背光源单元和液晶显示装置的制作方法

专利名称：背光源单元和液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种背光源单元和液晶显示装置。
背景技术：
通常，对非发光型的液晶显示面板供给光的背光源单元，为了将来自LEDCLight Emitting Diode 发光二极管)等光源的光均勻地导向液晶显示面板而包括由透明树脂形 成的导光板。并且，该导光板将自身端面(例如侧面)接收的光在内部多重反射，并从 顶面(出射面)射出。为了提高来自导光板的光射出效率，现有在导光板的顶面或底面上形成棱镜图 案，由该棱镜折射的光从顶面射出。或者，在导光板的顶面或底面上形成散射性的点图 案，由该点扩散的光从顶面射出。但是，由于导光板的棱镜比较大，所以目视观察液晶显示装置的情况下，很可 能棱镜较显著。此外，由棱镜使导光板的厚度容易变得更厚，而且背光源单元的厚度也 增加。另外，在导光板的一面难以形成所希望的棱镜图案，不是所希望图案的棱镜图案 容易引起光损失。而且，这样的棱镜图案会使射出光也难以从导光板向所希望方向控 制。另外，导光板上的散射性的点，使有效使用的光的比率显著降低，并使射出光 也难以从导光板向所希望方向控制。作为用于使射出光从导光板向所希望方向控制的一方案，例如使棱镜片等光学 片覆盖在导光板的顶面上的方案。但是，以光学片存在的量、背光源单元的厚度增加， 进而背光源单元的部件数也增加(而且，背光源单元的成本也增加)。因此，最近在导光板的底面上形成等间隔密集的光栅线的集合体，即在导光板 上形成衍射光栅(此外，这样的衍射光栅的周期间隔多相对于可见光设定在0.5 2μιη 程度)。其原因是，当这样的衍射光栅(例如相位差型衍射光栅)包含于导光板时，从导 光板的侧面向内部传播的光被衍射，经由顶面大量到达液晶显示面板。作为包括衍射光栅的导光板的例子，能够例举专利文献1。在记载于专利文献1 中的背光源单元中，如图18的平面图所示，在导光板141的顶面141U上以LED 112为 基准，放射状排列有光栅片pp，完成衍射光栅gs。特别是，在该衍射光栅gs中，通过将 光栅片PP排成一列，从而产生衍射矢量(光栅矢量)g，沿该衍射矢量g的光被有效率地 衍射。专利文献1 日本专利特开2006-228595号公报

发明内容
通常，衍射光栅gs对沿衍射矢量g传播的光以比较高的衍射效率衍射，但是对 从衍射矢量g偏离传播的光仅以比较低的衍射效率衍射。于是，如在专利文献1所记载 的导光板141的衍射光栅gs所示，虽是放射状但以列状排列光栅片pp，从而产生衍射矢量g时，导光板141难以存在多个衍射矢量g。因此，该导光板141的衍射光栅gs不能 充分衍射在各种方向上传播的光。本发明是鉴于上述问题而研发的。并且，本发明的目的在于提供一种由导光板 将在各种方向上传播的光有效率地衍射，向外部射出的背光源单元和包括该背光源单元 的液晶显示装置。背光源单元包括光源；和接收来自该光源的光，并使该光进行多重反射而向 外部射出的导光板。在此，在导光板中，以接收光的面为受光面，以与该受光面相对配 置的面为相反面，以朝向外部使光射出的面为出射面，并且以从受光面到相反面的最短 方向为第一方向。于是，在出射面形成有衍射光栅，该衍射光栅包括产生与第一方面相同方向的 衍射矢量的第一区域和产生与第一方向不同方向的衍射矢量的第二区域。并且，第一区 域在出射面上位于沿第一方向传播的光的到达部分，第二区域在出射面上位于偏离第一 方向传播的光的到达部分。如此一来，沿第一方向传播的光由具有与第一方向相同方向的衍射矢量的第一 区域的衍射光栅衍射，所以以比较高的衍射效率衍射。此外，偏离第一方向传播的光由 具有与第一方向不同方向的衍射矢量的第二区域的衍射光栅衍射，所以光的传播方向和 衍射矢量的方向一致的比率提高，衍射的效率提高。S卩，导光板包括与光的传播方向对应的多种衍射光栅(第一区域的衍射光栅和 第二区域的衍射光栅)，与其传播方向对应地使光发生衍射。因此，在导光板整体，光的 传播方向与衍射矢量的方向一致的比率提高，衍射的效率提高。此外，当光的传播方向 与衍射矢量的方向一致时，衍射光栅的设计变得容易，通过设计能够使例如相对于导光 板的出射面垂直射出的光量增加。此外，优选第一区域在出射面上位于从与光源的发光端相对的部位沿第一方向 的部分，第二区域在出射面上位于除第一区域以外的部分。如此一来，光源的光轴方向与第一方向一致，沿该第一方向传播的光量增加， 所以该光的传播方向与衍射矢量的方向一致的比率提高，第一区域的衍射光栅的衍射效 率提高。此外，由于从光源的光轴方向偏离的光到达第二区域，所以该光的传播方向与 不同于第一方向的衍射矢量的方向一致的比率提高，第二区域的衍射光栅的衍射效率提
