照明系統(tǒng)、照明器和背光單元的制作方法
【專利摘要】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(shè)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(yù)測角度分布。
【專利說明】照明系統(tǒng)、照明器和背光單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)。
[0002]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(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0003]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?？商鎿Q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。
[0004]已知照明系統(tǒng)還可作為光源用在例如TV機(jī)和監(jiān)視器的(圖片)顯示設(shè)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(shè)備的非發(fā)光顯示器，其中液晶顯示設(shè)備也用LCD面板表示，其在(便攜)計算機(jī)或(便攜)電話中被使用。
[0005]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JP 04-276181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(diǎn)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】

[0006]本發(fā)明的目的是提供具有改進(jìn)均勻性的照明系統(tǒng)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第一方面，該目的是利用如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求14中限定的顯示設(shè)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。其中該光源布置在面向該鏡面背反射器的底座上，該光源發(fā)射的光離開該底座朝向該鏡面背反射器，其中該光源圍繞該光源的對稱軸發(fā)射光，以及其中該鏡面背反射器處的切線和垂直于該對稱軸的虛平面之間的角度α在距該光源預(yù)定距離處為零，以及該切線和該虛平面之間的該角度α在該鏡面背反射器的面向該光源的部分處等于或小于45°，所述部分延伸直至該預(yù)定距離。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(fù)30 °的范圍內(nèi)。這個實施例具有的優(yōu)點(diǎn)為，光源相對于照明系統(tǒng)的虛平面傾斜。當(dāng)例如光源傾斜離開漫射元件時，光源在用戶看來可以被進(jìn)一步屏蔽，這進(jìn)一步減少了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的眩光。
[0008]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(zhuǎn)換成預(yù)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(diǎn)在于，傳播到房間內(nèi)的光的角度擴(kuò)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?？朔@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(yù)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。
[0009]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(yù)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(diǎn)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(zhuǎn)換成從根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)發(fā)射的具有預(yù)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(yù)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。
[0010]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(dāng)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(dāng)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。
[0011]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(fù)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(dāng)然，與反射角相比，入射角位于鏡面反射器上反射點(diǎn)處的法向軸的對立側(cè)。
[0012]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(dāng)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(jìn)，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)。
[0013]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(yù)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(yù)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(yù)定距離。當(dāng)距離增大時，切線和虛平面之間的角度減小且切線旋轉(zhuǎn)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(jìn)一步旋轉(zhuǎn)使得切線和虛平面之間的角度變?yōu)樨?fù)。在這種實施例中，鏡面背反射器朝漫射元件延伸。
[0014]在照明系統(tǒng)一實施例中，對稱軸在交點(diǎn)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(diǎn)延伸離開光源而面向漫射元件。
[0015]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(dá)漫射元件。這個實施例具有的優(yōu)點(diǎn)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(xué)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(dá)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)。
[0016]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(diǎn)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。
[0017]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(zhǔn)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(gòu)成，該表面為例如結(jié)構(gòu)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)。
[0018]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(diǎn)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(dāng)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。
