CN1043082C - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种采用适合于背光照明装置的棱镜透镜的聚光装置，它使装置薄且成本低。一个液晶显示装置，包括：一个用来显示字符及图形的显示装置，它包括由至少一个液晶板构成的显示部分；一个照亮液晶板显示部分的照明装置；一个将照明装置发出的光线会聚到液晶板显示部分的聚光装置。一种棱镜透镜包括许多棱镜部分及一个平面部分。该平面部分可形成在两相邻棱镜部分间的底部，也可以采用棱镜部分间顶部和底部平面部分的组合。

Description

液晶显示装置
本发明涉及一种液晶显示装置，特别是一种用于液晶显示装置中的背光照明装置中、采用棱镜透镜来会聚背光照明光线的照明装置，以及一种用于便携式个人电脑、文字处理机和液晶电视等装置中的透射式液晶显示装置，及一种适用于这种透射式液晶显示装置的背光照明装置，特别是一种采用光导板的背光照明装置。
液晶显示装置(LCD)不发光，故使用时需被光照射。这样，液晶显示装置都带有背光照明，以保证所需的光照度。背光照明装置由光源和扩散光元件构成。从白炽灯(点光源)和莹光灯(线光源)等光源发出的光线被散光元件转变成光面，以从背面照亮液晶显示装置。已有许多种带背光照明的液晶显示装置。
例如，在未经审查的日本专利申请公开说明书JP-A-2-77726中公开了一种液晶显示装置，它有一个置于点光源和液晶显示板之间的球形聚光透镜，并具有一个球形菲湿尔透镜。
在未经审查的日本专利申请公开说明书JP-A61-15104中公开了一种液晶显示装置，它具有一个由许多置于线光源和带三角棱镜的散光板之间的光导元件构成的散光装置。
在未经审查的日本实用新型公开说明书JP-U,2-62417中公开了一种液晶显示装置，它具有一个置于光源和散光板之间的透明板，该透明板上具有许多槽，用作与光源相对的棱镜。
一种增加显示光线亮度的方法是通过棱镜透镜来会聚背光照明装置的散射光以大某一方向上增加显示光的亮度。
如上所述，采用普通棱镜透镜可在某一方向增加液晶显示装置的亮度，但也产生了无光线的视角。这会降低LC显示装置的图象质量。相应地，散光板通常置于棱镜透镜与液晶板之间。这意味着光线再次受到会聚和发散。这样就不能达到采用棱镜透镜所要达到的效果。可以通过将棱镜透镜的顶角增到使无光线角度从而可忽略其效应的程度来去掉散光板。但这会使棱镜透镜的效果减小，因为棱镜的顶角愈大其会聚力愈小。
普通的液晶显示装置存在一个问题，即外部光线会被透明保护板的前面和背面或液晶板的前表面所反射，从而降低图象的清楚程度。
普通的液晶显示装置不能减小厚度而同时增加其显示屏的亮度。例如，采用直接的底部反射型背光照明很难减少液晶显示装置的厚度。通过增加电流来增加灯的亮度会造成灯的发热，从而损坏置于屏幕周围的用作水平和垂直驱动器的集成块。很难同时满足上述两个要求。
普通的光导型背光照明装置的缺点之一就是，单个的元件可能伸长产生不均匀的间隔，或者在组装过程中移位，从而在装置工作时造成背光光线亮度的不均匀。特别是在组装非常薄的元件(例如0.2毫米厚的会聚、散光及反射板)时须特别小心，以防止伸长或错位并避免元件的错误定位，并且防止因灰尘污染表面造成的液晶显示屏上的黑点及亮点。此外，普通的背光照明装置会在灯与光导板或在装置与外壳之间的缝隙漏光，造成显示图象亮度的降低。
已有技术的其它缺点是：液晶板的视角特性在垂直方向十分窄。这样，既使背光光线在所有角度均匀加在液晶显示板上，由于显示板在垂直方向上的视角很窄，所示图象质量难于改善。
本发明旨在增加带有边缘光照型背光照明装置的液晶显示装置的亮度并减小反射。
技术主题为：(1)增加背光照明装置的亮度，(2)减小液晶板的反射。
列于主题(1)，本发明提出一种背光照明装置，包括一个灯(光源)，一个光导板，一个散光板及一个会聚板。另一方面，日本专利申请JP-A-61-15104和JP-U,2-62417公开了相关的已有技术。前一篇已有技术文献与本发明相同的是采用了边缘光照型背光照明装置，但该装置由光源、光导板以及一个用来消除液晶板光照不均匀性的双层散光板。后一篇已有技术文献中采用了直接底部反射型背光照明装置，包括一个光源、一个会聚板和一个散光板，光线通过散光板照在液晶板上，而本发明的背光照明装置是通过会聚板使背光光线照在液晶板上。
简而言之，第一篇已有技术文献只是为了避免在显示屏上产生不均匀亮度，而第二篇已有技术文献是为了最大限度地增加屏幕上特定位置的亮度，而不考虑不均匀亮度的问题。本发明是为了增加显示屏幕前轴向的亮度并且同时尽可能防止产生不均匀亮度。
