用于LCD显示器的延长照明配置

摘要

一种固体波导包括相反的TIR表面，进一步包括：a)至少一个光输入表面，用于耦合来自固态光源的光；b)至少一个混合部分；c)至少一个光发射表面；以及d)预定图案的光变向特征，这些特征位于TIR表面或在TIR表面之间。

说明书

技术领域

本发明涉及用于显示器的背光源设备以及使用该设备的液晶显示器。特别地，本发明涉及一种具有固态光源的液晶显示器(LCD)背光源。

背景技术

当相应于阴极射线管(CRT)显示器，液晶显示器(LCD)提供一紧凑、轻巧的备选方案时，存在很多应用，其用于LCD显示器的图像质量仍然不令人满意，特别当那些装置的相对尺寸增加时。大型LCD面板，诸如那些用于膝上笔记本电脑或者大型显示器的面板，是透射型的，因此需要背光源。这种位于LCD面板后面的光提供表面引导光线射出和射入LCD。

背光源的传统方法使用各种冷阴极荧光灯(CCFL)光源排列，该光源具有导光板、一或多种增强薄膜、偏振薄膜、反射表面，以及其他光调节元件。使用侧安装CCFL的传统平板背光源解决方案小于并期望小于显示器尺寸的增长，以及特别是显示面积的变大，容易受到制造中或由于热而产生的卷曲的影响。例如，光导背光源技术，其传统用于小型装置，由低亮度或亮度水平以及由于涉及随着显示器尺寸增加而均匀性差的问题而更多地被牵制，而例如数字TV需要显示器尺寸增加。用于LCD显示器和其他显示器以及照明应用的现有的背光源设备，常常使用平行排列的CCFL的堤岸，会相对低效。由于需要容纳CCFL和其支撑薄膜和LC面板后的表面，这些显示器解决方案也相对较厚。该CCFL光源本身提出了待处理的放置的环境问题，因为这些装置包含有一定数量的水银。为了补偿传统基于CCFL的背光源的均匀和亮度问题，多个支撑薄膜常规地插入背光源和显示器之间，或紧随显示器放置，例如相对高成本反射偏振薄膜。众所周知，与其他类型的光源相比，CCFL的光谱特性相对差。

面对用于背光源应用的CCFL的固有缺点和限制，已促使研究寻求可替代的背光源方法。多个使用发光二极管(LED)的解决方案被提出。近来在LED亮度、色彩输出以及具有在成本上不断减少的全面性能的优点使得LED、激光灯以及固态光源通常特别引人注目。然而，因为LED和激光灯作为点光源，需要适当的解决方案来变向和散布光以提供光的均匀平面，该光是背光源需要的并且提供需要的色彩均匀性。

提供使用LED照明的背光源的一种方法是使用阵列排列，例如如M.Zeiler，J，Huttner，L.Plotz和H.Ott发表于SID 2006 Digest第1524-1527页的名为“Late-News Paper：Optimization Parameters for LED Backlighting Solutions”的论文中所描述的。使用这类解决方案，使用红(R)、绿(G)、蓝(B)LED的LED群排列作为用于LCD显示器的背光源。描述了两种群：RGGB和RGB。类似的，美国专利号为No.6,789,921，名为“Method and Apparatus for Backlighting aDual Mode Liquid Crystal Display”的Deloy等人的美国专利描述了用于装置面板的阵列排列。然而，除了诸如为了一些类型装置面板以及非常高端监视器和TV面板的特别用途，由于色彩和亮度均匀性差、高部分数、高热以及尺寸要求的问题，阵列排列未显示出前景。

为了形成线状光，光波导已经用于从点光源散布光线。例如，美国专利号为No.5,499,112，名为“Light Guide，Illuminating Device Havingthe Light Guide，andImage Reading Device and Information Processing Apparatus Having the IlluminatingDevice”的Kawai等人的美国专利公开了在扫描设备中来自一个或多个LED的光使用单个光波导变向，该光波导具有沿着其长度分布的提取特性。美国专利号为No.5,400,224，名为“Lighting Panel”的DuNah等人的美国专利公开了集合具有多个光波导的浇铸面板，该光波导在用于背光源照明的后部表面被处理有随机粗糙度。

提出了多个解决方案用于沿着导光板在大面积范围内重新分布LED光线。一个建议的解决方案是来自Global Lighting Technologies Inc，Brecksville，OH的Microlens^TM浇铸光波导，该光波导将来自单个LED的光线散布到一个大的光面板上。类似的，美国专利公开号为No.2003/0123246，名为“Light Emitting PanelAssemblies”的Parker等人的美国专利示出了使用了多个具有光学“畸形”的点光源的小尺寸光面板，其使得光变向至面板。

另一种解决方案先沿着一直线引导来自LED、灯或其他点光源的光，然后在面板上散布该光线。例如，美国专利号为No.5835661，名为“Light ExpandingSystem for Producing a Linear or Planar Light Beam from a Point-Like Light Source”的Tai等人的美国专利描述了光线束-扩散光管，其引导一光的线性方向至光面板用于在一区域上分配光线。类似的，美国专利公开号为No.2005/0231973，名为“Efficient Luminaire with Directional Side-Light Extraction”的Cassarly等人的美国专利描述的光源排列使用具有光提取结构的光管，用于沿着后面板使得光线变向，例如用于展示品或显示器的情况。作为该方法的另一示例，美国专利号为No.5,857,761，名为“Illumination Device”的Abe等人的美国专利描述了一光波导，其散布点光源的光线到一光放射面板中。

而另一背光源解决方案使用柔性光学纤维用于引导来自单个光源的光线，然后处理用于散布从LCD面板后发射的光线。该方法的不同变形被描述，例如，美国专利号为No.6,714,185，名为“Back Lighting Apparatus of Liquid CrystalDisplay Using Optical Fiber”的Kim等人的美国专利以及美国专利号为No.5,542,016，名为“Optical FiberLight Emitting Apparatus”的Kaschke等人的美国专利。

如上述引用示例表明，还有相当大的为达到提供LED背光源目标的工作。然而，尽管提出了多个解决方案，每种解决方案存在显著的内在缺点，特别当面对背光源的问题时，该背光源用于标准膝上电脑尺寸或更大的显示面板。在‘921号的Deloy等人的公开中提出的2维矩阵由于具有相对高的成本，大体积的以及趋于均匀的问题从而被廉价地实现是有困难的，。在’112号的Kawai等人的的公开中描述的光波导排列优选用于扫描应用，而不是显示背光源应用，该扫描应用要求均匀的线性光线。在‘224号的DuNah等人的公开中描述的浇铸面板排列用于一般照明可足够好地工作，但是用于全色彩显示应用将会有趋于均匀的问题。这种类型的解决方案在更大面积上制造会更加昂贵，并且由于热和机械的压力将使其卷曲。更重要的，该解决方案不提供很好的色彩混合，以及不会很好适合使用固态光源的应用。如’3246号的Parker的应用中描述的点光源至面板的配置，是不切实际的，并且示出了应用于较大面积显示时的色彩和亮度的均匀问题。如‘661号的Tai等人的公开中描述的光波导至背面板排列，容易遭受差的均匀度，并且仅仅适于相对小的显示器。已处理光学纤维的使用对于小尺寸手持显示器具有优势，但是对于桌上型电脑或更大显示器设计是不切实际和无效的。

除了这些缺点之外，传统解决方案一般未能处理高质量色彩图像的重要的挑战，其要求广泛地商业化以及LC显示器的肯定。色域是一个重要的考虑事项，其对于显示器设计者有特别的兴趣。传统CCFL提供色彩质量测量，该色彩质量对许多应用是可接受的，提供了NTSC色域的大约70％。尽管这对膝上电脑和电脑监视器应用是可接受的，其对于全色彩TV显示器的需要来说太少了。

与CCFL光源相比，LED和其他固态光源，因为其光学纯度相对高度，可固有地提供NTSC色域的100％或更多。为了提供扩大的色域，需要三个或更多不同色彩的LED或其他固态光源。当使用LED和其他固态光源时，为了支持这样扩大的色域，需要来自背光源设备的高水平的色彩混合。如图像显示领域的技术人员所知的，当使用固态光源，诸如红(R)、绿(G)、蓝(B)LED时，达到高水平色彩均匀度是特别的挑战。传统背光源解决方案使用大面积的光波导，例如如上所述的那些，会提供相对差的色彩混合。

涉及大尺寸显示器背光源的其他挑战包括低成本组装、亮度效率、均匀度以及紧凑尺寸的要求。如早先提及的，传统LED背光源解决方案缺乏迎合这些附加需求所要求的。此外，对于去除对反射偏振器的需求是特别有用的，反射偏振器可在均匀度和亮度之处尽可能地有效改进。

