專利名稱：照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于照亮顯示設(shè)備的照明系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種背光照明系統(tǒng)和包括該背光照明系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
包括用于將光源發(fā)射的光朝照明系統(tǒng)的光出射窗反射的反射器的 照明系統(tǒng)本身是已知的。它們尤其用作(圖像)顯示設(shè)備的照明系統(tǒng)， 例如用于投影系統(tǒng)中。這樣的照明系統(tǒng)可以特別適合用作數(shù)字投影器 (所謂的投影儀)中的照明源，以用于投射圖像或者顯示電視節(jié)目、電
影、視頻節(jié)目或者DVD等等。此外，將這樣的照明系統(tǒng)用于一般的照 明目的，例如用于大面積直觀發(fā)光板，諸如例如應(yīng)用在標(biāo)志、輪廓照明 和廣告牌中。發(fā)光二極管的廣泛使用也使得這種照明系統(tǒng)適合一般的非 發(fā)射式顯示器，例如液晶顯示設(shè)備(也稱作LCD板)，其用于例如電 視接收器、(計(jì)算機(jī))監(jiān)視器、(無(wú)繩)電話和便攜式數(shù)字助理中。在 LCD板的已知背光系統(tǒng)中，通常將照明系統(tǒng)的陣列用在LCD板上。
照明系統(tǒng)中的反射器一般是杯形的，其除光出射窗之外基本上包圍 光源。光源發(fā)射的部分光直接入射到光出射窗上，光源發(fā)射的其余部分 的光被反射器朝光出射窗反射。 一般而言，該反射器由鏡面反射材料薄 片制成。通過(guò)彎曲或者曲面化或其他方式使該薄片成形。
美國(guó)專利US5607229公開了 一種用于照射非圓形孔徑的照明系統(tǒng)， 所述孔徑通常為矩形。該照明系統(tǒng)包括包圍光源的基本上為橢圓形的反 射器。該反射器具有由多個(gè)曲面反射段形成的凹反射表面，這些反射段 沿著反射表面長(zhǎng)度方向延伸。每個(gè)反射段傾斜并且旋轉(zhuǎn)預(yù)定的量，從而 將來(lái)自該反射器的光幾乎完全引導(dǎo)到被矩形孔徑包圍的區(qū)域中，該區(qū)域 包括位于在該孔徑內(nèi)內(nèi)切的圓區(qū)域之外的部分區(qū)域。
這種已知的照明系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，光在該矩形光出射窗上的分布不 夠均勻。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有經(jīng)改善的均勻度的照明系統(tǒng)。根據(jù)本
發(fā)明的第一個(gè)方面，利用一種照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該目的，其包括 -光源，其設(shè)置在光源軸上，
-光出射窗，其設(shè)置在光源與顯示設(shè)備之間，基本上垂直于光源 軸，以及
-圓錐形反射器，其與光源相關(guān)聯(lián)并且設(shè)置在光源軸周圍，以用 于將光源發(fā)射的光朝光出射窗反射，該反射器從光出射窗朝光源逐漸變
纟田，
-該反射器沿徑向分成多個(gè)反射器錐體段，所述多個(gè)反射器錐體 段包括至少一個(gè)凸錐體段，其沿著相對(duì)于光源軸的橫向方向?yàn)橥剐?，?用于將光源發(fā)射的光橫向分布在光出射窗上。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的效果在于，使用凸錐體段能夠使光沿著橫 向方向在光出射窗上有效地重新分布。已知的照明系統(tǒng)具有由凹反射器 段構(gòu)成的反射器，其中每個(gè)凹反射器段照射一部分光出射窗。由于例如 光源的發(fā)光特性或者例如由于反射器段的反射器表面與反射器表面照 射的出射窗區(qū)域之間的尺寸差別，使得光出射窗上的光分布可能不均 勻。根據(jù)本發(fā)明的反射器包括凸錐體段。凸錐體段沿著橫向方向反射部 分光，從而能夠使光在光出射窗上從具有增大的光強(qiáng)度的區(qū)域到具有減 少的光強(qiáng)度的區(qū)域進(jìn)行重新分布。使用凸錐體段能夠使光在光出射窗處 重新分布并且能夠改善光出射窗處的光均勻度。
