СИСТЕМА ПОДСВЕТКИ И ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ЭТУ СИСТЕМУ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ДИСПЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК F21S2/00 G02F1/13357 F21Y101/02 F21Y105/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам подсветки и к жидкокристаллическим дисплейным устройствам, использующим такие системы подсветки, и, в частности, к системе подсветки, которая фокусирует различные цветовые компоненты света на задние поверхности соответствующих им отображающих элементов, на которые каждый пиксель работающего на пропускание элемента жидкокристаллического дисплея разделен согласно цвету, и к жидкокристаллическому дисплейному устройству, осуществляющему полноцветное отображение при использовании такой системы подсветки и такого элемента жидкокристаллического дисплея.

Уровень техники

Обычно жидкокристаллическое дисплейное устройство, осуществляющее полноцветное отображение, достигает полноцветного отображения, разделяя каждый пиксель элемента, работающего на пропускание жидкокристаллического дисплея на три отображающих элемента, присоединяя красный (R), зеленый (G) и синий (В) цветовые фильтры к трем отображающим элементам, соответственно, освещая три указанных отображающих элемента белым светом от подсветки, и управляя, в соответствии с сигналом, представляющим напряжение, приложенное к жидкокристаллической ячейке каждого отображающего элемента, коэффициентом пропускания белого света, проходящего через этот отображающий элемент.

Однако, поскольку каждый из цветовых фильтров R, G и В пропускает свет длин волны из соответствующего ему диапазона длин волн и поглощает свет длин волны в других диапазонах длин волн, такое использующее цветовые фильтры жидкокристаллическое дисплейное устройство теряет примерно 2/3 света и поэтому обладает низким уровнем эффективности использования света. Хотя существует полноцветный способ отображения без цветовых фильтров, называемый способом последовательной подсветки цветов, этот способ страдает от расслоения цветов.

Недавно было предложено дисплейное устройство, основанное на работающем на пропускание модуляционном элементе и содержащее устройство подсветки, обладающее улучшенной эффективностью использования света в случае, когда LEDs (светодиоды) используются в качестве источников света для подсветки (см. Патентную литературу 1). Это дисплейное устройство содержит: элемент воспроизведения изображения (жидкокристаллическую панель), который содержит двумерный массив отверстий и способен управлять коэффициентом пропускания независимо для каждого цвета; комбинирующую световые пути оптическую систему, содержащую двумерный массив большого количества пар микролинз, действующих как двояковыпуклые линзы; оптическую систему освещения, которая под различными углами испускает главные лучи различных цветов по направлению к комбинирующей световые пути оптической системе; и источники света, испускающие свет различных цветов.

Поскольку дисплейное устройство из Патентной литературы 1 можно конфигурировать так, чтобы действие оптической системы освещения позволяло цветовым компонентам света от источников света входить в комбинирующую световые пути оптическую систему под углами главного луча, различными для разных цветов, а преломляющее действие комбинирующей световые пути оптической системы позволяло цветовым компонентам фокусироваться на соответствующих отверстиях элемента воспроизведения изображения, можно разделить каждый пиксель на три отображающих элемента и сфокусировать различные цветовые компоненты света на отображающие элементы, соответственно (цветоделение каждого пикселя согласно цветовому компоненту света). Следовательно, согласно Патентной литературе 1, нет никакой необходимости в цветовом фильтре, и при условии достижения идеального цветоделения не происходит потери света. Однако следует иметь в виду, что Патентная литература 1 не исключает использования цветового фильтра для препятствования нежелательному смешиванию цветов вследствие небольшой утечки при неидеальности цветоделения.

Перечень упомянутых материалов

Патентная литература 1

Публикация Заявки на японский патент, Tokukai, №2007-328218 (дата издания: 20 декабря 2007 г.)

Сущность изобретения

Задача изобретения

В устройстве отображения из Патентной литературы 1 устройство подсветки содержит следующие компоненты: комбинирующую световые пути оптическую систему, содержащую двумерный массив большого количества пар микролинз, действующих как двояковыпуклые линзы; оптическую систему освещения, которая под различными углами испускает главные лучи различных цветов по направлению к комбинирующей световые пути оптической системе; и источники света, испускающие свет различных цветов. Когда в устройстве подсветки главные лучи различных цветов, испускаемые под различными углами оптической системой освещения, непосредственно входят в комбинирующую световые пути оптическую систему, содержащую двумерный массив большого количества пар микролинз, действующих как двояковыпуклые линзы, главные лучи различных цветов попадают под различными углами в различные положения на входной поверхности комбинирующей световые пути оптической системы. Следовательно, чтобы сфокусировать цветовые компоненты света на отверстиях в заранее определенных соответствующих отображающих элементах, необходимо, чтобы форма микролинз комбинирующей световые пути оптической системы изменялась от одного положения к другому на входной поверхности (или, дополнительно, на выходной поверхности комбинирующей световые пути оптической системы). Это делает проектирование и изготовление чрезвычайно затруднительными. Поэтому, как описано в параграфе [0036] Патентной литературы 1, линзы Френеля располагают так, чтобы они были обращены к входной поверхности массива микролинз, причем линзы Френеля используют так, чтобы различные цветовые компоненты света, излучаемые под различными углами оптической системой освещения, отражались, по существу, в одном и том же направлении или, что предпочтительно, в направлении, по существу параллельном оптической оси каждой микролинзы (с измененным направлением), а различные цветовые компоненты света входили в массив микролинз, по существу, под одинаковым углом независимо от их положений на входной поверхности.

В таком случае, как в Патентной литературе 1, где совместно используют массив микролинз и линзы Френеля, в области вблизи своей фокальной точки каждая линза Френеля может отклонять пучки света, поступающие из оптической системы освещения, по существу, в одинаковом направлении независимо от их положений, но когда она освещается пучками света из оптической системы освещения в области около фокуса смежной линзы Френеля, она освещается пучками света, далеко отстоящими от оптической оси этой линзы Френеля, и, следовательно, не может сфокусировать пучки света на отверстиях в предопределенных соответствующих отображающих элементах. Те пучки света, которые не могут быть сфокусированы, образуют рассеянный свет, вызывающий большое ухудшение качества воспроизведения изображения. Такое явление здесь называется перекрестной помехой.

Поэтому в том случае, когда совместно используют массив микролинз и линзы Френеля, необходимо избегать перекрестных помех на границе раздела между областями, на которые был разделен экран дисплея. Таким образом, важно сформулировать такой подход к проектированию, который не позволяет пучкам света, существующим в некоторой области, попадать в смежную область. Термин «область» здесь означает участок, который должен быть освещен одним элементом системы подсветки. Обычно экран дисплея разделен на несколько областей.

Однако такой подход к проектированию не обеспечивает перекрытия областей, и, следовательно, нежелательным образом усугубляет неоднородность яркости и неоднородность цвета, особенно на границе раздела между областями, на которые был разделен экран дисплея. В частности, поскольку неоднородность цвета намного заметнее неоднородности яркости, необходимо достигать однородности цвета с более высокой степенью точности.

Настоящее изобретение было сделано в связи с вышеуказанными недостатками, причем целью настоящего изобретения является создание системы подсветки, которая может увеличить качество отображения, подавляя неоднородность яркости и неоднородность цвета на экране дисплея.

Решение поставленной задачи

Чтобы устранить вышеуказанные недостатки, настоящее изобретение, связанное с радикальным изменением подхода к проектированию, достигает однородности путем активного использования области перекрытия между областями без использования линз Френеля, которые могут быть фактором, вызывающим перекрестную помеху. Сводка конфигураций настоящего изобретения такова:

Система подсветки по настоящему изобретению содержит: светоизлучающую часть, содержащую источники света, выполненные с возможностью излучения пучков света на различных доминирующих длинах волн; и оптическую систему для формирования изображения, содержащую микролинзы, выполненные с возможностью фокусировки пучков света, излучаемых светоизлучающей частью, причем система для подсветки выполнена с возможностью освещения жидкокристаллической панели пучками света, проходящими через оптическую систему для формирования изображения, жидкокристаллическая панель содержит пиксели, которые отстоят друг от друга на предварительно определенный шаг, и каждый из которых содержит отображающие элементы, соответствующие каждому отдельному цвету, при условии, что шаг, на который пиксели отстоят друг от друга, обозначен как Р, оптическая система для формирования изображения обладает увеличением изображения (1/n), источники света отстоят друг от друга на шаг P₁, задаваемый как P₁=n×Р, и микролинзы отстоят друг от друга на шаг Р₂, задаваемый как Р₂=(n/(n+1)) × Р.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению содержит описанную выше систему подсветки, причем это жидкокристаллическое дисплейное устройство содержит: жидкокристаллический элемент, содержащий жидкокристаллический слой и входную и выходную стеклянные подложки, расположенные соответственно со стороны входа и со стороны выхода пучка света, так что жидкокристаллический слой помещают между ними; управляющий элемент, который управляет жидкокристаллическим элементом; поляризатор, расположенный на входной стеклянной подложке жидкокристаллического элемента; анализатор, расположенный на выходной стеклянной подложке жидкокристаллического элемента; и рассеивающий элемент, расположенный на выходной поверхности анализатора, причем жидкокристаллический элемент, управляющий элемент, поляризатор, анализатор и рассеивающий элемент располагаются на стороне, обращенной к поверхностям для выхода света микролинз.

Полезный эффект изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, в системе подсветки пучки света от источников света, излучающих различающиеся друг от друга цветовые компоненты света, можно сфокусировать на соответствующих отображающих элементах, и цветовые компоненты света, которые пространственно отличаются друг от друга, могут быть отделены друг от друга. Кроме того, в том случае, когда такая система подсветки используется в качестве поверхностного эмиссионного источника света для жидкокристаллического дисплейного устройства, пространственно отделенные друг от друга пучки света от источников света могут быть сфокусированы на соответствующие жидкокристаллические слои, так что одновременно может быть достигнуто улучшение эффективности использования света от источников света и полноцветное отображение. Кроме того, эффективно уменьшается неоднородность яркости и неоднородность цвета между областями в пределах экрана дисплея, и достигается отображение более высокого качества. В дополнение к этому может быть достигнуто уменьшение толщины, и эффективность использования света может также улучшиться.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.2 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.3 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.4 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.5 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.6 приведен схематический вид (объемное изображение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.7 приведен схематический вид (объемное изображение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.8 приведен схематический вид (объемное изображение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.9 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий затруднение при установке.

На Фиг.10 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.11 приведена пояснительная диаграмма (поперечное сечение), схематично показывающая определение эффективной яркой точки.

На Фиг.12 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.13 приведена пояснительная диаграмма, объясняющая принцип работы оптической системы, на которой основано настоящее изобретение.

На Фиг.14 показана кривая распределения значений координат цветности вдоль направления, перпендикулярного направлению, вдоль которого выстраиваются светодиоды в примере осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.15 приведена диаграмма цветности, представляющая спектральную характеристику, соответствующую пунктирной линии на Фиг.14.

На Фиг.16 приведен схематический вид (поперечное сечение), схематично показывающий пример осуществления настоящего изобретения.

Описание примеров осуществления изобретения

Пример осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылками на Фиг.1-16. Следует иметь в виду, что настоящее изобретение не должно быть ограничено таким примером осуществления изобретения.

