CN1083936A - 在显示装置中用于分配光的光劈 - Google Patents

Abstract

由导光材料制成的光劈(300)包括第一表面 (308)用以接收从发光光源(515)发出的光，且具有 第一轴向长度；和第二表面(310)，基本对着第一表面 且具有第二轴向长度；两个侧表面(315、320)以第一 和第二表面之间的导光材料定界，以及多个侧壁 (325、330、333)围绕一个基本上平行于在及两个侧表 面之间的参称线的轴。多个侧壁在导光材料中形成 一个凹槽。这些侧壁接收和分配通过导光材料的第 一部分光线。

Description

本发明涉及显示装置的照明，具体涉及一种用于背部照一个显示装置的光劈。

许多电子装置，例如无线电寻呼机，采用显示装置向使用者显示信息。在该领域熟知的一种这样的显示装置是液晶显示器（LCD）、液晶显示器一般显示图形和字母数字符号。因此，通常在LCD的后面装一个光源以便从电子装置内部照明LCD。

一种常规的用于背部照明LCD的方法涉及一种场致发光（EL）板的使用，该场致发光板直接装在LCD有后面。一个EL板一般由一层发光材料制成，并配置在电极的任意一面上。在电极上施加电压时，EL板发出照明LCD的均匀分布的光。然而，一般所需要的电压很高，在常规的无线电寻呼机中就需要至少含有一个变压器的升压电路，以便把由电池提供的电压升高到由EL板所需要的电压。因此，EL板的使用增加了电池的消耗，因而缩短了电池的寿命。在许多情况下，不能接受这种电池寿命的缩短，因为大多数无线电寻呼机采用蓄电量小的小电池。另外，变压器通常的大体积限制了EL板在具有严格的空间限制的无线电寻呼机中的使用。除上述缺陷以外，与其它电子部件的费用相比，一个EL板一般来说非常昂贵。因此，对于许多常规无线电寻呼机不适合采用EL板不照明LCD。

另一种背部照明LCD的方法涉及一种光劈的使用，该光劈可以把来自一个或多个光源（例如发光二极管（LED）或白炽灯）的光导向一个在LCD后面的区域。在采用光劈的无线电寻呼机中，一般在该无线电寻呼机中安装一个光源，并在该光源和LCD之间配置一个光劈。光劈可以由一种半透明材料制成，并且其造型可以使从光源放射的光线被光劈接收且主要通过反射导向LCD。另外，一般涂在光劈的其中一个反射表面上的漫射材料进一步漫射一部分被导向的光线。以这种方式，可以从后面用光源提供的光接光和漫射光来照明LCD。

一般地，使用光劈比使用EL板便宜很多。另外，光劈和光源的组合一般比EL板和升压电路所需要的空间要小。然而，普通的光劈通常不能向LCD提供均匀分布的光。再者，大多数普通的光劈允许光接收传到LCD的一些区域。其结果是，“亮斑”（即显示光源位置的亮照明区域）和暗光区（即与亮斑比较显得发暗的区域）可以从LCD的表面看出。为了解决这个问题，其它一些普通的光劈采用了附加的光源来照明暗光区。然而，如果不能均匀地分配所提供的光，这种解决方法的结果仅仅是增加了更多数量的亮斑。使用附加的光源还把一些不必要的且有时是价格昂贵的部件引进了电子装置的设计中，因此，尽管光劈通常比EL板便宜，但最后所得到的照明常常很差，以致非使用附加光源，否则LCD难以判读。

因此，需要一个能更加均匀地分配光以便消除亮斑的改进的光劈。另外，该光劈应仅需要一个光源。

一个由导光材料制成的光劈包括一个第一表面和一个第二表面，该第一表面用于接收来自一个发光光源的光线且具有一个第一轴向长度，而该第二表面基本上对着第一表面且具有一个第二轴向长度。该光劈还包括在该第一表面与该第二表面之间进一步给导光材料定界的两个侧面，和围绕着基本上平行于一条在这两个侧表面之间的对称线的一个轴而设置的多个侧壁，这些多个侧壁在该导光材料中形成一个凹槽，其中这些多个侧壁接收和分配通过导光材料的第一部分光线。

