CN101339332A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示装置。该液晶显示装置具有液晶板和配置于该液晶板的背面的照明装置。照明装置具有导光板和在该导光板的至少一个侧面上的至少一个点光源。导光板在与上述液晶板相对的面上,具有多个沿与上述一个侧面正交的方向延伸的上表面圆弧截面凸起,在上述一个侧面的至少与配置了上述点光源的位置相对的部位,具有多个沿上述导光板的厚度方向延伸的光入射面圆弧截面凸起。当点光源和点光源之间的1/2间隔,比配置于最外侧的点光源和上述导光板的角部的距离小时,在上述导光板的上表面,在从上述配置于最外侧的点光源朝向上述角部的区域的附近,形成有平坦部。该液晶显示装置实现了均匀的亮度。

Description

液晶显示装置
本发明是申请号为200510124400.4、申请日为2005年11月29日、发明名称为“液晶显示装置”的发明专利申请的分案。
技术领域
本发明涉及液晶显示装置,特别涉及具备将发光二极管元件等固体发光元件配置在导光板的侧面的背面照明装置(back light:背光源)作为液晶显示板的照明光源的液晶显示装置。
背景技术
在便携式电话、便携式信息终端等小型便携式终端设备中,作为其显示装置,较多采用省电且小型轻便的液晶显示装置。在液晶显示装置中,有将外光作为用于使形成在液晶显示板上的电子潜像可视化的照明手段来使用的,还有在液晶显示板的背面或者前面设置辅助照明装置(以下简称为“照明装置”)的。一般地,按惯例将设置于液晶显示板的背面的照明装置称为背光源,将设置于液晶显示板的前面的照明装置称为前光源。
作为便携式电话等小型信息终端的背光源,虽然也有象显示画面尺寸比较大的笔记本电脑等那样,采用具有将冷阴极荧光灯配置于侧壁(侧边、光入射面)的导光板的背光源的,但优选使用1个或多个以低耗电的发光二极管元件为代表的固体发光元件来取代上述冷阴极荧光灯。
在将多个发光二极管元件作为光源,将该发光二极管元件发出的光入射至导光板的侧面(光入射面),从导光板的上表面作为面光源射出的形式的背光源中,导光板内的发光二极管元件的前方、和发光二极管元件与发光二极管元件之间,亮度差较大。尤其是在导光板的上表面(发光二极管元件与液晶显示板之间)配置了具有向下棱镜(prism)沟槽的棱镜片(prism sheet)的背光源中,该倾向较显著。为了减小使用多个发光二极管元件时发光二极管元件间的亮度差,人们进行了各种各样的研究,但还未能完全应对。
关于这种背光源,在US Patent Pub No.2004/0120139A1(专利文献1)、USPN.6921178B2(专利文献2)、Japanese Patent Laid-OpenNo.227956/2004(专利文献3)等中,提出了通过设置在导光板上的沟槽的形状来消除亮度不均的尝试。
发明内容
上述各专利文献所公开的发明,试图通过形成在导光板上的沟槽形状,来应对由作为光源的发光二极管元件入射光后导光板的射出光的亮度不均,但都只停留在论述普通的沟槽形状,而没有对沟槽的相互关系加以考虑。
本发明的目的在于,提供一种在导光板的光入射面上配置了发光二极管元件的背光源的射出面,实现了均匀的亮度的液晶显示装置。
本发明是在研究通过形成于导光板上的各种形状的沟槽、突起进行应对的过程中,发现形成于导光板的上表面或者下表面、以及配置有光源的侧面的沟槽,相对于导光板的上表面的亮度,相互之间有一定关系,本发明就是根据该结果而设计的,尤其是针对导光板的射出面(在图1中为上表面)和光入射面的沟槽的形状的关系而设计的。
本发明的代表性的结构如下所述。
根据本发明的第一方案,本发明提供一种液晶显示装置,具有液晶板和配置于该液晶板的背面的照明装置,其特征在于:上述照明装置,具有导光板和在该导光板的至少一个侧面上的至少一个点光源;上述导光板,在与上述液晶板相对的面上,具有多个沿与上述一个侧面正交的方向上表面圆弧截面凸起,在上述一个侧面的至少与配置了上述点光源的位置相对的部位,具有多个沿上述导光板的厚度方向延伸的光入射面圆弧截面凸起;当上述点光源与点光源之间的1/2间隔,比配置于最外侧的点光源与上述导光板的角部的距离小时,在上述导光板的下表面的,从上述配置于最外侧的点光源朝向上述角部的区域的附近,形成有平坦部。
显然,在第一方案的结构中,也能够将上表面圆弧截面凸起的接触角Oa与光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea的关系,设定为:
1.5×Oa-50.5(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-42.5(°);
或者
1.5×Oa-54.5(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-38.5(°)。
如上述这样,在使用了在液晶显示板的背面间隔向下棱镜的导光板的背光源中,可以通过调整导光板的上表面(或者下表面)的圆弧截面形状、光入射面的沟槽的圆弧截面形状、以及导光板的下表面(或者上表面)的三角形截面形状的沟槽的高度,能够使导光板的光入射面内部的LED前方和LED间的亮度达到平衡,减轻在光入射部附近发生的亮度不均。其理由在于,可以从3个方面如以下这样发挥作用。
