專利名稱:具有高照明均勻度的背光型顯示屏的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及光學顯示屏,更具體地講,涉及光源從背后直接照明的液晶顯示屏(LCD),例如可以用于液晶監(jiān)視器和液晶電視機的顯示屏。
背景技術:
一些顯示系統(tǒng)是從背后照明的,例如液晶顯示屏(LCD)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)此類顯示屏廣泛應用于多種裝置中,例如膝上型計算機、手持計算器、電子表、電視機等。一些背光型顯示屏包括位于顯示屏側的光源,以及布置為將光從光源導向至顯示面板背面的光導裝置。其他背光型顯示屏,例如一些液晶監(jiān)視器和液晶電視機(LCD-TV),使用布置在顯示面板背后的多個光源從背后直接照明。較大的顯示屏越來越多地采用后一種布置方式,因為要達到一定程度的顯示亮度所需的光能要求隨顯示屏尺寸的平方增加,而布置沿顯示屏側的光源的可用空間僅隨顯示屏尺寸線性增加。此外,一些顯示屏應用,例如液晶電視機,需要顯示屏足夠亮,以便能夠從比其他應用更遠的距離進行觀看。此外,液晶電視機的視角要求通常不同于液晶監(jiān)視器和手持裝置的視角要求。
許多液晶監(jiān)視器和液晶電視機使用多個冷陰極熒光燈(CCFL)從背后照明。這些光源是線性的并且在顯示屏的整個寬度上延伸,其結果是利用由較暗區(qū)域分隔開的一系列亮條紋照亮顯示屏的背面。這種照度分布是不可取的,因此通常使用擴散板來使液晶顯示屏裝置背面的照度分布均勻。
使用位于燈背面的漫反射器將光導向觀察者,燈布置在反射器與擴散器之間。漫反射器與擴散器之間的間距受限于從擴散器發(fā)出的光的所需亮度均勻度。如果間距太小,則照明均勻度會降低,從而降低觀察者看到的圖像質(zhì)量。發(fā)生這種情況的原因是光在燈之間進行均勻發(fā)散的空間不足。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例涉及直接照明式顯示單元,該顯示單元具有顯示面板以及設置在顯示面板后方的一個或多個光源。所述一個或多個光源能夠生成照明光。擴散器設置在一個或多個光源與顯示面板之間。光轉(zhuǎn)向?qū)釉O置在一個或多個光源與擴散器之間。光轉(zhuǎn)向?qū)泳哂谐蛞粋€或多個光源的第一光轉(zhuǎn)向表面。第一光轉(zhuǎn)向表面主要在正交于光轉(zhuǎn)向?qū)拥牡谝晦D(zhuǎn)向平面內(nèi),對垂直地入射到光轉(zhuǎn)向?qū)由系墓膺M行轉(zhuǎn)向。光轉(zhuǎn)向?qū)舆€具有朝向擴散器的第二光轉(zhuǎn)向表面。第二光轉(zhuǎn)向?qū)咏?jīng)過構造,從而優(yōu)選地將以垂直于光轉(zhuǎn)向?qū)拥姆较蛟诠廪D(zhuǎn)向?qū)又袀鞑サ墓饩€轉(zhuǎn)向到不與第一光轉(zhuǎn)向平面平行的第二轉(zhuǎn)向平面內(nèi)。
本發(fā)明的另一個實施例涉及直接照明式顯示單元,該顯示單元具有顯示面板和一個或多個設置在顯示面板背面的光源,所述一個或多個光源能夠發(fā)出照明光。擴散器設置在一個或多個光源與顯示面板之間。光轉(zhuǎn)向?qū)釉O置在一個或多個光源與擴散器之間。光轉(zhuǎn)向?qū)泳哂谐蛞粋€或多個光源的第一光轉(zhuǎn)向表面,以及朝向顯示面板的第二光轉(zhuǎn)向表面,來自一個或多個光源的、以基本垂直于光轉(zhuǎn)向?qū)拥姆较蛟诠廪D(zhuǎn)向?qū)觾?nèi)傳播的至少第一部分光線基本通過第二光轉(zhuǎn)向表面的平坦部分傳輸,并且來自一個或多個光源的、以基本垂直于光轉(zhuǎn)向?qū)拥姆较蛟诠廪D(zhuǎn)向?qū)觾?nèi)傳播的至少第二部分光線在第二光轉(zhuǎn)向表面的傾斜部分處被全內(nèi)反射。
本發(fā)明的上述發(fā)明內(nèi)容并非意圖描述本發(fā)明的每個圖示實施例或每種實施方式。附圖和下列具體實施方式
更具體地舉例說明了這些實施例。
結合下面參照附圖對如下本發(fā)明的各種實施例的詳細描述,可以更全面地理解本發(fā)明,其中 圖1示意性地示出了采用根據(jù)本發(fā)明原理的亮度均勻?qū)拥谋彻庑鸵壕э@示裝置; 圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明原理的均勻度增強薄膜(EUF)的實施例; 圖3A、3B、4A-4D、5、6A和6B示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的EUF的更多實施例; 圖7A-7C示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明原理的EUF的光控制單元的不同實施例; 圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明原理,包括光源和光控膜的照明單元的實施例; 圖9A和9B示出根據(jù)本發(fā)明原理的EUF的建模過程中使用的各個參數(shù); 圖10提供了對照亮度繪制的計算出的各個模型實例的亮度均勻度散點圖; 圖11示出各個模型實例的亮度隨照明元件上的位置而變化的函數(shù)關系圖; 圖12示出計算出的從各個模型實例的照明單元以不同角度發(fā)出的光的亮度均勻度; 圖13A-D和13F示出多個極性錐光圖,用于描述EUF的操作; 圖13E示意性地示出示例性模型EUF; 圖14示出各個模型的亮度均勻度隨示例擴散器和反射器之間間距而變化的函數(shù)關系圖;以及 圖15提供了用實驗方法得到的亮度測量值,這些測量值隨使用多個光管理層組合的整個樣品光箱上的位置而變化。
雖然本發(fā)明可具有多種修改形式和替代形式,但其具體形式已經(jīng)在附圖中以舉例的方式示出,并且將進行詳細的描述。然而應當理解其目的不是將本發(fā)明限制于所描述的具體實施例。相反,本發(fā)明的目的在于涵蓋所附權利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部修改形式、等同形式和替代形式。
具體實施例方式 本發(fā)明適用于顯示面板,例如液晶顯示屏(LCD),尤其適用于直接從背后照明的液晶顯示屏,例如液晶監(jiān)視器和液晶電視機(LCD-TV)使用的顯示屏。更具體地講,本發(fā)明涉及直接照明式背光源所產(chǎn)生的、用于照明液晶顯示屏的光控制。光控膜結構通常布置在背光源與顯示面板之間。光控膜結構可以層合在一起,也可以為自立式,其通常包括擴散層和至少一個具有棱鏡結構化表面的增亮薄膜。
