CN101506573A - 面状照明装置及使用该面状照明装置的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种照明在光的入射侧具有偏振板的液晶显示面板的面状照明装置以及使用该面状照明装置的液晶显示装置。该面状照明装置包括射出具有指定的偏振方向的光的光源、使来自上述光源的射出光偏向来照射上述液晶显示面板的光照射部件，其中，上述光照射部件使来自上述光源的射出光偏向，以使来自上述光源的射出光的偏振方向与上述液晶显示面板的上述偏振板的透过轴方向基本一致。由此，提高液晶显示面板的透过效率。

Description

面状照明装置及使用该面状照明装置的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种适于电视机等所使用的薄形平面显示器的背光的面状照明装置及使用该面状照明装置的液晶显示装置。
背景技术
以往，在使用液晶显示面板的液晶显示装置中，广泛使用利用冷阴极荧光管的背光照明。另外，近年来，为再现更鲜明、自然的色调而使用红色光、绿色光、蓝色光这三色的发光二极管(LED元件)的背光照明也受到瞩目，并致力于推进其开发。
在这些背光照明中的比较小型的设备中，使用让来自光源的光从导光板侧面(入射面)入射、从导光板的一侧的主面(射出面)射出来进行照明的、通称为边缘光(edge light)的侧面光源型面状照明装置。另一方面，在大型、需要高亮度的背光照明中，使用平面状地排列有阴极荧光管或者LED元件的直下型照明装置。
可以想象，将来对挂壁TV等薄型、大画面的液晶显示装置的需求会越来越强烈，但在实现该需求的过程中，存在直下型照明装置难以实现薄型化的问题，而在以往的使用光源的边缘光方式中，存在如尺寸增大，则无法确保足够的亮度的问题。
作为实现薄型、大画面的液晶显示装置的方法，使用亮度高、适于高输出的激光光源的边缘光方式(edge light type)的背光的研究也已开始。
另外，为了实现更高的亮度、低耗电，还在研究一种高效率地利用背光的照明的方法。作为提高该液晶显示装置的光利用效率的方法，有一种例如在日本专利公开公报特开2006—40639号(以下称作“专利文献1”)中提出的方案，提出了使LED具有偏光异向性、改善光利用效率的方案。
然而，在专利文献1所示的结构中，由于射向导光板的光的入射方向仅为单一方向，所以在大画面时容易产生亮度不均，另外，由于红色光、绿色光、蓝色光这三色光在导光板内传播时的吸收率的差异，还会导致色彩的不均匀。
如上所述，近年来，以等离子、液晶为代表的薄形平面显示器的大画面化迅速推进。在大型、需要高亮度的液晶显示装置的背光中，以往使用的是平面状地排列有阴极荧光管的直下型照明，但由于其耗电存在与画面尺寸几乎成比例地增加的倾向，而且背光的耗电占液晶显示装置整体耗电的大半，因此在液晶显示装置中耗电成为非常重要的研究课题。
近年来，为再现更鲜明、自然的色调而使用三原色的发光二极管(LED元件)的背光照明也受到瞩目。另外，在以往较小型的背光中，使用让来自光源的光从导光板侧面入射、从导光板的一侧主面射出以进行照明的、通称为边缘光方式的侧面光源型面状照明，但通过使用高输出的激光光源，将边缘光方式应用于薄形大画面的尝试也正在进行。然而，在这种新的光源中，目前现状是需要高于阴极荧光管的耗电，因此降低耗电成为重大的研究课题。
作为降低液晶显示装置的耗电的方法，提出有例如限制背光的最大亮度、或在亮度较低的画面下降低背光亮度等通过控制背光亮度来降低耗电的方法，或利用偏振光改善背光照明的效率的方法等(例如专利文献1)。
然而，降低耗电的期望很强烈，单单依靠以往提出的方法还不足够。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过提高液晶显示面板的透过效率，光利用效率提高、耗电降低的面状照明装置。
本发明所提供的面状照明装置，是用于照明在光的入射侧具有偏振板的液晶显示面板的面状照明装置，包括射出具有指定的偏振方向的光的光源、使来自上述光源的射出光偏向来照射上述液晶显示面板的光照射部件，其中，上述光照射部件使来自上述光源的射出光偏向，以使来自上述光源的射出光的偏振方向与上述液晶显示面板的上述偏振板的透过轴方向基本一致。
在上述的面状照明装置中，通过使来自光源的射出光的偏振方向与液晶显示面板的透过轴方向基本一致而将其照射于液晶显示面板，可提高液晶显示面板的透过效率，因此可以提高光利用效率、降低耗电。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的面状照明装置的概要结构的立体图。
图2是表示液晶显示面板的概要结构的剖视图。
图3是说明导光板的入射光及射出光各自的偏振光的示意图。
图4A是表示本发明实施例2的面状照明装置的概要结构的后视图，图4B是其侧视图。
图5是表示本发明实施例3的面状照明装置的概要结构的后视图。
图6是说明本发明实施例4的面状照明装置中使用的导光板的入射光及射出光各自的偏振光的示意图。
图7是表示本发明实施例5的面状照明装置中使用的导光板的概要结构的剖视图。
图8A是表示本发明实施例6的面状照明装置中使用的导光板的概要结构的立体图，图8B是图8A的B部的放大俯视图，图8C是图8A的A部的放大剖视图。
图9是表示本发明实施例7的面状照明装置中使用的反射板的概要结构的立体图。
图10A是表示本发明实施例8的液晶显示装置的显示部的概要结构的立体图，图10B是图10A的C部的放大立体图。
图11A是表示具有图10A的显示部的液晶显示装置的外观的正视图，图11B是表示图11A的人体感知传感器、背光的各光源部、控制部之间的连接关系的示意图，图11C是表示图11B的控制部的概要结构的方框图。
图12A及B是表示本发明实施例9的液晶显示装置中使用的背光的光源部的放大立体图。
图13是表示本发明实施例10的液晶显示装置中使用的背光的光源部的放大侧视图。
图14是表示本发明实施例11的液晶显示装置的显示部的概要结构的立体图。
图15A是表示本发明实施例12的液晶显示装置中使用的背光的导光板的概要结构的立体图，图15B是图15A的D部的放大俯视图。
