专利名称：光照系统、照明器、准直器和显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括光源和准直器的光照(illumination)系统。本发明也涉及包括依照本发明的光照系统的照明器(luminaire)。本发明还涉及用在依照本发明的光照系统中和/或用在依照本发明的照明器中的准直器。本发明还涉及包括作为背光系统的依照本发明的照明器的显示设备。
背景技术：
这样的光照系统本身是已知的。它们尤其用在用于普通照明(lighting)目的的照明器中，例如用于办公室或商店照明，例如作为橱窗灯。可替换地，这些光照系统用于照明其上陈列了物品(例如珠宝)的(透明)合成树脂或玻璃的(透明或半透明)板。光照系统也用于照射广告牌，例如从部分透明图像的后面照射该图像的广告牌。这些已知的光照系统也可以用作例如用于电视机和监视器的(画面)显示设备的背光系统中的光源。这样的光照系统特别适合用作用于诸如也表示为IXD面板的液晶显示设备之类的非发射式显示器的背光系统，所述非发射式显示器用在(便携式)计算机或(便携式)电话中。近来，包括具有基本上朗伯型发射剖面的光源，例如发光二极管(进一步也称为 LED)的光照系统更经常地用在普通照明应用中，例如照明器。LED在照明器中的使用具有以下优点LED具有相对较高的效率。此外，存在用于普通光应用中的大范围的可用LED，从而在照明器的发射的颜色和审美设计方面提供了卓越的设计自由。然而，使用LED具有以下缺陷发光表面典型地相对较小并且从该相对较小的表面发射的光具有高的强度。为了防止眩光，重要的是使照明器的用户避开该发光表面。眩光由视场中的亮暗区域之间的过大的对比度引起。眩光可以例如由直接观看未屏蔽的或者屏蔽不良的光源的灯丝引起。特别是当使用LED时，应当阻止照明器附近的用户直视LED以便降低眩光并且提高用户的视觉舒适度。包括作为光源的LED的照明器可以从例如W02007/054889获悉。在该照明器中， LED发射的光经由后反射器发射以便降低眩光并且提高从照明器发射的光的均勻性。该已知的照明器具有以下缺陷它具有相对较大的高度。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有减小的高度的光照系统。依照本发明的第一方面，这个目的是利用如权利要求1所限定的光照系统来实现的。依照本发明的第二方面，这个目的是利用如权利要求7所限定的照明器来实现的。依照本发明的第三方面，这个目的是利用如权利要求14所限定的准直器来实现的。依照本发明的第四方面，这个目的是利用如权利要求15所限定的显示设备来实现的。依照本发明第一方面的光照系统包括用于发射具有围绕对称轴的基本发射分布的光的光源，以及用于重新定向来自光源的光以便基本上均勻地照射光照表面的至少一部分的准直器，均勻地照射的光照表面的至少一部分基本上平行于对称轴延伸，该准直器包括用于接收来自光源的光的凹形入射窗，并且还包括用于将光定向到光照表面的至少部分地为凸形的出射窗，该出射窗的凸形部分被定形用于向后朝光照表面折射远离光照表面的方向上的由光源发射的光，并且用于产生关于基本发射分布的对称轴不对称的变化的发射分布以便基本上均勻地照射所述光照表面的至少一部分。依照本发明的光照系统具有以下效果光源和准直器的结合使得光照系统能够基本上均勻地照射光照表面的至少一部分，所述至少一部分被设置成基本上平行于对称轴。 通常，LED具有基本上朗伯型的发射剖面。光源的这种剖面并不导致跨至少部分地设置成平行于朗伯型发射剖面的对称轴的光照表面的基本上均勻的光分布。在已知的光照系统中， 镜用来将来自光源的光反射到光照表面。这种镜可以例如被定形，使得LED的基本上朗伯型的分布至少部分地转换成跨光照表面的均勻分布。然而，这种镜的使用典型地增大光照系统的尺寸。在依照本发明的光照系统中，准直器的使用产生非对称发射剖面，其基本上均勻地照射光照表面，从而排除了对于镜的需要。因此，可以降低光照系统的高度。准直器的使用充分地提高了设计自由，其中获得了所述光照表面的部分的基本上均勻的照射。准直器可以例如通过使用公知的模制技术以相对较高的精度制造。尤其是部分地用于向后朝光照表面折射光的出射窗的形状可以以相对容易的方式以及以基本上任意形状生产，这与已知的光照系统相比大大地提高了设计自由。