液晶顯示裝置用背光的製作方法
2023-04-22 21:26:11
專利名稱：液晶顯示裝置用背光的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液晶顯示裝置用背光。
背景技術：
圖27是現有液晶顯示裝置用背光斷面圖(例如，松本正一編[液晶顯示技術](產業圖書)P.255)。參照圖27，上述背光具備作為光源的冷陰極螢光燈(CCFLCold Cathode FloorescentLamp)101，反射鏡102，導光板103，點狀散亂體有規則地配置，使光以廣角呈放射狀發散的反射用白色點圖形110，反射板107，稜鏡板111和漫射板112。
下面說明上述背光的動作。從冷陰極螢光燈101發出的光直接或以反射鏡102的反射從入射端面120入射到導光板103，在導光板內由底面122和出光面121反覆地進行全反射並傳播，最後從出光面121處射出。此時，當光接觸到導光板底面122上的白色散亂點110時，光被散亂，從底面122處嚮導光板103外部射出。從導光板底面122射出的光由反射板7反射後，入射到導光板的底面122上，進一步反覆上述的全反射，並從出光面121處射出。從導光板射出的光由一塊或二塊稜鏡板111調整對光的分布，經去除細配光的漫射板112，照射背光前方的液晶板(圖中未示出)。
這樣的背光因為為了取出光而使用了散亂點110，因此，在剛從導光板射出後，因廣角而具有大的配光分布，必然只在視覺方向。然而，由於稜鏡111的集光效果，就有必要調整配光分布，以便於變成偏向視覺方向的配光分布。因此，如上所述，就必須配置1塊或2塊高價稜鏡111。由於配置了該稜鏡，因而增加了部件的數量，導致組裝過程複雜化。
為了避免這種部件數量的增加，如圖28所示，提出了稜鏡光學元件一體型導光板(特開平10-282342號公報)。參照圖28所示，上述部件中的導光板103具備沿入射端面延伸的方向延伸，楔狀貫穿導光板深度方向的為一空間的楔狀光反射槽104和稜鏡狀凹凸部106，其中凹凸部106的多條平行的稜線與入射端面120垂直並延伸。
從入射端面120入射到導光板103的光在導光板內反覆全反射並傳播。此時，位於楔狀反射槽的入射端面側的斜面上的光受該斜面作用向上方反射。反射的光由於未滿足全反射條件而不是以全反射方式從出光面射出。在出光面121處因稜鏡狀凹凸部的作用，配光分布變窄。由於這種構成，在不添加稜鏡板的條件下，能夠控制出射光的配光分布。在這樣構成的情況下，為了能夠均勻地控制位於導光板內的各位置處的射出光的強度分布，必須對應導光板內的位置控制楔狀反射槽形狀。
由於現有背光是如上構成，因此，為了得到出射光的合適配光分布，必須採用多個獨立部件，因此，這樣會提高成本。現有的使用稜鏡光學元件一體型導光板的背光由於將楔狀反射槽呈規則地配置，因此，很難確保空間內射出的光強度均勻。
發明內容
本發明的目的在於既要有合適的配光分布，又能夠控制射出光在空間內的強度均勻一致，實現低成本高效率的背光。
本發明的液晶顯示裝置用背光具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源和平板狀的導光板，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面，平行於液晶板地配置的出光面以及平行地面對出光面的底面，其特徵在於在導光板的底面上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面的方向上延伸的楔狀反射槽和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部，其中，上述楔狀反射槽的深度隨著距入射端面的距離增加而加深，上述帶狀分斷平坦部的寬度隨著距入射端面的距離增加而漸減。
具有上述構成的背光由於被分斷平坦部分斷後的楔狀反射面的反射，不用稜鏡板等而只由導光板就可使光以合適的配光特性射出。另外，將集光稜鏡配置在出光面上時，由於具有稜鏡狀凹凸部的出光面所產生的集光效果，能夠實現高輝度。此外，由於通過對應於距入射端面的距離改變例如楔狀反射槽的深度以及楔狀反射槽和平坦部的寬度的雙方就能夠調整從導光板射出的光強度的空間分布，因此，可減少背光的部件，而降低成本，實現具有均勻空間分布和合適配光分布的背光。上述效果具體地說在楔狀反射槽的場合下，該深度隨著距入射端面的距離增加而增加，另外，對於分割平坦部的寬度的情況，該寬度隨著距入射端面距離的增加而變小，以這樣簡單方便的方式就可得到上述效果。
對於上述本發明的液晶顯示裝置用背光，最好在導光板的出光面上配置集光稜鏡，該集光稜鏡在與入射端面正交的方向上具有多根平行的稜線延伸的稜鏡狀凹凸部。
如上所述，通過在出光面上配置集光稜鏡，在由反射稜鏡產生合適配光基礎上實現高輝度。
對於上述的液晶顯示裝置用背光，帶狀分斷平坦部的寬度，能夠隨例如距入射端面的距離而變化。