На Фиг.1 приведен схематический вид, показывающий пример осуществления настоящего изобретения. В этом примере массив источников света выполняют с использованием R (красных) источников света, G (зеленых) источников света и В (синих) источников света в качестве источников 1 света (светоизлучающей части), которые излучают различающиеся друг от друга цветовые компоненты света, причем эти источники света располагают так, чтобы группы источников света R, G, и В, располагающиеся в этом порядке от правой стороны до левой стороны Фиг.1, объединялись вместе и следовали одна за другой. Следует иметь в виду, что количество типов цвета для источников 1 света может равняться четырем или больше и порядок, в котором следуют источники света в каждой группе, не обязательно должен быть RGB.

Предпочтительно использовать один тип источника света в виде светодиода (светоизлучающего диода), лазерного источника света или органического электролюминесцентного источника света в качестве каждого из источников 1 света; однако, можно использовать комбинацию двух или большего количества типов. В этом случае предпочтительно использовать источник света в виде светодиода или органического электролюминесцентного источника света в такой оптической системе, имеющей, как показано в качестве примера на Фиг.11, яркую точку 10 и фокусирующую линзовую систему 11, которая фокусирует пучок света от яркой точки 10, светодиодную лампу, содержащую светодиодный кристалл в яркой точке 10, или органическую электролюминесцентную лампу, расположенную в яркой точке 10, поскольку использование такой светодиодной лампы или такой органической электролюминесцентной лампы увеличивает направленность света от источника света.

Термин «эффективная яркая точка 1А», используемый в настоящем изобретении, определяется как мнимое изображение яркой точки 10 фокусирующей линзовой системой 11, показанной на Фиг.11. В случае источника 1 света без такой фокусирующей линзовой системы 11, эффективная яркая точка 1А совпадает с яркой точкой 10.

Кроме того, термин «шаг P₁ между эффективными яркими точками (шаг, с которым располагаются источники света)» в том виде, как он используется в настоящем изобретении, означает междуточечное расстояние между эффективными яркими точками 1А источников света одинакового цвета.

Оптическая система 3 для формирования изображения получает пучки света от массива источников света и фокусирует на отображающие элементы (отображающие элементы R, G и В, расположенные в указанном порядке от левой стороны до правой стороны Фиг.1), на которые каждый из пикселей 5, расположенных с заранее определенным шагом (шагом пикселя) Р на матричной поверхности массива 4 пикселей, пространственно разделен согласно цвету, соответствующие цветовые компоненты света (свет R на отображающий элемент R, свет G на отображающий элемент G и свет В на отображающий элемент В).

Здесь следует отметить, что вместо использования источников 1 света в настоящем изобретении в качестве светоизлучающей части может использоваться светоизлучающее устройство, содержащее источник 1 света и световоды 14, как показано на Фиг.16. Использование такого светоизлучающего устройства приводит к большому уменьшению стоимости вследствие сокращения количества источников света. Ниже подробно описано такое светоизлучающее устройство.

Как показано на Фиг.16, светоизлучающее устройство 12, предназначенное для использования в настоящем изобретении, содержит световоды 13, направляющие пучки света от источника 1 света по направлению к концам и приводящие к выходу пучков света через эти концы, которые рассматривают как псевдоисточники света. Например, как показано на Фиг.16, пучки света от одного RGB источника 1 света по отдельности направляются через три блока подсветки (световоды 13). Блоки подсветки (световоды 13) образуют R', G' и В' псевдоисточники 14 света, а оптическая система 3 для формирования изображения фокусирует пучки света от R', G' и В' псевдоисточников 14 света на матричную поверхность массива 4 пикселей, и тем самым достигается тот же самый эффект, как и в случае использования источников света R, G и В.

Чтобы обеспечить такую функцию фокусировки на оптическую систему 3 для формирования изображения, в настоящем изобретении в качестве оптической системы 3 для формирования изображения используют массив 3А микролинз, имеющий увеличение изображения, равное (1/n). Этот массив 3А микролинз формируют, располагая микролинзы 3а одинаковой формы с равномерными интервалами. Здесь следует полагать, что шаг P₁ между эффективными яркими точками массива источников света (шаг, с которым располагают источники света) задается выражением P₁=n×Р, и что шаг Р₂, с которым располагают микролинзы 3а, задается выражением Р₂=(n/(n+1)) × Р.

Таким образом, например, как показано на Фиг.1, если задать расстояние b от массива 3А микролинз до массива 4 пикселей в соответствии с фокусным расстоянием f массива 3А микролинз в виде b=((n+1)/n)×f и определить длину пути главного луча от каждой эффективной яркой точки 1А до массива 3А микролинз в виде a=n×b, то пучки света от источников R, G, и В света могут быть сфокусированы на отображающие элементы R, G и В соответственно. Другими словами, увеличенное в 1/n раз действительное изображение может быть сформировано на массиве пикселей в качестве массива источников света.

В каждом отображающем элементе, изображения, сформированные пучками света от источников света, которые излучают цветовой компонент света, соответствующий цвету этого отображающего элемента, налагаются друг на друга. Поэтому достигается пространственная однородность и больше не существует структуры на границе раздела между областями, на которые был разделен экран дисплея. Это эффективно уменьшает неоднородность яркости и неоднородность цвета между областями в пределах экрана дисплея, приводя, таким образом, к отображению более высокого качества.

Следует иметь в виду, что на Фиг.1 показаны только пути пучков света (R света) от источников R света до отображающих элементов R и опущены пути пучков G или В света.

Принцип работы оптической системы, которая как фокусирует пучки света от источников R, G и В света на отображающие элементы R, G и В соответственно, так и вынуждает пучки света от источников света одинакового цвета перекрывать идентичный отображающий элемент, математически объясняется со ссылками на Фиг.13. Следует иметь в виду, что Фиг.13 иллюстрирует только пути главных лучей, проходящих через центр микролинзы 3а, и не показывает путь G света или В света. Фиг.13 также не отражает явление преломления, происходящее на границе раздела микролинзы 3а вследствие разницы показателей преломления. Здесь предполагается, что L₁ и L₂ обозначают положения двух смежных источников R света на Фиг.13, что M₁ и М₂ обозначают центры микролинз 3а, и что R₁ и R₂ обозначают отображающие элементы R.

Прежде всего, для того чтобы пучок света от каждого источника R света сфокусировался на каждом отдельном отображающем элементе R, необходимо, чтобы треугольник L₁R₁R₂ и треугольник L₁M₁M₂ на Фиг.13 были подобными. Для выполнения этого условия должна удовлетворяться следующая формула:

Длина М₁М₂/Длина L₁М₁=Длина Р₁R₂/Длина L₁R₁.

Шаг Р₂, с которым располагаются микролинзы 3а, соответствует длине M₁M₂, и, следовательно, получается из следующего выражения в виде отношения, основанного на вышеупомянутой формуле:

Длина M₁M₂=Длина L₁M₁ × Длина R₁R₂/Длина L₁R₁,

где Длина L₁M₁=а=n × b, Длина R₁R₂=Р и Длина L₁R₁=а+b=(n+1) × b. Следовательно, длина M₁M₂ вычисляется по формуле М₁М₂=n × Р / (n+1). Соответственно, в том случае, когда длина М₁М₂, равная шагу между линзами в массиве микролинз, равна n × P / (n+1), пучок света от каждого источника R света может фокусироваться на каждом отдельном отображающем элементе R.

Затем, для того чтобы пучки света от нескольких источников света (здесь показаны пучки света от двух источников R света) фокусировались на единственном отображающем элементе R, необходимо, чтобы на Фиг.13 треугольник L₁L₂R₁ и треугольник M₁M₂R₁ были подобными. Для удовлетворения этого должна выполняться следующая формула:

Длина L₁L₂/ Длина L₁R₁=Длина М₁М₂/ Длина М₁R₁.

Шаг между эффективными яркими точками массива источников света соответствует длине L₁L₂ и, следовательно, получается из следующего выражения в виде отношения, основанного на вышеупомянутой формуле:

Длина L₁L₂=Длина L₁R₂ × Длина M₁M₂/ Длина M₁R₁,

где Длина L₁R₁=а+b=(n×1) × b и Длина M₁R₁=b. При использовании выведенного выше отношения «Длина M₁M₂=n × Р / (n+1)». Следовательно, длина L₁L₂ вычисляется как L₁L₂=n × Р. В соответствии с этим, в том случае, когда длина L₁L₂, которая равна шагу между эффективными яркими точками, равна n × Р, пучки света от источников света (здесь показаны пучки света от двух источников R света) могут быть сфокусированы на единственном отображающем элементе R.

Эти два результата показывают, что если определить шаг P₁ между эффективными яркими точками, как P₁=n × Р, и определить шаг Р₂, с которым располагаются микролинзы 3а, как Р₂=n × P/(n+1), то пучок света от каждого источника R света может быть сфокусирован на каждом отдельном отображающем элементе R и, в то же самое время, пучки света от источников R света могут быть сфокусированы на единственном отображающем элементе R, накладываясь друг на друга. То же самое относится к случаю, когда R заменен на G или В.

Массив 3А микролинз является линзой, которая выполнена с возможностью изменять направление оптического пути посредством (i) формы линзовой поверхности или (ii) распределения показателей преломления в пределах линзы, и предпочтительно может быть реализована в виде линзы типа «глаз малька», состоящей из микролинз, расположенных вдоль двух перпендикулярных друг другу направлений, или в виде двояковыпуклой линзы, состоящей из микроцилиндрических линз, расположенных вдоль одного направления, перпендикулярного их длинной стороне, или в виде комбинации обоих.

Здесь следует отметить, что в том случае, когда оптический путь отклоняется вследствие воздействия формы поверхности, оптический путь отклоняется согласно закону Снеллиуса при использовании разницы показателей преломления на поверхности раздела, совпадающей с поверхностью линзы. С другой стороны, в том случае, когда оптический путь отклоняется вследствие распределения показателя преломления, свет отклоняется за счет распределения показателя преломления внутри линзы. Это означает создание градиента показателя преломления внутри линзы, когда показатель преломления изменяется от центра к периферии линзы, и вызывает отклонение света посредством этого градиента показателя преломления.

Хотя в настоящем изобретении используют массив источников света и массив микролинз, настоящее изобретение отличается от обычной технологии тем, что в нем не используют линзу Френеля. Хотя в настоящем изобретении не используют линзу Френеля, направление создающих изображение главных лучей перпендикулярно поверхности массива пикселей, так что реализуется такое физическое явление, как если бы двойное телецентрическое изображение получалось только при использовании массива микролинз. Это явление позволяет в настоящем изобретении реализовывать, только при использовании массива микролинз, афокальное двойное телецентрическое изображение, которое обычно получают при комбинации линзы Френеля и массива микролинз. Это в результате дает однородную структуру, которая позволяет избегать перекрестных помех на границе раздела между областями.

Конечно, например, в том случае, когда воспроизводится такое изображение, где имеет место большое различие в яркости между достаточно широкой областью и остающейся областью в пределах всего экрана, разделение всего экрана на несколько блоков облегчает управление яркостью и цветом. В качестве примера этого варианта осуществления изобретения настоящее изобретение предпочтительно имеет такую конфигурацию, что: массив источников света и массив микролинз разделяют на несколько блоков, а оптические оси источников света поворачивают так, чтобы пучки света, испускаемые блоками массива источника света, по меньшей мере, по существу одинаково входили в соответствующие блоки массива микролинз.

