TWI375085B - Elongated illuminators configuration for lcd displays - Google Patents

Description

1375085 . 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於顯示器之背光設備和使用此種設備 之液晶顯示器之技術。尤其是，本發明係關於具有固態光 源之液晶顯示器（Liquid Crystal Display ; LCD)背光。 【先前技術】 雖然液晶顯示器⑽）提供小型、重量輕取代陰極射線 管（cathode ray tube，.CRT)之監視器，但是有許多的裝備 • 對於LCD顯示器的影像品質尚不滿意，尤其當這些裝置之 相對尺寸增加時。較大.的LCD面板，譬如那些使用於膝上 型電腦或較大顯示器者係能傳輸的，並因此需要背光。此 •種類型之提供光表面，位於LCD面板後方，將光向外或向 内導向LCD' 習知的用於背光之方法使用冷陰極螢光（c〇ld

cathode fluorescent，CCFL)光源之各種的配置，該 CCFL

_ 光源具有導光板、一種或多種類型之加強膜、偏振膜、反 射表面、和其他光狀況元件。當顧示器的尺寸增加，而尤. 其是當顯示器的面積成長時，習知的使用側面安.裝的CCJ?L ..平坦面板背光解決方式愈來愈不令人滿意，該CCFL平坦面 . . -* · 板背光可能易受到製造中彎曲或由於加熱彎曲之影響。.習 知使用於較小裝置之導光背光技術當顯未器尺寸增加（例 如像是需要使用於數位電視(TV))時，由於低的亮度和照度 水準和由於相關缺乏均勻性的問題而使得愈來愈受到阻 礙。現存用於LCD顯示器和其他顯示器和照光裝備之背光 3 94320 二備’時常使用平行排成直線之CCFL群，可能相當地沒效 ..率這些顯不器解決方式由於需要外罩CCFL和在LC面板 後面之其支撐膜和表面，因此亦可能相當的厚。因為這些 ·. f置含有某些數量之汞，因此CCFL光源本身表現出用於配 置之環境問題。欲補償習知的基於CCFL背光马勻性和亮度 =題’習知以許多的支撐膜置於背光與顧示器之間，或接 著顧不器配査例如像是相當高成本之反射的偏振膜。如眾 所自知的’ CCFL之先譜特性相較於其他類型之先源者為相 響當的貧乏。 面對使用於背光裝備之CCFL之固有的困難和限制，研 究人員已積極地尋求替代的背光方法。已提出使用發光二 1 極體（Light-EmittingDiode ’ LED)之許多解決方案。最近 - 以持續減少成本方式提升LED亮度、色彩輸出和整體效能 使得LED、雷射、和固態光源通常尤其受到吸引。然而， • . . . · 因為LED和雷射作用為點光源，因此需要適當的解決方案 • 用來再導向和展佈此光以提供需用於背光之均勻的平面光 和提供所需的色彩均勻度。 - · . . · 一種使用1ED提供背光照光之方法係使用陣列配置， 譬如說明於由 M. Zeiler，I. Huttner，L. Plotz,和 H. Ott 所提出之論文題目“新新聞：用於LED背光解決方秦之最 佳化參數（Late"~News Paper : Optimization Parameters for LED Backlighting Solutions)” SID 2006 文摘第 1524 至1527頁。使用此類变之解決方案，使用紅（R)、綠（G)、 和藍（B)LED之LED群之陣列佈置為用於LCD顯示器之背 4 94320 1375085 光。二種類型之群說明為：RGGB和RGB。相似情況，由Deloy 等人擁有的美國專利6,789, 921號名稱“Method aiid Apparatus for Backlighting a Dual Mode Liquid Crystal Display”說明使用於儀器面板之陣列配置。然而，除了譬 知周於某些類型之儀gg面板和用於非常南階監視器和電;^ 面板之特殊使用外，由於不足的色彩和亮度均勻性、高數 量部件、高熱、和尺寸要求之問題，陣列配置不具備前瞻 性。 已使用導光件來從點光源展佈光以便形成線光。例 • · · · 如，由Kawai等人擁有的為國專利5,499, 112號名稱 “Light Guide, Illuminating Device Having the Light

Guide, and Image Reading Device and Information

Processing Apparatus Having the Illuminating • . ·

Device”揭示使用沿著其長度分佈之具有選取特链之單一 導光件，從一個或多個LED再導向光至掃描設備之線。由 DuNah等人擁有的美國專利5,400,224號名稱“Lighting Panel”說明一種模製面板組件具有多個導光件，該等導光 件在用來發背光顯示的背面上用隨機的粗糙度處裡。 對於再分佈LED光沿著導光面板於較大面積之上已提 出許多的解決方案。提出之一種解決方案為由Breckvi 11 e， OH地方的全球發光技術公司（Global Lighting Technologies Inc.，）所生產的微透鏡（MicroLens™)模製 導光件，該模製導光件將肇自單一 LED之光展佈於政大光 面板之上。相似情況，由Parker所提出的美國專利申請案 5 94320 1375085 公告 2003/0123246 號名稱 Lighting Emitting Panel

Assemblies”躍示使用具有再導向光進入面板之光學“變 形（deformity)”的多個點光源之小尺度光面板。 : 另一種類型之解決方案首先從LED、燈、或其他點光 源沿著線導向光：然後展.辟此•光於面校之上=倒如，由Ta i 等人擁有的美国專利5, 835, 661號名稱“Light Expanding System for Producing a Linear or Planar Light Beam From a Point-Like Light Source ” 說明光束擴張管 ® (beam-expanding light pipe)，該光束擴張管將線光導向 至光面板用來分佈於面積上。相似情況，由Cassarly等人 提出的美國專利申請案2005/0231973號名稱“Efficient . Luminaire with Directional Side-Light Extraction” 使用具有光選取結構之光導管用來沿著背板（譬如用於展 示或顯示盒）再導向光。此方法之另一個例子由Abe等人擁 有的美國專利 5,'857，76.1 號名稱 IlluminationDevi.ee” •.說明將點光源展佈入光輻射板之導光件。. 又另一種背光解決方案使用具彈性的光纖用來從單一 光源導向光，然後處理展佈該光發射於Lcd面板後方。說 明此.方法之不同的版本，例如，由Kim等人擁有的美國專 利 6,714, 185 號名稱 Back Lighting Apparatus of

Liquid Crystal Display Using Optical Fiber” 和由

Kaschke擁有的美國專利5,542,016號名稱“Optical

Fiber Lighting Emitting Apparatus” 。 如上述例子證實，已有相當的針對提供LED背光之目 94320 1375085 ' 標的作業。然而，雖然已提出許多的解決方案，.但是對於 各類型之解決方案有明顯的固有缺點，尤其是當面對標準 膝上型尺寸或較大顯示面板之背光問題時。由Deloy等人 所提出的‘921號2-D矩陣所揭示内容由於相當高成本、 體積大、和易於有均勻性之問題而將困難廉價地執行。說 明於Kawai等人的‘112號中之導光件揭示内容被最佳化 用來掃描需要均勻線光之裝備，而非顯示背光之裝備。說 明於DuNah等人的‘224號中之模製面板配置揭示内容可 • 以作*良好足夠用於一般的顯示，但是對於完全色彩顯示 裝備易有均勻性之問題。此種類型的解決方案對於製造較 大尺寸者愈來愈昂貴，並且由於熱和機械應力而受到彎 . 曲。更重要的是，此種解決方案不提供良好的色彩混合， 並將不很適用於使用固態光源之裝備。譬如這些說明於 ‘3246 Park裝備之點光源至面板構組為不切實際並表現 了對於大尺寸顯示器之色彩和亮度均勻性之問題。譬如那 I 些說明於Tai等導光件至背面板配置揭示内容為沒有效 率，經受不良的均勻性，並僅適用於相當小的顯示器.。處 理光纖之使用對於小尺度手持顯示器具有優點，但是對於 桌上型或較大顯示設計為不切實際且無效率。 除了這些缺點外，習知的解決方案對於高品質色彩通 常不足以應付重要的挑戰，廣泛的商業行為需求和LC顯示 器之接受性。全色域（color gamut)是一個重要的考量，顯 示器設計者對其尤其有興趣。習知的CCFL提供對於許多裝 備可接受之色彩品質之測量，提供高達70%之NTSC全色 7 94320 1375085 • b)至少一個混合段； c) 至少一個光發射表面；以及 d) 位於一個TIR表面或該TIR表面之間之光再導向特 徵之所希望圖案。 本發明亦提供於背光設備和使周此背光設備之顯示器 之變化。亦揭示提供光之程序。本發明之特徵為提供使用 多個光照通道之背光。 本發明之優點為使用固態光源以提供背光顯示器之面 • 積。本發明之設備為可縮放並尤其可適用於較大尺寸LC面 板。 本發明之另一優點為免除了需要導光板或其他的平面 . 型面板，其能夠有助於減少對於背光阻件之成本和尺寸外 形。 熟悉此項技術者基於讀取下列之詳細說明，當結合已 顯示和說明本發明之例示實施例之圖式，本發明之上述和 ^ 其他.目的、特徵、和優點將變得清楚。. 【實施方式】 本發明提供背光設備，該背光設備很適合用於顯示器. 裝備，尤其用於LC顯示器面板，例如像是那些使用為LCD TV、醫療診斷顯示器、影像顯示器、和軍用顯示器。此外， 本發明之背光設備能夠使用於有利於固態發光之其他的顯 示裝備。 於本揭示内容中，詞彙“固態光源（solid-state 1 ight source)”有其由該等照明技術所接受之傳統的義 9 94320 1375085 • 意，表示由半導體材料所形成之發射光源的類型。固態光 源包含例如發光二極體（LED)、有機發光二極體（OLED)和聚 合物發光二極體（PLED)、以及半導體雷射。一般而言如此 處所使用之詞彙固態光源意指來自小點狀的來源而非設計 也許是使付發射光破瞎準或展:缔以.又表現非點狀之發射 源。數個固態光源之陣列可以一種方式或用透鏡元件配 置’以便結合於較寬廣非點狀來源之光。 於本揭示内容中，光再導向被說明為向上。背光裝置 籲於是將來自光照平面之光發射向上。詞彙“在下面 (below)”和“在上面（above)”則遵從此指定之方向。顯 示面板為傳輪+間光調制裝置（transmissive spatiai light-modulating device)，譬如Lc顯示裝置或其他的光 閥陣列。此處所甩的詞彙線性的（linear)或延伸的 -(elGngated)相關於光照器和光通道意味著長度遠較寬度 為長，典型情泥是趨近該顯示器的長度於一個(長度）方向 #而在另-（寬度)方向幾乎不那麼長。該詞囊也許是直線的 或弧形的，譬如$迴形。實例也許包含剖面端雜之變化， s如方形直線的、圓形、三角形或他們可以是二個或多 個形狀合成之形狀。細'個表面可.以 包括機構W錄或㈣中斷或再導向紐道之總内部反 射。此種機構可以以一種方式完成提供均勾的光表現。 、如用於此處之㈤彙延伸的光照器和光棒德相同。詞彙

