專利名稱：液晶顯示設備及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液晶顯示設備及其制造方法。
背景技術：
例如，諸如液晶顯示設備這樣的顯示設備包括照明裝置，稱為前光燈和背光燈。照明裝置包括光源和導光板。光源發(fā)出的光進入導光板。這些光在導光板內重復地發(fā)生全反射，從而在導光板中傳播。通過光輸出機構，比如一組棱鏡，光朝向顯示板離開導光板。
冷陰極管(熒光燈)被用作光源。冷陰極管與一般為U型的反光鏡一起位于導光板的端面上。由冷陰極管發(fā)出并由反光鏡反射的光照在導光板上。
另外，LED(或多個LED)可用作光源。該LED可制成具有以樹脂密封的半導體芯片的LED封裝。在LED封裝的發(fā)光部分件的后面形成有反光鏡，光從LED封裝射出。然而，LED的光的方向性低，光以多種角度沿向前和傾斜的角度輻射傳播。這造成了LED發(fā)出的光和進入導光板的光的使用效率低的問題。
另外，某種類型的照明裝置包括兩個導光板。光源位于第一導光板一側，第一導光板位于第二導光板一側。光進入第一導光板，從第一導光板出來以后進入第二導光板。這些光在第二導光板內重復地發(fā)生全反射，從而在第二導光板中傳播。通過光輸出機構，比如一組棱鏡，光朝向顯示板離開第二導光板。第一導光板的厚度與第二導光板的厚度相同。第二導光板粘結到帶有低折射率層的偏光片上，該低折射率層的折射率低于第二導光板的折射率。在這種照明裝置中，呈大角度分布的光從第二導光板中泄漏，降低了顯示設備的對比度。因此，需要高度平行的光進入第二導光板。另外，位于光源附近的一部分導光板導致對比度降低。
另外，在導光板、偏光片和液晶板結合在一起作為一個單元，且在導光板和偏光片之間夾有一個折射率高于空氣但低于導光板的低折射率層的情況下，以大于導光板的總折射角的角度進入導光板的光不通過導光板，而是以大角度進入了液晶板。這些光降低了液晶板的對比度，使得對比度和亮度不均勻，降低了顯示質量。
當導光板和液晶板通過一個折射率低于導光板的低折射率層相互結合在一起時，在導光板中傳播的光沒有被界面完全反射，而是穿過偏光層進入了液晶板。因此，這些傳播的光引起對比度降低。
另外，當導光板、偏光片和液晶板相互結合在一起作為一個單元時，這表明這些硬的板相互結合在一起。這引起硬板易于剝離的問題。尤其是，若粘合劑吸附了灰塵，則這些硬板更易于剝離。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種液晶顯示設備，其能夠提高液晶顯示設備的對比度。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種液晶顯示設備，其具有很高的光利用效率，或具有很高的對比度。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示設備包括光源、導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上、液晶顯示板、以及位于導光板和液晶板之間的偏光片。導光板、偏光片和液晶板相互粘結在一起。導光板具有入射表面，光源發(fā)出的光照射在該入射表面上；導光區(qū)，其對應于液晶板的顯示區(qū)；第一表面，在該表面上在導光區(qū)中傳播的光離開導光板射向液晶板；棱鏡，其形成于導光板對面的第二表面上；以及多余光消除區(qū)，其位于入射表面和導光區(qū)之間，用于去除至少一部分以大于導光板全反射角的角度照射在導光板上的多余光。
在這種結構中，不包含棱鏡但包含光吸收部件的多余光消除區(qū)形成于入射表面附近。在多余光消除區(qū)中去除在導光板內完全反射但根本不傳播的多余光。因此，可以實現(xiàn)高對比度的顯示。
此外，本發(fā)明提供了一種液晶顯示設備，其具有粘結在一起的導光板、偏光片和液晶板，并包含下述的特征。
(a)從入射表面一側的棱鏡開始到對應于導光區(qū)厚度3倍的距離中，各個棱鏡具有一個緩斜面和一個急斜面。緩斜面相對于導光區(qū)的光輸出表面的斜度為1°或更大。這樣，入射表面附近的各個棱鏡的緩斜面具有1°或更大的斜度。在距入射表面短距離處獲得了高的對比度。
(b)偏光片的吸收軸大致垂直于導光區(qū)的入射表面或相對于垂直方向具有大致45°以內的傾斜度。偏光片的吸收軸大致垂直于入射光。這樣，在距入射表面短距離處獲得了高的對比度。
(c)若導光區(qū)的折射率為ng，液晶板中反射導光板中傳播的光的層的折射率為na，相鄰棱鏡之間的距離為P，以及從棱鏡到液晶板內包含的反射機構的距離為D，則成立下面的關系式Ng2-Na2/Na≥0.5(P/D)]]>定義相鄰棱鏡之間的距離以及從棱鏡到液晶顯示板內的內部反光鏡之間的距離，使得不會出現(xiàn)亮度偏差。
這樣，相對于液晶板的顯示區(qū)定義偏光片的尺寸和位置，使得不會出現(xiàn)亮度偏差。
(d)在偏光片和導光板之間設置有折射率低于導光板的第一低折射率層。在液晶板和偏光片之間設置有折射率低于導光板的第二低折射率層。因此，經(jīng)過第一低折射率層并引起對比度降低的多余光被第二折射率層部分地反射。這樣，減少了到達液晶板的多余光。
(e)偏光片的一側或兩側形成有凹凸。
因此，在粘結層內可以包含微小的氣泡?？僧a(chǎn)生實際折射率降低的層。
(f)偏光片和導光板通過第一粘結層相互粘結在一起。液晶板和偏光片的偏光層通過第二粘結層相互粘結在一起。對于第一粘結層和第二粘結層中的至少一個，假設粘結層的厚度為T，粘結層內夾雜的灰塵的大小為S，則成立下面的關系式S＜50μm或S＜T限制粘結時夾雜的灰塵的大小，以防止由于環(huán)境的改變以及隨時間的變化，灰塵使得粘結的各個片剝落。
(g)偏光片和導光板通過第一粘結層相互粘結在一起。液晶板和偏光片的偏光層通過第二粘結層相互粘結在一起。第一粘結層的厚度用作防止或減小反射的結構，或用作防止或減小反射的結構的一部分。因此，限定低折射率層的厚度，從而提供干涉型防反射結構，由此防止了由反射引起的對比度降低。
(h)在導光板上形成粘結層。偏光片至少包括透明層和偏光層。透明層比偏光層更接近于導光板。導光板的折射率與粘結層的折射率大體相同。透明層的折射率低于導光板和粘結層的折射率。
(i)大致形成導光板反射表面的低折射率區(qū)的厚度用作防止或減小垂直光的反射的結構，或對應于垂直光的波長的一半。
(j)導光板包括基板和樹脂層?；迨怯膳c液晶板的基板相同的材料制成，或由熱膨脹系數(shù)與液晶板基板的材料大致相同的材料制成。樹脂層具有棱鏡的光路改變能力，用于改變在導光板中傳播的光的路徑，并把光從導光板中發(fā)射出去。因此，相互粘結在一起的各個片的熱膨脹系數(shù)彼此相符，由此可防止粘結的各個片由于溫度變化引起的變形而剝落。
(k)導光板的材料和液晶板的基板的材料是玻璃或塑料。
另外，根據(jù)本發(fā)明的制造液晶顯示板的方法包括把偏光片粘結在液晶板上的步驟，把導光板粘結在偏光片和液晶板相互粘結在一起而形成的組件上的步驟，以及擠緊由導光板、偏光片和液晶板按順序粘結在一起形成的粘結組件的步驟。
定義了粘結步驟，由此制造方法提供了極好的粘結效率。即，在粘結之前，要處理導光板的粘結表面。這可使粘結效率提高。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的照明裝置的示意圖；圖2是用于對圖1所示的照明裝置的操作進行說明的部分放大圖；圖3是對比例的照明裝置的操作示意圖；圖4是LED示例的截面圖；圖5是包含照明裝置的顯示設備示例的示意圖；圖6是包含照明裝置的顯示設備的另一個示例的示意圖；圖7示出了照明裝置的另一個示例；圖8示出了照明裝置的另一個示例；圖9示出了照明裝置的另一個示例；圖10示出了照明裝置的另一個示例；圖11示出了照明裝置的另一個示例；圖12示出了照明裝置的另一個示例；圖13示出了照明裝置的另一個示例；圖14是圖13所示照明裝置的XIV-XIV截面圖；圖15示出了照明裝置的另一個示例；圖16是圖15所示照明裝置的XVI-XVI截面圖；圖17示出了照明裝置的另一個示例；圖18是圖17所示照明裝置的XVIII-XVIII截面圖；圖19是圖17所示照明裝置的XIX-XIX截面圖；圖20示出了照明裝置的另一個示例；圖21是經(jīng)過圖20所示照明裝置的一個棱錐的截面圖；圖22示出了照明裝置的另一個示例；圖23是經(jīng)過圖22所示照明裝置的一個棱錐的截面圖；圖24示出了照明裝置的另一個示例；圖25是經(jīng)過圖24所示照明裝置的一個棱錐的截面圖；圖26示出了照明裝置的另一個示例；圖27是經(jīng)過圖24所示照明裝置的一個棱錐的截面圖；圖28是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示設備的示意圖；圖29是包含在圖28所示的液晶顯示設備內的液晶板的截面圖；
