CN102227677A - 薄型背光源系统和使用该薄型背光源系统的液晶显示装置 - Google Patents

薄型背光源系统和使用该薄型背光源系统的液晶显示装置 Download PDF

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石原将市
神崎修一
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Abstract

本发明薄型背光源系统和使用该薄型背光源系统的液晶显示装置。该薄型背光源系统，使来自发出不同的主波长的光的多个发光部的光，在偏向后向排列在规定位置的多个通光部聚光，包括：发光部(1)；多个通光部(4)；成像光学系统(3)，其以与通光部的纵向和/或横向的排列间距乘以不同的主波长的种类数而得的排列间距对应的方式，沿着纵向和/或横向排列有相同的多个透镜，并且将来自发光部(1)的光聚光到多个通光部(4)的与不同的主波长对应的区域，与多个通光部(4)的光的聚光面相对配置；和照明光学系统(2)，其通过反射使来自发光部(1)的光按照不同的主波长偏向，使该光成为与多个通光部(4)的法线方向大致平行的平行光而射出，并且从成像光学系统(3)的与多个透镜的通光部(4)相反一侧的面入射，与发光部(1)和成像光学系统(3)的光入射面相对配置。

Description

薄型背光源系统和使用该薄型背光源系统的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及薄型背光源系统和使用该薄型背光源系统的液晶显示装置，具体而言，涉及使对应颜色的色光从其背面聚光到将透过型的液晶显示元件的像素用颜色区分而得的图像元素的薄型背光源系统，和通过该薄型背光源系统和上述液晶显示元件进行全色显示的液晶显示装置。
背景技术
根据现有技术，进行全色显示的液晶显示装置中，将透过型液晶显示元件的像素分割为三个图像元素，在这三个图像元素分别贴上红(R)、绿(G)、蓝(B)的彩色滤光片，从背光源对其照射白色光，利用对该图像元素的液晶单元施加的施加电压信号，控制该光透过图像元素时的透过率，从而实现全色显示。
但是，由于彩色滤光片透过与每个RGB对应的波长带的光，吸收除此之外的光，所以使用彩色滤光片的液晶显示装置中，大约光的2/3损失，光利用率低。此外，作为不使用彩色滤光片的全色显示方式之一，存在场序彩色方式，但是其中存在产生色乱(color break up)的难点。
另一方面，提案有基于投射型调制元件的显示器装置(参照专利文献1)，该投射型调制元件具备在以LED(发光二极管)为背光光源的情况下，实现光利用效率的提高的背光源装置。该显示器装置包括：图像显示元件(液晶面板)，其二维排列，具有能够按每种颜色独立控制所透过的光的比率的开口，能够调制透过光；将在表面背面具有凸透镜的作用的微透镜作为一对，二维排列多个而成的光路合成光学系统；以不同的角度对上述光路合成光学系统射出不同色光的主光线的照明光学系统；和发出不同的色光的多个光源。
根据专利文献1所述的显示器装置，其构成为：来自光源的色光在照明光学系统的作用下，每种颜色以不同的主光线角度入射到光路合成光学系统，在光路合成光学系统的折射作用下，每种颜色聚光到与图像显示元件的该种色光对应的开口，所以，能够实现将像素分割为三种图像元素，使不同的色光分别聚光到图像元素(由色光产生的像素的分色)的效果。因此，如果能够得到理想的分色，则不需要彩色滤光片，而消除光损失。当然，为了防止分色不理想时的漏光导致的不良混色，没有禁止设置彩色滤光片。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国公开专利公报“日本特开2007-328218号公报(2007年12月20日公开)”
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所述的显示器装置中，将在表面背面具有凸透镜的作用的微透镜作为一对，二维排列多个而成的光路合成光学系统；以不同的角度对上述光路合成光学系统射出不同色光的主光线的照明光学系统；和发出不同的色光的多个光源，为背光源装置的构成要素。该背光源装置中，当对将在表面背面具有凸透镜的作用的微透镜作为一对而二维排列多个形成的光路合成光学系统，直接入射从照明光学系统以不同的角度射出的不同色光的主光线时，由于在光路合成光学系统的入射面内的每个位置，色光的主光线的入射角度不同，所以在使其色光聚光到规定的对应图像元素的开口时，需要使光路合成光学系统的微透镜的形状根据该光学系统的入射面内(或者，还在射出面内)的位置而不同，导致设计、制造极其困难。因此，如专利文献1的[0036]段所示，在微透镜阵列的入射面侧配置菲涅尔片，通过该菲涅尔片，将从照明光学系统以不同的角度射出的不同的色光，大致偏向一定的方向，优选偏向(改变方向)为与微透镜的光轴方向大致平行的方向，不同的色光对微透镜阵列的入射角度不依赖于入射面内的位置，大致是一定的。
但是，为了薄型化，需要扩大色光对菲涅尔片的入射角度，于是，色光在菲涅尔片被大大折射，色差变大，不同的色光的波长带的周边部在宽范围内相互干涉，色调较大地偏离所期望的色调，产生画面质量劣化的问题。
即，在按照色光对像素进行分色的薄型的全色显示装置内使用的现有的背光源装置中，存在产生大的色差、画面质量劣化的问题。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种色差小且薄型的背光源系统。
用于解决课题的手段
发明人潜心研究能够解决上述课题的方法，结果，想出了利用反射(部分反射或者全反射)，而不是折射，作为使得不同的色光入射向作为聚光元件的成像光学系统(微透镜阵列)的入射角度大致一致的光学作用，得到由下述记载的主旨结构构成的本发明。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述薄型背光源系统包括：发出不同的主波长的光的发光部；使来自上述发光部的光偏向的光偏向系统；和使由上述光偏向系统偏向后的光聚光的多个通光部，上述光偏向系统具有：与上述多个通光部的光的聚光面相对配置的成像光学系统；和与上述发光部和上述成像光学系统中的光入射面相对配置的照射光学系统，上述照射光学系统构成为：至少通过反射使来自上述发光部的光偏向，并且使不同的主波长的光以不同的角度向与上述多个通光部的法线方向大致平行的方向射出，上述成像光学系统构成为：以与被分割成上述不同的主波长的种类数的上述通光部的排列间距对应的方式，排列有相同的多个透镜，并且根据上述不同的角度，使来自上述照射光学系统的光聚光到多个通光部的与上述不同的主波长对应的区域。
根据上述结构，上述光偏向系统具有与上述多个通光部的光的聚光面相对配置的成像光学系统，上述成像光学系统构成为：以与被分割成上述不同的主波长的种类数的上述通光部的排列间距对应的方式，排列有相同的多个透镜，并且根据上述不同的角度，使来自上述照射光学系统的光聚光到多个通光部的与上述不同的主波长对应的区域，所以，能够将来自发出不同的主波长的光的发光部的光分离到对应的多个通光部而使其聚光。
