照明系统、照明器和背光单元的制作方法

专利名称：照明系统、照明器和背光单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明系统，其具有用于从该照明系统发射光的光出射窗。
本发明还涉及包括依照本发明的照明系统的背光系统、包括依照本 发明的照明系统的照明器以及包括依照本发明的背光系统的显示设备。
背景技术：
这样的照明系统本身是已知的。它们尤其用作用于普通照明目的的 照明器，例如用作用于办公照明或者用于商店照明的照明器，所述商店 照明例如橱窗照明或者其上陈列物品(例如珠宝)的(透明或半透明) 玻璃板或(透明)玻璃板或(透明)合成树脂的照明。 一种可替换的应 用是将这样的照明系统用于照明作为显示设备的广告板、告示牌。
这些已知的照明系统也用作例如用于电视机和监视器的(图片)显 示设备的背光系统中的光源。这样的照明系统特别适合用作用于非发射
式显示器(例如液晶显示设备，也称为LCD面板)的背光系统，所述非 发射式显示器用于(便携式)计算机或(便携式)电话中。
所述显示设备通常包括配备有规则像素模式的衬底，所述像素中的 每一个由至少一个电极控制。显示设备利用控制电路以便在该(图片) 显示设备的(图片)屏幕的相关场中实现图片或数据图形显示。起源于 LCD设备中的背光系统的光借助于开关或调制器进行调制，其中可以使 用各种不同类型的液晶效应。此外，所述显示器可以基于电泳或机电效 应。
美国专利申请US2006/0262310记载了用于照明图像显示设备的这 种照明系统。该照明系统包括两个提供光给光学腔的发光二极管。这些 二极管可以是彩色的或者白色的。光学腔与漫反射器排成一行。漫反射 器增大反射比并且充分地混合离散的光颜色以形成用于照明液晶显示 设备的白色光源。该已知照明系统的一个缺点在于，光出射窗上的均匀 性相对4交差。

发明内容
本发明的目的是提供具有改进的均匀性的照明系统。
依照本发明的第一方面，这个目的是利用如权利要求l所述的照明 系统来实现的。依照本发明的第二方面，这个目的是利用如权利要求12 所述的背光系统来实现的。依照本发明的第三方面，这个目的是利用如
权利要求13所述的显示设备来实现的。依照本发明的第四方面，这个目 的是利用如权利要求14所述的照明器来实现的。依照本发明的照明系统 包括
-漫反射屏，其被设置成与光出射窗相对，
-光源，其被设置用于经由漫反射屏间接照明光出射窗，该光源设 置在光出射窗边缘附近并且在基本上平行于光出射窗的假想平面上，从 该光源发射的光包括围绕中心矢量的角分布，该中心矢量背向光出射 窗，以及
-边缘壁，其设置在漫反射屏与光出射窗之间，该边缘壁包括用于 朝漫反射屏反射所述光源发射的光的至少一部分的凹形镜面反射镜。
依照本发明的照明系统的效果在于，使用镜面反射镜允许实现光源 发射的光的 一部分朝漫反射屏的受控反射。镜面反射镜的凹形可以用来 控制反射光在漫反射屏的至少一部分上的分布。典型地，光源发射的光 的另外的部分直接撞击到漫反射屏上。漫反射屏随后朝光出射窗散射撞 击的光。依照本发明的照明系统的光出射窗处的亮度分布由镜面反射镜 和漫反射屏的组合确定并且可能受镜面反射镜的凹形的影响。当例如选 择了镜面反射镜的特定形状时，可以在照明系统的光出射窗处获得基本 上均匀的亮度分布。
在已知的照明系统中，该照明系统包括由漫反射器覆盖的光学腔并 且包括两个作为光源用于向光学腔提供光的发光二极管。这些发光二极 管被设置用于朝漫反射器发射光。所述已知照明系统的光学腔不包括在 漫反射器表面上有效地分布发光二极管发射的光的装置。因此，需要附 加的漫射器和增亮膜以便提高液晶显示设备上的亮度均匀性。在依照本 发明的照明系统中，所述镜面反射镜允许实现光源发射的光的 一部分在 漫反射片的一部分上的受控分布，这允许实现在光出射窗上的亮度分布 的有效控制。