圖30是包含在圖28所示的液晶顯示設備內的照明裝置的平面圖；圖31是圖30所示的照明裝置的截面圖；圖32是用于對包含在圖30和圖31所示的照明裝置內的聚光裝置的操作進行說明的示意圖；圖33是用于對當光角度θ滿足θ＜α時聚光裝置的操作進行說明的圖；圖34是用于對當光角度θ滿足α＜θ＜θ0時聚光裝置的操作進行說明的圖；圖35是用于對當光角度θ滿足θ0＜θ時的聚光裝置的操作進行說明的圖；圖36顯示了從第一導光板進入聚光裝置的光的角度分布；圖37顯示了由聚光裝置調整的光的角度分布；圖38顯示了從第一導光板進入聚光裝置的光的角度分布；圖39顯示了全部具有從斜面反射的角度的光線的角度分布(圖38中的區(qū)域z)；圖40顯示了部分具有從斜面反射的角度并通過聚光裝置的光線的角度分布(圖38中的區(qū)域Y)；圖41示出了照明裝置的另一個示例；圖42是圖41所示照明裝置的截面圖；圖43示出了照明裝置的另一個示例；圖44是圖43所示照明裝置的截面圖；圖45示出了照明裝置的另一個示例；圖46是圖45所示照明裝置的截面圖；圖47示出了圖45和圖46所示的照明裝置在垂直方向上的聚光效果；圖48示出了圖45和圖46所示的照明裝置在水平方向上的聚光效果；圖49示出了照明裝置的另一個示例；圖50是圖49所示的照明裝置的前視圖；
圖51是圖49所示的照明裝置的左視圖；圖52示出了照明裝置的另一個示例；圖53是圖52所示的照明裝置的截面圖；圖54示出了照明裝置的另一個示例；圖55是圖54所示的照明裝置的截面圖；圖56是照明裝置的另一個示例的截面圖；圖57是照明裝置的另一個示例的截面圖；圖58是液晶顯示設備的一個示例的截面圖；圖59是液晶顯示設備的另一個示例的截面圖；圖60是照明裝置的另一個示例的平面圖；圖61是圖60所示的照明裝置的前視圖；圖62是圖60所示的照明裝置的截面圖；圖63示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的液晶顯示設備；圖64示出了在圖63所示的液晶顯示設備中顯示位置與對比度之間的關系；圖65示出了在圖63所示的液晶顯示設備中顯示位置與亮度之間的關系；圖66示出了液晶顯示設備的一個示例；圖67示出了液晶顯示設備的另一個示例；圖68是圖67所示的液晶顯示設備中包含的導光板表面上用于導出光的棱鏡的部分放大圖；圖69示出了在圖67所示的液晶顯示設備的顯示區(qū)中位置與對比度之間的關系；圖70示出了液晶顯示設備的一個示例；圖71示出了在圖70所示的液晶顯示設備的顯示區(qū)中位置與對比度之間的關系；圖72示出了液晶顯示設備的一個示例；圖73示出了液晶顯示設備的一個示例；圖74示出了在圖73所示的液晶顯示設備中p/d和亮度均勻性之間的關系；圖75示出了液晶顯示設備的一個示例；圖76示出了在圖75所示的液晶顯示設備中顯示位置與對比度之間的關系；圖77示出了液晶顯示設備的一個示例；圖78示出了在圖77所示的液晶顯示設備中的灰塵大小與氣泡點之間的關系；圖79示出了液晶顯示設備的一個示例；圖80示出了液晶顯示設備的一個示例；圖81示出了液晶顯示設備的一個示例；圖82示出了在水平面中進入導光區(qū)的光的擴散角與對比度之間的關系；以及圖83示出了擴散角。
具體實施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1是一個示意圖，顯示了根據(jù)第一實施例的照明裝置10。圖2是照明裝置10的部分放大圖，用于解釋圖1所示照明裝置10的操作。
圖5和圖6是包含照明裝置的顯示設備示例的示意圖。如圖5和圖6所示，顯示設備100包括照明裝置102和顯示板104。在圖5中，照明裝置102是前光燈，顯示板104是反射型液晶顯示板。偏光片106位于前光燈102和顯示板104之間。在圖6中，照明裝置102是背光燈，顯示板104是透射型液晶顯示板。偏光片106位于顯示板104的兩邊。下面將要描述的照明裝置10用作圖5或圖6所示的照明裝置102或任何其他照明裝置。
如圖1所示，照明裝置10包括導光板12、光源14和位于導光板12和光源14之間的截棱錐16。截棱椎16具有底部16a、比底部16a小的頂部(支承表面)16b，以及連接底部16a和頂部16b的斜面(多個斜面)16c。光源14與截棱椎16的頂部16b緊密接觸。導光板12與截棱椎16的底部16a緊密接觸。光從光源14的發(fā)光部分件傳播到導光板12，不經(jīng)過任何空氣層。
如圖1和圖2所示，截棱椎16由與導光板12相同的材料制成，并與導光板12結合在一起。光源14通過粘合劑固定在截棱椎16的頂部16b上。例如，導光板12和截棱椎16由丙烯酸樹脂(折射率為1.48)、Arton或Zeonor(折射率為1.51)制成。也可采用聚碳酸酯樹脂(折射率為1.58)。這個實施例中，粘合劑將光源14和截棱椎16光學地結合在一起光學連接，使光源14和截棱椎16之間的空隙中基本上沒有空氣。在這里，永久粘合劑、可移除粘合劑和其他粘合成分統(tǒng)稱為粘合劑。
光源14包括LED。圖4是LED的一個示例的截面圖。該LED 14可制成具有以丙烯酸或環(huán)氧樹脂等樹脂14b封裝的形成有pn結的半導體芯片14a的LED封裝。在LED 14的發(fā)光部分件14c后面形成有反光鏡14d。光如箭頭所示沿半徑方向從LED 14向前照射。LED 14的光的方向性小，光以各種角度沿向前和傾斜方向傳播。
圖2顯示了相對于導光板12的軸線以較大的角度從光源14發(fā)出的光18。這些光18進入截棱椎16并朝斜面16c傳播。光18被截棱椎16的斜面16c完全反射，繼續(xù)在導光板12中傳播。光18經(jīng)過導光板12，在導光板12內重復地進行全反射，并通過諸如棱鏡或漫反射層的光輸出機構朝著顯示板104的方向離開導光板12。相對于導光板12的軸線以較小的角度從光源14發(fā)出的光19不碰到斜面16c而傳播經(jīng)過導光板12。
假設截棱椎16的折射率為n、斜面16c與平行于截棱椎16的軸線的直線形成的夾角為a，若截棱椎16的斜面16c的角度α等于或大于arcsin(1/n)，則入射到截棱椎16中的光被斜面16c完全反射。然而，若角度α較大，則斜面16c所反射的光量會減少。另外，斜面16c反射的光可能會通過導光板12的表面。因此，若截棱椎16的斜面16c的角度在30°～45°的范圍內，則能夠進入導光板12的光量增加。
光源14的發(fā)光部分件的尺寸小于或等于截棱椎16的頂部16b的尺寸。另外，光源14的發(fā)光表面的尺寸小于或等于截棱椎16的頂部16b的尺寸。因此，更多的光源14所發(fā)出的光可以進入到截棱椎16中。
圖3解釋了對比例的照明裝置的操作。圖3中并沒有包含截棱椎16，且光源14與導光板12沒有形成光學接觸。即，在光源14和導光板12之間夾有一個空氣層。在這種情況下，光源14的發(fā)光部分件發(fā)出的部分光被光源14和空氣層之間的界面反射，不能進入導光板12。部分光被導光板12的端面反射，不能進入導光板12。
根據(jù)本發(fā)明，這些不能使用的光能夠被引入導光板12中，可以提高光使用效率。有試驗表明，光利用率提高到了2.9倍。
圖7到23顯示了照明裝置的另一個示例。在這些示例中，照明裝置10包括導光板12、光源14以及連接導光板12和光源14的截棱椎16。光源14與截棱椎16的頂部16b緊密接觸，導光板12與截棱椎16的底部16a緊密接觸，這樣，光從光源14的發(fā)光部分件傳播到導光板12，它們之間沒有空氣層。
