專利名稱：光管、平面光源元件及反射式液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于日本特許公報(bào)No.2001-068535，此公報(bào)在這里用作參考。
另一方面，用于正面光元件的光管在觀看性能方面具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，由于光從光管的下表面有效地射出并具有良好的垂直方向性，因而亮度十分優(yōu)良。第二，盡管光泄漏會(huì)干擾顯示圖像的觀看，但來自光管上表面的光泄漏很小。第三，所采用的光管不會(huì)引起顯示圖像混亂。第四，光管能有效地透射外部光。第五，難以明顯地看到光管的存在。然而，相關(guān)技術(shù)中的光管具有以下問題。即，由于條狀棱形結(jié)構(gòu)容易被看見，從而能容易地注意到光管的存在，所以顯示圖像的觀看受到干擾。另外，由于條狀棱形結(jié)構(gòu)和液晶顯示屏的像素發(fā)生干擾，從而形成了網(wǎng)紋干擾，所以顯示質(zhì)量大幅度地降低。作為防止這種網(wǎng)紋干擾的措施，提出了一種系統(tǒng)，其棱形結(jié)構(gòu)的排列方向傾斜于像素的排列方向。然而在這種情況中，如果傾斜角太小的話，防止網(wǎng)紋干擾的效果也很低。相反地如果傾斜角很大，通過光管透射的光在棱形表面上水平地反射。因此，這就同樣產(chǎn)生了一個(gè)問題，即出射角傾斜較大，將減小照明效率和輸出效率。
另一方面，已經(jīng)知道了設(shè)置在光管內(nèi)的光輸出裝置可以采用球形點(diǎn)或截面為圓柱形的凹/凸坑的結(jié)構(gòu)。然而，由于光漫射并以與垂直于光管下表面的方向成較大傾斜角的方向從光管中射出，這樣光的垂直方向性較差，因此采用球形點(diǎn)或截面為圓柱形坑的光反射對(duì)于反射式LCD的照明不太有效。也就是說，由于反射式LCD的反射表面通常采用正態(tài)分布型反射模式，當(dāng)光更有規(guī)律地在反射表面上反射時(shí)，反射率增加。因此，如果從光管下表面射出的光缺乏垂直方向性，通過反射表面反射的光很難有效地照亮LCD，即使在下表面的發(fā)光效率很高的情況下也是如此。結(jié)果，反射光幾乎不能提高LCD的亮度，因此LCD的顯示在正面方向上很暗。通常來說，觀察者觀看LCD的方向是垂直于LCD的方向，即，垂直于光管下表面的方向。因此，沿垂直于光管下表面的方向射出的光能最有效地照亮LCD。
另外，在具有如上述的半球形點(diǎn)或坑的結(jié)構(gòu)的光管中，傾斜角接近于平面部分傾斜角的部分是連續(xù)地形成。在反射外部光時(shí)，通過這些傾斜角接近于平面部分傾斜角的部分所反射的光容易進(jìn)入觀察者的眼中，就象這些光與通過平面部分反射的光是連續(xù)的。結(jié)果就產(chǎn)生了一個(gè)問題，這些點(diǎn)或坑容易被明顯地看見，因而也就能容易地看見光管的存在。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種具有板狀物的光管，板狀物具有上表面，與上表面相對(duì)的下表面，入射側(cè)表面和與入射側(cè)表面相對(duì)的端面。板狀物包括在上表面中形成的光輸出裝置，可使入射在入射側(cè)表面的光通過光輸出裝置從下表面射出。光輸出裝置由不連續(xù)排列的細(xì)槽構(gòu)成，并朝向入射側(cè)表面。各細(xì)槽的長(zhǎng)度不大于250μm，深度不大于50μm且不大于長(zhǎng)度的1/5。各細(xì)槽由光路改變斜面和朝向光路改變斜面的陡斜面的組合構(gòu)成，光路改變斜面傾斜于下表面且傾斜角度在35°到48°的范圍內(nèi)，陡斜面傾斜于下表面且傾斜角度不小于60°。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種平面光源元件，其具有上述的光管，以及設(shè)置在光管入射側(cè)表面上的光源。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種反射式液晶顯示裝置，其具有上述的光管，以及設(shè)置在光管下表面?zhèn)鹊姆瓷涫揭壕э@示屏。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種反射式液晶顯示裝置，其具有上述的平面光源元件，以及設(shè)置在平面光源元件的光管下表面?zhèn)鹊姆瓷涫揭壕э@示屏。
