CN102506996B - 一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置,包括固定在反射片背面结构件（11）上的金属外壳（10），金属外壳（10）内部有一个贯通空腔，三张功能膜片依次叠放在空腔的前部，且三张膜片从接近导光板（3）的一侧开始依次是倒置的第一棱镜片（5）、扩散片（6）和第二棱镜片（7）；导光板（3）的底面上设有对从光源（1）发出的光线起到反射作用的网点或微结构（4）；传感器（8）安装在采样电路板（9）上，沿腔体中轴线贴合在第二棱镜片（7）的底部，且传感器（8）的感光面与第二棱镜片（7）的中心相对。该装置既不影响显示效果，又能确保亮度采样信号远离传感器响应曲线的截止和饱和区域，获得较准确的亮度检测结果。

Description

一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置

技术领域

本发明涉及液晶显示背光源亮度的采样装置，尤其是涉及一种具有较宽的测量亮度适应范围的背光亮度采样装置。

背景技术

液晶显示作为一种被动显示技术，需要光线穿透液晶层，人眼才能观察到液晶层呈现的图像字符信息。在液晶面板透过率和光学膜片增亮效率一定的条件下，为其提供照明光线的背光源的亮度决定了液晶显示器的出屏亮度。

在某些时候需要实时了解背光源或显示器的亮度，例如应用于高温环境或长期使用后的显示器，其光源发光效率有所下降，为维持亮度稳定需要进行电流反馈补偿，补偿值取决于实测亮度的变化率，为了不影响显示和外观，可以在背光中安装亮度传感器。

对于一些用于特种显示用途的背光，需要亮度测量装置对于不同亮度测量范围可以作同样的设计，且不随安装位置的变化、装配公差而更换感光元件或结构组成，以具备通用性、可互换性，不同产品间不需要借助软件和电路的信号处理就可达到测量范围和精度的一致性。

另外对于侧背光，如果需要将传感器安装在导光板以下，势必与导光板底下的反射片形成冲突，在反射片上开孔过大会可能会影响显示效果，而且环境光过强会透过有效显示区域照射到传感器上，干扰背光亮度采样；开孔过小又会使接收亮度对开孔位置、装配误差敏感，不利于批量生产状态控制。

通常的侧背光是由固定结构件、背光光源（冷阴极荧光灯或发光二极管）、导光板、灯罩、底部反射片和顶部光学膜片组成，如果要加入亮度传感功能，将传感器安装于光源附近，结构空间有限，而且光源属于发热量较大的器件，其温升会影响传感器测量的精度。但如果安装在导光板反射片背面，反射片本身是反射率很高、透射微弱的材质，仅靠透射的光强不足以使传感器工作在线性区；如果在反射膜片上开孔，开孔过大会在显示面上看到明显的暗影，并且在前端器件透过率较大时受到外界环境光的干扰；开孔过小又存在装配中难以与传感器严格对齐，不利于产品状态一致性控制的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题提供一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置，其目的是既不影响显示效果，又能确保亮度采样信号远离传感器响应曲线的截止和饱和区域的亮度采样装置。

本发明的技术方案是该种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置包括固定在反射片背面结构件上的金属外壳，所述的金属外壳内部有一个贯通空腔，三张功能膜片依次叠放在空腔的前部，边缘与金属外壳连接，且，三张膜片从接近导光板的一侧开始依次是倒置的第一棱镜片、扩散片和第二棱镜片；所述的导光板的底面上设有对从光源发出的光线起到反射作用的网点或微结构；传感器安装在采样电路板上，沿腔体中轴线贴合在第二棱镜片的底部，且传感器的感光面与第二棱镜片的中心相对。

