专利名称：改进了背光照明均匀性的系统的制作方法
技术领域：
本发明的各实施例一般而言涉及一种显示装置中的改进了背光照明均匀性 的系统。
背景駄
诸如平板液晶显示器(LCD)之类的大尺寸显碟置典型地禾胸冷阴极荧 光灯(CCFL)作为光源。虽然CCFL具有小的皿因子(其直径典型地在2.6 到3.0mm的范围内)，但是CCFL具有相对较低的发光效率，并且在较长的长 度时是易碎的。随着显示 幕对角线继续增加，为了照亮这样的显示器，对 于机械耐用的、高发光效率的光源仍 ^越多的需求。
热阴极荧光灯(HCFL)已被用作这样的平板显示器的光源。HCFL 的使用允许光输出的电流脉冲，这允i彌少由LCD像素在图像帧之间改变状 态的有限滞后时间所引起的运动模糊。HCFL进一步提供比CCFL高的发光效 率，并且对于更长的管长度(典型的具有大约16mm的直径)是更加IW耐用 的。然而，由于在平板显示器上的趋势JiM^面板厚度，并且HCFL具有比CCFL 更大的直径，所以HCFL在显示板的背光腔内往往会占用更多的空间。这在LCD 屏幕下以条带的形式引起照明中更大的不均匀性，这通常是令最终用户讨厌 的。而且，由于在平板显示器上的趋势是减少面板厚度，所以通常期望增加照 明的均匀性而不显著增加背光腔的厚度。
发明内容
在一个实施例中， 一种照明系统包括背光外壳、船到该背光外壳的多个 光阀、以及布置在该背光夕卜壳中并且光耦合到这些光阀的多B源。i^m明系 统可以进一步包括在所述多个光源和光阀之间光耦合的光散射基板、以及多个 光调制点，所述多钱调律iJ点在繊上被构图，以便调制来自所述多销源的 光的^j"SJt，从而通过减少由分开的光源引起的条带来实现增加的亮度均匀 性。
在另一个实施例中， 一种光翻体包括光娜繊和多^e调制点，所述
多个光调制点在繊上被构图，以便调制来自光源的光的透射3雖，从而M3！
>由大大倾的光弓胞的条带来实现增加的亮度均匀性。
在一个实施例中，光调制点可以包括包括鄉点、透射点、吸收点、或其 组合。
当参考本发明的各种实施例的附图来阅读下面的详细描述时，将更加全面 地理解本发明，所述附图不应被视为限定，而是为了解释和 ，并且相同的
附图^i己在^h附图中^^相同的部分。
图l是根据一个实施例的示例照明系统io的fj^面图。 图2是根据一个实施例的示例照明系统io的透视图。
图3是说明^^ T5热阴极荧光灯(HCFL)的示意亂其适合用f條据 本发明的实施例的光源15。
图4是说明根据本发明一个实施例的照明系统10的正视图的示意图。
图5说明根据一个实施例的包括形成作为光源位置的函数的空间调制图案 的光调制点的照明系统的剖开部分。
图6是说明根据一个实施例作为由从光调制点图鋭缘起的点出现计数所 恭示的灯雌的函数的光调制点间隔的曲线图。
图7是说明根据本发明一个实施例没有光调制点的照明系统和装备有包括 光调制点的漫射体的照明系统的亮度的曲线图。
具体实施例方式
根据本发明的一个或多个实施例，在此描述了用于改进照明均匀性的系统 和方法。在下面的详细描述中，陈述了众多的特定细节以便 对本发明各种 实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将会理解，各实施例可以在没有这 些特定细节的情况下被实行，本发明不仅仅限于所描述的实施例，并且本发明 可以在各种可选的实施例中被实行。在其它实例中，公知的方法、过程、以及 部件没有被详细描述。而且，短语"在一个实施例中"的反复使用不一定指的 是同一个实施例，尽管可能是指同一个实施例。最后，在本申请中使用的术语
"包括"、"包含"、"具有"等等打算是同义的，除非另有所指。
图1是根据一个实施例的示例照明系统的 面图。在图l中，照明系统
