用于照明系统和用于扫描背光系统的光导的制作方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:用于照明系统和用于扫描背光系统的光导的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于照明系统的光导。本发明也涉及一种照明器、扫描背光系统和显示设备。
背景技术
光导本身已知例如用于照射诸如背光系统之类的照明系统的光输出窗口。它们尤其用在用于(画面)显示设备(例如用于电视机和监视器)的背光照明系统中。这样的光导特别适合于用作用于非发射显示设备的背光照明系统,所述非发射显示设备例如液晶显示设备(也记为LCD面板),其用在例如(便携式)计算机或者例如(便携式)电话中。所述非发射显示设备通常包括被提供规则像素图案的衬底,这些像素中的每一个由至少一个电极控制。所述显示设备利用控制电路以便在该(画面)显示设备的(画面)屏幕的相关场内实现画面或数据图形显示。来源于LCD设备中的照明系统的光借助于其中可以使用例如各种不同类型的液晶效应的开关或调制器进行调制。此外,显示器可以基于电泳或机电效应。为了减少运动伪像,开发了并且正在进一步改进扫描背光系统。扫描背光系统被配置成顺序地照射显示设备的预定义像素组。目前,存在两种用于非发射显示设备的扫描背光系统的常用配置边缘照亮配置和直接照亮配置。在边缘照亮配置中,扫描背光系统通常包括这样的光导,该光导被设置成与光输出窗口平行并且具有光源(阵列)通过其将光发射到光导中的边缘壁。光基本上与光输出窗口平行地被引导,并且遍及整个光导分布。光导包括多个光导段,这些光导段与扫描背光系统顺序地照射的预定义像素组的像素区域相应。在这样的边缘照亮配置中,预定义像素组构成跨显示设备的(多个)像素行,其产生一维扫描背光系统。光通过经由光提取装置重定向引导的光的部分而通过光输出窗口发射。在直接照亮配置中,光源设置在基本上与扫描背光系统的光输出窗口平行的阵列中。在直接照亮配置中,扫描背光系统可以是二维扫描背光系统,其中显示设备的被顺序地照射的预定义像素组可以是构成显示设备的二维预定义像素组阵列的一部分。具有多个光导段的已知光导的缺点在于,具有这样的光导的显示设备显示的图像可能包括局部图像缺陷。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于照明系统的光导,其中减少了局部图像缺陷。依照本发明的第一方面,这个目的是利用一种包括光输出窗口的用于照明系统的光导来实现的。该光导包括光输出窗口并且包括多个光导段,每个光导段基本上与相邻光导段光学分离。每个光导段包括与后壁相对地设置且被配置用于将光分布在该光导段内的前壁。每个光导段进一步包括用于经由前壁提取分布的光的至少一部分以便操作时照射光输出窗口的光提取装置。前壁与光输出窗口之间的距离在前壁中心处与在前壁的预定义边缘处相比更小。前壁的预定义边缘是光导段被设置成邻近相邻光导段所在的边缘。
光输出窗口与前壁之间的距离是在基本上垂直于光输出窗口的方向上测量的尺寸。光输出窗口可以是由半透明材料构成的窗口,光导通过该窗口发射其远离光导的光。可替换地,光输出窗口可以例如包括例如可以是基本上在前壁中心处接触前壁的切平面的假想平坦表面,或者基本上平行于基本上在前壁中心处接触前壁的切平面的假想平坦表面。 光导段的前壁被配置用于发射由该光导段引导的光。前壁包括预定义边缘,这些预定义边缘是分离相邻光导段的边界或线。前壁包括这样的形状,使得前壁与光输出壁之间的距离在前壁中心处与在预定义边缘处相比更小。前壁中心是前壁的一部分,其具有沿着前壁表面测量的到前壁边缘的基本上相等的距离。在光导段具有平行于前壁的对称轴的情况下, 前壁典型地只有最多两个预定义边缘并且具有与前壁表面线基本上重合的中心,所述前壁表面线基本上平行于该对称轴延伸。如果光导段以一维光导段阵列设置在照明系统中,那么每个光导段包括最多两个预定义边缘。如果光导段以二维光导段阵列设置在照明系统中,那么每个光导段包括最多四个预定义边缘。依照本发明的光导的效果在于,前壁与光输出窗口之间的距离在其中光导段邻接相邻光导段的预定义边缘处与在光导段的前壁中心处相比更大。由于该增大的距离的原因,邻近光导段之间的界面处的光的强度和/或颜色和/或分布的局部变化由于来源于两个邻近光导段的光在该光撞击到光输出窗口上之前混合而被平均掉。因此,由于预定义边缘处的距离的增大,相邻光导段之间的界面处的变化的可见性降低,从而改善了照明系统的整个光输出窗口的均勻性。当照明系统为扫描背光系统时,预定义边缘处的距离的增大改善了包括包含光导的扫描背光系统的显示设备上产生的图像的质量。特别地,导致基本上笔直的线的光伪像典型地对于用户清晰可见,因为人眼对于小的视亮度变化相对敏感。