圖1示出了直接照明式顯示裝置100的示例性實施例的示意分解圖,這種顯示裝置100可用于例如液晶監(jiān)視器或液晶電視。顯示裝置100可以液晶板102的使用為基礎,液晶板通常包括設置在面板106之間的液晶層104。面板106通常由玻璃制成,其內(nèi)表面可包括電極結構和定向?qū)?,用以控制液晶?04中液晶的取向。電極結構通常構型為限定液晶板像素,即其中的液晶取向控制可獨立于鄰近區(qū)域的液晶層區(qū)域。一個或多個面板106中還可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布置在液晶層104的上面,而下吸收型偏振片110設置在液晶層104的下面。在示例性實施例中,上、下吸收偏振片位于液晶面板102的外部。吸收偏振片108、110和液晶面板102聯(lián)合控制背光源112發(fā)出的光穿過顯示器100到達觀察者的傳播過程。例如,可以將吸收偏振器108、110布置為其透射軸為垂直的。處于非活動狀態(tài)的液晶層104的像素可能不會更改從其中通過的光的偏振態(tài)。因此,穿過下吸收偏振片110的光由上吸收偏振片108吸收。另一方面,當像素被激活時,從其中通過的光的偏振被旋轉(zhuǎn),使得至少有一些透射過下吸收偏振片110的光也透射過上吸收偏振片108。有選擇地激活液晶層104的不同像素,例如通過控制器114進行,使得光在某些期望的位置處穿出顯示器,從而形成觀察者看到的圖像??刂破骺梢园?例如)計算機或接收并顯示電視圖像的電視機控制器。上吸收型偏振器108上可以提供一個或多個可選的層109,(例如)以便對顯示屏表面提供機械和/或環(huán)境保護。在一個示例性實施例中,層109可以包括位于吸收型偏振器108上方的硬質(zhì)涂層。
應當理解,一些類型的液晶顯示屏的工作方式可以與上述方式不同。例如,吸收型偏振器可以平行排列,并且在未激活狀態(tài)下液晶面板可以使光的偏振態(tài)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。無論如何,這種顯示屏的基本結構仍然與上述基本結構相似。
背光源112包括多個光源116,光源產(chǎn)生用來照明液晶面板102的光。液晶電視或液晶監(jiān)視器中所用光源116通常為沿著顯示裝置100的高度方向延伸的線性冷陰極熒光管。然而,也可以使用其他類型的光源,例如白熾燈或弧光燈、發(fā)光二極管(LED)、平面熒光板或外部熒光燈。該光源列表并非意圖限制或詳盡列舉,僅作為示例。
背光源112還可包括反射器118,用于反射從光源116以遠離液晶面板102的方向向下傳播的光。反射器118也可用于使光在顯示裝置100內(nèi)進行循環(huán),如下文所解釋的那樣。反射器118可以是鏡面反射器,或者是漫反射器??梢杂米鞣瓷淦?18的鏡面反射器的一個例子為從3M Company(St.Paul,Minncsota)購得的VikuitiTM增強鏡面反射(VikuitiTMEnhanced Specular Reflection)(ESR)。適于漫反射器的例子包括填充有漫反射顆粒(例如二氧化鈦、硫酸鋇、碳酸鈣等)的聚合物,例如PET、PC、PP、PS。漫反射器的其他例子包括微孔材料和含纖絲材料,其在共同擁有的美國專利申請公開No.2003/0118805 A1中有所討論。
光控制薄膜的構造120(也稱為光控制單元)設置在背光源112和液晶面板102之間。該光控制薄膜會影響背光源112發(fā)出的光的傳播,從而改善顯示裝置100的運行。例如,光控制薄膜的構造120可以包括擴散板122。擴散板122用于擴散接收的光源發(fā)出的光,從而提高液晶面板102上的入射照明光的均勻度。最終使得觀察者感受到的圖像亮度更均勻。在一些實施例中,擴散板122可以形成為含有大量漫射顆粒的層。在一些實施例中,擴散板可以附接到光控膜結構120的另一個層上,或者可以省去擴散板。
光控制單元120還可包括反射偏振片124。光源116通常產(chǎn)生非偏振光,而下吸收偏振片110僅透射單一偏振狀態(tài)的光,因此光源116所產(chǎn)生的光中約一半沒有透射到液晶層104。然而,可使用反射偏振片124反射本來會在下吸收偏振片中被吸收的光,因此,這些光可通過反射偏振片124和反射器118之間不斷的反射被循環(huán)利用。至少一些通過反射偏振片124反射的光可被去偏振,并且隨后以偏振狀態(tài)返回到反射偏振片124,這些光透射過反射偏振片124和下吸收偏振片110到達液晶層104。這樣,反射偏振片124可用于讓更多的光源116發(fā)出的光到達液晶層104,因此,顯示裝置100所產(chǎn)生的圖像更亮。
可以使用任何適當類型的反射型偏振器,例如多層光學薄膜(MOF)反射型偏振器;漫反射偏振膜(DRPF),例如連續(xù)相/分散相偏振器、線柵型反射偏振器或膽甾型反射偏振器。
MOF反射偏振器以及連續(xù)相/分散相反射偏振器均依靠至少兩種材料(通常為聚合物材料)之間的折射率差值來選擇性地反射一種偏振狀態(tài)的光,而透射正交偏振狀態(tài)的光。MOF反射偏振片的一些例子在共同擁有的美國專利5,882,774中有所描述。市售MOF反射偏振片的例子包括VikuitiTM DBEF-D200和DBEF-D440多層反射偏振片,這些偏振片具有漫射表面,可得自3M Company St.Paul,Minnesota。
與本發(fā)明有關的可用DRPF的例子包括在共同擁有的美國專利No.5,825,543中所描述的連續(xù)/分散相反射偏振片,以及在(例如)共同擁有的美國專利No.5,867,316中所描述的漫反射多層偏振片。其他合適類型的DRPF在美國專利No.5,751,388中有所描述。
與本發(fā)明有關的可用線柵偏振片的一些實例包括那些在美國專利No.6,122,103中描述的線柵偏振片。特別地,線柵偏振片可從Moxtek Inc.,Orem,Utah商購獲得。
與本發(fā)明有關的可用的膽甾型偏振片的一些例子包括在(例如)美國專利No.5,793,456和美國專利公開No.2002/0159019中所描述的那些。膽甾型偏振片常常具有位于輸出側的四分之一波長延遲層,從而將經(jīng)膽甾型偏振片透射的光轉(zhuǎn)化為線性偏振光。
在一些實施例中,反射型偏振器126可形成漫射,例如通過面向背光源112的漫射表面。在其他實施例中,反射型偏振器126可具有增亮表面,該表面會增加穿過反射型偏振器126的光線的增益。例如,反射型偏振器126的上表面可以具有棱柱增亮表面或增益漫射表面。將在下文中對增亮表面進行更詳細地描述。在其他實施例中,反射型偏振器可以在面向背光源112的側面上具有漫射結構(例如漫射表面或空間),以及在面向液晶面板102的側面上具有增亮結構(例如棱鏡表面或增益漫射表面)。
在某些示例性實施例中可以提供偏振控制層126,例如在擴散板122和反射型偏振器124之間。偏振控制層126的例子包括四分之一波長延遲層和偏振旋轉(zhuǎn)層,例如液晶偏振旋轉(zhuǎn)層。偏振控制層126可以用于改變被反射型偏振器124反射的光的偏振態(tài),從而增加透過反射型偏振器124的循環(huán)光。
