具有带凹型半透反射板的光循环腔的边缘照明式背光源的制作方法

专利名称：具有带凹型半透反射板的光循环腔的边缘照明式背光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及背光源，尤其是边缘照明式背光源，以及背光源中所用元 件、使用背光源的系统和制造与使用背光源的方法。本发明尤其适合液晶 显示器(LCD)装置和类似显示器中使用的背光源、以及使用LED作为照明 源的背光源。
背景技术：
最近几年，面向公众的显示装置在数量和种类上都取得了巨大的增 长。计算机(无论台式机、膝上型计算机或笔记本计算机)、个人数字助 理(PDA)、移动电话和薄液晶电视机只不过是其中的几个例子。尽管这类 装置中的一部分也可以使用平常的环境光来观看显示器，但大部分都具有 用于使显示器可见的称为背光源的发光板。许多这种背光源都可归结为"边缘照明式"或"直接照明式"两种类 型。两类背光源的区别在于光源相对于背光源的输出区域的布置位置，其 中输出区域限定了显示装置的可见区域。在边缘照明式背光源中， 一个或 多个光源沿着背光源构造的外沿或边缘布置，位于与输出区域对应的区域 之外。光源通常将光投射到光导中，光导的长度和宽度与输出区域的长度 和宽度接近，从光导提取光线以照亮输出区域。在直接照明式背光源中， 光源阵列设置在输出区域的正后方，并在光源前方放置扩散板，以便能产 生更加均匀的光输出。 一些直接照明式背光源还具有安装在边缘处的光 源，从而提供直接照明式和边缘照明式的照明组合。边缘照明式背光源的一个重要方面是照射显示器的光应该亮度均匀。 当在背光源边缘处使用点光源(例如，发光二极管(LED))作为光源时， 照度均匀性问题尤其突出。在这类情况中，要求背光源将光散布在整个显 示面板上，使得所显示的图像不存在暗区。此外，在一些应用中，还使用来自产生不同颜色光的多个不同LED的光照射显示器。由于和亮度变化相比，人眼更容易辨别出颜色的变化，因此可能难以有效地混合发出不同色光的光源以形成照射显示器的白光。在这种情况下，混合不同LED的光以 使得所显示图像的颜色和亮度均匀就显得尤为重要。发明内容一方面，本发明提供具有输出区域的边缘照明式背光源。该边缘照明 式背光源包括背反射器，其面向背光源的输出区域；以及半透反射板， 其部分透射、部分反射入射光，并成形为形成至少一个面向背反射器的凹 型结构，以便在半透反射板和背反射器之间形成一个或多个循环腔。所述 一个或多个循环腔基本上充满背光源的输出区域。该背光源还包括设置在 其第一边缘附近的至少一个光源。所述至少一个光源可操作以通过所述一 个或多个循环腔的输入表面将光射入所述一个或多个循环腔内，其中输入 表面与背光源的输出区域基本垂直。所述至少一个凹型结构沿着远离输入 表面的方向与背反射器会聚。另一方面，本发明提供一种显示系统，所述显示系统包括具有照明侧 和观看侧的显示面板以及设置在显示面板照明侧的边缘照明式背光源。该 背光源具有输出区域。该背光源包括背反射器，其面向背光源的输出区 域；以及半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，成形为形成至少一个面向背反射器的凹型结构，以便在半透反射板和背反射器之间形成一个 或多个循环腔。所述一个或多个循环腔基本上充满背光源的输出区域。该 背光源还包括设置在其第一边缘附近的至少一个光源。所述至少一个光源 可操作以通过所述一个或多个循环腔的输入表面将光射入所述一个或多个 循环腔内，其中输入表面与背光源的输出区域基本垂直。所述至少一个凹 型结构沿着远离输入表面的方向与背反射器会聚。另一方面，本发明提供具有输出区域的边缘照明式背光源。该背光源 包括背反射器和部分透射、部分反射入射光的半透反射装置。半透反射装 置包括至少一个面向背反射器的凹型结构，以便在半透反射装置和背反射 器之间形成一个或多个循环腔，其中所述一个或多个循环腔基本上充满面 板的输出区域。该背光源还包括设置在其第一边缘附近的光源装置，用于 通过所述一个或多个循环腔的输入表面将光射入所述一个或多个循环腔 内，其中输入表面与背光源的输出区域基本垂直。所述至少一个凹型结构 沿着远离输入表面的方向与背反射器会聚。 '本发明的以上概述并非旨在描述本发明所公开的每个实施例或本发明 的每种实施方式。以下附图和具体实施方式
更具体地说明示例性实施例。


图1是具有边缘照明式背光源的显示系统的分解透视图。 图2是包括至少一个光循环腔的边缘照明式背光源的一个实施例的示 意性剖视图。图3是包括至少一个光循环腔的边缘照明式背光源的另一个实施例的 示意性剖视图。图4是包括至少两个光循环腔的边缘照明式背光源的实施例的示意性 剖视图。图5是包括至少三个光循环腔的边缘照明式和直接照明式背光源组合 的实施例的示意性剖视图。图6是包括一个光循环腔的边缘照明式背光源的一个实施例的透视图，该背光源具有设置在其边缘附近上的光源。图7是边缘照明式背光源的一个实施例的示意性平面图，该背光源包括四个循环腔和设置在背光源四个边缘附近的光源。图8-11是各种封装LED的示意性剖视图，这些LED可作为本发明所公 开的背光源中的光源。
具体实施方式
本发明描述了边缘照明式背光源，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。半透反射板成形为形成至少一个面向背反射器 的凹型结构，以便在半透反射板与背反射器之间形成一个或多个循环腔。 在背光源的边缘附近设置至少一个光源，在一些情况下设置光源阵列，以 便将光线射入每个循环腔。有利的是，可以使用常规封装或未封装的LED 作为光源。边缘照明式背光源因其存在于移动电话、个人数字助理和膝上型计算 机等小型显示器中而为人们熟知。通常，此类背光源使用实心光导在显示 面板的整个区域内均匀地重新分布(由显示器的一个或多个边缘处的一个 或多个光源所发出的)光。实心光导非常适合用于小型显示器；然而，对 于超过约20英寸的显示器，则效果欠佳。因为光导越大，重量也越大，而 且输出均匀光的设计难度也越大。它们还可能遭受高的传输损耗的影响， 这限制了总体均匀度和系统效率。已有人提议采用中空光导以制造出与实心光导相比重量更轻并且效率 更高的边缘照明式背光源。通常，此类光导在两片薄膜之间的中空腔体内 引导光，其中至少一片薄膜具有光提取功能以将光导出光导。虽然这些设 计确实解决了实心光导所存在的一些问题，但也带来了新的问题，诸如需 要提供机械支撑以使这两片薄膜保持适当的间距。使用单色LED作为光源的边缘照明式背光源必须具有足够的颜色混合 能力并且提供足够的亮度均匀度。由单色LED (例如，红色、绿色和蓝色 LED)照明的边缘照明式背光源的几种设计都包括"预混"区域，以便在将 光引入显示器背后的光导区域之前均匀地混合颜色。