因此，可知对于LED背光源解决方案存在需要，该解决方案可廉价地制造，具有最小的厚度，和提供具有好的均匀度的色彩混合、高亮度、以及高水平的效率。

发明内容

本发明提供一种固体波导，包含相对的TIR表面，其进一步包括：

a)至少一个光输入表面，用于耦合来自固态光源的光线；

b)至少一个混合部分；

c)至少一个光发射表面；以及

d)预定图案的光变向特征，它们位于一个TIR表面上或者几个TIR表面之间。

发明也提供了在背光源设备中的变形以及使用背光源设备的显示器。提供光线的过程也被揭露。本发明的特征是提供使用多个照明路径的背光源。

本发明的优点是使用固体光源以提供显示器的区域背光源。本发明的设备是可升级的，并且特别适于大尺寸LC面板。

本发明的进一步的优点是去除对于导光板或其他平面类型面板的需要，其可帮助减少成本和背光源组件的尺寸外形。

当结合在此所示的附图时，该附图描述了本发明的说明性实施方式，通过阅读随后的详细描述，对于本领域技术人员而言，这些以及其他本发明的目标、特征以及优点变得明显。

附图说明

图1是光棒，具有类似棱镜结构的底部(非观看侧)。

图2A是光棒，具有观看侧提取特征以及非观看表面图案。

图2B是光棒，具有在观看侧可变密度表面提取特征以及可变密度印刷点图案。

图3A是整体延长发光体，通过移除来自导光板的部分材料形成。

图3B是光棒，具有连接整体固态路径。

图3C是光棒，具有光源和光学反射器。

图3D是类似蛇形延长发光体。

图3E是延长发光体，具有内部空气间隙段。

图3F是延长发光体，具有开口端的空气间隙。

图4是光棒，具有锥形空气间隙。

图5A是延长发光体，从聚合体厚板中形成，并且具有连接与空气间隙隔开的开口的整体桥。

图5B是在底部具有内部连接桥并且具有连接到顶部或观看侧的提取特征的延长发光体。

图5C是延长照明设备，在观看侧和非观看侧都具有内部桥。

图6是具有连接桥的光棒的内部排列，以及具有锥形通道的固态延长发光体。

图7是具有观看侧厚板的延长发光体，该观看侧厚板通过粘接光棒到导光板面板上来形成。

图8锥形光棒，具有来自每个光输入末端的锥形。

图9是锥形延长发光体，具有混合部分并且在非观看侧具有类似棱镜的结构。

图10A是光棒的侧视图。

图10B是在光棒的底侧和一系列的反射点看延长发光体的顶视图。

图11是延长发光体，具有弯曲半径锥形。

图12A是延长发光体排列，具有平面光输入。

图12B是延长发光体排列，但是其具有至少一个锥形光输入端。

图12C是延长发光体，具有镜面端反射表面。

图12D是延长发光体，具有散射端反射表面。

图13A是延长发光体，具有凹面光入射表面。

图13B是光棒，具有弯曲光入射表面。

图14A是延长发光体，具有下降(顶部至底部)锥形光输入表面。

图14B是另一延长发光体，具有锥形光输入表面，该光输入表面具有弯曲表面光输入反射器。

图15具有凹进光入射面积，具有光学消反射光输入表面。

图16是具有凹进的延长发光体，具有在凹进光输入的部分中的棱镜特征。

图17A是梯形楔延长发光体。

图17B是倒置的梯形楔延长发光体。

图18A是圆形延长发光体。

图18B是具有平坦表面的圆形延长发光体。

图18C是具有两个平坦表面的圆形延长发光体。

图18D是多面延长发光体。

图18E是具有散射特征的延长发光体。

图18F具有排列在弧上的散射特征。

图19A是具有分配帽的圆形延长发光体。

图19B是在观看侧具有透镜形状的延长发光体。

图19C是具有凸起表面的光棒。

图19D是在观看侧具有分配轮廓的延长发光体。

图20是具有延长发光体排列的背光源，以及它们之间散射的表面。

图21是在延长发光体之间具有弯曲部分的背光源。

图22是在延长发光体之间具有变向特征的背光源。

图23是在延长发光体之间具有变向特征的背光源。

图24是具有梯形延长发光体的背光源。

图25A是具有不同观看侧薄膜或特征的光棒。

图25B是具有不同观看侧薄膜或特征的延长发光体。

图26是具有光棒情况下的背光源。

图27是具有圆形延长发光体和侧面分布方法的背光源。

图28是具有混合标签的导光板。

图29A是具有圆形孔的延长发光体。

图29B是具有三角形孔的光棒。

图29C是具有孔的延长发光体。

图29D是光棒。

图30A是具有棱镜形状光输入的延长发光体。

图30B是具有大棱镜形状光输入的延长发光体。

图30C是具有多楔形光输入表面的延长发光体。

图30D是具有多楔形光输入表面的延长发光体，光输入表面覆盖了延长发光体的整个末端。

图31A具有光学纤维的光棒。

图31B具有不同长度光学纤维的延长发光体。

具体实施方式

本发明提供非常适合显示器应用的背光源设备，特别适合于LC显示面板，例如那些用于LCD TV、医学诊断显示器、图像显示器以及军用显示器的LC面板。此外，本发明的背光源设备可用于其他固态光源具有优势的照明应用。

在本公开的上下文中，术语“固态光源”具有被发光领域技术人员所接受的传统意义，指代一种由半导体材料形成的发射性光源。固态光源包括，例如发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)以及聚合体发光二极管(PLED)，还有半导体激光。通常，在此使用固态光源的术语意味着任何来自类似小点源的光源，但是发射光源的设计可以是这样，就是发射的光线不是校准就是散布，以致呈现为类似非点状。数个固态光源的排列可照某个方法排列，或具有透镜元件，以便结合宽阔的类似非点状光源的光。

在本公开的上下文中，光的方向如上所述。背光源设备从而从发光面板向上发射光线。术语“在下方”和“在上方”则服从方向分配。显示面板是透射型空间光调制装置，例如LC显示装置或其他光电子管排列。关于发光体和光通道的在此使用的术语线性或延长意味着长度比宽度更长，典型地在一个方向(长度)上接近长度，而不是在另一方向(宽度)上的靠近长。这些术语可以是直的或者弯曲的，例如蛇形的。示例可包括横截面的末端形状的变化，例如正方形的、直线的、圆的、三角形的或它们可以是两个或更多形状的复合形状。发光体或光通道的至少一个表面可包括提取或不同地分散或变向整个光通道内部反射的方法。这样的方法可以以提供均匀光现象的方式来完成。

在此使用的术语延长发光体和光棒是相同的。术语Ra是一个表面的最高峰到波谷之间的高度差的量度。表面地形学对于详细说明表面的功能是很重要的。

表面的粗糙度可以以不同的方法测量，其分类为三个基础类别：

·统计学描述符，其给出表面高度的平均形态。例如，平均粗糙度Ra；开方根粗糙度Rq；偏斜Sk和峰度K。

·极值描述符，其依据离散事件。示例是最大峰值高度Rp，最大谷值高度Rv，以及最大峰值到谷值高度Rmax。

·文本描述符，其描述基于多个事件的表面变化。该描述符的一个示例是相关长度。

在这些描述符中，Ra量度是一个最有效的表面粗糙度量度，普遍适用一般工程实践。它给出了一个好的在表面上高度变化的常规描述符。它们都是机械或光学量度。典型地，当讨论非常光滑的表面磨光时，一个光学方法用于测量粗糙度。当紧凑光照亮一个粗糙表面时，来自表面每个点的衍射波相互地干涉以形成图案，其显示为亮和暗区域的纹理图案。斑点图像的空间统计特性可与表面特征相关。两个斑点图案的关联程度可用作粗糙参数，而斑点图案通过两个不同发光束从相同表面来产生。

代理人备案第93433号的美国专利的实施方式在此被参考结合。在显示面板的方向上，在本发明中用的具有延长发光体的固态波导沿着发光平面延伸并将光线变向为向上。显示面板和发光面板大致平行。来自光通道排列的光的主要方向是向上和朝向显示面板。如图像领域技术人员所知，延长发光体可直角放置，以便它们可在X轴的大体方向上延伸，并且沿着Y轴分隔某些距离。在随后的描述和附图中，显示沿Y轴的延伸，而直角排列可选择地使用。在本发明的一些有用的实施方式中，延长发光体具有一个中心以集中至少小于25mm的延长发光体之间的间隔。

一种类型的延长发光体光通道具有长度维度L，其大大超过了它的宽度维度W或厚度维度T。优选的，长度L大于宽度维度W的5倍。优选的，宽度维度W和厚度维度T通过只是一个因数2而相互不同。在一个实施方式中，维度T和W大致相等。由于被引导到延长光通道18中的光线通过内全反射(TIR)经由光波导结构传播，维持维度W和T远小于长度L改进了色彩混合和均匀度。因为使用了TIR，延长发光体光通道是高效的，具有低光线损失，除了在光提取结构提供的预定方向。在本发明中另一个有用的实施方式中，延长发光体到光输入表面区域的长度具有大于100/1的比率。

