CN1831614A - 背光装置和液晶显示设备 - Google Patents

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CN1831614A CNA2006100589312A CN200610058931A CN1831614A CN 1831614 A CN1831614 A CN 1831614A CN A2006100589312 A CNA2006100589312 A CN A2006100589312A CN 200610058931 A CN200610058931 A CN 200610058931A CN 1831614 A CN1831614 A CN 1831614A
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Abstract

本发明通过受控制或改善的亮度均匀性提供了包括直接背光装置的液晶显示设备，所述背光装置具有安装到光导板中的LED，且在背光装置中控制或改善了亮度均匀性。背光装置(10)包括作为光源安装到光导板(30)中的发光二极管(21)，其中，在光导板(30)中安装有发光二极管(21)的凹入部分(31)的底表面(30B)侧上的边缘部分(32)形成以具有倾斜或弯曲的表面的形状，所述倾斜或弯曲的表面的形状具有相对于底表面(30B)的除了直角之外的角度。

Description

背光装置和液晶显示设备
技术领域
本发明涉及一种背光装置和液晶显示设备，具体而言所述背光装置适于被应用于一种透射液晶显示设备。
背景技术
近来，比如液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)等的制造得非常薄的显示装置作为取代用于电视接收器的阴极射线管(CRT)的显示装置而被提出并且在商业上可以获得。具体而言，因为使用LCD面板的LCD设备能够以低功耗驱动，且大尺寸的LCD面板已经变得能够以低成本制造，所以已经广泛使用利用了LCD面板的LCD设备，且推进了技术研发。
以上的LCD设备主要使用了一种背光系统，其中彩色图像通过从背侧照明包括有滤色器的透射LCD面板的整个背面的背光装置来显示。
发光二极管(LED)和通过利用荧光灯管来发射白光的冷阴极荧光灯(CCFL)被认为是很有前景的背光装置的光源(例如，参考专利文件1)。
具体而言，随着蓝色LED的开发，制备了发射光中三原色的红光、绿光和蓝光的各个LED，且通过混合从其发射的红光、绿光和蓝光可以获得具有高颜色纯度的白光。因此，采用这些LED作为背光装置的光源，透过LCD面板的颜色纯度变高，且因此与CCFL相比，可获得的颜色范围可以被极大地扩展。另外，背光装置的发光度(luminance)可以通过使用高功率的LED芯片而得到极大的改善。
如上所述，在LED被用作背光装置的光源的情形，当LED被直接布置在发光表面下时，即当使用直接型LED时，因为LED是点光源，所以亮度(brightness)和色彩均匀性可能变差。
作为一种解决以上问题的方法，可以设想扩大LED和漫射板之间的距离，然而，结果，与使用CCFL的背光相比，背光的厚度可以变得非常大。而进一步的轻重量和薄形状已经成为LCD设备中不可或缺的，并且在背光中进一步薄的形状也是人们所期望的。
然后，作为减小厚度的方法，提出了一种结构，其中光导板被用于使得来自设置在该板一部分的光源的光反射多次以获得面光源。换言之，光导板被用于使得背光变薄，且用于改善亮度的均匀性。
专利文件1：日本专利申请公开No.H8-136917。
发明内容
如上所述，例如，在光导板被用在使用LED的直接背光中的情形，即在被认为是应用到LCD设备和LCD面板薄形状TV等的情形，存在如此的问题，即如果亮度均匀性得到改善，则难于从光导板提取光，而如果扩展了光的提取，则亮度均匀性可能恶化。
