專利名稱：具有擴(kuò)大觀察窗的光板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光板，包括具有限定觀察窗的前表面、背表面以及在前表面和背表面之間的側(cè)面的光導(dǎo)；至少兩種類型的光源的圖案化的陣列，這些類型通過由所述至少兩種類型的光源發(fā)出的光的顏色來區(qū)分，所述陣列沿至少其中一個側(cè)面排列，其中每個光源在使用中產(chǎn)生一種顏色的發(fā)散光束照射到光板，以便組合地使光板著色。
這種光板是公知的，例如來自LCD背后照明。
具有至少兩種類型、即兩種顏色的光源的光板具有優(yōu)于具有單色光源的光板的幾種優(yōu)點，例如磷轉(zhuǎn)換式白光LED。所謂的白光點是可調(diào)整的，例如，不是由磷混合確定的。增加了由燈光譜和濾色鏡光譜聯(lián)合確定的可用的顏色空間。實際上，通過控制和調(diào)整不同顏色LED的光輸出，可以產(chǎn)生任何顏色點，包括白色，作為更高色彩飽和度的結(jié)果，增加了顏色空間，其可以用不同類型/顏色的光源來獲得。
但是，在具有至少兩種類型/顏色的光源的光板中，產(chǎn)生發(fā)散光束照射到光板，對于來自不同類型的光源要求相當(dāng)大的長度以便混合并提供期望的顏色，例如白色。該距離對于觀察窗是一個限制，這是因為在公知的光板中，其中光源沿其單側(cè)排列，相同顏色的光源之間的間距比光源到光源的間距大很多倍。例如，在公知的沿光板單側(cè)排列的光源可以在模式RGB中提供，或者當(dāng)期望更大的綠色光通量或當(dāng)期望關(guān)于波長或效力的不同顏色綠色時，在模式RGBG中提供。當(dāng)光源直射到光板并產(chǎn)生發(fā)散光束時，光束應(yīng)當(dāng)能夠混合的長度以及因此不能用于觀察窗的長度是相當(dāng)大的，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的。
本發(fā)明的目的是消除或至少降低現(xiàn)有技術(shù)光板的上述問題和缺點，為此根據(jù)本發(fā)明提供了光板，由于陣列包括沿至少兩側(cè)的互補光源子陣列，因此該光板是超群的。由于子陣列是互補的，如同現(xiàn)有技術(shù)中的單陣列配置(相同數(shù)量的光源)，由所有不同類型的光源發(fā)出相同光量到光導(dǎo)，但是來自兩個或更多側(cè)面，同時保持通常的光源間距，可以降低在其中一種類型光源之間的間距或平均距離。于是降低了所要求的用于顏色混合的距離或顏色，并擴(kuò)大了觀察窗。對光源的子陣列中的圖案進(jìn)行適當(dāng)選擇，該平均距離甚至可以減小至光源之間的間距。例如當(dāng)根據(jù)本發(fā)明，將現(xiàn)有技術(shù)的在模式RGBG中沿單側(cè)排列的陣列用沿兩側(cè)排列的兩個子陣列沿其中一側(cè)或兩側(cè)排列的RBRB以及沿其中另外的一側(cè)或兩側(cè)排列的GGGG代替時，可以實現(xiàn)后者的情況。以模式GGGG沿一個或多個側(cè)面，可以有效降低一種顏色的光源之間的間距達(dá)到通常光源之間的間距。從而，沿該特定側(cè)，與用于不同顏色混合的足夠距離相一致的觀察窗限制距離被降低至絕對最小值，并僅由所述間距確定。根據(jù)本發(fā)明，降低了觀察窗限制距離，由此獲得特定尺寸的觀察窗，因此可以在尺寸上降低總配置。
在優(yōu)選實施例中，根據(jù)其形狀、期望或所要求的綠色光通量等，可以提供沿光板兩側(cè)、三側(cè)、四側(cè)等的子陣列。優(yōu)選地，光源為發(fā)光二極管(LED)。
為了避免直射光板的光束的不期望的反射，用于通過從光板出來的光束的裝置對方向是敏感的，以便僅通過來自特定子陣列的光。這種裝置可以為凹槽或格柵的圖案。在特定實施例中，子陣列通常沿其中相鄰側(cè)面圍繞基本上不大于或小于90度的角度的側(cè)面排列。當(dāng)然，這是一個具有矩形形狀的光板，但是本發(fā)明的使用中也不排除其他形狀。僅僅是期望的，而非限制性的要求是由子陣列發(fā)出的光束一旦在導(dǎo)光板內(nèi)部傳播時，其就以大致垂直的方向來定向。
根據(jù)附圖，提供對某些現(xiàn)有技術(shù)光板和根據(jù)本發(fā)明的光板的描述，從而進(jìn)一步詳細(xì)闡述本發(fā)明，其中

圖1和圖2分別示出了現(xiàn)有技術(shù)的光板；圖3、4和5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的光板；以及圖6和7示出了用于選擇性通過來自光板的預(yù)定來源的光的裝置。
