CN1103060C - 液晶显示用背照光 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示用背照光，它包括荧光灯(1)，使从荧光灯(1)射出的光朝向液晶元件射出的光导体(2)，以及使从荧光灯(1)射出的光朝向光导体(2)中的入射部反射的反射板(3)，上述光导体(2)中的入射部(4)呈楔形，该楔形由第1面(4a)和第2面(4b)按5°～30°的夹角交叉形成。上述荧光灯(1)设置于与光导体(2)中的入射部(4)的第2面(4b)相对的位置。反射板(3)具有沿光导体(2)中的入射部(4)的第1面(4a)延伸的第1直线部分(3a)，沿第1直线部分(3a)的一端呈抛物线延伸的抛物线部分(3b)，沿光导体(2)中的入射部(4)的第2面(4b)延伸的第2直线部分(3c)。

Description

液晶显示用背照光

技术领域

本发明涉及使作为个人计算机或便携式终端等设备的液晶显示照明用背照光的亮度提高和减低耗电量技术。

背景技术

下面参照图8对JP特开平5-127159号文献所公开的已有的液晶显示用背照光进行描述。图8所示的已有的液晶显示用背照光包括作为直线光源的荧光灯51，光导体52，以及圆筒形反射板53，上述光导体52由透光性材料形成，它使导入的光朝向液晶板射出，上述反射板53使从荧光灯51射出的光朝向光导体52中的入射部反射。

虽然从荧光灯51射出的光的一部分直接射入光导体52中，但是从荧光灯51射出的光的大部分通过反射板53朝向光导体52中的入射部反射。

由于荧光灯51设置于圆筒形反射板53的中心部，这样从荧光灯51射出后，通过反射板53反射，接着射向光导体52中的入射部的光的大部分再次会射入荧光灯51中。由于再次射入荧光灯51中的光为该荧光灯51中的荧光体所吸收，这样会产生下述问题，即在从荧光灯51射出的光中，射入光导体52的光的入射效率较低，因此相对一定的耗电量来说，已有的液晶显示用背照光的亮度较低。

发明内容

本发明的目的在于通过提高从荧光灯等直线光源射出的光射向光导体的入射部的入射效率，使液晶显示用背照光的亮度提高，并且使耗电量降低。

为了实现上述目的，本发明的液晶显示用背照光的第1种结构包括包括直线光源，光导体，以及反射板，上述光导体使从上述光源射出的光射向液晶显示元件并从该光导体上的第1面射出，上述反射板使从上述光源射出的光朝向上述光导体中的入射部的第2面反射，上述光导体中的入射部呈楔形，该楔形由上述第1面和第2面按锐角交叉而形成，上述光源设置于与上述光导体中的入射部的第2面相对的位置，上述反射板设有下述的抛物线部分，其截面为抛物线形，该抛物线部分可使从上述光源射出的光朝向上述光导体中的入射部的第2面反射。

由于反射板具有其截面为抛物线形的抛物线部分，这样通过从光源射出的，由抛物线部分反射的光与通过截面为圆形的反射板反射的场合相比更向外侧射出。因此，在通过反射板反射后，再次射入光源的光的比例减低从而可提高从光源射出的光射向光导体的入射效率。其结果是，可提高液晶显示用背照光的亮度。另外，由于上述亮度提高，可使耗电量减低。

在上述第1种结构中，最好上述光导体中的入射部的第1面和第2面之间的夹角在5°～30°的范围内。按照此方式，由于第1面和第2面之间以较小的锐角相交叉，这样可使光导体的厚度减小，从而可使液晶显示用背照光变得较薄。

另外，在上述第1种结构中，最好上述反射板中的抛物线部分的对称轴与上述光导体中的入射部的第2面的法线之间的夹角在5°～30°的范围内。由于上述的结构，可使光导体的长度减小，从而可使液晶显示用背照光的体积减小。

此外，在上述的第1种结构中，最好当上述光导体中的入射部的第1面和第2面之间的夹角为θ，上述反射板中的抛物线部分的对称轴与上述光导体中的入射部的第2面的法线之间的夹角为Φ，上述光导体的折射率为n时，下述关系式成立，该关系式为：

sinΦ＞n×sin{sin^-1(1/n)-2θ}

由于上述的结构，射入光导体中的入射部的光通过在入射部中的楔形部分中的2次以内的反射而可在光导体内部实现全反射，这样可减小光的损失，提高液晶显示用背照光的亮度。

还有，在上述的第1种结构中，最好上述反射板中的抛物线部分的焦点位于上述光源的中心部。由于上述结构，从光源射出后，通过反射板的中的抛物线部分反射的光可从与抛物线部分的对称轴相平行的方向射向光导体中的入射部，这样可使再次射入光源的光减少，使光射向光导体的入射效率提高，从而使液晶显示用背照光的亮度提高。

