CN102893075A - 背光装置以及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种背光装置（2），其具备：光源部（3），该光源部由多个发光二极管（9）以及对来自于该发光二极管（9）的光进行扩散的透镜（10）构成；收纳该光源部（3）的框体（4）；扩散板（5），其被配置为覆盖该框体（4）的开口部（6a）；和反射片（6），其使得从光源部（3）出射的光反射至扩散板（5）侧，所述光源部（3）通过在中央部配置多个透镜（10）而构成，且所述光源部的透镜（10）被配置为所述多个透镜被排列为多列。

Description

背光装置以及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及采用发光二极管作为光源的背光装置以及液晶显示装置。
背景技术
在现有的大型液晶显示装置的背光装置中，冷阴极管多数配置在液晶面板正下方，这些冷阴极管与扩散板、反射板等构件一起被使用。又，近年来，使用发光二极管作为背光装置的光源。发光二极管近年来效率提高，作为代替荧光灯的消耗功率少的光源而被期待。而且，作为液晶显示装置用的光源，能够通过根据映像控制发光二极管的明暗来降低液晶显示装置的消耗功率。
在液晶显示装置中，采用将发光二极管作为光源的背光装置的话，配置了许多发光二极管来代替冷阴极管。通过使用许多发光二极管，可以在背光装置表面得到均匀的亮度，但存在着由于需要许多发光二极管而无法实现廉价的问题。提出了进行增大1个发光二极管的输出、且减少发光二极管的使用个数的配合的透镜，例如在专利文献1中，提出了能够以较少个数的发光二极管得到均匀的面光源的透镜。
又，还已知有如专利文献2那样的光源，该光源具有一维地并列配置的多个点光源和设置在该多个点光源上的长形的柱面透镜。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本国专利公报“专利第3875247号公报”
【专利文献2】日本国公开专利公报“特开2006－286608号公报”
发明内容
发明要解决的课题
本发明正是鉴于这样的现状而做出的，其目的在于，对于采用了发光二极管的背光装置，提供一种能确保充分的亮度但结构简单且廉价的背光装置以及液晶显示装置。
用于解决课题的手段
为了达成这样的目的，本发明的背光装置，其具备：光源部，该光源部由多个发光二极管以及对来自于该发光二极管的光进行扩散的透镜构成；收纳该光源部的框体；扩散板，其被配置为覆盖该框体的开口部；和反射片，其使得从所述光源部出射的光反射至所述扩散板侧，所述背光装置的特征在于，所述光源部的透镜具有：来自于发光二极管的光所入射的入射面、和对所入射的光进行扩散并使其出射的出射面，所述光源部通过在中央部配置多个透镜而构成，且所述光源部被配置为所述多个透镜被排列为多列。
又，本发明的液晶显示装置，其包括液晶显示面板、以及配置在该液晶显示面板的背面侧的、大小与液晶显示面板对应的背光装置，所述背光装置具备：光源部，该光源部由多个发光二极管以及对来自于该发光二极管的光进行扩散的透镜构成；收纳该光源部的框体；被配置在所述液晶显示面板和光源之间的扩散板；和反射片，其使得从所述光源部出射的光反射至所述扩散板侧，所述液晶显示装置的特征在于，所述光源部的透镜具有：来自于发光二极管的光所入射的入射面、和对所入射的光进行扩散并使其出射的出射面，所述光源部通过在中央部配置多个透镜而构成，且所述光源部被配置为所述多个透镜被排列为多列。
发明的效果
根据本发明，对于采用了发光二极管的背光装置，通过以与液晶显示面板的中央部相对的形态直线状地排列多个透镜而构成光源部，能够提供一种能确保充分的亮度但结构简单且低价的背光装置以及液晶显示装置。又，通过将构成光源部的多个透镜排列为多列而构成，可以使各个透镜列所产生的亮度分布相互重叠，能够减少亮度分布的不均。