圖1和2示出了本質(zhì)上相同的現(xiàn)有技術(shù)光板1。光板1包括具有側(cè)面3、4、5和6的光導(dǎo)2。光導(dǎo)還具有前表面7和背表面(未示出)。
沿側(cè)面3排列了三種類型即三種顏色的光源的圖案化的陣列。有紅光LED 8、綠光LED 9和藍(lán)光LED 10。因此，該模式為RGBG。這與圖1和圖2中是相同的。圖1和2之間的差別在于觀察窗11的位置、形狀和尺寸，在圖1中觀察窗由側(cè)面4和6處的最短距離限定，這里可以設(shè)置觀察窗11，即來自LED 8、9和10的光束充分混合，而圖2中的觀察窗11由側(cè)面5的方向中側(cè)面3的中間處的觀察窗限制距離所限定。
從圖1和2中明顯看出，現(xiàn)有技術(shù)光板的觀察窗11由距離光源沿其排列的側(cè)面的距離嚴(yán)格限制，要求該距離以便充分混合由光源產(chǎn)生的光束。
相反，圖3、4和5示出了根據(jù)本發(fā)明的光板的可能實施例，其并非意圖限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求來限定的。
圖3示出了光板12，其具有沿兩個側(cè)面3和4的光源的子陣列。沿側(cè)面3的子陣列在子陣列中包括紅光LED 8和綠光LED 9，具有模式RGRG，而沿側(cè)面4的藍(lán)光LED 10和綠光LED 9以模式BGBG排列。因此，關(guān)于產(chǎn)生到光板12的光量，這種沿至少兩側(cè)的互補的子陣列結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有技術(shù)中沿相同側(cè)面具有模式RGBG的結(jié)構(gòu)是等價的，至少對于具有在兩個子陣列中LED之間的相等間距的矩形光板，或更一般地對于利用不同顏色LED的相同比率的光板。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，減小了被需要用來有效混合來自不同LED的光的距離，并擴(kuò)大了與之相關(guān)的觀察窗，同時減小了單一類型或顏色的光源之間的間距。
作為圖3中所示的結(jié)構(gòu)的一種替換，可以預(yù)期提供分別具有模式RBRB和GGGG的子陣列，以便還提供作為沿側(cè)面的模式RGBG的關(guān)于光量和混合能力的等價物，而且也具有顯著減小混合長度的優(yōu)點，在這種情況下，對于綠光發(fā)射子陣列該長度已減最小。
圖4示出了光板13，其中沿側(cè)面3、4和5排列光源子陣列，側(cè)面4僅包括單色，側(cè)面3和5包括本質(zhì)上相等的兩種類型LED的子陣列。沿側(cè)面3和5排列紅光LED 8和藍(lán)光LED 10，沿側(cè)面4排列綠光LED 9。假設(shè)沿每個側(cè)面的LED數(shù)量相等，提供了沿這三個側(cè)面的模式RGB的等價陣列，但是其中顯著增加了用于觀察窗11的可用空間，以及減小了一種類型/顏色的光源之間的間距。在圖4中所示的實施例中，在彼此相對的兩個側(cè)面3、5上使用的兩種類型的LED 8、10和這兩種類型的LED 8、10的通量比優(yōu)選為相等的。在替換結(jié)構(gòu)中，在兩個相對側(cè)面使用單一類型的LED，在利用了總共三種類型LED的情況下，在第三側(cè)面上為兩種其他類型LED的組合，在利用了總共兩種類型LED的情況下，在第三側(cè)面上為第二種類型的LED。
在進(jìn)一步的實施例中，諸如在圖5中所示的，光板14提供有沿四個側(cè)面3、4、5和6的每個的光源子陣列。彼此面對的側(cè)面3、5和4、6優(yōu)選包括相同類型/顏色的光源和這些光源之間相同的通量比。在圖5中所示的實施例中，紅光LED 8和藍(lán)光LED 10的交替序列與側(cè)面3和5相關(guān)，而僅有綠光LED 9與側(cè)面4和6相關(guān)。因此，在沿側(cè)面使用相同數(shù)量的LED的情況下，或在不同光源之間使用相同比率的情況下，在圖5的光板14中提供了沿所有側(cè)面3、4、5和6的具有模式RGBG的等價陣列。
