CN1836178A - 背灯装置 - Google Patents

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Abstract

非对称棱镜片15在其表面上具有多个棱形的突出部分17。突出部分17包括具有相对小斜率(缓斜率)的第一倾斜表面17a和具有相对陡斜率(陡斜率)的第二倾斜表面17b。第二表面17b一侧上的底角17d为α°，第一表面17a一侧上的底角17c为β°。在光从底表面15a(光导板11)进入具有上述结构的非对称棱镜片15的情形中，光在第一倾斜表面17a中主要在基本垂直的方向(相对于垂直方向倾斜相对小角度的方向)上发射(箭头X)，并在第二倾斜表面17b中主要在倾斜方向(相对于垂直方向倾斜相对大角度的方向)上发射(箭头Y)。

Description

背灯装置
技术领域
本发明涉及一种用作液晶显示装置的光源的背灯装置，尤其涉及一种使用亮度提高膜的背灯装置。
背景技术
在透射型液晶显示装置或半透射反射型液晶显示装置中，主要使用设置在装置内部的光源，同时部分使用外部光。作为光源，使用背灯。
为了从液晶单元的后侧供给光，当从装置的显示侧观看时，背灯设置在液晶单元的后侧。背灯主要由光导板和边缘灯(侧灯)组成，所述光导板的主表面与液晶单元后侧的表面相对并基本平行设置，所述边缘灯设置在光导板的一个边缘表面的一侧上并向该边缘表面发射光。此外，在与光导板的液晶单元侧相对的一侧上设置反射片。
在这种设置中，在光导板内部传播的来自边缘灯的光被设置在光导板上的光反射装置和设置在光导板外部的反射片反射，由此将传播方向变为向着液晶单元，并入射到液晶单元上。
在常规的背灯中，为了收集来自光导板的光从而提高液晶面板的亮度，在光导板的液晶单元侧上设置一个棱镜片，该棱镜片在其表面上具有棱镜形状的多个突出部分。
图1显示了常规的棱镜片。棱镜片1在其表面上具有棱镜形状的多个突出部分2。在突出部分2中，每个顶角都设置为大约90度。通过棱镜片1的突出部分2，从光导板下侧(平坦表面)以各个方向入射的光的方向被变为基本垂直的方向(见图1中的箭头)。因而通过在光导板的液晶单元侧上设置棱镜片1，可将光导板各个方向的光变为基本垂直的方向，从而提高了光收集特性，并且提高了液晶面板垂直方向上的亮度。
同时在近几年中，要求液晶显示装置在液晶面板的垂直方向上提高亮度，同时实现宽亮度视角(表现出充分亮度的视角)。然而，如上所述，在棱镜片1中，因为特别设计突出部分来提高垂直方向上的亮度，所以牺牲了亮度视角。因此，不可能在设置有使用常规棱镜片的背灯的液晶显示装置中实现宽亮度视角。
本发明的内容
本发明的一个目的是提供一种背灯装置，其能实现在垂直方向上展现出亮度提高并且具有宽亮度视角的液晶显示装置。
依照本发明的背灯装置包括：光导装置，其具有一对彼此面对的主面和边缘面，并能引导来自设置在其中一个边缘面处的光源的光；亮度/亮度视角提高装置，其设置在光导装置的一个主面的一侧上，并在该主面的基本法线方向上以及与该法线方向具有预定角度的方向上发射光；和反射装置，其设置在光导装置的另一个主面上。
根据该结构，可在主面的基本法线方向上以及与法线方向具有预定角度的方向上发射光，因此可提高垂直方向上的亮度，同时提高与法线方向具有预定角度的方向上的亮度。结果，由此可实现能在宽范围上表现出足够亮度的液晶显示装置。
在依照本发明的背灯装置中，所述亮度/亮度视角提高装置优选地是一个在其主面上具有多个突出部分的非对称棱镜片。
在依照本发明的背灯装置中，所述非对称棱镜片的所述突出部分优选地具有75°到90°的第一底角α和45°到60°的第二底角β。在本发明的背灯装置中，所述非对称棱镜片的所述突出部分优选地具有85°的第一底角α和50°的第二底角β。在该情形中，所述突出部分的第一底角α优选地位于光源一侧。
在依照本发明的背灯装置中，在所述光导装置和所述亮度/亮度视角提高装置之间优选地设置有一个扩散装置。
