CN1987593B - 面状照明装置及以面状照明装置为背光源的液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面状照明装置及以该面状照明装置为背光源的液晶显示装置，上述装置不降低LED芯片的发光效率，在混合色和亮度的分布上没有不均，并且实现了小型化和轻量化。组合平板状的多边形导光板(GLB)和多个不同发光颜色的LED芯片(D1、D2、D3)，形成混色单元(DUT)。将多个该混色单元(DUT)配置在具有反射功能的印刷基板(RFB)上，做成面状照明装置。将其作为背光源装入到液晶显示板的背面构成液晶显示装置。
Description
技术领域
本发明涉及面状照明装置及使用该面状照明装置的液晶显示装置，尤其涉及作为液晶显示板的照明光源对由发光二极管等固体发光元件构成的多个点光源进行混色而将白色光或所希望的有色光面状地辐射的照明装置，以及以该照明装置为背光源的液晶显示装置。
背景技术
在液晶显示装置中，除了利用外来光的照明装置以外，还设置有用于使形成于其液晶显示板的电子潜像可视的照明装置。照明装置通常被设置在液晶显示板的背面或者前面，设置在液晶显示板背面的照明装置称作背光源，设置在前面的照明装置称作前光源。
作为移动电话等小型信息终端的背光源，也有像显示画面尺寸较大的笔记本式个人计算机等那样将冷阴极荧光灯配置在侧面(侧边、入光面)的具有导光体的背光源，但目前使用1个或多个功耗小的由发光二极管所代表的固体发光元件的点光源来取代冷阴极荧光灯。使用了这种固体发光元件的背光源，也适用于笔记本式个人计算机或各类信息设备的显示监视器、电视接收机的显示器。在此，作为固体发光元件以发光二极管(以下简称作LED)为例进行说明。
众所周知，背光源包括将光源设置在导光板侧缘的侧边式和将光源直接设置在液晶显示板背面的直下式。使用LED的背光源的特征在于颜色再现性良好，而从薄型化和轻量化、低功耗化的观点来看，通常是采用使用了导光板的侧边式。使用LED的侧边式背光源，为在丙烯酸脂板等透明板(导光板)的侧面设置LED，在使LED的辐射光在导光板传播的途中使光路改变到导光板的表面方向，使其成为面光源的结构。关于这种背光源，能够列举专利文献1、专利文献2等。
另外，上述各专利文献所公开的LED被设置在该导光板的侧面，使得其出射光轴与该导光板的俯视面平行。在专利文献3中公开了如下内容：在LED的出光面设置特殊的透镜，使光辐射到与出射光轴垂直的方向。
[专利文献1]日本特开2004-200072号公报
[专利文献2]日本特开2004-6187号公报
[专利文献3]日本特开2004-133391号公报
发明内容
背光源的照明光要求是所谓的白色，因此，当使用LED构成直下式背光源时，组合分别发出作为光的三原色的红(R)色、绿(G)色、蓝(B)色的单色光的LED芯片，由它们的混色得到白色光。在这样的情况下，由于LED芯片是点光源因而容易产生颜色不均。
通常，在使3种颜色混色时，需要使3个LED芯片接近，或与液晶显示板保持距离。但是，LED芯片间的接近配置是有限度的，随着使之接近温度将会上升，LED芯片的发光效率将会下降。另外，与显示板保持距离，会使背光源变厚，损害液晶显示装置的小型化和轻量化。并且，有时会因配置多个3种颜色的LED做成白色面状照明装置时各个LED的特性差异而在混合色和亮度的分布上产生不均。
本发明的目的在于，提供一种面状照明装置及以该面状照明装置为背光源的液晶显示装置，上述装置不降低LED芯片的发光效率，在混合色和亮度的分布上没有不均，并且实现了小型化和轻量化。
本发明的面状照明装置，组合平板状的多边形导光板和多个不同发光颜色的LED芯片形成混色单元，将其配置多个做成直下式背光源的混色结构。在导光板的俯视面方向发出由该混色单元所生成的白色光。并且，二维地配置多个混色单元做成具有所需要的面积的面状照明装置。将其装入到液晶显示板背面构成液晶显示装置。
构成各个混色单元的导光板的俯视形状为三角形或多边形，在其各个角形成切割面，在上述各个切割面分别配置发出不同原色光的LED芯片。例如，在使用正三角形的导光板时，在形成于其各个角的切割面的各个侧壁设置分别发出红(R)色光、绿(G)色光、蓝(B)色光的LED芯片。
