CN1523430A

CN1523430A - 允许光从光导板的两个表面发出的扩展照明装置

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Publication number: CN1523430A
Application number: CNA2004100058530A
Authority: CN
Inventors: 水谷仁
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: US20040165401A1; KR20040075725A; US7111974B2; JP2004253257A; JP4026135B2; CN100405157C

Abstract

一种对两个目标照明的扩展照明装置，包括：至少一个光源；一个光导板，在其一个端面有该至少一个光源，并限定有第一和第二主表面，从该至少一个光源发出并进入光导板的光线分别经第一和第二主表面朝向被照明的两个目标出射；光学片单元，由散射片和聚光片组成，至少设置在第二主表面上、从而完全覆盖该表面；和反射装置，具有小于第二主表面的较小表面积，直接设置在光学片单元的顶部。

Description

允许光从光导板的两个表面发出的扩展照明装置

发明背景

1.发明领域

[0001]本发明涉及一种扩展照明装置，并尤其涉及一种光从光导板的两个主表面发出的扩展照明装置。

2.现有技术的描述

[0002]一直以来对这样一种显示装置有所需求，这种显示装置有两个彼此平行设置的将照明设备夹在中间的视屏，它便于在教师、指导人员或销售人员操作电子装置如笔记本电脑、而同时学生或顾客观看显示的图像的情形中使用。图10是笔记本电脑的常规显示装置的截面图，介绍回答了前面的要求。这种显示装置例如在日本待定专利申请JP-H10-90678中有所披露。

[0003]参见图10，显示装置可折叠地连结到笔记本电脑上。显示装置包括：背光***，该***包括作为光源的冷阴极荧光灯14，光导板11和围绕冷阴极荧光灯14的反射片16；和两个液晶显示(LCD)板，每个显示板包括液晶元件7，两个夹置液晶元件7的玻璃板5，和两个分别放置在两个玻璃板5上的偏振片8，两个偏振片分别粘结到背光***光导板1的两个主表面上。从冷阴极荧光灯14发出的光直接或经围绕冷阴极荧光灯14设置的反射片6进入光导板11，并且经两个主表面全部从光导板11出射，由此使得能够在显示装置的两侧观看图像。

[0004]在这种情况下近年来开发出越来越多的带有内置相机的便携式电话，并且被拍照的人以及拍照的人可以从与人相反的一侧监视要拍摄的图像、从而进行拍照。为了满足这一要求，显示装置包括两个分别设置在便携式电话两侧的LCD板。在这种情况下两个LCD板的显示屏大小可以不同，但这又引发参见图12所述的显示装置的问题。参见图11，拍照的人从P方向观看LCD板(液晶元件7A)，而被拍照的人从T方向观看另一个LCD板(液晶元件7B)。此处，其中一个LCD板7A的显示屏尺寸大于另一个LCD7B的显示屏尺寸。图11还表示光导板11、公知的偏振片8、8A和8B以及冷阴极荧光灯14。因为LCD板7A大于LCD板7B，所以在光导板11朝向LCD板7B的一侧上限定一个被LCD板7B覆盖的区域(以下称作非显示区)和一个被LCD板7B覆盖的区域Z(以下称作显示区)。如图11所示，从光导板11向被拍照的人出射的光PR在非显示区Y不被利用且无用地离开，这意味着光源电功率的浪费，因而对电子装置如强烈需要低功耗的便携电话有严重的影响。

[0005]从光导板11的非显示区Y出射的光无用地离开的同时，从显示区Z出射的光入射到LCD板7B上并且被部分地反射，由此回到光导板11，并且再进入LCD板7A以对LCD板7A照明。其结果是拍照的人注意到LCD板7A上的亮度差异，使得对应于显示区Z的区域比对应于非显示区Y的区域亮。

[0006]在便携式电话主要采用的1.8英寸的LCD中，例如如图13所示，四个发光二极管设置为光源，图12B和12A解释了LCD板7A上点-点的亮度，其中LCD板7A上在图12A所示每个点处测得的亮度示于图12B中(该图是关于实际测量值)。此处注意到，具有较小显示屏的LCD板7B设置得远离光源1，与图11所示的不同。图12B表示位置对应于显示区Z处的光斑亮度大于位置对应于非显示区Y处的光斑亮度，最大差异有1.4倍。即，从光源1发出的光在非显示区Y中被浪费，由此造成LCD板7A上不均匀的亮度。

发明概述

[0007]鉴于上述问题提出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种对两个分别设置在光导板主表面之上、并分别具有彼此不同大小的显示屏的目标如LCD元件照明的扩展照明装置，其中从光导板的两个主表面发出的光被有效地利用，由此减少两个当中的一个具有较大显示屏的被照明目标上出现的亮度不均匀性，以便实现良好的可视性。

