專利名稱：照明系統(tǒng)、照明器和背光單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括光源、漫射元件和鏡面背反射器的照明系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的照明器、包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng) 的背光系統(tǒng)、以及包括根據(jù)本發(fā)明的背光系統(tǒng)的顯示設備。
背景技術：
這種照明系統(tǒng)本身是已知的。除其它之外，它們作為照明器用于通用照明目的，例 如，用于辦公室照明、商店照明或者例如櫥窗照明。可替換地，這些照明系統(tǒng)用于照明例如 珠寶展示于其上的(透明或半透明的)玻璃板或者(透明的)玻璃或合成樹脂板。這些照 明系統(tǒng)還用于例如從部分透明的圖像的后面照明該圖像的廣告牌。已知照明系統(tǒng)還可作為光源用在例如TV機和監(jiān)視器的(圖片)顯示設備的背光 系統(tǒng)中。這種類型的照明系統(tǒng)特別適合作為背光系統(tǒng)用于諸如液晶顯示設備的非發(fā)光顯示 器，其中液晶顯示設備也用LCD面板表示，其在(便攜)計算機或(便攜)電話中被使用。作為照明器的上述類型的照明系統(tǒng)例如從日本專利申請JP04-276181是已知的。 該照明器布置成用于經(jīng)由反射器而間接照明，該反射器具有沿寬度方向向上突出的圓弧形 截面，且具有在沿寬度方向的中心部分處逐漸向下漸縮的中心突出。該照明器包括位于沿 具有開口的反射器殼體的寬度方向上的兩個端部處的直管型熒光燈，該直管型熒光燈面向 反射器的反射面。已知照明器具有的缺點為，該照明器在其光發(fā)射窗口上具有相對較差的 均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供具有改進均勻性的照明系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明第一方面，該目的是利用如權利要求1中限定的照明系統(tǒng)來實現(xiàn)。根 據(jù)本發(fā)明第二方面，該目的是利用如權利要求12中限定的照明器來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明第三 方面，該目的是利用如權利要求13中限定的背光系統(tǒng)來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明第四方面，該目 的是利用如權利要求14中限定的顯示設備來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明第一方面的照明系統(tǒng)包括 光源、漫射元件和鏡面背反射器，光源配置成將光發(fā)射朝向鏡面背反射器，該鏡面背反射器 反射至少部分的由光源發(fā)射的光從而照射漫射元件，鏡面背反射器的形狀產(chǎn)生投射在漫射 元件上的光通量在漫射元件各處基本上均勻的分布。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)具有的效果為，鏡面反射鏡的使用允許由光源發(fā)射的光朝 向漫射元件的受控反射。通過選擇特定形狀可以獲得光通量在漫射元件各處基本上均勻的 分布。漫射元件將來自光通量的投射光轉換成預定角度的光發(fā)射分布，例如，來自漫射元件 的基本上朗伯發(fā)射分布。在已知照明系統(tǒng)中，背反射器用于產(chǎn)生對房間的間接照射。這種間 接照射減少用戶可感受到的眩光。此外，已知照明系統(tǒng)包括光輸出窗口，該光輸出窗口為開 孔從而允許反射光傳播到房間內(nèi)。該開孔主要缺點在于，傳播到房間內(nèi)的光的角度擴展完 全由背反射器確定。為了產(chǎn)生從已知照明系統(tǒng)發(fā)射的光的相對寬的傳播，背反射器的形狀常常類似于拋物線或弧線。