前壁边缘处的缺陷可能造成不希望的散射效应,这些散射效应可能造成例如经由诸如包括光导的扫描背光系统之类的照明系统照射的图像的可见的强度变化。同样地,光导段及其相邻光导段发射的光之间的光强度和/或颜色和/或分布的变化可能作为经由诸如包括光导的扫描背光系统之类的照明系统照射的图像中的具有偏离强度和/或颜色和/或分布的线或区域而可见。本发明人已经发现,通过与前壁中心相比增大预定义边缘到光输出窗口的距离,前壁边缘处的缺陷造成的任何光伪像都由于该附加的距离造成的预定义边缘处发射的光的附加混合而减少。预定义边缘处的增大的距离也造成光导段和相邻光导段发射的光的预定义重叠。该预定义重叠降低了光导中的邻近光导段之间的光的强度和/或颜色和/或分布的任何变化,这也改善了例如包括包含光导的扫描背光系统的显示设备上产生的图像的质量。同样地,两个相邻光导段之间的不对准可能产生局部强度变化,这些局部强度变化典型地导致具有偏离强度的可见直线并且可以通过增大预定义边缘处的距离以产生预定义重叠而显著地降低。光导段可以例如由对于要由光导引导的光基本上透明的固体材料构成。光的引导和混合可以例如经由全内反射而发生,全内反射产生光在光导段内部的基本上无损耗的限制。光提取装置确保从每个光导段中提取光,使得照明系统的光输出窗口被基本上均勻地照射。当照明系统为扫描背光系统时,撞击到光输出窗口上的光强度在预定义时间间隔期间在整个光输出窗口上是均勻的,所述时间间隔可以例如是诸如电视之类的显示设备的帧时间。在光导的一个实施例中,光导由连续材料构成,每个光导段的预定义边缘处的增大的距离构成光导段之间的光学分离。该实施例具有以下优点光导的制造成本降低。例如,诸如注射成型或挤压技术之类的公知成型技术可以用来从连续材料产生光导。在注射成型或挤压期间,将可溶解或可变形材料压进模具中,其后将可溶解或可变形材料固化以便形成光导。前壁的形状可以构成为,前壁与光输出窗口之间在预定义边缘处与在前壁中心处相比具有增大的距离。同样地,用于适应性调节前壁的形状以便在预定义边缘处产生前壁与光输出窗口之间的增大的距离的公知冲压技术也可以用来从连续材料产生光导。该实施例的另一优点在于,相邻光导段无需在光导构造期间对准。当光导由物理分离的光导段构成时,通过将彼此邻近的分离的光导段对准而从分离的光导段构造光导。 两个邻近光导段之间的任何不对准都可能造成降低光导、照明系统、扫描背光系统以及显示设备的质量的可见光伪像。尽管预定义边缘处的前壁与光输出窗口之间的增大的距离减少了可能由该不对准而引起的任何光伪像,但是当前的实施例允许在无需对准单独的光导段的情况下构造光导。因此,基本上避免了由于不对准而引起的光伪像,这进一步改善了光导、照明系统、扫描背光系统和显示设备的质量。该实施例的甚至进一步的优点在于,它导致光导具有改善的机械刚度。在光导的一个实施例中,前壁中心处的光导段厚度为用于在预定义边缘处产生增大的距离的前壁预定义边缘处的厚度的至少3倍。光导段的厚度是在基本上垂直于光输出窗口的方向上测量的前壁与后壁之间的尺寸。在前壁中心处具有预定义边缘处的3倍厚的厚度确保了光导段中的光高效地限制在光导段内。当光导由连续材料构成时,该高效的限制仍然存在。在光导的一个实施例中,前壁的形状包括被配置用于与中心处的距离相比增大预定义边缘处的前壁与光输出窗口之间的距离的平滑弯曲形状。该实施例具有以下优点,平滑弯曲形状降低了可能造成发射分布图(profile)中的非均勻性的散射元件的出现。前壁处或附近的任何形状边缘可能包括光可能从其不受控制地散射并且其可能产生强度变化的缺陷。平滑弯曲形状的另一优点在于,在从前壁发射的光的角度分布中不出现急剧的过渡。角度分布中的这样的过渡可能例如发生在相对于彼此具有不同取向的两个小面 (facet)之间。此外,平滑弯曲形状可能在使用注射成型技术制造光导或者制造单独的光导段时是有益的。当前壁包括锐边时,这些锐边可能在光导或光导段从模具脱离时局部变形或者被损坏。这样的变形或损坏可以造成可能在图像中可见的从光导或光导段发射的光的不受控制的重新分布或者光的散射。可替换地,具有相对锐利的边缘的光导或光导段可能需要在从模具中移除该光导或光导段之前被固化,这增加了光导或光导段的制造时间以及因而光导或光导段的成本。当使用平滑弯曲前壁时,可以避免前壁处或附近的锐边,从而改善图像质量。在光导的一个实施例中,前壁的形状包括构成前壁的多个小面,其中所述多个小面包括包含预定义边缘的边缘小面,该边缘小面被配置用于与光输出窗口成角度地设置以便增大距离。该实施例具有以下优点,前壁中心与预定义边缘之间的增大的距离被逐渐地产生,其由边缘小面与光输出窗口之间的角度限定。所述距离的这种逐渐的增大进一步降低了相邻光导段的光的强度和/或颜色和/或分布的任何剩余差异的可见性,因为来自光导段的光与相邻光导段的光之间的混合也逐渐地发生。