另外，根据上述结构，上述光偏向系统具有与上述发光部和上述成像光学系统的光入射面相对配置的照射光学系统，上述照射光学系统构成为：至少通过反射使来自上述发光部的光偏向，并且使不同的主波长的光以不同的角度向与上述多个通光部的法线方向大致平行的方向射出，所以，来自发出不同的主波长的光的发光部的光不会产生大的色差。
结果，本发明的薄型背光源系统尽管是薄型，仍能够缩小色差。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述薄型背光源系统使来自发出不同的主波长的光的发光部的光，在偏向后向在规定位置排列的多个通光部聚光，上述薄型背光源系统包括：上述发光部；上述多个通光部；成像光学系统，其以与上述通光部的纵向和/或横向的排列间距乘以上述不同的主波长的种类数而得的排列间距对应的方式，沿着纵向和/或横向排列有相同的多个透镜，并且使来自上述发光部的光聚光到多个通光部的与上述不同的主波长对应的区域，与上述多个通光部中的光的聚光面相对配置；和照射光学系统，其至少通过反射使来自上述发光部的光按照不同的上述主波长偏向，使该光成为与上述多个通光部的法线方向大致平行的平行光而射出，并且从上述成像光学系统的上述多个透镜的与上述通光部相反一侧的面入射，与上述发光部和上述成像光学系统的光入射面相对配置。
根据上述结构，由于具有成像光学系统，该成像光学系统以与上述通光部的纵向和/或横向的排列间距乘以上述不同的主波长的种类数而得的排列间距对应的方式，沿着纵向和/或横向排列有相同的多个透镜，并且使来自上述发光部的光聚光到多个通光部的与上述不同的主波长对应的区域，与上述多个通光部的光的聚光面相对配置，所以该成像光学系统能够将来自发出不同的主波长的光的发光部的光分离到对应的多个通光部而使其聚光。
根据上述结构，由于具有照射光学系统，该照射光学系统至少通过反射使来自上述发光部的光按照不同的上述主波长偏向，使该光成为与上述多个通光部的法线方向大致平行的平行光而射出，并且从上述成像光学系统的上述多个透镜的与上述通光部相反一侧的面入射，与上述发光部和上述成像光学系统的光入射面相对配置，所以该照射光学系统射出的光不会产生大的色差。
结果，本发明的薄型背光源系统尽管是薄型，仍能够缩小色差。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述成像光学系统包括透镜，该透镜形成为：利用表面形状使光路偏向或者利用折射率分布使光路偏向。
这里，在利用表面形状使光路偏向时，利用透镜表面的边界面处的折射率差，根据折射定律进行偏向。另一方面，在利用折射率分布使光路偏向时，通过使透镜中的折射率具有分布，使光偏向。这是通过改变透镜的中心部与周边部的折射率，将透镜内部具有折射率的坡度，利用该折射率的坡度使光偏向的结构。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述成像光学系统包括：复眼透镜或者双面凸透镜，或者它们的组合。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述照射光学系统包括准直用反射镜。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述照射光学系统包括全反射棱镜片。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述照射光学系统包括准直用反射镜与全反射棱镜片的组合。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述全反射棱镜片通过单位棱镜的重复而形成，上述全反射棱镜片的单位棱镜的重复间隔大于来自上述发光部的光的波长，并且为上述成像光学系统中的透镜的排列间距的1/2以下。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述照射光学系统包括全反射菲涅尔片。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述照射光学系统具有至少通过全反射使来自上述发光部的光偏向的全反射面的排列，上述成像光学系统由在入射侧具有上述透镜的透镜面的光学片构成，该透镜面与上述全反射面一体。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述光学片通过单位透镜的重复而形成，上述光学片的单位透镜的尺寸大于来自发光部的光的波长，并且为上述通光部的排列间距乘以来自发光部的光的主波长的种类数而得的长度以下。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述照射光学系统具有通过全反射使来自上述发光部的光偏向的全反射面的排列，上述成像光学系统由在射出侧具有上述透镜的透镜面的光学片构成，该光学片的入射侧由上述全反射面的排列构成。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述光学片中的入射侧的全反射面的排列间距大于来自上述发光部的光的波长，并且为上述射出侧的透镜的排列间距的1/2以下。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：上述发光部是LED光源、激光光源和有机EL光源中的任一个光源，或者具备该光源与导光体的发光装置。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：还在从上述发光部到上述成像光学系统的光学路径的中途，设置有使特定的偏振的光透过并反射没有透过的光的反射元件。
本发明的薄型背光源系统，其特征在于：由使上述特定的偏振的光透过并反射剩余的光的反射元件透过的光和由该反射元件反射的光均向上述成像光学系统照射。
本发明的复合薄型背光源系统，其特征在于：将上述薄型背光源系统作为一个背光源单元，并列配置有多个该背光源单元。
本发明的复合薄型背光源系统，其特征在于：具有：按多个并列配置的上述背光源单元的每个单元或者每多个单元，控制发光部的光量的部件。
本发明的复合薄型背光源系统，其特征在于：上述背光源单元中的准直用反射镜、全反射棱镜片、全反射菲涅尔片、光学片、复眼透镜和双面凸透镜中的至少一个一体化形成有与多个单元对应的量。