图1是一个常规光劈的透视图。

图2是图1所示常规光劈的侧视图。

图3是一个根据本发明的一个优选实施例的光劈透视图。

图4是一个根据图3所示本发明优选实施例的光劈的侧视图。

图5是一个电子装置的侧视图，该电子装置采用图3所示的光劈把来自发光光源的光导向一个显示器，因此根据本发明的优选实施例从后面照明该显示器。

图6是一个以透视图物形式表示的根据本发明优选实施例的图3的光劈的光线图。

图7是根据本发明优选实施例的图3的光劈的侧视光线图。

在许多采用诸如液晶显示器（LCD）这样的向使用者展示信息的显示器的典型电子装置中，按如下要求来照明显示器：即使在微弱照明的区域使用者也可以判读所显示的信息。常常通过采用一个光劈来完成对显示器的照明，该光劈把来自一个或多个发光光源（如发光二极管（LED）（或白帜灯）的光导向显示器后面的一个区域。因此，由灯提供的光背部照明LCD。

图1表示了一个这样的常规光劈100，该光劈由一种导光材料（如聚碳酸酯或聚丙烯）制成。如图所示，一个光劈100的曲面的光接收表面102接收来自邻近光接收表面102的两个灯105的光。用该光劈100把接收的光导向一个光发射表面110，该光发射表面把该光传输到一个LCD115。以此方式，通过光劈100把由灯105发射的光导向以便背部照明LCD115，参照图2可以更好理解这一点。

图2是常规光劈100的侧视图，表示了通过光劈100的光线路径。邻近灯105放置该光劈100，灯105固定在一个印刷电路板202上，使得光接收表面102部分地包围灯105。由光接收表面102接收从灯发射的光线，并且通过导光材料传输光线。如图所示，大部分接收的光线通过导光材料直接传输到光劈100的光发射表面110。其余的接收的光线通过导光材料传输并被一个斜角表面205接收。该斜角表面205通常具有某种结构或者用漫反射油墨喷涂以便提供一个漫射表面，以此漫射表面来漫射由斜角表面205接收的光线。这些漫射的光线通过导光材料再次被传输到光劈100的光发射表面110。通过光发射表面110把这些光线传输到LCD115，因而背部照明了LCD115。

然而，光劈100像其它常规光劈一样，没有均匀地照明LCD115，这主要是因为由灯105发射的大部分光线通过光发射表面110直接传播到位于灯105上方的LCD115的区域。这样，只有少量的光线，即由斜角表面205漫射的光线，被用来间接照明LCD的其余区域。结果，在LCD115的表面上形成了显示灯105的位置的亮照明区，该亮照明区为“亮斑”210（见图1）。相比之下，围绕亮斑的暗区显得暗淡，因而在有些情况下使LCD115判读困难。

图3是根据本发明的一个优选实施例的一个光劈300的示意图，该光劈300由一种导光材料（以聚碳酸酯或聚丙烯）制成。该光劈300包括确定一个光接收槽305的多个光表面。该光接收槽305的第一表面308最好具有0.84cm的轴向长度，当然这一尺寸可能随着要放在该光接收槽305内的发光光源（如一个白帜灯或一个发光二级管（LCD））的尺寸而变化。主要靠第一表面308把接收的光通过光劈300的导光材料导向对着第一表面308的第二表面310。如在后面将更详细的加以描述的那样，第二表面310相对于第一表面308成一个角度。

