專利名稱：具有斜光源的中空背光源的制作方法
具有斜光源的中空背光源
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及適用于照明顯示內(nèi)容或圖像的擴(kuò)展面光源，其通常被稱為背光源。背光源用來(lái)照明顯示器，例如計(jì)算機(jī)IXD顯示器、手機(jī)顯示屏、個(gè)人數(shù)字助理和其 他手持裝置。為了減輕重量，已經(jīng)開發(fā)了中空背光源。一些中空背光源已經(jīng)將對(duì)稱的聚光 器或光注入器(包括對(duì)稱拋物面聚光器)與光源結(jié)合使用，以將光導(dǎo)入中空光腔。然而，由 于對(duì)稱光注入器的體積，這種光注入器增加了顯示器的總尺寸。顯示器尺寸增加是由于容 納對(duì)稱光注入器的尺寸所需要的框的寬度增加。圖8示出了采用對(duì)稱光注入器的現(xiàn)有技術(shù)背光源800。背光源800具有限定光腔 808的前反射器802、后反射器804和側(cè)反射器806。在光源810和光腔808之間，復(fù)合拋物 面聚光器812將光從光源導(dǎo)向光腔?？?qū)挾扔谩癢”表示。
發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了背光源，該背光源包括前反射器和后反射器，其設(shè) 置形成中空光腔，其中第一光源靠近前反射器一端，并具有5°至90°的傾角；并且該背光 源包括第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀，第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀在至少第一光源與后反射器之間延伸， 用于將來(lái)自第一光源的光導(dǎo)入中空光腔。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了上述背光源，該背光源還包括靠近前反射器另 一端并具有5°至90°的傾角的第二光源以及第二不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀，第二不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀 在第二光源和后反射器之間延伸，用于將來(lái)自第二光源的光導(dǎo)入中空光腔。在其他實(shí)施例中，不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀是彎曲的。不對(duì)稱準(zhǔn)直儀是拋物面的；在光源和 前后反射器之間可以設(shè)置不止一個(gè)不對(duì)稱準(zhǔn)直儀；并且光源包括CCFL燈或LED晶粒。
圖1為背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖；圖2為背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖；圖3為背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖；圖4為光學(xué)顯示器的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖；圖5為光學(xué)顯示器的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖；圖6為亮度與豎直位置的曲線圖；圖7為背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖；以及圖8為現(xiàn)有技術(shù)背光源的示意性剖視具體實(shí)施例方式除了別的優(yōu)點(diǎn)以外，本發(fā)明的背光源比具有實(shí)心光導(dǎo)的背光源重量更輕，并且提 供了減小中空側(cè)光式背光源系統(tǒng)框?qū)挾鹊姆绞剑瑫r(shí)提供了足以滿足預(yù)期應(yīng)用的亮度和空 間均勻度。本發(fā)明的背光源可用于熒光燈管和LED光源。這種背光源可用于LCD、標(biāo)牌箱和燈具。圖1示出了本發(fā)明的背光源的一個(gè)實(shí)施例。背光源100包括前反射器102和后反 射器104，前反射器和后反射器的設(shè)置方式使其形成中空光腔106。在該實(shí)施例中，前反射 器102是平面的。在其他實(shí)施例中，前反射器可以是彎曲的或具有曲率。光源108靠近前 反射器102，并且其相對(duì)于前反射器102切線的位置由傾角110限定。傾角110由下列各線 的交線1 限定i)平行于前反射器平面的切線的線條122 ；以及ii)垂直平分光源的孔徑 面126的線條124。傾角可以大致在5°至90°的范圍內(nèi)，并且可以為5°和90°之間的任何角度或 范圍。