專利名稱：帶有光回收功能和光源偏振片的直接照明式背光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背光源，例如用于液晶顯示器(LCD)設(shè)備或類似 顯示器中的背光源，本發(fā)明還涉及制造這種背光源的方法。
背景技術(shù)：
最近幾年，公眾可獲得的顯示設(shè)備的數(shù)量和種類急劇增長(zhǎng)。計(jì) 算機(jī)(無論臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)還是筆記本計(jì)算機(jī))、個(gè)人數(shù) 字助理(PDA)、移動(dòng)電話和輕薄LCDTV僅僅是一些例子。雖然這 些設(shè)備中的一些設(shè)備可以利用普通環(huán)境光觀看顯示器，但是大多數(shù)設(shè) 備都包括用于使顯示器可見的背光源。許多這種背光源可分成"邊緣照明"類型或"直接照明"類型。 這些類型的不同之處在于光源相對(duì)于背光源輸出面的布置不同，其中 背光源輸出面限定了顯示設(shè)備的可視區(qū)域。在邊緣照明的背光源中， 光源沿著背光源結(jié)構(gòu)的外邊界布置，位于與輸出面對(duì)應(yīng)的范圍或區(qū)域 的外側(cè)。光源通常將光線射入光導(dǎo)中，該光導(dǎo)的長(zhǎng)度和寬度尺寸與輸 出面相當(dāng)，并且從該光導(dǎo)中提取出光以對(duì)輸出面進(jìn)行照明。在直接照 明式背光源中，光源陣列直接布置在輸出面后面，并且在光源前面設(shè) 置擴(kuò)散片以提供更均勻的光輸出。一些直接照明式背光源還結(jié)合有邊 緣安裝的光源，因此既能夠直接照明式操作也能夠邊緣照明式操作。發(fā)明內(nèi)容在本申請(qǐng)?zhí)貏e公開的直接照明式背光源以及相關(guān)方法中，在后 反射器與前反射偏振片之間設(shè)置至少一個(gè)光源，通常為多個(gè)光源或光源陣列。所述前反射偏振片的尺寸，也就是長(zhǎng)度和寬度，與背光源輸 出面的尺寸相同。在一些情況中，所述前反射偏振片本身可以為背光 源輸出面；在其他情況中， 一個(gè)或多個(gè)其他薄膜，例如擴(kuò)散薄膜，可以安裝在前反射偏振片的前面并形成所述背光源輸出面。所提供的光源偏振片小于所述輸出面，但是足夠大以至少部分 覆蓋所述光源。所述前反射偏振片和所述光源偏振片排列或用其它方 式構(gòu)造成使從所述光源穿過所光源偏振片射向所述前反射偏振片 的光既不被所述前反射偏振片完全透射也不被其完全反射。而是被所 述前反射偏振片部分透射并部分反射。在高品質(zhì)、高消光率(低泄漏) 的線性偏振片情況中，這意味著偏振片部分交叉，各偏振片的通過軸 既不完全相互平行也不完全正交。相反，它們是傾斜的?？梢云胶饣?用其它方式選擇所述部分透射或反射，以便使背光源輸出面上的亮度 變化降至最低或者至少減少。在線性偏振片的情況中，這種平衡或選 擇可以通過調(diào)節(jié)所述偏振片的通過軸之間的相對(duì)角度來實(shí)現(xiàn)。背光源可以支持所述前反射偏振片與所述后反射器之間的光回 收。優(yōu)選的是，所述后反射器既是高度反射的又是偏振轉(zhuǎn)換的。在此 方面，所述后反射器優(yōu)選地將一種偏振態(tài)的入射光至少部分轉(zhuǎn)換為正 交偏振態(tài)的反射光。在所公開的直接照明式背光源中，在所述前反射偏振片與所述 后反射器之間設(shè)置偏振光源陣列。所述偏振光源可以包括常規(guī)光源， 所述常規(guī)光源與尺寸做成至少部分覆蓋該光源的光源偏振片結(jié)合。所述偏振光源還可以包括與偏振薄膜或器件結(jié)合的基于LED的光源。來自偏振光源的光被所述前反射偏振片部分反射并部分透射。優(yōu)選的 是，所述后反射器既是高度反射的又是偏振轉(zhuǎn)換的。所述偏振薄膜和器件不必是理想的偏振片，只要它們可以選擇 成能獲得通常被排斥(吸收或反射)的偏振態(tài)的相當(dāng)大的泄漏量就行。從下面的詳細(xì)描述中將看出本申請(qǐng)的這些和其他方面。然而， 不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為上述概括構(gòu)成了對(duì)所要求的主題的限制，本發(fā)明的主題僅 僅由所附權(quán)利要求書限定，并可以在申請(qǐng)過程中修改。


