專利名稱：發(fā)光板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及發(fā)光板。
背景技術：
發(fā)光板通常被用作顯示系統(例如，液晶顯示器)的背光，但是其也可以用于其他的目的。通常用于顯示器背光的發(fā)光板包括冷陰極熒光燈(CCFL)和電致發(fā)光板。這些發(fā)光板的有利之處在于，其在板的整個面積上提供基本均勻的光照，由此為顯示器提供均勻的光照。但是不幸地，CCFL和電致發(fā)光板并不是沒有缺點，其缺點包括不良的色彩再現。此外，其可能涉及使用諸如汞之類的危險材料。
部分地為了解決CCFL和電致發(fā)光板的缺點，已經開發(fā)了使用發(fā)光二極管(LED)作為光源的發(fā)光板。除了不使用汞之外，LED發(fā)光板通常還提供比CCFL和電致發(fā)光板更好的色彩再現。
一種LED發(fā)光板是邊緣點亮板(edge-lit panel)。在邊緣點亮板中，多個LED定位成鄰近光導板的一個或多個邊緣。來自LED的光進入光導板的邊緣并在光導板中重定向，使得光從光導板的前表面發(fā)出。反射器可以被設置在板的后表面上以朝向板的前表面反射光，否則光將從板的后表面逸出。
不幸地，邊緣點亮發(fā)光板并不是沒有缺點。例如，LED沿著邊緣點亮板的邊緣的布置限制了散去由LED產生的熱的能力。邊緣點亮結構還限制了板的最大尺寸，因為可以用于光照板的LED的數量隨著邊緣長度線性增大，但是必須被光照的面積隨邊緣長度的平方增大。因此，邊緣點亮板通常限于具有小的面積的板。
另一種LED發(fā)光板是所謂的背面點亮板，其中多個LED布置成與板的后表面鄰接的二維陣列。板漫射(即，均勻發(fā)出)來自LED的光，使得板看起來提供了比僅僅利用LED本身可以提供的更加均勻的光照。雖然背面點亮板沒有邊緣點亮設計的亮度限制問題，并且其可以用于具有更大面積的板，但是已經證明難以有效地漫射來自各個LED的光而使得板看起來被均勻地光照。
例如，一種用于改善背面點亮LED板的光照均勻性的方法是將LED更緊密地布置在一起。但是不利的是，這增大了板的成本，因為必須使用更多的LED。LED的更靠近的間距還可能產生散熱問題。另一種改善光照均勻性的方法是使得板提供增大的光漫射。但是，光漫射增大通常表示效率的降低，由此減小了板的亮度或者需要使用更多或更亮的LED來補償與增大的漫射相關的效率損失。

發(fā)明內容
在一個實施例中，發(fā)光板包括基板和安裝到所述基板的多個發(fā)光元件。所述多個發(fā)光元件中的每一個產生具有基本均勻強度區(qū)域的光照圖案，所述基本均勻強度區(qū)域在至少約60°的輻射角度內延伸。一個或多個光調節(jié)器鄰近基板定位，用于接收和調節(jié)由所述多個發(fā)光元件產生的光。
還公開了其他實施例。


在附圖中示出了本發(fā)明的說明性的當前優(yōu)先實施例，其中圖1是發(fā)光板的一個實施例的側視圖；圖2是其上安裝有多個發(fā)光元件的基板的平面圖；圖3是產生包括基本均勻強度區(qū)域的光照圖案的發(fā)光二極管的一個實施例的剖視圖；圖4是由圖3的發(fā)光二極管產生的光照圖案的圖形；和圖5是產生包括基本均勻強度區(qū)域的光照圖案的發(fā)光二極管的另一個
具體實施例方式
