照明系统、感光板以及显示器设备 |
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| 申请号 | CN200680028410.0 | 申请日 | 2006-07-26 | 公开(公告)号 | CN101233445B | 公开(公告)日 | 2013-07-31 |
| 申请人 | 皇家飞利浦电子股份有限公司; | 发明人 | H·格雷纳; | ||||
| 摘要 | 本照明系统具有多个 光源 (R，G，B)、透光的感光板(5)以及提供在感光板(5)表面上有限个预定 位置 处的表面改性结构(21，22)。表面改性结构使一部分穿过感光板的光转向。引导被转向的光朝向感光板的边缘表面(15，16)，所述至少一个光 传感器 (11，12)于此检测被转向的光。第一光传感器(11)优选地接收基本上全部来自第一表面改性结构(21)的被转向的光，同时第二光传感器(12)接收基本上全部来自第二表面改性结构(22)的被转向的光。可替换地，照明系统进一步包括具有用于照明显示器设备的光发射窗口的光混合腔，感光板布置在光混合腔中，在光源和光发射窗口之间。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种照明系统，包括： |
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| 说明书全文 | 照明系统、感光板以及显示器设备技术领域[0003] 本发明进一步涉及包括这种照明系统的显示器设备。 背景技术[0004] 这种照明系统本身是已知的。它们尤其用于一般的照明目的，例如聚光灯、泛光灯以及用于应用在例如标志牌、轮廓照明和广告牌中的大面积直接观看发光面板。该照明系统还用作任务灯(tasklight)。 [0005] 这种照明系统还尤其用作(图像)显示器设备的背光照明，所述(图像)显示器设备例如用于电视接收器和监视器。这些系统可以特别合适地用作非发射显示器的背光源，所述非发射显示器例如液晶显示器设备，也称作LCD面板，其用在(便携式)计算机、(无线)电话或遥控单元中。根据本发明的照明系统的另一个应用领域是它作为照明源在数字投影仪或卷轴机中的使用，所述数字投影仪或卷轴机用于投影图像或显示电视节目、电影、视频节目或DVD等等。 [0006] 一般地，这种照明系统包括多个光源，例如发光二极管(LED)。LED可以是不同基色的光源，例如众所周知的红色(R)、绿色(G)或蓝色(B)发光体。另外，发光体可以具有例如作为基色的琥珀色(A)、品红色或青色。这些基色可以或者由发光二极管芯片直接产生，或者在来自发光二极管芯片的较短波长的光(例如，绿色、蓝色或紫外光)的辐照下由磷光体产生。在后一种情况中，把混合颜色或白色光作为基色之一来使用也是可能的。一般地，混合由单个光源发出的光以获得光的均匀分布，同时消除由具有特定光源的照 明系统发出的光的相关性。 [0007] 美国专利申请出版物US-A 2004/0123044公开了一种光源单元，它包括具有用于发出不同颜色的光的LED芯片的光源，以及用于检测来自光混合器的光的光学光传感器。光源控制部件根据由光学光传感器检测的值通过反馈控制来控制每个LED芯片的亮度。光源单元还包括用于控制光源温度的温度控制部件。温度控制部件是反馈控制系统。保持光源处于不变的温度能抑制LED芯片的光谱随温度的变化，由此抑制光源单元的亮度和色度中的变化。 [0009] 本发明为了其目的必须完全地或部分地消除上述缺陷。根据本发明，通过一种照明系统来实现这个目的，该照明系统包括： [0010] 至少一个光源， [0011] 透光的感光板，由所述至少一个光源发出的光穿过该感光板， [0012] 提供于感光板表面上至少一个预定位置的表面改性结构，该表面改性结构使一部分穿过感光板的光转向，该被转向的光被导向感光板的边缘表面， [0013] 至少一个耦合至感光板的边缘表面的光传感器，其用于检测在表面改性结构处被转向的光，将所述至少一个光传感器耦合至用于控制所述至少一个光源的光通量的控制装置。 [0014] 根据本发明的透光的感光板具有的优点在于只在预定位置处聚集(只)位于透光的感光板上预定位置的光，而不明显打乱穿过感光板的光的分布。在已知的照明系统中，将光传感器附在出光窗口的边缘，该光传感器接收穿过出光窗口的光，不能够确定或影响哪部分穿过出光窗口的光对被光传感器接收的光产生影响。在已知的照明系统中，为了能够探测在出光窗口上某一个位置的穿过出光窗口的光，必须在该位置处安装光传感器。然而，光传感器的这种布置会阻碍光在该位置处穿过出光窗口的透射，这是不希望的。根据 本发明的照明系统的感光板只检测或探测在某些预定位置穿过感光板的光。在感光板上所有其它位置，由所述至少一个光源发出的光不受干扰地穿过感光板。当然，穿过透光的感光板的光在感光板的光入口表面和光出口窗口经历光的折射，空气以及透光的感光板材料之间的折射率的变化导致该折射，但是横穿感光板的光线一般不改变其方向。在出光窗口的边缘测量光强度具有的缺点在于，由于“边缘”效应，该值并不必然代表出光窗口中心部分的光强度以及分布，出光窗口中心部分的光强度以及分布是与应用相关的量。 [0015] 在表面改性结构处通过折射、衍射和/或散射使光转向。通过表面改性结构改变穿过感光板的光的方向。如果改变光与垂直于感光板的方向的角度，使该角度大于临界角(对于玻璃或PMMA，临界角大约为42°)，则光不能从感光板射出并通常会被反射，直到它到达感光板的边缘表面。借助于这种多次反射的光的传播通常被称为全内反射(TIR)。 [0016] 根据本发明的照明系统简单，相对容易制造，相对容易使用并且也相对便宜。而且，根据本发明的照明系统允许对由所述至少一个光源发出的光进行相对有效率的控制。 [0017] 表面改性结构的例子是点，例如锥体形状的凹进或凸出的部分，或者狭长切口(slits)，全息的、衍射的或任何其它合适的结构。 [0018] 为了与感光板余下的部分相比最小化在表面改性结构位置的光的分布，在表面改性结构处被转向的光应该优选地相对较小。为了这个目的，根据本发明的照明系统的一个优选实施例的特征在于，在表面改性结构处折射的光的量小于穿过感光板的光总量的5％。在表面改性结构处被转向的穿过感光板的光的部分应该足以产生足够的输入至光学传感器的光。可以通过转向元件的性质和空间大小控制被转向至感光板中的光量。实际上，一小部分照射感光板的光足够用于这个目的。 [0019] 根据本发明的照明系统的一个优选实施例的特征在于第一和第二光传感器分别耦合至第一和第二感光板的边缘表面，其中第一和第二表面改性结构被布置在感光板表面上的预定位置处，第一光传感器接收基本上全部来自第一表面改性结构的被转向的光，第二光传感器接收基本上全部来自第二表面改性结构的被转向的光。这是根据本发明的照明系统的有利的实施例。以这种方式，第一光传感器探测第一预定位置处的光分布，而第二光传感器探测第二预定位置处的光分布，所述预定位置分别由第一和第二表面改性结构的布置来定义。 [0020] 根据本发明的这个优选实施例的照明系统允许对穿过感光板的光的光分布进行局部化检测。可以以这种方式有效地控制由所述至少一个光源发出的光。 [0021] 根据本发明的照明系统的另一个优选实施例的特征在于，所述至少一个光传感器具有用于接收落在所述至少一个光传感器的视场以内的被转向的光的视场。在这个实施例中，光传感器接收基本上只来自在光传感器视线上的表面改性结构的光。 [0022] 所述至少一个光源优选地包括多个不同基色或单一基色的发光二极管。通常，为了控制装置的最佳输入，每个发光二极管需要进行调整，表面改性结构需要收集预定位置处的光分布信息，所述控制装置控制所述多个光源的光通量。如果多个具有不同基色的光源必须进行微调以实现由照明系统发出的光的合适的混合，则该照明系统是特别有效的。 [0023] 根据本发明的照明系统的一个有利实施例的特征在于，照明系统进一步包括具有光发射窗口的光混合腔，感光板布置在光混合腔中，在所述至少一个光源和光发射窗口之间。