专利名称：：用于照明显示设备的照明系统以及设有这样一种照明系统的显示设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于照明显示设备的照明系统，所说照明系统包括至少一个光源和用于沿显示设备方向引导由所述至少一个光源产生的光的光导。本发明还涉及设有这样一种照明系统的显示设备。
背景技术：
：众所周知，显示设备，例如液晶显示器(LCD)显像屏，通常需要背光照明它们的整个表面区域，所说的背光照明尽量均匀以便提供可见的画面。然而，尤其是在大型照明设备的情况下，经常碰到的困难是，不可能在显像屏位于其前的整个发光表面上以足够的均匀度产生高的发光强度。这可能导致令人不愉快的画面效果。进而，在许多情况下，这些照明设备应该具有尽可能小的厚度。已知的两种主要类型照明系统是侧面照明结构和直接照明结构。在侧面照明结构中，来自光源的光耦合到光导的一个或多个侧面，光在这里通过全内反射可以有效地分配在整个显示区域上。从光导上提取光的方法有多种，例如利用漫散射点的图案，或者利用微光学特征。在直接照明背光源中，将光源直接安排在显示器的后面。通过在距显示器的某个距离处间隔布置光源实现了显示区的均匀照明。在光源和显示器之间一定要有光发散的漫射体(light-spreadingdiffuser),这是强制性的。已经提出的第三类背光源可以叫做通道照明结构或间接照明结构，其中光源完全嵌入光导中，特别是嵌入在所说光导中制成的通道中。照明系统的通道照明结构的优点是，所提供的照明系统特别适合用作大型液晶显示器显像屏的背光源，并且与相对较小的构造深度结合起来可以得到显像屏的均匀的和相对较强的照明。然而，所述已知的通道照明系统还有几个缺点。这样一种已知的照明系统的主要缺点是，为了给通道提供足够的厚度以接纳光源，所用的光导相对较粗，因此相对较重。
发明内容本发明的一个目的是提供一种重量较轻并且结构紧凑的照明系统，利用这种照明系统可以实现显示设备的相对较均匀和较强烈的照明。本发明的这个目的可以通过提供按照本发明的照明系统来实现，其特征在于所说的光源部分地嵌入光导中。通过只将所述至少一个光源部分地嵌入透光光导中，可使光导变得较薄(与直接照明的照明系统相比，大约薄30%左右)，因此重量较轻。而且，通过使光导较薄，因此不太坚固，可以使这样的照明系统变得相对更加紧凑。按照本发明的照明系统的一个附加优点是，所述至少一个光源的一部分超出光导之外，因此允许改善光源的冷却效果。优选地，光导包括至少一个接纳空间，用于部分接纳所述至少一个光源。这个接纳空间的形状和尺寸具有可变的特性，并且例如可以取设置在光导上的凹陷(孔)的形式。由接纳空间同时且部分地封闭的光源数目也可以变化，并且通常取决于在按照本发明的照明系统中所用的光源的性质。由于通常使用一个或多个细长的荧光灯照明显示设备，如液晶显示器，所以接纳空间优选由通道形成。为此，通道优选成形为部分地并且相对紧密地封闭所说光源。为了优化耦合到光导的光的数量，所述至少一个通道优选基本上沿光导的长度方向延伸。以此方式可以实现比较有效的光进入光导的耦合，并且因此实现对于显示设备的强烈照明。接纳空间优选由一个上壁和多个側壁确定，所说側壁适合于将光源产生的光耦合进入光导中。为了实现这个目的，侧壁优选是基本上平直的，以优化由所述至少一个光源产生的光相对来说不受阻碍地耦合进入光导中。在这里，側壁与上壁一起优选封闭一个大体上的直角。在一个特别优选实施例中，为上壁提供至少部分地光反射的层。这一层可以是基本上全反射的。然而，在某些情况下，对于由部分地设置在接纳空间内的光源产生的光来说，这一层还可以是部分半透明的(translucent)，其结杲是，上壁的这个实施例还适合于将光耦合到光导中。在一个优选实施例中，所说的接纳空间位于与光导面对显示设备那一側相对的光导側上。在这种情况下，显示设备的位置可以距光导相对较近。然而，对于本领域的4支术人员，还可以想象得到，将所述至少一个接纳空间设置在光导的面对显示设备那一侧以获得反向的照明系统。在实践中，照明系统将通常包括多个光源，每个光源都部分地嵌入光导中。优选地，在光导中提供多个分开的接纳空间，以便部分地接纳光源。并且，每个接纳空间都可适合于同时接纳多个光源的一些部分。