CN206523723U - 内置光源的显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内置光源的显示器，包括第一基板、第二基板、像素层及与所述第二基板固定的光源和驱动电路，所述第一基板是透明介质板，所述第一基板具有相对的第一前表面、第一后表面及相对的入射光端面、非入射光端面，所述第二基板具有相对的第二前表面和第二后表面，所述第一后表面设有透明电极，所述第二前表面设有电极，所述第一前表面、第一后表面均是光滑的平面并相互平行，所述第一后表面和第二前表面距离固定，所述像素层充填于所述第一后表面和第二前表面之间，所述像素层包含大量的能够独立控制且能够散射的像素点，所述光源邻近所述入射光端面。该显示器厚度较薄，能够避免了光的大量损失和干扰光的产生。

Description

内置光源的显示器

技术领域

本实用新型涉及平板显示器领域，尤其涉及一种内置面光源的平板显示器。

背景技术

内置光源的显示器与两个方面的技术相关，一个是显示器的照明技术，另一个是显示器的薄形化技术。

下面先分析一下显示器的前置照明技术。

电视机、手机等设备中最常采用TFT液晶显示器，它是一种由透射光组成图像的显示器，需要所谓的后置光源(通常叫背光源)来照明。背光源主要由导光板和发光体组成，发光体发出的光从导光板的端部进入导光板，导光板的一面是光滑的平面，另一面上做各种各样的细微散光层，包括用激光打出的网点和沟槽，也包括用模具加工的凹凸点，还包括印刷了的散光网点和网格，从导光板的端部发射过来的大于临界角的光线，在光滑的平面上全反射，而在具有散光层的面上发生散射，即在散光层上光向前向后各个方向都发射，其中向后发射的光用反光膜反射到前方，然后与向前发射的光合并照射TFT显示器(参见图1D)。Kindle电子书所用的电泳显示器(EPD)以及双稳态液晶显示器，它们自身不发光，是另一种由反射光组成图像的显示器，它们靠太阳光和灯光的反射实现正常显示，在黑暗环境下不能实现良好显示。后置的背光源不适用于电泳显示器，因为其构成图像的每一个像素点里都含有大量的带电固体微粒，这些固体微粒具有很强的光散射性质，对背面发射的光所有像素点都无区别地散射掉。后置的背光源对于双稳态液晶显示器也不适用，因为这种显示器背面通常设置完全不透光的反射板。因此，不发光的反射式显示器必须采用其它方法解决黑暗环境下正常显示。

最原始的解决方法是，在该类显示器的前侧边放置LED照明灯，这种方式虽然可以解决照明问题，但因为点光源斜向照明，光的利用率很低，照明区域的明暗差别很大。

另一种是前置面光源的解决方法。如专利号为ZL 201420513510.4(公告号为CN204114726U)的前置面光源的显示器，该专利公开了一种设置在双稳态液晶显示器前面的面光源结构，其导光板的后表面(靠近显示器的面)是用激光加工了网点的散射面，而前表面是光滑的平面，从导光板侧端面射进来的光在光滑平面上全反射，而在散射面上部分光转变成向后发射的光，实现了显示器的面光照明；公开号为CN103217848A的专利也提出了一种设置在电子纸显示器前面的面光源结构，其导光板的前表面(靠近观察者的面)是散射面，后表面是光滑平面，从导光板侧端面射进来的光经该散射面也有一部分转变成向后发射的面光。这两专利技术的原理分别如图1B和图1C所示，其区别在散射面的位置，图1B向后散射的光的份量相对向前散射的光的份量少，而图1C则相反。然而这种前置面光源照明方式存在一些缺点，第一个严重缺点是导光板的散射面上散射的光线有相当多的部分直接向前照射到观察者的眼睛(如图1B和图1C向上箭头表示的光线)，构成严重的光干扰，导致图像对比度显著降低，第二个缺点是导光板上的散射层上散射的光线仅有部分向后照射图像，光的利用率低，第三个缺点是导光板上的散射层对其后面的图像带来模糊效应，第四个缺点是导光板制造散射层花费成本。

下面再分析一下显示器的薄形化技术。

薄形化的目的是减少显示器的厚度和重量。

最原始的解决方法是，采用较薄的玻璃基板来制作显示器，这可能导致加工中玻璃破损严重，或者在显示器的最后阶段减薄玻璃基板。但是当显示器附加功能越来越多，比如显示器的背面加背光源，显示器的前面加触摸屏或前光源时，还会增加厚度，所以薄形化的必要性仍然存在。

