專利名稱：混合光導背光的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及背光系統(tǒng)，其可以有利地用于大的高性能液晶顯示器。更具體地講，本發(fā)明涉及包括具有不同構造的光導的背光系統(tǒng)，例如側光光導和直射光光導?？蛇x的是，本發(fā)明的背光系統(tǒng)包括各種回收增強結構。
背景技術：
液晶顯示器(LCD)廣泛地用于電子顯示設備中，例如計算機監(jiān)視器、手持設備和電視。與陰極射線管(CRT)顯示器不同，LCD不發(fā)光，因此需要獨立的光源，以用于觀察這種顯示器上形成的圖像。環(huán)境光照明對于一些用途而言足夠了，但是對于大多數(shù)大面積和高性能LCD，環(huán)境光造成眩光，并且對于清晰度有不良影響。因此，為了提高清晰度，大多數(shù)大面積和高性能LCD包括位于顯示器之后的光源，其通常稱作“背光”。
目前，許多用于背光照明LCD的通用系統(tǒng)包括直射光背光，其中在顯示器之后將多個燈或者單一的螺旋形燈設置在使用者視場內，或者包括側光背光，其中沿著位于顯示器之后的光導的一條或多條邊緣放置了光源，使得光源在使用者的視場之外。為了達到CRT顯示器的效果，大LCD顯示器(例如對角線大于20”或50cm的LCD顯示器)必須具有高亮度目標，例如約500nt或更大。目前，利用用于LCD的單腔直射光背光實現(xiàn)了這種高亮度目標。
然而，使用常規(guī)直射光背光系統(tǒng)在大LCD(例如LCD電視)的制造商當中已經(jīng)引起了一定的擔憂。一個擔憂是該LCD的期望壽命與電視背光中的個別燈的壽命之間的差異，對于大多數(shù)LCD電視購買者而言期望壽命可能是10到20年，個別燈的壽命約為10000到20000小時，并且通常接近這個范圍的下限。尤其是，經(jīng)常用于背光照明的冷陰極熒光燈(CCFL)具有變化的壽命和老化特性。如果常規(guī)直射光背光中的一個CCFL燒壞，則后果是直接在顯示器上出現(xiàn)黑線。此外，直射光顯示器的空間色彩均勻度隨著每個CCFL的老化而不同程度地受損。目前，主要的LCD制造商和電視機制造商沒有用于維修以這兩種模式中的任何一種模式損壞的LCD電視背光的機型。
此外，從常規(guī)的直射光背光中的多個光源到達觀察者的光通常不像側光背光中的光混合得那樣好。但是，盡管常規(guī)的直射光背光具有這個缺點和其它缺點，以及均勻度和老化缺點，但目前其是用于背光LCD電視的普遍選擇，這是因為它們可以達到與CRT電視不相上下的亮度目標。另一方面，盡管側光背光在許多方面似乎更有利，但是利用常規(guī)側光背光實現(xiàn)希望的亮度級仍然是個挑戰(zhàn)。一個難點是將足夠大量的光源設置在單一光導的邊緣處，以提供足夠的光能，從而達到目標亮度。其它難點包括常規(guī)背光中的增亮膜翹曲，這是由于例如高的熱梯度和處理問題造成的。
因此，在背光領域中，仍然需要用于背光照明系統(tǒng)的能夠實現(xiàn)高亮度目標并且更有效的大的高性能LCD。此外，仍然需要用于大的高性能LCD的可以克服上述當前能得到的背光照明系統(tǒng)的其它缺點的背光系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的發(fā)明人通過提供一種如本文中公開并請求保護的混合背光照明系統(tǒng)，解決了目前已知的用于大的高性能LCD的背光照明系統(tǒng)的這些和其它缺點。這種系統(tǒng)可以有利地用于各種設備，包括LCD電視、LCD監(jiān)視器、售貨點設備，以及其它適當?shù)脑O備。本發(fā)明降低了使用變化壽命光源的風險，使得個別光源的燒毀或者老化不會對顯示器觀察質量產(chǎn)生嚴重影響。因此，如果在根據(jù)本發(fā)明實施例的混合系統(tǒng)中個別光源老化或者燒壞，則對于空間亮度和色彩均勻性的影響將由于光混合增強而不太顯著。
本發(fā)明消除了對于單腔直射光背光中常規(guī)使用的厚擴散片的需求，以使觀察者看不到各個光源，從而提供亮度的附加增益。此外，直接從頂部光導提取的光可以以很大的角度范圍出射，這將增強該顯示器的軸外可觀看性。而且，本發(fā)明可以包含用于防止可用于本發(fā)明示例性實施例中的各種增強結構翹曲和物理損壞的附加特征。
因此，本發(fā)明涉及背光照明系統(tǒng)，在一些示例性實施例中，其包括光導、與光導邊緣光學連接的至少一個光源，以用于向該光導內部提供光，還包括反射腔，以及與反射腔光學連接的至少一個光源，以用于向該反射腔內部提供光。與該反射腔光學連接的至少一個光源可以設置在反射腔的邊緣處或者反射腔的內部中?？蛇x擇的是，至少一個光源可以設置在反射腔的邊緣處，并且至少一個光源可以設置在反射腔的內部中。
