CN1740846A - 照明设备和使用其的显示设备 - Google Patents

Abstract

实现了一种具有高光利用率的薄照明设备以及使用其的显示元件。在根据本发明的照明设备中，具有光入射面(4)的光导体(3)光学地与光导板(2)耦合，来自光源(1)的光在光入射面(4)入射。在光入射面(4)和光导板(2)之间至少一部分光入射体所在的横截面是椭圆。

Description

照明设备和使用其的显示设备

技术领域

本发明涉及在移动电话、便携式电视机、手持游戏机、个人数字助理(PDA)和笔记本个人电脑中使用的照明设备，并涉及使用其的显示设备。

背景技术

被称为背面光或正面光的传统照明设备的已知例子包括侧面光类型的照明设备，其中多个LED光源被布置在光导板的一面作为光源。例如，在诸如移动电话的便携式信息设备中使用的照明设备要求较薄。但是，因为难以使LED如光源那么薄，所以难以实现较薄的照明设备或较薄的显示设备。一个解决该问题的方法公开在JP2000-249837A中，其中类楔光导部分耦合普通大小的LED和薄的光导板。

在具有传统类楔光导部分的照明设备中，传播光相对于反射面的入射角随光反复地被光导部分的内表面反射而变大，因此传播通过光导板的具有比临界角更大的入射角的光量减少了，因而不能有效地将光从光源导向光导板。

另外，传播光更大的入射角导致从光导部分以及相邻区域到外部的更大量的漏光。因此，亮度中的不匀性以及杂散光增加了，并且不能实现满意的照明。

再进一步，光导板内侧的光的反射数量很大。因此，如果在光导板上形成一组传统的平行锯齿棱镜，那么就难以形成发射光的均匀分布。

发明内容

根据本发明，一种照明设备包括光源、光入射体和在尾部与光入射体耦合的用于从光发射面均匀地发射光的光导板，发射的光从光入射体入射。光入射体具有相反于光源的光入射面并且垂直于光导板的光发射面，并且光入射面和光导板之间的光入射体的外部形状是椭圆形。这种结构允许传统大小的光源和比光源更薄的薄光导板之间有效的耦合。即使在光导体的内侧反复地反射传播光，所述光可有效地传播到薄光导板中而不需要相当大的影响相对于光导板的入射角的分布。

另外，形成位于在光源一侧上的前部焦点和形成光入射体的椭圆部分的中心之间的光入射体的光入射面，而形成位于在另一个焦点，即后部焦点附近的光入射体和光导板之间的耦合部分。这种布置允许通过其中一个焦点附近的光在被光入射体的椭圆面反射之后通过另一个焦点的附近，因此从光源发射的光可有效地传播到光导板中。

此外，形成该照明设备以使得光源的光发射面位于前部焦点和光入射面之间。利用该结构，因为从光入射体中的光源发射的光基本上等于从前部焦点附近发射的光，从光源发射的光可有效传播到光导板中。

另外，在光入射体和光导板之间的耦合部分中，在光发射面的一侧上的光导板的表面和相反侧上的光导板的表面通过一对类楔平面耦合到椭圆部分，所述一对类楔平面具有从光入射体朝向光导板的锥形厚度。利用该结构，可防止在光入射体中反射的光返回到光源的那侧，并且在光入射体中反射的光可被传播到光导板中，由此提高了光的利用率。

特别地，在垂直于光入射面和光导板的光发射面的方向上的横截面中，从穿过后部焦点并用光导板和椭圆部分表面形成临界角的线条之间的交点附近的位置在光源侧形成类楔平面对的尾部。由此，在光入射体内侧反射的光基本上以等于或大于临界角的角度被全部导向光导板，由此不仅提高了光的利用率还提高了光导板内侧的光的传播特性。

另外，在光入射体和光导板之间的耦合部分中，提供相反于类楔平面对和一部分光导板的一对光反射层。利用该结构，抑制了逆光和漏光的影响，从而实现了具有较小损失的照明设备。

另外，光入射体的顶部与光导板的光发射面齐平，由此允许在光入射体内侧反复反射的光有效地传播到光导板中。因此，提高了光的利用率。

另外，光入射体的椭圆形的轴向和光导板的光发射面彼此不平行，且形成一个角度。利用该结构，即使光源和光导板在不同的水平面上，从光源发射的光可有效地传播到光导板中。

另外，光反射器被嵌入在光入射面和光源之间的缝隙中，光反射器的光入射面侧是具有大小对应于光源的光发射面的开口的光反射层，开口位于对应于相应光源的位置上。由此，可以阻止在光入射体中多次反射的光通过光入射面逃离到外部，因此，提高了光的利用率。

根据本发明的照明设备，因为在前部焦点附近提供光源，如果形成光入射体的椭圆面的椭圆率较大，那么在光源和光入射面之间存在较大的缝隙。因此，在某些情况下，来自光源的光不有效地传播到光入射体中。因此，提供覆盖光源和光入射体并在其内表面上形成有光反射层的光反射器，以便封闭光源和光入射面之间的空间。该结构允许另外漏到光源和光入射面之间外面的光返回到光路，以便被重新使用。

另外，为了重新使用从光导板的侧面漏到外面的光，在垂直于光导板的光发射面和光入射面的三个侧面上提供光反射层，或者邻近三个侧面提供光光反射层。

另外，利用邻近光入射面的光入射体的形状在垂直于光入射面和光导板的光发射面的方向上的横截面中是部分的矩形的结构，光源和光入射体之间的缝隙可被最小化而没有传播特性的损失。因此，光可有效地传播到薄光导板中。