[0008]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，扩展照明装置包括：至少一个光源；一个光导板，在其一个端面有该至少一个光源，并限定有第一和第二主表面，从该至少一个光源发出并进入光导板的光线分别经第一和第二主表面朝向被照明的两个目标出射；光学片单元，由散射片和聚光片组成，至少设置在第二主表面上、从而完全覆盖该表面；和反射装置，具有小于第二主表面的较小表面积，直接设置在光学片单元的顶部。

[0009]在本发明的一个方面，反射装置可以放置成覆盖第二主表面的一个除指定为光出射表面的区域之外的区域。

[0010]在本发明的一个方面，散射片可以有范围在85～95％的模糊因子。

[0011]在本发明的一个方面，聚光片可以由两个光学膜组成，每个光学膜上具有棱镜图案，该棱镜图案形成在与面对光导板的表面相反的表面上的锯齿形截面结构，并且棱镜图案彼此垂直取向。

[0012]在本发明的一个方面，聚光片的每个膜的厚度范围可以在50～300μm。

[0013]在本发明的一个方面，反射装置的折射率可以在接近指定为光出射面的区域的区域中逐渐变化。

[0014]在本发明的一个方面，偏转装置可以直接设置在第二主表面上的光学片单元的顶部，从而覆盖至少一个不被反射装置覆盖的区域。

[0015]因此，可以有效的利用从光导板的两个主表面发射出的光线，由此可以实现光导板的第一主表面上提高的亮度、减小的亮度不均匀性以及增强的可视性。

附图简述

[0016]通过下面结合附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的及其它优点将变得更加清晰：

图1A是根据本发明第一实施例的扩展照明装置的顶视平面图，图1B视图1A中沿K-K线的截面图；

图2A是图1A/1B中从方向F看时的部分透视图，图2B是图2A中S部分的放大简图；

图3A是根据本发明第二实施例的扩展照明装置的顶视平面图，图2B视图2A中沿K-K线的截面图；

图4是本发明中采用的反射调节装置的第一实例的顶视平面图；

图5是反射调节装置的第二实例的顶视平面图；

图6是反射调节装置的第三实例的顶视平面图；

图7是反射调节装置的第四实例的顶视平面图；

图8是反射调节装置的第五实例的顶视平面图；

图9A和9B是图1B所示的扩展照明装置中光导板的一个其上没有反射片的主表面上的亮度示意图；

图10是常规的对具有大小相等的显示屏的两个LCD板照明的扩展照明装置的截面图；

图11是常规的对具有不同大小的显示屏的两个LCD板照明的另一扩展照明装置的截面图，解释了与其有关的一个问题；和

图12A和12B是图11所示的常规扩展照明装置中光导板的与较大LCD板面对的一个主表面上的亮度示意图。

优选实施例的详细描述

[0017]下面将参考图1A和1B描述本发明的第一实施例。光导板11有一个设置有多个(图中是四个)光源1、如发光二极管(LED)的端面，光源发出的光经该端面穿过，光导板11还有两个主表面，具体地说就是第一主表面90和第二主表面91，进入到光导板1中的光线经两个主表面分别朝两个待照明的目标(未示出)出射。在至少第二主表面91上设置一个由散射片30和聚光片40、41组成的光学片单元以覆盖其整个区域。在光学片单元的顶部放置一个面积小于第二主表面91的作为反射装置的反射片2。因而该光学片单元不仅覆盖光经其出射并到达设置被照明的两个目标之一的区域Z(以下称作“显示区”)，而且还覆盖设置反射片2、从而将光线反射回光导板11的区域Y(以下称作“非显示区”)。如果设置成只覆盖显示区Z，则光学片单元完成其最初的主要功能，但如果设置成还覆盖非显示区Y，则还有额外的作用。

[0018]如参考图3A和3B所示，光学板1可以有一个作为照明目标设置在第一主表面90上的液晶显示(LCD)元件，以及作为照明目标设置在第二主表面91上的另一个LCD元件，其中设置在第二主表面91上的LCD元件具有小于设置在第一主表面90上的LCD元件的显示区。在此文中，照明目标可以是除LCD元件以外的其它元件，并且可以不与光导板11接触。换言之，本发明的照明装置可以用于对目标的不包括显示元件并与光导板11分开设置的表面照明。另外，可以在聚光片41上直接设置一个表面积基本上等于照明目标的面积的反射偏振片，由此使得只有线性偏振光可以朝向照明目标出射。反射偏振片选择性地透射两束彼此垂直的线性偏振光束中的一束并反射另一束。Sumitomo Three M Co.，Ltd的“DBEF系列”是一种公知的反射偏振器。反射偏振器可以由比反射偏置装置便宜的吸收偏振器替代。但要更好的利用光线，最好采用反射偏振器。已经发现，无论哪种类型的直接设置在聚光片41顶部的偏振片都可以有效地避免当观众从第一主表面90观看时注视到朝向第二主表面91设置的照明目标。

