CN101900303A - 光学元件、照明装置以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学元件、照明装置及显示装置。其中，用于照明装置的光学元件、照明装置、以及使用该照明装置的显示装置能够通过利用多个导光部件执行表面光发射，并且抑制颜色不均匀性的产生。

Description

光学元件、照明装置以及显示装置
相关申请的交叉参考
本发明要求于2009年5月26日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-126486的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本公开涉及一种使用导光板的照明装置以及包括该照明装置的显示装置。
背景技术
典型地，在诸如电视机、便携式电话、笔记本PC(个人计算机)以及数码相机的各种电子设备中使用的液晶显示器(LCD)包括照明液晶面板的背光。作为背光，例如，使用其中在导光板侧面上设置发光二极管(LED)的光源模块。作为LED，发白光的LED芯片安装在耐热聚合物、陶瓷等的封装(package)上，并且用在很多场合。
近年来，通过并排设置多个这种光源模块，照明装置可用于大屏幕尺寸，并且已经提出了所谓的局部驱动方法(例如，日本未审查专利公开第2008-108623号)。
这里，在如上所述的使用LED的光源模块中，通过允许白光从LED射入导光板内部，并且从导光板的一个表面(光发射面)提取该白光来执行表面光发射。然而，那时，从LED芯片射出的部分光从封装侧面泄露，并且射出至LED顶部而没有射入导光板内部。这种泄露光通过透过封装而变为有点微黄色的带色的光。因此，微黄色的光混入对应于LED的配置位置的导光板的发光面射出的白光中。
在用于诸如便携式电话的移动应用的液晶显示器中，由于屏幕尺寸小，所以在许多情况下单独使用光源模块。因此，LED设置在显示屏幕(的边框内)外部，并且来自LED的泄露光在边框内被屏蔽。因此，在单独使用导光板的情况下，上述泄露光的影响尤其不是问题。
然而，如同日本未审查专利公开第2008-108623号的照明装置，在其中并排设置多个光源模块的结构中，LED设置在靠近导光板的边界处。即，LED设置在显示屏幕的局部区域中。因此，在使用多个导光板的照明装置中，存在靠近导光板的边界处产生上述的颜色不均匀的问题。
鉴于前述问题，期望提供一种照明装置以及使用该照明装置的显示装置，该照明装置能够通过利用多个导光部件来执行表面光发射，并且能够抑制颜色不均匀性的产生。
发明内容
根据实施例的照明装置，可以执行其颜色由于透过光源的封装部件等而改变的泄露光的颜色校正。因此，可以通过利用多个导光部件来执行表面光发射，并且可以抑制颜色不均匀性的产生。因此，根据本实施例的显示装置，可以显示图像质量的劣化程度较小的图像。
在实施例中，提供了用于照明装置的光学元件。光学元件包括具有一定的透光度的遮光层，以及设置在遮光层上的彩色板(colorsheet)。彩色板具有与从光源射出的光的颜色互补且不同于白光的颜色。彩色板在光透过彩色板和遮光层传输时，改变从光源射出的光的颜色以减小光源颜色和白光之间的差异。
在光学元件的实施例中，光源是多个发光二极管，并且彩色板和遮光层对于多个发光二极管是公共的。在光学元件的另一实施例中，光源位于邻近至少一个导光板的边缘，并且光从光源传输至导光板和彩色板。
在另一实施例中，提供了照明装置，该照明装置包括导光板、包括补色板和设置在补色板上的遮光层的光学元件以及光源。光源发出第一光分量至导光板，发出第二光分量至光学元件，第二光分量具有不同于第一光分量的颜色。补色板具有与第二光分量的颜色互补的颜色，并且补色板改变第二光分量的颜色，使得透过补色板和遮光层的光以基本上类似于从导光板射出的第一光分量的颜色从那里射出。
在照明装置的实施例中，第一光分量的颜色是白光，而第二光分量在透过至少一部分封装后而不同于白光。在照明装置的另一实施例中，光源位于邻近导光板的边缘，并且光学元件位于光源之上。在另一实施例中，光源包括多个沿导光板的边缘设置的发射白光的发光二极管。在另一实施例中，补色板包括多个对应于多个发光二极管中的每一个的离散部分，每个部分位于各个发光二极管之上。