在已知的光照系统中，镜的形状经常相对难于制成并且经常可能要求光照系统过分高以产生所需的光分布，这限制了已知光照系统的设计自由。包括作为光源的LED的依照本发明的光照系统的使用具有另外的优点LED的基座被设置成基本上垂直于光照表面。LED基座的这种布置允许基本上完全地照射光照表面。 在已知的光照系统中，LED的基座基本上平行于光照表面。在这种已知布置中，LED的基座典型地在光照表面处(在LED下面)产生阴影，其不能被LED照射。当使用依照本发明的光照系统时，LED的布置使得整个光照表面能够被LED的光照射。当准直器为折射式准直器时，光可以在与出射窗不同的表面处从该折射式准直器泄漏，这产生杂散光。该杂散光可以有利地用来照射光照表面的其余部分。在依照本发明的光照系统中使用折射式准直器具有更进一步的优点其提高了该光照系统的效率。在已知的光照系统中，镜用来产生基本上均勻的光分布。然而，镜的使用通常引入反射损耗，这降低了已知光照系统的效率。在依照本发明的光照系统中使用折射式准直器排除了镜，从而防止了反射损耗并且因而与已知的光照系统相比提高了依照本发明的光照系统的效率。准直器经常用来将光从例如朗伯型发射分布转换成基本上平行的光束。然而，特别是当照射被设置成部分地平行于朗伯型分布的对称轴的光照表面时，来自已知准直器的发射分布典型地不是均勻的。依照本发明的准直器包括用于朝光照表面折射光的至少部分地为凸形的出射窗。所述至少部分地为凸形的出射窗的形状被选择成使得在光照表面处产生基本上均勻的发射分布。这通过来自依照本发明的折射式准直器的出射窗的非对称发射分布而实现，该非对称发射分布借助于准直器的所述至少部分地为凸形的出射窗而获得。所述至少部分地为凸形的出射窗的形状可以借助于例如也称为光线追踪程序的诸如ASAP\ Iighttoolse等等之类的光学建模软件而确定。所述准直器被设置成使得在操作时，光照表面的部分被基本上均勻地照射。光照
5表面的至少一部分被设置成基本上平行于光源的发射剖面的对称轴。措辞“光照表面的至少一部分被设置成基本上平行于发射剖面的对称轴”此后应当理解为表示在光源的发射剖面的对称轴与光照表面的该部分之间可能存在士 10度范围内的角度。光照表面优选地平行于光源的发射剖面的对称轴。在这种布置中，光跨光照表面散布的范围可以是最大的。 在这种配置中，光源(例如LED)的基座被设置成基本上垂直于光照表面的所述至少一部分。 在相对远离准直器的光照表面的远端处，光照表面可以稍微弯向对称轴以便允许也在离准直器的相对较大的距离处实现均勻的光分布。可替换地，光源(与准直器一起)可以通过相对较小的角度(例如至多10度)朝光照表面倾斜。光源和准直器的这种倾斜通常要求适应性调节准直器的所述至少部分地为凸形的出射窗以便确保跨光照表面的被照射部分的均勻光分布。在光照系统的一个实施例中，准直器包括设置在入射窗与出射窗之间的边缘壁， 所述边缘壁设置在入射窗与边界边缘之间，基本上对称地围绕另一对称轴并且在通过该另一对称轴的截面内具有基本上抛物形状。该实施例具有以下优点在折射式准直器的情况下，该折射式准直器的边缘壁的基本上抛物形状允许经由全内反射引导光通过折射式准直器。折射式准直器内经由全内反射的反射是基本上无损耗的反射，并且折射式准直器的边缘壁的基本上抛物形状的使用因而允许基本上无损耗地将来自入射窗的光引导到出射窗。在所述光照系统的另一个实施例中，准直器的所述另一对称轴和发射分布的对称轴基本上相交于凹形入射窗的焦点处，其中所述另一对称轴通过一定倾斜角相对于发射分布的对称轴倾斜。所述另一对称轴优选地朝光照表面倾斜，从而倾斜折射式准直器的抛物状边缘壁。该实施例具有以下优点经由全内反射的引导已经朝光照表面前进。因此，可以减少被定形为朝光照表面折射光的凸形出射窗的部分。抛物状边缘壁的倾斜具有以下另外的优点其减少了由准直器远离光照表面发射的光。所述光照系统可以例如设置在这样的照明器中，其中光照表面是漫反射表面，其将来自准直器的光反射到照明器的光发射窗。这种光发射窗典型地被设置成与光照表面相对。在这种配置中，来自光源的光优选地应当不直接照射照明器的光发射窗，因为光发射窗的这种直接照射可能造成眩光。光通常通过朝光照表面倾斜所述另一对称轴而朝光照表面引导，从而减少了远离光照表面且朝向光发射窗的光发射，并且因而减少了眩光。