尚ο另外，为了提高来自导光板的光射出效率，衍射效率的入射角依赖性等特性不 得不变化的情况下，优选如以下。例如，第二区域中的衍射光栅优选具有多边形的光栅图案。另外，该光栅图案 可以是四边形或六边形的光栅图案。另外，构成衍射光栅的光栅片优选为柱体。另外， 柱体可以是长方体或圆柱体。但是，第二区域中的衍射光栅优选在作为相对于第一方向交叉的方向的第二方 向上包括两种以上的周期间隔。如此一来，由于第二方向的衍射光栅的周期间隔存在多种，所以根据该各种周 期间隔和第一方向上的衍射光栅的周期间隔(例如固定的周期间隔)产生多种衍射光栅。 并且，该衍射矢量由于与多种光的传播对应，所以容易从第二区域的出射面垂直射出光。另外，作为在第二方向包括两种以上的周期间隔的第二区域中的衍射光栅的例 子，能够例举以下方案。首先，以出射面上与第一方向一致的光源的光轴方向与来自光源的光所成的角 度作为发散角度，用该发散角度的角度范围划分第二区域，以该划分出的区域作为角度 划分区域。然后，作为一个例子的第二区域中的衍射光栅，对于每个角度划分区域中的 衍射光栅，角度范围的下限值越小，则作为相对于第一方向的交叉方向的第二方向上的 周期间隔越长。另外，作为其他例子，能够例举以下方案。首先，光源的光轴方向与第一方向 一致，通过将与第一方向相同方向的划分线在第二区域中沿着作为相对于第一方向的交 叉方向的第二方向排列，划分第二区域的至少一部分，以该划分出的区域作为并列划分 区域。然后，作为其他例子的第二区域中的衍射光栅，对于每个并列划分区域中的衍 射光栅，最接近该并列划分区域的光源的光轴方向与该并列划分区域的最短背离距离越 短，则第二方向上的周期间隔越长。但是，在以上的背光源单元中，优选在导光板上，作为与出射面相对配置的面 的底面被反射片覆盖，该反射片将从该底面泄漏的光导向导光板内。这样一来，出射面的衍射光栅使光反射，即使该反射光(衍射反射光)在导光板 的底面不全反射而透过，也能够由反射片返回导光板，朝向出射面。因此，来自导光板 的射出光量增加。另外，包括以上的背光源单元和接收来自该背光源单元的光的液晶显示面板的 液晶显示装置也属于本发明。根据本发明，由于导光板的出射面的衍射光栅与光的传播方向对应，所以衍射 效率提高，而且衍射光栅的设计也变得容易。因此，在该衍射光栅中例如从导光板的出 射面垂直射出的光量容易增加。


图1是液晶显示装置的分解立体图。图2是背光源单元的导光板的列状光栅区域的平面放大图。图3是背光源单元的导光板的散状光栅区域的平面放大图。图4A是表示由XY平面方向和Z方向构成的正交坐标系中的波数矢量K的矢量 图。图4B是表示由X方向和Y方向构成的正交坐标系中的波数矢量K的矢量图。图5是图1中的A-A'线向视剖面图(其中、以反射片、导光板和LED模块为 主体表示)O图6是LED的光度分布图。图7是表示图3的其他例的导光板的散状光栅区域的平面放大图。图8是表示图3和图7的其他例的导光板的散状光栅区域的平面放大图。图9是表示图3、图7和图8的其他例的导光板的散状光栅区域的平面放大图。图10是由长方体的光栅片形成的衍射光栅面的简略平面图。
图11是由圆柱体的光栅片形成的衍射光栅面的简略平面图。图12是以划分图10和图11中的散状光栅区域的区域(角度划分区域AR)为主 体表示的简略平面图。图13是由与图10不同的长方体的光栅片形成的衍射光栅面的简略平面图。图14是由与图11不同的圆柱体的光栅片形成的衍射光栅面的简略平面图。图15是以划分图13和图14中的散状光栅区域的区域(并列划分区域TR)为主 体表示的简略平面图。图16是表示LED的配置的一个例子的衍射光栅面的简略平面图。图17是表示与图16不同的LED的配置的一个例子的衍射光栅面的简略平面图。图18是现有的背光源单元上搭载的导光板的顶面的平面图。附图标记说明MJ LED 模块11安装基板12 LED (光源)41导光板41S导光板的侧面(受光面/相反面)4IB导光板的底面4IU导光板的顶面(出射面)GS衍射光栅PP光栅片LR列状光栅区域(第一区域)SR散状光栅区域(第二区域)AR角度划分区域TR并列划分区域RR划分线AX光轴方向X X方向(第二方向)Y Y方向(第一方向)Z Z 方向42反射片49背光源单元59液晶显示面板69液晶显示装置