由于发光平面和显示面板之间的距离最好保持常数，固体延长发光体光通道的硬度帮助提供更均匀的光输出。在本公开的上下文中，描述术语“硬度”适于由于自身重量存在不可见弓形或弯曲的元件。该排列也易于在光通道排列中组装延长光通道。在横截面，延长光通道可以是正方形，矩形，或圆形，或具有其他形状。例如，固体延长光通道可具有各种各样的弯曲侧壁用于改进来自LED光源的光线混合。横截面的形状或维度可在延长光通道的长度范围内改变，以便延长光通道是锥形，如随后的示例所示，或否则改变其横截面形状。有用的实施方式可具有多于一个的斜坡，其与锥形相关或可以是半径常数变化的斜坡。在这种实施方式中，具有混合部分是有用的，该混合部分开始于光输入表面并且持续一段短的距离。然而长距离是有用的，发现在20到60毫米之间的光混合部分有效地提供好的色彩混合。在此描述的锥形在沿着本发明固体波导的长度提供均匀亮度上是有用的。期望提供波导，其提供大于2000cd/m²的轴上亮度。

如前所述，当使用RGB的LED时，达到高水平的色彩均匀度会是一个显著的挑战。可选择使用单个LED，例如白光LED。可选择地，附加色彩LED可使用以增加亮度或增强色域，例如提供RGGB排列或者增加青色、橙色或其他颜色。其他光排列也是可能的，如随后详细描述的。在一些实施方式中，每个光输入表面具有多于一个固态光源是有用的。对于延长发光体的长的长度，每个光输入表面具有多于一个固态光源提供更多光线，而没有必须运行在高水平功率下以及冒电压烧毁固体电源的风险。当维持有效亮度时，具有多于一个光源也帮助确保光到达固体波导的较远区域的有效性。

存在多种具有不同功能的薄膜，其可与本发明的固体波导一起使用。这里包括散射器，但是不限于此，其可以是使用颜料、空气空间或内部玻璃珠的散装型散射器。可选择的，散射器可以是表面型散射器，例如，具有与透明夹板一起的单一或多尺寸珠的珠状表面。菲涅耳透镜类型的散射器可使用。在本发明中有用的显示器中使用的固体波导可进一步包括至少一个从以下组中选择的功能，组由光散射、光校准、亮度增强、光偏振、光调制、光过滤、光源组成。这些功能在提供更高的亮度、轴上与轴外观看一样好方面是有用的。光校准、散射和分散有助于操作光以提供最愉快的观看给观众。

以上讨论的光管理薄膜可包括不同类型的光增强薄膜或亮度增强薄膜(BEF)，例如Vikuiti^TM薄亮度增强薄膜，但不限于此，3M的产品，St.Paul，MN.偏振器可被提供，例如反射偏振器。该薄膜和它们的功能可结合到具有多个功能的单个薄膜上。

延长发光体可分配在任何多个配置中。邻接延长发光体之间的分开距离可根据例如需要亮度、面积以及均匀度的因素而不同。邻接的延长发光体可邻接，但不是光学耦合。整体桥可在轮廓的一部分上连接一个或更多延长发光体，如本发明某些图所示。这些整体桥用于提供改进硬度是有用的，并且也有助于在延长发光体之间提供改进的亮度均匀性。

为了达到需要的亮度水平，也为了在使用不同波长的光源之处混合光谱元件，填充因数是重要的考虑因素，。每个延长发光体的填充因数可作为一个或多个光源的表面区域比率计算，光源引导光线到光通道中至光通道的入射光表面区域。背光源设备的填充因数可作为延长发光体的发射面积到设备发光平面的表面积之和的比率计算。

光源

每个延长发光体具有至少一个独立固态光源16。固态光源可以是独立的，因为它释放光线。

固态光源16可以是LED，如上所述。LED由于其高亮度和好的光谱特性而具有优势。在窄的波长范围内提供直接的光发射，LED能提供发光，以致在传统光源上提供改进色域。例如，当与LCD面板一起使用时，CCFL光源提供大约70％的NTSC色域。LED可到达100％或更大于NTSC范围。因为LED可快速脉冲，它也是有优势的。

延长发光体和本发明的特别的与混合部分一起的固体波导提供高度色彩混合给LED。不像导光板和其他传统解决方案，具有延长发光体的固体波导和与相对窄宽度维度一起形成光通道的混合部分提供优秀的色彩混合。该排列出产实质地多个反射，当光通过混合部分传播并且下到通过延长发光体光通道TIR动作提供的路径。在光通道18的一个或两个末端，红(R)、绿(G)、蓝(B)LED可放置为RGB三个一组的LED。RGGB排列具有一个或多个颜色的多于一个的LED，其可选择地用于推进绿光水平。可选择的，R，G和B的LED可分布在光通道的不同末端，例如，以便单个光通道具有红和绿色LED在一端，并且绿和蓝色LED在另一端。可选择的，第4个LED，例如白色光LED，或其他颜色LED，可放置在光通道的一端或两端。在另一个实施方式中，每个分离光通道可具有单个色彩光源，例如，以便三个邻接光通道分别具有红、绿和蓝色LED。

二色性滤光器可用于引导光线到单独的延长光通道。

光源可以连续打开，以便混合的RGB或白光提供给显示面板。可选择的，色彩连续背光源排列是可能的。在一个实施方式中，R、G和B通过顺次激活相应的光源16，从背光源设备快速地循环。可选择的，提供线性扫描，与R、G和B或其他颜色一起，提供在越过背光源设备表面的卷形序列。然后显示平面可响应具有相同序列的像素的行或列，提供顺序模制色彩。该排列消除了色彩滤光器阵列的需要，例如，与LC显示器一起。混合色彩，可使用定时激活光源来选择性地提供例如青色、品红色和黄色。

激光光源可选择地用于本发明的延长发光体。它们相关的光谱纯度和快速响应时间使得激光对于某些类型的显示器应用而言是有吸引力的选择。激光的高亮度和高光学功率水平可允许单个光源照亮多个延长发光体光通道。

可与延长发光体一起使用的可选择的的光源包括有机发光二极管(OLED)和聚合体发光二极管(PLED)。

光通道

延长发光体光通道自高透明材料形成，包括各种玻璃，例如层压安全玻璃。可使用的塑料包括PMMA、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚砜、聚烯烃、环状一石蜡和其共聚物。光通道用于改进热和光稳定时可具有附加剂。材料的光学传播可超过大约90％。除了特意处理之处，光通道的表面可具有光学磨光。为达到良好的光导特性，折射率n最好采用高的指数。

在制造中，延长发光体光通道可被浇铸、挤压成形或模制。材料的进一步处理，例如通过加热和抛光，可有益于达到改进光学性能。提供具有高光滑度的固体波导和延长发光体是有用的。具有在小于50nmRa粗糙度的TIR表面有助于最小化光泄漏，光泄漏是当光达到粗糙表面，由于散射而导致的。粗糙表面将打断光的TIR，并且改变角度，以致在不希望的点存在延长发光体。这可降低延长发光体全面效率。

高度的硬度或刚性对于提供作为大型背板设备的模制元件的光通道是有优势的。高硬度允许简单的处理并易于光管阵列的组装。超过10mN的硬度是优选的。夹子、固定器或其他支撑可用于帮助阻止更长长度的光通道的下陷或弯曲。光通道可具有宽度W维度，其可有效抑制弯曲。附加支撑结构，如果需要，可用于阻止旁路弯曲。

在本应用的一个实施方式中所示，延长发光体光通道可自光源分离一定距离。然而，在延长发光体光通道中嵌入光源是可能的。

光提取特征

在本公开中，如图所示，这有多个光提取元件和或光变向特征的实施方式。延长发光体光变向特征的基本功能是引导通过TIR引导的光，从而导致光翻转，然后从延长光通道的观看侧发射。多种方式可完成这些，包括以下：

(i)处理光通道以形成发射表面。表面处理类型包括沿着延长光通道的边缘，沿着面对显示器的表面，形成光变向结构。例如，一个方法是沿着长度方向L形成棱镜结构排列。使用的微结构可以是棱镜、棱锥、半球，或其他好定义的几何以阻止TIR。有主要底部或在某些实施方式中侧结构形成作为单独元件，或排列在列中。微结构可以用模制或其它方式来形成不同形状和尺寸，作为自光源的距离功能。附加的光提取特征可用于本发明的实施方式。光提取特征典型地位于延长发光体的观看侧。在之前引用的美国专利号为No.5,506,929的Tai等人的美国专利中给出了一个方法的示例。延长光通道18的表面也可粗糙或抛光以提供光提取元件20。压花或压力可用以形成光提取特征。