然而，还可以想象，每个接纳空间适合于接纳单个光源的一部分，其结果是，所用光源的数目等于按照本发明的照明系统的光导中所用的接纳空间的数目。在一个优选实施例中，每个光源都是由焚光灯形成的，所述荧光灯包括用可电离物质填充的至少部分透光的细长放电容器和多个连接到所说容器的电极，在灯操作期间在所说电极之间产生放电。按照这个实施例，管状低压汞蒸汽放电灯，例如冷阴极荧光灯(CCFL)、热阴极荧光灯(HCFL)或外部电极荧光灯(EEFL),可用作照明系统中的荧光灯。通常，涂有一个磷涂层，以使低压汞蒸汽放电灯能够将紫外光转换成可见辐射，用于显示设备的照明。虽然在按照本发明的照明系统中可以使用不同类型的荧光灯，但优选通过热阴极荧光灯(HCFL)来形成每个荧光灯，这是因为这种类型的灯用于背光照明目的很理想。热阴极荧光灯的主要缺点是，这些灯的电极在灯操作期间产生相当大的热量，其对照明系统的某些热敏部件有损害，所述热敏部件例如通常涂在光导上的光箔。为了克服这个主要的缺点，非常有益的作法是，将每个灯的一部分设置在接纳空间的外部，并且使其处在一个开放的空间里，从而可以改善这些电才及的冷却效果(这些电极可能是有源(强制)冷却，或者是无源(对流)冷却)，而且，可以大幅度地减小灯向热敏光箔的热辐射。在一个优选实施例中，为放电容器的内表面和/或外表面提供至少部分光反射的层。更加优选地，在放电容器的内表面和/或外表面的一部分上提供这个反射层。所说至少部分光反射的层适用于向光导引导在荧光灯内产生的光。优选地，面对接纳空间的放电容器的一部分，尤其是限定接纳空间的侧壁，保持不被所述至少部分反射的层覆盖，使光相对来说不受阻碍地耦合进入光导之内。所述至少部分反射的层一旦设置在放电容器外部，可以想象得到，这一层大体上设置在距灯一定(小的)距离处。在一个可替换优选实施例中，所述至少一个光源是由发光二极管(LED)形成的，尤其是由侧面发射的发光二极管形成。发光二极管相对耐用，并且(因此)是环境友好的。由于这些发光二极管通常适合于产生具有有限色镨的光，所以通常使用三个一组的发光二极管，每一套由三个发光二极管组成，这些发光二极管适用于分别产生红、绿、蓝色光。以此方式，通过每一套可以产生白光。应用三个一组的优点是，以此方式可以产生相对4交宽的色"i普。此外，三个一组的应用可以通过在一个特定的时间段内有选择性地切换三个一组的特定发光二极管使其导通和截止来调节颜色，其中照这样由三4^一组的发光二极管发出的有效颜色可以适合由显示设备显示的图像，使观众产生改善的感觉和体验。而且，暂时断开特定的发光二极管通常还将导致总体节台匕月匕。光导可由设有一个或多个接纳空间的平板形成，其中面对显示设备的光导侧面的取向基本上平行于光导的相对側。然而，在一个优选^侧。'在这后一个实施例中,'光导可以被i;为甚至更加紧凑，这可以更进一步减小照明系统的总厚度。在一个优选实施例中，面对显示设备的光导侧面设有提取结构，该提取结构用于沿显示设备的方向从波导中提取光。提取结构可以包括例如漫射点图案、微光学结构、体积全息图形、表面光栅、胆甾醇网络聚合物以及光学各向异性微结构层。光学结构优选包括一个或多个光箔。以此方式，可以按照最优的方式从光导提取由光导包含的辐射以便照明显示设备。本发明还涉及包括按照本发明的照明系统的显示设备。除了液晶显示器(LCD)夕卜，还可以使用所有类型的需要由按照本发明的外部照明系统进行有源照明的显示器。然而，必须清楚，所说照明系统还可用于其它目的。为此，照明系统例如还可以用于直接照明，或者可以用在光盒中，或者作为制革(tanning)设备的一部分。借助下面的非限制性实施例进一步说明本发明，其中图1表示A^现有^支术已知的一个照明系统的透^见图；图2a表示按照本发明的一个照明系统的透^L图；图2b^姿照图2a的照明系统的剖面图；图3表示按照本发明的一个可替换照明系统的剖面图4表示按照本发明的照明系统的第三实施例的剖面图5a表示按照本发明的照明系统的第四实施例的剖面图5b表示按照图5a的照明系统的顶视图6表示按照本发明的一个照明系统的详细视图7表示按照本发明的一个照明系统的示意图8表示按照本发明的照明系统的一个可替换实施例。具体实施例方式图1表示从现有技术已知的照明系统1的透视图。照明系统1包括光导2，光导2设有多个接纳通道3,用于分别接纳多个荧光灯4。