边缘小面与光输出窗口之间的角度例如处于10度与30度(且包括10度和30度)的范围(10· ··至30,其中·代表角度)内以便确保预定义边缘与光输出窗口之间的足够距离,同时防止距离的太陡峭的变化。当然,每个光导或光导段也可以包括边缘壁,该边缘壁可以由设置成基本上垂直于光输出窗口并且设置在例如边缘小面与后壁之间的壁或小面构成。这样的边缘壁增大了光导或光导段的边缘附近的光导或光导段的厚度和强度,这使得光导或光导段不太容易受到光导或光导段边缘处的损坏。如果前壁边缘处或者前壁边缘小面处不存在边缘壁,那么前壁边缘处的光导或光导段的厚度可能变得太窄,这将增大例如光导组装期间光导或光导段的部分可能被损坏和折断的风险。在光导的一个实施例中,所述多个光导段设置在一维光导段阵列中。当前实施例中的光导段典型地包括设置在前壁与后壁之间的边缘壁,其中该边缘壁包括用于使得来自光源的光能够进入光导段中的光入射窗口。通过光入射窗口发射的光分布在光导段内并且随后用来照射显示设备中的预定义像素行或者预定义数量的像素行。该光导可以用在一维扫描背光系统中,在该扫描背光系统中,每个光导段包括经由边缘壁将光发射到光导段中的关联光源。可替换地,可以例如通过应用例如从后壁向内凸进光导段中的凹状部分以便容纳用于光源(例如侧面发射发光二极管)的空间而使用其他将光源的光耦合到光导段中的装置,其中来自光源的光在基本上平行于光输出窗口的方向上发射。可替换地,所述多个光导段设置在二维光导段阵列中。在这样的实施例中,光导段可以包括设置在光导段的边缘上的光入射窗口,其从该光导段延伸到相邻光导段的后壁之后。可替换地,光导段可以包括例如从后壁向内凸进光导段中的凹状部分以便容纳用于光源(例如侧面发射发光二极管)的空间,其中来自光源的光在基本上平行于光输出窗口的方向上发射。在光导的一个实施例中,光导段包括用于使得来自光源的光能够进入该光导段中的光入射窗口,所述多个光导段中的至少一个光导段被配置用于使得光入射窗口定位在相邻光导段的后壁的背离该相邻光导段的一侧。在背光系统中,光源经常设置在光导段的边缘壁处。然而,光源的这种设置经常导致围绕显示设备的相对较宽且较厚的边沿,这除了显示器的不太美观的外观之外,在例如将显示设备集成到另外的应用或外壳中时也需要附加的空间。当前的实施例具有以下优点,光源可以隐藏在相邻光导段的后壁之后。在光导的一个实施例中,每个光导段被配置用于照射光输出窗口的相应部分,相邻光导段的相应部分被配置成部分地重叠。特别地,这样的部分重叠可以用来达到以下优点,通过邻近光导段由前壁发射的光的强度和/或颜色和/或分布之间的任何差异在整个重叠区域上被平均掉,以便使得邻近光导段之间的光的强度和/或颜色和/或分布的过渡逐渐地减小,从而降低这些过渡对于人眼的可见性。在光导的一个实施例中,光导段中的光提取装置的分布、尺寸和/或密度被配置用于降低相邻光导段照射的相邻部分之间的重叠部分处的由单个光导段提取的光的强度以便产生对于输出窗口的基本上均勻的光照。通过降低由单个光导段贡献的重叠区域处的强度,所述重叠部分的总体强度可以被选择成使得整个光输出窗口上的总体强度基本上是均勻的。在其中光导为扫描背光系统的一部分的实施例中,不同的部分与重叠区域一起由扫描背光系统以顺序的方式照射。随着时间的推移,整个光输出窗口发射的光基本上是均勻的。在光导的一个实施例中,光导包括发光材料或者包括发光材料的混合物,所述发光材料用于将通过光导引导的光的至少一部分转换成具有更长波长的光。发光材料可以例如设置在光导的前壁和/或后壁上,或者可以设置在单独的衬底上,该衬底设置在光源与光输出窗口之间。可替换地,发光材料可以设置在光输出窗口上,或者发光材料可以分布在光导段内。甚至进一步可替换地,发光材料可以构成光提取装置。发光材料在光导中的任何前述设置也称为远程磷光体设置。具有远离光源的发光材料时的益处在于,发光材料的效率被改善,从中选择的发光材料的范围由于远程磷光体设置中的发光材料的较低温度要求的原因而提高,并且远程发光材料也充当漫射光源发射的光的漫射器,从而避免了单独的漫射器的使用。本发明也涉及一种照明系统,该照明系统包括多个光源和依照本发明的光导。在照明系统的一个实施例中,所述多个光源中的每一个发射基本上白色的光,和 /或所述多个光源中的每一个包括发射多种颜色的光的多个光发射器。该实施例的益处在于,所述多种颜色可以用来通过调整光源中的光发射器的强度而调整各光导段发射的颜色。此外,当照明系统为扫描背光系统时,该扫描背光系统可以被配置用于单独地扫描所述多种颜色中的每种颜色。因此,优化的扫描设置可以应用于不同的颜色以便减少例如图像中的运动伪像。由于例如具有截然不同的衰减时间的不同发光材料用于产生不同的颜色, 或者例如通过仅仅针对特定颜色而不是针对所有颜色应用扫描背光系统的扫描操作模式, 这样的优化的扫描设置可以例如包括用于不同颜色的不同扫描速度,因为运动伪像仅仅在可用颜色范围的特定颜色处被预期,或者仅仅在可用颜色范围中的特定颜色处可见。本发明也涉及一种照明器,该照明器包括依照本发明的光导或者包括依照本发明的照明系统。本发明也涉及一种扫描背光系统,该扫描背光系统包括多个光源并且包括依照本发明的光导或者包括依照本发明的照明系统。该照明系统和/或扫描背光系统可以进一步包括漫射器和/或视亮度增强箔和/或重定向箔以便进一步改善从照明系统和/或扫描背光系统发射的光的均勻性。本发明也涉及一种显示设备,该显示设备包括依照本发明的光导,或者包括依照本发明的扫描背光系统。


