专利名称：照明装置和显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明装置和显示设备。
背景技术：
例如，诸如液晶显示设备这样的显示设备包括照明装置，称为前光灯和背光灯。照明装置包括光源和导光板。光源发出的光进入导光板。这些光在导光板内重复地发生全反射，从而在导光板中传播。通过光输出机构，比如一组棱镜，光朝向显示板离开导光板。
冷阴极管(荧光灯)被用作光源。冷阴极管与一般为U型的反光镜一起位于导光板的端面上。由冷阴极管发出并由反光镜反射的光照在导光板上。
另外，LED(或多个LED)可用作光源。该LED可制成具有以树脂密封的半导体芯片的LED封装。在LED封装的发光部分件的后面形成有反光镜，光从LED封装射出。然而，LED的光的方向性低，光以多种角度沿向前和倾斜的角度辐射传播。这造成了LED发出的光和进入导光板的光的使用效率低的问题。
另外，某种类型的照明装置包括两个导光板。光源位于第一导光板一侧，第一导光板位于第二导光板一侧。光进入第一导光板，从第一导光板出来以后进入第二导光板。这些光在第二导光板内重复地发生全反射，从而在第二导光板中传播。通过光输出机构，比如一组棱镜，光朝向显示板离开第二导光板。第一导光板的厚度与第二导光板的厚度相同。第二导光板粘结到带有低折射率层的偏光片上，该低折射率层的折射率低于第二导光板的折射率。在这种照明装置中，呈大角度分布的光从第二导光板中泄漏，降低了显示设备的对比度。因此，需要高度平行的光进入第二导光板。另外，位于光源附近的一部分导光板导致对比度降低。
另外，在导光板、偏光片和液晶板结合在一起作为一个单元，且在导光板和偏光片之间夹有一个折射率高于空气但低于导光板的低折射率层的情况下，以大于导光板的总折射角的角度进入导光板的光不通过导光板，而是以大角度进入了液晶板。这些光降低了液晶板的对比度，使得对比度和亮度不均匀，降低了显示质量。
当导光板和液晶板通过一个折射率低于导光板的低折射率层相互结合在一起时，在导光板中传播的光没有被界面完全反射，而是穿过偏光层进入了液晶板。因此，这些传播的光引起对比度降低。
另外，当导光板、偏光片和液晶板相互结合在一起作为一个单元时，这表明这些硬的板相互结合在一起。这引起硬板易于剥离的问题。尤其是，若粘合剂吸附了灰尘，则这些硬板更易于剥离。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种照明装置，其中，可以提高从光源向导光板引入光的效率。
本发明的一个目的在于提供一种照明装置，其中，高度平行的光进入导光板中。
本发明的一个目的在于提供一种照明装置和一种显示设备，其能够提高显示设备的对比度。
本发明的一个目的在于提供一种显示设备，其具有很高的光利用效率，或具有很高的对比度。
根据本发明，照明装置包括导光板、光源和位于导光板和光源之间的截棱锥。截棱锥具有底部、小于底部的顶部，以及连接底部和顶部的斜面。光源与截棱锥的顶部紧密接触。导光板与截棱锥的底部紧密接触。这样，从光源的发光部分传播到导光板的光不经过任何空气层。
在该结构中，在诸如LED这样的光源和导光板之间没有空气层。光源以大角度发出的光进入截棱锥。光被光源和导光板之间的截棱锥的斜面完全反射，并且在导光板中传播。因此，光源发出的光可被有效利用。最终，可以向导光板引入高度平行的光。
另外，根据本发明，照明装置包括导光板、光源以及位于导光板和光源之间的截棱锥。截棱锥的底部连接在导光板上或与其紧密接触。光源位于截棱锥附近。在光源和截棱锥的周围有反光部件。在楔型部件和导光板的边界上或边界旁边有光吸收部件。
在这种结构中，可以向导光板引入高度平行的光。
另外，根据本发明，照明装置包括光源；第一导光板，其接收从光源发出的光；第二导光板，其接收通过第一导光板的光；以及聚光装置，其位于第一导光板和第二导光板之间。第二导光板的厚度大于第一导光板的厚度。
在这种结构中，高度平行的光进入导光板中。
另外，根据本发明的液晶显示设备包括以上所述的任何一种照明装置。
另外，根据本发明的液晶显示设备包括光源、导光板，光源发出的光照射在该导光板上、液晶显示板、以及位于导光板和液晶板之间的偏光片。导光板、偏光片和液晶板相互粘结在一起。导光板具有入射表面，光源发出的光照射在该入射表面上；导光区，其对应于液晶板的显示区；第一表面，在该表面上在导光区中传播的光离开导光板射向液晶板；棱镜，其形成于导光板对面的第二表面上；以及多余光消除区，其位于入射表面和导光区之间，用于去除至少一部分以大于导光板全反射角的角度照射在导光板上的多余光。
在这种结构中，不包含棱镜但包含光吸收部件的多余光消除区形成于入射表面附近。在多余光消除区中去除在导光板内完全反射但根本不传播的多余光。因此，可以实现高对比度的显示。
此外，本发明提供了一种液晶显示设备，其具有粘结在一起的导光板、偏光片和液晶板，并包含下述的特征。
(a)从入射表面一侧的棱镜开始到对应于导光区厚度3倍的距离中，各个棱镜具有一个缓斜面和一个急斜面。缓斜面相对于导光区的光输出表面的斜度为1°或更大。这样，入射表面附近的各个棱镜的缓斜面具有1°或更大的斜度。在距入射表面短距离处获得了高的对比度。
(b)偏光片的吸收轴大致垂直于导光区的入射表面或相对于垂直方向具有大致45°以内的倾斜度。偏光片的吸收轴大致垂直于入射光。这样，在距入射表面短距离处获得了高的对比度。
(c)若导光区的折射率为ng，液晶板中反射导光板中传播的光的层的折射率为na，相邻棱镜之间的距离为P，以及从棱镜到液晶板内包含的反射机构的距离为D，则成立下面的关系式Ng2-Na2/Na≥0.5(P/D)]]>定义相邻棱镜之间的距离以及从棱镜到液晶显示板内的内部反光镜之间的距离，使得不会出现亮度偏差。
这样，相对于液晶板的显示区定义偏光片的尺寸和位置，使得不会出现亮度偏差。
(d)在偏光片和导光板之间设置有折射率低于导光板的第一低折射率层。在液晶板和偏光片之间设置有折射率低于导光板的第二低折射率层。因此，经过第一低折射率层并引起对比度降低的多余光被第二折射率层部分地反射。这样，减少了到达液晶板的多余光。
(e)偏光片的一侧或两侧形成有凹凸。
因此，在粘结层内可以包含微小的气泡。可产生实际折射率降低的层。
(f)偏光片和导光板通过第一粘结层相互粘结在一起。液晶板和偏光片的偏光层通过第二粘结层相互粘结在一起。对于第一粘结层和第二粘结层中的至少一个，假设粘结层的厚度为T，粘结层内夹杂的灰尘的大小为S，则成立下面的关系式S＜50μm或S＜T限制粘结时夹杂的灰尘的大小，以防止由于环境的改变以及随时间的变化，灰尘使得粘结的各个片剥落。
(g)偏光片和导光板通过第一粘结层相互粘结在一起。液晶板和偏光片的偏光层通过第二粘结层相互粘结在一起。第一粘结层的厚度用作防止或减小反射的结构，或用作防止或减小反射的结构的一部分。因此，限定低折射率层的厚度，从而提供干涉型防反射结构，由此防止了由反射引起的对比度降低。
(h)在导光板上形成粘结层。偏光片至少包括透明层和偏光层。透明层比偏光层更接近于导光板。导光板的折射率与粘结层的折射率大体相同。透明层的折射率低于导光板和粘结层的折射率。
(i)大致形成导光板反射表面的低折射率区的厚度用作防止或减小垂直光的反射的结构，或对应于垂直光的波长的一半。
(j)导光板包括基板和树脂层。基板是由与液晶板的基板相同的材料制成，或由热膨胀系数与液晶板基板的材料大致相同的材料制成。树脂层具有棱镜的光路改变能力，用于改变在导光板中传播的光的路径，并把光从导光板中发射出去。因此，相互粘结在一起的各个片的热膨胀系数彼此相符，由此可防止粘结的各个片由于温度变化引起的变形而剥落。
(k)导光板的材料和液晶板的基板的材料是玻璃或塑料。
(l)在导光板的一侧形成有棱镜，且偏光片粘结在导光板的相对一侧。根据垂直对准方法驱动液晶板。垂直对准型液晶板与高对比度的光学系统联合使用，从而实现了更高对比度的显示。
(m)在导光板的一侧形成有棱镜，偏光片粘结在导光板的相对一侧上。在导光板中在水平面上传播的光的扩散角的全角度小于60°。
另外，根据本发明的制造液晶显示板的方法包括把偏光片粘结在液晶板上的步骤，把导光板粘结在偏光片和液晶板相互粘结在一起而形成的组件上的步骤，以及挤紧由导光板、偏光片和液晶板按顺序粘结在一起形成的粘结组件的步骤。
定义了粘结步骤，由此制造方法提供了极好的粘结效率。即，在粘结之前，要处理导光板的粘结表面。这可使粘结效率提高。
图1是示出根据本发明第一实施例的照明装置的示意图；图2是用于对图1所示的照明装置的操作进行说明的部分放大图；图3是对比例的照明装置的操作示意图；
