CN1914528A - 混合光导背光 - Google Patents

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Abstract

公开一种背光照明系统，其包括光导(130)和反射腔(140)，该光导具有与该光导边缘光学连接的至少一个光源(165)，用于向光导内部提供光，该反射腔具有与反射腔光学连接的至少一个光源(185)，用于向反射腔内部提供光。该反射腔可以包括第一反射器(145)和第二反射器(147)，并且可以将至少一个光源设置在反射腔的边缘处。可选择的是，该反射腔可以包括背反射部分，并且可以将该光源设置在该背反射部分处。

Description

混合光导背光
技术领域
本发明涉及背光系统，其可以有利地用于大的高性能液晶显示器。更具体地讲，本发明涉及包括具有不同构造的光导的背光系统，例如侧光光导和直射光光导。可选的是，本发明的背光系统包括各种回收增强结构。
背景技术
液晶显示器(LCD)广泛地用于电子显示设备中，例如计算机监视器、手持设备和电视。与阴极射线管(CRT)显示器不同，LCD不发光，因此需要独立的光源，以用于观察这种显示器上形成的图像。环境光照明对于一些用途而言足够了，但是对于大多数大面积和高性能LCD，环境光造成眩光，并且对于清晰度有不良影响。因此，为了提高清晰度，大多数大面积和高性能LCD包括位于显示器之后的光源，其通常称作“背光”。
目前，许多用于背光照明LCD的通用系统包括直射光背光，其中在显示器之后将多个灯或者单一的螺旋形灯设置在使用者视场内，或者包括侧光背光，其中沿着位于显示器之后的光导的一条或多条边缘放置了光源，使得光源在使用者的视场之外。为了达到CRT显示器的效果，大LCD显示器(例如对角线大于20”或50cm的LCD显示器)必须具有高亮度目标，例如约500nt或更大。目前，利用用于LCD的单腔直射光背光实现了这种高亮度目标。
然而，使用常规直射光背光系统在大LCD(例如LCD电视)的制造商当中已经引起了一定的担忧。一个担忧是该LCD的期望寿命与电视背光中的个别灯的寿命之间的差异，对于大多数LCD电视购买者而言期望寿命可能是10到20年，个别灯的寿命约为10000到20000小时，并且通常接近这个范围的下限。尤其是，经常用于背光照明的冷阴极荧光灯(CCFL)具有变化的寿命和老化特性。如果常规直射光背光中的一个CCFL烧坏，则后果是直接在显示器上出现黑线。此外，直射光显示器的空间色彩均匀度随着每个CCFL的老化而不同程度地受损。目前，主要的LCD制造商和电视机制造商没有用于维修以这两种模式中的任何一种模式损坏的LCD电视背光的机型。
此外，从常规的直射光背光中的多个光源到达观察者的光通常不像侧光背光中的光混合得那样好。但是，尽管常规的直射光背光具有这个缺点和其它缺点，以及均匀度和老化缺点，但目前其是用于背光LCD电视的普遍选择，这是因为它们可以达到与CRT电视不相上下的亮度目标。另一方面，尽管侧光背光在许多方面似乎更有利，但是利用常规侧光背光实现希望的亮度级仍然是个挑战。一个难点是将足够大量的光源设置在单一光导的边缘处，以提供足够的光能，从而达到目标亮度。其它难点包括常规背光中的增亮膜翘曲，这是由于例如高的热梯度和处理问题造成的。
因此，在背光领域中，仍然需要用于背光照明系统的能够实现高亮度目标并且更有效的大的高性能LCD。此外，仍然需要用于大的高性能LCD的可以克服上述当前能得到的背光照明系统的其它缺点的背光系统。
发明内容
本发明的发明人通过提供一种如本文中公开并请求保护的混合背光照明系统，解决了目前已知的用于大的高性能LCD的背光照明系统的这些和其它缺点。这种系统可以有利地用于各种设备，包括LCD电视、LCD监视器、售货点设备，以及其它适当的设备。本发明降低了使用变化寿命光源的风险，使得个别光源的烧毁或者老化不会对显示器观察质量产生严重影响。因此，如果在根据本发明实施例的混合系统中个别光源老化或者烧坏，则对于空间亮度和色彩均匀性的影响将由于光混合增强而不太显著。