本发明的复合薄型背光源系统，其特征在于：还在上述背光源单元的相邻单元间设置有遮光部件，该遮光部件防止来自相邻的两单元的任一个的发光部的光进入该两单元中的另一个。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：上述液晶显示装置具有上述薄型背光源系统，上述液晶显示装置具有：由入射侧和射出侧的玻璃基板夹持液晶层而成的液晶元件，该液晶层构成作为上述通光部的图像元素的排列层；驱动该液晶元件的驱动元件；设置在上述液晶元件的入射侧的玻璃基板上的偏振片；和设置在射出侧的玻璃基板上的检偏器。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：还在上述检偏器的射出面上具有扩散板。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：从上述液晶层向射出侧的部件层叠顺序为“液晶层/驱动元件/检偏器/扩散板/射出侧的玻璃基板”，取代“液晶层/驱动元件/射出侧的玻璃基板/检偏器/扩散板”的顺序。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：还在上述驱动元件与上述射出侧的玻璃基板之间具有具备偏振光保持功能的扩散元件。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：从上述液晶层向射出侧的部件层叠顺序为“液晶层/驱动元件/具备偏振光保持功能的扩散元件/检偏器/射出侧的玻璃基板”，取代“液晶层/驱动元件/具备偏振光保持功能的扩散元件/射出侧的玻璃基板/检偏器”的顺序。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：还在上述射出侧的玻璃基板的入射面上具有彩色滤光片层。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：上述薄型背光源系统具有的成像光学系统配置在上述偏振片与上述入射侧的玻璃基板之间。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：上述液晶元件与上述驱动元件互换了层叠位置。
根据本发明，在薄型背光源系统中，能够使来自发出不同的主波长的光的发光部的光聚光到对应的多个通光部，能够在空间上分离不同的主波长的光。另外，在使用该背光源系统作为液晶显示装置的面发光光源时，能够使被空间分离的来自发光部的光聚光到对应的液晶层，能够同时实现来自发光部的光的利用率的提高与全色显示。另外，通过对来自发出不同的主波长的光的发光部的光进行部分反射或全反射，使该光偏向为与成像光学系统的法线方向大致平行的平行光，所以不会产生大的色差。
即，本发明的薄型背光源系统尽管是薄型，仍能够缩小色差。
附图说明
图1是表示本发明的一例的示意图。
图2是表示本发明的一例的示意图。
图3是表示本发明使用的成像光学系统的优选例的示意图。
图4是表示本发明的一例的示意图。
图5是表示本发明的一例的示意图。
图6是表示本发明的一例的示意图。
图7是表示本发明的一例的示意图。
图8是表示本发明的一例的示意图。
图9是表示本发明的一例的示意图。
图10是表示本发明的一例的示意图。
图11是表示本发明的一例的示意图。
图12是表示本发明的一例的示意图。
图13是表示本发明的一例的示意图。
图14是表示本发明的实施例的亮度测定结果的图表。
图15是表示本发明的实施例的色度坐标的空间分布的图表。
图16是表示本发明的实施例的分光特性的色度图。
图17是表示本发明的比较例的亮度测定结果的图表。
图18是表示本发明的比较例的色度坐标的空间分布的图表。
图19是表示本发明的比较例的分光特性的色度图。
图20是表示通过本发明中的微透镜阵列而进行聚光的位置的移动量的说明图。
图21是表示本发明中的发光部的一例的示意图。
具体实施方式
下面，参照图1～图13、20说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于此。
本发明的优选实施方式的一个特征在于，例如如图1所示，分别配置有：包括准直用反射镜2的照射光学系统，该准直用反射镜2使来自发出不同的主波长的光R(红)、G(绿)、B(蓝)的多个光源(发光部)1的光(多个光源光)按照不同的主波长偏向，射出与后述微透镜阵列3的法线方向大致平行的平行光；和包括微透镜阵列3的成像光学系统，当入射从准直用反射镜2变为大致平行光射出的多个光源光时，该微透镜阵列3使该多个光源光聚光到与上述光源1各自对应的位置(将通光部4按照纵向和/或横向排列的排列4A内的各通光部4的位置)。微透镜阵列3构成为：以通光部4的纵向和/或横向的排列间距乘以上述不同的主波长的种类数(该例子中是3个，但也存在4个以上的情况)而得的排列间距，沿着纵向和/或横向排列有相同的多个透镜。
通过该配置结构，上述多个光源光，通过准直用反射镜2，对微透镜阵列3，以与入射面垂直的方向、即微透镜阵列3的通光部4侧的面的法线方向为基准，射出大致平行的平行光。由此，配置在准直用反射镜2的正上方的微透镜阵列3，能够将大致成为平行光入射而来的上述多个光源光，按照那些主波长的不同的角度分布，进行空间分离并使其聚光。
具体而言，本发明的薄型背光源系统中，上述多个光源光，通过准直用反射镜2，对微透镜阵列3，射出以与入射面垂直的方向、即微透镜阵列3的通光部4侧的面的法线方向为基准倾斜-20°～20°的角度的光。使用图1(b)详细说明由准直用反射镜2反射到微透镜阵列3的光的角度。
图1(b)中，从RGB-LED光源1射出的光被准直用反射镜2反射，照射微透镜阵列3。这时，利用准直用反射镜2，在图1(b)中的D1标记表示的位置附近产生RGB-LED光源1的虚像。对于微透镜阵列3来说，若从该虚像部分直接照射光则能够接受，所以使用(从该虚像部分到微透镜阵列3的距离)和(RGB-LED光源1的各自的间隔)，能够导出入射到微透镜阵列3时的角度分布。
即，入射到微透镜阵列3时的角度分布，能够通过(入射到微透镜阵列3时的角度分布)＝±(Arctan((RGB-LED光源1的各自的间隔)/(从该虚像部分到微透镜阵列3的距离))+α)导出。
这时，就α而言，受到准直用反射镜的准直力的影响，如果是理想的准直用反射镜，则α＝0，实际上，由于会产生准直用反射镜的制造误差、安装误差、光源部的安装误差等，所以α＝0是非常稀少的情况。
其结论是，如果考虑到现实中可能的配置条件，则光入射到微透镜阵列3时的角度分布是大约±20°。
另外，通过使用准直用反射镜2，至少利用反射能够使多个光源光偏向，照射到微透镜阵列3，所以与通过折射进行偏向的情况相比，能够缩短从通光部4(通光部4的排列由例如液晶层构成)到光源1的厚度方向的距离，能够构成薄型背光源系统。此外，利用反射和折射偏向上述多个光源光而照射到微透镜阵列3的结构也包含在本发明中。
这里，准直用反射镜2的优选实施方式如下所述。准直用反射镜2是为了将从光源1射出的光平行地照射到成像光学系统而使用的，所以理想的方式是成为离轴抛物面反射镜。本发明使用的准直用反射镜2是模仿在光源1的位置具有焦点的抛物面的一部分形状的结构，由于使用反射镜的抛物面从焦点的光轴偏离的部位，所以一般称为离轴抛物面反射镜。
反射面能够使用板状反射件、膜反射件等。作为反射件，例如，能够例举出银、铝等金属材料等。其中，由于反射率(正反射率)高的理由，优选银。另外，也有以下方法：在金属材料等上层叠由多个介电膜构成的介电多层膜，进一步提高反射率。在这些反射件中，由于对成像光学系统入射的入射率成为最大的理由，优选在铝上层叠(涂覆)介电多层膜的结构。在铝上层叠(涂覆)有介电多层膜的结构的反射率是95～98％，具有比金属单体更高的反射率。
此外，本说明书中，背光源系统的厚度方向(称为线厚度方向的图1中的D3方向)为通光部的排列4A的厚度方向，背光源系统的长度方向(被称为线长度方向的例如图1中的D1方向)是与通光部4的厚度方向正交的面内纵横两个排列方向中的一个方向，并且与该一个方向正交的正交面与来自光源1的主光线交叉，背光源系统的宽度方向(被称为线宽度方向的例如图1中的D2方向)为与线厚度方向和线长度方向这两者垂直的方向。
