專利名稱：前照亮顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種前照亮(frontlit)電子顯示器。
背景技術(shù)：
通常由對(duì)一傳光閥(trasmissive light valve)提供均勻照明的諸光導(dǎo)板(light guideslab)(通常稱為“后光源(backlights)”)對(duì)平板顯示器進(jìn)行后照射。該后光源對(duì)該顯示器可以是主光源，或在一主要地反射(通常稱為一“超反射的(transflective)”)顯示器中是一輔助照明源。或者，可以由一光導(dǎo)板(通常稱為一“前光源”或“前光導(dǎo)管”)對(duì)平板反射顯示器進(jìn)行前照射，光導(dǎo)板從一反射光閥(reflective light valve)的觀看側(cè)提供均勻照明。這允許不用后光源和在該光閥中放置一反射層，從而前光源被關(guān)掉時(shí)在良好照明(well-lit)的環(huán)境光條件下增加了顯示器的反射率和亮度。前光導(dǎo)管應(yīng)該具有足夠的清晰度，以致它們不使顯示的圖像變形或顯著衰減。較佳地，前光導(dǎo)管還以在暗環(huán)境條件下足夠使顯示器可看清楚的這樣的亮度均勻地照射顯示器。
美國(guó)專利5,396,350示出了具有一陣列微棱鏡的一后光源，該陣列微棱鏡將光線反射進(jìn)入一傳光閥。
美國(guó)專利5,428,468示出了使用一波導(dǎo)管和將光反射出波導(dǎo)管的一陣列微棱鏡。美國(guó)專利5,995,690示出了用于偶合來(lái)自一波導(dǎo)管的光線的一光引出帶。
日本公開(kāi)的專利申請(qǐng)JP11344695A(等同于WO 9963394)示出了一整體的前光導(dǎo)管和接觸板，其中光導(dǎo)管部分由模制的塑料制成。利用一層透明樹(shù)脂將光導(dǎo)管的上表面粘結(jié)于接觸板的下表面，以及光導(dǎo)管的下表面具有由透明的或半透明樹(shù)脂的一印墨形成的一多邊形或圓的點(diǎn)圖形，該樹(shù)脂比光導(dǎo)板具有更高的折射率和含有一光擴(kuò)散顏料。或者，光導(dǎo)管的下表面能夠形成有平行于傳光板(light transmissionplate)的輸入部的端表面的“細(xì)皺紋”或“棱鏡”(顯示為鋸齒凸起)。這參考文獻(xiàn)的光導(dǎo)管(light guide)利用由上述光擴(kuò)散顏料進(jìn)行的擴(kuò)散或通過(guò)上述皺紋或棱鏡折射，從光導(dǎo)管引出光線進(jìn)入一光閥。在這參考文獻(xiàn)中的鋸齒部分用鋸齒的傾斜部分面朝著離開(kāi)光導(dǎo)管的光輸入端的方向而定向。
日本公開(kāi)專利申請(qǐng)JP2000-47178A示出了一整體的前光導(dǎo)管和接觸板，其中光導(dǎo)部分呈楔形并在其上表面上具有由諸隔片(spacer)組成的一圖形。這參考文獻(xiàn)的光導(dǎo)管利用由諸隔片產(chǎn)生的擴(kuò)散將光從光導(dǎo)管引出進(jìn)入一光閥。
在下列專利中示出了其它照明的前或后照射照明或顯示裝置美國(guó)專利4,373,282，4,528,617，4,751,615，4,799,137，4,811,507，4,874,228，5,005,108，5,050,946，5,054,885，5,190,370，5,341,231，5,359,691，5,485,354，5,506,929，5,555,109，5,555,329，5,575,549，5,594,830，5,608,550，5,608,837，5,613,751，5,668,913，5,671,994，5,835,661，5,894,539，6,011,602和6,139,163；歐洲專利申請(qǐng)EP 0 802446A1；日本公開(kāi)專利申請(qǐng)JP 61188515A，JP11065764A，JP11110131A，JP11174972A，JP112601333A，JP11316553A，JP11065764A和JP2000075293A；以及，PCT公開(kāi)專利申請(qǐng)WO99/63394A。
