專利名稱：使用外界光和照明板的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用外界光和照明板的顯示裝置。
背景技術(shù)：
非發(fā)光型顯示元件，例如液晶顯示元件，要使用外界射出的光線并控制光線的傳輸，以用于顯示，帶有非發(fā)光型顯示元件的顯示裝置可以分為利用透射光的透射型顯示裝置和利用反射光的反射型顯示裝置。
透射型顯示裝置是這樣一種裝置，其中，背光安置在上述顯示元件的后面，而源于背光的照明光用于實現(xiàn)顯示。源于背光的照明光向著顯示元件發(fā)射，光線被發(fā)射到顯示元件前面以實現(xiàn)顯示。在這種透射型顯示裝置中，要消耗大量電能，以打開背光。
反射型顯示裝置是這樣一種裝置，其中，外界光(外部光)，即顯示裝置外部環(huán)境中的光用于顯示。從顯示元件前面入射的外界光被安置在顯示元件后面的反光鏡向著顯示元件反射，接著，光線被發(fā)射到顯示元件前面以實現(xiàn)顯示。在這種反射型顯示裝置中，所獲得的反射光的強度取決于從顯示元件前面入射的外界光。因此，如果裝置位于外界光充足的環(huán)境中，可以看到具有足夠亮度的顯示。由于不需要任何背光，因此只需要消耗很少的電能。
然而，在反射型顯示裝置中，發(fā)射到顯示元件前面的反射光的強度主要取決于從顯示元件前面入射的外界光的強度。因此，在超過100000勒克斯的高照明度環(huán)境中，例如夏天太陽直射的環(huán)境中，屏幕會太眩目，從而難以看清顯示。此外，在黑暗環(huán)境中，例如夜間在室外，則無法獲得分辨顯示所需的屏幕亮度。因此，裝置不能用在黑暗環(huán)境中。
另一方面，迄今為止，有人已經(jīng)提出帶輔助光源的反射型顯示裝置，這樣，在黑暗環(huán)境中，如夜間室外，也可以看到顯示裝置的顯示。
這種帶輔助光源的反射型顯示裝置是這樣一種裝置，其中一個半透射反光鏡安置在一個顯示元件的后面，而輔助光源安置在半透射反光鏡的后面。所用的半透射反光鏡具有高反射率和低透射率，用以確保顯示裝置具有足夠高的反射率(反光鏡上反射并被發(fā)射到顯示元件前面的光與從顯示元件前面入射的外界光之間的強度比)。
然而，在這種帶輔助光源的反射型顯示裝置中，半透射反光鏡的透射率很低，而在消耗較少電能的前提下輔助光源的照明亮度不可能很高。因此，當(dāng)輔助光源開啟后，通過半透射反光鏡傳輸并照射到顯示元件中的照明光的亮度很微弱。
出于這個原因，在帶輔助光源的反射型顯示裝置中，當(dāng)輔助光源在黑暗中開啟時，屏幕亮度很低。此外，在強照射環(huán)境中，例如夏天太陽光線直射的環(huán)境中，屏幕會太眩目，因而難以看清。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種液晶顯示元件，其在各種環(huán)境中，從明亮環(huán)境到黑暗環(huán)境，均可獲得均具有適宜屏幕亮度的顯示。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種液晶顯示元件，其采用基于外界光的照明光和基于開啟式光源的照明光，從而可以根據(jù)周圍環(huán)境的光照情況使顯示具有適宜的屏幕亮度。
為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明的第一個方面是一種顯示裝置，其包含一個非發(fā)光型顯示元件，其用于控制入射光的透射，以顯示一個影象，一個發(fā)光單元，其安置在顯示元件后面，用于向著顯示元件發(fā)射照明光并以一個給定反射率將從顯示元件前面入射的外界光向著顯示元件反射，以及一個照明亮度控制器，其用于控制照明光的強度，從而根據(jù)發(fā)光單元的反射率和從顯示元件前面入射的外界光的環(huán)境照明度，使由發(fā)光單元反射出來的外界光反射光和照明光的透射光的總和構(gòu)成的顯示元件屏幕亮度達到一個預(yù)定范圍之內(nèi)。
在第一個方面的這種顯示裝置中，可以同時將外界光的反射光和照明光的透射光發(fā)射到顯示元件前面。在明亮的環(huán)境照明度下，可以根據(jù)外界光的照明度控制照明光的強度，從而使照明光消耗的電能減少，并利用外界光獲得明亮的屏幕。在黑暗環(huán)境中，可以利用外界光的反射光和照射光的透射光使顯示元件的屏幕獲得足夠的亮度。
在第一個方面的顯示裝置中，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之達到與滿足下列范圍的二次函數(shù)所代表曲線相對應(yīng)的亮度
屏幕亮度為20-200尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為50勒克斯時；屏幕亮度為30-300尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為1000勒克斯時；以及屏幕亮度為400-4000尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為30000勒克斯時。
優(yōu)選的情況是，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之達到與滿足下列范圍的二次函數(shù)所代表曲線相對應(yīng)的亮度屏幕亮度為20-60尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為50勒克斯時；屏幕亮度為60-200尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為1000勒克斯時；以及屏幕亮度為1000-3000尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為30000勒克斯時。
在以這種方式控制屏幕亮度的顯示元件中，即使在小于50勒克斯的黑暗環(huán)境照明度下，也可以獲得適合觀察的屏幕亮度。即使在接近室內(nèi)照明度的1000勒克斯環(huán)境照明度下，也可以獲得適合觀察的屏幕亮度。即使在接近日間室外照明度的30000勒克斯環(huán)境照明度下，也可以獲得適合觀察的屏幕亮度。
在第一個方面的顯示裝置中，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之滿足-2×10-8×I2+0.015×I+20＜L＜-3×10-7×I2+0.113×I+150，其中環(huán)境照明度由I(勒克斯)表示，而屏幕亮度由L(尼特)表示。
優(yōu)選的情況是，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之滿足-9×10-8×I2+0.0453×I+20＜L＜-2×10-7×I2+0.0871×I+50，其中環(huán)境照明度由I(勒克斯)表示，而屏幕亮度由L(尼特)表示。
在以這種方式控制屏幕亮度的顯示元件中，即使在黑暗的環(huán)境照明度下，也可以獲得適合觀察的屏幕亮度，而且，即使在接近室內(nèi)照明度的環(huán)境照明度下，以及在接近日間室外照明度的環(huán)境照明度下，也可以獲得適合觀察的屏幕亮度。
在第一個方面的顯示裝置中，當(dāng)環(huán)境照明度的最低值高于室內(nèi)照明度時，照明亮度控制器控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度。優(yōu)選的情況是，當(dāng)環(huán)境照明度位于從不高于50勒克斯至大約30000勒克斯以上的范圍中時，照明亮度控制器控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度。
在以這種方式控制屏幕亮度的顯示元件中，當(dāng)環(huán)境照明度高于室內(nèi)照明度時，來自發(fā)光單元的照明光的亮度會下降，從而在明亮環(huán)境中使照明光消耗的電能減少。
在第一個方面的顯示裝置中，照明亮度控制器以這樣的方式控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度，即當(dāng)環(huán)境照明度處于低于室內(nèi)照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的降低而持續(xù)下降。
在以這種方式控制屏幕亮度的顯示元件中，當(dāng)環(huán)境照明度處于低于室內(nèi)照明度的照明度范圍中時，隨著環(huán)境照明度的降低，來自發(fā)光單元的照明光的亮度會升高，以補充照明光亮度的減少。這樣，可以獲得適合觀察的屏幕亮度。
在第一個方面的顯示裝置中，照明亮度控制器以這樣的方式控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度，即當(dāng)環(huán)境照明度處于高于室內(nèi)照明度但不高于一個給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升，以及當(dāng)環(huán)境照明度處于超過給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的繼續(xù)升高而持續(xù)下降。
在以這種方式控制屏幕亮度的顯示元件中，當(dāng)環(huán)境照明度處于高于室內(nèi)照明度但不高于一個給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度將持續(xù)上升以提高屏幕亮度。而當(dāng)環(huán)境照明度超過給定照明度時，照明光的亮度將持續(xù)下降。這樣，可以調(diào)節(jié)獲得足夠屏幕亮度所需的照明光所消耗的電能。
在第一個方面的顯示裝置中，照明亮度控制器以這樣的方式控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度，即1)當(dāng)環(huán)境照明度處于低于室內(nèi)照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的降低而持續(xù)下降；2)當(dāng)環(huán)境照明度處于高于室內(nèi)照明度但不高于一個給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升；3)當(dāng)環(huán)境照明度處于超過給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的繼續(xù)升高而持續(xù)下降。
在以這種方式控制屏幕亮度的顯示元件中，當(dāng)環(huán)境照明度處于低于室內(nèi)照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度將持續(xù)下降。這樣，可以避免屏幕亮度太高。當(dāng)環(huán)境照明度處于高于室內(nèi)照明度但不高于一個給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的升高而上升。當(dāng)環(huán)境照明度處于超過給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著外界光的升高而下降。這樣，消耗的電能可以減少。
在第一個方面的顯示裝置中，照明亮度控制器中帶有一個照明度探測器，其用于測量環(huán)境的照明度，以及一個光源亮度調(diào)節(jié)電路，其用于控制發(fā)光單元根據(jù)照明度探測器測量到的環(huán)境照明度而發(fā)出的照明光的亮度。
在第二個方面的顯示裝置中，發(fā)光單元中帶有一個裝置，用于將照明光發(fā)射到顯示元件上，以及一個裝置，用于反射從顯示元件前面入射的外界光并將反射光發(fā)射到顯示元件上。
在第二個方面的顯示裝置中，發(fā)光單元中包含1)一個光源，以及2)一個光導(dǎo)體，其上成形有至少一個端面，其對面安置著光源；一個發(fā)射面，其用于引導(dǎo)來自光源的照明光并將光向著顯示元件發(fā)射；以及一個反射面，其不同于發(fā)射面，用于將從顯示元件前面入射并透射通過顯示元件的外界光向著顯示元件反射。
在第二個方面的顯示裝置中，發(fā)光單元中包含一個光源；一個光導(dǎo)體，其中，光源安置在光導(dǎo)體的至少一端；以及一個光學(xué)部件，其安置在光導(dǎo)體的前側(cè)，1)光導(dǎo)體中包含一個入射端面，其至少為端面，用于從光源吸收照明光；以及一個前表面，其構(gòu)成一個階進式表面，該階進式表面中包含階梯面，它們從入射端面一側(cè)向著另一側(cè)逐級下降，以及階梯級差面，它們中的每個均連接著相鄰階梯面，用于反射外界光的反射膜安置在光導(dǎo)體的各階梯面上，以及，用于發(fā)射從入射端面入射的照明光的發(fā)射面成形在各階梯級差面上，以及2)光學(xué)部件中包含一個元件，其安置在光導(dǎo)體前側(cè)，用于透射從顯示元件前面入射的外界光，并將被光導(dǎo)體的各階梯面上的反射膜反射出來的外界光反射光以及光導(dǎo)體的各階梯級差面發(fā)射出來的照明光向著顯示元件發(fā)射以改變光的前進方向。
在帶有這種發(fā)光單元的顯示裝置中，可以同時將從顯示元件前面入射的外界光反射光和來自光源的照明光發(fā)射到顯示元件前面。
光學(xué)部件中由一個透明板制成，透明板帶有一個面對著顯示元件并用于發(fā)射光的前表面和一個面對著光導(dǎo)體前表面的后表面，凸緣形式的入射部分成形在光學(xué)部件的后表面上，每個入射部分上帶有一個入射面，其用于吸收從光導(dǎo)體的各階梯級差面發(fā)射出來的光，以及一個折射面，其用于將入射面吸收的光向著前面反射或折射。
光學(xué)部件的各入射部分布置得彼此之間留下間隔，而位于相鄰入射部分之間的后表面區(qū)域分別構(gòu)成入射/發(fā)射面，用于發(fā)射從顯示元件前面入射的外界光和被光導(dǎo)體的各階梯面上的反射膜反射出來的外界光反射光。
根據(jù)這樣一種發(fā)光單元，可以將來自光源的照明光從光導(dǎo)體的階梯級差面發(fā)射出來，再將光從光學(xué)部件中反射出來，以供應(yīng)到顯示元件前面，此外，還可以在光導(dǎo)體的各階梯面的反射膜上將從顯示元件前面入射的外界光反射出來，以供應(yīng)到顯示元件前面。
在第二個方面的顯示裝置中，光導(dǎo)體上的后表面構(gòu)成一個散光面，用于使從入射端面入射的照明光在光導(dǎo)體寬度方向上的亮度分布均化。
在第二個方面的顯示裝置中，一個散光膜安置在發(fā)光單元與顯示元件之間。
通過以這種方式安置散光膜，從發(fā)光單元中發(fā)射出來的外界光反射光和來自光源的照明光可以被擴散。這樣，可以獲得具有寬視場角的顯示裝置。
在第二個方面的顯示裝置中，一個反射偏振鏡安置在發(fā)光單元與顯示元件之間。反射偏振鏡具有以大致直角彼此交叉的一個反射軸和一個透射軸，并具有這樣的性質(zhì)，即能夠反射入射光在反射軸方向的偏振分量，并透射入射光在透射軸方向的偏振分量。
顯示元件包含一個液晶顯示元件，該液晶顯示元件在前后表面上分別帶有一個偏振鏡，而反射偏振鏡的安置使得它的透射軸基本平行于液晶顯示元件后表面上的偏振鏡的透射軸。
在這樣的顯示裝置中，即反射偏振鏡以這樣的方式安置在發(fā)光單元與顯示元件之間，且反射偏振鏡能夠透射彼此以直角交叉的兩個偏振分量中的一個分量并反射另一個分量，因此，在來自光源的照明光中，只有方向與位于顯示元件后面的偏振鏡的透射軸方向一致的光線能夠透射通過反射偏振鏡。其它光線不被吸收，從而將在發(fā)光單元內(nèi)部被散射和反射。
在根據(jù)本發(fā)明第二個方面的另一個實施例的顯示裝置中，發(fā)光單元包含1)一個光源，以及2)一個光導(dǎo)體，其上成形有一個發(fā)射面，其用于引導(dǎo)端面吸入的照明光并將光向著顯示元件發(fā)射；以及一個透射面，其不同于發(fā)射面，用于透射從顯示元件前面入射的外界光，以及3)一個后側(cè)反射裝置，其位于光導(dǎo)體上的與透射面相反的后側(cè)上，用于將外界光向著光導(dǎo)體的透射面一側(cè)反射。
發(fā)光單元中包含一個光源；一個光導(dǎo)體，其至少一個端面處安置著光源；一個后側(cè)反射裝置，其安置在光導(dǎo)體后側(cè)；以及一個光線部件，其安置在光導(dǎo)體前側(cè)。
1)光導(dǎo)體中包含一個入射端面，其至少為端面，用于從光源吸收照明光；以及一個前表面，其構(gòu)成一個階進式表面，該階進式表面中包含階梯面，它們從入射端面一側(cè)向著另一側(cè)逐級下降，以及階梯級差面，它們中的每個均連接著階梯面，階梯級差面構(gòu)成發(fā)射面，用于發(fā)射從入射端面入射的照明光，而階梯面則構(gòu)成透射面，它們不同于發(fā)射面，用于透射從顯示元件前面入射的外界光，2)后側(cè)反射裝置安置在光導(dǎo)體上的與透射面相反的后側(cè)上，并帶有反射面，用于反射從顯示元件前面入射到光導(dǎo)體的階梯面中的外界光，以將光從階梯面發(fā)射出來，以及3)一個光學(xué)部件，其安置在光導(dǎo)體的前側(cè)，用于透射從顯示元件前面入射的外界光和被后側(cè)反射裝置反射出來的外界光反射光，并將從光導(dǎo)體的各階梯級差面發(fā)射出來的照明光向著顯示元件發(fā)射。
