用于显示器的背光系统技术方案

一种ＬＥＤ为基础的背光系统，所述背光系统提供优良的亮度和均匀性，所述均匀性适于高性能的彩色和高分辨率便携式显示器（例如ＰＡＤ和手机）。披露了多种不同但相似的实施例。一些适用于多个ＬＥＤ（３０），一些适用于单一ＬＥＤ（１２）。在第一实施例中，多个ＬＥＤ与光管（１４）的输入边缘相邻定位。输入边缘包括固定间距的凹槽以在一个方向上传播ＬＥＤ的光，所述方向在整个区域上朝光管的底面近似成一个角度。光管（３２）底面也具有用于把ＬＥＤ的光改变成朝向光管的上表面的凹槽，在所述上表面光从光管射出而朝向观看者。漫射器（４２）以所选择的水平和垂直的角度散射而分配射出的光，并且光膜成形。在第二实施例中，第二ＬＳＤ定位在光膜的上面。在第三实施例中，ＬＳＤ带包括缩短的ＬＳＤ，其定位在相邻输入边缘的光管的下面以更好地减少在ＬＥＤ附近的亮斑。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种背光系统，更确切地说，涉及一种使用一种或多种光源(例如发光二极管、荧光灯和激光器)的高亮度、强度均匀的背光系统。相关申请的交叉引用本申请是在2000年9月7日申请的专利申请号09/656681的部分延续申请。
技术介绍
背光系统现在被用于多种显示用途，例如个人数字助理(PDA)、汽车音频元件、显示器和照明以及手机。背光通过更好地在较亮的背景上对比显示图形而增加显示器的有效性。背光系统的性能基于包括亮度、表观均匀光分布、定向视域和用电在内的标准。后面的特性对便携式、电池驱动的应用(例如PDA和手机的显示屏)特别重要，在所述PDA和手机显示屏上，用电直接影响电池寿命。由于PDA和手机的显示屏随着彩色图形和更高的分辨率的增加变得更奇异，所以对高亮度、均匀而低用电的背光系统的需求已经变得更急切。典型的现有技术的背光系统使用象荧光灯等的光源。遗憾的是，这种灯需要复杂的光耦合器以仅在单一的方向上引导光，例如进入光管或光波导内以显示全内反射(TIR)。这种灯也有相对高的用电、低耐用性和短的寿命以及以每100小时1％的速率能量的损失的缺点。此外，把光耦合至光管而不产生暗区或暗线(dark zone or line)经常是困难的，这减损了背光的理想的均匀性和显示器的美观性。因此，很希望能够提供一种背光系统，所述背光系统通过克服现有技术的传统的耦合要求、暗区、高用电和寿命局限而提供对这些缺点的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例包括LED基背光系统，所述背光系统为高性能彩色和高分辨率便携式显示器(例如PDA和手机)提供极好的亮度和均匀性。其中除了相干光和非相干光，本专利技术也可以使用其他光源的荧光灯。披露了多种不同但相似的实施例。一些适用于多个发光二级管，一些适用于单个发光二级管，一些适用于荧光或其它光源。每个都显示优越的亮度并且每一个都解决亮斑(hot spot)或暗区的问题，所述亮斑或暗区能减损在整个背光区获得光强度的均匀分布。而且，因为每一个这种实施例特别被设计成以一个或更多个LED作为光源来运行，不需要耦合器，寿命较长，耐用性高，并且用电较小。在第一个这种实施例中，多个LED与光管的输入边相邻地定位。输入边包括固定间距的凹槽以沿其整个区域在一个方向上传播LED的光，所述方向朝向光管的底面成角度。光管底面可以具有凹槽以把LED的光朝向光管的上表面转换方向，在所述光管的上表面上光脱离光管而射向观看者。光管底表面也可以由丝网光点图形或全息的表面结构制成。光管的出射面的外部容纳光成形漫射器(LSD)和其它漫射器或光膜。漫射器作为以所选择的水平和垂直角度漫射和分配出射光，并且光膜使光强度分布成为一定形状以朝向观看者达到最佳亮度。在第二实施例中，第二LSD定位在光膜的上面。在第三实施例中，包含缩短的LSD的LSD带定位在邻近输入边的光管下面以更好地减小LED附近的亮斑。在第四实施例中，在下面并连续至光管的第二LSD代替上述的底面凹槽。在第五实施例中，小LSD在输入边代替固定凹槽。在第六实施例中，在凹槽光管的上表面处仅使用一个LED，在光管的上表面处使用固定角或可变角LSD。在第七实施例中，也使用单一LED方案，第二固定角LSD加在第六实施例的可变LSD的上面。这种LSD也可以作为背光光膜的整体部分注模。第六和第七实施例的光管使用圆形凹槽。本专利技术的光成形漫射器的重要特征是他们的定向性、可控的散射、均匀的特性和漫射角的连续变动，所述漫射角的连续变动没有断开线地促进均匀背光分布。