本发明公开了一种具有形成光可以从其发射的凹部的多个交叠的面板的发光装置。在一个实施例中，发光装置包括基底，所述基底具有i)多个交叠的面板，其相对于与所述交叠的面板相交的假想平面形成锐角，和ii)形成在所述交叠的面板的交叠部分之间的多个凹部。所述凹部向所述基底的第一侧开口，且所述基底的所述第一侧具有反射表面。多个光源定位以从所述凹部将光散播。
1.一种用作液晶显示屏的背光的发光装置，定位在所述液晶显示屏面板之后，包括：基底，由使所述基底具有刚性并导热的材料制成，所述基底具有i)多个交叠的面板，其相对于与所述交叠的面板相交的假想平面形成锐角，和ii)形成在所述交叠的面板的交叠部分之间的多个凹部，其中所述凹部向所述基底的第一侧并向所述液晶显示屏面板与所述基底之间的空气腔开口，且其中所述基底的所述第一侧具有反射表面；
多个光源，定位在所述凹部中以从所述凹部将光散播，所述光源中的至少一个安装在与所述基底的所述多个交叠的面板之一基本垂直的表面上，至少一个安装到所述基底的所述第一侧，至少一个安装到所述凹部中与所述基底的所述第一侧相对的那个表面，每个所述光源包括多个发光二极管，这些发光二极管发射具有不同颜色的光；
第二光调节器，定位在所述凹部中通往所述空气腔的开口，将所述LED发射的不同颜色的光预混合；以及耦合到所述基底的与所述第一侧相对的第二侧的一个或多个热耗散元件。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中所述光源中的至少一个定位为使得其发射的光至少部分地被所述凹部之一的上悬表面阻挡。
3.如权利要求1所述的发光装置，还包括光调节器，其定位在所述基底的所述第一侧之上以调节来自所述基底的所述第一侧的光并使所述光通过。
4.如权利要求3所述的发光装置，其中所述光源中的至少一个定位为使得其发射的光至少部分地被所述凹部之一的上悬表面阻挡，且其中一个或多个所述光源的位置和一个或多个所述凹部的宽度和高度使得在一个或多个所述光源与所述光调节器之间直接传播的任何光从所述光调节器朝向所述基底的所述第一侧反射。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中每个凹部都包括至少第一和第二反射表面，其定位以从每个光源的相对两侧互相面对。
6.如权利要求1所述的发光装置，其中所述反射表面包括漫反射表面。
7.如权利要求6所述的发光装置，其中所述漫反射表面包括点图形的漫反射表面。
8.如权利要求7所述的发光装置，还包括定位在所述点图形的漫反射表面之下的镜反射层。
9.如权利要求6所述的发光装置，其中所述漫反射表面是均匀漫射表面。
10.如权利要求1所述的发光装置，其中所述反射表面是镜反射表面。
11.如权利要求1所述的发光装置，其中所述反射表面是偏振反射表面。
12.如权利要求1所述的发光装置，其中所述发光二极管中的一些具有绕其光轴旋转对称的照明强度空间分布。
13.如权利要求1所述的发光装置，其中发光二极管中的一些具有椭圆形照明强度空间分布，在其照明强度空间分布中具有不同的长轴和短轴。
14.如权利要求13所述的发光装置，其中所述椭圆形的照明强度空间分布具有在短轴上20°和90°之间的视角，和在长轴上60°和180°之间的视角。
15.如权利要求13所述的发光装置，其中所述照明强度空间分布的短轴与所述基底的所述反射表面基本垂直地定向，且其中所述照明强度空间分布的长轴与所述反射表面基本平行地定向。
16.如权利要求1所述的发光装置，其中形成所述光源中给定的一个光源的所述发光二极管包括形成在共同衬底上的多个发光二极管芯片，由密封件覆盖所述发光二极管芯片。
17.如权利要求1所述的发光装置，其中形成所述光源中给定的一个的所述发光二极管安装在与所述发光二极管的光轴垂直的衬底上。
18.如权利要求1所述的发光装置，其中形成所述光源中给定的一个的所述发光二极管安装在与所述发光二极管的光轴平行的衬底上。
