CN206863267U - 前置面光源、带前置面光源的电子图像装置及静态图像板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种前置面光源、带前置面光源的电子图像装置及静态图像板，包括导光板、发光体和照明电路，所述导光板是透明介质板，所述导光板包括相对的前表面、后表面及位于所述前、后表面之间的端面，所述端面具有入射光区域和非入射光区域，所述前表面和后表面均是镜面，所述发光体设于所述导光板的入射光区域，所述发光体发出的光线射向导光板并能够通过反射和折射转向平面图像层，所述照明电路与所述导光板固定并与所述发光体的电极连接。该图像装置避免了现有前置导光板所必须的散光层所带来的光干扰和其它副作用；能够提高光的利用率；结构较紧凑，占用空间厚度较小。

Description

前置面光源、带前置面光源的电子图像装置及静态图像板

技术领域

本实用新型涉及一种前置面光源及带有该面光源的图像装置。

背景技术

很多图像在太阳光下能清晰地反映，但是在夜间或阴暗的环境中受到诸多限制。通常解决的方法是在该图像的周围设置灯光，但会导致副作用，比如受空间资源的限制、受光干扰的副作用等。

为了解决上述问题，出现了一些自带光源的显示图像的产品。

比如显示动态图像的TFT液晶显示器，其自带后置面光源，通常叫背光源，效果良好，但这种后置面光源仅适用于透射式显示器，其它反射式且自身不发光的显示器无法使用。

比如诸多广告板、展示板等静态图像用背后的灯箱照明，这同样属于后置面光源，也仅适应于比较透明的图像，而在比较厚实的纸张上印刷的图像或完全不透明材质上印刷的图像就无法采用后置面光源照明。

如图8所示，传统的背光源主要包括发光体1、导光板2以及在导光板2的一表面形成的散射层3，有时还包括紧靠散射层的反射板4。在传统的背光源技术中利用了全反射和散射光学原理。如图8A所示，导光板的两面都是镜面，此两面上反射的光线遵循入射角等于反射角的定律，所有入射角大于临界角的光线在此两面上只能发生全反射，不能从面上出射，无法形成面光源；如图8B所示，如果在导光板的底表面增加一个散射层3，那么光线在此界面上发生散射，一部分光从上面出射，一部分光从下面出射，还有一部分光被上表面全反射，形成了一种向上和向下两个方向同时发光的面光源；图8C把散射面更换到上表面，和图8B情况类似，区别在于向观察者方向出射的光线的比例有所降低；图 8D是在图8B的基础上增加了反射板4，将向下散射出去的光线反射到朝向观察者的方向，提高了光的利用率。市场上大部分后置面光源背光源的结构是图8D结构或其进一步优化的结构。导光板上可以做各种各样的散光层，包括用激光打出的网点和沟槽，也包括用模具加工的凹凸点，还包括印刷了的散光网点和网格。

公告号为CN 204114726U的中国实用新型专利了公开了一种前置面光源的反射式双稳态液晶显示器，具体为将图8B所示的面光源设置在反射式液晶显示器和观察者的中间，用其向后发出的光线照亮显示器，此光线被显示的图像反射后穿过导光板进入观察者的眼睛，实现了由反射式显示器的照明，此处散射层是用激光打出的网点和沟槽。然而这种照明方式存在很大缺点，第一个严重缺点是导光板的网点上散射的光线有相当多的部分直接向前照射到观察者的眼睛，构成严重的光干扰，导致图像对比度显著降低，第二个缺点是导光板上的网点上散射的光线只有不足一半的部分向后照射图像，光的利用率低，第三个缺点是导光板上的网点对其后面的图像带来模糊效应，第四个缺点是导光板制造网点的成本较高。

公开号为CN 103217848A的中国发明专利申请公开了一种前置面光源的电子纸显示器，具体为将图8C所示的面光源设置在电子纸显示器和观察者中间，用其导光板的前表面上的散射的向后发出的光线来照亮显示器，同样也存在和专利CN 103217848A一样的四个缺点。

在传统背光源技术中，导光板的散光层上发出的光线，其向前和向后发射的光线被反光膜反射到前方都照射TFT显示器，不仅没有光的损失，而且也没有干扰光。但专利CN103217848A和专利CN 103217848A简单地将光源移到显示器的前面，导致有接近一半光产生干扰，严重影响了对比度。

为了改进广告板、展示板用灯箱的体积大的缺点，提出了所谓超薄灯箱，它包括类似于液晶显示器用的侧光式面光源灯箱，将此面光源灯箱置于透明图片的后面，在透明图片的前面还加了保护图片用的平板玻璃或有机玻璃，通过透射光实现照明。这种结构虽然厚度空间上比传统灯箱有了进步，但仍然是结构复杂，光损失大，厚度仍然比较大。