另外，通过提供光反射层以便相反于与光发射面相对的光导板的一侧，来自光导板下侧的漏光可被重新使用，因此，提高了光的利用率。

在另一方面，通过在光导板中形成多个凹的微结构以便用于具有与光发射面相对的光导板那侧的轴向上的光散射，可形成能高效发射光的照明设备，即使该照明设备与诸如LED和薄光导板的点光源组合使用时。

特别地，当诸如LED的点光源被用作光源时，因为在用于光散射的微结构上入射的光如弧线那样传播，光源就如在弧线的中心，安排多个用于光散射的微结构以便轴向基本上平行于穿过用于光散射的微结构和最接近于用于光散射的微结构的光源的线条。这增加了光散射效率，并且形成提供明亮的光的照明设备。

另外，通过安排用于光散射的微结构以便其轴向侧面基本上平行于穿过用于光散射的微结构和光源的线条，由用于光散射的微结构反射的光可被有效地散射。另外，通过使形成的用于光散射的微结构的密度随离光源的距离的增加而更高，可能均匀地从光导板的光发射面发射光。

另外，通过将在穿过用于光散射的微结构和光源的方向上在用于光散射的微结构的横截面中的形状形成为直角三角形，可有效地发射光。

另外，通过将在穿过用于光散射的微结构和最接近用于光散射的微结构的光源的方向上在用于光散射的微结构的横截面中的形状形成为等腰三角形，还可有效散射在光导板中的返回光。

此外，通过提供光漫射片以便对相反于光导板的光发射面，可提高使用本照明设备的液晶显示设备的视角特性。

另外，通过提供至少一个棱镜片以便相反于光导板的光发射面，棱镜片在其上形成多个棱镜，并且棱镜具有垂直或平行于光入射面的边缘线，就可能发射垂直于光导板的光发射面的光，因此可提高视角特性。

再进一步，通过提供一个棱镜片，其多个棱镜具有垂直于穿过多个棱镜和光源的方向的边缘线，并且通过提供一个在其上形成多个棱镜的棱镜片，后一棱镜片上的棱镜的边缘线垂直或平行于光入射面，就可能使照明有高的方向性。

另外，通过用具有在光导板的光发射面的某侧上的开口的外壳来固定上述光源、光入射体、光导板、光散射片、棱镜片、或光反射层，该照明设备可容易地被操作并具有稳定的特性。

再进一步，利用被动类型(非自发光类型)的显示元件被根据本发明的照明设备照明的结构，可实现具有高亮度的薄显示设备。

附图说明

在附图中：

图1是示意说明根据本发明的照明设备的透视图；

图2是示意说明根据本发明的照明设备的结构的截面图；

图3是示意说明根据本发明的照明设备的平面图；

图4是说明根据本发明的照明设备的用于光散射的微结构的部分平面图；

图5是示意说明根据本发明的用于光散射的微结构形状的截面图；

图6是示意说明根据本发明的用于光散射的微结构另一形状的截面图；

图7是示意说明根据本发明的照明设备的部分透视图；

图8是示意说明根据本发明的照明设备的部分截面图；

图9是示意说明根据本发明的照明设备的部分截面图；

图10是示意说明根据本发明的照明设备的部分截面图；

图11是示意说明根据本发明的照明设备的部分截面图；

图12是示意说明根据本发明的照明设备的部分截面图；

图13是示意说明根据本发明的照明设备的截面图；

图14是示意说明根据本发明的照明设备的透视图；

图15是示意说明根据本发明的照明设备结构的截面图；

图16是说明根据本发明的照明设备的特定的光发射效率的曲线图；

图17是示意说明根据本发明的照明设备结构的截面图。

优选实施方式

根据本发明的照明设备发射来自光导板的光发射面的光源的光。根据本发明的照明设备包括光入射体，光学地耦合到其一个尾部上的光导板。在光入射体的另一尾部形成来自光源的光入射的光入射面。此外，光入射体在外形上具有椭圆部分。利用这种结构，可高效地进行在光源和光导板之间的光耦合，光导板的厚度小于光源的厚度。更特别地，入射光可有效地传播到薄光导板中而不怎么影响相对光导板的入射角的分布。

另外，形成位于在椭圆部分中光源一侧上的前部焦点和椭圆部分的中心之间的光入射面，并且形成位于在后部焦点附近的光入射体和光导板之间的耦合部分。

另外，光源的光发射面位于前部焦点和光入射面之间。即是，从光入射体中的光源发射的光基本上等于从前部焦点附近发射的光。

另外，在光发射面的一侧上的光导板的表面和相反侧上的光导板的表面由一对类楔平面耦合到椭圆部分，所述一对类楔平面具有从光入射体朝向光导板的锥形厚度。即是，光导板的表面由类楔平面耦合到椭圆部分。另外，从穿过后部焦点并用光导板和椭圆部分表面形成临界角的线条之间的交点附近的位置在光源那侧上形成类楔平面对的尾部。另外，提供一对光反射层以便相反于类楔平面对和一部分光导板。

另外，在光入射体和光源之间提供光反射器，并且在相对于光入射面的位置为光反射器提供一个开口。这里，将光反射板中提供的开口的大小设置为具有等于或大于光源的光发射面的大小。

可替换地，提供在光入射体的光源侧形成的矩形部分以便延伸到椭圆部分，并且在矩形部分提供光入射面。

此外，在与光发射面相对的光导板表面在光导板中形成多个凹的微结构以便用于具有轴向上的光散射，并且安排该多个用于光散射的微结构以便轴向基本上平行于穿过用于光散射的微结构和光源的线条。此外，安排用于光散射的微结构以便其轴向侧面基本上平行于穿过用于光散射的微结构和光源的线条。另外，使在垂直于光导板的光入射面和光发射面方向上用于光散射的微结构的横截面的形状成为直角三角形。可替换地，使在垂直于光导板的光入射面和光发射面方向上用于光散射的微结构的横截面的形状成为等腰三角形。