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，已知的照明系統(tǒng)中的光分布是不均勻的。已 知的照明系統(tǒng)用于照射具有不同于反射器的圓形孔徑形狀的光出射窗。 已知的反射器由凹反射器段構(gòu)成。為了照射位于反射器的圓形孔徑之外 的光出射窗區(qū)域，使凹反射器段傾斜。然而，由傾斜反射器段照射的區(qū) 域一般比由同等尺寸的非傾斜反射器段照射的區(qū)域大。 一般而言，具有 同等尺寸的反射段將等量的光朝光出射窗反射。通過(guò)使反射器段傾斜以 照射非圓形孔徑，被該傾斜反射器段照射的光出射窗的區(qū)域一般比非傾
斜段照射的光出射窗的區(qū)域大，從而導(dǎo)致光在非圓形光出射窗上的非均 勻分布。根據(jù)本發(fā)明的反射器包括凸錐體段。該凸錐體段沿著橫向通常 朝向被相鄰反射器錐體段照射的區(qū)域反射部分光。通過(guò)仔細(xì)挑選凸錐體 段的形狀，光出射窗處的光能夠按照預(yù)定方式從具有高光強(qiáng)度的光出射窗區(qū)域到具有低光強(qiáng)度的光出射窗區(qū)域進(jìn)行重新分布，從而在非圓形光 出射窗上獲得均勻的光分布。
使用凸錐體段的另一個(gè)好處在于能夠減少反射器與光出射窗之間 的距離。在已知的系統(tǒng)中，通常通過(guò)增大反射器和/或光源與光出射窗之 間的距離來(lái)解決非均勻性。在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，使用凸錐體段 對(duì)光進(jìn)行有效的重新分布，從而使得光在光出射窗處均勻分布。由于這 種有效的重新分布，光源與光出射窗之間的距離不那么關(guān)鍵，從而能夠 減少該^巨離。
在照明系統(tǒng)的實(shí)施例中，該光出射窗具有多角形形狀，并且所述多 個(gè)反射器錐體段包括多個(gè)凸錐體段，每個(gè)凸錐體段具有凸段軸，其與光 源軸相交，并且設(shè)置在由光源軸限定并與光出射窗的邊緣線相交的第一 虛平面中，該邊緣線將光出射窗的多角形形狀的兩個(gè)相鄰角相連。這個(gè) 實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，每個(gè)凸錐體段將光源發(fā)射的光朝多角形形狀的兩個(gè) 相鄰角橫向分布。
一般而言，光在具有諸如三角形、矩形、五角形、六
角形等的多角形形狀的光出射窗上的分布難以在該多角形的角中進(jìn)行。 在已知的系統(tǒng)中，使該反射器段傾斜，以到達(dá)矩形光出射窗的角。然而， 矩形光出射窗的兩個(gè)角之間的反射器段照射的區(qū)域一般接收更多的光， 這是因?yàn)榉莾A斜反射器段照射的光出射窗的區(qū)域比傾斜反射器段照射 的光出射窗的區(qū)域小。在根據(jù)本發(fā)明的反射器中，凸錐體段設(shè)置在光出 射窗的多角形形狀的兩個(gè)角之間，從而朝光出射窗的多角形形狀的角反 射光，由此改善多角形形狀的光出射窗上的光分布均勻度。
在照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，所述多個(gè)反射器錐體段包括沿著相對(duì) 于光源軸的橫向方向呈凹形的多個(gè)凹錐體段，每個(gè)凹錐體段具有凹段 軸，其與光源軸相交并且設(shè)置在由光源軸和光出射窗的多角形形狀的角 限定的第二虛平面中。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，使用該凹錐體段改變了 由該反射器錐體段照射的光出射窗區(qū)域上的光分布。該凹錐體段照射的 區(qū)域的中心具有比該區(qū)域邊緣更高的光強(qiáng)度。隨后，該高強(qiáng)度區(qū)域能夠 伸展到光出射窗的多角形形狀的角中，從而使光完全填滿該多角形形狀 的光出射窗。該凹錐體段照射的光出射窗區(qū)域的邊緣比中心具有更低的 光強(qiáng)度。使用凸錐體段能夠校正這個(gè)缺陷，所述段將部分光朝凹錐體段 照射的區(qū)域反射，從而使整個(gè)光出射窗被均勻照射。
在照明系統(tǒng)的實(shí)施例中，每個(gè)凹錐體段設(shè)置在兩個(gè)凸錐體段之間。在照明系統(tǒng)的有利的實(shí)施例中，該反射器包括由反射器錐體段構(gòu)成 的反射表面，其中該反射表面是平滑表面。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于平滑 反射表面改善均勻度。在已知的照明系統(tǒng)中，該反射表面由獨(dú)立的曲面 反射段構(gòu)成，這些反射段彼此相對(duì)移位。光出射窗上被每一個(gè)獨(dú)立的曲 面反射器段照射的區(qū)域在該光出射窗中必定相鄰。根據(jù)本發(fā)明的反射表 面是平滑表面，其中凹錐體段與凸錐體段平滑混合。在反射表面中省略 獨(dú)立的段進(jìn)一步改善了光出射窗上的光均勻度。