在另一实施例中，提供了一种显示装置。该显示装置包括液晶面板以及照明液晶面板的照明装置。照明装置包括导光板阵列、设置在各个导光板的一个或更多边缘的多个光源以及位于至少一部分光源之上的光学元件。至少一个光学元件包括补色板以及设置在补色板上的遮光层。至少一个光源射出第一光分量至各个导光板，并且发出第二光分量至各个光学元件，第二光分量不同于白光，并且具有不同于第一光分量的颜色。补色板具有与第二光分量的颜色互补的颜色，并且至少一个补色板在第二光分量透过补色板和遮光层传输时改变第二光分量的颜色以减少第二光分量的颜色和白光之间的差异。
在显示装置的一个实施例中，至少一个光学元件对于多个光源是公共的。在另一实施例中，至少一个光学元件对于多个导光板是公共的。在又一实施例中，对于多个导光板公共的光学元件为带状，并且位于导光板相邻行或列之间的边界处。
在显示装置的另一实施例中，第一光源包括多个发光二极管，并且位于第一导光板的第一边缘处，第二光源包括多个发光二极管，并且位于邻近第一导光板的第二导光板的第二边缘处。而且，第一和第二光源在相邻的第一和第二导光板之间彼此相邻，并且在相反方向射出光至它们各自的导光板。在实施例中，光学元件对于至少第一和第二光源是公共的。
通过下面的详细描述和附图，此处描述的另外的特征和优点将是显而易见。
附图说明
图1是示出根据实施例的照明装置的示意性结构的平面图和侧面图。
图2是示出图1所示的照明装置的表面光发射状态的示意图。
图3是示出根据比较实例的照明装置的表面光发射状态的示意图。
图4是示出根据比较实例的照明装置的色度(x)的特性图。
图5是示出根据比较实例的照明装置的色度(y)的特性图。
图6是示出根据实例的照明装置的色度(x)的特性图。
图7是示出根据实例的照明装置的色度(y)的特性图。
图8是用于说明在使用全遮光板的情况下亮度分布的示图。
图9是示出根据修改实例的照明装置的示意性结构的平面图和侧面图。
图10是示出根据应用实例的显示装置的堆叠结构的示图。
图11是示出图10所示的显示装置的示意性结构的透视图。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述实施例。将按照下列顺序进行描述：
1.实施例：照明装置的实例，其中堆叠补色板和遮光板以覆盖导光板之间的间隙
2.修改实例：为每个LED设置补色板的实例
3.应用实例：使用照明装置作为背光的显示装置的实例
1.实施例
(照明装置1的结构)
图1的A部分示出根据实施例的照明装置(照明装置1)的平面结构，而图1的B部分和C部分分别示出侧面结构。例如，照明装置1用作诸如液晶显示器的显示装置的背光，并且通过在相同平面上二维排列多个导光板10而形成。在彼此相邻的导光板10之间的间隙A中，设置作为光源的LED 11。在这个实施例中，设置补色板(complementary color sheet)(层)13以覆盖LED 11上的间隙A。此外，在补色板13上，设置遮光板(层)12。补色板13和遮光板12构成照明装置的光学元件。下文，将描述每个部分的具体结构。
导光板10是平板形状的光学部件，其将光传输并引导至光发射面。用于导光板10的材料实例包括诸如聚碳酸酯和丙烯酸的透明材料。每个导光板10的平面形状是正方形，并且在正方形的两个相对面的侧面上设置一个或更多(这里，3个)LED 11。在每个导光板10中，例如，顶面是光发射面，而用于漫反射的反射板(图中未示出)设置在底面上。因此，在导光板10中，从侧面射入的光通过使LED 11发光而被引导至光发射面。此外，导光板10的平面形状可以是正方形，或矩形。
LED 11例如是发射白光的发光二极管，并且例如安装在其中二极管芯片由耐热聚合物、陶瓷等形成的封装上。在导光板10的侧面上设置LED 11，使得二极管芯片的光发射面朝向导光板10的内部，而封装部分暴露于导光板10的外部，即，导光板10之间的间隙A。LED 11例如安装在柔性印刷电路(FPC)(图中未示出)的电路板等上，并且响应驱动电路部分(图中未示出)的控制而切换到导通和截止。这里，尽管以在导光板10的一个侧面上设置3个LED的情况为例进行了描述，但是LED 11的数量、配置间隔等没有特别地限定，并且可以根据必要的光量、导光板10的尺寸等适当地设定。
遮光板12旨在抑制由于来自LED 11的泄露光而导致的亮度的局部增加(发射光线的产生)。然而，在这个实施例中，遮光板12没有完全遮蔽来自LED 11的泄露光，并且在一定程度上具有透光率。这种遮光板12例如是具有100μm厚度的白色反射板(PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯)。