另外，根据本发明的照明设备包括被动类型显示元件，并且照明设备具有上述用于照明显示元件的结构的其中之一。

(实施例1)

下面参考附图描述根据本发明的照明设备。图1是示意说明根据本发明的照明设备的透视图。在图1中，光入射体3在尾部被耦合到光导板2。在与光导板2那侧相对的光入射体3的另一端面上形成光入射面4。多个光源1a、1b和1c被安排以便相反于光入射面4。通过喷射造型法整体地形成光入射体3和光导板2，在光导板2的表面上形成用于光散射的微结构(未示出)，该表面相反于光导板2的光发射面。只要光入射体3和光导板2彼此光学地耦合，就不要求二者是整体的。

从光源1发射的光通过光入射面4进入光入射体3，并在此之后，均匀地传播通过光导板2。在光导板2中传播的光由用于光散射的微结构散射，从在其上不形成用于光散射的微结构的光发射面发射，并均匀地照明待被照明的对象(未示出)。如图1所示，与光发射面和光入射面4垂直的平面一起的光入射体3的横截面是椭圆的。更特别地，光入射体3被形成使得其外部形状是椭圆的。这里，光入射体3和光导板2由相同的透明聚合材料形成。这种聚合材料包括诸如丙烯酸聚合材料、聚碳酸酯聚合材料和环烯的聚合材料这样的透明聚合材料。

对于光源1，可使用作为点光源的LED、线光源的冷限极管等。多个(图1中，三个)均匀间隔的LED 1a、1b和1c被沿着光入射体的光入射部分排列。在光入射部分中，相对于光源的部分是光入射面4。这里，光入射面4是垂直于光导板的光发射面的平面，并且它的高度大概与光源1的光发射区域的大小一样。更具体地，优选的是，光入射面4的高度大概是光源1的光发射区域的大小的1.5倍，并且比光发射区域的大小低大概1.2倍。图1说明了光入射体3的光入射部分是由包括光入射面4的单个平面形成的例子。

图2是示意说明根据本发明的照明设备的示例结构的截面图。如图2所示，光导板2耦合到光入射体3，并且提供光源1以便相反于光入射体3的光入射面。用于支持光源1并用于向其提供电能的FPC板11耦合到光源1。光衍射片7、第一棱镜片8和第二棱镜片9在光导板2的光发射面侧按该顺序被堆叠。光反射器6被提供以便相反于与光发射面相对的光导板2的平面(即是在下面)。并且，在光导板2的侧面上提供光反射器5。外壳10固定这些部件以保护它们不受外力并使得更容易地操作它们。

光衍射片7具有小的不均匀平面或具有通过粘合剂应用于其上的大概1到20μm的透明珠子，以便衍射光并均匀地照明待照明的对象。棱镜片是在其上形成多个棱镜的透明片，这些棱镜具有平行于片的一侧的边缘线，并且朝向光导板2的那侧形成这些棱镜。第一棱镜片8的边缘线正交于第二棱镜片9的边缘线。换句话说，形成那些棱镜的边缘线，以垂直于或平行于光入射面中排列光源的方向。对于形成的棱镜的顶角，广泛地使用大约90°。通过以这种方式提供棱镜片，对角入射并垂直于棱镜边缘线的光分量的方向可被变为垂直的，以便提高照明效率。在许多情况下，从光导板2发射的光在特定方向上具有方向性。由此，如图2所示，通过使用边缘线彼此正交的两个棱镜片，从光导板2正交发射的所有方向的光可垂直地照明到待照明的对象。

当然，根据在光导板2的下侧形成的用于光散射的微结构的形状，来自光导板2的光可被垂直地发射。在该情况下，如图2所示的第一棱镜片7或第二棱镜片8是不必需要的。还存在根本不需要那些棱镜片的情况。

光反射器6反射从光导板2的下侧漏出的光，以发射光到待照明的对象的那侧或者在光导板2的内侧重新使用光。对于光反射器6，可使用具有由Al、Ag的汽相沉积物或Ag和Pd的混合物在薄膜上形成的光反射层的光反射器，具有分散在聚合物膜中的高反射率的白色色素的光反射器等等。另外，还可使用在其中形成多个小气泡以便增加反射率的透明聚合物片。注意，对于形成外壳10的材料，当使用具有分散在聚合物膜中的高反射率的白色色素的光反射器时，因为外壳10本身具有与光反射器6类似的功能，可省略光反射器6。

在光导板2的三个侧面上形成光反射器5，并且光反射器5返回从光导板2的内侧到光导板2的内侧漏到侧面的光，以便重新使用。因为，在根据本发明的照明设备中使用的光导板2至少有0.7mm那么薄或者更薄，并且通常为大概0.2到0.4mm那么薄，以便有效地返回从光导板2的侧面漏出的光，因此必须提供与光导板2的侧面相邻的光反射器5。在图2说明的例子中，通过Al、Ag的汽相沉积物或Ag和Pd的混合物在薄膜上形成光反射器5。当然，具有高反射率的白色色素被直接应用于光导板2的侧面，或者附加诸如光反射器6的具有高反射率的片。

图3是从底部看根据本发明的照明设备的平面图，并示意地说明光导板2的下侧上形成用于光散射的微结构的排列。在图3中，三个LED 1a、1b和1c被安排成光源。用于光散射的微结构12被安排使得它们的轴向基本上平行于穿过每个用于光散射的微结构和最接近每个用于光散射的微结构的光源的线条。

