CN101225940A - 面状光源装置以及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能同时实现亮度均匀化和面状光源装置小型化(也包括薄型化)的面状光源装置。本发明的面状光源装置具备导光体(4)以及水平点光源(3)。在导光体(4)中，在作为显示区域的区域内具有凹处(或者孔)(4a)。水平点光源(3)在相对于导光体(4)的光出射面(4b)大致平行的方向上射出具有指向性的光。另外，在凹处(4a)内(或者孔内)配置多个水平点光源(3)。

Description

面状光源装置以及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种面状光源装置，以及具备该面状光源装置例如作为背光灯的液晶显示装置。
背景技术
作为使用导光体的面状光源装置来说，已知存在有例如具有如下结构的产品。
现有的面状光源装置可具有如下结构，即：在导光体侧面上配置CCFL(冷阴极荧光灯)等的线状光源，或者配置LED(发光二极管)等的点状光源，通过将入射到导光体的光经由设置在该导光体背面的光扩散板，使被调整成所希望辉度分布的光从显示面出射。
另外，现有的面状光源装置还可具有如下结构，即：在形成于导光体中的凹处或者孔中配置光源，通过在该导光体的背面侧和/或显示面侧设置调整光用的光栅，使被调整成所希望辉度分布的光从显示面出射。(专利文献1、2)。
专利文献1：日本特开平10-82915号公报
专利文献2：日本实开昭60-163141号公报(图1)。
但是，如上所述，对于在导光体侧面配置线状光源或者点状光源的结构来说，光源需配置在显示区域外。因此，产生了使面状光源装置的外形变大的问题。
此外，对于在导光体侧面(也就是显示区域外)配置点光源的情况而言，很难得到均匀的亮度(尤其是在该点光源附近的均匀亮度)。为了得到均匀的亮度，必须在远离显示区域的位置处配置点光源。不过，对于在此位置配置点光源的情况而言，进一步产生了使面状光源装置的外形变大的问题。
与此相对，在专利文献1、2所公开的技术方案中，将光源配置在显示区域内。因此，与上述将光源配置在显示区域外的情况相比，其可以使面状光源装置小型化。但是，该专利文献1、2也存在如下的问题。
在专利文献1、2的情况下，点光源的光出射方向是朝向与显示面垂直的方向。比如，在专利文献1、2的技术方案中，按照如下方式配置点光源，即，使得从点光源发出的光向各个方向扩散射出的时候，其中具有最强强度的光是朝向与显示面垂直的方向的。对于按照如上结构配置点光源的上述专利文献1、2来说，点光源正上方部分的辉度相对于其周边部分而言要高得多。进而，仅使用导光体、光扩散单元等难以解决该辉度不均匀的技术问题(也就是说，产生了亮度不均匀的问题)。
在采用专利文献1、2的结构的情况下，作为解决上述亮度不均匀问题的方法，可以考虑增大从导光体到显示面的距离的方法，或者也可以考虑在光源的正上方部分设置具有遮光性的光栅的方法。
可是，在上述前一种解决方法的情况下，会使得面状光源装置的厚度变厚，结果，仍然会让面状光源装置变大。而在上述后一种解决方法的情况下，未有效利用光源的光，使得光利用效率降低。因此，上述任何一种方法均不是很妥当。
而且，在光源使用LED等的情况下，从亮度均匀性的观点出发，需要调整光源的取向特性。可是，为了调整点光源的取向特性，需要使用透镜等光学元件，结果，就变成面状光源装置变大。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可以同时实现亮度均匀化和面状光源装置小型化(也包括薄型化)的面状光源装置，以及具备该面状光源装置的显示装置。
