专利名称：背光单元及使用该单元的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将来自光源的光通过导光板照射到液晶面板的后表面上的 背光单元，以及使用该单元的显示装置。
背景技术：
图17所示的常规显示装置100例如在控制生产线等的可编程逻辑控制器(PLC) 中被用作显示装置。显示装置100通过前壳体部101和后壳体部107形成为大致盒状。容 纳于显示装置100中的是液晶面板102、导光板103、框架104、电路板105和支撑基板106。 导光板103是带有特定厚度的平面形状且被框架104所支撑。用于进行通信或运算处理的 集成电路或其它电子元件安装于电路板105之上。电路板105被设置于框架104与后壳体 部107之间，其与液晶面板102为平行或大致平行的关系。作为光源的多个LED (发光二极管)106a以规则或不规则间隔并排地被安装在支 撑基板106上。支撑基板106被连接到位以使LED 106a的光轴沿支撑基板106的厚度方 向延伸。支撑基板106被设置为与电路板105为大致垂直的关系，这样从LED 106a发射的 光可入射在位于导光板103 —个端面上的进光部103a上。因此在显示装置100中，从LED 106a发射的光入射在导光板103的进光部103a 上，被导光板103的后表面10 所漫射和反射，接着从导光板103的前表面103c射出，藉 此从液晶面板102的后表面照明液晶面板。此时，当光穿过紧密连接于液晶面板102的漫 射片时被进一步漫射。因此，液晶面板102的整个面积以基本一致的亮度被照明(例如参 见日本专利申请公开2004-325959,图1和段落0013)。但是，在上述常规显示装置100中，安装有集成电路或电子元件的电路板105与安 装有LED 106a的支撑基板106分离。当组装常规的显示装置100时，必须把电路板105、 框架104、导光板103、支撑基板106、液晶面板102等小心地一个接一个地连接于后壳体部 107以防它们彼此干涉。这样的问题在于组装过程很麻烦，因此很难降低组装过程的成本。因为电路板105和支撑基板106彼此分离，常规显示装置100中的元件数目增多。 这就很难降低制造这些元件的成本。此外，常规显示装置100需要独立的支撑结构如肋和 螺孔来将电路板105和支撑基板106连接于后壳体部107。这就很难缩小整体的形状。
发明内容
如上所述，本发明提供了能够降低制造成本同时实现更好的组装便利且更节约空 间的一种背光单元，及使用该单元的显示装置。根据本发明的一个方面，提供了一种设置于液晶面板后侧处用于照明液晶面板的 背光单元，包括用于发射光的光源；导光板，其包括从光源发出的光入射到其上的光入射 表面，用于内部地反射入射在光入射表面上的光的主反射面，以及被主反射面反射的光自 其朝液晶面板被发射的光发射面；用于支撑导光板的框架；以及相对液晶面板被设置在框 架的相反侧上且安装有电子元件的基板，所述光源被安装于该基板。
光源可被定向成使其光轴沿基板厚度方向或平行于基板平面的方向延伸。由于这种构型，光源和电子元件一起被安装于基板上。因此，不需要单独准备在现 有技术中安装光源所需要的电路板。与现有技术相比，可能简化组装步骤且减少元件的数 目。在背光单元用于显示装置的情形下，与现有技术相比就可能减少显示装置的尺寸。因 此，可能实现上述目标。 光源可被定向成使其光轴沿基板厚度方向延伸，导光板包括用于将入射在光入射 表面上的光朝主反射面反射的辅助反射面。由于这种构型，光源被定向成使其光轴沿基板厚度方向延伸。因此，可能将光源设 置在导光板与基板之间。换句话说，不需要像在光源被设置在导光板的端面上的情形那样 在导光板的端面附近提供空间。因此，与光源被设置在导光板端面上的情形相比，可能减少 导光板的尺寸。背光单元还可包括设在主反射面外侧的反射元件。在这方面，反射元件的示例包括树脂或金属片制成的结合结构、金属箔的蒸镀结 构以及其中独立元件与主反射面的外表面紧密接触的结构。