專利名稱:光控制部件、發(fā)光裝置以及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光控制部件、發(fā)光裝置以及顯示裝置。
背景技術(shù):
發(fā)光裝置用在液晶顯示裝置等中,該發(fā)光裝置是使用光源作為直接照明的照明器 以及照明顯示面板的背面的背光照明。發(fā)光裝置的光源部分可以由以矩陣的形式布置的多 個(gè)點(diǎn)光源(諸如發(fā)光二極管(下文中稱作"LED"))或者以大體上平行的形式布置的多個(gè)線 光源構(gòu)成。 特別是當(dāng)發(fā)光裝置用在顯示裝置中時(shí),要求從發(fā)光裝置發(fā)射的光在整個(gè)顯示面板 上亮度均勻。因此,發(fā)光裝置通常構(gòu)造為使得發(fā)光裝置和顯示面板適當(dāng)?shù)乇舜朔珠_并且使 得從光源發(fā)射的光進(jìn)入光擴(kuò)散板并在其中擴(kuò)散,并之后朝向顯示面板發(fā)射。但是最近,顯示 裝置的厚度趨向于減小,并且因此發(fā)光裝置與顯示面板之間的距離減小了。因此,即使當(dāng)從 光源發(fā)射的光進(jìn)入光擴(kuò)散板時(shí),光可能仍得不到適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)散,因此可能減小顯示面板的亮 度均勻性。 對(duì)于上述問題,已經(jīng)提出了一種用于實(shí)現(xiàn)透過光擴(kuò)散板的光的亮度均勻性的光控 制部件(例如,日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2008-242269和2006-318886)。日本專利申請(qǐng)公報(bào) No. 2008-242269公開了一種光學(xué)板,其具有設(shè)置在表面上的多面棱鏡結(jié)構(gòu)并且使得入射光 能夠以不同的角度發(fā)射。日本專利申請(qǐng)公報(bào)2006-318886公開了一種光控制部件,其具有 用于控制光的凹槽以及用于收集光的凹槽,這些凹槽彼此交叉。
發(fā)明內(nèi)容
但是,當(dāng)LED被用作發(fā)光裝置的光源時(shí),LED根據(jù)定向特性發(fā)射光以使光大體上 橢圓形地?cái)U(kuò)散,因此,越靠近中心,其照明就越亮。因此,即使使用了日本專利申請(qǐng)公報(bào) No. 2008-242269和2006-318886中公開的光控制部件,也會(huì)發(fā)生這種對(duì)應(yīng)于LED的中心的 部分亮度增加并且圍繞高亮度部分的弱部分亮度減小的現(xiàn)象,因此存在整個(gè)顯示面板的亮 度均勻性減小的問題。 考慮到上述情況,期望提供新的并且可以增強(qiáng)亮度均勻性的、經(jīng)改善的光控制部 件、發(fā)光裝置以及顯示裝置。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,提供了一種包括板狀部件的光控制部件,板狀部件包括平 坦地形成的第一表面并包括第二表面,第二表面朝向所述第一表面并具有至少三個(gè)棱鏡線 群,所述棱鏡線群由大體上平行布置的多個(gè)線狀棱鏡構(gòu)成。在所述棱鏡線群中,構(gòu)成每個(gè)所 述棱鏡線群的每個(gè)所述線狀棱鏡在一個(gè)交叉點(diǎn)處交叉,在從長(zhǎng)度方向看去時(shí),所述線狀棱 鏡形成為具有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。 根據(jù)本發(fā)明,從構(gòu)成棱鏡線群的線狀棱鏡的長(zhǎng)度方向觀察時(shí),線狀棱鏡形成為具 有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。根據(jù)此構(gòu)造,對(duì)于進(jìn)入光控制部件的第一表面的光,可 以增加從形成在第二表面上的一個(gè)線狀棱鏡中發(fā)射的光的數(shù)目。從線狀棱鏡發(fā)射的光的亮度分布具有對(duì)稱的吊鐘形曲線,其中在線狀棱鏡最為突出的中心位置處亮度最高,距離中
心位置越遠(yuǎn),亮度越減小。通過將多個(gè)線狀棱鏡大體上平行地布置而構(gòu)造的棱鏡線群從三
個(gè)方向彼此交叉,并由此可以使透過光控制部件的光的亮度分布總體地均勻。 這里,線狀棱鏡具有至少四個(gè)表面,所述四個(gè)表面連接為使得相鄰的表面形成鈍
角,并且形成為從所述長(zhǎng)度方向觀察時(shí)具有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀?;蛘?,從長(zhǎng)度
方向觀察時(shí),所述線狀棱鏡形成為具有曲線狀的外緣的凸起形狀。 所述棱鏡線群可以在通過將以所述交叉點(diǎn)為中心的圓周等分而獲得的每個(gè)方向 上延伸。 此外,在線狀棱鏡中,當(dāng)所述線狀棱鏡的外緣在垂直于所述第一表面的方向上以 任意間隔分段時(shí),與所述線狀棱鏡最為突起的中心位置距離越遠(yuǎn),在每段中每單位面積的 光束數(shù)目越少。即,在線狀棱鏡中,距離所述中心位置越遠(yuǎn),在每段中每單位面積的光束數(shù) 目F乂Sn越小,并且 Sn = ((Ln+1—Ln) /2)2— ((Ln—Ln—》/2)2. . (1)
Fn = BnXcos 9nXI( 9n) XT( 、). (2) 其中,Bn是作為實(shí)際視覺確認(rèn)的面積的虛像面積,9n為發(fā)光關(guān)于所述第二表面的
法線方向的入射角,i(e》為所述光源在en處的光強(qiáng),T(e》為所述光控制部件在e。處
