專利名稱：照明系統(tǒng)、感光板以及顯示器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括至少一個光源、感光板以及至少一個光傳感器 的照明系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于這種照明系統(tǒng)中的感光板。本發(fā)明進一 步涉及包括這種照明系統(tǒng)的顯示器設(shè)備。
背景技術(shù)：
這種照明系統(tǒng)本身是已知的。它們尤其用于一般的照明目的， 例如聚光燈、泛光燈以及用于應(yīng)用在例如標志牌、輪廓照明和廣告牌中的大面積直接觀看發(fā)光面板。該照明系統(tǒng)還用作任務(wù)燈(task light )。這種照明系統(tǒng)還尤其用作(圖像)顯示器設(shè)備的背光照明，所 述(圖像)顯示器設(shè)備例如用于電視接收器和監(jiān)視器。這些系統(tǒng)可 以特別合適地用作非發(fā)射顯示器的背光源，所述非發(fā)射顯示器例如 液晶顯示器設(shè)備，也稱作LCD面板，其用在(便攜式)計算機、(無 線)電話或遙控單元中。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個應(yīng)用領(lǐng)域 是它作為照明源在數(shù)字投影儀或巻軸機中的使用，所述數(shù)字投影儀 或巻軸機用于投影圖像或顯示電視節(jié)目、電影、視頻節(jié)目或DVD等等。一般地，這種照明系統(tǒng)包括多個光源，例如發(fā)光二極管(LED)。 LED可以是不同基色的光源，例如眾所周知的紅色(R)、綠色(G) 或藍色(B)發(fā)光體。另外，發(fā)光體可以具有例如作為基色的琥珀色 (A)、品紅色或青色。這些基色可以或者由發(fā)光二極管芯片直接產(chǎn) 生，或者在來自發(fā)光二極管芯片的較短波長的光(例如，綠色、藍 色或紫外光)的輻照下由磷光體產(chǎn)生。在后一種情況中，把混合顏 色或白色光作為基色之一來使用也是可能的。 一般地，混合由單個 光源發(fā)出的光以獲得光的均勻分布，同時消除由具有特定光源的照明系統(tǒng)發(fā)出的光的相關(guān)性。美國專利申請出版物US-A 2004/0123044公開了一種光源單元， 它包括具有用于發(fā)出不同顏色的光的LED芯片的光源，以及用于檢 測來自光混合器的光的光學(xué)光傳感器。光源控制部件根據(jù)由光學(xué)光 傳感器檢測的值通過反饋控制來控制每個LED芯片的亮度。光源單 元還包括用于控制光源溫度的溫度控制部件。溫度控制部件是反饋 控制系統(tǒng)。保持光源處于不變的溫度能抑制LED芯片的光譜隨溫度 的變化，由此抑制光源單元的亮度和色度中的變化。該已知的照明系統(tǒng)具有的缺陷在于該照明系統(tǒng)光源的控制效率 相對低下。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了其目的必須完全地或部分地消除上述缺陷。根據(jù)本 發(fā)明，通過一種照明系統(tǒng)來實現(xiàn)這個目的，該照明系統(tǒng)包括 至少一個光源，透光的感光板，由所述至少一個光源發(fā)出的光穿過該感光板，提供于感光板表面上至少一個預(yù)定位置的表面改性結(jié)構(gòu)，該表 面改性結(jié)構(gòu)使一部分穿過感光板的光轉(zhuǎn)向，該被轉(zhuǎn)向的光被導(dǎo)向感 光板的邊緣表面，至少一個耦合至感光板的邊緣表面的光傳感器，其用于檢測在 表面改性結(jié)構(gòu)處被轉(zhuǎn)向的光，將所述至少一個光傳感器耦合至用于 控制所述至少一個光源的光通量的控制裝置。根據(jù)本發(fā)明的透光的感光板具有的優(yōu)點在于只在預(yù)定位置處聚 集(只)位于透光的感光板上預(yù)定位置的光，而不明顯打亂穿過感 光板的光的分布。在已知的照明系統(tǒng)中，將光傳感器附在出光窗口 的邊緣，該光傳感器接收穿過出光窗口的光，不能夠確定或影響哪 部分穿過出光窗口的光對被光傳感器接收的光產(chǎn)生影響。