CN1239949C - 面发光装置以及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种面发光装置(10)，具备导光板(12)、沿着上述导光板(12)的一侧端面(12a)设置的导光体(13)以及设置在该导光体(13)的端部上的光源(15、15)，与上述导光板(13)的侧端面(12a)相对的上述导光体的侧面成为用于把上述光源(15)的光向导光板(12)照射的射出面(13a)，与上述射出面(13a)相反的侧面成为为了反射在内部传播的光而以一定的间距周期性形成凹状槽(16)的反射面(13b)，上述槽(16)的深度相当于上述导光体(13)的中央部槽的深度，构成上述槽(16)的2个斜面所构成的角度大于105度而小于115度。这种发光装置不会产生白化现象，光源的利用效率高且射出光的均匀性优异。

Description

面发光装置以及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及面发光装置以及液晶显示装置，特别是涉及使射出光量均匀分布的面发光装置的结构。
背景技术
以往，在把周围光作为光源而进行显示的反射型液晶显示装置中，因为其亮度是被周围光的光量所控制，所以在暗处等周围光不够充足的环境下使用时，出现显示视认性显著下降的问题。因此，已有人提出了在反射型液晶显示单元的前面设置前灯(面发光装置)，并将其作为补助光源而使用的液晶显示装置。具备上述前灯的液晶显示装置，在白天屋外等周围光源十分充足的环境下，作为通常的反射型液晶显示装置而工作，根据需要，点亮上述前灯作为光源。在图7和图8中表示出上述前灯的结构。
图7中所示的前灯110具备通过注射成形透明丙烯酸树脂等而制得的平板状导光板112和在上述导光板112的侧端面112a设置的(在图2中为2个)多个光源111。图示上述导光板112的下面成为放射出照射液晶显示单元的光的射出面，在上述射出面的相反面(导光板112的上面)成为，用于改变传播导光板112内部的光的方向并从侧面看楔状的凸部114相互平行且连续形成的棱形状棱面112c。光源111是白色LED(LightEmitting Diode；发光二极管)或有机EL(Electro Luminescence；电发光)元件等的点光源，并被设置得向导光板112的侧端面112a方向放射光。
具有上述结构的前灯110，把从光源111射出的光通过导光板112的侧端面112a导向内部，在棱形面112c反射在内部传播的光，改变其传播方向，使从导光板112的射出面(下面)射出光。并且，通过上述射出的光，照亮设置在前灯110后侧的液晶显示单元。
但是，因为上述前灯110具有在导光板112的侧端面112a上设有点光源111的结构，所以被导向导光板112内部的光的强度不均匀，其结果，从射出面射出的光的均一形也差。所以为了提高上述射出光的均一性，使用了如图8所示的前灯120等在导光板12和光源115之间设置条导光体113的结构。
如图8所示，上述前灯120的结构是：沿着导光板112的一侧端面设置棒状的条导光体113，在该条导光体113的长度方向的两端部上分别设置由发光元件的LED等构成的光源115，115。另外，在条导光体113的外侧面(与导光板112相反的侧面)113a形成未图示的棱形，用来反射在条导光体113内部传播的光，而能够使其改变传播方向。
因此，在如图8所示的前灯120中，从光源115射出的光，通过条导光体113的两端面，引向导光体113的内部，并通过在导光体113的外侧面113a上形成的棱形面，改变其传播方向，从导光板112的侧端面导向导光板112内。
如上所述，前灯120通过具备条导光体113，从导光板112和条导光体113的整个连接面向导光板112内导入光，从而改善了从导光板112的射出面上射出的光的均一性。
上述结构的前灯120，虽然射出光的分布较均匀，但还是存在照亮液晶显示单元的亮度不足的问题。并且还出现导入到导光板112内的光，从导光板112的表面(上面)直接到达观察者，使导光板112的表面看起来发白的现象(白化现象)，由此存在视认性下降的问题。
另外，近年来伴随高精细化、高对比度液晶显示装置的显示质量的提高，对从前灯射出的光的均一性要求也更高，希望能够开发出亮度更加均一的前灯。
发明内容
本发明的目的在于提供不会产生白化现象，光源的利用效率高且射出光的均匀性优异的面发光装置。
