專利名稱：小型照明系統(tǒng)及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明顯示裝置的照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)配備有一光源及一發(fā)光屏板，其中-該光源包括至少一個(gè)發(fā)光二極管，-該發(fā)光屏板包括一前壁、一位于所述前壁對面的后壁以及至少一個(gè)透光邊緣區(qū)，-該透光邊緣區(qū)位于該發(fā)光屏板的前壁和后壁之間。
本發(fā)明也涉及包括所述照明系統(tǒng)的顯示裝置。
背景技術(shù)：
這種照明系統(tǒng)本身已是眾所周知的并且可選擇地被稱作邊緣照明系統(tǒng)。它們尤其被用作(圖像)顯示裝置如電視機(jī)和監(jiān)視器的背景照明。這種照明系統(tǒng)尤其可以適用作非發(fā)射性顯示器如也被稱作LCD屏的液晶顯示裝置的背景照明，它們被用于(便攜式)計(jì)算機(jī)或(無繩)電話機(jī)中。
該顯示裝置通常包括一配備有常規(guī)像素圖的基材，像素分別被至少一個(gè)電極激勵(lì)。為了在(圖像)顯示裝置的(顯示)屏的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)重現(xiàn)圖像或數(shù)據(jù)圖形顯示，該顯示裝置采用一控制電路。在LCD器件中，當(dāng)施加各種液晶效應(yīng)時(shí)，借助一轉(zhuǎn)換器或調(diào)制器來調(diào)制源自背景照明的光。另外，這種顯示可以基于電泳或機(jī)電效應(yīng)。
在開頭段落所述的照明系統(tǒng)中，通常一個(gè)管狀的低壓水銀放電燈如一個(gè)或幾個(gè)冷陰極熒光燈(CCFL)被用作光源，在工作時(shí)，由光源發(fā)出的光被耦合輸入起光學(xué)波導(dǎo)作用的發(fā)光屏板中。該光學(xué)波導(dǎo)通常形成一個(gè)由如合成樹脂或玻璃制成的較薄且扁平的屏板，光在(完全)內(nèi)反射的影響下經(jīng)過該光學(xué)波導(dǎo)。
這樣的照明系統(tǒng)也可配備有一個(gè)成許多光電子件(也被稱作電光件)如象發(fā)光二極管(LEDs)這樣的電致發(fā)光件形式的可選光源。這些光源通常設(shè)置在發(fā)光屏板透光邊緣區(qū)附近或鄰近發(fā)光屏板的透光邊緣區(qū)，所以在工作時(shí)，來自該光源的光入射透光邊緣區(qū)并且在屏中傳播。
US-A 5921652公開了一種照明LCD屏的照明系統(tǒng)。所用光源由通過所謂的光轉(zhuǎn)換區(qū)把光耦合輸入發(fā)光屏板中的且也被稱作光導(dǎo)管的發(fā)光二極管(LEDs)組成。在該光轉(zhuǎn)換區(qū)中，該光被混合。
上述類型的照明系統(tǒng)存在著需要太多空間來混合光的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是完全或部分克服上述缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，如此實(shí)現(xiàn)此目的，即該照明系統(tǒng)包括一混合來自光源的光的混光屏板，混光屏板配備有一個(gè)把來自光源的光耦合輸入混光屏板的光輸入邊緣區(qū)并且配備有把光耦合輸出混光屏板的光輸出邊緣區(qū)，在工作中，來自光源的光入射混光屏板的光輸入邊緣區(qū)并且在該混光屏板中傳播，一個(gè)把光從混光屏板傳輸?shù)桨l(fā)光屏板的光傳輸室位于該混光屏板與發(fā)光屏板之間，混光屏板和發(fā)光屏板基本上彼此平行延伸地設(shè)置著。
通過基本上與發(fā)光屏板平行延伸地設(shè)置混光屏板，獲得了小型照明系統(tǒng)。通常，需要(圖像)顯示裝置盡可能緊湊，即那些包圍(LCD)顯示屏的邊緣占據(jù)盡可能小的地方。除節(jié)省材料并因而降低成本外，這也使得各種顯示屏可以(在一個(gè)平面內(nèi))彼此相鄰地定位，該顯示屏基本上相互接觸地設(shè)置。另外，該顯示裝置的(激勵(lì)像素)動(dòng)力機(jī)構(gòu)必須被布置成繞過照明系統(tǒng)，但如果照明系統(tǒng)占據(jù)太大空間，則這些(標(biāo)準(zhǔn)的)動(dòng)力線可能太短。如果混光屏板設(shè)置在發(fā)光屏板對面，則獲得了重要的附加優(yōu)點(diǎn)，即混光屏板長度足以令人滿意地混合來自光源的光，所述光源包括如一個(gè)或幾個(gè)顏色不同的LEDs。
根據(jù)本發(fā)明的措施，由照明系統(tǒng)發(fā)出的光的分布均勻性得到了改善。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了(圖像)顯示裝置的更均勻照明。
由于混光屏板和發(fā)光屏板基本上彼此平行延伸地設(shè)置著，所以光傳輸室的較緊湊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是可以實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)，照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，該光傳輸室包括一橢圓形發(fā)光內(nèi)壁。這樣的光傳輸室有效地把來自光源的光傳輸給發(fā)光屏板。有橢圓形內(nèi)壁的光傳輸室的優(yōu)點(diǎn)在于，“扁平”橢圓占據(jù)相當(dāng)小的空間。
