專利名稱：具有帶凹型半透反射板的光循環(huán)腔的邊緣照明式背光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背光源，尤其是邊緣照明式背光源，以及背光源中所用元件、使用背光源的系統(tǒng)和制造與使用背光源的方法。本發(fā)明尤其適合液晶顯示器(LCD)裝置和類似顯示器中使用的背光源、以及使用LED作為照明源的背光源。
背景技術(shù)：
最近幾年，面向公眾的顯示裝置在數(shù)量和種類上都取得了巨大的增長(zhǎng)。計(jì)算機(jī) (無(wú)論臺(tái)式機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)或筆記本計(jì)算機(jī))、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話和薄液晶電視機(jī)只不過(guò)是其中的幾個(gè)例子。盡管這類裝置中的一部分也可以使用平常的環(huán)境光來(lái)觀看顯示器，但大部分都具有用于使顯示器可見(jiàn)的稱為背光源的發(fā)光板。許多這種背光源都可歸結(jié)為“邊緣照明式”或“直接照明式”兩種類型。兩類背光源的區(qū)別在于光源相對(duì)于背光源的輸出區(qū)域的布置位置，其中輸出區(qū)域限定了顯示裝置的可見(jiàn)區(qū)域。在邊緣照明式背光源中，一個(gè)或多個(gè)光源沿著背光源構(gòu)造的外沿或邊緣布置，位于與輸出區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域之外。光源通常將光投射到光導(dǎo)中，光導(dǎo)的長(zhǎng)度和寬度與輸出區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度接近，從光導(dǎo)提取光線以照亮輸出區(qū)域。在直接照明式背光源中，光源陣列設(shè)置在輸出區(qū)域的正后方，并在光源前方放置擴(kuò)散板，以便能產(chǎn)生更加均勻的光輸出。一些直接照明式背光源還具有安裝在邊緣處的光源，從而提供直接照明式和邊緣照明式的照明組合。邊緣照明式背光源的一個(gè)重要方面是照射顯示器的光應(yīng)該亮度均勻。當(dāng)在背光源邊緣處使用點(diǎn)光源(例如，發(fā)光二極管(LED))作為光源時(shí)，照度均勻性問(wèn)題尤其突出。在這類情況中，要求背光源將光散布在整個(gè)顯示面板上，使得所顯示的圖像不存在暗區(qū)。此外，在一些應(yīng)用中，還使用來(lái)自產(chǎn)生不同顏色光的多個(gè)不同LED的光照射顯示器。由于和亮度變化相比，人眼更容易辨別出顏色的變化，因此可能難以有效地混合發(fā)出不同色光的光源以形成照射顯示器的白光。在這種情況下，混合不同LED的光以使得所顯示圖像的顏色和亮度均勻就顯得尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供具有輸出區(qū)域的邊緣照明式背光源。該邊緣照明式背光源包括背反射器，其面向背光源的輸出區(qū)域；以及半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，并成形為形成至少一個(gè)面向背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，以便在半透反射板和背反射器之間形成一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔。所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔基本上充滿背光源的輸出區(qū)域。該背光源還包括設(shè)置在其第一邊緣附近的至少一個(gè)光源。所述至少一個(gè)光源可操作以通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔的輸入表面將光射入所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔內(nèi)，其中輸入表面與背光源的輸出區(qū)域基本垂直。所述至少一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離輸入表面的方向與背反射器會(huì)聚。另一方面，本發(fā)明提供一種顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)包括具有照明側(cè)和觀看側(cè)的顯示面板以及設(shè)置在顯示面板照明側(cè)的邊緣照明式背光源。該背光源具有輸出區(qū)域。該背光源包括背反射器，其面向背光源的 輸出區(qū)域；以及半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，成形為形成至少一個(gè)面向背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，以便在半透反射板和背反射器之間形成一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔。所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔基本上充滿背光源的輸出區(qū)域。該背光源還包括設(shè)置在其第一邊緣附近的至少一個(gè)光源。所述至少一個(gè)光源可操作以通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔的輸入表面將光射入所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔內(nèi)，其中輸入表面與背光源的輸出區(qū)域基本垂直。所述至少一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離輸入表面的方向與背反射器會(huì)聚。另一方面，本發(fā)明提供具有輸出區(qū)域的邊緣照明式背光源。該背光源包括背反射器和部分透射、部分反射入射光的半透反射裝置。半透反射裝置包括至少一個(gè)面向背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，以便在半透反射裝置和背反射器之間形成一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔，其中所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔基本上充滿面板的輸出區(qū)域。該背光源還包括設(shè)置在其第一邊緣附近的光源裝置，用于通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔的輸入表面將光射入所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔內(nèi)，其中輸入表面與背光源的輸出區(qū)域基本垂直。所述至少一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離輸入表面的方向與背反射器會(huì)聚。本發(fā)明的以上概述并非旨在描述本發(fā)明所公開(kāi)的每個(gè)實(shí)施例或本發(fā)明的每種實(shí)施方式。以下附圖和具體實(shí)施方式
更具體地說(shuō)明示例性實(shí)施例。
圖I是具有邊緣照明式背光源的顯示系統(tǒng)的分解透視圖。圖2是包括至少一個(gè)光循環(huán)腔的邊緣照明式背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。圖3是包括至少一個(gè)光循環(huán)腔的邊緣照明式背光源的另一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。圖4是包括至少兩個(gè)光循環(huán)腔的邊緣照明式背光源的實(shí)施例的示意性剖視圖。圖5是包括至少三個(gè)光循環(huán)腔的邊緣照明式和直接照明式背光源組合的實(shí)施例的示意性剖視圖。圖6是包括一個(gè)光循環(huán)腔的邊緣照明式背光源的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，該背光源具有設(shè)置在其邊緣附近上的光源。圖7是邊緣照明式背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性平面圖，該背光源包括四個(gè)循環(huán)腔和設(shè)置在背光源四個(gè)邊緣附近的光源。圖8-11是各種封裝LED的示意性剖視圖，這些LED可作為本發(fā)明所公開(kāi)的背光源中的光源。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明描述了邊緣照明式背光源，其包括背反射器和部分透射、部分反射入射光的半透反射板。半透反射板成形為形成至少一個(gè)面向背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，以便在半透反射板與背反射器之間形成一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔。