FR2642209A1 - Lighting device for a liquid crystal screen - Google Patents

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Abstract

Lighting device for the liquid crystal screen of a portable television. This device comprises at least one fluorescent tube 9, 10 which is eccentric or "off-axis" with respect to the reflector 11, 12, the latter consisting of a segment, known as a "Herschel" segment, of a parabolic reflector.

Description

DISPOSITIF D'ECLAIRAGE POUR ECRAN A CRISTAUX LIQUIDES
La présente invention se rapporte å un dispositif d'éclairage pour écran å cristaux liquides, en particulier pour écran de téléviseur å cristaux liquides.
LIGHTING DEVICE FOR LIQUID CRYSTAL SCREEN
The present invention relates to a lighting device for a liquid crystal screen, in particular for a liquid crystal television screen.

Les téléviseurs portables munis d'écrans å cristaux liquides sont commercialisés depuis déjà quelque temps. Ces écrans & cristaux liquides ont pour avantages de ne pas nécessiter de THT, ce qui entraine une très faible consommation, et de permettre la réalisation d'écrans plats, ce qui permet de diminuer l'encombrement. En revanche, ils ne peuvent fonctionner de façon satisfaisante que si leur luminance est acceptable, aussi bien en valeur absolue qu'en uniformité. Portable televisions with liquid crystal displays have been on the market for some time. These screens & liquid crystals have the advantages of not requiring THT, which results in very low consumption, and of allowing the production of flat screens, which makes it possible to reduce the bulk. On the other hand, they can only function satisfactorily if their luminance is acceptable, both in absolute value and in uniformity.

La taille des écrans å cristaux liquides ne cessant d'augmenter, le problème de l'éclairement devient, à l'heure actuelle, de plus en plus critique. Pour compenser l'augmentation des dimensions, il est nécessaire d'augmenter la puissance lumineuse disponible, et donc soit d'augmenter le nombre de tubes fluorescents utilisés, soit d'accroitre considérablement le rendement global du dispositif d'éclairage. Par ailleurs, pour conserver la caractéristique souhaitée de "téléviseur à écran plat", il est nécessaire de limiter l'encombrement du dispositif d'éclairage à un niveau acceptable. As the size of liquid crystal displays continues to increase, the problem of lighting is becoming more and more critical today. To compensate for the increase in dimensions, it is necessary to increase the available light power, and therefore either to increase the number of fluorescent tubes used, or to considerably increase the overall performance of the lighting device. Furthermore, to maintain the desired characteristic of "flat screen television", it is necessary to limit the size of the lighting device to an acceptable level.

La figure 1 jointe représente schématiquement un dispositif classique d'éclairage pour écran de téléviseur à cristaux liquides. Un tel dispositif comporte un tube d'éclairage fluorescent 1, une optique réfléchissante de type FRESNEL constituée par un miroir parabolique å facettes 2, et un diffuseur 3 plus ou moins élaboré. Sur cette figure, l'axe optique est désigné par X, et les flèches indiquent le trajet des rayons lumineux d'éclairement. Figure 1 attached schematically shows a conventional lighting device for a liquid crystal television screen. Such a device comprises a fluorescent lighting tube 1, a reflective optic of the FRESNEL type constituted by a parabolic mirror with facets 2, and a more or less elaborate diffuser 3. In this figure, the optical axis is designated by X, and the arrows indicate the path of the light rays of illumination.

Avec ce type de dispositif connu, l'uniformité de l'éclairement est loin d'être parfaite, et la tache lumineuse correspondant å l'éclairement direct par le tube 1 se voit très nettement. With this type of known device, the uniformity of the illumination is far from perfect, and the light spot corresponding to the direct illumination by the tube 1 is very clearly seen.

Pour atténuer ce dernier défaut, il est courant d'agir localement sur le coefficient de transmission du diffuseur 3 en prévoyant un renflement 4 dans sa partie centrale. I1 est aussi connu dans ce but, de modifier, toujours dans cette partie centrale, la densité optique du diffuseur soit en volume, soit en surface. To mitigate this latter defect, it is common to act locally on the transmission coefficient of the diffuser 3 by providing a bulge 4 in its central part. I1 is also known for this purpose, to modify, still in this central part, the optical density of the diffuser either in volume or in surface.

Quelle que soit la solution actuellement adoptée, les résultats ne sont pas vraiment satisfaisants, car la tache lumineuse correspondant à l'éclairage direct du tube fluorescent reste visible malgré tout, et la luminance globale diminue. Whatever solution is currently adopted, the results are not really satisfactory, since the light spot corresponding to the direct lighting of the fluorescent tube remains visible despite everything, and the overall luminance decreases.