Вариант этого примера осуществления изобретения показан на Фиг.2. Фиг.2 иллюстрирует ситуацию, в которой, для того, чтобы пучки света, испускаемые тремя (А, В, С) источниками R света в пределах одного блока, по существу одинаково входили в соответствующий блок массива микролинз 3А, оптические оси 2 двух (А, С) источников R света с обеих сторонах повернули в направлении стрелок 21 относительно соответствующих эффективных ярких точек 1А. То же самое относится к источникам света G и к источникам света В.

Кроме того, например, как показано на Фиг.3(a), в настоящем изобретении в качестве составляющего элемента оптической системы 3 для формирования изображения добавляют преобразователь ЗВ состояния поляризации, который обращен к входной стороне массива 3А микролинз и который содержит элемент 30, пропускающий конкретным образом поляризованный пучок света и отражающий оставшийся пучок света, и полуволновую пластину 31, к верхней части которой присоединен указанный элемент 30.

Это позволяет только конкретным образом поляризованному пучку света входить в массив 3А микролинз. Поэтому, в том случае, когда массив пикселей сформирован жидкокристаллическим элементом, поляризатор, обращенный к входу в жидкокристаллический элемент, устанавливают таким образом, чтобы мог быть пропущен конкретным образом поляризованный пучок света. Это почти полностью устраняет поглощение света поляризатором, улучшая, таким образом, эффективность использования света. Предпочтительным вариантом элемента 30, который пропускает конкретным образом поляризованный пучок света и отражает остающийся пучок света, является поляризатор из проволочной сетки, производимый компанией «Asahi Kasei Corporation».

Следует иметь в виду, что на Фиг.3(a) показаны только те эффективные яркие точки, что соответствуют источникам света одинакового единственного цвета, и опущены таковые для других цветов, чтобы не усложнять чертеж. Точно так же на каждом из последующих чертежей, где показаны только эффективные яркие точки, соответствующие источникам света одинакового единственного цвета, опущены таковые для других цветов.

Кроме того, например, как показано на Фиг.3(b), настоящее изобретение добавляет, в качестве составного элемента оптической системы 3 для формирования изображения, основанной на Фиг.3(a), плоское зеркало 3С, отражающее пучок света, выходящий из преобразователя 3В состояния поляризации, и обеспечивающее возможность пучку света войти в массив 3А микролинз.

Это улучшает упомянутую выше эффективность использования света. Кроме того, в случае блоков, разделенных так, как упомянуто выше, границу между блоками можно выделить, так что становится еще легче управлять яркостью и цветом для каждого отдельного блока.

Кроме того, например, как показано на Фиг.4(a) и (b), настоящее изобретение добавляет, в качестве составных элементов оптической системы 3 для формирования изображения, основанной на Фиг.3(a), (i) коллимирующее отражательное зеркало 3D, выполненное с возможностью отражать пучок света, выходящий из преобразователя 3В состояния поляризации, и превращать пучок света в пучок, по существу параллельный главному лучу от эффективной яркой точки 1А и (и) полностью отражающую призматическую панель 3Е, которая выполнена с возможностью полностью отражать пучок света, выходящий из коллимирующего отражательного зеркала 3D, и обеспечивать возможность пучку света входить в массив 3А микролинз, в котором эффективная яркая точка 1А по существу располагается в области вблизи неосесимметричного фокусного положения F1 коллимирующей отражательной линзы 3D. Следует иметь в виду, что на Фиг.4(a) f1 обозначает неосесимметричное фокусное расстояние коллимирующей отражательной линзы 3D.

В этом случае при определении расстояния b от массива 3А микролинз до массива 4 пикселей согласно фокусному расстоянию f массива микролинз 3А как b=((n+1)/n)×f и определении длины пути главного луча от каждой эффективной яркой точки 1А до массива микролинз 3А как а=n×b, пучки света от источников R, G и В света могут быть сфокусированы на отображающие элементы R, G и В соответственно. Другими словами, действительное изображение, увеличенное в 1/n раз, может быть сформировано на массиве 4 пикселей в качестве массива источников света.

Это улучшает упомянутую выше эффективность использования света и облегчает управление яркостью и цветом для каждого отдельного блока. Кроме того, угол главного луча света от источника света по отношению к линии, перпендикулярной поверхности массива пикселей, может быть сделан большим, так что может быть достигнуто значительное уменьшение толщины. Следует иметь в виду, что в этом примере осуществления изобретения могут достигать однородного распределения интенсивности света в пределах одного блока, что качественно показано с помощью кривой распределения интенсивности света на Фиг.4 (а), и эффективно предотвращать попадание света в смежный блок.

Кроме того, настоящее изобретение может иметь конфигурацию, показанную на Фиг.3(a), что является примером осуществления изобретения, в котором источники света и преобразователь для преобразования состояния поляризации могут быть легко закреплены, когда источники света и преобразователь для преобразования состояния поляризации устанавливаются в системе дисплейного устройства (например, в жидкокристаллическом телевизоре и т.п.). В этом примере осуществления изобретения, например, как показано на Фиг.5, твердофазная преломляющая среда 6, содержащая преобразователи 3В состояния поляризации, добавляется в качестве составного элемента оптической системы 3 для формирования изображения. Эта твердофазная преломляющая среда 6 содержит часть 6А, в которой содержится каждый преобразователь 3В состояния поляризации, причем часть 6А имеет сечение в виде равнобедренного треугольника, равнобедренной частью которого полностью отражается пучок света от преобразователя 3В состояния поляризации, и при этом шаг P₁ между эффективными яркими точками 1А заменяют на шаг Р₁ между точками 1В мнимого изображения, которые возникают, когда пучок света, вошедший в твердофазную преломляющую среду 6 от эффективной яркой точки 1А, полностью отражается равнобедренной частью. Таким образом, шаг между эффективными яркими точками 1А заменяют в качестве шага Р₁ шагом Р₁ между точками 1В мнимого изображения, которые возникают, когда пучок света, вошедший в твердофазную преломляющую среду 6 от эффективной яркой точки 1А, полностью отражается равнобедренной частью.

В этом случае, при определении расстояния b от массива 3А микролинз до массива 4 пикселей, согласно фокусному расстоянию f массива 3А микролинз, как b=((n+1)/n)×f и определении длины пути главного луча от каждой эффективной яркой точки 1В до массива 3А микролинз как а=n × b, действительное изображение, увеличенное в 1/n раз, может быть сформировано на массиве 4 пикселей в качестве массива источников света.

Твердофазную преломляющую среду 6 можно изготовить из акриловой смолы, стекла и т.п. Предпочтительно, чтобы часть 6А в виде равнобедренного треугольника имела угол при вершине, приблизительно равный 60 градусов, поскольку когда часть 6А в виде равнобедренного треугольника имеет такой угол при вершине, пучок света, полученный при вертикальном падении главного луча света от источника света на часть 6А и полном его отражении этой частью, может быть ориентирован по существу вдоль оптической оси массива микролинз.

Это позволяет закреплять источники 1 света и преобразователи 3В состояния поляризации, используя рамку 50 задней поверхности и колонки 51 из системы дисплейного устройства. Кроме того, при использовании пространства между смежными равнобедренными треугольными частями 6А могут быть установлены вспомогательные элементы 15 источника света (такие, как управляющая цепь, источник энергии, радиатор теплоотвода, поглотитель тепла, вентилятор и т.д.).

Однако в примере монтажа с использованием твердофазной преломляющей среды, показанном на Фиг.5, существует проблема увеличения толщины (что влечет за собой увеличение веса), как в случае на Фиг.9, где используется акриловая среда. На Фиг.9 увеличение толщины было оценено как отношение (h2/h1), где высота h2 измеряется от эффективной яркой точки 1А до области размером L1 × L1, освещенной источником света в акриловой среде, а высота hi измеряется от эффективной яркой точки 1А до области размером L1 × L1, освещенной источником света в воздухе.

Такую проблему увеличения толщины можно решить путем направления главного луча от каждого источника света параллельно, насколько это возможно, поверхности массива пикселей и, до его входа в массив микролинз, возвращения света и последующего отклонения возвращенного света вдоль оптической оси массива микролинз. На Фиг.6 приведен пример монтажной структуры, подходящей для такого метода возвращения.

В этом примере осуществления изобретения систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы пучок света от каждого из источников 1 света входил в твердофазную преломляющую среду 6 через входную поверхность 60 твердофазной преломляющей среды 6, затем металлически отражался поверхностью 61 обратного отражения твердофазной преломляющей среды 6, затем выходил из твердофазной преломляющей среды 6 через выходную поверхность 62 твердофазной преломляющей среды 6, затем входил в оптическую пластину 7 через входную поверхность 70 оптической пластины 7, затем отражался поверхностью обратного отражения 71 оптической пластины 7 и затем выходил из оптической пластины через выходную поверхность 72 оптической пластины 7 по направлению к массиву 3А микролинз. Кроме того, пространство между твердофазной преломляющей средой 6 и оптической пластиной 7 заполняют элементом 8 согласования показателей преломления. Следует иметь в виду, что твердофазная преломляющая среда 6, оптическая пластина 7, элемент 8 согласования показателей преломления добавляются как составные элементы оптической системы 3 для формирования изображения.

Входная поверхность 60 твердофазной преломляющей среды 6 содержит параллельно расположенные области идентичной формы, соответствующиекаждому отдельному блоку BLK массива источников света. Поверхность 61 обратного отражения твердофазной преломляющей среды 6 содержит параллельно расположенные отражательные зеркала ММС идентичной формы с металлическим покрытием, соответствующие каждому отдельному блоку BLK массива источников света, а отражательные зеркала ММС с металлическим покрытием служат для отражения пучков света от входной поверхности 60. Выходная поверхность 62 твердофазной преломляющей среды 6 является плоской поверхностью.

Входная поверхность 70 оптической пластины 7 является одной из двух поверхностей, между которыми расположен угол при вершине призмы призматической панели PRMS. Отражательная поверхность 71 оптической пластины 7 является поверхностью (которая соответствует отражающему зеркалу ММС с металлическим покрытием), полученной путем покрытия другой из двух указанных поверхностей металлической пленкой. Выходная поверхность 72 оптической пластины 7 является плоской поверхностью.

Элемент 8 согласования показателей преломления имеет входную поверхность 80 и выходную поверхность 81, которые контактируют с выходной поверхностью 62 твердофазной преломляющей среды 6 и входной поверхностью 70 оптической пластины 7, соответственно.

Пучок света, излучаемый каждым источником 1 света, входит в твердофазную преломляющую среду 6 через входную поверхность 60, возвращается назад поверхностью 61 обратного отражения с помощью металлического отражения, входит в элемент 8 согласования показателей преломления через выходную поверхность 62 (входную поверхность 80), идет прямо, чтобы войти в оптическую пластину 7 через выходную поверхность 81 (входную поверхность 70), металлически отражается отражательной поверхностью 71, чтобы выйти через выходную поверхность 72, и входит в массив 3А микролинз.

Входящие таким образом пучки света образуют увеличенное в (1/n) раз изображение на массиве 4 пикселей в качестве матричной структуры эффективных ярких точек 1А. Поскольку выражения P₁=n×Р и Р₂=(n/(n+1))×Р удовлетворяются в рамках настоящего изобретения, шаг между изображениями эффективных ярких точек на матричной структуре, из которых было сформировано изображение, может совпадать с шагом Р пикселей.