發(fā)明概要雖然已經(jīng)提出了許多被照明的顯示裝置，仍然需要較薄的、較有效的或被均勻地照明的裝置、需要能夠較易于構(gòu)造的裝置和有較低的功率消耗的裝置。許多目前的裝置并沒(méi)有利用由光源供應(yīng)的全部光線。如果能夠?qū)⑦@些未利用的光線引導(dǎo)至顯示器，那么能夠進(jìn)一步降低功率消耗和增加顯示器的亮度。
某些上述被照明的顯示裝置利用散射和折射將光線從光導(dǎo)管中引出。這些方法能夠引起對(duì)比性的下降，或能夠以比最佳角度小的角度將光線供應(yīng)給顯示器中的一光閥。
本發(fā)明在一個(gè)方面提供了一被照明的顯示器，該顯示器包括a)至少一光源；b)一前光導(dǎo)管，它具有至少一光輸入面、一觀看面和一光輸出面，通過(guò)光輸入面能夠?qū)?lái)自光源的光線供應(yīng)給光導(dǎo)管，光輸出面與觀看面相對(duì)，光輸出面具有在其上的一光引出層(light extraction layer)，該引出層具有一基本平的光射出面和含有從光導(dǎo)管引出供應(yīng)的光線通過(guò)光射出面的諸埋入的小反射平面；以及c)一反射光閥，它接受從光導(dǎo)管引出的光線和返回至少某些光線通過(guò)觀看面。
能夠易于例如從具有兩個(gè)主面的模制的塑料或玻璃(例如普通平板玻璃)制造光導(dǎo)管。諸主面中的一個(gè)形成觀看面，該觀看面被利用作為或它設(shè)置有一光保護(hù)復(fù)層。另一主面形成光輸出面，該光輸出面被粘結(jié)或用其它方法固定于一被構(gòu)造的表面、光滑表面片的被構(gòu)造側(cè)。該被構(gòu)造的表面具有在被構(gòu)造側(cè)上的諸小平面，它們將反射來(lái)自光導(dǎo)管的光輸出面的所供應(yīng)的光線通過(guò)該片的光滑表面(光射出表面)并進(jìn)入反射光閥。能夠?qū)⒁豢蛇x用的防反射涂層涂復(fù)于光滑表面片的光射出面。因?yàn)楣鈱?dǎo)管具有位于在光導(dǎo)管與光閥之間的諸微構(gòu)造的反射鏡片(reflectiveoptics)，以及因?yàn)楣鈱?dǎo)管能夠具有一光滑觀看面，所以本發(fā)明的被照射的顯示器是較牢固的，與在一光導(dǎo)管的觀看面上具有微構(gòu)造的光學(xué)特征的被照射的顯示器相比不大可能被損壞。本發(fā)明的顯示器的較佳實(shí)施例有效地引出所供應(yīng)的光線，同時(shí)展現(xiàn)了良好的對(duì)比性和較低的形變。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明的一被照明的顯示器的側(cè)視圖。
圖2是圖1的顯示器的簡(jiǎn)化的側(cè)視圖，它示出了由環(huán)境光和所供應(yīng)的光束運(yùn)行的一般路徑。
圖3是圖1和圖2的顯示器的一部分的放大側(cè)視圖，它示出了被構(gòu)造的光引出層和一所供應(yīng)的光束運(yùn)行的路徑。
圖4是本發(fā)明的一被照明的顯示器的一部分的放大側(cè)視圖，它具有一凸平面(plateau)長(zhǎng)度對(duì)槽底面(land)長(zhǎng)度的較小比值。
圖5是本發(fā)明的一被照射的顯示器的一部分的放大側(cè)視圖，它具有一凸平面長(zhǎng)度對(duì)槽底面長(zhǎng)度的較大比值。
圖6是示出凸平面長(zhǎng)度對(duì)槽底面長(zhǎng)度的比值和引出效率之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是示出一光泄漏源的放大的局部側(cè)視圖。
圖8是示出一重影源(source of ghosting)的放大的局部側(cè)視圖。
圖9是示出能夠減少光泄漏和重影的一引出結(jié)構(gòu)的放大的局部側(cè)視圖。
圖10是示出能減少光泄漏的一光導(dǎo)管和一引出結(jié)構(gòu)的放大的局部側(cè)視圖。
圖11是本發(fā)明的一顯示器的分解側(cè)視圖。
