[发明专利]照明结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于为平板显示器提供偏振光的照明结构以及包括这种照明结构的显示器。

背景技术

如今，液晶型的平板显示器(即LCD)广泛应用于各种不同特征的产品和应用领域中。很多的应用场合包括小的便携式电池供电单元，例如便携电话和计算机。这种应用场合很明显的重要特点在于，能量消耗是消费者在不同制造商的产品之间进行选择时需要考虑的决定性因素。

对背面照明的LCD的要求是，它必须用线偏振光照明以便正确地工作。为了获得偏振光，必须使用用于使“普通的”非偏振光偏振的装置。这通常需要将所谓的起偏器置于非偏振光的路径中，该起偏器具有去除一大部分入射光的作用。由于很多应用场合涉及便携设备，所以需要电池电源。无论光源的效率如何，低的能量消耗都将是关键的考虑因素。

因此，本发明的领域中通常存在的问题在于，现今的用于提供偏振光的照明结构缺乏效率。

美国专利5,845,035号公开了一种用于平板图像显示装置的照明系统。所公开的系统包括光波导件，该光波导件包括两层，光学各向异性的一层具有折射率n_o和n_e，而光学各向同性的第二层具有折射率n_i。

可以看出，US专利5,845,035号的构形中的偏振分离仅在有限的条件下发生，并且仅用于入射光的入射角θ的有限范围，入射角θ是这些层的法线方向和入射光之间的角度。

为了获得偏振分离，即获得用于例如LCD的照明的偏振光，US5,845,035表示出第二层的折射率n_i应该与第一层的折射率n_o、n_e中的任一个相匹配。

这些限制意味着，为使根据现有技术的照明系统有效，即，为了在分界面处获得有效的偏振分离，进入该系统的光必须在一特定的范围内校准，如美国专利5,808,709号中所示。不用说，这增加了照明系统的复杂性，或者如果没有施加校准，就严重地降低了系统的效率。

发明内容

如下面将详细描述的那样，可以看出，为了在各层之间的分界面处得到偏振分离，存在的对入射角θ的限制在于，它必须比入射的临界角θ_c更大。这意味着对在照明系统的耦合输入面处的入射角θ_i的限制，如下面将详细描述的那样。

因此本发明的目的是解决涉及如上所讨论的现有技术系统的问题。为此，如下面所声明的那样提供了照明结构和显示系统。

因此，根据本发明的照明结构包括带有顶表面和侧面的光学各向异性基片。该侧面接收优选来自外部光源的入射光L。沿着基片定位一顶层。该顶层具有与基片的顶表面对接的底表面，例如与基片的该表面贴靠。

基片和顶层具有这样的折射率，使得通过该侧面引到基片中的光的第一偏振分量将在基片和顶层之间的分界面处内反射回到基片中，而不管在该侧面处的入射角为何。

通过该侧面引到基片中的光的第二偏振分量将在基片和顶层之间的分界面处折射到顶层中，而不管在该侧面处的入射角为何。

详细地说，这样获得入射光的偏振，使得基片沿第一方向的第一折射率与顶层沿第一方向的第一折射率的关系根据表达式n_s1≥sqrt(1+n_t1*n_t1)确定。这样具有的作用是，对于基片沿第一方向的第一折射率的值高于sqrt(1+n_t1*n_t1)的情况，经历这些折射率并且相对于基片的侧面具有任何入射角的光将会在基片和顶层之间的分界面中发生全内反射，因此不会到达顶层。

而且，基片沿第二方向的第二折射率和基片沿第三方向的第三折射率的加权平均值低于顶层沿第二方向的第二折射率和顶层沿第三方向的第三折射率的加权平均值。这样具有的作用是，对于相对基片的侧面的所有入射角的情况，即，不管该角度θ为何，经历这些折射率的光会折射到顶层中。

根据本发明的照明结构的实施例包括光学各向异性基片与各向同性或各向异性的顶层的组合。

本发明的另一个方面是一种显示系统，其包括如上所述的照明结构，并且该系统还可以包括布置成照亮基片的侧面212的光源。一显示器例如平板LCD布置成接纳发源于顶层的偏振光。在这种情况下，LCD是贴靠照明结构的单独的单元。然而，可以根据本发明的再一个方面将显示单元例如LCD结合在顶层中，在这种情况下，它接收来自基片和顶层之间的分界面的偏振光。