專利名稱：背光裝置和使用該背光裝置的顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及背光裝置，并且尤其(當然并不專門)涉及意圖用于窄邊框(slimline)可視顯示器件并向其提供具有良好均勻性和充足亮度的光的背光裝置。
與這種背光裝置相關聯的裝置通常能夠用于電視機顯示器、監視器等。然而，無論該顯示器的使用目的是什么，本發明也包括結合這種背光裝置或與這種背光裝置一起使用的顯示器。
當與所謂的箔顯示器(foil display)結合使用或作為其一部分時，本發明提供特別的益處，在所述箔顯示器中，通過施加動態電壓波形，放置在觀看屏幕和背光裝置之間的可移動箔被局部吸引從而與背光裝置的輸出表面接觸，在接觸的位置(取決于要顯示的圖像內容)光從該顯示器射出。箔和背光裝置表面之間的局部接觸點代表亮的象素，且沒有發生這種接觸的點相應暗，這種器件和照明設置的例子可以在例如WO-A-99/28890；WO-A-00/38163；WO-A-00/50949和WO-A-01/63588中找到。
在將足夠的光耦合到背光裝置以足夠亮且均勻地照明顯示器時，包括前述的箔顯示器在內的窄邊框可視顯示器遇到困難。通常，背光裝置包括薄的、類似矩形板的與顯示器的可視屏幕并置的光導，光被邊耦合(edge-coupled)到其中。這樣耦合到該光導中的光通常通過全內反射(TIR)限制在其中，并僅在根據要通過屏幕觀察的圖象顯示為亮的象素的位置被耦合出。使用這種配置，雖然光趨向于在各個位置損失，但是首要困難出現在邊耦合足夠的光進入光導方面。在這一點上，用于照明顯示器的燈的數量受到在光導邊緣可用的空間的限制，這實際上限制了可獲得的最大亮度。
此外，要顯示為亮的象素從光導提取光，由此限制了其它相素可獲得的亮度量，并且在照明方面負面影響顯示器的均勻性。當然，這種效應是動態的，因為其依賴于圖像內容。
上面這兩種效應(總體照明的受限以及動態非均勻性)在大顯示器中尤其容易覺察。
可用于例如液晶顯示器(LCD)的使用漫射器的直接背照明，對于依賴于TIR獲得良好對比度的使用接觸光出耦合的顯示器(諸如箔顯示器)是不可行的。
本發明解決了使用TIR的背光裝置的亮度和均勻性的問題，并因此旨在提供改善的背光裝置以及由此而得到結合背光裝置的改進的顯示器。
根據本發明的一個方面，提供了一種背光裝置，包括光導，其中來自一個或多個光源的光由全內反射被限制，并且光可以從該光導輸出以提供用于顯示屏幕的背照明；以及用于向所述光導饋入光的光存貯器，該光導具有基本上是平的結構且包含光可從其輸出的輸出表面和放置以接收所述光的相對輸入表面，所述輸入表面包括從其伸出且延伸到光存貯器內的入耦合裝置，該入耦合裝置具有從所述輸入表面橫向延伸的至少三個相互非共平面的側壁部分，每個側壁部分覆蓋該輸入表面的不同部分，該光存貯器被安排成使得通過該光存貯器的一個區域的光能夠通過各個所述側壁部分進入該光導。
通過這種方式，將理解提供了這樣的輸入配置，其中輸入光被空間混合且有效地引入光導，以便保證來自一個或多個燈的TIR傳播，這些燈不受需要定位在或靠近該光導的邊緣的限制。
以前曾通過試圖通過將光源引入光導表面內的通道內來將光橫向注入該光導。在德國專利申請No.101 02 587.4中公開了這種配置。然而在這種配置中，通道尺寸受到燈尺寸的支配，并且這樣生產的光導趨向于大且重。此外，這種配置表現出其它特征，這些特征會減小它們用于使用接觸光出耦合的顯示器的適用性。
