專利名稱：背光顯示器中橫向擴(kuò)散光的光學(xué)元件和使用該元件的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)照明設(shè)備和顯示器，更具體地涉及由直接照明 背光源照明的標(biāo)志和顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)是用于諸如膝上型計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算器、 電子表、電視機(jī)等裝置中的光學(xué)顯示器。 一些LCD，例如LCD監(jiān)視 器和LCD電視機(jī)(LCD-TV)是利用位于LCD面板正后方的多個(gè)光 源直接照明的。通常被稱為直接照明式顯示器的該裝置越來越普遍地應(yīng)用于較大的顯示器。一個(gè)原因是要獲得一定水平的顯示器亮度所需 的光功率需求量按照顯示器尺寸的平方增加。另一方面，沿顯示器的側(cè)面設(shè)置光源的可用空間僅隨著顯示器尺寸線性地增加。因此，逐漸 形成如下觀點(diǎn)要獲得一定水平的亮度，必須將光源置于面板背面而非設(shè)置在側(cè)面。由于諸如LCD-TV等一些LCD應(yīng)用需要顯示器足夠亮，以至于與其它應(yīng)用相比可以在更遠(yuǎn)的距離進(jìn)行觀看，而且LCD-TV所需的視角比LCD監(jiān)視器和手持裝置所需的視角寬，因此 更經(jīng)?？吹绞褂弥苯诱彰鞴庠吹腖CD-TV，即使對(duì)于相對(duì)較小的屏幕 尺寸也是如此。
一些LCD監(jiān)視器和大多數(shù)LCD-TV通常由多個(gè)冷陰極熒光燈 (CCFL)從背面照明。這些光源是線性的并沿顯示器的整個(gè)寬度延 伸，其結(jié)果是通過由較暗區(qū)域分隔開的一系列亮帶照明顯示器的背 面。這種照明分布是不能滿足要求的，因此通常使用擴(kuò)散片使LCD 裝置背面的照明分布平滑。
目前，LCD-TV擴(kuò)散片使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚 合物基體，該聚合物基體具有包括玻璃、聚苯乙烯微珠和CaC03顆 粒在內(nèi)的多種分散相。當(dāng)暴露在燈的高溫下時(shí)，這些擴(kuò)散片通常會(huì)發(fā) 生變形或翹曲。此外，一些擴(kuò)散片具有沿其寬度空間變化的擴(kuò)散特性， 以便使得LCD面板背面的照明分布更均勻。這種不均勻的擴(kuò)散體有 時(shí)稱為印刷圖案擴(kuò)散體。它們制造起來較昂貴，并且由于該擴(kuò)散圖案 在組裝時(shí)必須對(duì)準(zhǔn)照明光源而增加了制造成本。此外，需要定制化地 擠出復(fù)合擴(kuò)散片，以便于使擴(kuò)散顆粒均勻地分散在聚合物基體中，這 進(jìn)一步增加了制造成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括
成像面板，其具有照明側(cè)和觀看側(cè)；以及至少第一光源和第二光源，
其設(shè)置在所述成像面板的照明側(cè)。受控透射鏡位于所述成像面板和所 述光源之間，并且包括朝向所述第一光源和第二光源的輸入耦合元件 以及朝向所述成像面板的輸出耦合元件。所述受控透射鏡還包括第一 多層反射器，所述第一多層反射器設(shè)置在所述輸入耦合元件和所述輸 出耦合元件之間，并與所述輸入耦合元件和所述輸出耦合元件的至少 之一間隔開。所述第一多層反射器反射來自所述光源的法向入射光。 所述輸入耦合元件將從所述光源沿大致垂直于所述第一多層反射器 的方向傳播的光的至少一部分轉(zhuǎn)向到透射通過所述第一多層反射器 的方向。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括 成像面板；以及至少第一光源，其設(shè)置在所述成像面板的背面。從所 述第一光源到所述成像面板依次設(shè)置有第一擴(kuò)散片、第一多層反射 器和第二擴(kuò)散片。來自所述第一光源的至少一些光經(jīng)過所述第一擴(kuò)散 片、所述第一多層反射器和所述第二擴(kuò)散片朝向所述成像面板傳播。 從所述第一光源通出所述第二擴(kuò)散片的光的強(qiáng)度分布在沿著從所述 第一光源垂直于所述第一多層反射器的主表面的軸線的位置上具有 最小值。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種受控透射鏡，所述受控透射鏡 包括光轉(zhuǎn)向輸入耦合元件；光轉(zhuǎn)向輸出耦合元件；以及第一多層反 射器，其反射法向入射的第一波長的光。所述受控透射鏡還包括對(duì)于 所述第一波長的光基本透明的基板。所述基板具有側(cè)面反射器，所述 反射器設(shè)置成反射傳輸?shù)剿龌宓闹車吘壍墓?。所述基板和所?第一多層反射器都設(shè)置在所述輸入耦合元件和所述輸出耦合元件之 間。
本發(fā)明的上述概要說明不是為了描述本發(fā)明的每個(gè)示出實(shí)施例 或者每種實(shí)施方式。下面的附圖和具體實(shí)施方式
更具體地說明這些實(shí) 施例。
結(jié)合附圖根據(jù)以下對(duì)本發(fā)明各種實(shí)施例的詳細(xì)描述可以更全面 地理解本發(fā)明，其中
圖1示意性示出使用具有根據(jù)本發(fā)明原理的使光橫向擴(kuò)散元件 的背光源的背光照明液晶顯示設(shè)備；
圖2A和圖2B示意性示出根據(jù)本發(fā)明原理的受控透射鏡的實(shí)施 例的一部分的剖視圖3示意性示出根據(jù)本發(fā)明原理的受控透射鏡的另一個(gè)實(shí)施例 的一部分的剖視圖4A-圖4D示意性示出根據(jù)本發(fā)明原理的用于受控透射鏡的輸 入耦合元件的不同實(shí)施例的剖視圖5A-圖5D示意性示出根據(jù)本發(fā)明原理的用于受控透射鏡的輸 出耦合元件的不同實(shí)施例的剖視圖6A示意性示出根據(jù)本發(fā)明原理的偏振敏感受控透射鏡的實(shí) 施例的剖視圖6B和圖6C示意性示出根據(jù)本發(fā)明原理的偏振敏感輸出耦合 元件的不同實(shí)施例；以及
圖7A-圖7C示意性示出根據(jù)本發(fā)明原理的受控透射鏡的另一些 實(shí)施例的一部分的剖視圖，其中光源在受控透射鏡內(nèi)發(fā)光。
本發(fā)明可以具有各種變型和替代形式，其細(xì)節(jié)在附圖中通過實(shí) 例示出并將進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)該理解，其意圖并非將本發(fā)明局 限于所述的這些具體實(shí)施例。相反，其意圖在于覆蓋落入由所附權(quán)利 要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物及其替換形 式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明適用于諸如液晶顯示器(LCD或LC顯示器)等照明標(biāo) 志和顯示器，尤其適用于從背面直接照明的LCD，即所謂的直接照 明式顯示器。直接照明式顯示器的一些示例性實(shí)例包括一些種類的 LCD監(jiān)視器和LCD電視機(jī)(LCD-TV)。
在圖1中示出直接照明顯示設(shè)備100的示例性實(shí)施例的示意性 分解視圖。這種顯示設(shè)備100可以用于例如LCD監(jiān)視器或LCD-TV 中。顯示設(shè)備100可以使用液晶(LC)面板102， LC面板102通常 包括設(shè)置在面板基板106之間的LC層104。面板基板106通常由玻 璃形成，并可以包括位于其內(nèi)表面上的用于控制LC層104中的液晶取向的電極結(jié)構(gòu)和配向?qū)印ｋ姌O結(jié)構(gòu)通常排列成限定LC面板像素， 即LC層上可以獨(dú)立于相鄰像素對(duì)液晶取向進(jìn)行控制的區(qū)域。 一個(gè)或 多個(gè)面板基板106還可以包括用于在顯示的圖像上附加顏色的濾色 片。
上吸收偏振片108位于LC層104上方，下吸收偏振片110位于 LC層104下方。在示出的實(shí)施例中，上吸收偏振片108、下吸收偏 振片110位于LC面板102之外。吸收偏振片108、 110和LC面板 102—起控制光從背光源112透射通過顯示器100到達(dá)觀看者。在未 激活狀態(tài)下，LC層104的像素不改變從中通過的光的偏振態(tài)。相應(yīng) 地，當(dāng)吸收偏振片108、 IIO垂直地排列時(shí)，上吸收偏振片108吸收 通過下吸收偏振片110的光。另一方面，當(dāng)像素激活時(shí)，從LC層104 中通過的光的偏振態(tài)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而使得透射通過下吸收偏振片110 的光的至少一部分也透射通過上吸收偏振片108。例如由控制器113 選擇性地激活LC層104的不同像素，使得光在某些需要的位置射出 顯示器，從而形成觀察者可以看到的圖像?？刂破?13可以包括例如 計(jì)算機(jī)或接收并顯示電視圖像的電視控制器。在上吸收偏振片108 上可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)可選層109，例如以便為顯示器表面提供機(jī)械 和/或環(huán)境保護(hù)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，層109可以包括位于吸收 偏振片108上的硬涂層。
