本發(fā)明一般在光源領(lǐng)域并涉及偏振光源器件，作為在顯示器件中的背光單元特別有用。

背景技術(shù)：

以下列出被認(rèn)為是與本公開主題內(nèi)容相關(guān)的作為背景技術(shù)的參考文獻(xiàn)：

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在此承認(rèn)以上參考文獻(xiàn)不應(yīng)被解讀成它們與本公開主題內(nèi)容的可專利性有任何關(guān)聯(lián)。

背景

平面顯示器被廣泛地使用在諸如計算機(jī)、移動電話以及電視機(jī)的各種各樣的設(shè)備中。液晶顯示器(LCD)占平面顯示器的主要部分。LCD利用背照明的LC面板，其中LC面板通常是多層結(jié)構(gòu)并包括配置用來調(diào)制向著觀眾的光的透射的液晶層。通過改變液晶的偏振態(tài)來控制通過每個像素的光透射。

LCD利用偏振的背光照明。目前的彩色LCD顯示器使用發(fā)射非偏振的一般為白色的光(即不具有特定偏振的多色光)的背光單元，以及在所發(fā)射的非偏振光的光路中的偏振器。因此，選擇特別的偏振會以能量的損失為代價：示例性的，超過50％的由光源發(fā)射的光可能由于光通過偏振器而被損失。這個問題對于節(jié)能是關(guān)鍵因素的LCD顯示器來說非常重要。該問題在電池壽命和增大的背光亮度是重要因素的便攜式設(shè)備(筆記本、手機(jī)、平板電腦等)中被進(jìn)一步地增強(qiáng)。

基于納米結(jié)構(gòu)的發(fā)射性質(zhì)的背光照明器已經(jīng)被開發(fā)并在例如轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的WO 2012/059931中被描述。根據(jù)這個技術(shù)，提供可被用作顯示器的彩色偏振光源的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包含在響應(yīng)于泵浦場(pumping field)而由此發(fā)射的光的波長和偏振中的至少一個上相互不同的至少兩個不同的組的光學(xué)有源納米棒。相同組的納米棒均勻地與某對準(zhǔn)軸對準(zhǔn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)有技術(shù)中需要用于基于發(fā)射性納米結(jié)構(gòu)來配置偏振光源以最大化與納米結(jié)構(gòu)相互作用的光的偏振以及最大化偏振光的輸出效率的新穎的方案。

本發(fā)明提供一種偏振光源，包括一個或多個光學(xué)有源層/膜，該一個或多個光學(xué)有源層/膜包含具有選取的尺寸的對準(zhǔn)的納米棒以響應(yīng)于激發(fā)場(光學(xué)的或電學(xué)的泵浦場)而發(fā)射具有確定的偏振的光；以及偏振保留光(導(dǎo)向/引導(dǎo)/提取)組件。后者可以與光學(xué)有源層/膜一體化，或者可以在其外部。

應(yīng)當(dāng)注意，一般來說，對于通過LCD背光單元內(nèi)部常用的各種各樣的光學(xué)元件的或與該各種各樣的光學(xué)元件相互作用的光，光的偏振應(yīng)當(dāng)被保留。這樣的光學(xué)元件一般可以包括反射器、光導(dǎo)、擴(kuò)散器以及增亮膜等。因此，這樣的偏振光源的結(jié)構(gòu)和組成要被仔細(xì)地設(shè)計以維持輸出光的期望的偏振，使得入射在液晶層(例如像素矩陣)上的光被合意地保持偏振。為了這個目的，本發(fā)明提供各種各樣的背光膜堆疊配置以通過將偏振光源與背光單元(BLU)的互補(bǔ)的光學(xué)元件集成在一起而獲得基于偏振發(fā)射的背光照明(backlighting)。

此外，應(yīng)當(dāng)注意成本降低、更低的功率消耗以及對于用戶的改進(jìn)的觀看體驗是LCD的設(shè)計中重要的考慮?；谄癜l(fā)射背光照明的本發(fā)明的偏振光源提供更低的功率消耗和/或更亮的屏幕。為了這個目的，由對準(zhǔn)的納米結(jié)構(gòu)陣列提供的有效的光發(fā)射伴隨著從發(fā)射層的有效的光提取，同時維持偏振以最小化損失。偏振發(fā)射來源于包括各向異性的納米結(jié)構(gòu)(特別是膠狀的半導(dǎo)體納米棒)的對準(zhǔn)的陣列的偏振光源。

為了背光單元的目的，偏振光源可以含有至少兩組在發(fā)射波長上彼此不同的光學(xué)有源納米棒的均勻的混合物。優(yōu)選地，這樣的混合物的層含有發(fā)射綠光(中心波長在520～560nm范圍內(nèi))和紅光(中心波長在600～640nm范圍內(nèi))的納米棒。偏振光源可以被來自例如LED的泵浦光源的藍(lán)光(中心波長在440～460nm，優(yōu)選地，450nm)激發(fā)。有源層中的發(fā)射性納米棒的濃度被調(diào)整以允許入射的泵浦光中的部分被傳送通過層，同時激發(fā)層中的納米棒以發(fā)射生成白光需要的互補(bǔ)的綠光和紅光。在一些配置中，層可以另外地包括發(fā)射藍(lán)光的納米棒，并被配置成響應(yīng)于紫外泵浦光(中心波長在350～405nm)而發(fā)射光。在這樣的配置中，選擇納米棒的濃度以吸收泵浦光的較高部分，以及可以使用另外的濾波器來阻擋泵浦光的剩余部分。

應(yīng)當(dāng)注意，納米棒的發(fā)射波長一般根據(jù)納米棒的尺寸、幾何形狀以及納米棒的材料組成來決定。也應(yīng)當(dāng)注意，一般適合的泵浦波長范圍通過適當(dāng)選擇納米棒的材料組成來決定。

在本發(fā)明的所有實施例中，偏振光源包括含有這樣的納米棒(或其它各向異性的納米結(jié)構(gòu))的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)：納米棒被布置在一個或者更多層中并沿著不同的(distinct)對準(zhǔn)軸均勻地取向。在一些實施例中，納米棒被嵌入在諸如聚合物膜、粘合劑基質(zhì)(環(huán)氧樹脂)、硅樹脂基質(zhì)或玻璃的基質(zhì)介質(zhì)中。在其它一些實施例中，納米棒可以位于/被沉積于基底的表面上。納米棒沿著特有的軸的對準(zhǔn)(意指細(xì)長形軸平行于對準(zhǔn)軸)可以通過多個適合的技術(shù)，諸如在經(jīng)特別的化學(xué)或者物理處置的基底(例如經(jīng)圖案化的槽狀圖案)上沉積、應(yīng)用電場、聚合物膜拉伸或應(yīng)用機(jī)械力、或引起優(yōu)選對準(zhǔn)的任何其它已知的適合的技術(shù)來實現(xiàn)。(通過對準(zhǔn)技術(shù)中的任何技術(shù)的)納米棒的對準(zhǔn)導(dǎo)致大體上沿著特有的軸(也被稱作“偏振軸”)偏振的光的發(fā)射。

如以上所指出，在一些實施例中，偏振光源包括嵌入在聚合物基質(zhì)中的對準(zhǔn)的納米棒。這樣的聚合物的示例包括聚丙烯酰胺的聚合物、聚丙烯酸的聚合物、環(huán)烯烴共聚物、聚丙烯腈的聚合物、聚苯胺的聚合物、聚二苯甲酮的聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)的聚合物、聚酯的聚合物、硅樹脂聚合物、聚雙酚的聚合物、聚丁二烯的聚合物、聚二甲基硅氧烷的聚合物、聚乙烯的聚合物、聚異丁烯的聚合物、聚丙烯的聚合物、聚苯乙烯的聚合物以及聚乙烯醇聚合物(聚乙烯醇以及聚乙烯醇縮丁醛)。在這些情況下的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的厚度可以示例性地在1μm～1000μm(微米)之間，或者在1μm～300μm之間，或者優(yōu)選地在5μm～200μm之間的范圍內(nèi)。另外，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)可以由在表面上帶有多個納米棒的基底配置。應(yīng)當(dāng)注意，在這樣的配置中，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)可以具有在0.05μm～5μm之間，并且優(yōu)選地在0.1μm～1μm之間的厚度。

含有這樣的具有對準(zhǔn)的納米棒的光學(xué)有源介質(zhì)的本發(fā)明的偏振光源一般適合被并入任何類型的LCD器件的背光單元。這樣的LCD器件可以包括位于背光單元和LC層/結(jié)構(gòu)之間的底部偏振器。在這個情況下，偏振光源以允許所發(fā)射的偏振光通過底部偏振器的透射增強(qiáng)的方式被放置于背光單元中。這可以通過以下實現(xiàn)：將“偏振軸”的取向固定成與偏振器的透射軸大體平行，使得相比于通常非偏振的背光單元配置，從光源發(fā)射的偏振光的明顯較高的部分透射通過偏振器。

如以上所指出，通過LCD的背光單元內(nèi)部常用的各種各樣的光學(xué)元件(例如反射器、光導(dǎo)、擴(kuò)散器以及增亮膜等)的光的偏振維持是一個公開的挑戰(zhàn)。本發(fā)明使用偏振發(fā)射膜與其他互補(bǔ)的光學(xué)元件一起提供為獲得基于偏振發(fā)射的背光照明所要求的各種各樣的背光膜堆疊配置。

更具體地，本發(fā)明提供光提取方法，其維持從光學(xué)有源介質(zhì)(例如膜)、被特別地配置以維持偏振的光重導(dǎo)向膜和其他背光光學(xué)元件(例如增亮膜(BEF)、擴(kuò)散器、光導(dǎo)、反射器、微透鏡膜、反向棱鏡膜(reverse prisms film))、邊緣照明偏振納米棒膜、光學(xué)有源膜與光導(dǎo)的直接接合、以及光學(xué)有源膜與LC晶胞的底部偏振器的直接接合中提取的光的偏振。

根據(jù)本發(fā)明的光提取方法，基于將對準(zhǔn)的發(fā)射性納米棒與雙折射粒子/聚合物一起混合來制備偏振相關(guān)的散射膜。這是各向異性的偏振發(fā)射性材料(納米棒)與這樣的各向異性的偏振散射元件共同的組合，被配置成保留所發(fā)射和提取的光的偏振。

