专利名称：背光设备和包括该背光设备的液晶显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及布置在显示设备中的显示单元的背面的背光设备、以及包括该背光设备的液晶显示设备。
背景技术：
液晶显示设备分为光透射型液晶显示设备，在其中使从背光设备发射的光通过液晶层；光反射型液晶显示设备，在其中使进入到液晶层的外部光反射；以及组合型液晶显示设备，其具有光透射型液晶显示设备和光反射型液晶显示设备的结构特征，也就是说，其具有第一区域，在其中从背光设备发射的光通过液晶层；以及第二区域，在其中进入到液晶层的外部光被反射。
组合型液晶显示设备由于光透射型液晶显示设备表现出的高图像质量和外部光的高可见性而主要用在例如移动电话或个人数字助理(PDA)那样的移动设备中。
组合型液晶显示设备进一步分为光在液晶单元内反射的内部光反射型设备，以及光在液晶单元外反射的外部光反射型设备。
图1是在日本专利申请公开No.2003-098325中提出的外部光反射型液晶显示设备的剖面图。
如图1所示，外部光反射型液晶显示设备100包括液晶层101，其内包括液晶；上偏光板102，其设置在液晶层101上；下偏光板103，其设置在液晶层101下；光反射偏光板105，其通过光散射粘合剂104与下偏光板103的下表面粘接；倒棱镜片106，其设置在光反射偏光板105下；光导(light-guide)107，其设置在倒棱镜片106下；散射点图形108，其设置在光导107下；光反射片109，其设置在散射点图形108下；以及作为光源的发光二极管(LED)110，其与光导107相邻设置。
光反射偏光板105包括偏光板；以及通过光散射粘合剂与偏光板的下表面粘接的片，用于提高亮度。
倒棱镜片106包括在其下表面上的多个棱镜。棱镜中的每一个都向下突出，并具有倒三角形剖面。
倒棱镜片106、光导107、散射点图形108、光反射片109以及发光二极管110相互合作来定义背光设备111。
在液晶显示设备100中，设置在液晶层101下的倒棱镜片106提高光反射率。结果，当没有接通用作光源的发光二极管110的情况下显示图像时，也就是说，当在光反射模式中使用液晶显示设备100时，观看者可在亮度提高的显示屏幕中观看图像。
当在图1所示的液晶显示设备100中通过接通用作光源的发光二极管110来在显示屏幕中显示图像时，也就是说，当在光透射模式中使用液晶显示设备100时，从发光二极管110发射并进入光导107的光在光导107内向上反射，并从上面射出光导107。
日本专利申请公开No.2002-245825提出了一种包括图2所示的背光设备300的液晶显示设备。
如图2所示，背光设备300包括光源单元310，其内包括光源；以及光导320，从光源单元310发射并进入光导320的光通过光导320向正面照射。
光导320具有平坦的上表面330和其中形成有多个棱镜的下表面321。下表面321交替地定义了光反射表面322和光透射表面323。从光源单元310发射的光350在光反射表面322向正面反射。光透射表面323使正面入射光通过其射向布置在光导320下的光反射片(未示出)。
光反射表面322与上表面330成40度到50度的范围内的角度倾斜，光透射表面323与上表面330成很小的角度倾斜。
图3是在日本专利申请公开No.2004-054034中提出的外部光反射型液晶显示设备的剖面图。
如图3所示，提出的液晶显示设备200包括液晶层201，其内包括液晶；上偏光板202，其设置在液晶层201上；下偏光板203，其设置在液晶层201下；光反射偏光板205，其与下偏光板203粘接，两者之间夹有光散射层204；倒棱镜片206，其设置在光反射偏光板205下；光导207，其设置在倒棱镜片206下；光反射板209，其设置在光导207下；以及光源210，其与光导207相邻设置。