發(fā)光單元中包含一個光學(xué)部件，其安置在光導(dǎo)體的前側(cè)，用于透射從前面入射的外界光和被反射裝置反射并從光導(dǎo)體的階梯面發(fā)射出來的外界光反射光，并將從光導(dǎo)體的階梯級差面發(fā)射出來的照明光沿一個給定方向向前發(fā)射。
在采用了這種發(fā)光單元的顯示裝置中，可以將來自光源的照明光從光導(dǎo)體的階梯級差面發(fā)射出來，再使光反射通過光線部件，以供應(yīng)到顯示元件前面，此外，還可以使從顯示元件前面入射的外界光透射通過光導(dǎo)體的各階梯級差面并利用位于光導(dǎo)體后側(cè)的后側(cè)反射裝置將光反射，以供應(yīng)到顯示元件前面。
在本發(fā)明第三個方面的顯示裝置的顯示元件中，在一對分別位于前后側(cè)并透過一個液晶層彼此面對的基板中，一個基板在其內(nèi)表面上帶有第一電極，另一個基板其內(nèi)表面上帶有至少一個第二電極，第二電極上的面對著第一電極的部分分別構(gòu)成象素區(qū)，在兩個基板上對應(yīng)于每個象素區(qū)分別安置著一個濾色條，每個濾色條的面具小于每個象素區(qū)的面積。
液晶顯示元件的每個象素區(qū)分別具有一個濾色條對應(yīng)區(qū)，其被一個面積小于象素區(qū)域的濾色條覆蓋著，以及一個非濾色區(qū)，其環(huán)繞著濾色條對應(yīng)區(qū)布置且不被濾色條覆蓋。
在采用了這樣一個液晶顯示元件的顯示裝置中，從前面入射的外界光中的一部分會透射通過非濾色區(qū)、之后被反射、再次通過非濾色區(qū)，從而可以獲得具有高亮度的反射光。此外，從液晶顯示元件前面入射的外界光很少能透射通過相鄰象素區(qū)中的濾色條對應(yīng)區(qū)。因此，光不會透射通過具有不同顏色的濾色條，從而可以獲得較高且沒有顏色混合的亮度。
本發(fā)明的第四個方面的顯示裝置包含一個非發(fā)光型顯示元件；一個透射顯示系統(tǒng)，其包含一個發(fā)光單元，該發(fā)光單元安置在顯示元件后面，用于向顯示元件發(fā)射照明光；一個反射顯示系統(tǒng)，其用于反射從發(fā)光單元的顯示元件前面入射的外界光并將光發(fā)射到顯示元件前面；以及一個屏幕亮度補償顯示系統(tǒng)，其用于從發(fā)光單元發(fā)射照明光，并利用所發(fā)射的照明光補償基于反射顯示系統(tǒng)的顯示元件屏幕亮度，其中，當(dāng)顯示元件的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時，反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率為大約16％或以上。
當(dāng)顯示元件的孔隙系數(shù)設(shè)置為100％時反射顯示系統(tǒng)具有70％的反射率，顯示元件具有大于60％或以上的孔隙系數(shù)，而反射顯示系統(tǒng)中帶有一個透射率為36％的濾色條。
反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率為20％或以上。
本發(fā)明的第四個方面的顯示裝置可以高效地將從前面入射的外界光向著前面反射。這樣，如果環(huán)境照明度超過了一個給定照明度，則可以只利用基于外界光反射光的照明光而獲得足夠的屏幕亮度。
附圖簡要說明

圖1是一個顯示裝置的一個部分的橫截面圖，該顯示裝置中采用了根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的照明板。
圖2是第一個實施例的顯示元件中的一部分的放大橫截面圖。
圖3是第一個實施例的照明板中的一部分的放大橫截面圖。
圖4是第一個實施例的照明板的透視圖。
圖5是一個透視圖，顯示了第一個實施例的照明板中所用的反射偏振鏡的光學(xué)路徑。
圖6是一個曲線圖，顯示了日本城市，即那霸、福岡和札幌市在一月晴天時的平均照明度。
圖7是一個曲線圖，顯示了采用第一個實施例的照明板的顯示裝置的屏幕亮度L與環(huán)境照明度I之間的關(guān)系。
圖8是一個曲線圖，顯示了采用第一個實施例的照明板的顯示裝置的屏幕亮度L與環(huán)境照明度I之間的關(guān)系。
圖9是一個曲線圖，顯示了第一個實施例的照明板產(chǎn)生的光源的照明亮度Br與環(huán)境照明度I之間的關(guān)系。
圖10是一個顯示裝置的放大橫截面圖，該顯示裝置中采用了根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的照明板。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的顯示裝置中的一個液晶元件的俯視圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的顯示裝置中的一個液晶元件的橫截面圖。
本發(fā)明的最佳實施例下面將通過參考附圖而解釋本發(fā)明實施例的液晶顯示裝置。[第一個實施例]圖1是一個根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的顯示裝置的側(cè)視圖。這個實施例中的顯示裝置采用了一個液晶顯示元件作為非發(fā)光型顯示元件，顯示裝置采用外部入射的外界光并控制光的傳輸以實現(xiàn)顯示。
該顯示裝置中包含一個液晶顯示元件1；一個發(fā)光單元(一個發(fā)光裝置)10，其安置在液晶顯示元件1后面，用于向液晶顯示元件1的后表面發(fā)出照明光，并將從液晶顯示元件1前面入射的外界光(外部照明光)向液晶顯示元件1的后表面反射；以及一個照明亮度控制器(或一個照明亮度控制裝置)26，其用于根據(jù)顯示元件的使用環(huán)境控制照明光的亮度。
圖2是液晶顯示元件1的一部分的放大橫截面圖。液晶顯示元件1具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中透明電極6a和6b分別在前后表面附著在一對透明基板2和3中相應(yīng)的一個上，透明電極中的彼此相對的區(qū)域構(gòu)成多個象素區(qū)，基板2和3則通過一個框架形式的密封材料4(見圖1)粘結(jié)起來；與相應(yīng)象素區(qū)分別對應(yīng)的濾色條7R、7G和7B具有多種顏色，例如紅色、綠色和藍色，它們附著在某一塊基板的內(nèi)表面上；此外，一個液晶層9安置在密封材料4所封閉的區(qū)域中并位于基板2和3之間。
液晶顯示元件1是一種有源矩陣系統(tǒng)元件，其利用一個TFT(薄膜晶體管)作為有源元件。安置在基板3后側(cè)內(nèi)表面上的電極6b是以矩陣形式布置的象素電極。
這些象素電極6b連接著各TFT(未示出)，這些TFT在基板3后側(cè)內(nèi)表面上分別對應(yīng)于相應(yīng)的象素電極6b，并且連接著編排在基板3后側(cè)內(nèi)表面上的門線和數(shù)據(jù)線(未示出)。
附著在基板2前側(cè)內(nèi)表面上的電極6a是一個反向電極，其為單個薄膜的形式，并與所有象素電極6b相面對。反向電極6a成形在各濾色條7R、7G和7B上。
此外，液晶顯示元件1是一個TN(扭轉(zhuǎn)向列)型元件，其在前后表面具有偏振鏡5a和5b。對于安置在一對基板2和3之間的液晶層9的液晶分子，它們在相應(yīng)基板2和3附近的排列方向被布置在基板2和3內(nèi)表面上的校準(zhǔn)層或薄膜8a和8b調(diào)整。分子在基板2和3之間以一定的扭轉(zhuǎn)角(例如，大約90度)扭轉(zhuǎn)定向。偏振鏡5a和5b分別粘著在一對基板2和3的外表面上，這樣，它們的透射軸將沿著給定方向。
圖3是一個放大橫截面圖，顯示了一個光導(dǎo)體11和一個光學(xué)部件20的一部分，二者構(gòu)成這個實施例顯示裝置中的發(fā)光單元10。圖4是光導(dǎo)體11的放大透視圖。
發(fā)光單元10中包含光導(dǎo)體11，光導(dǎo)體的一個端面構(gòu)成光入射端面11a，而與液晶顯示元件1后表面相面對著的光導(dǎo)體前表面上成形有一個反射面14，其用于反射從液晶顯示元件1前面入射的外界光，以及一個發(fā)射面(在本實施例中，由一個將在后文中描述的階進式表面12上的階梯級差面12b構(gòu)成)，其用于發(fā)射從入射端面11a入射的照明光；一個光源16面對著這個光導(dǎo)體11的入射端面11a安置；一個鏡面反光鏡19面對著光導(dǎo)體11的后表面安置；光學(xué)部件20則安置在光導(dǎo)體11的前側(cè)。
光導(dǎo)體11是一個由聚丙烯樹脂或類似材料制成的透明板。其一端構(gòu)成入射端面11a，用于吸收來自光源16的光。其前表面構(gòu)成一個階進式表面12，該階進式表面具有非常小的節(jié)距并由彼此平行的階梯面12a構(gòu)成，這些階梯面沿著從入射端面11a一側(cè)至另一個端面一側(cè)的方向逐級下降(以使它們與光導(dǎo)體后表面的距離遞減)，光導(dǎo)體前表面還構(gòu)成階梯級差面12b，用于連接這些階梯面12a。
階梯級差面12b彼此平行并面對著入射端面11a，相鄰階梯級差面12b之間的每個階梯面12a均是一個平面并沿著光導(dǎo)體11的寬度方向(入射端面11a的寬度方向)伸展。
如圖4所示，由SiO2(氧化硅)制成的底層13a成形在階進式表面12的相應(yīng)整個階梯面12a上。在每個底層13a的整個表面上分別安置著一個鏡面反射膜13，它是通過Al或類似材料制成的高反射率金屬膜13b汽相沉積而形成的。反射膜13的表面(金屬膜13b的表面)形成反射面14，用以反射從液晶顯示元件1前面入射的外界光。
由SiO2制成的底層13a是用于提高由聚丙烯樹脂或類似材料制成的光導(dǎo)體11與由鋁或類似材料制成的金屬膜13b之間的粘著力。
階進式表面12的各個階梯級差面12b構(gòu)成了光發(fā)射面，它們上面沒有成形任何反射膜。這些階梯級差面12b構(gòu)成發(fā)射面，用于發(fā)射從入射端面11a入射的照明光。
如圖4所示，光導(dǎo)體11的后表面構(gòu)成散光面15，用以使從入射端面11a入射的照明光在光導(dǎo)體寬度方向上的亮度分布均化。
散光面15具有這樣的形狀，即沿著光導(dǎo)體11的寬度方向以很小的節(jié)距成形出連續(xù)的細(xì)長棱鏡部分15a，這些棱鏡部分的長度跨過光導(dǎo)體11的整個長度。反光鏡19以這樣的方式安置，即它的反射面接近或接觸棱鏡部分15a的頂面。
光源16包含，例如，一個直管形式的熒光燈17，長度跨過光導(dǎo)體11的入射端面11a的整個長度，以及一個反光鏡18，其用于反射熒光燈17發(fā)出的光。光源16安置在光導(dǎo)體11的側(cè)面并面對著入射端面11a。
光學(xué)部件20具有這樣的特性，即從其前面入射的光會向著其后表面透射并發(fā)射，被光導(dǎo)體11的各階梯面12a上的反射面14(反射膜13的表面)反射并入射到光學(xué)部件20后表面的光會向著其前表面透射并發(fā)射，而從光導(dǎo)體11的各階梯級差面(發(fā)射面)12b發(fā)射的照明光會被各階梯級差面的后表面吸收并向前發(fā)射。
光學(xué)部件20的形式是由聚丙烯樹脂或類似材料制成的透明板，且寬度與光導(dǎo)體11基本相同。其前表面構(gòu)成一個平面。其后表面上整體式成形出下面部分即入射部分21，它們用于吸收從光導(dǎo)體11的階進式表面12上的各階梯級差面12b發(fā)射出來的光。
各入射部分21構(gòu)成長的橫向凸緣，它們的長度跨過光學(xué)部件20的整個寬度。光學(xué)部件20以這樣的方式安置，即位于光學(xué)部件20后表面上的各入射部分21的長度方向大致平行于光導(dǎo)體11的各階梯級差面12b的長度方向，而各入射部分21的頂面接近或接觸光導(dǎo)體11的各階梯面12a。
入射部分21具有三角形截面。每個入射部分21的兩個側(cè)面中有一個側(cè)面與光導(dǎo)體11的階進式表面12相面對，該側(cè)面與敞開空氣之間的界面構(gòu)成一個入射面21a，用于吸收從階梯級差面12b發(fā)射出來的光。另一個側(cè)面與敞開空氣之間的界面構(gòu)成一個折射面21b，用于反射或折射從入射面21a吸收的光，以使光向著光學(xué)部件20前表面?zhèn)鬏敗?br> 入射面21a是平面，其斜度使之大致平行于光導(dǎo)體11的階梯級差面12b，即具有大致相同的斜度，而且入射面與光導(dǎo)體11的階梯面12a之間的角度(在面對著階進式表面12的方向上的角度)小于90度。
折射面21b構(gòu)成一個傾斜平面，該平面具有這樣的傾斜角度，從而使得折射面21b與光學(xué)部件20的法線之間的角度大于入射面21a與法線之間的角度。
入射部分21的理想形狀是，在入射面21a與光導(dǎo)體11的階梯級差面12b相對立的方向上，入射面21a相對于法線傾斜5-15度，而在相反方向上，折射面21b相對于法線傾斜20-50度。
入射部分21這樣布置，即在各入射部分21之間以相同的節(jié)距留下空隙。相鄰入射部分21間的后表面與敞開空氣之間的每個界面分布構(gòu)成一個入射/發(fā)射面22，其面對著光導(dǎo)體11的相應(yīng)階梯面12a上的反射面14。
該入射/發(fā)射面22是一個平面，其斜度使之大致平行于光導(dǎo)體11的階梯面12a，即具有大致相同的斜度，而且入射/發(fā)射面是一個光學(xué)界面，用于傳輸從液晶顯示元件1前面入射并被光導(dǎo)體11的相應(yīng)階梯面12a上的反射面14反射的光。
各入射部分22之間的節(jié)距與光導(dǎo)體11的各階梯級差面12b不同。如圖1和3所示，在這個實施例中，光學(xué)部件20上的各入射部分21之間的節(jié)距小于光導(dǎo)體11的各階梯級差面12b之間的節(jié)距，但大于各階梯級差面12b之間節(jié)距的一半。這樣，光導(dǎo)體11的每個階梯級差面12b必然要面對光學(xué)部件20上的至少一個入射部分21。
在這個實施例的顯示裝置中，發(fā)光單元10中包含光導(dǎo)體11，光源16安置在光導(dǎo)體11的入射端面11a的對面，而安置在光導(dǎo)體11前表面?zhèn)鹊墓鈱W(xué)部件20則位于液晶顯示元件1的后面，這樣，關(guān)于16所在一側(cè)則對準(zhǔn)外界光的主要吸入方向。
也就是說，在這個顯示裝置中，其屏幕方向的選擇是為了以這樣的方式使用，即在可以獲得外界光的環(huán)境中，向著屏幕上緣側(cè)傾斜的方向(圖1中的左上方)至屏幕法線被設(shè)置為主要光線吸收方向，這與普通反射型顯示裝置相同。
如圖1所示，在這個實施例的顯示裝置中，散光膜23和反射偏振鏡24具有后文所述的性質(zhì)并以層片的形式安置在發(fā)光單元10與液晶顯示元件1之間。
圖5是反射偏振鏡24的透視圖。反射偏振鏡24具有一個反射軸24s和一個透射軸24p，兩個軸線以大致直角彼此交叉。偏振鏡24具有這樣的性質(zhì)，即入射光在反射軸24s方向的偏振分量被反射，而入射光在透射軸24p方向的偏振分量被透射。
也就是說，如圖5所示，當(dāng)包含有沿反射軸24s方向的偏振分量(以下稱作S偏振光分量)的光S和沿透射軸24p方向的偏振分量(以下稱作P偏振光分量)的光P的光線照射到反射偏振鏡24中后，該入射光中的沿反射軸24s的S偏振光分量的光S會被反射偏振鏡24反射，而沿透射軸24p的P偏振光分量的光P則透射通過反射偏振鏡24。
圖5中顯示了一個例子，其中光從后側(cè)照射到反射偏振鏡24中。反射偏振鏡24是一個無色片材，其具有這樣一個性質(zhì)，即它的反射性能和它的透射性能不依賴于波長。
反射偏振鏡24的結(jié)構(gòu)未顯示出來，它可以是，例如，一個板，其中有一對透明薄膜，每個薄膜的一個表面分布構(gòu)成一個不平表面，該不平表面的形式是，長橫棱部分具有細(xì)小的寬度并在薄膜寬度方向上連續(xù)平行布置，兩個薄膜疊加起來，從而使一個薄膜的不平表面上的各個頂部分別面對著另一個薄膜的不平表面上的相應(yīng)凹部，此外，一個分層薄膜放置在兩個透明薄膜的不平表面之間，在該分層薄膜中，交替疊加安置著具有不同折射率的透明層。這種類型的偏振鏡公開于美國專利Nos.5,422,756和5,559,634中。
在這個實施例中，反射偏振鏡24以這樣的方式安置在液晶顯示元件1的后側(cè)，即透射軸24p大致平行于偏振鏡5的透射軸。如圖3所示，反射偏振鏡24通過散光膜23的粘著作用而附著在發(fā)光單元10的光學(xué)部件20的前表面上。
通過在光學(xué)部件20的整個前表面上施加一種透明粘接劑可以成形出散光膜23，粘接劑中散布著細(xì)小的散光顆粒。反射偏振鏡24則通過散光膜23的粘著作用而附著在光學(xué)部件20的前表面上。