为了实现上述目的，本发明所述的面状光源装置具备：在作为显示区域的区域内具有凹处或者孔的导光体；以及在相对于上述导光体的光出射面大致平行的方向上射出具有指向性的光的水平点光源，其中，在上述凹处内或上述孔内配置上述水平点光源。
另外，本发明所述的液晶显示装置具备：本发明的面状光源装置、作为显示部的液晶面板、以及支撑上述面状光源装置以及上述液晶面板的壳体。
由于本发明所述的面状光源装置具备：在作为显示区域的区域内具有凹处或者孔的导光体；以及在相对于上述导光体的光出射面大致平行的方向上射出具有指向性的光的水平点光源，其中，在上述凹处内或上述孔内配置上述水平点光源。
所以，从水平点光源射出的光通过导光体传播到各个角落。所以，该面状光源装置能够在整个显示区域范围内保持亮度均匀性。另外，水平点光源配置在形成于导光体上的凹处(或者孔)内部，而且，该水平点光源配置在显示区域内。因此，能够实现面状光源装置的小型化(也包括薄型化)。
此外，由于本发明所述的液晶显示装置具备：本发明的面状光源装置、作为显示部的液晶面板、以及支撑上述面状光源装置以及上述液晶面板的壳体。
所以，能够提供一种可以使显示面的亮度实现均匀性的液晶显示装置，而且，还可以进一步实现该液晶显示装置的小型化(薄型化)。
附图说明
图1是表示实施例1中液晶显示装置的结构的分解透视图。
图2是表示在导光体4上形成的光扩散部的结构的图。
图3是表示具有指向性的水平点光源的光强度分布的图。
图4是表示从水平点光源射出的光在导光体内的传播情况以及通过光扩散部扩散情况的剖面图。
图5是表示在导光体上形成的凹处(或者孔)的形状的一个例子的平面图。
图6是表示在导光体上形成的凹处(或者孔)的形状的另一个例子的平面图。
图7是表示在导光体上形成的凹处(或者孔)的形状的另一个例子的平面图。
图8是表示在导光体上形成的凹处(或者孔)的形状的另一个例子的平面图。
图9是表示在导光体上形成的凹处(或者孔)的形状的另一个例子的剖面图。
图10是表示实施例2的液晶显示装置(或者面状光源装置)所具备的包含垂直点光源的多个光源的配置情形的透视图。
图11是配置了多个垂直点光源的情形的平面图。
图12是用于说明形成的凹处(或者孔)进行变化的图。
图13是用于说明形成的凹处(或者孔)进行变化的图。
图14是用于说明形成的凹处(或者孔)进行变化的图。
图15是用于说明形成的凹处(或者孔)进行变化的图。
符号说明
1壳体、2基板、3水平点光源、4导光体、4a  凹处(或者孔)、4b  光出射面、5光扩散部件、6液晶面板、7光扩散部、15垂直点光源、100液晶显示装置。
具体实施方式
下面参考附图所示的实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
图1示出了包括本实施例中的面状光源装置的液晶显示装置的概略结构，其为分解透视图。图2是在组装图1所示的面状光源装置时，从箭头I-I方向看的剖面图。图3是表示具有指向性的水平点光源的光强度分布图。而且，如图1所示，将显示区域面定义为x-y平面，将与该显示区域面垂直的方向定义为z方向。
如图1所示，液晶显示装置100由壳体1、基板2、水平点光源3、导光体4、光扩散部件5以及液晶面板6构成。而且，在上述所列出的各个结构中，除了液晶面板6之外的结构，构成了面状光源装置。
