专利名称：显示器的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示器的光学系统。
背景技术：
本申请人提出了一种显示元件，其组成如下引入光线的矩形导光板；以及设置成与导光板的一个板面相对的面板部分；所述面板部分包括配置有致动元件的驱动部件，每一致动元件与多个像素相对应，由此可以根据所输入的图像信号的属性沿着接触/分离的方向控制致动元件向着/离开导光板作位移运动，从而控制导光板预定区域中的漏出的光线，使得导光板显示对应于图像信号的图像(参阅JP-A-7-28716[28716/1995]和JP-A-11-194723[194723/1999])。以下把具有这种结构的显示元件称为“与本发明有关的显示元件”。
与本发明有关的显示元件基本上不需要像液晶显示器或等离子体显示器那样的边缘密封结构，从而允许采用分割的面板结构，因而较为容易处理大尺寸且薄的面板。而且，与本发明有关的显示元件是直接观看型的，因而具有更高的对比度，即使在户外光线的干扰下，也很少发生退色现象。其观察角度甚至比阴极射线管CRT更为出色。
因此，本发明的目的是提供与本发明有关的显示元件的更可取的新颖的光学系统。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供了一种显示器的光学系统，所述显示器由如下部分构成引入光线的导光板；以及设置成与导光板的一个板面相对的面板部分；所述面板部分包括配置了致动元件的驱动部件，每一致动元件与多个像素相对应，由此可以根据所输入的图像信号的属性沿着接触/分离的方向控制致动元件向着/离开导光板做位移运动，从而控制导光板预定区域中的漏出的光线，使得导光板显示对应于图像信号的图像。
其中，所述显示器的光学系统由以下部件构成导光板；至少一个光源，它配置成与所述导光板的一个板表面或者一个侧面相对；环绕着光源的反射器，它与导光板的一个板表面或者一个侧面配合工作，所述反射器具有用以反射来自光源的光线的反射面。
根据本发明，导光板不但引入直接来自光源的光线，而且还引入来自反射器的光线，从而相对地提高了导光板中引入的光线与光源发出的光线的比率。这样，即使从光源发出的光线比较弱，也可以将光线灌入导光板，从而更好地构成所述显示器的光学系统。
更好的做法是，所述面板部分配备有显示元件，后者具有预定数目的设置在导光板的一个板表面上的像素；并且所述显示器的光学系统还包括环绕所述面板部分外周边的框架。利用这个框架，就有可能在粘附面板部分时将其定位、从而避免所述面板部分外周边的光泄漏。所述框架通常具有光吸收或光反射表面。
所述导光板最好是矩形的或具有矩形的显示区域；并且所述导光板的厚度最好大于导光板或其显示区域的对角线长度的0.01倍而小于其0.1倍。这样做的好处是引入到导光板一个侧面的光线可以直接到达其相对的侧面。
为了改善显示器的亮度特性，更好的做法是所述光源包括两个或多个光源；所述各光源按照它们之间的预定间隔沿着所述导光板的一个侧面排列；并且所述预定间隔不大于面板部分外周边与导光板的所述一个侧面的最短距离的0.05倍。
为了校正色温，可以另外提供一个为导光板的一个板表面或一个侧面安排的色温校正光源。在这种情况下，反射器典型地将11个白色光源和一个蓝色光源容纳其中。而且，还可以提供为反射器的反射面或为导光板的一个板表面或一个侧面安排的色温校正透光板或薄膜。
为了提高被引入导光板的光线的比例以及改善通风、即热耗散，反射器最好具有由直线或连续曲线或二者的组合构成的向外突出的形状的外形。更好的做法是，令由反射器的外形和导光板的一个板表面或一个侧面包围的空间、无论在平行于导光板的一个板表面的方向或在平行于导光板的一个侧面的方向上的最大长度均不大于导光板的厚度的3.0倍。
为了改善显示器的亮度特性，可以让反射器所覆盖的各光源的截面积的总和不大于由反射器外形和导光板的一个板表面或一个侧面所围空间的截面积的60％。
除了导光板的上述一个平面或一个侧面之外，还可以提供一个反射器，与导光板的侧面共同围出另一个空间的反射器，所述另一个反射器具有用以反射来自光源的光线的反射面。在这种情况下，从另外侧面发射的光线被所述另一个反射器反射并重新被引入导光板的所述另一个侧面。
为了提高被引入导光板的光线的比例并且改善通风、即热耗散，所述另一个反射器最好具有由直线或连续曲线或二者的组合构成的向外突出的形状的外形。更好的做法是，令所述另一个反射器的外形和导光板的一个板表面或一个侧面所围空间的最大长度、不大于平行于导光板的一个板表面的方向上导光板的厚度的3.0倍并且不大于平行于导光板一个侧面的方向上导光板的厚度的3.0倍。
在以下情况下所述显示器具有极好的亮度均匀性构成第一组光源，它包括不少于两个光源，而第二组光源所包含的光源数目比第一组少；第一组光源的各光源沿着导光板的一个侧面排列，而且在第一组光源的各光源的邻近的光源之间隔开预定的间隔；第二组光源的各光源沿着第一组光源排列，而且属于第二组光源的各光源与属于第一组光源的各相邻光源之间隔开预定的间隔，第二组光源的各光源之间也隔开预定的间隔。
在以下情况下所述显示器也具有极好的亮度均匀性构成一组光源，它包括多个光源；所述各光源沿着反射器的反射面排列，所述各光源中相邻光源之间隔开预定的间隔；所述光源组包括所述各光源中的第一光源和第二光源，所述第一光源和第二光源最靠近导光板的一个侧面；并且所述光学系统还包括设置在第一光源和第二光源之间的中间位置的附加光源。