在背光源的邊緣附近設(shè)置至少一個(gè)光源，在一些情況下設(shè)置光源陣列，以便將光線射入每個(gè)循環(huán)腔。有利的是，可以使用常規(guī)封裝或未封裝的LED作為光源。邊緣照明式背光源因其存在于移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理和膝上型計(jì)算機(jī)等小型顯示器中而為人們熟知。通常，此類背光源使用實(shí)心光導(dǎo)在顯示面板的整個(gè)區(qū)域內(nèi)均勻地重新分布(由顯示器的一個(gè)或多個(gè)邊緣處的一個(gè)或多個(gè)光源所發(fā)出的)光。實(shí)心光導(dǎo)非常適合用于小型顯示器；然而，對(duì)于超過(guò)約20英寸的顯示器，則效果欠佳。因?yàn)楣鈱?dǎo)越大，重量也越大，而且輸出均勻光的設(shè)計(jì)難度也越大。它們還可能遭受高的傳輸損耗的影響，這限制了總體均勻度和系統(tǒng)效率。已有人提議采用中空光導(dǎo)以制造出與實(shí)心光導(dǎo)相比重量更輕并且效率更高的邊緣照明式背光源。通常，此類光導(dǎo)在兩片薄膜之間的中空腔體內(nèi) 引導(dǎo)光，其中至少一片薄膜具有光提取功能以將光導(dǎo)出光導(dǎo)。雖然這些設(shè)計(jì)確實(shí)解決了實(shí)心光導(dǎo)所存在的一些問(wèn)題，但也帶來(lái)了新的問(wèn)題，諸如需要提供機(jī)械支撐以使這兩片薄膜保持適當(dāng)?shù)拈g距。使用單色LED作為光源的邊緣照明式背光源必須具有足夠的顏色混合能力并且提供足夠的亮度均勻度。由單色LED(例如，紅色、綠色和藍(lán)色LED)照明的邊緣照明式背光源的幾種設(shè)計(jì)都包括“預(yù)混”區(qū)域，以便在將光引入顯示器背后的光導(dǎo)區(qū)域之前均勻地混合顏色。該混合區(qū)域增加了背光源的尺寸和重量，并且還可能降低效率。本文所述的邊緣照明式背光源可以在無(wú)需預(yù)混區(qū)域的情況下在背光源輸出區(qū)域上提供均勻的照明。因?yàn)樾蕵O高并且損耗比實(shí)心光導(dǎo)低得多，所以該背光源可用于照明大面積顯示器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，半透反射板的凹型性質(zhì)尤其適合在循環(huán)腔區(qū)域上提供均勻的照明，SP使在使用布置稀疏的諸如LED等分立光源時(shí)也是如此。人們還發(fā)現(xiàn)，這種凹型性質(zhì)對(duì)于例如紅色/綠色/藍(lán)色LED陣列等不同顏色的分立光源所產(chǎn)生的光的顏色混合也是有效的。為了最大程度地減小背光源的總厚度和所需光源的數(shù)量，半透反射板的凹型形狀及其與背反射器的相對(duì)位置能夠提供相對(duì)淺而寬的循環(huán)腔。在一些實(shí)施例中，循環(huán)腔是中空的，以最大程度地減輕面板重量。所述半透反射板可以包括多種部分透射、部分反射的薄膜或物體，并且為了提高面板效率，半透反射板最好具有較低的吸收損耗。表面結(jié)構(gòu)化的薄膜(諸如具有構(gòu)成延伸線性棱鏡的平行凹槽的薄膜，或具有諸如立體角元陣列等棱錐形狀的薄膜)是一個(gè)實(shí)例。鏡面反射或漫反射的反射偏振片都是另一個(gè)實(shí)例。反射偏振片可以具有共擠聚合物多層構(gòu)造、膽留型構(gòu)造、線柵構(gòu)造或共混(連續(xù)相/分散相)薄膜構(gòu)造，因此可以使光鏡面透射或漫透射以及鏡面反射或漫反射。帶孔的鏡面反射薄膜或漫反射薄膜是適合的半透反射板的另一個(gè)實(shí)例。圖I的分解透視圖中示意性地示出了邊緣照明式背光源的一個(gè)實(shí)施例。其中，顯示系統(tǒng)100包括顯示面板102，例如液晶顯示器(IXD)面板；邊緣照明式背光源108，該背光源提供大面積照明，足以讓觀看者輕松觀看顯示面板中包含的信息。顯示面板102和背光源108都以簡(jiǎn)化的方框形式示出，但是讀者應(yīng)該明白，每個(gè)方框都包含額外的細(xì)節(jié)。背光源108還可包括框架110。背光源108將光線投射到擴(kuò)展的輸出區(qū)域118。輸出區(qū)域118通常是矩形，但在需要時(shí)也可以具有其它擴(kuò)展區(qū)域的形狀，它可以與背光源中使用的薄膜的外表面相對(duì)應(yīng)，或僅與框架110中的孔相對(duì)應(yīng)。圖I所示的顯示系統(tǒng)100可以采用本文所述的任何適當(dāng)?shù)倪吘壵彰魇奖彻庠?，例如圖2的邊緣照明式背光源200。背光源108還包括設(shè)置在背光源108的至少一個(gè)邊緣114附近的一個(gè)或多個(gè)光源120。光源120可以都發(fā)出白光，或者分別發(fā)射紅/黃/綠/青/藍(lán)(RYGCB)中的一種色彩的光，然后再混合以提供白光輸出或通過(guò)匹配而產(chǎn)生單色輸出。運(yùn)行時(shí)，光源120照亮整個(gè)輸出區(qū)域118。當(dāng)被照明時(shí)，背光源108讓多位觀察者 130a和130b能夠看到顯示面板102所顯示的圖像或圖形。當(dāng)采用IXD面板時(shí)，這些圖像或圖形通常是動(dòng)態(tài)的，并且由通常數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)獨(dú)立的圖像元素(像素)構(gòu)成的陣列產(chǎn)生，像素陣列幾乎完全充滿了顯示面板102的橫向尺寸，即長(zhǎng)度和寬度。在其它實(shí)施例中，顯示面板102可能包括上面印有靜態(tài)圖形圖像的薄膜。在一些IXD實(shí)施例中，背光源108連續(xù)發(fā)射白光，顯示面板102的像素陣列與濾色器矩陣相組合，構(gòu)成多色像素組(諸如黃/藍(lán)(YB)像素、紅/綠/藍(lán)(RGB)像素、紅/綠/藍(lán)/白(RGBW)像素、紅/黃/綠/藍(lán)(RYGB)像素、紅/黃/綠/青/藍(lán)(RYGCB)像素等)，使所顯示的圖像為多色。作為選擇，也可以使用色序技術(shù)來(lái)顯示多色圖像，該技術(shù)不是用白光從背后連續(xù)照亮顯示面板102，并通過(guò)調(diào)制顯示面板102中多色像素組來(lái)產(chǎn)生色彩，相反，它是對(duì)靠近背光源108自身的邊緣114的不同顏色(例如，選自諸如上述組合的各種組合中的紅色、橙色、琥珀色、黃色、綠色、青色、藍(lán)色(包括品藍(lán))和白色)的獨(dú)立光源120進(jìn)行調(diào)制，以使背光源108以快速重復(fù)的方式依次閃現(xiàn)出空間上均勻分布的彩色光輸出(例如，先是紅色，然后是綠色，然后再是藍(lán)色)。這種調(diào)制過(guò)色彩的背光源接著再與只有一個(gè)像素陣列(沒(méi)有任何濾色器矩陣)的顯示面板組合，以便在調(diào)制速度足夠快以至于可以在觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)中產(chǎn)生短暫混色效果的情況下，與背光源108同步地調(diào)制像素陣列，從而在整個(gè)像素陣列上產(chǎn)生所有能感覺(jué)到的顏色。在一些情況下，人們可能只希望提供單色顯示。在這些情況下，背光源108可以包括濾光器或主要發(fā)射一種可見(jiàn)波長(zhǎng)或色彩的特殊光源。盡管未示出，但是顯示系統(tǒng)100可以包括其它光學(xué)元件，例如，反射偏振片、增亮層或增亮薄膜、擴(kuò)散板等。例如，參見(jiàn)授予Epstein等人的名稱為“OPTICAL ELEMENTFOR LATERAL LIGHT SPREADING IN EDGE-LIT DISPLAYS AND SYSTEMS USING SAME (在邊緣照明式顯示器中側(cè)向散布光的光學(xué)元件和使用該光學(xué)元件的系統(tǒng))”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/167，003。圖2是邊緣照明式背光源200的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。如圖所示，背光源200包括具有輸出區(qū)域218的框架210和面對(duì)輸出區(qū)域218的背反射器212。框架210具有第一邊緣214和與第一邊緣214相對(duì)的第二邊緣216。背光源200還包括部分透射、部分反射入射光的半透反射板232。半透反射板232成形為形成面對(duì)背反射器212的凹型結(jié)構(gòu)。此凹型結(jié)構(gòu)形成了半透反射板232和背反射器212之間的循環(huán)腔230。背光源200還包括設(shè)置在背光源200第一邊緣214附近的至少一個(gè)光源220。在圖2所示的實(shí)施例中，光源220位于包括側(cè)反射器242的邊緣反射腔240中。在一些實(shí)施例中，邊緣反射腔240還可包括背反射器244。背反射器244既可以是背光源200的背反射器212的一部分，又可以是一個(gè)獨(dú)立的反射器。