平面光源装置,显示装置和平面照明方法

专利名称：平面光源装置,显示装置和平面照明方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于例如照明液晶显示面板的平面光源装置、包含有 平面光源装置的显示装置和用于平面光源装置的平面照明方法。
背景技术：
用作在电视或包含相对大尺寸屏幕的类似装置中使用的液晶面板背光的平面光源装置具有图20和21中所示的这种结构。注意，图21是沿图20 的线n-II的截面图。参照图20和21，所示的平面光源装置是所谓直下型的， 其设置在显示面板后表面的正上方。尤其是，在由反射板10形成的情形中， 均匀设置多个灯ll。反射板IO的前表面涂成白色，从而有效反射来自灯ll 的光。对于灯ll,例如，可使用CCFL管(冷阴极荧光灯)。在其上设置有灯11的反射板10上设置扩散板20,从而从灯11 一侧直 接入射到扩散板20后表面的光、或者由反射板10反射并入射到扩散板20 的光从扩散板20的前表面辐射。用从扩散板20的表面辐射的光照明液晶显 示面板的后表面。通过在透明树脂板中混合光扩散材料或通过将具有光扩散 作用的薄片粘附到扩散板20的前表面来形成扩散板20，从而将扩散板20 的前表面上的亮度均匀化。为了使显示屏幕的亮度均匀，控制平面光源装置 的光发射状态以获得均匀的亮度非常重要。日本待审专利No.Hei8-221013中公开了上述类型的背光装置的一个例子。发明内容顺便提一句， 一般需要减小整个液晶显示面板的厚度。因此，还需要形 成具有参照图20所述结构的具有较小厚度的直下型平面光源装置。为了减 小图20中所示结构的直下型平面光源装置的厚度，扩散板20靠近灯11设置。然而，在如此构造平面光源装置，即扩散板20靠近灯11设置的情形中，
仅通过扩散板20的方式很难充分地使光扩散。这就出现了一个问题，即每 个灯11正上方的位置变得较亮，破坏了光发射平面内光的均匀性。作为克 服该问题的措施，优势采取下述方式，即仅在每个灯正上方的扩散板的位置 处使用光反射元件来减小灯正上方的光。然而，这出现了另一个问题，即整 体区域的亮度下降，因此不经常采取上述的这种措施。因此，需要提供一种平面光源装置、显示装置和平面照明方法，其中可 实现厚度减、和光发射亮度的均匀化。依照本发明的实施方案，提供了一种平面光源装置，其包括光源，其 构造成以点状图案或棒状图案发射光、反射板，其构造成反射来自所述光源 的光、光导板，相对于所述光源来说，该光导板设置在所述反射板的相对侧 上、和透镜阵列片，其设置在所述光源与所述光导板之间，所述透镜阵列片 在靠近所述光导板的表面上具有以预定状态设置的多个凸形的透镜。在该平面光源装置中，通过透镜阵列片的凸形的透镜和设置在透镜阵列 片上的光导板的作用使来自光源的光扩散。因而，可有利地从光导板扩散并 辐射来自光源的光。因此，即使减小了从其中容纳光源的反射板到光导板的 距离，也可获得与现有平面光源装置所获得的光扩散特性类似的光扩散特 性。因而，可减小光源装置的厚度和其中装有该光源装置的显示装置的厚度。当结合附图时，本发明上面和其他的特征和优点将从下面的描述和所附 的权利要求而变得显而易见，其中相同的参考标记表示相同的部件或元件。


图1是用于本发明的平面光源装置的一般结构的一个例子的透视图； 图2是沿图1的线I-I的截面图； 图3是平面光源装置一部分的放大的分解透视图； 图4是一般显示平面光源装置的光通路的示意图； 图5是显示平面光源装置中以0。角入射到透镜阵列片的光的通路的一个 例子的示意图；图6是以放大的比例显示图5的部分的示意图；图7是显示平面光源装置中以10。角入射到透镜阵列片的光的通路的一 个例子的示意图；图8是以放大的比例显示图7的部分的示意图9是显示平面光源装置中以20。角入射到透镜阵列片的光的通路的一 个例子的示意图；图IO是以放大的比例显示图9的部分的示意图；图11是显示平面光源装置中以45。角入射到透镜阵列片的光的通路的一 个例子的示意图；图12是以放大的比例显示图11的部分的示意图；图13是图解平面光源装置的亮度分布的一个例子的特性图表；图14是用于本发明的另一个平面光源装置的部分截面图，其显示了其 中对光导板的表面进行加工的结构的 一个例子；图15是用于本发明的另一个平面光源装置的部分截面图，其显示了其 中透镜凸起不均匀设置的结构的 一个例子；图16是用于本发明的另一个平面光源装置的透视图，其显示了其中使 用点光源的结构的一个例子；图17是图16中所示光源装置的分解透视图；图18是用于本发明的另一个平面光源装置的透视图，其显示了其中使 用圓形透镜的结构的一个例子；图19是用于本发明的另一个平面光源装置的透视图，其显示了其中使 用圆形透镜的结构的另 一个例子；图20是常规的直下型平面光源装置的结构的 一个例子的透视图；图21是沿图20的线II-II的截面图。
