專利名稱：具有受控高角散射的用于準(zhǔn)直光束的均化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)進(jìn)入光導(dǎo)向部件中的準(zhǔn)直光束進(jìn)行有效地均化，更具體而言，涉及從后面照亮液晶顯示器(LCD)。
背景技術(shù)：
已公知使用經(jīng)準(zhǔn)直的背光和前部漫射屏能夠大大地改進(jìn)LCD的品質(zhì)。一項(xiàng)這樣的研究可參見Saccomanno(美國專利6,428,198)，其內(nèi)容在此作為參考而被引用。Saccomanno說明了弧光燈的使用，所述弧光燈的光被收集、均化和耦合進(jìn)入一排光管道。然后，每條管道照射一個(gè)非成像的光部件，所述光部件準(zhǔn)直所述光并且隨后照射光提取導(dǎo)向部件的邊緣。
雖然本人的現(xiàn)有的專利教導(dǎo)了一種用于一些應(yīng)用例如醫(yī)學(xué)影像的有效的準(zhǔn)直光束和漫射屏結(jié)構(gòu)，但是即便是以略大的較小光效率裝置為代價(jià)，仍需要改進(jìn)黑色程度(black-level)對(duì)比度和圖像清晰度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)具有受控散射角的軟的漫射體(milddiffuser)被放置在板狀光導(dǎo)向部件的入射孔處。該軟的漫射體被插到準(zhǔn)直源(例如，非成像的光部件)和光提取導(dǎo)向部件之間。與先前已在漫射背光中使用的漫射體不同，根據(jù)本發(fā)明的漫射體具有小于大約8度的受控的散射角，且最有利地是具有小于+/-5度的半幅值全寬(FWHM)散射的受控的散射角，并且在本文被稱作‘軟的漫射體’，從而使其與現(xiàn)有技術(shù)中的漫射體結(jié)構(gòu)相區(qū)別。板狀光導(dǎo)向部件進(jìn)一步被用以對(duì)經(jīng)準(zhǔn)直的光束進(jìn)行均化。板狀光導(dǎo)向部件可以是與光提取導(dǎo)向部件相分開的元件或者光提取導(dǎo)向部件可具有包括均化板狀部段的“引入”部分。
均化器技術(shù)在克服由供應(yīng)準(zhǔn)直光束源的周期性結(jié)構(gòu)造成的不規(guī)則性方面是特別有用的。由于各種漫射體會(huì)自然地增加光束總體的發(fā)散度，因此在板狀光導(dǎo)向部件的一個(gè)或多個(gè)外表面上設(shè)置折射率略小于板狀光導(dǎo)向部件的折射率的光約束層。然后，在所述一個(gè)或多個(gè)光約束層上設(shè)置黑色光吸收層，所述光吸收層的折射率大于板狀光導(dǎo)向部件和光約束層的折射率。兩種光涂層的組合結(jié)果是使板狀光導(dǎo)向部件現(xiàn)在可以除去高角度光。
這種高角度光會(huì)增加相鄰像素間的模糊度并且還會(huì)造成黑色程度對(duì)比度的凈降低；這種效果在Yamaguchi(美國專利6,421,103)中有所描述。從板狀光導(dǎo)向部件出來的光由此被均化且被除去高角度光，并被引入光提取導(dǎo)向部件，從而提供均勻的輸出。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種說明性實(shí)施方式的均化器；和圖2示出了與楔形光提取導(dǎo)向部件相結(jié)合的根據(jù)本發(fā)明的均化器。
具體實(shí)施例方式
首先參見圖1，具有第一折射率的聚丙烯酸樹脂類(盡管也可以使用其它優(yōu)質(zhì)光材料)的板狀光導(dǎo)向部件12在其頂面43上覆蓋有一層光約束層15，例如聚丙烯酸樹脂類的壓敏粘結(jié)劑(PSA)。一種適用于本發(fā)明的類型的PSA是Rexam OCAV3。該光約束層15具有略小于板狀光導(dǎo)向部件12折射率的第二折射率。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，聚丙烯酸類的板狀光導(dǎo)向部件12的折射率為1.4893，而光約束層15的折射率為1.4800。
由于在折射率上存在微小差異，所以光約束層15作用以在一定條件下截留光導(dǎo)向部件內(nèi)的光。因此，在表面41處通過具有在一定閾值以下的角度分布的軟的漫射體11進(jìn)入聚丙烯酸類的板狀光導(dǎo)向部件12中的經(jīng)準(zhǔn)直的光通過全內(nèi)反射(TIR)被約束在板狀光導(dǎo)向部件12內(nèi)。具有高于閾值的角度分布的光從板狀光導(dǎo)向部件12出來，并進(jìn)入光約束層15。在本發(fā)明使用PSA作為光約束層15的實(shí)施方式中，光約束層15還機(jī)械地起到將光吸收層16例如杜邦公司的Kapton CB黑色聚酰亞胺粘合固定到板狀光導(dǎo)向部件12上的作用，從而形成夾層結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，光吸收層被設(shè)置在光約束層上，例如，在一些實(shí)施方式中，光約束層15是涂覆在聚丙烯酸類板12上的薄膜，并且光吸收層是黑漆外涂層，例如Krylon Ultra-Flat或者Tetenal Kameralack。需要注意的是光約束層必須足夠厚，例如光的波長的三倍，使得經(jīng)過全內(nèi)反射的光不會(huì)由于到達(dá)黑色層的光漸消失方面的原因而無意中被吸收。