圖12是本發(fā)明的另一顯示器的分解側(cè)視圖。
詳細(xì)描述當(dāng)本申請(qǐng)中使用用語(yǔ)，例如“在…之上”、“在頂上”、“上部的”、“向上”、“在…底下”、“在…之下”、“下部的”和“向下”等敘述在一顯示器中諸組成部分的位置或方向時(shí)，采用這些用語(yǔ)僅僅是為了方便的目的和假定顯示器的觀看表面是水平的和從上方觀看。這些用語(yǔ)并不意味著暗示對(duì)于該復(fù)雜的顯示器的或在該復(fù)雜的顯示器的實(shí)際使用中所供應(yīng)的光線或環(huán)境光線運(yùn)行的路徑的任何所要求的指向。還能夠通過(guò)比較一基準(zhǔn)平面方便地?cái)⑹霰景l(fā)明的某些組成部分和它們的相互關(guān)系。為了本發(fā)明的目的，將把基準(zhǔn)平面取為由前光導(dǎo)管的光輸出面(或很靠近的)所形成的平面，利用以上所述的方向慣例該平面是光導(dǎo)管的下面。
現(xiàn)在參閱圖1，以示意圖的形式示出了總地以標(biāo)號(hào)″10″標(biāo)注的一被照射的顯示器。由光源42所供應(yīng)的(換句話說(shuō)，非環(huán)境的)的光線將進(jìn)入聯(lián)接件44，在那里通常它從一個(gè)點(diǎn)光源或多個(gè)點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換成適合用于在顯示器10中的一個(gè)線光源。然后所供應(yīng)的光線進(jìn)入前光導(dǎo)管12的光輸入面14，以及如以下在圖2和3中詳細(xì)解釋地那樣向下通過(guò)進(jìn)入和然后向上返回走出反射光閥(在這情況中，一反射的液晶顯示器(LCD))36。光導(dǎo)管12是一楔形，該楔形從光輸入面14朝端部35減小厚度。如以下詳細(xì)解釋的那樣，光導(dǎo)管不需要制成為一楔形，以及對(duì)于某些應(yīng)用情況而是具有一相對(duì)不變的厚度。為了避免可能的碎裂或斷裂，光導(dǎo)管12在端部15并不逐漸被減薄到一刀刃狀。光導(dǎo)管12還具有光輸出面16和觀看面18。一可選用的透明的粘結(jié)劑(圖1中未示出)將被構(gòu)造的光引出光引出層32固定于光導(dǎo)管12的光輸出面16。一空氣間隙35將光引出層32的下面33與位于反射的LCD36頂上的偏光鏡38分開(kāi)。反射層40位于反射的LCD36的底面上，以及(認(rèn)為反射的LCD36是被適當(dāng)調(diào)制的允許光線通過(guò))用于將來(lái)自組件22通過(guò)反射的LCD36的光線向上朝組件22返回。
圖2示出了本發(fā)明的一被照明的顯示器20。不像圖1中通常逐漸變薄的光導(dǎo)管12，光導(dǎo)管22具體一總體上平面的形狀。由觀看面28的全內(nèi)反射將例如從光源42供應(yīng)的光束45朝光導(dǎo)管22的相對(duì)端25反射。一旦以一適當(dāng)角度撞擊光輸出面26，光束45將通過(guò)進(jìn)入被構(gòu)造的光引出層32。如果光束45以一適當(dāng)角度撞擊光引出層32中的一小平面(圖2中未示出)，光束45將從該小平面被反射，通過(guò)光引出層32的下面33出來(lái)和因此從光導(dǎo)管22被引出。被引出的光線將通過(guò)空氣隙35和然后進(jìn)入偏光鏡38和反射的LCD36。假設(shè)反射的LCD36是被適當(dāng)調(diào)制的，光束45將通過(guò)進(jìn)入反射的LCD36，撞擊反射層40，被反射回來(lái)LCD和偏光鏡38進(jìn)入光引出層32和光導(dǎo)管22，通過(guò)觀看面28射出光導(dǎo)管22，從而能夠被觀眾48看到。
如果環(huán)境光亮度足夠高，那么觀眾48能夠看到由被照明的顯示器所傳遞的信息，而不需要由光源42進(jìn)行照明。例如環(huán)境光束50的環(huán)境光束通過(guò)觀看面進(jìn)入顯示器20，通過(guò)上述的各種組成部分和若干層，以及(假定反射的LCD36是適當(dāng)?shù)乇徽{(diào)制的)撞擊反射層40和被反射回來(lái)通過(guò)反射的LCD36朝向觀眾48。
