CN100426081C - 具有均匀亮度分布的发光装置 - Google Patents

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Abstract

用在LCD设备中的直发射背光单元包括在扩散板的后侧的多个伸长的灯和以矩阵形式排列在后反射板上的多个反射部件。反射部件设置在相邻灯之间的间隙中，并向扩散板反射由灯发射的光，用于获得背光单元的发射表面的均匀亮度分布。

Description

具有均匀亮度分布的发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置和液晶显示(LCD)设备，特别涉及一种发光装置的具体结构和包括该发光装置作为背光单元的LCD设备。
背景技术
公知作为透射型LCD设备的LCD设备包括作为从LC面板后侧照射LCD设备的LC面板的发光装置的背光单元。该背光单元一般分为两类：直发射型和边发射型。直发射型包括位于背光单元发射表面的后侧的多个灯，而边发射型包括在背光单元的发射表面的后侧上的导光板，用于传导由灯发射的光。与边发射型相比，直发射型实现了较高的亮度，因而尤其适于大屏幕LCD设备。
图21以分解的透视图示出了在LCD设备中使用的直发射背光单元。图22示出了沿图21中的线XXII-XXII截取的图21的背光单元的截面图。一般用数字60表示的背光单元包括后反射板11、和包括在后反射板11的前面彼此平行延伸的伸长的灯13的灯组件12。灯组件12包括连接在灯13的一端的反相器14、与连接在灯13的另一端的回路(return)基板15、和具有连接到回路基板15的第一端及连接到反相器14的地的第二端的回路电缆16。后反射板11的内表面具有例如95％的反射率，并具有光散射特性。
一对支撑部件17支撑伸长的灯13的两端，同时支撑部件17的切口部分17a容纳灯13。连续设置扩散板18和光学片组件19，以将支撑部件17压向灯13。光学片组件19例如包括扩散片、透镜片和发光膜。光学片组件19和扩散板18容纳在具有前开口的背光底盘20中，通过该开口暴露出背光单元60的发射表面20a。背光单元60通过发射表面20a向没有示出的LC面板发射光。
扩散板18和灯13的中心之间的距离例如大约为10mm，而两个相邻的灯13的中心与中心之间的距离例如大约为20mm。从灯13之一发射的一些光束直接入射到扩散板18上，而从灯13之一发射的其它一些光束在由后反射板11反射之后入射到扩散板18上。入射到扩散板18上的光束由此被扩散，并通过发射表面20a发射到背光单元60的外部。
在LCD设备中，希望背光单元具有较高亮度均匀性的发射表面，从而获得较高的图像质量。然而，由于灯13的排列，直发射型背光单元在其发射表面上一般具有不均匀的亮度分布，如图23中所示。该不均匀的亮度分布是这样的，即对应于灯的中心的发射表面部分具有较高的亮度，而对应于灯之间的间隙的发射表面的其它部分具有较低的亮度。在最近的趋势中，由于LCD设备较小的厚度，背光单元具有较小的厚度，所以由于减小发射表面和灯之间的距离而加重了发射表面上不均匀的亮度分布的问题。
为了抑制背光单元的发射表面上的不均匀的亮度，例如可在扩散板的后表面上采用点图案(dot-pattern)印刷技术。使用点图案印刷技术使得点的密度在灯的中心的前面最大，从中心沿着侧面方向减小，在灯之间的间隙中心的前面最小。点图案将从灯发射的光散射，从而适当减小灯之间的缝隙处的亮度。然而由于用于印刷的墨水材料的反射特性，点图案印刷技术引入了在发射表面上色度差的问题。
例如，专利公开JP-A-4(1992)-275525和-11(1999)-126505描述了不使用点图案印刷技术而抑制亮度的不均匀的技术。JP-A-4-275525使用了在灯之间的缝隙的后面具有凸部的后反射板，该凸部具有较高的反射率，从而增加灯之间的缝隙的前面的亮度。JP-A-11-126505使用了另一种后反射板，其具有以对应于灯的间距的间距交替排列的凸部和凹部，凹部对应于灯的中心设置。在这些公开中描述的背光单元可以增加灯之间的缝隙的前面的亮度，从而抑制了发射表面上亮度的不均匀性。
