CN1547652A - 具有扩大观察窗的光板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光板(12)，包括具有限定观察窗(11)的前表面、背表面和在前表面和背表面之间的侧面(3、4)的光导；至少两种类型的光源(8、9、10)的图案化阵列，这些类型通过由所述至少两种类型的光源发出的光的颜色来区分，所述阵列沿至少其中一个侧面排列。每个光源产生一种颜色的发散光束到光板，以便组合地使光板着色。此外，该阵列包括沿至少其中两个侧面的光源的互补子阵列(8、9、8、9&9、10、9、10)。由于子阵列是互补的，如同现有技术中的单阵列配置(相同数量的光源)，由所有不同类型的光源发出相同光量到光导，但是来自两个或更多侧面，同时保持通常的光源间距，可以降低在其中一种类型光源之间的间距或平均距离。于是降低了所要求的用于颜色混合的距离或颜色，并扩大了观察窗。

Description

具有扩大观察窗的光板
本发明涉及光板，包括：具有限定观察窗的前表面、背表面以及在前表面和背表面之间的侧面的光导；至少两种类型的光源的图案化的阵列，这些类型通过由所述至少两种类型的光源发出的光的颜色来区分，所述阵列沿至少其中一个侧面排列，其中每个光源在使用中产生一种颜色的发散光束照射到光板，以便组合地使光板着色。
这种光板是公知的，例如来自LCD背后照明。
具有至少两种类型、即两种颜色的光源的光板具有优于具有单色光源的光板的几种优点，例如磷转换式白光LED。所谓的白光点是可调整的，例如，不是由磷混合确定的。增加了由灯光谱和滤色镜光谱联合确定的可用的颜色空间。实际上，通过控制和调整不同颜色LED的光输出，可以产生任何颜色点，包括白色，作为更高色彩饱和度的结果，增加了颜色空间，其可以用不同类型/颜色的光源来获得。
但是，在具有至少两种类型/颜色的光源的光板中，产生发散光束照射到光板，对于来自不同类型的光源要求相当大的长度以便混合并提供期望的颜色，例如白色。该距离对于观察窗是一个限制，这是因为在公知的光板中，其中光源沿其单侧排列，相同颜色的光源之间的间距比光源到光源的间距大很多倍。例如，在公知的沿光板单侧排列的光源可以在模式RGB中提供，或者当期望更大的绿色光通量或当期望关于波长或效力的不同颜色绿色时，在模式RGBG中提供。当光源直射到光板并产生发散光束时，光束应当能够混合的长度以及因此不能用于观察窗的长度是相当大的，这对于本领域技术人员来说显而易见的。
本发明的目的是消除或至少降低现有技术光板的上述问题和缺点，为此根据本发明提供了光板，由于阵列包括沿至少两侧的互补光源子阵列，因此该光板是超群的。由于子阵列是互补的，如同现有技术中的单阵列配置(相同数量的光源)，由所有不同类型的光源发出相同光量到光导，但是来自两个或更多侧面，同时保持通常的光源间距，可以降低在其中一种类型光源之间的间距或平均距离。于是降低了所要求的用于颜色混合的距离或颜色，并扩大了观察窗。对光源的子阵列中的图案进行适当选择，该平均距离甚至可以减小至光源之间的间距。例如当根据本发明，将现有技术的在模式RGBG中沿单侧排列的阵列用沿两侧排列的两个子阵列：沿其中一侧或两侧排列的RBRB以及沿其中另外的一侧或两侧排列的GGGG代替时，可以实现后者的情况。以模式GGGG沿一个或多个侧面，可以有效降低一种颜色的光源之间的间距达到通常光源之间的间距。从而，沿该特定侧，与用于不同颜色混合的足够距离相一致的观察窗限制距离被降低至绝对最小值，并仅由所述间距确定。根据本发明，降低了观察窗限制距离，由此获得特定尺寸的观察窗，因此可以在尺寸上降低总配置。
在优选实施例中，根据其形状、期望或所要求的绿色光通量等，可以提供沿光板两侧、三侧、四侧等的子阵列。优选地，光源为发光二极管(LED)。
为了避免直射光板的光束的不期望的反射，用于通过从光板出来的光束的装置对方向是敏感的，以便仅通过来自特定子阵列的光。这种装置可以为凹槽或格栅的图案。在特定实施例中，子阵列通常沿其中相邻侧面围绕基本上不大于或小于90度的角度的侧面排列。当然，这是一个具有矩形形状的光板，但是本发明的使用中也不排除其他形状。仅仅是期望的，而非限制性的要求是由子阵列发出的光束一旦在导光板内部传播时，其就以大致垂直的方向来定向。
根据附图，提供对某些现有技术光板和根据本发明的光板的描述，从而进一步详细阐述本发明，其中：
图1和图2分别示出了现有技术的光板；
图3、4和5示意性示出了根据本发明的光板；以及
图6和7示出了用于选择性通过来自光板的预定来源的光的装置。