側(cè)反射器242可具有任何適當(dāng)?shù)男螤?，并且可以是彎曲?如圖所示)或平的。如果側(cè)反射器242是彎曲的，則可以是任何適當(dāng)?shù)膹澢愋停纾瑱E圓形或拋物線形。在示出的實(shí)施例中，側(cè)反射器242沿一個(gè)維度彎曲。側(cè)反射器242可以是任何適當(dāng)類型的反射器，例如，金屬化反射器、多層介質(zhì)反射器或多層的層聚合物薄膜(MOF)反射器。邊緣反射腔240內(nèi)的空間可以被填充或者是空的。在例如采用透明光學(xué)體填充該空間的實(shí)施例中，側(cè)反射器242可能是填充體上的反射涂層。在所述空間為空的實(shí)施例中，反射器242可能是正面反射器。美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/701, 201和10/949，892中進(jìn)一步描述了反射腔的不同構(gòu)造。如圖2所示，光源220設(shè)置在背光源200的第一邊緣214的附近。光源220可操作以通過(guò)循環(huán)腔230的輸入表面234將光線射入循環(huán)腔230。輸入表面234是與背光源200的輸出區(qū)域218基本垂直的區(qū)域(如果腔體為中空)或表面(如果腔體為實(shí)心)。此外，如 圖所示，半透反射板232與背反射器212形成的凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離輸入表面234的方向與背反射器212會(huì)聚。換句話講，在半透反射板232的至少一部分，半透反射板232和背反射器212之間的距離在沿y軸方向從輸入表面234到框架210的邊緣216的方向上減小。另外，背光源200可以包括可選的擴(kuò)散層250，該擴(kuò)散層設(shè)置在輸出區(qū)域218附近，以便能接收到來(lái)自輸出區(qū)域218的光。擴(kuò)散層250可以是任何合適的擴(kuò)散薄膜或擴(kuò)散板。例如，擴(kuò)散層250可以包含任何適當(dāng)?shù)囊环N或多種漫射材料。在一些實(shí)施例中，擴(kuò)散層250可能包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物基質(zhì)，該基質(zhì)具有各種分散相，包括玻璃、聚苯乙烯微珠和CaCO3顆粒。示例性擴(kuò)散包括得自3M Company (St. Paul, Minnesota)的類型為 3635-30 和 3635-70 的 3M Scotchca 擴(kuò)散片薄膜。背光源200可選地包括光控制薄膜裝置260，或稱為光控制單元，其設(shè)置為使得可選的擴(kuò)散層250位于光控制薄膜裝置260和輸出區(qū)域218之間。光控制薄膜裝置260影響從背光源輸出區(qū)域218傳播的照明光。光控制薄膜裝置260可能包括任何合適的薄膜或?qū)樱鐢U(kuò)散板、反射偏振片、增亮薄膜等?？偟膩?lái)說(shuō)，循環(huán)腔230基本上充滿輸出區(qū)域218。因此，如果在平面圖中示出輸出區(qū)域218 (例如，當(dāng)較遠(yuǎn)的觀察者沿著垂直于輸出區(qū)域的軸線觀察時(shí))，凹型循環(huán)腔的總投影面積(即使較遠(yuǎn)的觀察者看不太清楚這些循環(huán)腔)將大于輸出區(qū)域218的表面積的一半，優(yōu)選至少為輸出區(qū)域218的表面積的75 %、80%或90 %，更優(yōu)選的情況下，將接近輸出區(qū)域218的表面積的約100%。無(wú)論背光源200是只有一個(gè)凹型循環(huán)腔還是有多個(gè)凹型循環(huán)腔，在平面圖中觀看時(shí)，該一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔的投影面積優(yōu)選至少占到背光源輸出區(qū)域218 的面積的 75%、80%、90%或者 100%。圖2示出半透反射板232如何將光源220發(fā)出的光部分透射和部分反射，以及這種部分透射和部分反射和背反射器212 —起如何產(chǎn)生循環(huán)腔230內(nèi)的光循環(huán)，和在循環(huán)腔230的整個(gè)橫向尺寸上的光發(fā)射或泄漏。半透反射板232的凹型結(jié)構(gòu)不僅有助于限定循環(huán)腔230的邊界，而且趨向于將循環(huán)光限制在邊界以內(nèi)，并通過(guò)半透反射面的變化幾何形狀來(lái)擴(kuò)大發(fā)射光的角楔。將光線限制在特定循環(huán)腔內(nèi)是設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)要實(shí)現(xiàn)的功能之一。正如下文中詳細(xì)說(shuō)明的那樣，給定光源可以是(I)有源元件，如將電能轉(zhuǎn)化為光能的LED晶?；驘晒鉄?，或?qū)⒓ぐl(fā)光轉(zhuǎn)化為發(fā)射光的熒光體，或者(2)無(wú)源元件，如透鏡、波導(dǎo)(如纖維)或傳輸和/或整形有源元件發(fā)出的光的其它光學(xué)元件，或者(3) —個(gè)或多個(gè)有源和無(wú)源元件的組合。例如，圖2中的光源220可以是封裝的側(cè)發(fā)光LED，其中LED晶粒位于背反射器244后面，并緊挨電路板或散熱器，而封裝的LED的成形封殼或透鏡部分穿過(guò)背反射器244中的狹槽或小孔延伸而位于反射腔240內(nèi)。關(guān)于光源的更多討論詳見(jiàn)下文。在圖2的實(shí)施例中，循環(huán)腔230基本上是一維的，以平行于X軸的帶的形狀在整個(gè)輸出區(qū)域218上延伸。半透反射板232的形狀使其在y_z剖面上具有圖示的凹型結(jié)構(gòu)，但是在垂直的x-z剖面上，半透反射板232基本上是平直的。也就是說(shuō)，半透反射板表現(xiàn)出簡(jiǎn)單彎曲。在其它實(shí)施例中，半透反射板232可顯示出復(fù)雜彎曲，此時(shí)，半透反射板的形狀在y-z和x-z剖面中都具有凹型結(jié)構(gòu)。為了提高效率，背反射器212優(yōu)選具有較高的反射率。例如，對(duì)于光源220發(fā)出的可見(jiàn)光，背反射器212可以有至少90%、95%、98%或99%或更高的平均反射率。無(wú)論在空間上均勻分布或呈一定的圖案，背反射器212都可以主要是鏡面反射器、漫反射器或鏡面反射器與漫反射器的組合。在一些情況下，背反射器212可以由具有高反射率涂層的剛性金屬基底制成，或者由層壓到支承基底上的高反射率薄膜制成。適當(dāng)?shù)母叻瓷渎什牧?包括但不限于，購(gòu)自3M Company的Vikuiti 增強(qiáng)型鏡面反射片(ESR)多層聚合物膜；使用0. 4密耳厚的丙烯酸異辛酯-丙烯酸壓敏粘合劑將摻有硫酸鋇的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜(2密耳厚)層壓到Vikuiti ESR薄膜上所形成的薄膜，本文將這種層壓薄膜稱為“EDRII”薄膜；購(gòu)自Toray Industries, Inc.的E-60系列Lumirror 聚酯薄膜；多孔聚四氟乙烯(PTFE)薄膜(例如購(gòu)自 ff. L Gore & Associates, Inc.);購(gòu)自 Labsphere, Inc.的Spectralon 反射材料；購(gòu)自 Alanod Aluminum-Vere dlung GmbH & Co.的 Miro 陽(yáng)極氧化鋁膜(包括Miro 2薄膜)；購(gòu)自Furukawa Electric Co.，Ltd.的MCPET高反射率泡沫片材；以及購(gòu)自 Mitsui Chemicals, Inc.的 White Refstar 薄膜和 MT 薄膜。背反射器212可以大體上是平坦而光滑的，或具有與之相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化表面，以增強(qiáng)光的散射或混合。這種結(jié)構(gòu)化表面可以(a)施加在背反射器的反射面上，或(b)涂敷在施加于反射面的透明涂層上。在前一種情況下，可以將高反射率薄膜層壓到預(yù)先形成結(jié)構(gòu)化表面的基底上，或者將高反射率薄膜層壓到平坦基底(如金屬薄片，這與購(gòu)自3MCompany的Vikuiti 耐用增強(qiáng)型鏡面反射片-金屬(DESR-M)反射器類似)上，然后再如采用壓印操作形成結(jié)構(gòu)化表面。在后一種情況下，可以將具有結(jié)構(gòu)化表面的透明薄膜層壓到平坦反射表面上，或者將透明薄膜施加到反射器212上，然后再在透明薄膜上形成結(jié)構(gòu)化表面。沿著輸出區(qū)域218外邊界的框架210的邊緣(除包含輸入表面234的第一邊緣214之外)優(yōu)選為帶襯里的，或者以其它方式設(shè)置有高反射率的垂直壁面，以減少光損失和改善循環(huán)效率。這些壁面可以采用與背反射器212相同的反射材料，或者也可以使用不同的反射材料。在示例性實(shí)施例中，側(cè)壁具有漫反射性。