液晶顯示元件1覆蓋著反射偏振鏡24的前表面，它的后表面(偏振鏡5b的后表面)通過透明粘接劑或一個雙面粘接片25而附著在反射偏振鏡24的前表面上。
在這個顯示裝置中，液晶顯示元件1和發(fā)光單元10構(gòu)成一個反射顯示系統(tǒng)，用以反射外界光，該外界光是從液晶顯示元件1的前面入射到成形于發(fā)光單元10的光導(dǎo)體11的各階梯面12a上的反射面14上的，這樣可以將光發(fā)射到液晶顯示元件1前面。
此外，一個屏幕亮度補償顯示系統(tǒng)被構(gòu)造出，用以使發(fā)光單元10發(fā)出照明光，并利用照明光補償液晶顯示元件1的屏幕亮度，而屏幕亮度則取決于反射顯示系統(tǒng)。
此外，下面這個值被設(shè)置為16％左右即當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時的外界光反射率(從發(fā)光單元10上反射并發(fā)射到液晶顯示元件1前面的發(fā)射光的強度與從液晶顯示元件1前面入射的外界光的強度之間的比值)。
下面討論反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率，以R(％)表示實際反射率，液晶顯示元件1的孔隙系數(shù)設(shè)置為100％，任何濾色條均不被使用(即濾色條7R、7G和7B的透射率被設(shè)置為100％)，則下面的方程(1)可表示反射顯示系統(tǒng)中的外界光反射率R’(％，以下稱作基本反射率)、濾色條7R、7G和7B的透射率TCF(％)以及液晶顯示元件1的實際孔隙系數(shù)S(％)之間的關(guān)系R＝R’×S×TCF(1)反射顯示系統(tǒng)中的基本反射率R’是根據(jù)光導(dǎo)體11的反射面14的反射率和液晶顯示元件1的透射率(孔隙系數(shù)設(shè)置為100％，而且沒有濾色條)確定的。光導(dǎo)體11的反射面14包含鏡面反射膜13，其通過Al或類似材料制成的高反射率金屬膜13b汽相沉積而形成，而液晶顯示元件1是TN型的。出于這些原因，當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時，基本反射率R’可以達到相對較高的值，約為70％。
濾色條7R、7G和7B的透射率TCF是一個總的透射率，它是當(dāng)從前面入射到液晶顯示元件1中并通過濾色條7R、7G和7B的光被光導(dǎo)體11的反射面14反射而再次通過濾色條7R、7G和7B時獲得的。濾色條7R、7G和7B的透射率TCF大約為36％。
如果反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值而基本反射率R’為70％，且濾色條7R、7G和7B的透射率TCF設(shè)置為36％，則從方程(1)中可以得到，當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的實際反射率為16％時，液晶顯示元件1的實際孔隙系數(shù)S約為63％。
因此，當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值而基本反射率R’為70％，且濾色條7R、7G和7B的透射率TCF(是從前面入射到液晶顯示元件1中的光通過各濾色條時的透射率以及被光導(dǎo)體11的反射面14反射的光通過濾色條時的透射率構(gòu)成的總的透射率)設(shè)置為36％時，足以將液晶顯示元件1的孔隙系數(shù)S設(shè)置在大約60％或以上。
當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時，這種設(shè)置可以使得外界光反射率R達到大約16％或以上。
本實施例中的發(fā)光單元10中帶有一個照明亮度控制器26，其用于根據(jù)顯示元件的使用環(huán)境控制發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的亮度。如圖1所示，這個照明亮度控制器26中包含一個照明度探測器27，其用于測量環(huán)境的照明度；一個光源亮度調(diào)節(jié)電路28，其用于控制發(fā)光單元10根據(jù)照明度探測器27測量到的環(huán)境照明度而發(fā)出的照明光的亮度；以及一個光源開啟電路29。
照明度探測器27安置在液晶顯示元件1附近，它的接收面平行于液晶顯示元件1的前表面，這樣，從前面入射到液晶顯示元件1中的外界光的照明度可以作為環(huán)境照明度而被測量。
光源亮度調(diào)節(jié)電路28是這樣一個部件，其用于根據(jù)照明度探測器27測量到的環(huán)境照明度而調(diào)節(jié)從發(fā)光單元10射出的照明光的亮度值，從而根據(jù)環(huán)境照明度將液晶顯示元件1的屏幕亮度設(shè)置在預(yù)定亮度范圍之內(nèi)。光源開啟電路29啟動光源16的熒光燈17，以發(fā)出照明光，照明光的亮度取決于自光源亮度調(diào)節(jié)電路28的亮度值。
在這個顯示裝置中，在需要開啟光源16的環(huán)境照明度范圍內(nèi)(例如，0-30000勒克斯)，要同時利用發(fā)光單元10反射的外界光和發(fā)光單元10發(fā)出的照明光實現(xiàn)顯示。當(dāng)環(huán)境照明度大約為0勒克斯時，即處于基本上沒有外界光可以獲得的環(huán)境中時，可以只利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光實現(xiàn)顯示。在不需開啟光源16的照明度高的環(huán)境中，可以只利用外界光的反射光實現(xiàn)顯示。
下面首先解釋發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的發(fā)射路徑。如圖3中帶箭頭實線所示路徑，光導(dǎo)體11中吸收的照明光從入射端面11a開始在光導(dǎo)體11的整個長度方向上前進。在這些光中，直接向著階進式表面12的各階梯級差面12b前進的光會從階梯級差面12b中發(fā)射出來。而除了直接向著階進式表面12的階梯級差面12b前進的光之外，即向著階進式表面12的各階梯面12a前進的光線或向著光導(dǎo)體11后表面前進的光線，將在光導(dǎo)體11中沿光導(dǎo)體的長度方向傳輸而且會被相應(yīng)階梯面12a上的反射膜13的后表面反射而同時改變方向，或者在位于光導(dǎo)體11后表面與敞開空氣之間的界面處被完全反射。最終，光線會入射到某個階梯級差面12b中并從階梯級差面12b發(fā)射出來。
在光導(dǎo)體11內(nèi)部向著光導(dǎo)體后表面前進的光中包含這樣的光，即該光以一個入射角(大致為直角)入射到位于光導(dǎo)體11后表面與敞開空氣之間的界面上，該入射角小于完全反射的臨界角。光通過該界面并從光導(dǎo)體11的后表面泄漏出來。泄漏的光會被安置在光導(dǎo)體11后面的反光鏡19反射并從光導(dǎo)體11的后表面入射到光導(dǎo)體中。由于被各階梯面12a上的反射膜13反射以及被位于光導(dǎo)體11后表面與敞開空氣之間的界面完全反射，因此光的前進方向被改變。之后，光將從任何一個階梯級差面12b中發(fā)射出來。這樣，幾乎所有從入射端面11a進入光導(dǎo)體11的光均能從階梯級差面12b中發(fā)射出來而沒有浪費。
如上所述，光導(dǎo)體11的后表面構(gòu)成散光面15，散光面15具有這樣的形狀，即沿著光導(dǎo)體11的橫向以很小的節(jié)距成形有連續(xù)的細(xì)長棱鏡部分15a。這樣，當(dāng)進入光導(dǎo)體11的光在后表面與敞開空氣之間的界面處被完全反射后，或者當(dāng)泄漏到光導(dǎo)體11后表面的光被反光鏡19反射而從后表面再次進入光導(dǎo)體11后，光被擴散并且使光在光導(dǎo)體11的寬度方向上具有基本均勻的亮度。這樣，光將從階梯級差面12b中發(fā)射出來。
從光導(dǎo)體11的階梯級差面12b中發(fā)射出來的照明光從入射部分21的一個側(cè)面，即入射面21a進入入射部分21中，該入射部分21成形在安置在光導(dǎo)體11前表面?zhèn)鹊墓鈱W(xué)部件20的后表面上。
此時，光導(dǎo)體11上的每個階梯級差面12b必然面對著光學(xué)部件20的至少一個入射部分21。因此，從光導(dǎo)體11的各階梯級差面12b發(fā)射出來的光幾乎全部入射到各入射部分21中。
如圖3所示，從光導(dǎo)體11的各階梯級差面12b發(fā)射出來的光中包含向著相鄰階梯面12a發(fā)射的光。然而，這種光將被相鄰階梯面12a上的反射面14反射并入射到光學(xué)部件20的入射部分21中。
從光導(dǎo)體11的各階梯級差面12b發(fā)射出來并入射到光學(xué)部件20的各入射部分21中的光將從入射面21a處被入射部分21吸收，之后又被相反側(cè)的折射面21b完全折射，這樣光的方向?qū)⒅赶蚬鈱W(xué)部件20的前表面。光被透射通過光學(xué)部件20并從光學(xué)部件的前表面發(fā)射出來。
從光學(xué)部件20前表面發(fā)射出來的光是這樣的光，其從入射面21a進入入射部分21并被折射(或反射)面21b反射或折射從而聚集在一個給定方向上，這種光的亮度分布形式為，在給定方向上具有高亮度。在這種情況下，入射部分21的折射面21b的傾斜角度以這樣的方式設(shè)置，即能夠使得折射面21b上反射的光的方向成為前方(光學(xué)部件20前表面的法線周圍的方向)。這樣，發(fā)射到光學(xué)部件20前面的照明光是這樣的光，其分布具有方向性，從而使得沿光導(dǎo)體11前方的光的亮度高。
從光學(xué)部件20前表面發(fā)射出來的照明光的發(fā)射方向取決于入射部分21的折射(或反射)面21b的傾斜角度。當(dāng)折射面21b相對于光學(xué)部件前表面法線的傾斜角度在20-50度的范圍之內(nèi)時，發(fā)射方向與前方相近。也就是說，光基本上垂直于平發(fā)射面。
光發(fā)射到光學(xué)部件20的前面，即從發(fā)光單元10發(fā)射出來的光先要經(jīng)過散光膜23以被擴散，再發(fā)射經(jīng)過位于散光膜前面的反射偏振鏡24，從而可以從液晶顯示元件1的后表面入射到液晶顯示元件中。在圖3中，照明光經(jīng)過散光膜23時的擴散狀態(tài)被省略，以簡化該圖。
在這種情況下，從發(fā)光單元10發(fā)射出來的光是這樣的光，其包含各個方向上的偏振分量中的光線。如圖5所示，反射偏振鏡24具有這樣的性質(zhì)，即能夠反射沿反射軸24s的S偏振分量的光S，并透射沿透射軸24p的P偏振分量的光P。出于這個原因，在從發(fā)光單元10發(fā)射出來并被散光膜23擴散后入射到反射偏振鏡24中的光中，沿反射偏振鏡24的透射軸24p的偏振分量的光會發(fā)射通過反射偏振鏡24而入射到液晶顯示元件1中。而沿反射偏振鏡24的反射軸24s的偏振分量的光會被反射偏振鏡24反射。
被反射偏振鏡24反射的光的路徑未示出，該光通過發(fā)光單元10的光線部件20發(fā)射，之后被安置在光導(dǎo)體11的各階梯面12a上的反射面14反射，這樣，光再次被發(fā)射通過光線部件20，光的偏振方向有了某種程度的變化，并入射到反射偏振鏡24中。在上述光中，沿反射偏振鏡24的透射軸24p的偏振分量的光會發(fā)射通過反射偏振鏡24并入射到液晶顯示元件1中。而沿反射偏振鏡24的反射軸24s的偏振分量的光會被反射偏振鏡24再次反射。
接下來的過程是上述過程的重復(fù)。這樣，在來自發(fā)光單元10的光中，沿反射偏振鏡24的反射軸24s的偏振分量的光會由于反復(fù)被反射偏振鏡24反射和被發(fā)光單元10反射(被安置在光導(dǎo)體11的各階梯面12a上的反射面14反射)而改變偏振方向，因此，光遲早會變成沿反射偏振鏡24的透射軸24p的偏振分量的光。光會透射通過反射偏振鏡24并入射到顯示元件中。出于這個原因，幾乎所有來自發(fā)光單元10的照明光均可以入射到液晶顯示元件1中而沒有浪費。
在被反射偏振鏡24反射并從前表面進入光學(xué)部件20的光中，向著光學(xué)部件20后表面上的各入射部分21的具有大傾斜角度的折射面21b前進的光，以及向著位于相鄰入射部分21之間的入射/發(fā)射面22前進的光，會通過這些折射面21b和入射/發(fā)射面22并向著后表面發(fā)射。而向著各入射部分21上的具有小傾斜角度的入射面21a前進的光則被入射面21a完全反射，從而改變了方向。這種光會從折射面21b和入射/發(fā)射面22發(fā)射到后表面上。
下面將解釋從液晶顯示元件1前面入射的外界光的發(fā)射路徑。透射過液晶顯示元件1和光學(xué)部件20的外界光會從光學(xué)部件的后表面發(fā)射出來并被安置在光導(dǎo)體11的各階梯面12a上的反射面14反射，從而又從光學(xué)部件的后表面入射到光學(xué)部件中。由于光導(dǎo)體11的階梯面12a與光學(xué)部件20的相應(yīng)入射部分21的入射面21a之間的角度較大，因此幾乎所有的光均會從光學(xué)部件20的入射部分21的折射面21b和入射/發(fā)射面22處被吸收。
從折射面21b吸收的光，以及從入射/發(fā)射面22吸收的光中的向著光學(xué)部件20前表面前進的光，會不改變方向而透射通過光學(xué)部件20，并從前表面發(fā)射出來。在從折射面21b吸收的光中，向著相反側(cè)入射面21a前進的光會被入射面21a完全反射，因此光的方向會改變，從而與從折射面21b和入射/發(fā)射面22直接向著光學(xué)部件20前表面前進的光一致。這種光會從光學(xué)元件20的前表面發(fā)射出來。
出于這個原因，從反射偏振鏡24以及光導(dǎo)體11的各階梯面12a的反射面14反射并隨后向著光學(xué)部件20前表面發(fā)射的光也是具有這樣亮度分布的光，即沿前方發(fā)射出來的光亮度高。
從發(fā)光單元10前表面(光學(xué)部件20的前表面)發(fā)射出來、依次透射通過散光膜23和反射偏振鏡24、再從后表面入射到液晶顯示元件1中的光是沿著反射偏振鏡24的透射軸24p的線性偏振光。這種光從從后表面入射到液晶顯示元件1中。由于反射偏振鏡24的透射軸24p和液晶顯示元件1的后側(cè)偏振鏡5b的透射軸基本上彼此平行，因此透射通過反射偏振鏡24的照明光會幾乎全部透射通過偏振鏡5b并隨后入射到液晶顯示元件1中。
在透射通過偏振鏡5b并隨后入射到液晶顯示元件1中的照射光(線性偏振光)透射通過液晶顯示元件1的步驟中，光會受到雙重折射作用(線性偏振光)而獲得液晶分子的定向狀態(tài)，以實現(xiàn)光學(xué)旋轉(zhuǎn)，液晶分子的定向狀態(tài)則根據(jù)液晶顯示元件1的兩個基板2和3的內(nèi)表面上成形的電極之間所施加的電壓而改變。此外，帶有多種顏色并成形于前側(cè)基本2的內(nèi)表面上的濾色條可以吸收波長位于吸收波長范圍之內(nèi)的光的部分，這樣，照明光成為有色光，有色光的顏色與濾色條相同。在有色光中，沿前側(cè)偏振鏡5a透射軸的偏振分量的光會透射通過前側(cè)偏振鏡5a，以構(gòu)成影象光。影象光向著液晶顯示元件1的前表面發(fā)射。
如上所述，在能夠獲得外界光的環(huán)境中，顯示裝置以這樣的方式使用，即它的屏幕的方向被選擇，從而主要在從向著屏幕上緣側(cè)傾斜的方向至屏幕法線的范圍內(nèi)吸收外界光。這樣，外界光主要從屏幕上緣側(cè)(液晶顯示元件1的上緣側(cè))以各種入射角入射。
對于從液晶顯示元件前面入射的外界光，沿前側(cè)偏振鏡5a透射軸的偏振分量的光會首先被吸收到板5a中。這樣，外界光成為沿前側(cè)偏振鏡5a透射軸的線性偏振光并入射到液晶顯示元件1中。
對于從透射通過前側(cè)偏振鏡5a并隨后入射到液晶顯示元件1中的外界光(線性偏振光)，帶有多種顏色并成形于前側(cè)基本2的內(nèi)表面上的濾色條會吸收波長位于吸收波長范圍之內(nèi)的光的部分，從而使照明光成為有色光，有色光的顏色與濾色條相同。在下面的有色光透射通過液晶顯示元件步驟中，光會受到雙重折射作用(線性偏振光)而獲得液晶分子的定向狀態(tài)，以實現(xiàn)光學(xué)旋轉(zhuǎn)，液晶分子的定向狀態(tài)則通過施加的電壓而改變。在有色光中，沿前側(cè)偏振鏡5a透射軸的偏振分量的光會透射通過前側(cè)偏振鏡5a，以構(gòu)成影象光。影象光向著液晶顯示元件1的前表面發(fā)射。
向著液晶顯示元件1的后表面發(fā)射的光依次通過反射偏振鏡24和散光膜23，之后，從前表面入射到發(fā)光單元10的光學(xué)部件20中。由于反射偏振鏡24的透射軸24p和液晶顯示元件1的后側(cè)偏振鏡5b的透射軸基本上彼此平行，因此透射通過偏振鏡5b并隨后入射到液晶顯示元件1中的光會幾乎全部透射通過反射偏振鏡24并隨后入射到光學(xué)部件20中。
在這個顯示裝置中，安置在發(fā)光單元10側(cè)面的光源16位于屏幕上緣側(cè)的方向，該方向即顯示裝置吸收的主要外界光的方向。因此，入射到光學(xué)部件20中的外界光主要從向著光源16所在側(cè)傾斜的方向入射。