在所述照明系统的一个实施例中，中心矢量相对于〗艮想平面的法向轴倾斜以便降低该照明系统的眩光。优选地，中心矢量倾斜远离光出射 窗。该实施例的益处在于，中心矢量的倾斜进一步减少了直接撞击到光 出射窗上的光，因而降低了照明系统的眩光。眩光由^L场中的亮区和暗 区之间的过大的对比度引起。眩光可能例如由直接观看未屏蔽或者不良 屏蔽的光源的灯丝所引起。尤其当在照明器中使用所述照明系统时，光 源的中心矢量的倾斜防止了照明器附近的用户直接观看到光源，并且从 而降低了照明器的眩光，提高了用户的视觉舒适度。其中中心矢量相对 于法向轴倾斜远离光出射窗的光源的布置的另外的益处在于，该布置允 许提高照明系统的均匀性和效率。当中心矢量基本上平行于法向轴时， 光源发射的光的一部分可能撞击到照明系统的相对的边缘壁上，这可能 降低跨越漫反射屏的光的均匀性。通过使光源倾斜远离光出射窗，防止 了来自光源的光经由光出射窗的相对边缘反射，从而提高了均匀性和效 率。当光源倾斜时，镜面反射镜的形状可以适于确保漫反射屏上来自光 源的光的最佳分布和/或降低照明系统的高度。照明系统的高度是照明系 统的基本上垂直于光出射窗的尺寸。
在所述照明系统的 一个实施例中，镜面反射镜包括用于对所述漫反 射屏的一部分产生基本上均匀的照明的形状。该实施例的益处在于，漫 反射屏可以被设置成基本上平行于光出射窗，这导致照明系统的高度降 低。当漫反射屏未被均匀照明而光出射窗处的所需预定亮度分布为基本 上均匀的亮度分布时，可以使漫反射屏弯曲以便补偿该非均匀照明并且 从而在光出射窗处获得所需均匀亮度分布。漫反射屏可以例如为凹形、 凸形或者凹形和凸形的组合，其导致照明系统的相对较大的厚度。当选 择镜面反射镜的形状，使得漫反射屏基本上被均匀照明时，从漫反射屏 朝光出射窗散射的光导致光出射窗的基本上均匀的照明。结果，漫反射 屏可以例如被设置成基本上平行于光出射窗，这导致相对较薄的照明系 统。
在所述照明系统的一个实施例中，镜面反射镜包括抛物面形状。当
光源发射的光的角分布类似于朗伯(Lambertian)光分布时，镜面反射 镜的抛物面形状是特别有利的。抛物面形镜面反射镜朝漫反射屏反射一 部分朗伯光分布，导致反射光基本上均勻地分布在漫反射屏上。
在所述照明系统的一个实施例中，光源设置在脊上，该脊设置在光 出射窗的边缘处，镜面反射镜设置在光源背对光出射窗的一侧。尤其当在照明器中使用所述照明系统时，该实施例的益处在于，可以相对容易 地冷却照明器中的光源。在办公室环境中，通常将用于照明办公室的照 明器嵌入到办公室的天花板中，或者将其背靠办公室的天花板固定。当 光源需要冷却时，例如使用发光二极管作为光源时，照明器必须包含用
于冷却光源的主动冷却系统，例如风扇或珀耳帖(Peltier)元件。这些 布置相对昂贵并且可能限制照明器的寿命。当把光源安排到设置在光出 射窗边缘处的脊上时，该脊可以包括位于照明器外部的紧靠光出射窗的 散热片(coolingfin),其允许实现光源的冷却而不需要主动冷却系统。 这降低了成本并且提高了照明器的可靠性。
在所述照明系统的一个实施例中，漫反射屏包括结构化反射表面。 该实施例的益处在于，所述结构化反射表面避免了当光以掠射角 (grazing angle)撞击到漫反射表面上时可能出现的镜面反射。该结构 化反射表面可以例如通过^U造化反射表面来产生，例如4吏用喷涂反射 器，或使用薄片(lamellae )，或具有波状表面，或使用基本上透明的棱 镜片来产生。这样的透明棱镜片例如在商业上称为透射式直角薄膜(也 称为TRAF)，或者增亮膜(也称为BEF)或光学照明箔(也称为OLF)。 这些基本上透明的棱镜片将以掠射角撞击的光重定向成以更靠近漫反 射屏法线的角度撞击漫反射屏。
在所述照明系统的一个实施例中，结构化反射表面包括多个伸长的 棱镜结构，或者包括多个金字塔结构，或者包括多个锥形结构。如前面 所指出的，这些结构防止了镜面反射镜反射的光以掠射角撞击到漫反射 屏上。
在所述照明系统的一个实施例中，漫反射屏包括准直板，或者包括 重定向箔，或者包括多个被设置成基本上垂直于漫反射屏的薄片。同样 地，使用准直板、重定向箔或薄片防止了镜面反射镜反射的光以掠射角 撞击到漫反射屏上。所述准直板和重定向箔典型地由半透明材料构成， 其被设置成重定向例如来自镜面反射镜的掠射光束以便以接近漫反射 屏法向轴的角度撞击到漫反射屏上。
在所述照明系统的 一 个实施例中，该照明系统的高度与光出射窗的 宽度之比大于或等于1/20,其中所述高度为照明系统的基本上垂直于光 出射窗的尺寸，并且其中光出射窗的宽度为基本上平行于光出射窗的光 出射窗的最小尺寸。当光出射窗的宽度不止20倍于照明系统的高度时，光出射窗处的亮度分布就难于控制。镜面反射镜的形状或者光源相对于 镜面反射镜的位置的相对较小的变化就可能已经对光出射窗处的亮度 分布具有显著的影响。