具体实施例方式〔实施方式1〕关于实施的一个方式，根据附图进行说明，则如以下所示。另外，为了方便， 也有省略剖线或部件符号等的情况，但是这种情况可以参考其他附图。另外，附图上的 黑圆代表相对于图面垂直的方向。
图1是液晶显示装置69的分解立体图。如该图1所示，液晶显示装置69包括 液晶显示面板59和背光源单元49。液晶显示面板59将包括TFT (Thin Film Transistor 薄膜晶体管)等开关元件的
有源矩阵基板51和与该有源矩阵基板51相对的相对基板52通过密封材料(未图示)贴 合。并且，在两基板51、52的间隙中注入液晶(未图示)(另外，以夹着有源矩阵基板 51和相对基板52的方式安装有偏光膜53、53)。该液晶显示面板59由于是非发光型的显示面板，所以通过接收来自背光源单元 49的光(背光源光)而发挥显示功能。因此，来自背光源单元49的光若能够均勻地照射 液晶显示面板59的整个面，则液晶显示面板59的显示品质提高。背光源单元49包括LED模块(光源模块)MJ、导光板41和反射片42。LED模块MJ是发光的模块，包括安装基板11、安装在形成于安装基板11的安 装面上的电极而接受电流的供给而发光的LED (Light Emitting Diode 发光二极管)12。另外，LED模块MJ为了确保光量，优选包括多个LED(发光元件、点状光 源)12，另外优选将LED 12以列状并列。其中，在图面上为了方便，仅表示一部分LED 12 (另外，以下将LED 12的排列方向也称作X方向)。导光板41是具有侧面41S和以夹持该侧面41S的方式配置的顶面41U和底面 41B的板状部件。并且，侧面41S的一面(受光面)面对LED 12的发光端，从而接收来 自LED 12的光。接收到的光在导光板41的内部被混合(多重反射)，作为面状光从顶 面(出射面)41U朝向外部射出。反射片42以由导光板41覆盖的方式定位。并且，反射片42的面对导光板41 的底面41B的一面为反射面。因此，该反射面不会泄漏来自LED 12的光和在导光板41 内部传播的光，而以返回导光板41(详细地说，通过导光板41的底面41B)的方式反射。另外，在如以上的背光源单元49中，反射片42和导光板41依次重叠(另外，该 重叠的方向也称作Z方向，相对于X方向和Z方向垂直的方向也称作Y方向)。并且， 来自LED 12的光由导光板42变为面状光(背光源光)而射出，该面状光到达液晶显示面 板59，通过该面状光，液晶显示面板59使图像显示。在此，关于背光源单元49的导光板41进行详细论述。首先，使导光板41与正 交三方向(XYZ方向)对应。具体地，X方向为与LED模块MJ相对的导光板41的受光面41S的长度方向 (该X方向也是LED 12的并列方向)。另外，Y方向为从受光面41S到与该受光面41S 相对配置的导光板41的侧面(相反面)41S的最短方向。另外，Z方向为导光板41的厚 度方向(该Z方向也是导光板41等各种部件的重叠方向)。并且，在该导光板41的顶面41U上形成衍射光栅GS (GS1、GS2)。该衍射光 栅GS包括两种区域LR、SR。作为一个区域的列状光栅区域LR在导光板41的顶面41U 从LED 12的发光端面对的部位沿Y方向(第一方向)延伸(因此，LED 12的光轴方向 AX与Y方向为相同方向)。作为另一区域的散状光栅区域SR在导光板41的顶面41U从LED彼此12、12的 间隔所面对的部位沿Y方向延伸。总之，在导光板41的顶面41U，除列状光栅区域LR 以外部分的区域为散状光栅区域SR。