该混合区域增加了背 光源的尺寸和重量，并且还可能降低效率。本文所述的边缘照明式背光源可以在无需预混区域的情况下在背光源 输出区域上提供均匀的照明。因为效率极高并且损耗比实心光导低得多， 所以该背光源可用于照明大面积显示器。已经发现，半透反射板的凹型性质尤其适合在循环腔区域上提供均匀 的照明，即使在使用布置稀疏的诸如LED等分立光源时也是如此。人们还 发现，这种凹型性质对于例如红色/绿色/蓝色LED阵列等不同颜色的分立 光源所产生的光的颜色混合也是有效的。为了最大程度地减小背光源的总厚度和所需光源的数量，半透反射板 的凹型形状及其与背反射器的相对位置能够提供相对浅而宽的循环腔。在 一些实施例中，循环腔是中空的，以最大程度地减轻面板重量。所述半透反射板可以包括多种部分透射、部分反射的薄膜或物体，并 且为了提高面板效率，半透反射板最好具有较低的吸收损耗。表面结构化 的薄膜(诸如具有构成延伸线性棱镜的平行凹槽的薄膜，或具有诸如立体 角元阵列等棱锥形状的薄膜)是一个实例。镜面反射或漫反射的反射偏振 片都是另一个实例。反射偏振片可以具有共挤聚合物多层构造、胆甾型构 造、线栅构造或共混(连续相/分散相)薄膜构造，因此可以使光镜面透射 或漫透射以及镜面反射或漫反射。带孔的镜面反射薄膜或漫反射薄膜是适 合的半透反射板的另一个实例。图1的分解透视图中示意性地示出了边缘照明式背光源的一个实施 例。其中，显示系统100包括显示面板102，例如液晶显示器(LCD)面板；边缘照明式背光源108，该背光源提供大面积照明，足以让观看者轻 松观看显示面板中包含的信息。显示面板102和背光源108都以简化的方 框形式示出，但是读者应该明白，每个方框都包含额外的细节。背光源 108还可包括框架110。背光源108将光线投射到扩展的输出区域118。输 出区域118通常是矩形，但在需要时也可以具有其它扩展区域的形状，它 可以与背光源中使用的薄膜的外表面相对应，或仅与框架110中的孔相对 应。图1所示的显示系统100可以采用本文所述的任何适当的边缘照明式 背光源，例如图2的边缘照明式背光源200。背光源108还包括设置在背光源108的至少一个边缘114附近的一个 或多个光源120。光源120可以都发出白光，或者分别发射红/黄/绿/青/ 蓝(RYGCB)中的一种色彩的光，然后再混合以提供白光输出或通过匹配而 产生单色输出。运行时，光源120照亮整个输出区域118。当被照明时，背光源108 让多位观察者130a和130b能够看到显示面板102所显示的图像或图形。 当采用LCD面板时，这些图像或图形通常是动态的，并且由通常数千或数 百万个独立的图像元素(像素)构成的阵列产生，像素阵列几乎完全充满了显示面板102的横向尺寸，即长度和宽度。在其它实施例中，显示面板 102可能包括上面印有静态图形图像的薄膜。在一些LCD实施例中，背光源108连续发射白光，显示面板102的像 素阵列与滤色器矩阵相组合，构成多色像素组(诸如黄/蓝(YB)像素、红 /绿/蓝(RGB)像素、红/绿/蓝/白(RGBW)像素、红/黄/绿/蓝(RYGB)像 素、红/黄/绿/青/蓝(RYGCB)像素等)，使所显示的图像为多色。作为选 择，也可以使用色序技术来显示多色图像，该技术不是用白光从背后连续 照亮显示面板102，并通过调制显示面板102中多色像素组来产生色彩， 相反，它是对靠近背光源108自身的边缘114的不同颜色(例如，选自诸 如上述组合的各种组合中的红色、橙色、琥珀色、黄色、绿色、青色、蓝 色(包括品蓝)和白色)的独立光源120进行调制，以使背光源108以快 速重复的方式依次闪现出空间上均匀分布的彩色光输出(例如，先是红 色，然后是绿色，然后再是蓝色)。这种调制过色彩的背光源接着再与只 有一个像素阵列(没有任何滤色器矩阵)的显示面板组合，以便在调制速 度足够快以至于可以在观察者的视觉系统中产生短暂混色效果的情况下， 与背光源108同步地调制像素阵列，从而在整个像素阵列上产生所有能感 觉到的颜色。在一些情况下，人们可能只希望提供单色显示。在这些情况 下，背光源108可以包括滤光器或主要发射一种可见波长或色彩的特殊光 源。尽管未示出，但是显示系统100可以包括其它光学元件，例如，反射 偏振片、增亮层或增亮薄膜、扩散板等。例如，参见授予Epstein等人的 名称为"OPTICAL ELEMENT FOR LATERAL LIGHT SPREADING IN EDGE-LIT DISPLAYS AND SYSTEMS USING SAME (在边缘照明式显示器中侧向散布光的 光学元件和使用该光学元件的系统)"的美国专利申请No. 11/167,003。图2是边缘照明式背光源200的一个实施例的示意性剖视图。如图所 示，背光源200包括具有输出区域218的框架210和面对输出区域218的 背反射器212。框架210具有第一边缘214和与第一边缘214相对的第二 边缘216。背光源200还包括部分透射、部分反射入射光的半透反射板 232。半透反射板232成形为形成面对背反射器212的凹型结构。此凹型结 构形成了半透反射板232和背反射器212之间的循环腔230。背光源200还包括设置在背光源200第一边缘214附近的至少一个光 源220。在图2所示的实施例中，光源220位于包括侧反射器242的边缘 反射腔240中。在一些实施例中，边缘反射腔240还可包括背反射器 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 是一个独立的反射器。侧反射器242可具有任何适当的形状，并且可以是弯曲的(如图所 示)或平的。如果侧反射器242是弯曲的，则可以是任何适当的弯曲类 型，例如，椭圆形或抛物线形。在示出的实施例中，侧反射器242沿一个 维度弯曲。侧反射器242可以是任何适当类型的反射器，例如，金属化反射器、 多层介质反射器或多层的层聚合物薄膜(MOF)反射器。边缘反射腔240内 的空间可以被填充或者是空的。在例如采用透明光学体填充该空间的实施 例中，侧反射器242可能是填充体上的反射涂层。在所述空间为空的实施 例中，反射器242可能是正面反射器。美国专利申请No. 10/701,201和 10/949， 892中进一步描述了反射腔的不同构造。如图2所示，光源220设置在背光源200的第一边缘214的附近。光 源220可操作以通过循环腔230的输入表面234将光线射入循环腔230。 输入表面234是与背光源200的输出区域218基本垂直的区域(如果腔体 为中空)或表面(如果腔体为实心)。此外，如图所示，半透反射板232 与背反射器212形成的凹型结构沿着远离输入表面234的方向与背反射器 212会聚。