專利名稱：薄照明設備、顯示設備和發(fā)光體設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及薄的照明(illumination)設備。本發(fā)明還涉及包括 這樣的薄照明設備的顯示設備和發(fā)光體(luminary)設備。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)可以被用于例如在液晶顯示器(LCD)和發(fā)光 體中提供背光的薄照明設備中。薄照明設備通常包括位于要被從背后 照亮的物體(例如，液晶板、廣告屏或裝飾磚)之后的LED陣列。其 缺點是LED從很小的表面區(qū)域發(fā)光，因此設備必須具有相對較厚的結(jié) 構(gòu)以便實現(xiàn)可接受的色彩和亮度均勻性。常規(guī)LED背光設備通常需要 大于IO mm和附加漫射體層以便獲得足夠均勻的亮度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的薄照明設備。
本發(fā)明提供了一種薄照明設備，包括半透明板(translucent Plate),設置有由導電圖案連接的發(fā)光二極管(LED)的陣列；和反射 體，布置在所述板的第一側(cè)，與所述板相距一定距離，其中所述LED 的陣列被布置為發(fā)出基本指向所述反射體的光，并且所述反射體被布 置為將來自于LED的光反射經(jīng)過所述半透明板。與其中LED位于反射 體上的常規(guī)LED背光相比，這樣的薄照明設備使得通過半透明板發(fā)出 更加漫射的光。有效地，與其中LED位于反射體上的配置相比，由LED 陣列發(fā)出的光的最短可能光路被加倍了 。 LED可以是任何類型的發(fā)光二 極管或與之相當?shù)墓庠?，例如RGB LED或不同LED類型的混合，特別 是白色LED和磷光體轉(zhuǎn)換LED。如果使用不同顏色的LED,則根據(jù)本發(fā) 明的設備也改進了顏色混合，使得由所述設備發(fā)出均勻的光譜。另一 個有益效果是本發(fā)明最小化了 LED的篩選(binning)效應。篩選是由 于在一批相似的LED內(nèi)的各個LED的通量和/或顏色的輕微差別而導致 亮度均勻性下降的效應。半透明板優(yōu)選地由半透明玻璃或樹脂或聚合
4物材料構(gòu)成。LED可以被布置在所述半透明板的任一側(cè)或者可以集成在 所述板中。所述導電圖案被布置為對LED供電，并且包括到LED和外 部電源的連接。所述導電圖案可以被設置有抗反射涂層，以便提高系 統(tǒng)的光學效率。所述反射體被布置為將來自于LED的光反射經(jīng)過所述 半透明板。被布置為發(fā)出基本指向所述反射體的光的LED陣列可以包 括被設計為控制所述光的方向的光學元件。所述LED可以設置有透明 封裝，以便最小化所述半透明板的與反射體相反的一側(cè)上的陰影，在 所述半透明板的與反射體相反的一側(cè)上，例如可以放置LCD屏幕。根 據(jù)照明設備的應用，照明設備通常每平方米包含100到1000個LED, 這很大地依賴于LED的光輸出和應用類型。以基本正方形配置放置LED 的LED陣列是最容易生產(chǎn)的。在正方形配置中，四個相鄰LED形成一 個正方形。但是，如果使用六邊形配置，可以獲得更好的光均勻性。 在六邊形配置中，六個相鄰的LED形成一個六邊形。反射體可以才艮據(jù) 優(yōu)選的應用由任何光反射材料構(gòu)成。本發(fā)明特別適合于低功率LED (通 常每個LED低于0. 5W)，每個LED僅耗散少量的功率。因此，將LED 放置在玻璃或樹脂上就足夠有效，而不用使用體積較大的散熱器。
反射體優(yōu)選地基本平行于半透明板。利用這種配置可以容易地獲 得良好的亮度均勻性?；酒叫惺侵冈O備的總體配置，而反射體和/或 板不必是完全平的或者在每個位置都遵循相同的曲率。
在優(yōu)選實施例中，反射體是漫反射體(diffusing reflector),因
而獲得改善的亮度均勻性。漫反射體通常設置有光漫射表面。
在更優(yōu)選的實施例中，所述漫反射體包括漫射元件。這樣的漫反 射體使得能夠更好地精細調(diào)節(jié)亮度均勻性。有用的漫射元件是根據(jù)應 用而選擇的，并且可以具有各種形式，例如從反射體表面突出的金字 塔形、圓錐形和(半)球形。
如果導電圖案包括半透明導電材料，那么這是有益的。這樣的半 透明圖案提高了設備的光學效率。有用的導電材料的示例包括氧化銦 錫(ITO)和摻雜有氟的氧化錫(Sn02:F)。
可替換地，如果所迷導電圖案包括金屬線，那么這是有益的。金 屬線可以是松散的線或者例如通過沉積銅或鋁以薄層形成為圖案，并 且一般比大多數(shù)半透明的導電材料具有更好的導電性和更小的功耗。 這些線的形式和尺寸可以被優(yōu)化以最小化對亮度的干擾。金屬線可以被印制在玻璃上或者通過標準光刻來制成，但是也可以使用線網(wǎng)，其