通過相對該混光屏板和發(fā)光屏板地定位光傳輸室的橢圓形內(nèi)壁，光被有效地從混光屏板傳輸給發(fā)光屏板。為此，該照明系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是如此實(shí)現(xiàn)的，即橢圓的第一焦點(diǎn)位于或至少靠近混光屏板的光輸出邊緣區(qū)，橢圓的第二焦點(diǎn)位于或至少靠近發(fā)光屏板的透光邊緣區(qū)。
適當(dāng)選擇光傳輸室的橢圓形反光內(nèi)壁的形狀，以使光有效地從混光屏板被傳輸給發(fā)光屏板。為此，照明系統(tǒng)的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，橢圓短軸長度與橢圓長軸長度之比為0.4≤a/b≤1，其中a表示橢圓短軸長度的一半，b表示橢圓長軸長度的一半。
a/b比選得越小，可以獲得越小的光傳輸室。在a/b＜0.4的比例下，光傳輸效率降低。在a/b＜0.4的情況下，也存在著光返回混光屏板的危險(xiǎn)日益增強(qiáng)的現(xiàn)象。在a/b＞1的情況下，光傳輸室的具體尺寸變得沒有吸引力。
最好選擇不太小的a/b比并且同時(shí)注意光傳輸室的尺寸不要變得過大。橢圓短軸長度的一半與橢圓長軸長度的一半之比為0.8≤a/b≤1。
在有橢圓形反光內(nèi)壁的光傳輸室的特殊實(shí)施例中，光傳輸室的內(nèi)壁形狀至少基本上成圓形，圓心位于混光屏板的光輸出邊緣區(qū)與發(fā)光屏板的透光邊緣區(qū)之間。圓是橢圓的一個(gè)特例，其中a＝b。光傳輸室的這種形狀是有利的，尤其是，如果混光屏板與發(fā)光屏板之間的距離非常小的話。這可以如通過使混光屏板與發(fā)光屏板相交成一小角度來實(shí)現(xiàn)，從而在混光屏板的光輸出邊緣區(qū)和發(fā)光屏板的光輸入邊緣區(qū)的位置上，混光屏板和發(fā)光屏板(基本上)彼此接觸。
除光傳輸室有橢圓形反光壁外，光傳輸室的取代實(shí)施例也是可行的。照明系統(tǒng)的一個(gè)取代實(shí)施例的特征是，光傳輸室有兩個(gè)透光棱鏡。還知道了，以一定角度入射的光有效地被棱鏡再次以90°射出。在一基本上與發(fā)光屏板平行的混光屏板中，兩個(gè)在其之間可能有氣隙的前后棱鏡使得耦合輸出混光屏板的光被再次有效地耦合輸入發(fā)光屏板。有兩個(gè)棱鏡的光傳輸室的優(yōu)點(diǎn)是，這樣的結(jié)構(gòu)占據(jù)相當(dāng)小的空間。
該照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例的特征是，光傳輸室包括一有刻面的反光內(nèi)壁。多刻面的內(nèi)壁在視覺上類似于橢圓形內(nèi)壁。它們占據(jù)相當(dāng)小的空間并且因?yàn)橹挥邢喈?dāng)小部分的壁要被彎曲，所以易于制造。已知道的是，高度反光的鏡面有時(shí)在彎曲之后顯示出較少的鏡面反射量。通過刻面抑制了此作用。
如果混光屏板的壁厚不同于光源發(fā)光面的尺寸，則必須提高來自光源的光輸入混光屏板。為此，該照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的特征是，一將來自光源的光耦合輸入混光屏板的光準(zhǔn)直件位于光源與混光屏板之間。
通常，該混光屏板為矩形，所以它類似于發(fā)光屏板，發(fā)光屏板的尺寸符合(圖像)顯示裝置的(顯示)屏的尺寸。在該照明系統(tǒng)的一個(gè)取代實(shí)施例中，該混光屏板在遠(yuǎn)離光輸出邊緣區(qū)的方向上變窄。在該照明系統(tǒng)的一取代實(shí)施例中，一個(gè)或幾個(gè)混光屏板彼此相鄰地設(shè)置著，其優(yōu)點(diǎn)是，具有這種相當(dāng)小尺寸的混光屏板占據(jù)較小的空間并且需要較少材料并由此使顯示裝置的重量減輕。
在照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例中，該混光屏板在光輸出邊緣區(qū)的方向上變窄，所以LEDs通過與光輸出邊緣區(qū)垂直延伸的最寬邊緣區(qū)發(fā)光。或者，兩個(gè)這樣的鏡狀混光屏板是可行的，它們并列設(shè)置并由此使光被傳到兩個(gè)邊緣區(qū)。
在該照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例中，混光屏板的光輸入邊緣區(qū)具備這樣的結(jié)構(gòu)，即光在混光屏板中以較大的角度傳播，結(jié)果改善了混色及/或光通量的均勻化，并且該混光屏板的光輸出邊緣區(qū)具有這樣的結(jié)構(gòu)，即入射此邊緣區(qū)的光沒有經(jīng)歷全內(nèi)反射，或者該結(jié)構(gòu)是這樣的，即反光邊緣區(qū)不引起所述全內(nèi)反射。
在該照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例中，該混光屏板的光輸出邊緣區(qū)及該發(fā)光屏板的光輸入邊緣區(qū)被彼此成一角度地定向。這樣一個(gè)實(shí)施例具有提高光傳輸室效率的優(yōu)點(diǎn)。