一些類型的LC顯示器可以以與上述方式不同的方式操作，因此 在細(xì)節(jié)上與所述系統(tǒng)不同。例如，吸收偏振片可以平行排列，并且 LC面板可以在非激活狀態(tài)下使光的偏振態(tài)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。無論如何，這 種顯示器的基本結(jié)構(gòu)仍然與上述結(jié)構(gòu)相似。
背光源112產(chǎn)生光并將光導(dǎo)向LC面板102的背面。背光源112 包括光混合腔114，該光混合腔包括用于產(chǎn)生光的多個(gè)光源116。光 源116可以是諸如冷陰極熒光管等線性光源。也可以使用其它類型的 光源，例如白熾燈或弧光燈、發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)LED ( OLED)、 平面熒光面板或外部熒光燈。所列出的光源不是限制性或窮舉性的， 而僅是示例性的。
光混合腔114可以包括底部反射器118，該底部反射器118反射從光源116沿著背離LC面板102的方向向下傳播的光。如下所述， 底部反射器118還可以用于在顯示設(shè)備100內(nèi)回收光。反射器118 可以是鏡面反射器或可以是漫反射器。可以用作底部反射器118的鏡 面反射器的一個(gè)實(shí)例是可從3M Company, St. Paul, Minnesota購得的 Vikuiti Enhanced Specular Reflection (ESR)膜。合適的漫反射器 的實(shí)例包括充填有諸如二氧化鈦、硫酸鋇、碳酸鈣等漫反射顆粒的諸 如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、 聚苯乙烯(PS)等聚合物。在共同擁有的美國專利No.6,780,355中 討論了漫反射器的其它實(shí)例，包括微孔材料和含小纖維材料。
光混合腔114還包括設(shè)置在光源116和LC面板102之間的受控 透射鏡120。該受控透射鏡120反射光混合腔114內(nèi)的一部分光，并 在使來自每個(gè)光源U6的光橫向擴(kuò)散后允許一部分光從光混合腔114 中射出。使光橫向擴(kuò)散有助于使從光混合腔114射出的光的強(qiáng)度分布 變得更均勻，從而使得觀看者看到更均勻照明的圖像。此外，在不同 的光源116產(chǎn)生不同顏色光的情況下，使光橫向擴(kuò)散使得不同顏色的 混合更徹底。下面將更詳細(xì)地討論受控透射鏡120的操作。
光混合腔114還可以設(shè)置有反射壁122。反射壁122可以由例如 與用于底部反射器118的鏡面反射或漫反射材料相同的材料制成，或 由一些其它類型的反射材料制成。
可以在光混合腔114和LC面板102之間設(shè)置一組光控制層124。 光控制層124影響從光混合腔114傳播的光從而改善顯示設(shè)備100 的操作。例如，光控制層124可以包括反射偏振片126。上述結(jié)構(gòu)是 有益的，這是因?yàn)楣庠?16通常產(chǎn)生非偏振光而下吸收偏振片110 僅透射單一偏振態(tài)的光。這樣，光源116產(chǎn)生的光的大約一半不適合 透射到達(dá)LC層104。然而，反射偏振片126可以用于反射在不設(shè)置 反射偏振片的情況下會(huì)被下吸收偏振片110吸收的光，因此可以通過 在反射偏振片126和光混合腔114之間的反射而回收光。反射偏振片 126反射的光可以隨后由受控透射鏡120反射，或該光可以重新進(jìn)入 光混合腔114并由底部反射器118反射?？梢詫⒎瓷淦衿?26反射 的光的至少一部分去偏振，并隨后以透射通過反射偏振片126和下吸
收偏振片110到達(dá)LC面板102的偏振態(tài)返回到反射偏振片126。以 這樣的方式，反射偏振片126可以用于提高光源116發(fā)出的光中到達(dá) LC面板102的比例，從而使得由該顯示設(shè)備100產(chǎn)生的圖像更亮。
可以使用任何合適類型的反射偏振片，例如多層光學(xué)膜(MOF) 反射偏振片；漫反射偏振膜(DRPF)，例如連續(xù)相/分散相偏振片； 線柵反射偏振片；或膽甾型反射偏振片。
MOF和連續(xù)相/分散相反射偏振片都依賴于至少兩種材料(通常 為聚合物材料)之間的折射率差來選擇性地反射一個(gè)偏振態(tài)的光而透 射正交偏振態(tài)的光。在共同擁有的美國專利No.5,882,774中描述了 MOF反射偏振片的一些實(shí)例?？少彽玫腗OF反射偏振片的實(shí)例包括 可從3M Company, St. Paul, Minnesota得到的包括漫射表面的 VikuitiTM DBEF-D200和DBEF-D400多層反射偏振片。
可用于本發(fā)明的DRPF實(shí)例包括在共同擁有的美國專利 No.5,825,543中描述的連續(xù)相/分散相反射偏振片和例如在共同擁有 的美國專利No.5,867,316中描述的漫反射多層偏振片。在美國專利 No. 5,751,388中描述了其它合適類型的DRPF。
可用于本發(fā)明的線柵偏振片的 一 些實(shí)例包括在美國專利No.6,122,103中描述的那些線柵偏振片。線柵偏振片可特別從Moxtek Inc., Orem， Utah購得。
可用于本發(fā)明的膽甾型偏振片的一些實(shí)例包括例如在美國專利 No.5，793，456和美國專利No.6,917，399中描述的那些膽甾型偏振片。 膽甾型偏振片通常在輸出側(cè)設(shè)置有四分之一波延遲層，以便將透射通 過膽甾型偏振片的光轉(zhuǎn)換成線性偏振態(tài)。
可以在光混合腔114和反射偏振片126之間設(shè)置偏振混合層 128，以幫助混合反射偏振片126反射的光的偏振態(tài)。例如，偏振混 合層128可以是諸如四分之一延遲層等雙折射層。
光控制層124還可以包括一個(gè)或多個(gè)增亮層130a、 130b。增亮層是包括將離軸光改向到更靠近顯示器軸的傳輸方向的表面結(jié)構(gòu)的 層。這控制了透過LC面板102的照明光的視角，并通常增加了軸向 通過LC面板102的光量。從而增加了觀察者看到的圖像的軸向亮度。
增亮層的一個(gè)實(shí)例具有通過折射和反射的組合使照明光改向的 多個(gè)棱柱形脊部。可用于顯示設(shè)備中的棱柱形增亮層的實(shí)例包括可得自3M Company, St. Paul, Minnesota的Vikuiti BEFII和BEFIII類棱 柱形膜，包括BEFII90/24、 BEFII90/50、 BEFIIIM90/50和BEFIIIT。盡管可以僅使用一個(gè)增亮層，但是通常的方法是使用結(jié)構(gòu)取向彼此成 大約9(T的兩個(gè)增亮層130a、 130b。這樣的交叉結(jié)構(gòu)能夠在兩個(gè)維 度上控制照明光的視角，即水平視角和豎直視角。
現(xiàn)在參考圖2A描述受控透射鏡的一個(gè)具體實(shí)施例。該圖示出光 混合腔114的一部分，包括一些光源116a、 116b、底部反射器118 與受控透射鏡120的一部分和側(cè)面反射器122。受控透射鏡120有利 地為直接照明式顯示器提供均勻的背光照明，上述直接照明式顯示器 使用諸如CCFL等線性光源或諸如LED等類點(diǎn)光源，但也可以使用 其它類型的光源。受控透射鏡120可以包括對(duì)于光源116a、 116b產(chǎn) 生的光來說基本透明的基板202。寬帶多層反射器204設(shè)置在基板202 的至少一側(cè)。在示出的實(shí)施例中，多層反射器204設(shè)置在基板202 的下側(cè)?？梢允褂谜辰觿┗虿皇褂谜辰觿├缤ㄟ^層壓將多層反射器 204安裝在基板202上。在示出的實(shí)施例中，多層反射器204層壓在 基板202的朝向光源U6a、 116b的一側(cè)上。
基板202可以由任意合適的有機(jī)或無機(jī)透光材料(例如聚合物 或玻璃)形成。合適的聚合物材料可以是非結(jié)晶或半結(jié)晶的，并可以 包括均聚物、共聚物或其共混物。示例性聚合物材料包括但不限于非 結(jié)晶聚合物，例如聚(碳酸酯)(PC);聚苯乙烯(PS);丙烯酸酯 系樹月旨，例如購自 Cyro Industries ， Rockaway ， New Jersey 的 ACRYLH1^牌的丙烯酸系樹脂片；丙烯酸共聚物，例如丙烯酸異辛 酯/丙烯酸共聚物；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) ; PMMA共聚物； 環(huán)烯烴聚合物；環(huán)烯共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS); 苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN);環(huán)氧樹脂；聚乙烯基環(huán)己垸；PMMA/ 聚氟乙烯共混物；無規(guī)聚丙烯；聚苯醚合金；苯乙烯嵌段共聚物；聚 酰亞胺；聚砜；聚氯乙烯；聚二甲基硅氧烷(PDMS);聚氨酯；以 及半結(jié)晶聚合物，例如聚乙烯；聚丙烯；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET);聚碳酸酯/脂肪族PET共混物；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN); 聚酰胺；離聚物；乙酸乙烯/聚乙烯共聚物；乙酸纖維素；乙酸丁酸 纖維素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物；PET-PEN共聚物， 和透明玻璃纖維面板。可以使這些材料中的一些材料(例如PET、 PEN及其共聚物)取向，使得材料的折射率不同于各向同性材料的折射率。