本发明的液晶显示用背照光的第2种结构包括直线光源，光导体，以及反射板，上述光导体使从上述光源射出的光朝向液晶板射出，上述反射板使从上述光源射出的光朝向上述光导体中的入射部反射，上述光源设置于与上述光导体中的入射面的中心部相对的位置，上述反射板设有一对椭圆部分，该对椭圆部分以基本相对通过上述光导体中的入射面的中心部的垂线的两侧保持对称的方式设置，其截面为形成椭圆的曲线形，该椭圆的长轴基本与上述光导体的入射面保持平行，该对椭圆部分可使从上述光源射出的光朝向上述光导体的入射面反射。

由于上述反射板按照基本相对通过光导体中的入射面中心部的垂线两侧保持对称的方式设置，其截面形状为构成椭圆的曲线形，这样由光源射出、通过椭圆部分反射的光与通过截面为圆形的反射板反射的场合相比可更向外侧射出。因此，在通过反射板反射后，再次射入光源的光的比例降低，从而使从光源射出的光射向光导体的入射效率提高。其结果是，可提高液晶显示用背照光的亮度，并可降低耗电量。

在上述第2种结构中，最好反射板中的每个椭圆部分的第1焦点位于光源的中心部，其第2焦点位于上述光源的外部。由于上述结构，从光源射出后，通过反射板中的椭圆部分反射的光射向位于光源外部的第2焦点，这样可使再次射入光源的光减少，使射向光导体的入射效率提高，并使液晶显示用背照光的亮度提高。

此外，在上述每种结构中，最好在光导体或反射板中的与光源相对的面上以朝向光源突出的方式设置有凸部。由于上述结构，光源与光导体或反射板不直接相接触，光源热量不会强烈地由光导体或反射板所吸收。其结果是，可防止光源的温度的降低，从而可抑制光量的降低。

附图说明

图1为本发明的液晶显示用背照光的第1实施例的结构剖面图；

图2为沿图1中II-II线的剖面图；

图3为通过第1实施例的反射板反射的光路径示意图；

图4为在第1实施例中，通过反射板反射、并射入光导体的光路径示意图；

图5为本发明的液晶显示用背照光的第2实施例的结构剖面图；

图6为通过第2实施例的反射板反射的光路径示意图；

图7为在第2实施例中，通过反射板反射、并射入光导体的光路径示意图；

图8为已有的液晶显示用背照光的剖面示意图。

具体实施方式

(第一实施例)

下面参照图1～4对本发明的液晶显示用背照光的第1实施例进行描述。

图1所示的液晶显示用背照光包括作为直线光源的荧光灯1，光导体2和反射板3，上述光导体2由比如聚碳酸酯(折射率n＝1.59)等材料形成，它将导入的光朝向图中未示出的液晶板射出，上述反射板3使从荧光灯1发射出的光朝向光导体2的入射部4反射。

上述光导体2中的入射部4具有与液晶板相平行的第1面4a，以及与该第1面4a成夹角θ的第2面4b，上述第1面4a和第2面4b形成楔形截面。反射板3包括第1直线部分3a，抛物线部分3b，以及第2直线部分3c，上述第1直线部分3a沿光导体2中的入射部4的第1面4a呈直线延伸，上述抛物线部分3b从第1直线部分3a的一端弯曲，并且呈抛物线延伸从而将上述荧光灯1覆盖，上述第2直线部分3c从抛物线部分3b的一端弯曲，并且沿光导体2中的入射部4的第2面4b呈直线延伸。另外，在图1中，虽然可看到反射板3和光导体2之间存在有间隙，但是最好反射板3和光导体2之间相互紧密贴合从而基本不产生上述的间隙。由于上述结构，经反射板3反射的光几乎不会从反射板3和光导体2之间漏过。

另外，如图2所示，在光导体2中的入射部4的与荧光灯1相对的部位，设置有截面为三角形的凸部5。因此，荧光灯1与光导体2不发生直接接触。此外，也可在反射板3中与荧光灯1相对的部位设置凸部(图中未示出)。