[0019]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(zhuǎn)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(dāng)光源為藍(lán)色LED時，漫射元件可包括將至少部分的投射藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的發(fā)光材料。所發(fā)射的黃光與其余的藍(lán)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(yuǎn)程(remote)磷光體布置的布置。通常，與例如使用磷光體增強(qiáng)發(fā)光二極管作為光源相比，這種遠(yuǎn)程磷光體布置具有更高的轉(zhuǎn)換效率。這是由于與磷光體增強(qiáng)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(yuǎn)程磷光體的操作溫度降低。此外，遠(yuǎn)程磷光體布置使得更大范圍的發(fā)光材料能夠在遠(yuǎn)程磷光體布置中使用，這又是由于遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)用到漫射元件。
[0020]在照明系統(tǒng)一實施例中，光源為發(fā)光二極管、或者有機(jī)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(diǎn)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(dāng)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(dá)漫射元件。如前文所指示，這種布置改進(jìn)了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的效率。
[0021]US20070171676公開了一種照明系統(tǒng)，在該照明系統(tǒng)中光源取向為至少基本上橫斷漫射板和背反射器。
[0022]US20060002141公開了一種具有側(cè)面點(diǎn)亮光導(dǎo)的背光照明系統(tǒng)，光源取向為或者橫斷背反射器和光輸出表面或者面朝向光輸出表面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]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。
[0024]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(shè)備的示意性橫斷面視圖。
[0025]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(biāo)記表示。

【具體實施方式】
[0026]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。
[0027]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(yù)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(zhuǎn)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(yù)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P(yáng)C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(jìn)一步改進(jìn)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。
[0028]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(dāng)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。
[0029]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(jìn)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1B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1B和1C)和遠(yuǎn)離光源20的漫射元件30的第二邊緣35 (見圖1B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(guān)系可在下述范圍內(nèi):
1/20 <高度/寬度< 1/5。
[0030]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。
[0031]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(jìn)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。
[0032]圖1A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1A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(cè)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(yù)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(yù)定距離。當(dāng)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(zhuǎn)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(jìn)一步旋轉(zhuǎn)使得切線50和虛平面38之間的角度α變?yōu)樨?fù)。第一反射區(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。
[0033]圖1B為根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)15的詳細(xì)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(diǎn)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。
[0034]在如圖1B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(jìn)一步被指示為遠(yuǎn)程磷光體層31。在圖1B所示的實施例中，遠(yuǎn)程磷光體層31應(yīng)用到漫射元件30的表面。這個實施例具有的優(yōu)點(diǎn)為遠(yuǎn)程磷光體層31可以相對容易地被應(yīng)用，例如，在將漫射元件30組裝到照明系統(tǒng)15之前被應(yīng)用。然而，漫射元件30處的亮度均勻性相對強(qiáng)烈地依賴于遠(yuǎn)程磷光體層31的均勻性以及依賴于遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)程磷光體配置，該遠(yuǎn)程磷光體配置具有的優(yōu)點(diǎn)在于，改進(jìn)的效率以及更寬的選擇發(fā)光材料的范圍，因為布置在遠(yuǎn)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(yīng)用在光源20上這種配置的溫度。
[0035]遠(yuǎn)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。
[0036]在一優(yōu)選實施例中，光源20基本上發(fā)射藍(lán)光。一部分的藍(lán)光例如使用Y3Al5O12 = Ce3+(也進(jìn)一步稱為YAG:Ce)被轉(zhuǎn)換，YAG = Ce將部分的藍(lán)色投射光轉(zhuǎn)換成黃光。選擇特定密度的發(fā)光材料致使預(yù)定部分的投射藍(lán)光轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的藍(lán)光的比例可以例如由遠(yuǎn)程磷光體層34的層厚度確定，或者例如由分布在遠(yuǎn)程磷光體層34或漫射元件30中的YAG = Ce顆粒的濃度確定?？商鎿Q地，可以使用例如CaS = Eu2+ (也進(jìn)一步稱為CaS:Eu)，CaS = Eu將部分的藍(lán)色投射光轉(zhuǎn)換成紅光。添加一些CaSiEu到Y(jié)AG: 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(zhuǎn)換成基本上白光。例如，具有不同磷光體比例的BaMgAlltlO17 = Eu2+ (將紫外光轉(zhuǎn)換成藍(lán)光)、Ca8Mg (S14)4Cl2:Eu2+，Mn2+ (將紫外光轉(zhuǎn)換成綠光)和Y2O3:Eu3+，Bi3+(將紫外光轉(zhuǎn)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。