具体实施方式
参照图l和2，显示了用于本发明的平面光源装置100。平面光源装置 100包括设置在底部上的反射板110、和平行设置在反射板110的平坦表面 111上的多个(显示的为排列五个)纟奉状灯101, 102， 103， 104和105。应 当注意，在所示的排列中，尽管使用CCFL管(冷阴极荧光灯)作为灯101 到105,但是用于灯101到105的灯并不限于CCFL管，而例如可以是热阴 极管。反射板110的内表面涂成白色，从而有效反射来自灯101至105的光。 反射纟反IIO在其相对的端部具有一对倾斜部112， /人而倾斜部112的上端部 113与透镜阵列片120 4妄触。应当注意，尽管图1中在灯101到105纵向方 向上的反射板110的相对端部显示为开口，从而可以看到内部结构，但实际 上它们也覆盖有一些元件。反射板110例如由聚对泡沫苯二曱酸乙二醇酯形成。设置在反射板110上的透镜阵列片120具有靠近反射板110 (在图1中 的下侧上)的平坦表面124(后表面；参照图3)，并具有设置在其前表面上 的多个透镜凸起121，每个透镜凸起都用作凸透镜。此外，在透镜阵列片120 的前表面上设置光导板130。光导板130由具有均匀厚度且具有平坦前表面 和后表面的透明元件形成。在图2中，设置在光导板130前表面上的显示面 板190由虚线表示。这样，显示面板190的后表面由来自光导板130前表面 的光照明，从而进行对在显示面板190上显示的图像照明的工序。显示面板 190例如由液晶显示面板形成。透镜阵列片120和光导板130由透明材料形成，如果其在可见光辐射范 围内是透明的，则可使用任何材料，例如聚碳酸酯、玻璃和丙烯酸树脂。图3是透镜阵列片120和光导板130的放大的分解图。参照图3，设置 在透镜阵列片120上的每个透镜凸起121形成为线性的凸肋，其具有凸起的 横截面，如大致三角形的横截面。透镜凸起121如此连续设置，即它们彼此 平行延伸。每个透4竟凸起121在其相对侧具有弯曲表面部122，在弯曲表面部122 之间的其上部具有第一表面部123。弯曲表面部122具有抛物线弯曲表面， 从而从抛物线弯曲表面反射的光聚焦在平坦表面部123附近的焦点位置F (图4)处。然而应当注意，弯曲表面部122的横截面形状不必具有完全的 抛物线形状，而是可具有其他各种形状，如类似于抛物线的弯曲形状、由双 曲线表示的弯曲形状、纯椭圓形状以及由直线和曲线组成的形状。当应用抛 物线弯曲表面时，确定了光的焦点位置。然而，根据形状，可不提供焦点。透镜阵列片120的透镜凸起121的平坦表面部123与光导板130的后表 面紧密地光学接触。尽管透镜阵列片120和光导板130可通过任何方式彼此 紧密地保持，但例如可使用透明粘结剂或紫外线固化树脂材料。然而，不管 使用什么方式，重要的是透镜阵列片120与光导板130彼此紧密地光学接触。参照图4，当透镜凸起121的排列距离(间距)由W1表示，透镜凸起 121上部处的平坦表面部123的宽度由W2表示时，距离Wl例如设置成大 约0.2到0.3mm，而宽度W2例如设置成大约0.005到0.02mm。为了清楚起 见，用比以上给出的尺寸大的尺寸显示了图中所示的透镜阵列片120的透镜 凸起121。应当注意，灯101到105的排列距离例如大约为20到30mm。优 选地，由抛物线弯曲表面部122形成的焦点位置F (图4)在离平坦表面部 123为[距离WlxO.l]的距离内。远离其上设置有透镜凸起121的上表面的透 镜阵列片120的后表面124被平坦化。现在，参照图4描述从以上述方式构造的透镜阵列片120的后表面(下 表面)侧入射的光的通路轮廓。