本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的作为液晶显示的 背景照明和作为环境照明用的光源元件。

对液晶显示的背景照明来说，主要的任务是以足够高亮度的尽可 能均匀的单色或多色的光辐射照射液晶显示面。为此，由一个或多个 光源发出的光辐射必须一方面尽可能均匀地分布到显示面上，另一方 面又应当把损失减少到最低限度。

在EP-A-0 500 960中描述了一种平面型光源元件，这种元件 用作液晶显示的背景照明。在这种光源元件中，在一个透明的光波导 的一个作为光线入射面的端面上布置了一个光源。一个垂直于光入射 面的光波导的表面用作光出射表面并在这个光出射面对面的光波导 表面上设备了一层反光层。此外，布置了一个散射元件来对光出射表 面出射的光线进行扩散散射，光源元件整个表面的光辐射的均匀化是 这样实现的：光波导的一个或两个表面具有粗糙的区段和平滑的区 段，粗糙区段和平滑区段的面积比例沿该波导是连续变化的。平滑区 段具有这样的特点，即这些区段的光辐射由于全反射被反射回波导 中，而在粗糙区段上的光辐射则是散射的。由于在光波导的光入射侧 的亮度首先是相当高的。该处的平滑表面占有相当大的比例，所以光 波在这个范围内以相当高的几率通过多次全反射运动到波导内。平滑 区段上的平面部分在波导过程中不断减小，所以光辐射越来越可在不 断增加的粗糙表面上进行散射。从而可在光源元件的出射表面上产生 相当均匀的输出辐射。

对上述装置来说，光源元件一个端面上的光辐射必须输入光波导 中。在使用一个沿着这个端面布置的、被一个金属的反射器包围的发 光管的情况下，在多数情况中，预期可为液晶显示的背景照明提供足 够的亮度。但这种装置是相当不灵活的，因为受到可用光源的限制， 所以亮度不可能增加到超过一定的范围。此外，光源安装到光源元件 的一侧的端面位置上也是不利的，因为此时可用的位置只限于液晶显 示的显示面的宽度。

这种装置例如适用于汽车仪表盘内的液晶显示的背景照明。如果 这种显示位于仪表盘上方相当远，则显示面是清晰可见的。但如果这 种显示布置在仪表盘下方相当远，则司机或副司机必须以相当大的视 线角才能看到显示面。特别是对视线角依赖性较大的液晶显示器来 说，这会导致显示面的有缺陷的识别。

在上述装置中，在光波导制成后，在与光出射面相对的光波导表 面上蒸镀一层金属薄膜作为反光层。但薄膜的这种镀覆方法是相当麻 烦的，因为通常必须把薄膜粘贴在光波导的表面上。为此，必须使用 这样一种粘接剂，即它在可见光谱范围的很宽的波长范围应具有足够 的透明度，因为光源元件不仅用于用白色光源的液晶显示的背景照 明，而是也用于任意波长的发光二极管的单色背景照明。

所以EP-A-0 500 960描述的装置只有在一定的前提下才适用 于良好的照明状况。

因此本发明旨在提出一种特别是液晶显示的背景照明用的光源 元件，用这种光源元件即使在不同的环境条件下也能达到亮度的改 善。

此外，在先有技术中，一些具有环境照明功能的人所熟知的光源 元件由于光波导端面上的光辐射的输入方式，提高亮度也是一个问 题。所以本发明的另一个目的是提出环境照明用的一种光源元件，这 种光源元件具有较高的亮度和/或较大的光出射表面。

本发明的另一个目的是提出一种制造光源元件的方法，这种方法 可使光源元件达到高的亮度。

先有技术中存在的上述问题是通过权利要求1所述的一种光源 元件和权利要求20或22所述的一种方法来实现的。

本发明第一种结构型式的全部特征的一个共同点是，光辐射不再 象先有技术那样输入到光波导的一个或两个端面上，而是输入到沿光 源元件的纵向延伸的表面上，其中光辐射以一定的倾角输入光波导 中。由于沿这些表面为光源的定位提供了较多的空间，所以可设置较 多的光源，从而可提高本发明光源元件的亮度。

在所有实施型式中，光波导至少在与光出射面相对的表面上以及 在连接光出射面和相对的表面的纵侧表面上用一个反射器覆盖，必要 时在该反射器内形成孔口区，用以布置光输入单元。

