CN101175946A - 背光装置、液晶显示装置和光偏转片 - Google Patents

Abstract

本发明目的是控制从导光板输出的光的角度分布，并由此控制从背光装置发出的光的角度亮度分布，从而使设置有背光装置的液晶显示单元变薄并通过减少返回光的量来提高亮度。此外，因为光在所述导光板中被充分混合，所以能够使用具有相对大的变化的光源。根据本发明的背光装置包括形成于导光板的光射出面或者与所述光射出面相对的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的侧面大致垂直于所述光射出面。而且，镜面反射板被布置于所述导光板的底面和侧面上。来自光源的光的角度分布由于所述孔或者突起的大致垂直的侧面得以保持，使得所述光在被输出到外部之前被导引穿过所述导光板。

Description

背光装置、液晶显示装置和光偏转片

技术领域

本发明涉及一种背光装置、液晶显示装置以及例如适用于所述液晶显示装置和室内照明系统的光源的光偏转片。

背景技术

近来，诸如LCD(液晶显示器)和PDP(等离子显示面板)之类的厚度大大缩小的显示器已经被提出替代CRT(阴极射线管)作为电视接收器的显示器，并且已经投入实际使用。具体而言，所述包括液晶显示面板的液晶显示器在低耗电率和大尺寸液晶显示面板降价的驱动下已变得普及，并且随着研发继续向前推进。

在这种液晶显示器中，背光系统是主流，其中通过从背面二维地照亮具有滤色镜的透射型液晶显示面板来显示彩色图像。

作为所述背光系统的光源，通过使用荧光灯和发光二极管(LED)来发射白光的冷阴极荧光灯(CCFL)被认为是有前途的(例如参见专利文献1)。

具体而言，随着蓝色LED的发展，分别发射红色光、绿色光和蓝色光(它们是三基色)的LED一起出现，从而通过混合从这些LED发射的红色光、绿色光和蓝色光能够获得具有高色纯度的白光。因此，使用这些LED作为所述背光装置的光源增加了透过所述液晶显示面板的光的色纯度，从而与CCFL相比广泛扩展了色彩再现范围。此外，使用具有高输出功率的发光二极管芯片大大提高了所述背光装置的亮度。

当在这种背光装置的光源中使用三基色(红色光、绿色光和蓝色光)的LED时，如果LED被布置在发光面板的正下方，也就是说它们是直下式二极管，那么因为LED是点光源所以易于产生亮度不一致和色彩不一致。

解决此问题的方法可以包括增加LED和散射片之间的距离；然而，背光装置的厚度与包括CCFL的相比会变得非常大。在液晶显示器中，进一步减小重量和厚度是必须的，所以背光装置也需要进一步减小其厚度。

于是，一种减小厚度的方法被提出，其中通过一导光板，来自被布置在导光板一侧的光源的光被多路反射以形成面光源。

包括导光板的背光装置的侧光型结构中，在导光板的一侧布置有大量用于增加亮度的光源；在这种结构中，提出了这么一种结构，其中在导光板的与光输出部分相对的底面上形成有一个具有三角形横截面的凹形结构(例如参见专利文献2)。

为了使亮度的面内分布均匀，例如在散射片和棱镜片的形状和布置方面提出了多种技术方案。目前广泛使用的棱镜片可以包括来自于Sumitomo 3M有限公司的BEF^TM和来自于MITSUBISHI RAYON有限公司的DIAART^TM。作为例子的图47的透视图所示的前一棱镜片是具有连续形成于一个表面上的三角柱凹凸形平面的光偏转片150，并且它具有将从各种方向入射的入射光折射到预定发射方向范围内的功能。

图48示出了包括上述MITSUBISHI RAYON有限公司的DIAART^TM型侧光型背光装置的分解透视示意图。在该例中，提出了这么一种结构，其中在光入射侧，具有三角柱凹槽面的光偏转片150被布置成与导光板130的作为光射出面的上表面130A相对，并且在与导光板130的上表面130A相对的底面130B上，在与光偏转片150的三角柱棱柱面的延伸方向相垂直的方向上形成有凹槽。在该结构中，从光源121发出的光被反射器135反射从而进入导光板130的侧面130s，使得从那里输出的光通过形成于导光板130的底面130B上的凹槽、被布置成对着底面130B的反射板132，以及进一步通过光偏转片150，以期望的角度分布进入液晶显示面板136(例如参见专利文献3)。

【专利文献1】日本未经审查的专利申请公报No.8-136917

【专利文献2】日本未经审查的专利申请公报No.6-3526

【专利文献3】日本未经审查的专利申请公报No.11-224516

发明内容

在包括LED，尤其是三基色LED的背光装置中，如上所述，如何在使亮度的面内分布一致(也就是说使颜色混合和光功率分布一致)的同时增加亮度很重要。

为了使亮度的面内分布一致，通常使用散射板和棱镜片。所述散射板通过散射入射光来输出它；然而此时，大约一半的光没有被向前输出而是向后返回。当使用诸如上述BEF之类的棱镜片时，如果从光源入射到该棱镜片的光具有较宽的角度分布，那么以不适合所述棱镜片形状的角度入射的光会向后返回。返回的光被循环；然而，它的一部分由于所述反射板的反射导致损失从而产生热。也就是说，在所述传统结构中，存在如下问题，由于所述散射板和棱镜片导致的返回光太多，所以使得由于所述反射板反射导致的损失太大，致使光亮不足。

此外，在中型和大型尺寸的背光装置中，因为使用若干LED，所以如果在各个LED中存在不均匀的发射波长和光通量，那么就会产生亮度不一致和色彩不一致。因此，诸如增加所述散射片的厚度之类的措施是必须的，从而出现亮度降低的问题。

在专利文献2公开的结构中，当来自所述光源的光进入导光板内部时，所述光的一部分被边界反射从而产生损失。

在上述侧光结构中，当LED被用作为光源时，如果在所述导光板的侧面不布置多个LED，那么在该侧面的附近就会产生光源的不规则光水平，使得可用于背光的有效区域面积减小。另一方面，还存在因为光源数量的限制难于增大尺寸的问题，以及因为光源被集中在一个位置而难于发散热量的问题。当所述光源是LED时，在高温下发光效率降低，所以保证散热性能是重要的。在所述侧光结构中，LED光源的数量和密度是受限的。

考虑以上问题，本发明的目的是通过控制从导光板向外输出的光的角度分布，由此控制从所述背光装置发出的光的角度分布，减少返回的光量，来提高光利用率。

为了解决上述问题，根据本发明的背光装置包括一导光板和至少一个光源，使得从所述导光板的光射出面向外输出光，其中所述导光板包括形成于所述光射出面或者与所述光射出面相对的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的侧面大致垂直于所述光射出面或背面。

根据本发明，所述背光装置此外可包括布置于所述导光板的光射出面上的光偏转片，其中所述光偏转片可以以在相对于所述光偏转片的光射出面的特定方向上包括峰值的角度亮度分布，来输出具有特殊角度分布的入射光。

此外，根据本发明的液晶显示装置包括透射型液晶显示面板和用于从背面照亮所述液晶显示面板的背光装置，其中所述背光装置包括导光板和装配在该导光板中的光源，并且所述导光板设置有形成于所述导光板的光射出面或与所述光射出面相对的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的侧面大致垂直于所述光射出面或背面。

根据本发明的液晶显示器装置此外可包括设置在所述导光板的光射出面上的光偏转片，其中所述光偏转片可以以在特定方向(例如大致垂直的方向)上具有峰值的角度亮度分布来输出具有特定角度分布的入射光。

此外，在布置于导光板的光射出面上的光偏转片中，根据本发明的光偏转片混合来自光源的光以便向外导出光，并且它包括锥体凹形结构或具有两个三角形斜面和两个梯形斜面的凹形结构，这些凹形结构至少在所述光射出面上并置。

如上所述，在根据本发明的背光装置中，所述导光板包括形成于所述光射出面或者与所述光射出面相对的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的侧面大致垂直于所述光射出面或背面。

因为大致垂直于所述光射出面或背面的侧面保持被导引至所述导光板内的光的反射角度，所以能够提高被导引至所述导光板内的光的比例；当所述光源包括特定角度分布时，所述光基本上保持它的角度分布，从而将其从所述导光板被输出。

