CN102679201A - 照明装置和使用它的影像显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种照明装置和使用它的影像显示装置，能够实现照明装置的轻量化和亮度分布的均匀化。照明装置(背光源单元)(1)包括：线状光源(2)、反射面(3)以及出射面(4)。反射面(3)与出射面(4)隔着空间相对置；线状光源(2)配置在上述空间的端部。出射面(4)是使入射光的一部分透过并且使入射光的一部分反射的半透射面。反射面(3)的断面形状在从接近线状光源(2)的位置到反射面(3)的中央位置的区间具有在照射方向上为凹形状的顶点(322)，且在从顶点到反射面的前端部的区间具有反弯点(323)。

Description

照明装置和使用它的影像显示装置
技术领域
本发明涉及适合薄型化的照明装置和把它用作背光源单元的影像显示装置。
背景技术
近年来，对照明装置、在液晶显示装置中搭载的背光源单元要求薄型化和高效率化。在作为背光源单元的照明装置中，为了实现薄型化，一般采用使用导光片的方法。在专利文献1中公开了在使用了导光片的边缘发光型背光源的端部的一边配置冷阴极管的液晶显示装置。另外，构成为，在导光片的下侧设置把来自背光源的光导向上方的反射片，在液晶屏的上下设置两片偏振片。
<专利文献1>日本特开2005-17355号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
为了实现照明装置的薄型化，导光片是有效的，但在用一片导光片照射整个照射面的结构的照明装置中，如果照射面大则导光片的重量大，妨碍照明装置的轻量化。另外，在大型导光片的情况下，随着远离光源，照射光有变暗的倾向，亮度的均匀化变得困难。在上述专利文献1中，对于同时实现照明装置的轻量化和亮度分布的均匀化的方案未加考虑。
本发明正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于实现照明装置的轻量化和亮度分布的均匀化。
(用来解决问题的手段)
本发明是一种照明装置，包括：线状光源、使从该线状光源产生的光线反射的反射面、以及与该反射面相对置且照射照明光的出射面，其特征在于：上述反射面与上述出射面隔着空间相对置；上述线状光源配置在上述空间的端部；上述出射面是使入射光的一部分透过并同时使入射光的一部分反射的半透射面。
另外，其特征在于：上述反射面的断面形状为沿与上述线状光源的长度方向垂直的方向是曲线形状；该曲线形状是在从接近上述线状光源的位置到该反射面的中央位置的区间具有在照射方向上为凹形状的顶点，且在从该顶点到该反射面的前端部的区间具有曲线的梯度变化率为零的反弯点(拐点)的形状。
(发明的效果)
根据本发明，通过成为从照明装置去除了导光片的构成，能够实现照明装置的轻量化和亮度分布的均匀化。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例1的照明装置(背光源单元)的构成的图。
图2是图1的照明装置的分解图。
图3是示出偏振选择性的反射薄片41的半透射功能的光线图。
图4是示出棱镜薄片43的半透射功能的光线图。
图5是示出根据本发明的实施例2的照明装置的反射面3的形状的图。
图6是图5的反射面的形状中的光线图。
图7是为了比较使反射面为平面时的光线图。
图8是示出根据本发明的实施例3的照明装置的构成的图。
图9是示出根据本发明的实施例4的影像显示装置(液晶显示装置)的正视图。
图10是示出图9的影像显示装置的内部构成的图。
(附图标记说明)
1：背光源单元(照明装置)；2：线状光源；20：开口部；3：反射面；31：反射面的背面部；32：反射面的底面部；322：反射面的断面的顶点；323：反射面的断面的反弯点；4：出射面；41：偏振选择性的反射面；42：扩散薄片；43：棱镜薄片；5：液晶显示元件(液晶屏)；6：框体；7：液晶显示装置(影像显示装置)
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明中的几个实施方式。
(实施例1)