对于主题(2)，本发明建议将前表面涂有A R涂层(反射涂层)的透明保护板及液晶板用胶粘在一起。
在未经审查的日本专利公开说明书JP-A-3-188420中公开了一种装置，它采用了一个圆形偏光板和一个1/4位相基片的组合来减小液晶板的表面及保护板的背面产生的反光。但这种组合要求在液晶板及透明保护板之间存在空气隙。而本发明是通过将保护板及显示板用胶粘在一起来消除液晶板的表面及透明保护板的背面产生的反光。
本发明的目的在于提供一种聚光装置，它采用棱镜可有效地会聚光线而不必采用散光板，它适用于背光照明装置中，使得可以较低的成本制出较薄的背光照明装置。
本发明的另一个目的是提供一种液晶显示装置，它的显示屏上亮度增强而整个装置的厚度减小。
本发明的另一个目的是提供一种带背光照明的液晶显示装置，它通过一个其方向特性相对于液晶显示板使正前方具有最大亮度的聚光系统来获得从背光照明装置沿斜线方向散射的光线，并且减小外部光线通过液晶板的反射，以此来增加显示屏正面轴向的亮度并改善清晰程度。
为了实现上述目的，本发明提出，一个液晶显示板(它包括至少一个彩色滤光玻璃片和一个折光板)被一个粘上的透明保护板即覆盖，并形成一个防反射层以减小外部光线通过表面的反射。
可以通过消除无光线角度并提供棱镜部分的多种顶角来获得一种在液晶显示装置中可有效地会聚背光光线的棱镜透镜，而无需使用通常采用的散光板。采用这种棱镜透镜就使背光照明装置厚度减小并可以低成本制造。
根据本发明的液晶显示装置由于其莹光灯置于背光照明装置的侧面而可以被作得更薄。驱动电路集成块置于液晶显示板上，远离灯装置，以使其在增加亮度的情况下不损害显示屏。灯装置可拆地安在液晶显示装置外壳上，从而易于更换。
根据本发明的背光照明装置，在液晶板及散光板之间设置一个聚光板，它具有大量类似棱镜的槽，其间隔窄于沿液晶板垂直方向上象素的间距，该聚光板可将向上和向下反射的光线会聚到轴向以增加显示屏正面亮度，由此充分利用背光光线。
根据本发明，可以提供一种光导型背光照明装置，它包括一个光导板、一个低反射板、一个散光板和一个具有大量类似棱镜的槽的聚光板，槽的间距很接近于液晶显示屏的垂直象素，其中所有上述部件沿边缘焊在一起以形成整体的背光照明装置，而高反射率的元件覆盖在光导板侧面、背光照明装置的内表面及散光板的凸起上。这样构成的背光照明装置不存在由于装配过程中各部件的位移而造成的不均匀亮度，并且不存在漏光，从而保证了背光光线的充分利用。
图1表示已有技术中棱镜透镜的聚光作用；
图2表示已有技术中棱镜透镜的光折射；
图3表示已有技术中棱镜透镜的全反射角；
图4表示已有技术中棱镜透镜的折射状态；
图5表示已有技术中棱镜透镜的另一种折射状态；
图6是一种典型的透射背光照明型液晶显示装置；
图7A是普通液晶显示装置的正视图；
图7B是沿图7A中ⅦB-ⅦB线的截面图；
图8A是另一种普通液晶显示装置的正视图；
图8B是沿图8A中ⅧB-ⅦB线的截面图；
图9是光导型背光照明装置的示意图；
图10是直接底反射型背光照明装置的示意图；
图11A表示本发明采用的棱镜透镜；
图11B表示图11A的棱镜透镜的光学特性；
图12表示本发明另一个实施例的棱镜透镜，可通过对平面部分和棱镜部分表面积的调整来调整其光学特性；
图13A表示本发明另一实施例的棱镜透镜；
图13B表示根据顶角、平面部分及棱镜部分表面积而改变的光学特性；
图13C表示棱镜透镜的另一个实施例；
图13D表示棱镜透镜的另外一个实施例；
图14A表示本发明棱镜透镜的另一实施例；
图14B表示一种棱镜透镜，它可通过棱镜的无光角来作标记；
图15A表示图14A棱镜透镜的另一个实例；
图15B表示图15A的显示屏在视角36.5°的情形；
图15C表示图15A的显示屏在38.6°视角的情形；
图16是本发明实施例的液晶显示装置；
图17是图16装置的部分放大图；
图18A是本发明液晶显示装置的正面图；
图18B是沿图18AⅩⅧB-ⅩⅧB线的截面图；
图19A是用于液晶显示装置中的灯的正视图；
图19B是沿图19AⅩⅨB-ⅩⅨB线的截面图；
图20表示本发明的背光照明装置的结构；
图21是图20的部分放大图；
图22是本发明背光照明装置的另一实施例；
图23A是本发明又一个背光照明装置实施例；
图23B是沿图23AⅩⅩⅢB-ⅩⅩⅢB线的截面图；
图24是图23B中B部分的放大图；
图25A是本发明背光照明装置的另一实施例；
图25B是图25A所示背光照明装置的另一实例；
图26表示根据本发明的视角随背光照明装置亮度的变化曲线。
