CN102313165A - 照明装置以及具备该照明装置的显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种照明装置以及具备该照明装置的显示装置。在可以针对多个单位区域的每一个进行亮度控制的照明装置中,可以以少的部件数量,抑制由离散地配置的光源引起的亮度斑点。具有:具备第一槽(18)及第二槽(19)的导光板(10);收纳在所述第一槽中的第一光源组(21);以及收纳在所述第二槽中的第二光源组(22),所述导光板(10)具备第一光混合区域(13)、第一光射出区域(14)以及第二光混合区域(15),从所述第一槽朝向所述第二槽,依次存在所述第一光混合区域、所述第一光射出区域以及所述第二光混合区域,在所述第一光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第一光源组而变大,在所述第二光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第二光源组而变大,在所述第一射出区域中,所述导光板是平板状。
Description
技术领域
本发明涉及照明装置以及具备该照明装置的图像显示装置。
背景技术
显示装置是视觉地向人类提供信息的媒体,在成为高度信息社会的现代,对于人类、社会来说已成为了一种重要的存在。显示装置大致能够分为CRT(Cathode Ray Tube,阴极射线管)、PDP(PlasmaDisplay Panel,等离子体显示器面板)等发光型的显示装置、和液晶显示装置、ECD(Electrochromic Display,电致变色显示器)以及EPID(Electrophoretic Image Display,电致变色图像显示器)等非发光型的显示装置。
非发光型的显示装置通过调节光的透射(或者反射)光量来显示图像,其中特别是液晶显示装置的性能近年来显著提高,被广泛用作便携电话、个人计算机、甚至于大画面电视等显示装置。
液晶显示装置包括:液晶显示面板,一般通过控制光的透射光量、或者反射光量来形成图像;以及照明装置,配置在液晶显示面板的背面,向液晶显示面板照射光。
在照明装置中,有边缘光方式(导光体方式)、正下方式(反射板方式)、以及面状光源方式,特别是在实现薄型的照明装置的情况下使用边缘光方式。边缘光方式在导光体的端部配置光源,以往,作为光源主要使用冷阴极管。但是,近年来在便携电话等小型的液晶显示装置中作为照明装置的光源使用发光二极管(LED)。另外,从去除了在冷阴极管中必要的逆变器、降低环境负荷的观点出发,在大型的液晶显示装置中也采用无水银的光源即LED。
但是,在如PDP那样的自发光型的显示装置中,在显示图像时,根据图像信号而使特定的像素选择性地以必要的光量发光。因此,能够在黑显示、显示暗的图像的情况下使像素的发光停止、或者减小发光量,所以功耗变小。另外,在黑显示的情况下,像素不发光,所以暗室中的对比度能够高至几万以上。
相对于此,一般在如液晶显示装置那样的非发光型的显示装置中,不论图像信号如何,背光源都始终以一定的明亮度发光。因此,背光源的明亮度通常与画面为最大亮度的条件相符,即使在黑显示、显示暗的图像的情况下也以相同的明亮度发光,所以消耗对显示没有贡献的不需要的电力。进而,在黑显示时,背光源的光的一部分泄漏而不会充分地变暗,所以暗室中的对比度小于PDP等自发光型的显示装置。
另外,以往还提出了通过控制背光源的明亮度(以下,还表现为亮度)来降低功耗、提高画质的液晶显示装置。
例如,在专利文献1中,公开了按照多个分割了的区域单位对背光源进行驱动、并根据图像信号来控制背光源的亮度,以实现削减功耗和提高图像质量的技术。
另外,还提出了各种针对多个单位区域的每一个来控制背光源的亮度的技术。例如,在专利文献2中,公开了由相向的端部厚度不同的多个导光板、和与导光板的厚度不同的一对端部中的厚度大的一方的端部接近配置的多个光源构成的照明装置(背光源)。另外,在专利文献3中,公开了如下的照明装置:具备并列地配置的多个线状的光源、和具有收纳这些光源的多个槽的导光板,该导光板的剖面形状构成为包括形成其厚度随着远离收纳光源的部分而变薄的曲线的倾斜面。另外,作为与本发明关联的其他现有技术文献,存在下述专利文献4。
【专利文献1】日本特开2005-258403号公报
【专利文献2】日本专利第4262368号公报
【专利文献3】日本专利第4023079号公报
【专利文献4】日本特公平1-37801号公报
发明内容
在光源和导光板1对1对应、且仅从光源点亮了的导光板射出光的照明装置中,能够实现针对每个单位区域的亮度调整。但是,该方式存在如下问题:由于需要多个导光板而部件数量变多、以及排列配置多个导光板并在各导光板中接近地配置光源,所以组装的负荷变大而制造成本变高。在具备并列地配置的多个线状的光源、和具有收纳这些光源的多个槽的导光板的照明装置中,导光板为一个且部件数量少、组装变得容易而具有成本的优势性,但存在将来在光源的发光效率提高而光源的数量少的情况下,难以抑制由离散地配置光源所引起的亮度斑点这样的课题。
本发明是为了解决这样的以往技术的课题而完成的,其目的在于在能够针对多个单位区域的每一个进行亮度控制的照明装置中,以少的部件数量来实现抑制由离散地配置的光源所引起的亮度斑点。关于本发明的其他课题和新的特征,参照本说明书的记述以及附图而加以明确。
本发明为了达成上述目的,采用以下手段。
(1)一种照明装置,其特征在于,具有:导光板,具备第一槽以及第二槽;第一光源组,收纳在所述第一槽中;以及第二光源组,收纳在所述第二槽中,所述导光板具备第一光混合区域、第一光射出区域以及第二光混合区域,从所述第一槽朝向所述第二槽,依次存在所述第一光混合区域、所述第一光射出区域以及所述第二光混合区域,在所述第一光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第一光源组而变大,在所述第二光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第二光源组而变大,在所述第一射出区域中,所述导光板为平板状。
(2)在所述(1)的照明装置中,在所述导光板的端部设置反射体,所述导光板具备第三光混合区域以及第二光射出区域,从所述导光板的端部朝向所述第一槽,依次存在所述第二光射出区域和所述第三光混合区域,在所述第三光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第一光源组而变大,在所述第二射出区域中,所述导光板是平板状。
(3)在所述(1)的照明装置中,在所述第一光混合区域中,所述导光板对来自所述第一光源组的光进行波导,将来自所述第二光源组的光向所述导光板的表面侧射出,在所述第二光混合区域中,所述导光板对来自所述第二光源组的光进行波导,将来自所述第一光源组的光向所述导光板的表面侧射出,在所述第一射出区域中,所述导光板将来自所述第一光源组以及所述第二光源组的光向所述导光板的表面侧射出。
(4)在所述(1)的照明装置中,如果将从所述第一光源组向所述导光板的表面侧射出的每单位面积的光的量设为L01、将从所述第二光源组向所述导光板的表面侧射出的每单位面积的光的量设为L02,则在所述第一光混合区域中满足L01<L02的关系。
(5)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,在所述第一光混合区域以及所述第二光混合区域中,所述导光板的剖面是锥状,相对距所述第一槽以及所述第二槽成为等距离的中心线,所述第一光混合区域中的所述导光板的剖面以及所述第二光混合区域中的所述导光板的剖面成为对称,所述第一光混合区域以及所述第二光混合区域中的所述导光板的剖面以及所述第一光射出区域中的所述导光板的剖面连续地连接。
(6)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,在所述第一射出区域中对从所述第一槽向所述第二槽行进的光和从所述第二槽向所述第一槽行进的光的一部分进行波导,将其他光向所述导光板的表面侧射出。
