專(zhuān)利名稱(chēng)：照明系統(tǒng)和包括照明系統(tǒng)的顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)，例如可用作顯示設(shè)備的背光的照明系統(tǒng)， 該顯示設(shè)備整個(gè)或部分地為如液晶顯示設(shè)備之類(lèi)的透射空間光調(diào)制器。還 涉及結(jié)合這樣的照明系統(tǒng)的顯示器。所公知的是，顯示設(shè)備整個(gè)或部分地為將由設(shè)置在顯示設(shè)備后面的照 明系統(tǒng)照亮的透射空間光調(diào)制器("在顯示設(shè)備后面"意思是照明系統(tǒng)設(shè)置 在顯示設(shè)備朝向觀眾的相反側(cè))。這樣的照明系統(tǒng)通常公知為背光。
背景技術(shù)：
在美國(guó)專(zhuān)利No.4612295中描述了一種公知類(lèi)型的背光，并在圖l(a) 中的側(cè)視圖和圖l(b)中的從上部觀察的平面圖中示出，該背光包括透明的 光引導(dǎo)件l。光引導(dǎo)件1可為平板狀光引導(dǎo)件，或它可為錐形的，其厚度 隨著跨光引導(dǎo)件的距離而降低。例如熒光管之類(lèi)的一個(gè)或多個(gè)光源2沿著 光引導(dǎo)件的一個(gè)或多個(gè)邊緣定位(為了解釋的簡(jiǎn)化，在圖l(a)和l(b)中僅示 出一個(gè)熒光管)，且來(lái)自每個(gè)光源2的光線(xiàn)進(jìn)入光引導(dǎo)件1，并根據(jù)"全內(nèi) 反射"現(xiàn)象在光引導(dǎo)件內(nèi)傳播。光引導(dǎo)件的較大的平面中的一個(gè)平面設(shè)置 有散射結(jié)構(gòu)(未示出)，使得在光引導(dǎo)件內(nèi)傳播的光線(xiàn)較佳地以在光引導(dǎo)件 的區(qū)域范圍內(nèi)大致均勻的強(qiáng)度散射出光引導(dǎo)件。光引導(dǎo)件1設(shè)置在通常由 圖1(a)中的3表示的透射類(lèi)型的顯示設(shè)備的后面，使得散射出光引導(dǎo)件的 光通過(guò)顯示設(shè)備3。圖1示出的一般類(lèi)型的背光可選擇地采用發(fā)光二極管(LED)代替熒光 管作為光源。美國(guó)專(zhuān)利No. 6904225描述了一種用于從光引導(dǎo)件引出光線(xiàn) 的特殊類(lèi)型的散射結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置在光引導(dǎo)件表面上的多個(gè)散射點(diǎn)。通 過(guò)改變?cè)O(shè)置在光引導(dǎo)件上的散射點(diǎn)的數(shù)量密度，以補(bǔ)償整個(gè)光引導(dǎo)件區(qū)域 在波導(dǎo)內(nèi)傳播的光線(xiàn)的密度方面的變化，而由所述的點(diǎn)的特殊放置限定的型地具有l(wèi)mm量級(jí)的 尺寸，而用于顯示器的背光的光引導(dǎo)件典型地可具有10cm或更大量級(jí)的 尺寸。因此，如從美國(guó)專(zhuān)利No. 6904225中獲取的并表示從光引導(dǎo)件之上 看的平面圖的圖2所示，當(dāng)采用LED作為光源時(shí)，光引導(dǎo)件的一些區(qū)域4 接收來(lái)自光源2的相對(duì)低強(qiáng)度的光線(xiàn)。接收來(lái)自光源2的相對(duì)低強(qiáng)度的光 線(xiàn)的光引導(dǎo)件的這些區(qū)域4設(shè)置有較高數(shù)量密度的散射點(diǎn)5，使得從光引 導(dǎo)件的發(fā)射的光的強(qiáng)度在整個(gè)光引導(dǎo)件的區(qū)域保持為近似均勻。圖1中示出的一般類(lèi)型的背光在后部照明的顯示器中廣泛采用，特別 是用于用在移動(dòng)設(shè)備和小型監(jiān)視器中的小型LCD顯示器。它們應(yīng)用至大 型監(jiān)視器也是可能的。通常，圖l(a)和l(b)中示出的這種類(lèi)型的采用LED作為光源的背光采 用白光LED。如在下文將更詳細(xì)描述的，白光LED包括磷，磷吸收由LED 的發(fā)光元件發(fā)射的部分光線(xiàn)，并以不同于發(fā)光元件的原始發(fā)射波長(zhǎng)的波長(zhǎng) 重新發(fā)射光線(xiàn)，使得來(lái)自L(fǎng)ED的輸出除包含來(lái)自發(fā)光元件的輸出的未吸 收部分外，還包含由磷重新發(fā)射的成分?？蛇x擇地，圖l(a)和l(b)中示出 的這種類(lèi)型的背光可采用單彩色LED(例如，紅、綠和藍(lán)LED)-然而，由 于需要提供使來(lái)自紅、綠和藍(lán)LED的光線(xiàn)能夠在其中混合以給出白光的 光轉(zhuǎn)換部，因此這并不是普遍采用的類(lèi)型。圖3為穿過(guò)由透射類(lèi)型的顯示設(shè)備3和圖1中示出的一般類(lèi)型的背光 組成的典型的顯示器裝置的示意剖面圖，其中LED用作光源2。(圖3'中 僅示出一個(gè)光源)。較佳地，反射鏡11設(shè)置在光引導(dǎo)件1后面，使得從遠(yuǎn) 離顯示設(shè)備3的光引導(dǎo)件1的后表面發(fā)射的任何光線(xiàn)由反射鏡反射回顯示 設(shè)備3。這改善了顯示器裝置的輸出效率。例如，透射類(lèi)型的顯示設(shè)備3可以為液晶顯示設(shè)備。需要確保從LED進(jìn)入光引導(dǎo)件1的光線(xiàn)的良好的耦合意味著光引導(dǎo) 件1的厚度t不能明顯小于LED的直徑d。具有0.88mm直徑或甚至0.6mm 直徑的LED在商業(yè)上已經(jīng)可用了，且如果釆用這樣的LED，需要光引導(dǎo) 件l具有至少0.8mm或0.6mm的厚度t。(在錐形波導(dǎo)的情況下，波導(dǎo)的 厚度t在至少一點(diǎn)處至少必須為0.8mm或尤其在移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)，存在向更薄顯示器裝置發(fā)展的趨勢(shì)。這主要允 許更方便的處理，以降低費(fèi)用，并允許更多功能裝配到盒體中；而且，更薄的設(shè)備對(duì)消費(fèi)者更具有吸引力。對(duì)于LCD模塊(例如)，背光單元的厚度是整個(gè)厚度的重要部分。因此，希望降低背光單元的厚度，以使顯示器裝 置的厚度能夠降低。LED典型地制造成LED封裝的形式，其由典型地具有300pm量級(jí)尺 寸的發(fā)光元件組成，該發(fā)光元件由反射鏡包圍，以校準(zhǔn)由發(fā)光元件輸出的 光線(xiàn)。在白光LED封裝的情況中，發(fā)光元件通常發(fā)射藍(lán)光或紫光區(qū)域光 譜的光線(xiàn)，且發(fā)光元件還由黃磷包圍，其中黃磷吸收來(lái)自發(fā)光元件的一部 分藍(lán)/紫光，并以黃光區(qū)域的光譜重新發(fā)射，由磷重新發(fā)射的黃光和來(lái)自發(fā) 光元件的藍(lán)/紫光中的未被吸收的部分混合，以產(chǎn)生白光輸出。反射鏡典型 地由樹(shù)脂制成，具有60pm的典型厚度。在這種結(jié)構(gòu)的LED封裝中，來(lái)自 發(fā)光元件的藍(lán)/紫光入射到樹(shù)脂反射鏡上，且由此導(dǎo)致樹(shù)脂反射鏡退化。因 此，不希望降低LED封裝的厚度，因?yàn)檫@會(huì)縮短LED封裝的壽命。原則上，樹(shù)脂反射鏡可由金屬反射鏡代替。然而，為了通過(guò)用金屬反 射鏡代替樹(shù)脂反射鏡而降低LED封裝的厚度，需要金屬反射鏡比目前的 樹(shù)脂反射鏡薄，如具有小于60pm的厚度。具有小于60pm的厚度的金屬 反射鏡在結(jié)構(gòu)上很脆弱并容易損壞，使得LED封裝的壽命將會(huì)再次被縮 短；這樣的薄金屬反射鏡也難以制造。類(lèi)似地，如果背光設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)熒光管作為光源，在實(shí)踐中熒光 管具有0.6-0.8mm左右的直徑。與很小的LED-—樣，具有0.3mm以下直 徑的熒光管是已知的，如此薄的熒光管具有較短的壽命和較低的光輸出。如上述參照?qǐng)D2所解釋的，LED在一定角度范圍內(nèi)發(fā)光，且典型地具 有比背光的光引導(dǎo)件的尺寸小很多的尺寸。因此，設(shè)置具有光轉(zhuǎn)換部或光 混合部的光引導(dǎo)件是己知的，在光引導(dǎo)件中，來(lái)自L(fǎng)ED的光線(xiàn)能夠發(fā)散， 以覆蓋光引導(dǎo)件的整個(gè)寬度，如果設(shè)置多個(gè)LED，其中來(lái)自L(fǎng)ED的光線(xiàn) 能夠發(fā)散，以與從相鄰LED發(fā)射的光線(xiàn)會(huì)合。