在本发明第一种实施型式的第一例中，光源布置在光波导的纵侧 面上。在这些纵侧面上可布置诸如发光二极管之类的多个光源，因而 可提高光源元件的亮度。

在本发明光源元件的第一种实施型式的第二例中，光源布置在光 出射侧对面的光源元件的表面上。这种结构形式例如用作环境照明的 光源元件。

这类光源元件例如可做成平面型的，因而以理想的方式用于液晶 显示的背景照明。

此外，这类光源元件可用于环境照明。通过多重照明的可能性， 实现上避免了光波导的衰减，所以可照亮任一长度的光波导并可用于 环境照明。

在第二种结构形式中，本发明光源元件具有一个带光出射表面的 光波导，其中与光出射表面相对的光波导的表面用一个反光的或扩散 反射的反射器覆盖，且光出射表面和与它对置的光波导的表面形成一 个不等于零的角度。

用这类光源元件可制造一个光导体组件并安装在汽车的仪表盘 内。根据要安装的光导体组件规定的高度位置这样形成光出射表面的 倾斜角度，使司机或副司机可直接看到液晶显示的显示面。

在第一种实施型式中，实现这个目的的本发明方法的特征是，反 光薄膜的敷设实际上是与光波导的制造组合在一起的。亦即光波导通 过注塑技术制造，把一种透明的塑料射入注塑装置的一个模具中或空 腔中。这个模具事先在底面和侧面的至少一部分铺设薄膜。塑料浇注 后，在固化时，薄膜固定在光波导上。

在本发明方法的第二种实施型式中，薄膜用深冲方法制成，然后 装到光波导上。其中具有一个底面和至少一个侧面的薄膜最好制成整 体形状，然后将光波导嵌入其中。整体的薄膜例如可制成一个槽状的 通道形状，然后可将光波导插入该通道中。

下面结合附图所示的一些实施例来详细说明本发明。附图表示：

图1液晶显示器的背景照明用的本发明平面型光源元件的第一 种实施型式的第一例；

图2沿剖面线II-II剖开的图1光源元件的横断面；

图3环境照明用的本发明光源元件的第一种实施型式的第二 例；

图4本发明光源元件的第一种实施形式的第三实施例；

图4a沿图4剖面线IV-IV剖开的横断面；

图5图4实施例的一种特殊形状；

图6液晶显示器的背景照明用的本发明光源元件的第二种实施 形式；

图7沿剖面线II-II剖开的图6光源元件的横断面；

图8按本发明制造的平面光源元件的第一种实施型式；

图9沿剖面线II-II剖开的图8光源元件的横断面；

图10按本发明制造的平面光源元件的另一种实施形式的部分视 图。

图1表示一种例如可用于液晶显示器背景照明的本发明光源元 件10的实施型式。图2表示沿图1剖面线II-II剖开的带有一个液 晶元件的光源元件的横断面。

图1光源元件10的核心件是一个平面光波导1，该光波导原则 上可用任一种透明的材料制成，例如用一种热塑性树脂例如丙烯酸类 树脂、聚碳酸酯类树脂或有机玻璃或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制 成。输入这个光波导1的光线均匀分布在整个矩形面上并输入一个液 晶显示的显示面(图中未示出)。为此，光波导1四周被反射器4包 围，通过这些反射器扩散入射的光辐射。

光输入是通过光输入单元5来实现的，这些光输入单元设置在光 源元件10的纵侧面1C和1D上并分别由相应反射器4的一个孔口区 5B和一个光源5A组成。光源5A例如是单色背景照明用的一只半导 体发光二极管(LED)，但也可以是一个白色光源例如一个卤灯或类 似物。在一种特殊的实施型式中，可用一个紫外线辐射源，在这种情 况下，光波导的上侧和下侧涂敷有磷光体的材料。光源5A是这样布 置的，即光辐射相对于光波导1的主轴有一定的倾斜角度射入该光波 导中。其中，该入射角可任意调节。

