专利名称：导光体、照明装置和液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为液晶显示装置的背光源等利用的照明装置所具备的导光体、包 括该导光体的照明装置和包括该照明装置的液晶显示装置。
背景技术：
近年来，代替阴极射线管(CRT)迅速普及的液晶显示装置，发挥节能型、薄 型、轻量型等特长，被广泛利用于液晶电视机、监视器、便携式电话等。作为进一步发 挥这些特长的方法，可举出在液晶显示装置的背后配置的照明装置(所谓的背光源)的改
良ο照明装置主要大致分为侧光型(也称为边光型)和正下方型。侧光型具有在液 晶显示面板的背后设置有导光体，在导光体的横端部设置有光源的结构。从光源出射的 光在导光体中反射而间接地均勻照射液晶显示面板。根据该结构，虽然亮度低，但是能 够实现能够薄型化、并且亮度均勻性优异的照明装置。因此，侧光型的照明装置主要在 便携式电话、笔记本型个人计算机等那样的中小型液晶显示器中采用。作为侧光型的照明装置的一个例子，可举出下述的专利文献1中记载的照明装 置。专利文献1中记载有在导光板的反射面形成有多个点使得能够进行来自发光面的均 勻发光的面发光装置。在该面发光装置中，反射面的角部由于光源的指向性，光传播不 到而变暗，因此，使该角部的点的密度比其它部分高。此外，正下方型的照明装置在液晶显示面板的背后排列多个光源，直接对液晶 显示面板进行照射。因此，主要在即使为大画面也容易得到高亮度的20英寸以上的大型 液晶显示器中采用。但是，现在的正下方型的照明装置厚度有约20mm 40mm左右， 在显示器的进一步薄型化方面成为障碍。为了在大型液晶显示器中实现进一步的薄型化，通过使光源与液晶显示面板的 距离接近能够解决，但是，在该情况下如果不使光源的数量增多，则不能得到照明装置 的亮度均勻性。另一方面，当增加光源的数量时，成本升高。因此，希望不增加光源的 数量而开发出薄型且亮度均勻性优异的照明装置。以往，为了解决这些问题，尝试了通过将侧光型的照明装置排列多个，使大型 液晶显示器薄型化。例如，专利文献2中公开了将板状的导光块部分重叠地串联排列，包括对各导 光块分别供给一次光的一次光源的面光源装置。根据这样的结构，能够以紧凑的结构确 保广的发光区域，因此能够适合用于大型的液晶显示器。此外，专利文献3中公开了将多边形状的发光模块排列配置多个而构成的照明 装置。该发光模块为在发光体的端部配置有LED等光源的结构。如上所述，将由光源和导光体组合构成的发光单元排列多个而构成的照明装 置，被称为串联型的照明装置。已知在上述那样的串联型的照明装置中，在包括发光面的发光部之外，设置
4用于使从光源出射的光在导光体内充分扩散并将其向发光部引导的导光部，使得从导光 体的发光面整体发出更均质的光(参照下述的专利文献4)。因此，一般的串联型导光体，以在一个导光体的导光部上搁置与该一个导光体 相邻的另一个导光体的发光部的方式配置，由此，具有各导光体的发光面平面地连续配 置的结构。专利文献1 月13日)”专利文献2 10月19日)”专利文献3 9月28日)”专利文献4 11月9日)”
发明内容
但是，上述串联结构的导光体，由于上述那样的结构，具有在导光部与发光部 的边界附近产生亮度低的暗部的问题。<暗部的产生之一 >