示例性發(fā)光板10被示于圖1和2中，并且可以包括其上具有多個發(fā)光元件14的基板12。如將在下面更詳細描述的，發(fā)光元件14中的每一個產生光照圖案46，所述光照圖案46包括在大的輻射角度內(例如，至少約60°，并且通常至少約100°)延伸的基本均勻強度的區(qū)域28。參見圖4。一個或多個光調節(jié)器16、18定位成鄰近基板，以接收和調節(jié)由各個發(fā)光元件14產生的光。光調節(jié)器可以包括漫射器16和鄰近漫射器16定位的增亮器18，所述漫射器16被鄰近基板12定位以使得漫射器16接收和漫射由設置在基板12上的各個發(fā)光元件14產生的光。增亮器18聚集來自漫射器16的漫射光，并且將其定向為從增亮器18的前表面52發(fā)出，以使發(fā)光板10的沿軸亮度最大。在一種應用中，發(fā)光板10可以定位成鄰近諸如液晶顯示板22的顯示器件20，以形成背面點亮顯示系統24。
現在參考圖3和4，每一個發(fā)光元件14可以包括發(fā)光二極管26，所述發(fā)光二極管26產生光照圖案46，所述光照圖案46包括基本均勻強度的區(qū)域28。基本均勻強度的區(qū)域28在至少約60°的輻射角度且通常至少約100°的輻射角度內延伸。參見圖4。在這里所示和所述的實施例中，發(fā)光二極管26可以包括其中形成反射器杯(reflector cup)32的主體或者襯底30。發(fā)光二極管結34(即管芯)被定位在反射器杯32內。透鏡36隨后以在圖3中充分可見的方式形成在二極管結34和反射器杯32上方。反射器杯32和透鏡36聚集和定向由二極管結34發(fā)射的光，使得發(fā)光二極管26產生光照圖案46，所述光照圖案46包括基本均勻強度的區(qū)域28，如圖4所示?；揪鶆驈姸鹊膮^(qū)域28在此還可以被稱為“平頂輻射圖案”，以將其與Lambertian輻射圖案相區(qū)別，在Lambertian輻射圖案中強度與相對于法向的發(fā)射角的余弦成比例。Lambertian輻射圖案通常與在高輻射角度內(即大于約100°)發(fā)光的常規(guī)LED相關。
在運行中，發(fā)光板10在其整個面積上產生基本均勻的光輸出，使其非常適合于背光應用。發(fā)光板10的基本均勻的光輸出的實現不需要緊密間隔的發(fā)光二極管并且不需要使用高漫射性漫射器。此外，發(fā)光板10不受尺寸限制，并且能夠提供大面積上的高光照，使其對于大面積顯示器的使用很理想，例如大屏幕計算機和電視顯示器。
在簡明地描述了發(fā)光板10的一個實施例之后，現在將詳細描述發(fā)光板的各種示例性實施例。但是在進行描述之前，應該注意，本領域普通技術人員在熟悉此處所提供的教導之后將變得很清楚，在此所公開的發(fā)光板可以用于廣泛應用中的任一種(例如，作為用于顯示器件的背光)，并且可以用于產生具有寬范圍的光譜輸出中的任一種的光(例如，白光或者有色光)。
現在回頭參考圖1，發(fā)光板10的一個實施例可以包括基板12，所述基板12適于以在此所描述的方式接納各種發(fā)光元件14。基板12可以包括大致矩形的板狀部件，該部件具有與板10的所期望尺寸相稱的長度38和寬度40?；?2為各種發(fā)光元件14提供方便的安裝位置，允許其在基板12的長度38和寬度40上排列成二維陣列或圖案。因為每一個發(fā)光元件都需要被電連接到電源，所以在多數應用中基板12包括印刷電路板將是便利的，但這不是必須的。在基板12包括印刷電路板的實施例中，發(fā)光元件14可以被電連接(例如，通過焊接)到設置在基板12上的焊盤(沒有示出)。基板12的焊盤接著可以被連接到適于向發(fā)光元件14提供所需電流的驅動電路(沒有示出)。
各種發(fā)光元件14可以以多種結構中的任一種被安裝到基板12。在這里所示和所述的實施例中，排列發(fā)光元件14以限定出多個行42和列44?；蛘撸渌慕Y構也是可以的。
