TW594239B - Surface-emitting device and liquid crystal display device - Google Patents

Description

⑴ 坎、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之__ 【技術領域】 、或、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 本發明關於面發光 #舢山止曰 灸置以及液晶顯示裝置，特別係關於 呎埘出光f均勻分你 r ^ 的面發光裝置的結構。 【先前技術】 以往，在把周圍光作 一 _ F ’光源而進行顯示的反射型液晶顯 置中，因為其亮户 、 &係被周圍光的光量所控制，所以在 暗處等周圍光不夠充四， 70疋的％境下使用時，出現顯示辨識性 顯著下降的問題。因 、 已有人提出了在反射型液晶顯示 單元的前面設置前擦f^ 复w k (面發光裝置），並將其作為補助光源 而使用的液晶顧示举罢 „ _ /、 置。具備上述前燈的液晶顯示裝置， & $ A屋外等周圍S源十分充足的環境下，作為通常的反 射型液晶顯示裝置而工作，根據需要，點亮上述前燈作為 光源。在圖7和圖8中表示出上述前燈的結構。 圖7中所π的削燈11〇具備藉由注射成形透明丙烯酸樹 脂等而製得的平板狀導光板112和在上述導光板则側端 面112a <•又置的（在圖2中為2個）多個光源m。圖示上述導光 板112的下面成為放射出照射液晶顯示單元的光的射出面 ，在上述射出面的相反面（導光板m的上面）成為，用於改 變傳播導光板112内部的光的方向並從側面看楔狀的凸部 114相互平行且連續形成的棱形狀棱面mc。光源ui係白色 LED (Light Emitting Diode;發光二極體）或有機 加 Lu—獻 ;電發光）7L件等的點光源’並被設置得向導光板112的侧 端面112a方向放射光。 594239 (2) 發明說明續頁 具有上述結構的前燈110，把從光源111射出的光藉由導 光板112的側端面112a導向内部，在稜形面112c反射在内部 傳播的光，改變其傳播方向，使從導光板112的射出面（下 面）射出光。並且，藉由上述射出的光，照亮設置在前燈 110後側的液晶顯"tf早元。 但是，因為上述前燈110具有在導光板112的側端面112a 上設有點光源111的結構，所以被導向導光板112内部的光 的強度不均勻，其結果，從射出面射出的光的均一形也差 4- 。所以為了提高上述射出光的均一性，使用了如圖8所示 的前燈120等在導光板12和光源115之間設置條導光體113的 結構。 如圖8所示，上述前燈120的結構係：沿著導光板112的一 側端面設置棒狀的條導光體113，在該條導光體113的長度 方向的兩端部上分別設置由發光元件的LED等構成的光 源115，115。另外，在條導光體113的外側面（與導光板112 相反的側面）113a形成未圖示的稜形，用來反射在條導光體 113内部傳播的光，而能夠使其改變傳播方向。 因此，在如圖8所示的前燈120中，從光源115射出的光， 藉由條導光體113的兩端面，引向導光體113的内部，並藉 由在導光體113的外側面113a上形成的棱形面，改變其傳播 方向，從導光板112的侧端面導向導光板112内。 如上所述，前燈120藉由具備條導光體113，從導光板112 和條導光體113的整個連接面向導光板112内導入光，從而 改善了從導光板112的射出面上射出的光的均一性。 594239 (3) 發明說明續頁 【發明所欲解決的課題】 上述結構的前燈120，雖然射出光的分佈較均勻，但還 是存在照亮液晶顯示單元的亮度不足的問題。並且還出現 導入到導光板II2内的光，從導光板II2的表面（上面）直接 到達觀察者，使導光板112的表面看起來發白的現象（白化 現象），由此存在辨識性下降的問題。 另外，近年來伴隨高精細化、高對比度液晶顯示裝置的 顯示品質的提高，對從前燈射出的光的均一性要求也更高 ，希望能夠開發出亮度更加均一的前燈。 【發明内容】 本發明的目的在於提供不會產生白化現象，光源的利用 效率高且射出光的均勾性優異的面發光裝置。 另外，本發明的另一目的在於提供具備具有上述優異特 性、並且辨識性優異的面發光裝置的液晶顯示裝置。 為了達到上述目的，本發明採用以下的結構。 本發明的面發光裝置係，具備導光板、沿著上述導光板 的一侧端面設置的導光體以及設置在該導光體的端部上 的光源，與上述導光板的侧端面相對的上述導光體的側面 成為用於把上述光源的光向導光板照射的射出面，與上述 射出面相反的侧面成為為了反射在内部傳播的光而以一 定的間距周期地形成具有相向成對斜面的凹狀槽的反射 面，上述槽的深度相當於上述導光體的中央部槽的深度， 構成上述槽的2個斜面所構成的角度大於105度而小於115 594239 (4) 發明說明續頁 本發明的面發光裝置的結構係，把從設置在導光體兩端 部的光源射出的光，藉由在導光體的具有凹狀槽的一側面 進行反射而從導光板的側端面向導光板内導入。並且，藉 由在導光板内反射傳播導光板内的光而改變其傳播方向 ，從導光板的主面射出。 具有以上結構的本發明的面發光裝置中，為了提高從導 光體向導光板的侧端面照射的光的均一性，藉由把影響從 導光體射出的光的均一性的上述凹狀槽的形狀設定成上 述形狀，而有效地把從導光體射出的光供給導光板，並且 提高從導光體射出的光的均一性，由此提高從導光板的主 面射出的光量和光的均一性。 在本發明的面發光裝置中，上述凹狀槽的深度與導光體 的中央部附近的槽的深度相當。藉由此種構成，能夠使從 導光體長度方向射出的光量分佈均勻。 上述槽的間距，較理想者係0.01 mm以上且0.5 mm以下。構 成凹狀槽的2個斜面構成的角度，較理想者係105度以上且 115度以下。藉由此種範圍，能夠增大向導光板方向射出 的光量，並且進一步提高光源的利用效率，實現亮度高的 面發光裝置。如果上述角度小於105度，則從導光體射出 的光的均一性下降，但如果超過115度，則面發光裝置的 亮度將下降。 在本發明的面發光裝置中，較理想者係上述槽的谷部的 角度，大於108度，且小於112度。藉由此種結構，能夠進 594239 (5) 發明說明續頁 的亮度。 在本發明的面發光裝置中，上述凹狀槽的谷部深度可以 按指數函數或二次函數關係向導光體的中央部遞增。藉由 根據上述關係形成槽的深度，可以進一步使從導光體長度 方向射出的光量分佈均勻。 在本發明的面發光裝置中，可以至少在上述導光體的反 射面上形成由金屬薄膜構成的反射層。藉由此種結構，能 夠防止從形成凹狀槽的側面漏光，從而提高光源的光利用 效率，實現高亮度的面發光裝置。上述反射層能夠在導光 體的、與導光板的側端面相對的側面之外的任意側面上形 成。