然而，在優(yōu)化由已知照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角度分布時，在照明系 統(tǒng)的開孔各處的亮度變化通常不是最佳的。克服這個問題的一種可能方式是使用漫射反射 的背反射器。這種漫射反射的背反射器可以相對容易地產(chǎn)生由已知照明系統(tǒng)發(fā)射的光的可 預測角度分布。然而，通常需要附加措施將光均勻地分布在漫射反射的背反射器各處。這 些附加措施可以是例如附加反射元件的形式，然而，這降低了已知照明系統(tǒng)的效率。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)以相對較高的效率產(chǎn)生光在漫射元件各處的均勻分布，同 時產(chǎn)生所發(fā)射光的可預測角度分布。這是通過使光源發(fā)射光朝向鏡面背反射器來實現(xiàn)的。 鏡面反射器的形狀產(chǎn)生光通量在光出射窗口各處的基本上均勻的分布。鏡面反射器的形狀 可以借助相對常見的射線跟蹤程序來獲得。從鏡面背反射器反射的光投射在漫射元件上的 角度在漫射元件每個點處可以是不同的。漫射元件將以不同角度投射在漫射元件上的光轉 換成從根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)發(fā)射的具有預定角度發(fā)射分布的光。目前，具有相對高效率 的漫射元件在市場上是可獲得的。由于光經(jīng)由鏡面背反射器發(fā)射朝向漫射元件以及由于鏡 面背反射器的形狀，可以產(chǎn)生投射在漫射元件上的光通量的均勻分布，同時具有由本發(fā)明 照明系統(tǒng)的漫射元件發(fā)射的光的可預測角度分布。由于鏡面背反射器是光源和漫射元件之 間的唯一反射元件，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)具有相對較高的效率。為了產(chǎn)生在漫射元件各處的基本上均勻的通量，鏡面背反射器的形狀依賴于光源 的發(fā)射分布。當例如光源為發(fā)射基本上朗伯發(fā)射輪廓的發(fā)光二極管時，或者當使用不同光 源時，反射器可具有與具有不同發(fā)射輪廓的發(fā)光二極管的形狀不同的形狀。在本文件中，鏡面反射器為一層，該層的特征在于其具有等于反射角的入射角，該 入射角在反射角的正或負5度范圍內(nèi)變動。入射角為光投射在鏡面反射器上的角度，且反 射角為光從鏡面反射器反射的角度。當然，與反射角相比，入射角位于鏡面反射器上反射點 處的法向軸的對立側。在照明系統(tǒng)的實施例中，光源圍繞對稱軸發(fā)射光，其中鏡面背反射器處的切線與 垂直于對稱軸的虛平面之間的角度等于或小于45°。當切線和虛平面之間的角度為45° 或更少時，從鏡面背反射器反射的光沿具有平行于對稱軸的分量的方向行進，這允許對靠 近光源布置的漫射元件的間接照射而同時使用來自鏡面背反射器的單次反射。通過使用這 種用于間接照射的布置可以獲得相對較薄的照明系統(tǒng)。在照明系統(tǒng)一實施例中，鏡面背反射器處的切線和虛平面之間的角度在距光源預 定距離處為零，其中切線和虛平面之間的角度在鏡面背反射器的面向光源的部分處等于或 小于45°，所述部分延伸直至該預定距離。該部分從靠近光源的鏡面背反射器的邊緣延伸 直至該預定距離。當距離增大時，切線和虛平面之間的角度減小且切線旋轉到平行于虛平 面的切線(具有等于零的角度)。鏡面背反射器可具有這樣的形狀，使得在更大距離處，與 該距離和靠近光源的鏡面背反射器的邊緣之間的角度相比，切線甚至進一步旋轉使得切線 和虛平面之間的角度變?yōu)樨?。在這種實施例中，鏡面背反射器朝漫射元件延伸。在照明系統(tǒng)一實施例中，對稱軸在交點與鏡面背反射器相交，而該角度僅在鏡面 背反射器的另一部分處等于或小于45°，鏡面背反射器的所述另一部分通過從交點延伸離 開光源而面向漫射元件。在照明系統(tǒng)一實施例中，從光源發(fā)射并投射在漫射元件上的光在從鏡面背反射器 單次反射之后到達漫射元件。這個實施例具有的優(yōu)點為，使用從鏡面背反射器的單次反射得到增加的效率。