在一些實施例中，可以使用位于從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)發(fā)射的光的光路中的另外的擴(kuò)散層。該擴(kuò)散層可以被用于提供均衡的照明并補(bǔ)償納米棒密度和/或泵浦光的強(qiáng)度分布的變化。擴(kuò)散層被優(yōu)選地配置成具有在50％～95％范圍內(nèi)的霧度因子(haze factor)。另外或者可替換地，擴(kuò)散層可以被附接在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的表面。在這些配置中，擴(kuò)散層被配置成在使用背面泵浦時增強(qiáng)泵浦光的均衡性，和/或通過變化從層內(nèi)發(fā)射的光的方向性來提高光提取效率。

如以上所指出，在一些實施例中，使用偏振納米棒膜的邊緣照明和/或偏振保留光導(dǎo)和/或反向棱鏡膜以維持由納米棒發(fā)射的光的偏振。

因此，根據(jù)本發(fā)明的廣泛方面，提供一種偏振光源，包含：

至少一個光學(xué)有源結(jié)構(gòu)，包含被配置成響應(yīng)于激發(fā)泵浦場而發(fā)射具有一個或多個波長的光的多個納米棒，所述多個納米棒包含與預(yù)定的對準(zhǔn)軸對準(zhǔn)的納米棒以便生成發(fā)射光的期望的偏振方向；以及

光導(dǎo)向組件，包含在從光發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射的光的光路中的一個或者多個重導(dǎo)向光學(xué)元件，所述一個或者多個重導(dǎo)向光學(xué)元件中的每一個被配置為影響與所述重導(dǎo)向光學(xué)元件相互作用的光的傳輸方向，而基本上不影響所述光的偏振，所述光導(dǎo)向組件由此被配置成通過優(yōu)化輸出光的偏振(例如方向和/或偏振態(tài))以及強(qiáng)度分布來增強(qiáng)從發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射的光的輸出。

在一些實施例中，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)包含其中嵌入有發(fā)射性納米棒的主體基質(zhì)結(jié)構(gòu)?；|(zhì)結(jié)構(gòu)被配置成增強(qiáng)從其發(fā)射的光的輸出，同時在所發(fā)射的光通過基質(zhì)結(jié)構(gòu)時，基本上維持所發(fā)射的光的偏振特性。主體基質(zhì)結(jié)構(gòu)可以例如包含主體材料和與納米棒混合的散射粒子，配置是這樣的：使得主體材料與散射粒子具有不同的雙折射。例如，相比于散射粒子的雙折射快、慢軸之間的差別，主體材料(基質(zhì))具有零或者較低的雙折射；或者相比于主體材料的雙折射快、慢軸之間的差別，散射粒子具有零或者較低的雙折射。在這方面，術(shù)語“低雙折射”如下被用于指示主體基質(zhì)的材料組成的不同主軸(慢、快軸)的折射率之間的最小差別，使得累積引起的光程差(retardation)是最小的。

應(yīng)當(dāng)注意，通過某材料的光的偏振方向一般由被該材料引起的光程差來決定。更具體地，光程差被定義成沿著材料的快、慢軸具有偏振的光分量的光路上的差別，即(Δn*d)，其中Δn＝|n_o-n_e|，d是層的厚度。一般來說，根據(jù)本發(fā)明，由光學(xué)有源結(jié)構(gòu)引起的光程差不超過100nm，優(yōu)選在50nm以下，而更加優(yōu)選地，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的光程差可以在25nm以下。

一般來說，散射粒子可以被配置(例如在各向異性粒子的情況下相對于所述納米棒的對準(zhǔn)軸而取向)成針對具有垂直于所述對準(zhǔn)軸的偏振取向的光分量提供折射率匹配，而針對沿著所述對準(zhǔn)軸偏振的光分量提供折射率失配。

在一些實施例中，光導(dǎo)向組件包含位于向著發(fā)射結(jié)構(gòu)傳輸?shù)谋闷止獾墓饴分械臄U(kuò)散器。

光導(dǎo)向組件可以包含位于從發(fā)射結(jié)構(gòu)傳輸?shù)陌l(fā)射光的光路中的擴(kuò)散器。

一般來說，或者在泵浦光向著光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的光路中的擴(kuò)散器或者從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)發(fā)射的光的光路中的擴(kuò)散層，在被使用時，優(yōu)選地被配置成具有在50％～95％之間，更優(yōu)選地在80％～95％之間的霧度因子。另外或者可替換地，這些擴(kuò)散器可以從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的任何一側(cè)被附接于該光學(xué)有源結(jié)構(gòu)。

在一些實施例中，偏振光包括生成泵浦光的光學(xué)泵浦組件。光學(xué)泵浦組件一般被配置成產(chǎn)生以及導(dǎo)向用來激發(fā)所述光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的泵浦光。光學(xué)有源結(jié)構(gòu)和光學(xué)泵浦組件可以被配置使得泵浦光沿著基本平行于偏振光源的光輸出方向的軸進(jìn)入發(fā)射結(jié)構(gòu)(背光泵浦光組件)，或者可以被配置使得泵浦光沿著基本垂直于偏振光源的光輸出方向的軸進(jìn)入發(fā)射結(jié)構(gòu)。因此，泵浦組件可以被配置成提供直接背光泵浦和/或側(cè)面照明泵浦(邊緣發(fā)光式背光單元)。

光學(xué)泵浦結(jié)構(gòu)可以包括用于從泵浦源接收泵浦光以及將它向著發(fā)射結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的光導(dǎo)。

如以上所指出，光導(dǎo)向組件一般包含用于重導(dǎo)向從發(fā)射結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的光的一個或者多個光學(xué)元件。光重導(dǎo)向光學(xué)元件可以被配置用于導(dǎo)向從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)發(fā)射的光分量以由此優(yōu)化從器件輸出的光的偏振和強(qiáng)度分布。光重導(dǎo)向光學(xué)元件可以優(yōu)選地包含諸如光回收(recycling)光學(xué)元件、反射層和擴(kuò)散層的光學(xué)元件。光重導(dǎo)向光學(xué)元件也可以被配置成對準(zhǔn)以使得其主軸與納米棒的對準(zhǔn)軸平行。因此，雙折射快軸或雙折射慢軸基本平行于或者基本垂直于發(fā)射性納米棒的對準(zhǔn)軸，由此保留所發(fā)射的光的偏振特性。另外或者可替換地，光重導(dǎo)向光學(xué)元件可以被配置成具有減少的光程差，優(yōu)選地，在100nm以下，更優(yōu)選地，在50nm以下。

根據(jù)本發(fā)明的另一些實施例，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)可以包含被配置成對所述光學(xué)有源結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐、應(yīng)力保護(hù)以及化學(xué)保護(hù)中的至少一者的保護(hù)層結(jié)構(gòu)。可以利用以下配置中的至少一個來配置所述保護(hù)層結(jié)構(gòu)：所述保護(hù)層結(jié)構(gòu)被取向成使得其主軸與所述納米棒的所述對準(zhǔn)軸平行；以及所述保護(hù)層結(jié)構(gòu)被配置成引起在100nm以下的光程差。

根據(jù)本發(fā)明的另一些實施例，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)可以包含被配置成對所述光學(xué)有源結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐或應(yīng)力保護(hù)以及化學(xué)保護(hù)中的至少一者的保護(hù)層；所述保護(hù)層被配置以引起在100nm以下的光程差。

一般來說，該保護(hù)層可以被配置成以下的至少一個：透明包覆層、阻礙層和機(jī)械支撐膜。

根據(jù)一些實施例，本發(fā)明提供如以上所指出的偏振光源；其中所述至少一個光學(xué)有源結(jié)構(gòu)和所述光導(dǎo)向組件共同定義包含至少兩個層的光學(xué)堆疊布置，該至少兩個層被取向成使得所述至少兩個層的雙折射主軸相互平行。光學(xué)堆疊由此基本上保留了從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)發(fā)射的并且通過所述光學(xué)堆疊的光的預(yù)定的偏振性質(zhì)。

根據(jù)另一些實施例，本發(fā)明提供了包含上述的偏振光源以及配置用來變化該偏振光源的輸出光的空間分布的空間調(diào)制單元的顯示器件，以由此提供所顯示的圖像。

根據(jù)本發(fā)明的另一個廣泛的方面，提供一種適合用在照明器件中的光學(xué)堆疊布置。光學(xué)堆疊布置包含一個或者多個層，該一個或者多個層被取向使得所述一個或者多個層的雙折射主軸相互平行；所述光學(xué)堆疊由此基本上保留了通過其中的光的預(yù)定的偏振性質(zhì)。該光學(xué)堆疊可以進(jìn)一步包含至少一個擴(kuò)散層，該至少一個擴(kuò)散層被配置成用來提高通過其中的光的均衡性。

光學(xué)堆疊可以包含光學(xué)有源結(jié)構(gòu)，該光學(xué)有源結(jié)構(gòu)包含沿著與該光學(xué)堆疊的所述主軸平行的預(yù)定軸對準(zhǔn)的多個納米棒。

根據(jù)本發(fā)明的另一個廣泛的方面，提供用于在顯示器件中使用的背光單元。該背光單元包含上述的泵浦光源以及光學(xué)堆疊。

根據(jù)本發(fā)明的另一個廣泛的方面，提供一種顯示器件，包含上述的背光單元以及配置用來變化發(fā)射光的空間分布的空間調(diào)制單元(例如液晶晶胞)以由此提供所顯示的圖像。

附圖說明

為了更好地理解這里公開的主題內(nèi)容并示例它怎樣可以在實踐中被實施，現(xiàn)在將參照附圖，僅以非限制性示例的方式描述實施例，在附圖中：

圖1示意性例示基于擴(kuò)散器的偏振光源器件，該擴(kuò)散器被光學(xué)附接于含有納米棒的光學(xué)有源層；

圖2和圖3分別展示本發(fā)明的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的配置的兩個示例，其中對準(zhǔn)的發(fā)射性納米棒被嵌入主體基質(zhì)并且與散射粒子混合；

圖4A～圖4C示意性例示使用與對準(zhǔn)的納米棒混合的散射粒子的原理，其中圖4A例示對于入射到不含散射體的膜上的外部光的光傳輸方案，以及具有小于全內(nèi)反射的臨界角的角度的光束的光錐，圖4B以及圖4C例示對于由本發(fā)明的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)內(nèi)部的納米棒發(fā)射的光線的光傳輸方案；