图16A是表示本发明实施例13的液晶显示装置中使用的背光的概要结构的侧视图，图16B是含有图16A的E部的其后视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。此外，对相同要素标注相同的符号，并省略其说明。
(实施例1)
图1是表示本发明实施例1的面状照明装置的概要结构的立体图。在图1中，除本实施例所涉及的面状照明装置之外，还示意了由本实施例的面状照明装置照明的液晶显示面板6，和配置在本实施例的面状照明装置与液晶显示面板6之间的棱镜板(prism sheet)4及5。
本实施例的面状照明装置，如图1所示，包括线状光源(linear light source)部1a及1b、柱面透镜(cylindrical lenses)2a及2b、导光板3。线状光源部1a具有沿图中的Y方向配置的两个激光光源，例如使用未图示的柱面透镜将来自各激光光源的激光变换为线状光(linear lights)射向柱面透镜2a方向。线状光源部1a的各激光光源发出红色光、绿色光、蓝色光这三原色的光。线状光源部1b具有沿图中的X方向配置的三个激光光源，例如使用未图示的柱面透镜将来自各激光光源的激光变换为线形光射向柱面透镜2b方向。线状光源部1b的各激光光源也发出红色光、绿色光、蓝色光这三原色的光。
柱面透镜2a及2b为菲涅耳透镜(Fresnel lense)，被射入从线状光源部1a及1b以放射状射出的光，并将其入射光变换为大致平行光射向导光板3的入射面。导光板3从端面(入射面)被射入来自柱面透镜2a及2b的射出光，并将其入射光从一侧的主面射向液晶表示面板6方向。在导光板3的内部，均匀地分布有无方向性的各向同性的(isotropic)多个散射体(scattering elements)，通过由这些散射体引起的反射、散射、折射、衍射等光学现象，入射光向所有方向同等地偏向。散射体例如能够通过使导光板3的内部含有由热固化树脂或热可塑性树脂构成的散射粒子、或者使导光板3的内部产生气泡等方式来实现。
在本实施例中，线状光源部1a使红色光、绿色光、蓝色光分别以Z方向的偏振射出，线状光源部1b使红色光、绿色光、蓝色光分别以X方向的偏振射出。在此，是将激光光源作为构成线状光源部1a及1b的光源来使用，但本实施例并不限定于此。也可将发出红色光、绿色光、蓝色光这三原色的光的LED元件作为光源。此时，可以使用例如偏振元件，使来自LED元件的光与激光同样具有偏振性。
图2表示液晶显示面板6的概要结构。液晶显示面板6采用如下的通常结构，即在玻璃基板61和玻璃基板62之间封入未图示的透明电极及液晶分子63，在光的射出侧和入射侧分别配置有透过轴不同的偏振板(polarizing plate)64及65。偏振板64及65的透过轴相互基本正交，在此，光的入射侧的偏振板65的透过轴为X方向。
本实施例的面状照明装置中，从线状光源部1a以Z方向的偏振射出的光，通过柱面透镜2a在XY平面内形成大致平行光而被导入导光板3。另外，从线状光源部1b以X方向的偏振射出的光，也通过柱面透镜2b在XY平面内形成大致平行光而被导入导光板3。
射入导光板3的光，通过导光板3内部的散射体偏向后从导光板3射出。在此，由于该散射体均匀地分布于导光板3的内部，因此如果射入大致平行光，则在射出面内均匀地射出光。在本实施例中，还由于从正交的两个方向射入光，因此能够得到更高的均匀性。
从导光板3射出的光，穿过棱镜板4及5射入液晶显示面板6。棱镜板4是使X方向的射出角偏向的板，棱镜板5是使Y方向的射出角偏向的板。因此，从导光板3射出的光通过棱镜板4被修正了X方向的射出角的分布、通过棱镜板5被修正了Y方向的射出角的分布后射入液晶显示面板6。
在此，对于以往的使用阴极管或LED的面状照明装置，由于射入液晶显示面板的光无偏振光，因此透过液晶显示面板的入射侧的偏振板的光量为入射光的一半。而在本实施例中，射出导光板3的光的大部分透过液晶显示面板6的入射侧的偏振板65。以下说明其理由。
图3是说明射向导光板3的光及从导光板3射出的光各自的偏振光的示意图。图3中，从线状光源部1a射出的光穿过导光板3的入射面3a射入导光板3，从线状光源部1b射出的光穿过导光板3的入射面3b射入导光板3，另一方面，两者的光均从导光板3的射出面3c射出。入射面3a及3b是导光板3的相互正交的两个入射面。
如图3所示，从入射面3a及入射面3b入射的光由散射体7反射或折射后偏向，从射出面3c射出。
此时，散射体7呈无方向性的形状，因此从X方向及Y方向入射的光转向射出面3c的效率相等，并且大部分的光以保持偏振的状态射出。即使在实际测量中也可确认出，在使平行或垂直于射出面的偏振的光从端面射入这样的内部含有散射体的导光板中时，射出的光的八成以上保持原来的偏振光成分。
因此，在本实施例中，从入射面3a以Z方向的偏振入射的光的大部分成为在XZ面内具有偏振面的射出光，从入射面3b以X方向的偏振入射的光的大部分成为在X方向上偏振的射出光。
对于棱镜板4及棱镜板5，由于对X方向的偏振光不施加影响，因此射出导光板3的光的大部分透过在X方向上具有透过轴的液晶显示面板6的入射侧的偏振板65。基于实际测量，假定有八成以上的光透过，则效率为以往的1.6倍以上。
如上所述，根据本实施例的面状照明装置，通过让光从正交的两个方向射入导光板3内，可以在大面积范围内形成均匀的亮度，实现高画质，并且通过规定对应导光板3的入射面的入射偏振光，可以使从导光板3射出的光的偏振光得以调整(be aligned)，提高液晶显示面板6的透过效率。因此，可实现耗电低的液晶显示装置。
(实施例2)
接下来，对本发明的实施例2进行说明。在上述的实施例1中，如图1所示，是将线状光源部1a及1b配置在导光板3的外侧，而在本实施例中，是采用将光源部配置在导光板3的背侧、通过反射镜等偏向后射入导光板的结构。图4A是表示本实施例的面状照明装置的概要结构的后视图，图4B是其侧视图。
