侧光显示器照明装置制造方法
【专利摘要】一种用于对显示屏进行照明的光导，该光导包括：竖直锥形入射表面，该竖直锥形入射表面包括用于让由LED发射的光束进入的孔口；折叠式反射镜，该折射式反射镜用于以近似90°的角反射进入的光束，并用于水平准直所述进入的光束；水平引导部，该水平引导部用于将所反射的光束引导到出射表面；以及出射表面，该出射表面位于显示屏的周边上方，用于将被引导的光束导向所述显示屏的一部分，所述出射表面相对于水平方向以微小角竖直倾斜以将被引导的光束导向所述显示屏，并且水平地成形为凹透镜，以在所述显示屏的角区域上水平扩散被引导的光束。
【专利说明】侧光显示器照明装置
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求由发明人Thomas Eriksson、Lars Sparf和Bjbrn Le Normand于2012 年3月13日提交的、名称为"SIDE LIGHT DISPLAY ILLUMINAT0R(侧光显示器照明装置）" 的美国临时专利申请序列号No. 61/609, 956的优先权权益，该申请的内容由此全部结合在 本文中。
【技术领域】
[0003] 本发明的领域是用于电子设备的显示器的照明装置。
【背景技术】
[0004] 传统的计算机显示器都是通过位于显示器下面的背光进行照明。随着计算机设备 变得越来越普遍，成人甚至儿童都利用计算机显示器不断地工作若干小时，经常每天的更 大部分时间都是利用显示器工作。
[0005] 过度暴露于背光式显示器可能导致疲劳并可能损坏视力。
[0006] 因而，提供一种通过背光之外的源来进行照明的显示器将是有利的。
【发明内容】
[0007] 本发明的各个方面涉及一种通过侧光而不是背光照明的电子设备的显示屏。
[0008] 因而，根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于对显示屏进行照明的光导，该 光导包括：坚直锥形入射表面，该坚直锥形入射表面包括用于让由LED发射的光束进入的 孔口；折叠式反射镜，该折射式反射镜用于以近似90°的角反射进入的光束，并用于水平 准直所述进入的光束；水平引导部，该水平引导部用于将所反射的光束引导到出射表面； 以及出射表面，该出射表面位于显示屏的周边上方，用于将被引导的光束导向所述显示屏 的一部分，所述出射表面相对于水平方向以微小角度坚直倾斜以将被引导的光束导向所述 显示屏，并且水平地成形为凹透镜，以在所述显示屏的角区域上水平扩散被引导的光束。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 从如下结合附图的详细描述将更充分地理解和认识到本发明，其中：
[0010] 图1是根据本发明的一个实施方式的具有显示屏的电子设备的俯视图，该显示屏 由通过位于显示屏的四个角部处的光导传输的光来进行照明；
[0011] 图2是根据本发明的一个实施方式的图1中所示的电子设备的暴露的俯视图，其 中周边壳体被移除；
[0012] 图3是现有技术的基于光的触摸屏；
[0013] 图4是根据本发明的一个实施方式的图1中所示的电子设备的外部框架的俯视 图；
[0014] 图5是根据本发明的一个实施方式的图1中所示的电子设备的外部框架的俯视 图，示出了位于显示屏的角部处的光导中的一个光导；
[0015] 图6是根据本发明的一个实施方式的用于传输光以照明显示屏的一部分的光导 的简化图；
[0016] 图7是根据本发明的一个实施方式的通过光导传输以照明显示屏的一部分的光 束的简化坚直剖视图；
[0017] 图8是根据本发明的一个实施方式的传输光束以照明显示屏的一部分的光导的 简化坚直剖视图；
[0018] 图9是根据本发明的一个实施方式的通过光导传输以照明显示屏的一部分的光 束的简化水平剖视图；
[0019] 图10是根据本发明的一个实施方式的传输光束以照明显示屏的一部分的光导的 简化水平剖视图；
[0020] 图11是根据本发明的一个实施方式的由通过位于显示屏的角部处的单个光导传 输的光产生的照明图案的图示；
[0021] 图12是根据本发明的一个实施方式的在显示屏的表面上的经由光导的照度分布 的简化图示；和
[0022] 图13是根据本发明的一个实施方式的对于四个光导高度参数值中的每个参数值 来说用于由光导照明的显示屏的光学扩展量/dS(单位为弧度）与z(单位为mm)的对数坐 标图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明的各个方面涉及电子设备的显示屏，该显示屏通过位于显示屏的周边附近 的侧光借助于光导进行照明。
