專利名稱：使用伸長(zhǎng)的照明裝置的液晶顯示器背光的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
作為參考且申請(qǐng)要求于2006年12月7日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/873318、發(fā)明名稱為“線性照明元件及其方法”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)為其優(yōu)先權(quán)。
發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明涉及用于顯示器的背光裝置和使用這些裝置的液晶顯示器領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及具有固態(tài)光源的液晶顯示器(LCD)背光單元。

背景技術(shù)：
雖然代替陰極射線管(CRT)監(jiān)視器的液晶顯示器(LCDs)具備緊湊、輕便的特性，但是有很多關(guān)于LCD顯示器的圖像質(zhì)量的應(yīng)用仍然不令人滿意，尤其當(dāng)這些設(shè)備的相對(duì)尺寸增加時(shí)。如那些使用在膝上型計(jì)算機(jī)或較大顯示器中的較大LCD面板是透射式的，因此需要背光。這種類型的位于LCD面板后面的光提供表面向LCD之外發(fā)光以及朝向LCD發(fā)光。
用于背光的常規(guī)方法是使用具有導(dǎo)光板、一種或多種類型的增強(qiáng)膜、偏振膜、反射面和其它光調(diào)節(jié)元件的冷陰極熒光(CCFL)光源的各種排列。隨著顯示器大小的增加，特別是隨著顯示區(qū)域的增大，使用側(cè)面安裝(side-mounted)的CCFL的傳統(tǒng)平板背光方案越來(lái)越不合乎需要了，并且在生產(chǎn)中或因?yàn)闊岫菀讖澢Ｓ捎诘土炼然蛄炼纫约耙驗(yàn)轱@示器的大小增加(例如數(shù)字TV中所需的)而產(chǎn)生的與低均勻性有關(guān)的問(wèn)題愈加妨礙了通常用于較小設(shè)備中的光導(dǎo)背光技術(shù)。用于LCD顯示器以及其它顯示器和照明應(yīng)用設(shè)施的現(xiàn)有背光裝置通常使用多組(bank)平行排列的CCFL，效率相對(duì)比較低。由于需要將CCFL及其支撐薄膜以及其支撐面裝入(house)到LC面板之后，因此這些顯示方案也相對(duì)比較厚。該CCFL光源本身在處理時(shí)存在環(huán)境問(wèn)題，因?yàn)檫@些設(shè)備包含一定量的汞。為了補(bǔ)償基于CCFL的常規(guī)背光存在的均勻性和亮度問(wèn)題，在背光和顯示區(qū)域之間插入很多支撐薄膜，或在顯示區(qū)域之后防止許多支撐薄膜，例如相對(duì)高成本的反射偏振薄膜。眾所周知，和其它類型的光源相比，CCFL的光譜特征相對(duì)比較差。
對(duì)于背后應(yīng)用中的CCFL固有的困難和限制，推動(dòng)研究者開(kāi)發(fā)替代的背光方法。已提出很多使用發(fā)光二極管(LED)的方案。由于在LED亮度、輸出色彩以及總體性能方面的新發(fā)展以及成本持續(xù)下降，使得LED、激光以及固態(tài)光源具有特別的吸引力。但是，因?yàn)長(zhǎng)ED和激光作為點(diǎn)光源，所以需要使光線改變方向和使光線傳播的合適解決方案以提供背光所需的均勻光平面和提供必要的色彩均勻性。
一種使用LED提供背光照明的方法是使用陣列布置，如文件SID 2006摘要第1524-1527頁(yè)上所描述的M.Zeiler、J.Huttner、L.Plotz以及H.Ott的題為“Late-news PaperOptimization Parameters for LED Backlighting Solutions”。使用這種類型的解決方案，使用紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)LED的LED群集(cluster)陣列作為L(zhǎng)CD顯示器的背光。兩種群集描述為RGGB和RGB。同樣地，Deloy等人的題為“Method and Apparatus for Backlighting a Dual ModeLiquid Crystal Display”的美國(guó)專利號(hào)為6,789,921的專利中描述了用于儀表盤的陣列布置。但是，除了專門用途，例如一些類型的儀表盤和高端監(jiān)視器以及TV板，因?yàn)檩^差的顏色和亮度均勻，高零件計(jì)數(shù)器、高發(fā)熱以及尺寸需求方面的問(wèn)題，此陣列布置看來(lái)不是很有希望的。
光導(dǎo)已經(jīng)用于傳播點(diǎn)光源發(fā)出的光線，以形成線光源。例如，Kawai等人的題為“Light Guide，Illuminating Device Having the Light Guide，and ImageReading Device and Information Processing Apparatus Having the IlluminatingDevice”的美國(guó)專利號(hào)為5,499,112的專利公開(kāi)了使用具有沿其長(zhǎng)度分布的引出功能元件(extraction feature)的單一光導(dǎo)，將來(lái)自一個(gè)或多個(gè)LED的光改變方向?yàn)閽呙柩b置中的線。DuNah等人的題為“Lighting Panel”的美國(guó)專利號(hào)為5,400,224的專利描述了具有多光導(dǎo)的模制面板組件，該光導(dǎo)后表面上處理成具有隨機(jī)粗糙度以用于背光照明。
已經(jīng)提出了用于在沿光導(dǎo)板的較大的區(qū)域上重新分配LED光的很多解決方案。一個(gè)提出方案是由位于俄亥俄州布萊克斯維爾(Brecksville，OH)市的全球照明技術(shù)有限公司(Global Lighting Technologies Inc.)提出的微鏡(MicroLens)TM模制光導(dǎo)，即將單一LED發(fā)出的光傳播到整個(gè)較大發(fā)光面板上。同樣，Parker的題為“Light Emitting Panel Assemblies”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為2003/0123246的專利申請(qǐng)中給出了使用具有使光線改變方向進(jìn)入面板中的光學(xué)“畸形(deformities)”的多個(gè)點(diǎn)光源的小規(guī)模發(fā)光面板。
另一種類型的解決方案首先使LED、燈、或其它點(diǎn)光源發(fā)出的光線沿一條線直射(direct)，然后將光線傳播到整個(gè)面板上。例如，Tai等人的題為“LightExpanding System for Producing a Linear or Planar Light Beam from a Point-LikeLight Source”的美國(guó)專利號(hào)為5,835,661的專利描述了將一線光直射到發(fā)光面板上以在整個(gè)區(qū)域上分布的光束擴(kuò)展光導(dǎo)管。同樣，Cassarly等人的題為“EfficientLuminaire with Directional Side-Light Extraction”的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?005/0231973的專利申請(qǐng)中描述的光源布置使用了例如用于展覽品或陳列箱的具有光引出結(jié)構(gòu)的沿底板改變光的方向的光導(dǎo)管。作為這一方法的另一例子，Abe等人的題為“Illumination Device”的美國(guó)專利號(hào)為5,857,761的專利描述了將點(diǎn)光源光傳播進(jìn)入光輻射板的光導(dǎo)。