在本發明中，上述反射層的厚度，較理想者係大於30 nm 而小於200 nm，反射層厚度大於50 nm而小於150 nm將更為理 想。如果反射層的厚度小於30 nm，則光透過反射層漏出， 而降低面發光裝置的亮度，如果超過200 nm，則反射層的 成模時間長，所以降低生產率。大於50 nm而小於150 nm則 能夠容易形成具有良好光反射性的反射層，從而能夠容易 製造高亮度的面發光裝置。 在本發明的面發光裝置中，上述導光體的射出面和反射 面之間的距離在大於2.5 mm而小於3.5 mm的範圍係較理想 者。藉由把上述導光體的射出面和反射面之間的距離設置 在上述範圍之内，防止從導光體導入的光從導光板的主面 漏出從而能夠提高面發光裝置的亮度。 在本發明的面發光裝置中，較理想者係把上述光源的發 -10- 594239 (6) 發明說明續頁 光部中心設置在上述導光體厚度方向的略中心處。藉由此 種結構，能夠提高從導光體射出的光的均一性，即使使用 面積大的導光板的情況下，也不會影響射出光量的均一性。 本發明的液晶頭不裝置’其特徵在於將上述所述的任意 的面發光裝置設置在液晶顯示單元的前面。依據此種結構 ，能夠藉由上述面發光裝置，均勾且高亮度地照射液晶顯 示單元，所以能夠提供具有優異辨識性的液晶顯示裝置。 【實施方式】 以下參照附圖說明本發明的實施方式。 圖1係本發明實施方式之1的前燈（面發光裝置）的部分 立體圖。圖中所示的前燈10係由透明樹脂材料構成的平板 狀的導光板12、設置在該導光板12的側端面12a側的側端部 (長方形狀導光板12的短邊側的一端部）上的棒狀條導光 體（導光體）13以及設置在條導光體13的長度方向兩端部上 的發光元件（光源）15，15構成。