图1和2示出了本质上相同的现有技术光板1。光板1包括具有侧面3、4、5和6的光导2。光导还具有前表面7和背表面(未示出)。
沿侧面3排列了三种类型即三种颜色的光源的图案化的阵列。有红光LED 8、绿光LED 9和蓝光LED 10。因此，该模式为RGBG。这与图1和图2中是相同的。图1和2之间的差别在于观察窗11的位置、形状和尺寸，在图1中观察窗由侧面4和6处的最短距离限定，这里可以设置观察窗11，即来自LED 8、9和10的光束充分混合，而图2中的观察窗11由侧面5的方向中侧面3的中间处的观察窗限制距离所限定。
从图1和2中明显看出，现有技术光板的观察窗11由距离光源沿其排列的侧面的距离严格限制，要求该距离以便充分混合由光源产生的光束。
相反，图3、4和5示出了根据本发明的光板的可能实施例，其并非意图限制本发明的范围，本发明的范围是由所附权利要求来限定的。
图3示出了光板12，其具有沿两个侧面3和4的光源的子阵列。沿侧面3的子阵列在子阵列中包括红光LED 8和绿光LED 9，具有模式RGRG，而沿侧面4的蓝光LED 10和绿光LED 9以模式BGBG排列。因此，关于产生到光板12的光量，这种沿至少两侧的互补的子阵列结构和现有技术中沿相同侧面具有模式RGBG的结构是等价的，至少对于具有在两个子阵列中LED之间的相等间距的矩形光板，或更一般地对于利用不同颜色LED的相同比率的光板。对于本领域技术人员来说显而易见的是，减小了被需要用来有效混合来自不同LED的光的距离，并扩大了与之相关的观察窗，同时减小了单一类型或颜色的光源之间的间距。
作为图3中所示的结构的一种替换，可以预期提供分别具有模式RBRB和GGGG的子阵列，以便还提供作为沿侧面的模式RGBG的关于光量和混合能力的等价物，而且也具有显著减小混合长度的优点，在这种情况下，对于绿光发射子阵列该长度已减最小。
图4示出了光板13，其中沿侧面3、4和5排列光源子阵列，侧面4仅包括单色，侧面3和5包括本质上相等的两种类型LED的子阵列。沿侧面3和5排列红光LED 8和蓝光LED 10，沿侧面4排列绿光LED 9。假设沿每个侧面的LED数量相等，提供了沿这三个侧面的模式RGB的等价阵列，但是其中显著增加了用于观察窗11的可用空间，以及减小了一种类型/颜色的光源之间的间距。在图4中所示的实施例中，在彼此相对的两个侧面3、5上使用的两种类型的LED 8、10和这两种类型的LED 8、10的通量比优选为相等的。在替换结构中，在两个相对侧面使用单一类型的LED，在利用了总共三种类型LED的情况下，在第三侧面上为两种其他类型LED的组合，在利用了总共两种类型LED的情况下，在第三侧面上为第二种类型的LED。
在进一步的实施例中，诸如在图5中所示的，光板14提供有沿四个侧面3、4、5和6的每个的光源子阵列。彼此面对的侧面3、5和4、6优选包括相同类型/颜色的光源和这些光源之间相同的通量比。在图5中所示的实施例中，红光LED 8和蓝光LED 10的交替序列与侧面3和5相关，而仅有绿光LED 9与侧面4和6相关。因此，在沿侧面使用相同数量的LED的情况下，或在不同光源之间使用相同比率的情况下，在图5的光板14中提供了沿所有侧面3、4、5和6的具有模式RGBG的等价阵列。
图6示出了一种可能的装置实施例，用于将来自光导部件的光输出耦合，而在图7中提供了另一种可能性。用于输出耦合特定光的装置呈现出特定的方向性敏感性，其意图防止在垂直于表面7而定向的某个平面中传播的光基于全内反射而在光导2中反复地被反射，而并不显著地耦合输出沿大约垂直于表面7的方向传播的光。该输出耦合装置对于光导2中的光传播方向是敏感的。使用这些输出耦合装置的至少两个不同方向。作为结果，利用在表面7上的每个位置上基本上相同的来自不同子阵列的贡献来获得从光导2耦合输出的特定光分布。这通过这种方式来实现：利用输出耦合装置的一个方向以便主要耦合输出来源于彼此面对的一个或两个侧面的光，并利用输出耦合装置的另一个方向以便主要耦合输出来源于基本垂直于其他侧面而定向的彼此面对的一个或两个侧面的光。结果，输出耦合装置的两个方向优选为彼此垂直。也可以采用其他角度，但是预期会产生更大程度的干扰。用于输出耦合光的装置应用在光导2的前表面7或背表面(未示出)其中或其上。矩形凹槽可以用于耦合输出来自平行于这些凹槽而定向的侧面上的子阵列的光。作为图6中所示的一个实施例，可以采用单独的楔形物或楔形形状的凹槽。可以为这些装置提供或不提供反射层。这里应当注意，尺寸中的梯度和/或楔形物间距可以用来获得在垂直于光源的特定子阵列的方向中的均匀光分布。
