CN1301977A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置,用来使从光源发出的光射入光导板的入射面,再经由光导板的出射面投射到照明目标物体上,此出射面在与所述入射面垂直的方向上延伸,光源是将发光二极管挨近或安装在光源棒之上构成,此光源棒纵向延伸并平行于光导板的入射面,通过在公用盘上形成一个槽来整体地制成光源棒和光导板。

Description

照明装置
本发明涉及一种照明装置，光从安装在光源棒上的发光二极管(以下称为LED)的光源发出，通过光导板投射到目标上，本发明尤其涉及用于液晶显示仪的照明装置。
液晶显示现用于许多产品中，然而由于液晶显示仪缺乏发光能力，就需要前照明装置从前面发光或是一个后照明装置从显示屏幕反面的非显示面发光。
当液晶显示用于比较大的目标如个人电脑的显示屏时，光源是采用包含了冷阴极射线管的前或后照明装置，其中，冷阴极射线管将发出的光线通过光导板投射到液晶显示仪的显示面或反面的非显示面上。
然而，由于冷阴极射线管过于庞大而不能用于小型的产品如手提电话的液晶显示的照明，所以，就要用到包含有耦合到光源棒上的发光二极管的光源的前或后照明装置，从光源棒发射出的光通过光导板投射到液晶显示仪的显示面或反面的非显示面上。
图2示意性显示了传统的照明装置，其包含了耦合到光源棒上的光源，其中，包含了耦合到光源棒的LED 40的光源是与光导板分开形成的，由此带来的问题是要浪费相当多的时间在组装工作上。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供易于制造的照明装置，该装置使用一种将发光二极管耦合到光源棒上而形成的光源。
根据本发明，提供一种照明装置，使光从光源射出到光导板的入射面，接着经由光导板的出射面射出照到照明目标上，此光导板在与入射面垂直的方向上延伸到照明目标，其中，光源是将发光二极管挨近或置于光源棒上，光源棒在纵向伸展并与光导板的入射面平行，并且通过在一公用板上形成一个槽来整体地制成光源棒。
通过下面提出的优选实施方案和附图。可对本发明有更深的理解。
图1是根据本发明的第一实施方案的照明装置的透视图。
图2是传统的照明装置的透视图。
图3是根据本发明的第一实施方案的照明装置的截面图。
图4是根据本发明的第一实施方案的第一种修改的照明装置的截面图。
图5是根据本发明的第一实施方案的第二种修改的照明装置的截面图。
图6是根据本发明的第一实施方案的第三种修改的照明装置的透视图。
图7是根据发明的第一实施方案的第四种修改的照明装置的透视图。
图8是根据本发明的第一实施方案的第五种修改的照明装置的透视图。
图9显示了利用第一实施方案的照明装置作为液晶显示仪的前照明装置。
图10显示了利用第一实施方案第五种修改的照明装置作为液晶显示仪的后照明装置。
图11是根据本发明的第二实施方案的照明装置透视图。
图12是根据本发明的第二实施方案而进行第一种修改的照明装置透视图。
图13是根据本发明的第二实施方案而进行第二种修改的照明装置透视图。
图14是根据本发明的第二实施方案而进行第三种修改的照明装置透视图。
图15是根据本发明的第二实施方案而进行第四种修改的照明装置透视图。
图16是根据本发明的第三实施方案的照明装置透视图。
图17是根据本发明的第四实施方案的照明装置透视图。
图18是根据本发明的第五实施方案的照明装置透视图。
图19是根据本发明的第五实施方案的照明装置平面图。
图20是根据本发明的第五实施方案而进行第一种修改的照明装置平面图。
图21是根据本发明的第五实施方案而进行第二种修改的照明装置平面图。
图22是根据本发明的第五实施方案而进行第三种修改的照明装置平面图。
图23是根据本发明的第五实施方案而进行第四种修改的照明装置平面图。
图24是根据本发明的第五实施方案而进行第五种修改的照明装置平面图。
图25是根据本发明的第五实施方案而进行第六种修改的照明装置平面图。
图26是根据本发明的第五实施方案而进行第七种修改的照明装置平面图。
图27是根据本发明的第六实施方案的照明装置侧面图。
图28用图表解释了本发明的第六实施方案的效果。