换句话讲，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之间的距离在沿y轴方向从输入表面234到框架210的边 缘216的方向上减小。另外，背光源200可以包括可选的扩散层250，该扩散层设置在输出 区域218附近，以便能接收到来自输出区域218的光。扩散层250可以是 任何合适的扩散薄膜或扩散板。例如，扩散层250可以包含任何适当的一 种或多种漫射材料。在一些实施例中，扩散层250可能包含聚甲基丙烯酸 甲酯(PMMA)的聚合物基质，该基质具有各种分散相，包括玻璃、聚苯乙 烯微珠和CaC03颗粒。示例性扩散包括得自3M Company (St. Paul,Minnesota)的类型为3635-30和3635-70的3M Scotchcal 扩散片 薄膜。背光源200可选地包括光控制薄膜装置260，或称为光控制单元，其 设置为使得可选的扩散层250位于光控制薄膜装置260和输出区域218之 间。光控制薄膜装置260影响从背光源输出区域218传播的照明光。光控 制薄膜装置260可能包括任何合适的薄膜或层，例如扩散板、反射偏振 片、增亮薄膜等。总的来说，循环腔230基本上充满输出区域218。因此，如果在平面 图中示出输出区域218 (例如，当较远的观察者沿着垂直于输出区域的轴 线观察时)，凹型循环腔的总投影面积(即使较远的观察者看不太清楚这 些循环腔)将大于输出区域218的表面积的一半，优选至少为输出区域 218的表面积的75%、 80%或90%，更优选的情况下，将接近输出区域218 的表面积的约100%。无论背光源200是只有一个凹型循环腔还是有多个凹 型循环腔，在平面图中观看时，该一个或多个循环腔的投影面积优选至少 占到背光源输出区域218的面积的75%、 80%、 90%或者100%。图2示出半透反射板232如何将光源220发出的光部分透射和部分反 射，以及这种部分透射和部分反射和背反射器212 —起如何产生循环腔 230内的光循环，和在循环腔230的整个横向尺寸上的光发射或泄漏。半 透反射板232的凹型结构不仅有助于限定循环腔230的边界，而且趋向于 将循环光限制在边界以内，并通过半透反射面的变化几何形状来扩大发射 光的角楔。将光线限制在特定循环腔内是设计细节要实现的功能之一。正如下文中详细说明的那样，给定光源可以是(1)有源元件，如将电 能转化为光能的LED晶粒或荧光灯，或将激发光转化为发射光的荧光体， 或者(2)无源元件，如透镜、波导(如纤维)或传输和/或整形有源元件 发出的光的其它光学元件，或者(3) —个或多个有源和无源元件的组合。 例如，图2中的光源220可以是封装的侧发光LED，其中LED晶粒位于背 反射器244后面，并紧挨电路板或散热器，而封装的LED的成形封壳或透 镜部分穿过背反射器244中的狭槽或小孔延伸而位于反射腔240内。关于 光源的更多讨论详见下文。在图2的实施例中，循环腔230基本上是一维的，以平行于X轴的带的形状在整个输出区域218上延伸。半透反射板232的形状使其在y-z剖 面上具有图示的凹型结构，但是在垂直的x-z剖面上，半透反射板232基 本上是平直的。也就是说，半透反射板表现出简单弯曲。在其它实施例 中，半透反射板232可显示出复杂弯曲，此时，半透反射板的形状在y-z 和x-z剖面中都具有凹型结构。为了提高效率，背反射器212优选具有较高的反射率。例如，对于光 源220发出的可见光，背反射器212可以有至少90%、 95%、 98%或99%或更 高的平均反射率。无论在空间上均匀分布或呈一定的图案，背反射器212 都可以主要是镜面反射器、漫反射器或镜面反射器与漫反射器的组合。在 一些情况下，背反射器212可以由具有高反射率涂层的刚性金属基底制 成，或者由层压到支承基底上的高反射率薄膜制成。适当的高反射率材料 包括但不限于，购自3M Co即any的VikuitiTM增强型镜面反射片(ESR)多 层聚合物膜；使用0. 4密耳厚的丙烯酸异辛酯-丙烯酸压敏粘合剂将掺有硫 酸钡的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(2密耳厚)层压到Vikuiti ESR薄膜 上所形成的薄膜，本文将这种层压薄膜称为"EDRII"薄膜；购自Toray Industries, Inc.的E-60系列LumirrorTM聚酯薄膜；多孔聚四氟乙烯 (PTFE)薄膜(例如购自W. L Gore & Associates, Inc.);购自 Labsphere ， Inc.的 Spectralon 反身寸材料；贝勾自 Alanod Aluminum— Veredlung GmbH & Co.的MircT阳极氧化铝膜(包括MircT2薄膜)；购自 Furukawa Electric Co. ， Ltd.的MCPET高反射率泡沬片材；以及购自 Mitsui Chemicals, Inc.的White Refstar 薄膜和MT薄膜。背反射器212可以大体上是平坦而光滑的，或具有与之相关联的结构 化表面，以增强光的散射或混合。这种结构化表面可以(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层上。在前一种情 况下，可以将高反射率薄膜层压到预先形成结构化表面的基底上，或者将 高反射率薄膜层压到平坦基底(如金属薄片，这与购自3M Company的 VikuitiTM耐用增强型镜面反射片-金属(DESR-M)反射器类似)上，然后再 如采用压印操作形成结构化表面。在后一种情况下，可以将具有结构化表面的透明薄膜层压到平坦反射表面上，或者将透明薄膜施加到反射器212 上，然后再在透明薄膜上形成结构化表面。沿着输出区域218外边界的框架210的边缘(除包含输入表面234的 第一边缘214之外)优选为带衬里的，或者以其它方式设置有高反射率的 垂直壁面，以减少光损失和改善循环效率。这些壁面可以采用与背反射器 212相同的反射材料，或者也可以使用不同的反射材料。在示例性实施例 中，侧壁具有漫反射性。半透反射板232是部分透射、部分反射入射光的结构(如薄膜)，或 者包括这样的结构(如薄膜)，其中部分透射性足够高，以使光线能够有 效穿透半透反射板232，部分反射性也足够高，以便与背反射器一起形成 光循环。如本文所述，可以使用多种不同的薄膜，这些薄膜通常具有不同 的最佳几何形状和特性，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、亮度均匀性(光源隐藏性)和色混合。在某些情况 下，可能会为背光源设计人员提出某种循环腔设计(如本文讨论的循环腔 组件)，然后为给定循环腔选择合适的光源。