然而，在所述公开中描述的技术中，存在如下问题：根据扩散板和灯之间的距离、灯的间距、灯的直径等，后反射板的最佳曲线不同，该事实在用于确保设计的有效性的原型背光单元的设计和制造中消耗了较长的时间，尽管设计本身使用模拟来执行。
发明内容
鉴于现有技术中的上述问题，本发明的一个目的是提供一种发光装置，其能抑制亮度的不均匀性，而不在其发射表面上引入色度差。
本发明的另一个目的是提供一种包括该发光装置作为背光单元的LCD设备。
本发明提供一种发光装置，包括：光扩散板、与光扩散板以有效的(operative)关系彼此平行延伸的多个发光部件、和具有至少一个反射表面的反射部件，该反射表面的至少一部分设置在相邻的发光部件之间，并在与发光部件的延伸方向相交的方向上延伸。
本发明提供一种发光装置，包括：光扩散板，与所述光扩散板平行延伸的多个发光部件，和具有至少一个反射表面的反射部件，所述反射表面的至少一部分设置在相邻的发光部件之间，并在与所述发光部件的延伸方向相交的方向上延伸。
本发明还提供一种发光装置，包括：光扩散板；与所述光扩散板平行延伸的多个发光部件；和反射部件，其在两个所述发光部件的相邻耦合部分的附近具有至少一个反射表面，所述反射表面在与所述发光部件的延伸方向相交的方向上延伸。
本发明还提供一种发光装置，包括：光扩散板，与所述光扩散板平行延伸的多个伸长的灯，和具有至少一个反射表面并设置在与其分离的相邻两个所述灯之间的反射部件，所述反射表面相对于所述伸长的灯的延伸方向成45度-90度之间范围的角度。
根据本发明，反射部件向光扩散板反射由发光部件发射的光，以增加在发光部件之间的间隙前面的发光装置的部分发射表面的亮度，由此改善发射表面的亮度分布。
从下面参照附图的描述，本发明上述和其它的目的、特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是根据本发明第一个实施例的发光装置的分解的透视图。
图2是沿图的线II-II截取的发光装置的截面图。
图3A是图1的发光装置的顶部平面图，图3B和3C分别是沿图3A中的线B-B和C-C截取的截面图。
图4是描述图3A中所示的反射部件的放大透视图。
图5是图4反射部件附近的透视图。
图6是描述沿图3A中的线B-B截取的发射表面的亮度分布的图，附加了示出灯的布置的图。
图7A是从第一个实施例修改的第一修改例的反射部件的顶部平面图，图7B和7C分别是沿图7A中的箭头B和C观察的侧视图。
图8A是从第一个修改例修改的第二个修改例的另一种反射部件的顶部平面图，图8B和8C分别是沿图8A中的箭头B和C观察的侧视图。
图9A是从第一个修改例修改的第三个修改例的另一个反射部件的顶部平面图，图9B和9C分别是沿图9A中的箭头B和C观察的侧视图。
图10A是从第一个实施例修改的第四个修改例的另一个反射部件的顶部平面图，图10B和10C分别是沿图10A中的箭头B和C观察的侧视图。
图11A是从第四个修改例修改的第五个修改例的另一个反射部件的顶部平面图，图11B和11C分别是沿图11A中的箭头B和C观察的侧视图。
图12A是从第一个实施例修改的发光装置的一部分的顶部平面图，图12B和12C分别是沿图12A中的箭头B和C观察的侧视图。
图13A是从第一个实施例修改的另一个发光装置的一部分的顶部平面图，图13B和13C分别是沿图13A中的箭头B和C观察的侧视图。
图14A是从第一个实施例修改的另一个发光装置的一部分的顶部平面图，图14B和14C分别是沿图14A中的箭头B和C观察的侧视图。
图15是根据本发明第二个实施例的发光装置的分解的透视图。
图16是根据本发明第三个实施例的发光装置的分解的透视图。