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-1C为依照本发明的光导段的示意性三维视图, 图2A-2C为依照本发明的照明系统或扫描背光系统的示意性截面图, 图3A为依照本发明的光导的示意性三维视图,并且图:3B为指示沿着如图3A中所示的光导截面的发射的亮度的曲线图,
图4为包括二维光导段阵列的光导的示意性顶视图,以及图5A和图5B分别为显示设备和照明器的示意性截面图。这些图完全是图解性的,并且未按比例绘制。特别是为了清楚起见,一些尺寸被强烈夸大。图中相似的部件尽可能地由相同的附图标记表示。
具体实施例方式图1A-1C为依照本发明的光导段10、12A、12B的示意性三维视图。图1A-1C中所示的光导段10、12A、12B包括与后壁30相对地设置的前壁20、22A、22B,在其之间例如经由全内反射在前壁20、22A、22B与后壁30之间引导光。前壁20、22A、22B包括预定义边缘50, 该预定义边缘具有与光导段10、12A、12B中心C处的光导段10、12A、12B厚度Tl相比减小的厚度T2。光导段10、12A、12B的厚度Tl、T2是在基本上垂直于光输出窗口 220 (参见图 2A-2C)的方向上测量的前壁20、22A、22B与后壁30之间的距离。由于预定义边缘50处的该减小的厚度T2的原因,前壁20、22A、22B与光输出窗口 220之间的距离D(参见图2A-2C) 增大。与前壁20、22A、22B中心C相比的前壁20、22A、22B的预定义边缘50与光输出窗口 220之间的距离D的这种增大的效果在于,相邻光导段发射的光的强度和/或颜色和/或分布的变化在光输出窗口 220处降低。与预定义边缘50处的厚度T2相比,光导段10、12A、 12B的厚度T1、T2在前壁20、22Α中心C处可以例如至少3倍大。当光导段10、12Α、12Β设置在包括多个光导段10、12Α、12Β并且由连续材料构成的光导100、102、104(参见图2A-2C) 中时,厚度T1、T2的这种差异造成光高效地限制在各光导段10、12Α、12Β内。如图1Α、图IB和图IC中所示的光导段10、12Α、12Β的实施例是被配置成设置在一维光导段10、12Α、12Β阵列中以便形成光导200、202、204的光导段10、12Α、12Β。这样的光导段10、12Α、12Β包括对称轴S并且可以包括光入射窗口 60,该光入射窗口是与对称轴S相交的边缘壁60或者前壁20、22Α、22Β与后壁30之间的边缘壁的部分。光导段10、12Α、12Β 可以例如由对于要由光导段10、12Α、12Β引导的光基本上透明的固体材料构成。光的引导和混合可以例如经由全内反射而发生,全内反射产生光在光导段10、12Α、12Β内部的基本上无损耗的限制。光可以经由分布在后壁30处或者遍布在光导段10、12Α、12Β上(未示出) 的光提取装置40 (参见图2Α-2Β)而被提取。图IA包括光导段10的图示,其中前壁20的形状包括平滑弯曲形状20。该平滑弯曲形状20被配置用于与前壁20中心C相比增大预定义边缘50处的前壁20与光输出窗口 220之间的距离D。该平滑弯曲形状具有以下优点,它防止了可能包括附加散射元件并且可能造成从光导段10发射的光的发射分布图中的不均勻性的前壁20中的任何突变。平滑弯曲形状20的另一优点在于,诸如注射成型技术或挤压技术之类的生产技术可以用来制造光导200或者制造各光导段20,这降低了光导200以及各光导段20的生产成本。如图IA中所示的光导段10也包括预定义边缘50与后壁30之间的边缘壁(在图 IA中示于指示附图标记Τ2的虚线之间)。该边缘壁可以用来增大光导段10边缘处的光导段10厚度以便使得光导段10不太容易受到损坏。图IB和图IC包括光导段12Α、12Β的图示,其中前壁22Α、22Β的形状包括多个小面 22Α、22Β。所述多个小面22Α、22Β包括包含预定义边缘50的边缘小面22Β。边缘小面22Β 与光输出窗口 220 (参见图2A-2C)成角度·地设置以便增大距离D。