專利名稱：提供偏振光的帶微型結(jié)構(gòu)的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置和包括這種照明裝置的系統(tǒng)，所述裝置設(shè)置成接收非偏振光和發(fā)出偏振光，并至少包括形式為光學(xué)透明光導(dǎo)的第一層、雙折射的第二層以及第三層。
背景平板顯示器如液晶顯示器(LCD)是許多種類的電子設(shè)備的必要部件，這些電子設(shè)備中比較重要的有便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信終端等。這些設(shè)備必須由電池來(lái)供電，因此以最有效的方式來(lái)使用電池中的能量是至關(guān)重要的。
為了在用于后照明或前照明LCD的照明系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高的總能量效率，應(yīng)當(dāng)把與偏振光的產(chǎn)生有關(guān)的損耗減至最小。一種新近的解決方案是重復(fù)利用而不是吸收非所需的偏振光。這可以通過(guò)使用最近可從多家制造商中買到的反射式偏振箔來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種箔直接地透射一個(gè)偏振方向的光，并將非所需的偏振反射回到對(duì)其進(jìn)行重復(fù)利用的照明系統(tǒng)中。另外，還提出了這樣的偏振箔，其中將非所需偏振方向的光往回散射，而不是對(duì)其進(jìn)行反射并且隨后重復(fù)利用。
另一解決方案是設(shè)計(jì)一種可直接發(fā)出一種偏振狀態(tài)的光的后照明或前照明系統(tǒng)。在后照明系統(tǒng)中結(jié)合有例如如上所述的反射式或散射式偏振箔。
還已經(jīng)使用了關(guān)于偏振分離的另一概念，例如與偏振相關(guān)的全內(nèi)反射(TIR)、取向液晶涂層或其組合。后一概念的例子在專利US-5729311中有介紹，其中顯示用于平板式圖像顯示裝置的照明系統(tǒng)。
專利US-5729311所述的照明系統(tǒng)包括光波導(dǎo)，光經(jīng)波導(dǎo)的端面耦合到所述波導(dǎo)中。所述波導(dǎo)設(shè)有凹腔，其中填充了與波導(dǎo)材料不同的材料。這些材料中的一種是光學(xué)各向同性的，其折射率為np，而另一材料是光學(xué)各向異性的，其折射率為no和ne。對(duì)于折射率而言，應(yīng)當(dāng)使no或ne等于或基本上等于np，以便在各向同性和各向異性材料之間的界面處產(chǎn)生偏振分離，這就導(dǎo)致了偏振發(fā)射。
專利US-5729311所述裝置的缺點(diǎn)在于，凹腔位于光波導(dǎo)本身中。這使得波導(dǎo)或多或少地復(fù)雜化，因而制造起來(lái)成本較高。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是克服與現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)相關(guān)的問題。也就是說(shuō)，如何得到用于平板顯示器的能量效率高的照明系統(tǒng)，同時(shí)使其制造工藝保持在簡(jiǎn)單和低成本的水準(zhǔn)。
這一目的是通過(guò)提供一種接收非偏振光而發(fā)出偏振光的照明裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所述裝置至少包括形式為光學(xué)透明光導(dǎo)的第一層、雙折射的第二層以及第三層。所述各層的任二層之間至少一個(gè)分界面包括微型結(jié)構(gòu)。為了避免必須使光導(dǎo)的結(jié)構(gòu)微型化，最好是第二和第三層之間的分界面包括微型結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，雙折射層位于光導(dǎo)和第三層之間，從而第三層起涂層作用。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，第三層位于光導(dǎo)和雙折射層之間，從而第三層起粘結(jié)層作用。此外，在另一實(shí)施例中，第一層和第三層指的是同一層。