10包括背光外壳19、耦合到背光外壳19的多销阀11、以及布置在背形卜壳 19中并且光耦合至恍阀11的多个分开的光源15。照明系统10还包括在多个 15和光阀11之间光耦合的至少一销娜繊12、以及提供对(多个) 光tf^, 12的支撑的多个支撑物16。
光阀可以Jiii射的或反射的光阀阵列，例如液晶显示器(LCD)，其包括 斜虫可控以便调制由多^bfe源15所产生的光的娜率的像素孔径。另外，(多 个)光舰繊12可以被包括在光阀11和多销源15之间，以便增加由多 个光源15所产生的光的照明均匀性。根据以下将更详细描述的一个实施例， 照明系统10装备有多个光调制点，所述多个光调制点在一个或多个光Mt基 板12上被构图，以便调制来自多个光源15的光的透射强度以实现增加的^it 均匀性。
背光外壳19可以在尺寸和形状因子上改变，这取决于例如照明系统的预 定应用。例如，如果照明系统10打算用作LCD电视，贝ij背光外壳的长度和宽 度的尺寸可以被设定成适g大约50到200 cm甚至更大范围的LCD面板。 然而，即使当背形卜壳19的直径已经增加到适应这样的駄LCD面板时，背 光外壳19的深度(例如在其内部體多賴源15的空间)也继续保持在大约 25mm。
背光外壳19可以装^W在多4^fc源15之下或之间形成的一个或多个Mtt 器14，以便将从多个光源15发射的光反射回到光阀II。(多个)g器可以 采用例如单个反射金属板或具有涂层的塑料^器的形式，并且可以均匀地分 布在背光外壳19和光源15之间。可选娜，(多个)娜器14可以作为光源 位置的函数而位于背光外壳19和光源15之间。例如，在一个实施例中， 一个 或多个鄉器14可以位于每一个光源15之间，以便ffiil^附力恍鄉或舰 到(多个)光舰繊12上的较低 驢区:i^ii一步增加照明系统10的照明 均匀性。
图2是根据一个实施例的诸如图1的照明系统10之类的示例照明系统的 透视图。在图2中，所示出的照明系统包括光源15和反射器14，所述光源15 以固定间隔布置在背光外壳19中，所述g器14至少部分地被设置在背形卜 壳19和光源15之间。而且，三賴tm繊(翻体)12a、 12b以及12c被 示出，并且被光il^在光阀11 (未示出)和多个光源15之间。光糊,12a、 12b以及12c可以包括一个或多个Mlt膜、片或板，并且可以独^tK共同地 被称作 体。在一个实施例中，光Mt基板12a、 12b以及12c中的一个或 多个可以包括聚碳酸酯柳旨。在一个实施例中，光娜繊12c可以是具有大 约2mm厚度的相对，的板，而光Mf基板12a和12b中的每一个可以是具 有大约0.2mm厚度的薄膜。在一个实施例中，光娜繊12c可以是厚^f只的 IfclJ1iM体，例如可以从GE Plastics, Pittsfield MA获得的号码为SW2005的GE 割牛，而光t^t基板12a和12b可以是也可以从GE Plastics获得的等级为DL4251 或DL4250的ELLUMNEX牌的显示器膜。
根据一个实施例，多个光源15可以包括一个或多个荧光灯。在更加详细 说明的实施例中，光源15可以包括一个或多个热阴极荧光灯(HCFL),例如 在灯的两端都具有电极的T5灯。因此，当对在多个光源15的两端处的电极都 提供电压时，多^6源15发光。
图3是说明示例T5热阴极荧光灯(HCFL) 25的示意图，其适合用作根 据本发明的实施例的光源15。为了 更详细的视图，仅示出HCFL 25的最 左边部分。在其^h端部，HCFL 25包括外部主体18以及向灯提供电压源的 两个电极17。 HCFL 25可以以长度"L"和宽度^m径"D" *^征。在一个 实施例中，HCFL 25的直径为大约16mm，而长度可以根据预鹏用而改变。 例如当与LCD背光相结合iOT时，长度可以根据背光外壳19或光阀(例如LCD 面板)11的直径而改变。