边缘小面22Β的使用使得前壁22Α、22Β与光输出窗口 220之间的增大的距离逐渐地增大,其由边缘小面22Β与光输出窗口 220之间的角度·限定。当光导段12Α、12Β设置在光导段12Α、12Β阵列中以便一起照射光输出窗口 220时,距离D的这种逐渐的增大进一步降低了邻近光导段12Α、12Β 发射的光的强度和/或颜色和/或分布的任何剩余差异的可见性。边缘小面22Β与光输出窗口 220之间的角度·例如处于10度与30度(且包括10度和30度)的范围(10···至30) 内以便确保预定义边缘50与光输出窗口 220之间的足够距离D,同时防止距离D的太陡峭的变化。在如图IB和图IC所示的光导段12A、12B的实施例中,前壁22A、22B除了边缘小面22B之外包括处于光导段12A、12B中心C的仅仅单个中心小面22k。然而,技术人员应当清楚的是,光导段12A、12B中可以存在附加的小面,而不脱离本发明的范围。同样地,在如图IA所示的光导段10中,前壁20可以包括例如前壁20中心C处的基本上平坦的小面(图 2A、图2B和图2C中示出),其中这样的平坦小面可以例如被设置成平行于后壁30。如图IB和图IC所示的光导段12A、12B也可以包括如图IA中附图标记T2处所示的边缘壁(未指明)。这样的边缘壁可以由设置成基本上垂直于光输出窗口 220或者垂直于后壁30的壁或小面构成并且可以设置在例如边缘小面22B与后壁30之间。这样的边缘壁增大了光导100、102、104或光导段12A、12B的边缘附近的光导段12A、12B的厚度和强度, 这使得光导段12A、12B不太容易受到光导段12A、12B边缘处的损坏。如果前壁22A、22B的边缘小面处不存在边缘壁,那么前壁22A、22B处的光导段12A、12B的厚度将非常窄,这将增大例如光导100、102、104组装期间光导段12A、12B的部分可能被损坏和折断的风险。图2A-2C为包括光导100、102、104的依照本发明的照明系统200、202、204或扫描背光系统200、202、204的示意性截面图,所述光导包括光导段10、14、16。图2A-2C中示出的光导100、102、104包括光导段10、14、16阵列,这些光导段一起照射光输出窗口 220。光输出窗口 220可以是由半透明材料构成的窗口,光导100、102、104操作时通过该窗口发射其远离光导100、102、104的光。可替换地,光输出窗口 220可以例如包括例如可以是基本上在前壁20中心C处接触前壁20的切平面的假想平坦表面,或者基本上平行于基本上在前壁20中心C处接触前壁20的切平面的假想平坦表面。在光导段10、14、16阵列中的一个光导段10、14、16邻接相邻光导段10、14、16所在的边缘50 (进一步表示为预定义边缘 50)处,光照差异可能出现在光输出窗口 220处。光导段10、14、16被配置成通过与前壁20 中心处的前壁20与光输出窗口 220之间的距离D相比增大预定义边缘50处和附近的前壁 20与光输出窗口 220之间的距离D而减小这些光照差异。光导段10、14、16可以包括光提取装置40以便确保限制在光导段10、14、16内部的光可以从每个光导段10、14、16中提取,使得照明系统200、202、204的光输出窗口 220被基本上均勻地照射。当照明系统200、202、204为扫描背光系统200、202、204时,撞击到光输出窗口 220上的光强度在预定义时间间隔期间基本上在整个光输出窗口 220上是均勻的, 所述预定义时间间隔可以例如是诸如电视300之类的显示设备300的帧时间。如图2A-2C中所示的照明系统200、202、204包括光导段10、14、16和反射层70,该反射层用于将从光导100、102、104提取但是远离光输出窗口 220行进的光反射回光输出窗口 220。照明系统200、202、204进一步包括光源210、212,其中每个光导段10、14、16包括将光发射到光导段10、14、16中的单独的光源210、212。当光导100、102、104用在其中光输出窗口 220的部分230被相应光导段10、14、16顺序地照射的扫描背光系统200、202、204 中时,需要光源210、212和光导段10、14、16的这种组合。光导段10、14、16对于相应部分 230的光照进一步包括重叠区域232,其中光导段10、14、16及其相邻光导段10、14、16的光重叠。光提取装置40的分布可以被选择成使得重叠区域232处各光导段230中的每一个的强度更低,从而最终当把光导段10、14、16发射的光的贡献添加到邻近光导段10、14、16发射的光时,整个光输出窗口 220上的总光照基本上是恒定的。如图2A中所示的照明系统200包括由线性光导段10阵列构成的光导100,这些光导段10具有用于朝光输出窗口 220发射光的基本上平滑的弯曲前面层20。