專利名稱：具有梯度提取的半鏡面中空背光源的制作方法
具有梯度提取的半鏡面中空背光源
背景技術(shù)：
根據(jù)光源與背光源輸出區(qū)域的相對(duì)位置，可將背光源歸入兩類中的一類；其中背光源的“輸出區(qū)域”對(duì)應(yīng)于顯示設(shè)備的可視區(qū)域或區(qū)。本文中背光源的“輸出區(qū)域”有時(shí)稱為“輸出區(qū)”或“輸出表面”，以將輸出區(qū)或輸出表面本身與輸出區(qū)或輸出表面的面積(數(shù)量單位為平方米、平方毫米、平方英寸等)區(qū)別開(kāi)來(lái)。第一類背光源為“側(cè)光式”。從平面圖觀察，在側(cè)光式背光源中，沿著背光源構(gòu)造的外邊界或外周邊(一般來(lái)講在與輸出區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的外部)設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)光源。 通常，光源因形成背光源輸出區(qū)域邊界的框架或擋板的遮擋而觀察不到。光源通常將光射入稱為“光導(dǎo)裝置”的部分中，尤其是在需要超薄型背光源的情況下，如在膝上型計(jì)算機(jī)顯示器中。光導(dǎo)裝置為相對(duì)薄的透光固態(tài)板，其長(zhǎng)度和寬度尺寸接近于背光源輸出區(qū)域的尺寸。光導(dǎo)裝置利用全內(nèi)反射(TIR)使從安裝在邊緣的燈發(fā)出的光穿過(guò)整個(gè)光導(dǎo)裝置的長(zhǎng)度或?qū)挾葌魉突蛞龑?dǎo)至背光源的相對(duì)邊緣，并且在光導(dǎo)裝置的表面上設(shè)置有不均一的局部提取結(jié)構(gòu)圖案，從而將此已引導(dǎo)光的其中一些朝向背光源的輸出區(qū)域從光導(dǎo)裝置中重新導(dǎo)出。這種背光源通常還包括光控膜，例如設(shè)置在光導(dǎo)裝置之后或之下的反射材料和設(shè)置在光導(dǎo)裝置之前或之上的反射偏振膜和棱柱BEF膜，以增加同軸亮度。申請(qǐng)人:認(rèn)為，現(xiàn)有的側(cè)光式背光源的缺點(diǎn)或限制包括與光導(dǎo)裝置相關(guān)的相對(duì)大的質(zhì)量或重量，尤其對(duì)于較大的背光源尺寸而言；需要使用在背光源之間不可互換的部件， 因?yàn)楣鈱?dǎo)裝置必須通過(guò)注塑成型或其他加工方法才能達(dá)到特定的背光源尺寸和特定的光源構(gòu)造；需要使用要求在背光源的各位置間存在基本的空間不均勻因素的部件，如現(xiàn)有的提取結(jié)構(gòu)圖案；而且，隨著背光源尺寸的增加，由于沿著顯示器邊緣的空間或“實(shí)際使用面積”有限，所以提供充足照明的難度增加，這是因?yàn)榫匦蔚闹荛L(zhǎng)與面積的比率隨特征性面內(nèi)維度L的增大(如對(duì)于給定長(zhǎng)寬比的矩形而言為背光源輸出區(qū)的長(zhǎng)度、或?qū)挾?、或?qū)蔷€測(cè)量值)而線性降低(1/L)。第二類背光源為“直下式”。從平面圖觀察，在直下式背光源中，基本上在與輸出區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)光源，這些光源通常在該區(qū)域內(nèi)以規(guī)則的陣列或圖案布置?；蛘撸梢哉f(shuō)直下式背光源中的光源是直接設(shè)置在背光源的輸出區(qū)域后方。強(qiáng)漫射板通常安裝在光源的上方以將光散布在輸出區(qū)域上。此外，光控膜(例如反射偏振模和棱鏡BEF膜)也可設(shè)置在漫射板的上方以提高同軸亮度和效率。申請(qǐng)人:認(rèn)為，現(xiàn)有的直下式背光源的缺點(diǎn)或限制包括與強(qiáng)漫射板相關(guān)的低效率； 就LED光源而言，需要使用大量的這種光源來(lái)保證足夠的均勻度和亮度，這就涉及較高的部件成本和生熱性；此外，為避免光源產(chǎn)生不均一和不可取的“擊穿現(xiàn)象”(其中在每一個(gè)光源上方的輸出區(qū)域中會(huì)出現(xiàn)亮點(diǎn))而限制了背光源可實(shí)現(xiàn)的薄度。在一些情況下，直下式背光源也可以包括位于背光源周邊的一個(gè)或多個(gè)光源，或側(cè)光式背光源可以包括直接位于輸出區(qū)域后方的一個(gè)或多個(gè)光源。在這種情況下，如果大部分光直接從背光源輸出區(qū)域的后方發(fā)出，則認(rèn)為背光源為“直下式”，如果大部分光從背光源輸出區(qū)域的周邊發(fā)出，則認(rèn)為背光源為“側(cè)光式”。
—種或另一種背光源通常與液晶(LC)顯示器一起使用。由于液晶顯示器(IXD) 面板的運(yùn)行原理僅利用光的一個(gè)偏振態(tài)，從而針對(duì)LCD應(yīng)用，了解背光源的正確或可用偏振態(tài)的光的亮度和均勻度可能十分重要，而不只是可能為非偏振光的亮度和均勻度。就這一點(diǎn)而言，在所有其他因素為相等的情況下，主要地或?qū)ｉT地以可用偏振態(tài)發(fā)出光的背光源在LCD應(yīng)用中比發(fā)出非偏振光的背光源更有效。然而，即便背光源發(fā)出的光不只是處于可用偏振態(tài)，甚至于發(fā)射隨機(jī)偏振光，也仍然完全可用于IXD應(yīng)用，因?yàn)闊o(wú)用偏振態(tài)可被設(shè)置在LCD面板與背光源之間的吸收型偏振器消除。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種包括部分透射的前反射器和后反射器的背光源，該前反射器和后反射器形成具有輸出表面的中空光循環(huán)腔。該背光源還包括半鏡面元件和設(shè)置在中空光循環(huán)腔內(nèi)的光提取元件。該光提取元件具有梯度鏡面反射率。該背光源還包括設(shè)置成將光注入中空光循環(huán)腔中的至少一個(gè)光源。所述至少一個(gè)光源被構(gòu)造為在有限的角范圍內(nèi)注入光。在另一方面，本發(fā)明提供一種顯示系統(tǒng)，該顯示系統(tǒng)包括顯示面板和設(shè)置成向顯示面板提供光的背光源。該背光源包括部分透射的前反射器和后反射器，該前反射器和后反射器形成具有輸出表面的中空光循環(huán)腔。該背光源還包括半鏡面元件和設(shè)置在中空光循環(huán)腔內(nèi)的光提取元件。該光提取元件具有梯度鏡面反射率。該背光源還包括設(shè)置成將光注入中空光循環(huán)腔中的至少一個(gè)光源。所述至少一個(gè)光源被構(gòu)造為在有限的角范圍內(nèi)注入光。本專利申請(qǐng)的這些方面和其他方面通過(guò)下文的具體描述將顯而易見(jiàn)。然而，在任何情況下都不應(yīng)當(dāng)將上述發(fā)明內(nèi)容理解為是對(duì)要求保護(hù)的主題的限制，該主題僅受所附權(quán)利要求書的限定，并且在審查期間可以進(jìn)行修改。


整個(gè)說(shuō)明書中都參考了附圖，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件，并且其中圖1為側(cè)光式中空背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。圖2為側(cè)光式中空背光源的另一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。圖3為直下式中空背光源的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。圖4A-4C為前反射器的各種實(shí)施例的示意性剖視圖。圖5a_5f為側(cè)光式中空背光源的各種實(shí)施例的示意性剖視圖。圖6為顯示系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。圖7為建模的輸出光通量對(duì)位置的曲線圖。附圖未必按比例繪制。圖中采用的相同編號(hào)表示相同或類似的元件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在給定附圖中使用標(biāo)號(hào)指示部件并非意圖限制另一個(gè)附圖中用相同標(biāo)號(hào)標(biāo)記的部件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明總體描述了薄型中空背光源的若干實(shí)施例，可構(gòu)造該薄型中空背光源，從而得到選定的輸出光通量分布。例如，在一些實(shí)施例中，可構(gòu)造本發(fā)明的背光源，從而在背光源的輸出表面得到均一的光通量分布。術(shù)語(yǔ)“均一的”是指光通量分布沒(méi)有可觀察到的亮度特征或令觀察者討厭的不連續(xù)性。輸出光通量分布的合格均勻度通常取決于應(yīng)用，如在一般照明應(yīng)用中均一的輸出光通量分布在顯示器應(yīng)用中可能視為不均一的。此外，例如，可構(gòu)造本發(fā)明的背光源實(shí)施例中的至少一個(gè)或多個(gè)，從而在輸出表面的中心區(qū)域附近得到比在背光源的邊緣區(qū)域附近具有增大的光通量的輸出光通量分布。在一些實(shí)施例中，靠近輸出表面中心區(qū)域的亮度與靠近輸出表面邊緣區(qū)域的亮度之比為至少約1. 10。雖然這種輸出光通量分布可視為不均一的，但就某些應(yīng)用而言，這種分布可能是所需的?？商峁┤魏魏线m的輸出光通量分布。在這些實(shí)施例中的至少一個(gè)中，背光源包括部分透射的前反射器和后反射器，該前反射器和后反射器形成具有輸出表面的中空光循環(huán)腔。該背光源還包括設(shè)置在光循環(huán)腔中的光提取元件，該光提取元件具有梯度鏡面反射率。此示例性背光源也可包括設(shè)置在腔體內(nèi)的至少一個(gè)半鏡面元件，以及設(shè)置為在有限的角范圍內(nèi)將光發(fā)射到腔體中的一個(gè)或多個(gè)光源。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“輸出光通量分布”是指在背光源輸出表面上的亮度的變化。術(shù)語(yǔ)“亮度”是指輸出到單位立體角度中的每單位面積的光(cd/m2)。盡管不打算受任何具體理論的束縛，但可通過(guò)控制下列參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)定制本文所述的背光源的輸出光通量分布1.前反射器相對(duì)于后反射器的定位；2.前反射器和后反射器中的一者或兩者的形狀；3.前反射器和后反射器的反射性質(zhì)和透射性質(zhì)；4.光提取元件的反射、透射和漫射性質(zhì)；5.所述至少一個(gè)半鏡面元件的反射性質(zhì)；和6.由所述一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)射到腔體中的光的平均通量偏差角。控制這些因素涉及到以下兩者間的平衡用光填充光循環(huán)腔與在腔體內(nèi)旋轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)光，使得至少一部分光在輸出表面的所需位置處透過(guò)前反射器。通常，在腔體內(nèi)傳播的光可視為落入兩種角分布或區(qū)域傳送區(qū)域和透射區(qū)域。傳送區(qū)域包括在腔體內(nèi)以一定的方向傳播的光，使得光不可能透過(guò)前反射器。傳送區(qū)域中的光的角范圍將至少部分地取決于前反射器和后反射器的反射性質(zhì)和透射性質(zhì)；光提取元件的反射、透射和漫射性質(zhì)；腔體內(nèi)的半鏡面元件的反射性質(zhì)；以及腔體的幾何形狀。例如，在本文所述的背光源的一些實(shí)施例中，包括了對(duì)某些入射光(如與前反射器的主表面成30度或更小的角內(nèi))顯示出增加的反射率的多種前反射器。就這些前反射器而言，傳送區(qū)域可定義為包括以與前反射器的表面成30度內(nèi)的方向在腔體內(nèi)傳播的光。在其它實(shí)施例中，前反射器對(duì)偏離光可能不顯示出這種增加的反射率。在這些實(shí)施例中，傳送區(qū)域可以定義為包括以與前反射器的主表面基本上平行的方向在腔體內(nèi)傳播的光。透射區(qū)域包括以允許這種光的至少一部分透過(guò)前反射器的方向在腔體內(nèi)傳播的光。換句話講，透射區(qū)域包括不在傳送區(qū)域中的傳播光。就具有基本上平行的前反射器和后反射器的背光源而言，在背光源輸出表面處的光通量分布可至少部分地由從傳送區(qū)域到透射區(qū)域的光的轉(zhuǎn)化率來(lái)測(cè)定。此轉(zhuǎn)化率取決于若干因素，如背光源的前反射器、后反射器和邊緣反射器的反射率和鏡面反射率，背光源照明邊緣的數(shù)量，一個(gè)或多個(gè)光源的光注入角度，以及背光源的長(zhǎng)度L與厚度H的比率。通過(guò)調(diào)節(jié)H，可至少部分地控制從傳送區(qū)域到透射區(qū)域的光的轉(zhuǎn)化率。通過(guò)定位前反射器和后反射器，使得后反射器的至少一部分不平行于前反射器， 可調(diào)節(jié)厚度H。例如，如本文進(jìn)一步所述，可定位后反射器，以與前反射器形成楔形的中空光循環(huán)腔。此楔形提供在中空光循環(huán)腔中至少單向變化的H。也可通過(guò)使前反射器和后反射器中的一者或兩者成形為非平面來(lái)調(diào)節(jié)光循環(huán)腔的厚度H。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“非平面”是指反射器(無(wú)論是前反射器還是后反射器)無(wú)法大體上容納在平面內(nèi)。在基本上成平面的基底上形成有亞毫米結(jié)構(gòu)的反射器對(duì)于這一應(yīng)用將不被認(rèn)為是非平面的。在一些實(shí)施例中，背光源可包括具有朝前反射器傾斜的一個(gè)或多個(gè)部分的非平面后反射器?？稍O(shè)置這些傾斜部分，從而在腔體內(nèi)所需的位置處得到從傳送區(qū)域到透射區(qū)域的光的增大的轉(zhuǎn)化率。具有非平面后反射器的背光源在例如名稱為 "BACKLIGHTS HAVING SELECTED OUTPUT LIGHT FLUX DISTRIBUTIONS AND DISPLAY SYSTEMS USING SAME”(具有選定的輸出光通量分布的背光源和使用該背光源的顯示系統(tǒng))的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 61/030, 767中有進(jìn)一步的描述。也可通過(guò)選擇前反射器和后反射器中的一者或兩者的反射性質(zhì)和/或透射性質(zhì)來(lái)部分地控制由本文所述的背光源中的一個(gè)或多個(gè)生成的光通量分布。