准直光引擎的制作方法

专利名称：准直光引擎的制作方法
技术领域：
本发明涉及部分准直适用于从背面照射显示器或其他图形的光(例如背光源)的 照明装置。
背景技术：
根据内部光源相对于背光源输出区域的位置，可以将背光源归为两类中的一类， 其中背光源“输出区域”对应于显示装置的可视区域或可视区。本文中背光源的“输出区 域”有时称为“输出区”或“输出表面”，以将背光源的输出区或输出表面与输出区或输出表 面的面积(数量单位为平方米、平方毫米、平方英寸等)区别开来。第一类为“侧光式”。在侧光式背光源中，从平面透视图来看，通常在对应于输出 区域的区域或地带之外，沿背光源构造的外边界或周边设置了一个或多个光源。通常，光源 因形成背光源输出区域边界的框架或挡板的遮挡而观察不到。光源通常将光射入称为“光 导装置”的元件中，尤其是在需要超薄型背光源的情况下，如在膝上型计算机显示器中。光 导装置为相对薄的透光固态板，其长度和宽度尺寸接近于背光源输出区域的尺寸。光导装 置利用全内反射(TIR)使从安装在边缘的灯发出的光穿过整个光导装置的长度或宽度传 送或导向至背光源的相对边缘，并且在光导装置的表面上设置有不均一的局部提取结构图 案，从而将此已导向光的其中一些朝向背光源的输出区域从光导装置中重新导出。这种背 光源通常也包括光控膜(例如设置在光导装置之后或之下的反射材料)和设置在光导装置 之前或之上的反射偏振膜和棱柱BEF膜，以增加同轴亮度。在申请人看来，现有侧光式背光源的缺点或局限包括与光导装置相关的相对大 的质量或重量，尤其对于较大的背光源尺寸而言；需要使用在背光源之间不可互换的元件， 因为光导装置必须通过注塑成型或其他加工方法才能达到特定的背光源尺寸和特定的光 源构造；需要使用要求在背光源的各位置间存在基本的空间不均勻因素的元件，如现有的 提取结构图案；而且，随着背光源尺寸的增加，由于沿着显示器边缘的空间或“实际使用面 积”有限，所以提供充足照明的难度增加，这是因为矩形的周长与面积的比率随特征性面内 维度L的增大(如对于给定长宽比的矩形而言为背光源输出区域的长度、或宽度、或对角线 测量值)而线性降低(1/L)。由于昂贵的加工和抛光操作，所以很难将光射入位于该周边之 外任何一点的固体光导装置中。第二类为“直接照明式”。在直接照明式背光源中，从平面透视图来看，基本在与输 出区域相对应的区域或地带中设置了一个或多个光源，通常以规则的阵列或图案排布在地 带内。或者，可以说直接照明式背光源中的光源是直接设置在背光源的输出区域后方。强 扩散板通常安装在光源的上方以将光散布在输出区域上。另外，光控膜(例如反射偏振膜 和棱柱BEF膜)也可以设置在扩散板顶部以用于改善同轴亮度和效率。直接照明式背光源 在实现均勻度方面的缺点是增大灯之间的间距时，必须增大背光源的厚度。由于灯的数量 直接影响系统成本，因此这种权衡是直接照明式系统的一个缺点。在申请人看来，现有直接照明式背光源的缺点或局限包括与强扩散板相关的低效率；就LED光源而言，需要使用大量的这种光源来保证足够的均勻度和亮度，这就涉及较 高的元件成本和生热性；此外，为避免光源产生不均一和不可取的“击穿现象”(其中在每 一个光源之上的输出区域中会出现亮点)而限制了背光源可实现的薄度。在使用诸如红 色、绿色和蓝色LED的多色LED集群时，还会存在颜色不均勻以及亮度不均勻的因素。在一些情况下，直接照明式背光源也可以包括位于背光源周边的一个或多个光 源，或侧光式背光源可以包括直接位于输出区域后方的一个或多个光源。在这种情况下，如 果大部分光直接从背光源输出区域的后方发出，则认为背光源为“直接照明式”，如果大部 分光从背光源输出区域的周边发出，则认为背光源为“侧光式”。期望具有一种可以高性价比方式轻松组装成背光源的光源。还期望具有一种既可 在侧光式构造中使用又可在直接照明式构造中使用的光源。还期望具有一种通过利用标准 化元件来组装各种尺寸的背光源的方法，其中较大的尺寸通过添加附加元件实现。

发明内容
在一个方面，本发明公开了一种准直光引擎，其包括具有第一表面的反射器，以及 靠近第一表面附连的光源与电路。准直光引擎还包括一个挡板，其设置在光源的上方并且 在反射器的一部分上方延伸，使得以偏离该反射器法线小于50度的角度进行观察时，光源 被遮挡。在一个方面，本发明公开了一种用于制备准直光引擎的方法，包括提供反射器；提 供安装于平面电路化基板上的光源；成型该反射器以提供挡板和后反射器；以及将该平面 电路化基板附连到挡板和后反射器之间。该光源具有通常平行于该平面电路化基板的发射 光学轴线；该挡板在该后反射器的一部分上方延伸，并且以偏离后反射器法线小于50度的 角度观察时会遮挡光源。在一个方面，本发明公开了一种用于制备准直光引擎的方法，包括提供反射器；提 供安装于平面电路化基板上的光源；将平面电路化基板附连于该反射器；提供挡板；以及 将挡板附连到光源上方。该光源具有通常平行于该平面电路化基板的发射光学轴线；该挡 板在该后反射器的一部分上方延伸，并且以偏离后反射器法线小于50度的角度观察时会 遮挡光源。在一个方面，本发明公开了一种用于制备准直光引擎的方法，包括提供反射器；在 该反射器上形成电路；将光源附连到该电路；以及成型该反射器以提供挡板和后反射器。 该光源具有通常平行于该反射器的发射光学轴线；该挡板在该后反射器的一部分(包括电 路和光源)上方延伸，并且以偏离后反射器法线小于50度的角度观察时会遮挡光源。通过下文的详细描述将使本专利申请的这些方面和其他方面变得显而易见。然 而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅受 所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。