在整個(gè)說明書中參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同元件，在附圖中
圖1是與液晶顯示器結(jié)合的直接照明式背光源的分解透視圖； 圖2是直接照明式背光源的示意性橫截面圖； 圖3是圖2所示的背光源的俯視圖；圖4是利用例如LED等緊湊光源的可選背光源的俯視圖；圖5a-圖5c是可用于圖4所示的背光源中的緊湊偏振光源的示 意性橫截面圖；以及圖6顯示了對(duì)于偏振片的不同相對(duì)定向，在至少一部分背光源輸出面上的亮度與位置的理想化曲線圖。
具體實(shí)施方式
除非另有說明，在說明書和權(quán)利要求書中使用的表示特征尺寸、 數(shù)量和物理性質(zhì)的所有數(shù)字都將理解為以"大約"進(jìn)行修正。因此， 除非有相反說明，本說明書和權(quán)利要求書所述的數(shù)值參數(shù)均為近似 值，這些近似值可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員利用在此公開的教導(dǎo)來尋求 獲得的所需性質(zhì)而變化。在圖1中，顯示了與例如液晶顯示器(LCD)面板等顯示面板 12結(jié)合的直接照明式背光源IO的分解透視圖。雖然以簡(jiǎn)化的盒狀形 式顯示了背光源IO和顯示面板12，但是讀者應(yīng)當(dāng)理解，它們各自包 括額外的細(xì)節(jié)。背光源IO包括框架14和擴(kuò)展的輸出面16。在工作 中，設(shè)置在輸出面后面的框架14內(nèi)的(多個(gè))光源對(duì)整個(gè)輸出面16 進(jìn)行照明。在被照明時(shí)，背光源IO使各個(gè)觀看者18a和18b可以看 見顯示面板12提供的圖像或圖形。圖像或圖形通常由包括數(shù)千至數(shù) 百萬單個(gè)圖像元素(像素)的陣列產(chǎn)生，這種像素陣列基本上充滿顯 示面板12的橫向范圍(長(zhǎng)度和寬度)。在大多數(shù)實(shí)施例中，背光源 10發(fā)出白光，并且像素陣列以多個(gè)多彩像素組(例如紅/綠/藍(lán)(RGB ) 像素，紅/綠/藍(lán)/白(RGBW)像素，等等)的形式布置，從而使顯示 的圖像是多色的。然而，在一些情況中，可能期望提供單色顯示器。 在這種情況中，背光源10可以包括濾光器，或者主要以一種可見波 長(zhǎng)或顏色發(fā)光的特殊光源。圖1的背光源IO示出為設(shè)置在輸出面16后面的三個(gè)細(xì)長(zhǎng)光源，
這些光源在圖中用光源區(qū)20a、 20b和20c表示。對(duì)于輸出面16的位 于光源區(qū)之間或者以外的區(qū)域，在本文中稱為間隙區(qū)。因此，可以認(rèn) 為輸出面16是由光源區(qū)和間隙區(qū)的互補(bǔ)集合組成。存在光源區(qū)和間 隙區(qū)的原因是，即使光源是擴(kuò)展的，它們的投影面積(俯視圖)單個(gè) 地和合在一起也都比背光源輸出面小得多。在大多數(shù)實(shí)施例中，為了 從顯示器獲得最佳圖像質(zhì)量，期望背光源IO構(gòu)造為使得輸出面16 的亮度盡可能均勻。在這種情況中，光源區(qū)的亮度應(yīng)當(dāng)與間隙區(qū)的亮 度基本相同。圖2是直接照明式背光源30的示意性剖視圖，該背光源能夠以 有效回收光的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這種均勻性。背光源30包括前反射偏振片32、 后反射器34，和光源陣列36a、 36b和36c (統(tǒng)稱36)。反射偏振片 32和后反射器34形成回收光的腔，在腔內(nèi)光可以經(jīng)歷連續(xù)反射。反 射偏振片透射第一偏振態(tài)的光，并且反射與第一偏振態(tài)正交的第二偏 振態(tài)的光。在這方面，"正交"僅僅是指與其他偏振態(tài)互補(bǔ)的偏振態(tài)， 并且不限于90度線性幾何體系。反射偏振片可以是或者可以包括例 如可購(gòu)自3M公司的Vikuiti牌的任何反射式增亮薄膜(DBEF)產(chǎn)品 或任何漫反射偏振薄膜(DRPF)產(chǎn)品，或一個(gè)或多個(gè)膽甾型偏振薄 膜。