專利名稱：用于顯示器的背照明裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示器(例如用于計算機、文字處理器、電視接收機和導航系統(tǒng)的顯示器)以及用于視頻攝象機的取景器的背照明裝置。
可將背照明器件或顯示器分為直接背部型和邊緣(或H排列)型。已在日本公開專利(JP-A)2-39118和JP-A 6-18873中公開了前一類型的實例，后一類型的實例也已在JP-A 63-13202、JP-A 4-71105，JP-A 5-281541以及JP-A 5-323318中公開。用于透射型液晶板的H排列型背照明裝置的典型例子已在JP-A57-128383中提出，圖21是其示意圖。
參見圖21，背照明裝置BO包括一個作為光源的熒光燈1以及一個設置成圍住熒光燈1的反射器2。設置了一個從熒光燈1向側面延伸的厚透明板(例如由丙烯酸樹脂構成)的光導向元件3。在光導向元件3的背后，按規(guī)定的面積比例，設置光散射層5。從熒光燈1發(fā)射的并進入光導向元件3的光被散射層5散射并由光導向元件3的前側發(fā)出，以均勻的亮度照明液晶顯示板。
在上述背照明裝置中，光導向元件3例如由丙烯酸樹脂制成，因而比較笨重，以致于背照明裝置笨重并且有傳輸能力差的缺點。特別是在近幾年，液晶顯示板尺寸增大使得背照明裝置也變大。因而光導向元件變厚而且面積增大，結果加重了上述的困難。
基于上述理由，在日本JP-A 5-323318中已提出使用無光導向元件的背照明裝置。結果這種背照明裝置使得平面照明均勻性很差并且不適合對角線為15英寸或更大的大面積顯示器。進一步地，要求背照明裝置有一個呈拋物曲表面形的背反射器，而這大大地增加了生產成本。
JP-A 5-281541也公開了一種能省去光導元件的背照明裝置，但這種裝置也有平面照明均勻性差的缺點，這種缺點在顯示面的對角線長度為15英寸或更長的大面積顯示器中變得更為明顯。
另一方面，直接背面型背照明裝置一般在顯示裝置后面需要很大的厚度，并且不適合于平板顯示。特別是，如果不使用大量的光源(熒光燈)，對于大面積顯示裝置就不能得到均勻的照射光。總之，對于較大的直接背部型背照射裝置而言，它總是很復雜的而且成本很高，并被認為不適合于顯示面積不斷增大的平板型顯示裝置。
因此，一直希望通過消除邊緣型背照明裝置的各種難點，開發(fā)一種改進的邊緣型或H(排列)型背照明裝置，以取代直接背部型裝置。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于顯示器的背照明裝置，它不使用其重占該背照明裝置的總重的重要部分的光導向元件，并能發(fā)出均勻照射光。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于顯示器的重量輕并且便攜性非常好的背照明裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能改善視角特性和條紋清除特性的用于顯示器的背照明裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于顯示器的背照明裝置，它能為對角線長為15英寸或更長的大顯示面發(fā)出均勻的平面照射光。
本發(fā)明的更進一步的目的是提供一種用于顯示器的背照明裝置，即使以相當?shù)偷木仍O計反射層和沉積密度，它也能發(fā)出均勻平面照射光。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種能避免光源的輻射熱對顯示器的有害影響的用于顯示器的背照明裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于顯示器的廉價而可靠的背照明裝置。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種用于顯示器的能在被照射表面發(fā)出具有均勻的光譜特性的照射光的背照明裝置。
根據(jù)鑒于上述情況而實現(xiàn)的本發(fā)明，提供了一種背照射裝置，它包括用于反射光的反射裝置，設置在反射裝置對面的以便從反射裝置開始形成一個空間的透射元件，以及一個將光發(fā)射進入所述空間的光源，以便由光源發(fā)出的進入所述空間的光被反射裝置反射并透過透射元件。在該例中，最好是給透射元件配有帶多個開孔的反射層，以便由光源發(fā)出進入所述空間的光被反射裝置的反射層反射和透過透射元件從孔中向外漏出。最好使孔排列成每單位區(qū)域透射元件有一個隨離開光源的距離增大而增加的面積。進一步地，最好是在反射裝置的對著反射層的一個面上給反射裝置提供一個用于散射和反射光的散射層。也最好給散射層提供多個開孔，使孔排列成每單位區(qū)域散射層有一個隨離開光源的距離的增加而減小的面積。進一步地，最好是背照明裝置還包括一個支撐在透射元件上用于有選擇地透射P極化分量和反射S極化分量的極化光束分離器，一個設置在反射裝置上并對著透射元件的用于引起在P極化分量和S極化分量之間轉換的四分之一波長板，由此，自光源發(fā)射的進入所述空間的光在極化光束分離器層和反射裝置之間被反射以便發(fā)射光的P極化分量透射元件有選擇地透過向外漏射出。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種背照明裝置，包括一個用于反射光的第一反射裝置，一個第二反射裝置，設置在第一反射裝置的對面以便在它們之間形成一個空間，并具有規(guī)定孔徑比分布的開孔，至少一個將光發(fā)射進入所述空間的線光源，以及至少一片棱鏡裝置，它有許多平行于線光源延伸的棱鏡邊棱，因此，自線光源發(fā)射的光在第一和第二反射裝置之間被多次反射，并一部分光透過第二反射裝置和棱鏡裝置，沿向垂直于棱鏡裝置折射的方向被發(fā)射出。