其它的背光解決方案使用柔性光學(xué)纖維使單一光源發(fā)出的光直射(direct)，然后經(jīng)過(guò)處理以傳播光線使其在LCD面板后面發(fā)射。例如，Kim等人的題為“Back Lighting Apparatus of Liquid Crystal Display Using Optical Fiber”的美國(guó)專利號(hào)為6,714,185的專利中和Kaschke的題為“Optical Fiber Light EmittingApparatus”的美國(guó)專利號(hào)為5,542,016的專利中描述了這種方法的不同版本。
如上述引用的例子證明，在提供LED背光方面作了大量的工作。然而，盡管已經(jīng)提出了很多解決方案，但是每一類型的解決方案其本身固有重大缺陷，尤其當(dāng)面對(duì)用于標(biāo)準(zhǔn)膝上型電腦或更大顯示板的背光問(wèn)題時(shí)。在Deloy等人的’921發(fā)明中提出的二維矩陣想要廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)是困難的，其成本相對(duì)較高、體積較大，并且容易存在均勻性問(wèn)題。在Kawai等人的’112發(fā)明中描述的光導(dǎo)布置對(duì)要求均勻光線的掃描裝置來(lái)說(shuō)是最優(yōu)的，而不是對(duì)于顯示器背光應(yīng)用。在DuNah等人的’224發(fā)明中描述的模制面板布置對(duì)于普通照明來(lái)說(shuō)足夠了，但是對(duì)于全彩色顯示應(yīng)用來(lái)說(shuō)容易出現(xiàn)均勻性問(wèn)題。以這種方法生產(chǎn)大型設(shè)備變得日益昂貴并且因?yàn)闊岷蜋C(jī)械應(yīng)力的緣故可能變形。更重要地，這種方法不能提供好的色彩混合并且不太適合使用固態(tài)光源的應(yīng)用。例如在Parker的’3246申請(qǐng)中描述的那樣，點(diǎn)光源到面板的構(gòu)造是不實(shí)用的并且用于大尺寸顯示器上時(shí)出現(xiàn)色彩和亮度的均勻性問(wèn)題。例如在Tai等人的’661發(fā)明中描述的那樣，光導(dǎo)到背板布置效率低，容易出現(xiàn)較差的均勻性，并且只適合用于相對(duì)小的顯示器。處理過(guò)的光學(xué)纖維的使用對(duì)小尺寸的手持式顯示器有利，但對(duì)于桌上型電腦或較大的顯示器設(shè)計(jì)是不實(shí)用的并且是無(wú)效的。
除了這些缺陷，傳統(tǒng)方法通常不能得到高質(zhì)量色彩成像，而高質(zhì)量色彩成像是LC顯示器的普遍化以及被人們接受所需要的。色域(color gamut)是一個(gè)對(duì)顯示器設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)具有特殊意義的重要考慮事項(xiàng)。傳統(tǒng)的CCFL提供一種可以為很多裝置所接受的色彩質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，即提供最高約70％的NTSC色域。盡管這可以為膝上型電腦和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器設(shè)備所接受，但其不符合全色TV顯示器所需。
與CCFL光源相比，LED和其它固態(tài)光源本身可以提供100％或更多的NTSC色域，這是因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬?duì)較高的光譜純度。為了提供這一擴(kuò)大的色域，需要三個(gè)或更多不同色彩的LED或其它固態(tài)光源。當(dāng)使用LED和其它固態(tài)光源時(shí)，為了支撐這一擴(kuò)展的色域，背光裝置需要高標(biāo)準(zhǔn)的色彩混合。如圖像顯示領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，當(dāng)使用固態(tài)光源時(shí)，如Red(R)、Green(G)和Blue(B)LED，很難達(dá)到好的色彩均勻水平。如上所述的使用較大面積光導(dǎo)板的傳統(tǒng)背光解決方案提供了相對(duì)差的色彩混合。
與較大尺寸顯示器的背光有關(guān)的其它難題包括低成本裝配、光效、亮度均勻性以及緊湊尺寸方面的需要。如早期所注意的，常規(guī)LED背光解決方案缺乏滿足這些附加要求所需要的性能。另外，這對(duì)消除所需的反射偏振器是格外有用的，這在均勻和亮度得到充分改善的情況下是可能的。
因此，需要一種LED背光方案，它可以便宜地制造、具有最小厚度、并且提供具有良好均勻性、高亮度和高功效水平的色彩混合。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)展背光照明領(lǐng)域以及提供需要利用固態(tài)光源優(yōu)點(diǎn)的高水平的色彩混合。本發(fā)明提供了一種使光線向顯示板直射的背光裝置，所述背光裝置包括 a)兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置，其中至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置設(shè)置為使光線向顯示板直射并且包括 (i)固體透明的伸長(zhǎng)的光通道，其沿基本上和顯示板平行且直接位于顯示板之下的照明平面延伸； (ii)用來(lái)向所述伸長(zhǎng)的光通道提供光線的相關(guān)固態(tài)光源； (iii)用來(lái)使光線從光通道向上改變方向到顯示板的光引出(extraction)元件；以及 b)光散射元件，用來(lái)使來(lái)自所述兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置的改變方向的光線均勻化，以提供背光照明。
本發(fā)明還提供背光裝置的多種變形以及使用該背光裝置的顯示器。本發(fā)明也公開(kāi)了提供光線的方法。本發(fā)明的特征在于提供了使用多照明通道的背光。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于使用固態(tài)光源為顯示器提供區(qū)域背光。本發(fā)明的裝置可升級(jí)并且尤其適合較大尺寸的LC面板。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于消除了光導(dǎo)板或者其它平面板的需求，這可有助于減少背光組件的成本和空間外形。
當(dāng)結(jié)合文中給出的并描述了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖時(shí)，對(duì)于那些閱讀下面詳細(xì)描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的這些或其它目的、特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。



圖1是本發(fā)明背光裝置的示意圖； 圖2是具有所述背光裝置的顯示裝置的示意圖； 圖3是一個(gè)實(shí)例的伸長(zhǎng)的照明裝置的示意圖； 圖4是示出了在伸長(zhǎng)的照明裝置的光導(dǎo)管一端的LED的平面圖； 圖5是在一個(gè)實(shí)例中的伸長(zhǎng)的光導(dǎo)管的示意圖； 圖6A和圖6B是不同實(shí)例中的伸長(zhǎng)的照明裝置的截面圖； 圖7A是使用本發(fā)明的伸長(zhǎng)的照明裝置和散射器的顯示裝置的側(cè)視圖； 圖7B是在照明路徑中具有附加校準(zhǔn)元件的顯示裝置的側(cè)視圖； 圖7C是具有混合光源配置的顯示裝置的側(cè)視圖； 圖8A示出了用于圖7B給出的實(shí)例的光發(fā)射、校準(zhǔn)以及散射的側(cè)視圖； 圖8B示出了用于圖7B給出的實(shí)例的菲涅耳(Fresnel)型圓柱透鏡校準(zhǔn)器的放大截面圖； 圖9、10、11和12是伸長(zhǎng)的照明裝置的不同可能排列方式的背光裝置的平面圖； 圖13是在燈箱中的伸長(zhǎng)的照明裝置的示意圖； 圖14是示出了任選支撐的伸長(zhǎng)的照明裝置的側(cè)視圖； 圖15是替代實(shí)例中的一對(duì)伸長(zhǎng)的照明裝置的側(cè)視圖； 圖16是具有用于其相關(guān)光源的反射表面的光導(dǎo)管的平面圖； 圖17是使用本發(fā)明背光的弧形(curved)顯示裝置的示意圖； 圖18是使用分色濾色器(dichroic)和反射面來(lái)獲得光線的一部分背光裝置的示意性方框圖； 圖19是使用分光鏡將不同光譜帶的光線合為一路的一部分背光裝置的示意性方框圖； 圖20是一個(gè)實(shí)施例中的一部分伸長(zhǎng)的照明裝置的縱向截面圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供了非常適合用于顯示用途的背光裝置，尤其適合用于例如那些應(yīng)用于LCD電視、醫(yī)用診斷顯示器、圖像顯示器以及軍用顯示器的LC顯示板。另外，本發(fā)明的背光裝置可用于適合固態(tài)照明的其它照明裝置。
