система подсветки жидкокристаллического дисплея (варианты)

Формула изобретения

1. Система подсветки жидкокристаллического дисплея, содержащая расположенные последовательно источник света, оптическую систему, оптическую пленку, поляризационную пленку и микропризменную пленку, при этом оптическая пленка выполнена из светопропускающего материала и имеет, по меньшей мере, один оптический элемент, который содержит первую преломляющую поверхность и расположенные напротив нее и соединенные между собой вторую преломляющую поверхность и отражающую поверхность, а также боковые поверхности, при этом источник света выполнен с возможностью генерации расходящегося пучка лучей, оптическая система, выполнена с возможностью уменьшения угловой апертуры пучка лучей и проецирования пучка лучей с малой угловой апертурой на первую преломляющую поверхность, которая выполнена в виде поверхности второго порядка с возможностью уменьшения поперечного сечения входящего светового пучка с малой угловой апертурой за счет преломления, а также с возможностью фокусирования данного пучка лучей на вторую преломляющую поверхность, вторая преломляющая поверхность выполнена плоской, при этом апертура второй преломляющей поверхности значительно меньше апертуры первой преломляющей поверхности, при этом вторая преломляющая поверхность выполнена с возможностью направления пучка лучей на поляризационную пластину, которая выполнена с возможностью пропускания части пучка лучей с требуемым состоянием поляризации на микропризменную пленку, и диффузного отражения части света с состоянием поляризации, перпендикулярным требуемому, на отражающую поверхность, при этом микропризменная пленка выполнена с возможностью пропускания части пучка лучей с требуемой апертурой и отражения части пучка лучей в направлении отражающей поверхности, внешняя апертура которой практически равна апертуре первой преломляющей поверхности, а внутренняя апертура равна апертуре второй преломляющей поверхности, причем отражающая поверхность выполнена с возможностью частичной деполяризации части света, отраженного поляризационной пластиной, и отражения данной части света и части пучка лучей, отраженных микропризменной пластиной, на поляризационную пластину.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первая преломляющая поверхность, вторая преломляющая поверхность и отражающая поверхность симметричны относительно одной оси.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что первая преломляющая поверхность, вторая преломляющая поверхность и отражающая поверхность симметричны относительно одной плоскости.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что элементы оптической пленки соединены между собой боковыми поверхностями.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве светопропускающего материала оптической пленки используют поликарбонат.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что отражающая поверхность оптической пленки выполнена в виде плоскости.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что вторая преломляющая поверхность оптической пленки выполнена в виде плоскости.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что вторая преломляющая поверхность является поверхностью второго порядка.

9. Система подсветки жидкокристаллического дисплея, содержащая расположенные последовательно источник света, оптическую систему, оптическую пленку, поляризационную пленку, при этом оптическая пленка выполнена из светопропускающего материала и имеет, по меньшей мере, один оптический элемент, который содержит первую преломляющую поверхность и расположенные напротив нее и соединенные между собой вторую преломляющую поверхность и отражающую поверхность, а также боковые поверхности, при этом источник света выполнен с возможностью генерации расходящегося пучка лучей, оптическая система, выполнена с возможностью коллимации пучка лучей и проецирования пучка лучей с малой угловой апертурой на первую преломляющую поверхность, которая выполнена в виде выпуклой поверхности второго порядка с возможностью уменьшения поперечного сечения входящего светового пучка с малой угловой апертурой за счет преломления, а также с возможностью проецирования данного пучка лучей на вторую преломляющую поверхность, вторая преломляющая поверхность выполнена в виде вогнутой поверхности второго порядка, при этом апертура второй преломляющей поверхности значительно меньше апертуры первой преломляющей поверхности, причем вторая преломляющая поверхность выполнена с возможностью направления пучка лучей на поляризационную пластину, которая выполнена с возможностью пропускания части пучка лучей с требуемым состоянием поляризации и диффузного отражения части света с состоянием поляризации, перпендикулярным требуемому, на отражающую поверхность, отражающая поверхность выполнена в виде вогнутой поверхности второго порядка, при этом ее внешняя апертура практически равна апертуре первой отражающей поверхности, а внутренняя апертура равна апертуре второй преломляющей поверхности, причем отражающая поверхность выполнена с возможностью частичной деполяризации части света, отраженного поляризационной пластиной, и отражения данной части света на поляризационную пластину.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что первая преломляющая поверхность, вторая преломляющая поверхность и отражающая поверхность симметричны относительно одной оси.

