CN1782821A - 面光源装置和包含该装置的液晶显示装置 - Google Patents

面光源装置和包含该装置的液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

一种面光源装置，包括一个光源(22)，一个具有入射表面(21a)的光导(21)，其中来自光源(22)的辐射光入射到所述入射表面(21a)上，一个第一主表面(21b)和一个第二主表面(21d)，它们彼此地相对，并且穿过入射表面(21a)进入的入射光由此发射，一个反射层(25)，设置于光导(21)的第二主表面(21d)侧上，一个散射层(26)，设置于光导(21)的第一主表面(21b)侧上，并且通过堆叠多个散射片(26A和26B)而构建，和一个透镜层(27)，设置于散射层(26)上。

Description

面光源装置和包含该装置的液晶显示装置
本发明主要涉及一种面光源装置和一种包含该面光源装置的液晶显示设备，特别涉及一种照亮液晶显示面板的面光源装置，和一种包含该面光源装置的液晶显示装置。
液晶显示装置已经于各种领域内被应用为显示装置，例如用于电脑和电视的OA设备的显示装置，其发挥了重量轻、厚度小、功耗低的优势。近年来，液晶显示装置也被用作诸如移动电话之类的移动终端的显示装置。这种液晶显示装置包括，例如，一个透射液晶显示面板和一个照亮液晶显示面板的背面的液晶背光设备。
对于具有这种结构的液晶显示装置来说，被显示于液晶显示装置上的图像的亮度，可以通过改善来自背光装置的辐射光的使用效率而得到增强。例如，有人提出一种背光系统和一个显示装置，其中一种具有棱柱的亮度增强薄膜(例如，3M有限公司生产的BEF)被应用于该显示装置上。(例如，可以参考韩国公开号为11-167809，PCT国家公开号为10-510371的日本专利申请)。
在上述的被应用了亮度增强薄膜的液晶显示设备中，处于到液晶显示面板的法线方向上的光线可以被增强。不过，处于不同于法线方向的视角方向上的光线不能被充分地增强。或者说，可以让高亮图像得以显示的视角的范围狭窄。
                            发明概要
本发明正是建立在对于上述问题的考虑上，本发明的目标是提供一种面光源装置，其可以实现作为光照的目标的液晶显示面板的广视角，以及一种包含该面光源装置的液晶显示装置。
根据本发明的第一方面，提供一种面光源装置，其包括：一个光源；一个光导，其具有一个入射面，来自光源的辐射光入射到其上，还具有一个第一主表面和第二主表面，它们彼此相对，穿过入射面进入的入射光在此被发射；一个反射层，其被设置于光导的第二主表面侧上，且具有高反射率；一个散射层，其被设置于光导的第一主表面侧上，通过堆叠很多具有光散射属性的散射片而构成；一个透镜层，其被设置于散射层上。
根据本发明的第二方面，提供一种液晶显示装置，其包括：一个液晶显示面板，其包括一个有效显示区，在该区内安置了很多显示像素；一个面光源装置，其照亮液晶显示面板，该面光源装置包括：一个光源；一个光导，其具有一个入射面，来自光源的辐射光入射到其上，还具有一个第一主表面和第二主表面，它们彼此相对，穿过入射面进入的入射光在此被发射；一个反射层，其被设置于光导的第二主表面侧上，且具有高反射率；一个散射层，其被设置于光导的第一主表面侧上，通过堆叠很多具有光散射属性的散射片而构成；一个透镜层，其被设置于散射层上。
本发明可以提供一种面光源装置，其可以实现作为光照目标的液晶显示面板的宽视角，以及一种包含该面光源装置的液晶显示装置。
本发明的其它目标和优点将在后续的描述中阐述，有些可以明显地由说明书得到，或者可以通过本发明的实践而掌握。本发明的这些目标和优点可以通过采用在下文中特别指出的手段与结合而得以实现和获得。
                            附图说明