而且，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇光導(dǎo)、雙折射層和涂層或粘結(jié)層的材料，從而選擇其折射率，并且適當(dāng)?shù)靥峁┚哂形⑿徒Y(jié)構(gòu)化表面的雙折射層，所述裝置就可發(fā)出偏振光。
雖然最好使第三層的折射率與雙折射層中的折射率之一相匹配以便將相應(yīng)偏振方向上的折射/反射損耗減至最小，然而對(duì)于適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)選輸出耦合機(jī)構(gòu)功能來(lái)說(shuō)并不必如此，所述適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)選輸出耦合機(jī)構(gòu)功能就是微型結(jié)構(gòu)處的所需偏振方向上的選擇性全內(nèi)反射(TIR)。對(duì)于在微型結(jié)構(gòu)處不產(chǎn)生TIR的非所需偏振方向來(lái)說(shuō)，折射率的一些失配是可以接受的。因此，在±0.04范圍內(nèi)、優(yōu)選在±0.02范圍內(nèi)且最好在±0.01范圍內(nèi)的大致匹配是可接受的。而且，雙折射層用于增加所需偏振方向上的折射率差異，同時(shí)仍然與正交偏振基本上相配，這導(dǎo)致了能夠改善發(fā)射量和偏振對(duì)比率。為了使波導(dǎo)光的所述選擇性TIR發(fā)生在微型結(jié)構(gòu)處，必須使得相應(yīng)的偏振方向即相應(yīng)的空間方向上的雙折射層和涂層之間的折射率實(shí)現(xiàn)明顯的失配，雙折射層的折射率應(yīng)當(dāng)比涂層的折射率高很多。這就在雙折射層-涂層界面處產(chǎn)生TIR的臨界角，即以大于臨界角的角度入射在所述界面處的光產(chǎn)生全內(nèi)反射。通過(guò)將足夠大的臨界角與界面的足夠大的傾角即微型結(jié)構(gòu)的頂角結(jié)合起來(lái)，就可將產(chǎn)生全內(nèi)反射的角度區(qū)域控制在波導(dǎo)角度范圍內(nèi)，并將全內(nèi)反射之后的相應(yīng)角度方向控制成能得到來(lái)自光導(dǎo)的發(fā)射。通過(guò)適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，可以將波導(dǎo)角度區(qū)域選擇成使得在微型結(jié)構(gòu)界面處產(chǎn)生全內(nèi)反射，并將其引導(dǎo)到會(huì)產(chǎn)生接近于光導(dǎo)法向的偏振發(fā)射的角度。
在另一實(shí)施例中，非偏振光進(jìn)入光導(dǎo)的端面。光的一個(gè)偏振分量在光導(dǎo)和雙折射層之間的界面處以及在涂層和周圍空氣之間的界面處發(fā)生TIR。光的另一偏振分量在雙折射膜和涂層之間的帶微型結(jié)構(gòu)的界面處產(chǎn)生折射或反射，并朝向顯示器或觀察者發(fā)出到所述裝置之外。在本發(fā)明的這一實(shí)施例中，雙折射層的微型結(jié)構(gòu)的形式為平行的脊部，這些脊部伸出表面并使光的偏振分量產(chǎn)生折射，從而主要地將光經(jīng)由涂層朝向LCD耦合輸出。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，雙折射層的微型結(jié)構(gòu)的形式為平行的溝槽，這些溝槽伸入表面中并使光的偏振分量產(chǎn)生TIR和/或反射，從而主要地將光經(jīng)由光導(dǎo)朝向LCD耦合輸出。在第三層位于光導(dǎo)和雙折射層之間的實(shí)施例中，偏振光還通過(guò)微型結(jié)構(gòu)處的TIR/反射被主要地經(jīng)由雙折射層朝向LCD耦合輸出。
根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠非常有效地提供偏振發(fā)射。所述光耦合輸出機(jī)構(gòu)通過(guò)微型結(jié)構(gòu)處的選擇性全內(nèi)反射(TIR)而以接近法向的角度產(chǎn)生直線性很高的偏振發(fā)射，這是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)如專利US-5729311所述的裝置中的折射工藝所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
因此，偏振光經(jīng)由涂層或沿相反的方向經(jīng)由光導(dǎo)向外發(fā)出，這就能夠以有利的方式允許構(gòu)造出任何透射式(后照明)、透射反射式(后照明)或反射式(前照明)顯示裝置。