全內(nèi)反射以外的任何反射通常在光學系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生損耗。通過限定鏡面背 反射器的形狀從而產(chǎn)生在漫射元件各處基本上均勻的通量以及通過將在所發(fā)射的光到達 漫射元件之前的反射數(shù)目限制為單次反射，獲得相對高效率的照明系統(tǒng)。在照明系統(tǒng)一實施例中，光源布置在面向鏡面背反射器的底座上，光源發(fā)射的光 離開底座朝向鏡面背反射器。這個實施例具有的優(yōu)點為，底座的這種布置防止光直接投射 在漫射元件上，這通常減小通量在漫射元件處的均勻性。此外，防止光從光源直接投射在漫 射元件上通常減少了照明系統(tǒng)的用戶可見的眩光。眩光源于視場內(nèi)亮區(qū)和暗區(qū)之間的過度 對比。眩光可以源于例如直接觀看未屏蔽或屏蔽不良的光源的燈絲。將平坦底座布置成與 鏡面背反射器相對，這可使得光源對于用戶是不可見的并因而減少了眩光。在照明系統(tǒng)一實施例中，漫射元件包括靠近光源的第一邊緣和離開光源的第二邊 緣，第一邊緣和第二邊緣限定具有法向軸的虛平面，光源的對稱軸限定與法向軸的另一角 度，該另一角度在正或負30°的范圍內(nèi)。這個實施例具有的優(yōu)點為，光源相對于照明系統(tǒng)的 虛平面傾斜。當例如光源傾斜離開漫射元件時，光源在用戶看來可以被進一步屏蔽，這進一 步減少了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的眩光。在照明系統(tǒng)一實施例中，漫射元件包括用于防止投射光從漫射元件朝向鏡面背反 射器往回反射的裝置。這些用于防止反射的裝置可以是例如具有諸如減少投射光反射的折 射率的耦入層，或者是例如布置在漫射元件上的準直板?？商鎿Q地，用于防止投射光反射的 裝置可由漫射元件的表面構成，該表面為例如結構化表面，使得以相對大的角度投射在漫 射元件上的光不從漫射元件反射而是被重定向到漫射元件內(nèi)。在照明系統(tǒng)一實施例中，鏡面背反射器對于部分的該投射光是部分透射的。這個 實施例具有的優(yōu)點為，與必須用于照射例如房間不同部分的漫射元件相比，部分透射的鏡 面背反射器使得部分由光源發(fā)射的光能夠沿不同方向發(fā)射。當例如照明系統(tǒng)用作照明器 時，由漫射元件發(fā)射的光例如直接地照射房間，而鏡面背反射器透射的光照射房間的天花 板并由此間接照射房間。這可提供對房間的均勻照射。在照明系統(tǒng)一實施例中，漫射元件包括用于將至少部分的由光源發(fā)射的光轉換成 具有不同顏色的光的發(fā)光材料。發(fā)光材料通常吸收第一顏色的光，且通常沿所有方向均勻 地發(fā)射另一顏色的光。例如，當光源為藍色LED時，漫射元件可包括將至少部分的投射藍光 轉換成黃光的發(fā)光材料。所發(fā)射的黃光與其余的藍光混合從而產(chǎn)生基本上白光。在漫射元 件處使用發(fā)光材料，這得到被稱為遠程(remote)磷光體布置的布置。通常，與例如使用磷 光體增強發(fā)光二極管作為光源相比，這種遠程磷光體布置具有更高的轉換效率。這是由于 與磷光體增強發(fā)光二極管中通常布置在發(fā)光二極管的發(fā)光元件頂部上的磷光體相比，遠程 磷光體的操作溫度降低。此外，遠程磷光體布置使得更大范圍的發(fā)光材料能夠在遠程磷光 體布置中使用，這又是由于遠程磷光體布置中發(fā)光材料的降低的溫度。最后，發(fā)光材料的使 用使得照明系統(tǒng)能夠具有改進的顯色指數(shù)(也用CRI指示)。發(fā)光材料通常發(fā)射相對較寬 光譜的光，這改進了 CRI。發(fā)光材料可以作為附加的發(fā)光材料層而實施和分布在漫射元件內(nèi) 或者應用到漫射元件。在照明系統(tǒng)一實施例中，光源為發(fā)光二極管、或者有機發(fā)光二極管、或者二極管激 光器。這個實施例具有的優(yōu)點為，這些光源通常發(fā)射定向的光，該光可朝鏡面背反射器發(fā) 射。當這些光源被使用時，基本上所有由它們發(fā)射的光因而可被定向為使得光在從鏡面背反射器單次反射之后到達漫射元件。如前文所指示，這種布置改進了根據(jù)本發(fā)明的照明系 統(tǒng)的效率。