图4是说明根据本发明一个实施例的照明系统10的正视图的示意图。照 明系统10包括前述的背光外壳19和多个热阴极荧光灯(HCFL) 25。如所示， 热阴极荧光灯25可以S^上被布置在与光阀11平行的平面上，并且可以在光 阀后面沿纵向"L"从背光外壳19的一边向另一边延伸。热阴极荧光灯25可 以以固定的距离或者在照明系统10的宽度上变化的距离5E相分开。在图4 说明的实施例中，热阴极荧光灯25以固定距离27分开。
图4的照明系统10进一步包括光tm, 12 (如前所述)，以便增加由 多个光源所产生的光的照明均匀性。然而，因为热阴极荧光灯25的直径比更 常规地用于平板背光的冷阴极荧光灯的;i:径大得多(例如T5灯的16mm对
CCFL灯的2.6-3.0mm)，所以由于灯的顶部非常接近光Mt繊的底部，光带 甚至可能穿过光,翻12。更具体而言，对于CCFL灯来说，背形卜壳的腔 深度的88X位于CCFL灯的顶部;tJ:和mt体之下，而对于T5灯来说，仅有 背 深度的48%位于灯之上和光|^ 12之下。
根据一个实施例，照明系统10装备有多个光调制点，所述多个光调制点 在光TO基板12上被构图，以便调制来自热阴极荧光灯25的光的M^j度， 从而舰M^由煙的热阴极荧光灯25弓l起的条带来实现增加的離均匀性。 除非另有说明，否则术语"点"打算广义地是指小标记或内含物。光调制点可 以是基本上圆的，然而，这样的点还可以包括其它形状，其中包括但不限于方 形、椭圆形、梯形、或者〗琉其它几何/多边形微。而且，这样的点可以是圆 形的并且具有直径，而其它的点可以是轻微椭圆形的并且具有长轴和短轴。在 一个实施例中，光调制点比相关联的LCD面板的像素孔径区域小，其可以典 型地具有大约200拜到大约500拜的孔径区域。在一个实施例中，光调制点 可以具有小于大约300拜的点宽皿径。在更特定的例子中，光调制点可以 具有等于或小于LCD像素区域的三分之一尺寸的点区域。在一个实施例中， 光调制点可以具有大约150Mm的点宽^径。在一个实施例中，光调制点包 括结合了高反射和TO的物质例如二氧化钛(例如Ti02)或氧化铝(例如A102) 的涂料或墨水。另外，光调制点可以以多种己知的或将被开发的方法被形， 光舰基板(例如光TO体)上。例如，光调制点可以M31丝印、喷墨印刷、 或者按需印刷点的印刷被印刷在纟，体上。丝印允许在一次操作中tM印刷整 ，面，而喷墨和点按需印刷需要印刷机^^虫访问旨点位置。
在一个实施例中，在此描述的光调制点可以包括鄉点、娜娜点、吸 收点、以及其组合。反射点可以是反射的或漫射的，并且一般可以将M源(例 如热阴极荧光灯25)皿的光TO灯和背光外壳19向后反射。从灯上面的区
域g的光将在灯之间的区域;ti:tm和漫射，因此增加了灯之间的强度。透
射点沿着基本上向前的方向远离灯和背勉卜壳鹏从光源发射的光。相反，吸
收点至少部分地吸收从光源(例如热阴极荧光灯25)鄉的光。可以调制和隔 开吸收点，以使吸,接在灯上面的一些光，从而改善总体照明均匀性。在某 些实施例中，光调制点可以是部，射的、部分反射的或部分吸收的。例如， 光调制点可以包括显示出例如50-95%的^率的部分透射点。这样的部分透
射点^^察^ffi过大块mM体观看时可能是不大可见的。
在一个实施例中，透射点可以包括具有与周围的t^基板12相比不匹配
的折射率的微米或纳米球(或内含物)。^A在基粉漫射体中或附着到漫射体
的表面上的、具有更高或更低折射率的球的使用，允许该球在受控锥角内聚焦 光。影响所得到的mit的特性的参数是球(或内含物)的尺寸、它们的折射率、
以及它们的密度。球的尺寸可以被做^!A 100nm到500萍范围，并且可以 由包括硅石和聚苯乙烯的各种材料组成。球还可以做成中空的，以便最大化对 附近繊的改变的折射率。可以调制和隔开微球体或内含物的密度以增加直接 在灯上面的散射并且降低在灯之间的空间上的散射，以便增强总体照明均匀 性。