下面要进一步讨论几种合适的薄膜，但这种讨论不具有限制性，所述 薄膜中的任何一种都可以单独或组合使用，以产生理想的透射和反射特 性。对于薄膜的组合来说，这些薄膜可以彼此相连或不相连。如果彼此相 连，则可以使用任何已知的连接方式，并且这些薄膜可以在整个主表面上 相连，或仅在分立的几个点或几条线处相连。如果使用粘合剂，则粘合剂 可以是透明、漫射和/或双折射的。适合作为半透反射板使用的一些薄膜归结为本文所指的半反射薄膜和 偏光薄膜的类型。一般来讲，半反射薄膜是指大约反射30%到90%垂直入射可见光的薄膜 或类似物，同时该薄膜还具有足够低的吸收率，使其能够透射绝大多数， 优选地是几乎全部剩余(未被反射)的光线。反射和透射可以是镜面类或 漫射类，或者镜面类和漫射类的组合，而不论在空间上是均匀的还是形成 一定的图案。可以用表面扩散板(包括全息扩散板)、体扩散板或两者的 组合来产生漫反射。适当的反射率水平取决于多项因素，包括光源的数量 及其在背光源边缘附近的位置、 一个或多个光源的强度和光分布(光强的、背光源输出的理想亮度和色彩均匀度，以及背 光源中是否存在如扩散板或光控制单元等其它部件。半透反射板中所用薄 膜的反射率较高，倾向于以效率为代价来改善背光源的亮度均匀性和色彩 均匀性。效率之所以降低是因为循环腔内的平均反射次数增加，而每次反 射都会至少伴随一些光损耗。如前所述，我们不但希望最大程度地减少半 透反射板的可见光吸收量，而且也希望最大程度地减少背反射器和任何反 射侧壁的可见光吸收量。适于用作半透反射板的半反射薄膜的一个例子是薄的金属化反射镜， 这种反射镜的金属涂层足够薄，可以透射部分可见光。这种薄的金属涂层 可以涂敷到薄膜或基板上。半反射薄膜的另一个例子在本领域中称为受控透射镜薄膜(CTMF)。这种薄膜的制作方法是，给多层干涉镜层叠件(如本文提到的ESR反射镜 膜)的两面都涂上漫反射涂层或漫反射层。半反射薄膜的另一个例子是多 层聚合物反射镜膜，这种薄膜己经过火雕(flame emboss)处理，即，用 火焰短暂灼烧以破坏某些位置的多层干涉层叠件。反射偏振片也是半反射薄膜的另一个例子。这种偏振片包括胆甾型偏 振片、采用共挤和拉伸技术制成的多层聚合物偏振片、线栅偏振片以及具 有连续相/分散相构造的漫射共混物偏振片，该偏振片名义上会透射非偏振 光源发出的光的一半(对应于第一偏振态)并反射另一半(对应于正交的 第二偏振态)。所述反射偏振片的例子包括任意一种购自3M Company的 Vikuiti牌双倍增亮膜(DBEF)产品和漫反射偏振膜(DRPF)产品。还可 参见诸如美国专利No. 5， 882， 774 (Jonza等人)和6,111,696 (Allen等 人)以及美国专利公开2002/0190406 (Merrill等人)中公开的反射膜。 如果一张反射偏振膜不够，还可将两张或更多张这类薄膜进行组合然后成 形，以形成凹型结构。非偏振漫反射器也是半反射膜的例子。将镜面反射颗粒或薄片分散到 低吸收率的透明聚合物基质中，使其形成薄膜或其它本体，这样就可以制 成这类反射器。反射颗粒或薄片可以分布在厚膜的整个厚度上，或作为薄 的可固化涂层设置在基底的表面上。已知的漫反射器构造和制作方法还有 很多。可以采用喷墨印刷、丝网印刷和其它已知技术将漫射涂层涂敷到反射器或其它本体上。还可使用漫射粘合剂，其中漫射是由折射率不同的颗 粒或气隙所产生。用作半透反射板的漫反射器优选具有较低的吸收率，并 且对可见波长的平均透射率应为20%到80%。半反射膜还包括具有小洞或小孔图案的反射膜，这种小孔洞的作用是 增加透射和减少反射。只要在反射膜上打出具有所需图案的小孔，就能做 成这种半反射膜。事实上可以使用本文所讨论的任意一种反射膜作为原 料，然后将其转变或加工来形成穿孔或其它孔洞。美国专利申请公开US2004/0070100 (Strobel等人)和US2005/0073070 (Getschel等人)提 出了适合于将薄膜火焰穿孔的技术。小洞或小孔的图案可以是一致的或不 一致的，当图案不一致时，小孔洞的位置和尺寸可以是随机的或伪随机 的。在一个实例中，采用间距相等的圆洞将VikuitiTMESR薄膜片穿孔，圆 洞以六边形阵列形式布置，洞与洞之间的间距等于洞直径的倍数。通常，适合作为本发明所公开的背光源中的半透反射板的偏光膜是指 具有如下小型结构的薄膜或类似物该小型结构被布置为形成结构化表面 或类似物，以随着光线入射方向的变化来反射和透射光线。该薄膜的一侧 或两侧上可以有这样的结构化表面。可用的结构包括线性棱镜、棱锥、圆 锥和椭球体，这种结构可以是伸出表面的凸起或凹入表面的坑。可以对该 结构的尺寸、外形、几何形状、方向和间距全部进行选择，以优化半透反 射板、循环腔和背光源的性能，并且各个结构可以是对称或非对称的。结 构化表面可以是一致的或不一致的，当不一致时，结构的位置和尺寸可以 是随机的或伪随机的。通过对尺寸、外形、几何形状、方向和/或间距进行 周期性或伪随机变化来打乱规则排列的特征，就可以调整背光源的色彩和 亮度均匀性。在一些情况下，小型结构和大型结构一起分布可能较为有 利。合适的偏光膜的例子包括商用一维(线性)棱柱形聚合物膜，例如， 全部购自3M Company的Vikuit广增亮薄膜(BEF) 、 VikuitiT"透射直角薄 膜(TRAF) 、 VikuitiTM图像转向薄膜(IDF)和VikuitiTM光学照明膜 (0LF)，以及常规的透镜状线性透镜阵列。如果采用上述一维棱柱形薄 膜，则棱柱形结构化表面优选向下面向背反射器。在偏光膜的其它实例中，结构化表面具有二维特性，这些偏光膜包括立体角表面构造，如美国专利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)中所公开的构造； 未密封立体角片材，如购自3M Co卿any的3M ScotchliteW反光材料6260 High Gloss Film和3M Scotchlite反光材料6560 High Gloss Sparkle Film;反棱柱表面构造，如美国专利No. 6， 287， 670 (Benson等 人)和6,280,822 (Smith等人)中所描述的构造；美国专利6,752,505 (Parker等人)和专利公布US 2005/0024754 (Epstein等人)中所公开 的表面结构化薄膜；以及珠状回射片材。偏光膜可以单独使用，或者与其它合适的半透反射板一起使用。当与 不同类型的半透反射板一起使用时，可以将偏光膜放在循环腔的内部(最 靠近背反射器)，另一个薄膜可以是半反射膜(如漫射膜)或另一个偏光 膜，它可以放在循环腔的外部。