在照明系統(tǒng)的實(shí)施例中，至少 一 個(gè)反射器錐體段沿著相對(duì)于光出射 窗的徑向方向上是凸形的。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，反射器能夠?qū)⒎瓷涔?沿徑向分布，這能夠使照明系統(tǒng)微型化。當(dāng)將照明系統(tǒng)用在照明系統(tǒng)陣 列中時(shí)，沿著徑向方向?yàn)橥剐蔚姆瓷淦麇F體段能夠使該陣列內(nèi)所需的照 明系統(tǒng)數(shù)量減少，這通常使成本降低。
在照明系統(tǒng)的實(shí)施例中，該光源是發(fā)光二極管或者激光二極管或者 光波導(dǎo)的發(fā)光窗。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，利用包括權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)陣 列的背光照明系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。
在該背光照明系統(tǒng)的實(shí)施例中，每個(gè)照明系統(tǒng)的光出射窗具有多角 形形狀，并且每個(gè)照明系統(tǒng)包括反射器，該反射器包括多個(gè)凸錐體段， 每個(gè)凸錐體段具有凸段軸，其與光源軸相交并且設(shè)置在由光源軸限定并
與光出射窗的邊緣線相交的第一虛平面中，該邊緣線將光出射窗的多角 形形狀的兩個(gè)相鄰角相連。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，每個(gè)凸錐體段將光源 發(fā)射的光朝多角形形狀的兩個(gè)相鄰角橫向分布。在根據(jù)本發(fā)明的該照明 系統(tǒng)陣列的每個(gè)反射器中，將凸錐體段設(shè)置在光出射窗的多角形形狀的 兩個(gè)角之間，從而朝該光出射窗的多角形形狀的角反射光。這種設(shè)置能 夠使光源發(fā)射的光進(jìn)行橫向重新分布，并且其能夠單獨(dú)改善每一個(gè)多角 形形狀的光出射窗上的光分布的均勻度。
在背光照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)照明系統(tǒng)的光出射窗具有多 角形形狀， 一 個(gè)多角形形狀的角#皮照明系統(tǒng)陣列的照明系統(tǒng)的多個(gè)光源 照射，并且每個(gè)照明系統(tǒng)包括反射器，該反射器包括多個(gè)凸錐體段，每 個(gè)凸錐體段具有凸段軸，其與光源軸相交并且設(shè)置在第一虛平面中，至 少一個(gè)照明系統(tǒng)的至少一個(gè)第一虛平面是由光源軸和光出射窗的多角 形形狀之一的角限定的。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，具有設(shè)置在第一虛平面中的與多角形形狀的角相交的凸段軸的凸錐體段能夠使光遠(yuǎn)離角進(jìn)行 橫向重新分布。當(dāng)一個(gè)多角形形狀的光出射窗的角被多個(gè)光源照射時(shí)， 該角處的光強(qiáng)度通常包括這些光源中的每個(gè)光源的貢獻(xiàn)，這通常導(dǎo)致該 角處過(guò)高的光強(qiáng)度。這種情況通常發(fā)生在照明系統(tǒng)陣列中。朝光出射窗 的角發(fā)射的光必須沿著相對(duì)于光源軸的橫向方向上進(jìn)行重新分布。設(shè)置 為使光遠(yuǎn)離角重新分布的凸錐體段能夠使光在照明系統(tǒng)陣列中的多角 形光出射窗上均勻分布。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，利用包括權(quán)利要求8所述的背光照明系
統(tǒng)的顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述目的。
根據(jù)下文中描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些及其他方面是清楚明白 的，并且將參照這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。
在附圖中
圖IA表示了具有已知反射器的照明系統(tǒng)陣列的平面圖，圖1B表示 了已知照明系統(tǒng)的橫截面圖，圖1C表示了光出射窗上的光強(qiáng)度分布，
圖2A表示了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)陣列的平面圖，圖2B表示了根 據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的側(cè)視圖，圖2C表示了光出射窗上的光強(qiáng)度分布，