附图说明
图1是示出采用本发明的一实施形态所涉及的背光装置的液晶显示装置的整体的概略结构的分解立体图。
图2是以图1的A1－A1线截断的截面图。
图3是示出背光装置的光源部的俯视图。
图4是以图3的A2－A2线截断的截面图。
图5是用于对本发明的一实施形态的背光装置中的光源部的基本结构进行说明的图。
图6是从透镜的排列方向的侧面观察透镜的截面图。
图7是用于对透镜的光路进行说明的图。
图8是示出透镜的具体的实施例的截面图。
图9是示出透镜的具体的其他实施例的截面图。
图10是示出有关图8所示的透镜的θ与sagX以及sagY的关系的图。
图11是示出有关图9所示的透镜的θ与sagX以及sagY的关系的图。
图12是示出透镜的排列的一个实例的俯视图。
图13是示出扩散板的一个实例的俯视图。
图14的（a）是示出该扩散板的一个例子的俯视图、（b）是X方向的截面图、（c）是Y方向的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施形态所涉及的背光装置以及采用该背光装置的液晶显示装置进行说明。
图1是示出采用本发明的一实施形态所涉及的背光装置的液晶显示装置的整体的概略结构的分解立体图，图2是以图1的A1－A1线截断的截面图。
如图1、图2所示，液晶显示装置包括：长方形的平板形状的、透射型的液晶显示面板1；和配置在该液晶显示面板1的背面侧的、大小与液晶显示面板1相对应的长方体形状的背光装置2。
背光装置2具有：沿着液晶显示面板1的长边方向以与液晶显示面板1的中央部相对的形态配置为直线状的光源部3；容纳该光源部3的长方体形状的框体4；扩散板5，该扩散板被配置为覆盖该框体4的开口部6a，且被配置在所述液晶显示面板1和光源部3之间；使从所述光源部3出射的光反射至液晶显示面板1侧、即扩散板5侧的反射片6。
扩散板5在其与液晶显示面板1之间的前面侧具有大小与液晶显示面板1对应的光学片层叠体7。该光学片层叠体7例如由使得来自扩散板5的入射光向前方的液晶显示面板1侧聚光的棱镜片、使来自扩散板5的入射光进一步扩散的扩散片、使得具有特定的偏振面的光透过以使入射光的偏振面与液晶显示面板1的偏振面相对应的偏振片等构成。又，在本实施形态中，通过直线状地配置光源部3以使其与液晶显示面板1的中央部对置，则成为仅配置在背光装置2的大致中央部。
图3是示出背光装置的光源部的俯视图，图4是以图3的A2-A2线截断的截面图。
光源部3是这样构成的：在背面侧形成有规定的配线图案的长条形状的绝缘性的基板8的表面上，以规定的间隔安装多个发光二极管9，与该各个发光二极管9对应地配置将圆柱沿其长轴方向截掉一半而形成的大致半圆柱形状的多个透镜10以覆盖所述发光二极管9。另外，虽然未图示，但为了使得发光二极管9不与空气接触，发光二极管9由环氧树脂或者硅橡胶等封装用的树脂包覆。
透镜10将来自作为光源的发光二极管9的光扩散并使其照射到被照射体上，例如由具有1.4至2.0左右的折射率的透明的材料构成。作为构成透镜10的透明材料，可以采用环氧树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯等树脂、玻璃、或者硅橡胶等橡胶。其中尤以采用作为封装发光二极管用的树脂的环氧树脂或者硅橡胶等为佳。
接着，进一步对光源部3的透镜10的结构进行详细的说明。
图5是用于对本发明的一实施形态所涉及的背光装置中的光源部3的基本结构进行说明的图。图6是从透镜的排列方向的侧面观察透镜的截面图。
首先，如图5所示，作为光源的发光二极管9和透镜10被配置成相互的光轴Z一致。透镜10将来自发光二极管9的光扩散并使其照射至被照射面G，被照射面G的照度分布为，在作为透镜10的设计上的中心线的光轴Z上为最大，越向周围则越大致单调地减少。