19.如权利要求1所述的发光装置，还包括耦合到所述光源的多个热耗散元件。
20.如权利要求1所述的发光装置，其中所述交叠的面板与所述假想平面形成在0°和
21.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述热耗散元件包括多个由空气缝隙分离的肋片，所述肋片被定向为使得所述空气缝隙与当所述液晶显示器和所述发光装置在使用时的重力方向对准。
22.如权利要求1所述的发光装置，其中所述基底包括多个组成部件。
基底，由使所述基底具有刚性并导热的材料制成，所述基底具有i)多个交叠的面板，其相对于与所述交叠的面板相交的假想平面形成锐角，和ii)形成在所述交叠的面板的交叠部分之间的多个凹部，其中所述凹部向所述基底的第一侧并向所述液晶显示屏面板与所述基底之间的空气腔开口，且其中所述基底的所述第一侧具有反射表面；
多个光源，定位在所述凹部中以从所述凹部将光散播，所述光源中的至少一个安装在与所述基底的所述多个交叠的面板之一基本垂直的表面上，至少一个安装到所述基底的所述第一侧，至少一个安装到所述凹部中与所述基底的所述第一侧相对的那个表面，每个所述光源包括多个发光二极管，这些发光二极管发射具有不同颜色的光；
第二光调节器，定位在所述凹部中通往所述空气腔的开口，将所述LED发射的不同颜色的光预混合；以及耦合到所述基底的与所述第一侧相对的第二侧的一个或多个热耗散元件。
24.如权利要求23所述的液晶显示屏，其中所述光源中的至少一个定位为使得其发射的光至少部分地被所述凹部之一的上悬表面阻挡。
25.如权利要求23所述的液晶显示屏，还包括光调节器，定位在所述基底的所述第一侧之上以调节从所述基底的所述第一侧反射的光并使所述光通过。
26.如权利要求25所述的液晶显示屏，其中所述光源中的至少一个定位为使得其发射的光至少部分地被所述凹部之一的上悬表面阻挡，且其中一个或多个所述光源的位置和一个或多个所述凹部的宽度和高度使得在一个或多个所述光源与所述光调节器之间直接传播的任何光从所述光调节器朝向所述基底的所述第一侧反射。
27.如权利要求25所述的液晶显示屏，其中所述光调节器包括一个或多个光漫射层。
28.如权利要求25所述的液晶显示屏，其中所述光调节器包括一个或多个棱镜层。
29.如权利要求25所述的液晶显示屏，其中所述光调节器包括一个或多个光偏振层。
30.如权利要求23所述的液晶显示屏，其中，所述热耗散元件包括多个由空气缝隙分离的肋片，所述肋片被定向为使得所述空气缝隙与当所述液晶显示器和所述发光装置在使用时的重力方向对准。
具有光可以从其凹部发射的多个交叠面板的发光装置
技术领域
[0001] 本发明涉及具有形成光可以从其发射的凹部的多个交叠的面板的发光装置。
背景技术
[0002] 透射液晶显示屏(LCD)是需要背光来提供其照明的一种装置。通常，背光包括具有透明侧、反射侧、和多个边缘的大体平面的光导(light-guide)。来自一个或多个光源的光被投射使得其进入光导的边缘中的一个或多个，从光导的反射侧反射离开，并被发射通过光导的透明侧。光源可以采取包括冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)阵列的那些光源的各种形式。
[0003] 在一些情况下，背光的光导是通过例如与光导的边缘中的一个或多个相邻定位的一个或多个CCFL或者LED阵列的边光式(edge-lit)。在题为“LED背光”的美国专利申请公开2002/0175632 A1和题为“显示设备的背光单元和使用其的液晶显示设备”的美国专利申请公开2004/0130884A1中更详细公开了示例性的边光式光导。
[0004] 在其他情况下，背光的光导是通过例如定位在光导的反射侧之下的一个或多个CCFL或者LED阵列的底光式(bottom-lit)。一个或多个光源将光投射到定位在主光导之下的第二光导中。从该第二光导出射的光接着反射回并进入主光导的一个或多个边缘中。在题为“用于液晶显示屏的背光设备和制造其的方法”的美国专利申请公开2004/0061814 A1中更详细公开了示例性的底光式光导。