輸入耦合元件206設(shè)置在多層反射器204的下側(cè)，而輸出耦合 元件208設(shè)置在基板202的上側(cè)。輸入耦合元件206和輸出耦合元件 208用于改變至少一部分射入這些耦合元件206、 208的光的方向， 以便將光耦合到受控透射鏡120中或從受控透射鏡120耦合出。輸入 耦合元件206和輸出耦合元件208的示例性實(shí)施例包括擴(kuò)散片(表面 擴(kuò)散片和體擴(kuò)散片)和微復(fù)制表面。下面將更詳細(xì)地描述輸入耦合元 件206和輸出耦合元件208的一些示例性實(shí)施例。輸出耦合元件208 可以與輸入耦合元件206相同，例如輸入耦合元件206和輸出耦合元 件208都為體擴(kuò)散片，或者輸出耦合元件208可以與輸入耦合元件 206不同?？梢詫⑤斎腭詈显?06和輸出耦合元件208層壓或者以 其它方式與基板202和多層反射器204 —體地形成。
多層介質(zhì)反射器204通常由形成介質(zhì)堆的基礎(chǔ)構(gòu)造塊的光學(xué)重 復(fù)單元構(gòu)成。光學(xué)重復(fù)單元通常包括由至少高折射率材料和低折射率 材料制成的兩層或更多層。使用這些構(gòu)造塊，可以將多層反射器設(shè)計(jì) 成反射紅外光波長、可見光波長或紫外光波長，以及反射一對(duì)給定正 交光偏振態(tài)中的一個(gè)或兩個(gè)偏振態(tài)的光。通常，通過根據(jù)下述關(guān)系式 控制層的光學(xué)厚度將堆構(gòu)造成反射特定波長^的光
λ=(2/M)* Dr
其中，M是表示光反射級(jí)的整數(shù)，而A是光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué) 厚度。對(duì)于第一反射級(jí)(M=l)，光學(xué)重復(fù)單元具有的光學(xué)厚度。 簡單的1/4波堆包括多個(gè)層，其中每個(gè)層具有4/X的光學(xué)厚度。寬帶 反射器可以包括調(diào)節(jié)到各種波長的多個(gè)1/4波堆、在整個(gè)堆上具有連 續(xù)分級(jí)的層厚的堆或者其組合。多層反射器還可以包括非光學(xué)層。例 如，共擠聚合物介質(zhì)反射器可以包括用于幫助形成反射器膜并保護(hù)反射器的保護(hù)邊界層和/或表層。在名稱為"多層光學(xué)膜(Multilayer Optical Film)"的已公布PCT專利申請(qǐng)WO95/17303和美國專利 No.6,531,230中描述了尤其適用于本發(fā)明的聚合物光學(xué)堆。在另一些 實(shí)施例中，介質(zhì)堆可以是無機(jī)材料堆。用于低折射率材料的一些合適 的材料包括Si02、 MgF2和CaF2等。適用于高折射率材料的一些合適 的材料包括Ti02、 Ta205、 ZnSe等。然而，本發(fā)明不限于四分之一波 堆，并更一般地適用于包括例如計(jì)算機(jī)優(yōu)化的堆和隨機(jī)層厚度堆在內(nèi) 的任意介質(zhì)堆。
介質(zhì)堆對(duì)特定波長的光的反射部分地取決于通過堆的傳播角。 可以將多層反射器看作對(duì)于在堆中以某一角度傳播的光具有反射帶 分布(例如，帶中心和帶邊)。該帶分布隨著堆中的傳播角的改變而 改變。堆中的傳播角通常與入射角和堆與周圍介質(zhì)的材料折射率相 關(guān)。隨著堆中的傳播角改變，反射帶分布的帶邊的波長改變。典型的 是，對(duì)于所研究的聚合物材料，當(dāng)在空氣中切向入射時(shí)，反射器的帶 邊偏移到其法向入射時(shí)的值的大約80%。該效應(yīng)在美國專利 No.6,208，466中有更詳細(xì)的描述。當(dāng)使用折射率高于空氣折射率的介 質(zhì)將光耦合到反射器中時(shí)，帶邊進(jìn)一步發(fā)生大的偏移。此外，p偏振 光的帶邊偏移通常大于s偏振光的帶邊偏移。
反射帶分布對(duì)角度的依賴性(例如帶邊隨著角度而偏移)源自 于有效層厚的變化。隨著角度從法向入射增大，反射帶朝向較短的波 長偏移。當(dāng)通過給定層的總光程長度隨著角度增大時(shí)，帶位置隨角度 的變化不取決于通過層的總光程長度隨角度的變化。相反，帶位置取 決于從給定層的上下表面反射的光線之間的光程差。如熟知的公式 n.d.cos9所示，該光程差隨著入射角增大而減小，上述公式用于計(jì)算 波長X，對(duì)于該公式給定層調(diào)節(jié)為X/4厚層，其中n是層的折射率而θ是光相對(duì)于層的法線的傳播角。
以上說明描述了反射帶分布的帶邊如何隨著角度而改變。如本 文所述，術(shù)語帶邊通常指的是多層反射器從基本反射改變到基本透射 的區(qū)域。該區(qū)域可以是相當(dāng)尖銳的并被描述為單個(gè)波長。在其它情況 下，反射和透射之間的過渡更緩和，并可以用中心波長和帶寬進(jìn)行描述。然而，在上述任何情況下，在帶邊的任一側(cè)反射率和透射率之間 存在很大的差。
隨著特定波長的光在堆中以增大的傳播角(從垂直于重復(fù)單元 界面的軸線測(cè)量)進(jìn)行傳播，光接近帶邊。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)以足夠 大的傳播角傳播時(shí)，堆對(duì)于該特定波長的光變得基本透光并且該光將 透射通過該堆。這樣，對(duì)于給定波長的光，堆具有相關(guān)的傳播角， 在小于該傳播角時(shí)堆基本反射光；以及另一傳播角，當(dāng)大于該另一傳 播角時(shí)該堆基本透射光。相應(yīng)地，在特定的多層堆中，每一波長的光 可以被認(rèn)為具有對(duì)應(yīng)角，在小于該角時(shí)發(fā)生基本反射；以及對(duì)應(yīng)角， 在大于該角時(shí)發(fā)生基本透射。帶邊越尖銳，對(duì)于相關(guān)波長這兩個(gè)角度 越接近。為了在本說明書中進(jìn)行描述，做出這樣的近似這兩個(gè)角相同并且值為0min。
上述說明描述了給定堆中的單色光隨著傳播角的增大而從反射 轉(zhuǎn)變到透射的方式。如果使用具有不同波長成分的混合光照明堆，那么對(duì)于不同波長成分來說，反射堆從反射光轉(zhuǎn)變到透射光時(shí)的角θmin是不同的。由于帶邊隨著角度增大而移動(dòng)到較短的波長，所以對(duì)于波長較長的光來說θmin值較低，從而可能允許比較短波長光更多的較長波長光透射通過多層反射器。在一些實(shí)施例中，期望通過受控透射鏡 射出的光的顏色相對(duì)均勻。平衡顏色的一種方法是使用輸入和輸出耦 合元件，該輸入和輸出耦合元件將比較長波長光更多的較短波長光耦 合到受控透射鏡中。
如下面參考圖4A和圖5A所討論的，這種耦合元件的一個(gè)實(shí)例是包括分散于聚合物基體內(nèi)的擴(kuò)散顆粒的體擴(kuò)散片。該擴(kuò)散顆粒具有不同于周圍基體的折射率。漫散射的本質(zhì)在于在其它情況都相同的 條件下，與較長波長光相比更多的較短波長光被散射。
此外，散射度依賴于顆粒和周圍基體之間的折射率差。如果較 短波長下的折射率差較大，那么更多的短波長光被散射。在漫射耦合 元件的一個(gè)具體實(shí)施例中，基體由雙軸拉伸的PEN形成，當(dāng)光是s 偏振光時(shí)，該材料的面內(nèi)折射率對(duì)于紅光為大約1.75，而對(duì)于藍(lán)光為 大約1.85，即具有高色散。面內(nèi)折射率是對(duì)于電矢量平行于膜平面偏振的光的折射率。對(duì)于平行于膜的厚度方向偏振的光，面外折射率是 大約1.5。因?yàn)閜偏振光經(jīng)歷面內(nèi)折射率和面外折射率結(jié)合的有效折 射率，因此對(duì)于p偏振光的折射率比對(duì)于S偏振光的折射率低?；w 內(nèi)的顆粒具有高折射率，例如二氧化鈦(Ti02)顆粒的折射率大約為2.5。在450nm-650nm的范圍內(nèi)Ti02的折射率的變化量大約為0.25， 該值大于在相似波長范圍內(nèi)PEN的大約為0.1的折射率變化量。因 此，在可見光譜范圍內(nèi)，顆粒和基體之間的折射率差的變化量大約為 0.15，從而使得藍(lán)光的散射增加。因此，在可見光譜范圍內(nèi)顆粒和基 體之間的折射率差發(fā)生很大改變。
這樣，由于漫散射機(jī)理對(duì)波長的依賴性以及在可見光譜范圍內(nèi) 折射率差的巨大差異，藍(lán)光散射到多層反射器中的程度相對(duì)較高，這至少部分地補(bǔ)償較短波長處的較大9min值。
例如下面參考圖4B-圖4D和圖5B-圖5D的描述，輸入和輸出 耦合元件的另一些實(shí)施例主要依靠使光線轉(zhuǎn)向的折射效應(yīng)。例如，耦 合元件可以具有用于將光耦合到多層反射器內(nèi)或從多層反射器耦合 出的表面結(jié)構(gòu)或全息特性。對(duì)于較短波長，正常材料色散產(chǎn)生較大的 折射效應(yīng)。因此，依靠折射效應(yīng)的輸入和輸出耦合元件可以部分地補(bǔ)償較短波長處的較大6min值。
因此，在理解到進(jìn)入受控透射鏡的光的emm值可以具有大的變化量的基礎(chǔ)上，下面的描述中為了簡化起見僅指單一值emin。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以用來控制通過多層反射器的光量的另一個(gè)效應(yīng) 是選擇布儒斯特角，布儒斯特角即P偏振光無反射損耗地透射通過多層反射器的角度。對(duì)于多層反射器中的折射率為nl和n2的相鄰的各 向同性層1和2，對(duì)于從層1傳輸?shù)綄?的光來說，層1中的布儒斯 特角eB的值由表達(dá)式tan0『n2/nl給出。因此，可以選擇用于多層反 射器的不同層中的具體材料以便提供所需的布儒斯特角值。