图1和图2是示出根据本发明的实施例1的照明装置的构成的图。在此，作为照明装置，举例示出液晶显示装置中使用的背光源单元。图1示出组装了背光源单元的状态，图2示出把背光源单元拆分了的状态。下面，用标记X、Y、Z方向说明图面内的方向。
背光源单元1包括：在Y方向上具有长轴的至少一个以上的线状光源2、与XY面大致平行的反射面3和出射面4。反射面3和出射面4隔着空间在Z方向上相对置。即，去除了专利文献1等中使用的现有技术的导光片。出射面4是使入射光的一部分透过并且使入射光的一部分反射的半透射面。从线状光源2发生的光线在被反射面3和出射面4反射的同时从出射面4向Z方向(图面上方向)射出。
下面，详细说明各部分的构成。
线状光源2使用冷阴极管(CCFL)、热阴极管(HCFL)、外部电极管(EEFL)等的荧光管。荧光管一般是在玻璃管的内壁上涂敷荧光体，封入用来发生放电以产生激发荧光体的光线的气体而构成。该荧光体，也可以与背光源单元1要求的发光色对应地调合。例如，可以举出对为了显示彩色影像而使用的液晶屏有效的构成为例。液晶显示装置中使用的液晶屏的滤色片具有只透过预定的波段的光的功能。因此，为了使液晶屏有效地透光，线状光源2也可以使用多种荧光体，以使荧光体发出的光的峰值与滤色片的透射波段对应。一般地，是红、蓝、绿三种波长，但根据需要也可以利用使用了其发光光谱具有比这更多的峰值的荧光体的光源。
另外，线状光源2不必是一个光源，也可以由多个LED光源相连构成。LED光源以与所使用的荧光体对应的光谱发光，但该发光光谱最好与背光源单元要求的发光色对应。这也可以通过把具有大致相同光谱的多个LED光源组合来构成，或者也可以把具有不同发光光谱的多种LED光源组合来实现。
作为其它的方法，也可以利用激光光源、有机EL光源来构成线状光源。
线状光源2根据需要也可以包括具有混色功能的光学部件，也可以具有亮度均匀化或配光分布的调整构件。例如，可以利用透镜、具有扩散功能的平板、或棱镜薄片等。但是，这些构成例都不对线状光源2的构成形成限制。
反射面3由在线状光源2的背面(-X方向)上配置的光源背面部31和与背光源单元1的底面相当的底面部32构成。它们可以被分割，也可以一体地成形。光源背面部31把从线状光源2向-X方向射出的光线反射到+X方向。底面部32把从线状光源2或出射面4接收的光线向出射面4侧反射。反射面3的材质优选是容易加工的材料，可以用进行了镜面加工的铝、银、钢、钛或其它合金进行钣金加工而形成。或者，可以通过在利用喷射成形、挤压成形而形成为反射面3的形状的基材的表面上实施反射处理来实现。基材可以使用PMMA、聚碳酸酯等的树脂，也可以使用铝等的金属材料。在反射处理中，进行金属蒸镀、金属镀、介电体多层膜的贴附等。
反射面3是金属材料时，由于反射率高而该金属具有的特有分光特性，所以相对于入射光反射光的颜色有时不同。与此相反，对于介电体多层膜，通过选择材料可以在可见光波段成为大致恒定的高反射率。
另外，也可以使反射面3部分地改变反射率(或透射率)。为了实现这样的光学特性，也可以部分地生成(或削除)反射膜，也可以用反射性的印墨或吸收性的印墨等进行图案印刷。
而且，为了使反射面3的一部分或全部具有扩散性，可以设置薄片状的光学部件，或者也可以实施印刷。也可以具有基于表面粗糙度的扩散功能。
出射面4是具有使一部分光向入射侧反射、使一部分光透过并射出的功能的半透射面。为了实现半透射面的功能，把偏振选择性的反射面41和棱镜薄片43重叠而构成。并在两者之间插入扩散薄片42。通过该构成，具有从偏振选择性的反射面41射出的光线因扩散薄片42而使亮度不均匀平滑化，因棱镜薄片43的聚光功能而具有增益，提高正面亮度的效果。另外，出射面4的构成和Z方向的层叠顺序不限于此，可以省略偏振选择性的反射面41和棱镜薄片43中的一方，也可以省略扩散薄片42。另外，也可以根据需要增加使用的光学薄片的片数。
出射面4的形状示出了在图面上是矩形平面状的情形，但不限于此，也可以是用圆形、椭圆等的封闭曲线来表现的形状，也可以是球面的一部分、圆筒形等的立体的曲面。
下面，说明出射面4的作为半透射面的功能。