光控制層結構120還可以包括一個或多個增亮層。增亮層是包括表面結構的層,該表面結構可將離軸光的方向重新導向為更靠近顯示屏軸132的方向。這會增加穿過液晶層104的軸向傳播光量,從而增加觀察者所看到的圖像的亮度。一個例子為棱鏡增亮層,它具有多個棱鏡脊,能夠通過折射和反射改變照明光的方向??梢杂糜陲@示裝置的棱鏡增亮層的例子包括可得自3M Company,(St.Paul,Minnesota)的VikuitiTM BEFII和BEFIII系列棱鏡膜(VikuitiTM BEFII and BEFIII family of prismaticfilms),包括BEFII 90/24、BEFII 90/50、BEFIIIM 90/50以及BEFIIIT。
棱鏡增亮層通常在一個維度中提供光學增益。光控制層結構120中也可以包括第二增亮層128b,其中棱鏡增亮層被布置為其棱鏡結構垂直取向于第一增亮層128a的棱鏡結構。這種構造在兩個維度中增加了顯示單元的光學增益。在圖示實施例中,增亮層128a、128b布置在背光源112和反射型偏振器124之間。在其他實施例中,增亮層128a和128b可以設置在反射型偏振器124和液晶面板102之間。
可以用于增強透過顯示屏的光的軸向亮度的另一類增亮層128a為增益擴散層。增益擴散層的一個例子為具有在其上表面上充當透鏡的元件結構的層。透過增益擴散層128a的本來會以相對于顯示屏軸132的較大角度傳播的光中,至少一些被層表面上的元件重新導向,以更平行于軸132的方向傳播??梢允褂貌恢挂粋€增益擴散增亮層128a。例如可以使用兩層或三層增益擴散層128a、128b。此外,一層或多層增益擴散層128a可以與一個或多個棱鏡增亮膜128b一起使用。在這種情況下,增益擴散膜128a和棱鏡增亮層128b可以按任何所需順序設置在光控膜120的結構內(nèi)??梢杂糜陲@示器的增益擴散層的一個例子為得自Keiwa Inc.(Osaka,Japan)的BS-42型薄膜。
光控制單元中的不同層可以是自立式的。在其他實施例中,光控制單元中的兩層或更多層可以層合在一起,例如在共同擁有的美國專利申請公開No.2006/0082698中所描述的那樣。在其他示例性實施例中,光控制單元可以包括兩個通過間隙分開的子組件,例如在共同擁有的美國專利申請公開No.2006/0082700中所描述的那樣。
通常,在針對給定亮度和照明均勻度值設計顯示屏時,光源116與擴散層122之間的間距、相鄰光源116之間的間距以及擴散器的透射是要考慮的重要因素。一般來講,強效擴散器(即可擴散較高比例入射光的擴散器)將使均勻度得到改善,但也會導致亮度減小,因為高擴散水平會伴有較強的反向擴散,同時也會增加損耗。
在正常擴散條件下,從整個屏幕上看到的亮度變化是通過光源上方的亮度最大值和光源之間的亮度最小值來表征的。均勻度增強薄膜(EUF)130可以布置在光源130與擴散層122之間,以降低顯示面板102照度的不均勻性。EUF 130的每個面(即面向光源116的面和面向顯示面板102的面)都可以是光轉(zhuǎn)向表面。光轉(zhuǎn)向表面由多個光轉(zhuǎn)向元件形成,光轉(zhuǎn)向元件通過折射方式使光從EUF 130的側面轉(zhuǎn)向另一側面,降低照度的不均勻性。光轉(zhuǎn)向元件包括EUF表面上與EUF 130的平面不平行的一部分。
圖2示意性地示出了EUF 200的一個具體示例性實施例。EUF 200包括第一光轉(zhuǎn)向表面202,該表面包括第一光轉(zhuǎn)向元件204。在該具體實施例中,光轉(zhuǎn)向元件204形成為位于EUF 200整個表面上的肋并具有三角形橫截面。第二光轉(zhuǎn)向表面206也包括具有三角形橫截面的肋狀的光轉(zhuǎn)向元件208。在EUF 200的這種構造中,光轉(zhuǎn)向元件204和208的相對取向使得從下方以平行于z軸方向入射在EUF 200上的光210,在x-z平面上被第二光轉(zhuǎn)向表面206轉(zhuǎn)向。在退出EUF 200時,在EUF 200中以平行于z軸方向傳播的光,在y-z平面上被第一光轉(zhuǎn)向表面202轉(zhuǎn)向。這樣,由于垂直入射在薄膜200上的光在平行于x-z平面上轉(zhuǎn)向,因此可以說元件204形成了平行于x-z方向的光轉(zhuǎn)向平面。同樣,由于以平行于z軸方向在薄膜內(nèi)傳播的光在y-z平面上轉(zhuǎn)向,因此可以說元件208形成了平行于y-z方向的光轉(zhuǎn)向平面。在該構造中,由光轉(zhuǎn)向元件204和208形成的光轉(zhuǎn)向平面相互垂直。在其他構造中,光轉(zhuǎn)向平面可以既不平行也不垂直。
在一些構造中,上面或下面的光轉(zhuǎn)向元件可以以不止一個方向使光轉(zhuǎn)向。在這種情況下,光轉(zhuǎn)向平面是指構成最大轉(zhuǎn)向方向的平面。
在一些實施例中,EUF本身可以由漫射材料形成,例如含有大量漫射顆粒的聚合物基質(zhì)。漫射顆??梢员椴颊麄€EUF,或者EUF的某些部分可以不含漫射顆粒,例如光轉(zhuǎn)向元件。在具有漫射性的EUF部分,光控膜結構無需在EUF與顯示面板之間包括額外的擴散層,盡管也可以具有額外的擴散層。
光轉(zhuǎn)向表面可以包括不同形狀的光轉(zhuǎn)向元件,也可以包括多個與EUF平行的部分。圖3A和3B示意性地示出了EUF的一些其他示例性實施例。在圖3A中,EUF 300具有第一光轉(zhuǎn)向表面302,該光轉(zhuǎn)向表面包括具有三角形橫截面形狀的光轉(zhuǎn)向元件304。該圖還示出光轉(zhuǎn)向元件304的頂角d。在該具體實施例中,相鄰的光轉(zhuǎn)向元件304之間具有平坦區(qū)域306,其中薄膜表面平行于EU F300的平面。平坦區(qū)域306的寬度以“w”表示。下光轉(zhuǎn)向表面308可以具有與第一光轉(zhuǎn)向表面302相同的形狀,也可以具有不同的形狀。
在圖3B中,EUF 320具有包括光轉(zhuǎn)向元件324的光轉(zhuǎn)向表面322,其中光轉(zhuǎn)向元件的橫截面形狀為截平的三角形,具有頂部平坦部分326。在該具體實施例中,相鄰的光轉(zhuǎn)向元件324之間也具有平坦區(qū)域328。下光轉(zhuǎn)向表面330可以具有與第一光轉(zhuǎn)向表面322相同的形狀,也可以具有不同的形狀。