圖5A以及圖5B例示從嵌入在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)中的單個納米棒發(fā)射的光與基本上與納米棒的長軸平行地(圖5A)和與納米棒的長軸垂直地(圖5B)對準(zhǔn)的更大的各向異性散射體的相互作用的方案；

圖6例示利用根據(jù)本發(fā)明配置的背光單元的LCD器件的示例；

圖7展示偏振背光單元的示意圖，該偏振背光單元利用光學(xué)有源結(jié)構(gòu)到光導(dǎo)的直接附接，使用納米棒膜作為顏色轉(zhuǎn)換器；

圖8示例其中本發(fā)明的背光單元利用光學(xué)有源結(jié)構(gòu)到液晶晶胞的直接附接的配置；

圖9示意性展示其中含有納米棒的條被放置在光導(dǎo)的邊緣的本發(fā)明的偏振背光單元；

圖10A和圖10B例示適合在本發(fā)明中使用的BEF的示例；

圖11示例適合在本發(fā)明中使用的光重導(dǎo)向光學(xué)元件(LROE)，其中使用具有雙折射性質(zhì)的外部層來對于通過兩個膜的組合的光補(bǔ)償LROE雙折射；

圖12示意性例示具有有源光調(diào)制模塊和本發(fā)明的背光單元的LCD器件；

圖13展示對于具有對準(zhǔn)的發(fā)射紅色的納米棒的偏振光源的示例的發(fā)射光強(qiáng)度的實驗結(jié)果，其中測量由偏振光源傳送的藍(lán)色泵浦光以及由對準(zhǔn)的納米棒發(fā)射的紅光的強(qiáng)度，此時對于僅有含有納米棒的層的情況(圖中左側(cè))，以及對于在含有納米棒的層的前方使用具有與納米棒的對準(zhǔn)軸對準(zhǔn)的雙折射軸的特定的BEF的情況(圖中右側(cè))，偏振器的優(yōu)選的偏振平面被與納米棒平行地對準(zhǔn)，以及

圖14展示利用對準(zhǔn)的發(fā)射紅光的納米棒與發(fā)射綠光的納米棒的混合物的偏振光源的示例的發(fā)射光強(qiáng)度的實驗結(jié)果，其中對于偏振器的優(yōu)選的偏振平面被平行于納米棒的對準(zhǔn)軸對準(zhǔn)并且BEF膜由不同的聚合物材料：PET、PC以及PMMA組成的情況，測量紅光和綠光的強(qiáng)度總和。

具體實施方式

本發(fā)明提供特別適合在LCD器件的背光單元中使用的新穎的偏振光源，以及利用這樣的偏振光源的LCD器件。本發(fā)明的偏振光源包括光學(xué)有源結(jié)構(gòu)以及偏振保留組件，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)包括至少一層可被泵浦場(光的和/或電的)激發(fā)的對準(zhǔn)的發(fā)射納米結(jié)構(gòu)，偏振保留組件包括與該光學(xué)有源結(jié)構(gòu)一體化(嵌入于該光學(xué)有源結(jié)構(gòu))的一個或多個元件和/或在該光學(xué)有源結(jié)構(gòu)外部的一個或多個元件。

在以下的描述中，為了簡單起見，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)被稱為“膜”，但是應(yīng)當(dāng)理解，這樣的結(jié)構(gòu)可以是單層或多層結(jié)構(gòu)。也應(yīng)當(dāng)注意，這樣的膜可以由發(fā)射不同顏色的光的納米結(jié)構(gòu)的層形成。這樣的膜還可以包括被附接于提供發(fā)射性納米材料的基底的另一層的納米材料結(jié)構(gòu)/層。更具體地，根據(jù)本發(fā)明，可以由在其中嵌入多個發(fā)射性納米棒的基質(zhì)(例如聚合性基質(zhì))或在其上沉積多個納米棒的基底來配置光學(xué)有源結(jié)構(gòu)。光學(xué)有源結(jié)構(gòu)還可以被配置成具有兩層或者多層，該兩個層或者多個層包括帶有發(fā)射在不同波長范圍的光的納米棒的一個或者多個基質(zhì)層。另外，這樣的兩個層或者多個層配置可以被用于沉積在基底上的納米棒，即，包括兩層或多層在其上沉積納米棒的基底的兩個層或多個層。一般來說，也可以使用嵌入在基質(zhì)中的納米棒和沉積在襯底上的納米棒的組合。

這里使用的術(shù)語阻礙層或者保護(hù)層還指被施加在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)上并被配置成對光學(xué)有源結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐和/或化學(xué)保護(hù)的層或涂覆層材料。在這方面，應(yīng)當(dāng)注意，在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)包括沉積在基底上的納米棒的實施例中，保護(hù)層被優(yōu)選地施加在納米棒上以防止對納米棒的氧化、磨損以及其它化學(xué)損害。在利用嵌入在基質(zhì)中的納米棒的實施例中，除了保護(hù)層以外，阻礙層或涂覆材料也可以被施加在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)上。這樣的阻礙層/涂覆可以被施加在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的任何一側(cè)或兩側(cè)。在一些情況下，可以使用多個保護(hù)層(例如防氧層、防水層)。

在以下的描述中，偏振保留組件的元件有時也被稱作光提取和/或光增強(qiáng)和/或光回收。但應(yīng)當(dāng)注意，一般來說，這樣的元件形成被配置成增強(qiáng)從發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射的偏振光的輸出、同時基本上維持與光導(dǎo)向組件的元件相互作用的光的偏振特性的光導(dǎo)向組件。在這方面，應(yīng)當(dāng)理解將被維持的偏振特性實際上包括偏振和偏振方向兩者。更具體地，偏振光強(qiáng)度和偏振方向兩者都應(yīng)當(dāng)被至少部分地維持。此外，應(yīng)當(dāng)理解這樣的光導(dǎo)向組件可以被并入光學(xué)有源結(jié)構(gòu)中，或被形成為獨(dú)立的/分離的組件，或者光導(dǎo)向組件的元件中的一些可以被并入光學(xué)有源結(jié)構(gòu)，一些可以在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的外部。

因此，在本發(fā)明的偏振光源器件中，膜(構(gòu)成包括一個或多個層的對準(zhǔn)的發(fā)射性納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)有源結(jié)構(gòu))可以在該結(jié)構(gòu)(膜)的一個或兩個表面上包括各種各樣的光導(dǎo)向組件。這樣的光導(dǎo)向組件可以包括以下中的一個或多個：棱鏡、角錐、微透鏡、微透鏡陣列、金屬反射表面等，它們被配置成增強(qiáng)從發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射的偏振光的輸出，同時基本上維持從膜發(fā)射的光的偏振和偏振方向。該膜可以利用在光方向和偏振保留方面進(jìn)行協(xié)助的具有選取的不同的折射率的各種各樣的結(jié)構(gòu)/界面(例如具有梯度折射率的類透鏡結(jié)構(gòu))進(jìn)行配置。光導(dǎo)向組件可以包括從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的一側(cè)或多側(cè)被附接于該光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的一個或多個偏振保留擴(kuò)散器膜。光學(xué)有源膜可以另外或者可替換地包括可以增強(qiáng)偏振性質(zhì)的規(guī)則形狀和非規(guī)則形狀的光散射粒子的各種各樣的組合。

光學(xué)有源結(jié)構(gòu)可以包括對準(zhǔn)的發(fā)射性納米棒被嵌入其中的主體基質(zhì)。應(yīng)當(dāng)注意，在這樣的配置中，從嵌入的納米棒發(fā)射的光可能由于在基質(zhì)/周圍環(huán)境(例如空氣)界面處的全內(nèi)反射(TIR)而基本上被限制在基質(zhì)內(nèi)。為了增大偏振光源的效率，光提取技術(shù)可以被用于發(fā)射光的有效的出耦合(out-coupling)，并抑制基質(zhì)的波導(dǎo)行為。

一般已知在發(fā)射性結(jié)構(gòu)內(nèi)混合高濃度(重量百分比高達(dá)1％)的散射粒子(諸如TiO₂、SiO₂、BaTiO₃、BaSO₄以及ZnO)。但是，這樣的高擴(kuò)散性基質(zhì)由于各向同性的散射特性而對光去偏振。因此，這個已知的技術(shù)本身在發(fā)射結(jié)構(gòu)是要發(fā)射偏振光的本發(fā)明的光源中不是優(yōu)選的。

參考圖1，其示例本發(fā)明的用于有效率地提取和導(dǎo)向來自偏振光發(fā)射結(jié)構(gòu)的光的技術(shù)，即最大化從發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射的偏振光的提取，同時保留所發(fā)射的光的偏振特性的技術(shù)。在這個示例中，通過使用附接(接合)于光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的后側(cè)(光輸入側(cè))的擴(kuò)散層，從而造成從結(jié)構(gòu)內(nèi)的納米棒發(fā)射出的光打破全內(nèi)反射的條件，而由此造成光通過結(jié)構(gòu)的與擴(kuò)散器的表面相反的表面離開光學(xué)有源結(jié)構(gòu)(膜)，來促進(jìn)對來自納米棒層的光的偏振保留光導(dǎo)向。應(yīng)當(dāng)注意，這樣的擴(kuò)散層可以另外地或者可替換地被附接于光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的前側(cè)(光輸出側(cè))。如所示，光源器件100包括以對準(zhǔn)的納米棒膜形式的與泵浦單元104關(guān)聯(lián)的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)102。在這個示例中，泵浦單元104包括被光學(xué)耦接于光導(dǎo)108的邊緣的光學(xué)泵浦源106(例如藍(lán)色LED)。在器件100中進(jìn)一步提供接合于結(jié)構(gòu)/膜102的后表面的擴(kuò)散層110，結(jié)構(gòu)/膜102用擴(kuò)散層110面對光導(dǎo)108的光輸出表面。泵浦光L_p因此從光導(dǎo)108出耦合并通過擴(kuò)散層110進(jìn)入納米棒膜102。擴(kuò)散層110消除全內(nèi)反射并增強(qiáng)從納米棒膜102的發(fā)射L_em(例如紅色或綠色發(fā)射)。來自納米棒膜102的發(fā)射光L_em然后通過另一個偏振保留擴(kuò)散器112以提高亮度均衡性，因此優(yōu)化發(fā)射光的強(qiáng)度分布。