Такой способ возврата пучка позволяет резко уменьшить расстояние от каждого источника света до поверхности массива пикселей (длину вертикальной линии, простирающейся от каждого источника света до поверхности массива пикселей), решая, таким образом, проблему увеличения толщины.

Кроме того, система подсветки по настоящему изобретению также обеспечивает монтажную структуру, подходящую для этого способа возврата пучка. Пример такого примера осуществления изобретения показан на Фиг.7(a).

В этом примере осуществления изобретения систему подсветки, показанную на Фиг.1 и 2, выполняют так, чтобы пучок света от каждого из источников 1 света входил в твердофазную преломляющую среду 6 через входную поверхность 60 твердофазной преломляющей среды 6, затем металлически отражался поверхностью 61 обратного отражения твердофазной преломляющей среды 6, затем выходил из твердофазной преломляющей среды 6 через выходную поверхность 62 твердофазной преломляющей среды 6, затем снова металлически отражался металлической поверхностью 63, расположенной на выходе из твердофазной преломляющей среды 6, и выходил по направлению к массиву 3А микролинз. Следует иметь в виду, что твердофазную преломляющую среду 6 добавляют как составной элемент оптической системы 3 для формирования изображения.

Входная поверхность 60 твердофазной преломляющей среды 6 содержит параллельно расположенные области идентичной формы, соответствующие каждому отдельному блоку BLK массива источников света. Поверхность обратного отражения 61 твердофазной преломляющей среды 6 содержит параллельно расположенные отражательные зеркала ММС идентичной формы с металлическим покрытием, соответствующие каждому отдельному блоку BLK массива источников света, причем отражательные зеркала ММС с металлическим покрытием предназначены для отражения пучков света от входной поверхности 60. Выходная поверхность 62 твердофазной преломляющей среды 6 является одной из двух поверхностей, между которыми располагается угол при вершине призмы. Отражательная поверхность 63 на выходной стороне твердофазной преломляющей среды 6 является поверхностью (которая соответствует покрытому металлом отражающему зеркалу ММС), получаемой путем нанесения металлической пленки на другую из двух поверхностей.

Представленный на Фиг.7(a) пример осуществления изобретения соответствует той ситуации, которая получается, если удалить оптическую пластину 7 (призматическую панель PRMS) и элемент 8 согласования показателей преломления из примера осуществления изобретения на Фиг.6, изменить форму выходной поверхности 62 твердофазной преломляющей среды 6 от плоской формы до формы в виде массива призм, продолжая использовать в качестве выходной поверхности 62 одну из двух поверхностей, между которыми находится угол при вершине призмы, и нанося на другую поверхность металлическую пленку с целью формирования отражательной поверхности 63 на выходной стороне.

Пучок света, испускаемый каждым из источников 1 света, входит в твердофазную преломляющую среду 6 через входную поверхность 60, возвращается поверхностью 61 обратного отражения с помощью металлического отражения, выходит через выходную поверхность 62 в воздух, отклоняется вследствие преломления, затем отклоняется отражательной поверхностью 63 на выходной стороне с помощью металлического отражения и входит в массив 3А микролинз.

Как и в системе подсветки, показанной на Фиг.6, входящие таким образом пучки света образуют увеличенное в (1/n) раз изображение на массиве 4 пикселей в качестве матричной структуры эффективных ярких точек 1А, а шаг между изображениями эффективных ярких точек на матричной структуре, из которых было сформировано изображение, может совпадать с шагом Р пикселей.

Кроме того, система подсветки по настоящему изобретению также обеспечивает монтажную структуру, подходящую для способа возврата пучка. Пример такого примера осуществления изобретения показан на Фиг.7(b).

В этом примере осуществления изобретения систему подсветки, показанную на Фиг.1 и 2, выполняют так, чтобы пучок света выходил из твердофазной преломляющей среды 6 через выходную поверхность 62 твердофазной преломляющей среды 6, затем входил в оптическую пластину 7А через входную поверхность 70 оптической пластины 7А и выходил из оптической пластины 7А через выходную поверхность 72 оптической пластины 7А по направлению к массиву 3А микролинз. Кроме того, пространство между твердофазной преломляющей средой 6 и оптической пластиной 7А заполняют элементом 8 согласования показателей преломления. Следует иметь в виду, что оптическая пластина 7А и элемент 8 согласования показателей преломления добавляют в качестве составляющих элементов оптической системы 3 для формирования изображения.

Входная поверхность 70 и выходная поверхность 72 оптической пластины 7А являются параллельными друг другу плоскими поверхностями. Элемент 8 согласования показателей преломления имеет входную поверхность 80 и выходную поверхность 81, соприкасающиеся с выходной поверхностью 62 твердофазной преломляющей среды 6 и входной поверхностью 70 оптической пластины 7А, соответственно. Элемент 8 согласования показателей преломления заполняет пространство между выходной поверхностью 62 твердофазной преломляющей среды 6 и входной поверхностью 70 оптической пластины 7А.

Пучок света, испускаемый каждым из источников 1 света, входит в твердофазную преломляющую среду 6 через входную поверхность 60, возвращается поверхностью 61 обратного отражения с помощью металлического отражения, входит в элемент 8 согласования показателей преломления через выходную поверхность 62 (входную поверхность 80), идет прямо, чтобы отклониться отражательной поверхностью 63 на выходной стороне с помощью металлического отражения, и затем входит в массив 3А микролинз через входную поверхность 70, внутреннюю часть оптической пластины 7А и выходную поверхность 72 в указанном порядке.

Как и в системе подсветки, показанной на Фиг.7(a), входящие таким образом пучки света образуют увеличенное в (1/п) раз изображение на массиве 4 пикселей в качестве матричной структуры эффективных ярких точек 1А, а шаг между изображениями эффективных ярких точек на матричной структуре, из которых было сформировано изображение, может совпадать с шагом Р пикселей.

Кроме того, с целью улучшенного управления степенью параллельности пучка света, распространяющего от входной поверхности 60 к поверхности 61 обратного отражения, систему подсветки по настоящему изобретению предпочтительно конфигурировать таким образом, чтобы входная поверхность 60 твердофазной преломляющей среды 6 содержала (i) плоские поверхности или (ii) линзовые поверхности, каждая из которых является выпуклой или вогнутой по меньшей мере одной плоскости, перпендикулярной и/или параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета.

Следует иметь в виду, что на Фиг.6 показан случай, когда входная поверхность 60 состоит из линзовых поверхностей, каждая из которых выпукла в плоскости (-ях), перпендикулярной и/или параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета и что на Фиг.7(a) и (b) показан случай, когда входная поверхность 60 составлена из плоских поверхностей.

Кроме того, с целью улучшенного управления степенью параллельности пучка света, распространяющего от поверхности 61 обратного отражения к выходной поверхности 62, систему подсветки по настоящему изобретению предпочтительно конфигурировать таким образом, чтобы: поверхность обратного отражения 61 твердофазной преломляющей среды 6 содержала поверхности (которые соответствуют покрытым металлом отражающим зеркалам ММС), полученные путем нанесения металлических пленок на (i) плоские поверхности или (n) линзовые поверхности, каждая из которых является выпуклой или вогнутой по меньшей мере в одной плоскости, перпендикулярной и/или параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета, так чтобы пучки света от входной поверхности твердофазной преломляющей среды отклонялись в результате металлического отражения по существу параллельно друг другу в плоскости, параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета.

Следует иметь в виду, что на Фиг.6 и Фиг.7(a) и (b) показан пример конфигурации, в которой поверхность 61 обратного отражения содержит поверхности (что соответствует покрытым металлом отражающим зеркалам ММС), полученные путем нанесения металлических пленок на (i) плоские поверхности или (ii) линзовые поверхности, каждая из которых является выпуклой или вогнутой по меньшей мере в одной плоскости, параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета, так чтобы пучки света от входной поверхности 60 твердофазной преломляющей среды 6 отклонялись в результате металлического отражения по существу параллельно друг другу в плоскости, параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета.

Кроме того, система подсветки по настоящему изобретению получается путем добавления преобразователя 3В состояния поляризации в качестве составного элемента оптической системы 3 для формирования изображения в любую из систем подсветки на Фиг.6 и Фиг.7(a) и (b), например, так, как показано на Фиг.8. Преобразователь 3В состояния поляризации, сформированный в оптическом пути, проходящем от входной поверхности 60 твердофазной преломляющей среды 6 через внутреннюю часть твердофазной преломляющей среды 6 к поверхности 61 обратного отражения твердофазной преломляющей среды 6, содержит элемент 30, который пропускает конкретным образом поляризованный пучок света и отражает остающийся пучок света, и полуволновую пластину 31, на вершине которой присоединен элемент 30. Это обеспечивает монтажную структуру, подходящую для случая, где преобразователь 6А состояния поляризации используется в способе возврата пучка. Использование преобразователя 3В состояния поляризации позволяет только конкретным образом поляризованному пучку света попадать в массив 3А микролинз. Следовательно, в том случае, когда массив пикселей формируют с помощью жидкокристаллического элемента, поляризатор, обращенный к входу в жидкокристаллический элемент, устанавливают таким образом, чтобы мог быть пропущен конкретным образом поляризованный пучок света. Это почти полностью устраняет поглощение света поляризатором, что, таким образом, улучшает эффективность использования света.

При этом увеличение площади области, освещаемой одной системой подсветки, пропорциональным образом приводит к увеличению расстояния (толщины) от каждого источника света до массива пикселей. Наоборот, уменьшения толщины системы подсветки могут достигать путем уменьшения площади области, освещаемой одной системой подсветки, и освещения одной массива пикселей (одного полного экрана) несколькими системами подсветки, что позволяет сформировать тонкую систему подсветки. Это достигается при использовании системы подсветки в виде единственного блока подсветки и расположении нескольких таких блоков, работающих параллельно друг другу. Однако увеличение количества блоков подсветки, используемых для массива пикселей, приводит к увеличению количества компонентов и, следовательно, к повышению стоимости производства. Поэтому должен соблюдаться компромисс между стоимостью производства и толщиной.

Кроме того, систему подсветки по настоящему изобретению предпочтительно выполняют так, чтобы она содержала управляющие средства для управления количеством света от источников света для каждого одного блока подсветки или для каждых двух или большего количества блоков подсветки, работающих параллельно друг другу, причем эти средства должны быть предназначены для легкого изменения яркости в различных местах в пределах единственного полного экрана.

Кроме того, в примере осуществления изобретения, где блоки подсветки работают параллельно друг другу, предпочтительно, с целью уменьшения производственных затрат и устранения операции ориентации, чтобы блоки подсветки совместно использовали объединенную оптическую систему для формирования изображения вместо того, чтобы иметь несколько оптических систем для формирования изображения, соответственно.

В идеальном примере осуществления системы подсветки объединенная оптическая система для формирования изображения столь же велика, как единственный полный экран. Однако в реальном производстве необходимо применять лишь такой объединенный вариант, который рассматривается как наиболее подходящий с точки зрения производственных затрат, количества операций сборки частей и т.п.