图1是表示按照本发明的显示器的光学系统实施例的视图；图2是沿着图1中I-I线截取的轮廓图；图3是用于显示器中的面板的轮廓图；图4是沿着图1中II-II线截取的轮廓图；图5表示当导光板的厚度为1.5mm，尺寸为400mm×330mm时的亮度分布的示意图。
图6表示当导光板的厚度为2.0mm，尺寸为400mm×330mm时的亮度分布的示意图。
图7表示当导光板的厚度为5.0mm，尺寸为400mm×330mm时的亮度分布的示意图。
图8表示当导光板的厚度为10mm，尺寸为400mm×330mm时的亮度分布的示意图。
图9表示当导光板的厚度为30mm，尺寸为400mm×330mm时的亮度分布的示意图。
图10表示当导光板的厚度为50mm，尺寸为400mm×330mm时的亮度分布的示意图。
图11是用来说明沿着导光板的一个侧面配置两个或多个光源且相邻光源之间相隔预定间隔的情形的视图。
图12是表示光源之间距离和亮度之间的关系的示意图。
图13A到图13SD是一系列示意图，每一幅都表示距离x和亮度的关系，图中，(A)y＝0mm，(B)y＝170mm，(C)y＝340mm和(D)y＝510mm，680mm，850mm；图14是表示导光板和反射器与导光板的一个侧面合作形成一个空间、所述空间具有半椭圆形的外形的视图；图15是表示导光板和反射器与导光板的一个侧面合作形成一个空间、所述空间具有半圆形的外形的视图；图16是表示导光板和反射器与导光板的一个侧面合作形成一个空间、所述空间具有弓形的外形的视图；图17是表示导光板和反射器与导光板的一个侧面合作形成一个空间、所述空间具有弯曲的外形的视图；图18是表示导光板和反射器与导光板的一个侧面合作形成一个空间、所述空间具有基本上三角形的外形的视图；图19是用于说明在采用图14到图18的反射器时，入射光比率与出射光量的角度相关性的示意图；图20是表示入射光比率与入射角度关系的示意图；图21是表示出射光量与出射角度关系的示意图；图22A到22C是说明使用单一光源时光源配置的示意图；图23A到23I是说明使用两个光源时光源配置的示意图；图24A到24D是显示光源配置示例的视图，其中被反射器覆盖的光源的截面积的总和不大于由反射器轮廓和导光板一个侧面所围空间的截面积的60％；图25是是表示当采用三个白色荧光管同时设置反射器时白色像素亮度分布的示意图；图26是是表示当采用三个白色荧光管同时设置反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图27是表示当采用三个白色荧光管而省去反射器时白色像素亮度分布的示意图；图28是表示当采用三个白色荧光管而省去反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图29是表示当采用六个白色荧光管同时设置反射器时白色像素亮度分布的示意图；图30是表示当采用六个白色荧光管同时设置反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图31是表示当采用六个白色荧光管而省去反射器时白色像素亮度分布的示意图；图32是表示当采用六个白色荧光管而省去反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图33是表示当采用九个白色荧光管同时设置反射器时白色像素亮度分布的示意图；图34是表示当采用九个白色荧光管同时设置反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图35是表示当采用九个白色荧光管而省去反射器时白色像素亮度分布的示意图；图36是表示当采用九个白色荧光管而省去反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图37是表示当采用十二个白色荧光管同时设置反射器时白色像素亮度分布的示意图；图38是表示当采用十二个白色荧光管同时设置反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图39是表示当采用十二个白色荧光管而省去反射器时白色像素亮度分布的示意图；图40是表示当采用十二个白色荧光管而省去反射器时RGB颜色像素亮度分布的示意图；图41A到41F是显示光源配置示例的视图；图42是表示图41所示的光源配置与亮度之间关系的示意图；图43是表示图41所示的光源配置与亮度均匀性之间关系的示意图；图44A到44D是显示当采用热阴极电子管时反射器形状的视图；图45是显示当采用冷阴极电子管时反射器形状的视图；以及图46是表示反射器配置的变型的视图。
最佳实施方式下面将参考
根据本发明的显示器的光学系统的实施例。
图1是表示根据本发明的显示器的光学系统的实施例的视图。所述显示器包括分别从导光板1的各侧面引入光线的导光板1；由排列成矩阵的多个面板构成的面板部分2；用于将这些面板粘结定位并且用于防止光线从面板部分周边泄漏的框架；分别为导光板1的各个侧面配置的光源4a、4b，5a、5b，6a、6b，7a、7b；反射器8，9，10，11，它们与导光板的相关侧面合作围绕着光源4a、4b，5a、5b，6a、6b，7a、7b，并且其反射面分别对应于来自光源4a、4b，5a、5b，6a、6b，7a、7b的光线；气冷风扇12a、12b，13a、13b，14a、14b，15a、15b，它们分别固定到反射器8，9，10，11的侧面。通常将多个这种显示器连接起来成长条幅状，悬挂在面对行人来往通道的墙上。