图4是LED示例的截面图；图5是包含照明装置的显示设备示例的示意图；图6是包含照明装置的显示设备的另一个示例的示意图；图7示出了照明装置的另一个示例；图8示出了照明装置的另一个示例；图9示出了照明装置的另一个示例；图10示出了照明装置的另一个示例；图11示出了照明装置的另一个示例；图12示出了照明装置的另一个示例；图13示出了照明装置的另一个示例；图14是图13所示照明装置的XIV-XIV截面图；图15示出了照明装置的另一个示例；图16是图15所示照明装置的XVI-XVI截面图；图17示出了照明装置的另一个示例；图18是图17所示照明装置的XVIII-XVIII截面图；图19是图17所示照明装置的XIX-XIX截面图；图20示出了照明装置的另一个示例；图21是经过图20所示照明装置的一个棱锥的截面图；图22示出了照明装置的另一个示例；图23是经过图22所示照明装置的一个棱锥的截面图；图24示出了照明装置的另一个示例；图25是经过图24所示照明装置的一个棱锥的截面图；图26示出了照明装置的另一个示例；图27是经过图24所示照明装置的一个棱锥的截面图；图28是根据本发明第二实施例的液晶显示设备的示意图；图29是包含在图28所示的液晶显示设备内的液晶板的截面图；图30是包含在图28所示的液晶显示设备内的照明装置的平面图；图31是图30所示的照明装置的截面图；图32是用于对包含在图30和图31所示的照明装置内的聚光装置的操作进行说明的示意图；图33是用于对当光角度θ满足θ＜α时聚光装置的操作进行说明的图；图34是用于对当光角度θ满足α＜θ＜θ0时聚光装置的操作进行说明的图；图35是用于对当光角度θ满足θ0＜θ时的聚光装置的操作进行说明的图；图36显示了从第一导光板进入聚光装置的光的角度分布；图37显示了由聚光装置调整的光的角度分布；图38显示了从第一导光板进入聚光装置的光的角度分布；图39显示了全部具有从斜面反射的角度的光线的角度分布(图38中的区域z)；图40显示了部分具有从斜面反射的角度并通过聚光装置的光线的角度分布(图38中的区域Y)；图41示出了照明装置的另一个示例；图42是图41所示照明装置的截面图；图43示出了照明装置的另一个示例；图44是图43所示照明装置的截面图；图45示出了照明装置的另一个示例；图46是图45所示照明装置的截面图；图47示出了图45和图46所示的照明装置在垂直方向上的聚光效果；图48示出了图45和图46所示的照明装置在水平方向上的聚光效果；图49示出了照明装置的另一个示例；图50是图49所示的照明装置的前视图；图51是图49所示的照明装置的左视图；图52示出了照明装置的另一个示例；图53是图52所示的照明装置的截面图；
图54示出了照明装置的另一个示例；图55是图54所示的照明装置的截面图；图56是照明装置的另一个示例的截面图；图57是照明装置的另一个示例的截面图；图58是液晶显示设备的一个示例的截面图；图59是液晶显示设备的另一个示例的截面图；图60是照明装置的另一个示例的平面图；图61是图60所示的照明装置的前视图；图62是图60所示的照明装置的截面图；图63示出了根据本发明第三实施例的液晶显示设备；图64示出了在图63所示的液晶显示设备中显示位置与对比度之间的关系；图65示出了在图63所示的液晶显示设备中显示位置与亮度之间的关系；图66示出了液晶显示设备的一个示例；图67示出了液晶显示设备的另一个示例；图68是图67所示的液晶显示设备中包含的导光板表面上用于导出光的棱镜的部分放大图；图69示出了在图67所示的液晶显示设备的显示区中位置与对比度之间的关系；图70示出了液晶显示设备的一个示例；图71示出了在图70所示的液晶显示设备的显示区中位置与对比度之间的关系；图72示出了液晶显示设备的一个示例；图73示出了液晶显示设备的一个示例；图74示出了在图73所示的液晶显示设备中p/d和亮度均匀性之间的关系；图75示出了液晶显示设备的一个示例；图76示出了在图75所示的液晶显示设备中显示位置与对比度之间的关系；图77示出了液晶显示设备的一个示例；图78示出了在图77所示的液晶显示设备中的灰尘大小与气泡点之间的关系；图79示出了液晶显示设备的一个示例；图80示出了液晶显示设备的一个示例；图81示出了液晶显示设备的一个示例；图82示出了在水平面中进入导光区的光的扩散角与对比度之间的关系；以及图83示出了扩散角。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施例。
图1是一个示意图，显示了根据第一实施例的照明装置10。图2是照明装置10的部分放大图，用于解释图1所示照明装置10的操作。
图5和图6是包含照明装置的显示设备示例的示意图。如图5和图6所示，显示设备100包括照明装置102和显示板104。在图5中，照明装置102是前光灯，显示板104是反射型液晶显示板。偏光片106位于前光灯102和显示板104之间。在图6中，照明装置102是背光灯，显示板104是透射型液晶显示板。偏光片106位于显示板104的两边。下面将要描述的照明装置10用作图5或图6所示的照明装置102或任何其他照明装置。
如图1所示，照明装置10包括导光板12、光源14和位于导光板12和光源14之间的截棱锥16。截棱椎16具有底部16a、比底部16a小的顶部(支承表面)16b，以及连接底部16a和顶部16b的斜面(多个斜面)16c。光源14与截棱椎16的顶部16b紧密接触。导光板12与截棱椎16的底部16a紧密接触。光从光源14的发光部分件传播到导光板12，不经过任何空气层。
如图1和图2所示，截棱椎16由与导光板12相同的材料制成，并与导光板12结合在一起。光源14通过粘合剂固定在截棱椎16的顶部16b上。例如，导光板12和截棱椎16由丙烯酸树脂(折射率为1.48)、Arton或Zeonor(折射率为1.51)制成。也可采用聚碳酸酯树脂(折射率为1.58)。这个实施例中，粘合剂将光源14和截棱椎16光学地结合在一起光学连接，使光源14和截棱椎16之间的空隙中基本上没有空气。在这里，永久粘合剂、可移除粘合剂和其他粘合成分统称为粘合剂。
光源14包括LED。图4是LED的一个示例的截面图。该LED 14可制成具有以丙烯酸或环氧树脂等树脂14b封装的形成有pn结的半导体芯片14a的LED封装。在LED 14的发光部分件14c后面形成有反光镜14d。光如箭头所示沿半径方向从LED 14向前照射。LED 14的光的方向性小，光以各种角度沿向前和倾斜方向传播。
图2显示了相对于导光板12的轴线以较大的角度从光源14发出的光18。这些光18进入截棱椎16并朝斜面16c传播。光18被截棱椎16的斜面16c完全反射，继续在导光板12中传播。光18经过导光板12，在导光板12内重复地进行全反射，并通过诸如棱镜或漫反射层的光输出机构朝着显示板104的方向离开导光板12。相对于导光板12的轴线以较小的角度从光源14发出的光19不碰到斜面16c而传播经过导光板12。
假设截棱椎16的折射率为n、斜面16c与平行于截棱椎16的轴线的直线形成的夹角为a，若截棱椎16的斜面16c的角度α等于或大于arcsin(1/n)，则入射到截棱椎16中的光被斜面16c完全反射。然而，若角度α较大，则斜面16c所反射的光量会减少。另外，斜面16c反射的光可能会通过导光板12的表面。因此，若截棱椎16的斜面16c的角度在30°～45°的范围内，则能够进入导光板12的光量增加。
光源14的发光部分件的尺寸小于或等于截棱椎16的顶部16b的尺寸。另外，光源14的发光表面的尺寸小于或等于截棱椎16的顶部16b的尺寸。因此，更多的光源14所发出的光可以进入到截棱椎16中。
图3解释了对比例的照明装置的操作。图3中并没有包含截棱椎16，且光源14与导光板12没有形成光学接触。即，在光源14和导光板12之间夹有一个空气层。在这种情况下，光源14的发光部分件发出的部分光被光源14和空气层之间的界面反射，不能进入导光板12。部分光被导光板12的端面反射，不能进入导光板12。
根据本发明，这些不能使用的光能够被引入导光板12中，可以提高光使用效率。有试验表明，光利用率提高到了2.9倍。
图7到23显示了照明装置的另一个示例。在这些示例中，照明装置10包括导光板12、光源14以及连接导光板12和光源14的截棱椎16。光源14与截棱椎16的顶部16b紧密接触，导光板12与截棱椎16的底部16a紧密接触，这样，光从光源14的发光部分件传播到导光板12，它们之间没有空气层。