例如美國(guó)專利6,243,199 (Hansen等人)和美國(guó)專利6，785，050 (Lines等人)描述的線柵偏振片，以及例如美國(guó)專利5,559,634 (Weber)描述的MacNeille偏振片，也是合適的反射偏振片。美國(guó) 專利5,882,774 (Jonza等人)、5,612,820 (Schrenk等人)和WO 02/096621 A2 (Merrill等人)描述了單軸定向的鏡面反射的多層光學(xué) 偏振薄膜。例如，美國(guó)專利5,825,543 (Ouderkirk等人)描述了具有 連續(xù)相/離散相構(gòu)造的漫反射偏振片。在一些情況中，例如對(duì)于購(gòu)自 3M公司的3M VikuitiTM Dual Brightness Enhancement Film -Diffuse (BEF-D)，漫反射偏振片也可以漫射地透射光。己知的膽甾 型反射偏振片是另一種適合用于本發(fā)明背光源實(shí)施例中的反射偏振 片。在與背光源30 —起使用的顯示面板12包括其自己的貼近背光源 布置的后偏振片的情況下，例如大多數(shù)LCD顯示器，期望前反射偏 振片32構(gòu)造為與顯示面板后偏振片對(duì)齊，或者反之亦然，以獲得最 大效率和照明。LCD顯示面板后偏振片通常為吸收偏振片，并且通常設(shè)置在像素化液晶設(shè)備的一側(cè)，該像素化液晶設(shè)備的另一側(cè)是顯示 面板前偏振片。為了增加照明和效率，同樣有利的是，后反射器34不僅總體上 具有高反射率和低吸收率，而且還在反射時(shí)至少部分轉(zhuǎn)換入射光的偏 振。也就是，如果一種偏振態(tài)的光射入在后反射器上，那么至少部分 反射光將以與第一偏振態(tài)正交的另一偏振態(tài)進(jìn)行偏振。許多漫反射器具有這種偏振轉(zhuǎn)換的特征。 一類合適的漫反射器 是那些用作例如各種光測(cè)量測(cè)試儀的白色基準(zhǔn)的漫反射器，它們由壓 餅或瓷磚形式的白色無機(jī)化合物(例如硫酸鋇或氧化鎂)制成，但往 往昂貴、剛硬并且易碎。其它合適的偏振轉(zhuǎn)換漫反射器為(1)填充 微粒的微孔制品，該制品取決于微粒折射率、周圍基體折射率以及可 選的因拉伸而產(chǎn)生的填充空氣的空間的折射率的差異，以及(2)多 種微孔材料，所述材料由燒結(jié)的聚四氟乙烯懸浮液等制成。另一種制 造微孔偏振轉(zhuǎn)換漫反射薄膜的有用技術(shù)是熱致相分離法(TIPS)。 例如，如美國(guó)專利4，247，498 (Castro)和美國(guó)專利4,867,881 (Kinzer) 所述，這種技術(shù)已經(jīng)用于制備微孔材料，其中，利用液-液相分離法 分離熱塑性聚合物和稀釋液。美國(guó)專利4,539,256 (Shipman)描述了 合適的固-液相分離法。作為固-液相分離法的改進(jìn)，美國(guó)專利 4,726,989 (Mrozinski)還描述了使用結(jié)合在微孔材料中的成核劑。 美國(guó)專利5,976,686 (Kaytor等人)描述了其它合適的漫反射偏振轉(zhuǎn) 換制品和薄膜。在一些實(shí)施例中，后反射器34可以包括反射率非常高的鏡面反 射器，例如購(gòu)自3M公司的Vikuiti牌的多層聚合物Enhanced Specular Reflector (ESR)薄膜，該薄膜可選地與1/4波長(zhǎng)薄膜或其他光學(xué)延 遲薄膜結(jié)合。AlanodTM牌的陽極鍍鋁薄板等是高反射率鏡面材料的另一例子。作為上述構(gòu)造的替代方案，還可以通過結(jié)合設(shè)置在后反射器 與前反射偏振片之間的高反射率的鏡面反射器和體擴(kuò)散材料來實(shí)現(xiàn) 偏振轉(zhuǎn)換，對(duì)于本申請(qǐng)的目的來說，這種結(jié)合被認(rèn)為是一種偏振轉(zhuǎn)換 的后反射器。