在圖7中，光源14和截棱椎16相互結合在一起，且截棱椎16附在導光板12上。
在圖8中，截棱椎16和導光板12相互結合在一起，且利用可變形體20(粘合劑)把光源14連接在截棱椎16的頂部16b上，該可變形體20可以由于其流動而變形，施加在截棱椎16的頂部16b的凹入部分中。
在圖9中，利用粘合劑22把光源14連接在截棱椎16的頂部16b上。在這種設計中，不僅截棱椎16具有斜面16c，粘合劑22也具有斜面22c。因此，在該示例中，粘合劑22具有與截棱椎16相同的功能。這提高了光利用率。該示例中，粘合劑22是丙烯酸樹脂，與同是丙烯酸樹脂的導光板12和截棱椎16相似。這提高了結合強度。另外還除去了空氣層。優(yōu)選地，粘合劑22的形狀確定為建立以上參照圖2所述的折射率n和斜面斜度a之間的關系。
在圖10中，利用粘合劑22把光源14連接在截棱椎16的頂部16b上。粘合劑22的表面22d是圓形傾斜表面。該示例中，與圖9所示的照明裝置10相似，提高了光的利用率。該示例中，首先，把光源14結合在截棱椎16的頂部16b上。其后，添加丙烯酸樹脂以形成部分球面。當光源14嵌入粘合劑22中時，光源14側面發(fā)出的光也可被利用。
在圖11和12中，截棱椎16由粘合劑制成。即使在該示例中，優(yōu)選地，粘合劑制成截棱椎16的形狀確定為建立以上參照圖2所述的折射率n和斜面斜度a之間的關系。
在圖13到14中，把多個光源14附在截棱椎16的頂部16b上。在這種情況下，圖14中的垂直部分的結構與圖9或圖10相似，但水平部分的結構與圖11或圖12相似。LED光源陣列是具有LED芯片的LED封裝的陣列，該LED芯片呈陣列排列在印刷電路板上并結合在其上。一個LED封裝含有一個發(fā)出三種基本顏色中一種顏色的光的LED芯片，發(fā)出紅光、綠光和藍光的LED封裝呈陣列順序安放?；蛘?，一個LED封裝可包含發(fā)出三種基本顏色的光的三個LED芯片。這具有下述優(yōu)點當這種LED封裝構造成平面光源時，可以使色差減到最小。
在這種情況下，優(yōu)選地把單向反光鏡13連接在截棱椎16的側面和沿光傳播方向延伸的導光板12的側面上(圖14中薄片的上下面)。這可以防止光通過側面從導光板中漏出而不在內部會聚。
在圖15和16中，通過白色有機電致發(fā)光(EL)燈或類似設備而實現(xiàn)的線性光源14安裝在截棱椎16的頂部16b上。線性EL光源14是通過在玻璃基板基板上形成的EL燈而實現(xiàn)的。從熱膨脹系數(shù)的角度來說，線性EL光源14可以通過在有機薄膜或有機薄片上形成EL燈來實現(xiàn)。
在圖17到19中，導光板包括第一導光板12A和第二導光板12B。光源14以與上述示例相同的方式連接在第一導光板12A的兩側。第一導光板12A位于第二導光板12B的側面上。第一導光板12A可稱為光導管。第一導光板12A在其與第二導光板12B所處的側面相對的側面上具有鋸齒鏡24。第二導光板12B在第一導光板12A所在的側面上形成有聚光裝置26。
光源14所發(fā)出的光進入第一導光板12A，從而第一導光板12A作為線性光源。第一導光板12A內的光被鋸齒鏡24反射并進入第二導光板12B。然后第二導光板12B作為平面光源。每個光源14的光學連接部分和第一導光板12A通過丙烯酸樹脂分別被緊密地相互光學連接在一起，但第一導光板12A和第二導光板12B的光學連接部分不是緊密地相互光學連接在一起，而是僅僅相互接觸，以便可以截取第一導光板12A內傳播的光。
在圖20和圖21中，截棱椎16是細長的楔型部件。多個截棱椎16排列在導光板12的一側。由LED構成的光源14安裝在各個截棱椎16的頂部上。光吸收部件28在截棱椎和導光板12的邊界上或附近環(huán)繞著所有的截棱椎16，從而覆蓋截棱椎16與導光板12鄰接的部分。該示例適用于把來自光源14的散射光轉換為平行光。
在圖22和圖23中，截棱椎16是細長的楔型部件。多個截棱椎16排列在導光板12的一側。由LED構成的光源14安裝在各個截棱椎16的頂部上。光吸收部件28在截棱椎和導光板12的邊界上或附近環(huán)繞著所有的截棱椎16，從而覆蓋截棱椎16與導光板12鄰接的部分。此外，鏡或散射反光部件30包圍著所有的截棱椎16。該示例適于把光源14發(fā)出的散射光轉換成平行光。諸如LED這樣的小光源14連接在各個截棱椎16的頂部上，但是，光源14不需要總是連接在各個截棱椎16的頂部上。只要光源14的位置靠近各個截棱椎(靠近其端面)就沒有問題。
圖24到27顯示了照明裝置的另一個示例。在圖24和圖25中，照明裝置10包括光源15、導光板12、形狀為細長的楔型部件并連接到導光板12的多個截棱椎16、在截棱椎和導光板12的邊界上或附近環(huán)繞著所有截棱椎16從而覆蓋導光板12的截棱椎16的鄰接部分的光吸收部件28，和包圍著所有截棱椎16的鏡或散射反光部件30。光源15通過冷陰極管(熒光燈)實現(xiàn)并位于截棱椎16的旁邊，橫貫所有截棱椎16。光源15發(fā)出的光從各個截棱椎的側面進入截棱椎16，在截棱椎16內重復地發(fā)生全反射，相對于導光板12的軸線小角度地進入導光板12。該示例適于把平行光引入導光板12中。
在圖26和圖27中，照明裝置10包括光源15、導光板12、形狀為細長的楔型部件并連接到導光板12的多個截棱椎16、在截棱椎和導光板12的邊界上或附近環(huán)繞著所有截棱椎16從而覆蓋導光板12的截棱椎16的鄰接部分的光吸收部件28，和包圍著所有截棱椎16的鏡或散射反光部件30。該示例的操作和前面示例的操作相同。
在圖24到圖27中，光源15不僅可以是冷陰極管，也可以是任何其他的棒形光源，例如，EL光源。另外，光源15并不限于棒形光源，也可以是具有任何形狀的光源。在這些示例中，光吸收部件28可防止漫散光。
圖28是一個示意圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示設備。圖29是圖28所示液晶顯示設備所包含的液晶板的截面圖。液晶顯示設備40包括液晶板42、照明裝置44、偏光片46和低折射率層48。優(yōu)選地，該液晶板42是反射型和垂直對準型(VA型)。
在圖29中，液晶板42具有位于一對玻璃基板42a和42b之間的液晶42c。其中一個玻璃基板42a包括公共電極42d和垂直對準層42e，另一個玻璃基板42b包括像素電極42f和垂直對準層42g。因此，沒有施加電壓時，液晶分子總體上對準為垂直于基板的表面，而當施加電壓時，液晶分子總體上對準為平行于基板的表面。像素電極42f由反光材料制成。優(yōu)選地，一個像素分成多個區(qū)域，其中液晶分子的預傾斜方向根據(jù)區(qū)域而變化。
在圖28中，包含在照明裝置44中的(第二)導光板54連接到具有低折射率層48的偏光片46上。該偏光片46連接到液晶板42上。
這樣，在導光板54、偏光片46和液晶板42相互連接在一起的情況下，由于入射到導光板54中的沒有被低折射率層48完全反射的光穿過了偏光片46，然后照射到液晶板42上，這樣就產(chǎn)生了對比度降低的問題。本發(fā)明的發(fā)明人意識到當使用高對比度垂直對準型液晶板42時這個問題是個嚴重的問題，在該液晶板中偏光片46連接到導光板54上且液晶板進一步連接到偏光片46上。
由于在導光板54的一個側面上形成有折射率高于空氣折射率的低折射率層48，并且液晶板42通過偏光片連接到導光板上，大量的進入導光板54的光(沒有被低折射率層完全反射的光)入射到液晶板42中，導致由于對比度降低且不均勻而使顯示質量降低，亮度也變得不均勻。當導光板54、偏光片46和液晶板42相互連接在一起時才出現(xiàn)這個問題。
另外，都是平板的導光板54和液晶板42相互連接在一起時，導光板54和液晶板42容易剝離。尤其是，若粘合劑吸附了灰塵，則導光板54和液晶板42在特定環(huán)境中易于局部剝離。這引起顯示質量降低的問題。導光板54和液晶板42通過折射率小于導光板54的低折射率層48而相互接觸。因此，透過界面的光不完全為0。透出的光引起對比度降低。當偏光片46連接到導光板54且液晶板42連接到偏光片46時，偏光片46吸收大量的光。這降低了亮度。下面將要描述的這個實施例將試圖解決上述問題。