平滑弯曲前面层20的中心部分C可以包括如图2A、图2B和图2C的照明系统200、202、204中所示的相对平坦的区域。边缘壁60也用作光入射窗口 60以便允许光源210发射的光进入光导段10 中,其后光优选地通过光导段10经由全内反射而被引导。光源210包括多个光发射器(利用光源210内部的三个圆圈指示),每个光发射器例如将白色光或不同的颜色发射到光导段 10中。包括多个发射不同颜色的光发射器的这种光源210允许适应性调节被混合且分布在光导段10内部并且随后从光导100发射的光的颜色。此外,所述多个光发射器允许例如从光导段10例如选择性地或者顺序地发射不同的颜色,从而允许由光导100实现大范围的照明序列。在所示的实施例中,后壁30为被设置成平行于光输出窗口 220的基本上笔直的壁 30,但是基本上任何其他形状的后壁30可以被使用。预定义边缘50设置在距光输出窗口 220 一定距离D处以确保从光导段10以及从邻近光导段10发射的光的增强的混合以便减小邻近光导段10之间的任何光照差异。如图2B中所示的照明系统202包括由光导段14阵列构成的光导102,其中每个光导段14包括光导延伸部分14E,该光导延伸部分包括光入射窗口 62并且使得光入射窗口 62与光源212 —起能够被不可见地设置在相邻光导段14的后壁30处。由于光源212的这种设置的原因,如图2B中所示的光导102的光导段14可以设置在线性光导段14阵列中或者可以设置在二维光导段14阵列中。前壁20从光导延伸部分14E延伸到面向光输出窗口 220的光导段14部分。只有面向光输出窗口 220的前壁20部分用来从光导段14中提取光以便照射光输出窗口 220。光源212可以例如是发光二极管212或者适合于将光发射到光导段14中的任何其他光源212。如图2C中所示的照明系统204包括光导104,该光导包括例如从后壁30或者在光导段16的边缘处(如图2C中所示)向内凸进光导段16中的凹状部分16C以便容纳用于光源212的空间。这样的光源212可以例如是侧面发射发光二极管212或者发光二极管212。 来自光源212的光可以例如在基本上平行于光输出窗口 220的方向上发射。光入射窗口 64 至少是凹状部分16C和光导段16之间的界面的部分。同样地,光源212的这种设置使得光导段16能够被设置在线性光导段16阵列中或者设置在二维光导段16阵列中。从图2A-2C的截面图可清楚地看出,前壁20与光输出窗口 220之间的距离D在预定义边缘50处与在前壁20中心处相比更大。包括依照本发明的光导100、102、104的照明系统200、202、204的效果在于,预定义边缘50处的增大的距离D造成在预定义边缘50处或附近发射的光的强度和/或颜色和/或分布的局部变化降低,这归因于从预定义边缘50 发射的光在该发射的光撞击到光输出窗口 220上之前通过邻近光导段10、14、16而引起改善的混合。如图2A-2C中所示的光导100、102、104可以由连续材料构成。每个光导段10、14、 16的预定义边缘50处的增大的距离造成各光导段10、14、16中引导的光的光学分离。这样的光导100、102、104可以经由公知的注射成型技术、冲压或挤压技术来产生。由于无需各光导段10、14、16的对准,在各光导段10、14、16之间不出现间隙,从而进一步减少了两个邻近光导段10、14、16之间的任何光伪像。
图3A为依照本发明的光导100的示意性三维视图。在图3A的光导100的实施例中,出于清楚的原因省略了光输出窗口。图3A清楚地说明光导100可以由连续材料制造, 其中各光导段10之间的不同过渡在图3A中所示的光导100的放大细节中示出。这些不同的过渡导致光输出窗口 220处的不同的光照分布图,并且可能要求光提取装置40的不同分布以便确保整个光输出窗口 220上的光分布保持基本上均勻。重定义边缘50基本上与两个相邻光导段10之间的边界重合,其在放大细节中用两个指向彼此的箭头表示。在两个相邻光导段10之间,甚至可能存在相对平坦的区域(参见三个放大细节的最右边),在这种情况下,预定义边缘50基本上设置在相对平坦的区域的中心(再次用两个指向彼此的箭头表示)。图;3B为指示沿着如图3A中所示的光导100截面的发射的亮度的曲线图。对于该曲线图而言,要求光提取装置40的特定分布,其可以通过包括各光导段10的光导100导致光输出窗口 220的基本上均勻的光照。从指示各光导段10的各光发射分布图的曲线图可以清楚地看出,存在预定义重叠区域232,其中相邻光导段10的光重叠以平均掉各光导段10 之间的任何光照差异。由于预定义边缘50处的增大的距离D的原因,不同光导段10的光在照射光输出窗口 220之前混合以平均掉任何光照差异并且降低任何光照伪像的可见性。 