TWI286631B - Compact lighting system and display device - Google Patents

Description

(i) 1286631 狄、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於一具有發光面板的照明系統’包括 一前壁，一後壁，二者相對放置， 至少一含有發光二極體之光源，其具有一半透明的透鏡 狀蓋， 至少一光輸入結構’用以將光源之光耦合至發光面板中， 其中，在操作中，光源發出的光係入射於光輸入結構， 並在發光面板中擴散開。 本發明亦係關於具有該照明系統之顯示裝置。 先前技術 此種照明系統本身為已知的系統，並且也稱為邊緣照明 系統（edge lighting systems)。尤其係用作（圖像）顯示裝置， 如電視機和監視器中的背光系統。此種照明系統特別適宜 用作非發射性顯示器（如液晶顯示裝置）之背光，也稱為 L C D面板，係用於（便攜式）電腦或（無線）電話中。 該顯示裝置通常包括一具有規則的像素圖案之基板，各 像素由至少一電極控制。顯示裝置利用一控制電路以獲得 、（圖像）顯示裝置之（圖像）螢幕上相應區域的圖像或者資 料圖形顯示。利用一開關或調變器調節L c D裝置之背光發 出的光’可以使用各種類型的液晶效果。另外，顯示 ^ 月匕 是基於電泳或機電效應。 此類照明系統亦用作一般照明或商店照明之光源，例如 商店櫥窗照明或照明盛放展示物件（如珠寶）的（透明或半 1286631

(2) 透明）玻璃盤或（透明）合成樹脂盤》此種照明系統可進一 步用作窗戶玻璃，例如用於構成可在特定條件下發光的玻 璃幕牆，或利用光來減弱或阻斷窗戶的透視性◊一個進一 V的替代應用係將此種照明系統用於照亮廣主牌。 在開頭段落中提到的照明系統中，採用的光源通常包括 複數個光電元件，亦稱為電光元件，例如發光二極體（LED) 之類電場發光元件《這些光源通常位於發光面板的透光邊 緣表面附近或與其相切，這樣在操作中光源發出的光入射 到透光邊緣表面，並在發光面板中擴散開。 從US-A 5,921，652可瞭解一用於照亮LCD面板的照明系統 。採用的光源由發光二極體組成，其經一所謂光過渡區使 光線耦合進入發光面板中，也稱為光導管。光在該光過渡 區中混合。 上述類型的照明系統佔用太多的空間。 發明内容 本發明的一個目標係全部或部分地消除上述缺點。依據 本發明，開頭段落中提到的此種照明系統係用於此目的， 其特徵在於 光輸入結構係朝向光源的圓錐狀或截頭圓錐狀，以及 發光面板之厚度\係小於光源透明透鏡狀蓋的直徑d。。 藉由增加光輸入結構的面積，使光源發出的光搞合進入 發光面板的效率得以提高。基於發光二極體的光源一般包 括一由透明透鏡狀蓋遮蓋的發光部分（一晶片）^該透鏡狀 蓋的尺寸以及光輸入結構的形狀很大程度上決定了光如 1286631 (3)

何（有效地）從光源傳入發光面板。 在已知的照明糸統中’光輸入結構是一邊緣的表面，通 常係發光面板之側壁。該邊緣表面位於發光面板的前壁和 後壁之間。為了充分高效的使光源發出之光耦合進入具有 邊緣表面之已知照明面板的發光面板中，發光面板的厚度 須比透明透鏡狀蓋的特徵尺寸，如透明透鏡狀蓋的直徑屯 大一些0 依據本發明，光輸入結構的圓錐形狀在光源方向逐漸變 窄可使光源之光相當高效地耦合進入發光面板。不必給出 任何理論解釋，發光面板的厚度和光源之光耦合進入發光 面板的效率存在倒數關係。由於光輸入結構的有效表面相 當大’故可以減小發光面板的尺寸而不會損害光源之光耦 合進入發光面板的高效率。依據本發明的方法，可獲得一 種小型的照明系統。 光輸入結構最好係棱鏡狀或錐體狀。棱鏡狀或錐體狀之 光輸入結構對於獲得光輸入結構的較大特定表面特別有 益。錐體之頂點（或截頭圓錐端）以朝向半透明透鏡狀蓋的 (幾何）中心為佳，且Iγ^u 子（成乎）與半透明透鏡狀蓋接觸。 在依據本發明之昭明▲ ^ & & 、月糸統的一項較佳具體實施例中，光 (4) (4) 1286631 面向光 反光材料 光輪入結 光引導 之光導向 (9)具有多 向特定的 所用之 組合的各 望之方式 佳包括三 紅、綠及 LED之組 波長的兩 該L E D所 。本身已 裝置之狀 在於可以 在操作中 由於各 。控制光 的亮度而 亮度較佳 光的位準