用在第一表面308和第二表面310之间的抛光的侧表面315、320进一步为光劈300的导光材料定界。最好抛光的侧表面315、320中的第一侧表面315相对第一表面308成大约20°角，并且抛光的侧表面315、320中的第二侧表面320相对第一表面308成大约160°角。根据本发明的一个优选实施例，在导光材料中制成围绕一个在抛光的侧表面315、320之间的对称中心线放置的（如图所示）邻接的抛光的侧壁325、330最好把侧壁325、330中的第一侧壁325制成相对于第一表面308成大约45°角，并且把侧壁325、330中的第二侧壁330制成相对于第一表面308在大约135°角。一个基本上平行于第一个表面308且理想长度为0.76cm的第三抛光的侧壁333连接侧壁325、330以便在光劈300的一个上表面335中确定了一个凹槽。凹槽的下表面340限定了凹槽的深度大约为0.10cm，该凹槽的下表面最好具有某种结构。根据本发明的这个优选的实施例，在凹槽下表面340下面的其余的导光材料允许一个小部分从发光光源接收的光线直接通过光劈300的一个中央区域，而侧壁325、330使大部分光线改变方向传输到光劈300的外部区域。因此，在凹槽下表面340下面的导光材料和侧壁325、330的组合对及整个光劈300的光线的分配作出了贡献。

根据本发明，导光材料还由一个光漫射表面（下面将描述该漫射表面的作用）和一个基本上对着该光漫射表面的光发射表面345定界。光发射表面345把来自发光光源的光传到一个最好位于邻近光发射表面345的液晶显示器（LCD）350上。在理想的情况下，光发射表面345的长度和宽度的尺寸大约相当于LCD350的长度和宽度的尺寸。根据本发明的该优选实施例，该LCD350显示可以由通过光劈300传输的光照明的信息，因而可以使使用者在不同的照明条件下读取显示的信息。另外，光劈300仅采用一个单个发光光源照明LCD350，因而避免了与采用附加的发光光源有关的额外的花费。

图4是光劈300的侧视图。如上所示，主要通过从抛光的侧壁325、330和抛光的表面405的反射，把由光接收槽305接收的光通过光劈300的导光材料导向第二表面310，其中的抛光的后表面405是在光接收槽305的外表面410和光漫射表面415之间形成的。

参照图5可以看出，当位于一个电子装置510的外壳505中时，光接收槽305部分地围绕一个装在一个印刷电路板520上的白帜灯515。当被正确放置时，光劈300光发射表面345位于邻近LCD350处，该LCD350向使用者显示信息。在使用时，光劈300通过光接收槽305接收从灯515发出的光，并且通过导光材料把接收的光导向光发射表面345，这样就从后面照明了LCD350。根据本发明的优选实施例，光劈300以下面将要描述的方式均匀地分配从灯515接收的光。因此，当电子装置510采用本发明的光劈300时，该电子装置就不必使用在常规光劈中经常需要使用的附加的灯。结果，光劈300的使用消除了在电子装置510设计中与附加部件的使用有关的费用，例如部件、贮存和制造的费用。

图6是光劈300的透视光线图。从该图中可以看出，从灯515发出的光线的第一部分由斜角侧壁325、330（图3）接收。因为侧壁325、330是抛光的，大多数由侧壁325、330接收的光线被反射向抛光的侧表面315、320，抛光的侧表面315、320进一步反射这些光线。侧表面315、320所形成的角度，即20°至16°，使得光线至要被再次反射向第二表面310的外部区域，这个第二表面310的外部区域在采用常规光劈的电子装置中通常是昏暗的。少量的由侧壁325、330接收的光线通过由侧壁325、330、333（图3）确定的凹槽传输，回到导光材料，并且被导向第二表面310的中央区域。