所述的第一棱镜片和第二棱镜片上都设有周期性分布的三角形棱镜单元，所述的第一棱镜片的锯齿面背向导光板。

所述的第一棱镜片和第二棱镜片上的三角形棱镜单元均为等腰直角三角形。

所述的三张膜片的边缘通过点胶方式固定在金属外壳的内侧，传感器焊接在采样电路板上。

所述的第一棱镜片和第二棱镜片的基地材质均为聚合物。

所述的光源为冷阴极荧光管，光源的外部设有保护和提高光线利用率的灯罩。

具有上述结构的该种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置具有以下优点：

1.该种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置最接近导光板的第一棱镜片采用倒置的安装方式，对于接近垂直入射的光线有原路返回的效果，对于很大倾角的光线会循环利用进入下一周期，对于中间角度的适度倾斜方向的光线能向轴向会聚并透射，因此，从正面方向看，大多数返回的光线（约占总光通量的30%～40%）使第一棱镜片表观有类似于普通光面型反射片的光亮、均一的效果，收集的中间入射角的光线（约占总光通量的30%～40%）被会聚后朝向传感器方向透出。

2.该种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置的中间的膜片为具有漫透射功能的扩散片，从而将从第一棱镜片透出光线打散，降低由于装配位置不统一、反射片上所开孔和导光板底部散射网点横向位置偏移的随机性能因素所导致的光线强度不一致或不均匀。

3.该种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置，经过扩散片后的光再经过正向放置的第二棱镜片，将占能量比例较大的近轴光线再度偏折向较大角度，防止了由于传感器相对安装位置有偏移而导致感光面不正对膜片中心，带来不同产品间能采样的亮度动态范围有偏差的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中棱镜片对入射光各角度成分的作用效果。

在图1-2中，1：光源；2：灯罩；3：导光板；4：网点或微结构；5：第一棱镜片；6：扩散片；7：第二棱镜片；8：传感器；9：采样电路板；10：金属外壳；11：反射片背面结构件；12：反射片；00：入射光线；01：近轴方向出射光；02：偏离轴出射光；03：偏射光；04：反射光。

具体实施方式

由图1所示结构可知，该种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置具有圆柱或立方体外形，外部为金属外壳10，通过螺钉固定于反射片背面结构件11上，金属外壳10的内部有一个贯通空腔，三张功能膜片依次叠放在空腔的前部，边缘与金属外壳10连接，且，三张膜片从接近导光板3的一侧开始依次是倒置的第一棱镜片5、扩散片6和第二棱镜片7，三张膜片的边缘通过点胶方式固定在金属外壳10的内侧，视传感器能够有效探测照度的动态范围选用不同雾度和透射率的扩散片，以达到所需的探测范围和精度，例如3414型16位数字传感器在52μW/cm²辐照度条件下的典型计数率为77counts每μW/cm²，去除掉线性度不好的部分（高1位低2位），能够较好测量的照度范围约为0.05～420μW/cm²。

导光板3的底面上设有对从光源1发出的光线起到反射作用的网点或微结构4；传感器8焊接在采样电路板9上，沿腔体中轴线贴合在第二棱镜片7的底部，且传感器8的感光面与第二棱镜片7的中心相对。第一棱镜片5和第二棱镜片7上都设有周期性分布的等腰直角三角形棱镜单元，第一棱镜片5的锯齿面背向导光板3，第一棱镜片5和第二棱镜片7的基地材质均为聚合物。光源1为冷阴极荧光管（CCFL），光源1的外部设有保护和提高光线利用率的灯罩2。

图2为本发明中棱镜片对入射光各角度成分的作用效果。由图1和图2所示结构结合可知，光源1发出的光线和灯罩2反射的光线通过导光板3的侧边射入导光板3，并在其内部通过全反射向远端传输。当光线遇到导光板3底面的网点或微结构4时被散射，散射向上的光线大部分射出导光板3成为背光出射光，另一部分散射向下及被导光板3顶面反射回的光线可能从导光板3的底部射出，被反射片12反射循环利用。

倒置的第一棱镜片5对从导光板3开孔透出的光线各角度成分的偏折效果，其中00为入射光线，01为近轴方向出射光照射到扩散片6上，02为偏离轴方向出射光，03为偏折到下一棱镜单元周期的光，04为接近原方向返回导光板的光线。