在其他實(shí)施例中，傾角可以為15°、30°、45°、60°或90°，或者在15°和90°之 間的任何角度或范圍。光源108包括光元件112、光元件反射器114和用于將光導(dǎo)入中空光腔的不對(duì)稱光 準(zhǔn)直儀116。與準(zhǔn)直儀相關(guān)的“不對(duì)稱”是指與光源有關(guān)的每個(gè)準(zhǔn)直儀都具有不同的形狀， 例如具有不同長(zhǎng)度(包括零長(zhǎng)度)和/或不同形狀。第一光準(zhǔn)直儀116在光源108和后反 射器104之間延伸，并進(jìn)入光腔。在該實(shí)施例中，第二光準(zhǔn)直儀在光源108和前反射器102 之間沒(méi)有長(zhǎng)度。在該實(shí)施例中，光準(zhǔn)直儀116和后反射器104是一體的。在其他實(shí)施例中， 光準(zhǔn)直儀和后反射器或其部分可以是單獨(dú)的部件，或者可由不同材料制成。光準(zhǔn)直儀116和后反射器之間的邊界在光準(zhǔn)直儀的切線為水平105處。如圖1所示，光準(zhǔn)直儀116是彎曲的或具有曲率。期望入射到前反射器102的光 線具有相對(duì)較大的入射角。因此，由光源提供的光線有利地與切線122成相對(duì)較小的角度。 然而，一些光線可以以與切線122成相對(duì)較大的角度傳輸。在這種情況下，彎曲的光準(zhǔn)直儀 反射這些光，以使得這些光以相對(duì)較大的入射角入射到前反射器122。在其他實(shí)施例中，光 準(zhǔn)直儀116的曲面可以描述為拋物面，拋物面頂點(diǎn)位于與孔徑面1 的相交處，焦點(diǎn)位于孔 徑面1 和前反射器102的相交處。因此，拋物面的軸線有利地平行于孔徑面126。在該實(shí) 施例中，光元件為冷陰極熒光燈(CCFL)，光元件反射器可以描述為一對(duì)漸開線118和120。在其他實(shí)施例中，光元件反射器可以用圍繞光元件的任何一般形狀描述。這些形 狀包括(但不限于)卵形、矩形或梯形的橫截面。在一些應(yīng)用中，希望光元件對(duì)前反射器沒(méi)有直接視線(例如當(dāng)傾角為90°時(shí))。在 這種情況下，光元件和已有的光元件反射器可以進(jìn)一步圍繞光元件反射器與前反射器的交 點(diǎn)一起旋轉(zhuǎn)。光元件反射器接著可以具有在其遠(yuǎn)端從前反射器到后反射器之間的反射延長(zhǎng) 部分。該延長(zhǎng)部分可以是平面或彎曲的。在一個(gè)實(shí)施例中，延長(zhǎng)部分為圓弧。在其他實(shí)施例中，光元件可以是具有或不具有光元件反射器的LED或一排LED。此 外，LED可以在靠近每個(gè)LED和在每個(gè)LED與中空光腔之間具有折射透鏡元件，用來(lái)幫助光 提取和/或光準(zhǔn)直。此外，還可以有在LED或折射透鏡元件(如有)和準(zhǔn)直儀之間延伸的 光元件反射器。這些光元件反射器可以是平面的，或者具有彎曲的橫截面。有利地，可以將 散熱器(例如，包裹在光源周圍并在準(zhǔn)直儀一部分上方延伸的散熱器)和LED光元件一起 使用，用來(lái)對(duì)LED散熱。如果需要，可以在本發(fā)明所公開的背光源的光源中使用其他可見(jiàn)光發(fā)射器，例如 熱陰極熒光燈(HCFL)、外部電極熒光燈(EEFL)或燈管(例如US 6，267，492中描述的那 些)。此外，還可使用混合系統(tǒng)，例如CCFL/LED (包括發(fā)冷白光和暖白光的CCFL/LED) XCFL/HCFL/EEFL(例如發(fā)出不同光譜的CCFL/HCFLL/EEFL)。發(fā)光器的組合可有多種變化，包括 LED和CCFL，以及諸如多個(gè)CCFL、多個(gè)不同顏色的CCFL、LED和CCFL之類的復(fù)合體。與熒光燈一起使用的光元件反射器有利地成形為熒光燈管的圓橫截面的一對(duì)漸 開線，如圖1所示。圖2示出了本發(fā)明的背光源200的另一個(gè)實(shí)施例。背光源200包括前反射器202 和后反射器204，前反射器和后反射器的設(shè)置方式使其形成中空光腔206。光源208靠近前 反射器202，并且其相對(duì)于前反射器202的位置由上文定義的傾角210限定。光源208包括 光元件212、光元件反射器214、和用于將光導(dǎo)入中空光腔206的第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀216 和第二不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀217。光準(zhǔn)直儀216和后反射器之間的邊界在光準(zhǔn)直儀的切線為水 平205處。光準(zhǔn)直儀217具有大致小于光準(zhǔn)直儀216的長(zhǎng)度，并且在光源208和前反射器 202之間延伸。光準(zhǔn)直儀217可以是平面的，或具有曲率。期望入射到前反射器202的光線具有 相對(duì)較大的入射角。