在依照本发明的背灯装置中，在所述扩散装置和所述亮度/亮度视角提高装置之间优选地设置有一个对称棱镜片，该对称棱镜片在其主面上具有多个突出部分。
在依照本发明的背灯装置中，所述非对称棱镜片优选地如此设置，即所述非对称棱镜片的突出部分的脊垂直于所述对称棱镜片的突出部分的脊。
依照本发明的液晶显示装置具有如上所述的背灯装置。
附图说明
图1显示了常规棱镜片的一部分；
图2概略地显示了依照本发明一个实施例的背灯装置的设置；
图3显示了依照本发明一个实施例的背灯装置中的棱镜片的一部分；
图4和5显示了在图3中所示的棱镜片中的光路；
图6显示了用于解释依照本发明一个实施例的背灯装置的效果的图表；
图7(a)和7(b)显示了具有依照本发明一个实施例的背灯装置的移动电话；
图8显示了具有依照本发明一个实施例的背灯装置的PDA；以及
图9显示了具有依照本发明一个实施例的背灯装置的汽车导航系统。
最佳模式
将在下面参照附图具体描述本发明的一个实施例。
图2是概略地显示依照本发明一个实施例的背灯装置的设置的视图。本发明的背灯装置具有光导板11，该光导板具有主表面11a和边缘表面11b。边缘灯(侧灯)12被设置在光导板11的一个边缘表面的一侧上。一般使用LED作为边缘灯。
在光导板11的液晶单元侧上的主表面11a上设置一个用于扩散从光导板11发射的光的扩散片13。扩散片13能使得当从面板显示屏幕观看时看不到背灯的存在。此外，不必总是设置扩散片13。
在扩散片13上设置有一个对称棱镜片14。用作对称棱镜片14的例子是BEF(商品名，Sumitomo 3M)。对称棱镜片14在其表面上具有棱镜形状的多个突出部分，并被设置成使得所述突出部分的脊沿着来自光源的光的行进方向。通过该方式，该对称棱镜片可在来自光源的光的行进方向的左侧和右侧控制光。因而，通过提供对称棱镜片14，可在来自光源的光的行进方向的左侧和右侧改善光收集特性，从而提高亮度。因此，与非对称棱镜片(之后描述)一起使用片14可进一步在垂直方向上提高亮度并提高各宽视角方向上的亮度。
在对称棱镜片14上设置有一个非对称棱镜片15，其作为亮度/亮度视角提高装置。具体地说，非对称棱镜片15具有如图3中所示的结构。图3显示了依照本发明实施例的背灯装置的棱镜片的一部分。
非对称棱镜片15具有多个突出部分17，所述突出部分在其表面上具有棱镜形状。突出部分17包括具有相对小斜率的第一倾斜表面(缓斜率倾斜表面)17a和具有相对陡斜率的第二倾斜表面(陡斜率倾斜表面)17b。第二表面17b一侧上的底角17d是α°，第一表面17a一侧上的底角17c是β°。突出部分17的脊被设置成沿着基本垂直于来自光源的光的行进方向的方向(在图中看时为该片的深度方向)。换句话说，将非对称棱镜片15设置成使得突出部分17的脊基本垂直于对称棱镜片突出部分的脊。因而，非对称棱镜片15在来自光源的光的行进方向上控制光。
当光从底表面15a(光导板11)进入具有上述结构的非对称棱镜片15时，所述光在第一倾斜表面17a中主要在基本垂直的方向(相对于垂直方向倾斜相对小角度的方向)上发射(见箭头X)，并在第二倾斜表面17b中主要在倾斜方向上(相对于垂直方向倾斜相对大角度的方向)上发射(见箭头Y)。
希望将底角α和β设置成主要在基本垂直的方向上发射光，同时主要在倾斜方向上发射光，正如上面描述的那样。根据背灯装置的亮度视角来确定所述倾斜方向。
对于底角α和β，希望角度α的范围是从75°到90°，而角度β的范围优选地是从45°到60°。此外，对于底角α和β的组合，例如优选地是角度α为85°、底角β为50°。
非对称棱镜片15的优选材料是具有1.4到1.6的折射率的材料。非对称棱镜片15的材料的例子包括树脂材料，如基于丙稀的树脂、基于降冰片烯的树脂和聚碳酸酯。
在光导板11的与液晶单元侧相反的方向上(没有设置扩散片13的一侧)设置有一个反射片16。