本实施例的面状照明装置如图4A及B所示，包括光源部11、1/2波长板12、偏振光分束镜13、线状化光学元件(linearization optical elements)14a及14b、棱镜15a及15b、导光板3。光源部11是将来自三原色激光光源11a的偏振光中被调整的(be aligned)光进行合成后射出的光源部，1/2波长板12转动来自光源部11的光的偏振光。线状化光学元件14a及14b由多透镜或柱面透镜等构成，棱镜15a及15b是将来自线状化光学元件14a及14b的光导向导光板3的装置，用于使光成为平行光束的柱面透镜予以连接。
在本实施例的面状照明装置中，从光源部11射出的光通过1/2波长板12形成偏振面与导光板3的射出面3c大致成45度的偏振光，由偏振光分束镜13以大致为1：1的比例将其分离为P偏振光的透过光和S偏振光的反射光后射出。透过偏振光分束镜13的光或被其反射的光，其光束通过线状化光学元件14a、14b在与导光板3基本平行的平面内得以扩散，通过棱镜15a、15b变换为平行光束后射入导光板3。
根据本实施例的面状照明装置，可通过调整1/2波长板12的光学轴产生任意方位的直线偏振光，从而可以自由地改变偏振光分束镜13的透过与反射的比例。
(实施例3)
接下来，对本发明的实施例3进行说明。本实施例是在上述的实施例2中，通过光纤将从光源部11射出的光引导至导光板3的背面的结构。图5是表示本实施例的面状照明装置的概要结构的后视图。
本实施例的面状照明装置如图5所示，包括光源部11、准直透镜16及18、光纤17、偏振光分束镜13、线状化光学元件14a及14b、棱镜15a及15b、以及导光板。
在本实施例的面状照明装置中，通过准直透镜16将来自光源部11的光聚光后射入光纤17，并且通过准直透镜16将从光纤17射出的光变换为大致平行光后射入偏振光分束镜17。由于由光纤17引导的光在通过光纤17被导光的期间会失去其偏振性，因此，由偏振光分束镜13以大致为1：1的比例偏振分离为透过光和反射光。
(实施例4)
接下来，对本发明的实施例4进行说明。在上述的实施例1至3中，来自光源的光是从导光板的正交的两个入射面入射，而在本实施例中，是让来自光源的光从导光板的三个入射面入射。图6是说明射向本实施例的面状照明装置的导光板的光及从导光板射出的光各自的偏振光的示意图。另外，由于本实施例的面状照明装置的概要结构与上述的实施例1至3相同，因此省略其说明。
图6中，从入射面3a及从其对面入射的光分别为在Z方向上偏振的光，从入射面3b入射的光为在X方向上偏振的光。因此，在本实施例中，从入射面3a及从其对面入射的光成为在XZ面内具有偏振面的射出光，从入射面3b以X方向的偏振入射的光成为在X方向上偏振的射出光，从而可以使射出光的亮度更加均匀。
在本实施例中，还可以通过从入射面3b的对面射入光，进一步实现射出光的亮度的均匀化。此时，可以使在X方向上偏振的光从入射面3b的对面射入，使X方向上偏振的光射出。
这样，即使采用从三个方向或四个方向进行照明的结构，也与从两个方向进行照明的结构相同，可改善光利用效率。此时，如果从入射面3a的对面入射的光以XZ面为偏振面，从入射面3b的对面入射的光在X方向上偏振，则可以使上述射出光透过液晶显示面板的入射侧偏振板65。若如此从导光板的多个端面(入射面)入射光，则能够进一步实现亮度的均匀化。
另外，在本实施例中，也可从不同的入射面分别入射红色光、绿色光、蓝色光。例如在绿色光源中使用SHG时，由于仅绿色光源尺寸变大，因此通过对绿色光使用单独的入射面可提高配置的自由度。另外，在画面尺寸为16：9等纵横的长度存在差异的情况下，通过采用在导光板内的吸收较强的蓝色光仅从纵方向入射的结构，可以减轻吸收率的差引起的色彩不均。
(实施例5)
接下来，对本发明的实施例5进行说明。本实施例是在上述的实施例1至4的导光板中，在其反射面一侧配置了偏振全息层，本实施例的其他结构与上述实施例1至4相同，因此省略其说明。图7是表示本实施例的面状照明装置中使用的导光板的概要结构的剖视图。
在本实施例中，射入导光板3的光在导光板3的一侧的主面(射出面)及另一侧的主面(反射面)之间反复反射，并由散射体7偏向而渐渐从射出面射出。这一点在上述的实施例1至4中也相同，但本实施例的导光板3，如图7所示，具有配置在导光板3的反射面一侧的反射层33上的偏振全息层32。
本实施例的偏振全息层32是改变在导光板3的内部传播的光的偏振状态的层，其偏振方向被设定为与液晶显示面板6的偏振板65的透过轴相同的X方向。由此，可以使从导光板3射出的光的偏振光进一步得以调整，从而可以进一步提高液晶显示面板6的透过效率。
此外，在本实施例中，是将偏振全息层32配置在导光板3的反射面一侧，但也可以配置在导光板3的射出面一侧，或同时配置在反射面一侧及射出面一侧。
(实施例6)
接下来，对本发明的实施例6进行说明。在本实施例中，取代包含于上述实施例1至4的导光板内部的散射体，在反射面上配置具有细微的凹凸形状的多个偏向部，本实施例的其他结构与上述的实施例1至4相同，因此省略其说明。图8A是表示本实施例的面状照明装置中使用的导光板的概要结构的立体图，图8B是图8A的B部的放大俯视图，图8C是图8A的A部的放大剖视图。
如图8A及C所示，在本实施例的导光板8中，在来自光源的光入射的入射面8a、8b上，设有使入射光向导光板8的厚度方向(图中的Z方向)衍射、折射、或者散射的凹凸形状。另一方面，在导光板8的射出面的对面(反射面)上，如图8B所示，配置有多个通过反射、散射、折射、衍射等光学现象改变射入导光板8的光的行进方向的、具有细微的凹凸形状的偏向部9。偏向部9采用具有在XZ平面或YZ平面内具有法线的反射面的结构，使射入导光板8的光偏向而朝向射出面。偏向部9例如是通过激光加工等在导光板8的反射面上形成的沟，或者，也可以是在导光板8成型的同时一体成型的沟。
在本实施例的面状照明装置中，例如来自图1的线状光源部1a及1b的光被导入导光板8，在Z方向上偏振的光从入射面8a入射，在X方向上偏振的光从入射面8b入射。从入射面8a入射的光通过入射面8a的凹凸形状向Z方向散射，并被设置在反射面上的偏向部9的在XZ平面内具有法线的反射面9a偏向后，成为X方向的偏振光自射出面射出。
