用于背照明的光源制造技术

一种装置，包括： 一个具有后表面和前表面的显示板，所述显示板至少可部分透射，因此照射在后表面的至少部分照明光能透射到前表面； 一个用于背照明前述显示板的光源，所述光源包括： 一个发光的装置； 一个外壳，有一个散射内表面形成的一个空腔，所述空腔有厚度，上述发光装置安装在所述空腔内，所述外壳有一个朝空腔开口的洞孔、所述孔洞与上述显示板背面相邻以照明背面，所述空腔具有一个散射表面积及所述孔洞面积，洞孔的面积与（ｉ）上述洞孔面积加上（ｉｉ）上述空腔表面积之和的比率至少为０．０５，上述孔洞有一个边到边的尺寸，上述的厚度与上述边到边尺寸的比率至少为０．１。 散射器位于上述洞孔处，上述散射器放置用于散射照明、散射照明从空腔通过洞孔照向显示板； 亮度增强物质放在上述散射器和显示板之间，上述物质在视角内聚集照明以便增强显示板亮度。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一个背照明器件，该器件用于显示器尤其是小面积的液晶显示器(LCD)，如用于虚拟现实的头盔装置。LCD可显示字母数字、图象或其它信息，它是由一个透射率随介质两侧的电势变化的介质组成。通过在LCD的背面均匀照射，LCD甚至可在黑暗环境中观看。一个LCD背照明器件的例子已由美国专利4043636公开。背照明最好用于小面积的LCD以达到某种特性，如头盔中的虚拟现实系统。首先，它必须具有一个可接受的亮度水平。其次，最好具有尽可能是白光的光谱分布，尤其是LCD显示的是彩色图象时。光源要尽可能地小型化，需要的维持能量要尽可能地小。最后也是最重要的是，照明系统必须给整个显示区域提供均匀的照明。后者要求来自光源的光要没有特征以及没有如洞或环之类的变形。实际上，要求均匀照明是很难达到的，现有技术装置常常不能为LCD显示器照明提供足够均匀的光源。另外，现有技术装置经常依赖于把光直接导向反射面，需要复杂的几何回路，并由此增加了重量和成本。本专利技术的目的是提供一个简单的、小型的、轻重量的装置以用于对显示器进行背照明，典型的是小面积的LCD显示器。该装置可为整个显示板提供高度均匀、高强度的照明。本专利技术的光源对显示面板背面进行背照明，光源包括一个由散射内表面形成空腔的外壳。发光装置，如白炽光灯泡或发光二极管阵列，被安装在空腔中并与内表面保持间距。所述外壳具有与显示板背面毗连的洞孔并朝向空腔开口。在本专利技术实施例中，洞孔的面积与(i)上述洞孔的面积和(ii)空腔的散射反射表面积二者之和的比率至少为0.05。空腔的深度与洞孔的边到边的尺寸之比至少为0.1。本专利技术公开的实施例中，洞孔还有一个对开的尺寸，定义为沿着洞孔横截面及与灯泡延长到洞孔且平分洞孔的平面垂直的平面所形成的交线的边到边的长度。空腔深度与对开尺寸之比率在最佳实施例中至少为0.1。在本专利技术的一个实施例中，空腔深度实际上不大于灯泡封套的尺寸。光源还由置于洞孔上并用来散射照明的散射器组成，照明则由空腔发出的光通过洞孔照向显示板，用于视角之内照明的亮度增强物质置于散射器和显示板之间。在最佳实施例中有正交的亮度增强膜，视角为50度。此视角是相对于与洞孔平面正交线的一对为25度的视角之和。彩色滤光器最好包含在空腔和LCD之间。在最佳实施例中，滤光器置于亮度增强膜(BEF)和显示器的背面之间，以增加照射显示器的色温。本专利技术的一个实施例中，灯泡置于视孔部位之外的空腔部位，因此在视角之内通过洞孔看不见灯丝。在本专利技术的另一实施例中，灯泡置于洞孔之下的空腔视孔部位。在灯的前部有一缓冲板将光反射向空腔的底部，阻止灯泡直接通过洞孔发出光，由此保证了从洞孔透出光的均匀性。又一实施例中，光由LCD阵列产生。LCD为彩色的(如红色、蓝色和绿色)并有亮度，由此组合产生白光。在所有实施例中，发射光在空腔内表面反射，由此空腔可作为朗伯光源。散射器使得透射光以更均匀的强度分布。亮度增强膜(BEF)把由散射器发出的光投向一个小的视角，由此将光集中起来并增强视角内的光强。最后，一个为典型蓝光的白炽灯彩色滤光器，可用来把白炽灯色温由2800K-3300K调为大约4500K-5500K，因此提供了白光。