发明内容
[0005] 在一个实施例中，发光装置包括基底，所述基底具有i)多个交叠的面板，其相对于与所述交叠的面板相交的假想平面形成锐角，和ii)形成在所述交叠的面板的交叠部分之间的多个凹部。所述凹部向所述基底的第一侧开口，且所述基底的所述第一侧具有反射表面。多个光源定位以从所述凹部将光散播。
[0006] 还公开了其他实施例。
附图说明
[0007] 附图中图示了本发明的说明性实施例，其中：
[0008] 图1图示了液晶显示屏的正视图；
[0009] 图2图示了图1所示的背光的俯视图；
[0010] 图3图示了图1正视图的一部分的放大视图；
[0011] 图4图示了图1所示的基底的可选构造；
[0012] 图5图示了形成图1-3所示的光源之一的LED的阵列；
[0013] 图6和图7图示了椭圆形LED的可选方案视图；
[0014] 图8和图9图示了对图6和图7所示的椭圆形LED的长轴和短轴的照明强度的曲线图；
[0015] 图10-15图示了各种LED安装构造；
[0016] 图16图示了在图1所示的基底的凹部内各种LED的安装；
[0017] 图17和图18图示了安装在衬底上的多个LED芯片的可选方案视图；和[0018] 图19图示了在图1所示的基底的凹部中光调节器的放置。
具体实施方式
[0019] 图1图示了液晶显示屏(LCD)100的正视图。LCD 100包括具有多个LCD元件的LCD面板102、和定位在LCD面板102之后以将光投射通过LCD面板102的背光104。可选的，LCD 100可以包括定位在LCD面板102和背光104之间的一个或多个光调节器106、108、110。光调节器可以包括一个或多个漫射层(例如，漫射器106)、一个或多个棱镜层(例如，亮度增强膜(BEF)108)、和/或一个或多个光偏振层(例如，双亮度增强膜(DBEF)110)。这些光调节器层106、108、110可以采取定位在LCD面板102和背光104之间或应用到其一个或两者上的元件、片或膜的形式。
[0020] 如图1和2所示，背光104包括基底112和多个凹部122、124、126，基底112具有多个交叠的面板114、116、118，其相对于与交叠的面板114、116、118相交(bisect)(该相交关系例如是平分)的假想平面120成锐角，多个凹部122、124、126形成在交叠的面板114、116、118的交叠部分128、130之间。凹部122、124、126向基底112的具有反射表面132、
134、136的一侧开口。
[0021] 背光104还包括多个光源138、140、142，其被定位以从凹部122、124、126将光发散。在一些情况下，光源138、140、142可以定位在凹部122、124、126中。在其他情况下，光源138、140、142可以定位为使得它们延伸到凹部122、124、126中，或使得它们将光投射到凹部122、124、126中。优选地，光源122、124、126定位为使得它们发射的光至少部分地被凹部122、124、126的上悬表面144、146、148阻挡。如果上悬表面144、146、148是反射性的，则源于光源122、124、126的光线可以主要地反射离开下述表面：1)凹部122、124、126的表面144、146、148、150、152、154和2)基底112的反射侧132、134、136。