在图7中，光源14和截棱椎16相互结合在一起，且截棱椎16附在导光板12上。
在图8中，截棱椎16和导光板12相互结合在一起，且利用可变形体20(粘合剂)把光源14连接在截棱椎16的顶部16b上，该可变形体20可以由于其流动而变形，施加在截棱椎16的顶部16b的凹入部分中。
在图9中，利用粘合剂22把光源14连接在截棱椎16的顶部16b上。在这种设计中，不仅截棱椎16具有斜面16c，粘合剂22也具有斜面22c。因此，在该示例中，粘合剂22具有与截棱椎16相同的功能。这提高了光利用率。该示例中，粘合剂22是丙烯酸树脂，与同是丙烯酸树脂的导光板12和截棱椎16相似。这提高了结合强度。另外还除去了空气层。优选地，粘合剂22的形状确定为建立以上参照图2所述的折射率n和斜面斜度a之间的关系。
在图10中，利用粘合剂22把光源14连接在截棱椎16的顶部16b上。粘合剂22的表面22d是圆形倾斜表面。该示例中，与图9所示的照明装置10相似，提高了光的利用率。该示例中，首先，把光源14结合在截棱椎16的顶部16b上。其后，添加丙烯酸树脂以形成部分球面。当光源14嵌入粘合剂22中时，光源14侧面发出的光也可被利用。
在图11和12中，截棱椎16由粘合剂制成。即使在该示例中，优选地，粘合剂制成截棱椎16的形状确定为建立以上参照图2所述的折射率n和斜面斜度a之间的关系。
在图13到14中，把多个光源14附在截棱椎16的顶部16b上。在这种情况下，图14中的垂直部分的结构与图9或图10相似，但水平部分的结构与图11或图12相似。LED光源阵列是具有LED芯片的LED封装的阵列，该LED芯片呈阵列排列在印刷电路板上并结合在其上。一个LED封装含有一个发出三种基本颜色中一种颜色的光的LED芯片，发出红光、绿光和蓝光的LED封装呈阵列顺序安放。或者，一个LED封装可包含发出三种基本颜色的光的三个LED芯片。这具有下述优点当这种LED封装构造成平面光源时，可以使色差减到最小。
在这种情况下，优选地把单向反光镜13连接在截棱椎16的侧面和沿光传播方向延伸的导光板12的侧面上(图14中薄片的上下面)。这可以防止光通过侧面从导光板中漏出而不在内部会聚。
在图15和16中，通过白色有机电致发光(EL)灯或类似设备而实现的线性光源14安装在截棱椎16的顶部16b上。线性EL光源14是通过在玻璃基板基板上形成的EL灯而实现的。从热膨胀系数的角度来说，线性EL光源14可以通过在有机薄膜或有机薄片上形成EL灯来实现。
在图17到19中，导光板包括第一导光板12A和第二导光板12B。光源14以与上述示例相同的方式连接在第一导光板12A的两侧。第一导光板12A位于第二导光板12B的侧面上。第一导光板12A可称为光导管。第一导光板12A在其与第二导光板12B所处的侧面相对的侧面上具有锯齿镜24。第二导光板12B在第一导光板12A所在的侧面上形成有聚光装置26。
光源14所发出的光进入第一导光板12A，从而第一导光板12A作为线性光源。第一导光板12A内的光被锯齿镜24反射并进入第二导光板12B。然后第二导光板12B作为平面光源。每个光源14的光学连接部分和第一导光板12A通过丙烯酸树脂分别被紧密地相互光学连接在一起，但第一导光板12A和第二导光板12B的光学连接部分不是紧密地相互光学连接在一起，而是仅仅相互接触，以便可以截取第一导光板12A内传播的光。
在图20和图21中，截棱椎16是细长的楔型部件。多个截棱椎16排列在导光板12的一侧。由LED构成的光源14安装在各个截棱椎16的顶部上。光吸收部件28在截棱椎和导光板12的边界上或附近环绕着所有的截棱椎16，从而覆盖截棱椎16与导光板12邻接的部分。该示例适用于把来自光源14的散射光转换为平行光。
在图22和图23中，截棱椎16是细长的楔型部件。多个截棱椎16排列在导光板12的一侧。由LED构成的光源14安装在各个截棱椎16的顶部上。光吸收部件28在截棱椎和导光板12的边界上或附近环绕着所有的截棱椎16，从而覆盖截棱椎16与导光板12邻接的部分。此外，镜或散射反光部件30包围着所有的截棱椎16。该示例适于把光源14发出的散射光转换成平行光。诸如LED这样的小光源14连接在各个截棱椎16的顶部上，但是，光源14不需要总是连接在各个截棱椎16的顶部上。只要光源14的位置靠近各个截棱椎(靠近其端面)就没有问题。
图24到27显示了照明装置的另一个示例。在图24和图25中，照明装置10包括光源15、导光板12、形状为细长的楔型部件并连接到导光板12的多个截棱椎16、在截棱椎和导光板12的边界上或附近环绕着所有截棱椎16从而覆盖导光板12的截棱椎16的邻接部分的光吸收部件28，和包围着所有截棱椎16的镜或散射反光部件30。光源15通过冷阴极管(荧光灯)实现并位于截棱椎16的旁边，横贯所有截棱椎16。光源15发出的光从各个截棱椎的侧面进入截棱椎16，在截棱椎16内重复地发生全反射，相对于导光板12的轴线小角度地进入导光板12。该示例适于把平行光引入导光板12中。
在图26和图27中，照明装置10包括光源15、导光板12、形状为细长的楔型部件并连接到导光板12的多个截棱椎16、在截棱椎和导光板12的边界上或附近环绕着所有截棱椎16从而覆盖导光板12的截棱椎16的邻接部分的光吸收部件28，和包围着所有截棱椎16的镜或散射反光部件30。该示例的操作和前面示例的操作相同。
在图24到图27中，光源15不仅可以是冷阴极管，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状的光源。在这些示例中，光吸收部件28可防止漫散光。
图28是一个示意图，显示了根据本发明第二实施例的液晶显示设备。图29是图28所示液晶显示设备所包含的液晶板的截面图。液晶显示设备40包括液晶板42、照明装置44、偏光片46和低折射率层48。优选地，该液晶板42是反射型和垂直对准型(VA型)。
在图29中，液晶板42具有位于一对玻璃基板42a和42b之间的液晶42c。其中一个玻璃基板42a包括公共电极42d和垂直对准层42e，另一个玻璃基板42b包括像素电极42和垂直对准层42g。因此，没有施加电压时，液晶分子总体上对准为垂直于基板的表面，而当施加电压时，液晶分子总体上对准为平行于基板的表面。像素电极42由反光材料制成。优选地，一个像素分成多个区域，其中液晶分子的预倾斜方向根据区域而变化。
在图28中，包含在照明装置44中的(第二)导光板54连接到具有低折射率层48的偏光片46上。该偏光片46连接到液晶板42上。
这样，在导光板54、偏光片46和液晶板42相互连接在一起的情况下，由于入射到导光板54中的没有被低折射率层48完全反射的光穿过了偏光片46，然后照射到液晶板42上，这样就产生了对比度降低的问题。本发明的发明人意识到当使用高对比度垂直对准型液晶板42时这个问题是个严重的问题，在该液晶板中偏光片46连接到导光板54上且液晶板进一步连接到偏光片46上。
由于在导光板54的一个侧面上形成有折射率高于空气折射率的低折射率层48，并且液晶板42通过偏光片连接到导光板上，大量的进入导光板54的光(没有被低折射率层完全反射的光)入射到液晶板42中，导致由于对比度降低且不均匀而使显示质量降低，亮度也变得不均匀。当导光板54、偏光片46和液晶板42相互连接在一起时才出现这个问题。
另外，都是平板的导光板54和液晶板42相互连接在一起时，导光板54和液晶板42容易剥离。尤其是，若粘合剂吸附了灰尘，则导光板54和液晶板42在特定环境中易于局部剥离。这引起显示质量降低的问题。导光板54和液晶板42通过折射率小于导光板54的低折射率层48而相互接触。因此，透过界面的光不完全为0。透出的光引起对比度降低。当偏光片46连接到导光板54且液晶板42连接到偏光片46时，偏光片46吸收大量的光。这降低了亮度。下面将要描述的这个实施例将试图解决上述问题。
图30是图28所示照明装置44的俯视图，图31是图30所示照明装置44的截面图。该照明装置44包括光源50、接收光源50所发出的光的第一导光板52、接收穿过第一导光板52的光的第二导光板54，以及夹在第一导光板52和第二导光板54之间的聚光装置56。第二导光板54的厚度大于第一导光板52的厚度。