下面将参照图4和5具体描述依照本发明的背灯装置中的非对称棱镜片的功能。图4和5是用于解释图3所示棱镜片中的光路的视图。此外，在图4和5中，在观察者左侧设置有作为光源的LED，光在观察者所观看的从左到右的方向上行进。
如图4中所示，相对于垂直方向以角度θ1入射到非对称棱镜片15上的光A被非对称棱镜片15的底表面15a折射，进而被突出部分17的第一倾斜表面17a折射，并从非对称棱镜片15向着液晶单元发射。此时，由于突出部分17的底角α位于光源侧，所以所发射光相对于垂直方向具有角度θ2。因而光在基本垂直的方向上发射，因此促进了在垂直方向上的亮度提高。
在该情形中，下面的等式(1)表示了入射角θ1、出射角θ2、底角α和底角β之间的关系：
θ2＝β+sin-1[n1xsin{β-sin-1(sinθ1)/n1}]    等式(1)
其中n1表示非对称棱镜片的折射率。
此外，如图5中所示，相对于垂直方向以角度θ1’入射到非对称棱镜片15上的光B被非对称棱镜片15的底表面15a折射，进而被突出部分17的第一倾斜表面17a折射，然后被第二倾斜表面17b折射，并从非对称棱镜片15向着液晶单元发射。此时，由于突出部分17的底角α位于光源侧上，所以所发射光相对于垂直方向具有角度θ2’。因而光在倾斜方向上发射，因此促进了宽亮度视角的提高。
在该情形中，下面的等式(2)表示了入射角θ1’、出射角θ2’、底角α和底角β之间的关系：
θ2′＝-α+sin-1[n1xsin{α+2β-180-sin-1(sinθ1＇)/n1}]    等式(2)
其中n1表示非对称棱镜片的折射率。
因此，在确定非对称棱镜片15的突出部分17的底角α和β的情形中，考虑到出射角θ2和θ2’，希望根据上述等式(1)和(2)来确定所述角度。特别地，由于亮度视角是任意的，因此希望根据角度θ2’来确定底角α和β。
具有上述结构的背灯装置被设置在液晶显示装置中的液晶单元的后侧(与显示侧相对)上。在液晶显示装置中，来自背灯装置的边缘灯12的光在光导板11内部传播，一部分光直接发射到液晶单元侧，同时另一部分的光被设置在光导板11的液晶单元侧的相对侧上的反射片16反射。被反射片16反射的光穿过光导板11并发射到液晶单元侧。从光导板11发射的光被扩散片13扩散。通过对称棱镜片14控制穿过扩散片13的光，从而在左-右方向上(来自光源的光的行进方向的左侧方向和右侧方向)增强光收集特性。然后，穿过对称棱镜片14的光被非对称棱镜片15的突出部分17折射，并在基本垂直的方向上发射，同时在倾斜的方向上发射，正如上面所描述的那样。换句话说，非对称棱镜片15在光导板主表面的法线方向上和与法线方向成预定角度的方向上发射光。因而所发射的光入射到液晶单元上。
这样，依照本发明的背灯装置的非对称棱镜片，光在基本垂直的方向上发射，同时在倾斜的方向上发射，由此可提高液晶显示装置垂直方向上的亮度，同时实现了宽亮度视角。
下面将描述被执行来阐明本发明效果的例子。
如此准备三个背灯，即在光导板的一个主表面上按顺序层叠扩散片、对称棱镜片和非对称棱镜片，在光导板的另一个主表面上设置反射片，并且在光导板的一个边缘表面的一侧上设置一个LED以作为边缘灯。分别为非对称棱镜片的突出部分的底角α和β的各组合(88°，45°)(实例1)、(88°，50°)(实例2)和(88°，55°)(实例3)设置这三个背灯。此外，作为对比例，如此准备一个背灯，即在光导板的一个主表面上按顺序层叠扩散片和两个对称棱镜片(BEF)，在光导板的另一主表面上设置反射片，并且在一个边缘表面的一侧上设置一个LED以作为边缘灯。
通过组合四个背灯和一个液晶面板来获得液晶显示装置。对每个液晶显示装置的亮度视角进行模拟。在该模拟中测量背灯上的光亮度。用一个通常使用的亮度计来测量光亮度，并获得每个角度下的亮度。这里假定背灯的发光表面的法线方向为视角0°。图6显示了模拟结果。
从图6可以看出，使用依照本发明的背灯的每个液晶显示装置(实例1到3)都在垂直方向上表现出高亮度，同时具有宽的亮度视角。特别地，对于垂直方向上的亮度，每个装置都具有比对比例的液晶显示装置更高的值。另一方面，对比例的液晶显示装置在垂直方向上表现出高亮度，但是其亮度视角较窄。