的光透過率,Ln = tan e n, LrL。 = 0,并且n為整數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,提供了一種發(fā)光裝置,其包括發(fā)光的光源以及使從 所述光源發(fā)射的光擴(kuò)散的光控制部件。所述光控制部件由板狀部件構(gòu)成,所述板狀部件包 括平坦地形成的第一表面并包括第二表面,所述第二表面具有由大體上平行布置的多個(gè)線 狀棱鏡構(gòu)成的至少三個(gè)棱鏡線群。在所述棱鏡線群中,構(gòu)成每個(gè)所述棱鏡線群的每個(gè)所述 線狀棱鏡在一個(gè)交叉點(diǎn)處交叉,從長(zhǎng)度方向觀察時(shí),所述線狀棱鏡形成為具有大體上曲線 狀的外緣的凸起形狀。 這里,光源可以由布置為具有預(yù)定間隔的格子圖案的點(diǎn)光源構(gòu)成。所述點(diǎn)光源可 以在大體上垂直于所述光控制部件的方向上發(fā)光。此外,發(fā)光裝置可以包括設(shè)置在所述光 源與所述光控制部件之間的空氣層。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,提供了一種顯示裝置,其包括其上顯示圖像的顯示 面板,以及從后表面照明所述顯示面板的發(fā)光裝置。這里,所述發(fā)光裝置包括發(fā)光的光源以 及使從所述光源發(fā)射的光擴(kuò)散的光控制部件。以及,所述光控制部件由板狀部件構(gòu)成,所述 板狀部件包括平坦地形成的第一表面并包括第二表面,所述第二表面具有由大體上平行布 置的多個(gè)線狀棱鏡構(gòu)成的至少三個(gè)棱鏡線群。在所述棱鏡線群中,構(gòu)成每個(gè)所述棱鏡線群 的每個(gè)所述線狀棱鏡在一個(gè)交叉點(diǎn)處交叉,并且從長(zhǎng)度方向觀察時(shí),所述線狀棱鏡形成為 具有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。 如上所述,根據(jù)本發(fā)明,提供了能夠增強(qiáng)亮度均勻性的光控制部件、發(fā)光裝置和顯
示裝置。
圖1為示出了根 本發(fā)明的第一實(shí)施例的顯示裝置的構(gòu)造的透視圖;
圖2為示出了根據(jù)第一實(shí)施例的顯示裝置的截面 圖3為示出了根據(jù)第一實(shí)施例的光擴(kuò)散板的構(gòu)造的局部立體圖;
圖4為用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的光擴(kuò)散板的形狀和特性的示意圖;
圖5為根據(jù)第一實(shí)施例的光擴(kuò)散板的局部放大圖; 圖6為示出了根據(jù)第一實(shí)施例的光擴(kuò)散板的另一個(gè)示例的局部立體圖; 圖7為示出了現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板的構(gòu)造的示意圖; 圖8為示出了現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板的構(gòu)造的示意圖; 圖9為示出了現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板的構(gòu)造的示意圖; 圖10為示出了現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板的構(gòu)造的示意圖; 圖11為用于解釋模擬條件的示意圖; 圖12A為示出了當(dāng)光源為一個(gè)燈時(shí)示出在圖3的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模擬 結(jié)果的圖像; 圖12B為示出了當(dāng)光源為25個(gè)燈時(shí)示出在圖3的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模 擬結(jié)果的圖像; 圖12C為示出了在圖3的光擴(kuò)散板中的亮度分布的模擬結(jié)果的曲線圖; 圖13A為示出了當(dāng)光源為一個(gè)燈時(shí)示出在圖6的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模擬
結(jié)果的圖像; 圖13B為示出了當(dāng)光源為25個(gè)燈時(shí)示出在圖6的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模 擬結(jié)果的圖像; 圖13C為示出了在圖6的光擴(kuò)散板中的亮度分布的模擬結(jié)果的曲線圖; 圖14A為示出了當(dāng)光源為一個(gè)燈時(shí)示出在圖7的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模擬
結(jié)果的圖像; 圖14B為示出了當(dāng)光源為25個(gè)燈時(shí)示出在圖7的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模 擬結(jié)果的圖像; 圖14C為示出了在圖7的光擴(kuò)散板中的亮度分布的模擬結(jié)果的曲線圖; 圖15A為示出了當(dāng)光源為一個(gè)燈時(shí)示出在圖8的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模擬
結(jié)果的圖像; 圖15B為示出了當(dāng)光源為25個(gè)燈時(shí)示出在圖8的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模 擬結(jié)果的圖像; 圖15C為示出了在圖8的光擴(kuò)散板中的亮度分布的模擬結(jié)果的曲線圖; 圖16A為示出了當(dāng)光源為一個(gè)燈時(shí)示出在圖9的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模擬
結(jié)果的圖像; 圖16B為示出了當(dāng)光源為25個(gè)燈時(shí)示出在圖9的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模 擬結(jié)果的圖像; 圖16C為示出了在圖9的光擴(kuò)散板中的亮度分布的模擬結(jié)果的曲線圖; 圖17A為示出了當(dāng)光源為一個(gè)燈時(shí)示出在圖10的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模