由灯515发出的光线的第二部分通过围绕由侧壁325、330、333确定的凹槽的导光材料的区域传输。如图所示，这些第二部分光线中的第一批通过在侧壁325、330在一面上的导光材料被导向第二表面310。以此方式，除了如上所述的大多数的第一部分光线之外，第二部分光线中的第一批光线被导向外部区域，这些区域在许多普通的光劈中中保持昏暗的。包括在第二部分光线中的第二批光线由位于凹槽下表面340（图4）和底表面405之间的导光材料传导，并且因而可以通过光劈300的中央区域传输。因此，由灯515提供的光分布于整个光壁300并且不集中于最靠近灯的中央区域。结果，消除了许多与普通光劈有关的亮斑和暗区，因为光劈300把提供的光分配在整个导光材料中。

图7是光劈300的侧视光线图。如上所述，许多由第一表面308接收的光线被导向侧壁325、330（图3）、然而，其它光线则通过围绕详由侧壁325、330、333确下的凹槽的导光材料传输。一部分这些其它光线不在该凹槽的任一侧面上传输，而是通过位于凹槽下表面340（图4）和底表面405之间的导光材料传输，并且由底表面405反射向第二表面310。

根据本发明的该优选实施例，第二表面310相对于第一表面308大约呈56°角，并且相对于光漫射外表面415大约呈29°角。因而，由第二表面310（最好是抛光的）接收的光线被再次以反射向光漫射表面415。该光漫射表面415最好是具有某种结构，或者喷涂一层漫反射油墨以提供一个漫射表面。结果，光漫射表面415接收和漫射由第二表面415反射的光线。光发射表面345接收这些漫射光线并把它们传输到邻近的LCD350（图5），以这种方式，用来照明LCD350的所有光线已经在整个光劈300中分布并且被光漫射表面415漫射，这样就消除了由于不充分布而造成的亮斑和暗区。

总之，根据本发明优选实施例的光劈均匀地分配由单个发光光源提供的光。该光劈还把均匀分布的光传输到一个液晶显示器（LCD）后面的一个区域，借此说明由该LCD显示的信息。根据本发明，部分地依靠在该光劈中形成的一个凹槽来实现对来自发光光源的光线的均匀分配，以便把光线传播到该光劈的各个区域。具体地说，该凹槽把来自光劈中央区域的大部分光线再次反射向光劈的外部区域。另外，一个称为第二表面的确定光壁的导光材料边界的斜角表面反射均匀分布的光线，使得这些反射光被再次反射向该光劈的一个光漫射表面。以此方式，光线不能直接通过光发射表面传输到该LCD。而是所有用于照明该LCD的光线首先被反射到光漫射表面的许多区域（包括外部区域），并且然后在到达该LCD之前被漫射。因此，消除了通常存在于由常规的光劈照明的LCD中的亮斑和暗区，使是供给LCD的光均匀分布。

到现在可以理解到，本发明提供了一个能更均匀地分配光以便消除光斑的改进的光劈。另外，该光劈仅需要一个单个发光光源。

Claims (10)

1、一个由导光材料制成的光劈(300)，其特征在于包括：

第一表面(308)，用以接收来自发光光源(515)的光线，并具有第一轴向长度：

第二表面(310)，基本上对着第一表面(308)并且具有第二轴向长度；

两个侧表面(315、320)用以在第一表面(308)和第二表面(310)之间为导光材料定界；和

多个侧壁(325、330、333)，围绕着基本上平行于在两个侧表面(315、320)之间的对称线的一个轴线设置，这些侧壁(325、330、333)在导光材料中形成一个凹槽，其中这些侧壁(325、330、333)接收和分配通过导光材料的第一部分光线。

2、根据权利要求1的光劈（300），其特征在于，还包括一个为凹槽和导光材料定界的凹槽下表面（340），该凹槽下表面（340）基本上垂直于并连接这些多个侧壁（325、330、333）。

3、根据权利要求2的光劈（300），其特征在于，第一表面（308）把通过围绕凹槽的导光材料的光线的第二部分导向第二表面（310）。

4、根据权利要求1的光劈（300），其特征在于：

多个侧壁（325、330、333）中的第一侧壁（325）相对于第一表面（308）成第一角度，第一侧壁（325）反射通过导光材料的第一部分光线中的第一批光线，使得该第一批光线被导向两个侧表面（315，320）中的第一侧表面（315）;