Ra為表面之峰頂至谷底高度差之測量值U構形於特定 表面之功能時报重要。 10 94320 能約以不同的方法測量表面的粗糙度，該等方 成二個基本類型： 刀、 統。十说明器（statistical descriptor)，給予表面古 狀態。例如’平均粗糙度Ra ;均方根粗糙度心 对/又、〇fvewness)SK 和靖度（kur：tosis)K。 —極度值說明器（extreme descriptor)，依於孤立事件 疋例子為最大峰頂高度Rp、最大谷底高度h、田 峰頂至谷底高度Rmax。 . 取 曰組構說明器（Texture, descriptor)，根據多個事件說 明表面的變化。對於此說明器之例子為相關長度。 在這些說明器之間’ Ra測量為通常採用於一般工程實 務中其中一個最有效的表面粗糙度測量。其給予了表面中 高度變化之良好一般說明。有機械和光學測量二者。典形 情況是當討論非常平滑的表面拋光時使.用光學機構測量粗 縫度。當相干的光照射粗糙表面時，從表面之各點之擴散 波相互干擾以形成出現亮和暗區之粒狀圖之圖案。此斑點 〜像之工間統计性質能夠相關於表面特性。由二個不同照 射光束從相同表面所產生的二個斑點圖案之相關程度能夠 用作為粗糙度參數。 美國代理人名冊序號93433之實施例併入本案中作為 參考。於本發明中很有用之具有延伸之照光器之固體導波 件沿著照光平面延伸，並且再導向光向上於顯示器面板之 方向。顯示器面板和照光平面實質上平行。來自光通道陣 列之光之主要方向係向上和向下顯不面板。當.由熟悉影像 94320 11 1375085 技術者所很了解的，延伸之照光器可能正交配置而使得他 們一般延伸於X軸方向，並沿著y轴間隔開某一距離。 後續的說明和圖式中’顯示沿著· y轴延伸，但是可交替地 使用正交配置。於本發明中很有用之一些實施例中，咬伸 之照光器具有廷伸之照光器間少於25.ffiin之中央至中失^ 隔距離。 ' 一種類型之延伸之照光器光通道具有長度尺寸L相當 地超過其寬度尺寸w或厚度尺寸τ。較佳情況是，長度1 • · 大於寬度尺寸W 5倍。較佳情況是，寬度尺寸W和厚度尺 寸Τ彼此不同不超過因數2。於一個實施例中，尺寸τ和财 ， 約相等。維持尺寸W和Τ遠小於長度L改善色彩混合和5 - 勻性，因為導入延伸的光通道18中之光藉由全内部反射 （Total Internal Reflection ;TIR)機構傳播通過此導光 ，結構。因為其使用TIR ’延伸之照光器光通道高度地有敦， 因此除了於由光選取元件（light extraction element)戶斤 鲁’提供之預定的方向以外，其餘具有非常低的光損失。本發 明中很有用之實施例中，延伸之照光器至光輸入表面面積 之長度具有大於100/1之比例。 延伸之照光器光通道之硬度幫助提供更均勻的光輪 • . · · 出，因為照光平面和顯示板之間的距離最佳保持固定。於 本揭示之情況’說明的詞彙“硬度，，應用至元件由於其本 身的重量而呈覌不可見之弧形或彎曲。此配置亦簡化延伸 之光通道成光通道陣列組件。於剖視圖中，延伸之光通道 可以是方形、矩形、或圓形，或者具有其他形狀。例如， 94320 12 1375085 固體延伸之光通道能约具有各種的弧形側壁用來改盖來自 LED光源之統合。剖面形狀或尺寸可以橫越延伸之光通 道之長度㈣變，而使得料之光通道為轉，如後續的 例子中所顯不’或不然改變其剖面形狀。有用的實施例可 以具有多於一個關聯於錐形物之斜率，或者可以是星古不 斷改變斜率之半徑。·於此種實施例中具有混合段亦切报 有用處’該此合段開始於光輸人表面並繼續—短距離 然長距離有用處，但是發現到2G至60毫米之間之光混人 段足夠提供良好的色彩混合。如此處所說明的錐形物 沿著本發明之固體導波件之長度提供均句亮度很有用處。、 希望提=於侧咖之軸上亮度之導波件。用處 、、二ί前:斤提及的，當使用RGB LED時達成高程度之色 可此是很困難的。可以交替地使用單一 LEI)，馨 LED。或可取而代之，可以使用額外的以 r.ggb 或其他顏色。其他發光配置亦為可能，如後i 之鲆細說明。於盘 邪便躓 一個固離光源二‘心例中對每個光輸人表面具有多於 器對每個光:是很有用的。對於長長度之延伸之照光 運作於高位“源提供多個光而不須 於一個光、能燒壞固態光源之風險。具有多 區域同時维待足=有足夠的先到達固體導波件之遠 .有多種 薄膜。這此功能可與本發明之固體導波件使用的 -/寻膜包含但不限於使用色素、空氣隙、或内部 94320 13 1375085 而使得例如單一光通道具有紅和綠LED於一娃二& .响向綠和藍 LED於另一端。以選用之方式，第四個LED，链如么， s如白光或其 他顏色之LED能夠定位於光通道之一或二端。於另—個、 施例中，各分離之光通道能夠具有單一色彩光源，而使得 例如三個鄰接之光通道分別具有紅、綠 '和藍[助~ 能夠使用二色性的遽波器（dichroic f i J μ導向 光進入個別延伸之光通道。 光源能被連讀地導通’而使得混合的RGB或白色光被 •.提供至顯示面板。或可取而代之，色彩連續的背光配置^ 可能。於一個實施例中’ R、G '和B藉由依序啟動對應的 -光源16而從背光設備快速地循環。或可取而代之，可提供 以捲動序列提供具R，G、和B或其他的顏色之線性掃插橫 過背光設備之表面。然後能夠啟動顯示平面對應於具有相 同序列之像素之列和行，提供依序調製之色彩。此種配置 將排除需要色彩濾波器陣列，例如’具有LC顯示器。能夠. 鲁使用定時啟動之光源而交替地提供譬如青綠色（cyan)、洋 紅色（magenta)、和黃色之混合色彩。 用本發明之延伸的照光器能夠交替地使用雷射光源。 他們的相對光譜純度和快速反應時間使得雷射富吸引力地 取代一些類型之顯示裝備。雷射之高亮度和高光學功率位 準允許單一來源照射多個延伸的照光器光通道。 皞夠與延伸的照光器使用之取代的光源可以包含有機 發光二極體（Organic Light Emitting Diode，0LED)和聚 合物發光二極體（polymer Light Emitting Diode, PLED)。 16 ' 94320 1375085 光通道 延伸的照光器光通道由高度透明材料形成，包含各種 類型之玻璃’譬如層麼的安全玻璃。能夠使用的塑膠包含 PMMA、聚碳酸脂、聚脂、聚酿胺、聚碼、聚埽經、環烯、 和聚合构本身'光通道可以有添如物用來改善熱和光穩定 性。材料之光傳輪將超過大約90%。除了有意處理的地方 外，光通道的表面應該有光學潤光的地方。高折射率 於其適合的導光性較佳。