同样地,由于该增大的距离D以及预定义重叠区域232的原因,局部散射和/或两个邻近光导段10之间的不对准降低。图4为包括二维光导段18阵列的光导108的示意性顶视图。各光导段18可以例如在截面图中与如图2B和图2C中所示的光导段14、16相应。在这样的二维光导段18阵列中,前壁观可以具有基本上衬垫(cushion)的形状,并且每个光导段18典型地具有超过两个邻近光导段18以及因而前壁观的超过两个预定义边缘50。图5A和图5B分别为显示设备300和照明器400的示意性截面图。如图5A中所示的显示设备300可以例如为液晶显示设备300,其包括电连接(未示出)液晶单元(cell) 312层、偏振层310和分析层314。可替换地,显示设备300可以是任何其他非发射显示设备300。显示设备300包括包含如图2A中所示的照明系统200的扫描背光系统200A。扫描背光系统200A进一步可以包括漫射层M0。漫射层240可以构成照明系统200的光输出窗口 220。漫射层240也可以包括发光材料(未示出)或者可以包括发光材料的混合物(未示出)。图5B为照明器400的示意性截面图,该照明器包括照明系统200以及漫射层240, 或者包括包含漫射层MO的照明系统200A。漫射层240也可以包括发光材料(未示出)或者可以包括发光材料的混合物(未示出)。照明器400可以进一步包括外壳(未示出)以便将照明器400施加到墙壁或天花板,并且可以进一步包括光束定形元件(未示出)以便在房间 (未示出)中产生预定义光分布。应当指出的是,上述实施例说明了而不是限制了本发明,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下应当能够设计出许多可替换的实施例。在权利要求书中,置于括号之间的任何附图标记都不应当被视为限制了权利要求。动词“包括”及其变体的使用并没有排除存在权利要求中未记载的元件或步骤。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实施。在相互不同的从属权利要求中记载了特定的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
1.一种用于照明系统(200,202,204)的光导(100,102,104,108),该光导(100,102, 104,108)包括光输出窗口(220)并且包括多个光导段(10,12A,12B,14,16,18),每个光导段(10,12A,12B, 14,16,18)基本上与相邻光导段(10,12A,12B, 14,16,18)光学分离,每个光导段(10,12A,12B, 14,16,18)包括与后壁(30)相对地设置且被配置用于将光分布在该光导段(10,12A,12B, 14,16,18)内的前壁(20,22A,22B, 28),每个光导段(10,12A,12B, 14, 16,18)进一步包括用于经由前壁(20,22A,22B,观)提取分布的光的至少一部分以便操作时照射光输出窗口(220)的光提取装置(40),前壁(20,22k, 22B, 28)与光输出窗口(220)之间的距离(D)在前壁(20,22A,22B, 28)中心(C)处与在前壁(20,22A,22B, 28)的预定义边缘(50)处相比更小,前壁(20,22A,22B, 28)的预定义边缘(50)是光导段(10,12A,12B, 14, 16,18)被设置成邻近相邻光导段(10,12A,12B, 14,16,18)所在的边缘。
2.如权利要求1所述的光导(100,102,104,108),其中该光导(100,102,104,108)由连续材料构成,每个光导段(10,12A,12B, 14,16,18)的预定义边缘(50)处的增大的距离(D) 构成光导段(10,12A,12B, 14,16,18)之间的光学分离。
3.如权利要求2所述的光导(100,102,104,108),其中前壁(20,22A,22B,28)中心(C) 处的光导段(10,12A,12B, 14,16,18)厚度(Tl)为用于在预定义边缘(50)处产生增大的距离(D)的前壁(20,22々,228,28)预定义边缘(50)处的厚度(丁2)的至少3倍。
4.如权利要求1所述的光导(100,102,104,108),其中前壁(20,22六,228,沘)的形状包括被配置用于与中心(C)处的距离(D)相比增大预定义边缘(50)处的前壁(20,22A,22B, 28 )与光输出窗口( 220 )之间的距离(D )的平滑弯曲形状(20 )。