JPH0990359 A、CN1412609 A、CN1442736 A提出了一种带有后置光源的液晶显示器，它们的共同特点在于后基板一物两用，即作为下显示器电极的承载体，又作为后置光源的导光板，从而比传统背光源技术减小了一个导光板的厚度。厚度减小了，但是导光中吸光性大的偏光片(偏振片)的参与导致光的损失很大，而且在玻璃(或塑料，工业上基板几乎都是玻璃)基板上附加导光中转变光方向的散光层(反射胶带、光散射点、微小光路转换斜面)其难度大且额外增加很大成本。更值得提醒的是，这种结构只适用于液晶显示器等像素是透明的显示器，不适用于电泳显示器等反射式显示器。

由此可见，现有的前置光源技术是有很大缺陷的，其根源在于机械地把带有散光层的导光板置于显示器前面，带来干扰光的缺点和其它副作用，导致图像对比度显著下降；而现有的薄形化技术，虽然对液晶显示器有效，但对电泳显示器等反射式显示器不适用。

因此，对于电泳显示器等反射式显示器，提出一种新的原理和新的结构，即保持薄形化构造，又解决现有前置面光源显示器存在的缺点是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型提供一种新的内置光源的显示器。

本实用新型提供一种内置前置光源的显示器，包括第一基板、第二基板、像素层及与所述第二基板固定的光源和驱动电路，所述第一基板是透明介质板，所述第一基板具有相对的第一前表面、第一后表面及相对的入射光端面、非入射光端面，所述第二基板具有相对的第二前表面和第二后表面，所述第一后表面设有透明电极，所述第二前表面设有电极，所述第一前表面、第一后表面均是光滑的平面并相互平行，所述第一后表面和第二前表面的距离固定，所述像素层充填于所述第一后表面和第二前表面之间，所述像素层包含大量的能够独立控制的像素点，所述像素点是含有大量散射微粒的介质，所述光源邻近所述入射光端面，所述光源发出的光线经所述入射光端面进入所述第一基板，并经所述第一基板反射、折射后进入所述像素层，所述驱动电路与所述电极电连接。所述第一基板包括层叠的至少两层透明介质板，相邻的两层所述介质板用光学透明胶无气泡地全贴合。

所述第一基板可以是单一的平板玻璃、单一的PMMA板、单一的PET板或单一的PC板，还可以是平板玻璃与PMMA板用光学透明胶(OCA)无气泡地全贴合的复合板、平板玻璃与PET板用光学透明胶(OCA)无气泡地全贴合的复合板或平板玻璃与PC板用光学透明胶(OCA)无气泡地全贴合的复合板，所述复合板是四端面齐平的矩形透明介质板。当然，第一基板也可以由其它透明材料制成。

第一基板可以仅有一层；或者由至少两层透明介质板构成的复合板，相邻两层介质板的对应表面全部通过光学透明胶贴合，而形成无气泡地全贴合。第一基板为复合板时，第一后表面是最后方(最邻近第二基板)的透明介质板的表面，第一前表面是最前方(最远离第二基板)的透明介质板的表面。第二基板可以仅有一层，或者是由至少两层介质板构成的复合板。

所述像素层所包含的像素点是含有带电固体微粒的电泳介质。

所述光源包括多个间隔分布的片状发光体，所述发光体与所述第一基板平行。

所述第二基板具有水平伸出所述入射光端面的部分，所述驱动电路和光源均设于伸出的所述部分。

所述光源包括发光体及光纤，所述光纤位于所述发光体和入射光端面之间，所述发光体发出的光线经过所述光纤照射所述入射光端面。

所述的内置光源的显示器，还包括不透光的反光体，所述反光体设于所述第一基板的非入射光端面。

所述的内置光源的显示器，还包括不透光且能够漫反射的遮光体，所述遮光体设于所述第一前表面并邻近所述入射光端面。

所述遮光体和反光体是一体成型的铝合金片材。

本实用新型的有益效果是：创造性提出了用现有显示器的前基板为导光板，直接以像素层作为散光层，一方面省略了外挂导光板，有利于显示器的薄形化，另一方面取消了显示器前面的散光层，避免了干扰光的产生和光的大量损失。