通过布置根据本发明的以在特定方向上具有峰值的角度亮度分布来输出具有特定角度分布的入射光的光偏转片，当从保持来自所述光源的光的角度分布的导光板输出的光通过所述光偏转片时，所述光以在相对于所述光射出面的期望方向(例如与其垂直的方向)上具有峰值的角度亮度分布被输出。也就是说，以适合于所述液晶显示装置的角度亮度分布来输出光。

此外，通过控制从所述导光板输出的光的角度分布，从所述光偏转片返回的光量被减少，从而提高了亮度。

此外，因为在所述导光板中光被充分混合，所以当所述LED被用作光源时，即使在个别LED中出现相对较大的不均匀时，亮度不均匀度也会被抑制。当使用多颜色光源时，色度的不均匀度也能够被抑制。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；

图2是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；

图3是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；

图4是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；

图5是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；

图6A是根据本发明的实施例和对比例的背光装置的截面结构示意图；图6B是示出光源的角度亮度分布的图；

图7A是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图7B是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的平面结构示意图；以及图7C是示出根据本发明的实施例的背光装置的角度亮度分布的图；

图8A是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图8B是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的平面结构示意图；以及图8C是示出根据本发明的实施例的背光装置的角度亮度分布的图；

图9A是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图9B是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的平面结构示意图；以及图9C是示出根据本发明的实施例的背光装置的角度亮度分布的图；

图10A是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图10B是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的平面结构示意图；以及图10C是示出根据本发明的实施例的背光装置的角度亮度分布的图；

图11A是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图11B是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的平面结构示意图；以及图11C是示出根据本发明的实施例的背光装置的角度亮度分布的图；

图12A是根据对比例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图12B是根据所述对比例的背光装置的导光板的平面结构示意图；以及图12C是示出根据所述对比例的背光装置的角度亮度分布的图；

图13A是根据对比例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图13B是根据所述对比例的背光装置的导光板的平面结构示意图；以及图13C是示出根据所述对比例的背光装置的角度亮度分布的图；

图14是根据本发明的实施例的背光装置的平面结构示意图；

图15是说明根据本发明的实施例的背光装置中光行进方向的示例性图；

图16是根据本发明的实施例的背光装置的关键部分的截面结构示意图；

图17是示出根据本发明的实施例的背光装置的光源的布置的平面结构示意图；

图18是示出根据本发明的实施例的背光装置的光源的角度分布的图；

图19是根据本发明的实施例的背光装置的平面结构示意图；

图20A和20B是示出根据本发明的实施例的背光装置的导光板上的角度亮度分布的图；

图21A和21B是示出根据本发明的实施例的背光装置的散射片上的角度亮度分布的图；

图22是示出根据本发明的实施例的背光装置的平面内色度点(chromaticity point)的色度图；

图23是根据本发明的背光装置设置的突起的示例性图；

图24A和24B分别是根据本发明的实施例的背光装置的截面和平面结构示意图；

图25A是根据本发明的实施例的背光装置的光偏转片的透视结构示意图；图25B是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的透视结构示意图；以及图25C是示出根据本发明的实施例的背光装置的截面结构示意图；

图26A是根据本发明的实施例的背光装置的导光板的截面结构示意图；图26B是示出根据本发明的实施例的背光装置的角度亮度分布的图；

图27是根据本发明的实施例的背光装置的关键部分的截面结构示意图；

图28A和28B是示出根据本发明的实施例的背光装置的散射片上的角度亮度分布的图；

图29是根据本发明的实施例的光偏转片的透视结构示意图；

图30A至30C是说明根据本发明的实施例的光偏转片的凹形结构的形状的几何图；

图31是说明根据本发明的实施例的光偏转片中入射光和发射角度的示例性图；

图32是说明斯涅耳(Snell)定律的示例性图；

图33是示出光入射角和设置于光偏转片中的凹形结构的顶角θ之间的关系的图；

图34A至34F是示出根据本发明的实施例的光偏转片的角度亮度分布的图；

图35A至35E是示出根据本发明的实施例的光偏转片的角度亮度分布的图；

图36A是示出根据本发明的实施例的光偏转片的角度亮度分布的图；

图36B是示出根据本发明的实施例的光偏转片的角度亮度分布的图；

图37是示出根据本发明的实施例的光偏转片的角度亮度分布的图；

图38是示出对比例的光偏转片的角度亮度分布的图；

图39是示出对比例的光偏转片的角度亮度分布的图；

图40是所述背光装置的例子的截面结构示意图；

图41A是根据本发明的实施例的光偏转片的表面的放大透视图；图41B至41D是说明根据本发明的实施例的光偏转片的凹形结构的形状的几何图；

图42A是根据本发明的实施例的光偏转片的表面的放大透视图；图42B至42D是说明根据本发明的实施例的光偏转片的凹形结构的形状的几何图；

图43A是根据本发明的实施例的光偏转片的表面的放大透视图；图43B至43D是说明根据本发明的实施例的光偏转片的凹形结构的形状的几何图；

图44A至44F是示出根据本发明的实施例的光偏转片上的角度亮度分布的图；

图45是根据本发明的液晶显示装置的例子的分解透视结构示意图；

图46是根据本发明的液晶显示装置的例子的关键部分的结构示意图；

图47是传统光偏转片的例子的透视示意图；

图48是传统光偏转片的例子的分解透视结构示意图。

参考标号

1a    第一基板

1b    第二基板

2a    TFT(薄膜晶体管)

2b    像素电极

2c    门极总线

2d    源极总线

3     滤色镜

4     公共电极

5     液

6、7  偏振板

10    背光装置

11    液晶显示面板

12    液晶显示装置

21  光源

22  反射结构

23  布线板

24  外壳

25  垫片

26  换向片

27  散射板

28  散射片

30  导光板

31  光源开口

32  孔

33  突起

40  光偏转片

41  凹形结构

50  光偏转片

51  凹形结构

51A 平面

51B 背面

61  三角形凹形结构

62  三角形突起

具体实施方式

现在将描述实施本发明的最佳模式；然而，本发明并不限于以下实施例。以下示出了根据本发明的背光装置的优选实施例，其集成有光源，用于透射型液晶显示面板的液晶显示装置；根据本发明的背光装置并不限于以下实施例；作为替代，它可以被应用于作为室内照明被设置在整个天花板表面的表面光源照明装置。在该例中，白色LED可以被用作光源。

首先，图1至5的基本结构示意图中示出了根据实施本发明的最佳模式的背光装置的导光板。

在图1示出的例子中，导光板30设置有用于容纳光源21的光源开口31和穿透导光板30的孔32。孔32可以为圆柱形或者棱柱形(所述棱柱形包括多边形截面的柱形，除四边形棱柱形外，所述截面为五边形截面以及比五边形截面更多的多边形截面)，它们具有与光射出面30A和与光射出面30A相对的背面30B相垂直的平面。

光源开口31的形状可以包括图中所示的穿透导光板30的形状以及从导光板30的背面30B开口的凹入形状。在设置有这种凹形光源开口31的情况下，光源21被布置在开口内以便将光源21装配在导光板30中。

在光源开口31的平面布置中，开口以等间隔位于阵列中，并且在每个阵列的光源开口31中，包括R(红)LED、G(绿)LED、B(蓝)LED的光源21例如按该种顺序被布置，以便将光源21集成到导光板30中。图1示出了其上带有每个LED的光源21相并列的一个区域，并且相同的LED阵列沿与图1的平面相垂直的方向被设置，使得LED光源21二维地并置成一整体以形成面光源。

孔32按大致等间隔布置，每一个都被布置在光源开口31之间。孔32的数目可以大约与光源开口31的相同，或者，它也可以不同。最好孔32相对光源31的位置、形状、尺寸和数目根据诸如光源21的种类、特性、布置和数目之类的条件以及背光装置的目标条件来适当选择。

在特定环境下，没有孔32，光源开口31也可以有它的效果。也就是说，当光源开口31具有与光射出面30A和背面30B大致垂直的侧面时，它可以具有与孔32或者突起33相同的效果。类似地，当导光板30设置有从背面30B开口的凹形孔以便形成光源开口31时，光源开口31可以具有与孔32相同的功能。

导光板30的材料可以包括诸如丙烯酸树脂之类的在使用的波长带宽内光学透明的透明和无色的树脂。

尽管没有显示，最好导光板30设置有被布置在除光射出面30A之外的背面30B和侧面上的、由诸如反射片之类的镜面反射元件构成的反射结构。通过在除光射出面30A之外的表面上设置镜面反射材料，在该表面上能够保持反射角度。