这些被结合进本说明书中并构成其一部分的附图描述了本发明的实施例，并且和前文给出的概要描述，以及下文将给出的对实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1是一分解透视图，其根据本发明的一个实施例图示出一个液晶显示装置的结构。
图2是一分解透视图，其图示出一个被安装在图1中所示的液晶显示装置上的背光单元的结构。
图3是一横截面图，其图示出图1中所示的液晶显示装置的结构。
图4图示出一个应用于图2中所示的背光单元的透镜层的结构的例子。
图5示出涉及处于可应用于图1中所示的液晶显示装置上的背光单元的水平方向上的光照的视角分布的测量结果。
图6示出涉及处于可应用于图1中所示的液晶显示装置上的背光单元的法线方向上的光照的视角分布的测量结果。
图7A示出涉及处于可应用于图1中所示的液晶显示装置上的背光单元的法线方向上的光照的视角分布的测量结果。
图7B解释在一个背光单元中的散射片和透镜层中的光照峰值方向，在该背光单元中第二光学功能层由单个散射片组成。
图8A示出涉及处于一个背光单元的水平方向上的光照的视角分布的测量结果，在该背光单元中第二光学功能层由两个散射片组成。
图8B解释在多个背光单元中的散射片和透镜层中的光照峰值方向，在该背光单元中第二光学功能层由两个散射片组成。
图9A示出涉及处于一个背光单元的法线方向上的光照的视角分布的测量结果，在该背光单元中第二光学功能层由三个散射片组成。
图9B解释在多个背光单元中的散射片和透镜层中的光照峰值方向，在该背光单元中第二光学功能层由三个散射片组成。
图10示出用于解释一个散射片的模糊值的优化范围的测量结果的例子。
图11示出用于解释形成于一个棱镜外形的外延的方向和一个光源的主要辐射方向之间的角度的优化范围的测量结果的例子。
                          具体实施例
现在将参考附图，对根据本发明的一个实施例的一种面光源装置，以及一种包含该面光源装置的液晶显示装置进行描述。特别是给出关于一种选择性地让来自诸如背光单元的的面光源装置的背光通过，并显示出图像的一种透射液晶显示装置的描述。
如图1中所示，一个液晶显示装置1包括一个基本呈矩形的，平面的透射液晶显示面板2，和一个照亮液晶显示面板2的背光单元15。液晶显示面板2被设置为使得液晶层被夹在一反衬底之间。特别的，液晶显示面板2包括一个矩形的阵列衬底3，一个矩形的反衬底4，和一个液晶层5，其作为光学调制层，且被封在这些成对的衬底之间。阵列衬底3和反衬底4通过密封材料来键合。液晶显示面部2包括一个用于显示图像的有效显示区段6。
有效显示区段6由很多排列于一个矩阵中的显示像素PX组成。特别地，有效显示区段6包括在第一方向排列成行的显示像素PX的像素行PL，和在与第一方向垂直的第二方向排列成列的显示像素PX的像素列PC。
阵列衬底3包括很多扫描线Y(1，2，3，...，m)，很多信号线X(1，2，3，...，n)，与各自的显示像素PX相关联地排列的开关元件7，和连接到开关元件7的像素电极8。
每根扫描线Y沿着与显示像素PX的行方向平行的方向延伸，即第一方向。每根信号线X沿着与显示像素PX的列方向平行的方向延伸，即第二方向，从而与扫描线相交。开关元件7被设置于靠近扫描线Y和信号线X之间的交点处。
开关元件7是由，例如，一个薄膜晶体管(TFT)，所形成的，该薄膜晶体管包括一个由诸如非晶硅薄膜或者多晶硅薄膜所形成的半导体层。开关元件7有一个栅电极7G，其电性地与相关联的扫描线Y相连接(或者与扫描线一体地形成)。开关元件7有一个源电极7S，其电性地与相关联信号线X相连接(或者与信号线一体地形成)。开关元件7有一个漏电极7D，其电性地与相关联的显示像素元件的像素电极8相连接。
反衬底4包括一个反电极9，其与所有位于有效显示区段6内的显示像素PX共同相连接。像素电极8和反电极9由具有光透射率的导电材料，比如ITO(铟锡氧化物)或者IZO(铟锌氧化物)。陈列衬底3和反衬底4被设置为使得像素电极8面对着反电极9，且它们之间有一个狭缝。液晶层5由被封在阵列衬底3和反衬底4之间的狭缝中的液晶化合物所形成。
