專利名稱：前光源及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于為反射型液晶板或類似物照明的前光源，以及包括這種前光源的電子設(shè)備。
近來，由于下述原因，大量便攜式設(shè)備將反射型LCD(液晶顯示器)作為顯示器。反射型LCD利用外部光來顯示圖像，因此不需要在顯示器中是最耗電部件的背光。因此，通過利用反射型LCD，可長期使用由電池驅(qū)動(dòng)的便攜式設(shè)備。另一方面，反射型LCD具有在沒有充足外部光時(shí)不能顯示清晰影像的缺陷。在這種情況下，不能很好地識(shí)別所顯示的圖像。為了克服上述缺陷，開發(fā)出在沒有充足外部光時(shí)能夠?yàn)榉瓷湫鸵壕О逭彰鞯那肮庠础?br>

圖13A和13B示出了作為傳統(tǒng)前光源示例的棱鏡型前光源結(jié)構(gòu)。該傳統(tǒng)棱鏡型前光源包括平面光導(dǎo)板1、光源2和反射器3，平面光導(dǎo)板1上形成有棱鏡表面，光源2設(shè)在光導(dǎo)板1的側(cè)面，反射器3將光源2發(fā)射的光有效地導(dǎo)向光導(dǎo)板1?？衫美潢帢O管、發(fā)光二極管或類似物作光源2。
下面對(duì)傳統(tǒng)棱鏡型前光源的操作進(jìn)行描述。當(dāng)關(guān)閉光源2時(shí)(見圖13A)，來自周圍的外部光6從其上設(shè)有棱鏡的光導(dǎo)板1的上表面1c射入，并從下表面1d射出。從反射型LCD5的像素電極反射后，光線6穿過光導(dǎo)板1進(jìn)入用戶的視線。
圖13B示出了當(dāng)光源2導(dǎo)通時(shí)前光源的操作。如圖13B所示，從光源2發(fā)射的光線8經(jīng)燈光反射器3反射，射入光導(dǎo)板1的側(cè)面1a。射入光導(dǎo)板1的光線被反射并被光導(dǎo)板1的上表面1c和下表面1d多次折射，從而朝其相對(duì)的側(cè)面1b傳播。光線的上述傳播遵從斯涅爾定律和菲涅耳定律。因此，當(dāng)光線以小于臨界角的角度射入空氣和光導(dǎo)板1的上表面1c或下表面1d之間的分界面時(shí)，入射光從光導(dǎo)板1的下表面1d射入空氣中?？筛鶕?jù)菲涅耳定律計(jì)算在上述情況中可得到的透射率。然后從光導(dǎo)板1射出的光線射入反射型液晶板5以起到有效提供顯示的照明光的作用。射入液晶板5上的光線通過其中的液晶進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)像素電極反射再次射入光導(dǎo)板1的下表面1d。然后光線從上表面1c射出到達(dá)用戶的視線。
在許多文章中對(duì)上述棱鏡型前光源進(jìn)行了描述，例如，在液晶顯示會(huì)議’98材料技術(shù)主題，E-6(4)(Material Technology Text，E-6(4))上題目為“擴(kuò)展彩色反射液晶應(yīng)用范圍的前光源技術(shù)”；在FPD智能月刊(Monthly FPD Intelligence)，(1998年2月)第22頁上題目為“Sony提出其反射低溫多晶硅TFT-LCD”的文章；在Nikkei電子設(shè)備(NikkeiElectronics)，No.717(1998年7月1日)41-46頁上題為“出現(xiàn)在EDEX’98上的彩色反射型LCD面板-面向全尺寸普及型”；以及在1999SID技術(shù)論文文摘(Symposium Digest of Technical Papers)，912頁上題為“用于基于密紋光導(dǎo)的反射型LCD的前光源”文章。
在棱鏡型前光源中，下表面上設(shè)置的凸凹結(jié)構(gòu)不能滿足光導(dǎo)板下表面上的全反射條件。或者，可以將光導(dǎo)板與折射率與其不同的材料接觸，以便在那使全反射條件無法滿足。后一結(jié)構(gòu)不能歸類為前光源，但可用于墨點(diǎn)型背光。在用于墨點(diǎn)型背光的光導(dǎo)板下表面上，將白墨以點(diǎn)狀印在光導(dǎo)板的下表面上。射在這些點(diǎn)上的光線在此散開。由于相對(duì)于光導(dǎo)板上表面的入射角小于臨界角，因此允許如此散開的光線從光導(dǎo)線中射出。通過優(yōu)化尺寸、節(jié)距、點(diǎn)的密度或其它參數(shù)，可以將從光導(dǎo)板上表面射出的光線的數(shù)量在光導(dǎo)板的整個(gè)上表面上設(shè)成是統(tǒng)一的。
然而，傳統(tǒng)棱鏡型前光源具有光利用率低的缺陷。由于前光源通常與反射型LCD結(jié)合，因此需要大功耗來操作的前光源對(duì)反射型LCD的最有利特性(即低功耗)會(huì)有不利的影響。
下面對(duì)產(chǎn)生光利用率低的原因進(jìn)行描述。首先，射入棱鏡表面的部分光線如圖13B所示被折射，導(dǎo)致光線11從光導(dǎo)板1的上表面1c射出。光線11損耗從而不能為液晶板照明，由此導(dǎo)致光利用率的降低。為補(bǔ)償照明的減少，不得不增加光源的功耗。而且，不將從上表面1c射出并朝用戶傳播的光線11提供給顯示器。因此，用戶對(duì)光線11的識(shí)別會(huì)導(dǎo)致對(duì)比度降低。
第二，進(jìn)入光導(dǎo)板1的光線不能輕易通過下表面1b射出，因此，可能在光導(dǎo)板1中消失。這又導(dǎo)致光利用率的減少和低照度。更具體地說，以小入射角射入光導(dǎo)板1側(cè)面1a的光線在上表面1c和下表面1d經(jīng)歷較少次數(shù)的反射和折射，以使光線可能滿足全反射條件。當(dāng)全反射條件得到滿足時(shí)，光線繼續(xù)在光導(dǎo)板1中傳播，同時(shí)反復(fù)進(jìn)行反射，最終在其中損耗。
第三個(gè)原因，從光源2射出的光線可能以大角度(即介于光線和垂直于光導(dǎo)板1下表面1d的角度可能大)從光導(dǎo)板1中朝LCD射出。這是因?yàn)閮H僅以小于全反射臨界角的角度射入光導(dǎo)板1下表面1d的光線能從下表面1d射出。
當(dāng)光線在光導(dǎo)板1中傳播時(shí)，下表面1d的入射角逐漸變小。當(dāng)下表面1d的入射角變成略小于全反射臨界角時(shí)，不滿足全反射條件，光線從光導(dǎo)板1的下表面1d射入空氣中。因此，在這種情況下的出射角接近90°。不允許這種光線以直角射入反射型液晶板5，由此導(dǎo)致光利用率的降低。
如圖14A和14B所示的凸起型(projection type)前光源是用來克服上述棱鏡型前光源的不利之處的。這種凸起型前光源包括光導(dǎo)板21，光源22以及反射器23。形成光導(dǎo)板的下表面21d以使其具有矩形截面的凸起。
如圖14A中箭頭所示，為未打開前光源時(shí)，外部光射入光導(dǎo)板21的上表面21c，穿過光導(dǎo)板21為反射型液晶板25照明。從反射型液晶板25反射的光線到達(dá)用戶的視線。
當(dāng)如圖14B中箭頭所示前光源打開時(shí)，從光源22射出的光線被反射器23反射，射入光導(dǎo)板21的側(cè)面21a。入射光在光導(dǎo)板21中朝其相對(duì)的側(cè)面21b的方向傳播，同時(shí)在上表面21c和下表面21d之間被全反射。在光導(dǎo)板21中傳播的光線中，射入上表面21c的部分光線可能滿足全反射條件。因此，很少的光線會(huì)射過上表面21c。而且，在射入下表面21d的光線中，射入凸起部分下表面24a和凹進(jìn)部分下表面24b的部分光線始終滿足全反射條件。因此，不會(huì)有光線通過凸起部分下表面24a和凹進(jìn)部分下表面24b從光導(dǎo)板21射出。
另一方面，射入凸起部分側(cè)面24c的光線由于其入射角小于臨界角可以通過。綜上可知，在凸起型前光源中僅有少許光線能夠穿過光導(dǎo)板21的上表面21c射出，因此與棱鏡型前光源相比光線損耗變得更小。
而且，如圖15所示，前光源在光導(dǎo)板31的下表面上具有凸起34，凸起34具有梯形橫截面。圖15中的前光源以與圖14A和14B中前光源類似的方式操作，而且，通過在光導(dǎo)板31上設(shè)置具有倒錐形橫截面的凸起使光線能穿過凸起部分的側(cè)面24c。在圖15中，用相同的參考符號(hào)表示與圖14中相同的部分。