另一方面，本發明提供了在緊密耦合到光導的輸入表面的光盒中提供多個燈的機會，同時足夠的從所述輸入表面突出的入耦合元件允許相當大量的光以與TIR的改進一致的角度注入該光導。
在本發明優選實施例中，入耦合裝置形成為從該光導的輸入表面突出的入耦合元件的陣列。在優選實施例中，該陣列可包括橫跨該光導的輸入表面延伸的基本平行的、分離開的細長的類似脊的元件。這些類脊元件的截面優選為基本是矩形，并且因此形成為具有基本平坦的外表面和基本與該光導的輸入表面垂直的直立側壁。或者，該入耦合元件可以包括立方體或圓柱體的陣列，這些立方體或圓柱體中的每一個形成為具有各自的基本平坦的外表面和各自的基本垂直于該光導的輸入表面的直立側壁。
優選地，在任何情況下，入耦合裝置的外表面基本被涂抹吸收劑，所述吸收劑吸收從光導內入射到其上的雜散光直到該雜散光不通過TIR被限制在該光導內，但是對于以其它方式入射到其上的光基本是反射的。這優選通過在每個所述外表面上沉積面對該光導的光吸收劑層，該光吸收劑層基本不與入耦合元件光學接觸，之后淀積面對光存貯器的白色漫反射涂層。
在優選實施例中，反射裝置放置在入耦合裝置之間的空間中。這些可包括向所述入耦合元件的側壁傾斜的部分。該中間反射裝置優選包括構造成基本是倒V形的疊層材料；所述疊層材料從鄰近相鄰入耦合元件的側壁與所述輸入表面的接合處的位置向上延伸，但是基本與所述輸入表面沒有光學接觸。由于不期望將在光導中在TIR條件下傳播的有用光耦合出來，因此需要在反射裝置和光導的輸入表面之間沒有光學接觸。從這一點考慮，優選在該反射裝置和覆蓋在其下的光導的輸入表面的那些區域之間放置空氣。
優選地，中間反射裝置面對光存貯器的表面被制成對光漫反射，且其面向光導的表面被涂抹光吸收劑。當反射裝置是疊層材料時，可以向其適當的表面涂敷相應的反射和吸收涂層。
優選(多個)光源包括管狀熒光燈，使得它們的軸基本上平行于光導的所述輸入和輸出表面放置。此外，當入耦合元件包括細長的脊時，優選使所述燈的軸平行于所述脊放置。在可供選擇的實施例中，燈可以包括發光二極管(LED)，或者可以使用各種光源的混合。
本發明相對于現有技術裝置的顯著優點在于，允許不依賴于系統的其它參數選擇光源的數量和布置，因此允許容易地按比例調整整體的光輸入以滿足操作需要。
優選(多個)光源安裝在具有反射表面(優選白色漫反射表面)的燈盒中，以使可用于注入光導中的光量最大化。
為了清楚理解以及容易實現本發明，現在將參照附圖僅通過示例的方式描述本發明的一個實施例，附圖中
圖1示意性示出根據本發明的一個實施例的顯示器的一部分的截面圖。
圖2示出了使用圖1中的背光裝置的根據本發明的一個實施例的顯示器的示意和簡化形式。
參考圖1，示出了包括背光裝置和顯示屏44的顯示器，該背光裝置包括光導10和燈盒34。將要在下面詳細描述的顯示屏44包括電極矩陣，通過該電極矩陣象素尺寸區域上的透射光強度被調制，用于根據接收的圖象信號通過圖象掃描電路(未示出)產生圖象幀。
如帶箭頭的線12和14示意性所示，光意圖通過TIR在光導內傳播。此實施例中，光導10是薄的類似板的構造，由諸如玻璃或塑料材料的固體透明材料制成。光導10具有尺寸相對小的邊緣16，而其上、下表面20和22，如圖中所示，分別通常是矩形的且具有相對大的尺寸，與顯示區域相稱。光導10的邊緣16設有鏡面反射涂層18或者漫反射涂層18，漫反射涂層不與邊緣16的表面光學接觸。