擬結(jié)果的圖像; 圖17B為示出了當(dāng)光源為25個(gè)燈時(shí)示出在圖10的光擴(kuò)散板中的光擴(kuò)散狀態(tài)的模 擬結(jié)果的圖像; 圖17C為示出了在圖10的光擴(kuò)散板中的亮度分布的模擬結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下文中,將要參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。注意,在說明書以及附圖 中,具有基本相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件由相同的附圖標(biāo)記所表示,并且省略對(duì)這些結(jié)構(gòu)
元件的解釋。
以以下順序進(jìn)行說明 1.顯示裝置的構(gòu)造; 2.光擴(kuò)散板的構(gòu)造; 3.模擬(模擬條件和模擬結(jié)果) 〈1.顯示裝置的構(gòu)造> 首先,根據(jù)圖1和圖2描述了具有光擴(kuò)散板150的顯示裝置100的構(gòu)造,其中光擴(kuò) 散板150為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光控制部件。圖1為圖示了根據(jù)本實(shí)施例的顯示裝 置100的構(gòu)造的透視圖。圖2為示出了根據(jù)本實(shí)施例的顯示裝置100的截面圖。
根據(jù)本實(shí)施例的顯示裝置100為液晶顯示裝置,其例如用作電視接收機(jī)和個(gè)人計(jì) 算機(jī)的顯示部分。如圖1和圖2所示,顯示裝置100由外殼102、顯示面板104和設(shè)置在外 殼102中作為發(fā)光裝置的背光單元110構(gòu)成。 外殼102支撐顯示面板104并且是容納背光單元110的部件。通過將前面板102a 和后面板102b結(jié)合到一起來形成外殼102。前面板102a具有沿Z軸方向貫穿的開口 ,并且 顯示面板104被設(shè)置為使其靠近開口 。 顯示面板104在其上顯示圖像,并且例如由透射彩色液晶面板和從前側(cè)和后側(cè)支 持面板的兩個(gè)偏振板構(gòu)成。顯示面板104由有源矩陣系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)以顯示全彩圖像。
如圖2所示,外殼102包括背光單元IIO,其作為從后表面(Z軸負(fù)方向側(cè)上的表 面)側(cè)照明顯示面板104的發(fā)光裝置。背光單元110由以下部分構(gòu)成外殼120、發(fā)光單元 130、光擴(kuò)散板150以及光學(xué)片160。 外殼120容納發(fā)光單元130并且支撐光擴(kuò)散板150和光學(xué)片160。外殼120由朝 向顯示面板104的平坦部分122以及從平坦部分122的外圍大體上垂直于(沿Z軸的正方 向)平坦部分122突起的外圍表面124。由外圍表面124圍繞的平坦部分122容納發(fā)光單 元130。外圍部分124的內(nèi)側(cè)與光擴(kuò)散板150和光學(xué)片160的末端邊緣相接觸,以支撐光擴(kuò) 散板150和光學(xué)片160。外殼120的平坦部分122與光擴(kuò)散片150具有設(shè)置在它們之間的 空氣層140。 發(fā)光單元130具有電路板132和光源134,并且朝向顯示面板104側(cè)發(fā)光。電路板 132設(shè)置在外殼120的平坦部分122上,并且安裝有用于對(duì)光源134的發(fā)射進(jìn)行控制的光發(fā) 射控制電路(未示出)。例如,LED可以被用作光源134。如圖l所示,在根據(jù)本實(shí)施例的 背光單元110中,多個(gè)光源134布置為使其在上、下、左、右方向(x軸方向和y軸方向)上 彼此間隔預(yù)定間距。例如,光源134由包括一個(gè)紅色LED、兩個(gè)綠色LED以及一個(gè)藍(lán)色LED 的四個(gè)LED構(gòu)成。 光擴(kuò)散板150是使光擴(kuò)散的板狀光控制部件,并且由諸如丙烯酸的材料制成。光 擴(kuò)散板150由外殼120的外圍表面124所支撐,以朝向光源134。光擴(kuò)散板150使從光源 134發(fā)射的光擴(kuò)散。根據(jù)此構(gòu)造,穿過光擴(kuò)散板150的光被擴(kuò)散以進(jìn)入顯示面板104,并且可以減小顯示面板104中的亮度的變化。以下說明光擴(kuò)散板150的詳細(xì)構(gòu)造。
舉例來說,光學(xué)片160控制從光源134發(fā)射的光的傳播方向。光學(xué)片160由具有 預(yù)定光學(xué)功能的片的層壓件構(gòu)成,具有預(yù)定光學(xué)功能的片例如使從光源134發(fā)射的光偏轉(zhuǎn) 以將光引導(dǎo)到預(yù)定方向的棱鏡片,以及轉(zhuǎn)換偏振方向的偏振方向轉(zhuǎn)換片。光學(xué)片160設(shè)置 在光擴(kuò)散板150上,以朝向顯示面板104。 在顯示裝置100中,顯示面板104顯示圖像,并且光發(fā)射控制電路控制光源134的 發(fā)射,以允許光源134發(fā)光。從光源134發(fā)射的光大體上垂直地傳播通過空氣層140,以進(jìn) 入光擴(kuò)散板150。進(jìn)入光擴(kuò)散板150的光在光擴(kuò)散板150中擴(kuò)散,并且經(jīng)擴(kuò)散的光隨后由光 學(xué)片160折射或者轉(zhuǎn)換偏振方向。之后,光照明顯示面板104的背面。
已經(jīng)說明了根據(jù)本實(shí)施例的顯示裝置100的構(gòu)造。在顯示裝置100中,以預(yù)定間 隔布置的多個(gè)LED被用作光源134。根據(jù)LED的定向特性,越靠近LED的中心,其照明就越 亮。因此,需要良好地將光擴(kuò)散為使得顯示面板104被照明并減小顯示面板104中的亮度 變化的程度。因此,根據(jù)本實(shí)施例的顯示裝置IOO包括光擴(kuò)散板150,其進(jìn)一步將光擴(kuò)散并 且構(gòu)造為使得所發(fā)射的光的亮度總體上大體上均勻。 下文中,根據(jù)圖3到圖6,詳細(xì)描述了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的構(gòu)造。圖3 為示出了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的構(gòu)造的局部立體圖。圖4為用于解釋根據(jù)本實(shí)施 例的光擴(kuò)散板150的形狀和特性的示意圖。圖5為根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的局部放 大圖。圖6為示出了根據(jù)本實(shí)施例的擴(kuò)散板的另一個(gè)示例的局部立體圖。