本发明消除了对于单腔直射光背光中常规使用的厚扩散片的需求，以使观察者看不到各个光源，从而提供亮度的附加增益。此外，直接从顶部光导提取的光可以以很大的角度范围出射，这将增强该显示器的轴外可观看性。而且，本发明可以包含用于防止可用于本发明示例性实施例中的各种增强结构翘曲和物理损坏的附加特征。
因此，本发明涉及背光照明系统，在一些示例性实施例中，其包括光导、与光导边缘光学连接的至少一个光源，以用于向该光导内部提供光，还包括反射腔，以及与反射腔光学连接的至少一个光源，以用于向该反射腔内部提供光。与该反射腔光学连接的至少一个光源可以设置在反射腔的边缘处或者反射腔的内部中。可选择的是，至少一个光源可以设置在反射腔的边缘处，并且至少一个光源可以设置在反射腔的内部中。
在其它示例性实施例中，该背光照明系统包括光导、与光导的第一边缘光学连接的至少一个光源，以用于向该光导内部提供光，还包括反射腔，以及与反射腔的第一边缘光学连接的至少一个光源，以用于向该反射腔内部提供光。第一光导的第一边缘可以或者可以不与反射腔的第一边缘基本上对准。根据本发明这些示例性实施例的背光系统进一步可以包括设置在与反射腔光学连接的光源上面的准直结构，或者其可以包括用于从反射腔提取光的扩散提取器。
反射腔可以包括第一反射器和设置在光导与第一反射器之间的第二半透明反射器。可选的是，该第一反射器也可以是半透明的。至少一个光源可以与反射腔的第二边缘光学连接。第一准直结构可以设置在与反射腔的第一边缘光学连接的至少一个光源上面，并且第二准直结构可以设置在与反射腔的第二边缘光学连接的至少一个光源上面。该第一和第二准直结构可以包括棱镜结构或者具有二维菲涅尔透镜，其中所述棱镜结构具有基本上平行于第一和第二反射器的凹槽，并且棱镜顶点基本上面向反射腔内部。如果将菲涅尔透镜用作准直结构，则优选将光源设置在菲涅尔透镜的焦线附近，该光源可以包括线性LED阵列。
在本发明的适当实施例中，第二半透明反射器包括棱镜结构，其棱镜顶点基本上背离反射腔，并且第一和第二准直结构构造为基本上在该棱镜结构数值孔径之内透射光。第一和第二准直结构分别可以包括反射偏振器，其传递轴基本上垂直于可能包含在第二半透明反射器中的反射偏振器的传递轴。
本发明还涉及一种背光照明系统，其包括光导、与光导的第一边缘光学连接的至少一个光源，以用于向光导内部提供光，还包括反射腔，以及设置在该反射腔内部中的至少一个光源。该反射腔可以包括背反射部分、设置在该背反射部分处的至少一个光源，并且进一步可以包括侧反射部分。在一些实施例中，该背光照明系统进一步可以包括设置在反射腔与光导之间的扩散器，其可以包括刚性光学透明板和附着于该板上的扩散片。设置在反射腔中的光源可以包括光源阵列、延伸的光源，或者基本上相互平行的线性光源阵列。在后一种情况中，该光导的第一边缘可以基本上垂直或者平行于该线性光源。该光导可以包括设置在面对反射腔的表面上的表面结构，例如基本上围绕水平轴对称的多个棱镜结构。
在本发明的适当实施例中，该背光照明系统包括设置在光导表面处的第一回收增强结构。该第一增强结构可以包括反射偏振器、反射偏振器和扩散器，或者反射偏振器和棱镜结构。在某些实施例中，该第一回收增强结构附着于光导的表面上。可选的是或者此外，该背光照明系统进一步包括设置在光导与反射腔之间的第二回收增强结构。该第二回收增强结构可以包括一个或多个棱镜结构。在某些实施例中，该第二回收增强结构附着于该光导的表面上。
根据以下详细说明以及附图，本领域普通技术人员将更容易理解本发明背光照明系统的这些及其它方面。
附图说明
为使属于本发明技术领域的普通技术人员能更容易了解如何制造和使用本发明，以下参照附图详细描述本发明的示例性实施例，在附图中：
图1是用于LCD电视的常规直射光背光的示意横截面图；
图2是根据本发明的背光照明系统的示例性实施例的示意横截面图；
图2A是本发明实施例的反射腔的部分横截面示意图，表示了另一示例性准直结构；
图3A和3B是表示将光源设置在光导和反射腔边缘处的可选方式的示意表示；
图4是根据本发明的背光照明系统另一实施例的示意图。
具体实施方式