根據(jù)本發(fā)明可以得到一種光管，其中入射在入射側(cè)表面的光可以通過光路改變斜面從光管下表面有效地射出，并具有良好的垂直方向性。光管可以用來得到一種光利用率和正面亮度均優(yōu)良的平面光源元件。由于光管具有由不連續(xù)排列的細(xì)槽構(gòu)成的光輸出裝置，因此，幾乎不產(chǎn)生由光輸出裝置和排列在液晶顯示屏上的像素之間的干擾所引起的網(wǎng)紋干擾，在外部光模式和照明模式下均不能明顯地看出光輸出裝置的存在。另外，由于光管上表面的光泄漏很小，因此光管可以有效地透射外部光。因此，光管可以用作正面光型光管，用于形成一種顯示較亮、顯示圖像難于干擾的反射式LCD。
從下文中對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的介紹并結(jié)合附圖，可以清楚本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。
可以采用任何板狀物，只要板狀物至少具有朝向觀察者側(cè)的上表面1a，與上表面1a相對(duì)的下表面1b，位于上下表面1a和1b之間的側(cè)表面(即從光源發(fā)出的光所入射的入射側(cè)表面1c，和與入射側(cè)表面1c相對(duì)的端面1d)，以及位于

圖1和2所示入射側(cè)表面1c的相對(duì)端部上的一對(duì)側(cè)端面1e。或者，在上下表面之間可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)側(cè)表面來用作入射側(cè)表面。各表面的形狀沒有特別限制。特別是，入射側(cè)表面可以根據(jù)例如光源模式等特性制成合適的形狀。另一側(cè)表面可以類似地制成合適的形狀。
為了容易地連接光管和液晶顯示屏以及容易地制造光管，光管的上、下表面最好基本為平面。當(dāng)上、下表面需要制成曲面時(shí)，上、下表面的形狀最好不要突然地變化，以避免通過光管傳送的圖像發(fā)生混亂。另外，板狀物可以制成如圖1所示的均勻厚度的板，或者是制成楔形的形狀，其厚度在從入射側(cè)表面1c向相對(duì)的側(cè)表面1d的方向上減小，如圖2所示。前一種形狀在連接的簡(jiǎn)單性方面具有優(yōu)勢(shì)。由于入射在入射側(cè)表面的光可以有效地入射在形成于上表面中的光輸出裝置上并到達(dá)與入射側(cè)表面相對(duì)的端面，因而后一種楔形形狀在光輸出率方面具有優(yōu)勢(shì)。另外，相對(duì)的端面的厚度減小有利于減小光管的重量。
在構(gòu)成上表面中光輸出裝置的細(xì)槽的尺寸較大的情況下，光輸出裝置很容易被看見。結(jié)果，顯示圖像受到干擾，因此LCD的顯示質(zhì)量顯著地降低。而且，光輸出裝置的密度即光管上表面的每單位面積上排列的細(xì)槽數(shù)目減小，使像素的照度容易變得不均勻。因此，稀疏的光發(fā)射容易使各個(gè)發(fā)射點(diǎn)能被明顯地看見，這樣顯示圖像的可視性極大地降低。增加光輸出裝置的密度，即增加上表面中排列的細(xì)槽數(shù)目是防止這一問題的有效措施。在此情況下，最好減小各細(xì)槽的尺寸。特別是當(dāng)光輸出裝置的排列面積受到限制時(shí)，減小各細(xì)槽的尺寸是保證光發(fā)射的均勻性的有效措施。
因此，為了使觀察者難以看見光輸出裝置和提高通過光管的LCD的顯示圖像的質(zhì)量，光輸出裝置應(yīng)由不連續(xù)排列的細(xì)槽A構(gòu)成，各細(xì)槽的長(zhǎng)度不大于250μm，尤其是不大于150μm，最好不大于100μm，其深度不大于50μm，尤其是不大于20μm，最好不大于15μm，并使深度不大于長(zhǎng)度的1/5，如圖3和4所示。對(duì)于各細(xì)槽尺寸的下限值沒有特別的限制。然而，如果細(xì)槽太細(xì)，光的衍射現(xiàn)象成為占據(jù)主導(dǎo)地位，以致于幾乎不能發(fā)生反射或全反射。而且光輸出裝置的密度，即排列在其中的細(xì)槽數(shù)目非常大，使得生產(chǎn)效率降低。從此觀點(diǎn)出發(fā)，各細(xì)槽的長(zhǎng)度最好不小于10μm，深度最好不小于2μm。
另外，當(dāng)各細(xì)槽的深度不大于其長(zhǎng)度的1/5時(shí)，所透射的光可以在光路改變斜面上有效地反射，使得入射在側(cè)表面上的光可以從下表面中有效地射出。如果各細(xì)槽的深度大于其長(zhǎng)度，即各細(xì)槽的長(zhǎng)度比其深度短，那么所透射的光入射在光路改變斜面上的可能性減小，所透射的光入射在細(xì)槽的各個(gè)陡斜面上的可能性增加。結(jié)果，所透射的光中散射光的百分率變得很高，使得光利用率降低。從效率的觀點(diǎn)出發(fā)，各細(xì)槽的深度應(yīng)不大于長(zhǎng)度的1/8，最好不大于長(zhǎng)度的1/10。順便指出，各細(xì)槽的長(zhǎng)度是在入射側(cè)表面的方向上測(cè)量的，而其深度是槽陷入到上表面中的距離。