即,随着导光板的上表面(或者下表面)的与光入射面正交的圆弧截面形状部(光入射面圆弧截面凸起)的接触角增大(圆弧截面形状对光入射面上升角度大、或者圆弧截面形状部的高度高),LED前方的亮度增加,LED之间的亮度减少。
此外,LED前方的亮度,随着设置于光入射面的光入射面圆弧截面凸起的圆弧截面形状的接触角增大、或者沟槽的高度增高而减少。反之,LED间的亮度,随着设置于光入射面的光入射面圆弧截面凸起的圆弧截面形状的接触角增大、或者沟槽的高度增高而增加。
进而,LED前方的亮度,随着导光板的下表面(或者上表面)的与光入射面平行的下表面三角截面沟槽的沟槽高度的增高而增加。
在制作在液晶显示板的背面采用使用了向下棱镜和导光板的背光源的液晶显示装置的过程中,已确认与以往的采用使用了与散射片相互正交的2块向上棱镜的背光源的液晶显示装置相比,正面方向的亮度提高1.4倍以上。
而且,为了谋求通过降低部件材料费和减少组装工数来降低产品成本,考虑不使用散射片,但在采用了2块向上棱镜的以往结构中,存在在导光板的光入射面附近发生亮度不均,显示品质下降的问题。与此不同,根据本发明的结构,能够减轻导光板的光入射面附近发生的亮度不均,可以用低成本获得高显示品质的液晶显示装置。
显然本发明并不限于上述结构和在后述实施例中说明的结构,在不脱离本发明的技术思想的范围内,可以进行各种各样的变更。
根据本发明的结构,能够减轻在导光板的光入射面附近发生的亮度不均,可以获得高显示品质的液晶显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的液晶显示装置的整体结构的展开斜视图。
图2A、2B是示意地表示构成图1所示的液晶显示装置的背光源周围的结构的2个例子的斜视图。
图3是示意地说明在图1和图2A、2B所示的导光板的导光板下表面和光入射面所实施的形状的斜视图。
图4是示意地说明在导光板的上表面所实施的形状的斜视图。
图5是表示用图3的平面A切断后的导光板的局部剖面的图。
图6是说明导光板所具有的上表面圆弧截面凸起和光入射面圆弧截面凸起的示意图。
图7A、7B是用图6的平面B切断后的上表面圆弧截面凸起的剖面图,和用图6的平面C切断后的光入射面圆弧截面凸起的剖面图。
图8是说明在导光板下表面仅有与光入射面平行的方向的三角形截面沟槽时,从导光板GLB向棱镜片PZS发出光的情况的说明图。
图9是表示配置在图8的结构中的导光板的光出射面上的棱镜片上的亮度分布的图。
图10是说明在导光板的下表面的光入射面上形成下表面三角形截面沟槽,在导光板的上表面形成上表面圆弧截面凸起时,从导光板GLB向液晶显示板发出光的情况的说明图。
图11是说明采用图10的结构时的导光板的光出射面的亮度的说明图。
图12A、12B是说明形成于导光板GLB上的圆弧截面凸起的说明图。
图13A、13B是说明形成于导光板上表面的上表面圆弧截面凸起的接触角,与到达发光二极管元件LED间的光量的关系的图。
图14是针对光入射面圆弧截面凸起的接触角,对导光板内部的光线角度特性进行光学模拟的图。
图15A、15B是用坐标图表示在将上表面圆弧截面凸起的接触角Oa和光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea作为参数时,从图11所示的入射端起的6mm的y-y′线间的亮度曲线的图。
图16是说明在形成于导光板上的圆弧截面凸起为上表面圆弧截面凸起时,使发光二极管元件的前方和发光二极管元件之间的亮度达到平衡的接触角Oa与接触角Ea的关系的图。
图17是说明在形成于导光板上的圆弧截面凸起为下表面圆弧截面凸起时,使发光二极管元件的前方与发光二极管元件之间的亮度达到平衡的接触角Oa与接触角Ea的关系的图。
图18是用坐标图表示当在导光板的下表面设置圆弧截面的沟槽、且Oa=45°时,按实际的测量值观察图15A、15B所示的坐标图的亮度分布的图。
图19是用坐标图表示当在导光板的下表面设置圆弧截面的沟槽、且Oa=55°时,按实际的测量值观察图15A、15B所示的坐标图的亮度分布的图。
图20是表示相对于与导光板的光入射面的距离(相对值)的沟槽高度(相对值)的图。
图21是说明在导光板的下表面设置圆弧截面凸起(下表面圆弧截面凸起),在该沟槽之间设置了平坦部的实施例2的说明图。
图22是用坐标图表示当与导光板的光入射面正交的圆弧截面凸起位于导光板的上表面,在导光板下表面的沟槽(下表面三角截面沟槽间)设置15%左右的平坦部时,导光板上表面的圆弧形状的接触角Oa与光入射面的沟槽的接触角Ea的关系的图。
图23是用坐标图表示当与导光板的光入射面正交的圆弧截面凸起位于导光板的下表面,在导光板上表面的沟槽(上表面三角截面沟槽间)设置15%左右的平坦部时,导光板下表面的圆弧形状的接触角Oa与光入射面的沟槽的接触角Ea的关系的图。
图24是导光板的下表面的与光入射面平行的方向上的沟槽的局部剖面图。
图25A、25B是说明导光板表面的细微的圆弧截面形状的圆弧接触角的定义的图。
图26是表示沿着光入射面配置了4个LED等点光源的结构的图。
图27是表示将最外边的LED与角部之间的导光板上表面的沟槽消除一部分,形成平坦部的结构的图。
图28A、28B是说明基于导光板的光出射面上的圆弧截面凸起的形状的光的到达状态的图。
图29是详细说明实施例4的结构的图。
图30A、30B说明关于光入射面的沟槽的其他实施例的图。
图31是说明算术平均粗糙度的图。
具体实施方式
以下,参照实施例的附图,对本发明的实施方式进行详细说明。