根據(jù)本發(fā)明，進一步提出了一種顯示設備，包括一個如上所述的背照明裝置，一個用于驅動背照明裝置的背照明驅動裝置，一個由背照明裝置照明的顯示器，特別是一個液晶顯示器，以及一個用于驅動顯示器的驅動裝置。
本發(fā)明的這些和其它目的、特征以及優(yōu)點將通過下列參照附圖對本發(fā)明最佳實施例的描述變得更清楚，其中用類似的附圖標號表示類似的部分。


圖1是根據(jù)本發(fā)明背照明裝置的示意部件分解圖。
圖2至5分別是描述本發(fā)明背照明裝置的第一至第四實施例的剖視圖。
圖6和圖7分別是表示本發(fā)明背照明裝置的第五實施例的反射層中的孔徑比分布的曲線圖和亮度分布的曲線圖。
圖8是描述根據(jù)本發(fā)明背照明裝置的第六實施例的剖視圖。
圖9是描述根據(jù)本發(fā)明背照明裝置的第六實施例的部件分解示意圖。
圖10是表示在根據(jù)本發(fā)明背照明裝置的第六實施例中的棱鏡片的孔徑比分布的曲線圖。
圖11A和11B分別表示在背照明裝置的第六實施例中使用一塊棱鏡片和使用二塊棱鏡片的情況下的亮度與視角關系的曲線圖。
圖12是表示在背照明裝置的第六實施例中平面亮度分布的曲線圖。
圖13和14是描述根據(jù)本發(fā)明背照明裝置的第七和第八實施例的剖視圖。
圖15是表示有關第八實施例效果的視角與亮度關系的曲線圖。
圖16是用于描述漫射裝置位置的剖視圖。
圖17和圖18是用于描述根據(jù)本發(fā)明背照明裝置的第9和第10實施例的剖視圖。
圖19和圖20分別為使用本發(fā)明背照明裝置的顯示器的方框圖。
圖21是常規(guī)背照明裝置的示意剖視圖。
圖22和23分別為表示最佳反射層圖案的平面圖。
下面將參照圖1描述根據(jù)本發(fā)明的背照明裝置的一個優(yōu)選實施例，圖1是其部件分散立體圖。
參見圖1，由根據(jù)本發(fā)明的背照明裝置來說明透射型顯示器P，本發(fā)明的背照明裝置包括光源1，反射器2，反射裝置10以及具有反射層圖案的透射元件11。
在顯示器P的外邊設置光源，以形成邊緣型或H(排列)型背照明裝置。換句話說，當由兩個燈構成光源1時，兩燈之間的間隔M至少為顯示器P的橫向長度。
光源1可以是具有由顯示器P所要求的光譜分布的任何光源。其具體的例子可包括發(fā)光二極管，鹵素燈，氙燈以及白熒光燈。尤其是，對于具有紅(R)、綠(G)以及蘭(B)三色象素的顯示器，最好使用具有分別在R、G和B區(qū)內提供發(fā)射峰值的光譜特性的一種三波長型白熒光燈。
反射器2和反射裝置10例如可包括一個具有反射的內表面的金屬元件或涂有形成內表面的反射材料的吸光或透光基片。
透射元件11可包括一表面涂有反射層圖案的透射基片。反射層圖案最好有占據(jù)的面積比(即孔徑比)隨著離開光源1在X方向上的距離的增加而增大的開孔(不合反射層的部分)。在圖1所示的在X方向上的具有兩上光源1的實施例中，依據(jù)在左端和右端離開光源的距離O至M/2來確定孔徑比。
反射層可以各種形狀的許多反射部分的圖案，例如橢圓，方形，長方形，菱形，平行四邊形，不規(guī)則四邊形和星形。另外，作為上述反射部分的負性或互補圖案，孔徑可采取如上所述的各種不同形狀。
顯示器P可相適應地包括一個液晶顯示器，其實例可包括使用向列液晶的STN型和DSTN型液晶顯示器；使用薄膜晶體管或MIM元件的有源矩陣型液晶器件；使用手性近晶液晶的鐵電液晶器件和反鐵電液晶器件。
在使用手性晶液晶的液晶器件的情況下，已報導液晶分子運動導致液晶層厚度發(fā)生變化并引起染上黃色或改變顯示面積(美國專利US 5,381,256)。因此，如果使照射光的光譜特性變?yōu)榫哂械S色，則淡黃色易加深。為此，最好使用用于排隊上述困難的與手性近晶液晶組合的不受光譜特性變化影響的本發(fā)明的背照明裝置。
除了圖1所示的結構以外，根據(jù)本發(fā)明的背照明裝置最好進一步包括一個棱鏡片以便光發(fā)射方向從此接近平面法線方向。在這個例子中，最好使用將參照8描述的多個棱鏡片以使得凸面朝向顯示器的一側或者使用將參照圖14描述的一個棱鏡片以使其凸表面朝向反射裝置10。進一步地，也可設置具有其形狀能減少反射次數(shù)的反射表面的反射裝置，這將參照圖17和18加以描述，而由此需要附加成形步驟。
如圖2所示的背照明裝置B1備有一個由鋁板制成的后反射板(反射裝置)10，背后反射板10有一個光潔的鏡面以便反射入射到其上的光。反射板與也由鋁板制成的具有凹表面的反射器2一體形成。在后反射板10的前方，設置一個與反射板10平行并離開反射板一定間隔的由薄的透明丙烯酸樹脂構成的前透射板11，因而由后反射板10和前透射板11來限定空間S。在側向端(例如由反射器2圍住的部分)；放置作為線性光源的三波長型熒光燈1，以便由光源發(fā)射的光直接地或通過反射器2反射后間接地進入空間S。
另一方面，在前透射板11的下表面(即在后反射板10的對面)，以網(wǎng)狀的或如上所述的各種不同形狀的圖案設置例如由蒸汽沉積的鋁構成的反射層12，以形成許多孔13，使光線可從孔中射出、通過前透射板11。
在該實施例中，使孔13的分布有一個隨距離X的增加而增大的孔徑比R(x)，即由離最靠近的熒光燈1的距離為X處的前透射板11的每單位區(qū)域的孔13所占據(jù)的面積比，例如，用1－K(x)＝a/x的關系式表示，其中a是比例常數(shù)。