多層反射器的布儒斯特角的存在提供另一種使光透過反射器的 機(jī)理，而不依靠輸入和輸出耦合層來使光轉(zhuǎn)向較大的角。隨著p偏振 光在受控透射鏡中的角度增大，在布儒斯特角時(shí)反射帶基本消失。角 度大于布儒斯特角時(shí)，反射帶重新出現(xiàn)并繼續(xù)偏移到較短波長。
在某些實(shí)施例中，可以設(shè)定藍(lán)光的6b僵小于9min，而紅光的6b 值大于emin。該設(shè)置使得藍(lán)光通過多層反射器的透射增加，如此至少
部分地補(bǔ)償較短波長光的較大e皿n值。
來自光源116a的至少一部分光朝向受控透射鏡120傳播。以光 線210為示例的一部分光通過輸入耦合元件206，以大于emin的角入 射到多層反射器204上，并透射進(jìn)入基板202。本文中描述的角度為 相對(duì)于多層反射器204的法線230的角度。以光線212作為示例的另 一部分光以小于emm的角入射到輸入耦合元件206中，但是由輸入耦 合元件206轉(zhuǎn)向到至少等于9min的角度，并通過多層反射器204透射 進(jìn)入基板202。以光線214作為示例的來自光源116a的另一部分光 透過輸入耦合元件206，并以小于e,的角度入射到多層反射器204
上。因此，多層反射器204反射光214。
0min值由下述量決定即在
光以光源116a發(fā)射的波長透射通過多層反射器204之前，多層反射 器204的帶邊偏移量。
在一些實(shí)施例中，需要以如下方式將多層反射器204安裝到基 板202上g卩，避免多層反射器204和基板202之間存在空氣層或折 射率相對(duì)較低的其它一些材料層。基板202和多層反射器204之間的 這種緊密光學(xué)耦合降低光在到達(dá)基板202之前在多層反射器204上發(fā) 生全內(nèi)反射的可能性。
光在基板內(nèi)的最大角e^x由輸入耦合元件206的相對(duì)折射率ni 和基板的相對(duì)折射率nu決定。當(dāng)輸入耦合元件206是表面耦合元件 時(shí)，ni值等于其上形成表面的材料的折射率。從輸入耦合元件206到 基板202的傳播滿足斯涅耳定律。如果假定光以接近90度的切向入 射方式入射到輸入耦合元件206和基板202之間的界面上，那么6max 的值由下面的表達(dá)式給出
<formula>complex formula see original document page 21</formula>
因此，在nj直等于或者小于n,值的情況下，光可以沿著基板202
以9=90°的方向傳播。較大的0max值使得光的橫向擴(kuò)散增加，從而
增加亮度均勻度。
輸出耦合元件208用于從受控透射鏡120中提取至少一部分光。
例如，輸出耦合元件208擴(kuò)散光212的一部分，以便使其透過受控透
射鏡120成為光220。
基板內(nèi)的另一部分光，例如光線222可以不由輸出耦合元件208 轉(zhuǎn)向。如果光222以大于輸出耦合元件的臨界角的角度入射到輸出耦 合元件208的上表面上，其中臨界角《二shT1(1/ )，ne是輸出耦合元 件的折射率，那么光222在輸出耦合元件208中發(fā)生全內(nèi)反射并被重 新導(dǎo)向基板202成為光224。反射光224可以隨后在輸入耦合元件206 的下表面發(fā)生全內(nèi)反射。可選的是，光224可以隨后由輸入耦合元件 206轉(zhuǎn)向并朝向底部反射器118透過受控透射鏡120。
如果以至少等于9mm的角射入基板202的光以大于6e的角入射
到輸出耦合元件208上，那么沒有轉(zhuǎn)向至輸出耦合元件208之外的光 通常在輸出耦合元件208內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射。然而，如果以e,角射入 基板的光以小于ee的傳播角到達(dá)輸出耦合元件208，那么該光的一部 分甚至不被輸出耦合元件208轉(zhuǎn)向就透射通過輸出耦合元件208，并 在輸出耦合元件208和空氣之間的界面上經(jīng)歷菲涅耳反射損耗。因 此，存在使光經(jīng)歷多次反射并在光混合腔114內(nèi)改變其方向的多種可 能。光還可以在基板202內(nèi)和/或受控透射鏡120與底部反射器118 之間的空間內(nèi)橫向傳播。這些多種效應(yīng)結(jié)合起來增加光橫向擴(kuò)散和被 提取以產(chǎn)生亮度更均勻的背光照明的可能性。
除了多層反射器具有小于的布儒斯特角08值的可能性之 外，對(duì)于從光源116a發(fā)出的光還存在禁止角度區(qū)域θr。該禁止角度 區(qū)域0f具有6min的半角并位于光源116a的上方。在禁止角度區(qū)域內(nèi) 光不能透過多層反射器204。在受控透射鏡120上方的曲線圖中示意 性示出這一點(diǎn)。該曲線圖示出從光源116a發(fā)射的光的定性亮度曲線， 最小值在光源116a的正上方的位置，該位置對(duì)應(yīng)于軸線230。當(dāng)僅 從光源116a發(fā)出光時(shí)可以看到該光源的上方存在暗區(qū)。然而，來自 相鄰光源(例如光源116b)的光可以從軸線230上的位于光源116a 的垂直上方的點(diǎn)射出受控透射鏡120，這樣，使用該受控透射鏡120的背光源有效地將來自不同光源的光混合。
反射器122可以覆蓋基板202的一個(gè)或多個(gè)邊緣。這樣，在不
設(shè)置反射器122的情況下會(huì)從基板202射出的光將被反射回到基板
202中成為光226，并且可以從受控透射鏡120提取成為可用照明光。 反射器122可以為任何合適類型的反射器，包括多層介質(zhì)反射器、基 板202邊緣上的金屬涂層、多層聚合物反射器、擴(kuò)散聚合物反射器等。 在圖示實(shí)施例中，位于基板202側(cè)面的反射器122與用于光混合腔 114附近的反射器相同，但是這并非旨在限制本發(fā)明，位于基板202 邊緣附近的反射器可以與光混合腔114的側(cè)面反射器不同。
根據(jù)以上提供的對(duì)受控透射鏡的描述，可以看出輸入耦合元件 206的作用是使至少一部分光轉(zhuǎn)向，使其以至少等于e皿。的角度入射 到多層反射器204中，否則這些光將以小于emin的角入射到多層反射 器204中。此外，輸出耦合元件208的作用是使至少一部分光轉(zhuǎn)向， 使其射出受控透射鏡120，否則該光在受控透射鏡120內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反 射。
如圖2B示意性所示，可選的是，受控透射鏡120可以設(shè)置有位 于基板202兩側(cè)的兩個(gè)多層反射器204、 205。多層反射器204、 205
優(yōu)選地但不是必須地具有相同的e皿值。
受控透射鏡還可以具有設(shè)置在基板202的背離光源116的側(cè)面 上的單個(gè)多層反射器，同時(shí)還保持有效地控制在受控透射鏡120內(nèi)傳 播的光的角度范圍。在圖3中示意性示出這種結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施例。 當(dāng)來自光源116a的光312以小于9mm的角度入射到多層反射器205 上時(shí)，光由多層反射器205反射并可以返回并射出輸入耦合元件206 成為光317。由多層反射器205反射的光還可以由輸入耦合元件206 轉(zhuǎn)向從而使其以較大的角度返回基板202。例如，多層反射器205使 光線314轉(zhuǎn)向，隨后該光線在輸入耦合元件206的下表面發(fā)生全內(nèi)反 射并被反射返回基板202。全內(nèi)反射光線316隨后以大于9mm的角度 返回多層反射器205中并透射通過多層反射器205。
來自光源116a的另一些光可以以大于emin的角度入射到多層反 射器205中，從而透射通過多層反射器205到達(dá)輸出耦合元件208。 例如與示例光線318 —樣，該光可以在輸出耦合元件208的表面上發(fā) 生全內(nèi)反射，或者例如與示例光線320 —樣轉(zhuǎn)向射出輸出耦合元件
208。
雖然來自光源U6的光很少(如果有的話)從光源116a的上方 (即沿著軸線330或接近軸線330)垂直地射出受控透射鏡120，但 是來自相鄰光源例如光源116b的光可以從光源116a正上方，即在軸 線330處或接近軸線330處從受控透射鏡120射出。如果光源116a、 116b的間隔彼此太靠近，那么每個(gè)光源116a、 116b的"禁止區(qū)域" 交疊，從而產(chǎn)生受控透射鏡120的至少不能從光源116a、 116b提取 光的區(qū)域。因此優(yōu)選的是以間隔d設(shè)置相鄰光源116a、 116b， d的值 至少大約為d二^tan(&m)，其中h是基板202的厚度。由于該表達(dá)式 假設(shè)基板202的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多層反射器205、輸入耦合元件206和 輸出耦合元件208的厚度，以至于可以忽略這些層205、 206、 208 的厚度，因此該表達(dá)式僅是一種近似。當(dāng)需要從最近的相鄰光源上方 提取某一光源的光時(shí)，相鄰光源116a、 116b的間隔和基板202的厚 度之間的上述關(guān)系是合適的?？梢詾樵O(shè)計(jì)光提取元件而選擇另一些條 件。例如，光提取元件可以設(shè)計(jì)成不從最近的相鄰光源上方而是從第 二接近的相鄰光源上方提取來自一個(gè)光源的光。
