[發明專利]包括光導的數據顯示設備的照明系統

有效

• 申請號: 201110147552.1
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102313201A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: P·托爾托拉
• 申請（專利權）人: 斯沃奇集團研究和開發有限公司
• 主分類號: F21S8/00
• 分類號: F21S8/00;F21V8/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 周良玉;楊曉光

技術領域

本發明涉及包括光導的數據顯示設備的照明系統。更具體地，本發明涉及光提取設備，其具有使得未使用的光循環以照明數據顯示設備的系統。

背景技術

以下說明具體涉及顯示設備(例如反射式液晶顯示單元)的前燈。這個技術已知為“前燈照明”。

反射型顯示設備的前燈照明的已知技術包括在顯示設備上設置透明光導，在透明光導中注入光。光導構成為將在下層顯示設備的方向中傳播的光逐漸提取。在光導中提供的用于提取光的結構稱為“光提取器”。光導中這些提取器的數目、幾何結構和分布根據其應用而不同。

在對于顯示設備提供的數據的顯示對比度沒有負面影響的情況下選擇提供良好照明水平的給定類型光提取器是一項艱巨的任務。當然，出于容易理解的主要審美原因，這些光提取器必須特別地對于用戶盡可能地看不到，并且能夠確保在顯示設備的整個表面上最可能均勻地照明。后一條件對于手表中結合的顯示設備的照明特別重要。

第一個問題源自通過光導進行的反射式顯示設備的前燈照明并且負面影響照明均勻性，該問題與這個類型的光導的實際操作原理有關。

在光導入口處由光源注入的光通量或光功率稱為P₀，并假設光導具有每個長度單位的光提取效率E，則根據光導內部的光行進的距離z，在光導內部剩余的內部光通量通過公式P₀e^-E，z給出。因此，在光導長度的給定點z處可從光導提取的光通量P_extr(z)根據以下關系與內部光通量成正比：

P_extr(z)∝P₀e^-E·z???????(1)

以上等式(1)示出，如果光提取效率E在光導的整個長度上保持相同，則從光導提取的光通量P_extr(z)隨著到光導中的光的注入點的距離以指數級減少。因此，顯示設備的照明在其整個表面上將不均勻。

為了克服這個問題，第一個方案可包括，建立這樣一種光導，其光提取效率隨著到光導中的光的注入點的距離而改變。更具體地，光導的光提取效率隨著遠離光導中的光的注入點逐步增加。然而，這個方案很難實現。根據定義，光提取效率始終保持小于1。因此，提取效率不能夠隨著到光導中的光的注入點的距離無限增加。此外，為了獲得沿著光導的光提取效率的連續改變，光導中的光提取器的幾何結構或深度將不得不連續改變，這將需要在光導的設計和制造方面付出相當大的努力。

補償從光導提取的光通量的指數級減少的另一方案包括，提供這樣一種光導，其沿著光導的整個長度具有恒定并很低(即遠小于1)的光提取效率。在這個情況下，以上等式(1)可近似為如下：

P_extr(z)∝P₀e^-E·z≈P₀(1-E·z)≈P₀?(2)

以上等式(2)示出，通過恒定且很低的光提取效率，從光導提取的光通量在光導的整個長度上基本相同，并且等于向光導入口注入的光通量。實踐上，這個方案非常容易實現，因為這不需要沿著光導改變提取器的幾何結構。當然，光提取效率在光導的整個長度上必須相同。然而，這個第二方案還出現一個問題。實際上，為了驗證，以上等式(2)需要光提取效率很低。換句話說，僅原始注入到光導中的光通量的一小部分實際用于照明反射式顯示設備。對于注入到光導中的光通量的剩余部分，一旦到達光導的出口則將被排出或吸收，并因此永久失去。因此，這種類型系統的光輸出比很差。

為了克服這個問題，可設想在光導出口設置鏡片，以向光導中重新注入從中脫離的任何光。然而，這個方案不是很適合我們這里關心的光導類型。當然，一旦光從光導中反射回，則它在光導中沿著與初始傳播方向相反的方向傳播，并且不再以相同方式與提取器交互，因為提取器通常具有不對稱結構，其被優化用于提取直接來自光導入口處設置的源端的光。因此，在相反方向傳播的任何光將不再以最佳方式提取或擴散，并且將負面影響顯示設備的顯示對比度。

發明內容

本發明的一個目的在于，通過提供改進了光輸出比的光導而克服上述缺陷。