在其它示例性實施例中，該背光照明系統(tǒng)包括光導、與光導的第一邊緣光學連接的至少一個光源，以用于向該光導內部提供光，還包括反射腔，以及與反射腔的第一邊緣光學連接的至少一個光源，以用于向該反射腔內部提供光。第一光導的第一邊緣可以或者可以不與反射腔的第一邊緣基本上對準。根據(jù)本發(fā)明這些示例性實施例的背光系統(tǒng)進一步可以包括設置在與反射腔光學連接的光源上面的準直結構，或者其可以包括用于從反射腔提取光的擴散提取器。
反射腔可以包括第一反射器和設置在光導與第一反射器之間的第二半透明反射器?？蛇x的是，該第一反射器也可以是半透明的。至少一個光源可以與反射腔的第二邊緣光學連接。第一準直結構可以設置在與反射腔的第一邊緣光學連接的至少一個光源上面，并且第二準直結構可以設置在與反射腔的第二邊緣光學連接的至少一個光源上面。該第一和第二準直結構可以包括棱鏡結構或者具有二維菲涅爾透鏡，其中所述棱鏡結構具有基本上平行于第一和第二反射器的凹槽，并且棱鏡頂點基本上面向反射腔內部。如果將菲涅爾透鏡用作準直結構，則優(yōu)選將光源設置在菲涅爾透鏡的焦線附近，該光源可以包括線性LED陣列。
在本發(fā)明的適當實施例中，第二半透明反射器包括棱鏡結構，其棱鏡頂點基本上背離反射腔，并且第一和第二準直結構構造為基本上在該棱鏡結構數(shù)值孔徑之內透射光。第一和第二準直結構分別可以包括反射偏振器，其傳遞軸基本上垂直于可能包含在第二半透明反射器中的反射偏振器的傳遞軸。
本發(fā)明還涉及一種背光照明系統(tǒng)，其包括光導、與光導的第一邊緣光學連接的至少一個光源，以用于向光導內部提供光，還包括反射腔，以及設置在該反射腔內部中的至少一個光源。該反射腔可以包括背反射部分、設置在該背反射部分處的至少一個光源，并且進一步可以包括側反射部分。在一些實施例中，該背光照明系統(tǒng)進一步可以包括設置在反射腔與光導之間的擴散器，其可以包括剛性光學透明板和附著于該板上的擴散片。設置在反射腔中的光源可以包括光源陣列、延伸的光源，或者基本上相互平行的線性光源陣列。在后一種情況中，該光導的第一邊緣可以基本上垂直或者平行于該線性光源。該光導可以包括設置在面對反射腔的表面上的表面結構，例如基本上圍繞水平軸對稱的多個棱鏡結構。
在本發(fā)明的適當實施例中，該背光照明系統(tǒng)包括設置在光導表面處的第一回收增強結構。該第一增強結構可以包括反射偏振器、反射偏振器和擴散器，或者反射偏振器和棱鏡結構。在某些實施例中，該第一回收增強結構附著于光導的表面上。可選的是或者此外，該背光照明系統(tǒng)進一步包括設置在光導與反射腔之間的第二回收增強結構。該第二回收增強結構可以包括一個或多個棱鏡結構。在某些實施例中，該第二回收增強結構附著于該光導的表面上。
根據(jù)以下詳細說明以及附圖，本領域普通技術人員將更容易理解本發(fā)明背光照明系統(tǒng)的這些及其它方面。


為使屬于本發(fā)明技術領域的普通技術人員能更容易了解如何制造和使用本發(fā)明，以下參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中圖1是用于LCD電視的常規(guī)直射光背光的示意橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的背光照明系統(tǒng)的示例性實施例的示意橫截面圖；
圖2A是本發(fā)明實施例的反射腔的部分橫截面示意圖，表示了另一示例性準直結構；圖3A和3B是表示將光源設置在光導和反射腔邊緣處的可選方式的示意表示；圖4是根據(jù)本發(fā)明的背光照明系統(tǒng)另一實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1表示了常規(guī)單腔直射光背光10的結構和部件，例如目前用于LCD電視的背光。該常規(guī)背光10包括燈泡陣列15，典型的是CCFL，還包括位于燈泡陣列15之后用于將更多的光導向觀察者的成形反射器17。通常將厚擴散板18放置在燈泡陣列15上面，從而擴散來自各個燈泡(例如CCFL)的光，以便使觀察者看不到這些燈泡。典型的擴散板18具有與其相關的大吸收量以及大反向散射量，如果將光回收增強膜(下面進行描述)添加到該背光中，則上述效果將按指數(shù)規(guī)律增長。為了進一步有助于使觀察者看不到各個燈泡，已經(jīng)使擴散板具有圖案，從而導致了更多的光損失。