僅由楔狀反射槽的深度就得到出射光的均勻空間分布的情況下，在導光板的入射端面附近，有必要形成高達數μm的極細微的槽。但是，若與帶狀分斷平坦部的寬度變化相組合，則在入射端面附近，使加工容易的楔狀反射槽的深度加深，則製造更容易，另外，在與入射端面平行的方向上，因為楔狀反射槽以相同大小，形成均勻的形狀，所以在該方向上的光射出強度的均勻化控制幾乎是不可能的，但通過調整分斷平坦部的寬度，就有可能在該方向上實現均勻化。
上述液晶顯示裝置用背光中，最好楔狀反射槽的深度隨著距入射端面的距離增加而增長。
導光板內的光在入射端面附近為最強，距入射端面的距離增加，光強度會慢慢變弱。楔狀反射槽其深度越深，就會增加反射光的強度，就可增加從出光面射出的光強度。因而，如上所述通過增加楔狀反射槽的深度，能夠在不受距入射端面距離的影響下使射出光均勻分布。
對於上述液晶顯示裝置用背光，最好帶狀分斷平坦部的寬度隨著距入射端面的距離而漸減。
在對應於帶狀分斷平坦部的區域內，不形成楔狀反射槽。帶狀分斷平坦部的寬度隨著距入射端面的距離增長而漸減時，隨之楔狀反射槽漸增。結果是能夠在不受距入射端面距離的影響下使射出光均勻分布。
對於上述液晶顯示裝置用背光，最好楔狀反射槽的從入射端面側的斜面與底面的夾角α是40-50°。
通過採用上述角度範圍，可以減少由出光面處的稜鏡狀凹凸部的部分的反射，使具有合適配光分布的光更高效率地射出。結果是能夠以低成本實現高效率且合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，對於設置在導光板的出光面上的稜鏡狀凹凸部的部分，凸部頂角β是100°以上。
結果，可以減少由出光面處的稜鏡狀凹凸部的部分的反射，使具有合適配光分布的光更高效率地射出。因此，可以減少由出光面處的稜鏡狀凹凸部的部分的反射，使具有合適配光分布的光更高效率地射出。結果是能夠以低成本實現高效率且合適配光分布的背光。
本發明提供了另一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源和平板狀的導光板，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面，平行於液晶板地配置的出光面以及平行地面對出光面的底面，其特徵在於在導光板的底面上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面的方向上延伸的楔狀反射槽和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部，其中，相鄰的上述楔狀反射槽之間的槽間平坦部位於從底面至導光板內部方向的深度比分斷平坦部更深的位置上。
由於槽間平坦部形成在比與楔狀反射槽延伸交錯的分斷平坦部更深的位置上，因此，不必進行高精度的槽加工，可使製作更為容易。因而，就能夠以低成本實現具有光射出均勻的空間分布和合適配光分布的背光。
本發明還提供了一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源和平板狀的導光板，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面，平行於液晶板地配置的出光面以及平行地面對出光面的底面，其特徵在於在導光板的底面上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面的方向上延伸的楔狀反射槽和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部，其中，上述分斷平坦部的寬度對應於距入射端面的距離隨機變化。
由於分斷平坦部的寬度作隨機變化，因此，就可防止楔狀反射槽和液晶板象素之間發生莫阿幹涉紋。因此，能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
本發明還提供了一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源和平板狀的導光板，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面，平行於液晶板地配置的出光面以及平行地面對出光面的底面，其特徵在於在導光板的底面上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面的方向上延伸的楔狀反射槽和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部，其中，上述帶狀分斷平坦部配置成曲線狀。
由於曲線狀的帶狀分斷平坦部，防止了楔狀反射槽和液晶板象素之間發生莫阿幹涉紋，因此，能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