图3是示出偏振选择性的反射薄片41的半透射功能的光线图。在偏振选择性的反射薄片41的情况下，特定的偏振方向的光401透过，除此以外的偏振方向的光402反射，用作半透射面。根据情况，也可以利用设计成使透过的偏振光的一部分反射的部件。而且，作为半透射面也可以利用与偏振方向无关的半反射镜。
图4是示出棱镜薄片43的半透射功能的光线图。与棱镜薄片43大致垂直地入射的光403因棱镜具有的全反射功能而反射到入射侧。另一方面，从斜方向入射的光404被棱镜折射，被分成透射到相对于棱镜薄片43与光源相反侧的光和被全反射而反射到光源侧的光，用作半透射面。
这样，入射到作为半透射面的出射面4的光线的一部分透过，向Z方向上方射出。剩余的光线被出射面4反射而朝向反射面3，然后被反射面3反射而再次朝向出射面4。然后，在出射面4处，光线的一部分透过，剩余的光线被反射。通过反复进行这一过程，成为从出射面4向Z方向射出光线，同时使光线在离开光源2的X方向上传播的结构。
另外，也可以使半透射面部分地改变反射率(或透射率)。为了实现这样的光学特性，可以部分地生成(或削除)反射膜，也可以用反射性的印墨或吸收性的印墨等进行图案印刷。
而且，为了使出射面4的一部分或全部具有扩散性，也可以设置薄片状的光学部件，或者也可以实施印刷。也可以具有基于表面粗糙度的扩散功能。
这样，根据本实施例，尽管去除了现有技术的导光片，但与导光片同样地，具有使光线从线状光源2一直传播到出射面4的X方向的端部的功能。在本实施例中，由于去除导光片，把该区域作为空间，所以可以实现背光源单元1的轻量化。另外，由于是在没有导光片的情况下光线传播，所以没有中途的衰减，可以提高照射效率。
在图1、图2中示出背光源单元的构成，可以通过把它与框体、电源装置、控制装置等组合而用作任意用途的照明装置。
(实施例2)
用图5～图7说明本发明的实施例2。在实施例2中，特征在于实施例1中的反射面3的断面形状为曲线。
图5示出图2所示的背光源单元1的反射面3中的、与出射面4相对置的底面部32的X方向断面形状。底面部32的断面形状沿与线状光源2的长度方向(Y方向)垂直的X方向不是直线，而是曲线形状。该曲线形状是在从接近线状光源2的端部(起点)321到X方向中央位置320的区间具有在照射方向(Z方向)上为凹形状的顶点322，且在从该顶点322到X方向前端部324的区间具有反弯点323的形状。在反弯点323处曲线的梯度变化率(d2Z/dX2)为零(0)。这样的曲线形状可以用例如组合了三次曲线、圆弧的形状来近似。另外，也可以分别具有多个顶点322和多个反弯点323，此时可以通过连接组合三次曲线、圆弧来近似。图5所示的反射面3的断面形状不过是一例，根据背光源单元1的结构、线状光源2的数目和配置而适当确定。例如，在反射面3的两端设置两个线状光源2时，连接成使图5那样的反射面3的断面形状相向，设为关于X方向中央位置320对称的形状即可。
图6示出图5的反射面的形状中的光线图。从线状光源2射出的光线中的、在从端部321到顶点322的区域a被反射的光线，以从顶点322向X方向远方变密的方式反射。即，抑制端部321附近的亮度，从顶点322向远方增加亮度。另外，在从顶点322到反弯点323的区域b被反射的光线原样不变地反射到对应的出射面4侧，所以维持X方向中央部分的亮度。另一方面，在从反弯点323到前端部324的区域c被反射的光线向出射面4的X方向端部侧发散，使端部处的亮度增加。其结果，在各区域a、b、c被反射的光线重合，可以使出射面4的亮度发布从线状光源2附近到X方向端部更加均匀化。
另外，作为液晶显示装置等的背光源单元使用时，由于画面中央部的画质更重要，所以最好是画面中央部比画面周边亮度高的分布。针对这样的用途，可以对反射面的形状进行修正，成为抑制出射面两端部处的光线密度，使出射面中央部处的光线密度增加相应的大小的形状。由此，可以实现在画面中央部具有亮度峰值、电力效率也优良的背光源单元。
图7示出为了比较将反射面设为平面时的光线图。仅通过从线状光源2射出的光线在反射面的底面部32′与出射面4′之间反复进行反射、透射，从而X方向的光线密度大致恒定。因此，出射面4′的亮度分布在线状光源2附近高，随着远离线状光源2而降低。这样，在反射面为平面时，难以使出射面4′的亮度分布均匀。而且，也难以提高出射面中央部的光线密度而在画面中央部具有亮度峰值。