照明装置44类似于图17到19所示的照明装置10。具体而言，光源50是通过LED实现的，并连接在第一导光板52的各个侧面上。第一导光板52位于第二导光板54的一个侧面上。第一导光板52在其与第二导光板54所在侧面相对的侧面上形成有锯齿镜(见图17)。第二导光板54在第一导光板52所在侧面上形成有聚光装置56。该示例中，聚光装置56是第二导光板54的一个整体部分，朝第一导光板52的方向逐渐变细。第二导光板54在其表面54A上形成有棱镜(未显示)，作为光输出机构，把穿过第二导光板54的光引向液晶板42。在下面将描述的示例中第二导光板54也包含棱镜。
光源50由厚度为0.6mm的LED构成。第一导光板52的厚度为0.5mm，第二导光板54的厚度为1mm。聚光装置56是第二导光板54的一部分，具有在第一和第二导光板52和54之间延伸的斜面56A。然而，聚光装置56和第一导光板52没有相互光学连接，而是彼此相互靠近，从而形成相互接触。
第一导光板52和第二导光板54由JSR公司生产的Arton(其折射率为1.51)制成。聚光装置56也由Arton制成。图28所示的偏光片46通过它们中间的粘合剂(其折射率介于1.45～1.47之间)连接到第二导光板54，在该粘合剂中添加了纳米级的气泡，以获得低折射率。该可去除的粘合剂用作图28所示的低折射率层48。偏光片46具有偏光层、覆盖在偏光层两侧的三醋酸纤维(TAC)层，以及在TAC层下面形成的多个层。垂直对准型液晶板42连接到偏光片46上。
包含聚光装置56的目的在于提高从第一导光板52进入第二导光板54的光的平行度。
用作低折射率层48的粘合剂由折射率为1.48的丙烯酸材料制成。粘合剂中含有不可见的纳米级气泡，目的在于降低折射率，偏光片的表面上形成有高度范围介于几个微米到十微米的凹凸，粘合剂涂在偏光片上，偏光片连接到导光板上。因此，偏光片通过偏光片表面上均匀吸附的空气而贴在导光板上。在该阶段中，可以观测到气泡，因此，对偏光片和导光板进行热压处理，从而完成这个组件。已经证实，所包含的气泡使得照射的光量提高至1.2到1.8倍。
图32用于解释聚光装置56的操作。标号58表示从第一导光板52进入第二导光板54的光。斜面56A与平行于第二导光板54的轴线的直线形成的夹角为α。光58与平行于第二导光板54的轴线的直线形成的夹角为θ。当光从聚光装置56的入口最低点(靠近第一导光板52)传播到其出口的最高点(靠近第二导光板54)时，光58与平行于第二导光板的轴线的直线形成的夹角为θ0。光在第二导光板54内被完全反射的全反射角为θc。
字母W表示聚光装置56的长度，L表示光58的入射位置，H0表示第一导光板42的厚度，H1表示第二导光板54的厚度。h等于(H1-H0)/2。在这种情况下，建立了H1＝H0+2h、h＝Wtanα和h+H0＝Wtanθ0的关系。
图33用于解释聚光装置56在光58的角度θ满足θ＜α(考虑负角度时，-α＜θ＜α)时的操作。在这种情况下，光58的角度小并表现出高度平行性。光58并没有照射到斜面56A上，而直接进入了第二导光板54。进入第二导光板54的光由标号60表示。
图34用于解释聚光装置56在光58的角度θ满足α＜θ＜θ0(且-θ0＜θ＜α)时的操作。在这种情况下，根据光58的入射位置L，光58可能不射到斜面56A而直接进入第二导光板54，也可能射到斜面56A，发生全反射，然后进入第二导光板54。后一种情况下进入第二导光板54的光由标号60表示。当光58和60平行地向下移动时，可以获得前一种情况下的光。
图35用于解释聚光装置56在光58的角度θ满足θ0＜θ(或θ＜-θ0)时的操作。在这种情况下，所有的光将射到斜面56A，被斜面56A完全反射，然后进入第二导光板54。进入第二导光板54的光由标号60表示。
图36显示了从第一导光板52传播到聚光装置56的光的角度分布。图37显示了聚光装置56所调整的光的角度分布。当光58被斜面56A完全反射时，补偿了光58的角度θ，使得光向平行于第二导光板54的轴线的直线靠近±2a。图36中的阴影部分表示光58可以被斜面56A反射的区域。因此，提高了从第一导光板52向第二导光板54传播的光的平行度，如图37所示(增加了以小角度传播的光量)。此处，P表示角度的最佳范围。
现在将讨论聚光装置56的长度和斜面的角度。制造了聚光装置56的的样品，其长度设定为介于0.5mm到7mm范围内。确定第一导光板52的厚度、第二导光板54的厚度和聚光装置56的长度之后，即确定了聚光装置56的斜面56A的角度α。
图38显示了从第一导光板52传播到聚光装置56的光的角度分布。其中只显示了正角度侧的分布。通过描绘聚光装置56的斜面56A的角度α的值而绘出曲线a。通过描绘图32所示的角度θ0的值绘出曲线θ0。曲线a下方的区域X是光不被斜面56A反射而进入第二导光板54的区域，如图33所示。曲线a和曲线θ0之间的区域y是光被斜面56A部分反射的区域，如图34所示。曲线θ0以上的区域是光被斜面56A完全反射的区域。
图39显示了具有能够从斜面56A完全反射的角度并已经穿过聚光装置56的光58的角度分布。在这种情况下，光60的角度分布位于曲线U和曲线θ’之间的区域中。曲线θ’对应于通过向下移动图38所示曲线θ0而获得的曲线。把这个区域与图38中的区域Z进行比较，光60的角度分布被转换为具有较小角度的光的角度分布，提高了光的平行度。
区域M介于角度13°和角度-13°之间，是当光在第二导光板54中传播时被第二导光板54和低折射率层48之间的界面完全反射的角度范围。当光60被第二导光板54和低折射率层48之间的界面完全反射时，光充分地传播通过整个第二导光板54。这种特征适用于照明装置。在13°的角度和曲线θ’之间的区域中，在线a的左侧部分，光被斜面56A反射并落入区域M。在线a的右侧部分，光被斜面56A反射并落入区域M，但即使光没有被斜面56A反射，从一开始光也就落入了区域M。
图40显示了具有允许一部分光58被斜面56A反射的角度并已经穿过聚光装置56的光的角度分布(图38中的区域y)。在这种情况下，光60的角度分布介于曲线V和曲线W之间。把该区域与图38中的区域y相比较，光60的角度分布被转换为具有较小角度的光的角度分布，且提高了光的平行度。落入线b的左侧部分的光被斜面56A反射并落入区域M。落入线b的右侧部分的光被斜面56A反射并落入区域M，但即使光没有被斜面56A反射，从一开始光也就落入了区域M。
图38到40显示了穿过聚光装置的0.8mm长度的线N。当聚光装置56的长度介于0.8mm(斜面的角度α大约为18°)到3.5mm(斜面的角度α大约为4.1°)之间时，通过全反射传播的光量增加，但若锥部的长度进一步增加，光的会聚效果很难再改变(具体见图40)。另外，在通过全反射传播的光中，接近平行于(范围介于+5°到-5°)第二导光板的轴线的光量增加。因此，第二导光板54的光输出棱镜安排在大约45°的角度上，以增加垂直照射到液晶板42上的光量。
因此，假设光被第二导光板54反射的全反射角是θc且斜面56A的角度为α，则应该满足α＜1.5θc。当全反射角θc被设定为13°且斜面57A的角度α被设定为大约18°时，建立了α＜1.5θc关系。因此，亮度水平提高至1.5倍到2.0倍，对比度提高至2倍到3倍。在这个示例中，LED的厚度设定为0.6mm，第一导光板的厚度设定为0.5mm。LED的有效照射集中在其靠近中心的部位(表面)，其厚度为0.5mm或更少，因此限制了由光学连接导致的损失。
图41显示了照明装置的另一个示例。图42是图41所示照明装置的截面图。该示例中，聚光装置56是第一导光板52的一个整体部分，其朝第二导光板54扩大。聚光装置56包括斜面56A。
图43显示了照明装置的另一个示例。图44是图43所示照明装置的截面图。该示例中，聚光装置56包含具有斜面56A的反光镜，斜面56A从位于或靠近第一导光板52的一个点向位于或靠近第二导光板54的一个点倾斜或逐渐变小。反光镜用于提高从第一导光板52出来进入第二导光板54的光的平行程度。聚光装置56不能最好地提高聚光效率，但由于结构简单而具有易于制造的优点。
图45显示了照明装置的另一个示例。图46是图45所示照明装置的截面图。该示例中，聚光装置56包括大体为柱状的光纤。大体为柱状的光纤的功能与透镜相同，用于提高从第一导光板52中出来进入第二导光板54的光的平行度。当第一导光板52的厚度小于第二导光板54时，该示例的特征很有效。
图47显示了图45和46所示照明装置44在垂直方向上的聚光效果。图48显示了图45和46所示照明装置44在水平方向上的聚光效果。在图47和48中，曲线F0表示当不包含用作聚光装置56的光纤时在垂直方向上的光量相对分布。曲线F1表示当包含用作聚光装置56的光纤时在垂直方向上的光量相对分布。当包含用作聚光装置56的光纤时，聚光效果改善，入射到第二导光板54上的光的平行度提高。当第一导光板52的厚度设定为0.7mm且第二导光板54的厚度设定为1.0mm时，聚光效果大约提高至1.5倍。