本發明還提供了一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源和平板狀的導光板，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面，平行於液晶板地配置的出光面以及平行地面對出光面的底面，其特徵在於在導光板的底面上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面的方向上延伸的楔狀反射槽和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部，其中，使上述楔狀反射槽的入射端面側的斜面的角度α呈周期性變化。
由於上述斜面角度呈周期性變化，出射光在與入射端面垂直的方向的出射角度增大，出射光的配光分布平均化，因此，能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
本發明還提供了一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源和平板狀的導光板，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面，平行於液晶板地配置的出光面以及平行地面對出光面的底面，其特徵在於在導光板的底面(上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面的方向上延伸的楔狀反射槽和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部，其中，使上述楔狀反射槽的入射端面側的斜面成為向入射端面側凹入、朝著沿入射端面的方向延伸的圓筒狀面。
通過使上述斜面成為向入射端面側凹的圓筒狀面，從而，增大了出射光在與入射端垂直方向上的出射角度，使出射光的配光分布均勻化，因此，能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，最好帶狀分斷平坦部的寬度大於10μm。
通過使分斷平坦部的寬度大於10μm，就不需要使用高精度用刨刀來作為槽加工用的刨刀，製作會更容易。因此，就能夠以低成本實現具有光射出均勻的空間分布和合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，最好相鄰的楔狀反射槽間設置10μm以上的寬度的槽間平坦部。
通過設置10μm以上的寬度的槽間平坦部，就不需要使用高精度用刨刀來作為槽加工用的刨刀，製作會更容易。因此，就能夠以低成本實現具有光射出均勻的空間分布和合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，在稜鏡狀凹凸部上，最好從該凹凸相鄰的峰線和谷底線的底面向著出光面方向的距離差是隨機的。
結果由於防止了稜鏡狀凹凸部和液晶板象素間發生莫阿幹涉紋，因此，能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，最好在靠近導光板的底面再配置反射板，該反射板使沿入射端面行進的光漫射。
通過配置上述反射板，由出光面上的稜鏡構造反射的光保持垂直於入射端面的方向的角度地反射，因此，可使具有合適配光分布的光高效率地射出。結果是能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，最好在靠近導光板的出光面再配置漫射板，該漫射板使在與沿入射端面的方向正交的平面內的方向行進的光漫射。
由於配置了上述漫射板，使垂直於入射端面的方向的出射光的配光分布平坦化，因此，能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，在光源和導光板的端面之間再配置凹凸狀構造的光學元件，該元件的凸部朝著入射端面側。
由於配置了上述光學元件，從楔狀反射面射出更合適的配光分布的光，因此，能夠以低成本實現視覺效果好，合適配光分布的背光。
對於上述液晶顯示裝置用背光，最好導光板沿光在該導光板內傳播的方向，即垂直於入射端面的方向被分割後，再把這些分割部分結合起來。
由於上述的分割，在製作導光板時，不必要加工大面積，使製作更為容易，從而，能夠以低成本實現具有均勻的空間分布/合適配光分布的背光。
本發明的如上所述的，以及上述以外的目的，特徵，曲面以及效果參照附圖根據後述的對本發明的詳細說明將更加清楚。
圖1是部分透視的本發明實施例1的背光的透視圖。
圖2A及圖2B示出了導光板的構造。圖2A是示出導光板上的楔狀反射槽和分斷平坦部的分布的底面圖，圖2B是從入射端面方向看的正面圖。
圖3A及圖3B示出導光板內的在入射端面附近的入射光的角度分布的模擬結果。圖3A示出CCFL垂直面內及CCFL平行面內的入射光的角度分布，圖3B示出CCF垂直面內的角度取向。
圖4示出實施例1的楔狀反射槽的作用。
圖5示出實施例1的稜鏡狀凹凸部的作用。
圖6A及圖6B示出實施例1的背光的出射光的配光特性。圖6A示出CCFL平行面和CCFL垂直面的方向及兩面上共通的0°方向。圖6B示出光從CCFL平行面和CCFL垂直面上的出光面射出的角度分布。
圖7是實施例1的背光的稜鏡狀凹凸部(頂角90°)的光通過率的角度分布表示圖。
圖8示出圖7中的槽平行方向(槽垂直角度＝0°)及槽垂直方向(槽平行角度＝0°)的通過率的角度分布。