圖30是圖28所示照明裝置44的俯視圖，圖31是圖30所示照明裝置44的截面圖。該照明裝置44包括光源50、接收光源50所發(fā)出的光的第一導光板52、接收穿過第一導光板52的光的第二導光板54，以及夾在第一導光板52和第二導光板54之間的聚光裝置56。第二導光板54的厚度大于第一導光板52的厚度。
照明裝置44類似于圖17到19所示的照明裝置10。具體而言，光源50是通過LED實現(xiàn)的，并連接在第一導光板52的各個側面上。第一導光板52位于第二導光板54的一個側面上。第一導光板52在其與第二導光板54所在側面相對的側面上形成有鋸齒鏡(見圖17)。第二導光板54在第一導光板52所在側面上形成有聚光裝置56。該示例中，聚光裝置56是第二導光板54的一個整體部分，朝第一導光板52的方向逐漸變細。第二導光板54在其表面54A上形成有棱鏡(未顯示)，作為光輸出機構，把穿過第二導光板54的光引向液晶板42。在下面將描述的示例中第二導光板54也包含棱鏡。
光源50由厚度為0.6mm的LED構成。第一導光板52的厚度為0.5mm，第二導光板54的厚度為1mm。聚光裝置56是第二導光板54的一部分，具有在第一和第二導光板52和54之間延伸的斜面56A。然而，聚光裝置56和第一導光板52沒有相互光學連接，而是彼此相互靠近，從而形成相互接觸。
第一導光板52和第二導光板54由JSR公司生產(chǎn)的Arton(其折射率為1.51)制成。聚光裝置56也由Arton制成。圖28所示的偏光片46通過它們中間的粘合劑(其折射率介于1.45～1.47之間)連接到第二導光板54，在該粘合劑中添加了納米級的氣泡，以獲得低折射率。該可去除的粘合劑用作圖28所示的低折射率層48。偏光片46具有偏光層、覆蓋在偏光層兩側的三醋酸纖維(TAC)層，以及在TAC層下面形成的多個層。垂直對準型液晶板42連接到偏光片46上。
包含聚光裝置56的目的在于提高從第一導光板52進入第二導光板54的光的平行度。
用作低折射率層48的粘合劑由折射率為1.48的丙烯酸材料制成。粘合劑中含有不可見的納米級氣泡，目的在于降低折射率，偏光片的表面上形成有高度范圍介于幾個微米到十微米的凹凸，粘合劑涂在偏光片上，偏光片連接到導光板上。因此，偏光片通過偏光片表面上均勻吸附的空氣而貼在導光板上。在該階段中，可以觀測到氣泡，因此，對偏光片和導光板進行熱壓處理，從而完成這個組件。已經(jīng)證實，所包含的氣泡使得照射的光量提高至1.2到1.8倍。
圖32用于解釋聚光裝置56的操作。標號58表示從第一導光板52進入第二導光板54的光。斜面56A與平行于第二導光板54的軸線的直線形成的夾角為α。光58與平行于第二導光板54的軸線的直線形成的夾角為θ。當光從聚光裝置56的入口最低點(靠近第一導光板52)傳播到其出口的最高點(靠近第二導光板54)時，光58與平行于第二導光板的軸線的直線形成的夾角為θ0。光在第二導光板54內被完全反射的全反射角為θc。
字母W表示聚光裝置56的長度，L表示光58的入射位置，H0表示第一導光板42的厚度，H1表示第二導光板54的厚度。h等于(H1-H0)/2。在這種情況下，建立了H1＝H0+2h、h＝Wtanα和h+H0＝Wtanθ0的關系。
圖33用于解釋聚光裝置56在光58的角度θ滿足θ＜α(考慮負角度時，-α＜θ＜α)時的操作。在這種情況下，光58的角度小并表現(xiàn)出高度平行性。光58并沒有照射到斜面56A上，而直接進入了第二導光板54。進入第二導光板54的光由標號60表示。
圖34用于解釋聚光裝置56在光58的角度θ滿足α＜θ＜θ0(且-θ0＜θ＜α)時的操作。在這種情況下，根據(jù)光58的入射位置L，光58可能不射到斜面56A而直接進入第二導光板54，也可能射到斜面56A，發(fā)生全反射，然后進入第二導光板54。后一種情況下進入第二導光板54的光由標號60表示。當光58和60平行地向下移動時，可以獲得前一種情況下的光。
圖35用于解釋聚光裝置56在光58的角度θ滿足θ0＜θ(或θ＜-θ0)時的操作。在這種情況下，所有的光將射到斜面56A，被斜面56A完全反射，然后進入第二導光板54。進入第二導光板54的光由標號60表示。
圖36顯示了從第一導光板52傳播到聚光裝置56的光的角度分布。圖37顯示了聚光裝置56所調整的光的角度分布。當光58被斜面56A完全反射時，補償了光58的角度θ，使得光向平行于第二導光板54的軸線的直線靠近±2a。圖36中的陰影部分表示光58可以被斜面56A反射的區(qū)域。因此，提高了從第一導光板52向第二導光板54傳播的光的平行度，如圖37所示(增加了以小角度傳播的光量)。此處，P表示角度的最佳范圍。
現(xiàn)在將討論聚光裝置56的長度和斜面的角度。制造了聚光裝置56的的樣品，其長度設定為介于0.5mm到7mm范圍內。確定第一導光板52的厚度、第二導光板54的厚度和聚光裝置56的長度之后，即確定了聚光裝置56的斜面56A的角度α。
圖38顯示了從第一導光板52傳播到聚光裝置56的光的角度分布。其中只顯示了正角度側的分布。通過描繪聚光裝置56的斜面56A的角度α的值而繪出曲線a。通過描繪圖32所示的角度θ0的值繪出曲線θ0。曲線a下方的區(qū)域X是光不被斜面56A反射而進入第二導光板54的區(qū)域，如圖33所示。曲線a和曲線θ0之間的區(qū)域y是光被斜面56A部分反射的區(qū)域，如圖34所示。曲線θ0以上的區(qū)域是光被斜面56A完全反射的區(qū)域。
圖39顯示了具有能夠從斜面56A完全反射的角度并已經(jīng)穿過聚光裝置56的光58的角度分布。在這種情況下，光60的角度分布位于曲線U和曲線θ′之間的區(qū)域中。曲線θ′對應于通過向下移動圖38所示曲線θ0而獲得的曲線。把這個區(qū)域與圖38中的區(qū)域Z進行比較，光60的角度分布被轉換為具有較小角度的光的角度分布，提高了光的平行度。
區(qū)域M介于角度13°和角度-13°之間，是當光在第二導光板54中傳播時被第二導光板54和低折射率層48之間的界面完全反射的角度范圍。當光60被第二導光板54和低折射率層48之間的界面完全反射時，光充分地傳播通過整個第二導光板54。這種特征適用于照明裝置。在13°的角度和曲線θ′之間的區(qū)域中，在線a的左側部分，光被斜面56A反射并落入?yún)^(qū)域M。在線a的右側部分，光被斜面56A反射并落入?yún)^(qū)域M，但即使光沒有被斜面56A反射，從一開始光也就落入了區(qū)域M。
圖40顯示了具有允許一部分光58被斜面56A反射的角度并已經(jīng)穿過聚光裝置56的光的角度分布(圖38中的區(qū)域y)。在這種情況下，光60的角度分布介于曲線V和曲線W之間。把該區(qū)域與圖38中的區(qū)域y相比較，光60的角度分布被轉換為具有較小角度的光的角度分布，且提高了光的平行度。落入線b的左側部分的光被斜面56A反射并落入?yún)^(qū)域M。落入線b的右側部分的光被斜面56A反射并落入?yún)^(qū)域M，但即使光沒有被斜面56A反射，從一開始光也就落入了區(qū)域M。
圖38到40顯示了穿過聚光裝置的0.8mm長度的線N。當聚光裝置56的長度介于0.8mm(斜面的角度α大約為18°)到3.5mm(斜面的角度α大約為4.1°)之間時，通過全反射傳播的光量增加，但若錐部的長度進一步增加，光的會聚效果很難再改變(具體見圖40)。另外，在通過全反射傳播的光中，接近平行于(范圍介于+5°到-5°)第二導光板的軸線的光量增加。因此，第二導光板54的光輸出棱鏡安排在大約45°的角度上，以增加垂直照射到液晶板42上的光量。