补色板13执行来自LED 11的泄露光的颜色校正，并且是以与泄露光的颜色互补的颜色着色的板，并具有透光率。具体地，来自LED 11的泄露光是微黄色的光，因此以蓝色着色的板用作补色板13。用于该板的材料实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。在本实施例中，设置补色板13作为用于沿间隙A排列的多个LED 11的公共板。因此，补色板13和遮光板12的组合构成照明装置的光学元件，因为它们分别具有颜色校正和遮光的双重光学功能。
(照明装置1的操作和效果)
接下来将描述本实施例的操作和效果。图2示意性示出了图1所示的一个导光板10中的表面光发射的状态。如图2所示，在本实施例中，从LED 11进入导光板10内部的光L1在导光板10中被重复反射和传输并从导光板10的顶面(发光面)作为照明光L2被提取出来。因此，在照明装置1中产生表面光发射。
然而同时，产生了从LED 11并未进入导光板10内部而射出导光板10外部的光(泄露光)。该泄露光是从LED芯片射出且部分从封装侧部泄漏的光，并且实际上发射到LED 11的顶部。这种泄露光通过透过LED 11的封装而变为微黄色的光。
这里，作为本实施的比较实例，将描述不设置补色板的情况下的表面光发射。图3示意性地示出了根据比较实例的照明装置的一个导光板100中的表面光发射的状态。在比较实例中，除了比较实例中没有设置补色板外，其结构与该实施例的照明装置1的结构相同。即，LED 101设置在二维排列的多个导光板100之间的间隙中，并且具有透光率的遮光板102直接设置在间隙上。
在比较实例中，上述的泄露光(L3)实际上作为照明光射出，因此，微黄色泄露光(L3)混入从对应于LED 101的配置位置的导光板100的光发射面发射的白色照明光L2中。因此，在靠近导光板100的边界产生颜色的不均匀性。
例如，这里，图4的A部分示出比较例中没设置补色板的情况下的照明光的色度(x)。这时，如图4的B部分所示，在一个方向中并排设置5个导光板100，在导光板100之间的间隙中设置LED101，并且直接在间隙上设置遮光板102。图5的A部分示出相同情况下的照明光的色度(y)。以这种方式，在其中没有设置补色板的结构中，可以理解的是，色度(x)和色度(y)在接近导光板100的边界处增加大约0.005。特别地，在这种色度改变沿着一个方向持续存在的情况下，这种色度改变甚至通过肉眼也可以识别为颜色不均匀。
另一方面，在本实施例中，在LED 11上设置了以黄色的互补色蓝色着色的补色板13。因此，上述的微黄色的泄露光通过穿过补色板13而在颜色上被校正，并且以白光从补色板13射出。因此，可以在整个照明光中获得颜色均匀的白光。
例如，在图6的A部分中，照明光的色度(x)作为该实施例的实例示出。这时，如图6的B部分所示，在一个方向并排设置5个导光板10，并且在导光板10之间的间隙中设置LED 11。在LED11上以补色板13和遮光板12这样的顺序来设置补色板和遮光板，从而覆盖间隙A。然而，仅在接近中心的两个位置(距离中心+40mm和-40mm的位置)设置补色板13。在图7的A部分中，示出相同情况下的照明光的色度(y)。在两幅图中，同样示出了图5所示的比较实例的色度以用于比较。如图6的A部分和图7的A部分所示，设置补色板13的位置上的色度(x)和色度(y)没有增加，即，应当理解为改善了颜色的不均匀性。
如上所述，在本实施例中，在相同平面上设置多个导光板10的情况下，在彼此相邻的导光板10之间的间隙A中设置LED 11，在LED 11上设置补色板13。因此，从LED 11的封装侧面泄露且具有微黄色的泄露光可以得到颜色校正并射出。因此，可以在接近导光板10的边界处发射颜色均匀的白光。因此，可以通过利用多个导光板来执行表面光发射，并且可以抑制颜色的不均匀性。因此，特别地，可以实现适于大型显示装置以及利用局部驱动方法的显示装置的背光。
当遮光板12没有完全遮蔽光且具有透光率时，可以使整个照明装置1的亮度均匀。这里，如图8的A部分所示，在其中以一个方向排列导光板10的结构中，在间隙A中设置LED 11，将考虑仅在一个位置设置完全遮光的全遮光板103而在其它位置设置遮光板12的情况。在这种情况下，如图8的C部分所示，尽管在与具有透光率的遮光板12的位置对应的位置处并未见亮度减弱，但是在与全遮光板103的位置对应的位置处亮度减弱了，因此难以形成均匀的亮度分布。因此，如图8的B部分所示，通过使用具有透光率的遮光板12，可以在照明装置1的整个区域中获得均匀的亮度分布。