在該照明系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該混光屏板包括一有各自的第一、第二光輸入邊緣區(qū)以及第一和第二光輸出邊緣區(qū)的第一、第二部件，其中把光從各自的第一和第二混光屏板部分傳輸?shù)桨l(fā)光屏板的第一、第二光傳輸室位于各自的第一、第二混光屏板部分與發(fā)光屏板之間。這樣一個(gè)實(shí)施例具有進(jìn)一步改進(jìn)光通量均勻化的優(yōu)點(diǎn)。
在優(yōu)選實(shí)施例的第一方式中，該光源共用于第一、第二混光屏板部分。這對如由許多LEDs組成的且具有在相當(dāng)高立體角內(nèi)的輻射圖案的光源是特別有利的。
在優(yōu)選實(shí)施例的第二方式中，該光源包括一傳到各自的第一、第二光輸入邊緣區(qū)的第一、第二部分。在這種情況下，有利地實(shí)現(xiàn)了亮度的進(jìn)一步增強(qiáng)。
該照明系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例其特征在于，該光源包括至少三個(gè)有第一、第二和第三光發(fā)射波長的發(fā)光二極管，第一、第二和第三光發(fā)射波長是不同的。與混光屏板的光輸入邊緣區(qū)有關(guān)的光源最好包括藍(lán)色、綠色和紅色的成組發(fā)光二極管。
當(dāng)使用如白色(高通量)LEDs或兩種類型的其中一種在兩個(gè)發(fā)光波段(如藍(lán)色和綠色)中發(fā)光而另一種在其它發(fā)光波段(如紅色)發(fā)光的LEDs時(shí)，光在一混光屏板中混合的原理也可以被用到均勻化通量分布上。因此，混光屏板用于兩個(gè)目的均勻化來自不連續(xù)(LED)光源的光分布并且當(dāng)使用不同顏色的光源時(shí)進(jìn)行混色。通過提供一帶熒光粉的LED可以獲得有兩個(gè)發(fā)光波長的LEDs，結(jié)果，由LED發(fā)出的光被熒光粉轉(zhuǎn)變成需要發(fā)光波長不同的光。為此，尤其適合使用紅色LEDs和熒光粉LEDs的組合以產(chǎn)生其它顏色。
LEDs的應(yīng)用具有獲得動(dòng)態(tài)照明可能性的附加優(yōu)勢。為此，一個(gè)測量工作時(shí)由光源發(fā)出的光的光學(xué)特性的傳感器最好位于該混光屏板的一邊緣區(qū)，或者最好是位于該發(fā)光屏板的一邊緣區(qū)。如果組合了不同類型的LEDs和/或使用了不同顏色的LEDs，則可以通過預(yù)定的如使該照明系統(tǒng)發(fā)射有需要顏色溫度的白光的方式混合顏色。另外，顏色變化可以引起不受顯示裝置狀態(tài)的約束。
通過改變發(fā)光二極管的光通量來調(diào)節(jié)由LEDs發(fā)出的光量。調(diào)節(jié)光通量通常以節(jié)能有效的方式發(fā)生。例如，可以不明顯降低效率地使LEDs變暗。由發(fā)光二極管發(fā)出的光的亮度最好是可以相對要由顯示裝置顯示的圖像的照明水平或相對周圍光水平而變化，由該照明系統(tǒng)來決定由該顯示裝置顯示圖像點(diǎn)的顏色。由此，可以獲得一要由顯示裝置顯示的圖像的(改進(jìn)的)動(dòng)態(tài)范圍(如對比度)。
通過本發(fā)明措施，由照明系統(tǒng)發(fā)出的光更均勻地分布。結(jié)果，獲得了(圖像)顯示裝置的均勻照明。另外，如本發(fā)明所述的一照明系統(tǒng)能夠獲得有相同光均勻性的(在橫向上)更小型的照明系統(tǒng)。
該照明系統(tǒng)最好包括改變發(fā)光二極管的光通量的控制電極。合適的控制電極能夠?qū)崿F(xiàn)所需的色溫效果。如果這些控制電極可以受到裝置的使用者、受到一測量如周圍光顏色溫度的傳感器、受到一如(個(gè)人)計(jì)算機(jī)的視頻卡和/或計(jì)算機(jī)程序的驅(qū)動(dòng)軟件的影響，則它是尤其適合的。
發(fā)光屏板的前壁或最好是后壁通常配備有把光耦合輸出該屏板的裝置。這些輸出光的裝置也被稱作輸出件。這些本身已知的裝置包括變形(變形圖案)。這些裝置通過反射、散射及/或折射把光耦合輸出發(fā)光屏板。這些偶合輸出光的裝置通常不是被均勻地分布在相應(yīng)發(fā)光屏板的后壁上；而是它們配備有能盡可能均勻地使光耦合輸出相應(yīng)發(fā)光屏板的預(yù)定傾斜度。


在下文中，參考所述實(shí)施例來說明并表示本發(fā)明的這些和其它方面。其中圖1是包括本發(fā)明照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的顯示裝置的側(cè)視圖；圖2A是本發(fā)明照明系統(tǒng)的一取代實(shí)施例的橫截面圖；圖2B-2E是圖2A的混光屏板的各實(shí)施例的側(cè)視圖；圖3A是本發(fā)明照明系統(tǒng)的一取代實(shí)施例的橫截面圖；圖3B-3D是本發(fā)明照明系統(tǒng)的各種其它取代實(shí)施例的橫截面圖；圖4A是本發(fā)明照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例的橫截面圖；圖4B-4C是圖4A的混光屏板的各種實(shí)施例的側(cè)視圖；圖5A是本發(fā)明照明系統(tǒng)的另一取代實(shí)施例的橫截面圖；圖5B是本發(fā)明照明系統(tǒng)的另一取代實(shí)施例細(xì)節(jié)的橫截面圖；及圖6表示其中180°橢圓的光通量的耦合率被繪制成橢圓短軸長度與橢圓長軸長度之間函數(shù)。
這些圖是純粹的示意圖且沒有按比例畫出。尤其要聲明的是，有些尺寸被強(qiáng)烈夸大了。圖中相同的符號(hào)可能涉及相同的部件。