Ниже описывается жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению представляет собой жидкокристаллическое дисплейное устройство с описанной выше системой подсветки и, например, является таким жидкокристаллическим дисплейным устройством, показанным на Фиг.10.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению является жидкокристаллическим дисплейным устройством, содержащим: жидкокристаллический элемент 9, полученный путем помещения жидкокристаллического слоя 40 между входной стеклянной подложкой 41 и выходной стеклянной подложкой 42, причем жидкокристаллический слой 40 формирует массив пикселей; управляющий элемент 43, помещенный между жидкокристаллическим слоем 40 и выходной стеклянной подложкой, чтобы управлять жидкокристаллическим элементом 9; поляризатор 44, расположенный на входной стеклянной подложке 41 жидкокристаллического элемента 9; анализатор 45, расположенный на выходной стеклянной подложке 42 жидкокристаллического элемента 9; и рассеивающую пленку 46, расположенную на выходной поверхности анализатора 45, причем жидкокристаллический элемент 9, управляющий элемент 43, поляризатор 44, анализатор 45 и рассеивающая пленка 46 расположены на стороне, обращенной к выходной поверхностью массива 3А микролинз. (Порядок, в котором эти компоненты присоединяют на вершине предыдущего компонента, таков: «поляризатор / входная стеклянная подложка / жидкокристаллический слой / управляющий элемент / выходная стеклянная подложка / анализатор / рассеивающая пленка».)

Пучок света от каждого из источников 1 света входит в массив 3А микролинз, проходит через поляризатор 44 и входную стеклянную подложку 41, чтобы сфокусироваться на отображающем элементе жидкокристаллического слоя 40, проходит через выходную стеклянную подложку 42 и анализатор 45, чтобы рассеяться на рассеивающей пленке 46, и выходит. Следует иметь в виду, что поскольку управляющий элемент 43 расположен на границе раздела между пикселями жидкокристаллического слоя 40, управляющий элемент 43 не воздействует на проходящие через пиксели пучки света.

Кроме того, те же самые эффекты могут также быть получены путем присоединения «жидкокристаллического слоя 40, поляризатора 44 и входной стеклянной подложки 41» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к входной стороне жидкокристаллического дисплейного устройства, показанного на Фиг.10, вместо присоединения «жидкокристаллического слоя 40, входной стеклянной подложки 41 и поляризатора 44» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к входной стороне. В качестве альтернативы те же самые эффекты могут также быть получены путем присоединения «жидкокристаллического слоя 40, управляющего элемента 43, анализатора 45, выходной стеклянной подложки 42 и рассеивающей пленки 46» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к входной стороне жидкокристаллического дисплейного устройства, показанного на Фиг.10, вместо присоединения «управляющего элемента 43, анализатора 45, выходной стеклянной подложки 42 и рассеивающей пленки 46» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к входной стороне.

Кроме того, поскольку в жидкокристаллическом дисплейном устройстве, показанном на Фиг.10, выходная стеклянная подложка 42 расположена между жидкокристаллическим слоем 40 и анализатором 45, в зависимости от толщины выходной стеклянной подложки 42 может возникать ситуация, когда пучки света, проходящие через смежные отображающие элементы и достигающие анализатора 45, налагаются друг на друга, так что существует опасение, что накладывающиеся пучки света будут рассеяны рассеивающей пленкой 45, что может привести к ухудшению качества изображения.

Для предотвращения такого ухудшения качества изображения предпочтительно присоединять «жидкокристаллический слой 40, управляющий элемент 43, анализатор 45, рассеивающую пленку 46 и выходную стеклянную подложку 42» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к входной стороне жидкокристаллического дисплейного устройства, показанного на Фиг.10, вместо того, чтобы присоединять «жидкокристаллический слой 40, управляющий элемент 43, выходную стеклянную подложку выхода 42, анализатор 45, и рассеивающую пленку 46» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к входной стороне.

Кроме того, в том случае, когда сохраняющую состояние поляризации рассеивающую пленку (например, рассеивающую пленку, которая рассеивает свет с помощью полного отражения на внутренней границе слоя с некоторым показателем преломления) используют в качестве рассеивающей пленки 46, те же самые эффекты можно также получить в примере осуществления жидкокристаллического дисплейного устройства, где рассеивающую пленку 46 заменяют такой сохраняющей состояние поляризации рассеивающей пленкой, а положение рассеивающей пленки изменяют таким образом, чтобы рассеивающая пленка была размещена между управляющим элементом 43 и выходной стеклянной подложкой 42.

Кроме того, те же самые эффекты можно также получить путем присоединения «жидкокристаллического слоя 40, управляющего элемента 43, сохраняющей состояние поляризации рассеивающей пленки, анализатора 45 и выходной стеклянной подложки 42» или «жидкокристаллического слоя 40, управляющего элемента 43, выходной стеклянной подложки 42, сохраняющей состояние поляризации рассеивающей пленки и анализатора 45» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к выходной стороне жидкокристаллического дисплейного устройства, показанного на Фиг.10, вместо присоединения «жидкокристаллического слоя 40, управляющего элемента 43, сохраняющей состояние поляризации рассеивающей пленки, выходной стеклянной подложки 42 и анализатора 45» на вершине каждого предыдущего элемента в указанном порядке, начиная от жидкокристаллического слоя 40 по направлению к выходной стороне.

Следует иметь в виду, что использование рассеивающей пленки с некоторой формой поверхности, как рассеивающая пленка 46 в жидкокристаллическом дисплейном устройстве, предпочтительно, поскольку рассеивающей пленке с некоторой формой поверхности необходима меньшая, по сравнению с другими типами рассеивающих пленок, толщина, чтобы обеспечить характеристику рассеяния в виде прямоугольного цилиндра.

Кроме того, в том случае, когда рассеивающая пленка 46 и сохраняющая состояние поляризации рассеивающая пленка обладает независимой от угла падения характеристикой рассеяния (когда независимо от угла падения падающего света, входящего в рассеивающую пленку, распределение интенсивности рассеяния света во время прохождения света через рассеивающую пленку постоянно), пучки света, проходящие через отображающие элементы, на которые каждый пиксель жидкокристаллического дисплея был пространственно разделен согласно цвету, обладают аналогичными характеристиками рассеяния. Это предпочтительно, поскольку при этом, вероятно, будет достигнуто улучшение качества изображения.

Кроме того, для достижения более высокого качества изображения предпочтительна такая конфигурация жидкокристаллического дисплейного устройства, когда расстояние с от жидкокристаллического слоя 40 до рассеивающей пленки 46 или до сохраняющей состояние поляризации рассеивающей пленки по существу задается выражением с=b/m, где m количество источников света, свет от которых входит в единственный отображающий элемент (в этом примере m=3) a b равняется расстоянию от массива 3А микролинз до жидкокристаллического слоя 40. Следует иметь в виду, что еще более предпочтительно, чтобы с удовлетворяло неравенству с<b/(3×m). Представляется, что в этом случае нет наложения света между теми областями в плоскости рассеивающей пленки 46, которые соответствуют всем отображающим элементам, составляющим жидкокристаллические пиксели, что, вероятно, приведет к дальнейшему улучшению качества изображения. Однако в том случае, когда с<<b/m, появляется большая темная зона между теми областями в плоскости рассеивающего пленки 46, которые соответствуют всем отображающим элементам, составляющим жидкокристаллические пиксели, а в том случае, когда с>b/m, появляется наложение света между теми областями в плоскости рассеивающей пленки 46, которые соответствуют отображающим элементам одинакового цвета. В любом из этих случаев улучшение качества изображения маловероятно.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению произведено с помощью операций производства нужных оптических компонентов и сборки этих оптических компонентов. Однако из-за отклонений в процессе производства оптические компоненты не могут быть произведены в запроектированном виде и, следовательно, не могут быть собраны. Кроме того, если учитывать производственные затраты, то необходимо производить оптические компоненты с большими или меньшими отклонениями по форме от проекта. Из-за таких проблем может возникать ситуация, когда трудно сфокусировать только пучки света, соответствующие отображающим элементам жидкокристаллического слоя, составляющим массив пикселей. В таком случае наихудшим вариантом было бы ухудшение качества отображения. Для избегания такой ситуации настоящее изобретение не исключает использования слоя цветового фильтра. Поэтому возможно использовать такой вариант осуществления жидкокристаллического дисплейного устройства, в котором дополнительно содержится слой цветового фильтра, сформированный между входной стеклянной подложкой и выходной стеклянной подложкой. Однако использование слоя цветового фильтра приводит к потерям света, поскольку коэффициент пропускания составляет приблизительно 90% даже на тех длинах волн, где свет проходит. Следовательно, всегда лучше избегать использования слоя цветового фильтра.

Кроме того, в настоящем изобретении можно использовать такой пример осуществления жидкокристаллического дисплейного устройства, когда положение массива микролинз системы подсветки изменено так, чтобы массив микролинз был размещен между поляризатором и входной стеклянной подложкой. Вариант этого примера осуществления изобретения показан на Фиг.12. Этот пример является показательным для случая, когда положение массива 3А микролинз изменено так, чтобы массив 3А микролинз был помещен между поляризатором 44 и входной стеклянной подложкой 41.

Это позволяет изготавливать оптическую систему для формирования изображения во время процесса изготовления жидкокристаллического элемента, включающего операцию ориентации оптической системы для формирования изображения по отношению к жидкокристаллическому элементу 25, что, таким образом, дает преимущество, заключающееся в отсутствии необходимости выполнять операцию ориентации оптической системы для формирования изображения по отношению к жидкокристаллическому дисплейному устройству (жидкокристаллической панели) после изготовления, в то время, как такая операция необходима, когда оптическая система для формирования изображения производится отдельно от жидкокристаллического элемента.

Далее описывается операция формирования на стеклянной подложке массива микролинз (линза типа «глаз малька» или двояковыпуклая линза), проводимая в рамках способа изготовления жидкокристаллического дисплейного устройства для такого примера осуществления изобретения.

Сначала отверждающуюся под действием ультрафиолетового излучения смолу наносят на поверхность стеклянной подложки способом центрифугирования или погружения. Затем светонепроницаемую маску размещают в мнимой плоскости, параллельной поверхности, на заранее определенном расстоянии от плоскости до плоскости. При этом предпочтительно, чтобы светонепроницаемая маска была размещена так, чтобы та часть, где должен быть сформирован массив микролинз, освещалась ультрафиолетовым излучением через отверстия. Кроме того, предпочтительно размещать светонепроницаемую маску между применяемым при экспонировании источником света и стеклянной подложкой. При освещении светонепроницаемой маски ультрафиолетовым излучением от применяемого при экспозиции источника света, находящегося в этом положении, часть нанесенной на стеклянную подложку отверждающейся под действием ультрафиолетового излучения смолы будет экспонирована. Затем формируют массив микролинз путем проявления и удаления неэкспонированной части отверждающейся под действием ультрафиолетового излучения смолы.

Кроме того, предпочтительно, чтобы используемая отвергающаяся под действием ультрафиолетового излучения смола не вызывала изменения состояния поляризации. Причина этого следующая: формирование отверждающейся под действием ультрафиолетового излучения смолы на стеклянной подложке означает формирование оптической системы для формирования изображения между поляризатором и анализатором, и изменение состояния поляризации в оптической системе для формирования изображения способствует ухудшению качества изображения.

Следует иметь в виду, что жидкокристаллическое дисплейное устройство не обнаруживает изменений в характеристиках дисплея, даже если поменять местами жидкокристаллический слой и управляющий элемент. Следовательно, жидкокристаллическое дисплейное устройство, полученное путем обмена местами друг с другом жидкокристаллического слоя и управляющего элемента в вышеупомянутом жидкокристаллическом дисплейном устройстве, также попадает в объем настоящего изобретения.

