CN101573644B - 使用高功率角led的背光 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了各种角耦合背光的实施例，在这些实施例中将一个或者多个LED光学地耦合到固体矩形光导背光的截顶的角中。在一个实施例中，将高功率、白光LED安装在小的反射腔中，其然后被耦合到光导的平顶的角中。反射腔以多种角度提供更加均匀的光分布到截顶的角的正面，以更好地分布光遍及整个光导体积。这产生了进入液晶层的更加均匀的光导发射。在另一个实施例中，将LED安装在靠近光导的角的小腔中，并且将反射器安装在光导的角上。还公开了各种用于从LED去除热而不增加额外的面积要求的技术。

Description

使用高功率角LED的背光
技术领域
本发明涉及用于液晶显示器的背光(backlight)，并且，更具体而言，涉及使用发光二极管(LED)的背光。
背景技术
存在多种类型的用于液晶显示器(LCD)的背光。通常，对于全色背光，用来照明背光的光具有红、绿和蓝色分量。荧光灯是最常用的光源。随着高功率LED的发展，在一些应用中这样的LED已经正在替代荧光灯。可以使用红、绿、和蓝色LED的组合，或者可以使用“白光”LED。白光LED使用涂覆有波长转换磷光体(phosphor)的蓝色或者UV LED，使得产生的光呈现白色。
通常用于小的或者中等大小LCD的背光使用固体的、透明的、由聚合物形成的光导。将光源(或者是荧光灯泡或者是LED)光学地耦合到矩形光导的一个侧边缘。光导可以是楔形，或者具有刻面(facet)或者均匀地泄露出自光导的正面(face)的光到液晶层上的其他类型的反射器。由电信号来控制液晶层的红色、绿色和蓝色像素位置，来有效地用作用于RGB像素的光阀(light shutter)，以便在LCD屏幕上生成彩色图像。
在仅仅使用一个或者少量LED的背光中，已知形成光导具有平顶的角(flattened conner)边缘，诸如45度角度的角，并且安装LED封装(package)与截顶的(truncated)角的正面接触。这在号为7001058的美国专利中进行了描述。用于安装在角处的合适的LED封装可以是在号为6953952的美国专利中描述的LED封装，该专利示出了具有面积小于3mm2的窗口的LED封装。通过引用将这两个专利结合在本文中。通过将LED耦合到平顶的角，而不是耦合到光导的相对长的侧，光更充分地散布于整个光导体积，以提供液晶层的更加均匀的照明。然而，用这样的角耦合(corner-coupled)LED，仍然存在显著的光耦合低效率和不均匀，并且由于小的耦合面积导致这样的背光仅仅适合于小的背光。不均匀部分地是被施加到光导表面的点光源、而不是施加到光导表面的大面积均匀(wide homogenous)光源(诸如荧光灯泡)的结果。此外，诸如由于在整个LED上的颜色变化而导致由LED发射的光中存在变化，在整个LED上的颜色变化是由于磷光体的不均匀的沉积、或者LED管芯(die)自身的发射轮廓的改变，或者在LED封装中的变化属性而导致的。另外，如果使用高功率LED，从LED中去除热而不引起额外的面积要求是困难的。
发明内容
角耦合背光的各种实施例被描述，其中将一个或者多个LED被光学耦合在矩形光导背光的角处或者邻近矩形光导背光的角。
在一个实施例中，将高功率白光LED安装在小的反射腔中，然后将该反射腔的开口端光学地耦合到光导的截顶的(例如平顶的)角的正面上。反射腔以多种角度提供更均匀的光分布到截顶的角的正面，以更好地分布光遍及整个光导体积。
因为LED被容纳在反射腔中并且因此与光导表面分离，所以在光导耦合表面和LED之间存在减小的角度。因此，从LED直接照射到(impinging on)光导表面上而没有被反射腔反射的光的最大角度相对小(例如，相对于LED表面的法线30-60度)。以更宽的角度由LED发射的光在被入射到光导的表面之前首先被反射腔所反射。因此在照射到光导表面之前反射腔起展开LED光的作用，以便光填充光导的整个体积。此外，通过反射腔和将LED从光导表面分离来平滑(smooth out)由LED自身发射的光的变化。这产生了进入液晶层的更加均匀的光导发射。