當(dāng)后反射器34為偏振轉(zhuǎn)換類型時(shí)，經(jīng)反射偏振片32最初反射 的光因?yàn)槠淦駪B(tài)不會(huì)被偏振片透射，所以可以在被后反射器34反 射之后至少部分轉(zhuǎn)換為其偏振態(tài)將穿過反射偏振片的光，因此，有助 于提高整個(gè)背光源的亮度和效率。在反射偏振片32與后反射器34之間的腔內(nèi)設(shè)置光源36。從觀 察者的站立點(diǎn)觀看，以及在俯視圖中，這些光源設(shè)置在反射偏振片 32的后面。所示光源的外發(fā)光面具有大致圓形的橫截面，與常規(guī)熒 光管或燈泡的情況一樣，但是也可以使用其他的橫截面形狀?？梢愿?據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(例如功率預(yù)算、整體亮度、散熱考慮、尺寸限制等)， 按照需要來選擇光源的數(shù)量、光源之間的間距以及光源相對(duì)于背光源 的其他部件的布置。值得注意的是，背光源30還包括分別覆蓋光源36a-36c的光源 偏振片38a-38c。在管狀光源的情況中，光源偏振片可以是圖中38b 所示的完全包圍光源的連續(xù)套管的形式，或者如圖中38a或圖中38c 所示，光源偏振片可以僅僅部分包圍光源。更一般的是，如果光源同 時(shí)向前反射偏振片32和后反射器34發(fā)光，那么光源偏振片可以構(gòu)造 為至少阻擋向前反射偏振片32發(fā)射的光，并可選地阻擋向后反射器 34發(fā)射的光。例如，在每個(gè)光源偏振片都是完全包圍其各自光源的 連續(xù)套管的形式的情況下，或者在每個(gè)光源偏振片都僅僅覆蓋其各自 光源的一部分的情況下，給定背光源中的多個(gè)光源偏振片可以基本上 相同。作為選擇的是，背光源內(nèi)的光源偏振片的構(gòu)造可以不同，例如， 如圖2所示，其中，光源偏振片38a-38c以不同的量覆蓋各自的光源 36a-36c。為了方便說明，圖2顯示了光源與其各自的光源偏振片之間的 小的間隙。作為選擇的是，光源偏振片可以直接層壓或以其他方式施 加在光源表面上，例如，通過壓敏粘合劑(PSA)或UV固化粘合劑 等粘合劑，或者甚至通過將偏振片涂布在光源上(例如膽甾型偏振片 的情況)，以便降低或消除偏振片和光源之間的空氣間隙和相關(guān)損耗。 在此方面，利用反射偏振薄膜而不是吸收偏振薄膜制成光源偏振膜也 可以降低損耗并提高效率。 一個(gè)原因是，在背光源中發(fā)生光的回收，
在這個(gè)意義上講，反射偏振薄膜相對(duì)于吸收偏振薄膜降低了腔內(nèi)的吸 收損耗。另一個(gè)原因是，如果光源本身包括至少部分偏振轉(zhuǎn)換的反射 元件或結(jié)構(gòu)，那么利用反射偏振片作為光源偏振片可以在光源內(nèi)產(chǎn)生 光的回收，從而提高(光源)-(光源偏振片)組合的偏振亮度。例 如，熒光燈內(nèi)的熒光粉層可以起到偏振轉(zhuǎn)換反射元件的作用。然而， 在一些實(shí)施例中，吸收偏振薄膜用作光源偏振片是完全令人滿意的。圖2還顯示了幾種代表性的光線。光線40和42是分別由光源 36a和36c發(fā)出并穿過相應(yīng)的光源偏振片38a和38c的光線部分。這 些光線朝向前反射偏振片32的靠近相應(yīng)光源的部分，也就是朝向背 光源的輸出表面的光源區(qū)。光線40和42的偏振態(tài)由相應(yīng)的光源偏振 片38a和38c的構(gòu)造決定。在入射到前反射偏振片32時(shí)，這些光線 的一部分透射成為光線40a和42a， 一部分反射成為光線40b和42b。 透射光線40a和42a的偏振態(tài)由前反射偏振片32的構(gòu)造決定。反射 光線40b和42b的偏振態(tài)也由前反射偏振片32決定，但是反射光線 40b和42b的偏振態(tài)與透射光線40a和42a的偏振態(tài)正交。光線42b 繼續(xù)向后反射器34傳播，并經(jīng)該后反射器反射成為光線42c。通過 將光線42b的偏振態(tài)部分轉(zhuǎn)換為可以穿過前偏振片的偏振態(tài)，反射光 線42c的一部分透射成為光線42d，而其余部分反射成為光線42e。 附圖還顯示了光線44，該光線由光源36a沿朝后反射器34的初始方 向發(fā)光。光線44可以以指定的偏振態(tài)偏振，或者可以不偏振。光線 44經(jīng)后反射器34反射成為光線44a，然后如圖所示，經(jīng)前反射偏振 片32部分反射并部分透射成為光線44b和光線44c。應(yīng)當(dāng)注意，如 果前反射偏振片32和后反射器34是漫反射的，那么至少反射光線 40b、 42b、 42c、 42e、 44a和44c (示出為具有確定方向的單條光線) 將是在根據(jù)相應(yīng)部件如何漫反射的方向范圍或方向分布上傳播的光。除了一個(gè)或多個(gè)覆蓋著相應(yīng)光源偏振片的光源和一個(gè)或多個(gè)沒 有如此覆蓋的其他光源以外，根據(jù)應(yīng)用，在一些實(shí)施例中可能需要包 括位于前反射偏振片與后反射器之間的直接照明式背光源。例如，這 種未覆蓋的(多個(gè))光源可以設(shè)置在背光源輸出面的周邊附近，以補(bǔ) 償邊緣效應(yīng)。