光调制点可以被形自单个光M1"基板(例如12a、 12b、 12c)的一个或 多个表面之内或之上，或者光调制点可以层叠在多于一个的光1^皿上。而 且，光调制点可以被形鹏光娜基板12的两层或更多层之间。如前所述， 光Mt基板12可以表示至少部分地由聚碳酸酯树脂形成的漫射体。
而且，光调制点可以被布置成光调制点图案。在一个实施例中，光调制点 图案可以以图案长度和图案宽度来表征，由此图案长度被定义为平行于热阴极 荧光灯25的纵向"L"，并且图案宽度被定义为垂直于热阴极荧光灯25的纵向 "L"。在一个实施例中，光调制点可以被形成为这样的图案，使得所得到的光 调制点图案宽度比相应的光源的宽度M:径大。例如，当与热阴极荧光灯25 相关^f吏用时，光调制点图案宽度可以大于16mm，所述16mm是T5灯的直 径。在一个实施例中，光调制点图案宽度可以比相应的光源的直径小两倍。在 一个实施例中，光调制点图案宽度可以是大约25mm。
在一个实施例中，光调制点图案作为灯的錢的函数，腫复。例如，在图 4中，*重复的光调制点图案可以集中在相应的热阴极荧光灯25上。而且，
^h重复的光调制点图案可以在储針热阴极荧光灯25的距离27的大约一 半处开始和结束。在其它实施例中，光调制点图案可以被延伸一直到灯之间的 间隔的100%。
在一个实施例中，从多个光源(例如热阴极荧光灯25)发射的光的透射 3鹏可以舰利用了反射点间隔或点区鹏其组合的娜体进4预制。在一个 实施例中，例如如图4所示，光调律lj点之间的间隔可以作为从灯中心沿着灯宽
度或直径的距离的函数并且在垂直于纵向的方向上改变。，
图5说明根据一个实施例的包括形成作为光源位置的函数的空间调制图案
的光调制点的照明系统的剖开部分。图5的照明系统的所说明的部^&括背光 外壳19、单个热阴极荧光灯25、以及光t^基板12,该光tm基板12包括形 成空间调制图案的光调制点32。在戶舰明的实施例中，光调制点32之间的间 隔作为热阴极荧光灯25的宽衝直径的函数并且在垂直于灯的纵向的方向上改 变。因此，在光源(例如热阴极荧光灯25)上面的光娜与在分开这样的光源 的间隔上面的光，相比是增加的。在一个实施例中，光调制点根据以下函数 来间隔开
Px(i) = A+B气x/Ni)+C承(x/Ni)2+D气x/Ni)3
其g从灯中心到横向的第i个点和纵向的第j个点的距离。用于光调制点的 位置的方程可以是直到10次项的多项式的形式，但是一般而言，二次方禾， 于校正横向变化^>￡够的，并且在纵向上的间隔是简单线性的。
图6是说明根据一个实施例作为由从光调制点图，缘起的点出现计ic^
表示的灯位置的函数的光调制点间隔的曲线图。参考该曲线图可以看到，点之
间的间隔A腐应于光源(例如热阴极荧光灯25)的中心的点"B"向夕卜增加到 点"A"和点"C"，所述点"A"和点"C"各对应于给定光源的光调制点图 案的开始或结束。
图7是说明根据本发明一个实施例没有光调制点的照明系统和装备有包括 光调制点的漫射体的照明系统的亮度的曲线图。更具体而言，图7说明了从垂 直于娜体的角以流明/cirf每球面度(尼特)为单位测量的、作为沿背形卜壳 19的线性位移(以mm为单位)的函数的亮度。在图7中，第一曲线53 包括T5热阴极荧光灯和，体面板的标准照明系统的空间亮度。在该实例中， 第一曲线53戶刑兑明的不均匀性大约是11%。相反，第二曲线54表示根据一个 实施例的包括T5热阴极荧光灯和装备有100 Mm空间调制光反射点的漫射体面 板的增强的照明系统的空间亮度。第二曲线54所说明的不均匀性仅仅大约是1 %。
至今，为了说明的目的而进行的讨i條中于HCFL光源。然而，本发明的 实施例可以包括或者结合使用许多其它光源，其中包括CCFL、发光二极管