图1表示了常规单腔直射光背光10的结构和部件，例如目前用于LCD电视的背光。该常规背光10包括灯泡阵列15，典型的是CCFL，还包括位于灯泡阵列15之后用于将更多的光导向观察者的成形反射器17。通常将厚扩散板18放置在灯泡阵列15上面，从而扩散来自各个灯泡(例如CCFL)的光，以便使观察者看不到这些灯泡。典型的扩散板18具有与其相关的大吸收量以及大反向散射量，如果将光回收增强膜(下面进行描述)添加到该背光中，则上述效果将按指数规律增长。为了进一步有助于使观察者看不到各个灯泡，已经使扩散板具有图案，从而导致了更多的光损失。
常规的背光10进一步包括薄扩散片16和一层增亮膜14，该增亮膜具有棱镜表面结构，例如可以从3M公司买到的VikuitiTMBrightness Enhancement Film(BEF)。该增亮膜14使一定角度内的光朝观察者折射。该角度外的光被“回收”，即反射回背光10中，在背光中光在系统内传播，直到达到射出该系统的适当角度为止。此外，该常规背光10包括放置在增亮膜14上面的一层反射偏振器12。该反射偏振器12通常为多层反射偏振器，例如也可以从3M公司买到的VikuitiTMDual Brightness Enhancement Film(DBEF)。该反射偏振器12透射具有预定偏振的光，而将具有不同偏振的光反射到背光10中，在背光中改变偏振态并且使光馈回该反射偏振器12。这个过程也称作“回收”。
图2表示了根据本发明示例性实施例构造的背光照明系统100的示意横截面图。该背光照明系统100包括光导130和反射腔140。该光导130可以由丙烯酸或者其它适当的材料制成。在图2所示的示例性实施例中，将光源165a和165b放置在光导130的边缘132a和132b处，使得从该光源165a、165b发出的至少一部分光耦合到光导130的内部，并且通过从表面130a和130b的反射而沿着该光导长度方向传播。可以如图2所示提供灯腔反射器156a和156b，从而提高从光源165a、165b到光导130内部的耦合效率。本领域普通技术人员将会理解，该反射器156a、156b的形状和结构可以改变。例如，该反射器156a和156b可以是多层介电反射器。
还参照图2，该反射腔140包括反射器145和147。在图2所示的示例性实施例中，至少反射器145是半透明反射器，但是在本发明的其它示例性实施例中，反射器145和147都可以是半透明的。适合用作半透明反射器的结构的实例包括多层介电反射器，包括反射偏振器、火焰纹理多层介电反射器(参见例如美国专利第6096247号，该专利通过引用方式并入本文)、散射型波长无关反射器、具有扩散涂层的多层介电反射器、棱镜结构膜、部分镀银反射镜、带孔反射镜膜、本领域普通技术人员已知的任何其它适当的半透明反射结构，以及上述各种反射器的适当组合。根据具体用途和结构类型，在一些示例性实施例中，这些结构可以是独立的，在这种情况下，可以使这些结构固定于适当的支架或者框架上，在其它示例性实施例中，可以将这些结构层压到支架上，该支架例如是刚性光学透明板。
适合用作反射器147的结构的实例包括半透明反射器，但是还可以包括具有较低透射率的结构，例如传递轴夹角为Θ的两个反射偏振器的组合(在这种情况下，透射率约为入射强度的0.5cos2Θ)、两侧涂敷有体扩散剂或者其它类型的扩散剂的多层介电反射器，或者具有结构表面的多层介电反射器(参见例如美国专利第6208466号，该专利通过引用方式并入本文)、金属涂敷的反射镜、本领域普通技术人员已知的任何其它适当的反射结构，以及这些元件的组合。优选的是，在图2所示的本发明示例性实施例中，如果将诸如BEF的棱镜结构膜用作半透明反射器145，则该膜设置为使得棱镜顶点基本上背离反射腔140。如果该棱镜结构膜包括纵向凹槽，则通常优选垂直于反射腔140的光输入边缘142a和142b定位这些凹槽。
将光源185a和185b放置在反射腔140的边缘142a和142b处，使得从光源185a、185b发出的至少一部分光耦合到反射腔140的内部，并且通过从反射器145和147的反射而沿该反射腔长度方向传播。可以如图2所示提供灯腔反射器176a和176b，从而提高从光源185a、185b到反射腔140中的耦合效率。本领域普通技术人员将会理解，该反射器176a和176b的形状和结构可以改变。例如，该反射器176a和176b可以是多层介电反射器。