因此，假設光被第二導光板54反射的全反射角是θc且斜面56A的角度為α，則應該滿足α＜1.5θc。當全反射角θc被設定為13°且斜面57A的角度α被設定為大約18°時，建立了α＜1.5θc關系。因此，亮度水平提高至1.5倍到2.0倍，對比度提高至2倍到3倍。在這個示例中，LED的厚度設定為0.6mm，第一導光板的厚度設定為0.5mm。LED的有效照射集中在其靠近中心的部位(表面)，其厚度為0.5mm或更少，因此限制了由光學連接導致的損失。
圖41顯示了照明裝置的另一個示例。圖42是圖41所示照明裝置的截面圖。該示例中，聚光裝置56是第一導光板52的一個整體部分，其朝第二導光板54擴大。聚光裝置56包括斜面56A。
圖43顯示了照明裝置的另一個示例。圖44是圖43所示照明裝置的截面圖。該示例中，聚光裝置56包含具有斜面56A的反光鏡，斜面56A從位于或靠近第一導光板52的一個點向位于或靠近第二導光板54的一個點傾斜或逐漸變小。反光鏡用于提高從第一導光板52出來進入第二導光板54的光的平行程度。聚光裝置56不能最好地提高聚光效率，但由于結構簡單而具有易于制造的優(yōu)點。
圖45顯示了照明裝置的另一個示例。圖46是圖45所示照明裝置的截面圖。該示例中，聚光裝置56包括大體為柱狀的光纖。大體為柱狀的光纖的功能與透鏡相同，用于提高從第一導光板52中出來進入第二導光板54的光的平行度。當?shù)谝粚Ч獍?2的厚度小于第二導光板54時，該示例的特征很有效。
圖47顯示了圖45和46所示照明裝置44在垂直方向上的聚光效果。圖48顯示了圖45和46所示照明裝置44在水平方向上的聚光效果。在圖47和48中，曲線F0表示當不包含用作聚光裝置56的光纖時在垂直方向上的光量相對分布。曲線F1表示當包含用作聚光裝置56的光纖時在垂直方向上的光量相對分布。當包含用作聚光裝置56的光纖時，聚光效果改善，入射到第二導光板54上的光的平行度提高。當?shù)谝粚Ч獍?2的厚度設定為0.7mm且第二導光板54的厚度設定為1.0mm時，聚光效果大約提高至1.5倍。
在該示例中，使得聚光效果提高到1.5倍的LED的厚度是1.0mm，這與把由LED組成的光源50直接連接到第一導光板52上的情況相同，第二導光板54的厚度為1.0mm。通過檢驗LED，實際的發(fā)光面的厚度小于1.0mm，從中心的發(fā)光芯片向外輻射光，該芯片是邊長為零點幾毫米的方塊，并位于發(fā)光表面之后。因此，提高了光纖的聚光效果。
圖49顯示了照明裝置的另一個示例。圖50是圖49所示照明裝置的正視圖。圖51是圖49所示照明裝置的左視圖。該示例中，與上述示例中的聚光裝置56相似的聚光裝置62夾在由LED構成的光源50和第一導光板52之間。聚光裝置62是第一導光板52的一個整體部分，并朝著光源50逐漸變細。聚光裝置62的操作和聚光裝置56的操作相同。聚光裝置62連接光源50和第一導光板52，并包含一個斜面。若光被第一導光板52完全反射的全反射角為θc，且斜面與平行于第一導光板52的軸線的直線形成的夾角為a，則滿足α＜1.5θc。在這種情況下，光源50的厚度小于第一導光板52的厚度。另外，聚光裝置62提高光源50發(fā)出的并進入第一導光板52中的光的平行度。
在這個示例中，如前所述，LED放射狀地發(fā)出光，聚光效果較高(大約為1.3倍)。然而，在通過第一導光板52把光源50連接到第二導光板54的結構中，在第一導光板52上與其鄰接第二導光板54的側面相對的側面上形成有反光鏡。若該側面的平面度和垂直度并不很高，則垂直方向上的擴散角增大。這要求第一導光板52具有較高的制造精度。該示例使得易于獲得制造精度。
圖52顯示了照明裝置的另一個示例。圖53是圖52所示照明裝置的截面圖。該示例不包括前一示例中包含的第一導光板52，且光源50被連接到第二導光板54上。在由LED構成的光源50和第二導光板54之間形成有聚光裝置62。與圖43和44所示的聚光裝置56相似，聚光裝置62包括一個具有斜面62A的反光鏡，斜面62A從位于或靠近光源50的一個點向位于或靠近第二導光板54的一個點傾斜。包含該反光鏡的目的在于提高光源50發(fā)出的并進入第二導光板54中的光的平行度。
圖54示了照明裝置的另一個示例。圖55是圖54所示照明裝置的截面圖。在該示例也不包括前面的示例中包含的第一導光板52，且光源50被連接到第二導光板54上。聚光裝置62位于由LED構成的光源50和第二導光板54之間。與圖45和46所示的聚光裝置56相似，聚光裝置62由大體為柱狀的光纖構成。大體為柱狀的光纖的功能與透鏡相同，用于提高從光源50中出來進入第二導光板54的光的平行度。
圖56顯示了照明裝置的另一個示例。照明裝置44包括圖中沒有顯示的光源、第一導光板52、第二導光板54、由大體為柱狀的光纖構成的聚光裝置56，以及與第二導光板54連接的偏光片46，在第二導光板54和偏光片46之間有低折射率層48。
圖57顯示了照明裝置的另一個示例。照明裝置44包括圖中沒有顯示的光源、第一導光板52、第二導光板54、作為第二導光板54的一個整體部分并具有錐度的聚光裝置56，以及與第二導光板54連接的偏光片46，在第二導光板54和偏光片46之間有低折射率層48。
圖58顯示了液晶顯示設備的另一個示例。液晶顯示設備40包括照明裝置44、偏光片46和液晶板42。照明裝置44包括沒有顯示的光源、第一導光板52、第二導光板54，以及夾在第一導光板52和第二導光板54之間并由大體柱狀的光纖構成的聚光裝置56。偏光片46與第二導光板54連接，中間夾有低折射率層48，偏光片46還與折射率液晶板42連接，中間夾有低折射率層64。
圖59顯示了液晶顯示設備的另一個示例。液晶顯示設備40包括照明裝置44、偏光片46和液晶板42。照明裝置44包括沒有顯示的光源、第一導光板52、第二導光板54，以及位于第一導光板52和第二導光板54之間并包含斜面56A的聚光裝置56。偏光片46與第二導光板54連接，中間夾有低折射率層48，偏光片46還與液晶板42連接，中間夾有低折射率層64。
圖60是截面圖，顯示了照明裝置另一個示例。圖61是圖60所示照明裝置的正視圖。圖62是圖60所示照明裝置的截面圖。照明裝置44包括由LED構成的光源50、第一導光板52、第二導光板54、位于光源50和第一導光板52之間并逐漸變細作為第一導光板52的一個整體部分的聚光裝置62，以及位于第一導光板52和第二導光板54之間并逐漸變細作為第二導光板54的一個整體部分的聚光裝置56。
圖63顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的液晶顯示設備。該液晶顯示設備70包括光源72、導光板74，光源72發(fā)出的光照在導光板74上、反射垂直對準型液晶板76，以及導光板74和液晶板76之間的偏光片78。導光板74和偏光片78之間有低折射率層80。低折射率層80的折射率高于空氣的折射率但低于導光板74的折射率。
利用粘結劑、膠或膠粘劑把導光板74、偏光片78和液晶板76粘結在一起。低折射率層80包括粘結劑、膠或膠粘劑。粘結劑的標稱折射率為1.48，但通過在粘結劑中均勻地摻入空氣，且當導光板74粘結到偏光片78上后對組件進行熱壓處理，粘結劑的實際折射率是1.47或更小。因此，在粘結劑中摻入空氣形成微小的氣泡，這些氣泡將不會引起光散射。導光板74由折射率為1.48的丙烯酸或折射率為1.51的Arton制成。
導光板74具有入射表面(側面)74A，光源72發(fā)出的光照射在入射表面74A上、對應于液晶板76的顯示區(qū)(或存在液晶的區(qū)域)的導光區(qū)74B，以及位于入射表面74A和導光區(qū)74B之間的多余光消除區(qū)74C，用于去除至少一部分以大于導光板74的全反射角(在導光板74和粘結劑層80之間的界面上的全反射角)的角度照射在導光板74上的多余的光。多余光消除區(qū)74C的寬度為Q。
另外，導光板74具有第一表面74D，在此導光區(qū)74B中傳播的光離開導光板74朝液晶板76傳播；以及棱鏡74F，其位于與第一表面相對的第二表面上。棱鏡74F從離入射表面74A的距離為C的點開始，位于顯示區(qū)76A上。距離C等于或稍小于寬度Q。