多个侧壁（325、330、333）中的第二侧壁（330）相对于第一表面（308）成第二角度，第二侧壁（330）反射通过导光材料的第一部分光线中的第二批光线，使得该第二批光线被导向两个侧表面（315、320）中的第二侧表面（320）;

第一侧表面（315）接收第一批光线并且反射通过导光材料的第一批光线，使得第一批光线被再次导向第二表面（310）和

第二侧表面（320）接收第二批光线并且反射通过导光材料的第二批光线，使得第二批光线被再次导向第二表面（310）。

5、根据权利要求4的光劈，其特征在于，第一表面（308）把第二部分光线导向第二表面（310）。

6、根据权利要求5的光劈（300），其特征在于还包括：

一个光漫射表面（345），该温射表面（345）进一步为导光材料定界并且具有一个基本上相当于第二轴向长度的第三轴向长度，第二表面（310）反射通过导光材料由第二表面（310）接收的光线并且把这些光线再次导向光漫射表面（415），并且光漫射表面（415）接收和漫射由第二表面（310）反射的光线;和

一个光发射表面（345），该光发射表面（345）位于基本是对着光漫射表面（415）的位置以便于接收和发射漫射的光线。

7、一种用于照明被显示的信息的显示器，该显示器其特征在于包括：

一个用于显示信息的显示装置（350），

至少一个发光光源（515），该发光光源提供用来照明显示装置（350）显示的信息的光;

一个光劈（300），设置在至少一个发光光源（515）和显示装置（350）之间，该光劈（300）用来把来自至少一个发光光源的光导向显示装置（350），使得可以背部照明显示装置（350），其中光劈（300）由一种导光材料制成，该光劈（300）包括：

一个第一表面（308），该表面（308）用来接收来自于少一个发光光源（515）的光线交且具有一个第一轴向长度;

一个第二表面（310），该第二表面（310）基本上对着第一表面（308），并且具有一个第二轴向长度;

两个侧表面（315、320），这两个侧表面进一步为在第一表面（308）和第二表面（310）之间的导光材料定界;

多个侧壁（325、330、333），这些多个侧壁（325、330、333）围绕着一个基本上平行于一条在两个侧表面（315，320）之间的对称线的线的轴而设置，并且在导光材料中形成一个凹槽，多个侧壁（325、330、333）接收通过光传导材料的第一部分光线并且把这些光线向两个侧表面（315，320）分配，并且这两个侧表面（315、320）接收第一部分光线并把这些光线导向第二表面（310）;

一个凹槽下表面（340），该凹槽下表面（340）为凹槽和导光材料定界，其特征还在于该凹槽下表面（340）基本上垂直于且连接多个侧壁（325、330、333），并且第一表面（308）把通过围绕凹槽的导光材料的第二部分光线导向第二表面（310）;

一个光漫射表面（415），该光漫射表面（415）进一步为导光材料定界且具有一个基本上相当于第二轴向长度的第三轴向长度，其特征还在于第二表面（310）反射由第二表面（310）接收的通过导光材料的光线，并且再次把这些光线导向光漫射表面（415），并且其特征还在于光漫射表面（415）接收和温射由第二表面（310）反射的光线;和

一个光发射表面（345），该光发射表面（345）处于基本上对着光漫射表面（415）的位置且邻近显示装置（350），光发射表面（345）接收并传输漫射的光线，使得显示装置（350）被照明。

8、权利要求7的显示器，其特征在于：

多个侧壁（325、330、333）中的第一侧壁（325）相对于第一表面（308）成一个第一角度，第一侧壁（325）反射通过导光材料的第一部分光线中的第一批光线，使第一批光线被导向两个侧表面（315、320）中的第一个侧表面（315）;