并且，列状光栅区域(第一区域)LR，如作为图1的点划线圆的放大平面图的图 2所示，在X方向上延伸的线状的光栅片PP沿Y方向并列(将光栅片PP以一维排列)。 另一方面，散状光栅区域(第二区域)SR，如作为图1的双点划线圆的放大平面图的图3 所示，将点状的光栅片PP以二维(X方向和Y方向)排列。包括这样的两种光栅区域LR、SR的导光板41的顶面41U可谓衍射光栅面 41U，基于该衍射光栅面41U的三维衍射现象能够由以下的式(Al)和(A2)表现(另外， 顶面41U也可称为由X方向和Y方向规定的XY面)。η2 ·sin θ 2 · sin Φ 2 = nl · sin θ 1 · sinOl+mX · λ /dX..… (Al)
η2 ·sin θ 2 · cos02 = nl · sin θ 1 · cos Φ 1+mY · λ/dX..·.·· (A2)
其中，
nl 相对于顶面41U入射一侧的介质所具有的折射率……(Bi)
θ 1 入射顶面41U的光在该顶面41U与Y方向所成的角度··… (B2)
ΦΙ 相对于顶面41U的入射角度……(B3)
η2 相对于顶面41U射出一侧的介质所具有的折射率……(B4)
θ 2 从顶面41U射出的光在该顶面41U与Y方向所成的角度··....(B5)
Φ2 相对于顶面41U的出射角度……(B6)
dX 衍射光栅GS中X方向的周期间隔……(B7)
dY 衍射光栅GS中Y方向的周期间隔……(B8)
mX X方向的衍射次数……(B9)
mY Y方向的衍射次数……(BlO)
λ 光的波长……(B12)
另外，详细地说，式(Al)和(Α2)可通过以下求得(参照图4Α和图4Β)。
首先，将传播的光作为矢量考虑，设为波数矢量K。该波数矢量K在使用.
向与XY面方向的坐标系中，如图4A所示。然后，由该坐标系，波数矢量K与Z方向 所成的角度为“Θ”的情况下，波数矢量K的Z方向成分和XY平面方向成分如以下。Z 方向成分K · cos θ......(Cl)XY 平面方向成分K · sin θ......(C2)进而，波数矢量K在使用X方向与Y方向的坐标系中，如图4B所示。然后， 由该坐标系，将波数矢量K与Y方向所成的角度设为“Φ”的情况下，作为波数矢量K 的XY平面成分的K · sine的X方向成分和Y方向成分如以下。X 方向成分:K · sine · sin Φ......(C3)Y 方向成分K · sin θ · cos Φ......(C4)在此，根据波数守恒准则，省略Z方向成分，则波数矢量K如以下所示被矢量 表示(X方向成分、Y方向成分)。K= (K · sin θ · Sin φ, K · sin θ · cos Φ)......(C5)进而，介质中的波数矢量K亦由介质的折射率η和光的波长λ如以下表现。K = η/λ......(C6)于是，波数矢量K由(C5)和(C6)如以下所示表示。K= (η/λ .β ηθ · sin Φ, n/λ · sin θ · cos Φ)......(C7)
并且，将由衍射光栅面(XY面)衍射前的光设为波数矢量Kl，由衍射光栅面衍 射后的光设为波数矢量K2，构成衍射的要因的衍射光栅GS的矢量(衍射矢量)设为G 时，以下的关系成立。K2 = Kl+G......(C8)另外，衍射矢量G根据衍射光栅GS的周期间隔“d”和衍射次数“m”如以下 构成。G = m/d......(C9)根据以上，当使用(C7) (C9)和(Bi) (B12)时，波数矢量K1、波数矢量 K2和衍射矢量G的矢量表示由以下的(Dl) (D3)表示，求取式(Al)和式(A2)。Kl= (η /λ · sni θ 1 · sinOl, nl/λ · sin θ 1 · cosOl)......(Dl)K2 = (η2/λ · sni θ 2 · sin0 2, η2/λ · sin θ 2 · cos Φ 2)......(D2)G = (mX/dX, mY/dY)......(D3)然后，使用该式(Al)和式(Α2)，适当设计衍射光栅GS，则该衍射光栅GS将 从导光板41的顶面41U射出的光在所希望的方向上传播(前进)。例如，在YZ面的剖 面上，如表示列状光栅区域LR的剖面图的图5所示，能够传播光(另外，图5也可谓表 示在Y方向上传播的光)。另外，以下，有使用衍射次数(mX，mY)表现光的情况。 另外，有将从导光板41射出的光表现为透过光，将在导光板41内部反射的光表现为反射 光的情况。如图5所示，当从LED 12射出的光Ll到达顶面41U的衍射光栅面41U时，产 生不衍射的光L2、即单纯反射的光[(0，0)次反射光]和衍射的光L3(衍射透过光L3A、 衍射反射光L3B)。