[发明专利]利用内全反射的偏振转向膜

说明书

发明领域

本发明一般涉及用来提高来自表面的亮度的显示器照明制件，更具体来说涉及一种转向(turning)膜，用来使来自光导板的光重新定向，并提供偏振光输出。

发明背景

液晶显示器(LCD)在成本和性能方面一直在获得改进，成为许多计算机、仪器和娱乐应用优选的显示器种类。用于常规的膝上型计算机显示器的透射LCD是一种背光(backlit)显示器，具有设置在LCD后面的将光朝外射向LCD的表面。提供具有足够均匀的亮度、同时仍保持紧凑性和低成本的合适的背光设备问题，已经通过以下两种基本方法中的一种得以解决。在第一种方法中，使用提供光的表面提供在很宽角度范围上具有基本恒定亮度的高度散射的光，光的散射基本上是朗伯光分布。按照所述第一种方法，为了增大轴上和轴附近的亮度，人们提出了许多种亮度提高膜，用来使得所述具有朗伯光分布的光的一部分重新定向，以提供更加准直的光照。人们提出的关于亮度提高膜的解决方案可参见例如美国专利第5,592,332号(Nishio等)；美国专利第6,111,696号(Allen等)；以及美国专利第6,280,063号(Fong等)。以上提到专利中描述的亮度提高膜(BEF)之类的解决方案提供了在宽视角内提高亮度的一些方法。但是即使在使用BEF的时候，总对比度仍然较差。

第二种提供背光光照的方法使用光导板(LGP)，所述光导板接收来自设置在该侧的灯或其它光源的入射光，通过内全反射(TIR)内部引导所述的光，使得光在狭窄的角度范围内从LGP发射。从LGP出射的光通常相对于法线呈相当陡的角度，例如等于或大于70度。在第二种方法中，随后使用转向膜(一类光重新定向制品)使得从LGP射出的发射光朝向法线重新定向。转向膜泛指光重新定向制品或光重新定向膜，例如装有购自美国纽约州宝德温的克拉瑞科斯有限公司(Clarex，Inc.，Baldwin，NY)的HSOT(高度散射光学透射)光导板的膜，提供了一种用来提供这类均匀的背光的改进的解决方案，其不需要漫射膜(diffusion film)或者在制造中进行点打印(dot printing)。HSOT光导板和其它种类的转向膜使用各种组合的棱柱结构阵列，使得光从光导板朝向法线重新定向，或者朝向一些其它合适的目标角重新定向，所述其它合适的目标角通常相对于二维表面、位于法线附近。作为一个例子，美国专利第6,746,130号(Ohkawa)描述了一种光控片，其作为用于LGP光照的转向膜。

参见图1，图中显示了显示器设备100中光导板10的总体功能。来自光源12的光在入射面18入射，通入光导板10，所述光导板10通常如图所示是楔形的。光在光导板10中传播，直到不满足内全反射(TIR)条件，然后可能会从反射面142反射，在出射面16离开光导板。然后该光线射向转向膜122，被定向而对光选通(light-gating)器件120进行光照，所述光选通器件120是例如LCD或其它种类的空间光调制器或其它调制光的二维背光部件。为了在大多数条件下优化观察，发射的光应当在绕法线N较窄的角度范围内提供。需要在光照路径上设置偏振器124以便为光选通器件120提供适于调制的偏振光。但是，因为通过转向膜122之后的光是基本非偏振的，或者最多具有一些很小程度的偏振，所以偏振器124必须吸收约一半的光。为了克服这个问题，人们经常在吸收偏振器124和转向膜122之间提供反射偏振器125。

Koike等在题为“具有偏振功能的表面光源器件”的美国专利第5,982,540号和第6,172,809号中揭示了一种反射偏振器。Koike等在′540和′809中显示了一种表面光源器件，该器件具有光导板、一个或多个偏振分离板(polarization separating plate)，光方向调节器(主要是转向膜)，偏振转换器。所述偏振分离板是一类反射偏振器125。Koike等在′540中描述的偏振分离板利用布儒斯特角进行光照的S偏振和P偏振分量的分离。尽管该方法提供了光的一些偏振，但是其仅仅提供了对更常规的反射偏振膜的一种替代。该解决方案仍需要另外使用独立的一个或多个偏振膜。另外，Koike等在′540和′809中的方法要求用于偏振分离板的材料的折射率n在很窄的范围内，该范围是基于来自光导板的光的入射角。