En outre, il faut noter que le positionnement du tube fluorescent 1 par rapport à l'optique de FRESNEL 2 doit être relativement précis, si l'on veut éviter une dégradation ultérieure de l'uniformité de la luminance. Dans ces conditions, le remplacement rapide de ce tube n'est pas une opération facile, et il faut donc assurer au tube une très longue durée de vie. In addition, it should be noted that the positioning of the fluorescent tube 1 relative to the optics of FRESNEL 2 must be relatively precise, if one wishes to avoid a subsequent degradation of the uniformity of the luminance. Under these conditions, the rapid replacement of this tube is not an easy operation, and it is therefore necessary to ensure the tube a very long service life.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients. The invention aims to remedy these drawbacks.

Elle se rapporte à cet effet à un dispositif d'éclairage pour écran à cistaux liquides qui utilise au moins une source lumineuse d'éclairement, par exemple un tube fluorescent, et au moins un miroir parabolique réfléchissant de type FRESNEL, cette source lumineuse étant placée au foyer de ce miroir. Le miroir réfléchissant est constitué par un segment, dit "de Herschel", de réflecteur parabolique, qui est excentré, ou "off-axis", par rapport à l'axe de ce réflecteur parabolique, de sorte que le foyer de ce dernier se trouve en dehors du faisceau réfléchi.To this end, it relates to a lighting device for a liquid crystal screen which uses at least one light source for illumination, for example a fluorescent tube, and at least one reflective parabolic mirror of the FRESNEL type, this light source being placed at the focus of this mirror. The reflecting mirror consists of a segment, called "Herschel", of parabolic reflector, which is eccentric, or "off-axis", relative to the axis of this parabolic reflector, so that the focus of the latter is found outside the reflected beam.

De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce dispositif d'éclairage pour écran TV à cristaux liquides, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 2 est un schéma de principe de ce dispositif ; et - Figure 3 est une coupe verticale longitudinale de ce même
dispositif.
Anyway, the invention will be well understood, and its advantages and other characteristics will emerge during the following description of a non-limiting example of embodiment of this lighting device for liquid crystal TV screen, with reference to the schematic drawing. attached in which - Figure 2 is a block diagram of this device; and - Figure 3 is a longitudinal vertical section of the same
device.

Sur la figure 2, qui est une coupe verticale longitudinale de principe du dispositif d'éclairage pour écran TV à cristaux liquides, la parabole génératrice 5 de la surface parabolique dont le réflecteur 6 utilisé est un segment excentré "de Herschel", est représentée en coordonnées cartésiennes Oxy dans le plan vertical de coupe
Cette parabole 5 a pour directrice la droite 7 d'equation x = - p, son vertex V a pour coordonnées (0,0), et son foyer F a pour coordonnées (p, O). L'axe optique X du segment réfléchissant qui est confondu avec l'axe Ox, ne passe pas, comme c'est le cas par le dispositif classique de la figure 1, par le réflecteur lui-mEme, mais à proximité.
In FIG. 2, which is a vertical longitudinal section in principle of the lighting device for a liquid crystal TV screen, the parabolic generator 5 of the parabolic surface whose reflector 6 used is an eccentric segment "of Herschel", is represented by Oxy Cartesian coordinates in the vertical section plane
This parabola 5 is directed by the line 7 of equation x = - p, its vertex V has the coordinates (0,0), and its focus F has the coordinates (p, O). The optical axis X of the reflecting segment which coincides with the axis Ox, does not pass, as is the case with the conventional device of FIG. 1, through the reflector itself, but close to it.

Le tube fluorescent 1 est bien entendu placé au foyer F du segment de réflecteur parabolique 6, de sorte que les rayons lumineux 7 qu'il émet vers le segment réflecteur 6 se réfléchissent selon des rayons 8 qui sont parallèles à l'axe optique X tout en restant à distance de ce dernier. Comme précédemment, un diffuseur 3 est placé sur le trajet de faisceau 8. The fluorescent tube 1 is of course placed at the focal point F of the parabolic reflector segment 6, so that the light rays 7 which it emits towards the reflective segment 6 are reflected along rays 8 which are parallel to the optical axis X while staying away from it. As before, a diffuser 3 is placed on the beam path 8.

La hauteur de la zone éclairée étant désignée par d et le décalage, ou "offset", de la source lumineuse 1 par rapport au faisceau réfléchi 8 étant désigné par e, l'abscisse p du foyer de la parabole (abscisse qui est représentative de l'encombrement maximal du dispositif d'éclairement) est dans cet exemple préférentiel donnée par la relation (I) donnant une approximation suffisante dans la plupart des cas
(1) p fL(d + e)/2
On constate qu'avec ce dispositif, on dispose d'un accès non restrictif au foyer F, c'est-à-dire au tube d'éclairage 1 (ou autre source lumineuse), sans problème d'ombre.
The height of the illuminated area being designated by d and the offset, or "offset", of the light source 1 with respect to the reflected beam 8 being designated by e, the abscissa p of the focal point of the parabola (abscissa which is representative of the maximum size of the lighting device) is in this preferred example given by the relation (I) giving a sufficient approximation in most cases
(1) p fL (d + e) / 2
It can be seen that with this device, there is unrestricted access to the focal point F, that is to say to the lighting tube 1 (or other light source), without any shade problem.