描述了各种类型的反射腔，以及光导的截顶的角部分的各种形状。
可以将一个或者多个LED安装在相同的腔中。在一个实施例中，为了产生白光，将波长转换的磷光体定位于蓝色或者UV LED上。在另一个实施例中，将红色、绿色和蓝色LED定位于相同的反射腔中。描述了LED类型的其他组合。
对于另外的亮度或均匀度，LED可以耦合到光导的四个角中的任何数目个角。
在其它实施例中，将侧面发光的LED安装在光导的角附近的小腔(例如，洞)中，并且将反射器安装在所述光导的角上。
还描述了其他实施例。
附图说明
图1是具有背光的LCD的俯视图，其中背光包括基本上矩形的光导，该光导具有一个或者多个被容纳在反射腔中的LED，该反射腔光学地耦合到光导的角。
图2是图1的LCD的侧视图，其示出楔形的矩形光导。
图3是由容纳在反射腔内的透镜所封装的LED的侧截面图(sidecross-sectional view)，该反射腔光学地耦合到光导(诸如图2的光导)的角。
图4是容纳在反射腔中的没有透镜的LED的截面图，该反射腔光学地耦合到光导的角。
图5是背光的平顶的角部分的俯视截面图，该背光示出LED、反射腔、和由LED发射的光线。
图6是背光的凹面角部分的俯视截面图，该背光示出LED和反射腔。
图7是背光的有扇贝形(scalloped)角部分的俯视截面图，该背光示出LED和反射腔。
图8是背光的凹面角部分的俯视截面图，该背光示出LED、锥形侧壁反射腔、和由LED发射的光线。
图9是背光的凹面角部分的俯视截面图，该背光示出LED、锥形侧壁漫反射(diffusing-reflective)腔、和由LED发射的光线。
图10是背光的平顶的角部分的俯视截面图，该背光示出LED、反射腔和由LED发射的具有多个角度的光线。
图11示出图10的结构对于具有各种折射率的材料的入射光角度和最后产生的折射光线角度的曲线图。
图12是背光的平顶的角部分的俯视截面图，该背光示出单个白光LED、反射腔、和在腔出口处的散射体。
图13是背光的平顶的角部分的俯视截面图，该背光描绘了至少两个白光LED、反射腔、和在腔出口处的散射体。
图14是示出来自白光LED的YAG磷光体颜色分量如何能够和LED的蓝光组合来实现能够基本匹配对于背光的可接受的标准色点的颜色的CIE色图。
图15是背光的平顶的角部分的俯视截面图，该背光描绘了在反射腔中的白光LED或者磷光体转换的绿色LED以及红色LED。反馈传感器用于色点控制。
图16是背光的平顶的角部分的俯视截面图，该背光描绘了在反射腔中的红色、绿色、和蓝色LED。
图17、18和19是背光的平顶的角部分的侧截面图，该背光示出在反射腔中的LED，其中将该LED安装到平行于光导的顶部或者底部表面的表面上以实现更薄的背光。
图20、21和22是背光的平顶的角部分的俯视截面图，其中将磷光体板定位于反射腔的出口附近，而LED是蓝色或者UV LED。
图23是背光的侧截面图，该背光使用安装在腔内的侧面发光的LED，所述腔形成在光导的角附近。
图24、25和26是光导的俯视图，该光导具有安装在光导的角附近的腔内的侧面发光的LED和安装在所述光导的角周围的反射器。
图27是具有安装在光导的角附近的腔中的侧面发光的LED的光导的俯视图，其中该角具有成形(shaped)的边缘以更好地反射光回到光导内并且以获得在光导内的期望强度分布以便获得好的均匀性。
图28、29和30是背光的侧截面图，该背光示出安装在不同的结构内的反射腔内的LED，并且示出各种将反射腔和在光导的背表面上的反射器集成的方式，以及用于从LED减少(sinking)热的技术。