在基板2的第一主面2a上，分别配置第1至第4的四个水平点光源3(3a～3d)。其中，在显示装置100的安装状态下，基板2的第一主面2a配置在显示区域面侧(液晶面板配置侧)。此外，各个水平点光源3(3a～3d)所射出的光的方向是朝向与各个显示区域面大致平行的方向(也就是说，与x-y平面大致平行的方向)，并且朝向各个不同的方向。图1中，从各个水平点光源3(3a～3d)射出的光的方向中，水平点光源3b、3d朝向±x方向，水平点光源3a、3c朝向±y方向，并且各个朝向大致相反的方向。
如图1所示的水平点光源3分别配置在显示区域的大致中央部处。对于分别从第1至第4水平点光源3a～3d射出的光来说，以从第1水平点光源3a射出的光为基准，从其它水平点光源3射出的光分别是朝向相对于该作为基准光的方向(0°的时候)从平面上看大致垂直的方向(90°和270°)，以及相对于该作为基准光的方向从平面上看大致相反的方向(180°)。
此外，作为水平点光源3可以采用具有指向性的光源(比如发光二极管等)。在水平点光源3具有指向性的情况下，如图3所示，在光的方向是朝向x-y平面方向的时候，该水平点光源3的配置位置(图3中，“0”点)处的光强度最强，在x-y方向上前进的光具有强度峰值。
除了与x-y平面平行方向的光之外，对于其它相对于该x-y平面具有一定角度的方向而言，虽然强度较弱，但也射出了光。而且，这些光随着向±z方向的前进，光强度不断衰减。
而且，对于具有指向性的水平点光源3来说，希望其在x-y平面中光分布具有广度。通过使用具有这种光分布的光源，由于入射至导光体4的光在x-y平面中具有广度，使得从导光体4的光出射面4b射出的光在整个光出射面4b上是均匀的。
此外，在使用不具有指向性的光源的情况下，即使来自该光源的光是向各个方向扩散射出的，但通过配置光源使得具有最强强度的光朝向与x-y平面大致平行的方向，能够使得光在x-y平面上扩散。
如图1所示，在成为导光体4的显示区域的区域内即中央部附近，形成了凹处4a。此外，该凹处4a形成在与导光体4的光出射面4b相对的面即背面4c侧的主面上。
而且，也可以在导光体4上形成z方向贯通的孔来替代该凹处4a。另外，在液晶显示装置100的组装状态下，配置在基板2上的各个水平点光源3被容纳(配置)于凹处(或者孔)4a内。此外，在从平面上看的导光体4中，凹处(或者孔)4a设置在显示区域的大致中央部。
因此，如图1所示，在组装状态下，各个水平点光源3配置在作为显示区域的区域的大致中央处。
此外，如图2所示，导光体4的背面4c侧上形成有可以让光扩散的光扩散部7。光扩散部7是通过直接印刷在导光体4上或者以成形等方式制成的图案所形成的。利用形成在导光体4上的光扩散部7，能够使来自导光体4的光出射面4b的光扩散，然后射出，由此能够提高液晶显示面板6的亮度的均匀性。而且，该光扩散部7也可以不形成在背面4c侧，而是形成在光出射面4b侧上(未图示)，还可以同时设在背面4c和光出射面4b两者之上。此外，在图1和图2中，在与导光体4的光出射面4b相对的位置上还配置有，与上述导光体4不同的其它部件形成的光扩散部件5。光扩散部件5是盘状、片状或者板状的部件，其具有使入射的光扩散的功能。通过形成如此的结构，能够将从水平点光源3出射且由导光体4出射的光，进一步扩散，由此能够得到均匀的辉度。
从图1知，在液晶显示装置100的组装状态下，在壳体1和液晶面板6之间容纳有光扩散部件5、导光体4、以及配置有水平点光源3的基板2。
如上所述，在本实施例的面状光源装置(或者液晶显示装置100)中，在导光体4上形成有凹处(或者孔)4a。而且，在该凹处(或者孔)4a内配置有上述水平点光源3。并且，其还具备能够将从该水平点光源3出射的光进行扩散的光扩散部件5。