[0019]光导板11由一种高度透明的材料制成，如玻璃、聚碳酸酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯等，并在两个主表面90、91中的至少一个上有一种已知的以适当的构型和位置形成的点图案(未示出)，该图案用于散射出射光，以便实现来自主表面各处的基本上均匀的发射。形成的散射片30中可以包含散射剂，或是使其表面粗糙并散射光束，由此避免观众注意到形成在光导板11上的点图案。具有较大模糊因子(＝扩散透射率与总透射率之比)的散射片散射更多并且更好地避免点图案结构并观众看到。当扩散片30布置成与聚光片40接触时，如果扩散片的模糊因子设置得稍大，则正面亮度增大，但如果模糊因子设置得太大，则其透射率降低，由此造成亮度降低。因而，扩散片30的模糊因子最好设置在85～95％的范围。对散射片30的厚度没有特别的限定，但通常设置为不小于10μm，并优选设置为20～300μm。扩散片30可以由任意的透明树脂材料形成，如聚碳酸酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。

[0020]参见图2A和2B，聚光片40铺设在扩散片30的上部，然后聚光片41再铺设在聚光片40的上部。聚光片40、41是公知的BEF(亮度增强膜)，是一种光学膜，使得包括大量微小棱镜的棱镜图案高度精细地形成在透射率良好的聚酯或丙烯酸树脂的表面上。当在光导板11和被照明的目标之间设置这种具有微小的棱镜阵列的光学膜作为滤光片时，可以达到相同背光量的较高的正面亮度。

[0021]聚光片40、41设置成彼此接触，使得其它各自的棱镜图案401、411彼此面对且正交取向，尤其是棱镜图案401、411的各条脊线402、412彼此正交取向。彼此正交取向的各个棱镜图案401、411的结构增强了性能、消除了wetout(屏幕模糊)，并且抑制了反射莫儿条纹(由光闪烁的部分和光扩散的部分形成的条状图案)。

[0022]脊线402(或412)相对于反射板2和显示区Z之间限定的边界(图1A和1B中的B表示)的取向角不用特别的设定。也就是说，与彼此正交取向的棱镜图案401、411相连的聚光片40、41设置成使脊线402(或412)以关于光导板11适当确定的角度取向。具有较大厚度的聚光片40、41提供更好的可视性，但有较低的透射性并还导致整个装置较大的尺寸。因此，聚光片40、41每个的厚度最好设置在50～300μm的范围。

[0023]在光学片单元的顶部设置表面积小于第二主表面91的反射板2、从而覆盖非显示区Y(参见图1B)。第二主表面91被分区为非显示区Y和显示区Z，并且反射片2设置在非显示区Y，而照明目标(未示出)、如LCD元件设置成与显示区Z对应。反射板2由此设置在第二主表面91上除显示区Z以外的光经其出射以照明目标的区域上。

[0024]关于如上布置的反射板2，虽然光在显示区Z出射，但光被非显示区Y处的反射板2反射，回到光导板11中并经第一主表面90出射，由此提高了第一主表面90的亮度。反射板2是一个其表面涂覆有高反射率材料、如银的板，或者也可以是一个金属板或多层介质膜。

[0025]下面讨论图1A和1B中所示的第一实施例的操作。从光源1发出并进入光导板11的光指向第一和第二主表面90、91。指向第一主表面90的光完全从中出射。另一方面，指向第二主表面91的光在显示区Z出射，并在非显示区Y被反射板2反射。被反射板2反射的光穿过聚光片41、40和扩散片30返回到光导板11，并且最后从第一主表面90出射，由此对提高第一主表面90的亮度做出贡献。在此文中，被反射板2反射的光通过聚光片41、40和扩散片30的折射、反射和扩散而散射，由此可以减小便于B上产生的亮度差或反射板2上的瑕疵导致的反射光的不均匀性。因而光从第一主表面90中以均匀的方式出射，显著地提高了观众的可视性。同时，在显示区Z出射的光对目标(未示出)照明。进入光导板11并指向第一和第二主表面90、91的光被完全利用，导致第一主表面90的亮度增大，由此减少第一主表面90上亮度的不均匀性。