在导光板的下表面(背面)印刷白色点等或加工皱纹等，另外，在除了设置LED芯片的角的导光板边的侧面设置反射片。在导光板的背面侧设置有反射板。并且，在导光板的上表面(与液晶显示板的背面相对的面)设置漫射片构成混色单元。在这样的混色单元中，来自各个LED芯片的光在导光板的中央区域被混合成为白色光。该白色光在上述白色印刷点或皱纹等的作用下从导光板的上表面辐射到液晶显示板方向。光从导光板的俯视面出射的机理(mechanism)与已知的侧边式背光源相同。二维地配置多个这样的LED单元构成具有必要的展宽的背光源。
另外，在使用四边形的导光板时，在形成于其各个角的切割面的、位于一条对角线上的对角的切割面，设置R和G的LED芯片，在另一条对角线上的对角分别设置发出B色光的LED芯片。这种情况的原因在于，B的LED芯片的发光效率比其它LED芯片低。这只不过是一个例子，当其它LED芯片的效率低，或者增大了特定颜色的亮度等情况下，能够使用2个该颜色的LED芯片。这意味着考虑LED芯片的发光效率或显色性(color rendering)等能够使用2个其它颜色的LED芯片。
并且，在设导光板为五边以上的多边形时，组合适当数量的R、G和B的LED，能够生成已调整为白色或所希望的显色的有色光。
在本发明中，上述面状照明装置，不降低LED芯片的发光效率，在混合色和亮度的分布上没有不均，并且能够实现小型化和轻量化。毋庸置疑，该面状照明装置作为面光源能够用于各种领域。在此，尤其能够通过将其作为背光源装入、组合到液晶显示板，实现薄型化或小型薄型化和低功耗化，能够提供高亮度、高品质的液晶显示装置。
附图说明
图1A、1B是用于说明本发明的面状照明装置的实施例1的混色单元的要部结构图。
图2是图1A、1B的导光板的下表面的结构图。
图3A、3B是说明本发明的面状照明装置的实施例1的图。
图4是说明本发明的面状照明装置的实施例2的、与图3A相同的俯视图。
图5A、5B是说明本发明的面状照明装置的实施例3的图。
图6是说明本发明的面状照明装置的实施例3的、与图3A或图4相同的俯视图。
图7A、7B是说明本发明的面状照明装置的实施例1或2中、混色单元的固定结构的图。
图8A、8B是说明本发明的面状照明装置的实施例3中、混色单元的固定结构的图。
图9是说明本发明的面状照明装置的各个实施例中、LED芯片的布线例的图。
图10是本发明的面状照明装置的实施例1或2中、安装有混色单元的1块印刷基板RFB的布线结构例的说明图。
图11是本发明的面状照明装置的实施例3中、安装有混色单元的1块印刷基板RFB的布线结构例的说明图。
图12是示意地说明本发明的液晶显示装置的结构例的展开立体图。
具体实施方式
下面，参照实施例的附图详细说明本发明的优选实施方式。
[实施例1]
图1A、1B是用于说明本发明的面状照明装置的实施例1的混色单元的要部结构图。图1A是俯视图，图1B是从图1A的箭头方向看去的侧视图。并且，图2是图1A、1B的导光板的下表面的结构图。实施例1的背光源，二维地配置多个混色单元而构成。
图1A、1B所示的混色单元DUT，由最好是丙烯酸脂板的透明导光板GLB、LED芯片D1、D2、D3、反射片RFS、反射板RFB以及漫射片DFS构成。实施例1的导光板GLB是三角形的，其各个角被切下，做成正对三角形中心的切割面CTF1、CTF2、CTF3。在该切割面CTF1、CTF2、CTF3上分别设置有LED芯片D1、D2、D3。在此，设LED芯片D1出射红(R)色光、D2出射绿(G)色光、D3出射蓝(B)色光进行说明。
在导光板GLB的背面印刷有多个白色点REP。该白色点REP具有使从LED单元入射的光在上表面方向出射的功能。也可以取代印刷白色点REP而在上述背面加工出被称作皱纹的多个凹部(有时也包括凸部)使之具有同样的功能。并且，在导光板GLB的上表面侧设置有漫射片DFS。漫射片DFS也可以是漫射板。另外，在导光板GLB的侧面，除了上述LED芯片的设置部分还贴有反射片RFS。
在做成这样的结构的混色单元中，分别从LED芯片D1、D2、D3出射的红(R)、绿(G)、蓝(B)的各颜色光，被导入到导光板GLB的内部。被导入的红(R)、绿(G)、蓝(B)的各颜色光，在虚线所示的导光板GLB的中央部分被混色成白色光，辐射到上表面方向。通过调整提供给LED芯片D1、D2、D3的电流，能够任意地设定白色光在色度图上的坐标。
图3A、3B是说明本发明的面状照明装置的实施例1的图。图3A表示俯视图，图3B表示沿着图3A的A-A线的剖面。该面状照明装置，二维地排列有多个在图1A、1B和图2中说明的混色单元DUT。实施例1的面状照明装置，在1块长方形的印刷基板RFB上安装7个混色单元DUT，在有底的框FRM上分成4个平面地容纳该印刷基板RFB而构成。将印刷基板RFB的上表面(安装混色单元DUT的表面)做成反射面。也可以设置反射片以取代该反射面。
