CN102681253A - 显示器和照明装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了显示器和照明装置，所公开的显示器包括：具有配置在显示区域中的像素的反射型图像显示部；以及适于从斜前方向图像显示部照射光的照明装置，其中，显示区域中的光散射特性具有角度依赖性，并且照明装置照射强度分布被调节为使得当从给定观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的显示区域时、图像亮度达到均匀的光。

Description

显示器和照明装置
技术领域
本发明涉及一种显示器。本发明还涉及一种照明装置。
背景技术
已知一种通过控制外部光的反射率来实现图像显示的反射型图像显示部。例如，反射液晶显示面板包括适于反射外部光的反射膜，并且通过利用其液晶层控制外部光的反射率来显示图像。具有反射型图像显示部的显示器通过利用外部光来显示图像，从而有助于降低功耗、减小厚度以及减少重量，并且可应用于诸如个人数字助理。
然而，具有反射型图像显示部的显示器在低照明条件下可见度会减小。因此，已经提出了一种具有适于向反射型图像显示部照射光的照明装置的显示器。然而，在具有覆盖图像显示部的前侧的导光板的照明装置中，来自照明装置的部分光原样地朝观看者泄漏。这导致了图像对比度下降。此外，由于经由导光板来观看图像，所以导光板影响图像的可见度。
另一方面，诸如看书灯的照明装置由于不存在覆盖图像显示部的前侧的导光板而不会产生上述问题。例如，日本专利公开第2000-338488号和第2002-229019号描述了不具有覆盖图像显示部的前侧的导光板的照明装置。
发明内容
在具有反射型图像显示部的显示器中，例如，可以通过提供图像显示部在显示区域中具有角度依赖性的光散射特性来增强针对给定观看位置的反射率，由此补偿由于与彩色显示相关联的反射率的减小而引起的可见度减小，并且防止从给定观看位置的外部观看到图像。然而，从诸如看书灯的照明装置向具有角度依赖光散射特性的图像显示部照射光导致了显示区域中的散射光的强度的不均匀，从而导致从给定观看位置观看到的图像亮度明显不均匀。
鉴于前述问题，期望提供一种显示器，其具有一种反射型图像显示部，该反射型图像显示部不管显示区域中的光散射特性的角度依赖性而都能够有助于提高从给定观看位置观看到的图像的亮度的均匀性。还期望提供一种可用于向反射型图像显示部照射光的照明装置。
根据本发明实施方式，提供了一种包括反射型图像显示部和照明装置的显示器。反射型图像显示部具有配置在其显示区域中的像素。照明装置从斜前方向图像显示部照射光。
显示区域中的光散射特性具有角度依赖性。
照明装置照射强度分布被调节为使得当从给定观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的显示区域时、图像亮度达到均匀的光。
根据本发明实施方式，提供从斜前方向具有显示区域中的角度依赖光散射特性的反射型图像显示部照射光的照明装置。
照明装置照射强度分布被调节为使得当从给定的观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的显示区域时、图像亮度达到均匀的光。
在根据本发明实施方式的显示器中使用的照明装置或根据本发明另一实施方式的照明装置从斜前方向反射型图像显示部照射光。这些照明装置照射强度分布被调节为使得当从给定的观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的显示区域时、图像亮度达到均匀的光。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的显示器的示意性透视图；
图2A是反射型图像显示部的示意性透视图，以及图2B是各向异性散射膜的示意性截面图；
图3A至图3C是用于描述反射型图像显示部中的入射光与散射光之间的关系的示意图和示意性曲线图；
图4是用于描述例如当使用具有普通光源的照明装置时在观看位置上观看到的散射光的强度的示意图；
图5是用于描述适于使图像亮度达到均匀的入射光的强度分布的示意图；
图6是用于描述如何在根据第一实施方式的照明装置中控制光源的示意图；以及