因为用于光散射的微结构12的形状的轴向被安排地基本上平行于穿过该形状和LED的线条，沿着中心靠近LED的弧线用于光散射的微结构12的记录密度变高，并且结果，散射特性难以饱和。另外，光导板2中的光能密度随离LED的距离的增加而下降，所以形成用于光散射的微结构12以使得所形成的微结构12的密度变得随离LED的距离的增加而更高，并因此，可使从光导板2发射的光量均匀覆在光导板2的整个光发射面之上。通过尽可能地随机安排用于光散射的微结构12，可抑制波纹干扰等。

另外，因为与在照明设备中传统使用的光导板的厚度(即0.6到0.7mm)比较，在根据本发明的照明设备中使用的光导板要薄15到75％，在到光导板中传播的光的反射次数随其成比例变大。因此，所形成的用于光散射的微结构的密度为在传统光导板中的用于光散射的微结构密度的大概15到75％。因此，可能消除光导板2中的散射特性的饱和，提高用于光散射的微结构反射光的效率，并且用于光散射的微结构的制造变得简单。

另外，如图3所示，在光导板2的侧面提供光反射器5a、5b和5c。形成光反射器的地方不限制于光导板2的侧面。通过在光入射体3的侧面提供它们，从光入射体3的侧面漏出的光可返回到光导板2的内侧以便被重新使用，因此提供了光的使用率。在垂直于光入射面的方向上的光入射体3的长度对于平行于光入射面的方向的光密度要求足够得长，以便在光入射体3和光导板2之间的耦合部分是均匀的。该长度大概与在照明设备中传统使用的光导板的光源侧上的无效区域的长度一样，即是3到7mm。

图4是更详细地说明光导板下侧形成的用于光散射的微结构的形状的示意平面图。在光导板下侧形成的用于光散射的微结构凹进光导板中，并且从下侧看，它们具有轴向的方向性。用于光散射的微结构由两个在边缘线16相交的斜面14和15以及两个基本垂直于光发射面的侧面13a和13b组成。朝图4中的点光源倾斜的斜面14具有的面积大于另一个斜面15的面积。包括斜面14的中线并还包括从中线上的点到光导板的光发射面的法线的虚平面MN基本并行于穿过中线和光源1的线条。当存在多个光源时，虚平面基本上平行于穿过中线和光源中最接近的一个的线条。另外，包括侧面13a的虚平面和包括侧面13b的虚平面形成一个角度使得它们在光源1附近相交。当存在多个点光源时，包括用于光散射的微结构的侧面的虚平面分别在光源中最接近的光源附近相交。通过使用以这种方式成形的用于光散射的微结构，在平面14上的反射光的密度在垂直于穿过用于光散射的微结构和光源的与距离无关的的线条方向上变得均匀，因此可最大化由用于光散射的微结构引起的亮度。

图5是在图4中用长短交替的虚线指示的虚平面MN一起的用于光散射的示例微结构的截面图。用于光散射的示例微结构17与穿过用于光散射的微结构17和多个光源中最接近的光源的平面一起的横截面的形状基本上成直角三角形。基本上成直角三角形意味着在图4中说明的斜面15基本上垂直于光导板2的下侧。斜面14与光导板2的下侧形成的角度在5到45度的范围，这取决于光导板的长度和厚度、从光发射面发射的光的角度等等。当角度有5到15度那么小时，因为传播通过光导板的光可完全或几乎完全地被反射，发射光的效率变得更高，但是因为发射光的角度极大地从法线偏离到光导板的光发射面，因此恶化了视角特性。在该情况下，需要用图2中所示的棱镜片6纠正发射光的角度。

图6是说明根据本发明的用于光散射的微结构的横截面的另一形状。横截面的形状也是与图4中的长短交替的虚线MN一起。用于光散射的微结构18的横截面的形状是等腰三角形。通过使横截面的形状为等腰三角形，来自相反于提供光源的光入射面的端面的返回光可被有效地反射和偏转到光发射面侧。

图5和6中说明的用于光散射的微结构通常具有10到50μm ×20到120μm的底以及30到120μm的高，尽管它们依据横截面的形状、斜面的斜率等变化。当需要尽可能使密度高时，底的短边被设置成大概10μm那么小的值。

当图5和6中说明的用于光散射的微结构被排列使得它们的轴向基本上平行于如图3所示的穿过它们本身和最接近的光源的线条时，通过使用如图2说明的第一棱镜片7或第二棱镜片8，第一棱镜片7或第二棱镜片8被安排以至于在其表面上形成的棱镜的边缘线基本上垂直于穿过光源和用于光散射的微结构的线条，从光导板2发射的光被有效地垂直发射。这是因为通过使用这样的棱镜片，从光导板发射的光被只与来自光导板的发射方向有关的棱镜偏转。

接着，下面更详细地描述与形成根据本发明的照明设备的光入射体相邻的光的行为。图8是示意说明根据本发明的光入射体附近的放大侧截面图。如图8所示，光入射体3的上表面和下表面(光导板的光发射面侧的表面和相对表面)的横截面形状是椭圆的。在光源1侧上形成由平整表面形成的光入射面4，然而在相对侧与光导板2耦合。虽然优选的是，光入射体3和光导板2是由相同的材料形成并彼此耦合，但是所有需要的是两者光学地彼此耦合，使得在其之间的耦合部分，光不被反射到更大的范围。更特别地，光入射体3和光导板2通过粘合剂彼此耦合，或者可在彼此靠近处提供光入射体3和光导板2。