本发明中，在概念上而言是捕捉空间上配置在不同的位置的多个光源的位置关系作为位置信息。当多个光源光通过准直用反射镜2(被准直用反射镜2反射)时，来自相同光源的光相互平行(相对于准直用反射镜2相互以相同的角度)地射出，来自不同的光源的光相对于准直用反射镜2相互以不同的角度射出。本发明中将这种情况称为成为“大致平行的平行光”而射出。即，本发明中，使光通过准直用反射镜2(被准直用反射镜2反射)，由此将光源的位置信息变换为角度信息。
使上述大致平行的平行光入射到微透镜阵列3时，由于根据从光源1相对于准直用反射镜2射出的角度不同，其聚光的位置不同，所以多个光源光在空间上分开聚光。即，由准直用反射镜2变换成角度信息的信息，由微透镜阵列3再变换为位置信息。
这意味着，通过改变多个光源的位置，能够控制通过微透镜阵列3而聚光的位置。例如，当聚光的位置想要位于液晶层时，通过调整光源1的位置能够进行微调整。在设从光源1射出被准直用反射镜2反射而到达微透镜阵列3的主光线的长度为lx，设从微透镜阵列3到液晶层的长度为ly，使得光源1的位置在线宽度方向或线厚度方向上移动d时，通过这时的微透镜阵列3而聚光的位置的移动量为ly×d/lx。例如，在lx＝80mm，ly＝2mm时，当使光源1的位置沿线宽度方向移动10mm时，聚光的位置的移动量为0.25mm。参照图20详细说明导出上述移动量“ly×d/lx”的理论。
当微透镜阵列配置在多个光源与聚光位置之间时，图20所示的光学系统成立。
图20所示的光学系统中，当设从RGB-LED光源到微透镜阵列(MLA)的距离是a，设从微透镜阵列到通光部的距离是b，设RGB-LED光源(单元)的尺寸是c，设通光部处的光源聚光的尺寸(聚光点间距离)是s，则公式b/a＝s/c成立。
该公式中，例如，当使光源的尺寸为c+c’而增大c’时，光源聚光的尺寸s’为
s’＝b×(c+c’)/a，
对于s来说，增大了b×c’/a。
本说明书中，a对应lx，b对应ly，c’对应光源的移动量d。由此，使光源的位置移动时的聚光的位置的移动量为“ly×d/lx”。
作为包括于成像光学系统中的微透镜阵列3的优选实施方式，如图3所示，能够例举出沿正交的两个方向排列微透镜的复眼透镜6，或在与其长边方向正交的一方向上排列微柱面透镜的双面凸透镜7，或将这些透镜组合而得的结构。
作为成像光学系统的表面形状的优选实施方式，能够使用透镜面的曲率半径为0.5～2mm的结构。由于曲率半径由从复眼透镜面到通光部(液晶层)的距离和折射率、在液晶层的聚光范围条件来确定，所以需要根据使用的光源尺寸、液晶面板、要求的背光源部的厚度，使用具有最优的曲率的表面形状。另外，为了具有聚光作用，表面形状为凸面。此外，表面形状可以在通光部侧是凸面，也可以在两面为凸面。但是，当通光部侧为凸面时，在通光部与成像光学系统之间不能进行粘接件等的粘合，所以需要保持配置关系不产生偏离。因此，更加优选成像光学系统的表面形状是具有聚光作用的凸面处于照射光学系统侧，通光部侧为平坦面。
这里，在以最优的方式进行多个光源光的空间分离时，多个光源的排列方向可以为如下所述。
(A)在单独使用复眼透镜6作为微透镜阵列3时，多个光源的排列方向为，与作为微透镜的排列方向的纵横正交的两个方向(图3(a)的A方向、B方向)中的任一个正交的方向。
(B)单独使用双面凸透镜7作为微透镜阵列3或者组合使用双面凸透镜7与复眼透镜6作为微透镜阵列3时，多个光源的排列方向为，与微柱面透镜的长边方向(图3(b)中的C方向)正交的方向。
另外，本发明中，如图2所示，作为照射光学系统，也可以使用全反射棱镜片5代替准直用反射镜2。据此，来自多个光源的光在全反射棱镜片5进行全反射而偏向，能够从垂直方向照射成像光学系统(微透镜阵列)3。
全反射棱镜片5与准直用反射镜2相比，在使多个光源光偏向为与微透镜阵列3的法线方向大致平行的平行光的功能方面较差。但是，如果通过控制从光源1发出的光使之成为与微透镜阵列3的法线方向大致平行的平行光，并且使从光源1到全反射棱镜片5的距离非常长，能够将从全反射棱镜片5射出的光看做恰好与微透镜阵列3的法线方向大致平行的平行光，则能够得到与准直用反射镜2同等的效果。
另外，在使用全反射棱镜片5时，由于没有要求准直用反射镜2那样的复杂并精密的形状，所以能够抑制制造成本。
另外，在使用全反射棱镜片5时，由于即使来自光源1的主光线的入射角度为最大88°，也能够得到基于棱镜的偏向效果，所以能够极大地缩小从光源1到通光部4的线厚度方向距离(使背光源系统的厚度非常薄)。但是，优选某种程度缩窄光源1的光强分布特性。
这里，全反射棱镜片5的优选实施方式如下所述。全反射棱镜片5的顶角优选为30°～120°，尤其优选60°～90°。全反射棱镜片5的厚度没有特别限定，但是处于防止片的弯曲的目的，优选为大约0.5～2mm。
作为全反射棱镜片5的制造方法，能够例举出在原材料中使用透过率高的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)等的丙烯酸树脂，利用模具成型法进行制造的方法。
另外，本发明中，例如如图4所示，也可以组合使用准直用反射镜2和全反射棱镜片5作为照射光学系统。这时，在照射光学系统中使用两个光学部件，因此制造成本提高，但是基于使用全反射棱镜片5，能够保持通过缩短从光源1到通光部的排列4A的线厚度方向的距离而实现的超薄型化的效果，并且，通过使用准直用反射镜2，折返从光源1到全反射棱镜片5的光路，能够实现光源1与全反射棱镜片5的相互位置的接近，实现背光源系统的小型化。
此外，在照射光学系统仅由准直用反射镜2构成的情况下，需要进行与光源1的对位。另一方面，在照射光学系统包括全反射棱镜片5时，如图4(b)所示，如果全反射棱镜片5中的单位棱镜的重复间隔p1比光源1的光的波长λ大，并且在成像光学系统的透镜的排列间距p2的1/2以下(即，若(p2/2)≥p1＞λ)，则不需要进行与光源1的对位。这是因为，由于全反射棱镜片5具有在线宽度方向上一样而在线长度方向上同形状的单位棱镜按等间隔排列的形状，即使全反射棱镜片5的位置在线宽度方向和/或线长度方向上偏离，也不会对成像光学系统(微透镜阵列)3的光入射状态有任何影响。
准直用反射镜2具有使从光源1的位置射出的光平行偏向的功能，当光源1的位置移动时，平行度下降。为了确保实用的平行度，光源1的对位需要抑制到相对于设计位置几个毫米左右。
另外，如图5所示，本发明中也可以使用全反射菲涅尔片8作为照射光学系统。据此，能够与全反射棱镜片5一样，使从光源1到通光部4的线厚度方向距离非常小(使背光源系统的厚度非常薄)。但是，优选某种程度缩窄光源1的光强分布特性。
另外，使用全反射菲涅尔片8时，与使用全反射棱镜片5不同，即使没有使自光源1的距离非常长，也与准直用反射镜2同样，能够使来自光源1的光偏向为大致平行于微透镜阵列3的法线方向的平行光。因此，单独使用全反射菲涅尔片8时，能够得到与组合使用准直用反射镜2和全反射棱镜片5时同等的效果。但是，全反射菲涅尔片8与准直用反射镜2同样，需要进行与光源1的相对位置的对位。