反射表面50可以被設置在基板12上，以“循環(huán)”(即反射)可能由漫射器16的后表面60反射的光(即，以超過特定漫射器16臨界角的角度入射在漫射器16的后表面60上的光)。反射表面50可以包括鏡面反射表面(例如鋁)或漫射反射表面(例如白色涂料)。反射表面50可以包括被固定到基板12上的單獨的部件(例如片狀材料)。或者，反射表面50可以通過多種適于沉積所要使用的特定類型反射材料的工藝中的任一種，而直接沉積在基板12上。
漫射器16以相對于基板12間隔開的關系被定位，使其接收和漫射由發(fā)光元件14產生的光以及可以由設置在基板12上的反射表面50反射的光。在這里所示和所述的實施例中，漫射器16包括由聚碳酸酯(例如Lexan)塑料材料形成的塑料漫射器膜，例如可從GE Advanced Materials獲得并以商標“Illuminex”銷售的塑料漫射器膜?；蛘?，也可以使用由其他類型的材料(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET))制成的其他類型的漫射器膜。
漫射器16可以安裝在基板12的前面，并且與其分開間隔距離48。一般而言，更大的間隔距離48將提高由板產生的光的均勻性，但是以板厚和一定的效率損失為代價。作為示例，在一個實施例中，漫射器16與基板12分開約50毫米(mm)或更小的距離48。
增亮器18鄰近漫射器16定位并且接收從其漫射的光。增亮器18包括多個光學元件，例如由增亮器18的前表面52限定出的棱鏡55，這些光學元件聚集來自漫射器16的光并將其定向為從增亮器18的前表面52發(fā)出。增亮器18由此使得板10的沿軸亮度最大化。作為示例，在這里所示和所述的實施例中，增亮器18包括可從3M得到并以注冊商標Vikuiti銷售的增亮膜(BEF)?；蛘撸梢允褂闷渌愋偷脑隽疗?。
增亮器18可以安裝在漫射器16的前面，并且可以與其分開間隔距離54。但是，增亮器18優(yōu)選直接層疊(或者涂敷)在漫射器16上，由此最小化或者消除距離54。
現在參考圖3和4，每一個發(fā)光元件14可以包括發(fā)光二極管26，所述發(fā)光二極管26產生光照圖案46，所述光照圖案46具有基本均勻強度的區(qū)域28，所述區(qū)域28在至少約60°的輻射角度且更優(yōu)選至少約100°的大輻射角度內延伸。參見圖4。在一個實施例中，發(fā)光二極管26可以包括其中形成有反射器杯32的基體部分或襯底30。然后，發(fā)光二極管結34或者管芯被定位在反射器杯32內。
基體部分或襯底30可以由各種材料(例如塑料)制成?；w部分30還可以設有合適的引線框架或者其他導電結構，用于將發(fā)光二極管結34電連接到設置在基體部分30上的焊盤或端子56。
反射器杯32可以在制造基體部分30的過程中形成在基體部分30中?；蛘?，反射器杯32可以在制成基體部分30之后，例如通過鉆孔而機械加工形成。一般優(yōu)選的是，反射器杯32在其上具有反射涂層58以提高效率。作為示例，在一個實施例中，反射器杯32首先鍍銅，然后鍍后續(xù)的金或銀層，以使反射率最大。
透鏡36隨后以在圖3中充分可見的方式被形成在二極管結34和反射器杯32上方。透鏡36可以包括多種透明塑料材料中的任一種，并且可以根據在將透鏡設置到LED封裝的領域中的多種公知工藝中的任一種而被形成。但是，對于透鏡36非常規(guī)的是其形狀。更具體地，透鏡36和反射器杯32一起工作來重定向由發(fā)光結34產生的光，使得LED產生包括基本均勻強度的區(qū)域28在內的光照圖案46，如在圖4中充分可見的。