如果傾角210較小，使得一些向前傳播的光以比所期望的更大的角度 入射到前反射器202，則可以設(shè)置光準(zhǔn)直儀217，使得通過(guò)反射將光向下重新導(dǎo)向，并且在 反射后與后反射器204或光準(zhǔn)直儀216成一角度，從而使光線以所需角度入射到前反射器 202。因此，光準(zhǔn)直儀216和217所提供的光準(zhǔn)直使得光源發(fā)出的光線與前反射器202成有 利的較小角度。在其他實(shí)施例中，光準(zhǔn)直儀217的曲面可以描述為拋物斷面。在該實(shí)施例 中，光元件為冷陰極熒光燈(CCFL)，光元件反射器214可以描述為一對(duì)漸開線。圖3示出了本發(fā)明的背光源300的另一個(gè)實(shí)施例。背光源300包括前反射器302 和后反射器304，前反射器和后反射器的設(shè)置方式使其形成中空光腔306。第一光源208和 第二光源210均靠近前反射器302，并且其相對(duì)于前反射器的位置由傾角312限定。每個(gè)光 源包括兩個(gè)光元件314、光元件反射器316、以及用于將光導(dǎo)入中空光腔306的每個(gè)光源的 光準(zhǔn)直儀318和320。光準(zhǔn)直儀318和后反射器之間的邊界在光準(zhǔn)直儀的切線為水平305 處。圖7示出了本發(fā)明的背光源700的另一個(gè)實(shí)施例。背光源700包括前反射器702 和后反射器704，前反射器和后反射器的設(shè)置方式使其形成中空光腔706。光源708靠近前 反射器702，并且其相對(duì)于前反射器702的位置由上文定義的傾角710限定。光源208包括 LED晶粒712和用于將光導(dǎo)入中空光腔706的第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀716。光準(zhǔn)直儀716和 后反射器之間的邊界在光準(zhǔn)直儀的切線為水平705處。后反射器和光準(zhǔn)直儀都包括提供面向中空光腔內(nèi)部的高反射率表面的片狀材料， 反射表面160和162能夠使入射光束以有限受控方式擴(kuò)散成寬的反射光束。這種材料通常 被稱為“散射材料”，并且可以進(jìn)一步劃分成“寬”或“窄”散射材料，具體取決于反射光束的 角展度(#JAL"Daylighting in Architecture-A European Reference Book", published by James and James,London, 1993. ISBN 1-873936-21-4(《建筑采光-歐洲參考書》，James and James 出版，倫敦，1993 年，ISBN 1-873936-21-4)第 4. 3 至 4. 5 頁(yè))。一般來(lái)講，反射 表面160和162包括窄漫反射器(即該反射器具有小于約15°的散射角，或者對(duì)于本專利 申請(qǐng)更典型地在約5°和15°之間的散射角)，但對(duì)于以不垂直于表面的方向入射的光而 言應(yīng)使其反射率不顯著減小，并且為至少85% (優(yōu)選地至少90%，最有利地至少98% )。術(shù)語(yǔ)“散射角”是指反射光最大強(qiáng)度的方向與強(qiáng)度值為的方向之間的角度，假設(shè)反射光強(qiáng)度分布曲線圍繞方向?qū)ΨQ。如果反射光強(qiáng)度分布曲線圍繞 方向不對(duì)稱，則本文所用術(shù)語(yǔ)“散射角”表示方向與強(qiáng)度/2方向之間的平均角度。 寬的反射光束可以(或可以不)在最大強(qiáng)度方向顯示具有顯著的峰值。合適的高反射率材料的例子包括得自3Μ公司的Vikuiti 增強(qiáng)型鏡面反射器 (ESR) (VIKUITI Enhanced Specular Reflector (ESR))多層聚合膜；使用 0· 4 密耳厚的丙 烯異辛酯-丙烯酸壓敏粘結(jié)劑將摻有硫酸鋇的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜O密耳厚)層合 到Vikuiti ESR膜上所形成的膜，本文將所得的這種層合膜稱為“EDR II”膜；得自Toray Industries, Inc.的 E-60 系列 LUMIRR0R 聚酯膜；得自 Alanod Aluminum-Veredlung GmbH & Co.的MIR0 陽(yáng)極氧化鋁膜(包括MIR0 2薄膜)；以及得自3M公司的SILVERLUX和/ 或ECP 305+太陽(yáng)膜。后反射器面向中空光腔的反射表面可以大致平坦和平滑，或者可具有與其相關(guān)的 結(jié)構(gòu)化表面，以促進(jìn)光的散射或混合。這種結(jié)構(gòu)化表面可以施加在(a)后反射器和/或準(zhǔn)直 儀的反射表面160上或(b)涂敷于表面的透明涂層上。