附图说明

图1是传统面光源的原理和结构示意图；

图2是内置面光源的显示器的第一具体实施方式的剖视图；

图3是内置面光源的显示器的第一具体实施方式的正视图，其中，光源的发光体为LED灯；

图4是内置面光源的显示器的第二具体实施方式的正视图，其中，光源包括光纤与LED灯。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图2及图3所示，一种内置面光源的显示器，包括第一基板1、第二基板2、像素层3、发光体4、遮光体5、反光体6、驱动电路7、照明电路8及粘接胶9，第一基板1是后表面镀了透明电极的透明介质板，第二基板2是前表面镀了电极的电绝缘板，像素层3是散射性强的介质层，相对于观察者，第一基板1在前，其透明电极在后表面；像素层3在中；第二基板2在后，其电极在前表面，在第一基板1上的透明电极和第二基板2上的电极通电时，像素层3的各个像素点的可见光反射性质能够被选择性地控制。发光体4靠近第一基板1右端面，其发出的光射向第一基板1，并通过反射和折射转向像素层3。遮光体5设置于第一基板1前表面右边部，其作用是阻止发光体4发出的小于临界角的光向第一基板1的外侧泄漏。反光体6设置于第一基板1的未被发光体占据的端面区域，其作用是反射发光体4射到第一基板1端面的光。驱动电路7连接到第一基板1和第二基板2上的电极并提供驱动电信号。照明电路8连接到发光体4的电极并提供照明电。粘接胶9是用于固定第一基板1和第二基板2的间隙。

本实施方式的第一基板1可以是设置了ITO(铟锡氧化物)透明电极的平板玻璃、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)板、PC(聚碳酸酯)板、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃或亚克力)板等，它们都是折射率较大的透明介质板，具有很好的导光板的作用。本实施方式第一基板主体材料还可以是平板玻璃与PMMA板用光学透明胶(OCA)无气泡地全贴合的复合板、平板玻璃与PET板用光学透明胶(OCA)无气泡地全贴合的复合板或平板玻璃与PC板用光学透明胶(OCA)无气泡地全贴合的复合板，这些复合板构成一个完整的透明介质板。

本实施方式的第二基板2是表面镀了电极的电绝缘体，电极可以是透明ITO，也可以是不透明金属，第二基板可以透明也可以不透明，优选平板玻璃、PET薄膜、PC板、PMMA板。第二基板有没有导光板的作用无关紧要。

本实施方式的像素层3所包含的像素点是散射性强的介质层，该介质层优选含有大量带电固体微粒的电泳介质。

本实施方式的发光体4优选为LED灯、光纤与LED灯的组合。

本实施方式的遮光体5是完全不透光且具有漫反射性能的材料，可以选铝合金片、高反射印刷油墨。

本实施方式的遮光体5位于第一基板1外侧边部，条状形状，条状的宽度不小于L，L＝0.5×透明介质板厚度×透明介质板对空气全反射临界角的正切值。计算可以证明，当发光体的中心点位于第一基板厚度中间位置时，照射到离边小于L距离的光的入射角就小于临界角(反之大于临界角)，遮光体就是阻止这部分光泄漏。当第一基板为玻璃或亚克力时，L接近板材(第一基板)的半个厚度。

本实施方式的反光体6是完全不透光且具有漫反射性能的材料，优选铝合金片、高反射印刷油墨。

本实施方式的遮光体5和反光体6都可以是具有良好的遮光和漫反射性能的材料，因此采用铝合金板制作时二者可以是独立的单元，也可以把二者合并为一个单元，方便一次成形。

本实施方式的驱动电路7和照明电路8可以设置在各自独立的两个基板上，也可以设置在同一个基板上，以便节省成本，所述基板优选PI柔性基板。

为了便于理解上述结构，先从光学原理说明从端面进入到导光板的光如何分布到面上、如何从表面发射出来。根据光学原理，从光密介质到光疏介质的光只要其入射角大于临界角就只能全反射，无法折射出去，比如图1A所示那样从两面皆光滑平面的导光板的端面进入的光(由光源1射出)中大于临界角的光只能在导光板2的前表面和后表面之间不断地全反射，无法通过前后表面折射到空气中，无法构成面光源。但是如果把导光板中的一面做一些改变，光就可以离开该面发射出来，比如图1B和图1C那样把导光板的一面做成粗糙的散光面3，例如面上设置微小凸起、微小沟槽或微小网孔等，光射到这样的面时不发生全反射，而是向各个方向反射或折射，也就是向前后方向散射，这就能构成面光源，如果像图1D那样后面再加反射膜4，把向后散射的光全部赶到前面，那就变成传统背光源的做法。这种传统背光源的导光板的前后两边都是空气，所以必须把其中一面设置为散光面，以使光从面上发射出来。在传统背光源技术中，先利用导光板光滑平面的全反射性质使侧面入射的光均匀分配在面上，然后利用散光层将面上的光导出来，再利用反射膜将相互背向散射的光赶到一个方向。本实用新型技术中，导光板的两面都是光滑的平面，保留了导光板的对着空气的面的全反射性质，使侧面入射的光均匀分配在面上，但取消了导光板另一面上的散光层(前面已经说明，前置时散光层带来副作用)，也取消了遮挡光线的反射膜；本实用新型中导光板的另一面直接和像素层接触，没有与空气接触，所以该面上不发生全反射，光可以直接折射到像素层，光线直接照射散射微粒，不产生干扰光，光的损失少。本实用新型技术中，利用显示器本身必须的第一基板作为导光板，没有额外设置导光板，在增设内置光源的情况下没增加厚度。