具體實(shí)施例方式
圖1是包括本發(fā)明照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的顯示裝置的側(cè)視示意圖。該照明系統(tǒng)包括一透光材料的發(fā)光屏板1。屏板1由如一合成樹脂、丙烯、聚碳酸酯、PPMA如有機(jī)玻璃或玻璃制成。在工作時(shí)，光在全內(nèi)反射影響下經(jīng)過屏板1。屏板1有一前壁2以及一與所述前壁相對的后壁3。在發(fā)光屏板1的前壁2與后壁3之間，有至少一個(gè)透光邊緣區(qū)4。該照明系統(tǒng)包括一光源6如許多發(fā)光二極管(LEDs)。此外，照明系統(tǒng)包括一混合來自光源6的光的混光屏板5?；旃馄涟?配備有一將來自光源6的光耦合輸入混光屏板5的光輸入邊緣區(qū)7?；旃馄涟?配備有一把光耦合輸出混光屏板5的光輸出邊緣區(qū)8。在圖1所示位置中，在工作時(shí)，來自光源6的光入射混光屏板5的光輸入邊緣區(qū)7上，光在該混光屏板5中傳播。在該照明系統(tǒng)中，一個(gè)把光從混光屏板5傳輸?shù)桨l(fā)光屏板1的光傳輸室9位于該混光屏板5與發(fā)光屏板1之間。該混光屏板5和發(fā)光屏板1基本上彼此平行地設(shè)置。在圖1所示的實(shí)例中，該光傳輸室9包括一橢圓形反光內(nèi)壁10。
發(fā)光屏板1在工作時(shí)在顯示裝置如一液晶顯示(LCD)裝置12的方向上發(fā)光。為此，發(fā)光屏板1的后壁3配備有把光耦合輸出該發(fā)光屏板1的裝置(圖1中未示出；見圖2A)。
不論是否容納在一外殼(圖1中未示出)內(nèi)的發(fā)光屏板1、光源6、混光屏板5、光傳輸室9及LCD裝置12組件形成了一顯示如(視頻)圖像的顯示裝置。
在該照明系統(tǒng)的一個(gè)取代實(shí)施例中，該發(fā)光屏板和/或混光屏板的幾何形狀不受直角的限制。如果該發(fā)光屏板和/或混光屏板被認(rèn)為是一矩形塊及一棱鏡的組件，則該發(fā)光屏板的光輸入邊緣區(qū)及/或混光屏板的光輸出邊緣區(qū)形成了該棱鏡的斜面。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，增強(qiáng)了光通量通過該光傳輸室耦合的效率。
該光源6包括許多發(fā)光二極管(LEDs)。通常，LEDs的源亮度是熒光管亮度的許多倍。另外，當(dāng)使用LEDs時(shí)，光被耦合輸入屏板的效率高于熒光管時(shí)的情況。LEDs作為光源的優(yōu)點(diǎn)是，這些LEDs可以接觸那些由一合成樹脂材料制成的屏板。LEDs在發(fā)光屏板1方向上幾乎不發(fā)出熱量并且不發(fā)射有害(UV)射線。LEDs的使用具有可以省略把來自LEDs的光耦合輸入屏板的裝置的附加優(yōu)點(diǎn)。LEDs的應(yīng)用最好導(dǎo)致更小型的照明系統(tǒng)。在該照明系統(tǒng)中，這些LEDs可以包括適當(dāng)選擇的紅色、綠色和藍(lán)色的成組LEDs或一種或兩種顏色的LEDs的適當(dāng)其它組合或許多高光通量的白色LEDs。
在該照明系統(tǒng)的不同實(shí)施例中使用的LEDs最好是分別有至少50mW的光通量。有如此高輸出的LEDs被可選地稱作LED功率件。功率LEDs的實(shí)例是“LuxeonTM”型LEDs(Lumileds)，其中紅色LEDs的每個(gè)LED的光通量為35lm，綠色LEDs的為20lm，藍(lán)色LEDs的為8lm，琥珀色的LEDs為40lm。
在取代實(shí)施例中，也可以使用黃色、琥珀色、藍(lán)綠色、紅紫色及/或紫色的LEDs，它們有較高的光輸出(不論是否使用兩種光譜光發(fā)射波長)。也可以使用許多有高光通量的白色LEDs。在其它的取代實(shí)施例中，也可以使用與藍(lán)色LEDs結(jié)合的紅色LEDs，它們配備了使藍(lán)色LEDs發(fā)出兩種光譜頻帶即藍(lán)色頻帶和綠色頻帶的熒光粉。
這些LEDs最好被安裝在一個(gè)(金屬芯)印制電路板上。如果功率LEDs被安裝在這樣一個(gè)(金屬芯)印制電路板(PCB)上，則由LEDs產(chǎn)生的熱量可以通過PCB的導(dǎo)熱而被輕易散去。在該照明系統(tǒng)的一個(gè)有意義的實(shí)施例中，該(金屬芯)印制電路板通過導(dǎo)熱接頭與該顯示裝置的外殼接觸。
此外，發(fā)光屏板1可以配備有一測量光的光學(xué)特性的傳感器(圖1中未示出)。此傳感器與適當(dāng)調(diào)節(jié)光源6光通量的控制電子器件(圖1未示出)相連。借助傳感器和控制電極，可以獲得一可以用來影響輸出發(fā)光屏板1的光的質(zhì)量和數(shù)量的反饋機(jī)構(gòu)。
圖1所示的光傳輸室5包括一橢圓形反光內(nèi)壁10。橢圓的第一焦點(diǎn)f1最好是位于或至少靠近混光屏板5的光輸出邊緣區(qū)8，而橢圓的第二焦點(diǎn)f2位于或至少靠近發(fā)光屏板5的透光邊緣區(qū)4。借助橢圓鏡，來自混光屏板5的光被有效地傳輸給發(fā)光屏板1。如果焦距在光傳輸室(見圖1中所示位置)內(nèi)離各自邊緣區(qū)有一小距離(如0.2mm)，則這是特別有利的。在這種情況下，基本上減少了由光在(尤其是)混光屏板5側(cè)邊緣處被不必要輸出而引起的光損失。通常，橢圓有一個(gè)半長度為a的所謂短軸以及一個(gè)半長度為b的所謂長軸，它們都被顯示在圖1中，該橢圓符合下面的數(shù)學(xué)關(guān)系x2a2+y2b2=1,]]>其中x和y是已知的笛卡爾坐標(biāo)。橢圓的a/b比在0.4≤a/b≤1范圍內(nèi)。