〈2.光擴(kuò)散板的構(gòu)造> 根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150為由諸如丙烯酸制成的板狀部件,并且例如如圖3 所示,光擴(kuò)散板150在朝向顯示面板104的表面上(下文中稱作"前表面150a")具有凹 凸的形狀。平坦地形成光擴(kuò)散板150的后表面150b。光擴(kuò)散板150的前表面150a的凹凸 形狀由三個(gè)棱鏡線群151U52和153的結(jié)合構(gòu)成。棱鏡線群151U52和153都由平行布 置的多個(gè)線狀棱鏡155構(gòu)成。例如,第一棱鏡線群151由以預(yù)定間隔平行布置的線狀棱鏡 1551a、1551b、1551c等構(gòu)成。相似地,第二棱鏡線群152由以預(yù)定間隔平行布置的線狀棱 鏡1552a、1552b、1552c等構(gòu)成,并且第三棱鏡線群153由以預(yù)定間隔平行布置的線狀棱鏡 1553a、1553b、1553c等構(gòu)成。 在每個(gè)棱鏡線群151、152和153中,線狀棱鏡155的布置間隔相同,并且相鄰線狀 棱鏡155的脊線的間隔被設(shè)置為約lOOym。從棱鏡線群151、152和153中的每一者中任意 選擇一個(gè)而得的三個(gè)線狀棱鏡155在一個(gè)交叉點(diǎn)158處交叉。從線狀棱鏡155的交點(diǎn)158 來觀察,線狀棱鏡155構(gòu)造為使其在通過分割圓周獲得的三個(gè)方向上、以交點(diǎn)158為中心、 以預(yù)定角度延伸。在本實(shí)施例中,線狀棱鏡155的延伸方向可以為通過將以交點(diǎn)158為中 心的圓周等分而獲得的方向(即,60° )。 如圖5所示,線狀棱鏡155的截面具有多面形狀,該截面是通過相對(duì)于長(zhǎng)度方向垂 直切割來獲得的并且朝向前表面150a側(cè)突起。在根據(jù)本實(shí)施例的線狀棱鏡155中,相對(duì)于 從最突出部分156垂到后表面150b的垂線對(duì)稱地設(shè)置六個(gè)表面157a到157f 。連接表面 157a到157f,使得由相鄰的表面所形成的角為鈍角(ji/2< e < ji ),并且形成具有從長(zhǎng) 度方向觀察時(shí)大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。此時(shí),凸起形狀形成為更尖的曲線形狀,并 因此將光進(jìn)一步地?cái)U(kuò)散。如圖3所示,通過布置線狀棱鏡155來構(gòu)成的棱鏡線群151U52
8和153交叉,由此形成了都具有大致為三角金字塔形狀的凹陷,并且在前表面150a上形成 了凹凸形狀。 說明光在顯示裝置100中的傳播。如圖4所示,從背光單元110的光源134發(fā)出 的光直線傳播通過空氣層140,以入射角e進(jìn)入光擴(kuò)散板150的后表面150b。進(jìn)入光擴(kuò)散 板150的光被折射,以從形成在前表面150a上的線狀棱鏡155的表面上發(fā)射,并且因此,由 光學(xué)片160折射,以使其以相同方向傳播。從光學(xué)片160發(fā)射的光照明顯示面板104的背 面。 當(dāng)來自光源134的光傳播時(shí),從光學(xué)片160的前表面?zhèn)?來自光源134的光從該表 面的該側(cè)發(fā)射)觀察背光單元IIO,看到光源134發(fā)射從線狀棱鏡155的表面157a到157f 發(fā)射出的光。因此,當(dāng)一個(gè)線狀棱鏡155具有12個(gè)表面時(shí),從12個(gè)光源134發(fā)出的光從一 個(gè)線狀棱鏡155發(fā)射出來,以照明顯示面板104。構(gòu)成線狀棱鏡155的凸起形狀的表面的數(shù) 目增多,由此可以從線狀棱鏡155發(fā)出從更多的光源134發(fā)射的光。 在具有根據(jù)本實(shí)施例的上述構(gòu)造的線狀棱鏡155中,最突出的中心位置156具有 最高的亮度,并且距離中心位置156越遠(yuǎn)、越靠近兩側(cè),亮度越減小。S卩,示出了從線性棱鏡 155發(fā)出的光的亮度的曲線圖是對(duì)稱的吊鐘形曲線。根據(jù)該構(gòu)造,對(duì)于從一個(gè)線狀棱鏡發(fā)射 的光,該光被發(fā)射以使得在中心位置156處亮度最高,并且使得距離中心位置156越遠(yuǎn),亮 度越逐漸地減小。在遠(yuǎn)離中心位置156的位置處,從相鄰的線狀棱鏡155發(fā)射的光彼此疊 加,由此從背光單元110發(fā)射的光具有總體均勻的亮度。 換言之,在線狀棱鏡155中,在中心位置156處每單位分配面積的光束數(shù)目最大, 并且距離中心位置156越遠(yuǎn),光束數(shù)目減小,其中單位分配面積對(duì)應(yīng)于構(gòu)成線狀棱鏡155的 每個(gè)表面157a-157f。每單位分配面積的光束數(shù)目由F乂Sn表示,其中S。為由從構(gòu)成線狀棱 鏡155的每個(gè)表面157a到157f發(fā)射的光所照射的區(qū)域(下文中稱作"分配區(qū)域S/),并 且Fn為穿過分配區(qū)域Sn的光束數(shù)目(下文中稱作"期望光束Fn") , n為整數(shù),并且從最靠 近中心位置156開始的順序是1,2,3,……。Sn和Fn由以下公式(1)和公式(2)表示
Sn = ((Ln+1—Ln) /2) 2— ((Ln—Ln—》/2) 2. . (1)