在照明装置1中，可以在导光板10(发光面)上设置各种类型的光学膜。光学膜的实例包括漫射板(diffusion plate)、漫射膜、透镜膜以及反射偏光膜。通过这种光学膜，可以调整从导光板10射出的光的面内亮度分布和射出角度，并且可以形成作为背光的照明光。
2.修改实例
接下来将描述上面实施例的修改实例。图9的A部分示出了根据修改实例的照明装置(照明装置2)的平面结构，而图9的B部分和C部分分别示出了侧面结构。与上面实施例相同的参考标号将用于表示同样的部件，因此将适当省略描述。
在这个修改实例中，在间隙A中，仅直接在LED 11上设置补色板21。即，补色板21变薄，并且为每个LED 11设置补色板。如同上面实施例的补色板13，补色板21执行来自LED 11的泄露光的颜色校正，并且是以与泄露光的颜色互补的颜色(例如，蓝色)着色的板。
以这种方式，只要补色板21设置在LED 11上，就可以将在间隙A中的补色板21变薄。甚至在这种情况下，可以获得与上面的实施例相同的效果。
3.应用实例
例如，根据上面实施例和修改实例的照明装置(照明装置1和2)适合用于接下来将描述的显示装置3。然而，下文将以照明装置1为例进行描述。
图10示出显示装置3的堆叠结构。图11是示出显示装置3的透视图，以示出它的内部结构(照明装置1部分)。例如，显示装置3是液晶显示器，并且包括光学功能层4和液晶面板5(按此顺序在作为背光的照明装置1上)。通过堆叠漫射板、漫射膜、透镜膜、反射偏光膜等形成光学功能层4。通过在一对基板之间密封VA(垂直排列)模式、NT(扭曲向列型)模式、IPS(面内切换，in-planeswitching)模式等的液晶形成液晶面板5。
在这种显示装置3中，通过驱动电路部分(图中未示出)的控制来使照明装置1中的LED 11发光，并且通过基于图像信号调制来自照明装置1的照明光而在液晶面板5中显示图像。如上所述，由于能够抑制从照明装置1照射的照明光中的颜色的不均匀性，所以可以获得良好的显示图像质量。此外，如图11所示，通过并排设置多个导光板10，照明装置1适用于大型液晶显示器。可以驱动和控制(局部驱动控制)由照明装置1中的多个导光板10划分的每个区域的点亮和熄灭。
在上面的实施例中，尽管以补色板13与LED 11和遮光板12分离设置为例进行了描述，但是本发明不限于这种板。例如，可以通过印刷或涂覆对遮光板12的背面(或表面)直接着色而整体形成补色板13和遮光板12。
在上面的实施例中，尽管以遮光板12设置在补色板13之上的情况为例进行了描述，但是不限于此。补色板13可以设置在遮光板12上。然而，由于补色板13以蓝色着色，所以与遮光板12比较最好在LED 11上设置补色板13。这是因为与遮光板12相比，在外部设置补色板13时，蓝色明显。
此外，在上面的实施例中，以导光板是平板的形状且它的平面形状是正方形的情况为例进行了描述。然而，并不限于此，其平面形状可以是矩形的。它的形状不限于平板形状，并且可以是楔形等。
此外，在上面的实施例中，尽管以其中导光板以二维配置的结构为例进行了描述，但是导光板的配置结构不限于此。例如，只要多个导光板设置在相同的平面上，也可以仅在一个方向中排列导光板。
此外，在上面的实施例中，尽管以在导光板中彼此相对的两侧面上设置LED的情况为例进行了描述，但是设置LED的面不限于此。即，例如，LED可以仅设置在导光板的一个侧面上，或可以设置在所有4个侧面上。甚至在这些情况下，当对应于LED的配置位置设置补色板13时，仍可以获得与本发明相同的效果。
本领域技术人员应当理解，对于本文描述的目前的优选实施例的各种修改和变形是显而易见的。在不脱离本发明主题的精神和范围内，并且不减少其预期的优点的情况下能够做出这样的修改和变形。因此这样的修改和变形旨在涵盖在所附权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种用于照明装置的光学元件，所述光学元件包括：
遮光层，具有一定程度的透光度；以及
彩色板，设置在所述遮光层上，并且具有与从光源射出的光的颜色互补的颜色，
其中，所述光源的颜色不同于白光，并且所述彩色板在光通过所述彩色板和所述遮光层传输时改变从所述光源射出的光的颜色，以减少所述光源的颜色和白光之间的差异。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述彩色板的材料包括聚乙烯、聚丙烯或聚酯。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述遮光层是包括聚乙烯的白色反射板。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其中，从所述光源射出的光的颜色为微黄色，而所述彩色板的颜色为蓝色。