增加显示亮度的一个方法是采用棱镜透镜来会聚背光照明装置的发散光以增强在某一方向上的显示亮度。下面结合附图详细介绍已有技术中棱镜透镜的原理。
图1A、1B表示棱镜透镜的聚光作用，图1A是液晶显示装置的一般结构，图1B表示棱镜透镜的视角特性，其中A和B光线分布比例。板1由许多小块棱镜透镜构成。标号2表示液晶显示板，标号3表示由光导板、反射板、散光板及光源(如莹光灯管、电致发光器或日光)构成的背光照明装置，而标号4表示散光板。
图2表示光折射定律。当光线以入射角θ1进入折射率为n的介质中时，光线按下式以θ0折射：
        θ0=Sin-1((Sinθ1)/n         (1)
当折射的光线通过介质进入空气，它按下式以θ折射：
        θ=Sin-1(n Sinθ0)
          =Sin-1(n Sin(Sinθ-1(Sinθ1)/n))
          =θ1                                (2)
式(2)表示在入射平面与出射平面彼此平行时入射角等于出射角。
图3表示全反射角。光线以90°入射角进入介质并按下式以θ11mit角折射。这样，如果入射光线超过该角度，则不产生折射而所有光能均被内表面反射。该角度被称为全反射角：
            θ1fmit=Sin-1((Sin90°)/n)
                      =Sin-1(1/n)                               (3)
图4表示棱镜透镜的折射状态。光线以入射角θ1进入介质并以式(1)表示的折射角θ1折射。如果棱镜透镜的顶角为θp则折射光按下式以角度θ2到达棱镜透镜的边界：
            θ2=90°-θ1-θp/2                              (4)
光线按下式以角度θ3(光线与棱镜表面垂线的角度)从棱镜透镜射出：
            θ3=Sin-1(n Sinθ2)                             (5)
最后，光线以下式表示的θ0被折射：
            θ0=90°-θp/2-θ3
                    =α-Sin-1(n Sin(α-Sin-1(Sinθ1)/n))    (6)
其中α=90°-θp/2。
这部分出射光线相当于图1中光分布的A部分。
当光线的入射角θ1为90°时，出射角如下：
            θ0=α-Sin-1(n Sin(α-Sin-1(1/n)))              (7)
如果出射角超过上述角度，不会有光出现，且亮度急剧下降。该临界角将被称为无光角。
图5表示棱镜透镜的另一种折射状态。一部分光线在棱镜内部被反射后从其射出。光线以入射角θ1进入棱镜，并以(1)式表示的角度θ1成为折射光。若棱镜的顶角为θp，折射光以下式表示的角度θ2到达棱镜边界：
              θ2=θp/2-θ1
              (90°-θ1=θ2+90°-θp/2)                       (8)
如果θ2小于(2)式所定的全反射角，光线就会被棱镜的表面全部反射。该反射光以下式表示的角度θ3到达棱镜透镜边界：
              θ3=θ2+θp-90°
              (θ3=180°-90°-(180°-θp-θ2))                (9)
此光线以下式表示的角度θ4(光线与棱镜表面法线间的角度)通过棱镜透镜：
               θ4=Sin-1(n Sinθ3)                            (10)
最后，光线以下式表示的角度θ0被折射：
               θ0=90°-θp/2-θ4
                    =α+Sin-1(n Sin(θp-α-Sin-1(Sinθ1)n))  (11)
其中α=90°-θp/2
这部分光线相应于图1B光分布的B部分。
图6表示典型的透射背光照明型液晶显示装置，包括一个液晶板5，该板5包括彩色滤色玻璃5a、一个偏光板5b及一个黑色陈列5c等，以获得从背光光线(未画出)发出的白光构成的透射光图案，该装置还包括一个由丙烯酸树脂制成的透明面板7，它与液晶板的正面(不面对背光光线的一面)之间具有空气层6。透明面板7保护液晶板5，防止其受到机械力的作用以及灰尘的污染。