圖4A-4C示意性地示出了EUF的一些其他示例性實施例。在圖4A中,EUF400具有第一光轉(zhuǎn)向表面402,該第一光轉(zhuǎn)向表面包括具有曲面406的光轉(zhuǎn)向元件404。第二光轉(zhuǎn)向表面408可以包括具有曲面的光轉(zhuǎn)向元件,但這并非必需。同樣,第一光轉(zhuǎn)向表面可以不具有曲面,而第二光轉(zhuǎn)向表面具有曲面。在圖4B中,示例的EUF 420具有光轉(zhuǎn)向表面422,該光轉(zhuǎn)向表面包括具有曲面426和平坦部分428的光轉(zhuǎn)向元件424。在該圖示實施例中,平坦部分428平行于EUF薄膜420的平面。在一些實施例中,光轉(zhuǎn)向表面422可以包括光轉(zhuǎn)向元件424之間的平坦部分430。在該圖示實施例中,平坦部分430平行于EUF420的平面。
在圖4A和4B示出的示例性實施例中,光轉(zhuǎn)向元件404、424的曲面包括表面傾斜度的相對突變,這種突變可以視為類似于數(shù)學上的不連續(xù)性。例如,傾斜度的突變發(fā)生在圖4A中點408(光轉(zhuǎn)向構件404的頂點)處,以及圖4B中光轉(zhuǎn)向構件424的點432處。這些傾斜度的相對突變可防止將單一光轉(zhuǎn)向構件用作透鏡,因為透鏡需要其整個表面上傾斜度平穩(wěn)變化。因此,光轉(zhuǎn)向構件404、424不會形成從其中通過的平行光的單一焦點,無論是實焦點還是虛焦點。應當理解,單面EUF或雙面EUF上可以包括本文所述的任何光轉(zhuǎn)向表面,換句話講,一種僅在薄膜的一個側面上具有光轉(zhuǎn)向表面,一種在兩面上均具有光轉(zhuǎn)向表面。
在圖4A和4B示出的示例性實施例中,光轉(zhuǎn)向元件402、422可以視為EUF 400、420的表1面上的凸起。在其他實施例中,光轉(zhuǎn)向元件可以形成為EUF表面上的凹陷。圖4C示意性地示出了這類EUF440的一個示例性實施例。在這種情況下,光轉(zhuǎn)向表面442由具有表面446的光轉(zhuǎn)向元件444形成。在一些實施例中,可以在凹陷中形成平坦區(qū)域448,并且可以在光轉(zhuǎn)向元件444之間形成平坦區(qū)域450。光轉(zhuǎn)向表面包括的光轉(zhuǎn)向元件是從EUF上凸起還是陷入EUF,對于本發(fā)明來說并不重要,并且事實上,這兩種構造在一些情況下可以視為等同形式,兩個凹陷光轉(zhuǎn)向元件之間的部分452被視為從EUF上凸起的光轉(zhuǎn)向元件。
光轉(zhuǎn)向元件不需要全部具有相同的高度。例如,如圖4D中示意性地示出的那樣,光轉(zhuǎn)向元件464可以具有不同的高度。而且,單個光轉(zhuǎn)向元件可以具有沿其長度變化的高度。例如,第二光轉(zhuǎn)向表面468上的光轉(zhuǎn)向元件470的高度h會根據(jù)沿薄膜460的位置而有所變化。
圖5示意性地示出了具有不同高度的光轉(zhuǎn)向元件的EUF的另一個實施例。EUF 500具有第一光轉(zhuǎn)向表面502,該第一光轉(zhuǎn)向表面的光轉(zhuǎn)向元件504形成為具有起伏的脊508的棱鏡506。脊508的高度沿著棱鏡506變化,并且寬度w也沿著棱鏡506變化。這類表面在美國專利申請公開No.2007/0047254中有更詳細的描述。第二光轉(zhuǎn)向表面510可以包括任何所需形狀的光轉(zhuǎn)向元件。例如,第二光轉(zhuǎn)向表面510可以包括形成為具有起伏的脊的棱鏡的光轉(zhuǎn)向元件。
光轉(zhuǎn)向元件不需要相對于EUF的法線對稱。圖6A示意性地示出了具有非對稱光轉(zhuǎn)向元件602的EUF 600的一個實例。在該具體實施例中,光轉(zhuǎn)向元件602形成為具有直面的棱鏡。至少一些光轉(zhuǎn)向元件(例如光轉(zhuǎn)向元件602a和602b)相對于垂直于EUF 600所畫的軸604為非對稱的。下光轉(zhuǎn)向表面606可以包括或不包括非對稱的光轉(zhuǎn)向元件。
圖6B示意性地示出了具有非對稱光轉(zhuǎn)向元件622的EUF 620的另一個實施例。至少一些光轉(zhuǎn)向元件622具有彎曲的側面,并且其相對于垂直于EUF 620的軸624為非對稱的,例如元件622a和622b。
圖7A示意性地示出了具有其他光控制層704的EUF的使用。在該圖示實施例中,光控制層704包括棱鏡增亮層。在其他實施例中,可以將不同類型的層或額外的光控制層(例如反射偏振層)布置在擴散層702的上方。EUF 710布置在擴散層702的入射面。EUF710具有面向擴散層702的第一光轉(zhuǎn)向表面712和背向擴散層702的第二光轉(zhuǎn)向表面714。發(fā)自一個或多個光源(未示出)的光708穿過EUF710到達擴散層702,然后射在其他光控制層704上。
在一些實施例中,第一光轉(zhuǎn)向表面712可以附接到擴散層702上,例如通過使用粘合劑。圖7B示意性地示出了此類結構的一個示例性實施例,其中第一光轉(zhuǎn)向表面712的部分穿入擴散層702下表面703上的粘合劑層722中。在一些實施例中,粘合劑層722與表面712的部分之間留有間隙724。美國專利No.6,846,089中更詳細地描述了使用粘合劑將結構化的薄膜表面附接到其他層的情況。
圖7C示意性地示出了另一個示例性實施例,其中光轉(zhuǎn)向表面712包括具有平行于擴散層702下表面702a的部分730的光轉(zhuǎn)向元件??梢詫⒐廪D(zhuǎn)向表面712的表面壓貼在擴散層702的下表面702a上,也可以將其粘附到下表面702a上,例如使用粘合劑粘附。
模型實例 構造了一個具有背光源和光控制單元的顯示屏照明單元的光線追跡模型,以調(diào)查照明單元的光學性能隨EUF各種參數(shù)的變化情況。圖8示意性地示出了模型照明單元800,其包括限定了光源陣列腔體804邊緣界限的反射框架802、位于燈808陣列下方的后反射器806、擴散層810和EUF812。除非另外指明,否則模型假定反射器806為鏡面反射器。模型假定每個燈808均包括亮度為38,000尼特的細長光源,類似于冷陰極熒光燈。燈808以中心至中心距離S規(guī)則地間隔開,反射器806與擴散層810之間的間距給定為D,燈808與反射器806之間的間距為H。燈808之間的間距S假定為30mm,燈的直徑2R假定為3mm,D值假定為7mm。擴散層810的厚度為2mm,而EUF812的厚度為約0.45mm,并且與擴散層810的下表面相接觸。腔體內(nèi)有三個燈泡808。增亮層814和反射偏振層815布置在擴散層810的上方。增亮層814由平行于燈泡808伸長方向取向的棱脊形成。