本發(fā)明的這些和其它方面將從下文描述的實施例中變得清楚并參考下文描述的 實施例予以闡明。在附圖中圖1A、1B和IC為根據(jù)本發(fā)明照明系統(tǒng)的示意性橫斷面視圖，圖2A和2B為包括根據(jù)本發(fā)明照明系統(tǒng)的備選實施例的照明器的示意性橫斷面視 圖，以及圖3為根據(jù)本發(fā)明背光系統(tǒng)和顯示設備的示意性橫斷面視圖。圖純粹是圖解性且未按比例繪制。特別是為了清楚起見，一些尺度被大幅放大。圖 中的類似部件盡可能用相同的附圖標記表示。
具體實施例方式圖1A、1B和IC為根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15、17的示意性橫斷面視圖。照明系統(tǒng) 15、17包括光源20、漫射元件30和鏡面背反射器40。在圖1A、1B和IC所示實施例中，光源 20為發(fā)光二極管20，其配置成繞對稱軸24朝鏡面背反射器40發(fā)射光。由光源20發(fā)射的 光投射在鏡面背反射器40，該鏡面背反射器40將來自光源20的投射光的至少一部分反射 朝向漫射元件30。鏡面背反射器40的形狀產(chǎn)生投射在漫射元件30上的光通量在漫射元件 30各處基本上均勻的分布。鏡面背反射器40的這種形狀可以例如借助于公知的射線跟蹤 程序來產(chǎn)生。在已知照明系統(tǒng)中，背反射器被成形為產(chǎn)生從背反射器反射且由已知照明系統(tǒng)發(fā) 射的光的預定角度分布。在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15、17中，鏡面背反射器40的形狀產(chǎn)生 在漫射元件30上的光通量的均勻分布。光投射在漫射元件30上的角度因而可以在漫射元 件30各處充分變化。為了控制由照明系統(tǒng)15、17發(fā)射的光的角度分布，照明系統(tǒng)15、17包 括漫射元件30，該漫射元件30將投射在漫射元件30上的光的角度分布轉換成由根據(jù)本發(fā) 明的照明系統(tǒng)15、17發(fā)射的光的預定角度分布。由于鏡面背反射器40和漫射元件30的組 合，因而所產(chǎn)生的投射在漫射元件30上的光通量的分布可以是基本上均勻的，同時控制由 照明系統(tǒng)15、17發(fā)射的光的角度分布。照明系統(tǒng)15、17的效率取決于漫射元件30的效率。 漫射元件30因此包括具有相對較高效率的例如PMMA或PC漫射器，該PC漫射器例如為從 制造商〃 Lucite"可購得的半透明漫射器〃 Perspex Opal 040〃，且該漫射元件30產(chǎn)生 根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15、17的基本上朗伯發(fā)射分布。為了進一步改進根據(jù)本發(fā)明的照明 系統(tǒng)15、17的效率，光源20和鏡面背反射器40的配置致使由光源20發(fā)射的光在從鏡面背 反射器40單次反射之后投射在漫射元件30上。在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15、17的一個實施例中，基本上所有由光源20發(fā)射的光 在鏡面背反射器處反射之后投射在漫射元件30上，產(chǎn)生由光源20對漫射元件30的間接照 射。漫射元件30的這種間接照射減少根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15、17的眩光。在照明系統(tǒng) 15、17的可替換實施例中，投射在鏡面背反射器上的一部分光透射穿過鏡面背反射器且沿著與漫射元件30相比的相反方向發(fā)射。當照明系統(tǒng)15、17用在一照明器中，該照明器用于 例如照射房間(未示出)時，這一實施例是尤為有利的。透射穿過鏡面背反射器的這部分 光可用于例如照射房間的天花板(未示出)，而由照明系統(tǒng)發(fā)射的穿過漫射元件30的光可 用于照射房間的其它部分。