在已知的 照明系統(tǒng)中，為了能夠探測在出光窗口上某一個位置的穿過出光窗 口的光，必須在該位置處安裝光傳感器。然而，光傳感器的這種布 置會阻礙光在該位置處穿過出光窗口的透射，這是不希望的。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的感光板只檢測或探測在某些預(yù)定位置穿過感光 板的光。在感光板上所有其它位置，由所述至少一個光源發(fā)出的光 不受干擾地穿過感光板。當然，穿過透光的感光板的光在感光板的 光入口表面和光出口窗口經(jīng)歷光的折射，空氣以及透光的感光板材 料之間的折射率的變化導(dǎo)致該折射，但是橫穿感光板的光線一般不 改變其方向。在出光窗口的邊緣測量光強度具有的缺點在于，由于 "邊緣"效應(yīng)，該值并不必然代表出光窗口中心部分的光強度以及 分布，出光窗口中心部分的光強度以及分布是與應(yīng)用相關(guān)的量。在表面改性結(jié)構(gòu)處通過折射、衍射和/或散射使光轉(zhuǎn)向。通過表 面改性結(jié)構(gòu)改變穿過感光板的光的方向。如果改變光與垂直于感光板的方向的角度，使該角度大于臨界角(對于玻璃或P應(yīng)A，臨界角 大約為42 ° ),則光不能從感光板射出并通常會被反射，直到它 到達感光板的邊緣表面。借助于這種多次反射的光的傳播通常被稱 為全內(nèi)反射(TIR)。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)簡單，相對容易制造，相對容易使用并 且也相對便宜。而且，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)允許對由所述至少一 個光源發(fā)出的光進行相對有效率的控制。表面改性結(jié)構(gòu)的例子是點，例如錐體形狀的凹進或凸出的部分， 或者狹長切口 (slits),全息的、衍射的或任何其它合適的結(jié)構(gòu)。為了與感光板余下的部分相比最小化在表面改性結(jié)構(gòu)位置的光 的分布，在表面改性結(jié)構(gòu)處被轉(zhuǎn)向的光應(yīng)該優(yōu)選地相對較小。為了 這個目的，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例的特征在于， 在表面改性結(jié)構(gòu)處折射的光的部分小于穿過感光板的光總量的5°/ 。 在表面改性結(jié)構(gòu)處被轉(zhuǎn)向的穿過感光板的光的部分應(yīng)該足以產(chǎn)生足 夠的輸入至光學(xué)傳感器的光?？梢酝ㄟ^轉(zhuǎn)向元件的性質(zhì)和空間大小 控制被轉(zhuǎn)向至感光板中的光量。實際上， 一小部分照射感光板的光 足夠用于這個目的。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的 一個優(yōu)選實施例的特征在于第 一和第 二光傳感器分別耦合至第 一和第二感光板的邊緣表面，其中第 一和 第二表面改性結(jié)構(gòu)被布置在感光板表面上的預(yù)定位置處，第一光傳感器接收基本上全部來自第一表面改性結(jié)構(gòu)的被轉(zhuǎn)向的光，第二光 傳感器接收基本上全部來自第二表面改性結(jié)構(gòu)的被轉(zhuǎn)向的光。這是 根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的有利的實施例。以這種方式，第一光傳感 器探測第 一預(yù)定位置處的光分布，而第二光傳感器探測第二預(yù)定位 置處的光分布，所述預(yù)定位置分別由第一和第二表面改性結(jié)構(gòu)的布 置來定義。根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例的照明系統(tǒng)允許對穿過感光板的 光的光分布進行局部化檢測?？梢砸赃@種方式有效地控制由所述至 少一個光源發(fā)出的光。