選擇越小的比例a/b，可以實(shí)現(xiàn)越小型的光傳輸室5。在a/b＜0.4的情況下，光傳輸效率降低而光返回混光屏板5的危險(xiǎn)加大。在a/b＞1的情況下，該光傳輸室的物理尺寸變得沒有吸引力。例如，在a/b＝0.5的情況下，光在光傳輸室9內(nèi)的附加損失約為10％(同樣見圖6)。這是基于這樣的假設(shè)，即當(dāng)混光屏板5和發(fā)光屏板1的厚度在各自邊緣區(qū)8；4處約為6mm時(shí)，一條在各自邊緣區(qū)8；4處約為0.5mm的縫隙位于該混光屏板5與發(fā)光屏板1之間。
在a/b＝1的情況下，光傳輸室5的內(nèi)壁至少大致為圓形，并且該光傳輸室5為半空心圓柱形式。在這種情況下，圓心位于該混光屏板5的光輸出邊緣區(qū)8與發(fā)光屏板1的透光邊緣區(qū)4之間。該光傳輸室9的這種形狀是有利的，尤其是如果該混光屏板5與發(fā)光屏板1之間的距離非常小。這可以例如通過使該混光屏板5和發(fā)光屏板1成小角度地設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，所以該混光屏板5和發(fā)光屏板1在該混光屏板5的光輸出邊緣區(qū)8及發(fā)光屏板1的光輸入邊緣區(qū)4處(至少基本上)彼此接觸。
尤其有利的是，選擇不太小的a/b比，且同時(shí)關(guān)注光傳輸室9的尺寸不會(huì)變得太大。a/b最好在0.8≤a/b≤1的范圍內(nèi)。
a/b≈0.85尤其是有利的。這是基于這樣的假設(shè)，即當(dāng)該混光屏板5和發(fā)光屏板1的厚度在各自邊緣區(qū)8；4處約為6mm時(shí)，一條在各自邊緣區(qū)8；4處約為0.5mm的縫隙位于混光屏板5與發(fā)光屏板1之間。
圖2A是本發(fā)明照明系統(tǒng)的一取代實(shí)施例的橫截面示意圖。該照明系統(tǒng)包括一發(fā)光屏板1、一混光屏板5以及一把光從混光屏板5傳輸?shù)桨l(fā)光屏板1的光傳輸室9。該混光屏板5和發(fā)光屏板1被基本上彼此平行地設(shè)置。在圖2中沒有顯示光源，因?yàn)樵趫D2B-2E中顯示了其中在不同位置處設(shè)置了LEDs的混光屏板5的各種實(shí)施例。
該發(fā)光屏板1工作時(shí)在顯示裝置如一液晶顯示(LCD)裝置(圖2A中未示出)的方向上發(fā)射光。為此，發(fā)光屏板1的后壁3配備把光耦合輸出該發(fā)光屏板1的裝置15。這些裝置15包括變形(模式)以及如屏幕印刷的點(diǎn)、楔及/或脊。在該發(fā)光屏板1的后壁內(nèi)借助如印刷、壓制、腐蝕、刻圖或噴砂來提供這些裝置15。在一個(gè)取代實(shí)施例中，在該發(fā)光屏板的前壁內(nèi)提供這些變形。裝置15通過反射、散射及/或折射把光耦合輸出發(fā)光屏板1。通常，光輸出裝置15沒有被均勻地分布在相應(yīng)發(fā)光屏板的后壁上；而是它們配備能盡可能均勻地使光輸出相應(yīng)發(fā)光屏板的預(yù)定傾斜度。
光輸出裝置15擔(dān)任第二光源。一特定的光學(xué)系統(tǒng)可以涉及此第二光源，該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在如前壁2(圖2A未示出)上。該光學(xué)系統(tǒng)可以被用來如產(chǎn)生一散光(闊)光束。
在圖2A中用箭頭示意性地顯示了由光輸出邊緣區(qū)8把光耦合輸出該混光屏板5的光，該光隨后被光傳輸室9(有焦距f1和f2)的橢圓反光內(nèi)壁10反射，之后，所述光被耦合輸入發(fā)光屏板1的光輸入邊緣區(qū)4，并且隨后通過裝置15被輸出發(fā)光屏板1的前壁2。
圖2B-2E是圖2A的混光屏板的各種實(shí)施例的側(cè)視圖。圖2B-2E中混光屏板的方向是與圖2A圖面的平面垂直。
圖2B是圖2A的混光屏板的一實(shí)施例的側(cè)視圖。在此實(shí)例中，該光源包括一直排藍(lán)(6B)、綠(6G)和紅(6R)LEDs，這些LEDs把光耦合輸入混光屏板5的光輸入邊緣區(qū)7中。該光輸入邊緣區(qū)7在此實(shí)例中配備把光的輸出從混光屏板5增強(qiáng)到光傳輸室的裝置18(圖2B中未示出)。在圖2B的實(shí)例中，該混光屏板5的一邊緣區(qū)配備(鏡面)反射側(cè)面14、14’。在圖2B所示位置中，在工作時(shí)發(fā)自LEDs的6B、6G、6R的光入射具有光束加寬結(jié)構(gòu)17的光輸入邊緣區(qū)7上，該光隨后傳播并在混光屏板5中被混合，之后，所述光借助裝置15通過光輸出邊緣區(qū)8被輸出該混光屏板5。在圖2B中，箭頭示意性地表示一來自LEDs的6B、6G、6R的光束，它經(jīng)過混光屏板5且隨后被輸出混光屏板5。
圖2C是圖2A的混光屏板的一實(shí)施例的側(cè)視圖。在此實(shí)例中，該光輸入邊緣區(qū)7及光輸出邊緣區(qū)8被成一角度(在圖2C所示實(shí)例中為一直角)地設(shè)置。另外，該混光屏板5在遠(yuǎn)離光輸入邊緣區(qū)7的方向上變窄。位于該光輸出邊緣區(qū)8對面的混光屏板5的一邊緣區(qū)在此實(shí)例中配備把光耦合輸出該混光屏板5的裝置15，并且所述邊緣區(qū)進(jìn)一步配備一散射鏡24。該光源包括一直排藍(lán)(6B)、綠(6G)和紅(6R)LEDs，這些LEDs把光耦合輸入混光屏板5的光輸入邊緣區(qū)7。在圖2C所示位置中，工作時(shí)，來自LEDs的6B、6G、6R光被入射在光輸入邊緣區(qū)7上，該光隨后傳播并在混光屏板5中被混合，之后，所述光借助裝置15通過光輸出邊緣區(qū)8被輸出該混光屏板5。在圖2C中，用箭頭示意表示一來自LEDs的6B、6G、6R光束，該光束經(jīng)過混光屏板5并且隨后被輸出混光屏板5。