参考附图详述整篇说明书，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中图la-f为准直光引擎的示意性侧视图；图2为一个准直光引擎的示意性侧视图；图3a为柔性电路上光源的示意性俯视图3b_g为制备准直光引擎的过程的示意性侧视图；图4为照明背板的透视图；图5为包括准直光引擎在内的中空背光源的示意性侧视图；附图未必按比例绘制。在附图中使用的相同的标号表示相同的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一个附图中用相同标号标记的部件。
具体实施例方式本发明涉及一种可用于诸如显示器背光源之类的薄照明元件的有效准直光引擎。 在最普遍的形式中，引擎的光源为LED阵列，其附连到柔性电路之上，并且置于两个成型为 楔形的高度反射元件之间，使得从LED阵列发射出的光在这两个元件之间被部分地准直。 在一个实施例中，至少一个高度反射元件为高度反射薄膜。光的部分准直导致光在由这些 反射表面限定的狭窄角度范围内传播。该准直光可适合在薄的中空腔体中使用，例如背光 源。在一个方面，该光引擎包括两条增强的镜面反射器(Vikuiti ESR，得自3M公司) 薄膜，其与布置在该ESR带之间某一柔性电路上的一串0. 6mm厚的侧发射白色LED阵列(通 常为具有若干LED芯片的线性排)层合。这些LED布置在ESR带之间，使得LED阵列的厚 度提升与该LED阵列的发光表面相邻的带，以形成光准直楔。该组装的光引擎可以各种布 置方式设置在反射背板上，这取决于照明和均勻度要求。覆盖LED以形成楔的上表面的ESR 带也可称为挡板，因为从顶部进行观察时，其也会遮挡LED。如其他地方所提到的，直接照明 式背光源经常遭遇“击穿”，其中紧邻LED表面的极强烈的光可穿透放置在光源上方的扩散 片而泄露。通过提供该挡板，不能观察到LED发光表面(并因此遮挡视线)，但是以与垂直 方向的极大角度(例如，大于50、60、70、75或者甚至大于80度)可观察到。在一个方面，该光引擎可使用多个LED，这些LED安装在反射器式刚性电路板上并 且也布置在诸如ESR膜的两个反射膜之间。在一个实施例中，可将这些LED附连到电路板， 使得光大致垂直于该电路板进行发射，该电路板被布置成使得挡板由该电路板的一条边支 撑，并且从LED发射光，使得光在楔内部被部分地准直。在一个实施例中，LED在围绕垂直 于反射背板的轴的小于360度的角展度内发射光。在一个方面，挡板布置在LED的上方，而且延伸超出该LED发光表面。在一个实施 例中，挡板可为与后反射器相交的分离膜。在另一个实施例中，可通过成型后反射器以包括 挡板，例如，通过将后反射器折叠成楔形，从而将挡板与后反射器整合。用于挡板的材料可 包括含有反射金属的反射器或干涉反射器、部分反射器、半镜面反射器、非对称反射器或它 们的组合。在一些实施例中，挡板可以是均一的，以使得整个挡板的材料和光学性质相同。 在其他实施例中，挡板可以是不均一的，例如具有可物理改变挡板的穿孔、狭缝、锯齿、凹槽 等，或者挡板材料可具有不均一的光学性质，例如镜面和扩散反射性二者都发生变化，这两 者均依赖于波长。在其他实施例中，挡板的至少一部分可包括下变频材料，例如荧光体等， 其可改变由光源发射出的光的光谱特征。在一些实施例中，挡板材料可包括ESR膜。在其他实施例中，可将ESR膜与厚表皮 层组合，或与另一种膜层合来增加挡板的弯曲刚度。在一些实施例中，挡板的厚度可为约5 至约10密耳(0. 13至约0. 26mm)。
挡板可通过适当选择挡板几何形状提供任何所需程度的光准直。在一个实施例 中，挡板包括一个平面膜，其通过与LED阵列顶部边缘接触而在LED阵列的上方形成楔。在 其他实施例中，可以通过将挡板成型、弯曲或折皱成抛物面形状、复合抛物面形状、阶梯式 楔形、菱形等，将其成型为非平面形状，如其他地方所述。在一个方面，光引擎可以连续的方式进行制造。在一个实施例中，步骤包括提供诸 如ESR膜的柔性底部反射器；提供安装于柔性电路上的LED阵列模块；将柔性电路附连到 柔性底部反射器；以及将第二片ESR膜附连到该LED阵列模块之上，使得来自该LED的光发 射按大致平行于底部反射器的方向传播。在另一个实施例中，步骤包括提供诸如ESR膜的 柔性底部反射器；通过折叠底部反射器形成挡板；提供安装在柔性电路上的LED阵列模块； 以及将LED阵列模块附连到挡板和底部反射器之间。在一个方面，可将准直光束引擎用于照明组件，例如用于LCD的薄型背光源。在一 个实施例中，可将准直光束引擎视为光进入背光源的“渐近射入器”。具有较大尺寸的背光 源可通过添加准直光引擎增大背光源的输出而轻易地制成，因为当光沿着背光源的长度向 下传播时，其强度减弱。在一个实施例中，可使用准直光束引擎在背光源中执行至少三种功 能。第一种功能是在大致平行于后反射器的相对狭窄角度范围内将光射入背光源，使得光 可沿着背光源的长度向下传播。第二种功能是从显示器的前面(即垂直于输出表面)观察 时遮挡LED阵列的亮表面，减少击穿。第三种功能是提供一个反射表面，使光(例如来自其 他光源)沿着背光源的长度向下传播，从而改变光的传播方向，使得光可从背光源的前面 逸出ο在一个方面，第一种功能通过部分准直来自LED阵列的光的挡板的下侧来实现。 与最靠近背光源腔体的那侧相比，挡板在下侧(最靠近LED的一侧)可具有不同的性质。 LED通常从发光表面的某一半球范围内发射光，其中LED的光学轴线垂直于该发光表面。 LED经过布置，使得光总体上沿着LED光学轴线顺着背光源的长度向下传播。一部分以超出 光学轴线的角度传播的发射光经挡板反射，并重新导向为朝着光学轴线的方向，从而部分 准直光线。在一个方面，第二种功能仍然通过挡板在LED阵列上延伸的长度来实现。光的较 佳准直通过使用较长的挡板来实现，较长挡板又影响挡板与后反射器所成的角度。较长挡 板的优点是正面观察时LED表面被遮挡。