在该示例中，使得聚光效果提高到1.5倍的LED的厚度是1.0mm，这与把由LED组成的光源50直接连接到第一导光板52上的情况相同，第二导光板54的厚度为1.0mm。通过检验LED，实际的发光面的厚度小于1.0mm，从中心的发光芯片向外辐射光，该芯片是边长为零点几毫米的方块，并位于发光表面之后。因此，提高了光纤的聚光效果。
图49显示了照明装置的另一个示例。图50是图49所示照明装置的正视图。图51是图49所示照明装置的左视图。该示例中，与上述示例中的聚光装置56相似的聚光装置62夹在由LED构成的光源50和第一导光板52之间。聚光装置62是第一导光板52的一个整体部分，并朝着光源50逐渐变细。聚光装置62的操作和聚光装置56的操作相同。聚光装置62连接光源50和第一导光板52，并包含一个斜面。若光被第一导光板52完全反射的全反射角为θc，且斜面与平行于第一导光板52的轴线的直线形成的夹角为a，则满足α＜1.5θc。在这种情况下，光源50的厚度小于第一导光板52的厚度。另外，聚光装置62提高光源50发出的并进入第一导光板52中的光的平行度。
在这个示例中，如前所述，LED放射状地发出光，聚光效果较高(大约为1.3倍)。然而，在通过第一导光板52把光源50连接到第二导光板54的结构中，在第一导光板52上与其邻接第二导光板54的侧面相对的侧面上形成有反光镜。若该侧面的平面度和垂直度并不很高，则垂直方向上的扩散角增大。这要求第一导光板52具有较高的制造精度。该示例使得易于获得制造精度。
图52显示了照明装置的另一个示例。图53是图52所示照明装置的截面图。该示例不包括前一示例中包含的第一导光板52，且光源50被连接到第二导光板54上。在由LED构成的光源50和第二导光板54之间形成有聚光装置62。与图43和44所示的聚光装置56相似，聚光装置62包括一个具有斜面62A的反光镜，斜面62A从位于或靠近光源50的一个点向位于或靠近第二导光板54的一个点倾斜。包含该反光镜的目的在于提高光源50发出的并进入第二导光板54中的光的平行度。
图54示了照明装置的另一个示例。图55是图54所示照明装置的截面图。在该示例也不包括前面的示例中包含的第一导光板52，且光源50被连接到第二导光板54上。聚光装置62位于由LED构成的光源50和第二导光板54之间。与图45和46所示的聚光装置56相似，聚光装置62由大体为柱状的光纤构成。大体为柱状的光纤的功能与透镜相同，用于提高从光源50中出来进入第二导光板54的光的平行度。
图56显示了照明装置的另一个示例。照明装置44包括图中没有显示的光源、第一导光板52、第二导光板54、由大体为柱状的光纤构成的聚光装置56，以及与第二导光板54连接的偏光片46，在第二导光板54和偏光片46之间有低折射率层48。
图57显示了照明装置的另一个示例。照明装置44包括图中没有显示的光源、第一导光板52、第二导光板54、作为第二导光板54的一个整体部分并具有锥度的聚光装置56，以及与第二导光板54连接的偏光片46，在第二导光板54和偏光片46之间有低折射率层48。
图58显示了液晶显示设备的另一个示例。液晶显示设备40包括照明装置44、偏光片46和液晶板42。照明装置44包括没有显示的光源、第一导光板52、第二导光板54，以及夹在第一导光板52和第二导光板54之间并由大体柱状的光纤构成的聚光装置56。偏光片46与第二导光板54连接，中间夹有低折射率层48，偏光片46还与折射率液晶板42连接，中间夹有低折射率层64。
图59显示了液晶显示设备的另一个示例。液晶显示设备40包括照明装置44、偏光片46和液晶板42。照明装置44包括没有显示的光源、第一导光板52、第二导光板54，以及位于第一导光板52和第二导光板54之间并包含斜面56A的聚光装置56。偏光片46与第二导光板54连接，中间夹有低折射率层48，偏光片46还与液晶板42连接，中间夹有低折射率层64。
图60是截面图，显示了照明装置另一个示例。图61是图60所示照明装置的正视图。图62是图60所示照明装置的截面图。照明装置44包括由LED构成的光源50、第一导光板52、第二导光板54、位于光源50和第一导光板52之间并逐渐变细作为第一导光板52的一个整体部分的聚光装置62，以及位于第一导光板52和第二导光板54之间并逐渐变细作为第二导光板54的一个整体部分的聚光装置56。
图63显示了根据本发明第三实施例的液晶显示设备。该液晶显示设备70包括光源72、导光板74，光源72发出的光照在导光板74上、反射垂直对准型液晶板76，以及导光板74和液晶板76之间的偏光片78。导光板74和偏光片78之间有低折射率层80。低折射率层80的折射率高于空气的折射率但低于导光板74的折射率。
利用粘结剂、胶或胶粘剂把导光板74、偏光片78和液晶板76粘结在一起。低折射率层80包括粘结剂、胶或胶粘剂。粘结剂的标称折射率为1.48，但通过在粘结剂中均匀地掺入空气，且当导光板74粘结到偏光片78上后对组件进行热压处理，粘结剂的实际折射率是1.47或更小。因此，在粘结剂中掺入空气形成微小的气泡，这些气泡将不会引起光散射。导光板74由折射率为1.48的丙烯酸或折射率为1.51的Arton制成。
导光板74具有入射表面(侧面)74A，光源72发出的光照射在入射表面74A上、对应于液晶板76的显示区(或存在液晶的区域)的导光区74B，以及位于入射表面74A和导光区74B之间的多余光消除区74C，用于去除至少一部分以大于导光板74的全反射角(在导光板74和粘结剂层80之间的界面上的全反射角)的角度照射在导光板74上的多余的光。多余光消除区74C的宽度为Q。
另外，导光板74具有第一表面74D，在此导光区74B中传播的光离开导光板74朝液晶板76传播；以及棱镜74F，其位于与第一表面相对的第二表面上。棱镜74F从离入射表面74A的距离为C的点开始，位于显示区76A上。距离C等于或稍小于宽度Q。
在这个实施例中，光源72由冷阴极管和U型反光镜构成并位于导光板74的入射表面74A附近。多余光消除装置82位于导光板74的多余光消除区74C中。多余光消除装置82优选地由光吸收部件构成。该光吸收部件优选地是黑色部件或金属部件，诸如黑色基体(black matrix)。在该实施例中，多余光消除装置82包括偏光片78从液晶板76的显示区76A伸出的延伸部分。
多余光消除区74C不与液晶板的显示区76A重叠，且多余光消除区74C不包括棱镜74F，因此不会出现散射损失。导光板74由Arton制成并具有范围介于1.51到1.52之间的折射率。在垂直方向上以接近+40°到-40°的角度传播的光进入入射表面74A。然而，可由折射率为1.47的粘结剂传播的光是在垂直方向上以接近+13°到-13°的角度传播的光，而以13°到40°的角度传播的光一部分通过粘结剂。一部分光被偏光片78吸收，其余的光穿过偏光片78。这些泄漏的光在进入显示区76A时降低了液晶板76的对比度，因此应该被去除。所以，在偏光片78可以透过光的延伸部分之下设置了吸光黑基体82A，并且液晶板的显示区不布置在穿过偏光片78的延伸部分的光可到达的位置。此处，可以用吸收带代替吸光黑色基体。
在多余光消除区74C中被低折射率层(粘结剂)80部分反射的光，以及穿过多余光消除区74C而不与低折射率层80接触的多余光，尤其是以介于±30°到±40°的角度传播的光是大致平行的光，很难去除这些光。当这些光到达液晶板时它们会降低对比度。因此，优选地，在具有棱镜74F的区域中至少部分地把这些光补偿为近似平行的光，以提高对比度。为此，在具有缓斜面和急斜面的棱镜74F中，缓斜面的角度被设定为1°或更大。因此，提高了光的平行度。在从导光板74B的起始点开始的短距离内提高了对比度。
图64显示了图63所示液晶显示设备的显示位置和对比度之间的关系。把多余光消除区域74C的宽度Q与导光板74的厚度的比值(Q/t)设定为不同的值而观察这个关系。关于Q/t＝2.0的曲线显示了即使在显示区74A的边缘也得到了10或更大的对比度。因此，多余光消除区域74C优选地设计为Q/t为2.0或更大。
图65显示了图63所示液晶显示设备中的显示位置和亮度水平之间的关系。即使在这种情况下，只要Q/t为2.0或更大，亮度偏差也相对较小。