也就是說，外界光以各種入射角從前面入射到光學(xué)部件20中，如圖3中的虛線箭頭所示。在入射光中，向著光學(xué)部件20后表面上的各入射部分21的具有大傾斜角度的折射面21b前進的光，以及向著位于相鄰入射部分21之間的入射/發(fā)射面22前進的光，會通過這些折射面21b和入射/發(fā)射面22并向著后表面發(fā)射。光被光導(dǎo)體11的各階梯面12a的反射面14反射。
在上述入射光中，路徑未示出的向著各入射部分21上的具有小傾斜角度的入射面21a前進的光被入射面21a完全反射，從而改變了方向。這種光會從折射面21b和入射/發(fā)射面22發(fā)射到后表面上，然后，會被光導(dǎo)體11的各階梯面12a的反射面14反射。
光導(dǎo)體11是這樣一個部件，即其前表面構(gòu)成一個階進式表面12，反射膜13成形在整個階梯面12a上，而光導(dǎo)體前表面則構(gòu)成反射面14。因此，光導(dǎo)體的反射性能與前表面構(gòu)成平反射面的普通反光鏡相同。這樣，幾乎所有向著光學(xué)部件20后表面發(fā)射的光學(xué)均能被反射而不會有浪費。
被光導(dǎo)體11的各階梯面12a的反射面14反射的光被光學(xué)部件20從后表面吸收，之后又透射通過該光學(xué)部件20并從其前表面發(fā)射出去。
此時，由于光導(dǎo)體11的階梯面12a與光學(xué)部件20的相應(yīng)入射部分21的入射面21a之間的角度較大。因此，幾乎所有被光導(dǎo)體11的各階梯面12a的反射面14反射的反射光均會從光學(xué)部件20的入射部分21的折射面21b和入射/發(fā)射面22處被吸收。
從折射面21b吸收的光，以及從入射/發(fā)射面22吸收的光中的向著光學(xué)部件20前表面前進的光，會保持著方向透射通過光學(xué)部件20，并從前表面發(fā)射出來。在從折射面21b吸收的光中，向著相反側(cè)入射面21a前進的光會被入射面21a完全反射，因此光的方向會改變，從而與從折射面21b和入射/發(fā)射面22直接向著光學(xué)部件20前表面前進的光一致。這種光會從光學(xué)元件20的前表面發(fā)射出來。
出于這個原因，向著發(fā)光單元10前表面(光學(xué)部件20的前表面)發(fā)射的反射光是高亮度光，因此，從液晶顯示元件前面以各種入射角入射的外界光被聚集起來。這樣，這種外界光的反射光也是具有這樣亮度分布的光，即沿前方發(fā)射出來的光亮度高。
也就是說，向著光學(xué)部件20前表面發(fā)射的外界光反射光是具有這種亮度分布的光，即沿前方亮度高，而從入射部分21入射并聚集的光也是為了具有這樣的亮度分布，即沿前方亮度高，這種光與從入射/發(fā)射面22入射的光疊加在一圈，并隨后向著前表面發(fā)射。
下面將解釋這種顯示設(shè)備中的液晶顯示元件1的屏幕亮度的調(diào)節(jié)方法。液晶顯示元件1是被光照射的液晶顯示元件，光的亮度是通過從液晶顯示元件1前面入射并被發(fā)光單元10反射的外界光與從發(fā)光單元10的光源發(fā)出并從后表面?zhèn)热肷涞揭壕э@示元件1中的照明光相疊加而獲得的。發(fā)光單元10使用基于外界光(外部光)的照明光和基于光源開啟而獲得的照明光，以控制光源的亮度，從而使液晶顯示元件的基于這些照明光學(xué)總和的亮度達到相對于周圍使用環(huán)境照明度的適宜值(線性偏振光)。在這種情況下，當(dāng)環(huán)境照明度大約為0勒克斯時，即處于基本上沒有外界光可以獲得的環(huán)境中時，可以根據(jù)環(huán)境照明度調(diào)節(jié)發(fā)光單元10的光源的亮度，以獲得適宜的屏幕亮度。液晶顯示元件1會被從其后表面入射的來自光源的照明光照射。
當(dāng)使用環(huán)境的照明度足夠高時，發(fā)光單元10的光源關(guān)閉，以利用反射顯示系統(tǒng)實現(xiàn)反射型顯示。此時，發(fā)光單元10消耗的電能為零。
因此，根據(jù)這種顯示裝置，既可以通過反射顯示系統(tǒng)實現(xiàn)顯示，也可以通過透射顯示系統(tǒng)利用來自光源的光實現(xiàn)顯示，從而對于使用環(huán)境中的環(huán)境照明度，從低照明度至高照明度，均能獲得適宜的屏幕亮度。
此外，如上所述，在這種顯示裝置中，當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時，外界光反射率設(shè)置為大約16％或以上和35％或以下。這樣，可以有效地利用外界光，以獲得適宜的屏幕亮度并降低電能消耗。
下面解釋上述顯示裝置的屏幕亮度。當(dāng)照明光從顯示裝置的發(fā)光單元10中發(fā)出時，屏幕亮度可以通過下面這個關(guān)系方程(2)獲得L＝I×R/400+Br×T/100 (2)其中I(勒克斯，以下以lx表示)和Br(尼特，以下以nit表示)分別表示環(huán)境照明度和發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的亮度；T(％)表示沿著帶有濾色條7R、7G和7B的液晶顯示元件1的一個方向的透射率；以及R(％)和L(尼特，以下以nit表示)分別表示反射顯示系統(tǒng)的反射率和屏幕亮度。
因此，當(dāng)只利用反射顯示系統(tǒng)實現(xiàn)反射型顯示時，即發(fā)光單元10中沒有發(fā)出照明光時(發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的亮度Br為0nit)，屏幕亮度L為L＝I×R/400在這個實施例中，當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值，而外界光反射率R設(shè)置為大約16％或以上時，如果只利用反射顯示系統(tǒng)實現(xiàn)反射型顯示，則屏幕亮度L為1200lx，當(dāng)環(huán)境照明度I為，例如，30000lx時，以及400lx，當(dāng)環(huán)境照明度I為，例如，10000lx時。
在一般情況下，當(dāng)環(huán)境照明度為10000lx時，基于環(huán)境照明度的優(yōu)選屏幕亮度為大約500nit或以上，而當(dāng)環(huán)境照明度為30000lx時，優(yōu)選屏幕亮度為大約1200nit或以上。
在這種顯示裝置中，當(dāng)環(huán)境照明度小于3000lx時，不可能只通過反射顯示系統(tǒng)利用外界光進行反射型顯示而獲得優(yōu)選屏幕亮度。然而，當(dāng)環(huán)境照明度為30000lx或以上時，可以只通過反射顯示系統(tǒng)提供的反射型顯示而獲得優(yōu)選屏幕亮度1200nit或以上。
因此，當(dāng)使用環(huán)境照明度為30000lx或以上時，不必利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光即可使獲得的顯示具有適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
也就是說，當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時，根據(jù)外界光反射率R的設(shè)置值，可以計算出在不使用照明光時能夠?qū)崿F(xiàn)顯示的環(huán)境照明度。
因此，在這個實施例中的顯示裝置中，當(dāng)實際照明度高于根據(jù)液晶顯示元件反射率設(shè)置值確定的環(huán)境照明度時，照明光會關(guān)閉，而當(dāng)實際照明度低于這個環(huán)境照明度時，照明光會開啟。這樣，照明光的亮度被控制著，從而可以根據(jù)液晶顯示單元的反射光的總量，將液晶顯示元件表面的亮度設(shè)置在一個范圍之內(nèi)，以獲得最佳視覺亮度。
圖6顯示了日本城市，即那霸、福岡和札幌市在一月晴天時日間各個時刻的室外月平均照明度。本圖中的月平均照明度基于1996年的氣象數(shù)據(jù)。
如圖6所示，在札幌市市，一月晴天日間的室外月平均照明度在30000lx或以上的時間超過大約6小時，即從大約900至1520；在福岡市，在30000lx或以上的時間略少于大約7小時，即從大約930至1620；而在那霸市，在30000lx或以上的時間略少于大約8小時，即從大約920至1700。
因此，當(dāng)上述顯示裝置在晴天日間用于室外時，在略低于日間幾乎所有時間的范圍內(nèi)，不必利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光即可使獲得的顯示具有適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。在福岡市，在日間略低于7小時的時間內(nèi)，不必利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光即可使獲得的顯示具有適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
在札幌市，在日間超過6小時小時的時間內(nèi)，不必利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光即可使獲得的顯示具有適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
在上述顯示裝置中，當(dāng)使用環(huán)境的照明度為30000lx或以上時，不需要從發(fā)光單元10發(fā)出照明光，即可通過反射顯示系統(tǒng)實現(xiàn)反射型顯示。然而，在反射顯示系統(tǒng)中，也可以使所獲得的反射光的強度能夠根據(jù)從液晶顯示元件前面入射的外界光的強度而變化。出于這個原因，當(dāng)環(huán)境照明度升高時，屏幕亮度也會上升，以使屏幕亮度適合于環(huán)境照明度。
如上所述，如果反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率設(shè)置為16％或以上，當(dāng)使用環(huán)境照明度為30000lx或以上時，不必利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光即可使獲得的顯示具有適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。然而，如果反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率設(shè)置得太高，則當(dāng)環(huán)境照明度升高時，屏幕會眩目。
出于這個原因，反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率的最高值應(yīng)為35％或以下，優(yōu)選為25％或以下。如果反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率在10-35％(優(yōu)選16-25％)的范圍內(nèi)，則即使環(huán)境具有超過100000lx的高亮度，例如夏天太陽直射的環(huán)境中，也可以獲得適宜的屏幕亮度，從而不會太眩目。
另一方面，當(dāng)上述顯示裝置用于照明度低于30000lx的環(huán)境中時，如果只利用反射顯示系統(tǒng)提供的反射型顯示，則屏幕亮度會不足。因此，此時發(fā)光單元10的光源16開啟，從而通過發(fā)光單元10的照明光補充外界光的反射光所導(dǎo)致的屏幕亮度不足。
在這種情況下，本實施例中的發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的亮度被照明亮度控制器26根據(jù)環(huán)境照明度控制著，這樣，屏幕亮度既取決于從液晶顯示元件1前面入射再被發(fā)光單元10反射的外界光反射光，也取決于從發(fā)光單元10發(fā)出的照明光(當(dāng)環(huán)境照明度為大約0lx時，屏幕亮度只取決于從發(fā)光單元10發(fā)出的照明光)，從而可以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
也就是說，在本實施例中，從發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的亮度，即光源16中的熒光燈17的照明亮度是被照明亮度控制器26控制的，這樣，根據(jù)環(huán)境照明度I，從方程(2)中的“L＝I×R/400+Br×T/100”計算出的屏幕亮度L成為適宜的屏幕亮度。
這樣，根據(jù)這種顯示裝置，即使是在照明度不足的環(huán)境中，即只通過反射顯示系統(tǒng)所實現(xiàn)的顯示不能獲得充足的屏幕亮度，也能夠因此而獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
圖7中顯示了環(huán)境照明度I與三種顯示裝置的屏幕亮度L之間的關(guān)系特性，第一種顯示裝置是上述實施例的顯示裝置，其反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率設(shè)置為16％，第二種顯示裝置是一個傳統(tǒng)的反射型顯示裝置，其中有一個白色反光鏡安置在與上述顯示裝置中所用相同的液晶顯示元件1的后面，第三種顯示裝置是一個傳統(tǒng)的透射型顯示裝置，其中有一個背光安置在相同液晶顯示元件1后面。
所有這些反射型顯示裝置和透射型顯示裝置都是基于環(huán)境照明度約為1000lx而設(shè)計的，這個照明度是日間或夜間在房間里打開室內(nèi)燈光時的照明度。適合于1000lx環(huán)境照明度的屏幕亮度是大約80nit或以上，最高為300nit，以便防止屏幕過分眩目。
這樣，在上述傳統(tǒng)的反射型顯示裝置中，外界光的反射率被設(shè)置，從而在1000lx環(huán)境照明度下，使得屏幕亮度為90至150nit。在傳統(tǒng)的透射型顯示裝置中，當(dāng)環(huán)境照明度為1000lx或以下時，背光被調(diào)節(jié)，以發(fā)出具有恒定亮度的光，從而使屏幕亮度為90至150nit，而當(dāng)環(huán)境照明度為1000lx或以上時，照明亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而上升。
從圖7中的環(huán)境照明度I與各顯示裝置的屏幕亮度L之間的關(guān)系特性可以看出，在傳統(tǒng)的反射型顯示裝置中，當(dāng)環(huán)境照明度為大約1000lx時，屏幕亮度合適。然而，當(dāng)環(huán)境照明度降低時，屏幕亮度會太低，從而不能獲得為使顯示被識別所需的屏幕亮度。此外，當(dāng)環(huán)境照明度升高時，屏幕亮度也會上升。這樣，屏幕會太眩目。
在上述傳統(tǒng)的透射型顯示裝置中，當(dāng)環(huán)境照明度為大約1000lx時，所獲得的屏幕亮度是合適的。然而，當(dāng)環(huán)境照明度降低時，屏幕亮度會遠高于環(huán)境照明度，因此屏幕會太眩目。此外，背光的照明亮度具有一個極限。因此，當(dāng)環(huán)境照明度升高時，屏幕亮度將不足，從而使屏幕變暗。
另一方面，本發(fā)明的顯示裝置的屏幕亮度如下所述當(dāng)環(huán)境照明度為50lx時，例如，夜間在街道燈光下，屏幕亮度為大約30nit；當(dāng)環(huán)境照明度為大約1000lx時，例如，日間或夜間在房間里打開室內(nèi)燈光時，屏幕亮度為大約120nit；當(dāng)環(huán)境照明度為大約30000lx時，例如，晴天時位于樹下，屏幕亮度為大約1200nit；而當(dāng)環(huán)境照明度為大約100000lx時，例如，夏天在太陽直射下，屏幕亮度為大約4000nit。在任何一種環(huán)境照明度下，屏幕亮度均位于適宜的屏幕亮度范圍內(nèi)，即對于環(huán)境照明度來說是足夠的但又不太眩目。
因此，根據(jù)上述實施例中的顯示裝置，在照明度范圍較大的使用環(huán)境中，即從低照明度至高照明度，均能夠獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
根據(jù)方程(2)，當(dāng)使用環(huán)境照明度為10000lx或以上時，可以獲得500nit的屏幕亮度。因此，在發(fā)光單元10不發(fā)出照明光的情況下，也可以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
此外，當(dāng)上述顯示裝置的使用環(huán)境照明度超過某些值時(當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率設(shè)置為16％時，該值為30000lx或以上；而當(dāng)反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率設(shè)置為20％時，該值為10000lx或以上)，只利用外界光的反射光而不需要發(fā)光單元10發(fā)出照明光，即可獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