例如，就設(shè)計(jì)為僅發(fā)出特定(可用)偏振態(tài)光的背光源而言，前反射器可具有高反射率，使這種可用光支持側(cè)向傳送或散布，并使光線角度隨機(jī)化，以實(shí)現(xiàn)合格的背光源輸出的空間均勻度，但充分透射到可適當(dāng)應(yīng)用的角度中，以確保背光源的應(yīng)用亮度合格。此外，在一些實(shí)施例中，循環(huán)腔的前反射器的反射率通常隨入射角增大而增加，而透射率則通常隨入射角增大而減小，其中反射率和透射率是針對(duì)非偏振的可見(jiàn)光和任何入射平面，和/或針對(duì)某一平面內(nèi)具有可用偏振態(tài)的入射光，對(duì)于該平面而言，具有可用偏振態(tài)的傾斜光為P-偏振光(此外，前反射器的半球反射率值高，同時(shí)可應(yīng)用光的透射率也充分地高)。也可通過(guò)選擇光提取元件的反射性質(zhì)、透射性質(zhì)和漫射性質(zhì)來(lái)部分地控制由本文所述的背光源中的一個(gè)或多個(gè)生成的光通量分布。該光提取元件具有梯度鏡面反射率，即， 光線在與光提取元件相互作用之后所采取的路徑取決于光線與光提取元件相交于何處。光提取元件可包括光提取圖案，所述光提取圖案被精確地設(shè)置以通過(guò)折射、反射、漫射或類似處理來(lái)提取光。在一個(gè)實(shí)施例中，光提取元件可包括諸如折射或漫射小珠、漫射顆粒的顆粒、諸如磷光體(phosphor)的降頻(down-converting)材料、微結(jié)構(gòu)、紋理等。光提取元件的實(shí)例可在例如美國(guó)專利No. 6，845，212 (Gardiner等人)和No. 7，223，005 (Lamb等人)以及美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/421，241中找到。磷光體的實(shí)例包括那些適合于LED轉(zhuǎn)換材料的磷光體，其將在別處描述。提取結(jié)構(gòu)可以是被設(shè)計(jì)為從背光源提取光的凹槽、小透鏡或其他微結(jié)構(gòu)化或印刷的結(jié)構(gòu)?？衫萌舾煞椒▉?lái)將提取結(jié)構(gòu)賦予光導(dǎo)裝置，所述方法包括(但不限于)澆注、壓印、微復(fù)制、印刷、燒蝕、蝕刻以及本領(lǐng)域已知的其他方法。背光源的示例性實(shí)施例還包括至少一個(gè)半鏡面元件，也可選擇其反射性質(zhì)以部分地確定輸出光通量分布。例如，該半鏡面元件可為中空光循環(huán)腔提供鏡面反射特性和漫射特性的平衡，所述元件具有足夠的鏡面反射率，以支持光在腔體內(nèi)的足夠的側(cè)向傳送或混合，但也具有足夠的漫射率，以使腔體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)光的角分布基本上勻化，即使當(dāng)光僅在窄的角范圍內(nèi)注入腔體中時(shí)也是這樣(此外，就設(shè)計(jì)為僅發(fā)出特定(可用)偏振態(tài)光的背光源而言，腔體內(nèi)的循環(huán)優(yōu)選地相對(duì)于入射光偏振態(tài)包括反射光偏振的一定程度的隨機(jī)化，這樣允許形成將不可用的偏振光轉(zhuǎn)換為可用偏振光的機(jī)制)。在一些實(shí)施例中，光提取元件和半鏡面元件可組合成設(shè)置在腔體中的一個(gè)光學(xué)元件；然而，它們還可以是設(shè)置在腔體中的單獨(dú)的元件。 最后，可控制由一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)射到腔體中的光的平均通量偏差角，從而有助于得到注入腔體中的光的所需準(zhǔn)直。例如，本文所述的背光源可包括光注入光學(xué)器件，該光注入光學(xué)器件將最初注入到循環(huán)腔中的光部分準(zhǔn)直或限制到接近于橫向平面(該橫向平面與背光源的輸出區(qū)域或表面平行)的傳播方向，如注入光束具有相對(duì)于橫向平面范圍從 0至40度或從0至30度或從0至15度的平均通量偏差角。除了通量偏差角外，還可控制由光源發(fā)射到腔體中的光的形狀。例如，發(fā)射的光可相對(duì)于發(fā)射軸線徑向?qū)ΨQ。
用于LCD面板的背光源的最簡(jiǎn)單形式由以下組成發(fā)光表面，例如LED晶粒的活性發(fā)射表面或CCFL燈泡中磷光體的外層；和幾何光學(xué)裝置，該裝置通過(guò)產(chǎn)生伸展的或大面積的照明表面或區(qū)域(稱為背光源輸出表面)來(lái)分配或散布該光。一般來(lái)講，由于和所有背光源腔體表面的相互作用以及與發(fā)光表面的相互作用，這種將亮度很高的局部光源轉(zhuǎn)換成大面積輸出表面的方法會(huì)導(dǎo)致光損耗。就第一逼近程度而言，不是通過(guò)這種方法穿過(guò)與前反射器相關(guān)的輸出區(qū)域或表面(可任選地進(jìn)入所需的應(yīng)用觀察錐(如果有的話)，并具有特定(如LCD可用的)偏振態(tài)(如果有的話))的任何光都是“損耗”光。在共同轉(zhuǎn)讓的相關(guān)專利申請(qǐng)中，我們通過(guò)兩個(gè)重要參數(shù)描述了賦予包含循環(huán)腔的任何背光源獨(dú)特特征的方法。參見(jiàn)名稱為THIN HOLLOW BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGN CHARACTERISTICS(具有有益設(shè)計(jì)特性的薄型中空背光源)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，084?？赏ㄟ^(guò)使用反射性光學(xué)元件和透射性光學(xué)元件的組合來(lái)制備將線光源或點(diǎn)光源轉(zhuǎn)變?yōu)榫簧煺沟拿婀庠吹谋彻庠辞惑w(更一般地說(shuō)，任何發(fā)光腔體)。在許多情況下，所需的腔體與其橫向尺寸相比非常薄。歷史上，對(duì)最薄的背光源一般使用實(shí)心光導(dǎo)裝置，并且除了非常小的顯示器(例如手持設(shè)備中使用的那些)外，都是用線性連續(xù)光源(例如冷陰極熒光燈(CCFL))來(lái)照明。 實(shí)心光導(dǎo)裝置通過(guò)光的全內(nèi)反射(TIR)現(xiàn)象在光導(dǎo)裝置的頂表面和底表面處提供低損耗的光傳送和鏡面反射。光的鏡面反射在光導(dǎo)裝置內(nèi)提供最有效的光的側(cè)向傳送。設(shè)置在實(shí)心光導(dǎo)裝置的頂表面和底表面上的提取器將光重新導(dǎo)向，以將其引導(dǎo)出光導(dǎo)裝置，從而實(shí)際上形成部分反射器。然而，實(shí)心光導(dǎo)裝置用于大型顯示器時(shí)會(huì)出現(xiàn)若干問(wèn)題，例如成本、重量和光均勻度。隨著單獨(dú)的紅/綠/藍(lán)(RGB)色LED的出現(xiàn)，由于這些LED與面積要大得多的背光源輸出區(qū)域相比實(shí)際上是點(diǎn)光源，因此大面積顯示器的均勻度問(wèn)題已經(jīng)增加。對(duì)于常規(guī)的直下式背光源以及利用實(shí)心光導(dǎo)裝置的側(cè)光式系統(tǒng)，高強(qiáng)度點(diǎn)光源都會(huì)引起均勻度問(wèn)題。如果能制成也可以像在實(shí)心光導(dǎo)裝置中一樣有效進(jìn)行光的側(cè)向傳送的中空光導(dǎo)裝置，就可以在很大程度上降低均勻度問(wèn)題。在一些情況下，對(duì)于偏振和光線角度循環(huán)系統(tǒng)而言，中空腔體(與實(shí)心腔體相比)可以更好地將光在整個(gè)顯示器表面上側(cè)向散布。一般來(lái)講，背光源工業(yè)領(lǐng)域尚缺少可用于中空光導(dǎo)裝置以有效實(shí)現(xiàn)該功能的元件中的一些，或在該元件已經(jīng)存在的情況下，人們?cè)诖酥吧胁荒芤哉_的方式構(gòu)造中空光導(dǎo)裝置，以制備均一、薄型、 高效的中空光混合腔體。
盡管實(shí)心光導(dǎo)裝置確實(shí)能通過(guò)光的全內(nèi)反射(TIR)現(xiàn)象提供高效的頂部反射器和底部反射器，但對(duì)于制備均一、薄型的背光源而言，高效的中空反射腔體與實(shí)心光導(dǎo)裝置相比仍具有若干優(yōu)勢(shì)。主要使用實(shí)心光導(dǎo)裝置，從而在光與其它元件(例如反射型偏振器和其它增亮膜)發(fā)生相互作用之前得到光的側(cè)向分散。然而，實(shí)心光導(dǎo)裝置的IlR表面不足以滿足現(xiàn)代背光源的所有要求，而且通常需要在實(shí)心光導(dǎo)裝置的上方和下方兩者增加額外的光控膜。當(dāng)今使用實(shí)心光導(dǎo)的大多數(shù)系統(tǒng)也使用單獨(dú)的后反射器，以利用增亮膜，例如BEF和DBEF(兩者均得自3M Company, St. Paul, MN)。這些膜使從光導(dǎo)提取但由于偏振或傳播角度不適合而無(wú)法用于顯示的光循環(huán)。后反射器通常為白光反射器，其反射特性基本上為朗伯反射。然而，側(cè)向傳送中的大多數(shù)首先是通過(guò)實(shí)心光導(dǎo)的IlR表面實(shí)現(xiàn)的，并且在朗伯后反射器的作用下，循環(huán)的光被轉(zhuǎn)變并返回到顯示器。不管怎樣，如果需要單獨(dú)的頂部光控膜和底部光控膜，那么可能更有效的方法是單獨(dú)使用這些膜，以形成中空光導(dǎo)，并且同時(shí)也得到反射型偏振器和其它增亮膜的功能。這樣，可省去實(shí)心光導(dǎo)以及其它增亮膜。我們認(rèn)為，可用空氣替代實(shí)心光導(dǎo)，并用高效低損耗反射器替代實(shí)心光導(dǎo)的IlR 表面。這些類型的反射器在促進(jìn)光在背光源腔體中以最佳方式進(jìn)行側(cè)向傳送方面可發(fā)揮重要的作用。光的側(cè)向傳送可通過(guò)光源的光學(xué)構(gòu)造來(lái)啟動(dòng)，或通過(guò)利用低損耗反射器的腔體中的光線的廣泛循環(huán)來(lái)引發(fā)。我們可將實(shí)心光導(dǎo)的IlR表面替代為在空間上分離的低損耗反射器，這些反射器分為兩類。第一類是用于正面的部分透射或部分反射器，第二類是用于背面和側(cè)面的全反射器。如上所述，不管怎樣，后者常常加設(shè)到實(shí)心光導(dǎo)系統(tǒng)。為了在腔體中實(shí)現(xiàn)最佳的光傳送和光混合，前反射器和后反射器均可以為鏡面或半鏡面反射器，而不是朗伯反射器?？稍谇惑w內(nèi)的某些位置使用某些類型的半鏡面元件，以促進(jìn)光的均一的混合。在大型光導(dǎo)中使用空氣作為光側(cè)向傳送的主要介質(zhì)，能夠設(shè)計(jì)出更輕、成本更低并且更均一的顯示器背光源。要使中空光導(dǎo)能夠顯著增強(qiáng)光的側(cè)向傳播，將光注入腔體中的方式非常重要，正如其在實(shí)心光導(dǎo)中的那樣。采用中空光導(dǎo)的形式，對(duì)于在直下式背光源(特別是具有多個(gè)但光學(xué)隔離的區(qū)域的背光源)的各種點(diǎn)處注入光允許更多的選擇。在中空光導(dǎo)系統(tǒng)中，IlR 反射器和朗伯反射器的功能可通過(guò)鏡面反射器和半鏡面前向散射漫射元件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們這里所描述的示例性部分反射器(前反射器)一例如在共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，079中所描述的非對(duì)稱反射膜(ARF)—提供低損耗反射，并且相比于單獨(dú)的實(shí)心光導(dǎo)中通過(guò)IlR可實(shí)現(xiàn)的控制，還提供對(duì)偏振光的透射和反射的更好的控制。因此， 除了在整個(gè)顯示器表面上改善光的側(cè)向分布以外，中空光導(dǎo)還可以改進(jìn)大型系統(tǒng)的偏振控制。使用上述ARF也可以通過(guò)入射角對(duì)透射進(jìn)行有效的控制。這樣，可將來(lái)自混合腔的光準(zhǔn)直到有效程度，以及使用單個(gè)膜構(gòu)造提供偏振光輸出。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的前反射器具有相對(duì)高的總反射率，以支持腔體內(nèi)相對(duì)高的循環(huán)。以“半球反射率”對(duì)此進(jìn)行表征，表示光從所有可能的方向入射在部件(無(wú)論是表面、膜還是膜的集合)上時(shí)該部件的總反射率。因此，使入射光從以法向?yàn)橹行牡陌肭騼?nèi)的所有方向(和所有偏振態(tài)，除非另外指明)照射該部件，并收集反射到同一個(gè)半球中的所有光。反射光的總通量與入射光的總通量之比為半球反射率Rhemi。對(duì)于循環(huán)腔，以其Rhemi來(lái)表征反射器特別方便，因?yàn)楣馔ǔ乃薪嵌热肷涞角惑w內(nèi)表面(無(wú)論是前反射器、后反射器還是側(cè)反射器)上。此外，不同于法向入射的反射率，Rhemi對(duì)反射率隨入射角的變化性不敏感，并且已考慮到該變化性，該變化性對(duì)于某些部件(如棱鏡膜)可能非常顯著。此外，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的前反射器顯示具有(特定于方向的)隨入射角偏離法線的程度增大而增加的反射率(以及通常隨入射角的增大而減小的透射率)，至少對(duì)于一個(gè)平面內(nèi)的入射光是這樣的。這種反射性質(zhì)引起光優(yōu)先地以更靠近法線(即更靠近背光源的觀察軸)的角度透射出前反射器。這有助于增加在顯示器行業(yè)中非常重要的視角上感受到的顯示器亮度(代價(jià)是在更大的視角處感受到的亮度會(huì)降低，但這些角度通常不是那么重要)。之所以說(shuō)“至少對(duì)于一個(gè)平面內(nèi)的入射光”反射率隨角度增大而增大，是因?yàn)橛袝r(shí)會(huì)希望只在一個(gè)視平面內(nèi)具有狹視角，而又希望在正交平面內(nèi)具有更廣的視角。實(shí)例是某些液晶電視的應(yīng)用，其中需要為在水平面內(nèi)進(jìn)行觀察提供廣視角，但又指定在垂直平面內(nèi)提供較狹的視角。在其它情況下，在兩個(gè)正交平面內(nèi)均需要狹視角，以便使同軸亮度最大化。據(jù)此，在其中前反射器為例如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，079中所述的ARF的情況下，讓我們考慮指定(如果我們想要)前反射器“具有通常隨入射角增加的反射率”的意義。 