圖2D是圖2A的混光屏板的另一個(gè)取代實(shí)施例的側(cè)視圖。在此實(shí)施例中，光輸入邊緣區(qū)7及光輸出邊緣區(qū)8被成一角度(在圖2D所示實(shí)例中為一直角)地設(shè)置。位于該光輸出邊緣區(qū)8對面的混光屏板5的一邊緣區(qū)在此實(shí)例中配備把光耦合輸出該混光屏板5的裝置15。位于該光輸入邊緣區(qū)7對面的混光屏板5的一邊緣區(qū)在此實(shí)例中配備一(鏡面)反射鏡14。該光源包括一直排藍(lán)(6B)、綠(6G)和紅(6R)LEDs，這些LEDs把光耦合輸入混光屏板5的光輸入邊緣區(qū)7。在圖2D所示位置中，工作時(shí)，發(fā)自LEDs的6B、6G、6R光入射光輸入邊緣區(qū)7，光隨后傳播并在混光屏板5中被混合，之后，光借助裝置15通過光輸出邊緣區(qū)8被輸出混光屏板5。在圖2D中，用箭頭示意性表示一來自LEDs的6B、6G、6R光束，該光束經(jīng)過混光屏板5且隨后被輸出混光屏板5。
圖2E是圖2A混光屏板的另一個(gè)取代實(shí)施例的側(cè)視圖。在此實(shí)例中，該光輸入邊緣區(qū)7及光輸出邊緣區(qū)8被成一角度(在圖2E所示實(shí)例中為一直角)地設(shè)置。該光輸出邊緣區(qū)8在此實(shí)例中配備把光耦合輸出該混光屏板5的裝置15。位于該光輸入邊緣區(qū)7對面的混光屏板5的一邊緣區(qū)在此實(shí)例中配備一(鏡面)反射鏡14。該光源包括一直排藍(lán)(6B)、綠(6G)和紅(6R)LEDs，這些LEDs把光耦合輸入該混光屏板5的光輸入邊緣區(qū)7中。在圖2E所示位置中，在工作時(shí)，來自LEDs的6B、6G、6R的光被入射在光輸入邊緣區(qū)7上，該光隨后傳播并且在混光屏板5中被混合，之后，光借助裝置15通過光輸出邊緣區(qū)8而被輸出該混光屏板5。在圖2E中，用箭頭示意表示一來LEDs的6B、6G、6R光束，該光束經(jīng)過混光屏板5且隨后被輸出混光屏板5。
圖3A是本發(fā)明照明系統(tǒng)的一個(gè)取代實(shí)施例的橫截面示意圖。該照明裝置包括一發(fā)光屏板1、一混光屏板5以及一把光從該混光屏板5傳到發(fā)光屏板1的光傳輸室9。該混光屏板5和發(fā)光屏板1被基本上彼此平行地設(shè)置。圖3中所示照明系統(tǒng)的實(shí)例尤其節(jié)省空間。為了實(shí)現(xiàn)此目的，該混光屏板5從光輸入邊緣區(qū)7開始在光輸出邊緣區(qū)8的方向上變窄，并且該發(fā)光屏板1在離開光輸入邊緣區(qū)4的方向上(以互補(bǔ)方式)變窄。
發(fā)光屏板1工作時(shí)在顯示裝置如液晶顯示(LCD)裝置(圖3A未示出)的方向上發(fā)光。為此，發(fā)光屏板1的后壁3配備有把光耦合輸出發(fā)光屏板1的裝置15。
圖3A的箭頭示意性地表示一將來自光源6R的光通過光輸入邊緣區(qū)7輸入混光屏板5的光束，該光束傳播經(jīng)過混光屏板5且隨后通過光輸出邊緣區(qū)8被輸出該混光屏板5，之后，所述光被光傳輸室9的橢圓形反光內(nèi)壁10反射并隨后被耦合輸入發(fā)光屏板1的光輸入邊緣區(qū)4，之后，光通過裝置15被輸出發(fā)光屏板1的前壁2。在該照明系統(tǒng)一個(gè)取代實(shí)施例中，如圖3A所示，一光傳輸室包括一非對稱橢圓形內(nèi)壁。借助一非對稱鏡，補(bǔ)償了該發(fā)光屏板5光輸出邊緣區(qū)8與發(fā)光屏板1光輸入邊緣區(qū)4的尺寸差。
圖3B-3D是本發(fā)明照明系統(tǒng)的其它取代實(shí)施例的橫截面示意圖。該照明系統(tǒng)包括一發(fā)光屏板1、一包括一第一部分和一第二部分的混光屏板5以及各自的把光從該混光屏板5傳到該發(fā)光屏板1的第一91、191和第二92、192光傳輸室。在圖3B和3C所示實(shí)施例中，該光源包括一與被傳到各自第一、第二光輸入邊緣區(qū)71、72的第一和第二部分61、62。該光源例如由LEDs構(gòu)成。在這種情況下，可以有利地通過安裝兩倍于根據(jù)圖3A的照明系統(tǒng)實(shí)施例中的LEDs數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)該照明系統(tǒng)的增強(qiáng)亮度。在根據(jù)圖3B的實(shí)施例中，來自光源組成部分61、62的LEDs的光借助一光準(zhǔn)直件161、162被耦合輸入各自的混光屏板部件中。此實(shí)施例具有相當(dāng)簡單的光源安裝與把光有效耦合輸入該混光屏板部件相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。根圖6C所示實(shí)施例的關(guān)于照明系統(tǒng)光源部分結(jié)構(gòu)的有限可用深度可以屬于優(yōu)點(diǎn)。在圖3D所示的另一個(gè)取代實(shí)施例中，該光源對于第一和第二混光屏板部件是共用的。這種結(jié)構(gòu)對一有相當(dāng)高立體角輻射模式的光源是特別有利的。在這個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，第一和第二光傳輸室191、192中的每個(gè)光傳輸室包括兩個(gè)透光棱鏡21、21’、22、22’，在圖5中更詳細(xì)地說明了光傳輸室的類型以及相應(yīng)的描述。