由于这种构型，反射元件位于主反射面的外侧。因此，穿透主反射面的光被反射元 件反射入导光板内。由此，从光源发射的光能可靠地通过主反射面从导光板的发射表面被 发射出。这就有助于防止发生亮度减弱。框架可包括用于覆盖主反射面的覆盖部，该覆盖部配备有框架反射层，其作为用 于朝主反射面反射光的覆盖面。在这方面，无论覆盖面是否与主反射面的外表面接触都无所谓。框架反射层的示 例包括树脂或金属片制成的结合结构、金属箔的蒸镀结构、其中独立元件与主反射面13c 的外表面紧密接触的结构、以及由具有期望表面反射率的材料形成的框架结构。由于这种构型，框架反射层设在覆盖面上。因此，穿透主反射面的光被框架反射层 反射入导光板内。由此，从光源发射的光能可靠地通过主反射面从导光板的发射表面被发 射出。这就有助于防止发生亮度减弱。框架可被设置为支撑液晶面板。因此，不需要提供其它元件来支撑液晶面板。这 就可能进一步减少组成元件的数目。框架可包括设置在基板与框架之间的围绕元件以围绕光源，该围绕元件具有供从 光源发射的光穿过的透光孔。框架可包括用于围绕光源的围绕部，该围绕部具有供从光源 发射的光穿过的透光孔。由于这种构型，沿除光入射表面之外的其它方向从光源发射的光通过围绕元件或 围绕部朝光入射表面被反射。这就可能实现高亮度。基板可包括围绕光源的基板反射层。因此，朝基板发射的光被基板反射层所反射， 从而朝光入射表面行进。这就可能实现高亮度。光源可被保持为与光入射表面紧密接触。因此，从光源发射的光无损耗地朝光入 射表面行进。光源可被定向成使其光轴沿平行于基板平面的方向延伸。这就不需要特别地重新 设计导光板，使得可能使用常规的导光板。根据本发明的另一方面，提供了包括上述背光单元的显示装置。因此，与现有技术相比可能简化组装过程并减少元件数目。在显示装置用于例如PLC的情形下，与现有技术 相比可能减少显示装置的尺寸。运用本发明的背光单元和使用该单元的显示装置，可能减少制造成本同时实现更 好的组装便利和节约更多空间。
本发明的目标和特征将根据下面结合附图对实施例的描述更为清楚，其中图1示出根据本发明第一实施例的显示装置的整体结构的透视图；图2示出第一实施例的显示装置中采用的背光单元的结构的分解透视图；图3示出其中反射片结合于反射部的导光板以及液晶面板的透视图；图4示出具有结合于反射部的反射片的导光板的截面图；图5示出其中反射元件连接于反射部的导光板以及液晶面板的透视图；图6示出具有连接于反射部的反射元件的导光板的截面图；图7示出配备有用于反射穿过导光板的光的反射部的框架透视图；图8示出配备有反射部的框架透视图；图9示出配备有用于固定液晶面板的固定部的框架透视图；图10示出位于基板与框架之间用于反射从LED发射的光的反射元件的后透视 图；图11示出与用于反射从LED发射的光的反射元件相连的框架的截面图；图12示出配备有用于反射从LED发射的光的反射元件的框架透视图；图13示出配备有用于反射从LED发射的光的反射元件的框架截面图；图14示出配备有围绕LED的反射元件的基板和框架的透视图；图15示出液晶面板、导光板、框架以及基板组合的一个示例的截面图；图16示出液晶面板、导光板、框架以及基板组合的另一个示例的截面图；以及图17示出常规显示装置中采用的背光单元结构的分解透视图。
具体实施例方式参照形成本发明一部分的附图描述本发明的实施例。(第一实施例)图1示出根据本发明第一实施例的显示装置1的整体结构的透视图。在下面的描 述中，沿图1中显示装置1平面延伸的纵向被称为“X方向”，平行于显示装置1平面且垂直 于χ方向的方向称为“y方向”，并且既垂直于χ方向也垂直于y方向且沿显示装置1厚度 方向延伸的方向被称为“ζ方向”。在图1所示的第一实施例的显示装置1中，ζ方向的正 侧被称为“前部”。第一实施例的显示装置1参照图2的分解图进行描述，图2为示出第一实施例的 显示装置1中采用的背光单元10的结构的分解透视图。