圖3A、 3B、 3C和3D表示了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的不同實(shí)施例 的頂^見圖，
圖4A和4B表示了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的橫截面圖，
圖5A表示了根據(jù)本發(fā)明的背光照明系統(tǒng)的頂視圖，圖5B表示了設(shè)
置在顯示系統(tǒng)中的背光照明系統(tǒng)沿著E - E線(參見圖5 A )的橫截面圖，
圖5 C表示了根據(jù)本發(fā)明的可替換背光照明系統(tǒng)的部分頂視圖。
這些附圖完全是概略圖，并且不是按照比例繪制的。特別是為了清
楚起見， 一些尺寸進(jìn)行了強(qiáng)烈夸大。附圖中類似的組件盡可能由相同的
附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式
圖1A表示了以矩形陣列設(shè)置的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)1的平面圖。每個(gè)傳 統(tǒng)照明系統(tǒng)1包括傳統(tǒng)的杯形反射器5。該杯形反射器5設(shè)置在光源2 周圍(參見圖1B)。光源2位于垂直于光出射窗6設(shè)置的中心軸4上。該杯形反射器5是公知的反射器5，其具有錐形形狀。該杯形反射器5 通常用于所謂的點(diǎn)光源，其為相對(duì)小的光源，具有三維發(fā)射特性。已知 的點(diǎn)光源是例如發(fā)光二極管、高強(qiáng)度放電燈(如卣素?zé)襞?或者甚至為 光導(dǎo)的發(fā)光窗。杯形反射器5圍繞中心軸4圓對(duì)稱設(shè)置。在徑向方向上， 該杯形反射器5的形狀可以是凹的、凸的或者如圖1A所示為線性的。 傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)1的陣列例如構(gòu)成了背光照明系統(tǒng)，其用于照射例如液 晶顯示設(shè)備(未示出)。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)1均勻分布在矩形網(wǎng)格中，以 經(jīng)由光出射窗6照射顯示設(shè)備8 (參見圖1B)。特別指出的是，發(fā)光二 極管的廣泛應(yīng)用已經(jīng)使包括傳統(tǒng)照明系統(tǒng)1陣列(如圖1A所示)的背 光照明系統(tǒng)適用于非發(fā)射式顯示器，例如液晶顯示設(shè)備。
圖1B表示了沿著A-A線(參見圖1A)截取的杯形反射器5的橫 截面圖。光源2位于中心軸4上。該杯形反射器5圍繞中心軸4設(shè)置， 以將光源2發(fā)射的光經(jīng)由光出射窗6朝顯示設(shè)備8反射。在徑向方向上， 該杯形反射器5的形狀是線性的。
圖1C表示了光出射窗6上的光強(qiáng)度分布。如圖1C所示，使用具有 杯形反射器5的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)1陣列的矩形光出射窗6上的光分布是不 均勻的，并且清晰表示了單獨(dú)杯形反射器5的圓形孔徑的單獨(dú)圖像。改 善圖1C所示的非均勻性的一種方式是提高光源2 (連同反射器5)與光 出射窗6之間的距離。由于距離增大，該杯形反射器5的圓形孔徑的單 獨(dú)圖像增大，從而造成圓形孔徑的單獨(dú)圖像重疊，由此使光出射窗6上 的光強(qiáng)度差達(dá)到平均。
圖2A表示了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)10陣列的平面圖。照明系統(tǒng) 10包括錐形反射器15,其在徑向上分成圍繞光源軸14設(shè)置的反射器錐 體段22、 26。在徑向方向上，反射器錐體段22、 26的形狀可以是凹的、 凸的或者如圖2A所示為線性。圖2A所示的照明系統(tǒng)10包括多個(gè)凹錐 體段26和多個(gè)凸錐體段22。凹錐體段26在相對(duì)于光源軸14的橫向方 向上是凹形的。光源12 (參見圖4A)發(fā)射的光被凹錐體段26朝光出射 窗16反射。凹錐體段26的凹形形狀將反射光沿著橫向方向聚焦。凹錐 體段26包括凹段軸28,其限定了凹錐體段26與光源軸14之間的第一 角ai。凸錐體段22在相對(duì)于光源軸14的橫向方向上是凸形的。光源12 (參見圖4A)發(fā)射的光被凸錐體段22朝光出射窗16反射。凸錐體段 22的凸形形狀將反射光沿著橫向方向散布。凸錐體段22包括凸段軸24，其限定了凸錐體段22與光源軸14之間的第二角a2。