衍射透过光L3A在相对于顶面41U大致垂直的方向(法线方向)上透过前进， 进而由于具有比较高的光强度，优选衍射透过光L3A为(0，-1)次的衍射透过光{即， 优选(mX，mY) = (0，-1)}0另外，根据导光板41的材质和空气决定折射率。于是，在式(A2)中固定的参数和变动的参数混合存在，使变动的参数适当变 化，从而导出衍射光栅GSl的Y方向上的周期间隔dY。例如，导光板41的材质为聚碳酸酯，该材质所具有的折射率(nl)为“1.58” 程度(另外，空气的折射率为“1”)，则当衍射光栅GS的Y方向上的周期间隔dY为
"400nm"时，则在列状光栅区域LR上产生大量(0，_1)次的衍射透过光。另外，若是这样的周期间隔，则也产生(0，-1)次的衍射反射光L3B(另外，这 样的情况下，折射率nl、n2为导光板41所具有的折射率)。并且，该衍射反射光L3B 则向相对于顶面41U大致垂直的方向(法线方向)反射前进。于是，衍射反射光L3B在 导光板41的底面41B上不进行全反射而通过该底面41B，到达反射片42。于是，该到 达的光由反射片42反射，从而从底面41B返回，朝向顶面41U，进而朝向外部直接垂直 射出。另一方面，光即使到达在顶面41U的散状光栅区域SR，也产生不衍射的光和衍 射的光(衍射透过光、衍射反射光)。并且，衍射的光中衍射透过光，与图5中的衍射透 过光L3A同样地，优选在相对于顶面41U大致垂直的方向上透过前进。为了要生成在相对于顶面41U的散状光栅区域SR大致垂直的方向上透过前进的衍射透过光，基于相对于散状光栅区域SR的顶面41U构成角度(入射角度Φ 1)入射 的光如何衍射。例如非“0°，，的入射角度Φ 1的光以(0，-1)次衍射的情况下，由式 (Al)，衍射光的波数矢量Κ2具有X方向成分。这意味着在顶面41U的散状光栅区域SR 衍射而透过的光仅X方向的成分，相对于顶面41U的X方向倾斜。但是，例如非“0°，，的入射角度Φ1的光以(-1，-1)次衍射的情况下，由式 (Al)，衍射光的波数矢量Κ2的X方向成分如“η /λ · sin θ 1 · 8 ηΦ 1-1/dX)所示。 于是，当适当设定衍射光栅GS2的X方向的周期间隔dX时，波数矢量K2的X方向成分 为“0”，S卩，顶面41U的散状光栅区域SR中衍射透过的光，相对于顶面41U的X方向 垂直。即，该光是在相对于顶面41U的散状光栅区域SR大致垂直的方向透过前进的衍 射透过光。另外，在由散状光栅区域SR的衍射光栅GS2衍射的衍射反射光的一部分中，相 对于导光板41的底面41B的入射角度不超过临界角。因此，这样的衍射反射光的一部分 在导光板41的底面不进行全反射而通过该底面41B。然后，该通过的光由覆盖底面41B 的反射片42反射，从而从底面41B返回，朝向顶面41U，进而朝向外部直接垂直射出。根据以上，关于导光板41可知如下。S卩，导光板41的顶面41U的衍射光栅GS 根据图6所示的LED 12中光度分布，包括两种区域(作为一维衍射光栅Gl的列状光栅 区域LR和作为二维衍射光栅G2的散状光栅区域SR)。详细地说，在图6的LED 12的光轴方向AX上传播的光经由导光板41的受光面 41S沿Y方向传播的情况下，该光在顶面41U的到达部分成为列状光栅区域LR。另一 方面，偏离图6的LED 12的光轴方向AX传播的光经由导光板41的受光面41S也偏离Y 方向传播的情况下，该偏离的光在顶面41U的到达部分成为散状光栅区域SR。并且，在列状光栅区域LR中，由于沿Y方向排列有光栅片PP，所以衍射矢量 G与Y方向成为相同方向(参照图2)。并且，到达列状光栅区域LR的光的大部分也是 沿Y方向传播的光，所以该沿Y方向传播的光通过具有Y方向的衍射矢量G的衍射光栅 GSl效率良好地被衍射(即，列状光栅区域LR的衍射光栅GSl使与作为光的传播方向的 Y方向一致的衍射矢量G产生，从而提高其一致的比率，有效率地使光衍射)。此外，若衍射矢量G的方向与光的传播方向(前进方向)一致，则比较容易生成 图5所示的(0，-1)次的衍射透过光L3A。因此，大量生成在相对于包括列状光栅区域 LR的顶面41U大致垂直的方向上射出的光。