入射到导光板中的光线可能属于紫外光、可见光、红外光中的任何一种。对导光板的要求是它的光学折射率能够使进入导光板的光线在前表面和后表面都能全部反射，没有光线可以从前后表面透射出去。在进入导光板光线的波长范围内具有均匀一致和高的透射率。这并不是说将导光板所选材料局限在上述特性的范围内。具体地说，通常包括玻璃、石英、透光塑料如丙稀、聚碳酸脂、透光的陶瓷等。其结构可以是由多层材料构成，相邻层的折射率不同；也可以在本体材料表面覆盖另一种材料。
导光板厚度不小于矩形导光板对角长度的0.01倍，但又不大于所述长度的0.1倍。这样的好处是使从导光板一个侧面的光线直接前进到达它相对的侧面。以后还会结合实验数据解析。
如图2所示，这是沿着图1中I-I线截取的剖面图。由面板16、17组成的面板部分2包括作为导光板的玻璃板16-1，17-1；安装在玻璃板16-1、17-1对面的带有驱动IC的印刷线路板；安插在玻璃板和印刷线路板之间的显示元件16-3、17-3，每一个分别具有预定数目的像素。
下面将参考图3说明面板16的细节。显示元件16-3正对着玻璃板16-1也就是导光板1的板表面安装，并包含配置了致动元件18a和18b的驱动部件19，所述致动元件的数目与像素对应。以与输入到应用设备的图像信号的属性相对应的方式，控制致动元件18a和18b沿着与作为导光板一部分的玻璃板16-1接触/分离的方向、向着/离开作为导光板一部分的玻璃板16-1的位移运动。从而控制从导光板预定区域泄漏的光束，进而使导光板显示对应于图像信号的图像。
正如在上面所述的JP-A-7-28716和JP-A-11-194723所公开的那样，致动元件18A和18b的构成方法是形成由氧化锆之类陶瓷构成的基片，后者带有薄壁零件21a和21b；继而在薄壁零件21a和21b上面分别制作(i)例如分别在其上表面和下表面形成具有电极薄膜的压电/电致伸缩层或反铁电层22a、22b，(ii)白色散射体层23a、23b、(iii)彩色发光体层24a、24b，和(iv)接触层25a、25b。基片通过多个柱体26a、26b、26c支撑着玻璃板16-1，并设法(如借助硅油33)让玻璃板16-1紧密地与导光板接触。配置在柱体26a、26b、26c和玻璃板16-1之间的是反射器或光吸收层28a、28b、28c。
致动元件18a与显示元件16-3的发光时刻或状态一致，其中，压电/电致伸缩层或反铁电层22和薄壁零件21向上突出、使得其接触层25a能够接触到玻璃板16-1。这样，那些已经进入导光板的光线在(i)导光板的前内表面与(ii)玻璃板16-1的后内表面之间全部反射，而玻璃板16-1后内表面本身与导光板1紧密接触。通过接触层25a，向上透射到彩色发光体层24a的表面，使透射的光线转换成散射的光线，其颜色与彩色发光体层24a相对应，然后经过玻璃板16-1，最后从导光板1的前表面发射出去。
相反，致动元件18b与显示元件16-3的熄灭时刻或状态一致，其中，压电/电致伸缩层或反铁电层22和薄壁零件21向下收缩使其接触层25b能够与玻璃板16-1分离。这样，那些进入到导光板1的光线前进到另一个侧面，同时在导光板和玻璃板16-1的相关内表面之间不断地全反射。
由于与本发明有关的显示元件的结构和功能已经在上面所述的JP-A-7-78716和JP-A-11-194723中通过示例所公开的内容中详细解析过了，故在此忽略。
再参考图2，框架3含有玻璃板3-1和与之相对的发黑玻璃板3-2，这样在玻璃板3-1和发黑玻璃板3-2之间形成空气层3-3。
在粘结面板16、17之前先粘结框架3，这样可以固定面板16和17的位置，同时避免面板部分2的周边光泄漏。
借助于垫圈29、30、31、32将导光板1、框架3和面板16、17这样相互连接、使得具有与导光板1，玻璃板3-1、16-1、16-7基本上相同的折射率的硅油33被填充进由导光板1、框架3、面板16、17和垫圈29、20、31、32包围的空间中。
现在参考图4，它对应于沿着图1的II-II线截取的剖面图。光源4b包括6个灯34、35、36、37、38、39。而灯(光源)包括白炽灯、氘放电灯，汞灯、金属卤化物灯、卤素灯、氙灯、氚灯、发光二极管、激光、等离子体光源、热阴极管(或配备有碳纳米管场致发射极的，而不是灯丝热阴极的)、冷阴极管、黑光、红外线发射光源和氖管等。有可能从34、35、36、37、38、39等灯中采用一种作为色温校正灯。
反射器8具有由直线、连续曲线或二者的组合构成的向外突出的外形，以便改善进入导光板光线的比例、通风散热等。由反射器8轮廓和导光板一个侧面所围成的空间所具有的最大长度在平行于导光板的一个板表面的方向上和平行于导光板侧面的方向上均不大于导光板厚度的3倍。对于本示例，反射器外形是槽形的。反射器通常用铝材料制造，其内表面粘贴白色散射纸或反光镜面纸。
插入导光板1和反射器8之间的是银反射薄膜40。所述银反射薄膜的作用是防止光线从导光板1和反射器8之间泄漏并作为软垫材料。
空气冷却风扇12a、12b、13a、13b、14a、14b、15a、15b改变其转数、由此将反射器8、9、10、11(靠近光源4a、4b；5a、5b；6a、6b；7a、7b)的温度分别调节到合适的数值。
根据本发明制作的显示器的光学系统由导光板1，光源4a、4b；5a、5b；6a、6b；7a、7b和反射器8、9、10、11构成。导光板1不但直接从光源4a、4b；5a、5b；6a、6b；7a、7b引入光线，而且导入来自反射器8、9、10、11的光线，这样可以增大进入导光板1光线相对于光源4a、4b；51，5b；6a、6b；2a、7b发出的总光线的比率。其结果是，即使从光源4a、4b；51，5b；6a、6b；7a、7b发出的光线比较弱，也有可能将光线注入导光板1，构成了一个适合于本发明显示元件的新颖的光学系统。