如上所述，图1所示的液晶显示设备100可提高亮度。
然而，液晶显示设备100具有如下问题由于在光透射模式中，光向正面(也就是说，图1中向上)射出光导107，因而光的大部分在倒棱镜片106的下表面向下反射，由箭头112所示，导致了在光透射模式中极难具有足够的亮度。
包括图2所示的背光设备的液晶显示设备具有如下问题如图2所示，当光源310发射具有亮度2100Cd的光时，具有亮度约1500Cd的、在光导320的下表面反射的光La在光透射模式中被有效地使用，但是当光源310发射具有亮度2100Cd的光时，具有亮度约600Cd的、在光反射片340反射的光Lb未被有效地使用。
日本专利申请公开No.2004-054034作了如下说明图3所示的液晶显示设备200中的倒棱镜片206的顶角α优选地在63到68度的范围内。
然而，日本专利申请公开No.2004-054034对光导207的形状没有记载。
此外，如图4所示，如果散射点型光导用作图3所示的液晶显示设备200中的光导207，则通过倒棱镜片的外部光被限制在散射点型光导207内，导致了外部光不能在液晶显示设备200的光反射模式中被有效地使用。这样，日本专利申请公开No.2004-054034没有提出用于提高液晶显示设备200的光反射模式中使用外部光的效率的光导207的详细形状。
本发明人对液晶显示设备200中的光导207进行了详细研究并发现，从与光导207相邻设置的光源210进入光导207的光没有从光导207向倒棱镜片206发射。因此，有必要确定光导207的合适形状。
此外，由于光源210直接贴在光导207的侧面，因而光源210提供均匀性不良的光通量。这产生如下问题当垂直观看时，可看见诸如图5所示的这种光通量220。这样，有必要确定如何把光源安装到光导上。
发明内容
鉴于现有背光设备中上述问题，本发明的目的是提供一种背光设备，其能够在光源接通的光透射模式中提供足够的亮度。
本发明的另一目的是提供一种背光设备，其能够提供均匀性提高的光通量。
本发明的又一目的是提供包括上述背光设备的液晶显示设备。
在本发明的一方面，提供一种用于显示设备的背光设备，包括倒棱镜片；光导，其与倒棱镜片相邻布置；光反射片，其与光导相邻布置；以及光源，其将光发射到光导内；该背光设备的特征在于，光导在其面向光反射片的第一表面上形成有至少一个凹槽，该至少一个凹槽定义了光反射表面，从光源提供的光在该光反射表面向倒棱镜片倾斜地反射。
背光设备可以还包括导光管，其与光导相邻布置，用于将从光源提供的光通过导光管导入光导内。
在本发明的另一方面，提供一种液晶显示设备，包括上述背光设备；以及液晶面板，其布置成比背光设备更接近观看者。
以下对由前述本发明所取得的优点进行说明。
根据本发明，光导在其面向光反射片的表面上形成有一个凹槽或多个凹槽。凹槽或多个凹槽中的每个凹槽定义了光反射表面，从光源提供的光在该光反射表面向倒棱镜片倾斜地反射。因此，在光源接通的光透射模式中，可使进入光导的光在凹槽的光反射表面向倒棱镜片反射。也就是说，入射光优选地从光导导入倒棱镜片。
此外，由于光在光反射表面向倒棱镜片倾斜地反射，因而可防止光在倒棱镜片的下表面向光导反射，确保与现有背光设备相比，在光透射模式中使用的光的效率提高。
根据本发明的背光设备可以设计成还包括与光导相邻设置的导光管，在此情况下，从光源发射的光进入导光管，并在导光管内向光导反射，然后进入光导。此外，确定光从光源导入导光管内的角度以及从光源提供的光在导光管内向光导反射的导光管的表面的角度，使得从导光管导入光导内的光相互平行。因此，可提高光透射模式中的光通量的均匀性，并在光透射模式中显示高质量图像而没有亮度的不均匀性。
图1是现有外部光反射型液晶显示设备的剖面图。