在液晶显示面板2中，一对极化板PL1和PL2被设置于陈列衬底3的外表面和反衬底4的外表面，其中所述极化板的极化方向根据液晶层6的特性而设置。
在一个彩色显示液晶显示装置中，液晶显示面板2包括很多种显示像素，例如，一种显示红色(R)的红色像素、一种显示绿色(G)的绿色像素、和一种显示蓝色(B)的蓝色像素。特别的，红色像素包括一个红色滤光器，其让具有红色主波长的光通过。绿色像素包括一个绿色滤光器，其让具有绿色主波长的光通过。蓝色像素包括一个蓝色滤光器，其让具有蓝色主波长的光通过。这些彩色滤光器被设置于阵列衬底3或者反衬底4的主表面上。
液晶显示装置在某些情况下包括一个矩形框形状的遮光罩11。在设置有遮光罩11的情况下，遮光罩11包括一个直角窗口区段11A，其将液晶显示面板2的有效显示区段6暴露出来，还包括一个主体11B，其呈矩形框形状，且定义窗口区段11A。具备上述结构的液晶显示面板2被夹持在背光单元15和遮光罩11之间。特别地，在背光单元的上表面面对着液晶显示面板2的背表面(阵列衬底侧表面)的情况下，背光15，以及液晶显示面板2，是与遮光罩11一体地形成的。背光15照亮液晶显示面板2的后侧。例如，在某种情况下，背光单元15和液晶显示面板2由一种双面胶带所固定，遮光罩11则不是所必须的。
液晶显示装置还包括一个驱动电路12，其提供一个驱动信号给液晶显示面板2。该驱动电路12呈现为，例如，一个加长的矩形，平面形状，并且通过一个柔性印刷电路板而电性地连接到液晶显示面板2的一侧边缘。通过弯曲所述的柔性印刷电路板，该驱动电路12可以被置于背光15的后侧上。
如图2和3中所示，背光单元15包括一个光源单元20和一个光导21。光源单元20包括，例如，点光源22以作为光源。点光源22由一个白发光二级管所组成。这种可应用于本实施例的白发光二级管，可以是一种二级管单元，其组合并封装了红发光二级管、绿发光二级管、和蓝发光二级管，或者一种二级管单元，其中一个蓝发光二级管或一个紫外线发射二级管与一个萤光体相结合。来自白发光二级管的辐射光在其主要辐射方向上辐射。该辐射光可包括以预设定的相对于主辐射方向的偏离角度偏离主辐射方向的光分量。该主辐射方向对应于一个方向，在该方向上来自发光二级管22的辐射光获得最大强度值。
在该实施例中，光源单元20包括很多发光二级管22。该光源单元20包括一个用于在预定位置上支承很多发光二级管22的支架基板，和一个用于驱动这些发光二级管22的驱动电路。
光导21将来自发光二级管22的辐射光从转换为平面光并且发射该平面光。特别地，光导21是由一种诸如丙烯酸树脂或者聚碳酸酯树脂的光透射树脂材料所形成的。光导21可以是楔板形的，其一端的部分较薄，而另一端的部分则较厚，或者也可以是平板形的，整体的厚度基本均匀。在此实施例中，光导21是平板形的。在上下文中，光导21的厚度与在垂直于第一主表面21b的方向上高度相对应。光导21包括一个基本呈矩形的第一主表面21b，其面对着液晶显示面板2；一个基本呈矩形的第二主表面21d，其面对着第一主表面21b；和基本呈矩形的第一侧表面21a和第二侧表面21c，其连接第一主表面21b和第二主表面21d。
在此实施例中，光源单元20沿着光导21的一个短侧21S而设置。特别地，发光二级管22被排列为面对着沿着光导21的短侧21S而延伸的第一侧表面21a。光导21的第一侧表面21a对应于一个光入射表面，其中来自发光二级管22的辐射光入射到该表面上。在此情况下，发光二级管22被设置为使得它们的主辐射方向D与第一侧表面21a的法线方向基本平行(例如，通过设置发光二级管22的发射表面和第一侧表面21a之间的位置，使它们基本平行)。所以，使得大部分来自发光二级管22的辐射光直接入射到入射表面21a。
在具有上述结构的光导21中，来自发光二级管22，并穿过第一侧表面21a进入的辐射光，在光导21内传播。然后，光可以由第一主表面21b和第二主表面21d发射。或者说，光导21的第一主表面21b和第二主表面21d对应于发射面，其中进入光导21的入射光由此发射面发射。