在ASIA DISPLAY’98第897頁上題為“利用薄光導(dǎo)的前光源系統(tǒng)”的文章描述了上述凸起型前光源。該凸起型前光源的優(yōu)勢(shì)在于克服了上述棱鏡型前光源的第一個(gè)缺陷。當(dāng)從光源射出的光線穿過棱鏡型前光源中的上表面(例如，通過上表面到達(dá)用戶)時(shí)，僅有射入凸起側(cè)面24c的光線能從凸起型前光源的光導(dǎo)板中射出，由此導(dǎo)致光損失的減少和抑制對(duì)比度的減小。
需要注意的是，如圖14A和14B所示，射入凸起側(cè)面24c的光線用來為反射型液晶板25照明。然而，關(guān)于反射型液晶板25的大入射角的缺陷仍未克服，該缺陷來自于凸起部分的側(cè)面24c的大出射角。大入射角意味著光線以傾斜方向射入像素電極，導(dǎo)致光利用率的降低。而且，由于僅有射入凸起部分側(cè)面21c的光線能從光導(dǎo)板21中射出，因此光線難于從光導(dǎo)板21中射出。因此，光線在傳播過程中極有可能丟失，關(guān)于該點(diǎn)缺陷仍未得到克服。
本發(fā)明的目的是克服上述凸起型前光源的缺陷，并提供一種光利用率高的前光源。本發(fā)明也想通過使用這種前光源允許從盡可能垂直的方向?yàn)榉瓷湫鸵壕О逭彰?，并抑制光線在光導(dǎo)板中傳播時(shí)的衰減，由此獲得光利用率的改善。
為克服上述缺陷，本發(fā)明的前光源包括光源、光導(dǎo)板以及多個(gè)與光導(dǎo)板下表面接觸的棱鏡型透鏡，其特征在于在與其中側(cè)面垂直的平面上的每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面具有等邊梯形形狀；由每個(gè)棱鏡型透鏡的等邊梯形橫截面的上底確定的平面與光導(dǎo)板下表面接觸；等邊梯形橫截面的鈍角Φ和棱鏡型透鏡的全反射臨界角θ滿足關(guān)系90°＜Φ≤90°+θ。
在上述結(jié)構(gòu)中，每個(gè)棱鏡型透鏡是具有等邊梯形下表面的n邊棱鏡型透鏡。這些棱鏡型透鏡中的每一個(gè)均相當(dāng)于設(shè)在傳統(tǒng)凸起型前光源上的凸起，用作使在光導(dǎo)板中傳播中的光線從那里向外射出的光學(xué)部件。
等邊梯形的上底指的是在一對(duì)相對(duì)平行邊中的較短的那個(gè)。而下底指的是在一對(duì)中較長的那個(gè)。每個(gè)棱鏡型透鏡在包括上底的側(cè)面與光導(dǎo)板的下表面接觸，其中沒有插入任何諸如粘合劑層的其它材料。放置反射型液晶板、緊密接觸型光傳感器或類似物，以便面向由每個(gè)棱鏡型透鏡下底確定的側(cè)面，并由前光源照明。
當(dāng)關(guān)斷光源時(shí)，外部光通過其上表面進(jìn)入光導(dǎo)板，在穿過光導(dǎo)板和準(zhǔn)直片后為反射型液晶板或緊密接觸型光傳感器照明。
當(dāng)打開光源時(shí)，從光源發(fā)射的光線射入光導(dǎo)板的側(cè)面，在光導(dǎo)板中傳播，同時(shí)在光導(dǎo)板的上/下表面和空氣間的分界面上被全反射。在傳播過程中，射入光導(dǎo)板下表面和每個(gè)棱鏡型透鏡之間分界面的部分光線進(jìn)入棱鏡型透鏡中。
最理想的是，每個(gè)棱鏡型透鏡的折射率盡可能設(shè)定與光導(dǎo)板的折射率相等。當(dāng)每個(gè)棱鏡型透鏡的折射率不同于光導(dǎo)板的折射率時(shí)，允許光線在光導(dǎo)板和每個(gè)棱鏡型透鏡之間的分界面上反射或折射，由此導(dǎo)致用戶易于識(shí)別出分界面。另一方面，由于折射率彼此相等，在射入光導(dǎo)板和每個(gè)棱鏡型透鏡之間分界面的光線中不產(chǎn)生反射成分，以使所有入射光可以進(jìn)入棱鏡型透鏡。至少準(zhǔn)直片的折射率設(shè)定為小于光導(dǎo)板的折射率。得到相同折射率的最容易的方法是用與光導(dǎo)板相同的材料制成棱鏡型透鏡。
進(jìn)入的光線進(jìn)一步射入空氣和棱鏡型透鏡側(cè)面之間的分界面，棱鏡型透鏡的該側(cè)面包括等邊梯形橫截面的側(cè)邊。盡管圖14A、14B和15中示出的傳統(tǒng)前光源中的凸起相對(duì)于光導(dǎo)板下表面以錐形形成，但在本發(fā)明中的棱鏡型透鏡以倒錐形形成。而且，在每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面中，等邊梯形橫截面的鈍角Φout和棱鏡型透鏡的全反射臨界角θc滿足關(guān)系90°＜Φout≤90°+θc。因此，幾乎所有射入側(cè)面和空氣之間分界面的光線可以被全反射，由此導(dǎo)致符合要求的光利用率。反射光線射入由等邊梯形橫截面下底確定的平面并從棱鏡型透鏡射出。
作為本發(fā)明的主要特征之一，進(jìn)入每個(gè)棱鏡型透鏡的光線在從那里射出前被反射。在傳統(tǒng)的凸起型前光源中，穿過側(cè)面的光線用來照明液晶板，由此不可避免地導(dǎo)致液晶板上的大入射角。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，允許光線在棱鏡型透鏡的側(cè)面被反射，在從透鏡中射出前沿不同方向傳播。因此，可實(shí)現(xiàn)在液晶板上較小的入射角，由此導(dǎo)致光利用率的提高。
因此，在本發(fā)明中，相對(duì)于基本光導(dǎo)板的下表面以倒錐形方式放置每個(gè)棱鏡型透鏡橫截面。更具體地說，重要的是，與光射出側(cè)(即更靠近液晶板的位置)相比，橫截面形狀的跨度寬度朝更靠近光導(dǎo)板的那端逐漸變小。橫截面的形狀不限于梯形形狀。例如，橫截面可以具有軸對(duì)稱圖形的形狀，即該軸對(duì)稱圖形由一對(duì)相對(duì)的平行直線和一對(duì)相對(duì)的曲線封閉而成，且相對(duì)于通過各相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的直線軸對(duì)稱。
通過用曲線代替等邊梯形的側(cè)邊可得到上述形狀。在這種橫截面中，由一條曲線的任一點(diǎn)的法線和將曲線上該點(diǎn)連接到另一條曲線和較短邊之間交點(diǎn)的直線之間確定的角度優(yōu)選等于棱鏡型透鏡全反射的臨界角。該角度至少設(shè)定在相對(duì)于臨界角±3°范圍內(nèi)。通過上述設(shè)置，可以提高射入棱鏡型透鏡曲線側(cè)面的光反射率。
臨界角θc的變化取決于與光導(dǎo)板接觸的材料的折射率。然而，在通常情況下，與光導(dǎo)板接觸的這種材料是空氣。因此，參照光導(dǎo)板和空氣之間分界面上的全反射臨界角θc可以確定等邊梯形橫截面的鈍角Φout。
或者，用具有旋轉(zhuǎn)體形狀的旋轉(zhuǎn)體透鏡代替棱鏡型透鏡，旋轉(zhuǎn)體透鏡是通過沿對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)上述軸對(duì)稱圖形得到的。與光射出側(cè)相比，旋轉(zhuǎn)體透鏡的放置是使得朝向更靠近光導(dǎo)板那端的跨度寬度逐漸變小。
如以上所闡明的，在本發(fā)明中都設(shè)有棱鏡型透鏡或旋轉(zhuǎn)體透鏡，以使得與射出側(cè)相對(duì)(即更靠近液晶板的那端)的跨度寬度朝向更靠近光導(dǎo)板的那端逐漸變小。因此，很難將棱鏡型透鏡與光導(dǎo)板整體成形。因此，在本發(fā)明中，提供的平面光導(dǎo)板不需進(jìn)一步加工，而且分別制備多個(gè)棱鏡型透鏡或旋轉(zhuǎn)體透鏡。然后這些透鏡放置在平面光導(dǎo)板上以便與光導(dǎo)板相接觸。