[0022] 在一个实施例中，光调节器106定位在基底112的反射侧132、134、136之上以调节从基底112反射的光并使其通过。光源138、140、142的位置、以及凹部122、124、126的高度和宽度可以被选定为使得由光源138、140、142发射的光线以从表面174的法线172的主角(subtantialangle)(θ1)入射在光调节器106的表面174上。这样，直接从光源138、140、142发射的光的大部分经历从下述表面的多次反射离开：A)光调节器106的表面174，和B)基底112的反射表面132、134、136。这样，光(λ)可以通过1)空气腔156，2)基底的反射表面132、134、136的特性，和3)光调节器的表面174的特性被更好地散播和/或颜色混合。在大多数情况下，更好的光散播和/或颜色混合使背光104能够提供更均一的颜色和亮度的背光。
[0023] 界定了背光104的周界的竖直表面158、160、162优选地是反射性的，使得光不从背光104的周界漏逸。
[0024] 如图1和3所示，背光104可以由多个类似部件114、116、118组装。可选地，如图4所示，其可以由多个不同的部件400、402组装，或作为整体片(未示出)。
[0025] 可以使用包括诸如铝之类的金属的各种材料形成用于背光104的基底112。优选地，选择基底的材料来给予基底基本刚性并导热的结构。这样，基底112可以帮助消散作为其反射侧132、134、136被光线照射的结果所产生的热量。如果需要附加的热耗散元件(例如，散热器164、166、168)，它们可以耦合到基底112的基本水平的或基本竖直的平面之一或两者。注意，所示的热耗散元件的类型和形式仅为示例性的。
[0026] 为帮助在腔156内将光散播和/或颜色混合，基底112的反射侧132、134、136可以采取各种形式。例如，其反射表面132、134、136可以是漫反射表面、镜反射表面、偏振反射表面、或其某种组合。不同的反射表面，例如凹部122内相对的反射表面144、150，可以采取不同的形式。
[0027] 在一个实施例中，漫反射表面可以采取均匀的漫射表面(即，在该表面的任何点提供基本上相同的漫射性的漫射表面)。在另一个实施例中，漫反射表面可以采取点图形(dot pattern)的漫反射表面的形式。在后者的情况下，为了将漏逸通过点图形的光导引回到腔156中，可以在点图形之下定位镜反射层。例如，镜反射层可以采取施加到基底112的镜面涂层或膜的形式。
[0028] 如图3所示，背光104的交叠的面板112、114、116可以每个都和与交叠的面板112、114、116相交的假想平面120形成角度θ2。在背光104的一个实施例中，角度θ2在
0°和30°之间。
[0029] 背光104的光源138、140、142可以采取各种形式，其形式可以是单独使用或与其他形式组合使用。在一个实施例中，光源138、140、142可以采取发光二极管(LED)的阵列500的形式。参见图5。阵列500的各个LED(例如，502、504)可以是相同或不同的颜色。
例如，阵列500中的全部LED 502、504可以发射白光。或者，LED阵列500可以包括多种不同颜色的LED 502、504，其每个发射例如红色、绿色或蓝色光。当LED阵列500包括不同颜色的LED 502、504时，可以调整不同颜色LED502、504的驱动信号来控制由LED阵列500所发射的混合光的颜色值(color point)。
[0030] 在一个LED的有用组合中，不同颜色的LED可以发射在450和490纳米(nm)之间(蓝光)、在510和550nm之间(绿光)、以及在610和650nm之间(红光)的占主导的光波长。在另一个LED的有用组合中，不同颜色的LED可以发射在450和480纳米之间(蓝光)、在480和520nm之间(蓝绿光)、在520和550nm之间(绿光)、以及在610和650nm之间(红光)的占主导的光波长。