(7)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,所述第一槽包括第一面、第二面、第三面以及第四面,所述第一面以及所述第四面相对所述导光板中的平板状的面垂直,所述第二面以及所述第三面相对所述导光板中的平板状的面倾斜。
(8)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,所述第一槽由第一面、第二面、第三面以及第四面构成,所述第一面以及所述第四面的距离朝向所述导光板的表面而变大,所述第二面以及所述第三面的距离朝向所述导光板的表面而变小。
(9)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,在所述第一槽中收纳第三光源组以及散热器,所述第一光源组配置在所述散热器的一个面上,所述第三光源组配置在所述散热器的另一个面上。
(10)在所述(9)的照明装置中,其特征在于,构成所述第一光源组的多个光源和构成所述第三光源组的多个光源配置成相互错开。
(11)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,来自所述第一光源组的射出光量在相对所述导光板中的平板状的面平行的方向上成为最大。
(12)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,
来自所述第一光源组的射出光量在从相对所述导光板中的平板状的面平行的方向向所述导光板的里面侧倾斜的方向上成为最大。
(13)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,在所述导光板的表面侧具备光路变换部件,所述光路变换部件变更从所述导光板的表面射出的光的方向。
(14)在所述(13)的照明装置中,其特征在于,所述光路变换部件是透明的薄片,在所述光路变换部件的表面中具有多个棱镜面,所述棱镜面的棱线与构成所述第一光源组的多个光源的排列方向平行。
(15)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,在所述导光板的第1光混合区域以及第2光混合区域中,所述导光板的里面的表面粗糙度Ra大于0nm且小于等于38nm。
(16)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,在将构成所述第一光源组的多个光源的排列间距设为p、将从所述多个光源放射并入射到所述导光板时的入射光的半功率角设为ζ1、将所述入射光入射到所述导光板并在所述导光板内行进的角度设为ζ2、将所述导光板以及所述多个光源之间的折射率设为n1、将所述导光板的折射率设为n2时,所述第一光混合区域的导光板的长度Lm满足下述式(1),
Lm≥p/2tanζ2
≥p/2tan(sin-1(n1/n2·sinζ1))...式(1)。
(17)在所述(1)的照明装置中,其特征在于,与从所述第一光混合区域向所述导光板的表面侧射出的光相比,从所述第一光射出区域向所述导光板的表面侧射出的光更多,与从所述第二光混合区域向所述导光板的表面侧射出的光相比,从所述第一光射出区域向所述导光板的表面侧射出的光更多。
(18)一种显示装置,其特征在于,具有:显示面板,通过调节光的透射光量来显示图像;以及所述(1)的照明装置,从所述显示面板的背面对所述显示面板进行照明,使构成所述第一光源组的多个光源的排列方向与所述显示面板的显示面的长度方向一致。
根据本发明,可以实现一种能够针对多个单位区域的每一个进行亮度控制的照明装置,其中,由离散地配置的多个光源引起的亮度斑点被抑制,并且部件数量少。另外,使用了本发明的照明装置的显示装置可以能够实现画面的均匀性高、窄边框并且薄型的显示装置。上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明加以明确。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施例的照明装置的概略结构的部分剖面图。
图2是示出本发明的一个实施例的照明装置中的光源组的一个例子的概略立体图。
图3是示出本发明的一个实施例的照明装置中的光源组的一个例子的概略立体图。
图4是本发明的一个实施例的照明装置中的导光板的概略立体图。
图5是本发明的一个实施例的照明装置中的导光体的概略剖面图。
图6是本发明的一个实施例的照明装置中的导光体的概略剖面图。
图7是示出本发明的一个实施例的照明装置的部分构造的示意图。
图8是本发明的一个实施例的照明装置的导光板和光路变换单元的概略立体图。
图9是示出本发明的一个实施例的照明装置的部分剖面的概略结构图以及示出针对照明装置的位置的亮度值的示意图。
图10是示出在导光板中没有光射出区域的情况下的照明装置的部分剖面的概略结构图以及示出针对照明装置的位置的亮度值的示意图。
图11是示出本发明的一个实施例的照明装置的导光板的槽周边的概略结构的部分剖面图。
图12是示出本发明的一个实施例的照明装置的概略结构的正面图。
图13是示出本发明的一个实施例的照明装置的导光板的槽周边的概略结构的部分剖面图。
图14是示出本发明的一个实施例的照明装置的导光板的槽周边的概略结构的部分剖面图。
图15是示出本发明的一个实施例的照明装置的导光板的槽周边的概略结构的部分剖面图。
图16是本发明的一个实施例的照明装置中的导光板的概略立体图。
图17是示出本发明的一个实施例的显示装置的部分剖面的概略剖面图。
图18是包括本发明的一个实施例的显示装置的信号处理单元的概略结构图。
(符号说明)
1:照明装置;2:显示面板;10:导光板;11、14、17:光射出区域;12、13、15、16:光混合区域;18、19:槽;20、21、22、23:光源组;25:散热器;30:光路变换单元;40:漫射板;50:漫射片;60、70、71:光反射单元;100:液晶层;200:第1透明基板;210:第2透明基板;300:第1光学膜;310:第2光学膜;320:密封材料;400:图像信号处理单元;500:亮度分布计算单元;600:图像校正单元;700:背光源控制单元。
具体实施方式
以下,详细说明本发明的实施方式,不过本发明能够实现各种变更,并且,本发明包括下述实施方式彼此的组合。另外,在用于说明实施例的所有附图中,对具有同一功能的部分附加同一符号,省略其重复的说明。
(照明装置的实施例1)
图1示出本发明的照明装置的一个例子,是示出其主要部分的概略结构的部分剖面图。另外,为了便于说明,在附图中未必正确地表现了比例尺。
本照明装置1配置在通过调节光的透射光量来显示图像的未图示的显示面板的背面,是适合于从里面对显示面板进行照明的照明装置。作为显示面板能够使用通过调节所入射的光的透射光量来显示图像的显示面板,特别是能够使用长寿命且能实现矩阵显示的液晶显示面板。
照明装置1包括:导光板10;在形成于导光板10的槽中配置的由多个光源构成的光源组20~23;在导光板10的里面设置的光反射单元60;在导光板10的两端部设置的光反射单元70、71;以及在导光板10的表面侧以覆盖其整个面的方式配置的光路变换单元30。
光路变换单元30虽然可以自身具备刚性,但也可以在导光板10与光路变换单元30之间设置具有刚性且能够保持光路变换单元30的透明板或者漫射板40。另外,还可以根据需要而在光路变换单元30的上部设置漫射片50。
另外,在构成照明装置1时,需要框架等机械性的构造物、为了使光源发光而必须的电源和布线等电气构造物,但关于并非本发明的特征的部分,只要使用一般的单元即可,所以省略了详细的说明。
关于光源组20~23,作为构成它的多个光源只要使用满足小型、高发光效率、以及低发热这样的条件的部件即可,作为这样的光源优选为发光二极管(LED;Light Emitting Diodes)。作为光源能够使用发出白色光的发光二极管。作为实现发出白色光的发光二极管,可以使用通过组合发出蓝色的发光、和用该蓝色的光激发而发出黄色的光的荧光体来实现白色发光的发光二极管,或者使用通过组合发出蓝色或者紫外线的光、和用该所发出的光激发而发光的荧光体来实现在蓝色、绿色以及红色中具有发光峰值波长的白色发光的发光二极管。