圖4A是一如本發(fā)明所述照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例的橫截面圖。所述照明系統(tǒng)包括一發(fā)光屏板1、一混光屏板5以及一把光從混光屏板5傳到發(fā)光屏板1的光傳輸室9。該混光屏板5和發(fā)光屏板1被基本上彼此平行地設(shè)置。圖3中所示照明系統(tǒng)的實(shí)例尤其節(jié)省空間。
圖4A用箭頭示意表示一把來自光源6R的光通過光輸入邊緣區(qū)7耦合輸入混光屏板5、的光束，該光束傳播經(jīng)過該混光屏板5且隨后通過光輸出邊緣區(qū)8被輸出該混光屏板5，之后，所述光被光傳輸室9的橢圓形反光內(nèi)壁10反射，并且隨后被耦合輸入發(fā)光屏板1的光輸入邊緣區(qū)4，之后，該光通過裝置15被輸出該發(fā)光屏板1的前壁2。
圖4B和4C顯示了圖4A中所示混光屏板的各種節(jié)省空間以及節(jié)省材料的實(shí)施例。這些圖顯示了混光屏板的實(shí)施例，其中該混光屏板5在光輸出邊緣區(qū)8方向上自光輸入邊緣區(qū)7變寬。圖4B中，LEDs6B、6G、6R接觸該光輸入邊緣區(qū)7，而圖4C中，該混光屏板5配備凹槽16、16’、...以便獲得更發(fā)散的光束，從而提高該混光屏板5中顏色或光通量均勻性的混合。凹槽16、16’、...被這樣成形，即從中發(fā)出光的LED部件安裝在所述凹槽內(nèi)。在圖4C中，混光屏板5的邊緣區(qū)進(jìn)一步配備(鏡面)反射側(cè)面14、14’。
圖5A是一如本發(fā)明所述照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例的非常詳細(xì)的橫截面示意圖，其中該光傳輸室19包括兩個(gè)透光棱鏡20、20’。只部分顯示了該混光屏板5及發(fā)光屏板1。該光傳輸室最好包括鏡面反光內(nèi)壁。箭頭示意表示一光束。如果棱鏡之間的氣隙足夠小，則每束離開該混光屏板的光束都被輸入發(fā)光屏板1中。在取代實(shí)施例中，一空氣室或一光學(xué)波導(dǎo)位于這兩個(gè)棱鏡之間。
圖5B是本發(fā)明照明系統(tǒng)的另一個(gè)取代實(shí)施例的非常詳細(xì)的橫截面示意圖，其中該光傳輸室29包括一有多刻面的反光內(nèi)壁30。該光傳輸室29最好是包括5個(gè)或更多個(gè)最好是8個(gè)反光刻面。在與所述橢圓內(nèi)壁的比較中，一有5個(gè)反光刻面的內(nèi)壁引起光通量連接效率5％的降低，而一有8個(gè)反光刻面的內(nèi)壁引起光通量連接效率2％的降低。只部分顯示了該混光屏板5及發(fā)光屏板1。
圖6顯示了一個(gè)其中180°發(fā)射橢圓光通量的連接效率F被繪制為橢圓短軸與橢圓長軸長度之間的一比例函數(shù)。效率F是發(fā)光屏板1中光通量與混光屏板5中光通量之比(％)。由橢圓的反光內(nèi)壁反射的效率尾0.95。圖6中所示圓對應(yīng)混光屏板5與發(fā)光屏板1之間距離為0.5mm的試驗(yàn)結(jié)果。圖6中所示方塊對應(yīng)混光屏板5與發(fā)光屏板1之間距離為0.6mm的試驗(yàn)結(jié)果。約9.5％的光損失可以是由于吸收以及反射橢圓中的散射。當(dāng)a/b比減小(一扁平橢圓)時(shí)，作為源自混光屏板5的光束被反饋到混光屏板5的危險(xiǎn)增大了的結(jié)果，光損失增加了。值得注意的是，在所述試驗(yàn)中，混光屏板5與發(fā)光屏板1之間的開口沒有反射。通過為一反射金屬薄片提供此開口，反射被進(jìn)一步增大了2％。
人們可以清楚的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，許多變化方案對于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員是可行的。
本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于在此給出的例子。本發(fā)明具體表現(xiàn)在每個(gè)創(chuàng)新特征以及特征的每個(gè)組合方案。權(quán)利要求中的符號(hào)不局限于本發(fā)明的保護(hù)范圍。動(dòng)詞“包括”及其動(dòng)詞變化的使用不排除除權(quán)利要求中提到的那些以外的部件的出現(xiàn)。一部件前的冠詞“一個(gè)”的使用不排除許多這種部件的出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種照明一顯示裝置的照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)配備有一光源(6)以及一發(fā)光屏板(1)，其中-光源(6)包括至少一個(gè)發(fā)光二極管，-發(fā)光屏板(1)包括一前壁(2)、一位于所述前壁對面的后壁(3)以及至少一個(gè)透光邊緣區(qū)(4)，-透光邊緣區(qū)(4)位于發(fā)光屏板(1)的前壁(2)與后壁(3)之間，其特征在于，-該照明系統(tǒng)包括一混合來自光源(6)的光的混光屏板(5)，-混光屏板(5)配備有一將來自光源(6)的光耦合輸入混光屏板(5)的光輸入邊緣區(qū)(7)并且配備有一將光耦合輸出混光屏板(5)的光輸出邊緣區(qū)(8)，-在工作中，來自光源(6)的光入射混光屏板(5)的透光邊緣區(qū)(7)并且在混光屏板(5)中傳播，-一個(gè)將光從混光屏板(5)輸入發(fā)光屏板(1)的光傳輸室(9)位于混光屏板(5)與發(fā)光屏板(1)之間，-混光屏板(5)和發(fā)光屏板(1)基本上相互平行延伸地設(shè)置著。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，光傳輸室(9)具有一個(gè)橢圓形反光內(nèi)壁(10)。