在所述光照系统的另一实施例中，所述另一对称轴相对于所述对称轴朝光照表面倾斜，其中所述另一对称轴与所述对称轴之间的倾斜角处于0. 5度与10度之间的范围内。 所述另一对称轴与所述对称轴之间的角度是光朝光照表面的重新定向与在多次反射之后光经由折射式准直器的边缘壁的泄漏之间的折衷。该光可以用来照射光照表面，直到光照表面的边缘。此外，应当限制该光泄漏的强度以便维持光照表面的基本上均勻的照射。这样，在一个优选的实施例中，所述另一对称轴与所述对称轴之间的预定义角度优选地可以处于1度与5度之间。在另一优选的实施例中，所述另外的对称轴之间的角度可以处于2. 5 度与3. 5度之间。本发明人已经发现，近似为3度的角度是优选的，因为它在使用折射式准直器时提供了对于眩光的充分减少，同时在光照表面的边缘处提供了充分的照射。在所述光照系统的又一个实施例中，出射窗的第一部分包括该出射窗的基本上平坦的部分，该第一部分基本上设置在第一平面与光照表面之间，所述第一平面通过所述另一对称轴延伸并且被设置成基本上垂直于第二平面，该第二平面通过所述对称轴和所述另一对称轴延伸，其中设置在第一平面的与光照表面相对的一侧的出射窗第二部分包括出射窗的凸形部分，用于朝光照表面折射光。基于光线追踪程序，第一平面与光照表面之间的出射窗部分可以被设计成是相对平坦的，以便利用从出射窗的该部分发射的光仍然产生基本上均勻的分布。出射窗的其余部分用来向后将光重新定向到光照表面，所述光否则将远离光照表面而发射。为了实现这种折射行为，出射窗的其余部分在与边缘壁相交之前基本上凸形地弯曲(如图IB中所示)。在所述光照系统的另一实施例中，出射窗基本上相对于通过所述对称轴和所述另一对称轴的第二平面对称。依照本发明的第二方面，所述目的是利用包括光照系统和光照表面的照明器来实现的。该照明器的一个实施例包括多个光照系统，每个光照系统包括用于照射光照表面的部分的光源和准直器。所述多个光照系统联合地被设置成基本上均勻地照射光照表面。在所述照明器的另一个实施例中，所述多个光源设置成光源行，其中各光照系统照射的各部分部分地重叠，各光照系统的光分布被设置成产生跨光照表面的基本上均勻的光分布。各光照系统的各光分布的重叠部分处的强度被降低以便获得跨光照表面的基本上均勻的总体光分布。这可以借助于公知的光学建模软件来设计。使用这种布置，可以获得具有基本上均勻地照射的光照表面的非常大的照明器。在所述照明器的另一实施例中，光照表面的部分是弯曲的表面，其相对于准直器为凹形。光照表面相对于准直器的凹形示于图2A和图2B。该实施例具有以下优点其允许增大被准直器发射的光照射的光照表面部分，同时维持具有跨所述光照表面部分的基本上均勻的光照的能力。在离准直器的相对较大的距离处，准直器发射的光撞击光照表面的角度相对较大(相对于光照表面处的法线轴)，使得获得均勻光分布非常困难。通过朝所述对称轴弯曲光照表面的远端，减小了折射式准直器发射的光撞击所述光照表面部分的角度 (相对于光照表面处的法线测量，从而更靠近光照表面处的法线)，使得在光照表面的该远端处获得相对均勻的光分布更容易。此外，弯曲允许降低光照表面相对于准直器的远端处的照明器高度。在照明器的又一个实施例中，光照表面是反射表面，其被设置成基本上与照明器的光发射窗相对。在这样的实施例中，该反射表面可以例如被设置成将光基本上漫反射到照明器的光发射窗。该布置由于光照表面与发射窗之间的距离而改善了光的混合。可替换地，该反射表面可以是基本上镜面反射的表面并且光发射窗可以例如包括用于在光由照明器发射之前漫射光的漫射层。该反射光照表面的形状对于在光发射窗处产生均勻的光分布不那么关键，从而与已知的光照系统相比仍然导致较小的高度。所述照明器的另一实施例包括包含光照表面的光发射窗。在这样的实施例中，由折射式准直器发射和折射的光直接撞击到照明器的光发射窗上。该光发射窗优选地包括漫射半透明层，其用于在光由照明器发射之前漫射光。这样的布置是优选的，因为它通常允许实现最小高度的照明器并且排除附加的反射表面。在所述照明器的另一实施例中，光照表面和/或光发射窗包含用于将光源发射的光的至少一部分转换成不同颜色的光的发光材料。该实施例具有以下优点发光材料的使用允许产生照明器发射的任何颜色的光。此外，发光材料可以用作漫射层，因为光在被发光材料吸收之后，随后以基本上朗伯型发射剖面被发光材料发射。发光材料的这种布置通常称为远程磷光体布置，并且具有以下优点发光材料可以从相对较大的范围中选择并且发光材料具有相对较高的效率，其全部归因于远程设置的发光材料的相对较低的工作温度以及通过发光材料的相对较低的能量通量。