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另 一個優(yōu)選實施例的特征在于，所述 至少一個光傳感器具有用于接收落在所述至少一個光傳感器的視場 以內(nèi)的被轉(zhuǎn)向的光的視場。在這個實施例中，光傳感器接收基本上 只來自在光傳感器視線上的表面改性結(jié)構(gòu)的光。所述至少一個光源優(yōu)選地包括多個不同基色或單一基色的發(fā)光 二極管。通常，為了控制裝置的最佳輸入，每個發(fā)光二極管需要進 行調(diào)整，表面改性結(jié)構(gòu)需要收集預(yù)定位置處的光分布信息，所述控 制裝置控制所述多個光源的光通量。如果多個具有不同基色的光源 必須進行微調(diào)以實現(xiàn)由照明系統(tǒng)發(fā)出的光的合適的混合，則該照明 系統(tǒng)是特別有效的。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的 一 個有利實施例的特征在于，照明系 統(tǒng)進一步包括具有光發(fā)射窗口的光混合腔，感光板布置在光混合腔 中，在所述至少一個光源和光發(fā)射窗口之間。在這個實施例中，限 制由所述至少 一個光源發(fā)出的光，將其在光混合腔中混合并由照明 系統(tǒng)經(jīng)過光發(fā)射窗口發(fā)射之?？梢栽诠饣旌锨恢羞@樣來構(gòu)建和設(shè)置 感光板，即由所述至少一個光源發(fā)出的所有光穿過感光板。感光4反優(yōu)選地形成光發(fā)射窗口的組成部分(integral part)。 這筒化了照明系統(tǒng)的設(shè)計。在這個實施例中，照明系統(tǒng)的光發(fā)射窗 口優(yōu)選地在多個預(yù)定位置處提供有表面改性結(jié)構(gòu)。這些表面改性結(jié) 構(gòu)使一部分穿過光混合腔的光發(fā)射窗口的光轉(zhuǎn)向，并且^:轉(zhuǎn)向的光 被導(dǎo)向光混合腔的邊緣表面。感光板可以布置成例如正好在出光窗口 (在許多情況中，它是半透明散射板)的前方，由小氣隙將其與 后者隔開。本發(fā)明還涉及用在這種照明系統(tǒng)中的感光板。本發(fā)明還涉及包括這種照明系統(tǒng)的顯示器設(shè)備。該顯示器設(shè)備 優(yōu)選地為液晶顯示器設(shè)備。


參照下面描迷的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面都將變得顯 而易見并得到闡述。在圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一個實施例的感光板的側(cè)詳見圖；圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一個實施例的照明設(shè)備的 側(cè)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個實施例的橫截面； 圖4A是具有根據(jù)本發(fā)明的一種照明系統(tǒng)的顯示器設(shè)備的側(cè)視 圖，以及圖4B是如圖4A所示的感光板的橫截面頂^L圖。這些圖僅僅是示意性的并且不是依照比例繪制的。應(yīng)當注意的是，為了清楚起見，以很夸張的形式表示了一些尺寸。圖中相似的元件盡可能地由相同的附圖標記表示。
具體實施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一個實施例的感光板的示意性 側(cè)枧圖。照明系統(tǒng)包括至少一個光源(在圖1中未示出)。垂直箭 頭表示由所述至少一個光源發(fā)出的穿過透光的感光板5的光線。感 光板5由例如玻璃或塑料(例如PMMA)的透光材料制造。在圖1的 例子中，第一光傳感器11耦合至感光板5的第一邊緣表面I5;另 外，第二光傳感器12耦合至感光板5的第二邊緣表面I"可以直 接地或間接地獲得光傳感器11至感光板5的耦合。后一種情況的例子是耦合至邊緣表面的光纖，它將在光表面處發(fā)出的光引導(dǎo)至光學(xué)傳感器。