附圖中圖1A至1D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的前光源結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1A是前光源的橫截面視圖，圖1B是準(zhǔn)直片的透視圖，圖1C是每個(gè)棱鏡型透鏡的透視圖，圖1D是在垂直于側(cè)面的平面上的棱鏡型透鏡的橫截面視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的棱鏡型透鏡的橫截面視圖；圖3A至3C是根據(jù)本發(fā)明的棱鏡型透鏡的橫截面視圖，其中圖3A示出了具有滿足關(guān)系Φout≌90°的等邊梯形橫截面的鈍角Φout的棱鏡型透鏡，圖3B示出了具有滿足關(guān)系Φout≥90°+(90°-θc)的等邊梯形橫截面的鈍角Φout的棱鏡型透鏡，圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的棱鏡型透鏡，特別是用來說明等邊梯形橫截面的鈍角Φout和最終所得圖像質(zhì)量的關(guān)系；圖4是當(dāng)?shù)冗吿菪螜M截面的鈍角Φout接近直角時(shí)根據(jù)本發(fā)明的棱鏡型透鏡橫截面視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明放大了的棱鏡型透鏡橫截面視圖，其中鈍角Φout大；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的前光源結(jié)構(gòu)，更具體地說，圖6A是前光源的橫截面視圖，圖6B是準(zhǔn)直片的透視圖，圖6C是每個(gè)棱鏡型透鏡的透視圖，圖6D是在垂直于側(cè)面的平面上的棱鏡型透鏡的橫截面視圖；圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的棱鏡型透鏡的透視圖；圖8A和8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的準(zhǔn)直片的透視圖，以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡的透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的前光源的橫截面視圖；圖10A和10B分別是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5的前光源的橫截面視圖；圖11A至11F分別示出了結(jié)合了本發(fā)明前光源的電子設(shè)備；圖12A至12B分別示出了結(jié)合了本發(fā)明前光源的緊密接觸型傳感器；圖13A至13B分別示出了傳統(tǒng)棱鏡型前光源的橫截面視圖；圖14A和14B分別示出了傳統(tǒng)凸起型前光源的橫截面視圖；及圖15示出了傳統(tǒng)凸起型前光源的橫截面視圖。
下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例中的前光源利用在垂直于側(cè)面的平面上具有等邊梯形橫截面的棱鏡型透鏡。
圖1示出了本發(fā)明中前光源的結(jié)構(gòu)。更具體地說，圖1A是前光源的橫截面視圖，圖1B是準(zhǔn)直片的透視圖，圖1C是每個(gè)棱鏡型透鏡的透視圖，圖1D是在垂直于側(cè)面的平面上的棱鏡型透鏡的橫截面視圖。
如圖1A所示，光源102放置在光導(dǎo)板101的側(cè)面101a上，在光源102后面還設(shè)有反射器103。而且，設(shè)有準(zhǔn)直片104用來與光導(dǎo)板101的下表面101d接觸。為便于說明，光導(dǎo)板101的上表面101c指朝向用戶的表面，而下表面101d指在上表面101c對(duì)面的表面。
光導(dǎo)板101是由矩形透明材料制成的板，具有矩形平行六面體的形狀，該平行六面體的四個(gè)側(cè)面中每個(gè)側(cè)面均為矩形，矩形的短邊都大大地短于長邊。用于光導(dǎo)板101的材料具有80％或更大的可見光透射率(全部光線透射率)，更可取為85％或更大，以及2或更大的折射率。因?yàn)檎凵渎试谶@一范圍內(nèi)以90°入射角射入側(cè)面101a的光線會(huì)折射至光導(dǎo)板101中。在本實(shí)施例中，選用折射率介于1.4至1.7范圍內(nèi)的材料。
作為滿足上述條件的透明材料，可以使用無機(jī)玻璃(具有1.42至1.7的折射率和91％至80％的透射率)，例如石英、硼硅玻璃或類似物，或塑料材料(樹脂材料)。作為塑料材料，可以使用甲基丙烯酸樹脂(通常已知為丙烯酸的聚甲基丙烯酸甲脂具有1.49的折射率和92％至93％的透射率)，聚碳酸酯(具有1.59的折射率和88％至90％的透射率)，多芳基化合物(具有1.61的折射率和85％的透射率)，聚-4-甲基戊烯-1(具有1.46的折射率和90％的透射率)，AS樹脂[acrylotrile苯乙烯聚合體](具有1.57的折射率和90％的透射率)，MS樹脂[有機(jī)玻璃苯乙烯聚合體](具有1.56的折射率和90％的透射率)或?qū)⑸鲜鰞煞N或多種樹脂混合得到的材料。
可以使用冷陰極射線管或LED作為光源102。沿光導(dǎo)板101的側(cè)面101a放置光源102。而且，通過在光導(dǎo)板101的相對(duì)側(cè)面101b上提供另一個(gè)光源102和另一個(gè)反射器103，可提供兩個(gè)與光導(dǎo)板101彼此相向的光源102。
準(zhǔn)直片104包括基膜105和平行放置在基膜105上的多個(gè)棱鏡型透鏡106。如圖1C和1D所示，這些棱鏡型透鏡是具有等邊梯形橫截面的n邊形棱鏡型透鏡。為便于說明，包括等邊梯形的上底106w的側(cè)面指上表面106a，而另一個(gè)包括下底106x的側(cè)面指下表面106b。其它側(cè)面包括側(cè)邊106y和106z，分別指的是側(cè)面106c和106d。
在準(zhǔn)直片104中，每個(gè)棱鏡型透鏡被放置成使其下表面106b與基膜105相接觸。而且，準(zhǔn)直片104被放置成使其上表面106a與光導(dǎo)板101的下表面101d相接觸。盡管不需要將基膜105和反射型液晶板緊密接觸，但至關(guān)重要的是，每個(gè)棱鏡型透鏡106和光導(dǎo)板101彼此緊密接觸，沒有任何材料插入其間。
可以使用具有80％或更高可見光透射率的樹脂薄膜作為基膜105的材料，例如，最好使用PET樹脂或類似物。對(duì)于光導(dǎo)板101的材料，可以選用具有80％或更高最好85％或更高可見光透射率(全部光透射率)以及1.4至1.7范圍內(nèi)折射率的材料作為棱鏡型透鏡106的材料。例如，可將與用于上述光導(dǎo)板101的相同材料用于棱鏡型透鏡106。按照可加工性或成本，塑料材料更適合。此外，選擇與光導(dǎo)板101材料具有相同折射率的棱鏡型透鏡106材料是為了防止光線在棱鏡型透鏡106和光導(dǎo)板101之間的分界面上被反射或折射。
在本實(shí)施例中，棱鏡型透鏡106和光導(dǎo)板101均使用具有1.49折射率的聚甲基丙烯酸甲脂丙烯酸脂(丙烯酸)。選用PET樹脂作為基膜105的材料。
在下文中，參考圖2對(duì)準(zhǔn)直片105的功能和棱鏡型透鏡106的形狀進(jìn)行描述。
當(dāng)光源102未打開時(shí)，允許外部光通過其上表面101c進(jìn)入光導(dǎo)板101。進(jìn)入的光線穿過光導(dǎo)板101和準(zhǔn)直片104，在反射型LCD被反射，并再次穿過準(zhǔn)直片104和光導(dǎo)板101到達(dá)用戶的視線。
當(dāng)光源2打開時(shí)，從光源102中射出的光線被反射器103反射，通過其側(cè)面101a進(jìn)入光導(dǎo)板101。進(jìn)入的光線在光導(dǎo)板101中傳播，同時(shí)在上表面101c和下表面101d上全反射。
當(dāng)從空氣中通過上表面101a進(jìn)入光導(dǎo)板101的光線射入光導(dǎo)板101的下表面101d(在上表面101c)時(shí)，考慮到斯涅耳定律和光導(dǎo)板101的幾何形狀(即其橫截面為矩形)，所定義的入射角θ1滿足關(guān)系90°-θc≤θ1≤90°。θc表示光導(dǎo)板101相對(duì)于空氣的全反射的臨界角。以90°入射角射入光導(dǎo)板101的側(cè)面101a的光線進(jìn)一步以90°-θc入射角射入光導(dǎo)板101的上表面101c(或下表面101d)，同時(shí)以0°入射角射入光導(dǎo)板101的側(cè)面101a的光線進(jìn)一步以90°角射入上表面101c(或下表面101d)。因此，可以得到滿足上述范圍的入射角θ1。