因此，在這個示例中，光導(dǎo)向組件可以包括例如具有霧度范圍在50％～95％之間以及更優(yōu)選地在80％～95％之間的擴(kuò)散層。擴(kuò)散層被配置以及可操作為造成光散射，同時至少部分地維持光分量的偏振。應(yīng)當(dāng)注意擴(kuò)散層被優(yōu)選地配置為充分地維持所散射的光的偏振。這個擴(kuò)散層消除或者至少顯著地減少全內(nèi)反射效應(yīng)，并增強(qiáng)光從偏振光源(例如泵浦光和光學(xué)有源結(jié)構(gòu))的前向發(fā)射。一般來說，擴(kuò)散器可以由幾個相互級聯(lián)的擴(kuò)散層，和/或被附接于光學(xué)有源膜的后側(cè)和前側(cè)的擴(kuò)散層配置。例如，這樣的偏振維持?jǐn)U散層可以基于丙烯酸聚合物，像是可從3M購得的“Magic^TM帶”中使用的丙烯酸聚合物。但應(yīng)當(dāng)注意，擴(kuò)散層可以由配置成保留所擴(kuò)散的光的偏振的任何適合的透明或半透明的材料制成。這樣的擴(kuò)散層可以含有一個或多個橡膠層、硅樹脂層或基于丙烯酸的改性聚合物層。

一般來說，本發(fā)明也可以通過獲得偏振散射來利用偏振保留光導(dǎo)向組件，由于偏振散射，在偏振軸中的光被散射，而不是被全內(nèi)反射限制在光學(xué)有源單元內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)中已知各種各樣的用于實現(xiàn)偏振散射的配置。在本發(fā)明中，各向異性的發(fā)射性納米粒子(諸如被用于提供偏振光發(fā)射的納米棒)，可以被并入具有各向異性的偏振散射性質(zhì)的散射介質(zhì)(膜)，散射介質(zhì)(膜)被設(shè)計成散射偏振發(fā)射光，同時維持偏振。一般來說，介質(zhì)的或者嵌入介質(zhì)中的散射粒子的散射性質(zhì)可以被定制(tailor)為使得具有確定的選取的偏振態(tài)的光分量經(jīng)歷散射，而散射介質(zhì)對具有正交偏振態(tài)的光分量是基本不可見的/透明的。

在一些實施例中，散射介質(zhì)被配置為嵌入在雙折射膜(基質(zhì))中的非雙折射散射體的形式。在其它一些實施例中，使用嵌入在非雙折射膜－基質(zhì)中的雙折射散射體。在這方面，應(yīng)當(dāng)理解一般來說，散射體和基質(zhì)兩者都可以在某種程度上是雙折射的，但是在兩者的雙折射上有一定的差別。換句話說，散射體或基質(zhì)材料中一個被考慮成雙折射相，而另一個被考慮成非雙折射相，其中非雙折射相與雙折射相相比(即，與雙折射相的兩個軸之間的雙折射差別相比)，具有相對低的雙折射性。例如，如果基質(zhì)具有折射率n_1e和n_1o而散射體具有折射率n_2e和n_2o，則散射體被優(yōu)選地配置為使得Δn_e＝|n_1e-n_2e|和Δn_o＝|n_1o-n_2o|中的至少一個遠(yuǎn)小于另一個。

根據(jù)一些實施例，偏振光源可以包括光學(xué)有源結(jié)構(gòu)/膜102，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)/膜102包括分散在雙折射主體聚合物基質(zhì)中的對準(zhǔn)的納米棒和散射粒子的混合物。這被示例在圖2和圖3中。在這些示例中，散射粒子被配置成用于各向同性和偏振無關(guān)的散射(圖2)或被配置成用于利用適當(dāng)?shù)碾p折射特性的選擇性散射(圖3)。在如圖2中所示的這個配置中，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)102被配置為偏振散射膜，由混合嵌入對準(zhǔn)的納米棒130與散射粒子120的雙折射主體聚合物基質(zhì)140制成。散射粒子120一般是各向同性以及非雙折射的。一般來說，散射粒子(散射體)可以被配置具有任何形狀，例如，散射體可以是球形的、細(xì)長形的或者具有任何幾何形狀。選擇主體基質(zhì)140和散射體120的折射率以對于一個偏振方向提供匹配的折射率，同時沿著另一個軸提供一定的折射率失配。更具體地，聚合物基質(zhì)140對于尋常軸和非常軸具有折射率n_o和n_e并且被優(yōu)選地配置使得納米棒130的對準(zhǔn)軸與基質(zhì)140的尋常軸和非常軸中的一個平行。另外，由具有折射率n_s的材料配置散射體130，折射率n_s被選擇成盡可能的靠近(優(yōu)選地等于)基質(zhì)140的n_o和n_e中的至少一個。這提供沿著光偏振的一個軸(例如為x軸的非常軸)的造成光的散射的折射率失配，而沿著正交的軸，折射率匹配并消除或者至少顯著減少散射。這個折射率失配被配置以提供從納米棒發(fā)射出的偏振光的有效的散射，使得所發(fā)射的光從基質(zhì)140出耦合。沿著正交的軸，例如y軸，基質(zhì)和散射體的折射率基本匹配以消除或者至少顯著減少在對應(yīng)的偏振態(tài)的光的散射。因此，具有優(yōu)選的偏振(例如沿著x軸)的光分量從基質(zhì)140出耦合，而具有正交的偏振方向的光分量一般透過基質(zhì)或者被全內(nèi)反射限制在基質(zhì)中。應(yīng)注意，主體聚合物基質(zhì)140的雙折射和納米棒130的對準(zhǔn)可以例如通過主體聚合物基質(zhì)140的機(jī)械拉伸而被同時獲得。因此，如以上所指出，在這個配置中，挑選散射粒子120的折射率使得連續(xù)的基質(zhì)140和散射粒子120在一個軸(偏振軸)是基本失配的，而在正交的軸是基本匹配的。這個配置導(dǎo)致沿著對準(zhǔn)的納米棒的偏振軸的光的散射增大，這導(dǎo)致優(yōu)選的具有期望的偏振的光提取。正交的偏振被透過散射相并被TIR限制住。主體基質(zhì)和分散的粒子的折射率在匹配的方向中可以通常相差小于0.03，更優(yōu)選地，小于0.02，最優(yōu)選地，小于0.01。主體和分散相的折射率在失配的方向中優(yōu)選地相差至少0.03，更優(yōu)選地，至少0.1，最優(yōu)選地，至少0.2。

在另一個示例中，納米棒可以與呈現(xiàn)雙折射效應(yīng)的對準(zhǔn)的各向異性的散射體一起在非雙折射的主體基質(zhì)中混合。這被示例在圖3中，圖3展示由包括對準(zhǔn)的納米棒130和各向異性的散射粒子120的聚合性主體基質(zhì)140制成的光學(xué)有源膜102。這里，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)被配置為偏振散射膜102，并包括具有與各向異性的粒子120混合嵌入在其中的發(fā)射性納米棒130的主體聚合物基質(zhì)140。各向異性的散射體和納米棒兩者在主體基質(zhì)140中都沿著優(yōu)選的軸(例如x軸)對準(zhǔn)。更具體地，各向異性的散射體的較長的軸與納米棒的偏振軸平行。選擇沿著對應(yīng)的尋常軸和非常軸具有折射率的各向異性的粒子120，使得沿著一個軸，折射率與聚合物基質(zhì)140的折射率匹配，而沿著另一個軸(各向異性軸)，粒子120和基質(zhì)140的折射率失配。這導(dǎo)致沿著與納米棒的對準(zhǔn)軸平行的優(yōu)選軸(x軸)偏振的光的有效的散射。沿著正交軸，例如y軸(例如x軸)，粒子和基質(zhì)的折射率是匹配的，于是沿著這個軸偏振的光被透過膜并被全內(nèi)反射限制。因此，在這個配置中，對于沿著偏振軸的光存在折射率失配，而對于正交的軸，折射率是匹配的。主體基質(zhì)和分散粒子的折射率在匹配的方向中相差小于0.03，更優(yōu)選地，小于0.02，最優(yōu)選地，小于0.01。主體基質(zhì)和分散相的折射率在失配的方向中優(yōu)選地相差至少0.03，更優(yōu)選地，至少0.1，最優(yōu)選地，至少0.2。

在上述的兩個配置中，沿著對準(zhǔn)的納米棒的偏振軸偏振的光分量由于在分散粒子和主體基質(zhì)之間的折射率失配而散射。垂直于偏振軸偏振的光由于在兩個相之間的折射率匹配而被透過膜。這導(dǎo)致偏振光從偏振光源有效的出耦合。分散相可以包括各向異性散射體，諸如聚合物纖維或細(xì)長形的聚合物粒子，或者可替換地，無機(jī)的各向異形的粒子。在一些實施例中，納米棒可以被嵌入在各向異性散射體的內(nèi)部。

如以上所指出，已知各種各樣的偏振散射技術(shù)。這些在例如以下的專利公開中被描述：US 5,825,543、WO 2008/027936、US 7,278,775以及US 8,033,674。根據(jù)這些技術(shù)，優(yōu)選地，散射體的濃度高，即，在體積上5％～15％，以及更優(yōu)選地在體積上15％～30％，并且在要求的平面中的折射率失配至少是0.07。在這樣的膜中，對于入射在膜上的光，在與膜的界面處的折射角低于全內(nèi)反射的臨界角(基于斯涅爾定律)。這意指無散射或弱散射的光通過膜的光路是在膜厚度的量級(數(shù)十微米)。為這個原因，散射體的濃度一般相對高，且即使在高散射光的情況下，光路一般在膜厚度的數(shù)倍內(nèi)。