因此，对于反射式显示器来说，提出一种新结构照明光源，解决导光板上散射的一部分光造成对显示图像的干扰的问题是非常必要的。

同时，进一步改进广告板、展示板用的照明，使它们更加轻薄也是很必要的。

实用新型内容

本实用新型提供一种新的前置面光源及带有该前置面光源的图像装置。

本实用新型提供一种前置面光源，包括导光板、发光体和照明电路，所述导光板是透明介质板，所述导光板包括相对的前表面、后表面及位于所述前、后表面之间的端面，所述端面具有入射光区域和非入射光区域，所述前表面和后表面均是镜面，所述发光体设于所述导光板的入射光区域，所述发光体发出的光线射向导光板并能够通过反射和折射转向平面图像层，所述照明电路与所述导光板固定并与所述发光体的电极连接。

导光板形状通常是矩形，也可以是其它多边形，发光体可以设于其中一个边的端面上、多个边的端面上或者全部边的端面上。被发光体直接照射的端面区域可以定义为入射光区域，未被发光体直接照射的端面区域可以定义为非入射光区域。发光体的发光面可以与导光板的端面平行相对。

导光板的前表面按面向观察者，导光板的后表面背向观察者。与传统背光源的导光板的本质区别，在于其前表面和后表面都是镜面，没有散光面。

所述的前置面光源还包括不透光的遮光体，所述遮光体设于所述前表面并邻近所述入射光区域。遮光体能够阻止发光体发出的小于临界角的光向导光板的外侧泄漏。

所述的前置面光源还包括不透光的反光体，所述反光体设于所述非入射光区域。反光体能够反射照射到导光板的入射光区域的光。

所述导光板是平板玻璃、PMMA板、PET板或PC板。

所述光学透明胶的折射率与所述导光板的折射率的比值是0.85～1.10，优选0.95～1.0。

所述发光体是发光二极管、冷阴极汞灯或光纤和发光二极管的组合体，优选发光二极管。

一种带前置面光源的电子图像装置，包括电泳显示器及所述前置面光源，所述电泳显示器包括由带电固体颗粒与液体混合构成的图像层及夹持所述图像层的前基板和后基板，所述电泳显示器的前基板是平板玻璃，所述前置面光源导光板的后表面与所述电泳显示器的前基板的外表面用光学透明胶无气泡地全贴合。所述电子图像装置是动态图像装置。

所述前置面光源还包括设于导光板表面的透明薄膜电极以及与其连接的探测电路，所述导光板、透明薄膜电极和探测电路共同构成探测触摸位置的触摸屏。薄膜电极可以设于导光板的前表面和/或后表面。

一种带前置面光源的静态图像板，包括平面图像层和所述前置面光源，所述平面图像层通过光学透明胶与所述前置面光源导光板的后表面无气泡地全贴合，且所述平面图像层是片状物体上的具有光散射性的平面图像层。

所述片状物体是纸片、塑料膜或布料。

本实用新型提出了一种导光板上没有散光层的新结构，其巧妙地利用了被照明的平面图像层固有的光散射性质。

本实用新型的有益效果是：避免了现有前置导光板所必须的散光层所带来的光干扰和其它副作用；能够提高光的利用率；结构较紧凑，占用空间厚度较小。

附图说明

图1是本实施方式前置面光源的剖面视图；

图2是前置面光源第一种结构的正面视图；

图3是前置面光源第二种结构的正面视图；

图4是前置面光源第三种结构的正面视图；

图5是本实施方式带前置面光源的静态图像板的剖面视图；

图6是本实施方式带前置面光源的电子图像装置的剖面视图；

图7是本实施方式带前置面光源和触摸屏的显示器剖面视图；

图8是现有面光源的原理和结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实施方式前置面光源的剖面视图，主要说明其结构和光学作用。以导光板1为主体材料，把发光体3设置在导光板1的侧面端部上，把需要照明的平面图像层7用光学透明胶2无气泡地粘贴于导光板1的背面上，由此构成一个简单的带前置面光源的图像装置。观察者从导光板1的前方看到平面图像反射的影像。遮光体4设置在所述导光板1的前面边部区域，其目的是阻止发光体3发出的小于临界角的光向导光板1的外侧泄漏。反光体5设置在导光板1的端面未被发光体3占据的区域，其目的是反射照射到导光板1端面的光，以增加光的利用率、消除泄漏光的不良影响。