半透反射板232是部分透射、部分反射入射光的結(jié)構(gòu)(如薄膜)，或者包括這樣的結(jié)構(gòu)(如薄膜)，其中部分透射性足夠高，以使光線能夠有效穿透半透反射板232，部分反射性也足夠高，以便與背反射器一起形成光循環(huán)。如本文所述，可以使用多種不同的薄膜，這些薄膜通常具有不同的最佳幾何形狀和特性，并且所用光源和背反射器212的功能也可能不同，以取得最佳亮度、亮度均勻性(光源隱藏性)和色混合。在某些情況下，可能會(huì)為背光源設(shè)計(jì)人員提出某種循環(huán)腔設(shè)計(jì)(如本文討論的循環(huán)腔組件)，然后為給定循環(huán)腔選擇合適的光源。下面要進(jìn)一步討論幾種合適的薄膜，但這種討論不具有限制性，所述薄膜中的任何一種都可以單獨(dú)或組合使用，以產(chǎn)生理想的透射和反射特性。對(duì)于薄膜的組合來(lái)說(shuō)，這些薄膜可以彼此相連或不相連。如果彼此相連，則可以使用任何已知的連接方式，并且這些薄膜可以在整個(gè)主表面上相連，或僅在分立的幾個(gè)點(diǎn)或幾條線處相連。如果使用粘合劑，則粘合劑可以是透明、漫射和/或雙折射的。適合作為半透反射板使用的一 些薄膜歸結(jié)為本文所指的半反射薄膜和偏光薄膜的類型。一般來(lái)講，半反射薄膜是指大約反射30%到90%垂直入射可見(jiàn)光的薄膜或類似物，同時(shí)該薄膜還具有足夠低的吸收率，使其能夠透射絕大多數(shù)，優(yōu)選地是幾乎全部剩余(未被反射)的光線。反射和透射可以是鏡面類或漫射類，或者鏡面類和漫射類的組合，而不論在空間上是均勻的還是形成一定的圖案。可以用表面擴(kuò)散板(包括全息擴(kuò)散板)、體擴(kuò)散板或兩者的組合來(lái)產(chǎn)生漫反射。適當(dāng)?shù)姆瓷渎仕饺Q于多項(xiàng)因素，包括光源的數(shù)量及其在背光源邊緣附近的位置、一個(gè)或多個(gè)光源的強(qiáng)度和光分布(光強(qiáng)的角分布)、循環(huán)腔的深度、背光源輸出的理想亮度和色彩均勻度，以及背光源中是否存在如擴(kuò)散板或光控制單元等其它部件。半透反射板中所用薄膜的反射率較高，傾向于以效率為代價(jià)來(lái)改善背光源的亮度均勻性和色彩均勻性。效率之所以降低是因?yàn)檠h(huán)腔內(nèi)的平均反射次數(shù)增加，而每次反射都會(huì)至少伴隨一些光損耗。如前所述，我們不但希望最大程度地減少半透反射板的可見(jiàn)光吸收量，而且也希望最大程度地減少背反射器和任何反射側(cè)壁的可見(jiàn)光吸收量。適于用作半透反射板的半反射薄膜的一個(gè)例子是薄的金屬化反射鏡，這種反射鏡的金屬涂層足夠薄，可以透射部分可見(jiàn)光。這種薄的金屬涂層可以涂敷到薄膜或基板上。半反射薄膜的另一個(gè)例子在本領(lǐng)域中稱為受控透射鏡薄膜(CTMF)。這種薄膜的制作方法是，給多層干涉鏡層疊件(如本文提到的ESR反射鏡膜)的兩面都涂上漫反射涂層或漫反射層。半反射薄膜的另一個(gè)例子是多層聚合物反射鏡膜，這種薄膜已經(jīng)過(guò)火雕(flame emboss)處理，即，用火焰短暫灼燒以破壞某些位置的多層干涉層疊件。反射偏振片也是半反射薄膜的另一個(gè)例子。這種偏振片包括膽甾型偏振片、采用共擠和拉伸技術(shù)制成的多層聚合物偏振片、線柵偏振片以及具有連續(xù)相/分散相構(gòu)造的漫射共混物偏振片，該偏振片名義上會(huì)透射非偏振光源發(fā)出的光的一半(對(duì)應(yīng)于第一偏振態(tài))并反射另一半(對(duì)應(yīng)于正交的第二偏振態(tài))。所述反射偏振片的例子包括任意一種購(gòu)自3M Company的Vikuiti牌雙倍增亮膜(DBEF)產(chǎn)品和漫反射偏振膜(DRPF)產(chǎn)品。還可參見(jiàn)諸如美國(guó)專利No. 5，882，774 (Jonza等人)和6，111，696 (Allen等人)以及美國(guó)專利公開(kāi)2002/0190406 (Merrill等人)中公開(kāi)的反射膜。如果一張反射偏振膜不夠，還可將兩張或更多張這類薄膜進(jìn)行組合然后成形，以形成凹型結(jié)構(gòu)。非偏振漫反射器也是半反射膜的例子。將鏡面反射顆?；虮∑稚⒌降臀章实耐该骶酆衔锘|(zhì)中，使其形成薄膜或其它本體，這樣就可以制成這類反射器。反射顆?；虮∑梢苑植荚诤衲さ恼麄€(gè)厚度上，或作為薄的可固化涂層設(shè)置在基底的表面上。已知的漫反射器構(gòu)造和制作方法還有很多?？梢圆捎脟娔∷?、絲網(wǎng)印刷和其它已知技術(shù)將漫射涂層涂敷到反射器或其它本體上。還可使用漫射粘合劑，其中漫射是由折射率不同的顆?；驓庀端a(chǎn)生。用作半透反射板的漫反射器優(yōu)選具有較低的吸收率，并且對(duì)可見(jiàn)波長(zhǎng)的平均透射率應(yīng)為20%到80%。半反射膜還包括具有小洞或小孔圖案的反射膜，這種小孔洞的作用是增加透射和減少反射。只要在反射膜上打出具有所需圖案的小孔，就能做成這種半反射膜。事實(shí)上可以使用本文所討論的任意一種反射膜作為原料，然后將其轉(zhuǎn)變或加工來(lái)形成穿孔或其它孔洞。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi) US2004/0070100 (Strobel 等人)和 US2005/0073070 (Getschel 等人)提出了適合于將薄膜火焰穿孔的技術(shù)。小洞或小孔的圖案可以是一致的或不一致的，當(dāng)圖案不一致時(shí)，小孔洞的位置和尺寸可以是隨機(jī)的或偽隨機(jī)的。在一個(gè)實(shí)例中，采用間距相等的圓洞將Vikuiti ESR薄膜片穿孔，圓洞以六邊形陣列形式布置，洞與洞之間的間距等于洞直徑的倍數(shù)。通常，適合作為本發(fā)明所公開(kāi)的背光源中的半透反射板的偏光膜是指具有如下小型結(jié)構(gòu)的薄膜或類似物該小型結(jié)構(gòu)被布置為形成結(jié)構(gòu)化表面或類似物，以隨著光線入射方向的變化來(lái)反射和透射光線。該薄膜的一側(cè)或兩側(cè)上可以有這樣的結(jié)構(gòu)化表面。可用的結(jié)構(gòu)包括線性棱鏡、棱錐、圓錐和橢球體，這種結(jié)構(gòu)可以是伸出表面的凸起或凹入表面的坑?？梢詫?duì)該結(jié)構(gòu)的尺寸、外形、幾何形狀、方向和間距全部進(jìn)行選擇，以優(yōu)化半透反射板、循環(huán)腔和背光源的性能，并且各個(gè)結(jié)構(gòu)可以是對(duì)稱或非對(duì)稱的。結(jié)構(gòu)化表面可以是一致的或不一致的，當(dāng)不一致時(shí)，結(jié)構(gòu)的位置和尺寸可以是隨機(jī)的或偽隨機(jī)的。通過(guò)對(duì)尺寸、外形、幾何形狀、方向和/或間距進(jìn)行周期性或偽隨機(jī)變化來(lái)打亂規(guī)則排列的特征，就可以調(diào)整背光源的色彩和亮度均勻性。在一些情況下，小型結(jié)構(gòu)和大型結(jié)構(gòu)一起分布可能較為有利。合適的偏光膜的例子包括商用一維(線性)棱柱形聚合物膜，例如，全部購(gòu)自3MCompany的Vikuiti 增亮薄膜(BEF)、Vikuiti 透射直角薄膜(TRAF) ,Vikuiti 圖像轉(zhuǎn)向薄膜(IDF)和Vikuiti 光學(xué)照明膜(OLF)，以及常規(guī)的透鏡狀線性透鏡陣列。如果采用上述一維棱柱形薄膜，則棱柱形結(jié)構(gòu)化表面優(yōu)選向下面向背反射器。在偏光膜的其它實(shí)例中，結(jié)構(gòu)化表面具有二維特性，這些偏光膜包括立體角表面構(gòu)造，如美國(guó)專利 No. 4, 588, 258 (Hoopman)、4，775, 219 (Appeldorn 等人)、5，138，488 (Szczech)、5，122，902 (Benson)、5，450，285 (Smith 等人)和 5，840，405 (Shusta等人)中所公開(kāi)的構(gòu)造；未密封立體角片材，如購(gòu)自3M Company的3M Scotchlite 反光材料6260High Gloss Film和3M Scotchlite反光已材料6560High Gloss Sparkle Film ；反棱柱表面構(gòu)造，如美國(guó)專利No. 6，287，670 (Benson等人)和6，280，822 (Smith等人)中所描述的構(gòu)造；美國(guó)專利6，752，505 (Parker等人)和專利公布US 2005/0024754 (Epstein等人)中所公開(kāi)的表面結(jié)構(gòu)化薄膜；以及珠狀回射片材。偏光膜可以單獨(dú)使用，或者與其它合適的半透反射板一起使用。當(dāng)與不同類型的半透反射板一起使用時(shí)，可以將偏光膜放在循環(huán)腔的內(nèi)部(最靠近背反射器)，另一個(gè)薄膜可以是半反射膜(如漫射膜)或另一個(gè)偏光膜，它可以放在循環(huán)腔的外部。當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)線性棱柱形偏光膜組合使用時(shí)，這些薄膜可以對(duì)齊、不對(duì)齊或“相互交叉”，使得一個(gè)薄膜的棱柱方向垂直于另一個(gè)薄膜的棱柱方向?