現(xiàn)在參考圖4A-圖4D討論不同類型的輸入耦合元件的示例性實(shí) 施例。在這些實(shí)施例中，多層反射器404位于基板和輸入耦合元件 406之間。在另一些未示出的示例性實(shí)施例中，基板可以位于輸入耦 合元件和多層反射器之間。
在圖4A中，受控透射鏡的示例性實(shí)施例420包括輸入耦合元件 426、多層反射器404、基板402和輸出耦合元件408。在該具體實(shí)施 例中，輸入耦合元件426是體擴(kuò)散層，其包括分散在透光基體426b 中的擴(kuò)散顆粒426a。以小于0 ^的角度射入輸入耦合元件426中的 光的至少一部分，例如光線428在輸入耦合元件426中以大于9min 的角度散射并隨后透射通過多層反射器404。 一些光，例如光線430 在輸入耦合元件426內(nèi)沒有散射到足以通過多層反射器404的角度， 并且被多層反射器404反射。用于透光基體426b的合適材料包括但 不限于本文所列的適用于基板的聚合物。
擴(kuò)散顆粒426a可以是可以用于擴(kuò)散光的任意類型的顆粒，例如折射率不同于周圍聚合物基體的透光顆粒、漫反射顆粒、或基體426b 中的空隙或氣泡。合適的透光顆粒的實(shí)例包括實(shí)心或空心無機(jī)顆粒， 例如玻璃微珠或玻璃薄片；實(shí)心或空心聚合物顆粒，例如實(shí)心聚合物球或空心聚合物薄片。漫反射顆粒的合適實(shí)例包括二氧化鈦(Ti02)、 碳酸鈣(CaC03)、硫酸鋇(BaS04)、硫酸鎂(MgS04)等顆粒。 此外，基體426b中的空隙可以用于擴(kuò)散光?？梢允褂美缈諝饣蚨?氧化碳等氣體填充這種空隙。
在圖4B中示意性示出受控透射鏡的另一個(gè)示例性實(shí)施例440， 其中輸入耦合元件446包括表面擴(kuò)散片446a。表面擴(kuò)散片446a可以 設(shè)置在多層反射器404的底層上或設(shè)置在安裝于多層反射器404上的 單獨(dú)層上?？梢允褂媚Ｖ?、壓印、澆注或其它方法制備表面擴(kuò)散片 446a。
入射在輸入耦合元件446上的光的至少一部分，例如光線448， 由表面擴(kuò)散片446a散射以便以大于9 ^的角度傳播并由此透射通過 多層反射器404。 一些光，例如光線450沒有被表面擴(kuò)散片446a散 射到足以通過多層反射器404的角度并被反射。
在圖4C中示意性示出受控透射鏡的另一個(gè)示例性實(shí)施例460， 其中輸入耦合元件466包括具有小面467a和467b的微復(fù)制結(jié)構(gòu)467。 結(jié)構(gòu)467可以設(shè)置在多層反射器404的底層上或設(shè)置在安裝于多層反 射器404上的單獨(dú)層上。結(jié)構(gòu)467與表面擴(kuò)散片446a的不同之處在 于表面擴(kuò)散片446a包括大體無規(guī)則的表面結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)467包括 具有限定出的小面467a、 467b的更規(guī)則的結(jié)構(gòu)。
入射到輸入耦合元件466上的光的至少一部分，例如入射到小 面467a上的光線468，不以角度9 ^到達(dá)多層反射器404而是在小 面467a上發(fā)生折射。相應(yīng)地，光線468透射通過多層反射器404。 一些光，例如光線470由小面467b折射成小于0min的角度并由此被 多層反射器404反射。
在圖4D中示意性示出受控透射鏡的另一個(gè)示例性實(shí)施例480， 其中輸入耦合元件486具有與多層反射器404光學(xué)接觸的表面部分 482和不與多層反射器404光學(xué)接觸的其它表面部分484，在元件486
和多層反射器404之間形成空隙488?？障?88的存在使得入射光的 一部分發(fā)生全內(nèi)反射(TIR)。這種類型的耦合元件被稱為TIR輸入 耦合元件。
入射在輸入耦合元件486上的光的至少一部分，例如入射到非 接觸表面部分484上的光線490,不以角度9min到達(dá)多層反射器404 而是在表面484上發(fā)生全反射。相應(yīng)地，光線4卯透射通過多層反射 器404。 一些光，例如光線492透射通過接觸表面部分482到達(dá)多層 反射器404。該光以小于0mm的角度入射到多層反射器404上并由此 被多層反射器404反射。
在美國專利No.5，995，690中更詳細(xì)地描述了其它類型的TIR輸 入耦合元件。
除了本文詳細(xì)描述的那些輸入耦合元件以外，可以使用其它類 型的輸入耦合元件，例如包括表面或體全息照相的輸入耦合元件。此 外，輸入耦合元件可以結(jié)合轉(zhuǎn)向光線的不同方法。例如，輸入耦合元 件可以將表面處理，例如表面結(jié)構(gòu)、表面散射圖案或表面全息照相與 體擴(kuò)散顆粒結(jié)合。
在一些實(shí)施例中需要輸入耦合元件和輸出耦合元件每個(gè)都具有 相對(duì)較高的折射率，例如相當(dāng)于或高于多層反射器404的平均折射率 (高折射率層和低折射率層的平均折射率)。輸入和輸出耦合元件的 較高折射率有助于增大光傳播通過多層反射器404時(shí)的角度，從而獲得較大的帶邊偏移。這轉(zhuǎn)而可以增加透過受控透射鏡的短波長的光 量，從而使得背光照明的顏色更均勻?？梢杂糜谳斎牒洼敵鲴詈显?的高折射率聚合物材料的合適實(shí)例包括雙軸拉伸的PEN和PET，根 據(jù)拉伸量，這兩種材料對(duì)于633nm波長的光可以分別具有1.75和1.65 的面內(nèi)折射率值。
與為輸入和輸出耦合元件選擇的材料相對(duì)應(yīng)，應(yīng)該選擇這樣的 基板即其折射率不引起阻止限量的光以大角度射入或射出的TIR。相反地，為基板選擇低折射率會(huì)使得光在從折射率髙于基板的輸入耦 合元件射入基板后在基板內(nèi)以大傳播角傳播。選擇這兩個(gè)效應(yīng)以在光 的顏色平衡和橫向擴(kuò)散方面優(yōu)化系統(tǒng)的性能。
可以將相似的方法用于輸出耦合元件。例如，在圖5A中示意性示出的受控透射鏡520具有輸入耦合元件506、多層反射器504、基 板502和輸出耦合元件528。在該具體實(shí)施例中，輸出耦合元件528 是體擴(kuò)散層，包括分散于透光基體528b內(nèi)的擴(kuò)散顆粒528a。上面關(guān) 于圖4A的輸入耦合元件426討論了適合用作擴(kuò)散顆粒528a和基體 528b的材料。
從基板502射入輸出耦合元件528的光的至少一部分，例如光 線530，可以由輸出耦合元件528中的擴(kuò)散顆粒528a散射并隨后透 射出輸出耦合元件528。 一些光，例如光線532，不在輸出耦合元件 528中發(fā)生散射，而是以入射角e入射到輸出耦合元件528的上表面 529上。如果對(duì)于基板528b的材料來說，e值等于或大于臨界角ec， 那么如圖所示，光532在表面529上發(fā)生全內(nèi)反射。
在圖5B中示意性示出受控透射鏡的另一個(gè)示例性實(shí)施例540， 其中輸出耦合元件548包括表面擴(kuò)散片548a。如圖所示，表面擴(kuò)散 片548a可以設(shè)置在基板502的上表面上，或設(shè)置在安裝于基板502 上的單獨(dú)層上。
在基板502內(nèi)傳播的一些光，例如光550，入射到表面擴(kuò)散片 548a上并散射出受控透射鏡540。另一些光，例如光552，不被表面 擴(kuò)散片548a散射。根據(jù)在表面擴(kuò)散片548a上的入射角，如圖所示， 光552可能發(fā)生全內(nèi)反射，或者一些光透射出受控透射鏡540而一些 光被反射返回基板502內(nèi)。
在圖5C中示意性示出受控透射鏡的另一個(gè)示例性實(shí)施例560， 其中輸出耦合元件566包括具有小面567a和567b的微復(fù)制結(jié)構(gòu)567。 如圖所示，結(jié)構(gòu)567可以設(shè)置在安裝于基板502上的單獨(dú)層568上， 或與基板502本身的上表面成為一體。結(jié)構(gòu)567與表面擴(kuò)散片548a 的不同之處在于表面擴(kuò)散片548a包括大體無規(guī)則的表面結(jié)構(gòu)，而 結(jié)構(gòu)567包括具有限定出的小面567a、 567b的更規(guī)則的結(jié)構(gòu)。
在基板502內(nèi)傳播的一些光，例如光570，入射到表面擴(kuò)散片結(jié) 構(gòu)567上并折射出受控透射鏡560。另一些光，例如光572,不被結(jié) 構(gòu)567折射出光混合層560，而是返回到基板502。光從受控透射鏡
560射出的傳播角的具體范圍取決于多個(gè)因素，至少包括構(gòu)成受控透
射鏡560的不同層的折射率和結(jié)構(gòu)567的形狀。
在圖5D中示意性示出受控透射鏡的另一個(gè)示例性實(shí)施例580， 其中輸出耦合元件586包括光耦合帶，該光耦合帶具有與基板502 光學(xué)接觸的表面部分582和不與基板502光學(xué)接觸的其它表面部分 584，從而在元件586和基板502之間形成空隙588。
入射到輸出耦合元件586上的光的至少一部分，例如光線590， 入射在基板表面的一部分，該部分不與輸出耦合元件586接觸但與空 隙588相鄰，因此光590在基板502內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射。 一些光，例如 光線592，可以透射通過接觸表面部分582并在非接觸表面部分584 上發(fā)生全內(nèi)反射，并由此耦合到受控透射鏡580外。
