CN1682135A - 背光装置和使用该背光装置的显示器 - Google Patents

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Abstract

一种背光装置，包括：光导(10)，其中来自一个或多个光源(32)的光通过全内反射被限制并且可以从其中输出光以为显示屏提供背照明；以及用于向所述光导馈入光的光存贮器(34)。该光导具有输入表面(20)，该输入表面(20)包括从其突出并延伸到光存贮器内的入耦合元件(24)，这些入耦合元件具有从输入表面横向延伸的至少三个相互非－共平面侧壁部分(26)，每个侧壁部分覆盖输入表面的不同部分。光存贮器的安排使得通过该光存贮器的光能够通过每个所述侧壁部分进入光导。

Description

背光装置和使用该背光装置的显示器
本发明涉及背光装置，并且尤其(当然并不专门)涉及意图用于窄边框(slimline)可视显示器件并向其提供具有良好均匀性和充足亮度的光的背光装置。
与这种背光装置相关联的装置通常能够用于电视机显示器、监视器等。然而，无论该显示器的使用目的是什么，本发明也包括结合这种背光装置或与这种背光装置一起使用的显示器。
当与所谓的箔显示器(foil display)结合使用或作为其一部分时，本发明提供特别的益处，在所述箔显示器中，通过施加动态电压波形，放置在观看屏幕和背光装置之间的可移动箔被局部吸引从而与背光装置的输出表面接触，在接触的位置(取决于要显示的图像内容)光从该显示器射出。箔和背光装置表面之间的局部接触点代表亮的象素，且没有发生这种接触的点相应暗，这种器件和照明设置的例子可以在例如WO-A-99/28890；WO-A-00/38163；WO-A-00/50949和WO-A-01/63588中找到。
在将足够的光耦合到背光装置以足够亮且均匀地照明显示器时，包括前述的箔显示器在内的窄边框可视显示器遇到困难。通常，背光装置包括薄的、类似矩形板的与显示器的可视屏幕并置的光导，光被边耦合(edge-coupled)到其中。这样耦合到该光导中的光通常通过全内反射(TIR)限制在其中，并仅在根据要通过屏幕观察的图象显示为亮的象素的位置被耦合出。使用这种配置，虽然光趋向于在各个位置损失，但是首要困难出现在边耦合足够的光进入光导方面。在这一点上，用于照明显示器的灯的数量受到在光导边缘可用的空间的限制，这实际上限制了可获得的最大亮度。
此外，要显示为亮的象素从光导提取光，由此限制了其它相素可获得的亮度量，并且在照明方面负面影响显示器的均匀性。当然，这种效应是动态的，因为其依赖于图像内容。
上面这两种效应(总体照明的受限以及动态非均匀性)在大显示器中尤其容易觉察。
可用于例如液晶显示器(LCD)的使用漫射器的直接背照明，对于依赖于TIR获得良好对比度的使用接触光出耦合的显示器(诸如箔显示器)是不可行的。
本发明解决了使用TIR的背光装置的亮度和均匀性的问题，并因此旨在提供改善的背光装置以及由此而得到结合背光装置的改进的显示器。
根据本发明的一个方面，提供了一种背光装置，包括：光导，其中来自一个或多个光源的光由全内反射被限制，并且光可以从该光导输出以提供用于显示屏幕的背照明；以及用于向所述光导馈入光的光存贮器，
该光导具有基本上是平的结构且包含光可从其输出的输出表面和放置以接收所述光的相对输入表面，
所述输入表面包括从其伸出且延伸到光存贮器内的入耦合装置，该入耦合装置具有从所述输入表面横向延伸的至少三个相互非共平面的侧壁部分，每个侧壁部分覆盖该输入表面的不同部分，该光存贮器被安排成使得通过该光存贮器的一个区域的光能够通过各个所述侧壁部分进入该光导。
通过这种方式，将理解提供了这样的输入配置，其中输入光被空间混合且有效地引入光导，以便保证来自一个或多个灯的TIR传播，这些灯不受需要定位在或靠近该光导的边缘的限制。
以前曾通过试图通过将光源引入光导表面内的通道内来将光横向注入该光导。在德国专利申请No.101 02 587.4中公开了这种配置。然而在这种配置中，通道尺寸受到灯尺寸的支配，并且这样生产的光导趋向于大且重。此外，这种配置表现出其它特征，这些特征会减小它们用于使用接触光出耦合的显示器的适用性。
另一方面，本发明提供了在紧密耦合到光导的输入表面的光盒中提供多个灯的机会，同时足够的从所述输入表面突出的入耦合元件允许相当大量的光以与TIR的改进一致的角度注入该光导。