圖9是實施例1的背光的稜鏡狀凹凸部(頂角100°)的光通過率的角度分布表示圖。
圖10示出圖9中的槽平行方向(槽垂直角度＝0°)及槽垂直方向(槽平行角度＝0°)的通過率的角度分布。
圖11是示出本發明實施例2的背光構成的模式圖。
圖12A示出底面附近的楔狀反射槽，分斷平坦部及槽間平坦部。圖12B是示出圖12A的帶狀平坦部和槽間平坦部的深度關係的詳細圖。
圖13A示出導光板的模具上的槽間平坦部的加工方法，圖13B是楔狀反射槽的加工中使用的刨刀的正視圖。
圖14A示出導光板的模具上的分斷平坦部的加工方法，圖14B是加工分斷平坦部的分平坦部加工時所用的刨刀的正視圖。
圖15是槽間平坦部比帶狀平坦部淺時的導光板底面的深度方向的構造。
圖16是槽間平坦部比帶狀平坦部深時的導光板底面的深度方向的構造。
圖17是本發明的實施例3的背光的隨機深度的稜鏡狀凹凸部的斷面圖。
圖18是實施例3的楔狀反射槽的底面圖。
圖19是實施例3的另外的楔狀反射槽的底面圖。
圖20是實施例3的其它的楔狀反射槽的底面圖。
圖21A是示出本發明實施例4的背光構成的模式的斷面圖。
圖21B是示出圖21A中的連續3個楔狀反射槽的放大斷面圖。
圖22是示出本發明實施例4另外的背光構成的模式的斷面圖。
圖23是示出本發明實施例5的背光構成的透視圖。
圖24是示出本發明實施例6的背光構成的透視圖。
圖25是部分透視的本發明實施例7的背光的透視圖。
圖26是部分透視的本發明實施例8的背光的透視圖。
圖27是示出現有的背光構成的斷面圖。
圖28是示出現有的稜鏡一體型導光板的構成的斜視圖。
具體實施例方式
下面，參照
本發明的實施例。
實施例1參照圖1、圖2A及圖2B，上述背光具備作為光源的冷陰極管燈1，反射鏡2和導光板3。設於底面上的反射稜鏡裡面的楔狀反射槽4，在入射側的斜面的傾斜角α為45°，射出側的斜面的角度是85°，楔狀反射槽4的間距為200μm，楔狀反射槽的深度為最小50μm，最大為160μm，離光源越遠深度越深。此處，[深度]是從底面22至楔狀反射槽前端的向著導光板內部方向的距離。上述導光板3在底面22具有沿楔狀反射槽延伸方向垂直，分斷楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部5和楔狀反射槽間的槽間平坦部15，另外，在靠近底面22處有底面反射板7。此外，上述導光板在為上表面的出光面21上具有稜鏡狀凹凸部6。該稜鏡狀凹凸部6，其凸部的稜鏡頂角β為100°，槽間距為180μm。
從冷陰極螢光燈1射出的光直接入射到入射端面20上或在反射鏡2反射再入射到導光板3的入射端面20上，在導光板的底面22及出光面21上反覆進行全反射並傳播。此時，射到楔狀反射槽4的入射側的斜面24上的光因該斜面24的作用而向上反射。因為楔狀反射槽4部分被帶狀分斷平坦部5分斷，所以通過分斷平坦部5的光原封不動地在導光板內傳播，能夠控制光射出量的空間分布。由反射面反射的光因全反射條件受到破壞而由出光面21射出。在出光面上由稜鏡狀凹凸部6使配光分布變窄。
圖3A及圖3B示出從冷陰極螢光燈1(CCFLCold CathodeFluorescent Lamp)剛入射到導光板上在導光板內傳播的光角度分布模擬結果例。對於含冷陰極管燈1的軸和導光板面的CCFL平行面內的各方向以及與該軸垂直的CCFL垂直面內的各方向的兩個方向上，構成以在導光板內沿導光板直線方向，即0°方向為中心的對稱分布。CCFL平行面內的角度以及CCFL垂直面內的角度和原點均是在導光板內沿導光板直線方向。這樣的光受楔狀反射槽反射時，因為楔狀反射槽配置在導光板的底面22上，所以由楔狀反射槽反射的光如圖3B所示那樣，在CCFL垂直面內角度在0°以下的光佔到大部分。除此以外的光由導光板的上表面1反射，成為0°以下角度後到達楔狀反射槽4。
此外，如圖4所示，由楔狀反射槽4反射的光只是以滿足全反射條件的入射角入射到楔狀反射槽上的光，除此之外的大部分通過楔狀反射槽，在導光板內繼續傳播。楔狀反射槽的入射側的斜面角度為45°時，由於構成導光板的一般的材料的折射率約為1.5，因此，相對直立在上述斜面上的垂線，以約40°以下的入射角入射的光不會全反射。如圖4所示，只是入射到斜面角度α為45°的斜面上的以0°以下角度進入導光板內的光中的從0°-5°範圍角度的光被反射，並從導光板3基本垂直地射出。因此，因楔狀反射槽4從導光板射出的光在CCFL垂直面內的角度分布成為只在視覺方向上具有高強度的配光特性。
射出光，因設置在出光面21上的集光稜鏡的稜鏡狀凹凸部6如圖5所示那樣，從與冷陰極螢光燈平行方向在一定範圍內的光以基本上垂直於出光面的方向折射後被集光。另一方面，相對於出光面接近垂直的角度的光因全反射再次嚮導光板內反射而再循環。由於該效果，與冷陰極螢光燈平行的平面內的光角度分布也在垂直於出光面的方向上被集光，也具有配光特性。這樣，由於配置在導光板上的，稜鏡狀凹凸部6及楔狀反射槽4的效果，不需要另外附加稜鏡板等的光學元件就偏向垂直出光面的方向，能夠為了視覺而以合適配光分布射出光。