导光板30在光射出面30A上可以设置有光偏转片(它将在后文描述)以及偏振转换片，偏振转换片起到在必要时将入射光分解成彼此垂直的偏振分量的作用。

从LED光源发出的光的辐射角度分布能够被LED的透镜调节。具体而言，当使用其中朝LED的侧面发射光的侧面发光型LED时，所述光能够被导引至导光板30内整个较宽的区域。

在侧面发光型LED中，尽管省略了详细描述，然而诸如发光装置之类的各个发光体被树脂支架支撑并且一对端子从树脂支架上伸出来。每个发光二极管设置有从侧面辐射从光源发出的光的光学元件，从而具有沿发光体的周向辐射被发出的大部分光的方向性。例如日本未经审查的专利申请公报No.2003-8068和No.2004-133391中公开了侧面发光型LED。

在侧面发光型LED中，尽管省略了详细描述，然而当诸如发光装置之类的发光体如上配置时，从光源21发出的光从光源开口31进入导光板30的内部，使得光主要通过在导光板30上方和下方存在的与空气层的界面处重复全反射在导光板30内被导引。当被导引的光进入孔32时，它可能再次进入导光板30的内部或者它也可能被输出到导光板30的外部。再次入射到导光板30内部的光在重复全反射之后将从孔32被输出到导光板30的外部。此处要点是因为光源开口31和孔32具有与导光板30的光射出面30A大致垂直的侧面，所以从导光板30输出的光保持光源21的角度分布。当设置突起时，通过以相同方式使侧面与前述表面大致垂直，光源21的角度分布也能够被保持。为了保持光源21的角度分布，孔32或者突起的侧面以90°±10°以内的角度对着光射出面30A，优选该角度为90°±5°以内，更优选该角度在90°±3°以内。当采用注模成型形成导光板30时，拔模裕量为大约1°至2°，因此能够在足够满意的精度范围内形成孔或者突起的侧面。

根据本发明，除了图1示出的例子外，如图2和3所示，导光板30也可以设置有凹形孔32，其并不穿透导光板30并且形成于光射出面30A和背面30B上。此外，如图4和5所示，导光板30也可以设置有形成于光射出面30A和背面30B上的突起33。这些孔32和突起33可以具有诸如圆柱形和棱柱形之类的各种形状，它们以与图1中示出的孔32相同的方式具有与光射出面30A和背面30B大致垂直的侧面。在图2和3中，相同的参考符号指代图1中对应的相同的部件，并且为避免重复省略其描述。

接下来，从如上构造的导光板30输出的光的角度亮度分布将作为通过光线跟踪分析的结果被示出。在每个例子中，如图6A所示，导光板30设置有：光源21，其由上述侧面发光型LED(红LED 21R、绿LED 21G和蓝LED 21B)构成，并且被布置在穿透导光板30的圆柱形光源开口31之内；以及反射结构22，其由镜面反射片构成并且被布置在除光射出面30A之外的背面30B和侧面上。其中，导光板30的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；导光板30的厚度为10mm；并且凹形孔32的深度或者突起33的高度为0.5mm。

图6B示出了从光源21发出的辐射光的角度亮度分布。在角度亮度分布图的下方，实线指示当观察导光板的表面时水平方向(横向，0°)的角度亮度分布；虚线指示垂直方向(竖向，90°)的角度亮度分布。也就是说，可以了解到同时在水平和垂直方向，分布是侧面发光型的，其在离垂直于光射出面80°的方向具有强烈的亮度峰值。

图7A和7B分别是截面和平面结构示意图，这时孔32以与图1上述相同的方式具有穿透导光板30的圆柱形状。如图7B所示，孔32被布置成围绕光源开口31以大致等间隔形成矩形。此时，在从导光板30输出的光的角度亮度分布中，如图7C所示，可以了解到该分布保持了光源21的角度亮度分布故而在大约80°方向具有亮度峰值。

图8A和8B分别是截面和平面结构示意图，这时孔32以与图2上述相同的方式具有从导光板30的光射出面30A开口的圆柱形和凹入形状。如图8B所示，孔32被布置成围绕光源开口31以大致等间隔形成矩形。此时，在从导光板30输出的光的角度亮度分布中，如图8C所示，还可以了解到该分布保持了光源21的角度亮度分布故而在大约80°方向具有亮度峰值。

图9A和9B分别是截面和平面结构示意图，这时孔32以与图3上述相同的方式具有从导光板30的背面30B开口的圆柱形和凹入形状。如图9B所示，孔32被布置成围绕光源开口31以大致等间隔形成矩形。此时，在从导光板30输出的光的角度亮度分布中，如图9C所示，还可以了解到该分布保持了光源21的角度亮度分布故而在大约80°方向具有亮度峰值。

图10A和10B分别是截面和平面结构示意图，这时圆柱形突起33以与图4上述相同的方式形成于导光板30的光射出面30A上。如图10B所示，突起33被布置成围绕光源开口31以大致等间隔形成矩形。此时，在从导光板30输出的光的角度亮度分布中，如图10C所示，还可以了解到该分布保持了光源21的角度亮度分布故而在大约80°方向具有亮度峰值。

与设置通孔时相比较，当例如通过注模成型在树脂导光板上设置小孔或者突起时，因为融化的材料的可流动性，所以该方法具有易于制造、易于增加面积和易于减少生产节拍时间(tact time)等优点。

图11A和11B分别是截面和平面结构示意图，这时圆柱形突起33以与图5上述相同的方式形成于导光板30的背面30B上。如图11B所示，突起33被布置成围绕光源开口31以等间隔形成矩形。此时，在从导光板30输出的光的角度亮度分布中，如图11C所示，可以了解到该分布也保持了光源21的角度亮度分布故而在大约80°方向具有亮度峰值。

当以这种方式在背面30B上设置突起33时，从突起33输出的光在被背面上的镜面反射板反射后沿前方被发射出去，使得来自三色光源21的光能够容易地被混合。因此，诸如液晶显示装置之类的包括这种导光板30的照明装置具有能够减少反射板和液晶显示面板之间厚度的优点。

同时，在此也以相同方式对上述专利文献2中提出的设置有三角形横截面的凹形结构的结构中的角度亮度分布进行了分析。

首先，如图12A所示，导光板30设置有形成于导光板30的光射出面30A上的三角形凹形结构61，其沿垂直于图12A的平面的方向延伸，以便如图12B所示沿与光源开口31成水平的方向以等间隔布置三角形凹形结构61。在图12B中，虚线箭头x指示水平方向，实线箭头y指示垂直方向。其它的结构与图7至11中示出的上述例子的相同。在此情况下，如图12C所示，从导光板30输出的光的角度亮度分布并未保持光源21的角度亮度分布，并且水平方向的角度亮度分布与垂直方向不同。

如图13A所示，对于三角形突起62被设置于导光板30的光射出面上的结构，也以相同的方式分析角度亮度分布。在此情况下，如图13B所示，三角形突起62以等间隔沿与光源开口31成水平的方向被布置。其它的结构与图7至12中示出的上述例子的相同。在此情况下，如图13C所示，也可以了解到从导光板30输出的光的角度亮度分布并未保持光源21的角度亮度分布，并且水平方向的角度亮度分布与垂直方向不同。

从这些结果中可以了解到图7至11中示出的根据本发明的导光板30与图12和13中示出的传统导光板相比，能够在保持从光源发出的光的角度分布的同时以尖锐的角度亮度分布发出光。

也就是说，当用根据本发明的导光板构造背光装置时，光能够在一种从光源21发出的光的角度分布比传统导光板中更可靠地保持的状态下从导光板被发射。

然后，在根据本发明的背光装置中，将描述如下例子，其中设置于导光板中的孔或者突起的形状在光源的发射方向上具有各向异性。

根据上述各个实施例，设置于导光板中的孔或者突起的形状为圆柱形；然而，本发明并不限于该形状，所以任何形状只要具有与导光板的光射出面和背面大致垂直的侧面就可以被采用。具体而言，它可以是诸如四边形棱柱的棱柱，因而对于来自光源的光不具有类似圆柱体的各向同性而是在光源的发射方向上具有各向异性。

图14示出了这种情况下导光板30的平面结构示意图。在该例中，RGB色LED(21R、21G、21B)的光源21形成阵列，并且在光源之间，四方形横截面的棱柱孔32以等间隔布置。棱柱孔32包括各条边沿着阵列方向的方形孔32S和各条边与阵列方向成45°角的菱形孔32D，并且方形孔32S和菱形孔32D交替排列。