在前透射板11的上方，設置透射型液晶板(未示出)以便用從背照射器件B1中發(fā)出的光照射液晶板。
當接通熒光燈1時，由熒光燈發(fā)射的光直接地或由反射器2反射后進入空間S。已進入空間S的光由彼此相對設置的反射層12和后反射板11反復反射，以便空間S起光導向空間的作用。然后，通過反射層12的孔13和透明板11射出一部分光以照射位于板11上方的液晶板(未示出)。
隨著位置遠離熒光燈1光對透射板11的入射角(在圖2中記為θ)變小，以致如果孔徑比R為常數(shù)時光的漏出量幾乎與角θ成比例地變小，然而，在本實施例中，使反射層12的孔徑比R(x)隨距離X的增加而變大，以使得在各個不同位置上光漏出量基本上相同。結果，來自背照明裝置B1的漏出光(照明光)的平面亮度分布變得均勻，從而改善了液晶板的顯示質量。
在本實施例中，省去了常規(guī)裝置中所需要的光導向元件3(圖21)，結果，即使對于大面積顯示器背照明裝置的重量也減少很多并且改善了便攜性。
現(xiàn)將參照圖3描述根據(jù)本發(fā)有的背照明裝置的第二實施例，其中與圖1和圖2所示的相同的部分用相同的附圖標記表示并且可省去對它們的描述。
在本實施例中，后反射板10的前表面(在透射板11和反射層12的對面)設置有散射層20。散射層20可由白色顏料的印制層制成，例如硫酸鋇，碳酸鈣或氧化鈦，而且，與反射層12類似，散射層20可以用網(wǎng)狀的圖案或不同的點狀圖案來制成以提供許多孔21。使散射層20的孔徑比R1(x)隨離開熒光燈的距離的增加而變小，與反射層2的情況相反。
當接通熒光燈1時，在后反射板10和反射層12之間多次反射入射的光，而入射到散射層20的光被反射為散射光。然后將已反復反射和散射的光經過反射層12的孔13射出。
在本實施例中，與前面所述的實施例類似，使反射層12的孔徑比K(x)隨離開熒光燈1的距離x的變大而增大，以便在各個不同位置的光漏出量幾乎相同。結果，使來自背照明裝置B2的漏出光(照明光)具有均勻的平面亮度分布，從而改善了液晶板的顯示質量。
另外，在本實施例中，由在后反射板10的表面上形成的散射層20對空間S中的光進入散射。結果，即使入射到散射層20的光的入射角θ2不大，來自于散射層20的散射光也能以較大的入射角θ3進入前透明板11，以致于入射角θ3是一致的并且?guī)缀跖c離開熒光燈1的距離無關，并且由于這種不變的入射角特性使得在各個不同位置處的光漏出量變得幾乎相同。因此，使漏出光(照明光)的平面亮度分布均勻，從而改善了液晶板的顯示質量。
在與本實施例類似的H型(或邊緣型)背照明裝置中，當位置遠離熒光燈1時入射光角θ2變小。然而，在本實施例中，當位置遠離散射層20時使散射層的孔徑比K(x)變小以提供散射層20的較大的占有面積比(1－K1(x))。結果，有較小入射角θ2的光被散射的次數(shù)更多。因而，以較大入射角θ3入射到透射板11上的散射光會比較容易地通過反射層2的孔13漏射出去。結果，使在背照明裝置的不同位置漏射出去的光量是均勻的，以致漏射光(照明光)的平面亮度分布變得均勻以改善顯示質量。因而，該背照明裝置對于大面積顯示器能改善性能。
現(xiàn)將參考圖4描述根據(jù)本發(fā)明的背照明裝置的第三實施例，其中與圖1至3所示的相同部分用相同的附圖標記來表示，并可省去他們的描述。
在本實施例中，在后反射板10的前表面(上表面)設置了一個用于實現(xiàn)在S極化分量(具有與圖4圖面垂直的電場分量的光分量)和P極化分量(具有與4的面圖平行的電場分量的光分量)之間極化轉換的一個四分之一波長(λ/4)板30，以及前透射板11的下表面有一由光學多層膜構成的極化束分離層31，所述分離層31僅允許P極化分量通過并反射S極化分量。在該實施例中，設計位于板11上方的液晶板(未示出)的目的是接收P極化光作為照明光。
在熒光燈1接通時，所發(fā)出的光在后反射板10和極化光束分離層31之間被多次反射，而且入射到極化光束分離層31上的光的P極化分量穿過層31和前透射板11向外漏出。另一方面，剩下的S極化分量被極化光束分離層31反射，然后入射到后反射板10并被反射板10反射，這樣S極化分量因兩次通過λ/4板30而轉變?yōu)镻極化分量。轉變所得到的P極化分量透過極化光束分離層31和前透射板11向外漏出。
由于在本實施例中液晶板被設計成能接收P極化光，所以能大大地改善背照明裝置的照明效率。
接著，將參考圖5描述根據(jù)本發(fā)明的背照明裝置的第四實施例，其中與圖4中所示的相同的部分用相同的附圖標記來表示。
在本實施例中，前透射板11由透明玻璃板構成，前透射板11的前表面有一個反射層12。進一步地，在后反射板10和λ/4板30之間設置了一個散射層20。以點狀圖案或網(wǎng)眼狀圖案制成反射層12，以使具有隨離開熒光燈1的距離的增加而增大的孔徑比K(x)，與第一實施例類似，以及以點狀或網(wǎng)眼狀的圖案形成散射層20以便提供與第二實施例相似的一個規(guī)定的孔徑比K1(x)。
在熒光燈1接通時，S極化分量被極化束分離層31反射后再由后反射板10反射，這樣S極化分量就轉變?yōu)镻極化分量。另一方面，P極化分量透過極化光束分離層31，其中的一部分從孔13中漏射出以照明位于其上方的液晶板(未示出)，而其剩余的部分由反射層12反射再次進入空間S。由反射層12反射的P極化分量的一部分在經后反射板10反射后轉變?yōu)镾極化分量。S極化分量再經過極化光束分離層31和后反射極10的反射后，再次轉變?yōu)榕c上面相似的可向外漏出的用于照射液晶板的P極化分量。