ARF包括多層結(jié)構(gòu)(如共擠出聚合物微層，其已在合適的條件下取向，以產(chǎn)生所需折射率關(guān)系和所需反射率特性)，該多層結(jié)構(gòu)對(duì)阻擋偏振態(tài)下的法向入射光具有非常高的反射率，對(duì)透過(guò)偏振態(tài)下的法向入射光具有較低但仍然可觀的反射率(如25%至90% )。處于阻擋態(tài)的光的非常高的反射率通常對(duì)于所有入射角都保持很高的值。處于透過(guò)態(tài)的光的行為更受關(guān)注，因?yàn)檫@種光在法向入射時(shí)具有中等反射率。隨著入射角的增大，由于s偏振光反射率的性質(zhì)，入射平面內(nèi)透過(guò)態(tài)的傾斜光將顯示具有增大的反射率(然而，相對(duì)增量將取決于法向入射的透過(guò)態(tài)反射率的初始值)。因此，從ARF發(fā)出的視平面內(nèi)的光將被部分準(zhǔn)直或在角度上受限。然而，另一入射平面內(nèi)的透過(guò)態(tài)傾斜光可顯示具有三種行為中的任何一種，具體取決于微層之間ζ軸折射率差值相對(duì)于面內(nèi)折射率差值的大小和極性，如專利申請(qǐng)60/939，079中所討論。在一種情況下，存在布魯斯特角，并且此光的反射率隨入射角的增加而降低。這會(huì)在平行于輸出表面的視平面內(nèi)產(chǎn)生明亮的偏軸凸角，這在LCD顯示應(yīng)用中通常是不可取的 (盡管在其它應(yīng)用中，此行為可能是合格的，并且即使就LCD顯示應(yīng)用而言，此凸角的輸出也可以通過(guò)使用棱鏡轉(zhuǎn)向膜朝視軸重新導(dǎo)向)。在另一種情況下，布魯斯特角不存在或非常大，并且ρ偏振光的反射率在入射角增加時(shí)相對(duì)恒定。這樣就會(huì)在參考視平面內(nèi)形成相對(duì)廣的視角。在第三種情況下，不存在布魯斯特角，并且ρ偏振光的反射率隨入射角而顯著增加。這樣就會(huì)在參考視平面內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)狹的視角，其中準(zhǔn)直度可通過(guò)控制ARF中的微層之間的ζ軸折射率差值大小來(lái)至少部分地調(diào)整。當(dāng)然，反射表面不需要如ARF —樣具有非對(duì)稱同軸偏振性質(zhì)。例如，對(duì)稱多層反射器可設(shè)計(jì)為具有高反射率，但通過(guò)適當(dāng)選擇微層數(shù)量、層厚度分布、折射率等而具有較大的透射率。在這種情況下，s偏振分量將以彼此相同的方式隨入射角的增大而增加。同樣，這是由S偏振光的反射性質(zhì)決定的，但相對(duì)增加量將取決于垂直入射反射率的初始值。P偏振分量將具有彼此相同的角行為，但通過(guò)控制微層之間Z軸折射率差值相對(duì)于面內(nèi)折射率差值的大小和極性，可將此行為控制為上述三種情況中的任何一種。因此，我們發(fā)現(xiàn)在前反射器中，折射率隨入射角(如果存在)的增加可能是指入射到這樣的平面內(nèi)的具有可用偏振態(tài)的光對(duì)于該平面，可用偏振態(tài)的傾斜光為P偏振光?；蛘?，反射率的這種增加可能是指非偏振光在任何入射面內(nèi)的平均反射率。在一些實(shí)施例中，后反射器對(duì)可見(jiàn)光也具有高半球反射率，該半球反射率比前反射器通常高很多，因?yàn)榍胺瓷淦鞅还室庠O(shè)計(jì)成部分透射的以便提供所需的背光源光輸出。 后反射器的半球反射率稱為Rbtali，而前反射器的半球反射率稱為Rftai。優(yōu)選地，Rftai*Rbtai 的乘積為至少45%。圖1是背光源100的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。背光源100包括部分透射的前反射器Iio和后反射器120，前反射器和后反射器形成中空光循環(huán)腔130。腔體130包括輸出表面135。如本文進(jìn)一步描述的，腔體130還包括具有梯度鏡面反射率的光提取元件140。 背光源100還包括設(shè)置在中空光循環(huán)腔130內(nèi)的半鏡面元件150，如在本文中進(jìn)一步描述的。在圖1中，光提取元件140被示出為與后反射器120的主表面122相鄰設(shè)置，半鏡面元件150被示出為與部分透射的前反射器110的主表面112相鄰設(shè)置。應(yīng)當(dāng)理解，光提取元件140和半鏡面元件150 二者均可設(shè)置在腔體130內(nèi)的任何位置，例如，兩個(gè)元件均可與前反射器110相鄰設(shè)置，與后反射器120相鄰設(shè)置，或者設(shè)置在兩個(gè)反射器之間一半的位置。 在一些情況下，光提取元件140和半鏡面元件150可組合成一個(gè)通用光學(xué)元件(未示出)。如圖1所示，背光源100也包括設(shè)置為將光發(fā)射到光循環(huán)腔130中的一個(gè)或多個(gè)光源160。該一個(gè)或多個(gè)光源160被構(gòu)造為在有限的角范圍內(nèi)將光發(fā)射到光循環(huán)腔130中。 在圖1所示的實(shí)施例中，光源160靠近腔體130的邊緣132設(shè)置。背光源100可以為任何合適的尺寸和形狀。在一些實(shí)施例中，背光源100的長(zhǎng)度 L和寬度W可為一毫米或數(shù)毫米到若干米。此外，在一些實(shí)施例中，可拼合并單獨(dú)地控制兩個(gè)或更多個(gè)背光源，從而得到大區(qū)域背光源。如圖所示，背光源100包括注入器或反射器165，其有助于將光從一個(gè)或多個(gè)光源160引導(dǎo)到光循環(huán)腔130中。任何合適的注入器或反射器都可與背光源100 —起使用， 如楔、拋物面反射器、透鏡等。參見(jiàn)例如名稱為名稱為“COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS”(用于側(cè)光式背光源的準(zhǔn)直光注入器)的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 60/939, 082中所述的注入器。雖然圖示為沿著背光源100的一側(cè)或邊緣設(shè)置一個(gè)或多個(gè)光源160，但也可沿著背光源100的兩側(cè)、三側(cè)、四側(cè)或更多側(cè)設(shè)置光源。例如，對(duì)于矩形背光源，可沿著背光源四側(cè)中的每一側(cè)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)光源。前反射器110可包括任何部分透射的反射器，例如共同擁有的名稱為 "BACKLIGHT AND DISPLAY SYSTEM USING SAME”(背光源及使用其的顯示系統(tǒng))的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 60/939,079 以及名稱為 “THIN HOLLOW BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGN CHARACTERISTICS”(具有有益設(shè)計(jì)特性的薄型中空背光源)的美國(guó)專利申請(qǐng) NO. 60/939, 084中所描述的部分透射的反射器。在一些實(shí)施例中，前反射器110可包括一個(gè)或多個(gè)聚合物多層反射偏振膜，如在以下專利中所述名稱為“OPTICAL FILM”(光學(xué)膜)的美國(guó)專利 No. 5，882，774 (Jonza 等人)；名稱為 “BACKLIGHT SYSTEM WITH MULTILAYER OPTICAL FILM REFLECTOR”(具有多層光學(xué)膜反射器的背光源系統(tǒng))的美國(guó)專利 No. 6, 905, 220 (Wortman 等人)；名稱為 “HIGHT EFFICIENCY OPTICAL DEVICES” (高效光學(xué)器件)的美國(guó)專利No. 6，210，785 (Weber等人)；名稱為“APPARATUS FOR MAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS”(制備多層光學(xué)膜的設(shè)備)的美國(guó)專利No. 6，783，349 (Neavin 等人)；名稱為“OPTICAL ARTICLE INCLUDING A BEADED LAYER”(包括含珠層的光學(xué)制品) 的美國(guó)專利公布 No. 2008/0002256 (Sasagawa 等人)；名稱為 “METHOD AND MATERIALS FOR PREVENTING WARPING IN OPTICAL FILMS”(用于抑制光學(xué)膜翹曲的方法和材料)的美國(guó)專利 No. 6，673，425 (Hebrink 等人)；名稱為 “MATERIALS，CONFIGURATIONS，AND METHODS FOR REDUCING WARPAGE IN OPTICAL FILMS”(用于減少光學(xué)膜翹曲的材料、構(gòu)造和方法)的美國(guó)專利公布 No. 2004/0219338 (Hebrink 等人)；以及名稱為“OPTICAL ARTICLE AND METHOD OF MAKING，，(光學(xué)制品及其制備方法)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/735，684 (Hebrink等人)。在一些實(shí)施例中，部分透射的前反射器110可在輸出表面處提供偏振光。合適的偏振前反射器包括例如 DBEF、APF、DRPF (均得自 3MCompany，St. Paul，MN)、ARF、TOP ( 二者均描述于60/939，079專利申請(qǐng)中)等。在其它實(shí)施例中，部分透射的前反射器可提供非偏振光。合適的非偏振前反射器包括例如穿孔鏡、微結(jié)構(gòu)化膜等。非偏振膜的其他實(shí)例在例如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939, 084中有所描述。前反射器110對(duì)于至少可見(jiàn)光而言是部分透射性的和部分反射性的。前反射器 110的部分透射率允許腔體130內(nèi)的至少一部分光透過(guò)腔體130的輸出表面135發(fā)出。前反射器Iio可包括任何合適的膜和/或?qū)?，它們從腔體130的內(nèi)部為入射到前反射器110 上的光提供部分透射和反射。在一些實(shí)施例中，前反射器110為可操作的以透射偏振光。在這種實(shí)施例中，前反射器Iio對(duì)在第一平面內(nèi)偏振的可見(jiàn)光具有至少約90%的同軸平均反射率，對(duì)在平行于第一平面的第二平面內(nèi)偏振的可見(jiàn)光具有至少約5%但小于約90%的同軸平均反射率。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“同軸平均反射率”是指以基本上垂直于這種表面的方向入射到反射器上的光的平均反射率。此外，術(shù)語(yǔ)“總半球反射率”是指反射器對(duì)從以反射器法線為中心的半球內(nèi)的所有方向入射到反射器上的光的總反射率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將在第二平面中偏振的光視為可用的偏振態(tài)的光，即此類偏振光將透過(guò)LC面板的下吸收型偏振器(如圖6中的下吸收型偏振器658)入射到LC面板上。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，第一平面與阻光軸平行，第二平面與偏振前反射器110的透光軸平行。此外，在一些實(shí)施例中，可能理想的是可用偏振態(tài)光的平均同軸透射率比不可用偏振態(tài)光的透射率大出幾倍，從而確保從腔體130輸出的光大體上是所需的偏振態(tài)光。這也有助于降低從腔體發(fā)出的可用光的總損耗。在一些實(shí)施例中，可用光的同軸透射率是非可用光的至少10倍。在其它實(shí)施例中，可用光與非可用光的透射率比為至少20。在一些實(shí)施例中，前反射器110可包括兩個(gè)或更多個(gè)膜。例如，圖4A為前反射器 400的一部分的示意性剖視圖。反射器400包括靠近第二膜404設(shè)置的第一膜402。膜402、 404可間隔開(kāi)或相互接觸?；蛘?，膜402、404可使用任何合適的技術(shù)進(jìn)行連接。例如，可使用任選粘合劑層406將膜402、404層合在一起。任何合適的粘合劑都可用于層406，如壓敏粘合劑(例如3M Optically Clear Adhesives (3M光學(xué)透明粘合劑))以及紫外固化性粘合劑(例如UVX-4856)。在一些實(shí)施例中，粘合劑層406可用折射率匹配液替代，而膜402、 404可使用本領(lǐng)域已知的任何合適的技術(shù)保持接觸。