背光单元15包括很多将预设定光学特性赋予来自光导21的发射光的光学功能层。特别地，背光单元15包括一个设置于光导21的第二主表面21d侧上的第一光学功能层25。第一光学功能层25是一层反射层，其具备将从光导21的第二主表面21d漏出的光反射回光导21的第一主表面21b的功能。在此实施例中，第一光学功能层25由一层反射片所组成，其中该反射片在其面对着光导21的第二主表面21d的表面上有一个具有光反射性的反射层。第一光功能层25形成为一个基本上是矩形的形状，且其尺寸与第二主表面21d的尺寸基本相等。
背光单元15也包括一个设置于光导21的第一主表面21b侧上的第二光学功能层26。第二光学功能层26是一个散射层，其具备将来自光导21的第一主表面21b的发射光进行散射的功能。在此实施例中，第二光学功能层26包括一个多个(比如，2个)具有光散射属性的散射片26A和26B的堆叠结构。该堆叠结构被设置为与光导21的第一主表面21b相对向。第二光学功能层26被形成为一个大致矩形形状，且其尺寸与第一主表面21b的尺寸基本相等。散射片26A和26B是彼此独立的分离片，并且当散射片26A和26B被堆叠时，在其之间设置有一个空气层。
背光单元15还包括一个第三光学功能层27，其设置于第二光学功能层26之上。第三光学功能层27是一个透镜层，其具有会聚发射自第二光学功能层26的散射光的功能。在此实施例中，如图4中所示，第三光学功能层27由一个透镜片所组成，该透镜片在其面对着第二光学功能层26的一侧，或者是与其相反的一侧上，有一个棱镜表面27S。第三光学功能层27形成为基本矩形形状，且其尺寸与第二光学功能层26的尺寸基本相等。
第三光学功能层27的棱镜表面27S是通过交叉很多棱镜形状27p所形成的。每个棱镜形状27p沿着第一方向A延伸，并且其顶角部分27x沿着第一方向A延伸。该顶角部分27x对应于在两个平板面27p1和27p2之间的，定义棱镜形状27p的交点。该棱镜形状27p排列于与第一方向A垂直的第二方向B。
这些光学元件，比如光源单元20，光导21，第一光学功能层25，第二光学功能层26和第三光学功能层27，是由一个基本呈矩形框状的支架框所安装和支承的。该支架框30包括一个可以安装上述光学元件的凹进部分30A。
具备上述结构的液晶显示装置按照如下所述的方式操作。给光源单元20的发光二级管22提供电能，从而开启发光二级管22。来自发光二级管22的主要辐射光入射到光导21的第一侧表面21a上。穿过第一侧表面21a进入的入射光穿过光导21的内侧传播，并且被折射或者反射到光导21的第一主表面21b和第二主表面21d。来自光导21的第二主表面21d的发射光被第一光学功能层反射并引导入光导21的内侧。
穿过光导21的内侧传播的光从光导21的第一主表面21b发射。来自第一主表面21b的发射光入射到第二光学功能层26上。在穿过第二光学功能层26时，光被适当地散射。从第二光学功能层26射出的散射光入射到第三光学功能层27上。该入射光在第三光学功能层27中被适当地会聚。因此，来自光导21的第一主表面21b的发射光的亮度被增强并且更加均匀。
来自背光单元15的照明光，即从第三光学功能层27射出的光，被引出至液晶显示面板2的后侧。该照明光被引出至液晶显示面板2，选择性地通过液晶显示面板2的有效显示区段6。或者说，在有效显示区段6中，可以选择控制被引导至各自的显示像素PX的照明光的传输与否。因此，一幅图像被显示在液晶显示面板2的有效显示区段6上。
如上所述，背光单元15包括具有散射属性的散射片和具有光会聚属性的透镜片，以便于增强发射光的亮度并且使发射光均匀。采用这种结构，处于法线方向的亮度可以被增强。而且，为了基本增强在不同于法线方向的视角方向上的亮度，即为了实现一个广视角，应用由多个散射片的堆叠结构所组成的第二光学功能层是有效的。
