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CN1668874A - 照明装置和液晶显示装置 - Google Patents

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CN1668874A
CN1668874A CN02829616.8A CN02829616A CN1668874A CN 1668874 A CN1668874 A CN 1668874A CN 02829616 A CN02829616 A CN 02829616A CN 1668874 A CN1668874 A CN 1668874A
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Abstract

一种照明装置，包括光源和棒状光导体。该棒状光导体包括：用于允许来自光源的光入射的入射面，具有多个棱镜的反射面，以及与该反射面相对的出射面。在该棒状光导体的入射面上，该反射面与该出射面之间的宽度小于同一方向上光源的宽度。这使该棒状光导体的出射光的亮度分布均匀化。通过将该照明装置与板状光导体相结合而构成平面型照明装置。通过将该照明装置与液晶面板相结合而构成液晶显示装置。

Description

照明装置和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置和一种包括该照明装置的液晶装置。
背景技术
液晶显示装置薄而且重量轻，因此被广泛应用为便携式信息终端的显示器。液晶显示装置包括具有一对基板的液晶面板，液晶保持在该对基板之间。该装置还可包括滤色器或偏光器。该装置具有两种类型：透射型显示装置，其中，光透射穿过基板对及液晶；反射型显示装置，其中，光透射穿过所述基板之一及液晶，并在另一个基板上反射。在两种类型的液晶显示装置中，当光透射穿过液晶时相位被调制。由透射穿过滤色器并被偏光器透射或屏蔽的光显示黑与白。多个点的排列形成字符信息或图像信息。
液晶本身是不能发光的光接收元件，并且难以单独利用液晶而可视地识别信息。因此，通常将照明装置与液晶面板相结合。在透射型液晶显示装置中，照明装置设置在液晶面板的背面；而在反射型液晶显示装置中，照明装置设置在液晶面板的前面。在反射型液晶面板中，只要日光或室内灯光照射在液晶面板上，就不需要照明装置。然而，在光几乎无法到达的环境中，像透射型液晶面板一样，反射型液晶面板也需要照明装置。
可利用的传统线性照明装置包括光源和棒状光导体，来自光源的光穿过入射面进入该棒状光导体，并经由长的出射面射出。也可利用的传统平面照明装置包括光源、棒状光导体和板状光导体，来自棒状光导体的光穿过入射面进入该板状光导体，并穿过宽的出射面射出(日本待审专利公开No.10-260405)。
近年来，对改善用于信息终端的液晶显示装置的显示质量的需求增长了，所述显示质量包括色彩显示、高亮度和高分辨率。特别是，平面内亮度的均匀分布已成为强烈的需求。然而，由于来自光源的具有广角分布的光进入了棒状光导体，所以从棒状光导体的出射面发出的光的强度分布并不均匀，并且在棒状光导体的出射面的端部附近，亮度趋于降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种照明装置和一种廉价的具有高显示质量的液晶显示装置，其中该照明装置具有尽可能均匀的棒状光导体出射光的亮度分布，以确保均匀的亮度分布。
根据本发明的一个方案，提供一种照明装置，包括光源和棒状光导体，该棒状光导体包括：来自光源的光进入的入射面，具有多个棱镜的反射面，以及远离该反射面的出射面；并且其中，在该棒状光导体的入射面处，该反射面与该出射面之间的宽度小于同一方向上光源的宽度。
根据本发明的另一方案，提供一种照明装置，包括光源、棒状光导体和板状光导体；其中，该棒状光导体包括：来自该光源的光进入的入射面，具有多个棱镜的反射面，以及与该反射面相对的出射面；其中，该板状光导体包括：来自该棒状光导体的出射面的光进入的入射面，以及出射面；并且其中，在该棒状光导体的入射面处，该反射面与该出射面之间的宽度小于同一方向上光源的宽度。