把第一和第二光傳感器11， 12耦合至(電子)控制裝置(在 圖1中未示出)，該控制裝置用于適宜地使光源的光通量適合期望 的亮度和/或色點。光傳感器和控制裝置提供用于影響由照明系統(tǒng)發(fā) 出的光的質(zhì)量和數(shù)量這兩者的反饋布置。可以以多種方式執(zhí)行檢測。 可以通過適當?shù)孛}沖激勵(pulsing)光源和/或通過Y吏用適當?shù)念?色濾波器來順序地測量各個顏色。感光板5提供有表面改性結(jié)構(gòu)21, 22。根據(jù)本發(fā)明，在感光板 5的表面上至少一個預(yù)定位置處提供這些表面改性結(jié)構(gòu)。在圖1的 例子中，第一和第二表面改性結(jié)構(gòu)21, 22分別布置在感光板5的表 面上的預(yù)定位置處。在圖1的例子中，在感光板5面對光源的一側(cè) 提供這些表面改性結(jié)構(gòu)21， 22。在一個替換的實施例中，在感光板 背對光源的一側(cè)提供表面改性結(jié)構(gòu)。在另一個替換實施例中，在感 光板內(nèi)部提供表面改性結(jié)構(gòu)。表面改性結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中是眾所周知 的。表面改性結(jié)構(gòu)的例子是點，例如錐體形狀的凹進或凸出的部分， 或者狹長切口，全息的、衍射的或任何其它合適的結(jié)構(gòu)。表面改性 結(jié)構(gòu)優(yōu)選地為有圖案的，不散射的和/或主要以鏡面形式進行反射或 展現(xiàn)非朗伯特(Lambertian)反射。一部分穿過感光板5的光在提供于感光板5之上或其中的表面 改性結(jié)構(gòu)21, 22處;f皮轉(zhuǎn)向。在表面改性結(jié)構(gòu)21,"處通過折射、衍射和/或散射使光轉(zhuǎn)向。例如借助于全內(nèi)反射，引導(dǎo)被轉(zhuǎn)向的光朝 向感光板5的第一或第二邊緣表面15, 16。在圖l的例子中，優(yōu)先 引導(dǎo)在第一表面改性結(jié)構(gòu)21處被轉(zhuǎn)向的光朝向第一邊緣表面l5， 而優(yōu)先引導(dǎo)在第二表面改性結(jié)構(gòu)22處被轉(zhuǎn)向的光朝向第二邊緣表 面16。因為第一光傳感器11耦合至感光板5的第一邊緣表面l5, 所以第一光傳感器11接收基本上全部來自第一表面改性結(jié)構(gòu)"的 被轉(zhuǎn)向的光。因為第二光傳感器12耦合至感光板5的第二邊緣表面 16,所以第二光傳感器12接收基本上全部來自第二表面改性結(jié)構(gòu) 22的^C轉(zhuǎn)向的光。優(yōu)選地，在表面改性結(jié)構(gòu)21， 22處僅僅使微量的穿過感光板5的光轉(zhuǎn)向。在表面改性結(jié)構(gòu)21, 22處被轉(zhuǎn)向的光優(yōu)選地小于穿過感 光板5的光總量的5 / 。被轉(zhuǎn)向的光的量正好足以向光引導(dǎo)板輪緣 (rim)處的光學(xué)傳感器提供足夠的光學(xué)輸入，并且大約是穿過光引 導(dǎo)板的光的總量的幾個百分比。特別是對于具有相對較高的光輸出 的照明系統(tǒng)，可以(完全)忽略被轉(zhuǎn)向的光的量。圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一個實施例的照明設(shè)備的 示意性側(cè)視圖。在圖2的例子中，所述至少一個光源包括多個不同 基色的發(fā)光二極管(LED)R, G, B?？商鎿Q地，所述多個LED也可 以是多個白色LED。借助于反射器28引導(dǎo)由所述多個LED發(fā)射的光 朝向感光板5。在圖2所示的實施例中，所有由LED R， G, B發(fā)出 的光穿過感光板5,而僅僅一小部分穿過感光板5的光在表面改性 結(jié)構(gòu)21， 22處被轉(zhuǎn)向。在圖2的例子中，優(yōu)先引導(dǎo)在第一表面改性 結(jié)構(gòu)21處被轉(zhuǎn)向的光朝向耦合至第一光傳感器11的第一邊緣表面 15,同時優(yōu)先引導(dǎo)在第二表面改性結(jié)構(gòu)22處被轉(zhuǎn)向的光朝向耦合至 第二光傳感器12的第二邊緣表面l6。