下面将参考附图来解释本发明的实施方案。
首先来说第一实施方案，图1是根据第一实施方案的照明装置的示意显示透视图。
为简化起见，如图1右侧所示，假设与光导板20的入射面21的延伸方向为纵向方向，沿光导板20的厚度方向被简称为沿厚度方向，而远离光源单元10的沿光导板52的延伸的方向被称为横向方向。
图1显示了用作前照明装置的照明装置，例如象图9所示从其显示屏一侧照明液晶显示仪。此照明装置包括一个LED 40耦合其上的光源棒10和一个光导板20，该光导板是通过在公用矩形树脂板，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中形成一个槽30而整体地制成的，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有折射率大约1.45～1.7。
换句话说，图1中槽30与矩形板左侧一个邻近端表面平行，以这种方式，槽30的左侧就构成了光源棒10，而其右侧则组成光导板20。
LED 40属于边缘发射类型，发射白光。
如图1所示，根据第一实施方案，LED 40(为了便于理解示以阴影)耦合在纵向延伸的光源棒10的纵向端，除了与光源棒10相耦合的表面外，LED 40的表面做了反射处理，以避免光线泄漏。
从图3可以看到，图中光源棒10左侧面11被磨砂成表面11′以形成微型粗糙面，并且在其外部安置了反射镜50。结果，由LED 40发出的光线进入光源棒10，然后，从图中光源棒10右侧的侧面12射入槽30。
射入槽30的光从图中光导板20左侧的端面进入光导板20，图中形成在光导板20上表面的棱镜组20包括脊23和谷24，它们平行于光导板20的左侧面21延伸。这样，从图左侧面21进入光导板20的光线被图中的棱镜组向下偏转，并从图中的下表面离开光导板20，并照到放置在光导板20下面的液晶显示仪(未示出)的显示屏上。
第一实施方案的配置如上所述，光源棒10与光导板20彼此结合在一起，因为不需要象现有技术那样组装光源棒10和光导板20，所以装配变得相当容易。
图4显示了第一实施方案的第一种修改后的特征，其中，反射镜50被同时装配在光源棒10的上、下表面。图5显示了第一实施方案的第二种修改的特征，其中配置在光源棒10上、下表面的反射镜50向光导板20延伸并覆盖了光源棒10的上开口31和下开口32。
图6显示了第一实施方案第三种修改后的配置，其中，LED 40被配置在面板的角上有凹口的地方使得光源棒10比光导板20短些，由此，所有的LED 40安装贴合而不会突出来，配置的其它部分与第一实施方案相同。
图7显示第一实施方案第四种修改后的配置，该配置与第一实施方案不同处在于棱镜组22′配置在光导板20的下表面，它具有脊23′和谷24′沿光源棒10的长度方向延伸。
图8显示了第一实施方案第五种修改后的配置，该配置与第一实施方案的第四种修改的不同是在光导板20的上表面配备了棱镜组25，它有垂直于光源棒10的长度方向上延伸的脊26和谷27。
图9显示整个照明系统，使用依据第一实施方案的照明装置从前侧照射前照明式液晶显示器50的显示屏。
图10显示整个照明系统，使用根据第一实施方案的第四种修改，从背侧照射背照明式液晶显示器50的显示屏51，其中，从光源棒10射出的光路用虚线表示。
图11显示了第二实施方案的配置，其中LED 40耦合在光源棒10的上表面端部，并且LED 40所耦合的光源棒10的端部的下表面被对角地切掉，如图所示形成了斜面13，反射镜(未示出)被配置在每个倾斜面13上。
图12是第二实施方案第一种修改后的配置，其中，与第二实施方案相反，LED 40耦合于光源棒10的下表面端部，并且LED 40所耦合的光源棒10的端部的上表面被对角地削去，形成了倾斜面13，反射镜(未示出)被配置在每个倾斜面13上。
同样，由光源棒10组成槽30的靠近光导板一端的侧面12也被倾斜，这使得光源棒10的上侧靠近了光导板20，这种将光源棒10组成槽30的靠近光导板一端的侧面12被倾斜化的方式也适用于其他的实施方案，也可以将光导板20的入射面21或面21和12都倾斜化。
