检查亮度的均匀性。通过平均面光源装置整个发光表面上的值来确定亮度，并且通过下面的方程由亮度的最小值“C1”和亮度的最大值“C2”计算亮度的均匀性。
亮度的均匀性＝C1/C2×100
表1
  光扩散板的结构   评估
  第一三角脊   第二三角脊   亮度(cd/m2)   亮度的均匀性
  顶角α(度)   底边的长度E1(μm)   顶角β(度)   底边的长度E2(μm)
 实施例1   51.3   60   110.9   60   5190   93
 比较实施例1   三角脊的顶角：90度，底边的长度：50μm   5210   89
从表1可以清楚看出，本发明实施例1的面光源装置能够均匀地发射亮度高均匀的光。相反，不在本发明范围内的比较实施例1的面光源装置显示出了非常明显的亮度不均匀性。
本发明的光扩散板可优选用作面光源装置的光扩散板，但并不局限于这种应用。本发明的面光源装置可优选用作液晶显示设备的背光，但并不局限于这种应用。

Claims (5)

1.一种光扩散板，其包括具有凸纹结构部分的透光板，该粗糙表面部分由多个设置在其至少一侧上的具有三角形截面的三角脊组成，其中凸纹结构部分包括具有50到70度顶角的等腰三角形的第一三角脊和具有110到130度顶角的等腰三角形的第二三角脊。
2.根据权利要求1的光扩散板，其中第一三角脊底边的长度在30到500μm范围内，并且第二三角脊底边的长度在30到500μm范围内。
3.根据权利要求1或2的光扩散板，其中光扩散板的第一三角脊在投影平面内所占的总面积S1和光扩散板的第二三角脊在投影平面内所占的总面积S2以在S1∶S2＝4∶6到8∶2范围内的比率相关联。
4.一种面光源装置，包括权利要求1到3中任一项的光扩散板和多个设置在光扩散板背面的光源，其中在其上形成有凸纹结构部分的表面被设置在光扩散板的前侧。
5.一种液晶显示设备，包括权利要求1到3中任一项的光扩散板、多个设置在光扩散板背面的光源和设置在光扩散板前侧的液晶面板，其中在其上形成有凸纹结构部分的表面被设置在光扩散板的前侧。
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