背光源30還可以包括其他光學(xué)薄膜，統(tǒng)稱為薄膜46。薄膜46 可以包括擴(kuò)散透射薄膜，例如上文所述的涂布的、壓花的、裝載顆粒 的和/或微孔的薄膜。一個(gè)例子是Keiwa牌擴(kuò)散薄膜，型號(hào)為PC02W。 優(yōu)選的是，擴(kuò)散透射薄膜是低延遲的，以避免LCD顯示面板中的不 期望的顏色和亮度效應(yīng)。薄膜46還可以包括或者作為選擇地包括棱 鏡增亮薄膜，例如購(gòu)自3M公司的Vikuiti牌增亮棱鏡薄膜系列。優(yōu) 選的是，在前反射偏振片32上或者其附近設(shè)置薄膜46,以減小背光 源30的整體尺寸。參見圖3，顯示了背光源30的俯視圖。在該視圖中，前反射偏 振片32和光源偏振片38a-38c顯示為分別具有通過軸33和39a-39c 的線性偏振片。用于光源偏振片的偏振薄膜的定向偏移，使得每根軸 39a-39c都與前反射偏振片32的通過軸33部分交叉，也就是，相對(duì) 于前反射偏振片32的通過軸33以一定的傾斜角度設(shè)置。因此，透過 光源偏振片38a-38c的光被前反射偏振片部分透射和部分反射。雖然 軸39a-39c顯示為相互平行或同向，但是這并非是必要的。如果需要， 每個(gè)光源偏振片的通過軸或方向都可以獨(dú)立于其他光源偏振片而單 獨(dú)制定。可以通過使光源偏振片本身或者與相關(guān)光源相結(jié)合地樞轉(zhuǎn)或 旋轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)方向的制定。在一些情況中，這種制定可以用來引入偏 振方向的可控變化量，或者在光源偏振片陣列中引入相對(duì)錯(cuò)開的隨機(jī) 圖案或重復(fù)圖案，以便調(diào)節(jié)背光源輸出面的亮度分布。如果光源具有 細(xì)長(zhǎng)的形狀，例如大多數(shù)冷陰極熒光燈(CCFL)，那么相應(yīng)光源偏 振片的通過軸可以與光源的長(zhǎng)軸或短軸對(duì)齊，或者如圖所示，不與之 對(duì)齊。光源可以是單獨(dú)分立的單元，或者是圖3所描繪的較長(zhǎng)彎曲單 元的多個(gè)部分。圖4顯示了可選背光源50的俯視圖，該背光源50與結(jié)合圖1-圖3描述并顯示的背光源類似，但細(xì)長(zhǎng)的光源已經(jīng)替換為緊湊的或小 面積的光源52陣列。例如，這些光源可以是LED光源。光源偏振片 54覆蓋陣列中的每一個(gè)光源。在圖4中，光源偏振片54和前反射偏 振片32示出為分別帶有通過軸55和33的線性偏振片。通過軸55 與通過軸33部分交叉，但是它們也可以根據(jù)偏振片泄漏和背光源的
期望亮度輪廓而完全交叉。所有光源偏振片的通過軸55可以但不必平行或以其它方式對(duì)齊，因?yàn)樗鼈円部梢园凑丈衔乃鰡为?dú)制定。光源偏振片54可以是吸收偏振片，或者優(yōu)選的是反射偏振片，并且不 必是線性偏振片。
圖5a-圖5c示出了可與例如圖4所示的背光源實(shí)施例一起使用 的各種基于LED的緊湊光源偏振片/光源組合。在一些組合中，光源 偏振片可以結(jié)合到整體的LED封裝中。在此方面一關(guān)于這些LED實(shí) 施例以及使用其他類型光源的實(shí)施例一光源和光源偏振片的組合有 時(shí)在此僅稱為偏振光源。