本發(fā)明所提供的另一優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)在雙折射層上施加微型結(jié)構(gòu)，例如通過(guò)施加液晶基薄膜即所知的UV復(fù)制或UV固化工藝時(shí)，可以簡(jiǎn)化制造工藝，因而比現(xiàn)有技術(shù)的裝置更便宜。
通過(guò)參考下述實(shí)施例，可以清楚和理解本發(fā)明的這些和其它的方面。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的透視圖。
圖2a和2b示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的照明裝置中的各層之間界面的剖視圖。
圖3示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的透視圖。
圖4a-4f示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的剖視圖。
圖5a-5d顯示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光的照明裝置的頂視圖。
圖6a-6r示意地顯示微型結(jié)構(gòu)的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例參考圖1，2a和2b，圖中顯示用于LCD 100的后照明系統(tǒng)，所述后照明系統(tǒng)包括各向同性的光波導(dǎo)101、帶有微型結(jié)構(gòu)211、221的雙折射層102以及頂涂層103。在光導(dǎo)的附近設(shè)置第一反射體104和第二反射體105，以便在光導(dǎo)內(nèi)重復(fù)利用優(yōu)先截留的偏振方向。這可通過(guò)提供反射體104、105來(lái)實(shí)現(xiàn)，其形式為消偏振反射體如漫反射體，即定向反射鏡和四分之一波長(zhǎng)薄膜的組合體。或者，附加延遲層中的偏振波導(dǎo)光的光延遲提供了光重復(fù)利用的另一方式。另外，通過(guò)光學(xué)延遲而產(chǎn)生的重復(fù)利用可以來(lái)自于光波導(dǎo)101與理想光學(xué)各向同性的偏差，這與例如在注射模制的聚碳酸酯(PC)層中所普遍發(fā)生的一樣。
用作光波導(dǎo)101的材料例如通常包括透明聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚苯乙烯(PS)。雙折射層102例如通常包括定向(如拉伸)聚合物層，例如定向的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚鄰苯二甲酸乙二醇酯(PEN)或液晶層，例如固化的單軸取向的液晶層或交聯(lián)液晶網(wǎng)絡(luò)。涂層103例如通常包括透明的聚合物材料，例如聚合丙烯酸類樹脂(如固化的Bisphenol A ethoxylated diacrylate、固化的hexanedioldiacrylate(HDDA)、固化的phenoxyethylacrylate(POEA)、固化的環(huán)氧樹脂、這些材料的混合物)或取向液晶層。
非偏振光從光源120中發(fā)出并沿多個(gè)光路進(jìn)入到波導(dǎo)中，其中只顯示出了第一光路131和第二光路141。下面將更具體地討論光路131、141的傳播。
然而，在開始詳細(xì)描述光路的傳播之前，應(yīng)適當(dāng)?shù)鼗貞浧瘳F(xiàn)象的一些特性，在下述對(duì)實(shí)施例的描述中將依賴這些特性。由于線性偏振，非偏振光束分成兩個(gè)相互正交的偏振光束分量。通過(guò)使非偏振光束入射在具有折射率niso的各向同性材料的區(qū)域和具有折射率no及ne的各向異性材料的區(qū)域之間的界面上，其中這兩個(gè)折射率中的一個(gè)即no或ne等于或基本上等于niso，就可以得到這種偏振分離。當(dāng)非偏振光束入射在這種界面上時(shí)，在各向同性和各向異性材料之間的界面處不會(huì)檢測(cè)到任何折射率差異的光束分量將無(wú)折射地從中通過(guò)，而另一分量將產(chǎn)生折射。如果niso等于或基本上等于no，那么尋常光束無(wú)折射地通過(guò)各向同性和各向異性材料之間的界面；如果niso等于或基本上等于ne，那么這種界面將使非常光束無(wú)折射地通過(guò)。
