CN101382701B

CN101382701B - 影像显示装置

Info

Publication number: CN101382701B
Application number: CN2008101355778A
Authority: CN
Inventors: 长吉真弓; 大内敏; 村田诚治; 都留康隆
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: JP5033545B2; JP2009063684A; CN101382701A; US20090059125A1; US7940351B2

Abstract

本发明涉及一种影像显示装置，该影像显示装置具有：多个射出光的光源；使从所述多个光源射出的光均匀化的光均匀部；配置于多个光源的上方、对来自光均匀部的光进行全反射的全反射部；对全反射部所全反射的光进行导向的导光部；对来自导光部的光进行扩散并射出的第一扩散部；使来自第一扩散部的光平行化的平行化部；以及根据影像信号而将来自平行化部的光调制为光学图像并进行显示的液晶面板。

Description

影像显示装置

技术领域

本发明涉及使用液晶显示元件的影像显示装置，特别是关于用于向液晶显示元件照射光的背光单元的改良。

背景技术

在日本专利特开2004-272055号公报中，给出了具有以下结构的设备，即，在具有导光板以及向导光板照射光的LED光源，并且导光板在其侧面侧具有圆弧状的光入射用凹部，在凹部内收存LED光源的侧光型面光源装置中，导光板的形状为随着从形成有光入射用凹部的侧面开始的距离的增大，宽度增大的大致梯形形状，在与光入射用凹部相对的侧面侧上具有光射出面，光射出面上有选择地设置有光扩散部。而且，在日本专利特开2004-272055号公报中，给出了具有以下结构的设备，由于在导光板的光射出面14的第一区域15中，形成有作为光扩散部的棱镜面13，在第二区域16、17中形成有平面部18、19，所以各区域的射出光的透过、散乱的程度不同。

在日本专利特开2004-272055号公报中，由于在导光板的光射出面的全面上设置的扩散部会使光透过或反射，特别是在扩散部的LED光源正上方的部分，在来自LED光源的射出光内，也是以高亮度状态而入射，所以在侧光面的整体上，就难以亮度均匀化地进行影像显示。

而且，在日本专利特开2004-272055号公报中，由于导光板具有随着从形成有光入射用凹部的侧面的距离的增大，宽度增大的大致梯形的形状，所以装置难以薄型化。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供能够实现薄型化的影像显示装置。

为了解决上述问题，例如，可以采用权利要求范围内记载的结构。

本发明涉及一种影像显示装置，该影像显示装置包括：多个射出光的光源；使上述多个光源射出的光均匀的光均匀部；配置于上述多个光源的上方、对来自上述光均匀部的光进行全反射的全反射部；对被上述全反射部全反射的光进行导光的导光部；对来自上述导光部的光进行扩散从而射出的扩散部；使来自上述扩散部的光平行化的平行化部；以及根据影像信号而将来自上述平行化部的光调制为光学图像并进行显示的液晶面板。

本发明还涉及一种影像显示装置，其通过液晶面板将从多个光源射出的光调制为光学图像并进行显示，在该影像显示装置中，从观察影像的一侧开始依顺序配置有：上述液晶面板；使光平行化的平行化部；使光扩散并射出的扩散部；对光进行全反射的全反射部；对光进行导向的导光部；使光均匀化的光均匀部；以及多个射出光的光源。

根据本发明能够实现显示影像的亮度的均匀及装置的薄型化。

附图说明

图1是液晶电视的概略图。

图2A、2B是光学单元2的平面图。

图3A、3B是光学元件4的俯视图。

图4是表示液晶面板1与光源3的配置关系的图。

图5是表示并列配置2个光源3的情况下，从光源3射出的光的能量分布的图。

图6是将多个光学元件4配置为锯齿格子状(千鳥格子状)的图。

图7是表示实施例1的图。

图8是表示实施例2的图。

图9是表示实施例3的图。

图10是表示实施例4的图。

图11是表示实施例1的另一例的图。

图12是表示实施例1的另一例的图。

图13是表示实施例1的另一例的图。

图14是是表示实施例5的图。

图15是表示实施例5的另一实施例的图。

具体实施方式

下面使用附图说明本发明的实施方式。并且，在各图中，对于具有共同功能的要素都赋予同样的符号，为了避免繁杂，对于说明过一次的要素，以后的重复说明将予以省略。

图1是使用背光单元(バ_ツクライトユニ_ツト)的液晶电视的概略图。液晶电视的背光单元，是由液晶面板1与光学单元2所构成。而且，光学单元2是由基板上配置的光源3，与光源3的上表面配置的光学元件4所构成。光学元件4可以是多个相连而加工成一枚的片状，也可以是各自分别加工。

