專利名稱：光導(dǎo)發(fā)光體及屏幕顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)的發(fā)光體，特別是在發(fā)光體前設(shè)置光導(dǎo)元件的光導(dǎo)發(fā)光體，本實(shí)用新型還涉及一種由多個(gè)規(guī)則排列的發(fā)光體組成的用于顯示變化的字幕或圖案的屏幕顯示裝置。
目前用于各種光顯示的發(fā)光元件，特別是屏幕顯示裝置的發(fā)光元件，主要是白熾燈，半導(dǎo)體發(fā)光二極管、陰極射線管、液晶顯示器以及等離子體等；無論采用哪種發(fā)光體，都要求高亮度、小功耗和低成本，在上述各種發(fā)光元件中，白熾燈具有高亮度及成本較低的優(yōu)點(diǎn)，此外，其還有使用壽命長、組裝容易，以及亮度潛力大的特點(diǎn)，在一般屏幕顯示技術(shù)中采用較多。
如


圖1所示，在一般情況下，發(fā)光元件2如不加光學(xué)處理，僅有很小一部分輻射光能有效使用，有效部分一般僅占總輻射光的15％，實(shí)際利用率很低，若要提高亮度只有提高輸出功率；或者采用光學(xué)處理方法，例如在白熾燈后面加設(shè)光反射器1或在其前方加設(shè)透鏡6，也可把二者結(jié)合起來；一般按現(xiàn)有方式的光學(xué)處理部件造價(jià)都很高，例如美國奧特公司制作的“星光1200”系列大屏幕顯示裝置，其中的發(fā)光體就是采用白熾燈加一透鏡及一反射鏡系統(tǒng)組成的，光的利用率提高到90％，功耗降低為傳統(tǒng)型的六分之一，效果較明顯，然而售價(jià)卻達(dá)29000美元／米2。
顯然，屏幕顯示領(lǐng)域的發(fā)光體除需要具備高亮度，小功耗的技術(shù)性能外還需要具備低成本的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種在不增加功耗的基礎(chǔ)上光的實(shí)際利用率更高即發(fā)光強(qiáng)度更高的發(fā)光體。其是利用價(jià)格低廉的光導(dǎo)元件，提供一種光導(dǎo)發(fā)光體。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種在不增加功耗的基礎(chǔ)上發(fā)光強(qiáng)度更高的屏幕顯示裝置，其是采用光導(dǎo)發(fā)生體作為屏幕顯示裝置中的發(fā)光體，使發(fā)光元件的輻射光最大限度地集中到所需方向，大大提高屏幕顯示的亮度。
在一般發(fā)光器件中，為提高發(fā)光亮度是在發(fā)光元件前面加設(shè)透鏡，使向各方向發(fā)散的光線經(jīng)球面透鏡的折射形成平行光束；本實(shí)用新型的發(fā)光體是根據(jù)光導(dǎo)原理提出的，是在發(fā)光元件前方設(shè)置一光導(dǎo)元件，是利用光源的輻射光在光導(dǎo)元件中的全反射，使光束集中至光導(dǎo)元件的出光面射出，從而提高發(fā)光元件的發(fā)光效率。
本實(shí)用新型的光導(dǎo)發(fā)光體包括一個(gè)發(fā)光元件及一個(gè)光導(dǎo)元件，光導(dǎo)元件由透明材料制成，光導(dǎo)元件位于發(fā)光元件的光線射出端；所述光導(dǎo)元件呈圓柱形或棱柱形，其軸向與發(fā)光元件的主光線平行。
所述光導(dǎo)元件的直徑為發(fā)光元件外徑的1～3倍，光導(dǎo)元件的長度約為發(fā)光元件外徑的2～5倍。
所述光導(dǎo)元件的進(jìn)光及出光端面為平面、球面或錐面。
本實(shí)用新型的屏幕顯示裝置包括一屏幕顯示框架、多個(gè)發(fā)光元件、顯示框架背面的一底座及顯示框架前面的一透明面板；屏幕顯示框架呈矩形框狀，框架中形成多個(gè)陣列式空格，所述發(fā)光元件設(shè)置于各空格中并插置于底座上，各發(fā)光元件為光導(dǎo)發(fā)光體。
本實(shí)用新型具有以下效果由于本實(shí)用新型的發(fā)光體是在發(fā)光元件前方設(shè)置了光導(dǎo)元件，其發(fā)光效果明顯增強(qiáng)，如用普通小燈泡做光源，有機(jī)玻璃做光導(dǎo)，憑肉眼觀測，增加光導(dǎo)與不增加光導(dǎo)元件，其亮度相差(3－5)倍左右，實(shí)際上，球面發(fā)光的小燈泡發(fā)光體，只有發(fā)射光束中的15％落入人眼視角內(nèi)，假定光導(dǎo)的全反射臨介角為45℃，由計(jì)算可知，加光導(dǎo)和不加光導(dǎo)時(shí)的光亮度相差5倍。計(jì)算結(jié)果和實(shí)際觀測結(jié)果相當(dāng)。光導(dǎo)發(fā)光體的光利用率可達(dá)(45～75)％以上。亮度效果比較明顯。另外光導(dǎo)元件的成本是較低的，因?yàn)楣鈱?dǎo)元件的材料是玻璃、塑料，這些材料都是低成本材料。同樣，加設(shè)光導(dǎo)元件的屏幕顯示裝置成本也比較低，例如1000點(diǎn)／米2的屏幕顯示裝置，成本不超過(1000～1500)元／米2，同樣亮度下與同類產(chǎn)品比較，系統(tǒng)滿負(fù)荷功耗不大于100W／米2?？傊?，本實(shí)用新型光導(dǎo)發(fā)光體及屏幕顯示裝置具有亮度大、成本低及功耗小的特點(diǎn)。