如上，当孔或者突起具有圆柱形横截面时，孔或者突起对于任何方向入射的光表现出相同的行为。因此，当孔或者突起类似圆柱体具有各向同性形状时，由于诸如相对光源的位置关系和距离之类的条件以及尺寸，面内亮度分布可能难于被均匀化。

然而，当孔或者突起类似上述方形具有在光源的发射方向上各向异性的形状时，类似图15中由箭头La、Lb和Lc示意性示出的光行进方向光从不同方向进入孔或者突起，使得入射角度不同于光源对着孔或者突起的侧面的角度。当设置菱形孔32D时，可以控制光从菱形孔32D被发出还是通过在菱形孔32D的侧面上被全反射再次返回到导光板30的内部。

也就是说，当孔或者突起的形状在光的发射方向(行进方向)为各向异性时，通过根据光源21和孔或者突起的相对位置合适地选择孔或者突起的形状，能够控制来自光源21的光的分配使得来自光源21的部分光被发射而其余的光被导引以重复反射。当沿图15中示出的箭头La或者箭头Lc方向入射的光要完全被反射时，优选孔或者突起的形状为方形。

然而，当控制从孔或者突起发出和反射光的比例时，形状并不限于方形，并且任何诸如多边形和椭圆形之类的复杂几何形状都可以被采用。然后，通过选择对于光源的角度分布最优的形状和布置，包括这种形状的孔或者突起的，能够避免上述的亮度不一致，导致减少、避免或者改善面内亮度分布和面内色度分布。

作为例子，已经讨论了当在导光板的背面上设置方形突起时的角度亮度分布。在该例中，结构对应于17英寸液晶监视器的LED背光装置。图16示出了它的关键部分的截面结构示意图。LED被用于光源21；RGB LED的数目之比为蓝色(B)∶绿色(G)∶红色(R)＝3∶3∶2；并且总数为64。如图16所示，这些光源21被布置于导光板30中设置的圆柱形光源开口31内。在导光板30的背面上，形成有四方形棱柱突起33，其高度为0.3mm，四方形平面形状，并且顶角被布置成靠近光源21。在导光板30的侧面和背面上，设置有由镜面反射片构成的反射结构22。在导光板30的光射出面上，换向片26被布置在光源21正上方的位置，用于散射沿LED正前方(也就是说垂直于光射出面的方向)发射的光。这是具有仅在LED正上方的位置印制的白色散射材料的薄膜。当从LED正上方发射的光通过控制LED角度分布被充分抑制时，能够构造没有换向片的液晶显示装置。在换向片26上，散射板27和散射片28通过垫片25按照顺序叠压在一起。散射片28包括用于在前面调节光发射方向的具有所谓高启动效果的薄片。光源21通过垫片25被布置在布线板23上，并且整个结构被容纳在外壳24内。反射板与液晶显示面板(未显示)之间的厚度为24mm，反射板在该情况下为导光板30的背面上的反射结构22。图17示出了红色光源21R、绿色光源21G、蓝色光源21B的排列的平面结构示意图。在此情况下，沿垂直方向布置有16个LED并且沿水平方向4个LED排成一行；端部与首行LED之间的距离e1为35mm；光源行之间的距离e2为90mm；以及每列光源之间的距离e3为17.2mm。LED包括侧面强烈发光的侧面发光型LED。它的角度分布如图18所示。图19是导光板30的背面的平面结构示意图。突起33具有基本相同的形状，并且以大致相同的密度精确地布置在阵列化的光源开口31之间。

图20A和20B以及图21A和21B分别示出了根据该结构的导光板30和散射片28上的角度亮度分布。图20A和21A示出了面内分布，而图20B和21B示出了水平和垂直方向的截面上的分布。从图20A和20B，可以了解到导光板30保持了LED角度分布故而沿倾斜方向具有强烈分布。另一方面，可以从图21A和21B了解到从导光板被输出后发射方向被散射片28调整的光的角度分布向前对准。

至于背光装置的亮度不均匀性，当最大亮度为Lmax并且最小亮度为Lmin时，(Lmax-Lmin)/Lmax约等于10％。

当在不使用导光板的情况下构造具有被布置于散射片正下方的LED的背光装置时，为了将亮度不均匀度抑制到相同范围，背光装置需要大约60mm的厚度。因此，可以了解到通过使用根据本发明的导光板能够抑制亮度不均匀度，从而减少了背光装置的厚度。

图22示出了在散射片28上测得的色彩不均匀度。从图22的结果可以了解到根据本发明的背光装置的色彩不均匀度能够被抑制在大约Δu′v′≤0.010的范围内。

根据实施例，尽管没有执行带色彩传感器的反馈和电子控制并且全部LED被恒流串联驱动，然而色彩不均匀度能够被抑制至与包括LED光源的传统背光装置相同的程度。因此，通过增加上述类似传统背光装置中的反馈和电子控制，色彩不均匀度能够被进一步抑制。

根据实施例，突起被设置于导光板上的例子被示出。当设置突起时，图23的截面示意图示出了根据所述实施例的导光板的关键部分，当所述部分的长度(即来自最近的光源的光所通过的长度)为L，所述部分的高度为H，并且从光源发出的光量被减至主峰角时的25％的角度为α时，优选：

L/H≥tanα    (1)

图23中，从光源21发出并且从光源开口31被导引至导光板30内部的光的亮度分布被标注为DL，并且最强亮度(即主峰)的方向被标注为虚线p100。发出的光量被减至主峰时的25％的角度被标注为箭头p25。从法线到箭头p25的角度被标注为α。此时，当突起33的横向长度L和其高度H之间的关系满足以上等式(1)时，主峰的25％或者更多的被发出的光量被突起33的侧面反射。因此，根据本发明，当在导光板上设置突起时，最好突起的宽度和高度满足以上等式(1)。

当突起的上表面大致平行于光射出面时(也就是说它与光射出面成0°±10°的角度，优选该角度为0°±5°，更优选为0°±3°)，从上表面输出的光的角度亮度分布能够基本上与从除突起外的部分输出的光的相等。

在参考图16和19描述的以上例子中，导光板30上的突起33的高度为0.3mm，它的对角线方向的宽度为13mm。

在此情况下，如图18所示的被用作光源21的侧面发光型LED沿横向具有强的亮度分布。如同从图18所了解的，从光源发出的光量被减少至主峰角度时的25％的角度α大约为55°。也就是说，在此情况下，设置于导光板30上的突起33的高度H为0.3mm，并且它的截面长度L为13mm，所以比值L/H≈43。因为tan(55°)≈1.4，所以可以知道这满足L/H≥tanα。

根据上述实施例，设置于导光板上的突起的形状基本上相同。当按这种方式孔或者突起的形状相同时，所述结构具有相对简化的构造及易于制造的优点。如果光源的布置均匀，那么面内亮度易于均匀化，从而抑制亮度不均匀度和色彩不均匀度。

另外一方面，布置于导光板上的多个孔或者突起的形状可以根据离光源的位置来选择，使得从光源发出的光在光源附近难于被外部获得，而从光源发出的光在距光源相对较远的位置易于被外部获得。现在将参考图24A的截面结构示意图和图24B的平面结构示意图来描述该情况的实施例。

根据该实施例，如图24A所示，在导光板30的背面上设置有圆柱形光源开口31以便在其中容纳LED光源21。在光源开口31之间的背面上设置有多个突起33。随着突起33的宽度和高度的增加，光更易于被外部获得。因此，如图24A和24B所示，突起33的形状被选择使得越靠近光源21，宽度和/或高度越小；而离光源21越远，宽度和/或高度越大。通过这种配置，在光源附近光难于被外部获得，而在距光源相对较远的位置光易于被外部获得，从而改善了光的利用率。具体而言，类似参考图16至19描述的实施例，当没有以均匀分布布置光源21时，通过根据相对光源21的位置合适地选择孔或者突起的形状，即使对于远离光源21的位置，光也被导引通过导光板的内部，使得光能够被外部获取，从而改善了光的利用率。

然后将讨论如下情况下的角度亮度分布：使用具有上述形状的导光板30，并且设置有光偏转片，其朝导光板30的光输出侧以沿特定方向(例如与光射出面相垂直的方向)具有峰值的角度亮度分布输出具有特定角度分布的入射光。