在前一種情況下，可以將高反射率膜 層合到預(yù)先形成結(jié)構(gòu)化表面的基底上，或者將高反射率膜層合到平坦基底(如金屬薄片， 這與購(gòu)自3M公司的Vikuiti 耐用增強(qiáng)型鏡面反射片-金屬(DESR-M) (VIKUITI Durable Enhanced Specular Reflector-Metal (DESR-M))反射器類似)上，然后再如采用壓印操作 形成結(jié)構(gòu)化表面。在后一種情況下，可以將具有結(jié)構(gòu)化表面的透明薄膜層合到平的反射表 面，或者可以將透明薄膜施加到反射器，然后將結(jié)構(gòu)化表面施加到透明薄膜頂部，或者可以 將反射性金屬涂層通過(guò)(例如)蒸鍍涂敷到具有結(jié)構(gòu)化表面的透明薄膜的結(jié)構(gòu)化側(cè)或平面 側(cè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，后反射器可以是半鏡面反射器?！鞍腌R面反射器”是指正向散 射顯著多于反向散射的反射器。任何合適的一種或多種半鏡面材料可用于本發(fā)明的后反射 器。例如，半鏡面后反射器可包括在高反射率漫射反射器上的部分透射鏡面反射器。合適 的半鏡面反射器包括ESR (得自3M公司)，其靠近在第一側(cè)面或主表面上具有細(xì)長(zhǎng)的透鏡狀 結(jié)構(gòu)的線性透鏡膜，如下所述。線性透鏡膜位于前反射器和后反射器之間，并且其透鏡狀結(jié) 構(gòu)平行于光元件。微復(fù)制型透鏡狀結(jié)構(gòu)是細(xì)長(zhǎng)的，并且在許多實(shí)施例中設(shè)置為彼此平行。在許多實(shí) 施例中，透鏡狀結(jié)構(gòu)在垂直方向具有光焦度，而在正交的水平方向的光焦度可忽略不計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡狀結(jié)構(gòu)具有在1至250微米或10至100微米、或25至75 微米的范圍內(nèi)的曲率半徑。這些棱鏡結(jié)構(gòu)具有1至250微米、或1至75微米、或5至50微 米范圍內(nèi)的高度。在許多實(shí)施例中，上述平行細(xì)長(zhǎng)透鏡狀結(jié)構(gòu)具有1至1000微米、或1至 500微米、或1至250微米、或1至100微米、或10至75微米范圍內(nèi)的周期或間距。在另一個(gè)實(shí)施例中，半鏡面后反射器可以在高反射鏡面反射器上包括部分朗伯曲 線漫射片?；蛘?，高反射鏡面反射器上的正向散射漫射片能夠提供半鏡面后反射器。另一 個(gè)合適的半鏡面反射器為可以商品名“RADIANT LIGHT FILM EMBOSSED VM2000”得自3M公 司(M.Paul，麗.)的壓印有噴砂圖案的薄膜材料。如本文所提及的，本發(fā)明的背光源可用作顯示系統(tǒng)的背光源。圖4是光學(xué)顯示器 400的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。顯示器400包括液晶面板410以及布置為向液晶面板 410提供光的照明組件402。在該實(shí)施例中，照明組件402包括背光源420，并且可包括另外6的光管理組件480，例如光學(xué)膜。如圖4所示，液晶面板410包括液晶層412、入射板414和出射板416。入射板414 和出射板416可各自包括玻璃基底，并且可各自包括電極矩陣、定向?qū)?、偏振器、補(bǔ)償膜、保 護(hù)層和其他層。色彩濾鏡矩陣也可被包括在板414和416之一或其二者中，以用于在液晶 面板410所顯示的圖像上附加顏色。在液晶面板410中，液晶層412的部分的光學(xué)狀態(tài)通 過(guò)借助電極矩陣施加的電場(chǎng)而改變。根據(jù)其狀態(tài)，液晶層412的給定部分(與顯示器400 的像素或亞像素相對(duì)應(yīng))會(huì)或多或少地使透射透過(guò)其的光的偏振旋轉(zhuǎn)。透過(guò)入射板414的 入射偏振器、液晶層412和出射板416的出射偏振器行進(jìn)的光減弱至不同的程度，這取決于 偏振器的取向以及光遇到的液晶層部分的光學(xué)狀態(tài)。顯示器400利用這種行為來(lái)獲得在不 同區(qū)域具有不同外觀的電子可控的顯示器。光管理組件480 (也可稱為光管理單元)的排列可布置在背光源420和液晶面板 410之間。光管理組件480影響從背光源420傳送的照明光。例如，光管理組件480的排列 可包括漫射層，或簡(jiǎn)稱為漫射片。漫射片用來(lái)漫射從背光源420接收的光。漫射片可以是任何合適的漫射膜或板。例如，漫射層可以包含任何合適的一種或 多種漫射材料。在一些實(shí)施例中，漫射層可包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物基質(zhì)， 該基質(zhì)具有各種分散相，包括玻璃、聚苯乙烯微珠和CaCO3顆粒。