在圖1的被照明的顯示器10中，從光源42供應(yīng)的光線被引導(dǎo)在光導(dǎo)管12的兩個(gè)漸縮的面16和18之間。在圖2中的被照明的顯示器20中，從光源供應(yīng)的光線被引導(dǎo)在光導(dǎo)管22的兩個(gè)總體上平行的面26和28之間?？梢圆捎萌魏我环N結(jié)構(gòu)以及將提供某些優(yōu)點(diǎn)。例如光導(dǎo)管12的一楔形光導(dǎo)管提供所供應(yīng)的光線的較大部分用于顯示器照明。由于它呈楔形，它將有利地通過(guò)模制一可選用的適當(dāng)?shù)臒崴苄跃酆衔镒罘奖愕刂圃爝@一光導(dǎo)管。例如光導(dǎo)管22的一總體上呈平面的光導(dǎo)管將減少射出“頂”面的散逸的光線，并可以具有引出效率，但也能夠提供有利地降低顯示器的總厚度的優(yōu)點(diǎn)。能夠通過(guò)模制一可選用適當(dāng)?shù)臒崴苄跃酆衔镏圃煲徽w平面的光導(dǎo)管，以及能夠代之以一低成本耐用的材料，例如平板玻璃制造。
參閱圖3，以一放大的側(cè)視圖示出了適合用在本發(fā)明的顯示器中的一光引出層。光引出光引出層32具有一光射出面33和一具有例如凸起52和53的多個(gè)凸起的上表面，這些凸起面朝或指向(和較佳地光學(xué)地接觸于)光導(dǎo)管22。面33是“基本上平的”，即，面33充分地平以避免在該顯示器中引起有害的形變。光引出層32的上表面是“被構(gòu)造的”，即，它具有非平面形狀，該形狀具有能夠影響撞擊光引出層32上表面的光束的方向或強(qiáng)度的細(xì)致成形的結(jié)構(gòu)特征(例如凸起52和53)。凸起52和53的兩側(cè)是例如槽底面60a和60b的槽底面部分和例如凹入?yún)^(qū)58a和58b的封閉的凹入?yún)^(qū)(pocket)，凹入?yún)^(qū)含有一介質(zhì)(例如空氣)，該介質(zhì)的折射率比制造光引出層32的材料的。折射率低。凸起部分具有例如升起面(riser)54a、凸臺(tái)面(plateau)55a和小平面(facet)56a的升起面、凸臺(tái)面和小平面部分。為了討論的目的，例如凸起52和53的凸起可以稱為“總體梯形”，不過(guò)諸凸起僅具三個(gè)側(cè)面和通過(guò)畫(huà)一假想線以完成一凸起的第四側(cè)面而形成的一四邊形可以沒(méi)有兩個(gè)平行的側(cè)面。
使用透明粘結(jié)劑50將諸凸臺(tái)面層疊于光導(dǎo)管22。凸臺(tái)面55a依靠著粘結(jié)劑50以及總地與光引出層32的其它凸臺(tái)面是共平面的。例如小平面56a的諸小平面是“埋在”光引出層32內(nèi)，即，這些小平面位于光引出層32之內(nèi)、光導(dǎo)管22的光輸出面16和光引出層32的光射出面33之間。升起面54a鄰近凸臺(tái)面55a，凸臺(tái)面又鄰接小平面56a。較佳地(暫時(shí)不考慮透明粘結(jié)劑的任何中間層)，諸小平面是靠近或很接近光輸出面26和離開(kāi)光射出面33較遠(yuǎn)。
例如小平面56a的諸小平面被定向成使例如所供應(yīng)的光束46的來(lái)自光導(dǎo)管22的輸入面的光線能夠通過(guò)粘結(jié)劑50和凸平面55a，撞擊小平面56a，被向下反射和因此離開(kāi)光導(dǎo)管22通過(guò)射出表面33被引出。這樣，利用諸反射鏡將供應(yīng)的光線從光導(dǎo)管引出。至今已提出的許多前光導(dǎo)管使用的、依靠諸折射鏡，例如通過(guò)使用在光導(dǎo)管的射出面上的一棱柱形的(例如鋸齒、正方波或有齒的)表面的一引出結(jié)構(gòu)。