图2A、2B是光学单元2的平面图。在实施例中，作为光源3，例如可以使用LED光源，激光光源。而且所使用的光源的颜色，例如可以是使用红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、黄色(Y)的单色光源，也可以使用白色(W)的光源。例如，如图2A所示，在使用RGB的3个光源的情况下，可以将光源3配置为三角形，如图2B所示，在使用RGBY或RG₁G₂B的4个光源的情况下，可以将光源3配置为四角形。通过使用多个光源，能够扩大颜色再现范围，得到高画面质量的影像。在以下说明的实施例中，是对使用3个或4个光源3的情况进行的说明，但是使用于光源3的光源的数目并不限于这些。而且，光学元件4例如可以是通过PMMA、ZEONOR(ゼオノア)、OZ、聚碳酸酯(ポリカ)、玻璃、硅等进行加工。

图3A、3B是表示设置在光学元件4的与液晶面板1相对的面上的平行化部10的图。平行化部10，如图3A所示，例如是由多枚透镜阵列等使光平行化的透镜所构成。另外，例如，如图3B所示，平行化部10也可以由双面凸透镜构成。利用该平行化部10，能够相对于液晶面板1的面使光平行化，从而使之大体垂直地射入，能够进行高亮度的影像显示。

图4是表示液晶面板1与光源3的配置关系，图5是表示并列配置2个光源3的情况下，从光源3射出的光的能量分布的图。如图4所示，在光源3的发光角度为θ，从光源3对于液晶面板1所引的垂直线的距离为h，相邻的光源3之间的距离为d，相邻光源3之间的距离的一半为x，来自光源的光的分布近似于cos⁴θ的情况下，将2个光源并列配置的情况下的发光能量分布示于图5。由此，以下的式子成立：

(公式1)

E(θ)＝E₀cos⁴θ

(公式2)

x＝h tanθ

(公式3)

d＝2x

(公式6)

cos²θ＝1/1+tan²θ

在h≤20时，例如，如图6所示，在将设置有该光源3的多个光学元件4配置为锯齿格子状，并且在距离光源3为距离x的点A而测定亮度不均的情况下，d≥h/0.58的式子成立。以下对其理由加以说明。

根据本发明者的实验可知，即使是不使用光学元件4，也能够使d＝12mm，d＝25mm的情况下的亮度均匀化。但是，在h≤20的情况下，仅由光源3就难以实现亮度的均匀化。这是由于来自光源3的直接光的影响强，会产生强的峰值。所以，在h≤20的情况下，为了使亮度均匀化，就必须定义h与d的关系。例如，如图6所示，在以光学元件4中设置的4个光源作为一个集合，对于点A有10个正六边形的光学元件4起作用的情况下，根据(公式1)、(公式2)、(公式6)及图4，有以下的(公式4)成立。

(公式4)

\frac{E_{0} h^{4}}{{({(\sqrt{3} x)}^{2} + h^{2})}^{2}} \times 2 + \frac{E_{0} h^{4}}{{({(\sqrt{7} x)}^{2} + h^{2})}^{2}} \times 4 + \frac{E_{0} h^{4}}{{(x^{2} + h^{2})}^{2}} \times 2 + \frac{E_{0} h^{4}}{{({(3 x)}^{2} + h^{2})}^{2}} \times 2 = E_{0}

而且，由(式4)，厚度h与间距d的关系满足下面的(公式5)

