TWI494655B - 具有結構性薄膜之空孔背光裝置及具有該空孔背光裝置之顯示器 - Google Patents
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Description
本發明係關於適用於從後方照明顯示器或圖形的延伸區域光源，其通常稱為背光。
本申請案主張2008年2月7日所申請之美國臨時專利申請案第61/026876號的利益，其揭示內容以提及方式整體併入本文中。
下列共同擁有及共同待審PCT專利申請案以提及方式併入本文中：PCT專利申請案第PCT/US08/064096號，標題為"具有有利設計特性之薄空孔背光(THIN HOLLOW BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGN CHARACTERISTICS)"；PCT專利申請案第PCT/US08/064115號，標題為"具有半鏡面組件之再循環背光(RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS)"；PCT專利申請案第PCT/US08/064129號，標題為"具有彩色LED來源之有效利用的白光背光及類似物(WHITE LIGHT BACKLIGHTS AND THE LIKE WITH EFFICIENT UTILIZATION OF COLORED LED SOURCES))"；PCT專利申請案第PCT/US08/064125號，標題為"用於邊緣發光背光之準直光注入器(COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS)"；PCT專利申請案第PCT/US08/064133號，標題為"背光及使用背光之顯示系統(BACKLIGHT AND DISPLAY SYSTEM USING SAME)"。
歷史上，簡單背光裝置僅包括三個主要組件：光源或燈，後反射器及前擴散器。此類系統仍用於通用廣告標誌及用於室內發光應用。
近年來，已藉由新增其他組件以增加亮度或減小功率消耗、增加均勻度及/或減小厚度而對此基本背光設計作出精細化。精細化已藉由高成長消費者電子裝置行業內對併入液晶顯示器(LCD)之產品的需求激起，例如電腦監視器、電視監視器、行動電話、數位相機、口袋型MP3音樂播放器、個人數位助理(PDA)及其他手持式裝置。本文結合關於LCD裝置之進一步背景資訊提及該等精細化之某些，例如使用固態光導以允許極薄背光之設計，以及使用光管理薄膜(如線性稜鏡薄膜及反射偏光薄膜)以增加軸上亮度。
儘管某些以上列出之產品可使用普通環境光以檢視顯示器，大多數包括背光以使顯示器可見。在LCD裝置之情形中，此係由於LCD面板非自我照明，並且因此通常係使用照明裝配件或"背光"加以檢視。背光位於LCD面板與檢視者相反之側上，以便藉由背光產生之光穿過LCD到達檢視者。背光併入一或多個光源，例如冷陰極螢光燈(CCFL)或發光二極體(LED)，並且在匹配LCD面板之可檢視區域的輸出區域上分佈來自來源之光。藉由背光發射之光在背光之輸出區域上最好具有充分亮度及充分空間均勻度，以為使用者提供藉由LCD面板產生之影像的滿意檢視體驗。
LCD面板通常僅利用光之一偏光狀態，因此對於LCD應用重要的係知道用於正確或可使用偏光狀態之光的背光的亮度及均勻度，而非簡單的係可未偏光之光的亮度及均勻度。就此方面，且所有其他因數係相等，主要或專門在可使用偏光狀態內發射光之背光在LCD應用中比發射未偏光之光的背光更有效。然而，由於可藉由在LCD面板與背光間提供的吸收偏光器消除不可使用偏光狀態，非專門在可使用偏光狀態內發射光之背光，甚至在隨機發射偏光之光的程度上，仍完全可使用於LCD應用中。
LCD裝置一般可視為屬於三個類別之一內，並且背光用於該等類別之兩個內。在稱為"透射型"之第一類別中，可僅借助照明之背光檢視LCD面板。即，LCD經組態以僅"在透射中"採用來自背光之光檢視，其係在到達檢視者途中透射穿過LCD。在稱為"反射型"之第二類別中，消除背光並以反射材料來取代，並且LCD面板經組態以僅採用位於LCD之檢視者側上的光源檢視。來自外部來源之光(例如，環境室光)從LCD面板之前部傳遞至後部，反射離開反射材料，並且在到達檢視者途中再次穿過LCD。在稱為"半穿透半反射型"之第三類別中，背光及部分反射材料兩者均係放置於LCD面板後方，若開啟背光其經組態以在透射中檢視，或者若關閉背光且存在充分環境光其經組態以在反射中檢視。
除以上論述之三個類別之LCD顯示器外，背光亦可視為屬於兩個類別之一內，其取決於內部光源相對於背光之輸出區域位於何處，其中背光"輸出區域"對應於顯示裝置之可檢視區域或區。背光之"輸出區域"在本文中有時稱為"輸出區"或"輸出表面"，以在區或表面本身與該區或表面之面積(數值數量具有平方公尺、平方毫米、平方英寸等單位)間區分。
在"邊緣發光"背光中，沿背光構造之外邊界或周邊佈置(從平面圖角度)一或多個光源，一般係在對應於輸出區域之區域或地帶外部。該(等)光源通常發射光至稱為"光導"之組件內，特定言之係在需要極薄輪廓背光之情形中，如在膝上型電腦顯示器內。光導係透明、固態及相對薄板，其長度及寬度尺寸處於背光輸出區域之等級上。光導使用全內反射(TIR)以橫跨光導之整個長度或寬度將光從邊緣黏著光源運輸或導引至背光之相反邊緣，並且在光導之表面上提供局部化擷取結構之非均勻圖案，以將此導引光之某些從光導向背光之輸出區域重新引導。此類背光通常亦包括光管理薄膜，例如佈置於光導後方或下方之反射材料，並且將反射偏光薄膜及稜鏡亮度增強薄膜佈置於光導前方或上方以增加軸上亮度。
在申請者觀點中，現有邊緣發光背光之缺點或限制包括：與光導相關聯之相對大質量或重量，特定言之係用於較大背光大小；由於必須針對特定背光大小並針對特定來源組態射出成型或以其他方式製造光導，需要使用從一背光至另一背光不可互換之組件；關於現有擷取結構圖案，需要使用從背光內之一位置至另一位置要求實質結構非均勻度的組件；以及因為矩形之周長對面積比率隨特性平面內尺寸L(例如，對於給定縱橫比矩形，背光之輸出區的長度或寬度或對角測量)線性減小(1/L)，隨著背光大小增加，提供足夠照明的困難由於沿顯示器之邊緣的有限空間或"資源"而增加。
在"直接發光"背光中，實質上在對應於輸出區域之區域或地帶內，通常係在地帶之規則陣列或圖案內，佈置(從平面圖角度)一或多個光源。強烈擴散板通常係黏著於光源上方以在輸出區域上展開光。同樣，亦可將光管理薄膜，例如反射偏光器薄膜及稜鏡亮度增強薄膜，放置於擴散器板頂部以改良軸上亮度及效率。由於不受邊緣發光背光之1/L限制約束，大面積LCD應用傾向於使用直接發光背光。
在申請者觀點中，現有直接發光背光之缺點或限制包括：與強烈擴散板相關聯之低效率；在LED來源情形中，需要大量此類來源以獲得足夠均勻度及亮度，伴隨相關聯之高組件成本及熱產生；背光之可實現薄度的限制，超過該限制光源便產生非均勻及不需要之"穿透"，其中亮點顯現於每一來源上方之輸出區域內。
在某些情形中，直接發光背光亦可在背光之周邊包括一或一些光源，或者邊緣發光背光可包括直接在輸出區域後方之一或一些光源。在此類情形中，若大部分光源自背光之輸出區域的直接後方則背光係視為"直接發光"，並且若大部分光源自背光之輸出區域的周邊則視為"邊緣發光"。