現在主要參考圖4，可以認為光照圖案46的特征在于平頂輻射圖案，因為在光照強度下降到由發(fā)光元件14產生的最大光照強度的約50％以下之前，基本均勻強度的區(qū)域28在至少約60°且通常至少約100°的寬輻射角度內延伸。換句話說，基本均勻強度的區(qū)域28包括一最小強度值和一最大強度值，該最小強度值不小于該最大強度值的約50％。通過反射器杯32和透鏡36的組合實現該平頂輻射圖案。
對于反射器杯32和透鏡36的合適設計結構可以通過使用多種光線跟蹤(ray-tracing)計算機程序(例如可從Tucson，Arizona 85715(USA)的Breault Research Organization，Inc.得到的ASAP Pro)中的任一種對提出的設計建模來進行開發(fā)。作為示例，在一個實施例中，大致圓錐形的反射器杯32和具有大致平坦光輸出表面62(圖3)的透鏡36將產生光照圖案46，在該光照圖案46中，基本均勻強度的區(qū)域28在至少100°的輻射角度內延伸。在圖5中示出的另一個實施例中，透鏡136可以包括具有凸起部分164和凹入部分166的光輸出表面162。一般來說，優(yōu)選的但不是必須的是使透鏡(例如36或136)的光輸出表面(例如62或162)的形狀基于3次多項式曲線以便于制造，但是這不是必須的。
注意不管發(fā)光元件14在基板12上的具體布置如何，發(fā)光元件14應該間隔開，以使板10的光輸出的均勻性最大化。例如，通過考慮由發(fā)光元件14產生的光照圖案46(圖4)，特別是光照圖案46包括基本均勻強度的區(qū)域28的角度，以及考慮基板12和漫射器16的分開距離48，可以使板10的光輸出的均勻性最大化。就是說，發(fā)光元件14中的每一個應被定位為彼此足夠靠近，以使基本均勻強度的區(qū)域28在離開發(fā)光元件14達這樣的距離處匯聚或者合并在一起，所述距離與分開基板12和漫射器16的距離48相同。這樣間隔的各個發(fā)光元件14將減少發(fā)光板10中暗點和亮點的出現。因此，在其中基本均勻強度的區(qū)域28在約100°的輻射角度內延伸并且其中基板12和漫射器16之間的距離48為約50mm或更小的一個實施例中，通過將單個的發(fā)光元件14布置為彼此間隔開約10-20mm的距離，可以實現均勻的光照。
可以選擇發(fā)光元件14，以提供對于特定發(fā)光板10可能理想的多種光譜輸出中的任一種。例如，已經開發(fā)出數種產生基本白光的發(fā)光二極管。因此，通過利用白光發(fā)射LED作為發(fā)光元件14(例如由磷涂層覆蓋的藍光發(fā)射器組成的LED，所述磷涂層將藍光發(fā)射器的藍光轉換成白光)，根據在此所提供的教導，可以制造發(fā)射基本白光的發(fā)光板10?；蛘撸梢酝ㄟ^使用獨立的紅色、綠色和藍色LED作為發(fā)光元件14或通過使用其他顏色的LED，來制造白光發(fā)射板。發(fā)光板10的光譜輸出的調節(jié)可以通過改變某些顏色的發(fā)光元件的數量和布置，以及通過可變地驅動各種顏色的發(fā)光元件以增大或減小其相對亮度來實現。
權利要求
1.一種發(fā)光板，包括基板；安裝到所述基板的多個發(fā)光元件，所述多個發(fā)光元件中的每一個都產生具有基本均勻強度區(qū)域的光照圖案，所述基本均勻強度區(qū)域在至少約60°的輻射角度內延伸；和一個或多個光調節(jié)器，用于接收和調節(jié)由所述多個發(fā)光元件產生的光。
2.如權利要求1所述的發(fā)光板，其中，所述多個發(fā)光元件中的每一個都包括發(fā)光二極管。
3.如權利要求2所述的發(fā)光板，其中，每一個基本均勻強度區(qū)域在至少約100°的輻射角度內延伸。
4.如權利要求3所述的發(fā)光板，其中，每一個發(fā)光二極管包括反射器杯；安裝在所述反射器杯內的發(fā)光結；和定位在所述反射器杯和所述發(fā)光結上方的透鏡。