Un exemple pratique de réalisation, qui utilise deux tubes fluorescents 9, 10 et deux segments réflecteurs respectifs de Herschel 11, 12 est représenté sur la figure 3. A practical example of embodiment, which uses two fluorescent tubes 9, 10 and two respective reflective segments of Herschel 11, 12 is shown in FIG. 3.

Chaque tube fluorescent 9, 10 est partiellement entouré d'un organe réfléchissant, respectivement 13 et 14, qui est conformé pour diriger la quasi-totalisé de la lumière émise en direction des segments réflecteurs 11 et 12, ces derniers étant positionnés tête-bêche, avec un bord transversal commun 18, et "en pointe", de façon que les rayons lumineux 15 réfléchis vers le diffuseur 3 soient tous parallèles, qu'ils proviennent du tube fluorescent 9 ou du tube fluorescent 10. Each fluorescent tube 9, 10 is partially surrounded by a reflecting member, respectively 13 and 14, which is shaped to direct almost all of the light emitted towards the reflecting segments 11 and 12, the latter being positioned head to tail, with a common transverse edge 18, and "at a point", so that the light rays 15 reflected towards the diffuser 3 are all parallel, whether they come from the fluorescent tube 9 or from the fluorescent tube 10.

Les organes réfléchissants 13, 14 sont chacun composés d'une portion d'enveloppe cylindrique réfléchissante,-respectivement 16 et 17, concentrique au tube lumineux associé, respectivement 9 et 10, cette enveloppe 16, 17 étant prolongée par une partie plane réfléchissante, respectivement 18 et 19, qui relie cette portion d'enveloppe cylindrique 16, 17 au bord libre du segment de Herschel correspondant 11, 12. The reflecting members 13, 14 are each composed of a portion of reflecting cylindrical casing, respectively 16 and 17, concentric with the associated light tube, respectively 9 and 10, this casing 16, 17 being extended by a plane reflecting part, respectively 18 and 19, which connects this portion of cylindrical envelope 16, 17 to the free edge of the corresponding Herschel segment 11, 12.

Le dispositif qui vient d'être décrit présente, par rapport aux dispositifs de la technique antérieure, tels que celui de la figure 1, de nombreux avantages la géométrie du réflecteur utilisé est très simple par
rapport aux géométries de FRESNEL actuelles l'éclairement direct par le ou les tubes fluorescents
est limité, de sorte que l'uniformité est considérable
ment améliorée les tubes fluorescents sont aux foyers des segments ré
flecteurs paraboliques, mais leurs dimensions n'étant pas
négligeables, ils doivent être consid4rés comme des
sources lumineuses étendues, de sorte qu'il faut donc te
nir compte de l'effet de dispersion dû à la variation de
l'angle d'incidence sur la surface réfléchissante : il
s'agit là en réalité d'un phénomène bénéfique, car il
augmente la tolérance sur le positionnement sans affecter
de façon significative l'uniformité de l'éclairement ; ce
raisonnement est valable pour l'enveloppe réfléchissante
cylindrique des tubes, ce qui permet de récupérer la
quasi- -totalité de la puissance lumineuse émise de part leur position excentré, et compte-tenu du fait
que la précision du positionnement est peu importante,
les tubes fluorescents peuvent être facilement remplacés;; en considérant par suite ces tubes comme des pièces aisé
ment remplaçables, il est possible d'accepter une diminu
tion de leur durée de vie, et par conséquent d'accroitre
leur rendement lumineux compte-tenu du résultat, l'encombrement reste réduit, ce
qui permet d'envisager l'utilisation de quatre tubes par
écran, dont un tube par côté la tache correspondant à l'éclairement direct par les
tubes fluorescents étant éliminée, le diffuseur 3 se
réduit à une simple plaque de verre dépoli, ou à une
simple plaque en matériau plastique dépoli ; à la limite,
moyennant une traitement de la surface réfléchissante, il
est possible de s'affranchir complètement du diffuseur 3,
avec en consequence un gain de place significatif.
The device which has just been described has, compared to the devices of the prior art, such as that of FIG. 1, many advantages the geometry of the reflector used is very simple by
compared to current FRESNEL geometries direct lighting by the fluorescent tube (s)
is limited, so the consistency is considerable
improved fluorescent tubes are at the focal points of the segments
parabolic flectors, but their dimensions are not
negligible, they should be considered as
wide light sources, so you have to
take into account the dispersion effect due to the variation of
the angle of incidence on the reflecting surface: it
this is actually a beneficial phenomenon because it
increases tolerance on positioning without affecting
significantly the uniformity of illumination; this
reasoning is valid for the reflective envelope
cylindrical tubes, which allows to recover the
almost all of the light power emitted from their eccentric position, and taking into account the fact
that positioning accuracy is not important,
fluorescent tubes can be easily replaced; considering these tubes as easy pieces
replaceable, it is possible to accept a decrease
tion of their lifespan, and consequently to increase
their light output taking the result into account, the overall dimensions remain reduced,
which allows to consider the use of four tubes per
screen, including a tube on each side the spot corresponding to the direct lighting by the
fluorescent tubes being eliminated, the diffuser 3
reduced to a simple sheet of frosted glass, or to a
single plate in frosted plastic; at the limit,
by treating the reflective surface, it
is possible to completely bypass diffuser 3,
with consequently a significant saving of place.

Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit En particulier, comme mentionné ci-dessus, le diffuseur 3, peut être supprimé ; il est possible de prévoir en tout quatre tubes d'éclairement, dont un par côté de l'écran utilisé, et en conséquence quatre segments réflecteurs de Herschel, etc...  It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment which has just been described. In particular, as mentioned above, the diffuser 3 can be omitted; it is possible to provide a total of four lighting tubes, including one per side of the screen used, and consequently four Herschel reflective segments, etc.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'éclairage d'écran à cristaux liquides, ce dispositif comportant au moins une source lumineuse d'éclairement (1, 9, 10) et au moins un miroir parabolique réfléchissant de type FRESNEL (6, 11, 12), cette source lumineuse (1, 9, 10) étant placée au foyer (F) de ce miroir (6, 11, 12), caractérisé en ce que ce miroir réfléchissant est constitué par un segment, dit "de 1 - Liquid crystal screen lighting device, this device comprising at least one light source of illumination (1, 9, 10) and at least one reflective parabolic mirror of the FRESNEL type (6, 11, 12), this light source (1, 9, 10) being placed at the focal point (F) of this mirror (6, 11, 12), characterized in that this reflecting mirror is constituted by a segment, called "of Herschel", de réflecteur parabolique, ce segment (6, 11, 12) étant excentré, ou "off axis", par rapport à l'axe (X) de ce réflecteur parabolique, de sorte que le foyer (F) de ce dernier se trouve en dehors du faisceau réfléchi (8, 15).Herschel ", of parabolic reflector, this segment (6, 11, 12) being eccentric, or" off axis ", compared to the axis (X) of this parabolic reflector, so that the focus (F) of the latter is outside the reflected beam (8, 15). 2 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'abscisse (p), sur l'axe X de la parabole génératrice (5)-du réflecteur parabolique, du foyer (F) de cette parabole, est reliée à la hauteur (d) de la zone éclairée et au décalage (e) de la source lumineuse (1) par rapport au faisceau réfléchi (8), par la relation 2 - Lighting device according to claim 1, characterized in that the abscissa (p), on the axis X of the generating parabola (5) -du parabolic reflector, of the focal point (F) of this parabola, is connected at the height (d) of the illuminated area and at the offset (e) of the light source (1) relative to the reflected beam (8), by the relation p { (d+ e)/2 p {(d + e) / 2 3 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la source lumineuse (9, 10) est partiellement entourée d'une enveloppe réfléchissante (13, 14) qui est conformée pour diriger la quasi-totalité de la lumière émise en direction du segment réflecteur (11, 12). 3 - Lighting device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the light source (9, 10) is partially surrounded by a reflective envelope (13, 14) which is shaped to direct almost all of the light emitted towards the reflective segment (11, 12). 4 - Dispositif d'éclairage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux sources lumineuses (9, 10) qui sont associées chacune à un segment réflecteur respectif (11, 12), ces segments réflecteurs (11, 12) étant positionnés tête-bêche et "en pointe", avec un bord commun (18), de façon que les rayons lumineux réfléchis (15) soient tous parallèles. 4 - Lighting device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises at least two light sources (9, 10) which are each associated with a respective reflective segment (11, 12), these segments reflectors (11, 12) being positioned head to tail and "pointed", with a common edge (18), so that the reflected light rays (15) are all parallel. 5 - Dispositif d'éclairage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en tout quatre sources lumineuses, dont une par côté de l'écran à éclairer. 5 - Lighting device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises altogether four light sources, including one per side of the screen to be illuminated. 6 - Dispositif d'éclairage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface réf lé- chissante du ou des segments réflecteurs (1, 11, 12) est traitée de façon à permettre de s'affranchir d'un diffuseur (3).  6 - Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the reflecting surface of the reflective segment (s) (1, 11, 12) is treated so as to make it possible to dispense with a diffuser (3).
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