在本發(fā)明的正文中，術(shù)語(yǔ)“固態(tài)光源”具有那些在照明領(lǐng)域的技術(shù)人員所接受的其傳統(tǒng)的含義，表示一種由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的發(fā)光源。固態(tài)光源例如包括發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)以及(聚合物發(fā)光二極管)PLED，也包括半導(dǎo)體激光器。一般來(lái)說(shuō)，這里使用的術(shù)語(yǔ)固態(tài)光源表示來(lái)自小的點(diǎn)狀光源的任意光源，但是發(fā)光遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)可以使得發(fā)出的光要么校準(zhǔn)要么散布(spread)，從而表現(xiàn)出非點(diǎn)狀的樣子。為了使光線混合成較寬的非點(diǎn)狀光源，可以一定方式排列幾個(gè)固態(tài)光源的陣列或與透鏡元件一起排列幾個(gè)固態(tài)光源的陣列。
在本發(fā)明的正文中，光線方向描述成向上(upwards)。因此，背光裝置從照明平面向上發(fā)光。術(shù)語(yǔ)“在……下面”和“在……上面”遵照此方向分配。顯示板是透射性空間光調(diào)制設(shè)備(spatial light-modulating device)，例如LC顯示設(shè)備或其它光閥(light valve)陣列。這里使用的關(guān)于照明裝置和光通道的術(shù)語(yǔ)線性或伸長(zhǎng)(elongated)表示長(zhǎng)度比寬度長(zhǎng)很多，通常表示顯示器一個(gè)(長(zhǎng)度)方向的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于另一(寬度)方向的長(zhǎng)度。這些術(shù)語(yǔ)包括直的或彎曲的方向，如蛇形線的(serpentine)。例子可包括如正方形、直線形、圓形、三角形多種截面端部形狀或者它們可以是兩個(gè)或多個(gè)形狀組合成的形狀。照明裝置或光通道的至少一個(gè)表面可包含將光通道的全反射引出或衰減(breakup)或改變方向的裝置。在某種意義上可采取這樣的裝置以提供均勻照明外觀。
圖1是本發(fā)明背光裝置10的光通道陣列12的透視圖。圖3示出了單一線性或伸長(zhǎng)的照明裝置14。光通道陣列12(圖1)排列有兩個(gè)或多個(gè)線性或伸長(zhǎng)的照明裝置14。如圖3所示，每個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14具有至少一個(gè)如LED、激光器、或其它表面發(fā)光光源的固態(tài)光源16，并且包含伸長(zhǎng)的光通道18和光引出元件20。在圖1和圖3的具體實(shí)例中，每個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14具有兩個(gè)固態(tài)光源16。如圖2所示，伸長(zhǎng)的光通道18的末端54或者具有反射性。
每個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14沿照明平面22延伸并改變向上改變光線的方向，使之向著顯示板24的方向，在圖1中該顯示板的一角以虛線輪廓示出，其包含顯示屏。顯示板24和照明平面22基本上是平行的。圖2的示意圖以頂視圖示出了板22和24。從光通道陣列12發(fā)出的光的初始方向是向上的，朝向顯示板24，與圖1、2以及后面附圖中的z軸方向基本一致。通過(guò)在這些圖中使用的xyz坐標(biāo)系統(tǒng)，伸長(zhǎng)的照明裝置14在與y軸大致相同的方向延伸并沿x軸通常按一定距離相互隔開(kāi)。圖像領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚地知道，伸長(zhǎng)的照明裝置14可正交設(shè)置，使得它們沿與x軸大致相同的方向延伸并沿y軸按一定距離相互隔開(kāi)。在隨后的描述和附圖中，示出了沿y軸延伸的情況，但也可使用正交排列。
一種類型的光導(dǎo)管、伸長(zhǎng)的光通道18的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其長(zhǎng)度L遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其寬度W或厚度T。優(yōu)選地，長(zhǎng)度L比寬度W大5倍。優(yōu)選地，寬度W和厚度T相互不同，且不超過(guò)因子2。在一個(gè)實(shí)例中，T和W的尺寸大致相等。使W和T的尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度L改善了色彩混合和均勻性，因?yàn)橹鄙涞缴扉L(zhǎng)的光通道18的光依靠全反射(TIR)在這種光導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播。因?yàn)槭褂昧薚IR，伸長(zhǎng)的光通道18是高效的，除了光引出元件20提供的預(yù)定方向之外具有非常低的光損耗。
固體伸長(zhǎng)的光通道18的剛性有助于提供更均勻的光輸出，因?yàn)檎彰髌矫?2和顯示板24之間的距離很好地保持不變。在本發(fā)明的正文中，描述性的術(shù)語(yǔ)“剛性”指這樣的元件，該元件由于其自身重量的原因而具有不可見(jiàn)的彎曲(bowing)或撓曲(bending)。這種布置也簡(jiǎn)化了將伸長(zhǎng)的光通道18裝配進(jìn)光通道陣列12。在截面圖中，伸長(zhǎng)的光通道18可以是正方形、矩形或圓形，或具有某種其他形狀。例如，為了改進(jìn)LED光源16發(fā)出的光混合，固體伸長(zhǎng)的光通道18可具有多種弧形(curved)側(cè)壁。如隨后的例子中所示，截面形狀或尺寸可根據(jù)伸長(zhǎng)的光通道18的長(zhǎng)度變化，使得伸長(zhǎng)的光通道18是錐形的，或者以別的方式改變其截面形狀。
圖4是伸長(zhǎng)的光通道18從側(cè)面看的平面圖，分別示出了紅色、綠色和藍(lán)色LED光源16r、16g、和16b的彩色三色排列。這種排列是特別有利的，使從每個(gè)RGB LED光源16r、16g和16b發(fā)出的光在伸長(zhǎng)的光通道18內(nèi)充分混合，從而獲得高度的色彩均勻性。如先前所述，在使用RGB LED的情況下獲得高水平的色彩均勻性是重要的挑戰(zhàn)。可選擇性地使用單一LED16，例如白光LED?；蛘撸墒褂酶郊拥牟噬獿ED以增加亮度或增強(qiáng)色域，例如提供RGGB排列或增加青色、橙色或其它色彩。如隨后所詳細(xì)描述的那樣，也可以是其它發(fā)光排列。