中與LED相連的線僅部分連接到所述板。
在優(yōu)選實施例中，反射體和半透明板之間的距離介于2mm和10 mm 之間。這樣的距離產(chǎn)生了緊湊的設備，其具有通過板發(fā)出的光的足夠 的亮度均勻性，特別是對于LCD背光應用來說。
所述半透明板優(yōu)選地設置有反射點圖案。所述反射點進一步提高 了亮度均勻性。反射點通常由白色反射材料制成，并且可以被施加于 半透明板的任一側(cè)或者兩側(cè)。
在優(yōu)選實施例中，圖案中的反射點在靠近LED處具有相對高的密 度，而在遠離LED處具有相對低的密度。因而，相對容易實現(xiàn)光的更 有效漫射。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)板和反射體之間的甚至更小的距離，同時 仍然實現(xiàn)良好的亮度均勻性。
在優(yōu)選實施例中，LED的陣列包括藍色LED和/或UVLED，所述反 射體包括熒光材料。這種配置使得能夠精細地調(diào)節(jié)由設備發(fā)出的光的 色譜。熒光材料通常是熒光磷光體，諸如YAG:Ce,其可以被集成或涂 覆到反射體上，優(yōu)選地以印制圖案的形式。由LED和熒光材料發(fā)出的 優(yōu)選波長優(yōu)選地被選擇為彼此互補。藍色LSD主要發(fā)出波長短于500 nm 的光，而UVLED發(fā)出波長短于380 nm的光。磷光體吸收藍色和/或UV 光，并且發(fā)出更長波長的光。
優(yōu)選地使用發(fā)射不同波長的磷光體的混合物來獲得用于特定應用 的最佳光譜?？梢酝ㄟ^平衡在反射體處散射的藍光的量和通過反射體 上磷光體的激發(fā)而產(chǎn)生的光的量，來進行對照明設備的光譜的精細調(diào) 節(jié)。另外，可以使用白色和發(fā)光顏料的混合物來調(diào)節(jié)設備發(fā)出的顏色， 以獲得例如白光。
如果至少一個熒光管被布置在半透明板和反射體之間，那么這是 有益的。由于來自所述設備的光是來自于LED和熒光管的光的混合， 因此能夠優(yōu)化由所述設備發(fā)出的光譜。用在背光中的典型的常規(guī)焚光 管是CCFL、 EEFL和HCFL型的。燈管和LED優(yōu)選地被布置成彼此交替
的圖案。
優(yōu)選的是所述半透明板設置有光學活性前層(optically active front layer)。這導致更好的亮度均勻性。所述光學活性前層可以包 括，例如漫射體板、漫射體膜或濾光器。在Philips的專利申請WO2005/083317中描述了有效的光學活性前層的示例。
在優(yōu)選實施例中，光學活性前層與所述半透明板集成在一起。因 而能夠制成非常緊湊的設備。
可替換地，光學活性前層位于半透明板的與反射體相反的第二側(cè)， 與半透明板相距一定距離。從光學活性前層到半透明板的距離優(yōu)選地 小于從反射體到半透明板的距離。
在優(yōu)選實施例中，所述光學活性前層和所述板圍成一個與外部環(huán) 境開放連通的空間。因而所述空間形成空氣通道，在服務期間熱量可 以通過所述空氣通道從設備耗散出去，從而降低了電阻和功耗。
在優(yōu)選實施例中，半透明板是柔性聚合物膜。因而能夠有^f艮大的 設計自由。反射體也可以是柔性的或者被布置為對于柔性聚合物膜的 支撐體。這樣的實施例在作為背光設備的各種應用中都非常有用，特 別是在發(fā)光體應用中，例如廣告牌、墻壁覆層和地板磚中的照明。
本發(fā)明還提供了 一種包括用作背光的、如權(quán)利要求中限定的薄照 明設備的顯示設備。根據(jù)本發(fā)明的顯示設備比具有相當?shù)墓饩鶆蛐院?顏色混合的已知的基于LED的顯示器更薄并且更有效。
本發(fā)明也提供了 一種包括根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備的發(fā)光體設 備。根據(jù)本發(fā)明的這樣的發(fā)光體設備比具有相當?shù)墓饩鶆蛐缘囊阎?基于LED的顯示器更薄。墻壁覆層和半透明地板磚下的使用是典型的 發(fā)光體應用。
現(xiàn)將參照下述實施例通過非限制的示例方式來說明本發(fā)明。實施 例中所示的技術(shù)手段可以被組合以實現(xiàn)累加效果，這在某些應用中是 有益的。


圖la、 lb和lc示出了本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例。
圖2示出了本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。