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IB和图IC分别为依照本发明的光照系统的示意性前视图、截面图和后视图， 图2A和图2B为包括依照本发明的光照系统的照明器的示意性截面图， 图3A和图:3B示出了借助于依照本发明的光照系统实现的跨光照表面的均勻分布， 图4A和图4B示出了发光二极管以及与准直器结合的发光二极管的光分布的极坐标图，以及
图5为依照本发明的显示设备的示意性截面图，该显示设备包括作为背光系统的照明
ο这些附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，一些维度被强烈夸大。图中的相似部件尽可能由相同的附图标记表示。
具体实施例方式图1A、图IB和图IC为依照本发明的光照系统10的示意性前视图(图1A)、截面图 (图1B)和后视图(图1C)。光照系统10包括光源20 (参见图1B)和准直器30，该准直器优选地为折射式准直器30。光源20发射围绕对称轴22设置的基本上朗伯型的发射分布的光。 这种光源20可以例如为发光二极管20 (进一步也表示为LED)。发光二极管20发射的光经由凹形入射窗34进入折射式准直器30并且至少部分地经由光出射窗40从该折射式准直器30发射。凹形入射窗34优选地为基本上球形的入射窗34，其焦点21基本上位于光源 20的中心处。这种布置允许有效地将光源20发射的光耦合到折射式准直器30中。出射窗 40至少部分地为凸形47并且被定形为朝光照表面50、52 (参见图2A和图2B)折射从出射窗发射的光的部分。在操作中，光照系统10照射光照表面50、52的至少一部分51(参见图 2A和图2B)。光照表面50、52的该均勻照射的部分51至少部分地设置成基本上平行于对称轴22。光源20发射且经由折射式准直器30撞击到光照表面50、52上的光基本上均勻地照射光照表面50、52的至少一部分51。出射窗40的形状被选择成使得光照表面50、52的部分51被基本上均勻地照射。用于获得对光照表面50、52的部分51的预定均勻照射的特定形状可以借助于公知的光学建模软件(也称为光线追踪程序，例如ASAP\ Iighttoolse等等)来确定。使用折射式准直器30以便将LED 20发射的光重新定向到光照表面50、52的至少一部分51，对于这种光照系统10的设计者产生了附加的自由，所述光照表面的至少一部分被设置成基本上平行于对称轴22。在已知的光照系统中，LED的光使用特定定形的镜而散布在表面上。镜的使用具有以下缺陷反射镜的三维建模相对困难。此外，反射镜的三维建模可能需要已知光照系统的额外的高度以便确保反射镜以基本上均勻的方式照射该表面。 依照本发明的光照系统10包括折射式准直器30，该折射式准直器用于重新定向LED 20发射的光以便基本上均勻地照射光照表面50、52的部分51。出射窗40的形状可以借助于光学建模软件来设计以便将LED 20发射的光的至少一部分折射到光照表面50、52。这种折射式准直器30可以借助于公知的模制技术来生产，通过所述模制技术可以相对容易地大量生产折射式准直器30。尽管折射式准直器30相对于光照表面50、52的定位相对关键，以便跨光照表面50、52的部分获得良好的均勻性，但是它通过仅仅控制折射式准直器30的出射窗40的形状仍然允许跨光照表面50、52的部分51的基本上任意的光分布。当这种折射式准直器30用在光照系统10中时，为光照系统10在基本上垂直于对称轴22的方向上的维度的光照系统10的高度h (参见图2A和图2B)典型地取决于折射式准直器30在平行于高度h的方向上的尺寸。与在如已知光照系统中所示的借助于反射镜产生光的均勻分布的情况下所需的高度相比，这典型地更小。因此，依照本发明的光照系统10为光学设计者在限制光照系统10的高度h的同时在光照表面50、52的部分51上实现光的基本上均勻的分布提供了更大的自由。边缘壁36设置在入射窗34与出射窗40之间。