在一態樣中，本發明提供一背光，該背光包括前反射器及後反射器，其形成具有輸出表面之空孔光再循環空腔。前反射器包括第一定向再循環薄膜，其具有沿第一軸伸長之稜鏡陣列，以及第二定向再循環薄膜，其係佈置以便第一定向再循環薄膜位於第二定向再循環薄膜與後反射器之間。第二定向再循環薄膜具有沿第二軸伸長之稜鏡陣列。背光亦包括半鏡面擴散器，其係佈置於前反射器與後反射器之間，以及一或多個光源，其係佈置以在關於發射軸之有限角度分佈上發射光至光再循環空腔內，以便第一軸實質上平行於發射軸。
在另一態樣中，本發明提供一背光，該背光包括前反射器及後反射器，其形成具有輸出表面之空孔光再循環空腔，其中前反射器包括至少四個定向再循環薄膜。背光亦包括一半鏡面擴散器，其係佈置於前反射器與後反射器之間，以及一或多個光源，其係佈置以發射光至光再循環空腔內。
在另一態樣中，本發明提供一顯示器，其具有液晶面板及提供光至該液晶面板之背光。背光包括一前反射器及一後反射器，其形成具有一輸出表面之一空孔光再循環空腔。前反射器包括第一定向再循環薄膜，其具有沿第一軸伸長之稜鏡陣列，以及第二定向再循環薄膜，其係佈置以便第一定向再循環薄膜位於第二定向再循環薄膜與後反射器之間。第二定向再循環薄膜具有沿第二軸伸長之稜鏡陣列。背光亦包括半鏡面擴散器，其係佈置於前反射器與後反射器之間，以及一或多個光源，其係佈置以在關於發射軸之有限角度分佈上發射光至光再循環空腔內，以便第一軸實質上平行於發射軸。
在另一態樣中，本發明提供一顯示器，其具有液晶面板及提供光至該液晶面板之背光。背光包括一前反射器及一後反射器，其形成具有一輸出表面之一空孔光再循環空腔，該前反射器包含至少四個定向再循環薄膜。背光亦包括一半鏡面擴散器，其係佈置於前反射器與後反射器之間，以及一或多個光源，其係佈置以發射光至光再循環空腔內。
從以下詳細說明將會明白本發明之此等及其他態樣。然而，以上發明內容決不應視為限制所主張之主旨，該主旨僅由隨附申請專利範圍定義，如可在申請案期間進行修改。
一般而言，本發明描述可提供對期望應用足夠之亮度及空間均勻度的背光。此類背光可用於任何適當發光應用，例如顯示器、標誌、一般發光等。在某些具體實施例中，所描述背光包括藉由前反射器及後反射器形成之空孔光導。前反射器可部分係透射，從而允許具有所需光學特性或光學特性之組合的光之發射。在某些具體實施例中，所需光學特性可包括選定偏光狀態；在其他具體實施例中，所需光學特性可包括具有選定檢視角度之發射光。
在示範性具體實施例中，所揭示之背光平衡下列特性：1)光再循環量；2)光在空腔內散射之程度；以及3)引導至空腔內之光的角度及空間分佈。此平衡/裁製可使用再循環及視需要地使用受控擴散量提供光對空腔之實質填充(空間及角度兩者上)。再循環量足以實現所需背光均勻度、效率及亮度。此平衡亦提供亮度及均勻度相容於高性能顯示應用之背光，但其中背光亦具有先前不可實現之實體比例(例如，低輪廓設計)、光學性質(例如，用於給定光源發射區域之大輸出區域)或電性效率。
在傳統背光中，燈泡至擴散器間隔、燈泡至燈泡間隔及擴散器透射係在針對給定值之照明亮度及均勻度設計背光時欲考慮之重要因素。一般來說，由於高擴散位準會伴隨著強逆擴散(即反射)，一強擴散器(即擴散較高部分之入射光的擴散器)改良均勻度，但導致減小之亮度。此類強擴散器亦可增加背光之總體厚度輪廓。
依據本發明之某些具體實施例，部分透射前反射器可提供更大光照度均勻度及/或色彩混合，而不需要強擴散器，從而減小背光之厚度輪廓。
在背光包括能夠產生具有不同峰值波長或色彩之光的光源(例如，紅色、綠色及藍色LED之陣列)之具體實施例中，高再循環空腔可操作以分佈光，以便從裝置引導出之光在色彩及強度上更均勻。例如，當需要白色照明光時，空腔可混合來自個別彩色光源之光，以便位於LC面板上之外觀係更均勻白色光。此類再循環空腔可比用於(例如)LC顯示器內之背光之標準背光明顯更薄。
本發明之背光可利用作為用於顯示系統之背光，例如LC顯示器。然而，本文所描述之背光並不限於用於照明液晶顯示器面板。所揭示之背光亦可用於利用離散光源以產生光並且需要具有離開包括離散光源之一或多個的面板之均勻照明的任何情況。因此，所描述之背光在固態空間發光應用中以及在標誌、照明面板及類似物中很有用。
一般而言，對於下一代背光有利的係組合下列特性之某些或全部，同時提供對期望應用可接受之亮度及空間均勻度：薄輪廓；設計簡單，例如最小數目之光源及方便的來源佈局；低重量；不使用或需要從背光內之一位置至另一個具有實質自訂空間非均勻度之薄膜組件；與LED來源之相容性；對與標稱上全部係相同色彩之LED來源中之色彩可變性相關聯之問題不敏感，其係稱為"分類"之現象；在可能的程度上，對LED來源之子集的燃盡或其他故障不敏感；以及消除或減小在以上先前技術段落中提及的限制及缺點之至少某些。
該等特性是否可成功併入至背光內部分取決於用於照明背光之光源的類型。CCFL(例如)在其長窄發射區域上提供白色光發射，並且該等發射區域亦可操作以散射撞擊於CCFL上之某些光，例如將發生於再循環空腔內。然而，來自CCFL之典型發射具有實質上係朗伯(Lambertian)之角度分佈，並且此可係低效率或否則在給定背光設計中不合需要。另外，儘管在某種程度上係擴散式反射，CCFL之發射表面通常亦具有吸收損失，申請者已發現若需要高度再循環空腔其很明顯。LED晶粒以近朗伯方式發射光，但由於其相對於CCFL之甚小大小，可容易地修改LED光分佈，例如採用整合囊封透鏡或反射器或擷取器以使所得封裝LED係正向發射器、側發射器或其他非朗伯輪廓。此類非朗伯輪廓可為所揭示之背光提供重要優點。然而，相對於CCFL之LED來源的較小大小及較高強度亦可使產生空間上均勻之背光輸出區域變得更困難。在個別彩色LED(例如紅色/綠色/藍色(RGB)LED之配置)用於產生白色光之情形中尤其如此，此係由於無法提供此類光之足夠橫向運輸或混合可容易地導致不合需要之彩色頻帶或區域。白色發光LED(其中藉由藍色或UV發射LED晶粒激發磷光體以從位於LED晶粒等級上的小區域或體積產生強烈白色光)可用於減小此類色彩非均勻度，但白色LED目前無法提供與採用個別彩色LED配置可實現者同樣寬的LCD色域，並且因此可能對所有終端使用應用不合需要。
申請者已發現背光設計特徵之組合，其與LED來源照明相容並且可產生至少在某些方面優於最新市售LCD裝置內所發現之背光的背光設計。該等背光設計特徵包括下列之某些或全部：
A.再循環光學空腔，其中在從前反射器(其係部分透射及部分反射)發出前，大部分之光在實質上共同延伸前及後反射器間經歷多重反射；
B.在再循環空腔內傳播之光的總體損失保持極低，例如，其係藉由提供低吸收損失之實質上封閉空腔，包括低損失前及後反射器以及側反射器，以及藉由將與光源相關聯之損失保持非常低兩者，例如後者係藉由確保所有光源之累積發射區域係背光輸出區域之一小部分；
C.再循環光學空腔，其係空孔，即空腔內之光之橫向運輸主要發生於空氣、真空或類似物內，而非在密集介質內，例如丙烯酸或玻璃；
D.在設計成僅發射特定(可使用)偏光狀態內之光的背光情形中，前反射器具有高反射率，其足以使此類可使用光支援橫向運輸或展開，並且使光線角度隨機化實現背光輸出之可接受空間均勻度，但具有適當應用可使用角度內之足夠高的透射率，以確保背光之應用亮度係可接受地高；