膜402、404可包括本文就前反射器所述的任何合適的膜。膜402、404可具有類似的光學(xué)特性；或者，膜402、404可具有提供不同光學(xué)特性的不同構(gòu)造。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，膜402可包括如本文所述的在一個(gè)平面內(nèi)具有透光軸的非對(duì)稱反射膜，而膜404可包括在第二平面內(nèi)具有透光軸(與第一膜402的透光軸不平行)的第二非對(duì)稱反射膜。此不平行關(guān)系可在兩個(gè)透光軸平面之間形成任何合適的角度。在一些實(shí)施例中，透光軸平面可以是大體上正交的平面。這種關(guān)系將為前反射器400在透光軸中提供高反射率。此外，例如膜402可以包括非對(duì)稱反射膜，而膜404可以包括棱鏡增亮膜，例如 BEF0在一些實(shí)施例中，BEF可以相對(duì)于非對(duì)稱反射膜取向，以便BEF準(zhǔn)直與非對(duì)稱膜的準(zhǔn)直平面正交的平面內(nèi)的透射光。或者，在其他實(shí)施例中，可以對(duì)BEF進(jìn)行取向，以便BEF準(zhǔn)直非對(duì)稱反射膜的準(zhǔn)直平面內(nèi)的透射光。雖然前反射器400在圖4A中示為包括兩層膜402、404，但前反射器400可包括三層或更多層膜。例如，三層前反射器可使用三層反射型偏振器(例如DBEF或APF，均得自 3M Company, St. Paul, MN)制成。如果三層被布置成使得第二層的偏振軸相對(duì)于第一層的偏振軸成45°，并且第三層的偏振軸相對(duì)于第一層的偏振軸成90°，則所得前反射器將反射大約75%的法向入射光?？梢岳脤优c層之間的其他旋轉(zhuǎn)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同程度的反射。 兩個(gè)具有幾乎正交的透光軸的反射型偏振器之間的雙折射(偏振旋轉(zhuǎn))層或散射層還可以形成這樣的反射膜具有受控的反射率程度以用作前反射器的反射膜。本發(fā)明的前反射器也可以包括設(shè)置在反射器的一個(gè)或多個(gè)表面之內(nèi)或之上的光學(xué)元件。例如，圖4B為前反射器410的另一個(gè)實(shí)施例的一部分的示意性剖視圖。反射器 410包括具有第一主表面414和第二主表面416的膜412。膜412可包括本文就前反射器所述的任何合適的膜或?qū)?。多個(gè)光學(xué)元件418設(shè)置在第一主表面414之上或之內(nèi)。盡管示出為僅設(shè)置在第一主表面414上，但是光學(xué)元件可設(shè)置在第二主表面416上或設(shè)置在第一和第二主表面414、416 二者上。任何合適的光學(xué)元件可設(shè)置在膜412之上或之內(nèi)，例如微球體、棱鏡、立體角反射器、透鏡、柱鏡(lenticular)元件等。光學(xué)元件可為折射元件、折射元件、漫射元件等。在此實(shí)施例中，光學(xué)元件418可以準(zhǔn)直膜412所透射的光。在其他實(shí)施例中，光學(xué)元件418可以漫射入射到膜412上或離開(kāi)膜412的光，這取決于光學(xué)元件412的設(shè)置。光學(xué)元件418可設(shè)置在膜412的主表面上或至少部分地嵌入膜412的主表面內(nèi)。此外，可使用任何合適的技術(shù)制備膜410，如在名稱為“BACKLIGHT AND DISPLAY SYSTEM USING SAME”(背光源和使用其的顯示系統(tǒng))的專利申請(qǐng)No. 60/939，079和名稱為 "RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR C0MP0NENTS”(具有半鏡面部件的循環(huán)背光源)的No. 60/939，085中所述的用于制備涂珠ESR的那些技術(shù)。光學(xué)元件418也可設(shè)置在靠近膜410設(shè)置的基底上。例如，圖4C為前反射器420 的另一個(gè)實(shí)施例的一部分的示意性剖視圖。反射器420包括膜422和靠近膜422設(shè)置的增益漫射器424。膜422可包括本文就前反射器所述的任何膜和/或?qū)?。增益漫射?M包括具有第一主表面似8和第二主表面430的基底426，以及多個(gè)設(shè)置在基底似6的第二主表面430之上或之內(nèi)的光學(xué)元件432。可使用任何合適的光學(xué)元件432，如圖4B所示的光學(xué)元件418。基底4 可包括任何合適的具有光學(xué)透射性質(zhì)的基底。對(duì)于圖4C所示的實(shí)施例，增益漫射器似4的第一主表面4 靠近偏振膜422設(shè)置。漫射器似4可靠近膜422設(shè)置，使得它與膜422間隔開(kāi)、與膜422接觸或附接到膜422上。 可使用任何合適的技術(shù)(如使用光學(xué)粘合劑)將漫射器4M附接到膜422上。任何合適的增益漫射器可用于漫射器424。在一些實(shí)施例中，光學(xué)元件432可設(shè)置在基底似6的第一主表面似8上，使得元件432位于基底似6與偏振膜422之間。重新參見(jiàn)圖1，前反射器110也可以附接到支撐層。該支撐層可包括任何合適的材料，例如聚碳酸酯、丙烯酸類樹(shù)脂、PET等。在一些實(shí)施例中，前反射器110可由纖維強(qiáng)化光學(xué)膜支撐，如在例如名稱為“FIBER REINFORCED OPTICAL FILMS”(纖維強(qiáng)化光學(xué)膜)的美國(guó)專利公布 No. 2006/0257678 (Benson 等人)、名稱為“REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS” (強(qiáng)化的反射偏振膜)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/323，726 (Wright等人)、以及名稱為“REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS”(強(qiáng)化的反射偏振膜)的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/322，3 (Ouderkirk 等人)中所描述的。此外，可以使用任何合適的技術(shù)將前反射器110附接到支撐層。在一些實(shí)施例中， 可以使用光學(xué)粘合劑將前反射器110粘附到支撐層上。在其它實(shí)施例中，前反射器110可附接到顯示系統(tǒng)的LC面板(如圖6所示的顯示系統(tǒng)600的LC面板650)上。在這種實(shí)施例中，前反射器110可附接到吸收型偏振器上，然后再附接到LC面板上，或者可首先將吸收型偏振器附接到LC面板上，然后再將前反射器110附接到吸收型偏振器上。此外，在非LCD 系統(tǒng)中，前反射器110可附接到著色前板上。如本文所述，前反射器110可包括提供部分反射和部分透射的前反射器的任何合適的膜和/或?qū)?。在一些?shí)施例中，前反射器110可包括一個(gè)或多個(gè)纖維偏振膜，如在名稱為 “REFLECTIVE POLARIZERS CONTAINING POLYMER FIBERS”(包含聚合物纖維的反射型偏振器)的美國(guó)專利公布No. 2006/0193577 (Ouderkirk等人)、名稱為“MULTILAYER POLARIZING FIBERS AND POLARIZERS USING SAME”(多層偏振纖維及使用其的偏振器)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/468，746 (Ouderkirk等人)、以及名稱為"POLYMER FIBER P0LARUERS”(聚合物纖維偏振器)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. ll/468，740(Bluem等人)中所描述的。可用于前反射器110的其它示例性膜包括膽留型偏振膜、雙折射疊片膜、雙折射共混聚合物(如得自3M Company的DRPF)以及線柵偏振器?？墒褂萌魏魏线m的技術(shù)制備用于本文所述的前反射器和后反射器的膜。參見(jiàn)例如名稱為 “APPARATUS FOR MAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS”(制備多層光學(xué)膜的設(shè)備) 的美國(guó)專利No. 6，783，349 (Neavin等人)。前反射器110和后反射器120可呈現(xiàn)任何合適的Rhemi值。通常，對(duì)中空背光源Rhemi 的選擇受給定系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的影響。主要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常包括顯示器尺寸(長(zhǎng)度和寬度)、厚度、對(duì)于給定視角實(shí)現(xiàn)亮度目標(biāo)所需的光源流明數(shù)、亮度和/或色彩均勻度以及系統(tǒng)對(duì)光源、背光源光學(xué)材料或腔體維度變化的穩(wěn)健性。另外，將光源遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開(kāi)的能力是重要的系統(tǒng)屬性，因?yàn)樗绊懰璧墓庠吹淖钚?shù)量，并且因此影響系統(tǒng)光源的總成本。最后，背光源的所需角發(fā)射可影響Rtali的選擇，因?yàn)橛镁酆衔锒鄬庸鈱W(xué)膜可實(shí)現(xiàn)的角發(fā)射特性取決于此，隨著Rtai的增大，可能存在較大的角分布范圍。Rtemi較低的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)效率較高。通常，發(fā)生的循環(huán)越少，腔體中多次反射引起的吸收損耗就越低。背光源腔體中的任何材料都可吸收光，包括前反射器和后反射器、側(cè)壁、支撐結(jié)構(gòu)(如柱子)以及光源本身。光可通過(guò)腔體中的物理間隙逸出，或通過(guò)邊緣反射器或后反射器少量透射。減少反射的次數(shù)可減少這些損耗、提高系統(tǒng)效率并降低所需的光源流明數(shù)。在一些實(shí)施例中，腔體長(zhǎng)度與厚度的比率(如L/H)越大，一般來(lái)講在腔體內(nèi)傳送光所需的Rhemi也越大。因此對(duì)于更大和/或更薄的背光源，通常需要更大的Rhemi值以實(shí)現(xiàn)均勻度。所需的光源間距越遠(yuǎn)，一般來(lái)講所需的Rhemi也越大，以便使光源之間的不均勻度 (所謂的“前照燈效應(yīng)”)最小化。多次反射可有助于填充光源之間的暗區(qū)，并且就RGB系統(tǒng)而言，可通過(guò)混合色彩減輕色彩梯階，從而產(chǎn)生白色外觀。通過(guò)改變光提取元件的鏡面反射率，我們已經(jīng)說(shuō)明對(duì)于給定的L/H，實(shí)現(xiàn)均勻度所需的Rtali可顯著減小。這具有的優(yōu)點(diǎn)是增加了系統(tǒng)效率并降低了所需的光源流明數(shù)。然而，降低Rtemi使循環(huán)減少，從而導(dǎo)致對(duì)制備或部件變化的敏感性更大。系統(tǒng)對(duì)以下變化的敏感性隨著循環(huán)的減少而增大包括厚度H變化在內(nèi)的維度變化、前反射器或后反射器的反射率或鏡面反射率的光學(xué)變化、光提取元件的反射率或鏡面反射率的光學(xué)變化、側(cè)反射器的不連續(xù)性、支撐結(jié)構(gòu)(如柱子)的可見(jiàn)性以及光源的色彩和亮度變化。除了對(duì)光源輸出的敏感性增加之外，系統(tǒng)對(duì)服務(wù)期漂移、差異老化或光源失效的容差還隨著Rtemi的減小而降低。可以設(shè)計(jì)具有兩種Rtemi和相同均勻度的兩個(gè)系統(tǒng)(例如，一個(gè)具有Rtali較低的成形背板或梯度光提取元件，另一個(gè)具有Rtai較高的直背板)，然而在一些實(shí)施例中，Rtai較低的系統(tǒng)的敏感性可大于Rtali較高的系統(tǒng)。在此，對(duì)可制備性的考慮可以比通過(guò)降低Rtali 獲得的系統(tǒng)效率增加更重要。Rtemi的選擇可取決于該系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在圖1所示的實(shí)施例中，前反射器110面向后反射器120以形成腔體130。后反射器120優(yōu)選地為高反射性的。例如，后反射器120可以具有對(duì)于光源射出的可見(jiàn)光而言至少90 %、95 %、98 %、99 %的同軸平均反射率，或?qū)τ谌魏纹窨梢?jiàn)光而言更高的同軸平均反射率。該反射率值還可以減少高度循環(huán)腔中的損耗量。另外，這種反射率值涵蓋了反射到半球中的所有可見(jiàn)光，即這種值包括鏡面反射和漫反射兩者。無(wú)論在空間上均勻分布或圖案化，后反射器120都可以主要是鏡面反射器、漫反射器或鏡面反射器與漫反射器的組合。在一些實(shí)施例中，后反射器120可以是半鏡面反射器，如本文進(jìn)一步所述的。還可參見(jiàn)名稱為“RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS”(具有半鏡面部件的循環(huán)背光源)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，085、以及名稱為“BACKLIGHT SUITABLE FOR DISPLAY DEVICES”(適用于顯示設(shè)備的背光源)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/467，326 (Ma等人)。在一些情況下，后反射器120可由具有高反射率涂層的剛性金屬基底或?qū)雍系街位咨系母叻瓷渎誓ぶ瞥?。合適的高反射率材料包括Vikuiti 增強(qiáng)型鏡面反射器(ESR) (Vikuiti Enhanced Specular Reflector (ESR))多層聚合物膜 (得自3M Company)；使用0. 4密耳厚的丙烯酸異辛酯-丙烯酸壓敏粘合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，本文將所得的層合膜稱為“EDR II”膜；得自Toray Industries, Inc.的E-60系列Lumirror 聚酯膜； 多孔聚四氟乙烯(ΡΤ^)膜，如得自W. L. Gore & AssociatesJnc.的那些；得自Labsphere， Inc.的 Spectralon 反射材料；得自 Alanod Aluminum-Veredlung GmbH & Co.的 Miro 陽(yáng)極氧化鋁膜(包括Miro 2膜)；得自Furukawa Electric Co. ,Ltd.的MCPET高反射率發(fā)泡片材；得自 Mitsui Chemicals, Inc.的 White Refstar 膜和 MT 膜；以及 hTIPS(即， 具有高反射率的多孔聚丙烯膜，并可使用例如美國(guó)專利No. 5，976，686 (Kaytor等人)中所述的熱致相分離方法制成。兩片TIPS可使用光學(xué)粘合劑層合在一起以形成層合材料)。后反射器120可以基本上是平坦而光滑的，或可具有與之相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化表面， 以增強(qiáng)光的散射或混合。這種結(jié)構(gòu)化表面可以(a)施加在后反射器120的表面上，或(b) 施加在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)先形成有結(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 Company 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)化表面的透明膜層合到平坦反射面上，或?qū)⑼该髂な┘拥椒瓷淦魃?，然后再在透明膜上形成結(jié)構(gòu)化表面。對(duì)于具有直下式構(gòu)造(如圖3的背光源300)的那些實(shí)施例，后反射器120可為在其上面安裝光源的連續(xù)一體(無(wú)中斷)層，或可作為分開(kāi)的部件不連續(xù)地構(gòu)造，或者其相當(dāng)不連續(xù)以至于在其他的連續(xù)層中包括隔離孔，光源可通過(guò)這些孔伸出。例如，可將反射材料條施加到其上安裝有LED行的基底上，每一條的寬度都足以讓其從一行LED延伸到另一行， 其長(zhǎng)度應(yīng)足以使其橫跨背光源輸出區(qū)域相對(duì)的兩條邊界線。