在圖4A～圖4C中示例光散射、折射以及限制在膜內(nèi)的一些特性。圖4A示意性展示光透射通過膜/結(jié)構(gòu)400，圖4B和4C展示從嵌入在膜/層內(nèi)的納米棒發(fā)射出的光分量的傳輸。圖4A展示在空氣(n₁＝1)中行進(jìn)并以角度θ₁撞擊在膜(n₂)上的光線401；如所示，光線在進(jìn)入膜后以角度θ₂被折射。這個折射射線在具有折射率n₂的膜內(nèi)行進(jìn)，并在透射出膜時在界面處被再次折射，從而以角度θ₁進(jìn)入空氣傳輸?；谒鼓?，在一般的情況下，當(dāng)膜的折射率高于周圍環(huán)境的折射率時，所有的入射射線以小于全內(nèi)反射臨界角的角度折射進(jìn)入膜。圖4A也展例示指示從周圍環(huán)境進(jìn)入膜的光射線的可能的角度范圍的角度錐404。以這些角度在膜內(nèi)部傳輸?shù)墓饩€不受限制，并將出耦合離開膜(假定是平行的界面)。在錐內(nèi)的所有射線將不會經(jīng)受全內(nèi)反射，因此他們在膜內(nèi)的光路約為膜厚度h的大小(下限是h，上限是～h/cos(θ_c)，例如對于具有折射率1.5的典型聚合物是～1.34*h)。

圖4B和圖4C例示從位于膜內(nèi)的納米棒發(fā)射出的光分量的傳輸路徑。這些圖示例光學(xué)有源結(jié)構(gòu)(膜)405，其包括由嵌入在其中的納米棒所形成的內(nèi)部發(fā)射源。換句話說，發(fā)射(例如紅色、綠色以及可能的藍(lán)色波長)來源于嵌入在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)中的發(fā)射性納米棒。因此，從納米棒發(fā)射的光射線410以高于和低于TIR的臨界角的各種各樣的角度撞擊膜－空氣界面。以低于全內(nèi)反射的臨界角到達(dá)界面的光分量被從膜提取。但是，由于納米棒的發(fā)射屬性，光線的大部分(諸如射線430)以大于全內(nèi)反射的臨界角的角度撞擊在界面上，并被限制在膜內(nèi)。因此，所發(fā)射的光的相當(dāng)大的部分會被限制在膜內(nèi)，可能要求適合的提取元件去優(yōu)化膜的操作。如以上所指出，本技術(shù)和所使用的光學(xué)有源膜/層提供對有效的光提取適合的散射體或表面特征的配置以防止能量損失。

一般來說，從納米棒發(fā)射的光線的多數(shù)經(jīng)歷了全內(nèi)反射，意指光線的大多數(shù)所用的路徑長度是膜長度L的約1-1.5倍的量級。因此，散射體的濃度可以被顯著地減少，因為散射的概率與路徑長度和散射體在膜內(nèi)的分布密度的乘積成正比。因此，對于在膜的內(nèi)部沿著具有膜的長度(L)的量級的長度的路徑傳輸?shù)墓饩€，可以利用在體積上低于5％，更優(yōu)選地在體積上低于1％，甚至更優(yōu)選地在體積上低于0.5％的散射體濃度實現(xiàn)充足的光散射。

可替換地，在使用呈現(xiàn)小于0.07的折射率失配(因而在單個粒子的水平上將呈現(xiàn)更小的散射概率)的粒子時，散射體的濃度可以依然很高。例如，對于具有約1μm尺寸和n＝1.5介質(zhì)折射率的散射體，使用n＝1.57的散射體的散射截面是2.8μm²。但是，隨著散射體的折射率減小到1.53(Δn＝0.03，而不是Δn＝0.07)，散射截面被減小5倍到0.55μm²。因此，應(yīng)當(dāng)注意，散射體和基質(zhì)之間的折射率失配越低，散射體的濃度越高。

在一些實施例中，散射粒子可以遠(yuǎn)大于所發(fā)射光的波長，例如，在尺寸上超過10毫米。在圖3中示例的配置中，納米棒和各向異性散射體在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)內(nèi)被彼此平行地對準(zhǔn)。對于這個配置，由于來自納米棒的發(fā)射圖案是各向異性的(與偶極輻射圖案類似)，納米棒發(fā)射的光線的散射和與散射粒子的相互作用的概率被增大。這被示例在圖5A，圖5A例示從嵌入在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)1300中的單個納米棒1310發(fā)射的光與基本上平行地與納米棒對準(zhǔn)的更大的各向異性的散射體1330的相互作用。來自納米棒的輻射輸出在空間分布中一般是偶極類似的。因此，從納米棒發(fā)射的并在層內(nèi)傳輸?shù)墓?320由于散射體1330在這個方向(K X d)的更大的截面而可能具有更大的被散射體1330散射的概率。這個效應(yīng)對于低散射體濃度(例如，在體積上低于1％)是突出的。納米棒和和各向異性散射體被取向成彼此垂直的相反的情況被示例在圖5B中，圖5B展示從嵌入在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)1350中的單個納米棒1360的發(fā)射與垂直地與納米棒對準(zhǔn)的更大的各向異性的散射體1380的相互作用。來自納米棒1360的偶極輻射1370由于散射體1380的截面更小(約)而具有更小的被散射體1380散射1390的概率。與“平行”配置類似，這個效應(yīng)對于低散射體濃度(例如，在體積上低于1％)是突出的。

參考圖6，其例示顯示器件200的示例。器件200一般與在以上指示的轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的公開WO 2012/059931中公開的類似，并利用背光照明單元。背光單元包括泵浦光源204和光學(xué)有源結(jié)構(gòu)202。系統(tǒng)200可以一般分為顯示部分201(像素布置)和背光部分203，顯示部分201被配置以提供期望的輸出光的空間調(diào)制以由此對觀眾顯示圖像，背光部分203被配置以生成基本均衡的且白色/多色的照明。光學(xué)有源結(jié)構(gòu)202被優(yōu)選地配置用于在期望的顏色溫度處的多色發(fā)射。像素布置201可以被配置為一個LC面板205，與在該LC面板205的輸出處的偏振器206相關(guān)聯(lián)。顯示器件200還可以包括顏色濾波器216。另外地，顯示器件一般還可以包括另外的偏振器207，另外的偏振器207位于發(fā)光部分的輸出處，并且一般被提供以獲得干凈的偏振態(tài)，即阻擋可能由于未對準(zhǔn)以及由于納米棒以有限的偏振比率發(fā)射光的事實而由納米棒產(chǎn)生的具有不想要的偏振態(tài)的光分量。顯示器件200還可以包括在空間上均勻化光分布的并可以被光學(xué)附接于光學(xué)有源結(jié)構(gòu)202的擴(kuò)散器208；可以被用來通過回收光來提升亮度的增亮膜(BEF)210、或反射偏振器(例如雙重增亮膜，DBEF)212；也可以包括被適當(dāng)?shù)赜靡灾匦卵h(huán)來自光源和其它元件的泵浦光中的一些的反射器214。

應(yīng)當(dāng)注意，擴(kuò)散器208、BEF 210、光源204和反射器212膜可以或可以不被附接于彼此和/或顯示器的任何其它元件。也應(yīng)當(dāng)注意，擴(kuò)散器208在被光學(xué)附接于有源層202時可以被配置成通過對有源層202內(nèi)的光分量引入另外的散射而從該層提取光，以及變化對應(yīng)的傳輸角度。

上述的利用背光單元中的發(fā)射納米管的顯示器件可以被修改以增大偏振光的發(fā)射以及提高它從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)出耦合。在一些實施例中，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)202被放置在光導(dǎo)的上面，而泵浦源(例如藍(lán)色LED)在光導(dǎo)的邊緣處被耦接于光導(dǎo)(即邊緣照明)。泵浦光從光導(dǎo)出耦合并撞擊在偏振光源上。在另一個實施中，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)202通過折射率匹配層(例如具有1.4-1.5的折射率的光學(xué)膠)被光學(xué)耦接/附接于光導(dǎo)。這被示例在圖7中。圖7展示使用納米膜作為顏色轉(zhuǎn)換器的偏振背光的示意圖。如所示，泵浦源(例如藍(lán)色LED)500被使用作為耦接入光導(dǎo)505的側(cè)面照明光源。非偏振泵浦光通過光導(dǎo)并通過中間的折射率匹配層510向著含有對準(zhǔn)的納米棒(例如通過拉伸而對準(zhǔn))、定義光學(xué)有源結(jié)構(gòu)515的聚合物層傳輸。納米棒層被密封在保護(hù)結(jié)構(gòu)515免于損害(例如水氣和氧氣損害)的阻礙膜520中。層515包括被配置成發(fā)射在選擇的波長范圍中的基本上偏振的光(例如綠光和紅光)的對準(zhǔn)的納米棒，同時允許藍(lán)色激發(fā)源的部分透射。應(yīng)注意，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)515可以被配置成也發(fā)射在與藍(lán)色關(guān)聯(lián)的波長范圍和另外的選取范圍中的光，以提供期望的顏色溫度。在這樣的配置中，泵浦光可以具有藍(lán)色、紫色和/或紫外譜，并且另外的一個或者多個波長選擇濾波器可以被使用。

從光學(xué)有源層515發(fā)射的偏振光在到達(dá)液晶之前通過偏振保留擴(kuò)散器530以提高背光的顏色和亮度的均衡性(強(qiáng)度分布)。另外，反射層540可以被放置在光導(dǎo)505的后表面并協(xié)助回收可能從含有對準(zhǔn)的納米棒(例如通過拉伸對準(zhǔn))的聚合物層515向后發(fā)射的光。將從背光單元發(fā)射的偏振光通過底部的偏振器(可選的)，然后到液晶晶胞550。