如图1所示，每个灯4完全嵌入光导2中。灯4产生的光经过每个通道3的侧壁5可以耦合到光导2内。随后，这个光可以借助提取结构6朝显示设备(如液晶显示器，未示出)的方向从光导2耦合出来。每个通道3的上壁7设有反射层8，以实现基本上均匀的显示设备照明。光导2通常是由透光聚合物制成，所述透光聚合物例如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,perpex)。在这个图中所示的照明系统1的实施例相对较厚，因此较重。而且，由于灯4完全嵌入对应的通道3内，所以灯4的冷却是相对困难的。图2a表示按照本发明的照明系统9的透视图。照明系统9包括光导IO,光导IO设有多个接纳通道11,每个通道11适合于部分地接纳荧光灯12。灯12部分地嵌入光导10中，产生较薄的光导IO,因此使光导10的重量明显更轻。灯12产生的光能经过每个通道11的相对的侧壁13耦合进入光导10内。每个通道11的前壁14设有至少部分反射的层15,以保证显示设备(未示出)基本上均匀的照明。进而，借助设置在光导10上方的提取结构16，确定显示器的基本上均匀的照明。通过反射衬里(reflectivebacking)17覆盖位于提取结构16对面的光导10的底側以及灯12超出接纳通道11的部分这两者。这个反射衬里17的位置优选距光导10的距离小，以便防止在光导1G内部光的导引的破坏。由于相对于图1所示的光导2的厚度来说光导10的厚度减小了，因而导致照明系统9重量减轻的优点，通道11的侧壁13的高度也减小了，因此耦合进入光导10的光量减小了。然而，已经表明，常规光导2的厚度的减小即使超过50%,光导10的耦合能力的损失也不显著并且可以忽略不计。图7进一步说明了侧壁13的高度和耦合能力之间的关系。图2b表示按照图2a的照明系统17的剖面图。照明系统17包括板状光导18，光导18设有多个接纳凹槽19，用于分别接纳多个细长的放电灯20的部分。光能经过每个凹槽19的侧壁21耦合进入光导18。每个凹槽19的上壁22设有反射层23。由于光导18具有有限的厚度，导致灯20的部分嵌入，所以可以利用超出凹槽19的灯20的各个部分之间的开放空间来容纳电子设备24,例如用于控制灯20的电子设备，导致具有减小的总厚度的有效设计的照明系统17。如图所示，光导18的上表面设有提取结构25,用于对光的向外耦合进行控制。光导18的下表面设有一个反射衬里26。所说的上表面和下表面基本上相互平行。在这个实施例中，灯的直径D是16毫米。光导18的厚度T在3和6毫米之间，光导18在灯20和提取结构25之间的部分的厚度约为1毫米。灯20(的中心)相互之间的距离P是100毫米。图3表示按照本发明的一个可替换照明系统27的剖面图。在这个图中所示的照明系统27相对于图2a、2b所示的照明系统17在结构上或多或少是相似的，其差别仅在于相对于图2b中详细表示的光导18,照明系统27的板状光导28成形为不同的形状。这里表示的光导28有平直的上表面，提取结构29就用在这个表面上，并且光导28具有由反射衬里30覆盖的脊形的(渐缩的)下表面。这个脊形的下表面通常是有益的，因为耦合能力是由设在光导28内的用于接纳多个灯33的部分的通道32的側壁31的高度确定的，而这样做可以保持耦合能力足够大，同时可使光导28的其它部分进一步减小厚度，借此可产生更大的空间来容纳外围设备34,例如电子设备。再有，灯的直径D是16毫米。光导28的厚度T在3和6毫米之间，这由光导28的特定部分决定，光导28在灯33和提取结构29之间的部分的厚度约为1毫米。灯33(的中心)相互之间的距离P是100毫米。图4表示按照本发明的照明系统35的第三实施例的剖面图。照明系统35包括反射衬里36、(在小距离的)光导37和一个或多个光箔38的一个叠层，其中光箔38的组合形成提取结构。光导37设有多个接纳空间39,每个空间适合于部分地接纳荧光灯40。为了防止或至少最小化引导光进入衬里36和光导37之间存在的间隙引起的光损失，反射衬里36成形为使得能够抵消光进入所述间隙的反射。在所示的实施例中，表示出两个灯40。左边所示的灯40净皮反射衬里36封闭。然而，就在图4的右边所示的灯40而论，反射衬里36在灯附近局部中断，因为这个灯40设有内部反射层41,用于向光导37反射光。