於製造中’延伸的照光器光通道可能例如被鑄造、外 形擠壓、或模造。材料之另一條件作用.，譬如藉由加熱和 拋光，可能有利於達成改善光學效能。具有高度的平滑對 於提供固體導波件和延伸的照光器亦很有益處。由於當光 擊中粗糙表面時之散射，具有含少於5〇 nm Ra粗糙二之 TIR表面幫助使光洩漏最小。粗糙表面將中斷.光之並 改變其角度譬如光於不希望之點離去延伸的照光器此可 能減少延伸的照光器之整體效率。 高度的硬度或剛度有利於提供光通道為基準的組 於較大背平面”。高硬度允許簡單的處理和級人 導管陣列。硪度較佳超過。可以使用失子、；二/ 或其他的支捋：以幫助防止對於較長長度之光通道：’ -曲。光通1該有寬度w尺寸，該尺寸足 ^ 如果需要的1以使用額外的支撐結構以防止側邊|曲。《 於本申讀雖所""實施财延伸的照光ϋ光通道可以^ 光源分離某#。然而，亦可能埋置光源於延伸的光通货 94320 17 1375085 . 内。 光選取特徵 對於光選取7L件和或光再導向特徵有許多的實施例如 於此揭不諸圖式中所示。延伸的照光器之光再導向特徵之 基本功能係導向光’否則該光藉由TIR而被通道傳播，並 由此引致光轉向和然後從延伸的光通道之觀看側發射。此 月&釣用許多方法完成，包含下列方法： (1)處理光通道以形成發射表面。表面處理之類型包含 • 沿著延伸的光通道之邊緣、沿著面對顯示器之表面形成光 再導向結構…例如’一個方法沿著長度方向L形成棱鏡結 構之陣列。使用之微結構能夠是稜鏡、金字塔形、半球形、 或其他使TIR無效的已定義完善的幾合形狀之陣列。這些 為主要的底側或者於一些實施例中為形成為個別元件、或 猫準於行之側邊結構。微結構能夠被模造或其他方式形成 之變化之形狀和大小’為距該光源距離之函數。此外本發 Φ 明之實施例中可以使用光選取特徵。光選取特徵典型位於 延伸的照光器之Μ»看側。此方法之一個例子特定於前面所. .引述的由Tai等人所擁有之美國專利5, 506, 920號中。延 伸的光通道18之表面亦能夠被弄粗趟或被拋光以提供光 'y * · 選取元件20。能夠使用浮雕或壓製以形成光選取特徵。 .(ii)光選取膜組件之應用。對於此目的之一個可能薄. 膜說明於共同讓授由Lee等人擁有的美國專利申請 20050270798 號名稱 “Brightness Enhancement Film Using A Linear Arrangement Of Light Concentrators” 18 94320 1375085 * 併入本文中作為參考。光選取膜之條紋能夠例如使用黏著 劑應用於延伸的光通道18之表面。使用之黏著劑能夠是壓 力或熱敏感的，並且可能使用紫外線或電子束輻射而固 化。.能夠替代使用譬如環氧樹脂之化學交聯材料。時常需 要能夠抵抗廣溫度範圍（-40至85度C)之黏著劑用於LCD 設備。能夠抵抗較高溫度範圍（60至85度C)和較高相對濕 度（於65°C 95%)之黏著劑為較佳。高度之光學傳輸將較 佳。添加劑能夠用來修正黏著劑之折射率。細尖端分配器 • 或熱融膠分配器能夠用來附接部分之膜組件至侧壁（導光 朝向光通道18之顯示面板或觀看之發光側）。於製造中， 光通道18能被並排設置，然後能夠具有附著於一個表面之 薄膜，然後被修整和分離，或用附加膜封裝和使用。應該 謹慎選擇黏著之附加材料以便在高熱情況下不會提供彎曲 力。 可以任意地選用，延伸的光照器之光發射表面可以特. $ 徵為在其上形成光選取結構。光通道的一部分能譬如使用 報子（rol 1 er)而被模造，或否則被處理以形成光再導向微 結構。若延伸的照光器被注射模造，則表面光選取結構（他 們的）可形成為部分之模型。然後.，當聚合物被注射和冷卻 時，光選取結構變成延伸的照光器之整合的部分。 (ii)印刷之點（Printed dot)。反射點之圖案，沿著相 對於其光發射表面之光通道之基本部分被印刷，能夠用來 從光通道再導向光向外。印刷之點能夠改變密度和大小， 幫助提供更均勻的光輸出。使用此類型之方法之光選取技 19 94320 1375085 術之例子包含先前引述之由Abe等人擁有的美國專利 5, 857, 761 號。 (iii) l伸的光通道之整形。光通道可能形成錐形輪 廓。於一個@施例中，光通道成錐形並延伸顯示平面之全 寬度。 (iv) 谷積散射（Voiujjje—sc^tering)。作為另一隨意選 用，微尺度粒子由於折射率不匹配能於光通道18之内部分 散，以創造散射。 (v) 内部鏡子。如說明於由Wang等人擁有的美國專利 6，104,371 號名稱 “Modular, High-Intensity Fiber

Optic Backlight for c〇1〇r Displays” ，.能夠藉由形成 在導光件内之反射結構中斷TIR。 亦能夠使用列於上述（i)至（v)之這些類型之處理之結 合。光選取特徵能夠是個別的元件。為了沿著光通道之長 度提供均勻的光發射，耦接區域之尺寸和密度可以變化為. 從固態光源沿著光通道距離之函數。例如，於光通道之各 端有LED光源，光選取特徵能夠分佈較高的密度於接近中 央較朝向末端。或可取而代之，光再導向it件之分佈密度 可能實質連續於一個方而。 光再導向可被提供於多於一個表面。光通道之相對 側，從LCD和輪出表面之最大程度，通常提供平滑的表面 以防止光洩漏，但是可代之被構造、處理、或弄粗糙以增 強光選取量。. 光再導向元件可以模製、浮雕、壓製、黏著、印製、 94320 20 1375085 * 或層壓至面對顯示面板24或其他光輸出側之延伸的照光 器光通道。 監視色彩偏移 一個具有LED和其他類型之固態光源之已熟知的問題 係關於光譜穩定性和準碟性；該光譜穩定性和準禮性能夠 引起一些數量之色彩偏移。能夠提供隨意的色彩感測器作 為一個或多個，廷伸的照光器之組件。能夠使用色彩感測器 於補償色彩偏移（譬如能夠由於老化、熱、或LED或其他類 • 型之光源之間的製造差異）之控制環中。或可隨意選用.，能 夠調整最接近待定光導管用於像素之影像資料以補償偵測 之色彩偏移。 糸統考慮 現在可取用任何數量之裝置，本發明之延伸的照光器 能夠提供高水準之發光，於2000至6000尼特（nit)之間或 更高。於高能量水準，用LED於一些裝備中熱集結可能是 ▲ 問題。背光設備能夠提供一個或多個散熱片、冷卻風扇、 — 或其他機制以幫助於運作期間消散過量的熱。有利的情況