在这种液晶显示装置中，从背光装置(未画出)发出的白光通过液晶板5，由穿过空气层6和透明面板7的光线在屏幕上构成图象。
另一方面，影响液晶显示清晰度的一个重要因素是外部光线通过液晶显示装置前表面的反射。一般来说，光线在折射率不同的两种介质的界面的反射如下式：
R=[(n1-n2)2/(n1+n2)2]×100％
其中R为反射率，n1、n2为折射率。
反射光线以上述反射率形成。下面进一步详细说明外部光线的反射。
当外部光线到达透明面板7(假定其折射率为1.5，透射率92％)的前表面(入射硕)7a，约4.3％的入射光被表面7a反射，而约4.1％的入射光被透明面板7的背面7b反射。当入射光穿过透明面板7到达偏光板5b的前表面5b1(假定其折射率为1.49，透射率为41％)时，约3.3％的入射光被表面5b1反射。当光线穿过偏光板5b到达位于彩色滤色玻璃5a上的黑色阵列5c的表面5c1(假定其反射率为30％。象素的孔径比为40％，而彩色滤色玻璃的透射率为95％)时，约11.6的入射光被黑色阵列5c的表面5c1反射。外部光线在彩色滤色玻璃5a的前表面5a1(与偏光板5b的界面)的反射可忽略不计，因为彩色滤色玻璃5a的折射率几乎与偏光板5b相同。
如上所述，普通的液晶显示装置由其前表面反射约23.3％的外部光线，这使显示屏幕上图象的清晰度降低。特别是在有大量外部光线时，反射光会比液晶显示装置图象还发亮，这会大大降低图象对比度，即降低清晰程度。
相应地，为了减少前表面的反射光以改善液晶显示装置的清晰度，曾在液晶显示装置的透明面板上涂以防反射涂层。
用带有防反射涂层的薄层来防止光的反射的原理是，防反射涂层使某一波长的入射光与被背面反射的光线位相相反，使其相互抵消。这样就清除朝向前表面的反射光。
增加防反射涂层的数目就能减少所有波长的光反射。
用于液晶电视机的普通透射型液晶显示装置主要采用如图7A、7B及图8A、8B所示的直接反射型背光照明装置。
图7A、7B表示采用U形莹光灯的背光照明装置，其中用于水平驱动的集成块14a和14b通过TAB(胶带自动粘接)分别装在玻璃板12的上边和下边，而用于垂直驱动的集成块15a和15b则通过TAB粘在玻璃板12的左侧。集成块14a、14b和15a、15b通过一个包住液晶显示装置外壳17的元件而接在驱动器板16上。灯装置13包括U形莹光灯18、反射板19、散光板20以及从液晶外壳17右侧插入的换流器21。换流器21包括灯驱动电路，并接到U形莹光灯18上。通过沿前头A方向取出灯装置13就可更换莹光灯18。
在这样构成的液晶显示装置中，驱动装置的TAB包装可倾斜以减小屏幕框架的尺寸，但很难使U形莹光灯18的直径更小，这样，灯装置13的尺寸必定很厚，造成整个装置厚度增加。
图8A和8B表示采用直管形莹光灯18的液晶显示装置，它在构造上比图7A和7B的液晶显示装置要小。在这种情况下，用于水平驱动的集成块14a、14b、用于垂直驱动的集成块15a、15b及驱动器板16装在液晶板11的同一平面中，以减小液晶显示装置的厚度。直管型莹光灯18可具有较小的直径。这可使灯装置13较薄，从而使液晶显示装置的厚度可以减小。
图9和图10是普通透射型液晶显示装置的结构图，它们分别带有光导型背光照明装置(图9)及底部反射型背光照明装置(图10)。在图9和图10中，具有液晶板31、反射器32、散光板33、具有侧输入表面34a、前表面34b及底表面34c的光导板34、反射板35、莹光灯36以及反射板37。
在图9中，画出了一个光导型背光照明装置，其中莹光灯36发出的光直接地或经反射器32反射后通过侧输入表面34a进入光导板34，再反复在底表面34c和前表面34b间反射，然后以均匀的背光光线从前表面向上射出。在光导板34的背面安有反射板35，它将从光导板34底表面泄漏的光线反射回光导板34，从而充分利用光线。从光导板34射出的光线被散光板33散射成具有有限方向性的均匀散射光，并照亮液晶板31。
参照图26，在这种结构中当灯置于液晶显示装置上部时，从光导板34发出的光具有方向性A，其最大亮度是在较低位置观察到的，即方向性并不对应于液晶板的视角D。这意味着显示的最大亮度不能在屏幕的前面获得。
这样，光导板34一般在其正面安有散光板33，以获得具有较小方向性B′的均匀光线，如图26所示。已有技术中另一个类似的例子是一种背光照明装置，它在光导板前面具有一个聚光板，并在聚光板上有一个散光板33。然而，这种改进并不能取得预想的效果，因为背光光线在被会聚后又被散射。
所有部件及背光照明装置的外壳均带有凸起，并通过这些凸起装在外壳上。但由于各部件太薄，且彼此不固定，则在装配过程中它们会产生位移，从而造成背光光线的不均匀亮度。