图17是沿图16中的线XVII-XVII截取的第三个实施例的发光装置的截面图。
图18A是沿平行于扩散板的平面截取的图16或17的发光装置的截面图，图18B是沿18A中的线B-B截取的截面图。
图19是沿与图18A的线B-B对应的线截取的从第三个实施例修改的发光装置的一部分的截面图。
图20是根据本发明第四个实施例的LCD设备的分解的透视图。
图21是现有发光装置的分解的透视图。
图22是沿图21中的线XXII-XXII截取的图22现有发光装置的截面图。
图23是描述在现有发光装置的发射表面上的亮度分布的图。
图24是示出由灯发射和扩散的光的现有发光装置的一部分的顶部平面图。
具体实施方式
现在，参照附图更具体地描述本发明，其中在整个附图中，相似的组成元件用相似的参考标记表示。
图1以分解的透视图示出了根据本发明第一个实施例的发光装置。图2以沿图1中的线II-II截取的截面图示出了图1的发光装置。第一个实施例的发光装置10与图21和22中所示的现有直发射型背光单元60相似，所不同的是图1中所示的后反射板11在其上装配了多个反射部件21，该多个反射部件21排列在后反射板11的内表面上。就是说，多个反射部件21以矩阵形式排列在后反射板11上，每个反射部件21都设置在相邻灯13之间的间隙中。因而，这里省略了图1的发光装置中其它组件的描述，以免重复。图3A示出了图1的发光装置10的一部分，图3B和3C以沿图3A中的线B-B和C-C截取的截面图示出了发光装置10。
发光装置10包括固定在后反射板11上的多个反射部件21。反射部件21在平行于和垂直于灯或发光部件13的延伸方向的方向上排列。每个反射部件21都具有指向相对方向且垂直于灯13的延伸方向延伸的一对反射表面或镜表面。
图4示出了反射部件21的详细结构。从平行于反射表面43a的其侧边看，反射部件21具有“T”的整体形状。通过下面的步骤制造反射部件21，即将具有白色第一表面和贴有粘附层42的第二表面的条形片弯曲使得第二表面夹在第一表面的部分之间，并弯曲条形片的两个端部。因而，得到的反射部件21具有用于反射来自灯13的光的一对两个面对的镜面部分43和固定到后反射板11上的基部44。镜面部分43具有一对镜表面43a，其每一个都具有光散射特性和97％或更高的反射率。贴有粘附层42的基部44的底表面固定到后反射板11上。例如在镜面部分43处，反射部件21是19mm宽，4.9mm高和0.2mm厚。
条形片可由透明塑料材料形成，诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate))塑料形成，其中分散有具有光散射特性的小直径珠子。
返回图3A到3C，例如，灯13具有3mm的直径，灯13排列的间距(L1)为24.0mm，灯中心和反射部件21之间的距离(L2)为3.4mm，灯中心和扩散板18之间的距离(L3)为8.8mm。例如，反射部件21排列的间距(L4)为100mm，灯13和反射部件21之间的距离(L5)为1.0mm。反射部件21远离灯13设置，由此从灯13发射的光几乎没有被反射部件21的侧表面(图4中的40)遮蔽。
图5示出了反射部件21及其附近。平行于后反射板11从灯13发射的光束(X)入射到反射部件21的镜表面43a。在现有发光装置中，相应的光束“X”入射到相邻的灯13，由虚线“Y”所示，并被相邻的灯13的表面散射，由此增加了相邻灯13的前面的部分光学片19的亮度。在本实施例的发光装置10中，入射到反射部件21的反射表面43a上的光束“X”被散射，从而直接或被后反射板11反射后入射到扩散板18上，由此增加了反射部件21的前面的一部分发射表面20a的亮度。因而，改善了发光装置10的发射表面20a的亮度分布。