背光單元的配置被優(yōu)選地配置成消除光導(dǎo)505和光學(xué)有源結(jié)構(gòu)515之間的空氣隙，使泵浦光從光導(dǎo)出耦合進(jìn)入光學(xué)有源結(jié)構(gòu)515得以增加(由于全內(nèi)反射減少)。這個配置顯著增加了在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)內(nèi)的激發(fā)光的強(qiáng)度，使得來自納米棒的發(fā)射顯著增加。另外，系統(tǒng)的背光單元和顯示部分被配置成維持通過其中的光的偏振。為了這個目的，如在圖6和圖7中所示的不同層以及它們之間的界面的選擇和布置，是根據(jù)每個層的偏振透射特性提供的。顯示系統(tǒng)的層被優(yōu)選地取向使得不同層的雙折射軸(如果存在)與發(fā)射光的偏振方向?qū)?zhǔn)或者垂直于發(fā)射光的偏振方向。這是為了消除，或者至少顯著地減少由不想要的雙折射軸造成的光路變化引起的光偏振的旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的背光單元的一些其它實施例/配置，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)被直接附接于液晶晶胞。這被示例在圖8中，圖8例示用于在顯示器件中使用的光學(xué)堆疊。在這個示例中，泵浦光源(例如藍(lán)色LED)600被使用作為側(cè)面照明式光源，被光學(xué)耦接于用于向光學(xué)有源結(jié)構(gòu)/膜透過泵浦光的光導(dǎo)610。非偏振泵浦光615通過光導(dǎo)610，向著可以位于光導(dǎo)和光學(xué)有源膜630之間以提高泵浦光的均衡性的偏振保留擴(kuò)散膜620傳輸。這是為了優(yōu)化泵浦光的強(qiáng)度分布，并因此也優(yōu)化所發(fā)射光的強(qiáng)度分布。在這個示例中，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)包括密封在阻礙層640中的對準(zhǔn)的納米棒層630，阻礙層640保護(hù)對準(zhǔn)的納米棒層630免于水氣和氧氣損害。泵浦光615激發(fā)納米棒層630，納米棒層630發(fā)射通常不同于泵浦光的一個或多個波長范圍的偏振光635(例如綠光和紅光)。一般來說，泵浦光615的部分可以被透過光學(xué)有源層630并且可以被使用作為照明單元的輸出。可替換地，泵浦光被透過的部分可以被波長選擇濾波層阻攔，例如在UV泵浦光的情況下。阻礙膜640被折射率匹配附接層650直接附接于底部偏振器655和液晶晶胞660。另外的顏色濾波層670可以位于液晶層660的上游或下游。顏色濾波層670包括與液晶層660的像素對準(zhǔn)的波長選擇濾波器陣列以實現(xiàn)顯示器的不同像素之間的顏色變化。同樣，光學(xué)堆疊的一些配置可以利用位于液晶層660的下游，但是可能在顏色濾波層(當(dāng)被使用時)670的上游或下游的另外的擴(kuò)散層680。一般使用另外的擴(kuò)散層680以通過提供器件的每個像素的均衡照明而提高顯示品質(zhì)。背向光回收可以由反射層570提供，反射層570可以被放置在光導(dǎo)610的后表面以重導(dǎo)向從光學(xué)有源層630向后發(fā)射的光。因此，反射層570通過防止或者至少減少由在向后方向傳輸?shù)墓夥至克斐傻膿p失而增加照明的效率。

因此，在這個情況中，泵浦光615(例如藍(lán)光)被光導(dǎo)610導(dǎo)向，并通過偏振保留擴(kuò)散膜620以提高光均衡性并使從光導(dǎo)輸出的光在向前方向偏離。來自偏振光源630的偏振白光635通過折射率匹配層650，直接進(jìn)入液晶660晶胞的底部偏振器655。反射層570被優(yōu)選地放置在光導(dǎo)610的后方以回收從納米棒層630向后發(fā)射的光。

應(yīng)當(dāng)注意，所有以上示例的配置和技術(shù)一般是為了有效率地從光發(fā)射結(jié)構(gòu)/層提取偏振發(fā)射光以及導(dǎo)向該發(fā)射光在期望的方向(向著觀眾)傳輸。本發(fā)明的技術(shù)可類似地用于光發(fā)射光學(xué)有源結(jié)構(gòu)，不論光學(xué)有源層相對于光導(dǎo)(如果有)的相對位置如何。應(yīng)當(dāng)注意，泵浦光可以通過在專用的光導(dǎo)內(nèi)傳輸以及通過光的自由傳輸被導(dǎo)向于光學(xué)有源層?？商鎿Q地，光學(xué)有源膜在被使用時可以一般位于光導(dǎo)的邊緣處，或在光導(dǎo)的上方。

針對泵浦光的光導(dǎo)，同時被配置用來散射所發(fā)射的光以由此減少光導(dǎo)的限制，并在期望的波長范圍提供有效的照明。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，偏振背光也可以通過側(cè)光式照明構(gòu)造(例如，如在相同的受讓人的更早的專利公開WO 2012/059931中所述，通過將含有對準(zhǔn)的納米棒(例如通過拉伸對準(zhǔn))的聚合物層放置在泵浦光源(邊緣發(fā)光式)附近，在泵浦源和光導(dǎo)邊緣中間)獲得。

這個配置被示例在圖9中，圖9示意性地展示使用被放置在光導(dǎo)710的邊緣的含有納米棒的條730(具有對準(zhǔn)的納米棒)這樣的偏振背光單元。泵浦光源700被用作邊緣照明光源。來自光源700的泵浦光撞擊在條730(充當(dāng)光學(xué)有源層/膜)上并激發(fā)納米棒發(fā)射一個或者多個預(yù)定的波長范圍的光。含有納米棒的條730被放置在泵浦光源700和光導(dǎo)710之間，并被配置使得從在條730中的納米棒發(fā)射出的光從條輸出以耦合至光導(dǎo)710。納米棒膜730被優(yōu)選地密封在被配置成保護(hù)納米棒膜730免于例如氧氣和/或水或另外的材料的傷害的(基于玻璃或聚合物的)透明的阻礙介質(zhì)740中。

來自納米棒條的偏振光被耦合入光導(dǎo)710并在波導(dǎo)內(nèi)傳輸以向著光堆疊出耦合?？梢岳迷诓▽?dǎo)上創(chuàng)造的光柵或者類光柵的圖案，如以上參照圖2和3所述的位于波導(dǎo)內(nèi)的散射體，和/或通過被附接于波導(dǎo)的偏振保留擴(kuò)射器780將所發(fā)射的偏振光出耦合。這樣的偏振保留擴(kuò)射器780可以無論如何被用來在背光到達(dá)液晶晶胞770的底部偏振器(可選的)之前提高背光的顏色和亮度均衡性。與圖8中的示例類似，反射層570被優(yōu)選地放置在光導(dǎo)710的后表面以回收光。如所示，光導(dǎo)710可以優(yōu)選地導(dǎo)向以及出耦合在一個或多個波長范圍的發(fā)射光以及在一些情況下的泵浦光中的部分，在圖中以735R、735G以及735B示例三個這樣的波長范圍。

在一些配置中，含有納米棒的條730可以被光學(xué)接合于光導(dǎo)710的邊緣以增強(qiáng)光的耦合。這可以利用折射率匹配粘合劑(例如具有適合的折射率的光學(xué)膠)，以及利用適合的光學(xué)組件，也通過接觸點(diǎn)的合適設(shè)計來達(dá)成。一般來說，條730被放置在光導(dǎo)上，伴隨著對準(zhǔn)軸與光導(dǎo)的邊緣垂直，或更優(yōu)選地，對準(zhǔn)軸與光導(dǎo)的邊緣平行。

從光導(dǎo)710輸出的光的偏振程度可以通過使用除了標(biāo)準(zhǔn)的注射成型的PMMA光導(dǎo)的由非雙折射聚合物混合物制成的光導(dǎo)來提高。這樣的有效的偏振保持光導(dǎo)被Koike教授示例[optical reviews,Vol 19(6),415-418(2012)]。其他可以被使用的用于實現(xiàn)非雙折射光導(dǎo)的技術(shù)涉及不在聚合物鏈中造成取向的處理方法，例如，澆筑、或以慢速度對聚合物擠壓成型或雙向拉伸。

在其他一些配置中，可以利用如例如在美國專利No.6,746,130中所述的光控制膜來獲得具有窄的角分布的偏振光，這里通過對此非限定示例的參照，并入該專利。更具體地，來自偏振光源條的光被耦合入光導(dǎo)，該光導(dǎo)被設(shè)計成以大角度出耦合光的大多數(shù)，而不是將光出耦合在向前的方向。經(jīng)特定設(shè)計的反向棱鏡片材被放置在光導(dǎo)的上方，附接于光導(dǎo)的輸出面。反向棱鏡片材有效率地重導(dǎo)向從光導(dǎo)輸出的光并偏轉(zhuǎn)光傳輸路徑以使光在向前的方向向著LC晶胞透過。但是，根據(jù)本技術(shù)，反向棱鏡片材可以優(yōu)選地基于非雙折射聚合物基底。

如以上所指出，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)以及整個偏振光源單元可以被配置成膜堆疊。在這方面，應(yīng)注意以下，通常來說，來自偏振光源的光可以通過偏振保留擴(kuò)散器以提高從背光單元輸出的所發(fā)射偏振光的顏色均衡性和亮度均衡性。常見的背光擴(kuò)散器包括嵌入在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜中的散射粒子(諸如氧化鈦、硫酸鋇、壓克力珠或空氣間隙)。這樣的高擴(kuò)散性膜引起對通過其中的光完全去偏振的光散射。因此，為了提供偏振維持堆疊，背光單元可以要求使用偏振保留擴(kuò)散器以維持發(fā)射光的偏振。為了這個目的，光學(xué)堆疊可以優(yōu)選地利用表面式擴(kuò)散器。會基于表面結(jié)構(gòu)(諸如引起表面粗糙性的微透鏡或其他表面特征部)仔細(xì)地設(shè)計這樣的表面式擴(kuò)散器以造成通過光的散射，同時消除，或者至少顯著地減少由光散射造成的偏振旋轉(zhuǎn)和損失。優(yōu)選地，擴(kuò)散層基于帶有表面散射特征部的無雙折射或低雙折射的聚合物基底。這樣的聚合物基底可以由以下的一個或者多個形成：聚丙烯酸酯(例如PMMA)、聚碳酸酯(PC)、環(huán)烯烴共聚物(COP)或三醋酸纖維素(TAC)。

在典型的配置中，偏振光源(包括光學(xué)有源結(jié)構(gòu))被放置在被配置成將光從泵浦光源引導(dǎo)至光學(xué)有源層的光導(dǎo)的頂部。一般來說，泵浦光在光導(dǎo)的一個或多個邊緣處被耦合至光導(dǎo)(即邊緣照明)，并被從光導(dǎo)的頂面出耦合而撞擊在光學(xué)有源結(jié)構(gòu)上。諸如棱角膜、增亮膜(BEF)或者發(fā)射偏振器(諸如雙重增亮膜(DBEF))的另外的光學(xué)膜可以被用于有效的光回收和亮度增強(qiáng)，并位于光學(xué)有源結(jié)構(gòu)/膜的頂部或者上游。