是，當使用本發明之設備和方法時，散熱組件能夠離開LCD . · · · - · · 面板沿著顯示裝置之週邊邊緣定位。 於本發明中有用的實施'例包含固體導波件，其包括相 對TIR表面復包括： 至少一個光輸入表面用來耦合來自固態光源之光； 至少一個混合段； 至少一個光發射表面；以及 21 94320 1375085 位於一個TIR表面或該TIR表面之間之光再導向特徵 之所希望圖案。 具有混合段之此一實施例提供非常均勻的光混合，幫 助最大化耦合入導波件之光量，而尤其是具有延伸的照光 器之光量。光再導向特徵以控制的方式幫助再導向光以便 沿著延伸的照光器之長度提供均勻的亮度。其他的實施例 提供延伸的照光器之陣列以提供均勻光橫過固體導波件之 整個照光平面。再者導波件具有至少二個相對TIR表面而 籲 最有用之實施例具有至少二個其他TIR表面。典型情況許 多延伸的照光器具有實質的方形至矩形輪廓如此允許光 TIR於3維平面。應注意的是其他的實施例可以具有圓形 或稍為橢圓形之剖面輪廓。於此實施例申，此將是連續的 TIR輪廓，但是於有相對於TIR表面之任何點，該TIR表 面將幫助沿著照光器之長度傳播光。此種輪廓很有用處因 為他們沒有能夠中斷光於非控制方式之TIR之形狀角。 ^ 於本發明很有用之另一實施例中，設有光混合段其為 ❿ 延伸的照光器之整合部分。一般而言混合段開始於光輸入 表面並可延伸所有或部分之照光莽長度。於最佳實施例中 光混合段可以僅延伸幾厘米，而延伸的照光器之剩餘部分 可以改變其輪廓如此處揭示内容中各種圖形所示。於該混 合段中主要功能是混合來自不同色彩溫度之數個來源之 光，因此希望具有實質無光導向特徵之混合段。此幫助確 保具有以提供均勻色彩溫度至固體導波器和延伸之照光器 之方式混合之所有波長的真實的白光。 22 94320 1375085 ’ 側面朝向該至少一個發射表面之區域。此等實施例在提供 均勻光於延伸之照光器之間很有用處。 本發明之固體導波件可以具有至少一個光發射表面為 觀看側。於一般發光設備中具有二個或多個觀看表面也許 是很有兩的c 本發明之固體導波件亦可以復包括延伸之照光莽之間 之區域，該照光器包括再導向光實質朝向該光發射表面之 機構。此等實施例顯示於本發明之圖式中。該之間之區域 • 可以被弄粗糙、成弧狀或結構以幫助提供延伸之照光器之 間之均勻的照光。希望較佳地達成此目的以提供固體導波 件，其中該延伸之照光器包括用來侧邊發光之機構。 於其他實施例中本發明之固體導波件可以具有光纖作 為延伸之照光器，其中該至少一個延伸之照光器光纖。此 種光纖可以復包括控制漏光之區域。此種控制之漏光在沿 者照光器之長度提供較尚党度很有益處，以及具有於所希 Φ 望之位置選取光之機構以幫助提供均勻的發光。 於其他的實施例中，可以希望提供復設有TIR包覆之 延伸之照光器。TIR包覆為較核心處之折射率具有不同折 射率之材料。此種包覆於用延伸之照光器長距離傳播光很 有用處。 於本發明之固體導波件之另一實施例中包括至少一個 光混合段實質在導光件之觀看面積之外側。於此實施例中 來自固態光源之光能夠混合以提供均勻的色彩溫度白光於 固體導波件。藉由提佚外部光混合段，傳統的導光板能夠 94320 25 1375085 提供良好的混合和均勻的色彩溫度白光。 本發明之ϋ體導波件亦可以是顯示器之部分。顯示器 可以復包括選自由光擴散、光瞎準、亮度增強、光偏振、 光調製、光遽波、光源所組成之群組中之至少其中一個功 能。 本發明之實施例復包括光源，而尤其是固態光源。於 本發明+有用之導波件可以用各種之材料製成，譬如聚碳 酸脂、聚砜、UV固化單體以及ΡΜΜΑ。ΡΜΜΑ較佳，因為其 具有高水準之傳輸和可以於各種機構中處理以形成固體導 波件以及延伸之照光器。額外的ρΜΜΑ具有高水準之硬度並 可直接光學拋光或形成以使在延伸之照光器内之散射最小 並由此最大化沿著他長度之光傳輸，以及當光再導向朝向 -該光發射侧時。本發明之固體導波件可以具有少於25⑽ 之表面粗糙度（Ra)。於—些實施射希望提供控制之茂漏 於延伸之照光器之所希望之點，則表面可被提供大於烈⑽ 鲁之粗糖度。為了特定之效果此粗糖度亦可以圖案提供於以 再導向光至特定的位置。可藉由火敲拋光（一種已知為光學 拋光之化合物之液體砂礫結合）或藉由鑄造或擠壓其靠著 非常平滑的表面而獲得表面Ra(可以使用上述之結合）。另 一種方式獲得所希望的平滑可以是用聚合物浸潰塗層 (flood coat)表面允許其流動而薄膜和表面不均勻。於此 情況也許希望匹配聚合物和PMMA之折射率。 本發明之固體導波件可以設計以提供沿著其長度少於. 10%党度均勻性。此於部分能夠藉由控制光再導向特徵之 94320 26 1375085 - 設計在他們的高度、密度、大小、位置（包含角度和粗糙度） 而達成。延伸之照光器之基本設計亦可改變其剖面輪廓以 及提供優越的光耦合於固體導波件和延伸之照光器之光輸 入表面。目標是盡可能提供最高水準之光進入延伸之照光 .器。能夠支援此方面之一些的設計顯示於本發明之圖式 中。亦應注意的疋可以用抗反射塗層或表面來進一步塗層 表面輸入侧，以便使其可能具有4%光損失之最小的表面 反射。獲得之來自固態光源之光輸出是令人滿意的。 • 另一個方式也許是藉由埋置光輸出侧於材料而非空氣中而 直接光學耦合光源。此等材料可以包含但不限於高溫矽基 黏著劑、UV固化單體和低聚物以及PMMA之溶劑變體。led - 之熱係有影響的因此本發明之其他實施例可以進一步包括 具有光源之散熱件（譬如冷卻片（f in)).，冷卻空農.從風扇或 排氣管直接應用到光源以幫助保持溫度不會增高。雖然於 圖式中未顯示，但是LED偶（couple)係位於固體導波件之 鲁 下方並由假底反射盤（false bottom reflective pan)所分 離。光偶係由一系列之鏡子或於此技術已知之其他導波件 機構所成之偶對。 具有延伸之照光器之固體導波件可以具有對該至少一 個輸入表面積比率大於100/1之長度。此種形狀幫助提供 光之良好的TIR作用和最小之光損失。 本發明之固體導波件可以具有色彩混合段其為20至 60 mm之間長度並實質鄰接延伸之照光器之光輸入入口或 者諸入口。幫助達成光之均勻的色彩溫度是令人滿意的。 27 94320 1375085 此連結該設計，光再導向特徵全然有益於提供本發明之固 體導波件，該固體導波件提供大於2000 cd/m2之轴上亮 度。再者其希望提供來自固態光源之光，該固態光源再導 向實質垂直於該至少一個光發射表面。於此種方法中能夠 使甩其他的薄膜導向光以提供高水準之軸上亮度以及提供 優越的離軸亮度。所希望的是沿著延伸之照光器和顯示器 由該少於10%所形成之長度之亮度均勻性。 實施例1 第1圖為延伸之照光器11之側視圖，該延伸之照光器 11具有於非觀看側之底部棱鏡狀結構、觀看侧13和非觀 看側14 (相對於該觀看側之側）。光棒亦具有至少一個光輸 入端15和至少一個固態光源16。棱鏡狀結構12可以具有 包含不同角之每一固定角之角度特徵，以控制光之量和相 關方向。再者棱鏡狀結構可以改變特徵密度（形狀、大小和 角度）為_光進人侧距離之函數1_示有二個光輸入 側’但=其可以僅具有一個隨意選用的反射器於相對側。 應該庄忌的疋本發明之其他的實施例可以復包括於非觀看 側14和觀看側13之其他的光控制元件。該功能方面可以 包含但不限於擴散和鏡子的反射，包含神、展佈、方向 的改邊和光偏振（吸收的、反射的、圓形的、橢圓形的、 和方式）、光選取、光輕合、光調製、和光紐之光整 ，广二和其他功能可以整合人延伸之照光器，以任何次 或、。附加上或不附加上^光輪人端可以進—步包含抗 反射功能。延伸m料叫有其賴或拋光至點之 94320 28 1375085 侧邊、和端部以便使未預期之光選取最小。光棒和棱鏡狀 特徵亦可改變其形狀和尺寸和密度以提供色彩混合和照光 之均勻性。 實施例2 第2圖為前面圖形之進一步變化。第2A圖為具有側邊 13和非觀看邊14之延伸之照光器。有觀看側表面延伸特 徵22連續於其選取特徵之間，而於該非觀看側上為表面圖 案（例如點或其他形狀），該表面圖案變化其大小或密度（相 • 關點面積對非點面積）。點圖案可被印製或不然沉積或形成 在表面上。非觀看側可以改變其相對大小、密度和反射率 為離固態光源16之函數。為了提供均勻的光選取，非觀看 - 侧點之密度朝向延伸之照光器之中央而增加。雖然此和其 他實施例說明為具有觀看侧，但是應該注意的是於許多.顯 示設備中，當也許有一個或多個中間層、薄膜、其他特徵 或不允許直接觀看光棒之物體時，光棒之此側可以不被直 $ 接觀看。觀看側為光主要導向觀看者之側，或不然為主要 照光之側。 第2B圖夺為照光器，該照光器於觀看側13上具有可 變密度表面選取特徵21，和於相對於該觀看側之側上印有 可變密度之點圖案23。應該注意的是印刷之點圖案可以改 變密度、大小、形狀和反射率。典型的情況是，選取器或 印刷的點之任一者將較低接近該光輸入端15相對於將具 有較高密度之中央。調整點和或選取器之圖案以提供均勻 的光混合和照射。來自光源16之進一步之光行程密度將沿 29 94320 1375085 ' 著延伸之照光器之長度增加。

實施例3A和3B 第3A圖為本發明之另一實施例，其中藉由從導光板上 去除部分之材料而形成整合之延伸之照光器圖案。亦能模 • 製整合之延伸之照光器圖案。互連接圖案提供額外的硬度 至延伸之照光器以及額外的通路用於延伸之照光器狀分段 之間之光移動。第3A圖顯示實施例之上視圖和透視圖。有 固態光源16和形成低折射率區域之空氣隙32，該低折射 • 率區域有助於來自固體延伸之照光器段34内之光源之光 的總内部反射（TIR)。於該等實施例中延伸之照光器亦可以 具有反射器於光源之相對端，其中光源從一個端部提供。 此等配置提供返回的光進入延伸之照光器用於選取朝向觀 . 看侧。雖然未予描繪，但是此等和其他實施例可以具有觀 看側選取特徵和非觀看側選取特徵例如棱鏡狀特徵、印刷 點、反射表面。第3B.圖為具有連接整合固體通路34之光 赢 棒之另一變化。