示例性漫射片可包括得自 3M 公司(St. Paul ,Minnesota)的 36；35_30 型、3635-70 型、以及 36；35_100 型 3M Scotchcal 漫射膜?？蛇x的光管理組件480還可包括反射型偏振器?？梢允褂萌魏魏线m類型的反射型 偏振器，例如多層光學(xué)膜(MOF)反射型偏振器；漫反射型偏振膜(DRPF)，如連續(xù)相偏振器/ 分散相偏振器；線柵反射型偏振器；或膽留型反射型偏振器。MOF反射型偏振器以及連續(xù)相/分散相反射型偏振器均依賴至少兩種材料之間折 射率的差值，這些材料通常為聚合物材料，從而在以垂直偏振狀態(tài)透射光時(shí)，選擇性地反射 偏振態(tài)的光。在共同擁有的美國(guó)專利No. 5，882，774(Jonza等人)中描述了 MOF反射型偏 振器的一些例子。市售的MOF反射型偏振器的例子包括Vikuiti DBEF-D280和DBEF-D400 多層反射型偏振器，其包括漫射表面，可得自3M公司?？捎糜诒景l(fā)明的DRPF的例子包括連續(xù)相/分散相反射型偏振器，例如共同擁有的 美國(guó)專利No. 5，825，543 (Ouderkirk等人)中所描述的那些，還包括漫反射型多層偏振器， 例如共同擁有的美國(guó)專利No. 5，867，316 (Carlson等人)中所描述的那些。其他合適類型 的DRPF在美國(guó)專利No. 5，751，388 (Larson)中有所描述。可用于本發(fā)明的線柵偏振器的一些例子包括美國(guó)專利No. 6，122，103 (Perkins等 人)中所描述的那些。線柵偏振器尤其可得自Moxtek Inc. (Orem, Utah) 0可用于本發(fā)明的膽留型偏振器的一些例子包括如在美國(guó)專利 No. 5，793，456 (Broer等人)以及美國(guó)專利No. 6，917，399 (Pokorny等人)中所述的那些。 膽甾型偏振器通常在輸出面與四分之一波長(zhǎng)延遲層一起提供，以使得透過(guò)膽留型偏振器傳 輸?shù)墓獗晦D(zhuǎn)換為線性偏振光。在一些實(shí)施例中，在背光源420和反射型偏振器之間可設(shè)置偏振控制層。偏振控 制層的例子包括四分之一波長(zhǎng)延遲層以及偏振旋轉(zhuǎn)層(例如液晶偏振旋轉(zhuǎn)層)。偏振控制 層可用于改變被反射型偏振器反射的光的偏振，從而增加透射通過(guò)反射型偏振器的再循環(huán)光的比率。光管理組件480的可選排列還可包括一個(gè)或多個(gè)增亮層或膜(也被稱為定向再循 環(huán)層或膜)。增亮層是包括如下表面結(jié)構(gòu)的一種層該表面結(jié)構(gòu)將偏軸光的方向改變?yōu)楦?靠近顯示器法向軸線的方向。這樣能增加透過(guò)液晶面板410軸向傳送的光量，從而增加觀 看者所看到圖像的亮度和對(duì)比度。增亮層的一個(gè)例子為棱鏡增亮層，該增亮層具有數(shù)個(gè)棱 鏡隆起，通過(guò)折射和反射改變照明光的方向。可用于顯示系統(tǒng)100的棱鏡增亮層的例子包 括Vikuiti BEF II和BEF III系列的棱鏡膜，這些膜可得自3M公司，包括BEF II 90/24、 BEF II 90/50,BEF IIIM 90/50、以及BEF IIIT0如本文進(jìn)一步描述的那樣，也可以通過(guò)前 反射器的一些實(shí)施例來(lái)提供增強(qiáng)亮度。光管理組件480的可選排列還可包括其他定向再循環(huán)膜(例如增益漫射片)，并且 在膜或?qū)拥囊粋€(gè)或兩個(gè)主表面上包括排列成規(guī)則或不規(guī)則矩陣陣列的結(jié)構(gòu)，例如珠、圓頂、 棱錐或其他凸起結(jié)構(gòu)。圖4所示實(shí)施例的顯示系統(tǒng)400包括背光源420。背光源420包括形成中空光腔 462的前反射器430和后反射器460。腔462包括輸出表面464。輸出表面464可以是任何 合適的形狀(例如矩形)，并且其尺寸可適用于任何所需的顯示器應(yīng)用，例如小至用于移動(dòng) 電話的子顯示器(對(duì)角線測(cè)量大約為30mm)，大至膝上型計(jì)算機(jī)屏幕(對(duì)角線測(cè)量大約為 30cm)、監(jiān)視器或電視(對(duì)角線測(cè)量大約為50cm、80cm、100cm、150cm或更大)。在該實(shí)施例 中，背光源420包括設(shè)置為向腔462內(nèi)發(fā)光的單個(gè)光源466。光源466靠近前反射器430， 并且其相對(duì)于前反射器430的位置由傾角412限定。光源466包括光元件414、光元件反射 器416和用于將光導(dǎo)入中空光腔462的不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀418。