图31、32和33是背光的侧截面图，该背光示出安装在光导中靠近一角的腔中的不同类型的LED，并且将散热器和在光导的背表面上的反射器集成在一起。
图34、35和36类似于图32，但是示出在LED上的各种形状的顶部反射器以提供在光导中的更加均匀的光。
具体实施方式
在各个图中标有相同附图标记的元件可以是相同或者等同的。
图1是彩色LCD 10的俯视图，在图2中更详细地示出。一个或者多个LED被容纳在反射腔12中。将该腔12固定于矩形光导16的平顶的(或者截顶的)角14。
图2是图1的LCD 10的侧视图，为了便于说明其各个层被分离。从反射腔12发射的光进入光导16的角。光导16通常是透明聚合体(例如，PMMA)，或者可以是另外的透明材料，诸如玻璃。反射薄膜18，诸如薄的铝膜或者薄片，结合光导的全内部反射，反射所有的光向上并且从光导16的顶部表面出来。出射的光通过散射器20散射。可以使用增强薄膜22来使在窄的观察角度内的光变亮。然后产生的光入射到液晶层24的背表面，这是非常众所周知的而不需要详细描述。一种类型的液晶层基本上包括底部偏振器、透明底层、液晶层、透明薄膜晶体管(TFT)阵列、对应于RGB像素的RGB滤波器、和第二偏振器。施加到在选择的像素位置的TFT阵列的信号改变光的偏振，并且使在那个像素位置的光作为红色、绿色、或者蓝色像素从该LCD输出。通过正确地选择TFT信号，由LCD产生彩色图像。和背光一起使用的其他类型的液晶层是已知的，并且本发明可以和使用背光的任何显示器一起使用。
图3是LED和反射腔12的一个实施例的截面图。LED管芯26发射蓝光，并且通常由基于AlInGaN的材料形成。也可以使用UV LED。期在LED 26上形成磷光体层。替代形成在LED上的磷光体层，可以使用磷光体板。磷光体通常是YAG磷光体，当由蓝光激发时其发射黄绿光。其中一些蓝光通过磷光体层28泄漏，蓝光和YAG发射的组合产生白光。在另一个实施例中，可以使用绿色磷光体(SSON)和红色(eCas)或者红桔黄色(BSSN)磷光体来实现更高的色域(color gamut)。
将LED管芯26安装在基座(submount)30上。将在LED管芯26上的金属垫结合到基座30上对应的垫上。LED管芯26可以是倒晶封装的(flip-chip)，或者可以是通过金属丝结合。基座30具有电连接到电源的端子。可以通过直接结合或者引线结合将基座30结合到印刷电路板(PCB)，其中PCB具有用于连接到电源的电连接器。基座30除了用作在电源和LED管芯之间的电接口之外，还用作散热器以从LED管芯26去除热。基座30的顶部表面可以是反射的以便将LED光反射向光导16。
LED管芯的通常尺寸为0.3mm到1mm。LED管芯26优选是高功率LED，以便只需要1个LED用于背光。在一个实施例中，LED在10-200流明(lumen)之间发射，并且能够处理在100mA和1.5Amp之间范围的驱动电流。期望在大多数实施例中使用的通常LED将具有至少0.5W的最大额定功率。在将来，单个LED可以替换通常用于在便携式计算机和其他中等大小LCD中的背光的单个荧光灯泡。目前，根据背光的大小，需要2-4个LED来替代单个荧光灯泡。
由透镜32封装(encapsulate)LED管芯26。透镜32可以具有2-6mm的直径。对于非常薄的光导，即使2mm的透镜也是太大了，因此可能被删除。图4示出非常薄的(例如，2mm)光导16的实施例，其中没有使用透镜。通过不使用透镜，离开LED管芯26的光的效率更低，而进入光导16的耦合效率更高。在所有的实施例中，可以使用有透镜的LED或者没有透镜的LED。
反射腔12的内壁可以是高反射增强的铝或者涂有银的镜面或者其他反射材料，以便几乎所有进入腔12的光离开进入光导16。从Alanod公司可以获得合适的铝镜，并且达到92-97％的反射率。可以用粘合剂将腔12夹紧到或者固定到光导16上。可以将基座30按扣安装(snap)进在腔12上的地方，或者用粘合剂或通过其他方式固定。