在所述實(shí)施例中，波導(dǎo)101、雙折射膜102和涂層103中的聚合材料選擇成no，膜＜niso，波導(dǎo)＜ne，膜，以及no，膜≈niso，涂層其中，no，膜和ne，膜分別為雙折射膜102的尋常折射率和非常折射率，niso，波導(dǎo)是波導(dǎo)101的各向同性折射率，niso，涂層是涂層103的各向同性折射率。
s-偏振狀態(tài)的光在波導(dǎo)/雙折射膜的界面107處經(jīng)歷從低折射率到高折射率的轉(zhuǎn)變，因此被耦合到雙折射膜102中，如光路132和光路142所示。p-偏振光經(jīng)歷從高折射率到低折射率的轉(zhuǎn)變，因此如果光足夠準(zhǔn)直的話它將被全內(nèi)反射到波導(dǎo)中，如光路133和光路143所示。換句話說(shuō)，基于波導(dǎo)/雙折射膜的界面107處的TIR而引入第一偏振分離機(jī)構(gòu)。
雙折射膜設(shè)有微型結(jié)構(gòu)(圖2a中的標(biāo)號(hào)211以及圖2b中的標(biāo)號(hào)221)，以便將s-偏振光132、142朝向LCD 100耦合輸出。如果沒有這種微型結(jié)構(gòu)，光就會(huì)因例如涂層/空氣界面109處的TIR而仍然被截獲在波導(dǎo)中。微型結(jié)構(gòu)211、221中填充有涂層103，其與雙折射膜102的尋常折射率相匹配并因此引入了第二偏振機(jī)構(gòu)，即由光路133所表示的殘余P-偏振光在雙折射膜102和涂層103之間產(chǎn)生折射率匹配，并在涂層/空氣界面109處被全內(nèi)反射，因此仍然被截獲。然而，S-偏振光即光路132在雙折射膜102和涂層103之間存在著折射率失配，因而被微型結(jié)構(gòu)211、221在LCD 100或觀察者的方向上耦合輸出到波導(dǎo)101之外。為了使S-偏振光的折射率失配最大，頂部涂層103也應(yīng)選擇為各向異性。
作為選擇，為了使發(fā)出光的偏振方向旋轉(zhuǎn)至不同的方位，可以增設(shè)偏振旋轉(zhuǎn)層。例如，為了實(shí)現(xiàn)45度的偏振方向旋轉(zhuǎn)，可以增設(shè)兩個(gè)λ/4延遲片的堆疊件，這兩個(gè)延遲片的軸線相互間呈45度。
再來(lái)看微型結(jié)構(gòu)在雙折射膜102中的設(shè)計(jì)。在圖2a和2b中分別顯示主要為折射和反射的兩種不同的微型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)211、221。在圖2a中顯示微型結(jié)構(gòu)211，其主要經(jīng)折射而耦合輸出線性偏振光。這些微型結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以避免耦合輸出期間光的消偏振，并因此得到高度偏振光。然而，光相對(duì)于法線210以較大的角度耦合輸出到波導(dǎo)平面上，因此，需要額外的再定向箔(未示出)以得到在LCD100或觀察者方向上的光發(fā)射。
雖然在圖2a和2b中所示的微型結(jié)構(gòu)的剖面為三角形形狀，并且相對(duì)于與它們?cè)趫D平面中的延伸部分垂直的方向Z不對(duì)稱，然而也可以采用相對(duì)于方向Z對(duì)稱的三角形的微型結(jié)構(gòu)。此外還可對(duì)微型結(jié)構(gòu)進(jìn)行其它修改，例如偏離三角形形狀和/或偏離圖平面中的溝槽或脊部狀的延伸部分，例如孔或隆起類的幾何形狀。圖6a到6r通過(guò)剖視圖顯示微型結(jié)構(gòu)的幾何形狀的例子。溝槽或脊部可以包括延伸在表面的重復(fù)的小溝槽/脊部，或包括凹坑或隆起，并且作為對(duì)稱或不對(duì)稱三角形的替代，還可包括下凹、凸起或多個(gè)直的側(cè)面。
在圖2b中顯示微型結(jié)構(gòu)221，其主要通過(guò)全內(nèi)反射來(lái)耦合輸出光，光直接朝向LCD 100或觀察者發(fā)出而無(wú)需使用額外的箔。通過(guò)與單向輸出耦合相結(jié)合可得到中心沿著法線210的偏振光輸出，單向輸出耦合在前照明應(yīng)用中是有利的。而且，光的耦合輸出效率在基于全內(nèi)反射的反射式微型結(jié)構(gòu)的情況中是相當(dāng)高的，這與特征為光的耦合輸出效率較低的折射式微型結(jié)構(gòu)形成了對(duì)比。