由于使反射層12的孔徑比K(x)隨著離熒光燈1的距離X的增加而增大，所以在各個不同位置處的光漏出量變得幾乎相同，以致于使由背照明裝置B3漏出的光(照明光)有均勻的平面亮度分布，從而改善了液晶板的顯示質量。
進一步地，由于來自熒光燈1的光被散射層20散射，使得照明光的角度特性均勻一致，而與離開熒光燈1的距離無關，這也使得平面亮度分布均勻以改善液晶板的顯示質量。
此外，使散射層20的孔徑比K1(x)隨著離開熒光燈1的距離X的增加而減小，以較小入射角θ2入射的一小部分光更容易被散射，這也使得來自背照明裝置的各個不同位置的漏出光量相等，導致背照明裝置B4的均勻平面亮度分布并改善了液晶板的顯示質量。
另外，通過設置液晶板使其可接收P極化光，能大大地改善背照明裝置的照明光的利用效率。
盡管對于上述實施例沒有特別解釋，但也能給前透射板11的上表面提供漫射處理或在上表面設置一個單獨的漫射板。特別是，在第四實施例(圖5)中，可在反射層12的上方設置一個漫射板，從而漫射從前透射板11出來的光以緩和因反射層12的點狀圖案或網(wǎng)眼狀圖案布置而引起的光強度分布，以便調整反射層12的圖案。
在圖2至圖5的實施例中，僅簡述了熒光燈1，然而與圖1所示的類似，可在熒光燈1對面的某一位置處再設置一熒光燈以使得反射板10和透射板11位于兩個熒光燈之間。更進一步地，并不限制熒光燈的數(shù)目為2，可以為4以便圍住空間S。通過這樣安排能使背照明裝置的發(fā)光強度增加。
另外，在第四實施例(圖5)中，將反射層12設置在前透射板的上表面，但這不是限制性的。例如，也可將反射層設置在前透射板11的下表面(面對λ/4板30)下面將敘述第五實施例，該實施例是第一實施例的改進，其中反射層12的孔徑比以下面將描述的方式改變。
對于反射層12的孔徑比分布，我們已經研究了如圖6所示的三種類型，其中曲線α表示線性關系，曲線γ代表雙曲線關系，以及曲線β表示介于前面兩者之間的關系(相對于橫向對稱結構的左半部分)，其中橫坐標表示離燈1的距離X，縱坐標表示反射層12的孔徑比AP。更具體地，在該例中，給圖2所示的結構補充對稱的右半部分以便使兩個熒光燈設置在橫向兩側，在兩側之間放置光導向空間S。結果，對于各種情況，得到了如圖7所示的亮度分布(僅示出了左半部分)。結果表明，有關距離X與孔徑比的關系曲線β(代表在線性函數(shù)和雙曲函數(shù)之間的中間函數(shù))帶來了最好的均勻亮度分布。然而，也可以認為線性關系α和雙曲線關系γ是實際中可接受的，不會出現(xiàn)有害的差別。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一至第五實施例，已能提供一個重量輕而且便攜性極好的背照明裝置。
此外，通過采用在反射裝置和反射層之間多次反射光的裝置以便使光從反射中形成的孔中漏出，也能提供一種即使不使用光導向元件也具有均勻平面亮度分布的、輕而便攜性好的背照明裝置。
進一步地，在使反射層中孔設置為孔徑比隨離開光源的距離增加而增加的情況下，每個位置的光漏出量基本相等，以得到均勻平面亮度分布的漏出光(照明光)。
此外，在反射裝置裝有用于對入射光進行散射和反射的散射層的情況下，能使發(fā)射光的角度特性一致以使漏光量相等，從而得到均勻平面亮度分布的照明光。
另外，在散射層設置有許多孔并且孔的孔徑比隨離開光源的距離增加而減小的情況下，具有較小入射角的光須經過一個增強的散射，從而增加了通過反射層的孔漏出的光。這也促使來自背照明裝置的漏光更均勻，導致均勻平面亮度分布的照明光。
進一步地，在發(fā)射光在極化光束分離器層與反射裝置之間被反射，并且只有一種極化分量(如P極化分量)可作為照明光的情況下，可大大提高照明光的利用率。
此外，通過使用上述用于照明液晶顯示器的背照明裝置，就可以得到一個具有良好顯示質量的信息傳送裝置或顯示裝置。
將參考圖8-12描述本發(fā)明的第六實施例。
根據(jù)本實施例的背照明裝置B包括作為線光源的熒光燈1，熒光燈之間有一定間隔地相對設置，以便用圖9所示的反射器2圍住。
后反射板(第一反射板)10與反射器2一體式設置，它們由鋁板一體式構成，以便反射從熒光燈1發(fā)射的光。前透射板11與后反射板10平行而置。前透射板11可由相對薄的透明丙烯酸樹脂板制成。進一步地，在前透射板11的下表面上，對著后反射板10設置一個在它們之間具有空間S的反射層(第二反射裝置)12。反射層12可由，例如以網(wǎng)孔或點形圖案的蒸汽沉積的鋁膜形成，以得到設計成具有規(guī)定孔徑比分布的孔。使孔的孔徑比被設計成為隨著離最近的熒光燈1的距離的增加而增加。更具體地，使孔徑比Ap被設計成為滿足由圖10中曲線β所表示的關系，該曲線β相對于離開燈1的距離X是界于線性關系α和拋物線關系γ之間的關系。
這樣，設置熒光燈1，使其能向形成在后反射板10和反射層12之間的規(guī)定空間S發(fā)射光。空間S起著在附圖中向上引導從熒光燈1發(fā)射的光的光導向空間的作用。此外，由于形成了具有上述孔徑比的反射層12，一部分光L1(圖8)透過反射層12，而剩余部分的光L2被反射朝向后反射板10。
另一方面，在前透射板11的上方，為兩塊棱鏡片(棱鏡裝置)16和17提供許多棱鏡元件，每一棱鏡元件都有一個90度的頂角。設置棱鏡元件，使它們提供頂角的邊棱能沿與熒光燈1的縱向平行的方向延伸，而且頂角設置在相對于透射板11的后反射板10的反面(向上)。要被照明的液晶板(未示出)設置在棱鏡片16和17的上方。