圖5是示出了在伸長(zhǎng)的光通道18的一小段內(nèi)的TIR反射的示意圖。如圖所示，來(lái)自LED16的光可從伸長(zhǎng)的光通道18的內(nèi)邊緣多次反射。一般來(lái)說(shuō)，需要高數(shù)量的反射次數(shù)；通過(guò)增加反射次數(shù)來(lái)獲得改進(jìn)的混合。因而，形成伸長(zhǎng)的光通道18使得其長(zhǎng)度至少為其寬度的10倍以上，有助于提供更均勻的色彩混合。
如圖6A和6B中的截面圖所示，伸長(zhǎng)的光通道18也可具有例如銀鏡表面等的反射表面30。任選的反射表面30使光線向顯示板24(圖2)改變方向。如圖6A所示，反射表面30可由空氣間隙32與伸長(zhǎng)的光通道18隔開(kāi)，或者如圖6B所示可形成在伸長(zhǎng)的光通道18上與光通道18形成整體。
圖7A、7B和7C示出了顯示裝置40的不同實(shí)例中對(duì)應(yīng)于圖1中切面A-A所示視圖的截面圖，所述顯示裝置40具有本發(fā)明光通道陣列12的背光裝置10。背光裝置10包括用于改進(jìn)均勻性的散射器34，并且可包含一個(gè)或多個(gè)可能具有一個(gè)或多個(gè)膠粘劑層的任選光管理薄膜42。顯示板24可以是LC顯示板。發(fā)出的光線E主要從照明平面22直射到顯示板24。伸長(zhǎng)的照明裝置14安裝在具有反射側(cè)壁和后壁的燈箱38之內(nèi)，使用散射或鏡面反射器或涂層產(chǎn)生發(fā)射。因此伸長(zhǎng)的照明裝置14懸掛于燈箱38的后反射面39之上。
散射器34可以是使用顏料、空氣空隙或內(nèi)部玻璃珠的體型散射器?；蛘?，散射器34可以是表面型散射器，例如，具有透明粘合劑的單一或多種尺寸珠子的珠狀(beaded)表面。也可使用菲涅耳透鏡型散射器。
圖7B示出了附加到顯示裝置40上的校準(zhǔn)器36。校準(zhǔn)器36可使用給出的坐標(biāo)體系相對(duì)xz平面校準(zhǔn)發(fā)出的光線。在一個(gè)實(shí)例中，校準(zhǔn)器36是在xz平面具有一光功率而在正交(y)方向上具有零光功率的圓柱形菲涅耳透鏡陣列。校準(zhǔn)器36的其它選擇包括圓柱形透鏡陣列、全息結(jié)構(gòu)、TIR透鏡陣列或棱鏡陣列。校準(zhǔn)器36應(yīng)具有足夠的硬度以在離照明平面22合適的距離上支撐自身并且為了這個(gè)目的可要求附加支撐物(未示出)。
圖7C示出了在背光裝置10內(nèi)具有混合照明配置的顯示裝置40的實(shí)例。這里，沿伸長(zhǎng)的照明裝置14設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)燈44，例如CCFL光源。燈44可提供白光或可提供特定顏色的光，例如綠光，這些光可能是一些LED所缺少的。
光管理薄膜42可包括多種光增強(qiáng)薄膜或亮度增強(qiáng)薄膜(BEF)，例如維庫(kù)迪(Vikuiti)TM薄層亮度增強(qiáng)薄膜，其是3M，St.Paul MN的產(chǎn)品。也可以提供偏光鏡，例如反射偏光鏡。
圖8A的側(cè)視圖示出了當(dāng)使用校準(zhǔn)器36時(shí)光線怎樣從伸長(zhǎng)的照明裝置14射出。從伸長(zhǎng)的照明裝置14射出的光線通常朝顯示板24的方向，并且在一角度范圍射出。優(yōu)選地，伸長(zhǎng)的照明裝置14的光發(fā)射表面靠近校準(zhǔn)器36的焦平面。光傳播至校準(zhǔn)器36，所述校準(zhǔn)器36使光線相對(duì)顯示板24向法線方向改變方向。散射器34隨后將校準(zhǔn)后的光線以一小角度范圍散開(kāi)，以為顯示板24提供更均勻的背光。圖8B示出了例如可用于圖7B實(shí)例中的菲涅耳型圓柱透鏡校準(zhǔn)器36的放大橫截面圖。
在光通道陣列12中的伸長(zhǎng)的照明裝置14可以按許多構(gòu)造中的任一種分布，如圖9、10、11和12的實(shí)例的平面圖所示。在圖9所示的排列中，伸長(zhǎng)的照明裝置14在顯示板24的整個(gè)寬度上延伸并且在x方向上相互間以各種距離分布。這里，每個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14具有兩個(gè)光源16，每一端分布一個(gè)。在圖10和11中，伸長(zhǎng)的照明裝置14沒(méi)有在顯示板24的整個(gè)寬度上延伸，而且根據(jù)顯示板24的需要可具有相等或不等的長(zhǎng)度。不具有相應(yīng)光源16的末端54可以是反射性的。例如與圖11相似的排列可提高均勻性，因?yàn)楹茈y在發(fā)出的光線中檢測(cè)圖案。
可基于各種因素(例如所需的亮度、面積以及均勻性)改變相鄰的伸長(zhǎng)的照明裝置14之間的間距。相鄰的伸長(zhǎng)的照明裝置14可以是鄰近的，但不光學(xué)耦合。
圖12的排列示出了具有蛇形線延伸外形的伸長(zhǎng)的照明裝置14?？梢杂泻芏嗵娲帕蟹绞剑⑶铱纱嬖谶@樣的顯示器實(shí)例，其可促進(jìn)稍微彎曲的伸長(zhǎng)的照明裝置14的延伸。
圖13的示意圖示出了具有燈箱38的實(shí)例，所述燈箱38可放置伸長(zhǎng)的照明裝置14。在本文中，燈箱38具有用于將光線直射入每個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14的孔46?？?6也可用來(lái)使伸長(zhǎng)的照明裝置14定位，在那里伸長(zhǎng)的照明裝置14的一部分通過(guò)這個(gè)孔伸出(protrude)。如先前所述，也可在燈箱38內(nèi)提供反射面48。在燈箱38內(nèi)也可提供其它透光結(jié)構(gòu)。圖14的側(cè)視圖示出了在燈箱38內(nèi)使用的一對(duì)支柱52，所述支柱可使伸長(zhǎng)的光通道18相對(duì)照明板22保持水平且定位。
填充系數(shù)(fill factor)是獲得所需亮度等級(jí)的重要考慮事項(xiàng)，也是使用具有不同波長(zhǎng)的光源16時(shí)混合光譜組件的重要考慮事項(xiàng)?？筛鶕?jù)一個(gè)或多個(gè)光源16(所述光源16將光射進(jìn)光通道18)的表面積與光通道18的入射光表面積之比計(jì)算每個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14的填充系數(shù)?？筛鶕?jù)伸長(zhǎng)的照明裝置14的發(fā)射面積之和與本裝置照明平面22的表面積之比計(jì)算背光裝置10的填充系數(shù)。
光源 每個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14具有至少一個(gè)獨(dú)立的固態(tài)光源16。固態(tài)光源16可以是獨(dú)立的，因?yàn)槠渲粚⒐饩€傳送到與其相對(duì)應(yīng)的光通道18，而不是傳送到多個(gè)光通道18。
如先前所知，固態(tài)光源16可以是LED。由于LED具有高亮度和好的光譜特性，所以LED是優(yōu)選的。假設(shè)直射光在窄波長(zhǎng)帶內(nèi)發(fā)射，這樣LED能提供超過(guò)傳統(tǒng)光源的改善色域的照明。例如當(dāng)與LCD板一起使用時(shí)，CCFL光源提供大約NTSC色域的70％。LED光源可獲得NTSC色域的100％或比NTSC色域更大。由于LED可以快速地脈沖激發(fā)，所以它們也是優(yōu)選的。
本發(fā)明的光通道18為L(zhǎng)ED提供了高度的色彩混合。與光導(dǎo)板以及其它的傳統(tǒng)解決方案不一樣，光通道18具有相對(duì)窄的寬度。當(dāng)光線沿光通道18提供的路徑傳播時(shí)，這種設(shè)置產(chǎn)生很多次的反射。于是產(chǎn)生了TIR。可在光通道18的一端或兩端將紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)的LED設(shè)置為RGB三色LED。或者，可使用具有多于一個(gè)的單色或多色LED的RGGB排列以提高綠光水平。另外，R、G和B LED可分布在光通道18的不同端，使得例如單個(gè)光通道18在其一端具有紅色和綠色LED而在另一端具有綠色和藍(lán)色LED。可選地，第四LED(例如白光LED或其它顏色的LED)可設(shè)置在光通道18的一端或兩端。在另一實(shí)例中，每個(gè)單獨(dú)的光通道18可具有單色光源16，使得例如三個(gè)相鄰的光通道18分別具有紅色、綠色和藍(lán)色LED。