常規(guī)的背光10進一步包括薄擴散片16和一層增亮膜14，該增亮膜具有棱鏡表面結構，例如可以從3M公司買到的VikuitiTMBrightness Enhancement Film(BEF)。該增亮膜14使一定角度內的光朝觀察者折射。該角度外的光被“回收”，即反射回背光10中，在背光中光在系統(tǒng)內傳播，直到達到射出該系統(tǒng)的適當角度為止。此外，該常規(guī)背光10包括放置在增亮膜14上面的一層反射偏振器12。該反射偏振器12通常為多層反射偏振器，例如也可以從3M公司買到的VikuitiTMDual Brightness Enhancement Film(DBEF)。該反射偏振器12透射具有預定偏振的光，而將具有不同偏振的光反射到背光10中，在背光中改變偏振態(tài)并且使光饋回該反射偏振器12。這個過程也稱作“回收”。
圖2表示了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例構造的背光照明系統(tǒng)100的示意橫截面圖。該背光照明系統(tǒng)100包括光導130和反射腔140。該光導130可以由丙烯酸或者其它適當?shù)牟牧现瞥?。在圖2所示的示例性實施例中，將光源165a和165b放置在光導130的邊緣132a和132b處，使得從該光源165a、165b發(fā)出的至少一部分光耦合到光導130的內部，并且通過從表面130a和130b的反射而沿著該光導長度方向傳播?？梢匀鐖D2所示提供燈腔反射器156a和156b，從而提高從光源165a、165b到光導130內部的耦合效率。本領域普通技術人員將會理解，該反射器156a、156b的形狀和結構可以改變。例如，該反射器156a和156b可以是多層介電反射器。
還參照圖2，該反射腔140包括反射器145和147。在圖2所示的示例性實施例中，至少反射器145是半透明反射器，但是在本發(fā)明的其它示例性實施例中，反射器145和147都可以是半透明的。適合用作半透明反射器的結構的實例包括多層介電反射器，包括反射偏振器、火焰紋理多層介電反射器(參見例如美國專利第6096247號，該專利通過引用方式并入本文)、散射型波長無關反射器、具有擴散涂層的多層介電反射器、棱鏡結構膜、部分鍍銀反射鏡、帶孔反射鏡膜、本領域普通技術人員已知的任何其它適當?shù)陌胪该鞣瓷浣Y構，以及上述各種反射器的適當組合。根據(jù)具體用途和結構類型，在一些示例性實施例中，這些結構可以是獨立的，在這種情況下，可以使這些結構固定于適當?shù)闹Ъ芑蛘呖蚣苌?，在其它示例性實施例中，可以將這些結構層壓到支架上，該支架例如是剛性光學透明板。
適合用作反射器147的結構的實例包括半透明反射器，但是還可以包括具有較低透射率的結構，例如傳遞軸夾角為Θ的兩個反射偏振器的組合(在這種情況下，透射率約為入射強度的0.5cos2Θ)、兩側涂敷有體擴散劑或者其它類型的擴散劑的多層介電反射器，或者具有結構表面的多層介電反射器(參見例如美國專利第6208466號，該專利通過引用方式并入本文)、金屬涂敷的反射鏡、本領域普通技術人員已知的任何其它適當?shù)姆瓷浣Y構，以及這些元件的組合。優(yōu)選的是，在圖2所示的本發(fā)明示例性實施例中，如果將諸如BEF的棱鏡結構膜用作半透明反射器145，則該膜設置為使得棱鏡頂點基本上背離反射腔140。如果該棱鏡結構膜包括縱向凹槽，則通常優(yōu)選垂直于反射腔140的光輸入邊緣142a和142b定位這些凹槽。
將光源185a和185b放置在反射腔140的邊緣142a和142b處，使得從光源185a、185b發(fā)出的至少一部分光耦合到反射腔140的內部，并且通過從反射器145和147的反射而沿該反射腔長度方向傳播?？梢匀鐖D2所示提供燈腔反射器176a和176b，從而提高從光源185a、185b到反射腔140中的耦合效率。本領域普通技術人員將會理解，該反射器176a和176b的形狀和結構可以改變。例如，該反射器176a和176b可以是多層介電反射器。
還參照圖2，可以將準直結構144a和144b放置在光導185a和185b上面，從而減小入射到反射腔140內部的光的角展度，并且因此提高從該背光照明系統(tǒng)100提取的光的空間均勻性。示例性準直結構144a和144b可以包括棱鏡結構，其構造和定位為通過將一定入射角內的光折射到反射腔140內部，并且將該角度外的光朝光源185a或者185b反向反射，至少部分地準直從光源185a和185b發(fā)出的光。適用于準直結構144a和144b中的這種棱鏡結構膜的一個實例是BEF膜，其設置為使棱鏡頂點基本上朝向反射腔140內部，并且如果具體類型的棱鏡結構膜包括縱向凹槽，則該凹槽基本上平行于反射器145和147的平面。在這些示例性實施例中，如果將諸如BEF的棱鏡結構膜用作半透明反射器145，則該準直結構144a和144b優(yōu)選構造為將透射光準直到棱鏡膜用于反射的數(shù)值孔徑內。