现在假设：一个方向，其中光源单元20的发光二级管22沿此方向排列，即一个方向，其中第一侧表面21a沿此方向作为光入射表面延伸，为水平方向H；发光二级管22的主辐射方向D，即与第一侧表面21a垂直的方向，为法线方向V；水平方向H和法线方向V以直角彼此相交。
考虑具有第二光学功能层26的不同结构的多种背光单元15，测量其在各自的视角(deg.)的相对于法线方向的亮度(cd/m2)。背光单元A包括由单个散射片所组成的第二光学功能层26。背光单元B包括由两个散射片的堆叠结构所组成的第二光学功能层26。背光单元C包括由三个散射片的堆叠结构所组成的第二光学功能层26。采用亮度计进行亮度的测量。对于其它的光学元件也同样照此设置，并且使用一个BEF(3M有限公司制造)作为组成第三光学功能层27的透镜层。
图5是一示出在水平方向H上的亮度的视角分布的测量结果的曲线图，而图6是一示出在法线方向V上的亮度的视角分布的测量结果的曲线图。从图5和图6可以清楚地看出，在A条件下，即应用只包括单片散射片的第二光学功能层，在法线方向(0°)得到较高的亮度，而与之相比，在B条件下，即应用包括两个散射片的堆叠结构的第二功能层，以及在C条件下，即应用包括三个散射片的堆叠结构的第二功能层，在视角的更宽范围内得到较高的亮度。
例如，在图6中所示的在法线方向上的视角分布中，在法线方向的亮度在B条件下是1924cd/m2，而在C条件下是1932cd/m2，其与B条件基本相等(也就是相对于B条件的相对亮度为1.00)。另一方面，在A条件下法线方向的亮度是1787cd/m2(也就是相对于B条件的相对亮度为0.93)。简单地说，通过使用多个散射层的堆叠结构，背光单元15在法线方向的亮度增加了大约10％。在B和C条件下，在相对于法线方向倾斜30°的视角方向上，没有明显的衰减，并且在0°±30°的范围内，其比条件A所得的亮度更高。
已经确认，与包含由单个散射层所组成的第二光学功能层26的背光单元相比，包含由多个散射层所组成的第二光学功能层26的背光单元可以得到更高的亮度和更广的视角。
在第二光学功能层是由两个散射层所组成的条件B下的亮度测量结果，被与在在第二光学功能层是由三个散射层所组成的条件C下的亮度测量结果进行比较。可以确认得到了相当等同的特性。或者说，虽然多个散射片的堆叠结构的使用可以使在广角范围内相对于法线方向的亮度增强，但即使增加堆叠的散射片的数量，期望在亮度方面得到进一步的增强也是很困难的，而且这会导致制造成本方面的增加和整个设备的厚度的增加。因此，第二光学功能层26的散射片的数量最好是2。从而，既可以实现在成本和厚度方面的降低，又可以得到较高的亮度和较宽的视角。
发明人对上述结果进行了进一步的研究。图7A示出包括由单个散射片所组成的第二光学功能层26的背光单元(A)的法线方向上的亮度的视角分布的测量结果，A1条件，即没有设置作为透镜层的第三光学功能层27的条件，与A2条件，即设置了第三光学功能层27的条件，二者被进行了比较。
从图7A中可以清楚地看到，在仅有第二光学功能层被设置于光导21的发射表面21b侧上的条件(A1)中，亮度的峰值出现在偏离法线方向大约43°的视角方向上。特别地，如图7B中所示，来自光导21的发射光的，穿过单个散射片的光分量，被主要地引导于大约43°的视角方向上。
另一方面，在光导21的第二光学功能层26和第三光学功能层27被设置于光导21的发射表面21b侧上的条件(A2)中，亮度的峰值出现在偏离法线方向大约25°的视角方向上。特别的，如图7B中所示的，主要以43°的入射角入射到第三光学功能层27上的入射光，穿过第三光学功能层27，并且被主要地引导于大约25°的视角方向上。
在第二光学功能层26是由单个散射片所构成的条件下，获得高亮度的视角的范围很窄，而亮度的峰值大大地偏离了法线方向(即法线方向的亮度不能被充分地增强)。而且，条件(A2)中在大约25°处的峰值要比条件(A1)中在大约43°处的峰值低，而且透镜层(第三功能层27)的效果不能充分地发挥。