由于使用來自鏡面背反射器40的單次反射，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15、17的高度 h可被進一步限制。照明系統(tǒng)15、17的高度h或厚度為照明系統(tǒng)15、17在基本上垂直于照 明系統(tǒng)15、17的虛平面36(見圖IB和1C)的方向上的尺度。虛平面36是由靠近光源20 的漫射元件30的第一邊緣33 (見圖IB和1C)和遠離光源20的漫射元件30的第二邊緣 35(見圖IB和1C)限定。漫射元件30的寬度w和照明系統(tǒng)的高度h之間的關系可在下述 范圍內(nèi)1/20彡高度/寬度彡1/5。在漫射元件30為基本上平面元件的實施例中，高度h為照明系統(tǒng)15、17的基本上 垂直于漫射元件30的尺度，且漫射元件30的寬度w為漫射元件30的基本上平行于漫射元 件30的最小尺度。在如圖1A、1B和IC所示的照明系統(tǒng)15、17中，光源20布置在底座22上，該底座 22形成布置在漫射元件30的邊緣處的脊22。脊22的使用通過使光源20不在用戶的直接 視線內(nèi)而進一步減少眩光。在圖1A、1B和IC所示實施例中，漫射元件30緊鄰光源20的底 座22布置。然而，底座22和漫射元件30可部分交疊。圖IA示出包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15的照明器10。鏡面背反射器40包括另 一部分42，在該另一部分42中，在鏡面背反射器40處的切線50 (見圖1B)與垂直于對稱軸 24的虛平面38(見圖1B)之間的角度α等于或小于45°。在一可替換實施例中，鏡面背 反射器40可具有這樣的整體形狀，使得切線50和虛平面38之間的角度等于或小于45°。 光源20為發(fā)光二極管20且布置在底座22上。在如圖IA所示的鏡面背反射器40的實施 例中，鏡面背反射器40被劃分為三個反射區(qū)域44A、44B、44C。第一反射區(qū)域44A包括彎曲 反射區(qū)域44A，用以使在對稱軸24—側發(fā)射的光傳播離開漫射元件30以及往回傳播于漫射 元件30各處。第二反射區(qū)域44B可以是例如基本上平坦的并將一部分所發(fā)射的光反射回 到漫射元件30，以及第三反射區(qū)域44C朝漫射元件30傾斜從而限制由光源20發(fā)射的光平 行于漫射元件30傳播。第一反射區(qū)域44A為鏡面背反射器40的面向光源20的部分44A， 在第一反射區(qū)域44A中切線50和虛平面38之間的角度α等于或小于45°。部分44Α延 伸直至預定距離。部分44Α從光源20附近的鏡面背反射器40的邊緣延伸直至該預定距 離。當與光源20附近的鏡面背反射器40邊緣的距離增大時，切線50和虛平面38之間的 角度減小，且切線50旋轉到平行于虛平面38的切線50 (具有等于零的角度)。鏡面背反射 器40可以具有這種形狀，使得在更大距離處，例如在第三反射區(qū)域44C處，切線50甚至進 一步旋轉使得切線50和虛平面38之間的角度α變?yōu)樨摗５谝环瓷鋮^(qū)域44Α、第二反射區(qū) 域44Β和第三反射區(qū)域44C的組合產(chǎn)生投射在漫射元件30上的光通量的基本上均勻的分 布。第一反射區(qū)域44Α、44Β和44C的確切形狀可借助于射線跟蹤程序來確定。圖IB為根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15的詳細示意性橫斷面視圖。反射的另一部分42 按照下述方式來配置，在該反射的另一部分42的任一點處的切線50限定與垂直于對稱軸 24的虛平面38的角度α，其中角度α小于或等于45°。于是可以獲得相對較薄的照明系統(tǒng)，因為由光源20發(fā)射的朝向鏡面背反射器40的光被反射回到漫射元件30。在如圖IB所示的照明系統(tǒng)15的實施例中，漫射元件30包括具有發(fā)光材料的層 31。層31也進一步被指示為遠程磷光體層31。在圖IB所示的實施例中，遠程磷光體層31 應用到漫射元件30的表面。