如图1所示，通过前壳体部11和后 壳体部16形成大致盒状的显示装置1。容纳于显示装置1中的是液晶面板12、导光板13、 框架14和基板15。更特别地，基板15连接于后壳体部16的ζ方向的正侧(上侧)。框架 14连接于基板15的ζ方向的正侧(上侧)。导光板13连接于框架14的ζ方向的正侧(上侧)。液晶面板12连接于导光板13的ζ方向的正侧(上侧)。显示装置1的前壳体部11 连接于液晶面板12的ζ方向的正侧(上侧)，从而完成了第一实施例的显示装置1。第一实施例的显示装置1中采用的背光单元10例如为包括导光板13、框架14和 基板15的边缘光类型。在第一实施例的显示装置1中，液晶面板12安装于背光单元10的 发光表面上。接下来，对组成第一实施例的显示装置1的各个元件进行描述。前壳体部11构成第一实施例的显示装置1的壳体。液晶面板12包括液晶单元， 其中液晶材料被夹在配备有透明电极膜的两个玻璃基板之间；以及布置液晶单元的上、下 表面之上的两个偏光板。显示在液晶面板12上的内容被来自第一实施例的显示装置1的 背光单元的光照亮，这样使用者很容易看见显示的内容。导光板13例如由导光人造树脂或透明丙烯酸材料制成。如图4所示，导光板13包 括入射部13b，从作为光源的LED 1 发出的光通过光入射表面13f入射在该入射部上； 主反射面13c，用于沿平行于导光板13平面并垂直于导光板13纵向的方向(即朝图2中y 方向的负侧)内部地反射入射在入射部1 上的光；以及照射部13d，用于使得被主反射面 13c反射的光均一化且将该光照射在液晶面板12上。为使被反射的光均一化，优选在导光 板13表面上设置用于漫射被导光板13的主反射面13c反射的光的光学片如漫射片。还优 选在导光板13的后表面上设置反射片(未示出)，在导光板13内朝后侧(图2中ζ方向 的负侧)被反射的光被该反射片朝前侧(图2中ζ方向的正侧)反射。导光板13的照射 部13d(参见图4)具有与液晶面板12基本相同的面积并且具有厚度基本一致的矩形板状。 导光板13的入射部13b (参见图4)形成为从照射部13d的一端突出。框架14形成大致矩形的盒状，其在前表面(图2中y方向的正侧)处和对应于导 光板13入射部13b (参见图4)的侧表面处开放。导光板13容纳于框架14内并被其支撑。 从作为光源的LED 1 发射的光被框架14朝导光板13的光入射表面13f(参见图4)导向。 框架14的与导光板13接触的内表面可被例如镜面处理从而提高其反射率。基板15相对于液晶面板12被设置在框架14的相反侧上。用于穿过框架14朝导 光板13的光入射表面13f (参见图4)发射光的LED 15a大致沿着沿导光板13的光入射表 面13f的纵向延伸的直线被安装于基板15。在这方面，LED 1 作为光源。用于进行通信 或运算处理的集成电路或电子元件也安装于基板15。基板15控制供给到LED 1 的电力 和液晶面板12的显示操作。因为LED 1 被设置和安装在较大尺寸的单个基板15上，具 有LED 1 发光产生的热量以有效方式消散这样的有益效果。后壳体部16构成第一实施 例的显示装置1的壳体。第一实施例的显示装置1的各部件具有上述构型。现在将详述背光单元10的操作。LED 15a大致沿着沿导光板13的入射部1 (参 见图4)的纵向延伸的直线以规则或不规则的间隔被设置和安装，这样从每个LED 1 发射 的光的轴线可沿基板15的厚度方向延伸。LED15a的排列间隔取决于所需亮度分布。从LED 1 发射的光通过框架14朝导光板13被导向。被导向的光因而入射在导光板13的入射 部13b (参见图4)上。到达导光板13的入射部13b (参见图4)的光入射在导光板13的主 反射面13c(参见图4)上并被其反射。由此被反射的光朝导光板13的照射部13d(参见图 4)行进且穿过导光板13传播。穿过导光板13传播的光变为导光板13的照射部13d内的 平面光源且从液晶面板12的后侧照明液晶面板。