Fn = BnXcos 9nXI( 9n) XT( 、) (2) 其中,Bn為虛像面積,、為發(fā)射關(guān)于發(fā)光面的法線方向的入射角,I(en)為光源 134在e n處的光強(qiáng),并且T ( e n)為光擴(kuò)散板150在e n處的光透過率。此時(shí),Ln = tan e n, 并且L「L。 = 0。相對(duì)于分配區(qū)域Sn來說,虛像面積Bn為從光擴(kuò)散板150的前表面150a側(cè) 在垂直方向上觀察實(shí)際上看到的發(fā)光區(qū)域的面積。 在本實(shí)施例中,三個(gè)棱鏡線群151、152和153形成60。并且在三個(gè)方向上相交,因 此,如圖4所示,將照明分配到一個(gè)線狀棱鏡155的分配區(qū)域Sn具有中心角為60°的扇形 形狀或者圓弧形狀。線狀棱鏡155形成為使得隨著穿過分配區(qū)域Sn的期望光束Fn更接 近中心位置156,線狀棱鏡155的數(shù)目越增加。根據(jù)此構(gòu)造,可以形成這種對(duì)稱的吊鐘形亮 度分布,使得中心位置156最亮,并且距離中心位置156越遠(yuǎn),越變得逐漸地更暗。
已經(jīng)說明了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的構(gòu)造。如圖3所示,根據(jù)本實(shí)施例的光 擴(kuò)散板150在前表面150a上具有凹凸的形狀,并且通過交叉三個(gè)棱鏡線群151、 152和153 形成凹凸的形狀,其中通過將各自都形成為大體上曲線狀的表面的線狀棱鏡155平行布置 來構(gòu)造三個(gè)棱鏡線群151 、 152和153。凹凸的形狀形成為使得線狀棱鏡155中的每個(gè)在線狀
9棱鏡155彼此交叉的交叉點(diǎn)158處交叉,其中線狀棱鏡組成每個(gè)棱鏡線群151U52和153。 根據(jù)此構(gòu)造,由于每個(gè)線狀棱鏡155的高擴(kuò)散效果以及從遠(yuǎn)離中心位置156的表面發(fā)射的 光與從相鄰的線狀棱鏡155發(fā)射的光的重疊,可以使從背光單元110發(fā)射的光的亮度均勻。
光擴(kuò)散板的形狀不限于根據(jù)圖3中圖示的本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的形狀。光擴(kuò) 散板的線狀棱鏡可以在垂直于長(zhǎng)度方向的截面形狀的中心的兩側(cè)上都具有兩個(gè)或多個(gè)表 面(157a和157b),即,可以具有四個(gè)或更多個(gè)表面??梢栽O(shè)置三個(gè)或更多個(gè)棱鏡線群。
例如,如圖6所示,可以使用光擴(kuò)散板250。光擴(kuò)散板250具有通過將多個(gè)線狀棱 鏡255以相等間隔平行布置來構(gòu)造的四個(gè)棱鏡線群。圖6中圖示的線狀棱鏡255可以具 有與圖3的線狀棱鏡155的形狀相同的形狀。在光擴(kuò)散板250中,構(gòu)成每個(gè)棱鏡線群251、 252、253和254的每個(gè)線狀棱鏡255在一個(gè)交叉點(diǎn)258交叉,線狀棱鏡255在該交叉點(diǎn)258 處彼此交叉。即,線狀棱鏡255從一個(gè)交叉點(diǎn)258朝向四個(gè)方向延伸。根據(jù)線狀棱鏡的形 狀,由于每個(gè)線狀棱鏡255的高擴(kuò)散效果以及從遠(yuǎn)離中心位置的表面發(fā)射的光與從相鄰的 線狀棱鏡255發(fā)射的光的重疊,可以使從背光單元110發(fā)射的光的亮度均勻。在圖6中,分 別構(gòu)成棱鏡線群251、252、253和254的線狀棱鏡255的每個(gè)延伸方向可以是通過將以交叉 點(diǎn)258為中心的圓周等分所獲得的方向(即,45° )。
〈3.模擬>
[模擬條件] 模擬了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150和250的光擴(kuò)散效果以及現(xiàn)有技術(shù)的光擴(kuò)散 板10、20、30和40的光擴(kuò)散效果,并且檢驗(yàn)了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150和250的光擴(kuò) 散效果。下文中,根據(jù)圖7到圖17C說明模擬條件和模擬結(jié)果。 圖7到圖10為示出了現(xiàn)有技術(shù)的光擴(kuò)散板10、20、30和40的構(gòu)造的示意圖。圖 11為用于解釋模擬條件的示意圖。圖12A到圖12C為示出了從根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板 150獲得的模擬結(jié)果的圖像和曲線圖。圖13A到圖13C為示出了從根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散 板250獲得的模擬結(jié)果的圖像和曲線圖。圖14A到圖14C為示出了從圖7的光擴(kuò)散板10 獲得的模擬結(jié)果的圖像和曲線圖。圖15A到圖15C為示出了從圖8的光擴(kuò)散板20獲得的 模擬結(jié)果的圖像和曲線圖。圖16A到圖16C為示出了從圖9的光擴(kuò)散板30獲得的模擬結(jié) 果的圖像和曲線圖。圖17A到圖17C為示出了從圖10的光擴(kuò)散板40獲得的模擬結(jié)果的圖 像和曲線圖。 在該模擬中,檢驗(yàn)了從光擴(kuò)散板獲得的光擴(kuò)散效果。檢驗(yàn)了根據(jù)實(shí)施例的圖3中 圖示的光擴(kuò)散板150以及圖6中圖示的另一個(gè)光擴(kuò)散板250的光擴(kuò)散效果。同時(shí),作為比 較,也檢驗(yàn)了圖7到圖10中圖示的四個(gè)現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板的光擴(kuò)散效果。
圖7中圖示的光擴(kuò)散板10具有平坦的前表面10a以及平坦的后表面10b。圖8中 圖示的光擴(kuò)散板20具有前表面20a以及平坦的后表面20b,其中前表面20a具有多個(gè)凹陷 部22。圖9中圖示的光擴(kuò)散板30具有前表面30a以及平坦的后表面30b,其中前表面30a 具有凹凸的形狀。通過線狀棱鏡32與線狀棱鏡34的交叉形成前表面30a的凹凸的形狀。 線狀棱鏡32具有與在第一方向上延伸的長(zhǎng)度方向垂直的大體上半圓形的截面,并且線狀 棱鏡34具有與在第二方向上延伸的長(zhǎng)度方向垂直的倒轉(zhuǎn)的V字形截面,其中第二方向與第 一方向十字形交叉。圖10中圖示的光擴(kuò)散板40具有三個(gè)棱鏡線群42、44和46,其中通過 將多個(gè)線狀棱鏡以預(yù)定間隔平行布置來構(gòu)造三個(gè)線狀棱鏡群。構(gòu)成每個(gè)棱鏡線群的線狀棱