另一方面，在散状光栅区域SR中，光栅片PP散开定位，所以衍射矢量G与Y 方向不一致。反过来说，在该散状光栅区域SR中，产生各种方向的衍射矢量G。于是， 与作为到达列状光栅区域LR的光的Y方向不一致的光(偏离光)的传播方向与衍射矢量 G的方向一致的比率提高，衍射效率增加。即，散状光栅区域SR的衍射光栅GS2使与 偏离光的传播方向一致的衍射矢量G产生，从而提高其一致的比率，有效率地使该光衍 射。此外，在散状光栅区域SR中若衍射矢量G与光的传播方向一致，则比较容易生 成(-1，-1)次的衍射透过光。因此，能够大量生成在相对于包括散状光栅区域SR的顶 面41U大致垂直的方向上射出的光。S卩，导光板41的顶面41U(衍射光栅面41U)根据LED 12的光的传播方向包括多种衍射光栅GS ( 一维的衍射光栅GSl和二维的衍射光栅GS2)。并且，在作为包括一 维的衍射光栅GSl的区域的列状光栅区域LR中，通过产生与到达该区域LR的光的传播 方向一致的衍射矢量G的衍射光栅GS1，传播的光被有效率地衍射。另外，在作为包括二维的衍射光栅GS2的区域的散状光栅区域SR中，通过产生 与到达该区域SR的光的传播方向一致的衍射矢量G的衍射光栅GS2，传播的光也被有效 率地衍射。并且，从包括列状光栅区域LR和散状光栅区域SR的顶面41U衍射透过的光若 变为相对该顶面41U大致垂直的光，则扩散片和棱镜片等光学片组不覆盖导光板41的顶 面41U也可以。因此，背光源单元49的部件数得以削减，实现成本降低。另外，在导 光板41的顶面41U上若没有覆盖光学片组，则背光源单元49的厚度也变薄。另外，光栅片PP的配置(光栅图案)不限于图3所示的正交光栅状(光栅片PP 的四边形的配置)。例如，如图7所示，光栅片PP的配置也可以是六边光栅状(光栅片 PP的六边形的配置)。总之，为了提高来自导光板41的光射出效率，即使衍射效率的 入射角度依赖性等特性不得不变化的情况下，也可以根据该特性，适当变化光栅片PP的 配置(另外，图3和图7为光栅片PP的多边形的配置的一个例子，也可以是其以外的形 状)。另外，光栅片PP自身及其形状都不作特别限定。S卩，也可以不是作为长方状的 柱体(长方体)的光栅片PP配置成正交光栅状和六边光栅状。例如，如图8和图9所 示，作为圆状的柱体(圆柱体)的光栅片PP配置成正交光栅状和六边光栅状也可以。总 之，与上述同样地，为了提高来自导光板41的光射出效率，可以适当变化光栅片PP的形 状。另外，例如为了提高衍射效率或为了使导光板41薄型化，周期间隔dX、周期间 隔dY、每个X方向和Y方向上的光栅片PP的宽度W和光栅片PP彼此的间隔V的比率 W/V、和Z方向上的光栅片PP的长度即光栅片PP的高度H在以下的范围容易设定。另 外，图3和图7 图9中，用虚线包围的部分也能够称作产生衍射矢量G的单位单元。0.1ym<dX<1.0ym0.1ym<dY<1.0ym1/9《W/V《9/1(其中，每个X方向和H方向的比率W/V)100nm<H< IOOOnm接着，使用图10 图12的简略平面图，关于衍射光栅面41U的具体例进行说 明。图10是由长方体的光栅片PP形成的衍射光栅面41U的简略平面图，图11是由圆 柱体的光栅片PP形成的衍射光栅面41U的简略平面图。图12是以划分图10和图11中 的散状光栅区域SR的区域(角度划分区域AR)为主体表示的简略平面图。另外，图中 将并列的LED 12和LED 12之间二等分，二分割散状光栅区域SR的线为二分割线M。如图10和图11所示，在列状光栅区域LR中，沿Y方向排列有光栅片PP，从 而形成一维的衍射光栅GSl。另一方面，在散状光栅区域SR中，在XY面上分散排列有 光栅片PP，从而形成二维的衍射光栅GS2。其中，在散状光栅区域SR中，衍射光栅GS2的Y方向的周期间隔dY固定，但 是衍射光栅GS2的X方向(第二方向)的周期间隔dx不固定。详细地说，由LED 12的光的发散角度S划分散状光栅区域SR，对于每个该划分的区域(角度划分区域AR)，衍 射光栅GS2的周期间隔dx不同。另外，发散角度Θ，如图6所示，是从光轴方向AX(光从LED 12最大量传播 的方向；平均传播方向)与来自LED 12的光所成的角度。即，发散角度δ也可谓表示 从光轴方向AX偏离传播的光相对于该光轴方向AX引起何等程度的角度偏移。