一般来说，荧光灯1中的发光量随温度的变化而改变，温度越低，光量越小。因此，当荧光灯1与光导体2或反射板3相接触的面积增加时，荧光灯1的热量强烈地由光导体2或反射板3所吸收，从而会发生荧光灯1的温度降低，光量减少的危险。但是，由于截面三角形凸部5与荧光灯1实现点接触，故荧光灯1的温度不会下降。其结果是，荧光灯1的光量减少量降低。

此外，在荧光灯1中，在纵向中间部处因弯曲而产生的变形增加。但是由于凸部5设置于与荧光灯1中纵向中间部附近相对的位置，这样可减小荧光灯1的挠度。

图3表示通过反射板3中的抛物线部分3b而反射的光路径。当以反射板3中的抛物线部分3b的焦点为原点，抛物线的对称轴与x坐标保持平行时，抛物线部分3b中的抛物线方程表示为：

    a²+2ax＝y²

当从抛物线焦点0发出的光通过反射板3中的抛物线部分3b反射时，它沿与x轴、即抛物线对称轴相平行的光路行进。

图4表示光从荧光灯1发射出后，经反射板3反射，之后进入光导体2中的入射部4的光路，上述反射板3中的抛物线部分3b的焦点按照位于荧光灯1的中心的位置的方式设置。另外，反射板3中的抛物线部分3b的对称轴L与光导体2中的入射部4的第2面4b的法线之间的夹角为Φ。

由于反射板3按上述方式设置，这样从荧光灯1射出，、通过反射板3中的抛物线部分3b反射的光以与第2面4b的法线成夹角θ的方式射向光导体2中的入射部4的第2面4b。

由于在从荧光灯1射出而直接射向光导体2入射部4的光中，相对光导体2中的入射部4的第2面4b的法线而射向光导体2的射出部一侧(图4中的右侧)的光沿光导体2中的入射部4的楔形开口方向行进，这样每当该光通过入射部4的第2面4b反射时，该光相对该第2面4b的入射角增加。其结果是，上述光在光导体2内部进行全反射的同时朝向射出部行进。

由于在从荧光灯1射出而直接射向光导体2入射部4的光中，相对光导体2中的入射部4的第2面4b的法线而射向光导体2的入射部一侧(图4中的左侧)的光沿光导体2中的入射部4的楔形开口方向行进，这样每当该光通过入射部4的第2面4b反射时，该光相对该第2面4b的入射角减小。其结果是，该光从光导体2射出。但是，由于从光导体2射出的光通过反射板3中的抛物线部分3b反射，再次返回光导体2，并沿楔形开口方向行进，这样上述光在光导体2内部进行全反射的同时射向射出部一侧。

还有，由于抛物线部分3b的焦点位于荧光灯1的中心部，这样在从荧光灯1射出后、通过反射板3中的抛物线部分3b反射的光从与抛物线的对称轴L基本保持平行的方向射向入射部4。在此场合，由于抛物线部分3b的对称轴L与入射部4的第2面4b的法线之间的夹角为Φ，这样通过抛物线部分3b反射的光以相对第2面4b成夹角Φ的角度射向该面4b。当光导体2的折射率为n时，根据斯内尔定律，

sinΦ＝n×sinη0

这样，射向光导体2内部的射出角η₀为：

η₀＝sin^-1{(sinΦ)/n}

以相对第2面4b成夹角Φ的方式射向光导体2的光在射向反射板3中的第1直线部分3a时的角度为：

η₁＝η₀+θ

如果入射角η₁小于全反射角κ＝sin^-1(1/n)，则通过第1直线部分3a反射的光从光导体2射出，但是它通过反射板3中的抛物线部分3b反射而再次返回光导体2。当以入射角η₁射向反射板3中的第1直线部分3a的光射向反射板3中的第2直线部分3c，则该入射角η₂为：

η₂＝η₁+θ

即，每当反射时，入射部4的第2面4b的入射角要累加楔形夹角θ。当n次反射时的光的入射角为η_n时，则

η_n＝η₀+nθ

但是，在光导体2内部行进，以小于反射角κ的入射角射向入射部4的第1面4a或第2面4b的光在向光导体2外部射出后，通过反射板3中的第1直线部分3a或第2直线部分3b反射，并再次返回到光导体2内部。可是，由于相对全反射时的反射率基本为100％的情况，反射板3的反射率小于100％，这样在光导体2内部进行全反射的方面，其光的损失减小，从而可提高背照光的亮度。