在第一实施例的显示装置1中，光源可被安装于基板15的与框架14相反的表面。此外，光源可被定向成使其光轴沿基板15的厚度方向或平行于基板15的平面延伸。在第一实施例的显示装置1中，光源同其它电子元件一起被安装于基板15。因此， 不需要单独准备在现有技术中安装光源所需要的电路板。与现有技术相比，可能简化组装 步骤且减少元件的数目。与现有技术相比就可能减少显示装置的尺寸。此外，反射片13a作为用于将通过导光板13的光入射表面13f入射的光朝主反射 面13c反射的辅助反射面可被结合于导光板13的外表面。反射片13a的结合结构将参照图 3和4进行描述。图3示出其中反射片13a结合于导光板的外表面从而覆盖主反射面13c 的导光板13以及液晶面板12的透视图。图4为沿图3中直线IV-IV的截面图，示出其中 反射片13a结合于导光板外表面从而覆盖主反射面13c的导光板13。为方便描述，在图4 中还示出了安装于基板15的一个LED 15a。参见图4，如果设置和安装在基板15上的LED 15a发射光，被发射的光通过框架 14(图4未示出)和导光板13的光入射表面13f入射在导光板13的入射部1 上。入射 在导光板13的入射部1 上的光被导光板13的主反射面13c所反射，从而朝导光板13的 照射部13d行进。导光板13的照射部13d使得光均一并且从液晶面板的后部照明液晶面 板12。但是，也可能是入射在主反射面13c上的光没有被完全反射而是部分透过主反射面 13c。为此，反射片13a被结合于导光板13的外表面从而能够覆盖导光板13的主反射面 13c，藉此反射穿透主反射面13c的光。优选地，反射片13a由高反射材料制成。反射片13a 的使用提高了导光板13的主反射面13c的反射率。因此，从作为光源的LED 1 发射的光 能很好地照射在液晶面板12上，最终增强了背光单元10内的背光亮度。如上所述，反射片13a作为辅助反射面的使用使得可能将光源定向成使光源的轴 线可沿基板15的厚度方向延伸。因此，可能将光源设置在导光板13与基板15之间。换句 话说，不需要像在光源被设置在导光板13端面上的情形那样在导光板13的端面附近提供 空间。因此，与光源被设置在导光板13端面上的情形相比，可能减少导光板13的尺寸。此外，用于朝主反射面13c反射来自导光板13的光入射表面13f且穿过主反射面 13c的光的反射元件1 可连接于导光板13的外表面，这样它可覆盖导光板13的主反射面 13c。反射元件13e的示例包括树脂或金属片制成的结合结构、金属薄片的蒸镀结构、以及 其中独立元件与主反射面13c的外表面紧密接触的结构。反射元件13e的连接结构将参照图5和6进行描述。图5示出其中反射元件13e与其相连从而覆盖导光板13的主反射面13c的导光 板1 3以及液晶面板1 2的透视图。图6为沿图5中直线VI-VI的截面图，示出导光板13， 其中反射元件13e连接于导光板从而覆盖导光板13的主反射面13c。为方便描述，在图6 中还示出了设置和安装在基板15上的一个LED 15a。参见图6，如果设置和安装在基板15上的LED 15a发射光，被发射的光通过框架 14(图6未示出)和导光板13的光入射表面13f入射在导光板13的入射部1 上。入射 在导光板13的入射部1 上的光被导光板13的主反射面13c所反射，从而朝导光板13的 照射部13d行进。导光板13的照射部13d使得光均一并且从液晶面板的后侧照明液晶面 板12。但是，也可能是入射在主反射面13c上的光没有被完全反射而是部分透过主反射面 13c。为此，反射元件1 连接于导光板13的外表面从而能够覆盖导光板13的主反射面 13c，藉此反射穿透主反射面13c的光。优选地，反射元件13e由高反射性材料制成。反射元件13e的使用提高了导光板13的主反射面13c的反射率。因此，从LED 1 发射的光能 很好地照射在液晶面板12上，最终增强了背光单元10内的背光亮度。如上所述，反射元件1 作为辅助反射面的使用使得可能在主反射面13c外侧提 供反射元件13e。