除了本文詳細(xì)描述的那些輸出耦合元件，可以使用其它類型的 輸出耦合元件。此外，輸出耦合元件可以結(jié)合將光轉(zhuǎn)向到受控透射鏡 之外的不同方法。例如，輸出耦合元件可以將如諸表面結(jié)構(gòu)或表面散 射圖案等表面處理與體擴(kuò)散顆粒結(jié)合。
在一些實(shí)施例中，輸出耦合元件可以構(gòu)造成在輸出耦合元件上 對(duì)光的提取程度是均勻的。在另一些實(shí)施例中，輸出耦合元件可以構(gòu) 造成在輸出耦合元件上將光提取出受控透射鏡的程度是不均勻的。例 如，在圖5A中所示的輸出耦合元件528的實(shí)施例中，擴(kuò)散顆粒528a 的密度在輸出耦合元件528上可以是變化的，因此從輸出耦合元件 528的一些部分提取的光的比例與其它部分相比更高。在示出的實(shí)施 例中，在輸出耦合元件528的左側(cè)，擴(kuò)散顆粒528a的密度較高。同 樣，圖5B-圖5D中示出的輸出耦合元件548、 568、 586可以設(shè)計(jì)并 構(gòu)造成從輸出耦合元件548、 568、 586的一些部分提取的光的比例 比其它部分更高。從受控透射鏡提取光的程度的非均勻性，例如從受 控透射鏡的包含較多光的部分提取較小比例的光并且從受控透射鏡 的包含較少光的部分提取較大比例的光，可以使朝向LC面板傳播的 照明光的亮度分布更均勻。
輸入耦合元件和輸出耦合元件兩者的反射率可以影響光在受控 透射鏡內(nèi)的反射次數(shù)，并由此影響提取光的均勻性。均勻度的代價(jià)是
因?yàn)檩斎腭詈显?、多層反射器和輸出耦合元件的吸收而引起的亮?損耗。適當(dāng)選擇材料和材料處理?xiàng)l件可以減少該吸收損耗。
在一些示例性實(shí)施例中，受控透射鏡可以是偏振敏感的，因此
優(yōu)選地從光混合腔中提取一個(gè)偏振態(tài)的光。圖6A示意性示出偏振敏
感受控透射鏡620的一個(gè)示例性實(shí)施例的橫截面。受控透射鏡620 包括可選基板602、多層反射器604、輸入耦合元件606和偏振敏感 輸出耦合元件628。在此使用三維坐標(biāo)系來闡述下述說明。任意設(shè)定 坐標(biāo)系的軸線使得受控透射鏡620平行于x-y平面，z軸為穿過受控 透射鏡620厚度的方向。在圖6A中示出的橫向尺寸平行于x軸而y 方向沿著垂直于附圖的方向延伸。
在一些實(shí)施例中，通過包括兩種材料的輸出耦合元件628實(shí)現(xiàn) 僅提取在基板602內(nèi)傳播的一種偏振態(tài)的光，兩種材料例如為不同聚 合物相，其中至少一種為雙折射的。在示出的示例性實(shí)施例中，輸出 耦合元件628具有散射元件628a，該散射元件628a由第一材料形成 并嵌入由第二材料形成的連續(xù)基體628b。該兩種材料的折射率對(duì)于 一種偏振態(tài)的光基本匹配(matched)，而對(duì)于正交偏振態(tài)的光不匹 配。散射元件628a和基體628b中之一或兩個(gè)可以是雙折射的。
例如，如果折射率對(duì)于在x-z平面內(nèi)偏振的光基本匹配并且第一 和第二材料的折射率分別為ni和n2 ，那么得到這樣的條件
其中下標(biāo)x和Z分別表示對(duì)于平行于X和z軸偏振
的光的折射率。如果nh^i2y，那么平行于y軸偏振的光，例如光630 在輸出耦合元件628中發(fā)生散射并透過受控透射鏡620。在x-z平面 內(nèi)偏振的正交偏振光，例如光線632，在經(jīng)過輸出耦合元件628時(shí)基 本維持不發(fā)生散射，這是因?yàn)閷?duì)于該偏振態(tài)的折射率是匹配的。因此， 如果光632以等于或大于連續(xù)相628b的臨界角0e的角度入射到輸出 耦合元件628的上表面629上，如圖所示，則光632在表面629上發(fā) 生全內(nèi)反射。
為了保證從輸出耦合元件628中提取的光是高度偏振的，匹配 折射率優(yōu)選地在至少士0.05以內(nèi)匹配，更為優(yōu)選的是在土O.Ol以內(nèi)匹
配。這減少了一種偏振態(tài)的散射量。y偏振光的散射量取決于多個(gè)因素，包括折射率的失配量、 一種材料相與另一種相的比值和分散相的相區(qū)大小。使y偏振光在輸出耦合元件628內(nèi)向前散射的量增大的優(yōu) 選范圍包括折射率差為至少大約0.05，顆粒尺寸在大約0.5pm到 大約2(Him的范圍內(nèi)，顆粒填充率高達(dá)大約10%或更多。
可以使用不同構(gòu)造的偏振敏感輸出耦合元件。例如，如圖6B示 意性示出，在輸出耦合元件648的實(shí)施例中，散射元件648a構(gòu)成連 續(xù)基體648b中的聚合物顆粒分散相。注意到該圖示出輸出耦合元件 648在x-y平面內(nèi)的剖視圖。例如通過沿著一個(gè)或多個(gè)方向拉伸，取 向散射元件648a禾口/或基體648b的雙折射聚合物材料。在共同擁有 的美國專利5,825,543和6,590,705中更詳細(xì)地描述了分散相/連續(xù)相 偏振元件。
在圖6C的剖視圖中示意性示出輸出耦合元件658的另一個(gè)實(shí)施 例。在該實(shí)施例中，散射元件658a設(shè)置成基體658b中的纖維的形式， 例如聚合物纖維或玻璃纖維。纖維658a可以是各向同性的而基體 658b是雙折射的，或者纖維658a可以是雙折射的而基體658b是各 向同性的，或者纖維658a和基體658b都是雙折射的。基于纖維的偏 振敏感輸出耦合元件658中的光的散射至少部分地取決于纖維658a 的大小和形狀、纖維658a的體積分?jǐn)?shù)、輸出耦合元件658的厚度和 影響雙折射量的取向度?？梢蕴峁┎煌愋偷睦w維作為散射元件 658a。 一種合適類型的纖維658a是由可以為各向同性或雙折射的一 種類型聚合物材料形成的簡單聚合物纖維。在美國專利申請(qǐng) No. 11/068,159中更詳細(xì)地描述了設(shè)置在基體658b中的該類纖維658a 的實(shí)例。適用于輸出耦合元件658的另一個(gè)聚合物纖維實(shí)例是復(fù)合聚 合物纖維，其中由一種聚合物材料形成的多個(gè)散射纖維設(shè)置在另一種 聚合物材料的填充物中，從而形成所謂的"海島"結(jié)構(gòu)。散射纖維和 填充物之一或兩者可以是雙折射的。散射纖維可以由單一聚合物材料 形成或可以由兩種或更多種聚合物材料形成，例如在連續(xù)相中的分散 相。在美國專利申請(qǐng)No.11/068,158和美國專利申請(qǐng)No.11/068,157 中更詳細(xì)地描述了復(fù)合纖維。
應(yīng)該理解到輸入耦合元件也可以是偏振敏感的。例如，當(dāng)非偏 振光入射到受控透射鏡上時(shí)，可以用偏振敏感散射輸入耦合元件將一 個(gè)偏振態(tài)的光散射到受控透射鏡中，允許正交偏振態(tài)的光被多層反射 器反射返回到底部反射器。然后可以使反射光的偏振態(tài)在光返回受控 透射鏡之前混合。這樣，輸入耦合元件基本上只允許一種偏振態(tài)的光 進(jìn)入受控透射鏡。如果受控透射鏡的不同層保持光的偏振態(tài)，那么即 使使用了非偏振敏感輸出耦合元件，也基本上只能從受控透射鏡中提 取一種偏振態(tài)的光。輸入和輸出耦合元件可以都是偏振敏感的。任意 用作輸出耦合元件的偏振敏感層也可以用作輸入耦合元件。
在受控透射鏡的另一些實(shí)施例中，尤其是適合諸如發(fā)光二極管 (LED)的類點(diǎn)光源的實(shí)施例中，可以將光源布置在受控透射鏡本身 內(nèi)。在圖7A的剖視圖中示意性示出這種方法的一個(gè)示例性實(shí)施例。受控透射鏡720具有基板722、多層反射器724和輸出耦合元件728。 基板722的下表面上可以設(shè)置有轉(zhuǎn)向?qū)?26。側(cè)面反射器732可以設(shè) 置在受控透射鏡720邊緣的周圍。側(cè)面反射器可以用于反射傳播出基 板722的外緣的任意光。
轉(zhuǎn)向?qū)?26可以包括使光偏轉(zhuǎn)的透射偏轉(zhuǎn)層726a，例如用作輸 入耦合元件的上述任意層，包括體擴(kuò)散片或表面擴(kuò)散片或結(jié)構(gòu)化表 面。透射偏轉(zhuǎn)層726a可以與底部反射器718—起使用，底部反射器 718反射已經(jīng)透射通過偏轉(zhuǎn)層726a的光。底部反射器718可以是任 意合適類型的反射器。底部反射器718可以是鏡面反射器或漫反射 器，并可以由例如金屬化反射器或MOF反射器形成。如圖所示，底 部反射器718可以安裝到透射偏轉(zhuǎn)層726a上，或者可以與透射偏轉(zhuǎn) 層726a分離。然而，轉(zhuǎn)向?qū)?26在該實(shí)施例中不是指輸入耦合元件， 這是因?yàn)檗D(zhuǎn)向?qū)?26不用于將光耦合到受控透射鏡720中?？梢蕴峁?不同構(gòu)造的轉(zhuǎn)向?qū)?26。在一些示例性實(shí)施例中，例如如圖7B示意 性示出的，轉(zhuǎn)向?qū)?26可以只包括漫反射器。
光源716，例如LED (但是也可以使用其它類型的光源)，排 列成使發(fā)光表面716a至少直接面向基板722或者甚至可以凹入基板 722。這樣，發(fā)光表面716a設(shè)置在轉(zhuǎn)向?qū)?26和多層反射器724之間。 在該實(shí)施例中，來自光源716的光734射入基板722而沒有透射通過設(shè)置在基板722的下表面上的轉(zhuǎn)向?qū)?26。折射率匹配材料，例如凝 膠，可以設(shè)置在發(fā)光表面716a和基板722之間，以便減少反射損耗 并增加從光源716耦合到基板722中的光量。