灯40之间的距离P是80毫米。图5a表示按照本发明的照明系统42的第四实施例的剖面图。照明系统42包括光导43,光导43由提取层44和反射衬里45封闭。光导43设有多个接纳凹槽46，每个接纳凹槽46适合于同时接纳3个发光二极管47的部分，图中只表示出单个发光二极管47。所用的发光二极管47是侧面发射的发光二极管47,每个三个一组的发光二极管47包括能够产生红光的第一发光二极管47、能够产生绿光的第二发光二极管47和能够产生蓝光的第三发光二极管47。在一个可替换实施例中，还可以想象得到，在每个凹槽46之内接纳适合于产生白光的单个发光二极管。应用发光二极管的重要优点是，发光二极管有相对较长的寿命期限和耐用性，以及由每个三个一组的发光二极管产生的颜色适应由照明系统42照明的显示设备可视化的图像的性质的能力。在此实施例中，光导3的厚度T是3毫米，而发光二极管47的发光部分的厚度L是3.4毫米。图5b表示按照图5a的照明系统42的顶视图。在这个图中，可以清楚地看到，光导43设有多个凹槽46,每个凹槽都设有三个一组的发光二极管47。每个凹槽46都是由壁48确定的，具体地由4个侧壁和一个上壁确定。上壁和2个側壁48都设有反射层49,其结果是，光只能经过两个相对的側壁48耦合进入光导43中，如图5所示。如果不使用多个小型凹槽46，本领域的普通技术人员也可以想象得到，可以使用例如如图2a所示的通道或狭缝，其中可以安排一个发光二极管阵列。在按照本发明的照明系统的、下一个可替换的、综合性更强的实施例中，在单个照明系统中同时应用不同种类的灯。为此目的，可以想象得到，在所说照明系统中可以应用发光二极管和荧光灯这两者。图6表示按照本发明的照明系统50的详细视图。照明系统50包括设有多个狭缝52的光导51(图中只表示出一个狭缝)，每个狭缝52适合于容纳光源53的一部分。通过设有反射层55的上壁54和两个相对的并且基本上平行的侧壁56来确定每个狭缝52。侧壁56适合于将光耦合进入光导51。要说明的是，侧壁56的取向基本上平行通常是不需要的。还可以想象得到，侧壁56的取向可以略微渐缩，使侧壁56相互封闭成一个角度。照明系统50进一步还包括设有多个凹槽58的极化状态选择提取箔57。在这个图中可以看出，在上壁54上方的凹槽间距与相邻这个区域的提取荡57的凹槽间距是不同的，从而保证从光导51向外的光的基本上均匀的提取，特别是有方向性的S-极化光的基本上均匀的提取。光导51的相对侧设有微结构背反射体59，以优化朝向提取箔57的光的反射。背反射体59在灯53附近紧密地配合到光导51上，以便优化照明系统50的内耦合(incoupling)效率。图7表示4要照本发明的照明系统60的示意图。照明系统60包括设有接纳通道62的光导61,接纳通道62由反射性的上壁63和两个側壁64确定。照明系统60进一步还包括部分设置在接纳通道62内并且靠在上壁63上放置的灯65。侧壁64的高度代表内耦合边缘厚度t。在这个说明性的例子中使用的灯65是T5类型的灯，直径16毫米，因此半径R是8毫米。如图7所示，通过[(R-t)/t]的反余弦可以计算孔径a,其中孔径a是全孔径的一半。孔径还可以表示成距离，即灯65的周长的代表部分。在下面的表格里，不同的可用孔径是作为内耦合厚度t的函数给出的。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>已经发现，内耦合边缘厚度t从16毫米减小到6毫米对于内耦合效率损失的影响是有限的(可以忽略)。然而，这个厚度减小导致照明系统60的重量明显减轻。出于这个理由，这个厚度优选等于或小于6毫米。图8表示按照本发明的用于照明显示设备(未示出)的反向照明系统66的一个可替换实施例。照明系统66包括设有多个接纳通道68用于部分地接纳对应的焚光灯69的光导67。然而，在这个特定的实施例中，接纳通道68的方向朝向显示设备，其结果是，将灯69安排在显示设备和光导67之间。在光导67的下面设置反射层70，而光导67的上侧设有部分反射性的和部分半透明(translucent)层71,借助所说的层71可以实现极化状态的选择性提取。可选择地，还可以在下側提供这样一种极化状态选择提取层71。每个灯69都由反射层72覆盖，反射层72对于具有特定极化方向的光是透射性的。