CN101910717A - 照明装置和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的照明装置10具备出射光的光源14、传播出射的光的导光板12以及具有使在导光板12中传播的光折射的多个棱镜26的棱镜片18。棱镜片18包含具有扩散各向异性的各向异性粒子31，在棱镜片18的平面方向，多个棱镜26的排列方向18a与各向异性粒子的长边方向31a错开大于0度小于5度的角度。由此，能够抑制光的亮度半值角的扩大，并且有效地、很好地抑制莫尔波纹的产生。

Description

照明装置和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及照明装置和液晶显示装置。
背景技术
近几年，作为监视器、投影仪、便携式信息终端以及便携式电话等中的显示装置，广泛利用液晶显示装置。液晶显示装置一般根据驱动信号使液晶显示面板的透射率(或者反射率)发生变化，调制照射到液晶显示面板的来自光源的光的强度，从而显示图像、文字。液晶显示装置有直接观察显示在液晶显示面板上的图像等的直视型显示装置、使显示在液晶显示面板上的图像等通过投影透镜放大投影到屏幕上的投影型显示装置(投影仪)等。
液晶显示装置通过对呈矩阵状规则排列的像素分别施加与像素信号对应的驱动电压，使各像素中的液晶层的光学特性发生变化，利用配置在其前后的偏光元件(典型的为偏光板)，配合液晶层的光学特性，对透射的光进行调整，由此显示图像、文字等。该偏光板在直视型液晶显示装置中通常被分别直接贴合到液晶显示面板的光入射侧基板(背面基板)和光出射侧基板(正面基板或者观察者侧基板)。
作为对各像素施加独立的驱动电压的方式，有单纯矩阵方式和有源矩阵方式。其中，在有源矩阵方式的液晶显示面板中，需要设置开关元件和用于对像素电极供给驱动电压的配线。作为开关元件，使用MIM(金属-绝缘体-金属)元件等非线性2端子元件、TFT(薄膜晶体管)元件等3端子元件。
然而，在液晶显示装置中，已经知道会由于在背光源中使用的棱镜的间距和液晶面板的像素的间距而产生莫尔波纹，需要实施抑制该莫尔波纹产生的莫尔波纹对策。
作为莫尔波纹对策的一个例子，考虑使用扩散片来使光扩散、分别选择在棱镜与像素之间彼此难以产生莫尔波纹的间距、扩大棱镜与液晶面板的间隙等方法。
参照图6说明作为莫尔波纹对策之一的使用扩散片使光扩散的结构。图6是表示搭载在液晶显示装置中的照明装置的图。照明装置具备使光扩散的扩散片119。来自导光板112、通过棱镜片118向液晶面板(未图示)入射的光在通过该扩散片119时被扩散，由此能够抑制莫尔波纹的产生。另外，专利文献1中提出了一种照明装置，其使用各向异性散射板作为扩散片，由此抑制莫尔波纹的产生并且抑制亮度降低。
专利文献1：日本特开2002-40418号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，为了有效活用液晶显示装置的背光源的光，正在研究采用微透镜阵列(MLA)。已知：在将微透镜阵列搭载到直视型的液晶显示装置的情况下，由于透镜产生的光的聚光作用的影响，莫尔波纹被加强了。另外，作为微透镜阵列用的背光源，为了提高透镜的聚光效果，优选使用亮度半值角小的背光源，使用逆棱镜方式(TL方式)的背光源会使透镜曲率方向的亮度半值角变小。因此，当单纯使用使光扩散的扩散片时会使亮度半值角扩大、微透镜阵列的效果降低。另外，一般地，各向异性散射板的扩散性比各向同性扩散片的扩散性低劣，因此在由于微透镜阵列而莫尔波纹被加强了的条件下，仅单纯地使用各向异性散射板作为扩散片对莫尔波纹的抑制效果是不充分的。
另外，从制造上的观点出发，任意地设计棱镜间距并不容易，就像素间距而言，当考虑屏幕尺寸与像素数的关系时，也难以任意决定所述像素间距。另外，使透镜与液晶面板的间隙变大与追求薄型化的液晶显示装置背道而驰。
本发明是鉴于上述问题而完成的，提供抑制光的亮度半值角的扩大并且有效地、很好地抑制莫尔波纹的产生的照明装置和液晶显示装置。
用于解决问题的方案
本发明的照明装置，特征在于：具备出射光的光源；传播上述出射的光的导光板；以及棱镜片，其具有使在上述导光板中传播的光折射的多个棱镜，上述棱镜片包含具有扩散各向异性的各向异性粒子，在上述棱镜片的平面方向上，上述多个棱镜的排列方向与上述各向异性粒子的长边方向错开大于0度小于5度的角度。