当两个或更多个线性棱柱形偏光膜组合使 用时，这些薄膜可以对齐、不对齐或"相互交叉"，使得一个薄膜的棱柱 方向垂直于另一个薄膜的棱柱方向。现在回到图2，图中示意性地示出一个或多个光源220。在大多数情况 下，这些光源是紧凑的发光二极管(LED)。此时，"LED"是指发射可见 光、紫外光或红外光的二极管。它包括作为LED (不论是常规型还是超辐 射型)销售的封闭或封装的非相千半导体器件。如果LED发射的是如紫外 光等不可见光，以及在LED发射可见光的某些情况下，则将其封装为包含 荧光体(或是照亮设置在远处的荧光体)，以将短波长光转化为波长更长 的可见光，某些情况下会得到发射白光的器件。"LED晶粒"是LED的最 基本形态，即经半导体加工过程而制成的单个部件或芯片。该部件或芯片 可以包括用于应用能量以驱动器件的电触点。该部件或芯片的各独立层和 其它功能元件通常以晶片级形成，并且将加工好的晶片切成单个元件，以 生产大量的LED晶粒。本文将对封装LED (包括前发射和侧发射LED)进行 详细的讨论。如果需要，可以使用其它可见光发光体(如线性冷阴极荧光灯 (CCFL)或热阴极荧光灯(HCFL))来代替或辅助分立的LED光源，以作为本发明所公开的背光源的照明源。例如，在某些应用中，较为理想的是用不同的光源(如长圆柱形CCFL)或线性表面发射光导来代替光源220， 其中该光导沿长度方向发光并连接到远程有源元件，如LED晶粒或卤素 灯。在美国专利No. 5,845,038 (Lundin等人)和6,367,941 (Lea等人) 中公开了这种线性表面发射光导的例子。已为人们所知的还有纤维耦合激 光二极管和其它半导体发光体，在这些发光体中，当把它放在本发明所公 开的边缘反射腔中或者以其它方式靠近反射腔的输入表面时，光学纤维波 导的输出端可以看作是光源。同样的情况也适用于发光区域较小的其它无 源光学元件，如透镜、偏转器、狭窄的光导以及发射从有源元件(如灯泡 或LED晶粒)接收到的光线的类似元件。这类无源元件的一个实例是侧发 射封装LED的模制封壳或透镜。回到图2，循环腔230具有如图示的深度d以及长度L和宽度W，其中 长度和宽度基本上与输出区域218的长度和宽度相等。在一些实施例中， 循环腔的宽度W至少是其深度d的2. 5倍；在其它实施例中，W至少是d 的5倍。正如本文前面所提到的，任何适当类型的边缘反射腔都可用于本发明 的背光源。例如，图3是背光源300的另一个实施例的示意性剖视图。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 环腔330和设置在背光源300的边缘314附近的一个或多个光源320。图2 所示实施例的背反射器212、循环腔230、半透反射板232和光源220的所 有设计注意事项和可能性都同样适用于图3所示实施例的背反射器312、 循环腔330、半透反射板332和光源320。背光源300还可包括可选的扩散 层350和光控制薄膜360。可以将任何适当的扩散层350与背光源300 — 起使用，例如关于图2的扩散层250所描述的那些扩散层。此外，任何适 当的层或薄膜都能用于可选的光控制薄膜360，例如关于图2的光控制薄 膜装置260所描述的那些层或薄膜。在边缘反射腔340内放置一个或多个光源320，以便光源320通过循 环腔330的输入表面334将光线射入循环腔330。边缘反射腔340构造成 使得每个光源320的发光表面322都面向循环腔330的输入表面334。边 缘反射腔340可包括优选具有反射性的侧壁342。此类反射侧壁342可将光源320发出的光导向输入表面334。用于图2所示的边缘反射腔240的 侧反射器242的反射材料也可用于图3中反射腔340的反射侧壁342。尽 管示出的边缘反射腔具有矩形形状，但是边缘反射腔340可以采用任何合 适的形状，以便通过输入表面334将光源320发出的光导入循环腔330。现在转到图4-5，图中示出可以用来构造合适的边缘照明式背光源的 多种不同几何构造示例中的一部分。这些附图全部以沿x轴方向(与附图 的平面垂直)观看时的剖视图表示。然而，这些附图也可理解为表示沿正 交的y轴方向观看时的剖视图，因此，这些附图大致显示了两类实施例， 在一类实施例中，半透反射板在y-z平面内有简单弯曲，在另一类实施例 中，半透反射板在y-z和x-z平面内具有复杂弯曲。鉴于上述原因，应广 义理解"弯曲"这个词，而不应局限于几何圆弧或甚至弯曲的外形。图4示出具有两个循环腔430和470的直接照明式背光源400，所述 循环腔由半透反射板432中的两个凹型结构和背反射器412组合形成。图 示半透反射板432分成分别对应于两个凹型结构的两部分432a和432b。 这两部分在中间区域433处可以通过半透反射板432的一部分相连，也可 以不相连。循环腔430和470的大小使其基本上充满输出区域418，优选 占到输出区域418平面图面积的75%、 80%、 90%或以上。输出区域418后 面未设置凹型循环腔的区域总共只占输出区域418平面图面积的一小部分 (少于25%、 20%或10%，优选为约0%)。由于循环腔较为接近，以及循环 腔所发出的光线的角分布和输出区域设置在循环腔上方(例如，可选扩散 板(未示出)的设置)，这些未设置凹型循环腔的区域可能对整个输出区 域418上的亮度均匀性产生极小的负面影响，或几乎没有影响。只要存在 这种未设置凹型循环腔的区域，在示例性实施例中，这些区域应优先靠近 或沿着输出区域418的周边并远离输出区域418的中心部分分布。背光源400还包括一个或多个光源420，所述光源邻近框架410的第 一边缘414设置在具有侧反射器442的边缘反射腔440内。背光源400可 以采用本文所述的任何适当的光源和边缘反射腔。光源420可操作以通过 循环腔430的输入表面434将光线射入循环腔430。背光源400还包括一个或多个光源422，所述光源邻近框架410的第 二边缘416设置在具有边缘反射器482的边缘反射腔480内。可以在第二边缘416附近放置任何适当的光源和边缘反射腔。光源422可操作以通过 输入表面474将光线射入循环腔470。背光源400还可包括设置成接收输出区域418发出的光的其它层或薄 膜，例如图3的扩散层350和/或光控制单元360。图5示出具有三个循环腔530、 570和590的边缘照明式和直接照明式 组合背光源500，这些循环腔由半透反射板532中的三个凹型结构与背反 射器512组合形成。半透反射板532显示为有分别对应于三个凹型结构的 三个部分532a、 532b和532c。这三部分可以在中间区域592a和592b处 通过半透反射板532的一部分相连，也可以不相连，中间区域的面积优选 减至最小。光源520a、 520b和520c设置成将光射入其各自的循环腔 530、 570和590。