[0031] 在一个实施例中，LED的照明强度空间分布可以是绕LED的光轴旋转对称的。这是典型的具有圆水平横截面的LED。可选地，及如图6-9所示，LED 600可以具有在其照明强度空间分布中不同的长轴和短轴的椭圆形的照明强度空间分布。例如，参见对于图6和7所示的椭圆形的LED的长轴和短轴的照明强度的曲线图(图8及9)。具有椭圆形照明强度空间分布的LED 600是很有用的，因为LED的长轴可以基本水平地定向到背光104的相当薄的平面，且LED的短轴可以基本竖直地定向到背光104的平面，从而使LED 600能够照明基底112的更宽的“一条”并减轻作为LED间隔结果的照明条带影响。具有椭圆形的照明强度空间分布的LED有时还可以减少必须设置在阵列500中的LED的数量。
[0032] 通过实验已经发现，对于具有浅的深度及相对较大幅面的背光(例如，LCD电视背光)而言，有利的是将具有交叠面板的衬底的背光104与具有在其短轴上20°和90°之间并在其长轴上60°和180°之间视角的照明空间强度分布的椭圆形的LED 700装配。
[0033] 背光104的光源138、140、142可以采取多种形式。例如，光源138可以采取安装在其上具有电连接508、510的衬底506上的LED 502、504的阵列500的形式(例如，如图5所示)。此LED衬底506可以安装到基底112或与基底112相邻。
[0034] 在一个实施例中，其上安装LED 502、504的衬底506可以是柔性印刷电路(FPC)。在另一个实施例中，其上安装LED 502、504的衬底506可以是金属芯印刷电路板(MCPCB)。
在后者的情况下，MCPCB可以不仅用作LED衬底506，还可用作基底112的一部分。另外，诸如FPC之类的衬底506可以以其两者之间插入电介质的方式安装到(或邻接到)铝基底。
[0035] LED 502、504可以用各种方式安装到衬底506，包括使用通孔或表面安装方法。图10图示了示例性通孔LED 1000到衬底1002的安装。图11和12图示了两个不同的表面安装LED 1100、1200到衬底1102、1202的安装(第一LED 1100在其下侧上包括一对焊盘
1104、1106，且第二LED1200包括绕LED封装的边缘并包覆至其下的触头1204、1206)。注意，对图10-12所示的LED 1000、1100、1200中的每个，LED的光轴都垂直于衬底1002、1102、
1202延伸。
[0036] 图13图示了直角通孔LED 1300到衬底1302的安装。如所示的，LED 1300可以安装为使得LED 1300突出于其上安装LED 1300的衬底1302的边缘，其在一些情况下可以允许LED 1300安装得更靠近腔156(或延伸到其中)。图14和15图示了各种直角表面安装LED 1400、1500到衬底1402、1502的安装。注意，对图13-15所示的LED 1300、1400、1500中的每个，LED的光轴与衬底1302、1402、1502平行地延伸。
[0037] 虽然图5所示的LED阵列500仅包括单排LED 502、504，但是LED阵列500可以可选地包括多排LED，其排形成为平行的行或者不同排的LED形成为锯齿形或其他图形，来如所期望地对形成阵列500的给定的一种或多种类型的LED实现均匀(或不均匀)的光强度和颜色分布。
[0038] 图17和18图示了将已封装的LED 502、504安装在衬底506上的可选方案。如所示的，多个LED芯片1700、1702可以附装到衬底1704，且可以使用表面安装和/或接合导线1800来将LED芯片1700、1702电耦合到在衬底1704上的迹线或焊盘。密封件1706可以放置在LED芯片1700、1702之上以保护它们并形成透镜。可以使用各种制造方法放置密封件1706，例如：顶包覆(glob-top)、模制、铸造、或真空印刷的密封件。在一个实施例中，其上安装LED芯片1700、1702的衬底1704可以是柔性印刷电路(FPC)。在另一个实施例中，其上安装LED芯片1700、1702的衬底1704可以是金属芯印刷电路板(MCPCB)。在后者的情况下，MCPCB可以不仅充当LED芯片衬底1704，还可充当基底112的一部分。另外，诸如FPC之类的衬底1704可以以其两者之间插入电介质1708的方式安装到(或邻接到)铝基底。