光入射面4的大小几乎类似于光源1的大小。如果光入射面4小于光源1，那么漏出的光量增加，而如果光入射面4基本上大于光源，光入射体变得更厚，这对于获得更薄的照明设备的目的看来不是优选的。即使在光入射体3的厚度不那么满意的情况下，优选的是，光入射面至少是光源1的光发射面的高度的一半。

横截面是椭圆的光入射体3具有两个焦点F1和F2。在光源1侧的焦点F1被称为前部焦点，而另一个焦点F2被称为后部焦点。光入射面4位于前部焦点F1和椭圆中心之间，并且光源1的光发射面相对于前部焦点F1来说位于后部焦点F2侧。因此，从光源1的光发射面的中心发射的光21被光入射面4反射以如光束22指示那样进入光入射体3。在光源1侧的光束22的扩展25达到了前部焦点F1。换句话说，优选地提供光源1的光发射面，使得光束22在光入射体中传播就如从前部焦点F1发射光束22一样。

在图8中，虚平面PQ穿过后部焦点F2，并且并行于光入射面4。在光入射体3和光导板2之间的耦合部分在虚平面PQ和光入射体3的椭圆面的交线附近形成。这使得光导板2比光源1充分得薄。如果耦合部分更接近于光源1那侧，例如在椭圆的中心附近，那么光导板2必须和传统光导板一样厚。；

通常，穿过其中一个焦点的光被椭圆面反射并穿过另一个焦点。因此，在上述结构中，从光源1的光发射面的中心发射的光如光束23所指示那样穿过后部焦点F2，并且如光束24指示那样有效地进入光导板2。类似地，从光源1的光发射面的中心附近发射的光穿过后部焦点F2附近，并有效地进入光导板2。然而，略微地存在穿过后部焦点F2并且没有进入光导板2的光。该光被光入射体3的椭圆面反射并返回到光入射面4。为了将该光转向到光导板2，在光入射面4和光源1之间提供光反射器。图7显示了该结构。如图7所示，光反射板19在相反于光源1的位置上提供光透射部分20。诸如开口的光透射部分20被设置为具有等于或大于光源1的光发射面的大小。

接下来，图9是在根据本发明的照明设备中使用的另一个光入射体的放大侧截面图。如图9所说明的实施例与图8中说明的实施例的区别在于，光入射体3和光导板2之间的耦合部分具有类楔平面。在图9中，在形成光入射体3的表面中，表面AC和BD是椭圆的一部分，而表面CE和DF是平面并且在点E和F分别与光导板2耦合。平面CE和DF是类楔的，并且它们的厚度朝着光导板2的方向下降。光入射面AB是垂直于光导板2的光发射面的平面。

接着，描述类楔平面与椭圆面相交的点C和D。首先，在图9中，穿过后部焦点F2的任意线条和穿过F2以及垂直于光发射面的线条如图9中说明的那样形成角度。该任意线条和椭圆面的焦点在是光导板2的临界角时被分别选择为点C和D。以这种方式选择在点C和D之间的类楔平面。当类楔平面分别接触一部分椭圆AC和BD，或者类楔平面和光导板形成更小的角度时，汇接损耗很小。

相对于前部焦点F1光入射面AB在光导板2那侧上，并且高度AB类似于光源1的高度。从光源1的光发射面的中心发射的光传播就如同在从光入射体的内侧看时其是从前部焦点F1或其附近发射的一样。实际上，从光源1的光发射面的中心发射的光看上去就如同从光入射体3的内侧看时其是从具有F1附近特定范围的区域发射的一样。换句话说，安排光源1使得在光入射体3中的光束看上去就如同其从特定范围的中心的附近发射一样。

参考图9，如光束30所指示的，来自光源1的光由一部分椭圆AC或BD反射。这里，在光入射体3中，光束30看上去如同其是从如图9中的虚线29指示的前部焦点F1附近发射的一样。由此，光束30被一部分椭圆AC反射，以便穿过后部焦点F2附近并进入光导板2。因为进入光导板2的光和光导板2的光发射面或者其下侧形成的角度等于或大于临界角，该光传播通过重复整个反射的光导板2。

在另一方面，在类楔平面CE和一部分椭圆AC之间边界上入射的光束31穿过后部焦点F2，并在此之后，进入形成临界角的光导板2。因此，该光全部被反射并传播通过光导板2。

另外，在类楔平面DF上入射的光束32被反射，并在此之后进入光导板2而不穿过后部焦点F2。因为光束以比光束31更大的入射角进入光导板2，所以该光束形成的角度等于或大于光导板2中的临界角，因此该光传播通过重复整个反射的光导板2。

通过这种方式，如图9说明的结构，即使光导板2比光源1薄，以保持的临界角进入光入射体2的光传播通过光导板2。但是，因为实际上光源1不是点光源并且光入射面具有有限大小，因此光不被导入对应于点光源的前述理想状态的光导板中。但是，因为光传播通过光入射体就如从前部焦点F1附近发射的光穿过后部焦点附近而不会失败，大多数光进入保持等于或大于临界角的入射角的光导板。

在另一方面，从远离光源1的光发射面的中心的位置发射的光远离光入射体3的后部焦点F2，并且从光入射体3和光导板2之间的耦合部分漏到外侧，其一个例子如图11所示。在图11中，从光源1的光发射面的尾部发射的光束37被光入射面4折射以便进入光入射体3。这里，进入光入射体3的光束38的扩展43远离前部焦点F1。因此，由横截面的形状为椭圆的光入射体表面反射的光穿过相对于后部焦点F2在光源侧的区域，并且进入为光入射体3和光导板2之间的耦合部分的类楔平面，如光束39所指示的那样。结果，相对于类楔平面的光的入射角小于临界角，并如光束41所指示那样，一部分光被传送通过如光束41所指示的类楔平面。另外，因为由类楔平面反射的光如光束40所示那样以更接近垂直于光导板2的光发射面的方向的入射角被反射，所以部分的反射光还被传送通过另一个类楔平面到外侧，如光束42所指示的那样。当传送到外侧的光与在光入射体3和光导板2之间的耦合部分上的照明光混合时，引起不均匀的亮度和亮线，另外还降低了光的利用率。