图示光源520a-c可能分别表示单个光源，或者表示沿平 行于x轴的方向布置的一排光源。循环腔530和570可以采用相同的形 状；作为选择，各个循环腔可以采用不同的形状。背光源500可以使用任何适当的直接照明式循环腔，例如名称为 "DIRECT-LIT BACKLIGHT HAVING LIGHT RECYCLING CAVITY WITH CONCAVE TRANSFLECTOR (具有带凹型半透反射板的光循环腔的直接照明式 背光源)"的美国专利申请No. 11/212， 166中所描述的直接照明式循环 腔。在本发明的一些实施例中，可以在背光源框架的两个或更多个边缘的 附近放置一个或多个光源。例如，图6是背光源600的示意性透视图。背 光源600包括框架610和背反射器612。背光源600还包括面对背反射器 612的输出区域618。光源620设置在背光源600的第一边缘614附近，而 光源622设置在背光源600的第二边缘619附近。光源620和622可操作 以将光射入由半透反射板632形成的循环腔(未示出)的输入表面，该半 透反射板被制成具有面向背反射器612的凹型结构的形状。图2所示实施 例的框架210、背反射器212、光源220和半透反射板232的所有设计注意 事项和可能性都同样适用于图6所示实施例的框架610、背反射器612、光 源620和622以及半透反射板632。在图6所示的实施例中，光源620设置在边缘614附近，使得光源 620可操作以将光线射入由半透反射板632和背反射器612形成的循环腔的输入表面。半透反射板632形成的凹型结构沿着远离循环腔输入表面的方向与背反射器612会聚。换句话讲，半透反射板632沿着从设置光源 620的第一边缘614至背光源600的第三边缘616的方向与背反射器612 会聚。一般来讲，光源620可操作以沿着与y轴平行的方向将光射入循环腔 的输入表面。换句话讲，光源620所发出的光沿着与半透反射板632的至 少一部分基本垂直的方向射入。与光源620相反，邻近第二边缘619设置的光源622可操作以沿着x 轴方向将光射入循环腔内，在本实施例中，该方向为半透反射板的延伸方 向。换句话讲，光源622射入的光中很少(如果有的话)会与半透反射板 的表面垂直。图7是边缘照明式背光源的平面图，示出在面板的输出区域后面设置 多个光循环腔。该背光源的输出区域具有16:9的长宽比，这是当前在液晶 电视机中流行的比例。在图7中，背光源输出区域(未示出)基本上被四 个循环腔730a-d的阵列所充满。每个循环腔都由形成面向背反射器的凹型 结构的半透反射板构成。半透反射板的形状可以在x-z平面内确定一个凹 型结构，在正交的y-z平面内确定另一个凹型结构，前者限定了每个循环 腔的宽度W，而后者限定了每个循环腔的长度L。光源720靠近背光源700 的四个边缘702、 704、 706和708设置。图7也能理解为表示这样的实施例在该实施例中，半透反射板具有 简单弯曲形状，以限定一个或多个线性隧道状结构，但在半透反射板和背 反射器之间设置垂直间壁，将循环腔分割为多个独立的区域或子循环腔。 例如，半透反射板可以在输出区域718的顶端和底端之间在x-z平面内形 成单个凹型结构，以形成一个宽度为2W、长度为2L的循环腔(其中W和L 如图7所示)，不同的是，如图中x方向虚线所示，在半透反射板和背反 射器之间设置了垂直间壁(不论是镜面反射或漫反射，优选由高反射率材 料制成)，以界定两个不同的区域或循环腔730a/730c和730b/730d。又 如，半透反射板可以在x-z平面内形成两个相邻的凹型结构，以形成两个 循环腔，每个循环腔的宽度为W和长度为2L (其中W和L如图7所示)， 不同的是，在每个凹型结构中，在半透反射板和背反射器之间沿x方向设置了垂直间壁，以便将第一循环腔分割成两个循环腔730a/730b并且将第 二循环腔分割成两个循环腔730c/730d。此外，例如，半透反射板可成形为在背光源700的所有四个角处具有 最大深度，在沿图7所示的每条虚线处具有最小深度。此构造将形成在x-z平面和y-z平面中均具有曲率的复杂凹型结构。此类结构将具有类似户 外音乐台的形状，其中半透反射板沿着远离背光源700的两个相邻边缘的 两个正交方向与背反射器会聚。例如，循环腔730d由半透反射板和背反射 器沿着远离边缘702的正x方向和远离边缘704的正y方向会聚而成。一般来讲，循环腔可以采用任何适当的平面图形状，不论是简单弯曲 的还是复杂弯曲的。可以考虑多边形(例如，三角形、矩形、梯形、五边 形、六边形等)、圆形、椭圆形以及任何其它所需形状。可以定制设计几 何形状，以使背光源具有较高的效率和较好的亮度均匀性与色彩均匀性。令人期望的是，由凹型半透反射板和背反射器构成的循环腔在z轴方 向上相对较浅(即，深度d较小)，并在横向上相对较宽。特定循环腔的 深度d是指背反射器和半透反射板之间沿着垂直于输出区域的轴线(即沿 z方向)的最大间距。循环腔的宽度(W)是指按下列方式测得的循环腔的 横向尺寸考虑循环腔在平面图中的形状(如图7)，循环腔的宽度是指 循环腔平面图形状的最小外接矩形中的较小尺寸。在一些实施例中，本发 明所公开的循环腔的宽度W可以大于2d，优选至少为2.5d、 5d或以上。 循环腔的长度(L)是指循环腔平面图形状的最小外接矩形中的较大尺寸。 在特殊情况下，最小矩形可能是一个正方形，此时L二W。使用一个以上本发明所公开的循环腔的背光源，尤其是那些具有不同 循环腔的区域或阵列的背光源(每个区域或循环腔都由可以相对于相邻循 环腔中的光源独立控制或寻址的自有光源来照亮)，可以与合适的驱动电 子元件一起使用，以支持动态对比度显示技术和色序显示技术，在这些技 术中背光源输出区域上的亮度和/或色彩分布故意设计成不均匀的。因此， 可以对输出区域上的不同区域进行控制，使其比其它区域更亮或更暗，或 者只需对不同循环腔内的不同光源进行适当的控制，就能让不同区域发出 颜色不同的光。本发明所公开的用于背光源的凹型循环腔可以使用不同的组装方法和 技术来制作。一种方法是将单片半透反射膜跨过背光源外壳的整个宽度，薄膜边缘 被插入外壳的侧壁之间或物理地固定到侧壁上，以形成一个隧道状凹型结 构。该方法尤其适合相对较小的显示器。当背光源单元既薄又宽时，使用多个隧道状凹型结构可能较为有利。 人们发现，在半透反射膜上划线，即，沿一条或几条线切入薄膜厚度的一 部分是一种限定凹型结构边界的较为方便的技术。另一种有用的技术是通 过将半透过反射膜沿一条或几条线折叠来产生折痕。划线和折叠法通过提 供易于折叠薄膜的确定位置而有利于将单张薄膜变成多个凹型结构的组 合。划线时可以使用任何已知的划线技术，包括激光法、加热法(如使用 热金属丝或热刀)和已知的吻切技术。