美國(guó)專(zhuān)利No. 6951401公開(kāi) 了一種背光，其中這樣的光轉(zhuǎn)換部平行設(shè)置，并與光引導(dǎo)件的主體隔離， 通過(guò)將光轉(zhuǎn)換部放置在光引導(dǎo)件的主體的后面，可使背光更加緊湊。這在 圖4中示出，圖4為穿過(guò)美國(guó)專(zhuān)利No. 6951401的背光的剖面圖。在圖4中示出的美國(guó)專(zhuān)利No. 6951401的背光中，來(lái)自光源2(在這個(gè) 例子中為L(zhǎng)ED)的光線(xiàn)耦合進(jìn)入光轉(zhuǎn)換面板7。光轉(zhuǎn)換面板7與光引導(dǎo)件的 主體平行設(shè)置。選擇光轉(zhuǎn)換面板7的長(zhǎng)度，使得當(dāng)光線(xiàn)沿著光轉(zhuǎn)換面板7 通過(guò)時(shí)，來(lái)自L(fǎng)ED的光能夠產(chǎn)生所需要的發(fā)散性。而且，美國(guó)專(zhuān)利No. 6951401采用單彩色LED,并且來(lái)自不同LED的光線(xiàn)在光轉(zhuǎn)換面板7中 混合，以產(chǎn)生白光。離開(kāi)光轉(zhuǎn)換面板7的光線(xiàn)通過(guò)限定彎曲波導(dǎo)的彎曲反 射鏡8耦合進(jìn)入光引導(dǎo)件l的主體。為了將光線(xiàn)散射出光引導(dǎo)件前表面lb， 散射結(jié)構(gòu)9設(shè)置在光引導(dǎo)件的背面la。在美國(guó)專(zhuān)利No. 6951401的背光中，每個(gè)光轉(zhuǎn)換部7和光引導(dǎo)件1的 厚度需要至少與LED的直徑一樣大，以確保進(jìn)入光轉(zhuǎn)換部的光線(xiàn)和從光 轉(zhuǎn)換部7進(jìn)入光引導(dǎo)件1的光線(xiàn)的良好的耦合。美國(guó)專(zhuān)利No. 6371623也提出需要使來(lái)自L(fǎng)ED的光線(xiàn)能夠在其中發(fā)散 以覆蓋光引導(dǎo)件的整個(gè)寬度的光轉(zhuǎn)換部。如圖5(a)所示，美國(guó)專(zhuān)利No. 6371623教導(dǎo)了在來(lái)自L(fǎng)ED的光線(xiàn)的路徑中設(shè)置棱鏡片10，以增加來(lái)自 LED的光線(xiàn)的發(fā)散，并因此降低光轉(zhuǎn)換部7所需要的長(zhǎng)度。美國(guó)專(zhuān)利No. 6371623還教導(dǎo)了 LED可以設(shè)置為發(fā)射近似垂直于光引 導(dǎo)件1的平面的光線(xiàn)，如圖5(b)所示。棱鏡片10設(shè)置在LED和光引導(dǎo)件 1之間。這允許降低背光系統(tǒng)的長(zhǎng)度-在圖5(a)中，背光系統(tǒng)的長(zhǎng)度為B + L，其中B為光轉(zhuǎn)換部7的長(zhǎng)度，且L為光引導(dǎo)件的發(fā)光部的長(zhǎng)度，但 是在圖5(b)中，沿著光引導(dǎo)件的方向的背光系統(tǒng)的長(zhǎng)度為B2 + L，其中B2 為沿著光引導(dǎo)件的方向延伸的光轉(zhuǎn)換部7的長(zhǎng)度的一部分。圖5(b)中的光 轉(zhuǎn)換部7的整個(gè)長(zhǎng)度由B, +132給出，且對(duì)于給定的棱鏡片，]3| +B2=B,其 中B為圖5(a)中的光轉(zhuǎn)換部7的長(zhǎng)度。因此，圖5(b)中的沿著光引導(dǎo)件的 方向的背光系統(tǒng)的長(zhǎng)度將小于圖5 (a)中的背光系統(tǒng)的長(zhǎng)度，因?yàn)锽 2 + L < B + L。JP-A-4 322 204描述了一種具有光引導(dǎo)件和光源的照明系統(tǒng)。來(lái)自光 源的光線(xiàn)在光聚集部中接收，并穿過(guò)光引導(dǎo)件結(jié)合處到達(dá)光引導(dǎo)件。JP-A-2003 279971涉及一種具有LC部和用于照亮LC部的背光的顯 示器。背光部具有光引導(dǎo)板和光源。光源照亮光引導(dǎo)板的背面的一部分， 并且從光引導(dǎo)板的前表面發(fā)射光線(xiàn)。9發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一方面提供一種照明系統(tǒng)，包括光源和光引導(dǎo)件；其中該 光引導(dǎo)件的第一部分由發(fā)光面和與該光發(fā)射面大致相對(duì)的背面限定，并且 該光引導(dǎo)件的第二部分由光接收面和光反射面限定，該光反射面用于將通 過(guò)該光接收面進(jìn)入該光引導(dǎo)件的第二部分的光線(xiàn)反射進(jìn)入該光引導(dǎo)件的 第一部分；其中該光引導(dǎo)件的第一部分和該光引導(dǎo)件的第二部分限定光學(xué) 上連續(xù)的折射媒介；其中該光發(fā)射面、該光接收面、該光反射面和該背面 相互是不重合的；其中該光源設(shè)置為鄰近或大致鄰近該光引導(dǎo)件的光接收 面，并且其中該光源和該光接收面位于波導(dǎo)的與該光發(fā)射面相同的一側(cè) 上。具體地，光源和光接收面位于波導(dǎo)的與光發(fā)射面相同的一側(cè)上，這是 為了使光發(fā)射面排除光接收面和/或光源整個(gè)地或部分地設(shè)置在光引導(dǎo)件 的背面的可能性。在JP-A-4322204中，光源在光引導(dǎo)件的背面(其位于光引導(dǎo)件的與光 發(fā)射面相對(duì)的一側(cè)上)整個(gè)地或部分地突出。當(dāng)JP-A-4322204的照明系統(tǒng) 結(jié)合在顯示器中時(shí)，在光引導(dǎo)件的后表面之后的該光源的突出對(duì)顯示器的 整體厚度有貢獻(xiàn)。相反，在本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，通過(guò)將光源設(shè)置在光引 導(dǎo)件的與光發(fā)射面相同的一側(cè)上，能夠確保沒(méi)有任何照明系統(tǒng)的部件在波 導(dǎo)的后表面之后突出，當(dāng)本發(fā)明的照明系統(tǒng)用在顯示器中時(shí)，這樣對(duì)顯示 器的整體厚度有貢獻(xiàn)。因此，當(dāng)結(jié)合在顯示器中時(shí)，與結(jié)合JP-A-4322204 的照明系統(tǒng)的顯示器相比，本發(fā)明的照明系統(tǒng)能夠提供具有降低厚度的顯 示器。光源設(shè)置為將光線(xiàn)導(dǎo)向至光接收面上，且因此需要光接收面的尺寸至 少與光源的光發(fā)射區(qū)域的尺寸一樣大。然而，提供用于通過(guò)光接收面將光 線(xiàn)反射進(jìn)入光引導(dǎo)件的光反射面意味著不需要光接收面在光發(fā)射面和背 面之間的該光引導(dǎo)件的厚度方向的范圍內(nèi)延伸。因此，在光發(fā)射面和背面 之間測(cè)量的該光引導(dǎo)件的厚度不限制為等于或大于光源的發(fā)光區(qū)域的尺 寸，且可以形成為小于光源的發(fā)光區(qū)域的尺寸。因此，盡管仍然采用例如 傳統(tǒng)的0.6mm或0.8mm直徑的光源，本發(fā)明也允許降低光引導(dǎo)件的厚度，的光源，則可以避免與較小光源相關(guān) 的短壽命和光輸出少的問(wèn)題。原則上，光引導(dǎo)件的厚度可以將需要為光引導(dǎo)件提供足夠物理強(qiáng)度的 要求降至最低，并且光引導(dǎo)件可以具有例如0.3mm或更低的厚度，或者甚 至0.2mm或更低的厚度。該光發(fā)射面可以為平面或大致為平面。這樣允許照明系統(tǒng)與具有平面 或大致平面的顯示設(shè)備一起使用。該光發(fā)射面與光接收面可以是連續(xù)的或大致連續(xù)的。這樣可以簡(jiǎn)化光 引導(dǎo)件的制造過(guò)程。該光發(fā)射面可以相對(duì)于該光接收面傾斜。該光發(fā)射面可以遠(yuǎn)離該光接收面傾斜。這樣降低了所測(cè)量的與光發(fā)射 面垂直的光源的高度，并且因此可以采用的光源的高度。它還降低了來(lái)自 光源的光線(xiàn)必須被反射的角度?？商鎿Q地，該光發(fā)射面可以朝向該光接收面傾斜。這樣可以提供改善 的光捕獲效率。該光發(fā)射面可以大致垂直于該光接收面。在該實(shí)施例中，光源的直徑 比光源的高度更加受限制，且這樣允許更大的設(shè)計(jì)選擇。波導(dǎo)的第一部分可以與波導(dǎo)的第二部分一體形成。