，F(xiàn)在回到圖2，圖中示意性地示出一個(gè)或多個(gè)光源220。在大多數(shù)情況下，這些光源是緊湊的發(fā)光二極管(LED)。此時(shí)，“LED”是指發(fā)射可見(jiàn)光、紫外光或紅外光的二極管。它包括作為L(zhǎng)ED(不論是常規(guī)型還是超輻射型)銷售的封閉或封裝的非相干半導(dǎo)體器件。如、果LED發(fā)射的是如紫外光等不可見(jiàn)光，以及在LED發(fā)射可見(jiàn)光的某些情況下，則將其封裝為包含熒光體(或是照亮設(shè)置在遠(yuǎn)處的熒光體)，以將短波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的可見(jiàn)光，某些情況下會(huì)得到發(fā)射白光的器件?！癓ED晶?！笔荓ED的最基本形態(tài)，即經(jīng)半導(dǎo)體加工過(guò)程而制成的單個(gè)部件或芯片。該部件或芯片可以包括用于應(yīng)用能量以驅(qū)動(dòng)器件的電觸點(diǎn)。該部件或芯片的各獨(dú)立層和其它功能元件通常以晶片級(jí)形成，并且將加工好的晶片切成單個(gè)元件，以生產(chǎn)大量的LED晶粒。本文將對(duì)封裝LED (包括前發(fā)射和側(cè)發(fā)射LED)進(jìn)行詳細(xì)的討論。如果需要，可以使用其它可見(jiàn)光發(fā)光體(如線性冷陰極熒光燈(CCFL)或熱陰極熒光燈(HCFL))來(lái)代替或輔助分立的LED光源，以作為本發(fā)明所公開(kāi)的背光源的照明源。例如，在某些應(yīng)用中，較為理想的是用不同的光源(如長(zhǎng)圓柱形CCFL)或線性表面發(fā)射光導(dǎo)來(lái)代替光源220，其中該光導(dǎo)沿長(zhǎng)度方向發(fā)光并連接到遠(yuǎn)程有源元件，如LED晶粒或鹵素?zé)?。在美?guó)專利No. 5，845，038 (Lundin等人)和6，367，941 (Lea等人)中公開(kāi)了這種線性表面發(fā)射光導(dǎo)的例子。已為人們所知的還有纖維耦合激光二極管和其它半導(dǎo)體發(fā)光體，在這些發(fā)光體中，當(dāng)把它放在本發(fā)明所公開(kāi)的邊緣反射腔中或者以其它方式靠近反射腔的輸入表 面時(shí)，光學(xué)纖維波導(dǎo)的輸出端可以看作是光源。同樣的情況也適用于發(fā)光區(qū)域較小的其它無(wú)源光學(xué)元件，如透鏡、偏轉(zhuǎn)器、狹窄的光導(dǎo)以及發(fā)射從有源元件(如燈泡或LED晶粒)接收到的光線的類似元件。這類無(wú)源元件的一個(gè)實(shí)例是側(cè)發(fā)射封裝LED的模制封殼或透鏡?；氐綀D2，循環(huán)腔230具有如圖示的深度d以及長(zhǎng)度L和寬度W，其中長(zhǎng)度和寬度基本上與輸出區(qū)域218的長(zhǎng)度和寬度相等。在一些實(shí)施例中，循環(huán)腔的寬度W至少是其深度d的2. 5倍；在其它實(shí)施例中，W至少是d的5倍。正如本文前面所提到的，任何適當(dāng)類型的邊緣反射腔都可用于本發(fā)明的背光源。例如，圖3是背光源300的另一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。背光源300包括背反射器312、由半透反射板332和背反射器312形成的循環(huán)腔330和設(shè)置在背光源300的邊緣314附近的一個(gè)或多個(gè)光源320。圖2所示實(shí)施例的背反射器212、循環(huán)腔230、半透反射板232和光源220的所有設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和可能性都同樣適用于圖3所示實(shí)施例的背反射器312、循環(huán)腔330、半透反射板332和光源320。背光源300還可包括可選的擴(kuò)散層350和光控制薄膜360。可以將任何適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散層350與背光源300 —起使用，例如關(guān)于圖2的擴(kuò)散層250所描述的那些擴(kuò)散層。此外，任何適當(dāng)?shù)膶踊虮∧ざ寄苡糜诳蛇x的光控制薄膜360，例如關(guān)于圖2的光控制薄膜裝置260所描述的那些層或薄膜。在邊緣反射腔340內(nèi)放置一個(gè)或多個(gè)光源320，以便光源320通過(guò)循環(huán)腔330的輸入表面334將光線射入循環(huán)腔330。邊緣反射腔340構(gòu)造成使得每個(gè)光源320的發(fā)光表面322都面向循環(huán)腔330的輸入表面334。邊緣反射腔340可包括優(yōu)選具有反射性的側(cè)壁342。此類反射側(cè)壁342可將光源320發(fā)出的光導(dǎo)向輸入表面334。用于圖2所示的邊緣反射腔240的側(cè)反射器242的反射材料也可用于圖3中反射腔340的反射側(cè)壁342。盡管示出的邊緣反射腔具有矩形形狀，但是邊緣反射腔340可以采用任何合適的形狀，以便通過(guò)輸入表面334將光源320發(fā)出的光導(dǎo)入循環(huán)腔330。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4-5，圖中示出可以用來(lái)構(gòu)造合適的邊緣照明式背光源的多種不同幾何構(gòu)造示例中的一部分。這些附圖全部以沿X軸方向(與附圖的平面垂直)觀看時(shí)的剖視圖表示。然而，這些附圖也可理解為表示沿正交的y軸方向觀看時(shí)的剖視圖，因此，這些附圖大致顯示了兩類實(shí)施例，在一類實(shí)施例中，半透反射板在y-z平面內(nèi)有簡(jiǎn)單彎曲，在另一類實(shí)施例中，半透反射板在y-z和x-z平面內(nèi)具有復(fù)雜彎曲。鑒于上述原因，應(yīng)廣義理解“彎曲”這個(gè)詞，而不應(yīng)局限于幾何圓弧或甚至彎曲的外形。圖4示出具有兩個(gè)循環(huán)腔430和470的直接照明式背光源400，所述循環(huán)腔由半透反射板432中的兩個(gè)凹型結(jié)構(gòu)和背反射器412組合形成。圖示半透反射板432分成分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)凹型結(jié)構(gòu)的兩部分432a和432b。這兩部分在中間區(qū)域433處可以通過(guò)半透反射板432的一部分相連，也可以不相連。循環(huán)腔430和470的大小使其基本上充滿輸出區(qū)域418，優(yōu)選占到輸出區(qū)域418平面圖面積的75%、80%、90%或以上。輸出區(qū)域418后面未設(shè)置凹型循環(huán)腔的區(qū)域總共只占輸出區(qū)域418平 面圖面積的一小部分(少于25%、20%或10%，優(yōu)選為約0% )。由于循環(huán)腔較為接近，以及循環(huán)腔所發(fā)出的光線的角分布和輸出區(qū)域設(shè)置在循環(huán)腔上方(例如，可選擴(kuò)散板(未示出)的設(shè)置)，這些未設(shè)置凹型循環(huán)腔的區(qū)域可能對(duì)整個(gè)輸出區(qū)域418上的亮度均勻性產(chǎn)生極小的負(fù)面影響，或幾乎沒(méi)有影響。只要存在這種未設(shè)置凹型循環(huán)腔的區(qū)域，在示例性實(shí)施例中，這些區(qū)域應(yīng)優(yōu)先靠近或沿著輸出區(qū)域418的周邊并遠(yuǎn)離輸出區(qū)域418的中心部分分布。背光源400還包括一個(gè)或多個(gè)光源420，所述光源鄰近框架410的第一邊緣414設(shè)置在具有側(cè)反射器442的邊緣反射腔440內(nèi)。背光源400可以采用本文所述的任何適當(dāng)?shù)墓庠春瓦吘壏瓷淝?。光?20可操作以通過(guò)循環(huán)腔430的輸入表面434將光線射入循環(huán)腔430。背光源400還包括一個(gè)或多個(gè)光源422，所述光源鄰近框架410的第二邊緣416設(shè)置在具有邊緣反射器482的邊緣反射腔480內(nèi)。可以在第二邊緣416附近放置任何適當(dāng)?shù)墓庠春瓦吘壏瓷淝?。光?22可操作以通過(guò)輸入表面474將光線射入循環(huán)腔470。背光源400還可包括設(shè)置成接收輸出區(qū)域418發(fā)出的光的其它層或薄膜，例如圖3的擴(kuò)散層350和/或光控制單元360。圖5示出具有三個(gè)循環(huán)腔530、570和590的邊緣照明式和直接照明式組合背光源500，這些循環(huán)腔由半透反射板532中的三個(gè)凹型結(jié)構(gòu)與背反射器512組合形成。半透反射板532顯示為有分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)凹型結(jié)構(gòu)的三個(gè)部分532a、532b和532c。