從圖中看到，光導10的下表面22基本是平面并且在該例子中構成光導的輸出表面。
從圖中看到，上表面20構成光輸入表面并且包括空間分開的突起的入耦合元件24的一維陣列。在該實例中，每個入耦合元件24包括橫截面基本為矩形的細長的脊，這些脊橫向放置在表面20上并且形成為該表面的一部分。每個元件24都具有側壁26以及外表面28；在該實施例中，這些側壁是直立的并且基本垂直于光導10的輸入表面20，當然這種情況不是必需的。
在入耦合元件24之間的空間內提供反射元件30，這些反射元件防止光以不促進在光導10內的TIR的角度通過空間內的輸入表面進入光導。該實例中的反射元件30包括形成為倒V形的疊層元件，這些元件有效地從一個入耦合元件24的側壁26的底部延伸到相鄰的入耦合元件24的側壁26的底部。反射元件30的布置使得在反射元件30和光導10的輸入表面20之間基本沒有光學接觸，以便減少在光導10中通過TIR傳播的光的不想要的出耦合。
諸如管狀熒光燈32的光源的陣列放置在燈盒34內，并且緊密耦合到光導10的輸入表面20。
除了形成為具有矩形外形的細長脊的一維陣列之外，入耦合元件24可以構造成各種形式，并且可以或者形成為例如直立的柱狀元件(諸如立方體或者圓柱體)的二維陣列。然而，在任何情況下，側壁2 6被構造成提供光從燈盒34進入光導10的唯一通道，反之亦然。入耦合元件的端壁28首先被提供基本不與入耦合元件24光學耦合的光吸收涂敷層(諸如黑色層36)，并且在其上提供反射涂層38(優選為白色漫反射涂層)。涂層36的目的在于吸收從光導10內入射到外表面28且不通過TIR被該光導限制的雜散光，因為如果允許這種光通過從外表面28反射回來繼續傳播，它將不服從TIR并且作為有害雜散光從側壁22射出。反射涂層38阻止從燈盒34入射的光以不促進在光導內的TIR的角度進入該光導，并且將這種入射光重新引導回燈盒34。
同樣，為反射元件30在面對燈的表面上提供反射涂層(優選白色漫反射涂層)，并且在其面對光導10的表面上提供黑色吸收劑涂層。此外，在反射元件和光導之間的區域40中放置空氣，以避免反射元件和光導表面20之間的光學耦合，并因此避免在TIR條件下在光導內傳播的有用光的出耦合。
燈盒34的內表面42上涂有白色漫反射材料，以便最大化限制在其中的來自燈的光量，并為系統所用。
代替或者除了管狀熒光燈32的陣列之外，其它光源(例如LED)可用在燈盒34中。
當使用管狀熒光燈時，優選它們的軸平行于表面20且平行于入耦合元件24(當它們使細長形狀時)的長軸延伸。所使用的光源的數量和所提供的入耦合元件的數量之間或者和光導的尺寸之間沒有直接聯系；可以安排各種值和尺寸以適應系統作為整體的操作需要。
如圖1所示，由燈盒34形成的光存貯器比入耦合元件24從光導的輸入表面20延伸地更遠。這允許在燈盒中空間混合，以便通過一個區域的光(例如圖1中的虛線圓圈所示的區域A)能夠通過每個入耦合元件24進入光導，因此提供了輸入光的均化。為了說明的目的，在圖1中，來自光存貯器(由燈盒34形成)內的區域A的光顯示為通過3個不同的入耦合元件24進入光導10。
在燈盒中有足夠的空間，并且端壁的高度足夠小，用于使光源32在遠離光導平面的方向上在空間上遠離端壁28。如圖1所示，端壁延伸到燈盒34內的程度由顯示為虛線的平面46限定。光源被放置地比平面46更遠離光導10，因此允許光源以需要的配置放置，而不依賴于入耦合元件34的布置。相反，入耦合元件34也可以以需要的方式布置，而不依賴于光源32的布置。優選地，入耦合元件34的數量大于光源的數量，以為給定數量的光源提供增強的均勻性程度。在任何情況下，光源在平行于光導平面的方向的排列模式不需要在間距上與在相同方向上排列的入耦合元件的模式相對應。