图7是用于描述第一实施方式的修改例中的入射光的强度分布的示意图。
具体实施方式
下文将参考附图基于实施方式来描述本发明。本发明不限于实施方式，并且在实施方式中使用的各种值和材料都是说明性的。在下面给出的描述中，相同的部件或具有相同功能性的部件由相同的参考标号来表示。并且将省略多余的描述。应当注意，以下列顺序给出描述：
1.根据本发明实施方式的显示器和照明装置的一般描述
2.第一实施方式(其它描述)
[根据本发明实施方式的显示器和照明装置的一般描述]
根据本发明实施方式的照明装置或在根据本发明实施方式的显示器中使用的照明装置(在下文中，这些照明装置被简称为根据本发明实施方式的照明装置)照射强度分布被调节为使得当从给定观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的显示区域时、图像亮度达到均匀的光。这里，表达“图像亮度达到均匀”不仅包括图像亮度严格均匀的情况，而且还包括图像亮度实际上均匀的情况。
在这种情况下，照明装置可以被配置在给定的位置上，其中，当照明装置照射光时，来自像素的光被散射以到达给定观看位置。当照射光时，如果给定观看位置包括在光从像素中沿着显示区域在照明装置侧的一个侧边进行散射的角度的范围内，而且如果给定观看位置包括在光从像素中沿着显示区域与照明装置侧相对的一个侧边进行散射的角度的范围内，则就满足上面的条件。
根据本发明实施方式的具有上述优选配置的照明装置可以包括多个光源，使得通过控制每个光源的发光来调节照射到显示区域上的光的强度分布。可选地，照明装置可以包括光源和光调节部，使得通过光调节部来调节从光源照射到显示区域上的光的强度分布。
组成照明装置的光源为发光二极管(LED)、冷或热阴极荧光灯、电致发光(EL)装置以及普通灯。如果照明装置包括多个光源，则使用LED作为光源是优选的。例如，LED可以以矩形矩阵形式配置以控制每个LED的发光。
配置在光源的发光侧的透镜或中灰密度(ND)滤光片(neutral densityfilter)为光调节部的实例。照射到显示区域上的光的强度分布通过调节透镜的方向性或ND滤光片的强度分布来调节。可选地，适于反射来自光源的光的反射器的反射率可以具有相似的分布。光调节部例如可包括众所周知的光学材料。
在后文将描述的实施方式中，具有各向异性散射膜贴附至其表面的反射液晶面板被用作图像显示部。液晶面板可以是单色或彩色的。
各向异性散射膜例如可以包括以相对于表面的给定角度而定向的方式交替地形成的具有不同折射率的极小区域。该膜具有使来自给定方向的光“原样”地通过膜同时散射来自其他方向的光的角度依赖光散射特性(angle-dependent light scattering characteristics)。换而言之，其模糊度(haze)具有角度依赖性。该膜例如由包含具有不同折射率的两种化合物的光硬化成分制成，并且通过用来自给定方向的光照射该组成成分的膜以使该膜硬化来获得。
各向异性散射膜在构成上没有特别限制，仅需要适当地选择与显示器的规格和设计相匹配的合适膜。可以通过在从照明装置照射的光与来自各向异性散射膜的光之间建立适当的关系来使各向异性散射膜不散射从照明装置照射的光而使该膜散射从液晶面板反射的光。
反射液晶面板例如包括前面板、后面板和液晶材料。前面板包括透明共用电极。后面板包括像素电极。液晶材料被设置在前面板和后面板之间。像素电极可以反射光。可选地，可以组合使用透明像素电极和反射膜，使得反射膜反射光。液晶显示面板在配置上没有特别限制。可以以所谓的TN(扭曲向列型)模式来驱动同一面板。可选地，可以以VA(垂直配向)或IPS(平面转换)模式来驱动同一面板。
应当注意，半透射液晶面板作为具有反射和透射图像显示部的特性的图像显示部是众所周知的。该半透射液晶面板在像素中具有反射和透射显示区域。可以使用这种面板。即，术语“反射型图像显示部”包括半透射图像显示部。
图像显示部在形状上没有特别限制，并且可以是水平或垂直的长矩形。当图像显示部的像素数(pixel count)或M乘以N被表示为(M，N)时，(M，N)值的几个实例为(640，480)、(800，600)以及(1024，768)，即，为水平长矩形图像显示部的图像显示分辨率。另一方面，对于垂直长矩形图像显示部，通过互换水平长矩形图像显示部的(M，N)值所获得的分辨率为图像显示分辨率的实例。然而，像素数不限于这些值。