E.再循環光學空腔含有一或多個組件，其為空腔提供鏡面及擴散特性之平衡，該組件具有充分鏡面度以支援明顯橫向光運輸或混合於空腔內，但即使是僅在窄範圍之傳播角度上將光注入至空腔內時，亦具有充分擴散率以實質上均勻化空腔內穩定狀態光之角度分佈。此外，空腔內之再循環可導致反射光偏光相對於入射光偏光狀態之隨機化程度。此允許一機制，透過其可藉由再循環將不可使用偏光之光轉換成可使用偏光之光；
F.再循環空腔之前反射器具有一般隨入射角變化之反射率及一般隨入射角變化之透射，其中反射率及透射係用於未偏光可見光及用於任何入射平面，使得存在其中反射率高於第一角度區外部之第一角度區，並且存在其中透射率高於第二角度區外部之第二角度區。此外，前反射器具有高半球形反射率值，並且同時，具有應用可使用光之充分高透射值；
G.將最初注入至再循環空腔內之光部分地準直，或限制於接近橫面(橫面係平行於背光之輸出區域)之傳播方向的光注入光學裝置，例如注入光束距離橫面具有0至45度範圍內的平均偏差角度。
如本文所述，本發明之背光可用作用於顯示系統之背光。圖1係光學顯示器100之一具體實施例的示意性斷面圖。顯示器100包括液晶面板110及照明裝配件101，其經定位以提供光至LC面板110。照明裝配件101包括背光120，且可包括額外光管理組件180，例如光學薄膜。
如圖1內所解說，LC面板110包括液晶層112、進入板114及退出板116。各包括玻璃基板之進入及退出板114及116可各包括電極矩陣、對準層、偏光器、補償薄膜、保護層及其他層。亦可隨板114及116之一或兩者包括濾色片陣列，其用於在藉由LC面板110顯示之影像上強加色彩。在LC面板110中，液晶層112之部分具有藉由經由電極矩陣施加之電場改變之光學狀態。根據其狀態，液晶層112之給定部分(對應於顯示器100之像素或子像素)將藉由更大或更小量值旋轉透射穿過其之光的偏光。透過進入板114之進入偏光器、液晶層112及退出板116之退出偏光器傳播的光係根據偏光器之方位及光遇到之液晶層的部分之光學狀態減弱至變化程度。顯示器100使用此行為以提供電子可控制顯示器，其在不同區域內具有不同外觀。
光管理組件180(其亦可稱為光管理單元)之配置可位於背光120與LC面板110之間。光管理組件180影響從背光120傳播之照明光。例如，光管理組件180之配置可包括擴散器層，或僅係擴散器。擴散器用於擴散從背光120接收之光。
擴散器可係任何適當擴散器薄膜或板。例如，擴散器層可包括任何適當擴散材料。在某些具體實施例中，擴散器層可包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)與各種分散相之聚合矩陣，其包括玻璃、聚苯乙烯珠粒及CaCO3
微粒。示範性擴散器可包括類型3635-30、3635-70及3635-100的3MTM
ScotchcalTM
擴散器薄膜，其可從明尼蘇達州聖保羅市3M公司購得。
可選光管理組件180亦可包括一反射偏光器。可以使用任何適當類型的反射偏光器，例如，多層光學薄膜(MOF)反射偏光器；擴散式反射偏光薄膜(DRPF)(例如連續/分散相偏光器)；線柵反射偏光器或膽固醇反射偏光器。
MOF與連續/分散相反射偏光器兩者皆依賴於至少兩種材料(通常為聚合材料)之間的折射率差異，以選擇性地反射一偏光狀態的光，同時透射正交偏光狀態內的光。MOF反射偏光器之某些範例係在共同擁有之美國專利第5,882,774號(Jonza等人)中加以描述。MOF反射偏光器之市售範例包括可從3M公司購得之VikuitiTM
DBEF-D280及DBEF-D400多層反射偏光器，其包括擴散表面。
可結合本發明使用的DRPF的範例包括如在(例如)共同擁有之美國專利第5,825,543號(Ouderkirk等人)之中所描述的連續/分散相反射偏光器，以及在共同擁有之美國專利第5,867,316號(Carlson等人)之中所描述的擴散反射多層偏光器。美國專利第5,751,388號(Larson)之中描述其他適當類型的DRPF。
可結合本發明使用的線柵偏光器的某些範例包括在美國專利第6,122,103號(Perkins等人)之中所描述的範例。明確地說，線柵偏光器可從美國猶他州歐瑞市的Moxtek Inc.處購得。
可結合本發明使用的膽固醇偏光器之某些範例包括在美國專利第5,793,456號(Broer等人)及美國專利申請案第09/791,157號(Pokorny等人)中所描述的範例。膽固醇偏光器通常係與輸出側上的四分之一波阻滯層一起提供，以便將透射穿過膽固醇偏光器的光轉換為線性偏光之光。
在某些具體實施例中，可在背光120與反射偏光器之間提供偏光控制層。偏光控制層的範例包括一四分之一波阻滯層及一偏光旋轉層(例如一液晶偏光旋轉層)。偏光控制層可用於改變從反射偏光器反射的光之偏光，以便一增加部分之再循環光透射穿過反射偏光器。
光管理組件180之可選配置亦可包括一或多個亮度增強層或薄膜，其亦稱為定向再循環層或薄膜。亮度增強層係包括將離軸光重新引導至更接近於顯示器之垂直軸之方向上的表面結構的層。此會增加透過LC面板110在軸上傳播的光量，從而增加由檢視者看見的影像之亮度及對比度。亮度增強層之一範例係稜鏡亮度增強層，其具有透過折射及反射來重新引導照明光的數個稜鏡脊。可用於顯示系統100內的稜鏡亮度增強層之範例包括可從3M公司獲得之稜鏡薄膜的VikuitiTM
BEF II及 BEF III系列，包括BEF II 90/24、BEF II 90/50、BEF IIIM 90/50及BEF IIIT。亮度增強亦可藉由前反射器之某些具體實施例提供，如本文所進一步描述。
可選光管理單元180中的不同層可係獨立。在其他具體實施例中，光管理單元180中之層的兩個或兩個以上可係層壓在一起，例如共同擁有的美國專利申請案第10/966,610號(Ko等人)中所論述。可將稜鏡或其他結構性表面光學薄膜附著於其他薄膜，如共同擁有的美國專利第6,846,089號(Stevenson等人)中所論述。在其他示範性具體實施例中，可選光管理單元180可包括藉由一間隙分離的兩個子裝配件，如共同擁有的美國專利申請案序號10/965,937(Gehlsen等人)中所描述。
圖1內所解說之具體實施例的顯示系統100包括背光120。背光120可係如本文所描述的任何適當之背光。除非另外指明，對"背光"之參考亦期望應用於其他延伸區域發光裝置，其在其期望應用中提供標稱上均勻之照明。背光120包括一前反射器130及一後反射器160，其形成空孔光再循環空腔162。空腔162包括輸出表面164。輸出表面164可係任何適當形狀，例如矩形，並且可係可使用於任何所需顯示器應用之大小，例如範圍從對角測量大約為30mm之用於行動電話的子顯示器至對角測量大約為30cm之膝上型電腦螢幕，至對角測量大約為50cm、80cm、100cm、150cm或更大之監視器或電視。背光120亦包括一或多個光源166，其係佈置以發射光至空腔162內。背光120可視需要地包括側反射器或表面168，其在不包括光源之側上環繞光再循環空腔162之周邊。