11. Система по п.9, отличающаяся тем, что первая преломляющая поверхность, вторая преломляющая поверхность и отражающая поверхность симметричны относительно одной плоскости.

12. Система по п.9, отличающаяся тем, что в качестве светопропускающего материала оптической пленки используют поликарбонат.

13. Система по п.9, отличающаяся тем, что первая и вторая преломляющие поверхности представляют собой телескопическую систему, направляющую коллимированый пучок света на вход поляризационной пленки.

14. Система по п.9, отличающаяся тем, что отражающая поверхность выполнена в виде параболоида.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптики, а именно к системам подсветки жидкокристаллических (ЖК) дисплеев, и может быть использовано для изготовления ЖК дисплеев.

В общем случае устройство подсветки ЖК дисплея работает следующим образом. Пучок лучей, исходящий от источника света, поступает в оптическую систему, которая служит для равномерного распределения яркости по поверхности ЖК панели дисплея. ЖК панель работает эффективно только с линейно поляризованным светом, поступающим на вход в строго определенных пределах угловой апертуры. Поэтому свет на выходе оптической системы должен быть поляризован и должен иметь ограниченную угловую апертуру (в большинстве существующих систем угловая апертура не превышает +/-35°) для наиболее эффективного использования света.

В системах с боковой подсветкой данная оптическая система называется световодной пластиной, которая обеспечивает диффузное рассеяние света на входе в ЖК панель. Специальные оптические пленки, такие как пленка двойного увеличения яркости (DBEF) в патенте США № 6760175, широко применяются для более эффективного использования света в системах подсветки ЖК дисплеев.

Данные пленки содержат поляризационную пленку, которая пропускает только одну компоненту поляризации (проходящие лучи рассеиваются в угловой апертуре, не превышающей 16°) и диффузно отражает другую компоненту поляризации. Можно увеличить оптическую эффективность системы подсветки ЖК панели за счет использования переотражателя позади поляризационной пленки для частичной деполяризации отраженного света и для направления его обратно на поляризационную пленку. В системах с боковой подсветкой для этой цели, например, часто используют зеркало, расположенное за световодной пластиной.

В общем случае система подсветки ЖК дисплея включает в себя источник света, оптическую систему, оптическую пленку, переотражатель и поляризационную пленку.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является система подсветки ЖК дисплея, описанная в патенте США № 6876408. Данная система включает в себя оптическую пленку, которая содержит первую выпуклую преломляющую поверхность и расположенные напротив нее вторую преломляющую и отражающую поверхности, соединенные друг с другом и выполненные виде единой плоской поверхности, причем отражающая поверхность выполнена диффузной. Данная система выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности обеспечения эффективного переотражения излучения в направлении поляризатора, а также отсутствие возможности обеспечения ограниченной угловой апертуры на входе поляризатора и, как следствие, невысокой эффективности использования света на входе ЖК панели.

Задачей заявленного изобретения является создание системы подсветки ЖК дисплеев с высокой оптической эффективностью за счет обеспечения частичной деполяризации переотраженного света при одновременном обеспечении ограниченной угловой апертуры на входе ЖК панели.

Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение угловой апертуры пучка света за счет применения двух преломляющих поверхностей и увеличение световой эффективности за счет применения отражающей поверхности, обеспечивающей частичную деполяризацию отраженного света и ее эффективное переотражение в направлении ЖК панели.

Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.

Фиг.1 - схема работы системы подсветки ЖК монитора с микропризменной пленкой, выполненная согласно изобретению.

Фиг.2 - схема оптической пленки с плоской отражающей поверхностью, выполненной согласно изобретению.

Фиг.3 - схема оптической пленки с отражающей поверхностью, выполненной в виде поверхности второго порядка согласно изобретению

Фиг.4 - схема работы системы подсветки ЖК монитора без микропризменной пленки, выполненная согласно изобретению.

Фиг.5 - схема оптической пленки с отражающей и второй преломляющей поверхностями, выполненными в виде поверхностей второго порядка и имеющими разный радиус кривизны согласно изобретению.

Фиг.6 - схема оптической пленки с отражающей и второй преломляющей поверхностями, выполненными в виде поверхностей второго порядка и имеющими одинаковый радиус кривизны согласно изобретению.

В первом варианте (Фиг.4) система подсветки ЖК монитора 1, содержащего ЖК панель 2, включает в себя источник света 3, оптическую систему 4, оптическую пленку 5, поляризационную пленку 6. Во втором варианте (Фиг.1) система дополнительно содержит микропризменную пленку 7, расположенную между поляризационной пленкой 6 и ЖК панелью 2.