貫施例3 C和3 D 第3C圖為相似於第3A圖之上視圖，除了光源16和隨 意選用之反射器33應用於連續光棒38之交錯開和相對端 之外。内部空氣隙分段32幫助提供進入光之TIR。雖然未 顯示具有觀看和非觀看側以及如其他圖式和實施例中所說 .明可以包括用於光選取和光再導向之特徵者。 第3D圖為具有固體連接材料34和開口空氣隙32之蜿 蜒狀延伸之照光器39以支援來自光源16之光之總内部反 30 ' 94320 1375085 射。相對於各光源為反射器。

實施例3E和3F 第3E圖為具有内部空氣隙分段32和光源16於二端之 延伸之照光器。具有光源於二端提供具有增加照度能操作 於較低溫度之背光。第3F圖為具有開口端部空氣隙32和 光源16於二端之另一個光配置。 實施例4 第4圖為具有錐形空氣隙41之光棒40之端視圖。錐 • 形空氣隙提供當光移動朝向設備之觀看側時展佈光之機 構。

實施例5A 第5圖為本發明之實施例，其中延伸之照光器圖案由 譬如PMMA或聚碳酸脂之聚合物之厚片所形成。於此實施例 中主要的差異為整合的橋接器53連接開口:空間空氣隙 32。此實施例提供連續的固體表面。雖然於頂側或於觀看 ▲ 側繪示如具有固體表面，但是於另一實施例中能夠在底側 9 . 或在頂側和底側二者具有固體表面。表面選取特徵能夠放 置在觀看側和或反射圖案放置在相對侧。顯示於此圖形中 之表面選取特徵22為連續通道選取器，該通道選取器已經 用黏接層52附接於該延伸之照光器。應該注意的是其為具 有變化之大小、形狀和密度之個別特徵之表面選取特徵亦 可用來改善光混合和照射之均勻性.。

實施例5B 第5B圖提供具有内部連接橋接器53於底側和光選取 31 94320 1375085 特徵51附接於延伸之照光器之頂侧或觀看側之延伸之吗 光器。 ^ 實施例5C 第5C.圖為具有内部連接橋接器53於觀看側和非觀看 倒之延伸之照光器設错。亦顯示者為用於各光通道之光源 之多個陣列。賴空氣隙由在所有側之材料所環繞，但是 也許希望藉由放置二個光棒於彼此之頂部而形成此種設 備。各延伸之照光器藉由黏著劑 ' 聚合物之熔化溶接而可 光學麵合。 實施例fi 第6圖為具有連接橋接器光棒之整個陣列之透視圖， =體延伸之絲料道或段34從各光輸人端成錐 向中央。亦有具諸（錐狀)顿看側61之成錐狀延伸之日! 光器的-段之放大側視。空氣隙32提供m來自光棒之= ^車列之寬度内光源16之光的機構。勒!或觀看側提供光 =之間用於光料化連續的通路。互連接連續通路進—步 乂供額外的結構強度於延伸之照光器的整個陣列。 第7圖為相似於第6圖之具有觀看侧厚片71伸 =器的透視圖，除了其由黏著光棒於薄板導光板之外? t面朗之光.棒之細部分心具有反射表面、棱 二=粗誠表面、反射點或其他形狀。延伸之照光器可 接、或其他方式最小化光散射 94320 32 1375085 片。此種配置將提供額外的硬度以保持光為平行平面於觀 看者。 實施例8 第8圖為錐形光棒之側視圖，該錐形光棒具有從各光 輸入端15成錐狀，具有由虛線所描繪之混合段81，和延 伸之照光器之光輸入端。延伸之照光器從各光輸入端成錐 狀並具有從各端之複合的錐形。該複合的錐形體具有二個 成角的具有斜率A之分段83和具有斜率B之分段85，該 • 分段83和85變化從混合段至延伸之照光器之中央。 實施例9 · · 第9圖為錐狀延伸之照光器90之側視圖，該錐狀延伸 - 之照光器90於非觀看側具有混合段和具有棱鏡狀結構幫 : 助再導向光至觀着側表面，該觀看側表面具有固定密度或 為離光輸入端距離之函數之可變密度任一情況。應該注意 _的是觀看側表面亦可以具有選取或不然光再導向特徵於或 • 黏著至該表面。 實施例10 . 第10A圖為光棒之另一實施例之側視圖，而第10B圖 為延伸之照光器之上視圖，看到光棒之底側和一系列之反 射點。如能看到的反射點101之密度從光輸入端和混合段 81變化至延伸之照光器之中央。應該注意的是反射點可以 被印製或不然從/放置於該非觀看側表面上。反射點可以是 反射的或擴散的，以及他們可以是像金屬般的或白色的。 大小和形狀亦可為距光輸入端以及混合段距離之函數而變 33 94320 1375085 化，以便達成均勻的光選取和從光棒之一端至另一端之照 度。預期之類似的實施例將僅提供一個輸入光源、混合段 和一個錐形體和反射器於端部。 實施例11 弟11圖為廷件之照光為具有孤狀半控錐形體111從各 米混合段之端部延伸至中央。具有固定半徑希望提供均勻 的光選取。沿著延伸之照光器之長度具由平滑之轉變是希 望用於均勻的選取並防止不想要的光散射於不希望的面積 • 上。

實施例12A、B、C和D 第12A圖為延伸之照光器配置，其於至少一端具有平 坦光輸入端15、至少光源16、於延伸之照光器22之觀測 . 側上之光選取特徵、和用黏著層52光學耦合該特徵之機構 和於延伸之照光器之非觀看側上之隨意選用之反射機構 121。反射機構121於其反射性可以是連續的或可變的以支 I 援沿著延伸之照光器之長度均勻的光照度。亦有接近光輸 入端沒有選取或反射特徵（至少非常小)之小區域。此種區 域在提供色彩混合時很有用。 第12B圖為相似的延伸之照光器配置，但是其具有至 少一個錐形的光輸入端。當該錐形體顯示於一個方向時， 其他的實施例可以具有角度於其他方向之錐形體。再者該 角度可以包括多於一個方向。第12C圖為本發明之很有用 之延伸之照光器的進一步擴展，其中鏡面方式反射表面123 設在相對於光源之端。第12D圖在相對於該光源之端提供 34 94320 1375085 ' 散射反射器124。

竇施例13A和B 第13A圖為具有凹面光入口表面131之延伸之照光 器，該光進入表面131提供光輸入進入該延伸之照光器以 收集和控制角度。光學反射表面13 2幫助來自光源16之光 再導向入該延伸之照光器。 .第13B圖為具有凸面光入口表面133和反射表面132 之光棒，該反射表面132延伸經過光源16以便盡可能的多 鲁獲取光並再導向入延伸之照光器。 實施例14 第14A圖為具有下傾（上至下）錐狀光輸入表面i4l之 延伸之照光器’該錐狀光輸入表面141接收來自光源丨6之 光。因為16可以是led光源，因此其輸出實質的半球形而 使得其可以希望提供反射表面有助於再導向光於臨界丁⑺ 角進入延伸之照光器。反射表面可以是反射的或擴散的。 # 另—個實施例表面142可以包括支援光再導向之結構。雖 然上述圖式顯示為具有相同設計之二端，但是其希望具有 不同的光輸入端。笫14β圖為另一個延伸之照光器具有錐 形的光輸入表面143和光源16。於一些光源中投射之光為 半球形而並非所有的輸出光將進入光棒於臨界TIR角並因 此才貝失於週圍環境。欲改善本發明之此實施例和其他實施 例之效率’希望提供一種機構再導向光不進入延伸之照 此其能進人將TIR之錢。此關構可吨含弧形、的 、面144該表面提供鏡面光反射、提供擴散反射之表面曳 94320 35 1375085 譬如棱鏡之特徵表面。 复您例15