如所解說，背光120包括注入器170，其幫助將光從一或多個光源166引導至光再循環空腔162內。任何適當注入器可用於背光120，例如美國專利申請案第60/939,082號(Hoffend)內所描述之該等注入器。注入器170可將最初注入至再循環空腔162內之光部分準直或限制於接近橫面(橫面係平行於背光之輸出區域)之傳播方向，例如注入光束距離橫面具有0至45度或0至30度或0至15度之範圍內的平均偏差角度。在某些具體實施例中，本身至少部分準直發射之光的光源可能較佳。此類光源可包括光學元件之透鏡、擷取器、成形囊封或其組合以提供所需輸出。
儘管描述為具有沿背光120之一側定位的一或多個光源166，在某些具體實施例中可沿背光之兩個、三個、四個或更多側定位光源。例如，對於矩形形狀背光，可沿背光之四側的每一個定位一或多個光源。在某些具體實施例中，光源與前反射器組件間的幾何關係將約束光源定位，如本文所揭示。
光源166係示意性地顯示。在大多數情形中，該等來源166係小型發光二極體(LED)。就此方面，"LED"指發射光(不論係可見、紫外線或紅外線)之二極體。其包括作為"LED"銷售的不相干包覆或囊封半導體裝置，不論係傳統或超輻射品種。若LED發射不可見光，例如紫外光，並且在其發射可見光之某些情形中，其係封裝以包括磷光體(或其可照明佈置於遠端之磷光體)，從而將短波長光轉換為較長波長可見光，在某些情形中產生發射白色光之裝置。
"LED晶粒"係其最基本形式之LED，即藉由半導體處理程序製成的個別組件或晶片之形式。組件或晶片可包括適合施加功率之電性接點以供能量給裝置。組件或晶片之個別層及其他功能元件通常係在晶圓規模上形成，並且接著可將完成晶圓切割成個別件部分以產生複數個LED晶粒。本文提供封裝LED之更多論述，包括正向發射及側發射LED。
多色彩光源，不論是否用於建立白色光，可採用背光內之許多形式，其對背光輸出區域之色彩及亮度均勻度具有不同效應。在一方法中，多個LED晶粒(例如，紅色、綠色及藍色發光晶粒)全部係在引線框架或其他基板上彼此緊密靠近地黏著，接著一起包覆於單一囊封材料內以形成單一封裝，其亦可包括單一透鏡組件。此一來源可加以控制以發射個別色彩之任何一個或同時發射全部色彩。在另一方法中，每封裝僅具有一LED晶粒及一發射色彩的個別封裝LED可針對給定再循環空腔叢集在一起，該叢集含有封裝LED之組合，其發射不同色彩，例如藍色/黃色或紅色/綠色/藍色。在另一方法中，此類個別封裝多色彩LED可位於一或多個線、陣列或其他圖案內。
若需要，也可代替或附加於離散LED來源使用其他可見光發射器，例如線性冷陰極螢光燈(CCFL)、熱陰極螢光燈(HCFL)或外部電極螢光燈(EEFL)，作為用於所揭示背光之照明源。此外，也可使用混合系統，例如(CCFL/LED)，包括冷白色及暖白色，CCFL/HCFL/EEFL，如發射不同光譜者。光發射器之組合可廣泛變化，並且包括LED及CCFL，以及複數個(例如多個)CCFL、不同色彩之多個CCFL以及LED及CCFL。
例如，在某些應用中，可能需要以不同光源(例如長圓柱形CCFL)或以線性表面發射光導(其沿其長度發射光並且耦合至遠端主動組件(例如LED晶粒或鹵素燈泡))取代離散光源列，並且需要以其他來源列取代。美國專利第5,845,038號(Lundin等人)及第6,367,941號(Lea等人)中揭示此類線性表面發射光導之範例。纖維耦合雷射二極體及其他半導體發射器亦係熟知，並且在該等情形中光纖波導之輸出端可視為相對於將其放置在所揭示再循環空腔內或以其他方式放置在背光之輸出區域後方的光源。對於其他具有小發射區域之被動光學組件亦係如此，例如透鏡、偏轉器、窄光導及類似物，其發出從主動組件(例如燈泡或LED晶粒)接收之光。此一被動組件之一範例係側發射封裝LED之模製囊封或透鏡。
任何適當側發射LED可用於一或多個光源，例如LuxeonTM
LED(可從加州聖荷西市Lumileds獲得)，或者如美國專利申請案第11/381,324號(Leatherdale等人)及美國專利申請案第11/381,293號(Lu等人)中所描述的LED。
在某些具體實施例中，其中將背光與顯示面板(例如，圖1之LC面板110)組合使用，背光120連續發射白色光，並且將LC面板與濾色片矩陣組合以形成多色彩像素之群組(例如黃色/藍色(YB)像素、紅色/綠色/藍色(RGB)像素、紅色/綠色/藍色/白色(RGBW)像素、紅色/黃色/綠色/藍色(RYGB)像素、紅色/黃色/綠色/青色/藍色(RYGCB)像素等等)，以便顯示之影像係多色。或者，可使用色彩序列技術顯示多色影像，其中代替以白色光連續後照明LC面板並且調變LC面板內之多色彩像素之群組以產生色彩，調變背光120內之分離不同色彩光源(例如，從紅色、橙色、琥珀色、黃色、綠色、青色、藍色(包括寶藍色)及如上所述之組合內的白色選擇)，以便背光快速重複連續地閃爍空間上均勻的彩色光輸出(例如紅色，接著綠色，接著藍色)。接著將此色彩調變背光與僅具有一像素陣列(而無任何濾色片矩陣)的顯示模組組合，假若調變足夠快以在觀察者之視覺系統內產生暫時色彩混合，像素矩陣係與背光同步調變以在整體像素陣列上產生可實現色彩之整個色域(已給定用於背光內之光源)。美國專利第5,337,068號(Stewart 等人)及美國專利第6,762,743號(Yoshihara等人)中描述色彩序列顯示器之範例，亦稱為場序顯示器。在某些情形中，可能需要僅提供單色顯示器。在該等情形中，背光120可包括濾光器或特定來源，其主要在一可見波長或色彩內發射。
光源166可位於任何適當配置內。另外，光源166可包括發射不同波長或色彩之光之光源。例如，光源可包括第一光源，其發射第一波長之照明光，以及第二光源，其發射第二波長之照明光。第一波長可與第二波長相同或不同。光源166亦可包括第三光源，其發射第三波長之光。例如，參見美國專利申請案第60/939,083號(Savvateev)。在某些具體實施例中，各種光源166可產生光，當混合時其提供白色照明光至顯示面板或其他裝置。在其他具體實施例中，光源166可各產生白色光。
背光120亦包括後反射器160，其連同前反射器130及可選側反射器168形成空孔光再循環空腔162。後反射器160較佳的係高度反射。例如，後反射器160對於藉由光源發射之可見光可具有至少90%、95%、98%、99%的軸上平均反射率，或者對於任何偏光之可見光更高。此類反射率值亦可減小高度再循環空腔內之損失量。此類反射率值包含反射至半球體內之所有可見光，即此類值包括鏡面及擴散反射兩者。
後反射器160可主要係鏡面、擴散或鏡面/擴散反射器之組合，不論係空間上均勻或圖案化。在某些具體實施例中，後反射器160可係如本文所進一步描述的半鏡面反射器。亦請參見美國專利申請案第60/939,085號(Weber)及美國專利申請案第11/467,326號(Ma等人)。在某些情形中，後反射器160可由具有層壓至支撐基板的高反射率塗層或高反射率薄膜之堅硬金屬基板製成。適當高反射率材料包括可從3M公司獲得的VikuitiTM
增強鏡面反射器(ESR)多層聚合薄膜；藉由使用0.4密耳厚丙烯酸異平酯丙烯酸壓力敏感黏合劑將硫酸鋇承載聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(2密耳厚)層壓至VikuitiTM