图8A示出包括由两个散射层所组成的第二光学功能层26在内的背光单元(B)的法线方向的亮度的视角分布的测量结果。B1条件，即没有设置作为透镜层的第三光学功能层27的条件，与B2条件，即设置了第三光学功能层27的条件，二者被进行了比较。
从图8A中可以清楚地看到，在仅有第二光学功能层被设置于光导21的发射表面21b侧上的条件(B1)中，亮度的峰值出现在偏离法线方向大约30°的视角方向上。特别地，如图8B中所示，来自光导21的发射光的，穿过单个散射片的光组分，被主要地引导于大约43°的视角方向上。而且，由散射片26B射出的光被主要引导于大约30°角的视角方向上。或者说，穿过第二光学功能层26的光经历了在散射片26A和26B之间的空气层的折射率影响，趋向于易于被引导于一个更靠近法线方向的视角方向上。结果，在第二光学功能层是由两个散射片所组成的条件下，与第二光学功能层是由单个散射片所组成的条件相比，亮度的峰值可以被移到更靠近法线方向的视角方向上。
另一方面，在光导21的第二光学功能层26和第三光学功能层27被设置于光导21的发射表面21b侧上的条件(B2)中，亮度的峰值出现在偏离法线方向大约18°的视角方向上。特别的，如图8B中所示的，主要以30°的入射角入射到第三光学功能层27上的入射光，穿过第三光学功能层27，并且被主要地引导于大约18°的视角方向上。
在第二光学功能层26是由两个散射片所构成的条件下，与第二光学功能层26是由单个散射片所构成的条件相比，获得高亮度的视角的范围增加了，而亮度的峰值被移至更靠近法线方向的视角方向上。而且，在条件(B2)下在大约18°处的峰值亮度比条件(B1)下在大约30°处的峰值亮度要高，而条件(B2)下用于得到高亮度的视角范围要比条件(B1)下用于得到高亮度的视角范围宽。简单地说，入射到透镜层(第三光学功能层27)上的光的主要入射角度可以被优化，而透镜层的效果可以得到充分发挥。
图9A示出包括由两个散射层所组成的第二光学功能层26在内的背光单元(C)的法线方向的亮度的视角分布的测量结果。C1条件，即没有设置作为透镜层的第三光学功能层27的条件，与C2条件，即设置了第三光学功能层27的条件，二者被进行了比较。
从图9A中可以清楚地看到，在仅有第二光学功能层被设置于光导21的发射表面21b侧上的条件(C1)中，亮度的峰值出现在偏离法线方向大约15°的视角方向上。特别地，如图9B中所示，来自光导21的发射光的，穿过单个散射片的光组分，被主要地引导于大约43°的视角方向上。由散射片26B所射出的光被主要地引导于大约30°角的视角方向上。而且，发射自散射片26C的光被主要地引导于大约15°角的视角方向上。
另一方面，在光导21的第二光学功能层26和第三光学功能层27被设置于光导21的发射表面21b侧上的条件(C2)中，亮光的峰值出现在偏离法线方向大约7°的视角方向上。特别的，如图9B中所示的，主要以15°的入射角入射到第三光学功能层27上的入射光，穿过第三光学功能层27，并且被主要地引导于大约7°的视角方向上。
在第二光学功能层26是由两个散射片所构成的条件下，与第二光学功能层26是由单个散射片所构成的条件相比，获得高亮度的视角的范围增加了，而亮度的峰值被进一步地移至更靠近法线方向的视角方向上。而且，在条件(C2)下在大约7°处的峰值亮度比条件(C1)下在大约15°处的峰值亮度要高，而条件(C2)下用于得到高亮度的视角范围要比条件(C1)下用于得到高亮度的视角范围宽。简单地说，入射到透镜层(第三光学功能层27)上的光的主要入射角度可以被优化，而透镜层的效果可以得到充分发挥。
由以上结果可以理解，入射到透镜层上的光的主要入射角需要被优化，以便实现更高的亮度和更宽的视角。特别地，在采用仅设置了单个散射片的结构时，用于得到高亮度的视角范围很窄，这可以从条件(A1)的结果清楚地得到，而且得到峰值亮度的视角方向并不与透镜层的优化入射角度相对应。所以，即使把透镜层增加到整个结构中去，亮度也会降低，如同从条件(A2)的结果中所清楚得到的那样。