在所述照明系统的一个实施例中，该照明系统包括设置在漫反射屏 和/或光出射窗上的远程磷光体层，该远程磷光体层为包括用于将光源发 射的光的至少 一部分转换成具有不同颜色的光的发光材料的层。远程磷
光体允许最优化照明系统的显色指数(进一步也称为CRI),这在所述照 明系统用于普通照明应用中时是特别有利的。此外，与其中直接将发光 材料应用到光源，例如应用到低压放电灯上或者应用到磷光体转换发光 二极管上的照明系统相比，远程磷光体用于确定所述照明系统发射的光 的颜色典型地导致效率的提高以及从中选择的发光材料更广泛。
在所述照明系统的一个实施例中，该照明系统还包括设置在漫反射 屏上用于直接照明光出射窗的另外的光源的阵列，所述光源发射的光的 颜色不同于所述另外的光源的阵列发射的光的颜色。该实施例的益处在 于，可以例如通过调整所述光源发射的光量来调整照明系统发射的光的 颜色。所述光源发射的光部分地经由镜面反射镜分布在漫反射屏上，这 导致例如由所述光源发射的光在光出射窗处的基本上均勻的分布。所述 光源的光与所述另外的光源的阵列发射的光混合并且确定依照本发明 的照明系统发射的光的颜色。调整所述光源发射的光量确定了照明系统 发射的总体光的颜色的变化。通过这种方式，只需要例如设置在光出射 窗边缘处的 一些光源以便获得颜色可调的照明系统。
在所述照明系统的一个实施例中，光出射窗包括漫射器，或增亮膜， 或微照明光学器件，或棱镜片，或多个被设置成基本上垂直于光出射窗 的薄片。增亮膜或微照明光学器件是例如当在背光系统中使用照明系统 时用于重定向从该照明系统发射的光的商业上可获得的产品。此外，当 所列的片或薄膜用在所述照明系统的光出射窗上时，该照明系统发射的 光的均匀性进一步得到提高。
在依照本发明的背光系统或照明器的一个实施例中，该背光系统或 照明器包括多个被设置成彼此邻近的照明系统。该实施例的益处在于， 可以制造基本上任意尺寸的背光系统和/或照明器，其中例如经由所述多 个照明系统中的每一 个的光出射窗发射的光的光分布是基本上均匀的。


本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例是清楚明白的，并 且将参照这些实施例进行阐述。 在附图中
图1A、图1B和图1C示出了依照本发明的照明系统的截面图， 图2A和图2B示出了依照本发明的照明系统的部分透明三维视图， 图3A、图3B和图3C示出了依照本发明的照明系统的另外的实施例 的部分截面图，
图4A和图4B示出了包括远程磷光体的依照本发明的照明系统的实 施例的部分截面图，以及
图5示出了依照本发明的照明系统的截面图，其中除了所述光源， 该照明系统还包括设置在漫反射屏处的另外的光源的阵列，
图6A示出了包括背光系统的显示设备的截面图，该背光系统包括依 照本发明的照明系统，
图6B示出了用于显示设备中的背光系统的截面图的详细视图，以及
图7A和图7B示出了背光系统或照明器的截面图，其包括多个彼此邻 近地设置的照明系统。
这些附图纯粹是示意性的并且未按比例绘制。特别地，为了清楚起 见， 一些维度被严重夸大。附图中的相似部件尽可能地用相同的附图标 记来表示。
具体实施例方式
图1A、图1B和图1C示出了依照本发明的照明系统2、 4、 5的截 面图。依照本发明的照明系统2、 4、 5包括用于从照明系统2、 4、 5发 射光的光出射窗30以及被设置成与光出射窗30相对的漫反射屏40、42、 43。照明系统2、 4、 5还包括光源20,所述光源2(H皮设置用于经由漫 反射屏40、 42、 43间接照明光出射窗30。光源20设置在光出射窗30 边缘附近并且在被设置成基本上平行于光出射窗30的假想平面22上。 从光源20发射的光包括围绕中心矢量26的角分布24。中心矢量26背 向光出射窗30，基本上平行于假想平面22的法向轴(未示出)或者相 对于々i想平面22的法向轴远离光出射窗30而倾4牛。依照本发明的照明 系统2、 4、 5还包括设置在漫反射屏40、 42、 43与光出射窗30之间的边缘壁62。边缘壁62包括用于朝漫反射屏40、 42、 43反射由光源20 发射的光的至少一部分的凹形镜面反射镜60。
在依照本发明的照明系统2、 4、 5的优选实施例中，光源20为发 光二极管20 (进一步也称为LED)。然而，光源20可以是任何适当的 光源，例如低压放电灯、高压放电灯、白炽灯或者激光光源。