(实施例1)
图1是表示本发明的液晶显示装置的整体结构的展开斜视图。在图1中,液晶显示板PNL通过2块玻璃基板夹持液晶层而构成,其中,在上述2块玻璃基板的一方或者双方的主面(内面)的任一方上形成了用于选择像素的电极、滤色器(color filter)等图像形成要素。在该2块玻璃基板的一方的基板上,配置有驱动电路芯片(IC芯片)DRV,控制用于在液晶显示板PNL上进行显示的驱动。
液晶显示板PNL,被通常由金属框构成的上框SHD、和通常为树脂成型的模制件MLD从上下方向夹在当中。在模制件MLD的下侧(背面),设置有背光源,其中,该背光源由棱镜片PZS、导光板GLB、配置于导光板GLB的侧面构成光源的至少1个(此处为4个)发光二极管元件LED、以及设置于导光板GLB的下侧的反射片RFS构成。另外,也可以取代该反射片而在导光板GLB的下侧通过蒸镀等直接配置银等的反射膜。
另外,通过挠性印刷电路(flexible print circuit)FPC从未图示的外部电路(信息处理装置)向驱动电路DRV提供显示数据、时序信号、电源等。而且,发光二极管元件LED被装载在光源用挠性印刷电路FPC-L上,靠近或者贴着导光板GLB的光入射面地设置。
棱镜片PZS为在下表面具有棱镜沟槽PZG的向下棱镜片。在导光板GLB的上表面,形成有多个上表面圆弧截面凸起CDL,在该导光板GLB的下表面形成有在与上表面圆弧截面凸起CDL正交的方向上延伸的多个下表面三角形沟槽BTL。进而,在导光板GLB的光入射面上,形成有光入射面圆弧截面凸起ACD,与发光二极管元件LED相对。
图2A、2B是示意地表示构成图1所示的液晶显示装置的背光源周围的结构的2个例子的斜视图。在图2A、2B中,仅表示导光板GLB、棱镜片(向下棱镜片)PZS、配置于导光板GLB的至少一个侧面(光入射面)的至少一个发光二极管元件LED、以及配置于导光板GLB的下侧(与配置液晶显示板PNL侧相反的一侧)的反射片RFS,其中,上述棱镜片(向下棱镜片)PZS配置在导光板GLB的液晶显示板PNL侧,且棱镜(棱镜沟槽PZG)的顶角朝向导光板GLB侧。而且,棱镜片PZS的棱镜沟槽PZG的方向被配置成与设置有发光二极管元件LED的光入射面平行的方向。以下,将从导光板GLB来看的棱镜片PZS侧定义为上表面,将反射片RFS侧定义为下表面进行说明。
在图2A的结构中,遍及导光板GLB的光入射面的整个面地形成有以导光板GLB的厚度方向为长轴的多个光入射面圆弧截面凸起ACD。通过至少在发光二极管元件LED的配置区域设置该光入射面圆弧截面凸起ACD,能够获得本发明的效果。因此,也可以如图2B所示那样,仅在与发光二极管元件LED相对的光入射面的区域设置。另外,每1个发光二极管元件的光入射面圆弧截面凸起ACD的数量并无特殊限定。而且,光入射面圆弧截面凸起ACD和上表面圆弧截面凸起CDL的大小、配置没有特别的限制。
图3是示意地说明在图1和图2A、2B所示的导光板的下表面和光入射面上所实施的形状的斜视图。图4是示意地说明在导光板的上表面所实施的形状的斜视图。另外,在图3中,仅以端部的圆弧截面表示上表面圆弧截面凸起CDL。如图3所示,在导光板GLB的下表面,在与光入射面平行的方向上形成有多个下表面三角截面沟槽BTL。而且,在导光板GLB的上表面,如图4所示,在与光入射面正交的方向上形成有多个上表面圆弧截面凸起CDL。在实施例1中,分别在导光板GLB的上表面形成上表面圆弧截面凸起CDL、在下表面形成下表面三角截面沟槽BTL,但也可以在上表面和下表面交换形成这些沟槽。
图5是表示用图3的平面A切断后的导光板GLB的局部剖面的图。如图5所示,形成于导光板GLB的下表面的下表面三角形截面沟槽BTL,与配置了发光二极管元件LED的光入射面平行地形成。通过控制下表面三角形截面沟槽BTL的顶角Ra和底角Rb,可以将来自发光二极管元件LED的光高效率地提供到液晶显示板PNL侧。在使用具有向下棱镜沟槽的棱镜片PZS时,通过将底角Rb设定在大约4~10度的范围内,能够将穿过棱镜后的亮度峰值带给液晶显示板PNL的正面。
接着,使用图6、图7A、图7B,对导光板GLB的上表面和光入射面的沟槽形状进行说明。图6是说明导光板上具有的上表面圆弧截面凸起和光入射面圆弧截面凸起的示意图。图7A是用图6的平面B切断后的上表面圆弧截面凸起CDL的剖面图,图7B是用图6的平面C切断后的光入射面圆弧截面凸起ACD的剖面图。如图7A和图7B所示,在导光板GLB的上表面具有的上表面圆弧截面凸起CDL、在光入射面上具有的圆弧截面凸起ACD的截面,都是沿着长轴的方向切断了圆柱(或者椭圆圆柱)的圆弧形状。虽然在图7A、7B中,图示为圆弧形状的沟槽与邻接的沟槽连续地形成的样子,但也可以在与邻接沟槽之间设置若干平坦部。
在上述专利文献等所记载的以往技术中,虽然记载了在导光板上设置这样的圆弧形状沟槽,但没有进行具体的研究,自然也没有对这些沟槽之间的相互关系进行研究。在本发明的实施例中,找出这些形成于导光板上的圆弧形状沟槽的相互关系,可以构成效率更高并且没有亮度不均的背光源,进行高品质的显示。
接着,对在导光板下表面具有与光入射面平行的方向的三角形截面的沟槽的情况进行考察。图8是说明在导光板下表面仅有与光入射面平行的方向的三角形截面沟槽时,从导光板GLB向棱镜片PZS射出光的情况的说明图。图9是表示向下棱镜片PZS上的亮度分布的图,其中,该向下棱镜片PZS配置在图8结构中的导光板的光出射面上。此处,如图2A、2B所示,4个LED配置在导光板GLB的光入射面上,而且,导光板的除下表面以外的5个面全都是没有沟槽等的平坦面。