ESR薄膜，所得層壓薄膜本文稱為"EDR II"薄膜；可從Toray Industries,Inc.獲得之E-60系列LumirrorTM
聚酯薄膜；多孔聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，例如可從W. L. Gore ＆ Associates,Inc.獲得者；可從Labsphere,Inc.獲得之SpectralonTM
反射比材料；可從Alanod Aluminum-Veredlung GmbH ＆ Co.獲得之MiroTM
陽極氧化鋁薄膜(包括MiroTM
2薄膜)；來自Furukawa Electric Co.,Ltd.之MCPET高反射率發泡薄片；可從Mitsui Chemicals,Inc.獲得之White RefstarTM
薄膜及MT薄膜；以及2xTIPS(關於描述請參見範例)。
後反射器160可係實質上扁平及平滑的，或者其可具有與其相關聯之結構性表面以增強光散射或混合。可將此一結構性表面賦予(a)後反射器160之表面上，或(b)應用於表面之透明塗層上。在前一情形中，可將高度反射薄膜層壓至基板，其中先前已形成結構性表面，或者可將高度反射薄膜層壓至扁平基板(例如薄金屬薄片，如採用可從3M公司獲得之VikuitiTM
耐用增強鏡面反射器-金屬(DESR-M)反射器)，然後形成結構性表面，例如採用衝壓操作。在後一情形中，可將具有結構性表面之透明薄膜層壓至扁平反射表面，或者可將透明薄膜應用於反射器，然後將結構性表面賦予至透明薄膜之頂部。
背光120亦可包括沿背光120之外邊界之至少一部分定位的一或多個側反射器168，其較佳的係有襯裡或否則具備高反射率垂直壁，以減小光損失並改良再循環效率。用於後反射器160之相同反射材料可用於形成該等壁，或可使用不同反射材料。在某些具體實施例中，側反射器168及後反射器160可由單一材料薄片形成。
在本發明之某些具體實施例中，較佳的可係在空孔光再循環空腔內提供某種程度之擴散。此類擴散可在空腔內提供光之更多角度混合，從而幫助在空腔內展開光並且在透過輸出表面從空腔引導出之光內提供更大均勻度。換言之，再循環光學空腔含有一或多個組件，其為空腔提供鏡面及擴散特性之平衡，該組件具有充分鏡面度以支援明顯橫向光運輸或混合於空腔內，但即使當僅在窄範圍之傳播角度上將光注入至空腔內時亦具有充分擴散率以實質上均勻化空腔內穩定狀態光傳播之角度分佈。可藉由前及後反射器、側反射器之一或兩個或藉由位於前及後反射器之間的一或多個層提供擴散，如本文所進一步描述。
在某些具體實施例中，提供於空腔內之擴散可包括半鏡面擴散。本文所使用之術語"半鏡面反射器"指實質上比反向散射反射更多正向散射的反射器。同樣，術語"半鏡面擴散器"指針對實質大部分入射光未反轉入射線之正常組件的擴散器，即於正向(z)方向上實質上透射並且在某種程度上於x及y方向上散射光。換言之，半鏡面反射器及擴散器於實質上正向方向上引導光，並且因此與在所有方向上相等地重新引導光線之朗伯組件極為不同。半鏡面反射器及擴散器可展現相對寬散射角度；或者，此類反射器及擴散器可在鏡面方向外部僅展現少量光偏轉。例如，參見美國專利申請案第60/939,085號(Weber)。
任何一或多個適當半鏡面材料可用於本發明之前及後反射器。例如，半鏡面後反射器可包括高反射比擴散器反射器上之部分透射鏡面反射器。適當鏡面反射器包括本文所描述之ESR(可從3M公司獲得)及其他鏡面反射器。適當高反射比擴散反射器包括EDR II薄膜(可從3M獲得)；多孔聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，例如可從W. L. Gore ＆ Associates，Inc.獲得者；可從Labsphere,Inc.獲得之SpectralonTM
反射比材料；來自Furukawa Electric Co.,Ltd.之MCPET高反射率發泡薄片；以及可從Mitsui Chemicals,Inc.獲得之White RefstarTM
薄膜。
在另一具體實施例中，半鏡面後反射器可包括高反射比鏡面反射器上之部分朗伯擴散器。或者，高反射比鏡面反射器上之正向散射擴散器可提供半鏡面後反射器。
前反射器可係製成半鏡面且具有類似於後反射器之構造。例如，可將部分反射朗伯擴散器或正向散射擴散器與本文所揭示之任何前反射器組合，以提供半鏡面前反射器。在另一具體實施例中，本文所揭示之增益擴散器係用作半鏡面擴散器。增益擴散器可鄰近或係連接至後反射器或前反射器。此一擴散器可係定向成其表面結構面對或背對再循環空腔。在一具體實施例中，如圖7內所解說及本文所描述，增益擴散器結構性層708係鄰近或係連接至鄰近再循環空腔之定向再循環薄膜結構性層704。
作為在前或後反射器630、660上或附近包括半鏡面擴散器之替代方案，如圖6內所解說，可將半鏡面擴散器690放置於背光620之再循環空腔662內的任何其他適當位置處。在此情形中，半鏡面擴散器690係懸浮於前與後反射器630、660之間的空腔內，其亦可包括半鏡面擴散特徵。
圖1之顯示器100的背光120包括前反射器130，其包括多個定向再循環薄膜或層132。定向再循環薄膜係光學薄膜，其一般包括將離軸光重新引導至更接近顯示器之軸的表面結構。此增加透過LC面板110在軸上傳播的光量，從而增加由檢視者看見之影像的亮度及對比度。定向再循環薄膜通常將入射至其上之光的顯著部分從再循環空腔162返回或再循環回至再循環空腔內。定向再循環薄膜亦可稱為亮度增強薄膜或層。某些定向再循環薄膜可包括重新引導光之伸長稜鏡的陣列。其他定向再循環薄膜可稱為增益擴散器，並且包括結構，例如珠粒、圓形圓頂、角錐體或其他以規則或不規則矩陣陣列配置於薄膜或層之一或兩個主要表面上的突出結構。
一般而言，稜鏡定向再循環薄膜或亮度增強薄膜藉由反射軸上光並折射離軸光而用作光之部分準直器。例如，圖2係稜鏡亮度增強薄膜200之一部分的示意性斷面圖。薄膜200具有平滑側202及結構性側204。結構性側204包括複數個稜鏡206。光線210以掠射角入射至平滑表面202，即與法線呈接近90度之角度，並且折射。在到達結構性表面204後，射線210再次折射。光線212以比射線210更靠近平滑表面202之法線的角度接近平滑表面202。其亦在穿過平滑表面202及結構性表面204時折射。另外，光線214以比光線212更靠近平滑表面202之法線的角度入射至平滑表面202上，並且藉由結構性表面204全內反射兩次。
如所解說，以相對高角度入射至亮度增強薄膜200上的光線(即，射線210)傾向於藉由稜鏡表面向法線折射，同時以相對低角度入射之光線(即，射線214)傾向於藉由全內反射[TIR]在稜鏡表面反射回向入射方向。藉由此程序，來自角度混合來源(例如再循環空腔)之光線係透過結構性表面204向法線角度集中。在稜鏡面從TIR程序反射回至空腔內之光可藉由後反射器在典型光再循環空腔內反射。若後反射器係擴散式反射，或若再循環空腔內之其他組件係擴散，則該反射光仍係角度混合，並且與無亮度增強薄膜200的進入檢視者錐形之亮度相比，再循環程序可導致關於法線角度檢視者錐形之亮度增加。
雖然圖2之稜鏡定向再循環薄膜或亮度增強薄膜200描述透過所顯示之特定結構性側204傳播的射線之特定範例，熟習本技術之人士應認識到不同結構性表面之其他定向再循環薄膜可依賴於類似或不同機制，以再循環光並且將發射之光向法線集中。