另一方面，采用多个散射片被堆叠的结构时，峰值亮度的视角方向可以被这些散射片的组合所控制，且可以使得到峰值亮度的视角方向对应于透镜层的入射角度。所以，通过将具有多个散射片的堆叠结构的第二光学功能层26和作为透镜层的第三光学功能层27相结合，可以得到更高的亮度，而可以获得高亮度的视角范围被增加了。在上述结果的基础上，对于入射到第三光学功能层27上的光的主要入射角，最好将范围15°到30°作为其优化情况。
期望第二光学功能层26的散射片26A、26B和26C具有期望的散射属性，从而控制入射到棱镜层上的光的主要入射角度。散射属性的级别在以下描述中将被称作“模糊值”。
如图10中所示的，对于一个通过堆叠两个具有散射属性且其模糊值为89.3％的散射片26A和26B所构成的背光单元15，在法线方向上的亮度是2140cd/m2，并且得到充分高的亮度。类似的，对于一个通过堆叠两个具有散射属性且其模糊值为87.5％的散射片26A和26B所构成的背光单元15，在法线方向上的亮度是2145cd/m2，并且得到充分高的亮度。类似的，对于一个通过堆叠两个具有散射属性且其模糊值为78.5％的散射片26A和26B所构成的背光单元15，在法线方向上的亮度是2148cd/m2，并且得到充分高的亮度。
从以上结果可以了解到，背光单元15最好采用一种结构，其中多个散射片被组合和堆叠，其具有设在74％到93％之间的模糊值(包括制造误差(±4％))，最好是在78.5％到89.3％之间。因此，可以更容易地得到更高的亮度和更宽的视角。
同时，包括透镜层的背光单元的亮度根据形成在棱镜层上的棱镜形状的延长的方向与来自光源的辐射光的辐射方向之间的角度而变化。特别的，当第三光学功能层27被设置于第二光学功能层26上时，一个角度θ(deg.)被设置于棱镜形状的延伸方向(即图4中的第一方向A)和在背光单元15的主平面(即图2中由水平方向H和法线方向V所定义的平面)中的光源(即图2中的方向D)的发光二级管的主要辐射方向之间。在此情况下，通过堆叠两个散射片所构建的背光单元15的亮度根据角度θ而变化，例如，图11所示。
在以上结果的基础上，可以理解透镜层应该尽量地被设置为使得形成的角度θ为大约90°。因此，可以容易地得到更高的亮度和更宽的视角。
在图11中，L1表示在某一条件下的亮度分布，该条件下，一种具有多层结构的ESR(3M有限公司制造)被用作第一光学功能层25，而L2表示在另一条件下的亮度分布，该条件下，一种具有通过淀积银形成的反射表面的37W01层(由REIKO有限公司制造)被用作第一光学功能层25。37W01层要比ESR便宜。然而，如图11中所示的，37W01的反射系数比ESR要低，而由37W01得到的亮度比由ESR所得到的低大约5％。
然而，可以确定的是，即使在使用37W01的条件下，由于37W01的使用所致的亮度衰减可以通过优化形成于棱镜层上的棱镜外形的延伸的方向和光源的主要辐射方向之间的角度θ而被补偿，在使用ESR的条件下，可以得到几乎相同的亮度。从图11的结果可以清楚地得知，可以确定，在使用ESR的条件下，几乎相同的亮度(在本例中，大约2000cd/m2或者更多)可以在90°±40°的形成角度θ范围内成功地得到。
在以上结果的基础上，可以理解透镜层最好能设置为使得所形成的角度θ为90°±40。所以，可以实现成本的降低，高亮度以及更宽的视角。
在将上述背光单元15与液晶显示面板2相组合的条件下，如果棱镜外形的延伸方向被设为与由排列在有效显示区段6内的显示像素PX所组成的像素行PL和像素列PC相平行，在显示屏幕上可能会产生波纹。因此，最好棱镜外形的延伸方向不与像素行PL以及像素列PC相平行。
所以，可以提供一个具有高显示质量以及上述的背光单元的优点的液晶显示装置。
本发明不局限于上述实施例。在实践中，其结构元件可以在不背离本发明的精神的前提下被调整。通过适当地结合本实施例中透露的结构元件，可以进行各种发明。例如，某些结构元件可以从实施例中所透露的所有结构元件中忽略。而且，不同实施例中的结构元件可以被适当地组合。