10鏡具有垂直于長(zhǎng)度方向的倒轉(zhuǎn)的V字形截面。光擴(kuò)散板40構(gòu)造為使得構(gòu)成每個(gè)棱鏡線群 42、44和46的每個(gè)線狀棱鏡(例如42a、44a和46a)在線狀棱鏡彼此交叉的一個(gè)交叉點(diǎn)處 以60°角交叉。 如圖ll所示,在這個(gè)模擬中,在作為光源134的25個(gè)LED在電路板132上以預(yù)定 間隔布置為格子圖案的狀態(tài)下,光從LED朝向光擴(kuò)散板150側(cè)發(fā)出。LED在水平方向上以預(yù) 定間隔w工布置并且在豎直方向上以間隔^布置。此外,從設(shè)置LED的電路板132上表面到 光擴(kuò)散板150的后表面設(shè)置有距離d的空氣層140。舉例來說,Wl、 w2和d可以為約20mm。 在模擬中,檢驗(yàn)了在只有25個(gè)LED的中心LED被點(diǎn)亮的情況下,在光傳播通過光擴(kuò)散板之 后的光擴(kuò)散狀態(tài),以及在25個(gè)LED被點(diǎn)亮的情況下,在光傳播通過光擴(kuò)散板之后的光擴(kuò)散 狀態(tài)。在這些情況下計(jì)算了在圖11的線A-A上的亮度分布的模擬值。
[模擬結(jié)果1 :使用了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150 (圖3)] 圖12A到圖12C圖示了根據(jù)本實(shí)施例的圖3中圖示的光擴(kuò)散板150的模擬結(jié)果。 如圖12A所示,當(dāng)只有一個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,中心位置最亮,并且距離中心位置越遠(yuǎn)就變得越 暗。表現(xiàn)出了同心的亮度梯度。如圖12C的虛線所示,此時(shí)的亮度分布具有對(duì)稱的吊鐘形 狀。之后,當(dāng)所有的25個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,如圖12B所示,在中心部分處以正方形布置9個(gè) LED的中心區(qū)域具有基本均勻的亮度,并且如圖12C的實(shí)線所示,發(fā)出了具有高亮度值的 光。距離中心區(qū)域越遠(yuǎn)并且越靠近外周側(cè),亮度值減小并且變暗;但是,由于使用了光擴(kuò)散 板150,可以在完全沒有亮度不均勻性的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)照明。 [OOgo][模擬結(jié)果2 :使用了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板250 (圖6)] 圖13A到圖13C圖示了根據(jù)本實(shí)施例的圖6中圖示的光擴(kuò)散板250的模擬結(jié)果。 如圖13A所示,當(dāng)只有一個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,表現(xiàn)出與光擴(kuò)散板150的亮度梯度相似的同心亮 度梯度。即,中心位置最亮,并且距離中心位置越遠(yuǎn)就變得越暗。如圖13C的虛線所示,此 時(shí)的亮度分布具有對(duì)稱的吊鐘形狀。在對(duì)應(yīng)于中央LED的位置處的亮度高于在使用光擴(kuò)散 板150的情況下的亮度。之后,當(dāng)所有的25個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,如圖13B所示,在中心部分處 以正方形布置9個(gè)LED的中心區(qū)域具有基本均勻的亮度,并且如圖13C的實(shí)線所示,發(fā)出了 具有高亮度值的光。距離中心區(qū)域越遠(yuǎn)并且越靠近外周側(cè),亮度值減小并且變暗;但是,與 光擴(kuò)散板150相同,由于使用了光擴(kuò)散板250,可以在完全沒有亮度不均勻性的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn) 照明。[模擬結(jié)果3 :使用了現(xiàn)有技術(shù)的光擴(kuò)散板IO(圖7)] 圖14A到圖14C圖示了圖7中圖示的現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板10的模擬結(jié)果。當(dāng)只有 一個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,表現(xiàn)出了圖14A中圖示的同心的亮度梯度。S卩,LED的中心位置最亮, 并且距離中心位置越遠(yuǎn)就變得越暗。但是,相比于使用根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的情 況(圖12A),亮度梯度的范圍較小。這是因?yàn)?,從圖14C中的虛線所示出的曲線來看,雖然 亮度分布為對(duì)稱的吊鐘形狀,但是中心部分的亮度值高,并且距離中心部分越遠(yuǎn),亮度的值 迅速減小。即,可以表明從光源134發(fā)射的光沒有由光擴(kuò)散板10良好地?cái)U(kuò)散。