透镜10具有：来自发光二极管9的光入射的入射面11、和使所入射的光出射的出射面12。又，透镜10在入射面11的周围具有朝着与出射面12相反一侧的底面13。进一步地，在出射面12和底面13之间，设置有向外侧突出的外缘部14，出射面12的周缘和底面13通过该外缘部14的外表面而连接。另外，也可以不设置外缘部14，而以直线状或者圆弧状的端面来连接出射面12的周缘和底面13。
来自发光二极管9的光在从入射面11入射至透镜10内之后，从出射面12出射，到达被照射面G，因此从发光二极管9发射的光由于入射面11和出射面12的作用而被扩散，从而到达被照射面G的较宽的范围。
又，如图6所示，透镜10的入射面11为连续的凹面，从正上方投影的投影形状相对于光轴Z为椭圆形。又，入射面11的周围的底面13为平坦的平面，但也可以在底面13形成角锥状的加工面、褶皱（摺り）状的加工面等。
透镜10的出射面12为，俯视以及正视时的投影形状为长方形的四边形状，从透镜10的排列方向的侧面观察到的投影形状为具有连续的凸面部的大致圆弧状的形状。关于该出射面12，优选为，从侧面观察时的中心部分的曲率实质为零。在此，“中心部分”是指，自光轴Z起规定半径、例如，从光轴方向观察时的出射面12的最外周的半径（有效半径）的1／10以内的区域，“实质为零”是指，将从光轴Z上的基点Q到出射面12上的任意的点沿光轴方向测量的距离设为弛垂量（sagY）的情况下，所述中心部分的最大弛垂量与最小弛垂量的差为0．1mm以下的情形。如果是这样的形状，则能够制作容易成形、公差小的透镜。
又，如图6所示，透镜10的出射面12形成为以下的形状，即包含光轴的截面中的出射面12上的微小区间的曲率C在比凸面部之间即x－y之间的中央M更外侧的位置为最大。在图6中，θi表示微小区间的位置，连接微小区间的中心和光轴Z上的光源位置的线Li与光轴Z所成的角度、即
Figure BDA00002278507200051
即，本发明中的透镜10的出射面12构成为，在从排列方向的侧面观察到的包含光轴的截面中，出射面12上的微小区间的曲率C在以60°＜θi＜80°规定的范围内为最大。另外，更为优选的是，出射面12上的微小区间的曲率C在以65°＜θi＜75°规定的范围内为最大。
出射面12上的微小区间的曲率C超过以60°＜θi＜80°规定的范围的上限时，用于确保配光特性的公差变得严峻，作为面光源时面内的亮度不均变大。超过下限时，配光特性变窄，作为面光源时，面内的亮度不均变大。
在此，采用图6以及图7的（a）、（b）对微小区间的曲率C进行说明。以光轴上的光源位置为基准，如以下那样对微小区间的曲率C进行定义。另外，“光轴上的光源位置”是指光轴与光源的发光面相交的位置。
如图7的（a）、（b）所示，考虑出射面12上的点A和点B之间的、自光轴起第n个微小区间，设连接点A和光轴上的光源位置的线与光轴所成的角度为θi（n），连接点B和光轴上的光源位置的线与光轴所成的角度为θi（n＋1）。其中，设θi（n＋1）-θi（n）为0．1°左右。设点A处的出射面12的切线和与光轴垂直的面所成的角度为θs（n），点B处的出射面12的切线和与光轴垂直的面所成的角度为θs（n＋1）。点A和点B之间的出射面12的长度设为△d（n）。点A和点B之间的出射面12如果使得点A和点B之间隔充分小、且以单一曲率半径R构成的话，R的中心O为点A处的出射面12的法线与点B处的出射面12的法线交叉之处，两个法线所成的角度∠AOB由θs（n＋1）-θs（n）表示。以O为中心，点A和点B之间的圆弧的半径R以△d（n）/（θs（n＋1）-θs（n））表示。曲率C为1/R。由此，第n个微小区间的曲率C为（θs（n＋1）-θs（n））/△d（n）。其中，θs（n）以及θs（n＋1）通过弧度来计算。又，上述的定义中，曲率C的符号在曲率中心O位于出射面12的光源侧时为正，在曲率中心O位于其相反侧时为负。