并且，由该发散角度δ的角度范围，散状光栅区域SR被划分为角度划分区域 AR。详细地说，散状光栅区域SR由二分割LED 12彼此的间隔的二分割线M 二分割， 被二分割的散状光栅区域SR和以一定范围的发散角度δ传播的光的重合区域为角度划分 区域AR。例如，图10和图11所示的衍射光栅GS2，对图12所示的每个角度划分区域 AR,具有不同的周期间隔dx。特别是，角度划分区域AR中的发散角度δ的角度范围 的下限值越小，则该角度划分区域AR的周期间隔dx越长(另外，与相对于顶面41U的 入射角度Φ1对应，周期间隔dx变化，从而生成向相对于包括散状光栅区域SR的顶面 41U大致垂直的方向射出的(-1，-1)次的衍射透过光)。另外，角度划分区域ARl AR8的发散角度δ的角度范围和角度划分区域 ARl AR8中的周期间隔dx的一个例子如以下所示(另外，周期间隔dx优选在IOOnm 以上5000nm以下的范围设定)。角度划分区域ARl 0°，dx = 4500nm
角度划分区域AR2:5°<δ《10°，dx = 2500nm
角度划分区域AR3:10°<δ <15°，dx = 1500nm
角度划分区域AR4:15°<δ <20°，dx = 1200nm
角度划分区域AR5:20°<δ <30°，dx = 800nm
角度划分区域AR6:30°<δ <40°,dx = 6 OOnm
角度划分区域AR7:40°<δ <50°,dx = 5 OOnm
角度划分区域AR8:50°<δ <90°,dx = 400nm
这样一来，在散状光栅区域SR中，存在多种衍射光栅GS2的周期间隔dX
此，与各种周期间隔dX和固定的周期间隔dY对应地，产生多种衍射矢量G，该衍射矢 量G与多种光的传播对应，有效率地生成衍射光。当然也能够生成从包括散状光栅区域 SR的顶面4IU大致垂直的衍射透过光。另外，对散状光栅区域SR的划分的方法不仅仅限于发散角度δ。在此，对散 状光栅区域SR的划分的其他例使用图13 图15进行说明。图13是由长方体的光栅片PP形成的衍射光栅面41U的简略平面图，图14是由 圆柱体的光栅片PP形成的衍射光栅面41U的简略平面图。图15是以划分图13和图14 中的散状光栅区域SR的区域(并列划分区域TR)为主体表示的简略平面图。如图13 图15所示，与光轴方向AX相同方向的划分线RR沿X方向排列，从 而划分散状光栅区域SR，该划分出的区域构成并列划分区域TR。详细地说，划分线RR 使从LED 12的光轴方向AX沿X方向的距离(背离距离D)不同地排列，从而划分散状 光栅区域SR。另外，背离距离D为最接近并列划分区域TR的LED 12的光轴方向AX和该并列划分区域TR的最短间隔。因此，若二分割线M将LED12彼此的间隔二等分，则超过 从二分割线M到光轴方向AX的最短距离的背离距离D不存在。并且，由不同的背离距离D的划分线RR所夹持的每个并列划分区域TR，其周 期间隔dx不同。特别是，并列划分区域TR中的最短的背离距离D越短，则并列划分区 域TR中的周期间隔dx越长(当然，与相对于顶面41U的入射角度Φ 1对应，周期间隔 dx变化，从而也能够生成向相对于包括散状光栅区域SR的顶面41U大致垂直的方向射出 的(-1，-1)次的衍射透过光)。另外，并列划分区域TRl TR3中的最短的背离距离D与最长的背离距离D的 范围、和并列划分区域TRl TR3的周期间隔dx的一个例子如以下所示(另外，周期间 隔dx优选在IOOnm以上5000nm以下的范围设定)。并列划分区域TRl 400 μ m<D<500 μ m, dx = 2500nm并列划分区域TR2 500 μ m < D<1500 μ m, dx = 1500nm并列划分区域TR3 1500 μ m < D<5000 μ m, dx = 800nm这样一来，与角度划分区域AR的情况不同，在散状光栅区域SR中，存在多种 衍射光栅GS2的周期间隔dX。因此，与各种周期间隔dX和固定的周期间隔dY对应地， 产生多种衍射矢量G，该衍射矢量G与多种光的传播对应，有效率地生成衍射光。〔其他实施方式〕另外，本发明不限于上述的实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够 进行各种变更。