例如，在上述实施例中，所述发光二级管被用作面光源装置的光源。或者，一个加长的管状光源，比如冷阴极荧光灯可以被使用。在此情况下，管状光源被设置为使之充分平行地面对着光导21的第一侧表面21a。来自管状光源的辐射光的主要辐射方向以直角与管状光源的外延的方向相交。
在以上实施例中，面光源装置被构建为一个背光单元。不过，面光源装置也可以被构建为一种前光单元。在液晶显示装置包括由一个前光单元所构建的面光源装置的情况下，所述液晶显示面板被设置为包括具有光反射率的像素电极。或者说，根据此实施例的液晶显示装置可以被构建为一个选择性的反射来自前光单元的发射光的反射液晶显示装置，从而显示一图像。

Claims (9)

1.一种面光源装置，其特征在于，它包括：
一个光源(22)；
一个光导(21)，其具有入射表面(21a)，来自光源的辐射光入射到该表面上，和一个第一主要表面(21b)及第二主要表面(21d)，它们彼此相对，并且穿过入射表面进入的入射光由此发射；
一个第一光学功能层(25)，其设置于光导的第二主表面一侧上且具有光反射率；
一个第二光学功能层(26)，其设置于光导的第一主表面一侧上且由堆叠多个具有光散射属性的扩散片(26A和26B)所构建；和
一个第三光学功能层(27)，其设置于第二光学功能层上，且具有光会聚功能。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，在组成第二光学功能层的散射片之间插有一个空气层。
3.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述各个散射层具有在74％到93％之间的模糊值。
4.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，由第二光学功能层射出，且入射到第三光学功能层上的光的主要入射角，在15°到30°之间。
5.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述光源是一个发光二级管，其具有一个发射表面，该发射面被设置为面对着光导的入射表面。
6.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述第三光功能层具有一个棱镜表面，其中多个棱镜外形交叉于其表面；以及一个角，其形成于棱镜外形的延伸的方向和来自光源的辐射光的主要辐射方向之间，所述角在第二光功能层上被设为90°±40°。
7.一种液晶显示装置，其特征在于，它包括：
一个液晶显示面板(2)，其包括多个显示像素排列于其中的有效显示区段(6)；和
一个面光源装置(15)，其照射液晶显示面板，该面光源装置包括：
一个光源(22)；
一个光导(21)，其具有入射表面(21a)，来自光源的辐射光入射到该表面上，和一个第一主要表面(21b)及第二主要表面(21d)，它们彼此相对，并且穿过入射表面进入的入射光由此发射；
一个第一光学功能层(25)，其设置于光导的第二主表面一侧上且具有光反射率；
一个第二光学功能层(26)，其设置于光导的第一主表面一侧上且由堆叠多个具有光散射属性的扩散片(26A和26B)所构建；和
一个第三光学功能层(27)，其设置于第二光学功能层上且具有光会聚功能。
8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第三光功能层具有一个棱镜表面，其中多个棱镜外形交叉于其表面；以及一个角，其形成于棱镜外形的延伸的方向和来自光源的辐射光的主要辐射方向之间，所述角在第二光功能层上被设为90°±40°。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，位于第三光学功能层上的棱镜外形的延伸的方向不与由排列于有效显示区段中的显示像素所组成的像素行和像素列相平行。
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