在多种情况下，下面的做法可能是有利的使挡板 在LED上延伸足够远，这样除极高角度(例如，从后反射器的垂线偏离的角度大于约50、60、 70,75或甚至80度)之外，以其他所有角度从正面观察时LED均被遮挡。在一个方面，第三种功能通过挡板的设计来实现。例如，使用挡板顶部的倾斜表面 重新导向光。对于布置在LED上方的挡板，挡板的背面可反射来自射入器背后的光，使其被 重新导向至背光源的顶部。挡板还可以具有楔形或菱形形状，使得朝向光引擎出口孔传播 的光导向背光源的顶部。将参照附图进一步描述挡板的构造。图Ia示出根据本发明的一个方面的准直光引擎100的一个实施例的侧视图，该准 直光引擎以第一粘合剂层105附连到背基板150。图Ia中的准直光引擎100可适用于连续 制备光引擎，如其他地方所述。准直光引擎100包括靠近反射器110的第一表面附连的光 源130和电路145。在一个实施例中，反射器110为柔性反射器，例如膜。可将光源130和 电路145布置到柔性基板140上，该基板又通过第二粘合剂层115附连到反射器110上。
光源130被布置成使得发射光学轴线136从发射表面135垂直延伸，并且大致平 行于反射器110。在另一个实施例中，发射光学轴线136大致平行于将由挡板120和反射器 110所形成的楔形二等分的横向平面。光源130可为从表面发射光的任何光源，例如LED。 来自表面135的光通常从表面135以半球模式发射出。准直光引擎可包括任何合适的光源，包括(例如)表面发射LED，例如具有下变 频荧光体以从表面以半球形式发射白光的蓝光发射LED或紫外光(UV)发射LED;单个彩 色LED，例如红色/绿色/蓝色(RGB)LED装置；以及其他光源，例如名称为“Backlight and Display System Using Same”(背光源与使用背光源的显示系统)的PCT专利申请 US2008/064133(代理人案卷号63274W0004)中所述。还可以使用其他诸如线性冷阴极荧 光灯(CCFL)或热阴极荧光灯(HCFL)的可见光发光体来代替或辅助离散LED光源，作为所 公开的照明装置的光源。此外还可使用混合系统，例如CCFL/LED(包括发出冷白光和暖白 光的CCFL/LED)、CCFL/HCFL(例如发出不同光谱的CCFL/HCFL)。发光器的组合可有多种变 化，并包括LED和CCFL，以及诸如多个CCFL、多个不同颜色的CCFL以及LED和CCFL之类的 复合体。挡板120设置在光源130之上。如图所示，挡板120在反射器110的一部分上方 延伸，使得从上方以小于φ的角度观察时，挡板120会遮挡光源130。根据一个方面，以小于 50、60、70、75或甚至85度的角度φ观察时，光源130被遮挡。挡板120通过第三粘合剂层 125附连到柔性基板140。如图所示，挡板120还可通过第二粘合剂层115附连到反射器 110。第一粘合剂层105、第二粘合剂层115和 第三粘合剂层125可为相同的粘合剂材料，也 可以为不同的粘合剂材料。可使用任何已知的粘合剂材料，例如可使用PSA、热熔融、溶剂型 或固化性粘合剂。可优选的是，粘合剂材料的厚度保持较薄，例如小于挡板120的厚度，以 保持准直光引擎100的总体厚度较薄。挡板120 —般贴合反射器110和柔性基板140，该 挡板被第二粘合剂层115和第三粘合剂层125粘附在这些位置。然而，光源130从柔性基 板140突出，且边缘132与挡板120接触，使得挡板以倾斜方式偏离反射器110，形成一出口 孔128。如图所示，出口孔128可通过将挡板末端126投影到反射器110上进行限定。在一 个实施例中，出口孔128可包括用于支撑挡板末端126的支撑结构，例如，肋或柱子(未示 出)。当若干准直光引擎100以阵列形式进行设置时，在反射器110的一部分上延伸的 传送区域155可提供穿过出口孔128发射出的光的额外混合，如其他地方所述。传送区域 155是反射器110超出挡板末端126沿出口孔128投影在反射器110上的部分，如图所示。 虽然图中将传送区域155示出为延伸超出挡板末端126的投影，但是应当理解，传送区域可 以是相邻准直光引擎的挡板之间的间隔，如其他地方参照图4和图5所述。在一些实施例 中，传送区域可包括光引擎介于倾斜挡板之间的任何部分，并起到混合来自光引擎的光的 作用。包括反射器110和挡板120的材料可以相同或不同。在一个实施例中，反射 器Iio和挡板120中至少一者包括表面反射器，例如金属膜或金属化的聚合物膜。在另 一个实施例中，反射器110和挡板120中至少一者包括诸如有机或无机多层光学膜的干 涉反射器，例如美国专利No. 5，882，774中所述。在另一个实施例中，反射器110和挡板 120中至少一者包括半镜面反射器，例如共同待审的PCT专利申请No.US2008/064115(代理人案卷号 63032TO003)中所述，以及名称为 “ILLUMINATIONDEVICE WITH PROGRESSIVE INJECTION”(带有渐近射入的照明设备)的于同一天提交的共同待审代理人案卷号 63957US002 中所述。挡板120可为具有面向光源130的第一侧面122和与第一侧面122相背对的第二 侧面124的反射挡板。第一侧面122和第二侧面124的反射性质可以相同或不同。在一个 实施例中，第一侧面122和第二侧面IM中至少一者可选自镜面反射器、半镜面反射器和漫 反射器。在一个实施例中，挡板包括ESR膜，并且第一侧面122和第二侧面IM具有类似的 反射性质。准直光引擎可包括任何合适的反射器和挡板。在一些情况下，反射器和挡板(包 括第一侧面和第二侧面)可由具有可层合到支撑基板的高反射率涂层或高反射率膜的刚 性金属基板制成。合适的高反射率材料包括可得自3M公司的Vikuiti Enhanced Specular Reflector (增强型镜面反射器)(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膜O密耳厚)层合到Vikuiti ESR膜上所形成的膜，本文将所得的这种层合膜称为“EDR II”膜；得自Torayhdustries， Inc.