另一方面，為了防止光輸出裝置由一組規(guī)則排列的細(xì)槽形成而可被明顯地看見，以及防止細(xì)槽和像素之間的干擾而引起網(wǎng)紋干擾，細(xì)槽的不連續(xù)排列最好是隨機(jī)的，如圖3和4所示。如果細(xì)槽規(guī)則地排列，規(guī)則排列的細(xì)槽和規(guī)則排列的像素之間的干擾就會(huì)引起網(wǎng)紋干擾，從而顯著地降低液晶顯示屏中顯示光的可視性。隨機(jī)排列的細(xì)槽消除了排列的規(guī)則性，可以防止產(chǎn)生網(wǎng)紋干擾。
從使光由整個(gè)下表面均勻地射出并均勻地照亮液晶顯示屏的觀點(diǎn)出發(fā)，考慮到在透射過程中所透射的光的強(qiáng)度減小和光的出射，細(xì)槽A最好隨著遠(yuǎn)離入射側(cè)表面1c而排列得更密，如圖3所示。通過這種設(shè)置，可以防止由于在透射過程中所透射的光的強(qiáng)度減小和光的出射而引起的出射光的密度不均勻。另外，從光應(yīng)由整個(gè)下表面均勻地射出并均勻地照亮液晶顯示屏的觀點(diǎn)出發(fā)，在入射側(cè)表面的各側(cè)端面上所透射的光的數(shù)量比在入射側(cè)表面中心部分所透射的光的數(shù)量少的情況下，細(xì)槽A最好在入射側(cè)表面1c的側(cè)端面1e側(cè)排列得比在入射側(cè)表面1c的中心部分上更密，如圖4所示。另外，由于光源長(zhǎng)度的原因，在光管的相對(duì)側(cè)端面附近透射的光通常比在光管的中心部分透射的光更弱更暗。在這種情況下，隨著細(xì)槽靠近相對(duì)的側(cè)端面，細(xì)槽應(yīng)排列地更密，以得到均勻強(qiáng)度的射出光。另外，圖4顯示了這種排列形式和另一種隨著遠(yuǎn)離入射側(cè)表面細(xì)槽排列地更密的排列形式相結(jié)合的情況。
各細(xì)槽朝向入射側(cè)表面1c，如圖1和2所示。各細(xì)槽具有光路改變斜面A1和陡斜面A2。光路改變斜面A1傾斜于下表面1b，傾斜角度θ1為35°到48°，而朝向光路改變斜面A1的陡斜面A2傾斜于下表面，傾斜角度θ2不小于60°。在此情況下，入射在入射側(cè)表面并通過光管透射的光通過光路改變斜面A1反射，因此，所反射的光可以從下表面上射出，并具有良好的垂直方向性。
這就是說，當(dāng)在入射側(cè)表面設(shè)置線性光源如冷陰極管時(shí)，具有最高亮度的透射光朝向基本正交于入射側(cè)表面的方向。當(dāng)相對(duì)透射光的矢量?jī)A斜成上述角度的光路改變斜面A1盡可能地設(shè)置成垂直并朝向入射側(cè)表面時(shí)，所透射的光可以通過以上述角度傾斜的光路改變斜面A1反射或全反射，使得反射光可以有效地從下表面沿接近與下表面垂直的線的方向射出。結(jié)果，光可以沿有效觀看的方向射出，因此當(dāng)通過液晶顯示屏的反射層反射時(shí)，帶有顯示信息的光通過其它部分透射，而不是通過光管上表面的光輸出裝置透射，從而使顯示明亮且容易觀看。從垂直方向性的觀點(diǎn)出發(fā)，各個(gè)光路改變斜面的優(yōu)選傾斜角度θ1在38°到45°的范圍內(nèi)，尤其是在40°到43°的范圍內(nèi)。
如上所述，一般來說光路改變斜面最好盡可能地正交于入射側(cè)表面。因此，在一般情況下，沿從圖3和4所示細(xì)槽的縱向方向看去，細(xì)槽最好盡可能地平行于入射側(cè)表面1c。然而，也可以采用另一些情況，在這些情況下細(xì)槽的排列根據(jù)光源的發(fā)光性能而傾斜于入射側(cè)表面，其光路改變斜面上的光入射率優(yōu)良。因此，沿光輸出裝置的縱向方向看去，光輸出裝置可以相對(duì)于入射側(cè)表面設(shè)置成適當(dāng)?shù)慕嵌取?br> 另一方面，朝向光路改變斜面A1的陡斜面A2是與下表面間的傾斜角度θ2不小于60°的斜面，這是因?yàn)橄Ｍ诠廨敵鲅b置中除光路改變斜面之外的其它表面對(duì)可視性、光透射和光輸出的影響都盡可能小。也就是說，當(dāng)陡斜面是朝向光路改變斜面A1并與下表面的傾斜角θ2不小于60°的斜面時(shí)，沿正交于光管的方向看去(在顯示屏的觀看方向上看去)陡斜面在下表面上的投影面積減小。結(jié)果，當(dāng)光管用作正面光元件時(shí)，可以減小其對(duì)設(shè)于光管后的液晶顯示屏的可視性的影響。