[0026]下面将参考图9A和9B讨论第一实施例中光导板11第一主表面90的亮度提高。此处，注意到设置反射板2的非显示区Y的位置接近光源，与图1B中的不同。图9A和9B解释了第一主表面90上的点-点亮度，其中在图9A中所示的每个点处测得的亮度示于图9B中(表中是有关的实际测量值)。从图9B中看到，位置对应于非显示区Y的点的亮度与图11B所示的测量结果相比提高大约20％，显示区Z和非显示区Y之间的亮度差减小1.02倍，这证明反射板2在充分利用光方面非常有效，由此减少了第一主表面90上亮度的不均匀性。

[0027]下面参考图3A和3B描述本发明的第二实施例。在第二实施例的解释中，与第一实施例中相同或对应的任何部件都采用相同的标号，并且省去详细的描述。参见图3B，根据第二实施例的扩展照明装置包括：限定第一和第二主表面90、91的光导板11；多个(图中为四个)设置在光导板11端面的光源1，如发光二极管(LED)；作为照明目标的第一LED元件D1，其设置成完全覆盖光导板11的第一主表面90，使得由扩散片30和聚光片40、41组成的光学片单元以接触的方式夹在其间；和作为被照明目标的第二LCD元件D2，其具有小于第一LCD元件D1的显示面积并设置成部分覆盖第二主表面91，使得由扩散片30和聚光片40、41组成的光学片单元以接触的方式夹在其间。此处，第二主表面91被第二LCD元件D2覆盖的区域称作显示区Z，不被覆盖的区域称作非显示区Y。在光学片单元的顶部可以如同第一实施例中一样地设置反射性或吸收性偏振片。

[0028]第一LCD元件D1包括液晶元件70和两个分别形成在液晶元件70两个表面上的偏转板80，第二LCD元件D2包括液晶元件71和两个分别形成在液晶元件71的两个表面上的偏转板81。下面讨论的第一和第二LCD元件D1和D2例如是需要两个偏振片的TN(扭曲向列相)型液晶元件，或是需要一个偏振片或不需要任何偏振片的GH(宾主)型或铁电型液晶元件。如果如上所述的采用反射性或吸收性偏振片，则可以省去第二LCD元件D2的面对光学片单元的一个偏转片81。

[0029]不被第二LCD元件D2覆盖的非显示区Y有一个直接设置在光学片单元上的反射板2。该反射板2将光线反射向第一LCD元件D1。在反射板2和第二LCD元件D2之间限定一个边界B。反射板2是一个表面被高反射率材料如银涂覆的板，或者可以是一种金属板或多层介质膜。

[0030]下面讨论图3A和3B中所示的第二实施例的操作。从光源1发出并进入到光学薄1中的光指向第一和第二主表面90、91。指向第一主表面90的光从中完全出射。另一方面，指向第二主表面91的光在显示区Z出射，并且在非显示区Y被反射板2反射。被反射板2反射的光穿过聚光片41、40以及扩散片30回到光导板11，并且最终从第一主表面90出射进入到第一LCD元件D1，由此对提高第一LCD元件D1的亮度做出贡献。在此文中，如上述第一实施例的解释，被反射板2反射的光经聚光片41、40以及扩散片30的折射、反射和扩散而散射，由此可以减小边界上产生的亮度差或是反射板2上的瑕疵导致的反射光的不均匀性。因而，从第一主表面90出射到第一LCD元件D1中的光被匀化，显著地改善了第一LCD元件D1上的图像质量。同时，在显示区Z出射的光进入到第二LCD元件D2，从而增大了第二LCD元件D2的亮度。朝这个方向进入到光导板11并指向第一和第二主表面90、91的光被完全利用，导致第一LCD元件D1的亮度的增加，由此减小了第一LCD元件D1上的亮度不均匀性。

[0031]下面参考图4～8讨论通过改进反射板而实现的改善。反射板2的提供能够如上所述地增强第一LCD元件D1上的亮度并减小亮度不均匀性，但在反射板2和第二LCD元件D2之间的边界处B仍然会发生显著的亮度变化。甚至视觉变化也会偶尔使观众不必要地察觉到边界B。为了解决这个问题，反射板2有一个形成在接近边界B的端部区域处并用于适当地调整接近边界B的端部区域处的反射率的反射率调节装置，由此消除了上述问题。