这种特定的安排比较容易施加封闭每个灯69的反射层72。而且，在这种安排中，隐蔽明亮光线是相对容易的，明亮光线通常在靠近灯69的地方存在。在这个实施例中，应用附加的极化状态选择漫射层73来实现显示设备的相对强烈和均匀的照明。但这一层73通常是可选的。应当说明的是，上述实施例说明了而不是限制了本发明，本领域的普通技术人员能够设计出许多可替换实施例而不偏离所附的权利要求书的范围。在权利要求书中，放在两个括号之间的任何一个附图标记都不应当被认为是对于这个权利要求的限制。使用动词"包括"及其变化形式并不排除存在除了在权利要求中所说的元件或步骤以外的元件或步骤。在元件前边的冠词"一个"并不排除存在多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地被利用。权利要求1.用于照明显示设备的照明系统，包括-至少一个光源；和-光导，用于沿显示设备的方向引导由所述至少一个光源产生的光；其特征在于所说光源部分地嵌入光导中。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于光导包括至少一个接納空间，用于部分地接纳所述至少一个光源。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述至少一个接纳空间是由通道形成的。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述至少一个通道基本上沿光导的长度方向延伸。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于接纳空间是由上壁和多个側壁确定的，所说的侧壁适合于内耦合所说光源产生的光使其进入光导。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于上壁设有至少部分光反射的层。7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于接纳空间位于与面对显示设备的光导側面相对的那个光导侧面上。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于照明系统包括多个光源。9.根据权利要求1所迷的系统，其特征在于每个光源是由荧光灯形成的，荧光灯包括-填充可电离物质的、至少部分透光的、细长的放电容器；-连接到所说容器的多个电极，在灯操作期间在这些电极之间产生放电。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于放电容器的内表面和/或外表面设有至少部分光反射的层。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述至少一个光源是由发光二极管形成的，特别是由侧面发射的发光二极管形成的。12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于面对显示设备的光导侧面的取向基本上平行于光导的相对側面。13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于面对显示设备的光导側面的取向基本上不平行于光导的相对侧面。14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于面对显示设备的光导侧面设有至少一个光箔，用于在显示设备的方向从光导提取光。15.设有根据权利要求1-14中任何一个所述的照明系统的显示设全文摘要本发明涉及用于照明显示设备的照明系统，包括至少一个光源(65)和光导(61)，光导(61)用于朝显示设备的方向引导由所述至少一个光源产生的光。本发明还涉及设有这样一种照明系统的显示设备。文档编号F21V8/00GK101443592SQ200680034437公开日2009年5月27日申请日期2006年9月18日优先权日2005年9月19日发明者A·A·S·斯卢特曼,H·J·科尼利森,J·P·雅各布斯,R·H·布雷索夫斯基申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司