光吸收層16的折射率大于光約束層15的折射率。這種在折射率方面存在的差異導(dǎo)致光約束層15內(nèi)的光，即沒有通過全內(nèi)反射被約束在光導(dǎo)向部件內(nèi)的光，出來進(jìn)入吸收該光線的光吸收層16。
有利地，軟的漫射體允許混合不連續(xù)的準(zhǔn)直光束源，例如由光纖21光驅(qū)動(dòng)的非成像準(zhǔn)直器22。合適的軟的漫射體可從Reflexite(Avon，CT)得到，零件號(hào)碼為BP336、BP302和BP321，分別具有+/-3.9度、+/-3.8度和+/-2.8度的對(duì)稱半角。通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，當(dāng)與Wavien公司(Santa Clarita，CA)的“SolarTec CL Light”纖維光照明器、Mitsubishi Rayon公司(日本東京)的ESKA SK60纖維、和Polycast(Stamford，CT)的Poly II聚丙烯酸結(jié)合使用時(shí)，已確定BP321是優(yōu)選的。在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，軟的漫射體11在板狀光導(dǎo)向部件12的入口孔上凸出。
受到小于閾限的角度限制的光通過平板光導(dǎo)向部件12，并在表面42處導(dǎo)出。有利地，該受角度限制的準(zhǔn)直光束線特別適用于楔形光提取導(dǎo)向部件23，所述部件可在液晶顯示器(LCD)中找到。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，板狀光導(dǎo)向部件12的下表面44具有第二光約束層17和設(shè)置于其上的第二光吸收層18。這些光層以與前述光約束層15和光吸收層16相同的方式起作用。
下面參見圖2，圖中示出了本發(fā)明的另一說明性實(shí)施方式。在該種實(shí)施方式中，軟的漫射體、板狀光導(dǎo)向部件、和楔形光提取導(dǎo)向部件由同一單塊基底50，優(yōu)選聚丙烯酸類形成形。該單塊基底50包括兩個(gè)截然不同的區(qū)域，一個(gè)剖面不變的板狀光導(dǎo)向部件區(qū)61和一個(gè)楔形光提取導(dǎo)向部件區(qū)62。光通過凸出的入口漫射體51進(jìn)入板狀光導(dǎo)向部件區(qū)61。與前面的實(shí)施方式相似，該板狀光導(dǎo)向部件區(qū)61包括上表面53和下表面54.
如在前實(shí)施方式所述，上表面53和下表面54上分別涂覆有光約束層15和17。光約束層15和17分別具有第二折射率，所述第二折射率略小于單塊基底50的折射率。由于在折射率上存在微小差異，所以光約束層15和17用于在一定條件下截留板狀光導(dǎo)向部件區(qū)61內(nèi)的光。因此，通過具有在一定閾值以下的角度分布的凸出的入口漫射體51進(jìn)入單塊基底50中的經(jīng)準(zhǔn)直的光通過全內(nèi)反射(TIR)被約束在單塊基底50內(nèi)。具有高于閾值的角度分布的光從單塊基底50出來，并進(jìn)入光約束層15和17。
光吸收層16和18被分別設(shè)置在光約束層15和17上。光吸收層16和18分別具有這樣的折射率所述折射率大于光約束層15和17的折射率。這種在折射率方面存在的差異導(dǎo)致光約束層15和17內(nèi)的光，即沒有通過全內(nèi)反射被約束在單塊基底50內(nèi)的光，出來進(jìn)入吸收該光的光吸收層16和18。
下表1詳細(xì)列出了本發(fā)明的一種說明性實(shí)施方式的根據(jù)斯涅爾定律(Snell′s Law)的計(jì)算結(jié)果，所述實(shí)施方式包括折射率為1.4893的6毫米厚的聚丙烯酸類板，和由PSA形成的折射率為1.4800的光約束層。這些計(jì)算結(jié)果詳述了在空氣中的輸入光的入射角為5-23度。這些計(jì)算結(jié)果示出發(fā)散角大于10度的管線被吸收。表1還示出了輸入光具有至少一次反射進(jìn)入光約束層中所需的板最小長度。例如，對(duì)于被吸收的具有10度或更大角度的光來說，所述板長度需要至少為2英寸長。
表1

其它可選實(shí)施方式在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的條件下可設(shè)計(jì)出其它可選實(shí)施方式。例如，一排經(jīng)過準(zhǔn)直的發(fā)光二極管(LED)或小數(shù)值孔徑纖維可替代包括準(zhǔn)直器22和光導(dǎo)纖維23的非成像準(zhǔn)直光束源作為輔助的輸入源。同樣，光導(dǎo)向部件不必需是實(shí)心的，而可通過使用TIR膜，例如(美國專利4,260,220)所述的Whitehead是中空的。