Осветительная система для жидкокристаллического дисплея с увеличенным динамическим диапазоном отображаемых яркостей
Изобретение относится к области оптического приборостроения и, в частности, к осветительным системам жидкокристаллических дисплеев. Осветительная система для жидкокристаллического дисплея содержит источники света и формирующую оптическую систему. Формирующая оптическая система состоит из двух последовательно установленных параллельных друг другу волноводов, один из которых, являясь преимущественно однородным, служит для обеспечения среднего уровня яркости на экране. Второй, имеющий ячеистую структуру, служит для локальной дополнительной подсветки экрана в области отдельных ячеек за счет управляемого переключения света из волновода к экрану. Технический результат - повышение эффективности использования электрической энергии, увеличение динамического диапазона дисплея. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области оптического приборостроения и, в частности, к осветительным системам жидкокристаллических дисплеев.
На Фиг.1 представлена традиционная схема осветительной системы жидкокристаллического дисплея. Она включает в себя источники 1 света, например флуоресцентные лампы, светодиоды, обычно установленные по периметру интегрирующего элемента формирующей оптической системы 2, который осуществляет смешивание света от источников 1, обеспечивая равномерную яркость подсветки жидкокристаллической панели 3, состоящей из жидкокристаллического экрана 4 и диффузера 5, и необходимую индикатрису излучения на выходе дисплея.
Существуют различные варианты исполнения формирующей оптической системы в виде волноводной пластины (см. патенты США №6,164,790 [1], 5,654,779 [2], 5,971,559 [3], 6,979,095 [4], 5,461,547 [5]), в виде рассеивающей отражающей поверхности, например патенты США №6,317,177 [6], 6,568,819 [7].
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой осветительной системе является система [5]. Она включает в себя (см. Фиг.2) источники 1 света и интегрирующий элемент в виде волновода 2. Вывод излучения из волновода 2 осуществляется за счет микроэлементов 3 (например, микропризм, микросфер), расположенных на стороне волновода 2, противоположной жидкокристаллической панели 4, состоящей из жидкокристаллического экрана 5 и диффузера 6.
Такая осветительная система, как и другие аналоги, отмеченные выше, имеют существенные недостатки. Первый недостаток связан с тем, что пространственная структура освещения не связана с пространственной структурой отображаемого на экране жидкокристаллического дисплея изображения. В результате при равномерном освещении жидкокристаллической панели в темных участках изображения световая энергия поглощается. Таким образом, эффективно используется лишь малая часть световой энергии и, следовательно, электрической энергии, потребляемой осветительной системой.
Второй недостаток заключается в том, что при равномерном освещении жидкокристаллической панели динамический диапазон дисплея, определяемый как отношение максимальной яркости экрана к ее минимальному значению, полностью зависит от используемой жидкокристаллической панели и не может быть увеличен.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании осветительной системы жидкокристаллического дисплея, свободной от указанных недостатков. Указанная цель достигается тем, что формирующая оптическая система состоит из двух последовательно установленных параллельных друг другу волноводов, один из которых, являясь преимущественно однородным, служит для обеспечения среднего уровня яркости на экране, второй, имеющий ячеистую структуру, служит для локальной дополнительной подсветки экрана в области отдельных ячеек за счет управляемого переключения света из волновода к экрану.
На Фиг.3 представлена схема конкретной реализации предложенной осветительной системы.
Источники 1 света служат для введения световой энергии в волноводы 2 и 3 формирующей оптической системы. Волновод 2 обеспечивает равномерное освещение жидкокристаллической панели 4, состоящей из жидкокристаллического экрана 5 и диффузера 6, некоторым средним уровнем яркости, а волновод 3 - локальную подсветку в областях с повышенной яркостью изображения, формируемого на экране 5. Ячеистый волновод 3 состоит из последовательно установленных пар призм, гипотенузные грани которых имеют зазоры, значительно меньше длины волны света. При таком использовании волновода 3 свет практически без потерь распространяется от источника до любой точки в пределах площади жидкокристаллической панели. Для переключения света из волновода к экрану применяются исполнительные механизмы 7, позволяющие увеличить зазор между гипотенузными гранями конкретных призм, что обеспечивает отражение света по направлению к экрану в результате возникновения полного внутреннего отражения. Исполнительными механизмами являются пьезоэлектрические шайбы, изменяющие свои размеры под действием приложенного управляющего напряжения.
1. Осветительная система для жидкокристаллического дисплея, содержащая источники света и формирующую оптическую систему, отличающаяся тем, что формирующая оптическая система состоит из двух последовательно установленных параллельных друг другу волноводов, один из которых, являясь преимущественно однородным, служит для обеспечения среднего уровня яркости на экране, второй, имеющий ячеистую структуру, служит для локальной дополнительной подсветки экрана в области отдельных ячеек за счет управляемого переключения света из волновода к экрану.
2. Осветительная система для жидкокристаллического дисплея по п.1, отличающаяся тем, что ячеистый волновод состоит из последовательно установленных пар призм, между гипотенузными гранями которых сформирован зазор, значительно меньший длины волны света, а переключение света из волновода к экрану осуществляется за счет полного внутреннего отражения, возникающего при увеличении зазора с помощью исполнительных механизмов.
3. Осветительная система для жидкокристаллического дисплея по п.2, отличающаяся тем, что исполнительным механизмом служат пьезоэлектрические шайбы, изменяющие свои размеры под действием приложенного напряжения.