在圖1所示的實(shí)施例中，后反射器120為平面反射器，但是背光源100可為非平面后反射器，使得H在整個(gè)腔體130上變化，如61/030，767專利申請(qǐng)中所描述的。在一些實(shí)施例中，后反射器120和部分透射的前反射器110可沿相同的方向(未示出)彎曲，以使得距離H在整個(gè)腔體130上保持基本恒定。前反射器和后反射器之間的空間可利用任何合適的技術(shù)來(lái)保持，例如剛性板、張緊框架、以及腔體中的各種結(jié)構(gòu)，包括柱子、壁或者從后反射器延伸的突起(如隆起塊或脊)。背光源100還可包括沿背光源100外邊界的至少一部分設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)側(cè)反射器134，該背光源優(yōu)選為帶襯里的，或者說(shuō)設(shè)置有高反射率的豎直壁，以減少光損失和改善循環(huán)效率。形成這些壁可采用與用于后反射器120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。在一些實(shí)施例中，側(cè)反射器134和后反射器120可以由單片材料形成。側(cè)反射器和壁中的一者或兩者可為豎直的，或者，側(cè)反射器可為傾斜的、彎曲的或結(jié)構(gòu)化的。在側(cè)反射器上或其相鄰處可使用折射結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)所需的反射分布?？蛇x擇壁材料和傾斜度，以調(diào)節(jié)輸出光通量分布。背光源100包括光提取元件140，該光提取元件具有梯度鏡面反射率，從而導(dǎo)致對(duì)光的梯度提取。所述梯度提取可通過(guò)局部增加或減少光提取量的任何元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于部分透射的前反射器通常具有一定程度的角選擇性透射率，所以使附加光偏移到較高透射率的角范圍內(nèi)的提取元件將增加該區(qū)域中的亮度。提取區(qū)域通常朝著法向，但是可被設(shè)計(jì)為成傾斜角度。用于提取元件的材料可為鏡面的、半鏡面的或漫射的、半透明的、半透半反的、 折射的、衍射的、降頻的(如磷光體)等。折射元件可為棱鏡、小透鏡、柱鏡等。提取元件可通過(guò)印刷、澆注、涂覆、壓印、蝕刻、燒蝕、轉(zhuǎn)印(如背膠點(diǎn))、層合等來(lái)施加。提取元件還可通過(guò)反射表面的局部偏移來(lái)制成，如壓印、錘擊、波紋壓制、研磨、蝕刻等。梯度鏡面反射率還可通過(guò)漫射涂層的光重新導(dǎo)向性質(zhì)的變化(局部變化或在整個(gè)表面區(qū)域上漸變)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可通過(guò)例如厚度、組成或表面性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。還可利用穿孔，例如具有梯度穿孔的漫射膜。另外，具有一種鏡面特征的反射膜(例如ESR)可被打孔并設(shè)置在具有不同的鏡面特征的反射膜(例如白色漫反射器，如得自FUrUkaWa(日本) WMCPET)上方，以提供梯度鏡面反射率。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“梯度鏡面反射率”表示在整個(gè)相當(dāng)于輸出區(qū)域的表面上光提取能力(即，鏡面反射率)變化。在一個(gè)實(shí)施例中，梯度鏡面反射率可在整個(gè)光提取元件的表面上連續(xù)改變并平滑地變化，例如以單調(diào)方式變化。在一些實(shí)施例中，光提取元件可具有長(zhǎng)度方向、寬度方向、或長(zhǎng)度和寬度方向二者上的梯度。在一些實(shí)施例中，所述梯度可包括一個(gè)或多個(gè)階躍變化，如鏡面后反射器上用于形成亮中心的圓形區(qū)域。在一些實(shí)施例中，所述梯度可為分立提取區(qū)域的陣列，如具有不同于相鄰區(qū)域中的鏡面反射率的均一鏡面反射率的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，梯度鏡面反射率可為階躍鏡面反射率、鏡面反射率的離散變化、 鏡面反射率的連續(xù)變化、鏡面反射率的不連續(xù)變化、具有不同鏡面反射率的多個(gè)區(qū)域的序列、或者梯度鏡面反射率的組合。背光源100還包括設(shè)置為將光發(fā)射到光循環(huán)腔130中的一個(gè)或多個(gè)光源160。在此實(shí)施例中，光源靠近背光源100的邊緣132設(shè)置。圖中示意性地示出了光源160。在大多數(shù)情況下，這些光源160為緊湊型發(fā)光二極管(LED)。就這一點(diǎn)而言，“LED”是指發(fā)射可見(jiàn)光、紫外光或紅外光的二極管。它包括作為L(zhǎng)ED(不論是常規(guī)型還是超輻射型)銷售的非相干的包裝或封裝的半導(dǎo)體器件。如果LED發(fā)射的是諸如紫外光等不可見(jiàn)光，以及在LED 發(fā)射可見(jiàn)光的某些情況下，則將其封裝為包含磷光體(或是照亮設(shè)置在遠(yuǎn)處的磷光體)，以將短波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的可見(jiàn)光，某些情況下會(huì)得到發(fā)射白光的器件?！癓ED晶?！笔?LED的最基本形態(tài)，即經(jīng)半導(dǎo)體加工過(guò)程而制成的單個(gè)部件或芯片。部件或芯片可以包括適合施加能量以便為裝置提供能量的電觸點(diǎn)。部件或芯片的各個(gè)層和其他功能元件通常以晶片級(jí)形成，然后可以將加工好的晶片切成單個(gè)元件，以生產(chǎn)大量的LED晶粒。本文將對(duì)封裝 LED(包括前發(fā)射和側(cè)發(fā)光LED)進(jìn)行詳細(xì)的討論。無(wú)論是否用于產(chǎn)生白光，多彩光源可以在背光源中具有多種形式，并對(duì)背光源輸出區(qū)域的色彩和亮度均勻性產(chǎn)生不同的影響。在一種方法中，多個(gè)LED晶粒(例如，發(fā)紅光、 綠光和藍(lán)光的晶粒)全部彼此接近地裝在引線框架或其他基底上，然后一起裝入單個(gè)封殼材料中形成一個(gè)封裝體，封裝體內(nèi)還可以包括單透鏡元件?？梢钥刂七@樣的光源發(fā)射任何一種單獨(dú)色彩的光，或同時(shí)發(fā)出所有色彩的光。在另一種方法中，可以將單獨(dú)封裝的LED集成一束用于某個(gè)給定的循環(huán)腔，其中每個(gè)封裝體僅有一個(gè)LED晶粒并發(fā)射一種色彩的光， LED束中含有發(fā)出不同色彩(如藍(lán)/黃或紅/綠/藍(lán))的封裝LED的組合。在另一個(gè)方法中，可以將此類單獨(dú)包裝的多色LED以一個(gè)或多個(gè)線條、陣列或其他圖案的形式設(shè)置。如果需要，可以使用其他可見(jiàn)光發(fā)光體(如線性冷陰極熒光燈(CCFL)或熱陰極熒光燈(HCFL))來(lái)代替或輔助分立的LED光源，以作為本發(fā)明所公開(kāi)的背光源的照明源。此外還可使用混合系統(tǒng)，例如CCFL/LED (包括發(fā)出冷白光和暖白光的CCFL/LED) XCFL/HCFL (例如發(fā)出不同光譜的CCFL/HCFL)。其它合適的光源包括Xe CCFL、平面熒光燈、場(chǎng)發(fā)射源、光子晶格源、豎直腔體表面發(fā)射激光器、外部電極熒光燈和有機(jī)發(fā)光二極管。發(fā)光器的組合可有多種變化，并包括LED和CCFL，以及諸如多個(gè)CCFL、多個(gè)不同顏色的CCFL以及LED和CCFL 之類的復(fù)合體。例如，在某些應(yīng)用中，可能有利的是用不同的光源(如長(zhǎng)圓柱形CCFL)或線性表面發(fā)射光導(dǎo)來(lái)代替離散光源列，其中該光導(dǎo)沿其長(zhǎng)度方向發(fā)光并連接到遠(yuǎn)程有源元件(如 LED晶?；螓u素?zé)?，也可對(duì)其他光源列做同樣的替代。此類線性表面發(fā)射光導(dǎo)的實(shí)例在美國(guó)專利No. 5，845，038 (Lundin等人)和美國(guó)專利No. 6，367，941 (Lea等人)中有所公開(kāi)。已為人們所知的還有纖維耦合激光二極管和其他半導(dǎo)體發(fā)光體，在這些發(fā)光體中，當(dāng)把它放在本發(fā)明所公開(kāi)的循環(huán)腔中或者以其他方式放在背光源的輸出區(qū)域后面時(shí)，光學(xué)纖維波導(dǎo)的輸出端可以看作是光源。同樣的情況也適用于發(fā)光區(qū)域較小的其他無(wú)源光學(xué)元件，如透鏡、偏轉(zhuǎn)器、狹窄的光導(dǎo)以及發(fā)射從有源元件(如燈泡或LED晶粒)接收到的光線的類似元件。這類無(wú)源元件的一個(gè)實(shí)例是側(cè)發(fā)光封裝LED的模制封殼或透鏡。任何合適的側(cè)發(fā)射LED可用于一個(gè)或多個(gè)光源，例如Luxeon LED(可得自 Lumileds，San Jose，CA)或在例如名稱為“LED PACKAGE WITH CONVERGING OPTICAL ELEMENT”(具有會(huì)聚光學(xué)元件的LED封裝體)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/381，324(Leatherdale 等人)以及名稱為 “LED PACKAGE WITH WEDGE-SHAPED OPTICAL ELEMENT”(具有楔形光學(xué)元件的LED封裝體)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/381，等人)中所述的LED。在一些實(shí)施例中，其中背光源與顯示器面板(如圖6的面板650)組合使用，背光源100連續(xù)發(fā)射白光，LC面板與濾色器矩陣相結(jié)合，構(gòu)成多色像素組(諸如黃/藍(lán)(YB)像素、紅/綠/藍(lán)(RGB)像素、紅/綠/藍(lán)/白(RGBW)像素、紅/黃/綠/藍(lán)(RYGB)像素、紅 /黃/綠/青/藍(lán)(RYGCB)像素等)，從而使所顯示的圖像為多色?；蛘?，也可使用色序技術(shù)來(lái)顯示多色圖像，該技術(shù)不是用白光連續(xù)背部式照明LC面板并通過(guò)調(diào)制LC面板中的多色像素來(lái)產(chǎn)生色彩，相反，它是對(duì)背光源100內(nèi)的不同顏色(例如，選自(例如)組合中的紅色、橙色、琥珀色、黃色、綠色、青色、藍(lán)色(包括品藍(lán))和白色)的單獨(dú)的光源進(jìn)行調(diào)制， 使得背光源以快速重復(fù)的連續(xù)方式閃現(xiàn)空間上均一的彩色光輸出(例如為紅色、然后是綠色、然后是藍(lán)色)。這種調(diào)制過(guò)色彩的背光源接著再與只有一個(gè)像素陣列(沒(méi)有任何濾色器矩陣)的顯示組件相組合，以便在調(diào)制速度足夠快以至于可以在觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)中產(chǎn)生短暫混色效果的情況下，與背光源同步地調(diào)制像素陣列，從而在整個(gè)像素陣列上產(chǎn)生所有能產(chǎn)生的顏色(背光源中所用光源已知)。色序顯示(也稱為場(chǎng)序顯示)的實(shí)例在美國(guó)專利No. 5，337，068 (Stewart等人)和美國(guó)專利No. 6，762，743 (Yoshihara等人)中有所描述。在一些情況下，人們可能只希望提供單色顯示。在這些情況下，背光源100可包括濾光器或主要發(fā)射一種可見(jiàn)波長(zhǎng)或色彩的特定光源。在一些實(shí)施例中，如圖3所示的直下式背光源實(shí)施例，光源可以設(shè)置在后反射器上。或者，光源可以與后反射器間隔開(kāi)。在其它實(shí)施例中，光源可以包括設(shè)置在或附接到后反射器上的光源，如共同擁有的和共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/018,608、 No. 11/018, 605、No. 11/018, 961 和 No. 10/858, 539 中所描述的。可采用任何合適的布置方式設(shè)置光源160。此外，光源160可以包括發(fā)出不同波長(zhǎng)或顏色光的光源。例如，光源可包括發(fā)出第一波長(zhǎng)照明光的第一光源和發(fā)出第二波長(zhǎng)照明光的第二光源。第一波長(zhǎng)可與第二波長(zhǎng)相同，也可不同。光源160也可包括發(fā)出第三波長(zhǎng)光的第三光源。參見(jiàn)例如名稱為 “WHITE LIGHT BACKLIGHTS AND THE LIKE WITH EFFICIENT UTILIZATION OF COLORED LED SOURCES”(有效利用彩色LED光源的白光背光源等)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，083。在一些實(shí)施例中，各種光源160產(chǎn)生的光可進(jìn)行混合，以向顯示器面板或其它裝置提供白色照明光。在其他實(shí)施例中，每個(gè)光源160均可產(chǎn)生白光。