在图1A、图1B和图1C中所示的照明系统2、 4、 5的实施例中， 光源20设置在脊32上，该脊设置在光出射窗30的边缘处。脊32具有 宽度L,并且在所示的实施例中被设置成邻近光出射窗30。包括镜面反 射镜60的边缘壁62将漫反射屏40、 42、 43与脊32连接。可替换地， 脊32可以由照明系统2、 4、 5的单独的突出物构成，其包括光源20和 凹形镜面反射镜60。在图1A、图1B和图1C所示的实施例中，脊32 相对较大。脊32的确切尺寸、镜面反射镜60的曲率以及光出射窗30 的宽度w可以例如根据均匀性要求而变化。
依照本发明的照明系统2、 4、 5具有高度h2，它是照明系统2、 4、 5在基本上垂直于光出射窗30的方向上的尺寸。照明系统2、 4、 5的光 出射窗30具有宽度w，它是基本上平行于光出射窗30的光出射窗30 的最小尺寸。在其中照明系统2为矩形照明系统2 (参见图2A)的照明 系统2的实施例中，光出射窗30也具有长度(未示出)，该长度是基 本上平行于光出射窗30 (并且典型地垂直于宽度w)的光出射窗30的 最大尺寸。依照本发明的照明系统2、 4、 5的高度h2和宽度w优选地 被设置成使得
高度/宽度$1/20。
在该范围之内，光出射窗30处的亮度分布仍然能够相对良好地进行控 制。光源20沿着假想平面22设置在脊32上镜面反射镜60与光源20 之间的距离X处。脊32具有宽度L。
图1A示出了依照本发明的照明系统2的优选实施例，其中漫反射 屏40由基本上平坦的表面构成，该表面被设置成与光出射窗30相对。 这个实施例的益处在于，照明系统2的高度h2可以最小化。例如，镜 面反射镜60具有抛物面形状或者优化成以基本上均匀的方式照明漫反 射屏40的形状。使用例如等于10mm的镜高hl、等于15mm的高度h2、 等于1.75mm的光源20与镜面反射镜的距离(用x表示)、等于10mm 的脊32宽度(用L表示)以及等于150mm的光出射窗30的宽度w,利用光线追迹程序计算出前窗的基本上均匀的照度。光出射窗30的长
度为250mm并且照明系统2包括10个LED ( 5个LED沿着光出射窗 30的长度在光出射窗30的相对侧上)，LED之间的距离为50mm。在 这些计算中，假设漫反射屏40为"朗伯漫射器"。相反地，在其中10 个LED设置在与光出射窗30相对地设置的壁上并且其中这10个LED 形成LED之间的距离为57mm的方形点阵130 x250mm2的传统"直接 照亮"配置中，要求LED与光出射窗30之间的距离(等效于照明系统 的高度h2)近似为90mm以便获得光出射窗30的基本上均匀的照度。 因此，光源20与镜面反射镜60 —起的设置充分地降低了照明系统2的 高度h2。
在如图1A所示的照明系统2的实施例中，镜面反射镜60具有小于 照明系统2的高度h2的镜高hl 。由于照明系统2的附加高度h2的原因， 提高了光出射窗30处的亮度均匀性。可替换地，可以改变凹形镜面反 射表面的曲率以改变漫反射屏上的光分布，例如以便在照明系统2的高 度h2等于镜高hl的同时提供光出射窗30的均勻照明。
图1B示出了依照本发明的照明系统4的实施例，其中漫反射表面 42是弯曲的。将漫反射表面42的形状改变成基本上为凹形(如图1B 所示)可以例如补偿漫反射表面42的非均匀照明并且因而可以在光出 射窗30处产生所需的均匀亮度分布。漫反射屏42可以例如为凹形(如 图1B所示)、凸形(未示出)或者凹形和凸形的组合(未示出)。
图1C示出了依照本发明的照明系统5的实施例，其中漫反射表面 43^皮充分弯曲，/人而形成凹入照明系统5的凹口。漫反射表面43的这 种形状与特定凹形镜面反射镜60 —起可以进一步降低照明系统5的高 度h2。
图2A和图2B示出了依照本发明的照明系统2、 4的部分透明三维 视图。图2A示出了依照本发明的照明系统2,其具有基本上为矩形的 光出射窗30。图2A中示出的实施例包括沿着光出射窗30的长度设置 的、设置在光出射窗30的相对侧上的脊32。每个脊32包括多个作为光 源20的LED 20。图2B示出了依照本发明的照明系统4，其具有椭圆形 光出射窗30,例如圆形光出射窗30。包括所述多个作为光源20的LED 20的脊32设皇在圆形光出射窗30的周围。