就以上而言，在使用光导板的情形，在底表面上和光导板的侧表面上使用了镜面，所述底表面是与发光表面相对的背表面，且在为发光表面的顶表面上使用了漫射片以在液晶显示面板侧提取光。然而，根据选择在顶表面上的漫射片的方法，亮度均匀性变得恶化，且发光度可能降低。这是因为顶表面上的漫射片将来自LED的光漫射且还具有将一部分的光提取到外部的功能，根据漫射片的特性，在亮度均匀性和亮度输出之间存在抵消关系，因此同时存在亮度均匀性和亮度输出是困难的。
具体而言，从顶表面上的漫射片发射到外部的光量在LED的周围较大，这导致了亮度均匀性的减小。
本发明解决了上述和其它与常规的方法和设备相关的问题，且提供了一种具有被控制或改善的亮度均匀性的LCD设备，包括直接背光装置，其中将LED组装到光导板中，且其中控制或改善了亮度均匀性而且保持或改善了发光度。
根据本发明的实施例的背光装置包括组装到光导板中作为光源的发光二极管，其中在光导板中组装有发光二极管的凹入部分的底表面侧上的边缘部分形成以具有倾斜或弯曲的表面的形状，该倾斜或弯曲的表面的形状具有相对于底表面的除了直角之外的角度。
另外，根据本发明的实施例的液晶显示设备包括具有本发明的上述结构的背光装置。
如上所述，在根据本发明的实施例的背光装置中，其中安装有光源的发光二极管的凹入部分的形状制造为包括倾斜或弯曲的表面的形状，其具有相对于底表面的除了直角之外的角度，其中例如在凹入部分的底表面侧上的圆柱形状或方形柱形状的边缘部分设置圆锥弯曲的表面或金字塔形状的斜面。
如上所述，根据本发明的实施例，因为在凹入部分的边缘部分设置了对于底表面具有一定角度的表面，从发光二极管(LED)向底表面侧发射的光被边缘部分向上反射，即，以远离底表面的角度进入光导板。因此，从LED向底表面侧发射的光在远离LED的位置到达底表面，其范围被扩展，因此减小了直接到达底表面的光束的分布，且因此可以控制和改善LED的环境中的亮度均匀性。
如上解释，根据本发明的背光装置和液晶显示(LCD)设备的实施例，可以保持或增加发光度，且可以控制或改善LED的环境中引起的亮度均匀性。
附图说明
参考附图，从给定的优选实施例的以下描述，本发明的这些和其它目的和特征将变得清楚，在附图中：
图1是示意性地显示根据本发明的实施例的LCD设备的分解构成图；
图2是示意性地显示LCD设备的实施例的相关部分的构成图；
图3是示意性地显示根据本发明的实施例的背光装置的相关部分的构成图；
图4是示意性地显示根据相关技术的实例的背光装置的相关部分的部件的构成图；
图5是示意性地显示根据相关技术的背光装置的实例的光束的反射状态的解释图；
图6是显示根据相关技术的背光装置的实例的光束的反射状态的解释图；
图7是显示根据比较例的背光装置的实例的光束的反射状态的解释图；
图8是示意性地显示根据本发明的实施例的背光装置的光束的反射状态的解释图；
图9是显示根据本发明的实施例的背光装置中和其比较例中发光度分布的图；以及
图10A是相关解释的背光装置的相关部分的示意性构成图，图10B是示意性地显示根据本发明的实施例的背光装置的相关部分的部件的构成图。
具体实施方式
其后，将解释实现本发明的优选实施例，然而，本发明不限于以下的实施例。
首先，参考图1的示意性构成图来解释适当地应用根据本发明的背光装置的透射LCD设备的实施例。
如图1所示，透射LCD设备200包括透射LCD面板100和设置于其后表面侧上的背光装置10。虽然在图中未显示，但是LCD设备200还可以包括：接收大地波(terrestrial wave)或卫星波的接收部分，比如模拟调谐器或数字调谐器；分别处理由接收部分所接收的视频和音频信号的视频信号处理部分和音频处理部分；以及将在音频信号处理部分所处理的音频信号输出的音频信号输出部分，比如扬声器。