光學(xué)有源結(jié)構(gòu)含有通常響應(yīng)于泵浦光而在向前和向后的兩個方向并且一般在各種各樣的另外的方向發(fā)射光的適合的納米棒。因此，高發(fā)射膜被優(yōu)選地放置在光導(dǎo)的后表面以回收被向后發(fā)射的光，并使它向著光導(dǎo)返回。這樣的反射膜被優(yōu)選地配置成具有95％以上以及更優(yōu)選地98％以上的反射率。反射膜還可以包括含有散射珠子(壓克力、二氧化鈦或硫酸鋇)的高擴(kuò)散片材。可替換地，反射膜可以被配置成充當(dāng)鏡面反射器的多層片材(例如可從3M購得的ESR膜)。一般來說，反射膜/層可以是任何反射器類型。但應(yīng)當(dāng)注意，反射膜可以優(yōu)選地基于涂覆在基底(例如聚合物、塑料)上的一個或者多個金屬層(例如銀或者鋁)。

一般來說，在如上所述的配置成用來保留光的偏振性質(zhì)的光重導(dǎo)向(例如反射、引導(dǎo)、散射)光學(xué)元件方面應(yīng)當(dāng)注意以下。一般用于光學(xué)堆疊的聚合物膜可以也可以不被配置成具有一定水平的雙折射性質(zhì)。雙折射的部分通常為聚合物的固有特性，同時適合的制造工藝可以提供增大的和/或減少的雙折射性質(zhì)。更具體地，適合用在光學(xué)重導(dǎo)向中的一些聚合物(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、PET)具有明顯的雙折射性質(zhì)。典型的聚合物操作可以使主軸的方向和/或雙折射的水平變化。例如，聚合物的拉伸可以改變平行于或者垂直于拉伸方向偏振的光的折射率。

以下是一些適合用在根據(jù)本發(fā)明的顯示器件或者背光單元的光學(xué)堆疊中的光重導(dǎo)向光學(xué)元件(LROE)的已知示例：增亮膜(BEF)，在膜的一個表面(BEF以該表面面對LC層)時常具有棱鏡形狀而將光重導(dǎo)向到垂直于膜的期望方向，并且也使用光回收來生成這個結(jié)果；反向棱鏡膜(RPF)，具有面對光導(dǎo)的棱鏡，并且與經(jīng)特定設(shè)計的光導(dǎo)一起被使用；擴(kuò)散膜(例如光整形擴(kuò)散器(可從Lumin購得)或定制的微擴(kuò)散器(可從WaveFront科技得到))，具有配置用來重導(dǎo)向光的表面或者體積特征；光導(dǎo)，重導(dǎo)向經(jīng)常在邊緣處進(jìn)入的光并且將它重導(dǎo)向在垂直于光導(dǎo)表面的方向中。應(yīng)當(dāng)注意，如這里使用的術(shù)語LROE或者光重導(dǎo)向光學(xué)元件應(yīng)當(dāng)被廣義地解讀成指可以被用在光學(xué)堆疊并且被配置成變化通過其中的光傳輸?shù)娜魏喂鈱W(xué)元件。如以上所指出，這樣的變化可以包括光的反射、散射和擴(kuò)散以及光分量的吸收和再發(fā)射。

但應(yīng)當(dāng)注意，一般來說，具有雙折射性質(zhì)的LROE或光學(xué)堆疊的任何其他層可能在通過其中的光的偏振上造成變化。更具體地，如果LROE的雙折射性質(zhì)相對于與發(fā)射光的偏振方向相關(guān)的主軸的取向不是均勻的。應(yīng)當(dāng)注意，在傳統(tǒng)的可購得的基于LC的顯示器件中，層的均勻的雙折射具有低的重要性，因為背光不是特定地偏振地，而是使用一個或者多個偏振器而起偏。因此，針對本發(fā)明的目標(biāo)，一般現(xiàn)有的LROE組件通常不適合在偏振維持膜堆疊中使用，因為通過一般現(xiàn)有的LROE組件的層的光的偏振狀態(tài)和/或取向可能被改變。

本發(fā)明提供光重導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的新配置，其利用經(jīng)特定設(shè)計的被配置成通過具有適合的選擇的折射特征的折射來重導(dǎo)向光的光學(xué)元件。這樣的折射特征可以例如與光學(xué)元件的表面幾何形狀，以及適合的散射粒子(在擴(kuò)散性元件的情況下)相關(guān)聯(lián)。被適當(dāng)配置的光學(xué)元件能夠?qū)⑷肷湓谄渖系墓庀鄬τ诠鈧鬏數(shù)慕嵌冗M(jìn)行重導(dǎo)向。例如，光學(xué)元件可以被配置成將具有大的入射角的輸入光重導(dǎo)向成具有更小角度范圍的輸出光。這個效應(yīng)可以被用以增大導(dǎo)向至更小視角的光強(qiáng)度，使得視線與顯示器中心垂直的用戶可以觀看圖像?？商鎿Q地，相反的變化可以被用來向用戶提供更寬的角度選擇。如所指出的，可以利用LROE膜的合適的表面幾何形狀/形狀變化來配置這樣的光學(xué)元件。這樣的光重導(dǎo)向光學(xué)元件被示例在展示具有預(yù)定的表面特征部以進(jìn)行偏振保留光重導(dǎo)向的雙折射重導(dǎo)向膜800的圖10A～圖10B中。這樣的膜可以例如被配置為增亮膜(BEF)。圖10A是雙折射重導(dǎo)向膜800(例如被配置為BEF)的示意性例示。利用在支撐層840上的多個棱鏡(或類棱鏡)特征部830配置重導(dǎo)向膜800。表面特征部830沿著與被選擇與支撐層840的光學(xué)軸(雙折射光學(xué)軸)平行或垂直的預(yù)定的軸延伸。圖10B展示帶有表面特征部(垂直線對應(yīng)棱鏡的尖端)830的光重導(dǎo)向膜800的俯視圖。在圖10B中還例示了標(biāo)示層840的兩個主軸的方向的重導(dǎo)向膜800的快軸810和慢軸820的方向。

具體地，應(yīng)當(dāng)注意表面特征部830可以被優(yōu)選地配置成沿著預(yù)定的軸延伸使得預(yù)定的軸平行于重導(dǎo)向膜800的層840的主軸中的一個，即平行于快軸810或慢軸820。在表面特征部的材料具有不可忽略的雙折射的情況下，表面特征部830被優(yōu)選地配置使得特征部的預(yù)定軸也與表面特征部材料/層的快/慢軸對準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)注意雖然圖10B展示平行于重導(dǎo)向膜800的慢軸820延伸的表面特征部830，但利用平行于快軸810延伸的表面特征部830一般獲得類似的效果。

棱鏡的830的角度、寬度和高度以及LROE 800的其它部分的各種各樣的設(shè)計可以被用來提供期望的光的重導(dǎo)向。應(yīng)當(dāng)注意，表面特征部830可以被配置成棱鏡或類棱鏡特征部(例如具有取代傳統(tǒng)的棱鏡銳利尖端的弧形尖端的“修改的棱鏡”)，或提供期望的光重導(dǎo)向的任何其它類型的特征部。還應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明的光學(xué)元件被配置使其表面特征部相對于支撐層840的雙折射慢軸和快軸以預(yù)定的角度關(guān)系對準(zhǔn)。一般來說，本發(fā)明的LROE膜可以被配置成具有如下性質(zhì)的一個或者多個：

LROE膜可以被配置成具有“零－零”雙折射性質(zhì)，即膜材料被制備成不具有雙折射或?qū)τ诼S和快軸具有類似的折射率(例如，如在Koike等人[12]所述那樣)。

LROE膜(例如，如[14]中所述)可以由低水平的雙折射材料(諸如TAC(三醋酸纖維素))配置。另外的低雙折射聚合物可以包括環(huán)烯烴共聚物(COP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。

LROE膜可以由對于沿著快軸和慢軸(例如在圖10A、10B中的810和820)具有不同偏振的光具有差異的光程差的性質(zhì)的膜制成。雙折射性質(zhì)在整個膜上是均勻的。特別地，膜被對準(zhǔn)使得雙折射的優(yōu)選的軸是沿著細(xì)長的特征部的長軸或垂直于該軸。

應(yīng)當(dāng)注意，LROE膜可以具有上述配置中的任何一個。另外，也可以利用增加的分離的膜來配置LROE，該分離的膜被選取且對準(zhǔn)以補(bǔ)償雙折射軸對準(zhǔn)中的不平衡/角度變化。一般來說，這樣的補(bǔ)償膜被配置并且對準(zhǔn)以平衡由LROE膜引起的相對于沿著LROE膜的快軸和慢軸偏振的光分量(尋常和非常偏振態(tài)的光)的光路的光程差。這被示例在圖11中，其展示帶有表面圖案并且被放置在外部層910的頂部的LROE膜900，外部層910被配置用來平衡具有選取的偏振態(tài)的光的光路。補(bǔ)償膜910被配置成具有預(yù)選的對于通過兩個膜的組合的光補(bǔ)償LROE雙折射的雙折射性質(zhì)。為了這個目的，膜910被選取使得當(dāng)它與LROE 900結(jié)合(即堆疊)使用時，該雙膜組合提供零或者接近零的雙折射，或者被取向成與納米棒方向平行或者垂直對準(zhǔn)的雙折射。

還應(yīng)當(dāng)注意，雖然本發(fā)明是關(guān)于光重導(dǎo)向膜被示例的，但對于根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)堆疊中的各種各樣的膜/層，如上所述的適合的雙折射對準(zhǔn)以及補(bǔ)償膜的使用可以被優(yōu)選。還應(yīng)當(dāng)注意，為了提供能量有效的顯示系統(tǒng)(即利用最小的能量的高亮顯示器)，光學(xué)堆疊被配置成保留通過其中的光的偏振。更具體地，光學(xué)堆疊的不同的層/膜(包括光學(xué)有源層、光導(dǎo)、LC面板布置、擴(kuò)散膜等)被優(yōu)選地配置成通過合適的雙折射性質(zhì)的選擇以及快/慢軸相對于光發(fā)射性納米棒的對準(zhǔn)軸的對準(zhǔn)來維持偏振。如以上所指示的，這個可以分別地或者以任意組合方式地使用上述的“零－零”、低雙折射以及補(bǔ)償膜而實現(xiàn)。另外，應(yīng)當(dāng)注意在一些實施例中，在光學(xué)堆疊中的不同層可以被配置以充當(dāng)堆疊的其它層的補(bǔ)償膜。