图3A、图3B和图3C示出了依照本发明的照明系统6、 8、 10的另外的实施例的部分截面图。图3A中示出的实施例包括脊32,其相对于 假想平面22 (参见图1A)倾斜，使得LED20的中心矢量26相对于光 出射窗30的法向轴(未示出)倾斜。由于该倾斜的脊32的原因，中心 矢量26的倾角远离光出射窗30,这防止了 LED 20直接照明光出射窗 30,这降低了依照本发明的照明系统6的眩光。可替换地，发光二极管 20连同镜面反射镜的组合可以相比于图1A、图1B和图1C所示的实施 例而倾斜以便防止来自发光二极管20的光通过照明系统6的相对边缘 壁62(未示出)反射，从而提高了均匀性和效率。图3A中示出的实施 例还包括多个被设置成基本上垂直于漫反射屏40的薄片44。薄片44的 表面也漫反射碰撞的光。应用所述多个薄片44基本上防止了从镜面反 射镜60反射的光以大的掠射角碰撞到漫反射屏40上。相反地，以相对 较大的掠射角接近漫反射屏40的光碰撞到漫反射薄片44上并且由薄片 44充分地漫反射。当光以掠射角碰撞到漫反射屏40上时，光的一部分 可能不经过漫反射，而是可能基本上被镜面反射。如果漫反射屏40上 的光分布是基本上均匀的，那么由于以掠射角碰撞到漫反射屏40上的 光的部分镜面反射的原因，光出射窗30处的亮度分布可能不是均匀的。 通过添加多个薄片44,由镜面反射镜60反射的光将不以掠射角碰撞漫 反射屏40并且因而漫反射屏40的反射特性更加密切地类似于基本上为 朗伯型的漫射器。
在依照本发明的照明系统6的可替换的另外的实施例中，脊32倾 斜成使得脊32被定位成基本上垂直于光出射窗32 (未示出)。
在图3B示出的照明系统8的实施例中，漫反射屏46包括结构化表 面。图3B中示出的截面图可以例如为伸长的棱镜结构46的截面图，或 者为多个金字塔结构46的截面图，或者为多个锥形结构46的截面图。 该结构化表面46的作用是防止光以掠射角撞击到漫反射屏46上，这如 前所述导致漫反射屏46的反射特性更加密切地类似于朗伯漫射器。
在如图3C所示的照明系统10的实施例中，漫反射屏40还包括在 光束撞击漫反射屏40之前将光束朝漫反射屏40的法向轴(未示出)重 定向的准直板48。该准直板48例如是例如商业上也称为透射式直角薄 膜(也称为TRAF )或者增亮膜(也称为BEF )或双增亮膜(也称为DBEF ) 或者光学照明箔(也称为OLF)的透明棱镜片。这些基本上透明的棱镜 片将以掠射角撞击的光重定向成以更靠近漫反射屏法线的角度撞击漫反射屏。这防止了光以掠射角撞击，从而改善了漫反射屏40的漫反射 特性。
图4A和图4B示出了包括远程磷光体层50的依照本发明的照明系统 12、 14的实施例的部分截面图。在图4A所示的实施例中，将远程磷光体 层50施加到光出射窗30。该实施例的益处在于，可以例如在将光出射窗 30组装到照明系统12中之前相对容易地施加远程磷光体层50。然而，光 出射窗30处的亮度均匀性相对较强地依赖于远程磷光体层50的均匀性 以及远程磷光体层50中的发光材料分布的均匀性。在图4B所示的实施例 中，将远程磷光体层50施加到漫反射屏40上。可替换地，将发光材料施 加到漫反射屏40的漫反射层中，使得该漫反射层充当远程磷光体层。该 实施例的益处在于，由于施加的远程磷光体层50与光出射窗30之间的距 离的原因，该远程磷光体层50的均匀性对于光出射窗30处的亮度均匀性 不那么关键。由于远程磷光体层50与光出射窗30之间的这个附加的距离 的原因，远程磷光体层50产生的光在其由依照本发明的照明系统14发射 之前经过混合。远程磷光体层50可以包括单一发光材料或者可以包括多 种不同发光材料的混合物。可替换地，依照本发明的照明系统包括光出 射窗30处以及漫反射屏40上的远程磷光体层50 (未示出)。在这样的实 施例中，与施加到光出射窗30的远程磷光体层50相比，施加到漫反射屏 40的远程磷光体层50可以不同，例如可以包括不同的发光材料或者发光 材料的不同混合物。