另外，當(dāng)各陡斜面的角度增加時(shí)，外部光通過陡斜面所反射的光有利地減小。在此情況下，反射光進(jìn)入光管中并通過光管透射，因此，反射光對(duì)顯示光的可視性的影響可以有利地減小。另外，例如當(dāng)各陡斜面的角度約為45°或更低時(shí)，外部光的反射光回到觀察者側(cè)并干擾了顯示光的觀看。另外，當(dāng)各陡斜面的角度較大時(shí)，在光輸出裝置由截面為如圖1所示三角形的細(xì)槽所構(gòu)成的情況下，斜面A1和陡斜面A2之間的頂角變小。因此，反射光的返回非常小，使得觀察者很難以察覺光輸出裝置。從抑制反射光對(duì)可視性的影響的觀點(diǎn)出發(fā)，各陡斜面的優(yōu)選角度θ2不低于75°，尤其是不低于80°。順便指出，各陡斜面的理想角度為90°。然而在理想情況中存在這樣的趨勢(shì)，很難通過例如轉(zhuǎn)移模子形狀的方法來形成光輸出裝置。
光路改變斜面和陡斜面可以由圖5所示的線性表面構(gòu)成，或者由圖6所示的曲形或彎曲表面構(gòu)成，只要能滿足上述角度條件。另外，當(dāng)各細(xì)槽A的截面基本上為圖1，2，5和6所示的不等邊三角形時(shí)，光路改變斜面A1和陡斜面A2之間形成的頂角Ap最好具有盡可能尖的角度。當(dāng)頂角為圓的時(shí)，頂角的圓半徑和細(xì)槽深度的比應(yīng)不大于30％，尤其是不大于20％，最好不大于10％。在這種方式下，可以抑制由頂角圓度引起的外部光的反射，使得難以察覺細(xì)槽。另外，還可以抑制光管內(nèi)所透射的光的散射，提高出射光的均勻性和效率。
各細(xì)槽的側(cè)面的形狀并無特別的限制。為了抑制側(cè)面上的光入射率和減小側(cè)面的影響，各側(cè)面相對(duì)于下表面的傾斜角度應(yīng)不小于30°，尤其是不低于45°，最好不小于60°。從光學(xué)性能如透射光的入射效率和防損壞性的觀點(diǎn)出發(fā)，各細(xì)槽應(yīng)形成為陷入上表面中的下凹部分，如圖1所示。細(xì)槽的截面形式可以是如上述的光路改變斜面和陡斜面的組合的適當(dāng)形式。通常來說，優(yōu)選截面形狀基本為三角形的槽。
當(dāng)光管用作正面光系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡可能地減少光輸出裝置對(duì)通過光管垂直透射的光的影響，從而減少光管對(duì)液晶顯示屏的顯示光的影響。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，由細(xì)槽構(gòu)成的光輸出裝置的面積和光管上表面的面積的比率最好不大于1/8。如果光輸出裝置在上表面中占據(jù)的面積過大，光輸出裝置中斜面上的反射光的數(shù)量增大，因此，當(dāng)在這種正面光系統(tǒng)中通過光管觀察LCD的顯示圖像時(shí)顯示光很難向觀察者側(cè)射出。當(dāng)光輸出裝置的面積不大于上表面面積的1/8時(shí)，上表面中的一大部分成為了沒有形成光輸出裝置的部分。結(jié)果，LCD的顯示光通過此部分有效地透射，因此可以避免由光輸出裝置的面積引起的問題。光輸出裝置的優(yōu)選面積不大于上表面面積的1/10，尤其是不大于上表面面積的1/15。
光管可由根據(jù)光源的波長(zhǎng)范圍并在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有透明性的材料中選擇的至少一種材料制成。順便指出，在可見光范圍內(nèi)使用的合適材料的例子包括透明樹脂，如丙烯酸類樹脂，聚碳酸酯樹脂、環(huán)氧樹脂，聚酯類樹脂和降冰片烯樹脂；以及玻璃。優(yōu)先采用由不具備雙折射性或具有很小雙折射性的材料制成的光管。從減輕重量的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選由比重較小的材料制成的光管。
光管可由適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ瞥?。制造方法的例子包括在可形成預(yù)定形狀的模子中熱壓熱塑性樹脂，從而將此形狀轉(zhuǎn)移給熱塑性樹脂的方法；用熱熔的熱塑性樹脂、或由熱或溶劑液化的樹脂填充可形成預(yù)定形狀的模子的方法；在用可由熱或輻射線如紫外線聚合的液態(tài)樹脂填充可形成預(yù)定形狀的模板之后，或者在液態(tài)樹脂注入模子中之后進(jìn)行聚合工藝的方法；通過將液態(tài)樹脂涂敷在可形成預(yù)定形狀的模子上得到涂層，將液態(tài)樹脂涂層緊密接觸透明的基體材料如樹脂板，并進(jìn)行聚合工藝的方法；通過將液態(tài)樹脂涂敷在軟且透明的基體材料如薄膜上得到涂層，將涂層緊密接觸可形成預(yù)定形狀的模板并進(jìn)行聚合工藝，然后聚合涂層通過粘合劑與透明基體材料如樹脂板緊密接觸的方法。