在这个实施例中，限制由所述至少一个光源发出的光，将其在光混合腔中混合并由照明系统经过光发射窗口发射之。可以在光混合腔中这样来构建和设置感光板，即由所述至少一个光源发出的所有光穿过感光板。 [0024] 感光板优选地形成光发射窗口的组成部分(integral part)。这简化了照明系统的设计。在这个实施例中，照明系统的光发射窗口优选地在多个预定位置处提供有表面改性结构。这些表面改性结构使一部分穿过光混合腔的光发射窗口的光转向，并且被转向的光被导向光混合腔的边缘表面。感光板可以布置成例如正好在出光窗 口(在许多情况中，它是半透明散射板)的前方，由小气隙将其与后者隔开。 [0025] 本发明还涉及用在这种照明系统中的感光板。 [0027] 参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面都将变得显而易见并得到阐述。 [0028] 在图中： [0029] 图1是根据本发明的照明系统的一个实施例的感光板的侧视图； [0030] 图2是包括根据本发明的照明系统的一个实施例的照明设备的侧视图； [0031] 图3是根据本发明的照明系统的另一个实施例的横截面； [0032] 图4A是具有根据本发明的一种照明系统的显示器设备的侧视图，以及 [0033] 图4B是如图4A所示的感光板的横截面顶视图。 [0034] 这些图仅仅是示意性的并且不是依照比例绘制的。应当注意的是，为了清楚起见，以很夸张的形式表示了一些尺寸。图中相似的元件尽可能地由相同的附图标记表示。 具体实施方式 [0035] 图1是根据本发明的照明系统的一个实施例的感光板的示意性侧视图。照明系统包括至少一个光源(在图1中未示出)。垂直箭头表示由所述至少一个光源发出的穿过透光的感光板5的光线。感光板5由例如玻璃或塑料(例如PMMA)的透光材料制造。在图1的例子中，第一光传感器11耦合至感光板5的第一边缘表面15；另外，第二光传感器12耦合至感光板5的第二边缘表面16。可以直接地或间接地获得光传感器11至感光板5的耦合。后一种情况的例 子是耦合至边缘表面的光纤，它将在光表面处发出的光引导至光学传感器。把第一和第二光传感器11，12耦合至(电子)控制装置(在图1中未示出)，该控制装置用于适宜地使光源的光通量适合期望的亮度和/或色点。光传感器和控制装置提供用于影响由照明系统发出的光的质量和数量这两者的反馈布置。可以以多种方式执行检测。可以通过适当地脉冲激励(pulsing)光源和/或通过使用适当的颜色滤波器来顺序地测量各个颜色。 [0036] 感光板5提供有表面改性结构21，22。根据本发明，在感光板5的表面上至少一个预定位置处提供这些表面改性结构。在图1的例子中，第一和第二表面改性结构21，22分别布置在感光板5的表面上的预定位置处。在图1的例子中，在感光板5面对光源的一侧提供这些表面改性结构21，22。在一个替换的实施例中，在感光板背对光源的一侧提供表面改性结构。在另一个替换实施例中，在感光板内部提供表面改性结构。表面改性结构在本领域中是众所周知的。表面改性结构的例子是点，例如锥体形状的凹进或凸出的部分，或者狭长切口，全息的、衍射的或任何其它合适的结构。表面改性结构优选地为有图案的，不散射的和/或主要以镜面形式进行反射或展现非朗伯特(Lambertian)反射。 [0037] 一部分穿过感光板5的光在提供于感光板5之上或其中的表面改性结构21，22处被转向。在表面改性结构21，22处通过折射、衍射和/或散射使光转向。例如借助于全内反射，引导被转向的光朝向感光板5的第一或第二边缘表面15，16。在图1的例子中，优先引导在第一表面改性结构21处被转向的光朝向第一边缘表面15，而优先引导在第二表面改性结构22处被转向的光朝向第二边缘表面16。因为第一光传感器11耦合至感光板5的第一边缘表面15，所以第一光传感器11接收基本上全部来自第一表面改性结构21的被转向的光。因为第二光传感器12耦合至感光板5的第二边缘表面16，所以第二光传感器12接收基本上全部来自第二表面改性结构22的被转向的光。 [0038] 优选地，在表面改性结构21，22处仅仅使微量的穿过感光板5 的光转向。在表面改性结构21，22处被转向的光优选地小于穿过感光板5的光总量的5％。被转向的光的量正好足以向光引导板轮缘(rim)处的光学传感器提供足够的光学输入，并且大约是穿过光引导板的光的总量的几个百分比。特别是对于具有相对较高的光输出的照明系统，可以(完全)忽略被转向的光的量。 [0039] 图2是包括根据本发明的照明系统的一个实施例的照明设备的示意性侧视图。在图2的例子中，所述至少一个光源包括多个不同基色的发光二极管(LED)R，G，B。可替换地，所述多个LED也可以是多个白色LED。借助于反射器28引导由所述多个LED发射的光朝向感光板5。在图2所示的实施例中，所有由LED R，G，B发出的光穿过感光板5，而仅仅一小部分穿过感光板5的光在表面改性结构21，22处被转向。在图2的例子中，优先引导在第一表面改性结构21处被转向的光朝向耦合至第一光传感器11的第一边缘表面15，同时优先引导在第二表面改性结构22处被转向的光朝向耦合至第二光传感器12的第二边缘表面16。 [0040] 图3是根据本发明的照明系统的另一个实施例的示意性横截面。在图3的例子中，从上面观看感光板5。每个光传感器11，12具有用于接收落在所述至少一个光传感器11，12的视场以内的被转向的光的视场。原则上，表面改性结构21，22在所有方向上(即图3的图的平面中)使穿过感光板5的光转向。光传感器只捕捉到该被转向的光的一部分。第一和第二光传感器11，12分别接收基本上只来自在第一或第二光传感器11，12视线上的第一和第二表面改性结构21，22的光。 [0041] 图4A是具有根据本发明的照明系统的显示器设备的示意性侧视图。在图4A的例子中，显示器设备是液晶显示器设备35。另外，图4A中的所述至少一个光源包括多个不同基色的发光二极管(LED)R，G，B。照明系统的这个实施例进一步包括包含光发射窗口32的光混合腔31。感光板5布置在光混合腔31中，在所述至少一个光源1，2和光发射窗口2之间。在一个替换实施例中，感光板形成光发射窗口的组成部分并正好放置在出光窗口(在许多情况中，它是 漫射板)的前方，由小气隙将其与出光窗口隔开。在图4A中所示实施例中，由LED R，G，B发出的所有光穿过感光板5，而仅仅一小部分穿过感光板5的光在表面改性结构21，22处被转向。 [0042] 图4B是如图4A所示的感光板5的横截面顶视图。这里，为感光板5的两个边缘表面15，16提供光传感器11，12。在图4B的例子中，具有光传感器11，12的两个边缘表面15，16设置成相互垂直。这些光传感器11，12接收来自布置在感光板上预定位置处的表面改性结构21，22的被转向的光。 [0043] 根据本发明的照明系统简单，相对容易制造，并相对便宜。而且，根据本发明的照明系统允许通过只在某些预定位置探测穿过感光板的光的“成分”来对由所述至少一个光源发出的光进行相对有效率的控制。 [0044] 要注意的是，上述实施例说明了本发明而不是限制了本发明，本领域的普通技术人员能够设计出许多可替换的实施例而不会偏离所附的权利要求书的范围。在权利要求书中，在括号之间的任何附图标记都不应当被认为是对这个权利要求的限制。使用动词“包括”及其变化形式并不排除存在除权利要求中所述的那些元件和步骤以外的元件和步骤。在元件前边的冠词“一个”或“一”并不排除存在多个这样的元件。本发明的实施可借助包括几个不同元件的硬件，并且可借助经过适当编程的计算机。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以由同一个硬件项实施。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表明不可以有利地使用这些措施的组合。 |
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