本实施方式中，导光板具有前表面、后表面及位于前、后表面之间的端面，前表面面向观察者，后表面背向观察者。端面具有入射光区域和非入射光区域，入射光区域用于设置发光体，端面的除了用于安装发光体的区域都可以视为非入射光区域。

图2至图4表示导光板1的正面视图结构以及几何形状。图2为导光板为长方形的情形，发光体3设置在四周边上；图3为导光板是长方形的情形，发光体设置在一对长边上；图4为导光板是正六角形的情形，发光体设置在六周边上。

图5是本实施方式带前置面光源的图像板的剖面视图，被照明的平面图像层是纸质图片。该实施方式中导光板1是折射率为1.49的亚克力板，其是长 400mm宽300mm的矩形，厚度为10毫米；光学透明胶2是折射率为1.48的 OCA optical clear adhesive；发光体3为LED灯，每间隔3厘米设置一粒灯珠，四周边均布，总功耗2W，发光面与亚克力导光板1的侧面平行相对；遮光体4 是丝印方法印刷的黑色油墨，不透光，印刷的边框宽度是4.5mm；反光体5是铝薄膜，粘贴于侧面端部LED灯的周边；需要照明的平面图像层7是纸质图片，包括相片、印刷品等。

图6是本实施方式带前置面光源的显示器的剖面视图，被照明的平面图像层是电泳显示器的像素层。该实施方式中导光板1是折射率为1.52的玻璃板；光学透明胶2是折射率为1.48的OCA optical clear adhesive，它将导光板1无气泡地贴合在需要照明的显示器的面板上；发光体3为LED灯，设置在玻璃导光板1的一侧端面上；遮光体4是丝印方法印刷的黑色油墨，不透光；反光体5 是铝薄膜，粘贴于三个空白端面以及第四端面的LED灯的周边；照明电路6给发光体3供电；需要照明的平面图像层7是包含大量带电微小固体颗粒的电泳显示器像素层。

图7是本实施方式带前置面光源和触摸屏的显示器的剖面视图，它可以看作是在图6产品的基础上增加了触摸屏功能。透明薄膜电极8是导光板1后表面的磁控溅射膜ITO图案，其厚度相对导光板厚度微不足道；探测电路9能够探测触摸位置，它与照明电路6共同设置在同一和柔性基板上。本产品中导光板1即起导光作用，又起薄膜电极载体的作用，一体两用，可以减少带前置面光源和触摸屏的显示器的厚度。

上述实施方式中，光学透明胶2的折射率与导光板1的折射率的比值是 0.85～1.10，优选0.95～1.0。发光体2是指发光二极管、冷阴极汞灯、光纤和发光二极管组合体，优选发光二极管。遮光体4是完全不透光材料，可以选铝合金膜、印刷油墨等。遮光体4设置于导光板1外侧边部，条状形状，条状的宽度不小于L，L＝0.5×透明介质板厚度×透明介质板对空气全反射临界角的正切值。计算可以证明，当发光体的中心点位于透明介质板厚度中间位置时，照射到离边小于L距离的光的入射角就小于临界角，遮光体就是阻止这部分光泄漏。本实用新型的反光体5是完全不透光且漫反射的材料，可以选铝合金膜、印刷油墨等，其作用是反射照射到导光板1端面的光，把它重新利用。本实用新型的发光体3的数量为1到N个，当数量为N个时可以均匀布局在导光板的一个边的端面上，也可以均匀布局在导光板的相对的两个边的端面上，还可以均匀布局在导光板的所有边的端面上。

本实用新型的设计思路与现有背光源和前置光源存在根本区别。在现有技术中光源和被照明图像是各自独立的光学系统，换句话说光源独立地造出面光，然后照射图像；而本实用新型则把光源和图像放在同一个光学系统中考虑，它把有些图像本身具有的光散射性质巧妙地利用在光路上，取代了现有技术导光板上的散射层，减小了散射层这个中间环节带来的诸多弊端。

上述实施方式中，导光板上没有散光层，导光板的两面都是镜面，光学透明胶完全占据了导光板和平面图像层之间的空间，消除了导光板内侧面外的低折射率的空气空间，空气空间的折射率为1，从而消除了该侧面上光的全反射，使导光板内部的光线借助光学透明胶的折射照射到散射性强的平面图像层。在传统背光源中和背景技术提及的前置光源中，导光板里面的光线必须借助散光层的光路转变功能才能从其面上出射，出射后经过空气层到达被照明的图像层，与本实用新型有显著的区别。本实用新型强调无气泡地贴合，是指平面图像层和导光板之间的微小间隙里充满了光学透明胶，排除了所有空气，做到了光学意义上的介质的连贯性。