此外，在一些實(shí)施例中，可以優(yōu)選至少部分準(zhǔn)直發(fā)射光的光源。此類光源可以包括透鏡、提取器、成型的封殼、或由光學(xué)元件構(gòu)成的它們的組合，從而將所需輸出提供至本發(fā)明所公開(kāi)的背光源的中空光循環(huán)腔。示例性提取器在例如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 2007/0257266、 No. 2007/0257270、No. 2007/0258241、No. 2007/0258246 以及美國(guó)專利 No. 7，329，982 中有所描述。此外，本發(fā)明的背光源可包括光注入光學(xué)器件，該光注入光學(xué)器件將最初注入到循環(huán)腔中的光部分準(zhǔn)直或限制到接近于橫向平面(該橫向平面與背光源輸出區(qū)域平行)的傳播方向，如注入光束具有相對(duì)于橫向平面范圍從ο至45度或從0至30度或從0至15度的平均偏差角。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以優(yōu)選的是在中空光循環(huán)腔內(nèi)提供一定程度的漫射。此類漫射可以使光在腔體內(nèi)進(jìn)行更多的角混合，從而有助于在腔體內(nèi)散布光，并且使透過(guò)輸出表面導(dǎo)出腔體的光具有更高的均勻度。換句話講，光循環(huán)腔包含使腔體具有鏡面和漫射特性平衡的元件，該元件不但具有足夠的鏡面反射率以支持腔體內(nèi)大量的側(cè)向光傳送或光混合，而且還具有足夠的漫射率以使腔體內(nèi)穩(wěn)態(tài)光傳播的角分布顯著勻化，甚至在僅窄范圍的傳播角度范圍內(nèi)將光射入腔體中時(shí)也是如此。另外，腔體內(nèi)的光循環(huán)必然使反射光偏振相對(duì)于入射光偏振態(tài)產(chǎn)生一定程度的隨機(jī)化。這允許這樣的機(jī)制，利用該機(jī)制可將不可用偏振光通過(guò)循環(huán)利用轉(zhuǎn)變成可用偏振光。如本文進(jìn)一步所述，通過(guò)前反射器和后反射器中的一個(gè)或兩個(gè)、側(cè)反射器，或通過(guò)設(shè)置在前反射器和后反射器之間的一個(gè)或多個(gè)層可以提供漫射。在一些實(shí)施例中，腔體內(nèi)形成的漫射可以包括半鏡面漫射。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“半鏡面反射器”是指正向散射顯著多于反向散射的反射器。相似地，術(shù)語(yǔ)“半鏡面漫射器”是指不使絕大部分入射光的入射光線的法向分量反向的漫射器，即，光基本以正向(ζ向)透射同時(shí)在一定程度上以X向和y向散射。換句話講，半鏡面反射器和漫射器(統(tǒng)稱為半鏡面元件)基本上將光引導(dǎo)向向前方向，并因此與在所有方向?qū)⒐饩€同等地重新導(dǎo)向的朗伯部件具有很大的區(qū)別。半鏡面反射器和漫射器可呈現(xiàn)出相對(duì)廣的散射角；或者，這種反射器和漫射器在鏡面反射方向之外可僅呈現(xiàn)出少量的光偏轉(zhuǎn)。還可參見(jiàn)名稱為“RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS”(具有半鏡面部件的循環(huán)背光源)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，085?？梢詫⑷魏魏线m的半鏡面反射材料用于本發(fā)明的前反射器和后反射器。此外，例如半鏡面后反射器可包括在高反射率漫反射器上的部分透射的鏡面反射器。合適的部分透射的鏡面反射器包括本文所述的任何部分透射的反射膜，例如對(duì)稱或非對(duì)稱反射膜。合適的高反射率漫反射器包括EDR II膜(得自3M)；多孔聚四氟乙烯(PTFE) 膜，如得自 W. L. Gore & Associates, Inc.的那些；得自 Labsphere，Inc.的 Spectralon 反射材料；得自Furukawa Electric Co. ,Ltd.的MCPET高反射率發(fā)泡片材；以及得自Mitsui Chemicals, Inc.的 White Refstar 膜。在其它實(shí)施例中，半鏡面后反射器可包括在高反射率鏡面反射器上的部分朗伯漫射器。或者，高反射鏡面反射器上的正向散射漫射器能夠提供半鏡面后反射器。用類似于后反射器的構(gòu)造可以使前反射器具有半鏡面反射性。例如，可以組合部分反射朗伯漫射器與部分鏡面反射器?；蛘?，可以組合正向散射漫射器與部分鏡面反射器。此外，前反射器可以包括正向散射部分反射器。在其他實(shí)施例中，可以組合任何上述的前反射器，從而提供半鏡面前反射器。如果漫射器設(shè)置在腔體中的某處，那么前反射器和后反射器中的一者或兩者可以為鏡面反射器。反射器中的一個(gè)也可為朗伯反射器，但這通常不是最佳構(gòu)造，特別是對(duì)于側(cè)光式背光源而言。在這種情況下，其它反射器應(yīng)當(dāng)為半鏡面或鏡面反射器。前向散射漫射器可為任何合適的漫射器，并且相對(duì)于兩個(gè)方向或兩種偏振態(tài)可為對(duì)稱或非對(duì)稱的。定量地講，半鏡面程度(給定反射器或其他部件的鏡面特性與朗伯特性之比)可通過(guò)對(duì)向前和向后散射的光分量進(jìn)行通量對(duì)比來(lái)表征，這兩個(gè)分量分別稱為F和B。前向散射通量和后向散射通量可通過(guò)在所有立體角上對(duì)反射強(qiáng)度進(jìn)行積分(或就透光元件而言， 對(duì)透射強(qiáng)度進(jìn)行積分)來(lái)獲得。然后，可通過(guò)“傳送比率”T來(lái)表征半鏡面程度，通過(guò)下式給定T = (F-B)/(F+B)。在從純朗伯面過(guò)渡為純鏡面的過(guò)程中，T的范圍是從0到1。對(duì)于純鏡面反射器而言，不存在后向散射(B = 0)，因此T = F/F= 1。對(duì)于純朗伯反射器而言，前向散射通量和后向散射通量相同(F = B)，因此T = 0。下文給定具有實(shí)驗(yàn)測(cè)得值的實(shí)例。任何實(shí)際反射元件或透射元件的傳送比率都是入射角的函數(shù)。這是符合邏輯的，因?yàn)榭梢怨烙?jì)，例如，就幾乎法向入射的光線與掠入射的光線而言，前向散射的光量是不同的。結(jié)合循環(huán)腔，可定義“有效腔體傳送比率”，即給定入射光線在循環(huán)腔經(jīng)歷完整的巡回或循環(huán)后的傳送比率。這個(gè)量可能值得關(guān)注，特別是對(duì)于包含至少一個(gè)半鏡面部件和至少一個(gè)額外的散射部件(無(wú)論是半鏡面的還是朗伯的)的腔體。由于傳送比率通常為入射角的函數(shù)，因此可以注入腔體中的光的特性或平均入射角(如光源的平均功率通量偏差角)評(píng)價(jià)或指定有效的腔體傳送比率。參見(jiàn)例如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，085中對(duì)傳送比率的進(jìn)一步討論。雖然圖1未示出，但背光源100(或圖6的顯示系統(tǒng)600)可包括光傳感器和反饋系統(tǒng)，以檢測(cè)并控制光源160發(fā)出的光的亮度和色彩中的一者或兩者。例如，傳感器可位于各個(gè)光源160或光源簇的附近，以監(jiān)控輸出并提供反饋，從而控制、保持或調(diào)節(jié)白點(diǎn)或色溫。沿著邊緣或在腔體130內(nèi)布置一個(gè)或多個(gè)傳感器以對(duì)混合光采樣可能是有益的。在某些情況下，可能有利的是提供傳感器以檢測(cè)觀看環(huán)境(例如，顯示器所在的房間)中顯示器外部的環(huán)境光?？墒褂每刂七壿媮?lái)基于環(huán)境觀看條件適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)光源160的輸出?？梢允褂萌魏魏线m的一個(gè)或多個(gè)傳感器，例如光轉(zhuǎn)頻率或光轉(zhuǎn)電壓傳感器(得自Texas Advanced Optoelectronic Solutions，Plano，Texas)。另外，可使用熱傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)并控制光源160 的輸出。這些技術(shù)中的任何一種都可用于根據(jù)運(yùn)行條件調(diào)節(jié)光輸出以及對(duì)隨時(shí)間老化的部件進(jìn)行補(bǔ)償。此外，可以將傳感器用于動(dòng)態(tài)對(duì)比、垂直掃描或水平區(qū)或場(chǎng)序系統(tǒng)，以提供反饋信號(hào)來(lái)控制系統(tǒng)。背光源100的輸出表面135可具有與腔體130的面積相關(guān)的任何合適的面積。例如，在一些實(shí)施例中，輸出表面135的面積可小于腔體130的面積(LXW)。這可(例如)使用具有高反射性部分的前反射器110來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而減小輸出表面135的有效面積。對(duì)于給定的光源160的輸入通量，輸出表面積的減小可增大背光源所提供的亮度。如本文所述，本發(fā)明的某些背光源可包括設(shè)置在背光源一個(gè)或多個(gè)邊緣的一個(gè)或多個(gè)光源，以形成側(cè)光式背光源。例如，圖2為側(cè)光式背光源200的另一實(shí)施例的示意性剖視圖。背光源200包括部分透射的前反射器210和后反射器220，該前反射器和后反射器形成包括輸出表面235的中空光循環(huán)腔230。如本文中進(jìn)一步描述的，腔體230還包括具有梯度鏡面反射率的至少一個(gè)光提取元件(圖2中，元件242、244和M6)。背光源200還包括半鏡面元件250，其設(shè)置在中空光循環(huán)腔230內(nèi)；和至少兩個(gè)光源沈0、270，其被設(shè)置為將光發(fā)射到光循環(huán)腔230中。光源沈0、270被構(gòu)造為在有限的角范圍內(nèi)將光發(fā)射到光循環(huán)腔230中。本文就圖1的背光源100的前反射器110、后反射器120、半鏡面元件250以及一個(gè)或多個(gè)光源160所述的所有設(shè)計(jì)考慮和可能性同等地適用于圖2的背光源200的前反射器210、后反射器220、光提取元件M2J44J46、半鏡面元件250以及光源洸0、270。在圖2所示的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)光源260、270分別靠近背光源200的第一邊緣232和第二邊緣234設(shè)置。在其他實(shí)施例中，光源可靠近背光源的任何數(shù)量的邊緣設(shè)置。 如圖所示，背光源200包括一對(duì)注入器或反射器沈5、275，其幫助將光從一個(gè)或多個(gè)光源 260,270引導(dǎo)至光循環(huán)腔230中。任何合適的注入器或反射器可與背光源200 —起使用，例如楔、拋物面反射器等。參見(jiàn)例如名稱為“COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS”(用于側(cè)光式背光源的準(zhǔn)直光注入器)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，082中所描述的注入器。在圖示實(shí)施例中，光提取元件被分成三段042、244、246)，后反射器220的第二部分248、249位于這三段之間。在一些實(shí)施例中，如圖1所示，光提取元件140在背光源100 的整個(gè)長(zhǎng)度L上是連續(xù)的。在一些實(shí)施例中，如圖2所示，光提取元件(M2J44J46)在背光源200的整個(gè)長(zhǎng)度L上是不連續(xù)的。在一些實(shí)施例中(未示出)，光提取元件可在背光源的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度上進(jìn)一步分割成段，以在輸出表面上得到所需的光通量輸出。雖然圖2的背光源200為靠近背光源邊緣設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)光源的側(cè)光式背光源，但其它實(shí)施例可包括被設(shè)置為在由輸出表面到后反射器上的投影限定的腔體的區(qū)域內(nèi)將光引導(dǎo)至光循環(huán)腔中的光源，從而形成直下式背光源。例如，圖3為直下式背光源300的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。背光源300包括部分透射的前反射器310和后反射器320， 該前反射器和后反射器形成具有輸出表面335的中空光循環(huán)腔330。背光源300還包括設(shè)置在中空光循環(huán)腔330內(nèi)的至少一個(gè)半鏡面元件(未示出)、具有梯度鏡面反射率的光提取元件340、以及被設(shè)置為將光發(fā)射到光循環(huán)腔330中的一個(gè)或多個(gè)光源360、370。在圖3 所示的實(shí)施例中，光提取元件340被示出為與部分透射的前反射器310相鄰；然而，光提取元件340可設(shè)置在腔體330中的其他位置處，如在別處所描述的。本文中就圖1的背光源 100的前反射器110、后反射器120、具有梯度鏡面反射率的光提取元件140、至少一個(gè)半鏡面元件150以及一個(gè)或多個(gè)光源160所述的所有設(shè)計(jì)考慮和可能性同等地適用于圖3的背光源300的前反射器310、后反射器320、梯度鏡面反射率的光提取元件340、至少一個(gè)半鏡面元件以及一個(gè)或多個(gè)光源360、370。在圖3所示的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)光源360、370設(shè)置在光循環(huán)腔330內(nèi)。在一些實(shí)施例中，光源360、370被構(gòu)造為以基本上側(cè)面的方向上發(fā)射光，使得發(fā)出的光相對(duì)于由輸出表面335限定的橫向平面具有0至40度范圍內(nèi)的平均通量偏差角。換句話講，光源 360、370可被構(gòu)造為將相當(dāng)大一部分光發(fā)射到腔體330的傳送區(qū)中。一個(gè)或多個(gè)光源360、 370可設(shè)置在腔體330內(nèi)的任何合適的位置。在一些直下式背光源實(shí)施例中，一般來(lái)講，豎直反射側(cè)面332、334實(shí)際上可以是將背光源與相似或相同的相鄰背光源隔開(kāi)的薄隔板，其中每一個(gè)這樣的背光源實(shí)際上都是更大的分區(qū)背光源的一部分。各個(gè)子背光源中的光源都能按照任何所需的組合打開(kāi)或關(guān)閉，從而得到由照亮區(qū)和黑暗區(qū)組成的圖案以用于更大的背光源。在一些LCD應(yīng)用中，可動(dòng)態(tài)地使用這種分區(qū)的背光源以提高對(duì)比度并且節(jié)約能源。區(qū)之間的反射隔板可以不完全地延伸到前反射器，但可以由間隙與其分隔，該間隙的大小被設(shè)置以使區(qū)邊界的可見(jiàn)性最小化(從觀察者的角度)，同時(shí)也使區(qū)之間的透光最小化。圖5a_5f為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的側(cè)光式中空背光源的各種實(shí)施例的示意性剖視圖。在圖中，背光源500包括部分透射的前反射器510和后反射器520，該前反射器和后反射器形成中空光循環(huán)腔530。部分透射的前反射器510包括面向后反射器520的主表面512。后反射器520包括面向部分透射的前反射器510的主表面522。背光源530 還包括一個(gè)或多個(gè)光源(未示出)，其與別處描述的那些類似。在圖fe中，背光源500包括與部分透射的前反射器510的主表面512相鄰設(shè)置的光學(xué)元件M0。