在图11说明的实施例中，为了防止如上所述的漏光，并同时为了将其返回到光导体的内侧以便重新使用，在接近于光入射体3和光导板2之间的耦合部分处提供光反射器36a和36b。分别在接近于光导体2的光发射面和下侧提供光反射器。虚平面PQ穿过后部焦点F2并平行于光入射面4。从光入射体3和光导板2之间的耦合部分漏到外侧的光量在以虚平面PQ为边界的光导板2侧的区域中急剧增加。由此，提供光反射器36a和36b以便覆盖至少相对于虚平面PQ的光导板的那侧。另外，至于在光导板侧上的光反射器36a和36b末端，它们耦合部分上从光导板的起始点有一点向后是足够的，光反射器的末端和光导板的起始点之间的距离大概是光导板2的厚度的1到3倍。

尽管，在图11中，光反射器36a和36b成V形以便光反射器和光入射体以及光导板的表面之间的间隔是恒定的，光反射器可能是平的。另外，尽管说明了光反射器36a和36b之间存在间隔的情况，但是可使用双面胶带、粘合剂等来将光反射器36a和36b耦合。此外，Al、Ag、Ag和Pd的合金等可通过固定的面罩被真空蒸镀在光入射体和光导板之间的耦合部分上，或者可在耦合部分形成绝缘的多层光反射器。

对于光反射器，具有高反射率的金属板被使用，或者使用具有金属镜子或者在其上形成的绝缘多层镜子的聚合物膜。

上述在光入射体和光导板之间的耦合部分上的漏光量随光入射体的椭圆面的椭圆率变小而变大，并且随光源的光发射面的尺寸变大而变大。特别地，当光入射体的椭圆面的长轴与短轴之间的比率大概为5或更小时，优选的是，光反射器36a和36b覆盖的区域越过图11的平面PQ而到了光源侧。

在另一方面，如果形成部分光入射体的横截面的椭圆的椭圆率变大，那么参考图11说明的在光入射体3和光导板2之间的耦合部分上的漏光量减小。但是，在该情况下如图10所示，光源1和光入射面4之间的距离增加，因此从光源1和光入射面4之间缝隙漏出的光以及损失都变大。为了解决该问题，在图10中，用光反射器33a和33b覆盖光源1和光入射体3之间缝隙周围的区域。在图10所说明的实施例中，从光源1发射的光试图从光源1和光入射体3之间缝隙漏出，如光束34所指示的。但是，该光束被反射器33a反射，通过光入射面4进入光入射体3，并且如光束35所示那样传播到光导板2从而能有用于照明。尽管在图10中只说明了两个反射器33a和33b，但显然的是，还在平行于绘图的平面的侧面的那侧提供光反射器。对于光反射器33a和33b，可使用与图11中的光反射器36a和36b类似的光反射器。

图12说明根据本发明的照明设备的另一个实施例，其中在光入射体3的光源1侧上形成矩形光入射部分44。矩形光入射部分44光滑地与光入射体3耦合而没有光边界，相反于光源1的矩形光入射部分44的表面是光入射面4。图12中说明的结构允许在光源1附近排列光入射面4，因此如光束43所示那样，来自光源1的光可有效地传播到光导板2，使从光源1和矩形光入射部分44之间缝隙漏出的光最小。

接着，图13是根据本发明的照明设备的光入射体的放大侧截面图。在图13A中，形成光入射体3的椭圆顶部与光导板2的光发射面齐平。图13A中说明的结构允许在光入射体3中反复反射的光有效地传播到光导板2中。另外，因为在该结构中，部分的光入射体3与光导板2的光发射面齐平，提高了图2所说明的照明设备中合并的可使用性。

图13B说明在光入射体3的光源1侧上形成矩形光入射部分44的结构。图13C说明在形成光入射体3的椭圆部分被光导板2的光发射面的延伸切断使得光入射体的顶面和光导板的顶面彼此齐平的结构。并且在该情况下，光入射体3的顶面和光导板2的发射面齐平。图13D说明在光入射体3和光导板2之间的耦合部分上形成类楔平面以便光入射体3和光导板2彼此平滑地耦合的结构。更特别地，如该图中说明的，光入射体和光导板的椭圆部分通过类楔平面彼此耦合使得光发射面和光导板的相对平面之间的距离在远离光入射体的方向上线性地降低。显然的是，图13B到13D中说明的效果类似于图13A的效果。图13E说明了光入射体3和光导板2的轴向不平行而是成一个角度的结构。利用该结构，即使当光源1和光导板2在不同的水平面时，从光源1发射的光在光入射体3中被反复反射并有效地传播到光导板2中。

图14是如图13D说明的实施例的透视图。在光导板2的之上和之下形成光反射器36a和36b，它们本身分别与光导板2的相对平面之间有一个特定缝隙。并且在该情况下，可形成如图10说明的光反射器33a和33b。

这里，描述了根据本发明的照明设备的应用。图15是使用根据本发明的照明设备的液晶显示设备的结构的示意截面图。在图15中，附图标记1到10表示的部件类似于图2中所示的部件，并且是根据本发明的照明设备的部件。这里，在照明设备的光发射面之上的最高表面上提供液晶显示设备48。对于液晶显示设备，例如使用TN液晶、STN液晶等的TFT液晶显示设备或被动矩阵液晶显示设备可被使用。液晶显示设备48可与照明设备一样由外壳10固定。FPC板(未示出)附着液晶显示设备48，并且为其提供电源和来自液晶驱动电路的驱动信号。图15说明的结构可获得薄的并具有均匀亮度的亮液晶显示设备。