可選的是，準直結構144a和144b可以包括圖2A所示的二維菲涅爾透鏡。圖2A表示了空腔440的部分橫截面示意圖，其包括反射器447和半透明反射器445。將線性光源陣列485設置在準直結構444的焦線附近，在本示例性實施例中，該準直結構為二維菲涅爾透鏡。其它示例性實施例可以利用與透鏡陣列結合的二維光源陣列，從而將每個光源設置在透鏡陣列中相應透鏡的焦點附近。本領域普通技術人員容易理解，大量其它構造的光源和準直結構均在本發(fā)明的考慮范圍內。
還參照圖2，可選的是，該準直結構144a和144b可以包括反射偏振器，例如DBEF。如果反射偏振器也包含在半透明反射器145中，例如可以從3M公司買到的VikuitiTMDiffuse ReflectivePolarizing Film(DRPF)，這是非常有利的。在這些示例性實施例中，半透明反射器145中反射偏振器的傳遞軸優(yōu)選為基本上垂直于準直結構144a和144b中反射偏振器的傳遞軸。
盡管圖2所示的示例性背光照明系統(tǒng)100表示了放置在光導130邊緣132a、132b處的光源對165a、165b和放置在反射腔140邊緣142a、142b處的八個光源185a、185b，但是本發(fā)明還考慮到了在光導130的邊緣處僅使用一個光源，并且在反射腔140的邊緣處僅使用一個光源。此外，盡管為了便于說明，所示的光源165a和165b與光源185a、185b對準，但是本發(fā)明考慮到了將一個或多個光源放置在每個光導的任何一個或多個邊緣處。例如，圖3A和3B表示了將光源135a’、135a”、145a’、145a”和135b’、135b”、145b’、145b”分別設置在基本上為矩形的光導和反射腔130a、130b和140a、140b的邊緣處的兩種可選方式。
然而，圖3A和3B的示意表示并不是對于可用于本發(fā)明實施例的光源形狀和構造的限制。適用于本發(fā)明實施例的光源包括任何發(fā)光光源，例如熒光燈(如CCFL)、熱陰極熒光燈(HCFL)、白熾燈、電致發(fā)光光源、磷光光源、外部電極熒光燈、發(fā)光二極管(LED)，以及任何其它適當?shù)囊粋€或多個光源，或者任何適當數(shù)量的光源或其組合，其中所述發(fā)光二極管包括有機LED(OLED)、LED陣列。
光導的數(shù)量、結構和類型也可以改變。例如，根據(jù)本發(fā)明可以使用三個或更多的光導，并且組成的光導中的任何一個或多個可以是空的，例如反射腔。提高根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的背光系統(tǒng)中光導的數(shù)量會導致顯示器重量和厚度的相應增加。然而，大多數(shù)大面板LCD的制造商通常把顯示器厚度和重量視為第二位的。壽命、亮度、空間均勻性、易組裝性以及增亮膜翹曲的降低通常被認為是更為重要的。
因此，設置在光導或者反射腔(例如130或140)邊緣處的光源數(shù)量和類型，以及光導或反射腔的數(shù)量、尺寸和類型取決于具體的用途和亮度目標，以及一些實際考慮，包括與光導尺寸相比的具體光源的尺寸。值得注意的是，可以將大量光源設置在反射腔的一個或多個邊緣處，而不會導致背光照明系統(tǒng)重量明顯增加。
還參照圖2，該背光系統(tǒng)100可以包括設置在光導130表面處的第一回收增強結構112。在本發(fā)明的上下文中，“回收增強結構”可以是能夠按照類似于或相當于參照圖1所述的增亮膜12和14的方式“回收”光的任何結構。該第一回收增強結構112可以設置在表面130a處，并且可以包括反射偏振器，例如可以從3M公司買到的多層反射偏振器VikuitiTMDual Brightness Enhancement Film(DBEF)。
該第一回收增強結構還可以包括擴散器，其可以集成在反射偏振器內，或者作為獨立部件(例如不光滑表面或者壓敏粘結劑(PSA)層)包含在該回收增強結構中。擴散器的一個功能就是使反射回背光照明系統(tǒng)100中的光的偏振和方向隨機化。可以有利地用于第一回收增強結構112中的部件實例包括可以從3M公司買到的VikuitiTMDiffuse Reflective Polarizer Film(DRPF)和VikuitiTMDualBrightness Enhancement Film-Matte(DBEF-M)。諸如BEF層的棱鏡結構可以包含在第一回收增強結構112中，其取代了擴散器或者作為除擴散器外的附加部件，可選的是該棱鏡結構還可以包括用于增加光擴散的結構變化圖案(參見例如美國專利第6354709號，該專利通過引用方式并入本文)。棱鏡頂點可以面向或者背離第一光導130，這取決于用途。