适于驱动图像显示部以及适于驱动照明装置的驱动电路可以包括各种电路。这些电路可以包括众所周知的电路元件。
本说明书中给出的每种条件不仅满足严格保持的情况，而且满足实际保持的情况。容许存在由设计或制造原因所引起的各种修改。
[第一实施方式]
第一实施方式涉及根据本发明的显示器和照明装置。
图1是根据第一实施方式的显示器的示意性透视图。
如图1所示，显示器1包括反射型图像显示部10和照明装置30。反射型图像显示部10包括配置在显示区域11中的像素12。照明装置30从斜前方向图像显示部10照射光。反射型图像显示部10包括反射液晶显示面板，并且其结合在外壳20中。照明装置30安装至从支撑部40延伸的臂部41的边缘部。支撑部40通过未示出的保持部而附接并可拆卸地安装在外壳20的一端处。应当注意，在图1中切去外壳20的一部分。为解释方便，我们假设显示区域11与XZ平面平行，并且假设观看图像的一侧为正Y方向。
照明装置30包括多个光源31。每个光源31例如包括白色LED并且其构成沿着X轴配置的多个行中的一行。在图1中所示的实例中，平面地配置了四行光源31。包括在第一行中的光源由参考标号31a表示，并且包括在第二行中的光源由参考标号31b表示。类似地，包括在第三行中包括的光源由参考标号31c表示，以及包括在第四行中的光源由参考标号31d表示。
如后文描述的，显示区域11中的光散射特性是依赖于角度的。照明装置30照射强度分布被调节为使得当从给定观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的显示区域时、图像亮度达到均匀的光。照明装置30被配置在给定位置处，其中，当照明装置照射光时，来自像素12的光被散射以到达给定观看位置。此外，通过控制每个光源31的发光来调节照射到显示区域11上的光的强度分布。
图2A是反射型图像显示部的示意性透视图。图2B是各向异性散射膜的示意性截面图。
如图2A所示，反射型图像显示部10包括表面贴附各向异性散射膜14的反射液晶显示面板13。显示区域11为矩形。显示区域11的侧边由参考标号15A、15B、15C以及15D来表示。侧边15A在照明装置30侧。侧边15C与侧边15A相对。例如，侧边15A和15C的长度大约为12cm，而侧边15B和15D的长度大约为16cm。
各向异性散射膜14的厚度例如大约为0.1mm，并且包括相对于图2B所示的表面以给定角度定向而交替地形成的具有不同折射率的极小区域。这些极小区域被形成为在图中的X方向上延伸。该各向异性散射膜14具有角度依赖光散射特性，其由于区域中的折射率n1和n2之间的差而使来自给定方向的光“原样”地通过该膜同时散射来自其它方向的光。基本上，平行于以给定角度定向的区域的入射光“原样”地通过该膜，同时以散射光被赋予与角度相配的给定依赖性的方式散射来自其它方向的光。
入射光的入射角度影响来自图像显示部10的光的散射特性，更具体地，影响光的散射范围和散射光的强度。下文中，将参考图3A至图3C来描述当光进入在图像显示部10的整个屏幕上进行白色显示的图像显示部10时的光散射特性。
图3A至图3C是用于描述反射型图像显示部中的入射光与散射光之间的关系的示意图和示意性曲线图。
为了解释方便，我们假设入射光在图3A至图3C右侧所示的示意图中的YZ平面中传播。另一方面，散射光关于用作对称面的YZ平面以近似圆锥的方式进行散射。然而，在图3A至图3C中，光被示出为在YZ平面中传播。为了说明方便，给出了光在图像显示部10的表面上进行散射的效果的描述。然而，实际上，通过各向异性散射膜14所透射的光到达液晶显示面板13，并且光基于从该面板13反射的光而被散射。左侧的示意性曲线图示出了散射光的入射角度与其强度之间的关系。
如图3A所示，如果入射角度θ1较小，则很强的光被散射。如果光以大于θ1的入射角度θ2进入图像显示部10，则散射光会减弱(参照图3B)。如果光以大于θ2的入射角度θ3进入图像显示部10，则散射光强度进一步减弱(参照图3C)。此外，如果入射角度变得更大，则光所散射的角度范围(下文中，可以被简称为散射范围)趋于向右倾斜。