圖3示出了本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例。
圖4a和4b示出了本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例。
圖5示出了本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例。
圖6示出了本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例。
圖7示出了本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例。圖8示出了本發(fā)明的第八優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
圖la示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備1。其包括薄玻璃板2，在 該薄玻璃板上布置LED陣列3。 LED 3指向與玻璃板2平行放置的漫反 射體(diffusing reflector) 4，以4吏得LED 3發(fā)出的光5#皮反射回 來作為漫射光(diffused light) 6經(jīng)過玻璃板2。因而當使用玻璃板 2和反射體4之間的相對小的距離hi時，可以獲得非常有效的光的漫 射，導致了具有均勻亮度分布的相對薄的照明設備l。 LED如果用在已 知系統(tǒng)中，將附在反射體4上；在這種情況下，將需要整個系統(tǒng)的較 大的厚度以在玻璃板2的位置處實現(xiàn)相似水平的光漫射。包括例如漫 射體層、亮度增強層和濾光器的附加的光學疊層(optical stack) 7 可以被放置在玻璃板2的前面。設備1可以被放置在例如LCD屏之后 作為背光。可替換地，LED陣列3可以被布置在玻璃板2的面向光學疊 層7的一側(cè)，或者其可以被集成在玻璃板中，其中LED 3仍然可以通 過玻璃板指向反射體4。
玻璃板2與反射體4之間的空間(厚度hl)和光學疊層7與玻璃 板2之間的空間(厚度h2)都可以露天(in open air)與環(huán)境接觸， 因而使得在使用中能夠通過空氣對流來冷卻LED 3和相關(guān)電子電路。 反射體4與玻璃板2之間的距離(hi)將優(yōu)選地大于光學疊層7與玻 璃板2之間的距離(h2)。甚至能夠?qū)⒐鈱W疊層與玻璃板集成，從而 將距離h2有效地減小為零。對于系統(tǒng)的給定總厚度H (hl+h2)，最佳 配置是具有LED 3的半透明板2的位置在前光學疊層7之下的最小距 離處，以使得不會在光學疊層7上形成由于板上的LED 3或其它擋光 物體所致的來自于反射體4的反射光中的陰影。
圖lb示出了 LED陣列3的正方形圖案，其中四個相鄰LED形成正 方形8。這樣的圖案相對容易生產(chǎn)。LED陣列的電功率由透明導體圖案 (未示出)提供，但是也可以應用施加到玻璃板的金屬圖案。
作為圖lb的正方形圖案的替換，圖lc示出了 LED陣列3的六邊 形圖案，其中相鄰LED比正方形形式更緊密地聚集，并且提供了區(qū)域 (圏9)的更好的均勻亮度覆蓋度。這樣的六邊形圖案9提供了相對有 效的光源分布。LED陣列的電功率由透明導體圖案(未示出)提供。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備10的第二優(yōu)選實施例，其中 反射體設置有成形的反射元件20,使得光的漫射更好。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備20的第三優(yōu)選實施例，其中 反射元件是從反射體22指向玻璃板23的正交反射壁21，以實現(xiàn)良好 的亮度均勻性，以及當使用有色LED時實現(xiàn)良好的混色。由壁21限定 的分段(segment)可以被獨立地照明，這在掃描背光時是^f艮有利的， 以降低動態(tài)圖像中的運動模糊(motion blur)。
圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備30的第四優(yōu)選實施例，其 中施加于玻璃板31的反射點33的圖案用于改善光均勻性。點33的濃 度在LED 32附近較大，如圖4b中的頂視圖所示。LED 32附近的點33 的較大的濃度導致比均勻分配的點圖案更好的亮度均勻性。圖4b所示 的實施例的圖案是示例，可替換的圖案可以用于實現(xiàn)相似的效果。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備40的第五優(yōu)選實施例。位于 半透明板41上的LED 47將它們的LED光42指向反射體43。