反射元件30不需要提供如圖所示的傾斜反射表面，并且可以采取任何方便實用的形式，但要謹記它們意圖用于通過入耦合元件24的側壁26將光轉向光導10，并謹記在光導的輸入表面20和反射元件30之間基本上不應當存在光學耦合的要求。優選側壁基本垂直于輸入表面20，當然如前所述，這不是必要的，并且它們可以以其它取向放置。
圖2示意性示出了帶有圖1所示的背光裝置的箔顯示屏的進一步的細節。為了說明的簡單，在圖2中省略了用于光導10的光輸入配置。應當理解，在該顯示屏的操作中，光源34被連續激勵。該顯示屏是國際專利申請WO-A-99/28890；WO-A-00/38163；WO-A-0050949以及WO-A-01/63588中描述的類型，其與顯示屏相關的內容在此引用作為參考。
顯示屏44包括放置在背光裝置52的輸出表面56和透明板58之間的柔性元件54，通常是光散射聚合物箔。電極系統60和62分別排列在透明板58的輸出表面56和內表面64上。通過向電極和箔施加電壓局部地在電極60、62和箔54之間產生電勢差，在每個可能的接觸點(對應于顯示器的象素)，力局部地施加到箔上，足以將箔壓到輸出表面56上或遠離該表面，這取決于根據要顯示的圖象的內容，光要還是不要被耦合出該背光裝置以在該點從該顯示器出射。可以理解，所施加的電壓用于以二維模式相對于板掃描接觸點，例如傳統電視光柵。
該顯示屏44還具有覆蓋屏的元件66，其被構造是為了形成與背光裝置52的氣密性連接，通過它空間68可以被抽成真空。
雖然本發明對于此處描述的箔顯示器特別適用，但是應當理解，此處描述的背光裝置可以用于任何種類的其適用的顯示器。
本發明包括顯示裝置，例如廣播/有線TV接收機、用于例如醫療、技術或法院用途的專家監控裝置、個人計算機的顯示器以及便攜式電子設備(例如移動電話和個人數字助理)的顯示器。
應當理解，關于任何一個實施例描述的任何特征可以單獨使用，或者與描述的其它特征組合使用，并且也可以與任何其它實施例的一個或多個特征組合使用，或者與任何其它實施例的組合結合使用。此外，在不脫離由所附權利要求所定義的本發明的范圍的情況下，也可以使用上面沒有描述的等效物和修改。
權利要求
1.一種背光裝置，包括光導，其中來自一個或多個光源的光通過全內反射被限制，并且光可以從該光導輸出以提供用于顯示屏幕的背照明；以及用于向所述光導饋入光的光存貯器，該光導具有基本上是平的結構且包含光可從其輸出的輸出表面和放置以接收所述光的相對輸入表面，所述輸入表面包括從其伸出且延伸到光存貯器內的入耦合裝置，該入耦合裝置具有從所述輸入表面橫向延伸的至少三個相互非共平面的側壁部分，每個側壁部分覆蓋該輸入表面的不同部分，該光存貯器被安排成使得通過該光存貯器的一個區域的光能夠通過各個所述側壁部分進入該光導。
2.根據權利要求1的背光裝置，還包括放置在所述側壁部分之間的空間內的中間反射裝置，其被配置成將從所述光存貯器照射到其上的光反射離開入射表面在所述空間內的部分。
3.根據權利要求2的背光裝置，其中所述中間反射裝置遠離光導的表面被制成對光是漫反射的。
4.根據權利要求2或3的背光裝置，其中所述中間反射裝置的面對光導的表面涂抹光吸收劑。