用作定向再循環薄膜之稜鏡光學薄膜可包括一般均勻形狀之稜鏡，或其可包括其形狀、高度、橫向位置及/或其他尺寸特性實質上可隨薄膜上之位置變化的稜鏡。具有變化幾何形狀之稜鏡光學薄膜之範例在美國專利第5,771,328號(Wortman等人)及第6,354,709號(Campbell等人)以及美國專利申請案第11/467,230號(Schardt等人)中加以描述。
在某些具體實施例中，增益擴散器可用作前反射器130內之定向再循環薄膜132。圖3係增益擴散器300之示意性斷面圖。增益擴散器300包括基板302及結構性層304。基板302及結構性層304可由一或多個任何適當光學透射材料形成，包括聚合材料。結構性層304包括在背對基板302之結構性層304之表面上佈置於矩陣陣列內的光學元件306。儘管出於本發明之目的光學元件306係在斷面圖內顯示，其係佈置於矩陣陣列內。在此矩陣陣列內，可將個別光學元件306佈置於具有列及/或行之矩形組態內，即其中個別元件相對於彼此角度及/或橫向偏移以形成無法清楚地特性化為具有列及/或行之圖案的組態，或其中個別元件之分佈不遵循任何可辨別圖案之組態，例如隨機分佈。
在某些具體實施例中，增益擴散器300包括額外層308，其可為另一光學或機械功能服務，例如具有結構性層304之連接基板302。在其他具體實施例中，不使用層308而連接結構性層304及基板302。在其他具體實施例中，結構性層304係基板302之整合部分。
除結構性層304外，增益擴散器300可視需要地包括佈置於基板302之相對側310上之第二結構性層(未顯示)。任何適當光學元件可位於結構性層304上或內，例如微球體、珠粒、稜鏡、圓形圓頂、立方角、角錐體、透鏡或其他突出結構。光學元件可係折射元件、繞射元件、擴散元件等。結構性層304之折射率可係實質上均勻的，或其可隨位置變化。在一具體實施例中，光學元件306可準直藉由增益擴散器300透射之光。在其他具體實施例中，根據光學元件306之定位及本質，光學元件306可擴散入射至增益擴散器300上或從其退出之光。
可使用任何適當技術製造增益擴散器300。在某些示範性具體實施例中，透明層304可由透明可固化聚合材料製成。在此類具體實施例中，光學元件306可係鑄造、壓印或以其他方式微複製至可固化材料上，然後加以固化。圖4內解說另一類型之增益擴散器400，其中結構性層404包括分散於黏結劑414內之珠粒412。珠粒412之至少某些形成突出物406。在某些具體實施例中，珠粒412及黏結劑414之折射率實質上可相同。除結構性層404外，增益擴散器400包括基板402，並且視需要地包括額外層408。增益擴散器之一範例係可從Keiwa Corp.獲得之Opalus BS-702。其他增益擴散器在美國專利申請案第10/989,161號(Ko等人)、第11/026,872號(Ko等人)、第11/026,938號(Ko等人)、第11/026,940號(Ko等人)、第11/122,864號(Whitney等人)及第11/193,052號(Whitney等人)內加以揭示。熟習本技術之人士應明白，前述美國專利申請案內所描述之某些增益擴散器包括本質上係稜鏡之光學元件，並且可描述為包括在軸上伸長之稜鏡陣列。可將此類光學薄膜描述為定向再循環薄膜以及描述為增益擴散器薄膜。
當適當放置時，本文所揭示之增益擴散器可用作半鏡面擴散器。此類放置可包括獨立於再循環空腔內，或鄰近或附著於後或前反射器。圖7解說可包括於前反射器內之多功能光學薄膜700。多功能薄膜700包括基板702、具有複數個稜鏡706之第一結構性層704以及具有複數個光學元件710之第二結構性層708。此一薄膜700既可提供半鏡面擴散至再循環空腔，又可用作前反射器之多個定向再循環薄膜之一。多功能薄膜700可藉由任何適當技術製造，包括具有增益擴散器之稜鏡定向再循環薄膜的層壓或其他附著。在另一具體實施例中，可在製造時將稜鏡及光學元件形成於單一基板上。多功能薄膜700可包括圖7內未顯示之其他層，其為其他功能服務，例如光學或機械功能。在其他具體實施例中，分離增益擴散器及稜鏡定向再循環薄膜可係彼此鄰近地佈置，並且提供等效於多功能薄膜700之光學功能而無需實體連接。
用於本發明之背光內的前反射器可包括各種組合內的兩個、三個、四個、五個、六個或更多定向再循環薄膜。在具有稜鏡薄膜(例如BEF薄膜)以及其他定向再循環薄膜之具體實施例中，稜鏡薄膜可最靠近再循環空腔而佈置，並且其他定向再循環薄膜係比稜鏡薄膜更遠離空腔而佈置。圖5係具有形成再循環空腔562的前反射器530及後反射器560之示範性背光520的組件之示意性透視圖。前反射器530可包括稜鏡薄膜534、536及538以及增益擴散器540。背光520亦包括一或多個光源566及注入器570，其係佈置以發射光572至背光空腔內。光572係在一般關於發射軸574之有限角度分佈下發射。在某些具體實施例中，具有注入器之光源係沿背光520之多個邊緣佈置。在其中指定其他背光組件(例如稜鏡定向再循環薄膜)相對於發射軸之對準的具體實施例中，光源之放置可限於全部可能背光邊緣之子集。
如圖5內所解說，第一及第三稜鏡薄膜534及538具有沿實質上平行於發射軸574之軸伸長的稜鏡，其中前反射器530之薄膜稱為以"第一、第二、第三等"順序從背光520之內部再循環空腔562開始並且朝LC面板(未顯示)向外前進。第二稜鏡薄膜536具有沿實質上垂直於發射軸574之軸伸長的稜鏡。在另一具體實施例中，第二稜鏡薄膜具有實質上平行於發射軸574伸長的稜鏡，以便第一、第二及第三稜鏡薄膜534、536及538全部具有沿實質上平行於發射軸574之軸伸長的稜鏡。在另一具體實施例中，第一及第二稜鏡薄膜534及536具有沿平行於發射軸574之軸伸長的稜鏡，同時第三稜鏡薄膜538具有沿實質上垂直於發射軸574之軸伸長的稜鏡。在另一具體實施例中，前反射器530可缺少第三稜鏡薄膜538，且第一稜鏡薄膜534具有平行於發射軸574伸長的稜鏡，並且第二稜鏡薄膜536具有平行或垂直於發射軸574伸長的稜鏡。一般而言，本發明之前反射器可包括任何數目之稜鏡定向再循環薄膜，其具有平行或垂直於光源發射軸之稜鏡伸長軸的個別方位。其中第一稜鏡薄膜534(即，最靠近再循環空腔562之薄膜)具有沿平行於光源發射軸之軸伸長的稜鏡之背光組態可發現就橫跨輸出表面之照度及均勻度具有較佳性能。
雖然具有沿相對於發射軸574之軸伸長的稜鏡之稜鏡定向再循環薄膜534、536及538之方位係描述為平行或垂直，熟習本技術之人士應明白距離平行及垂直之角度變更將屬於此揭示內容之範疇內。此類變更可源自製造公差，或者其可係有意設計至系統內以改善效應，例如摩爾紋(moir)，其可源自稜鏡薄膜之重複光學圖案之間或薄膜及其他顯示器結構之重複光學圖案(例如LC面板之像素陣列)之間的干涉。另外，可根據顯示器設計或性能目標之其他態樣指定薄膜方位內之其他變更。
圖5之增益擴散器540可係單一增益擴散器，或者其可表示兩個、三個、四個、五個、六個或更多增益擴散器。在某些具體實施例中，前反射器包括增益擴散器而不必包括稜鏡定向再循環薄膜。在其他具體實施例中，相同或不同構造之一個、兩個、三個或更多增益擴散器係與兩個、三個或更多稜鏡薄膜組合。