能夠相對(duì)基準(zhǔn)平面以直角或接近直角從光導(dǎo)管引出供應(yīng)的光線。換句話說(shuō)，能夠相對(duì)反射光閥以入射的零角度或接近零角度引出供應(yīng)光。與依靠折射引出的諸光導(dǎo)管比較，這能夠提供改進(jìn)的進(jìn)入光閥的引出光的耦合。利用折射引出，難于實(shí)現(xiàn)引出角度的方向線(centroid)相對(duì)基準(zhǔn)平面大于約40°。換句話說(shuō)，難于實(shí)現(xiàn)相對(duì)于至光閥的一法線的引出光線的方向線的入射角小于約50°。如果引出光線以太大的入射角到達(dá)光閥，那么該光閥將不能有效地朝觀眾反射光線，或者將要求附加的鏡片(例如附加的折射鏡片)來(lái)對(duì)引出光再定方向。
在反射鏡基礎(chǔ)上的一引出結(jié)構(gòu)比在折射鏡基礎(chǔ)上的一引出結(jié)構(gòu)對(duì)供應(yīng)光線的波長(zhǎng)中的變化不大敏感。與至今已提出的某些被照明的顯示器比較，這能提供本發(fā)明的被照明的顯示器的改進(jìn)的顏色均勻性。與折射的引出結(jié)構(gòu)比較，用反射的引出結(jié)構(gòu)還較少產(chǎn)生能夠?qū)е掠泻Φ闹赜昂蛽p失對(duì)比性的散逸反射。在反射的引出結(jié)構(gòu)中確實(shí)產(chǎn)生的散逸反射趨向于被指向于離開(kāi)觀眾。在折射的引出結(jié)構(gòu)中，某些散逸的反射趨向于指向觀眾，導(dǎo)致總對(duì)比性的損失。如果將這些散逸反射稱為干涉帶，那么它們沿著觀看軸線的存在代表了一干擾源和信號(hào)對(duì)干擾比的損失。
與使用諸折射鏡比較，在本發(fā)明的被照明的顯示器中使用反射引出鏡能夠提供改進(jìn)的設(shè)計(jì)靈活性和性能。
熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員將會(huì)理解雖然在圖3示出的例如槽底面60a和60b的諸槽底面是平行于基準(zhǔn)平面的，但是它們不需要平行。此外，例如升起面(riser)54a的諸升起面不需要相對(duì)于基準(zhǔn)平面對(duì)稱傾斜。同樣，例如小平面56a的諸小平面不需要相對(duì)基準(zhǔn)平面對(duì)稱傾斜。
熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員也將會(huì)理解在光引出層32的諸凸起可以具有不同于圖3所示的形狀和方位，只要發(fā)生從光導(dǎo)管22適當(dāng)引出光線進(jìn)入反射的LCD36即可。較佳地選擇供應(yīng)的光線從光源42進(jìn)入光導(dǎo)管22的角度、在光引出層32上的諸凸起的尺寸、節(jié)距和角度方向，使供應(yīng)的光線均勻地分布在顯示器的整個(gè)觀看表面上。
圖4至6示出了凸平面長(zhǎng)度對(duì)槽底面長(zhǎng)度的比值對(duì)來(lái)自光導(dǎo)管的底面的總的光線輸出的效果。圖4示出了總地以標(biāo)號(hào)″70″標(biāo)注的一被照明的顯示器的一部分的放大側(cè)視圖。被構(gòu)造的光引出層71具有例如被升起面74、凸臺(tái)面76和小平面78所定界的、兩側(cè)有槽底面80a和80b的凸起72的諸凸起。在光引出層71中所有凸平面的總長(zhǎng)度小于在光引出層71中所有槽底面的總長(zhǎng)度，或換句話說(shuō)，總凸平面長(zhǎng)度對(duì)總槽底面長(zhǎng)度的比例小于1∶1。由于相對(duì)較小的光引出層71的總凸平臺(tái)面積，可用的引出窗口相對(duì)較小，以及例如小平面78的諸埋入的小平面的某些可能的反射部分對(duì)于例如光束46a的供應(yīng)的光束會(huì)不能到達(dá)。因此，這些供應(yīng)的光束的一小部分將能夠以一適當(dāng)角度到達(dá)光引出層71中的諸小平面，從而能夠從光導(dǎo)管22引出供應(yīng)的光束通過(guò)射出面82，以及來(lái)自光導(dǎo)管22的總光線輸出可能較希望的少。