为了由光导输出的光的优化均匀性，反射腔12的开口应该大约匹配角的平顶部分(或者角的其他形状)的正面，所以在光导中角的边缘处没有光无效(light void)。还通过提供腔12的大开口，光变成入射到光导的表面，其被腔12反射较少。为了这种公开的目的，腔的开口与截顶的角的正面的大约匹配是匹配在75-100％之内，意味着所述角的正面的至少75％被腔12所覆盖。反射腔的光输出开口将通常是至少4mm2，对应于相对小的角耦合区域。
图5示出来自LED管芯26的两条光线，其中该光线中的一条在腔12的壁被反射离开，而另一条光线正好明确(clear)腔的远边缘。没有被腔12所反射的光线具有相对于正交于LED管芯的表面的线的最大角度α。任何反射离开光导的光被腔12所反复使用。
通过定位LED管芯26进一步远离光导16，角度α变得更小。这个角度a符合等式tanα＝w/2d，其中w是平顶的角的总宽度，而d是从LED管芯26到平顶的角的中间的距离。在均匀性、腔的大小、和内耦合效率之间的好的折衷是使角度α在大约30-60度之间。这导致距离d在大约w/3.5到w/2之间的范围内；然而，距离d为w/5(对应于α＝68度)或者更大可以是合适的。角正面(corner face)越大，反射腔12将越大。通常LED管芯将在离光导的内耦合表面1-15mm的距离之内。1mm的距离将对应于60度光束照明的3.5mm的角边缘宽度，而15mm将对应于30度光束照明的17.5mm的角边缘宽度。
因此，与现有技术相比，从LED直接撞击到光导表面而没有首先被反射的光的最大角度α较小，在现有技术中LED基本靠近角正面。由LED以宽于α的角度发射的光在被入射到光导16的表面上之前首先被反射腔12所反射。因此反射腔12用作扩散LED光遍及腔12的整个开口，和荧光灯的效果类似。与被耦合进光导的光的点源相反，这在光导体积内产生更加均匀的光的分布。
光导16的任何数目的角(1-4)都可以是平顶的，并且具有如在图5中所示的被容纳在反射腔中并且被安装在其上的LED。这增加了亮度和均匀性。平坦的角正面通常和矩形光导的两个相邻边成45度角。
图6示出截顶的角是凹面的实施例。这提高了内耦合效率，因为入射光是以相对于正交于光导的表面的线的更小的角度。相应地，角表面将相对于光导的最近的相邻边小于45度。
图7示出截顶的角是扇贝形的以进一步提高内耦合效率的实施例。
图8示出反射腔12的壁是锥形的实施例。这种实施例的益处是反射腔12小于矩形腔，并且由于入射到光导16的表面上入射光的更小的角度导致获得更高的内耦合效率。
图9示出反射腔12的壁是锥形并且壁是扩散反射(如由光线34的散射所示)的实施例。Alanod公司制造具有合适的不同散射特性的铝镜。甚至可以用合适的白漆涂覆腔壁。这种实施例的益处是散射的光产生遍及角正面的整个表面的更加均匀的照明，以增加由光导发射的进入液晶层的光的均匀性。
图10和图5相同，但是确定(identify)反射腔介质(例如，空气或者环氧树脂)和光导材料(例如，玻璃或者塑料)的折射率(n1和n2)，以及光线在腔/光导界面点A处的进入角度α1和离开角度α2。
图11是对于不同折射率的腔介质和光导材料的角度α1和α2的曲线图。对于由光导发射进入液晶层的最佳均匀性，应该在整个光导的平顶的角正面在α2＝+/-45度之间具有均匀的光分布。在图11中示出45度目标线。在未被封装的腔12的情况下(该腔填充有空气，n＝1)，必须以大角度照明光导边缘以接近45度目标。在这些情况中，使用如在图6中示出的在光导边缘的轻微的弯曲是有益的，以确保光到达光导的所有角，特别是如果考虑到由于在反射腔12中更多的损耗而导致在这些大角度中将存在更少的光。