這三部分可以在中間區(qū)域592a和592b處通過(guò)半透反射板532的一部分相連，也可以不相連，中間區(qū)域的面積優(yōu)選減至最小。光源520a、520b和520c設(shè)置成將光射入其各自的循環(huán)腔530、570和590。圖不光源520a-c可能分別表不單個(gè)光源,或者表不沿平行于X軸的方向布置的一排光源。循環(huán)腔530和570可以采用相同的形狀；作為選擇，各個(gè)循環(huán)腔可以采用不同的形狀。背光源500可以使用任何適當(dāng)?shù)闹苯诱彰魇窖h(huán)腔，例如名稱為“DIRECT-LITBACKLIGHT HAVING LIGHT RECYCLING CAVITY WITH CONCAVE TRANSFLECT0R(具有帶凹型半透反射板的光循環(huán)腔的直接照明式背光源)”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/212，166中所描述的直接照明式循環(huán)腔。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以在背光源框架的兩個(gè)或更多個(gè)邊緣的附近放置一個(gè)或多個(gè)光源。例如，圖6是背光源600的不意性透視圖。背光源600包括框架610和背反射器612。背光源600還包括面對(duì)背反射器612的輸出區(qū)域618。光源620設(shè)置在背光源600的第一邊緣614附近,而光源622設(shè)置在背光源600的第二邊緣619附近。光源620和622可操作以將光射入由半透反射板632形成的循環(huán)腔(未示出)的輸入表面，該半透反射板被制成具有面向背反射器612的凹型結(jié)構(gòu)的形狀。圖2所示實(shí)施例的框架210、背反射器212、光源220和半透反射板232的所有設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和可能性都同樣適用于圖6所示實(shí)施例的框架610、背反射器612、光源620和622以及半透反射板632。在圖6所示的實(shí)施例中，光源620設(shè)置在邊緣614附近，使得光源620可操作以將光線射入由半透反射板632和背反射器612形成的循環(huán)腔的輸入表面。半透反射板632形成的凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離循環(huán)腔輸入表面的方向與背反射器612會(huì)聚。換句話講，半透反射板632沿著從設(shè)置光源620的第一邊緣614至背光源600的第三邊緣616的方向與背反射器612會(huì)聚。—般來(lái)講，光源620可操作以沿著與7軸平行的方向?qū)⒐馍淙胙h(huán)腔的輸入表面。換句話講，光源620所發(fā)出的光沿著與半透反射板632的至少一部分基本垂直的方向射入。
與光源620相反，鄰近第二邊緣619設(shè)置的光源622可操作以沿著x軸方向?qū)⒐馍淙胙h(huán)腔內(nèi)，在本實(shí)施例中，該方向?yàn)榘胪阜瓷浒宓难由旆较?。換句話講，光源622射入的光中很少(如果有的話)會(huì)與半透反射板的表面垂直。圖7是邊緣照明式背光源的平面圖，示出在面板的輸出區(qū)域后面設(shè)置多個(gè)光循環(huán)腔。該背光源的輸出區(qū)域具有16 9的長(zhǎng)寬比，這是當(dāng)前在液晶電視機(jī)中流行的比例。在圖7中，背光源輸出區(qū)域(未示出)基本上被四個(gè)循環(huán)腔730a_d的陣列所充滿。每個(gè)循環(huán)腔都由形成面向背反射器的凹型結(jié)構(gòu)的半透反射板構(gòu)成。半透反射板的形狀可以在x-z平面內(nèi)確定一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)，在正交的y-z平面內(nèi)確定另一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)，前者限定了每個(gè)循環(huán)腔的寬度W，而后者限定了每個(gè)循環(huán)腔的長(zhǎng)度L。光源720靠近背光源700的四個(gè)邊緣702、704、706 和 708 設(shè)置。圖7也能理解為表示這樣的實(shí)施例在該實(shí)施例中，半透反射板具有簡(jiǎn)單彎曲形狀，以限定一個(gè)或多個(gè)線性隧道狀結(jié)構(gòu)，但在半透反射板和背反射器之間設(shè)置垂直間壁，將循環(huán)腔分割為多個(gè)獨(dú)立的區(qū)域或子循環(huán)腔。例如，半透反射板可以在輸出區(qū)域718的頂端和底端之間在x-z平面內(nèi)形成單個(gè)凹型結(jié)構(gòu)，以形成一個(gè)寬度為2W、長(zhǎng)度為2L的循環(huán)腔(其中W和L如圖7所示)，不同的是，如圖中X方向虛線所示，在半透反射板和背反射器之間設(shè)置了垂直間壁(不論是鏡面反射或漫反射，優(yōu)選由高反射率材料制成)，以界定兩個(gè)不同的區(qū)域或循環(huán)腔730a/730c和730b/730d。又如，半透反射板可以在x_z平面內(nèi)形成兩個(gè)相鄰的凹型結(jié)構(gòu)，以形成兩個(gè)循環(huán)腔，每個(gè)循環(huán)腔的寬度為W和長(zhǎng)度為2L(其中W和L如圖7所示)，不同的是，在每個(gè)凹型結(jié)構(gòu)中，在半透反射板和背反射器之間沿X方向設(shè)置了垂直間壁，以便將第一循環(huán)腔分割成兩個(gè)循環(huán)腔730a/730b并且將第二循環(huán)腔分割成兩個(gè)循環(huán)腔 730c/730d。此外，例如，半透反射板可成形為在背光源700的所有四個(gè)角處具有最大深度，在沿圖7所示的每條虛線處具有最小深度。此構(gòu)造將形成在x-z平面和y-z平面中均具有曲率的復(fù)雜凹型結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)將具有類似戶外音樂(lè)臺(tái)的形狀，其中半透反射板沿著遠(yuǎn)離背光源700的兩個(gè)相鄰邊緣的兩個(gè)正交方向與背反射器會(huì)聚。例如，循環(huán)腔730d由半透反射板和背反射器沿著遠(yuǎn)離邊緣702的正X方向和遠(yuǎn)離邊緣704的正y方向會(huì)聚而成?！銇?lái)講，循環(huán)腔可以采用任何適當(dāng)?shù)钠矫鎴D形狀，不論是簡(jiǎn)單彎曲的還是復(fù)雜彎曲的?？梢钥紤]多邊形(例如，三角形、矩形、梯形、五邊形、六邊形等)、圓形、橢圓形以及任何其它所需形狀。可以定制設(shè)計(jì)幾何形狀，以使背光源具有較高的效率和較好的亮度均勻性與色彩均勻性。令人期望的是，由凹型半透反射板和背反射器構(gòu)成的循環(huán)腔在z軸方向上相對(duì)較淺(即，深度d較小)，并在橫向上相對(duì)較寬。特定循環(huán)腔的深度d是指背反射器和半透反射板之間沿著垂直于輸出區(qū)域的軸線(即沿z方向)的最大間距。循環(huán)腔的寬度(W)是指按下列方式測(cè)得的循環(huán)腔的橫向尺寸考慮循環(huán)腔在平面圖中的形狀(如圖7)，循環(huán)腔的寬度是指循環(huán)腔平面圖形狀的最小外接矩形中的較小尺寸。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明所公開(kāi)的循環(huán)腔的寬度W可以大于2d，優(yōu)選至少為2. 5d、5d或以上。循環(huán)腔的長(zhǎng)度(L)是指循環(huán)腔平面圖形狀的最小外接矩形中的較大尺寸。在特殊情況下，最小矩形可能是一個(gè)正方形，此時(shí)L = W。使用一個(gè)以上本發(fā)明所公開(kāi)的循環(huán)腔的背光源，尤其是那些具有不同循 環(huán)腔的區(qū)域或陣列的背光源(每個(gè)區(qū)域或循環(huán)腔都由可以相對(duì)于相鄰循環(huán)腔中的光源獨(dú)立控制或?qū)ぶ返淖杂泄庠磥?lái)照亮)，可以與合適的驅(qū)動(dòng)電子元件一起使用，以支持動(dòng)態(tài)對(duì)比度顯示技術(shù)和色序顯示技術(shù)，在這些技術(shù)中背光源輸出區(qū)域上的亮度和/或色彩分布故意設(shè)計(jì)成不均勻的。因此，可以對(duì)輸出區(qū)域上的不同區(qū)域進(jìn)行控制，使其比其它區(qū)域更亮或更暗，或者只需對(duì)不同循環(huán)腔內(nèi)的不同光源進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，就能讓不同區(qū)域發(fā)出顏色不同的光。本發(fā)明所公開(kāi)的用于背光源的凹型循環(huán)腔可以使用不同的組裝方法和技術(shù)來(lái)制作。一種方法是將單片半透反射膜跨過(guò)背光源外殼的整個(gè)寬度，薄膜邊緣被插入外殼的側(cè)壁之間或物理地固定到側(cè)壁上，以形成一個(gè)隧道狀凹型結(jié)構(gòu)。該方法尤其適合相對(duì)較小的顯不器。