在本发明优选实施例中，入耦合装置形成为从该光导的输入表面突出的入耦合元件的阵列。在优选实施例中，该阵列可包括横跨该光导的输入表面延伸的基本平行的、分离开的细长的类似脊的元件。这些类脊元件的截面优选为基本是矩形，并且因此形成为具有基本平坦的外表面和基本与该光导的输入表面垂直的直立侧壁。或者，该入耦合元件可以包括立方体或圆柱体的阵列，这些立方体或圆柱体中的每一个形成为具有各自的基本平坦的外表面和各自的基本垂直于该光导的输入表面的直立侧壁。
优选地，在任何情况下，入耦合装置的外表面基本被涂抹吸收剂，所述吸收剂吸收从光导内入射到其上的杂散光直到该杂散光不通过TIR被限制在该光导内，但是对于以其它方式入射到其上的光基本是反射的。这优选通过在每个所述外表面上沉积面对该光导的光吸收剂层，该光吸收剂层基本不与入耦合元件光学接触，之后淀积面对光存贮器的白色漫反射涂层。
在优选实施例中，反射装置放置在入耦合装置之间的空间中。这些可包括向所述入耦合元件的侧壁倾斜的部分。该中间反射装置优选包括构造成基本是倒V形的叠层材料；所述叠层材料从邻近相邻入耦合元件的侧壁与所述输入表面的接合处的位置向上延伸，但是基本与所述输入表面没有光学接触。由于不期望将在光导中在TIR条件下传播的有用光耦合出来，因此需要在反射装置和光导的输入表面之间没有光学接触。从这一点考虑，优选在该反射装置和覆盖在其下的光导的输入表面的那些区域之间放置空气。
优选地，中间反射装置面对光存贮器的表面被制成对光漫反射，且其面向光导的表面被涂抹光吸收剂。当反射装置是叠层材料时，可以向其适当的表面涂敷相应的反射和吸收涂层。
优选(多个)光源包括管状荧光灯，使得它们的轴基本上平行于光导的所述输入和输出表面放置。此外，当入耦合元件包括细长的脊时，优选使所述灯的轴平行于所述脊放置。在可供选择的实施例中，灯可以包括发光二极管(LED)，或者可以使用各种光源的混合。
本发明相对于现有技术装置的显著优点在于，允许不依赖于***的其它参数选择光源的数量和布置，因此允许容易地按比例调整整体的光输入以满足操作需要。
优选(多个)光源安装在具有反射表面(优选白色漫反射表面)的灯盒中，以使可用于注入光导中的光量最大化。
为了清楚理解以及容易实现本发明，现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的一个实施例，附图中：
图1示意性示出根据本发明的一个实施例的显示器的一部分的截面图。
图2示出了使用图1中的背光装置的根据本发明的一个实施例的显示器的示意和简化形式。
参考图1，示出了包括背光装置和显示屏44的显示器，该背光装置包括光导10和灯盒34。将要在下面详细描述的显示屏44包括电极矩阵，通过该电极矩阵象素尺寸区域上的透射光强度被调制，用于根据接收的图象信号通过图象扫描电路(未示出)产生图象帧。
如带箭头的线12和14示意性所示，光意图通过TIR在光导内传播。此实施例中，光导10是薄的类似板的构造，由诸如玻璃或塑料材料的固体透明材料制成。光导10具有尺寸相对小的边缘16，而其上、下表面20和22，如图中所示，分别通常是矩形的且具有相对大的尺寸，与显示区域相称。光导10的边缘16设有镜面反射涂层18或者漫反射涂层18，漫反射涂层不与边缘16的表面光学接触。
从图中看到，光导10的下表面22基本是平面并且在该例子中构成光导的输出表面。
从图中看到，上表面20构成光输入表面并且包括空间分开的突起的入耦合元件24的一维阵列。在该实例中，每个入耦合元件24包括横截面基本为矩形的细长的脊，这些脊横向放置在表面20上并且形成为该表面的一部分。每个元件24都具有侧壁26以及外表面28；在该实施例中，这些侧壁是直立的并且基本垂直于光导10的输入表面20，当然这种情况不是必需的。
在入耦合元件24之间的空间内提供反射元件30，这些反射元件防止光以不促进在光导10内的TIR的角度通过空间内的输入表面进入光导。该实例中的反射元件30包括形成为倒V形的叠层元件，这些元件有效地从一个入耦合元件24的侧壁26的底部延伸到相邻的入耦合元件24的侧壁26的底部。反射元件30的布置使得在反射元件30和光导10的输入表面20之间基本没有光学接触，以便减少在光导10中通过TIR传播的光的不想要的出耦合。