全反射菲涅尔片8具有平行地偏向从光源1的位置射出的光的功能，所以当光源1的位置移动时，平行度下降。为了确保实用的平行度，光源1的对位需要相对于设计位置抑制到几个毫米左右。
另外，本发明中，通过使照射光学系统和成像光学系统一体化，能够实现光学部件数量的削减、对位操作数的削减和光学系统的简化。作为实现将照射光学系统与成像光学系统一体化的光学片的组合，存在用于照射光学系统的全反射棱镜片5或全反射菲涅尔片8，与用于成像光学系统的复眼透镜6或双面凸透镜7的组合。
例如如图6所示的光学片9构成为：在全反射棱镜片5中，棱镜的两个面(入射光的面与使所入射的光全反射的面这两个面)中的使光全反射的面的形状，是柱面透镜的透镜面形状而不是平面形状，在该面全反射的光被偏向，并向通光部4聚光。此外，图6的例子中，虽然并用了光学片9(的透镜面形状部)与准直用反射镜2作为照射光学系统，但是省略了准直用反射镜2。
这种包括将照射光学系统与成像光学系统一体化的结构的方式(为了便于说明，称为一体型)，与分别设置照射光学系统与成像光学系统的方式(图1～图5所示的方式，为了便于说明，称为分体型)相比，具有下述优点。
(1)分体型中，照射光学系统与成像光学系统的光学部件分别最少需要一个，而一体型中，只通过光学片9就能够非常充分地实现照射光学系统与成像光学系统的功能，所以能够削减光学部件的数量。
(2)分体型中，对于光源1与照射光学系统、光源1与成像光学系统、成像光学系统与通光部4，需要分别进行相对对位(但是，使用全反射棱镜片5时，如上所述，不需要光源1与照射光学系统的相对对位)，而一体型中，由于只需要分别对光源1与光学片9、光学片9与通光部4进行相对对位，所以能够削减对位操作数。
(3)一体型中，由于能够如上所述削减光学部件的数量，所以能够简化光学系统，并相应地缩减安装工时数、作业工时数。另外，由于结构也简单，所以能够实现整体的轻量化和成本降低。
作为一体型的光学片9的制造方法，能够例举出在原材料中使用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)等的丙烯酸树脂，利用模具成型法进行制造的方法。
但是，图6所示的一体型的光学片9中，由于向着通光部4(的排列4A)聚光的成像光学系统的透镜面与照射光学系统的全反射面一体化，所以使成像光学系统与各通光部4分别对应时，如图6(b)所示，单位透镜的尺寸L1比光源1的光的波长λ长，并且处于通光部4的排列间距乘以主波长的种类数(本实施方式中是3个)后得到的长度L2以下(即，λ＜L1≤L2)为好。
L1比L2大时，集聚的光比一通光部的尺寸大，并且聚光后的光的重复间隔也比一通光部尺寸大，所以，难以聚光到整个所希望的通光部4。
另外，例如图7所示的光学片10是在入射侧形成有照射光学系统的全反射棱镜片面的排列，在射出侧形成有成像光学系统的双面凸透镜面的排列的结构。另外，图7中，也可以使用全反射菲涅尔片面取代全反射棱镜片面，使用复眼透镜面取代双面凸透镜面。其中，使用全反射菲涅尔片面时，不需要准直用反射镜2。
图7的光学片10是在入射侧汇集照射光学系统，在射出侧汇集成像光学系统的一体型。另一方面，图6的光学片9是在入射侧结合照射光学系统与成像光学系统的一体型。从易于制造的观点出发，图7的光学片10与图6的光学片9相比，片的面形状比较单纯，与此相应地易于制造，所以是有利的。
此外，图7所示的一体型的光学片10，与在图4的分体型中，将照射光学系统5的整面为平坦面的一面与成像光学系统3的整面为平坦面的一面贴合而成的形态，光学等价，所以与图4(b)同样，如图7(b)所示，当将入射侧与射出侧的片的面形状形成为满足λ＜p1≤(p2/2)的关系的方式时，不需要与光源1的对位，是优选的。
这里，光学片10的优选方式如下所述。此外，分为入射侧的照射光学系统与射出侧的成像光学系统来进行说明。
作为入射侧的照射光学系统的优选方式，使用全反射棱镜片。其理由在于，当使用全反射棱镜片时，在满足上述条件的棱镜间距的情况下，不需要光源1与光学片10的对位。
棱镜的顶角优选30°～120°，尤其优选60°～90°。虽然棱镜的厚度没有特别限定，但是出于防止片的弯曲的目的，优选大约0.5～2mm。
另一方面，作为射出侧的成像光学系统的优选方式，使用复眼透镜面。其理由在于通过将复眼透镜面通光，能够在液晶图像元素内聚光为点，不再产生被用于驱动液晶的金属配线遮蔽的光。相对于此，当使用双面凸透镜面时，相对于液晶图像元素以线聚光，所以会产生被源极配线或栅极配线遮光的光，产生光损失。
作为复眼透镜面的优选实施方式，使用透镜面的曲率半径为0.5～2mm的复眼透镜面。曲率半径由从复眼透镜面到通光部(液晶层)的距离和折射率、在液晶层的聚光范围条件来确定，所以需要使用根据所使用的光源尺寸、液晶面板、要求的背光源部的厚度具有最佳曲率的复眼透镜面。
本发明使用的光源1是产生不同的主波长的光的多个光源，所以优选LED(发光二极管)光源、激光光源、有机EL(场致发光)光源中的任一光源。光源1的个数不必与主波长的种类数相同，也可以按每种主波长的种类使用多个光源。此外，从将光源1的制造工序的偏差导致的各产品间的性能差平均化的观点出发，优选按每种主波长的种类使用多个光源。
此外，对于LED光源来说，有球形LED那样的在LED发光面(发光芯片)上附加有聚光透镜(例如，由球面丙烯酸构成)的类型，或不使用上述聚光透镜的例如安装型LED的类型，可以使用其中任一。
本发明中，作为发光部，可以使用图21所示的具备光源1和导光体14的发光装置代替光源1。通过使用该发光装置，能够起到削减光源数量，大大降低成本的效果。下面，详细说明该发光装置。
如图21所示，本发明使用的发光装置具备将来自光源1的光导向多个前端部并射出的导光体14，其前端部可以认为是模拟光源。如图21所示，将一个RGB光源1分别分为三个背光源单元(导光体)，进行导光。利用各背光源单元(导光体)，产生称为R’、G’和B’的模拟光源，通过成像光学系统3使来自称为R’、G’和B’的模拟光源的光聚光到通光部4，由此，得到与使用称为R、G和B的光源时同样的效果。
另外，本发明的薄型背光源系统在作为液晶显示装置的背光源使用时，将液晶显示装置的图像元素作为上述通光部，将RGB光聚光到图像元素，由此，能够期望降低在彩色滤光片层的光吸收损失，除此之外，由于减少了液晶显示装置的偏振片上的偏振光吸收产生的光损失，例如如图8(a)所示，优选在从光源1到成像光学系统3的光学路径的中途，设置透过特定的偏振的光并反射剩余的光的元件(分离偏振光的元件)11。作为这样的分离偏振光的元件，例如能够例举出线栅型偏振片。
另外，追加使从分离上述偏振光的元件通过的光和被该元件反射的光均向成像光学系统照射，并且使反射的光的偏振方向与通过的光的偏振方向一致的光学元件(例如，λ/2板)，能够只照射一方向的偏振光，并能够进一步降低偏振片的偏振光吸收产生的光损失。