因此，在具有照明度范圍限制的使用環(huán)境中，如果照明度不超過某些值，則可以從發(fā)光單元10發(fā)出照明光，以獲得足夠的屏幕亮度。即使外界光的反射光所產(chǎn)生的亮度不足而需要利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光進行補充，發(fā)光單元10發(fā)出的照明光也可以相對較低。因此，使發(fā)光單元10只消耗少量電能。
此外，在上述實施例中，安置在液晶顯示元件1后面的發(fā)光單元10的結(jié)構(gòu)中包含
光源16，以及光導(dǎo)體11，其帶有發(fā)射面(光導(dǎo)體11的階進式表面12上的各階梯級差面12b)，它們用于引導(dǎo)來自光源16的照明光并將光向著液晶顯示元件1發(fā)射；以及反射面14，它們安置在各階梯面12a上并與發(fā)射面不同，用于將從液晶顯示元件1前面入射的外界光向著液晶顯示元件1反射。
因此，可以分別選擇照明光在發(fā)射面(階梯級差面12b)上的發(fā)射率和外界光在反射面14上的反射率，而沒有任何限制。
因此，當(dāng)照明光在發(fā)射面上的發(fā)射率被選擇得高以提高來自光源16的照明光的利用率，而且反射顯示系統(tǒng)的液晶顯示元件1的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時，可以將反射面的反射率選擇為10％或以上(更優(yōu)選20％或以上)。
在這種顯示裝置中，適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度為，例如20-200nit，當(dāng)環(huán)境照明度為50lx時，例如，夜間在街道燈光下；30-300nit，當(dāng)環(huán)境照明度為1000lx時，例如，日間或夜間在房間里打開室內(nèi)燈光時；400-4000nit，當(dāng)環(huán)境照明度為30000lx時，例如，晴天時位于樹下；以及更優(yōu)選的是20-60nit，當(dāng)環(huán)境照明度為50lx時；60-200nit，當(dāng)環(huán)境照明度為1000lx時；以及1000-3000nit，當(dāng)環(huán)境照明度為30000lx時。
因此，在這個實施例中，照明亮度控制器26是以這樣的方式控制發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的亮度，從而可以根據(jù)使用環(huán)境，使得屏幕亮度位于亮度范圍之內(nèi)，該亮度范圍對應(yīng)于滿足下列范圍的二次函數(shù)所代表的曲線20-200nit，當(dāng)環(huán)境照明度為50lx時；30-300nit，當(dāng)環(huán)境照明度為1000lx時；以及400-4000nit，當(dāng)環(huán)境照明度為30000lx時。
調(diào)節(jié)照明光亮度所需的必要條件為從方程(2)“L＝I×R/400+Br×T/100”中得到的屏幕亮度值L(nit)相對于環(huán)境照明度I(lx)應(yīng)滿足下面的不等式(3)-2×10-8×I2+0.015×I+20＜L＜-3×10-7×I2+0.113×I+150 (3)如上所述，更適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度是20-60nit，當(dāng)環(huán)境照明度為50lx時；60-200nit，當(dāng)環(huán)境照明度為1000lx時；以及1000-3000nit，當(dāng)環(huán)境照明度為30000lx時。調(diào)節(jié)照明光亮度所需的必要條件為從方程(2)“L＝I×R/400+Br×T/100”中得到的屏幕亮度值L(nit)相對于環(huán)境照明度I(lx)應(yīng)滿足下面的不等式(4)-9×10-8×I2+0.0453×I+20＜L＜-2×10-7×I2+0.0871×I+50 (4)也就是說，在這個實施例中，發(fā)光單元10發(fā)出的照明光的亮度可以根據(jù)使用環(huán)境通過照明亮度控制器26以這樣的方式控制，從而使得屏幕亮度相對于環(huán)境照明度滿足不等式(3)，更優(yōu)選滿足不等式(4)。
圖8中顯示了環(huán)境照明度I(lx)和適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度L(nit)之間的關(guān)系。在本圖中，a1和a2分別表示從不等式(3)獲得的屏幕亮度范圍的最大值和最小值。
也就是說，a1是L＝-3×10-7×I2+0.113×I+150時的屏幕亮度，而a2是L＝-2×10-8×I2+0.015×I+20時的屏幕亮度。任何適宜的屏幕亮度均位于a1和a2之間的范圍A之內(nèi)。
在圖8中，b1和b2分別表示從不等式(3)獲得的屏幕亮度范圍的最大值和最小值。
也就是說，b1是L＝-2×10-7×I2+0.0871×I+50時的屏幕亮度，而b2是L＝-9×10-8×I2+0.0453×I+20時的屏幕亮度。任何更適宜的屏幕亮度均位于b1和b2之間的范圍B之內(nèi)。
將適宜的屏幕亮度范圍A和更適宜的屏幕亮度范圍B與圖8中以長短交替虛線代表傳統(tǒng)反射型顯示裝置的屏幕亮度相比，可以看出，傳統(tǒng)反射型顯示裝置的屏幕亮度相對于環(huán)境照明度線性變化。
在本實施例的這種反射型顯示裝置中，當(dāng)環(huán)境照明度在大約300-大約5000lx的范圍之內(nèi)時，能夠根據(jù)環(huán)境照明度獲得適宜的屏幕亮度(范圍A中的屏幕亮度)，而當(dāng)環(huán)境照明度在大約500-大約2000lx的范圍之內(nèi)時，能夠獲得更適宜的屏幕亮度(范圍B中的屏幕亮度)。當(dāng)環(huán)境照明度高于這些值時，屏幕會太亮。當(dāng)環(huán)境具有超過100000lx的高照明度時，例如，夏天位于太陽直射下，屏幕會太眩目，因此難以看清顯示。
當(dāng)環(huán)境照明度低于這些值時，屏幕會變暗。在黑暗環(huán)境中，例如，夜間在室外，不能獲得識別顯示所需的屏幕亮度。
在本實施例的顯示裝置中，即使在黑暗環(huán)境中，也可以獲得適宜的屏幕亮度。顯示裝置的反射率可以低于只利用外界光反射光的傳統(tǒng)反射型顯示裝置，這樣，即使在照明度高的環(huán)境中，例如，夏天位于太陽直射下，也可以獲得適宜的屏幕亮度，而不會太眩目。
在這種顯示裝置中，即使環(huán)境照明度為大約0lx，即幾乎不能獲得外界光，也可以利用發(fā)光單元10發(fā)出的照明光而獲得具有適宜屏幕亮度的顯示。
由于發(fā)光單元10的外界光反射率(光導(dǎo)體11的各階梯面12a上的反射面14的反射率)是恒定的，因此外界光反射光的亮度取決于環(huán)境照明度。這種顯示裝置中包含照明亮度控制器26，用于根據(jù)顯示元件的使用環(huán)境控制照明光的亮度，顯示裝置還可以對發(fā)光單元10的外界光反射率以及通過照明亮度控制器26調(diào)節(jié)照明光亮度所需的必要條件進行設(shè)置，從而可以根據(jù)環(huán)境照明度將屏幕亮度設(shè)置在預(yù)定亮度范圍之內(nèi)。
此外，照明光亮度可以是這樣的值，即能夠使得基于外界光反射光和照明光這二者組合的屏幕亮度達到適合于環(huán)境照明度的亮度。在這種情況下，從發(fā)光單元發(fā)出的照明光的亮度可以控制。這樣，發(fā)光單元所需的電能消耗很少。
因此，在這種顯示裝置中，只需要很少的電能消耗，而且在照明度范圍很大的使用環(huán)境中，即從低照明度到高照明度，均可以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
圖9中顯示了環(huán)境照明度I(lx)與只利用來自發(fā)光單元10的照明光以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度時屏幕上的照明亮度Br(nit)之間的關(guān)系。本圖中顯示發(fā)光單元的光源產(chǎn)生的照明光的亮度控制例子，以使根據(jù)環(huán)境照明度獲得的屏幕亮度滿足不等式(3)或(4)(屏幕亮度位于圖8中所示的范圍A或B之內(nèi))。
圖9中所示的環(huán)境照明度I與只利用來自發(fā)光單元10的照明光時屏幕上的照明亮度Br之間的關(guān)系是這樣一個例子在利用照明光以獲得滿足不等式(3)的屏幕亮度時，環(huán)境照明度的范圍設(shè)置為從0至大約120000lx。
在利用照明光以獲得滿足不等式(4)的屏幕亮度時，環(huán)境照明度的范圍設(shè)置為從0至大約63000lx。
顯示裝置的反射率以這樣的方式設(shè)置，即在高照明度環(huán)境中，只利用外界光(大約12000lx至大約6300lx)的反射光實現(xiàn)顯示，而來自發(fā)光單元10的照明光被停止發(fā)出時，使屏幕亮度達到屏幕亮度滿足不等式(3)(例如，在環(huán)境照明度為110000lx時，從2200至大約12000nit)，或屏幕亮度滿足不等式(4)(例如，在環(huán)境照明度為110000lx時，從5300至大約9500nit)。
在圖9中，a1’和a2’分別表示為獲得滿足不等式(3)的屏幕亮度范圍中的最大值(圖8中的亮度a1)和最小值(圖8中的亮度a2)所需的只基于照明光的照明亮度。
也就是說，a1’是只基于照明光的照明亮度，其可以使屏幕亮度L(nit)相對于環(huán)境照明度L(lx)滿足L＝-3×10-7×I2+0.113×I+150，以及a2’是只基于照明光的照明亮度，其可以使屏幕亮度L(nit)相對于環(huán)境照明度L(lx)滿足L＝-2×10-8×I2+0.015×I+20。
因此，為獲得滿足不等式(3)的屏幕亮度，只基于照明光的照明亮度應(yīng)位于a1’和a2’之間的范圍之內(nèi)。如圖9所示，根據(jù)計算結(jié)果，如果環(huán)境照明度超過大約300lx，照明亮度a2’變成0nit或以下。但實際上，當(dāng)環(huán)境照明度超過大約300lx時，只基于照明光的照明亮度不會變成0nit或以下。因此，為獲得滿足不等式(3)的屏幕亮度，只基于照明光的照明亮度應(yīng)在從0nit至a1’的范圍之內(nèi)。
在圖9中，b1’和b2’分別表示為獲得滿足不等式(4)的屏幕亮度范圍中的最大值(圖8中的亮度b1)和最小值(圖8中的亮度b2)所需的只基于照明光的照明亮度。
因此，為獲得滿足不等式(4)的屏幕亮度，只基于照明光的照明亮度應(yīng)位于b1’和b2’之間的范圍之內(nèi)。如圖9所示，根據(jù)計算結(jié)果，如果環(huán)境照明度超過大約800lx，照明亮度b2’變成0nit或以下。但實際上，當(dāng)環(huán)境照明度超過大約800lx時，只基于照明光的照明亮度不會變成0nit或以下。因此，為獲得滿足不等式(4)的屏幕亮度，只基于照明光的照明亮度應(yīng)在從0nit至b1’的范圍之內(nèi)。
因此理想的情況是，當(dāng)環(huán)境照明度的最低值高于室內(nèi)照明度(大約1000lx)時，照明亮度控制器26將以這樣的方式控制來自發(fā)光單元10的照明光的亮度，即能夠使得只基于照明光的照明亮度被設(shè)置在圖9所示范圍之內(nèi)。通過這種方法，在照明度最低值高于室內(nèi)照明度的環(huán)境中，可以獲得更適宜的屏幕亮度(屏幕亮度位于圖8中的范圍A中，更優(yōu)選位于范圍B中)。
在這種情況下，當(dāng)環(huán)境照明度不高于室內(nèi)照明度時，照明光的亮度可以保持恒定。但即使是在這樣的情況下，如果照明光的照明亮度的設(shè)置能夠使得只基于照明光的照明亮度位于圖9所示的范圍中，則也可以在照明度不高于室內(nèi)照明度的環(huán)境中獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
理想的情況是，當(dāng)環(huán)境照明度位于低于50lx至高于大約30000lx的范圍中時，照明亮度控制器26將以這樣的方式控制來自發(fā)光單元10的照明光的亮度，即能夠使得只基于照明光的照明亮度被設(shè)置在圖9所示范圍之內(nèi)。通過這種方式，當(dāng)所在環(huán)境的照明度的范圍大，即照明度從低于50lx至高于大約30000lx時，可以獲得更適宜的屏幕亮度。
理想的情況是，在環(huán)境照明度低于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，照明亮度控制器26將以這樣的方式控制來自發(fā)光單元10的照明光的亮度，即照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的降低而持續(xù)下降。通過這種方式，在照明亮度低于室內(nèi)照明度的環(huán)境中，也就是說，在即使屏幕亮度低也能使顯示被充分識別的環(huán)境中，可以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度，并且使發(fā)光單元10所消耗的電能較少。
理想的情況是，在環(huán)境照明度高于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，照明亮度控制器26將以這樣的方式控制來自發(fā)光單元10的照明光的亮度，即當(dāng)環(huán)境照明度不超過一個給定的高于室內(nèi)照明度的照明度時，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升，而當(dāng)環(huán)境照明度超過這個給定照明度時，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)下降。
為了獲得滿足不等式(4)的屏幕亮度，這個給定的高于室內(nèi)照明度的環(huán)境照明度為大約30000lx。在這種情況下，當(dāng)環(huán)境照明度超過大約30000lx時，希望能夠以這樣的方式控制照射光的亮度，即只基于照明光的照明亮度隨著環(huán)境照明度繼續(xù)升高而持續(xù)下降。
通過這種方式，在環(huán)境照明度高于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升。這樣，可以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。如果環(huán)境照明度超過了給定的高于室內(nèi)照明度的照明度，而且可以只通過外界光的反射光而獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度，照明光的照明亮度將隨著環(huán)境照明度繼續(xù)升高而持續(xù)下降。這樣，可以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。此外，電能消耗也可以減少。
在環(huán)境照明度低于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，照明亮度控制器26將以這樣的方式控制來自發(fā)光單元10的照明光的亮度，即照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的降低而持續(xù)下降，如前所述。在環(huán)境照明度高于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，照明亮度控制器26將以這樣的方式控制來自發(fā)光單元10的照明光的亮度，即當(dāng)環(huán)境照明度不超過給定的高于室內(nèi)照明度的照明度時，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升，這與前面相同。此外，更理想的情況是，明亮度控制器26將以這樣的方式控制來自發(fā)光單元10的照明光的亮度，即當(dāng)環(huán)境照明度超過這個給定照明度時，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的繼續(xù)升高而持續(xù)下降。
通過這種方式，在環(huán)境照明度低于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，也就是說，在即使屏幕亮度低也能使顯示被充分識別的環(huán)境中，可以獲得更適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。此外，發(fā)光單元10所消耗的電能可以進一步減少。