(ii)光提取薄膜元件的应用。为了该目的的一个可行的薄膜在一般指定的美国专利申请号为No.20050270798的名为“Brightness Enhancenment Film UsingA Linear Arrangement Of Light Concentrators”的Lee等人的美国专利中描述了，其在此参考结合。光提取薄膜带可使用例如粘接的发那个发应用于延长光通道18的表面。使用的粘接可加压或热敏，并且可使用紫外线或电子束辐射固化。可选择使用例如环氧树脂的化学交叉结合材料。对于LCD显示器应用，常常要求经受住一个宽温度范围(-40至85C)的粘接力。能经受高温范围(60-85度C)和高相对湿度(95％@65℃)的粘接是优选的。高度的光学透射是优选的。添加剂可用于修改粘接的指数。精细-倾斜分送器或热融胶分送器可用于粘接薄膜元件的部分到光通道18的侧壁(引导至显示面板或观看的光发射侧)。制造中，光通道18可被并排放置，然后将薄膜粘贴至一个表面，然后整理和分离，或者打包并与粘贴薄膜一起使用。任何粘接粘贴材料应当小心选择，以便其不会在高热情况下提供弯曲压力。

可选择地，延长发光体的光发射表面可以以在此形成光提取结构为特征。光通道的一部分可模制，例如用辊子或另外处理以形成光变向微结构。如果延长发光体是被注射模制的，表面光提取结构(它们的负形状)可形成作为模具的一部分。那么，当聚合体注射和冷却，光提取结构变成延长发光体的整体部分。

(ii)印刷点。反射点的图案，沿着光通道与光发射表面的相对的基础部分印刷，可用于从光通道变向光线朝外。印刷点可以是不同密度和尺寸，有助于提供更均匀的光输出。使用该方法的光提取技术的示例包括之前引用的美国专利号为No.5,857,761的Abe等人的美国专利中描述的。

(iii)延长光通道的形状。光通道可形成具有锥形轮廓。在一个实施方式中，光通道是逐步变细的，并且延伸在显示面板的整个宽度。

(iv)体积-散射。作为其他选择，微米规格的颗粒可分散到光通道18中以造成由于折射率失配的散射。

(v)内部镜。如美国专利号为No.6,104,371的名为“Modular，High-IntensityFiber Optic Backlight for Color Display”的Wang等人的美国专利中描述的，TIR可被形成在光波导内的反射结构打断。

在以上(i)到(v)种列举的这些种类的处理的结合都可以使用。光提取结构可以是单独元件。为了沿着光通道的长度提供均匀光发射，耦合区域的尺寸和密度作为从固体光源的沿着光通道的距离的函数改变。例如，LED光源在每个光通道末端，光提取特征可分配为中心具有高于朝向末端的密度。可选择的，光变向元件的分配密度可大致在一个方向连续。

光变向可提供在多于一个表面上。离LCD和输出表面最远的光通道的反向侧一般提供光滑表面以阻止光泄漏，但是可选择地组织、处理或粗糙以增强光提取的量。

光变向元件可模制、浮雕、按压、粘贴、印刷或层压延长发光体光通道，延长发光体光通道面对显示面板24或其他光输出侧。

监控色彩转换

LED和其他类型的固体光源的一个众所周知的问题涉及光谱稳定性和精确性，其可导致一定量的色彩转换。提供可选择的色彩传感器作为一个或多个延长发光体的元件。色彩传感器可用于补偿色彩转换的控制环，色彩转换是由于例如LED或其它类型光源之间的老化、热或制造误差造成的。此外，最靠近特殊光管的像素的图像数据可调整以补偿检测到的色彩转换。

系统因素

使用任何多个现有可用的装置，本发明的延长发光体能够提供高水平的照明，在2000-6000尼特之间或更高。在高能量水平，热的形成是在一些具有LED的应用中的问题。在操作中，背光源设备可提供一个或多个热接收器、冷却风扇或其他机械以帮助驱散过度的热量。有利地，当使用本发明的设备和方法时，热驱散组件可沿着显示装置的外围边缘放置，远离LCD面板。

本发明的有用实施方式包括固体波导，其包括反向TIR表面，进一步包括：

至少一个光入射表来耦合来自固态光源的光；

至少一个混合部分；

至少一个光发射表面；以及

位于一个TIR表面上或TIR表面之间的预定图案的光变向特征。

具有混合部分的这样实施方式提供很均匀的光混合，有助于最大化耦合波导的光的数量，并且特别是那些与延长发光体一起的。光变向特征有助于以被控的方式变向光线，以便沿着延长发光体的长度方向提供均匀亮度。另一实施方式提供以一种方式排列的延长发光体的排列，采用该方式可以在固体波导的整个发光平面上提供均匀亮度。此外，波导具有至少两个反向TIR表面，以及最有用的实施方式具有至少两个其他TIR表面。典型地，许多延长发光体具有正方形到矩形的轮廓，其允许光在三维平面内TIR。应当注意其他实施方式可具有圆形或有些椭圆代表性轮廓。在这个实施方式中，其应当是连续TIR轮廓，但是在此的任何点是有助于沿着发光体长度传播光线的反向TIR表面。因为它们不具有以非控制方式打破TIR的形状角落，这样的轮廓是有用的。

在本发明的其他有用的实施方式中，存在光混合部分，该光混合部分是延长发光体的一个整体部分。典型地，混合部分在光输入表面开始，并且可延伸至全部或部分发光体的长度。在最优选的实施方式中，光混合部分近延伸至数个毫米，并且延长发光体的平衡可在它的轮廓中改变，如本公开内的不同图所示。在混合部分中，主要功能是混合来自不同色温的数个光源的光，因此，具有混合部分以充分地释放光引导特征是值得的。这有助于确保在某种意义上混合具有所有波长的真白以提供均匀色温给固体波导和延长发光体。

来自LED的光输出趋于成为强烈的半球状，其在角度的宽范围内发射光线。本发明有用的实施方式具有不同形状的光输出表面。光输出表面可包括至少一个选自以下组的形状，该组由平面、锥形、凸起、锯齿形、多面、部分反射、TIR调整组成。这些形状在捕捉尽可能多的光线、以及引导其进入波导和发光体上以便提供高水平的亮度是有用的。此外，光输入表面的设计和在某些情况下的围绕光源的面积和光输入表面可具有锯齿形，进一步包括在所属固体光波导内调整光到临界TIR角度的方法。此外，调整光到临界TIR角度的方法进一步包括至少一个选自以下组中的元件，该组由反射器、分散器、棱镜组成。

本发明的固体波导和延长发光体可具有预定图案的光变向特征，光变向特征包括至少一个选自下组中的元件，该组由棱镜、点、反射器、可变斜坡组成。

本发明的其他固体波导和延长发光体可具有锥形发光体，其改变来自混合部分的斜坡至中心或延长发光体的反向末端。

可变斜坡可包括至少一个始于所属至少一个混合部分的光波导侧的锥形。

在其他实施方式中，锥形终于选自以下组的其中之一，该组由中心、所述至少一个光发射部分的反向侧、所述光波导的反向末端、反射器。

在其他有用的实施方式中，具有锥形的固体波导包括半径。通过以浅的和连续的方式改变斜坡，沿着延长的长度提供的光以很均匀的方式变向。这也有助于确保好的亮度。

在其他有用的实施方式中，固体波导可具有具有至少两个不同斜坡的锥形。这样的实施方式有助于提供均匀的光的光线传播。锥形进一步被设计并与光变向特征的设计一起调整以提供均匀的光照明和显示器的好的观看。

本发明的固体波导可进一步包括连接至少两个所述的至少一个延长发光体的桥。该桥在相互关联的固定位置保持延长发光体是有用的，又提供附加的力以最小化延长发光体的下垂。该桥可应用于延长发光体或者其可形成作为波导的一整体部分。当该桥在显示器的观看侧时，该桥可以是薄的平坦的表面，其在离发光体固定距离的位置保持其他薄膜上是有用的。在一些实施方式中，该桥可用于结合其他薄膜。平坦表面也可进一步具有增加附加功能给波导和显示器的结构或以此为特征。

在本发明中固体波导有用的其他实施方式中至少一个区域具有空气。这样的波导可形成在模具或机械中引导以得到期望形状。

本发明的固体波导可进一步包括至少一个延长发光体，延长发光体具有越过可组合轮廓的末端，可组合轮廓选自由正方形、矩形、三角形、圆形组成的组。

在其他实施方式中，本发明的固体波导可进一步包括至少一个延长发光体，该延长发光体进一步包括传播光旁路向至少一个光发射表面的区域。该实施方式在延长发光体之间提供均匀的光是有用的。

本发明的固体波导可具有至少一个光发射表面，是观看侧。具有两个或多个观看表面可在一般照明应用中有用。

本发明的固体波导也可进一步包括在延长发光体之间的区域，该延长发光体包括变向光线朝向所述光发射表面的方法。该实施方式在本发明的附图中所示。之间的区域可以是粗糙的、弯曲的或构造为有助于在延长发光体之间提供均匀照明。为了更好的达到这些，提供固体波导，其中延长发光体包括光侧发射，是值得的。