接下来还要解析导光板的厚度和导光板的对角线或显示面积的关系。
图5到图10是表示导光板的厚度分别为1.5mm，2.0mm，5.0mm，10mm，30mm和50mm时亮度分布的示意图。各种厚度导光板都具有相同的尺寸400×330mm(因而对角线的长度为518mm)这时，所采用的每一个像素基于数值孔径为17％的白色散射体。
在图5到图10的每一幅图中，光线是从导光板的具有长度400mm的一个侧面注入的，反射器具有半圆形外形、以后再作解析。导光板的其余侧面分别粘贴银反射膜。在图5到图10中，x方向相当于平行于330mm长的侧面的方向，而y方向侧相当于平行于400mm长的侧面的方向。x方向和y方向的所述值代表这些长度的标准。而且，亮度(cd/m2)用垂直于x方向和y方向的z方向来表示。
接下来估算亮度的均匀性。为了获得良好的亮度均匀性。对导光板来说，具有第一个数值以上的厚度、使得进入导光板一个侧面的光直接前进到另一个侧面就足够了。从图5到图8知道，虽然在厚度为10mm时板内亮度变化相对于板内亮度平均值而言不大于0.2、从而得到非常好的均匀性，但是在其它厚度、就是小于10mm的厚度，由于板内亮度变化相对于板内亮度平均值变得较大而不能获得良好得亮度均匀性。因此，确定所述第一个数值为10mm。
其间，当导光板的厚度进一步增加时，从导光板的一个侧面进入导光板的光线被重复反射的次数将会减少。这减少了引入的光线到达面板的次数、使得平均亮度降低。为了避免这种情况，导光板的厚度最好小于第二个数值。从图9和10可以知道，虽然当板厚在30mm的时候板内亮度变化相对于板内亮度平均值不大于0.2、从而获得非常好的亮度均匀性，但是当板厚为50mm的时候平均亮度本身被降低、而相对于板内平均亮度的板内亮度变化达致最佳。因此，确定所述第二个值为50mm。
这样，当导光板的对角线长度为518mm时，导光板的厚度最好设定为不小于10mm但又小于50mm.这相当于大于等于导光板对角线长度的0.01倍而小于0.1倍。
接下来还要参照图11，进一步解析两个光源沿着导光板的一个侧面配置，互相之间相隔预定间隔的情况。
图11表示尺寸为1000mm×1025mm、厚度为50mm的导光板41。导光板41具有长度为1000mm的侧面42。所述侧面42分别和具有半圆轮廓并相互隔开距离“X”的的反射器43、44合作形成不同的空间。每个空间内设置了4个白色冷阴极射线管，每个管的直径是3mm。注意，侧面45到47附近没有设置反射器。
在导光板41上面的标号0到5分别表示亮度测量点，测量点“0”位于相当于反射器43和44间隔的中点位置，而两个反射器与侧面42的距离为零。而测量点1到5的位置与测量点“0”的距离分别是170mm、340mm、510mm、680mm和850mm，排列方向与侧面45和47平行。
由此可得距离“X”和亮度之间的关系，并示于表1、图12、图13A到13D中。注意，表1中的标号“0”到“5”分别与测量点“0”到“5”相对应。它给出相应于距离为“X”的测量点的亮度，其量度单位是cd/m2。
表1
如图12所示，即使反射器43、44之间的距离“X”较大，当面板外周边和光导板侧面的距离“Y”增大时，距离“X”的影响趋向于零。但是，增大距离“Y”将减小有效显示表面积。因此，有必要找出距离“X”和“Y”的数值，使得能够同时保证优良的亮度特性和足够的有效显示面积。现在把注意力转向图13B，图中距离“Y”是170mm。从图13B可以了解当距离“Y”取值为0时，亮度相对于距离“X”单调下降的原因。因此在实际设计中很难找出适当的距离值“X”和“Y”。相反，当距离“Y”是170mm的时候，如果距离“X”值为0时，亮度为90％，直至距离“X”到达8mm时为止。这和如下事实相一致距离“X”不大于面板部件周边与侧面42之间最短距离(对应于距离“Y”)的0.05倍，因为8mm/170mm＝0.05。
下面解析反射器的轮廓形状。
图14是表示导光板和反射器与导光板的侧面合作形成一个空间的视图，所述空间具有半椭圆形轮廓。在这种情况下，从设置在所述空间内的光源51所发出的光线直接进入到导光板52内(用实线表示)；并且被反射器53内表面反射，然后进入到导光板52。
图15是展示与导光板的侧面合作形成一个空间的导光板和反射器的视图，所述空间具有半圆形轮廓。在这种情况下，从设置置在所述空间内的光源54所发出的光线直接进入到导光板55内(用实线表示)；而且被反射器56内表面反射后进入到导光板55。
图16是展示与导光板的侧面合作形成一个空间的导光板和反射器的视图，所述空间的轮廓呈弓形。在这种情况下，从设置在所述空间内的光源57所发出的光线直接进入到导光板58内(用实线表示)；并被反射器59内表面反射后进入到导光板58。
图17是展示与导光板的侧面合作形成一个空间的导光板和反射器的视图，所述空间轮廓呈曲面形。在这种情况下，从设置在所述空间内的光源60所发出的光线直接进入到导光板61内(用实线表示)；并被反射器62内表面反射后进入到导光板61。
图18是展示与导光板的侧面合作形成一个空间的导光板和反射器的视图，所述空间的轮廓基本上呈三角形。在这种情况下，从设置在所述空间内的光源63所发出的光线直接进入到导光板64内(用实线表示)；并被反射器65内表面反射后进入到导光板64。