的E-60系列Lumirror 聚酯膜；多孔聚四氟乙烯(PTra)膜，例如得自W. L. Gore & Associates, Inc.的那些；得自 Labsphere，Inc.的 Spectralon 反射材料；得自 Alanod Aluminum-Veredlung GmbH & Co.的 Miro 阳极氧化铝膜(包括 Miro 2 膜)；得自 Furukawa Electric Co. , Ltd.的 MCPET 高反射率泡沫片材；得自 Mitsui Chemicals, Inc. 的White Refstar 膜和MT膜；以及其他膜，包括PCT专利申请US2008/064096中所述的那 些。挡板120可具有不均一的光学特性或其他物理特性。在一个实施例中，由光源130 的边缘132支撑并延伸到挡板末端126的部分可包含诸如高弯曲模量膜的材料，以为此部 分提供增强的硬度。在另一个实施例中，在挡板上，可以改变第一侧面122和第二侧面IM 中至少一者的反射性质。在另一个实施例中，挡板120靠近挡板末端126的部分可带有锯 齿、狭缝，穿孔、压印或印刷，以改变反射性质和/或透射性质，如其他地方所述。图Ib示出根据本发明的另一个方面的准直光引擎100的侧视图，该准直光引擎以 第一个粘合剂层105附连到背基板150。图Ib中的准直光引擎100可适用于连续制备光 引擎，如其他地方所述。图Ib中的类似编号元件是指图Ia中的类似编号元件。准直光引 擎100包括附连到电路板160的光源164。光源164包括准直光学元件166，通常为透镜， 其部分准直偏离光学轴线136狭窄角度范围的光。准直透镜可以一个方向或两个方向(即 大致平行或大致垂直于与反射器110平行的横向平面)准直光。电路板160从反射器110 突出，在边缘162为挡板120提供支撑。在一个实施例中，充分准直来自光源164的光，使得光不从挡板120的第一侧面 122反射，并且第一侧面122的反射率对准直光引擎100的性能的影响很小。在一个实施例 中，充分准直来自光源164的光，使得光在准直光学元件166与出口孔1 之间的区域中不 从反射器110反射，并且在此区域中反射器110的反射率对准直光引擎100的性能的影响 很小。图Ic示出根据本发明的另一方面的相邻光引擎101的侧视图，其包括通过第二粘 合剂层115附连到反射器110的第一准直光引擎100。图Ic中的相邻光引擎101可适用于连续制备光引擎，如其他地方所述。图中示出相邻第二准直光引擎100’的一部分，以指示相 对于第一准直光引擎100的放置位置，如其他地方所述。图Ic中的类似编号元件是指图Ia 中的类似编号元件。在一个实施例中，成形挡板170包括一个抛物线形状(如图所示)，其 可用于部分准直平行于反射器110的光，成形挡板170可为具有面向光源130的第一侧面 172和与第一侧面172相背对的第二侧面174的反射挡板。第一侧面172与第二侧面174 的反射性质可以相同或不同。在一个实施例中，第一侧面172和第二侧面174中至少一者 可选自镜面反射器、半镜面反射器和漫反射器。在一个实施例中，挡板包括ESR膜，并且第 一侧面172和第二侧面174具有类似的反射性质。成形挡板170可通过第三粘合剂125附连到柔性基板140。另外，第二粘合剂层 115可延伸超出柔性基板140，如图Ia所示，以提供用于附连成形挡板170的额外区域。传 送区域155将第一准直光引擎100和第二准直光引擎100’间隔开。传送区域155的长度 可以进行选择以按照平行于反射器110的平面的方向混合来自光源130的光。在一个实施 例中，准直光引擎100和准直光引擎100’可以连续方式在反射器110上制备，并且在传送 区域巧5间隔开，如其他地方所述。然后，准直光引擎可通过第一粘合剂层105附连到背基 板150，如图Ia所示。图Id示出根据本发明的另一方面的相邻光引擎101的侧视图，其包括通过第二粘 合剂层115附连到反射器110的第一准直光引擎100。图Id中的相邻光引擎101可适用于 连续制备光引擎，如其他地方所述。图中示出相邻第二准直光引擎100’的一部分，以指示 相对于第一准直光引擎100的放置位置，如其他地方所述。图Id中的类似编号元件是指图 Ia中的类似编号元件。在一个实施例中，成形挡板180与图Ia中的挡板120相比，在末端 186和末端188之间具有一个附加构件，其与由光源130的边缘132支撑的成形挡板构件之 间形成角度Θ1。成形挡板180可为具有面向光源130的第一侧面182、与第一侧面182相 背对的第二侧面184、与第一侧面182相连的第三侧面187以及与第二侧面184相连的第四 侧面189的反射挡板。第一侧面至第四侧面182、184、187和189的反射性质可以相同或不 同。在一个实施例中，第一侧面至第四侧面182、184、187和189中至少一者可选自镜面反 射器、半镜面反射器和漫反射器。在一个实施例中，挡板包括ESR膜，并且第一侧面至第四 侧面182、184、187和189具有类似的反射性质。成形挡板180可通过第三粘合剂125附连到柔性基板140。另外，第二粘合剂层 115可延伸超出柔性基板140，如图Ia所示，以提供用于附连成形挡板180的额外区域。传 送区域155将第一准直光引擎100和第二准直光引擎100’间隔开。传送区域155的长度 可以进行选择以按照平行于反射器110的平面的方向混合来自光源130的光。在一个实施 例中，准直光引擎100和准直光引擎100’可以连续方式在反射器110上制备，并且在传送 区域巧5间隔开，如其他地方所述。然后，准直光引擎可通过第一粘合剂层105附连到背基 板150，如图Ia所示。