已有技术中另一个典型例子是直接底反射型背光照明装置，它可采用直管状、U形或W形灯管。图10所示的装置包括直管形莹光灯。从灯36发出的背光光线直接地或经反射板37反射后射入散光板33，从而将均匀散射的光线投向液晶显示板31。
现在参照附图详细介绍本发明的最佳实施例。
图11A和图11B分别表示本发明的棱镜透镜的折射特性(图11A)及机角特性(图11B)。在图11A中，标号41和42分别表示棱镜透镜的棱镜部分及平面部分，标号43表示棱镜透镜本身。在图11B中，A表示棱镜部分的视角特性，B表示平面部分的视角特性，C表示整个系统的视角特性。在图示的情况下，平面部分42设置在棱镜部分41的上面，然而若将平面部分42置于棱镜部分41之间或既设置在棱镜部分之上又设置在其之间，也可取得同样效果。设图11A中棱镜的顶角为θp，则棱镜透镜的无光角如下式：
        θ0=α-Sin-1(n Sin(α-Sin-1(1/n)))
其中α=90°-θp/2
因为在超过此角时无光线，所以单一棱镜透镜会突然失去亮度。但根据本发明，如(2)式所述，平面部分的入射角等于其出射角，而θ0小于90°，则在θ0时仍出现光线。在θ0角方向的光线强度可通过平面部分面积与棱镜部分面积的比例加以调整。
参照图12，一组棱镜部分41之间设置有平面部分42，其棱镜透镜的视角特性可通过平面面积及棱镜部分的数目来调整。
例如，若棱镜透镜的棱镜顶角为θp=90°，折射率为1.585(聚碳酸脂，根据下式其无光角为35.6°:
  θ0=α-Sin-1(n Sin(α-Sin-1(1/n)))
       =45°-Sin-1(1.585 Sin(45°-Sin-1(1/1.585)))
       =36.5°
由于θ0＜90℃，则在θ0角方向出现光线全是因为平面部分的缘故。
图13A-13D是本发明棱镜透镜的另一个实施例结构。在图13A-13D中，标号41和43表示棱镜部分和棱镜透镜。在图13B中，A表示棱镜P1的视角特性，B表示棱镜P2的视角特性，C表示整个系统的视角特性。棱镜透镜的设计应考虑到视角特性及液晶显示装置和背光照明系统所需的视场角。当图13A中的棱镜透镜中的棱镜部分的顶角分别为θp1和θp2，无光角由(6)式确定：
     θ01(2)=α-Sin-1(n Sin(α-Sin-1(1/n)))
其中α=90°-θp1(2)/2。
由于角度大于上述角度时不会出现光线，所以单一的棱镜透镜突然地失去亮度。但根据本发明，棱镜透镜具有不同的顶角，使光线可以射向角度θ01(2)。沿角度θ01(2)方向的光线强度可以通过棱镜部分的顶角和面积来调整。图13C表示在各棱镜部分具有不同顶角的透镜。参照图13D，一组棱镜部分被置于具有不同顶角的两组棱镜部分之间，其棱镜透镜的视角特性可通过棱镜部分的面积及棱镜部分的数目来调整。
例如，当棱镜透镜的棱镜具有顶角70°(θp1)及100°(θp2)、而折射率为1.585时，无光角如下：
θ01=33°-Sin-1(1.585 Sin(33°-Sin-1(1/1.585)))
     =29.3°
θ02=40°-Sin-1(1.585 Sin(40°-Sin-1(1/1.585)))
     =38.6°
由于无光角彼此相差10°，则两个顶角不同的棱镜的组合可消除无光区。
如上述图11A、11B及图13A-13D所示的实施例所述，可通过调整棱镜部分顶角来消除无光角。这意味着当你在正面观察LC显示器上的图象时你可以看到整个图象，而当你换一个角度从某一方向观察时你可在显示屏的背景中看到字符或图案。这是通过有选择性地在棱镜透镜的某些部分消除无光角来实现的。
图14A和14B表示一个实例，它通过在棱镜板上设置平面部分使得仅在某一视角可以看到LC显示屏背景中的字符或符号。例如，在棱镜透镜顶角θp为90°、折射率为1.585时，无光角计算如下：
θ0=45°-Sin-1(1.585 Sin(45°-Sin-1(1/1.585)))
    =35.6°
当沿35.6°视角观察屏幕时，你可以看到在正面观察时看不到的符号(如图14B中的○△×□)。这样你可以在屏幕上作任何标记，例如用于质量控制，而不必担心影响LC的图象质量。此外，也可以在屏幕图象的某一区域通过加强亮度来强调以获得同样的效果。