這個實施例具有的優(yōu)點為遠程磷光體層31可以相對容易地被 應用，例如，在將漫射元件30組裝到照明系統(tǒng)15之前被應用。然而，漫射元件30處的亮度 均勻性相對強烈地依賴于遠程磷光體層31的均勻性以及依賴于遠程磷光體層31中發(fā)光材 料分布的均勻性?？商鎿Q地，發(fā)光材料可以遍及漫射元件30分布，使得漫射元件30作為遠 程磷光體層。每個使用發(fā)光材料的這些實施例產(chǎn)生所謂的遠程磷光體配置，該遠程磷光體 配置具有的優(yōu)點在于，改進的效率以及更寬的選擇發(fā)光材料的范圍，因為布置在遠程磷光 體配置的磷光體的操作溫度通常低于發(fā)光材料直接應用在光源20上這種配置的溫度。遠程磷光體層31和漫射元件30可包括單一發(fā)光材料或者多種不同發(fā)光材料的混 合物。在一優(yōu)選實施例中，光源20基本上發(fā)射藍光。一部分的藍光例如使用 Y3Al5O12Ce3+(也進一步稱為YAG:Ce)被轉換，YAG:Ce將部分的藍色投射光轉換成黃光。選 擇特定密度的發(fā)光材料致使預定部分的投射藍光轉換成黃色，確定由照明系統(tǒng)15發(fā)射的 光的顏色。由發(fā)光材料轉換的藍光的比例可以例如由遠程磷光體層34的層厚度確定，或 者例如由分布在遠程磷光體層34或漫射元件30中的YAG:Ce顆粒的濃度確定。可替換 地，可以使用例如CaS:Eu2+(也進一步稱為CaS:Eu)，CaS:Eu將部分的藍色投射光轉換成 紅光。添加一些CaS:Eu到YAG:Ce可得到具有增加的色溫的白光?？商鎿Q地，發(fā)光二極 管20發(fā)射紫外光，該紫外光被發(fā)光材料轉換成基本上白光。例如，具有不同磷光體比例的 BaMgAl10O17 Eu2+ (將紫外光轉換成藍光)、Ca8Mg (SiO4) 4C12 Eu2+，Mn2+ (將紫外光轉換成綠光) 和Y203:Eu3+，Bi3+(將紫外光轉換成紅光)的混合物可被使用以在從相對冷白色到暖白色的 范圍內(nèi)，例如介于6500K和2700K之間，選擇從照明系統(tǒng)15發(fā)射的光的顏色。其它合適的 發(fā)光材料可被使用以獲得由照明系統(tǒng)15發(fā)射的光的所需顏色。圖IC為照明系統(tǒng)17的詳細示意性橫斷面視圖，在該照明系統(tǒng)17中，光源20布置 于其上的底座22布置成相對于漫射元件30傾斜。在詳細橫斷面圖中，一部分的照明系統(tǒng) 17未示出，該部分用點波浪線指示。這樣做是為了能夠示出限定虛平面36的漫射元件30 的第一邊緣33和第二邊緣35。另一角度β被限定于虛平面36的法向軸34和光源20的 對稱軸24之間。另一角度β可以是例如在介于-30°和+30°的范圍-30° 彡 β 彡+30°。底座22和漫射元件30之間的傾角優(yōu)選地為使得眩光可進一步減少。這可以例如 通過提供如圖IC所指示的另一角度β來實現(xiàn)。由于如圖IC中所示的布置，由光源20發(fā) 射的光基本上不投射在漫射元件30上，使得光源20基本上對用戶是不可見的且進一步減 少用戶感受到的眩光。圖1Α、1Β和IC僅為根據(jù)本發(fā)明的照明器10的橫斷面視圖。在此橫斷面視圖中， 三維視圖(未示出)中的照明器10可具有盤形狀或者細長的基本上矩形形狀，或者任何其 它形狀，只要鏡面背反射器40形狀產(chǎn)生在照明系統(tǒng)15、17以及照明器10的漫射元件各處 的光通量的基本上均勻分布。圖2Α和2Β為照明器12的示意性橫斷面視圖，該照明器12包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)19的可替換實施例。在如圖2A和2B所示的照明系統(tǒng)19的實施例中，光源20布置 在底座22上，以及照明系統(tǒng)19包括具有布置在光源20任一側上的兩個漫射元件32A、32B 的漫射元件32。鏡面背反射器40的形狀將部分由光源20發(fā)射的光反射朝向兩個漫射元件 32的第一漫射元件32A并將其余由光源20發(fā)射的光反射朝向兩個漫射元件32的第二漫射 元件32B?？