如果在内耦合边缘上实现好的均匀性，则能够极大地减少在光导外实现好的均匀性的复杂度。在图12中，通过使用在LED管芯26和耦合边缘之间的散射器36，能够完成更好的均匀性。将散射器36放置在靠近内耦合边缘是特别有益的，因为LED管芯26结合反射腔12将能够更加均匀地照亮散射器36。散射器36可以是表面粗糙的半透明板或者其他类型的散射器。
图13和图12类似，但是有两个或者更多的白色LED管芯26用于增加亮度。使用多个LED也产生平均光以减少从目标亮度和色点方面单个LED输出上的变化。这有效地改善了合适的LED管芯26的产出(yield)。可以将LED管芯26安装在相同的基座30上或者不同的基座上。
图14是CIE色图，包括所谓的黑体(black body)曲线，该黑体曲线示出当在非常高的温度发射光时黑体的色点。特别标明了两个点，6500K色点和9500K色点。对于背光照明，这些是两个相关色温，因为6500K色点是由国际显示标准指定的白色点，而9500K色点是非常流行的显示色点。在这个曲线中还标明了在白色LED中使用的通常的磷光体YAG:Ce的色点。白色LED的色点位于在该YAG:Ce色点和正在使用的蓝色LED的色点之间的线上。显示出了对于蓝色LED的3个不同色点(460nm、465nm、和470nm)的三条线。在实际的LED制造中，蓝色波长变化，而且为了达到高产出，必须使用不同色点的蓝色LED。此外，不仅蓝色波长变化，而且在磷光体中的Ce浓度以及磷光体的厚度也变化，使得在实际中在白色LED的白色点中可能存在大的扩散，如在这个曲线图中由椭圆所标明的。通过预先确定LED的白色点，并且使用两个或者更多白色LED，可以选择LED使得两个或者更多个LED的组合白色点具有和如果使用单个白色LED用于背光源相比小得多的扩散。
如在图15中所示，为了获得好的色域，使用分离的红色LED 38和分离的白色LED或者磷光体转换的绿色LED 40是有益的。磷光体转换的绿色LED使用蓝色LED管芯和当被蓝光供给能量时发射绿光并且也泄漏部分蓝光的磷光体。使用具有充分的蓝色泄漏的磷光体转换的绿色LED是有益的，使得对于LCD可以获得所有的基本颜色分量(红色、绿色和蓝色)。根据LED的颜色平衡和效率，也可以使用两个磷光体转换的绿色LED和一个红色LED，或者可以使用两个红色LED和一个磷光体转换的绿色LED，或者可以使用磷光体转换的红色和磷光体转换的绿色(每种的一个或者多个)的组合。使用磷光体转换光替代直接红色或者绿色LED的主要好处是颜色稳定性。直接红色(AlInGaP)和直接绿色(InGaN)色点依赖于驱动电流和温度，而其中大多数磷光体只具有对温度的有限的依赖，并且不依赖于驱动电流。
对于色点控制，可以将光学反馈传感器42集成到反射腔12中，例如靠近侧面反射镜的底部。反馈传感器42可以检测红色、绿色和蓝色颜色分量的相对强度，并且控制到其中每个LED的电流以获得目标色点。作为将光学反馈传感器42放置在LED腔中的可选方案，也可以将传感器42安装在光导16的与光源相对的边缘之一上。
在图16中，使用一个或者多个分离的蓝色、绿色、和红色LED 44、45、和46(或者是磷光体转换的或者是直接的)。以这种方式可以实现非常高的色域，并且，通过每个LED的独立控制，可以实时改变白色点。此外，如例如场序彩色(field-sequential color)操作所要求的，能够以快速的红色、绿色和蓝色次序照明背光，在场序彩色操作中，LCD在没有任何彩色滤光器的情况下使用，通过以和红色、绿色、和蓝色照明模式同步的快速的次序显示红色、绿色和蓝色图像内容来产生彩色图像。
如在所有的实施例中，可以使用另外的LED并且可以将另外的角耦合到反射腔。对于大的LCD显示器情况也是这样。
如在图17-19中所示，为了减小LCD的总厚度，可以将LED模块放置在与光导板相同的平面上。在图17-19中的每个LED是包括蓝色LED管芯26和磷光体层28的白色LED。如上所述，可以替代使用红色、绿色和蓝色LED来产生白光。对于直径5mm的透镜32，透镜32的高度仅仅2.5mm，并且和在前面的实施例中的光导相比光导16的厚度可以减小2.5mm。