該反射體 -故涂覆有熒光磷光體(fluorescent phosphor)點圖案46，其可以具 有與圖4b中的玻璃板上的反射點的圖案相似的配置。來自于LED 47 的部分光被反射體43反射和漫射經(jīng)過玻璃板41，用實線箭頭44表示。 LED光42的另一部分被磷光體點46吸收，并且作為不同波長的光被再 次發(fā)射，用虛線箭頭45表示。因而獲得了 LED光和熒光的混合，使得 能夠總體上精細調(diào)節(jié)由該設備發(fā)出的光的光譜。主要發(fā)藍光(波長短 于500 nm)的LED 40優(yōu)選地用于此應用，其中磷光體被選擇為主要向 著光語的紅色部分(波長長于600 nm)發(fā)射。例如，YAG: Ce在綠黃范 圍內(nèi)發(fā)射。與來自于LED的藍光結(jié)合，這產(chǎn)生了白色，作為總體上從 設備發(fā)出的光譜。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備50的第六優(yōu)選實施例。在此 實施例中，通常由陶瓷材料或樹脂材料制成的半透明裝飾磚 (decorative tile) 54在玻璃板51的與反射體53相反的一側(cè)與設置 有LED 52的玻璃板51相鄰地放置。由于來自于LED 52的光經(jīng)由反射 體53通過裝飾磚50間接地發(fā)射，因此實現(xiàn)了良好的亮度均勻性，同 時設備可以具有相對小的厚度H (hl+h2)。使用位于反射體53上的側(cè) 發(fā)射(side-emitting) LED的設備會在相當?shù)暮穸忍幘哂休^小的亮度 均勻性。
9圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備60的第七優(yōu)選實施例，其中 具有集成的LED 61和電路(未示出)的柔性聚合物箔66被彎曲成期 望的形式。反射體62的形狀遵循聚合物箔66的曲率。光學疊層64位 于聚合物箔66的觀看者一側(cè)，根據(jù)其應用，光學疊層64進一步漫射 和過濾由該設備發(fā)出的光65。該實施例允許很大的設計自由度，例如， 在墻壁覆層中。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的薄照明設備70的第八優(yōu)選實施例，其中 LED 75和常規(guī)管式熒光燈71被集成在單一設備70中。熒光燈71位于 設置有LED 75的玻璃板73和反射體74之間。根據(jù)它們的應用，由LED 75和熒光燈71發(fā)出的光譜優(yōu)選地被選擇為彼此互補。通過組合LED 75 和熒光燈71，獲得期望的光譜變得相對容易，這可以由光學疊層7來 進一步優(yōu)化。例如用在背光中的典型的常規(guī)熒光燈71是CCFL和EEFL 燈。
應當注意，上述實施例示出了本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，在不脫 離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，本領域技術(shù)人員將能夠設計許多可 替換實施例。
在權(quán)利要求中，位于括號中的任何附圖標記不應當被解釋為限制 權(quán)利要求。動詞"包括，，及其變形的使用不排除除了權(quán)利要求中所述 的元件或步驟之外的其它元件或步驟的存在。元件之前的冠詞"一" 或"一個"不排除多個這樣的元件的存在。本發(fā)明可以通過包括數(shù)個 不同元件的硬件來實施。在列舉數(shù)個裝置的設備權(quán)利要求中，這些裝 置中的幾個可以由硬件中的一個且相同的部分來實施。在互不相同的 從屬權(quán)利要求中記載某些措施的事實并不表示這些措施的組合不能被 有利地使用。
權(quán)利要求
1、一種薄照明設備(1，10，20，30，40，50，60)，包括-半透明板(2，23，31，41，51，66，73)，設置有由導電圖案連接的發(fā)光二極管(LED)(3，32，47，61，75)的陣列，和-反射體(4，20，22，43，53，62，74)，布置在所述板的第一側(cè)，與所述板相距一定距離，其中LED的陣列布置為發(fā)出基本指向所述反射體的光，并且所述反射體布置為使來自于所述LED的光反射通過所述半透明板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄照明設備，其特征在于，所述反射體 (4， 20， 22, 43, 53, 62， 74 )基本平行于所述半透明板(2， 23，31， 41， 51， 66， 73)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄照明設備，其特征在于，所述反射 體(4， 20, 22， 43， 53， 62， 74)是漫反射體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄照明設備，其特征在于，所述漫反射 體包括漫射元件(20， 21)。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的薄照明設備，其特征 在于，所述導電圖案包括半透明導電材料。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的薄照明設備，其特征 在于，所述導電圖案包括金屬線。