图24示出了在现有发光装置中由灯13发射并入射到相邻灯13上的光束。将图24中所示的光束与图3A中所示的光束对比，可以理解，由于存在反射部件21，其增加了灯13之间的间隙前面的亮度，所以本实施例的发光装置10在发射表面20a的亮度分布方面比现有的发光装置60优越。
在本实施例的发光装置10的设计中，可以在完成诸如后反射板11的其它组件的设计之后执行反射部件21的关于其尺寸和排列的设计。也可以对发光装置的现有设计，或对现有的发光装置执行反射部件21的设计。因而，能够容易地制造具有均匀亮度分布的发光装置，而没有引入发射表面上的色度差。
图7A示出了从上面实施例的反射部件21修改的第一个修改例的另一个反射部件22的顶部平面图，图7B和7C示出了从图7A中的方向“B”和“C”观看的截面图。该修改例中的反射部件22也具有一对白色反射表面43a，其具有光散射特性和97％的反射率。当在垂直于伸长的灯13的延伸方向的方向上观看时，镜表面43a在中心线处具有凹陷。在反射部件22中，其厚度沿从每个侧边向中心线的方向上线性减小。反射部件22的材料与第一个实施例的反射部件21的材料相似。
在该修改例中，入射到反射部件22的镜表面43a上的光更有效地从镜表面43a反射，从而增加了与灯13之间的间隙对应的一部分发射表面20a的亮度。
图8A到8C与图7A到7C类似，分别示出了从第一个修改例修改的第二个修改例的另一个反射部件23。在第二个修改例的反射部件23中，其厚度从侧边到中心线沿二次曲线，如圆弧减小。换句话说，从其顶边观看时，镜表面43a是具有凹陷的二次曲线，其中凹陷在镜表面43a的中心线处最深。
图9A到9C与图7A到7C类似，分别示出了从第一个修改例修改的第三个修改例的另一个反射部件24。在第三个修改例的反射部件24中，其厚度从每个侧边到中心线线性减小，从其基部到顶边也线性减小。反射部件24的顶边是尖锐的边，反射部件24的每个侧表面是等边三角形。该结构更有效地将光反射到与灯13之间的间隙对应的一部分发射表面。
图10A到10C与图7A到7C类似，分别示出了从第一个实施例修改的第四个修改例的另一个反射部件25。在第四个修改例的反射部件25中，其厚度在中心区域基本上为常数，并在每个侧边的附近线性减小。就是说，每个侧边是尖锐的边。反射部件25的该结构阻止了反射部件25的侧表面向相邻灯13反射由同一相邻灯发射的光。
图11A到11C与图7A到7C类似，分别示出了从第四个修改例修改的第五个修改例的另一个反射部件26。在第五个修改例的反射部件26中，其厚度在中心区域基本上为常数，并在每个侧边的附近线性减小。镜表面43a的侧边是倾斜的使得镜表面43a的宽度从基部44向镜表面43a的顶边减小。反射部件25的该结构使得反射部件25的侧边45更有效地向扩散板18反射由相邻灯13发射的光。
图12A示出了从第一个实施例修改的第六个修改例的一部分发光装置的顶部平面图。图12B和12C分别示出了在图12A中的方向“B”和“C”上的图12A的发光装置。在该修改例的发光装置中，反射部件27具有与图3中所示的反射部件21的截面结构类似的截面结构，垂直于灯13的延伸方向延伸，并跨过灯13以支撑灯13。反射部件25具有用于每一个灯13的半圆切口46以在切口46中支撑灯13。在其中反射部件27以一行形成单体的结构中，可减少用于将反射部件27组装到后反射板11上的人力。
图13A到13C与图12A到12C类似，分别示出了从第一个实施例修改的第七个修改例的另一个发光装置的一部分。该修改例的反射部件28与第六个修改例的反射部件27类似，不同的是当在平行于镜表面43a的方向上观看时，该修改例中的反射部件28具有等腰三角形的形状。
图14A与图13A类似，分别示出了从第一个实施例修改的第八个修改例的另一个发光装置的一部分。图14B和14C分别示出了在图14A中的方向“B”和“C”上的该修改例的发光装置。在该修改例中，当平行于其镜表面观看时，反射部件29具有等腰三角形的形状。反射部件29以Z形式排列。换句话说，在相邻列中的相邻两个反射部件29在列方向上彼此偏离反射部件29的排列的列间距的一半。在该结构中，由于相邻反射部件29的偏离，所以减弱了由反射部件的阵列排列所导致的亮度的不均匀性。