現(xiàn)在來(lái)看圖3并同時(shí)參考圖2a和2b，圖3示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的后照明/前照明照明裝置的第二設(shè)計(jì)。與結(jié)合圖1，2a和2b所討論的系統(tǒng)相同，圖中顯示出用于LCD 300的后照明和/或前照明系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括各向同性的光波導(dǎo)301、帶有微型結(jié)構(gòu)211、221的雙折射膜302和頂涂層303。與上述例子一樣，反射體305設(shè)置成與光導(dǎo)相鄰。
非偏振光由光源320發(fā)出并沿多個(gè)光路進(jìn)入到波導(dǎo)301中，圖中示出其中的第一光路331的S-分量和第二光路341的P-分量。聚合材料選擇成niso，波導(dǎo)≤no，膜＜ne，膜，以及no，膜＝niso，涂層這里，S-偏振和P-偏振的光在波導(dǎo)/雙折射膜的界面307處均經(jīng)歷從低折射率到高折射率的轉(zhuǎn)變。換句話說(shuō)，光的兩個(gè)偏振方向均耦合到雙折射膜302中，在所述特定界面307處不會(huì)發(fā)生光的偏振方向的分離，即，兩個(gè)偏振方向的光束不同地折射，然而沒有一種偏振被排除在各向異性層之外。P-偏振和S-偏振光的分離以及光的耦合輸出僅發(fā)生在微型結(jié)構(gòu)/頂涂層的界面308處。這種特殊設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，材料的選擇不是關(guān)鍵性的，更重要的是，后照明和/或前照明的性能變得對(duì)光是否被正確地校直不太敏感。這意味著可以使用例如來(lái)自傳統(tǒng)的冷陰極熒光燈(CCFL)或發(fā)光二極管(LED)的非準(zhǔn)直光。
圖4a-4f顯示根據(jù)本發(fā)明的多層式照明裝置的實(shí)施例的其它變型。形式為光導(dǎo)基片401的第一層接收來(lái)自燈420的非偏振光。在圖4a-4f中的各幅圖中均顯示出了光的傳播和分離成S-分量和P-分量。關(guān)于傳播的詳細(xì)情況已經(jīng)結(jié)合圖1-3進(jìn)行了介紹。圖4a-4f中的所有示例均包括設(shè)有微型結(jié)構(gòu)410、430的雙折射層。圖4a-4c所示示例中的微型結(jié)構(gòu)410為平行的溝槽，而圖4d-4f所示示例中的微型結(jié)構(gòu)430的形式為平行的脊部。
在圖4a中，光導(dǎo)基片401至少部分地被帶微型結(jié)構(gòu)的雙折射的(即各向異性的)第二層402所覆蓋，在第二層402的上方設(shè)有第三層403即涂層。涂層403可以是光學(xué)各向同性的或各向異性的。
在圖4b中，與圖4a類似，光導(dǎo)基片401至少部分地被帶微型結(jié)構(gòu)的雙折射的(即各向異性的)第二層402所覆蓋，在第二層402的上方設(shè)有第三涂層403。然而，在圖4b所示的裝置中，雙折射層402借助于粘結(jié)層414如粘膠而設(shè)置在光導(dǎo)基片層401上。
在圖4c中，光導(dǎo)基片401至少部分地被帶微型結(jié)構(gòu)的雙折射的第二層422所覆蓋。然而，與圖4a和4b中的示例相比，在基片401和第二層422之間設(shè)置粘結(jié)性的第三層423。粘結(jié)層423可以是光學(xué)各向同性的或各向異性的。
在圖4d中，光導(dǎo)基片401至少部分地被帶微型結(jié)構(gòu)的雙折射的第二層432所覆蓋，在第二層432的上方設(shè)有第三層433即涂層。涂層433可以是光學(xué)各向同性的或各向異性的。
在圖4e中，與圖4d類似，光導(dǎo)基片401至少部分地被帶微型結(jié)構(gòu)的雙折射的第二層432所覆蓋，在第二層432的上方設(shè)有第三涂層433。然而，在圖4b所示的裝置中，雙折射層432借助于粘結(jié)層444如粘膠而設(shè)置在光導(dǎo)基片層401上。
在圖4f中，光導(dǎo)基片401至少部分地被帶微型結(jié)構(gòu)的雙折射的第二層452所覆蓋。然而，與圖4d和4e中的示例相比，在基片401和第二層452之間設(shè)置粘結(jié)性的第三層453。粘結(jié)層453可以是光學(xué)各向同性的或各向異性的。