在環(huán)境照明度高于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升。這樣，可以獲得更適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
此外，如果環(huán)境照明度超過了給定的高于室內(nèi)照明度的照明度，而且可以只通過外界光的反射光而獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度，照明光的照明亮度將隨著環(huán)境照明度繼續(xù)升高而持續(xù)下降。這樣，可以獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。此外，電能消耗也可以進一步減少。
也就是說，在這種顯示裝置中，最理想的情況是，需要從發(fā)光單元10發(fā)出照明光的環(huán)境照明度范圍被設(shè)置為0lx至大于大約30000lx；顯示裝置的反射率以這樣的方式設(shè)置，即在高環(huán)境照明度下，顯示只利用外界光的反射光實現(xiàn)，而發(fā)光單元10停止發(fā)出照明光時，屏幕亮度應(yīng)滿足不等式(3)，更優(yōu)選滿足不等式(4)；以及發(fā)光單元10的亮度以這樣的方式控制，即在環(huán)境照明度低于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)時，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的降低而持續(xù)下降；而在環(huán)境照明度高于室內(nèi)照明度的照明度范圍之內(nèi)，當(dāng)環(huán)境照明度低于給定的高于室內(nèi)照明度的照明度時，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升，而當(dāng)環(huán)境照明度超過這個給定照明度時，照明光的亮度將隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)下降。
通過這種方式，當(dāng)環(huán)境的照明度位于0lx至一個高環(huán)境照明度的大范圍中，而顯示只由外界光的反射光實現(xiàn)時，可以獲得適宜的屏幕亮度。此外，消耗的電能可以減少。
在上述實施例中，照明亮度控制器26中包含照明度探測器27，用于測量環(huán)境的照明度；以及一個裝置(光源亮度調(diào)節(jié)電路28和光源開啟電路29)，用于根據(jù)照明度探測器27測量到的環(huán)境照明度而調(diào)節(jié)從發(fā)光單元10射出的照明光的亮度這樣，可以根據(jù)實際使用環(huán)境的照明度而控制照明光的亮度，并獲得適合于環(huán)境照明度的屏幕亮度。
在上述實施例中，安置在液晶顯示元件1后面的發(fā)光單元10的結(jié)構(gòu)中包含光源16和光導(dǎo)體11。光導(dǎo)體11帶有發(fā)射面(光導(dǎo)體11的階進式表面12上的各階梯級差面12b)，它們用于引導(dǎo)來自光源16的照明光并將光向著液晶顯示元件1發(fā)射；以及反射面14(成形在光導(dǎo)體11的階進式表面12的各階梯面12a上的反射膜13的表面)，它們與發(fā)射面不同，用于將從液晶顯示元件1前面入射的外界光向著液晶顯示元件1反射。因此，可以分別選擇照明光在發(fā)射面(階梯級差面12b)上的發(fā)射率和外界光在反射面14上的反射率，而彼此互不干涉。
因此，照明光在發(fā)射面(階梯級差面12b)上的發(fā)射率可以設(shè)置得高，以提高來自光源16的照明光的利用率，而且，光源16的照明亮度可以因此而降低，從而減少了電能消耗。此外，外界光在反射面14上的反射率可以以這樣的方式設(shè)置，即能夠使顯示裝置的反射率達到一個所需值。
發(fā)光單元10是這樣一個單元，其中，在后表面帶有入射部分21的光學(xué)部件20安置在光導(dǎo)體11的前側(cè)，而光導(dǎo)體11的前表面則構(gòu)成階進式表面12。光導(dǎo)體11的階梯級差面12b與光學(xué)部件20的入射部分21以彼此不同的節(jié)距布置。出于這個原因，通過使光導(dǎo)體11的階梯級差面12b與光學(xué)部件20的入射部分21的節(jié)距間的相對間隙具有非周期性，或使得周期很大，可以發(fā)射出不帶干涉波紋的高質(zhì)量光。
如上所述，散光面15成形在構(gòu)成發(fā)光單元10的光導(dǎo)體11的后表面上，以使從光導(dǎo)體11的入射端面11a入射的照明光在光導(dǎo)體寬度方向上的亮度分布均化。因此，可以基本上使從光導(dǎo)體11的入射端面11a吸收并從光導(dǎo)體前表面的階梯級差面12b發(fā)射出的照明光在光導(dǎo)體11寬度方向上具有均勻的亮度分布。
在上述實施例的顯示裝置中，散光膜23安置在發(fā)光單元10與液晶顯示元件1之間。其結(jié)果是，來自發(fā)光單元10的照明光和外界光的反射光會被散光膜23擴散，從而使從后表面入射到液晶顯示元件1中的光具有大致均勻的亮度分布。這樣，可以在整個屏幕上使屏幕亮度均勻。此外，發(fā)射到液晶顯示元件1前面的光的發(fā)射角可以很寬，從而獲得寬視場角。
在上述實施例中，反射偏振鏡24安置在發(fā)光單元10與液晶顯示元件1之間，偏振鏡24帶有反射軸24s和透射軸24p，兩個軸線以大致直角彼此交叉，偏振鏡具有這樣的性質(zhì)，即入射光在反射軸24s方向的偏振分量被反射，而入射光在透射軸24p方向的偏振分量被透射。
出于這個原因，在從發(fā)光單元10發(fā)射出來的照明光中，沿反射偏振鏡24的透射軸24p的偏振分量的光會發(fā)射通過反射偏振鏡24而入射到液晶顯示元件1中。此外，沿反射偏振鏡24的反射軸24s的偏振分量的光會被反射偏振鏡24反射，而不會被吸收，從而可以被使用。這樣，幾乎所有來自發(fā)光單元10的光均可以入射到顯示元件中，而沒有浪費。因此，來自發(fā)光單元10的照明光的利用率可以很高，從而可以降低光源16的照明亮度。因此，消耗的電能可以進一步減少。
在上述實施例中，散光膜23安置在發(fā)光單元10的前表面上(光學(xué)部件20的前表面)，而反射偏振鏡24安置在散光膜的前表面上。然而，散光膜23和反射偏振鏡24也可以沿著與上述實施例中相反的次序?qū)盈B安置。
散光膜23并不局限于這種形式，即散布著細(xì)小的散光顆粒的透明粘接劑敷層。也可以采用一個散光板或一個帶選擇性散射性能的散射板，即如果入射角處于一個給定角度范圍之內(nèi)，即更加向著板表面的垂直面傾斜并沿一個特定方向，則散射板的散射性能將對入射光呈現(xiàn)出來，而如果入射角處于一個小于給定角度的角度范圍之內(nèi)，則散射板的散射性能很少對入射光呈現(xiàn)。然而，散光膜23并不是必需的。反射偏振鏡24也可以省略。
構(gòu)成發(fā)光單元10的光學(xué)部件20上的各折射面21b可以是帶有恒定傾角的直表面，如圖1和3所示。如果將折射面21b以彎曲的形式構(gòu)成聚光折射面，則從入射面21a吸收再被折射面21b沿前方反射或折射的光就會被作為彎曲聚光折射面的折射面21b的聚光作用聚集在一個給定方向上。出于這個原因，可以使發(fā)射出來的照明光和反射光的亮度分布具有更強的方向性。
在上述實施例中，散光面15成形在構(gòu)成發(fā)光單元10的光導(dǎo)體11的后表面上，用于使從光導(dǎo)體11的入射端面11a入射的照明光在光導(dǎo)體寬度方向上的亮度分布均化。光導(dǎo)體11的后表面可以是一個平面。在從光導(dǎo)體11的入射端面11a入射的照明光中，如果幾乎所有的向著光導(dǎo)體11后表面前進的光均可以完全被光導(dǎo)體11后表面與敞開空氣之間的界面反射，則上述實施例中安置在光導(dǎo)體11后表面上的反光鏡19可以省略。
光導(dǎo)體11可以是這樣的光導(dǎo)體，其中，其各端面分別構(gòu)成入射端面，用以吸收來自關(guān)于16的照明光。例如，當(dāng)光導(dǎo)體11的兩個相反端面均分別構(gòu)成一個入射端面時，光導(dǎo)體11的前表面可以構(gòu)成一個階進式表面，該階進式表面從兩個入射端向著光導(dǎo)體11的中央部分逐級下降，而每個入射端均可面對安置一個光源16。
光源16并不僅僅局限于采用熒光燈17，還可以采用，例如，一個以陣列形式安置著LED(發(fā)光二極管)的LED陣列、一個EL(電致發(fā)光)板或類似物。
上述實施例中使用的發(fā)光單元10的結(jié)構(gòu)中包含光源16和光導(dǎo)體11。光導(dǎo)體11帶有發(fā)射面(階進式表面12上的各階梯級差面12b)，它們用于引導(dǎo)來自光源16的照明光并將光向著液晶顯示元件1發(fā)射；以及反射面14，它們與發(fā)射面不同，用于將從液晶顯示元件1前面入射的外界光向著液晶顯示元件1反射。然而，如果發(fā)光單元10由一個用于向液晶顯示元件1發(fā)出照明光的裝置以及一個用于反射從液晶顯示元件1前面入射的外界光并使反射光射向液晶顯示元件1的裝置構(gòu)成，則發(fā)光單元10可以具有任何結(jié)構(gòu)。
在上述顯示裝置中采用了有源矩陣式的TN型液晶顯示元件1。然而液晶顯示元件1可以是任何形式的，例如，無源矩陣式或分段式的。元件1并不僅僅局限于TN型，也可以是STN(超扭轉(zhuǎn)向列)、ECB(雙折射效應(yīng))或動態(tài)散射效應(yīng)型的液晶顯示元件，或采用鐵電液晶的液晶顯示元件等等。
在上述顯示裝置中采用了液晶顯示元件1作為顯示元件。然而，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用到采用非發(fā)光型顯示元件的顯示裝置中，其中可以采用其它電光顯示元件、透光成像印刷膜等等作為顯示元件。[第二個實施例]圖10是第二個實施例的顯示裝置的放大局部視圖，其中采用的發(fā)光單元不同于第一個實施例。
第二個實施例的發(fā)光單元30中包含一個光導(dǎo)體30、一個光源16安置在光導(dǎo)體30的側(cè)面，一個反光鏡(反射裝置)33面對著光導(dǎo)體31的后表面安置，以及一個光學(xué)部件20安置在光導(dǎo)體31的前側(cè)。這個顯示裝置的其它基本結(jié)構(gòu)與第一個實施例中的相同，它們的效果和優(yōu)點也相同。因此，在本圖中加入了相同的參考代號，以省略重復(fù)的解釋。
光導(dǎo)體31由聚丙烯樹脂或類似材料制成的透明板構(gòu)成。其一端構(gòu)成入射端面31a，用于吸收來自光源16的光。光導(dǎo)體31的前表面構(gòu)成一個階進式表面，其具有非常小的節(jié)距并由彼此平行的階梯面32a構(gòu)成，這些階梯面沿著從入射端面31a一側(cè)至另一個端面一側(cè)的方向逐級下降，光導(dǎo)體前表面還構(gòu)成階梯級差面32b，用于連接這些階梯面32a。光導(dǎo)體的后表面構(gòu)成一個平面。
階梯面32a是長的橫向平面，它們大致平行于光導(dǎo)體31的后表面并沿著光導(dǎo)體31的寬度方向(入射端面31a的長度方向)伸展。各階梯面32a分別構(gòu)成外界光的入射/發(fā)射面。
階梯級差面32b是直立面，它們大致平行于入射端面31a且高度很小。這些階梯級差面32b構(gòu)成相應(yīng)照明光學(xué)的發(fā)射面。
在光導(dǎo)體31中，來自安置在光導(dǎo)體側(cè)面的光源16的照明光從入射端面31a吸收進來再從階梯級差面32b發(fā)射出來，而從前面入射的外界光則從階梯面32a吸收進來并向著后表面發(fā)射，再被反射裝置33反射。反射光從后表面入射到光導(dǎo)體31中并從階梯面32a發(fā)射出來。
與光導(dǎo)體31后表面相面對的后側(cè)反射裝置的反光鏡33帶有一個高反射率鏡面，反光鏡33的安置使得其表面，即反射面接近光導(dǎo)體31的后表面。
另一方面，安置在光導(dǎo)體31前側(cè)的光學(xué)部件20具有這樣一個特性，即能夠透射從光學(xué)部件前面入射的外界光以及被反光鏡33反射并從光導(dǎo)體31階梯面32a發(fā)射出來的外界光反射光，并能夠?qū)⒐鈱?dǎo)體31的階梯級差面32b發(fā)出的照明光沿一個給定方向向前發(fā)射。
光學(xué)部件20帶有一個平面前表面和一個面對著光導(dǎo)體31前表面的后表面，它是由聚丙烯樹脂或類似材料制成的透明板，且寬度與光導(dǎo)體31基本相同。下面各部分則整體成形在其后表面上即入射部分21，它們用于吸收從光導(dǎo)體31的各階梯級差面32b發(fā)射出來的光。
各入射部分21構(gòu)成長的橫向凸緣，它們的長度跨過光學(xué)部件20的整個寬度。光學(xué)部件20以這樣的方式安置，即位于光學(xué)部件20后表面上的各入射部分21的長度方向大致平行于光導(dǎo)體31的各階梯級差面32b的長度方向，而各入射部分21的頂面接近或接觸光導(dǎo)體31的各階梯面32a。
各入射部分21這樣布置，即在各入射部分21之間以相同的節(jié)距留下空隙。在光學(xué)部件20后表面上，相鄰入射部分21之間的區(qū)域構(gòu)成入射/發(fā)射面22，它們面對著光導(dǎo)體31的階梯面32a。
入射/發(fā)射面22是這樣一個面，其斜度使之大致平行于光導(dǎo)體31的階梯面32a，即具有大致相同的斜度，并且可以透射從光學(xué)部件20前面入射的外界光以及被反光鏡33反射再從光導(dǎo)體31階梯面32a發(fā)射出來的外界光反射光。
各入射部分22之間的節(jié)距小于光導(dǎo)體31的各階梯級差面32b之間的節(jié)距。這樣，光導(dǎo)體31的每個階梯級差面32b必然要面對光學(xué)部件20上的至少一個入射部分21。
如圖10所示，發(fā)光單元30帶有光源16和照明亮度控制器26，后者用于控制光源16發(fā)出的照明光的亮度。
照明亮度控制器26中包含一個照明度探測器27，其用于測量環(huán)境的照明度；以及一個裝置，其用于根據(jù)照明度探測器27測量到的環(huán)境照明度而控制光源16的一個發(fā)光體17發(fā)出的照明光的亮度。用于控制照明光亮度的裝置由一個光源亮度調(diào)節(jié)電路28和一個光源開啟電路29構(gòu)成。
為了測量從前面入射到平面光源裝置中的外界光的照明度，以將其作為環(huán)境照明度，照明度探測器27被這樣安置，即它的光接收面大致平行于發(fā)光單元30的前表面(光學(xué)部件20的前表面)。
光源亮度調(diào)節(jié)電路28是這樣一個部件，其用于根據(jù)照明度探測器27測量到的環(huán)境照明度而調(diào)節(jié)從光源16發(fā)射的照明光的亮度值，從而根據(jù)環(huán)境照明度將發(fā)射到平面光源裝置前面的光的亮度設(shè)置在預(yù)定亮度范圍之內(nèi)。光源開啟電路29啟動光源16的發(fā)光體17，以發(fā)出照明光，并使照明光在光導(dǎo)體11寬度方向上的亮度達到來自光源亮度調(diào)節(jié)電路28的亮度值。
在發(fā)光單元30中，可以設(shè)置外界光在反光鏡33上的反射率和照明亮度控制器26對照明光亮度的控制條件，這樣，可以根據(jù)外界的環(huán)境照明度，將發(fā)射到平面光源裝置前面的光的亮度設(shè)置在預(yù)定亮度范圍之內(nèi)。
發(fā)光單元30是這樣一個單元，其用于將來自光源16的照明光引導(dǎo)通過導(dǎo)光板31并從位于導(dǎo)光板31前面的階梯級差面32b發(fā)射出來，還用于反射從反光鏡33前面入射的外界光并使反射光向前發(fā)射。當(dāng)只利用從前面入射的外界光的反射光不能使發(fā)出的光具有足夠亮度時，光源16將開啟。
也就是說，當(dāng)發(fā)光單元30中可以獲得具有足夠亮度的外界光時，光源不開啟，而只有外界光的反射光發(fā)射出來。當(dāng)外界光的亮度不足時，光源16開啟，外界光的反射光和來自光源16的照明光同時發(fā)射出來。這樣，外界光反射光的亮度不足可以被上述照明光補充。當(dāng)無法獲得外界光時，光將從光源16發(fā)出。
下面首先解釋來自光源16的照明光的發(fā)射路徑。如圖10中的實線箭頭所示，來自光源16的照明光被光導(dǎo)體31從入射端面31a吸收，之后沿長度方向被引導(dǎo)于光導(dǎo)體31中。
在沿長度方向被引導(dǎo)于光導(dǎo)體31中的照明光中，直接向著任何一個階梯級差面32b前進的光會從階梯級差面32b向著光導(dǎo)體31的前表面發(fā)射。而除了直接向著階梯級差面32b前進的光之外，即向著位于光導(dǎo)體前表面的階梯面32a前進的光或向著光導(dǎo)體31后表面前進的光，將在光導(dǎo)體31中沿光導(dǎo)體的長度方向傳輸并被階梯面32a與敞開空氣(光導(dǎo)體31與光學(xué)部件20之間的空氣層)之間的界面完全反射，或被光導(dǎo)體后表面與敞開空氣(光導(dǎo)體31與反光鏡33之間的空氣層)之間的界面完全反射，從而入射到任何一個階梯級差面32b中并從階梯級差面32b發(fā)射出來。