在入射窗34与边界边缘48之间， 准直器的边缘壁36基本上围绕另一对称轴32对称。在通过折射式准直器30的所述另一对称轴32的截面图中，边缘壁36具有基本上抛物形状。这种抛物形状用来经由全内反射将来自入射窗；34的光引导到折射式准直器30的出射窗40。由于全内反射基本上无损耗， 因而使用全内反射的引导提供了引导光通过折射式准直器30的非常有效的方式。所述另一对称轴32与对称轴22基本上相交于凹形入射窗34的焦点21处，该点基本上在LED 20 的中心处。所述另一对称轴32通过围绕交点的预定义角度α相对于对称轴22倾斜。所述另一对称轴32在光照表面50、52的方向上通过预定义角度α倾斜。由于所述另一对称轴32的倾斜，折射式准直器30引导的光已经更多地朝光照表面50、52引导，从而减少了可能远离光照表面50、52从折射式准直器30发射的光。预定义角度α处于0. 5度与10度之间的范围内。预定义角度α优选地处于1度与5度之间，更优选地处于2. 5度与3. 5度之间。预定义角度α的选择取决于光朝光照表面50、52的重新定向与例如在折射式准直器30内的多次反射(图3Α中所示)之后光经由折射式准直器30的边缘壁36的泄漏之间的折衷。部分泄漏光可以用来照射设置在折射式准直器30附近的光照表面50、52的部分(参见图2Β中的项56)。再者，应当限制该光泄漏的强度以便维持光照表面的基本上均勻的照射。本发明人已经发现，近似为3度的预定义角度α是优选的，因为它在光照表面50、52 的边缘52处提供了充分的照射。折射式准直器30的出射窗40包括第一部分44和第二部分46 (参见图1Β)。第一部分44基本上设置在第一平面43与光照表面50、52之间并且包括折射式准直器30的出射窗40的基本上平坦的部分45。第一平面43通过所述另一对称轴32延伸并且被设置成基本上垂直于第二平面42，该第二平面通过对称轴22和所述另一对称轴32延伸。第二部分46设置在第一平面43的与第一部分44相对的一侧，并且包括出射窗40的凸形弯曲部分47，该凸形弯曲部分用于朝光照表面50、52折射光。出射窗40可以进一步被设置成关于第二平面42对称(参见图1Α)，所述第二平面通过对称轴22和所述另一对称轴32延伸。图2Α和图2Β为包括依照本发明的光照系统10的照明器102、104的示意性截面图。照明器102、104包括光照系统10和光照表面50、52。由图2A和图2B中所示的照明器102、104的示意性截面图可见，光照表面50、52的部分被设置成基本上平行于对称轴22。 措辞“基本上平行于对称轴”被选择成指示所述光照表面50、52的部分可以限定与对称轴 22的士 10度内的角度。光照表面50、52优选地平行于对称轴22，因为在这种布置下光跨光照表面50、52散布的范围可能是最大的。在这种配置中，LED 20的基座M (参见图1B) 被设置成基本上垂直于光照表面50、52的所述至少一部分。在光照表面50、52相对远离折射式准直器30的远端处，光照表面50、52可以相对于折射式准直器10凹形弯曲(如图2A 和图2B中所示，由附图标记M表示)，以便允许也在离折射式准直器30的相对较大的距离处实现均勻的光分布。可替换地，光源20 (与折射式准直器30—起)可以通过相对较小的角度(例如至多10度)朝光照表面50、52倾斜。光照系统10的这种倾斜通常要求适应性调节折射式准直器30的所述至少部分地为凸形的出射窗40的形状，以便确保跨光照表面50 的被照射部分的均勻光分布。例如，也可以使基本上平坦的第一部分44 (参见图1B)弯曲 (未示出)以便折射光，使得跨光照表面50、52的光具有基本上均勻的分布。图2A示出了照明器102的第一实施例，其中光照表面50为设置成基本上与光发射窗60相对的反射表面50。反射表面50可以包括例如漫射层50，该漫射层反射来自光照系统10的撞击光以便将光漫反射到光发射窗60。这样，反射光照表面50与光发射窗60之间的距离允许照明器102发射的光的增大的混合。图2B示出了照明器104的第二实施例，其中光照表面52与照明器104的光发射窗60重合。该配置具有以下优点其典型地允许进一步减小照明器104的高度h。此外， 该实施例可以具有更大的效率，因为无需反射表面以便基本上均勻地照射光照表面52。通常，每次反射时会损失一些光。