導光板12係透明的平板狀構件，它把與條導光體13相向 的側端面12a作為入光面，導光板12的上面係與側端面12a 略平行、從侧面看係楔子型的凸部14條狀相互平行而形成 的反射面12c。所述導光板12構成把從側端面12a導向内部 的光，用反射面12c反射，改變其傳播方向，並從與反射 面12c相反的面（圖中為下面）射出的結構。 另外，導光板12可以藉由把透明的丙婦酸樹脂等樹脂材 料注射成形為平板狀的方法而製得。構成導光板12的材料 除了可以使用丙晞酸樹脂以外，還可以使用聚碳酸酯樹脂 -11 - 594239 ⑺ 發明說明續頁 、％氧樹脂等透明樹脂材料或玻璃等。作為具體的例子沒 2特別的限定，作為合適的可以例舉aton(商品名：jsr社 衣）或zeonoa (商品名：曰本zeon社製）等。

如圖1所不，條導光體13係由丙缔酸樹脂或聚碳酸酯樹 脂等構成的四角柱狀透明構件，在該條導光體13的長度方 向兩端部設置由LED(白色LED)構成的發光元件15,丨^如 圖1所示，上述導光體13的侧面中，與導光板12相反的那 一側面成為多個（圖中為7個）楔狀槽16形成條狀的反射面 13b，槽16的方向與發光元件15被設置的端面平行。另外， 條導光體13藉由在構成上述槽16的面，反射從發光元件 ，I5射出並導向内部的光，從而把光的傳播方向改向導光 板12側，向導光板12的侧端面照射光。從條導光體η向 導光板12導入的光，傳播導光板12的内部，並在反射面以 所形成的構成凹部14的面上進行反射，改變其傳播方向， 並從導光板12的射出面（圖示的下面）射出。

在本實施例的前燈10中，發光元件15係由LED所構成， 但發光元件15並不限於此，只要係能夠安装在條導光體u 兩端邵者即可以使用，例如可以使用EL元件等發光元件。 另外，較理想者係把該發光元件15設置在條導光體13的端 面上，使發光元件15的發光區域的中心位於條導光體13的 厚度方向上的略中心上。藉由此種設置，能夠減少向條導 光體13的反射面13b以外的侧面入射的光量，提高從條導 光體13射出的光的均一性。 參照圖2和圖3詳細說明本發明特徵的條導光體13的結 -12- 594239 ⑻ 發明說明續頁 構。圖2係圖1中所示的條導光體13的部分俯視圖，圖3係 擴大表示圖2中所示的區域A的部分俯視圖。

在本實施例的條導光體13的侧面形成有圖2和圖3所示 的多個楔狀槽16，該槽16係由相對於條導光體13的射出面 13a，傾斜而置的2個斜面部16a、16b構成，上述斜面部16a 和16b構成的角度α大於105度而小於115度。這是因為當角 度α小於105度時，從條導光體13射出的光量的均一性降低 ，如果角度α大於115度，則亮度下降的緣故。另外，上 述角度α大於108度而小於112度，將更為理想。如果在上 述範圍之内，則能夠進一步增加向導光板12方向射出的光 量，並進一步提高前燈110的亮度。