现在参考附图专门描述根据本发明的照明设备。

(特定实例1)

如图1所示，沿着光入射面排列作为光源的三个白色的LED，以便得到根据本发明的照明设备。白色LED的光发射面的高度是0.5mm。使用具有大小为35mm宽、40mm长的光导板。光入射体的椭圆面的长轴和短轴的比率是6.7。白色LED的光入射面和光发射面之间的距离大概为0.7mm，并且光入射面的高度是0.5mm。另外，在其光导板那侧的平面上汽相沉积的具有Al薄膜的聚合体胶带附着在光导板和光入射体那侧的平面上，而不附着在相反于光入射面的光导板的面上。

首先，如图8中说明的，准备了光导板和光入射体直接耦合的样本(样本1)。在样本1中，光入射体和光导板之间的耦合部分的位置依照光导板的厚度而不同，但是都近似地接近后部焦点。为了看到光传播效率如何根据光导板的厚度变化，准备了厚度为100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm和700μm的光导板。

接着，如图11所说明的，准备了一个样本(样本2)。在样本2中，光入射体和光导板在耦合部分处耦合，并且耦合部分在穿过后部焦点并平行于与椭圆面相交的光入射面的虚平面PQ开始，并且具有是椭圆面的切面的平面。由该切面与光导板的光发射面形成的角度大概为20°。应当注意，在样本2中，没有形成图11中说明的光反射器36a和36b。在样本2中，准备了厚度为100μm、200μm、300μm和400μm的光导板，并且测量了光的传播效率。对于光导板的厚度为400μm或更多的情况，在光入射体和光导板之间可不形成类楔平面。

另外，准备了如图9所说明的根据本发明的照明设备(样本3)。在样本3中，如图10所说明的，在光源1和光入射体3之间形成反射器。作为在白色LED和光入射面之间提供的光反射器的特定实例，镜面抛光的A1板被弯曲和处理以便使用。在样本3中，准备了厚度为100μm、200μm、300μm、400μm和500μm的光导板。对于光导板的厚度为500μm或更多的情况，可不形成类楔平面。

针对前述的所准备的样本1、2和3，测量从相反于光导板的光入射面的表面发射的光的总量。比较从使用透明的平的光导板的照明设备发射的光的总量，透明的平的光导板不具有根据本发明的光入射体并具有与上述样本的光导板相同的尺寸，以便计算光传播的效率。需要注意的是，为了消除光导板的厚度对用于光散射的微结构的影响，在用于比较的平的光导板以及样本1和3的平的光导板上不形成用于光散射的微结构。通过使用100％平的光导板的照明设备的光传播的效率来计算光传播的效率。结果在图16中示出。在图16中，与样本1、2和3有关的结果由曲线45、46和47分别显示。

从图16可清楚地发现与样本1、2和3都有关，从光源到根据本发明的照明设备的光导板的光传播效率相比于使用传统的平的光导板的照明设备得到提高，传统照明设备的光导板的厚度在大约150到700μm的范围内。另外，参考样本1的结果45，到光导板的光传播效率在光导板的厚度大概为500μm时最大。

此外，针对样本2和3两者的结果，光传播效率在光导板的厚度大概为300μm最大，并且在整个测量范围上，与样本3有关的光传播效率优于与样本2有关的光传播效率。

根据上述结果可以发现对于有150到700μm那么薄的光导板，从光源到根据本发明的照明设备的光导板的光传播效率优于传统照明设备的光传播效率。

(特定实例2)

对于300μm厚的特定实例1的样本3，在光导板内的光导板的下侧形成凹的用于光散射的微结构，用于光散射的微结构的横截面的形成是直角三角形，其中底和高分别大概为10μm×30μm和大概7μm(样本4)。形成的用于光散射的微结构的密度随离白色LED的距离的增加而变大，使得从光导板的光发射面发射的光的亮度是均匀的。

为了比较，准备了使用不具有根据本发明的光入射体的传统的平的光导板的照明设备(比较样本2)。比较样本的光导板的厚度是300μm，并且在下侧形成与样本4同样的用于光散射的微结构。对样本4和比较样本2测量从光发射面发射的光量。结果，从样本4的光发射面发射的光量比比较样本2的光量大35到38％。这与特定实例1的结果非常一致。

(特定实例3)

对于在特定实例2中准备的样本4，在光入射体和光导板之间的耦合部分上提供图11说明的光反射器(样本5)。另外，对于样本5，在白色LED和光入射体之间提供图10说明的光反射器(样本6)。在样本5和6中使用的光反射器是镜面抛光并被弯曲的A1板。

结果，从样本5的光导板的光发射面发射的光量比样本4的光量大5到7％。此外，从样本6的光导板的光发射面发射的光量比样本5的光量大6到10％。

(实施例2)

尽管在上述的实施例中，光入射体是由与光导板同时形成的聚碳酸酯等形成的，但不要求光入射体必须是树脂。更特别地，为了将光从光源传导到光导板的光入射面，在光源和光导板之间形成椭圆面，并且提供光反射器以便与该面相反。外壳作为具有椭圆面的一员可被利用。现在参考图17描述该实施例。图17示意地说明了该实施例的液晶显示设备横截面的结构。在该实施例中，不提供椭圆的光入射体，并且通过在外壳12上提供椭圆面，在光源1和光导板2之间形成椭圆空间。该椭圆空间被用作为光入射部分49。另外，通过在外壳的相对侧上的光入射部分49处提供光反射器50，光入射部分49产生与由聚碳酸酯等形成的光入射体相同的效果。这使得光导板2具有不同于实施例1中所说明的结构的简单的平坦结构，并诸如制模的过程十分容易。