图66显示了液晶显示设备的一个示例。在图63中，仅在导光板74的下侧形成多余光消除装置82，即，在导光板74与液晶板76邻接的一侧。在图66中，除了多余光消除装置82之外，多余光消除装置还在导光板74的上侧，即导光板74与其邻接液晶板76的表面相对的一侧上形成有包含偏光部件的多余光消除装置84。多余光消除装置84通过胶层或粘结剂层86粘结在导光板74上。此外，支座的黑色表面可以放在多余光消除装置84上。在这种情况下，散射光从附近的显示区中消失，从而提高了显示质量。
当包含多余光消除装置84时，光源72发出的向上传播的光被导光板74的第一表面(上表面)74E反射。因此，消除了穿过导光板74的第二表面74D(下表面)的光。这具有多余光消除区74的宽度可以是图63所示实施例中包含的多余光消除区宽度的一半的优点。但是，在这种情况下，多余光消除装置84邻近显示区的的边缘应该适当地处理为不散射光。另外，出现了粘结所需工时增加的问题。
图67显示了液晶显示设备另一个示例。图68是局部放大视图，显示了在导光板74的表面上形成的光输出棱镜74F。在图68中，棱镜74F具有缓斜面74G和急斜面74H。优选地，缓斜面74G与平行于第一表面74E的平面的夹角β等于或大于1°。急斜面74H与平行于第一表面74E的平面的夹角γ等于或小于45°。尤其是，如果导光板74的厚度为t，则从起始棱镜开始3t的范围内形成棱镜74F的具有这些角度的缓斜面和急斜面。
图69显示了在图67所示液晶显示设备的显示区中位置和对比度之间的关系。在图69中，显示位置用距起始棱镜74F的距离x与导光板74的厚度的比值来表示，即x/t。若缓斜面74G的角度β为1°或更大，则在显示位置3(x/t)附近的对比度足够大。
因此，不是最大程度地减小多余光消除区域的长度，而是将形成棱镜的区域中棱镜的缓斜面74G的角度设定为1°或更大，从而提高了所传播光的平行度。由缓斜面74G一次反射的光近似于2β角度的平行光。
若导光板74具有1mm的厚度，则通过把缓斜面74G的角度β设定为1°或更大，以40°角进入导光板74的棱镜区的光在传播了大约17mm后成为30°角的光，如果光被棱镜74F反射并照射到导光板74上，对比度将不会大幅度降低。以40°角左右进入棱镜区的大部分光进入第一粘结剂并穿过它，不在导光板内继续传播，所以对比度低到使用户感到不适的区域的宽度变为17mm的一半或1/3。
图70显示了液晶显示设备另一个示例。该图显示了光源72和导光板74。用虚线表示偏光片78。导光板74具有63所示的多余光消除区域74C。多余光消除区域74C的宽度设定为2mm左右。然后安排棱镜(图中未显示)。
穿过导光板74并到达液晶板76，导致对比度降低的大角度光包含许多相对低折射率层80的表面p偏振的光。确定偏光片78的吸收轴78X，使得吸收p偏振光，从而提高显示区的对比度。
偏光片78的吸收轴78X与平行于入射表面74C的平面的夹角为δ。图70中，当δ等于或大于±45°时，对比度低的面积快速减小。
图71显示了在图70所示液晶显示设备的显示区中位置和对比度之间的关系。在图71中，显示位置用距偏光片78的起始点的距离x与导光板74的厚度的比值来表示，即x/t。在显示位置3(x/t)附近的对比度足够大。
图72显示了液晶显示设备另一个示例。在图72中，液晶显示设备与图70所示的液晶显示设备相似，还显示了设备壳体70A。垂直地使用设备壳体70A，操作面板70B位于导光板74、偏光片78和液晶板76组件的下面。箭头E表示垂直向下的方向。偏光片78的吸收轴78X与平行于入射表面74C的平面之间的夹角为δ。
例如，设备壳体70A是个人数字助理(PDA)等的设备壳体。当该显示设备集成在PDA中时，导光区的入射表面被安排成为侧面，同时，偏光片76的吸收轴大致水平，以便偏光片吸收会穿过粘结剂作为散射光的偏振光成分，主要来自上部倾斜方向的外部照射光被透过并偏振。因此，光源位于设备壳体的侧面。
图73显示了液晶显示设备另一个示例。在图73所示的实例中，假设导光板74(导光区)的折射率为ng，低折射率层80(在液晶板上形成的一个层，穿过导光板的光在该层上被反射)的折射率为na，棱镜74F的间距为P，从导光板74的棱镜74F到液晶板76中包含的反射机构(反射电极)的距离为D，则可以建立下面的关系Ng2-Na2/Na≥0.5(P/D)]]>导光板74由折射率为1.51、厚度为1.8mm的Arton制成。低折射率层80由折射率为1.47的TAC薄膜制成。偏光片78和液晶板76的一个玻璃基板构成的组合具有范围介于1.50到1.53的折射率，且厚度约为1.2mm。
图74显示了在图73所示的液晶显示设备中(p/d)和亮度均匀性之间的关系。若(p/d)等于或小于4，则亮度均匀性非常好。
液晶显示设备的相邻棱镜之间的间距设定为1mm，在液晶显示设备中的亮度偏差非常小。在导光板没有粘结到液晶板上的传统结构中，从导光板上直接形成的棱镜向观看者发射了不希望的光，并进入观看者的眼睛，棱镜被分辨为一条亮线。根据本发明。由于导光板74、偏光片78和液晶板76被粘结在一起，并采取措施防止传播具有大角度的光，所以不会发生上述问题。除非引向显示板的显示表面的光本身具有亮度偏差，否则就不会出现问题。因此，由于棱镜朝液晶板反射的光几乎是平行光，另一方面，由于不希望的光将不会直接落入眼睛，具有觉察不出棱镜的优点，且另一方面还有相邻棱镜的间距可以做得大于传统棱镜的优点。
图75显示了液晶显示设备另一个示例。在图75所示的实例中，低折射率层80包括在导光板74的下表面上形成的粘结剂层，低折射率层86包括在导光板76的上表面上形成的粘结剂层。导光板74由丙烯酸制成，折射率为1.48，要施加在导光板74和液晶板76上的粘结剂由折射率为1.48的丙烯酸材料制成。当导光板和液晶板被粘结在一起时，在粘结剂中含有很薄的预定空气层，通过热压混合在粘结剂层中，因此空气层由不可见的纳米级气泡构成，粘结剂层的折射率降低到1.46或更低。为使得粘结过程中粘结剂中包含的空气层薄并均匀，偏光片78上形成有预定的凹凸。
在这个实例中，偏光片78和导光板74通过其间的第一粘结剂层相互粘结在一起，液晶板76和偏光片78的偏光层通过其间的第二粘结剂层相互粘结在一起。第一粘结剂层的厚度可设计为用作防止或减小反射的结构，或作为防止或减小反射的结构的一部分。
图76显示了在图75所示的液晶显示设备中显示位置和对比度之间的关系。曲线80X涉及仅在导光板74的下表面上形成低折射率层80的情况。曲线86X涉及在偏光片78与导光板74和液晶板76邻接的两侧形成有低折射率层80和低折射率层86的情况。由此，低折射率层80和低折射率层86改善了整个显示区中的对比度。
图77显示了液晶显示设备另一个示例。在图77所示的实例中，偏光片78和导光板74通过其间的第一粘结剂层80相互粘结在一起。液晶板76和偏光片78的偏光层通过其间的第二粘结剂层86(图77中未显示)相互粘结在一起。对于第一粘结剂层80和第二粘结剂层86中的至少一个，若粘结剂层的厚度为T且粘结剂层所吸附的灰尘的尺寸为S，则可以建立下面的关系式S＜50μm或S＜T图78显示了图77所示液晶显示设备中灰尘尺寸与气泡点的关系。
当导光板74、偏光片78和液晶板76的粘结组件放在高湿度(25℃室温下85％RH)环境中时，该环境中室温随时间在-20℃到+60℃之间变化，在导光板74和偏光片78的粘结表面中会产生气泡。气泡会干扰偏振光，而且气泡产生后面积会膨胀，直到可以辨认出，所以气泡的产生导致了问题，重要的是不应该产生气泡。
当通过显微镜观察气泡时，发现在所有气泡的中心存在灰尘，这是在粘结过程中混合进去的。对灰尘的尺寸和产生气泡的概率进行统计研究，研究表明当灰尘直径一般小于50μm或更小时，不会产生气泡。考虑到因为吸附了灰尘才产生气泡，即使在粘结和热压后灰尘附近的粘结剂或胶的粘结强度还是很低，可以想象当温度变化时会产生开裂。
在这些实例中，偏光片78首先粘结在液晶显示板76上，然后，把导光板74粘结在偏光片78和液晶板76的组件上。因此可以想象导光板74和偏光片78之间的粘合很脆弱。当首先把导光板74粘结在偏光片78上，然后把液晶板76粘结在得到的组件上时，液晶板和偏光片之间的粘合也很脆弱。
在该实例中粘结剂层的厚度设定为30μm。在大小为50μm的灰尘周围没有气泡产生，这大于30μm。一般认为这是因为灰尘在粘合或热压过程中被轻微的破碎且高度变为30μm或更小。这种设想是合理的。因此，若粘结剂层的厚度为60μm，这是两倍大，则即使吸附了高度为60μm的灰尘，也没有气泡产生。