[0032]参见图4，反射率调节装置的第一实例包括多个圆形机构20，这些机构设置在反射板2的面对光导板11的一个表面2上并位于接近边界的端部区域处。该机构20通过对反射板涂覆一种反射率低于反射板的材料、如白漆而形成。机构20的面积按照离边界B的距离的增大而逐渐减小，由此使反射板2的反射率根据离边界B的距离的减小而逐渐减小。考虑到被照明目标(第二实施例中的第二LCD元件D2)的大小和反射率以及光导板11的大小之后来决定机构20的大小和数量。机构20的形状不限于圆形，也可以是矩形或其它的形状。

[0003]参见图5，反射率调节装置的第二实例包括一个设置在反射板2的面对到光斑1的条形部分，该部分位于接近边界B的端部区域。条形部分21通过在反射板2上粘结一种折射率低于光导板的反射膜、如白漆而形成，或通过给反射板2涂覆一种条形结构的折射率低于反射板2的白漆而形成。条形部分21最好使其的反射率随着离开边界B的距离的减小而逐渐减小，并且考虑到被照明目标的大小和反射率以及光导板11的大小之后来决定其宽度W。

[0034]参见图6，反射率调节装置的第三实例包括多个形成在反射板2的接近边界B的端部区域处的圆形开口。这些开口22的面积随着离开边界B的距离的增大而逐渐减小，由此使得反射板2的反射率随着离边界B的距离的减小而逐渐减小。考虑到被照明目标(第二LCD元件D2)的大小和反射率以及光导板11的大小之后来决定开口20的大小和数量。开口20的形状不限于圆形，也可以是矩形或其它形状。

[0035]参见图7，反射率调节装置的第四实例包括在第二实例的描述中提到的条形部分21(图5)，其中反射板2面对边界B的端面限定了一种波纹状结构23。条形部分21的形成、结构及功能与第二实例中所述的方式相同。考虑到被照明目标(第二LCD元件D2)的大小和反射率以及光导板11的大小之后适当地确定波纹结构23的幅值和间隔以及条形部分21的宽度W。在此文中，条形部分21不是一个必须的因素，如果反射板2在其面对边界B的端面处限定了波纹状结构23，也可以不设置条形部分21。

[0036]参见图8，反射调节装置的第五实例包括如上述第二实例(图5)中描述的条形部分21，其中反射2面对边界B的端面限定了一种锯齿结构24。条形部分21的形成、结构及功能与第二实例中所述的方式相同。考虑到被照明目标(第二LCD元件D2)的大小和反射率以及光导板11的大小之后适当地确定据此结构24的幅值和间隔以及条形部分21的宽度W。在此文中，条形部分21不是一个必须的因素，如果反射板2在其面对边界B的端面处限定了据此状结构24，也可以不设置条形部分21。

[0037]在图1A/1B以及图3A/3B所示的第一和第二实施例中，反射板2分别设置得远离光源1，但可以设置得接近光源1，也可以设置在对应于第一主表面90(第一LCD元件D1)的区域之内的任何位置。在任何一种情况下，反射板2都设置在第二主表面91之上以将光束反射向第一主表面90(第一LCD元件D1)。另外，在上述实施例中采用两个彼此连结的聚光片，但也可以只采用一个聚光片。并且上述实施例中所示的光导板11具有矩形截面但也可以有楔形截面，在后一种情况下光导板2设置成与截面的结构对齐。

[0038]虽然以上参考具体的实施例解释并展示了本发明，但本发明不限于这些具体的实例，本发明将涵盖所有处于权利要求范围之内的变化和改型。

Claims

1.一种对两个目标照明的扩展照明装置，包括：

至少一个光源；

一个光导板，在其一个端面有该至少一个光源，并限定有第一和第二主表面，从该至少一个光源发出并进入光导板的光线分别经第一和第二主表面朝向被照明的两个目标出射；

光学片单元，由散射片和聚光片组成，至少设置在第二主表面上、从而完全覆盖该表面；和

反射装置，具有小于第二主表面的较小表面积，直接设置在光学片单元的顶部。

2.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于反射装置放置成覆盖第二主表面的一个除指定为光出射表面的区域之外的区域。

3.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于散射片具有范围在85～95％的模糊因子。

4.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于聚光片由两个光学膜组成，每个光学膜上具有棱镜图案，棱镜图案具有形成在与面对光导板的表面相反的表面上的锯齿形截面结构，并且棱镜图案彼此垂直取向。

5.如权利要求1或4所述的扩展照明装置，其特征在于聚光片的每个膜的厚度范围在50～300μm。

6.如权利要求1或2所述的扩展照明装置，其特征在于反射装置的折射率在接近指定为光出射面的区域的区域中逐渐变化。

7.如权利要求1所述的扩展照明装置，其特征在于偏转装置直接设置在第二主表面上的光学片单元的顶部，从而覆盖至少一个不被反射装置覆盖的区域。