从任意灯发射并垂直入射到透镜阵列片120 的光A以较高的比率到达透镜阵列的透镜表面。因此，由于空气和透镜阵列 材料之间的折射率不同，出现了光的反射。光A的反射光通过透镜凸起121 的焦点位置F并到达光导板130的上表面132。这里，如果适当设置光的角 度，则光被光导板130的上表面132全反射。由光导板130的上表面132反 射的光也被下表面131全反射，因为光导板130的上表面132和下表面131 彼此平行延伸。结果，光在光导板130中传播。由于光与透镜阵列片120的 粘接平面、光导板BO和透镜阵列表面等的光学相互作用，在光导板130中 传播的光在全反射条件丧失的位置处辐射到光导板130外部。当辐射到光导 板130外部的光从光导板130的上表面132出射时，其成为照明显示面板的 照明光。然而， 一些光从光导板130的下表面131出射。从光导板130的下 表面131出射的光通过透镜阵列片120辐射到反射板110侧，并被反射板110 反射，从而其被引入透镜阵列片120中。因而，最终所有的光从光导板130 的上表面132出射。应当注意，在光与上表面132或下表面131的入射角等于或小于一些特 定角(例如等于或小于43。)的情形中，光被光导板130的上表面132和下 表面131反射。然而，在所述角度大于特定角而小于或等于90。的情形中， 光会出射，而没有被反射。用于反射的特定角度依赖于光导板130的材料。 同时，光导板130的端表面133 (图1)经过处理，从而不管入射角入射都 反射入射光，从而可阻止光从端表面133辐射到外部。因为透镜阵列片120以上述这种方式作用，所以依照本实施方案的结构， 从灯向正上方发射的部分光在光导板130中传播，从而从光导板130的不同 位置辐射。光在光导板130中的平均距离和从垂直入射到光导板130的光内 导出的光分量的比率依赖于平面光源装置100的固有部分的尺寸和灯排列。 因此，适当检查透镜凸起121的特定形状、透镜凸起121的平坦表面部123
与光导板130之间的粘接区域等。另一方面，如果从灯倾斜发射的光B到达透镜阵列片120的透镜凸起 121的表面，则根据入射角、透镜的位置等，光会偏转到各个方向。结果， 光导板130用于扩散从灯倾斜发射的光。图5到12中显示了其中光以各个角度引入透镜阵列片120和光导板130 的粘接块的状态的模拟例子。应当注意，图5到12中所示的角度表示为与 由垂直入射到平板形式的透镜阵列片120的光所确定的0°角的角度差。此外， 图中所示的入射光(之后所述的LO, LIO， L20和L45)是以一个透镜凸起 121的间距的宽度入射的光。图5图解了以0。角入射到透镜阵列片120的光LO的反射状态。图6以 放大的比例显示了图5的中部。如从图5和6看到的， 一直向前传播到透镜 凸起121的平坦表面部123的光一直向前传播，在光导板130中也是如此并 从光导板130的上表面132出射。同时，入射到透镜凸起121的弯曲表面部 122的部分光被弯曲表面部122反射并在穿过焦点位置(或焦点附近)后进 入光导板130。图7和作为图7放大图的图8图解了以10。角入射到透镜阵列片120的 光L10的反射状态。图9和作为图9放大图的图10图解了以20。角入射到透 镜阵列片120的光L20的反射状态。图ll和作为图ll放大图的图12图解 了以45。角入射到透镜阵列片120的光L45的反射状态。从上述附图可以看 出，随着入射角增大，反射状态如此变化，即从光导板130的上表面132辐 射的光增加。因为透镜阵列片120和光导板130的组合以这种方式用作扩散板，所以 緩和了灯正上方明亮部的亮度。因此，即使从现有的平面光源装置减小从反 射板IIO到光导板130的厚度，也可获得与现有的平面光源装置类似的亮度 分布。图13图解了与图20中所示现有结构的平面光源装置的相对亮度分布相 对比，以依照本实施方案的结构产生的平面光源装置IOO的相对亮度分布。 由图13中的虚线表示的曲线代表现有结构的平面光源装置的亮度分布。由 虚线表示的现有结构的亮度分布表现出非常消的变化，其大致是均匀的。如 果在保持该结构的同时以较d、的厚度形成现有结构的平面光源装置，则亮度 会根据位置而表现出较大的变化，如从图13中的虚线(长短交替的虚线)