同样地，从入射面8b入射的光通过入射面8b的凹凸形状向Z方向散射，并被设置在反射面上的偏向部9的在YZ平面内具有法线的反射面9b偏向后，成为X方向的偏振光自射出面射出。
射出导光板8的光由棱镜板65修正了射出角分布后射入液晶显示面板6，该光的大部分透过其透过轴为X方向的入射侧的偏振板65。
根据本实施例中的导光板，可以使从面状照明装置射出的光的偏振得以调整，来提高液晶显示面板的透过效率，从而可以实现低耗电的液晶显示装置。
另外，从多个方向向导光板中射入光的结构，与上述的实施例1至4相同，可以通过亮度的均匀化实现高画质。
(实施例7)
接下来，对本实施例7进行说明。在本实施例中，取代上述实施例6的导光板而配置了反射板，本实施例的其他结构与上述的实施例6相同，因此省略其说明。图9是表示本实施例的面状照明装置中使用的反射板的概要结构的立体图。
如图9所示，在本实施例的反射板81上，配置有多个通过反射、散射、折射、衍射等光学现象改变从光源入射的光的行进方向的、具有细微的凹凸形状的偏向部91。
在本实施例的面状照明装置中，例如来自图1的线状光源部1a及1b的光被导入反射板81，在Z方向上偏振的光从线状光源部1a入射，在X方向上偏振的光从线状光源部1b入射。从线状光源部1a入射的光，一边在反射板的液晶显示面板6一侧的空气中行进，一边被设置在反射面81上的偏向部91的在XZ平面内具有法线的反射面91a偏向，成为X方向的偏振光射向液晶显示面板6一侧。
同样地，从线状光源部1b入射的光，一边在反射板81的液晶显示面板6一侧的空气中传播，一边被设置在反射面81上的偏向部91的在YZ平面内具有法线的反射面91b偏向，成为X方向的偏振光射向液晶显示面板6一侧。
根据本实施例中的反射板81，与上述的实施例6同样，可以使从面状照明装置射出的光的偏振得以调整，来提高液晶显示面板的透过效率，从而实现低耗电的液晶显示装置。另外，还可以通过亮度的均匀化实现高画质。
根据本发明的实施例1至7的面状照明装置及使用该面状照明装置的液晶显示装置，通过使用色彩纯度较高、适宜高输出的激光光源，能够实现较广的色彩再现性和薄型大画面，并且可以获得由亮度的均匀化带来的高画质、由光利用效率的提高带来的耗电降低等重要效果。
(实施例8)
接下来，对本发明的实施例8进行说明。图10A是表示本发明的实施例8的液晶显示装置的显示部的概要结构的立体图，图10B是图10A的C部的放大立体图。
本实施例的液晶显示装置的显示部，如图10A所示，包括在平面上排列发出红色光、蓝色光、绿色光的三原色的LED元件而构成的直下型背光101、扩散板102、液晶显示面板103。背光101如图10B所示，具有排列有LED元件的光源部101a、101b及101c。
在本实施例的背光101中，倾斜设置LED元件，以使光源部101a指向左侧方向射出光、光源部101c指向右侧方向射出光，并且设置LED元件使光源部101b向正面射出光。
以下，参照图11A至C，对本实施例的液晶显示装置的基本动作进行说明。图11A是表示具备图10A的显示部的、本实施例的液晶显示装置104的外观的正视图，图11B是表示图11A的人体感知传感器105、背光101的各光源部101a、101b及101c、控制各光源部101a、101b及101c的控制部106之间的连接关系的示意图，图11C是表示图11B的控制部106的概要结构的方框图。
本实施例的液晶显示装置4(应是104)，如图11A所示，包括人体感知传感器105，用来检测观赏显示在液晶显示装置4(应是104)的显示部的液晶显示面板103上的影像的用户123的位置。人体感知传感器105例如利用电磁波进行用户123的位置检测。从人体感知传感器105产生的电磁波被用户123反射后，可以由人体感知传感器105再次检测该反射的电磁波。
本实施例的光源部101a、101b及101c，如图11B所示，由连接于人体感知传感器105的控制部106控制。如图11C所示，控制部106具有用户位置判定部1061和照明条件设定部1062。用户位置判定部1061获取由人体感知传感器105检测到的用户123的位置信息，基于该位置信息判定液晶显示装置104与用户123的位置关系。照明条件设定部1062基于用户位置判定部1061的判定结果，设定光源部101a、101b及101c的各照明条件。在此，照明条件设定部1062将各发光量作为光源部101a、101b及101c的各照明条件来设定，适应各照明条件的发光量的光从光源部101a、101b及101c发出。
在本实施例的液晶显示装置4中，从背光1(应为101)的各光源部101a、101b及101c射出的光由扩散板102扩散后，其红、蓝、绿各色的透过率在液晶显示面板103受到控制，从而在液晶显示面板103的前面显示彩色图像。
在此，液晶显示面板103上显示的图像具有基于用户123的观看角度的亮度变化(以下称作“视角特性”)，通常正面的亮度最高，越偏离正面亮度越降低。然而，对于本实施例的光源部101a及101c，由于LED元件倾斜设置，因此从光源部101a射出的光的视角特性为亮度偏于画面正面左侧的射出角度的分布，从光源部101c射出的光具有与来自光源部101a的光相反的分布的视角特性。
接下来，对控制部106的光量控制动作进行说明。图11A所示的用户123位于液晶显示装置104的画面正面的右侧。首先，人体感知传感器105检测到位于液晶显示装置104的画面正面的右侧的用户123，并且该信息被传送到控制部106。接下来，根据该信息，用户位置判定部1061判定用户123位于液晶显示装置104的画面正面的右侧，并将该判定结果传递给照明条件设定部1062。照明条件设定部1062设定各光源部101a、101b及101c的各发光量，以使光源部101c的发光量大于光源部101a及101b的各发光量。具体而言，照明条件设定部1062设定各照明条件，以增加光源部101c的发光量、降低光源部101a及101b的各发光量。通过该控制部106的光量控制，使画面右方的视线角度的亮度提高，用户123的视觉识别性得以提高，并且其他角度的亮度降低，耗电得到抑制。