为了提高导光板74对偏光片78的粘结效率，这里的导光板74由丙烯酸或Arton制成，优选地使用电晕放电、等离子沉积或紫外线照射。电晕放电、等离子沉积或紫外线照射之间的比较表明电晕放电在处理功率、可控性以及对显示屏造成的变化方面是最合适的。等离子沉积的处理功率太大。紫外线照射的处理功率太小以至于不能应用于能抵抗光的丙烯酸材料。通过模型生产已经发现与电晕放电相比，紫外线照射在处理大面积表面的均匀性方面具有更大的困难。
图79显示了液晶显示设备另一个示例。图79中没有显示液晶板76。在图79所示的实例中，粘结剂层(低折射率层)80位于导光板74上。偏光片78包括至少一个透明层78A和一个偏光层78B。该实例中，透明层78A夹在高折射率层78C和78D之间。透明层78A粘结在粘结剂层80上，其间有高折射率层78C。
粘结剂层80的折射率低于或接近等于导光板74的折射率。透明层78A的折射率分别低于导光板74和粘结剂层80的折射率。
和偏光层78B(其吸收两种偏振光中的一种但透射与这种偏振光正交的另一种偏振光)一起预先制造透明层(低折射率)78A和高折射率层78C和78D。另外，在偏光层78B的相对表面上形成其他透明层。
把偏光片78分别粘结在液晶板76和导光板74上，从而扩展了选择导光板74和偏光片78上使用的胶或粘结剂的自由度。即，(a)可以使用折射率和导光板74相近的光固化型丙烯酸或环氧树脂粘结剂。
(b)当折射率低的粘结剂层夹在导光板74和偏光片78之间时，包含了多个低折射率层。这提高了引导以接近于全反射角传播的部分反射光的效率(当光穿过低折射率层后到达液晶板时会大大降低对比度)。
(c)可以容易地控制低折射率层的厚度。例如，可以设定低折射率层的厚度，使低折射率层提供防反射或减小反射的结构，或对于导光板74垂直透射的光设定为半波长。低折射率层对于垂直透射的光作为防反射膜，并对于总体水平传播的光作为提供反射界面的低折射率层。
图80显示了液晶显示设备另一个示例。在图80所示的实例中，导光板74由适当的玻璃制成，从而导光板74的热膨胀系数接近液晶板76的玻璃基板的热膨胀系数。因此，当对角线尺寸为10英寸的导光板74和对角线尺寸为10英寸的液晶板76以及插入它们中间的偏光片78构成的粘结单元保持在室内且室温从-20℃到+70℃变化时，不仅粘结单元的粘结表面不会开裂，其内部也不会产生气泡，另外，根本不会发生异常的变形，包括基板的翘曲。
过去，当由Arton或丙烯酸制成的导光板74和包含玻璃基板的液晶板76相互粘结在一起时，在环境改变的过程中不产生异常的导光板和液晶板的尺寸限制为5英寸或更小的对角线尺寸，但这个实例中的结构从原理上可以实现无穷大的结构。
在图80所示的结构中，整个导光板74都由玻璃制成。或者，可以把树脂材料制成的易于成模具有诸如棱镜这样的光输出结构的薄片粘结到诸如平玻璃片这样的玻璃基板上。另外，可以使用树脂材料，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诸如棱镜这样的光输出结构。
图81显示了液晶显示设备另一个示例。在图81所示的实例中，液晶板76的基板由树脂制成，且液晶板76粘结到由树脂制成的导光板74上。液晶板76的基板和导光板74具有彼此接近的热膨胀系数。
在上述实施例中，采用了垂直对准(VA)型液晶板76。附表1列出了垂直对准(VA)型液晶板和扭曲向列(TN)型液晶板之间的比较结果。部分粘结1表示经过防反射处理的导光板74简单地置于相互粘结在一起的液晶板76和偏光片78的组件上。部分粘结2表示导光板74和偏光片78通过它们中间的低折射率层80相互粘结在一起的组件简单地置于液晶板76上。完全粘结表示导光板74、偏光片78和液晶板76相互粘结在一起作为一个整体。
表1TN型 VA型部分粘结1 7 7部分粘结2 14 20完全粘结 19 35在部分粘结结构1中，垂直对准(VA)型的对比度与扭曲向列(TN)型一样低。在导光板74、偏光片78和液晶板76相互粘结在一起作为一个整体的完全粘结结构中，垂直对准型液晶板具有高于扭曲向列型液晶板的对比度。这是因为(a)垂直对准方法提供了高于扭曲向列方法的对比度；(b)为提供垂直对准方法的特征，即垂直对准方法提供高的对比度，优选采用前光灯结构，其中，相互粘结在一起并具有降低了的界面反射的偏光片和导光板组件被粘结或连接在液晶板上。
图82显示了入射到导光区中的光在水平面中的扩散角和对比度之间的关系。图中方块所示曲线涉及部分粘结2结构。图中圆圈所示曲线涉及完全粘结结构。例如，在部分粘结2结构和完全粘结结构中，若导光区由丙烯酸(其折射率为1.49)制成，扩散角通常为±42°。当扩散角降低到±30°以内时，明显提高了对比度。图83显示了扩散角。
综上所述，根据本发明，提供了一种包含能提供高亮度和高对比度的照明装置的显示设备。另外，根据本发明，高平行度的光可被引导通过薄的导光板。因此，可以实现提供高亮度、低功耗，且薄和轻的照明装置，还可以实现包含该照明装置的显示设备。另外，可以实现具有提供高对比度和高可靠性的前光灯的反射型液晶显示设备。
权利要求
1.一种照明装置，该照明装置包括导光板；光源；以及位于导光板和光源之间的截棱锥，所述截棱锥具有基部；顶部，其比基部小；以及斜面，其在所述基部和所述顶部之间延伸，所述光源与截棱锥的所述顶部紧密接触，所述导光板与截棱锥的所述基部紧密接触，从而光从光源的发光部分传播到导光板，而不通过任何空气层。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述截棱锥和所述导光板集成在一起，并且光源连接在截棱锥上。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述光源和所述截棱锥集成在一起，并且截棱锥连接在导光板上。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中如果截棱锥的折射率是n，并且斜面和与截棱锥的轴线平行的直线之间的角度是α，则截棱锥的斜面的角度α等于或大于arcsin(1/n)。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中如果截棱锥的折射率是n，并且斜面和与截棱锥的轴线平行的直线之间的角度是α，则截棱锥的斜面的角度α的范围为30°至45°。
6.根据权利要求5所述的照明装置，其中，截棱锥包括粘合部件。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中，截棱锥通过粘合部件与导光板粘结，并且假设粘合部件的折射率是n，粘合部件的斜面和与截棱锥的轴线平行的直线之间的角度是α，则粘合部件的斜面的角度α等于或大于arcsin(1/n)。
8.根据权利要求1所述的照明装置，其中，光源的发光部分小于或等于截棱锥的顶部。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其中，光源的发光表面小于或等于截棱锥的顶部。
10.根据权利要求1所述的照明装置，该照明装置还包括反光部件，其至少部分地围绕光源和截棱锥。
11.根据权利要求1所述的照明装置，其中，在导光板和截棱锥之间的边界附近有光吸收部件。
12.根据权利要求1所述的照明装置，其中，光源包括至少一个LED。
13.一种照明装置，该照明装置包括导光板；光源；以及截棱锥，其设置在导光板和光源之间并形成为楔形部件，截棱锥的基部与导光板粘结或与导光板紧密接触，所述光源位于截棱锥附近，其中，在光源和截棱锥周围有反光部件，并且在楔形部件和导光板之间的边界附近有光吸收部件。
14.一种显示设备，该显示设备包括根据权利要求1至13中任何一项所述的照明装置，以及显示元件。
15.一种照明装置，该照明装置包括光源；第一导光板，用于接收由光源发出的光；第二导光板，用于接收通过第一导光板的光；以及聚光装置，其设置在第一导光板和第二导光板之间，第二导光板的厚度大于第一导光板的厚度。
16.根据权利要求15所述的照明装置，其中，聚光装置是包含位于第一导光板和第二导光板之间的斜面的部分，假设第二导光板的全反射角是θc，斜面和与第二导光板的轴线平行的直线之间的角度是α，则存在α＜1.5θc的关系。
17.根据权利要求16所述的照明装置，其中，所述的包含斜面并用作聚光装置的部分是第二导光板朝第一导光板收缩的一个整体部分。
18.根据权利要求17所述的照明装置，其中，所述的包含斜面并用作聚光装置的部分是第一导光板朝第二导光板扩展的一个整体部分。