圖2A所示的照明系統(tǒng)IO設(shè)置為均勻照射形如矩形34(參見圖3A) 的光出射窗16。為了獲得對(duì)于矩形34光出射窗16的完整照射，凹錐體 段26的凹l殳軸28設(shè)置在由光源軸14和光出射窗16的矩形形狀34的 角30 (參見圖3A)限定的第二虛平面27 (參見圖3A)中。仔細(xì)選擇第 一角a,能夠使凹錐體段26將光源12發(fā)射的光朝光出射窗16的矩形形 狀34的角30反射。然而，當(dāng)將第一角on選擇為使凹錐體段26將光反 射到光出射窗16的矩形形狀34的角30時(shí)，這通常導(dǎo)致矩形34光出射 窗16的對(duì)角線處的光強(qiáng)度相對(duì)于矩形34光出射窗16的其它區(qū)域減少。 假設(shè)光源12具有圓對(duì)稱發(fā)射特性，由于選定的凹錐體段26的第一角cn， 使得朝矩形34光出射窗16的角30反射的光伸展到角30中。為了校正 矩形34光出射窗16的對(duì)角線處的光強(qiáng)度減少，需要對(duì)光進(jìn)行橫向重新 分布。基于這個(gè)原因，將凸錐體段22設(shè)置在兩個(gè)凹錐體段26之間。一
般而言，第二角Ot2小于第一角0^。
圖2B表示了沿著箭頭B (圖2A)截取的根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)10 的側(cè)視圖。根據(jù)圖2B,能夠清晰看到當(dāng)凹錐體段26與凸錐體段22交替 時(shí)反射器10邊緣的波浪形式。
圖2C表示了當(dāng)使用如圖2A和2B所示的照明系統(tǒng)10的陣列時(shí)光 出射窗16上光強(qiáng)度的分布。使用錐形反射器15中的凸錐體段22均勻 照射矩形34光出射窗16。
使用公知的光線跟蹤技術(shù)和程序，能夠確定均勻照射非圓形光出射 窗16所需的凸錐體段22的精確凸形形狀。因此，在錐形反射器l5中 使用凸錐體段22能夠使光在光出射窗16上橫向重新分布，并且從而能 夠?qū)Ψ菆A形光出射窗16進(jìn)行均勻照射。
該錐形反射器15可以具有與凸錐體段22和凹錐體段26相鄰的其 它的反射器錐體段25 (參見圖3B)。所述其它的反射器錐體段25可以 具有任何適當(dāng)?shù)男螤睢?br>
在徑向方向上，圖2A和2B所示的反射器15是線性形狀的。然而， 反射器15的全部或部分反射器錐體段22、 25、 26沿著徑向方向可以具 有凹形或凸形形狀。圖4B表示了其中凹錐體段26和凸錐體段22沿著 徑向方向都具有凸形形狀的錐形反射器45的圖示。反射器45的徑向凸 形形狀的優(yōu)點(diǎn)是，其能夠使反射器45相對(duì)于具有不同徑向形狀的反射器變得更小，這能夠使照明系統(tǒng)40微型化。
反射器15的反射表面可以是分段表面，其中具有不同形狀的反射 器錐體段22、 25、 26連接在一起，或者是如圖2A和2B所示的平滑表 面。使用平滑反射表面的優(yōu)點(diǎn)在于，從一個(gè)反射器錐體段22、 25、 26 反射的光照射光出射窗16到從另一個(gè)反射器錐體段22、 25、 26反射的 光照射光出射窗16的過(guò)渡是逐漸的，這改善了光出射窗16上光分布的 整體均勻性。
根據(jù)本發(fā)明添加到反射器15的凸錐體段22還可以用于為不具有對(duì) 稱角度發(fā)射特性的光源12改善光出射窗16處的均勻度。
在其它附圖中，將沿著相對(duì)于光源軸14的橫向方向具有凹形形狀 的所有反射器錐體段22、 25、 26表示為"凹錐體段26"。盡管凹錐體段 26的準(zhǔn)確形狀在所示的各個(gè)實(shí)施例中可以不同，但是它們都具有類似的 曲率，這能夠使這些凹錐體段26將反射光沿著橫向方向聚焦。類似的 是，將沿著相對(duì)于光源軸14的橫向方向具有凸形形狀的所有反射器錐 體段22、 25、 26表示為"凸錐體段22"。同樣，不同實(shí)施例中的凸錐體 段22的準(zhǔn)確形狀可以不同，但是所有凸錐體段22都具有類似的曲率， 這能夠使這些凸錐體段22將反射光沿著橫向方向轉(zhuǎn)向，并且從而沿著 橫向方向重新分布反射光。
圖3A、 3B、 3C和3D表示了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)10、 101、 102、 40的不同實(shí)施例的頂一見圖。圖3A、 3B、 3C和3D所示的實(shí)施例表示了 針對(duì)不同多角形34、35、36的光出射窗16的不同形狀的反射器15、151、 152、 45。反射器15、 151、52、 45在徑向上分成多個(gè)反射器錐體段22、 25、 26,其包括凸錐體段22和凹錐體段26。凹錐體段26包括凹段軸 28，其與光源軸14相交，并且設(shè)置在由光源軸14和每個(gè)多角形形狀34、 35、 36的角30限定的第二虛平面27中(該第二虛平面27是垂直于光 出射窗16設(shè)置的平直虛平面)。凸錐體段22包括凸段軸24,其與光源 軸14相交并且設(shè)置在第一虛平面23中。該第一虛平面23是由光源軸 14限定的，并且與多角形34、 35、 36光出射窗16的邊緣線32相交(該 第一虛平面23是垂直于光出射窗16設(shè)置的平直虛平面)。該邊緣線32 將光出射窗16的多角形形狀34、 35、 36的兩個(gè)相鄰角30相連。