光偏转片可以包括光偏转片40，其中如图25A所示四边形锥体凹形结构41在平面中连续毗邻。

如图25B所示，穿透导光板30的圆柱形孔32被布置在光源开口31的阵列之间的导光板30上，每个光源开口都有被容纳于其中的光源21。

图25C是根据本发明的实施例的背光装置的关键部分的截面示意图。在图25C中，相同的参考符号指代图25A和25B中对应的相同的部件，并且为避免重复省略其描述。根据所述实施例，光偏转片40的凹形结构41被布置成对着导光板30的光射出面，并且在导光板30的背面和侧面上设置有由镜面反射片构成的反射结构22。

通过这种结构，由箭头L11和L12示出的从光源21发出的光在导光板30中被全反射。在孔32中，光在其角度分布基本被保持的情况下被导引，然后在重复反射后从孔32被输出以便进入光偏转片40。朝背面输出的光被反射结构22反射一次，然后它进入光偏转片40。当其中光源为上述侧面发光型LED时，入射到光偏转片40中的光也具有相同的角度分布。

如图25A配置的光偏转片40能够以沿特定的方向(例如垂直方向)具有峰值的角度亮度分布，将沿特定方向具有峰值的光输出到光偏转片40的光射出面。通过改变设置于光偏转片40上的凹形结构的形状(特别是倾斜角度)和组件的折射率能够控制从光偏转片40输出的光的角度亮度分布和由于光偏转片40导致的返回至导光板30的光量。因此，适合于到光偏转片40的入射光的角度分布的凹形结构的合适形状使得使用光偏转片40的显示装置能够具有期望的角度亮度分布。通过减少返回的光，能够减少反射结构处的损失，从而改善整体亮度。后面将详细描述光偏转片40的凹形结构的形状。

已经研究过了当以这种方式设置光偏转片时从光偏转片输出的光的角度亮度分布。在该例中，如图26A中导光板30的示意性截面所示，在导光板的背面上以与图11中示出的例子相同的方式设置有突起33。突起33按照与图25B中示出的例子相同的方式被布置于阵列化的光源21之间的阵列中。由PMMA制成的导光板30具有10mm厚以及0.5mm高的突起。它与光偏转片40和反射结构22之间的间隔分别为5mm。由PMMA制成的光偏转片40的凹形结构具有72°顶角。

图26B示出了以这种方式配置的光偏转片40上的角度亮度分布。从该结果中可以看出从根据本发明的导光板上的光偏转片40输出的光的角度亮度分布沿水平和垂直方向都在光发射表面前方具有亮度峰值。

已经研究过了当如下情况时从光偏转片输出的光的角度亮度分布，即如图27的示意性截面所示设置按照参考图16、17和19所描述配置的导光板和按照与图25A中示出的例子相同的方式布置于导光板30的光输出侧上的光偏转片40。在图27中，相同的参考符号指代图16中对应的相同的部件，并且为避免重复省略其描述。

结果在图28A和28B中显示。从图28A与图28B的比较显而易见可以知道，通过设置光偏转片40，所述分布沿垂直方向变得更尖锐并且亮度峰值增加。

从这些结果中可以知道根据本发明的背光装置能够以沿期望的方向(例如沿前方)具有高亮度峰值的角度亮度分布来发射光。当镜面反射片被用作设置于导光板上的反射结构时，也能够获得满意的结果。

以这种方式，在根据本发明的背光装置中，导光板能够混合三色LED光源的光并且能够控制角度亮度分布。此外，它能够减少由于返回的光导致的损失，从而改善亮度。因为由返回的光导致的被反射结构吸收的光能够被抑制，所以发热也被抑制。

此外，因为面内亮度分布能够被导光板均匀化，所以能够减少包括带有导光板的背光装置的液晶显示装置的厚度。

当孔或者突起设置于导光板上时，为了改善导光板的面内亮度分布均匀性，采用以下结构比较有效：

(1)布置若干直径较小的孔。

(2)在亮度变得相对较高的区域，比如光源的附近，缩小孔的直径或者减少孔的数目。

(3)增加导光板的厚度或者减小它的折射率。

(4)增加导光板和反射结构之间的间隔以及导光板和光偏转片之间的间隔。

然而，因为背光装置的厚度与以上条款(3)和(4)之间的制约关系，所以必须在它们中间取得平衡。

即使当使用上述侧面发光型LED时，因为光没有全部沿垂直于光射出面的方向被发射，所以也必须设法满足少量的垂直入射的光。作为措施在LED光源或者光源开口正上方布置反射散射片是有必要的。

为了抑制从光源入射到导光板中的光的角度分布的变化，光源没有被设置在导光板的背面的底部，但是至少一个开口作为光源开口形成于导光板上以便在其中容纳光源。

光源开口的形状最好是柱形开口，其侧面大致垂直于导光板的光射出面并且上表面基本平行于该光射出面。当侧面和上表面分别以大约90°±10°和0°±10°角对着导光板的光射出面时，角度分布能够被充分地保持。理想的是角度为90°±5°和0°±5°，更理想的是90°±3°和0°±3°，角度分布能够被更可靠地保持。

当使用上述具有类似根据本发明的背光装置中的尖锐的角度亮度分布的光源和光偏转片时，发出的光的角度亮度分布可以非常的窄。这意味着包括背光装置的显示装置的视场角变得很窄。

为了解决此问题，可以采用以下结构：

(1)在光偏转片的光射出面上，布置散射片；然而，为了减少返回的光，最好采用具有高透射性的片。

(2)使用具有散射效果的反射结构。

(3)孔或者突起至少部分为锥形。

然后将详细描述整合到根据本发明的背光装置中的光偏转片。

图29是根据本发明的光偏转片的透视示意图。根据本发明的光偏转片50设置有在它的光入射面51A上并置的多个凹形结构52，图中凹形结构52为四边形锥体。也就是说，在整个面51A上，二维连续地布置有四边形锥形凹形结构52。

现在将参考图30A至30C的几何图来描述凹形结构52的形状。图30A示出了具有顶点O和基面ABCD的四边形锥体。如图30B所示，通过分别连接顶点O与边AD和BD的中点E和F形成的三角形OEF的顶角被定义为凹形结构52的顶角θ。顶角θ大于三角形ABO的顶角φ。

当设置这种四边形锥体凹形结构52时，图31示出了由于入射光的入射角的不同导致的光的行为。图31中示出了当顶角θ大约为70°时以与平面51A成0°、20°、40°、60°和80°角入射到光偏转片50中的光束的折射情况。箭头L1和L2示出了入射角分别为0°和20°的情况，并且光束在凹形结构52的上表面侧的界面处被折射并从背面51B被输出。箭头L3和L4示出了入射角为40°的情况，并且如箭头L3所示光束被背面51B全反射，或者如箭头L4所示光束被邻近凹形结构52的斜面全反射并从背面51B被输出。箭头L5和L6示出了入射角为60°的情况，并且如箭头L5所示光束以相同方式被背面51B全反射，或者如箭头L6所示光束被邻近凹形结构52的斜面全反射并从背面51B被输出。箭头L7示出了入射角为80°的情况，并且光束没有到达被虚线k所围的圆内的凹形结构52的顶点的附近，而是被邻近的凹形结构52的斜面全反射并从背面51B被输出。

也就是说，可以了解到相对凹形结构的顶角成20°或者更小的入射角的光束从垂直于背面51B的方向略微倾斜地被输出；以大约80°角入射的光束以大致垂直于背面51B的方向从背面51B被输出。还可以了解到具有40°至60°入射角的光束取决于凹形结构52的入射点在发射角和反射率上不同。

当将光偏转片使用于诸如背光装置之类的照明装置或者诸如液晶显示器之类的显示装置时，通常优选从光偏转片50的作为光射出面的背面51输出的光的发射角垂直于背面51。

解决此问题的条件由如下基于诸如斯涅耳(Snell)定律的基本几何光学的公式(2)表达：

n0×cos(θin+β/2)＝n×cos{(3/2)×β}    (2)

其中n0表示空气的折射率；n表示光偏转片的折射率；θin表示如图32所示的入射到设置于光偏转片50的面51A上的凹形结构52的斜面上的光的入射角；以及β表示所需的凹形结构52的顶角。如图32所示，最好来自背面51B的光发射角为0°。

当将光偏转片50用于背光装置时，光的入射角并不唯一而是具有一定分布；在此情况下，可以使用所述分布的峰值。

此外，在此情况下，为了利用片内的全反射，即凹形结构52的斜面内在图32示出的点R处的全反射，最好如图32的θin所示发射光的入射角较小。根据片的折射率，该角度处于50°≤ θin＜90°的范围内。