图17示出使用矩形反射腔50。在图18中，将反射腔52制成大约椭圆形以通过减小入射光在光导16的边缘上的角度来提高到光导16的耦合效率。椭圆的一个焦点将位于LED管芯的位置，另一焦点处位于内耦合边缘的中心。所述腔也可以是抛物线形的。
图19示出类似于图18的实施例，但是在LED管芯26上没有使用任何透镜。这样，LED模块更小，并且使用更小的反射腔54。在图17-19中的反射腔被耦合到光导16的截顶的角，用于最大化光导中的光均匀性。
如在图20中示出的，代替将磷光体层放在蓝色LED管芯26上，也可以将磷光体制成散射磷光体板56、或者印刷在透明载体或者散射器板(可选地标识为56)上网屏的形式，所述板56和LED管芯分离并且被放在邻近光导16的边缘处。因此，板56起到散射器和颜色转换装置两者的作用。这具有获得非常好的均匀性的好处。
图21示出在图20的反射腔12中使用两个蓝色LED管芯26和58。通过使用两个(或者更多)蓝色LED管芯，对于更大的显示器获得更高的照明，并且来自两个LED的光被平均以获得期望的色点。这增加了蓝色LED的产出，因为具有短波长的蓝色LED和具有长波长的蓝色LED可以被一起用来获得期望的色点。
如在所有的实施例中，LED可以是使用不同的磷光体和不同的直接LED颜色以获得期望的色点的各种类型。例如，磷光体可以是YAG，或者是红色和绿色磷光体的组合，或者是YAG和红色磷光体。代替使用两个蓝色LED，可以使用蓝色LED和红色LED，其中在腔的出口附近的YAG或者绿色磷光体板被蓝色LED所激发，并且允许红光以小的吸收通过。UV LED也可以和提供红色、绿色和蓝色分量的合适的磷光体一起使用。
图22示出图20或者图21的实施例，但是没有使用任何透镜并且腔12填充有密封剂(例如，硅树脂)。这有保护LED管芯和可选的焊线(wirebond)的好处，并且通过提供具有相似折射率的界面连接材料在蓝色管芯外达到更高的提取效率。
图23示出实施例，在该实施例中将侧面发光LED 62插入到形成在光导16的角附近的腔(诸如圆洞)中。该腔优选在离光导的角15mm之内。LED 62使用具有侧面发光透镜64的标准白色LED(蓝色管芯加磷光体层)，透镜64反射和折射光使得围绕LED以低角度360度发射光。替代一个白色LED，也可以使用多个提供红色、绿色、和蓝色颜色分量的LED。从飞利浦Lumileds Lighting，LLC，(在勒克松商号下)(under theLuxeon trade name)，可以获得高功率侧面发光LED。由于光发射的全方向特性，为光导的所有角提供来自LED的直接光，从而光导提供均匀亮度到液晶层。为了防止任何来自透镜64的顶部的光生成亮点，将散射反射器66放置于在光导16上的LED 62上方。围绕光导16靠近LED的角提供镜面反射器68，由于由LED发射的光是在相对于近角边缘(nearcorner edge)小的角度并且将经光导的侧面被传送出，而不是被内部地反射(假如没有利用反射器68)。可以通过环氧树脂或者任何其他粘合剂将LED基座30固定到光导上，或者可以使用合适的紧固件按扣安装进适当的位置。
图24是图23的背光的俯视图。
图25示出在图23的结构中使用两个或者更多侧面发光的LED。LED可以是相同的类型以平均输出光，或者可以是如上所述的不同的类型。
图26示出图25的背光，但是其中光导16的角是平顶的以更好地分布光遍及光导。由反射器68的反射将光直接反射向光导的远端。也可以使用其他形状的角以均匀地分布光。
图27示出嵌入在光导中的侧面发光的LED的使用，其中所述角是扇贝形的。所述角的形状可以被制成使得几乎所有入射到所述角区域上的光处于大的角度(大于临界角)因而被内部地反射，这排除了对于围绕角的外部反射器的需要。也可以优化所述角的形状以获得遍及光导的最优的光分布，用于实现好的均匀性和效率，其中可以施加外部反射器薄膜在成形的边缘上。