7、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所迷的薄照明設備，其特征 在于，所述反射體(4， 20， 22, 43, 53， 62， 74)和半透明板(2， 23 ，31， 41, 51， 66， 73)之間的3巨離在2和10 mm之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄照明設備，其特征在于，所述半透明 板(2， 23， 31， 41， 51, 66， 73)設置有反射點圖案(33)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄照明設備，其特征在于，所述圖案中 的反射點(33)在LED ( 3, 32， 47， 61， 75 )附近具有相對高的密度 而在遠離所述LED處具有相對低的密度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄照明設備，其特征在于，LED (3， 32，47， 61， 75)的陣列包括藍色LED和/或UV LED,并且所述反射體包 括熒光材料。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄照明設備，其特征在于，至少一個熒 光管(71)被布置在所述半透明板(2， 23， 31, 41， 51， 66， 73)和 所述反射體(4， 20， 22， 43, 53， 62, 74 )之間。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄照明設備，其特征在于，所述半透明 板(2， 23， 31， 41， 51， 66， 73)設置有光學活性前層(7, 54， 64 )<■
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄照明設備，其特征在于，所述光學 活性前層(7， 54， 64)與所述半透明板(2， 23， 31, 41， 51， 66， 73)集成。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的薄照明設備，其特征在于，所述光學 活性前層(7， 54, 64 )位于所述半透明板的與所述反射體(4， 20， 22, 43， 53， 62， 74)相反的第二側(cè)，與所述半透明板(2， 23， 31, 41， 51， 66， 73)相距一定距離。
15、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄照明設備，其特征在于，所述半透明 板是柔性聚合物膜(66 )。
16、 一種顯示設備，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述 的、用作背光的薄照明設備。
17、 一種發(fā)光體設備，包括根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一權(quán)利要求所述的薄照明設備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄照明設備(1，10，20，30，40，50，60)。本發(fā)明也涉及包括這樣的薄照明設備的顯示設備和發(fā)光體設備。所述薄照明設備包括半透明板(2，23，31，41，51，66，73)，設置有由導電圖案連接的發(fā)光二極管(LED)(3，32，47，61，75)的陣列；和反射體(4，20，22，43，53，62，74)，布置在板的第一側(cè)與板相距一定距離。這樣的構(gòu)造能夠比常規(guī)LED薄膜照明設備制作得更薄并且更有效地工作。
文檔編號F21S8/00GK101523109SQ200780037916
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者E·布尼坎普, T·C·特魯爾尼特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司