圖6A及圖6B示出從該導光板射出的光角度分布的模擬結果。圖6A是光強度角度分布的模式圖，圖6B是角度取向的模式圖。對於包含冷陰極管燈1的軸垂直於導光板的CCFL平行面內的方向以及垂直於CCFL軸的CCF面內的方向的兩個方向，垂直於出光面方向的0°，即視覺方向，示出峰值強度。特別地，作為稜鏡狀凹凸部的效果，冷陰極管垂直面內的光在0°示出尖峰值。在CCFL平行面內的方向及CCFL垂直面內的方向的兩個方向，原點，即0°是垂直於出光面21的方向。
為了從導光板整個表面上均勻地引出光，隨著導光板內的位置變化，必須使入射到楔狀反射槽4的反射面24上的概率變化。對於以本實施例為基礎的背光，應改變圖2B所示的楔狀反射槽4的深度和分斷楔狀反射槽4的帶狀分斷平坦部5的寬度兩個方面，通過在導光板內改變光入射到楔狀反射槽4的反射面24上的概率來實現空間的均勻化。若只改變其中的任何一方，就會出現使楔狀反射槽4的深度加工到只有數μm的極淺程度，或者，使楔狀反射槽4的高寬比為極高的形狀。結果要求楔狀槽的加工精度高，導致製造成本上升。
下面，圖7-圖10示出光從導光板3的內側入射到導光板上面21的稜鏡狀凹凸部6上時的光通過率的入射角度分布。根據稜鏡頂角β為90°時的圖7-8，關於以與稜鏡狀凹凸部6延伸的方向平行，在垂直於出光面的平面內的入射角，只是以基本垂直入射時的最高通過率的20％通過。相反地，稜鏡頂角β為100°時的圖9-10，上述面內的最高通過率超過60％，從而可知，頂角β越大，通過率越高。
因為由稜鏡狀凹凸部阻止通過的光受該稜鏡狀凹凸部表面的反射，進一步由下部反射板7等改變方向，再朝向上面21的方向，所以最終幾乎全部射出。但是，此時也失去了因楔狀反射槽4得到的良好配光分布。這裡，為了得到效率高的最合適的配光分布的光，必須儘量減少由稜鏡狀凹凸部6反射的光。若使稜鏡狀凹凸部6的頂角β變窄，如上所述地，對於平行於稜鏡狀凹凸部方向的入射角通過的範圍變窄，若不到100°，通過的入射角區域幾乎不變。在上述頂角超過100°的情況下，必須使與可通過的入射角的範圍一致的基本垂直方向的光朝向上面。因此，楔狀反射槽的斜面24的角度α最合適的範圍是40-50°。
(實施例2)圖11-圖12示出本發明的實施例2的液晶顯示裝置用背光。圖11是上述背光的透視圖，圖12A是楔狀反射槽的透視圖，圖12B是A部分的放大圖。在本實施形式中，對於分斷楔狀反射槽4的帶狀分斷平坦部5，在距導光板3的光源1為最遠距離的/分斷平坦部5的寬度最窄的位置上，其寬度為10μm。楔狀反射槽4間的槽間平坦部15的寬度，在最窄的地方也是10μm。此外，楔狀反射槽間的槽間平坦部以底面22為基準位於分斷楔狀反射槽的分斷平坦部的上方，也就是說，接近於上面21的位置。有關其理由，將利用圖13A，圖13B，圖14A，圖14B作詳細說明。
其它的基本構成是與實施形式1相同，上述背光具備作為光源的冷陰極管燈1，反射鏡2，導光板3和背面反射板7。導光板3具備楔狀反射槽4，分斷楔狀反射槽的帶狀平坦部5和稜鏡狀凹凸部6。與實施形式1相同地，由於楔狀反射槽及稜鏡狀凹凸部可以得到以合適的配光特性從導光板射出光的作用。
在大量生產本發明的具有如導光板3那樣的楔狀反射槽的導光板時，多數情況下，使用模具通過噴塑成型生產。在製作成型用模具時，如圖13A，圖13B，圖14A，圖14B所示，能夠利用金剛石刨刀31/32切削NiP等的材料，加工楔狀反射槽4和稜鏡狀凹凸部6的模具的方法。此時，例如，對於楔狀反射槽的斜面，通過使金剛石刨刀31/32為合適的形狀，就可使正確加工更為容易。楔狀反射槽間的槽間平坦部是這樣形成使金剛石刨刀31/32前端具有一定程度的平坦部分，以刨刀平坦部分寬度以下的間距反覆切削。例如，楔狀反射槽間的槽間平坦部15的寬度為了在空間方面得到均勻射出光強度分布，對應於導光板內的位置可作較大幅度的變化。因為金剛石刨刀的平坦部分以下寬度的加工是不可能的，所以金剛石刨刀的平坦部必須比最窄部分的平坦部的寬度小。但是，當平坦部的寬度過小時，刨刀的平坦部分不可能正確地製作，金剛石刨刀的製作變得很困難，結果，在對模具的平坦部加工時，會留有較細的凹凸，這是導致光漫射的原因，是不合適的。由於槽間平坦部15及帶狀平坦部5的寬度最小是10μm，因此金剛石刨刀的製作會更容易些，結果是可降低模具正確加工的成本。
參照圖13A、13B、14A及14B，在加工模具上的(以後省略模具上的)楔狀反射槽34和分斷該楔狀反射槽34的帶狀平坦部35時，例如，如圖13B所示，以具有45°和85°的斜面、且頂部有10μm的平坦部的刨刀31，平行於入射端面地橫掃切削楔狀反射槽34和槽間平坦部45。之後，更換加工帶狀分斷平坦部35的刨刀32，並改變加工方向或變更為與楔狀反射槽34延伸方向垂直的方向，如圖14A及圖14B所示地加工分斷平坦部35。此時，對於楔狀反射槽34的加工和分斷平坦部35的加工，由於金剛石刨刀也變更，且加工方向也變換，因此，定位會更困難，楔狀反射槽間的槽間平坦部45和帶狀分斷平坦部35不在同一面上，產生臺階的可能性極大。若產生臺階，則因從臺階部的漏光和光反射對導光板的光射出特性產生嚴重影響。