在圖5a中，顯示了基于熒光粉的LED構(gòu)造60的示意性剖視圖。 構(gòu)造60包括LED 62光源，例如LED管芯，該光源以激勵(lì)光波長(zhǎng)(通 常在光譜的藍(lán)光或UV光區(qū)域)發(fā)出激勵(lì)光。LED鄰近光學(xué)透明材 料64，但是如果需要，透明材料64可以向下延伸，以包括并嵌入 LED 62。構(gòu)造60還包括熒光粉材料層66,該層設(shè)置在光學(xué)透明材料 64內(nèi)部，并接收LED64發(fā)射的光。熒光粉材料可以涂布在短通反射 器68上，該反射器位于磷光體與LED62之間。短通反射器68透射 來自LED的短波長(zhǎng)激勵(lì)光，并反射熒光粉受到激勵(lì)時(shí)發(fā)光的相對(duì)較 長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。熒光粉材料層66的另一側(cè)是長(zhǎng)通反射器70，該反射器 透射由熒光粉發(fā)射的長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，而反射來自LED的橫穿熒光粉層 的任何短波長(zhǎng)激勵(lì)光。在夾層構(gòu)造中還包括反射偏振片72。反射偏 振片72設(shè)置在光學(xué)透明材料64內(nèi)部，并且與熒光粉材料涂層60相 鄰，長(zhǎng)通反射器70位于反射偏振片72和熒光粉材料涂層60之間。 所示反射偏振片72為平面形狀，但是也可以為非平面形狀。在任何 情況中，反射偏振片72覆蓋LED62。對(duì)于組合構(gòu)造60和附加的偏 振LED封裝的進(jìn)一步詳細(xì)描述，請(qǐng)參見美國(guó)專利申請(qǐng)公開出版物US 2004/0150997 Al ( Ouderkirk等人)。
圖5b顯示了另一種合適的光源80。該光源包括LED 82和安裝 在LED上面的特別設(shè)計(jì)的側(cè)面發(fā)光透鏡84。如圖所示，通過反射和 折射的結(jié)合，側(cè)面發(fā)光透鏡84幫助將LED發(fā)射的光導(dǎo)向側(cè)面方向， 并且由于透鏡84的圓柱對(duì)稱性而完全包圍光源(360度)。對(duì)于透
鏡84/LED 82組合的詳細(xì)描述，請(qǐng)讀者參見美國(guó)專利申請(qǐng)公開出版物 US 2005/0001537 Al (West等人)。光源80還可以包括環(huán)形鏡面 反射器86。反射器86可以包括上文所述的高反射率材料或薄膜。最 后，光源80包括呈盤子形狀的光源偏振片88，該光源偏振片可以安 裝在透鏡84的上面。因此，偏振片88具有至少部分覆蓋LED82的 作用。從LED透過透鏡84頂部的光被偏振片88偏振。圖5c顯示了另一種緊湊的基于LED的偏振光源90。光源90包 括連接在管座或底座94上的LED管芯92。 LED管芯92具有前發(fā)光 面92a、底面92b和側(cè)面92c。側(cè)面92c是傾斜的，但是這并不是必 要的，并且也可以設(shè)想具有其他的側(cè)面構(gòu)造。光源90還包括反射偏 振片96，該反射偏振片將第一偏振態(tài)的光透射到外部環(huán)境，并且優(yōu) 選將正交的第二偏振態(tài)的光反射回LED管芯92內(nèi)。在圖5c的實(shí)施 例中，呈1/4波長(zhǎng)板98形式的偏振轉(zhuǎn)換層位于反射偏振片與LED的 前發(fā)光面92a之間。此外，例如模制樹脂等透明光學(xué)元件99包圍并 封裝底板94上面的LED管芯和其他涂層。對(duì)于光源90和附加的偏 振LED封裝的進(jìn)一步詳細(xì)描述，請(qǐng)讀者參見2004年10月29日提交 的、名稱為(代理人巻號(hào)No.60202US002) "Polarized LED"的共 同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/977582。圖6是理想化曲線圖，顯示了沿著橫過全部或部分背光源輸出 表面(例如，如果存在前反射偏振片32或薄膜46，則橫過前反射偏 振片32或薄膜46的表面)延伸的路徑的背光源亮度。所選的路徑包 括直接位于光源上方的輸出表面區(qū)域(即，光源區(qū)116)，以及不直 接位于任何光源上方的輸出表面區(qū)域(即，間隙區(qū)118)。通過制定 光源偏振片相對(duì)于前反射偏振片部分交叉的程度，可以在很大的范圍 上更改輸出表面處的亮度圖案。對(duì)于曲線110，光源偏振片都幾乎與前反射偏振片對(duì)齊，使得透 過光源偏振片射向顯示器前面的光絕大多數(shù)透過前反射偏振片，并且 僅僅在很小的程度上被反射。因此，光源區(qū)116成為在較暗的間隙區(qū) 118之間的較明亮的點(diǎn)。對(duì)于曲線112來說，前反射偏振片或光源偏振片之一或兩者都