或者,在具备本照明装置的显示装置通过加法混色而实现彩色显示的情况下,作为发光部,只要使用发出红色、蓝色、以及绿色这三原色的发光二极管即可。例如,在作为显示面板使用彩色液晶面板的情况下,通过使用具有与液晶面板的彩色滤色片的透射谱对应的发光峰值波长的光源,能够实现颜色再现范围宽的显示装置。或者,在通过场序彩色实现彩色显示的情况下,在液晶面板中无需成为光损失的原因的彩色滤色片,所以通过使用发出红色、蓝色、以及绿色这三原色的发光二极管,能够实现光的损失少且颜色再现范围宽的显示装置。
图2是示出光源组的一个例子的概略立体图。本发明的光源组通过分别在细长的板状的散热器25的两面中线状或者带状地排列配置多个光源20a、20b、...、光源21a、21b、21c、...来实现。在图2中,光源组20配置在散热器25的一个面上,光源组21配置在散热器25的另一个面上。另外,如果带状地配置多个光源,则照明装置的厚度变厚,所以优选线状地配置光源。另外,光源21a自身作为光射出部21a-E的形状,优选使用光源的排列方向的宽度比与其正交的方向的宽度宽的光源,以实现亮度斑点的抑制、和照明装置的薄型化。
各光源通过未图示的布线与直流电源、控制点亮和熄灭的控制单元连接。另外,布线、光源隔着未图示的绝缘层形成在散热器25上。作为绝缘层能够使用由高分子材料构成的绝缘材料,例如能够使用环氧树脂类树脂、聚酰亚胺类树脂、以及丙烯酸类树脂。另外,为了将从光源放射的光高效地反射到导光板10,也可以在形成有布线、发光部的绝缘层的表面中,设置反射率高的银或铝等的金属膜、或者通过在透明树脂中混入折射率不同的微粒或者气泡来实现白色反射的光反射膜、或者基于感应体多层膜的光反射面。
另外,光源也可以通过透明树脂覆盖发光部,透明树脂以使从发光部射出的光高效地朝向导光板10的方式形成为凸透镜形状或者炮弹状。作为透明树脂只要使用相对可见光透明的树脂即可,能够使用环氧类、硅类以及丙烯酸类等树脂。例如硅类的透明树脂由于耐光性、耐热性优良而适合于光量大的情况。另一方面,环氧类的透明树脂虽然耐光性、耐热性略逊于硅类,但具有成本更低的优点。
作为散热器25,优选使用铝、铜这样的热传导率高的金属以及由碳、陶瓷等构成的热传导率比较高的材料。其原因是,一般在发光二极管的情况下如果温度上升则发光效率降低。
另外,在本发明的照明装置中,如图2所示,在导光板10的同一槽的内部配置的光源组20、21的光源,也可以排列成与构成邻接的光源组的光源相互错开。在该情况下,由发光二极管(光源)产生的热量高效地分散、散热,从而抑制了温度上升,所以得到能够抑制发光二极管的温度上升所引起的发光效率的降低的效果。另外,也可以如图3所示地构成光源组20、21。即,也可以在散热器25上相互错开地一列地排列构成不同的光源组20以及21的光源20a、20b、20c、...、和光源21a、21b、21c、...。在这种情况下,具有可以在更小的空间中构成邻接的光源组这样的效果。
图4是本发明的照明装置中的导光板的概略立体图。导光板10由相对可见光透明的板状部件构成,具备收纳光源组的槽和至少2个功能不同的区域。具体而言,在与槽邻接的位置设置光混合区域,进而在其旁边设置光射出区域。
以下说明具备2个槽的导光板10,但本发明不限于此,只要与照射对象的大小、需要的亮度等对应地选择最佳的构造即可。
导光板10具备收纳光源组20(第三光源组)和光源组21(第一光源组)的槽18(第一槽)、以及收纳光源组22(第二光源组)和光源组23(第四光源组)的槽19(第二槽)。
在与槽18邻接的区域中具备光混合区域12(第三光混合区域)、13(第一光混合区域),在与槽19邻接的位置具备光混合区域15(第二光混合区域)、16(第三光混合区域)。另外,在光混合区域12的与槽18相反一侧具备光射出区域11(第二光射出区域),在光混合区域16的与槽19相反一侧具备光射出区域17(第二光射出区域)。另外,由在2个槽之间的2个光混合区域夹着的区域具备光射出区域14(第一光射出区域)。从槽18朝向槽19,依次存在上述第一光混合区域13、光射出区域14、以及光混合区域15。另外,从设置了光反射单元71的导光板10的端部朝向槽18,依次存在光射出区域11、光混合区域12。
此处,光混合区域是指如下构成的区域:实现在从构成光源组的多个光源射出并入射到导光板10的光中,从邻接的槽的方向进入的光相互混合,并且几乎不从导光板10的表面侧射出的状态,另一方面,从与邻接的槽相逆的方向进入的光从导光板10的表面射出。另外,光射出区域是指构成为使在该区域中波导的光的一部分从导光板10的表面侧射出的区域。具体而言,在光射出区域14中,对从槽18行进到槽19的光以及从槽19行进到槽18的光的一部分进行波导,而使其他光向导光板10的表面侧射出。
因此,在作为一个例子而关注与光源组20以及21相关的区域时,光混合区域12和13分别是从收纳在构成槽18中的光源组20和21的多个光源射出并入射到导光板10的光相互混合的区域,此时,构成为来自光源组20的光在光混合区域12(来自光源组21的光在光混合区域13)中在导光板10内波导,并尽可能不从其表面侧射出。另外,光混合区域12和13构成为使从与槽18相反一侧的方向进入的光从导光板10的表面侧射出。
因此,光混合区域13构成为使从收纳在槽19中的光源组22射出并入射到导光板10并在导光板10中波导的光从导光板10的表面侧射出。
另外,光混合区域15构成为使从槽19进入的光在光混合区域15中波导而几乎不从其表面侧射出,但使从槽18的方向进入的光、即从光源组21射出并在导光板10内波导的光从导光板10的表面侧射出。
另外,光射出区域14构成为将从光源组21以及光源组22射出并入射到导光板10的光,向导光板10的表面侧射出的区域。即,光射出区域14具有使来自两个光源组的光都向导光板10的表面侧射出的功能。
这样,在从与光混合区域13接近的光源组21射出的光中,与从光混合区域13向导光板10的表面侧射出的光相比,从光射出区域14向导光板10的表面侧射出的光更多。另外,在从与光混合区域15接近的光源组22射出的光中,与从光混合区域15向导光板10的表面侧射出的光相比,从光射出区域14向导光板10的表面侧射出的光更多。
作为实现这些功能的具体的构造,有图5以及图6所示的构造。即,将导光板10的表面设成与照射对象物的主平面大致平行的平面,将导光板10的光混合区域12、13以及光混合区域15分别设成宏观上光源组20、21、22以及23侧薄、随着远离光源组而厚度增加的锥形状。另外,将光射出区域11、光射出区域14设成平板状。
换言之,本发明的导光板10呈现宏观上随着远离槽而其厚度增加(在光混合区域12、13、15、16中,导光板10的厚度随着远离光源组而变大)的锥形状的区域和与其连接的平板状的形状。
另外,在导光板10的里面侧,形成了用于使在导光板10内波导的光向导光板10的表面侧射出的微细的形状。如图5以及图6所示,在光混合区域12、13、以及15中,在导光板10的里面具有与导光板10的表面平行的微细的面、和分别在随着远离邻接的导光板10的槽而导光板10变厚的方向上以角度α倾斜的微细的面交替地反复的形状。对于该平行的微细面和倾斜的微细面的大小、倾斜的微细面的角度α,可以以射出均匀的光的方式决定,可以根据其位置而使其大小变化。微细面的大小为几μm至几十μm、角度α为1~45°的值是优选的。通过设成这样的里面形状,能够实现从邻接的槽的方向进入的光相互混合、并且几乎不从导光板10的表面侧射出的状态。另一方面,能够实现使从与邻接的槽相逆的方向进入的光从导光板10的表面侧射出的状态。
另外,为了在光射出区域11以及14中改变在导光板10内波导的光的行进角度并使其从导光板10的表面侧射出,具备在导光板10的里面具有相对导光板的表面倾斜了的多个微细的凹凸面、台阶或者如图所示的倾斜朝向相反的微细面交替地反复的形状。该微细面的大小为几μm至几十μm、相对导光板表面的倾斜角度β为±1~45°的值是优选的。通过设成这样的里面形状,能够实现使来自两个光源组的光都向导光板10的表面侧射出的功能。