图1表示在光波导1的纵侧面1C上装有四个光输入单元并在对 面的纵侧面1D上装有两个光输入单元的一种实施型式。

在图1实施例中，每个光输入单元内都存在光波导1的三角形凸 起部。这个凸起部的一个侧面用一个反射器4覆盖，而另一个侧面则 向外露出并由此形成孔口区5B。

在图1实施例中，最好端面1E和1F也用反射器覆盖。这样端面 上就不会有光输出。

反射器4最好成型为整体并最好用Pocan(一种以聚对苯二甲 酸丁二酯为主的热聚酯)注塑而成。这种材料是白色的并形成理想的 扩散反射器。但作为反射器同样可涂敷一种薄膜材料。这种薄膜材料 例如可以是聚碳酸酯为主的薄膜，这种薄膜用白色涂覆或印上。为了 更进一步简化制造方法，这种薄膜也可在光波导10注塑成型的过程 中进行涂敷，即在注塑之前，对注塑装置的模具铺设薄膜。在塑料固 化后，薄膜就固定在光波导上并可与光波导一起从注射装置中取下。

原则上，亮度的均匀化同样也可象EP-A-0 500 960所述的那 样，用光波1的出射表面1A和/或它对面的表面1B或这两个表面上 形成的光散射的表面与平滑的表面的可变的面积比例来实现。

在图2中只是示范性地示出了光波导1的光出射表面1A上形成 的光散射的表面6和平滑的表面7。平滑的表面7与光散射的表面6 的面积比例取决于光波导1内相应部位上的亮度。在光波导1内的较 高亮度的区域内，调节一个较高的面积比例，而在较低的亮度区域 内，则调节一个较低的面积比例。形成光散射的表面6存在许多的可 能性。一种特别简便的制造方法是通过金刚砂研磨相应的表面来产生 粗糙的区域。凡是存在很小高度的部位，其表面进行相当强烈的研 磨，以使入射的光线产生散射。但光散射的区域6例如也可以是一些 微凸起，这些微凸起以适当的方式作为点阵设置在表面上。点阵的密 度分布例如可通过一个模拟程序来求出，在该模拟程序中主要输入光 波导1的尺寸、光输入的位置和强度以及反射比。

在图2中附加地示出了一个液晶元件9，该元件布置在光波导1 的光出射表面1A上方并用垫块与该表面隔开。

图3表示本发明光源元件20的第二实施例的分解侧视图。这个 实施例同时表示本发明的第二实施型式，在这个实施型式中，光输入 不是通过纵侧表面而是通过与光出射表面相对的表面来实现的。

和图1第一实施例一样，光出射表面21A对面的表面21B和光波 导21的纵侧表面都用反射器24覆盖。这些反射器仍用第一实施例的 结构，即它们最好形成一个整体，这样，通过它们实际上构成了一个 槽状通道，光波导21嵌入该通道中。光出射表面21A对面的表面21B 形成孔口区25B，光波导21用三角形的凸起部啮合其中。在这些孔 口区25B前面，又是这样布置光源25A，即这些光源与光波导21的 主轴或纵轴成一定的倾角输入该光波导中。反射层24的孔口区25B 和相应的光源25A构成若干个光输入单元25。确切地说，光出射表 面21A对面的整个表面21B都可用来布置这些光输入单元25，所以 可设置许多的输入单元。

如结合第一实施型式所述的那样，这种结构型式也可通过光出射 表面上的光散射表面与平滑表面的可变比例来实现光辐射的均匀 化。光源可以是发光二极管(LED)或多色的白色光源。

图3所示的实施例例如可作为一个纵向延伸的光源元件用于环 境照明。特别是，可前后布置多个上面示出的单元，以制成任意的长 度。

图4表示另一个实施例。这个实施例属于本发明的第一实施型 式，因为这里光线也是输入到光源元件的纵侧表面。图中示出了光源 元件30的一部分，原则上，该光源元件可形成任意的长度。这种光 源元件30例如可用于环境照明。

图4A表示沿图4中剖面线IV-IV剖开的光源元件30的横断面。 光波导31具有一个光出射表面31A并在相对的表面和纵侧表面用反 射器34覆盖。这些反射器与前面实施例所述的相同。这些反射器34 沿一个纵侧表面按一定的孔口区35B中断，光源35A这样布置在这些 孔口区前面，即由这些光源发射的光辐射与光波导30的纵轴成一定 倾角输入该光波导中。反射器34的孔口区35B和安装在前面的光源 35A构成若干个光输入单元35。如前面的实施例所述的那样，光源 35可用发光二极管或多色的白色光源构成。