這樣消除了由于在 波導(dǎo)的第一部分和波導(dǎo)的第二部分之間的界面處的吸收或散射所導(dǎo)致的 光損耗的可能性。該光反射面可以為非平面。它在剖面上可以為凸的。與平面的光反射 面相比，這樣可以增加光捕獲效率。該光反射面可以由多項(xiàng)式曲線(xiàn)、指數(shù)曲線(xiàn)或雙曲線(xiàn)定義。它可以由二 次曲線(xiàn)定義。這樣提供了特別好的光捕獲效率。照明系統(tǒng)可以包括兩個(gè)或多個(gè)光源，每個(gè)光源設(shè)置為鄰近或大致鄰近 光引導(dǎo)件的各個(gè)光接收面。與僅具有一個(gè)光源的照明系統(tǒng)相比，這樣提供 了具有較高的輸出光強(qiáng)度的照明系統(tǒng)。該光引導(dǎo)件可以進(jìn)一步包括第二光接收面和第二光反射面，該第二光 反射面用于將通過(guò)第二光接收面進(jìn)入該光引導(dǎo)件的光線(xiàn)反射進(jìn)入該光引 導(dǎo)件的第一部分中；并且其中該照明系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括第二光源，該第二光源設(shè)置為鄰近或大致鄰近該光引導(dǎo)件的第二光接收面。該第二光接收面和該第二光反射面可以限定光引導(dǎo)件的第三部分，并且其中該光引導(dǎo)件的第一部分、該光引導(dǎo)件的第二部分和該光引導(dǎo)件的第三部分限定光學(xué)上連續(xù)的折射煤介。照明系統(tǒng)可以包括兩個(gè)或多個(gè)光源，每個(gè)光源設(shè)置為鄰近或大致鄰近該光接收面。與僅具有一個(gè)光源的照明系統(tǒng)相比，這樣提供了具有較高的輸出光強(qiáng)度的照明系統(tǒng)。它還可以在光發(fā)射面區(qū)域之上提供更加均勻的輸出光強(qiáng)度。這些或每個(gè)光源可以設(shè)置為垂直于或大致垂直于各個(gè)光接收面而發(fā) 光。這樣就增加了將光線(xiàn)耦合進(jìn)入波導(dǎo)的效率。這些或每個(gè)光源可以為L(zhǎng)ED。該光引導(dǎo)件的第一部分可以具有0.3mm或更小的厚度。它可以具有 0.2mm或更小的厚度。照明系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括設(shè)置在該光反射面上面的反射鏡。它可以進(jìn) 一步包括設(shè)置在該第二光反射面上面的第二反射鏡。通過(guò)所述反射鏡，可 以重新利用已經(jīng)以別的方式傳播出光反射面的任何光線(xiàn)，從而增加了光捕 獲效率。照明系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括設(shè)置在該光接收面的未設(shè)置光源的區(qū)域的 上面的第三反射鏡。通過(guò)該反射鏡，可以重新利用已經(jīng)以別的方式傳播出 光反射面的任何光線(xiàn)，從而增加了光捕獲效率。照明系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括設(shè)置在該第二光接收面的未設(shè)置第二光源 的區(qū)域的上面的第四反射鏡。該光反射面的輪廓在該光引導(dǎo)件的寬度范圍內(nèi)可以是變化的。這可以 改善波導(dǎo)中的光發(fā)散性，和/或者對(duì)于大角度光線(xiàn)，可以改善內(nèi)耦合效率。該光反射面可以包括一個(gè)或多個(gè)分段，沿著該光引導(dǎo)件的寬度方向穿 過(guò)這些或每個(gè)分段的剖面具有彎曲的輪廓。這些或每個(gè)光源可以設(shè)置在對(duì)應(yīng)的分段上面。每個(gè)分段可以為回轉(zhuǎn)體表面的一部分。限定回轉(zhuǎn)體的這些或每個(gè)軸線(xiàn)可以位于該光引導(dǎo)件的與該光反射面 的相對(duì)的一側(cè)上?？商鎿Q地，限定回轉(zhuǎn)體的這些或每個(gè)軸線(xiàn)可以位于該光引導(dǎo)件的與該 光反射面相同的一側(cè)上。本發(fā)明的第二方面提供一種顯示器，包括顯示設(shè)備；和用于照亮該 顯示設(shè)備的第一方面的照明系統(tǒng)，該顯示設(shè)備的光輸入面設(shè)置為大致與該 光引導(dǎo)件的光發(fā)射面對(duì)準(zhǔn)。在顯示設(shè)備定位為其輸入面大致與光引導(dǎo)件的 光發(fā)射面對(duì)準(zhǔn)時(shí)，光源設(shè)置在顯示設(shè)備的側(cè)部(例如，如圖6所示)。僅顯 示設(shè)備的厚度或光源的高度中的一個(gè)(無(wú)論哪一個(gè)更大)對(duì)顯示器的整體厚 度有貢獻(xiàn)。該顯示設(shè)備可以為透射類(lèi)型的顯示設(shè)備，并且該照明系統(tǒng)可以設(shè)置在 該顯示設(shè)備的與該顯示設(shè)備的預(yù)期觀看的位置相對(duì)的一側(cè)上?？商鎿Q地，該顯示設(shè)備可以為反射類(lèi)型或透射類(lèi)型的顯示設(shè)備，并且 該照明系統(tǒng)可以設(shè)置在該顯示設(shè)備的與該顯示設(shè)備的預(yù)期觀看的位置相 同的一側(cè)上。根據(jù)下文的描述，本發(fā)明的附加目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚。而 且，根據(jù)參照附圖的下述解釋?zhuān)景l(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)是明顯的。


現(xiàn)在將通過(guò)示例性例子并參照附圖描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中在 附圖中圖l(a)為由背光照亮的顯示設(shè)備的示意性側(cè)視圖；圖l(b)為圖l(a)的背光的示意性俯視圖；圖2為示出散射點(diǎn)的可能結(jié)構(gòu)的背光的示意性俯視圖；圖3展示出具有圖l(a)中示出的一般形式的背光存在的問(wèn)題；圖4為具有光轉(zhuǎn)換部的背光的示意性剖視圖；圖5(a)為具有光轉(zhuǎn)換部的另一背光的俯視圖；圖5(b)為具有光轉(zhuǎn)換部的另一背光的側(cè)視圖；圖6為結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的顯示設(shè)備的示意圖；圖7為圖6的顯示設(shè)備的照明系統(tǒng)的局部放大圖；圖8(a)為具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示設(shè)備的示意圖；13圖8(b)為具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示設(shè)備的示意圖；圖9為具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示設(shè)備的示意圖；圖10為具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示設(shè)備的示意 性俯視圖；圖11為具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示設(shè)備的示意圖；圖12為具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示設(shè)備的示意 性透視圖；圖13(a)至13(c)為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的示意圖； 圖14(a)至14(c)為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的示意圖；且 圖15為結(jié)合本發(fā)明的照明系統(tǒng)的反射類(lèi)型的顯示設(shè)備的示意性剖視圖。
具體實(shí)施方式