接下来,说明光混合区域的大小(长度)。图7是本发明的照明装置的部分俯视图。从光源组21入射到导光板10的光在区域A3-B1中通过全反射而传播并从区域A2-B1射出。为了实现射出的光的均匀性,区域A3-B1和区域A2-B1的长度A2、A3相等。即,相对距二个槽18、19成为等距离的中心线(区域A3-B1与区域A2-B1的边界),其剖面形状具有对称的二个锥状的区域,这些锥区域为朝向中心线厚度增大的构造。在图7中,光混合区域中的导光板的剖面以及光射出区域中的导光板的剖面连续地连接。混合区域是用于使从构成光源组21的多个光源射出并入射到导光板10的光相互混合的区域。因此,优选如下所述地设定光混合区域的从导光板10的端面起的长度Lm。
如图7所示,将构成光源组20、21的多个光源的排列的反复间距设为p。进而,将从发光部放射而入射到导光板10时的入射光的半功率角设为ζ1、将该入射光入射到导光板10而行进到导光板10内的角度设为ζ2、将导光板10与光源之间的折射率设为n1、将导光板10的折射率设为n2,此时,优选使光混合区域的从导光板10的槽的端面起的长度Lm满足用下式表示的条件。在使多个光源以及导光板10之间成为空气的情况下,变为n1=1.0。
Lm≥p/2tanζ2
≥p/2tan(sin-1(n1/n2·sinζ1))...式(1)
这是用于使从相邻的光源放射的光中的强度为正面方向的一半的光相互混合所需的最低限的长度,优选设成该长度以上。
另外,也可以如图7所示,在光源组的长度方向上,根据需要设置用于将导光板10光学地分离为多个区域的微细的槽10g。对于这样的微细的槽10g,将宽其度设为几百μm~3mm左右,将其深度根据导光板10的厚度设为适合的值即可。另外,微细的槽10g根据需要设置在导光板10的里面侧、表面侧中的某一个、或者两个中即可。
作为导光板10的材料,使用相对可见光透明的树脂即可,能够使用主要在以往的边缘光方式的导光板中使用的丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂以及非晶性烯烃树脂。例如在使用成形时的流动性比丙烯酸树脂高的COP(环烯烃聚合物)时,能有效地提高成形时的成品率。这样的树脂为在日本ZEON上市的产品名为ZEONOR的树脂。另外,COP由于与丙烯酸相比吸湿性更低,所以具有在如本实施例那样的厚度的变化大的导光板的情况下,能够抑制由于吸湿而产生弯曲这样的效果。进而,由于与丙烯酸相比密度低20%,所以具有能够轻量化这样的特征。
另外,在导光板10的光混合区域中,如果导光板10的表面粗糙度大,则从邻接的槽的方向入射到导光板10的光在导光板10内波导时散射,如果其一部分从导光板10的表面侧射出,则有可能无法充分地提高照明光的每个区域的亮度差。在此,在一般的光学部件中,表面粗糙度Ra要求为利用波长的1/10以下。本发明的照明装置的利用波长为可见波长(380~780nm左右),所以作为表面粗糙度Ra优选为大于0nm小于等于38nm以下。但是,也可以根据用途将表面粗糙度设定为上述范围。
在导光板10的里面配置光反射单元60。光反射单元60用于通过使向导光板的里面侧漏出的光反射到导光板侧并返回而有效地利用。作为光反射单元60,能够使用在树脂板或者高分子膜等支撑基材上形成由具有高的反射率的反射面的部件。反射面可以使用在支撑基材上通过蒸镀法或者溅射法等成膜了铝、银等反射率高的金属薄膜的面、或者在支撑基材上以成为增反射膜的方式形成了感应体多层膜的面、或者在支撑基材上涂敷了白色颜料的面等。另外,也可以使用通过层叠多个折射率不同的透明介质而作为光反射单元60发挥功能的面。更具体而言,作为光反射单元60可以使用在支撑基材膜上层叠形成了漫射反射层的反射薄片(产品名refstr、三井化学株式会社制)。
在导光板10的表面侧以覆盖其整个面的方式配置光路变换单元30(光路变换部件)。图8是用于说明导光板10与光路变换单元30的关系的概略立体图。光路变换单元30具有使从导光板10射出的光的行进方向对齐的功能,至少具有在与光源组20~23的长度方向正交的方向上使光的行进方向向正面方向对齐的功能。
作为实现这样的功能的单元,可以使用专利文献4记载的其两面分别由平滑面和波形面构成的透明薄片。在此,如图1、图8所示,说明作为光路变换单元30使用一个导光板10侧的面是平滑面、另一个面由波形面构成的透明薄片的情况。作为本发明的光路变换单元优选由3M社(美国)以产品名RBEF、BEFIII、WAVE FILM这样的名称销售的这样的透明薄片。在光路变换单元30的表面存在多个棱镜面。作为光路变换单元30,以使其棱镜的棱线(长度方向)与光源组的长度方向大致一致的方式,配置构成波形面的棱镜的平均间距是50~100μm、棱镜的角度是约90度的透明薄片。换言之,在导光板10的表面侧,配置棱镜的棱线与导光板的光混合区域和光射出区域的边界线的方向和/或导光板的槽18、19的长度方向(构成光源组的多个光源的排列方向)大致一致那样的透明片。
另外,也可以在光路变换单元30与导光板10之间具备能够保持光路变换单元30的透明薄板或者漫射板40。另外,也可以根据需要而在光路变换单元30的上部具备漫射薄片50。
在光路变换单元30与导光板10之间配置漫射板40的情况下,漫射板40起到对从导光板10射出的光的射出角度分布、以及亮度的面内均匀性进行均匀化的功能。作为漫射板40,可以使用在PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PC(聚碳酸酯)等透明的高分子膜的表面形成有凹凸的部件、或者在高分子膜的表面形成了在透明介质中混合了折射率与透明介质不同的透光性的微粒的漫射层的部件、或者在板或者膜内部混入气泡而产生具有漫射性的部件、或者在丙烯酸树脂等透明部件中分散了白色颜料的乳白色部件等。
在光路变换单元30的表面侧配置的漫射片50是用于提高通过了光路变换单元30的光的射出角度分布以及亮度的面内均匀性的单元。另外,在作为光路变换单元30使用上述透明片的情况下非常不易造成损伤,所以光漫射单元还作为光路变换单元30的保护层发挥功能。这样的光漫射单元可以使用在PET、PC等透明的高分子膜的表面形成了凹凸的部件、或者在高分子膜的表面形成了在透明介质中混合了折射率与透明介质不同的透光性的微粒的漫射层的部件、或者在板或者膜内部中混入气泡而产生漫射性的部件、或者在丙烯酸树脂等透明部件中分散了白色颜料的乳白色部件等。
在导光板10的两端部,设置光反射单元70、71(反射体)。其具有使从光源组射出并入射到导光板10的光中的到达了端部的光再次返回到导光板10侧的功能。因此,光反射单元70、71只要是以少的损失对光进行反射的部件即可,在散射反射的部件的情况下导光板10的端部及其附近变亮,从而有可能破坏亮度分布的均匀性,所以优选为镜面反射的部件。
作为光反射单元70、71,例如以使其反射面朝向导光板的端部的方式,通过经由透明的粘接剂或粘着剂等介质粘贴在树脂板或者高分子膜等支撑基材上、形成了具有高反射率的反射面的部件来实现即可。反射面可以使用在支撑基材上通过蒸镀法或者溅射法等成膜了铝或银等反射率高的金属薄膜的面、或者在支撑基材上以成为增反射膜的方式形成了感应体多层膜的面、或者通过层叠多层的折射率不同的透明介质(透明膜)而作为反射单元发挥功能的面。
接下来,除了已经说明的图以外,参照图9来说明本实施例的照明装置的动作。在此,首先说明光源组21以及光源组22发光的情况。图9是示出本发明的照明装置的部分剖面的概略结构图以及示出针对照明装置的位置的亮度值的示意图。
从构成光源组21的多个光源射出并入射到导光板10的光在光混合区域13中,一边相互混合一边在导光板内波导。在此,如果以相对导光板表面的垂线为基准而定义向导光板里面的入射角度θi和反射角度θo,则关于从邻接的槽的方向在光混合区域13中行进的光为θi≤θo,在导光板表面几乎不会从全反射的条件偏移。因此,来自光源组21的光在光混合区域13中几乎不从导光板10的表面侧射出,所以从各光源射出而相互混合不充分、未均匀化的光几乎不会原样地从导光板10的表面侧射出。对于通过了光混合区域13的光,在光射出区域14中在设置于导光板10的里面的倾斜了的微小面处其一部分反射。此时,入射角度θi与反射角度θo的关系变为θi>θo,进而相对导光板10的表面以从全反射的条件偏移的角度、即临界角以下的角度入射的光从导光板的表面射出。