(公式5)

d＝h/0.58

根据以上的结果，在从光源3射出的光的亮度分布相互重合的情况下，由于相邻的光源3之间最暗的部位也与峰值亮度等同，所以能够使影像显示装置薄型化，同时能够使显示的影像的亮度均匀化。

而且，在液晶面板1的照射面与光源3之间，还可以设置具有扩散光的特性的光学膜、薄片、棱镜片等。以上述要点为基础，对影像显示装置的具体实施例加以说明。

以下使用图7，对实施例1进行说明。

图7是表示图2的X-X′部的截面的图。在图7中，1是液晶面板，2是光学单元，3是射出光的光源，4是光学元件，5是导光部，6是光源用凹孔，7是光均匀部，8是全反射部，9是第一光扩散部，10是平行化部。

在图7中，全反射部8设置于光源3的上方，第一光扩散部9设置于比全反射部8距离液晶面板1近的场所。而且，在图7中，从观察影像一侧(箭头方向)看，顺序配置有液晶面板1、平行化部10、第一光扩散部9、全反射部8、导光部5与光源3。进而，由于将全反射部8形成为向光源3一侧凹的形状，能够使全反射部8所反射的光到达导光部5的整体，所以能够使得显示的影像均匀化。

从光源3射出的光，由光均匀部7均匀化，入射到光学元件4，入射到光学元件4的光，由全反射部8反射，导入导光部5，由导光部5反射的光，由第一光扩散部9扩散，由平行化部10平行化，入射到液晶面板1。

在图7中，通过设置半球状的光源用凹孔6，使光源3与光学元件4非接触设置，能够稳定地设置光源3。通过将光源用凹孔6的形状设置为半球状，能够使得从光源3射出的光，无折射地全部入射到光学元件4，提高光的利用效率。

而且，在图7中，在影像显示装置的制造时，在设置光源3的场所发生了误差及偏离的情况下，通过设置光均匀部7，将光源3的光轴修正到光学元件4的中心轴，就能够降低显示的影像的亮度不均匀、颜色不均匀。

进而，在图7中，光均匀部7形成为将一个或多个半径不同的圆锥或圆台重叠。如图7所示，在全反射部8是平面的情况下，可以在全反射部8上设置光扩散部、反射部、遮光部。被全反射部8反射的光，入射到螺旋管(トロイド)、透镜、棱镜、衍射晶格等所形成的导光部5，由导光部5向多个方向反射、扩散，扩展到光学元件4内，入射到第一光扩散部9。

在图7中，第一光扩散部9，大小不同的多个颗粒埋入光学元件4中，使第一光扩散部9的光透过率为30～100％。通过第一光扩散部9对来自光学元件4的光进行扩散，能够使显示的影像的亮度均匀化。

从第一光扩散部9射出的光，入射到平行化部10，在平行化部10，以沿垂直方向入射到液晶面板1的面的方式修正光的角度，在从液晶面板1的外面观察时，能够得到高亮度、高画面质量的影像。

而且，在实施例1中，是对将光扩散层埋入光学元件4的例子进行的说明，但是，如果在光学元件4的上面形成第一光扩散部9，再在其上面形成平行化部10，也能够增加入射到液晶面板1的光，同时使亮度均匀化。

而且，在实施例1中，导光部5可以是如图11所示的平面形状，也可以是如图12所示的球面形状，也可以是如图13所示，由多个棱镜所形成。

(实施例2)

图8是表示实施例2的图，与图7同样，是表示图2的X-X′部分的截面的图。还有，在实施例2中，与实施例1相同的方面，为了简化，其说明都予以省略。

在实施例2中，与实施例1的不同点在于，在光均匀部7中设置有圆柱状或棱柱状的光导管。其他部件都与实施例1同样。

作为光均匀部7的光导管，是由光学树脂等所构成。通过使光均匀部7的光导管的下面形成凹透镜状，与实施例1同样，能够提高光的利用效率。而且，如果按照使作为光均匀部7的光导管的两端平行的方式形成，则能够防止向光源3的返回光。