在該實(shí)施例中，背光源420可 包括在不具有光源的側(cè)面圍繞中空光腔462外圍的側(cè)反射器或表面468。形成這些壁能夠 采用與用于后反射器460的反射材料相同的反射材料，或者也可以使用不同的反射材料。圖4的顯示器400的背光源420包括具有多個(gè)定向再循環(huán)膜或?qū)?32的前反射器 430。在其他實(shí)施例中，使用單個(gè)定向再循環(huán)膜或?qū)印６ㄏ蛟傺h(huán)膜為大致包括表面結(jié)構(gòu)的 光學(xué)膜，該表面結(jié)構(gòu)將偏軸光重新導(dǎo)向至更靠近顯示器軸線的方向。這樣能增加透過(guò)液晶 面板410軸向傳送的光量，從而增加觀看者所看到圖像的亮度和對(duì)比度。定向再循環(huán)膜通 常使從中空光腔462入射到其上的很大一部分光返回或再循環(huán)到中空光腔中。定向再循環(huán) 膜也可被稱為增亮膜或?qū)?。一些定向再循環(huán)膜可包括再導(dǎo)引光的細(xì)長(zhǎng)棱鏡的陣列。其他定 向再循環(huán)膜可被稱為增益漫射片，并且在膜或?qū)拥囊粋€(gè)或兩個(gè)主表面上包括排列成規(guī)則或 不規(guī)則矩陣陣列的結(jié)構(gòu)，例如珠、圓頂、棱錐或其他凸起結(jié)構(gòu)。前反射器具有相對(duì)較高的總反射率以支持腔體內(nèi)相對(duì)較高的循環(huán)率。這可用術(shù)語(yǔ) “半球反射率”來(lái)表征，其表示當(dāng)光從所有可能的方向入射到組件或一疊組件上時(shí)組件或一 疊組件(無(wú)論是表面、膜還是膜的集合)的總反射率。因此，用以法線方向?yàn)橹行牡陌肭騼?nèi) 的所有方向入射(以及所有偏振態(tài)，除非另外指明)的光(具有適用于預(yù)期應(yīng)用的光譜分 布)照射所述組件，并且收集所有反射入同一半球內(nèi)的光。反射光的總通量與入射光的總 通量之比得出半球反射率R￥3f。對(duì)于再循環(huán)腔而言，用其Riw來(lái)表征反射器特別方便，因?yàn)?光通常以所有角度入射在腔的內(nèi)表面上(無(wú)論是前反射器、后反射器還是側(cè)反射器)。另 外，與針對(duì)法線入射的反射率不同，Riw考慮了反射率隨入射角的變化，這種變化對(duì)某些組 件(例如，棱鏡膜)而言可能非常明顯。
優(yōu)選的后反射器也具有高的半球反射率一通常比前反射器高出許多，因?yàn)榍胺瓷?器被有意地設(shè)計(jì)為部分透射型，以便提供所需的背光源光輸出。再循環(huán)背光源構(gòu)造可用前 反射器和后反射器的半球反射率(分別為Rfiw和Rbiw)的乘積來(lái)表征。優(yōu)選地，乘積Rf￥ 球*Rb半球?yàn)橹辽?0% (0.70)、或75%、或80%。用在本發(fā)明的背光源中的前反射器可包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè) 定向再循環(huán)膜的各種組合。在帶有棱鏡膜(例如BEF膜)以及其他定向再循環(huán)膜的實(shí)施例 中，棱鏡膜可被設(shè)置成最靠近再循環(huán)腔，而其他定向再循環(huán)膜設(shè)置成比棱鏡膜距腔更遠(yuǎn)。這 種定向膜可以設(shè)置成使棱鏡與軸線(例如光發(fā)射軸)平行或垂直對(duì)齊。用作定向再循環(huán)膜的棱鏡光學(xué)膜可包括大致均勻形狀的棱鏡，或者其可包括 形狀、高度、側(cè)向位置和/或其他尺寸特性可隨膜上的位置不同而顯著變化的棱鏡。具 有變化的幾何形狀的棱鏡光學(xué)膜的例子在美國(guó)專利No. 5，771，328 (Wortman等人)和 6，354，709 (Campbell 等人)以及美國(guó)專利公布 No. 2007/0047, 254 Al (Schardt 等人)中有 所描述。在一些實(shí)施例中，增益漫射片可用作前反射器430內(nèi)的定向再循環(huán)膜432。增益 漫射片的一個(gè)例子是得自Keiwa Corp.的OPALUS BS-702。其他增益漫射片在美國(guó)專利 公布 No. 2006/0103777 Al (Ko 等人)、2006/0146566 Al (Ko 等人)、2006/015四43 Al (Ko 等人)、2006/0146562 Al (Ko 等人)、2006/0250707 Al (Whitney 等人)和 2007/0024994 Al (Whitney等人)中有所公開。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，前述美國(guó)專利申請(qǐng)中所描述 的一些增益漫射片包括實(shí)質(zhì)上為棱鏡型的光學(xué)元件，并且可被描述成包括沿軸線延伸的棱 鏡的陣列。這樣的光學(xué)膜可被描述成棱鏡定向再循環(huán)膜，以及被描述成增益漫射膜。