第15圖具有擁有隨意選用之抗反射光輸入表面151之 凹入光進入面積，該抗反射光輸入表面151增強光進入光 棒之量=抗反射表面可以是在凹入面積152之一或所有 側。初始段153為光混合段和典型從光輸入表面延伸至錐 形體之開始處。應該注意的是一些額外的混合可以發生遍 及光棒的長度而不專有於混合段内。額外的反射表面154 可提供於延狀照光^之光以面積之附近或 ==入在TIR角度之棒，該，角度提供二 ㈣照度。成錐形之段幫助提供 但不限於棱具钱再導㈣徵譬如 特徵可以改變密度為.距‘表:' 反射表面。此種再導向 形物或諸錐形物形# Ά端其距離之函數。再者，.錐 發明内此等圖式和其之錐形光棒。應該注意的是於本 比例或相關尺十之限制圖式未$於此侧視剖面圖所示-般 許多倍。寬紅寸於真實長度尺寸為較寬度尺寸長 間。 以便提供用來觀看凹入細部之空 實施例16 第16圖為具有凹入鉍 該凹入之光輸入區域之 '入區域之延伸之照光器，於 域。成錐狀之入口表面可側上具有成錐狀之光輸入區 導向光至在延伸之昭°、疋反射表面或棱鏡狀特徵以再 “、、光器内之臨界TTR ^ 介角。應該注意的 94320 36 !375〇85 是，此種光輸入凹部面積於一個 ^ ^ 飞夕個先輸入表面亦可以 器 實施例1 7Α> Β ^有抗反射表面以，助最大化該光進入延伸之照光 第17Α圖為梯形楔子之延伸之 - 側寬於非觀看角倒。雖錄示了^，”觀看角 應該注意的是可以使用平_射：=延= 照先益之出口側（觀看側）時允許側向展 處的因為光均勻性被提供於較寬足跡之上。心很有放 較寬==種設計之光棒173，該光棒”3提供 =向非觀看側以及該側漸成錐形物向内 以幫助增強m。此種組構提供光混合。 第17A和B圖可以具有光思合段鄰接該光輪入入口表 面。此外這-些_可以成錐形朝向中央，可以具有印刷點 或其他的配置以再導向光朝向觀看侧。 ·’ 實施例18A、B、C知r> 第18Α圖為圓形延伸之照光器181之透視圖該照光 斋181具有初始混合段182和具有反射器184於光輸入端 15之:相對端之成錐狀之延伸段183。 第18Β圖為圓形延伸之照光器181之透視圖，該照光 器具有平坦觀看側表面185，該觀看側表面185可以額外 地被粗糙化或包括光選取特徵。圓形延伸之照光器提供一 種機構最小化於角洛中獲得的光。平坦觀看側部分希望用 來黏著光選取特徵並提供較廣之剖面以導光朝向觀看者。 如前面的討論光選取特徵可以改變形狀和或密度。在圓形 94320 .37 1375085 於第18F圖中延伸之照光器不具有平坦底表面，但是 光散射特徵189被直接製成於延伸之照光器之弧形中。如 上所討論的，凹口可以改變其大小、密度、形狀、和或深 度為離光輸入端之距離之函數。 亦應注意的是於平坦和於弧形部分上凹口之組合亦也 許很有用處。

實施例19A、B、C和D 第19A圖為具有分佈蓋191之圓形延伸之照光器之透 • 視圖。該分佈蓋幫助展佈光於較寬面積之上。 第19B圖為具有透鏡狀表面結構192之延伸之照光器 之端剖面圖，該透鏡狀表面結構192能夠有助於聚焦光。 第19C圖為於觀看侧具有凸出表面193之延伸之照光 器。此類型之延伸之照光器之優點為其有助於再導向光。 第19D圖為具有觀看側喇队型展開194之延伸之照光 器之端剖面圖，該喇八型展開194有助於分佈光於較寬的 Φ 剖面積。 實施例20 第20圖為具有延伸之照光器之陣列之背光200之端剖 面圖，該延伸之照光器於多於一個表面201上和該延伸之 照光器202之間區域上具有選取光機構，該延伸之照光器 202提供再導向光。該延伸之照光器之間區域可以是鏡面 反射的、擴散反射的、棱鏡的或其他方面特徵結構。延伸 之照光器之間區域可以改變其再導向特性以便提供均勻的 色彩溫度和照度。於該等實施例中具有其形狀、大小和或 39 94320 1375085 ' 密度可以改變。 實施例21 第21圖為於背光陣列210中再導向和展佈光之另一機 構之剖面圖。延伸之照光器具有多於一個光選取側201， 該等光選取側201設有控制之側洩漏結合著背光之間之弧 狀反射器區域211。應該注意是此圖和其他的圖式未按尺 度繪示，並其亦將不解釋為接近相對尺度。光棒之間之成 弧形區域形狀以提供再導向光朝向觀看側以一種方式提供 • 均勻的光照度。於光棒上之光選取機構可以沿著他們的長 度改變以提供均勻的發光。典型情況是選取特徵之密度於 接近光源處較少而於愈遠離該光源處較高。此實施例可以 於各端或著於延伸之照光器之相對端上具有反射器之一端 上進一步具有光源。延伸之照光器之間區域之成弧狀部分 可以是鏡面的或擴散的反射。此區域亦可具有或亦可被粗 糙化或圖案化而具有再導向特徵。 .._ 赢 實施例22 第22圖為具有延伸之照光器之背光陣列220，該延伸 之照光器具有擁有選取機構201之多個側。於延伸之照光 器之間之區域為成形之反射器221和或輻射狀反射器 222，該輻射狀反射器222提供再導向光朝向觀看側之機 構。雖然於一組的延伸之照光器之間僅顯示了一個反射 器，但是可以多於一個反射器，並且他們可以改變形狀和 大小。這些反射器特徵雖然顯示相關於延伸之照光器為 大，但是該等反射器特徵也許遠較小或於微米尺度。基底 40 94320 iy?s〇85 223亦可以是反射器。 复例23 第23圖為具有延伸之照光器之背光陣列230，該延伸 之照光器具有擁有選取機構201之多個側。於延伸之照光 器之間之區域為成形之反射器231和或232，該反射器提 供再導向光朝向觀看側之機構。雖然於一絚的延伸之照光 器之間僅顯示了一個反射器’但是可以多於一個反射器， % 並且他們可以改變形狀和大小。這些反射器特徵雖然顯示 相關於延伸之照光器為大，但是該等反射器特徵也許遠較 小或於微米尺度。基底223亦可以是反射器。 复施例24 、，第24圖為具有梯形光棒241之另一背光陣列，該梯形 :光棒241於多於-側上具有光選取機構2()1。如所示光選 取特徵可以是在該延伸之照光器之所有或部分之侧表面 上。基底223亦可以是反射的以提供再導向和光分佈。