在一个优选的实施例中，发光二极管20发射基本上为蓝色的光。该 蓝色光的 一 部分将例如通过使用Y3Al5012:Ce3+ (进 一 步也被称为 YAG:Ce)而被转换，所述丫3八15012:063+将一部分蓝色撞击的光转换成黄 色光。通过选择蓝色光到黄色的正确转换，由依照本发明的照明系统12、 14发射的光的颜色可以是冷白色。由远程磷光体层50转换的蓝色光的比 例可以例如由远程磷光体层50的层厚度确定，或者例如由远程磷光体层 50中分布的YAG:Ce的浓度确定。可替换地，例如可以使用CaS:Eu2+(进 一步也称为CaS:Eu),其将一部分蓝色撞击的光转换成红色光。将一些 CaS:Eu添加到YAG:Ce可以导致具有增加的色温的白色光。可替换地， 发光二极管20发射紫外光，该紫外光由远程磷光体层50转换成基本上为 白色的光。例如，具有不同磷光体比例的BaMgAh()On:Eu"(将紫外光 转换成蓝色光)、CasMg(Si04)4Cl2:Eu2+、 Mn2+(将紫外光转换成绿色光)以及Y203:Ei^+、 Bi3+ (将紫外光转换成红色光)的混合物可以用来选择 从照明系统12、 14发射的光的颜色，该颜色位于从相对冷的白色到暖白 色的范围内，例如位于6500K和2700K之间的范围内。其他适当的石粦光 体可以用来获得由照明系统12、 14发射的光的需要的颜色。
图5示出了依照本发明的照明系统16的截面图，其中除了光源20, 该照明系统16还包括设置在漫反射屏40上的另外的光源70的阵列。所述 另外的光源70的阵列中的所述另外的光源70的每一个发射的光的颜色 不同于光源2 0发射的光的颜色。如图5所示的照明系统16可以例如包4舌 颜色可调的照明系统16,其中所述另外的光源7 0的阵列确定照明系统16 发射的光的基本颜色，该基本颜色可以通过添加光源20的光来调整。添 加的来自光源20的光通过使用镜面反射镜60而基本上均匀地分布在光 出射窗30上，所述镜面反射镜60将光源20发射的光的至少一部分反射到 漫反射屏40上。例如，当所述另外的光源70的阵列发射基本上为白色的 光时，添加由光源20发射的例如红色光降低了所述另外的光源70的阵列 的白色光的色温。可替换地，当把光源20发射的例如蓝色光添加到由所
加。在依照本发明的照明系统16的一个实施例中，光源20由光源20的阵 列构成，该光源20的阵列例如设置在脊32上并且所述阵列包括发射蓝色 光的LED以及发射红色光的LED。这种LED 20布置将允许增加和降低照 明系统16发射的光的色温，这取决于将来自光源20的阵列的哪种颜色添 加到由所述另外的光源70的阵列发射的光。因此，提高了依照本发明的 照明系统16的可调整性。
图6A示出了包括背光系统100的显示设备110的截面图，该背光系统 包括依照本发明的照明系统2。显示设备1 IO可以例如为液晶显示设备 110,其包括电连接(未示出)液晶单元层112、偏振层114以及分析层 116。可替换地，显示设备110可以是任何其他的非发射式显示设备110。
图6 B示出了用于显示设备10 0中的背光系统101的截面图的详细视 图。漫反射屏40包括白色漫射高反射朗伯反射器，例如附加的无机粒子 (A1203、 BaS04、 Zr〇2)层和喷溅到漫反射屏40上的粘合剂(图6B中用 灰色线表示)。此外，脊32面向镜面反射镜60的一側优选地包括白色漫 射朗伯反射器。光出射窗30包括优选地位于光出射窗30面向漫反射屏40 的一侧处的发光材料层50。光出射窗30还包括位于光出射窗30之上的用虚线表示的增亮膜34。该增亮膜34例如包括大约50%的反射率。该增亮 膜34还包括用于进一 步提高背光系统101发射的光的亮度均匀性的双增 亮膜36。同样地，该双增亮膜36包括大约50%的反射率。镜面反射镜60 为例如依照下式的凹形
y(x) = -35 *((x/35)'/2 其中y轴被设置成基本上平行于光出射窗30的法向轴(未示出)，并且 其中x轴被设置成基本上平行于光出射窗30。优选地，在光出射窗30与 漫反射屏40之间的背光系统101的内部包含空气以减轻背光系统IOI的 重量。例如，为了获得32英寸的背光系统101,边缘壁62可以例如具有 等于35毫米的高度hl，发光二极管20的位置x可以例如为7毫米，光出射 窗30的宽度w可以例如为400毫米，脊32可以例如为20毫米，并且发光二 极管沿着基本上垂直于图6B所示截面的方向的间距可以例如为％毫米。
图7A和图7B示出了背光系统102、 103或照明器102、 103的截面 图，其包括多个彼此邻近地设置的照明系统。该实施例的益处在于，可 以制成基本上任意尺寸的背光系统102、 103或照明器102、 103,其在 光出射窗30处具有基本上均匀的亮度分布。此外，各照明系统的高度 h2大于镜面反射镜60的高度hl。各照明系统的高度h2必须被选择成 足够大，以避免脊32在光出射窗30上形成阴影。所述多个照明系统以 间距P设置。脊32面向光出射窗30的一侧优选地是高度漫反射的，以 便进一步避免脊32在光出射窗30上形成阴影。