因此，光管可以是一種材料或不同種材料制成部分的疊層，如通過在對(duì)透射光有作用的光導(dǎo)向部分上粘結(jié)帶有光輸出裝置的薄片而得到的疊層。也就是說，光管不必成為由一種材料制成的整體的單層體。光管的厚度可以基于應(yīng)用目的根據(jù)光管的尺寸，或者根據(jù)設(shè)置在入射側(cè)表面的光源尺寸來適當(dāng)?shù)卮_定。根據(jù)光管的入射側(cè)表面的高度，通常用于形成反射式液晶顯示裝置的光管的厚度應(yīng)不大于20mm，尤其是在0.1到10mm的范圍內(nèi)，最好是在0.5到5mm的范圍內(nèi)。光管在其下表面上可包含一層防反射層，或者在其上表面上設(shè)有一硬涂層。
在根據(jù)本發(fā)明的光管中，入射在入射側(cè)表面的光被高精度地校準(zhǔn)，使得被校準(zhǔn)的光從下表面沿非常垂直且有利于觀看的方向射出。因此，光管可以用于形成各種裝置，例如可有效地利用光源發(fā)出的光從而具有優(yōu)良亮度的平面光源元件，以及反射式液晶顯示裝置，其明亮且容易觀看，電能的消耗也很低。圖7和8分別顯示了平面光源元件10的示例和反射式液晶顯示裝置的示例。
平面光源元件可以形成為具有光管的適當(dāng)形式。平面光源元件通常成為這樣一種元件，其中在圖7和8所示的光管的至少一個(gè)入射側(cè)表面1c上設(shè)置了至少一個(gè)光源2。光源2可以采用任何合適的材料。通常采用的材料的例子包括線性光源如(冷或熱)陰極管；點(diǎn)光源如發(fā)光二極管；線性或平面地設(shè)置的點(diǎn)光源的陣列；以及采用例如線性光管的裝置的光源，其可將點(diǎn)光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為以規(guī)則地或隨機(jī)間隔發(fā)出的光，從而得到線性發(fā)光狀態(tài)。
當(dāng)要形成平面光源元件時(shí)，根據(jù)需要可以在光源中結(jié)合適當(dāng)?shù)妮o助元件如圍繞著光源的反射器或光漫射層，因此，來自光源的發(fā)散光可以有效地被引導(dǎo)到光管的入射側(cè)表面。反射器通?？梢圆捎镁哂懈叻瓷渎式饘俦∧さ臉渲蚪饘俨?。當(dāng)反射器通過粘合劑粘結(jié)在光管端部以固定光源時(shí)，光輸出裝置不必在粘結(jié)部分內(nèi)形成。
為了通過防止由光和陰影引起的不均勻性而使亮度均勻，在必要時(shí)光漫射層可預(yù)先設(shè)在平面光源元件的光輸出表面上，即可設(shè)在光管的下表面上。光漫射層可由適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬?，形成這種光漫射層的方法并無特別的限制。適當(dāng)?shù)姆椒ǖ睦影ㄍ糠蟛⒐袒型该魑⒘５耐该鳂渲姆椒?；涂敷并固化含有空氣泡的透明樹脂的方法；通過溶劑表面脹大從而產(chǎn)生裂紋的方法；形成具有隨機(jī)的突起和溝槽表面的透明樹脂層的方法；以及采用如上述介紹形成的漫射片的方法。
另一方面，反射式液晶顯示裝置可以用作正面光型裝置，其中在光管1的下表面1b側(cè)或在平面光源元件10上形成了帶有反射層的反射式液晶顯示屏70或70’，如圖7或8所示。另外，圖7顯示了反射層40設(shè)于液晶盒20的背面基片21外側(cè)的反射式液晶顯示裝置，圖8顯示了也用做電極的反射層42設(shè)于液晶盒20’的背面基片21’內(nèi)側(cè)的反射式液晶顯示裝置。
通常來說，反射式液晶顯示裝置是采用液晶顯示屏和正面光系統(tǒng)的組合來形成的。液晶顯示屏可以通過適當(dāng)?shù)匮b配組成部件來形成，這些組成部件例如包括帶有電極并用作液晶開關(guān)的液晶盒、與液晶盒相連的激勵(lì)器、反射層，如有必要還包括偏振器和補(bǔ)償相位延遲器。根據(jù)本發(fā)明的反射式液晶顯示裝置除了應(yīng)使用光管或平面光源元件外并無特別的限制。也就是說，反射式液晶顯示裝置可以通過如圖7或8所示的相關(guān)技術(shù)中的方法形成。
另外，圖7所示的液晶盒20包括背面?zhèn)鹊耐该骰?1，其帶有在背面?zhèn)韧该骰?1的內(nèi)側(cè)連續(xù)形成的透明電極22和摩擦膜23；帶有彩色過濾器26的可視側(cè)透明基片29；在可視側(cè)透明基片29的內(nèi)側(cè)連續(xù)形成的透明電極28和摩擦膜27；以及填充在背面?zhèn)韧该骰?1和可視側(cè)透明基片29之間并由密封件25密封的液晶24。而且，偏振器34通過相位延遲器33設(shè)置在可視側(cè)透明基片29的外側(cè)，偏振器31通過相位延遲器32設(shè)置在背面?zhèn)韧该骰?1的外側(cè)。另外，在偏振器31的外側(cè)設(shè)有反射層40。通過這種方式就形成了反射式液晶顯示屏70。