鲁 實施例25A和B 第25A和25B圖為具有觀看側13和非觀看側14、光 源16和用於光選取之表面選取機構22之延伸之照光器之 側剖面圖。額外的有-系列之其他功能膜或層(能i是；離 的或整合的）’該功能臈或層能夠用來與延伸之照光器和 看側選取機構結合。應該注意的是雖然未顯示，但是延仲 之照光器可以是如前面圖形所示之其他大小、形狀和讯 計，非觀看侧亦可以具有額外的功能以提供光再導向以= 助提供均勻的光混合和照度。雖然他們顯示具有空間和在 94320 41 1375085 • 光選取機構之上’但是應該注意的是他們是在上端（相接觸） 或與光選取機構光學耦合。可以由其本身具有功能或者結 合一個或多個功能。附加的功能可以包含但不限於偏振光 纖25卜凹凸膜252、圓柱膜253、菲涅爾透鏡膜254、主 體擴散器255(可以空出或填滿聚合物膜）、珠狀的擴散器 256、光增強膜257、反射偏振器膜258。這些和其他的功 能可以為早一薄膜或層中，以.及一或多個功能可以結合於 早一膜中。雖然未顯示但是背光亦可以包含光調節、光展 •佈、光瞄準、光吸收。 實施例26 第26圖為具有含有光源之延伸之照光器261之背光陣 列260之端視圖。光棒黏著到具有透明黏著層262之透明 板263之底侧。額外地有第二黏著層264和光選取特徵22 於陣列之觀看側。延伸之照光器亦具有棱鏡特徵265於非 觀看側以支援光之選取。亦顯示為光平衡器（〇ptical • standoff)266其提供支援延伸之照光器和透明板。平衡器 幫助防止下陷並保持不同部分的平坦以及離LCD顯示器 (譬如LCD陣列、偏振鏡和觀看側顯示器（未顯示之其他 部件均勻距離。延伸之照光器封閉在具有反射表面之盒子 或箱267内。如刖面之討論所指出的，光棒可以改變形狀、 大小和侧面輪廓（包含但不限於錐形物、光混合段）。光源 亦可包含最大化耦合光於延伸之照光器之機構，該延伸之 戶’?、光益包含但不限於k供獲得和再導向光於適當的TIR角 度入該棒之機構。藉由黏著延伸之照光哭於遂明的平板， 42 94320 板和合之機構並幫助分佈光橫越寬度，光 甲之4态之間區域之寬度。 iiUl_27 第27圖為具有弧形延伸之照光器忉之背光陣列之端 $面圖。延伸之gg止势、 ^ …、A β巧口丨，S已經光學耦合經過圓圏的大 光於光之光分佈通路191以展佈至延伸之照 朝向選取膜。光分佈通路或於延伸之照光 Lt ΐ的蓋被光學輕合至透日植咖。弧形類型之 有益的’因為弧形輪I於困難選取之區域 不獲得光❿且藉由提供通路於弧形延伸之日m (該照光 器藉由允許光分佈於延伸之照絲之間之輪廓而光學轉合) 之觀看侧，能夠選取更均勻的錢發送朝向觀看者。光源 16麵合於延伸之照Sis 271之-或二端。若僅僅於一端， 則可以有隨意選用之鏡子反㈣於㈣於光源之側。光分 佈通路或於延伸之照光器之觀看側之蓋可被模製為透明板 263和黏著於該蓋之延伸之照光器之整合部分，此種組構 於需用於線性菲淫爾之照光上是很有益處的。 f施例28 第28圖為導光板281之上視圖，具.有光源.丨6和混合 凸耳283和反射表面282。混合凸耳283提供混合來自發 光LED光源之個別色彩之機構，以在進入導光板前提供均 勻的白光。混合凸耳具有光輸入表面可設計以盡 < 能的從 光源獲得光。他們可以具有抗反射塗層，和他們舒以構形 以獲得輸出自LED之更多的半球光。亦可有隨意遽用之侧 43 ^4320 1375085 反射器’其覆盖部分之led以幫助獲得並再導向光入導光 板。相對於混合凸耳為反射表面以提供最大化導光板之光 輸出之機構。反射器可以是白色散射材料，或者其可以是 鏡面方式反射。反射器可以具有平滑鏡狀表面或者其可以 弄粗链以支援散射。導光板可以是各種的组構。導光件可 以於非觀看側具有特徵結構以幫助再導光朝向觀看側。此 *<寺徵結構表面可以疋粗链的表面、棱鏡、印刷點或其他方 式。此等特徵可以改變其大小、形狀和密度，以便提供均 ® 勻的照度遍及導光板的長度和寬度。導光件的輪廓可以是 均勻的或錐形的。應該注意的是雖然上述圖式顯示光從導 光件之二端輸入，但是其他的實施例可以具有僅來自一端 - 或從多於二端之輸入。 皇1施例29 第29A、29B和29C圖為於非觀看侧形成有一系列之孔 洞或凹口 291、292、和293之延伸之照光器290之側視剖 φ 面圖。延伸之照光器可以由光源16從一或二端發亮。若僅 從一端發亮，則可以有反射器位於相對於發光源之端。孔 洞或凹口可以是任何形狀或大小.，或可以改變形狀和或大 小為離光源距離之函數。於一些實施例中孔洞於寬度和長 度方向具有相同的相關此寸。一般而言特徵於其深度可以 疋在1至微米大小範圍，雖然較大或稱微較小也許是 令人滿意的。特徵於散射光和再導向光朝向延伸之照光器 之觀看側很有用處。此延伸之照光器可以是平坦、錐形、 圓形或其他形狀或複合的形狀。孔洞或凹口於模造或鑄造 44 94320 1375085 期間可鑽鑿或複製於表面中。對於淺孔可能使用雷射。其 他的技術可以包括使用具有照相光阻之照相圖案化和化學 蝕刻。凹口和孔洞可用熱和或壓力的輔助而以機械方式浮 雕。當孔洞製得較深時，可能有達成超過50至100微米良 好複製之問題=提供具有粗糙表面之側壁之孔洞或凹口可 以進一步提升光再導向。可以有光混合段以提供改善的光 混合均勻性。可以改變間隔、密度、大小和形狀以沿著延 伸之照光器之長度提供均勻的發光。於這些圖式中雖然僅 ® 顯示了側視圖，但是於此等特徵數目中側邊尺寸亦可以改 變。延伸之照光器亦可提供機構以更有效耦合光源於延伸 之照光器中。這些可以包含但不限於凹口或凹入端、反射 器、埋置該光源於彈性的媒體（譬如黏著劑）中、提供透鏡 以整形、瞄準或不然當該光離去光源時導向該光。此種機 構幫忙組構TIR角度進入延伸之照光器中以最佳化光進入 之量對該光離開光源之量。此外孔洞和凹口以及最佳化光 ^ 棒之其他機構可以應用於和使用在導光板以及光棒或延伸 之照光器中。 實施例30 第30A圖為延伸之照光器配置，該照光器具有於至少 一端上至少一個棱鏡形光輸入端15、至少光源16、於該延 伸之照光器22之觀看側上之光選取特徵、用黏著層52光 學耦合該等特徵之機構以及於該延伸之照光器之非觀看側 上之光學反射機構121。反射機構121於其反射性質可以 是連續的或變化的，以支援沿著延伸之照光器之長度之均 45 94320 1375085 • 勻的光照度。亦有接近光輸入端小的區域，於并右 選取或反射特徵（至少非常小）。此種區域在提供色°彩^合 上很有用處。 第30B圖為類似的延伸之照光器配置但是於棱鏡形 狀光輸入端上之棱鏡覆蓋整個的光輸入端。第別c圖為治 -步擴展本發明之有用的延伸之照光器，其中有多：棱： 於光輸入端。第30D圖為類似的延伸之照光器配置但是 於棱鏡形狀光輪入端上之棱鏡覆蓋整個的光輪入端。 鲁實施例31 第31A圖為具有一系列光纖32之延伸之照光器31之 側視剖面圖。各光纖於離光源不同距離處具有光選取特徵 33 ° 、’ 第31B圖為具有一系列光纖32之延伸之照光器3丨之 側視剖面圖。各光纖具有不同的長度。.. 實例 • 一個具體實施例使用丙烯酸光導管作為延伸之照光 器，剖面標稱1/4时平方。光導管高度透明並於所有側和 少於25 nm之端部具有光學光潔（optical finish)。欲形 成延伸之照光器’較大的丙烯酸方棒（〇. 25” χ〇·25” 呎） .破鋸成14吋分段而端部用車床拋光。一片之光選取膜用 UV環氧樹脂黏著於延伸之照光器之—個表面，使用注射哭 分配以形成均勻的窄環氧乙烯小珠向下延伸之照光器之: 度。黏著劑然後於UV光照下固化。 β 使用LED Ρ車列為光源。多晶粒RGB安裝在靠近鄰接光 94320 46 1375085 通道。這些多晶粒LED由一個紅色、—個薛 晶粒組成於單一封裝件中（由0SRAM公f生漆二個綠色

0STAR投影裝置，類型LE ΑΤβ A2A)。這些裝之0SRAM 通，t具有由分離之電流源所控制之各晶粒^亮=個別導 、π〜照光益之另一個實施倒顯示於第1 η 的剖面’未按尺讀製。—㈣之印刷的^ =中銳長 使用微尖Μ㈣之錐肢狀照光k雜看$施用於 此情况之其他實施例亦藉由筛網印刷一系列之心 徵於椎形照光器之非觀看侧上而製成。 點狀特 沿著具有和不具有額外的光選取膜亦且棱鏡 之棒的長度而估算練出。—般而言發現到印刷的點二特 徵提供良好的光均勻性。當用在結合印刷點並且轉向膜發 現具有窄的觀看角度時，光選取膜提供稍微的額外利益。x •具有大約2.5吋聚焦長度之猫準線性菲涅爾獏放^在 具有約等於膜之聚焦長度之空氣隙之光通道頂部之上。一 系列之照片明示尚亮度具有良好空間均勻性。led被個別 發光以產生R、G、B照度然後一起混合以形成混合完善的 白色LED光。 此處併入作為參考的有美國專利6,425, 675號；美國 專利申請2004/0223691號和美國專利申請2004/0179776 號。 實例 依照本發明組構為光通道之光導管之色彩均勻性相比 較用於相似固態光源之導光板（LGP)之色彩均勻性。光導管 47 94320 1375085 由PMMA形成並具有6 mm平方剖面和245 mm長度。光選取 膜黏附於光導管之頂侧。光選取膜具有棱鏡特徵部分埋置 入光學清除黏著劑之層中，該黏著劑形成聚合物之區域鄰 接空氣區域。黏著劑（約10微米厚）塗層於聚脂膜之片上。 然後聚脂膜使甩光學清除黏著劑黏著於光導管之頂側。 LED之陣列位在延伸之照光器之各端上。當光離開該 延伸之照光器時，測量該輸出光。測量約在LED之間中途 點和接近延伸之照光器之寬度中央（大約離邊緣4 mm)處。 • 選擇並比較接近邊緣之第二點之色彩均勻度與中央點者。 為了比較，選擇相同材料之導光板、厚度和長度。LGP 之寬度較光導管者寬數倍。相同類型之光選取膜以與用於 • 光導管所述相類似的方法應用於LGP°LGP使用相同LED光 源於各端。選擇並亦測量LED之間中途點。延伸之照光器 在經過導光板之可比較之長度視覺上具有較佳之亮度和較 佳之均勻度。 ....... φ 具有第4、5A和6圖之延伸之照光器之各種固體導波 件之額外的例子亦由加工ΜΜΑ(1/4”厚）原料之厚片至希 望的形狀而形成。這些實例比較他們與一系列之延伸之照 光器的相對硬度。於所有情況照光器之間之整合之橋接器 提供導波件具有較個別棒較少之凹陷。 已尤其參照本發明之某些較佳實施例而詳細說明本發 明，位是將要了解的是，在本發明之精神和範圍内可以有 效作些改變和修飾。與本說明有關之專利和其他刊物被併 合入本文中其整體作為參考。 48 94320 1375085 【圖式簡單說明】 第1圖為具有底側（非觀看側）棱鏡狀結構之光棒。 第2A圖為具有觀看側選取特徵和非觀看側表面 之光棒。 ^ 第2β圖為於觀看倒上具有可變密度表面選取特徵，和 印有可變密度點圖案之光棒。^