该实施例显示了有源矩阵驱动方法的LCD设备以及在由玻璃等制成的第一基板1a上形成薄膜晶体管(TFT)2a以及连接到TFT 2a的漏极区的像素电极2b的情形，TFT 2a对于每个像素设置来选择像素。在每个像素的边界部分形成连接到TFT 2a的栅电极的栅极总线2c以及连接到TFT 2a的源极区的源极总线2d，它们为格栅形状使得每个像素都可以被连接。
另一方面，在由玻璃等形成的第二基板1b上对于每个像素交替地形成红(R)、绿(G)和蓝(B)三色的滤色器3，且相对于上层中的多个像素一体形成了公共电极4。在图1中，虽然仅显示了3×3的九个像素，但是在实际上滤色器设置以显示m×n个像素。第一基板1a和第二基板1b平行排列，在其之间具有预定的间隙，使得像素电极2b和公共电极4彼此面对，且在所获得的像素电极2b和公共电极4之间的空间内包封了液晶5，该液晶5将在图中未显示的液晶取向膜之间被保持。
另外，偏振板6和发射白光的背光装置10排列在与形成有像素电极2b的表面相对的第一基板1a的背表面侧上，且偏振板7排列于与形成有公共电极4的表面相对的第二基板1b的背表面侧上。
图2显示了液晶驱动电极和TFT的排列。在图2中，虽然显示了4×4的十六个像素，但是实际上可排列m×n个像素。如上所述，对于每个像素，TFT 2a和像素电极2b排列在第一基板1a的表面上，且在各像素的边界部分出以格栅的形状形成了栅极总线2c和源极总线2d。在液晶屏的外框部分等排列了包括X驱动器XD和Y驱动器YD的液晶驱动器，且以上的栅极总线2c通过选择电路G1到Gn连接到Y驱动器YD。另一方面，源极总线2d通过选择电路D1到Dm连接到X驱动器XD。
这里，TFT 2a是具有如此功能的有源元件，其将对液晶5施加电场的每个像素电极2b连接到作为数据电极的源极总线2d，且根据栅极总线2c的信号将每个像素电极从源极总线断开，且每个像素的液晶可以被选择性地驱动。来自背光装置10且透射通过偏振板6的光透射通过液晶5，而且其透射率由通过上述选择电路所选择和驱动的液晶部分控制，且光进一步透射通过每种颜色的滤色器3和偏振板7以在偏振板7侧上形成彩色图像。由此，可以获得具有高对比的高图像质量和以高速操作的液晶显示器。
另外，在上述的实施例中，虽然说明了根据有源矩阵驱动方法的LCD设备的实例，但是不必说，可以将本发明的背光装置和LCD设备应用到各种驱动方法和结构的其它LCD设备，比如简单矩阵驱动方法等的LCD设备。
图3是示意性地显示根据本发明的实施例的背光装置的相关部分的构成图。如图3所示，根据本发明的实施例的背光装置10是其中在与作为发光表面的顶表面30A相对的底表面30B上设置凹入部分31的实例，凹入部分31具有例如安置光导板30中的发光二极管(LED)21的圆柱形，且底表面30B侧上的凹入部分31的边缘部分32形成为倾斜或弯曲的表面，该倾斜或弯曲表面相对于底表面30B具有除了直角之外的角度，且在图中所示的实例中为圆锥弯曲的表面。
作为光导板30的材料，可以使用无色和透明树脂，例如在使用波段具有光透射率的丙烯酸树脂。
另外，例如成直线地以规则的间距在光导板30的底表面30B设置凹入部分31，且例如在那些凹入部分31中依次排列红LED、绿LED和蓝LED(在图中未显示)以将其组装到光导板30中。图3显示了每种颜色的LED 21平行排列的垂直截面，且相似地，例如在相对于图3的纸面的垂直方向设置LED线，以形成面光源，其中将LED 21排列以整体上形成一表面。
另外，在该实施例中，将漫射反射结构部分34和反射结构部分33分别通过粘结剂贴附到光导板30的底表面30B和侧表面30C，漫射反射部分34由漫射片等制成，而反射结构部分33由反射片等制成。
另外，还例如通过粘结剂将由低漫射片等制成的低漫射结构部分35贴附到光导板30的顶表面30A。