图4示出了在本实施例的面状光源装置中的光的光路图。图4中，从配置于导光体4的凹处4a中的水平点光源3射出的光，从入射面入射，该入射面由与水平点光源3相对的导光体4的凹处4a所形成。朝向形成在导光体4的背面4c侧上的光扩散部7侧方向的光，经由光扩散部件5向各个方向散射，并从导光体4的光出射面4b射出(L1)。此外，朝向导光体4的光出射面4b方向的光，在光出射面4b上全反射，传播至导光体4内，并经由光扩散部件5向各个方向散射，并从导光体4的光出射面4b射出(L2)。所以，从水平点光源3射出的光亮度不会在局部区域集中，而是能够充分传播至导光体4内的各个角落，然后经由光扩散部件5向各个方向散射。
这里，本实施例中水平点光源3射出的是具有指向性的光，其在相对于导光体4的光出射面4b大致平行的方向上光强度较强。所以，从水平点光源3射出的光在接近于与导光体4的光出射面4b大致平行的方向上光强度最强。为此，从水平点光源3射出，入射至导光体4的光中能够减少以下情况的光量，即，从光源射出之后从导光体4的光出射面4b射出的光(在导光体4内充分传播之前就射出的光)以及未入射至导光体4的光。所以，能够提高光利用效率，实现亮度的均匀性。
根据如上说明，本实施例中，由于在导光体4上形成的凹处4a中配置了在x-y平面上具有指向性的水平点光源3，所以能够解决如下问题，即，解决了在水平点光源3的光出射方向为与导光体4的光出射面4b大致垂直的方向时，在点光源正上方部分的辉度与其它周边部分相比过高的问题，由此能够在显示区域的整个范围内，保持亮度的均匀性。
此外，水平点光源3配置在形成于导光体4上的凹处(或者孔)4a的内部，而且，该水平点光源3配置在显示区域内。因此，还能够实现面状光源装置的小型化(包括薄型化)。
而且，在本实施例的面状光源装置(或者液晶显示装置100)中，各个水平点光源3朝向从平面上看的各个不同的方向。因此，能够使光在导光体4内充分传播。
配置在基板2上的水平点光源3的数量不限于4个，只有是1个或者是2个以上就可以。而且，在水平点光源3的数量至少为2个以上的情况下，从各个水平点光源3射出的光的方向朝向相对于各个显示区域面大致平行的方向(也就是，与x-y平面大致平行的方向)。而且，在该情况下，从各个水平点光源3射出的光，优选朝向各个不同的方向。另外，也可以让几个水平点光源3朝相同方向射出光。
而且，在图1中，配置了多个水平点光源3的基板2只有一个。因此，形成在导光体4上的凹处(也可以是孔)4a的数量也同样只有一个。可是，当该基板2有多个的时候，形成在导光体4上的凹处(也可以是孔)4a的数量也应当与该基板2的数量相同，形成多个。这里，在1个凹处4a内对应配置于1个基板2上进行配置(在该1个基板2上，配置多个水平点光源3)。此外，在导光体4中形成多个凹处(或者孔)4a时，各个凹处(或者孔)4a形成在作为导光体4的显示区域的区域内。此外，即使在1个基板2中配置多个水平点光源3的情况下，也可以设置多个凹处(或者孔)4a并配置水平点光源3。此时，由于是通过存在于各个水平点光源3之间的导光体4进行光传播，所以能够在光出射面4b中获得更为均匀的辉度。
而且，对于上述导光体4的材料来说，适用具有良好光学特性、且加工性(成形性)优良的透明树脂。比如，可以采用PMMA或者聚碳酸酯等来作为导光体4。
另外，对于形成在导光体4上的凹处(或者孔)4a的形状而言，由于其是用于使导光体4的光出射面4b上得到所要求的辉度分布，所以可以根据水平点光源3的个数、配置情况等任意决定。
比如，如图1所示，从平面上看该凹处(或者孔)4a的形状可以是圆形，相对地也可以是椭圆形。或者如图5所示，从平面上看该凹处(或者孔)4a的形状可以是准正方形。还可以如图6所示那样，水平点光源3的数量为多个，而从平面上看该凹处(或者孔)4a的形状也可以是长方形。