为了仅仅通过光导体2中的入射部4进行2次反射便可在光导体2内部实现全反射，也可使η₂＞κ。

由于：

η₂＝η₀+2θ

η₀＝sin^-1{(sinΦ)/n}这样，反射板3中的抛物线部分3b的对称轴L与入射面4的第2面4b的法线之间的夹角Φ也可满足下述的关系式：

sinΦ＞n×sin(κ-2θ)

比如，当光导体2的折射率n为1.59时，楔形角度θ＝10°，则Φ＞31°，楔形角度θ＝15°，则Φ＞14°。

楔形角度θ越大，则由于在光导体2内部的全反射所产生的通过光导体2内部的反射次数越小，但是光导体2却越厚。另外，反射板3中的抛物线部分3b的对称轴L与入射部4的第2面4b的法线之间的夹角Φ越大，则由于在光导体2内部的全反射所产生的通过光导体2内部反射次数越小，但是反射板越长。因此，为了使光导体2的厚度减小并使其体积减小，则最好楔形角度θ在5°～30°的范围内。此外，反射板3中的抛物线部分3b的对称轴L与入射部4的第2面4b的法线之间的夹角Φ在5°～30°的范围内。

按上述方式，采用第1实施例，由于光导体2入射部4为楔形状，另外在反射板3上设置有与荧光灯1相对的抛物线部分3b，这样从荧光灯1射出的光可以高效率地射向光导体2，其结果是，可提高背照光的亮度。此外，如果荧光灯1的亮度与已有的相同，则由于该荧光灯1的耗电量减小，从而可增加该荧光灯的使用时间。

(第二实施例)

下面参照图5～7对本发明的液晶显示用背照光的第2实施例的结构进行描述。

图5所示的液晶显示用背照光包括作为直线光源的荧光灯11，光导体12和反射板13，上述光导体12由比如聚碳酸酯(折射率n＝1.59)等材料形成，它将导入的光朝向图中未示出的液晶板射出，上述反射板13将从荧光灯1发射出的光朝向光导体12的入射部14反射。

作为第2实施例的特征，上述光导体12中的入射部14的截面为矩形，该荧光灯11设置于与入射部14的入射面14a相对的位置。另外，上述反射板13包括相对的第1直线部分13a和第2直线部分13b，以及设置于上述第1直线部分13b和第2直线部分13b之间的第1椭圆部分13c和第2椭圆部分13d。第1椭圆部分13c和第2椭圆部分13d分别相对穿过入射部14的入射面14a的中心的垂线(图6中的X轴)基本保持对称，第1椭圆部分13c形成于第1直线部分13a的一端，以及与荧光灯11中心部相对的位置之间，第2椭圆部分13d形成于第2直线部分13b的一端，以及与荧光灯11中心部相对的位置之间。第1椭圆部分13c和第2椭圆部分13d构成的椭圆的长轴按照分别与光导体12中的入射部14的入射面14a保持平行的方式设置。

还有，在光导体12中的入射部14的入射面14a，以及反射板13的第1及第2直线部分13a，13b中与荧光灯11相对的部位分别设置有截面为三角形的凸部15。因此，荧光灯11不会与光导体12直接相接触。再有，由于凸部15与荧光灯11实现点接触，这样荧光灯11的温度不会降低，从而可防止荧光灯11的光量的减少。此外，由于凸部15设置于与荧光灯11中纵向中间部相对应的位置，这样可减小荧光灯11的挠度。

图6表示通过反射板13中的第1椭圆部分13c反射的光路径。以第1椭圆部分13c的第1焦点0为原点，将其第2焦点设置于与原点0相距距离p的位置上的y轴上的点S处。此外，第2椭圆部分13d中的第1焦点设置于原点0处，将其第2焦点设置于与原点0相距距离p的位置上的y轴上的点R处。则第1椭圆部分13c的椭圆方程式为：

{x/(c²-4p²)}²+{(y-p)/c}²＝0.25

但是，c为椭圆的动径。

从第1焦点(原点)0射出而射向第1椭圆部分13c的光在通过第1椭圆部分13c反射后，通过第2焦点S。同样，从第1焦点0射出而射向第2椭圆部分13d的光在通过第2椭圆部分13d反射后，通过第2焦点R(图中未示出)。