本实施方式中，显示器的第一基板(也是起导光作用的导光板)的外面是空气，但内面是像素层，它的折射率远远大于空气，当像素层的折射率等于或大于导光板折射率时不发生全反射，而是发生折射，光离开导光板进入到像素层，然后在固体微粒上散射，而这散射的光正是需要的图像。当像素层的折射率接近导光板的折射率时，临界角的数值变大，少量大于入射角的光会全反射，但大部分光还是折射到像素层，仍然能实现良好的照明，电泳显示中就是这种情况。临界角的计算公式是：临界角＝arc sin n1/n2,n1为光疏介质的折射率，n2为光密介质是指折射率，本实施方式中中n2为导光板(第一基板)的折射率，大约1.52(玻璃)，n1是空气的折射率1.00或像素层的折射率，计算得到导光板对空气的临界角是41.14度，导光板对像素层的临界角是72.54度(假设像素层介质的折射率是1.45)。这样当发光体发出的光从导光板内部射向空气面时大部分光全反射打回来，而从导光板内部射向像素层面时较大一部分光折射出去。折射到像素层的光，被该层中的大量微小固体微粒散射，形成图像被观察者看到。

从以上说明中看出，本实施方式相对专利ZL 201420513510.4和专利CN103217848A具有显著的差别和突出的效果。首先，本实施方式提出了一种显示器和照明光源集成为一体的内置光源显示器，而对比技术是外置光源显示器，这好比从外挂式触摸屏进步到内嵌式触摸屏，其突出效果是不额外增加厚度；其次，本实施方式导光板的结构不同，即导光板(第一基板)的两面都是光滑的平面，没有加工网点、凸起等起散光作用的结构，不是利用散光面导出面光，而是利用折射率匹配使导光板内的光折射到像素层；第三，因为导光板上没有设置网点、凸起等起散光作用的结构，就避免了其散射光的一部分直接反射到观察者的眼睛而导致的图像对比度下降；第四，节省了导光板上制作网点或凸起的成本。本实施方式是折射光直接对黑或白的固体微粒照射产生漫反射图像，其效果堪比白纸黑字的对比度。

本实用新型属于前置面光源显示器，由于其特殊结构和原理，显示器的像素层必须是散射性很强的介质，比如含有带电固体微粒的电泳介质层。对于反射式液晶显示器，本实用新型结构不适用，假如采用本结构，那么在反射片上反射(基本上镜面反射)的光到达另一面时全反射，达不到照射的目的。

本实施方式在性能和成本上做了进一步的改进。首先，在第一基板1的边部和端部分别设置了遮光体5和反光体6，这样把边部泄漏的干扰光和端部泄漏的干扰光都回收成有用的光；其次，把显示器的驱动电路7和发光体的照明电路8合并到同一个基板上，节省了成本。

本实施方式把单纯显示器提升为内置照明功能的显示器时，仅增加了发光体4、遮光体5和反光体6、照明电路8等四个单元，没有增加占据厚度空间较大的导光板(借用显示器的基板导光)，遮光体5占据厚度空间小于0.1毫米，发光体4和反光体6不增加厚度，照明电路8的基板和原来就有的驱动电路7的基板合并。

图2为本实施方式内置面光源的显示器的剖视图，其中第一基板1和第二基板2的内侧具有透明电极，两个基板之间充满像素层3，当第一基板1和第二基板2上的选定区域上的电极(厚度极小，图2中没示出)通电时与该选定区域对应的像素的光反射率发生变化，从而该像素的颜色与其它像素不同，实现文字和图像的显示。驱动电路7连接到第一基板1和第二基板2上的电极并提供驱动电信号，它是由IC等电子零件集成的电气回路，设置在PI柔性基板上。以上是起显示器作用的结构，下面讲起面光源作用的结构。发光体4靠近第一基板1端面设置，其发出的光透过右端面射进第一基板1内，这时作为透明介质板的第一基板1起导光板的作用，该光中占大部分的大于临界角的光束射到前面空气面时全部被全反射回来，而射到后面时一部分被反射回来另一部分被折射出去，折射出去的光照亮后面的像素层3；该光中占少部分的小于临界角的光束射到前面空气面时不会发生全反射，但被遮光体5强行反射回来，此后其中一部分变成大于临界角的光参与前述过程；大于临界角的光束经过多次全反射到达透明介质板的对面的端面，此时反光体6此光强行反射回来，并且改变其入射角，参与此后的反射和折射过程。发光体4的照明电路8可以单独设置，也可以与显示器的驱动电路7合二为一，在图2中表达了照明电路8和驱动电路7合为一体的情形。