还参照图2，可以将准直结构144a和144b放置在光导185a和185b上面，从而减小入射到反射腔140内部的光的角展度，并且因此提高从该背光照明系统100提取的光的空间均匀性。示例性准直结构144a和144b可以包括棱镜结构，其构造和定位为通过将一定入射角内的光折射到反射腔140内部，并且将该角度外的光朝光源185a或者185b反向反射，至少部分地准直从光源185a和185b发出的光。适用于准直结构144a和144b中的这种棱镜结构膜的一个实例是BEF膜，其设置为使棱镜顶点基本上朝向反射腔140内部，并且如果具体类型的棱镜结构膜包括纵向凹槽，则该凹槽基本上平行于反射器145和147的平面。在这些示例性实施例中，如果将诸如BEF的棱镜结构膜用作半透明反射器145，则该准直结构144a和144b优选构造为将透射光准直到棱镜膜用于反射的数值孔径内。
可选的是，准直结构144a和144b可以包括图2A所示的二维菲涅尔透镜。图2A表示了空腔440的部分横截面示意图，其包括反射器447和半透明反射器445。将线性光源阵列485设置在准直结构444的焦线附近，在本示例性实施例中，该准直结构为二维菲涅尔透镜。其它示例性实施例可以利用与透镜阵列结合的二维光源阵列，从而将每个光源设置在透镜阵列中相应透镜的焦点附近。本领域普通技术人员容易理解，大量其它构造的光源和准直结构均在本发明的考虑范围内。
还参照图2，可选的是，该准直结构144a和144b可以包括反射偏振器，例如DBEF。如果反射偏振器也包含在半透明反射器145中，例如可以从3M公司买到的VikuitiTMDiffuse ReflectivePolarizing Film(DRPF)，这是非常有利的。在这些示例性实施例中，半透明反射器145中反射偏振器的传递轴优选为基本上垂直于准直结构144a和144b中反射偏振器的传递轴。
尽管图2所示的示例性背光照明系统100表示了放置在光导130边缘132a、132b处的光源对165a、165b和放置在反射腔140边缘142a、142b处的八个光源185a、185b，但是本发明还考虑到了在光导130的边缘处仅使用一个光源，并且在反射腔140的边缘处仅使用一个光源。此外，尽管为了便于说明，所示的光源165a和165b与光源185a、185b对准，但是本发明考虑到了将一个或多个光源放置在每个光导的任何一个或多个边缘处。例如，图3A和3B表示了将光源135a’、135a”、145a’、145a”和135b’、135b”、145b’、145b”分别设置在基本上为矩形的光导和反射腔130a、130b和140a、140b的边缘处的两种可选方式。
然而，图3A和3B的示意表示并不是对于可用于本发明实施例的光源形状和构造的限制。适用于本发明实施例的光源包括任何发光光源，例如荧光灯(如CCFL)、热阴极荧光灯(HCFL)、白炽灯、电致发光光源、磷光光源、外部电极荧光灯、发光二极管(LED)，以及任何其它适当的一个或多个光源，或者任何适当数量的光源或其组合，其中所述发光二极管包括有机LED(OLED)、LED阵列。
光导的数量、结构和类型也可以改变。例如，根据本发明可以使用三个或更多的光导，并且组成的光导中的任何一个或多个可以是空的，例如反射腔。提高根据本发明示例性实施例的背光系统中光导的数量会导致显示器重量和厚度的相应增加。然而，大多数大面板LCD的制造商通常把显示器厚度和重量视为第二位的。寿命、亮度、空间均匀性、易组装性以及增亮膜翘曲的降低通常被认为是更为重要的。
因此，设置在光导或者反射腔(例如130或140)边缘处的光源数量和类型，以及光导或反射腔的数量、尺寸和类型取决于具体的用途和亮度目标，以及一些实际考虑，包括与光导尺寸相比的具体光源的尺寸。值得注意的是，可以将大量光源设置在反射腔的一个或多个边缘处，而不会导致背光照明系统重量明显增加。
还参照图2，该背光系统100可以包括设置在光导130表面处的第一回收增强结构112。在本发明的上下文中，“回收增强结构”可以是能够按照类似于或相当于参照图1所述的增亮膜12和14的方式“回收”光的任何结构。该第一回收增强结构112可以设置在表面130a处，并且可以包括反射偏振器，例如可以从3M公司买到的多层反射偏振器VikuitiTMDual Brightness Enhancement Film(DBEF)。