[0024] 参照图1，图1是根据本发明的一个实施方式的具有显示屏110的电子设备100的 俯视图，该显示屏110由通过位于显示屏的四个角部处的光导200传输的光来进行照明。壳 体120包围显示屏110的周边。
[0025] 参照图2,图2是根据本发明的一个实施方式的电子设备100的暴露的俯视图，其 中周边壳体120被移除。图2示出了印刷电路板300,用于显示屏110的电路安装在该印刷 电路板300上。
[0026] 图2还示出了投射器130,该投射器130在根据本发明的一个实施方式（在该实 施方式中，显示屏110是触敏显示屏）中使用。在该实施方式中，在显示屏110的周边附近 设置用于发射红外光的多个红外光发射器（没有示出），并且在显示屏110的周边附近设 置多个红外光接收器（没有示出），所述多个红外光接收器用于接收由红外光发射器发射 的红外光。投射器130将由红外光发射器发射的红外光投射成横跨显示屏110,以便使得 能够在物体触摸显示屏110时检测触摸位置。在受让人的美国专利No. 8, 339, 379 (名称为 "LIGHT-BASED TOUCH SCREEN(基于光的触摸屏）"）中描述了使用红外发射器和红外接收 器提供触摸检测，由此将该专利的内容整体结合在本文中。
[0027] 基于光的触摸屏是通过从两个相邻边缘横跨触摸屏发射光束并通过检测光束是 否被阻挡到达位于两个相对边缘的检测器来操作的。参照图3,图3是现有技术的基于光的 触摸屏。图3示出了沿着显示器310的两个相邻边缘排列的红外光发射器320，该红外光发 射器320发射红外光。光发射器320的对面是对应的红外光接收器330,红外光接收器330 接收由发射器320发射的红外光。然而，当物体340触摸显示器310时，其阻挡由一个或多 个具体发射器320发射的光到达它们对应的具体接收器330。这样，当光未被具体接收器 330检测到时，则检测到物体340。由于红外接收器330沿着显示器310的两个维度布置， 每个边缘上的被阻挡的接收器足以确定物体340在显示器310上的空间位置。
[0028] 将从图3中认识到，显示其310的角部没有发射器和接收器，因而提供了用于放置 侧光照明装置的合适位置。
[0029] 参照图4,图4是根据本发明的一个实施方式的电子设备100的外部框架的俯视 图。
[0030] 参照图5,图5是根据本发明的一个实施方式的电子设备100的外部框架的俯视 图，示出了位于显示屏110的角部处的光导200中的一个光导。
[0031] 参照图6,图6是根据本发明的一个实施方式的用于传输光以照明显示屏110的一 部分的光导200的简化图。图6示出了 LED 210,该LED 210将光束发射到安装在印刷电路 板300上的光导200的入口处的孔口。
[0032] 参照图7,图7是根据本发明的一个实施方式的通过光导200传输以照明显示屏 110的一部分的光束220的简化坚直剖视图。光束220由LED 210发射到光导200的入射 表面内。光导200的出射表面略微向下倾斜，从而将中央光束导向显不器110上沿着显不 屏110的跨度（extent)大约在25%至50%之间的位置。
[0033] 参照图8,图8是根据本发明的一个实施方式的传输光束220以照明显示屏110的 一部分的光导200的简化坚直剖视图。如图8所示，光导200具有坚直锥形入射表面230， 该入射表面230具有用于接纳由LED 210发射的光束的孔口 240。光导200具有用于以近 似90°的角反射所接纳的光束的折叠式反射镜250。光导200具有水平引导部分260,该 水平引导部分260用于将反射光束引导至位于显示屏的周边上方的出射表面270。出射表 面270相对于水平方向以微小角度坚直倾斜，以将引导的光束导向显不屏110的表面。换 言之，该出射表面并不垂直于屏表面，以便将光束导向到屏表面内。
[0034] 参照图9,图9是根据本发明的一个实施方式的通过光导200传输以照明显示屏 110的一部分的光束220的简化水平剖视图。
[0035] 参照图10,图10是根据本发明的一个实施方式的传输光束220以照明显示屏110 的一部分的光导200的简化水平剖视图。如图10所示，折叠式反射镜250将在LED 210 (没 有在图10中示出）的中心处发射的光束220水平准直。如在图10中进一步看到的，出射 表面270水平成形为凹透镜，并在显示屏110的角区域上水平扩散被引导光束。