在这种情况下,从发光二极管元件LED向导光板GLB入射的光,通过形成于导光板GLB的下表面的三角截面沟槽BTL的作用,从导光板GLB的上表面射出。
如图8所示,在发光二极管元件LED前方,从发光二极管元件LED向导光板GLB入射的光,是与配置于导光板GLB的上方的棱镜片PZS的沟槽方向正交的方向(Lo1)的光,因此,入射到导光板GLB的光,通过形成于导光板GLB的下表面的三角截面沟槽BTL的作用,从导光板GLB的上表面,朝与向下棱镜片PZS的沟槽方向正交的方向射出。
但是,在发光二极管元件LED之间,从发光二极管元件LED朝导光板GLB,以相对于向下棱镜片PZS的沟槽的方向成斜方向地射入光(Lo2),虽然该入射光也因形成于导光板GLB的下表面的三角截面沟槽BTL的作用,从导光板GLB的上表面射出,但由于该出射光与向下棱镜片PZS的沟槽方向不正交,因此不会通过棱镜片PZS向液晶显示板PNL的正面方向射出。即,来自导光板GLB的出射光中,仅与棱镜片PZS的沟槽的方向正交的光,能通过棱镜片PZS向液晶显示板PNL的正面方向射出,因此,在本例的情况下,棱镜片PZS的上表面的亮度分布成为如图9所示那样。
如图9所示,虽然在与配置了4个LED的位置垂直的方向的导光板的上方的棱镜片PZS上,有较亮的亮度B,但在与没有配置发光二极管元件LED的位置垂直的位置的导光板GLB的上方的棱镜片PZS上,亮度变暗。
消除这样的亮线B的方法有多种,有在导光板GLB的与形成有三角形截面沟槽的面相对的面上形成截面为圆弧状的沟槽的方法。
图10是说明在导光板的上表面形成上表面圆弧截面凸起时,从导光板GLB朝棱镜片PZS的射出光的情况的说明图。与导光板GLB的光入射面正交的上表面圆弧截面凸起CDL的沟槽,如图10所示,具有在发光二极管元件LED间的光透过后射出(或者,在导光板GLB的内部反射)时,使入射光朝向与棱镜片PZS的棱镜沟槽PZG方向正交的方向的作用。
由此,即便在导光板GLB的发光二极管元件LED之间,也能使之成为与棱镜片PZS的棱镜沟槽PZG正交的成分的入射光,使与棱镜片PZS的沟槽方向垂直的成分的光,向液晶显示板PNL的正面方向射出。由此,即使是在将发光二极管元件LED这样的点光源配置在导光板GLB的侧面的情况下,在离开光入射面的区域,亮度也变得均匀,不会形成亮线。
图11是说明采用图10的结构时的导光板的光出射面上的亮度的说明图。在图10的结构中,在从配置有发光二极管元件LED的导光板GLB的光入射面离开的区域中,能够得到均匀的亮度区域BHZ。但是,在临近导光板GLB的光入射面的位置,存在亮度暗的区域DKZ,降低了显示品质。在图11中,表示在短边为50mm的导光板GLB的光入射面,等间隔地配置有4个发光二极管元件LED的情况。此时,除去两端的光入射面以y-y′线表示的亮度暗区域为大约6mm。为了消除该亮度暗区域DKZ,虽然也考虑过使光入射面的截面形成圆弧状的形状的方法,但仅凭使截面形成圆弧状,仍无法减少该亮度暗区域的存在。
在本发明的实施例中,着眼于导光板的下表面和光入射面的圆弧形状,发现只需使这些圆弧的接触角的关系成为某种特定的关系,就能减少亮度暗区域。以下,对此进行详细的说明。
图12A、12B是说明形成于导光板GLB上的圆弧截面凸起的说明图。图12A表示与图7A同样的形成于导光板上表面的上表面圆弧截面凸起CDL的截面形状,图12B表示与图7B同样的形成于导光板光入射面上的光入射面圆弧截面凸起ACD的截面形状。在图12A中,上表面圆弧截面凸起CDL的Op表示上表面圆弧截面凸起CDL的山与山之间的间隔(间距),Oa表示接触角。在图12B中,光入射面圆弧截面凸起ACD的Ep表示该光入射面圆弧截面凸起ACD的山与山之间的间隔(间距),Ea表示接触角。另外,对于该接触角(圆弧接触角)将于后文论述。
此外,图13A、13B是说明形成于导光板上表面的上表面圆弧截面凸起的接触角与到达发光二极管元件LED间的光量的关系的图。图13A表示接触角Oa小的情况,图13B表示接触角Oa大的情况。
然后,图14是针对光入射面圆弧截面凸起的接触角,对导光板内部的光线角度特性进行光学模拟的图。图14的上侧的图,是执行该光学模拟的配置图;下侧是通过光学模拟得到的光线角度特性图。该光线角度特性的光学模拟,是在没有光入射面圆弧截面凸起时,针对接触角Ea为23°、35°、40°、45°,分别计算针对导光板内部的扩散角度θ的相对光度。
在本实施例中,对这些圆弧截面形状中、图12A所示的光出射面沟槽的圆弧形状的接触角Oa,与图13A、13B所示的光入射面沟槽的接触角Ea的关系进行了研究。在图13A中,表示对于接触角Oa小的情况,沟槽面的反射少,到达发光二极管元件LED间的光量变大。另一方面,在图13B中,表示在接触角Oa大的情况下,沟槽面的反射大,到达发光二极管元件LED间的光量变少。如此,图12A所示的导光板上表面具有的上表面圆弧截面凸起CDL的沟槽的接触角Oa,如图13A、13B所示那样,随着角度变大,从发光二极管元件LED扩散的光线由沟槽反射的量增加,到达发光二极管元件LED间的光量减少。因此,接触角Oa越大,发光二极管元件LED间的亮度就越减少。