根據(jù)上述結構，當由燈1發(fā)射光時，發(fā)射的光在后反射板10與反射層12之間被多次反射以在空間S中傳播。因而，一部分光L1透過反射層12中的具有規(guī)定孔徑比的孔13，并進一步地透過棱鏡片16和17以便在折向棱鏡片16和17的法線方向上發(fā)射出。在這種情況下，在反射層12的各處的漏光量由其中的孔徑比分布來調節(jié)，從而得到具有均勻亮度分布的照明光。
在本實施例中，在后反射板10和反射層12之間形成的規(guī)定空間S用作光導向空間，以省去常規(guī)使用的厚丙烯酸樹脂板，由此減少了背照明裝置的重量。
在本實施例中，由于沒有使用起著光導向元件作用的丙烯酸樹脂板，因此，甚至可使其有大發(fā)射角的光分量通過透射板11發(fā)射而不會引起全反射。在本實施例中，由于使用了兩塊棱鏡片16和17，因而透過透射板11的光在折向棱鏡片16和17的法線的方向上被折射地發(fā)射出，從而改善了背照明裝置的視角特性(或光發(fā)射角特性)。更具體地，在一塊棱鏡片的情況下，來自背照明裝置的光的亮度分布在如圖11A所示的±60℃的發(fā)射角(視角)處有峰值，這表明沒有足夠的聚光性并且不能提供改進的視角特性。然而，如果使用如本實施例所示的兩塊棱鏡，可改進聚光性以提供如圖11B所示的已改進的視角特性。
還是在本實施例中，按圖10中曲線β設置孔徑比，而且可得到按圖12中曲線β所示的均勻亮度分布。
現(xiàn)將參考圖13描述本發(fā)明的第七實施例。
按照本實施的背照明裝置B具有一塊棱鏡片(棱鏡裝置)21，棱鏡片有許多棱鏡元件，每個棱鏡元件其上具有60度的頂角。將棱鏡片設置得可使它們的提供頂角的邊棱平行于熒光燈1的縱向延伸，并且頂角朝上(朝向液晶板(未示出)而背向著后反射板10)。
類似地使反射層12有由圖10中曲線β所表示的孔徑比分布，而其它的設置也與前面第六實施例中所采用的相似。
在本實施例中，由于沒有使用起光導向元件作用的丙烯酸樹脂板，因此，即使具有大發(fā)射角的光分量也可以沒有發(fā)生全反射的情況下向著設置在其上方的液晶板透過透射板11。然而，在本實施例中，使用具有60度頂角的棱鏡片21，因此透過透射板11的光L1在折向棱鏡片21的法線的方向上被偏轉折射，因而與前面第六實施例相似地改善了背照明裝置的視角特性。進一步地，由于在本實施例中使用的是單塊棱鏡片，因而減少了背照明裝置的成本和重量。
本實施例中得到了與前面的實施例中相似的效果。更具體地，將在后反射板10和反射層12之間形成的空間S用作光導向空間以省去常規(guī)用作光導向元件的厚丙烯酸樹脂，這樣大大減輕了重量。進一步地，由于使本實施例的反射層12中的孔徑比分布滿足圖10中的曲線β，所得到的平面亮度分布就變得如圖12中曲線β所示的那樣均勻。
現(xiàn)將參照圖14和15描述本發(fā)明的第八實施例。
根據(jù)本發(fā)明的背照明裝置裝有一塊棱鏡片(棱鏡裝置)31，該棱鏡片具有許多棱鏡元件，每個棱鏡元件都具有如圖14所示的60度的頂角。設置棱鏡片，以使它們提供的頂角的邊棱平行于熒光燈1的縱向延伸，且頂角向下(朝向前透射板11和后反射板10)。
類似地使反射層12有由圖10中曲線β所表示的孔徑比分布，而其它的設置也與前面第六實施中所采用的相似。
在本實施例中，由于沒有使用起光導向元件作用的丙烯酸樹脂板，即使具有大發(fā)射角的光分量也可以在沒有發(fā)生全反射的情況下透過透射板11朝設置在其上方的液晶板射出。然而，在本實施例中，使用的是具有60度的向下頂角的棱鏡片21，因此透過透射板11的光L1在接近棱鏡片21的法線方向上被折射和發(fā)射，從而改進了背照明裝置的視角特性，如圖15所示。這是因為透過前透射板11的光在接近棱鏡片31的頂角的表面被全反射且朝棱鏡片31的法線方向折射。進一步地，由于在本實施例中使用的是一塊棱鏡片，這就減少了背照明裝置的成本和重量。
在本實施例中得到了與前面第六實施例相似的結果。更具體地，將形成在后反射板10和反射層12之間空間S用作光導向空間以省去常規(guī)用作導向元件的厚丙烯酸樹脂板，因而大大減輕了重量。進一步地，由于使本實施例的反射層12中的孔徑比分布滿足圖10中的曲線β，所得到的平面亮度分布就變得如圖12中曲線β所示的那樣均勻。
順便說一句，盡管對上述第六至第八實施例沒有作特殊的描述，但可對前透射板11的上表面進行漫射處理，從而可得到與反射層12的孔的圖案無關的均勻亮度的照明光。進一步地，也可在前透射板11或上棱鏡片17上設置一個漫射板或片，以代替對前透射板11的上表面進行這樣的漫射處理。此外，也可在圖16中所示的兩塊棱鏡板16和17之間設置漫射裝置61，如漫射板或片。通過這樣設置，就可減輕由于兩塊棱鏡板16和17的疊置而產生的條紋。
在上面第六至第八實施例中，兩只熒光燈1彼此相對設置，但這當然是非限定性的。例如，可以光導向空間S的一側上設置一個熒光燈1，而在與熒光燈1對面的另一側上設置一個反射板。通過這種設置，可以減少背照明裝置的大小和重量。在上述的實施例中，使用了兩只熒光燈1，但也可使用四只熒光燈以環(huán)繞光導向空間S。然而，在這種情況下，最好疊置設置兩塊棱鏡片，以便在一個棱鏡片上的棱鏡邊棱沿縱向(如圖所示的圖面的厚度方向)延伸而在另一棱鏡片上的棱鏡邊棱橫向延伸，即，棱鏡片的棱鏡邊棱互成直角相交。在這種情況下，最好也使反射層12中的孔徑比具有二維分布。通過這種設置，能容易地使亮度進一步增加。
在上面第六至第八實施例中，使反射層12的孔徑比具有圖10中曲線β表示的分布，但這是非限制性的。例如，孔徑比的分布可以是圖10中由曲線α表示的線性的或圖10中的曲線γ表示的拋物線形的。在兩種情況下都胡得到基本上均勻的平面亮度分布，如圖12中由線α和γ所示。