其次,當(dāng)所有的25個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,如圖14B所示,LED的相應(yīng)位置非常亮,并且在 相鄰的LED之間較暗。此時(shí),如圖14C的實(shí)線所示,與位于連接對(duì)角的直線A-A上的LED相 對(duì)應(yīng)的亮度值較高,并且在相鄰的LED之間的亮度值較低。因此,亮度值以正弦方式改變, 并且發(fā)生亮度不均勻。[OO95][模擬結(jié)果4 :使用了現(xiàn)有技術(shù)的光擴(kuò)散板20(圖8)] 圖15A到圖15C圖示了圖8中圖示的現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板20的模擬結(jié)果。當(dāng)只有一 個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,表現(xiàn)出圖15A中圖示的十字形亮度梯度。即,LED的中心位置最亮,并且距 離中心位置越遠(yuǎn)就變得越暗。與例如使用根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的情況相同,根據(jù) 由圖15C中的虛線所示出的曲線,可以看出表現(xiàn)出了對(duì)稱吊鐘形狀的亮度分布,并且從LED 發(fā)出的光被擴(kuò)散。 但是,從一個(gè)LED發(fā)射的光擴(kuò)散為十字形,并且因此,當(dāng)所有的25個(gè)LED被點(diǎn)亮 時(shí),使得全都以十字形擴(kuò)散的相鄰的LED的光彼此連續(xù),并且,如圖15B所示,發(fā)生了格子形 狀的亮度不均勻。由圖15C的實(shí)線所示出的曲線也示出了以波狀方式改變的亮度值。因此, 從通過布置諸如LED的點(diǎn)光源而形成的發(fā)光單元發(fā)出的光可能得不到均勻地?cái)U(kuò)散。 [OO98][模擬結(jié)果5 :使用了現(xiàn)有技術(shù)的光擴(kuò)散板30(圖9)] 圖16A到圖16C圖示了圖9中圖示的現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板30的模擬結(jié)果。當(dāng)只有 一個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,展示出圖16A中圖示的橢圓的亮度梯度。S卩,LED的中心位置最亮,并 且距離中心位置越遠(yuǎn)就變得越暗。此時(shí),相比于使用根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150的情況, 亮度梯度的范圍較小。這是因?yàn)?,如圖16C中的虛線所示出的曲線來看,雖然展示出了對(duì)稱 的吊鐘形狀的亮度分布,但是中心部分的亮度值高,并且距離中心部分越遠(yuǎn),亮度的值迅速 減小。即,可以表明從光源134發(fā)射的光沒有由光擴(kuò)散板30良好地?cái)U(kuò)散。
其次,當(dāng)所有的25個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,如圖16B所示,發(fā)生格子形狀的亮度不均勻。 由如圖16C的實(shí)線所示出的曲線也示出了亮度值以波狀方式改變。圖16B的豎直方向上的 亮度大于水平方向上的亮度。這是因?yàn)?,如圖9所示,從線狀棱鏡32(在水平方向延伸并且 具有半圓形截面)獲得的光擴(kuò)散效果較高,從線狀棱鏡34(在豎直方向延伸并且具有倒轉(zhuǎn) 的V字形截面)獲得的光擴(kuò)散效果較低。因此,在光擴(kuò)散板30中,從通過布置諸如LED的 點(diǎn)光源而形成的發(fā)光單元發(fā)出的光可能沒有得到均勻地?cái)U(kuò)散。
[模擬結(jié)果6:使用了現(xiàn)有技術(shù)的光擴(kuò)散板40(圖10)] 圖17A到圖17C圖示了圖10中圖示的現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板40的模擬結(jié)果。光擴(kuò)散 板40與根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150之間的區(qū)別在于線狀棱鏡具有倒轉(zhuǎn)的V字形截面。當(dāng) 只有一個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,展示出圖17A中圖示的大體上六邊形的亮度梯度。即,LED的中心 位置最亮,并且距離中心位置越遠(yuǎn)就變得越暗。雖然光擴(kuò)散板40具有如圖17C的虛線所示 出的較高光擴(kuò)散效果,但是亮度值在距離中心位置稍遠(yuǎn)的兩個(gè)位置處最高。
但是,當(dāng)所有的25個(gè)LED被點(diǎn)亮?xí)r,如圖17B所示,發(fā)生條紋狀的亮度不均勻。根 據(jù)由如圖17C的實(shí)線所示出的曲線,可以表明雖然沒有展示出波形狀的亮度分布,但是亮 度值總體上不恒定,這與由一個(gè)LED擴(kuò)散的光的亮度分布相一致。因此,在光擴(kuò)散板40中, 從通過布置諸如LED的點(diǎn)光源而形成的發(fā)光單元發(fā)出的光可能沒有得到均勻地?cái)U(kuò)散。
根據(jù)上述結(jié)果,可以表明與使用現(xiàn)有技術(shù)光擴(kuò)散板10、20、30和40的情況相比,由 于使用了根據(jù)本實(shí)施例的光擴(kuò)散板150和250,從通過布置點(diǎn)光源而形成的發(fā)光單元發(fā)射 的光可以得到均勻地?cái)U(kuò)散。 已經(jīng)說明了根據(jù)本實(shí)施例的顯示裝置100。根據(jù)本實(shí)施例,在光擴(kuò)散板150中,具 有平行布置的線狀棱鏡155的棱鏡線群形成在三個(gè)方向上,并且棱鏡線群的各個(gè)線狀棱鏡 155在一個(gè)交叉點(diǎn)158交叉。線狀棱鏡155的突起形狀由至少三個(gè)表面形成,并且因此可以