这里，如图6所示，至少有几个水平点光源3分别朝不同方向射出光，且配置在长边方向上的水平点光源3向大致相同的方向射出光。而且，在如图6所示的情况下，还这样配置水平点光源3f：以从配置在短边方向上的水平点光源3e射出的光为基准，从其它水平点光源射出的光相对于水平点光源3e的光的方向从平面上看，成朝向大致垂直的方向以及大致相反的方向。
此外，如图7所示，面对水平点光源3的部分的凹处(或者孔)4a的侧面部还可以具有凹凸的形状。这样，从水平点光源3射出的光被该侧面部散射，能够使得出射光被传播至导光体4的各个角落(也就是说，能够进一步增加显示部中亮度的均匀性)。
此外，如图8，9所示，面对水平点光源3的部分的凹处(或者孔)4a的侧面部还可以具有透镜形状。
这样，在相对于导光体4的光出射面4b水平的平面内，比如如图8所示那样，在采用了透镜形状以使得入射的光扩散射出的情况下(也就是说，利用了透镜的扩散效果的情况下)，能够使得出射光被传播至导光体4的各个角落(也就是说，能够进一步增加显示部中亮度的均匀性)。
另一方面，比如如图9所示，在采用了透镜形状以使得入射光在相对于导光体4的光出射面4b水平的方向上集中射出的情况下(也就是说，在利用了透镜的聚光效果的情况下)，其能使在刚射出后不久，消除从光出射面射出的光，能够使得从水平点光源3射出的光的所有光量均传播至导光体4的各个角落(也就是说，能够进一步增加显示部中亮度的均匀性)。
而且，在导光体4上形成的不是孔4a而是凹处4a的情况下，还可以在该凹处4a上部的该导光体4上形成由规定图案形状构成的光扩散部7。
而且，为了在显示面内实现所希望的辉度分布，还可以在该作为单独部件的光扩散部7中附加辉度调整功能。
而且，通过采用层次印刷或者表面粗糙度调节的制造方法，或者采用精密的几何学形状等结构，能够使得形成在导光体4表面上由预定图案形状构成的光扩散部7以及与导光体4作为不同部件设置的光扩散部7具备光扩散功能和辉度调节功能。
实施例2
本实施例的面状光源装置(或者液晶显示装置100)还具备垂直点光源。也就是说，如图10所示，在基板2上除了按照实施例1所说明的多个水平点光源3之外，还配置一个向大致垂直的方向射出光的光源15。而且，除了配置向大致垂直方向射出光的光源15之外，其它的作用和技术效果均与实施例1相同。
这里，图10中一并采用的坐标系与图1相同。因此，显示区域面方向(液晶面板6相对于该基板2配置的方向)为+z方向，与显示区域面平行的平面为x-y平面。此外，在本实施例中，组装状态下如图10所示的基板2配置于形成在导光体4的大致中央部的凹处(或者孔)4a内。因此，在组装状态下，该基板2位于作为显示区域的区域的大致中央部。
从向大致垂直方向射出光的光源15射出的光的方向是朝向与显示区域面(x-y平面)大致垂直的方向的。而且，配置在基板2上且向大致垂直方向射出光的光源15的数量不限于一个。比如，还可根据形成在导光体4上的凹处(或者孔)4a的形状、水平点光源3的配置等情况，改变向大致垂直方向射出光的光源15的数量，其数量为2个以上也可以。
本实施例2中，通过配置向大致垂直方向射出光的光源15，能够防止形成在导光板4上的凹处4a中心附近的辉度降低。作为光源15，若能获得辅助光量则没有特别的限定，通过配置指向性弱的光源，也能够在显示面内得到均匀的亮度。
如上所述，本实施例的面状光源装置(或者液晶显示装置)中，由于除了水平点光源3之外还配备了向大致垂直方向射出光的光源15，如图1等所示，即使在形成于导光体4上的凹处4a的中心附近，也能够确保必需的光量。所以，在显示面内能够进一步提供均匀的亮度。