在上面第七和第八實施例(圖13和圖14)中，使用了棱鏡頂角為60度的棱鏡片，但是頂角可為小于90度的任一角度，最好在50-70度的范圍內。
按照上面的第六至第八實施例，使由線光源發(fā)出的光進入在第一和第二反射裝置之間形成的空間，該空間沒有設置象由厚丙烯酸樹脂制成的這類光導向元件。因此，通過省去這樣的光導向元件減少了背照明裝置的重量。
透過第二反射裝置(的孔)的光被折射到更接近于棱鏡裝置的法線的方向，由此改進了背照明裝置的視角特性。
在使用多片棱鏡裝置的情況下進一步改進了視角特性。
此外，如果在多片棱鏡之間插入漫射裝置，就可以減小由多片棱鏡裝置的疊置而產生的條紋圖案。
另外，即使在單片棱鏡的情況下，如果棱鏡頂角做得小于90度，并且最好在50至70度的范圍內，也能得到改進的視角特性。在這種情況下，如果將棱鏡設置成其頂角對著第一反射裝置(即，背向著照明目標)，會進一步改進視角特性。
進一步地，如果給第二反射裝置提供具有孔徑比隨離開線光源的距離增加而增大的分布(例如呈線性關系。拋物線關系或界于線性和拋物線之間的關系)的開孔，能使背照明裝置的平面亮度分布均勻。
通過使用上述的背照明裝置，能提供一種重量輕和顯示質量高的液晶顯示器。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的背照明裝置的第九實施例的剖視圖。參見圖17，背照明裝置包括兩個線光源1，反射器2，一個后反射板10以及一個由相當薄的丙烯酸樹脂板構成的前透射板11。反射器2和后反射板10由通過蒸鍍的Ag膜進行鏡面磨削的鋁板一體式構成。使后反射板10具有如圖所示的凸起的或上升的中心(脊)的形狀。結果，使由后反射板10和前透射板11確定的空間S比在光源1附近的側向部件有更窄的間隔，空間S起橫向引導光源1發(fā)出的光的光導向空間的作用。前透射板11的上側88起照明表面的作用，液晶板P位于其上方。前透射板11的下表面配有具有規(guī)定孔徑比的網(wǎng)孔或點狀圖案的蒸鍍Al的反射層12，可將它稱為通常所說的照明簾?？讖奖仍O計成隨離開最近的光源1的距離的增加而增大。背照明裝置的整個結構幾乎是橫向對稱的，兩個光源1在光導向空間S的兩側，如圖17所示。
通過上述的設置，來自光源1的發(fā)射光被后反射板10和反射層12多次反射以射向光導向空間S的中心。尤其是，在本實施例中，后反射板10的中心部分向上凸出，使自光源1發(fā)射出的一部分光徑后反射板10的一次反射到達光導向寬間S的中心。在通過光導向空間S的傳播過程中，允許光通過反射層12中的孔向上漏射出，而所得到的漏射光用作照明光。因而，在該實施例中，與前面的實施例相比較，發(fā)射的光經較少次數(shù)的反射到達光導向空間S的中心被用作照明光，使后反射板10和反射層12的光譜反射特性對照明光的影響更小，從而減輕了背照明裝置的中心部分與周邊部分之間的色彩不均勻性或色彩偏移。
由反射層11中孔徑比分布來調節(jié)各個不同位置處的照明光量，最好使孔徑比隨著離開光導向空間S的邊緣的距離的增加而增大，所述邊緣是在靠近光導向空間S中心的光源側。進一步地，也可在前透射板11的上方單獨地設置漫射板或片以便觀看易出現(xiàn)在照明表面上的反射層12的圖案。
本實施例的背照明裝置有如圖17所示的橫向對稱的結構，兩個光源設置在光導向空間的橫向相對著的兩側。然而，也能通過在光導向空間S的右側設置一個反射裝置，僅在左邊設置一個光源，使該光源對著右邊的反射器。這樣設置對小尺寸背照明裝置相當適用。另一方面，也能通過改進上述的橫向布置(如圖所示)和縱向(在圖面的厚度方向)布置而將光源設置在光導向空間的周邊的四個側邊。在這種情況下，最好也使反射層12上的孔徑比具有二維分布。進一步地，也能使用具有Al反射導的PET片(即通常所說的照明簾)代替由丙烯酸樹脂板構成的具有反射層12的前透射板11，以得到類似的效果。
圖18是根據(jù)本發(fā)明背照明裝置的第十實施例的剖視圖。參見圖18，背照明裝置包括兩個線光源1，反射器2，一個后反射板10以及由相當薄的丙烯酸樹脂板構成的一個前透射板11。反射器2和后反射板10由通過蒸鍍Ag膜進行鏡面磨削的鋁板一體式構成。使后反射板10具有如圖所示的凸出的或上升的中心(脊)的形狀。結果，使由后反射板10和前透射板11確定的空間S比在光源1附近的側向部分有較窄的間距，空間S起橫向引導由光源1發(fā)出的光的光導向空間的作用。前透射板11的上表面88起照明表面的作用，棱鏡片31位于其上方。棱鏡片31有許多平行于光源1的縱向成脊狀延伸的并且頂角向下(向著前透射板11)的棱鏡元件。在棱鏡片31的上方，設置液晶板P作為被照明的目標。前透射板11的下表面配有用網(wǎng)孔狀或點狀圖案(具有規(guī)定的孔徑比)蒸鍍Al的反射層12。孔徑比設計成隨離開最近的光源1的距離的增加而增大。如圖18所示，背照明裝置的整個結構幾乎是橫向對稱的，在光導向空間S的兩側有兩個光源1。通過上述的設置，來自光源1的發(fā)射光被后反射板10和反射層12多次反射以射光光導向空間S的中心。尤其是，在本實施例中，后反射板10的中心部分向上凸出，使自光源1發(fā)射出的一部分光經后反射板10的一次反射到達光導向空間的中心。在光通過光導向空間S的傳播過程中，允許光通過反射層12中的孔向上漏射出，而且使所得到的漏射光起照明光的作用，其中由反射層12中的孔徑比分布來調節(jié)各個不同位置處的照明光的量，最好使孔徑比隨著離開光導向寬間S邊緣的距離的增加而增大，所述邊緣在靠近空間S中心的光源側面上。通過前透射板11射出的部分光絕大多數(shù)都有一個約為60度(相對于前透射板11的法線)的大發(fā)射角，而且這部分光在棱鏡片31的棱鏡表面被全反射，從而被折射轉向照明表面的正面方向。在這種情況下，棱鏡頂角最好為約60度。進一步地，也能在前透射板11和棱鏡片31之間或在棱鏡片31的上方單獨設置一漫射板或片，以便觀察易在照明表面上出現(xiàn)的反射層12的圖案。