诸如管状荧光灯32的光源的阵列放置在灯盒34内，并且紧密耦合到光导10的输入表面20。
除了形成为具有矩形外形的细长脊的一维阵列之外，入耦合元件24可以构造成各种形式，并且可以或者形成为例如直立的柱状元件(诸如立方体或者圆柱体)的二维阵列。然而，在任何情况下，侧壁2 6被构造成提供光从灯盒34进入光导10的唯一通道，反之亦然。入耦合元件的端壁28首先被提供基本不与入耦合元件24光学耦合的光吸收涂敷层(诸如黑色层36)，并且在其上提供反射涂层38(优选为白色漫反射涂层)。涂层36的目的在于吸收从光导10内入射到外表面28且不通过TIR被该光导限制的杂散光，因为如果允许这种光通过从外表面28反射回来继续传播，它将不服从TIR并且作为有害杂散光从侧壁22射出。反射涂层38阻止从灯盒34入射的光以不促进在光导内的TIR的角度进入该光导，并且将这种入射光重新引导回灯盒34。
同样，为反射元件30在面对灯的表面上提供反射涂层(优选白色漫反射涂层)，并且在其面对光导10的表面上提供黑色吸收剂涂层。此外，在反射元件和光导之间的区域40中放置空气，以避免反射元件和光导表面20之间的光学耦合，并因此避免在TIR条件下在光导内传播的有用光的出耦合。
灯盒34的内表面42上涂有白色漫反射材料，以便最大化限制在其中的来自灯的光量，并为***所用。
代替或者除了管状荧光灯32的阵列之外，其它光源(例如LED)可用在灯盒34中。
当使用管状荧光灯时，优选它们的轴平行于表面20且平行于入耦合元件24(当它们使细长形状时)的长轴延伸。所使用的光源的数量和所提供的入耦合元件的数量之间或者和光导的尺寸之间没有直接联系；可以安排各种值和尺寸以适应***作为整体的操作需要。
如图1所示，由灯盒34形成的光存贮器比入耦合元件24从光导的输入表面20延伸地更远。这允许在灯盒中空间混合，以便通过一个区域的光(例如图1中的虚线圆圈所示的区域A)能够通过每个入耦合元件24进入光导，因此提供了输入光的均化。为了说明的目的，在图1中，来自光存贮器(由灯盒34形成)内的区域A的光显示为通过3个不同的入耦合元件24进入光导10。
在灯盒中有足够的空间，并且端壁的高度足够小，用于使光源32在远离光导平面的方向上在空间上远离端壁28。如图1所示，端壁延伸到灯盒34内的程度由显示为虚线的平面46限定。光源被放置地比平面46更远离光导10，因此允许光源以需要的配置放置，而不依赖于入耦合元件34的布置。相反，入耦合元件34也可以以需要的方式布置，而不依赖于光源32的布置。优选地，入耦合元件34的数量大于光源的数量，以为给定数量的光源提供增强的均匀性程度。在任何情况下，光源在平行于光导平面的方向的排列模式不需要在间距上与在相同方向上排列的入耦合元件的模式相对应。
反射元件30不需要提供如图所示的倾斜反射表面，并且可以采取任何方便实用的形式，但要谨记它们意图用于通过入耦合元件24的侧壁26将光转向光导10，并谨记在光导的输入表面20和反射元件30之间基本上不应当存在光学耦合的要求。优选侧壁基本垂直于输入表面20，当然如前所述，这不是必要的，并且它们可以以其它取向放置。
图2示意性示出了带有图1所示的背光装置的箔显示屏的进一步的细节。为了说明的简单，在图2中省略了用于光导10的光输入配置。应当理解，在该显示屏的操作中，光源34被连续激励。该显示屏是国际专利申请WO-A-99/28890；WO-A-00/38163；WO-A-0050949以及WO-A-01/63588中描述的类型，其与显示屏相关的内容在此引用作为参考。
显示屏44包括放置在背光装置52的输出表面56和透明板58之间的柔性元件54，通常是光散射聚合物箔。电极***60和62分别排列在透明板58的输出表面56和内表面64上。通过向电极和箔施加电压局部地在电极60、62和箔54之间产生电势差，在每个可能的接触点(对应于显示器的象素)，力局部地施加到箔上，足以将箔压到输出表面56上或远离该表面，这取决于根据要显示的图象的内容，光要还是不要被耦合出该背光装置以在该点从该显示器出射。可以理解，所施加的电压用于以二维模式相对于板扫描接触点，例如传统电视光栅。
该显示屏44还具有覆盖屏的元件66，其被构造是为了形成与背光装置52的气密性连接，通过它空间68可以被抽成真空。
虽然本发明对于此处描述的箔显示器特别适用，但是应当理解，此处描述的背光装置可以用于任何种类的其适用的显示器。