该第一回收增强结构还可以包括扩散器，其可以集成在反射偏振器内，或者作为独立部件(例如不光滑表面或者压敏粘结剂(PSA)层)包含在该回收增强结构中。扩散器的一个功能就是使反射回背光照明系统100中的光的偏振和方向随机化。可以有利地用于第一回收增强结构112中的部件实例包括可以从3M公司买到的VikuitiTMDiffuse Reflective Polarizer Film(DRPF)和VikuitiTMDualBrightness Enhancement Film-Matte(DBEF-M)。诸如BEF层的棱镜结构可以包含在第一回收增强结构112中，其取代了扩散器或者作为除扩散器外的附加部件，可选的是该棱镜结构还可以包括用于增加光扩散的结构变化图案(参见例如美国专利第6354709号，该专利通过引用方式并入本文)。棱镜顶点可以面向或者背离第一光导130，这取决于用途。
第一回收增强结构112可以附着于第一光导130的表面，例如表面130a。通过层压、将增强结构112或者其构成结构中的任一结构模制到光导上，或者利用任何适当的粘结技术，可以使第一回收增强结构112附着于光导130的表面。如果第一回收增强结构112包括不光滑表面，例如象在DBEF-M中那样，则该第一回收增强结构112优选附着于光导130上，使得该扩散表面面向表面130a。在本发明的示例性实施例中，其中该第一回收增强结构112附着于光导130，可以通过光与所附着的第一回收增强结构112的交互作用而从光导130内部提取光。例如，如果DRPF或者DBEF-M包含在第一回收增强结构112中，则光被这些膜中的任何一个扩散，并且以适当的偏振态透射到LCD，或者散射回背光照明系统100中，在该背光照明系统100中能够按照以上说明的那样回收光。可选择的是，DBEF可以附着于带有PSA层的第一光导130的表面上。PSA有助于从第一光导130内部提取光。
在本发明的适当的示例性实施例中，第一回收增强结构112可以包括DBEF和DRPF，并且它们优选附着于(例如层压到)光导130的表面130a上。在这种情况下，两个反射偏振器(即DBEF和DRPF)的传递轴(偏振轴)应当对准。因此，DRPF有助于从光导130提取光，而DBEF将增强对比度。可选择的是，可以将BEF结合反射偏振器(例如DBEF)使用，作为第一回收增强结构112的一部分。BEF有助于光提取，而DBEF将确保光以适当的偏振射出背光照明系统100。
此外或可选择的是，图2所示的背光系统100可以包括第二回收增强结构114，其可以设置在光导130与反射腔140之间。优选的是，该第二回收增强结构114包括棱镜结构，例如棱镜结构膜，其通过将一定角度内的光朝观察者折射并且将该角度外的光反向反射，来有助于重定向并回收光，从而提高该背光照明系统100的轴上亮度。适于用在第二回收增强结构114内的这种棱镜结构膜的一个实例是BEF。此外或可选择的是，该第二回收增强结构114可以包括旋转膜，例如棱镜结构，其棱镜顶点基本上背离光导130。
在本发明的适当示例性实施例中，可以将具有纵向凹槽的两个BEF或者类似的棱镜膜或结构用作第二回收增强结构114的一部分。在该示例性实施例中，棱镜膜凹槽的方向优选是交叉的，并且薄粘结剂层按照一定方式连接各个膜，使得仅有较小部分的棱镜结构浸入粘结剂中，棱镜结构还使至少一部分入射光适当地重定向。优选将第二回收增强结构114附着于光导130的表面130b，例如通过层压、模制或者利用任何其它适当的技术粘结。这个特征将增加从第一光导130的光提取，并且减少可能由于温度变化、处理和其它原因造成的第二回收增强结构114的翘曲。
还参照图2，将提取器143放置在反射腔140的表面处可以有助于从反射腔140提取光，该提取器优选为扩散提取器。图2表示了这种提取器143的使用方式，在本示例性实施例中，其包括设置在反射器147上的点阵列。优选的是，优化该点图案，从而补偿从背光系统100提取光的潜在空间非均匀性。例如，可以调整该点的图案，使得通过朝反射器147中心方向逐渐提高点的尺寸而朝反射腔140中心方向提取更多的光。该背光照明系统100还可以包括扩散片116，该扩散片用于提高从反射腔140射出的光的空间均匀性，以及有助于使反射回背光照明系统100中的光的偏振随机化。