通过将折射式准直器30设置成使得折射式准直器30发射的光基本上均勻地照射光照表面52，即光发射窗60，防止了将光耦合出照明器104的反射， 从而提高了效率。光发射窗60优选地包括用于漫射照明器104发射的光的漫射层或漫射材料。在如图2A和图2B所示的光照系统102、104的实施例中，光照层50、52和/或光发射窗60可以包括包含发光材料70的层70，或者它可以包含多种不同发光材料70的混合物。发光层70进一步也表示为远程磷光体层70。在图2A所示的实施例中，远程磷光体层70施加到光发射窗60。该实施例具有以下优点可以例如在将光发射窗60装配到光照系统102之前相对容易地施加远程磷光体层70。然而，光发射窗60处的亮度均勻性在相对较大的程度上取决于远程磷光体层70中发光材料70的均勻性。可替换地，可以将发光材料70设置为照明器102的光照表面50上的层(未示出)。在这样的实施例中，远程磷光体层70与光发射窗60之间的距离相对较大，从而允许发光材料70产生的光在被照明器102 发射之前混合。在这样的布置中，发射的光的均勻性较少地取决于发光材料70的均勻性。 作为另一可替换方案，光照表面50和光发射窗60 二者都包含发光材料70 (未示出)，该发光材料甚至可以是不同的发光材料70(的混合物)。远程磷光体配置具有以下优点其提高了发光材料的效率并且增大了从中选择的发光材料的范围。远程磷光体配置的这两个有利效果由以下事实造成磷光体的工作温度以及通过磷光体的光通量在典型的远程磷光体配置中通常比在其中发光材料直接施加到光源20的配置(未示出)中更低。在一个实施例中，光源20发射基本上蓝色的光。该蓝色光的部分将例如通过使用Y3Al5O12 = Ce3+(进一步也称为YAG:Ce)来转换，所述Y3Al5O12 = Ce3+将部分蓝色撞击光转换成黄色光。选择发光材料70的特定密度使得撞击蓝色光的预定部分转换成黄色并且确定照明器102、104发射的光的颜色。可以例如通过远程磷光体层70的层厚度或者例如通过远程磷光体层70中分布的YAG:Ce颗粒的浓度确定发光材料70转换的蓝色光的比率。可替换地，例如，可以使用CaS = Eu2+ (进一步也称为CaS:Eu)，其将部分蓝色撞击光转换成红色光。 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，光源20发射例如由发光材料70转换成基本上白色的光的紫外光。例如，具有不同磷光体比率的BaMgAliciO17 = Eu2+ (将紫外光转换成蓝色光)、 Ca8Mg(SiO4)4Cl2IEu2+, Mn2+ (将紫外光转换成绿色光)和Eu3+，Bi3+ (将紫外光转换成红色光)的混合物可以用来在例如6500K与2700K之间在从相对冷的白色到暖白色的范围内选择从照明器102、104发射的光的颜色。可以使用其他适当的发光材料70以获得照明器发射的光的所需颜色。照明器102、104可以包括多个光源20 (未示出)，每个光源包括折射式准直器30 (未示出)，这些光源例如按行设置(未示出)以便以基本上均勻的方式照射光照表面50、52 的至少一部分。可以通过使用多个光照系统10基本上均勻地照射相对较大的光照表面50、 52。通常，各折射式准直器30的出射窗40的形状可能必须适应性调节以便确保跨光照表面50、52的光分布也在其中两个或更多光源20的光重叠的光照表面50、52的部分处保持基本上均勻。图3A和图;3B示出了借助于依照本发明的光照系统10实现的跨光照表面50、52 的均勻分布。图3A示出了设置在照明器中的光照系统10以及由光源20发射的一些光线 81、82、83、84。由附图标记81、82和83表示的光线被准直和折射成使得它们撞击到光照表面50、52上以便产生光照表面50、52的基本上均勻照射的部分51。由附图标记81表示的光线仅仅在折射式准直器30的出射窗40的第一部分44处折射。由附图标记82表示的光线经由全内反射从折射式准直器30的边缘壁36反射，其后该光线重新定向到光照表面50、 52。由附图标记83表示的光线从折射式准直器30的凸形部分47折射。图3A清楚地示出折射式准直器30的出射窗40的凸形部分47的形状被选择成使得由附图标记83表示的光线从其中光远离光照表面50、52前进的方向重新定向到其中光朝光照表面50、52前进的方向。