图8(b)中表示该实施方式的一个例子。分离偏振光的元件11和λ/2板15配置在光源1与准直用反射镜2之间。分离偏振光的元件11中，当以通过的偏振光作为P偏振光，以反射的偏振光作为S偏振光时，通过λ/2板15和分离偏振光的元件11的P偏振光，被准直用反射镜2反射为大致平行的平行光，向着光学片10照射。另一方面，在分离偏振光的元件11反射的S偏振光随后被λ/2板15变换为P偏振光。然后，被准直用反射镜2反射为大致平行的平行光，向光学片10照射。因此，对光学片10照射的光统一成为P偏振光。因此，以通光部的排列4A内的各通光部为图像元素的液晶显示装置中，通过使其偏振片的偏光方向与P偏振光一致，消除偏振片的吸收导致的光损失。此外，除光学片10外，也可以是光学片9或分体型的照射光学系统和成像光学系统。
但是，上述的薄型背光源系统中，当一个背光源系统照射的区域扩大时，从光源1到通光部4的厚度也按比例变厚。相反而言，通过缩小一个背光源系统照射的区域，由多个背光源系统照射一个液晶面板，能够抑制背光源系统的厚度，进一步构成薄型背光源系统。
这是通过例如如图9所示，将薄型背光源系统作为一个背光源单元12，并列配置多个该背光源单元12而实现的。但是，一个液晶面板使用的背光源单元的数量越多，由于构成部件增加，所以制造成本也会越提高，因此与厚度成为权衡的关系。此外，图9中，通光部的排列4A按每个背光源单元12为分体，但是在以通光部作为图像元素的液晶面板中，通光部的排列4A不是按每个背光源单元12来形成分体，而是作为遍布多个背光源单元12的整体的一体的液晶层而构成的。
本发明的背光源系统优选具有能够容易地变更一个液晶面板内的不同的位置的亮度，按背光源单元的每个单元或者按多个单元，控制光源1的光量的部件(未图示)。
此外，图9的例子中，使用图6所示的薄型背光源系统作为背光源单元12，但是用于背光源单元的薄型背光源系统并不限定于该例子，也可以是图1～图5、7、8所示的薄型背光源系统。
另外，在并列有多个背光源单元的方式中，从降低制造成本和减少对位工序的观点出发，用于构成要素的各种光学部件、即上面例举出的准直反射镜2、全反射棱镜片5、全反射菲涅尔片8、光学片9、光学10、复眼透镜6、双面凸透镜7中的至少任一种，优选多个单元的量不是按每个单元分体形成，而是遍布多个单元间的一体化的光学部件。图9(c)表示将光学片9遍布多个背光源单元12间的一体化部件的情况。
图9所示的薄型背光源系统的理想方式是使得一体化的光学部件与液晶面板大小相同，但是实际制造时，也需要考虑制造成本、部件组装工时数等，采用判断为最佳的一体化方式。
另外，在图9所示的薄型背光源系统，例如具有准直用反射镜2的方式中，当从多个背光源单元的一个(假设为单元U1)光源射出的光(如R光)入射到相邻单元(假设为单元U2)的准直用反射镜2而进行反射时，该光从大致平行的平行光的方向(原本的单元U2的准直用反射镜2想要使入射来的光偏向的方向)较大地偏离，成为杂散光，最终到达不同的主波长的光(例如G光或者B光)的通光部，导致图像质量的降低。
为了解决该问题，优选如图9(d)所示，在多个并列的背光源单元12的相邻的单元之间，设置防止从相邻的两单元中的任一个的光源1射出的光进入该两单元中的另一个的部件(遮光板)13。
下面，说明本发明的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置是具有上述任一薄型背光源单元的液晶显示装置，是例如图10所示的形式。即，该液晶显示装置包括：由入射侧、射出侧的玻璃基板22、23夹着液晶层20而成的液晶元件25，该液晶层20构成成为通光部的图像元素19的排列层；驱动液晶元件25的驱动元件21；和在液晶元件25的入射侧的玻璃基板22上、射出侧的玻璃基板23上分别具有的偏振片30、检偏器31。来自薄型背光源系统所有的成像光学系统(该例子中是光学片9)的不同主波长的光(该例子中是R、G、B的各光)在每个图像元素19分别聚光、通光。
当然，本发明的液晶显示装置中，将各光源1的光聚光在液晶层20的各图像元素19，所以通过液晶层20从检偏器31出来的光成为某种程度聚光在正面的状态。因此，改变视角(从斜向)观察该液晶显示装置的画面时，光不能完全到达，难以看到画面内的显示，或者光全都没有到达，完全看不到画面内的显示。因此，为了解决该问题，如图11所示，优选还在检偏器31的射出面上配置扩散板40。
但是，图11所示的液晶显示装置中，由于从液晶层20到检偏器31之间设置有射出侧的玻璃基板23，所以根据该玻璃基板23的厚度，存在通过了相邻的图像元素19的光在到达检偏器31时，产生相互重叠的情况，该重叠后的光被扩散板40扩散，可能会导致图像品质的下降。
为了防止这种情况，在图11所示的液晶显示装置中，可以将从液晶层20向射出侧的部件层叠顺序设置为“液晶层20/驱动元件21/检偏器31/扩散板40/射出侧的玻璃基板23”，取代“液晶层20/驱动元件21/射出侧的玻璃基板23/检偏器31/扩散板40”的顺序。
另外，使用具备偏振光保持功能的扩散元件(例如，利用内部的折射率边界上的全反射进行扩散的元件)作为扩散板40时，上述液晶显示装置中，即使是还在驱动元件21与射出侧的玻璃基板23之间存在具备偏振光保持功能的扩散元件的方式，也能够得到同样的效果。
另外，图11所示的液晶显示装置中，将从液晶层20向射出侧的部件层叠顺序设置为“液晶层20/驱动元件21/具备偏振光保持功能的扩散元件/检偏器31/射出侧的玻璃基板23”，取代“液晶层20/驱动元件21/具备偏振光保持功能的扩散元件/射出侧的玻璃基板23/检偏器31”的顺序，也能够得到同样的效果。
本发明的液晶显示装置通过制造所使用的各光学部件、并组装该光学部件的工序来制造。但是，由于制造上的偏差，不能够严格按照设计制造光学部件，不能进行该光学部件的组装，考虑到制造成本，需要制造从设计稍微有些偏差的形状的部件，由于上述种种问题，也会考虑到难以仅将与作为通光部的液晶层的图像元素对应的光进行聚光的情况。这时，最坏的情况是可能导致显示品质的下降。为了避免上述情况，本发明中不禁止设置彩色滤光片层。即，上述液晶显示装置中，如图12所示，也可以采用在射出侧的玻璃基板23的入射面上具有彩色滤光片层50的方式。但是，当使用彩色滤光片层时，在光通过的波长，透过率是90％左右，难以避免光损失，因此没有超过不使用彩色滤光片层的情况。
另外，在本发明的上述液晶显示装置中，能够采用将上述薄型背光源系统所有的成像光学系统配置在上述偏振片与上述入射侧的玻璃基板之间的方式。作为该方式的一个例子，图13表示将具有全反射菲涅尔片8和复眼透镜6的薄型背光源系统的复眼透镜6配置在偏振片30与入射侧的玻璃基板22之间的方式。据此，能够在包含与液晶元件25的对位工序的液晶元件制造过程中制造成像光学系统，所以有以下优点：不需要与液晶元件分别制造成像光学系统时所必须的在制造后的与液晶显示装置(液晶面板)的对位。
对于该方式的液晶显示装置的制造方法中，在玻璃基板上形成复眼透镜6的工序进行说明。
首先，通过旋涂法或浸渍法在玻璃基板上涂覆紫外线硬化树脂。接着，按照规定的面间隔，在与该涂覆后的面平行相对的假想平面内配置遮光掩膜。这时，优选在想要形成复眼透镜6的部位，按照通过开口部照射紫外线的方式配置遮光掩膜。另外，优选遮光掩膜配置在曝光用光源与玻璃基板之间。该配置状态下，从曝光用光源向遮光掩膜照射紫外线，从而涂覆在玻璃基板上的紫外线硬化树脂的一部分被曝光。接着，对未曝光的紫外线硬化树脂进行显影除去，形成复眼透镜6。