图Ie示出根据本发明的另一方面的相邻光引擎101的侧视图，其包括通过第二粘 合剂层115附连到反射器110的第一准直光引擎100。图Ie中的相邻光引擎101可适用于 连续制备光引擎，如其他地方所述。图中示出相邻第二准直光引擎100’的一部分，以指示 相对于第一准直光引擎100的放置位置，如其他地方所述。图Ie中的类似编号元件是指图 Ia和图Id中的类似编号元件。在一个实施例中，图Ie示出图Id的准直光引擎，其中将成形挡板180的角度θ 1增大至角度θ 2，并且减小图Id中的末端186与末端188之间的附 加构件的长度。在一个方面，位于成形挡板180的末端186和末端188之间的附加构件可 将光重新导向，使其沿着反射器110大致朝发光表面135的方向传播，如其他地方所述。在 一个实施例中，准直光引擎100和100’可以连续方式在反射器110上制备，并且在传送区 域155间隔开，如其他地方所述。然后，准直光引擎可通过第一粘合剂层105附连到背基板 150，如图Ia所示。图If示出根据本发明的另一方面的光引擎101的侧视图，其包括通过第二粘合剂 层115附连到反射器110的准直光引擎100。第二准直光引擎100’ (未示出)可以类似于 图Ie中所示的方式设置在邻近准直光引擎100的位置。图If中的光引擎101可适用于连 续制备光引擎，如其他地方所述。图If中的类似编号元件是指图Ia和图Ie中的类似编号 元件。在一个实施例中，图If示出靠近柔性基板14 0的不同末端附连的光源130、130’和 电路145、145’。柔性基板140通过第二粘合剂层115附连到反射器110。光源130、130’ 的发射表面135、135’被设置为沿反射器110以相背方向发出光。在一个实施例中，可将成形挡板190形成为一体结构，例如，通过折叠膜或形成刚 性结构来制成。在此实施例中，第一侧面192邻接第三侧面197、第四侧面197’和第五侧 面192’ ；第二侧面194邻接第六侧面199、第七侧面199’和第八侧面194’。成形挡板190 可为具有面向光源130的第一侧面192和与第一侧面192相背对的第二侧面194的反射挡 板。第一侧面至第八侧面192、194、197、199、197，、199，、192，、194，的反射性质可以相同 或不同。在一个实施例中，第一侧面至第八侧面192、194、197、199、197，、199，、192，、194， 中至少一者可选自镜面反射器、半镜面反射器和漫反射器。在一个实施例中，挡板包括ESR 膜，并且第一侧面至第八侧面192、194、197、199、197，、199，、192，、194，具有类似的反射性 质。在一个方面，成形挡板190的末端196、198和196’之间的附加构件可将光重新导向到 所需方向。在一个实施例中，以沿着反射器110的大致平行方向传播的第一光线161可重 新导向为大体上远离反射器110的方向，如第二光线162所示。在一个实施例中，准直光引 擎100、100’可以连续方式在反射器110上制备，并且在传送区域155间隔开，如其他地方 所述。然后，准直光引擎可通过第一粘合剂层105附连到背基板150，如图Ia所示。图2示出根据本发明的另一个方面的准直光引擎200的侧视图。图2中的准直光 引擎200可特别适用于连续制备光引擎，如其他地方所述。准直光引擎200包括靠近反射 器210的第一表面附连的光源230和电路245。光源230参照图Ia中对光源130的描述布 置。光源230从柔性基板240突出，并且边缘232接触挡板220，使得该挡板以倾斜方式偏 离反射器210，从而形成出口孔228。当若干准直光引擎200以阵列形式进行设置时，在反射器210的一部分上延伸的 传送区域255可提供穿过出口孔228发射出的光的额外混合，如其他地方所述。传送区域 255是反射器210超出挡板末端226沿出口孔228在反射器210上的投影的部分，如图所
7J\ ο准直光引擎200可任选地包括设置于反射器210上的第一粘合剂层205，以帮助准 直光引擎200附连到另一个表面(例如，背光源腔体内部)。可任选的粘合剂层205 (如果 包括)可包括隔离衬垫(未示出)，以在使用前保护粘合剂。在图2所示的一个实施例中，可将光源230和电路245设置在柔性基板240上，该柔性基板又通过第二粘合剂层215附连到反射器210。在另一个实施例中，可将电路245直 接设置在反射器210上，例如通过如本领域已知的电镀或沉积电路进行设置。在此实施例 中，柔性基板240和第二粘合剂层215由粘结层取代，已知该粘合剂层用来提高直接在反射 器上形成的电路的粘合力。挡板220设置在光源230之上。挡板220在反射器210的一部分上延伸，如参照 图Ia中视角φ的描述。在一个实施例中，挡板220邻接反射器210，并且由相同的材料通过 例如在折痕217处折叠反射器210以形成挡板220 (由光源230在边缘232处支撑)来形 成。在另一个实施例中，挡板220在折痕217处通过例如热、超声、溶剂或机械装置粘合至 反射器210。一个优选实施例包括通过在折痕217处折叠而形成的邻接挡板220和反射器 210。在一个实施例(未示出)中，可靠近传送区域设置第二光源，使其面向第一光源。在 此实施例中，可将第二挡板设置在第二光源之上，从而形成包括相同反射器和相同传送区 域并且彼此呈面向关系的一对准直光引擎。挡板220可为具有面向光源230的第一侧面222和与第一侧面222相背对的第二 侧面224的反射挡板。第一侧面222和第二侧面224的反射性质可以相同或不同。在一个 实施例中，第一侧面222和第二侧面2Μ中至少一者可选自镜面反射器、半镜面反射器和漫 反射器。在一个实施例中，挡板包括ESR膜，并且第一侧面222和第二侧面2Μ具有类似的 反射性质。挡板220可具有不均一的光学或其他物理特性。在一个实施例中，由边缘232支 撑并延伸到挡板末端226的部分可包含诸如高弯曲模量膜的材料，以为此部分提供增强的 硬度。