[发明专利]一种液晶显示发光系统

说明书

本发明涉及例如可用来显示电视图象的那类无源电光显示板的发光系统。这些显示板在它们不是产生光，而是调制入射发光的亮度，用来为所显示图象的各象素提供调制光的意义上是无源的。具体地说，本发明涉及用于液晶显示板的发光系统，其中，显示板被放置用以将光源发出的光传输到观看位置。

欧洲专利申请0，192，023A和0，193，401A描述了这些发光系统，其中描述了采用液晶显示板的投影式电视系统。这两种系统采用高强度聚集的光源以及使光线穿过显示板的镜面和透镜组成的光学系统。投影透镜则被用来在观看屏上产生放大的图象。因此光源通常采用较低效率的钨丝灯，因而需要较高的功率和如欧洲专利0，192，023A中所描述产生必须加以散逸的相当多热量。

本发明更适用于直接观看的电视设备，考虑到轻便性和功率节约，本发明涉及采用高效率的光源。这些光源通常是具有扩展面积的磷光层，当受到电子激发时或如众所周知的萤光管那样受到气体放电产生的紫外线辐射激发时，磷光层会辐射出可见光。

从这样一种磷光层发出的光线被射入完整的半球内。磷光层在其表面的所有视角上看来同样明亮。这种直接加到液晶显示板上的光线因此会在宽角度范围内穿过显示板。对于许多类型的液晶显示板来说，根据信号为各象素调制传输光强度的理想作用只是在与显示板的法线成较小光角范围内获得良好对比度范围，通常这角为±10度。光线的入射角较大，对比度范围会降低到不可接受的程度。

本发明的一个目的是使高效磷光体光源能被用来通过传输照射液晶显示板，并且还使显示的图象达到可接受的对比度范围。本发明提供一种用于液晶显示板的发光系统，其中，放置的显示板用来将从光源发出的光线传输到观看位置，其特征是光源是一种扩展面积的全向光源，光波导被放置在光源和显示板之间，光波导包括毗邻光源的透明输入面，毗邻显示板的透明输出面，以及与输入和输出面成横向的反射侧壁;而且该光波导是锥形的，输入面的面积小于输出面。光线在宽角度范围内进入锥形光波导的输入面，但从侧壁的反射减小了光线从输出面射出所取的角度范围。提高输出面面积与输入面面积之比在减小输出光线离开输出面的法线所取的角度范围方面是有效的。可是，减小角度范围同样增加了光波导长度与输出面线性尺寸之比。

在以输出面包括正透镜为特征的这样一种发光系统中得到了减小相对长度方面的实质性改进，透镜的作用通常是将光线朝向光波导轴线折射，意即起着准直透镜的作用。对于一定的输出角范围，光波导的长度可以显著地缩短，从而形成较小型的装置。

光波导可以是空心的，以及可以是内反射的。另一方面，本发明可能的特征是，光波导是由具有高于周围空间的折射率的透明材料组成的，由此侧壁是利用完全内反射而反射的。在这种情况下，输出面可以是凸向显示板的，从而形成正透镜。

根据本发明的发光系统的其他可能的特征是，侧壁在与输入和输出面成横向的平面内是呈弧形的。侧壁的形状可被选择成减小输出光线的发散度。或者配合正透镜，对于一定的发散度而缩短光波导。在某些可能的光波导设计中，光波导壁的有些部分可以是凸的，而其余部分是凹的。为了获得发散角的有效减小和相当尖锐的截止角，采用了特殊的光学设计技术。本发明的锥形光波导的这些特殊的光学设计原理是与例如用作太阳辐射聚能器的那些不成象辐射聚能器的设计原理相同的。光波导和聚能器之间仅有的差别是辐射的方向相反。这些设计原理被包括在学术出版社（Academic    Press）1978年出版的，由W.T.韦尔弗特（welford）和.威斯顿（winston）所著的题为“不成象聚能器光学装置”（The    opties    of    noimaging    concentrators）一书的第4、5章以及以后几章内。除了为了给出等于这些设计参数的各种数值所得到的光波导形状的实例，本文将不再谈到这些设计原理。

本发明还有的可能特征是，多个发光系统组装在一起，使得光波导的输出面彼此毗连，以复盖扩展的液晶显示板的整个面积。如果输出面彼此相同，它们可以排成矩形行和列。可以采用矩形输出和输入面，虽然也可以采用诸如三角形或六角形面的其他形状。

为了高效地将电能转换成光，发光系统可能的特征是，光源含有被激发而产生光能的磷光层。磷光层可以用萤光管内的气体放电发出的紫外线辐射来激发，从而可以利用一种具有高亮度和高可靠性的光源。为了在采用多个光波导的情况下高效率地利用从磷光层发出的光，发光系统可能的特征是，锥形光波导各自配有一个馈光波导，每个馈光波导将光源的其中一个区域耦接到相关锥形光波导的输入面上。