图4表示了根据本发明另一示例性实施例构造的背光照明系统200的示意横截面图。该背光照明系统200包括光导230和反射腔240。该光导230可以由丙烯酸或者其它适当的材料制成，或者其可以是空的。将光源265a和265b(265b与265a相对设置)放置在光导230的边缘处，使得从光源265a和265b发出的至少一部分光耦合到光导230的内部，并且通过从表面230a和230b的反射而沿着该光导长度方向传播。可以将反射器与光源265a和265b一起使用，例如参照图2所示的示例性实施例所述的反射器。
还参照图4，该示例性背光照明系统200包括反射腔240，该反射腔包括反射器245，而反射器245可以包括侧反射部分245a、245b和背反射部分245c。该侧反射部分245a和245b有助于将光源270发出的更多光引导到背光照明系统200中。该反射器245可以具有多种适当的构造，例如图1所示的构造或者矩形盒状构造。该反射器245可以由本领域普通技术人员已知的任何适当的材料构成，包括多层介电反射器、金属涂敷的反射器和任何其它的扩散或者镜面反射器。
在示例性背光系统200中，将光源270放置在反射腔240的内部，优选的是放置在如图4所示的背反射部分245c处。可选的是，可以将一部分或者全部光源270设置在侧反射部分245a和245b处。适用于本发明实施例的光源包括任何发光光源，例如荧光灯(如CCFL)、热阴极荧光灯(HCFL)、白炽灯、电致发光光源、磷光光源、外部电极荧光灯、发光二极管(LED)(包括有机LED(OLED))，以及任何其它适当的一个或多个光源，或者任何适当数量的上述光源或其组合，例如光源阵列。光源270还可以包括延伸的光源，例如螺旋形CCFL灯或者荧光板。如果将基本上相互平行设置的线性光源，例如CCFL或者线性LED阵列用作光源270，并且将线性光源用作光源265a和265b，则光源265a和265b中的每一个可以相对于光源270基本上平行、垂直或者以不同角度设置。如参照图2所示的示例性实施例所述的，光源265a、265b和270、光导230和反射腔240的数量、类型、方向和结构可以根据希望该背光照明系统200所具备的性能特性改变。
还参照图4，该背光系统200可以包括设置在第一光导230表面处的第一回收增强结构212，并且其优选附着于第一光导230的表面，例如表面230b。通过层压、模制，或者任何其它适当的粘结技术，可以使该回收增强结构212附着于光导230的表面。该第一回收增强结构212可以包括反射偏振器(例如DBEF)和扩散器，该扩散器可以集成在反射偏振器内，或者作为独立部件(例如不光滑表面或者压敏粘结剂(PSA)层)包含在该回收增强结构中。该PSA结构还可以用于将反射偏振器层压到第一光导230的表面。
诸如BEF膜的棱镜结构可以包含在第一回收增强结构212中，其取代了扩散器或者作为除扩散器外的附加部件，并且可选的是该棱镜结构还可以包括用于增加光扩散的结构变化图案(参见例如美国专利第6354709号，该专利通过引用方式并入本文)。该光导230还可以包括表面结构233，例如设置在表面230a上的棱镜表面结构，其有助于分割光源270的图像，并且有助于沿着希望的方向引导来自光导230的光。该表面结构233可以包括围绕水平轴基本上对称的棱镜结构。这种表面结构233在示例性实施例中是特别有利的，其中该光源270是线性的，并且围绕相同的水平轴基本上对称地设置。
该背光照明系统200还可以包括设置在光导230与反射腔240之间的第二回收增强结构214。优选的是，该第二回收增强结构214包括诸如BEF的棱镜结构膜，其重定向并回收光，从而通过将一定角度内的光朝观察者折射并且将该角度外的光反向反射来提高该背光系统200的轴上输出亮度。可选的是或此外，该第二回收增强结构可以包括旋转膜，例如棱镜结构，其棱镜顶点基本上背离光导230。