在光導(dǎo)體31中向著光導(dǎo)體后表面前進的光中包含這樣的光，即該光以一個(基本垂直的)入射角入射到位于光導(dǎo)體后表面與敞開空氣之間的界面上，該入射角小于完全反射臨界角。光通過上述界面并從光導(dǎo)體31的后表面泄漏出來。泄漏的光會被安置在光導(dǎo)體31后面的反光鏡33反射，再從光導(dǎo)體的后表面入射到光導(dǎo)體中。
至于這個再次入射的光，其被光導(dǎo)體前表面上的階梯面32a與敞開空氣之間的界面完全反射，或被光導(dǎo)體后表面與敞開空氣之間的界面完全反射，從而改變了方向。之后，光將從任何一個階梯級差面32b中發(fā)射出來。
被引導(dǎo)于光導(dǎo)體31中的光中包含這樣的光，即光以一個小于完全反射臨界角的入射角入射到階梯面32a與敞開空氣之間的界面上。該光透射通過這個界面，再從階梯面32a發(fā)射到光導(dǎo)體31前面。
出于這個原因，幾乎所有從入射端面31a吸收到光導(dǎo)體31中的照明光均能發(fā)射到光導(dǎo)體31前面，而沒有浪費。
發(fā)射到光導(dǎo)體31前面的照明光從各入射面21a入射到位于光學(xué)部件20后表面上的入射部分21中，光學(xué)部件20安置在光導(dǎo)體31的前表面?zhèn)龋總€入射面分別是入射部分的一個側(cè)表面。
此時，光導(dǎo)體31上的每個階梯級差面32b必然面對著光學(xué)部件20的至少一個入射部分21。因此，從光導(dǎo)體31的各階梯級差面32b發(fā)射出來的光幾乎全部入射到光學(xué)部件20的各入射部分21中，而沒有浪費。
如上所述，發(fā)射到光導(dǎo)體31前面的照明光中包含有從階梯面32a發(fā)射出來的光。這種光也會入射到光學(xué)部件20的任何一個入射部分21中，而沒有浪費。
從光導(dǎo)體31的各階梯級差面32b發(fā)出的光中包含有向著鄰近階梯面32a發(fā)射的光，如圖10所示。這種光被階梯面32a與敞開空氣之間的界面反射，再入射到光學(xué)部件20的入射部分21中。
入射到光學(xué)部件20的入射部分21中的光是從入射面21a吸收到入射部分21中的，接著，這種光將被相反側(cè)的折射面21b與敞開空氣之間的界面完全反射，從而使光的方向改變?yōu)橹赶蚬鈱W(xué)部件20的前方。光透射通過光學(xué)部件20并從光學(xué)部件的前表面發(fā)射出來。
出于這個原因，從光學(xué)部件20的前表面向前發(fā)射出來的照明光是從入射面21a入射到入射部分21中、被相反側(cè)的折射面21b(與敞開空氣之間的界面)反射并聚集在給定方向上的光，其亮度分布形式為，在給定方向上具有高亮度。
接下來，將解釋從前面入射的外界光的發(fā)射路徑。如圖10中的虛線所示，從前面入射的外界光是前表面進入光學(xué)部件20、透射通過光學(xué)部件20并從位于光學(xué)部件后表面上的入射部分21以及入射部分之間的入射/發(fā)射面上發(fā)射出來。
幾乎所有的向著光學(xué)部件20后側(cè)發(fā)射的外界光均從光導(dǎo)體31的階梯面32a被吸收到光導(dǎo)體31中、在光導(dǎo)體31中透射并向著光導(dǎo)體后表面發(fā)射。
向著光導(dǎo)體31后表面發(fā)射的光被安置在光導(dǎo)體31后表面上的反光鏡33反射。反射光從光導(dǎo)體的后表面被吸收到光導(dǎo)體31中、在光導(dǎo)體31中透射并從階梯面32a向前發(fā)射。發(fā)射出的光從位于光學(xué)部件后表面上的入射部分21以及入射部分之間的入射/發(fā)射面22入射到光學(xué)部件20中。
如上所述，在這種情況下，位于入射部分21一側(cè)的入射面21a大致平行于光導(dǎo)體31的階梯級差面32b，即具有大致相同的斜度，而位于相反側(cè)的折射或反射面21b是一個具有傾斜角度的傾斜平面，折射面21b與光學(xué)部件20的法線之間的角度大于入射面21a與法線之間的角度。因此，幾乎所有的從光導(dǎo)體31的階梯面32a發(fā)射出來的反射光均從入射部分21上的具有大傾斜角度的折射面21b以及入射部分21之間的入射/發(fā)射面22吸收到光學(xué)部件20中。
在從入射部分21的折射面21b和入射/發(fā)射面22吸收到光學(xué)部件20中的光中，向著光學(xué)部件20前表面前進的光會透射通過光學(xué)部件20，再從光學(xué)部件的前表面發(fā)射出來。在從入射部分21的折射面21b吸收的光中，向著對面入射面21a前進的光會被面入射面21a與敞開空氣之間的界面完全反射，從而前進方向被改變，而與從折射面21b和入射/發(fā)射面22向著光學(xué)部件20直接前進的光的方向相同。光會從光學(xué)部件20的前表面發(fā)射出來。
出于這個原因，發(fā)光單元30將使從前面入射的外界光向前發(fā)射出來，而沒有太多浪費。此外，從發(fā)光單元30的前表面(光學(xué)部件20的前表面)向前發(fā)射的外界光反射光是這樣的光，即以各種入射角入射的外界光被聚集起來而獲得高亮度。因此，外界光的反射光具有這樣的亮度分布，即在給定方向(例如，前方)具有高亮度。
此外，在這種發(fā)光單元30中，光學(xué)部件20具有如前所述的結(jié)構(gòu)。因此，可以在折射面21b上折射從光導(dǎo)體31的階梯級差面32b發(fā)射出來并從入射面21a入射到光學(xué)部件20的入射部分21中的光，將光聚集到給定方向上，并發(fā)射具有這樣亮度分布的照明光，即從光學(xué)部件20的前表面沿給定方向亮度高(例如，沿前面亮度高)。此外，還可以將被反光鏡33反射并從光導(dǎo)體31的階梯面31a發(fā)出的外界光反射光以這樣亮度分布發(fā)射到光學(xué)部件20前面，即沿給定方向(例如，前方)具有高亮度。
在發(fā)光單元30中，光源16帶有照明亮度控制器26以控制光源16發(fā)出的照明光的亮度，還可以對反光鏡33的外界光反射率以及通過照明亮度控制器26調(diào)節(jié)照明光亮度所需的條件進行設(shè)置，從而可以根據(jù)外界的環(huán)境照明度將發(fā)射到光學(xué)部件20前面的光的亮度設(shè)置在預(yù)定亮度范圍之內(nèi)。這樣，在照明度范圍很大的環(huán)境中，即從低照明度到高照明度，均可以發(fā)射出居于適合于環(huán)境照明度的亮度的光。
也就是說，發(fā)光單元30發(fā)出的光的適宜亮度取決于外界的環(huán)境照明度。因此，即使是發(fā)出同樣亮度的光，在某些環(huán)境照明度下，發(fā)出的光也可能太眩目或太暗。
因此，在這個實施例中，反光鏡33的反射率被設(shè)置在一個相當(dāng)?shù)偷闹瞪希瑥亩拱l(fā)出的光具有適宜的亮度，而不會太眩目，即使是在超過100000lx的高照明度環(huán)境中，例如，夏天位于太陽直射下。此外，從光源16發(fā)出的照明光的亮度可以由照明亮度控制器26根據(jù)環(huán)境照明度而控制，從而使反光鏡33反射出來的外界光反射光和來自光源16的照明光這二者構(gòu)成的發(fā)出光亮度(當(dāng)環(huán)境照明度為大約0lx時，發(fā)出光亮度只由照明光構(gòu)成)適合于環(huán)境照明度。
因此，根據(jù)發(fā)光單元30，可以根據(jù)環(huán)境照明度獲得具有適合于環(huán)境照明度的亮度的光，即當(dāng)環(huán)境中的外界光具有足夠的亮度時，只有外界光的反射光發(fā)出，而不必開啟光源16；當(dāng)環(huán)境中的外界光亮度不足時，光源16將開啟，這樣，外界光反射光和來自光源16的照明光同時發(fā)射出來，從而利用上述照明光補充外界光反射光的亮度不足；而當(dāng)環(huán)境中沒有外界光可以獲得時，照明光將從光源中發(fā)出。
此外，在可以獲得具有足夠亮度的外界光的環(huán)境中，即使光源16沒有開啟，也可以只通過發(fā)光單元30中的外界光反射光而發(fā)出具有適合于環(huán)境照明度的亮度的光。在外界光亮度不足的環(huán)境中，光源16將開啟，這樣，外界光反射光和來自光源16的照明光同時發(fā)射出來，從而利用上述照明光補充外界光反射光的亮度不足，從光源16發(fā)出的照明光的亮度可以以這樣的方式控制，即能夠使得基于外界光的反射光和上述照明光這二者的發(fā)出光亮度達到適合于環(huán)境照明度的亮度。這樣，光源16所消耗的電能可以進一步減少。
當(dāng)這種發(fā)光單元被用于雙向顯示裝置中時，反光鏡33的外界光反射率以及通過照明亮度控制器26調(diào)節(jié)照明光亮度所需的條件可以以這樣的方式設(shè)置，即能夠根據(jù)外界的環(huán)境照明度將平面亮度設(shè)置在預(yù)定范圍之內(nèi)。
在第二個實施例中，反光鏡33安置在光導(dǎo)體31的后側(cè)并鄰近于光導(dǎo)體的后表面。然而，該反光鏡33也可以粘著在光導(dǎo)體31的后表面上。安置在光導(dǎo)體31后側(cè)的用于反射外界光的反光鏡33并不僅僅局限于上述反光鏡33，其還可以這樣成形，例如，通過汽相沉積或類似方法將一個由鋁、銀或類似材料制成的反射膜附著在光導(dǎo)體31的后表面上。[第三個實施例]第三個實施例與第一個實施例的差別僅在于所用液晶顯示元件的結(jié)構(gòu)。這個顯示裝置的其它基本結(jié)構(gòu)與第一個實施例中的相同，它們的效果和優(yōu)點也相同。因此，在本圖中加入了相同的參考代號，以省略重復(fù)的解釋。
圖11是第三個實施例的顯示裝置中所用的一個液晶顯示元件38的前視圖。圖12是圖11的元件沿III-III線的放大橫截面圖。
第三個實施例的顯示裝置中所用的液晶顯示元件38是一個有源矩陣式的，其利用一個TFT(薄膜晶體管)有源元件。位于前后側(cè)面上的一對透明基板38和40直接安置著一個液晶層61，后側(cè)基板40在內(nèi)表面上帶有以矩陣形式安置著的若干透明象素電極41以及與各象素電極41相對應(yīng)的TFT42。
TFT 42中包含一個門電極43，其成形在后側(cè)基板40上；一個門絕緣薄膜44，其用于覆蓋門電極43；一個i型半導(dǎo)體薄膜45，其成形在門絕緣薄膜44上并與門電極43對置；以及一個源電極46和一個漏電極47，它們通過一個n型半導(dǎo)體薄膜(未示出)成形在i型半導(dǎo)體薄膜45的兩側(cè)部分上。
用于向各TFT 42的各行供應(yīng)門信號的門線48沿著所述象素電極的各行的一側(cè)焊接在后側(cè)基板40上。所述TFT 42的各行上的門電極43與對應(yīng)于相應(yīng)行的門線48成形為一體。
所述TFT 42的門絕緣薄膜(透明薄膜)44成形在后側(cè)基板40的幾乎整個表面上。除了終端部分之外，門線48完全被門絕緣薄膜44覆蓋著。
用于向各TFT 42的各列供應(yīng)數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)線49沿著所述象素電極的各列的一側(cè)焊接在門絕緣薄膜44上。所述TFT 42的各列上的漏電極47連接著對應(yīng)于相應(yīng)列的數(shù)據(jù)線49。
象素電極41成形在門絕緣薄膜44上，每個象素電極41分布在其一個側(cè)緣的端部連接著與該象素電極41相對應(yīng)的TFT 42的源電極46。
一個透明的涂層絕緣薄膜50安置在后側(cè)基板40的內(nèi)表面上，用于覆蓋各TFT 42、數(shù)據(jù)線49和各閑散電極41的周邊部分。一個校準(zhǔn)層51成形在絕緣薄膜50上。
另一方面，前側(cè)基板39在其內(nèi)表面上帶有一個單張薄膜形式的透明反向電極52，其面對著后側(cè)基板40上的各象素電極41，而且其上面對著這些象素電極41的部分形成象素區(qū)C；對應(yīng)于各象素區(qū)C的濾色條53R、53G和53B具有多種顏色，例如，紅色、濾色和藍色；一個遮光膜(黑罩)54對應(yīng)于各象素區(qū)之間的區(qū)域安置；以及一個校準(zhǔn)薄膜56。
在圖12中，各濾色條部分添加了點線圖案，遮光膜部分添加了剖面線，以使濾色條53R、53G和53B與遮光膜54之間容易區(qū)別。
在這個實施例中，濾色條53R、53G和53B與遮光膜54安置在前側(cè)基板39上，而它們的上表面上覆蓋著一個透明保護性絕緣薄膜55。反向電極52成形在透明保護性絕緣薄膜55上，而校準(zhǔn)薄膜則安置在反向電極52上。
每個濾色條53R、53G和53B分別構(gòu)成一個形狀，該形狀的面積小于象素電極41與反向電極52彼此面對處的象素區(qū)C的面積。每個濾色條53R、53G和53B分別安置在象素區(qū)C的除周邊部分之外的內(nèi)部區(qū)域中。
前側(cè)基板39和后側(cè)基板40通過框架形式的密封部件4(見圖1)在它們的周邊部分相互連接起來。液晶被充入基板39和40之間的被密封部件4環(huán)繞著的空間中，這樣就形成了一個液晶層61。
液晶顯示元件38是一個TN(扭轉(zhuǎn)向列)型的，液晶層61中的液晶分子在基板39和40之間以一定的扭轉(zhuǎn)角(例如，大約90度)扭轉(zhuǎn)定向。偏振鏡5a和5b分別粘著在基板39和40的外表面上，這樣，它們的光軸(一個透射軸，即一個吸收軸)將沿著給定方向。
在液晶顯示元件38中，安置在液晶顯示元件38中的濾色條53R、53G和53B的面積小于象素C的面積。因此，如前所述，在透射通過這些象素C的光中，只設(shè)計到透射通過與濾色條53R、53G和53B相對應(yīng)的濾色條對應(yīng)區(qū)c的光，波長成分位于濾色條吸收波長范圍之內(nèi)的光會被吸收到濾色條中，從而成為有色光。有色光被發(fā)射到液晶顯示元件前面。透射通過不與濾色條53R、53G和53B相對應(yīng)的非濾色區(qū)d的光不會被吸收到濾色條中。其結(jié)果是，未著色的光將被吸收到濾色條中。
因此，由從液晶顯示元件38的各象素區(qū)C向前發(fā)射的光所顯示出來的有色象素是這樣的象素，即它們被著色而帶有與象素相對應(yīng)的濾色條53R、53G和53B相同的顏色。它們的亮度被未著色的光升高，未著色光由于沒有被濾色條吸收，因而亮度沒有降低。因此，當(dāng)彩色影象被具有各種顏色的有色象素顯示時，所獲得的影象亮度遠高于在整個象素區(qū)對光著色而發(fā)射出有色光的情況。在第三個實施例中，以液晶顯示元件38替換了第一個實施例中所用的液晶顯示元件1，當(dāng)不能利用外界光的反射光獲得足夠的屏幕亮度時，則照明光從發(fā)光單元10中發(fā)射出來以補充屏幕亮度。此外，被濾色條53R、53G和53B著色的有色光和未被吸入濾色條的未著色光均可以從液晶顯示元件38的各象素區(qū)C中發(fā)射出來，以顯示出明亮的彩色影象。因此，即使在黑暗環(huán)境中也可以獲得適宜的屏幕亮度。
當(dāng)利用外界光作為反射光時，在從液晶顯示元件38前面入射、被發(fā)光單元10反射、再被發(fā)射到液晶顯示元件38前面的外界光中，包含有在入射路徑和發(fā)射路徑中透射通過不同象素區(qū)C的光。對于這種光，在傳統(tǒng)的液晶顯示元件中，透射通過不同顏色濾色條的光會被發(fā)射到液晶顯示元件前面。因此，這種光的強度會因為透射通過不同顏色的濾色條而被減弱。然而，在液晶顯示元件38中，每個濾色條53R、53G和53B被制成這樣的形狀，即它們的面積小于象素C的面積，并對應(yīng)于象素區(qū)C的除周邊部分之外的內(nèi)部區(qū)域。出于這個原因，入射到象素區(qū)C的一個濾色條對應(yīng)區(qū)c中的光隨后將從該處發(fā)射到象素區(qū)C的其它非濾色區(qū)d中?；蛘撸肷涞较笏貐^(qū)C的一個非濾色區(qū)d中的光隨后將從該處發(fā)射到象素區(qū)C的其它濾色條對應(yīng)區(qū)c中。
因此，幾乎所有沿入射路徑和發(fā)射路徑透射通過不同象素區(qū)C的光均只有很小的可能性使光透射通過不同顏色的濾色條并在入射過程和發(fā)射過程中被吸收。這樣，顯示影象的亮度幾乎不會被降低。
如上所述，光透射通過不同顏色的濾色條并在入射過程和發(fā)射過程中被吸收的可能性很小。出于這個原因，不會出現(xiàn)從象素區(qū)C的濾色條對應(yīng)區(qū)c中發(fā)射出來的有色光的顏色與從象素區(qū)C的非濾色區(qū)d中發(fā)射出來的有色光的顏色發(fā)生視覺混合而在彩色顯示中產(chǎn)生顏色差距的現(xiàn)象。這樣，可以顯示出具有高顏色純度和高質(zhì)量的彩色影象。