本發明的背光520之前反射器530可包括除特性化為定向再循環薄膜者以外的光學薄膜。例如，前反射器530可包括反射偏光器542，例如本文所描述之DBEF、DRPF或APF。此一反射偏光器之包括可以各種方式改良背光之性能，包括使背光更有效或能夠針對輸入至該(等)光源之給定能量產生更多可使用光。
背光之前反射器之定向再循環薄膜及其他光學薄膜可獨立，或可藉由任何適當技術將某些或全部彼此實體附著，包括本文結合顯示器之光管理單元內的其他薄膜之描述揭示的此類技術。另外，包括於"前反射器"或"光管理單元"內之薄膜之描述可視為任意及非排斥。
較佳前反射器具有相對高總體反射率以支援空腔內的相對高再循環。此可就"半球形反射率"加以特性化，其意味著當光從全部可能方向入射至其上時的組件(不論係表面、薄膜或薄膜之集合)之總反射率。因此，採用在以法線方向為中心的半球體內從全部方向(以及所有偏光狀態，除非另外指定)入射之光(具有適合於期望應用之光譜分佈)照明組件，並且收集反射至該相同半球體內之全部光。反射光之總通量對入射光之總通量的比率產生半球形反射率Rhemi
。由於光一般係以全部角度入射至空腔之內部表面(不論係前反射器、後反射器或側反射器)上，就Rhemi
特性化反射器對於再循環空腔尤其方便。另外，不同於用於垂直入射之反射率，Rhemi
考慮具有入射角之反射率的可變性，其對某些組件(例如，稜鏡薄膜)可能非常重要。
由於前反射器係故意設計成部分透射以便提供背光之所需光輸出，較佳後反射器亦具有高半球形反射率，其通常遠高於前反射器。再循環背光組態可分別就用於前及後反射器之半球形反射率Rf hemi
及Rb hemi
之乘積加以特性化。較佳的係，乘積Rf hemi
*Rb hemi
係至少70%(0.70)或75%或80%。
在下列範例中，各種前反射器薄膜組態係在具有16:9格式之32英寸及20英寸(沿對角線測量)空孔背光測試台上測試，如表1及2內所分別列出。測試台之再循環空腔分別係17mm及10mm厚。兩個測試台均包括可從3M公司獲得之增強鏡面反射器(ESR)薄膜的後反射器及側反射器。沿測試台之頂部及底部邊緣的LED提供光至背光。LED係配置於RGGB陣列內以為LCD背光供應充分照度之中性彩色光。鋁"反向"楔形反射器用於將光從每一LED引導至空孔再循環空腔內。(關於此反向楔形之描述請參見美國專利申請案第60/939,082號，標題為"用於邊緣發光背光之準直光注入器(COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS)")。
使用比色相機(型號PM 1613F-1或型號PM-9913E，兩者均來自Radiant Imaging,Inc.)測量範例之照度及均勻度。當正確校準時，比色相機之該兩個型號產生幾乎相同之資料。相機安裝有105mm鏡頭並且選擇內部ND2中性密度濾光器。由Radiant Imaging供應之軟體用於校準相機並且進行測量。借助點輻射計完成色彩及照度校準(來自Photo Research,Inc.之型號PR650)。測試台係在水平方位內放置於相機前方1m處。將測試台與相機對準以便相機鏡頭軸垂直於輸出區域並且大約瞄準測試系統之中心。設定相機軟體以使用裁剪特徵僅記錄影像之顯示部分。曝光時間係由軟體自動設定以避免影像之過度曝光。
藉由將具有薄膜之測試台組態以待測試然後使用比色相機以拍攝測試系統之圖像執行測量。使用自訂資料分析程式從測量影像計算平均照度及照度均勻度。
除非另外注釋，資料係透過層壓至壓克力板之吸收偏光器(來自Sanritz之HLC2-5618S)測量。在反射偏光器係包括於薄膜堆疊內之範例中，吸收偏光器之傳遞軸係平行於反射偏光器之傳遞軸定向。
在下列範例中，藉由將影像內每個像素的照度值加總並且除以已記錄影像內之像素總數計算平均照度值。由於使用比色相機記錄影像資料，此係軸上照度值。依據視訊電子學標準協會之平板顯示器測量標準2.0版(2001年6月1日發佈)標準306-1白色之取樣均勻度及色彩決定照度均勻度。如標準內所定義使用九個取樣點。位於各樣本點之照度係藉由平均化屬於樣本點位置周圍近似圓形區內之照度從已記錄影像決定。近似圓形區具有影像之對角線的3%之直徑。
本文報告之視訊標準電子協會(VESA；Video Electronic Standard Association)9pt照度均勻度係如下從9個樣本點決定
其中Lmin
係9個點之照度的最小值，而Lmax
係9個點之照度的最大值。VESA 9pt照度均勻度之較高值指示更均勻之系統。
在該等範例中，下列術語用於描述測試前反射器薄膜堆疊之組件。
底板聚甲基丙烯酸甲酯支撐板，其用於保持薄膜平坦。
PCGD 塗布珠粒之聚碳酸酯增益擴散器。其中PCGD顯現為首先列出之薄膜堆疊組件，其用作放置作為相對於再循環空腔之最內薄膜的半鏡面組件，並且結構性表面面對空腔。
BEF2 具有垂直於LED邊緣之稜鏡(即，平行於LED發射軸伸長的稜鏡)的亮度增強薄膜II 90/50。
BEF2-旋轉具有平行於LED邊緣之稜鏡(即，垂直於LED發射軸伸長的稜鏡)的亮度增強薄膜II 90/50。
3T 具有垂直於LED邊緣之稜鏡(即，平行於LED發射軸伸長的稜鏡)的亮度增強薄膜III-T 90/50。
APF-D 先進偏光薄膜，即可從3M公司獲得之多層反射偏光薄膜，其係層壓於擴散聚碳酸酯薄片之間。
範例1及2各包括BEF II 90/50之三個薄片及作為前反射器之增益擴散器，其差異係第三BEF薄膜之角度方位。兩個範例均展現用於顯示器內之充分照度及均勻度，兩者間存在微小性能變更。範例3及4對應於範例1及2，但以反射偏光器取代頂部增益擴散器薄片。如所期望，反射偏光器之新增致能背光內之偏光再循環，其顯著改良照度值，且每一者具有某些均勻度改良。
如表中指示，範例5、6及7各連同增益擴散器包括BEF稜鏡薄膜之三個或四個薄片。各範例展現用於顯示器內的充分照度及均勻度。範例8、9及10對應於範例5、6及7，但以反射偏光器取代頂部增益擴散器薄片。如所期望，反射偏光器之新增致能背光內之偏光再循環，其顯著改良照度值，且均勻度具有變化結果。在所有情形中，均勻度仍屬於用於顯示器內之可接受範圍內。
除非達到可能直接抵觸本發明之程度，本文引用之所有參考及公開案此處全部以提及方式明確併入本發明內。已論述此揭示內容之解說性具體實施例並且參考此揭示內容之範疇內的可能變更。熟悉本技術者自會明白本發明之該等及其他變更及修改，而不背離本發明之範疇與精神，應瞭解此揭示內容並不限於本文所提出的解說性具體實施例。因此，本發明僅由下文提供之申請專利範圍限制。
100．．．顯示器/顯示系統
101．．．照明裝配件
110．．．液晶面板/LC面板
112．．．液晶層
114．．．進入板
116．．．退出板
120．．．背光
130．．．前反射器
132．．．定向再循環薄膜或層
160．．．後反射器
162．．．空孔光再循環空腔
164．．．輸出表面
166．．．光源
168．．．側反射器或表面
170．．．注入器
180．．．光管理組件/光管理單元
200．．．稜鏡亮度增強薄膜
202．．．平滑側/平滑表面
204．．．結構性側/結構性表面
206．．．稜鏡
210．．．光線/射線