在另一实施方式中，本发明的固体波导可具有光纤作为延长发光体，其中所述至少一个延长发光体光纤。这样的光纤进一步包括控制光泄漏的区域。这样的控制泄漏在沿着发光体的长度提供高亮度是有用的，并且具有精选期望位置以帮助提供均匀的发光的方法。

在其他实施方式中，期望提供进一步具有了TIR覆层的延长发光体。该TIR覆层是具有与核心相比不同折射率的材料。该覆层在与延长发光体一起传播光到远距离上是有用的。

在本发明另一实施方式中，固体包括至少一个光混合部分，大致在光波导观看区域之外。在该实施方式中，来自固态光源的光可混合以提供均匀的色温白光在固体波导中。通过提供外部光混合部分，传统导光板可提供好的混合和均匀的色温白光。

本发明的固体波导也可以是显示器的一部分。显示器进一步包括至少一个选自以下组中的功能，该组由散射、光校准、亮度增强、光偏振、光调制、光滤波、光源组成。

本发明的实施方式进一步包括光源，并且特别是固态光源。本发明中的有用波导可由多种材料制成，例如聚碳酸酯、聚砜、和PMMA一样的UV固化单体。由于它具有高水平的透过率，并且可用多种方法处理以形成固体波导和延长发光体，PMMA是优选。此外，PMMA具有高水平的硬度，并可光学抛光或直接形成以最小化延长发光体内的散射，因而当光引导至光发射侧时，沿着长度最大化光的传播。本发明的固体波导可具有一个粗糙度Ra小于25nm的表面。在一些实施方式中，期望在延长发光体的预定点提供可控制的泄漏，该表面可提供具有大于25nm的粗糙度。在图案中提供粗糙以变向光至特别的位置，为了特别的效果。表面Ra可通过火焰抛光，所知的作为光学抛光化合物的液体粗砂的组合或通过浇铸或相对很光滑的表面挤压得到。(上述的组合也可使用)获得期望光滑度的其他方法可以是与允许流动的聚合体一起覆满外壳表面，薄膜和表面不均匀。该情况下，期望匹配聚合体和PMMA的折射率。

本发明的固体波导可设计为沿着长度提供小于10％的亮度均匀度。这些可通过控制光变向特征的长度、密度、尺寸、位置、包括角度或粗糙度的项目的设计来部分地达到。延长发光体的基础设计也可改变它们的横截面轮廓，也在固体波导和延长发光体的光输入表面内提供优秀的光耦合。目标是提供尽可能的高水平的进入延长发光体的光。一些有助于该设计的在本发明的图中所示。应到注意到，表面输入侧可进一步覆盖有反-反射外壳或表面，以便最小化表面反射，该反射损失4％的光线。期望捕捉来自固态光源的100％的光输出。其他方法可通过嵌入光输出侧在材料中而不是空气中，来直接光学耦合光源。这种材料可包括，高温硅以粘合剂、UV固化单体和多体，和溶解形式的PMMA但不限于此，。随着关注LED的发热，因而本发明的其他实施方式可进一步包括与光源一起的热接收器，例如金属散热片、来自风扇的直接应用到光源的冷却空气或排气以帮助保持初始时的温度。尽管未在图中所示，LED对位于固体波导下，并且被人工底部反射面板隔开。光源对通过一系列镜子或其他本领域公知的波导方式耦合。

延长发光体的固体波导的长度与所述至少一个输入表面面积的比率大于100/1。这样的形状有助于提供好的光的TIR和最小化光损失。

本发明的固体波导具有色彩混合部分，其长度在20到60nm之间并且充分地插入到光输入入口或整个延长发光体。期望帮助达到均匀的光色温。结合设计，光变向特征在提供本发明的固体波导上是很有用的，该本发明的固体波导提供了大于2000cd/m²的轴上亮度。此外，期望提供来自固态光源的光，其变向为充分正交于所述至少一个光发射表面。以这样的方式，其他薄膜可用于引导光线以提供高水平的轴上亮度，也提供优秀的轴外亮度。期望沿着延长发光体和所述小于10％的显示器形状的长度亮度均匀。

实施方式1

图1是延长发光体11的侧视图，延长发光体11在非观看侧具有底部类似棱镜结构，观看侧13和非观看侧14(与观看侧相反的一侧)。光棒也具有至少一个光输入末端15和至少一个固态光源16。类似棱镜结构12可具有一内藏的可变角度的任一常数角度的角度特征以控制光的数量和相对方向。此外，类似棱镜结构在特征密度(形状、尺寸和角度)上可以作为来自光进入侧的距离的函数而变化。当描述具有两个光输入侧，仅仅一个具有可选择的反射器在反向侧。应当注意，本发明的其他实施方式可进一步包括其他光控制元件在任一非观看侧14和观看侧13。功能性的方面可包括但不限于，反射散射的和镜面反射的，包括校准、散布、方向改变和偏振(吸收、发射、循环、省略和其他方法)来控制光形状，光提取，光学耦合，光调制和光滤波。这些和其他功能可集成在延长发光体，隶属于或非隶属于任何顺序或结合。光输入末端可进一步包括反反射功能。延长发光体也可具有其侧壁，并且末端磨光或抛光成一点以最小化任何不想要的光提取。光棒和类似棱镜结构也可改变它们的形状和维度和密度，以提供色彩混合和发光均匀。

实施方式2

图2是先前图的进一步变体。图2A是具有观看侧13和非观看侧14的延长发光体。存在观看侧表面提取特征22，其在提取特征之间的斜度中连续，并且在观看侧是表面图案(例如点或其他形状)，表面图案改变它们的尺寸和或密度(相对点面积对非点面积)。点图案可印刷或另外放置或形成在表面上。非观看侧可作为来自固态光源16的函数改变它的相对尺寸、密度和反射率。为了提供均匀光提取，非观看侧点的密度沿着朝向延长发光体中心的方向增加。当描述这个和其他实施方式为具有一个观看侧，应当注意在许多显示器应用中，当存在一个或多个不允许直接观看光棒的中间层、薄膜或物体时，光棒的侧未能直接观看。观看侧是光主要朝向观众或另外为主要照明的侧。图2B也是延长发光体，其在观看侧13上具有不同密度表面提取特征21和在观看侧的反向侧具有不同密度印刷点图案23。应当注意，印刷点图案可改变密度，尺寸、形状和反射系数。典型地，任一提取器或印刷点的靠近光输入末端15的密度将较低，而中心将具有高密度。调整点的图案和或提取器以提供均匀光混合和照明。密度将沿着延长发光体的长度增加，远于光自光源16的传播。

实施方式3A和3B

图3A是本发明的另一实施方式，整体延长发光体图案通过从导光板移除部分材料来形成。整体延长发光体也可模制。相互连接的图案提供附加硬度到延长发光体和让光在延长发光体段之间移动的附加旁路。实施方式的顶视图和透视图都在图3A中示出。存在固态光源16和空气间隙32，形成低折射率区域，该低折射率有助于来自光源的光在固体延长发光体部分34的TIR(完全内部反射)。在这些实施方式中，延长发光体在光源的反向末端也具有反射器，从每个末端提供光源。这样的排列提供在延长发光体中用于朝向观看侧的提取的光的返回。尽管未描述，这些和其他类似实施方式可具有观看侧提取特征和或非观看侧反射特征，例如类似棱镜特征，印刷点，反射表面。图3B是具有连接整体固体旁路34的光棒其他变形。

实施方式3C和3D

图3C是类似图3A的光棒的顶视图，除了光源16和可选择的反射器33使用在连续光棒38的交错和反向末端。中间空气间隙段32有助于提供进入光线的TIR。尽管未显示，存在观看和非观看侧，如其他图和实施方式中所描述的，其可包括光提取和光变向的特征。

图3D是具有固体连接材料34和开口空气间隙32的类似蛇形的延长发光体39，开口空气间隙32有助于来自光源16的光的全内部反射。相对于每个光源的是反射器。

实施方式3E和3F

图3E是具有内部空气间隙部分32和光源16在两端的延长发光体。在两端具有光源提供具有增加照明的背光源，可在低温度下操作。

图3F是具有开口末端空气间隙32和光源16在两端的另一光排列。

实施方式4

图4是具有锥形空气间隙41的光棒40的端视图。当它向设备观看侧移动时，锥形空气间隙提供用于散布光的方法。

实施方式5A

图5是本发明一个实施方式，延长发光体图案自诸如PMMA或聚碳酸酯的聚合体厚板形成。本实施方式主要的区别是整体桥53，其连接开口空间空气间隙32。该实施方式提供了连续的固体表面。当描述为在顶部或观看侧具有固体表面时，另一实施方式可在底部或底部和顶部都有。表面提取特征可位于观看侧和或在反向侧的反射图案。如图所示的表面提取特征22是连续通道提取器，其粘接在具有粘接层52的延长发光体上。应当注意，表面提取特征是不同于尺寸、形状和密度的独立特征，也可用于改进光混合和照明的均匀度。