图19是用来解析入射光线比率和出射光量对角度的依赖关系的示意图，所采用的每一种反射器分别对应于图14到18的情况。在这种情况下，CAD(计算机辅助设计)的仿真结果表明下面二者之间的关系(i)角度θ1，来自光源66的光线直接或经过反射器67反射后，以此角度进入到导光板68的侧面；以及(ii)入射光比率；CAD仿真还给出了出射光的角度θ2与出射光的量(a.u.)之间的关系。用这种方式取得的结果由图21和图22展示。在每一种情况下，反射器67的反射率为0.97。
从图20可以知道，当反射器67的轮廓形状基本上呈三角形或弓形的时候，基本上上垂直地进入到导光板68侧面的光比率与选择其它轮廓相比是增加的。因此，从亮度均匀性的观点来讲，基本上三角形和弓形的轮廓形状是有利的。
从图21可以进一步知道，当反射器67的形状是弓形的时候，光线可以到达更远的点，总光量也会高一些。而且，当反射器67的形状是基本上三角形的时候，出射光线的比率增大并接近平行光线。当导光板68尺寸较大时，这一点是有好处的。注意，当反射器67的轮廓形状是半圆形的时候，总光量达到最大。而且，当反射器67的轮廓形状是半椭圆形的时候，其出射光线的行为与反射器67为半圆形轮廓的情况基本上一样。
接下来解析电功率、亮度和光源效率的问题。
表2表示的是在由导光板和反射器形成的空间内配置两个热阴极管时电功率、光源和光源之间的关系。
表2
如表2所示，当电功率增加的时候，效率变坏。其原因是，当热阴极管的数目增加的时候，来自后排热阴极管的射出的光线，受到前排其它热阴极管的拦截。为了尽量增大来自后排热阴极管(即后排光源)的入射效率，可以选择做各种实验如选择各种轮廓形状的反射器；选择光线进入表面的厚度大于导光板的厚度等。
下面还要解析配置单一的利用桥接技术将两个玻璃管相互连接起来的热阴极管，例如松下电器公司(Matsushita ElectricIndustrial Co.)所制造的双白炽灯的情况。
如表3所示是在如下情况下的亮度反射器的轮廓形状是半椭圆形(图22A)；所述反射器和导光板所围空间沿着导光板厚度方向的长度大于导光板的厚度(图22B)；而光入射表面尺寸大于导光板的厚度(图22C)。
表3
在表3中，字符“A”到“C”分别对应于图22A到22C的结构。而且，“敞开端表面”意味着在与配置了光源的端表面相对的端表面处不设置反射面，而“反射端表面”的意思是在与配置了光源的端表面相对的端表面处设置反射面。
下面来解析提供两个热阴极管的情况。
表4所示的是在如下情况下的亮度反射器的轮廓形状是半椭圆形的(图23A)；反射器和导光板所围空间沿着导光板厚度方向的长度大于导光板的厚度(图23B到图23F)；令光入射表面大于导光板的厚度(图23G到23H)；并且反射器的轮廓形状呈基本上扇面形(图23I)。
表4
在表4中，字符“A”到“I”分别对应于图23A到23I的结构。而且，“敞开端表面”意味着在与配置了光源的端表面相对的端表面处不设置反射面，而“反射端表面”的意思是在与配置了光源的端表面相对的端表面处设置反射面。
从上面的结果可以知道，在配置两个热阴极管的情况下，从亮度的观点看，图23D、23E、23F、23I是有优越性的。在上面的实验中，在所有的情况下，热阴极管的管直径为20mm而导光板的厚度为30mm。这些结构在图23D、23E、23F、23I被特征化为反射器的轮廓和导光板的一个侧面所围的空间所具有的最大长度在平行于导光板板表面的两个方向上和平行于导光板侧面的方向上，均大于等于导光板厚度的1倍而小于3倍。
接下来解析被反射器覆盖的光源截面积总和由反射器和导光板侧面所围空间截面积的关系。
图24是光源布局示例的视图。图中，被反射器覆盖的荧光灯截面积总和不大于反射器和导光板侧面所围空间截面积的60％。在图24中，“●”表示光源，“○”表示光源所处的空间。
下面首先简要解析一下配置三个荧光灯管(图24A)的亮度分布。
图25表示荧光灯管采用白色荧光灯管的情况。而分别在导光板的端面配置基于银薄膜的反射器，除此之外在余下的端面配置光源。在这种情况下，所有的像素都制备成白色，而在图3中对应的反射器或吸光层28a，28b，28c被分别制备成黑色的吸光层。由此可以获得的平均亮度为1012(cd/m2)， 而相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化(“亮度均匀性”)，即(平面内亮度的标准偏差)/(平均亮度)为0.0303。
图26表示采用白色荧光灯管为荧光灯管，并且在导光板各端面分别设置基于银薄膜的反射器时的亮度分布。除此之外在余下的端面配置光源。在这种情况下，像素被制备为RGB彩色像素；而在图3中对应的反射器或吸光层28a，28b，28c被分别制备成黑色的吸光层。由此可以获得的平均亮度为189(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.017。
图27表示采用白色荧光灯管为荧光灯管时和不设置基于银薄膜的反射器时的亮度分布。在此情况下，所有像素被制备为白色，而在图3中对应的反射器部分或图3中的吸光层28a，28b，28c被分别制备成黑色的吸光层。而由此可以获得的平均亮度为462(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0673。