尤其是，如图11所示，在增加了水平点光源3的配置数量，且凹处(或者孔)4a的从平面上看面积增大的情况下，当配置多个向大致垂直方向射出光的光源15时，本实施例更为有效。
并且，上述各个实施例的面状点光源装置主要是在个人电脑用监视器或者液晶显示装置、FA(工厂自动化)装置等的电子仪器的显示部中，作为背光装置使用。
另外，如图12所示，在导光体4上形成的凹处或者孔可以不是1个，也可以多个。比如，如图12所示，形成4个圆形的凹处(或者孔)4a，在各个凹处(或者孔)4a中配置水平点光源3。此外，如图13所示，还可以形成多个具有短边和长边的矩形形状的凹处(或者孔)4a。而且，如图14，15所示，也可以形成多个具备短边和长边的凹处(或者孔)4a，并且具有贯通导光体4的侧面(除了光出射面4b以及背面4c之外)的形状也可以。此外，也可以同时具备图14、15两者的形状。凹处(或者孔)4a的形状和数量可以进行适当变更。而且，凹处(或者孔)4a从平面上看，通过适当配置水平点光源使得其各自向不同方向射出光，能够保持显示区域整体的亮度均匀性，同时还能够提供一种高辉度的面状光源装置。

Claims (11)

1.一种面状光源装置，其特征在于，具备：
在作为显示区域的区域内具有凹处或者孔的导光体；以及
在相对于上述导光体的光出射面大致平行的方向上射出具有指向性的光的水平点光源，
其中，在一个上述凹处内或者一个上述孔内配置多个上述水平点光源。
2.如权利要求1所述的面状光源装置，其特征在于，
上述水平点光源在上述大致平行的方向上射出具有出射光的强度峰值的光。
3.如权利要求2所述的面状光源装置，其特征在于，
上述水平点光源的至少几个分别向不同方向射出光。
4.如权利要求3所述的面状光源装置，其特征在于，
上述凹处或者孔设置在上述显示区域的大致中央部，
上述水平点光源至少包括第一至第四水平点光源，
从上述第一至第四水平点光源的每一个射出的光的方向是，以从一个上述水平点光源射出的光为基准，相对于该作为基准的光的方向从平面观察，成大致垂直的2个方向和大致相反的方向。
5.如权利要求1所述的面状光源装置，其特征在于，
还具备：在相对于上述导光体的上述光出射面大致垂直的方向上射出光的光源。
6.如权利要求1所述的面状光源装置，其特征在于，
还具备：可将从上述光出射面射出的光作为扩散光而导出的光扩散部，
通过加工上述导光体的上述光出射面和/或与上述光出射面相对的背面，来设置上述光扩散部。
7.如权利要求1所述的面状光源装置，其特征在于，
还具备：使用与上述导光体不同的部件来形成，并使从上述光出射面射出的光进行扩散的光扩散部件。
8.如权利要求1所述的面状光源装置，其特征在于，
上述导光体是PMMA或者聚碳酸酯。
9.如权利要求1所述的面状光源装置，其特征在于，
面对上述水平点光源的部分的上述凹处的侧面部或者上述孔的侧面部具有凹凸形状。
10.如权利要求1所述的面状光源装置，其特征在于，
面对上述水平点光源的部分的上述凹处的侧面部或者上述孔的侧面部具有透镜形状。
11.一种液晶显示装置，其特征在于，具备：
面状光源装置，具有在作为显示区域的区域内具有凹处或者孔的导光体；以及在相对于上述导光体的光出射面大致平行的方向上射出具有指向性的光的水平点光源，并且，在一个上述凹处内或者一个上述孔内配置多个上述水平点光源；
作为显示部的液晶面板；以及
支撑上述面状光源装置和上述液晶面板的壳体。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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