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)直光束的均化器，包括具有第一折射率的全內(nèi)反射光導(dǎo)向部件，所述光導(dǎo)向部件具有入口、上表面和下表面；覆蓋所述入口的軟的漫射體；具有第二折射率且被設(shè)置在所述光導(dǎo)向部件的所述表面中的一個(gè)上的光約束層；和具有第三折射率且被設(shè)置在所述光約束層上的光吸收層，所述第三折射率大于所述第二折射率且所述第二折射率略小于所述第一折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化器，進(jìn)一步包括具有所述第二折射率且被設(shè)置在與所述一個(gè)表面相對(duì)的所述光導(dǎo)向部件的表面上的第二光約束層；和具有所述第三折射率且被設(shè)置在所述第二光約束層上的第二吸收層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均化器，其中所述光約束層均包括壓敏粘結(jié)劑；并且所述光吸收層均包括黑色聚酰亞胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均化器，其中所述光約束層均包括薄膜涂層并且所述光吸收層均包括吸收性外涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化器，其中所述光導(dǎo)向部件是折射率為1.4893的聚丙烯酸，所述光約束層是折射率為1.4800的聚丙烯酸類的壓敏粘結(jié)劑，且所述光約束層是折射率在1.64和1.67之間的黑色聚酰亞胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化器，其中所述光導(dǎo)向部件具有出口表面且進(jìn)一步包括鄰近所述出口表面的楔形光提取導(dǎo)向部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化器，其中所述軟的漫射體具有小于大約8度的受控的散射角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的均化器，其中所述軟的漫射體具有+/-5度的半幅值全寬散射的受控的散射角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化器，其中所述軟的漫射體被設(shè)置在所述光導(dǎo)向部件入口的前面并與其相鄰近。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化器，其中所述軟的漫射體在所述光導(dǎo)向部件入口上凸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化器，其中所述光導(dǎo)向部件包括楔形光提取導(dǎo)向部件區(qū)域。
12.一種用于分配光的光導(dǎo)向部件，包括具有第一折射率且具有入口表面、出口表面和上下表面的透明的板狀光導(dǎo)向部件；設(shè)置在所述入口表面的前面并與其相鄰近的軟的漫射體；具有第二折射率且被設(shè)置在所述上下表面上的光約束層；具有第三折射率且被設(shè)置在所述光約束層上的光吸收層；和鄰近所述出口表面的楔形光提取導(dǎo)向部件，所述第三折射率大于所述第二折射率且所述第二折射率略小于所述第一折射率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光導(dǎo)向部件，其中所述軟的漫射體具有小于大約8度的受控的散射角。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光導(dǎo)向部件，其中所述軟的漫射體具有小于+/-5度的半幅值全寬散射的受控的散射角。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光導(dǎo)向部件，其中所述第一折射率為1.4893，所述第二折射率為1.4800，且所述第三折射率在1.64和1.67之間。
16.一種用于分配光的光導(dǎo)向部件，包括具有第一折射率、帶有在其上凸出的漫射體表面的入口、剖面不變的區(qū)域和楔形光提取區(qū)域的板狀光導(dǎo)向部件；包括上表面和下表面的所述剖面不變的區(qū)域；具有第二折射率且被設(shè)置在所述上下表面上的光約束層；和具有第三折射率且被設(shè)置在所述光約束層上的光吸收層；所述第三折射率大于所述第二折射率且所述第二折射率略小于所述第一折射率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光導(dǎo)向部件，其中所述軟的漫射體具有小于大約8度的受控的散射角。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光導(dǎo)向部件，其中所述軟的漫射體具有小于+/-5度的半幅值全寬散射的受控的散射角。
全文摘要
一種準(zhǔn)直光束的均化器通過使光通過軟的漫射體(11)，隨后通過具有覆蓋了光約束層(15，17)和光吸收層(16，18)的頂面和底面的平板光導(dǎo)向部件(12)，從而限制了光的角度分布，其中光吸收層的折射率大于光約束層的折射率，且光約束層的折射率小于平板光導(dǎo)向部件的折射率。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1761895SQ200480006922
公開日2006年4月19日 申請日期2004年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月14日
發(fā)明者R·J·薩科曼諾 申請人:霍尼韋爾國際公司