19.根据权利要求15所述的照明装置，其中，所述的聚光装置包括反射板，该反射板具有从第一导光板的端部上或附近的点向第二导光板的端部上或附近的点倾斜的斜面。
20.根据权利要求15所述的照明装置，其中，聚光装置包括一个总体为圆柱状的部件。
21.根据权利要求15所述的照明装置，其中，棱镜形成在第二导光板的一侧，并且偏光板通过一个低折射率层与第二导光板的相对表面粘结。
22.一种显示设备，该显示设备包括根据权利要求15至20中任何一项所述的照明装置；偏光板，其通过折射率比第二导光板低的低折射率层与第二导光板粘结；以及显示板，其与偏光板粘结。
23.根据权利要求22所述的显示设备，其中，显示板是反射型液晶显示板。
24.根据权利要求23所述的显示设备，其中，显示板是垂直对准型液晶显示板。
25.一种显示设备，该显示设备包括光源；导光板，用于接收由光源发出的光；以及聚光装置，其设置在光源和导光板之间，光源的厚度大于导光板的厚度，所述聚光装置配置为提高从光源发出进入到导光板的光的平行度。
26.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，用于接收由光源发出的光；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，导光板具有入射表面，由光源发出的光照射在入射表面上；导光区域，其与液晶板的显示区相对应；第一表面，在此导光区域中传播的光离开导光板朝向液晶板；棱镜，其形成在导光板的与第一表面相对的第二表面上；以及多余光消除区域，其设置在所述入射表面和导光区域之间，用于消除至少一部分以大于导光板的全反射角的角度进入导光板中的多余光。
27.根据权利要求26所述的液晶显示设备，其中，在多余光消除区域内设置有多余光消除装置，该多余光消除装置包括光吸收装置。
28.根据权利要求27所述的液晶显示设备，其中，所述的光吸收装置包括偏光部件。
29.根据权利要求28所述的液晶显示设备，其中，所述的偏光部件是偏光板超出液晶板的显示区向外延伸的延伸部分。
30.根据权利要求29所述的液晶显示设备，其中，在导光板中与偏光板的延伸部分连接的一侧相对的另一侧设置有另一偏光部件。
31.根据权利要求26所述的液晶显示设备，其中，多余光消除区域不包含设置在导光区域内的棱镜。
32.根据权利要求26所述的液晶显示设备，其中，如果导光板的多余光消除区域的厚度是t，并且多余光消除区域的宽度是W，则大体成立W＞2.0t的关系。
33.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起，其中，导光板具有入射表面，光源发出的光照射在该入射表面上；导光区域，其与液晶板的显示区相对应；第一表面，在此导光区域内传播的光离开导光板朝向液晶板；以及棱镜，其形成在与第一表面相对的第二表面上，其中，从入射表面一侧的棱镜开始到对应于导光区厚度3倍的距离中，各个棱镜具有一个缓斜面和一个急斜面，缓斜面相对于导光区域的光输出表面的倾斜度等于或大于1°。
34.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，偏光板的吸收轴与导光区域的入射表面大体垂直，或者相对于与入射表面垂直的方向具有大致45°内的倾斜度。
35.根据权利要求34所述的液晶显示设备，其中，偏光板的吸收轴与液晶板上的显示面大体水平，或者相对于水平面具有45°内的倾斜度，并且导光板的入射表面设置在液晶显示设备的右侧或左侧附近。
36.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，导光板具有入射表面，光源发出的光照射在该入射表面上；导光区域，其与液晶板的显示区相对应；第一表面，在此导光区域内传播的光离开导光板朝向液晶板；以及棱镜，其形成在与导光板的第一表面相对的第二表面上，其中，如果导光区域的折射率是ng，在液晶板上形成的用于使导光板中传播的光反射的层的折射率是na，相邻棱镜之间的间距是P，棱镜和包含在液晶板内的反射机构之间的距离是D，则成立以下的关系。Ng2-Na2/Na≥0.5(P/D)]]>
37.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起，其中，在偏光板和导光板之间设置有折射率比导光板低的第一低折射率层，并在液晶板和偏光板之间设置有折射率比导光板低的第二低折射率层。
38.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，偏光板的一侧或两侧形成为凹凸表面。
39.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该偏光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，偏光板和导光板通过第一粘结层相互粘结，液晶板和偏光板的偏光层通过第二粘结层相互粘结，对于第一粘结层和第二粘结层中的至少一方，如果粘结层的厚度是T，粘结层中的灰尘大小是S，则建立以下关系。S＜50mm或者S＜T
40.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；反射型液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，偏光板和导光板通过第一粘结层相互粘结，液晶板和偏光板的偏光层通过第二粘结层相互粘结，并且第一粘结层的厚度用作防止或减小反射的结构，或者用作防止或减小反射的结构的一部分。
41.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，在导光板上设置有粘结层，偏光板至少包括透明层和偏光层，透明层设置在粘结层和偏光板的偏光层之间，并且透明层的折射率小于导光板的折射率。
42.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，实质上构成导光板的反射表面的低折射率区域的厚度用作防止或减小垂直光的反射的结构，或者对应于垂直光的波长的一半。
43.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，导光板包括基板和树脂层，该基板采用与液晶板的基板相同的材料或者热膨胀系数与液晶板的基板的热膨胀系数大体相等的材料制成，树脂层具有棱镜的光路改变能力，用于改变在导光板中传播的光的路径，并把光从导光板中发射出去。
44.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，导光板、偏光板和液晶板相互粘结在一起；其中，导光板的材料和液晶板的基板的材料是玻璃或塑料。
45.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，其中，在导光板的一侧形成有棱镜，偏光板连接在相对的一侧，并且根据垂直对准方法来驱动液晶板。
46.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括光源；导光板，光源发出的光照射在该导光板上；液晶板；以及偏光板，其设置在导光板和液晶板之间，其中，在导光板的一侧形成有棱镜，偏光板连接在相对的一侧，通过导光板传播的光在水平面内进行扩散的扩散角的全角在60°以内。
47.一种液晶显示设备的制造方法，该制造方法包括以下步骤使偏光板与液晶板粘结；使导光板与相互粘结的偏光板和液晶板的组装体粘结；以及对使导光板、偏光板和液晶板按照该顺序粘结的粘结单元进行加压。
48.根据权利要求47所述的液晶显示设备的制造方法，其中，在使导光板与偏光板粘结之前，使用电晕放电、等离子沉积或者紫外线照射来对要粘结的导光板的表面进行处理。
全文摘要
一种能够改善光利用率的照明装置和液晶显示设备。该照明装置包括光源；导光板；以及位于导光板和光源之间的截棱锥。所述截棱锥具有基部；顶部，其比基部小；以及连接基部和顶部的斜面。光源与截棱锥的顶部紧密接触，导光板与截棱锥的基部紧密接触。从而光从光源的发光部分传播到导光板，而不通过任何空气层。另外，在导光板中，在其入射表面附近提供了多余光消除结构。
文档编号G02B6/00GK1492269SQ03157919
公开日2004年4月28日 申请日期2003年8月29日 优先权日2002年8月30日
发明者铃木敏弘, 濵田哲也, 菅原真理, 小林哲也, 林启二, 也, 理 申请人:富士通显示技术株式会社