Система подсветки и использующее эту систему жидкокристаллическое дисплейное устройство

Система подсветки и использующее эту систему жидкокристаллическое дисплейное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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