根据本实施例的液晶显示装置，通过检测用户123的位置并进行控制以提高用户所在方向的亮度，并且降低其他方向的亮度，可以改善视觉识别性，并且实现耗电的降低。
另外，通常如各色彩的视角特性存在差异，则会产生色彩随观察的角度而发生变化的课题，对于这样的课题，本实施例具有以多个射出角微调各色的发光量的优点，能够在较广的视角内得到色彩变化小的高画质。
另外，在本实施例中，是通过人体感知传感器105来检测用户123的位置，但也可以是用户123用遥控器等来设定自身的位置。
并且，在本实施例中，是根据用户123的方向控制背光101的视角特性，但同时也可以根据用户123与液晶显示装置104的距离调节背光101的亮度。例如在用户位于液晶显示装置104的附近时，可以降低该方向的亮度以削减耗电。
另外，在多个用户位于液晶显示装置的周围时，也可以通过按照其分布来控制视角从而实现电能的节省。此外，只需以一定周期检测用户123的位置，即可实现适应用户123的移动的光量控制。
(实施例9)
接下来，对本发明的实施例9进行说明。本实施例是在上述实施例8的背光101的结构中具有特征部分，以下对其特征部分进行说明。本实施例的其他结构与上述的实施例8相同，因此省略其说明。图12A及B是表示本实施例的液晶显示装置中使用的背光的光源部的放大立体图。
本实施例的背光，如图12A所示，采用使在平面上排列设置LED元件的光源部101d向正面方向射出光的结构，并且设置与各LED元件对应的透镜阵列107，在平面上对透镜阵列107进行位置控制。
透镜阵列107由可移动透镜阵列107的透镜阵列驱动部124进行位置控制，透镜阵列驱动部124根据由照明条件设定部1062设定的照明条件移动透镜阵列107。
在此，图12A表示向光源部101d的正面射出光的情况，图12B表示向光源部101d的右方射出光的情况。在图12B中，通过从图12A的位置沿方向a移动透镜阵列107的位置，来改变光的射出方向。由于该结构可细微地进行射出方向的控制，因此可进一步增强上述实施例8的效果。
另外在本实施例中，还可以通过沿光轴方向移动透镜阵列107，进行视角的调整。
此外在本实施例中，作为背光的光源部，也可并用射出方向固定的光源部和射出方向可变的光源部。
(实施例10)
接下来，对本发明的实施例10进行说明。本实施例也是在上述实施例8的背光101的结构中具有特征部分，以下对其特征部分进行说明。本实施例的其他结构与上述的实施例8相同，因此省略其说明。图13是表示本实施例的液晶显示装置中使用的背光的光源部的放大侧视图。
本实施例的背光，如图13所示，采用反射镜108反射从光源部101e射出的光的结构，通过沿方向b转动反射镜108以改变反射镜108的角度来控制射出方向。反射镜108的转动动作由可转动反射镜108的镜驱动部125进行控制，镜驱动部125根据由照明条件设定部1062设定的照明条件转动反射镜108。
此外在本实施例中，作为背光的光源部，也可并用射出方向固定的光源部和射出方向可变的光源部。
(实施例11)
接下来，对本发明的实施例11进行说明。在本实施例中，取代上述实施例8的直下型背光，而配置边缘光方式的背光，本实施例的其他结构与上述的实施例8相同，因此省略其说明。图14是表示本实施例的液晶显示装置的显示部的概要结构的立体图。
本实施例的液晶显示装置的显示部，如图14所示包括，边缘光方式的背光111、棱镜板115、液晶显示面板103。背光111具有包括发出红色光、绿色光、蓝色光这三原色的光的LED元件或激光光源的光源部112a、112b及112c，和导光板113。在导光板113的内部，与上述的实施例1相同，均匀地含有无方向性的各向同性的(isotropic)多个散射体(scattering elements)114，通过基于多个散射体114的反射、散射、折射、衍射等光学现象，使来自光源部112a、112b及112c的入射光向所有方向同等地偏向。棱镜板115是偏向图中Y方向的射出角的棱镜板。
另外，虽未图示，但本实施例的背光111搭载在与上述的实施例8相同的液晶显示装置中，可根据来自人体感知传感器的信息控制光源部112a、112b及112c的各发光量。具体而言，在本实施例的背光111中，设置有可调节光源部112a、112b及112c的各发光量的发光量调节部126，发光量调节部126根据由照明条件设定部1062设定的照明条件来调节各发光量。
在本实施例的液晶显示装置中，从光源部112a、112b及112c射出的光射入导光板113，由导光板113内部的散射体114偏向后从导光板113射出。在此，由于射入导光板113的光的大部分向与入射方向相反的方向偏转后射出，因此从光源部112a射出的光的视角特性为，在图中的X轴的负方向上具有最高亮度，而从光源部112c射出的光则与之相反。另外，从光源部112b射出的光虽然为向图中Y方向偏转的视角特性，但射出角由棱镜板115偏向后而成为在背光正面具有最高亮度的视角特性。
透过了棱镜板115的来自光源部112a、112c的光，和由棱镜板115偏向的来自光源部112b的光，由液晶显示面板103控制红、蓝、绿各色的透过率，在液晶显示面板103的前表面显示彩色图像。
在此，例如用户位于液晶显示装置的画面正面的右侧(图中X轴的正方向)时，人体感知传感器105检测到位于液晶显示装置104的画面正面的右侧的用户123，并且该信息被传送到控制部106。接下来，根据该信息，用户位置判定部1061判定用户123位于液晶显示装置104的画面正面的右侧，并将该判定结果传递给照明条件设定部1062。照明条件设定部1062设定各光源部112a、112b及112c的各发光量，以使光源部112c的发光量大于光源部112a及112b的各发光量。具体而言，照明条件设定部1062设定各照明条件，以增加光源部112c的发光量、降低光源部112a及112b的各发光量。发光量调节部126根据由照明条件设定部1062设定的照明条件调节光源部112a及112b的各发光量。通过该发光量调节部126的光量控制，使画面右方的视线角度的亮度提高，用户123的视觉识别性得以提高，并且其他角度的亮度降低，耗电得到抑制。