此外，也可以使用双面凸透镜7取代复眼透镜6，形成双面凸透镜7时，能够使用同样的工序。
另外，紫外线硬化树脂优选使用不使偏光状态变化的树脂。这也是因为由于在玻璃基板上形成紫外线硬化树脂，在偏振片与检偏器之间形成成像光学系统，当在该成像光学系统中偏光状态变化时，会导致图像质量的下降。
此外，上述液晶显示装置中，即使液晶层与驱动元件相互交换其层叠位置，其显示性能也不会改变。因此，上述液晶显示装置中，上述液晶元件与上述驱动元件互换了层叠位置的液晶显示装置也包含在本发明中。
实施例
下面，表示使用实施例和比较例来具体验证本发明的效果的结果。但是，本发明并不仅限定于下面的实施例。
作为本发明的实施例，试制图2所示的方式的薄型背光源系统，由发出R、G、B各主波长的光的LED各一个构成。通过亮度色度均匀度测定装置(Topcon Technohouse Corporation制，UA-1000)对使点光源1点亮而从微透镜上表面射出的空间亮度分布进行测定。点光源1的R、G、B各色均使用球形LED，RGB-LED的球形形状的长轴在同一平面内并列，该并列方向与线宽度方向平行，按照上述长轴方向与全反射棱镜5的棱镜排列方向斜交的方式排列。
全反射棱镜片5使用由丙烯酸构成的原材料(折射率＝大约1.5)，片的厚度是大约150μm，棱镜的顶角是直角，一个棱镜的宽度是大约50μm，棱镜的大小比微透镜上表面大。
微透镜阵列3使用由玻璃(SCHOTT制，B270)构成的原材料(折射率＝约1.52)，厚度为2.5mm，各微透镜的焦点距离是大约1.8mm，各微透镜的宽度是大约600μm。
假定通光部4是R、G、B的各主波长的通光部分别按大约200μm的宽度，以大约600μm的间隔重复的结构。但是，每次测定空间亮度分布时，在与通光部4相当的位置配置扩散片，该扩散片配置在微透镜阵列3的射出面上。
对于各空间配置，点光源1相对于全反射棱镜片5从垂直方向倾斜大约75°进行照射。这时，从点光源1到全反射棱镜片5的线厚度方向距离是大约25mm。另外，由于全反射棱镜片5和微透镜阵列3在具有空间界面的状态下紧密连接配置，所以从点光源到通光部的总厚度是大约28mm。
另一方面，作为本发明的比较例，在本发明的实施例中，将全反射棱镜片5变换为折射型菲涅尔片，将点光源1的位置变换为自折射型菲涅尔片的线厚度方向距离为60mm的位置，制造除此之外与本发明实施例同样的方式的面光源装置，按照与本发明的实施例同样的测定方法测定空间亮度分布。
为了明确表示本发明的实施例与比较例的差异，以从各个点光源1照射的中心向线宽度方向偏离大约30mm的位置为测定开始点。
首先，作为本发明的实施例的结果，将基于上述测定装置的测定数据在线长度方向的整个区域进行平均，表示在图14中。如该图所示，发出RGB各主波长的光的LED的光按照大约200μm的间隔，聚光在各自不同的位置。这表示只是各LED的光在R、G、B-LED的各通光部通光。RGB的最大亮度值不同是各色的相对发光度曲线的影响。
更加详细的结果为图15表示的色度坐标的空间分布。该图中，各色度坐标以大约200μm的间隔表示R、G、B的各坐标，可知发出RGB主波长的光分离聚光。
另外，用色度图表示在图中虚线所示的RGB-LED要通光的各通光部的中心处通过的光的分光特性，表示在图16中。从该图可知，在RGB-LED各通光部通过的光分别分离成RGB色而进行通光。
另一方面，作为本发明的比较例的结果，将基于上述测定装置的测定数据在线长度方向的整个区域进行平均，表示在图17中。如该图所示，本发明的比较例中，发出RGB各主波长的光的LED的光不能按照大约200μm的间隔聚光在各自不同的位置，一部分重叠。
更加详细的结果为图18表示的色度坐标的空间分布。该图中，虽然从RGB各LED发出的光原本应该表示分别的色度坐标，但是由于一部分重叠，所以色度坐标在空间上平稳地变化。
另外，用色度图表示在图中虚线所示的RGB-LED要通光的各通光部的中心通过的光的分光特性，表示在图19中。该图中，例如在R-LED的通光部通过的光，蓝色感较强，不能使光通过目标通光部。另外，表示出对于通过G-LED的通光部的光接近色度部的中心部，从其他LED发出的光也通过G-LED通光部。
即，本发明的比较例中，不能够将来自点光源1的光向目标通光部分离并聚光，并且由于从多个点光源1向一个通光部发出的光混合通光，所以不能得到所期望的彩色显示。
此外，补充而言，上述评价是本发明的实施例、比较例的从各点光源1照射的中心位置偏离大约30mm的位置测定的，各点光源1照射的中心位置处，均表示出图14至图16所示的特性。这种情况，在使用折射型菲涅尔片实现薄型化时，需要扩大各色光对菲涅尔片的入射角度，但是如果这样，则表示出各色光的色差变大，不同色光的波长带的周边部相互干涉，画面质量变差的情况。
当然，使用折射型菲涅尔片时，虽然在本发明的比较例中将其从点光源1向线厚度方向偏离60mm，但是通过延长该距离，折射型菲涅尔片的焦点距离也延长，能够抑制各色光对折射型菲涅尔片的入射角度，抑制各色光的色差。但是，这种情况下，不能够同时实现背光源系统的薄型化。
因此，通光本发明的实施例和比较例，能够确认本发明相对于现有技术的优势。
产业上的可利用性
本发明能够适用于具备背光源的液晶显示装置等。
附图标记说明
1：光源(发光部、例如点光源)
2：准直(collimate)用反射镜(照射光学系统)
3：微透镜阵列(成像光学系统)
4：通光部
4A：通光部的排列(排列)
5：全反射棱镜片(照射光学系统)
6：复眼透镜(成像光学系统)
7：双面凸透镜(成像光学系统)
8：全反射菲涅尔片(照射光学系统)
9：光学片(照射光学系统与成像光学系统的一体型)
10：光学片(照射光学系统与成像光学系统的一体型)
11：使特定的偏振的光透过，并将剩下的光反射的元件(分离偏振光的元件)
12：背光源单元(单元)
13：防止来自相邻两个单元中的任一个的光源的光进入相邻两个单元中的另一个的部件(遮光板)
14：导光体
15：λ/2板(二分之一波长板)
19：图像元素
20：液晶层(成为通光部的图像元素的排列层)
21：驱动元件
22：玻璃基板(入射侧的玻璃基板)
23：玻璃基板(射出侧的玻璃基板)
25：液晶元件
30：偏振片
31：检偏器(analyzer)
40：扩散板
50：彩色滤光片层

Claims (28)

1.一种薄型背光源系统，其特征在于：
所述薄型背光源系统包括：
发出不同的主波长的光的发光部；
使来自所述发光部的光偏向的光偏向系统；和
使由所述光偏向系统偏向后的光聚光的多个通光部，
所述光偏向系统具有：与所述多个通光部的光的聚光面相对配置的成像光学系统；和与所述发光部和所述成像光学系统的光入射面相对配置的照射光学系统，
所述照射光学系统构成为：至少通过反射使来自所述发光部的光偏向，并且使不同的主波长的光以不同的角度向与所述多个通光部的法线方向大致平行的方向射出，
所述成像光学系统构成为：以与被分割成所述不同的主波长的种类数的所述通光部的排列间距对应的方式，排列有相同的多个透镜，并且根据所述不同的角度，使来自所述照射光学系统的光聚光到多个通光部的与所述不同的主波长对应的区域。