图15A-15C表示的实例通过在棱镜板上设置不同顶角的棱镜来得许多无光角。例如，在图15B中若棱镜的顶角为70°，一般在29.3°视角下原来不可见的符号▲●■■成为可见符号，而在图15C中棱镜顶角为100°，则在38.6°视角下原来不可见的符号○○□○成为可见符号。在两种情况下这种可见性是由在平面部分标记而获得的。
图16表示根据本发明实例的背光照明透射型液晶显示装置。
根据本发明的液晶显示装置包括液晶板44，它包括一个彩色滤色玻璃44a、一个偏光板44b及一个黑色阵列44c等以获得一个由背光装置(未画出)发出的白光产生的发光图象；该显示装置还包括由丙烯酸树脂构成的透明面板45，它紧密地安在液晶板的正面(不面对背光装置的一面)。透明面板45用于保护液晶板44免受机械力的直接作用以及被灰尘污染。
在这种液晶显示装置中，透明面板45与液晶44的偏光板44b由一种折射率近似等于它们的胶48粘在一起。
图17是图16中A部分的放大图，表示透明面板45，它具有一个非眩光不平滑表面部分45a以将反射光散射，在其不平表面上涂有厚度为几埃的防反射涂层46。
在这种液晶显示装置中，由背光装置(未画出)发出的白光进入并通过液晶板44，以通过透射光在屏幕上形成图象，它可通过透明面板45而被观察到。
外部光线在液晶显示装置前表面的反射如下：
通过防反射涂层46，外部光线在透明面板45的前表面(入射表面)45a的反射可被减小到入射光线的约0.1％。在透明面板45的背表面不产生反射，因为透明面板45与偏光板由一种其折射率近似等于两块板的胶粘在一起。当入射光线穿过偏光板到达彩色滤色玻璃44a上的黑色阵列44c的表面44c1时，假定黑色阵列的反射率为30％，象素的孔径比为40％，而彩色滤色玻璃的透过率为95％，则约有11.6的光线被黑色阵列44c的表面44c1反射。被液晶显示装置的前表面反射的外部光线为全部外部光线的约11.8％，这个数字表明与前述的普通液晶显示装置相比外部光线的反射减少到了1/2。光线在彩色滤色玻璃44a的前表面44a1(与偏光板44b的界面)处的反射可忽略不计，因为彩色滤色器44a的折射率近似等于偏光板44b的折射率。
透明面板45通过其防反射涂层46避免产生外部入射光线的反射，并且通过防反射涂层上的不平表面将反射的外部光线散射从而既使在明亮的地方也可以改善显示屏幕的清晰度。
图18A和18B是本发明实例的液晶显示装置结构图，它包括薄膜晶体管(TFT)、一个玻璃板52、一个液晶外壳53、水平驱动集成块54a、54b、垂直驱动集成块55a、驱动器板56、反射板57、一个直管型莹光灯58、一个灯反射器59、一个灯罩60、一个散光板61、一个聚光板62及一个光导板63。在图18A和18B中，标号51表示一个液晶平板，它包括一个填有液晶的玻璃板52，并具有带象素的薄膜晶体管(TFT)、彩色滤色器RGB、象素间的黑色阵列及接到各象素的数据总线、以及安有水平驱动集成块54a、54b及垂直驱动集成块55a、55b的驱动器板56。集成块54a、54b置于玻璃板52的下边，而集成块55a、55b则安在玻璃板52的左边。这些集成块连接在玻璃板52的TFT象素上。灯装置包括直管形莹光灯58，它安在背光照明装置的侧表面(图18B的上边)。灯罩60固定直管形莹光灯58，灯反射器59环绕着灯，如图19A和19B所示。灯58的引线通过热熔断器61a、61b连接到灯罩60外表面设置的电极端62a、62b上。
背光照明装置包括：一个光导板63，用来通过其侧面接收来自莹光灯58的光线并将光线均匀地传到并散射到整个屏幕上；置于光导板63背面的反光板57，以反射光线；一个散光板61，以对光导板63正面的光线进行散射；以及一个聚光板62，以根据液晶显示板51的视角特性相应的方向性将散光板发出的光线会聚。这些部件均置于玻璃板52背面的平面层中。
上述液晶板51，灯装置及背光照明装置均由液晶显示器外壳53固定。
由莹光灯58发出的光及经反射器59反射的光线经光导板63的侧面进入其中，从而被均匀地传输并散射。反射板57将从光导板63底面漏出的光线反射回光导板63。光线经过光导板63的前表面并进入聚光板62，被朝向液晶板51前表面的方向进一步会聚。这样，从聚光板62发出的光线可具有相应于液晶板视角特性的方向特性，大大增加显示屏幕的正面轴向亮度。
整体地装有灯58及灯反射器59的灯装置可拆式安在液晶显示装置外壳60上。这样，当灯58的寿命接近结束或者损坏时，任何人都可以很方便地更换整个灯装置。
图20是本发明实例的光导型背光照明装置的结构图，该装置包括液晶板71、聚光板72、散光板73、光导板74，它具有侧面输入部分74a、前表面74b及底表面74c，该装置还包括反射板75、灯76及反射器77。