另一方面，圖8所示的液晶盒20’包括背面?zhèn)鹊耐该骰?1’，其帶有在背面?zhèn)韧该骰?1’的內(nèi)側(cè)連續(xù)形成的用作反射層的透明電極42和摩擦膜23’；帶有彩色過濾器26的可視側(cè)透明基片29；在可視側(cè)透明基片29的內(nèi)側(cè)連續(xù)形成的透明電極28和摩擦膜27；以及填充在背面?zhèn)韧该骰?1’和可視側(cè)透明基片29之間并以如上述的同樣方式密封的液晶24。而且，偏振器34通過相位延遲器33設(shè)置在液晶盒20’的可視側(cè)透明基片29的外側(cè)。通過這種方式就形成了反射式液晶顯示屏70’。
任何合適的液晶盒都可用作形成液晶顯示屏的液晶盒，在這一點(diǎn)上并無特別的限制。根據(jù)液晶的排列形式，合適的液晶盒的例子包括扭曲或不扭曲的液晶盒，如扭曲向列型(TN)液晶盒，超扭曲向列型(STN)液晶盒，垂直排列的盒，HAN盒或OCB盒；賓主型液晶盒；鐵電液晶盒。另外，用于激勵(lì)液晶的系統(tǒng)并無特別的限制。例如，可以采用適當(dāng)?shù)募?lì)系統(tǒng)如有源矩陣系統(tǒng)或無源矩陣系統(tǒng)。
反射層40或反射層42對(duì)于反射式液晶顯示裝置來說很重要。關(guān)于上述反射層40或42的位置，反射層可以位于液晶盒20的外側(cè)，如圖7所示，或是位于液晶盒20’的內(nèi)側(cè)，如圖8所示。根據(jù)相關(guān)技術(shù)形成的任何合適的反射層都可以用作反射層。反射層的例子包括含有高反射率金屬粉末如分散在粘合劑樹脂中的鋁、銀、金、銅或鉻的涂層；通過氣相沉積方法沉積的金屬薄膜層；具有由基體材料支撐的涂層或沉積層的反射片；以及金屬箔。另外，當(dāng)反射層位于液晶盒的內(nèi)側(cè)時(shí)，反射層例如可以根據(jù)相關(guān)技術(shù)由透明電極形成材料制成，從而也可用作透明導(dǎo)電膜。
另一方面，如有必要可以采用任何適當(dāng)?shù)钠鳛槠衿?。從由高度線偏振光的入射而得到良好對(duì)比度顯示的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)先使用具有高偏振度的片，例如碘或染料的吸收型線偏振器。另外，如果需要的話，可以在可視側(cè)偏振器與液晶盒之間和/或背面?zhèn)绕衿髋c液晶盒之間設(shè)置相位延遲器，用來補(bǔ)償液晶的雙折射，從而提高圖7和8所示裝置的可視性?？梢圆捎梅喜ㄩL(zhǎng)范圍的合適的片作為相位延遲器。相位延遲器可以是一延遲層，或者是兩層或多層延遲層的疊層。
圖7所示反射式液晶顯示裝置的觀看以下述方式進(jìn)行。在照明模式中，平面光源元件10的光源2打開，從光管1的下表面1b射出的光穿過偏振器34和液晶盒20，并通過反射層40反射。然后，反射光反過來穿過液晶盒和偏振器，到達(dá)光管1處。因此，就可以看到由上表面1a中光輸出裝置A以外的部分所透射的顯示圖像。另一方面，在外部光模式中，光源2關(guān)閉，入射在光管1的上表面1a中光輸出裝置A以外的部分上的光被透射，穿過與照明模式中相反的路線到達(dá)光管1。因此，就可以看到由上表面1a中光輸出裝置A以外的部分所透射的顯示圖像。另一方面，在圖8所示的反射式液晶顯示裝置中，照明模式和外部光模式中的觀看都以與上述相同的方式進(jìn)行，除了光的反射是通過代替了反射層40同時(shí)也用作電極的反射層42來進(jìn)行且過程相反之外。另外，當(dāng)如上述地使用照明-外部光兩種模式時(shí)，反射式液晶顯示裝置可使光源打開/關(guān)閉。
在本發(fā)明中，用于形成平面光源元件或液晶顯示裝置的光學(xué)元件或部件如光管、液晶盒和偏振器可以完全地或部分整體地疊加并相互固定，或者設(shè)置成可以容易地拆開。從抑制界面反射以防止對(duì)比度降低的觀點(diǎn)出發(fā)，這些光學(xué)元件或部件最好相互固定在一起。最好，至少光管的下表面和液晶顯示屏的上表面應(yīng)粘結(jié)地固定在一起。在固定/粘結(jié)過程中可以采用合適的透明粘合劑如增粘劑。在透明粘結(jié)層中應(yīng)含有透明微粒，使得透明粘結(jié)層可以用作具有光漫射功能的粘結(jié)層。參考示例1在玻璃基片的一塊35mm×25mm長(zhǎng)方形區(qū)域內(nèi)形成具有縫隙的鉻掩膜，各縫隙為100μm長(zhǎng)和10μm寬，使得矩形區(qū)域的短邊平行于各縫隙的長(zhǎng)度方向。另外，隨著從矩形區(qū)域的一個(gè)短邊到另一短邊，縫隙的設(shè)置逐漸變密。因此，縫隙隨機(jī)地設(shè)置，使得縫隙密度沿矩形區(qū)域的長(zhǎng)邊方向連續(xù)地增加(圖3)。另外，縫隙在整個(gè)區(qū)域上所占據(jù)的面積不大于矩形面積的1/10。