图13显示了第二实施方案第二种修改后的配置，其中LED 40图中在左侧耦合于光源棒10的端面，并且如图所示使光源棒10的端部被对角地向内切成斜面13，反射镜(未示出)被安装在每个倾斜面13上。
图14显示了第二实施方案第三种修改后的配置，其中光源棒10与光导板20相连的部分被凹切，LED 40安装在凹切处，相应地，如图示光源棒10也有倾斜面13，反射镜(未示出)被安装在每个倾斜面13上。
图15是第二实施方案第四种修改后的配置，槽30事先形成得较长并配制上光源棒10，如图光源棒10的角被切成斜面13并安装了反光镜(未示出)。
图16显示了第三实施方案的配置，其中LED 40没有安装在端部，而是安装在光源棒10的远离光导板的侧面11的中部。靠近光导板20的光源棒10的侧面与靠近光源棒10并形成槽30的光导板的侧面分别被磨砂形成表面11′和21′，并各自具有粗糙面从而确保均匀的光线射入光导板20。
以类似的方式，LED 40可以选择性安装于光源棒10中间部分的上表面或下表面，都具有同样的效果。
作为另外一种选择，靠近光导板20的光源棒10的侧面12和靠近光源棒10的光导板20的侧面不用磨砂，而是形成棱镜表面，它有纵向分布的彼此平行的脊和谷。这些选择都适用于实施方案和修改方案中。同样，可以只有一个侧面被加工成上面提到的方式。
图17显示了第四实施方案的配置，其中，在远离光导板20的光源棒10的侧面的中央部分被形成凹槽10a，每个凹槽具有凹镜面11a，LED 40不是以直接接触的方式安装在光源棒10上，使得LED 40的一部分可位于相应凹进去的部分10a。
光源棒10的靠近光导板20的形成槽30的侧面被形成凹镜面12a，其形成在远离光导板20的一侧上，这样可以使均匀的光线射入光导板20。
同样也可以将光源棒10的上表面和下表面都形成凹槽并将每个LED 40的一部分装在凹槽中，此外，端部的邻近部分也可以被形成凹槽。
而且，靠近光导板20的光源棒10的侧面的镜头面12也适用于第一和第八实施方案，具有相同的作用，并且光导板的入射面21也可以形成为镜头面。
图18解释了第五实施方案，其中光接收面14形成在远离光导板20的侧面11的中间部分并平行于光导板20的入射面21，LED 40安装在光接收平面14上，并且除了挨近光源棒10的LED 40的面以外，其它的LED 40面都经处理来防止光线泄漏。
一个棱镜组15形成在远离光导板的侧面11上的除光接收面14以外的区域，每个棱镜15′的脊16和谷17组成的棱镜组15沿厚度方向上彼此平行分布。根据第13实施方案，每个脊16都被削去顶部形成一个平坦部分，平行于光导板20的入射面21。
另一方面，靠近光导板的并与光接收平面14相反的光源棒10的侧面12上被形成一个三角形的切口18。
光导板20和光源棒10都由透明材料制成，并且光导板20靠近显示目标的面上形成有棱镜组22，该棱镜组的脊23和谷24在纵向上彼此平行延伸。
图19是图18所示配置的平面图，光由LED 40发出沿虚线所示路径到达光导板20的入射面21。
具体地，光由LED 40发出，并在切口18的内表面上向各个方向反射，此切口位于靠近光导板一端的光源棒10的侧面12上，然后反射光线射到棱镜组15的每一个棱镜15′的内平面上，接着被进一步反射并离开靠近光导板的侧面12，通过入射面21入射到光导板20。
如果光从LED 40发出后直接进入光导板20的入射面21而不经由光源棒10上的切口18的反射，就会产生一个不合乎要求的非常亮的部分。鉴于此，切口18的中心用粗线表示的部分形成以一个反射镜19，作为防止直接发射装置。除了反射镜，其他的防止直接发射装置还包括涂层处理或安装光吸收部件。
通过第五实施方案的配置和上述的操作，光导板发射均匀的光线。
图20中的第五实施方案的第一种修改方案与第五实施方案的唯一不同之处在于光源棒10的切口18有一个光滑扩展的三角形的底。通过这项措施远离LED 40的区域亮度提高，同时整体的照明均匀度也得到了改善。
第五实施方案的第二种修改方案如图21所示，其与第五实施方案的不同仅在于光源棒10上棱镜组15的棱镜15′的谷的深度保持不变，而在纵向上谷的间距pn逐渐增加，在远离LED 40的方向上减小。通过这项措施远离LED 40的区域亮度提高，同时整体的照明均匀度也得到了改善。