在另一个实施例中，在挡板上，可以改变第一侧面222和第二侧面2 中至少一者的 反射性质。在另一个实施例中，挡板220靠近挡板末端2 的部分可带有锯齿、狭缝、穿孔、 压印或印刷，以改变反射性质和/或透射性质，如其他地方所述。图3a_3g示出用于制备根据本发明的一个方面的准直光引擎的方法的所选步骤。 参照图3a_3g描述的一般工序可以连续或分步进行的方式执行。图3a示出具有发光表面335的多个光源330，其以设置在柔性基板340上的光源 阵列336的形式排列。以任何数目的光源阵列336排列的任何数目的光源330都可与电路 345相连。在一个实施例中，柔性基板340可为连续基板，例如，材料卷，使得该图中示出的 元件顺着该卷的长度向下重复。在另一个实施例中，柔性基板340可为连续基板，例如，材 料卷，使得该图中示出的元件在该卷的整个宽度范围内重复。电路345可直接形成在柔性基板340上，并连接到光源阵列336所在位置。光源 阵列336可包括相同光源330，或者各个光源330可以不同，例如，不同色彩LED光源，如其 他地方所述。在一个实施例中，各个光源330可由电路345独立控制。在一个实施例中，每 个光源阵列336可由电路345独立控制。图北示出其中附带图3a的电路345、光源330和边缘332以及发射表面335的 柔性基板340的侧视图。将第三粘合剂层315涂敷到柔性基板340的底部表面。然后如图 3c所示可通过将第三粘合剂层315与反射器310的第一侧面相接触而将图北中所示的制 品粘附至反射器310。将第一粘合剂层305涂敷到反射器310的第二侧面。在一个实施例 中，在接触第三粘合剂层315之前涂敷第一粘合剂层305。可使用隔离衬垫(未示出)保 护第一粘合剂层305的自由表面。图3d示出在反射器310和柔性基板340 —部分之上涂
13覆有第二粘合剂层325的图3c的制品。在图3e中，将挡板320布置到图3d的制品之上， 并且使用柔顺材料301 (例如橡胶辊或薄板)将挡板320抵靠第二粘合剂层325压制，如图 3f中所示。挡板320被粘附至图3d的制品，迫使挡板320与光源330的边缘332接触，提 高末端326以形成出口孔328。图3g示出类似于图Ia中所示的准直光引擎100的已完成准直光引擎300，并且类 似编号元件是对应的。在一个实施例中，可略微变化图3a_3f所述的工序从而用于制备参 照 图Ia-If所述的任何一种准直光引擎。各个准直光引擎可与连续卷分离，例如，通过切开 相邻传送区域155而分离。根据参照图2所述的实施例的准直光引擎可通过类似于图3a_f但包括较少步骤 的方法制备。在一个实施例中，按照图3a-3b中所示的步骤进行，并将图3b的制品粘附至 反射器310。然后如图2所示折叠反射器310并涂敷第一粘合剂层305。在另一个实施例 中，如其他地方所述，图3a中所示的步骤直接在反射器310上执行，然后如图2中所示折叠 反射器310并涂覆第一粘合剂层305。可以将各个准直光引擎以阵列形式粘附至背基板150，以制备任何所需尺寸或形 状的照明元件，如图4中所示并进一步描述于同一天提交的名称为“ILLUMINATION DEVICE WITH PROGRES SIVE INJECTION”(带有渐近射入的照明设备)的共同待审代理人案卷号 63957US002中。图4示出照明元件401的透视图，该照明元件包括设置在背基板450上的 准直光引擎400和400，。准直光引擎400包括附连到背基板450的反射器410、挡板420 和光源阵列436a-d，这些光源阵列包括单个光源430。挡板边缘426在反射器410上的投 影限定相邻准直光引擎400和400’之间的传送区域455。可调整传送区域455的尺寸以达 到光引擎之间所需的光均勻度。准直光引擎400’包括类似元件(以带有上撇号的数字标 记)，并且如该图中所示，可根据需要增加额外的光引擎以增加照明元件的尺寸。图5示出中空背光源501内的若干代表性光线的路径，中空背光源501在中空腔 体502内具有设置在背基板550上的一对准直光引擎500、500’。如其他地方所述，准直光引 擎500、500’分别包括挡板520,520',挡板边缘526,526',出口孔528,528',第一侧面524、 524，以及第二侧面522、522，。光线AB、AC、AD、AE和AF由设置在第一准直光引擎500内 的光源530射入中空腔体502。在图5中，示出的光源530布置在挡板520和反射挡板510 之间，并且将光大致沿着中空腔体502的长度方向射入。在一个实施例中，光源530可位于 由反射基板510限定的平面下方，并被布置成可大致垂直于中空腔体的长度射入光，以便 从挡板520反射并且沿着中空腔体的长度重新定向(未示出)。光源530可为表面发射LED，例如，具有下变频荧光体以从表面以半球形式发射白 光的蓝光发射LED或紫外(UV)发射LED，或如其他地方所述的其他LED。对于表面发射LED， 第一光线AB从挡板520的第二侧面522反射、穿过出口孔528，并且导向透射前膜540。第 二光线AC穿过出口孔528，并且导向透射前膜540而不反射。第三光线AD穿过出口孔528， 从(第二准直光引擎500’的)挡板520’的第一侧面524’反射，并且导向透射前膜540。 第四光线AE从第一准直光引擎500内的反射基板510反射，穿过出口孔528，并且导向透 射前膜540。第五光线AF穿过出口孔528，从传送区域555内的后反射器反射，从(第二准 直光引擎500’的)挡板520’的第一侧面524’反射，并且导向透射前膜540。如图5中所 示，每束光线AB、AC、AD、AE、AF可在穿过输出表面546从中空背光源501射出前穿过附加光学膜544。挡板520、520’被布置成使得来自第一光源530的光线总体受到限制，以在接 近横向平面560的角度θ的范围内传播穿过中空腔体502。