在光导板30和上LCD面板100之间设置漫射从光导板30发射的光的漫射板41。注意到，虽然在图中未显示，但是为了将从背光装置10发射的表面光转化为具有对于LCD面板100的最优光学特性的照明光，例如可以在漫射板41的上表面或下侧上设置光学片组。光学片组包括的片可以具有以下的功能：将入射光分解为正交偏振光分量；补偿光波的相差以获得更宽的视场且防止着色；漫射入射光；改善发光度等。例如，作为光学片组，有漫射片、棱镜片和偏振光转换片。
在具有如此结构的背光装置10中，其中在光导板30中混合红、绿和蓝色的光被进一步分散在漫射板41中，且作为具有均匀发光度的白表面光进入LCD面板100。
通过LED 21的透镜可以调整从LED 21发射的光的发射角分布。具体而言，当使用其中在LED的侧表面方向发射光的侧光LED时，光束可以被引导横跨光导板30中的宽的区域。
在侧光LED 21中，虽然未详细解释，但是发光元件的发光体等由树脂固定器单独地保持，且一对端子从树脂固定器突出。采用其来自光源的光从侧表面发射的光学元件设置于每个LED 21中，以具有方向性，其中发射的光的主要分量在发光体的外周方向发射。例如，在日本专利申请公开No.2003-8068中、在公开的日本专利申请No.22004-133391和其它中公开了侧光LED。
接下来，在解释根据本发明的实施例的背光装置中的光束的反射状态之前，解释相关技术的背光装置的光束的反射状态。
图4是示意性地显示根据相关技术的实例的背光装置的相关部分的截面的构成图。相关技术的背光装置10包括凹入部分31，在凹入部分31中在光导板30中安置了LED 21，其具有例如圆柱形状。
另外，在光导板30的底表面30B上设置了由反射片等制成的反射结构部分33B，且在侧表面30C上还设置了反射结构部分33A。另外，如上所述，在作为光导板30的发光表面的顶表面30A上，设置比如漫射片等的漫射结构部分36，以漫射和提取光。
在如此的结构中，如图5的箭头L1到L4、L4a、L4b所示，从LED 21发射的光束在光导板30中前进，而且在光导板30的内表面上反射，三色的光束被混合，作为白光从光导板发射，并进入LED面板100。作为光导板的材料，可以使用无色透明树脂，例如丙烯酸树脂。通过贴附到LED 21的透镜可以调整LED 21的发射角度的分布，且例如当使用上述的侧光LED时，该角度可以被分布在适当地从由图5中的箭头Z指示的垂直线的侧表面方向上，且因此可以将光束有利地引导到光导板30中。在图5中，将相同的标记给予相应于图4中的那些的部分且省略了多余的解释。
具有大于全反射临界角(在由丙烯酸树脂制成的光导板中其为大约42度)的入射角的光在光导板30中重复反射，且在光导板30中传播。从LED21发射的光束连续在光导板30中重复反射，且因此来自LED 21的光束在宽的范围中传播，且在顶表面30A的漫射结构部分36上获得了均匀的发光度分布。
然而，在从LED 21发射的光中，在顶表面30A的漫射结构部分36中入射角没有包括在可能的透射角度范围中的光束在光导板30的底表面30B和侧表面30C上重复镜面反射，如图5中的箭头L4、L4a和L4b所示，且处于没有从光导板30发射的状态。具体而言，没有从光导板30发射的光束可能增加，其导致阻碍了背光装置10的发光度的改善。
然后，如图6所示，在由漫射片等制成的漫射结构部分36设置于光导板30的顶表面30A上的情况下，入射角大于光导板30的全反射临界角的一部分光束可以被发射到外部，且可以提高背光10的亮度。然而，从漫射结构部分36直接发射的光束L4s增加，其成为使得亮度均匀性恶化的原因。在图6中，对相应于图4和5中那些的部分给予了相同的标号，且省略了多余的解释。