結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的特征說明如下附圖簡要說明
圖1具有透鏡的發(fā)光體示意圖；圖2本實(shí)用新型的光導(dǎo)發(fā)光體示意圖；圖3本實(shí)用新型的單色屏幕顯示裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4圖3的A－A剖視圖；圖5本實(shí)用新型的三光導(dǎo)彩色屏幕顯示裝置結(jié)構(gòu)圖；圖6圖5的A－A剖視圖；圖7本實(shí)用新型的單光導(dǎo)彩色屏幕顯示裝置結(jié)構(gòu)圖；圖8圖7的A－A剖視圖。
如圖2所示本實(shí)用新型的光導(dǎo)發(fā)光體是在發(fā)光元件2的前方設(shè)置一光導(dǎo)元件3，使光束由進(jìn)光端面經(jīng)光導(dǎo)元件壁面的反射集中至出光端面4射出，圖中光導(dǎo)元件的直徑D為發(fā)光元件2的直徑d的1～3倍，光導(dǎo)元件的長度L約為發(fā)光元件直徑的2～5倍。
本實(shí)用新型的屏幕顯示裝置，如圖3所示，本實(shí)用新型所采用的發(fā)光體是圖2所示發(fā)光體，即在發(fā)光元件2前面設(shè)置光導(dǎo)元件3，在發(fā)光元件后面有光反射器1，現(xiàn)有技術(shù)中的屏幕顯示裝置所采用的發(fā)光體是如
圖1所示的發(fā)光體，其是在發(fā)光元件1前面設(shè)置一透鏡4；根據(jù)光的全反射理論，光源2前半球面的光束中的立體角2θ內(nèi)的光線經(jīng)光導(dǎo)元件3全反射到光導(dǎo)元件3的出光端面4上，而立體角2θ以外的光線，僅有極少部分光線反射到光導(dǎo)元件3的出光端面4上；發(fā)光元件2后半球面的光線經(jīng)反射器1反射后，再經(jīng)光導(dǎo)元件3反射經(jīng)出光端面射出，這樣一來，光導(dǎo)元件3的出光端面4上集中了光源2發(fā)出的約π＋2θ立體角的光束。論證分析指出，光導(dǎo)介質(zhì)的折射率和周圍介質(zhì)折射率差別越大，光的利用率就越高，理想情況下，光的利用率可達(dá)100％。因此，本發(fā)明提出的光導(dǎo)發(fā)光體，可以取得高亮度，小功耗的效果。
本發(fā)明裝置的光導(dǎo)發(fā)光體中，光導(dǎo)材料可以是各種有機(jī)玻璃，無機(jī)玻璃和塑料等透明物質(zhì)。取材容易，制作光導(dǎo)元件的工藝過程很簡單，利用型材(棒材或條材)對(duì)其進(jìn)行切割和拋光，即可形成需要的光導(dǎo)元件。圖2所示的光導(dǎo)尺寸，以光源2封裝直徑d為基準(zhǔn)，光導(dǎo)直徑D≈(1－3)d，長度L≈(2～5)d。光源2一般是白熾燈，也可是其它發(fā)光元件。為實(shí)現(xiàn)全色大屏幕顯示，可選用基色材料或彩色光導(dǎo)，或者用無色透明材料制成無色光導(dǎo)，在其端面著色或者粘貼透明色膜。三基色光導(dǎo)發(fā)光體組合，控制灰度，可以形成多種真彩色。
如圖3所示，本實(shí)用新型的屏幕顯示裝置包括一屏幕顯示框架7，多個(gè)發(fā)光元件2，位于顯示框架7背面的底座8及顯示框架7前面的透明板9；發(fā)光元件2插植于底座8上，位于框架7中的陣列式空格中，各發(fā)光元件2及透明面板9之間設(shè)置了光導(dǎo)元件3；采用有機(jī)玻璃棒材切割成圓柱體，光導(dǎo)元件3的進(jìn)光端面5和出光端面4都經(jīng)過平面拋光處理，發(fā)光元件2后方配有反光器1，發(fā)光元件2后面輻射光經(jīng)反光器1反射后，和發(fā)光元件前的輻射光一起進(jìn)入光導(dǎo)元件3，經(jīng)過光導(dǎo)元件全反射集中到出光端面4，從而使光亮度增強(qiáng)?？刂瓢l(fā)光元件，可以在光導(dǎo)元件的出光端面形成十六級(jí)灰度的單色光。如果采用三基色光導(dǎo)，經(jīng)混色后，可形成4096種彩色。
該實(shí)施例中的光導(dǎo)元件加工很簡單，將三基色塑料或有機(jī)玻璃棒材切割，并對(duì)其端面進(jìn)行平面拋光，即可得到所需要的光導(dǎo)元件。成本很低，功耗比無光導(dǎo)發(fā)光體降低1～2倍。