在一些 實(shí)施例中，前反射器包括不必一定包含棱鏡定向再循環(huán)膜的增益漫射片。在其他實(shí)施例中， 具有相同或不同構(gòu)造的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)增益漫射片與兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)棱鏡膜 組合。本發(fā)明的背光源420的前反射器430可包括表征為定向再循環(huán)膜的那些光學(xué)膜之 外的光學(xué)膜。例如，前反射器430可包括反射型偏振器，例如DBEF、DRPF或APF，如本文所 述。包含這樣的反射型偏振器可以在多個(gè)方面改善背光源的性能，包括使背光源更高效，或 者使背光源能夠針對(duì)一個(gè)或多個(gè)光源的給定能量輸入產(chǎn)生更多的可用光。在其他實(shí)施例中，前反射器可包括(從最近處向中空光腔)漫射板、BEF膜(垂直 于光源的棱鏡)、增益漫射片和BEF膜(平行于光源的棱鏡)；提交于2007年12月14日的 美國(guó)專利申請(qǐng)No. 61/013，782 (該專利有關(guān)光學(xué)制品的描述內(nèi)容以引用方式并入本文)中 描述的漫射板、具有漫射片涂層或與棱鏡(垂直于光源的棱鏡)一體化的一體漫射片的BEF 膜；以及BEF膜(平行于光源的棱鏡)。在其他實(shí)施例中，漫射板可以為透光板。背光源的前反射器的定向再循環(huán)膜和其他光學(xué)膜可以是自立式的，或者其中一些 或全部可通過(guò)任何合適的技術(shù)物理上彼此附接，所述技術(shù)包括諸如本文中結(jié)合顯示器的光 管理單元中的其他膜的描述所公開的技術(shù)。另外，無(wú)論是對(duì)“前反射器”還是“光管理單元” 中所包括的膜的描述可被認(rèn)為是任意的且非排他性的。討論了對(duì)本公開涉及的示例性實(shí)施例并提及本公開范圍內(nèi)可能的變型。在不偏離 本公開范圍的前提下，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本公開的這些和其他變化和修改形式 將是顯而易見(jiàn)的，而且應(yīng)當(dāng)理解，本公開不受限于本文所提供的示例性實(shí)施例。因此，本公開僅受限于下面提供的權(quán)利要求書的限制。^M構(gòu)造類似于圖5所示背光源的背光源測(cè)試原型。背光源500包括設(shè)置為形成中空 光腔530的多層前反射器510和后反射器520。第一光源540和第二光源542均靠近前反 射器510，并且其相對(duì)于前反射器的位置由60°的傾角M4限定。光元件544為CCFL。前 反射器包括透光板512(ACRYLITE FF丙烯酸樹脂薄板，得自Cyro Industries (Parsippany, NJ))、具有細(xì)長(zhǎng)棱鏡結(jié)構(gòu)514(BEFII-5T，得自3M公司(M.Paul，MN))的增亮薄膜，棱鏡垂直 于光源。膜514上方為增益漫射膜516(取自型號(hào)ALigiewj^MfKie ο的ACER 19英寸 顯示器)，膜516上方為具有倒圓頂端和平行于光元件的細(xì)長(zhǎng)棱鏡的棱鏡膜518(RBEF-8M， 得自3M公司)。光準(zhǔn)直儀550 由 SOMOS 光聚合物 11120 (DSM Desotech, Inc. (Elgin, IL))形成， 然后與DESR-M反射器層合在一起。光準(zhǔn)直儀的曲面可以描述為拋物面，其頂點(diǎn)位于孔徑面 526與準(zhǔn)直儀550的相交處，其焦點(diǎn)位于孔徑面526與前反射器510的相交處528。因此， 拋物面的軸線平行于孔徑面526。后反射器520由DESR-M形成，然后拉緊到中心柱上方，并用雙面膠帶保持位置，以 形成反射表面522。準(zhǔn)直儀和后反射器的反射表面上設(shè)置有線性透鏡膜524，其具有約45 微米的間距和4微米的透鏡高度。使用AUTRONIC-MELCHERS 錐光鏡(AUTRONIC-MELCHERS CONOSCOPE) (Karlsruhe, Germany)測(cè)量視角。將視角定義為亮度降至軸向亮度50%的角度，按照該定義，水平視角 為士46°，豎直視角為士36. 5°。這些視角非常適合電視和顯示器應(yīng)用。使用得自Radiant Imaging (Duval 1，WA)的型號(hào) PM-1613F-1 的 ISOMETRIC 成像光 度計(jì)測(cè)量空間均勻度。圖6示出了穿過(guò)顯示器中心的豎直分布圖。測(cè)量分布用實(shí)線表示，所 需分布用虛線表示?？s窄腔體對(duì)增加中心的光提取有效。測(cè)量的數(shù)據(jù)的最大值為7880cd/ m2，最小值除以最大值為80%。圖6中優(yōu)選的分布用虛線表示。優(yōu)選的分布在曲線下方的 積分面積與測(cè)量分布相同。該優(yōu)選的分布的中心亮度為7170cd/m2。