另外,通过光射出区域14的光在光混合区域15中,如果在倾斜了的微小面处反射,则入射角度θi与反射角度θo的关系成为θi>θo,进而相对导光板10的表面以从全反射的条件偏移的角度、即临界角以下的角度入射的光从导光板10的表面射出。
像这样地从光源组21射出并入射到导光板10的光的大部分从光射出区域14以及光混合区域15射出,该大部分的光向向远离光源组21的方向倾斜的方向(在图中向右倾斜的方向)射出。
从导光板10射出的光入射到光路变换单元30,但此时其行进方向改变,向相对导光板表面大致垂直的方向对齐。
另一方面,从构成光源组22的多个光源射出并入射到导光板10的光在光混合区域15中,一边相互混合一边在导光板内波导。此时,来自光源组22的光在光混合区域15中几乎不向导光板的表面侧射出,所以不会大量射出没有相互混合的光。通过了光混合区域15的光在光射出区域14中一边在设置于导光板10的表面和导光板10的里面的微小面处反射一边在导光板内行进,但此时在导光板10的里面的倾斜了的微小面处反射的光中的、在导光板10的表面中以从全反射的条件偏移的角度、即临界角以下的角度入射的光从导光板的表面射出。
另外,通过光射出区域14的光在光混合区域13中,在倾斜了的微小面处反射并从导光板的表面射出。像这样地从光源组22射出并入射到导光板10的光的大部分从光射出区域14以及光混合区域13射出,但此时,大部分的光向向远离光源组22的方向倾斜的方向(在图中向左倾斜的方向)射出。
从导光板10射出的光入射到光路变换单元30,此时其行进方向改变,向相对导光板表面垂直的方向对齐。
即,从光源组21和光源组22射出并入射到导光板10的光在从导光板10的表面侧射出时,光的主要的行进方向各自不同。因此,存在如下问题:如果不使光的行进方向对齐,则在从倾斜方向观察时明亮度根据位置而不同。在本发明中为了解决该课题,作为使行进方向不同的光向相对导光板表面大致垂直的方向对齐的单元而具备光路变换单元30。
另外,在作为光路变换单元30使用了上述部件的情况下能够将正面(射出角度0度)的亮度提高至没有使用光路变换单元30的情况的约1.3倍。即,在本发明的照明装置中,通过使用光路变换单元30,具有能够防止从倾斜方向观察时的亮度斑点、以及提高正面方向的亮度这样的效果。
另外,作为光路变换单元30也可以使用导光板侧的面是波形面、而另一个面由平滑面构成的透明薄片。在这种情况下,根据导光板10的位置,从导光板10射出的光的主要的行进方向不同,所以与其对应地根据位置改变构成波形面的棱镜的顶角即可。
这样,在本发明的照明装置中,在光混合区域中,在从构成接近的光源组的多个光源射出并入射到导光板的光相互混合的期间,从导光板的表面侧射出的光的量少,在充分地相互混合并均匀化后,从导光板射出,所以能够得到更均匀的照明光。
接下来,说明本发明的照明装置中的光射出区域的效果。图10是示出假设在光混合区域(在图中13′和15′)的旁边没有设置光射出区域的情况下的照明装置的部分剖面的概略结构图以及示出针对照明装置的位置的亮度值的示意图。
如上所述,在从光源组21和光源组22射出并入射到导光板10的光从导光板10的表面侧射出时,光的主要的行进方向各自不同。即,来自光源组21的光在从导光板10射出时,其主要的行进方向是向向远离光源组21的方向倾斜的方向(在图中向右倾斜的方向),来自光源组22的光在从导光板10射出时,其主要的行进方向成为向向远离光源组22的方向倾斜的方向(在图中向左倾斜的方向)。虽然从导光板10射出的光的行进方向通过光路变换单元30而对齐,但在光混合区域13′中从导光板10的表面射出的光和在光混合区域15′中从导光板10的表面射出的光的主要的行进方向是相互远离的方向,所以产生在离开导光板10的槽的部分光量不足而亮度降低这样的课题。
进而,在没有设置光射出区域的情况下光混合区域变大,所以易于产生以此为原因的下述2个课题。光混合区域如上所述,宏观上呈现随着远离邻接的槽(或者接近的光源组)而厚度增加的锥形状。因此,如果光混合区域的长度变大,则相应地导光板的厚度增加,所以产生照明装置的厚度变大这样的问题。另外,在导光板的厚度大的部分从光源组射出并入射到导光板的光到达导光板的里面的概率变低,所以产生该部分的光量不足、亮度降低这样的课题。
针对这些课题精心研究的结果是,发现通过在导光板中设置光混合区域和光射出区域这样的功能不同的区域可以解决课题。即,如上所述(参照图9),通过在导光板10上设置光射出区域14,与没有光射出区域14的情况(图10)相比能够得到更均匀的亮度分布。
进而,关于导光板10的厚度,与没有设置光射出区域14的情况相比,在设置了光射出区域14的情况下能够设置得更薄。因此,通过在本发明的照明装置中设置光射出区域14,如果是相同的厚度,则具有能够实现亮度的面内分布更均匀的照明装置,进而能够实现更薄的照明装置这样的效果。
接下来,参照图5说明导光板的端部附近的区域中的动作。从构成光源组20的多个光源射出并入射到导光板10的光在光混合区域12中,一边相互混合一边在导光板内波导。此时,关于向导光板里面的入射角度θi与反射角度θo的关系,使光混合区域13相对从邻接的槽的方向进入的光成为θi≤θo,在导光板表面几乎没有从全反射的条件偏移的情况。因此,来自光源组21的光在光混合区域13中几乎不从导光板10的表面侧射出,所以从各光源射出且相互混合不充分而没有均匀化的光几乎不会原样地从导光板的表面侧射出。
对于通过了光混合区域12的光,在光射出区域11中在设置于导光板10的里面的倾斜了的微小面处其一部分反射。此时,向导光板里面的入射角度θi与反射角度θo的关系为θi>θo,进而相对导光板10的表面以从全反射的条件偏移的角度、即临界角以下的角度入射的光从导光板的表面射出。
另一方面,通过了光射出区域11的光在光反射单元71处反射而再次进入到光射出区域11。在光射出区域11中,在设置于导光板10的里面的倾斜了的微小面处反射的光的入射角度θi与反射角度θo的关系为θi>θo,进而相对导光板10的表面以从全反射的条件偏移的角度、即临界角以下的角度入射的光从导光板10的表面射出。
通过了光射出区域11的光再次入射到光混合区域12。此时,在倾斜了的微小面处反射的光的入射角度θi与反射角度θo的关系为θi>θo,进而相对导光板表面以从全反射的条件偏移的角度、即临界角以下的角度入射的光从导光板10的表面射出。
关于像这样地从光源组20射出而入射到导光板10的光,在光混合区域12中,从邻接的槽18的方向进入的光几乎不从导光板10的表面侧射出,但从与邻接的槽18相反一侧进入的光从导光板10的表面侧射出。
在光射出区域11中,从槽18的方向进入的光、和向与其相逆的方向进入的光与从导光板10的表面侧射出时的倾斜角度不同。特别是,在光射出区域11中从槽18的方向进入的光从导光板10的表面侧射出的光的主要的行进方向、与在光混合区域12中从导光板10的表面侧射出的光的主要的行进方向不同。因此,如果不使光的行进方向对齐,则产生在从倾斜方向观察时明亮度根据位置而不同这样的问题。在本发明中为了解决该课题而具备光路变换单元30。
光路变换单元30是如上所述地使行进方向不同的光向相对导光板表面大致垂直的方向对齐的单元,能够抑制从倾斜方向观察时由位置所引起的明亮度差异。
像这样地,在导光板10的端部附近的区域中在光混合区域12中,在从构成接近的光源组的多个光源射出并入射到导光板10的光相互混合的期间,从导光板10的表面侧射出的光的量少,在充分地相互混合并均匀化后,从导光板10射出,所以能够得到亮度的均匀性高的照明光。
像这样地,在本发明的照明装置中,无需在导光板10的端部配置光源,所以具有能够实现边框小的照明装置这样的效果。
接下来,说明导光板的槽的剖面形状。图11是导光板的槽和光源组的概略剖面图。导光板10的槽18包括本照明装置的照射对象物的主平面、即在本实施例中相对导光板的表侧的面(表面)成为垂直的角度的面18a(第一面)、18d(第四面)和形成顶角γ的2个面18b(第二面)、18c(第三面)。作为构成槽18的面,也可以包括面18a-18d以外的面。关于垂直,并非数学上严格要求垂直的意思。照射对象物的主平面与导光板中的平板状的面大致平行。具备形成顶角γ的2个面的理由在于,通过使在从构成光源组的各光源射出的光中的、朝向导光板10的表面方向的光(在图中用虚线示出)从导光板10的表面直接射出,使配置了光源的附近变得明亮,从而抑制亮度的均匀性的损失。