图11的(a)和(b)是例如从侧面观看上述专利文献4中公开的那样的串联结构 的1个导光体的图。导光体100具有被划分成发光部101和导光部102的结构，在发光 部101与导光部102的边界部分，形成有因厚度不同而产生的台阶。利用该台阶，另一 个导光体的发光部101载置在导光部102上，结果发光面平面地连续配置。在导光部102的端面设置有光源103，在发光部101的与发光面相反一侧的背 面，设置有对光进行反射并使其扩散的反射片104。光源103产生的光从导光部102的端 面入射至导光部102内，由导光部102的上表面和下表面反复进行全反射，同时被向发光 部101引导。在被引导至发光部101的光中，包括由发光部101的上表面和下表面反复 进行全反射的光、由反射片104反射并从发光面出射的光、由反射片104反射之后再次由 发光面全反射的光等各种光。结果，以比产生全反射的临界角小的角度向发光面入射的光、即不满足全反射 条件的光从发光面出射。根据上述那样的导光和反射的机制，如图11的(a)所示，从发光面向正面方向 出射的光，在整个发光面具有比较均勻的亮度。即，导光体100在光学上设计成使得成 为上述那样。因此，在观察者从正面观看发光面的情况下，比较难以看到发光面的亮度 不均勻。与此相对，如图11的(b)所示，在观察者从倾斜方向观看发光面的情况下，在 导光部102与发光部101的边界附近，能看到亮度低的暗区域Si。根据本申请发明人的 研究，认为这是因为当满足上述全反射条件的光Ld由边界附近的导光部102的下表面 全反射之后，直接入射至发光面时，全反射条件仍然被保持，因此，不从发光面出射而 被全反射，返回到发光部101内。因此，观察者无法看到这样的光Ld，结果看到暗区域日本公开专利公报“特开2003-43266号公报(
公开日2003年2 日本公开专利公报“特开平11-288611号公报(
公开日1999年 日本公开专利公报“特表2006-522436号公报(公表日2006年 日本公开专利公报“特开2001-312916号公报(
公开日2001年Si。<暗部的产生之二 >此外，通过在发光部101与导光部102的边界部分设置台阶，在发光部101形成 的拐角区域S2，虽然为接近光源103的区域，但是看起来相对较暗。这是因为在发光 部101与导光部102的边界部分，由于表面的倾斜度急剧变化，光路急剧变化，而且在光 路急剧变化的部位，当从某个方向观看发光面时，看到的亮度不同。<专利文献4中公开的解决手段的说明>—直以来，尝试了抑制这样的边界部分的阴影的产生。例如，作为消除上述暗区域Sl的方法，在专利文献4中公开了对导光部的上表 面或下表面进行了粗糙面加工的面光源装置。以下，基于图12进行说明。图12是对导光部的上表面或下表面进行了粗糙面加工的面光源装置的概略截 面图。上述面光源装置是串联型面光源装置，包括作为光源的荧光管111b;反射器 112b ；导光板113a、113b ；反射片114b ；和具有上表面116e和下表面116f的导光部 116b。另外，上述上表面116e或下表面116f进行了粗糙面加工。在专利文献4中记载有在上述面光源装置中，从光源Illb入射至导光部116b 的光，在到达导光部116b的上表面116e或下表面116f时，由于粗糙面加工而被漫反 射，由此以各种入射角度入射至导光板113b的上表面。结果，被漫反射后的光到达导光 板113b的上表面时，难以全反射，在上方透过，因此，在该边界部分的阴影的产生被抑 制，能得到更均勻的面光源。但是，专利文献4记载的面光源装置的结构具有下述问题。在专利文献4记载的结构中，由于对导光部116b实施的粗糙面加工，亮度下 降。这是因为在导光部116b的上表面116e和下表面116f整体实施了粗糙面加工，因 此，在导光部116b内产生漫反射，在上表面116e和下表面116f产生未被全反射而从导光 部116b漏出的光。上述那样的光虽然会通过在导光部116b的上表面116e的上部或下表面116f的 下部设置的反射片114b返回到导光部116b内，但是会被反射片114b等吸收一部分，由 此，光量产生损失，导致亮度下降。