圖3是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個實施例的示意性橫截 面。在圖3的例子中，從上面觀看感光板5。每個光傳感器ll, 12 具有用于接收落在所述至少一個光傳感器11, 12的視場以內(nèi)的被轉(zhuǎn) 向的光的視場。原則上，表面改性結(jié)構(gòu)21， 22在所有方向上(即圖 3的圖的平面中)使穿過感光板5的光轉(zhuǎn)向。光傳感器只捕捉到該 被轉(zhuǎn)向的光的一部分。第一和第二光傳感器ll, 12分別接收基本上 只來自在第一或第二光傳感器11, 12視線上的第一和第二表面改性 結(jié)構(gòu)21， 22的光。圖4A是具有根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的顯示器設(shè)備的示意性側(cè) 視圖。在圖4A的例子中，顯示器設(shè)備是液晶顯示器設(shè)備35。另夕卜， 圖4A中的所述至少一個光源包括多個不同基色的發(fā)光二極管UED) R, G， B。照明系統(tǒng)的這個實施例進一步包括包含光發(fā)射窗口 32的 光混合腔31。感光板5布置在光混合腔31中，在所述至少一個光 源1, 2和光發(fā)射窗口 2之間。在一個替換實施例中，感光板形成光 發(fā)射窗口的組成部分并正好放置在出光窗口(在許多情況中，它是漫射板)的前方，由小氣隙將其與出光窗口隔開。在圖4A中所示實 施例中，由LED R， G， B發(fā)出的所有光穿過感光板5，而僅僅一小 部分穿過感光板5的光在表面改性結(jié)構(gòu)21， 22處^f皮轉(zhuǎn)向。圖4B是如圖4A所示的感光板5的橫截面頂視圖。這里，為感 光板5的兩個邊緣表面15, 16提供光傳感器11， 12。在圖4B的例 子中，具有光傳感器ll, 12的兩個邊緣表面15, 16設(shè)置成相互垂 直。這些光傳感器11， 12接收來自布置在感光板上預(yù)定位置處的表 面改性結(jié)構(gòu)21， 22的被轉(zhuǎn)向的光。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)簡單，相對容易制造，并相對便宜。而 且，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)允許通過只在某些預(yù)定位置探測穿過感 光板的光的"成分"來對由所述至少一個光源發(fā)出的光進行相對有 效率的控制。要注意的是，上述實施例說明了本發(fā)明而不是限制了本發(fā)明， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠設(shè)計出許多可替換的實施例而不會偏離 所附的權(quán)利要求書的范圍。在權(quán)利要求書中，在括號之間的任何附 圖標記都不應(yīng)當被認為是對這個權(quán)利要求的限制。使用動詞"包括" 及其變化形式并不排除存在除權(quán)利要求中所述的那些元件和步驟以 外的元件和步驟。在元件前邊的冠詞"一個"或"一"并不排除存 在多個這樣的元件。本發(fā)明的實施可借助包括幾個不同元件的硬件， 并且可借助經(jīng)過適當編程的計算機。在列舉了幾個裝置的設(shè)備權(quán)利 要求中，這些裝置中的幾個可以由同一個石更件項實施。在相互不同 的從屬權(quán)利要求中引用某些措施的事實并不表明不可以有利地使用 這些措施的組合。
權(quán)利要求
1、一種照明系統(tǒng)，包括至少一個光源(1，2)，透光的感光板(5)，由所述至少一個光源(1，2)發(fā)出的光穿過該感光板(5)，提供于感光板(5)表面上至少一個預(yù)定位置的表面改性結(jié)構(gòu)(21，22)，該表面改性結(jié)構(gòu)(21，22)使一部分穿過感光板(5)的光轉(zhuǎn)向，該被轉(zhuǎn)向的光被導(dǎo)向感光板(5)的邊緣表面(15，16)，至少一個耦合至感光板(5)的邊緣表面(15，16)的光傳感器(11，12)，其用于檢測在表面改性結(jié)構(gòu)(21，22)處被轉(zhuǎn)向的光，將所述至少一個光傳感器(11，12)耦合至用于控制所述至少一個光源(1，2)的光通量的控制裝置。