在圖3A、 3B、 3C和3D所示的實(shí)施例中，凸段軸24是凸錐體段 22的對(duì)稱軸，并且第一虛平面23垂直于邊緣線32設(shè)置。然而，可替換的多角形光出射窗16對(duì)于凸錐體段22可能需要不同的對(duì)稱度，這可以 使用例如公知的光線跟蹤程序來(lái)確定。圖3C和3D中的凹段軸28也是 凹錐體段26的對(duì)稱軸。然而，圖3A和3B所示的凹錐體段26相對(duì)于凹 段軸28不是對(duì)稱的。這是由于光出射窗16的矩形形狀34造成的。
圖3A表示了圖2A所示的實(shí)施例的頂視圖。每個(gè)凸錐體段22設(shè)置 在兩個(gè)凹錐體段26之間。凹錐體段26能夠使矩形34光出射窗16完全 填滿。凸錐體段22使反射光橫向重新分布，從而改善了矩形34光出射 窗16上的均勻性。
圖3B表示了具有錐形反射器151的照明系統(tǒng)101的可替換實(shí)施例 的頂視圖，其中還添加了其它的反射器錐體段25。所述其它的反射器錐 體段25可以具有使用光線跟蹤方法和程序限定的任何適當(dāng)?shù)男螤睢?br>
圖3C表示了具有錐形反射器152的照明系統(tǒng)102的可替換實(shí)施例 的頂視圖。圖3C所示的照明系統(tǒng)使得能夠?qū)θ切?5光出射窗16進(jìn) 行均勻照射。照明系統(tǒng)102的反射器152是由凹錐體段26和凸錐體段 22構(gòu)成的；凹錐體段26確保了該三角形35光出射窗16基本上完全填 滿，并且凸錐體段22使反射光橫向重新分布，以獲得三角形35光出射 窗16上的均勻分布。
圖3D表示了六角形36光出射窗16。照明系統(tǒng)40的反射器45也 是由凹錐體段26和凸錐體段22構(gòu)成的；凹錐體段26確保了該六角形 36光出射窗16基本上完全填滿，并且凸錐體段22使反射光橫向重新分 布，以獲得六角形36光出射窗16上的均勻分布。與其中反射器錐體段 22、 25、 26的形狀在徑向上是線性的圖3A、 3B和3C所示的反射器15、 151、 152形成對(duì)比，在圖3D中反射器45的反射器錐體段22、 26的形 狀在徑向上是凸形的。這能夠在圖3A和3D的橫截面圖(分別在圖4A 和4B中示出)中清晰地看出。
圖4A和4B表示了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)10、 40的橫截面圖。每 個(gè)橫截面圖表示了設(shè)置在光源軸14上的光源12,該光源軸垂直于光出 射窗16延伸。反射器15、 45圍繞光源軸14設(shè)置并且將光源12發(fā)射的 光經(jīng)由光出射窗16朝顯示設(shè)備18反射。在圖4A中，表示了圖2A和 3A的照明系統(tǒng)IO沿著C-C線(參見圖3A)截取的橫截面圖。在徑向 方向上，圖4A所示的照明系統(tǒng)10的反射器15的形狀是線性的。在圖 4B中，表示了照明系統(tǒng)40的沿著圖3D的D-D線(參見圖3D)截取的橫截面圖。在徑向方向上，反射器45的形狀相對(duì)于光出射窗16是凸 形的。反射器45的徑向凸形形狀的優(yōu)點(diǎn)是，其能夠使反射器45相對(duì)于 具有不同徑向形狀的反射器變小。
圖5A表示了根據(jù)本發(fā)明的背光照明系統(tǒng)50的頂視圖。背光照明系 統(tǒng)50包括圖2A、 3A和4A的照明系統(tǒng)10的陣列。在圖5A所示的實(shí)施 例中，所示的照明系統(tǒng)10構(gòu)成了照明系統(tǒng)10的二維陣列。圖5B表示 了設(shè)置在顯示系統(tǒng)55中的背光照明系統(tǒng)50的沿著E - E線(參見圖5A ) 截取的橫截面圖。圖5C表示了根據(jù)本發(fā)明的可替換背光照明系統(tǒng)51的 部分頂視圖。圖5C所示的背光照明系統(tǒng)51是由包括反射器153的照明 系統(tǒng)11的陣列構(gòu)成的。照明系統(tǒng)11構(gòu)成了照明系統(tǒng)11的二維陣列。 反射器153包括凹錐體段26和凸錐體段22。凸錐體段22包括與光源軸 14 (圖5C中未示出)相交并且設(shè)置在第一虛平面23 (圖5C中未示出) 中的凸段軸24 (圖5C中未示出)。