图22是第五实施方案的第三种修改方案，其与第13实施方案唯一不同之处是光源棒10上棱镜组15的棱镜15′的谷的深度dn是由LED 40向两端不断增加。通过这项措施远离LED 40的区域照明度提高，同时整个的照明均匀度也得到了提高。
第五实施方案的第四种修改方案如图23所示，其与第一实施方案的不同仅在于棱镜组15的棱镜15′的脊16没被削平，而且LED 40没有紧密接触光接收平面14上。
图24中的第五实施方案的第五种修改方案与第四种修改方案的唯一不同之处在于谷底是平坦的。
第五实施方案的第六种修改方案如图25所示，其与第五种修改方案的不同仅在于包含两个LED 40用来增加均一的照明度，两个LED 40也可用于第五实施方案和它的各种修改方案。另外，LED 40的数量可按需要增加。
第六实施方案如图26所示，光导板20的棱镜组22被安装在前侧用于后照明装置，因此容易被损坏和招致灰尘，所以在棱镜组22的外面设置了防护罩60。
上面提到的防护罩60比较难于制做和安装，因此第七实施方案将给出解释，其中具有平表面的外部保护层通过一个中间层被设置在光导板20的棱镜组表面上。
图27解释了第七实施方案的特征，并显示了照明液晶显示仪的前照明装置，在图27中，向上的方向代表前侧，光导板20被放在液晶显示装置100的前侧。
先是第一中间层71，接着是第二中间层72，最后是外保护层80，各层以这样的顺序排列在光导板外侧，而且各层之间密切相接。
光导板20的材料为折射率为1.5的丙烯酸树脂，与配置为直接接触空气的现有技术中用的材料相同，棱镜组22形成在前侧，尽管在图27中只显示了两个棱镜，实际上在250mm宽度上有约400个棱镜。棱镜的谷的深度大约为5μm，从反面20a到棱镜顶的高大约1mm。
第一中间层71由氧化钛(TiO2)制成，其折射率大约为2.2-2.4，厚度约为100nm。
第二中间层72由氧化硅(SiO2)制成，其折射率为1.5，厚度约为100nm。
第一中间层71和第二中间层72在图中已被放大，实际上其厚度要比棱镜的谷小数十倍。这样它就极不可能填满棱镜的谷，因此，在第二中间层72的外面就有了类似于光导板20上的棱镜组22的粗糙面。
外保护层80是由类似于硅氧烷或丙烯酸树脂的硬涂层材料制成，外部表面72保持光滑，鉴于如上所述第二中间层72外侧是差不多等同于光导板20上棱镜组22的粗糙面的事实，而内部表面71有一个互补的粗糙面，由此，外保护层80的总厚度(从外表面72到内表面71表面粗糙面的最高处)至少大于约5μm，或者说大于光导板20上棱镜的谷深，在此情况下大约10μm。
如上所述，外保护层80具有由硬涂层材料光滑的外表面，不易损坏且不易粘灰，而且，由于各层之间结合紧密，也不易粘灰。
第一中间层71的折射率M比光导板20的折射率L和第二中间层72的折射率N大。如图27箭头所示，光线射入光导板20，进入第一中间层71，然后在第一中间层71和第二中间层72之间的界面折射，接着离开第一中间层71，再一次进入光导板20，并从下层离开光导板20照到液晶显示仪100，这样就照明了液晶显示仪100。
假设中间层71的厚度是光源2射出光的波长(大约550nm)除以折射率的4倍，这样，反射率变得最低，从而使光最易于离开第一中间层71进入光导板20。
根据如上所述的第七实施方案，光导板20所用的是现有技术中使用的相同材料，折射率L大约是1.5。
在现有技术中，光导板20与空气接触。而光导板20折射率L与空气折射率大约分别为大约1.5和1.0，因此光导板20的折射率与空气的折射率之间的比率大约1.5。另一方面，根据本发明第一实施方案，第一中间层71的折射率M大约2.2-2.4，第二中间层72的折射率N大约为1.5，两折射率之间的比率大至为1.5。也就是说L∶M=M∶N，即M2=L×N。
照明性能依赖于将来自光源棒10入射到光导板20的光偏转到光导板20与外材料之间的交界面上的照明目标(这里考虑的是液晶显示仪100)的能力，该能力又决定于界面两边的两种材料的折射率的比率。根据本发明第七实施方案，因此，使用由现有技术材料制作的光导板20达到了与现有技术相等的照明性能。