在本實施例的條導光體13的反射面13b形成有由Α1或Ag 等高反射率的金屬薄膜構成的反射層19。藉由形成上述反 射層19，能夠防止從反射面13b漏光的問題，同時提高在 槽16的斜面部16a，16b的光反射率，增加向導光板12射出的 光亮。上述反射層19的厚度大於30 nm而小於200 nm係較理 想者，更為理想者係上述反射層的厚度大於50 nm而小於150 nm。如果反射層的厚度小於30 nm，則光透過反射層漏出而 降低面發光裝置的亮度，如果超過200 nm，則反射層的成 模時間長，所以降低生產率。如果大於50 nm而小於150 nm ，則能夠容易形成具有良好光反射性的反射層，從而能夠 容易製造高亮度的面發光裝置。 在本實施例的面發光裝置10中，於反射面13b形成的槽16 的斜面部16a，16b構成的角度在上述範圍之内，如圖3所示 -13 - 594239 (9) 發明說明續頁 ，把槽深D也設定在一定的尺寸内。參照圖4詳細說明上 述槽16的深度。圖4係表示在導光體13的反射面13b上形成 的槽16的深度D和發光元件15與每個槽16之間距離關係的 曲線。在圖4中係表示從導光體13的中央至一側發光元件 15的槽16的深度，到另一發光元件15為止的距離和槽深D 之間的關係是相對於導光體13的中央而言者。即從導光體 13的中央至距離相等的2個槽16的深度D相同。

如圖4所示，在本實施例的面發光裝置10中，導光體13 中央部附近的區域1和從該區域1的外側至發光元件15為 止的區域2，其槽16的深度D不同。即在導光體13的中央部 側的區域1，槽16的深度D具有一定的深度d2，在區域2中 ，離發光元件15最近的槽16的深度係山，與導光體13中央 附近的槽16的深度略相等。在區域2中，從發光元件15至 槽16的距離和槽16的深度D之間的關係滿足二次函數或指 數函數關係。即，某一個槽16的厚度D能夠用從發光元件 15的距離t表示成D = at2 + bt +山（a、b為常數）或D = cet + d〗（c為常 數）的關係式，上述關係式中的常數可以根據導光體13的 長度等尺寸適宜選自最佳值。 更具體地，如果導光體13的厚度為40 mm至80 mm左右，則 使圖4中所示的槽深山為20 μηι左右，d2為50 μια左右，在區域 2中，從發光元件15側向導光體13的中央的槽深D可以從20 μηι依次按照二次函數或指數函數關係遞增。 另夕卜，從圖3所示的導光體13的反射面13b到射出面13a的 距離L，較理想者係2.5 mm以上且3.5 mm以下。如果上述距 -14- 594239 (ίο) 發明說明續頁 離L小於2.5 mm，則光源附近明亮，而亮度的均一性下降。 如果超過3.5 mm，則亮度下降。

如上述，本發明的前燈10係因為具有上述結構，所以能 夠大大提高從條導光體13導向導光板12的光的均一性。由 此，能夠提高從導光板12射出的光的均一性，且能夠增加 從導光板12射出的光量。因此，如果把本發明的前燈10例 如設置在液晶顯示單元的前面而使用，則能夠均一、高亮 度地照亮液晶顯示單元。 (液晶顯示裝置） 以下說明具有上述實施例的前燈10的液晶顯示裝置。圖 5係表示具有圖1所示的前燈10的液晶顯示裝置的一例的 立體圖。圖6係沿圖5所示的6 — 6方向的模式截面圖。在這 些圖中所表示的液晶顯示裝置大致由本實施例的前燈10 和在其背面設置的液晶顯示單元20構成。 因為前燈10的結構與在圖1中表示的前燈10相同，所以

省略說明，如圖6所示，導光板12的下面（液晶顯示單元20 側）成為射出光源的射出面12b。與上述射出面12b相反的面 (導光板12的上面）成為，為了在導光板12内部改變光的方 向，而周期設置側面呈楔狀的凸部14而成的反射面12c，其 中凸部14係由相對於射出面12b傾斜而置的第1斜面部14a 和與其連接的第2斜面部14b構成。 如圖6所tf ’液晶顯不早元20具有把爽住液晶層23相對 而置的第1基板21和第2基板22，用密封材料24接合，構成 一體的結構，在第1基板21的液晶層23側形成含有電極層 -15- 594239 ⑼ 發明說明續頁 或方向性塗層並用於驅動控制液晶層23的顯示電路27，在 第2基板22的液晶層23侧依次層疊用於反射入射到液晶顯 示單元20的光的反射膜25和用於驅動控制含有電極層或 方向性塗層的液晶層23的顯示電路26。另外，反射膜25的 表面可以為凹凸狀，用於擴散反射的光。

