[发明专利]有效利用有色LED光源的白光背光源等

说明书

技术领域

本发明涉及发射白光但包括有色光源的扩展面光源，所述有色光源发射的光合并产生白光。发射白光的扩展光源的一个实例是适合从背面照亮液晶显示器或其他图形的背光源。另一个实例为用于常规照明的扩展光源。

背景技术

至少从Isaac Newton时代开始，就已经知道白光是由从蓝光到红光的有色可见光谱组成的。同样还知道这一结果的推论为白光可以通过合并不同的有色光束(例如红、绿和蓝光束)产生，并且当学生看到此原理得以演示时，始终不断地为之着迷。

在一些最新式的薄板电视机中使用了这一相同原理。这些电视机采用单独的红光、绿光和蓝光发光二极管(LED)阵列来照亮液晶显示器(LCD)面板。红光、绿光和蓝光LED以规则的重复图案排布在装置的背面，并在LED之上安装强漫射板从而在LCD面板的整个区域后面提供相对均匀的扩展白光源。在重复的图案中，LED以四个间距小的LED(一个红光、一个蓝光和两个绿光)为一组排列成组。接着类似的组在装置的背面排列成图案。因此，电视机中使用的LED的整体数量中红光(R)∶绿光(G)∶蓝光(B)的比例为1∶2∶1。

配合以提供LCD板背后的扩展白光源的LED、漫射板和其他元件总称为“背光源”。

根据内部光源相对于背光源输出区域的位置，可以将背光源归为两类中的一类，其中背光源“输出区域”对应于显示装置的可视区域或可视区。本文中背光源的“输出区域”有时称作“输出区”或“输出表面”，以区分输出区或输出表面本身和输出区或输出表面的面积(单位为平方米、平方毫米、平方英尺等的数量)。

第一类为“侧光式”。在侧光式背光源中，从平面透视图来看，通常在对应于输出区域的区域或地带之外，沿背光源构造的外边界或周边设置了一个或多个光源。通常，在背光源输出区域边界上的框架或镶条从视野中遮住了光源。光源通常将光发射至称为“光导装置”的元件中，特别是在需要薄型背光源的情况下，如在膝上型计算机的显示屏中。光导装置为透明、固体并且相对薄的板，其长度和宽度尺寸接近背光源输出区域。光导装置采用全内反射(TIR)来传送或引导光从安装在边缘的灯穿过光导装置的整个长或宽而到达背光源的相对边缘，在光导装置的表面上设置了局部提取结构的不均一图案，以便将一些来自光导装置的导向光重新导向背光源的输出区域。这类背光源通常还包括光管理膜，例如设置在光导装置后面或下方的反射材料，以及设置在光导装置前面或上方的反射偏振膜和棱柱BEF膜，从而增加了同轴亮度。

第二类为“直接照明式”。在直接照明式背光源中，从平面透视图来看，基本在与输出区域相对应的区域或地带中设置了一个或多个光源，通常以规则的阵列或图案排布在地带内。或者，可以说直接照明式背光源的光源设置在背光源输出区域的正后方。通常将强漫射板安装在光源上方，从而使光散布在输出区域上。此外，光管理膜(例如反射偏振膜和棱柱BEF膜)也可以设置在漫射板的顶部，以改善同轴亮度和效率。

在一些情况下，直接照明式背光源在背光源的周边还可以包括一个或一些光源，或者侧光式背光源在输出区域的正背后可以包括一个或一些光源。在这些情况下，如果大部分光来自背光源输出区域的正背后，则认为该背光源为“直接照明式”，如果大部分光来自背光源输出区域的周边，则认为是“侧光式”。

由于其操作方法，LCD面板只利用光的一种偏振态，因此对于LCD的应用而言，了解背光源的正确或可用偏振态的光的亮度和均匀度至关重要，而不仅仅是了解可能非偏振态的光的亮度或均匀度。就此而言，在所有其他因素等同的情况下，发射主要为或完全为可用偏振态光的背光源在LCD应用中比发射非偏振态光的背光源更有效。然而，由于设置在LCD面板背面的吸收型偏振器可以轻易消除非可用偏振态，因此发射并非完全是可用偏振态的光甚至发射无规偏振光的背光源在LCD应用中仍完全可用。

发明内容

申请人发现利用各个有色LED光源的装置未必能最有效地利用那些光源。申请人发现，例如，根据其各自最大驱动特性和最大输出特性可以对发射白光的背光源中所用的所有红光、绿光和蓝光(或其他组成颜色)LED的相对数量进行调整，以此方式最大程度减少或显著减少背光源中有色LED的总数。由于可以用于安装LED装置的物理空间或“实际面积”有限，并且当归一化为背光源输出区域后，确实会随背光源尺寸的增大而减小，因此这对于侧光式背光源特别有用。这是因为矩形或类似形状的周长与面积的比随特有的面内尺寸L(例如，对于给定纵横比的矩形，背光源输出区域的长、宽或对角线)线性下降(1/L)。