如果反射器34从光波导31在孔口区35B露出的表面伸入该光波 导一大段，则是特别有利的。这样就可避免光源35附近区域的光波 导31形成亮的照明效应(热点)。此外，为形成孔口区35B倾斜布 置的反射器表面的倒角的形状表明对光的输入是有利的。这也适用于 图3的结构型式。

在这类光源元件中，光衰减实际上不再起任何作用，而且可形成 任意形状和长度的光源元件。

图5表示图4所示光源元件的一个特殊实施例。这种光源元件具 有一个封闭的形状，其中在它的内周表面上设置了许多个前后布置的 光输入单元45(图中未示出光源)。光波导40的结构和构造如图4 所示。封闭环的特殊形状可任意进行选择。

图6表示本发明光源元件50的一个实施例，这个实施例例如可 用于汽车仪表盘内的液晶显示器的背景照明。

图7表示沿图6剖面线II-II剖开的光源元件的横断面。

图6光源元件50的核心件是一个平面的光波导51，该光波导原 则上可用任一种透明的材料制成，例如用一种热塑性树脂例如丙烯酸 类树脂、聚碳酸类树脂或有机玻璃或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。 从光源55例如一只半导体发光二极管输入这个光波导51中的光线均 匀分布在整个光出射表面51A，并输入一个用垫块以很小距离安装在 光出射表面51A上方的平面液晶元件(图中未示出)。为此，光波导 51四周被反射器54包围，通过这些反射器对入射的光辐射进行扩散 反射。

在图6实施例中，部分端面也以有利的方式用反射器54覆盖。 在这些反射器中形成了从光源55发出的光辐射的通过孔口54A。但 也可使端面从一开始就不用反射器覆盖。

光波导51具有这样的形状：光出射表面51A的平面与其对面的 表面51B的平面形成一个角度α。所以在图示形状的光波导组件安装 到一个平面的后壁上例如汽车的仪表盘内时，光出射表面51A和安装 在光出射表面51A前面的液晶元件便处于倾斜位置并面向观察者。这 样观察者对安装在一个仪表盘下方位置上的液晶显示就可接近垂直 于显示面进行观察，从而避免了在常规的光波导组件时产生的观察缺 陷。

反射器54最好形成整体并例如用Pocan(一种以聚对苯二甲酸 丁二酯为主的热聚酯)注塑而成。这种材料是白色的并形成理想扩散 的反射器。但作为反射器也可涂敷一种薄膜材料，这种薄膜材料例如 可以是聚碳酸酯为主的薄膜，这种薄膜用白色涂覆或印上。为了更进 一步简化制造方法，这种薄膜也可在光波导50注塑成形的过程中进 行涂敷，即在注塑之前，在注塑装置的模具中敷设该薄膜。在塑料固 化后，该薄膜就固定在光波导上并可与光波导一起从注塑装置中取 出。

原则上，亮度的均匀化同样也可象EP-A-0 500 960所述的那 样，用光波导51的出射表面51A和/或它对面的表面51B或这两个表 面上形成的光散射表面与平滑表面的可变面积比例来实现。

在图7中只是示范性地示出了光波导51的光出射表面51上形成 的光散射表面56和平滑表面57。平滑的表面57与光散射的表面56 的面积比例取决于光波导51内的相应部位上的亮度。在光波导51内 的较高的亮度的区域内，调节一个较高的面积比例，而在较低的亮度 区域内则调节一个较低的面积比例。形成光散射的表面56存在许多 的可能性。一种特别简便的制造方法是通过金刚砂研磨相应的表面来 产生粗糙的区域。凡是存在很小亮度的部位，其表面进行相当强烈的 研磨，以使入射的光线产生散射。但光散射的区域56例如也可以是 一些微凸起，这些微凸起以适当的方式作为点阵设置在表面上。点阵 的密度分布例如可通过一个模拟程序来求出，在该模拟程序中主要输 入光波导51的尺寸，光输入的位置和强度以及反射比。

也可在两个端面上设置光源来使光线输入光波导51中。

图8表示按本发明制造的光源元件60的另一种实施型式的透视 图，这种光源元件例如可用于液晶显示器的背景照明。

光源元件60的核心件是一个平面的矩形光波导61，该光波导原 则上可用任一种透明的材料制成，例如用一种热塑性的浇注树脂例如 丙烯酸类树脂或聚碳酸类树脂。如果该光源元件按本发明的第一实施 型式制作，则材料必须是一种可浇注的材料。