图2是另一现有液晶显示设备内所包括的背光设备的剖面图。
图3是又一现有外部光反射型液晶显示设备的剖面图。
图4是图3所示的外部光反射型液晶显示设备的另一剖面图。
图5是图3所示的外部光反射型液晶显示设备的顶视图。
图6A是根据本发明的第一实施例的液晶显示设备的剖面图。
图6B是根据本发明的第一实施例的液晶显示设备中的光导的顶视图。
图7A是根据本发明的第二实施例的液晶显示设备的剖面图。
图7B是根据本发明的第二实施例的液晶显示设备中的光导的顶视图。
具体实施例方式图6A是根据第一实施例的液晶显示设备10的剖面图，图6B是液晶显示设备10内所包括的光导7的顶视图。
如图6A所示，液晶显示设备10是外部光反射型液晶显示设备，包括液晶层1，其内包括液晶；上偏光板2，其设置在液晶层1上；下偏光板3，其设置在液晶层1下；光反射偏光板5，其通过光散射粘合剂4与下偏光板3的下表面粘接；倒棱镜片6，其设置在光反射偏光板5下；倒棱镜型光导7，其设置在倒棱镜片6下；光反射片8，其设置在光导7下，用于使从光导7向下出射的光向上反射；以及光源74，其与光导7相邻设置。
液晶层1、上偏光板2、下偏光板3、光散射粘合剂4以及光反射板5相互一体形成，从而定义液晶面板11。
光反射板5包括偏光板(未示出)；以及用光散射粘合剂(未示出)粘接到偏光板的下表面的片(未示出)，用于提高亮度，其中光散射粘合剂夹在二者之间。
优选的是，下偏光板3、光散射粘合剂4、光反射板5以及倒棱镜片6相互一体形成。通过将它们相互一体形成，可避免倒棱镜片6和光反射板5之间的间隙，确保能够防止光进入该间隙并被限制在该间隙内。从批量生产的观点看，下偏光板3、光散射粘合剂4、光反射板5以及倒棱镜片6可以设计成不相互一体形成。
光散射粘合剂4用于把光反射板5与下偏光板3粘接，因为有必要使反射光具有比常规反射光的反射特性更广的反射特性。
为了防止减少偏振，选择光散射粘合剂4取代在液晶显示设备中通常所选择的光散射片。如果光散射片具有极低的模糊，则可以使用光散射片取代光散射粘合剂4。
倒棱镜片6在其面向光导7的下表面形成有由向下突出的多个棱镜61构成的棱镜组62。每个棱镜61具有倒三角形的剖面，并在垂直于图6A的平面的方向延伸。在图6A中，为了简化，仅对一部分的棱镜61写上参考标号。
倒棱镜片6在光源74断开的光反射模式中向正面反射正面入射光。相比之下，倒棱镜片6在光源74接通的光透射模式中，不仅向正面反射正面入射光，而且把光从光导7倾斜出射的方向转变成光几乎向正面行进的方向。
光导7由可使光通过其中的材料构成，诸如丙烯酸树脂，并且是长方体板的形状。
光导7在其下表面形成有相互等距隔开的多个凹槽71。这样，光导7是倒棱镜形状。
每个凹槽71具有三角形剖面，并垂直于图6A的平面延伸。
光导7的下表面，也就是说，光导7的面向光反射片9的表面除了凹槽71以外形成为平坦表面72。
光导7的上表面73也是平坦表面。平坦上表面73和下表面中的平坦表面72都垂直于液晶显示设备10的正面方向。也就是说，平坦上表面73和下表面中的平坦表面72相互平行。
凹槽71中的每一个由接近光源74的表面712和远离光源74的表面711来定义。表面712由光反射表面或与液晶显示设备10的正面方向(也就是说，图6A中向上方向)成特定角度倾斜的倾斜表面构成。表面711垂直于例如平面72。
在光源74接通的光透射模式中，从光源74进入光导7的光在倾斜表面712向倒棱镜片6倾斜地反射，并在上表面73从光导7向倒棱镜片6向上且倾斜地出射。正面进入光导7的光在平坦表面72从光导7向光反射片8出射，并在光反射片8反射。然后，光通过平坦表面72再次进入光导7，并在上表面73从光导7向正面出射。从光导7向正面出射的光用于在显示屏幕中显示图像。