圖5示出了總地以標(biāo)號(hào)″90″標(biāo)注的一被照明的顯示器的一部分的一放大側(cè)視圖。被構(gòu)造的光引出層91具有例如被升起面94、凸臺(tái)面96和小平面98定界的、兩側(cè)有槽底面100a和100b的凸起92的諸凸起。在光引出層91中所有凸平面的總長(zhǎng)度大于光引出層91中所有槽底面的總長(zhǎng)度，或換句話說(shuō)，總凸平面長(zhǎng)度對(duì)總槽底面長(zhǎng)度的比例大于1∶1。由于光引出層91的相對(duì)較大的凸平面，平面的面積的大部分或全部可用于反射，將能使例如光束46b的供應(yīng)的光束從光引出層91中的諸小平面反射和從光導(dǎo)管22引出通過(guò)光射出面99。在圖5的被照明的顯示器來(lái)自光導(dǎo)管22的底面的總的光輸出將會(huì)大于從圖4的被照明的顯示器的相應(yīng)的總的光輸出。
圖6是示出凸平面長(zhǎng)度對(duì)槽底面長(zhǎng)度的比值和來(lái)自光導(dǎo)管的射出面的光輸出的關(guān)系的曲線圖?？傊?，光輸出(或引出效率)隨著凸平面長(zhǎng)度對(duì)槽底面長(zhǎng)度的比值的增長(zhǎng)而增加，呈一近似對(duì)數(shù)關(guān)系。較佳地，總凸平面長(zhǎng)度對(duì)總槽底面長(zhǎng)度的比例是至少1∶1，更較佳地至少3∶1。一旦全部小平面被暴露和對(duì)供應(yīng)的光束可以到達(dá)，凸平面長(zhǎng)度的重要性減小和圖6所示的曲線成為水平。總之，較佳的是槽底面長(zhǎng)度大于零。例如，如果由一柔性薄膜形成光引出層，那么較佳地是槽底面不應(yīng)短到難以從通常被用來(lái)產(chǎn)生一被構(gòu)造的柔性薄膜的成型工具上將該薄膜剝離的程度。
圖7是本發(fā)明的一被照明的顯示器100的放大的局部側(cè)視圖，它示出了一可能的光泄漏源。例如光束46c的某些光束通過(guò)從被構(gòu)造的光引出層104的下面102的內(nèi)全反射將朝向例如小平面103的一被埋入的小平面而向上反射。以對(duì)小平面的足夠小的入射角光線將通過(guò)小平面反射，通過(guò)粘結(jié)劑層105和光導(dǎo)管108，以及以大入射角射出光導(dǎo)管108的上表面106，離開(kāi)一通常的使用者的觀看軸線。這光線將被失去和不會(huì)有助于提高對(duì)觀眾接受的圖像亮度。
圖8是本發(fā)明的一被照明的顯示器110的放大的局部側(cè)視圖，示出了一可能的重影反射源。例如光束46d的某些光束將從例如被埋入的小平面111的一小平面向下反射，從被構(gòu)造的光引出層114的射出面112向上反射，通過(guò)粘結(jié)劑115和光導(dǎo)管118，射出光導(dǎo)管118的上面116。這些光束將比圖7中的光束46c的情況中的入射角更小的入射角射出光導(dǎo)管118，并能夠看到為該光源的一重影圖像。
圖9是本發(fā)明的一被照明的顯示器120的放大的局部側(cè)視圖，它具有能減少如圖7所示的光泄漏的一被構(gòu)造的光引出層124和能夠減少如圖8所示類型的重影反射的一防反射涂層。例如從光引出層124的下面122向上反射的光束46e的光線通過(guò)埋入的小平面126和升起面128被折射，然后通過(guò)附近的小平面130和升起面132折射再回到光引出層124內(nèi)。由于面122上的防反射復(fù)層125的存在，例如從例如埋入的小平面126的一小平面反射的光束46f的光線撞擊光引出層124的下面，并通過(guò)面122。
與施加到一被構(gòu)造的表面相比，易于將一均勻的防反射涂層涂復(fù)到一平表面。與在使用折射鏡通過(guò)在最下面上的一被構(gòu)造的表面引出光線的前光導(dǎo)管的最下面上使用一復(fù)蓋層相比，較容易地在本發(fā)明的顯示器中使用的光引出層的最下面(換句話說(shuō)，光射出面)上施加這樣的一復(fù)層。
熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將會(huì)理解能夠?qū)ι涑雒?3施加附加的防反射復(fù)層或其光控制層或結(jié)構(gòu)特征，只要仔細(xì)地保護(hù)射出層33的基本平的形狀和防止在被觀看的圖像中引入不需要的形變即可。