根据这样的结构，可以实现将从入射面11入射的光从出射面12出射至较广的范围的透镜10。
进一步地，本发明中的透镜10的出射面12优选为，设连接出射面12上的任意的点和光轴Z上的基点Q的直线与光轴Z的角度为θ、沿着光轴方向测量的从光轴Z上的基点Q至所述出射面12上的任意的点的距离为sagY、θ为0°时的sagY为sagY0时，sagY以sagY0为最大并单调地减少，除了出射面12上的光轴Z的附近之外，设出射面12上的微小区间的曲率C为最小时的θ为θmin时，θmin满足10°＜θmin＜30°的范围。在此，“光轴Z的附近”是指自光轴Z起规定角度（例如，θ＝2°）以内的区域。
通过这样规定出射面12的形状，根据发光二极管9的尺寸变化而同时变动的菲涅尔反射成分变少。又，出射面12上的微小区间的曲率C为最小的θmin超过10°＜θmin＜30°的范围的下限的话，上述的菲涅尔反射成分容易产生，超过上限的话，透镜10的尺寸、例如光轴方向的长度变得过大。
图8～图11中示出透镜10的具体的实施例。另外，其是将通用的发光二极管作为光源，以扩展指向性为目的的实施例，发光二极管的发光面的尺寸例如是3.0×3.0mm，也可以是1.0×1.0mm，也可以是3.0×1.0mm。
图8以及图9中的θ是连接光轴Z上的基点Q和入射面11以及出射面12上的任意的点的直线与光轴Z的角度。进一步地，图中的sagX是沿着光轴方向测量的从光轴Z上的基点Q至所述入射面11上的任意的点的距离，sagY是沿着光轴方向测量的从光轴Z上的基点Q至所述出射面12上的任意的点的距离。
图10是将有关图8所示的实施例的透镜10的θ和sagX以及sagY图表化了的图，示出了sagY以sagY0为最大并单调地减少的形状。
图11是将有关图9所示的实施例的透镜10的θ和sagX以及sagY图表化了的图，示出了sagY以sagY0为最大并单调地减少的形状。
然而，在上述实施形态中，光源部3是排列大致半圆柱形状的多个透镜10而构成的，但也可以由长度与液晶显示面板1的长边的长度相对应的长条状的透镜构成。采用该结构的情况下，也做成配置多个发光二极管9，形成多个与该发光二极管9对应的入射面11的结构。也可以按照发光二极管的列数设置多列上述长条状的透镜10，也可以将一个长条状的透镜做成形成有与多个发光二极管9的每一个对应的入射面11的结构来进行设置。
另外，与由长条状的透镜构成的情况相比，排列多个透镜10而构成的情况下，通过成型制作透镜10时的加工容易且能够廉价地制作。又，对于画面尺寸不同的液晶显示面板1，仅通过调整透镜10在液晶显示面板1的长边方向上的排列个数等就能够对应，作为液晶显示装置也能够廉价地提供。
接着，对光源部3的各个光源的排列进行说明。
在本发明中，如图12所示，光源部3以多个光电二极管9和多个透镜10被排列为至少两列的形态配置多列而构成。另外，在图12所示的例子中，光源部3的多个透镜10在相邻的列之间，虽相互错开地排列，但是也可以不错开地排列，而可以排列成在相邻的列之间位于相同位置。又，排列的列数只要至少为2列即可，也可以排列成3列、4列。
这样，在背光装置中，光源部3通过在中央部直线状地配置多个光电二极管9和多个透镜10而构成，且通过配置成使所述多个光电二极管9和多个透镜10被排列为至少两列，可以使各个透镜列所产生的亮度分布相互重叠，能够减少亮度分布的不均匀。
在此，如图3、图4所示，在上述实施形态中，光源部3排列为，图5所示的结构的透镜10的排列方向的长度L与相邻的透镜10间的间隔l的关系为L＜l，且透镜10间的间隔l基本均等。通过做成这样的结构，作为背光装置能够确保充分的亮度，且能够以较少个数的透镜10构成光源部3，能够廉价地构成装置。