光源74中的每一个由发光二极管(LED)构成。光源74在光导7的与凹槽71平行延伸的侧面77与光导7相邻设置。
倒棱镜片6、光导7、光反射表面8以及光源74定义根据第一实施例的液晶显示设备10中的背光设备75。
在背光设备75中，光L2从光源74平行地发射到光导7内。
进入光导7的光L2通过光导7，到达凹槽71中的每一个。光L2在凹槽71的每个倾斜表面712向上且倾斜地(也就是说，向倒棱镜片6倾斜)反射，并通过上表面73从光导7向上且倾斜地出射。
液晶显示设备10的倒棱镜片6的棱镜61使通过上表面73从光导7向上且倾斜地出射的光向正面行进。
这样，从光源74发射的光有助于在液晶显示设备10的显示屏幕中显示图像。
例如，倾斜表面712与观看者正面地观看液晶显示设备10的方向成如此角度倾斜，使得光L3与上述方向成约50度到约80度的范围内的角度通过光导7的上表面73从光导7出射，其中包含50度和80度。当光L3通过上表面73从光导7出射时，光L3具有亮度峰值。
根据第一实施例的液晶显示设备10可在光源74接通的光透射模式中，使从光源74发射到光导7内的光在凹槽71的倾斜表面712向倒棱镜片6反射，确保光从光导7射向倒棱镜片6。
此外，由于光在倾斜表面712向倒棱镜片6倾斜地反射，因而可防止光在倒棱镜片6的下表面(面向光导7的表面)向光导7反射。因此，与现有液晶显示设备相比，可提高光透射模式中使用光的效率，确保光透射模式中的足够的显示亮度。
优选的是，在光反射模式中，为了反射正面入射光，棱镜61的每一个都具有90度的顶角γ，然而，在此情况下，不能使棱镜61在光透射模式中向正面照射从光导7出射的光。因此，更优选的是，棱镜61的每一个都具有例如60到70度的范围内的顶角γ，其中包含60度和70度。
如果棱镜61的每一个的顶角γ等于约60度，则可在光透射模式中使棱镜61向正面照射从光导7出射的光，然而，在光反射模式中，正面入射光将不在棱镜61向正面反射。这样，优选的是把棱镜61的每一个设计成具有约70度的顶角γ。
在第一实施例中，棱镜61的每一个关于观看者正面观看液晶显示设备10的方向对称形成。也就是说，假定棱镜61的每一个使用第一倾斜表面611和第二倾斜表面612来定义，第一倾斜表面611与上述方向所成的角度等于第二倾斜表面612与上述方向所成的角度。在图6A中，为了简化，仅对一部分棱镜61给出参考标号611和612。
在光反射模式中，约50％的正面入射光被反射，剩余的光被旋转约70度而射向光导7。为了有效地利用射向光导7的光，有必要使这些光在光反射片8常规地反射，并使这些光以约70度的角度再次进入倒棱镜片6。
为此目的，优选的是使光导7中的平坦表面72的面积比例最大化，以防止光按照倒棱镜片6、光导7、光反射片8、光导7以及倒棱镜片6的顺序行进的路径的角度在光导7的下表面被改变。
出于相同原因，优选的是不在倒棱镜片6和光导7之间设置都使光路改变的光散射片或双凸透镜。
此外，出于相同原因，光导7的上表面73形成为平面而无任何凹槽。
本发明人进行了用于测量根据第一实施例的液晶显示设备10的光反射率的实验。以下对实验结果进行说明。
在实验中，使用具有色度范围40％、光透射率10.7％、显示面积3.5英寸尺寸的TN(扭曲向列)单元作为液晶单元。TN单元包括在光散射粘合剂和光反射偏光板中。倒棱镜片6和光反射板5不是相互一体形成。
实验结果如下。
以下假定，法线从液晶面板延伸的方向是0(零)度。换句话说，0度方向是观看者正面地观看液晶显示设备的方向。进一步假定，由BaSO4构成的标准白色板具有光反射率100％。
在实验中，在现有液晶显示设备和根据第一实施例的液晶显示设备10中，使从环形光源发射的光以15度进入液晶显示设备，并以0度从液晶显示设备出射。