為了說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)效果，進(jìn)行了由其中僅在基片定向?qū)咏缑嫣幃a(chǎn)生偏振分離的裝置所發(fā)出的光的對(duì)比測(cè)量以及由根據(jù)本發(fā)明的裝置所發(fā)出的光的測(cè)量。
在對(duì)比測(cè)量中，采用了折射率niso，波導(dǎo)＝1.585的聚碳酸酯波導(dǎo)。采用了拉伸比為4.5、no，膜＝1.57和ne，膜＝1.87的拉伸PEN膜。在拉伸膜中通過(guò)微切削加工制出微型結(jié)構(gòu)(參見圖2b)，所述微型結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸平行于拉伸方向。采用折射率為1.585(即與聚碳酸酯波導(dǎo)的折射率相同)的粘膠將雙折射膜粘結(jié)在聚碳酸酯波導(dǎo)上。將非準(zhǔn)直光和高度準(zhǔn)直光耦合到波導(dǎo)中，并且測(cè)量發(fā)出光的與偏振有關(guān)的角度分布。測(cè)量表明，光主要以與波導(dǎo)平面的法線成約15度的角度發(fā)射出。S-偏振光和P-偏振光之間的對(duì)比率在非準(zhǔn)直光的情況下較低(在法線210的方向上為1.9)，而在入射光校直后增加(在法線210的方向上為2.5)。
在采用根據(jù)本發(fā)明的裝置所進(jìn)行的測(cè)量中，采用了折射率niso，波導(dǎo)＝1.49的聚甲基丙烯酸甲酯波導(dǎo)。同樣采用了拉伸比為4.5、no，膜＝1.57和ne，膜＝1.87的拉伸PEN膜。在拉伸膜中通過(guò)微切削加工制出微型結(jié)構(gòu)(參見圖2b)，所述微型結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸平行于拉伸方向。采用折射率為1.49的粘膠將雙折射膜粘結(jié)在聚甲基丙烯酸甲酯波導(dǎo)上。在拉伸膜上增設(shè)第三涂層，其折射率為1.57(即與拉伸PEN膜的尋常折射率相同)。將非準(zhǔn)直和高度準(zhǔn)直的CCFL光耦合到波導(dǎo)中，并且測(cè)量發(fā)出光的與偏振有關(guān)的空間分布。測(cè)量表明，光主要沿光導(dǎo)側(cè)的波導(dǎo)平面的法線發(fā)射出，對(duì)于非準(zhǔn)直的入射光來(lái)說(shuō)，s-偏振光和p-偏振光之間的對(duì)比率較高。
在表1中給出在采用非準(zhǔn)直邊緣照明時(shí)的在所有角度上綜合而成的總發(fā)光強(qiáng)度，而在表2中顯示在法線方向上的相應(yīng)的局部強(qiáng)度值。從表2中可以看出，沿表面法線發(fā)出的S/P偏振光之比可高達(dá)60-90，從表1中的結(jié)果可以看出，S/P光的綜合偏振對(duì)比率可高達(dá)14.5。
圖5a-d顯示例如用于上述示例中的后照明原型的照明裝置的照片。圖5a顯示燈和樣品固定器501、PMMA基片502和具有帶溝槽的區(qū)域504的PEN箔503。圖5b顯示燈打開且直接觀察的裝置。如圖5c所示地通過(guò)S-定向起偏器505來(lái)觀察后照明的左部，很難看到亮度的下降，而如圖5d所示地通過(guò)P-定向起偏器506來(lái)觀察后照明的右部，則圖像完全變黑，這表示光導(dǎo)發(fā)射存在著高線性的偏振對(duì)比率。
表1
表2
因此，總的來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的多層式裝置提供了偏振光的發(fā)射。層之間的至少一個(gè)分界面設(shè)有微型結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，形式為光導(dǎo)基片(401)的第一層接收來(lái)自燈(420)的非偏振光。雙折射的第二層(402)設(shè)有平行溝槽形式的微型結(jié)構(gòu)(410)。在雙折射層的上方設(shè)有第三層(403)即涂層。光借助于在雙折射層的帶微型結(jié)構(gòu)的表面處的選擇性全內(nèi)反射TIR而耦合輸出，以接近法線的角度產(chǎn)生高度線性的偏振發(fā)射。