在這個實施例中，光源72由冷陰極管和U型反光鏡構成并位于導光板74的入射表面74A附近。多余光消除裝置82位于導光板74的多余光消除區(qū)74C中。多余光消除裝置82優(yōu)選地由光吸收部件構成。該光吸收部件優(yōu)選地是黑色部件或金屬部件，諸如黑色基體(black matrix)。在該實施例中，多余光消除裝置82包括偏光片78從液晶板76的顯示區(qū)76A伸出的延伸部分。
多余光消除區(qū)74C不與液晶板的顯示區(qū)76A重疊，且多余光消除區(qū)74C不包括棱鏡74F，因此不會出現(xiàn)散射損失。導光板74由Arton制成并具有范圍介于1.51到1.52之間的折射率。在垂直方向上以接近+40°到-40°的角度傳播的光進入入射表面74A。然而，可由折射率為1.47的粘結劑傳播的光是在垂直方向上以接近+13°到-13°的角度傳播的光，而以13°到40°的角度傳播的光一部分通過粘結劑。一部分光被偏光片78吸收，其余的光穿過偏光片78。這些泄漏的光在進入顯示區(qū)76A時降低了液晶板76的對比度，因此應該被去除。所以，在偏光片78可以透過光的延伸部分之下設置了吸光黑基體82A，并且液晶板的顯示區(qū)不布置在穿過偏光片78的延伸部分的光可到達的位置。此處，可以用吸收帶代替吸光黑色基體。
在多余光消除區(qū)74C中被低折射率層(粘結劑)80部分反射的光，以及穿過多余光消除區(qū)74C而不與低折射率層80接觸的多余光，尤其是以介于±30°到±40°的角度傳播的光是大致平行的光，很難去除這些光。當這些光到達液晶板時它們會降低對比度。因此，優(yōu)選地，在具有棱鏡74F的區(qū)域中至少部分地把這些光補償為近似平行的光，以提高對比度。為此，在具有緩斜面和急斜面的棱鏡74F中，緩斜面的角度被設定為1°或更大。因此，提高了光的平行度。在從導光板74B的起始點開始的短距離內提高了對比度。
圖64顯示了圖63所示液晶顯示設備的顯示位置和對比度之間的關系。把多余光消除區(qū)域74C的寬度Q與導光板74的厚度的比值(Q/t)設定為不同的值而觀察這個關系。關于Q/t＝2.0的曲線顯示了即使在顯示區(qū)74A的邊緣也得到了10或更大的對比度。因此，多余光消除區(qū)域74C優(yōu)選地設計為Q/t為2.0或更大。
圖65顯示了圖63所示液晶顯示設備中的顯示位置和亮度水平之間的關系。即使在這種情況下，只要Q/t為2.0或更大，亮度偏差也相對較小。
圖66顯示了液晶顯示設備的一個示例。在圖63中，僅在導光板74的下側形成多余光消除裝置82，即，在導光板74與液晶板76鄰接的一側。在圖66中，除了多余光消除裝置82之外，多余光消除裝置還在導光板74的上側，即導光板74與其鄰接液晶板76的表面相對的一側上形成有包含偏光部件的多余光消除裝置84。多余光消除裝置84通過膠層或粘結劑層86粘結在導光板74上。此外，支座的黑色表面可以放在多余光消除裝置84上。在這種情況下，散射光從附近的顯示區(qū)中消失，從而提高了顯示質量。
當包含多余光消除裝置84時，光源72發(fā)出的向上傳播的光被導光板74的第一表面(上表面)74E反射。因此，消除了穿過導光板74的第二表面74D(下表面)的光。這具有多余光消除區(qū)74的寬度可以是圖63所示實施例中包含的多余光消除區(qū)寬度的一半的優(yōu)點。但是，在這種情況下，多余光消除裝置84鄰近顯示區(qū)的的邊緣應該適當?shù)靥幚頌椴簧⑸涔?。另外，出現(xiàn)了粘結所需工時增加的問題。
圖67顯示了液晶顯示設備另一個示例。圖68是局部放大視圖，顯示了在導光板74的表面上形成的光輸出棱鏡74F。在圖68中，棱鏡74F具有緩斜面74G和急斜面74H。優(yōu)選地，緩斜面74G與平行于第一表面74E的平面的夾角β等于或大于1°。急斜面74H與平行于第一表面74E的平面的夾角口等于或小于45°。尤其是，如果導光板74的厚度為t，則從起始棱鏡開始3t的范圍內形成棱鏡74F的具有這些角度的緩斜面和急斜面。
圖69顯示了在圖67所示液晶顯示設備的顯示區(qū)中位置和對比度之間的關系。在圖69中，顯示位置用距起始棱鏡74F的距離x與導光板74的厚度的比值來表示，即x/t。若緩斜面74G的角度β為1°或更大，則在顯示位置3(x/t)附近的對比度足夠大。
因此，不是最大程度地減小多余光消除區(qū)域的長度，而是將形成棱鏡的區(qū)域中棱鏡的緩斜面74G的角度設定為1°或更大，從而提高了所傳播光的平行度。由緩斜面74G一次反射的光近似于2β角度的平行光。
若導光板74具有1mm的厚度，則通過把緩斜面74G的角度β設定為1°或更大，以40°角進入導光板74的棱鏡區(qū)的光在傳播了大約17mm后成為30°角的光，如果光被棱鏡74F反射并照射到導光板74上，對比度將不會大幅度降低。以40°角左右進入棱鏡區(qū)的大部分光進入第一粘結劑并穿過它，不在導光板內繼續(xù)傳播，所以對比度低到使用戶感到不適的區(qū)域的寬度變?yōu)?7mm的一半或1/3。
圖70顯示了液晶顯示設備另一個示例。該圖顯示了光源72和導光板74。用虛線表示偏光片78。導光板74具有63所示的多余光消除區(qū)域74C。多余光消除區(qū)域74C的寬度設定為2mm左右。然后安排棱鏡(圖中未顯示)。
穿過導光板74并到達液晶板76，導致對比度降低的大角度光包含許多相對低折射率層80的表面p偏振的光。確定偏光片78的吸收軸78X，使得吸收p偏振光，從而提高顯示區(qū)的對比度。
偏光片78的吸收軸78X與平行于入射表面74C的平面的夾角為δ。圖70中，當δ等于或大于±45°時，對比度低的面積快速減小。
圖71顯示了在圖70所示液晶顯示設備的顯示區(qū)中位置和對比度之間的關系。在圖71中，顯示位置用距偏光片78的起始點的距離x與導光板74的厚度的比值來表示，即x/t。在顯示位置3(x/t)附近的對比度足夠大。
圖72顯示了液晶顯示設備另一個示例。在圖72中，液晶顯示設備與圖70所示的液晶顯示設備相似，還顯示了設備殼體70A。垂直地使用設備殼體70A，操作面板70B位于導光板74、偏光片78和液晶板76組件的下面。箭頭E表示垂直向下的方向。偏光片78的吸收軸78X與平行于入射表面74C的平面之間的夾角為δ。
例如，設備殼體70A是個人數(shù)字助理(PDA)等的設備殼體。當該顯示設備集成在PDA中時，導光區(qū)的入射表面被安排成為側面，同時，偏光片76的吸收軸大致水平，以便偏光片吸收會穿過粘結劑作為散射光的偏振光成分，主要來自上部傾斜方向的外部照射光被透過并偏振。因此，光源位于設備殼體的側面。
圖73顯示了液晶顯示設備另一個示例。在圖73所示的實例中，假設導光板74(導光區(qū))的折射率為ng，低折射率層80(在液晶板上形成的一個層，穿過導光板的光在該層上被反射)的折射率為na，棱鏡74F的間距為P，從導光板74的棱鏡74F到液晶板76中包含的反射機構(反射電極)的距離為D，則可以建立下面的關系Ng2-Na2/Na≥0.5(P/D)]]>導光板74由折射率為1.51、厚度為1.8mm的Arton制成。低折射率層80由折射率為1.47的TAC薄膜制成。偏光片78和液晶板76的一個玻璃基板構成的組合具有范圍介于1.50到1.53的折射率，且厚度約為1.2mm。
圖74顯示了在圖73所示的液晶顯示設備中(p/d)和亮度均勻性之間的關系。若(p/d)等于或小于4，則亮度均勻性非常好。
液晶顯示設備的相鄰棱鏡之間的間距設定為1mm，在液晶顯示設備中的亮度偏差非常小。在導光板沒有粘結到液晶板上的傳統(tǒng)結構中，從導光板上直接形成的棱鏡向觀看者發(fā)射了不希望的光，并進入觀看者的眼睛，棱鏡被分辨為一條亮線。根據(jù)本發(fā)明。由于導光板74、偏光片78和液晶板76被粘結在一起，并采取措施防止傳播具有大角度的光，所以不會發(fā)生上述問題。除非引向顯示板的顯示表面的光本身具有亮度偏差，否則就不會出現(xiàn)問題。因此，由于棱鏡朝液晶板反射的光幾乎是平行光，另一方面，由于不希望的光將不會直接落入眼睛，具有覺察不出棱鏡的優(yōu)點，且另一方面還有相鄰棱鏡的間距可以做得大于傳統(tǒng)棱鏡的優(yōu)點。