采用此结构，改善了进入该棒状光导体的入射面的光的角分布，并且消除了在该棒状光导体的端部附近的暗部分，从而该棒状光导体的亮度分布变得均匀，由此能够提供具有均匀亮度分布的照明装置。
根据本发明的又一方案，提供一种包括上述照明装置和液晶面板的液晶显示装置。该液晶显示装置具有均匀的亮度分布，并且能够以高显示质量廉价地制造。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的照明装置的示意图；
图2是示出根据本发明实施例的照明装置的示意图；
图3是示出包括照明装置的反射型液晶显示装置的实例的示意图；
图4是示出包括照明装置的透射型液晶显示装置的实例的示意图；
图5是用于解释图1所示的照明装置的特征的示意图；
图6是用于解释传统照明装置的特征的示意图；
图7是示出LED光源的透视图；
图8是示出LED光源的光强度分布的示意图；
图9是示出图1所示的照明装置的光强度分布的示意图；
图10是示出图1所示的照明装置的变型的示意图；
图11是示出棒状光导体的厚度与透射穿过棒状光导体的光的亮度之间关系的示意图；
图12是示出图10所示的照明装置的光强度分布的示意图；
图13是示出图10所示的照明装置的变型的示意图；
图14是示出图13所示的照明装置的光强度分布的示意图；
图15是示出图10所示的照明装置的变型的示意图；
图16是示出图10所示的照明装置的变型的示意图；
图17是示出图1所示的照明装置的变型的示意图。
具体实施方式
下面参考附图解释本发明的实施例。
图1是示出根据本发明实施例的照明装置(线性光源)的示意图。照明装置10包括由LED形成的一对光源12和棒状光导体14。两个LED光源设置在棒状光导体14的每一侧上。棒状光导体14包括：来自光源12的光进入的一对入射面(端表面)16，具有多个棱镜(prism)18的反射面(上表面)20，以及与反射面20相对的出射面(下表面)22。多个(虽然在图1中只示出了三个)棱镜18沿反射面20连续设置。
在棒状光导体14的入射面16上，反射面20与出射面22之间的宽度(垂直于出射面22)用A表示，并且同一方向上光源12的宽度用B表示。入射面16的宽度A小于光源12的宽度B。换句话说，光源12的宽度B大于入射面16的宽度A。棒状光导体14的宽度沿其长度是恒定的，并且中心部分的宽度等于入射面16的宽度A。棒状光导体14的长度用L表示，并且在每个光源12与棒状光导体14之间的间隙用ΔL表示。棱镜18的顶角用θp表示。根据此实施例，所有棱镜18都具有相同的顶角θp。
当照明装置10工作时，从光源12发出的光进入棒状光导体14的入射面16。已进入棒状光导体14的部分光在反射面20的棱镜18的表面上反射，并从出射面22射出。已进入棒状光导体14的其它部分光在出射面22上反射，并随后在反射面20上进一步反射，离开出射面22。
图2是示出根据本发明实施例的照明装置(平面光源)的示意图。照明装置30包括一对LED光源12、棒状光导体14和板状光导体32。LED光源12和棒状光导体14具有与图1所示的照明装置10相似的结构。特别地，棒状光导体14包括：来自LED光源12的光进入的一对入射面16，具有多个棱镜18的反射面20，以及与反射面20相对设置的出射面22。在每个入射面16上的反射面20与棒状光导体14的出射面22之间的宽度A小于同一方向上光源12的宽度B。然而，照明装置30的结构并不限于图1所示的照明装置10的结构，而可以与稍后描述的照明装置10的变型结合使用。
板状光导体32包括来自棒状光导体14的出射面22的光进入的入射面(端表面)34和出射面(上表面)36。光透射穿过板状光导体32的下表面。
图3是示出具有照明装置30的反射型液晶显示装置的实例的示意图。液晶显示装置40包括照明装置30和反射型液晶面板42。照明装置30具有图2所示的功能特征及其任意变型。反射型液晶面板42具有一对基板，液晶保持在该对基板之间。反射型液晶面板42的基板之一形成有反射层(例如，由反射材料制成的像素电极)。反射型液晶面板42可具有滤色器及偏光器。在图3中，反射型液晶面板42°设置在照明装置30的板状光导体32的下面。