光學(xué)元件540是與具有梯度鏡面反射率的光提取元件相結(jié)合的半鏡面元件。在圖恥中，背光源500包括與部分透射的前反射器510的主表面512相鄰設(shè)置的第一光學(xué)元件M0、以及與后反射器520的主表面522相鄰設(shè)置的第二光學(xué)元件Ml。第一和第二光學(xué)元件M0、541是與具有梯度鏡面反射率的光提取元件相結(jié)合的半鏡面元件。如圖恥所示，每個(gè)光學(xué)元件內(nèi)的梯度鏡面反射率可不同，或者其可相同。在圖5c中，背光源500包括與后反射器520的主表面522相鄰設(shè)置的光學(xué)元件 5410光學(xué)元件541是與具有梯度鏡面反射率的光提取元件相結(jié)合的半鏡面元件。在圖5d中，背光源500包括光學(xué)元件M1，該光學(xué)元件通過(guò)間隙543與后反射器 520的主表面522隔開(kāi)。光學(xué)元件541是與具有梯度鏡面反射率的光提取元件相結(jié)合的半鏡面元件。在圖k中，背光源500包括與部分透射的前反射器510的主表面512相鄰設(shè)置的半鏡面元件M4、以及包括光提取元件545的梯度光提取器，所述光提取元件按梯度設(shè)置在后反射器520的主表面522上。在圖5f中，背光源500包括與部分透射的前反射器510的主表面512相鄰設(shè)置的半鏡面元件討4。半鏡面元件544具有面向后反射器520的主表面M6、以及包括光提取元件M5的梯度光提取器，所述光提取元件按梯度設(shè)置在半鏡面元件544的主表面546上。本文中就圖1的背光源100的前反射器110、后反射器120、具有梯度鏡面反射率的光提取元件140、至少一個(gè)半鏡面元件150以及一個(gè)或多個(gè)光源160所述的所有設(shè)計(jì)考慮和可能性同等地適用于圖的背光源500的前反射器510、后反射器520、具有梯度鏡面反射率的光提取元件、至少一個(gè)半鏡面元件以及一個(gè)或多個(gè)光源。本發(fā)明的背光源可按照任何合適的構(gòu)造或應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，本文所述的背光源可與顯示面板結(jié)合使用以形成顯示系統(tǒng)，如LC顯示器或監(jiān)視器。圖6為顯示系統(tǒng)600的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。顯示系統(tǒng)600包括LC面板650和設(shè)置為向LC面板650提供光的照明組件602。LC面板650通常包括設(shè)置在面板的平板6M之間的LC層652。平板6M 通常由玻璃形成并在其內(nèi)表面上可以包括電極結(jié)構(gòu)和定向?qū)?，以用于控制LC層652中液晶的取向。通常對(duì)這些電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置以便限定LC面板的像素，即LC層的區(qū)域，其中液晶的取向可獨(dú)立于相鄰的區(qū)域進(jìn)行控制。濾色器也可被包括在一個(gè)或多個(gè)平板652上，用于
22在LC面板650所顯示的圖像上加上色彩。LC面板650設(shè)置在上吸收型偏振器656和下吸收型偏振器658之間。在圖示實(shí)施例中，上吸收型偏振器656和下吸收型偏振器658位于LC面板650的外部。吸收型偏振器656、658和LC面板650結(jié)合控制從背光源610透過(guò)顯示系統(tǒng)600到觀察者的光透射。 例如，可將吸收型偏振器656、658布置為使其透射軸相互垂直。處于非激活狀態(tài)的液晶層 652的像素可能不會(huì)改變從其中通過(guò)的光的偏振。因此，通過(guò)下吸收型偏振器658的光被上吸收型偏振器656吸收。當(dāng)像素被激活時(shí)，則旋轉(zhuǎn)從其中通過(guò)的光的偏振，從而透過(guò)下吸收型偏振器658的光中的至少一些也透過(guò)上吸收型偏振器656。例如通過(guò)控制器604對(duì)LC 層652不同像素的選擇性激活可導(dǎo)致光在某些所需的位置處透過(guò)顯示系統(tǒng)600，從而形成觀察者所見(jiàn)的圖像。該控制器604可包括(例如)可接收并顯示電視圖像的計(jì)算機(jī)或電視控制器。可靠近上吸收型偏振器656設(shè)置一個(gè)或多個(gè)任選層657，例如，設(shè)置為顯示器表面提供機(jī)械和/或環(huán)境保護(hù)的任選層。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，層657可包括上吸收型偏振器656上方的一層硬質(zhì)涂料。應(yīng)當(dāng)理解，一些類型的LC顯示器可能會(huì)以與上述不同的方式工作。例如，吸收型偏振器可平行排列，并且在未激活狀態(tài)下LC面板可以使光的偏振發(fā)生旋轉(zhuǎn)。無(wú)論如何，此類顯示器的基本結(jié)構(gòu)仍然與上述基本結(jié)構(gòu)類似。照明組件602包括背光源610和任選的一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在背光源610和LC面板 650之間的光控膜640。背光源610可以包括任何本文所述的背光源，例如圖1中的背光源 100。光控膜(也可以稱為光管理單元)結(jié)構(gòu)640設(shè)置在背光源610和LC面板650之間。光控膜640會(huì)影響從背光源610傳播的照明光。例如，光控膜結(jié)構(gòu)640可以任選地包括漫射器648。漫射器648用于漫射從背光源610接收的光。漫射層648可以是任何合適的漫射膜或漫射板。例如，漫射層648可以包含任何合適的漫射材料。在一些實(shí)施例中，漫射層648可以包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物基質(zhì)，該聚合物基質(zhì)具有多種分散相并且包括玻璃、聚苯乙烯小珠以及CaCO3顆粒。示例性漫射器包括得自 3MCompany (St. Paul, Minnesota)的 3635-30、3635-70 和 3635-100 型 3MTMScotchcal 漫射器膜。任選的光控膜640還可以包括反射型偏振器642。在一些實(shí)施例中，反射型偏振器642的透射軸可與LC面板650的透光軸對(duì)齊。任何合適類型的反射型偏振器可以用于反射型偏振器642，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 /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于至少兩種材料(通常為聚合物材料)之間折射率的差值，從而選擇性地反射一種偏振態(tài)的光，而透射垂直偏振態(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實(shí)例?？缮藤?gòu)獲得的MOF反射型偏振器的實(shí)例包括Vikuiti DBEF-D200和 DBEF-D440多層反射型偏振器，該偏振器具有漫射表面，可得自3M Company.可與本發(fā)明結(jié)合使用的DRPF的實(shí)例包括連續(xù)相/分散相反射型偏振器，如(例如)共同擁有的美國(guó)專利No. 5，825，M3 (Ouderkirk等人)中所描述的；以及漫反射多層偏振器，如(例如)共同擁有的美國(guó)專利No. 5，867，316 (Carlson等人)所描述的。其他合適類型的DRPF在美國(guó)專利No. 5，751，388 (Larson)中有所描述?？膳c本發(fā)明結(jié)合使用的線柵偏振器的一些實(shí)例包括例如在美國(guó)專利 No. 6，122，103 (Perkins等人)中所述的那些。線柵偏振器可從(特別是)Moxtek Inc. (Orem, Utah)商購(gòu)獲得?？膳c本發(fā)明結(jié)合使用的膽留型偏振器的一些實(shí)例包括例如美國(guó)專利 No. 5，793，456 (Broer等人)和美國(guó)專利公布No. 2002/0159019 (Pokorny等人)中所述的那些。膽留型偏振器通常在輸出側(cè)與四分之一波長(zhǎng)延遲層一起提供，以使得透過(guò)膽留型偏振器的光被轉(zhuǎn)換為線偏振光。在一些實(shí)施例中，偏振控制層644可以設(shè)置在漫射板648和反射型偏振器642之間。偏振控制層644的實(shí)例包括四分之一波長(zhǎng)延遲層和偏振旋轉(zhuǎn)層(如液晶偏振旋轉(zhuǎn)層)。 偏振控制層644可用于改變從反射型偏振器642反射的光的偏振，以使得更多的循環(huán)光透過(guò)反射型偏振器642。任選的光控膜結(jié)構(gòu)640還可包括一個(gè)或多個(gè)增亮層。增亮層是具有如下表面結(jié)構(gòu)的層，該表面結(jié)構(gòu)使離軸光轉(zhuǎn)向更靠近顯示器的軸線的方向。這會(huì)增加穿過(guò)LC層652 的同軸傳播的光量，從而增加觀察者所看到的圖像的亮度。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，其通過(guò)折射和反射改變照明光的方向?？捎糜陲@示系統(tǒng) 600的棱鏡增亮層的實(shí)例包括Vikuiti BEF II和BEF III系列的棱鏡膜，這些膜可得自 3MCompany，包括 BEF II 90/24,BEF II 90/50,BEF IIIM 90/50、以及 BEF IIIT0 在一些實(shí)施例中，可利用一個(gè)或多個(gè)保偏折射結(jié)構(gòu)。許多類型的折射增亮膜都是高度雙折射的，并且可使從反射型偏振器發(fā)出的光去偏振?？蓪⒒?例如聚碳酸酯)制成充分地各向同性， 以便不會(huì)去偏振。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)提供增亮。圖6所示的示例性實(shí)施例示出設(shè)置在反射型偏振器642和LC面板650之間的第一增亮層646a。棱鏡增亮層通常提供一個(gè)維度上的光學(xué)增益。光控膜結(jié)構(gòu)640中也可以包括可選的第二增亮層646b，該增亮層的棱鏡結(jié)構(gòu)方向與第一增亮層646a的棱鏡結(jié)構(gòu)相互垂直。該構(gòu)造能沿兩個(gè)維度增加顯示系統(tǒng)600中的光學(xué)增益。在其他示例性實(shí)施例中，增亮層646a、646b可布置在背光源610和反射型偏振器642之間。任選的光控膜640中的不同層可以是自立式的。在其它實(shí)施例中，可將光控膜640 中的兩個(gè)或更多個(gè)層層合在一起，例如，如共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/966，610 (Ko等人)中所討論的那樣。在其它示例性實(shí)施例中，任選的光控膜640可包括由間隙隔開(kāi)的兩個(gè)子組件，例如，如共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/965，937 (Gehlsen等人)中所述的那樣。在一個(gè)方面，本發(fā)明背光源的前反射器和后反射器中的一者或兩者可被設(shè)置或成形，以得到所需的輸出光通量分布。在另一方面，一個(gè)或多個(gè)光提取元件可被設(shè)置在腔體內(nèi)，以得到所需的輸出光通量分布。任何合適的技術(shù)可用于確定反射器或光提取元件應(yīng)采取何種形狀或定位以便得到所需的分布。例如，可形成具有輸出表面的中空光循環(huán)腔。該腔體可包括部分透射的前反射器和平面后反射器?？稍O(shè)置一個(gè)或多個(gè)光源，以在有限的角范圍內(nèi)將光發(fā)射到光循環(huán)腔中。可選擇所需的輸出光通量分布?？蓽y(cè)量第一輸出光通量分布并將其與所需的輸出光通量分布進(jìn)行比較。在一個(gè)方面，然后前反射器和后反射器中的一者或兩者可被成形或設(shè)置，以得到所需的輸出光通量分布。在另一方面，光提取元件可被設(shè)置在腔體內(nèi)，以得到所需的輸出光通量分布。在另一方面，然后前反射器和后反射器中的一者或兩者可被成形或設(shè)置，并且提取元件可被設(shè)置在腔體內(nèi)，以得到所需的輸出光通量分布。可測(cè)量第二輸出光通量分布并將其與所需的輸出光通量分布進(jìn)行比較?？蓪?duì)前反射器和后反射器中的一者或兩者進(jìn)行進(jìn)一步的成形、形成或定位，或者對(duì)光提取元件的梯度鏡面反射率或定位進(jìn)行改變，以得到所需的輸出光通量分布。也可使用在本領(lǐng)域中已知的任何合適的計(jì)算機(jī)建模技術(shù)執(zhí)行上述技術(shù)中的任何一種或全部。除非另外指明，否則提到“背光源”時(shí)也旨在適用于在其預(yù)期應(yīng)用中提供標(biāo)稱均一照明的其它擴(kuò)展面照明裝置。此類其它裝置可以產(chǎn)生偏振輸出或非偏振輸出。實(shí)例包括燈箱、指示牌、槽型字以及為室內(nèi)(如家庭或辦公室)或室外用途設(shè)計(jì)的通用照明裝置，有時(shí)也稱為“燈具”。另外應(yīng)注意的是，側(cè)光式裝置可被構(gòu)造成從相對(duì)的主表面均向外發(fā)光，即， 均從上述“前反射器”和“后反射器”向外發(fā)光，在這種情況下前反射器和后反射器均為部分透射的。這種裝置可照亮設(shè)置在背光源相對(duì)側(cè)的兩個(gè)獨(dú)立的LCD面板或其它圖形構(gòu)件。在這種情況下，前反射器和后反射器可以為相同的或相似的構(gòu)造。這種雙面背光源可用于如雙面指示牌、移動(dòng)電話等。在一些實(shí)施例中，雙面背光源可包括設(shè)置在腔體內(nèi)的反射構(gòu)件， 以將光導(dǎo)出背光源的一個(gè)或兩個(gè)主表面。該反射構(gòu)件可為全反射的、部分透射的或可具有反射性質(zhì)和透射性質(zhì)的組合。此外，反射構(gòu)件的一個(gè)或兩個(gè)主表面可按本文所述的方式成形。任何合適的反射器可用于反射構(gòu)件。術(shù)語(yǔ)“LED”是指發(fā)射光(不論可見(jiàn)光、紫外光或紅外光)的二極管。發(fā)光二極管包括以商品名“LED”銷售的非相干的包封或封裝半導(dǎo)體器件，而不論是常規(guī)的或是超輻射的類型。如果LED發(fā)射的是如紫外光等不可見(jiàn)光，以及在LED發(fā)射可見(jiàn)光的某些情況下，則將其封裝為包含磷光體(或是照亮設(shè)置在遠(yuǎn)處的磷光體)，以將短波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的可見(jiàn)光，某些情況下會(huì)得到發(fā)射白光的器件。磷光體可為熒光材料與粘結(jié)劑的混合物。該熒光材料可以是無(wú)機(jī)顆粒、有機(jī)顆粒或有機(jī)分子或者是它們的組合。合適的無(wú)機(jī)顆粒包括摻雜質(zhì)的石榴石(例如YAG:Ce和(Y， Gd)AG:Ce)、鋁酸鹽(例如 Sr2Al14O25: Eu 和 BAM: Eu)、硅酸鹽(例如 SrBaSiO: Eu)、硫化物(例如ZnS Ag、CaS Eu和Srfeij4 Eu)、氧代硫化物、氧代氮化物、磷酸鹽、硼酸鹽以及鎢酸鹽(例如CaWO4)。這些材料的形式可以是常規(guī)磷光粉或納米顆粒磷光粉。另一類合適的無(wú)機(jī)顆粒是所謂的量子點(diǎn)磷光體，其由半導(dǎo)體納米顆粒制成，包括Si、Ge、CdS、CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, PbS, PbSe, PbTe, InN、InP、InAs、A1N、A1P、AlAs、feiN、GaP、GaAs 以及它們的組合。一般來(lái)講，量子點(diǎn)的表面都將至少部分地被有機(jī)分子覆蓋，以抑制凝聚以及提高與粘結(jié)劑的相容性。在一些情況下，半導(dǎo)體量子點(diǎn)可以由核殼構(gòu)造內(nèi)數(shù)層不同的材料組成。合適的有機(jī)分子包括熒光染料，如美國(guó)專利No. 6，600，175列出的那些熒光染料。優(yōu)選那些顯示具有良好耐久性以及穩(wěn)定光學(xué)性質(zhì)的熒光材料。磷光體層可由單層或多層中不同類型的磷光體混合組成，每層含有一種或多種磷光體。磷光體層中的無(wú)機(jī)磷光體顆粒的粒度(直徑)可以有差別，并且可以被分離，使得在整個(gè)層橫截面上的平均粒度是不均一的。例如，較大的顆粒往往可以位于膜的一側(cè)上，而較小的顆粒往往可以位于另一側(cè)上。此分離可通過(guò)允許顆粒在粘結(jié)劑固化前能夠沉降而實(shí)現(xiàn)。其它合適的磷光體包括薄膜磷光體，如Lumiramic 磷光體技術(shù)，得自 Lumileds (San Jose, CA)。