第一回收增強結構112可以附著于第一光導130的表面，例如表面130a。通過層壓、將增強結構112或者其構成結構中的任一結構模制到光導上，或者利用任何適當?shù)恼辰Y技術，可以使第一回收增強結構112附著于光導130的表面。如果第一回收增強結構112包括不光滑表面，例如象在DBEF-M中那樣，則該第一回收增強結構112優(yōu)選附著于光導130上，使得該擴散表面面向表面130a。在本發(fā)明的示例性實施例中，其中該第一回收增強結構112附著于光導130，可以通過光與所附著的第一回收增強結構112的交互作用而從光導130內部提取光。例如，如果DRPF或者DBEF-M包含在第一回收增強結構112中，則光被這些膜中的任何一個擴散，并且以適當?shù)钠駪B(tài)透射到LCD，或者散射回背光照明系統(tǒng)100中，在該背光照明系統(tǒng)100中能夠按照以上說明的那樣回收光?？蛇x擇的是，DBEF可以附著于帶有PSA層的第一光導130的表面上。PSA有助于從第一光導130內部提取光。
在本發(fā)明的適當?shù)氖纠詫嵤├校谝换厥赵鰪娊Y構112可以包括DBEF和DRPF，并且它們優(yōu)選附著于(例如層壓到)光導130的表面130a上。在這種情況下，兩個反射偏振器(即DBEF和DRPF)的傳遞軸(偏振軸)應當對準。因此，DRPF有助于從光導130提取光，而DBEF將增強對比度。可選擇的是，可以將BEF結合反射偏振器(例如DBEF)使用，作為第一回收增強結構112的一部分。BEF有助于光提取，而DBEF將確保光以適當?shù)钠裆涑霰彻庹彰飨到y(tǒng)100。
此外或可選擇的是，圖2所示的背光系統(tǒng)100可以包括第二回收增強結構114，其可以設置在光導130與反射腔140之間。優(yōu)選的是，該第二回收增強結構114包括棱鏡結構，例如棱鏡結構膜，其通過將一定角度內的光朝觀察者折射并且將該角度外的光反向反射，來有助于重定向并回收光，從而提高該背光照明系統(tǒng)100的軸上亮度。適于用在第二回收增強結構114內的這種棱鏡結構膜的一個實例是BEF。此外或可選擇的是，該第二回收增強結構114可以包括旋轉膜，例如棱鏡結構，其棱鏡頂點基本上背離光導130。
在本發(fā)明的適當示例性實施例中，可以將具有縱向凹槽的兩個BEF或者類似的棱鏡膜或結構用作第二回收增強結構114的一部分。在該示例性實施例中，棱鏡膜凹槽的方向優(yōu)選是交叉的，并且薄粘結劑層按照一定方式連接各個膜，使得僅有較小部分的棱鏡結構浸入粘結劑中，棱鏡結構還使至少一部分入射光適當?shù)刂囟ㄏ颉?yōu)選將第二回收增強結構114附著于光導130的表面130b，例如通過層壓、模制或者利用任何其它適當?shù)募夹g粘結。這個特征將增加從第一光導130的光提取，并且減少可能由于溫度變化、處理和其它原因造成的第二回收增強結構114的翹曲。
還參照圖2，將提取器143放置在反射腔140的表面處可以有助于從反射腔140提取光，該提取器優(yōu)選為擴散提取器。圖2表示了這種提取器143的使用方式，在本示例性實施例中，其包括設置在反射器147上的點陣列。優(yōu)選的是，優(yōu)化該點圖案，從而補償從背光系統(tǒng)100提取光的潛在空間非均勻性。例如，可以調整該點的圖案，使得通過朝反射器147中心方向逐漸提高點的尺寸而朝反射腔140中心方向提取更多的光。該背光照明系統(tǒng)100還可以包括擴散片116，該擴散片用于提高從反射腔140射出的光的空間均勻性，以及有助于使反射回背光照明系統(tǒng)100中的光的偏振隨機化。
圖4表示了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例構造的背光照明系統(tǒng)200的示意橫截面圖。該背光照明系統(tǒng)200包括光導230和反射腔240。該光導230可以由丙烯酸或者其它適當?shù)牟牧现瞥?，或者其可以是空的。將光?65a和265b(265b與265a相對設置)放置在光導230的邊緣處，使得從光源265a和265b發(fā)出的至少一部分光耦合到光導230的內部，并且通過從表面230a和230b的反射而沿著該光導長度方向傳播?？梢詫⒎瓷淦髋c光源265a和265b一起使用，例如參照圖2所示的示例性實施例所述的反射器。