例如，以上的背光源单元49是使LED模块MJ仅与导光板41的一个侧面41S相 对的边光型方式。但是不限于此。例如，也可以是在导光板41上相对的两个侧面41S、 41S上配置LED模块MJ的背光源单元49。详细地说，如图16所示，在相邻的列状光栅区域LR，与该列状光栅区域LR对 应的LED 12也可以不面对同一侧面41S。即，与相邻的列状光栅区域LR对应的LED 12 相对也可以。另外，也可以如图17所示，与列状光栅区域LR中的Y方向的两端对应地 定位LED 12。另外，图16或图17所示的任一个LED 12的配置中，散状光栅区域SR只要由 图13和图14所示的并列划分区域TR划分，则来自LED12的光有效率地变为衍射光。另外，导光板41的顶面41U的衍射光栅GS的形成的方式不作特别限定。例 如，也可以使用对导光板41的顶面41U通过模具转印衍射光栅GS的图案的纳米压印 (nano-imprint)技术。
权利要求
1.一种背光源单元，其特征在于，包括 光源；和接收来自所述光源的光，并使该光进行多重反射而向外部射出的导光板，其中， 在所述导光板中，以接收所述光的面为受光面，以与该受光面相对配置的面为相反 面，以朝向外部使所述光射出的面为出射面，并且以从所述受光面到相反面的最短方向为第一方向，则 在所述出射面形成有衍射光栅，所述衍射光栅包括产生与所述第一方向相同方向的衍射矢量的第一区域和产生与所 述第一方向不同方向的衍射矢量的第二区域，所述第一区域在所述出射面上位于沿所述第一方向传播的光的到达部分， 所述第二区域在所述出射面上位于偏离所述第一方向传播的光的到达部分。
2.如权利要求1所述的背光源单元，其特征在于所述第一区域在所述出射面上位于从与所述光源的发光端相对的部位沿着所述第一 方向的部分，所述第二区域在所述出射面上位于除所述第一区域以外的部分。
3.如权利要求1所述的背光源单元，其特征在于 所述第二区域中的衍射光栅具有多边形的光栅图案。
4.如权利要求3所述的背光源单元，其特征在于 所述光栅图案为四边形或六边形的光栅图案。
5.如权利要求1所述的背光源单元，其特征在于 构成所述衍射光栅的光栅片为柱体。
6.如权利要求5所述的背光源单元，其特征在于 所述柱体为长方体或圆柱体。
7.如权利要求1的背光源单元，其特征在于所述第二区域中的衍射光栅在作为相对于所述第一方向交叉的方向的第二方向上包 括两种以上的周期间隔。
8.如权利要求7所述的背光源单元，其特征在于以所述出射面上与所述第一方向一致的所述光源的光轴方向与来自所述光源的光所 成的角度作为发散角度，用该发散角度的角度范围划分所述第二区域，以该划分出的区域作为角度划分区 域，则对于每个所述角度划分区域中的所述衍射光栅，所述角度范围的下限值越小，则作 为相对于所述第一方向的交叉方向的第二方向上的周期间隔越长。
9.如权利要求7所述的背光源单元，其特征在于 所述光源的光轴方向与所述第一方向一致，通过将与所述第一方向相同方向的划分线在所述第二区域中沿着作为相对于所述第 一方向的交叉方向的第二方向排列，划分所述第二区域的至少一部分，以该划分出的区 域作为并列划分区域，则对于每个所述并列划分区域中的所述衍射光栅，最接近该并列划分区域的所述光源的光轴方向与该并列划分区域的最短背离距离越短，则所述第二方向上的周期间隔越长。
10.如权利要求1所述的背光源单元，其特征在于在所述导光板上，作为与所述出射面相对配置的面的底面被反射片覆盖，该反射片 将从该底面泄漏的光导向所述导光板内。
11.一种液晶显示装置，其特征在于，包括权利要求1 10中任一项所述的背光源单元；和 接收来自所述背光源单元的光的液晶显示面板。
全文摘要
本发明提供一种背光源单元和液晶显示装置，在导光板(41)的顶面(41U)包括两种区域，即，列状光栅区域(LR)和散状光栅区域(SR)。列状光栅区域(LR)在顶面(41U)上位于沿Y方向传播的光的到达部分。散状光栅区域(SR)在顶面(41U)上位于从Y方向偏离传播的光的到达部分。
文档编号F21Y101/02GK102016389SQ20088012874
公开日2011年4月13日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年5月16日
发明者八代有史 申请人:夏普株式会社