圖75顯示了液晶顯示設備另一個示例。在圖75所示的實例中，低折射率層80包括在導光板74的下表面上形成的粘結劑層，低折射率層86包括在導光板76的上表面上形成的粘結劑層。導光板74由丙烯酸制成，折射率為1.48，要施加在導光板74和液晶板76上的粘結劑由折射率為1.48的丙烯酸材料制成。當導光板和液晶板被粘結在一起時，在粘結劑中含有很薄的預定空氣層，通過熱壓混合在粘結劑層中，因此空氣層由不可見的納米級氣泡構成，粘結劑層的折射率降低到1.46或更低。為使得粘結過程中粘結劑中包含的空氣層薄并均勻，偏光片78上形成有預定的凹凸。
在這個實例中，偏光片78和導光板74通過其間的第一粘結劑層相互粘結在一起，液晶板76和偏光片78的偏光層通過其間的第二粘結劑層相互粘結在一起。第一粘結劑層的厚度可設計為用作防止或減小反射的結構，或作為防止或減小反射的結構的一部分。
圖76顯示了在圖75所示的液晶顯示設備中顯示位置和對比度之間的關系。曲線80X涉及僅在導光板74的下表面上形成低折射率層80的情況。曲線86X涉及在偏光片78與導光板74和液晶板76鄰接的兩側形成有低折射率層80和低折射率層86的情況。由此，低折射率層80和低折射率層86改善了整個顯示區(qū)中的對比度。
圖77顯示了液晶顯示設備另一個示例。在圖77所示的實例中，偏光片78和導光板74通過其間的第一粘結劑層80相互粘結在一起。液晶板76和偏光片78的偏光層通過其間的第二粘結劑層86(圖77中未顯示)相互粘結在一起。對于第一粘結劑層80和第二粘結劑層86中的至少一個，若粘結劑層的厚度為T且粘結劑層所吸附的灰塵的尺寸為S，則可以建立下面的關系式S＜50μm或S＜T圖78顯示了圖77所示液晶顯示設備中灰塵尺寸與氣泡點的關系。
當導光板74、偏光片78和液晶板76的粘結組件放在高濕度(25℃室溫下85％RH)環(huán)境中時，該環(huán)境中室溫隨時間在-20℃到+60℃之間變化，在導光板74和偏光片78的粘結表面中會產(chǎn)生氣泡。氣泡會干擾偏振光，而且氣泡產(chǎn)生后面積會膨脹，直到可以辨認出，所以氣泡的產(chǎn)生導致了問題，重要的是不應該產(chǎn)生氣泡。
當通過顯微鏡觀察氣泡時，發(fā)現(xiàn)在所有氣泡的中心存在灰塵，這是在粘結過程中混合進去的。對灰塵的尺寸和產(chǎn)生氣泡的概率進行統(tǒng)計研究，研究表明當灰塵直徑一般小于50μm或更小時，不會產(chǎn)生氣泡?？紤]到因為吸附了灰塵才產(chǎn)生氣泡，即使在粘結和熱壓后灰塵附近的粘結劑或膠的粘結強度還是很低，可以想象當溫度變化時會產(chǎn)生開裂。
在這些實例中，偏光片78首先粘結在液晶顯示板76上，然后，把導光板74粘結在偏光片78和液晶板76的組件上。因此可以想象導光板74和偏光片78之間的粘合很脆弱。當首先把導光板74粘結在偏光片78上，然后把液晶板76粘結在得到的組件上時，液晶板和偏光片之間的粘合也很脆弱。
在該實例中粘結劑層的厚度設定為30μm。在大小為50μm的灰塵周圍沒有氣泡產(chǎn)生，這大于30μm。一般認為這是因為灰塵在粘合或熱壓過程中被輕微的破碎且高度變?yōu)?0μm或更小。這種設想是合理的。因此，若粘結劑層的厚度為60μm，這是兩倍大，則即使吸附了高度為60μm的灰塵，也沒有氣泡產(chǎn)生。
為了提高導光板74對偏光片78的粘結效率，這里的導光板74由丙烯酸或Arton制成，優(yōu)選地使用電暈放電、等離子沉積或紫外線照射。電暈放電、等離子沉積或紫外線照射之間的比較表明電暈放電在處理功率、可控性以及對顯示屏造成的變化方面是最合適的。等離子沉積的處理功率太大。紫外線照射的處理功率太小以至于不能應用于能抵抗光的丙烯酸材料。通過模型生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與電暈放電相比，紫外線照射在處理大面積表面的均勻性方面具有更大的困難。
圖79顯示了液晶顯示設備另一個示例。圖79中沒有顯示液晶板76。在圖79所示的實例中，粘結劑層(低折射率層)80位于導光板74上。偏光片78包括至少一個透明層78A和一個偏光層78B。該實例中，透明層78A夾在高折射率層78C和78D之間。透明層78A粘結在粘結劑層80上，其間有高折射率層78C。
粘結劑層80的折射率低于或接近等于導光板74的折射率。透明層78A的折射率分別低于導光板74和粘結劑層80的折射率。
和偏光層78B(其吸收兩種偏振光中的一種但透射與這種偏振光正交的另一種偏振光)一起預先制造透明層(低折射率)78A和高折射率層78C和78D。另外，在偏光層78B的相對表面上形成其他透明層。
把偏光片78分別粘結在液晶板76和導光板74上，從而擴展了選擇導光板74和偏光片78上使用的膠或粘結劑的自由度。即，(a)可以使用折射率和導光板74相近的光固化型丙烯酸或環(huán)氧樹脂粘結劑。
(b)當折射率低的粘結劑層夾在導光板74和偏光片78之間時，包含了多個低折射率層。這提高了引導以接近于全反射角傳播的部分反射光的效率(當光穿過低折射率層后到達液晶板時會大大降低對比度)。
(c)可以容易地控制低折射率層的厚度。例如，可以設定低折射率層的厚度，使低折射率層提供防反射或減小反射的結構，或對于導光板74垂直透射的光設定為半波長。低折射率層對于垂直透射的光作為防反射膜，并對于總體水平傳播的光作為提供反射界面的低折射率層。
圖80顯示了液晶顯示設備另一個示例。在圖80所示的實例中，導光板74由適當?shù)牟Ａе瞥?，從而導光?4的熱膨脹系數(shù)接近液晶板76的玻璃基板的熱膨脹系數(shù)。因此，當對角線尺寸為10英寸的導光板74和對角線尺寸為10英寸的液晶板76以及插入它們中間的偏光片78構成的粘結單元保持在室內且室溫從-20℃到+70℃變化時，不僅粘結單元的粘結表面不會開裂，其內部也不會產(chǎn)生氣泡，另外，根本不會發(fā)生異常的變形，包括基板的翹曲。
過去，當由Arton或丙烯酸制成的導光板74和包含玻璃基板的液晶板76相互粘結在一起時，在環(huán)境改變的過程中不產(chǎn)生異常的導光板和液晶板的尺寸限制為5英寸或更小的對角線尺寸，但這個實例中的結構從原理上可以實現(xiàn)無窮大的結構。
在圖80所示的結構中，整個導光板74都由玻璃制成。或者，可以把樹脂材料制成的易于成模具有諸如棱鏡這樣的光輸出結構的薄片粘結到諸如平玻璃片這樣的玻璃基板上。另外，可以使用樹脂材料，例如光固化丙烯酸，在玻璃片或任何其他玻璃基板上直接形成諸如棱鏡這樣的光輸出結構。
圖81顯示了液晶顯示設備另一個示例。在圖81所示的實例中，液晶板76的基板由樹脂制成，且液晶板76粘結到由樹脂制成的導光板74上。液晶板76的基板和導光板74具有彼此接近的熱膨脹系數(shù)。
在上述實施例中，采用了垂直對準(VA)型液晶板76。附表1列出了垂直對準(VA)型液晶板和扭曲向列(TN)型液晶板之間的比較結果。部分粘結1表示經(jīng)過防反射處理的導光板74簡單地置于相互粘結在一起的液晶板76和偏光片78的組件上。部分粘結2表示導光板74和偏光片78通過它們中間的低折射率層80相互粘結在一起的組件簡單地置于液晶板76上。完全粘結表示導光板74、偏光片78和液晶板76相互粘結在一起作為一個整體。
表1TN型 VA型部分粘結17 7部分粘結21420完全粘結 1935
在部分粘結結構1中，垂直對準(VA)型的對比度與扭曲向列(TN)型一樣低。在導光板74、偏光片78和液晶板76相互粘結在一起作為一個整體的完全粘結結構中，垂直對準型液晶板具有高于扭曲向列型液晶板的對比度。這是因為(a)垂直對準方法提供了高于扭曲向列方法的對比度；(b)為提供垂直對準方法的特征，即垂直對準方法提供高的對比度，優(yōu)選采用前光燈結構，其中，相互粘結在一起并具有降低了的界面反射的偏光片和導光板組件被粘結或連接在液晶板上。