因而，與前面的實施相比，在該實施例中，發(fā)射的光經過較少次數(shù)的反射后到達光導向空間S的中心將被用作照明光，以便后反射板10和反射層12的光譜反射特性對照明光的影響更小，從而減小了背照明裝置的中心部分與邊緣部分之間的色彩不均勻性或色彩偏移。進一步地，由于加上了有上面所述功能的棱鏡片31，大大增加了在正面方向上的亮度。
本實施例的背照明裝置有如圖18所示的橫向對稱結構，兩個光源設置在光導向空間的橫向相對的兩側邊。然而，也能通過在光導向空間S的右側設置一個反射裝置僅在左邊設置一個光源和一個可透射光的片元件，使它們和右邊的反射器相對。這樣設置對小尺寸背照明裝置更適用。另一方面，通過改進上述橫向布置(如圖所示)縱向布置(在圖面的厚度方向)，也能將光源設置在光導向空間的周邊的四個側邊。在這種情況下，最好設置疊放的兩個棱鏡片，使一個棱鏡片上的棱鏡邊棱縱向延伸(在如圖所示的圖面的厚度方向)而另一個棱鏡片的棱鏡邊棱橫向延伸，即棱鏡片上的棱鏡邊棱彼此相交成直角。在這種情況下，最好也使反射層12上的孔徑比具有二維分布。進一步地，也能使用具有Al反射層的PET片(即通常所說的照明簾)來代替由丙烯酸樹脂板構成的具有反射層12的前透射板11，以獲得類似的效果。
圖22和圖23分別表示在本發(fā)明中所使用的優(yōu)選反射層圖案(孔徑圖案)的平面圖，在這些圖中的X-Y坐標與圖1所示的坐標相對應，而且較大的X表示離光源1的距離較遠。在這些圖中，僅在X方向一維地描繪了反射層圖案(孔徑比圖案)，但實際上該圖案在Y方向可以重復。
如圖22和23所示的反射層圖案分別包括分圖案12a和分圖案12b。分圖案12a包含有連續(xù)的掩模層(用陰影線表示，為便于表示而畫成分離的方塊圖案，但實際上可以構成一個連續(xù)層)和具有孔徑比隨X方向坐標增大而增加的分開的孔。分圖案12a適合于提供孔徑比在，如0-50％的范圍內。分圖案12b是相對于分圖案12a的負(或互補的)圖案，亦即包括分立的掩模層和環(huán)繞掩模層的連續(xù)孔(或開口)區(qū)。分圖案12b可適合于提供在，如50％-100％的范圍的孔徑比。很清楚用于選擇分圖案12a和12b的邊界孔徑比并不是必需為50％。
在如圖1所示使用兩個光源1的情況下，可以相對于在中心的孔徑比為100％的線(縱向延伸)橫向對稱地形成圖22和23的圖形。
按下述方式制作和評價一些用于對角線長為15寸的顯示屏的樣品背照明裝置。
更具體地，分別制作了具有與圖2、13、8和14相對應的結構的樣品裝置a-d，并配有白熒光燈1，每個熒光燈在R、G和B區(qū)內都有寬光譜特性。
類似地分別制作J具有與圖2、13、8和14對應的結構的樣品裝置，但配置的是三波長型白熒光燈1，每個燈都具有在R、G和B的三個波長區(qū)分別呈陡峰的光譜特性，而不是配置上述具有寬光譜特性的白熒光燈。
相對于下列四項對按上述方法制作的八個樣品裝置進行評價。
(1)照明光的平面均勻性。
在裝置的光發(fā)射表面上的大量采樣點上測量亮度，以評價照明光的亮度均勻性。更具體地，得到最大亮度和平均亮度之間的差值，并用該差值的倒數(shù)進行評價。
(2)視角特性在各個觀察位置評估照明光的亮度變化。更具體地，得到圖11和15所示的亮度-視角特性曲線以測量半寬值(度)。用該半寬值的倒數(shù)進行評估。
(3)顏色重現(xiàn)性用一個樣品裝置分別照明手性向列液晶顯示器和扭曲向列液晶有源矩陣型顯示器，以評價顏色重現(xiàn)性在顯示屏內是否均勻。更具體地，將具有對應于R、G和B的三個角的三角形畫在CIE顏色坐標系上，并測量三角形的面積。用所述的表示度量顏色重現(xiàn)能力的面積進行評價。
關于上面的(1)-(3)項，通過使用具有圖21所示的常規(guī)結構的背照明裝置類似地進行了相同的評價以提供歸一化標準1.0。對于每一項，標準值為1.0-1.1的樣品裝置被判斷為“C”，為1.2-1.5時判斷為“B”，為1.6或更大時則判斷為“A”。
(4)整體評價從普通顯示裝置用戶中隨機地挑選十位評委，要求他們分別從八臺樣品中選出他們認為具有優(yōu)良顯示質量的最好的三臺樣品。
如果所有十位評委都認為質量優(yōu)良，該樣品裝置判定為“A”，若沒有一位評委認為質量優(yōu)良，那么該樣品判定為“C”，居兩者中間的情況則判定為“B”。
評價結果最后列于如下。
最后，將參照圖19描述含有上述背照明裝置B的數(shù)據(jù)傳輸設備400。
參見圖19，數(shù)據(jù)傳輸設備400包括一液晶板(顯示器)P，以便由板P顯示各種數(shù)據(jù)或信息。眾所周知，這樣的液晶板包括兩塊相對設置的襯底，液晶放置在襯底之間。兩塊襯底配有掃描電極和數(shù)據(jù)電極，以形成電級矩陣。