如圖4所示，其為一種效果更好的屏幕顯示裝置的剖視圖，圖中的光導(dǎo)元件3的出光端面為球面或錐面，光導(dǎo)元件3的直徑約為發(fā)光元件直徑的2倍，根據(jù)視覺觀測結(jié)果表明，使用這種光導(dǎo)元件，其亮度效果約比出光端面為平面的光導(dǎo)元件增強(qiáng)2－3倍。
如圖5及圖6所示，其為本實(shí)用新型的彩色屏幕顯示裝置的實(shí)施例，是一種三光導(dǎo)彩色屏幕顯示裝置，是在每一三基色彩色光單元中，設(shè)置三個(gè)光導(dǎo)元件3，即一組基色發(fā)光元件2前端設(shè)置一個(gè)光導(dǎo)元件3；也可在每單元10中，設(shè)置單色發(fā)光元件2，而采用三基色光導(dǎo)元件3；如圖7、8所示，其為本實(shí)用新型的彩色屏幕顯示裝置的另一實(shí)施例，是一種單光導(dǎo)彩色屏幕顯示裝置，是在每一個(gè)三基色單元10的三基色發(fā)光元件2前置一透明光導(dǎo)元件3，這種方式可以減少加工成本。
本實(shí)用新型的光導(dǎo)發(fā)光體，不僅適用于屏幕顯示裝置，其也適用于任何采用發(fā)光元件，并需提高亮度的場合例如手電筒、各種儀表中的指示燈、交通指揮燈、航標(biāo)燈。
權(quán)利要求1.一種光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，其包括一個(gè)發(fā)光元件及一光導(dǎo)元件；光導(dǎo)元件由透明材料制成，光導(dǎo)元件位于發(fā)光元件的光線射出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于所述光導(dǎo)元件呈圓柱形，其軸向與發(fā)光元件的主光線平行，所述發(fā)光元件為白熾燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述光導(dǎo)元件呈棱柱形，其軸向與發(fā)光元件的主光線平行，所述發(fā)光元件為白熾燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述光導(dǎo)元件的直徑為發(fā)光元件外徑的1－3倍，光導(dǎo)元件的長度約為發(fā)光元件外徑的2－5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述光導(dǎo)元件的進(jìn)光及出光端面為平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述光導(dǎo)元件的進(jìn)光及出光端面為球面。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述光導(dǎo)元件的進(jìn)光及出光端面為錐面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述光導(dǎo)元件由塑料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述光導(dǎo)元件由玻璃制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)發(fā)光體，其特征在于，所述發(fā)光體后面設(shè)有光反射器。
11.一種屏幕顯示裝置，包括一屏幕顯示框架，多個(gè)發(fā)光元件，顯示框架背面的一底座及顯示框架前面的一透明面板；屏幕顯示框架呈矩形框狀，框架中形成多個(gè)陣列式空格，所述發(fā)光元件置于各空格中并插植在底座上；其特征在于，所述發(fā)光元件為光導(dǎo)發(fā)光體。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種光利用率高的光導(dǎo)發(fā)光體及一種利用光導(dǎo)發(fā)光體作光源的屏幕顯示裝置；本實(shí)用新型的光導(dǎo)發(fā)光體是在發(fā)光元件前面加設(shè)呈圓柱形或棱柱形的光導(dǎo)元件，使光束經(jīng)光導(dǎo)元件壁面的反射，將光束集中至出光端面射出；這種光導(dǎo)發(fā)光體可提高光利用率；本實(shí)用新型提供的屏幕顯示裝置，其發(fā)光亮度比一般屏幕顯示裝置可增強(qiáng)3～5倍，本實(shí)用新型的光導(dǎo)發(fā)光體特別適于作大屏幕顯示裝置，也適用于作手電筒、儀表中的指示燈等的光源。
文檔編號(hào)G09F9/307GK2198641SQ9420376
公開日1995年5月24日 申請(qǐng)日期1994年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月28日
發(fā)明者單永政, 夏季鵬, 郭輝 申請(qǐng)人:和德工業(yè)有限公司