已經(jīng)被調(diào)節(jié)或用其它方式更改為幾乎完全交叉。在這種情況下，透過 光源偏振片射向顯示器前面的光絕大多數(shù)被前反射偏振片反射，并且 僅僅在很小的程度上透射。因此，光源區(qū)116成為在較明亮的間隙區(qū)118之間的較暗的點(diǎn)。在線性偏振片的情況中，可以通過如下方法實(shí)現(xiàn)前反射偏振片與任何指定光源偏振片之間的調(diào)節(jié)僅使任一個(gè)偏振 片相對(duì)于另一個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)。對(duì)于曲線114來說，前反射偏振片或光源偏振片之一或兩者都 已經(jīng)被調(diào)節(jié)或用其它方式更改，使得它們以平衡的量部分交叉。在此特殊情況中，透過光源偏振片射向顯示器前面的光以使光源區(qū)116 的亮度與間隙區(qū)118的亮度基本上匹配的量被前反射偏振片反射并同時(shí)被透射。因此，可以在高亮度直接照明式背光源中實(shí)現(xiàn)高度均勻 的照明。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)系統(tǒng)很少實(shí)現(xiàn)完美的均勻性，所以可以調(diào)節(jié)偏振片 的相對(duì)方向，以便將整個(gè)或部分背光源輸出表面的亮度變化降至最 低。應(yīng)當(dāng)注意，可以通過控制前反射偏振片、光源偏振片或兩者中的 通常被阻擋的偏振態(tài)的泄漏量來實(shí)現(xiàn)類似的高均勻性的直接照明式 背光源。因此，光源偏振片和前反射偏振片交叉或錯(cuò)開以實(shí)現(xiàn)亮度均 勻性的程度是偏振片泄漏量的函數(shù)。本發(fā)明的背光源還包括延遲薄膜(例如1/4波長(zhǎng)薄膜)，該延遲 薄膜位于光源偏振片與光源之間或者施加在后反射器上，以便促進(jìn)回 收光的偏振轉(zhuǎn)換并提高背光源的整體效率。1/4波長(zhǎng)薄膜還可以與左 或右手圓形反射偏振片(例如膽甾型反射偏振片)結(jié)合使用。作為選 擇的是，圓形偏振片可以在沒有任何延遲薄膜的情況下使用。在一些 實(shí)施例中，兩個(gè)或更多個(gè)光源偏振片可以為較大整體偏振薄膜的不同 部分。例如，在緊湊LED光源陣列中， 一條整體的偏振薄膜可以用 于覆蓋一排緊密封裝的LED光源。如上文所述，可以仔細(xì)選擇光源偏振片、前反射偏振片或兩者， 以獲得通常被排斥(吸收或反射)偏振態(tài)的相當(dāng)大的泄漏量。因此， 由光源偏振片透射的光不僅包括第一偏振態(tài)，還包括少量正交的第二 偏振態(tài)。同樣，由前反射偏振片透射的光不僅可以包括第一偏振態(tài)， 還包括少量正交的第二偏振態(tài)。然而，主體仍被認(rèn)為是偏振片，因?yàn)?br> 它們主要透射一種偏振態(tài)并且主要阻擋(吸收或反射)正交的偏振態(tài)。 使用這種泄漏偏振片可以有助于'減少完全交叉的偏振片與完全對(duì)齊 的偏振片之間的亮度調(diào)制，并且可以有助于使從光源區(qū)到間隙區(qū)的亮 度過渡柔和。在未偏離本發(fā)明的范圍和精祌的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清 楚本發(fā)明的各種修改和替換，并且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述舉例 性實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種具有輸出面的直接照明式背光源，包括前反射偏振片；后反射器；光源，其設(shè)置在所述前反射偏振片與所述后反射器之間；以及光源偏振片，其至少部分覆蓋所述光源；其中，透過所述光源偏振片的光被所述前反射偏振片部分透射并部分反射。
2. 如權(quán)利要求1所述的背光源，其中，所述光源選自熒光燈和 發(fā)光二極管(LED)。