當(dāng)入射角θ1大于臨界角θc時(shí)，光線121在空氣和光導(dǎo)板101之間的分界面上被全反射。由于光導(dǎo)板101的折射率大于21/2(即大于sin-145°)，因此臨界角θc變成小于45°。由于入射角θ1大于臨界角θc，因此射入下表面101d(或上表面101c)和空氣之間分界面的光線被全反射。這種情況下的反射角等于入射角θ1。因此，從光源102射出的光線在光導(dǎo)板101中傳播，同時(shí)反復(fù)在與空氣的分界面上進(jìn)行全反射，從側(cè)面101a傳播至相對(duì)的側(cè)面101b。
在本實(shí)施例中，光導(dǎo)板101用丙烯酸樹脂(具有1.49的折射率)制造，因此，臨界角θc大約為42°。因此射入光導(dǎo)板101的下表面101d或上表面101c的光線的入射角θ1需要滿足關(guān)系48°＜θ1≤90°。
如圖2所示，射入光導(dǎo)板101的下表面101d上與空氣的分界面的光線121被全反射，同時(shí)允許射入與棱鏡型透鏡相接觸表面的光線122進(jìn)一步進(jìn)入棱鏡型透鏡106。由于棱鏡型透鏡106的折射率等于光導(dǎo)板101的折射率，因此光線122的折射角等于入射角θ1。因此，允許光線122進(jìn)入棱鏡型透鏡106，而不在分界面折射。
因此，進(jìn)入棱鏡型透鏡106的光線123以入射角θ2射入其側(cè)面106d并在那里反射，然后該反射光以入射角θ3射入下表面106b。需要注意的是，角θ2定義為射入側(cè)面106d的光線法線之間的角度，而θ3定義為射入下表面106b光線和法線之間的角度。
由于在側(cè)面106d上反射，因此入射角θ3小于棱鏡型透鏡相對(duì)于空氣的全反射的臨界角。因此，射入棱鏡型透鏡106的下表面106b的光線124可以射出到外面。因此通過棱鏡型透鏡106的下表面106d射出的光線為反射型液晶板照明。這個(gè)光線以某個(gè)入射角射入其上并在反射型LCD的像素電極上被反射。此后，光線穿過準(zhǔn)直片104和光導(dǎo)板101到達(dá)觀察者的視線。
在本實(shí)施例中，在棱鏡型透鏡106的側(cè)面106d(106c)反射的光線被用來為液晶板照明，由此導(dǎo)致液晶板上入射角的減小。結(jié)果是垂直照明液晶板的光線成分變大，可以充分利用光線。
如上所述，為了高效地將側(cè)面106d(106c)上反射的光線導(dǎo)向液晶板，更可取的是將棱鏡型透鏡106的側(cè)面106c和106d上的反射率盡可能設(shè)定為高值。理想的情況是在側(cè)面106c和106d上光線被全反射。在下文中對(duì)實(shí)現(xiàn)全反射的合適條件進(jìn)行描述。
如上所述，在光導(dǎo)板101和棱鏡型透鏡106(棱鏡型透鏡106的上表面106a)之間分界面上的入射角(也是折射角)θ1介于范圍90°-θc≤θ1≤90°內(nèi)。另一方面，當(dāng)相對(duì)于棱鏡型透鏡106側(cè)面106c(106d)的光線的入射角θ2等于或大于相對(duì)于空氣的棱鏡型透鏡106的全反射臨界角時(shí)，允許光線在側(cè)面106c(106d)全反射。由于棱鏡型透鏡106和光導(dǎo)板101是由相同材料制成的，因此棱鏡型透鏡106的全反射臨界角等于光導(dǎo)板101的臨界角θc。因此，為使光線被全反射，應(yīng)該滿足關(guān)系θc≤θ2≤90°。
考慮到幾何學(xué)原理，角θ2與每個(gè)棱鏡型透鏡106的等邊梯形橫截面的鈍角Φout滿足于下列關(guān)系90°+θ2=Φout+(90°-θ1)因此，可以得到θ2=Φout-θ1如圖3所示，假定等邊梯形橫截面的鈍角Φout滿足Φout=90°，即Φout=90°+α(｜α｜≤0°)。在這種情況下，由于光線125在側(cè)面106d(106c)上的入射角θ2=α+θc，因此以入射角θ1=90°-θc射入棱鏡型透鏡106上表面106a的光線125在側(cè)面106d(106c)上全反射。另一方面，以入射角θ1＞90°-θc射入上表面106a的光線126在側(cè)面106d(106c)上有反射角θ2＜θc。因此，產(chǎn)生由虛線所表示的穿過側(cè)面106d(106c)的部分，導(dǎo)致光利用率的降低。
接著，假定等邊梯形橫截面的鈍角Φout滿足Φout=90°+θc。當(dāng)上表面106a上的入射角θ1滿足關(guān)系θ1=90°-θc時(shí)，側(cè)面106c和106d上的入射角θ2滿足θ2=2θc，因此光線在棱鏡型透鏡106側(cè)面106c和106d上全反射。θ1=90°時(shí)，由于入射角θ2滿足θ2=θc，光線被全反射。換句話說，Φout=90°+θc時(shí)，允許射入棱鏡型透鏡106側(cè)面106c和106d的光線被全反射。
最后，如圖3B所示，假定Φout≥90°+θc。由于Φout=90°+(90°-θc)，具有入射角θ1=90°-θc的光線127的光路平行于等邊梯形橫截面?zhèn)冗叄琰c(diǎn)劃線所示。因此，由于Φout≥90°+(90°-θc)，滿足關(guān)系90°-θc≤θ1＜Φout的入射角θ1射入上表面106a的光線在側(cè)面106c和106d上未被反射，但通過下表面106b射出。
從上面可以理解，為了允許光線在棱鏡型透鏡106的側(cè)面106c和106d上反射，需要滿足90°＜Φout＜90°+(90°-θc)，最好滿足90°＜Φout≤90°+θc(其中θc＜45°)。在本實(shí)施例中，由于θc42°，因此滿足關(guān)系90°＜Φout≤90°+48°，最好滿足關(guān)系90°＜Φout≤90°+42°。
因?yàn)棣祇ut越大，圖像質(zhì)量越惡化，因此最好用較小的等邊梯形橫截面的鈍角Φout如圖3C所示，在反射型液晶板上反射的光線射入準(zhǔn)直片104。為簡化說明，在圖3C中可忽略準(zhǔn)直片104和基膜105之間的折射，棱鏡型透鏡106的下表面106b上的入射角設(shè)定為0°。在進(jìn)入棱鏡型透鏡106的光線中，由于棱鏡型透鏡106和空氣的折射率不同，穿過側(cè)面106c和106d的光線128在側(cè)面106c和106d上折射后進(jìn)入光導(dǎo)板101。這會(huì)造成圖像質(zhì)量惡化。另一方面，由于棱鏡型透鏡106和光導(dǎo)板101之間折射率沒有區(qū)別，因此允許穿過上表面106a的光線129不被折射就進(jìn)入光導(dǎo)板101。由此導(dǎo)致圖像質(zhì)量不會(huì)惡化。從上面的描述中可以理解，較大的鈍角Φout更可能會(huì)使圖像質(zhì)量惡化。
而且，考慮到棱鏡型透鏡106是由鑄模制成的情況，可將等邊梯形橫截面的鈍角Φout設(shè)定為93°或更大以便允許模制成的棱鏡型透鏡106易于從模子中取出。
下文通過改變滿足等邊梯形橫截面的鈍角Φout的條件來描述棱鏡型透鏡的合適尺寸。
圖4示出了當(dāng)?shù)冗吿菪螜M截面的鈍角Φout接近于直角時(shí)棱鏡型透鏡的橫截面圖。更具體地說，圖4用來表示Φout=95°的棱鏡型透鏡106的寬度W1和高度H1之間的關(guān)系。首先，為了允許入射光在棱鏡型透鏡的側(cè)面上被反射，即使具有小入射角θ11的光線131也必須射入側(cè)面。通過滿足關(guān)系H1≥W1/tanθ11=W1/1.11可將其實(shí)現(xiàn)。在這里，角θ11滿足θ11=48°。
然后，考慮以大入射角θ12進(jìn)入的光線132的情況。在這種情況下，鈍角Φout小于90θ+θc。因此，具有大入射角θ12的光線132的某些部分穿過棱鏡型透鏡106。而且，當(dāng)如此通過的光線進(jìn)入相鄰棱鏡型透鏡106時(shí)，光線可能在反復(fù)反射和折射后返回到光導(dǎo)板101。光線還可能從光導(dǎo)板101朝用戶的方向射出去。為了避免這種情況，需要防止穿過側(cè)面的光線133進(jìn)入相鄰棱鏡型透鏡106。