在模具加工時，更深地加工分斷平坦部5時，因而，在實際導光板上分斷平坦部較淺的情況下，如圖15所示，臺階配置成相對導光板的入射端20的垂直方向上。另一方面，更深地加工楔狀反射槽間的槽間平坦部15的情況下，因而，在實際的導光板上槽間平坦部較淺的情況下，如圖16所示，臺階配置成相對於導光板的入射端面20平行的方向。在導光板內，若考慮光相對入射端面傳播時，在模具加工中，分斷平坦部5應加工得更深，使得臺階沿垂直於入射端面20的方向上地配置，減少臺階的影響。因此，作為導光板的形狀，由於採用使槽間平坦部15位於比分平坦部5更深的位置上，因此，臺階產生的影響較小，以低精度加工更為容易，能夠加工出特性良好的導光板的模具。
(實施例3)對於實施形式3的液晶顯示裝置用背光，如圖17-18所示，稜鏡狀凹凸部6成如下的方式，即相鄰峰線和谷底線距底面的厚度方向的距離差([記作稜鏡凹凸部的深度])以及俯視相鄰的峰線和谷底線的間距((記作稜鏡狀凹凸部的間距])成為隨機值，另外，使分斷平坦部5的配置的間隔成為隨機值。其它的基本構成與實施例1(圖1)的相同，具有作為光源的冷陰極管燈1，反射鏡2，導光板3，背面反射板7。光因導光板上的楔狀反射槽4及稜鏡狀凹凸部6從導光板以合適配光特性射出的作用在本實施例中也能得與實施例1相同的作用。
在液晶板中，約100μm大小的象素呈周期性排列。因此，若背光在稜鏡狀凹凸部6和楔狀反射槽4方面持有周期性構造時，射出的光也持有周期性分布，在兩者間發生莫阿幹涉紋，視覺性效果下降。這裡，如圖17及圖18所示，使稜鏡狀凹凸部6的深度和間隔隨機性，並使分斷平坦部5的配置的間距隨機性，或呈曲線狀，就能夠防止莫阿幹涉紋的發生和視覺效果的下降。
為了防止在楔狀反射槽和液晶板之間發生莫阿幹涉紋，如圖19所示，對帶狀分斷平坦部5作隨機配置且使其呈曲線狀，而非周期性，就可防止莫阿幹涉紋的發生。此外，如圖20所示，使楔狀反射槽4的配置間隔隨機化和槽間平坦部15的寬度隨機化以及帶狀分斷平坦部5曲線化也能夠解消莫阿幹涉紋。使分斷平坦部的寬度隨機化也能夠解消莫阿幹涉紋。
(實施例4)圖21A及圖21B示出本發明的實施例4的液晶顯示裝置用背光。在本實施例中，如圖21A及圖21B所示，使連續的3個楔狀反射槽的入射側的斜面24的傾角α分別為43°、45°、48°，將連續的3個楔狀反射槽作為一個周期，呈周期性地變化。背光的其它基本構成與實施例1的相同，因而，與實施例1同樣地，以實施例的形態也能得到光藉助楔狀反射槽及稜鏡狀凹凸部以合適配光特性從導光板射出的作用。
由楔狀反射槽反射的光在反射面的角度為45°附近的情況下，如實施例1的圖6A所示，關於CCFL垂直面內的方向持有窄小角度分布。這樣在與視覺方向一致的情況下可得到極明亮的顯示，稍有偏差，則輝度大幅度下降。因此，由於該液晶顯示裝置，為了能夠即使在視覺方向稍有變化，仍能得到明亮的顯示，有希望持有較寬角度分布的情況。若楔狀反射槽的入射側的斜面角度如圖21B所示地分別為43°、45°、48°，以3個連續的楔狀反射槽為一個周期地周期性變化，各自射出的光重合，在一個大的角度範圍內，能夠得到輝度高於一定值以上的光射出分布。
如圖22所示，即使使楔狀反射槽的光入射側的斜面成為向入射端面20側凹入的圓筒狀，也能夠得到同樣的效果。
(實施例5)圖23示出實施例5的液晶顯示裝置用背光的透視圖。本實施例的特徵在於背面反射板7成為具有沿垂直於導光板的入射端面20方向延伸的稜鏡狀的凹凸構造的反射面。上述背光在其它基本構成方面與實施例1的相同，具備導光板3，楔狀光反射槽4分斷楔狀光反射槽的帶狀分斷平坦部5和稜鏡狀凹凸部6。因而，與實施例1一樣，對於本實施例也能夠得到光藉助楔狀反射槽及稜鏡狀凹凸部以合適配光特性從導光板射出的作用。
在利用楔狀反射槽從導光板處射出的光中與CCFL軸平行的一定角度範圍內的一部分光在構成設置於導光板的出光面21上的稜鏡狀凹凸部的光學元件作用下嚮導光板內反射了。該反射的光在由導光板下面22的背面反射板7反射之際，從平行於CCFL的方向改變到朝向通過稜鏡狀凹凸部的方向，再次到達出光面並射出。通常，對於背面反射板7，使用正方形漫射板，因漫射，光的行進方向的角度發生改變。但是，若使用正方形漫射板，不僅與CCFL平行的方向，而且，在由楔狀反射槽進行反射之際，與CCFL垂直的平面內的方向的光也改變其方向。因此，降低了最終射出光的配光特性。對於本實施例，由於使用了具有沿垂直於導光板的入射端面20方向延伸的稜鏡狀的凹凸構造的反射板作為背面反射板7，只是對平行於CCFL軸方向的光改變方向地進行反射，因此配光特性不會下降。利用非正方形反射板、折射光柵、全息照相等其它的手段來代替上述稜鏡狀凹凸部也能實現防止這樣的配光特性變差。
(實施例6)圖24示出了實施例6的液晶顯示裝置用背光。對於本實施例，在靠近導光板上面21地配置了非正方形漫射板8，該板8隻讓垂直於入射端面20方向的光漫射通過。在上述背光中，其它的基本構成與實施例1的相同，具有具備導光板3，楔狀光反射槽4分斷楔狀光反射槽的帶狀分斷平坦部5和稜鏡狀凹凸部6。因而，與實施例1一樣，對於本實施例也能夠得到光藉助楔狀反射槽及稜鏡狀凹凸部以合適配光特性從導光板射出的作用。