在本发明的适当的示例性实施例中，可以将具有纵向凹槽的两个BEF或者类似的棱镜膜或结构用于第二回收增强结构214中。在这种示例性实施例中，优选利用薄粘结剂层连接该棱镜结构膜，使得仅有一小部分棱镜结构浸入粘结剂中。可选的是，该第二回收增强结构214可以附着于光导230的表面230b，例如通过层压、模制或者利用任何其它适当的技术粘结。这个特征将增加从光导230的光提取，并且防止由于温度变化或者其它原因造成的第二回收增强结构214的翘曲。该背光照明系统200还可以包括扩散器216，其用于提高从反射腔240射出的光的空间均匀性，以及有助于使反射回背光照明系统200中的光的偏振随机化。该扩散器216的结构将根据具体用途改变，例如其可以是薄扩散片、独立的或者附着于刚性支架(例如光学透明的刚性板)上。
因此，根据本发明构建的背光照明系统可以实现高亮度目标，并且解决目前已知的用于大的高性能LCD的背光照明系统遇到的各种问题。例如，本发明降低了利用可变化寿命光源的风险，使得个别光源的烧毁或老化不再对显示器观察质量产生十分严重的影响。因此，如果在根据本发明实施例的混合光导系统中的个别光源老化或烧坏，则由于光混合增强，对于空间亮度和色彩均匀性的影响不太显著。
本发明消除了直射光背光中常规使用厚扩散片以使观察者看不到各个光源的必要性，从而提供了附加的亮度增益。此外，直接从顶部光导提取的光可能以宽角度范围射出，这将提高该显示器的轴外可观看性。此外，本发明可以包含用于防止各种回收增强结构翘曲和物理损坏的附加特征，这些特征可以用于本发明的示例性实施例中。
尽管已经参照具体示例性实施例描述了本发明的背光照明系统，但是本领域普通技术人员容易理解，可以在不背离本发明精神和范围的情况下，对本发明进行各种改变和修改。例如，用于本发明示例性实施例中的光源、光导和回收增强结构的数量、类型和构造可以改变。例如参见与本申请同时提交的、名称为“Multiple LightguideBacklight”、代理案件第58908US002号美国专利申请，该专利申请通过引用方式并入本文。此外，本领域普通技术人员可以理解，术语“棱镜结构”、“棱镜膜”、“棱镜结构膜”和“棱镜”包含例如美国专利No.6354709中所述的具有结构和其它变化的那些棱镜结构，以及具有圆形尖峰的棱镜结构。此外，尽管本发明特别有利地用于通常与LCD电视相关的大面积、高亮度用途中，但是也可以包含LCD监视器和销售点设备。

Claims (40)

1.一种背光照明系统，包括：
具有内部的光导；
与光导的边缘光学连接的至少一个光源，用于向光导内部提供光；
具有内部的反射腔；以及
与反射腔光学连接的至少一个光源，用于向反射腔内部提供光。
2.根据权利要求1所述的背光照明系统，其中将与反射腔光学连接的至少一个光源设置在反射腔的边缘处。
3.根据权利要求1所述的背光照明系统，其中将与反射腔光学连接的至少一个光源设置在反射腔内部。
4.根据权利要求1所述的背光照明系统，其中将与反射腔光学连接的至少一个光源设置在反射腔的边缘处，并且将与反射腔光学连接的至少一个光源设置在反射腔的内部。
5.一种背光照明系统，包括：
具有内部的光导；
与光导的第一边缘光学连接的至少一个光源，用于向光导内部提供光；
具有内部的反射腔；以及
与反射腔的第一边缘光学连接的至少一个光源，用于向反射腔内部提供光。
6.根据权利要求5所述的背光照明系统，其中第一光导的第一边缘基本上与反射腔的第一边缘对准。
7.根据权利要求5所述的背光照明系统，其中第一光导的第一边缘与反射腔的第一边缘未对准。
8.根据权利要求5所述的背光照明系统，还包括设置在与反射腔光学连接的光源上面的准直结构。
9.根据权利要求5所述的背光照明系统，还包括用于从反射腔提取光的扩散提取器。
10.根据权利要求5所述的背光照明系统，其中该反射腔包括第一反射器和设置在光导与该第一反射器之间的第二半透明反射器，该第一反射器和第二半透明反射器限定了反射腔的内部。
11.根据权利要求10所述的背光照明系统，其中该第一反射器是半透明的。
12.根据权利要求10所述的背光照明系统，其中该反射腔还包括与反射腔的第二边缘光学连接的至少一个光源，用于向反射腔内部提供光。
13.根据权利要求12所述的背光照明系统，还包括设置在与反射腔第一边缘光学连接的至少一个光源上面的第一准直结构和设置在与反射腔第二边缘光学连接的至少一个光源上面的第二准直结构。