使用以上公式(2)可以获得当四边形锥体凹形结构设置于光偏转片上时典型材料的光的入射角(分布峰值)和顶角θ之间的关系。图33示出了结果。图33中，折射率为1.49的压克力(acryl)被标注为实线1；折射率为1.59的聚碳酸酯被标注为实线m；折射率为1.7的高折射率材料被标注为实线n。

从图33的结果可以知道，在1.49至1.7这一相对较广的折射率范围内，对于入射角为最优的凹形结构的顶角θ具有差异不大的趋势。

另一方面可以了解到，在50°至90°的入射角范围内，最佳的顶角θ线性增加。

当根据本发明的光偏转片被整合到背光装置中时，从LED光源发出的光的照射角度分布可以通过LED透镜调整。特别当使用从侧面发出光的侧面发光型LED时，光束能够从LED位置被导引到导光板内宽广的区域。照射角度分布通常可能在50°至90°之间具有峰值。

因此，当压克力被用作光偏转片的材料时，可以了解到四边形锥体凹形结构的顶角优选大约为72°。

作为例子，分析了当设置了根据本发明的光偏转片和具有被设为大约80°的照射角的LED时的从光偏转片输出的光的角度分布。图34A至34F和图35A至35E示出了这些结果。图34A至34F分别示出了当顶角θ为20°、40°、60°、66°、72°和78°时的结果。图35A至35E分别示出了当顶角θ为84°、100°、120°、140°和160°时的结果。在每个例子中，实线表示在光偏转片的表面上沿水平方向(0°)的角度亮度分布，虚线表示沿垂直方向(90°)的分布。

从这些结果中可以了解到当如图34E所示顶角θ为72°时，前方亮度沿水平和垂直方向都为最大。在实际背光装置和液晶显示装置中，因为设置有诸如散射片之类的扩大角度亮度分布的结构，所以角度亮度分布由于所述结构的作用导致可以被拓宽，使得这种具有方向性的角度亮度分布可以最适合于显示装置。

在此情况下，实际的角度亮度分布例子包括图34D示出的顶角66°的例子以及图34F示出的顶角范围从66°至78°(含78°)的例子。图36A和36B分别示出了64°和80°的顶角的角度亮度分布。在这些例子中，前方的亮度被减弱并且亮度峰值倾斜，所以可以知道这样不利于显示装置。

根据这些结果，当光偏转片被整合到具有侧面发光型LED光源(具有被设置为大约80°的峰值照射角)的背光装置和包括背光装置的液晶显示装置中时，可以了解到当光偏转片的凹形结构的顶角处于66°至78°的范围时，能够获取优选的角度亮度分布，从而优化了面内亮度分布。

当光偏转片的凹形结构为四边形锥体时，估计光学顶角θ在相对光入射角的±6°范围内能够获得实际最佳的角度亮度范围。

然后，作为对比例，示出了当光偏转片由上述BEF^TM(来自Sumitomo 3M有限公司)和DIAART^TM(来自MITSUBISHI RAYON有限公司)制成时的角度亮度分布的分析结果。图37中，按照与图34E示出的例子相同的方式示出了使用根据本发明的光偏转片并且它的凹形结构是具有72°顶角的四边形锥体时的情况。图38中，示出了使用上述BEF^TM时的情况；并且图39中，示出了使用上述DIAART^TM时的情况。在每个例子中，作为图40中示出的背光装置的例子，示出了当在一定空间内布置多个侧面发光型LED光源、反射结构22被设置于底面和侧面、光偏转片50被布置于上表面时的角度亮度分布。图37中，镜面反射片被用作反射结构22；在图38和39中，使用了散射反射片。在每个例子中，反射系数(reflector factor)为97％。在图37至39中，也以图34和35中相同的方式，用实线表示沿水平方向的角度亮度分布，用虚线表示沿垂直方向的角度亮度分布。

由图37显而易见的是，当使用图29示出的光偏转片时，光发射效率为90％；然而，在图38和39的例子中，效率分别为72％和85％，所以可以知道，图37示出的例子在光发射效率方面最优。使用图38示出的BEF时的前方亮度被设为1，则在图37示出的情况下，它是2.2倍；在图39示出的情况下，它只有1.2倍，所以可以知道在图37的例子中前方亮度也为最大。

从这些结果中可以知道，通过使用图29示出的光偏转片，能够优化亮度的角度分布，尤其当光偏转片被整合到包括侧面发光型LED的背光装置中时，前方亮度能够两倍高于传统结构。

如图38的箭头S1和S2所示，当从最侧面发出的光(所谓的侧瓣)入射到液晶显示装置的液晶显示面板时，它几乎全部被毫无作用地反射或者吸收了。

然而，当使用图29示出的光偏转片时，这种从最侧面输出的光被避免，所以可以获得充分改善光利用率的优点。

在上述各个例子中，凹形结构52以50μm的间距布置。凹形结构52的间距要求为可见光的波长的一半或者更多，即0.2μm。如果间距过大，那么所述片难以通过模塑制造来生产。如果整个光偏转片的厚度过厚，那么面内分布就不一致，所以厚度最好为500mm或者更小。此外，根据顶角，凹形结构的深度可以相对于间距变得更深，所以最好选择间距，使得凹形结构的深度变成50mm或者更小。

在上述例子中，光偏转片的凹形结构大致为四边形锥体。在此情况下，由构成四边形锥体的斜面所定义的角度沿片的横向(水平)和竖向(垂直)都相同，所以当片被整合到液晶显示装置中时，亮度的角度分布沿显示屏的水平和垂直方向基本上都相同。从图34A至34F和图35A至35E的结果还可以知道，分别由实线和虚线显示的角度亮度分布沿水平和垂直方向大致相同。

然而，在诸如TV接收器之类的显示装置中，最好沿水平方向的亮度的角度分布宽于沿垂直方向的分布，也就是说，沿水平方向的视场角宽于垂直方向。

因此，如以下例子所示，凹形结构的形状还可以包括如下的形状，所述形状在显示装置的水平方向对应的横向上与垂直方向对应的竖向具有不同比例。

当凹形结构被制作成与上述例子中相同的四边形锥体时，图41A至41D示出了其中在开口上它的四边形为正方形的例子。图41A是具有这种凹形结构的光偏转片的表面的放大透视图。对于这种情况，当开口上的四边形的边为x和y时，x＝y。

如图41B所示，当凹形结构被制作成具有方形基面ABCD和顶点O的四边形锥体时，通过连接顶点O与边AD和BC的各自中点E和F形成的三角形OEF以及通过连接顶点O与边AB和CD的各自中点G和H形成的三角形OGH分别如图41C和41D所示彼此是全等的。

也就是说，在三角形OEF和OGH中，斜线长度a，底线的半长b和高度h分别都相等。

在以这种方式构成的各向同性类型中，亮度的角度分布基本上如上所述沿水平和垂直方向都相同。

另外一方面，如图42A和43A的光偏转片的各个例子的放大透视图所示，凹形结构也可以被构造成x≠y，使得亮度的角度分布沿各个方向不同，其中凹形结构的基面的边为x和y，所以顶角根据各边的延伸方向而不同。

在图42A至42D示出的例子中，凹形结构的基面被制作成矩形四边形锥体。也就是说，如图42B所示，由具有顶点O和矩形基面ABCD的矩形四边形锥体形成凹形结构。如图42C和42D所示，在通过连接顶点O与边AD和BC的各自中点E和F形成的三角形OEF以及通过连接顶点O与边AB和CD的各自中点G和H形成的三角形OGH中，顶角θ1不同于θ2(θ1＜θ2)；斜线长度a1不同于斜线长度a2(a1＜a2)；并且基边的半长b1不同于基边的半长b2(b1＜b2)。然而，高度h相同。

通过这种结构，构成凹形结构的斜面的角度沿水平和垂直方向不同，从而能够提供沿水平和垂直方向亮度不同的光偏转片。

另外一方面，在图43示出的例子中，构成凹形结构的斜面由两个三角形和两个梯形构成，使得虽然斜面的倾角相同但是亮度的角度分布沿水平和垂直方向不同。在此情况下，如图43B所示，凹形结构由矩形基面ABCD、通过分别连接边AB/CD和顶点O/P形成的三角形ABO和CDP的斜面以及通过分别连接边AD/BC和顶点O/P形成的梯形AOPD和BOPC构成。图43C和43D分别示出了通过分别连接基面边AD/BC的中点E/F和边线OP的中点Q形成的三角形QEF以及通过分别连接基面边AB/CD的中点G/H和边线OP形成的梯形GHOP。在三角形EFQ和梯形GHOP中，高度h相同并且斜线长度a也相同。当三角形EFQ的顶角为θ时，分别由从边线的点O/P垂下的垂直线和斜面定义的角度为θ/2。