由楔狀反射槽反射的光在斜面24的角度α為45°附近時，如實施例1所示，在CCFL垂直面內的方向上持有窄的角度分布。這樣在與視覺方向一致的情況下可得到極明亮的顯示，稍有偏差，則輝度大幅度下降。因此，由於該液晶顯示裝置，為了能夠即使在視覺方向稍有變化，仍能得到明亮的顯示，有希望持有較寬角度分布的情況。這裡，把只讓CCFL垂直面各方向的光漫射通過的非正方形漫射板配置在導光板上面21附近，對平行於入射端面20的方向的配光分布不會產生影響，並擴大沿入射端20方向垂直的方向的配光分布，在該大範圍內能夠得到一定輝度以上的光射出分布。
上述非正方形漫射板8可用折射光柵、全息照相、透鏡狀眼鏡板等置換。
(實施例7)
圖25示出實施例7的液晶顯示裝置用背光。在本實施例中，特徵在於把頂角90°，間距180μm的稜鏡狀凹凸構造的光學元件9配置在光源和入射端面之間。楔狀反射槽4的入射側的斜面角度為45°，射出側的斜面角度是85°，間距200μm，槽深最小50μm，最大160μm，隨著離光源越遠深度越深。參照圖25，上述背光具備作為光源的冷陰極管燈1，反射鏡2，導光板3和背面反射板7。
從光源射出的光直接或經反射鏡反射入射到具有稜鏡狀槽的光學元件9上。該入射光因稜鏡構造的集光效果在包含CCFL軸和導光板面的CCFL平行面內的方向上(與圖3B為同方向的取向。與圖6A、8、10不同)集於一定範圍內，以垂直於入射端面的方向為中心變換成窄的配光分布。入射到導光板上的光在導光板內經全反射傳播，此時，位於楔狀反射槽4的入射側斜面24(圖3B)的光因該斜面的作用而向出光面側反射。楔狀反射槽4部分被帶狀分斷平坦部5分斷，通過該帶狀分斷平坦部5的光繼續地在導光板內傳播，因此，能夠控制出光時的空間的均勻性。由上述斜面24反射的光在全反射條件消失後從出光面2射出。
本發明的液晶顯示裝置用背光中的導光板3在取出光時使用楔狀反射槽4，利用產生全反射的鏡面反射以正確控制的方向使光反射。而對於現有的導光板，由於使用漫射取出光，因此，光的配光分布的調整必須在光經漫射從導光板取出後進行。但是，由鏡面反射取出光時，特別是在與冷陰極管燈1平行的方向上，如果在導光板入射前調整光的角度分布，在取出光時，由於只是經反射改變了方向，因此，能夠保持原來角度分布狀態地取出光。這裡，在導光板入射前，利用稜鏡狀光學元件9調整配光分布，因此，可利用小的光學元件，就能夠容易地射出合適配光特性的光。
(實施例8)本發明實施例8的液晶顯示裝置用背光如圖26所示。在本實施例中，導光板不是一體成形的，沿垂直於入射端面20的方向，分割的3a和3b的2個部件結合而構成的。其它基本構成是與實施例1的相同，具備導光板3a和3b，楔狀反射槽4，分斷楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部5和稜鏡狀凹凸部6。
在噴塑形成具有構成稜鏡狀凹凸部的光學元件的導光板3時，當面積較大時，材料從材料導入口必須流經很大的範圍。因而，不可能有足夠的材料流動到如稜鏡狀凹凸部的頂點部位那樣的細小部內，從而，容易發生成型不良的現象。因而，導光板分割，將其一次成型的大小分割變小，就能夠容易地形成完全的導光板。分割導光板時，為了不會發生在分割點上將2部分稜鏡凹凸部連接錯，因此，在上面21的稜鏡狀凹凸部上，於谷部，而在底面22上的稜鏡狀凹凸部上於分斷平面部分上，最好分別形成分割點。
如上所述，雖然根據本發明的實施例進行了說明，但上述揭示的本發明的實施例只是一些示例，而在本發明的範圍內並不限於上述實施例。本發明的範圍由權利要求書的範圍記載，而且，本發明的範圍還包含在權利要求記載的範圍內以及與之相同的含義下作出的全部改進。
權利要求
1.一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源(1)和平板狀的導光板(3)，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面(20)，平行於液晶板地配置的出光面(21)以及平行地面對出光面的底面(22)，其特徵在於在導光板的底面(22)上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面(20)的方向上延伸的楔狀反射槽(4)和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽(4)延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部(5)，其中，相鄰的上述楔狀反射槽(4)之間的槽間平坦部(15)位於從底面(22)至導光板內部方向的深度比分斷平坦部(5)更深的位置上。