此外,图12B所示的导光板光入射面具有的光入射面圆弧截面凸起ACD的沟槽的接触角Ea,如图14所示那样,随着接触角Ea的角度变大,从发光二极管元件LED扩散的光量增大。因此,接触角Ea越大,发光二极管元件LED间的亮度就越增加。另外,在图14中,坐标图的横轴为导光板内部的扩散角度θ,纵轴表示相对光度。
图15A、15B是用坐标图表示在将接触角Oa和Ea作为参数时,从图11所示的入射端起,6mm的y-y′线间的亮度曲线的图,是在导光板上具有上表面圆弧截面凸起的情况。在图15A、15B中,表示了由于接触角Oa和接触角Ea,发光二极管元件LED前方和发光二极管元件LED之间的亮度的关系发生了变化的情况。在图15A、15B中,纵轴表示亮度。
在图15A所示的导光板具有的上表面圆弧截面凸起CDL的圆弧的接触角Oa=45°时,光入射面具有的光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea为36.5°左右,发光二极管元件LED前方和发光二极管元件LED之间的亮度值变得相等。在图15B所示的导光板上表面的圆弧的接触角Oa=55°时,入射沟槽的接触角Ea为51.5°左右,发光二极管元件LED前方和发光二极管元件LED之间的亮度值变得相等。
图16是说明在形成于导光板上的圆弧截面凸起为上表面圆弧截面凸起时,使发光二极管元件的前方和发光二极管元件之间的亮度达到平衡的接触角Oa与接触角Ea的关系的图。图16的坐标图的横轴为导光板下表面的沟槽的接触角Oa(°),纵轴为导光板的光入射面沟槽的接触角Ea(°)。此外,坐标图的实线,表示针对某个接触角Oa的适当的接触角Ea的中心值,可以通过
Ea(°)=-31.0+1.5×Oa(°)......式(1)来表示。
而且,该中心值的上下的虚线表示接触角Ea的适当范围,上侧的虚线表示:
Ea(°)=-31.0+1.5×Oa+4(°)......式(2),下侧的虚线表示:
Ea(°)=-31.0+1.5×Oa-4(°)......式(3)。
在本发明中,通过目视观测了取得亮度平衡的范围,确定了该适当范围。即
-31.0+1.5×Oa-4(°)≤Ea(°)≤-31.0+1.5×Oa+4(°)
                                            ...式(4)
总之,确认了通过设定在
1.5×Oa-35(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-27(°)......式(5)的范围内,就能够成为取得了亮度平衡的显示装置。
另外,还通过目视确认了,将Ea和Oa设定为式(1)±8°的上下的范围内,在亮度平衡这一点上,也具有某种程度的效果。
另外,此时的上表面圆弧截面凸起的接触角Oa与光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea的关系,变成
1.5×Oa-39(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-23(°)......式(6)。
另外,虽然如图25A那样设计圆弧截面的沟槽,但实物如图25B那样,由于实际的加工精度,圆弧的连接部变得平缓,因此根据其实际的加工情况,有时适当的Ea也会发生变动。
图17是说明在形成于导光板上的圆弧截面凸起为下表面圆弧截面凸起时,使发光二极管元件的前方和发光二极管元件之间的亮度达到平衡的接触角Oa与接触角Ea的关系的图。与图16一样,坐标图的实线表示针对某个接触角Oa的适当的接触角Ea的中心值,可以通过
Ea(°)=-46.5+1.5×Oa(°)......式(7)表示。
而且,该中心值的上下的虚线表示接触角Ea的适当范围,上侧的虚线表示:
Ea(°)=-46.5+1.5×Oa(°)+4(°)......式(8),下侧的虚线表示:
Ea(°)=-46.5+1.5×Oa(°)-4(°)......式(9)。
在本发明中,也通过目视观测了取得亮度平衡的范围,确定了该适当范围。即
-46.5+1.5×Oa(°)-4(°)≤Ea(°)≤-46.5+1.5×Oa(°)+4(°)
                                            ......式(10)。
总之,确认了通过设定在
1.5×Oa-50.5(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-42.5(°)......式(11)的范围内,就能够成为取得了亮度平衡的显示装置。
另外,还通过目视确认了,将Ea和Oa设定为式(7)±8°的上下的范围内,在亮度平衡这一点上,也具有某种程度的效果。
另外,此时的上表面圆弧截面凸起的接触角Oa与光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea的关系,为
1.5×Oa-54.5(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-38.5(°)......式(12)。
此处,同与光入射面正交的圆弧截面的沟槽位于上表面的情况相比,圆弧截面的沟槽位于下表面时,针对相同Oa的适当的Ea的值变小,其理由在以下论述。当与光入射面正交的圆弧截面的沟槽位于上表面时,光线穿过圆弧而射出,在LED前方消耗了光,与此不同,当圆弧截面的沟槽位于下表面时,穿过圆弧的光线被反射片(图1的RFS)反射而重新返回导光板内,因此更多的光到达LED间。所以,当圆弧截面凸起形成在下表面时,可以通过比较小的Ea的值提升LED间的亮度,因此,与圆弧截面凸起形成于上表面的情况相比,Ea的值变小。