[Примеры]

Ниже приведены результаты, конкретно проверенные при использовании примеров и сопоставительных примеров. Однако, настоящее изобретение не должно быть ограничено исключительно последующими примерами.

В качестве примера настоящего изобретения система подсветки в соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг.7(a), была произведена посредством испытаний. Система подсветки содержала массив источников 1 света, каждый из которых включал три светодиода, излучавших R, G, и В свет на доминирующих длинах волны, соответственно. Когда свет от 3×3 блоков массива источников света подают вдоль направления изменения глубины, перпендикулярного к плоскости Фиг.7(a), и вдоль горизонтального направления, проходящего через плоскость Фиг.7(a), пространственное распределение яркости света, выходящего через верхние поверхности микролинз, измеряли с помощью прибора, измеряющего однородность яркости-цветности (произведен компанией «Торсоп Technohouse Corporation)); UA-1000).

Каждый из R, G, и В источников 1 света содержал яркую точку 10 и систему 11 фокусирующих линз. Использованной яркой точкой 10 был помещенный в корпус светодиод со смонтированным внутри светодиодным кристаллом. Использованная система 11 фокусирующих линз была изготовлена из вещества (с показателем преломления, примерно равным 1,73), состоящего из стекла (L-LAM72), а линзы, поочередно использованные для каждой яркой точки 10, были двухсторонними асферическими линзами.

Светодиоды RGB располагались вдоль направления возрастания глубины, перпендикулярного к плоскости Фиг.7(a).

Использованная твердофазная преломляющая среда 6 была изготовлена из материала, состоявшего из акриловой смолы (показатель преломления примерно равен 1,5) толщиной примерно 50 мм, а блоки твердофазной преломляющей среды 6 были размещены параллельно друг другу с интервалами 50 мм вдоль направления возрастания глубины, перпендикулярной к плоскости Фиг.7(a) и вдоль горизонтального направления, проходящего через плоскость Фиг.7(a).

Входная поверхность 60, отражательная поверхность 61, выходная поверхность 62 и выходная отражательная поверхность 63 твердофазной преломляющей среды 6 были конфигурированы следующим образом:

- Входная поверхность 60: содержала линзовые поверхности, каждая из которых имела вогнутость в плоскости, перпендикулярной к плоскости, параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета или выпуклость в плоскости, параллельной этому направлению. Форма входных поверхностей каждого блока была такой, что входные поверхности, используемые для R, G и В цвета, соответственно, были поверхностями линз одинаковой формы, и одинаковые формы были расположены параллельно друг другу для каждого блока BLK массива источников света.

- Отражательная поверхность 61: Сформированная путем осаждения тонких пленок алюминия на поверхностях линз, каждая из которых имеет однородную форму в плоскости, перпендикулярной к направлению расположения источников 1 света одинакового цвета, и имеет рельефную форму поверхности, то есть комбинацию выпуклостей и вогнутостей, в плоскости, параллельной направлению расположения источников 1 света одинакового цвета.

- Выходная поверхность 62: была одной (поверхность S1) из двух поверхностей (под рабочими названиями «поверхность S1» и «поверхность S2»), между которыми располагается угол при вершине единственной призмы (угол при вершине=60°, ширина=примерно 200 мкм), служащей в качестве единичного элемента массива призм.

- Выходная отражательная поверхность 63: Сформированная путем осаждения тонкой пленки алюминия на другой поверхности (поверхность S2) из двух поверхностей (поверхность S1, поверхность S2).

Использованный массив 3А микролинз был массивом линз, полученный путем такой обработки материала (показатель преломления=примерно 1,52) толщиной 2,5 мм, состоявшего из стекла (произведенного компанией «SCHOTT», В270), чтобы каждая микролинза, выступающая в качестве единичного элемента, имела по существу одно и то же фокусное расстояние, примерно равное 1,8 мм, и, по существу, одну и ту же ширину, примерно равную 600 мкм.

Массив 4 пикселей сконфигурировали таким образом, чтобы отображающие элементы, соответствующие каждому отдельному из цветов RGB светодиодов и имеющие размер, примерно равный 200 мкм, размещались один за одним с интервалами, примерно равными 600 мкм. Однако при измерении пространственного распределения яркости, рассеивающую пластину помещали вместо массива 4 пикселей на выходной поверхности массива 3А микролинз, на которой, как предполагается, должнен был быть помещен массив 4 пикселей.

На Фиг.14 показан результат, полученный путем усреднения пространственного распределения координат цветности вдоль направления, перпендикулярного к направлению, вдоль которого выстроены RGB светодиоды. Пространственное распределение координат цветности было измерено с помощью прибора, измеряющего однородность яркости-цветности. Фиг.14 показывает, что поскольку координаты цветности указывают на значения координат R, G и В с интервалами, примерно равными 200 мкм, пучки света от светодиодов, излучающих R, G и В свет на доминирующих длинах волны, отдельно фокусируются на отображающие элементы, соответствующие цветам RGB светодиодов массива пикселей, соответственно.

Кроме того, на Фиг.15 показана диаграмма цветности, представляющая спектральную характеристику пучков света, проходящих через области около центров пиксельных элементов, соответствующих цветам RGB светодиодов, соответственно, как обозначено пунктиром на Фиг.14. Фиг.15 также показывает, что пучки света, проходящие через отображающие элементы, соответствующие цветам RGB светодиодов, отделены друг от друга в цвета R, G и В, соответственно.

Система подсветки по настоящему изобретению содержит: светоизлучающую часть, содержащую источники света, которые излучают пучки света на различающихся друг от друга доминирующих длинах волн; и оптическую систему для формирования изображения, содержащую микролинзы, выполненные с возможностью фокусировки пучков света, излучаемых светоизлучающей частью, причем система для подсветки выполнена с возможностью освещения жидкокристаллической панели пучками света, проходящими через оптическую систему для формирования изображения, жидкокристаллическая панель содержит пиксели, которые отстоят друг от друга на предварительно определенный шаг, и каждый из которых содержит отображающие элементы, соответствующие каждому отдельному цвету, при условии, что шаг, на который пиксели отстоят друг от друга, обозначают как Р, оптическая система для формирования изображения обладает увеличением изображения (1/n), источники света отстоят друг от друга на шаг P₁, задаваемый как P₁=n × Р, и микролинзы отстоят друг от друга на шаг Р₂, задаваемый как Р₂=(n/(n+1)) × Р.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют таким образом, что оптическая система для формирования изображения содержит линзу, которая выполнена с возможностью изменять направление оптического пути посредством (i) формы линзовой поверхности или (и) распределения показателя преломления внутри линзы.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют таким образом, что оптическая система для формирования изображения содержит (i) фасеточную линзу, (ii) двояковыпуклую линзу или (iii) комбинацию фасеточной и двояковыпуклой линз.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют таким образом, чтобы светоизлучающая часть являлась светоизлучающим устройством, содержащим один тип или два типа или большее количество типов источников света в виде светодиода, лазерного источника света или органического электролюминесцентного источника света, или светоизлучающим устройством, содержащим источник света и световод.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют таким образом, чтобы светодиодный источник света являлся светодиодной лампой, содержащей светодиодный кристалл и фокусирующую линзовую систему, выполненную с возможностью фокусировки пучка света от светодиодного кристалла, или органический электролюминесцентный источник света являлся органической электролюминесцентной лампой, содержащей органическую электролюминесцентную светоизлучающую часть и фокусирующую линзовую систему, выполненную с возможностью фокусировки пучка света от органической электролюминесцентной светоизлучающей части.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют таким образом, чтобы светоизлучающая часть и оптическая система для формирования изображения были разделены на несколько блоков; и оптические оси источников света в светоизлучающей части были повернуты так, чтобы пучки света, излучаемые блоками светоизлучающей части, по существу одинаково входили в соответствующие блоки оптической системы для формирования изображения, соответственно.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала преобразователь для преобразования состояния поляризации, который обращен к входной стороне оптической системы для формирования изображения и который содержит (i) элемент, который пропускает конкретным образом поляризованный пучок света и отражает остающийся пучок света и (ii) полуволновую пластину, сверху которой присоединяют указанный элемент.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала плоское зеркало, выполненное с возможностью отражать пучок света, выходящий из преобразователя состояния поляризации, и обеспечивать возможность пучку света входить в оптическую систему для формирования изображения.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала: коллимирующее отражательное зеркало, выполненное с возможностью отражать пучок света, выходящий из преобразователя состояния поляризации, и превращать этот пучок света в по существу параллельный пучок; и полностью отражающую призматическую панель, которая выполнена с возможностью полностью отражать пучок света, выходящий из коллимирующего отражательного зеркала, и обеспечивать возможность пучку света входить в оптическую систему для формирования изображения, где каждый источник света помещен в область, по существу располагающуюся рядом с положением неосесимметричного фокуса коллимирующей отражательной линзы.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала твердофазную преломляющую среду, содержащую преобразователь для преобразования состояния поляризации, где у твердофазной преломляющей среды есть часть, в которой содержится преобразователь для преобразования состояния поляризации, причем эта часть имеет равнобедренное треугольное сечение, равнобедренной частью которого полностью отражается пучок света от преобразователя состояния поляризации; и каждый из источников света испускает пучок света, который входит в твердофазную преломляющую среду и который отражается равнобедренной частью, образуя одну из точек мнимого изображения, которые выстраиваются с шагом n × Р друг от друга.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала: твердофазную преломляющую среду, обеспечивающую возможность входа в нее пучка света от каждого из источников света через ее входную поверхность, возможность металлического отражения пучка света от поверхности обратного отражения твердофазной преломляющей среды, и возможность выхода пучка света из твердофазной преломляющей среды через ее выходную поверхность; оптическую пластину, обеспечивающую возможность входа пучка света, выходящего из твердофазной преломляющей среды через выходную поверхность этой твердофазной преломляющей среды, в оптическую пластину через ее входную поверхность, возможность отражения пучка света от поверхности оптической пластины, и возможность выхода пучка света из оптической пластины через ее выходную поверхность 7 в направлении оптической системы для формирования изображения; и согласующий элемент для согласования показателей преломления, заполняющий пространство между твердофазной преломляющей средой и оптической пластиной, где: входная поверхность твердофазной преломляющей среды содержит параллельно расположенные области идентичной формы, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части, и поверхность обратного отражения твердофазной преломляющей среды содержит параллельно расположенные отражательные зеркала идентичной формы с металлическим покрытием, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части, и служащие для отражения пучков света от входной поверхности, выходная поверхность твердофазной преломляющей среды 6 имеет плоскую форму; причем входная поверхность оптической пластины является одной из двух поверхностей, между которыми расположен угол при вершине призмы призматической панели, отражательная поверхность оптической пластины является поверхностью, полученной покрытием другой из указанных двух поверхностей металлической пленкой, а выходная поверхность оптической пластины имеет плоскую форму; а указанный согласующий элемент для согласования показателей преломления имеет входную поверхность и выходную поверхность, состоящие в контакте соответственно с выходной поверхностью твердофазной преломляющей среды и входной поверхностью оптической пластины.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала твердофазную преломляющую среду, обеспечивающую возможность входа в нее пучка света от каждого из источников света через ее входную поверхность, возможность металлического отражения пучка света поверхностью обратного отражения твердофазной преломляющей среды, возможность выхода пучка света из твердофазной преломляющей среды через выходную поверхность этой твердофазной преломляющей среды, возможность металлического отражения пучока света поверхностью обратного отражения твердофазной преломляющей среды, и возможность выхода пучка света в направлении оптической системы для формирования изображения, где: входная поверхность твердофазной преломляющей среды 6 содержит параллельно расположенные области идентичной формы, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части, а поверхность обратного отражения твердофазной преломляющей среды содержит параллельно расположенные отражательные зеркала идентичной формы с металлическим покрытием, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части, причем эти отражательные зеркала с металлическим покрытием служат для отражения пучков света от входной поверхности; и выходная поверхность твердофазной преломляющей среды является одной из двух поверхностей, между которыми расположен угол при вершине призмы, и выходная отражательная поверхность твердофазной преломляющей среды является поверхностью, получаемой путем покрытия другой из этих двух поверхностей металлической пленкой.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала: оптическую пластину, которая заставляет пучок света, выходящий из твердофазной преломляющей среды через выходную поверхность твердофазной преломляющей среды, входить в оптическую пластину через входную поверхность оптической пластины и заставляет пучок света выходить из оптической пластины через выходную поверхность оптической пластины 7 в направлении оптической системы для формирования изображения; и согласующий элемент для согласования показателей преломления, заполняющий пространство между твердофазной преломляющей средой и оптической пластиной, где входная поверхность и выходная поверхности оптической пластины имеют плоскую форму и по существу параллельны друг другу; причем согласующий элемент для согласования показателей преломления содержит входную поверхность и выходную поверхность, которые контактируют с выходной поверхностью твердофазной преломляющей среды и входной поверхностью оптической пластины, соответственно; и согласующий элемент для согласования показателей преломления заполняет пространство между выходной поверхностью твердофазной преломляющей среды и входной поверхностью оптической пластины.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют таким образом, чтобы входная поверхность твердофазной преломляющей среды содержала (i) плоские поверхности или (ii) линзовые поверхности, каждая из которых является выпуклой или вогнутой по меньшей мере в одной плоскости, перпендикулярной и/или параллельной направлению расположения источников света одинакового цвета.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют таким образом, чтобы поверхность обратного отражения твердофазной преломляющей среды содержала поверхности, полученные путем покрытия металлическими пленками: (i) плоских поверхностей или (ii) поверхностей линз, каждая из которых является выпуклой или вогнутой по меньшей мере в одной плоскости, перпендикулярной и/или параллельной направлению расположения источников света одинакового цвета, так чтобы пучки света от входной поверхности твердофазной преломляющей среды отклонялись за счет металлического отражения по существу параллельно друг другу в плоскости, параллельной направлению расположения источников света одинакового цвета.

Систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала преобразователь для преобразования состояния поляризации, установленный в оптическом пути, проходящем от входной поверхности твердофазной преломляющей среды через внутреннюю часть твердофазной преломляющей среды к поверхности 61 обратного отражения твердофазной преломляющей среды, причем преобразователь для преобразования состояния поляризации пропускает конкретным образом поляризованный пучок света, и отражает остающийся пучок света, и преобразователь для преобразования состояния поляризации расположен сверху полуволновой пластины и соединен с ней.

Комбинированная система подсветки по настоящему изобретению содержит блоки подсветки, расположенных параллельно друг другу, причем каждый из блоков подсветки является системой подсветки, предложенной в любом из вышеупомянутых вариантов.

Комбинированную систему подсветки по настоящему изобретению выполняют так, чтобы она дополнительно содержала управляющие средства для управления количеством света от светоизлучающей части (-й) для каждого из блоков подсветки или для каждых двух или большего количества из нескольких блоков подсветки.

Комбинированную систему подсветки по настоящему изобретению выполнена таким образом, что оптические системы для формирования изображения по меньшей мере одного типа указанных блоков подсветки объединены друг с другом, так что они соответствуют двум или более блокам подсветки.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению обладает описанной выше системой подсветки, причем жидкокристаллическое дисплейное устройство содержит: жидкокристаллический элемент, содержащий жидкокристаллический слой и входную и выходную стеклянные подложки, расположенные соответственно со стороны входа и со стороны выхода пучка света, так что жидкокристаллический слой помещен между ними; управляющий элемент, который управляет жидкокристаллическим элементом; поляризатор, расположенный на входной стеклянной подложке жидкокристаллического элемента; анализатор, расположенный на выходной стеклянной подложке жидкокристаллического элемента; и рассеивающий элемент, расположенный на выходной поверхности анализатора, причем жидкокристаллический элемент, управляющий элемент, поляризатор, анализатор и рассеивающий элемент располагаются на стороне, обращенной к поверхностям для выхода света микролинз.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполнено таким образом, что жидкокристаллический слой, поляризатор и входная стеклянная подложка расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к входной стороне.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполняют таким образом, что жидкокристаллический слой, управляющий элемент, анализатор, выходная стеклянная подложка и рассеивающий элемент расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполнено таким образом, что жидкокристаллический слой, управляющий элемент, анализатор, рассеивающий элемент и выходная стеклянная подложка расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполнено таким образом, что оно дополнительно содержит рассеивающий элемент, обеспечивающий сохранение состояния поляризации и расположенный между управляющим элементом и выходной стеклянной подложкой.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполнено таким образом, что жидкокристаллический слой, управляющий элемент, сохраняющий поляризацию рассеивающий элемент, анализатор и выходная стеклянная подложка расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполнено таким образом, что жидкокристаллический слой, управляющий элемент, выходная стеклянная подложка, сохраняющий поляризацию рассеивающий элемент и анализатор расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполняют таким образом, что рассеивающий элемент является рассеивающим элементом с поверхностным рассеянием.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполняют таким образом, что рассеивающий элемент дополнительно обладает независимой от угла падения характеристикой рассеяния.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполняют таким образом, что расстояние с от жидкокристаллического слоя до рассеивающего элемента или до сохраняющего поляризацию рассеивающего элемента задается как с<b/m, где m количество источников света, свет от которых входит в один отображающий элемент, a b равно расстоянию от каждой из микролинз до жидкокристаллического слоя.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполняют так, чтобы оно дополнительно содержало слой цветового фильтра, сформированный между входной стеклянной подложкой и выходной стеклянной подложкой.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполняют таким образом, чтобы оптическая система для формирования изображения располагалась между поляризатором и входной стеклянной подложкой.

Жидкокристаллическое дисплейное устройство по настоящему изобретению выполняют таким образом, что жидкокристаллический элемент и управляющий элемент меняют местами.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может быть применено к жидкокристаллическим дисплейным устройствам, содержащим подсветки, и т.д.

Перечень условных обозначений

1 Источник света

1А Эффективная яркая точка (мнимое изображение яркой точки 10 фокусирующей линзовой системой 11)

1В Точка мнимого изображения (точка мнимого изображения, появляющаяся, когда свет, входящий в твердофазную преломляющую среду 6 от эффективной яркой точки 1А, полностью отражается равнобедренной частью)

2 Оптическая ось источника света

3 Оптическая система для формирования изображения

3А Массив микролинз

3а Микролинза

3В Преобразователь для преобразования состояния поляризации

3С Плоское зеркало

3D Коллимирующее отражательное зеркало

3Е Полностью отражающая призматическая панель

4 Массив пикселей

5 Пиксель

6 Твердофазная преломляющая среда (например, акриловая смола)

6А Часть, в которой содержится преобразователь для преобразования состояния поляризации 3В (часть в виде равнобедренного треугольника)

7 Оптическая пластина

7А Оптическая пластина

8 Согласующий элемент для согласования показателей преломления

9 Жидкокристаллический элемент

10 Яркая точка (например, светодиодный кристалл или органическая электролюминесцентная светоизлучающая часть)

11 Фокусирующая линзовая система

12 Светоизлучающее устройство

13 Световод

14 (Псевдо-)источник света

15 Вспомогательные элементы источника света

21 Стрелка (стрелка, указывающая направление, в котором вращается оптическая ось источника света)

30 Элемент, пропускающий конкретным образом поляризованный пучок света и отражающий оставшийся пучок света

31 Полуволновая пластина

40 Жидкокристаллический слой

41 Стеклянная подложка (входная стеклянная подложка)

42 Стеклянная подложка (выходная стеклянная подложка)

43 Управляющий элемент

44 Поляризатор

45 Анализатор

46 Рассеивающая пленка

50 Рамка задней поверхности

51 Колонка

50 Входная поверхность

61 Поверхность обратного отражения

62 Выходная поверхность

63 Выходная отражательная поверхность

70 Входная поверхность

71 Отражательная поверхность

72 Выходная поверхность

80 Входная поверхность

81 Выходная поверхность

BLK Блок

ММС Покрытое металлом отражательное зеркало

PRMS Призматическая панель

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение качества отображения путем подавления неоднородности яркости и цвета на экране дисплея. Система подсветки содержит светоизлучающую часть (1), содержащую источники света, выполненные с возможностью излучения пучков света на различных доминирующих длинах волны, и оптическую систему (3) для формирования изображения, содержащую микролинзы (3а), выполненные с возможностью фокусировки пучков света, испускаемых светоизлучающей частью (1). Система для подсветки выполнена с возможностью освещения жидкокристаллической панели пучками света, проходящими через оптическую систему (3) для формирования изображения. Жидкокристаллическая панель содержит пиксели, которые отстоят друг от друга на заранее определенный шаг, и каждый из которых содержит отображающие элементы, соответствующие каждому отдельному цвету, а при условии, что шаг, на который пиксели отстоят друг от друга, обозначен как Р, и оптическая система для формирования изображения имеет коэффициент (1/n) увеличения изображения, источники света отстоят друг от друга на шаг Р_1, заданный как P₁=n × Р, а микролинзы отстоят друг от друга на шаг Р₂, заданный как Р₂=(n/(n+1)) × Р. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Система для подсветки, содержащая:
светоизлучающую часть, содержащую источники света, выполненные с возможностью излучения пучков света на различных доминирующих длинах волн; и
оптическую систему для формирования изображения, содержащую микролинзы, выполненные с возможностью фокусировки пучков света, излучаемых светоизлучающей частью, причем
система для подсветки выполнена с возможностью освещения жидкокристаллической панели пучками света, проходящими через оптическую систему для формирования изображения,
жидкокристаллическая панель содержит пиксели, которые отстоят друг от друга на предварительно определенный шаг и каждый из которых содержит отображающие элементы, соответствующие каждому отдельному цвету,
а при условии, что шаг, на который пиксели отстоят друг от друга, обозначен Р и оптическая система для формирования изображения имеет коэффициент (1/n) увеличения изображения, источники света отстоят друг от друга на шаг P₁, заданный как P₁=n×Р, а микролинзы отстоят друг от друга на шаг Р₂, заданный как Р₂=(n/(n+1))×Р.

2. Система по п.1, в которой оптическая система для формирования изображения содержит линзу, выполненную с возможностью изменения направления оптического пути посредством (i) формы своей поверхности или (ii) распределения показателя преломления в линзе.

3. Система по п.2, в которой оптическая система для формирования изображения содержит (i) фасеточную линзу, (ii) двояковыпуклую линзу или (iii) комбинацию фасеточной и двояковыпуклой линз.

4. Система по любому из пп.1-3, в которой светоизлучающая часть является светоизлучающим устройством, содержащим один тип, два типа или большее количество типов светодиодных источников света, лазерных источников света или органических электролюминесцентных источников света, или светоизлучающим устройством, содержащим источник света и световод.