(LED)、有机发光二极管、激光器等等。光反射点图案能够被修改以基于给 定鄉的光源和鹏来优舰得到的光均匀性。
虽然 仅仅说明和描述了本发明的某，征，但是本领域fe^人员将会 想到许多修改和变化。因雌当理解，所附权利要求书打算髓落A^发明的 真实精神内的这样的修改和变化。
附图^示记列表
10 照明系统
11 光阀
12 光娜繊
14 (多个)娜器
15 光源
16 支撑物
17 电极
18 外部主体
19 背形卜壳
25 热阴极荧光灯
27 固定距离
权利要求
1、一种照明系统(10)，包括背光外壳(19)；多个光阀(11)，其被耦合到所述背光外壳(19)；多个光源(15)，其被布置在所述背光外壳(19)中，并且被光耦合到所述光阀(11)；光散射基板(12)，其被光耦合在所述多个光源(15)和光阀(11)之间；以及多个光调制点(32)，其在所述基板(12)上被构图，以便调制来自所述多个光源(15)的光的透射强度，从而通过减少由所述分开的光源(15)引起的条带来实现增加的亮度均匀性。
2、 根据权利要求1戶，的照明系统(10)，其中所述光Mt, (12)包括娜体。
3、 根据权利要求1所述的照明系统(10),其中来自戶鹏多^;源(15) 的光的透射强度作为点间隔或点区域或其组合的函数被调制。
4、 一种照明系统(10)，包括 背形卜壳(19);多B阀(11)，其被耦合到所述背形卜壳(19);多个光源05)，其被布置在所述背光外壳(19)中，并且被光耦合到所 述光阀(11);以及漫射体(12),其被光耦合在所述多个光源(15)和光阀(11)之间以便 增加来自戶腿光源(15)的光的照明均匀性，其中所述娜体(12)包括多个 光调制点(32)，所述多个光调制点(32)被构图以便调制来自所述多个光源 (15)的光的3tl^艘，其中所述光调制点包括g点、或透射点、或吸收点、 或其组合。
5、 根据权利要求4所述的照明系统(10)，其中所述多^t源(15)包括 热阴极荧光光源(25)。
6、 根据权利要求4所述的照明系统(10),其中所述光调制点(32)包括含有高反射舰材料的涂料或墨水。
7、 根据权利要求6所述的照明系统(10)，其中所述光调制点(32)包括 Ti02或A102。
8、 根据权利要求4所述的照明系统(10)，其中所述光调制点包括小于大 约500μm的点宽。
9、 一种光翻体，包括 光娜繊(12);以及多个光调制点(32),其在所述基板(12)上被构图，以便调制来自光源 (15)的光的透射强度，从而通过由大大分开的光源(15)弓起的条带来 实现增加的亮度均匀性，其中所述光调制点(32)包括湖点、或翻点、或 吸收点、或其组合。
10、 根据权利要求9所述的光娜体，其中所述光娜繊(12)包括聚碳酸酯树脂。
全文摘要
本发明公开了一种改进了背光照明均匀性的系统(10)，所述系统包括背光外壳(19)、耦合到该背光外壳(19)的多个光阀(11)、以及布置在该背光外壳(19)中并且光耦合到所述光阀(11)的多个光源(25)。该照明系统(10)还可包括光散射基板(12)和多个光调制点(32)，所述光散射基板(12)被光耦合在所述多个光源(25)和光阀(11)之间，所述多个光调制点(32)在所述基板(12)上被构图，以便调制来自所述多个光源(25)的光的透射强度，从而通过减少由所述分开的光源引起的条带来实现增加的亮度均匀性。所述光调制点(32)可以包括反射点、透射点、吸收点、或其组合。
文档编号H01J61/00GK101201505SQ20071015969
公开日2008年6月18日 申请日期2007年11月16日 优先权日2006年11月17日
发明者M·M·迈尔斯, P·W·洛兰, R·S·杜尔瓦苏拉 申请人:通用电气公司