EUF所用材料的折射率假定為1.586,其對應于可用于EUF的環(huán)氧丙烯酸酯材料的折射率值。EUF可以使用其他合適類型的材料。聚合物材料的例子包括但不限于聚碳酸酯(PC);間同立構和全同立構的聚苯乙烯(PS);C1-C8烷基苯乙烯;含烷基、含芳族環(huán)和含脂肪族環(huán)的(甲基)丙烯酸酯,包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PMMA共聚物;乙氧基和丙氧基(甲基)丙烯酸酯;多官能(甲基)丙烯酸酯;丙烯酸改性環(huán)氧樹脂;環(huán)氧樹脂;以及其他的烯鍵式不飽和材料;環(huán)狀烯烴和環(huán)狀烯共聚物;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN);環(huán)氧樹脂;聚乙烯基環(huán)己烷;PMMA/聚氟乙烯共混物;聚苯醚合金;苯乙烯系嵌段共聚物;聚酰亞胺;聚砜;聚氯乙烯;聚二甲基硅氧烷(PDMS);聚氨酯;不飽和聚酯;聚乙烯,包括低雙折射聚乙烯;聚丙烯(PP);聚對苯二甲酸烷基酯,例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET);聚萘二甲酸烷基酯,例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN);聚酰胺;離聚物;乙酸乙烯酯/聚乙烯共聚物;乙酸纖維素;醋酸丁酸纖維素;含氟聚合物;聚苯乙烯-聚乙烯共聚物;PET和PEN共聚物,包括多烯鍵的PET和PEN;以及聚碳酸酯/脂族PET共混物。術語(甲基)丙烯酸酯定義為相應的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯化合物。
針對EUF上各種形狀的光轉(zhuǎn)向表面,構建了擴散層810發(fā)出的光的均勻度模型。EUF 900的表面的模型如圖9A和9B所示。面向擴散層的光轉(zhuǎn)向上表面902具有光轉(zhuǎn)向元件904,該光轉(zhuǎn)向元件具有曲率半徑為R的曲面906。假設光轉(zhuǎn)向元件904按間距P布置。R為無量綱數(shù),歸一化為間距P的倍數(shù)。因此,如果曲率半徑是間距的50倍,R的值就是50。光轉(zhuǎn)向元件的頂角θ由連接光轉(zhuǎn)向元件904頂點和光轉(zhuǎn)向元件904底角的假想的三角形限定。在某些情況下,光轉(zhuǎn)向元件的模型具有平坦頂端。平坦部分908的范圍F在0與0.2P之間變化。具有平坦部分的光轉(zhuǎn)向元件904的頂角應取為不在光轉(zhuǎn)向元件上截出平坦部分時光轉(zhuǎn)向元件904的頂角。圖9B示出了光轉(zhuǎn)向元件下表面912,其中光轉(zhuǎn)向元件914伸出EUF 900。
在以下討論的所有情況中,每個光轉(zhuǎn)向表面902和912的光轉(zhuǎn)向元件904和914尺寸相同,并具有一致的高度。采用蒙特卡羅方法就不同參數(shù)的各種取值對照明單元的行為構建了模型。
實例 實例1-6對EUF位于擴散層下方的照明單元進行了建模 對各種EUF參數(shù)具有若干組合的照明單元的光學特性進行了建模。表I列出了各種EUF參數(shù)的不同范圍。術語“頂角”是指光轉(zhuǎn)向構件的頂角,術語“平坦長度”是指平坦區(qū)域的長度F,術語“R”是指光轉(zhuǎn)向元件的曲率半徑。術語“底部”是指面向光源的EUF的下表面,術語“頂部”是指背向光源的EUF的上表面。
術語“擴散器-g”是指Henyey-Greenstein擴散參數(shù)g=1時,完全向前散射;g=-1時,完全向后散射。g=0對應于向所有方向均勻散射。模型中使用的g的值在0.92-0.955的范圍內(nèi),這大約對應于透過2mm厚擴散器的單程透射率在56%-99%范圍內(nèi)。散射光的角分布f(θ)按f=(1-g2)/[2(1+g2-2gcos θ)1.5]給出,其中θ為相對于光線入射方向的角度。對于這些g值,散射在向前方向高度偏斜。描述擴散器內(nèi)光線的平均自由路徑倒數(shù)的Henyey-Greenstein u-因子設置為14mm-1。因此,散射系數(shù)C為指數(shù)級因子,由C=e-ud給出,其中d為擴散器內(nèi)的位置。
如圖8所示,燈高H是指燈和反射器之間的間距。模型中包括了光學損耗假設反射器反射98.5%的入射光,剩余1.5%被吸收,并假設光學膜材料的吸收波長為0.003mm-1。除非另外指明,模型中的反射器為鏡面反射器。參數(shù)A、T和R分別對應于被反射器吸收、透射和反射的入射光的百分比。
表I參數(shù)范圍 表II給出了實例1A-6A使用的各種參數(shù)的實際值。實例1A-6A選自所考慮的多個不同組合,并示例性地表現(xiàn)了總體亮度和均勻度方面的良好性能。
表II 實例1-6的參數(shù)值 按照從光源開始的順序,實例1-6的照明單元包括EUF、擴散器、棱鏡增亮層和反射偏振層。
比較例7-12不帶EUF的照明單元 為了對具有EUF的照明單元和常規(guī)照明單元進行性能比較,收集了如圖8所示照明單元(不同的是不包括EUF812)的若干組比較數(shù)據(jù)。表III給出了這些比較例中使用的擴散器-g和燈高的值。
表III 比較例的參數(shù)值 在兩個不同條件下分析了實例7-12,即i)反射器為漫反射器806和ii)反射器為鏡面反射器806。漫反射器被視為反射率為97%的朗伯表面。這兩種不同條件在實例名稱中用跟在實例編號后面的字母加以表示,字母“D”表示使用漫反射器的實例,字母“S”表示使用鏡面反射器的實例。因此,例如,實例7有兩組數(shù)據(jù)。標記為“7D”的一組表示使用漫反射器的實例7,標記為“7S”的一組表示使用鏡面反射器的實例7?!癝”和“D”實例的所有其他參數(shù)值都相同。
建模結果 使用模型計算了照明單元的各種工作參數(shù),其中包括照明單元上方光線的亮度和沿垂直于照明單元薄膜方向傳播的光線的亮度均勻度。圖10提供了顯示相對亮度均勻度(單位%)與亮度(單位尼特)關系的散點圖。某個實例的亮度均勻度以該實例亮度的百分比給出。比較例7S-12S表現(xiàn)出略高于EUF實例(1-6)的平均亮度,并且透射率越高的實例亮度也越高。亮度最高的EUF實例為實例1,其亮度大約為最亮的比較例(實例12S)的99.5%,而亮度最低的EUF實例(實例6)仍然具有實例12的亮度的大約96%。因此,相對于鏡面反射的比較例7S-12S,EUF實例1-6的亮度即使較低,也并未顯著降低。漫射比較例7D-12D顯示出低于EUF實例1-6的亮度水平。
亮度均勻度計算為整個照明單元的均勻度的標準偏差除以照明單元產(chǎn)生的光的平均亮度的比率。因此,計算結果為相對均勻度值。EUF實例1-6的均勻度落在大約0.2%-1%的范圍內(nèi),明顯優(yōu)于任一組比較例。鏡面反射比較例7S-12S的均勻度在大約3.6%-4%的范圍內(nèi),而漫反射實例7D-12D的均勻度則在大約6.6%-7.1%的范圍內(nèi)。因此,模型顯示,EUF層的存在可以顯著改善照明單元發(fā)出的光的均勻度,而亮度水平基本上保持不變。
圖11A的坐標圖示出照明單元發(fā)出的垂直傳播的光線的亮度隨位置而變化的函數(shù)關系。該圖示出了所有EUF實例(實例1-6)與比較例9S和9D的亮度。實例9D和9S的亮度水平變化幅度大大超過實例1-6。