图7示出了实现相同目的的替换实施例。这里在光导2的侧面17中提供了光栅16，利用其可以实现相同的方向敏感性。这种光栅16可以不同地重新定向来自于仅在垂直于光栅线的方向中的镜面反射(零阶模式)的光。因此，光栅16的尺寸梯度和/或光栅16的调制深度可以用于获得在垂直于光源的特定子阵列的方向中通过的光的均匀分布。在图3的结构中，可以使用两个垂直定向的光栅，由此对于光源的不同子阵列而独立控制光的通过。这可以导致具有对于沿其中一侧的至少其中一些区域的光栅方向的、在其中一侧或其一个表面上的具有小光栅区域模式的波导，其用于输入耦合，并对于沿第二侧面的其他区域其也用于输入耦合。
进一步，以距离相应侧面的预定距离排列光源是有利的。在这种结构中，在将光耦合输入波导之前，至少部分地实现颜色混合。从而确保了波导内部光的足够对准度和混合腔内宽光束的组合，由此实现充分的颜色混合。此外，特别在图3所示的结构中，根据本发明的光板具有这一优点，即“自由”侧(其中没有子阵列排列)可以用于电连接，例如在LCD之间，其中使用了光板和驱动电路，并仍具有可用的充足数量的光源，以获得与传统背光板的亮度级别是可比的甚至高于传统背光板的亮度级别的亮度级别。
在阅读了本发明后，由于其在上述附图中示出的优选实施例中进行了示例性描述，本领域技术人员将会立即实现根据在所附权利要求中的其定义并且明确地不排除在本发明之外的本发明的多种附加和替换实施例。例如可以使用除了LED外的其他类型的光源。可以使用除了红、绿和蓝之外的其他颜色，例如可以使用不同类型的白色磷光LED，其被提供不同的磷光混合。光导的形状甚至可以不是矩形的，但是相邻侧面之间的角度优选地不应接近或甚至超过来自光源的光束的发散角度。优选地，光导部件内部的从不同类型光源的两个子阵列发出的光束的主方向彼此垂直地定向，以便不产生干扰或不产生明显干扰地将这些光束耦合输出。除了矩形或楔形凹槽之外，还可以使用单独的楔形、在整个观察窗上扩展的光栅或包括一维或二维(交叉)光栅的空间上限制的区域以用于选择输出耦合光束；可以附加地或替换地应用滤色镜，以及反射表面等。

Claims (11)

1.一种光板(1、12、13、14)，包括：具有限定观察窗(11)的前表面(7)、背表面和在前表面和背表面之间的侧面(3、4、5、6)的光导(2)；至少两种类型的光源(8、9、10)的图案化阵列，这些类型通过由所述至少两种类型的光源发出的光的颜色来区分，所述阵列沿所述侧面中的至少一个侧面排列，其中每个光源在使用中产生一种颜色的发散光束到光板，以便组合地使光板着色，其特征在于阵列包括沿所述侧面中的至少两个侧面的光源的互补子阵列(8、9、8、9&9、10、9、10；8、10、8、10&8、10、8、10&9、9、9、9；8、10、8、10&8、10、8、10&9、9、9、9&9、9、9、9)。
2.根据权利要求1的光板，其中光源为红(R)、绿(G)和蓝(B)类型。
3.根据权利要求2的光板，其中沿至少两个侧面中的一个侧面的子阵列包括交替的红和绿类型的光源，沿至少两个侧面中的另一个侧面的子阵列包括交替的蓝和绿类型的光源。
4.根据权利要求2的光板，其中沿至少两个侧面中的第一和第二侧面的子阵列包括红和蓝类型的光源，沿至少两个侧面中的第三侧面的子阵列包括绿类型的光源。
5.根据权利要求4的光板，其中光板包括至少四个侧面，沿至少两个侧面中的第四侧的子阵列包括另外的绿类型的光源。
6.根据权利要求1或2的光板，其中光源包括发光二极管(8、9、10)。
7.根据权利要求1或2的光板，进一步包括用于输出耦合光的装置(15、16)，其方向选择地输出耦合仅仅来自或主要来自其中一种类型的子阵列的光，用于辐照光导部件(2)的侧面(3、4、5、6)中的一个或两个侧面，并结合用于输出耦合光的装置，其方向选择地输出耦合仅仅来自或主要来自第二类型的子阵列的光，用于辐照光导部件的其他侧面中的一个或两个侧面。
8.根据权利要求7的光板，其中用于输出耦合主要来自或仅仅来自特定光源中的特定光源的装置包括楔形图案(15)。
9.根据权利要求7的光板，其中用于输出耦合主要来自或仅仅来自一个特定光源或多个特定光源的装置包括交叉凹槽图案(16)。
10.根据权利要求7的光板，其中用于输出耦合主要来自或仅仅来自一个特定光源或多个特定光源的装置包括1维或2维交叉光栅(16)的其中一个部件。
11.根据上述任一权利要求的光板，其中子阵列沿其排列的相邻侧面围绕基本上为90°的角度。
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