在本实施例的液晶显示装置中，也通过检测用户的位置来进行控制以提高该方向的亮度，并降低其他方向的亮度，从而可改善视觉识别性，并且实现耗电的降低。
另外，如果在光源中使用激光，则与LED元件的情况相比指向性较高，因此提高所需要的方向的亮度，降低不需要的方向的亮度的效果进一步加强。此时，如导光板113内的激光的指向性过高，则可通过在导光板113的入射面上设置向厚度方向衍射、折射、或者散射的凹凸，来扩大从导光板113射出的光的射出角的幅度，从而得到适当的扩散程度的射出光。
(实施例12)
接下来，对本发明的实施例12进行说明。在本实施例中，取代包含在上述实施例11的导光板的内部的散射体，而在反射面上配置具有细微的凹凸形状的多个偏向部，本实施例的其他结构与上述实施例11相同，因此省略其说明。图15A是表示本实施例的液晶显示装置中使用的背光的导光板的概要结构的立体图，图15B是图15A的D部的放大立体图。
如图15A及B所示，本实施例的导光板116中，在射出面的对面(反射面)上设置使从不同端面入射的光分别偏向各不相同的方向而射出的具有细微的凹凸形状的多个偏向部117。
在本实施例的液晶显示装置中，光源部112a、112b及112c为半导体激光元件，指向性较高的光通过导光板116的各入射面的凹凸适当地扩散后入射。另外，导光板116的反射面的偏向部117采用具有在XZ平面或YZ平面内具有法线的反射面的结构，从光源部112a、112b及112c入射的光分别向XZ面内的不同方向射出。因此，能够得到与上述的实施例11相同的效果。
(实施例13)
接下来，对本发明的实施例13进行说明。在上述实施例11及12中，是将光源部设置在导光板的外侧，而在本实施例中，采用将光源部配置在导光板的背侧，通过反射镜等偏向后射入导光板的结构。图16A是表示本实施例的背光111的概要结构的侧视图，图16B是包含图16A的E部的后视图。
本实施例的背光111，如图16A及B所示包括：导光板113；配置在导光板113的背面、将来自三原色激光光源的偏振光已被调整的光合成并射出的两个光源部119a及119b；将来自导光板113背面的光源部119a及119b的光导向导光板113的端面的棱镜118a、118b及118c；使来自光源部119a及119b的光的偏振光转动的1/2波长板120a及120b；偏振光分束镜121a及121b；由多透镜或柱面透镜等构成的线状化光学元件122a、122b及122c。1/2波长板120a及120b的光学轴的方向由1/2波长板光轴调节部127控制，可以控制来自光源部119a及119b的光的偏振光。1/2波长板光轴调节部127根据由照明条件设定部1062设定的照明条件改变1/2波长板120a及120b的光学轴的方向。
在本实施例的背光111中，由于可通过1/2波长板120a及120b自由地改变从光源部119a及119b射出的光的偏振光，因此可以控制透过偏振光分束镜121a及121b的光与被其反射的光的比例。
由于经过线状化光学元件122a、122b及122c以及棱镜118a、118b及118c射入导光板113的光，其射出角在各入射的端面各不相同，并且可以个别地进行光量控制，因此能够获得与上述实施例11及12相同的效果。
根据本发明的实施例8至13的液晶显示装置，通过检测用户的位置，充分确保所需要的方向的亮度，并且降低不存在用户的不需要的方向的亮度，可以获得耗电降低这一重要效果。
另外，还可减少从斜方向观赏画面时的色彩变化，得到高视角、高画质的液晶显示装置。
根据上述的各实施例，将本发明归纳如下。即，本发明所提供的面状照明装置，是用于照明在光的入射侧具有偏振板的液晶显示面板的面状照明装置，包括射出具有指定的偏振方向的光的光源，使来自上述光源的射出光偏向来照射上述液晶显示面板的光照射部件，其中，上述光照射部件使来自上述光源的射出光偏向，以使来自上述光源的射出光的偏振方向与上述液晶显示面板的上述偏振板的透过轴方向基本一致。
在上述的面状照明装置中，通过使来自光源的射出光的偏振方向与液晶显示面板的透过轴方向基本一致地照射于液晶显示面板，可提高液晶显示面板的透过效率，因此可以提高光利用效率、降低耗电。
较为理想的是，上述光源包含第一光源和第二光源中的任一光源，所述第一光源使来自上述光源的射出光具有与上述偏振板的被照射面基本正交的偏振方向、并从上述偏振板的透过轴方向射入上述光照射部件，所述第二光源是来自上述光源的射出光具有与上述偏振板的被照射面基本平行的偏振方向、并从与上述偏振板的透过轴方向正交的方向射入上述光照射部件，另外，较为理想的是，上述光源包含上述第一及第二光源，来自上述第一及第二光源的各射出光从相互正交的方向射入上述光照射部件。
此时，可以使来自第一及第二光源的各射出光的偏振方向与液晶显示面板的偏振板的透过轴方向基本一致。
较为理想的是，上述光照射部件为导光板，该导光板具有基本垂直于上述偏振板的透过轴的第一端面、与上述第一端面相互正交的第二端面、射出来自上述第一及第二端面的各入射光的第一主面、与上述第一主面对置的第二主面。
此时，由于可以使来自第一及第二光源的各射出光从导光板的正交的两个端面入射，并使各射出光的偏振方向与液晶显示面板的透过轴方向基本一致地照射于液晶显示面板，因此能够实现大面积液晶显示面板的亮度均匀及高画质。
较为理想的是，上述导光板在自身内部包含使来自上述第一及第二光源的各射出光偏向的各向同性的多个散射体。
此时，由于可以使来自第一及第二光源的各射出光在导光板内向所有方向同等地散射，因此可以使来自第一及第二光源的各射出光射向第一主面的效率相等。
较为理想的是，在上述导光板内，上述多个散射体的密度均匀。
此时，由于在导光板内散射体以均匀的密度分布，因此可以使来自第一及第二光源的各射出光射向第一主面的效率更加相等。
较为理想的是，在上述导光板的第二主面上形成有使来自上述第一及第二光源的各射出光偏向上述第一主面方向的多个细微形状，上述多个细微形状分别具有，在垂直于上述第一主面并且与上述第一端面正交的假想面内具有法线的第一反射面，和在垂直于上述第一主面并且与上述第二端面正交的假想面内具有法线的第二反射面，上述第一及第二反射面使来自上述第一及第二光源的射出光反射到上述第一主面一侧。