根據(jù)這種液晶顯示元件，基于外界光反射光的屏幕亮度的不足可以通過來自發(fā)光單元10的照明光補充。此外，被著色為濾色條53R、53G和53B的顏色的有色光和未被吸入濾色條的未著色光均可以從液晶顯示元件38的各象素區(qū)C中發(fā)射出來，從而獲得明亮的彩色影象。出于這些原因，液晶顯示元件的反射率(從發(fā)光單元10上反射并發(fā)射到液晶顯示元件38前面的發(fā)射光的強度與從液晶顯示元件38前面入射的外界光的強度之間的比值)可以低于傳統(tǒng)的只利用外界光反射光的反射型液晶顯示元件。因此，即使是在具有高照明度的環(huán)境中，例如夏天太陽直射的環(huán)境中，也可以獲得適宜的屏幕亮度，從而不會太眩目。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，其包含一個非發(fā)光型顯示元件，其用于控制入射光的透射，以顯示一個影象，一個發(fā)光單元，其安置在顯示元件后面，用于向著顯示元件發(fā)射照明光并以一個給定反射率將從顯示元件前面入射的外界光向著顯示元件反射，以及一個照明亮度控制器，其用于控制照明光的強度，從而根據(jù)發(fā)光單元的反射率和從顯示元件前面入射的外界光的環(huán)境照明度，使基于被發(fā)光單元反射出來的外界光反射光和照明光的透射光的總和的顯示元件屏幕亮度達到一個預(yù)定范圍之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之達到與滿足下列范圍的二次函數(shù)所代表曲線相對應(yīng)的亮度屏幕亮度為20-200尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為50勒克斯時；屏幕亮度為30-300尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為1000勒克斯時；以及屏幕亮度為400-4000尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為30000勒克斯時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之達到與滿足下列范圍的二次函數(shù)所代表曲線相對應(yīng)的亮度屏幕亮度為20-60尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為50勒克斯時；屏幕亮度為60-200尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為1000勒克斯時；以及屏幕亮度為1000-3000尼特，當(dāng)環(huán)境照明度為30000勒克斯時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之滿足-2×10-8×I2+0.015×I+20＜L＜-3×10-7×I2+0.113×I+150，其中環(huán)境照明度由I(勒克斯)表示，而屏幕亮度由L(尼特)表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器根據(jù)環(huán)境照明度控制屏幕亮度，使之滿足-9×10-8×I2+0.0453×I+20＜L＜-2×10-7×I2+0.0871×I+50，其中環(huán)境照明度由I(勒克斯)表示，而屏幕亮度由L(尼特)表示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，當(dāng)環(huán)境照明度的最低值高于室內(nèi)照明度時，照明亮度控制器控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其特征在于，其中，當(dāng)環(huán)境照明度位于從不高于50勒克斯至高于大于30000勒克斯的范圍中時，照明亮度控制器控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器以這樣的方式控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度，即當(dāng)環(huán)境照明度處于低于室內(nèi)照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的降低而持續(xù)下降。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器以這樣的方式控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度，即當(dāng)環(huán)境照明度處于高于室內(nèi)照明度但不高于一個給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的升高而持續(xù)上升，以及當(dāng)環(huán)境照明度處于超過給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的繼續(xù)升高而持續(xù)下降。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器以這樣的方式控制來自發(fā)光單元的照明光的亮度，即1)當(dāng)環(huán)境照明度處于低于室內(nèi)照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的降低而下降；2)當(dāng)環(huán)境照明度處于高于室內(nèi)照明度但不高于一個給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的升高而上升；3)當(dāng)環(huán)境照明度處于超過給定照明度的照明度范圍中時，照明光的亮度隨著環(huán)境照明度的繼續(xù)升高而下降。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，照明亮度控制器中帶有一個照明度探測器，其用于測量環(huán)境的照明度，以及一個亮度調(diào)節(jié)電路，其用于控制發(fā)光單元根據(jù)照明度探測器測量到的環(huán)境照明度而發(fā)出的照明光的亮度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，發(fā)光單元中帶有一個發(fā)光體，其用于將照明光發(fā)射到顯示元件上，以及一個反射體，其用于反射從顯示元件前面入射的外界光并將反射光發(fā)射到顯示元件上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，發(fā)光單元中包含1)一個光源，以及2)一個光導(dǎo)體，其上成形有至少一個端面，其用于入射來自光源的照明光；一個發(fā)射面，其用于引導(dǎo)端面吸入的照明光并將光向著顯示元件發(fā)射；以及一個反射面，其不同于發(fā)射面，用于將從顯示元件前面入射并透射通過顯示元件的外界光向著顯示元件反射。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，發(fā)光單元中包含一個光源；一個光導(dǎo)體，其中，光源安置在光導(dǎo)體的至少一端；以及一個光學(xué)部件，其安置在光導(dǎo)體的前側(cè)，1)光導(dǎo)體中包含一個入射端面，其至少為端面，用于從光源吸收照明光；以及一個前表面，其構(gòu)成一個階進式表面，該階進式表面中包含階梯面，它們從入射端面一側(cè)向著另一側(cè)逐級下降，以及階梯級差面，它們中的每個均連接著相鄰階梯面，用于反射外界光的反射膜安置在光導(dǎo)體的各階梯面上，以及，用于發(fā)射從入射端面入射的照明光的發(fā)射面成形在各階梯級差面上，以及2)光學(xué)部件中包含一個元件，其安置在光導(dǎo)體前側(cè)，用于透射從顯示元件前面入射的外界光，并將被光導(dǎo)體的各階梯面上的反射膜反射出來的外界光反射光以及光導(dǎo)體的各階梯級差面發(fā)射出來的照明光向著顯示元件發(fā)射以改變光的前進方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的顯示裝置，其特征在于，其中，光學(xué)部件中包含一個透明板，透明板帶有一個面對著顯示元件并用于發(fā)射光的前表面和一個面對著光導(dǎo)體前表面的后表面，凸緣形式的入射部分成形在光學(xué)部件的后表面上，每個入射部分上帶有一個入射面，其用于吸收從光導(dǎo)體的各階梯級差面發(fā)射出來的光，以及一個折射面，其用于將入射面吸收的光向著前面反射或折射。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的顯示裝置，其特征在于，其中，光學(xué)部件的所述入射部分布置得彼此之間留下間隔，而位于相鄰入射部分之間的后表面區(qū)域分別構(gòu)成入射/發(fā)射面，用于發(fā)射從顯示元件前面入射的外界光和被光導(dǎo)體的各階梯面上的反射膜反射出來的外界光反射光。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的顯示裝置，其特征在于，其中，光導(dǎo)體上有一個后表面位于反射面的相反側(cè)，該后表面構(gòu)成一個散光面，用于使從入射端面入射的照明光在光導(dǎo)體寬度方向上的亮度分布均化。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的顯示裝置，其特征在于，其中，一個散光膜安置在發(fā)光單元與顯示元件之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的顯示裝置，其特征在于，還包含一個反射偏振鏡，其安置在發(fā)光單元與顯示元件之間，反射偏振鏡具有以大致直角彼此交叉的一個反射軸和一個透射軸，并具有這樣的性質(zhì)，即能夠反射入射光在反射軸方向的偏振分量，并透射入射光在透射軸方向的偏振分量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的顯示裝置，其特征在于，其中，顯示元件包含一個液晶顯示元件，該液晶顯示元件在前后表面上分別帶有一個偏振鏡，而反射偏振鏡的安置使得它的透射軸基本平行于液晶顯示元件后表面上的偏振鏡的透射軸。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，發(fā)光單元中包含1)一個光源，以及2)一個光導(dǎo)體，其上成形有一個發(fā)射面，其用于引導(dǎo)端面吸入的照明光并將光向著顯示元件發(fā)射；以及一個透射面，其不同于發(fā)射面，用于透射從顯示元件前面入射并透射通過顯示元件的外界光，以及3)一個后側(cè)反射體，其位于光導(dǎo)體上的與透射面相反的后側(cè)上，用于將外界光向著光導(dǎo)體的透射面一側(cè)反射。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的顯示裝置，其特征在于，其中，1)光導(dǎo)體中包含一個入射端面，其至少為端面，用于從光源吸收照明光；以及一個前表面，其構(gòu)成一個階進式表面，該階進式表面中包含階梯面，它們從入射端面一側(cè)向著另一側(cè)逐級下降，以及階梯級差面，它們中的每個均連接著相鄰階梯面，所述階梯級差面構(gòu)成發(fā)射面，用于發(fā)射從入射端面入射的照明光，而所述階梯面則構(gòu)成透射面，它們不同于所述發(fā)射面，用于透射從顯示元件前面入射的外界光，以及2)后側(cè)反射體安置在光導(dǎo)體上的與所述透射面相反的后側(cè)上，并帶有反射面，用于反射從顯示元件前面入射到光導(dǎo)體的所述階梯面中的外界光，以將光從所述階梯面發(fā)射出來，顯示裝置還包含3)一個光學(xué)部件，其安置在光導(dǎo)體的前側(cè)，用于透射從顯示元件前面入射的外界光和被后側(cè)反射體反射出來的外界光反射光，并將從光導(dǎo)體的各階梯級差面發(fā)射出來的照明光向著顯示元件發(fā)射。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的顯示裝置，其特征在于，其中，發(fā)光單元中包含一個光學(xué)部件，其安置在光導(dǎo)體的前側(cè)，用于透射從前面入射的外界光和被反射體反射并從光導(dǎo)體的所述階梯面發(fā)射出來的外界光反射光，并將從光導(dǎo)體的所述階梯級差面發(fā)射出來的照明光沿一個給定方向向前發(fā)射。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的顯示裝置，其特征在于，其中，光學(xué)部件中包含一個透明板，透明板帶有一個平面前表面和一個面對著光導(dǎo)體前表面的后表面，凸緣形式的入射部分成形在光學(xué)部件的后表面上，每個入射部分上帶有一個入射面，其用于吸收從光導(dǎo)體的各階梯級差面發(fā)射出來的照明光，以及一個折射面，其用于將入射面吸收的光向著前面反射或折射。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的顯示裝置，其特征在于，其中，光學(xué)部件中包含入射部分，它們布置得彼此之間留下間隔，而光學(xué)部件后表面上的位于相鄰入射部分之間的區(qū)域分別構(gòu)成入射/發(fā)射面，它們與光導(dǎo)體的所述階梯面相面對。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，其中，顯示元件包含一個液晶顯示元件，其中，在一對分別位于前后側(cè)并透過一個液晶層彼此面對的基板中，一個基板在其內(nèi)表面上帶有第一電極，另一個基板其內(nèi)表面上帶有至少一個第二電極，第二電極上的面對著所述第一電極的部分分別構(gòu)成象素區(qū)，在兩個基板上對應(yīng)于每個象素區(qū)分別安置著一個濾色條，每個濾色條的面具小于每個象素區(qū)的面積。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的顯示裝置，其特征在于，其中，液晶顯示元件的每個象素區(qū)分別具有一個濾色條對應(yīng)區(qū)，其被一個面積小于象素區(qū)域的濾色條覆蓋著，以及一個非濾色區(qū)，其環(huán)繞著濾色條對應(yīng)區(qū)布置且不被濾色條覆蓋。
28.一種顯示裝置，其包含一個非發(fā)光型顯示元件，一個透射顯示系統(tǒng)，其包含一個發(fā)光單元，該發(fā)光單元安置在顯示元件后面，用于向顯示元件發(fā)射照明光，一個反射顯示系統(tǒng)，其用于反射從發(fā)光單元的顯示元件前面入射的外界光并將光發(fā)射到顯示元件前面，以及一個屏幕亮度補償顯示系統(tǒng)，其用于從發(fā)光單元發(fā)射照明光，并利用所發(fā)射的照明光補償基于反射顯示系統(tǒng)的顯示元件屏幕亮度，當(dāng)顯示元件的透射率被調(diào)節(jié)到最大值時，反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率為大約16％或以上。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的顯示裝置，其特征在于，其中，當(dāng)顯示元件的孔隙系數(shù)設(shè)置為100％時反射顯示系統(tǒng)具有70％的反射率，顯示元件具有大于60％或以上的孔隙系數(shù)，而反射顯示系統(tǒng)中帶有一個透射率為36％的濾色條。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的顯示裝置，其特征在于，其中，反射顯示系統(tǒng)的外界光反射率為20％或以上。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的顯示裝置，其特征在于，其中，一個散光裝置安置在發(fā)光單元與顯示元件之間并且/或者位于顯示元件前側(cè)。
全文摘要
一種顯示裝置包含:一個非發(fā)光型顯示元件(1),用于控制入射光的透射以顯示一個影象;一個發(fā)光單元,其帶有一個光源(16)和一個光導(dǎo)體(11)并安置在顯示元件后面,用于向著顯示元件發(fā)射照明光并以一個給定反射率將從顯示元件前面入射的外界光向著顯示元件反射。還裝有一個照明亮度控制器(26),用于控制照明光的強度,從而根據(jù)發(fā)光單元的反射率和從顯示元件前面入射的外界光的環(huán)境照明度,使由外界光被發(fā)光單元反射出來的反射光和照明光的透射光的總和構(gòu)成的顯示元件屏幕亮度達到一個預(yù)定范圍之內(nèi)。
文檔編號G02B6/00GK1266478SQ99800661
公開日2000年9月13日 申請日期1999年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月30日
發(fā)明者吉田哲志, 武藤哲夫, 樋口勝, 青木久 申請人:卡西歐計算機株式會社