2、 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中將第一(11 )和第二( 12) 光傳感器分別耦合至感光板(5 )的第一 (l5 )和第二 ( 16 )邊緣表 面，并且其中第一 (21)和第二 (22)表面改性結(jié)構(gòu)被布置在感光 板(5 )表面上的預(yù)定位置處，第一光傳感器(11 )接收基本上全部 來自第一表面改性結(jié)構(gòu)(21)的被轉(zhuǎn)向的光，第二光傳感器(l2) 接收基本上全部來自第二表面改性結(jié)構(gòu)(")的被轉(zhuǎn)向的光。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中所述至少一個光傳 感器(ll， 12)具有用于接收落在所述至少一個光傳感器(11， l2) 的#見場以內(nèi)的被轉(zhuǎn)向的光的一見場。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中所述至少一個光源 (1, 2)包括多個不同基色或單一基色的發(fā)光二極管(R， G, B)。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，進一步包括具有光發(fā)射 窗口 ( 2 )的光混合腔(31 ),感光板(5 )布置在光混合腔(31 ) 中，在所述至少一個光源(l, 2)和光發(fā)射窗口 (2)之間。
6、 如權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)，其中感光板(5)形成光發(fā) 射窗口 (2)的組成部分。
7 、如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中在表面改性結(jié)構(gòu)(21, 22)處被轉(zhuǎn)向的光的部分小于穿過感光板(5)的光總量的5%。
8、 一種用于如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)中的感光板(5)。
9、 一種顯示器設(shè)備，包括如權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)。
10、 如權(quán)利要求9所述的顯示器設(shè)備，其中該顯示器設(shè)備是液 晶顯示器設(shè)備(35)。
全文摘要
本照明系統(tǒng)具有多個光源(R，G，B)、透光的感光板(5)以及提供在感光板(5)表面上有限個預(yù)定位置處的表面改性結(jié)構(gòu)(21，22)。表面改性結(jié)構(gòu)使一部分穿過感光板的光轉(zhuǎn)向。引導(dǎo)被轉(zhuǎn)向的光朝向感光板的邊緣表面(15，16)，所述至少一個光傳感器(11，12)于此檢測被轉(zhuǎn)向的光。第一光傳感器(11)優(yōu)選地接收基本上全部來自第一表面改性結(jié)構(gòu)(21)的被轉(zhuǎn)向的光，同時第二光傳感器(12)接收基本上全部來自第二表面改性結(jié)構(gòu)(22)的被轉(zhuǎn)向的光?？商鎿Q地，照明系統(tǒng)進一步包括具有用于照明顯示器設(shè)備的光發(fā)射窗口的光混合腔，感光板布置在光混合腔中，在光源和光發(fā)射窗口之間。
文檔編號G09G3/34GK101233445SQ200680028410
公開日2008年7月30日 申請日期2006年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者H·格雷納 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司