為了達(dá)到這個(gè)目的，需要滿足關(guān)系T1≥H1×tan(Φout-θ13)，其中θ13表示側(cè)面上的光線132的折射角并滿足關(guān)系1×sinθ13=1.49×sin(Φout-θ12)。然而，在θ12=90°的情況下，折射角θ13變成接近0°，Φout接近90°。因此，根據(jù)上述不等關(guān)系式，間距T1變得太大。因此，在實(shí)際情況中，僅需要間距T1盡可能地大。
然后，參考圖5的情況，下面描述鈍角Φout大，Φout=132°(90+θc)的情況。圖5示出了放大了的棱鏡型透鏡106的橫截面視圖。由于角Φout大至Φout=132°，幾乎所有的射入棱鏡型透鏡側(cè)面的光線均被反射。因此，不需要將相鄰棱鏡型透鏡以某段距離分開布置。然而，也可以將相鄰棱鏡型透鏡以某段距離分開布置。
接著描述棱鏡型透鏡106的高度H2。當(dāng)高度H2降低時(shí)，一些光線不能射入棱鏡型透鏡106的側(cè)面，而是直接到達(dá)將要在基膜上射入的下表面106b。但是，由于那里滿足全反射條件，因此光線在基膜105和空氣之間的分界面上被全反射。如果如此反射的光線返回到光導(dǎo)板101上，就會(huì)帶來好處。但是，如果反射光進(jìn)入棱鏡型透鏡106并沿不同方向在透鏡106的側(cè)面上反射和折射，則光線會(huì)通過其中的上表面朝觀察者的方向射出去。為了避免這種不希望情況發(fā)生，需要即使以小入射角θ21射入棱鏡型透鏡106上的光線也必須射入棱鏡型透鏡106的側(cè)面106c和106d。
為達(dá)到該目的，如圖5所示，需要具有入射角θ21=48°的光線134的路徑與等邊梯形橫截面的對(duì)角線一致。當(dāng)滿足關(guān)系H2=(W2+W3)×tan(90°-θ21)時(shí)可將其實(shí)現(xiàn)，其中W3=W2/tan(180°-Φout)。用θ21=48°和Φout=132°代入，去掉W3使H2=4.76×W2。因此，通過定義H2，可以得到W2的最優(yōu)值。
而且，對(duì)于棱鏡型透鏡106，上表面106a的寬度W、高度H(上表面106a和下表面106b之間的距離)以及節(jié)距P(寬度和間距之和)均取決于諸如光導(dǎo)板101的厚度或尺寸(縱向尺寸乘以橫向尺寸)等其它參數(shù)。而且，也必須要考慮棱鏡型透鏡106的生產(chǎn)裕量。更可取的是，寬度W和高度H均被設(shè)定為幾十微米級(jí)，例如，介于10至50μm。在具有較小節(jié)距P時(shí)，在遠(yuǎn)離光源102點(diǎn)上的亮度值會(huì)減少。因此，節(jié)距P最好設(shè)定幾百微米級(jí)，例如，介于100至500μm。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，將要描述實(shí)施例1中的一種棱鏡型透鏡的變化模式。在實(shí)施例1中，每個(gè)棱鏡型透鏡具有等邊梯形橫截面。然而，如圖3A至3C所示，射入側(cè)面106c和106d的光線可以依靠等邊梯形橫截面的鈍角Φout進(jìn)行傳播，由此導(dǎo)致光利用率的降低。另一方面，在本發(fā)明中的透鏡是用來克服具有等邊梯形橫截面的棱鏡型透鏡的缺陷的，并允許光線射入棱鏡型透鏡的上表面以終止其在側(cè)面中的傳播并被全反射。
圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例中的前光源的結(jié)構(gòu)。更具體地說，圖6A是前光源的橫截面視圖，圖6B是準(zhǔn)直片的透視圖，圖6C是每個(gè)棱鏡型透鏡的透視圖，圖6D是在垂直于側(cè)面的平面上的棱鏡型透鏡的橫截面視圖。
除了實(shí)施例1中變化模式的棱鏡型透鏡外，本發(fā)明中的前光源具有與實(shí)施例1中相同的結(jié)構(gòu)。如圖6A所示，光源202放置在光導(dǎo)板201的側(cè)面201a上，在光源202后面還設(shè)有反射器203。而且，設(shè)有準(zhǔn)直片204用來與光導(dǎo)板201的下表面201d接觸。為了便于說明，光導(dǎo)板201的上表面201c指朝向用戶的表面，而下表面201d指與上表面201c相對(duì)的表面。劉光導(dǎo)板101是由矩形透明材料制成的板，具有矩形平行六面體的形狀，該平行六面體的四個(gè)側(cè)面中每個(gè)側(cè)面均為矩形，矩形的短邊都大大地短于長邊。準(zhǔn)直片204包括基膜205和平行放置在基膜205上的均勻間隔的多個(gè)棱鏡型透鏡。
如圖6D所示，每個(gè)棱鏡型透鏡206具有由四個(gè)邊封閉圖形的形狀，這四個(gè)邊對(duì)應(yīng)于通過用曲線來代替等邊梯形的直線邊可得到的圖形。更具體地說，橫截面是由一對(duì)相對(duì)的平行直線206w和206x以及一對(duì)相對(duì)的曲線206y和206z封閉而成的圖形，該圖形相對(duì)于對(duì)稱軸206k是對(duì)稱的，該對(duì)稱圖206k連接直線206w的中點(diǎn)和對(duì)面的直線206x的中點(diǎn)。為便于解釋，在每個(gè)棱鏡型透鏡206的四個(gè)表面中，包括直線206w的側(cè)面指上表面206a，而包括直線206x的另一個(gè)側(cè)面指下表面206b。包括曲線206y和206z的其它側(cè)面分別指側(cè)面206c和206d。
在準(zhǔn)直片204中，放置每個(gè)棱鏡型透鏡206以使其下表面206b與基膜205相接觸。而且，放置準(zhǔn)直片204以使其上表面206a與光導(dǎo)板201的下表面201d相接觸。盡管不需要將基膜205和反射型液晶板緊密接觸，但至關(guān)重要的是，每個(gè)棱鏡型透鏡206和光導(dǎo)板201彼此緊密接觸，沒有任何材料插入其間。
下文參考圖7A和7B描述棱鏡型透鏡206的橫截面形狀。如圖7A所示，指定棱鏡型透鏡206和光導(dǎo)板201之間接觸部分的一個(gè)點(diǎn)為點(diǎn)A。更具體地說，在橫截面中，指定直線206w和曲線206y彼此相交的交點(diǎn)(頂點(diǎn))為點(diǎn)A。而且，在另一條曲線206z上任意選取的一點(diǎn)被指定為點(diǎn)B。繪制曲線206z以設(shè)定角ψ0等于棱鏡型透鏡相對(duì)于空氣的全反射的臨界角θc，ψ0由直線AB和點(diǎn)B上的法線EF確定。更具體地說，通過一組滿足上述關(guān)系的點(diǎn)B來繪制曲線206z。通過將曲線206z移動(dòng)至相對(duì)于連接各相對(duì)直線206x和206y的中點(diǎn)的直線的軸對(duì)稱位置來繪制曲線206y。
通過提供具有如圖7A所示橫截面的棱鏡型透鏡206，通過其上表面206a進(jìn)入透鏡206的光線141相對(duì)于側(cè)面206d(206c)的入射角θ41滿足關(guān)系θ41＞ψ0。這里，由關(guān)系ψ0=θc可以得到關(guān)系θ41＞ψ0。這個(gè)不等式表示通過其中上表面206a進(jìn)入每個(gè)透鏡206的所有光線都射入側(cè)面206d(206c)并從那里全反射。換言之，沒有光線通過側(cè)面206d(206c)，由此導(dǎo)致非常高的光利用率。而且，由于光線在側(cè)面206d(206c)反射后才從棱鏡型透鏡206中射出，因此可以得到反射型液晶板上的小的入射角，由此導(dǎo)致光利用率的提高。
在本發(fā)明中的棱鏡型透鏡206的上表面206a的節(jié)矩P、高度H和寬度W均可以與實(shí)施例1中相同的方式進(jìn)行設(shè)定。更具體地說，節(jié)矩P可以設(shè)定在100至500μm的范圍內(nèi)，高度H和寬度W都可以設(shè)定在10至50μm的范圍內(nèi)。而且，盡管圖7A所示的角ψ0理想上等于臨界角θc，但考慮到裕量或類似情況，也可以接受將角ψ0設(shè)定在θc±3°的范圍內(nèi)。例如，在光導(dǎo)板201和棱鏡型透鏡由丙烯酸樹脂形成的情況下，由于臨界角θc=42°，角ψ0足夠滿足關(guān)系39°≤ψ0≤45°。