顶角γ只要考虑从光源射出的光的角度分布而适合地设计即可。但是,如果减小顶角γ则需要增大导光板的厚度,所以优选从40~90度的范围选择顶角γ。
另外,在本实施例中作为构成光源组的光源,只要使用所射出的光的量在相对照明装置的照射对象物的主平面、即导光板的表侧的面的主平面平行的方向上成为最大的光源即可。关于平行,并非数学上严格要求平行的意思。在该情况下,对于从光源射出的光,更多的光垂直入射到导光板的槽的面中的相对导光板的表侧的面(表面)成为垂直的角度的面18a、18d。导光板10与空气的界面处的反射在光垂直入射的情况下变小。因此,如果使用这样的光源,则能够减小入射到导光板10时的光的损失。另外,如果使用这样的光源,则从光源直接朝向导光板的表面侧的光变少,所以在配置有光源的附近变得明亮而可以抑制亮度的均匀性的损失。
图12是本发明的照明装置的概略俯视图。本发明的照明装置针对分割成多个的单位区域的每一个独立地控制明亮度。如果假设例如如图12所示地将纵方向分割为4个(A1~A4)、将横向分割为5个(B1~B5)的区域,则通过适合地选择构成光源组的各光源中的进行发光的光源,能够针对各单位区域的每一个独立地控制照明光的明亮度。例如,在仅使区域A3-B1点亮的情况下,如图6以及图7所示,A3的区域光源组21担当,所以如果仅使构成光源组21的光源中的与横向的区域B1相当的位置的光源点亮,则从相应的各光源射出的光入射到导光板10而在光混合区域13内波导。此时,如上所述,几乎不从导光板10的表面侧输出光,从各光源射出的光一边相互混合而提高均匀性一边行进。对于通过了光混合区域13的光,在光射出区域14中其一部分从导光板10的表面侧射出。此时,从导光板10射出的光的主要的光的行进方向是向远离光源组21的方向倾斜的方向(在图中向右倾斜的方向),所以还可以以在经由光路变换单元30、从正面观察朝向正面方向的光时,在光射出区域14的大致中央起到与光源组21相反一侧的区域中变得明亮的方式,考虑导光板的厚度来设计光射出区域14的长度Lo、其里面的形状。通过了光射出区域14的光的大部分在光混合区域15中从导光板的表面侧射出。
另外,由于在光源组的长度方向上将导光板光学地分离为多个区域,所以也可以如上所述地,根据需要在导光板10上设置在与光源组的长度方向正交的方向上延伸的微细的槽10g。在该情况下,能够抑制在光源组的长度方向上,光扩展到与各光源担当的单位区域不同的区域。
在像这样地希望使照明装置的单位区域A3-B1变得明亮的情况下,使担当该区域的光源、即构成光源组21的光源中的与区域B1对应的光源点亮即可。
即,在本发明的照明装置中通过针对每个单位区域决定进行担当的光源,并对进行担当的光源的发光动作进行控制,能够针对每个单位区域控制明亮度。
另外,如果从其他观点表现,则本发明的照明装置如下所述。即,一种照明装置,具有具备收纳光源组的槽的导光板,其中,该导光板在与槽邻接的位置具备光混合区域,如果将在导光板内从邻接的槽的方向进入的光从导光板的表面的每单位面积射出的光的量设为L01、将从与邻接的槽相逆的方向进入的光从导光板的表面的每单位面积射出的光的量设为L02,则在该光混合区域中满足L01<L02的关系。即,如图6所示,从光源组21射出的光,在与光源组21邻接的光混合区域13中从导光板的表面侧射出的光的量L01少于在远离光源组21的位置的光混合区域15中从导光板的表面侧射出的光的量L02。
此时,为了提高照明装置的每单位区域的明亮度的控制性、提高显示装置的画质,优选使L01与L02之差变大,优选L02为L01的5倍以上。特别是,在作为画面的对比度期望几万比1以上的高画质的显示装置中,如果考虑显示面板的对比度为几千的情况,则作为照明装置优选L02为L01的10倍以上。
接下来,说明导光板的槽的剖面形状的变形例。图13是导光板的槽的概略剖面图。本实施例是在参照图11而说明的上述实施例中,将构成槽的面的角度改变而得到的。因此,对与上述实施例相同的部分附加相同的符号,省略变形部分以外的说明。
在本实施例中,导光板的槽18包括相对导光板10的表侧的面(表面)的垂线倾斜了角度δ的面18a、18d、和形成顶角γ的2个面18b、18c。具备形成顶角γ的2个面的理由在于,在从构成光源组20、21的各光源射出的光中,朝向导光板10的表面方向的光(在图中用虚线例示)从导光板10的表面直接射出,从而配置有光源的附近变得明亮而抑制了亮度的均匀性损失。与上述实施例同样地,顶角γ只要考虑从光源射出的光的角度分布而适合地设计即可。但是,如果减小顶角γ,则需要增大导光板的厚度,所以优选从40~90度的范围选择顶角γ。
本实施例的特征在于,面18a和面18d相对导光板10的表侧的面(表面)的垂线倾斜了角度δ。此时,面18a和面18d的倾斜方向分别成为与槽18的下部(与照射对象相反一侧)相比槽18的上部远离槽18的中心线的方向。
即,收纳光源组20、21的导光板10的槽18包括朝向导光板10的表侧的面其间隔变宽的一对面18a和面18d、以及朝向导光板10的表侧的面其间隔变窄的一对面18b和面18c。换言之,面18a以及面18d的距离朝向导光板10的表面而变大,面18b以及面18c的距离朝向导光板10的表面而变小。
此处,在作为光源使用LED的情况下,如果不进行特别的设计,则在从光源射出的光中,向与导光板10的表面平行的方向射出的光的量多。因此,如果构成槽18的面18a和面18d是相对导光板10的表侧的面(表面)的垂线平行的面,则从光源组20、21射出而从邻接的槽入射到导光板10的光的一部分直接到达处于与光入射的槽对向的位置处的槽。到达处于对向的位置处的槽的光的量特别是在槽与槽的间隔小的情况下,有可能成为光损失等课题的原因。
相对于此,在本实施例中,如果例如从光源组21射出的光中的、向与导光板10的表面平行的方向射出的光从面18d入射到导光板10,则该光向导光板10的下部的方向折射。因此,能够得到从槽18的面18d入射的光直接到达对向的槽19的部分减少、光的利用效率提高这样的效果。
另外,关于构成槽18的面的倾斜角度δ,只要考虑导光板的槽与槽的间隔、导光板的厚度、以及从光源射出的光的配光特性而设定为适合的值即可。但是,如果使倾斜角度δ过大,则入射面中的不需要的反射变大、以及槽的宽度变大而有可能产生明亮度的不均匀性等不合适的情形,所以倾斜角度δ优选为30度以下,更优选为15度以下。即,在使构成槽的面倾斜的情况下,优选从0度<δ<15度的范围设定其倾斜角度δ。
接下来,说明光源组的变形例。图14是光源组以及导光板的槽附近的概略剖面图。本实施例是在参照图11等说明的上述实施例中,改变构成光源组的光源的安装角度而得到的。因此,对与上述实施例相同的部分附加相同的符号,省略变形部分以外的说明。
在本实施例中,以相对导光板的表侧的面(表面)的垂线倾斜了角度η的状态,固定构成光源组的光源。光源组20、21的倾斜角度η的方向分别为与光源的下部(与照射对象相反一侧)相比光源的上部离开槽的中心线的方向。
在该情况下,关于从光源组20、21射出的光,相对与导光板10的表面平行的方向,向向导光板10的里面侧倾斜的方向射出的光的量变多。即,来自光源组20、21的射出光量在从相对导光板10中的平板状的面平行的方向向导光板10的里面侧倾斜的方向上成为最大。因此,例如从光源组21射出并入射到导光板的光的主要的方向(光的量变多的方向)为相对与导光板10的表面平行的方向向导光板10的里面侧倾斜的方向。在该情况下,能够得到从槽18的面18d入射的光直接到达对向的槽19的情况减少,而光的利用效率提高这样的效果。
另外,关于构成光源组20、21的光源的安装角度η,只要考虑光源的大小、取向特性、导光板的槽与槽的间隔、以及导光板的厚度等而设定为适合的值即可。但是,如果使角度η过大,则入射面中的不需要的反射变大、以及光源组所占的容积变大,从而有可能对收纳产生不合理的情形,所以优选将角度η设成30度以下,更优选为设成15度以下。即,优选从0度≤η<15度的范围设定构成光源组20、21的光源的安装角度η。