因此，虽然采用漫射结构部分36的漫射片等，从光导板30发射的光束可以增加，但是亮度均匀性恶化。具体而言，可以理解，由于在光导板30的顶表面上的漫射结构部分36的漫射特性，增加发光度牺牲了亮度均匀性。
与此比较，图7显示了在由漫射片制成的漫射反射结构设置于光导板30的底表面30B上的情形中，光束的反射状态的比较例。
这里，漫射反射结构部分指的是一种其中透射率和吸收率极低的结构，几乎所有进入的光都被反射，且大多数的光完全漫射。
如图7所示，在通过结合等在光导板30的底表面30B上设置漫射反射结构34而非镜面镜片等的反射结构部分的情形，从光导板30的顶表面30A发射的光量增加，然而，如箭头L1所示，在LED 21周围的发光度分布变高，其导致了亮度均匀性恶化。在LED 21的周围的亮度均匀性恶化的主要原因在于从LED 21发射的光束，如向下而非水平的箭头L1所示，直接到达底表面30B上的漫射反射结构部分34来漫射和反射。在图7中，相同的标号给予了相应于图6中的那些的部分，且省略了多余的解释。
然后，根据本发明的实施例，其中埋有LED 21的凹入部分31形成以将向下光束引导到水平方向。
换言之，在根据本发明的实施例的背光装置10中，如图3所解释，使得凹入部分31在底表面30B侧上的边缘部分32具有倾斜或弯曲的表面，其具有相对于底表面30B除了直角之外的角度，例如具有圆锥弯曲表面。
与例如设置了相关技术结构的圆柱凹入部分的情形中用虚箭头L1c所示的入射光束的角度相比，在该情形，如图8所示，采用具有圆锥弯曲表面的凹入部分31的下部分，进入光导板30的光的角度变成向上，如箭头L1所示，且该光束在远离LED 21的位置到达底表面30B侧上的漫射反射结构部分34，以进一步减少直接到达漫射反射结构部分34的光束的分布，且因此可以控制或可以改善亮度均匀性。在图8中，对相应于图7的那些的部分给予了相同的标号，且省略了多余的解释。
另外，在凹入部分31的边缘部分32具有金字塔形状的情形，也可以获得上述的效果。
另外，如图8所示，如果凹入部分31的截面具有仅由边缘部分32中的直线部分形成的形状，则当光导板由注射成型等形成时，容易制造凹入部分，且可以采用在形成圆柱凹入部分之后的比如抛光边缘部分的相对容易的制造方法。
另一方面，当如图7的箭头L4所示的从LED 21向上发射的光束，即发射到顶表面侧30A的光束，直接到达光导板30的顶表面30A上的漫射结构部分36且漫射以被透射时，其成为亮度均匀性的恶化的原因。
因此，在本发明的实施例中，如图8所示，在光导板30的顶表面30A上设置了由较少漫射的透射片等制成的低漫射透射结构部分35，且可以减小不均匀亮度。
这里，低漫射透射结构部分指的是一种结构，其中透射率高，例如透射率为80％或更大，且其大多数不完全漫射，且漫射小。
如上所述，在本发明的实施例中，因为安装有光导板30的LED 21的凹入部分31的下边缘部分具有倾斜或弯曲的表面的形状，发射到下侧并进入光导板的光束的角度被向上转向，由此控制了亮度均匀性。另外，因为在光导板30的底表面上设置了漫射反射结构部分34，所以可以改善发光度。
另外，因为在光导板30的顶表面30A上设置低漫射透射结构35，可以进一步控制亮度均匀性，且通过协同效应可以进一步获得亮度均匀性的控制和发光度的改善。
具体而言，在采用以上结构的情形，在光导板30的底表面30B上采用漫射反射结构部分34可以控制和改善发光度。而且，采用埋入有LED 21的凹入部分31的形状以及在光导板30的顶表面30A上的低漫射透射结构部分35的漫射特性，控制了亮度均匀性。因为控制亮度均匀性的功能与改善发光度的功能分离，可以控制亮度均匀性且更有利地获得发光度的改善。