5.如权利要求1所述的光导(100,102,104,108),其中前壁(20,22六,228,沘)的形状包括构成前壁(20,22A,22B, 28)的多个小面(22A,22B),其中所述多个小面(22A,22B)包括包含预定义边缘(50)的边缘小面(22B),该边缘小面(22B)被配置用于与光输出窗口( 220) 成角度(·)地设置以便增大距离(D)。
6.如权利要求1所述的光导(100,102,104,108),其中所述多个光导段(10,12A,12B, 14,16)设置在一维光导段(10,12A,12B, 14,16)阵列中,或者其中所述多个光导段(18)设置在二维光导段(18)阵列中。
7.如权利要求1所述的光导(100,102,104,108),其中光导段(10,12A,12B,14,16,18) 包括用于使得来自光源(210,212)的光能够进入该光导段(10,12A,12B, 14,16,18)中的光入射窗口(60,62,64),所述多个光导段(10,12A,12B, 14,16,18)中的至少一个光导段(10, 12A,12B, 14,16,18)被配置用于使得光入射窗口(62)定位在相邻光导段(10,12A,12B, 14, 16,18)的后壁(30)的背离该相邻光导段(10,12々,128,14,16,18)的一侧。
8.如权利要求1所述的光导(100,102,104,108),其中每个光导段(10,12A,12B,14, 16,18)被配置用于照射光输出窗口(220)的相应部分(230),相邻光导段(10,12A,12B, 14, 16,18)的相应部分(230)被配置成部分地重叠(232)。
9.如权利要求8所述的光导(100,102,104,108),其中光导段(10,12A,12B,14,16,18) 中的光提取装置(40)的分布、尺寸和/或密度被配置用于降低相邻光导段(10,12々,128, 14,16,18)照射的相邻部分之间的重叠部分处的由单个光导段(10,12A,12B, 14,16,18)提取的光的强度以便产生输出窗口(20)的基本上均勻的光照。
10.如权利要求1所述的光导(100,102,104,108),其中该光导(100,102,104,108)包括发光材料或者包括发光材料的混合物,所述发光材料用于将通过光导(100,102,104, 108)引导的光的至少一部分转换成具有更长波长的光。
11.一种照明系统(200,202,204,200A),包括多个光源(210,212)以及如权利要求 1-10中任何一项所述的光导(100,102,104,108)。
12.如权利要求11所述的照明系统(200,202,204,200A),其中所述多个光源(210, 212)中的每一个发射基本上白色的光,和/或其中所述多个光源(210,212)包括发射多种颜色的光的多个光发射器。
13.照明器(400),包括如权利要求1-10中任何一项所述的光导(100,102,104,108), 或者包括依照权利要求11-12中任何一项的照明系统(200,202,204,200A)。
14.一种扫描背光系统(200,202,204,200A),包括多个光源(220,222)以及如权利要求1-10中任何一项所述的光导(100,102,104,108),或者包括如权利要求11-12中任何一项所述的照明系统(200,202,204,200A)。
15.显示设备(300),包括如权利要求1-10中任何一项所述的光导(100,102,104, 108),或者包括如权利要求14所述的扫描背光系统(200,202,204,200A)。
全文摘要
本发明涉及一种光导(100)、照明系统(200)、照明器(400)、扫描背光系统(200)和显示设备。光导包括多个光导段(10),每个光导段基本上与相邻光导段光学分离。每个光导段包括用于经由前壁(20)提取分布的光的至少一部分以便操作时照射光输出窗口(220)的光提取装置(40)。前壁与光输出窗口之间的距离(D)在前壁中心(C)处与在前壁的预定义边缘(50)处相比更小。前壁的预定义边缘是光导段被设置成邻近相邻光导段所在的边缘。依照本发明的光导的效果在于,由于在光撞击到光输出窗口上之前的光的混合的原因,前壁预定义边缘处的前壁与光输出窗口之间的增大的距离降低了光的强度和/或颜色和/或分布的局部变化。
文档编号G02B6/00GK102576120SQ201080048669
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月25日 优先权日2009年10月27日
发明者G-E.奥纳, M.P.C.M.克里恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司

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