熟悉本領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員也將會(huì)理解能夠使用一個(gè)以上的光源對(duì)本發(fā)明的顯示器供應(yīng)光線。例如，再次參閱圖2，沿著光輸入面24能夠放置多個(gè)光源。雖然在圖中沒(méi)有示出，也能夠沿著端部25放置多個(gè)光源。如果沿著輸入面24和端部25供應(yīng)光線，那么在被構(gòu)造的光引出層32中的諸凸起(例如，像圖3中所示的凸起52和53的諸凸起)較佳地應(yīng)該相對(duì)于從輸入面24和端部25供應(yīng)的光線成對(duì)稱地定向。如果僅沿著輸入面24供應(yīng)光線，那么，最好是端部25裝有一鏡面或其它適當(dāng)?shù)姆瓷潴w，以將到達(dá)端部25的光線返回入光導(dǎo)管22。
圖10是具有一光導(dǎo)管142和能夠減少光損失的一被構(gòu)造的引出層144的一被照明的顯示器140的放大局部側(cè)視圖。光導(dǎo)管142裝有一鏡面的或擴(kuò)散的反射體146，它將例如光束46h的光線返回進(jìn)入光導(dǎo)管142。通過(guò)傾斜或偏置光源(圖10中未示出)能夠進(jìn)一步減少到達(dá)反射體146的光線數(shù)量，從而它的大多數(shù)光輸出所沿行的軸線不平行于光導(dǎo)管142的上面。例如光束46g的光束從例如埋入的小平面148的諸小平面被向下反射和從層144被引出。例如光束46h的光束從反射體146被反射回來(lái)進(jìn)入層144和通過(guò)從例如埋入的小平面150的諸小平面反射而被向下反射?？梢匝刂鈱?dǎo)管142的長(zhǎng)度重復(fù)這些相對(duì)傾斜的諸小平面。
圖11是本發(fā)明的一被照明的顯示器160的分解側(cè)視圖，示出了能組裝在一起的各層?？蛇x用的保護(hù)膜161形成在光導(dǎo)管162的上面164上。可選用的透明粘結(jié)劑層165和166涂復(fù)在載體薄膜168的相對(duì)兩側(cè)上和在旁側(cè)面上。用一適當(dāng)?shù)谋粯?gòu)制輪廓的工具從基底薄膜172和一光可固化的樹(shù)脂形成被構(gòu)造的光引出層170，然后被固化以在基底薄膜172的頂上形成光固化的被構(gòu)造的表面174。如果需要，在基底薄膜172的下面可以施加一可選用的防反射涂層(圖11中未示出)。當(dāng)使用一連續(xù)的方法在基底薄膜172上形成被構(gòu)造的表面174時(shí)這將特別方便，這是因?yàn)槟軌蚴褂靡贿B續(xù)的方法同樣地在基底薄膜172的相反側(cè)上施加該防反射涂層。
例如凸臺(tái)180a和180b的被構(gòu)造的光引出層170的諸凸臺(tái)部分層疊于粘結(jié)劑層166，要小心不要損壞層170的被構(gòu)造的表面174和不要用粘結(jié)劑充填在層170中的諸凸起之間的空氣間距。然后粘結(jié)劑層165可以層疊于光導(dǎo)管162的光輸出面163。可以方便地銷售所產(chǎn)生的組件或與附加的顯示器部分組合起來(lái)銷售。例如，該組件可以放置在一適合的反射光閥的頂上和裝有供應(yīng)的光線的光源和適合的控制電子設(shè)備。作為進(jìn)一步的一例子，可選用的透明的粘結(jié)劑層165和166可以涂復(fù)在載體薄膜的兩相對(duì)側(cè)，粘結(jié)劑層166可以層疊于被構(gòu)造的光引出層170的凸臺(tái)部分，以及，可以銷售在一光導(dǎo)管的光輸出面上有上述疊層的所制成的組件。
如果需要，可以通過(guò)用一粘結(jié)劑層178將偏振鏡176層疊于反射的LCD182的上表面制成一更完整的組件。反射的LCD182包括光調(diào)制單元184和反射層186。熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員可容易想像出其它更加完全或不大完整的組件。