實(shí)施例3當(dāng)棱鏡型透鏡用于實(shí)施例1和2中的準(zhǔn)直片時(shí)，在本實(shí)施例中使用具有旋轉(zhuǎn)體形狀的透鏡(指本說明書中的旋轉(zhuǎn)體透鏡)。除了實(shí)施例2中變化模式的準(zhǔn)直片外，在本實(shí)施例中的前光源具有與實(shí)施例2相同的結(jié)構(gòu)。圖8A和8B示出了本實(shí)施例中準(zhǔn)直片的結(jié)構(gòu)。
如圖8A所示，在由PET制成的基膜305上等間隔設(shè)有旋轉(zhuǎn)體透鏡306，以使每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡306的上表面306a與光導(dǎo)板(圖8A未示出)的下表面緊密接觸。當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)體透鏡306和光導(dǎo)板由相同材料制成。如圖8B所示，每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡306具有通過繞對(duì)稱軸206k旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱圖形得到的形狀，如圖6D和圖7A所示。通過提供具有如圖8B所示橫截面的每個(gè)透鏡306，與實(shí)施例2類似，允許通過其上表面306a進(jìn)入透鏡306的光線在側(cè)面306c上反射后通過下表面306b射出。
在實(shí)施例1和2中的準(zhǔn)直片中，由于準(zhǔn)直片的形狀而不允許光線沿其縱向(與圖1A和6A圖紙垂直的方向)彎曲。另一方面，通過提供具有本實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)體形狀橫截面的每個(gè)透鏡306，也允許光線沿垂直于準(zhǔn)直片縱向的方向彎曲。因此，通過最佳安排旋轉(zhuǎn)體透鏡306，可以在準(zhǔn)直片上得到更均勻的面內(nèi)亮度分布。
實(shí)施例4在本實(shí)施例中，將描述前光源中的光導(dǎo)板。在前面的實(shí)施例中的光導(dǎo)板為平板式，圖9所示為其中包含楔形光導(dǎo)板的前光源的橫截面視圖。在本實(shí)施例中的前光源為在實(shí)施例2中的變化模式。在圖9和6中用相同的參考符號(hào)表示相同的部分。
在光導(dǎo)板401中，每個(gè)相對(duì)側(cè)面401a和401b具有矩形形狀，而每個(gè)其它相對(duì)側(cè)面具有梯形形狀，在該梯形中不相對(duì)的兩個(gè)角為直角。在楔形光導(dǎo)板401的情況中，即使當(dāng)光導(dǎo)板401僅被空氣包圍時(shí)，也允許通過側(cè)面401a進(jìn)入其中的光線在光導(dǎo)板401中傳播期間逐漸射出。這是因?yàn)樵谏媳砻?01c和下表面401d上的光線在上表面401c和401d上重復(fù)反射，其入射角逐漸變小，于是不滿足全反射條件。結(jié)果是，光線通過上表面401c射出，并通過不與棱鏡型透鏡接觸的部分下表面401d。這會(huì)造成如此射出的光線可能朝用戶傳播的缺陷，以及相對(duì)于棱鏡型透鏡的入射角的變化取決于在光導(dǎo)板401上光線被反射多少次。盡管由于上述缺陷不希望使用楔形光導(dǎo)板401，但它會(huì)有效減輕光導(dǎo)板的重量。
實(shí)施例5在本實(shí)施例中的前光源是實(shí)施例2中的變化模式。圖10A和10B所示為根據(jù)本實(shí)施例的前光源的橫截面視圖。在圖10A、10B和6中用相同的參考符號(hào)表示相同的部分。
當(dāng)多個(gè)棱鏡型透鏡206如實(shí)施例2中被等間隔放置時(shí)，面內(nèi)亮度分布不均勻，使得靠近光源部分的亮度更亮一些，而遠(yuǎn)離光源的部分亮度更暗一些。為了得到均勻的面內(nèi)亮度分布，如圖10A所示，可以將棱鏡型透鏡206在遠(yuǎn)離光源202的部分排列得更密一些。根據(jù)以變化間隔排列透鏡206的本實(shí)施例，圖10B示出了其中包含了兩個(gè)光源202的另一種前光源。特別地，圖10B中的棱鏡型透鏡206在遠(yuǎn)離光源202的部分排列得更密一些。因此可以得到均勻的面內(nèi)亮度分布。
盡管實(shí)施例4和5是作為實(shí)施例2的變化模式進(jìn)行描述的，但實(shí)施例4和5中的教導(dǎo)當(dāng)然適用于實(shí)施例1或3。
實(shí)施例6在本實(shí)施例中，描述的是準(zhǔn)直片上的基膜。在前面的實(shí)施例中，基膜是由PET制成的，而且不需要與反射型液晶板接觸。這是因?yàn)樵谇懊鎸?shí)施例中使用的平面(即平板式)基膜沒有顯著的光學(xué)負(fù)作用。但，理想的是，棱鏡型(或旋轉(zhuǎn)體)透鏡和基膜具有相同的折射率。這是因?yàn)楫?dāng)折射率不同時(shí)，一些光線在透鏡和基膜之間的分界面被反射。
從上述觀點(diǎn)看，不需要將棱鏡型(或旋轉(zhuǎn)體)透鏡放置在基膜上。那么，可以將棱鏡型(或旋轉(zhuǎn)體)透鏡直接放置在反射型液晶板中頂層元件上。例如，在反射型液晶板中頂層元件上可以設(shè)有光學(xué)膜，諸如偏振片或相差板，或觸摸屏，可以在其上直接放置棱鏡型透鏡。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的前光源的特征在于為了將光線導(dǎo)向液晶板，使用棱鏡型透鏡或旋轉(zhuǎn)體透鏡以使進(jìn)入這些透鏡的光線在透鏡的側(cè)面反射。以不同方向傳播的最終得到的反射光被用來照明液晶板。因此，可從相對(duì)于像素電極接近垂直的方向照明液晶板，并可有效利用照明光。結(jié)果是，在光源打開時(shí)可以改善面內(nèi)亮度，以此導(dǎo)致功耗的降低。
而且，不需要用傳統(tǒng)技術(shù)加工光導(dǎo)板?？墒褂闷矫婀鈱?dǎo)板，并分別提供棱鏡型(或旋轉(zhuǎn)體)透鏡。這會(huì)降低生產(chǎn)成本。更具體地說，在以傳統(tǒng)技術(shù)在光導(dǎo)板上整體形成棱鏡型透鏡的情況下，如果生產(chǎn)的一個(gè)透鏡不能滿足規(guī)定設(shè)計(jì)要求，那么整個(gè)昂貴的光導(dǎo)板都不得不被扔掉。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，即使生產(chǎn)的一個(gè)透鏡不能滿足規(guī)定設(shè)計(jì)要求，僅會(huì)扔掉不昂貴的棱鏡型(或旋轉(zhuǎn)體)透鏡。
實(shí)施例7通過結(jié)合直視型反射型液晶板，在不同的電子設(shè)備的顯示部分中可以使用本發(fā)明中的前光源。例如，可以應(yīng)用在諸如計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝影機(jī)、便攜式終端(移動(dòng)計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、電子書等)、導(dǎo)航系統(tǒng)等應(yīng)用電子設(shè)備中。圖11A至11F示出了結(jié)合具有本發(fā)明前光源的反射型液晶板的電子設(shè)備。
圖11A是個(gè)人計(jì)算機(jī)，包括包含微處理器、存儲(chǔ)器、或類似物的主體部分2001；圖像輸入部分2002；使用具有前光源的反射型液晶板的顯示器2003；以及鍵盤2004。
圖11B是攝影機(jī)，包括主體部分2101；使用具有前光源的反射型液晶板的顯示器2102；聲音輸入部分2103；操作開關(guān)2104；電池2105；以及圖像接收部分2106。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示器2102中。
圖11C是便攜式終端，包括主體部分2201；圖像輸入部分2202；圖像接收部分2203；操作開關(guān)2204；使用具有前光源的反射型液晶板的顯示器2205。