光源716可以布置在托架717上。托架717可選地提供與光源 716的電連接并還可選地提供用于冷卻光源716的熱通道。在共同擁 有的美國專利申請(qǐng)公開2005/0265029A1中更詳細(xì)地描述了用于將光 源716安裝到托架717上的不同方法。
光源716可以全部發(fā)射具有相同光譜含量的光，或者不同光源 716可以發(fā)射具有不同光譜含量的光。例如，可以一個(gè)光源716發(fā)射 藍(lán)光，另一個(gè)光源716發(fā)射綠光，第三個(gè)光源716發(fā)射紅光。LED 尤其適用于不同光源產(chǎn)生不同波長的光的情況。在受控透射鏡內(nèi)的使 光橫向擴(kuò)散效應(yīng)可以用于混合來自不同顏色的光源716的光，以便使 得從受控透射鏡發(fā)射的光是光源716發(fā)射的所有光譜成分的有效混合o
即使當(dāng)光源716直接將光射入基板722而不透過輸入耦合元件 時(shí)，多層反射器724仍然控制在基板722中傳播的光可以射出受控透 射鏡720時(shí)的最小角度6min。 一些光，如光線736和738所示，從光 源716以小于emi。的角度射入基板722并因此由多層反射器724反射。 一些反射光，例如光線736，可以在入射到底部反射器718之前或之 后由轉(zhuǎn)向?qū)?26轉(zhuǎn)向，并由此以大于e皿n的角度反射返回基板成為光 線736a。因此， 一些光，例如光線736a，轉(zhuǎn)向到允許光線在多層反 射器724上僅發(fā)生一次反射后就隨后透射通過多層反射器的角度范 圍內(nèi)。反射光的另一部分，例如光線738不會(huì)在轉(zhuǎn)向?qū)?26上發(fā)生轉(zhuǎn) 向，因此以將會(huì)在多層反射器724上再發(fā)生一次反射的角度從底部反 射器718反射。
從光源716發(fā)出的一些光，如光線740和742所示，以等于或 大于erain的角度從光源716射入基板722，并由此透射通過多層反射 器724。透射光的一部分，例如光線740，可以由輸出耦合元件728 轉(zhuǎn)向，因此透射出受控透射鏡720成為光740a。透射光的另一部分， 例如光線742，可以不發(fā)生轉(zhuǎn)向地透射通過輸出耦合元件728,并且如果以大于臨界角θc的角入射到輸出耦合元件728的上表面728a上， 則被全內(nèi)反射從而朝向基板722返回。
在基板722內(nèi)傳播的一些光744可以在邊緣反射器732上反射。 邊緣反射器732可以用于減少從基板722的邊緣射出的光量，并由此 減少損耗。
在圖7C中示意性示出受控透射鏡750的另一個(gè)實(shí)施例，其中基 板752還用作轉(zhuǎn)向?qū)?。在該?shí)施例中，基板752包含一些擴(kuò)散顆粒， 從而使得從其中通過的光的一部分發(fā)生轉(zhuǎn)向。在一個(gè)實(shí)例中，從光源 716以小于θmin。的角度傳播的光束754可以在基板752內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)向，
從而以大于θmin的角度入射到多層反射器724中。在另一個(gè)實(shí)例中，
由多層反射器724反射的光束756可以在基板752中發(fā)生轉(zhuǎn)向，從而 以大于θmin的角度被底部反射器718反射。
實(shí)例
實(shí)例1
通過使用光學(xué)透明壓敏粘接劑(PSA)將多層聚合物反射膜(可 從3M Company, St. Paul, Minnesota購得的商品名稱為3M Vikuiti 的ESR膜)層壓到具有3mm厚度的聚碳酸酯片的兩側(cè)來形成結(jié)構(gòu)。 然后使用商品名稱為3M Scotch 的Magic Tape帶覆蓋ESR膜的外 表面。用發(fā)出波長為大約640nm的偏振光的激光筆以法向入射到ESR 膜的方式照明該結(jié)構(gòu)。入射到結(jié)構(gòu)上的光束的大小為大約2mmX 3mm。
在結(jié)構(gòu)的輸出側(cè)存在對(duì)應(yīng)于禁止角度區(qū)域的中心暗區(qū)，該區(qū)域 形狀為橢圓形并具有分別為7mm和6mm的長軸和短軸。當(dāng)將雙折射 石英片以光軸相對(duì)于偏振方向成45°布置的方式插到激光束中時(shí)， 該結(jié)構(gòu)的輸出側(cè)的光圖案的形狀改變?yōu)閳A形。
對(duì)應(yīng)于以θmax傳播通過基板的光的光圖案的外形是具有分別為 16mm和15mm的長軸和短軸的橢圓形。在該實(shí)例中θmax值相對(duì)較低， 這是因?yàn)榫厶妓狨テ恼凵渎?n=1.58)遠(yuǎn)高于Magic Tape的折射 率。
還觀察到內(nèi)徑為大約25mm的二次暈環(huán)并認(rèn)為這是由于二次反 射產(chǎn)生的。
實(shí)例2
使用光學(xué)透明PSA將ESR膜層壓到厚度為3mm的丙烯酸片的 一側(cè)，并用Magic Tape帶覆蓋ESR的外表面。使用激光筆以2mmX 3mm的光束照射到層壓有ESR膜的一側(cè)。在層壓件輸出側(cè)得到的中 心暗區(qū)具有大約8mmX9mm的尺寸。
輸出照明圖案的外徑?jīng)]有很好地限定，但其為很大的值，至少 為50mm。該結(jié)果與高于實(shí)例1的較高9max值一致，這是因?yàn)镸agic Tape和丙烯酸片(每種情況下n 1.49)的折射率之間密切匹配。
實(shí)例3
除了聚碳酸酯片具有12mm的厚度以外，構(gòu)造與實(shí)例1相似的 結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用具有2mmX3mm的輸入光束的光筆垂直照射時(shí)，結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生橢圓形輸出光圖案，大約為26mmX28mm。由9,,皿限定的光圖 案的外徑為大約60mm。圖案外邊緣處的較低的光強(qiáng)度使得難以清楚 地分辨圖案的外邊緣。
本文所描述的受控透射鏡不限于用于照明液晶顯示面板。受控 透射鏡還可以用于如下任意情況使用分立光源產(chǎn)生光，并且需要從 包括一個(gè)或多個(gè)分立光源的面板中輸出均勻照明。因此，受控透射鏡 可以用于固態(tài)空間照明應(yīng)用和標(biāo)志、照明面板等。
不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明只限于上述具體實(shí)例，而是應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明 包括如所附權(quán)利要求書中明確提出的本發(fā)明的所有方面。在閱讀本說 明書之后，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易明白適用于本發(fā)明的 各種修改、等同過程以及多種結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求書旨在包括這些修改和 設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括成像面板，其具有照明側(cè)和觀看側(cè)；至少第一光源和第二光源，其設(shè)置在所述成像面板的照明側(cè)；以及受控透射鏡，其位于所述成像面板和所述光源之間，所述受控透射鏡包括朝向所述第一光源和第二光源的輸入耦合元件以及朝向所述成像面板的輸出耦合元件，第一多層反射器設(shè)置在所述輸入耦合元件和所述輸出耦合元件之間，所述第一多層反射器反射來自所述光源的法向入射光，所述輸入耦合元件將從所述光源沿大致垂直于所述第一多層反射器的方向傳播的光的至少一部分轉(zhuǎn)向到透射通過所述第一多層反射器的方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述成像面板是液晶顯示(LCD)面板，并且所述系統(tǒng)還包括 設(shè)置在所述LCD面板的觀看側(cè)的第一偏振片和設(shè)置在所述LCD面板 的照明側(cè)的第二偏振片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括控制器，所述控制器連接以便控制由所述成像面板顯示的圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中， 所述光源包括熒光光源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中， 所述光源包括發(fā)光二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源發(fā)射第一波長的光，所述第二光源發(fā)射不同于所述第一波長的第二波長的光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括底部反射器，所述光源設(shè)置在所述底部反射器和所述受控透射 鏡之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中， 所述第一多層反射器包括聚合物多層膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入耦合元件包括體擴(kuò)散片、表面擴(kuò)散片、結(jié)構(gòu)化表面和 全內(nèi)反射輸入耦合器中至少之一。