3. 如權(quán)利要求l所述的背光源，其中，所述光源偏振片包括反 射偏振片。
4. 如權(quán)利要求1所述的背光源，其中，所述光源是設(shè)置在所述 前反射偏振片與所述后反射器之間的多個(gè)光源之一。
5. 如權(quán)利要求4所述的背光源，其中，所述光源偏振片是多個(gè) 光源偏振片之一，每個(gè)光源偏振片至少部分覆蓋相應(yīng)的一個(gè)所述光 源。
6. 如權(quán)利要求5所述的背光源，其中，所述多個(gè)光源偏振片中 的至少一些光源偏振片與所述前反射偏振片部分交叉。
7. 如權(quán)利要求1所述的背光源，其中，所述后反射器是偏振轉(zhuǎn) 換的。
8. 如權(quán)利要求1所述的背光源，其中，所述前反射偏振片選自鏡面反射偏振片和漫反射偏振片。
9. 如權(quán)利要求1所述的背光源，還包括設(shè)置在所述前反射偏 振片上面的擴(kuò)散透射層。
10. 如權(quán)利要求l所述的背光源，其中，所述背光源與顯示面板結(jié)合。
11. 如權(quán)利要求1所述的背光源，其中，所述前反射偏振片的橫 向尺寸與所述輸出面相等，所述光源偏振片的俯視圖面積小于所述輸 出面。
12. —種直接照明式背光源，包括 前反射偏振片；后反射器；以及偏振光源陣列，其設(shè)置在所述反射偏振片與所述后反射器之間。
13. 如權(quán)利要求12所述的背光源，其中，所述光源布置為使所 述光源發(fā)射的光被所述前反射偏振片部分透射并部分反射。
14. 如權(quán)利要求12所述的背光源，其中，所述后反射器是偏振 轉(zhuǎn)換的。
15. 如權(quán)利要求12所述的背光源，其中，所述光源包括多個(gè)LED。
16. 如權(quán)利要求12所述的背光源，其中，所述光源的偏振方向 基本相同。
17. —種制造直接照明式背光源的方法，包括 提供前反射偏振片和偏振轉(zhuǎn)換的后反射器；在所述前反射偏振片與所述后反射器之間設(shè)置偏振光源；以及 使所述偏振光源相對(duì)于所述前反射偏振片定向，以在整個(gè)所述 背光源上獲得期望的照明。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，所述定向步驟包括使所述偏振 光源定向，以使所述偏振光源發(fā)射的光被所述前反射偏振片部分透射 并部分反射。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述背光源具有輸出面， 并且進(jìn)行所述定向步驟以提高所述輸出面的亮度均勻性。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述定向步驟包括使所述前反射偏振片和所述偏振光源中至少之一旋轉(zhuǎn)。
21. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在所述提供步驟中的所 述偏振光源是位于所述前反射偏振片與所述偏振轉(zhuǎn)換的后反射器之 間的多個(gè)偏振光源之一。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述訂制步驟包括使至 少一些偏振光源旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種直接照明式背光源以及相關(guān)方法，其中，通常在后反射器與前反射偏振片之間設(shè)置光源陣列。提供光源偏振片以覆蓋光源。穿過所述光源偏振片射向所述前反射偏振片的光被所述前反射偏振片部分透射并部分反射?？梢云胶膺@種部分透射和反射，以便增強(qiáng)整個(gè)背光源輸出面上的照明均勻性。本發(fā)明還公開了具有偏振光源陣列的直接照明式背光源，包括使用LED光源作為光源的背光源和偏振光源相互基本對(duì)齊的背光源。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK101128770SQ200680005784
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者肯尼斯·A·愛潑斯坦, 馬克·B·奧尼爾 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司