在一个实施方式中，在上述棱镜片的平面方向上，上述多个棱镜的排列方向与上述各向异性粒子的长边方向错开1度以上4度以下的角度。
在一个实施方式中，上述照明装置是逆棱镜方式的背光源。
本发明的液晶显示装置，特征在于：具备上述照明装置；和液晶面板，其具有一对基板和配置在上述一对基板之间的液晶层。
在一个实施方式中，液晶显示装置还具备设置在上述液晶面板与上述照明装置之间的多个微透镜。
发明效果
根据本发明，棱镜阵列包含具有扩散各向异性的各向异性粒子，棱镜阵列的排列方向与各向异性粒子的长边方向在棱镜阵列的平面方向错开大于0度小于5度的角度。由此能够抑制亮度半值角的扩大，并且能够有效地、很好地抑制莫尔波纹，能够提供高效的、高显示质量的液晶显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的液晶显示装置的截面图。
图2是表示本发明的实施方式的包含各向异性粒子的棱镜片的立体图。
图3是表示本发明的实施方式的针状填料使光扩散的样子的图。
图4是表示本发明的实施方式的透射光的扩散状态的图。
图5A是表示本发明的实施方式的透过棱镜片的光的立体图。
图5B是表示本发明的实施方式的透过包含针状填料的棱镜片的光的立体图。
图5C是表示本发明的实施方式的实施了偏置的针状填料和透过包含该针状填料的棱镜片的光的立体图。
图6是表示使光扩散的扩散片的图。
附图标记说明：
1：液晶显示装置；10：照明装置；18：棱镜片；18a：棱镜的排列方向；21：入射光；22：透射光；26：棱镜；31：各向异性粒子(针状填料)；31a：针状填料的长轴方向；50：液晶显示面板；51：液晶面板；52：微透镜阵列；52a：微透镜；59：像素。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的照明装置和液晶显示装置的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式的液晶显示装置1的截面图。液晶显示装置1具备液晶显示面板(带微透镜的液晶面板)50和配置在液晶显示面板50下(与显示面相反侧的面侧)的照明装置10。
照明装置10具备导光板12、配置在导光板12的一个侧面的作为光源的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)14、配置在导光板12下的反射板16、配置在导光板12上(液晶面板侧)的棱镜片18。
在面对反射板16的导光板12的下部形成多个倾斜面，多个倾斜面被形成为随着越远离LED 14，倾斜角度越大。此外，作为倾斜面的位置的一个例子，也可以在导光板12的上部形成倾斜面。另外，也可以在与导光板12的入光面正交的方向形成倾斜面。
此外，对于光源也可以代替LED 14而使用冷阴极管，另外，也可以将LED 14配置在被导光板12的两个侧面夹住的角部。
棱镜片18是包含沿着任意方向排列的多个棱镜26的棱镜阵列。照明装置10是逆棱镜方式的背光源，棱镜26各自具有下方向变尖的峰部26a。峰部26a彼此之间形成有谷部(槽部)26b。
从LED 14出射的光在导光板内传播，被反射板16或者导光板12的倾斜面反射之后，通过导光板12的上面(出射面)，被棱镜片18的棱镜26折射，朝向配置在棱镜片18的上部的液晶显示面板50出射。
液晶显示面板50具备具有呈矩阵状配置的多个像素的液晶面板(贴合基板)51、包含设置在液晶面板51的受光面(垂直于纸面延伸的液晶面板51的底面)上的多个微透镜52a的微透镜阵列52、设置在微透镜阵列52的周边区域的支撑体53、设置在液晶面板51的观察者侧(图的上侧)的正面侧光学薄膜54、设置在微透镜阵列52的光入射侧的背面侧光学薄膜55以及配置在背面侧光学薄膜55与微透镜阵列52之间的保护层56。微透镜阵列52配置在液晶面板51与照明装置10之间。
保护层56由光固化性树脂形成，与微透镜阵列52和支撑体53相接而设置。保护层56和微透镜阵列52被贴合成保护层52a仅与各微透镜52a的顶点附近相接。