2.一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源(1)和平板狀的導光板(3)，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面(20)，平行於液晶板地配置的出光面(21)以及平行地面對出光面的底面(22)，其特徵在於在導光板的底面(22)上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面(20)的方向上延伸的楔狀反射槽(4)和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽(4)延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部(5)，其中，上述分斷平坦部(5)的寬度對應於距入射端面(20)的距離隨機變化。
3.一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源(1)和平板狀的導光板(3)，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面(20)，平行於液晶板地配置的出光面(21)以及平行地面對出光面的底面(22)，其特徵在於在導光板的底面(22)上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面(20)的方向上延伸的楔狀反射槽(4)和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽(4)延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部(5)，其中，上述帶狀分斷平坦部(5)配置成曲線狀。
4.一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源(1)和平板狀的導光板(3)，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面(20)，平行於液晶板地配置的出光面(21)以及平行地面對出光面的底面(22)，其特徵在於在導光板的底面(22)上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面(20)的方向上延伸的楔狀反射槽(4)和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽(4)延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部(5)，其中，使上述楔狀反射槽(4)的入射端面側的斜面(24)的角度α呈周期性變化。
5.一種液晶顯示裝置用背光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源(1)和平板狀的導光板(3)，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面(20)，平行於液晶板地配置的出光面(21)以及平行地面對出光面的底面(22)，其特徵在於在導光板的底面(22)上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面(20)的方向上延伸的楔狀反射槽(4)和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽(4)延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部(5)，其中，使上述楔狀反射槽(4)的入射端面側的斜面(24)成為向入射端面(20)側凹入、朝著沿入射端面的方向延伸的圓筒狀面。
6.根據權利要求1～5中任一項所述的液晶顯示裝置用背光，其特徵在於在上述稜鏡狀凹凸部(6)上，從該凹凸相鄰的稜線和谷底線的底面向著出光面方向的距離差是隨機的。
7.根據權利要求1～5中任一項所述的液晶顯示裝置用背光，其特徵在於上述導光板(3)沿光在該導光板內傳播的方向，即垂直於入射端面(20)的方向被分割後，再把這些分割部分結合起來。
全文摘要
根據本發明的背光能夠得到合適的配光分布和均勻的射出光，具有提供為了液晶板的顯示而用於照射的光的棒狀光源(1)和平板狀的導光板(3)，該導光板具有平行於棒狀光源的位於側面的入射端面(20)，平行於液晶板地配置的出光面(21)以及平行地面對出光面的底面(22)，其特徵在於在導光板的底面(22)上設置了反射稜鏡，該反射稜鏡具有在沿入射端面(20)的方向上延伸的楔狀反射槽(4)和為了不形成楔狀反射槽，沿著與該楔狀反射槽(4)延伸的方向交叉的方向分斷該楔狀反射槽的帶狀分斷平坦部(5)，其中，上述楔狀反射槽(4)的深度隨著距入射端面(20)的距離增加而加深，上述帶狀分斷平坦部(5)的寬度隨著距入射端面(20)的距離增加而漸減。
文檔編號G02F1/13357GK1617028SQ20041001205
公開日2005年5月18日 申請日期2000年10月20日 優先權日2000年10月20日
發明者笹川智廣, 結城昭正, 巖崎直子, 松本貞行, 井上滿夫, 小田恭一郎 申請人:三菱電機株式會社