图3是内置面光源的显示器的第一具体实施方式的正视图，第一基板1是镀ITO透明电极的玻璃，第二基板2是镀了金属电极玻璃，其中第二基板2的一边比第一基板1多出一些，方便其上的ITO电极连接到驱动电路7上；发光体4为LED灯，连接到照明电路8上，位于第一基板1右侧端面附近，其发光方向上从右向左，并与第一基板1基本平行，照明电路8和驱动电路7设置在同一个PI柔性基板上；遮光体5和反光体6是用薄铝板制作成一体的折弯了的框，前面部分起遮光体作用，侧面部分起反光体的作用。该实施方式中的像素层3是含有大量带电微小固体微粒的电泳介质层。该像素层3可以用其他适合显示的漫反射性强的介质层取代。

图4是内置面光源显示器的第二具体实施方式第的正视图。与图3实施方式相比区别仅在LED数量和光纤，一个LED灯4先照射光纤10，然后光纤照射第一基板1的端部，这种光纤和LED灯的组合这是考虑第一基板1非常薄的情形，比如小于等于0.2毫米，对应这么薄的端面的LED厚度也得很薄，价格昂贵。如果把LED发射的光用光纤引导到第一基板1端面，那么厚度小不成问题。这样可以适应显示器基板日益变薄的趋势。

本实用新型利用电泳显示器EPD的特点，其像素层是含有大量带电微小固体微粒的介质，这些固体微粒具有很强的散射性，只要把导光板上的光引导到这些固体微粒上就能实现很好的显示照明。本实用新型还注意到所有显示器的对着观察者的基板都是透明基板，其折射率也比较高，所以它可以担当良好的导光板的作用。由此，本实用新型创造性提出了用显示器原有的前透明基板为导光板，以散射性很强的像素层为散光层的技术方案。本实用新型没有设置外挂导光板，有利于显示器厚度的薄化，也没有显示器前面的散光层，避免了光的大量损失和干扰光的产生。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种内置光源的显示器，其特征在于，包括第一基板、第二基板、像素层及与所述第二基板固定的光源和驱动电路，所述第一基板是透明介质板，所述第一基板具有相对的第一前表面、第一后表面及相对的入射光端面、非入射光端面，所述第二基板具有相对的第二前表面和第二后表面，所述第一后表面设有透明电极，所述第二前表面设有电极，所述第一前表面、第一后表面均是光滑的平面并相互平行，所述第一后表面和第二前表面的距离固定，所述像素层充填于所述第一后表面和第二前表面之间，所述像素层包含能够独立控制的像素点，所述像素点是含有散射微粒的介质，所述光源邻近所述入射光端面，所述光源发出的光线经所述入射光端面进入所述第一基板，并经所述第一基板反射、折射后进入所述像素层，所述驱动电路与所述电极电连接。

2.如权利要求1所述的内置光源的显示器，其特征在于，所述第一基板包括层叠的至少两层透明介质板，相邻的两层所述介质板用光学透明胶无气泡地全贴合。

3.如权利要求1所述的内置光源的显示器，其特征在于，所述像素点是含有带电固体微粒的电泳介质。

4.如权利要求1所述的内置光源的显示器，其特征在于，所述光源包括多个间隔分布的片状发光体，所述发光体与所述第一基板平行。

5.如权利要求1所述的内置光源的显示器，其特征在于，所述第二基板具有水平伸出所述第一基板入射光端面的部分，所述驱动电路和光源均设于伸出的所述部分。

6.如权利要求1所述的内置光源的显示器，其特征在于，所述光源包括发光体及光纤，所述光纤位于所述发光体和入射光端面之间，所述发光体发出的光线经过所述光纤照射所述入射光端面。

7.如权利要求1所述的内置光源的显示器，其特征在于，还包括不透光的反光体，所述反光体设于所述第一基板的非入射光端面。

8.如权利要求7所述的内置光源的显示器，其特征在于，还包括不透光且能够漫反射的遮光体，所述遮光体设于所述第一前表面并邻近所述入射光端面。

9.如权利要求8所述的内置光源的显示器，其特征在于，所述遮光体和反光体是一体成型的铝合金片材。