从光源12发出的光经由入射面16进入棒状光导体14，并穿过棒状光导体14从出射面22射出。已离开棒状光导体14的出射面22的光经由入射面34进入板状光导体32，并穿过板状光导体32，离开出射面36。特别地，如图3中的箭头所指示的，光在进入板状光导体32之后，在上表面(与出射面36相同)上反射，并穿过下表面，向反射型液晶面板42行进。光透射穿过液晶，在反射层上反射，再次透射穿过液晶，并经由其下表面进入板状光导体32。随后，光穿过板状光导体32并经由出射面36从板状光导体32射出。
图4是示出具有照明装置30的透射型液晶显示装置的实例的示意图。液晶显示装置50包括照明装置30和透射型液晶面板52。照明装置30具有图2所示的功能特征及其任意变型。透射型液晶面板52具有一对基板，液晶保持在该对基板之间。光透射穿过该基板对。透射型液晶面板52可具有滤色器及偏光器。在图4中，透射型液晶面板52设置在照明装置30的板状光导体32的上面。
已从光源12发出的光进入棒状光导体14的入射面16，并穿过棒状光导体14，从出射面22射出。已离开棒状光导体14的出射面22的光进入板状光导体32的入射面34，并穿过板状光导体32，从出射面36离开板状光导体32。已离开板状光导体32的出射面36的光透射穿过透射型液晶面板52。
图7是示出LED光源12的透视图。LED光源12具有半导体载流(carrying)电极12a、12b，其半导体覆盖有透明或半透明树脂12c，并被密封树脂12d密封入封装件内。通过电极12a、12b产生的光被树脂12c散射并向外发射。因此，树脂12c构成LED光源12的发光区域。LED光源12的宽度A可被视为发光区域的宽度。
图8是示出LED光源12的光强度分布的示意图。LED光源12的光强度在中心部分高，并且在端部低。因此，从每个LED光源12的中心部分发出的光能够被有效地利用，而从LED光源12的端部发出的光不能被有效地利用。
图5是用于解释图1所示的照明装置10的特征的示意图。在图1和图5中，如上所述，在棒状光导体14的入射面16处，反射面20与出射面22之间的宽度A小于同一方向上每个LED光源12的宽度B。考虑到从LED光源12进入棒状光导体14的入射面16并向棒状光导体14端部附近的棱镜18透射的光Lo，在入射面16处的光Lo的入射角采用较小的第一值。
图6是用于解释传统照明装置10A的特征的示意图。为了方便的目的，分别用相同的附图标号表示与图5中所示相应的组成元件。在传统的照明装置10A中，在棒状光导体14的入射面16处，反射面20与出射面22之间的宽度A大于同一方向上相应的LED光源的宽度B。考虑到从LED光源12进入棒状光导体14的入射面16并向棒状光导体14端部附近的棱镜18透射的光Lo，在每个入射面16处的光Lo的入射角采用较大的第二值。
特别地，由于棒状光导体14的宽度A与光源12的宽度B之间的关系，图5中入射面16处的光Lo的入射角(第一值)小于图6中入射面16处的光Lo的入射角(第二值)(第一值小于第二值)。进入入射面16的光在进入棒状光导体14以前被部分折射，同时其它部分的光在入射面16上反射，并且未能进入棒状光导体14。在入射面16处的入射角越小，在入射面16上反射的光的比例就越小，从而使更大量的光进入棒状光导体14。
如上所述，在图5中，已经经由入射面16进入棒状光导体14的光Lo透射穿过棒状光导体14，在棒状光导体14端部附近的棱镜18的表面上反射，随后从出射面22射出。相似地，在图6中，已经经由入射面16进入棒状光导体14的光Lo透射穿过棒状光导体14，在棒状光导体14端部附近的棱镜18的表面上反射，并从出射面22射出。然而，前者从出射面22射出的光的量要比后者多。
图9是示出根据本发明的照明装置10的光强度分布的示意图。如参照图5和图6所解释的，根据本发明，在棒状光导体14端部附近的出射光的亮度增加了。在棒状光导体14的中心部分处，出射光的亮度当然高。结果，消除了在棒状光导体14端部附近的暗部分。
在现有技术中，如图6所示，棒状光导体14的入射面16的宽度A大于LED光源12的宽度B，以确保光源12相对于棒状光导体14的位移的余量(magin)。此外，由于以下显而易见的原因，传统地认为棒状光导体14的入射面16的宽度A大于LED光源12的宽度B是有利的：从LED光源12的发光区域的端部发出的光也可被引入到棒状光导体14的入射面16内。然而，如参照图8所解释的，从LED光源12的发光区域的端部发出的光是小量的，而大部分的光是从LED光源12的中心部分发出的。因此，已经发现：即使如同本发明，在棒状光导体14的入射面16的宽度A小于LED光源12的宽度B的情形下，进入棒状光导体14的光的量也基本上保持不变。