横向平面560大致平行于中空 背光源501的输出表面546，并且θ的范围在偏离横向平面560的平均偏差角度内，其在 0至40度、或0至30度、或0至15度范围内。从第二准直光引擎500，中的第二光源530， 发出的光线(未示出)可经过与上述类似的路径。图5示出自光射入器射入的光在导向透射前膜540之前可进行多种反射。透 射前膜540可为适用于背光源的输出表面的任何膜，包括部分透射前反射器、漫射膜、半 镜面反射器以及它们的组合，或者任何其他合适的膜，例如同此于同一天提交的名称为 "ILLUMINATION DEVICE WITHPROGRESSIVE INJECTION”(带有渐近射入的照明设备)的共 同待审代理人案卷号63957US002中所述。与中空腔体502内的不同表面的这些交互作用 的组合提供了光的均化，使得不均勻的因素降至最少。另外，传送区域555起到实现额外混 合以及实现增加光源之间的物理间距的作用。设置于中空腔体内的挡板用于将LED光源 “隐藏”在输出表面546后，阻挡该光源的直接视线，如其他地方所述。当该传送区域的长度 增加时，穿过中空腔体的辐射通量会减少，从而导致照明装置的亮度降低。至少由于这个原 因，可通过额外的射入口逐渐射入更多的光以增加辐射通量，并且延伸背光源的可用长度。可在该中空腔体中的一个或多个位置处设置光传感器599来监控光强度，而且可 以通过例如反馈电路来调整任何一个或若干个光源。光强度的控制可以是手动或自动的， 并且可用于独立地控制该照明装置的各种区域的光输出。实例基于膜的准肓光引擎安装各自为0.6mm高并且1.3mm长的一串侧发光白色LED (NichiaNSSW006T LED, 可得自Nichia (Japan))，使得发射表面与11. 7mm宽的柔性电路的一边对齐。已安装的LED 串对应于图3a中所示的布置方式(三个并联组，每组七个串联的LED)。柔性电路粘附至 28. 6mm宽的带状ESR膜(3M公司)使得发射表面距该ESR膜的前边缘10mm，并且该柔性 电路的相对边缘距该ESR膜的后边缘大约6. 8mm。粘合剂涂敷在距ESR膜的后边缘大约 13. 7mm的位置，覆盖大约6. 8mm的柔性电路，第二条ESR膜被压到粘合剂上，得到类似于图 3g所示的准直光引擎。第一条ESR膜对应于反射器310，第二条ESR膜对应于该图中的挡 板320。所得的基于膜的准直光引擎具有2. 2mm的出口孔，以及大约29mm的总长度。对于 此基于膜的准直光引擎而言，所得楔纵横比(反射器310上方的出口孔328的高度与LED 边缘332的高度的比率)大约为2 1。LED的发光表面(图3g中的表面335)与ESR的前边缘(反射器110)之间的距离 取决于这些LED的间距。对于所有白色LED的情况，该距离应大于或等于这些LED的间距。 对于具有均等间距的RGBG彩色LED组，该距离应大于或等于该LED间距的4倍。将准直光 引擎粘附至此前已层合至0. 004”厚的不锈钢垫片的ESR膜背板。实例1 基于膜的射入器的总光通量基于膜的光射入器的总光通量(TLF)是在光导发光积分球中通过如下方式测量 剥回形成该楔的上ESR膜，从而完全显露这些LED，使得它们可无障碍地将光发射到该球 中。三个并联组(分别由七个Nichia NSSW006TLED串联构成)在总电流为30mA、稳态电压 为19. 8V的条件下运行。功耗总共为0. 59瓦。测得TLF为49. 94流明，此TLF值用来表示来自该光引擎的100%理想光发射。然后使该上ESR膜返回到初始位置，使得背板上方的 ESR的最大高度为约2. 2mm，从而从该LED位置形成一个2 1的扩展楔。此构造中测得的 TLF为47. 95流明，指示该引擎效率为96%。除非另外指明，否则在说明书和权利要求中使用的表示部件的尺寸、数量和物理 特性的所有数字应当被理解为由词语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，否则在上述 说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，根据本领域内的技术人员利用本文 所公开的教导内容寻求获得的所需特性可以变化该近似值。除了与本公开可能直接抵触的程度，否则本文引用的所有参考文献及出版物都明 确地以全文引用方式并入本文中。虽然本文已经示出和描述了具体实施例，但本领域的普 通技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以用多种替代和/或等同实施方 式来代替所示出和描述的具体实施例。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施例的任 何修改形式或变型形式。因此，本发明仅受权利要求书及其等同内容的限制。
权利要求
1.一种准直光引擎，包括 具有第一表面的反射器；靠近所述第一表面附连的光源和电路；和挡板，其设置于所述光源的上方并且在所述反射器的一部分上方延伸，使得以偏离所 述反射器的法线小于50度的角度观察时所述光源被遮挡。
2.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述光源具有大致平行于所述反射器的所 述第一表面的发射光学轴线。
3.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中以偏离所述反射器的法线小于60度的角度 观察时，所述光源被遮挡。
4.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述反射器为镜面反射器或半镜面反射器。
5.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述反射器为多层干涉反射器。