另外，根据本申请发明人的研究还发现在上述那样的结构的照明装置中，当 上述导光部116b的长度短时，来自光源的光还没有被充分扩散就从发光部出射，结果， 在导光体的光出射面存在光未到达的暗部分，产生发光状态变得不均勻的问题。当上述导光部116b的长度短时，来自光源的光在导光部116b中未被充分扩散 (即还没有扩展至导光部与发光部的边界面整体)就到达发光部。这是由以下原因引起 的从光源入射至导光部内的光，以在导光部的内面进行全反射、并且相对于该内面具 有一定的临界角的方式从光源出射。入射至导光体的具有一定的临界角的光束，在导光 部内行进的过程中呈放射状扩展，当上述导光部116b的长度短时，还没有扩展至导光部 整体就到达发光部。一般来说，与使用棒状光源相比，使用点状光源时上述问题更显著地发生。在将这样的照明装置作为背光源使用的显示装置中，会导致显示品质的下降。对上述问题、即由于导光部短而导致发光状态不均勻的问题进行了研究，结果得知在使用点状光源的情况下，使导光部增长是1个解决方法。但是，当像专利文献 4所记载的结构那样，在导光部整体设置扩散单元时，由于在导光部中全反射条件不满足 而引起的亮度下降的问题，导光部越长变得越显著。即，如上述那样在导光部整体设置有扩散单元的结构，会伴随亮度的下降，因 此不能应用于使该导光部增长的结构。此外，作为消除上述拐角区域S2的亮度下降的方法，在专利文献4中，如图13 所示，记载有导光板的前端面不垂直，而形成为以上端向前方倾倒的方式倾斜的形状。但是，即使在如上述那样使导光板的前端面倾斜的情况下，在搁置该前端面的 另一个导光板一侧，也存在发光面的倾斜度急剧变化的部分。当像这样存在倾斜度急剧 变化的部分时，在发光面仍然会产生亮度的均勻性受损的问题。本发明鉴于上述问题而做出，其目的在于提供在将点状光源变换为面状光源 的导光体中，能够抑制面状发光的亮度下降，并且无论从哪个方向观看都能够使发光面 的亮度的均勻性进一步提高的导光体；包括该导光体的照明装置；和通过包括上述照明 装置，使显示品质提高的液晶显示装置。为了解决上述课题，本发明的导光体包括发光部，该发光部具有使来自点状 光源的光进行面发光的发光面；和导光部，该导光部将来自上述光源的光向该发光部引 导，该导光体的特征在于上述导光部构成为另一个导光体的发光部能够搁置在该导光部上，在从上述发光部与上述导光部的边界直到从该边界到上述导光部的上述光源一 侧的端部的中途位置为止的区域内的至少一部分区域，设置有具有使入射光扩散的作用 的扩散单元。此外，为了解决上述课题，本发明的照明装置的特征在于，包括上述记载的导 光体。另外，为了解决上述课题，本发明的液晶显示装置的特征在于，包括上述记载 的照明装置作为背光源。根据上述结构，从点状光源出射并从导光部的受光面进入的光，在扩展成以点 状光源为顶点的圆锥状或椭圆锥状之后，入射至导光部的内面。导光部被设计成满足从 点状光源出射的光以比临界角大的入射角入射至导光部的内面的全反射条件，而且被设 计成使得全反射反复进行、即全反射条件被保持。因此，从点状光源出射的光由导光部 的内面反复进行全反射，朝向各个方向的光混杂在一起，被导入发光部。此时，设置在导光部的扩散单元具有使入射光漫反射并扩散的作用，因此，从 以满足全反射条件的入射角入射的光中产生出以更小的反射角反射的光。因此，由扩散 单元扩散后的光的一部分或全部已经不满足上述全反射条件。在这样的全反射条件被破坏的光中，也存在从发光部的发光面直接出射的光， 在导光部内，也会产生未被全反射而从导光部的上表面或下表面漏出的光。