Устройство фоновой подсветки

Изобретение относится к устройствам подсветки жидкокристаллических панелей. Устройство фоновой подсветки содержит источник света с большой расходимостью, световодную пластину, световыводящее средство и оптический элемент, предназначенный для ввода излучения в световодную пластину, расположенный между источником света и световодной пластиной. Световодная пластина имеет верхнюю и нижнюю поверхности, а оптический элемент, изготовленный из прозрачного оптического материала и обладающий симметрией, включает в себя две боковые поверхности. Боковые поверхности примыкают к выходной поверхности, а входная поверхность выполнена в виде двух выступов. Внутренние поверхности примыкают под углом одна к другой, а внешняя грань каждого выступа примыкает под углом к соответствующей боковой поверхности. Источник света находится между выступами входной поверхности оптического элемента, а каждая внутренняя поверхность входной поверхности выполнена с возможностью направления света источника внутрь элемента на внешнюю грань и боковую поверхность, обеспечивающие полное внутреннее отражение света на выходную поверхность и боковую поверхность оптического элемента. Технический результат - повышение однородности яркости на выходе и световой эффективности. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к оптике, а более конкретно, к устройствам подсветки жидкокристаллических (ЖК) панелей.

В общем случае устройство фоновой подсветки ЖК панели включает в себя источник света, световодную пластину, равномерно распределяющую свет с помощью световыводящего средства на поверхности ЖК панели, устройство ввода излучения в световодную пластину, направляющее свет источника на входную поверхность светонаправляющей пластины. Форма и взаимное расположение элементов влияет на эффективность работы устройства фоновой подсветки.

В самой простой конструкции устройства фоновой подсветки излучающая поверхность источника света расположена непосредственно перед плоской входной поверхностью световодной пластины без использования дополнительного направляющего оптического элемента. Устройство с такой конструкцией описано, например, в патенте США №5396350 [1] и содержит световодную пластину, источник света, расположенный напротив входной стороны световодной пластины, и световы водящие средства, основания которых примыкают к основанию световодной пластины с образованием оптического контакта. Недостаток данной конструкции заключается в том, что значительная, в основном центральная, часть светового пучка, проходящего через световодную пластину и имеющего малый угол распространения, не может быть отражена несколько раз от рабочих поверхностей пластины и выведена из нее эффективно с помощью световыводящего средства. Это приводит к значительным потерям интенсивности света и, следовательно, снижает оптическую эффективность всего устройства.

Устройство фоновой подсветки, описанное в выложенной патентной заявке США №2005/0002176 [2], содержит световодную пластину, источник света, расположенный напротив входной стороны световодной пластины, и световыводящее средство; кроме того, устройство содержит оптический элемент, который расположен между источником света и световодной пластиной с образованием оптического контакта между выходной поверхностью оптического элемента и входной стороной световодной пластины. Оптический элемент представляет собой оптический клин, обеспечивающий отклонение центрального луча пучка, поступающего от источника излучения в световодную пластину. При этом основная часть светового пучка распространяется под оптимальным углом в световодной пластине, то есть данное устройство лишено недостатка описанного выше аналога. Однако одной клиновидной поверхности недостаточно для того, чтобы обеспечить необходимый диапазон углов распространения лучей в пластине: боковые лучи пучка, попадающего в световодную пластину частично выходят из пластины, не испытывая полного внутреннего отражения, так как для них не обеспечен угол, при котором имеет место полное внутреннее отражение; частично лучи бокового пучка также проходят насквозь через световодную пластину, так как имеют малые углы отклонения. Данное устройство выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения. Как уже отмечалось, недостатком устройства прототипа являются потери света по причине невыполнения условия полного внутреннего отражения (ПВО) для части лучей, поступающих от источника. В устройствах фоновой подсветки данный недостаток решают обычно путем установки под световодной пластиной отражателя, но это увеличивает стоимость и сложность системы. Кроме того, отражатель обычно имеет отражательную способность, не превышающую 94-96%. Существенным недостатком прототипа и существующих аналогов, в которых не реализовано разделение входящего пучка на несколько отдельных частей, является также наличие лучей, проходящих насквозь через световодную пластину, что снижает оптическую эффективность системы фоновой подсветки, а также меньшая равномерность распределения света внутри световодной пластины, что, в свою очередь, снижает равномерность распределения света на выходе устройства фоновой подсветки.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства фоновой подсветки с более высокой оптической эффективностью и однородностью яркости на выходе.