當(dāng)背光源單元既薄又寬時(shí)，使用多個(gè)隧道狀凹型結(jié)構(gòu)可能較為有利。人們發(fā)現(xiàn)，在半透反射膜上劃線，即，沿一條或幾條線切入薄膜厚度的一部分是一種限定凹型結(jié)構(gòu)邊界的較為方便的技術(shù)。另一種有用的技術(shù)是通過(guò)將半透過(guò)反射膜沿一條或幾條線折疊來(lái)產(chǎn)生折痕。劃線和折疊法通過(guò)提供易于折疊薄膜的確定位置而有利于將單張薄膜變成多個(gè)凹型結(jié)構(gòu)的組合。劃線時(shí)可以使用任何已知的劃線技術(shù)，包括激光法、加熱法(如使用熱金屬絲或熱刀)和已知的吻切技術(shù)。當(dāng)使用由單張薄膜形成的多個(gè)隧道狀結(jié)構(gòu)時(shí)，將薄膜物理連接到背光源外殼的底板、側(cè)壁或者底板和側(cè)壁上，能使薄膜產(chǎn)生穩(wěn)定和堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。將凹型薄膜物理連接到背光源的方法的實(shí)例包括但不限于，通過(guò)下列物品或方法將薄膜的劃線部分固定到底板上鉚釘、螺釘、訂書釘、熱點(diǎn)焊或超聲波點(diǎn)焊、釘入底板(該底板也可以用來(lái)支撐擴(kuò)散板)的塑料釘、釘入背光源側(cè)壁的銷釘和將薄膜的劃線區(qū)域固定到底板上的銷釘、底板上的粘膠帶等
坐寸o凹型薄膜的邊緣可以連接到在背光源外殼的側(cè)壁反射器中模制出的位置和狹槽上，這些位置和狹槽有助于限定凹型結(jié)構(gòu)的形狀。作為選擇，也可將薄膜制備成具有足夠的剛性，以便將凹型結(jié)構(gòu)插入側(cè)壁或反射底板中的預(yù)定狹槽中。通常，在半透反射板的至少一部分上壓制出波紋形可以增強(qiáng)半透反射板的剛硬度或剛性。自身剛度不足的半透反射板也可以與表面形狀合適的透明支承件組合使用，例如將半透反射板放在支承件上面。將有刻痕的薄膜固定到背光源外殼內(nèi)的另一種方法涉及使用支承構(gòu)件，支承構(gòu)件可以模制到外殼的側(cè)壁結(jié)構(gòu)中，或插入外殼的側(cè)壁。該方法可以使用插入外殼側(cè)壁中預(yù)定位置處的透明聚合物桿，該桿跨過(guò)背光源的一定長(zhǎng)度或?qū)挾?，因而提供可以將半透反射板迂回穿行或穿過(guò)的導(dǎo)向桿，同時(shí)使用上述技術(shù)固定薄膜的邊緣。作為選擇，可以用細(xì)金屬絲來(lái)代替該桿。這種方法在制作不對(duì)稱凹型結(jié)構(gòu)時(shí)尤其有用，此時(shí)，薄膜往往對(duì)轉(zhuǎn)變成不對(duì)稱形狀具有抗拒力。
在半透反射板內(nèi)形成凹型結(jié)構(gòu)的另一種方法是，在前擴(kuò)散板背面上的預(yù)定位置處放置塑料釘，該位置與半透反射板將要接觸或幾乎接觸背反射器的位置對(duì)應(yīng)。在組裝背光源的過(guò)程中，可以將銷釘與柔性半透反射膜接觸以形成半透反射板，半透反射板可以在邊緣處與背光源外殼相連，以形成一個(gè)或多個(gè)由銷釘位置所確定的凹型形狀。形成本文所述背光源的其它適用方法可以在例如名稱為“METHODS OF FORMING DIRECT-LIT BACKLIGHTSHAVING LIGHT RECYCLING CAVITY WITH CONCAVE TRANSFLECTOR (具有帶凹型半透反射板的光循環(huán)腔的直接照明式背光源的構(gòu)造方法)”(代理人檔案號(hào)No. 61199US006)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. XX/XXX, XXX中找至。圖8-11示出在本發(fā)明公開(kāi)的背光源中可使用的一些光源的視圖，這些附圖不具有限制性。圖示光源包括封裝LED。圖8、9和11的光源顯示的是側(cè)發(fā)光LED封裝體，其中LED晶粒發(fā)出的光被一體的封殼或透鏡元件反射和/或折射，形成大致橫向傳播，而不是沿光源對(duì)稱軸線向前傳播的峰值光。圖10的光源可以是前發(fā)射或側(cè)發(fā)射，這取決于是否包含可選的偏轉(zhuǎn)器。在圖8中，光源800包括裝在框架812上并電連接到引線814的LED晶粒810。引線814用于將光源800電連接到和物理連接到電路板等上。透鏡820與框架812相連。透鏡820的設(shè)計(jì)使射入透鏡上半部的光線全部在上表面822上全內(nèi)反射，以使得光入射在上半部的下表面824上并折射到裝置外部。射入透鏡下半部826的光也被折射出裝置以外。光源800還可以包括可選的轉(zhuǎn)向器830，諸如反射材料片，該轉(zhuǎn)向器安裝在透鏡820上方，或連接到上表面822上。還可參見(jiàn)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)US 2004/0233665 (West等人)。在圖9中，光源900包括安裝在引線架910上的LED晶粒(未示出)。透明的封殼920封裝LED晶粒、引線架910和一部分電線。封殼920相對(duì)于包含LED晶粒表面法線的平面具有反射對(duì)稱性。封殼具有由曲面922限定的凹陷924。凹陷924基本上是線性的，其中心位于對(duì)稱面的中心，且在表面922的至少一部分上涂有反射涂層926。從LED晶粒發(fā)出的光經(jīng)反射涂層926反射從而形成反射光線，這些反射光線又被封殼的折射面928折射從而形成許多折射光線930。還可參見(jiàn)美國(guó)專利6，674，096 (Sommers)。在圖10中，光源1000包括位于引線架1012的凹陷反射器區(qū)1018內(nèi)的LED晶粒1010。通過(guò)引線架1012和另一個(gè)引線架1014與LED晶粒1010之間的引線鍵合，由這兩個(gè)引線架向光源供電。LED晶粒1010表面有熒光材料層1016，并且整個(gè)組件被嵌入到前表面為透鏡的環(huán)氧樹(shù)脂透明封殼1020內(nèi)。通電時(shí)，LED晶粒1010的頂面會(huì)發(fā)出藍(lán)光。其中一些藍(lán)光會(huì)穿過(guò)熒光材料層，并與熒光材料發(fā)出的黃光混在一起，形成白色的輸出光?；蛘?，也可以省去熒光材料層，這樣光源只會(huì)發(fā)射LED晶粒1010發(fā)出的藍(lán)光(或另一種希望的色彩)。在上述兩種情況下，白光或有色光基本上都向前發(fā)射，以便在沿光源1000的對(duì)稱軸線的方向上發(fā)出峰值光。然而，如果需要，光源1000還可以包括可選的偏轉(zhuǎn)器1030，該偏轉(zhuǎn)器的反射表面能夠沿大致側(cè)向或側(cè)面方向改變光線的方向，因而能將光源1000轉(zhuǎn)變成一個(gè)側(cè)發(fā)光體。偏轉(zhuǎn)器1030可以關(guān)于垂直于紙面的平面鏡像對(duì)稱，或者關(guān)于樹(shù)脂封殼1020的對(duì)稱軸線重合的豎直軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。還可參見(jiàn)美國(guó)專利5，959，316 (Lowery)。在圖11中，光源1100有由封裝底板1116支承的LED晶粒1112。透鏡1120連接到底板1116上，封殼軸線1126穿過(guò)底板1116和透鏡1120的中心。透鏡1120的形狀限定了 LED晶粒1112和透鏡1120之間的空間1114?？梢允褂霉铇?shù)脂或其它合適的介質(zhì)(如樹(shù)脂、空氣或氣體或者真空)填充和密封所述空間1114。透鏡1120包含鋸齒折射部分1122和全內(nèi)反射(TIR)漏斗部分1124。鋸齒部分1122的設(shè)計(jì)使其可以折射和彎曲光線，以便從透鏡1120射出的光線與封裝軸線1126的夾角盡可能接近90度。還可參見(jiàn)美國(guó)專利 6，598，998 (West 等人)。除圖8和10顯示的轉(zhuǎn)向器外，光源還可以使用 其它轉(zhuǎn)向器，包括名稱為“DIRECT-LIT BACKLIGHT HAVING LIGHT SOURCES WITH BIFUNCTIONAL DIVERTERS (具有帶雙功能轉(zhuǎn)向器的光源的直接照明式背光源)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/458,891中描述的雙功能轉(zhuǎn)向器。無(wú)論是否用于產(chǎn)生白光，多色光源在背光源中可以具有多種形式，并對(duì)背光源輸出區(qū)域的色彩和亮度均勻性產(chǎn)生不同的影響。在一種方法中，多個(gè)LED晶粒(例如，發(fā)紅光、綠光和藍(lán)光的晶粒)全部彼此接近地裝在引線架或其它基底上，然后一起裝入單個(gè)封殼材料中形成一個(gè)封裝體，封裝體內(nèi)還可以包括單透鏡元件?？梢钥刂七@樣的光源發(fā)射任何一種單獨(dú)的色彩，或同時(shí)發(fā)出所有色彩的光。在另一種方法中，可以將單獨(dú)包裝的LED集成一束用于某個(gè)給定的循環(huán)腔，其中每個(gè)封裝體只有一個(gè)LED晶粒并發(fā)射一種色彩的光，LED束中含有發(fā)出不同色彩(如藍(lán)/黃或紅/綠/藍(lán))的封裝LED的組合。