因此，穿透主反射面13c的光被反射元件1 反射入导光板13内。由此， 从光源发射的光能可靠地通过主反射面13c从导光板13的发射表面被发射出。这就有助 于防止发生亮度减弱。代替连接反射元件1 从而如图5所示覆盖导光板13的主反射面13c的是，如图7 所示在框架14内提供覆盖主反射面13c的覆盖部14a。覆盖部1 可包括反射部Hal (参 见图8)来作为朝主反射面13c反射光的覆盖面。反射部14al构成了框架14的覆盖部1 内的反射层。图8是框架14沿图7中直线VIII-VIII的截面图。在这方面，无论覆盖面是 否与主反射面13c的外表面接触都无所谓。框架14的反射层的示例包括树脂或金属片制 成的结合结构、金属箔片的蒸镀结构、其中独立元件与主反射面13c的外表面紧密接触的 结构、以及由具有所需表面反射率的材料形成的框架结构。如上所述，框架14的覆盖部1 的反射部14al在覆盖面上提供了框架反射层。因 此，穿透主反射面13c的光被框架反射层反射入导光板13内。由此，从光源发射的光可靠 地通过主反射面13c从导光板13的发射表面被发射出。这就有助于防止发生亮度减弱。如图9所示，框架14可包括用于将液晶面板12固定到位的固定部14b。图9示出 配备有用于将液晶面板12固定到位的固定部14b的框架14的透视图。部分液晶面板12 在图9中由虚线示出。液晶面板12被框架14的覆盖部1 和固定部14b固定到位。在这 种情况下，框架14的作用为支撑和固定液晶面板12。除框架14外不需要提供其他元件来 固定液晶面板12。这就提供了可能减少制造第一实施例的显示装置1所需的元件数目这样 的有益效果，藉此还减少了显示装置1的组成元件。如图10所示，框架14可包括设置在基板15与框架14之间的围绕元件14c。围绕 元件Hc具有供从光源发射的光穿过的透光孔且围绕光源。围绕元件14c由反射率大致等 于或大于基板15的材料制成。图10示出连接在基板15与框架14之间用于围绕作为光源 的LED 15a的围绕元件14c的后透视图。图11是沿图10中直线XI-XI的截面图，示出用 于反射从LED 15a发射的光的围绕元件14c、框架14、设置和安装在基板15上的LED 15a 以及导光板13之间的关系。由于设置和安装在基板15上的LED 15a被围绕元件Hc所覆盖，沿除光入射表面 之外的其它方向从光源发射的光被围绕元件14c或围绕部朝光入射表面被反射。这就可能 实现高亮度。导光板13、框架14和基板15实际上被保持为彼此紧密接触，尽管在附图中它 们彼此分离。代替如图10所示在框架14与基板15之间连接围绕元件14c的是，框架14由反 射率大致等于或大于基板15的材料制成且可包括如图12所示围绕光源的围绕部14d，每 个围绕部14d具有用于使从LED 1 发射的光穿过的透光孔。图13是框架14沿图12中 z-x平面的截面图。因为框架14的围绕部14d提供了在基板15内围绕光源的基板反射层，朝基板15 发射的光被基板反射层所反射，从而朝光入射表面行进。这就可能实现高亮度。如图14所示，用于反射从LED 1 发射的光的基板反射层可被设置为围绕设置和安装在基板15上的LED 15a。图14示出其中围绕LED 1 提供反射的基板15和框架 14的透视图。用于形成基板反射层的方法示例包括在LED 1 的周围区域涂敷白色丝层 (silk)、施加白色抗蚀剂到LEDlfe的周围区域、将专用的反射层结合于LED 1 周围的区 域、以及提供专用的反射元件。这就可能有效地反射从LED 1 发射的光，藉此增强背光亮度。如图15所示，从LED 1 发射的光可沿LED 1 在基板15上被设置和安装的方 向被入射在导光板13的光入射表面13f上。在这种情况下，保持LED 1 与导光板13的 光入射表面13f紧密接触。图15示出液晶面板12、导光板13、框架14以及基板15组合的 一个示例的截面图。图15中仅代表性地示出一个LED 15a。