在此情况下，因为斜面的倾角沿两个方向相同，所以当光偏转片通过注模成型由树脂制成时，能够相对简单地制造模具，从而获取可靠生产的优点。这是因为当通过用切削工具切削来加工模具时，沿X-和Y-轴向的形状都可以用相同的工具切割，所以不需要形状不同的工具。

关于参考图43A至43D描述的结构，已经通过将图43C中示出的三角形EFQ的顶点Q的角度设定为72°以及通过改变图43D中示出的梯形的底边GH和三角形EFQ的底边EF之间的长度比GH/EF，分析了角度亮度分布。结果在图44A至44F中显示。

在图44A至44F中，梯形和三角形之间的底边比GH/EF被改变成1、1.25、1.5、2、3和5。可以看出与图44A相比，由实线指示的沿水平方向(0°)的角度亮度分布不同于垂直方向(90°)。

因此，可以通过根据显示装置的特性选择凹形结构的形状，来构造光偏转片，以获得最佳的角度亮度分布。

在上述各个例子中，光偏转片的凹形结构被制作成四边形锥体或者由两个三角形斜面和两个梯形斜面构成的形状；然而，凹形结构可以被制作成任何形状，只要该形状包括具有适合于入射光的角度的斜面，所以诸如圆锥、五边形锥体、六边形锥体和比六边形锥体更多的多边形锥体之类的各种其它形状都可以被采用。

然后，将参考图45的结构示意图，描述结合有根据本发明的背光装置的透射型液晶显示装置的例子。

如图45所示，透射型液晶显示装置12包括透视液晶显示面板11和设置于液晶显示面板11的背面上的背光装置10。尽管没有示出，然而液晶显示装置12可以包括诸如模拟调谐器和数字调谐器之类的用于接收地面波和卫星波的接收部分、分别用于处理由接收部分接收的图像和声音信号的图像信号处理器/声音信号处理器、以及诸如扬声器之类的用于输出由声音信号处理器处理的声音信号的声音信号输出部分。

在该例中设置有有源矩阵驱动系统液晶显示装置，其中在由玻璃制成的第一基板1a上，形成有用于选择每个像素的薄膜晶体管(TFT)2a和连接至TFT 2a的漏极区的像素电极2b。在像素之间的边界上，以栅格方式形成有连接至TFT 2a的门极的门极总线2c和连接至TFT 2a的源区的源极总线2d，以便将像素连接在一起。

另外一方面，在由玻璃制成的第二基板1b上交替形成有每个像素的R(红)、G(绿)和B(蓝)的三色滤色镜3。在滤色镜3上，形成有与多个像素集成的公共电极4。尽管图45中只示出了3像素×3像素＝9像素，然而实际上滤色镜3被设置显示m像素×n像素。第一基板1a和第二基板1b以预定间隔彼此平行地被布置使得，像素电极2b对着公共电极4。像素电极2b和公共电极4之间的空间填满液晶5，从而夹在液晶取向膜(未示出)之间。

此外，在由像素电极2b形成的第一基板1a的表面的背面上，布置有偏振板6和照射白光的背光装置10。此外，在由公共电极4形成的第二基板1b的表面的背面上，布置有偏振板7。

图46是液晶驱动电极和TFT的布置图。尽管图中只示出了4像素×4像素＝16像素，然而它们实际被布置成显示m像素×n像素。如上所述，在基板1a的一个表面上，TFT 2a和像素电极2b被布置于每个像素以及像素之间的边界中，门极总线2c和源极总线2d以栅格方式形成。在液晶屏的外框中，布置有包括X驱动器XD和Y驱动器YD的液晶驱动驱动器。门极总线2c分别通过选择电路G1至Gn连接至Y驱动器YD。另外一方面，源极总线2d分别通过选择电路D1至Dm连接至X驱动器XD。

根据作为扫描电极总线的门极总线2c的信号，有源元件TFT 2a在施加电场给液晶5的像素电极2b和作为数据电极的源极总线2d之间接通或者断开，以便选择性地驱动每个像素的液晶。从背光装置10发出并且通过偏振板6的光透射通过液晶5，同时透射受由选择电路选择的液晶部分控制。此外，它透射通过每种颜色的滤色镜3和偏振板7，以便在偏振板7的侧面上形成彩色图像。从而，以高对比度和高速响应实现高图像品质的液晶显示。

在上述例子中提供了有源矩阵驱动系统液晶显示装置；然而，根据本发明的背光装置和液晶显示装置显然也可应用于诸如单纯矩阵驱动系统液晶显示装置之类的其它的液晶显示装置。

根据本发明的液晶显示装置可以被结合到根据本发明的各个实施例的背光装置中。背光装置根据诸如角度分布之类的光源特性，可以不设置上述换向片或者散射片。背光装置也可以不必设置有传统液晶显示装置中使用的BEF^TM(来自Sumitomo 3M有限公司)和DIAART^TM(来自MITSUBISHI RAYON有限公司)。

如上所述，根据本发明的背光装置和液晶显示装置，导光板包括形成于光射出面或者与光射出面相对的背面上的孔或突起，并且孔或突起的侧面大致垂直于光射出面或背面，使得在孔或者突起中，光被导引到导光板内同时它的反射角被保持，然后它能够以期望的角度亮度分布从导光板被输出。因此，可以减少具有带有导光板的背光装置的整个照明装置的厚度以及液晶显示装置的厚度，如被布置于导光板的背面上的反射结构和液晶显示面板之间的厚度。

通过在导光板上至少形成一个开口以便在其中容纳光源，光源的角度分布能够被更可靠地保持，以便从导光板输出光，从而避免或者抑制光利用率的减少。

此外，设置于导光板中的孔或者突起的侧面具有全反射从最近的光源发出的几乎全部的光的功能，使得能够更长时间地导引所述光，以满意地混合所述光，从而能够使用具有相对大的不均匀的光源。

设置于导光板中的孔或者突起的横截面形状可以是圆或者椭圆，并且孔或者突起的横截面形状也可以是多边形，使得可以很好地设置来自光源的光的角度分布。

尤其当设置于导光板中的孔或者突起的横截面形状是方形时，可以更好地设置来自光源的光的角度分布。

当设置于导光板中的孔或者突起的形状全部相同时，能够以相对简单的结构均匀化亮度不均匀性和色度。

此外，当导光板设置有由至少布置于导光板的侧面的一侧的镜面反射元件组成的反射结构时，被导引到导光板内的光的反射角度被保持，以便很好地混合光，从而保持来自光源的光的角度分布。

此外，当根据离光源的位置选择布置于导光板上的多个孔或者突起的形状，使得从光源发出的光在光源附近难于被外部获得，而从光源发出的光在距光源相对较远的位置易于被外部获得时，即使当光源的布置并不均匀时也可以很好地混合光，从而使得角度分布被保持。

此外，当光源是发光二极管时，可以自由地选择光源的布置以便抑制亮度不均匀度。

此外，当光源是发射多色光的光源时，能够改善色彩重现。

当光源包括沿横向具有高亮度分布的光源，并且以在特定方向上具有峰值的角度亮度分布来输出具有特定角度分布的入射光的光偏转片一起使用时，光能够沿更期望的方向被输出。

当用于其中布置光源的开口具有侧面大致垂直于导光板的光射出面并且其上表面大致平行于该光射出面的柱形形状时，光能够从用于光源的开口被导引到导光板内，同时角度分布基本上被保持。

此外，当光偏转片被布置在导光板的光射出面上，并且光偏转片以在与光偏转片的光射出面相关的特定方向上包括峰值的角度亮度分布来输出具有特殊角度分布的入射光时，能够提供能够以期望的角度亮度分布向外发射光的光源。

此外，当通过至少在光射出面上并置锥形凹形结构或者具有两个三角形斜面和两个梯形斜面的凹形结构来构造光偏转片时，能够通过相对简单的结构以高的利用率沿期望的方向可靠地输出光。

当锥形凹形结构的顶角处于从66°到78°的范围时，能够提供如下的背光装置，它能够使用具有在80°处具有主峰的角度分布的光源，大致沿前方发射光。

类似地，当由构成凹形结构的两个梯形所定义的角度处于从66°到78°的范围时，能够提供如下的背光装置，它能够使用具有在80°处具有主峰的角度分布的光源，大致沿前方发射光。