该种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置适当使反射片12上正对传感器的开孔增大（孔径在传感器感光面2倍以上，并且不小于导光板3底部上相邻两个网点或微结构4的间距），确保了开孔位置和装配公差不会影响到达传感器感光面的光通量。

第一棱镜片5、扩散片6和第二棱镜片7裁切成同样大小，周边密封并相对固定，通过有空腔的结构件安装到背光腔底部，上口与反射膜片开孔相对，下口与固定在电路板上的亮度传感器的感光面相对，很好的解决了显示效果和环境光干扰的问题。

具体工作过程为：最接近导光板3的膜片采用倒置的第一棱镜片5，对于接近垂直入射的光线有原路返回的效果，对于很大倾角的光线会循环利用进入下一周期，对于中间角度的适度倾斜方向的光线能向轴向会聚并透射。这样从正面方向看，大多数返回的光线（约占总光通量的30%～40%）使棱镜片表观有类似于普通光面型反射片（例如3M公司的ESR膜）的光亮、均一的效果，收集的中间入射角的光线（约占总光通量的30%～40%）被会聚后朝向传感器方向透出。

中间的膜片为具有漫透射功能的扩散片6，其作用是将从第一棱镜片5透出光线打散，降低由于装配位置不统一、反射片12上所开孔和导光板底部散射网点横向位置偏移的随机性能因素所导致的光线强度不一致或不均匀。

经过扩散片6后的光再经过正向放置的第二棱镜片7，其作用是将占能量比例较大的近轴光线再度偏折向较大角度，以防止传感器8相对安装位置有偏移，导致感光面不正对膜片中心，带来不同产品间能采样的亮度动态范围有偏差的问题。

依据具体的材料特性（特别是扩散片的雾度、透过率）上述三张膜片的组合对轴向光强的透射率在5%～12%左右。中间的扩散片6与第一棱镜片5和第二棱镜片7之间也可以再插入其它的功能膜例如中性衰减片、相互呈一定角度的一对偏振片等，以自由控制膜片组合对光线的衰减倍率，实现对较宽的背光亮度范围均能使照射到传感器的光线调整到有效照度范围之内。

Claims (6)

1.一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置,其特征在于：所述的侧背光亮度采样装置包括固定在反射片背面结构件（11）上的金属外壳（10），所述的金属外壳（10）内部有一个贯通空腔，三张功能膜片依次叠放在空腔的前部，边缘与金属外壳（10）连接，且，三张膜片从接近导光板（3）的一侧开始依次是倒置的第一棱镜片（5）、扩散片（6）和第二棱镜片（7）；所述的导光板（3）的底面上设有对从光源（1）发出的光线起到反射作用的网点或微结构（4）；传感器（8）安装在采样电路板（9）上，沿腔体中轴线贴合在第二棱镜片（7）的底部，且传感器（8）的感光面与第二棱镜片（7）的中心相对。

2.根据权利要求1所述的一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置，其特征在于：所述的第一棱镜片（5）和第二棱镜片（7）上都设有周期性分布的三角形棱镜单元，所述的第一棱镜片（5）的锯齿面背向导光板（3）。

3.根据权利要求2所述的一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置，其特征在于：所述的第一棱镜片（5）和第二棱镜片（7）上的三角形棱镜单元均为等腰直角三角形。

4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置，其特征在于：所述的三张膜片的边缘通过点胶方式固定在金属外壳（10）的内侧，传感器（8）焊接在采样电路板（9）上。

5.根据权利要求4所述的一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置，其特征在于：所述的第一棱镜片（5）和第二棱镜片（7）的基地材质均为聚合物。

6.根据权利要求5所述的一种用于较宽亮度范围的侧背光亮度采样装置，其特征在于：所述的光源（1）为冷阴极荧光管，光源（1）的外部设有保护和提高光线利用率的灯罩（2）。

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