可以使用分色濾色器使光線直射入單獨(dú)的伸長(zhǎng)的光通道18。參考圖18，對(duì)于背光裝置10的一部分，多色光源50使光線經(jīng)過(guò)分色濾色器56和58(它們分別反射藍(lán)色和綠色波長(zhǎng))，進(jìn)入到獨(dú)立的光通道18。然后紅光從反射器60反射到另一個(gè)光通道18。如虛線輪廓所示，以這種方式布置的伸長(zhǎng)的照明裝置14包含的反射面(如分色濾色器56)以及伸長(zhǎng)的光通道18。分色濾色器56和58可由振幅或偏振分束器(splitter)替代。在另一實(shí)例中，如圖19所示，使用振幅或偏振分束器64使分別來(lái)自紅色、綠色以及藍(lán)色光源16r、16g和16b的光結(jié)合，使得此結(jié)合光射進(jìn)光通道18。
光源16可以連續(xù)亮著(be on)，這樣可向顯示板24提供混合RGB或白光?；蛘?，可能是連續(xù)顏色背光配置。在一實(shí)例中，通過(guò)依次激活相應(yīng)光源16，可迅速地從背光裝置80循環(huán)R、G和B。另外，可提供線性掃描，沿背光裝置10表面以滾動(dòng)次序提供R、G和B或其它顏色。然后，顯示板24可按照同樣的次序激活相應(yīng)像素行或列，提供連續(xù)的調(diào)制色。這樣的配置將不需要具有例如LC顯示器的彩色濾光陣列?？墒褂霉庠?6的定時(shí)激活來(lái)可選擇地提供例如青色、洋紅色和黃色等混合色。
本發(fā)明的伸長(zhǎng)的照明裝置14或者可與激光光源一起使用。對(duì)于某些類型的顯示應(yīng)用來(lái)說(shuō)，激光光源的相對(duì)光譜純度和快速響應(yīng)時(shí)間使激光具有吸引力。激光的高亮度和高光功率級(jí)可允許單個(gè)光源來(lái)照亮多個(gè)伸長(zhǎng)的光通道18，例如使用圖18中所示的配置。
圖16示出了一個(gè)可選擇的配置，其中光源16r、16g以及16b由例如可以是拋物面反射鏡的弧形反射面66支撐。這種配置有助于使從一個(gè)或多個(gè)LED光源發(fā)出的光射入光通道18。
可與伸長(zhǎng)的照明裝置14一起使用的可選擇光源可包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)和(聚合物發(fā)光二極管)PLED。
光通道 伸長(zhǎng)的光通道18由高透明材料制成，所述高透明材料包括各種類型的玻璃，例如層壓的安全玻璃。可以使用的塑料包括PMMA、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚砜、聚烯烴、環(huán)烯及其共聚物。光通道18可具有添加劑，以改善熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。該材料的透光率應(yīng)超過(guò)大約90％。除了專門經(jīng)過(guò)加工的地方外，光通道18的表面應(yīng)當(dāng)光學(xué)拋光。因?yàn)槠淞己玫墓鈱?dǎo)屬性，因此首選高折射指數(shù)n。
在制造過(guò)程中，光通道18可擠壓成型或注模成型或溶劑成型。例如通過(guò)加熱和拉伸對(duì)材料進(jìn)一步調(diào)節(jié)，對(duì)獲取外形穩(wěn)定性是有益的。
高硬度或高剛性有利于提供作為較大的背板裝置10的模塊部件的光通道18。高硬度可以使處理簡(jiǎn)單并且簡(jiǎn)化光導(dǎo)管陣列12的組裝。優(yōu)選硬度超過(guò)10mN?？墒褂脢A具(clip)、支架或其它的支持物以防止長(zhǎng)度較長(zhǎng)的光通道18下垂或彎曲，如參考圖14所描述的那樣。光通道18應(yīng)當(dāng)具有足夠抑制彎曲的寬度W。如果需要，可使用附加支撐結(jié)構(gòu)以防止側(cè)彎。
在本發(fā)明裝置的實(shí)例中，光通道18以一定距離和光源16分隔開(kāi)。但是，也可以將光源16嵌入(embed)到伸長(zhǎng)的光通道18之內(nèi)。
光引出功能元件 有很多用于光引出元件20的實(shí)例。伸長(zhǎng)的照明裝置14的光引出元件20的基本功能是引出由TIR引導(dǎo)的光線，并且使光從伸長(zhǎng)的光通道18射出。這可以通過(guò)很多方式實(shí)現(xiàn)，包括下面的方式 (i)處理光通道18以形成發(fā)射面。表面處理類型包括沿伸長(zhǎng)的光通道18的邊緣，沿朝向顯示器的表面形成光引出結(jié)構(gòu)。例如，一個(gè)方法是沿長(zhǎng)度方向L形成棱鏡結(jié)構(gòu)陣列。使用的微觀結(jié)構(gòu)可以是棱鏡陣列、棱錐陣列、半球陣列、或其它定義明確的幾何形狀以阻止TIR。這些可包括倒置的、形成單獨(dú)元件的、或排列成列的頂部或底部發(fā)射結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)可以模制或形成不同的形狀和大小，作為離開(kāi)光源距離的函數(shù)。這個(gè)方法的一個(gè)例子在先前引用的Tai等人的美國(guó)專利號(hào)為5,506,929的專利中給出。伸長(zhǎng)的光通道18的表面也可以是粗糙的或拋光的，以提供光引出元件20?？墒褂脡杭y或壓力以形成光引出裝置。
(ii)光引出薄膜組件的應(yīng)用。在共同轉(zhuǎn)讓的Lee等人的題為“BrightnessEnhancement Film Using A Linear Arrangement Of Light Concentrators”的美國(guó)專利申請(qǐng)20050270798中描述了一個(gè)可能用于此目的的薄膜，該專利申請(qǐng)?jiān)诖艘米鳛閰⒖?。例如，光引出薄膜條可用例如粘合劑施加到伸長(zhǎng)的光通道18的表面。使用的粘合劑可以是壓敏或熱敏型，并且可使用紫外線或電子束射線固化?；蛘呖墒褂没瘜W(xué)交聯(lián)材料如環(huán)氧樹(shù)脂類。LCD顯示用途通常需要能經(jīng)受寬溫度范圍(-40至85C)的粘合劑。優(yōu)選能經(jīng)受較高溫度范圍(60-85攝氏度)和較高相對(duì)濕度(95％@65C)的粘合劑。較好具有高度的透光性?？墒褂锰砑觿└淖冋澈蟿┑恼凵湎禂?shù)?？梢允褂眉?xì)末端分配器(dispenser)或熱溶性粘合劑分配器以使薄膜組件的一部分粘結(jié)到側(cè)壁(朝向顯示板或面射向光通道18的發(fā)光側(cè))。在制造過(guò)程中，光通道18可以并排放置，隨后薄膜粘結(jié)到一個(gè)表面上，然后經(jīng)過(guò)整理和分隔，或與附著薄膜一起封裝和使用。任何粘性的附著材料應(yīng)當(dāng)仔細(xì)選擇，使得其在高熱環(huán)境下不彎曲。
任選地，伸長(zhǎng)的照明裝置14的發(fā)光表面可構(gòu)造成在其上形成光引出功能元件。光通道18的一部分可模制(mold)，例如使用輥或其它處理工具來(lái)形成使光改變方向的微觀結(jié)構(gòu)。如果伸長(zhǎng)的照明裝置14是注塑成型的，可形成作為模子一部分的表面光引出結(jié)構(gòu)(它們的陰模)。然后，當(dāng)注入并冷卻聚合物時(shí)，光引出結(jié)構(gòu)變?yōu)樯扉L(zhǎng)的照明裝置14的整體部分。
(iii)打印點(diǎn)(printed dot)。沿與其光發(fā)射面對(duì)置的光通道18的基座部分打印的反射點(diǎn)圖案可用來(lái)使光線從光通道18向外改變方向。打印點(diǎn)可具有不同的密度和大小，有助于提供更均勻的光輸出。使用這種方法的光引出技術(shù)的例子包括先前引用的Abe等人的美國(guó)專利5,857,761中描述的內(nèi)容。
