ЗАДНЯЯ ПОДСВЕТКА ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЭКРАНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК G02F1/13 

Изобретение относится к области конструкций просветных жидкокристаллических экранов (ЖКЭ), в частности к устройствам для равномерной подсветки ЖКЭ.

Известны ЖКЭ, системы задней подсветки которых содержат источники света и средства рассеивания света (распределители) для равномерной подсветки экрана (патенты США №№5262880, 5486983, 5986728 и др.). Недостатком этих аналогов является сложность отражающих и рассеивающих свет элементов, недостаточная равномерность подсветки и большие потери светового потока.

Прототипом предлагаемого изобретения является дисплейная панель (патент США №5247429), в которой для получения равномерной по поверхности подсветки при использовании точечного источника света использован распределитель света в виде прозрачного слоя с непрозрачными поглощающими или отражающими свет пятнами, расположенными с плотностью не менее 100 штук на дюйм и имеющими диаметр тем больший, чем ближе они к источнику света.

Недостатком устройства по прототипу является недостаточная эффективность использования светового потока.

Общеизвестны также поляризаторы света, состоящие из расположенных достаточно плотно узких проводящих полос, которые преимущественно пропускают свет, поляризованный поперек полос (т.е. вектор напряженности электрического поля которого направлен перпендикулярно полосам), и отражают преимущественно свет с поляризацией, направленной вдоль полос. Известно также использование таких поляризаторов в системе подсветки экрана (например, E.Hansen, E.Gardner, R.Perkins, M.Lines and A.Robbins "The Display Applications and Physics of the ProFlux Wire Grid Polarizer", SID 2002 Simpozium Digest Vol.33, pp.730-733). Вторым прототипом предлагаемого изобретения является подсветка ЖКЭ, содержащая дополнительный полосчатый поляризатор между лампами подсветки и входным поляризатором и световой короб (Sang Hoon Kim, Joo-Do Park, Ki-Dong Lee, "Fabrication of a nano-wire grid polarizer for brightness enhancement in liquid crystal display." Nanotechnology, 2006, v.17, No 17, pp.4436-4438.). При таком использовании часть светового потока, обычно поглощаемая входным поляризатором жидкокристаллической ячейки (ЖКЯ), отражается обратно в световой короб и может после серии отражений изменить свою поляризацию и пройти через поляризатор, увеличивая тем самым эффективность подсветки.

Целью предлагаемого изобретения является получение ЖКЭ с более равномерной подсветкой, более эффективным использованием светового потока и упрощение конструкции системы подсветки.

Указанная цель достигается тем, что система подсветки ЖКЭ содержит распределитель света, который выполнен в виде электропроводных светоотражающих и перпендикулярных требуемому направлению поляризации полос, размеры и/или расположение которых определяются расположением источников света и отражателей так, чтобы компенсировать степенью пропускания света неравномерность подсветки. Ширина полос выбирается из интервала от 10 нм (предел технологии) до 0,1 от линейного размера пикселя (чтобы не вызывать заметного явления мура на экране), а расстояние между полосами - от 10 нм до 1,0 линейного размера пикселя (для обеспечения требуемого интервала пропускания).

В частности, распределитель может состоять из полос, ширина которых и, следовательно, расстояние между ними меняются по их длине так, чтобы компенсировать степенью пропускания света неравномерность подсветки.

При использовании протяженных (линейных) источников света или плоских светопроводов с торцевой подсветкой указанные полосы могут быть выполнены сплошными, причем источники света и полосы должны быть сориентированы поперек требуемого направления поляризации. Ширина и/или расстояния между полосами зависят от освещенности в данном месте, создаваемой источниками света и отражателями в отсутствие предлагаемого распределителя: чем больше освещенность, тем больше ширина полос и/или меньше расстояние между полосами, т.е. чем больше освещенность, тем большую относительную площадь должны занимать полосы. В частности, ширина отдельной полосы и расстояние между соседними полосами также могут быть переменными вдоль их длины.

При этом в областях с высокой освещенностью будет отражаться больший световой поток, чем в областях с низкой освещенностью, причем преимущественно за счет отражения излучения с неподходящей поляризацией.

При таком исполнении распределитель отражает не только часть излучения с неподходящей поляризацией (как во втором прототипе), но (в отличие от второго прототипа) и часть излучения подходящей поляризации, создающую избыточную освещенность в данной точке. Причем отраженная часть излучения (в отличие от первого прототипа) состоит в основном из излучения неподходящей поляризации. В процессе многократного отражения и изменения направления поляризации отраженная ранее часть излучения проходит через распределитель, причем вероятность прохождения выше в тех местах, где меньше поверхностная плотность полос.

Вариантом изобретения, применимым при произвольной геометрии осветителя, является распределитель света в виде распределенных по поверхности пятен по аналогии с первым прототипом, но пятна при этом состоят из электропроводных отражающих свет полос, перпендикулярных требуемому направлению поляризации света. То есть распределитель представляет собой растр из пятен, каждое из которых, в свою очередь, представляет собой растр из параллельных полос. Поверхностная плотность пятен и/или степень заполнения их площади полосами должна быть тем выше, чем выше освещенность в данной области в отсутствие предлагаемого распределителя: такой, чтобы компенсировать степенью пропускания света неравномерность подсветки. Пятна имеют характерный размер (диаметр, сторона квадрата и т.п.) от 1,0 мкм до 1 мм и/или поверхностную плотность от 1,0 мм^-2 до 10⁶ мм^-2. При этом свет, попавший между пятнами, проходит беспрепятственно. Пятна же отражают преимущественно свет неподходящей поляризации, который, как во втором прототипе, после отражений меняет поляризацию и проходит сквозь пятна или между ними. Таким образом, происходит перераспределение светового потока по поверхности с меньшими, чем в первом прототипе, потерями.