2.一种薄型背光源系统，其特征在于：
所述薄型背光源系统使来自发出不同的主波长的光的发光部的光，在偏向后向在规定位置排列的多个通光部聚光，
所述薄型背光源系统包括：
所述发光部；
所述多个通光部；
成像光学系统，其以与所述通光部的纵向和/或横向的排列间距乘以所述不同的主波长的种类数而得的排列间距对应的方式，沿着纵向和/或横向排列有相同的多个透镜，并且使来自所述发光部的光聚光到多个通光部的与所述不同的主波长对应的区域，与所述多个通光部的光的聚光面相对配置；和
照射光学系统，其至少通过反射使来自所述发光部的光按照不同的所述主波长偏向，使该光成为与所述多个通光部的法线方向大致平行的平行光而射出，并且从所述成像光学系统的所述多个透镜的与所述通光部相反一侧的面入射，与所述发光部和所述成像光学系统的光入射面相对配置。
3.如权利要求1或2所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述成像光学系统包括透镜，该透镜形成为：利用表面形状使光路偏向或者利用折射率分布使光路偏向。
4.如权利要求3所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述成像光学系统包括：复眼透镜或双面凸透镜，或者它们的组合。
5.如权利要求1至4中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述照射光学系统包括准直用反射镜。
6.如权利要求1至4中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述照射光学系统包括全反射棱镜片。
7.如权利要求1至4中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述照射光学系统包括准直用反射镜与全反射棱镜片的组合。
8.如权利要求6或7所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述全反射棱镜片通过单位棱镜的重复而形成，
所述全反射棱镜片的单位棱镜的重复间隔大于来自所述发光部的光的波长，并且为所述成像光学系统中的透镜的排列间距的1/2以下。
9.如权利要求1至4中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述照射光学系统包括全反射菲涅尔片。
10.如权利要求6至8中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述照射光学系统具有至少通过全反射使来自所述发光部的光偏向的全反射面的排列，
所述成像光学系统由在入射侧具有所述透镜的透镜面的光学片构成，该透镜面与所述全反射面一体。
11.如权利要求10所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述光学片通过单位透镜的重复而形成，
所述光学片的单位透镜的尺寸大于来自发光部的光的波长，并且为所述通光部的排列间距乘以来自发光部的光的主波长的种类数而得的长度以下。
12.如权利要求6至9中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述照射光学系统具有通过全反射使来自所述发光部的光偏向的全反射面的排列，
所述成像光学系统由在射出侧具有所述透镜的透镜面的光学片构成，该光学片的入射侧由所述全反射面的排列构成。
13.如权利要求12所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述光学片的入射侧的全反射面的排列间距大于来自所述发光部的光的波长，并且为所述射出侧的透镜的排列间距的1/2以下。
14.如权利要求1至13中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
所述发光部是LED光源、激光光源和有机EL光源中的任一个光源，或者具备该光源和导光体的发光装置。
15.如权利要求1至14中任一项所述的薄型背光源系统，其特征在于：
还在从所述发光部到所述成像光学系统的光学路径的中途，设置有使特定的偏振的光透过并反射剩余的光的反射元件。
16.如权利要求15所述的薄型背光源系统，其特征在于：
由所述反射元件透过的光和由所述反射元件反射的光均向所述成像光学系统照射。
17.一种复合薄型背光源系统，其特征在于：
将权利要求1至16中任一项所述的薄型背光源系统作为一个背光源单元，并列配置有多个该背光源单元。
18.如权利要求17所述的复合薄型背光源系统，其特征在于：
具有：按多个并列配置的所述背光源单元的每个单元或者每多个单元，控制发光部的光量的部件。
19.如权利要求17或18所述的复合薄型背光源系统，其特征在于：
所述背光源单元中的准直用反射镜、全反射棱镜片、全反射菲涅尔片、光学片、复眼透镜和双面凸透镜中的至少一个一体化形成有与多个单元对应的量。
20.如权利要求17至19中任一项所述的复合薄型背光源系统，其特征在于：
还在所述背光源单元的相邻单元间设置有遮光部件，该遮光部件防止来自相邻的两单元中的任一个的发光部的光进入该两单元中的另一个。
21.一种液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶显示装置具有权利要求1至20中任一项所述的薄型背光源系统，
所述液晶显示装置具有：由入射侧和射出侧的玻璃基板夹持液晶层而成的液晶元件，该液晶层构成作为所述通光部的图像元素的排列层；驱动该液晶元件的驱动元件；设置在所述液晶元件的入射侧的玻璃基板上的偏振片；和设置在射出侧的玻璃基板上的检偏器。
22.如权利要求21所述的液晶显示装置，其特征在于：
还在所述检偏器的射出面上具有扩散板。
23.如权利要求22所述的液晶显示装置，其特征在于：
从所述液晶层向射出侧的部件层叠顺序为“液晶层/驱动元件/检偏器/扩散板/射出侧的玻璃基板”。
24.如权利要求21所述的液晶显示装置，其特征在于：
还在所述驱动元件与所述射出侧的玻璃基板之间具有具备偏振光保持功能的扩散元件。
25.如权利要求24所述的液晶显示装置，其特征在于：
从所述液晶层向射出侧的部件层叠顺序为“液晶层/驱动元件/具备偏振光保持功能的扩散元件/检偏器/射出侧的玻璃基板”。
26.如权利要求21至25中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
还在所述射出侧的玻璃基板的入射面上具有彩色滤光片层。
27.如权利要求21至26中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述成像光学系统配置在所述偏振片与所述入射侧的玻璃基板之间。
28.如权利要求21至27中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶元件和所述驱动元件互换了层叠位置。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20111026