另一方面，用旋轉(zhuǎn)涂料器在一塊清潔的玻璃板上涂敷聚酰亞胺漆，在100℃下預(yù)烘烤30分鐘，再在350℃下燒結(jié)4小時(shí)。因此可形成10μm厚的聚酰亞胺涂膜。之后，通過濺射工藝在聚酰亞胺涂膜上形成0.1μm厚的鉻膜，再在鉻膜上形成厚度為0.5μm的銅膜。最后，通過旋轉(zhuǎn)涂敷在所得薄膜的表面上形成5μm厚的正抗蝕層。這樣就生產(chǎn)出了樣板。
在樣板的正抗蝕層與鉻掩膜緊密接觸的情況下，正抗蝕層暴露在紫外線下并被顯影。在顯影后，通過蝕刻去除銅膜和鉻膜。因此，就得到了具有在縫隙處暴露的聚酰亞胺涂膜的樣板。樣板如下所述地設(shè)置。即縫隙密度較稀的樣板短邊正交于光束的前進(jìn)方向設(shè)置，而樣板長(zhǎng)邊與光束傾斜成43°角。用平行的準(zhǔn)分子激光器發(fā)出的光照射樣板，同時(shí)掃描幾次，使得縫隙中的聚酰亞胺涂膜通過燒蝕部分地去除。然后，通過蝕刻去除樣板中的銅膜和鉻膜。然后，通過真空氣相沉積在樣板上沉積銀薄膜，并進(jìn)行鎳電鑄。板切割成預(yù)定形狀，從而得到模板A。參考示例2模板B的獲取方式與參考示例1中所示方式相同，不同之處在于，樣板(圖4)具有隨機(jī)排列的縫隙，使得長(zhǎng)方形區(qū)域內(nèi)的縫隙的密度沿長(zhǎng)邊方向連續(xù)地增加，同時(shí)長(zhǎng)邊的縫隙的密度比中心部分的密度更高。參考示例3模板C如下所述地得到。長(zhǎng)方形黃銅板的表面用金剛石刀具在離入射側(cè)表面2.5mm的位置處切開。因此就得到了具有條紋狀光輸出裝置的模板C，光輸出裝置由以210μm間距排列的細(xì)槽構(gòu)成，各細(xì)槽的截面形狀為不等邊三角形。切割方向平行于黃銅板的縱向。各光輸出裝置由光路改變斜面和平緩斜面的組合構(gòu)成。光路改變斜面為20μm寬，傾斜角度為42°，且朝向入射側(cè)表面。平緩斜面為190μm寬。光路改變斜面占上表面面積的1/10.5。參考示例4得到一種模板D，其形成光輸出裝置的表面為非平滑表面，此表面是通過在長(zhǎng)方形黃銅板的表面上進(jìn)行噴砂處理而形成的。參考示例5模板E的獲取方式與參考示例1中所示方式相同，不同之處在于，樣板設(shè)置成使縫隙密度較稀的短邊正交于光束，然后用平行的準(zhǔn)分子激光器發(fā)出的光照射樣板，同時(shí)掃描幾次，使得聚酰亞胺涂膜通過燒蝕部分地去除。因此，模板E的表面沒有形成具有給定角度的光路改變斜面。示例1在參考示例1所得的模板A上涂敷紫外線固化的丙烯酸類樹脂。在丙烯酸類樹脂上輕輕地放置一塊1.2mm厚、40mm寬和30mm長(zhǎng)且端面已拋光的丙烯酸板。用橡膠輥使丙烯酸類樹脂和丙烯酸板緊密地粘合在一起，并使多余的樹脂和氣泡排出，在此之后，用金屬鹵化物燈的紫外線照射丙烯酸類樹脂，從而使其固化。然后，已固化的丙烯酸類樹脂從模板A上分離。因此就得到了一種具有丙烯酸類樹脂的固化層的光管，固化層上被轉(zhuǎn)印了模板A的凹面形狀，且其位于丙烯酸板上。順便指出，丙烯酸板的折射率為1.495，而固化層的折射率為1.512。示例2以相同于示例1所述的方式得到一種光管，不同之處在于用從參考示例2中得到的模板B來代替模板A。比較示例1以相同于示例1所述的方式得到一種光管，不同之處在于用從參考示例3中得到的模板C來代替模板A。比較示例2以相同于示例1所述的方式得到一種光管，不同之處在于用從參考示例4中得到的模板D來代替模板A。比較示例3以相同于示例1所述的方式得到一種光管，不同之處在于用從參考示例5中得到的模板E來代替模板A。評(píng)價(jià)測(cè)試使用從示例1和2以及比較示例1到3中得到的光管，將其光輸出裝置設(shè)于可視側(cè)。在光管的入射側(cè)表面上設(shè)置一冷陰極管。因此便形成了平面光源元件。在光管的背面?zhèn)仍O(shè)置一普通的白色反射式液晶顯示屏。因此便形成了LCD。在液晶盒上不施加電壓時(shí)打開冷陰極管，在一間黑暗的房間中從正面方向觀察LCD。
結(jié)果，在示例1和2中，光很均勻地發(fā)射，細(xì)槽基本上難以察覺。特別是在示例2中，在平行于光源的方向上發(fā)射的均勻性很高。然而在比較示例1中，由于光管的棱形結(jié)構(gòu)，可以看見平行于入射側(cè)表面的暗線，這樣就不容易看清顯示。而且，當(dāng)可視軸線擺動(dòng)時(shí)，暗線變成線性發(fā)射的線條，從而很難看清顯示。另一方面，在比較示例2和3中，射出的光很少，顯示很暗。