因此，一般來說，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的光重導(dǎo)向光學(xué)元件，或光學(xué)堆疊中其它任何層(光有源膜、光導(dǎo)、擴(kuò)散器等)可以被實際配置為選擇性雙折射LROE(SBLROE)，即，這樣的膜/元件不對通過(與它相互作用)的光去偏振并且不旋轉(zhuǎn)光的偏振。這樣的偏振維持性質(zhì)可以通過SBLROE的慢或快軸相對于電場或磁場向量的偏振方向的合適對準(zhǔn)來提供。因此，由于光的偏振軸與SBLROE的快/慢軸平行，偏振方向基本上不被旋轉(zhuǎn)，或者是僅被部分地旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的SBLROE光學(xué)堆疊可有利地用在LCD背光模塊的光學(xué)堆疊中。

在這方面，參考圖12，其示例具有有源光調(diào)制模塊1002以及背光單元1004的LCD器件1000。LCD器件1000被配置成包括反射境1104、光源1204(例如包括如上述的光導(dǎo))以及偏振光源膜1404(光學(xué)有源結(jié)構(gòu))的層狀堆疊。背光單元1004還可以包括位于光學(xué)有源層1404的上游1604或下游1304的一個或者多個擴(kuò)散層。另外，背光單元可以包括一個或者多個增亮膜(例如1704和1804)、反射偏振器(例如雙重增亮膜DBEF，1904)，以及一個或者多個用于濾除具有非期望波長的光(例如泵浦光)的波長選擇濾波器1914。同樣如上所述，光學(xué)有源層1404可以被附接于被配置成增強(qiáng)光從有源層1404的出耦合的光提取層1504。一般來說，背光單元1004的層中的每一個被如上所述配置成保留通過其中的光的偏振，在這方面，以下顯示器件1000的元件一般被考慮是LROE類的元件：反射器1104、光導(dǎo)1204、擴(kuò)散器1304和1604、光提取層1504、BEF膜1704和1804。

應(yīng)當(dāng)注意，雖然沒有被具體的展示，背光單元1004還可以包括一個或者多個被配置成對選取的層(例如光學(xué)有源層1404和光源1204等)提供適合的保護(hù)的阻礙膜。

還應(yīng)當(dāng)注意，在一些實施例中，背光單元1004可以包括以級聯(lián)形式布置(即一個LROE被放置在另一個LROE的頂部)的兩個或兩個以上的LROE。這樣的級聯(lián)LROE布置可以被用來進(jìn)一步重導(dǎo)向光，例如提供相對于可以由單層LROE提供的角分布的更寬的角分布。應(yīng)當(dāng)注意，同樣如上所述，每個LROE被優(yōu)選地配置成具有零或低雙折射性質(zhì)(即對通過其中的光引起減少的光程差)，和/或使它的雙折射光學(xué)軸或者平行或者垂直于其它LROE的雙折射光學(xué)軸和發(fā)射光的偏振方向(納米棒的對準(zhǔn)軸)。

此外，同樣如以上所指示的，這樣的零或低雙折射以及在雙折射是不可避免的性質(zhì)的情況下的快/慢軸的合適的對準(zhǔn)相對于背光單元1004的另外的元件/層來說一般是優(yōu)選的，以提供有效的照明和防止損失。例如，在背光單元1004中用以在一個或者多個選取的波長范圍中增強(qiáng)亮度的一個或者多個BEF元件也可以被優(yōu)選地配置成保留發(fā)射光的偏振。被配置為嵌入在基質(zhì)中或者沉積在基底上的納米棒的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)1404被優(yōu)選地配置使得基質(zhì)/基底的主軸和阻礙層(當(dāng)使用時)與納米棒的對準(zhǔn)軸對準(zhǔn)。

應(yīng)當(dāng)理解，相對于雙折射性質(zhì)的對準(zhǔn)的類似對準(zhǔn)可以被使用在采用如以上所提及的具有偏振性質(zhì)的照明(包括后照明和側(cè)照明)的其它器件中。在一些實施例中，在單元/器件中使用的SBLROE可以為被配置成接收從預(yù)定的方向到達(dá)的偏振光并在預(yù)定的(不同的)方向發(fā)射它的光導(dǎo)的形式。具有不同形式的另外的SBLROE可以被放置在光導(dǎo)的頂部以提供另外的重導(dǎo)向性質(zhì)，諸如散射和亮度增強(qiáng)。

因此，本發(fā)明的光學(xué)堆疊，以及其中選取的膜/層(例如SBLROE、擴(kuò)散層、光學(xué)有源層、波長濾波器等)被配置成通過消除或者至少顯著減少雙折射性質(zhì)，和/或維持雙折射的快/慢軸相對于發(fā)射光的偏振方向的對準(zhǔn)來維持通過其中的光的偏振。這樣的光學(xué)元件以及其中的堆疊可以在要求偏振照明和維持輸出光的期望的偏振方向以及增大光輸出方向性的各種各樣的應(yīng)用中與偏振光源一起或作為偏振光源的一部分被使用。

如上所述，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)、背光照明單元以及對應(yīng)的光學(xué)堆疊，被優(yōu)選地配置使得其中的光學(xué)元件的所有或者一些不具有或者至少具有減少的雙折射性質(zhì)(即引起最小的光程差)。另外或者可替換地，光學(xué)有源結(jié)構(gòu)和另外的層被優(yōu)選地取向使得其主軸(即，快軸或慢軸)與發(fā)射光的偏振方向平行。還應(yīng)當(dāng)注意，被配置成對選取的元件(例如納米棒或光學(xué)有源層阻礙)提供適合的保護(hù)的具有低旋光性或者不具有旋光性的膜/層，諸如包覆膜和阻礙膜(例如在圖5和圖6中的元件520和640)，還優(yōu)選地被配置成通過消除/減少雙折射性質(zhì)或者至少通過快/慢軸的合適的對準(zhǔn)來恰當(dāng)?shù)鼐S持偏振。

以下是由發(fā)明人進(jìn)行的本發(fā)明的選取的實施例的實驗實現(xiàn)的描述。

示例1

為了構(gòu)建背光單元，對準(zhǔn)的納米棒膜被放置在耦接于泵浦光源的光導(dǎo)板(厚板)的表面，泵浦光源為藍(lán)色發(fā)射LED條(中心波長是450nm，F(xiàn)WHM＝20nm，邊緣發(fā)光式)形式?；阢y涂覆層的高反射片材被放置在光導(dǎo)的后表面以回收向后發(fā)射的光。

從納米棒層輸出的偏振光被導(dǎo)向通過偏振維持?jǐn)U散器(在這個非限制示例中使用可從Luminit購得的LSD^TM的全景擴(kuò)散器，30度環(huán)形)以提高亮度均衡性。

使用可從Orafol Europe GmbH購得的Reflexite準(zhǔn)直膜(RCF^TM)作為光重導(dǎo)向膜。特定的一個批次具有期望的沿著光重導(dǎo)向膜的棱鏡的面的雙折射對準(zhǔn)軸。平行于納米棒對準(zhǔn)軸地或以垂直對準(zhǔn)的方式放置這個膜。在兩個對準(zhǔn)中，來自納米棒膜的偏振屬性都被部分地維持(實現(xiàn)1.6的偏振比率)。偏振比率是針對膜的偏振性能的品質(zhì)因數(shù)，并且通過將偏振器平行于棒對準(zhǔn)軸和垂直于棒對準(zhǔn)軸地放置在膜的前面來測量。兩個強(qiáng)度之間的比率為偏振比率。本示例展示偏振的“部分保留”，因為偏振比率被從3改變至1.6。SBLROE膜對具有期望的偏振的藍(lán)光提供56％的增加以及對具有期望的偏振的紅色分量提供46％的增加。

這在圖13中被例示，圖13展示針對單色(紅色)膜演示的通過使用SBLROE獲得的向波導(dǎo)的前方發(fā)射的經(jīng)提高的光的實驗結(jié)果。這些結(jié)果對應(yīng)來自背光的光通過偏振器而偏振器的傳送軸平行于光學(xué)有源膜的主偏振軸的實驗。做這是為了獲得更加充分的光的偏振性質(zhì)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然沒有維持3的偏振比率值，但1.6的偏振比率水平相比于使用對光完全去偏振的BEF(偏振比率等于1)提供另外23％的光。

示例2

為了構(gòu)建背光單元，對準(zhǔn)的納米棒膜被放置在耦接于藍(lán)色發(fā)射LED條(中心波長是450nm，F(xiàn)WHM＝20nm，邊緣發(fā)光式)的光導(dǎo)板(厚板)的表面?；阢y涂覆層(可從Oike購得的"BL膜")的高反射片材被放置在光導(dǎo)的后表面以回收向后發(fā)射的光。

使用具有160um間距和具有90度角的棱鏡的棱鏡膜作為光重導(dǎo)向膜。挑選具有非雙折射的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基底(具有低于25nm的光程差的250微米基底)的特定的膜。平行于納米棒對準(zhǔn)軸地或以垂直對準(zhǔn)的方式放置這個膜。在兩個對準(zhǔn)中，所接收的偏振比率是2。與使用基于雙折射聚合物基底的棱鏡膜所獲得的10％～40％的增加相比，LROE膜對于綠光和紅光提供60％～80％的增加。比較被展示在圖14中。此圖展示LROE基底在偏振光提取的效率上的效應(yīng)。實驗結(jié)果展示通過具有完全相同的棱鏡結(jié)構(gòu)和不同的作為基底聚合物材料的LROE(棱鏡膜)獲得的提高的平行于納米棒的對準(zhǔn)軸以及波導(dǎo)的前方向的光發(fā)射(所發(fā)射的紅和綠光分量的總和與無BEF時的膜的發(fā)射的這個總和相比；在圖中，y軸是按照百分比％單位)。相對于呈現(xiàn)雙折射的聚碳酸酯(PC)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底，基于非雙折射的PMMA基底的LROE呈現(xiàn)提高的效率。應(yīng)當(dāng)注意，這里使用的所有的BEF膜具有完全相同的棱鏡結(jié)構(gòu)。

因此，如上所述，本發(fā)明提供基于包括對準(zhǔn)的發(fā)射性納米棒的光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)射的新的偏振光源，并利用所發(fā)射的光的路徑中的光學(xué)元件的合適布置。本發(fā)明的偏振光源被配置成最大化合意地偏振的光的發(fā)射以及它被維持偏振態(tài)地從光學(xué)有源結(jié)構(gòu)的出耦合。