图28表示采用白色荧光灯管为荧光灯管时和不设置基于银薄膜的反射器时的亮度分布。在此情况下，所有像素被制备为RGB颜色像素，而在图3中对应的反射器部分或吸光层28a，28b，28c被分别制备成黑色的吸光层。而由此可以获得的平均亮度为101(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.087。
接下来解析当配置六支荧光管时的亮度分布情况(图24B)。
图29表示采用白色荧光灯管为荧光灯管并且分别在导光板相应端面配置基于银薄膜的反射器、除此之外、在剩下的一个端表面设置光源时的亮度分布。在这种情况下，所有的像素被制备成白色，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层。而由此可以获得的平均亮度为1831(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0147。
图30表示采用白色荧光灯管为荧光灯管并且配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，所有的像素被制备成RGB颜色像素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层。而由此可以获得的平均亮度为359(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0173。
图31表示采用白色荧光灯管为荧光灯管并且不配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，所有的像素被制备成白色，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层。而由此可以获得的平均亮度为865(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0603。
图32表示采用白色荧光灯管为荧光灯管并且不配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，所有的像素被制备成RGB颜色像素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为199.58(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.034。
接下来解析当配置九支白色荧光管作为光源的亮度分布情况(图24C)。
图33表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且在导光板的端面配置基于银薄膜的反射器，而在余下的端面配置光源。在这种情况下，所有的像素都被制备成白色，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层。由此可以获得的平均亮度为3029(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.015。
图34表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，所有的像素被制备成RGB颜色像素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为554(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0215。
图35表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且不配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，所有的像素被制备成白色像素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为1575(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.023。
图36表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且不配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，所有的像素被制备成RGB颜色像素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为293(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0242。
接下来解析当配置十二支白色荧光管作为光源的亮度分布情况(图24D)。
图37表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且分别在导光板的相应端面配置基于银薄膜的反射器，而在余下的端面配置光源时的亮度分布情况。在这种情况下，所有的像素被制备成白色像素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为3304(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0224。
图38表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，像素被制备成RGB颜色像素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为626(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0244。