如上所述，该面状照明装置，由28个混色单元DUT构成。当配置在框FRM时，如图3A的虚线圆C1所示，上下交替地排列混色单元DUT的三角形，使得相邻混色单元的相同颜色的LED芯片不相毗邻，从而混色变得均匀。
[实施例2]
图4是说明本发明的面状照明装置的实施例2的、与图3A相同的俯视图。图4的混色单元DUT的结构与实施例1相同。在该实施例中，在印刷基板RFB上的第奇数列和第偶数列错开地配置安装在印刷基板RFB的混色单元DUT，所述印刷基板RFB，在框FRM上使其长度方向与图4的横向方向平行地配置。通过这样的排列，如图4的虚线椭圆所示，混色单元的相同颜色的LED芯片不相毗邻，从而混色变得均匀。其他结构与图3相同。
[实施例3]
图5A、5B是说明本发明的面状照明装置的实施例3的图。图5A表示俯视图，图5B表示从图5A的箭头方向看去的侧视图。在实施例3中，将导光板GLB做成四边形，其各个角被切下，沿顺时针方向做成正对四边形中心的切割面CTF1、CTF2、CTF3、CTF4。在该切割面CTF1、CTF2、CTF3、CTF4上分别设置有LED芯片D1、D3、D2、D3。与图1相同，假定LED芯片D1出射红(R)色光、D2出射绿(G)色光、D3出射蓝(B)色光。
在实施例3中，在四边形导光板GLB的切割面CTF1设置有LED芯片D1；在切割面CTF2设置有LED芯片D3；在切割面CTF3设置有LED芯片D2；在切割面CTF4设置有LED芯片D3。除了导光板GLB为四边形的，在其各个切割面设置共计4个LED芯片这一点以外，与在图1中说明的混色单元DUT相同。
图6是说明本发明的面状照明装置的实施例3的、与图3A或图4相同的俯视图。在该实施例中，也配置安装于在框FRM上长度方向与图4的横向方向平行的印刷基板RFB上的混色单元DUT，使得最接近的LED芯片为不同颜色的LED芯片，使得混色单元的相同颜色的LED芯片不相毗邻，从而混色变得均匀。
图7A、7B是说明本发明的面状照明装置的实施例1或2中、混色单元的固定结构的图。图7A表示俯视图，图7B表示沿着图7A的B-B线的剖面。混色单元DUT，用固定框架FFR固定在印刷基板RFB上。在图1所示的混色单元DUT上盖上固定框架FFR，在形成于固定框架FFR三条边上的托架(bracket)(具有螺纹孔)BKT用螺钉固定在印刷基板RFB。此时，用固定框架FFR和导光板GLB夹着漫射片DFS。也可以将用于相互离开间隔的适当的间隔物，夹设于漫射片DFS和导光板GLB之间的周围的全部或部分。
图8A、8B是说明本发明的面状照明装置的实施例3中、混色单元的固定结构的图。图8A表示俯视图，图8B表示沿着图8A的C-C线的剖面。混色单元DUT，由固定框架FFR固定在印刷基板RFB上。在图5所示的混色单元DUT上盖上固定框架FFR，在形成于固定框架FFR四条边上的托架BKT用螺钉固定在印刷基板RFB。此时，用固定框架FFR和导光板GLB夹着漫射片DFS。也可以将用于相互离开间隔的适当的间隔物，夹设于漫射片DFS和导光板GLB之间的周围的全部或部分。
图9是说明本发明的面状照明装置的各个实施例中、LED芯片的布线例的图。在此，安装于各个印刷基板RFB的各个混色单元的各个LED芯片串联连接。并且，从对应于各种颜色的LED芯片的阳极端子AR、AG、AB向阴极端子进行供电。
图10是本发明的面状照明装置的实施例1或2中、安装有混色单元的1块印刷基板RFB的布线结构例的说明图。红(R)色LED芯片的接线用虚线表示；绿(G)色LED芯片的接线用虚线表示；蓝(B)色LED芯片的接线用点划线表示。
图11是本发明的面状照明装置的实施例3中、安装有混色单元的1块印刷基板RFB的布线结构例的说明图。红(R)色LED芯片的接线用虚线表示；绿(G)色LED芯片的接线用划线表示；蓝(B)色LED芯片的接线用点划线表示。
图12是示意地说明本发明的液晶显示装置的结构例的展开立体图。图12是采用了所谓的纵向电场方式(TN方式)的液晶显示板的显示装置。该液晶显示装置，在TFT基板SUB1和CF基板SUB2之间封装有液晶LC。在TFT基板SUB1的主面形成有作为有源元件使用薄膜晶体管电路的构成矩阵排列的多个像素的像素电极PX、安装在像素的矩阵排列区域(显示区域)周围的栅极驱动器GDR、漏极驱动器DDR以及附属电路CIR。覆盖包括该显示区域的最外表面形成有TFT基板侧取向膜ORI1。在图12中，以相同尺寸示出了TFT基板SUB1和CF基板SUB2，但TFT基板SUB1从CF基板SUB2超出。在图12中用纵向的虚线示出了这一情况。