正面侧光学薄膜54通过粘接层57贴附到液晶面板51，背光侧光学薄膜55通过粘接层58贴附到保护层56。此外，正面侧光学薄膜54和背面侧光学薄膜55各自具备使直线偏光透射的偏光薄膜。
保护层56用可见光透射率高的丙烯系或者环氧系UV固化树脂形成，但也可以用热固化性树脂形成。优选保护层56和支撑体53由与微透镜52a相同的材料，或者具有与构成微透镜52a的材料的折射率大致相同的折射率的材料形成。
液晶面板51包括在每个像素中形成有开关元件(例如TFT、MIM元件等)的电气元件基板60、作为例如滤色器基板(CF基板)的对置基板62以及液晶层64。液晶层64包含封入到电气元件基板60与对置基板62之间的液晶材料，通过设置在外周部的密封材料66密闭。
微透镜阵列52的微透镜52a是在液晶面板51上与呈矩阵状配置的像素的列(图的纸面的垂直方向)对应延长的光栅透镜。像素间距(一个像素的宽度)根据机型的不同而不同，是50～300μm左右，微透镜52a的宽度也是与像素间距对应的宽度。
下面，更为详细地说明棱镜片18。图2是表示棱镜片18的立体图。棱镜片18包含具有扩散各向异性的多个各向异性粒子31。各向异性粒子31是例如针状填料。
配置有这样的针状填料31的棱镜片18，能够用例如混合了针状填料31的粘接剂制作而成。优选粘接剂光学透明性较高，例如，能够使用丙烯系粘接剂等。作为丙烯系粘接剂的主要成分，例如，有丙烯酸和其丙烯酯、甲基丙烯酰和其甲基丙烯酰酯、丙烯酰胺、丙烯腈等丙烯单体的单聚物或者它们的共聚物、丙烯单体的至少1种和醋酸乙烯酯、顺丁烯二酸酐、苯乙烯等乙烯酯单体的共聚物等。
针状填料31是折射率与粘接剂折射率不同的、且针状(包含纤维状)的高长宽比的填料，为了防止透射光着色优选是无色或白色的。作为针状填料31，例如，适用钛氧化物、氧化锆、氧化锌等金属氧化物，软水铝石、硼酸铝、硅酸钙、碱式硫酸镁、碳酸钙、钛酸钾等金属化合物，包括玻璃、合成树脂等的针状或者纤维状物。针状填料31的大小是例如长轴为2～5000μm、短轴为0.1～20μm，更为优选长轴为10～300μm、短轴为0.3～5μm。
作为配置有针状填料31的棱镜片18的制作方法，有例如制造在粘接剂中使针状填料31分散的填料含有粘接组成物，在将其涂敷在棱镜片18上之后，干燥除去溶剂的方法。并且根据必要情况，为了粘结剂成分的固化或者稳定化，也可以在室温或者30～60℃左右的温度环境下进行1天到2个星期左右的凝固化。
当涂敷填料含有粘接组成物时，由于填料含有粘接组成物的剪切力，各针状填料31按照其长轴大致沿着涂敷方向的方式取向。因此，能够根据涂敷方向设定针状填料31的朝向。此外，针状填料的取向的程度能够根据针状填料的大小、填料含有粘接组成物的粘度、涂敷方式以及涂敷速度等来调整。从填料含有粘接组成物所形成的填料含有层的厚度为例如1～50μm，更为优选10～30μm。
另外，也可以在具有紫外线固化性或者热固化性的丙烯系或者环氧系树脂中混合针状填料31，将包含这样的针状填料31的树脂涂敷在棱镜片18上，施加紫外线、热使其固化，由此制作配置有针状填料31的棱镜片18。这种情况下，也能够根据涂敷方向设定针状填料31的朝向。
图3是表示各向异性粒子(针状填料)31使光扩散的样子的图。当各向同性的光21入射到针状填料31时，光21被针状填料31扩散。针状填料31具有在其长轴方向(y方向)上使光21几乎不扩散、而在其短轴方向(x方向)上使光21大量扩散的特性。因此，透过针状填料31的光22变成在x方向上大量扩散，但在y方向上几乎不扩散的各向异性扩散光。
图4表示透射光22的扩散状态的图。在图4所示例子中入射光21是透过棱镜26的光，入射光21的x方向的成分21x与y方向的成分21y相比，略微扩散。可知：透过针状填料31的透射光22的x方向的成分22x相对于入射光21大量扩散。可知：透射光22的y方向的成分22y相对于入射光21几乎不扩散，与x方向的成分22x相比扩散的程度小。
下面参照图5A～5C说明多个棱镜26的排列方向与针状填料31的长边方向之间的角度。图5A是说明透过棱镜片18的光的立体图。多个棱镜26的排列方向18a是沿着y方向的方向，这也是棱镜26之间的间距18b的方向。棱镜26各自的峰部26a和谷部(槽部)26b沿着x方向延伸。液晶面板51的多个像素59沿着x方向和y方向排列。