看到的。因此，具有较小厚度的现有结构的平面光源装置不适用于显示面板 的背光。这里，如果平面光源用类似于下述平面光源的较小的厚度形成，即该平 面光源的亮度由虚线表示且组合有具有依照上述实施方案的结构的透镜阵列片120和光导板130，在可获得由图13中的实线表示的亮度分布。由实线 表示的亮度分布大致等价于以上述方式厚度没有减小的现有平面光源装置 的亮度分布。因而，该亮度分布显示出适用于显示面板背光的良好特性。因 此，即使从现有平面光源减小平面光源的厚度，也可获得类似于现有平面光 源的亮度分布。应当注意，尽管在上述实施方案中，光导板130形成为平坦的透明板， 但是其也可以形成为具有光扩散功能的元件，或者例如在光导板130，的表面 上形成扩散功能部134，如图14中看到的。下表面131保留为平坦表面的形 式。扩散功能部134例如可通过在表面上形成非常小的凹凸部来形成。或者， 光导板130本身不具有扩散功能，但可选择地，将具有扩散功能的单独树脂 片粘附到光导板130的表面。此外，尽管在上述实施方案中，透镜阵列片120上的透镜凸起121连续 设置，在透镜阵列片120上它们之间没有间隙，如图3中看到的，但也可在 它们之间具有间隙来设置它们。此外，可根据位置来给这些间隙设置一些差 别。图15以横截面显示了上述的结构。参照图15，在所示的透镜阵列120， 中，在灯101到104正上方位置处，透镜凸起121连续设置，在它们之间不 具有间隙，但是透镜凸起121如此设置，即随着离每个灯正上方位置的距离 增加，透镜凸起之间的排列距离增加。通过透镜凸起121的该设置，在每个 灯正上方的位置处，透镜凸起121的扩散功能较强，但是在离开每个灯正上 方位置的位置处，扩散功能较弱。因而透镜凸起121对于亮度分布的均匀性 贡献很大。此外，尽管在上述实施方案中，使用以棒状分布发射光的CCFL管作为 光源，但可选择地使用不同形状的光源。例如，即使在棒状光源的情形中， 可使用U形弯曲的荧光灯。或者，可使用从类似于点的位置发射光的点状光 源，如发光二极管(LED)。这里使用点状光源与棒状光源形成对比，并不 是指点光源。 在采用点状光源，如发光二极管的情形中，优选地是设置在透镜阵列片 上的透镜凸起的形状和排列状态设置成适用于点状光源。图16和17显示了其中使用发光二极管作为光源的平面光源装置的一个例子，尤其是图17以放大的方式显示了图16的装置。参照图16和17,在 所示的平面光源装置中，在反射板110上的不同位置处设置每个都由发光二 极管形成的四个光源211。透镜阵列片220如此形成，即多个连续的圓形透 镜凸起221围绕每个光源211正上方上的位置同心地设置。透镜凸起221具 有类似于图4中所示的透镜阵列片120的透镜凸起121的横截面，即具有弯 曲表面部122和平坦表面部123。设置在透镜阵列片220上的光导板130具 有与上述光导板130相同的结构。在平面光源装置具有参照图16和17所述的结构的情形中，在靠近每个 光源211正上方位置的位置处发生较强的光扩散，因而可有利地将从光导板 130发射的光的亮度分布均匀化。因此，可减小使用点状光源，如发光二极 管的平面光源装置的厚度。此外在图16的排列中，提供了圓形透镜凸起221 的排列的距离，其随着离每个光源的距离增加而增加。此外，尽管在图16 的排列中，在远离光源211的位置处没有设置透镜凸起221,但也可在透镜 阵列片220的整个表面上设置圓形透镜凸起221。然而，在整个表面上设置 透镜凸起221的情形中，外围部处的透镜凸起221不具有环形形状。此外，设置在透镜阵列片上的多个透镜凸起具有圆锥的凸形。图18显示了该情形中的结构的一个例子。此外，在图18的例子中，在 反射板110上的不同位置处设置每个都由发光二极管形成的四个光源211。 透镜阵列片320如此设置，即圓锥透镜凸起321以矩阵的方式在纵向和横向 上连续设置。透镜凸起321具有与图4中所示透镜阵列片120的透镜凸起121 相同的截面形状，即具有弯曲表面部122和平坦表面部123的形状。应当注 意，因为透镜凸起321具有圆锥形状，所以无论在什么方向上取截面，都表 现出相同的横截面形状，对应于弯曲表面部122的表面具有环形形状，平坦 表面部123具有圆形形状。设置在透镜阵列片220上的光导板130具有与上 述光导板130相同的结构。此外在采取参照图18所述的结构的情形中，可通过透镜阵列片320和 光导板130的作用有效扩散入射光，可减小平面光源装置的厚度。应当注意，在采取其中设置有透镜凸起321的图18中所示的结构的情