В обоих вариантах (Фиг.1, 2) система подсветки 1 проецирует поляризованный свет с ограниченной угловой апертурой на вход ЖК панели 2. Оптическая пленка 5 представляет собой массив оптических элементов 8. Каждый оптический элемент 8 содержит первую преломляющую поверхность 9, вторую преломляющую поверхность 10 и отражающую поверхность 11 и заполнен оптически прозрачным материалом (например, поликарбонатом). Расходящийся пучок лучей 12, испущенный источником излучения 3, перераспределяют и коллимируют с помощью оптической системы 4, обеспечивая тем самым равномерное распределение яркости на ЖК панели 2. Поперечное сечение коллимированного пучка лучей 13, выходящего из оптической системы 4, уменьшается первой преломляющей поверхностью 9. Затем пучок лучей 13 проходит через преломляющую поверхность 10, апертура которой значительно меньше апертуры первой преломляющей поверхности 9 и приблизительно равна поперечному сечению пучка лучей 13. Пучок лучей 13 преломляется второй преломляющей оптической поверхностью 10 и, выходя из оптического элемента 8 оптической пленки 5, падает на поляризационную пленку 6. Часть данного пучка (с требуемым состоянием поляризации) практически без рассеяния проходит через поляризационную пленку 6.

В первом варианте системы (Фиг.1) после прохождения поляризационной пленки 6 пучок направляется на микропризменную пленку 7 (пучок лучей 16). Оставшаяся часть 14 (с ортогональным состоянием поляризации) рассеивается при отражении поляризационной пленкой 6 и опять падает на пленку 5. Пучок лучей 16, прошедший в направлении микропризменной пленки 7, имеет значительную расходимость. Микропризменная пленка 7 пропускает в направлении ЖК панели 2 пучки лучей с ограниченной угловой апертурой 18, часть лучей 17 отражается обратно в направлении поляризатора 6 и оптической пленки 5. Отражающая поверхность 11 предназначена для переотражения и частичной деполяризации пучка лучей 14 и пучка лучей 17. Отражающая поверхность 11 имеет внешнюю апертуру, которая практически равна апертуре первой отражающей поверхности 9. Внутренняя апертура отражающей поверхности 11 практически равна апертуре второй преломляющей поверхности 10. Отношение площади апертуры первой преломляющей поверхности и площади апертуры второй преломляющей поверхности должно быть достаточно большим для обеспечения высокой эффективности использования света, отраженного поляризационной пленкой 6.

Во втором варианте системы (Фиг.4) после прохождения поляризационной пленки 6, пучок направляется на ЖК панель 2.

В первом варианте системы отражающая поверхность 11 оптической пленки 5 выполнена плоской (Фиг.1-3), а вторая преломляющая поверхность 19 выполнена либо плоской (Фиг.1, 2), либо выпуклой (Фиг.3), обеспечивая тем самым возможность уменьшения расстояния между оптической пленкой 5 и поляризатором 6 при сохранении равномерного облучения поверхности поляризатора (Фиг.3).

Во втором варианте системы (Фиг.4-6) преломляющие поверхности 9 и 20 служат для уменьшения угловой апертуры пучков лучей 13, отражающая поверхность 21 служит для уменьшения угловой апертуры пучка лучей 22, отраженного от поляризатора 6 (пучок лучей 23). Отражающая поверхность 21 может быть вычислена в предположении, что существует точечный источник 24 рассеянного излучения на поверхности 25 поляризационной пленки 6 в центре поперечного сечения пучка лучей 13 (Фиг.4). Чтобы получить коллимированный пучок после отражения от отражающей поверхности 21, эта поверхность должна быть поверхностью второго порядка - параболоидом. Кроме того, первая и вторая преломляющие поверхности могут представлять собой телескопическую систему, направляющую коллимированный пучок лучей на вход поляризационной пленки 6. Это является лучшим способом обеспечения ограниченной угловой апертуры на входе ЖК панели 2. Кроме того, вторая преломляющая поверхность 27 и отражающая поверхность 21 могут иметь одну форму (Фиг.6). Такая пленка является наиболее технологичной, при этом обеспечивая ограниченную угловую апертуру пучков лучей на входе ЖК панели 2.

Таким образом, применение заявленной системы подсветки позволяет увеличить световую эффективность системы подсветки ЖК панели 2 за счет обеспечения высокой эффективности использования излучения, отраженного поляризационной и микропризменной пленками, а также обеспечения поляризованного излучения с ограниченной угловой апертурой на входе ЖК панели.

Указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, и специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.