图2所示的照明装置30受到图1所示的照明装置10的光强度分布的影响；因此，通过提高图1所示的照明装置的光强度分布，来提高图2所示的照明装置30的光强度分布。以相似的方式，图3和图4所示的液晶显示装置40、50受到图1所示的照明装置10的光强度分布的影响；因此，通过提高图1所示的照明装置10的光强度分布，也会提高图3和图4所示的液晶显示装置40、50的光强度分布。
图1所示的照明装置10和图2所示的照明装置30与具有一英寸屏幕尺寸及17.5mm屏幕宽度的液晶显示装置一起使用。在此实例中，棒状光导体14的长度L是18.5mm，并且棒状光导体14的宽度A是1.7mm。LED光源12的宽度B是2mm。LED光源12与棒状光导体14之间的间隙ΔL基本上为零。棱镜18的数量是122，棱镜间距(pitch)是0.15mm，并且棱镜18的顶角θp是105.5度。棒状光导体14的折射率是1.51。
图10是示出图1所示的照明装置的变型的示意图。图10所示的照明装置10基本上与图1所示的照明装置10相似。在图10中，在棒状光导体14的中心部分处反射面20与出射面22之间的宽度C不同于在棒状光导体14的端部处反射面20与出射面22之间的宽度A。棒状光导体14的反射面20的中心部分平行于出射面22延伸，且棒状光导体14的反射面20的中心部分的两侧成锥形地延伸，并且在棒状光导体14端部的入射面16处采用宽度A。
图11是示出棒状光导体14的厚度与透射穿过棒状光导体14的光的亮度之间关系的示意图。穿过棒状光导体14的光的亮度在棒状光导体14的宽度(厚度)大的部分具有一个峰值，并且在棒状光导体14的宽度(厚度)小的部分具有另一个峰值。
图12是示出图10所示的照明装置的光强度分布的示意图。在棒状光导体14的宽度(厚度)大的中心部分以及在棒状光导体14的宽度(厚度)小的端部，光强度都是高的。以此方式，在棒状光导体14的整个长度上确保了足够的亮度。
图10所示的照明装置10和图2所示的照明装置30与具有一英寸屏幕尺寸及17.5mm屏幕宽度的液晶显示装置一起使用。在此情况下，棒状光导体14的长度L是18.5mm，并且在棒状光导体14的入射面16处的宽度A是1.7mm。在棒状光导体14的中心部分处的宽度C是3.0mm。LED光源12的宽度B是2mm。LED光源12与棒状光导体14之间的间隙ΔL基本上为零。棱镜18的数量是122，棱镜间距是0.15mm，并且棱镜18的顶角θp是112.8度。棒状光导体14的折射率是1.51。
图13是示出图10所示的照明装置10的变型的示意图。图13的照明装置10基本上与图10的照明装置10相似。在图13中，在棒状光导体14的中心部分处反射面20与出射面22之间的宽度C不同于在棒状光导体14的端部处反射面20与出射面22之间的宽度A。棒状光导体14的反射面20的中心部分平行于出射面22延伸，且棒状光导体14的反射面20的中心部分的两侧成锥形地延伸，并且在棒状光导体14端部的入射面16处采用宽度A。此外，反射面20的棱镜18形成为基本上与出射面22成直角地将光射出。优选地，以相对于出射面22的法线不大于±3度的角度分布而从出射面22发出光。通过下述关系来给定棱镜18。
棱镜18的顶角θp恒定，每个棱镜18的中心线相对于出射面22的法线的倾角表示为θ(n)，其中n是从入射面16计数的特定棱镜的数量。设x为从入射面16向相对表面所取的方向，t为从出射面22向反射面20所取的方向。X(n)表示第n个棱镜18沿x方向的位置，t(n)表示第n个棱镜18沿t方向的位置。从下述关系得到棱镜18的倾角θ(n)(此关系覆盖从入射面16到棒状光导体14中心的部分)。
θ0＝tan-1((ΔL+L/2)/(C+A/2))/2
其中n＜40                                        …(1)
θ(n)＝θ0-(tan-1((ΔL+X(n))/t(n)-A/2))/2)
其中n≤61                                        …(2)
θ(n)＝θ0-(tan-1((ΔL+X(n))/t(n)+A/2))/2)       …(3)