第一个到第五个，第七个和第八个修改例中的反射部件可以由具有光散射或扩散表面的金属膜、具有光反射特性的塑料材料、或覆盖有或贴有反射片的金属或塑料板制成。具有光反射特性的塑料材料的例子包括混合有白色染料或钛氧化物的ABS或PC塑料。反射部件可以在使用或不使用粘结剂的情况下，被机械地贴在后反射板上。
图15示出了根据本发明第二个实施例的LCD设备，其包括作为LCD设备的背光单元的第一个实施例的发光装置10。LCD设备100包括背光单元10、设置在背光单元10的前面的面板单元101、和用于将面板单元101固定到背光单元10上并定义面板单元101的屏幕102a的前护罩102。面板单元101包括LC(液晶)面板103、在其上装配驱动器IC(没有示出)并与LC面板103连接用于驱动LC面板103的多个TCP(载带封装)104、和与TCP104连接的用于给TCP104馈送驱动信号的多个驱动板105。
由于本实施例的背光单元10的功能，LCD设备100在LC面板103的屏幕102a上获得了均匀的亮度分布，因而具有极好的图像质量。
图16以分解的透视图示出了根据本发明第三个实施例的发光装置。图17示出了沿图16中的线XVII-XVII截取的图16的发光装置的截面图。本实施例的发光装置51是用在具有一对LC面板的LCD设备中的直发射型的双侧型(double-sided)背光单元。双侧型背光单元15包括壳体20、在壳体20中包括彼此平行延伸的多个伸长的灯13的灯组件12、和设置在壳体20的两个边附近并平行于灯13延伸的一对侧反射板11。灯组件12具有与第一个实施例中的灯组件类似的结构，其中回路电缆16在一个侧反射板的附近的壳体20外部延伸，以连接到回路基板15。
本实施例的发光装置51包括垂直于灯13的延伸方向延伸的多个反射部件30。反射部件30在灯13的延伸方向上以均匀的间距排列。反射部件30具有多个圆形通孔47，其每一个都对应于并容纳灯13中的一个。
灯组件12包括在灯13的两端中的每一个端的附近的一对灯支架17。灯支架17具有多个半圆形切口17a，其每一个都对应于并容纳灯13中的一个。通过将扩散板18和光学片19固定于其间的一对底盘20来构成灯壳体，以确定壳体20的空间。底盘具有暴露背光单元51的发射表面20a的开口。
图18示出了反射部件30的结构。反射部件30具有“[”的整体形状，并包括条形反射部分43和一对用于固定反射部件30的44。一对腿44借助于粘附层42固定到侧反射板11上。侧反射板11由白色PET塑料制成，并具有97％的反射率。
在本实施例的发光装置中，反射部件30向扩散板18反射由灯13发射的光，由此增加两个发射表面20a，尤其是与灯13之间的间隙对应的部分的亮度。因而，通过反射部件30减弱了亮度的不均匀性。
图19示出了从第三个实施例修改的修改例的另一个反射部件31的一部分。反射部件31包括与在其中容纳灯的通孔47的每一个对应的狭缝48。灯可通过狭缝48插入通孔47中。这减小了用于组装发光装置的人力。
图20以分解的透视图示出了根据本发明第四个实施例的LCD设备，其包括第三个实施例的发光装置51。LCD设备106构造成双侧型LCD设备，其包括第三个实施例的发光装置51、每一个都设置在发光装置51的两个发射表面20a的一个上的一对LC面板101、和用于定义在其中容纳LC面板101和背光单元51的壳体的一对前护罩102。双侧型LCD设备106具有一对屏幕102a，这实现了均匀的亮度。
本发明的发光装置可用作除LCD设备中的背光单元以外的其它设备，例如室内照明或其它照明。本发明的发光装置可以包括彼此同心设置的圆形灯。在该情形中，圆形灯的切线方向称作圆形灯的延伸方向。