当使用由单张薄膜形成的多个隧道状结构时，将薄膜物理连接到背光 源外壳的底板、侧壁或者底板和侧壁上，能使薄膜产生稳定和坚固的结 构。将凹型薄膜物理连接到背光源的方法的实例包括但不限于，通过下列 物品或方法将薄膜的划线部分固定到底板上铆钉、螺钉、订书钉、热点 焊或超声波点焊、钉入底板(该底板也可以用来支撑扩散板)的塑料钉、 钉入背光源侧壁的销钉和将薄膜的划线区域固定到底板上的销钉、底板上 的粘胶带等等。凹型薄膜的边缘可以连接到在背光源外壳的侧壁反射器中模制出的位 置和狭槽上，这些位置和狭槽有助于限定凹型结构的形状。作为选择，也 可将薄膜制备成具有足够的刚性，以便将凹型结构插入侧壁或反射底板中 的预定狭槽中。通常，在半透反射板的至少一部分上压制出波纹形可以增 强半透反射板的刚硬度或刚性。自身刚度不足的半透反射板也可以与表面 形状合适的透明支承件组合使用，例如将半透反射板放在支承件上面。将有刻痕的薄膜固定到背光源外壳内的另一种方法涉及使用支承构 件，支承构件可以模制到外壳的侧壁结构中，或插入外壳的侧壁。该方法 可以使用插入外壳侧壁中预定位置处的透明聚合物杆，该杆跨过背光源的 一定长度或宽度，因而提供可以将半透反射板迂回穿行或穿过的导向杆， 同时使用上述技术固定薄膜的边缘。作为选择，可以用细金属丝来代替该杆。这种方法在制作不对称凹型结构时尤其有用，此时，薄膜往往对转变 成不对称形状具有抗拒力。在半透反射板内形成凹型结构的另一种方法是，在前扩散板背面上的 预定位置处放置塑料钉，该位置与半透反射板将要接触或几乎接触背反射 器的位置对应。在组装背光源的过程中，可以将销钉与柔性半透反射膜接 触以形成半透反射板，半透反射板可以在边缘处与背光源外壳相连，以形 成一个或多个由销钉位置所确定的凹型形状。形成本文所述背光源的其它适用方法可以在例如名称为"METHODS OF FORMING DIRECT-LIT BACKLIGHTS HAVING LIGHT RECYCLING CAVITY WITH CONCAVE TRANSFLECTOR (具有带凹型半透反射板的光循环腔的直接照明式背光源的 构造方法)"(代理人档案号No.61199lJS006 )的美国专利申请 No. XX/XXX, XXX中找到。图8-11示出在本发明公开的背光源中可使用的一些光源的视图，这些 附图不具有限制性。图示光源包括封装LED。图8、 9和11的光源显示的 是侧发光LED封装体，其中LED晶粒发出的光被一体的封壳或透镜元件反 射和/或折射，形成大致横向传播，而不是沿光源对称轴线向前传播的峰值 光。图10的光源可以是前发射或侧发射，这取决于是否包含可选的偏转 器。在图8中，光源800包括装在框架812上并电连接到引线814的LED 晶粒810。引线814用于将光源800电连接到和物理连接到电路板等上。 透镜820与框架812相连。透镜820的设计使射入透镜上半部的光线全部 在上表面822上全内反射，以使得光入射在上半部的下表面824上并折射 到装置外部。射入透镜下半部826的光也被折射出装置以外。光源800还 可以包括可选的转向器830，诸如反射材料片，该转向器安装在透镜820 上方，或连接到上表面822上。还可参见美国专利申请公开US 2004/0233665 (West等人)。在图9中，光源900包括安装在引线架910上的LED晶粒(未示 出)。透明的封壳920封装LED晶粒、引线架910和一部分电线。封壳 920相对于包含LED晶粒表面法线的平面具有反射对称性。封壳具有由曲 面922限定的凹陷924。凹陷924基本上是线性的，其中心位于对称面的中心，且在表面922的至少一部分上涂有反射涂层926。从LED晶粒发出 的光经反射涂层926反射从而形成反射光线，这些反射光线又被封壳的折 射面928折射从而形成许多折射光线930。还可参见美国专利6， 674， 096 (So腿ers)。在图10中，光源1000包括位于引线架1012的凹陷反射器区1018内 的LED晶粒1010。通过引线架1012和另一个引线架1014与LED晶粒1010 之间的引线键合，由这两个引线架向光源供电。LED晶粒1010表面有荧光 材料层1016，并且整个组件被嵌入到前表面为透镜的环氧树脂透明封壳 1020内。通电时，LED晶粒1010的顶面会发出蓝光。其中一些蓝光会穿过 荧光材料层，并与荧光材料发出的黄光混在一起，形成白色的输出光。或 者，也可以省去荧光材料层，这样光源只会发射LED晶粒1010发出的蓝光 (或另一种希望的色彩)。在上述两种情况下，白光或有色光基本上都向 前发射，以便在沿光源1000的对称轴线的方向上发出峰值光。然而，如果 需要，光源1000还可以包括可选的偏转器1030，该偏转器的反射表面能 够沿大致侧向或侧面方向改变光线的方向，因而能将光源1000转变成一个 侧发光体。偏转器1030可以关于垂直于纸面的平面镜像对称，或者关于树 脂封壳1020的对称轴线重合的竖直轴线旋转对称。还可参见美国专利 5， 959， 316 (Lowery)。在图11中，光源1100有由封装底板1116支承的LED晶粒1112。透 镜1120连接到底板1116上，封壳轴线1126穿过底板1116和透镜1120的 中心。透镜1120的形状限定了 LED晶粒1112和透镜1120之间的空间 1114。可以使用硅树脂或其它合适的介质(如树脂、空气或气体或者真 空)填充和密封所述空间1114。透镜1120包含锯齿折射部分1122和全内 反射(TIR)漏斗部分1124。锯齿部分1122的设计使其可以折射和弯曲光 线，以便从透镜1120射出的光线与封装轴线1126的夹角尽可能接近90 度。还可参见美国专利6， 598,998 (West等人)。除图8和10显示的转向器外，光源还可以使用其它转向器，包括名称 为"DIRECT-LIT BACKLIGHT HAVING LIGHT SOURCES WITH BIF跳TIONAL DIVERTERS (具有带双功能转向器的光源的直接照明式背光源)"的共同转 让的美国专利申请No. 11/458, 891中描述的双功能转向器。无论是否用于产生白光，多色光源在背光源中可以具有多种形式，并 对背光源输出区域的色彩和亮度均匀性产生不同的影响。在一种方法中， 多个LED晶粒(例如，发红光、绿光和蓝光的晶粒)全部彼此接近地装在 引线架或其它基底上，然后一起装入单个封壳材料中形成一个封装体，封 装体内还可以包括单透镜元件。可以控制这样的光源发射任何一种单独的 色彩，或同时发出所有色彩的光。在另一种方法中，可以将单独包装的LED集成一束用于某个给定的循环腔，其中每个封装体只有一个LED晶粒 并发射一种色彩的光，LED束中含有发出不同色彩(如蓝/黄或红/绿/蓝) 的封装LED的组合。