图14是示出图13所示的照明装置的光强度分布的示意图。如图14所示，从LED光源12发出的光基本上与棒状光导体14的出射面22成直角地射出，从而确保基本上恒定的光强度分布。
在方程式(2)中，值θ(n)可以增大至物理上不可行的程度。例如，若物理上不可能制造第1至10号棱镜，那么当然可以利用第11号棱镜的X(n)及t(n)来形成第1至10号棱镜。
图15是示出图10所示的照明装置10的变型的示意图。图15的照明装置10基本上与图10所示的照明装置10相似。在图15中，每个LED光源12的中心从入射面16的中心向棒状光导体14的出射面22偏移D。此结构能够提高棒状光导体14的中心部分的亮度，从而能够使整个表面变亮。在LED光源12的中心向棒状光导体14的反射面20偏移的情形中，端部变亮，而中心部分稍微变暗。因此，位移的方向当然最好是按照使用者的需要来选择。
图16是示出图10所示的照明装置10的变型的示意图。图16的照明装置10基本上与图10的照明装置10相似。在图16中，棒状光导体14的反射面20由具有线性部分的凸表面形成。在图16中，另一方面，棒状光导体14的反射面20由微弯(gently curved)的凸表面形成。即使在棒状光导体14的反射面20由微弯凸表面这种方式形成的情形中，也能够产生与图10所示的照明装置10相似的效果。在图10中，两条直线的连接部分的拐角可以表现其本身在显示中的不利。然而，图16中的微弯结构消除了此种不便。
图17是示出图1所示的照明装置10的变型的示意图。图17的照明装置10基本上与图1的照明装置10相似。在图17中，反射涂层未被涂敷至棒状光导体的反射面20，但是诸如铝膜的反射元件被设置在固定器中。即使利用不具有反射涂层的反射面20，也能从LED光源12的中心以所需的角度发出光。然而，在反射面20上可以通过蒸发等形成反射膜。
如上所述，根据本发明，在光导体端部的亮度提高了，并且提供了一种照明装置，其具有提高了均匀性的光强度分布。此外，通过将这种照明装置与液晶面板相结合，实现了在平面内具有均匀分布的液晶显示装置。

Claims (10)

1.一种照明装置，包括光源和棒状光导体，
其中，该棒状光导体包括：来自该光源的光进入的入射面，具有多个棱镜的反射面，以及与该反射面相对设置的出射面；并且
其中，在该棒状光导体的入射面处，该反射面与该出射面之间的宽度小于同一方向上光源的宽度。
2.一种照明装置，包括光源、棒状光导体和板状光导体，
其中，该棒状光导体包括：来自该光源的光进入的入射面，具有多个棱镜的反射面，以及与该反射面相对设置的出射面；
其中，该板状光导体包括：来自该棒状光导体的出射面的光进入的入射面，以及出射面；并且
其中，在该棒状光导体的入射面处，该反射面与该出射面之间的宽度小于同一方向上光源的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，
其中，在该棒状光导体的中心部分处该反射面与该出射面之间的宽度不同于在该棒状光导体的端部处该反射面与该出射面之间的宽度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明装置，
其中，该棒状光导体的反射面形成为微弯状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，
其中，在该棒状光导体的反射面上的多个棱镜由以下方式形成：使光基本上与该出射面成直角地从该出射面射出。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的照明装置，
其中，该光源从该棒状光导体的相应入射面的中心偏移。
7.根据权利要求6所述的照明装置，
其中，每个光源都从该棒状光导体的相应入射面的中心向该出射面偏移。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明装置，
其中，该反射面包括反射装置。
9.根据权利要求8所述的照明装置，
其中，该反射装置是整体成形的。
10.一种液晶显示装置，包括液晶面板和根据权利要求1至9中任一项所述的照明装置。
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