而且，作为光源3，在使用多个R用光源、G用光源、B用光源等不同色的单色光源的情况下，为了高效率地反射从这些光源射出的光，混合这些颜色，在光均匀部7的宽度为W，光均匀部7的长度为H的情况下，通过使W≒H，就能够实现。为了将影像显示装置进一步薄型化，在W>H的情况下，必须对光均匀部7的侧面进行实施铝等的反射膜的处理，反射光。

(实施例3)

图9是表示实施例3的图，与图7同样，是表示图2的X-X′部分的截面的图。还有，在实施例3中，与实施例2相同的点，为了简化，其说明都予以省略。

在实施例3中，与实施例2的不同点在于，在作为光均匀部7的光导管的内部设置有用于扩散光的第二光扩散部11。其他部件都与实施例2同样。在作为光源3，使用多个R用光源、G用光源、B用光源等不同色的单色光源的情况下，为了高效率地反射从这些光源射出的光，必须均等地混合这些颜色，通过在光导管内部设置用于扩散光的第二光扩散部11，能够在第一光扩散部9与第二光扩散部11扩散来自光源的光，并进一步实现光的均匀化，同时能够降低所显示影像的颜色不均匀。

(实施例4)

图10是表示实施例4的图，与图7同样，是表示图2的X-X′部分的截面的图。还有，在实施例4中，与实施例3同样，与实施例1相同的方面，为了简化，其说明都予以省略。

在实施例4中，与实施例1的不同点在于，使得全反射部8的前端向光源3削尖突出，由双面凸透镜形成平行化部10，在平行化部10的上面进行作为第一光扩散部9的膜的涂层处理。

通过使全反射部8的前端向光源侧削尖突出，能够使来自光源3的光对于导光部5的前面均等地入射，实现显示的影像的亮度均匀化。

(实施例5)

图14是表示实施例5的图，与图7同样，是表示图2的X-X′部分的截面的图。还有，在实施例5中，与实施例4同样，与实施例1相同的方面，为了简化，其说明都予以省略。

与实施例1的不同点在于，使光均匀部7的内侧为空洞，在光均匀部7的侧面设置反射膜12，在光均匀部7的空洞中设置光源3。

而且，如图15所示，即使在光源用凹孔6的内部形成光均匀部7，当然也能够得到同样的效果。

而且，虽然未图示，但是在光源3使用向360°方向射出光的点光源的情况下，通过在光均匀部7的底部设置反射镜，将从点光源射出的光中向着与液晶面板1相反方向的光反射为向着液晶面板1的方向的光，也能够提高光的利用效率。

Claims

1.一种影像显示装置，其特征在于，包括：

多个射出光的光源；

使所述多个光源射出的光均匀的光均匀部；

配置于所述多个光源的上方、对来自所述光均匀部的光进行全反射的全反射部；

配置于所述全反射部的下方、对被所述全反射部全反射的光向上方加以反射从而进行导光的导光部；

在与所述全反射部相比的更上方侧并且在平面视图中以包围该全反射部的周围的方式设置的、对来自所述导光部的光进行扩散从而射出的扩散部；

在所述扩散部的上方并且在平面视图中以包围该全反射部的周围的方式设置的、使来自所述扩散部的光平行化的平行化部；以及

根据影像信号而将来自所述平行化部的光调制为光学图像并进行显示的液晶面板。

2.根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述全反射部是向着所述光源侧的凹形状。

3.根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述平行化部是多枚透镜阵列或双面凸透镜。

4.根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述光均匀部是光导管，

所述光导管的长度与所述光导管的宽度大体相同。

5.根据权利要求4所述的影像显示装置，其特征在于：

所述多个光源由相互不同颜色的多个光源所构成，

在所述光导管的侧面上设置有对来自所述光源的光进行扩散的第二扩散部。

6.根据权利要求5所述的影像显示装置，其特征在于：

所述多个光源配置于所述光均匀部的空洞内。

7.根据权利要求6所述的影像显示装置，其特征在于：

在所述导光部的底部，设置有反射镜。

8.根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

设所述多个光源中的任一个光源与所述液晶面板之间的距离为h，所述多个光源中各光源之间的距离为d，在h≤20mm时，满足d≥h/0.58的关系。