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的組件。圖6為顯示器6的示意圖，其中顯示器6結(jié)合有顯示設(shè)備3和本發(fā)明 的用于照亮顯示設(shè)備3的照明系統(tǒng)。在圖6中，顯示設(shè)備3為透射類(lèi)型的 顯示設(shè)備，且照明系統(tǒng)用作背光-即，照明系統(tǒng)2設(shè)置在與顯示設(shè)備3朝 向想要觀看的位置相對(duì)的一側(cè)上。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，顯示設(shè)備3的種類(lèi)不重 要，且可以采用任何傳統(tǒng)的透射類(lèi)型的顯示設(shè)備，例如，液晶顯示設(shè)備 (LCD)。因此，將不再描述顯示設(shè)備3。圖3中示出的顯示器6的照明系統(tǒng)也包括光引導(dǎo)件1和光源2。來(lái)自 光源2的光線(xiàn)進(jìn)入光引導(dǎo)件1，且從光引導(dǎo)件的光發(fā)射面12發(fā)射。在圖6 的顯示器裝置中，顯示設(shè)備3設(shè)置在光引導(dǎo)件的光發(fā)射面12的上面，使 得它的輸入面成對(duì)準(zhǔn)，或大致與光引導(dǎo)件的光發(fā)射面12對(duì)準(zhǔn)，且光引導(dǎo) 件的光發(fā)射面12的區(qū)域通常對(duì)應(yīng)于顯示設(shè)備3的區(qū)域。在本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，光引導(dǎo)件1的第一部分由光引導(dǎo)件1的光發(fā) 射面12和背面13限定。光引導(dǎo)件1的第二部分由光接收面14和光反射收面14進(jìn)入光引導(dǎo)件1的第二部分的光線(xiàn)，并將該光線(xiàn)導(dǎo)入光引導(dǎo)件的第一部分。進(jìn)入光引導(dǎo)件的第一部分的光線(xiàn)在波導(dǎo)內(nèi)傳播，并通過(guò)例如設(shè)置在光引導(dǎo)件的背面13上的合適 的外耦合結(jié)構(gòu)(outeoupling structure )(未示出)，以公知的方式散射出波導(dǎo)。 針對(duì)所要應(yīng)用的照明系統(tǒng)選擇外耦合結(jié)構(gòu)，它們可以為傳統(tǒng)的外耦合結(jié) 構(gòu)，且不再進(jìn)一步描述。光引導(dǎo)件的第一部分和光引導(dǎo)件的第二部分限定了光學(xué)上連續(xù)折射 的媒介，使得當(dāng)光線(xiàn)從光引導(dǎo)件的第二部分傳播至光引導(dǎo)件的第一部分 時(shí)，不存在光損耗。光發(fā)射面12、背面13、光接收面14和光反射面15 相互重合。光源2設(shè)置為鄰近或大致鄰近光引導(dǎo)件的光接收面14。圖6和圖7(圖 7為圖6的局部放大圖)中的每一個(gè)都示出了光源2，該光源如此設(shè)置，使 得在光源的光發(fā)射面2'和光引導(dǎo)件的光接收面14之間存在小的氣隙，但 是原則上，光源2和其光發(fā)射面可直接設(shè)置在光引導(dǎo)件1的光接收面14 上。可選擇地，光源2可以采用合適的透明黏膠粘附至光引導(dǎo)件的光接收 面。在圖6的實(shí)施例中，光引導(dǎo)件的光接收面14與光發(fā)射面12 —起是連 續(xù)的，即光接收面14和光發(fā)射面12均為公共表面(common surface)的一部分。設(shè)置光反射面15意味著光線(xiàn)不需要像圖3的現(xiàn)有技術(shù)中的光引導(dǎo)件 一樣大致沿著波導(dǎo)的長(zhǎng)軸進(jìn)入波導(dǎo)。這也意味著光接收面14不需要在光 引導(dǎo)件1的厚度方向的范圍內(nèi)在光發(fā)射面12和背面13之間延伸。如圖6 所示，光源2可以設(shè)置和定向成，且光反射面的形狀可以形成為，使得光 線(xiàn)以與波導(dǎo)的長(zhǎng)軸大致成90。進(jìn)入光引導(dǎo)件1，并由反射面15反射，以大 致沿著波導(dǎo)1的長(zhǎng)軸傳播。因此，在圖6所示出的照朋系統(tǒng)中，光引導(dǎo)件1的厚度t不限制為等 于或大于光源2的直徑d(或其它合適的尺寸)，其中該厚度t是在光引導(dǎo)件 的光發(fā)射面12和背面13之間測(cè)量的。僅需要光引導(dǎo)件1的光接收面14 的尺寸形成為等于或大于光源2的直徑d。然而，由于光接收面14不沿著光引導(dǎo)件的厚度方向延伸，這對(duì)光引導(dǎo)件的厚度t不設(shè)置任何限制。因此，即使圖6的光源2的直徑d等于圖3的光源的直徑d，仍然可能使圖6的 光引導(dǎo)件l的厚度t大致小于圖3的光引導(dǎo)件l的厚度t。比較圖3的顯示 器和圖6的顯示器，顯示出，即使采用相同的光源(LED)和相同的顯示設(shè) 備，與圖3的顯示器相比，圖6的顯示器具有顯著降低的整體厚度。原則 上，圖6示出的照明系統(tǒng)中的光引導(dǎo)件的厚度可以形成得盡可能小，以與 光引導(dǎo)件相稱(chēng)，保持足夠的強(qiáng)度以承受在使用中其可能面對(duì)的任何沖擊。根據(jù)本發(fā)明，即使采用具有0.6mm或0.8mm直徑d的光源，光引導(dǎo) 件1的厚度t也可以降低至0.3mm或以下，或甚至降低至0.2mm或以下。 相反，在圖3的傳統(tǒng)的顯示器6中，釆用具有0.8mm或0.6mm直徑d的 光源將要求光引導(dǎo)件1的厚度t分別至少為0.8mm或0.6mm。較佳地，光源2在光引導(dǎo)件1上面突出的高度不大于光引導(dǎo)件1的光 發(fā)射面12和顯示設(shè)備3的上表面之間的整體距離D。光源2在光引導(dǎo)件 上面突出的距離設(shè)定為l + g，其中1為光源的長(zhǎng)度，且g為光源的光發(fā) 射面和光接收面14之間的間隙(在圖7中示出)。因此，較佳地，首先，通 過(guò)將光源放置在光接收面14上或非常接近光接收面14，最小化光源2的 光發(fā)射面和光引導(dǎo)件的光接收面14之間的距離g 。 一旦間隙g已經(jīng)減 小為它的最小可能值，則較佳地，選擇光源的長(zhǎng)度1 ，使得(l + g)<D。 根據(jù)顯示設(shè)備3的厚度，這或者可能要求圖6的光源2的長(zhǎng)度1小于圖3 的公知的顯示器的光源2的長(zhǎng)度-然而，對(duì)光源長(zhǎng)度的限制不可能在制 造或使用中引入任何嚴(yán)重的問(wèn)題。特別地，在光源2為L(zhǎng)ED封裝的情況 下，LED封裝的長(zhǎng)度通常決定從LED封裝發(fā)射的光線(xiàn)的準(zhǔn)直程度。降低 LED封裝的長(zhǎng)度將會(huì)降低從LED封裝輸出的光線(xiàn)的準(zhǔn)直程度，但是與現(xiàn) 有技術(shù)不一樣，降低的準(zhǔn)直程度在本發(fā)明的背光中并不是大問(wèn)題，這是因 為在本發(fā)明的背光中，光線(xiàn)并不導(dǎo)入波導(dǎo)的薄邊緣，而是導(dǎo)入波導(dǎo)的表面。 事實(shí)上，低的準(zhǔn)直程度將意味著來(lái)自L(fǎng)ED封裝的發(fā)光元件的光線(xiàn)與封裝 壁之間存在較少的相互作用。結(jié)果，LED封裝會(huì)稍微更明亮，而且，由于 在封裝樹(shù)脂中吸收的光線(xiàn)較少，LED封裝的壽命將會(huì)得到改善。相反，如 同要求降低圖3的傳統(tǒng)的顯示器6中的光引導(dǎo)件1的厚度t一樣，LED封 裝的直徑d的降低能夠嚴(yán)重地降低LED封裝的壽命和功率輸出。16由光引導(dǎo)件的光發(fā)射面12和背面13限定的光引導(dǎo)件的第一部分、及
由光接收面14和光反射面15限定的光引導(dǎo)件1的第二部分一起組成光學(xué)
連續(xù)的折射媒介。通過(guò)將光引導(dǎo)件形成為單個(gè)單元可以方便地實(shí)現(xiàn)這種結(jié) 構(gòu)，從而使得光引導(dǎo)件的第一部分和光引導(dǎo)件的第二部分相互一體形成。
例如，圖6的光引導(dǎo)件1可以采甩合適的成型模具，采用合適的透明塑料
材料或透明樹(shù)脂模制形成。
然而，原則上，光引導(dǎo)件的第一部分和光引導(dǎo)件的第二部分可以制造 為分離的部件，并相互連接以形成光引導(dǎo)件。如果這樣做，光引導(dǎo)件的第 一部分的折射率等于或近似等于光引導(dǎo)件的第二部分的折射率，且它們采 用具有近似等于光引導(dǎo)件的兩部分的折射率的折射率的透明黏膠連接在 一起，從而使光引導(dǎo)件的兩部分和透明黏膠組成光學(xué)上大致連續(xù)的折射媒 介。
光引導(dǎo)件的光反射面15用作光學(xué)轉(zhuǎn)向元件，該光學(xué)轉(zhuǎn)向元件用于重 新引導(dǎo)已經(jīng)通過(guò)光接收面14進(jìn)入光引導(dǎo)件1的光線(xiàn)，以大致沿著光引導(dǎo) 件引導(dǎo)該光線(xiàn)。光反射面15能夠反射光線(xiàn)，且具有很少的光損耗。這是 因?yàn)檫M(jìn)入本發(fā)明的背光的光引導(dǎo)件的光線(xiàn)經(jīng)歷單次反射，圖4的背光要求 通過(guò)多次反射而使光線(xiàn)轉(zhuǎn)向。在圖4的現(xiàn)有技術(shù)的光引導(dǎo)件中，將會(huì)由于 因?yàn)橛袚p耗的反射鏡或因?yàn)閺澢▽?dǎo)中的TIR的彎曲損耗而產(chǎn)生多次反 射的結(jié)果而發(fā)生實(shí)質(zhì)上的光損耗。