[0036] 参照图11，图11是根据本发明的一个实施方式的由通过位于显示屏110的角部处 的单个光导200传输的光产生的照明图案的图示。如在图11中看到的，通过光导200传输 的光有效地照明了显示屏110的四分之一。使用四个光导200(在显示屏110的每个角部 处有一个光导200)有效地照明整个显示屏。
[0037] 光导200的构造
[0038] 关于照明量，每个都具有71m的光通量的四个LED足以照明尺寸为120mmX90mm 的显不屏进行阅读° Williams 的〃Footcandles and Lux for Architectural Lighting^, http://www. mts.net/ william5/library/illum. htm 推荐 3001x 至 5001x 的亮度用于阅读。这样，120mmX90mm的阅读表面所需的光通量最多为5001x*0. 11m2 = 5. 51m。假定20 %的照明效率，每个都具有71m的光通量的四个LED提供0· 2*4*71m = 5. 61m，这足以用于阅读。具有71m的照明的LED在商业上是可获得的。
[0039] 关于照明分布，有利的是将四个光导200设计成用来提供显示屏110的均匀照明， 而不是一些部分照明过量，其他部分照明不足。而且，重要的是，显示屏110的中央应该很 好的照明，因为这是显示屏的关键部分。照明分布由"光学扩展量（etendue)"来表征，光学 扩展量被定义为当从瞳孔看时入射瞳孔面积乘以源对着的立体角(http: //en. wikipedia. orR/wiki/Etendue)。光学扩展量在光通过自有空间传播时是恒定的,并且在折射或反射时 是恒定的。当光通过光学系统传送时，光学扩展量不增加，其或者守恒或减少。
[0040] 参照图12,图12是根据本发明的一个实施方式的在显示屏的表面上的经由光导 的照明分布的简化图示。图12示出了根据本发明的一个实施方式的从光导200的出射表 面270传输的光照亮显示屏110的不同元件dS。对于图12中所示的尺寸h、h0和z，用于 dS处的表面区域的光学扩展量dG按照如下确定：
【权利要求】
1. 一种用于对显示屏进行照明的光导，该光导包括： 坚直锥形入射表面，该坚直锥形入射表面包括用于让由LED发射的光束进入的孔口； 折叠式反射镜，该折射式反射镜用于以近似90°的角反射进入的光束，并用于水平准 直所述进入的光束； 水平引导部，该水平引导部用于将所反射的光束引导到出射表面；以及 出射表面，该出射表面位于显示屏的周边上方，用于将被引导的光束导向所述显示屏 的一部分，所述出射表面相对于水平方向以微小角度坚直倾斜以将被引导的光束导向所述 显示屏，并且水平地成形为凹透镜，以在所述显示屏的角区域上水平扩散被引导的光束。
2. 根据权利要求1所述的光导，其中所述水平引导部包括上壁和下壁，所述上壁和所 述下壁被涂黑以吸收光并防止所述上壁和所述下壁的内反射。
3. 根据权利要求1所述的光导，其中所述出射表面倾斜成将由所述LED发射的中央光 束导向沿着所述显示屏的跨度的25%至50%之间的位置。
4. 根据权利要求1所述的光导，其中所述出射表面以近似4°的角倾斜。
5. 根据权利要求1所述的光导，其中所述水平入射表面、所述水平引导部和所述出射 表面由塑料材料构成。
6. -种用于电子设备的显示器，该显示器包括： 矩形显示屏； 位于所述矩形显示屏的四个角部附近的四个LED ; 位于所述四个LED附近的四个光导，每个光导包括根据权利要求1所述的光导，用于在 所述矩形显示屏上传输由所述四个LED产生的光束，从而对所述显示屏进行照明。
7. 根据权利要求6所述的显示器，该显示器进一步包括： 多个红外光发射器，所述多个红外光发射器位于所述矩形显示屏的周边附近，用于发 射红外光； 多个红外光接收器，所述多个红外光接收器位于所述矩形显示屏的周边附近，用于接 收由所述红外光发射器发射的红外光；以及 投射器，所述投射器安装在所述矩形显示屏的周边附近，用于将由所述红外光发射器 发射的红外光横跨所述矩形显示屏投射，以便在物体触摸所述矩形显示屏时能够检测到触 摸位置。
【文档编号】G06F3/042GK104160367SQ201380012319
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年3月9日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】托马斯·埃里克松, 拉尔斯·斯帕尔夫, 比约恩·芒努斯·雅各布松·勒诺曼德 申请人:内奥诺德公司