(iv)伸長(zhǎng)的光通道18成形過(guò)程。光通道18可具有錐形輪廓。在一個(gè)實(shí)例中，光通道18是錐形的，并且在顯示平面24的整個(gè)寬度上延伸。圖15的側(cè)視圖示出了使用兩個(gè)錐形光通道18的另一種排列方式。末端54可具有反射涂層，或者可光耦合到相鄰的光通道18，使得兩個(gè)延長(zhǎng)的照明裝置14共享一些相同的光線，并沿相同的直線延伸。
(iv)體散射(volume-scattering)。作為另一選擇，由于折射率失配，可將微米級(jí)的粒子散布在光通道18內(nèi)以產(chǎn)生散射。
(v)內(nèi)鏡。如Wang等人的題為“Modular，High-Intensity Fiber Optic Backlightfor Color Displays”的美國(guó)專利6,104,371中所描述的那樣，可通過(guò)在光導(dǎo)內(nèi)形成的反射結(jié)構(gòu)中斷TIR。
也可以使用上述所列的(i)至(v)這些類型的處理方式的結(jié)合。光引出功能元件可以是獨(dú)立的元件。為了沿光通道18的長(zhǎng)度方向提供均勻的光發(fā)射，耦合區(qū)域的大小和密度可作為從固態(tài)光源16沿光通道18的距離的函數(shù)而改變。例如，當(dāng)在光通道18的每一端都有LED光源16時(shí)，光引出功能元件在中心部分的分布密度比朝向末端的部分高。或者，光引出元件20的分布密度可在一個(gè)方向大體上連續(xù)。
可在不止一個(gè)表面上提供光引出。光通道18離LCD以及輸出表面最遠(yuǎn)的對(duì)置側(cè)通常提供光滑表面，以防止漏光，但也可以對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造、處理、或使其變粗糙以提高光引出量。
光引出元件20可模制、壓印(emboss)、壓制、粘附、或?qū)訅旱焦馔ǖ?8的側(cè)面上，所述側(cè)面面對(duì)顯示板24或其它光輸出側(cè)面。光引出元件20也可包括偏振元件，以從光通道18引出偏振光。
監(jiān)測(cè)色彩偏移 LED和其它類型的固態(tài)光源相關(guān)的一個(gè)眾所周知的問(wèn)題涉及光譜穩(wěn)定性和精確性，其可引起某種程度的色彩偏移。如圖3和圖9所示，可提供任選的色彩傳感器62作為一個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14的組件。色彩傳感器62可用于補(bǔ)償例如可能由于老化、受熱、或者由于LED或其它類型的光源16之間制造的不同而產(chǎn)生的色彩偏移的控制回路(control loop)中。任選地，可調(diào)節(jié)離特定的光導(dǎo)管最近的像素的圖像數(shù)據(jù)以補(bǔ)償檢測(cè)到的色彩偏移。
系統(tǒng)考慮 通過(guò)使用當(dāng)前可獲得的很多設(shè)備中的任意一個(gè)，本發(fā)明的伸長(zhǎng)的照明裝置14能提供2000-6000尼特或更高的高亮度水平。在高能量水平中，在一些應(yīng)用中LED的熱量累積是一個(gè)問(wèn)題。背光裝置10可提供一個(gè)或多個(gè)散熱器、冷卻風(fēng)扇、或其它機(jī)械裝置，以在工作過(guò)程中驅(qū)散多余的熱量。優(yōu)選地，當(dāng)使用本發(fā)明的裝置和方法時(shí)，散熱組件可沿顯示裝置的周圍邊緣設(shè)置，遠(yuǎn)離LCD面板。
圖17示出了具有弧形顯示板24的顯示裝置40的一個(gè)示例性實(shí)例。在本文中，在光通道陣列12中的伸長(zhǎng)的照明裝置14提供的照明不以平面形式提供，而是沿弧形表面提供，光沿z’、z”和z”’軸改變方向，它們中的每一個(gè)軸與顯示板24的弧形表面正交，通常稱為“分段平行(piece parallel)”排列(arrangement)。當(dāng)這種排列對(duì)一些類型的LC組件來(lái)說(shuō)可能不是最佳的時(shí)候，如圖所示，具有某種程度彎曲的背光裝置10可以與其它類型的透射光調(diào)制組件一起使用。
實(shí)施例 一個(gè)實(shí)例使用丙烯酸光導(dǎo)管作為光通道18，通常橫截面為1/4平方英寸。光導(dǎo)管具有高透明度，并且在所有側(cè)面和末端均經(jīng)過(guò)光學(xué)拋光。為了形成光通道18，將較大的丙烯酸方條(bar)(0.25英寸×0.25英寸×6英尺)鋸成14英寸的段，并且末端在車床上拋光。將一光引出薄膜粘結(jié)到具有UV環(huán)氧樹(shù)脂的光通道18的一個(gè)表面上，使用噴射器分配以沿光通道18的長(zhǎng)度向下形成均勻的窄環(huán)氧樹(shù)脂珠(bead)。然后在UV燈下處理粘合劑。
LED陣列用作光源16。多模RGB LED安裝在與光通道18靠得很近的位置。這些多模LED在單個(gè)封裝中包含一個(gè)紅色、一個(gè)藍(lán)色和兩個(gè)綠色管芯(die)(歐斯拉姆奧斯塔(OSRAM OSTAR)發(fā)射設(shè)備，LE ATB A2A類型，來(lái)自歐斯拉姆(OSRAM)公司)。這些設(shè)備可單獨(dú)開(kāi)啟，且每個(gè)管芯的亮度由單獨(dú)電流源控制。
伸長(zhǎng)的照明裝置14的另一實(shí)例如圖20中的縱向截面所示，不成比例。為了固定光引出薄膜76作為光引出元件20，使用微頭分配器將UV粘合劑(諾蘭德(Norland)UV環(huán)氧樹(shù)脂)70施加到光通道18的一側(cè)。要注意僅施加足夠的單體，這樣當(dāng)施加光引出薄膜結(jié)構(gòu)時(shí)，其使表面均勻潤(rùn)濕，以將光引出薄膜組件粘附到光通道18上。光引出薄膜組件層壓到光通道18上，然后暴露于UV源以與粘合劑交聯(lián)。用具有單獨(dú)棱鏡元件的微觀結(jié)構(gòu)的倒置棱鏡薄膜制成光引出薄膜結(jié)構(gòu)，向末端的微觀結(jié)構(gòu)的倒置棱鏡薄膜分布少于在中間的微觀結(jié)構(gòu)的倒置棱鏡薄膜。倒置棱鏡薄膜部分嵌入到大約8微米厚的聚氨酯粘合劑74中。粘合劑預(yù)先涂到5密爾厚的聚酯片材72上，并且在華氏230度的條件下熱層壓，以將棱鏡片材粘附到涂有粘合劑的聚酯片材72的一側(cè)。在熱層壓過(guò)程中，由于熱交換，所述棱鏡嵌入大約10微米。
具有大約2.5英寸焦距的線性校準(zhǔn)菲涅耳薄膜放置在光通道18的頂部，所述光通道18的空氣間隙約等于薄膜的焦距。一系列圖像說(shuō)明了具有良好空間均勻性的高亮度。單獨(dú)點(diǎn)亮LED以產(chǎn)生R、G、B照明，然后將其混合在一起形成良好混合的白LED光。
美國(guó)專利號(hào)為6,425,675、以及美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?004/0223691和US2004/0179776的文獻(xiàn)在此引入作為參考。
實(shí)施例 使用相似固態(tài)光源的情況下，將配置成本發(fā)明光通道18的光導(dǎo)管的色彩均勻性比得上光導(dǎo)板(LGP)的色彩均勻性。光導(dǎo)管由PMMA構(gòu)成并且具有6平方毫米的截面積以及245毫米的長(zhǎng)度。光引出薄膜粘附到光導(dǎo)管的頂側(cè)。光引出薄膜具有部分嵌入到光學(xué)透明粘合劑層中的棱鏡部件，該光學(xué)透明粘合劑層構(gòu)成緊靠于空氣區(qū)域的聚合物區(qū)域。粘合劑(約10微米厚)涂覆在聚酯薄膜片材上。然后使用光學(xué)透明粘合劑將聚酯薄膜粘附到光導(dǎo)管的頂側(cè)。
LED陣列位于光導(dǎo)管的每一端。當(dāng)輸出光線離開(kāi)光引出薄膜時(shí)測(cè)量該輸出光線。測(cè)量在LED和靠近光導(dǎo)管的橫向中心(大約距光導(dǎo)管邊緣3mm)之間的位于大約中間的點(diǎn)作為樣本1。選擇靠近邊緣的第二點(diǎn)作為樣本2，并且和中心點(diǎn)比較色彩均勻性。