图7表示从荧光灯11射出后，通过反射板13反射、然后射向光导体12中的入射部14的光路。第1和第2椭圆部分13c，13d中的第1焦点0分别位于荧光灯11的中心，第1和第2椭圆部分13c，13d中的第2焦点S，R分别设置于荧光灯11中心和反射板13中的第1和第2直线部分13a，13b之间。

通过按上述方式设置，从荧光灯11射出后、射向反射板13中的第1或第2椭圆部分13c，13d的光通过第1或第2椭圆部分13c，13d反射，之后通过第2焦点S，R附近。因此，从荧光灯11射出后，射向光导体12相对侧的光的大部分不会再次射向荧光灯11，它通过反射板13中的第1或第2椭圆部分13c，13d反射而射向光导体12。

当按上述方式采用第2实施例时，由于在反射板13上设置有第1和第2椭圆部分13c，13d，这样从作为直线光源的荧光灯11射出的光不会为荧光体所吸收，它可射向光导体12，从而可使背照光的亮度提高。另外，如果荧光灯11采用与已有的相同的亮度，则由于荧光灯11的耗电量较小，故可使该荧光灯的使用时间延长。

此外，也可采用抛物线，椭圆或双曲线等曲线部分代替第2实施例中的反射板13的第1和第2直线部分13a，13b。

还有，在第1和第2实施例中，作为直线光源采用了荧光灯1，11，但是也可采用发光二极管或有机发光体等代替上述荧光灯。

再有，虽然光导体2，12采用聚碳酸酯形成，但是可采用玻璃等透明材料来代替该聚碳酸酯。

另外，为了提高背照光的亮度，也可在光导体2，12的外面或内面形成槽。

还有，虽然荧光灯1，11的截面形状为圆形，但是也可采用椭圆形或矩形来代替上述形状。

最后，不必具体限定构成反射板3，13的材料，该材料可采用具有较高反射率的层片状或板状件。

Claims (8)

1.一种液晶显示用背照光，它包括直线光源，光导体，以及反射板，上述光导体使从上述光源射出的光射向液晶显示元件并从第1面射出，上述反射板使从上述光源射出的光朝向上述光导体中的入射部的第2面反射，其特征在于：

上述光导体中的入射部呈楔形，该楔形由上述第1面和第2面按锐角交叉而形成；

上述光源设置于与上述光导体中的入射部的第2面相对的位置；

上述反射板设有下述的抛物线部分，其截面为抛物线形，该抛物线部分可使从上述光源射出的光朝向上述光导体中的入射部的第2面反射。

2.根据权利要求1所述的液晶显示用背照光，其特征在于上述光导体中的入射部的第1面和第2面之间的夹角在5°～30°的范围内。

3.根据权利要求1所述的液晶显示用背照光，其特征在于上述反射板中的抛物线部分的对称轴与上述光导体中的入射部的第2面的法线之间的夹角在5 °～30°的范围内。

4.根据权利要求1所述的液晶显示用背照光，其特征在于当上述光导体中的入射部的第1面和第2面之间的夹角为θ，上述反射板中的抛物线部分的对称轴与上述光导体中的入射部的第2面的法线之间的夹角为Φ，上述光导体的折射率为n时，则下述关系式成立，该关系式为：

sinΦ＞n×sin{sin^-1(1/n)-2θ}

5.根据权利要求1所述的液晶显示用背照光，其特征在于上述反射板中的抛物线部分的焦点位于上述光源的中心部。

6.一种液晶显示用背照光，它包括直线光源，光导体，以及反射板，上述光导体使从上述光源射出的光朝向液晶板射出，上述反射板使从上述光源射出的光朝向上述光导体中的入射部反射，其特征在于：

上述光源设置于与上述光导体中的入射面的中心部相对的位置；

上述反射板设有一对椭圆部分，该对椭圆部分按照基本相对通过上述光导体中的入射面的中心部的垂线的两侧保持对称的方式设置，其截面为形成椭圆的曲线形，该椭圆的长轴基本与上述光导体的入射面保持平行，该对椭圆部分可使从上述光源射出的光朝向上述光导体的入射面反射。

7.根据权利要求6所述的液晶显示用背照光，其特征在于上述反射板中的每个椭圆部分的第1焦点位于上述光源的中心部，其第2焦点位于上述光源的外部。

8.根据权利要求1～7中任何一项所述的液晶显示用背照光，其特征在于在上述光导体或上述反射板中的与上述光源相对的面上设置有凸部，该凸部按照朝向上述光源突出的方式设置。

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