图18是用坐标图表示当在导光板的下表面设置圆弧截面的沟槽、Oa=45°时,观察图15A、15B所示的坐标图的实际测量值后的亮度分布的图。在图18中,横轴表示Oa=45°时的y-y′截面坐标(mm),纵轴表示亮度(cd/m2)。从图18可知,在式(1)的上下4(°)的范围内的Ea=21.0和Ea=23.0的情况下,取得了亮度平衡。进而可以说,表示了在式(1)的上下2(°)的范围内时,取得最佳亮度平衡。
接着,图19是用坐标图表示当在导光板的下侧设置圆弧截面的沟槽、Oa=55°时,观察图15A、15B所示的坐标图的实际测量值后的亮度分布的图。从图19也可以得知,在式(7)的上下4(°)的范围内的Ea=35.0和Ea=40.0的情况下,取得了亮度平衡。在图18和图19中,横轴为y-y′截面坐标(mm),纵轴为亮度(cd/m2)。
对以上所论述的通过设置于导光板的下表面、上表面、光入射面的圆弧截面凸起,调整亮度分布的步骤进行总结,如以下这样。
(步骤1)
将形成于导光板上表面的圆弧形状的沟槽(上表面圆弧截面凸起)的接触角度Oa固定为40°~70°范围内的某个值。Oa的范围没必要特别限定,但考虑到以下情况:在Oa不足40°时,如图10所示那样,使从发光二极管扩散的光与棱镜的格正交的效果不充分;另一方面,在Oa超过70°时,图13B所示的沟槽的反射过大,即便将形成于光入射面上的圆弧形状的沟槽的接触角Ea设定为最大值=90°,到达发光二极管间的光量也不足,因此作为实际能够使用的范围,该范围是适当的。
(步骤2)
图20对形成于导光板的下侧的沟槽进行了描述,记载了从LED离开越远,沟槽的高度设定得越高。
如此,如图20所示那样,调整纵轴所示的沟槽的高度的相对值的分布(图5的Rd),确定背光源整体的亮度分布。图20的横轴,表示与光入射面的距离的相对值。但是,也可以不用沟槽的高度分布(图5的Rd),而代之以该沟槽的间距(图5的Rp)来进行调整。另外,图20表示针对与导光板的光入射面的距离(相对值)的沟槽的高度(相对值)。该测量位置表示在图20的上部。
(步骤3)
通过式(1),确定亮度不均变得最小的光入射沟槽的接触角度Ea。
另外,如果将导光板上表面的沟槽(上表面圆弧截面凸起)和下表面的沟槽(下表面圆弧截面凸起)在上下面交换,则特性会发生一些变化。将其利害得失总结为表1。
表1
  项目   圆弧截面凸起位于上表面   圆弧截面凸起位于下表面
  亮度   与位于下表面的情况相比,减少5%   ——
  反射片与导光板的贴紧不均   无   有(但在为白色反射片时无)
在表1中,在导光板的下表面形成与光入射面正交的圆弧截面凸起时,比在导光板的上表面形成圆弧截面凸起时亮度高5%左右,但由于与反射片的接触面积大,因此产生由于紧贴的亮度不均。然而,产生亮度不均是蒸镀银等镜面的反射片的情况,如果反射片为白色片,则紧贴会得到缓解,从而不产生该亮度不均。
作为优选的规格,将与导光板的光入射面正交的圆弧形状的沟槽设定为形成于导光板的上表面的上表面圆弧截面凸起,其接触角度Oa设定为约50°。将与该导光板的光入射面平行的三角形形状的沟槽设定为形成于导光板的下表面的下表面三角形沟槽,将三角截面沟槽的间距固定为0.143,调整高度分布。考虑将设置于导光板的光入射面的光入射面圆弧截面凸起的接触角设定为Ea=44°附近。
(实施例2)
图21是说明在导光板的下表面设置圆弧截面凸起(下表面圆弧截面凸起),在该沟槽之间设置了平坦部的实施例2的说明图。除设置于导光板的下表面圆弧截面凸起的接触角Oa以外,还有有调整发光二极管元件LED前方和发光二极管元件LED之间的亮度平衡的参数。其中之一为图21所示的沟槽间的平坦部。设置于导光板的下表面的圆弧形状(下表面圆弧截面凸起)通常为连续的,但当在该沟槽间设置平坦部时,到达发光二极管元件LED之间的光量增加,发光二极管元件LED之间的导光板的面上的亮度增加。但是,如果该平坦部过大则会呈现相反的效果,因此,优选例如在将圆弧间的距离设定为Op,平坦部的长度设定为L时,在L/Op×100为5~25%的范围内调整。
图22是用坐标图表示当与导光板的光入射面正交的圆弧截面凸起位于导光板的上表面,在导光板下表面的沟槽(下表面三角截面沟槽间)设置15%左右的平坦部时,导光板上表面的圆弧形状的接触角Oa与光入射面的沟槽的接触角Ea的关系的图。图23是用坐标图表示当与导光板的光入射面正交的圆弧截面凸起位于导光板的下表面,在导光板上表面的沟槽(上表面三角截面沟槽间)设置15%左右的平坦部时,导光板下表面的圆弧形状的接触角Oa与光入射面的沟槽的接触角Ea的关系的图。
在图22和图23中,如果接触角Ea较大,则在从LED扩散的方向上能观察到亮线,但如果使用本方法,接触角Ea只需较小即可,可以缓解该亮线。
此时,在与导光板的光入射面正交的圆弧截面的沟槽位于导光板的上表面时的Oa与Ea的适当关系,可以如下这样设定。
即,中心线为
Ea(°)=-46.0+1.5×Oa(°)......式(13),上侧的虚线表示:
Ea(°)=-46.0+1.5×Oa(°)+4(°)......式(14),下侧的虚线表示:
Ea(°)=-46.0+1.5×Oa(°)-4(°)......式(15)。
在本发明中,也通过目视观测了取得亮度平衡的范围,确定了该适当范围。即
-46.0+1.5×Oa(°)-4(°)≤Ea(°)≤-46.0+1.5×Oa(°)+4(°)
                                            ......式(16)。
总之,确认了通过设定在
1.5×Oa(°)-50.0(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa(°)-42.0(°)
                                        ......式(17)的范围内,就能够成为取得了亮度平衡的显示装置。
另外,还通过目视确认了,将Ea和Oa设定为式(13)±8°的上下的范围内,在亮度平衡这一点上,也具有某种程度的效果。
另外,此时的上表面圆弧截面凸起的接触角Oa与光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea的关系,为
1.5×Oa-54.0(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-38.0(°)......式(18)。
此外,在与导光板的光入射面正交的圆弧截面的沟槽位于导光板的下表面时的Oa与Ea的适当关系,可以如下这样设定。
即,中心线为
Ea(°)=-61.5+1.5×Oa(°)......式(19),上侧的虚线表示:
Ea(°)=-61.5+1.5×Oa(°)+4(°)......式(20),下侧的虚线表示:
Ea(°)=-61.5+1.5×Oa(°)-4(°)......式(21)。
在本发明中,也通过目视观测了取得亮度平衡的范围,确定了该适当范围。即
-61.5+1.5×Oa(°)-4(°)≤Ea(°)≤-61.5+1.5×Oa(°)+4(°)
                                            ......式(22)。
总之,确认了通过设定在
1.5×Oa(°)-65.5(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa(°)-57.5(°)
                                            ......式(23)
的范围内,就能够成为取得了亮度平衡的显示装置。
另外,还通过目视确认了,将Ea和Oa设定为式(18)±8°的上下的范围内,在亮度平衡这一点上,也具有某种程度的效果。
另外,此时的上表面圆弧截面凸起的接触角Oa与光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea的关系,为
1.5×Oa-69.5(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-53.5(°)......式(24)。
(实施例3)
本发明,对于以往的将相互正交的2块向上棱镜设置在导光板与液晶显示板之间的背光源,在应对亮度不均上也有效果。作为其优点,有:
(1)虽然正面亮度为向下棱镜方式的60~70%左右,但视场角特性广阔(向下棱镜的与棱镜正交的方向的视场角特性为半值宽度±10°,2块向上棱镜的视场角特性为半值宽度+20°)。
(2)而且,与以往技术相比,由于改善了亮度不均因而可以取消散射片,能够降低这一部分的成本,而且正面的亮度也可以提高5~10%左右。
其结构如下,与前面论述的向下棱镜的情况大致相同。即,
(1)在光入射面上设置截面为圆弧状(圆弧状)的沟槽(接触角Ea);
(2)在导光板的上表面,沿与光入射面正交的方向设置截面为圆弧状(圆弧状)的沟槽(接触角Oa)。在为向下棱镜的情况下,无论在下表面、上表面的哪一方形成沟槽都可以,但在为向上棱镜时,通过实验得知在上表面形成沟槽时,比在下表面形成沟槽时正面亮度要高。
(3)在导光板的下表面,沿与光入射面平行的方向设置沟槽。其截面可以如图24那样形成三角形形状,其倾斜角度Rb在20~30°的范围内设定。
(实施例4)
通过以上论述的方法,能够将LED前的亮度和LED之间的亮度调整为均匀。然而,在将从外侧的LED到角部的距离A2,取为比图26所示的LED间的距离的半值A1大时,发生角部变暗的问题。
图26表示配置LED等光源的附近的非显示区域AN、显示区域AD、以及沿着光入射面配置了4个LED等点光源的结构。而且,是表示虽然这4个LED各自以等间隔配置,但该LED间的间隔的1/2值A1,比从最靠外的LED到角部的距离A2小的情况的图。如果象这样进行配置,则会发生角部AC的暗区域增加这样的问题。
对于该问题,借助于调整图16所示的光入射面的圆弧截面凸起的接触角Ea、导光板上表面的圆弧截面凸起的接触角Oa来进行改善是不够的。因此,在实施例4中,如图27所示那样,将最靠外的LED与角部AC之间的导光板上表面的沟槽清除掉一部分而形成平坦部ND。通过这样构成,能够谋求提高角部暗区域的亮度。以下通过图28A、28B说明其理由。
图28A表示导光板的光出射面的圆弧截面凸起,形成到光入射面侧为止的结构。在这样的结构中,从LED射出的光,由于圆弧截面的沟槽构成障碍,而无法充分到达角部。