出于比較的目的，選擇相同材料、厚度和長(zhǎng)度的光導(dǎo)板。LGP的寬度是光導(dǎo)管的幾倍。以用于光導(dǎo)管的所述相同方式將相同類型的光引出薄膜應(yīng)用到LGP。LGP在每一端使用相同的LED光源。選擇位于LED之間的中間點(diǎn)作為樣本11。也對(duì)一對(duì)樣本11(mm，以毫米為單位)中的對(duì)比點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并且作為樣本12進(jìn)行比較。
使用標(biāo)準(zhǔn)的CIE 1931色彩空間對(duì)光導(dǎo)管和光導(dǎo)板的色彩偏移進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)如下方式對(duì)整個(gè)可見(jiàn)光譜積分得出光的三色值

， 其中

和

分別是紅、綠和藍(lán)色譜的匹配函數(shù)。k是常量并且λ是波長(zhǎng)。P(λ)是光譜并且I(λ)是標(biāo)準(zhǔn)光源?；鶞?zhǔn)三色值給出色度坐標(biāo)，如下所示 x+y+z＝1 表1列出了相關(guān)參數(shù)的測(cè)量及結(jié)果。為了在三色空間中比較光通道18的導(dǎo)光管和光導(dǎo)板(LGP)的色彩均勻性，光導(dǎo)管(樣本2對(duì)樣本1)的Δx和Δy的值的平方和的平方根與LGP(樣本12對(duì)樣本11)的同樣值進(jìn)行比較。結(jié)果在表1的Δ色彩行中示出。對(duì)于光導(dǎo)管，較低的Δ色彩值表示更均勻的色彩。在本文中，光導(dǎo)管的均勻性約是LGP20倍或更大。這樣光導(dǎo)管的使用提供了超過(guò)LGP的改善的色彩混合。
表1
表1注解 Δx＝x樣本2，-x樣本1，Δy＝y(tǒng)樣本2，-y樣本1 Δ色彩＝(Δx^2+Δy^2)的平方根 本發(fā)明的裝置提供了高度的光引出，將至少50％的LED光向外射向顯示板24。相比早期的背光方法，本發(fā)明的裝置提供了改進(jìn)的光混合。使用紅、綠和藍(lán)LED可獲得超過(guò)可見(jiàn)光譜區(qū)的高色彩空間均勻性。對(duì)于專業(yè)用途，可使用比可見(jiàn)光更長(zhǎng)或更短的波長(zhǎng)?？商峁﹥?yōu)于80％的亮度均勻性。優(yōu)選地，本發(fā)明的背光裝置10可提供足夠的亮度使得其不需要光導(dǎo)板并且將為了增強(qiáng)亮度和光偏振所需的支撐薄膜的需要減少到最小。由多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置14構(gòu)成的背光裝置10很容易升級(jí)，使本方案尤其適合較大尺寸的顯示板。通過(guò)使用附加的伸長(zhǎng)的照明裝置14可將較大的顯示板簡(jiǎn)單地支撐起來(lái)。同時(shí)，由于其較低的空間外形，本方案有助于減少顯示設(shè)備的整體厚度。
通過(guò)參考其上確定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，有效的變化和修改也在如上所述的本發(fā)明的范圍之內(nèi)，并且如所附權(quán)利要求書所注解，只要本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不背離本發(fā)明的范圍。例如，本發(fā)明的方法可使用具有多種類型或色彩的光源的任一種?？商峁┒喾N光調(diào)節(jié)元件的任一種作為背光裝置10的一部分，例如包括用于光成形、光校準(zhǔn)、光傳播、光偏振、以及光循環(huán)的裝置。
盡管說(shuō)明書已特別地指出并清楚地要求本發(fā)明的主旨，以權(quán)利要求書結(jié)束，相信當(dāng)參考附圖時(shí)通過(guò)下面的描述將更好地理解本發(fā)明，其中該描述所涉及的專利和其它公開(kāi)文獻(xiàn)在此全部引入作為參考。
元件列表 10.背光裝置 12.光導(dǎo)管陣列 14.伸長(zhǎng)的照明裝置 16、16r、16g、16b.光源；光源，紅色；光源，綠色；光源，藍(lán)色 18.光通道 20.光引出元件 22.照明平面 24.顯示板 28.光引導(dǎo)結(jié)構(gòu) 30.反射表面 32.空氣間隙 34.散射器 36.校準(zhǔn)器 38.燈箱 39.反射表面 40.顯示裝置 42.光管理薄膜 44.燈 46.孔 48.反射表面 50.光源 52.支柱 54.末端 56、58.分色濾色器 60.反射器 62.傳感器 64.分束器 66.反射面 70.粘合劑 72.聚酯片材 74.粘合劑 76.光引出薄膜 E.發(fā)出的光線 L.長(zhǎng)度 T.厚度 W.寬度 x、y、z、z’、z”、z”’.坐標(biāo)軸
權(quán)利要求
1、一種用于使光線射向顯示板的背光裝置，包括
a)兩個(gè)或更多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置，其中至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置設(shè)置成使光線射向顯示板，并且包括
(i)固態(tài)透明的伸長(zhǎng)的光通道，所述光通道沿基本平行于顯示板的照明平面延伸且直接位于顯示板之下；
(ii)相關(guān)固態(tài)光源，用來(lái)向所述伸長(zhǎng)的光通道提供光線；
(iii)光引出元件，用來(lái)使光線從光通道向上改變方向以朝向顯示板；以及
b)光散射元件，用來(lái)使所述兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置發(fā)出的改變方向的光線均勻化，以提供背光照明。
2、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述至少一個(gè)固態(tài)光源選自LED、OLED、PLED和激光器。
3、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述光引出元件是薄膜。
4、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述光引出元件形成在所述伸長(zhǎng)的光通道表面上。
5、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括設(shè)置在所述兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置和光散射元件之間的校準(zhǔn)器。
6、如權(quán)利要求5所述的背光裝置，其特征在于所述校準(zhǔn)器是圓柱形菲涅耳透鏡。
7、如權(quán)利要求5所述的背光裝置，其特征在于所述校準(zhǔn)器選自圓柱形透鏡陣列、全息結(jié)構(gòu)、TIR透鏡陣列以及棱鏡陣列。
8、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包含用于引導(dǎo)固態(tài)光源發(fā)出的光線的弧形反射面。
9、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述光引出元件包含反射點(diǎn)。
10、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述伸長(zhǎng)的光通道是錐形。
11、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括位于伸長(zhǎng)的光通道一端的反射表面。
12、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置基本上在照明平面的整個(gè)寬度或長(zhǎng)度上延伸。
13、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置具有弧形部分。
14、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包含耦合至伸長(zhǎng)的光通道的光傳感器。
15、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括沿伸長(zhǎng)的光通道的至少一部分延伸的反射表面。