另外,本实施例的本质在于,从光源组射出的光的主要的方向为相对与导光板的表面平行的方向而向导光板的里面侧倾斜的方向。因此,也可以代替如本实施例那样使光源的安装角度倾斜而研究构成光源的透镜、反射板的构造。在任意一种情况下,如果考虑抑制入射面中的不需要的反射,则优选从光源组射出的光的主要的方向为相对与导光板的表面平行的方向而以0度至15度向导光板的里面侧倾斜的方向。
接下来,说明光源组以及导光板的槽的变形例。图15是光源组以及导光板的槽附近的概略剖面图。本实施例是将参照图13和图14而说明的上述实施例组合而得到的。即,使构成槽的面倾斜,进而使构成光源组的光源的安装角度改变。因此,对与上述实施例相同的部分附加相同的符号,省略变形部分以外的说明。
在本实施例中,构成槽18的面18a和面18d相对导光板10的表侧的面(表面)的垂线倾斜角度δ,进而以相对导光板的表侧的面(表面)的垂线倾斜角度η的状态,固定构成光源组20、21的光源。在该情况下也与上述实施例同样地,例如从光源组21射出并入射到导光板的光的主要的方向(光的量变多的方向)为相对与导光板的表面平行的方向而向导光板的里面侧倾斜的方向。因此,能够得到从槽18的面18d入射的光直接到达对向的槽19的部分很少,而光的利用效率提高这样的效果。
在本实施例中通过特别地使构成槽的面的倾斜角度δ和光源的安装角度η的值接近、进一步优选为相等,从光源射出并入射到导光板的光的入射面中的界面反射变小而抑制光的损失,从而具有能够实现明亮的照明装置这样的效果。
另外,通过使构成槽18的面18a和面18d倾斜,槽内部的空间变大,其中收纳的光源组20、21的形状的自由度提高。例如如果作为构成光源组20、21的散热器25,采用与导光板的下部(里面)侧相比上部(表面)侧的宽度更大的散热器25,则还能够得到散热器25的容量增加而提高散热性这样的效果。
另外,关于构成槽18的面18a、18d的倾斜角度γ、构成光源组20、21的光源的安装角度η,只要考虑光源的大小、取向特性、以及导光板的槽与槽的间隔、导光板的厚度等设定为适合的值即可。但是,如果角度δ、角度η过大,则光源组、槽所占的容积变大,有可能使照明光的均匀性产生不合理情形,所以优选将角度δ和角度η设成30度以下,更有选为设成15度。即,优选从0度≤δ、η<15度的范围设定角度δ和角度η。
另外,在本实施例中,光源的安装角度的本质在于,从光源组射出的光的主要的方向为相对与导光板的表面平行的方向而向导光板的里面侧倾斜的方向。因此,也可以代替如本实施例那样使光源的安装角度倾斜而研究构成光源的透镜、反射板的构造。在任意一种情况下,如果考虑抑制入射面中的不需要的反射,则从光源组射出的光的主要的方向优选为相对与导光板的表面平行的方向而以0度至15度向导光板的里面侧倾斜的方向。
接下来,说明导光板的变形例。图16是导光板的概略立体图。本实施例是将槽的部分分离为多个工件(10a、10b、10c)而得到导光板,基本的构造、功能与上述实施例中记载的导光板相同。因此,对与上述实施例相同的部分附加相同的符号,省略变形部分以外的说明。
在上述实施例中,导光板构成为具备多个槽的一体构造,但在例如参照图13、图15说明的导光板的情况下,与导光板的下部相比,槽的宽度在中央附近更宽。在这样的形状的情况下,难以通过通常的射出成型而制造。另外,在槽部分中,由于导光板的厚度薄,所以机械性的强度弱,所以易于从该部分产生变形或者破损。
因此,如本实施例那样,通过利用将槽的部分分离那样的多个零件构成导光板并组装,可以使成型变得容易,并能够抑制变形、破损。
另外,组合导光板的各零件时的接触部分既可以通过粘接剂、粘着剂固定,也可以通过硅橡胶等具有弹性的透明体固定。
如上上述,根据本发明,在能够针对多个单位区域的每一个进行亮度控制的照明装置中,能够抑制由离散地配置的多个光源引起的亮度斑点。另外,关于导光板,可以利用至少槽与槽之间成为一体型的部件,所以能够减少其数量,理想地能够设为1个。进而,与各区域对应地构成的光源组为在一个槽中收纳2个光源组的构造。因此,通过使一个散热器对应于2个光源组,可以使2个光源组一体化。即,能够以导光板、光源组等部件数量少的状态,实现能够针对多个单位区域的每一个进行亮度控制的照明装置。
(显示装置的实施方式)
接下来,说明使用了本发明的照明装置的显示装置。图17是本发明的显示装置的概略剖面图。本显示装置包括:通过根据图像信息控制光的透射光量来显示图像的显示面板2;以及对显示面板从背面进行照明的照明装置1。
作为显示面板可以使用通过调节所入射的光的透射光量来显示图像的显示面板,特别地能够使用长寿命且可以实现矩阵显示的液晶显示面板。
显示面板2可以使用通过与照明装置1组合、调整来自照明装置1的光的透射光量来显示影像的透射型、或者半透射反射型的液晶显示面板。另外,在液晶显示面板中存在无源驱动方式、有源驱动方式,但由于详细的结构、动作是公知的,所以在此省略了其说明。
在液晶显示面板具备偏振板、并且在通过控制入射到液晶层的光的偏振状态来进行影像显示时,能够以比较低的驱动电压得到对比度高的影像,所以是优选的。另外,作为液晶显示面板,例如能够使用TN(Twisted Nematic,扭曲向列)方式、STN(Super Twisted Nematic,超扭曲向列)方式、以及ECB(Electrical Controlled Birefringence,电控双折射)方式等。另外,可以使用以宽视场角为特征的IPS(InPlane Switching,共面转换)方式、VA(Vertical Alingned,垂直排列)方式。
或者,作为液晶显示面板,能够使用应用了上述方式的半透射反射型。
在此,以下说明作为液晶显示面板而使用有源矩阵方式的情况的概要,但本发明不限于此。
显示面板2具有由平坦并且透明且光学上各向同性的玻璃、或者塑料构成的第1透明基板200以及第2透明基板210。
在第1透明基板200中,层叠有由彩色滤色片、聚酰亚胺类高分子构成的取向膜(都未图示)。在第2透明基板210中,形成有矩阵状地配置的形成多个像素的电极、信号电极、扫描电极、由薄膜晶体管等构成的开关元件、以及取向膜等(都未图示)。
关于2个透明基板200、210,以使取向膜形成面相向,并通过未图示的间隔件设置了一定的间隙的状态,用框状的密封材料320粘接周围而在内部中形成空间。通过在该空间中封入液晶并密封而设置液晶层100。
关于液晶层100,通过对在2个透明基板200、210上形成的取向膜实施的取向处理,规定其液晶分子长轴的取向方向。
在第1透明基板200的观察者侧的面(表面)和第2透明基板210的观察者侧的相反一侧的面(里面)分别具备第1光学膜300和第2光学膜310。
第1光学膜300和第2光学膜310分别至少包括一个偏振层,也可以根据所应用的液晶显示模式而包括适合的位相差层。偏振层使入射到其中的光中的相互正交的直线偏振分量的一方透射,并吸收另一方。作为偏振层,例如,可以使用通过使染色或者吸附了碘或有机染料等2色性的材料的由聚乙烯醇等构成的基材膜延伸并使2色性的材料取向而呈现出吸收2色性的偏振层、以及其两侧用由三已酰纤维素膜等构成的2个透明保护膜夹持的构造的偏振层。
另外,作为构成第2光学膜310的膜,也可以包括使由偏振层吸收的直线偏振分量反射,使除此以外的光透射的反射型的偏振膜。在这种情况下,由偏振层吸收的光的量减少,能够得到更明亮的图像。
第1光学膜300和第2光学膜310分别隔着未图示的粘着层,固定在第1透明基板200和第2透明基板210上。
在第2透明基板210和第1透明基板200重叠的区域内具有通过调制来自照明装置1的光的透射量来形成二维图像的显示区域。另外,第1光学膜300和第2光学膜310都具有显示区域以上的面积,并配置成覆盖整个显示区域。
作为照明装置1而使用上述照明装置。显示面板2一般是显示面的长宽比(纵横比)为3∶4、4∶5、或者9∶16的横长的显示面,通常设置成显示面的长度方向与水平方向一致。此时,构成照明装置1的光源组20、21、22、以及23优选构成为构成光源组的多个光源的排列方向、即光源组的长度方向与显示面板2的显示面的长度方向、即与水平方向实质上一致,与此相伴,构成光路变换单元30的波形面的棱镜的棱线的长度方向也优选构成为与显示面板2的显示面的水平方向实质上一致。