5.根据权利要求1所述的光学元件，其中，通过印刷或涂覆方法给所述遮光层的表面着色而整体形成所述彩色板和所述遮光层，并且所述遮光层的在其上形成所述彩色板的表面邻近所述光源。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述光源包括至少一个发射白光的发光二极管，并且安装在封装上。
7.根据权利要求6所述的光学元件，其中，所述光源是多个发光二极管，所述彩色板和所述遮光层对于多个所述发光二极管是公共的。
8.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述光源位于邻近至少一个导光板的边缘，并且光从所述光源传输至所述导光板和所述彩色板。
9.一种照明装置，包括：
导光板；
光学元件，包括补色板以及设置在所述补色板上的遮光层；以及
光源，射出第一光分量至所述导光板，并且射出第二光分量至所述光学元件，所述第二光分量具有不同于所述第一光分量的颜色，
其中，所述补色板具有与所述第二光分量的颜色互补的颜色，以及
其中，所述补色板改变所述第二光分量的颜色，使得通过所述补色板和所述遮光层传输的光以基本上类似于从所述导光板射出的所述第一光分量的颜色射出。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其中，所述光源包括至少一个发射白光的发光二极管，并且安装在封装上。
11.根据权利要求10所述的照明装置，其中，所述第一光分量的颜色是白光，而所述第二光分量在通过至少一部分所述封装传输后而不同于白光。
12.根据权利要求9所述的照明装置，其中，所述光源位于邻近所述导光板的边缘，并且所述光学元件位于所述光源之上。
13.根据权利要求12所述的照明装置，其中，所述光源包括多个沿所述导光板的边缘设置的发射白光的发光二极管。
14.根据权利要求13所述的照明装置，其中，所述补色板包括多个对应于所述多个发光二极管中的每一个的分离的部分，每个部分位于各个所述发光二极管之上。
15.根据权利要求12所述的照明装置，还包括多个以二维阵列设置的光源、导光板和光学元件。
16.根据权利要求12所述的照明装置，其中，一个所述光学元件对于至少两个相邻的所述导光板是公共的。
17.根据权利要求9所述的照明装置，其中，所述光源包括多个发光部，各个发光部位于邻近所述导光板的不同边缘。
18.根据权利要求17所述的照明装置，其中，所述光学元件位于每个所述发光部之上。
19.根据权利要求18所述的照明装置，其中，每个所述发光部包括多个发射白光的发光二极管。
20.一种显示装置，包括：
液晶面板；以及
照明装置，照明所述液晶面板，所述照明装置包括导光板阵列，
多个光源，设置在各个所述导光板的一个或多个边缘处，以及
光学元件，位于至少一部分所述光源之上，至少一个所述光学元件包括补色板以及设置在所述补色板上的遮光层，
其中，至少一个所述光源射出第一光分量至各个所述导光板，并且射出第二光分量至各个所述光学元件；所述第二光分量不同于白光，并且具有不同于所述第一光分量的颜色，
其中，所述补色板具有与所述第二光分量的颜色互补的颜色，以及
其中，至少一个所述补色板在所述第二光分量通过所述补色板和所述遮光层传输时改变所述第二光分量的颜色，以减少所述第二光分量的颜色和白光之间的差异。
21.根据权利要求20所述的显示装置，其中，至少一个所述光学元件对于多个所述光源是公共的。
22.根据权利要求20所述的显示装置，其中，至少一个所述光学元件对于多个所述导光板是公共的。
23.根据权利要求22所述的显示装置，其中，对于多个所述导光板是公共的所述光学元件为带状，并且位于所述导光板相邻行或列之间的边界处。
24.根据权利要求20所述的显示装置，其中，所述第二光分量的颜色为微黄色，而所述补色板的颜色为蓝色。
25.根据权利要求20所述的显示装置，
其中，第一光源包括多个发光二极管，并且位于第一导光板的第一边缘处；第二光源包括多个发光二极管，并且位于邻近所述第一导光板的第二导光板的第二边缘处，以及
其中，所述第一和第二光源在相邻的所述第一和第二导光板之间彼此相邻，并且在相反方向射出光至它们各自的导光板。
26.根据权利要求25所述的显示装置，其中，一个所述光学元件至少对于所述第一和第二光源是公共的。
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