通过这种方式，光源20发射且在远离光照表面50、52的方向前进的光可以通过出射窗 40的凸形部分47的弯曲而重新定向，使得该光对光照表面50、52的照射产生贡献。出射窗40的凸形部分47的确切形状可以借助于光学建模软件来确定，使得光照表面50、52的至少一部分51以基本上均勻的方式被照射。由附图标记84表示的光线在折射式准直器30内多次散射并且最终在不同于出射窗40的表面处离开该准直器。该光线84代表可以用来照射设置在折射式准直器30附近的光照表面50、52的部分的杂散光。在已知的光照系统中，光源的基座经常设置成基本上平行于光照表面50、52，并且设置在基座下面的光照表面50、52的区域56将因而不被照射， 因为它被基座屏蔽。在依照本发明的光照系统10中，基座M设置成基本上垂直于光照表面50、52，使得杂散光可以照射光照系统10附近的部分56，从而防止了光照表面50、52上的暗区。图:3B示出了依照本发明的光照系统10产生的光强度分布的一个实例。被基本上
11均勻地照射的光照表面50、52的部分51由虚线箭头表示。由图:3B中的曲线图可见，跨光照表面50、52的部分51的光强度分布基本上是均勻的。此外，光照系统10附近的光照表面50、52的区域56通过杂散光照射。关于图:3B中所示的分布，需要附加的措施以降低光照系统10附近的区域56处的强度并且进一步提高该区域56处的均勻性。图4A和图4B示出了发光二极管20 (图4A)以及与准直器30结合的发光二极管 20(图4B)的光分布的极坐标图。如图4A所示的发光二极管20的发射分布是基本上朗伯型的光分布，其中发光二极管20的取向基本上与图4A中示出的发光二极管20的布置一致。 同样地，在图4B中示出了折射式准直器30的取向，并且图4B的极坐标图中示出的光分布与该取向对应。光照表面50、52 (图4B中仅示出了光照表面50的一部分)设置在图4B中所示的极坐标图的右上象限，并且可以是随后将撞击光反射到光发射窗60的反光表面50 (参见图2A)或者光发射窗60的至少一部分(参见图2B)。由于发光二极管20和折射式准直器30的结合，(图4A的)基本上朗伯型的光分布被转换成其中以基本上均勻的方式照射光照表面50、52的分布。由图4B的极坐标图可见，折射式准直器40的凸形部分47 (参见图1)对光重新定向，该光由发光二极管20在远离光照表面50、52的方向上发射(图4A的极坐标图的右下象限)并且现在重新定向到光照表面50、52 (为图4B的极坐标图的右上象限)。图5为依照本发明的背光系统210和显示设备200的示意性截面图。显示设备200 可以为例如液晶显示设备200，其包含电连接的(未示出)液晶单元层212、偏振层214以及分析层216。可替换地，显示设备200可以是任何其他非发射显示设备200。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陈述的元件或步骤。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陈述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
1.一种光照系统(10)，包括光源(20 )，其用于发射具有围绕对称轴(22 )的基本发射分布的光，以及准直器(30)，其用于重新定向来自光源(20)的光以便基本上均勻地照射光照表面 (50,52)的至少一部分(51)，均勻地照射的光照表面(50，52)的至少一部分基本上平行于对称轴(22)延伸，该准直器(30)包括用于接收来自光源(20)的光的凹形入射窗(34)，并且还包括用于将光定向到光照表面(50，52)的至少部分地为凸形的出射窗(40)，该出射窗 (40)的凸形部分(47)被定形用于向后朝光照表面(50，52)折射远离光照表面(50，52)的方向上的由光源(20)发射的光，并且用于产生关于基本发射分布的对称轴(22)不对称的变化的发射分布以便基本上均勻地照射所述光照表面(50，52)的至少一部分(51)。
2.如权利要求1所述的光照系统(10)，其中准直器(30)包括设置在入射窗(34)与出射窗(40 )之间的边缘壁(36 )，所述边缘壁(36 )设置在入射窗(34 )与边界边缘(48 )之间， 基本上对称地围绕另一对称轴(32)并且在通过该另一对称轴(32)的截面内包括基本上抛物形状。