附图说明在参照如下附图详细说明优选实施例后，本专利技术的上述目的和优势以及其它的目的和优势将得到更充分的理解。图1是本专利技术的单一LED方案的俯视图；图2是多个LED方案的俯视图；图3是第一实施例的解剖侧视图；图4是第二实施例的解剖侧视图；图5是第三实施例的解剖侧视图；图6是第四实施例的解剖侧视图；图7是第五实施例的解剖侧视图；图8是第六实施例的解剖侧视图；图9是第七实施例的解剖侧视图；图10是具有恒定漫射角的固定角矩形漫射器表面的简化图；图11是具有可变漫射角的可变矩形漫射器表面的简化图；图12是相似于图11，但说明另一个漫射角变量；图13是也相似于图11，但仍说明另一个漫射角变量；图14是具有恒定漫射角的固定角半圆形漫射器表面的简化图；图15是在不同半径或径向段具有可变的漫射角的可变半圆形漫射器表面的简化图。图16是相似于图15，但说明另一个漫射角变量；图17是在不同的角形段具有可变的漫射角的可变半圆形漫射器表面的简化图；图18是相似于图17，但说明另一个漫射角方案；图19是相似于图15和17的一个方案，但在不同半径和不同段具有可变漫射角；图20是用于制造可变漫射器的制造仪器的方框图；和图21-23说明用于产生不同漫射角的漫射器控制的图20装置的多种构造。具体实施例方式参照附图，特别是图1和图2，可以看出，说明本专利技术的两个基本的实施例的俯视图。在图1的角照亮(corner-lit)背光实施例中，单一LED12位于光管14的一个拐角，对角地在光管中传播光。定位在光管14的底表面上的圆形失真凹槽贯穿可视对角线(viewing diagonal)的整个长度。反射膜搁在底表面的外部上并且波型光成形漫射器搁在光管的上表面上。在图2的边缘照亮(edge-lit)实施例中，多个LED30相邻光管32定位，后者在底面上具有线性失真凹槽，并且贯穿光管的长度。一小块缩短的漫射器相邻在底面下面的光管的输入边缘定位。反射膜和漫射器完成了这个结构，漫射器放置在光管的上表面。漫射器结构可是恒定或可变的特性。缩短的漫射器42通过更均匀地传播光而帮助消除亮斑和在紧邻LED的光管区域的不规则，否则可能产生交替的亮斑和暗斑。在缩短的漫射器外的凹槽可是对漫射器产生影响。图3说明图2的多路LED实施例的一个方案。在图3中，我们看到相似于图2的基本方案，但是在光管44下面没有缩短的漫射器。图3所示的方案的主要变量是在光管44内或上的LSD40的角度特性。每一个都在一个方向上(主)使用角度范围在10E至80E的常角LSD，并在正交方向(次)上使用角度范围在0.2E至10E的常角LSD。反射器38是涂银或其他高反射金属的薄膜。例如，光膜48是一种由日本三菱出售的人造纤维光膜。输入凹槽43可以被用于传播LED的光进入光管44。在图4的方案中，凹槽34从光管44中被省略，改为第二LSD层45被随即定位在光滑的底面46下面。LSD45提供弯曲和校准作用以向LSD45和光膜48重新分配LED的光。图5的方案相似于图3，但是使用输入LSD50由图3来代替凹槽。图6说明图2方案并没有修改。图7说明在光膜48上面添加第二全LSD层54。图7的实施例说明了与每一个其他实施例相比最平均的亮度，因此构成本专利技术的现预期的Abest模式@。图6和图7实施例的每一个全长度LSD也可以包括一个漫射角，所述漫射角在整个漫射器长度上是变化的，在下文中参照图11-13将被说明。图8和9说明单一角照亮背光装置(例如图1所示)图8的方案使用具有30E×1E至65E×1E的可变漫射角的单一LSD22。图9的方案添加3E主漫射角的固定角全长LSD36。每一个可变漫射器优选地是圆形角变量，例如如图15-19的实例所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背光系统，包括：至少一个ＬＥＤ；光管，所述光管具有用于接收所述ＬＥＤ发出的光的输入表面和用于把所述光的方向朝向出射面改变的光弯曲表面；反射材料层，所述反射材料层定位在所述光管的所述光弯曲表面下面；光成形漫 射器，所述光成形漫射器定位在所述光管的所述出射面的上面，以控制所述光管的所述出射面发出的光的分布。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王三庄，加金德拉D萨万特，杰弗里A兰恩，马克本纳汉斯，里克L希尔，
申请(专利权)人：物理光学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]