還參照圖4，該示例性背光照明系統(tǒng)200包括反射腔240，該反射腔包括反射器245，而反射器245可以包括側反射部分245a、245b和背反射部分245c。該側反射部分245a和245b有助于將光源270發(fā)出的更多光引導到背光照明系統(tǒng)200中。該反射器245可以具有多種適當?shù)臉嬙?，例如圖1所示的構造或者矩形盒狀構造。該反射器245可以由本領域普通技術人員已知的任何適當?shù)牟牧蠘嫵?，包括多層介電反射器、金屬涂敷的反射器和任何其它的擴散或者鏡面反射器。
在示例性背光系統(tǒng)200中，將光源270放置在反射腔240的內部，優(yōu)選的是放置在如圖4所示的背反射部分245c處。可選的是，可以將一部分或者全部光源270設置在側反射部分245a和245b處。適用于本發(fā)明實施例的光源包括任何發(fā)光光源，例如熒光燈(如CCFL)、熱陰極熒光燈(HCFL)、白熾燈、電致發(fā)光光源、磷光光源、外部電極熒光燈、發(fā)光二極管(LED)(包括有機LED(OLED))，以及任何其它適當?shù)囊粋€或多個光源，或者任何適當數(shù)量的上述光源或其組合，例如光源陣列。光源270還可以包括延伸的光源，例如螺旋形CCFL燈或者熒光板。如果將基本上相互平行設置的線性光源，例如CCFL或者線性LED陣列用作光源270，并且將線性光源用作光源265a和265b，則光源265a和265b中的每一個可以相對于光源270基本上平行、垂直或者以不同角度設置。如參照圖2所示的示例性實施例所述的，光源265a、265b和270、光導230和反射腔240的數(shù)量、類型、方向和結構可以根據(jù)希望該背光照明系統(tǒng)200所具備的性能特性改變。
還參照圖4，該背光系統(tǒng)200可以包括設置在第一光導230表面處的第一回收增強結構212，并且其優(yōu)選附著于第一光導230的表面，例如表面230b。通過層壓、模制，或者任何其它適當?shù)恼辰Y技術，可以使該回收增強結構212附著于光導230的表面。該第一回收增強結構212可以包括反射偏振器(例如DBEF)和擴散器，該擴散器可以集成在反射偏振器內，或者作為獨立部件(例如不光滑表面或者壓敏粘結劑(PSA)層)包含在該回收增強結構中。該PSA結構還可以用于將反射偏振器層壓到第一光導230的表面。
諸如BEF膜的棱鏡結構可以包含在第一回收增強結構212中，其取代了擴散器或者作為除擴散器外的附加部件，并且可選的是該棱鏡結構還可以包括用于增加光擴散的結構變化圖案(參見例如美國專利第6354709號，該專利通過引用方式并入本文)。該光導230還可以包括表面結構233，例如設置在表面230a上的棱鏡表面結構，其有助于分割光源270的圖像，并且有助于沿著希望的方向引導來自光導230的光。該表面結構233可以包括圍繞水平軸基本上對稱的棱鏡結構。這種表面結構233在示例性實施例中是特別有利的，其中該光源270是線性的，并且圍繞相同的水平軸基本上對稱地設置。
該背光照明系統(tǒng)200還可以包括設置在光導230與反射腔240之間的第二回收增強結構214。優(yōu)選的是，該第二回收增強結構214包括諸如BEF的棱鏡結構膜，其重定向并回收光，從而通過將一定角度內的光朝觀察者折射并且將該角度外的光反向反射來提高該背光系統(tǒng)200的軸上輸出亮度?？蛇x的是或此外，該第二回收增強結構可以包括旋轉膜，例如棱鏡結構，其棱鏡頂點基本上背離光導230。
在本發(fā)明的適當?shù)氖纠詫嵤├?，可以將具有縱向凹槽的兩個BEF或者類似的棱鏡膜或結構用于第二回收增強結構214中。在這種示例性實施例中，優(yōu)選利用薄粘結劑層連接該棱鏡結構膜，使得僅有一小部分棱鏡結構浸入粘結劑中?？蛇x的是，該第二回收增強結構214可以附著于光導230的表面230b，例如通過層壓、模制或者利用任何其它適當?shù)募夹g粘結。這個特征將增加從光導230的光提取，并且防止由于溫度變化或者其它原因造成的第二回收增強結構214的翹曲。該背光照明系統(tǒng)200還可以包括擴散器216，其用于提高從反射腔240射出的光的空間均勻性，以及有助于使反射回背光照明系統(tǒng)200中的光的偏振隨機化。該擴散器216的結構將根據(jù)具體用途改變，例如其可以是薄擴散片、獨立的或者附著于剛性支架(例如光學透明的剛性板)上。
因此，根據(jù)本發(fā)明構建的背光照明系統(tǒng)可以實現(xiàn)高亮度目標，并且解決目前已知的用于大的高性能LCD的背光照明系統(tǒng)遇到的各種問題。例如，本發(fā)明降低了利用可變化壽命光源的風險，使得個別光源的燒毀或老化不再對顯示器觀察質量產(chǎn)生十分嚴重的影響。因此，如果在根據(jù)本發(fā)明實施例的混合光導系統(tǒng)中的個別光源老化或燒壞，則由于光混合增強，對于空間亮度和色彩均勻性的影響不太顯著。