應當理解,為了提高EUF的性能,可以改變多個不同的EUF參數(shù)。EUF性能可以根據(jù)EUF抑制光源上方光強峰值的能力進行測量??梢宰兓膮?shù)包括上下轉(zhuǎn)向表面的頂角、曲率半徑和平坦空間大小,也包括EUF材料的折射率。
圖12的條形圖示出了實例1-6和實例7S-9S中以各種角度從照明單元發(fā)出的光線的均勻度。對于每個實例,均提供以三個角度(即0°、15°和30°)傳播的光線的亮度均勻度。圖10也提供了0°的結果。15°和30°的結果表明盡管大多數(shù)EUF實例仍舊顯示30°的均勻度小于1%(只有兩個實例在30°的均勻度略高于1%),但隨著角度的增加,均勻度略微降低。實例7S-9S在0°、15°和30°的亮度均勻度始終高于3.5%。
據(jù)信,雙面EUF通過以下方式發(fā)揮作用。首先,參考圖8的內(nèi)容有助于理解,該圖示出了具有光轉(zhuǎn)向構件812a的EUF812,該光轉(zhuǎn)向構件沿著平行于光源816軸線的方向伸長,并伸入該圖的平面內(nèi)。在一些示例性實施例中,這意味著光轉(zhuǎn)向構件812a為沿著與熒光燈縱向軸線相同的方向伸長的肋狀構件。當S=30mm、D=7mm并且H=0.5mm時,EUF 812的下光轉(zhuǎn)向表面的入射角在光源816正上方處為0°,在燈泡之間的中點P處為72°。
頂部光轉(zhuǎn)向構件812b可以視為漸變式透射濾波器,其透射率取決于入射光的傾角。底部光轉(zhuǎn)向構件812a根據(jù)入射角θi=atan((D-d)/x)選擇透射角度,其中d為光源816的中心高出反射器806的高度,x表示EUF下表面的入射點與EUF上的光源的正上方的點之間的間距。因此,穿過底部光轉(zhuǎn)向構件812a的透射角為到光源816的燈泡的距離x的函數(shù),該透射角又決定了穿過上光轉(zhuǎn)向構件812b的透射率水平。EUF 812為控制光的透射率(作為到光源812的距離的函數(shù)),從而影響亮度均勻度提供了有用的工具。
為了理解雙面EUF的組合效應,單獨考慮每一面的特性是有幫助的。首先考慮背向光源的上光轉(zhuǎn)向表面的效應。該薄膜類似于增亮膜,由于棱鏡內(nèi)存在全內(nèi)反射,增亮膜對于垂直入射光的光透射率較低,而對于以大于允許全內(nèi)反射的角度入射的光線,透射率則顯著提高。圖13A示出了在類似棱鏡增亮膜的平面/棱鏡膜的平面?zhèn)壬系耐干淙肷涔獾臉O角/方位角圖。假設棱鏡頂角為90°(F=0,R無窮大)。在該圖中,深色陰影對應于透射光較多,白色對應于無透射光。棱鏡軸沿線及周圍的白色沙漏形區(qū)域與全內(nèi)反射(TIR)區(qū)域重合。
結合圖13B-13D描述了面向光源的光轉(zhuǎn)向表面的效應。這些圖提供了透過棱鏡/平面膜的結構化側的透射光的極角/方位角圖,其中棱鏡頂角為70°。結合圖13E可以更好地理解這些圖,該圖示出了具有面向光源(未示出)的棱鏡1302的膜1300。棱鏡1302具有光轉(zhuǎn)向構件。棱鏡沿著平行于y方向的方向伸長,并且z軸垂直于膜1300。在圖13B中,入射平面為0°,這表示光線被限定在垂直于棱鏡結構且與棱鏡軸共平面的平面內(nèi),即限定在圖13E的y-z平面內(nèi)。在圖13C中,入射平面為70°,因此光線被限定在與膜的法線的傾角為70°且與棱鏡軸共平面的平面內(nèi),即平面1304。在圖13D中,光線被限定在與法線的傾角為80°且與棱鏡軸共平面的平面內(nèi)。
圖13F示出了頂部棱鏡透射和三種底部棱鏡入射平面(即0°、70°和80°)情況的復合極角/方位角圖。圖形對應于以彼此垂直方式取向的EUF兩側的光轉(zhuǎn)向結構。在0°情況下,光被轉(zhuǎn)向后遠離中央子午線,此時與頂部棱鏡的相互作用以TIR為主,因此從燈泡向正上方發(fā)出的光大部分被EUF反射。在入射角為70°和80°的情況下,光被朝向中央子午線轉(zhuǎn)向,該區(qū)域頂部棱鏡TIR區(qū)域較窄(弱反射),因此以陡峭角度從燈泡發(fā)出并在底部棱鏡結構化表面上靠近燈泡之間中點處入射的光被大量透射。燈泡上方的光透射率低,而燈泡間的點處的EUF上的入射光透射率高,這種組合使得總照度分布曲線較平,從而使照度變得更加均勻。圖13F中有一個0°至70°入射光的透射刻度尺,由刻度尺可以明顯看出,靠近燈泡之間中點處的透射率較高。通過調(diào)整上下光轉(zhuǎn)向構件的以下參數(shù)可以調(diào)整透射刻度尺例如,頂角、小平面曲率(半徑)、扁平或頂端半徑或棱鏡頂端光耦合、棱鏡軸取向、折射率、傾斜或變頂角棱鏡,以及棱鏡表面紋理。頂部和底部棱鏡軸的取向(即棱鏡脊的方向)可以相對彼此和/或相對燈泡變化。
圖14示出了作為D值函數(shù)的亮度均勻度的計算結果,D值影響照明單元的厚度。在每種情況下,D值在5mm-11mm的范圍內(nèi)變化。曲線1401、1402、1403和1405分別示出與實例1、2、3和5類似的設計的結果。曲線1407S示出與實例7S類似的設計的結果,而曲線1407D則示出實例7D的結果。D=7mm時的均勻度的值與圖10所提供的相同。
優(yōu)化照明單元性能的一個重要參數(shù)為比率S/D,燈間距與厚度的比率。為了減小顯示屏厚度,需要S/D的值較大,但不應以亮度均勻度降低為代價。通常,使用具有后漫反射器806的熒光燈的常規(guī)顯示屏806采用小于2的S/D值。這可以通過圖14中曲線1407D的趨勢加以確認D值顯著高于11mm時,亮度均勻度接近1%。采用鏡面后反射器806的最新進展已經(jīng)證明在亮度均勻度保持大約1%的情況下,S/D值可以高達約3,從而可以減小照明單元的厚度。這在待審的美國專利申請公開No.2006/0262555中有更詳細的描述。
圖14所示趨勢表明EUF的采用使得薄得多的照明單元可以產(chǎn)生合格的亮度。在圖14所示結果所對應的所有設計中,燈間距S均為30mm。因此,對于約2.7或更高的S/D值,所有EUF設計(曲線1401、1402、1403、1405)均取得1%或更好的均勻度。特別是,對于低至7mm以下的D值(即S/D比率大于4.3),曲線1401、1402、1403、1405顯示出小于1%的亮度均勻度。通過開發(fā)不同的EUF設計,可以制備均勻度小于1%且D值小于6mm的系統(tǒng)。
實驗結果 圖15示出了帶有和不帶EUF的燈箱所產(chǎn)生的光的實驗測量值。該燈箱大約寬33cm,并且在35mm的中心至中心間距內(nèi)容納了8個熒光燈。該燈箱深度為8mm,因此S/D比率的值大約為4.4。在所有情況下燈上方都有擴散層。曲線1502顯示,亮度測量值(單位Cd m-2)是在整個擴散層上的位置的函數(shù)。該曲線顯示,強度隨空間變化而有顯著不同。曲線1504反映了在擴散層下方存在EUF的情況下所進行的類似測量的結果,該曲線顯示EUF可以顯著提高輸出強度的均勻度。用于產(chǎn)生這些實驗結果的EUF為雙面EUF,其中每個表面包含一系列棱脊,棱脊之間沒有平坦區(qū)域,棱脊本身也沒有平坦區(qū)域。在面向燈的下光轉(zhuǎn)向表面上,棱鏡頂角為66°,而在面向擴散層的上光轉(zhuǎn)向表面上,棱鏡頂角為100°。