然而，在如图1、图2所示与液晶显示面板1的中央部相对地将透镜直线状地配置为一列而构成光源部3的情况下，本发明者们通过实验确认到，在背光装置的端部，从扩散板5出射的光变少，难以确保充分的亮度。在这样的情况下，只要使用输出大的发光二极管9即可，但价格变高。另一方面，作为液晶显示装置，要求画面的中央部比周边部更明亮。
在本发明中，如图12所示，通过缩窄位于中央部的各个透镜的配置间隔而比其他部分密集地配置多个透镜10，来改变光源部3的各个光源的配置间隔，由此能够做成整体上以均匀的亮度发光的面光源，还能够满足对于液晶显示装置的画面的亮度的要求。
即，如图12所示，本发明的光源部3构成为，缩窄位于中央部3a和周边部3b的各个透镜10的配置间隔而紧密地配置，关于位于中央部3a和周边部3b之间的中间部3c的透镜10的配置间隔，被配置为比位于所述中央部3a以及周边部3b的各个透镜10的配置间隔宽。又，关于中央部3a和中间部3c的边界、以及中间部3c和周边部3b的边界，配置为透镜10的间隔渐渐变化。
进一步地，在本发明中，通过与液晶显示面板1的中央部相对地直线状地排列多个透镜10而构成光源部3，对于画面尺寸不同的液晶显示面板1，也能够通过调整透镜10在液晶显示面板1的长边方向上排列的个数等来对应，但根据本发明者们通过实验而确认的结果可知，通过使透镜10的外形形状和透镜10的配置间隔满足规定的条件而构成，能够充分地满足对于包含液晶显示面板1的短边方向的画面整体的亮度的要求。
即，关于本发明的光源部3，设与透镜10的排列方向正交的透镜10的短边的长度为d1，透镜10的配置间隔l的最小间隔为d3时，通过使d3＜（2×d1），可以充分地确保画面整体的亮度。进一步地，除了上述条件之外，将透镜10的排列方向的长边的长度设为d2时，d2＜（2×d1）则更为优选。进一步地，设透镜10的在光轴Z上的厚度为dO时，优选为还组合dO＜（d1／3）的条件。
接着，进一步对背光装置2的扩散板5的结构进行详细的说明。
关于背光装置2，扩散板5以使被照射在作为光源部3侧的背面的被照射面G的光从表面侧的表面扩散的状态发射光。从光源部3的各个光源、即从透镜10将在较宽的范围被均匀化了的光照射在扩散板5的被照射面G上，该光由扩散板5扩散，由此能够实现面内的亮度不均较少的面光源。又，来自光源部3的光由扩散板5分散，或返回至光源部3侧、或透过扩散板5。返回至光源部3侧而入射反射片6的光由反射片6反射而再度入射至扩散板5。
这样的扩散板5例如由丙烯酸树脂等板状体构成，为了使从一个面入射的光扩散并使该光从另一个面出射，在表面具有凹凸形状，由使微小的粒子分散了的半透明的树脂板构成。
又，如图13所示，为了使得越向与光源部3对应的中央部侧透射率越低、越向周边部侧透射率越高，扩散板5在作为光源部3侧的背面的被照射面G设有透射率分布层5a。该透射率分布层5a采用由含有白色颜料的白墨水等构成的反射的构件来形成，所述反射图案形成为越靠近中央部侧其面积占有率越大，越靠近周边部侧其面积占有率越小。白墨水由在透明粘合剂内分散了由氧化钛等高折射率透明材料构成的微粉末的墨水构成，通过丝网印刷形成规定的图案的透射率分布层5a。
根据这样的结构，能够抑制来自于中央部的光出射，能够以大约50mm左右的比较薄的结构实现所述适当的亮度分布。
又，作为该扩散板5，也可以如图14的（a）、（b）、（c）所示，在作为光源部3侧的背面的被照射面G形成柱面透镜部5b。
即，形成为，设扩散板5的水平方向为X、垂直方向为Y的话，在X方向以及Y方向具有变形（アナモフイツク）曲面等的曲率，扩散板5的四角的厚度变薄，由此在扩散板5的作为光源部3侧的背面的被照射面G形成柱面透镜部5b。
作为本发明的具体的实施例，制作利用变形曲面形成了柱面透镜部5b的本发明的扩散板5、和未形成曲面的比较例的扩散板5，如图1、图2所示配置各个扩散板5，求出各自的亮度，测定相对于中心值的亮度分布后发现，本发明的扩散板5与比较例的扩散板相比，四角的值提高大约5％左右。