偏振光可經(jīng)由涂層發(fā)出或經(jīng)由光導(dǎo)沿相反方向發(fā)出，這就能夠以有利的方式允許構(gòu)造出任何透射式(后照明)、透射反射式(后照明)或反射式(前照明)顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置成可接收非偏振光和發(fā)出偏振光的照明裝置，所述照明裝置至少包括形式為光學(xué)透明光導(dǎo)的第一層、雙折射的第二層以及第三層，其特征在于所述各層的任二層之間至少一個(gè)分界面包括微型結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述雙折射層位于所述光導(dǎo)和所述第三層之間，從而所述第三層起涂層作用。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第三層位于所述光導(dǎo)和所述雙折射層之間，從而所述第三層起粘結(jié)層作用。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述第一層和所述第三層連接成一個(gè)層。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述微型結(jié)構(gòu)包括伸出所述具有微型結(jié)構(gòu)的表面的脊部。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述微型結(jié)構(gòu)包括伸入所述具有微型結(jié)構(gòu)的表面的溝槽。
7.如權(quán)利要求5至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述延伸的單個(gè)微型結(jié)構(gòu)的剖面相對(duì)于與延伸方向正交的方向是對(duì)稱的。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述延伸的單個(gè)微型結(jié)構(gòu)的剖面為三角形形狀。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述第三層為各向同性材料，其折射率與所述雙折射層的折射率之一基本上一致。
10.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述第三層為各向異性材料，其折射率之一與所述雙折射層的折射率之一基本上一致。
11.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述光導(dǎo)具有比所述雙折射層的折射率低的折射率。
12.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述光導(dǎo)具有處于所述雙折射層的各折射率之間的折射率。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述裝置還包括處于所述各層中任二層之間的附加延遲層。
14.一種顯示系統(tǒng)，它包括平板式液晶顯示器和如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的照明裝置。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的多層式裝置提供偏振光的發(fā)射。層之間的至少一個(gè)分界面設(shè)有微型結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，形式為光導(dǎo)基片(401)的第一層接收來(lái)自燈(420)的非偏振光。雙折射的第二層(402)設(shè)有平行溝槽形式的微型結(jié)構(gòu)(410)。在雙折射層的上方設(shè)有第三層(403)即涂層。光借助于在雙折射層的具有微型結(jié)構(gòu)的表面處的選擇性全內(nèi)反射TIR而耦合輸出，以接近法線的角度產(chǎn)生高度線性的偏振發(fā)射。偏振光可經(jīng)由涂層發(fā)出或經(jīng)由光導(dǎo)沿相反方向發(fā)出，這就能夠以有利的方式允許構(gòu)造出任何透射式(后照明)、透射反射式(后照明)或反射式(前照明)顯示裝置。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1558999SQ02818673
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月26日
發(fā)明者H·J·B·賈格特, C·巴斯蒂安森, H·J·科內(nèi)里斯森, D·J·布羅爾, H J B 賈格特, 布羅爾, 溝侔采, 科內(nèi)里斯森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司