Поставленная задача решена путем создания устройства фоновой подсветки, которое включает в себя источник света с большой расходимостью, световодную пластину, световыводящее средство и оптический элемент, предназначенный для ввода излучения в световодную пластину, расположенный между источником света и световодной пластиной, причем световодная пластина имеет верхнюю и нижнюю поверхности, а оптический элемент, изготовленный из прозрачного оптического материала и обладающий симметрией, включает в себя две боковые поверхности, входную и выходную поверхности, при этом выходная поверхность является плоской и выполнена с возможностью обеспечения оптического контакта со световодной пластиной, боковые поверхности примыкают к выходной поверхности, а входная поверхность выполнена в виде двух выступов, которые имеют две внутренние поверхности, расположенные одна напротив другой, и внешние грани, при этом внутренние поверхности примыкают под углом одна к другой, а внешняя грань каждого выступа примыкает под углом к соответствующей боковой поверхности, причем источник света находится между выступами входной поверхности оптического элемента, а каждая внутренняя поверхность входной поверхности выполнена с возможностью направления света источника внутрь элемента на внешнюю грань и боковую поверхность, которые выполнены с возможностью полного внутреннего отражения света на выходную поверхность и боковую поверхность оптического элемента.

Для функционирования устройства важно, чтобы оно имело, по меньшей мере, плоскостную симметрию.

Для функционирования устройства важно, чтобы источник света находился на оси симметрии оптического элемента.

Для функционирования устройства важно, чтобы боковые поверхности оптического элемента были плоскими и параллельными друг другу.

Для функционирования устройства важно, чтобы внешние грани входной поверхности были плоскими.

Для функционирования устройства важно, чтобы внутренние поверхности входной поверхности оптического элемента были плоскими.

Для функционирования устройства предпочтительно, чтобы оно имело симметрию вращения.

Для функционирования устройства важно, чтобы внешние грани входной поверхности были плоскими.

Для функционирования устройства имеет смысл, чтобы внутренние поверхности входной поверхности оптического элемента были выполнены плоскими.

Для функционирования устройства целесообразно, чтобы внутренние поверхности входной поверхности оптического элемента были выполнены из нескольких граней.

Для функционирования устройства предпочтительно, чтобы внутренние поверхности входной поверхности были выпуклыми.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении оптической эффективности и однородности яркости на выходе за счет изменения формы входной поверхности оптического элемента, который направляет свет источника в световодную пластину, а именно, за счет выполнения входной поверхности оптического элемента в виде двух выступов с наклоненными внешними гранями.

Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с привлечением графических материалов.

Фиг.1 Общая схема устройства фоновой подсветки, выполненная согласно изобретению.

Фиг.2. Схема оптического элемента устройства фоновой подсветки, внутренние грани входной поверхности которого образованы плоскостями, выполненная согласно изобретению.

Фиг.3. Схема оптического элемента устройства фоновой подсветки, внутренние грани входной поверхности которого имеют выпукло-закругленную форму, выполненная согласно изобретению.

Фиг.4. Схема оптического элемента устройства фоновой подсветки, внутренние грани входной поверхности выполнены из нескольких граней, выполненная согласно изобретению.

Устройство фоновой подсветки (см. Фиг.1) содержит источник 1 света с большой расходимостью, световодную пластину 2, световыводящее средство 3 и оптический элемент 4, расположенный между источником 1 света и световодной пластиной 2. Световодная пластина 2 выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, световыводящее средство выполнено с возможностью однократного вывода света за пределы световодной пластины 2, т.е. без дополнительных переотражений. Оптический элемент 4 (см. Фиг.2-4) изготовлен из прозрачного оптического материала, симметричен и включает в себя боковые поверхности 5, входную 6 и выходную 7 поверхности, которые примыкают с противоположных сторон к боковым поверхностям 5. Боковые поверхности 5 и выходная поверхность 7 выполнены плоскими, а входная поверхность 6 симметрична и имеет внутренние поверхности 8 и внешние грани 9. Внутренние поверхности 8 примыкают под углом друг к другу, а внешняя грань 9 примыкает под углом к соответствующей боковой поверхности 5. Выходная поверхность 7 оптического элемента примыкает с образованием оптического контакта к входной стороне 10 (см. Фиг.1) световодной пластины 2. Источник 1 света находится между выступами 9 входной поверхности 6 оптического элемента 4.

Боковые поверхности 5 оптического элемента 4 параллельны одна другой и примыкают к выходной поверхности 8 под прямым углом.