圖11D是電子游戲機(jī)，例如電視游戲或視頻游戲，包括包含諸如CPU、記錄媒體2304等的電子電路2308的主體部分2301；控制器2305；顯示器2303；具有前光源的反射型液晶板的顯示器2302，其包含在主體部分2301中。包含在主體部分2301中的顯示器2303和顯示器2302可顯示相同信息，或前者可用作主顯示器，后者可用作顯示記錄媒體2304或機(jī)器運(yùn)行狀況信息的輔助顯示器，或也可以通過增加接觸式傳感器功能將后者當(dāng)作操作板。而且，可在主體部分2301、控制器2305和顯示器2303之間使用有線通信，以相互傳輸信號(hào)，或通過提供傳感元件2306和2307使其使用無線通信或光通信。
圖11E是用于再現(xiàn)記錄媒體的播放機(jī)，其記錄程序、圖像數(shù)據(jù)及聲音數(shù)據(jù)(下文指的是記錄媒體)，包括主體部分2401；具有前光源的反射型液晶板的顯示器2402；記錄媒體2404；以及操作開關(guān)2405。要注意的是通過使用DVD(數(shù)字化視頻光盤)或激光唱光(CD)等，可以實(shí)現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)再現(xiàn)音樂程序、圖像顯示、計(jì)算機(jī)游戲(或電視游戲)、顯示信息或類似功能。
圖11F是數(shù)字相機(jī)，包括主體部分2501；具有前光源的反射型液晶板的顯示器2502；取景器部件2503；操作開關(guān)2504；圖像接收部件(未示出)。
而且，除反射型液晶板的照明外，本發(fā)明的前光源也可用于其它電子設(shè)備的照明，例如，可將前光源作為如圖12A和12B所示的附著型傳感器的光源。
可使用實(shí)施例1至5的任一種前光源。在這個(gè)實(shí)施例中，使用的是實(shí)施例2的前光源200。在圖12中，與圖6相同的參考符號(hào)表示相同的材料。圖12A是在前光源下布置傳感器700的橫截面。傳感器700的光學(xué)系統(tǒng)不是還原型系統(tǒng)，而是等效系統(tǒng)。換言之，它是一種手稿(manuscript)和傳感器之間的距離短的類型，指附著型傳感器。該實(shí)施例的附著型傳感器可以是一維排列(線傳感器)或二維排列(面?zhèn)鞲衅?。
圖12B所示是在讀取時(shí)的附著型傳感器和操作的構(gòu)造。在附著型傳感器700中，通過接收光線實(shí)現(xiàn)光電變換的光接收部分702，用于穿過光線的照明窗703等，均放置在前光源200下面的玻璃基底上。在線傳感器的情況下存在沒有照明窗的情況。諸如selfoc透鏡的等效光電系統(tǒng)704和光纖陣列排列在光接收部分702的下面。要注意的是存在沒有光電系統(tǒng)704的情況。在這種情況下將傳感器稱作完全附著型傳感器。
手稿710在使用時(shí)布置在光電系統(tǒng)704下面?？梢栽谑指?10和光電系統(tǒng)704之間放入玻璃或類似物。在通過照明窗703和光電系統(tǒng)704后，從前光源發(fā)射的光線進(jìn)入手稿710。由手稿反射的光線通過光電系統(tǒng)704進(jìn)入光接收部分702。直到這時(shí)，用戶才能在使用本發(fā)明的前光源200時(shí)通過前光源觀察手稿710。如上所述，由于使用它們，在觀察指示部分的時(shí)候會(huì)非常方便。
權(quán)利要求
1．一種前光源，包括光源；光導(dǎo)板；及多個(gè)棱鏡型透鏡，每個(gè)透鏡均與光導(dǎo)板下表面相接觸，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面在垂直于側(cè)面的平面上具有等邊梯形形狀；由每個(gè)棱鏡型透鏡的等邊梯形橫截面的上底所確定的平面與光導(dǎo)板的下表面相接觸；及等邊梯形橫截面的鈍角Φ和棱鏡型透鏡的全反射臨界角θ滿足關(guān)系90°＜Φ≤90°+θ。
2．一種前光源，包括光源；光導(dǎo)板；及多個(gè)棱鏡型透鏡，每個(gè)透鏡均與光導(dǎo)板下表面相接觸，其中在每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面垂直于側(cè)面的平面上具有由一對(duì)相對(duì)的平行直線和一對(duì)相對(duì)的曲線封閉而成的軸對(duì)稱圖形形狀，且相對(duì)于連接各相對(duì)的平行直線的中點(diǎn)的直線軸對(duì)稱；每個(gè)棱鏡型透鏡與一平面上的光導(dǎo)板相接觸，所述平面包括在一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條；及在軸對(duì)稱外形中，在相對(duì)的曲線之一某一點(diǎn)上的法線和一直線所確定的角度介于每個(gè)棱鏡型透鏡全反射±3°的范圍內(nèi)，所述直線連接在相對(duì)的曲線中的另一條和一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條之間的交點(diǎn)與所述某一點(diǎn)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的前光源，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的折射率等于光導(dǎo)板的折射率。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的前光源，其中每個(gè)棱鏡型透鏡由與制造光導(dǎo)板相同的材料制成。
5．一種前光源，包括光源；光導(dǎo)板；及多個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡，每個(gè)透鏡均與光導(dǎo)板下表面相接觸，其中每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡具有旋轉(zhuǎn)體形狀，所述旋轉(zhuǎn)體形狀是通過繞連接各相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的直線旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱圖形得到的，所述軸對(duì)稱圖形是由一對(duì)相對(duì)的平行直線和一對(duì)相對(duì)曲線封閉而成，且相對(duì)于連接各相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的所述直線軸對(duì)稱；在軸對(duì)稱外形中，在相對(duì)的曲線之一某一點(diǎn)上的法線和一直線所確定的角度介于每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡全反射±3°的范圍內(nèi)，所述直線連接在相對(duì)的曲線中另一條和一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條之間的交點(diǎn)與所述某一點(diǎn)；和每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡與一平面上的光導(dǎo)板接觸，所述平面包括一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的前光源，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的折射率等于光導(dǎo)板的折射率。
7．根據(jù)權(quán)利要求5所述的前光源，其中每個(gè)棱鏡型透鏡由與制造光導(dǎo)板相同的材料制成。
8．一種電子設(shè)備，包括液晶板；及用于照明液晶板的前光源，其中的前光源包括光源；光導(dǎo)板；與光導(dǎo)板下表面接觸的多個(gè)棱鏡型透鏡，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面在垂直于側(cè)面的平面上具有等邊梯形形狀；由棱鏡型透鏡的等邊梯形橫截面的上底確定的平面與光導(dǎo)板的下表面相接觸；及等邊梯形橫截面的鈍角Φ和光導(dǎo)板的全反射臨界角θ滿足關(guān)系90°＜Φ≤90°+θ。