較佳地，反射層16設(shè)置在波導(dǎo)的光反射面15的上面，以改善光線(xiàn)反 射進(jìn)入波導(dǎo)的第一部分的效率。例如，反射層16可以為沉積在如圖7中 示出的光反射面15上面的金屬層?？蛇x擇地，可能的是，在實(shí)踐中，圖6 的顯示器6的實(shí)際結(jié)構(gòu)將包括與圖3的反射鏡11類(lèi)似的反射鏡，這種反 射鏡定位在光引導(dǎo)件1的后面，以重復(fù)利用從光引導(dǎo)件的背面發(fā)射的光線(xiàn)。 對(duì)于這種反射鏡，可能的是，在光引導(dǎo)件l的背面的整個(gè)區(qū)域上、包括在 光反射面]5上延伸，并且這種反射鏡的形狀形成為與表面光引導(dǎo)件1的 背部的形狀互補(bǔ)。
較佳地，光引導(dǎo)件的光反射面15的形狀形成為，以低的損耗將來(lái)自 光源2的光線(xiàn)導(dǎo)入波導(dǎo)1的第一部分。運(yùn)用簡(jiǎn)單的集光率觀點(diǎn)(etendue argument),顯示出下列情況是可能的，即對(duì)于典型的0.6mm厚的LED封裝(具有用于發(fā)光的近似0.45mm直徑的開(kāi)口孔)，對(duì)于具有1.5折射率的光 引導(dǎo)件1，以及對(duì)于用于將光線(xiàn)耦合進(jìn)光引導(dǎo)件的0.7的典型的內(nèi)耦合效 率，可以采用最小厚度t為0.7 x 0.45/1.5 = 0.21mm的光引導(dǎo)件(對(duì)于光引 導(dǎo)件和LED封裝，假定近似的數(shù)值孔徑，并且假定LED封裝的發(fā)射角度 大約近似于全TIR波導(dǎo)中的光線(xiàn)的角度范圍(通常，這是一個(gè)較好的近 似))。如上所述，這近似為如今普遍使用的光引導(dǎo)件的厚度的1/3。
原則上，光反射面15可以為平面表面。然而，平的光反射面可能導(dǎo) 致低的光捕獲效率。因此，較佳地，光反射面15為非平面，且較佳地， 為圖6中所示的剖面中的凸面。
雖然圖6的照明系統(tǒng)示出為僅具有一個(gè)光源，但本實(shí)施例并不限于此。 可選擇地，圖6中示出的照明系統(tǒng)可以包括兩個(gè)或多個(gè)光源，每個(gè)光源設(shè) 置為鄰近或大致鄰近光接收面(例如，以圖12中示出的方式)。與僅具有一 個(gè)光源的照明系統(tǒng)相比，使用兩個(gè)或多個(gè)光源的為照明系統(tǒng)提供了較高的 輸出光強(qiáng)度。它還可以提供在光發(fā)射面的整個(gè)區(qū)域更加均勻的輸出光強(qiáng) 度。
當(dāng)由具有0.6mm直徑的LED封裝照亮?xí)r，在圖7中示出了一種適合 于光引導(dǎo)件1的光反射面的形狀，所述光反射面具有圖6中示出的一般形 式和0.2mm厚度。這種情況中的LED封裝的發(fā)光孔徑為0.48mm。定義位 于LED封裝的孔徑的頂部邊緣的原點(diǎn)和光引導(dǎo)件1的上表面的高度，能 夠定義三點(diǎn)
原點(diǎn)0;
位于LED另一側(cè)之上的光引導(dǎo)件的下表面上的點(diǎn)P(坐標(biāo)為x =0.2， y = 0.48);禾口
中間點(diǎn)Q。
根據(jù)由y-0.48X(x/0.2)"s給出的曲線(xiàn)確定中間點(diǎn)Q，且當(dāng)x-O.l且 y二0.19時(shí)發(fā)現(xiàn)最佳結(jié)果。
例如，光反射面15的形狀可以由O和P之間的二次曲線(xiàn)限定。確定 通過(guò)點(diǎn)O, Q和P的二次曲線(xiàn)是可能的，因?yàn)槿齻€(gè)不在同一直線(xiàn)上的點(diǎn)定 義了一條二次曲線(xiàn)。然而，通過(guò)將光反射面15的形狀定義為二次有理貝 塞爾(Bezier)曲線(xiàn)，可能降低參數(shù)的數(shù)量。采用Q點(diǎn)作為控制，能夠產(chǎn)
18生通過(guò)點(diǎn)O和點(diǎn)P的二次曲線(xiàn)族。圖7中示出的光接收面15對(duì)應(yīng)于為2
的中間權(quán)重。
假定光反射面15的反射率為97%，并采用具有由黃磷包圍的藍(lán)光LED 元件的標(biāo)準(zhǔn)模型LED封裝，模擬圖7的光引導(dǎo)件，給出捕獲到光引導(dǎo)件 的第一部分中的光線(xiàn)的效率為64%。這種模擬是針對(duì)單個(gè)LED進(jìn)行的。
通過(guò)在光引導(dǎo)件的光接收面14的一個(gè)或多個(gè)部分上的不設(shè)置光源的 位置設(shè)置反射鏡，可以增加捕獲到光引導(dǎo)件的第一部分中的光線(xiàn)的效率。 這在圖12中展示出，其中圖12為根據(jù)該實(shí)施例的照明系統(tǒng)的示意性透視 圖，并示出設(shè)置在光引導(dǎo)件的光接收面14之上、位于光接收面14的不設(shè) 置光源的部分上的反射材料18。如果進(jìn)入光引導(dǎo)件的任何光線(xiàn)將由光反射 面15反射，使得光線(xiàn)通過(guò)光接收面14將向回傳遞出光引導(dǎo)件并將被損耗 了，則反射材料18將會(huì)將該光線(xiàn)反射回到光引導(dǎo)件中，以便重新利用該 光線(xiàn)而沒(méi)有損耗。例如，反射材料18可以為薄的金屬層，且較佳地，覆 蓋光接收面14的不設(shè)置光源的部分的盡可能大的區(qū)域，以最小化光線(xiàn)的 損耗。(在圖12中，反射材料18示出為設(shè)置在光接收面的整個(gè)暴露區(qū)域之 上，遠(yuǎn)離圍繞每個(gè)光源2的窄帶18，，但是本發(fā)明并不限于這種特定結(jié)構(gòu))。 在模擬多個(gè)LED封裝沿光引導(dǎo)件的一個(gè)邊緣設(shè)置時(shí)，發(fā)現(xiàn)在LED封裝之 間設(shè)置反射材料18將光線(xiàn)捕獲效率提高至68%。
圖12的實(shí)施例可以采用如下方式實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)在光接收面14上沉積 薄的金屬層，且隨后從將要設(shè)置光源的位置(例如采用蝕刻)去除金屬層。 絕緣層(未示出)可以設(shè)置在反射鏡上面，以阻止放置在光引導(dǎo)件的光發(fā)射 面12上面的顯示器的電連接件接觸反射材料18。
光反射面的形狀很重要，且應(yīng)當(dāng)選擇成獲得進(jìn)入光引導(dǎo)件的第一部分 中的良好光線(xiàn)捕獲效率。光反射面的形狀不限于二次曲線(xiàn)，但是可選擇地， 例如，為高階多項(xiàng)式曲線(xiàn)、和指數(shù)曲線(xiàn)、或者雙曲線(xiàn)。
作為另一種選擇，光反射面的形狀可以包括近似上述描述的形狀中的 一種形狀的一系列直線(xiàn)部分。
在圖6和7中，光引導(dǎo)件1的光接收面14示出為平面。然而，如同 在現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，也可能為光接收面14設(shè)置用于增加進(jìn)入波導(dǎo)的 第二部分的光線(xiàn)的發(fā)散性的輸入或混合結(jié)構(gòu)。如果設(shè)置輸入或混合結(jié)構(gòu)，它與光引導(dǎo)件1應(yīng)當(dāng)為光學(xué)上連續(xù)的，且在光引導(dǎo)件1的光接收面14上 一體形成。這樣的輸入/混合結(jié)構(gòu)可以為傳統(tǒng)的技術(shù)，且在次不再描述。
在圖6中，為了簡(jiǎn)化解釋?zhuān)呀?jīng)省略了對(duì)理解本發(fā)明沒(méi)有必要的顯示 器的元件，且實(shí)際的顯示器將包括圖6所示元件的附加元件。例如，典型
的顯示器裝置可能包含放置在光引導(dǎo)件的光發(fā)射面12和顯示設(shè)備3之間
的漫射器，以消除顯示設(shè)備區(qū)域上的照明的任何非均勻性。作為另一個(gè)例
子， 一個(gè)或多個(gè)亮度增強(qiáng)薄膜也可能設(shè)置在光引導(dǎo)件的光發(fā)射面12和顯 示設(shè)備3之間。還作為另一個(gè)例子，也可以設(shè)置用于驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備以顯示 圖像的驅(qū)動(dòng)電路。這些元件可以為傳統(tǒng)的元件，且在此將不再對(duì)其進(jìn)行詳 細(xì)描述。