3.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，-該橢圓的第一焦點(diǎn)(f1)位于或至少靠近混光屏板(5)的光輸出邊緣區(qū)(8)，-該橢圓的第二焦點(diǎn)(f2)位于或至少靠近發(fā)光屏板(1)的透光邊緣區(qū)(4)。
4.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該橢圓短軸長度的一半(a)與該橢圓長軸長度的一半(b)之比為0.4≤a/b≤1。
5.如權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該橢圓短軸長度的一半(a)與該橢圓長軸長度的一半(b)之比為0.8≤a/b≤1。
6.如權(quán)利要求3所述的照明裝置，其特征在于，該光傳輸室(9)的內(nèi)壁(10)為至少基本上的圓形，該圓心位于該混光屏板(5)的光輸出邊緣區(qū)(8)與該發(fā)光屏板(1)的透光邊緣區(qū)(4)之間。
7.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，該光傳輸室(19)包括兩個(gè)透光棱鏡(20，20’)。
8.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，該光傳輸室(29)包括一帶刻面的反光內(nèi)壁(30)。
9.如權(quán)利要求1、2、7或8所述的照明裝置，其特征在于，一個(gè)把來自該光源的光耦合輸入混光屏板(5)的光準(zhǔn)直件位于光源(6)與混光屏板(5)之間。
10.如權(quán)利要求1、2、7或8所述的照明裝置，其特征在于，該混光屏板(5)在遠(yuǎn)離光輸出邊緣區(qū)(8)的方向上變窄。
11.如權(quán)利要求1、2、7或8所述的照明裝置，其特征在于，光源(6)包括至少三個(gè)具有第一、第二和第三光發(fā)射波長的發(fā)光二極管(6B，6G，6R)，所述光發(fā)射波長是不同的。
12.如權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于，與混光屏板(5)的光輸入邊緣區(qū)(7)有關(guān)的光源(6)包括成組的藍(lán)色、綠色和紅色的發(fā)光二極管(6B，6G，6R)。
13.如權(quán)利要求1、2、7或8所述的照明裝置，其特征在于，混光屏板(5)包括一有各自的第一、第二光輸入邊緣區(qū)(71，72)以及第一、第二光輸出邊緣區(qū)(81，82)的第一、第二部件(51，52)，一個(gè)把光從各自的第一、第二混光屏板(51，52)傳輸給發(fā)光屏板(1)的第一、第二光傳輸室(91，92)位于各自的第一、第二混光屏板部件(51，52)與發(fā)光屏板(1)之間。
14.如權(quán)利要求13所述的照明裝置，其特征在于，光源(6)共用于第一和第二混光屏板部件。
15.如權(quán)利要求13所述的照明裝置，其特征在于，光源(6)包括被傳輸給各自的第一、第二光輸入邊緣區(qū)(71，72)的第一、第二部分(61，62)。
16.一種顯示裝置，它包括一個(gè)如權(quán)利要求1、2、7或8所述的照明裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的顯示裝置，其中，該顯示裝置包括一液晶顯示器(12)。
全文摘要
照明顯示裝置(12)的小型背景照明系統(tǒng)包括一有一前壁(2)、一對置的后壁(3)及邊緣區(qū)(4)的發(fā)光屏板(1)。至少其中一個(gè)邊緣區(qū)(4)可以透光。背景照明系統(tǒng)包括一有至少一個(gè)LEDs的光源(6)以及一個(gè)混合來自光源(6)的光的混光屏板(5)。來自光源(6)的光通過光輸入面(7)被耦合輸入混光屏板(5)，光在混光屏板(5)中被混合并且通過一光輸出面(8)被耦合輸出?；旃馄涟?5)和發(fā)光屏板(1)基本上相互平行延伸地設(shè)置著。在混光屏板(5)與發(fā)光屏板(1)之間，背景照明系統(tǒng)包括一把光從混光屏板(5)輸入發(fā)光屏板(1)的光傳輸室(9)。光傳輸室(9)最好有一橢圓形反光內(nèi)壁(10)。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK1511240SQ02810635
公開日2004年7月7日 申請日期2002年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者A·J·M·范赫斯, C·G·A·赫倫, N·B·普菲菲, A J M 范赫斯, A 赫倫, 普菲菲 申請人:皇家菲利浦電子有限公司