重復測量過程,不同的是,將三個光控制薄膜設置在擴散器上方。從擴散層向上,薄膜依次為增益擴散器、增亮薄膜和反射偏振膜。增益擴散器為得自Keiwa Inc.(Osaka,Japan)的BS-42型增益擴散器。增亮膜為得自3M Company(St.Paul,Minnesota)的BEFIII-10T型棱鏡增亮膜,反射偏振層則為同樣得自3M Company的DBEF-D400型多層反射偏振膜。光控制薄膜的加入顯著增加了光箱上方的透光率。圖中示出亮度隨在整個光箱上的位置而變化的函數(shù)關系,其中包括不帶EUF(曲線1506)和帶有EUF(曲線1508)兩種情況。由于邊界條件,中央的照度通常大于邊緣。然而,帶有EUF時所測得的分布曲線比不帶有EUF時平滑得多。
應當理解,光轉(zhuǎn)向表面可以具有本文未詳細描述的多種不同類型的形狀,包括具有位置、形狀和/或尺寸無規(guī)的光轉(zhuǎn)向元件的表面。此外,雖然上述示例性實施例涉及使照明光折射轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)向表面,但其他實施例可以衍射照明光,也可以通過折射和衍射的組合來使照明光轉(zhuǎn)向。本文所述的計算結果顯示,與單獨的簡單擴散器相比,不同類型和形狀的光轉(zhuǎn)向?qū)泳哂性鰪娬斩纫约皽p小照度變化的潛力。
本發(fā)明不應被視為局限于上文所述的具體實例,而應該理解為涵蓋所附權利要求書中明確陳述的本發(fā)明的所有方面。在閱讀本說明書之后,本發(fā)明所屬領域的技術人員將明白本發(fā)明可進行的多種修改形式、等同處理以及可應用于本發(fā)明的多種結構。所附權利要求書旨在涵蓋這樣的修改形式和裝置。
權利要求
1.一種直接照明式顯示單元,包括
顯示面板;
一個或多個光源,所述光源設置在所述顯示面板背面并且能夠發(fā)出照明光;
擴散器,所述擴散器設置在所述一個或多個光源與所述顯示面板之間;以及
光轉(zhuǎn)向?qū)?,所述光轉(zhuǎn)向?qū)釉O置在所述一個或多個光源與所述擴散器之間,所述光轉(zhuǎn)向?qū)影嫦蛩鲆粋€或多個光源的第一光轉(zhuǎn)向表面,所述第一光轉(zhuǎn)向表面主要在正交于所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥牡谝晦D(zhuǎn)向平面內(nèi)對垂直地入射至所述光轉(zhuǎn)向?qū)由系墓膺M行轉(zhuǎn)向,所述光轉(zhuǎn)向?qū)舆€包括面向所述擴散器的第二光轉(zhuǎn)向表面,所述第二光轉(zhuǎn)向?qū)颖粯嬙鞛閮?yōu)選地將所述光轉(zhuǎn)向?qū)觾?nèi)沿垂直于所述光轉(zhuǎn)向?qū)臃较騻鞑サ墓廪D(zhuǎn)向至與所述第一轉(zhuǎn)向平面不平行的第二轉(zhuǎn)向平面內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述第一轉(zhuǎn)向平面基本上垂直于所述第二轉(zhuǎn)向平面。
3.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述第一光轉(zhuǎn)向表面包括具有至少兩個由表面不連續(xù)性隔開的相鄰的表面部分的光轉(zhuǎn)向元件。
4.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述擴散器附接到所述光轉(zhuǎn)向?qū)由稀?br>
5.根據(jù)權利要求4所述的單元,還包括位于所述擴散器的面向所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥膫让嫔系恼澈蟿?,所述第二光轉(zhuǎn)向表面的一部分穿入所述粘合劑層。
6.根據(jù)權利要求4所述的單元,其中所述第二光轉(zhuǎn)向表面的至少一些部分平行于所述擴散器并且附接到所述擴散器上。
7.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括相對于垂直于所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥妮S線為非對稱的光轉(zhuǎn)向構件。
8.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括具有平行于所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥谋砻娌糠值墓廪D(zhuǎn)向構件。
9.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括至少一個位于兩個相鄰的光轉(zhuǎn)向構件之間的平坦表面部分。
10.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括在整個所述光轉(zhuǎn)向?qū)由涎由斓募氶L的光轉(zhuǎn)向構件。
11.根據(jù)權利要求10所述的單元,其中所述細長的光轉(zhuǎn)向構件的高度基本上沿所述細長的光轉(zhuǎn)向構件的長度為恒定的。
12.根據(jù)權利要求11所述的單元,其中所述細長的光轉(zhuǎn)向構件的高度沿所述細長的光轉(zhuǎn)向構件的長度是變化的。
13.根據(jù)權利要求10所述的單元,其中所述細長的光轉(zhuǎn)向構件的寬度沿所述細長的光轉(zhuǎn)向構件的長度是變化的。
14.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括兩個高度不同的相鄰的光轉(zhuǎn)向構件。
15.根據(jù)權利要求1所述的單元,還包括設置在所述擴散器與所述顯示面板之間的一個或多個光控膜。
16.根據(jù)權利要求15所述的單元,其中所述一個或多個光控膜包括至少第一增亮膜和反射偏振膜。
17.根據(jù)權利要求16所述的單元,還包括具有棱鏡結構的第二增亮膜,所述棱鏡結構的取向基本上垂直于所述第一增亮膜的棱鏡結構。
18.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述顯示面板包括液晶顯示(LCD)面板。
19.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述一個或多個光源包括至少一個發(fā)光二極管。