如上所述从导光部漏出的光包括由导光部周围的介质反射，返回到导光部 内，能够从发光部的发光面直接出射的第一成分；和由上述介质吸收的第二成分。在导 光部的上表面的上部或下表面的下部设置有反射片的结构的情况下，导光部周围的介质 是该反射片和将该反射片粘接于导光部的粘接剂层等，在没有设置那样的反射片的结构的情况下，导光部周围的介质是搁置在导光部上的另一个导光体、和存在于上述导光部 与另一个导光体之间的空气等。上述第一成分由上述全反射条件被破坏的光的成分构成，因此，在到达上述发 光部的发光面时，能够直接从发光面出射。S卩，上述第一成分是在观察者从倾斜方向观看发光面的情况下，使发光面的亮 度均勻性提高的成分。另一方面，上述第二成分是由导光部周围的介质吸收的成分，因此，是导致光 量损失、结果也导致发光面的亮度下降和液晶显示装置的显示品质下降的成分。在以往，完全不考虑由设置在导光部的扩散单元引起的亮度下降，在导光部的 上表面和下表面整体实施粗糙面加工。S卩，以往是上述第一成分和上述第二成分两者在导光部的光的行进早的阶段增 加的结构，因此，在观察者从倾斜方向观看发光面的情况下，与没有实施粗糙面加工的 情况相比，能够提高发光面的亮度均勻性，但是相反地，成为大幅伴随有发光面的亮度 下降的结构。另一方面，在本发明中，采用了在从上述发光部与上述导光部的边界直到从该 边界到上述导光部的上述光源一侧的端部的中途位置为止的区域内的至少一部分区域设 置扩散单元的结构。由此，第一成分的光在边界的附近直接从发光面出射，带来抑制在 边界的附近产生暗区域的效果，第二成分的光与以往相比大幅减少，因此带来抑制光量 损失的效果。因此，能够实现在将点状光源变换为面状光源的导光体中，能够抑制面状发 光的亮度下降，并且无论从哪个方向观看都能够使发光面的亮度的均勻性进一步提高的 导光体；包括该导光体的照明装置；和通过包括上述照明装置，使显示品质提高的液晶 显示装置。此外，本发明的导光体优选当将与上述发光面的相反侧的上述发光部的背面 相连的上述导光部的背面相对于配置有上述光源的基板的延长面所成的倾斜角设为θ， 将上述导光体的全反射临界角设为Φ，将与上述延长面垂直的方向设为导光体的厚度方 向，将与该厚度方向正交并且从上述导光部向发光部的方向设为长度方向，将上述导光 部的上述光源一侧的端部的厚度设为h时，从上述边界直到从该边界到光源的中途位置为止的区域，在考虑通过上述中途 位置并与上述长度方向垂直的第一平面时，能够以上述边界与上述第一平面间的距离Z 表不，并且满足
权利要求
1.一种导光体，其包括发光部，该发光部具有使来自点状光源的光进行面发光的 发光面；和导光部，该导光部将来自所述光源的光向该发光部引导，该导光体的特征在 于所述导光部构成为另一个导光体的发光部能够搁置在该导光部上，在从所述发光部与所述导光部的边界直到从该边界到所述导光部的所述光源一侧的 端部的中途位置为止的区域内的至少一部分区域，设置有具有使入射光扩散的作用的扩散单元。
2.如权利要求1所述的导光体，其特征在于当将与所述发光面的相反侧的所述发光部的背面相连的所述导光部的背面相对于配 置有所述光源的基板的延长面所成的倾斜角设为θ，将所述导光体的全反射临界角设为 Φ，将与所述延长面垂直的方向设为导光体的厚度方向，将与该厚度方向正交并且从所 述导光部向发光部的方向设为长度方向，将所述导光部的所述光源一侧的端部的厚度设 为h时，从所述边界直到从该边界到光源的中途位置为止的区域，在考虑通过所述中途位置 并与所述长度方向垂直的第一平面时，能够以所述边界与所述第一平面间的距离Z表 示，并且满足0 < Ζ<(ΗΧ αηΦ)/{1-( αηΦ Xtan θ )}(式 1)的关系。
3.如权利要求1或2所述的导光体，其特征在于所述扩散单元从所述发光部延伸设置到所述导光部。