在上述結構的液晶顯示裝置中，從發光元件15射出的光 首先被導入到導光體13的内部，在導光體13的反射面13b 進行反射而改變其傳播方向，從與導光板3的射出面相對 而置的導光板12的侧端面導向導光板2内部。另外，在導 光板12内部傳播的光，在導光板的反射面12c的斜面部14a 反射，而改變其傳播方向，從導光板12的射出面12b射出 照射液晶顯示單元20的光。

接著，入射到液晶顯示單元20内的光，透過第1基板21 、顯示電路27、液晶層23以及顯示電路26到達反射膜25， 然後被反射膜反射再次回到液晶層23侧。上述被反射的光 ，從液晶顯示單元20的上面射出，透過導光板12，到達使 用者。如上述，本發明的液晶顯示裝置因為使用前燈10 作為反射型液晶顯示單元20的光源，所以在外部光線不是 十分充足的暗處也能夠辨識顯示。並且，藉由具備本發明 的前燈10，能夠在顯示部的整個區域中得到均一的亮度， 並且其亮度也與以往的液晶顯示裝置相比大大提高。 【實施例】 以下參照以下實施例，更詳細地說明本發明，並由此更 加清楚本發明的效果，但本發明並不限定於以下的實施例。 -16- 594239 (12) 發明說明續頁 在本實施例中，以圖1中所示的前燈10作為基本結構， 製備條導光體13的反射面13b的結構改變成各種各樣的前 燈。在表1中表示出上述這些前燈的結構。在本實施例中 製備的前燈中，作為發光元件15，使用白色LED，導光板12 使用成形丙烯酸樹脂而製得的50 mm X 40 mm X 0.7 mm的平板 。在條導光體13的反射面13b上形成的槽16的深度為離發光 元件15最近的槽的深度為20 μπι，而從條導光體13的中央部 到槽的距離小於3 mm的槽16的深度係固定為50微米。從發 光元件15側的槽向條發光體13的中央部，槽16的深度係呈 指數函數逐漸變大。

【表1】 反射面13b的形狀 條發光體 亮度特性（cd/m2) 槽前端 槽的間 的深度 平均 標準 角度（°) 距（mm) (mm) 亮度 偏差 樣品1 100 0.16 3.0 6473 2320 樣品2 102 0.16 3.0 6755 2073 樣品3 105 0.16 3.0 7180 2205 樣品4 108 0.16 3.0 7270 2199 樣品5 110 0.16 3.0 7255 2149 樣品6 112 0.16 3.0 7266 2180 樣品7 115 0.16 3.0 7227 2248 樣品8 117 0.16 3.0 6871 2137 樣品9 120 0.16 3.0 6337 1995 樣品10 110 0.16 2.5 7555 2720 樣品11 110 0.16 3.5 6555 2149 比較 110 0.16 2.0 6821 5695 樣品1 -17- 594239 發明說明續頁 (13) 比較 110 0.16 4.0 3645 1414 樣品2 然後啟動在上述製得的前燈，測定導光板12的射出面 (圖示的下面）的射出光量及其分佈。使用BM- 5A (商品名：

dopkon社製）進行測定。在表1中表示出測定結果。如在表1 中所示，條導光體13的形狀滿足本發明條件的樣品1至11 的前燈，其亮度被大大改善，並且亮度分佈也變小，係能 夠以高亮度均勻照射的前燈。相對與此，條導光體13的深 度不滿足本發明條件的比較樣品1，2的前燈，其亮度的均 勻性或平均亮度都不足。