如果使用具有诸如荧光灯的线性光源的普通照明装置，则难以保证所显示的图像的亮度均匀。下面将参照图4来描述使用普通照明装置时的图像的亮度。
图4是例如用于描述当使用普通照明装置时在观看位置处观看到的散射光的强度的示意图。更具体地，图4是示出了当用具有在X方向延伸的线性光源(诸如荧光灯)的照明装置30′代替图1所示的照明装置30时、光在包括图1所示的线A-A的YZ平面中的行为的示意图。应当注意，例如，我们假设在图像显示部10的整个屏幕上显示白色。
在图4以及后文将描述的图5至图7中，图2中示出的侧边15A的位置被用作坐标的基准。另一方面，显示区域11在Z方向上的长度(换而言之，图2中示出的侧边15B或15D的长度)由参考标号ZD表示。
在图4中，照明装置30′位于与坐标基准在负Z方向上相距LZ距离以及在正Y方向上相距LY距离的位置处。另一方面，给定观看位置位于与坐标基准在正Z方向上相距ZP距离以及在正Y方向上相距YP距离的位置处。例如，距离ZP约为13cm，以及距离YP约为30cm。
当来自设置在显示区域11中的像素12的散射光到达给定观看位置(z＝ZP，y＝YP)时，图像观看者可以在视觉上感知整个显示图像。从照明装置30′到侧边15A的入射光的入射角度由参考标号θN表示，以及从照明装置30′到侧边15A的距离由参考标号DN表示。到与侧边15A相对的侧边15C的入射光的入射角度由参考标号θF表示，以及从照明装置30′到侧边15C的距离由参考标号DF表示。此外，落在与侧边15A在正Z方向上相距MP距离的部位上的入射光的入射角度由参考标号θMP表示，以及从照明装置30’到该部位的距离由参考标号DMP表示。在这种情况下，从图4明显看出，保持θN＜θMP＜θF的关系以及保持DN＜DMP＜DF的关系。
通常，当照射光时，如果给定观看位置包括在来自沿着显示区域11在照明装置侧的侧边15A定位的像素12的光的散射范围内，并且如果给定观看位置包括在来自沿着与显示区域11在照明装置侧的侧边相对的侧边15C而定位的像素12的光的散射范围内，则来自每个像素12的散射光都到达给定观看位置(z＝ZP，y＝YP)。
如参照图3A至图3C所描述的，入射角度越大，散射范围在图3A至3C中越趋于向右倾斜。考虑到上面的趋势而设定了图4中示出的照明装置30′的位置(z＝LZ，y＝LY)，使得满足以下条件：给定观看位置不仅包括在以入射角度θN落在侧边15A上的入射光的散射范围内而且包括在以入射角度θF落在侧边15C上的入射光的散射范围内。来自像素12的散射光到达给定的观看位置，因此可以在视觉上感知整个图像。
然而，如参照图3A至图3C所描述的，入射角度越大，散射光就变得越弱。此外，落在显示区域11上的入射光的强度与显示区域到照明装置的距离的平方成反比。由于上面的协作效果，从侧边15C附近的像素12散射的光相对于从侧边15A附近的像素12散射的光而明显减少。
在图4的下部所示的曲线图示意性地示出了显示区域的z坐标值与相对于从侧边15A附近的像素12散射的光的强度而在观看位置处观看到的散射光的强度之间的关系。当z＝0(换句话说，侧边15A的位置)时，散射光的强度最大。z坐标越大，散射光的强度减小得越多。尽管散射光的强度根据图像显示部10的设计而变化，但从侧边15C附近的像素12散射的光的强度或多或少是从侧边15A附近的像素12散射的光的强度的几个百分比。如上所述，当使用普通照明装置时，图像的亮度根据z坐标值而明显变化，从而难以保证显示图像的亮度均匀。
将参照图5描述从照明装置照射的光针对显示图像的亮度的均匀性改进所拥有的下一个理想类型的强度分布。
图5是用于描述适于使图像的亮度均匀的入射光的强度分布的示意图。
如图5所示，当分别通过参考标号ΦF、ΦMP和ΦN表示照射至侧边15C的光、照射至z坐标为MP的部位的光以及照射至侧边15A的光时，如果关于光强度而保持ΦF＜ΦMP＜ΦN的关系，则可以提高图像的亮度的均匀性。
即，仅需要将入射光的强度指定为在图5中间的曲线图中所示的强度分布，以补偿图4的下部所示的散射光的强度的变化。在图5中间所示的曲线图示意性地示出了显示区域的z坐标值与相对于落在侧边15A附近的像素12上的入射光的强度的、落在该坐标值位置上的入射光的强度之间的关系。