如上所述，从光源棒10发出的光在第一中间面71和第二中间面72之间的界面反射，由此可见，位于第二中间面外面的外保护层80的折射率对照明性能没有影响。因此，制作外保护层80的材料选择余地就比较大。具体地，外保护层80的折射率可以大于或小于第二中间层材料的折射率N(在此为SiO2，折射率约为1.5)。
图28是一个表，显示了图27中随着棱镜倾斜角α的不同，出射角度φ的范围与入射角度θ范围之间的关系，还有第一中间层71的折射率M，光导板20的折射率L和第二中间层72的折射率N，由表可见，随着M/N的值越大，出射角度φ越接近0，所以垂直射到光导板的光线分量增加，可以提高照明效率。
还可以采用单独的TiO2中间层，由于外保护层的折射率对照明性能就有直接的影响，外保护层材料的选择自由度就受到了限制。
另外，各层之间可以用粘合剂来紧密连接，并且使用粘合剂把无污染的氟塑料膜置于外保护层80的外侧，或用粘合剂把抗反射材料置于光导板20的反面。
而且，光导板20可以被分割为包含棱镜组22的部分和不包含棱镜组22的部分。

Claims (20)

1．一种照明装置，用来使从光源发出的光射入光导板的入射面，并从光导板的出射面将光投射到照明目标上，此出射面在与所述入射面垂直的方向上延伸，
其中，光源是将发光二极管挨近或安置在光源棒上制成的，该光源棒平行于光导板的入射面沿纵向延伸，并且光源棒和光导板通过在一个公用板上形成槽而整体地制成。
2．根据权利要求1的照明装置，其中，发光二极管被安装在光源棒的每个纵向端表面。
3．根据权利要求1的照明装置，其中，发光二极管被安装在光源棒的每个纵向端的每个上表面，下表面，光源棒的靠近光导板的侧面和光源棒的远离光导板的侧面，光被倾斜反射体偏转向中心。
4．根据权利要求1的照明装置，其中，发光二极管被安装在光源棒的纵向中心部分的远离光导板的那个侧面。
5．根据权利要求4的照明装置，包括反射装置，它安装在光源棒的靠近光导板的侧面，用于将从发光二极管入射到光源棒的光反射到光源棒的远离光导板的侧面，并且包括棱镜组，它具有沿厚度方向延伸的脊，处于光源棒的远离光导板的并在其上安装了发光二极管的那个侧面部分以外的部分。
6．根据权利要求5的照明装置，其中，所述反射装置是一个基本上为三角形的切口，从光源棒靠近光导板的侧面切向发光二极管，并且在切口的前端包括防止直接发射装置。
7．根据权利要求5的照明装置，包括远区照明增强装置，通过按照与发光二极管的距离而改变棱镜组的谷深或间距而制成。
8．根据权利要求4的照明装置，其中，发光二极管配置于凹槽中，凹槽具有凹镜面，且凸镜面形成在光源棒的靠近光导板的相应侧面上。
9．根据权利要求1的照明装置，其中，发光二极管通过一个缺口安装在光源棒上。
10．根据权利要求1的照明装置，其中，安装了所述发光二极管的光源棒部分之外的表面部分被加工成可反射的。
11．根据权利要求1的照明装置，其中，在光源棒的远离光导板的侧面形成微型粗糙面。
12．根据权利要求1的照明装置，其中，反射体配置在至少选自下列表面之一：上表面，下表面，光源棒的靠近光导板的侧面和光源棒的远离光导板的侧面。
13．根据权利要求1的照明装置，包括反射体，用来覆盖靠近照明目标的一侧上的槽的开口和远离照明目标的一侧上的槽的开口。
14．根据权利要求1的照明装置，包括用于平衡光源棒的靠近光导板的侧面上的和/或光导板的入射面上的入射光的装置。
15．根据权利要求1的照明装置，包括在光导板的前面和/或背面上的棱镜组。
16．根据权利要求15的照明装置，包括多个外保护层，通过至少一个中间层设置在棱镜组的外侧。
17．根据权利要求16的照明装置，包括多个所述中间层，其中，第一内中间层的折射率大于光导板的折射率，且大于外部第二中间层的折射率。
18．根据权利要求15的照明装置，包括配置在棱镜组外边的防护罩。
19．根据权利要求1的照明装置，构成一个用于液晶显示仪的前照明装置。
20．根据权利要求1的照明装置，构成一个用于液晶显示仪的后照明装置。
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