商鎿Q地，漫射元件32可具有例如盤形狀，光源20基本上布置在盤的中心(見 圖2A和2B中的橫斷面視圖)。另外可替換地(未示出)，漫射元件32可以是單個連續(xù)漫 射元件32，其中光源20布置在漫射元件32和鏡面背反射器40之間。在這種實施例中，光 源20的布置和鏡面背反射器40的形狀可以使得投射在整個漫射元件上的光通量在漫射元 件32各處均勻地分布。在圖2B所示的照明系統(tǒng)19的實施例中，漫射元件32包括用于防止投射光的反射 的裝置37。在圖2B所示的實施例中，裝置37包括結構化表面37。圖2B中的橫斷面視圖 可以是例如細長棱柱形結構37的橫斷面視圖，或者多個角錐形結構37的橫斷面視圖，或者 多個圓錐形結構37的橫斷面視圖。這種結構化表面37的效果是防止以掠射角投射在漫射 元件32上的光從漫射元件32反射。這種反射光通常減小根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)17的效 率?？商鎿Q地，用于防止投射光的反射的裝置37可以是準直板(未示出)，該準直板將 光束重定向朝向漫射元件30的法向軸(未示出)。該準直板為例如透明棱鏡片，該透明棱 鏡片在商業(yè)上稱為例如透射直角膜(也稱為TRAF)、或者亮度增強膜(也稱為BEF)或者雙 亮度增強膜(也稱為DBEF)或者光學照明箔(也稱為0LF)。這些基本上透明棱鏡片重定向 以掠射角投射的光，從而以更接近漫射元件30的法向的角度投射在漫射元件30上。這防 止光從漫射元件30以掠射角反射。圖3為根據(jù)本發(fā)明的背光系統(tǒng)110和顯示設備100的示意性橫斷面視圖。顯示設 備100可以是例如液晶顯示設備100，其包括一層電連接的(未示出)液晶單元112、偏振 層114和分析層116?？商鎿Q地，顯示設備100可以是任何其它非發(fā)射型顯示設備100。應注意，上述實施例說明而非限制本發(fā)明，在不背離所附權利要求書范圍的情況 下，本領域技術人員將能夠設計許多可替換實施例。在權利要求書中，置于括號之間的任何附圖標記不應解釋為限制權利要求。使用 動詞“包括”及其變形不排除存在那些未在權利要求中列出的元件或步驟。元件之前使用 的冠詞“一”或“一個”并不排除存在多個這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括若干不同元 件的硬件來執(zhí)行。在列舉若干裝置的設備權利要求中，這些裝置的若干個可以通過同一項 硬件來實現(xiàn)。在互不相同的從屬權利要求中列舉了某些措施這一起碼事實不表示不能有利 地使用這些措施的組合。
權利要求
一種照明系統(tǒng)(15，17，19)，包括光源(20)、漫射元件(30，32)和鏡面背反射器(40)，該光源(20)配置成將光發(fā)射朝向該鏡面背反射器(40)，該鏡面背反射器反射至少部分的由該光源(20)發(fā)射的光從而照射該漫射元件(30，32)，該鏡面背反射器(40)的形狀產(chǎn)生投射在該漫射元件(30，32)上的光通量在該漫射元件(30，32)各處基本上均勻的分布。
2.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該光源(20)圍繞對稱軸(24)發(fā)射 光，其中該鏡面背反射器(40)處的切線(50)與垂直于該對稱軸(24)的虛平面(38)之間 的角度(α)等于或小于45°。
3.如權利要求2所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該切線(50)和該虛平面(38)之間 的角度(α)在距該光源(20)預定距離處為零，該切線(50)和該虛平面(38)之間的該角 度(α)在該鏡面背反射器的面向該光源(20)的部分(44Α)處等于或小于45°，所述部分 (44Α)延伸直至該預定距離。
4.如權利要求2或3所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該對稱軸(24)在交點(46)處 與該鏡面背反射器(40)相交，其中該角度(α )僅在該鏡面背反射器(40)的另一部分(42) 處等于或小于45°，該鏡面背反射器(40)的所述另一部分(42)通過從該交點(46)延伸離 開該光源(20)而面向該漫射元件(30，32)。