如图7A所示的背光系统102或照明器102的实施例，各照明系统中的 每一个包括设置成彼此相对的两个镜面反射镜60,每个具有一行发光二 极管20。该实施例的益处在于，使用两个镜面反射镜60允许实现发光二 极管20发射的光均匀分布在漫反射屏40上。然而， 一个缺陷在于，脊32 相对较宽，这可能在光出射窗30上形成阴影。增加背光系统102或照明 器102的高度h2或者向脊32面向光出射窗30的一侧提供高度漫反射的层 降低了由该相对较大的脊32造成的非均匀性。
如图7 B所示的背光系统10 3或照明器10 3的实施例，各照明系统中的 每一个仅仅包括被设置成与基本上笔直的壁相对的单个镜面反射镜60。 该布置减小了脊3 2的尺寸，这提高了均匀性或者这可以降低背光系统 103或照明器103的高度h2。该布置的一个缺陷在于，只有单个镜面反射 镜60用来在漫反射屏40上产生基本上均匀的照明，这需要镜面反射镜60的更精确的定位和曲率。
应当指出的是，上述实施例说明而不是限制了本发明，并且本领域 技术人员应当能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计出许 多可替换的实施例。
在权利要求书中，任何置于括号中的附图标记都不应当被视为对权 利要求的限制。动词"包括"及其变体的使用并没有排除存在权利要求 中未列出的元件或步骤。元件之前的冠词"一"并没有排除存在多个这 样的元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件来实现。在列举 了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以由同 一硬件项来 实施。在相互不同的从属权利要求中陈述某些技术措施这一事实并不意 味着这些技术措施的组合不可以加以利用。
权利要求
1.一种照明系统(2，4，5，6，8，10，12，14，16)，具有用于从照明系统(2，4，5，6，8，10，12，14，16)发射光的光出射窗(30)，该照明系统(2，4，5，6，8，10，12，14，16)包括-漫反射屏(40，42，43，46)，其被设置成与光出射窗(30)相对，-光源(20)，其被设置用于经由漫反射屏(40，42，43，46)间接照明光出射窗(30)，该光源(20)设置在光出射窗(30)边缘附近并且在基本上平行于光出射窗(30)的假想平面(22)上，从该光源(20)发射的光包括围绕中心矢量(26)的角分布(24)，该中心矢量(26)背向光出射窗(30)，以及-边缘壁(62)，其设置在漫反射屏(40，42，43，46)与光出射窗(30)之间，该边缘壁(62)包括用于朝漫反射屏(40，42，43，46)反射所述光源(20)发射的光的至少一部分的凹形镜面反射镜(60)。
2. 如权利要求l所述的照明系统(2, 4, 5， 6, 8, 10, 12, 14, 16)，其中中心矢量(26)相对于假想平面(22)的法向轴倾斜以便降低该照明系统(2， 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16)的眩光。
3. 如权利要求1或2所述的照明系统(2, 4, 5, 6, 8， 10, 12, 14,16),其中镜面反射镜(60)包括用于对漫反射屏(40， 42, 43, 46 )的 一部分产生基本上均匀的照明的形状。
4. 如权利要求l、 2或3所述的照明系统(2, 4, 5, 6, 8, 10, 12,14, 16),其中镜面反射镜(60)包括抛物面形状。
5. 如权利要求l、 2、 3或4所述的照明系统(2, 4， 5， 6, 8, 10,12， 14, 16),其中光源(20)设置在脊(32)上，该脊设置在光出射窗(30)的边缘处，镜面反射镜(60)设置在光源(20)背对光出射窗(30)的一侧。
6. 如权利要求l、 2、 3、 4或5所述的照明系统(2， 4, 5, 6, 8, 10,12, 14， 16)，其中漫反射屏(40, 42, 43， 46)包括结构化反射表面(40, 42, 43, 46)。