形中，在光源211正上方的位置处，透镜凸起321可连续设置，在它们之间 不具有间隙，而在离开上述位置的位置处，透镜凸起321以彼此间隔开一些 距离的关系设置。图19显示了该情形中的结构的一个例子。参照图19，在所示平面光源 装置中的透镜阵列片320，上，圆锥形状的透镜凸起321如此设置，即在211 正上方的位置处，透镜凸起321连续设置，在它们之间不具有间隙。然而， 在离开光源211正上方位置的位置处，透镜凸起321以彼此间隔开的关系设 置。通过改变透镜凸起321的排列具体，如图19中所示，可进一步将光的 扩散状态均匀化。尽管使用特定术语描述的本发明优选的实施方案，但这种描述仅仅是解 释的目的，应当理解，在不脱离随后权利要求的精神或范围的情况下，可进 4亍变^ 禾口 文变。相关申请的交叉引用本发明包含与2006年12月27日在日本专利局提交的日本专利申请 JP2006-352605相关的主题，其全部内容在这里结合作为参考。
权利要求
1.一种平面光源装置，其包括光源，其构造成以点状图案或棒状图案发射光；反射板，其构造成反射来自所述光源的光；光导板，该光导板设置在所述反射板的相对于所述光源的相对侧上；和透镜阵列片，其设置在所述光源与所述光导板之间；所述透镜阵列片在靠近所述光导板的表面上具有以预定状态设置的多个凸形的透镜。
2. 根据权利要求1所述的平面光源装置，其中，所述透镜阵列片的所 述凸形的透镜具有大致抛物线形状的横截面，其在所述透镜阵列片与所述光 导板接触的位置附近具有焦点位置。
3. 根据权利要求1所述的平面光源装置，其中，所述透镜阵列片上的 所述凸形的透镜在其顶点处具有与所述光导板接触的平坦表面部。
4. 根据权利要求1所述的平面光源装置，其中，所述光源形成为构成 以棒状图案发射光的光源，且所述透镜阵列片上的所述凸形的透镜具有凸起 的横截面形状，并大致平行于所述光源的排列状态线性延伸。
5. 根据权利要求1所述的平面光源装置，其中，所述光源形成为构造 成以点状图案发射光的光源，且所述透镜阵列片上的所述凸形的透镜具有凸 起的横截面，并围绕所述点状光源的设置位置大致同心地设置。
6. 根据权利要求1所述的平面光源装置，其中，所述透镜阵列片上的 所述凸形的透镜分别地具有圆形凸形，并以彼此预定的间隔关系二维地设置 在所述透镜阵列片上。
7. 根据权利要求1所述的平面光源装置，其中，所述透镜阵列片上的 所述凸形的透镜如此设置，即随着距所述光源设置位置的距离增加，凸形的 透镜之间的排列距离增加。
8. 根据权利要求1所述的平面光源装置，其中，进一步包括 光扩散元件，其设置在所述光导板的表面上。
9. 一种显示装置，包括 显示面板；和设置在所述显示面板后表面上的平面光源部； 所述平面光源部包括光源，其构造成以点状图案或棒状图案发射光；反射板，其构造成向着所述显示面板的后表面反射来自所述光源的光，光导板，该光导板设置在所述反射板的相对于所述光源相对侧上，和透镜阵列片，其设置在所述光源与所述光导板之间， 所述透镜阵列片在靠近所述光导板的表面上具有以预定状态设置的多 个凸形的透镜。
10. —种以面状方式进行照明的平面照明方法，其包括下述步骤 将来自光源的光引入透镜阵列片的后表面，所述光源以点状方式或面状方式发射光，所述透镜阵列片在其表面上具有以预定状态设置的多个凸形的透镜；将从所述透镜阵列片的表面出射的光引入光导板；和 用从光导板出射的光进行平面照明。
全文摘要
本发明涉及一种平面光源装置，其包括光源，其构造成以点状图案或棒状图案发射光；反射板，其构造成反射来自所述光源的光；光导板，相对于所述光源来说，该光导板设置在所述反射板的相对侧上；和透镜阵列片，其设置在所述光源与所述光导板之间；所述透镜阵列片在靠近所述光导板的表面上具有以预定状态设置的多个凸形的透镜。
文档编号F21V13/12GK101210662SQ20071030557
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者伊藤敦史 申请人:索尼株式会社