现有液晶显示设备表明，面板的光反射率2.7％，光反射对比度5，而根据第一实施例的液晶显示设备10表明，面板的光反射率4％，光反射对比度8。根据第一实施例的液晶显示设备10与现有液晶显示设备相比，面板的光反射率和光反射对比度都提高。
针对使用光的效率的实验结果如下。
现有液晶显示设备表明，当使用六个发光二极管(LED)作为光源时，显示亮度2300Cd/m2。相比之下，根据第一实施例的液晶显示设备10表明，当使用两个或四个发光二极管(LED)作为光源时，显示亮度在2100到3000Cd/m2的范围内。
显然，根据第一实施例的液晶显示设备10与现有液晶显示设备相比，提高了显示亮度。这是因为，光导7和倒棱镜片6有助于提高显示亮度。
尽管在实验中，液晶面板11和背光设备75相互分离，但是如果液晶面板11和背光设备75被设计成相互一体形成，则光反射率、光反射对比度以及显示亮度将进一步提高。
此外，如果液晶面板11和背光设备75相互一体形成，则液晶显示设备10将具有提高的机械强度，确保即使光导7和液晶面板11的基板形成较薄，液晶显示设备10也将具有足够的机械强度。因此，通过把液晶面板11和背光设备75相互一体形成，液晶显示设备10可形成较薄，可避免光反射的视差。
在根据第一实施例的液晶显示设备10中，光导7在其面向光反射片8的表面形成有凹槽71。凹槽71定义使从光源74提供的光向倒棱镜片6倾斜地反射的倾斜或光反射表面712。因此，在光源74接通的光透射模式中，可使进入光导7的光在凹槽71的倾斜表面712向倒棱镜片6反射。也就是说，进入光导7的入射光优选地从光导7照射到倒棱镜片6。
此外，由于光在倾斜表面712向倒棱镜片6倾斜地反射，因而与现有背光设备相比，可防止光在倒棱镜片6的下表面向光导7反射，确保提高光透射模式中使用光的效率。
此外，可使从光源74发射的光散射的角度、光在倾斜表面712全反射的角度具有大裕度或者大范围。这确保光透射模式中足够高的显示亮度。
此外，由于光导7的下表面，也就是说，光导7的面向光反射片8的表面除了凹槽71以外形成为平坦表面72，因而可防止按该顺序通过倒棱镜片6、光导、光反射片8、光导7以及倒棱镜片6行进的光的路径在光导7的下表面被改变，并进一步可在光反射模式中，使从倒棱镜片6进入光导7的光在光反射片8反射，确保提高使用光的效率。
也就是说，在光反射模式中，约50％的外部光在倒棱镜片6反射，其余的外部光通过倒棱镜片6，并且到达光导7。由于光导7的下表面大部分形成为平坦表面72，因而通过倒棱镜片6且到达了光导7的光优选地在光反射表面8反射，这样，光可有效用于显示图像。
根据第一实施例的液晶显示设备10可以单独使用，也可以安装在诸如移动电话或个人数字助理(PDA)的电子设备或移动通信终端上。
在上述第一实施例中，根据本发明的背光设备应用于液晶显示设备。如果显示设备需要包括背光设备，则根据本发明的背光设备可以应用于任何显示设备。
图7A是根据第二实施例的液晶显示设备20的剖面图，图7B是液晶显示设备20内所包括的光导7的顶视图。
与根据第一实施例的液晶显示设备10相比，根据第二实施例的液晶显示设备20被设计成还包括与光导7相邻设置的导光管73。与根据第一实施例的液晶显示设备10的部件或元件对应的部件或元件具有相同的参考标号，并且按照与第一实施例中的对应部件或元件相同的方式来操作，除非以下明确说明。
导光管73与光导7相邻设置，使得导光管73与光导7的四个侧面中的光导7的左侧接触，也就是说，在与凹槽71延伸的方向平行延伸的两个侧面中，距离每个凹槽71的倾斜表面712比距离表面711更近的侧面。
在第二实施例中，光源74与导光管73相邻设置，使得光源74与导光管73的垂直于凹槽71延伸的方向的方向延伸的侧面接触。
第二实施例中的背光设备75包括倒棱镜片6，光导7，光反射片8，导光管73，以及光源74。