14.根据权利要求13所述的背光照明系统，其中该第一和第二准直结构包括棱镜结构，其具有基本上平行于第一和第二反射器的凹槽，以及基本上面向反射腔内部的棱镜顶点。
15.根据权利要求13所述的背光照明系统，其中该第一和第二准直结构分别包括具有焦线的二维菲涅尔透镜。
16.根据权利要求15所述的背光照明系统，其中该光源设置在二维菲涅尔透镜的焦线附近。
17.根据权利要求16所述的背光照明系统，其中该光源包括线性LED阵列。
18.根据权利要求13所述的背光照明系统，其中该第二半透明反射器包括棱镜顶点基本上背离反射腔的棱镜结构，并且第一和第二校准结构构造为基本上在该棱镜结构数值孔径之内透射光。
19.根据权利要求13所述的背光照明系统，其中该第一和第二准直结构分别包括具有传递轴的反射偏振器，并且第二半透明反射器包括反射偏振器，其传递轴基本上垂直于包含在准直结构中的反射偏振器的传递轴。
20.一种背光照明系统，包括：
具有内部的光导；
与光导的第一边缘光学连接的至少一个光源，用于向光导内部提供光；
具有内部的反射腔；以及
设置在反射腔内部的至少一个光源。
21.根据权利要求20所述的背光照明系统，其中该反射腔包括背反射部分，并且将至少一个光源设置在该背反射部分处。
22.根据权利要求21所述的背光照明系统，还包括侧反射部分。
23.根据权利要求21所述的背光照明系统，还包括设置在反射腔与光导之间的扩散器。
24.根据权利要求23所述的背光照明系统，其中该扩散器包括刚性光学透明板和附着于该板上的扩散片。
25.根据权利要求20所述的背光照明系统，其中设置在反射腔内部的至少一个光源是光源阵列。
26.根据权利要求20所述的背光照明系统，其中设置在反射腔内部的至少一个光源是延伸的光源。
27.根据权利要求20所述的背光照明系统，其中设置在反射腔内部的至少一个光源是基本上相互平行的线性光源阵列。
28.根据权利要求27所述的背光照明系统，其中该光导的第一边缘基本上垂直于该线性光源。
29.根据权利要求27所述的背光照明系统，其中该光导的第一边缘基本上平行于该线性光源。
30.根据权利要求20所述的背光照明系统，其中该光导包括设置在面对反射腔的光导表面上的表面结构。
31.根据权利要求30所述的背光照明系统，其中该表面结构包括围绕水平轴基本上对称的多个棱镜结构。
32.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括设置在光导表面处的第一回收增强结构。
33.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括设置在光导表面处的第一回收增强结构，所述第一回收增强结构包括反射偏振器。
34.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括设置在光导表面处的第一回收增强结构，所述第一回收增强结构包括反射偏振器和扩散器。
35.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括设置在光导表面处的第一回收增强结构，所述第一回收增强结构包括反射偏振器和棱镜结构。
36.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括附着于光导表面上的第一回收增强结构。
37.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括设置在光导与反射腔之间的第二回收增强结构。
38.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括设置在光导与反射腔之间的第二回收增强结构，所述第二回收增强结构包括棱镜结构。
39.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括设置在光导与反射腔之间的第二回收增强结构，所述第二回收增强结构包括第一棱镜结构和第二棱镜结构。
40.根据权利要求1、5或20所述的背光照明系统，还包括附着于光导表面上的第二回收增强结构。
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