在另一個(gè)方法中，可以將這種單獨(dú)包裝的多色LED以一個(gè)或多個(gè)線條、陣列或其它圖案的形式設(shè)置。根據(jù)所選光源的不同，背反射器、半透反射板和背光源的其它部件所接受的紫外線輻射量會(huì)有所不同，通常CCFL和HCFL光源會(huì)比LED光源發(fā)射更多紫外線。因此，背光源的元件中可能包含紫外線吸收劑或穩(wěn)定劑，或者也可使用為最大程度地減輕紫外線劣化而選擇的材料。如果使用紫外線輸出較低的光源(如LED)來(lái)照亮背光源，則可能沒(méi)必要使用紫外線吸收劑和類似物質(zhì)，而且材料的可選范圍會(huì)更寬。除了紫外線吸收劑和穩(wěn)定劑外，半透反射板還可以包含染料和/或顏料，以調(diào)節(jié)半透反射板、循環(huán)腔和背光源的透射率、色彩和其它光學(xué)特性。本文討論了本發(fā)明的示例性實(shí)施例并且已經(jīng)提到在本發(fā)明范圍內(nèi)可能的變化形式。在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明的這些及其它變化和修改形式對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)應(yīng)是顯而易見(jiàn)的，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于本文所提供的示例性實(shí)施例。因此，本發(fā)明只受以下提供的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種具有輸出區(qū)域的邊緣照明式背光源，包括 背反射器，其面向所述背光源的輸出區(qū)域； 半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，并成形為形成至少一個(gè)面向所述背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，以便在所述半透反射板和所述背反射器之間形成一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔，所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔基本上充滿所述背光源的輸出區(qū)域，所述半透反射板反射30%到90%垂直入射可見(jiàn)光；以及 至少一個(gè)光源，其設(shè)置在所述背光源的第一邊緣附近，所述至少一個(gè)光源可操作以通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔的輸入表面將光射入所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔內(nèi)，所述輸入表面與所述背光源的輸出區(qū)域基本垂直，并且所述至少一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離所述輸入表面的方向與所述背反射器會(huì)聚。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的背光源，其中每個(gè)循環(huán)腔都具有深度d和寬度W，并且W至少是d的2. 5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的背光源，其中所述至少一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)包括多個(gè)凹型結(jié)構(gòu)，所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔包括多個(gè)循環(huán)腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的背光源，其中每個(gè)凹型結(jié)構(gòu)在第一平面內(nèi)都具有凹型橫截面輪廓，而在與所述第一平面垂直的第二平面內(nèi)都具有基本上平的橫截面輪廓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的背光源，其中每個(gè)凹型結(jié)構(gòu)在相互垂直的第一平面和第二平面內(nèi)都具有凹型橫截面輪廓。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的背光源，其中每個(gè)循環(huán)腔都延伸跨過(guò)所述輸出區(qū)域的某個(gè)尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的背光源，其中所述至少一個(gè)光源包括多個(gè)LED。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的背光源，其中所述半透反射板成形為形成多個(gè)面向所述背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，以便形成多個(gè)循環(huán)腔，每個(gè)循環(huán)腔都具有輸入表面，并且對(duì)于每個(gè)循環(huán)腔，至少有一個(gè)LED設(shè)置在所述背光源的邊緣附近，以將光射入所述循環(huán)腔的輸入表面。
9.一種顯不系統(tǒng),包括 顯示面板，其具有照明側(cè)和觀看側(cè)；以及 邊緣照明式背光源，其設(shè)置在所述顯示面板的照明側(cè)并具有輸出區(qū)域， 所述邊緣照明式背光源包括 背反射器，其面向所述背光源的輸出區(qū)域； 半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，并成形為形成至少一個(gè)面向所述背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，以便在所述半透反射板和所述背反射器之間形成一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔，所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔基本上充滿所述背光源的輸出區(qū)域，所述半透反射板反射30%到90%垂直入射可見(jiàn)光；以及 至少一個(gè)光源，其設(shè)置在所述背光源的第一邊緣附近，所述至少一個(gè)光源可操作以通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔的輸入表面將光射入所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔內(nèi)，所述輸入表面與所述背光源的輸出區(qū)域基本垂直，并且所述至少一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離所述輸入表面的方向與所述背反射器會(huì)聚。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述顯示面板由液晶顯示屏(LCD)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種具有輸出區(qū)域的邊緣照明式背光源，包括背反射器，其面向所述背光源的輸出區(qū)域；半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，并成形為形成至少一個(gè)面向所述背反射器的凹型結(jié)構(gòu)，便在所述半透反射板和所述背反射器之間形成一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔，所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔基本上充滿所述背光源的輸出區(qū)域，所述半透反射板反射30％到90％垂直入射可見(jiàn)光；以及至少一個(gè)光源，其設(shè)置在所述背光源的第一邊緣附近，所述至少一個(gè)光源可操作以通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔的輸入表面將光射入所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)腔內(nèi)，所述輸入表面與所述背光源的輸出區(qū)域基本垂直，并且所述至少一個(gè)凹型結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離所述輸入表面的方向與所述背反射器會(huì)聚。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102644886SQ20121006560
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月27日
發(fā)明者D·斯科特·湯普森, 克雷格·R·沙爾特, 盧冬, 約翰·A·惠特利 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司