液晶板P與掃描信號施加電路402和數(shù)據(jù)信號傳輸電路403相連接，這兩個電路進一步又與掃描信號控制電路404和數(shù)據(jù)信號控制電路406、驅動控制電路405、和圖象控制器407相連接。在操作中，通過驅動控制電路405從圖象控制器407將數(shù)據(jù)和掃描線路信號提供給掃描信號控制電路404和數(shù)據(jù)信號控制電路406，這里將數(shù)據(jù)轉換成地址數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)，而將其它掃描線路信號以原樣送至掃描信號施加電路402和數(shù)據(jù)信號施加電路403。掃描信號施加電路402將具有由掃描線路信號確定的波形的掃描信號加到由地址數(shù)據(jù)確定的掃描電極，而數(shù)據(jù)信號施加電路403將提供具有由基于顯示數(shù)據(jù)和掃描線路信號的白或黑的顯示內容所確定的波形的數(shù)據(jù)信號。
下面將參考圖20描述裝有上述背照明裝置10的液晶顯示器50。給液晶顯示器50提供一個任一上述實施例的背照明裝置。背照明裝置10與背照明電路(背照明驅動裝置)51相連以驅動背照明裝置10。在背照明裝置10的前面且對著背照明裝置設置一液晶板P，該液晶板包括有一對相對設置的裝有掃描電極和數(shù)據(jù)電極的玻璃襯底，在玻璃襯底之間放入鐵電液晶。掃描電極和數(shù)據(jù)電極分別與X驅動器52和Y驅動器53相連接，所述兩個驅動器又與板驅動控制器(液晶器驅動裝置)55相連。將板驅動控制器55和背照明電路51與電源單元56相連以便提供電源。進一步地，板驅動控制器與要提供顯示信號的主計算機(未示出)相連。另一方面，板驅動控制55根據(jù)顯示信號通過驅動器52和53向液晶板P提供信號。更進一步地，板驅動控制器55將接通/斷開信號和照明控制信號提供給背照明電路51，根據(jù)這些信號來驅動背照明裝置10。
權利要求
1.一種背照明裝置，它包括一個用于反射光的反射裝置，一個設置在反射裝置對面的以便離開反射裝置形成一個空間的透射元件，以及一個將光發(fā)射進入所述空間的光源，以便由光源發(fā)出的進入所述空間的光被反射裝置反射和透過透射元件。
2.如權利要求1所述的背照明裝置，其中給所述透射元件提供了一個具有許多孔的反射層，以便從光源發(fā)射進入所述空間的光被反射裝置和反射層多次反射并透過透射元件從孔中向外漏射出。
3.如權利要求2所述的背照明裝置，其中使孔排列成每單位區(qū)域透射元件有一個隨離開光源的距離增加而增加的面積。
4.如權利要求2或3所述的背照明裝置，其中在所述反射裝置對著所述反射層的一個面上給所述反射裝置提供用于散射光和反射光的散射層。
5.如權利要求4所述的背照明裝置，其中給所述散射層提供了多個孔，使孔排列成每單位區(qū)域散射層有一個隨離開光源的距離的增加而減小的面積。
6.如權利要求1所述的背照明裝置，進一步地包括一個支撐在透射元件上用于有選擇地透射P極化分量和反射S極化分量的極化光束分離器，一個設置在反射裝置上并對著透射元件的用于引起P極化分量和S極化分量之間轉換的四分之一波長板，由此，自光源發(fā)射的進入所述空間的光在極化光束分離器層和反射裝置之間被反射以便發(fā)射光的P極化分量有選擇地透過透射元件向外漏射出。
7.如權利要求1所述的背照明裝置，其中給所述光透射元件設置了具有許多開孔的反射層，所述開孔的孔徑比以離開光源的距離的線性函數(shù)、雙曲函數(shù)、或界于線性函數(shù)和雙曲函數(shù)之間的函數(shù)形式隨著向空間的中心離開光源的距離的增加而增大。
8.如權利要求1所述的背照明裝置，進一步包括設置在透射元件對著反射裝置的一個面上的至少一片棱鏡裝置，以便使透過透射元件的光進一步透過棱鏡裝置而在偏向透射元件的法線方向上被折射。
9.如權利要求8所述的背照明裝置，其中所述棱鏡裝置有多片。
10.如權利要求9所述的背照明裝置，其中在多片棱鏡裝置之間插入一漫射裝置。
11.如權利要求8所述的背照明裝置，其中設置一片棱鏡裝置。
12.如權利要求8所述的背照明裝置，其中將所述棱鏡裝置設置成棱鏡的邊棱有向著離開第一反射裝置的方向的頂角。
13.如權利要求8所述的背照明裝置，其中將所述棱鏡裝置設置成棱鏡邊棱有向著第一反射裝置的頂角。
14.如權利要求8所述的背照明裝置，其中棱鏡裝置的棱鏡邊棱的頂角至多為90度。
15.如權利要求14所述的背照明裝置，其中所述棱鏡裝置的棱鏡邊棱的頂角為50-70度。
16.如權利要求8所述的背照明裝置，其中第二反射裝置具有，以離開光源的距離的線性函數(shù)、雙曲函數(shù)或界于線性函數(shù)和雙曲函數(shù)之間的函數(shù)形式隨著離開光源的距離的增加而增大的孔徑比分布。
17.如權利要求8所述的背照明裝置，其中所述第二反射裝置設置在以網(wǎng)孔或不同點狀的圖案形成的膜中，該膜被支撐在與所述第一裝置平行并離開所述第一裝置一定間隔的前透射板上。
18.一種顯示設備，包括一個如權利要求1-17的任一權利要求所述的背照明裝置，一個用于驅動背照明裝置的背照明裝置驅動部件，一個由背照明裝置來照明的顯示器，以及一個用于驅動顯示器的驅動裝置。
19.如權利要求18所述的顯示設備，其中所述顯示器為液晶顯示器。
全文摘要
一種適合于照明透射型顯示器如液晶裝置的背照明裝置，它包括一個用于反射光的反射元件，一個與反射元件相對設置以離開該反射元件形成一個空間的透射元件，以及一個將光發(fā)射進入所述空間的光源。從光源發(fā)出進入所述空間的光通過反射元件反射并透過透射元件。透射元件最好有帶孔的反射層。在透射元件和顯示器之間，可以設置棱鏡片和/或漫射片以改進正面照明效果。
文檔編號F21V8/00GK1144913SQ95107130
公開日1997年3月12日 申請日期1995年5月26日 優(yōu)先權日1994年5月27日
發(fā)明者榑松克巳, 鬼束義浩, 神田浩之 申請人:佳能株式會社