如上述的詳細說明，本發明的發光裝置係，與導光板的 側端面相對的上述導光體的侧面成為用於把上述光源的 光向導光板照射的射出面，與上述射出面相反側的側面成 為為了反射在内部傳播的光而以一定的間距周期性形成 具有相向成對斜面的凹狀槽的反射面，上述凹狀槽的深度 相當於上述導光體的中央部槽的深度，構成上述槽的2個 斜面所構成的角度大於105度而小於115度，從而能夠大大 提高從導光體導入到導光板中的光的均一性，並由此提高 從導光板射出的光的均一性並增加射出光量。 在本發明的面發光裝置中，如果使構成上述凹狀槽的兩 個斜面所構成的角度大於108度而小於112度，則能夠進一 步增加從導光體向導光板方向射出的光量，從而能夠提供 更高亮度的面發光裝置。 在本發明的面發光裝置中，如果使上述導光體的射出面 和反射面的距離設定為大於2.5 mm且小於3.5 mm，則能夠抑 -18- 594239 (14) 發明說明續頁 制從導光體向導光板導入的光從導光板的主面漏出，從而 提高光的利用效率，得到高亮度且射出光亮均一的面發光 裝置。 ， 本發明的液晶顯示裝置，藉由把本發明的面發光裝置設 置在液晶顯TF卓元的前面’成為南党度且標誠党度均一性 優異的液晶顯示裝置。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明實施方式1的前燈的部分立體圖。 圖2為圖1中所示的條發光體的部分俯視圖。 圖3為把圖3中所示的區域A擴大表示的部分俯視圖。 圖4為表示在圖1、2所示的條發光體中形成的槽的深度 和槽與光源距離之間的關係的曲線。 圖5係表示具備圖1所示的本實施方式前燈的液晶顯示 裝置一例的立體圖。 圖6係圖5所示的液晶顯示裝置的6 — 6線方向的模式截 面圖 。 圖7係表示以往的前燈的一個結構例的立體圖。 圖8係表示以往的前燈的另一結構例的立體圖。 【圖式代表符號說明】 10 前燈（面發光裝置） 12 導光板 13 條導光體 13a (導光體之）射出面 13b (導光體之）反射面 -19- 594239 (15) 發明說明續頁 15 發光元件（光源） 16 溝 19 反射層 20 液晶顯示單元

-20-

Claims (1)

1. 594239 拾、申請專利範圍 1. 一種面發光裝置，其特徵在於： 具備：導光板、沿著上述導光板的一側端面設置的 導光體以及設置在該導光體端部的光源；且

   與上述導光板的側端面相對的上述導光體的側面成 為用於把上述光源的光向導光板照射的射出面，與上 述射出面相反的側面成為反射面，該反射面為了反射 在内部傳播的光而以一定的間距周期地形成具有相向 成對之斜面的凹狀槽；及 上述槽的深度相當於上述導光體的中央部槽的深度 ，構成上述槽的2個斜面所構成的角度大於105度而小 於115度。 2. 根據申請專利範圍第1項所述的面發光裝置，其中上述 凹狀槽的間距大於0.01 mm且小於0.5 mm。

   3. 根據申請專利範圍第1項所述的面發光裝置，其中構成 上述凹狀槽的2個斜面所構成的角度大於108度而小於 112 度。 4. 根據申請專利範圍第1項所述的面發光裝置，其中形成 上述凹狀槽的谷部深度使向導光體中央部以指數函數 或二次函數的關係增加。 5. 根據申請專利範圍第1項所述的面發光裝置，其中至少 在上述導光體的反射面上形成由金屬薄膜構成的反射 〇 6.根據申請專利範圍第5項所述的面發光裝置，其中上述 594239 申請專利範圍續頁 反射層的膜厚大於30 nm且小於200 nm。 7. 根據申請專利範圍第6項所述的面發光裝置，其中上述 反射層的膜厚大於50 nm且小於150 nm。 8. 根據申請專利範圍第1項所述的面發光裝置，其中上述 導光體的射出面和反射面之間的距離大於2.5 mm且小 於 3.5 mm 〇 9. 根據申請專利範圍第1項所述的面發光裝置，其中上述 光源的發光部中心設置在上述導光體厚度方向的略中 心部。 10. —種液晶顯示裝置，其特徵在於：將申請專利範圍第1 項所述的面發光裝置設置在液晶顯示單元的前面。