在图5A中，为了说明，示出不包含针状填料31的棱镜片18。透过逆棱镜方式的棱镜片18的光22由于多个棱镜26的作用，变成在y方向几乎不扩散，但在x方向大量扩散的各向异性扩散光。
图5B是说明透过包含针状填料31的棱镜片18的光的立体图。图5B中所表示的例子中，使针状填料31的长轴方向31a变成与棱镜26的排列方向18a(y方向)平行，从而形成针状填料31。为了保证透过棱镜片18的光22的向x方向和y方向的扩散倾向，针状填料31使光22在y方向几乎不扩散，但在x方向大量扩散。
图5C是说明透过实施了偏置的针状填料31和包含该针状填料31的棱镜片18的光的立体图。在棱镜片18的平面方向(xy平面方向)，针状填料31的长轴方向31a相对于棱镜26的排列方向18a(y方向)，错开角度θ的量。
莫尔波纹是由于棱镜26的间距18b的周期与像素间距59a的周期之间的关系而产生的。因此，针状填料31的长轴方向31a与棱镜26的排列方向18a错开角度θ的量，使透射光22的扩散方向转动并错开(转动错开示出各向异性的方向)，由此能够抑制莫尔波纹的产生。优选通过错开针状填料31的长轴方向31a与棱镜26的排列方向18a，透射光22的扩散方向转动大约角度θ。
这样能够通过使透射光22向某方向(x方向)大量扩散，抑制莫尔波纹的产生，通过使透射光22向其它方向(y方向)扩散变小，抑制亮度降低，并且能够提高微透镜52a(图1)的聚光效果。并且，通过如上所述对针状填料31实施偏置，也能够抑制莫尔波纹的产生，因此能够有效地抑制莫尔波纹的产生。
此外，针状填料31的长轴方向31a与棱镜26的排列方向18a的角度θ也是针状填料31的短轴方向与棱镜26的槽部26b延伸的方向(x方向)之间的角度。
优选针状填料31的长轴方向31a与棱镜26的排列方向18a之间的角度θ大于0度小于5度，更为优选1度以上4度以下。假如是0度，则能够以亮度半值角的扩大较小的、高的效率来利用光，但是莫尔波纹抑制效果较差。另外，假如是5度，则莫尔波纹抑制效果好，但亮度半值角的扩大较大，光的利用效率下降。
各向异性扩散的扩散性，能够用雾度值来考虑。优选雾度值为10％～40％。假如是10％，则亮度半值角的扩大较大，但莫尔波纹的抑制效果差。另外，假如是40％，则莫尔波纹抑制效果好，但是亮度半值角的扩大较小，光的利用效率下降。
此外，更为优选对针状填料31，在光的扩大方向与偏光板的透射轴方向一致的方向上实施偏置。
在上述的实施方式的说明中，示例说明了逆棱镜方式的照明装置，但是本发明不仅限于此。本发明，也能够应用于例如使用1个以上BEF(Brightness Enhancement Film：亮度增强膜)的方式(例如BEF-BEF方式)的照明装置中。
工业上的可利用性
本发明在液晶显示装置和搭载在液晶显示装置中的照明装置的技术领域中尤其有效。

Claims (5)

1.一种照明装置，其特征在于：
具备：
出射光的光源；
传播上述出射的光的导光板；以及
棱镜片，其具有使在上述导光板中传播的光折射的多个棱镜，
上述棱镜片包含具有扩散各向异性的各向异性粒子，
在上述棱镜片的平面方向上，上述多个棱镜的排列方向与上述各向异性粒子的长边方向错开大于0度小于5度的角度。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：
在上述棱镜片的平面方向上，上述多个棱镜的排列方向与上述各向异性粒子的长边方向错开1度以上4度以下的角度。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于：
上述照明装置是逆棱镜方式的背光源。
4.一种液晶显示装置，其特征在于：
具备：
根据权利要求1～3中的任一项所述的照明装置；和
液晶面板，其具有一对基板和配置在上述一对基板之间的液晶层。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于：
还具备设置在上述液晶面板与上述照明装置之间的多个微透镜。
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