本發(fā)明消除了直射光背光中常規(guī)使用厚擴散片以使觀察者看不到各個光源的必要性，從而提供了附加的亮度增益。此外，直接從頂部光導提取的光可能以寬角度范圍射出，這將提高該顯示器的軸外可觀看性。此外，本發(fā)明可以包含用于防止各種回收增強結構翹曲和物理損壞的附加特征，這些特征可以用于本發(fā)明的示例性實施例中。
盡管已經(jīng)參照具體示例性實施例描述了本發(fā)明的背光照明系統(tǒng)，但是本領域普通技術人員容易理解，可以在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，對本發(fā)明進行各種改變和修改。例如，用于本發(fā)明示例性實施例中的光源、光導和回收增強結構的數(shù)量、類型和構造可以改變。例如參見與本申請同時提交的、名稱為“Multiple LightguideBacklight”、代理案件第58908US002號美國專利申請，該專利申請通過引用方式并入本文。此外，本領域普通技術人員可以理解，術語“棱鏡結構”、“棱鏡膜”、“棱鏡結構膜”和“棱鏡”包含例如美國專利No.6354709中所述的具有結構和其它變化的那些棱鏡結構，以及具有圓形尖峰的棱鏡結構。此外，盡管本發(fā)明特別有利地用于通常與LCD電視相關的大面積、高亮度用途中，但是也可以包含LCD監(jiān)視器和銷售點設備。
權利要求
1.一種背光照明系統(tǒng)，包括具有內部的光導；與光導的邊緣光學連接的至少一個光源，用于向光導內部提供光；具有內部的反射腔；以及與反射腔光學連接的至少一個光源，用于向反射腔內部提供光。
2.根據(jù)權利要求1所述的背光照明系統(tǒng)，其中將與反射腔光學連接的至少一個光源設置在反射腔的邊緣處。
3.根據(jù)權利要求1所述的背光照明系統(tǒng)，其中將與反射腔光學連接的至少一個光源設置在反射腔內部。
4.根據(jù)權利要求1所述的背光照明系統(tǒng)，其中將與反射腔光學連接的至少一個光源設置在反射腔的邊緣處，并且將與反射腔光學連接的至少一個光源設置在反射腔的內部。
5.一種背光照明系統(tǒng)，包括具有內部的光導；與光導的第一邊緣光學連接的至少一個光源，用于向光導內部提供光；具有內部的反射腔；以及與反射腔的第一邊緣光學連接的至少一個光源，用于向反射腔內部提供光。
6.根據(jù)權利要求5所述的背光照明系統(tǒng)，其中第一光導的第一邊緣基本上與反射腔的第一邊緣對準。
7.根據(jù)權利要求5所述的背光照明系統(tǒng)，其中第一光導的第一邊緣與反射腔的第一邊緣未對準。
8.根據(jù)權利要求5所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在與反射腔光學連接的光源上面的準直結構。
9.根據(jù)權利要求5所述的背光照明系統(tǒng)，還包括用于從反射腔提取光的擴散提取器。
10.根據(jù)權利要求5所述的背光照明系統(tǒng)，其中該反射腔包括第一反射器和設置在光導與該第一反射器之間的第二半透明反射器，該第一反射器和第二半透明反射器限定了反射腔的內部。
11.根據(jù)權利要求10所述的背光照明系統(tǒng)，其中該第一反射器是半透明的。
12.根據(jù)權利要求10所述的背光照明系統(tǒng)，其中該反射腔還包括與反射腔的第二邊緣光學連接的至少一個光源，用于向反射腔內部提供光。
13.根據(jù)權利要求12所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在與反射腔第一邊緣光學連接的至少一個光源上面的第一準直結構和設置在與反射腔第二邊緣光學連接的至少一個光源上面的第二準直結構。
14.根據(jù)權利要求13所述的背光照明系統(tǒng)，其中該第一和第二準直結構包括棱鏡結構，其具有基本上平行于第一和第二反射器的凹槽，以及基本上面向反射腔內部的棱鏡頂點。
15.根據(jù)權利要求13所述的背光照明系統(tǒng)，其中該第一和第二準直結構分別包括具有焦線的二維菲涅爾透鏡。
16.根據(jù)權利要求15所述的背光照明系統(tǒng)，其中該光源設置在二維菲涅爾透鏡的焦線附近。
17.根據(jù)權利要求16所述的背光照明系統(tǒng)，其中該光源包括線性LED陣列。
18.根據(jù)權利要求13所述的背光照明系統(tǒng)，其中該第二半透明反射器包括棱鏡頂點基本上背離反射腔的棱鏡結構，并且第一和第二校準結構構造為基本上在該棱鏡結構數(shù)值孔徑之內透射光。