的（内）表面可反光或具有 )鏡，將光源發出之光導向 輪入結構之導光構件 。導光構件用作（反射 構0 裝置車乂佳係橢圓狀。橢圓形鏡有效地將光源發出 光輸入結構。在一替代具體實施例中，導光構件 個]、平面。多個小平面使得反射時可以將光導 方向。 光源可由一或多個發光二極體（led)及/或相互 種色彩之LED組成。適當運用LED，可以按照希 混合顏色，例如產生所需要色溫之白光。光源較 個發光二極體。發光二極體較佳包括本身已知的 藍色LED之組合’或者例如紅、綠、藍及琥珀色 合。具有三個發光波長之led亦可採用不同發射 LED貫現，其中一類LED(部分）含有填，從而使 發射之光由碟轉化為第三種所需的發射光波長 知的紅、綠及藍色LED之組合使之可以不管顯示 態而獨立改變顏色。採用LED之更進一步之優勢 動態照明。因此，位於其中一邊緣表面之感測器 測量光源發出光之光學特性。 發光二極體的光通量不同，故可以LED的發光量 通量通常以節能方式進行。因此，可以降低L E D 不會有明顯的效能損失。發光二極體發出光線之 可隨顯示裝置所顯示之圖像的照明位準或環境 而化。顯示裝置顯示之圖像的色點較佳由照明系 1286631 (5)

統決定。因此可達到顯示設備欲顯示之圖像的（增強）動熊 範圍（如對比度）。 每一發光二極體較佳具有至少10 lm之光通量。具有如此 高輸出之LED亦稱為LED功率封包（power package)。採用此 類高效、高輸出LED具有特殊優勢，即對於所需的相對高 的光輸出，必須的LED數目相對較少。這有利於小型化之 構造以及生產照明系統之效率。採用LED之進一步的優勢 係具有L· E D之照明系統的工作壽命很長，能量消耗相當低 以及維護成本低廉。 實施方式 圖1是一包括依據本發明之照明系統一項具體實施例的 斷面圖。照明系統包括一由透光材料製成的發光面板i。 面板1由例如合成樹脂、丙烯酸纖維、聚碳酸酯、聚曱基 丙烯酸甲S曰如珀思配克斯（PerSpeX),或玻璃製成 ，利用全内部反射（TIR)，光經發光面板i傳播。 具有相對的前壁2和後壁3。圖丨中，提供至少一 包括發光二極體7， 。操作中 發光面板 光源6，其 並有 一半透明透鏡狀蓋8 括至少*^光輸入結構4用 板1中。在操作中，光源 。照明系統包 以將光源6之光耦合進入發光面 6發出的光為光輪入結構4之入射 光，並在發光面板1中擴散。依據本發明 係朝向光源6的圓錐或戴頭圓錐狀。 光輸入結構4 藉由增大光輸入結構4的面 入發光面板1的效率得以提古 逐漸縮小’從而使光源6發出 積，使光源6發出的光耦合進 。光輸入結構4朝向光源方向 之光線可相當高效地耦合進 1286631

(6) 發光面板1。由於光輸入結構4的有效表面相當大，故可 縮小發光面板1之尺寸。依據本發明，發光面板丨之厚度心 係小於光源6之半透明透鏡狀蓋8的直徑d。（參見圖1}。依 本t明的方法，得到了一種小型的照明系統。 /圖1中光輸入結構4係與發光面板丨相分離。在一項照明 系、、先的替代具體貫施例中，光輸入結構與發光面板整合為 -體。 。操作中，發光面板1在顯示裝置（如液晶顯示裝置1 2)方 7發出光。光源6、發光面板1&LCD裝置12之組合，不管 疋否谷納於一室之内（圖丨中未顯示），即組成用於顯示諸 如（視頻）影像之類之顯示裝置。 發光面板1可進一步具有一感測器（圖1中未顯示）用於 J里光之光學特性。此感測器與控制電子裝置（圖1中未顯 不）耦合以恰當地調整光源6之光通量。利用感測器與控制 電子裝置可實現一回饋機構，用於影響從發光面板1耦合 出光的品質與數量。 圖2顯示各種光輸入結構及導光構件之光輸入效率與發 光面板厚度dp的函數關係。測量發光面板1之光通量F(圖2 中為百分比）與光源6發出之光的關係即表示效率。圖2中 測量之led光源的半透明透鏡狀蓋8之直徑d。係5 5 mm。圖 2中之三角形對應於發光面板中進行之測量，其中光輸入 結構係一平坦邊緣表面，並且導光構件也具有平坦表面。 從圖2(三角形）可看出，發光面板厚度心必須相對大，通 奉等於或大於LED光源之半透明透鏡頭蓋之直徑，以獲得 -10· 1286631 大於8 Ο %之』 之進行的測 構件具有橢 的橢圓油形 度d ρ必須相 圓圈對應於 的測量，其才: 向半透明透 。於圖2(圓 光源之半透 通量效率（約 的照明系統 顯然對於； 改進。 本發明的1 發明精神存/ 請專利範圍1 含」及其詞性 、中所述的那4 使用冠詞「· 圖式簡單說Ε 上面參考· ，其中： 圖1是一包 a) 遷量效率。圖2中之方形對應於在發光面板中 其中光輸入結構為平坦的邊緣表面且導光 圓形表面。於圖2(方形)可見，由於導光構件 表面’狀況得以改善。 此狀況下，發光面板厚 當大，以獲得大於80%之通量效率。圖2中之 依據本發明之一項I辨杳吵/丨 貝具體貫施例對—照明系統 采用發光面板1，其中弁於 m 為棱鏡狀指 鏡狀盍8,且導光構件9具有橢 曰 丄 吗衣面（見圖1) 圈）可見，由於發光面板 0 a 度dp大約係led 明透鏡狀蓋直徑de的一半，因 ΟΑΟ/Λ 向獲得相當高的 /。）。依據本發明的方法 方法侍到了-種小型 〇 熟悉技術人士、可以於本 71犯圍内進行眾多 丨呆護範圍不受所說明的1 产於盔^ 八體貫轭例的限制。本 良於母-新穎特徵及各特徵之每…中。申 "參考數字並非限制其保護範圍。動詞「包 變化之使用並不排除除 出-此々从 在該申請專利範圍 = 在其它的元件4-元件之前 :」並未排除可能存在有複數個這種元件。 丨月 -些具體貫施例及一附圖 4 5兄明了本發明 括依據本發明之照明系統 j /、體貫施例的顯 -11 -