为了便于理解上述思路，先从光学原理说明从端面进入到导光板的光如何从表面发射出来。根据光学原理从光密介质到光疏介质的光只要其入射角大于临界角就只能全反射，无法折射出去，比如从两面皆镜面的导光板的端面进入的光中大于临界角的光只能在导光板的前后两个面之间不断地全反射，无法通过两面折射到空气中，光纤中的光以同样的道理行进几千公里而跑不出侧壁。但是如果我们把导光板中的一面做一些改变，光就可以离开该面发射出来，比如传统的背光源中在导光板的面上制造粗糙的散光面，例如微小凸起，微小沟槽、微小网孔等，光射到这样的面时不发生全反射，而是向各个方向反射或折射，也就是散射，通过后面的反射膜和侧面的反射膜将此散射了的光全部赶到前面，这就是背光源的做法。背光源的导光板的前后两边都是空气，所以必须设置散光层，以使光从面上发射出来。本实用新型中导光板的外面是空气，但里面是光学透明胶以及与光学透明胶无气泡地贴合的散射性强的图像表面。当光学透明胶的折射率等于或大于导光板折射率时不发生全反射，而是发生折射，照射图像。当光学透明胶的折射率小于导光板的折射率但很接近时，临界角的数值变大，少量大入射角的光会全反射，但大部分光还是折射到光学透明胶，仍然能实现良好的照明。临界角的计算公式是：临界角＝arc sin n1/n2,n1为光疏介质的折射率，n2为光密介质是指折射率，本实用新型中n2为导光板的折射率，大约1.52玻璃，n1是空气的折射率1.00或图像层的折射率，计算得到导光板对空气的临界角是41.14度，导光板对图像层的临界角是72.54度假设图像层的折射率是1.45。这样当发光体发出的光线从导光板内部射向空气面时大部分光全反射打回来，而从导光板内部射向光学透明胶时较大一部分光折射出去。

本实用新型是一种平面光源，对平面物体的照明有很突出的特点，被照出来的平面物体的图像非常清晰。

本实用新型避免了现有前置导光板所必须的散光层所带来的光干扰和其它副作用；能够提高光的利用率；结构较紧凑，占用空间厚度小，与传统的灯箱广告板比厚度缩小几十倍，与超薄型广告板LCD背光源+图片+保护玻璃的结构也缩小厚度。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种前置面光源，其特征在于，包括导光板、发光体和照明电路，所述导光板是透明介质板，所述导光板包括相对的前表面、后表面及位于所述前、后表面之间的端面，所述端面具有入射光区域和非入射光区域，所述前表面和后表面均是镜面，所述发光体设于所述导光板的入射光区域，所述发光体发出的光线射向导光板并能够通过反射和折射转向平面图像层，所述照明电路与所述导光板固定并与所述发光体的电极连接。

2.如权利要求1所述的前置面光源，其特征在于，还包括不透光的遮光体，所述遮光体设于所述前表面并邻近所述入射光区域。

3.如权利要求1所述的前置面光源，其特征在于，还包括不透光的反光体，所述反光体设于所述非入射光区域。

4.如权利要求1所述的前置面光源，其特征在于，所述导光板是平板玻璃、PMMA板、PET板或PC板。

5.如权利要求1所述的前置面光源，其特征在于，所述发光体是发光二极管、冷阴极汞灯或光纤和发光二极管的组合体。

6.一种带前置面光源的电子图像装置，其特征在于，包括电泳显示器及权利要求1-5中任意一项所述的前置面光源，所述电泳显示器包括由带电固体颗粒与液体混合构成的图像层及夹持所述图像层的前基板和后基板，所述电泳显示器的前基板是平板玻璃，所述前置面光源导光板的后表面与所述电泳显示器的前基板的外表面用光学透明胶无气泡地全贴合。

7.如权利要求6所述的电子图像装置，其特征在于，所述前置面光源还包括设于导光板表面的透明薄膜电极以及与其连接的探测电路，所述导光板、透明薄膜电极和探测电路共同构成探测触摸位置的触摸屏。

8.一种带前置面光源的静态图像板，其特征在于，包括平面图像层和权利要求1-5中任意一项所述的前置面光源，所述平面图像层通过光学透明胶与所述前置面光源导光板的后表面无气泡地全贴合，且所述平面图像层是片状物体上的具有光散射性的平面图像层。

9.如权利要求8所述的图像板，其特征在于，所述片状物体是纸片、塑料膜或布料。