5.如權利要求4所述的發(fā)光板，其中，所述透鏡包括基本平坦的光輸出表面。
6.如權利要求4所述的發(fā)光板，其中，所述透鏡包括具有凸起部分和凹入部分的光輸出表面。
7.如權利要求2所述的發(fā)光板，其中，所述發(fā)光二極管發(fā)射兩種或更多種不同波長的光。
8.如權利要求1所述的發(fā)光板，其中，所述基板包括印刷電路板，所述印刷電路板將所述發(fā)光元件中的每一個電連接到電流源。
9.如權利要求1所述的發(fā)光板，其中，每一個基本均勻強度區(qū)域包括一最小強度和一最大強度，所述最小強度不小于最大強度的約50％。
10.如權利要求1所述的發(fā)光板，還包括設置在所述基板上的反射表面。
11.如權利要求10所述的發(fā)光板，其中，所述反射表面包括鏡面反射表面。
12.如權利要求10所述的發(fā)光板，其中，所述反射表面包括漫射反射表面。
13.如權利要求1所述的發(fā)光板，其中，所述光調節(jié)器包括鄰近所述基板定位的漫射器，所述漫射器接收和漫射由所述多個發(fā)光元件產生的光；和增亮器，所述增亮器鄰近所述漫射器定位，以聚集來自所述漫射器的漫射光，并且將光定向為從所述增亮器的前表面發(fā)出。
14.如權利要求13所述的發(fā)光板，其中，所述漫射器包括聚碳酸酯塑料。
15.如權利要求13所述的發(fā)光板，其中，所述增亮器包括限定出多個棱鏡的片狀材料。
16.一種顯示系統，包括基板；安裝到所述基板的多個發(fā)光元件，所述多個發(fā)光元件中的每一個都產生包括基本均勻強度區(qū)域的光照圖案，所述基本均勻強度區(qū)域在至少約100°的輻射角度內延伸；一個或多個光調節(jié)器，用于接收和調節(jié)由所述多個發(fā)光元件產生的光；和鄰近所述光調節(jié)器定位的顯示器件。
17.如權利要求16所述的顯示系統，其中，所述光調節(jié)器包括鄰近所述基板定位的漫射器，所述漫射器接收和漫射由所述多個發(fā)光元件產生的光；和鄰近所述漫射器定位的增亮器，所述增亮器接收來自所述漫射器的漫射光。
18.如權利要求17所述的顯示系統，其中，所述顯示器件包括液晶顯示板。
19.一種發(fā)光板，包括其上提供有反射表面的基板；安裝到所述基板的多個發(fā)光元件，所述多個發(fā)光元件中的每一個都產生包括基本均勻強度區(qū)域的光照圖案，所述基本均勻強度區(qū)域在至少約100°的輻射角度內延伸；鄰近所述基板定位的漫射裝置，用于漫射由所述多個發(fā)光元件產生的光；和鄰近所述漫射裝置定位的增亮裝置，用于增大來自所述漫射裝置的漫射光的亮度。
20.如權利要求19所述的發(fā)光板，其中，所述多個發(fā)光元件中的每一個都包括發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光板。在一個實施例中，發(fā)光板包括基板和安裝到所述基板的多個發(fā)光元件。所述多個發(fā)光元件中的每一個產生具有基本均勻強度區(qū)域的光照圖案，所述基本均勻強度區(qū)域在至少約60°的輻射角度內延伸。一個或多個光調節(jié)器鄰近基板定位，用于接收和調節(jié)由所述多個發(fā)光元件產生的光。
文檔編號G02F1/1335GK1847951SQ20051012430
公開日2006年10月18日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權日2005年4月11日
發(fā)明者莫澤林, 譚欣克, 伍申文 申請人:安捷倫科技有限公司