Оптический элемент 4 центрально симметричен относительно оси 11, которая параллельна боковым поверхностям 5, проходит через линию примыкания внутренних граней 8 входной поверхности 6 и перпендикулярна выходной поверхности 7.

Рассмотрим принцип функционирования устройства фоновой подсветки с оптическим элементом 4, который имеет плоскую внутреннюю грань 8 входной поверхности 6 (см. Фиг.2). Источник 1 света излучает сильно рассеянный пучок 12 лучей. Пучок 12 лучей разделяется внутренними гранями 8 входной поверхности 6 на две симметричные части: одна часть содержит пучки 13 и 14 лучей, а другая содержит пучки 15 и 16 лучей. Внутренние грани 8 направляют лучи 13-16 под нужным углом внутрь оптического материала элемента: лучи 13 и 15 на внешние грани 9, а лучи 14 и 16 на боковые поверхности 5. На боковых поверхностях 5 и внешних гранях 9 происходит полное внутреннее отражение (ПВО) лучей 13-16, которые затем направляются в световодную пластину 2 через выходную поверхность 7 в главном направлении распространения. В результате на выходе оптического элемента получают пучки лучей с ограниченной расходимостью. Кроме того, ввод света в световодную пластину обеспечивается с высокой оптической эффективностью. Данные пучки лучей распространяются внутри световодной пластины 2, обеспечивая высокую однородность яркости и оптическую эффективность на выходе устройства фоновой подсветки после прохождения световодной пластины 2 и световыводящего средства 3.

Оптический элемент заявленного устройства фоновой подсветки эффективно направляет свет от диффузного источника света в световодную пластину. Элемент имеет простую конструкцию и разделяет входящий луч на две части, в меридиональной плоскости, для улучшения однородности яркости, а также предотвращает прохождение лучей через световодную пластину без отражения от ее рабочих поверхностей и, таким образом, повышает световую эффективность.

Заявляемое устройство фоновой подсветки может использоваться в ЖК телевизорах и мониторах, ноутбуках и осветительных устройствах.

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

1. Устройство фоновой подсветки, содержащее источник света с большой расходимостью, световодную пластину, световыводящее средство и оптический элемент, предназначенный для ввода излучения в световодную пластину, расположенный между источником света и световодной пластиной, причем световодная пластина имеет верхнюю и нижнюю поверхности, а оптический элемент, изготовленный из прозрачного оптического материала и обладающий симметрией, включает в себя две боковые поверхности, входную и выходную поверхности, при этом выходная поверхность является плоской и выполнена с возможностью обеспечения оптического контакта со световодной пластиной, боковые поверхности примыкают к выходной поверхности, а входная поверхность выполнена в виде двух выступов, которые имеют две внутренние поверхности, расположенные одна напротив другой, и внешние грани, при этом внутренние поверхности примыкают под углом одна к другой, а внешняя грань каждого выступа примыкает под углом к соответствующей боковой поверхности, причем источник света находится между выступами входной поверхности оптического элемента, а каждая внутренняя поверхность входной поверхности выполнена с возможностью направления света источника внутрь элемента на внешнюю грань и боковую поверхность, которые выполнены с возможностью полного внутреннего отражения света на выходную поверхность и боковую поверхность оптического элемента.

2. Устройство фоновой подсветки по п.1, отличающееся тем, что источник света находится на оси симметрии оптического элемента.

3. Устройство фоновой подсветки по п.1, отличающееся тем, что имеет симметрию вращения.

4. Устройство фоновой подсветки по п.1, отличающееся тем, что внешние грани входной поверхности являются плоскими.

5. Устройство фоновой подсветки по п.1, отличающееся тем, что внутренние поверхности входной поверхности оптического элемента являются плоскими.

6. Устройство фоновой подсветки по п.1, отличающееся тем, что внутренние поверхности входной поверхности оптического элемента выполнены из нескольких граней.

7. Устройство фоновой подсветки по п.1, отличающееся тем, что внутренние поверхности входной поверхности являются выпуклыми.

8. Устройство фоновой подсветки по п.1, отличающееся тем, что имеет плоскостную симметрию.

9. Устройство фоновой подсветки по п.8, отличающееся тем, что боковые поверхности оптического элемента являются плоскими и параллельны друг другу.

10. Устройство фоновой подсветки по п.8, отличающееся тем, что внешние грани входной поверхности являются плоскими.

11. Устройство фоновой подсветки по п.8, отличающееся тем, что внутренние поверхности входной поверхности оптического элемента являются плоскими.