接著在LCD上顯示字符，關(guān)閉光源，在一間明亮的房間中進(jìn)行觀察。結(jié)果，在示例1，2和比較示例3中，細(xì)槽基本上難以察覺，因此字符明亮且易于辨認(rèn)，沒有任何網(wǎng)紋干擾產(chǎn)生。然而在比較示例1中，由于產(chǎn)生了網(wǎng)紋干擾。字符難以辨認(rèn)。特別是存在這樣的趨勢(shì)，線看上去似乎線與線在橫向方向上相互連接，因此顯示質(zhì)量降低。而且，在比較示例2中整個(gè)對(duì)比度降低，因此無法分辨尤其是較小的圖形。
從介紹中很明顯，使用本發(fā)明的光管可以形成平面光源元件，當(dāng)光源設(shè)置在光管的入射側(cè)表面時(shí)光明亮且均勻性優(yōu)良。使用本發(fā)明的光管還可以形成正面光型反射式液晶顯示裝置，其不產(chǎn)生網(wǎng)紋干擾，明亮且易于觀看。
雖然本發(fā)明是通過帶有一定程度特殊性的優(yōu)選形式來進(jìn)行介紹的，但可以理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)和部件的組合及排列進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種具有板狀物的光管，所述板狀物具有上表面，與所述上表面相對(duì)的下表面，入射側(cè)表面，和與所述入射側(cè)表面相對(duì)的端面，所述板狀物包括在上表面中形成的光輸出裝置，可使入射在所述入射側(cè)表面的光從所述下表面通過所述光輸出裝置射出，所述光輸出裝置由不連續(xù)排列的細(xì)槽構(gòu)成，并朝向所述入射側(cè)表面，各所述細(xì)槽的長(zhǎng)度不大于250μm，深度不大于50μm且不大于所述長(zhǎng)度的1/5，各所述細(xì)槽由光路改變斜面和朝向所述光路改變斜面的陡斜面的組合構(gòu)成，所述光路改變斜面傾斜于所述下表面，傾斜角度在35°到48°的范圍內(nèi)，所述陡斜面傾斜于所述下表面，傾斜角度不小于60°。
2.如權(quán)利要求1所述的光管，其特征在于，所述光輸出裝置的面積不大于所述上表面面積的1/8。
3.如權(quán)利要求1所述的光管，其特征在于，各所述光路改變斜面與所述下表面的所述傾斜角度在38°到45°的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的光管，其特征在于，所述細(xì)槽的所述不連續(xù)排列是隨機(jī)的。
5.如權(quán)利要求1所述的光管，其特征在于，隨著所述細(xì)槽遠(yuǎn)離所述入射側(cè)表面，所述細(xì)槽排列的更密。
6.如權(quán)利要求1所述的光管，其特征在于，隨著所述細(xì)槽更靠近所述入射側(cè)表面的各側(cè)端部表面，所述細(xì)槽排列的更密。
7.一種包括如權(quán)利要求1所述的光管的平面光源元件。
8.如權(quán)利要求7所述的平面光源元件，其特征在于，所述元件還包括設(shè)置在所述光管的入射側(cè)表面上的光源。
9.如權(quán)利要求8所述的平面光源元件，其特征在于，所述光源是線性光源。
10.一種包括如權(quán)利要求1所述的光管和設(shè)置在所述光管的下表面?zhèn)鹊姆瓷涫揭壕э@示屏的反射式液晶顯示裝置。
11.一種包括如權(quán)利要求7所述的平面光源元件和設(shè)置在所述平面光源元件的光管下表面?zhèn)鹊姆瓷涫揭壕э@示屏的反射式液晶顯示裝置。
全文摘要
一種具有板狀物的光管,板狀物具有上表面,與上表面相對(duì)的下表面,入射側(cè)表面和與入射側(cè)表面相對(duì)的端面。板狀物包括在上表面中形成的光輸出裝置,可使入射在入射側(cè)表面的光通過光輸出裝置從下表面射出。光輸出裝置由不連續(xù)排列的細(xì)槽組成,并朝向入射側(cè)表面。各細(xì)槽的長(zhǎng)度不大于250μm,深度不大于50μm且不大于長(zhǎng)度的1/5。各細(xì)槽由光路改變斜面和朝向光路改變斜面的陡斜面的組合構(gòu)成,光路改變斜面傾斜于下表面且傾斜角度在35°到48°的范圍內(nèi),陡斜面傾斜于下表面且傾斜角度不小于60°。一種反射式液晶顯示裝置,具有包括上述光管的平面光源元件和設(shè)置在光管下表面?zhèn)鹊姆瓷涫揭壕э@示屏。
文檔編號(hào)G09F9/00GK1375730SQ021073
公開日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2002年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月12日
發(fā)明者梅本清司, 有吉俊彥 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社