第3Α圖為藉由從導光板上去除材料之部分而形成 合之延伸之照光器。 V 第3B圖為具有連接整合固體通路之光棒。 第3C圖為具有光源和光學反射器之光蜂。 第3D圖為蜿蜒狀之延伸之照光器。 第3E圖為具有内部空氣隙分段之延伸之照光器。 第3F圖為具有開口端部空氣隙之延伸之照光器。 第4圖為具有錐狀空氣隙之光棒。 第5A圖為由聚合物之厚片所形成之延伸之照光哭，、 /、有整合之橋接器連接開口空間空氣隙。 並 徵附並，取特 伸之於觀看或非觀看侧上具有内部橋接器之延 形通：6圖為具有連接橋接器之光棒之整合陣列和且有锥 ^通道之固體延伸之照光器。 u錐 ^圖騎有觀看側厚片之延伸之照 尽片由料光棒至平板導光板而形成。 _看側 94320 49 1375085 第8圖為具有從各光輸入端形成錐形之錐狀光棒。 第9圖為於非觀看側具有混合段和具有棱鏡狀結構之 錐狀延伸之照光器。 第10A圖為光棒之側視圖。 第10B圖為廷伸之照光器之上視圖，看到光棒之底惻 和一系列之反射點。 第11圖為具有弧狀半徑錐形體之延伸之照光器。 第12A圖為具有平坦光輸入之延伸之照光器配置。 • 第12B圖為延伸之照光器配置，但是其具有至少一個 成錐狀之光輸入端。 第12C圖為具有鏡子端反射表面之延伸之照光器。 第12D圖為具有散射端反射表面之延伸之照光器。 第13A圖為具有凹面光入口表面之延伸之照光器。 第13B圖為具有凸面光入口表面之光棒。 第14A圖為具有下傾（上至下）錐狀光輸入表面之延伸 • 之照光器。 第14B圖為具有含弧狀表面光輸入反射器之錐狀光輸 入表面之延伸之照光器。 第15圖具有擁有隨意選用之抗反射光輸入表面之凹 入光進入面積。 第16圖為於凹入光輸入部分具有凹入的和棱鏡的特 徵之延伸之照光器。 第17A圖為梯形楔子之延伸之照光器。 第17B圖為反向的梯形楔子之延伸之照光器。 50 94320 1375085 第18A圖為圓形的延伸之照光器。 第18B圖為具有平坦表面之圓形的延伸之照光器。 第.18C圖為具有二個平坦表面之圓形的延伸之照光 器。 第18D圖為多面的延伸之照光裔5 第18E圖為具有散射特徵之延伸之照光器。 第18F圖具有散射特徵配置於弧中。 第19A圖為具有分佈蓋之圓形的延伸之照光器。 第19B圖為於觀看側具有透鏡形狀之延伸之照光器。 第19C圖為具有凸出表面之光棒。 第19D圖為於觀看側具有分佈輪廓之延伸之照光器。 第20圖為具有延伸之照光器之陣列和於該延伸之照 光器之間表面散射之背光。 第21圖為於該延伸之照光器之間具有弧形段之背光。 第22圖為於該延伸之照光器之間具有再導光特徵之 背先。 第23圖為於該延伸之照光器之間具有再導光特徵之 背光。 第24圖為具有梯形之延伸之照光器之背光。 第25A圖為具有各種觀看側膜或特徵之光棒。 第25B圖為具有各種觀看側特徵或膜之延伸之照光 器。 第26圖為具有於盒中光棒之背光。. 第27圖為具有圓形的延伸之照光器和側面分佈機構 51 94320 1375085 之背光。 第28圖為具有混合凸耳之導光板。 第29A圖為具有圓形孔洞之延伸之照光器。 第29B圖為具有三角形孔洞之光棒。 第29C圖為具有孔洞之廷伸之照光器= 第29D圖為光棒。 第30圖為具有於一侧具有凹口之薄膜之延伸之照光 器。 第30A圖為具有棱鏡形光輸入之延伸之照光器。 第30B圖為具有大棱鏡形光輸入之延伸之照光器。 第30C圖為具有多個楔形光輸入表面之延伸之照光 器。 第30D圖為具有多個楔形光輸入表面之延伸之照光 器，該等楔形光輸入表面覆蓋該延伸之照光器之整個端部。 第31.A圖為具有光學纖維之光棒。 第31B圖為具有不同長度之光學纖維之延伸之照光 器。 【主要元件符號說明】 11 於非觀看側上具有底側棱鏡狀結構之光棒 12 棱鏡狀結構 13 觀看側 14 非觀看侧（相對於觀看側之側） 15 光棒之光輸入端 16 固態光源 21 可變密度表面選取特徵 22 觀看側連續表面選取特徵 52 94320 1375085 323 4 QU 0 131 11 2 3 3-3 CO 4 5 5 nD T 8 5 ο 8 9 τ—- -—-4 2 3 1 2-—124 ο 2 2 3 3 4 4 5 5 5 於相對於觀看侧之側上可變密度印刷點圖案 空氣隙 於相對於光輸入端之端上隨意選用之反射器 連接整合之固體通路 連續的光棒. 39 碗挺狀光捧 光棒之端視 41 錐狀空氣隙 光選取特徵 52 黏著層 整合橋接器連接開口間隔空氣隙 錐形光棒之放大視圖（非觀看側） 觀看侧厚片 72 光學耦合之機構 混合段 83 具有斜率A之角度分段 具有斜率B之角度分段 於非觀看侧上具有混合段和具有棱鏡狀結構之錐狀 光棒 反射點之圖案 111 弧狀半徑錐形體 反射機構 123 鏡面方式反射表面 散射反射器 131 凹面光入口表.面 延伸於光源之上之隨意選用之反射 凸面光入口表面 下傾（上至下）錐狀光輸入表面 結構之光再導向支援 p遺意選用之抗反射光輸入表面 凹入面積 .153 光混合段 反射的表面 161 錐形之凹入光輸入段 53 94320 梯形楔子光杨構觀看角 181 183 光棒之另一設言十 混合段 反射器 側寬於非觀看角側 圓形光棒 錐狀延伸段 具有平垣觀剩表面之圓形光棒 具有平坦非觀測表面之圓形光棒 多面光棒 具有一系列光散射特徵之非觀測平坦表面 具有一系列光散射特徵於光棒弧形中之非觀測表面 分佈盖 192 透鏡狀表面結構 於觀看側具有凸出表面之光棒 具有觀看側喇η八型展開之光棒 背光 於光棒之多於一個表面上選取光之機構 光棒之間區域提供再導向光 於背光陣列中再導向光和展佈光之另一機構 弧形反射器區域 221 成形之反射器 輻射狀反射器 223 反射器基底 背光陣列 231 成圓形之反射器 成半球形之反射器 241 成梯形之反射器 包括偏振光纖之光學主體 凹凸膜 253 圓枉臈 菲涅爾透鏡膜 255 主體擴散器 珠狀的擴散器 257 光增強膜 54 94320 1375085 258 反射偏振器膜 260 背光陣列 261 ' 290、311、314 光棒 262 透明黏著層 263 透明板 264 第二透明黏著層 265 棱鏡特徵 9RR Ut KJ \J 光平衡器（optical 5Ϊ3.Ω(1〇ί :f) 267 具有反射表面之盒子或箱 271 於其端剖面圖具有弧形光棒之背光陣列 281 導光板之上視圖 282 反射表面 283 混合凸耳 291 系列圓柱形孔洞或凹口 292 系列三角形孔洞或凹口 293 其他類型之孔洞或凹口 295 具有光膜之光棒 301 成棱境形狀之光輸入端 302 多個棱鏡光輸入端 312 光纖 313 光選取特徵 315 不同長度之光纖 55 94320

Claims (1)

1. L375085 - 第097117788號專利申請案 t I 101年6月13曰修正替換頁 七、申請專利範圍： 1· 一種固體導波件，包括一具有相對TIR表面之光通道， 且復包括： a) 於該光通道之一側面之至少一個光輸入表面，用來耦 合來自固態光源之光； b) 至少一個混合段，該混合段係開始於該至少一個光輸 入表面並繼續一短距離，用東混合來自該至少一個光輸 入表面之光； • c)至少一個光發射表面；以及 d)位於一個TIR表面或該等tir表面之間之光再導向特 徵之所希望圖案，用來將於該光通道中傳播之光朝著 該至少一個光發射表面再導向。 2. 如_請專利範圍第1項之g]體導波件，復包括至少一個 延伸之照光器。 3. 如申睛專利範圍帛！項之固體導波件，包括至少2個額 外的TIR表面彼此相對著。 鲁4·如申睛專利範圍第2項之固體導波件，其中，該光混合 段為該延伸之照光器之整合部分。 5. 如申請專利範圍帛2項之固體導波件，其中，該光混合 段為實質無該光再導向特徵之所希望圖案。 6. 如t請專利範圍第2項之固體導波件，其中，該光混合 勻的色φ溫度給該固體導④件之該光選取區 域0 7. 如申清專利範圍第？ jg夕vl* Μ 礼因弗Ζ項之固體導波件，其中，該至少一 94320修正版 1375085 第097117788號專利申請案 101年6月13日修正替換頁 個光輸入表面包括選自由平坦、錐狀、凸狀、凹狀、鑛 齒狀、多表面、部分反射、TIR調整所組成之群之至少 其中一種形狀。 8. 如申請專利範圍第2項之固體導波件，其中，該光再導 向特徵之所希望圖案包括選自由棱鏡、點、反射器、和 改變斜率所組成之群之至少其中一種。 9. 如申請專利範圍第8項之固體導波件，其中，該改變斜 率為於相對於該至少一個光發射表面之側上。 • 10.如申請專利範圍第8項之固體導波件，其中，該改變斜 率包括於該至少一個混合段之導光侧處之至少一個錐 狀開始。 94320修正版 57