另外，本发明的另一目的在于提供具备具有上述优异特性、并且视认性优异的面发光装置的液晶显示装置。
为了达到上述上述目的，本发明采用以下的结构。
本发明的面发光装置是，具备导光板、沿着上述导光板的一侧端面设置的导光体以及设置在该导光体的端部上的光源，与上述导光板的侧端面相对的上述导光体的侧面成为用于把上述光源的光向导光板照射的射出面，与上述射出面相反的侧面成为为了反射在内部传播的光而以一定的间距周期地形成具有相向斜面的凹状槽的反射面，上述槽的深度相当于上述导光体的中央部槽的深度，构成上述槽的2个斜面所构成的角度大于105度而小于115度。
本发明的面发光装置的结构是，把从设置在导光体两端部的光源射出的光，通过在导光体的具有凹状槽的一侧面进行反射而从导光板的侧端面向导光板内导入。并且，通过在导光板内反射传播导光板内的光而改变其传播方向，从导光板的主面射出。
具有以上结构的本发明的面发光装置中，为了提高从导光体向导光板的侧端面照射的光的均一性，通过把影响从导光体射出的光的均一性的上述凹状槽的形状设定成上述形状，而有效地把从导光体射出的光供给导光板，并且提高从导光体射出的光的均一性，由此提高从导光板的主面射出的光量和光的均一性。
在本发明的面发光装置中，上述凹状槽的深度与导光体的中央部附近的槽的深度相当。通过这样的构成，能够使从导光体长度方向射出的光量分布均匀。
上述槽的间距，理想的是0.01mm以上且0.5mm以下。构成凹状槽的2个斜面构成的角度，理想的是105度以上且115度以下。通过这样的范围，能够增大向导光板方向射出的光量，并且进一步提高光源的利用效率，实现亮度高的面发光装置。如果上述角度小于105度，则从导光体射出的光的均一性下降，但如果超过115度，则面发光装置的亮度将下降。
在本发明的面发光装置中，理想的是上述槽的谷部的角度，大于108度，且小于112度。通过这样的结构，能够进一步增加向导光板方向射出的光量，从而提高面发光装置的亮度。
在本发明的面发光装置中，上述凹状槽的谷部深度可以按指数函数或二次函数关系向导光体的中央部递增。通过根据上述关系形成槽的深度，可以进一步使从导光体长度方向射出的光量分布均匀。
在本发明的面发光装置中，可以至少在上述导光体的反射面上形成由金属薄膜构成的反射层。通过这样的结构，能够防止从形成凹状槽的侧面漏光，从而提高光源的光利用效率，实现高亮度的面发光装置。上述反射层能够在导光体的、与导光板的侧端面相对的侧面之外的任意侧面上形成。
在本发明中，上述反射层的厚度，理想的是大于30nm而小于200nm，反射层厚度大于50nm而小于150nm将更为理想。如果反射层的厚度小于30nm，则光透过反射层漏出，而降低面发光装置的亮度，如果超过200nm，则反射层的成模时间长，所以降低生产率。大于50nm而小于150nm则能够容易形成具有良好光反射性的反射层，从而能够容易制造高亮度的面发光装置。
在本发明的面发光装置中，上述导光体的射出面和反射面之间的距离在大于2.5mm而小于3.5mm的范围是理想的。通过把上述导光体的射出面和反射面之间的距离设置在上述范围之内，防止从导光体导入的光从导光板的主面漏出从而能够提高面发光装置的亮度。
在本发明的面发光装置中，理想的是把上述光源的发光部中心设置在上述导光体厚度方向的近似中心。通过这样的结构，能够提高从导光体射出的光的均一性，即使使用面积大的导光板的情况下，也不会影响射出光量的均一性。
本发明的液晶显示装置，其特征在于在液晶显示单元的前面设置在上述所述的任意的面发光装置。如果具有这样的结构，则能够通过上述面发光装置，均匀且高亮度地照射液晶显示单元，所以能够提供具有优异视认性的液晶显示装置。
附图说明
图1为本发明实施方式1的前灯的部分立体图。
图2为图1中所示的条发光体的部分俯视图。
图3为把图3中所示的区域A扩大表示的部分俯视图。
图4为表示在图1、2所示的条发光体中形成的槽的深度和槽与光源距离之间的关系的曲线。
图5是表示具备图1所示的本实施方式前灯的液晶显示装置一例的立体图。
图6是图5所示的液晶显示装置的6-6线方向的模式截面图。
图7是表示以往的前灯的一个结构例的立体图。
图8是表示以往的前灯的另一结构例的立体图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明实施方式之1的前灯(面发光装置)的部分立体图。