此时，由于可以通过第一及第二反射面使来自第一及第二光源的各射出光反射到第一主面，因此可以使来自第一及第二光源的各射出光射向第一主面的效率更加相等。
较为理想的是，上述多个细微形状呈相同形状，被周期性地形成在上述第二主面上。
此时，由于相同的细微形状在第二主面上周期性地分布，因此可以使来自第一及第二光源的各射出光射向第一主面的效率更加相等。
较为理想的是，上述导光板还具有偏振全息层，被配置在上述第二主面上，使来自上述第一及第二光源的各射出光的偏振方向得以调整，以使来自上述第一及第二光源的各射出光的偏振方向与上述液晶显示面板的透过轴方向基本一致。
此时，由于可以使来自第一及第二光源的各射出光的偏振方向得以调整，因此来自第一及第二光源的各射出光的偏振方向可以更加接近液晶显示面板的透过轴方向。
较为理想的是，上述光照射部件为反射板，该反射板具有位于上述液晶显示面板一侧的平面、基本垂直于上述偏振板的透过轴方向的第一边、与上述第一边相互正交的第二边，使来自上述第一及第二光源的各入射光在上述平面上反射并射向上述液晶显示面板一侧。
此时，可简化光照射部件的结构。
较为理想的是，在上述平面上形成有使来自上述第一及第二光源的各射出光偏向上述液晶显示面板一侧的多个细微形状，上述多个细微形状分别具有，在垂直于上述平面并且与上述第一边正交的假想面内具有法线的第一反射面，和在垂直于上述平面并且与上述第二边正交的假想面内具有法线的第二反射面，上述第一及第二反射面使来自上述第一及第二光源的射出光反射到上述液晶显示面板一侧。
此时，由于可以通过第一及第二反射面使来自第一及第二光源的各射出光反射到第一主面，因此可以使来自第一及第二光源的各射出光射向第一主面的效率更加相等。
较为理想的是，上述多个细微形状呈相同形状，被周期性地形成在上述平面上。
此时，由于相同的细微形状在液晶显示面板的平面上周期性地分布，因此可以使来自第一及第二光源的各射出光射向第一主面的效率更加相等。
较为理想的是，上述的面状照明装置还具有：转动来自上述光源的射出光的偏振方向的1/2波长板；将透过了上述1/2波长板的光分离为第一及第二偏振光成分，让上述第一及第二偏振光成分的光透过、让上述第二偏振光成分的光反射的偏振光分束镜，其中，上述偏振光分束镜面向上述导光板的上述第二主面二配置，将上述第一及第二偏振光成分的光中的任意一方作为来自上述第一光源的射出光射出，而将另一方作为来自上述第二光源的射出光射出。
此时，由于可将来自一个光源的射出光进行分离以作为来自第一光源的射出光和来自第二光源的射出光射出，因此可减少光源的数目。另外，由于将分离来自一个光源的射出光的偏振光分束镜面向导光板的第二主面进行配置，因此不会导致装置尺寸的增大。
较为理想的是，上述的面状照明装置还包括：引导来自上述光源的射出光的导光管；将由上述导光管引导的光分离为第一及第二偏振光成分，让上述第一偏振光成分的光透过、让上述第二偏振光成分的光反射的偏振光分束镜，其中，上述偏振光分束镜面向上述导光板的上述第二主面而配置，将上述第一及第二偏振光成分的光中的任意一方作为来自上述第一光源的射出光射出，将另一方作为来自上述第二光源的射出光射出。
此时，由于可将来自一个光源的射出光进行分离而作为来自第一光源的射出光和来自第二光源的射出光射出，因此无需增加光源的数目即可得到两方的射出光。另外，由于面向导光板的第二主面配置分离来自一个光源的射出光的偏振光分束镜，因此不会导致装置尺寸的增大。
较为理想的是，上述第一及第二光源中的任意一个射出绿色光，上述第一及第二光源中的另一个射出红色光及蓝色光。
此时，即使在射出绿色光的光源的尺寸大于射出红色光及蓝色光的光源的尺寸的情况下，由于可以使绿色光入射的端面与红色光及蓝色光入射的端面不同，因此可以提高光源的配置自由度。
较为理想的是，上述第一及第二光源中的任意一个射出蓝色光，上述蓝色光从与相互正交的上述第一主面的两个边中较短的边基本平行的方向入射。
此时，由于可以缩短蓝色光在导光板内传播的距离，因此可以降低蓝色光的能量在导光板内的衰减。
较为理想的是，上述光源为激光光源。
此时，由于可以进一步增强来自光源的射出光的偏振性，因此可以使来自光源的射出光的偏振方向更加接近液晶显示面板的透过轴方向。
较为理想的是，上述光源具有LED元件和使从上述LED元件发出的光向指定方向偏振的偏振元件。
此时，由于可以使用廉价的LED元件射出具有指定的偏振方向的光，因此可以降低光源的成本。
较为理想的是，面状照明装置还包括控制上述1/2波长板的控制部，上述控制部通过利用上述1/2波长板转动来自上述光源的射出光的偏振方向，来改变被上述偏振光分束镜分离的上述第一及第二偏振成分的光的比例。
此时，由于可以自由地改变来自光源的射出光的偏振方向，因此可以控制被偏振光分束镜分离的第一及第二偏振成分的光的比例。
本发明所提供的液晶显示装置包括上述的面状照明装置和由上述面状照明装置照明的液晶显示面板，从上述面状照明装置射出的光的偏振方向与上述偏振板的透过轴方向基本一致。
在上述的液晶显示装置中，通过使来自光源的射出光的偏振方向与液晶显示面板的透过轴方向基本一致来照射液晶显示面板，可提高液晶显示面板的透过效率，因此可以得到光利用效率高、耗电低的液晶显示装置。
较为理想的是，上述液晶显示装置还包括检测视觉识别显示于上述液晶显示面板的图像的利用者的位置的传感器，和基于上述传感器的检测结果调节上述光源的发光量的调节部。
此时，能够按照使用者的位置调节光源的发光量，以提高使用者的视觉识别性。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的面状照明装置及使用了该面状照明装置的液晶显示装置，可实现较广的色彩再现性和薄型大画面，另外，通过使面状照明装置的亮度均匀化及光利用效率提高，可以得到高画质、低耗电的液晶显示装置，因此在显示器领域极为有用。

Claims (21)

1.一种面状照明装置，用于照明在光的入射侧具有偏振板的液晶显示面板，其特征在于包括：
光源，射出具有指定的偏振方向的光；
光照射部件，使来自所述光源的射出光偏向照射所述液晶显示面板，其中，