根据本实施例，由于反射面的底面部的断面形状为曲线形状，所以可以使出射面4的亮度分布从线状光源2附近到X方向端部更加均匀化。
(实施例3)
图8是示出根据本发明的实施例3的照明装置的构成的图。在实施例3中，变更了实施例1(图2)中的线状光源2的构成。
在线状光源2上设置有规定限制射出方向的开口部20。开口部20的大小(开口角度)为线状光源2周围的约180°区间，开口部20的方向朝着反射面3的底面部32侧(用箭头21表示)。通过使开口部20朝着底面侧，遮挡从线状光源2直接朝向线状光源2附近的出射面4的光线。由此，可以抑制线状光源2附近的光线密度过大，使背光源单元的亮度更加均匀化。
(实施例4)
用图9和图10说明本发明的实施例4。在实施例4中，对搭载了实施例1～实施例3所示的任一种背光源单元的影像显示装置进行描述。
图9是示出作为根据本实施例的影像显示装置的液晶显示装置7的例子的正视图。图10是示出图9的液晶显示装置7的内部构成的图。在此示出搭载了实施例1所示的背光源单元1的情形。液晶显示装置7把液晶显示元件(液晶屏)5和照射液晶显示元件5的背光源单元1安装到框体6上，进而组装未图示的影像信号处理部、液晶元件驱动部、电源等而构成。
液晶显示元件5显示与被输入的驱动信号对应的影像。即，将从背光源单元1入射的光线中的预定方向的偏振光入射到液晶，与驱动信号对应地液晶工作，使偏振光弯曲并射出。也可以通过使来自液晶的出射光通过滤色片而显示彩色影像。滤色片除了红、蓝、绿这三色以外，也可以使用加上黄色、品红等而使三色以上透过的滤片。
本实施例的液晶显示装置7由于搭载薄型且轻量化的背光源单元1，所以作为显示装置也被薄型且轻量化。另外，背光源单元1的亮度分布均匀，显示在画面内均匀亮度的影像。而且，通过使用像实施例2所述的那样提高了画面中央部的亮度的背光源，可以提供在显示画面上画面中央部比画面周边部影像亮度提高、观察者容易看到且电力效率优良的液晶显示装置。
另外，背光源单元1中的线状光源2可以配置在显示画面的上下、左右中的任一种位置上，也可以配置多个线状光源2。而且，也可以是针对一片液晶显示元件5矩阵状地配置多个背光源单元1的构成。此时，通过进行根据影像信号的画面内分布独立地控制各背光源单元的发光的区域控制，可以进一步改善电力效率。
以上，虽然说明了根据本发明的几个实施例，但本发明不仅限于这些实施例。本发明中包含把各实施例的要素组合得到的各种构成，这是不言而喻的。

Claims (5)

1.一种照明装置，包括：线状光源、使从该线状光源产生的光线反射的反射面、以及与该反射面相对置且照射照明光的出射面，其特征在于：
上述反射面与上述出射面隔着空间相对置；
上述线状光源配置在上述空间的端部；
上述出射面是使入射光的一部分透过并且使入射光的一部分反射的半透射面。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：
上述反射面的断面形状沿与上述线状光源的长度方向垂直的方向是曲线形状；
该曲线形状是在从接近上述线状光源的位置到该反射面的中央位置的区间具有在照射方向上为凹形状的顶点，且在从该顶点到该反射面的前端部的区间具有曲线的梯度变化率为零的反弯点的形状。
3.如权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于：
在上述线状光源上设置规定限制所产生的光线的射出方向的开口部；
该开口部朝着上述反射面方向，遮挡朝向上述出射面的光线。
4.一种影像显示装置，其特征在于，使用了：
显示影像的液晶显示元件；以及
作为照射该液晶显示元件的背光源单元的如权利要求1～3中任一项所述的照明装置。
5.如权利要求4所述的影像显示装置，其特征在于：
上述背光源单元具有提高了上述出射面的中央部的亮度的亮度分布，
在上述液晶显示元件的显示画面上，使画面中央部处的影像的亮度比画面周边部更高。
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