通过上述结构,从照明装置1射出的光成为在显示面的垂直方向集中的光。即,显示面的垂直方向与水平方向相比亮度的视场角更窄。在一般在显示装置中,与垂直方向相比在水平方向上要求更宽的视场角,这一点对于向观察者高效地分配受限的光是有效的。
图18是包括本发明的显示装置的信号处理系统的概略结构图。对照明装置1和显示面板2分别连接了背光源控制单元700和图像校正单元600。另外,背光源控制单元700和图像校正单元600与亮度分布计算单元500连接,亮度分布计算单元500与图像信号处理单元400连接。
如果图像信号输入到图像信号处理单元400,则进行用于图像显示、区域控制的定时信号的生成处理。接下来,在亮度分布计算单元500中,与各单位区域对应地进行所输入的原始图像信号的最大值/最小值等的解析,并根据该解析结果,决定照明装置的各区域的明亮度(背光源亮度等级)。
接下来,图像校正单元600根据每单位区域的背光源亮度等级来进行图像信号的校正,根据该校正后的信号驱动显示面板2。另外,同时,背光源控制单元700进行控制,以使照明装置的各区域成为与背光源亮度等级对应的明亮度。
通过像这样地与所显示的图像对应地,针对每个区域控制照明装置(背光源)的明亮度,能够降低功耗,同时能够实现显示对比度高且高品质的图像的显示装置。特别地,本发明的显示装置的照明装置能够抑制由离散地配置的多个光源引起的亮度斑点,能够设为边框窄并且薄型,进而能够针对每个区域进行明亮度的控制。因此,能够以少的部件数量实现能够得到画面的均匀性高、窄边框、并且薄型高品质的图像显示的显示装置。
Claims (18)
1.一种照明装置,其特征在于,具有:
导光板,具备第一槽以及第二槽;
第一光源组,收纳在所述第一槽中;以及
第二光源组,收纳在所述第二槽中,
所述导光板具备第一光混合区域、第一光射出区域以及第二光混合区域,
从所述第一槽朝向所述第二槽,依次存在所述第一光混合区域、所述第一光射出区域以及所述第二光混合区域,
在所述第一光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第一光源组而变大,
在所述第二光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第二光源组而变大,
在所述第一射出区域中,所述导光板为平板状。
2.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述导光板的端部设置有反射体,
所述导光板具备第三光混合区域以及第二光射出区域,
从所述导光板的端部朝向所述第一槽,依次存在所述第二光射出区域和所述第三光混合区域,
在所述第三光混合区域中,所述导光板的厚度随着远离所述第一光源组而变大,
在所述第二射出区域中,所述导光板为平板状。
3.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述第一光混合区域中,所述导光板对来自所述第一光源组的光进行波导,将来自所述第二光源组的光向所述导光板的表面侧射出,
在所述第二光混合区域中,所述导光板对来自所述第二光源组的光进行波导,将来自所述第一光源组的光向所述导光板的表面侧射出,
在所述第一射出区域中,所述导光板将来自所述第一光源组以及所述第二光源组的光向所述导光板的表面侧射出。
4.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
如果将从所述第一光源组向所述导光板的表面侧射出的每单位面积的光的量设为L01、将从所述第二光源组向所述导光板的表面侧射出的每单位面积的光的量设为L02,
则在所述第一光混合区域中满足L01<L02的关系。
5.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述第一光混合区域以及所述第二光混合区域中,所述导光板的剖面为锥状,
相对距所述第一槽以及所述第二槽成为等距离的中心线,所述第一光混合区域中的所述导光板的剖面以及所述第二光混合区域中的所述导光板的剖面成为对称,
所述第一光混合区域以及所述第二光混合区域中的所述导光板的剖面以及所述第一光射出区域中的所述导光板的剖面连续地连接。
6.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述第一射出区域中对从所述第一槽向所述第二槽行进的光和从所述第二槽向所述第一槽行进的光的一部分进行波导,将其他光向所述导光板的表面侧射出。
7.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
所述第一槽包括第一面、第二面、第三面以及第四面,
所述第一面以及所述第四面相对所述导光板中的平板状的面垂直,
所述第二面以及所述第三面相对所述导光板中的平板状的面倾斜。
8.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
所述第一槽由第一面、第二面、第三面以及第四面构成,
所述第一面以及所述第四面的距离,朝向所述导光板的表面而变大,
所述第二面以及所述第三面的距离,朝向所述导光板的表面而变小。
9.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述第一槽中收纳第三光源组以及散热器,
所述第一光源组配置在所述散热器的一个面上,
所述第三光源组配置在所述散热器的另一个面上。
10.根据权利要求9所述的照明装置,其特征在于,
构成所述第一光源组的多个光源和构成所述第三光源组的多个光源配置成相互错开。
11.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
来自所述第一光源组的射出光量在相对所述导光板中的平板状的面平行的方向上成为最大。
12.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
来自所述第一光源组的射出光量在从相对所述导光板中的平板状的面平行的方向向所述导光板的里面侧倾斜的方向上成为最大。
13.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述导光板的表面侧具备光路变换部件,
所述光路变换部件变更从所述导光板的表面射出的光的方向。
14.根据权利要求13所述的照明装置,其特征在于,
所述光路变换部件是透明的薄片,
在所述光路变换部件的表面上具有多个棱镜面,
所述棱镜面的棱线与构成所述第一光源组的多个光源的排列方向平行。
15.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述导光板的第1光混合区域以及第2光混合区域中,所述导光板的里面的表面粗糙度Ra大于0nm且小于等于38nm。
16.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在将构成所述第一光源组的多个光源的排列间距设为p、将从所述多个光源放射并入射到所述导光板时的入射光的半功率角设为ζ1、将所述入射光入射到所述导光板并在所述导光板内行进的角度设为ζ2、将所述导光板以及所述多个光源之间的折射率设为n1、将所述导光板的折射率设为n2时,
所述第一光混合区域的导光板的长度Lm满足下述式(1),
Lm≥p/2tanζ2
≥p/2tan(sin-1(n1/n2·sinζ1))...式(1)。
17.根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在从所述第1光源组射出的光中,与从所述第一光混合区域向所述导光板的表面侧射出的光相比,从所述第一光射出区域向所述导光板的表面侧射出的光更多,
在从所述第2光源组射出的光中,与从所述第二光混合区域向所述导光板的表面侧射出的光相比,从所述第一光射出区域向所述导光板的表面侧射出的光更多。
18.一种显示装置,其特征在于,具有:
显示面板,通过调节光的透射光量来显示图像;以及
权利要求1所述的照明装置,从所述显示面板的背面对所述显示面板进行照明,
使构成所述第一光源组的多个光源的排列方向与所述显示面板的显示面的长度方向一致。
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