下面将描述依照本发明的背灯装置的应用例子。
图7(a)是显示具有常规背灯装置的移动电话的视图，图7(b)是显示具有依照本发明背灯装置的移动电话的视图。带有本发明背灯装置的移动电话22具有比带有常规背灯装置的移动电话21更宽的亮度视角，因此，能实现宽范围和出色观看特性的图像显示。
图8是显示具有依照本发明背灯装置的PDA的视图。在该例中也是一样，带有本发明背灯装置的PDA 31具有比带有常规背灯装置的PDA更宽的亮度视角，因此，能实现宽范围和出色观看特性的图像显示。
图9是显示具有依照本发明背灯装置的汽车导航系统的视图。在该例中也是一样，带有本发明背灯装置的汽车导航系统的监视器41具有比带有常规背灯装置的汽车导航系统的监视器更宽的亮度视角，因此，能实现宽范围和出色观看特性的图像显示。例如，如图9中所示，对于驾驶员座位上的人以及紧挨着驾驶员的座位上的人来说，可以以出色的观看状态看到装配在乘客一侧上的监视器41上所显示的图像。
本发明不限于前面所述的实施例，其能以各种修改形式付诸实践。例如，前述的实施例描述了将依照本发明的背灯装置用于移动电话、PDA和汽车导航系统的液晶显示装置的情形。本发明还可用于需要垂直方向上的亮度和宽亮度视角的所有应用的液晶显示装置。
此外，该实施例描述了使用非对称棱镜片作为亮度/亮度视角提高装置的情形，但本发明不限于这种情形。只要一个部件在基本垂直的方向上发射入射光，同时在倾斜方向上发射光，就可以使用除非对称棱镜片之外的任何部件。
而且，该实施例中的扩散片和/或反射片不限于片形，也可以是板或膜的形状，只要分别表现出扩散效果和/或反射效果就行。对称棱镜片也不限于片行，只要能表现出其功能就行。
如上所述，本发明的背灯装置包括：光导装置，其具有彼此面对的一对主面和一对彼此面对的边缘面，并能引导来自设置于其中一个边缘面上的光源的光；亮度/亮度视角提高装置，其被设置在光导板的一个主面的一侧中，并能在该主面的基本法线方向上以及与法线方向具有预定角度的方向上发射光；和反射装置，其被设置在光导装置的另一主面上。由此可实现一个在垂直方向上表现出提高的亮度并且具有宽亮度视角的液晶显示装置。
工业应用性
本发明适用于用作移动电话、PDA(个人数字助理)、汽车导航系统或类似装置的液晶显示装置的光源的背灯装置。

Claims (9)

1.一种背灯装置，包括：
光导装置，其具有一对彼此面对的主面和边缘面，用于引导来自设置在一个边缘面处的光源的光；
亮度/亮度视角提高装置，其被设置在一个主面的一侧上，并且在该主面的基本法线方向上以及与该法线方向具有预定角度的方向上发射光；和
反射装置，其被设置在所述光导装置的另一个主面上。
2.根据权利要求1中所述的背灯装置，其中所述的亮度/亮度视角提高装置是一个具有多个突出部分的非对称棱镜片。
3.根据权利要求2中所述的背灯装置，其中所述非对称棱镜片的所述突出部分具有75°到90°的第一底角α和45°到60°的第二底角β。
4.根据权利要求2或3中所述的背灯装置，其中所述非对称棱镜片的所述突出部分具有85°的第一底角α和50°的第二底角β。
5.根据权利要求3或4中所述的背灯装置，其中突出部分的所述第一底角α位于所述光源的一侧。
6.根据权利要求1到5的任意一个中所述的背灯装置，其中在所述光导装置和所述亮度/亮度视角提高装置之间设置扩散装置。
7.根据权利要求6中所述的背灯装置，其中在所述扩散装置和所述亮度/亮度视角提高装置之间设置一个具有多个突出部分的对称棱镜片。
8.根据权利要求7中所述的背灯装置，其中所述非对称棱镜片被设置成使得所述非对称棱镜片的脊基本垂直于所述对称棱镜片的脊。
9.一种液晶显示装置，包括权利要求1到8的任意一个中所述的背灯装置。
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