图39表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且不配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，像素被制备成白色，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为1780(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0194。
图40表示采用白色荧光灯管作为荧光灯管并且不配置基于银薄膜的反射器时的亮度分布情况。在这种情况下，像素被制备成RGB色素，而对应于图3中反射器或吸光层28a，28b，28c的各部分被分别制备成黑色的吸光层，而由此可以获得的平均亮度为355(cd/m2)，而“相对于平面内平均亮度的平面内亮度变化”为0.0177。
现在把注意力转向图26、30、34和38，它们对应于像素被制备成RGB颜色像素并设置基于银薄膜的反射器的情况。在这些情况下，荧光灯的数目分别是3、6和12。每一种情况都展示了极佳的亮度均匀性。只有在12个光源的情况下，与其它情况相比亮度均匀性稍差一点。
与此同时，考虑平均亮度的问题，在6个、9个和12个光源的情况下的平均亮度分别是3个光源平均亮度的1.8、2.9和3.3倍。这样，从增加荧光灯的数目来看，到了12个时平均亮度就没有增加。其理由是，随着荧光灯数目的增加，被反射器和导光板侧面所围绕的光源密度增大，令出射光线的效率下降。
当荧光灯的数目达到12之后，达到大约60％的比率这是光源截面积的总和与由反射器轮廓与导光板侧面所围的空间截面积的比率。因此，在考虑光从光源发出射向导光板的量与光源的数目(也就是电力消耗)的关系时，无论从亮度均匀性还是从出射光效率的观点来看，光源截面积的总和最好不要超过60％。
下面来解析光源布局与亮度及亮度均匀性的关系。
图41是表示光源布局示例的视图。图42是表示图41所示光源布局与亮度之间关系的示意图；而图43是表示图41所示光源布局与亮度均匀性的关系的示意图。在图41中，“●”表示光源，“○”与光源相对应的空间。在图42中，所画出的纵坐标是亮度(cd/m2)，而在横坐标上的标记“A”到“F”对应于图41A到41F。在图43，纵坐标代表亮度均匀性，用相对于板内亮度变化的平均板内亮度表示，而在横坐标上的标记“A”到“F”对应于图41A到41F。
如图42所示，在图41A到41F中的每一幅图中，设置反射器后，一直保持2500cd/m2或更高的良好亮度，。而且，如图43所示，有了图41D、41E和41F的反射镜后，亮度均匀性进一步改善。这里，图41D和图41E所示的光源布局分别是本专利申请的权利要求14和15所引用的布局示例。
本发明并不局限于上面所述的实施例，多种修改和变化都是可能的。
例如，根据本发明的显示器的光学系统可以应用于构造电影院中的视频显示屏幕。
根据本发明的显示器的光学系统也可以应用于包括多个显示单元的显示器，而每一个显示单元包括与本发明有关的显示元件。在属于这种情况的第一个实施例中，采用互相粘结的方法布置多个显示单元、以便在它们之间形成预定的角度。在第二个实施例中，任意形状的显示元件设置成任意的排列配置，以便与任意形状的导光板背面紧密地接触，从而允许呈现所需的形状。在第三个实施例，显示元件与导光板的背面的任何部分紧密地接触，在导光板背面的其它任意部分，存在一些稀疏的区域和/或发光区域和/或白色散射区域和/或吸光区域。在第四个实施例中，具有不同颜色和不同像素表面积和/或像素间距的显示元件混杂地配置在同一块导光板的背面。在第五个实施例中，存在具有背面配置了显示元件的多块导光板，而这些导光板又各自显示同一个图像信号源的各部分。
有可能使导光板具有非矩形的形状但具有矩形的显示区域。也有可能将导光板的形状加工成具有预定曲率的曲面。允许与本发明有关的显示元件具有与图3所示的不同的结构。而且，除了玻璃板3-1、16-1、17-1之外，还有可能采用石英、诸如丙稀、聚碳酸脂等透光塑料；透光陶瓷等材料；包括具有相互不同的折射率的多层结构，或在其表面涂敷有涂层的物体。
除了黑化的玻璃板3-2，还可以使用具有反射面的板，例如镜面。除了与色温校正灯合作外，还可能设置透光板或薄膜来补偿色温，布置在反射器的反射面或导光板的侧面。
在导光板的至少一个侧面设置光源和反射器，而在其它侧面只设置反射器就已经足够了。在仅仅设置反射器的情况下，由反射器轮廓和导光板的一个侧面所围的空间沿着平行于导光板的一个板表面的方向的最大长度应不大于导光板厚度的3.0倍，而沿着平行于导光板侧面方向则应不大于导光板厚度的1.5倍。
作为环绕光源的反射器，最好采用权利要求8、9所述的形状，这点以前已经讲过了。作为最佳示例，图44A到图44D分别展示了采用热阴极管作为光源的反射器形状。图45则展示了采用冷阴极管作为光源时反射器的形状。
此外，图46示出反射器布局的变型，但可以采用任意种类的光源。在这种情况下，在导光板71的一个板表面72设置光源73，而光源73被板表面72和反射器73所环绕。沿着导光板71的相对于板表面72倾斜的端面，设置了反射镜75和光吸收器76。注意，显示器的显示表面形成在导光板71的板表面72和板表面77之一上。
权利要求