[0037]圖1C為照明系統(tǒng)17的詳細(xì)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(xì)橫斷面圖中，一部分的照明系統(tǒng)17未示出，該部分用點(diǎn)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°。
[0038]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(jìn)一步減少。這可以例如通過提供如圖1C所指示的另一角度β來實現(xiàn)。由于如圖1C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(jìn)一步減少用戶感受到的眩光。
[0039]圖1A、1B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(xì)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。
[0040]圖2A和2B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(cè)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。可替換地，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。
[0041]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(jié)構(gòu)化表面37。圖2B中的橫斷面視圖可以是例如細(xì)長棱柱形結(jié)構(gòu)37的橫斷面視圖，或者多個角錐形結(jié)構(gòu)37的橫斷面視圖，或者多個圓錐形結(jié)構(gòu)37的橫斷面視圖。這種結(jié)構(gòu)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。
[0042]可替換地，用于防止投射光的反射的裝置37可以是準(zhǔn)直板(未示出)，該準(zhǔn)直板將光束重定向朝向漫射元件30的法向軸(未示出)。該準(zhǔn)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(qiáng)膜(也稱為BEF)或者雙亮度增強(qiáng)膜(也稱為DBEF)或者光學(xué)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。
[0043]圖3為根據(jù)本發(fā)明的背光系統(tǒng)110和顯示設(shè)備100的示意性橫斷面視圖。顯示設(shè)備100可以是例如液晶顯示設(shè)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(shè)備100可以是任何其它非發(fā)射型顯示設(shè)備100。
[0044]應(yīng)注意，上述實施例說明而非限制本發(fā)明，在不背離所附權(quán)利要求書范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多可替換實施例。
[0045]在權(quán)利要求書中，置于括號之間的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求。使用動詞“包括”及其變形不排除存在那些未在權(quán)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(shè)備權(quán)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(quán)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(quán)利要求】
1.一種照明系統(tǒng)，包括:光源、漫射元件和鏡面背反射器，該光源配置成將光發(fā)射朝向該鏡面背反射器，該鏡面背反射器反射至少部分的由該光源發(fā)射的光從而照射該漫射元件，該鏡面背反射器的形狀產(chǎn)生投射在該漫射元件上的光通量在該漫射元件各處基本上均勻的分布，其中所述漫射元件包括靠近該光源的第一邊緣和離開該光源的第二邊緣，該第一邊緣和該第二邊緣限定具有法向軸的虛平面，該光源的對稱軸限定與該法向軸的另一角度(β )，該另一角度(β )在正或負(fù)30°的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中該光源圍繞對稱軸發(fā)射光，以及其中該鏡面背反射器處的切線和垂直于該對稱軸的虛平面之間的角度(α )等于或小于45°。
3.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中切線和虛平面之間的角度(α)在距該光源預(yù)定距離處為零，以及該切線和該虛平面之間的該角度(α )在該鏡面背反射器的面向該光源的部分處等于或小于45°，所述部分延伸直至該預(yù)定距離。
4.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中該對稱軸在交點(diǎn)(46)處與該鏡面背反射器相交，并且其中該角度(α )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(diǎn)(46)延伸離開光源而面向漫射元件。
5.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中從該光源發(fā)射且投射在該漫射元件上的光在從該鏡面背反射器單次反射之后到達(dá)該漫射元件。
6.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中該光源布置在面向該鏡面背反射器的底座上，該光源發(fā)射的光離開該底座朝向該鏡面背反射器。
7.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中該漫射元件包括用于防止該投射光從該漫射元件朝向該鏡面背反射器往回反射的裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中該鏡面背反射器對于部分的該投射光是部分透射的。
9.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中該漫射元件包括用于將至少部分的由該光源發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成具有不同顏色的光的發(fā)光材料。
10.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中該光源為發(fā)光二極管或者有機(jī)發(fā)光二極管或者激光二極管。
11.一種照明系統(tǒng)，包括: 限定對稱軸的光源， 漫射元件，包括靠近該光源的第一邊緣和離開該光源的第二邊緣，該第一邊緣和該第二邊緣限定具有法向軸的虛平面，該光源的對稱軸限定與該法向軸的角度β，該角度β在約正或負(fù)30°的范圍內(nèi)；和 鏡面背反射器； 其中該光源配置成將光發(fā)射朝向該鏡面背反射器，該鏡面背反射器反射至少部分的由該光源發(fā)射的光從而照射該漫射元件，該鏡面背反射器的形狀產(chǎn)生投射在該漫射元件上的光通量在該漫射元件各處基本上均勻的分布； 其中該漫射元件包括結(jié)構(gòu)化表面，用于防止該投射光從該漫射元件朝向該鏡面背反射器往回反射。
12.—種照明系統(tǒng),包括: 限定對稱軸的光源， 漫射元件，包括靠近該光源的第一邊緣和離開該光源的第二邊緣，該第一邊緣和該第二邊緣限定具有法向軸的虛平面，該光源的對稱軸限定與該法向軸的角度β，該角度β在約正或負(fù)30°的范圍內(nèi)；和鏡面背反射器； 其中該光源配置成將光發(fā)射朝向該鏡面背反射器，該鏡面背反射器反射至少部分的由該光源發(fā)射的光從而照射該漫射元件，該鏡面背反射器的形狀產(chǎn)生投射在該漫射元件上的光通量在該漫射元件各處基本上均勻的分布；和， 其中該鏡面背反射器對于部分的該投射光是部分透射的。
13.—種照明系統(tǒng),包括: 限定對稱軸的光源， 漫射元件，包括靠近該光源的第一邊緣和離開該光源的第二邊緣，該第一邊緣和該第二邊緣限定具有法向軸的虛平面，該光源的對稱軸限定與該法向軸的角度β，該角度β在正或負(fù)30°的范圍內(nèi)； 鏡面背反射器； 其中該光源配置成將光發(fā)射朝向該鏡面背反射器，以反射至少部分的由該光源發(fā)射的光從而照射該漫射元件，該鏡面背反射器的形狀產(chǎn)生投射在該漫射元件上的光通量在該漫射元件各處基本上均勻的分布；和， 其中該漫射元件包括用于將至少部分的由光源發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成具有不同顏色的光的發(fā)光材料。
【文檔編號】F21V9/10GK104197247SQ201410459334
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2007年12月18日
【發(fā)明者】P.A.J.霍爾滕, V.法布里克, G.托爾迪尼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司