12增強(qiáng)從一個(gè)線狀棱鏡155獲得的光擴(kuò)散效果。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,在權(quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi),可以根據(jù)設(shè)計(jì) 需要以及其他因素進(jìn)行各種修改、結(jié)合、子結(jié)合和替換。 例如,在上述實(shí)施例中,線狀棱鏡155具有多面的突起形狀;但是,本發(fā)明不限于 這個(gè)示例,并且線狀棱鏡155可以例如為曲線表面。在這種情況下,如圖5所示,曲線狀的 表面從中心位置156以任意間隔分段(例如,V A2、 A3、 A4和A5)。根據(jù)分段的曲線上切線 斜率為平均值的位置來確定入射角。突起形狀形成為使得根據(jù)由公式(1)和公式(2)所 表示的分配區(qū)域Sn和期望光束Fn,距離中央位置越遠(yuǎn),每單位面積的期望光束(Fn/Sn)越 小。因此,形成的線狀棱鏡例如如圖3中那樣布置,并且因此可以提供增強(qiáng)亮度均勻性的類 似效果。 在上述實(shí)施例中,通過將多個(gè)LED布置為格子圖案來構(gòu)造發(fā)光單元130的光源 134;但是,本發(fā)明不限于這個(gè)示例。例如,可以使用諸如冷陰極熒光燈和熱陰極熒光燈的線 狀光源。 本申請(qǐng)包括涉及2009年1月14日遞交給日本專利局的日本在先專利申請(qǐng)JP 2009-006084中公開的主題,并將其全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。
1權(quán)利要求
一種光控制部件,包括板狀部件,其包括平坦地形成的第一表面,以及第二表面,其朝向所述第一表面并具有至少三個(gè)棱鏡線群,所述棱鏡線群由大體上平行布置的多個(gè)線狀棱鏡構(gòu)成,其中,在所述棱鏡線群中,構(gòu)成每個(gè)所述棱鏡線群的每個(gè)所述線狀棱鏡在一個(gè)交叉點(diǎn)處交叉,所述線狀棱鏡在從長(zhǎng)度方向看去時(shí)形成為具有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控制部件,其中,所述線狀棱鏡具有至少四個(gè)表面,所述四 個(gè)表面連接為使得相鄰的表面形成鈍角,并且形成為從所述長(zhǎng)度方向觀察時(shí)具有大體上曲 線狀的外緣的凸起形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控制部件,其中,所述棱鏡線群在通過將以所述交叉點(diǎn)為 中心的圓周等分而獲得的每個(gè)方向上延伸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控制部件,其中,在所述線狀棱鏡中,當(dāng)所述線狀棱鏡的外 緣在垂直于所述第一表面的方向上以任意間隔分段時(shí),與所述線狀棱鏡最為突起的中心位 置距離越遠(yuǎn),在每段中每單位面積的光束數(shù)目就越少。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光控制部件,其中,在所述線狀棱鏡中,距離所述中心位置越 遠(yuǎn),在每段中每單位面積的光束數(shù)目F乂Sn越小,并且Sn = ((Ln+1-Ln)/2)2-((Ln-Ln—》/2)2. (1) Fn = BnXcos enxi( en) XT( 9n). (2)其中,Bn為實(shí)際視覺確認(rèn)的虛像面積,9n為發(fā)光相對(duì)于所述第二表面的法線方向的入 射角,i(en)為所述光源在9n處的光強(qiáng),T(en)為所述光控制部件在9n處的光透過率, Ln = tan e n, L「L。 = 0,并且n為整數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控制部件,其中,所述線狀棱鏡形成為凸起形狀,從所述長(zhǎng) 度方向觀察時(shí),所述凸起形狀具有曲線狀的外緣。
7. —種發(fā)光裝置,包括 發(fā)光的光源;以及光控制部件,其使從所述光源發(fā)射的光擴(kuò)散,其中,所述光控制部件由板狀部件構(gòu)成,所述板狀部件包括平坦地形成的第一表面并 包括第二表面,所述第二表面具有由大體上平行布置的多個(gè)線狀棱鏡構(gòu)成的至少三個(gè)棱鏡 線群,在所述棱鏡線群中,構(gòu)成每個(gè)所述棱鏡線群的每個(gè)所述線狀棱鏡在一個(gè)交叉點(diǎn)處交 叉,所述線狀棱鏡在從長(zhǎng)度方向看去時(shí)形成為具有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置,其中,所述光源由布置為具有預(yù)定間隔的格子圖 案的點(diǎn)光源構(gòu)成,所述點(diǎn)光源在大體上垂直于所述光控制部件的方向上發(fā)光。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置,其中,空氣層設(shè)置在所述光源與所述光控制部件 之間。
10. —種顯示裝置,包括 顯示面板,其上顯示圖像;以及 發(fā)光裝置,其從后表面照明所述顯示面板,其中,所述發(fā)光裝置包括發(fā)光的光源以及使從所述光源發(fā)射的光擴(kuò)散的光控制部件, 所述光控制部件由板狀部件構(gòu)成,所述板狀部件包括平坦地形成的第一表面并包括第二表面,所述第二表面具有由大體上平行布置的多個(gè)線狀棱鏡構(gòu)成的至少三個(gè)棱鏡線群, 在所述棱鏡線群中,構(gòu)成每個(gè)所述棱鏡線群的每個(gè)所述線狀棱鏡在一個(gè)交叉點(diǎn)處交叉,并且所述線狀棱鏡在從長(zhǎng)度方向看去時(shí)形成為具有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光控制部件、發(fā)光裝置以及顯示裝置。光控制部件包括板狀部件,板狀部件包括平坦地形成的第一表面以及第二表面,第二表面朝向第一表面并具有由大體上平行布置的多個(gè)線狀棱鏡構(gòu)成的至少三個(gè)棱鏡線群。在棱鏡線群中,構(gòu)成每個(gè)棱鏡線群的線狀棱鏡在一個(gè)交叉點(diǎn)處交叉,從長(zhǎng)度方向觀察時(shí),線狀棱鏡形成為具有大體上曲線狀的外緣的凸起形狀。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK101782664SQ20101000421
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者關(guān)敦司, 大川真吾, 島浩太郎 申請(qǐng)人:索尼公司