根据本发明的光偏转片，光偏转片能够以特定角度分布输出从导光板输出的入射光，使得具有沿期望的方向(例如前方)具有峰值的角度亮度分布，从而减少返回的光量并且改善亮度。此外，即使当单个LED的光通量和波长分布存在相对大的不均匀时，从背光装置发出的光的亮度不均匀度也能够被抑制。

即使当使用本身不具有发射角度的方向性的光源时，只要在光进入光偏转片之前整个系统在光源和光偏转片之间具有带强方向性的角度分布的结构，那么使用如上构造的光偏转片也能提供具有期望的角度亮度分布的背光装置。

如上所述，通过调节角度亮度分布，使之在显示装置的前方具有峰值，或者通过合适地控制沿水平方向的角度亮度分布与垂直方向之间的平衡，以及通过减少返回的光量，能够以比以前更高的亮度发射光。

此外，通过调节设置于光偏转片中的凹形结构的形状(比如顶角)，或者通过改变光偏转片的材料的折射率，能够如上所述控制角度亮度分布和返回的光量。也就是说，通过根据来自光源的角度分布，合适地制作光偏转片的凹形结构以便减少返回的光和反射结构中的损失，可以改善整体亮度，从而使输出光具有最优角度亮度分布。因为能够抑制由于返回光导致的反射板对光的吸收，所以发热也被抑制。

通常设置有散射板，为了散射光，它以预定的间隔对着光源。当提供导光板时，这种散射片被设置于导光板的光射出面上。或者，为了将从背光装置二维地发射的光转换成具有最适合于照亮液晶显示面板的光学特性的照明光，可以设置光学片组，其包括：具有将入射光分为彼此正交的偏振分量的功能的片；具有补偿光波的相位差以加宽视野和防止混色的功能的片；具有散射入射光的功能的片；以及具有改善亮度的功能的片。光学片组可以包括散射片、棱镜片、以及偏振转换片。

在具有根据本发明的背光装置的液晶显示装置中，通过设置如上所述构造的光偏转片，背光装置10能够被构造成以优选角度亮度分布发射光到图45中示出的液晶显示面板11，从而使得装置厚度被减少。

也就是说，光源和散射片之间的距离以往要求相对较大；然而该部分的厚度能够被减少，从而减少了具有背光装置的液晶显示装置的厚度和包括背光装置的各种照明装置的厚度。

如果需要，可以在背光装置的上表面设置散射片和偏振转换片。

如上所述，在包括三基色发光二极管的背光装置中，重要的是尽量增加亮度，同时使面内亮度分布均匀化，即，使色彩混合和光亮度分布均匀化。

如上所述，根据本发明，在导光板上设置有孔或者突起；如图29和41至43所示，光偏转片被设置成以特定的角度亮度分布输出光，以便通过偏振获得特定的角度亮度分布；并且使用了适合于所述分布的光偏转片，其中从光源发出的光入射，同时保持尖锐的角度分布，使得面内亮度发布被均匀化，色彩混合和光强分布被均匀化，并且显示装置的发光效率被改善，从而改善亮度。

具体而言，在上述背光装置中，侧面发光型发光二极管被用于光源；光偏转片的凹形结构被制作成锥体以便具有66°至78°的顶角，使得能够提供具有合适的角度亮度分布和比以前显著改善的亮度的液晶显示装置。

本发明并不限于上述例子，所以在本发明的范围内能够对光偏转片的材料、结构和布置明显地进行各种修改。

例如，当由于在光偏转片和光源、导光板、或者其它的光源之间的结构导致在光偏转片的入射面上产生角度分布不均匀或者分布时，光偏转片的凹形结构的顶角也可以通过对应于不均匀或者分布被制作成具有一定分布。

此外，在上述例子中，光偏转片上的凹形结构的形状被均匀化，并且凹形结构没有间隙地形成于片上；当以这种方式没有间隙地形成凹形结构时，能够更可靠地改善亮度。除了方形之外，也可以没有间隙地设置正六边形底面的锥形凹形结构。然而，即使当至少在凹形结构之间的部分存在小的扁平部分时，通过优化角度亮度分布也能够改善亮度。

此外，根据本发明的光偏转片、背光装置和液晶显示装置不限于上述的例子，所以在本发明的范围内能够进行各种其它的修改和变更。

Claims (23)

1.一种背光装置，其包括导光板和至少一个光源，使得光从所述导光板的光射出面向外被输出，

其中，所述导光板包括形成于所述光射出面或者与所述光射出面相对的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的侧面大致垂直于所述光射出面或背面。

2.如权利要求1所述的背光装置，其中，所述导光板包括形成于其中的至少一个开口，以便在其中容纳所述光源。

3.如权利要求1所述的背光装置，其中，设置于所述导光板上的孔或者突起的侧面具有全反射从最近的光源发出的几乎全部光的功能。

4.如权利要求1所述的背光装置，其中，设置于所述导光板上的孔或者突起的横截面形状为圆或者椭圆。

5.如权利要求1所述的背光装置，其中，设置于所述导光板上的孔或者突起的横截面形状为多边形。

6.如权利要求1所述的背光装置，其中，设置于所述导光板上的孔或者突起的横截面形状为方形。

7.如权利要求1所述的背光装置，其中，设置于所述导光板上的孔或者突起的形状全部相同。

8.如权利要求1所述的背光装置，其中，所述导光板设置有由布置于所述导光板的侧面的至少一侧的镜面反射元件构成的反射结构。

9.如权利要求1所述的背光装置，其中，布置于所述导光板上的多个孔或者突起的形状根据离所述光源的位置来选择，使得从所述光源发出的光在所述光源附近难于被外部获得，而从所述光源发出的光在距所述光源相对较远的位置易于被外部获得。

10.如权利要求1所述的背光装置，其中，所述光源是发光二极管。

11.如权利要求1所述的背光装置，其中，所述光源是发射多色光的光源。

12.如权利要求1所述的背光装置，其中，所述光源包括沿横向具有强亮度分布的光源。

13.如权利要求12的背光装置，其中，设置于所述导光板上的突起的高度H与所述突起的横截面的长度L的比值L/H为：

L/H≥tanα

其中α表示从沿横向具有强亮度分布的光源发出的光量被减至主峰值角度时的25％的角度。

14.如权利要求9所述的背光装置，其中，用于在其中布置所述光源的开口具有侧面大致垂直于所述导光板的光射出面并且其上表面大致平行于该光射出面的柱形形状。

15.如权利要求1所述的背光装置，其中，进一步包括布置于所述导光板的光射出面上的光偏转片，

其中所述光偏转片输出具有特定角度分布的入射光，使得所述角度亮度分布在相对于所述光偏转片的光射出面的特定方向上包括峰值。

16.如权利要求15所述的背光装置，其中，通过至少在所述光射出面上并置锥体凹形结构或者具有两个三角形斜面和两个梯形斜面的凹形结构来构造所述光偏转片。

17.如权利要求16所述的背光装置，其中，所述锥体凹形结构的顶角范围为从66°至78°。

18.如权利要求16所述的背光装置，其中，由构成所述凹形结构的两个梯形定义的角度范围为从66°至78°。

19.一种液晶显示装置，其包括透射型液晶显示面板和用于从背面照亮所述液晶显示面板的背光装置，

其中所述背光装置包括导光板和组装在所述导光板中的光源，以及

其中所述导光板设置有形成于所述导光板的光射出面或者与所述光射出面相对的背面上的孔或突起，并且所述孔或突起的侧面大致垂直于所述光射出面或背面。

20.如权利要求19所述的液晶显示装置，其中，进一步包括设置于所述导光板的光射出面上的光偏转片，

其中所述光偏转片以沿特定方向上具有峰值的角度亮度分布来输出具有特殊角度分布的入射光。

21.一种布置于导光板的光射出面上的光偏转片，所述光偏转片混合来自光源的光以便向外导出光，并且它包括锥体凹形结构或具有两个三角形斜面和两个梯形斜面的凹形结构，这些凹形结构至少在所述光射出面上并置。

22.如权利要求21所述的光偏转片，其中，所述锥体凹形结构的顶角范围为从66°至78°。

23.如权利要求21所述的背光装置，其中，由构成所述凹形结构的两个梯形定义的角度范围为从66°至78°。

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