7. 如权利要求6所述的照明系统(2， 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16),其中结构化反射表面(46)包括多个伸长的棱镜结构(46)，或者包括多个金字塔结构(46),或者包括多个锥形结构(46)。
8. 如权利要求l、 2、 3、 4或5所述的照明系统(2, 4, 5, 6, 8, 10,),其中漫反射屏(40, 42, 43, 46)包括准直板(48),或者包括重定向箔，或者包括多个设置成基本上垂直于漫反射屏(40)的薄片(44)。
9. 如前面的权利要求中任何一项所述的照明系统(2, 4, 5， 6, 8，10, 12, 14, 16)，其中该照明系统的高度(h2)与光出射窗(30)的宽度(w)之比大于或等于1/20,其中所述高度(h2)为照明系统(2,4, 5, 6, 8， 10, 12, 14, 16)基本上垂直于光出射窗(30)的尺寸，并且其中光出射窗(30)的宽度(w)为基本上平行于光出射窗(30)的光出射窗(30)的最小尺寸。
10. 如前面的权利要求中任何一项所述的照明系统(2, 4, 5, 6， 8，10, 12, 14, 16),其中该照明系统(2， 4, 5, 6, 8， 10， 12， 14， 16)包括设置在漫反射屏(40, 42, 43, 46)和/或光出射窗(30)上的远程磷光体层(50),该远程磷光体层(50)为包括用于将光源(20)发射的光的至少一部分转换成具有不同颜色的光的发光材料(52)的层。
11. 如前面的权利要求中任何一项所述的照明系统(2, 4, 5, 6, 8,10, 12, 14, 16),其中该照明系统(2, 4, 5， 6, 8, 10， 12, 14, 16)还包括设置在漫反射屏(40, 42， 43, 46)上用于直接照明光出射窗(30)的另外的光源(70)的阵列，所述光源(20)发射的光的颜色不同于所述另外的光源(70)的阵列发射的光的颜色。
12. 如前面的权利要求中任何一项所述的照明系统(2, 4， 5, 6, 8,10, 12, 14, 16),其中光出射窗(30)包括漫射器(30),或增亮膜，或微照明光学器件，或棱镜片，或多个设置成基本上垂直于光出射窗(30)的薄片
13. —种背光系统(IOO, 101， 102, 103 ),包括如权利要求1-12中任何一项所述的照明系统(2, 4, 5， 6, 8， 10， 12, 14, 16)。
14. 一种背光系统(IOO, 101， 102, 103 )，包括多个如权利要求1國12中任何一项所述的照明系统(2, 4， 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16)。
15. —种显示设备(IIO)，包括如权利要求13或14所述的背光系统(100)。
16. —种照明器(2, 4, 5, 6, 8, 10, 12， 14， 16, 102, 103 ),包括如权利要求1-12中任何一项所述的照明系统(2, 4, 5, 6, 8, 10，12, 14, 16)。
17. —种照明器(2, 4， 5, 6, 8, 10， 12, 14, 16， 18, 19， 102，[103),包括多个如权利要求1-12中任何一项所述的照明系统(2, 4, 5,[6, 8, 10, 12, 14, 16)。
全文摘要
本发明涉及照明系统(2)、照明器(2)、背光系统和显示设备。依照本发明的照明系统包括用于从该照明系统发射光的光出射窗(30)以及设置成与光出射窗相对的漫反射屏(40)。该照明系统还包括被设置用于经由漫反射屏间接照明光出射窗的光源(20)。该光源设置在假想平面(22)上光出射窗边缘的附近并且发射离开光出射窗的光，所述假想平面被设置成基本上平行于光出射窗。所述照明系统还包括边缘壁(62)，该边缘壁包括用于朝漫反射屏反射光源发射的光的至少一部分的凹形镜面反射镜(60)。依照本发明的照明系统的效果在于，使用镜面反射镜允许实现光源发射的光的一部分朝漫反射屏的受控反射。
文档编号G02F1/13357GK101681059SQ200880018327
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月26日 优先权日2007年5月29日
发明者E·布尼坎普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司