1.一种由以下部件构成的显示器光学系统引入光线的导光板；以及设置成面对所述导光板的一个板表面的面板部分；所述面板部分包括配置了致动元件的驱动部件，每一个所述致动元件与多个像素相对应，以便与输入的图像信号的属性对应地沿着接触/分离的方向控制所述致动元件向着/离开所述导光板做位移运动，从而控制所述导光板在所述导光板预定区域泄漏的光束，使所述导光板显示对应于所述图像信号的图像，其中所述显示器光学系统由如下部分构成所述导光板；至少一个光源，它设置成面对所述导光板的一个板表面或一个侧面；以及反射器，用于与所述导光板的所述一个板表面或所述一个侧面合作、环绕所述光源，所述反射器具有用来反射来自所述光源的光线的反射面。
2.如权利要求1所述的显示器光学系统，其特征在于所述面板部分配备有显示元件，后者具有沿着所述导光板的所述一个板表面配置的预定数目的像素；而且所述显示器光学系统还包括环绕所述面板部分外周边的框架。
3.如权利要求2所述的显示器光学系统，其特征在于所述框架具有吸光或反射光的表面。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于所述导光板是矩形的或具有矩形的显示表面；而且所述导光板的厚度大于所述导光板或所述显示区域的对角线长度的0.01倍而小于其0.1倍。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于所述光源由两个或多个光源组成。所述各光源沿着所述导光板的所述一个侧面以预定的间隔排列；以及所述预定间隔不大于所述面板部分的外周边与所述导光板的所述侧面之间的最短距离的0.05倍。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于还包括为所述导光板的所述一个板表面或所述一个侧面配置的色温校正光源。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于还包括为所述反射器的所述反射面或者为所述导光板的所述一个板表面或所述一个侧面配置的色温校正透光板或薄膜。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于所述反射器的轮廓具有由直线、连续曲线或二者相结合组成的向外凸出的形状。
9.如权利要求8所述的显示器光学系统，其特征在于由所述反射器轮廓和所述导光板的所述一个板表面或所述一个侧面包围的所述空间的最大长度，无论在平行于所述导光板的所述一个板表面方向上还是在平行于所述导光板的所述一个侧面的方向上，均不超过所述导光板厚度的3倍。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于由所述反射器所覆盖的光源的截面积总和不超过由所述反射器轮廓与所述导光板的所述一个板表面或一个侧面包围的空间的截面积的60％。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于还包括另一个反射器，用于与所述导光板的所述一个板表面或所述一个侧面以外的侧面合作形成另一个空间，所述另一个反射器具有用来反射来自所述光源的光线的反射面。
12.如权利要求11所述的显示器光学系统，其特征在于所述另一个反射器具有由直线、连续曲线、或二者的组合构成的向外凸出的形状的轮廓。
13.如权利要求11或12所述的显示器光学系统，其特征在于由所述另一个反射器的轮廓与所述导光板的所述一个板表面或所述一个侧面包围的所述空间的最大长度，在平行于所述导光板的所述所述一个板表面方向上不超过所述导光板厚度的3.0倍，而在平行于所述导光板的所述一个侧面的方向上不超过所述导光板厚度的1.5倍。
14.如权利要求1至13中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于构成包括不少于两个光源的第一光源组和其光源数目少于所述第一光源组的所述光源数目的第二光源组；所述第一光源组的所述各光源沿着所述导光板的一个侧面排列；所述第一光源组的所述各光源中相邻光源之间隔开预定的间隔；以及所述第二光源组的所述各光源沿着所述第一光源组排列；所述第二光源组的所述各光源与邻近的所述第一光源组的相邻的所述光源隔开预定的间隔；并且，所述第二光源组的所述各光源中相邻光源之间开预定的间隔。
15.如权利要求1至13中任何一项所述的显示器光学系统，其特征在于构成包括多个光源的光源组；所述各光源沿着所述反射器的所述反射面排列；所述各光源中相邻的光源之间隔开预定的间隔；所述光源组包括所述多个光源中的第一光源和第二光源；所述第一光源和所述第二光源最接近所述导光板的一个侧面；以及所述光学系统还包括一个附加的光源，它设置在所述第一光源和所述第二光源之间的中间位置。
全文摘要
提供一种由以下部件构成的显示器的光学系统用以导入光线的导光板；设置成面对导光板的一个板表面的面板部分，该面板部分包括配置了致动元件的驱动部件，每一个致动元件与多个像素相对应，以便与输入的图像信号的属性对应地沿着接触/分离的方向控制致动元件向着/离开上述导光板做位移运动，从而控制导光板在所述导光板预定区域的泄漏光束，使导光板显示对应于图像信号的图像。
文档编号G02F1/13357GK1463373SQ02801939
公开日2003年12月24日 申请日期2002年2月12日 优先权日2001年3月30日
发明者武内幸久, 七泷努, 大和田严, 四方功, 佐藤圭 申请人:日本碍子株式会社