圖6示出了一種可能的裝置實施例，用于將來自光導(dǎo)部件的光輸出耦合，而在圖7中提供了另一種可能性。用于輸出耦合特定光的裝置呈現(xiàn)出特定的方向性敏感性，其意圖防止在垂直于表面7而定向的某個平面中傳播的光基于全內(nèi)反射而在光導(dǎo)2中反復(fù)地被反射，而并不顯著地耦合輸出沿大約垂直于表面7的方向傳播的光。該輸出耦合裝置對于光導(dǎo)2中的光傳播方向是敏感的。使用這些輸出耦合裝置的至少兩個不同方向。作為結(jié)果，利用在表面7上的每個位置上基本上相同的來自不同子陣列的貢獻(xiàn)來獲得從光導(dǎo)2耦合輸出的特定光分布。這通過這種方式來實現(xiàn)利用輸出耦合裝置的一個方向以便主要耦合輸出來源于彼此面對的一個或兩個側(cè)面的光，并利用輸出耦合裝置的另一個方向以便主要耦合輸出來源于基本垂直于其他側(cè)面而定向的彼此面對的一個或兩個側(cè)面的光。結(jié)果，輸出耦合裝置的兩個方向優(yōu)選為彼此垂直。也可以采用其他角度，但是預(yù)期會產(chǎn)生更大程度的干擾。用于輸出耦合光的裝置應(yīng)用在光導(dǎo)2的前表面7或背表面(未示出)其中或其上。矩形凹槽可以用于耦合輸出來自平行于這些凹槽而定向的側(cè)面上的子陣列的光。作為圖6中所示的一個實施例，可以采用單獨的楔形物或楔形形狀的凹槽?？梢詾檫@些裝置提供或不提供反射層。這里應(yīng)當(dāng)注意，尺寸中的梯度和/或楔形物間距可以用來獲得在垂直于光源的特定子陣列的方向中的均勻光分布。
圖7示出了實現(xiàn)相同目的的替換實施例。這里在光導(dǎo)2的側(cè)面17中提供了光柵16，利用其可以實現(xiàn)相同的方向敏感性。這種光柵16可以不同地重新定向來自于僅在垂直于光柵線的方向中的鏡面反射(零階模式)的光。因此，光柵16的尺寸梯度和/或光柵16的調(diào)制深度可以用于獲得在垂直于光源的特定子陣列的方向中通過的光的均勻分布。在圖3的結(jié)構(gòu)中，可以使用兩個垂直定向的光柵，由此對于光源的不同子陣列而獨立控制光的通過。這可以導(dǎo)致具有對于沿其中一側(cè)的至少其中一些區(qū)域的光柵方向的、在其中一側(cè)或其一個表面上的具有小光柵區(qū)域模式的波導(dǎo)，其用于輸入耦合，并對于沿第二側(cè)面的其他區(qū)域其也用于輸入耦合。
進(jìn)一步，以距離相應(yīng)側(cè)面的預(yù)定距離排列光源是有利的。在這種結(jié)構(gòu)中，在將光耦合輸入波導(dǎo)之前，至少部分地實現(xiàn)顏色混合。從而確保了波導(dǎo)內(nèi)部光的足夠?qū)?zhǔn)度和混合腔內(nèi)寬光束的組合，由此實現(xiàn)充分的顏色混合。此外，特別在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明的光板具有這一優(yōu)點，即“自由”側(cè)(其中沒有子陣列排列)可以用于電連接，例如在LCD之間，其中使用了光板和驅(qū)動電路，并仍具有可用的充足數(shù)量的光源，以獲得與傳統(tǒng)背光板的亮度級別是可比的甚至高于傳統(tǒng)背光板的亮度級別的亮度級別。
在閱讀了本發(fā)明后，由于其在上述附圖中示出的優(yōu)選實施例中進(jìn)行了示例性描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會立即實現(xiàn)根據(jù)在所附權(quán)利要求中的其定義并且明確地不排除在本發(fā)明之外的本發(fā)明的多種附加和替換實施例。例如可以使用除了LED外的其他類型的光源?？梢允褂贸思t、綠和藍(lán)之外的其他顏色，例如可以使用不同類型的白色磷光LED，其被提供不同的磷光混合。光導(dǎo)的形狀甚至可以不是矩形的，但是相鄰側(cè)面之間的角度優(yōu)選地不應(yīng)接近或甚至超過來自光源的光束的發(fā)散角度。優(yōu)選地，光導(dǎo)部件內(nèi)部的從不同類型光源的兩個子陣列發(fā)出的光束的主方向彼此垂直地定向，以便不產(chǎn)生干擾或不產(chǎn)生明顯干擾地將這些光束耦合輸出。除了矩形或楔形凹槽之外，還可以使用單獨的楔形、在整個觀察窗上擴(kuò)展的光柵或包括一維或二維(交叉)光柵的空間上限制的區(qū)域以用于選擇輸出耦合光束；可以附加地或替換地應(yīng)用濾色鏡，以及反射表面等。
權(quán)利要求