由莹光灯76发出的光线直接地或经反射器77反射后经光导板74的侧表面74a进入其中，经其底表面74c及前表面74b间的反复反射后作为均匀的背光光线向上从其前表面射出。在光导板74的背面安有反射板75，它将光导板74底表面漏出的光线反射回光导板74中，从而使光线得以充分利用。从光导板74射出的光线由散光板73散射，通过将具有较小方向性的光线散射来均匀照亮液晶板71。
此实施例有别于图9所示的普通背光照明装置，其棱镜状的聚光板72置于液晶板71与散光板73之间。在此实施例中，以一定角度向上和向下传输的背光光线被棱镜状的聚光板72沿轴向会聚。这样，该装置可具有图26中所示的视角特性C，它与液晶板的方向特性D相似，与图26中所示的普通散光板的视角特性B、B′相比，它可大增加轴向亮度。
在水平方向采用带棱镜状槽的聚光板72，如图21的放大图所示，可在垂直视角方向得到聚光特性。如果聚光板72的棱镜状槽的间距基本上等于液晶板71垂直象素的间距，会产生周期性的不均匀亮度，造成液晶显示图象的多条条纹。
相应地，当液晶板71的象素在垂直方向的间距为200微米时，聚光板72上棱镜状槽的间距不应超过50微米，这样就消除了产生莫尔条纹的可能性。
图22是直接底反射型背光照明装置的结构图。其中反射板为78，其它部件与图20中相同标号的部件相似。此实施例有别于图10的已有技术，其具有较窄间距棱镜状槽的聚光板72置于散光板73上。
这样，以一定角度向上或向下传输的光线通过棱镜状聚光板72而沿轴向会聚。该装置可具有图26所示的视角特性C，它与液晶板的方向特性相似，且与上述情况相似，可大大改善轴向亮度。
图23A和23B是采用焊接的光导装置的背光照明装置的结构图，图24是图23B中B部分的放大图。在图23A、23B和图24中，示出一个聚光板81、一个散光板82，它具有凸起82a，以及一个具有输入部分83a、前表面83b和底表面83c的光导板83、反射板84、液晶板85的图象区、反射器86、灯87、液晶板88、带有焊接部分89a和凸起89b、89c的背光照明装置89以及一个反射元件90。
从莹光灯87发出的光直接地或经反射器86反射后经光导板83的输入部分83a进入其中，在其底表面83c及前表面83b之间反复反射后从其前表面射出。反射板84将从光导板83的底表面漏出的光线反射和回光导板83。从光导板83射出的光线进入散光板82，被散射成无方向性的均匀光线。在此实施例中，在散光板与液晶板之间设置一个聚光板81，它使具有普通视角特性B′(如图26所示)的光线成为与液晶板相似的视角特性C，使得向上、向下及向斜向的光线沿正面轴向会聚。这些光线使液晶板上的图象的正面亮度增加。在水平方向具有棱镜状槽的聚光板可在垂直的具有一定角度的方向上获得所需的聚光效果。但如果聚光板上棱镜状槽的间距基本上等于液晶板上垂直象素的间距，会产生周期性不均匀亮度，表现为液晶显示装置所显示图象的莫尔条纹。相应地，若液晶板上象素的间距在垂直方向上约为200微米，而聚光板上棱镜状槽的间距不大于50微米，则会消除莫尔条纹。
本发明还提出了一种使上述各部件焊在一起以形成整体装置的方法，详述如下：
在将由丙烯酸树脂制成的其热胀系数为6-7×10-5厘米/厘米/℃的)光导板83及散光板82、由聚碳酸脂制成的其热胀系数为2×10-5厘米/厘米/℃的聚光板以及其热胀系数为1.8×10-5厘米/厘米/℃的反射板焊在一起后就形成了具有4时大小屏幕的一个装置。在0-50℃温度下运转的装置可能会有0.2-0.3毫米的热变形，从而引起背光光线的不均匀亮度。相就地，本发明提出图23A所示的方案，使背光照明装置89的尺寸在每边都比液晶显示屏幕88大3毫米左右，且每个部件都在用于安装背光装置壳91的两个定位凸起89b、89c之一处焊在一起，如图25B所示。这种方案可消除屏幕在装置焊接部分产生不均匀亮度的可能性，同时还可消除由于热变形而产生不均匀亮度的可能性，因为各部件都可自由地膨胀和收缩。
防止光导板边缘处漏光的方式如下：
一种方法是将反射板83d、83e分别粘在光导板83的两个侧面，如图25A所示。
另一种方法是通过使光导板的表面面对其它部件的表面，即面对背光照明装置91除了用来安装液晶板的上表面91d外的所有表面来使光导板83在所有表面处被包起来。该部件所有面对光导板的表面都由高反射率的材料制成或涂以这些材料。