例如如果顯示設(shè)備3具有平的輸入面，則圖6的光引導(dǎo)件1的光發(fā)射 面12可以為平的(平面)。可選擇地，如果顯示設(shè)備3為非平面的，例如如 果顯示設(shè)備3具有彎曲的輸入面，則光引導(dǎo)件1的光發(fā)射面12的形狀可 以形成為與顯示設(shè)備3或顯示設(shè)備3的輸入面的形狀互補(bǔ)。然而，應(yīng)當(dāng)說(shuō) 明的是，彎曲的顯示設(shè)備典型地具有至少為20cm的曲率半徑，且可以考 慮其形狀可以與這種顯示設(shè)備相互補(bǔ)的光發(fā)射面為基本上的平面。
圖8(a)示出結(jié)合根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示器6。圖8(a) 的照明系統(tǒng)大致對(duì)應(yīng)于圖6的照明系統(tǒng)，且在此將僅描述其中的差異。
在圖8(a)的照明系統(tǒng)中，光引導(dǎo)件1的光發(fā)射面相對(duì)于光引導(dǎo)件的光 發(fā)射面12傾斜。在本實(shí)施例中，光接收面遠(yuǎn)離光發(fā)射面傾斜，在光引導(dǎo) 件1的外部，在光發(fā)射面12和光接收面14之間的角度大于180°。本實(shí)施 例具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即來(lái)自光源2的必須被反射的光線(xiàn)通過(guò)的角度小于圖 6中的照明系統(tǒng)必須被反射的光線(xiàn)通過(guò)的角度。本實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是， 對(duì)于給定的顯示設(shè)備3，具有較大高度h的光源可以容納在圖8(a)的顯示 器中，而不是圖6的顯示器中。忽略顯示設(shè)備3和光引導(dǎo)件1的間隙，并 忽略光源2和光引導(dǎo)件1之間的間隙，能夠容納在圖8(a)的照明系統(tǒng)中的 光源的最大高度由h,^T/cos(90-a)給出，其中T為顯示設(shè)備的厚度，且 a為光接收面14和光發(fā)射面12的法線(xiàn)之間的角度。
圖8(b)示出結(jié)合根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示器。圖8(b) 的照明系統(tǒng)大致對(duì)應(yīng)于圖6的照明系統(tǒng)，且在此將僅描述其中的差異。
20在圖8(b)的實(shí)施例中，光引導(dǎo)件1的光接收面14也相對(duì)于波導(dǎo)的光
發(fā)射面12傾斜。在本實(shí)施例中，.光接收面14向著光發(fā)射面12傾斜，在 波導(dǎo)的外部之上測(cè)量的、光發(fā)射面12和光接收面14之間的角度小于180°。
本實(shí)施例還可以提供改善的捕獲效率，假設(shè)能夠恰當(dāng)?shù)剡x擇光反射面 15的形狀。在本實(shí)施例中，對(duì)于給定的顯示設(shè)備3，在光源不突出顯示設(shè) 備3之外的情況下，能夠容納在圖8(b)的照明系統(tǒng)中的光源的最大高度小 于能夠容納在圖6的照明系統(tǒng)中的光源的最大高度。
在圖8(a)和8(b)的實(shí)施例中，較佳地，如圖所示，光反射面為非平面， 以改善上述的光捕獲效率。
圖9示出結(jié)合根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的顯示器。本實(shí)施例 的照明系統(tǒng)大致對(duì)應(yīng)于圖6的照明系統(tǒng)，且在此將僅描述其中的差異。
在本實(shí)施例中，光接收面14垂直或大致垂直于光引導(dǎo)件1的光發(fā)射 面12，使得光接收面14位于光引導(dǎo)件的與顯示設(shè)備3相同的一側(cè)上。在 本實(shí)施例中，要求光反射面15將來(lái)自光源2的光線(xiàn)以近似180。的角度反 射，以將該光線(xiàn)導(dǎo)入光引導(dǎo)件的第一部分。
在本實(shí)施例中，實(shí)際上對(duì)光源2的高度h不存在限制。光源的主要要 求在于光源的直徑d小于顯示設(shè)備3的厚度。對(duì)于典型的顯示設(shè)備，在圖 9的實(shí)施例中，能夠采用具有0.8或0.6mm直徑d的傳統(tǒng)光源，而不是具 有超過(guò)顯示設(shè)備的厚度的光源的直徑。如圖9所示，光源的直徑可以大于 限定在光發(fā)射面12和背面13之間的波導(dǎo)的第一部分的厚度。
圖6、 8(a)、 8(b)和9的光引導(dǎo)件的第一部分示出為具有均勻的厚度t。 原則上，光引導(dǎo)件的第一部分為錐形的，使得它的厚度t在光引導(dǎo)件的范 圍內(nèi)是降低的。然而，在實(shí)際中這可能是不需要的，因?yàn)轱@示器的厚度由 光引導(dǎo)件的最大厚度決定。
上述實(shí)施例可以以各種方式發(fā)生變化。例如，圖6、 8(a)、 8(b)和9中 的每一個(gè)示出具有單個(gè)光源2的照明系統(tǒng)，但本發(fā)明的照明系統(tǒng)不限于單 個(gè)光源。例如，能夠設(shè)置沿著光引導(dǎo)件1的一個(gè)邊緣配置的兩個(gè)或多個(gè)光 源，每個(gè)光源設(shè)置為鄰近或接近鄰近光引導(dǎo)件的光接收面14。圖10為顯 示器的俯視圖，其中多個(gè)光源(圖10中示出3個(gè)光源，但本實(shí)施例并不限 于3個(gè)光源)沿著光引導(dǎo)件1的一個(gè)邊緣設(shè)置，每個(gè)光源設(shè)置為鄰近或接近鄰近光引導(dǎo)件的光接收面14。
圖10展示出用于顯示設(shè)備3的驅(qū)動(dòng)電路17可以如何設(shè)置在相鄰的光
源之間。
另一例子，本發(fā)明的照明系統(tǒng)的光引導(dǎo)件可以包括兩個(gè)或多個(gè)光接收
面14、 14'。圖11為具有照明系統(tǒng)的顯示器的示意性剖視圖，在該例子中， 在該照明系統(tǒng)中光引導(dǎo)件1具有沿光引導(dǎo)件的相對(duì)側(cè)邊緣設(shè)置的兩個(gè)光接 收面14、 14'。在圖11所示的照明系統(tǒng)中，第二光接收面14'和第二光反 射面15，限定光引導(dǎo)件1的第三部分，該第三部分形成在光學(xué)上與光引導(dǎo) 件1的第一和第二部分連續(xù)的折射媒介。而且，波導(dǎo)可以例如通過(guò)模制形 成為單個(gè)元件，使得波導(dǎo)的第一、第二和第三部分相互一體形成?？蛇x擇 地，波導(dǎo)的第一、第二和第三部分可分開(kāi)制造，并組裝形成波導(dǎo)。
第二光源2設(shè)置在鄰近或大致鄰近光引導(dǎo)件的第二光接收面14'。通 過(guò)第二光接收面14，進(jìn)入波導(dǎo)的第三部分的光線(xiàn)由第二光反射面15，導(dǎo)入 波導(dǎo)的第一部分。第二光源2、第二光接收面14'和第二光反射面15'的配 置如上描述的對(duì)應(yīng)于第一光源2、第一光接收面14和第一光反射面15的 配置。如上參照?qǐng)D7所描述的，反射鏡(未示出)可以設(shè)置在第一和第二光 反射面15、 15，中的每-一個(gè)之上。而且，如上參照?qǐng)D12所描述的，反射鏡 (未示出)可以設(shè)置第一和第二光接收面14、 14'中的每一個(gè)的未設(shè)置光源的 至少一部分之上。
與僅具有一個(gè)光源的照明系統(tǒng)相比，使用兩個(gè)或多個(gè)光源為照明系統(tǒng) 提供了更高的輸出光強(qiáng)度。它還可以在光發(fā)射面的整個(gè)區(qū)域上提供更加均 勻的輸出光強(qiáng)度。
在本發(fā)明的其中照明系統(tǒng)具有包括兩個(gè)光接收面的波導(dǎo)的實(shí)施例中， 照明系統(tǒng)可以包括鄰近或接近鄰近第一光接收面14設(shè)置的兩個(gè)或多個(gè)光 源、和鄰近或接近鄰近第二光接收面14'設(shè)置的兩個(gè)或多個(gè)光源。在一個(gè) 實(shí)施例中，照明系統(tǒng)可以包含4個(gè)光源， 一個(gè)設(shè)置在或設(shè)置為靠近光引導(dǎo) 件的每個(gè)角部。
在圖6、 8(a)、 8(b)、 9、 10和11中示出的照明系統(tǒng)中，LED封裝已 經(jīng)用作這些或每個(gè)光源。然而，本發(fā)明不限于采用LED封裝作為這些或 每個(gè)光源?？梢圆捎闷渌线m的光源，例如，熒光管或冷陰極熒光燈。棱鏡擴(kuò)展器(prism spreaders)可以結(jié)合在光反射面15中，并且，在圖 ll的照明系統(tǒng)，可以結(jié)合在第二光反射面15'中。這些在現(xiàn)有技術(shù)中是已 知的，且不再進(jìn)一步描述。