图9显示了其中根据本发明的实施例的上述的背光装置的发光度分布与图4所解释的相关技术的背光装置的发光度分布比较的图。图9中的实线“a”是一个实例，其中安置有LED 21的凹入部分31具有图10A所示的圆柱形状，在图10A中示出了背光装置的相关部分的截面。而且，图9中的实线“b”是一个实例，其中安置有LED 21的凹入部分31的上部分圆柱形状，且在底表面侧上的边缘部分32具有如图10B所示的圆锥形状，在图10B中示出了背光装置的相关部分的截面。在每个实例中，在光导板的底表面上设置了漫射反射结构部分，且在为发光表面的顶表面上设置了低漫射透射结构部分，且在凹入部分31中的LED 21的顶上设置了由反射镜制成的反射部分37，且测量了光导板中的发光度分布。在图9中，从光导板的端部十四刻度的位置(一刻度等于5mm)为LED 21的中心位置。
从图9的结果，在根据本发明的实施例的背光装置中，与比较例相比，平衡了LED周围的发光度和远离LED的区域的发光度，且可以理解改善了亮度均匀性。另外，可以理解这也改善了发光度。
如上所述，根据本发明的实施例，可以控制或改善亮度均匀性且可以进行发光度的改善。因为控制了亮度均匀性，所以可以将背光装置和使用该背光装置的LCD设备制造得薄和尺寸小。
另外，因为在底表面上可以使用在整个表面上具有均匀性的漫射反射片等作为设置于光导板的底表面上的漫射反射结构部分，与其中例如设置其上光部分地漫射的反射片等的情形相比，可以容易地制造漫射反射结构，且可以获得相对低成本的背光装置以及使用该背光装置的LCD设备。
注意到，本发明不限于上述的实施例，且不必说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以相对于以下的因素作出各种替换或修改，所述因素包括：光导板的材料组成、光导板的周围中的光学元件的结构、发光二极管的种类和排列等。
本领域的技术人员应当理解根据设计需要和其它因素，可以发生各种修改、组合、子组合和替换，只要它们落在权利要求或其等同物的范围内。
本发明包含于2005年3月8日在日本专利局提交的日本专利申请JP2005-064344相关的主题，其外部内容引入于此作为参考。

Claims (9)

1、一种背光装置，包括：
作为光源组装到光导板中的发光二极管，
其中，在所述光导板中安装有所述发光二极管的凹入部分的底表面侧上的边缘部分形成来具有倾斜或弯曲的表面的形状，所述倾斜或弯曲的表面的形状具有相对于所述底表面除了直角之外的角度。
2、根据权利要求1所述的背光装置，
其中，漫射反射结构部分设置于面对所述光导板的发光表面的底表面。
3、根据权利要求1所述的背光装置，
其中，低漫射透射结构部分设置于为所述光导板的发光表面的顶表面上。
4、根据权利要求2所述的背光装置，
其中，低漫射透射结构部分设置于为所述光导板的发光表面的顶表面上。
5、根据权利要求1所述的背光装置，
其中所述发光二极管是在侧表面的方向上发光的侧光发光二极管。
6、根据权利要求2所述的背光装置，
其中所述发光二极管是在侧表面的方向上发光的侧光发光二极管。
7、根据权利要求3所述的背光装置，
其中所述发光二极管是在侧表面的方向上发光的侧光发光二极管。
8、根据权利要求4所述的背光装置，
其中所述发光二极管是在侧表面的方向上发光的侧光发光二极管。
9、一种液晶显示设备，包括：
透射液晶显示面板，以及
从背表面侧用白光照明所述液晶显示面板的背光装置，
其中所述背光装置包括：作为光源组装到光导板中的发光二极管，以及
在所述光导板中安装有所述发光二极管的凹入部分的底表面侧上的边缘部分，其形成具有倾斜或弯曲的表面的形状，所述倾斜或弯曲的表面的形状具有相对于所述底表面除了直角之外的角度。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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