4.如权利要求1至3中任一项所述的导光体，其特征在于所述扩散单元为扩散片。
5.如权利要求1至3中任一项所述的导光体，其特征在于所述扩散单元通过粗糙面加工形成。
6.如权利要求1或2所述的导光体，其特征在于所述扩散单元由反射面形成，该反射面使在从所述光源到所述中途位置的区域中被 引导的光的一部分的反射角度变化。
7.如权利要求1、2和4至6中任一项所述的导光体，其特征在于在所述发光部的至少一部分进一步设置有所述扩散单元。
8.如权利要求3或7所述的导光体，其特征在于所述扩散单元以分布密度根据所述发光面的发光量而不同的方式设置。
9.如权利要求1至8中任一项所述的导光体，其特征在于当将与配置有所述光源的基板的延长面垂直的方向设为导光体的厚度方向，将与该 厚度方向正交并且从所述导光部向发光部的方向设为长度方向，在所述边界，考虑与所 述长度方向垂直的边界面时，存在于所述光源与所述发光部之间的所述导光部的长度被设定成从所述光源出射 并在所述导光体内呈放射状扩展的光束的横截面的大小在所述边界面为该边界面的大小 以上。
10.如权利要求9所述的导光体，其特征在于所述发光部的所述长度方向的长度Y与所述导光部的所述长度方向的长度X满足 X < Y (式 2) 的关系。
11.如权利要求10所述的导光体，其特征在于当将与所述长度方向交叉的方向设为所述导光体的宽度方向， 将所述导光体的所述宽度方向的长度设为Li，将所述导光体的折射率设为η时， 在所述导光体的所述长度Ll的中央部设置有一个所述光源的情况下，存在于所述光 源与所述发光部之间的所述导光部的所述长度方向的距离X为
12.如权利要求10所述的导光体，其特征在于当将与所述长度方向交叉的方向设为所述导光体的宽度方向， 在将发光色相互不同的多种光源相对于一个所述导光体沿所述宽度方向排列有多个 的情况下，将配置在其排列方向的两端部的各光源间的距离设为L2，将所述导光体的所 述宽度方向的长度设为Li，将所述导光体的折射率设为η，另外，将所述多个光源设置在所述导光体的所述长度Ll的中央部时， 存在于所述光源与所述发光部之间的所述导光部的所述长度方向的距离X为
13.如权利要求1至12中任一项所述的导光体，其特征在于所述发光面由与照射对象相对的水平面和设置在该水平面与所述导光部之间且相对 于该水平面倾斜的倾斜面构成，通过使倾斜面相对于所述水平面的倾斜连续地变化，所述倾斜面成为使该倾斜面与 所述水平面连续的曲面。
14.一种照明装置，其特征在于包括权利要求1至13中任一项所述的导光体。
15.—种液晶显示装置，其特征在于 包括权利要求14所述的照明装置作为背光源。
全文摘要
本发明提供导光体、照明装置和液晶显示装置。在包括具有使来自点状光源(6)的光进行面发光的发光面(7a)的发光部(7b)、和将来自上述光源(6)的光向该发光部(7b)引导的导光部(7c)的导光体(7)中，在从发光部(7b)与导光部(7c)的边界面(8)直到从该边界面(8)到导光部(7c)的光源(6)一侧的端部的中途位置为止的区域内的至少一部分区域，设置有具有使入射光扩散的作用的扩散单元(9)。由此，实现能够抑制面状发光的亮度的下降，并且无论从哪个方向观看都能够使发光面的亮度的均匀性进一步提高的导光体；包括该导光体的照明装置；和通过包括上述照明装置，使显示品质提高的液晶显示装置。
文档编号G02F1/13357GK102016399SQ20098011497
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年6月4日
发明者味地悠作, 增田岳志, 神德千幸 申请人:夏普株式会社