[0039] 在一个实施例中，LED 502、504或LED芯片1700、1702的阵列安装在与基底112的多个交叠的面板114、116、118之一基本垂直的表面上。见图3。可选地或者附加地，LED1300、1400、1500的阵列可以安装基底116的反射侧152，或安装到一个凹部124的一个上悬表面146。但是，优选地，全部光源138、140、142都定位在凹部中。如图16所示，不同LED类型的阵列1602、1604、1606可以安装到凹部112内的全部表面。
[0040] 如前所述，一个或多个热耗散元件164、166、168可以耦合到背光104。例如，热耗散元件164、166、168可以附装在光源138、140、142附近，或附装到基底112与其反射侧132、134、136相对的一侧。在图1-3中，热耗散元件164、166、168耦合到基底112。但是，热耗散元件164、166、168也可以或可选地直接耦合到其上安装有光源138、140、142的一个或多个衬底506。
[0041] 热耗散元件164、166、168可以通过对流和辐射将热传导远离背光104。在一些实施例中，热耗散元件164、166、168可以包括多个由空气缝隙170分离的肋片。如果肋片被定向为使得其间的缝隙基本与当LCD100和背光104在使用时的重力方向对准，那么热空气可以在空气缝隙170中上升并将冷空气从空气缝隙170的底部提升。
[0042] 在一个实施例中，背光104优选地包括施加到或定位邻近背光104的外边缘158、160、162的反射元件、膜或涂层。参见图2。这样，可以防止光线透射通过背光104的外边缘158、160、162或被其吸收，或者光线可以反射回到背光104中。例如，反射元件、膜或涂层可以是光漫射的或镜面的。
[0043] 图19图示了可选的背光实施例1900，其中光调节器1902、1904定位在背光1900的凹部1906、1908中或其周围。这样，光调节器1902、1904可以接收并调节由光源1910、1912发射的光。例如，光调节器1902、1904可以包括作为光漫射器、全息光漫射器或棱镜的一个或多个元件、片或膜。在一些情况下，光调节器1902、1904可以有利地用于将由不同颜色LED发射的光预混合。
[0044] 虽然已经在关于背光的上下文中描述了图1-3和19所示的装置，但是其可以用在需要发光装置的各种应用中。例如，可以类似于背光104组装的氛围光(mood light)或平铺光(tiled light)源。
[0045] 取决于其构造，背光104可以提供超越其他背光可选方案的多种优点。例如，与一些背光相比，背光104提供附加的表面用于将光入射到背光中(且该附加表面分布越过背光的表面)。此外，假定光可以从背光104内部的位置，而不只是从其周界入射到背光中，那么用于光照背光的光源138、140、142有时可以采取诸如每个产生小于200毫瓦(mW)的低功率LED的形式。这可以不仅降低光源138、140、142的成本，还可以1)降低背光表面的每平方面积的功率消耗，2)减少背光所产生的热的量，3)提高光源的效率，和4)延长显示系统中任何有机的或聚合的部件的寿命。
[0046] 低功率光源也趋向于具有更小的形状因子(form-factors)，从而使得能以更精确的中心对中心间距将它们定位。在依赖于将不同颜色光(例如，红色、绿色和蓝色光)混合的背光中，将它们定位得更靠近彼此的性能提高了它们的光在从背光的发光表面折射之前充分混合的可能性。
[0047] 在一些实施例中，背光104的较低的功率消耗和发热将使得其能够构造有更小的热耗散元件或不具有热耗散元件，从而减小了实现背光所需的空间体积。
[0048] 在一些实施例中，背光104也可以减少光线进入与背光相邻的光调节元件106之前必须传播的路径的长度。通常，长度更短的路径将减少转换成热并接着被背光104吸收的光的量。