在CF基板SUB2的主面形成对置电极(在该方式中也称作公共电极)CT和滤色片CF，覆盖包括对应于上述显示区域的区域的最外表面形成有CF基板侧取向膜ORI2。
在TFT基板SUB1的取向膜ORI1和CF基板SUB2的取向膜ORI2之间封装液晶LC，用密封装置(seal)SL密封。在TFT基板SUB1的外表面和CF基板SUB2的外表面，分别层叠有偏振片POL1、POL2。该液晶显示装置为透射式的，在TFT基板SUB1的背面设置有使用上述本发明的面状照明装置的背光源BL。
根据本发明，能够提供一种面状照明装置及将面状照明装置用作背光源的液晶显示装置，上述装置能够不降低LED芯片的发光效率，在混合色和亮度的分布上没有不均，并且实现了小型化和轻量化。
本发明不限于上述实施例的结构，可以不脱离本发明的技术思想地进行各种变更。
Claims (10)
1.一种面状照明装置，其特征在于，
包括多个混色单元，该混色单元具有俯视时平面形状为正三角形的透明导光板，并且在形成于该导光板的第一角部的切割面的侧壁设有红色发光LED芯片，在形成于该导光板的第二角部的切割面的侧壁设有绿色发光LED芯片，在形成于该导光板的第三角部的切割面的侧壁设有蓝色发光LED芯片，来自上述各LED芯片的光沿着与上述平面平行的方向从上述导光板的上述侧壁向上述导光板的内部入射，
上述多个混色单元排列在反射板上而构成具有二维展宽的面状光源，
上述混色单元从上述导光板的上表面辐射由上述混色单元所生成的混色光，
上下交替地排列上述多个混色单元，使得相邻的上述混色单元的相同颜色的LED芯片不相毗邻。
2.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
对上述导光板的下表面，实施用于使从上述LED芯片入射的光反射到上述上表面的反射处理。
3.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
在上述导光板的侧壁，除了设置上述LED芯片的角部，具有用于使从上述LED芯片入射的光返回到上述导光板内部的反射片。
4.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
上述反射板兼作具有布线的印刷基板，所述布线用于向上述混色单元的LED芯片供电。
5.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
还包括漫射片，其覆盖上述导光板的上表面，使由上述混色单元所生成的白色光发生漫射。
6.一种液晶显示装置，具有液晶显示板和设置在该液晶显示板背面的面状照明装置，其特征在于，
上述面状照明装置包括多个混色单元，该混色单元具有俯视时平面形状为正三角形的透明导光板，并且在形成于该导光板的第一角部的切割面的侧壁设有红色发光LED芯片，在形成于该导光板的第二角部的切割面的侧壁设有绿色发光LED芯片，在形成于该导光板的第三角部的切割面的侧壁设有蓝色发光LED芯片，来自上述各LED芯片的光沿着与上述平面平行的方向从上述导光板的上述侧壁向上述导光板的内部入射，
上述多个混色单元排列在反射板上而构成具有二维展宽的面状光源，
上述混色单元从上述导光板的上表面向上述液晶显示板辐射由上述混色单元所生成的混色光，
上下交替地排列上述多个混色单元，使得相邻的上述混色单元的相同颜色的LED芯片不相毗邻。
7.根据权利要求6所述的面状照明装置，其特征在于，
对构成上述面状照明装置的上述导光板的下表面，实施用于使从上述LED芯片入射的光反射到上述上表面的反射处理。
8.根据权利要求6所述的面状照明装置，其特征在于，
在构成上述面状照明装置的上述导光板的侧壁，除了设置上述LED芯片的角部，具有用于使从上述LED芯片入射的光返回到上述导光板内部的反射片。
9.根据权利要求6所述的面状照明装置，其特征在于，
构成上述面状照明装置的上述反射板兼作具有布线的印刷基板，所述布线用于向上述混色单元的LED芯片供电。
10.根据权利要求6所述的面状照明装置，其特征在于，
还包括漫射片，其覆盖构成上述面状照明装置的上述导光板的上表面，使由上述混色单元所生成的白色光发生漫射。
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