实施方式5B

图5B提供了在底部有连接桥53的延长发光体和粘结到延长发光体的顶部或观看侧光提取特征51。

实施方式5C

图5C是具有在观看和非观看侧上的内部桥53的延长发光体。也示出了对于每个光通道的光源的多排列。当空气间隙在所有侧被材料围绕时，期望通过放置两个相互叠加的光棒以形成这样的设备。每个延长发光体可通过粘接、聚合体的融化熔合来光耦合。

实施方式6

图6是具有连接桥的光棒的的整体排列的透视图，以及固体延长发光体通道或部分34是从每个光输入末端朝向中心逐渐变细的。这有具有角度(锥形)非观看侧61的锥形延长发光体一部分的放大侧视图。空气间隙32提供在光棒的整体排列的宽度维度内来自光源16的光线的TIR方法。顶部侧或观看侧提供连续旁路以使光在光棒之间均匀化。相互连接连续旁路进一步提供附加的结构力给延长发光体整体排列。

实施方式7

图7是具有类似图6的的观看侧厚板71的延长发光体的透视图，除了其通过粘接光棒到导光板平面上来形成之外。如先前所述的光棒的底部部分可具有反射表面、类似棱镜结构、粗糙底部表面、反射点或其他形状。延长发光体可通过例如粘贴层72、融化熔合两种聚合体的多种方法或其他最小化光散射或吸收的方法光耦合至顶部厚板，。这样的排列可提供附加硬度以保持光线是平行平面给观看者。

实施方式8

图8是从每个光输入末端15逐渐变细的锥形光棒的侧视图，光输入末端15具有混合部分81，混合部分81通过点线和延长发光体的光输入末端描述。延长发光体从每个光输入末端逐渐变细，并具有自每个末端的复合锥形。复合锥形有两个具有斜坡A的角度端83，和具有斜坡B的角度端85，其从混合部分到延长发光体的中心变化。

实施方式9

图9是在非观看侧具有混合部分和具有类似棱镜结构的锥形延长发光体90的侧视图，有助于变向光线至具有任一不变的或作为自从光输入末端的距离的函数变化的密度的观看侧。应当注意，观看侧表面也可具有在表面上或粘接到表面的提取或其它光变向特征。

实施方式10

图10A是光棒的另一实施方式的侧视图，以及图10B是延长发光体的顶视图，观看光棒底部侧和一系列反射点。如所见的，发射点101的密度从光输入末端和混合部分81到延长发光体中心而改变。应当注意，反射点可印刷或另外地形成/放置在非观看侧表面。反射点可以是任一镜面的或散射的，并且它们可类似金属或白的。尺寸和形状也可作为从光输入末端的距离的函数改变，混合部分也是，这是为了从棒的一个末端到另一个达到均匀的光提取和照明。一类似的期望的实施方式将提供仅仅一个输入光源、混合部分和一个锥形和反射器在末端。

实施方式11

图11是具有弯曲半径锥形111的延长发光体，弯曲半径锥形111从每个光混合部分的末端延伸至中心。具有常数半径是期望提供均匀光提取。具有沿着延长发光体的长度的光滑转换是期望得到均匀提取和阻止在非预定区域内不想要的光散射。

实施方式12A，B，C和D

图12A是在至少一个末端具有平坦光输入末端15的延长发光体排列，至少光源16、在延长发光体22的观看侧的光提取特征，和光学耦合具有具有粘接层52的特征的方法，以及在延长发光体的非观看侧的可选择反射手段121。反射手段121在反射特性方面可以是连续的或可变的以帮助沿着延长发光体的长度均匀光照明。靠近光输入末端也有小区域，那里没有提取或者反射特征(至少非常小)。这样的区域在提供色彩混合上是有用的。

图12B是类似延长发光体排列，但是其具有至少一个锥形光输入末端。当锥形在一个方向上示出时，其他实施方式可在另一个方向上具有锥形角度。此外，角度可包括多于一个的方向。图12C是本发明有用延长发光体的进一步延伸，，镜面反射表面123提供在与光源的相反的末端。图12D提供分散反射器124在光源的反向末端。

实施方式13A和B

图13A是具有凹进光进入表面131的延长发光体，凹进光进入表面131提供光输入入口到延长发光体内以收集和控制角度。可选择的反射表面132帮助变向来自光源16的光进入延长发光体。图13B是具有凹进光进入表面133和反射表面132的光棒，反射表面132在光源16上延伸为了尽可能的捕捉和变向光到延长发光体内。

实施方式14

图14A是具有下降(顶部到底部)的锥形光输入表面141的延长发光体，光输入表面141接受来自光源16的光。由于16可以是LED光源，其输出是充分的半球，因此期望提供有助于变向光线以临界TIR角度进入延长发光体反射表面。反射表面可以是镜面的或散射的。在另一实施方式中，表面142可包括帮助光变向的结构。当以上图显示作为具有两端相同的设计时，可以期望具有不同光输入末端。

图14B是具有锥形光输入表面143和光源16的另一延长发光体。在某些光源中，发射的光线是半球的，并且不是所有产生的光将在临界TIR角度进入光棒，并且因此损失在周围环境中。为了改进本发明这个和其他实施方式的效率，期望提供变向不进入延长发光体的光线的方法，因此它可以允许TIR的角度进入。这样的方法可包括弯曲表面144，其提供镜面光反射，提供散射反射或例如棱镜的特征表面的表面。

实施方式15

图15具有凹进光输入区域，其有可选择反反射光输入表面151，反反射光输入表面151增强进入光棒的光的数量。反反射表面可以在凹进区域152的一个或所有侧。初始部分153是光混合部分，并且典型地从光输入表面到锥形起点延伸。应当注意，一些附加混合可遍及光棒长度而发生，并且在混合部分中非专有。此外，反射表面154可提供在靠近或围绕延长发光体的光输入表面以帮助变向光以TIR角度到棒内，其提供好的混合和均匀的照明。锥形部分有助于朝向观看侧提供更均匀的光提取。这样的光棒排列也可具有光变向特征，例如但不限于类似棱镜结构、粗糙表面、反射表面。这样的变向特征可作为自光输入末端的它们距离的函数改变密度。此外，锥形或锥形们形成复合锥形光棒。应当注意，在这个图中中以及本发明的其他图不限于所示的在观看侧部分的一般比率或相对维度。事实上，长度维度几倍长于宽度维度。为了提供空间用于看到想要的细节，宽度维度是放大的。

实施方式16

图16是具有凹进光输入区域的延长发光体，凹进光输入区域在其顶和底部具有锥形光输入侧。锥形进入表面可以是反射表面或类似棱镜特征以在延长发光体内变向光至临界TIR角度。应当注意，这样的光输入凹进区域也可在一个或更多光输入表面具有反反射表面，以帮助最大化进入延长发光体的光。

实施方式17A和B

图17A是梯形楔延长发光体配置，其观看角度侧比非观看角度侧宽。当显示角度底部，应当注意光滑半径可用于允许侧面展开直到它达到延长发光体出口侧(观看侧)。因为在宽的底部提供光均匀度，这是有用的。

图17B是光棒173的另一设计，光棒173朝向非观看侧和向内逐渐变细侧提供宽的光入口以帮助强化或集中光线。这样的配置提供改进光混合。图17A和B都具有临界光输入进入表面的光混合部分。此外，这些配置可朝向中心逐渐变细，可具有印刷点或其他配置以朝向观看侧变向光线。

实施方式18A，B，C和D

图18A是具有初始混合部分182和锥形延长发光体183的圆形延长发光体181的透视图，锥形延长发光体183在光输入末端15的反向末端具有反射器184。

图18B是具有平面观看侧表面185的圆形发光体的透视图，平面观看侧表面可额外地粗糙或包括光提取特征。圆形延长发光体提供最小化在角落捕捉的光的方法。平面观看部分用于粘接光提取特征和提供宽的交叉部分以引导光朝向观看者。如先前讨论的，光提取特征可在形状和或密度上改变。在圆形延长发光体的平坦表面也可逐渐变细以帮助提供均匀的光提取。

图18C是延长发光体的透视图，但是具有至少两个平坦表面(185是观看侧以及186是非观看侧)。在观看侧的底部可从每个光输入末端朝向中心逐渐变细，或者如果延长发光体仅从一个末端发光，其可从光输入末端朝向反向末端反射器逐渐变细。非观看平坦表面可更加粗糙以帮助混合和分散光或其可印刷反射点和或其他形状。