应当注意，光入射部分49，即是由椭圆面和光反射器形成的空间可用树脂填充。通过这种方式，只通过处理椭圆面，可形成具有与实施例1的光入射体的功能相似的结构。诸如丙烯酸、硅树脂或环氧的密封剂可用作树脂。这里，磷光体微粒或扩散珠子可分散在密封剂内。磷光体由碱、催化剂和溶剂组成。碱是从由诸如锌、镉、镁、硅以及如钇的稀土元素的氧化物、硫化物、硅酸盐和钒酸盐和诸如荧光素、四溴荧光素、油(矿物油)的有机磷光体组成的组中选择的。催化剂是从由银、铜、锰、铬、铕、锌、铝、铅、磷、砷和金组成的组选择的。为必要的波长选择每种材料。扩散珠子可以是诸如SiO₂的具有不同于密封剂树脂的折射率的物质。通过分散扩散珠子，光在光入射部分被漫射之后可被传导到光导板，这使得发射的光均匀。

如上所述，根据本发明的照明设备可是具有高亮度的薄照明设备，即使在使用传统大小的LED光源，其产生了具有高亮度的薄液晶设备可实现的效果。更特别地，光导板可具有传统光导板的厚度的一半，因此使得本发明对于更薄的要求，不仅对于液晶显示设备而且对于要求二维照明的显示设备和照明设备也是有效的。

另外，通过使用薄光导板，可实现可灵活变形照明部分的照明设备，因此，存在照明设备还可被用作为用于薄膜显示设备等的照明设备的效果。

当照明设备被用作为灵活的照明设备时，还存在照明方法本身具有灵活性的效果。例如，当光导板的变形在一个小范围时，照明设备可用作为用于提供均匀照明光或浓缩照明光的装置，而当光导板的变形在一个大范围时，照明设备可用作为用于实现具有根据来自变形部分的漏光的空间分布的照明的装置。

Claims (19)

1.一种用于从光导板的光发射面发射来自光源的光的照明设备，包括：

光入射体，在其一个尾部处与光导板光学地耦合；和

在光入射体的另一个尾部处形成的光入射面，来自光源的光在光入射面入射，

其中光入射体在外形上具有椭圆部分。

2.根据权利要求1的照明设备，其中：

形成位于在椭圆部分中的光源一侧上的前部焦点和椭圆部分的中心之间的光入射面；并且

形成位于在后部焦点附近的光入射体和光导板之间的耦合部分。

3.根据权利要求2的照明设备，其中光源的光发射面位于前部焦点和光入射面之间。

4.根据权利要求1的照明设备，其中在光发射面的一侧上的光导板的表面和相反侧上的光导板的表面通过一对类楔平面耦合到椭圆部分，所述一对类楔平面具有从光入射体朝向光导板的锥形厚度。

5.根据权利要求4的照明设备，其中从穿过后部焦点并用光导板和椭圆部分表面形成临界角的线条之间的交点附近的位置在光源侧上形成类楔平面对的尾部。

6.根据权利要求4的照明设备，其中提供相反于类楔平面对和一部分光导板的一对光反射层。

7.根据权利要求1的照明设备，其中光入射体的顶部与光导板的光发射面齐平。

8.根据权利要求7的照明设备，其中光发射面一侧的光导板的下侧和相反侧上的光导板的下侧通过类楔平面耦合到椭圆部分，所述类楔平面具有从光入射体朝向光导板的锥形厚度。

9.根据权利要求1的照明设备，其中在耦合部分中，光入射体的椭圆形的轴向和光导板的光发射面彼此不平行，且形成一个角度。

10.根据权利要求1的照明设备，其中：

在光入射体和光源之间提供光反射器；并且

在相对于光入射面的位置为光反射器提供一个开口。

11.根据权利要求10的照明设备，其中为光反射器提供的开口的大小等于或大于光源的光发射面的大小。

12.根据权利要求1的照明设备，其中在光入射体的光源侧形成的矩形部分以便延伸到椭圆部分；并且

在矩形部分提供光入射面。

13.根据权利要求1的照明设备，其中在与光发射面相对的光导板的表面上在光导板中形成多个具有轴向的凹的用于光散射的微结构；并且

安排该多个用于光散射的微结构以便安排轴向基本上平行于穿过用于光散射的微结构和光源的线条。

14.一种用于从光导板的光发射面发射来自光源的光的照明设备，包括：

在光源和光导板之间形成的椭圆面，用以将从光源发射的光传导到光导板的光入射面；和

相对于该面提供的光反射器。

15.根据权利要求14的照明设备，还包括容纳光源和光导板的外壳，

其中在外壳中形成椭圆面。

16.根据权利要求14的照明设备，其中用树脂填充椭圆面和光反射器之间的间隔。

17.根据权利要求16的照明设备，其中磷光体分散在树脂中。

18.根据权利要求16的照明设备，其中具有不同于树脂的折射率的珠子分散在树脂中。

19.一种显示设备，包括：

非自发光类型的显示元件；

被提供来照明显示元件的照明设备；

光源；

光导板，用于将来自光源的光发射到显示元件；和

光入射体，在其一个尾部处与光导板光学地耦合，其中在光入射体的另一个尾部处形成光入射面，来自光源的光在光入射面入射；并且

光入射体在外形上具有椭圆部分。

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