图中所示的前灯10是由由透明树脂材料构成的平板状的导光板12、设置在该导光板12的侧端面12a侧的侧端部(长方形状导光板12的短边侧的一端部)上的棒状条导光体(导光体)13以及设置在条导光体13的长度方向两端部上的发光元件(光源)15，15构成。
导光板12是透明的平板状部件，它把与条导光体13相向的侧端面12a作为入光面，导光板12的上面是与侧端面12a近似平行、从侧面看是楔子型的凸部14条状相互平行而形成的反射面12c。所述导光板12构成把从侧端面12a导向内部的光，用反射面12c反射，改变其传播方向，并从与反射面12c相反的面(图中为下面)射出的结构。
另外，导光板12可以通过把透明的丙烯酸树脂等树脂材料注射成形为平板状的方法而制得。构成导光板12的材料除了可以使用丙烯酸树脂以外，还可以使用聚碳酸酯树脂、环氧树脂等透明树脂材料或玻璃等。作为具体的例子没有特别的限定，作为合适的可以例举aton(商品名：JSR社制)或zeonoa(商品名：日本zeon社制)等。
如图1所示，条导光体13是由丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂等构成的四角柱状透明部件，在该条导光体13的长度方向两端部设置由LED(白色LED)构成的发光元件15，15。如图1所示，上述导光体13的侧面中，与导光板12相反的那一侧面成为多个(图中为7个)楔状槽16形成条状的反射面13b，槽16的方向与发光元件15被设置的端面平行。另外，条导光体13通过在构成上述槽16的面，反射从发光元件15，15射出并导向内部的光，从而把光的传播方向改向导光板12侧，向导光板12的侧端面12a照射光。从条导光体13向导光板12导入的光，传播导光板12的内部，并在反射面12c所形成的构成凹部14的面上进行反射，改变其传播方向，并从导光板12的射出面(图示的下面)射出。
在本实施例的前灯10中，发光元件15是由LED构成的，但发光元件15并不限于此，只要是能够安装在条导光体13两端部的就可以使用，例如可以使用EL元件等发光元件。另外，理想的是把该发光元件15设置在条导光体13的端面上，使发光元件15的发光区域的中心位于条导光体13的厚度方向上的近似中心上。通过这样的设置，能够减少向条导光体13的反射面13b以外的侧面入射的光量，提高从条导光体13射出的光的均一性。
参照图2和图3详细说明作为本发明特点的条导光体13的结构。图2是图1中所示的条导光体13的部分俯视图，图3是扩大表示图2中所示的区域A的部分俯视图。
在本实施例的条导光体13的侧面形成有图2和图3所示的多个楔状槽16，该槽16是由相对于条导光体13的射出面13a，倾斜而置的2个斜面部16a、16b构成，上述斜面部16a和16b构成的角度α大于105度而小于115度。这是因为当角度α小于105度时，从条导光体13射出的光量的均一性降低，如果角度α大于115度，则亮度下降的缘故。另外，上述角度α大于108度而小于112度，将更为理想。如果在上述范围之内，则能够进一步增加向导光板12方向射出的光量，并进一步提高前灯110的亮度。
在本实施例的条导光体13的反射面13b形成有由Al或Ag等高反射率的金属薄膜构成的反射层19。通过形成上述反射层19，能够防止从反射面13b漏光的问题，同时提高在槽16的斜面部16a，16b的光反射率，增加向导光板12射出的光亮。上述反射层19的厚度大于30nm而小于200nm是理想的，更为理想的是上述反射层的厚度大于50nm而小于150nm。如果反射层的厚度小于30nm，则光透过反射层漏出而降低面发光装置的亮度，如果超过200nm，则反射层的成模时间长，所以降低生产率。如果大于50nm而小于150nm，则能够容易形成具有良好光反射性的反射层，从而能够容易制造高亮度的面发光装置。
在本实施例的面发光装置10中，于反射面13b形成的槽16的斜面部16a，16b构成的角度在上述范围之内，如图3所示，把槽深D也设定在一定的尺寸内。参照图4详细说明上述槽16的深度。图4是表示在导光体13的反射面13b上形成的槽16的深度D和发光元件15与每个槽16之间距离关系的曲线。在图4中表示的是从导光体13的中央至一侧发光元件15的槽16的深度，到另一发光元件15为止的距离和槽深D之间的关系是相对于导光体13的中央而言的。即从导光体13的中央至距离相等的2个槽16的深度D相同。