在上述各實(shí)施例中，光引導(dǎo)件的第二部分具有在波導(dǎo)寬度范圍內(nèi)均勻 的剖面，使得光反射面15僅在(最多)在一個(gè)維度是彎曲的。然而，本發(fā)明 不限于此，光引導(dǎo)件的第二部分的剖面在整個(gè)光引導(dǎo)件的第二部分是可以 變化的，使得光反射面15在兩個(gè)維度是彎曲的，特別地，光反射面15可 以具有在光引導(dǎo)件的寬度范圍內(nèi)變化的輪廓。圖13(a)、 13(b)和13(c)分別 為根據(jù)本發(fā)明的這樣的實(shí)施例的照明系統(tǒng)的示意性透視圖、側(cè)視圖和正視 圖。
在圖13(b)中，曲線(xiàn)19a表示光源2位于中心下面的光引導(dǎo)件的光反 射面15的輪廓，圖13(c)中標(biāo)示的虛線(xiàn)19a表示光反射面15具有曲線(xiàn)19a 的輪廓的位置。較佳地，曲線(xiàn)19a對(duì)應(yīng)于上述參照?qǐng)D7所描述的曲線(xiàn)中一 個(gè)。
在圖13(b)中，位于兩個(gè)光源的大致中間部位的光引導(dǎo)件的光反射面 15的輪廓由曲線(xiàn)19b表示，圖13(c)中標(biāo)示的虛線(xiàn)19b表示光反射面15具 有曲線(xiàn)19b的輪廓的位置。可以看出，曲線(xiàn)19a與曲線(xiàn)19b不同，光反射 面15的輪廓在波導(dǎo)的寬度范圍內(nèi)是變化的。在本實(shí)施例中，光反射面15 的輪廓沿著光引導(dǎo)件的寬度方向變化，即，如圖(a)所示，兩個(gè)或多個(gè)光源 沿著光引導(dǎo)件的寬度方向設(shè)置，光反射面15的輪廓沿設(shè)置光源2的方向 變化。如在沿寬度方向的部分所看到的，光反射面15為彎曲的。
較佳地，光反射面15包括一個(gè)或多個(gè)分段，沿著光引導(dǎo)件的寬度方 向的穿過(guò)這些或每個(gè)分段的剖面具有彎曲的輪廓。較佳地，這些或每個(gè)光 源2設(shè)置在對(duì)應(yīng)的分段上面。這在圖13(c)中示出，圖13(c)示出形成為兩 個(gè)分段15a、 15b的光反射面。 一個(gè)光源2設(shè)置在光反射面的一個(gè)分段15a 上面，且另一個(gè)光源2設(shè)置在另一個(gè)分段15b上面。(在圖13(c)僅示出兩 個(gè)光源2和光反射面的兩個(gè)分段15a、 15b，但本發(fā)明并不限于此，且光反 射面可以包括一個(gè)分段或多于兩個(gè)分段。較佳地，光源的數(shù)量等于光反射 面的分段的數(shù)量，每個(gè)光源設(shè)置在對(duì)應(yīng)的光反射面分段上面。)
光反射面的這些或每個(gè)分段可以為回轉(zhuǎn)體表面的一部分。這在圖13(c)中示出，其中通過(guò)圍繞各自的軸線(xiàn)20旋轉(zhuǎn)曲線(xiàn)19a，產(chǎn)生光反射面的每個(gè) 分段，其中軸線(xiàn)20沿光引導(dǎo)件的長(zhǎng)度方向延伸，垂直于設(shè)置光源2所沿 的方向。在圖13(c)中，軸線(xiàn)20位于光引導(dǎo)件的與光反射面相對(duì)的側(cè)上， 使得當(dāng)從平行于設(shè)置光源2所沿的方向的部分觀察時(shí)，光接收面的分段為 凸的。較佳地，軸線(xiàn)20與各個(gè)光源的中心對(duì)準(zhǔn)。
圖14(a)、 14(b)和14(c)分別為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的照明系統(tǒng)的 示意性透視圖、側(cè)視圖和正視圖。本實(shí)施例大致對(duì)應(yīng)于圖13(a)、 13(b)和 13(c)的實(shí)施例，且將僅描述其中的差異。
在圖14(c)中，軸線(xiàn)20位于與光反射面相同的光引導(dǎo)件的一側(cè)上，而 不是位于如圖13(c)中的光引導(dǎo)件的與光反射面相對(duì)的側(cè)上，其中光反射 面的分段15a、 15b圍繞該軸線(xiàn)20產(chǎn)生。因此，當(dāng)從平行于設(shè)置光源2所 沿的方向的部分觀察時(shí)，光接收面15的分段為凹的。
在圖13(a)至13(c)和14(a)至14(c)各實(shí)施例中，軸線(xiàn)20可以但不要求 平行于光引導(dǎo)件l?？蛇x擇地，軸線(xiàn)20位于光引導(dǎo)件內(nèi)或穿過(guò)光引導(dǎo)件。
在一個(gè)實(shí)施例中，光反射面的形狀形成為使得沿著光引導(dǎo)件的寬度方 向穿過(guò)光反射面的剖面具有彎曲的輪廓，或者其中光反射面由兩個(gè)或多個(gè) 分段形成，使得沿著光引導(dǎo)件的寬度方向穿過(guò)這些或每個(gè)分段的剖面具有 彎曲輪廓，在該實(shí)施例中，光反射面或者光反射面的這些分段不限于回轉(zhuǎn) 體的一部分。光反射面或者光反射面的這些分段可以具有任何合適的形 狀，例如，圓錐形(如橢圓形、拋物線(xiàn)形等)。
在圖13(a)至14(c)的實(shí)施例中，將光反射面15形成為一個(gè)或多個(gè)回轉(zhuǎn) 體的分段將會(huì)改善光引導(dǎo)件中的光發(fā)散性，且對(duì)于大角度光線(xiàn)，還會(huì)改善 進(jìn)入光引導(dǎo)件的第一部分的內(nèi)耦合效率。
在圖13(a)至14(c)的實(shí)施例中，或者在這樣的實(shí)施例中，即其光反射 面的形狀形成為使得沿著光引導(dǎo)件的寬度穿過(guò)光反射面，或者穿過(guò)光反射 面的分段的剖面具有彎曲輪廓的實(shí)施例中，光反射面可選擇地包括近似于 所描述的形狀中的一個(gè)的一系列平面部分。
在圖ll的實(shí)施例中，光反射面15a、 15b的形狀可以如上方式形成， 例如根據(jù)圖13(a)-13(c)，或者根據(jù)圖14(a)-14(c)。
在上述描述的各實(shí)施例中，本發(fā)明的照明系統(tǒng)已經(jīng)用作用于透明顯示
24設(shè)備的背光，其中照明系統(tǒng)設(shè)置在顯示設(shè)備的與顯示設(shè)備的預(yù)期觀看的位 置相對(duì)的一側(cè)上(例如，如圖6所示)。然而，本發(fā)明的照明系統(tǒng)不限于用 作背光，并且例如可選擇地，可以用作用于反射類(lèi)型或透射類(lèi)型的顯示器 的正面照明。在這樣的應(yīng)用中，如在圖15中示意性地展示的，本發(fā)明的
照明系統(tǒng)設(shè)置在顯示設(shè)備3的與顯示設(shè)備預(yù)期觀看的位置22相同的一側(cè) 上。從照明系統(tǒng)的光引導(dǎo)件1發(fā)射的光線(xiàn)進(jìn)入顯示設(shè)備3，并通過(guò)光引導(dǎo) 件反射回觀眾，例如，通過(guò)在21指示的反射鏡。
在上述描述的各實(shí)施例中，較佳地，這些或每個(gè)光源設(shè)置為垂直于或 大致垂直于各個(gè)光接收面而發(fā)光。這通過(guò)最小化在光接收面的光的反射， 增加進(jìn)入波導(dǎo)的光線(xiàn)的耦合效率。
雖然已經(jīng)展示并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā) 明不限于在此公開(kāi)的精確配置和元件。在不偏離本發(fā)明的精髓和保護(hù)范圍 的前提下，可以在在此公開(kāi)的本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的配置、操作和細(xì)節(jié)上 進(jìn)行對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)非常明顯的各種修改、變形和變化。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括光源和光引導(dǎo)件；其中所述光引導(dǎo)件的第一部分由光發(fā)射面和與所述光發(fā)射面大致相對(duì)的背面限定，并且所述光引導(dǎo)件的第二部分由光接收面和光反射面限定，所述光反射面用于將通過(guò)所述光接收面進(jìn)入所述光引導(dǎo)件的第二部分的光線(xiàn)反射進(jìn)入所述光引導(dǎo)件的第一部分；其中所述光引導(dǎo)件的第一部分和所述光引導(dǎo)件的第二部分限定光學(xué)上連續(xù)的折射媒介；其中所述光發(fā)射面、光接收面、光反射面和背面是相互不重合的；其中所述光源設(shè)置為鄰近或大致鄰近所述光引導(dǎo)件的光接收面；以及其中所述光源和所述光接收面位于波導(dǎo)的與所述光發(fā)射面相同的一側(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射面為平面或大致為 平面。