1286631 (8) 示裝置之斷面圖，以及. 圖2顯示了各種光輸入結構及各類導光構件之光輸入效 率與發光面板厚度的函數關係。 這些圖式完全為概略顯示，並未依真實比例繪製。為清 楚起見，某些尺寸特別放大。圖式中之等效組件盡可能標 為相同的參考數字。 圖式代表符號說明 1 發光面板 2 前壁 3 後壁 4 光輸入結構 6 光源 7 發光二極體 8 透鏡狀蓋 9 導光構件 12 顯示裝置 dp 發光面板的厚度 dc 半透明透鏡狀蓋的直徑 -12-

Claims (1)

1. ~— %^月⑺曰修¥正未 I286^y2103405號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(96年1月） 拾、申請專利範圍 ， •‘ 、，，：：…、 、 ..... 1· 一種具有一發光面板（1)的照明系統，其包括： -前壁⑺一後壁（3)，其二者相對放置； 至少一包括一發光二極體（7)的光源（6)，其具有一半 透明透鏡狀蓋（8); 至少一光輸入結構（4)，用於將兮止、店//：、 t 町β先源（6)之光耦合進 入該發光面板（1 )中； 其中，在操作中，該光源（6)發 ^对aj之先係入射於該光 輸入結構（4 )上，並在該發光面叔， 牡Θ赞尤曲板（1)中擴散；其特徵 於 該 錐狀 該 透鏡 2 ·如申 入結 3 .如申 輸入 4 ·如申 光構 圍該 光導 5 ·如申 光輸 光輸入結構(4)係朝向該光源(6)的圓錐狀或截頭圓 ，以及 發光面板⑴之厚度dp係小於該光源⑷之該半透明 狀蓋（8)的直徑d。。 月專利範圍第i項之照明系統，其特徵在於該光輸 構（4 )係棱鏡或錐體狀。 請專利範圍第1或2項之照明系統，其特徵在於該光 結構（4)係該發光面板⑴之-組成部分。 請專利範圍第1或2項之照明系統，其特徵在於該導 件（9)係在该光源（6)及該發光面板⑴附近，從而包 光輸入結構（4)，# # , 以導光構件（9 )將該光源（6)發出之 向該光輸入結構（4)。 請專利範圍第4項之昭明 入結構⑷之導光槿Γ 特徵在於朝向該 件（9)的一表面可反射或具有一 83717-960110.doc

   1286631 示裝置之斷面圖，以及. 圖2顯示了各種光輸入結構及各類導光構件之光輸入效 率與發光面板厚度的函數關係。 這些圖式完全為概略顯示，並未依真實比例繪製。為清 楚起見，某些尺寸特別放大。圖式中之等效組件盡可能標 為相同的參考數字。 圖式代表符號說明 1 發光面板 2 前壁 3 後壁 4 光輸入結構 6 光源 7 發光二極體 8 透鏡狀蓋 9 導光構件 12 顯示裝置 dp 發光面板的厚度 dc 半透明透鏡狀蓋的直徑 -12- 1286631

   反射材料。 6 .如申請專利範圍第4項之照明系統，其特徵在於該導光 構件（9)為橢圓狀。 7.如申請專利範圍第4項之照明系統，其特徵在於該導光 構件（9)係多平面的。 8 .如申請專利範圍第1或2項之照明系統，其特徵在於該發 光二極體（7)具有至少10 lm之一光通量。 9. 一種具有如申請專利範圍第1或2項之一照明系統的顯 示裝置。 10. 如申請專利範圍第9項之顯示裝置，其中顯示裝置包括 一液晶顯示器（12)。 83717-960110.doc 2-