本发明的发光装置可包括多列，每一列都包括多个灯。在该情形中，因为由于在一列中灯的不连续而使在该列中相邻灯的耦合部分具有较低的亮度，所以应当在耦合部分的附近设置反射部件，以增加亮度，从而获得均匀亮度。
注意，用在本文中使用的术语“多个发光部件”包括两个含义：多个灯和单个灯的多个发光部分。也应注意，本文中使用的术语“基本上垂直”包括45度和90度之间的角。
尽管仅仅举例地描述了上面的实施例，但本发明并不限于上面的实施例，在不脱离本发明范围的情况下，本领域技术人员可很容易地做各种修改或替换。

Claims (23)

1. 一种发光装置，包括：光扩散板，与所述光扩散板平行延伸的多个发光部件，和具有至少一个反射表面的反射部件，所述反射表面的至少一部分设置在相邻的发光部件之间，并在与所述发光部件的延伸方向相交的方向上延伸。
2. 根据权利要求1的发光装置，其中所述至少一个反射表面包括指向相对方向的一对反射表面。
3. 根据权利要求2的发光装置，其中所述反射部件通过折叠具有第一表面和第二表面的条形片从而使所述第二表面夹在所述第一表面的部分之间来形成，其中第一表面具有特定反射率，第二表面在其上具有粘附层。
4. 根据权利要求3的发光装置，其中所述反射部件具有1mm或更小的厚度。
5. 根据权利要求1的发光装置，进一步包括与所述光扩散板相对设置的后反射板，以将所述发光部件和所述反射部件夹在中间，其中所述反射部件固定到所述后反射板上。
6. 根据权利要求2的发光装置，其中所述反射表面相对于穿过所述相邻灯之间的间隙的中心线的平面具有对称性，并在所述中心线处具有最大深度的凹陷。
7. 根据权利要求6的发光装置，其中所述反射表面具有在所述中心线处彼此交叉的两个平面。
8. 根据权利要求6的发光装置，其中所述反射表面是弯曲表面。
9. 根据权利要求2的发光装置，其中当从所述反射部件的一个端面观看时，所述反射部件是等腰三角形。
10. 根据权利要求2的发光装置，其中所述各反射表面在所述反射部件的中心部分处彼此平行，并且在所述反射部件的两端以锐角彼此交叉。
11. 根据权利要求10的发光装置，其中在所述两端附近，所述反射部件在其基部处具有比在其顶部处大的厚度。
12. 根据权利要求11的发光装置，其中所述反射表面具有光散射特性。
13. 根据权利要求1的发光装置，其中多个所述反射部件与所述发光部件交替设置。
14. 根据权利要求13的发光装置，其中多个所述反射部件设置在平行于所述发光部件的所述延伸方向的列方向上。
15. 根据权利要求14的发光装置，其中在相邻列中的相邻反射部件在所述列方向上彼此偏离。
16. 根据权利要求1的发光装置，其中所述反射部件在垂直于所述发光部件的所述延伸方向的方向上与所述发光部件交叉。
17. 根据权利要求1的发光装置，其中所述反射表面具有97％或更高的反射率。
18. 根据权利要求1的发光装置，其中在所述发光部件和所述反射部件靠近观察者的一侧上设置单个的所述光扩散板。
19. 根据权利要求1的发光装置，其中设置一对所述光扩散板，以将所述发光部件和所述反射部件夹在中间。
20. 一种液晶显示设备，包括液晶面板和作为所述液晶面板的背光单元的根据权利要求1的发光装置。
21. 一种发光装置，包括：光扩散板；与所述光扩散板平行延伸的多个发光部件；和反射部件，其在两个所述发光部件的相邻耦合部分的附近具有至少一个反射表面，所述反射表面在与所述发光部件的延伸方向相交的方向上延伸。
22. 一种液晶显示设备，包括液晶面板和作为所述液晶面板的背光单元的根据权利要求21的发光装置。
23. 一种发光装置，包括：光扩散板，与所述光扩散板平行延伸的多个伸长的灯，和具有至少一个反射表面并设置在与其分离的相邻两个所述灯之间的反射部件，所述反射表面相对于所述伸长的灯的延伸方向成45度-90度之间范围的角度。
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