212．．．光線
214．．．射線
300．．．增益擴散器
302．．．基板
304．．．結構性層/透明層
306．．．光學元件
308．．．額外層
310．．．相對側
400．．．增益擴散器
402．．．基板
404．．．結構性層
406．．．突出物
408．．．額外層
412．．．珠粒
414．．．黏結劑
520．．．背光
530．．．前反射器
534．．．第一稜鏡薄膜/稜鏡定向再循環薄膜
536．．．第二稜鏡薄膜/稜鏡定向再循環薄膜
538．．．第三稜鏡薄膜/稜鏡定向再循環薄膜
540．．．增益擴散器
542．．．反射偏光器
560．．．後反射器
562．．．再循環空腔
566．．．光源
570．．．注入器
572．．．光
574．．．發射軸
620．．．背光
630．．．前反射器
660．．．後反射器
662．．．再循環空腔
690．．．半鏡面擴散器
700．．．多功能光學薄膜
702．．．基板
704．．．定向再循環薄膜結構性層/第一結構性層
706．．．稜鏡
708．．．增益擴散器結構性層/第二結構性層
710．．．光學元件
本發明已相對於隨附圖式加以描述，其中：
圖1係顯示系統之一具體實施例的示意性斷面圖。
圖2係稜鏡光學薄膜之一具體實施例之一部分的示意性斷面圖。
圖3係增益擴散器之一具體實施例的示意性斷面圖。
圖4係增益擴散器之另一具體實施例的示意性斷面圖。
圖5係背光之一具體實施例的示意性透視圖。
圖6係具有半鏡面擴散器之背光之一具體實施例的示意性斷面圖。
圖7係多功能光學薄膜之一具體實施例之一部分的示意性斷面圖。
100．．．顯示器/顯示系統
101．．．照明裝配件
110．．．液晶面板/LC面板
112．．．液晶層
114．．．進入板
116．．．退出板
120．．．背光
130．．．前反射器
132．．．定向再循環薄膜或層
160．．．後反射器
162．．．空孔光再循環空腔
164．．．輸出表面
166．．．光源
168．．．側反射器或表面
170．．．注入器
180．．．光管理組件/光管理單元
Claims (21)
- 一種背光裝置，其包含：一前反射器及一後反射器，其形成具有一輸出表面之一空孔光再循環空腔，該前反射器包含：一第一定向再循環薄膜，其包含沿一第一軸伸長之一稜鏡陣列；以及一第二定向再循環薄膜，其經佈置使得該第一定向再循環薄膜係位於該第二定向再循環薄膜與該後反射器之間，該第二定向再循環薄膜包含沿一第二軸伸長之一稜鏡陣列；一半鏡面擴散器，其係佈置於該前反射器與該後反射器之間；以及一或多個光源，其經佈置以在關於一發射軸之一有限角度分佈上，發射光至該光再循環空腔內，該發射軸自一平行於該輸出表面之橫面(transverse plane)具有自0度至45度之一平均偏差角度；其中該第一軸實質上係平行於該發射軸。
- 如請求項1之背光裝置，其中該第二軸實質上係垂直於該第一軸。
- 如請求項1之背光裝置，其中該第二軸實質上係平行於該第一軸。
- 如請求項1之背光裝置，其中該前反射器進一步包含一第三定向再循環薄膜，其經佈置使得該第二定向再循環薄膜係位於該第三定向再循環薄膜與該第一定向再循環 薄膜之間。
- 如請求項4之背光裝置，其中該第三定向再循環薄膜包含沿一第三軸伸長之一稜鏡陣列。
- 如請求項5之背光裝置，其中該第一、第二及第三軸實質上係平行。
- 如請求項4之背光裝置，其中該前反射器進一步包含一第四定向再循環薄膜，其經佈置使得該第三定向再循環薄膜係位於該第四定向再循環薄膜與該第二定向再循環薄膜之間。
- 如請求項7之背光裝置，其中該前反射器進一步包含一第五定向再循環薄膜，其經佈置使得該第四定向再循環薄膜係位於該第五定向再循環薄膜與該第三定向再循環薄膜之間。
- 如請求項1之背光裝置，其中將該半鏡面擴散器佈置於該後反射器上。
- 如請求項1之背光裝置，其中將該半鏡面擴散器佈置於該第一定向再循環薄膜上。
- 如請求項1之背光，其中該背光展現至少50%之一VESA9均勻度值。
- 如請求項1之背光裝置，其中該輸出區域一般係矩形，且具有至少30mm之一對角測量。
- 如請求項1之背光裝置，其中該前反射器具有用於未偏光可見光之一半球形反射率Rf hemi ，且後反射器具有用於未偏光可見光之一半球形反射率Rb hemi ，以及Rf hemi * Rb hemi 係至少0.70。
- 一種背光裝置，其包含：一前反射器及一後反射器，其形成具有一輸出表面之一空孔光再循環空腔，該前反射器包含至少四個定向再循環薄膜；一半鏡面擴散器，其係佈置於該前反射器與該後反射器之間；以及一或多個光源，其經佈置以沿著一發射軸發射光至該光再循環空腔內，該發射軸自一平行於該輸出表面之橫面具有自0度至45度之一平均偏差角度。
- 如請求項14之背光裝置，其中該至少四個定向再循環薄膜包含：三個稜鏡再循環薄膜，其各包含沿一軸伸長之一稜鏡陣列；以及一增益擴散器薄膜；其中該三個稜鏡再循環薄膜之該等軸實質上係平行，且另外其中該三個稜鏡再循環薄膜係佈置於該增益擴散器薄膜與該後反射器之間。
- 如請求項14之背光裝置，其中該至少四個定向再循環薄膜包含五個定向再循環薄膜，其包含：兩個稜鏡再循環薄膜，其各包含沿一軸伸長之一稜鏡陣列；以及三個增益擴散器薄膜；其中該兩個稜鏡再循環薄膜之該等軸實質上係垂直， 且另外其中該兩個稜鏡再循環薄膜經佈置使得兩個稜鏡再循環薄膜均位於該三個增益擴散器薄膜與該後反射器之間。
- 如請求項14之背光裝置，其中該至少四個定向再循環薄膜包含五個定向再循環薄膜，其包含：兩個稜鏡再循環薄膜，其各包含沿一軸伸長之一稜鏡陣列；以及三個增益擴散器薄膜；其中該兩個稜鏡再循環薄膜之該等軸實質上係平行，且另外其中該兩個稜鏡再循環薄膜經佈置使得兩個稜鏡再循環薄膜均位於該三個增益擴散器薄膜與該後反射器之間。
- 如請求項14之背光裝置，其中該至少四個定向再循環薄膜包含六個增益擴散器薄膜。
- 如請求項14之背光裝置，其中該前反射器進一步包含一反射偏光器。
- 一種包含一液晶面板及提供光至該液晶面板之一背光的顯示器，其中該背光包含：一前反射器及一後反射器，其形成具有一輸出表面之一空孔光再循環空腔，該前反射器包含：一第一定向再循環薄膜，其包含沿一第一軸伸長之一稜鏡陣列；以及一第二定向再循環薄膜，其經佈置使得該第一定向再循環薄膜係位於該第二定向再循環薄膜與該後反射 器之間，該第二定向再循環薄膜包含沿一第二軸伸長之一稜鏡陣列；一半鏡面擴散器，其係佈置於該前反射器與該後反射器之間；以及一或多個光源，其經佈置以在關於一發射軸之一有限角度分佈上，發射光至該光再循環腔內，該發射軸自一平行於該輸出表面之橫面具有自0度至45度之一平均偏差角度；其中該第一軸實質上係平行於該發射軸。
- 一種包含一液晶面板及提供光至該液晶面板之一背光的顯示器，其中該背光包含：一前反射器及一後反射器，其形成具有一輸出表面之一空孔光再循環空腔，該前反射器包含至少四個定向再循環薄膜；一半鏡面擴散器，其係佈置於該前反射器與該後反射器之間；以及一或多個光源，其經佈置以沿著一發射軸發射光至該光再循環空腔內，該發射軸自一平行於該輸出表面之橫面(transverse plane)具有自0度至45度之一平均偏差角度。
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