如图4所示，在本实施例的面发光装置10中，导光体13中央部附近的区域1和从该区域1的外侧至发光元件15为止的区域2，其槽16的深度D不同。即在导光体13的中央部侧的区域1，槽16的深度D具有一定的深度d2，在区域2中，离发光元件15最近的槽16的深度是d1，与导光体13中央附近的槽16的深度近似相等。在区域2中，从发光元件15至槽16的距离和槽16的深度D之间的关系满足二次函数或指数函数关系。即，某一个槽16的厚度D能够用从发光元件15的距离t表示成D＝at2+bt+d1(a、b为常数)或D＝cet+d1(c为常数)的关系式，上述关系式中的常数可以根据导光体13的长度等尺寸适宜选自最佳值。
更具体地，如果导光体13的厚度为40mm至80mm左右，则使图4中所示的槽深d1为20μm左右，d2为50μm左右，在区域2中，从发光元件15侧向导光体13的中央的槽深D可以从20μm依次按照二次函数或指数函数关系递增。
另外，从图3所示的导光体13的反射面13b到射出面13a的距离L，理想的是2.5mm以上且3.5mm以下。如果上述距离L小于2.5mm，则光源附近明亮，而亮度的均一性下降。如果超过3.5mm，则亮度下降。
如上述，本发明的前灯10是因为具有上述结构，所以能够大大提高从条导光体13导向导光板12的光的均一性。由此，能够提高从导光板12射出的光的均一性，且能够增加从导光板12射出的光量。因此，如果把本发明的前灯10例如设置在液晶显示单元的前面而使用，则能够均一、高亮度地照亮液晶显示单元。
(液晶显示装置)
下面说明具有上述实施例的前灯10的液晶显示装置。图5是表示具有图1所示的前灯10的液晶显示装置的一例的立体图。图6是沿图5所示的6-6方向的模式截面图。在这些图中所表示的液晶显示装置大致由本实施例的前灯10和在其背面设置的液晶显示单元20构成。
因为前灯10的结构与在图1中表示的前灯10相同，所以省略说明，如图6所示，导光板12的下面(液晶显示单元20侧)成为射出光源的射出面12b。与上述射出面12b相反的面(导光板12的上面)成为，为了在导光板12内部改变光的方向，而周期设置侧面呈楔状的凸部14而成的反射面12c，其中凸部14是由相对于射出面12b倾斜而置的第1斜面部14a和与其连接的第2斜面部14b构成。
如图6所示，液晶显示单元20具有把夹住液晶层23相对而置的第1基板21和第2基板22，用密封材料24接合，构成一体的结构，在第1基板21的液晶层23侧形成含有电极层或方向性涂层并用于驱动控制液晶层23的显示电路27，在第2基板22的液晶层23侧依次层叠用于反射入射到液晶显示单元20的光的反射膜25和用于驱动控制含有电极层或方向性涂层的液晶层23的显示电路26。另外，反射膜25的表面可以是凹凸状，用于扩散反射的光。
在上述结构的液晶显示装置中，从发光元件15射出的光首先被导入到导光体13的内部，在导光体13的反射面13b进行反射而改变其传播方向，从与导光板3的射出面相对而置的导光板12的侧端面导向导光板2内部。另外，在导光板12内部传播的光，在导光板的反射面12c的斜面部14a反射，而改变其传播方向，从导光板12的射出面12b射出照射液晶显示单元20的光。
接着，入射到液晶显示单元20内的光，透过第1基板21、显示电路27、液晶层23以及显示电路26到达反射膜25，然后被反射膜反射再次回到液晶层23侧。上述被反射的光，从液晶显示单元20的上面射出，透过导光板12，到达使用者。如上述，本发明的液晶显示装置因为使用前灯10作为反射型液晶显示单元20的光源，所以在外部光线不是十分充足的暗处也能够视认显示。并且，通过具备本发明的前灯10，能够在显示部的整个区域中得到均一的亮度，并且其亮度也与以往的液晶显示装置相比大大提高。
实施例
下而参照以下实施例，更详细地说明本发明，并由此更加清楚本发明地效果，但本发明并不限定在以下的实施例。
在本实施例中，以图1中所示的前灯10作为基本结构，制备条导光体13的反射面13b的结构改变成各种各样的前灯。在表1中表示出上述这些前灯的结构。在本实施例中制备的前灯中，作为发光元件15，使用白色LED，导光板12使用成形丙烯酸树脂而制得的50mm×40mm×0.7mm的平板。在条导光体13的反射面13b上形成的槽16的深度是，离发光元件15最近的槽的深度为20μm，而从条导光体13的中央部到槽的距离小于3mm的槽16的深度是50微米。从发光元件15侧的槽向条发光体13的中央部，槽16的深度是呈指数函数逐渐变大。
表1
反射面13b的形状 条发光体的深度(mm) 亮度特性(cd/m2)