在另一个方法中，可以将这种单独包装的多色LED以 一个或多个线条、阵列或其它图案的形式设置。根据所选光源的不同，背反射器、半透反射板和背光源的其它部件所 接受的紫外线辐射量会有所不同，通常CCFL和HCFL光源会比LED光源发 射更多紫外线。因此，背光源的元件中可能包含紫外线吸收剂或稳定剂， 或者也可使用为最大程度地减轻紫外线劣化而选择的材料。如果使用紫外 线输出较低的光源(如LED)来照亮背光源，则可能没必要使用紫外线吸 收剂和类似物质，而且材料的可选范围会更宽。除了紫外线吸收剂和稳定 剂外，半透反射板还可以包含染料和/或颜料，以调节半透反射板、循环腔 和背光源的透射率、色彩和其它光学特性。本文讨论了本发明的示例性实施例并且已经提到在本发明范围内可能 的变化形式。在不偏离本发明范围的前提下，本发明的这些及其它变化和 修改形式对于本领域内的技术人员来说应是显而易见的，应该理解的是， 本发明并不限于本文所提供的示例性实施例。因此，本发明只受以下提供 的权利要求书限定。
权利要求
1.一种具有输出区域的边缘照明式背光源，包括背反射器，其面向所述背光源的输出区域；半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，并成形为形成至少一个面向所述背反射器的凹型结构，以便在所述半透反射板和所述背反射器之间形成一个或多个循环腔，所述一个或多个循环腔基本上充满所述背光源的输出区域；以及至少一个光源，其设置在所述背光源的第一边缘附近，所述至少一个光源可操作以通过所述一个或多个循环腔的输入表面将光射入所述一个或多个循环腔内，所述输入表面与所述背光源的输出区域基本垂直，并且所述至少一个凹型结构沿着远离所述输入表面的方向与所述背反射器会聚。
2. 根据权利要求1所述的背光源，还包括设置在所述背光源的第一边 缘附近的边缘反射腔，其中所述至少一个光源设置为在所述边缘反 射腔内发光。
3. 根据权利要求1所述的背光源，其中每个循环腔都具有深度d和宽 度W，并且W至少是d的2. 5倍。
4. 根据权利要求1所述的背光源，其中每个循环腔都具有深度d和宽 度W，并且W至少是d的5倍。
5. 根据权利要求1所述的背光源，其中至少一个循环腔是中空的。
6. 根据权利要求1所述的背光源，其中所述至少一个凹型结构基本上 由单个凹型结构构成，所述一个或多个循环腔基本上由单个循环腔构成。
7. 根据权利要求1所述的背光源，其中所述至少一个凹型结构包括多 个凹型结构，所述一个或多个循环腔包括多个循环腔。
8. 根据权利要求7所述的背光源，其中每个凹型结构在第一平面内都 具有凹型横截面轮廓，而在与所述第一平面垂直的第二平面内都具 有基本上平的横截面轮廓。
9. 根据权利要求7所述的背光源，其中每个凹型结构在相互垂直的第 一平面和第二平面内都具有凹型横截面轮廓。
10. 根据权利要求7所述的背光源，其中每个循环腔都延伸跨过所述输出区域的某个尺寸。
11. 根据权利要求1所述的背光源，其中所述至少一个光源包括多个LED。
12. 根据权利要求11所述的背光源，其中所述多个LED包括发出不同颜 色光的LED。
13. 根据权利要求11所述的背光源，其中所述半透反射板成形为形成多 个面向所述背反射器的凹型结构，以便形成多个循环腔，每个循环 腔都具有输入表面，并且对于每个循环腔，至少有一个LED设置在 所述背光源的边缘附近，以将光射入所述循环腔的输入表面。
14. 根据权利要求1所述的背光源，其中所述半透反射板基本上由薄膜 构成，所述薄膜选自包括半反射膜和偏光膜的群组。
15. 根据权利要求1所述的背光源，其中所述半透反射板包括两种薄 膜，所述薄膜选自包括半反射膜、偏光膜及其组合的群组。
16. 根据权利要求1所述的背光源，其中所述半透反射板包括有刻痕的 薄膜。
17. 根据权利要求1所述的背光源，其中所述半透反射板包括保持在压 縮状态下的薄膜。
18. —种显示系统，包括显示面板，其具有照明侧和观看侧；以及边缘照明式背光源，其设置在所述显示面板的照明侧并具有输出区域，所述边缘照明式背光源包括背反射器，其面向所述背光源的输出区域；半透反射板，其部分透射、部分反射入射光，并成形为形成至 少一个面向所述背反射器的凹型结构，以便在所述半透反射板和所 述背反射器之间形成一个或多个循环腔，所述一个或多个循环腔基 本上充满所述背光源的输出区域；以及至少一个光源，其设置在所述背光源的第一边缘附近，所述至 少一个光源可操作以通过所述一个或多个循环腔的输入表面将光射 入所述一个或多个循环腔内，所述输入表面与所述背光源的输出区 域基本垂直，并且所述至少一个凹型结构沿着远离所述输入表面的 方向与所述背反射器会聚。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中所述显示面板由液晶显示屏(LCD)构成。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中所述系统包括液晶显示屏电视
21. —种具有输出区域的边缘照明式背光源，包括 背反射器；半透反射装置，其部分透射、部分反射入射光并包括至少一个面向 所述背反射器的凹型结构，以便在所述半透反射装置与所述背反射器之 间形成一个或多个循环腔，所述一个或多个循环腔基本上充满面板的输 出区域；以及光源装置，其设置在所述背光源的第一边缘附近，用于通过所述一 个或多个循环腔的输入表面将光射入所述一个或多个循环腔内，所述输 入表面与所述背光源的输出区域基本垂直，并且所述输入表面与所述输 出区域基本垂直；其中所述至少一个凹型结构沿着远离所述输入表面的方向与所述背 反射器会聚。
全文摘要
本发明公开了具有带凹型半透反射板的光循环腔的边缘照明式背光源。所述边缘照明式背光源具有输出区域并包括面向背光源的输出区域的背反射器。所述背光源还包括部分透射、部分反射入射光的半透反射板，所述半透反射板成形为形成面向背反射器的凹型结构，以便在半透反射板和背反射器之间形成一个或多个循环腔，其中所述一个或多个循环腔基本上充满背光源的输出区域。所述背光源还包括设置在其第一边缘附近的至少一个光源。所述至少一个光源可操作以通过所述一个或多个循环腔的输入表面将光射入所述一个或多个循环腔，其中所述输入表面与所述输出区域基本垂直，并且所述至少一个凹型结构沿着远离所述输入表面的方向与所述背反射器会聚。
文档编号G02F1/13GK101253442SQ200680031322
公开日2008年8月27日 申请日期2006年8月25日 优先权日2005年8月27日
发明者D·斯科特·汤普森, 克雷格·R·沙尔特, 冬 卢, 约翰·A·惠特利 申请人:3M创新有限公司