照明系統(tǒng)11的第一虛平面23是由 光源軸14和光出射窗16的多角形形狀34的角31限定的。 一般而言， 當(dāng)光出射窗16和光源12之間的距離增大時(shí)，光源12發(fā)射的光散開， 通常還照射部分相鄰的光出射窗口 16。特別指出的是，光出射窗16的 角31被多個(gè)光源12照射，這通常導(dǎo)致角31處的光強(qiáng)度過(guò)高。反射器 153包括凹錐體段26,其設(shè)置為在相對(duì)于光源軸14的橫向方向上、遠(yuǎn) 離角31重新分布光。使用反射器153能夠在照明系統(tǒng)]1陣列中的光出 射窗16上使光均勻分布，其中光源12發(fā)射的光照射相鄰照明系統(tǒng)11 的部分光出射窗。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例表示而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù) 人員能夠在不背離所附權(quán)利要求的范圍的情況下設(shè)計(jì)許多可替換實(shí)施 例。
在權(quán)利要求書中，置于括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)視為對(duì)于權(quán)利要 求的限制。使用動(dòng)詞"包括，，及其變形不排除與權(quán)利要求中表述的那些元 件或步驟不同的元件或步驟的存在。元件之前的冠詞"一"或者"一個(gè)"不 排除多個(gè)這樣的元件的存在?？梢岳冒◣讉€(gè)獨(dú)立元件的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明。在列舉幾種裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，可以由同一硬件項(xiàng)來(lái)實(shí)施 這些裝置中的幾個(gè)。不同從屬權(quán)利要求中引用某些措施這一事實(shí)并不表 示這些措施的組合不能加以利用。
權(quán)利要求
1. 一種照明系統(tǒng)(10，101，102，40)，用于照射顯示設(shè)備(18)，該照明系統(tǒng)(10，101，102，40)包括- 光源(12)，其設(shè)置在光源軸(14)上，- 光出射窗(16)，其設(shè)置在光源(12)與顯示設(shè)備(18)之間，基本上垂直于光源軸(14)，以及- 圓錐形反射器(15，151，152，45)，其與光源(12)相關(guān)聯(lián)并且設(shè)置在光源軸(14)周圍，以用于將光源(12)發(fā)射的光朝光出射窗(16)反射，該反射器(15，151，152，45)從光出射窗(16)朝光源(12)逐漸變細(xì)，該反射器(15，151，152，45)沿徑向分成多個(gè)反射器錐體段(22，25，26)，所述多個(gè)反射器錐體段(22，25，26)包括至少一個(gè)凸錐體段(22)，其沿著相對(duì)于光源軸(14)的橫向方向?yàn)橥剐?，以用于將光?12)發(fā)射的光橫向分布在光出射窗(16)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)(10, 101， 102， 40)，其中 該光出射窗(16)具有多角形形狀(34, 35, 36 )，并且所述多個(gè)反射 器錐體段(22, 25, 26)包括多個(gè)凸錐體段(22)，每個(gè)凸錐體段(22) 具有凸段軸(24),該凸段軸(24)與光源軸(14)相交并且設(shè)置在由 光源軸(14)限定并與光出射窗(16)的邊緣線(32)相交的第一虛平 面(23)中，該邊緣線(32)將光出射窗(16)的多角形形狀(34, 35, 36)的兩個(gè)相鄰角(30)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)(10, 101， 102, 40)， 其中所述多個(gè)反射器錐體段(22, 25， 26)包括沿著相對(duì)于光源軸(14) 的橫向方向呈凹形的多個(gè)凹錐體段(26),每個(gè)凹錐體段(26)具有凹 段軸(28),其與光源軸(14)相交并且設(shè)置在由光源軸(14)和光出 射窗(16)的多角形形狀(34, 35, 36 )的角(30)限定的第二虛平面(27)中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)(10， 101, 102, 40),其中 每個(gè)凹錐體段(26)設(shè)置在兩個(gè)凸錐體段(22)之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的照明系統(tǒng)(10, 101, 102， 40), 該反射器(15, 151, 152, 45 )包括由反射器錐體段(22， 25, 26 )構(gòu)成的反射表面，其中該反射表面是平滑表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的照明系統(tǒng)(40),其中至少一個(gè) 反射器錐體段(22， 25, 26)沿著相對(duì)于光出射窗(16)的徑向方向上是凸形的。
7. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(10, 101， 102， 40)， 其中該光源(12)是發(fā)光二極管或者激光二極管或者光波導(dǎo)的發(fā)光窗。
8. —種背光照明系統(tǒng)(50， 51)，用于照射顯示設(shè)備U8),該 背光照明系統(tǒng)(50)包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)(10, 40)的陣列。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光照明系統(tǒng)(50),其中每個(gè)照明系 統(tǒng)(10， 40)的光出射窗(16)具有多角形形狀(34, 35, 36 )并且每 個(gè)照明系統(tǒng)(IO, 40)包括反射器U5， 151， 152, 45 ),該反射器包 括多個(gè)凸錐體段(22),每個(gè)凸錐體段(22)具有凸段軸(24)，該凸 段軸(24)與光源軸(M)相交并且設(shè)置在第一虛平面(23)中，該第 一虛平面是由光源軸(14)限定并且與光出射窗(16)的邊緣線(32) 相交，該邊緣線(32)將光出射窗(16)的多角形形狀(34, 35, 36 ) 的兩個(gè)相鄰角(30)連4妻。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光照明系統(tǒng)(51),其中每個(gè)照明系 統(tǒng)(11 )的光出射窗(16)具有多角形形狀(34, 35, 36 )，多角形形 狀(34, 35， 36)之一的角(31)被照明系統(tǒng)(U)陣列的照明系統(tǒng)ni) 的多個(gè)光源(12)照射，并且每個(gè)照明系統(tǒng)(11 )包括反射器(153), 該反射器包括多個(gè)凸錐體段(22 ),每個(gè)凸錐體段(22 )具有凸段軸(24 ), 其與光源軸(14)相交并且設(shè)置在第一虛平面(23)中，至少一個(gè)照明 系統(tǒng)(11 )的至少一個(gè)第一虛平面(23)是由光源軸(14)和光出射窗(16)的多角形形狀(34, 35, 36 )的角(31 )限定的。
11. 一種顯示系統(tǒng)(55)，其包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光照明 系統(tǒng)(50, 51 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)(10，101，102，40)，用于照射顯示設(shè)備(18)。該照明系統(tǒng)(10，101，102，40)包括圓錐形反射器(15，151，152，45)，其與光源(12)相關(guān)聯(lián)，以用于照射設(shè)置在光源(12)與顯示設(shè)備(18)之間的光出射窗(16)。該反射器(15，151，152，45)設(shè)置為將光源(12)發(fā)射的光朝光出射窗(16)反射。該反射器(15，151，152，45)沿徑向分成多個(gè)反射器錐體段(22，25，26)。所述多個(gè)反射器錐體段(22，25，26)包括至少一個(gè)凸錐體段(22)，其沿著相對(duì)于光源軸(14)的橫向方向?yàn)橥剐?，以用于將光?12)發(fā)射的光橫向分布在光出射窗(16)上。使用凸錐體段(22)的效果在于，從反射器(15，151，152，45)反射的光能夠按照預(yù)定方式在光出射窗(16)上沿著橫向重新分布，這能夠使光均勻分布在光出射窗(16)上。這對(duì)于具有多角形形狀(34，35，36)的光出射窗(16)而言是特別有益的。
文檔編號(hào)F21V7/09GK101421559SQ200780013380
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者P·G·H·科斯特斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司