图28-33示出如何还能够将高度反射腔12的壁延续和延伸以用作光导16的底部反射器从而简化结构并且冷却LED。
图28示出在反射腔12中的白色LED，反射腔12类似于在图4中示出的反射腔。将反射壁中的底部反射壁延伸出并扩展到覆盖光导16的整个底部表面，作为反射器70，与液晶层的侧面相对。在小的外壳内高功率的LED的冷却一直是一个难题。不仅通过接触基座30的金属反射腔12去除热来冷却LED，而且还通过延伸在光导16的底部之上的底部金属壁冷却LED。可以将另外的金属散热器72热耦合到基座30的背面并且接触金属反射器70以进一步冷却LED。散热器72可以是使用导热带或者膏(paste)连接到反射器70的金属支架(bracket)。
优选地，基座30材料的热阻是每LED 25K/W或者更少。
图29示出实施例，该实施例类似于图17但是其中反射腔12的壁被延伸并扩展为变成光导16的底部反射器70。如在图28中，散热器72另外热耦合基座30到大的反射器70。
图30示出实施例，在该实施例中将LED基座30安装在反射腔12的底部壁上，并且反射腔12的底部壁延伸并且扩展为变成光导16的底部反射器70。这导致产生了在LED管芯和反射器70之间的特别薄的背光，该背光具有非常好的导热率。
在图29和30的实施例，以及图17-19的相似的实施例中，LED可以是侧面发光的LED。
图31示出了侧面发光的LED，类似于图23，其具有带有侧面发射透镜64的LED管芯62。将LED基座30直接安装在金属反射器70的延伸上，用于从LED管芯62去除热。可以利用角反射器用于如在图23和24中的增加的效率。
图32类似于图31，但是白色LED不使用侧面发射透镜。这和使用侧面发射透镜不是一样有效率，因为由LED发射的许多光在进入光导16之前必须首先被顶部反射器66和基座30所反射。用于基座30的散热器延伸并且扩展为变成光导16的底部反射器70。
图33类似于图32，除了透镜32封装并且保护LED管芯26。
在图28-33的实施例中，光导的底部表面可以具有薄的反射膜，并且腔的壁不必在光导的整个背表面上延伸。可以将腔的散热壁制得更厚用于增加散热。
图34-36类似于图32，除了在LED上的顶部反射器被成形以使得反射的光以最小数目的反射被耦合进光导并且减少反射返回LED。这提高了背光的效率。
在图34中，顶部反射器76是锥形的。
在图35中，顶部反射器78是尖点形的，使得反射的光处于相对于腔的内壁的非常低的角度。这大大减少了离开腔的内壁的反射。
在图36中，顶部反射器80具有微结构以将光反射远离LED。
实施例的任何组合都是可能的。在图2的LCD实施例中可以使用所有的背光。LCD可以是彩色或者单色的。对于非常大的LCD，可以沿着光导的侧面以传统的方式安装另外的LED，并且基本上使用角LED来提高整个光导表面上的均匀性。
已经详细描述了本发明，本领域的技术人员将理解，给定当前的公开，可以对本发明进行改变而不偏离在本文中描述的创造性概念的精神。因此，并不意图限制本发明的范围为示出和描述的特定实施例。

Claims (30)

1.一种发光器件，包括：LED管芯；容纳所述LED管芯的反射腔，所述腔具有用于光出射的开口，所述开口具有至少4mm2的截面面积；和由固体材料形成的基本矩形光导，所述光导具有至少第一截顶的角，所述截顶的角具有正面，所述光导适用于提供光作为背光；所述反射腔的开口与所述截顶的角的正面相对，使得离开所述反射腔的开口的光通过所述角的正面被耦合进入所述光导，其中所述LED管芯距所述截顶的角的正面至少1mm，
其中所述反射腔的至少一个壁在所述光导的一部分上延伸并用作反射器，用于将所述光导中的光反射向所述光导的相对表面，并且
其中所述反射腔的所述至少一个壁在所述光导的整个底表面之下延伸并且由金属制成以用于散热。