16、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置具有多個(gè)固態(tài)光源。
17、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括用于向顯示板反射光線的發(fā)射表面，所述反射表面與所述兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置隔開(kāi)。
18、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于對(duì)至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置來(lái)說(shuō)，在伸長(zhǎng)的光通道的每一端有至少一個(gè)固態(tài)光源。
19、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述光引出元件包括沿所述伸長(zhǎng)的光通道的長(zhǎng)度改變分布密度的微觀結(jié)構(gòu)。
20、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述伸長(zhǎng)的光通道是方形、矩形或圓形截面。
21、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括一個(gè)或多個(gè)分束器，所述分束器用于使至少一個(gè)固態(tài)光源發(fā)出的光線射進(jìn)伸長(zhǎng)的光通道。
22、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括一個(gè)或多個(gè)燈光源。
23、如權(quán)利要求1所述的背光裝置，其特征在于所述伸長(zhǎng)的光通道的長(zhǎng)度超過(guò)其截面寬度的十倍。
24、一種顯示裝置，包括
a)液晶顯示板；
b)背光裝置，用于向液晶顯示板提供背光照明，所述背光裝置包括多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置，其中至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置包括
(i)固態(tài)透明的伸長(zhǎng)的光通道，沿基本平行于顯示板的照明平面延伸并且直接位于顯示板之下；
(ii)至少一個(gè)獨(dú)立的固態(tài)光源，用來(lái)使光線射到所述伸長(zhǎng)的光通道；
(iii)光引出元件，用來(lái)使光線從光通道向上改變方向并朝向顯示板。
25、如權(quán)利要求24所述的顯示裝置，其特征在于所述顯示裝置還包括提供至少一個(gè)功能的光調(diào)節(jié)元件，所述至少一個(gè)功能選自光成形、光校準(zhǔn)、光傳播、光偏振以及光循環(huán)。
26、如權(quán)利要求25所述的顯示裝置，其特征在于所述光調(diào)節(jié)元件包括粗糙表面、珠形表面或微觀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)。
27、一種用于使光線射向顯示板的背光裝置，包括
a)兩個(gè)或更多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置，其中至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置使光線射向顯示板，并且包括
(i)伸長(zhǎng)的光通道，沿基本平行于顯示板的照明平面延伸；
(ii)至少一個(gè)固態(tài)光源，用于向伸長(zhǎng)的光通道提供光線，其中所述固態(tài)光源提供多種不同顏色的光；
(iii)光引出元件，用來(lái)使光線從光通道向外改變方向以朝向顯示板；以及
b)光散射元件，用來(lái)使所述兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置發(fā)出的改變方向的光線均勻化以提供背光照明。
28、如權(quán)利要求27所述的背光裝置，其特征在于所述固態(tài)光源提供紅光、綠光和藍(lán)光。
29、如權(quán)利要求27所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括提供至少一個(gè)功能的光調(diào)節(jié)元件，所述至少一個(gè)功能選自光成形、光校準(zhǔn)、光傳播、光偏振以及光循環(huán)。
30、如權(quán)利要求27所述的背光裝置，其特征在于所述光調(diào)節(jié)元件包括粗糙表面、珠形表面或微觀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)。
31、一種用于使光線射向顯示板的背光裝置，包括
a)固態(tài)光源；
b)兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置，其中至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置使至少一個(gè)固態(tài)光源發(fā)出的光線射向顯示板，并且包括
(i)伸長(zhǎng)的光通道，沿基本平行于顯示板的照明平面延伸；
(ii)反射表面，用于使固態(tài)光源發(fā)出的一部分光線射進(jìn)伸長(zhǎng)的光通道；
(iii)光引出元件，用來(lái)使光線從光通道向外改變方向以朝向顯示板；以及
c)光散射元件，用來(lái)使所述兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置發(fā)出的改變方向的光線均勻化以提供背光照明。
32、如權(quán)利要求31所述的背光裝置，其特征在于所述反射表面是分色濾色器表面。
33、如權(quán)利要求31所述的背光裝置，其特征在于所述背光裝置還包括提供至少一個(gè)功能的光調(diào)節(jié)元件，所述至少一個(gè)功能選自光成形、光校準(zhǔn)、光傳播、光偏振以及光循環(huán)。
34、如權(quán)利要求31所述的顯示裝置，其特征在于所述光調(diào)節(jié)元件包括粗糙表面、珠形表面或微觀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)。
35、一種用于使光線射向顯示板的背光裝置，包括
a)反射表面；
b)兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置，其中至少一個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置懸掛在反射表面之上并向顯示板射出光線，并且包括
(i)伸長(zhǎng)的光通道，沿基本平行于顯示板的照明平面延伸；
(ii)至少一個(gè)固態(tài)光源，用于向伸長(zhǎng)的光通道提供光線；
(iii)光引出元件，用來(lái)使光線從光通道向外改變方向以朝向顯示板；以及
c)光散射元件，用來(lái)使所述兩個(gè)或多個(gè)伸長(zhǎng)的照明裝置發(fā)出的改變方向的光線均勻化以提供背光照明。
36、一種提供均勻光線的方法，該方法包括使用權(quán)利要求1的裝置來(lái)產(chǎn)生光線。
全文摘要
一種用于向顯示板直射光線的背光裝置以及所得到的顯示裝置，包括設(shè)置用來(lái)使光線直射向顯示板的延長(zhǎng)的照明裝置、和用于使兩個(gè)或更多個(gè)延長(zhǎng)的照明裝置發(fā)出的方向經(jīng)過(guò)改變方向的光線均勻以提供背光照明的光散射元件。該裝置為顯示器提供了更加均勻的光線分布。
文檔編號(hào)G02F1/13GK101295102SQ20071018007
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者J·李, M·W·科瓦茲, P·T·阿伊沃德, Q·洪, R·H·威爾森 申請(qǐng)人:羅門哈斯丹麥金融有限公司