通过像这样在作为扩散板5的光源部3侧的背面的被照射面G形成具有规定的配光特性的柱面透镜部5b，能够实现具有所要求的亮度分布的背光装置。另外，虽然是以变形曲面形成了扩散板5的曲面形状，但其可以由其他的自由曲面构成。另外，也可以将上述曲面形状的柱面透镜和平板状构件贴合来构成扩散板5。
接着，进一步对背光装置2的反射片6的结构进行详细说明。
如图1、图2所示，反射片6的结构为，具有以光源部3为中心向背光装置2的长边侧端部弯曲的大致圆筒面状的形状，在与光源部3的各个透镜10对应的部分设有开口部6a。
在本发明中构成为，连接反射片6的中央部即光源部3的发光二极管9的发光面和反射片6的弯曲的顶端部即背光装置2的长边侧端部的线，相对于光源部3的透镜10的光轴Z呈60°≦θm≦80°的范围内的角度。
即，本发明者们根据实验的结果进行研究后的结果为，如图1、图2所示，在与液晶显示面板1的中央部相对地直线状地排列多个透镜10而构成光源部3的背光装置中，连接反射片6的中央部和反射片6的弯曲的顶端部的线相对于光源部3的透镜10的光轴Z呈60°≦θm≦80°的范围内的角度，由此能够制作亮度不均少且具有充分亮度的面光源。
另外，在上述实施形态中，反射片6的形状是以光源部3为中心向背光装置2的长边侧端部弯曲的形状，但也可以不是弯曲的形状而是直线状的形状。
根据以上说明的本发明，在采用了发光二极管的背光装置中，通过与液晶显示面板的中央部相对地直线状地排列多个透镜而构成光源部，能够提供确保充分的亮度但结构简单且廉价的背光装置以及液晶显示装置。
【产业上的可利用性】
根据以上那样的本发明，得到能够确保充分的亮度但结构简单且廉价的背光装置以及液晶显示装置，因此是有用的发明。
【符号说明】
1液晶显示面板
2背光装置
3光源部
4框体
5扩散板
6反射片
7光学片层叠体
8基板
9发光二极管
10透镜
11入射面
12出射面
13底面
14外缘部。

Claims (6)

1.一种背光装置，其具备：光源部，该光源部由多个发光二极管以及对来自于该发光二极管的光进行扩散的透镜构成；收纳该光源部的框体；扩散板，其被配置为覆盖该框体的开口部；和反射片，其使得从所述光源部出射的光反射至所述扩散板侧，所述背光装置的特征在于，所述光源部的透镜具有：来自于发光二极管的光所入射的入射面、和对所入射的光进行扩散并使其出射的出射面，所述光源部通过在中央部配置多个透镜而构成，且所述光源部被配置为所述多个透镜被排列为多列。
2.如权利要求1所述的背光装置，其特征在于，
缩窄位于中央部的各个透镜的配置间隔而比其他部分更密集地配置所述多个透镜。
3.如权利要求1所述的背光装置，其特征在于，
所述光源部的透镜在相邻的列之间相互错开地排列。
4.一种液晶显示装置，其包括液晶显示面板、以及配置在该液晶显示面板的背面侧的、大小与液晶显示面板对应的背光装置，所述背光装置具备：光源部，该光源部由多个发光二极管以及对来自于该发光二极管的光进行扩散的透镜构成；收纳该光源部的框体；被配置在所述液晶显示面板和光源之间的扩散板；和反射片，其使得从所述光源部出射的光反射至所述扩散板侧，所述液晶显示装置的特征在于，所述光源部的透镜具有：来自于发光二极管的光所入射的入射面、和对所入射的光进行扩散并使其出射的出射面，所述光源部通过在中央部配置多个透镜而构成，且所述光源部被配置为所述多个透镜被排列为多列。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，
缩窄位于中央部的各个透镜的配置间隔而比其他部分更密集地配置所述多个透镜。
6.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述光源部的透镜在相邻的列之间相互错开地排列。
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