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件包括體擴(kuò)散片、表面擴(kuò)散片、結(jié)構(gòu)化表面和 全內(nèi)反射輸入耦合器中至少之一。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括基板，其設(shè)置在所述輸入耦合元件和所述輸出耦合元件之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述基板設(shè)置在所述第一多層反射器和所述輸出耦合元件之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一多層反射器設(shè)置在所述基板和所述輸出耦合元件之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括第二多層反射器，其設(shè)置在所述輸入耦合元件和所述輸出耦合元件之間，所述基板位于所述第一多層反射器和所述第二多層反射器 之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括側(cè)面反射器，其設(shè)置在所述基板的至少一個(gè)邊緣上，以便反射 在沒有所述側(cè)面反射器的情況下會(huì)從所述基板射出的光。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件基本上僅將一個(gè)偏振態(tài)的光從所述受控透射 鏡耦合出來。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件包括連續(xù)聚合物基體中的分散聚合物相，所 述分散聚合物相和所述連續(xù)聚合物基體中的至少一個(gè)包括雙折射聚 合物材料。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件包括設(shè)置在聚合物基體中的纖維，所述纖維 和所述聚合物基體中的至少一個(gè)包括雙折射聚合物材料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，來自所述第一光源的光在所述第一光源上方的大致垂直于所述 輸出耦合元件的位置沒有到達(dá)所述輸出耦合元件，來自所述第二光源 的光在所述第一光源上方的大致垂直于所述輸出耦合元件的位置從 所述輸出耦合元件耦合出來。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)光控制膜，其設(shè)置在所述受控透射鏡和所述成像面板之間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中， 所述光控制膜包括反射偏振片和增亮膜中的至少之一。
22. —種光學(xué)系統(tǒng)，包括 成像面板；至少第一光源，其設(shè)置在所述成像面板的背面；以及 第一擴(kuò)散片、第一多層反射器和第二擴(kuò)散片，其從所述第一光 源到所述成像面板依次設(shè)置，來自所述第一光源的至少一些光透過所 述第一擴(kuò)散片、所述多層反射器和所述第二擴(kuò)散片朝向所述成像面板 傳播，從所述第一光源通過所述第二擴(kuò)散片的光的強(qiáng)度分布在沿著從 所述第一光源垂直于所述第一多層反射器的主表面的軸線的位置上 具有最小值。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括基板，其設(shè)置在所述第一擴(kuò)散片和所述第二擴(kuò)散片之間，所述 基板對(duì)于來自所述第一光源的光基本透明。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括底部反射器，所述第一光源設(shè)置在所述底部反射器和所述第一 擴(kuò)散片之間。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中， 所述第一擴(kuò)散片包括體擴(kuò)散片和表面擴(kuò)散片中至少之一。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中， 所述第二擴(kuò)散片包括體擴(kuò)散片和表面擴(kuò)散片中至少之一。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括 至少一個(gè)增亮層，其設(shè)置在所述第二擴(kuò)散片和所述成像面板之間。
28. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述第二擴(kuò)散片優(yōu)選地大致僅擴(kuò)散一個(gè)偏振態(tài)的光。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述第二擴(kuò)散片包括連續(xù)聚合物基體中的分散聚合物相，所述 分散聚合物相和所述連續(xù)聚合物基體中的至少一個(gè)包括雙折射聚合 物材料。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件包括設(shè)置在連續(xù)聚合物基體中的纖維，所述 纖維和所述連續(xù)聚合物基體中的至少一個(gè)包括雙折射聚合物材料。
31. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述至少第一光源包括能夠發(fā)射第一波長的光的至少第一光 源，和能夠發(fā)射不同于第一波長的第二波長的光的至少第二光源。
32. —種受控透射鏡，包括 輸入耦合元件； 輸出耦合元件；第一多層反射器，其反射法向入射的第一波長的光；以及 基板，其對(duì)于所述第一波長的光基本透明，所述基板具有邊緣 反射器，所述邊緣反射器設(shè)置成反射傳輸?shù)剿龌宓闹車吘壍?光，所述基板和所述第一多層反射器都設(shè)置在所述輸入耦合元件和所 述輸出耦合元件之間。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，其中， 所述第一多層反射器包括聚合物多層膜。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，其中， 所述輸入耦合元件包括體擴(kuò)散片、表面擴(kuò)散片和復(fù)制表面中至 少之一。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，其中， 所述輸出耦合元件包括體擴(kuò)散片、表面擴(kuò)散片和復(fù)制表面中至少之一。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，其中， 所述基板設(shè)置在所述第一多層反射器和所述輸出耦合元件之間。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，其中， 所述第一多層反射器設(shè)置在所述基板和所述輸出耦合元件之間。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，還包括 第二多層反射器，其設(shè)置在所述輸入耦合元件和所述輸出耦合元件之間，所述基板位于所述第一多層反射器和所述第二多層反射器 之間。
39. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，其中， 所述輸出耦合元件是偏振敏感的。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的受控透射鏡，其中， 所述輸出耦合元件包括連續(xù)聚合物基體內(nèi)的分散聚合物相，所述分散聚合物相和所述連續(xù)聚合物基體中至少之一包括雙折射聚合 物材料。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的受控透射鏡，其中， 所述輸出耦合元件包括設(shè)置在聚合物基體中的纖維，所述纖維和所述聚合物基體中至少之一包括雙折射聚合物材料。
42.根據(jù)權(quán)利要求32所述的受控透射鏡，其中， 所述反射器設(shè)置在所述基板的大致整個(gè)周圍邊緣上。
全文摘要
顯示系統(tǒng)(100)具有設(shè)置在光源(116a、116b)和顯示面板(102)之間的半透射鏡(120)。半透射鏡包括朝向光源的光轉(zhuǎn)向輸入耦合元件(206)、朝向顯示面板的光轉(zhuǎn)向輸出耦合元件(208)和輸入耦合元件與輸出耦合元件之間的多層反射器(204)。半透射鏡橫向地?cái)U(kuò)散光使得顯示面板上的照明更均勻。半透射鏡可以包括用于獲得附加光擴(kuò)散的位于輸入耦合元件和輸出耦合元件之間的透明基板(202)。光源可以位于受控透射鏡內(nèi)而不是位于受控透射鏡背面。輸出耦合元件(208)可以是非起偏的，因此透過受控透射鏡的光是非偏振的；或者輸出耦合劑元件是起偏的，因此輸出光是偏振的。
文檔編號(hào)G02B5/08GK101203799SQ200680022684
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者安德魯·J·歐德科克, 肯尼斯·A·愛潑斯坦, 蒂莫西·J·埃布林克, 邁克爾·F·韋伯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司