5.如權利要求1、2、3或4所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中從該光源(20)發(fā)射且投 射在該漫射元件(30，32)上的光在從該鏡面背反射器(40)單次反射之后到達該漫射元件 (30，32)。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該光源(20)布置在面 向該鏡面背反射器(40)的底座(22)上，該光源(20)發(fā)射的光離開該底座(22)朝向該鏡 面背反射器(40)。
7.如權利要求2、3、4、5或6所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該漫射元件(30，32)包 括靠近該光源(20)的第一邊緣(33)和離開該光源(20)的第二邊緣(35)，該第一邊緣(33) 和該第二邊緣(35)限定具有法向軸(34)的虛平面(36)，該光源(20)的對稱軸(24)限定 與該法向軸(34)的另一角度(β )，該另一角度(β)在正或負30°的范圍內(nèi)。
8.如前述權利要求任意一項所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該漫射元件(30，32) 包括用于防止該投射光從該漫射元件(30，32)朝向該鏡面背反射器(40)往回反射的裝置 (37)。
9.如前述權利要求任意一項所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該鏡面背反射器(40) 對于部分的該投射光是部分透射的。
10.如前述權利要求任意一項所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該漫射元件(30， 32)包括用于將至少部分的由該光源(20)發(fā)射的光轉換成具有不同顏色的光的發(fā)光材料 (31)。
11.如前述權利要求任意一項所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)，其中該光源(20)為發(fā)光二 極管(20)、或者有機發(fā)光二極管、或者激光二極管。
12.照明器(10，12)，包括如權利要求1至11任意一項所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)。
13.背光系統(tǒng)(110)，包括如權利要求1至11任意一項所述的照明系統(tǒng)(15，17，19)。
14.顯示設備(100)，包括如權利要求13所述的背光系統(tǒng)(110)。
全文摘要
本發(fā)明涉及照明系統(tǒng)(10)、照明器(10)、背光系統(tǒng)和顯示設備。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)包括光源(20)、漫射元件(30)和鏡面背反射器(40)。光源配置成將光發(fā)射朝向鏡面背反射器，該鏡面背反射器反射至少部分的由光源發(fā)射的光從而照射該漫射元件。鏡面背反射器具有一形狀，該形狀產(chǎn)生投射在漫射元件上的光通量在漫射元件各處基本上均勻的分布。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)具有的效果為，其產(chǎn)生光在漫射元件各處的均勻分布，同時產(chǎn)生所發(fā)射光的可預測角度分布。
文檔編號G02F1/13357GK101903825SQ200880121633
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權日2007年12月18日
發(fā)明者G·托爾迪尼, P·A·J·霍爾滕, V·法布里克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司