本专利技术还提供了一个对显示板进行背照明的方法，包括由实质上的朗伯光源产生照明的步骤，此光源为具有内壁和一个洞孔的空腔。产生的步骤包括使光线由洞孔的周围进入空腔，使射出洞孔的光线具有均匀的强度和颜色。此方法包括用散射器散射从朗伯光源发出的光线，利用亮度增强膜将散射光汇聚到预定的角度范围而基本不降低散射光的均匀性，并将使汇聚的散射光导向显示板。本专利技术的背照明装置可用于在简单、小型的仪器中产生较高的强度和白度的均匀照明。附图说明图1是结合利用本专利技术光源的背照射LCD的虚拟现实头盔的透视图。图2是本专利技术光源实施例的透视图。图3是图2中沿3-3线的光源截面图。图4是图2中沿4-4线的光源端截面图。图5是图2中沿图3的5-5线的光源平面图。图6是从图2的光源中发出的光线的强度与视角的函数关系图。图7是图3所示的亮度增强膜的截面局部图。图8是本专利技术第2个实施例的截面图。图9是图8实施例的平面图。图10是显示视角的光源示意图。图11是光源的另一个实施例的平面图，此光源与图2实施例中的光源各方面均一致，除此之外此光源的安装与图2所示的结构相比是横向的。图12是利用红、蓝和绿LED阵列的实施例截面图，这些LED组合产生白光。图13是图12中沿13-13线的光源平面图。如图1所示，本专利技术一个优先的实施例由戴在使用者头部的虚拟现实的头盔5组成。头盔5具有一对放置在头盔空腔7内的小面积的彩色显示板26。每一显示板26由具有同样大小的一块前面板和一块后面板LCD组成。显示板26的每一块前面板放置在目镜之后(没有标出)，目镜分别直接放在使用者的眼前，由此每一只眼睛可看见单个的显示板。比如，显示板26的每一面都是长为1/2″、宽为1/2″的矩形。头盔设计成与使用者的面部紧贴，以使外部的光不能进入空腔7。如果头盔比较合适地戴在使用者的头部，头盔将总是相对地保持在使用者头部的同一部位，显示板26也将总是相对地位于使用者眼部的同样部位。因此，每次戴头盔，观察者的眼睛看到的是显示板26的同一部位。每一显示板26包括如图2和3所示的背照明装置10。背照明10由灯泡12组成，该灯泡置于有洞孔18的外壳14内，同时被散射器20、亮度增强膜(BEF)22和彩色滤光器24覆盖。散射器20、BEF22和彩色滤光器24相互紧贴置放，形成平面结构，后面将称之为光质增强(LQE)装置27。LCD显示器26由发自空腔表面16并透过洞孔18的光背照明，该显示器与LQE器件27相邻，因此可从位置28看见显示器26。虽然头盔5没有在图2中标出，但可以知道位置28位于头盔5的内腔7中。本专利技术的一个实施例中，外壳14具有横向内尺寸13mm×33mm，外壳的厚度或深度为10mm，较之标准的闪光灯泡要稍大。本实施例中，洞孔18为13mm2。洞孔18最好小于2平方英寸，以保证与洞孔18相对的空腔板16被白炽灯12均匀照明。灯泡12最好是白炽灯泡，如普通闪光灯泡，该灯泡通过导线19连接到提供能源的电源(没标出)。灯泡12最好完全包在外壳14中，只有导线19从外壳14导出。导线19从外壳14的壁之上的一个通道伸出。该通道一方面要足够大以便导线19通过，另一方面与灯泡直径相比足够小，这样，假如导线和外壳14之间有空隙存在，可使从空隙处泄露的光最少。来自灯泡12的光在外壳14中传播，该外壳14形成一个有很好散射内表面16的空腔，该内表面的反射率至少为88％。表面16可涂白漆或其它特别物质如Labsphere公司的光谱反射漆。光谱反射漆的反射率比房间用漆要高很多，大约98％，而房间用漆约为92％。此外，外壳14可完全由散射物质制成，如涂以Lexan(注册商标)聚碳酸酯的TiO2或Spec-tralon(注册商标)塑料，由此避免了在外壳14的内表面16再另涂漆。Spectralon(注册商标)塑料的反射率大约为99％。来自灯泡12的光在最终从洞孔18中透出之前在外壳14形成的空腔中要经过几次反射，。因为外壳14的内表面16散射，多次的散射造成了与洞孔18相对的外壳14的内表面被均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利浦L·克拉克曼，
申请(专利权)人：泰利代恩照明及显示产品公司，
类型：发明
国别省市：