圖82顯示了入射到導光區(qū)中的光在水平面中的擴散角和對比度之間的關系。圖中方塊所示曲線涉及部分粘結2結構。圖中圓圈所示曲線涉及完全粘結結構。例如，在部分粘結2結構和完全粘結結構中，若導光區(qū)由丙烯酸(其折射率為1.49)制成，擴散角通常為±42°。當擴散角降低到±30°以內時，明顯提高了對比度。圖83顯示了擴散角。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包含能提供高亮度和高對比度的照明裝置的顯示設備。另外，根據(jù)本發(fā)明，高平行度的光可被引導通過薄的導光板。因此，可以實現(xiàn)提供高亮度、低功耗，且薄和輕的照明裝置，還可以實現(xiàn)包含該照明裝置的顯示設備。另外，可以實現(xiàn)具有提供高對比度和高可靠性的前光燈的反射型液晶顯示設備。
權利要求
1.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，用于接收由光源發(fā)出的光；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，導光板具有入射表面，由光源發(fā)出的光照射在入射表面上；導光區(qū)域，其與液晶板的顯示區(qū)相對應；第一表面，在此導光區(qū)域中傳播的光離開導光板朝向液晶板；棱鏡，其形成在導光板的與第一表面相對的第二表面上；以及多余光消除區(qū)域，其設置在所述入射表面和導光區(qū)域之間，用于消除至少一部分以大于導光板的全反射角的角度進入導光板中的多余光。
2.根據(jù)權利要求1所述的液晶顯示設備，其中，在多余光消除區(qū)域內設置有多余光消除裝置，該多余光消除裝置包括光吸收裝置。
3.根據(jù)權利要求2所述的液晶顯示設備，其中，所述的光吸收裝置包括偏光部件。
4.根據(jù)權利要求3所述的液晶顯示設備，其中，所述的偏光部件是偏光板超出液晶板的顯示區(qū)向外延伸的延伸部分。
5.根據(jù)權利要求4所述的液晶顯示設備，其中，在導光板中與偏光板的延伸部分連接的一側相對的另一側設置有另一偏光部件。
6.根據(jù)權利要求1所述的液晶顯示設備，其中，多余光消除區(qū)域不包含設置在導光區(qū)域內的棱鏡。
7.根據(jù)權利要求1所述的液晶顯示設備，其中，如果導光板的多余光消除區(qū)域的厚度是t，并且多余光消除區(qū)域的寬度是W，則大體成立W＞2.0t的關系。
8.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在導光板上；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起，其中，導光板具有入射表面，光源發(fā)出的光照射在該入射表面上；導光區(qū)域，其與液晶板的顯示區(qū)相對應；第一表面，在此導光區(qū)域內傳播的光離開導光板朝向液晶板；以及棱鏡，其形成在與第一表面相對的第二表面上，其中，從入射表面一側的棱鏡開始到對應于導光區(qū)厚度3倍的距離中，各個棱鏡具有一個緩斜面和一個急斜面，緩斜面相對于導光區(qū)域的光輸出表面的傾斜度等于或大于1°。
9.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，偏光板的吸收軸與導光區(qū)域的入射表面大體垂直，或者相對于與入射表面垂直的方向具有大致45°內的傾斜度。
10.根據(jù)權利要求9所述的液晶顯示設備，其中，偏光板的吸收軸與液晶板上的顯示面大體水平，或者相對于水平面具有45°內的傾斜度，并且導光板的入射表面設置在液晶顯示設備的右側或左側附近。
11.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，導光板具有入射表面，光源發(fā)出的光照射在該入射表面上；導光區(qū)域，其與液晶板的顯示區(qū)相對應；第一表面，在此導光區(qū)域內傳播的光離開導光板朝向液晶板；以及棱鏡，其形成在與導光板的第一表面相對的第二表面上，其中，如果導光區(qū)域的折射率是ng，在液晶板上形成的用于使導光板中傳播的光反射的層的折射率是na，相鄰棱鏡之間的間距是P，棱鏡和包含在液晶板內的反射機構之間的距離是D，則成立以下的關系Ng2-Na2/Na≥0.5(P/D).]]>
12.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起，其中，在偏光板和導光板之間設置有折射率比導光板低的第一低折射率層，并在液晶板和偏光板之間設置有折射率比導光板低的第二低折射率層。
13.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，偏光板的一側或兩側形成為凹凸表面。
14.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該偏光板上；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，偏光板和導光板通過第一粘結層相互粘結，液晶板和偏光板的偏光層通過第二粘結層相互粘結，對于第一粘結層和第二粘結層中的至少一方，如果粘結層的厚度是T，粘結層中的灰塵大小是S，則建立以下關系S＜50mm或者S＜T。
15.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，偏光板和導光板通過第一粘結層相互粘結，液晶板和偏光板的偏光層通過第二粘結層相互粘結，并且第一粘結層的厚度用作防止或減小反射的結構，或者用作防止或減小反射的結構的一部分。
16.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，在導光板上設置有粘結層，偏光板至少包括透明層和偏光層，透明層設置在粘結層和偏光板的偏光層之間，并且透明層的折射率小于導光板的折射率。
17.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，實質上構成導光板的反射表面的低折射率區(qū)域的厚度用作防止或減小垂直光的反射的結構，或者對應于垂直光的波長的一半。
18.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，導光板包括基板和樹脂層，該基板采用與液晶板的基板相同的材料或者熱膨脹系數(shù)與液晶板的基板的熱膨脹系數(shù)大體相等的材料制成，樹脂層具有棱鏡的光路改變能力，用于改變在導光板中傳播的光的路徑，并把光從導光板中發(fā)射出去。
19.一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，光源發(fā)出的光照射在該導光板上；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，導光板的材料和液晶板的基板的材料是玻璃或塑料。
20.一種液晶顯示設備的制造方法，該制造方法包括以下步驟使偏光板與液晶板粘結；使導光板與相互粘結的偏光板和液晶板的組裝體粘結；以及對使導光板、偏光板和液晶板按照該順序粘結的粘結單元進行加壓。
21.根據(jù)權利要求20所述的液晶顯示設備的制造方法，其中，在使導光板與偏光板粘結之前，使用電暈放電、等離子沉積或者紫外線照射來對要粘結的導光板的表面進行處理。
全文摘要
一種能夠改善光利用率的液晶顯示設備，該液晶顯示設備包括光源；導光板，用于接收由光源發(fā)出的光；液晶板；以及偏光板，其設置在導光板和液晶板之間，導光板、偏光板和液晶板相互粘結在一起；其中，導光板具有入射表面，由光源發(fā)出的光照射在入射表面上；導光區(qū)域，其與液晶板的顯示區(qū)相對應；第一表面，在此導光區(qū)域中傳播的光離開導光板朝向液晶板；棱鏡，其形成在導光板的與第一表面相對的第二表面上；以及多余光消除區(qū)域，其設置在所述入射表面和導光區(qū)域之間，用于消除至少一部分以大于導光板的全反射角的角度進入導光板中的多余光。
文檔編號G09F9/35GK1716024SQ2005100838
公開日2006年1月4日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權日2002年8月30日
發(fā)明者鈴木敏弘, 濵田哲也, 菅原真理, 小林哲也, 林啟二 申請人:富士通顯示技術株式會社