本发明包括显示装置，例如广播/有线TV接收机、用于例如医疗、技术或法院用途的专家监控装置、个人计算机的显示器以及便携式电子设备(例如移动电话和个人数字助理)的显示器。
应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与描述的其它特征组合使用，并且也可以与任何其它实施例的一个或多个特征组合使用，或者与任何其它实施例的组合结合使用。此外，在不脱离由所附权利要求所定义的本发明的范围的情况下，也可以使用上面没有描述的等效物和修改。

Claims (23)

1、一种背光装置，包括光导，其中来自一个或多个光源的光通过全内反射被限制，并且光可以从该光导输出以提供用于显示屏幕的背照明；以及用于向所述光导馈入光的光存贮器，
该光导具有基本上是平的结构且包含光可从其输出的输出表面和放置以接收所述光的相对输入表面，
所述输入表面包括从其伸出且延伸到光存贮器内的入耦合装置，该入耦合装置具有从所述输入表面横向延伸的至少三个相互非共平面的侧壁部分，每个侧壁部分覆盖该输入表面的不同部分，该光存贮器被安排成使得通过该光存贮器的一个区域的光能够通过各个所述侧壁部分进入该光导。
2、根据权利要求1的背光装置，还包括放置在所述侧壁部分之间的空间内的中间反射装置，其被配置成将从所述光存贮器照射到其上的光反射离开入射表面在所述空间内的部分。
3、根据权利要求2的背光装置，其中所述中间反射装置远离光导的表面被制成对光是漫反射的。
4、根据权利要求2或3的背光装置，其中所述中间反射装置的面对光导的表面涂抹光吸收剂。
5、根据权利要求2、3或4的背光装置，其中在中间反射装置和其覆盖的光导的输入表面的那些区域之间提供气体。
6、根据前述任一项权利要求的背光装置，其中入耦合装置还包括跨越相应侧壁部分的端壁部分，所述端壁部分设有反射装置，所述反射装置配置成将从所述光存贮器照射到其上的光反射离开端壁部分。
7、根据权利要求6的背光装置，其中所述端壁反射装置的背离光导的表面被制成对光是漫反射的。
8、根据权利要求6或7的背光装置，其中所述端壁反射装置的面对光导的表面涂抹光吸收剂。
9、根据前述任一项权利要求的背光装置，其中所述一个或多个光源位于所述光存贮器内。
10、根据前述任一项权利要求的背光装置，其中所述一个或多个光源在远离光导平面的方向上远离所述入耦合装置。
11、根据权利要求10的背光装置，其中光源在平行于光导平面的方向排列的模式在间距上不与入耦合元件在相同方向上排列的模式相对应。
12、根据权利要求11的背光装置，其中入耦合装置包括排列在输入表面上方的多个入耦合元件。
13、根据权利要求12的背光装置，其中所述入耦合元件包括在横过光导的输入表面的一个方向上横向隔开的多个细长脊状元件。
14、根据权利要求13的背光装置，其中脊状元件的截面基本上是矩形的，且具有基本平坦的端壁和基本与光导平面垂直的直立侧壁。
15、根据权利要求12的背光装置，其中入耦合元件包括横过光导的输入平面的在两个正交的方向上隔开的多个元件。
16、根据权利要求12-15中任一项的背光装置，其中，垂直于光导平面测量的每个所述入耦合元件的高度至少等于平行于光导平面测量的其宽度。
17、根据前述任一项权利要求的背光装置，其中一个或多个光源包括一个或多个管状荧光灯，它们的轴基本平行于光导的所述输入和输出表面放置。
18、根据权利要求17且从属于权利要求13或14的背光装置，其中所述一个灯的轴或多个灯的多个轴平行于所述脊放置。
19、根据权利要求1-16中任一项的背光装置，其中一个或多个光源包括一个或多个发光二极管。
20、根据任一项前述权利要求的背光装置，其中使用各种类型的光源的混合。
21、根据任一项前述权利要求的背光装置，其中光存贮器在灯盒中形成，该灯盒具有白色漫反射内表面。
22、用于图象显示的显示器，包括根据前述任一项权利要求所述的背光装置。
23、根据权利要求22的显示器，该显示器包括构造成显示图象的屏幕；该显示屏包括靠近所述背光装置放置的可移动元件，以及使用动态电压波形来局部地吸引所述可移动元件与背光装置的输出表面接触的装置，接触的位置取决于要显示的图象内容，光从所述位置从该显示器出射。
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