由于这种构型，可能节约导光 板13的材料，从而缩短导光板13与基板15之间的距离且降低显示装置1的厚度。如图16所示，从LED 1 发射的光沿方向(朝y方向的负侧)入射在导光板13 的光入射表面13f上。这种情形下，LED 1 被定向成使其光轴沿平行于基板15平面的方 向延伸。图16示出液晶面板12、导光板13、框架14以及基板15组合的另一个示例的截面 图。图16中仅代表性地示出一个LED 15a。因为光源被定向成使其光轴沿平行于基板15 平面的方向延伸，就不需要将导光板13形成为I形或L形。此外，即使LED 1 沿平行于 基板15平面的方向发射光，光也能被导光板13所导向。虽然已参照附图描述了本发明的上述实施例，不必说本发明的显示装置并不局限 于这些实施例。对本领域技术人员来说，显然可进行许多改变或改进而不脱离权利要求限 定的本发明范围。应当理解，这些改变或改进都落在本发明的技术范围内。例如，作为光源的LED不局限于发射单色光(如红光)的LED。可交替地设置从红 色LED、绿色LED和蓝色LED中选择的两种或三种LED。对作为光源的LED数目、发射光颜 色的种类和发射光颜色的数目没有特别的限制。虽然根据实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，可做出多种 改变和改进而不脱离下面权利要求限定的本发明范围。
权利要求
1.一种设置于液晶面板后侧处用于照明该液晶面板的背光单元，包括 用于发射光的光源；导光板，其包括光入射表面、主反射面以及光发射面，从光源发出的光入射到该光入射 表面上，主反射面用于内部地反射入射到该光入射表面上的光，由主反射面反射的光从该 发射面被朝液晶面板发射；用于支撑导光板的框架；以及被设置在框架的与液晶面板相反的一侧上且安装有电子元件的基板，所述光源被安装 于该基板。
2.如权利要求1所述的背光单元，其特征在于，光源被定向成使其光轴沿基板厚度方 向延伸，导光板包括用于将入射到光入射表面上的光朝主反射面反射的辅助反射面。
3.如权利要求2所述的背光单元，其特征在于，还包括设在主反射面外侧的反射元件。
4.如权利要求2或3所述的背光单元，其特征在于，框架包括用于覆盖主反射面的覆盖 部，该覆盖部配备有作为朝主反射面反射光的覆盖面的框架反射层。
5.如权利要求1-3任意一项所述的背光单元，其特征在于，框架被设置为支撑液晶面板。
6.如权利要求1-3任意一项所述的背光单元，其特征在于，框架包括设置在基板与框 架之间的围绕元件以围绕光源，该围绕元件具有供从光源发射的光穿过的透光孔。
7.如权利要求1-3任意一项所述的背光单元，其特征在于，框架包括用于围绕光源的 围绕部，该围绕部具有供从光源发射的光穿过的透光孔。
8.如权利要求1-3任意一项所述的背光单元，其特征在于，基板包括围绕光源设置的 基板反射层。
9.如权利要求1-3任意一项所述的背光单元，其特征在于，光源被保持为与光入射表 面紧密接触。
10.如权利要求1所述的背光单元，其特征在于，光源被定向成使其光轴沿平行于基板 平面的方向延伸。
11.一种包括权利要求1-3和10任意一项所述的背光单元的显示装置。
全文摘要
一种设置于液晶面板后侧处用于照明液晶面板的背光单元。该背光单元包括用于发射光的光源和导光板。所述导光板包括从光源发出的光入射其上的光入射表面，用于内部地反射入射在光入射表面上的光的主反射面，以及被主反射面反射的光自其朝液晶面板被发射的光发射面。该背光单元还包括用于支撑导光板的框架以及相对液晶面板被设置在框架的相反侧上且安装有电子元件的基板。所述光源被安装于该基板。
文档编号F21S8/00GK102141219SQ20101056910
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月24日 优先权日2009年11月25日
发明者S·大隅, 上松荣一, 土井谦之, 胜谷裕树 申请人:松下电工神视株式会社