20.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述一個或多個光源包括至少一個熒光燈。
21.根據(jù)權利要求1所述的單元,還包括連接到所述顯示面板的控制單元,以控制所述單元顯示的圖像。
22.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述擴散器為漫射表面。
23.根據(jù)權利要求1所述的單元,其中所述擴散器為擴散層。
24.一種直接照明式顯示單元,包括
顯示面板;
一個或多個光源,所述一個或多個光源設置在所述顯示面板背面并且能夠發(fā)出照明光;
擴散器,所述擴散器設置在所述顯示面板與所述一個或多個光源之間;以及
光轉(zhuǎn)向?qū)樱龉廪D(zhuǎn)向?qū)釉O置在所述一個或多個光源與所述擴散器之間,所述光轉(zhuǎn)向?qū)影嫦蛩鲆粋€或多個光源的第一光轉(zhuǎn)向表面和面向所述擴散器的第二光轉(zhuǎn)向表面,所述一個或多個光源發(fā)出的光的至少第一部分在所述光轉(zhuǎn)向?qū)觾?nèi)沿基本上垂直于所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥姆较騻鞑?,并且基本上透射過所述第二光轉(zhuǎn)向表面的平坦部分,所述一個或多個光源發(fā)出的光的至少第二部分在所述光轉(zhuǎn)向?qū)觾?nèi)沿基本上垂直于所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥姆较騻鞑?,并且在所述第二光轉(zhuǎn)向表面的傾斜部分處被全內(nèi)反射。
25.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中從所述一個或多個光源入射到所述第一光轉(zhuǎn)向表面上的光基本上在第一光轉(zhuǎn)向平面內(nèi)被轉(zhuǎn)向,從所述第一光轉(zhuǎn)向表面入射到所述第二光轉(zhuǎn)向表面上的光基本上在與所述第一光轉(zhuǎn)向平面不平行的第二光轉(zhuǎn)向平面內(nèi)被轉(zhuǎn)向。
26.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述第一光轉(zhuǎn)向平面基本上垂直于所述第二光轉(zhuǎn)向平面。
27.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括具有至少兩個由表面不連續(xù)性隔開的相鄰的表面部分的光轉(zhuǎn)向元件。
28.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述擴散器附接到所述光轉(zhuǎn)向?qū)印?br>
29.根據(jù)權利要求28所述的單元,還包括位于所述擴散器的面向所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥膫让嫔系恼澈蟿?,所述第二光轉(zhuǎn)向表面的一部分穿入所述粘合劑層。
30.根據(jù)權利要求28所述的單元,其中所述第二光轉(zhuǎn)向表面的至少一些部分平行于所述擴散器并且附接到所述擴散器上。
31.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括相對于垂直于所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥妮S線為非對稱的光轉(zhuǎn)向元件。
32.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括具有平行于所述光轉(zhuǎn)向?qū)拥谋砻娌糠值墓廪D(zhuǎn)向元件。
33.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括位于兩個相鄰的光轉(zhuǎn)向元件之間的至少一個平坦表面部分。
34.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括在整個所述光轉(zhuǎn)向?qū)由涎由斓募氶L構件。
35.根據(jù)權利要求34所述的單元,其中所述細長構件的高度基本上沿所述細長構件的長度為恒定的。
36.根據(jù)權利要求34所述的單元,其中所述細長構件的高度沿所述細長構件的長度是變化的。
37.根據(jù)權利要求34所述的單元,其中所述細長光轉(zhuǎn)向構件的寬度沿所述細長構件的長度是變化的。
38.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述第一和第二光轉(zhuǎn)向表面中的至少一個包括兩個高度不同的相鄰的光轉(zhuǎn)向元件。
39.根據(jù)權利要求24所述的單元,還包括設置在所述擴散器與所述顯示面板之間的一個或多個光控膜。
40.根據(jù)權利要求39所述的單元,其中所述一個或多個光控膜包括至少第一增亮膜和反射偏振膜。
41.根據(jù)權利要求40所述的單元,還包括具有棱鏡結構的第二增亮膜,所述棱鏡結構的取向基本上垂直于所述第一增亮膜的棱鏡結構。
42.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述顯示面板包括液晶顯示(LCD)面板。
43.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述一個或多個光源包括至少一個發(fā)光二極管。
44.根據(jù)權利要求24所述的單元,其中所述一個或多個光源包括至少一個熒光燈。
45.根據(jù)權利要求24所述的單元,還包括連接到所述顯示面板的控制單元,以控制所述單元顯示的圖像。
全文摘要
一種直接照明式顯示單元,所述顯示單元具有顯示面板和一個或多個設置在所述顯示面板背面的光源。一種設置在所述一個或多個光源與所述顯示面板之間的擴散器,以及一種設置在所述一個或多個光源與所述擴散器之間的光轉(zhuǎn)向?qū)?。所述光轉(zhuǎn)向?qū)泳哂忻嫦蛩鲆粋€或多個光源的第一光轉(zhuǎn)向表面和面向所述顯示面板的第二光轉(zhuǎn)向表面。所述光轉(zhuǎn)向?qū)訉⑺鲆粋€或多個光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)向至所述擴散器,從而改善所述顯示單元內(nèi)的光的均勻度。
文檔編號G02F1/13357GK101535878SQ200780040984
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月12日 優(yōu)先權日2006年11月15日
發(fā)明者肯尼思·A·愛潑斯坦, 肯尼思·J·漢利 申請人:3M創(chuàng)新有限公司