3. 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射面與光接收面連續(xù) 或大致連續(xù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射面相對(duì)于所述光接
5. 如權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射面遠(yuǎn)離所述光接收
6. 如權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其屮所述光發(fā)射面朝向所述光接收 面傾斜。
7. 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射面大致垂直于所述 光接收面。
8. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中波導(dǎo)的第一部 分與波導(dǎo)的第二部分是一體的。
9. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光反射面 為非平面。
10. 如權(quán)利要求9所述的照明系統(tǒng)，其中所述光反射面在剖面上為凸的。
11. 如權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)，其中所述光反射面由多項(xiàng)式曲 線(xiàn)、指數(shù)曲線(xiàn)或雙曲線(xiàn)定義。
12. 如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)，其中所述光反射面由二次曲線(xiàn)定義。
13. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，包括兩個(gè)或多個(gè) 光源，光源分別設(shè)置為鄰近或大致鄰近光引導(dǎo)件的光接收面。
14. 如權(quán)利要求至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光引導(dǎo) 件進(jìn)一步包括第二光接收面和第二光反射面，所述第二光反射面用于將通 過(guò)第二光接收面進(jìn)入所述光引導(dǎo)件的光線(xiàn)反射進(jìn)入所述光引導(dǎo)件的第一 部分；并且其中所述照明系統(tǒng)還包括第二光源，所述第二光源設(shè)置為鄰近或 大致鄰近所述光引導(dǎo)件的第二光接收面。
15. 如權(quán)利要求14所述的照明系統(tǒng)，其中所述第二光接收面和所述第 二光反射面限定光引導(dǎo)件的第三部分，并且其中所述光引導(dǎo)件的第一部分、所述光引導(dǎo)件的第二部分和所述光引導(dǎo)件的第三部分限定光學(xué)上連續(xù) 的折射媒介。
16. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，包括兩個(gè)或多個(gè)光源，每個(gè)光源設(shè)置為鄰近或大致鄰近所述光接收面。
17. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源或 每個(gè)光源設(shè)置為發(fā)射垂直于或大致垂直于相應(yīng)光接收面的光線(xiàn)。
18. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源或 每個(gè)光源為L(zhǎng)ED。
19. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光引導(dǎo) 件的第一部分具有0.3mm或更小的厚度。
20. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光引導(dǎo) 件的第一部分具有0.2mm或更小的厚度。
21. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置 在所述光反射面上面的反射鏡。
22. 如權(quán)利要求14或15所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第 二光反射面上面的第二反射鏡。
23. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置 在所述光接收面的未設(shè)置光源的區(qū)域的上面的第三反射鏡。
24. 如權(quán)利要求14或15所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第 二光接收面的未設(shè)置第二光源的區(qū)域的上面的第四反射鏡。
25. 如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光反射 面的輪廓在所述光引導(dǎo)件的寬度范圍內(nèi)變化。
26. 如權(quán)利要求25所述的照明系統(tǒng)，其中所述光反射面包括一個(gè)或多 個(gè)分段，沿著所述光引導(dǎo)件的寬度方向穿過(guò)所述分段或每個(gè)分段的剖面具 有彎曲的輪廓。
27. 如權(quán)利要求26所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源或每個(gè)光源設(shè)置在 對(duì)應(yīng)的分段上面。
28. 如權(quán)利要求26或27所述的照明系統(tǒng)，其中每個(gè)分段為回轉(zhuǎn)體表面的一部分。
29. 如權(quán)利要求28所述的照明系統(tǒng)，其中限定回轉(zhuǎn)體的軸線(xiàn)位于所述 光引導(dǎo)件的與所述光反射面相對(duì)的 一側(cè)。
30. 如權(quán)利要求28所述的照明系統(tǒng)，其中限定回轉(zhuǎn)體的軸線(xiàn)位于所述 光弓I導(dǎo)件的與所述光反射面相同的一側(cè)。
31. —種顯示器，包括顯示設(shè)備；和用于照亮所述顯示設(shè)備的如在 權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)中所限定的照明系統(tǒng)，所述顯示設(shè)備的光輸入 面設(shè)置為鄰近所述光引導(dǎo)件的光發(fā)射面。
32. 如權(quán)利要求31所述的顯示器，其中所述顯示設(shè)備為透射類(lèi)型的顯 示設(shè)備，并且其中所述照明系統(tǒng)設(shè)置在所述顯示設(shè)備的與所述顯示設(shè)備的 預(yù)期觀看位置相對(duì)的一側(cè)。
33. 如權(quán)利要求31所述的顯示器，其中所述顯示設(shè)備為反射類(lèi)型或透 射類(lèi)型的顯示設(shè)備，并且其中所述照明系統(tǒng)設(shè)置在所述顯示設(shè)備的與所述 顯示設(shè)備的預(yù)期觀看位置相同的一側(cè)。
全文摘要
公開(kāi)了一種照明系統(tǒng)，包括至少一個(gè)光源(2)和光引導(dǎo)件(1)。該光引導(dǎo)件(1)的第一部分由光發(fā)射面(12)和背面(13)限定，并且該光引導(dǎo)件的第二部分由光接收面(14)和光反射面(15)限定。該光源(2)設(shè)置為鄰近或大致鄰近該光接收面(14)，并且來(lái)自該光源的光線(xiàn)通過(guò)該光接收面(14)進(jìn)入光引導(dǎo)件，并由該光反射面(15)反射進(jìn)入該光引導(dǎo)件的第一部分。光線(xiàn)通過(guò)光發(fā)射面(12)從波導(dǎo)發(fā)射，并可以用來(lái)照亮例如放置在光發(fā)射面(12)之上的顯示設(shè)備。該光源和該光接收面位于波導(dǎo)的與該光發(fā)射面相同的一側(cè)上。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK101558352SQ20078003950
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者大衛(wèi)·詹姆斯·蒙哥馬利, 彤 張, 斯蒂芬·詹姆斯·法沙姆, 艾瑪·杰妮·沃爾頓 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社