權(quán)利要求
1.一種背光源，包括前反射器和后反射器，所述前反射器和所述后反射器設(shè)置形成中空光腔；第一光源，所述第一光源靠近所述前反射器的一端，并且具有5°至90°的傾角；以及第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀，所述第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀在至少所述第一光源與所述后反射器 之間延伸，以將來(lái)自所述第一光源的光導(dǎo)入所述中空光腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀是彎曲的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀是拋物面的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述第一光源包括具有一對(duì)漸開線形狀的光元 件和光元件反射器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，還包括圍繞與所述光源相對(duì)的外圍的側(cè)反射器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光源包括具有CCFL的光元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光源包括具有LED的光元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，還包括在所述第一光源和所述前反射器之間延伸的 第二不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀和所述后反射器為一 體的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述后反射器包含散射材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述后反射器包含半鏡面材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述后反射器還包括線性透鏡膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述前反射器包括多個(gè)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，還包括靠近所述前反射器的另一端并具有5°至 90°的傾角的第二光源；以及第二不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀，所述第二不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀在所述第二光源與所述后反射器之間 延伸，以將來(lái)自所述第二光源的光導(dǎo)入所述中空光腔。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述前反射器包括以下元件中的至少一個(gè)漫 射板、增益漫射片、增亮薄膜、反射型偏振器、或它們的任何組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光源包括光元件反射器，所述光元件反射 器具有卵形、矩形或梯形的橫截面形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光源包括LED和散熱器。
全文摘要
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了背光源，所述背光源包括前反射器(102)和后反射器(104)，其設(shè)置形成中空光腔(106)，第一光源(108)靠近所述前反射器(102)的一端，并具有5°至90°的傾角(110)；并且所述背光源包括第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀(116)，所述第一不對(duì)稱光準(zhǔn)直儀(116)在至少所述第一光源(108)和所述后反射器(104)之間延伸，以將所述第一光源(108)發(fā)出的光導(dǎo)入所述中空光腔(106)。
文檔編號(hào)G02B6/00GK102057319SQ200980120873
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者大衛(wèi)·J·W·奧斯吐恩, 約翰·A·惠特利, 肯尼斯·A·愛(ài)潑斯坦, 高秉秀 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司