所述光照射部件，使来自所述光源的射出光偏向，以使来自所述光源的射出光的偏振方向与所述液晶显示面板的所述偏振板的透过轴方向基本一致。
2.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：所述光源包含第一光源和第二光源中的任一光源，其中，
所述第一光源，使来自所述光源的射出光具有与所述偏振板的被照射面基本正交的偏振方向，从所述偏振板的透过轴方向射入所述光照射部件，
所述第二光源，使来自所述光源的射出光具有与所述偏振板的被照射面基本平行的偏振方向，从与所述偏振板的透过轴方向正交的方向射入所述光照射部件。
3.根据权利要求2所述的面状照明装置，其特征在于：
所述光源包含所述第一及第二光源，
来自所述第一及第二光源的各射出光，从相互正交的方向被射入所述光照射部件。
4.根据权利要求3所述的面状照明装置，其特征在于：所述光照射部件为具有：基本垂直于所述偏振板的透过轴方向的第一端面；与所述第一端面相互正交的第二端面；射出来自所述第一及第二端面的各入射光的第一主面；以及与所述第一主面对置的第二主面的导光板。
5.根据权利要求4所述的面状照明装置，其特征在于：所述导光板在自身内部包含使来自所述第一及第二光源的各射出光偏向的各向同性的多个散射体。
6.根据权利要求5所述的面状照明装置，其特征在于：所述多个散射体的密度，在所述导光板内均匀。
7.根据权利要求4所述的面状照明装置，其特征在于：
在所述导光板的第二主面上，形成有使来自所述第一及第二光源的各射出光偏向所述第一主面方向的多个细微形状，
所述多个细微形状的各自分别具有，在垂直于所述第一主面并且与所述第一端面正交的假想面内具有法线的第一反射面，和在垂直于所述第一主面并且与所述第二端面正交的假想面内具有法线的第二反射面，
所述第一及第二反射面，使来自所述第一及第二光源的射出光反射到所述第一主面一侧。
8.根据权利要求7所述的面状照明装置，其特征在于：所述多个细微形状呈相同形状，被周期性地形成在所述第二主面上。
9.根据权利要求4至6中任一项所述的面状照明装置，其特征在于：所述导光板还具有偏振全息层，被配置在所述第二主面上，使来自所述第一及第二光源的各射出光的偏振方向得以调整，以使来自所述第一及第二光源的各射出光的偏振方向与所述液晶显示面板的透过轴方向基本一致。
10.根据权利要求3所述的面状照明装置，其特征在于：所述光照射部件为具有：位于所述液晶显示面板一侧的平面、基本垂直于所述偏振板的透过轴方向的第一边、与所述第一边相互正交的第二边的反射板，使来自所述第一及第二光源的各入射光在所述平面上被反射并射向所述液晶显示面板一侧。
11.根据权利要求10所述的面状照明装置，其特征在于：
在所述平面上，形成有使来自所述第一及第二光源的各射出光偏向所述液晶显示面板一侧的多个细微形状，
所述多个细微形状的各自分别具有，在垂直于所述平面并且与所述第一边正交的假想面内具有法线的第一反射面，和在垂直于所述平面并且与所述第二边正交的假想面内具有法线的第二反射面，
所述第一及第二反射面，使来自所述第一及第二光源的射出光反射到所述液晶显示面板一侧。
12.根据权利要求11所述的面状照明装置，其特征在于：所述多个细微形状呈相同形状，被周期性地形成在所述平面上。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的面状照明装置，其特征在于还包括：
1/2波长板，使来自所述光源的射出光的偏振方向转动；
偏振光分束镜，将透过所述1/2波长板的光分离为第一及第二偏振光成分，让所述第一偏振光成分的光透过、让所述第二偏振光成分的光被反射，其中，
所述偏振光分束镜，面向所述导光板的所述第二主面而配置，将所述第一及第二偏振光成分的光中的任意一方作为来自所述第一光源的射出光射出，而将另一方作为来自所述第二光源的射出光射出。
14.根据权利要求3至12中任一项所述的面状照明装置，其特征在于还包括：
导光管，引导来自所述光源的射出光；
偏振光分束镜，将由所述导光管引导的光分离为第一及第二偏振光成分，让所述第一偏振光成分的光透过、让所述第二偏振光成分的光被反射，其中，
所述偏振光分束镜，面向所述导光板的所述第二主面而配置，将所述第一及第二偏振光成分的光中的任意一方作为来自所述第一光源的射出光射出，而将另一方作为来自所述第二光源的射出光射出。
15.根据权利要求3至14中任一项所述的面状照明装置，其特征在于：
所述第一及第二光源中的任意一方射出绿色光，
所述第一及第二光源中的另一方射出红色光及蓝色光。
16.根据权利要求3至14中任一项所述的面状照明装置，其特征在于：
所述第一及第二光源中的任意一方射出蓝色光，
所述蓝色光，从与相互正交的所述第一主面的两个边中较短的边基本平行的方向入射。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的面状照明装置，其特征在于：所述光源为激光光源。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的面状照明装置，其特征在于：所述光源具有LED元件和使从所述LED元件发出的光向指定方向偏振的偏振元件。
19.根据权利要求13或14所述的面状照明装置，其特征在于还包括：控制所述1/2波长板的控制部，其中，
所述控制部，通过利用所述1/2波长板转动来自所述光源的射出光的偏振方向，来改变被所述偏振光分束镜分离的所述第一及第二偏振成分的光的比例。
20.一种液晶显示装置，其特征在于包括：
如权利要求1至19中任一项所述的面状照明装置；和
被所述面状照明装置照明的液晶显示面板，其中，
从所述面状照明装置照射的光的偏振方向与所述偏振板的透过轴方向基本一致。
21.根据权利要求20所述的液晶显示装置，其特征在于还包括：
检测视觉识别显示于所述液晶显示面板的图像的利用者的位置的传感器；和
基于所述传感器的检测结果调节所述光源的发光量的调节部。
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