在第二实施例中的背光设备75中，从光源74发射的光L1进入导光管73。
如图7B所示，光L1射向远离光导7设置的导光管73的表面731，并在表面731向光导7反射。然后，光L1进入光导7作为光L2。
确定光L1从光源74导入导光管73内的角度、和光L1向光导7反射的导光管73的表面731的角度，使得从导光管73导入光导7内的光L2相互平行。
如前所述，如果如日本专利申请公开No.2004-054034所述，光源直接贴附到光导上，则从光源发射的光的轨迹(locus)可看出亮度不均匀，与参照图5所说明的一样。
由于从光源74发射的光在导光管73内反射，以在光进入光导7前把光转变成平行光，因而与上述现有液晶显示设备不同，根据第二实施例的液晶显示设备20可防止亮度的不均匀。
第二实施例中的背光设备75还包括与光导7相邻设置的导光管73。从光源74发射的光进入导光管73，并在导光管73内向光导7反射，然后进入光导7。此外，确定光L1从光源74导入导光管73内的角度、和光L1在导光管73内向光导7反射的导光管73的表面731的角度，使得从导光管73导入光导7内的光L2相互平行。因此，可提高光透射模式中的光的均匀性，并可在光透射模式中显示高质量图像而没有亮度的不均匀性。
权利要求
1.一种用于显示设备的背光设备，包括(a)倒棱镜片；(b)光导，其与所述倒棱镜片相邻布置；(c)光反射片，其与所述光导相邻布置；以及(d)光源，其将光发射到所述光导内；该背光设备的特征在于，所述光导在其面向所述光反射片的第一表面上形成有至少一个凹槽，用于定义从所述光源提供的光向所述倒棱镜片倾斜地反射的光反射表面。
2.根据权利要求1所述的背光设备，其中所述凹槽具有三角形剖面。
3.根据权利要求1所述的背光设备，其中所述第一表面除了所述凹槽以外是平坦表面。
4.根据权利要求1所述的背光设备，其中所述光反射表面与观看者正面地观看所述液晶显示设备的方向成如此角度倾斜，使得光与所述方向成约50度到约80度的范围内的角度从所述光导出射，其中所述角度包含50度和80度。
5.根据权利要求1所述的背光设备，其中所述凹槽由两个表面定义，其中一个表面垂直于所述光导的所述第一表面延伸。
6.根据权利要求1所述的背光设备，其中所述倒棱镜片具有棱镜，所述棱镜具有在60度到70度的范围内的顶角，其中所述角度包含60度和70度。
7.根据权利要求1所述的背光设备，还包括导光管，其与所述光导相邻布置，用于将从所述光源提供的光通过所述导光管导入所述光导内。
8.根据权利要求7所述的背光设备，其中所述导光管接收来自所述光源的光，在所述导光管内反射所述光，并把所述光导入所述光导内。
9.根据权利要求8所述的背光设备，其中确定将光从所述光源导入所述导光管内的角度、和在所述导光管内将从所述光源提供的光向所述光导反射的所述导光管的表面的角度，使得从所述导光管导入所述光导内的光相互平行。
10.一种液晶显示设备，包括(a)权利要求1到9中的任何一项所述的背光设备；以及(b)液晶面板，其布置成比所述背光设备更接近观看者。
全文摘要
用于液晶显示设备(10)的背光设备(75)包括倒棱镜片(6)；光导(7)，其与倒棱镜片(6)相邻布置；光反射片(8)，其与光导(7)相邻布置；以及光源(74)，其将光发射到光导(7)内；该背光设备的特征在于，光导(7)在其面向光反射片(8)的第一表面上形成有至少一个凹槽(71)，用于定义从光源(74)提供的光向倒棱镜片(6)倾斜地反射的光反射表面(712)。
文档编号G02F1/13GK1773349SQ200510118199
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月11日 优先权日2004年11月11日
发明者坂本道昭, 马场正武, 羽田宽 申请人:Nec液晶技术株式会社