Структура предлагаемого распределителя во всех вариантах исполнения может быть определена расчетным путем или подобрана экспериментально путем одно- или многократного повторения цикла (т.к. распределитель сам влияет на распределение яркости) измерения распределения яркости после входного поляризатора и создания растра полос тем более плотного, чем выше яркость в данной области. Создать описанные полосы можно любым известным способом, например полиграфическим или напылением с использованием фотолитографии (или электронной литографии). Полосы распределителя могут быть созданы либо на поверхности входного поляризатора со стороны осветителя, либо на дополнительном прозрачном носителе, устанавливаемом между осветителем и входным поляризатором, либо на поверхности плоского светопровода (если он имеется).

Эффективность предлагаемого распределителя в качестве поляризатора может быть ниже, чем у устройства по второму прототипу, но в качестве распределителя света предлагаемое изобретение превосходит первый прототип, т.к., сохраняя все его преимущества, обеспечивает большую эффективность использования светового потока подсветки.

Малая толщина предлагаемого распределителя позволяет использовать его и совместно с другими распределителями (формирователями подсветки), имеющими другое назначение (например, фокусировку в зоне субпикселей, увеличение угла обзора и т.д.).

На чертежах приведены варианты исполнения изобретения и цифрами обозначены:

1 - источник света; 2 - отражатель; 3 - электропроводные светоотражающие полосы (распределитель); 4 - поляризатор ЖКЯ; 5 - ЖКЯ; 6 - свет с требуемой поляризацией; 7 - свет с неподходящей поляризацией.

На фиг.1 схематично показан разрез предлагаемого устройства в варианте с протяженными источниками света и сплошными полосами распределителя.

На фиг.2 показан примерный вид распределителя в варианте в виде пятен и протяженном источнике света.

На фиг.3 показан примерный вид распределителя со стороны источника света в варианте в виде пятен и точечном источнике света.

Примером конкретного исполнения предлагаемого изобретения может служить ЖКЭ с размером изображения 132,5×99,4 мм (6,5 дюймов по диагонали) и разрешающей способностью 640×480 полноцветных элементов изображения. В качестве отражателя задней подсветки ЖКЭ использована световая коробка, стенки и дно которой покрыты белой светотехнической эмалью с коэффициентом отражения 90%-94%. На расстоянии 2 мм от отражателя и 18 мм от освещаемой поверхности ЖКЯ расположены 6 электролюминесцентных ламп с холодными катодами диаметром 3 мм и длиной 145 мм, суммарная потребляемая мощность которых 9 Вт. Распределитель представляет собой стеклянную пластину толщиной 0,1 мм с нанесенным на нее полосчатым поляризатором-отражателем в виде сплошных параллельных лампам алюминиевых полос шириной 50 нм, толщиной 0,15 мкм и расстояниями между полосами от 50 нм до 100 нм. Закон распределение полос установлен экспериментально путем трехкратного повторения процедуры фотометрирования с последующими расчетом и нанесением полос (первый раз - предварительное определение расстояния между полосами по исходному распределению освещенности, второй и третий разы - коррекция расстояний между полосами с учетом влияния на распределение освещенности самого распределителя-отражателя).

Преимуществом предлагаемой подсветки является достижение большей предельной яркости изображения на ЖКЭ при меньшей расходуемой мощности, а также простота изготовления для заданной геометрии ламп и отражателей, что особенно существенно при массовом производстве.

Изобретение относится к измерительной технике. Предложен жидкокристаллический экран, система задней подсветки которого содержит распределитель света, включающий поляризатор из электропроводных светоотражающих полос, поверхностная плотность которых варьируется по поверхности так, чтобы компенсировать степенью пропускания света неравномерность подсветки. Полосковый поляризатор в предлагаемом распределителе отражает преимущественно свет с поляризацией, которую не пропускает входной поляризатор. Этот же свет после многочисленных отражений от элементов светового короба меняет поляризацию и дает вклад в яркость экрана. Предложены варианты исполнения, в которых полосковый поляризатор выполнен в виде пятен, распределение которых выравнивает яркость по поверхности, и полос переменной ширины, действующих так же. Технический результат - обеспечение равномерности подсветки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Задняя подсветка жидкокристаллического экрана, содержащая источники света, отражатели и распределитель света, отличающаяся тем, что распределитель света содержит полосчатый поляризатор из светоотражающих полос, ширина которых (от 10 до 0,1 нм от линейного размера пикселя) и расстояние между которыми (от 10 до 1,0 нм от линейного размера пикселя) выбраны так, чтобы компенсировать степенью пропускания света неравномерность подсветки.2. Подсветка по п.1, отличающаяся тем, что ширина полос меняется по их длине.3. Задняя подсветка жидкокристаллического экрана, содержащая источники света, отражатели и распределитель света, отличающаяся тем, что распределитель света содержит поляризатор, выполненный в виде отдельных пятен с одинаковым направлением поляризации, состоящих из электропроводных отражающих свет полос, характерный размер пятен (от 1,0 мкм до 1 мм) и/или поверхностная плотность (от 1,0 до 10⁶ мм^-2) выбраны так, чтобы компенсировать степенью пропускания света неравномерность подсветки.