多个侧壁（325、330、333）中的第二侧壁（330）相对于第一表面（308）成一个第二角度，第二侧壁（330）反射通过导光材料的第一部分光线中的第二批光线，使第二批光线被导向两个侧表面（315、320）中的第二个侧表面（320）;

第一侧表面（315）接收第一批光线并且反射通过导光材料的第一批光线，使第一批光线被再次导向第二表面（310）;和

第二侧表面（320）接收第二批光线并且反射通过导光材料的第二批光线，使第二批光线被再次导向第二表面（310）。

9、一种用于显示信息以便使用者可以在不同光照条件下读取该信息的电子装置，其特征在于包括：

一个印刷电路（520），该印刷电路板（520）用以固定产生该信息的电路;

一个显示装置（350），该显示装置（350）连接到该印刷电路板（520）上以便来显示该信息;

至少一个发光光源（515），该发光光源（515）安装在该电子装置（图5）中以便提供用来照明由显示装置（350）显示的信息;

一个光劈（300），该光劈（300）位于至少现个发光光源（515）和显示装置（350）之间，以便把来自至少一个发光光源（515）的光导向显示装置（350）装置，使显示装置（350）被背部照明，其中该光劈（300）是由一种导光材料制成，该光劈（300）包括：

一个第一表面（308），该第一表面（308）用于接收来自至少一个发光光源（515）的光线，该第一表面（308）具有一个第一轴向长度;

一个第二表面（310），该第二表面（310）基本上对着第一表面（308）并且具有一个第二轴向长度;

两个侧表面（315、320），这两个侧表面（315、320）进一步为在第一表面（308）和第二表面（310）之间的导光材料定界;

多个侧壁（325、330、333），这些侧壁325、330、333）围绕一个基本上平行于一条在两个侧表面（315、320）之间的对称线的轴而设置，这些多个侧壁（325、330、333）地导光材料中形成一个凹槽，其中多个侧壁（325、330、333）接收通过导光材料的第一部分光线，并且把这些光线导向第二表面（310）;

一个凹槽下表面（340），该凹槽下表面（340）为凹槽和导光材料定界，其中该凹槽下表面（340）基本上垂直于并连接一个侧壁（325、330、333），并且其中第一表面（308）把通过围绕凹槽的导光材料的第二部分光线导向第二表面（310）;

一个光漫射表面（415），该光漫射表面（415）进一步为导光材料定界且具有一个基本上相当于第二轴向长度的三轴向长度，其中第二表面（310）反射由第二表面（310）接收的通过导光材料的光线，并且再次把这些光线导向光漫射表面（415），并且其中光漫射表面（415）接收和漫射由第二表面（310）反射的光线;和

一个光发射表面（345），该光发射表面（345）处于基本上对着光漫射表面（415）的位置并且邻近显示装置（350），其中光发射表面（345）接收并传输漫射和光线，从而照明显示装置（350）;

一个外壳（505），该外壳（505）用来封住印刷电路板（520）、显示装置（350）、和光劈（300）。

10、根据权利要求9的电子装置，其特征在于：

多个侧壁（325、330、333）中的第一侧壁（325）相对于第一表面（308）成一个第一角度，第一侧壁（325）反射通过导光材料的第一部分光线中的第一批光线，使第一批光线被导向两个侧表面（315、320）中的第一侧表面（315）;

多个侧壁（325、330、333）中的第二侧壁（330）相对于第一表面（308）成一个第二角度，第二侧壁（330）反射通过导光材料的第一部分光线中的第二批光线，使第二批光线被导向两个侧表面（315、320）中的第一侧表面（320）;

第一侧表面（315）接收第一批光线并且反射通过导光材料的第一批光线，使第一批光线被再次导向第二表面（310）;和

第二侧表面（320）接收第二批光线并且反射通过导光材料的第二批光线，使第二批光线被再次导向第二表面（310）。