1.一種光板(1、12、13、14)，包括具有限定觀察窗(11)的前表面(7)、背表面和在前表面和背表面之間的側(cè)面(3、4、5、6)的光導(dǎo)(2)；至少兩種類型的光源(8、9、10)的圖案化陣列，這些類型通過由所述至少兩種類型的光源發(fā)出的光的顏色來區(qū)分，所述陣列沿所述側(cè)面中的至少一個側(cè)面排列，其中每個光源在使用中產(chǎn)生一種顏色的發(fā)散光束到光板，以便組合地使光板著色，其特征在于陣列包括沿所述側(cè)面中的至少兩個側(cè)面的光源的互補子陣列(8、9、8、9&9、10、9、10；8、10、8、10&8、10、8、10&9、9、9、9；8、10、8、10&8、10、8、10&9、9、9、9&9、9、9、9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光板，其中光源為紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光板，其中沿至少兩個側(cè)面中的一個側(cè)面的子陣列包括交替的紅和綠類型的光源，沿至少兩個側(cè)面中的另一個側(cè)面的子陣列包括交替的藍(lán)和綠類型的光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的光板，其中沿至少兩個側(cè)面中的第一和第二側(cè)面的子陣列包括紅和藍(lán)類型的光源，沿至少兩個側(cè)面中的第三側(cè)面的子陣列包括綠類型的光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的光板，其中光板包括至少四個側(cè)面，沿至少兩個側(cè)面中的第四側(cè)的子陣列包括另外的綠類型的光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的光板，其中光源包括發(fā)光二極管(8、9、10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的光板，進(jìn)一步包括用于輸出耦合光的裝置(15、16)，其方向選擇地輸出耦合僅僅來自或主要來自其中一種類型的子陣列的光，用于輻照光導(dǎo)部件(2)的側(cè)面(3、4、5、6)中的一個或兩個側(cè)面，并結(jié)合用于輸出耦合光的裝置，其方向選擇地輸出耦合僅僅來自或主要來自第二類型的子陣列的光，用于輻照光導(dǎo)部件的其他側(cè)面中的一個或兩個側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光板，其中用于輸出耦合主要來自或僅僅來自特定光源中的特定光源的裝置包括楔形圖案(15)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的光板，其中用于輸出耦合主要來自或僅僅來自一個特定光源或多個特定光源的裝置包括交叉凹槽圖案(16)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的光板，其中用于輸出耦合主要來自或僅僅來自一個特定光源或多個特定光源的裝置包括1維或2維交叉光柵(16)的其中一個部件。
11.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的光板，其中子陣列沿其排列的相鄰側(cè)面圍繞基本上為90°的角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及光板(12)，包括具有限定觀察窗(11)的前表面、背表面和在前表面和背表面之間的側(cè)面(3、4)的光導(dǎo)；至少兩種類型的光源(8、9、10)的圖案化陣列，這些類型通過由所述至少兩種類型的光源發(fā)出的光的顏色來區(qū)分，所述陣列沿至少其中一個側(cè)面排列。每個光源產(chǎn)生一種顏色的發(fā)散光束到光板，以便組合地使光板著色。此外，該陣列包括沿至少其中兩個側(cè)面的光源的互補子陣列(8、9、8、9&9、10、9、10)。由于子陣列是互補的，如同現(xiàn)有技術(shù)中的單陣列配置(相同數(shù)量的光源)，由所有不同類型的光源發(fā)出相同光量到光導(dǎo)，但是來自兩個或更多側(cè)面，同時保持通常的光源間距，可以降低在其中一種類型光源之間的間距或平均距離。于是降低了所要求的用于顏色混合的距離或顏色，并擴(kuò)大了觀察窗。
文檔編號F21V8/00GK1547652SQ02816717
公開日2004年11月17日 申請日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月27日
發(fā)明者C·G·A·霍埃恩, G·哈伯斯, C G A 霍埃恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司