槽前端角度(°) 槽的间距(mm) 平均亮度 标准偏差
样品1  100  0.16  3.0  6473  2320
样品2  102  0.16  3.0  6755  2073
样品3  105  0.16  3.0  7180  2205
样品4  108  0.16  3.0  7270  2199
样品5  110  0.16  3.0  7255  2149
样品6  112  0.16  3.0  7266  2180
样品7  115  0.16  3.0  7227  2248
样品8  117  0.16  3.0  6871  2137
样品9  120  0.16  3.0  6337  1995
样品10  110  0.16  2.5  7555  2720
样品11  110  0.16  3.5  6555  2149
比较样品1  110  0.16  2.0  6821  5695
比较样品2  110  0.16  4.0  3645  1414
然后启动在上述制得的前灯，测定导光板12的射出面(图示的下面)的射出光量及其分布。使用BM-5A(商品名：dopkon社制)进行测定。在表1中表示出测定结果。如在表1中所示，条导光体13的形状满足本发明条件的样品1至11的前灯，其亮度被大大改善，并且亮度分布也变小，是能够以高亮度均匀照射的前灯。相对与此，条导光体13的深度不满足本发明条件的比较样品1，2的前灯，其亮度的均匀性或平均亮度都不足。
如上述的详细说明，本发明的发光装置是，与导光板的侧端面相对的上述导光体的侧面成为用于把上述光源的光向导光板照射的射出面，与上述射出面相反侧的侧面成为为了反射在内部传播的光而以一定的间距周期性形成具有相向斜面的凹状槽的反射面，上述凹状槽的深度相当于上述导光体的中央部槽的深度，构成上述槽的2个斜面所构成的角度大于105度而小于115度，从而能够大大提高从导光体导入到导光板中的光的均一性，并由此提高从导光板射出的光的均一性并增加射出光量。
在本发明的面发光装置中，如果使构成上述凹状槽的两个斜面所构成的角度大于108度而小于112度，则能够进一步增加从导光体向导光板方向射出的光量，从而能够提供更高亮度的面发光装置。
在本发明的面发光装置中，如果使上述导光体的射出面和反射面的距离设定为大于2.5mm且小于3.5mm，则能够抑制从导光体向导光板导入的光从导光板的主面漏出，从而提高光的利用效率，得到高亮度且射出光亮均一的面发光装置。
本发明的液晶显示装置，通过把本发明的面发光装置设置在液晶显示单元的前面，成为高亮度且标志亮度均一性优异的液晶显示装置。

Claims (9)

1.一种面发光装置，具备导光板、沿着上述导光板的一侧端面设置的导光体以及设置在该导光体端部的光源，其特征在于：与上述导光板的侧端面相对的上述导光体的侧面成为用于把上述光源的光向导光板照射的射出面，与上述射出面相反的侧面成为反射面，该反射面为了反射在内部传播的光而以一定的间距周期地形成具有相向斜面的凹状槽，上述槽的深度相当于上述导光体的中央部槽的深度，构成上述槽的2个斜面在大于105度而小于115度的范围内以一定角度设定，且所述槽形成不同的深度，越是中央部的槽越深；
形成上述凹状槽的谷部深度使向导光体中央部以指数函数或二次函数的关系增加。
2.根据权利要求1所述的面发光装置，其特征在于，上述凹状槽的间距大于0.01mm且小于0.5mm。
3、根据权利要求1所述的面发光装置，其特征在于，构成上述凹状槽的2个斜面所构成的角度大于108度而小于112度。
4、根据权利要求1所述的面发光装置，其特征在于，至少在上述导光体的反射面上形成由金属薄膜构成的反射层。
5、根据权利要求4所述的面发光装置，其特征在于，上述反射层的膜厚大于30nm且小于200nm。
6、根据权利要求5所述的面发光装置，其特征在于，上述反射层的膜厚大于50nm且小于150nm。
7、根据权利要求1所述的面发光装置，其特征在于，上述导光体的射出面和反射面之间的距离大于2.5mm且小于3.5mm。
8、根据权利要求1所述的面发光装置，其特征在于，上述光源的发光部中心设置在上述导光体厚度方向的略中心部。
9、一种液晶显示装置，其特征在于，将权利要求1所述的面发光装置设置在液晶显示单元的前面。
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