6.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述反射器和所述挡板中的至少一者包括 光学干涉层。
7.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述反射器和所述挡板中的至少一者包含银。
8.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述光源和所述电路设置于电路化基板 上，并且所述电路化基板附连到所述反射器。
9.根据权利要求8所述的准直光引擎，其中所述电路化基板为柔性的。
10.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述挡板具有面向所述光源的第一表面 和与所述第一表面相背对的第二表面，并且所述第一表面和所述第二表面中的至少一者可 反射光。
11.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中自所述光源发射的光被部分地准直为位 于平行于所述反射器的横向平面的30度范围内。
12.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述光源包括LED。
13.根据权利要求12所述的准直光引擎，其中所述LED还包括准直透镜。
14.根据权利要求12所述的准直光引擎，其中所述LED选自彩色LED、白色LED以及它 们的组合。
15.根据权利要求12所述的准直光引擎，其中所述LED能够在围绕所述反射器的法线 的小于360度的角展度内发射光。
16.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述挡板和所述反射器包括一体的折叠膜。
17.根据权利要求1所述的准直光引擎，其中所述挡板通过粘合剂附连到所述光源之上。
18.根据权利要求1所述的准直光引擎，还包括第二光源和电路，所述第二光源和所述电路靠近所述第一表面附连，使得所述第二光 源具有大致平行于所述反射器的所述第一表面的发射光学轴线，并且方向面向所述第一光 源；和挡板，其设置于所述第二光源的上方并且在所述反射器的一部分上方延伸，使得以偏离所述反射器的法线小于50度的角度观察时所述第二光源被遮挡。
19.根据权利要求18所述的准直光引擎，其中以偏离所述反射器的法线小于60度的角 度观察时，所述第二光源被遮挡。
20.一种背光源，包括权利要求1所述的准直光引擎。
21.根据权利要求20所述的背光源，其中多个准直光引擎沿平行于所述发射光学轴线 的方向设置在刚性基板上。
22.根据权利要求21所述的背光源，其中所述多个准直光引擎中的每个都是可独立控 制的。
23.根据权利要求20所述的背光源，还包括与所述准直光引擎光学连通的光传感器。
24.一种照明装置，包括权利要求20所述的背光源。
25.一种灯具，包括权利要求1所述的准直光引擎。
26.—种工作灯，包括权利要求1所述的准直光引擎。
27.一种光源，包括权利要求1所述的准直光引擎。
28.一种用于制备准直光引擎的方法，包括 提供反射器；提供安装于平面电路化基板上的光源，所述光源具有大致平行于所述平面电路化基板 的发射光学轴线；形成所述反射器以提供挡板和后反射器，所述挡板在所述后反射器的一部分上方延 伸；以及将所述平面电路化基板附连在所述挡板和所述后反射器之间，使得以偏离所述后反射 器的法线小于50度的角度观察时，所述挡板遮挡所述光源。
29.根据权利要求观所述的方法，其中以偏离所述后反射器的法线小于60度的角度观 察时，所述挡板遮挡所述光源。
30.一种用于制备准直光引擎的方法，包括 提供反射器；提供安装于平面电路化基板上的光源，所述光源具有大致平行于所述平面电路化基板 的发射光学轴线；将所述平面电路化基板附连到所述反射器； 提供挡板；以及将所述挡板附连到所述光源上方，以便以偏离所述反射器的法线小于50度的角度观 察时所述挡板遮挡所述光源，其中所述挡板在所述反射器的一部分上方延伸。
31.根据权利要求30所述的方法，其中以偏离所述后反射器的法线小于60度的角度观 察时，所述挡板遮挡所述光源。
32.一种用于制备准直光引擎的方法，包括 提供反射器；在所述反射器上形成电路；将光源附连到所述电路，所述光源具有大致平行于所述反射器的发射光学轴线；以及 形成所述反射器以提供挡板和后反射器，所述挡板在所述后反射器的包括所述电路和所述光源的一部分上方延伸，其中以偏离所述后反射器的法线小于50度的角度观察时，所述挡板能够遮挡所述光源。
33.根据权利要求32所述的方法，其中以偏离所述后反射器的法线小于60度的角度观 察时，所述挡板遮挡所述光源。
34.根据权利要求观或权利要求30所述的方法，其中所述平面电路化基板为柔性的。
35.根据权利要求观、权利要求30或权利要求32所述的方法，其中所述反射器设置在一个卷上。
36.根据权利要求观、权利要求30或权利要求32所述的方法，其中以连续方式执行形 成所述电路和将所述光源附连到所述电路的步骤。
37.一种准直光引擎卷，其通过权利要求观、权利要求30或权利要求32所述的方法制备。
全文摘要
本发明公开了准直光引擎、制备准直光引擎的方法以及组装了准直光引擎的制品。在一个方面，可将光源和电路设置在反射器和反射挡板之间以形成准直光引擎。所述光源至少部分地被所述反射挡板遮挡。在离开所述光引擎时，自所述光源发射出的光被部分准直。可通过在所述背光源中设置所述准直光引擎的阵列来改善背光源的输出表面的光均匀度。
文档编号G02F1/1335GK102089702SQ200980126639
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年6月13日
发明者约翰·A·惠萨特利, 罗尔夫·W·比尔纳特, 迈克尔·A·姆柯斯 申请人:3M创新有限公司