更具体地，当表示图4的下部所示的曲线图的函数由f1(z)指示、表示图5的中间所示的曲线图的函数由f2(z)表示、以及由LConst表示给定常数时，保持f2(z)＝LConst/f1(z)的关系。
可以通过照射强度分布被表示为函数f2(z)的光，以保持如图5的下部所示的散射光的强度均匀。这可以提高显示图像的亮度的均匀性。在图5下部的曲线图示意性地示出了当将图5中间的曲线图所示的强度分布指定为入射光的强度时显示区域的z坐标值与相对于从侧边15A附近的像素12散射的光的强度的、在观看位置观看到的散射光的强度之间的关系。
在第一实施方式中，通过控制由照明装置30的每个光源31发射的光量来控制照射至显示区域11的光的强度分布。下面将参照图6来描述控制光源的方式。
图6是用于描述如何在用于第一实施方式的照明装置中控制光源的示意图。
在第一实施方式中使用的照明装置30包括四行光源31。因此，通过控制每个光源31的发光来调节照射至显示区域11的光的强度分布。定性地，由光源31a、31b、31c以及31d发射的光量被设定为保持31a＜31b＜31c＜31d的关系并且还被设定为保持31a＜＜31d的关系。可以通过控制光源31的发光使得入射光具有如图6的下部所示的强度分布，来提高显示图像的亮度的均匀性。
应该注意，可以在视觉上感知来自光源31的光的均匀反射光，尽管这不是取决于处理图像显示部的表面的方式的情况。在这种情况下，仅需要设定照明装置30的位置，使得均匀反射光不会到达观看位置。基本上，仅需要满足在侧边15A均匀反射的光相比于观看位置(z＝ZP，y＝YP)而更多地朝着正Z侧传播的条件。
将参照图7描述第一实施方式的下一个修改例。根据修改例的显示器的示意性透视图与图1的显示器是相同的，只是照明装置130代替了照明装置30。
图7是用于描述第一实施方式的修改例中的入射光的强度分布的示意图。
在该修改例中，照明装置130包括线性光源131和光调节部132。线性光源131例如为沿着X轴延伸的荧光灯。光调节部132例如包括具有给定透射率分布的ND滤光片。通过光调节部132调节从光源131照射至显示区域11的光的强度分布，从而使具有如图7的下部所示的强度分布的光被照射到显示区域11上。由于与参照图5所述的相同原因，这有助于提高图像亮度的均匀性。
尽管已经在上文具体描述了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于此，而是可以基于其技术概念以各种方式进行修改。
本技术包含于2011年3月8日向日本专利局提交的日本专利申请JP2011-050132中公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。

Claims (6)

1.一种显示器，包括：
反射型图像显示部，具有配置在显示区域中的像素；以及
照明装置，适于从斜前方向所述图像显示部照射光，其中，
所述显示区域中的光散射特性具有角度依赖性，以及
所述照明装置照射这样的光：其强度分布被调节为使得当从给定观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的所述显示区域时、图像亮度均匀。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中，
所述照明装置被配置在给定位置处，其中，当所述照明装置照射光时，来自所述像素的光被散射以到达所述给定观看位置。
3.根据权利要求1所述的显示器，其中，
所述照明装置具有多个光源，以及
照射到所述显示区域上的光的强度分布通过控制每个所述光源的发光来调节。
4.根据权利要求1所述的显示器，其中，
所述照明装置具有光源和光调节部，以及
照射到所述显示区域上的光的强度分布通过所述光调节部来调节。
5.根据权利要求1所述的显示器，其中，
所述反射型图像显示部包括表面贴附有各向异性散射膜的反射液晶显示面板。
6.一种照明装置，用于：
向具有显示区域中的角度依赖光散射特性的反射型图像显示部照射光；以及
照射这样的光：其强度分布被调节为使得当从给定观看位置观看显示具有相同灰度级的图像的所述显示区域时、图像亮度均匀。
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