"LED晶?！笔荓ED的最基本形態(tài)，即經(jīng)半導(dǎo)體加工過(guò)程而制成的單個(gè)部件或芯片。 部件或芯片可以包括適合施加能量以便為裝置提供能量的電觸點(diǎn)。部件或芯片的各個(gè)層和其他功能元件通常以晶片級(jí)形成，然后可以將加工好的晶片切成單個(gè)元件，以生產(chǎn)大量的 LED晶粒。LED還可以包括杯形反射器或其它反射基底、成型為簡(jiǎn)單穹頂形透鏡或任何其它已知形狀或結(jié)構(gòu)的封裝材料、提取器以及其它封裝元件，該元件可以用于產(chǎn)生前發(fā)光、側(cè)發(fā)光或其它所需的光輸出分布。除非另外指明，凡指LED之處也同樣意指適用于能夠在較小發(fā)射區(qū)域發(fā)出亮光 (彩色或白色、偏振或非偏振)的其他光源。實(shí)例包括半導(dǎo)體激光裝置、和利用固體激光泵浦的光源、采用光子晶體的固態(tài)光源，例如得自Luminus Devices, Inc. (Billerica, ΜΑ)的 Phlatlight 光源，以及采用諸如量子點(diǎn)或量子阱的量子阱降頻元件的光源(參見(jiàn)例如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/978, 304和美國(guó)專利公布No. 2006/0124918)。除非另外指明，在說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的表示部件的尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)被理解為由詞語(yǔ)“約”來(lái)修飾。因此，除非有相反的指示，在上述說(shuō)明書和所附權(quán)利要求中所提出的數(shù)值參數(shù)為近似值，可根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本文所公開(kāi)的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性而變化。SM利用 LightTools 6. 0. 0 (得自 Optical Research Associates, Pasadena, CA)禾口虛擬背光源模擬工具來(lái)對(duì)背光源建模，如名稱為“VIRTUAL BACKLIGHT FRAMEWORK”(虛擬背光源架構(gòu))的PCT專利公布No. US2008/068953中所描述的(代理人案卷號(hào)為62307W0004)。實(shí)例1 側(cè)光式背光源建立32" (81. 3cm)對(duì)角16:9背光源的模型。該背光源被設(shè)計(jì)為與圖1類似，尺寸如下長(zhǎng)度L為398. 5mm，高度H為15. 0mm，拋物面反射器(圖1中的元件165)測(cè)得為21mm 深、14mm寬(深度為距左側(cè)的距離，寬度為沿邊緣132的開(kāi)口)，光源160測(cè)得為2. 6mm。側(cè)反射器(圖1中的元件134)相對(duì)于豎直方向傾斜約3. 8° (最靠近元件110的末端更接近光源)。含珠增益漫射器(根據(jù)名稱為“RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS”(具有半鏡面部件的循環(huán)背光源)的共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/939，085 的實(shí)例F中所描述的工序來(lái)制備)用作半鏡面元件(圖1中的元件150)。除非另外指明， 光引擎和腔體的所有其他內(nèi)表面均帶ESR襯里(得自3M company)。利用兩種不同的部分透射的前反射器(圖1中的元件110)在沒(méi)有光提取元件的情況下進(jìn)行模擬。第一部分透射的前反射器(指定為ARF)為在透光方向上具有32%透射率并具有83%半球反射率的非對(duì)稱反射膜(ARF)。第二部分透射的前反射器(指定為APF)為具有51%半球反射率的高級(jí)偏振膜。兩段光提取元件與后反射器相鄰地設(shè)置在腔體中，如圖1所示。這兩段光提取元件中的每一個(gè)包括施加在后反射器上的具有變化的密度和朗伯散射性質(zhì)的白點(diǎn)。模擬中所使用的白點(diǎn)圖案利用LightTools 6. 0.0(得自O(shè)ptical Research Associate)中的 "Bezier Placement Option”來(lái)計(jì)算。第一段光提取器為50mm長(zhǎng)，并緊鄰光源(從圖1中的元件132處開(kāi)始延伸50mm)。第二段光提取器為200mm長(zhǎng)，并且從中點(diǎn)到側(cè)反射器(圖1 中的元件134)被后反射器覆蓋。每一白點(diǎn)為具有0.98的反射率的朗伯反射器。每一段中的白點(diǎn)被布置成陣列，如表1中所示。利用星號(hào)O所指示的參數(shù)通過(guò)Bezier placementoption來(lái)確定沿長(zhǎng)度方向L的布置方式。表權(quán)利要求
1.一種背光源，包括部分透射的前反射器和后反射器，所述前反射器和后反射器形成具有輸出表面的中空光循環(huán)腔；半鏡面元件，其設(shè)置在所述中空光循環(huán)腔內(nèi)；光提取元件，其設(shè)置在所述中空光循環(huán)腔內(nèi)，其中所述光提取元件具有梯度鏡面反射率；至少一個(gè)光源，其被設(shè)置為將光注入所述中空光循環(huán)腔中，其中所述至少一個(gè)光源被構(gòu)造為在有限的角范圍內(nèi)注入光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光提取元件包括梯度漫射器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的背光源，其中所述梯度漫射器包括分布于所述光提取元件的表面上的小珠。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的背光源，其中所述梯度漫射器包括分散于所述光提取元件內(nèi)的顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光提取元件包括提取器結(jié)構(gòu)陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的背光源，其中所述提取器結(jié)構(gòu)陣列包括微結(jié)構(gòu)、紋理或隆起塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的背光源，其中所述提取器結(jié)構(gòu)陣列包括壓印的、燒蝕的、或涂覆的提取結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述梯度鏡面反射率的至少一部分沿著所述中空光循環(huán)腔的長(zhǎng)度L單調(diào)地變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述部分透射的前反射器與所述后反射器隔開(kāi)距離H。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述部分透射的前反射器和所述后反射器為平面的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述部分透射的前反射器對(duì)非偏振可見(jiàn)光具有半球反射率Rftemi,所述后反射器對(duì)非偏振可見(jiàn)光具有半球反射率Rbtemi,并且其中 Rfhem一Rbhemi 為至少 0. 45。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的背光源，其中Rbtali大于0.95。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的背光源，其中Rftali大于0.50。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述輸出表面限定橫向平面，并且所述光源以相對(duì)于所述橫向平面在0至40度范圍內(nèi)的平均通量偏差角將光注入所述中空光循環(huán)腔中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述半鏡面元件具有在15度入射角下大于 15%且在45度入射角下小于95%的傳送比率。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述半鏡面元件包括所述光提取元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的背光源，其中所述半鏡面元件被設(shè)置在所述部分透射的前反射器的面向所述后反射器的主表面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的背光源，其中所述半鏡面元件被設(shè)置在所述后反射器的面向所述部分透射的前反射器的主表面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光提取元件包括印刷點(diǎn)陣列、壓印隆起塊、涂覆小珠或它們的組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述半鏡面元件和所述光提取元件中的至少一個(gè)包括降頻材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述部分透射的前反射器包括高級(jí)偏振膜 (APF)、雙倍增亮膜(DBEF)、體漫射器、表面漫射器、或它們的組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述后反射器包括金屬、金屬化膜、增強(qiáng)型鏡面反射器(ESR)膜、或它們的組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述至少一個(gè)光源包括發(fā)光二極管(LED)、LED 陣列、準(zhǔn)直LED、或它們的組合。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，還包括至少一個(gè)光傳感器，其能夠提供用于反饋控制的信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，還包括第一區(qū)，其包括第一光傳感器；和第二區(qū)，其包括第二光傳感器，其中所述第一和第二光傳感器中的每一個(gè)均能夠提供信號(hào)以用于控制所述第一區(qū)中的第一光輸出和所述第二區(qū)中的第二光輸出。
26.一種指示牌，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源。
27.一種照明設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源。
28.—種顯示系統(tǒng)，包括顯示面板；和背光源，其被設(shè)置為向所述顯示面板提供光，所述背光源包括部分透射的前反射器和后反射器，所述前反射器和后反射器形成具有輸出表面的中空光循環(huán)腔；半鏡面元件，其設(shè)置在所述中空光循環(huán)腔內(nèi)；光提取元件，其設(shè)置在所述中空光循環(huán)腔內(nèi)，其中所述光提取元件具有梯度鏡面反射率；禾口至少一個(gè)光源，其被設(shè)置為將光注入所述中空光循環(huán)腔中，其中所述至少一個(gè)光源被構(gòu)造為在有限的角范圍內(nèi)注入光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種背光源，其包括前反射器和后反射器，所述前反射器和后反射器形成包括輸出表面的中空光循環(huán)腔。所述背光源還包括設(shè)置在所述中空腔體內(nèi)的半鏡面元件和光提取元件。所述光提取元件具有梯度鏡面反射率。所述背光源還包括一個(gè)或多個(gè)光源，其被設(shè)置為將光注入所述中空光循環(huán)腔中，其中所述一個(gè)或多個(gè)光源被構(gòu)造為在有限的角范圍內(nèi)注入光。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK102224448SQ200980146578
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者劉濤, 約翰·A·惠特利 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司