图18D是本发明的其他延长发光体实施方式的透视图，具有多面187。虽然这个图显示8面，其他具有更多或更少面的配置是有用的。

图18E和18F是延长发光体的其他实施方式的端视图，延长发光体具有好的光混合和好的长光均匀度。在图18E中，圆形延长发光体181具有非观看侧平坦表面，其具有一系列凹进到延长发光体内的光散射特征188。显示的特征是圆锥形状的，因为它们在延长发光体表面相对于延长发光体内部的部分更宽。分散特征也可相对于内部的点为具有平坦表面的梯形。分散特征的数量、密度、形状、尺寸、深度可从光输入末端到自两个末端发光的延长发光体的中心变化，或者从光输入侧到仅从一个末端发光的延长发光体的末端变化。在另一实施方式中，锯齿状可代替反射点或其他图案或平坦连续反射器，或者延长发光体也是逐渐变细的。

在图18F中延长发光体不具有平坦底部表面，但是光散射特征189直接制造在延长发光体的弧中。如上所述，锯齿状可作为自光输入末端的距离的函数来改变其尺寸、密度、形状和或深度。

应当注意，在平面或弧的一部分上的锯齿结合也是有用的。

实施方式19A，B，C和D

图19A是具有分配盖的的圆形延长发光体的透视图。分配盖有助于在宽的区域上散布光线。

图19B是具有有助于集中光线的类似透镜表面结构192的延长发光体的末端横截面图。

图19C是在观看侧具有凸起表面193的延长发光体。这类延长发光体的优点是帮助变向光线。

图19D是具有观看侧闪烁194的延长发光体的末端横截面，观看侧闪烁194有助于在宽的横截面上分配光线。

实施方式20

图20是具有延长发光体排列的背光源200的末端横截面图，延长发光体具有在多于一个表面201和提供光变向的延长发光体202之间的区域上提取光的手段。延长发光体之间的区域可以是镜面反射、散射反射、棱镜的或另外特征的。为了提供均匀的色温和照明，可改变延长发光体之间的区域的变向特性。在这些实施方式中，形状、尺寸和或密度的特征可改变。

实施方式21

图21是在背光源排列210中变向和散布光线的其他方法的横截面图。延长发光体具有多于光提取侧201，光提取侧201提供有结合背光源之间的弯曲反射器区域211的控制侧泄露。应当注意，这个和其他附图未绘制成比例，也不解释为接近相对比例。光棒之间的弯曲区域是成形为以一种提供均匀光照明的方式来提供观看侧的光变向。在光棒中的光提取手段可沿它们的长度而改变以提供均匀的发光。典型地，提取特征的密度少于靠近光源的密度，并且高于自光源距离更远的的密度。本实施方式可进一步在每个末端或一个具有反射器在延长发光体反向端的末端具有光源。延长发光体之间区域的弯曲表面可以是镜面或散射反射。该区域也具有粗糙度或具有变向特征的图案。

实施方式22

图22是具有延长发光体的背光源排列220，延长发光体有具有提取手段201的多侧。在延长发光体之间的区域是成形反射器221和或半径反射器222，其提供变向光线朝向观看侧的手段。虽然在一组延长发光体之间仅仅示出一个反射器，这里可以有多于一个，并且它们可改变形状和尺寸。这些反射器特征相对于延长发光体放大显示了，其在尺寸上小得多或微型得多。基座223也可是反射的。

实施方式23

图23是具有延长发光体的背光源排列230，延长发光体有具有提取手段201的多侧。在延长发光体之间的区域是成形反射器231和或232，其提供变向光线朝向观看侧的手段。虽然在一组延长发光体之间显示仅仅示出一个反射器，这里可以有多于一个，并且它们可改变形状和尺寸。这些反射器特征相对于延长发光体放大显示了，其在尺寸上小得多或微型得多。基座223也可是反射的。

实施方式24

图24是在多于一侧的有具有光提取手段201的梯形光棒241的另一背光源排列。所示的光提取特征可以在延长发光体的全部或部分侧表面上。基座223可是反射的以提供光变向和光分配。

实施方式25A和B

图25A和25B是具有观看侧13和非观看侧14，光源16以及用于光提取的表面提取手段22的延长发光体的侧横截面图。此外，这有一些系列其他功能的薄膜或层(可以是独立的或集成的)，可用于结合延长发光体和观看侧提取特征。应当注意，尽管未显示，延长发光体可以是如先前附图所示的其他尺寸、形状和设计，非观看侧也可具有附加功能以提供光变向，以帮助提供均匀的光混合和照明。虽然它们显示出一个空间空间和在光提取手段以上，应当注意，它们在顶部(接触)或与光提取手段光线耦合。功能可以是本身或结合一个或更多功能。附加功能可包括，但不限于，偏振光纤251、透镜薄膜252、圆柱薄膜253、菲涅耳透镜薄膜254、大散射器255(可以是空的和或填充聚合体薄膜)，珠子散射器256、光增强薄膜257、反射偏振薄膜258。这些和其他功能可作为单个薄膜或层，而一个或更多功能可结合在单个薄膜中。尽管未显示，背光源也可包括光调制、光传播、光校准、光吸收。

实施方式26

图26是具有有光源的延长发光体261的背光源排列260的端视图。光棒通过透明粘接层262粘接在透明板263的底部。此外，这有第二粘接层264和光提取特征22在排列的观看侧。延长发光体也在非观看侧具有棱镜特征265以帮助提取光。也显示了选择支架266，其提供支撑给延长发光体和透明板。该支架帮助阻止下垂并且以保持不同部分平坦和从LCD显示器其他部分的均匀距离，例如LCD排列、偏振器和观看侧显示器(未显示)。延长发光体被封装在具有反射表面的容器或盒267中。如先前讨论所述，光棒可改变形状、尺寸和侧轮廓，包括但不限于锥形，光混合部分。光源也可包括最大化耦合进入延长发光体的光的手段，延长发光体包括，但不限于，提供捕捉和变向以适当的TIR角度进入棒的光线的方法。通过粘接延长发光体到透明板，改进了提供光学耦合和帮助分配光线的方法，该光线越过光棒的宽度和延长发光体之间的区域。

实施方式27

图27是具有弯曲延长发光体271的背光源排列的端部横截面。延长发光体的顶部部分在圆的大弧之上光学耦合，以便提供给光一个光分配旁路191以传播到延长发光体之间的朝向提取薄膜的区域。在延长发光体的观看侧上的光分配旁路或盖是光学耦合到一个透明板263的。因为弯曲轮廓未捕捉在难于提取光线的区域的光，弯曲型的延长发光体是有用的。也通过在弯曲延长发光体的观看侧提供旁路，延长发光体通过允许光线在延长发光体之间分配的轮廓而光学耦合，更均匀的光线可提取和发送给观看者。光源16是耦合到延长发光体271的一个或两端。如果仅在一端，这有可选择的镜子反射器在相对于光源的侧。在延长发光体观看侧的光分配旁路或盖可模制为透明板263的整体部分，并且延长发光体粘接到盖。这样的配置在消除对线性菲涅耳的需求上是有用的。

实施方式28

图28是具有光源16和混合标签283和反射表面282的导光板281的顶视图。混合标签283提供混合来自LED光源的单独色彩的手段，以在进入导光板之前提供均匀的白光。混合标签具有光输入表面，其被设计为从光源捕捉尽可能多的光线。它们可具有反反射外壳，并且它们的轮廓可为能捕捉更多自LED的输出的半球光线的轮廓。这也有可选择侧反射器，其覆盖LED的部分以帮助捕捉和变向光线进入导光板。混合标签的反向是反射表面以提供最大化导光板光输出的方法。反射器可以是白色散射材料或它可以是镜面反射。反射器可具有光滑的类似镜子的表面或它可以是粗糙的以增加散射。导光板可有多种配置。光波导可在非观看侧具有特征以帮助变向光线朝向观看侧。特征表面可以是粗糙表面、棱镜、印刷点或其他这样的手段。这样的特征可有不同的尺寸、形状和密度，为了在导光板的长度和宽度上提供均匀的发光。光波导的轮廓可以是均匀的或逐渐变细的。应当注意，虽然上述图显示光从光波导的两端输入，其他实施方式也可具有从仅一端或从多于两端输入的光线。