5. Система по п.4, в которой
светодиодный источник света является светодиодной лампой, содержащей светодиодный кристалл и фокусирующую линзовую систему, выполненную с возможностью фокусировки пучка света от светодиодного кристалла, или
органический электролюминесцентный источник света является органической электролюминесцентной лампой, содержащей органическую электролюминесцентную светоизлучающую часть и фокусирующую линзовую систему, выполненную с возможностью фокусировки пучка света от органической электролюминесцентной светоизлучающей части.

6. Система по любому из пп.1, 2, 3 и 5, в которой:
светоизлучающая часть и оптическая система для формирования изображения разделены на блоки; а
оптические оси источников света светоизлучающей части повернуты таким образом, что пучки света, излучаемые блоками светоизлучающей части, по существу одинаково соответственно входят в соответствующие блоки оптической системы для формирования изображения.

7. Система по любому из пп.1, 2, 3, 5, дополнительно содержащая преобразователь для преобразования состояния поляризации, обращенный к входной стороне оптической системы для формирования изображения и содержащий
(i) элемент, пропускающий конкретным образом поляризованный пучок света и отражающий оставшийся пучок света, и
(ii) полуволновую пластину, к верхней части которой присоединен указанный элемент.

8. Система по п.7, дополнительно содержащая плоское зеркало, выполненное с возможностью отражения пучка света, выходящего из указанного преобразователя, с обеспечением входа указанного пучка света в оптическую систему для формирования изображения.

9. Система по п.7, дополнительно содержащая:
коллимирующее отражательное зеркало, выполненное с возможностью отражения пучка света, выходящего из указанного преобразователя, и с возможностью преобразования этого пучка света по существу в параллельный пучок; и
полностью отражающую призматическую панель, выполненную с возможностью полного отражения пучка света, выходящего из коллимирующего отражательного зеркала, и с возможностью обеспечения входа этого пучка света в оптическую систему для формирования изображения, причем
каждый источник света расположен в области по существу вблизи неосесимметричного фокуса коллимирующей отражательной линзы.

10. Система по п.7, дополнительно содержащая твердофазную преломляющую среду, содержащую указанный преобразователь, причем
твердофазная преломляющая среда имеет часть, содержащую указанный преобразователь и имеющую равнобедренное треугольное сечение, равнобедренная часть которого выполнена с возможностью полного отражения пучка света от преобразователя, а
каждый из источников света выполнен с возможностью испускания пучка света, входящего в твердофазную преломляющую среду и отражаемого равнобедренной частью с образованием одной из точек мнимого изображения, расположенных с шагом n×Р друг от друга.

11. Система по любому из п.п.1, 2, 3, 5, дополнительно содержащая:
твердофазную преломляющую среду, обеспечивающую возможность входа в нее пучка света от каждого из источников света через ее входную поверхность, возможность металлического отражения пучка света поверхностью обратного отражения твердофазной преломляющей среды и возможность выхода пучка света из твердофазной преломляющей среды через ее выходную поверхность;
оптическую пластину, обеспечивающую возможность входа пучка света, выходящего из твердофазной преломляющей среды через выходную поверхность этой твердофазной преломляющей среды, в оптическую пластину через ее входную поверхность, возможность отражения пучка света от отражающей поверхности оптической пластины и возможность выхода пучка света из оптической пластины через ее выходную поверхность в направлении оптической системы для формирования изображения; и
согласующий элемент для согласования показателей преломления, заполняющий пространство между твердофазной преломляющей средой и оптической пластиной, причем
входная поверхность твердофазной преломляющей среды содержит параллельно расположенные области идентичной формы, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части, поверхность обратного отражения твердофазной преломляющей среды содержит параллельно расположенные отражательные зеркала идентичной формы с металлическим покрытием, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части
и служащие для отражения пучков света от входной поверхности, выходная поверхность твердофазной преломляющей среды имеет плоскую форму;
входная поверхность оптической пластины является одной из двух поверхностей, между которыми расположен угол при вершине призмы призматической панели,
отражательная поверхность оптической пластины является поверхностью, полученной покрытием другой из указанных двух поверхностей металлической пленкой, выходная поверхность оптической пластины имеет плоскую форму; а
указанный согласующий элемент имеет входную поверхность и выходную поверхность, состоящие в контакте соответственно с выходной поверхностью твердофазной преломляющей среды и входной поверхностью оптической пластины.

12. Система по любому из п.п.1, 2, 3, 5, дополнительно содержащая твердофазную преломляющую среду, обеспечивающую возможность входа в нее пучка света от каждого источника света через ее входную поверхность, возможность металлического отражения пучка света поверхностью обратного отражения твердофазной преломляющей среды, возможность выхода пучка света из твердофазной преломляющей среды через ее выходную поверхность, возможность повторного металлического отражения пучка света выходной отражательной поверхностью твердофазной преломляющей среды и возможность выхода пучка света в направлении оптической системы для формирования изображения, причем
входная поверхность твердофазной преломляющей среды содержит параллельно расположенные области идентичной формы, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части,
поверхность обратного отражения твердофазной преломляющей среды содержит параллельно расположенные отражательные зеркала идентичной формы с металлическим покрытием, соответствующие каждому отдельному блоку светоизлучающей части и служащие для отражения пучков света входной поверхностью;
выходная поверхность твердофазной преломляющей среды является одной из двух поверхностей, между которыми расположен угол при вершине призмы, а
выходная отражательная поверхность твердофазной преломляющей среды является поверхностью, получаемой путем покрытия другой из указанных двух поверхностей металлической пленкой.

13. Система по п.12, дополнительно содержащая:
оптическую пластину, обеспечивающую возможность входа пучка света, выходящего из твердофазной преломляющей среды через выходную поверхность этой твердофазной преломляющей среды, в оптическую пластину через ее входную поверхность и возможность выхода пучка света из оптической пластины через ее выходную поверхность в направлении оптической системы для формирования изображения; и
согласующий элемент для согласования показателей преломления, заполняющий пространство между твердофазной преломляющей средой и оптической пластиной, причем
входная поверхность и выходная поверхность оптической пластины имеют плоскую форму и по существу параллельны друг другу;
согласующий элемент содержит входную поверхность и выходную поверхность, состоящие в контакте соответственно с выходной поверхностью твердофазной преломляющей среды и входной поверхностью оптической пластины, и
заполняет пространство между выходной поверхностью твердофазной преломляющей среды и входной поверхностью оптической пластины.

14. Система по п.13, в которой входная поверхность твердофазной преломляющей среды содержит (i) плоские поверхности или (ii) линзовые поверхности, каждая из которых является выпуклой или вогнутой по меньшей мере в одной плоскости, перпендикулярной и/или параллельной направлению, в котором расположены источники света одинакового цвета.

15. Система по любому из пп.13-14, в которой поверхность обратного отражения твердофазной преломляющей среды содержит поверхности, полученные путем покрытия металлическими пленками (i) плоских поверхностей или (ii) линзовых поверхностей, каждая из которых является выпуклой или вогнутой по меньшей мере в одной плоскости, перпендикулярной и/или параллельной направлению, в котором расположены источники света одинакового цвета, так что
обеспечена возможность отклонения пучков света, идущих от входной поверхности твердофазной преломляющей среды, путем их металлического отражения по существу параллельно друг другу в плоскости, параллельной направлению, в котором расположены источники света одинакового цвета.

16. Система по любому из пп.13-14, дополнительно содержащая преобразователь состояния поляризации, который установлен на оптическом пути, проходящем от входной поверхности твердофазной преломляющей среды через внутреннюю часть твердофазной преломляющей среды к поверхности обратного отражения твердофазной преломляющей среды, который пропускает поляризованный конкретным образом пучок света, отражает оставшийся пучок света, расположен на полуволновой пластине и соединен с нею.

17. Комбинированная система для подсветки, содержащая блоки подсветки, расположенные параллельно друг другу, причем каждый из блоков подсветки является системой по любому из пп.1-16.

18. Система по п.17, дополнительно содержащая управляющие средства для управления количеством света от светоизлучающей части (частей) для каждого блока подсветки или для каждых двух или более блоков подсветки.

19. Система по п.17 или 18, в которой оптические системы для формирования изображения по меньшей мере одного типа указанных блоков подсветки объединены друг с другом, так что они соответствуют двум или более блокам подсветки.

20. Жидкокристаллическое дисплейное устройство, содержащее систему для подсветки по любому из пп.1-16 или комбинированную систему для подсветки по любому из пп.17-19, причем жидкокристаллическое дисплейное устройство содержит:
жидкокристаллический элемент, содержащий жидкокристаллический слой и входную и выходную стеклянные подложки, расположенные соответственно со стороны входа и со стороны выхода пучка света с расположением жидкокристаллического слоя между ними;
управляющий элемент, выполненный с возможностью управления жидкокристаллическим элементом;
поляризатор, расположенный на входной стеклянной подложке жидкокристаллического элемента;
анализатор, расположенный на выходной стеклянной подложке жидкокристаллического элемента; и
рассеивающий элемент, расположенный на выходной поверхности анализатора, причем
жидкокристаллический элемент, управляющий элемент, поляризатор, анализатор и рассеивающий элемент расположены на стороне, обращенной к поверхностям для выхода света микролинз.

21. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по п.20, в котором жидкокристаллический слой, поляризатор и входная стеклянная подложка расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к входной стороне.

22. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по п.20 или 21, в котором жидкокристаллический слой, управляющий элемент, анализатор, выходная стеклянная подложка и рассеивающий элемент расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

23. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по п.20 или 21, в котором жидкокристаллический слой, управляющий элемент, анализатор, рассеивающий элемент и выходная стеклянная подложка расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

24. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по п.20 или 21, дополнительно содержащее рассеивающий элемент, обеспечивающий сохранение состояния поляризации и расположенный между управляющим элементом и выходной стеклянной подложкой.

25. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по п.24, в котором жидкокристаллический слой, управляющий элемент, рассеивающий элемент, обеспечивающий сохранение состояния поляризации, анализатор и выходная стеклянная подложка расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

26. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по п.24, в котором жидкокристаллический слой, управляющий элемент, выходная стеклянная подложка, рассеивающий элемент, обеспечивающий сохранение состояния поляризации, и анализатор расположены друг на друге и соединены друг с другом в указанном порядке от жидкокристаллического слоя к выходной стороне.

27. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по любому из пп.20, 21, в котором рассеивающий элемент, обеспечивающий сохранение состояния поляризации, является рассеивающим элементом с поверхностным рассеянием.

28. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по любому из пп.20, 21, 25, 26, в котором рассеивающий элемент дополнительно имеет характеристику рассеяния, независимую от угла падения.

29. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по любому из пп.20, 21, 25, 26, в котором расстояние с от жидкокристаллического слоя до рассеивающего элемента или до рассеивающего элемента, обеспечивающего сохранение состояния поляризации, задано как с≤b/m, где m - количество источников света, свет от которых входит в один отображающий элемент, a b - расстояние от каждой микролинзы до жидкокристаллического слоя.

30. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по любому из пп.20, 21, 25, 26, дополнительно содержащее слой цветового фильтра, расположенный между входной стеклянной подложкой и выходной стеклянной подложкой.

31. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по п.20, в котором оптическая система для формирования изображения расположена между поляризатором и входной стеклянной подложкой.

32. Жидкокристаллическое дисплейное устройство по любому из пп.20, 21, 25, 26, 31 в котором жидкокристаллический элемент и управляющий элемент поменяны местами.