3.如权利要求2所述的光照系统(10)，其中准直器(30)的所述另一对称轴(32)和发射分布的对称轴(22)基本上相交于凹形入射窗(34)的焦点(21)处，并且其中所述另一对称轴(32)通过一定倾斜角(α )相对于发射分布的对称轴(22)倾斜。
4.如权利要求3所述的光照系统(10)，其中所述另一对称轴(32)相对于所述对称轴 (22)朝光照表面(50，52)倾斜，并且其中所述另一对称轴(32)与所述对称轴(22)之间的倾斜角(α )处于0. 5度与10度之间的范围内。
5.如权利要求2、3或4所述的光照系统(10)，其中出射窗(40)的第一部分(44)包括该出射窗(40)的基本上平坦的部分，该第一部分(44)基本上设置在第一平面(43)与光照表面(50，52 )之间，所述第一平面(43 )通过所述另一对称轴(32 )延伸并且被设置成基本上垂直于第二平面(42 )，该第二平面通过所述对称轴(22 )和所述另一对称轴(32 )延伸，并且其中设置在第一平面(43)的与光照表面(50，52)相对的一侧的出射窗(40)第二部分(44) 包括出射窗(40)的凸形部分(47)，用于朝光照表面(50，52)折射光。
6.如权利要求2、3、4或5所述的光照系统(10)，其中出射窗(40)基本上相对于通过所述对称轴(22)和所述另一对称轴(32)的第二平面(42)对称。
7.一种照明器(102，104)，包括如权利要求1-6中任何一项所述的光照系统(10)并且包括光照表面(50，52)。
8.如权利要求7所述的照明器(102，104)，包括多个光照系统(10)，每个光照系统包括用于照射光照表面(50，52)的部分的光源(20)和准直器(30)，其中所述多个光照系统 (10)联合地被设置成基本上均勻地照射光照表面(50，52)。
9.如权利要求8所述的照明器(102，104)，其中所述多个光源(20)设置成光源(20) 行，并且其中各光照系统(10)照射的各部分部分地重叠，各光照系统(10)的光分布被设置成产生跨光照表面(50，52)的基本上均勻的光分布。
10.如权利要求7、8或9所述的照明器(102，104)，其中光照表面(50，52)的部分是弯曲的表面(54 )，其相对于准直器(10 )为凹形。
11.如权利要求7、8、9或10所述的照明器(102，104)，其中光照表面(50，52)是反射表面(50)，其被设置成基本上与照明器(102，104)的光发射窗(60)相对。
12.如权利要求7、8、9或10所述的照明器(102，104)，包括包含光照表面(52)的光发射窗(60)。
13.如权利要求7-12中任何一项所述的照明器(102，104)，其中光照表面(50，52)和 /或光发射窗(60)包含用于将光源(20)发射的光的至少一部分转换成不同颜色的光的发光材料(70)。
14.一种准直器(30)，用在如权利要求1-6中任何一项所述的光照系统(10)中和/或用在如权利要求7-13中任何一项所述的照明器(102，104)中。
15.一种显示设备(200)，包括作为背光系统(210)的如权利要求7-13中任何一项所述的照明器(102，104)。
全文摘要
本发明涉及光照系统(10)、照明器(102)、准直器(30)以及显示设备(200)。依照本发明的光照系统包括光源(20)和准直器。该光源被设置成发射围绕对称轴(22)的基本上朗伯型的光分布。折射式准直器被配置成重新定向来自光源的光以便至少部分地照射光照表面(50)，其中该光照表面的至少一部分基本上平行于对称轴。折射式准直器包括凹形入射窗(34)和用于朝光照表面折射光的至少部分地为凸形的出射窗(40)。依照本发明的光照系统具有以下效果可以借助于使用折射式准直器而降低光照系统的高度。
文档编号G02B17/08GK102165356SQ200980137753
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年9月25日
发明者G·托迪尼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司