输入这个光波导61中的光线均匀分布在整个矩形面积上并输入 一个液晶显示器的显示面(图中未示出)。在光出射表面61A对面的 表面61B上以及在端面61C和61D上敷设有薄膜64，通过该薄膜使 入射的光辐射扩散反射到光波导61中。光输入通过至少一个光源65 来进行，该光源设置在光源元件60的至少一个端面61E或61F前面。 光源65例如是液晶显示的单色背景照明用的一只半导体发光二极 管。小型发光二极管的使用是特别有利的，这种发光二极管可用表面 安装技术(SMT技术)进行安装并例如已用注册商标SIDELED和 MiniSIDELED公诸于世。通过使用一个这样的光源和一个很扁的光波 导可制成一个很扁的光源元件(光导组件)。但原则上也可用白色光 源例如卤灯作为光源。

在另一种实施型式中，光波导61用注塑制成并同时敷设薄膜 64。为此，用这样的注塑装置，该装置包括一个模具，该模具与光波 导61的要求的形状一致，亦即在这个实施例中，该模具具有一个扁 平的矩形体的形状。这个模具即主要其底面和纵侧面在注塑之前铺设 薄膜64。该薄膜例如可作为连续的薄膜带通过注塑机拉入并通过真 空吸入模具中。在注塑装置封闭时切断薄膜，然后用塑料进行浇注。 在塑料成型料在注模中固化后，薄膜64固定在光波导1上，并从注 塑装置取下该光波导。

必要时，可将薄膜64铺在注模的全部侧面上。在任何情况下， 凡是设置有光源65的部位都必须保证没有铺设薄膜或者把铺设的薄 膜64内形成尺寸足够大的孔口，以便光源65的光辐射进入光波导 61中。

根据本发明的第二方面，薄膜64可用深冲方法制成。薄膜64最 好底面和侧面制成一体。这样薄膜就可例如做成槽状通道，光波导61 便可插入该通道中。

薄膜主要用聚碳酸酯制成，该材料用白色涂敷或印上。薄膜也可 由一层聚碳酸酯、一层铝和白色层的多层结构组成。

原则上，亮度的均匀化同样也可象EP-A-0 500 960所述的那 样，用光波导61的出射表面61A和/或它对面的表面61B或这两个表 面上形成的光散射表面与平滑表面的可变的面积比例来实现。在图9 中只是示范性地示出了光波导61的光出射表面61上形成的光散射表 面66和平滑表面67。平滑表面67与光散射表面66的面积比例取决 于光波导61内的相应部位上的亮度。在光波导61内的较高的亮度的 区域内，调节一个较高的面积比例，而在较低的亮度区域内则调节一 个较低的面积比例。形成光散射表面66存在许多的可能性。一种特 别简便的制造方法是通过金刚砂研磨相应的表面来产生粗糙的区 域。凡是存在很小亮度的部位，其表面进行相当强烈的研磨，以使入 射的光线产生散射。但光散射的区域66例如也可以是一些微凸起， 这些微凸起以适当的方式作为点阵设置在表面上。点阵的密度分布例 如可通过一个模拟程序来求出，在该模拟程序中主要输入光波导61 的尺寸，光输入的位置和强度以及反射比。

在光出射表面61A上方用垫块把液晶元件固定在光源元件上，以 制成液晶显示。

图10表示本发明光源元件70的另一个实施例的部分透视图。

该光源元件包括一个光波导71，该光波导在一端具有一个伸出 端面的、与光出射表面73成一直线的凸起部71A。在凸起部71A下 方设置了一个光源75，所以通过这个凸起部71A可附加利用光源75 上方的空间。从而扩大了光源元件70的面积和液晶显示的可利用的 显示面积。除了底面和侧面外，面向光源75的凸起部71A的面积也 用薄膜覆盖。这样就可避免不希望有的光效应，例如所谓的“热点”， 这种热点常常在光源上方的光波导的范围内产生。

为了制造图10所示的光源元件70，注塑装置的注模在另一种实 施型式中必须具有一个相应的互补形状。而在另一种结构型式中，则 用一种适当的深拉方法来制造薄膜74。