5.根據權利要求2、3或4的背光裝置，其中在中間反射裝置和其覆蓋的光導的輸入表面的那些區域之間提供氣體。
6.根據前述任一項權利要求的背光裝置，其中入耦合裝置還包括跨越相應側壁部分的端壁部分，所述端壁部分設有反射裝置，所述反射裝置配置成將從所述光存貯器照射到其上的光反射離開端壁部分。
7.根據權利要求6的背光裝置，其中所述端壁反射裝置的背離光導的表面被制成對光是漫反射的。
8.根據權利要求6或7的背光裝置，其中所述端壁反射裝置的面對光導的表面涂抹光吸收劑。
9.根據前述任一項權利要求的背光裝置，其中所述一個或多個光源位于所述光存貯器內。
10.根據前述任一項權利要求的背光裝置，其中所述一個或多個光源在遠離光導平面的方向上遠離所述入耦合裝置。
11.根據權利要求10的背光裝置，其中光源在平行于光導平面的方向排列的模式在間距上不與入耦合元件在相同方向上排列的模式相對應。
12.根據權利要求11的背光裝置，其中入耦合裝置包括排列在輸入表面上方的多個入耦合元件。
13.根據權利要求12的背光裝置，其中所述入耦合元件包括在橫過光導的輸入表面的一個方向上橫向隔開的多個細長脊狀元件。
14.根據權利要求13的背光裝置，其中脊狀元件的截面基本上是矩形的，且具有基本平坦的端壁和基本與光導平面垂直的直立側壁。
15.根據權利要求12的背光裝置，其中入耦合元件包括橫過光導的輸入平面的在兩個正交的方向上隔開的多個元件。
16.根據權利要求12-15中任一項的背光裝置，其中，垂直于光導平面測量的每個所述入耦合元件的高度至少等于平行于光導平面測量的其寬度。
17.根據前述任一項權利要求的背光裝置，其中一個或多個光源包括一個或多個管狀熒光燈，它們的軸基本平行于光導的所述輸入和輸出表面放置。
18.根據權利要求17且從屬于權利要求13或14的背光裝置，其中所述一個燈的軸或多個燈的多個軸平行于所述脊放置。
19.根據權利要求1-16中任一項的背光裝置，其中一個或多個光源包括一個或多個發光二極管。
20.根據任一項前述權利要求的背光裝置，其中使用各種類型的光源的混合。
21.根據任一項前述權利要求的背光裝置，其中光存貯器在燈盒中形成，該燈盒具有白色漫反射內表面。
22.用于圖象顯示的顯示器，包括根據前述任一項權利要求所述的背光裝置。
23.根據權利要求22的顯示器，該顯示器包括構造成顯示圖象的屏幕；該顯示屏包括靠近所述背光裝置放置的可移動元件，以及使用動態電壓波形來局部地吸引所述可移動元件與背光裝置的輸出表面接觸的裝置，接觸的位置取決于要顯示的圖象內容，光從所述位置從該顯示器出射。
全文摘要
一種背光裝置，包括光導(10)，其中來自一個或多個光源(32)的光通過全內反射被限制并且可以從其中輸出光以為顯示屏提供背照明；以及用于向所述光導饋入光的光存貯器(34)。該光導具有輸入表面(20)，該輸入表面(20)包括從其突出并延伸到光存貯器內的入耦合元件(24)，這些入耦合元件具有從輸入表面橫向延伸的至少三個相互非－共平面側壁部分(26)，每個側壁部分覆蓋輸入表面的不同部分。光存貯器的安排使得通過該光存貯器的光能夠通過每個所述側壁部分進入光導。
文檔編號F21V8/00GK1682135SQ03822049
公開日2005年10月12日 申請日期2003年8月27日 優先權日2002年9月18日
發明者T·M·H·克里梅斯, J·馬拉, P·A·杜伊內 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司