图24为图23B中B部分的放大图。在灯87与光导板83的光线输入表面83a之间的部分由反射器86及反射板84包起来，但如图23b所示，散光板82具有一个伸向反射器86方向的端部82a。这样，由灯87发出的光可从散光板82凸起的端部漏出并射向液晶板，造成显示屏幕的不均匀亮度，并造成亮度的损失。相应地，一个反光元件90被粘在散光板82的凸出部82a的下表面，以防止光线漏出。

Claims (10)

1．一种液晶显示装置，包括：
一个显示字符或图形的显示装置，该显示装置包括由至少一个液晶板构成的显示部分；
一个照亮该液晶板显示部分的照明装置；
一个聚光装置，将照明装置发出的光线在液晶板显示部分处进行会聚；
其特征在于，该聚光装置包括一个棱镜透镜，它具有许多棱镜部分，以将照明装置发出的光以等于液晶板视角的角度进行会聚，棱镜透镜包含一些顶角不同的棱镜部分。
2．一种液晶显示装置，包括：
一个显示字符或图形的显示装置，该显示装置包括由至少一个液晶板构成的显示部分；
一个照亮该液晶板显示部分的照明装置；
一个聚光装置，将照明装置发出的光线在液晶板显示部分处进行会聚；其特征在于，该聚光装置包括一个棱镜透镜，它具有许多棱镜部分，以将照明装置发出的光以等于液晶板视角的角度进行会聚，棱镜透镜包括许多棱镜部分，每一棱镜部分具有几个顶角。
3．一种液晶显示装置，包括：
一个显示字符或图形的显示装置，该显示装置包括由至少一个液晶板构成的显示部分；
一个照亮该液晶板显示部分的照明装置；
一个聚光装置，将照明装置发出的光线在液晶板显示部分处进行会聚；
其特征在于，该聚光装置包括一个棱镜透镜，它具有许多棱镜部分，以将照明装置发出的光以等于液晶板视角的角度进行会聚，棱镜透镜具有平面部分与许多棱镜部分的组合。
4．如权利要求1、2或3的液晶装置，其特征在于，该照明装置包括一个灯、一个从其侧面接收灯所发出的光线并将光线均匀传输并散射的光导板、一个置于光导板背面以将光线从光导板背面反射回去的反射板以及一个置于光导板正面以散射光线的散光板；该聚光装置置于照明装置的散光板正面和液晶板的背面之间，以将散光板发出的光线会聚成与液晶板视角相等的角度。
5．如权利要求1、2或3的液晶装置，其特征在于，照明装置包括一个灯、一个置于灯的背面以将光线反射向液晶板的反光板以及一个置于灯的前面以将光线散射光板；聚光装置置于照明装置中散光板的前表面与液晶板背面之间，以将光线会聚成与液晶板视角相等的角度。
6．如权利要求1、2或3的液晶装置，其特征在于，聚光装置包括一个棱镜状的聚光板，在其表面具有间距小于液晶板垂直方向上象素间距的棱镜状槽。
7．一种液晶显示装置，包括：
一个用来显示字符或图形的显示装置，该装置包括由至少一个液晶板构成的显示部分；
一个用来照亮液晶板显示部分的照明装置；
一个聚光装置，用来将照明装置发出的光线会聚到液晶板的显示部分；
所述显示装置的特征在于，照明装置包括一个灯、一个从其侧面接收灯所发出的光线并将光线均匀传输并散射的光导板、一个置于光导板背面以将光线从光导板背面反射回去的反射板以及一个置于光导板正面以散射光线的散光板；
其特征还在于，聚光装置、光导板、反射板及散光板在至少一个不影响液晶板显示部分的位置上彼此整体地焊在一起。
8．一种液晶显示装置，包括：
一个用来显示字符或图形的显示装置，该装置包括由至少一个液晶板构成的显示部分；
一个用来照亮液晶板显示部分的照明装置，该照明装置包括：一个由至少一个灯以及一个用来沿一个方向反射光线的反射器整体构成的灯装置；一个由从其侧面接收灯所发出的光线并将光线均匀传输并散射的光导板以及一个置于光导板背面以反射光导板背面射出光线的反射板整体构成的背光照明装置；以及一个置于光导板正面以将光导板正面射出的光线散射的散光板；
一个将照明装置发出的光线会聚到液晶板显示部分的聚光装置；
一个液晶显示装置外壳，以将灯装置、背光照明装置及液晶板以固定位置安在一起；
其特征在于，水平驱动集成块和垂直驱动集成块安在液晶板相邻两边上，而灯装置安在液晶板其余的没有集成块的两边之一。
9．一种液晶显示装置，包括：
一个用来显示字符及图形的显示装置，该装置包括由至少一个液晶板构成的显示部分；
一个照亮液晶板显示部分的照明装置；
一个减小液晶板表面反射的减小反射装置；
一个将照明装置发出的光线会聚到液晶板显示部分的聚光装置；
其特征在于，聚光装置包括一个棱镜透镜；它具有许多棱镜部分，以将照明装置发出的光线以液晶板视角的角度进行会聚。
10．如权利要求9的液晶装置，其特征在于，减小反射装置包括一个透明板及置于透明板正面的防反射涂层，而该减小反射装置安在液晶板的正面。
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