19.根據(jù)權利要求13所述的背光照明系統(tǒng)，其中該第一和第二準直結構分別包括具有傳遞軸的反射偏振器，并且第二半透明反射器包括反射偏振器，其傳遞軸基本上垂直于包含在準直結構中的反射偏振器的傳遞軸。
20.一種背光照明系統(tǒng)，包括具有內部的光導；與光導的第一邊緣光學連接的至少一個光源，用于向光導內部提供光；具有內部的反射腔；以及設置在反射腔內部的至少一個光源。
21.根據(jù)權利要求20所述的背光照明系統(tǒng)，其中該反射腔包括背反射部分，并且將至少一個光源設置在該背反射部分處。
22.根據(jù)權利要求21所述的背光照明系統(tǒng)，還包括側反射部分。
23.根據(jù)權利要求21所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在反射腔與光導之間的擴散器。
24.根據(jù)權利要求23所述的背光照明系統(tǒng)，其中該擴散器包括剛性光學透明板和附著于該板上的擴散片。
25.根據(jù)權利要求20所述的背光照明系統(tǒng)，其中設置在反射腔內部的至少一個光源是光源陣列。
26.根據(jù)權利要求20所述的背光照明系統(tǒng)，其中設置在反射腔內部的至少一個光源是延伸的光源。
27.根據(jù)權利要求20所述的背光照明系統(tǒng)，其中設置在反射腔內部的至少一個光源是基本上相互平行的線性光源陣列。
28.根據(jù)權利要求27所述的背光照明系統(tǒng)，其中該光導的第一邊緣基本上垂直于該線性光源。
29.根據(jù)權利要求27所述的背光照明系統(tǒng)，其中該光導的第一邊緣基本上平行于該線性光源。
30.根據(jù)權利要求20所述的背光照明系統(tǒng)，其中該光導包括設置在面對反射腔的光導表面上的表面結構。
31.根據(jù)權利要求30所述的背光照明系統(tǒng)，其中該表面結構包括圍繞水平軸基本上對稱的多個棱鏡結構。
32.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在光導表面處的第一回收增強結構。
33.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在光導表面處的第一回收增強結構，所述第一回收增強結構包括反射偏振器。
34.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在光導表面處的第一回收增強結構，所述第一回收增強結構包括反射偏振器和擴散器。
35.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在光導表面處的第一回收增強結構，所述第一回收增強結構包括反射偏振器和棱鏡結構。
36.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括附著于光導表面上的第一回收增強結構。
37.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在光導與反射腔之間的第二回收增強結構。
38.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在光導與反射腔之間的第二回收增強結構，所述第二回收增強結構包括棱鏡結構。
39.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括設置在光導與反射腔之間的第二回收增強結構，所述第二回收增強結構包括第一棱鏡結構和第二棱鏡結構。
40.根據(jù)權利要求1、5或20所述的背光照明系統(tǒng)，還包括附著于光導表面上的第二回收增強結構。
全文摘要
公開一種背光照明系統(tǒng)，其包括光導(130)和反射腔(140)，該光導具有與該光導邊緣光學連接的至少一個光源(165)，用于向光導內部提供光，該反射腔具有與反射腔光學連接的至少一個光源(185)，用于向反射腔內部提供光。該反射腔可以包括第一反射器(145)和第二反射器(147)，并且可以將至少一個光源設置在反射腔的邊緣處?？蛇x擇的是，該反射腔可以包括背反射部分，并且可以將該光源設置在該背反射部分處。
文檔編號G02B6/00GK1914528SQ200480041560
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權日2003年12月23日
發(fā)明者戴維·J·蘭姆, 基思·M·科奇克, 馬克·E·加迪納, 馬克·B·奧尼爾, 帕特里克·H·馬魯申, 肯尼思·A·愛潑斯坦, 菲利普·E·沃森 申請人:3M創(chuàng)新有限公司