另一方面,图28B表示实施例4的结构,表示在LED的配置位置与角部之间的区域,设置没有圆弧截面凸起的平坦部的结构。通过如图28B那样形成平坦部,能够使LED射出的光,在没有圆弧截面凸起形成障碍的情况下,充分到达角部。
图29详细地表示实施例4的结构。如果没有圆弧截面凸起的区域离显示区域过近,或者没有沟槽的区域过大,其影子可能影响到显示区域。因此,优选在显示区域与没有沟槽的区域之间设置3~4mm的余量,并且将大小设定在所需要的最低限度。
(实施例5)
接着,说明关于光入射面的沟槽的其他实施例。光入射面的沟槽,除了图16、17所示那样的圆弧截面凸起之外,还考虑了基于图30A所示那样的研磨加工、图30B所示那样的放电加工的粗糙面加工的方法。
图30A表示在导光板的光入射面的厚度方向通过研磨加工等形成条状的粗糙面的图。该粗糙面的状态,优选将图30A的A-A截面的算术平均的粗糙度,加工成Ra=0.2-1.0μm的程度。
图30B表示在导光板的光入射面上通过放电加工等形成放电凹痕(crater)状的粗糙面的图。在这样的结构的情况下,优选将图30B的A-A截面的算术平均的粗糙度,加工成Ra=1.0-4.0μm的程度。另外,在图30A、30B中,箭头代表导光板的厚度方向。
另外,虽然说明了在导光板的上表面形成圆弧截面凸起的情况,但在导光板下表面形成圆弧截面凸起,并在导光板的上表面形成三角沟槽的结构,也能取得同样的效果。
(关于算术平均粗糙度的定义)
算术平均粗糙度Ra,如图31所示,是通过从粗糙度曲线y=f(x)在其平均线方向抽取基准长L,在该抽取部分的方向上取X轴,以y=f(x)表示粗糙度曲线时的下式定义的。
Ra=1/L∫0 L|f(x)|dx
                    ......(式5)
(关于圆弧接触角α的定义)
图25A、25B是说明导光板表面的细微的圆弧截面形状的圆弧接触角的定义的图。在图25A、25B中,在2个圆弧相接的点,将各自圆弧的切线与水平线所成的角度定义为圆弧接触角α。如图25A记载的那样,所需要的圆弧的接触角α的定义式为
接触角α=90-tan-1(a/b)。
在图25A中,d为圆弧半径,p为圆弧间隔,h为圆弧高度,α为接触角,其关系为α=90-tan-1(a/b)、a=d-h、b=p/2。
此外,在图25B中,L=2L/2,通过三角公式,以d=(K×K+L×L)/2K来算出圆弧半径d。
(关于导光板的圆弧沟槽形状的接触角α测量方法定义)
在塑料树脂成型的导光板中,即使射出成型金属模具为上述形状的圆弧,也无法复制成型相同的形状,因此通过以下的测量法定义接触角。用于形状测量的仪器,采用可以测量细微形状的接触式或者非接触式的形状测量器。导光板表面的圆弧半径d,根据用表面形状测量器测得的形状数据,通过以下的测量计测。
由于树脂成型后的导光板表面的圆弧交点不形成锐角,所以作图画出保持圆弧的曲率不变而延长的虚拟线,确定交点m。对于圆弧虚拟延长线的交点m与圆弧顶部之间的高度h,假设在该高度h的60%位置,即从圆弧顶部构成K=0.6的水平线,将连接与导光板表面圆弧形状的交点的水平距离设为2L。根据由上述水平距离2L和圆弧半径d构成的三角形,成为
d=(K2+L2)/2K。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置,具有液晶板和配置于该液晶板的背面的照明装置,其特征在于:
上述照明装置具有导光板和在该导光板的至少一个侧面上的至少一个点光源,
上述导光板在与上述液晶板相对的面上具有多个沿与上述一个侧面正交的方向延伸的上表面圆弧截面凸起,且在上述一个侧面的至少与配置了上述点光源的位置相对的部位具有多个沿上述导光板的厚度方向延伸的光入射面圆弧截面凸起,
当上述点光源和点光源之间的1/2间隔比配置于最外侧的点光源和上述导光板的角部的距离小时,在上述导光板的上表面上,在从上述配置于最外侧的点光源朝向上述角部的区域的附近形成有平坦部。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置,其特征在于:
上述上表面圆弧截面凸起的接触角Oa与上述光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea的关系为:
1.5×Oa-35(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-27(°)。
3.根据权利要求1所述的液晶显示装置,其特征在于:
上述上表面圆弧截面凸起的接触角Oa与上述光入射面圆弧截面凸起的接触角Ea的关系为:
1.5×Oa-39(°)≤Ea(°)≤1.5×Oa-23(°)。
4.根据权利要求1所述的液晶显示装置,其特征在于:
在上述液晶板与上述照明装置之间配置有棱镜片,该棱镜片在其面向上述导光板的一侧并排设置有多个棱镜沟槽,该棱镜沟槽沿与上述导光板的上表面圆弧截面凸起的延伸方向正交的方向延伸。
5.根据权利要求1所述的液晶显示装置,其特征在于:
在上述导光板的与形成了上述上表面圆弧截面凸起的面相反侧的面上,形成有多个沿与上述上表面圆弧截面凸起的延伸方向正交的方向延伸的下表面三角截面沟槽。
6.根据权利要求5所述的液晶显示装置,其特征在于:
在上述导光板的下表面三角截面沟槽的下侧,配置有反射膜或反射片。
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