2.如权利要求1所述的器件，其中所述LED管芯的表面到与所述截顶的角的正面相对的所述腔的远边缘的角度是30-60度。
3.如权利要求1所述的器件，其中所述腔的开口覆盖所述截顶的角的正面的至少75％。
4.如权利要求1所述的器件，其中所述腔的开口覆盖所述截顶的角的正面的至少90％。
5.如权利要求1所述的器件，其中所述LED管芯位于离所述截顶的角的正面距离d处，并且所述截顶的角具有宽度w，所述LED管芯离所述截顶的角的正面的距离至少为d＝w/5。
6.如权利要求1所述的器件，其中所述LED管芯位于离所述截顶的角的正面距离d处，并且所述截顶的角具有宽度w，所述LED管芯离所述截顶的角的正面的距离至少为d＝w/3.5。
7.如权利要求1所述的器件，其中所述LED管芯位于离所述截顶的角的正面距离d处，并且所述截顶的角具有宽度w，所述LED管芯离所述截顶的角的正面的距离在w/2和w/3.5之间。
8.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔包括矩形腔。
9.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔包括圆形腔。
10.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔包括椭圆形腔。
11.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔包括抛物线形腔
12.如权利要求1所述的器件，其中所述LED管芯具有面对所述截顶的角的正面的主表面。
13.如权利要求1所述的器件，其中所述LED管芯具有面对所述截顶的角的正面的侧表面。
14.如权利要求1所述的器件，其中所述LED被透镜所封装。
15.如权利要求1所述的器件，其中所述截顶的角的正面是圆形的。
16.如权利要求1所述的器件，其中所述截顶的角的正面是扇贝形的。
17.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔具有反射壁，所述反射壁朝着所述截顶的角的正面的方向逐渐变细。
18.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔具有镜面的壁。
19.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔具有散射的壁。
20.如权利要求1所述的器件，其中所述反射腔基本上填充有密封剂。
21.如权利要求1所述的器件，还包括热传导基座，所述LED管芯被安装在所述基座上，所述基座被热耦合到所述光导的背表面。
22.如权利要求1所述的器件，还包括热传导基座，所述LED管芯被安装在所述基座上，所述基座被热耦合到在所述光导的背表面上的反射器。
23.如权利要求1所述的器件，还包括覆盖所述光导的液晶层。
24.如权利要求1所述的器件，还包括在所述反射腔中的磷光体，用于由所述LED管芯所发射的光的颜色转换。
25.如权利要求24所述的器件，其中所述磷光体包括在所述LED管芯上的至少一层，用于产生进入所述光导的白光。
26.如权利要求24所述的器件，其中所述磷光体包括磷光体板，所述磷光体板在位置上和到所述LED管芯相比更靠近所述截顶的角的正面，用于产生白光进入所述光导。
27.如权利要求1所述的器件，还包括在所述LED管芯和所述截顶的角的正面之间的散射器。
28.如权利要求1所述的器件，还包括在所述反射腔中的多个LED管芯。
29.如权利要求28所述的器件，其中所述LED管芯至少包括蓝色LED管芯和发射不同颜色的LED管芯。
30.如权利要求28所述的器件，还包括在所述反射腔中的光学反馈传感器，用于检测在所述反射腔中产生的光的颜色。
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