9．一種電子設(shè)備，包括光傳感器；及用于照明由光傳感器讀取的對(duì)象的前光源，其中前光源包括光源；光導(dǎo)板；與光導(dǎo)板下表面接觸的多個(gè)棱鏡型透鏡，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面在垂直于側(cè)面的平面上具有等邊梯形形狀；由每個(gè)棱鏡型透鏡的等邊梯形橫截面的上底確定的平面與光導(dǎo)板的下表面相接觸；及等邊梯形橫截面的鈍角Φ和光導(dǎo)板的全反射臨界角θ滿足關(guān)系90°＜Φ≤90°+θ。
10．一種電子設(shè)備，包括液晶板；及用于從其顯示屏側(cè)照明液晶板的前光源，其中前光源包括光源；光導(dǎo)板；與光導(dǎo)板下表面接觸的多個(gè)棱鏡型透鏡，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面在垂直于側(cè)面的平面上具有軸對(duì)稱圖形形狀，所述圖形是由一對(duì)相對(duì)的平行直線和一對(duì)相對(duì)的曲線封閉而成，且相對(duì)于連接各相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的直線軸對(duì)稱；每個(gè)棱鏡型透鏡與包括一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一個(gè)的平面上的光導(dǎo)板相接觸；及在軸對(duì)稱圖形中，在相對(duì)的曲線之一某一點(diǎn)上的法線和一直線所確定的角度介于每個(gè)棱鏡型透鏡全反射±3°的范圍內(nèi)，所述直線連接在相對(duì)的曲線中另一條和一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條之間的交點(diǎn)與所述某一點(diǎn)。
11．一種電子設(shè)備，包括光傳感器；及用于照明由光傳感器讀取的對(duì)象的前光源，其中前光源包括光源；光導(dǎo)板；與光導(dǎo)板下表面接觸的多個(gè)棱鏡型透鏡，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的橫截面在垂直于側(cè)面的平面上具有軸對(duì)稱圖形形狀，所述圖形是由一對(duì)相對(duì)的平行直線和一對(duì)相對(duì)的曲線封閉而成，且相對(duì)于連接各相對(duì)平行直線中點(diǎn)的直線軸對(duì)稱；每個(gè)棱鏡型透鏡與包括一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條的平面上的光導(dǎo)板相接觸；及在軸對(duì)稱圖形中，在相對(duì)的曲線之一某一點(diǎn)上的法線和一直線所確定的角度介于每個(gè)棱鏡型透鏡全反射±3°的范圍內(nèi)，所述直線連接在相對(duì)的曲線中另一條和一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條之間的交點(diǎn)與所述某一點(diǎn)。
12．根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的電子設(shè)備，其中每個(gè)棱鏡型透鏡的折射率等于光導(dǎo)板的折射率。
13．根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的電子設(shè)備，其中每個(gè)棱鏡型透鏡由與制造光導(dǎo)板相同的材料制成。
14．一種電子設(shè)備，包括液晶板；及用于從其顯示屏側(cè)照明液晶板的前光源，其中前光源包括光源；光導(dǎo)板；與光導(dǎo)板下表面接觸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡，其中每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡具有旋轉(zhuǎn)體形狀，所述旋轉(zhuǎn)體形狀是通過繞連接各相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的直線旋轉(zhuǎn)一軸對(duì)稱圖形得到的，所述軸對(duì)稱圖形是由一對(duì)相對(duì)的平行直線和一對(duì)相對(duì)的曲線封閉而成，且相對(duì)于連接各相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的直線軸對(duì)稱；每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡與包括一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條的平面上的光導(dǎo)板接觸；及在軸對(duì)稱圖形中，在相對(duì)的曲線之一某一點(diǎn)上的法線和一直線所確定的角度介于每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡全反射±3°的范圍內(nèi)，所述直線連接在相對(duì)的曲線中另一條和一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條之間的交點(diǎn)與所述某一點(diǎn)。
15．一種電子設(shè)備，包括光傳感器；及用于照明由所述光傳感器讀取的對(duì)象的前光源，其中所述前光源包括光源；光導(dǎo)板；與光導(dǎo)板下表面接觸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡，其中每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡具有旋轉(zhuǎn)體形狀，所述旋轉(zhuǎn)體形狀是通過繞連接相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的直線旋轉(zhuǎn)一軸對(duì)稱圖形得到的，所述軸對(duì)稱圖形是由一對(duì)相對(duì)的平行直線和一對(duì)相對(duì)的曲線封閉而成，且相對(duì)于連接相對(duì)的平行直線中點(diǎn)的所述直線軸對(duì)稱；每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡與包括一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條的平面上的光導(dǎo)板接觸；及在軸對(duì)稱圖形中，在相對(duì)的曲線之一某一點(diǎn)上的法線和一直線所確定的角度介于每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡全反射±3°的范圍內(nèi)，所述直線連接在相對(duì)的曲線中另一條和一對(duì)相對(duì)的平行直線中較短的一條之間的交點(diǎn)與所述某一點(diǎn)。
16．根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的電子設(shè)備，其中每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡的折射率等于光導(dǎo)板的折射率。
17．根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的電子設(shè)備，其中每個(gè)旋轉(zhuǎn)體透鏡由與制造光導(dǎo)板相同的材料制成。
全文摘要
一種前光源包括:光源102,光導(dǎo)板101以及每個(gè)均與光導(dǎo)板101下表面相接觸的多個(gè)棱鏡型透鏡106。在垂直于其側(cè)面的平面上,棱鏡型透鏡的橫截面具有等邊梯形形狀。等邊梯形橫截面的鈍角Φ
文檔編號(hào)G02B5/02GK1289065SQ00122639
公開日2001年3月28日 申請(qǐng)日期2000年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月11日
發(fā)明者木村肇 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所