实施方式29

图29A、29B、29C是具有一系列形成在非观看侧的孔或锯齿291，292和293的延长发光体290的侧面横截面图。延长发光体可从光源16的一端或两端发光。如果仅从一端发光，在光源的反向侧末端有反射器。孔或锯齿可以是任一形状或尺寸，或者可作为自光源的距离的函数改变形状和或尺寸。在一些实施方式中，孔在宽度和长度维度上具有相同的相对尺寸。特征通常在它们的深度上是在1-300微米尺寸范围，尽管更大或稍微小是期望的。特征在散射光线和改变其方向为朝向延长发光体的观看侧是有用的。延长发光体可以是平面、锥形、圆或其他形状或复合形状。孔或锯齿可通过钻形成或在模制或浇铸中被复制在表面。对于窄的孔，可能使用激光。其他技术可包括使用具有掩膜-抗蚀剂和化学蚀刻的掩膜图案。锯齿和孔可在热和或压力的帮助下机械地浮雕。当孔制造的比较深，达到好的超过50-100微米的复制可能有问题。提供具有有粗糙表面的侧壁孔或锯齿可进一步增强光变向。这有光混合部分以提供改进的光混合均匀度。空间、密度、尺寸和形状可改变以沿着延长发光体的长度提供均匀的光。当在这些图中仅显示一侧视图，侧面维度也可改变多个特征。延长发光体也可提供方法来更有效耦合光源到延长发光体内。这可包括，但不限于，锯齿状或凹进末端、反射器、将光源插入例如黏合剂的柔性介质，、提供棱镜成形、光线离开光源时校准或另外引导该光线。这样的方法有助于调整进入延长发光体的TIR角度以优化光进入的量对比于从光源出来的光量。此外，孔和锯齿和优化光棒的其他方法都可应用和使用在导光板和光棒或延长发光体。

实施方式30

图30A是在至少一个末端具有至少一个棱镜形状光输入末端15的延长发光体排列，延长发光体排列还有至少光源16，在延长发光体22的观看侧的光提取特征和可选择地耦合特征和粘接层52的方法和在延长发光体非观看侧的可选择反射手段121。反射手段121在其反射特性上可以是连续的或可变的，以帮助沿着延长发光体的长度的均匀光照明。这也有靠近光输入末端的小区域，这里没有提取或反射特征(至少非常小)。这样的区域在提供彩色混合上是有用的。

图30B是类似延长发光排列，但在棱镜形状光输入末端的棱镜覆盖了整个光输入末端。图1C是本发明有用延长发光体的进一步延伸，在光输入末端有多棱镜。图1D是类似延长发光体排列，但在棱镜形状光输入末端的棱镜覆盖了整个光输入末端。

实施方式31

图31A是具有一系列光学光纤32的延长发光体31的侧面横截面图。每个光学光纤在自光源不同的距离具有光提取特征33。

图31B是具有一系列光学光纤32的延长发光体31的侧面横截面图。每个光学光纤具有不同的长度。

示例

一个实施方式使用丙烯酸的光管作为延长发光体，横截面名义上是1/4平方英寸。光管是高透明的并且在所有侧和小于25nm的末端具有光学磨光。为了形成延长发光体，大的丙烯酸正方条(0.25”×0.25”×6英尺)被锯成14英寸段，并且该末端在条板上抛光。一片光提取薄膜粘贴在具有UV环氧树脂的延长发光体的一表面，分配使用注射器以沿着延长发光体的长度形成均匀的窄环氧树脂珠。然后粘合剂在UV灯下弯曲。

使用一LED阵列作为光源。多冲模RGB的LED安装在紧密接近光通道内。多冲模LED由1个红色、1个蓝色和2个绿色冲模在单个封装(OSRAM OSTAR工程装置，型号LE ATB A2A，来自OSRAM，inc.)中构成。这些装置可单独开启，每个冲模的亮度通过单独的电流源控制。

延长发光体的另一实施方式显示在图10的纵向横截面，未成比例。一系列印刷白点应用在锥形延长发光体的非观看侧，延长发光体使用微尖端分送器。

与此相关的另一实施方式也通过屏幕印刷一系列类似点特征在锥形发光体的非观看侧来制造。

光输出沿着具有和不具有附加光提取薄膜和棱镜转向薄膜的棒的长度计算。一般的，据发现印刷类似点特征提供好的光均匀度。当和印刷点和转向薄膜结合使用时几乎没有附加好处的光提取薄膜被发现具有窄的视角。

具有焦点长度大约2.5英寸的校准线性菲涅尔薄膜放置在光通道的顶部，光通道具有大约等于薄膜焦点长度的空气间隙。一系列图片演示了具有好的空间均匀性的高亮度。LED单独发光以产生R、G、B的照明，然后一起混合以形成好的混合白LED光。

通过参考在此结合的是美国专利号No.6,425,675；和美国申请号No.2004/0223691和US2004/0179776。

示例

根据本发明配置为光通道的光管的色彩均匀性与用于类似固态光源的导光板(LGP)的色彩均匀性相比较。光管从PMMA中形成，并且具有6平方毫米的横截面，和245毫米的长度。光提取薄膜粘接在光管的顶部侧。光提取薄膜具有部分嵌入一个光学清楚粘接层的棱镜特征，光学清楚粘接层形成空气区域旁的聚合体区域。该粘接(大约10微米厚)涂在聚合体薄膜片上。然后使用光学清楚粘接将聚合体薄膜粘接到光管的顶侧。

LED的排列位于延长发光体的每一端。当输出光线从延长发光体出来时，测量它。大约在LED之间的中间的点和靠近延长发光体(从边缘大约3mm)的横向中心的点被测量。靠近边缘的第二点被选择并且与中心点比较色彩均匀性。

相比较，相同材料、厚度和长度的导光板被选择。LGP的宽度是光管宽度的几倍。相同类型的光提取薄膜用类似于描述的用于光管的方式应用到LGP上。LGP使用相同的LED光源在每一末端。大约在LED之间的中间的点被选择，也被测量。视觉上的延长发光体在相当的导光板长度上具有更好的亮度和更好的均匀性。

具有延长发光体的不同固体波导的附加示例，图4，5A和6也通过加工PMMA厚板(1/4”厚)原料形成为期望形状。这些示例比较一系列延长发光体的相对硬度。在所有的情况下，发光体之间的整体桥提供波导，其具有小于独立棒的下垂。

通过特别参考某些优选实施方式，详细描述了本发明，但是应当理解在发明的精神和范围内的变体和修改可实现。在说明书参考的专利和其他公开在此参考它们的全部并结合之。

部件列表

11是在非观看侧具有底部类似棱镜结构的光棒

12是类似棱镜结构

13是观看侧

14是非观看侧(相对于观看侧的侧)

15是光棒的光输入末端

16是固态光源

21是可变密度表面提取特征

22是观看侧连续表面提取特征

23是在观看侧的反向侧的可变密度印刷点图案

32是空气间隙

33是在光输入末端的反向末端的可选择反射器

34是具有连接整体桥的固体旁路

38是连续光棒

39是类似蛇形光棒

40是光棒的观看末端

41是锥形空气间隙

51是光提取特征

52是粘合层

53是连接开口空间空气间隙的整体桥

61是锥形光棒的放大图(非观看侧)

71是观看侧厚板

72是光学耦合手段

81是混合部分

83是具有斜坡A的角度段

85是具有斜坡b的角度段

90是在非观看侧具有混合部分和具有类似棱镜结构锥形光棒

101是反射点图案

111是弯曲半径锥形

121是反射手段

123是镜面反射表面

124是散射反射器

131是凹进光进入表面

132是在光源上延伸的可选择反射

133是凹进光进入表面

141是下降(顶部到底部)锥形光输入表面

142是结构光变向附加装置

151是可选择反反射光输入表面

152是凹进区域

153是光混合部分

154是反射表面

161是锥形凹进光输入部分

171是梯形光棒配置，观看角度侧宽于非观看角度侧

173是光棒的其他设计

181是圆形光棒

182是混合部分

183是锥形延长部分

184是反射器

185是具有平坦观看侧表面圆形光棒

186是具有平坦非观看表面圆形光棒

187是多面光棒

188是非观看侧平坦表面，具有一系列光散射特征

189是非观看侧表面，具有一系列光散射特征在光棒的弧上

191是分配盖

192是类似棱镜表面结构

193是在观看侧具有凹进表面的光棒

194是具有观看闪烁的光棒

200是背光源

201是在光棒的多于一个表面提取光的手段

202是在提供光变向的光棒之间的区域

210是在背光源阵列中变向和散布光的其他手段

211是弯曲反射区域

221是成形反射器

222是半径反射器

223是反射底座

230是背光源阵列

231是圆形形状反射器

232是半球形状反射器

241是梯形形状光棒

251是包括偏振纤维的光学主体

252是透镜薄膜

253是菲涅尔透镜薄膜

254是大散射器

256是珠子散射器

257是光增强薄膜

258是反射偏振薄膜

260是背光源阵列

261是光棒

262是透明粘接层

263是透明板

264是第二透明粘接层

265是棱镜特征

266是支架

267是具有反射表面的容器或盒

271是在它们末端横截面具有弯曲光棒的背光源阵列

281是导光板的顶视图

282是反射表面

283是混合标签

290是光棒

291是一系列圆柱的孔或锯齿

292是一系列三角的孔或锯齿

293是其他类型的孔或锯齿

295是具有光学薄膜的光棒

301是棱镜形状光输入末端

302是多棱镜光输入末端

311是光棒

312是光学纤维

313是光提取特征

314是光棒

315是不同长度的光学纤维。