圖12是本發(fā)明的另一被照明的顯示器190的分解側(cè)視圖，示出了能組裝的和固定于光導(dǎo)管192的光輸出面193的各層。在光導(dǎo)管192的上面194上形成保護(hù)膜191。將光學(xué)透明的粘結(jié)層195施加于光導(dǎo)管192的光輸出面193。用一適當(dāng)?shù)谋粯?gòu)制輪廓的工具由基底薄膜198和一光固化的樹(shù)脂形成被構(gòu)造的光引出層196，然后固化形成在基底薄膜198頂上的光固化的被構(gòu)造的表面200。將被構(gòu)造的層196層疊于粘結(jié)劑層202和偏振鏡204，小心不要損壞層196的被構(gòu)造的表面200和不要用粘結(jié)劑充填在層196中的諸凸起之間的空氣間隔。如果需要，在基礎(chǔ)薄膜198的下面上可以涂復(fù)一可選用的防反射涂層(在圖12中未示出)。與圖11的組件比較，圖12的組件具有較少的層數(shù)和在光路徑中較少的光學(xué)界面(optical interface)，但是在加工中和層疊期間要求稍許更加仔細(xì)地進(jìn)行。
光導(dǎo)管可以具有任何所需的總尺寸和厚度，但較佳地盡可能地薄，例如5毫米或更薄。當(dāng)從所打算的顯示觀看位置觀看時(shí)，光導(dǎo)管可以是方的、矩形的、橢圓形的或任何其它所需形狀。通常光導(dǎo)管的尺寸和形狀由所需的顯示裝置的尺寸和形狀決定。光導(dǎo)管的厚度較佳地是從約0.1至約5毫米，更較佳地約1至約2毫米。
光導(dǎo)管可以由各種光學(xué)上適合的材料制造，這些材料包括玻璃；聚碳酸酯；例如聚甲基丙烯酸甲酯的聚丙烯酸酯；以及，聚苯乙烯。用玻璃和例如聚碳酸酯的高折射率的塑料是較佳的。光導(dǎo)管的光輸入面和觀看面都可以是大致平面的或可以有一凸起或凹入的曲率。當(dāng)光源是一點(diǎn)或線光源時(shí)，光輸入面可以設(shè)置有一凸出曲率、小透鏡、棱鏡、一變粗糙的表面或其它結(jié)構(gòu)特征，以便使入射光更均勻。觀看面較佳地具有一光學(xué)上光滑的光潔度，以便使傳輸損失、不需要的擴(kuò)散和形變減至最小。
光引出層可以由各種光學(xué)上適合的材料制成，這些材料包括聚碳酸酯；例如聚甲基丙烯酸甲酯的聚丙烯酸酯；以及，聚苯乙烯。用例如聚碳酸酯的高折射率的塑料是較佳的。光引出層較佳地是一柔性的被構(gòu)造的薄膜，該薄膜是通過(guò)模制、壓紋、固化或其它形成一對(duì)著一車床旋轉(zhuǎn)工具(lathe-turned tool)的可模制的樹(shù)脂表面或其它成形表面，由金屬或其它承受著一所需被構(gòu)造的表面的復(fù)制陰模的耐用材料所制成。用于產(chǎn)生這些成形表面和用于模制、壓紋或固化引出薄膜的方法對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的。
如果需要，可以利用適當(dāng)?shù)墓饩€跟蹤模制軟件而不需要實(shí)際的層加工就能評(píng)價(jià)個(gè)別的光引出層設(shè)計(jì)，這些軟件例如是出自Breault Research Organization有限公司的“ASAP”，出自光學(xué)研究協(xié)會(huì)的“Light Tools”，出自Wolfram Research有限公司的“Optica”和出自Focus軟件有限公司的“ZEMAX”。
存在于光引出層中(以及是埋入在組裝的光導(dǎo)管和引出層中)的諸小平面最好是是充分小的，以便對(duì)一普通觀眾是不引人注目的。較佳地選擇光引出層的諸小平面和其它光線控制特征的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸使引出效率最大和以所需的觀看角提供均勻分布的光輸出。
諸凸起較佳地橫越光引出層的全部寬度延伸。雖然不太佳，但是諸凸起可為比整個(gè)寬度部分較短的形式，諸凸起在諸行和諸列中相互對(duì)齊或行與行彼此錯(cuò)開(kāi)。諸行突起能被安排得平行于光輸入面或多個(gè)面，或者相對(duì)光輸入面或多個(gè)面成一角度。更較佳地，諸凸起延伸橫越光引出層的整個(gè)寬度和總地平行于光輸入面或多個(gè)面。
在附圖所示的本發(fā)明的各實(shí)施例中，在被構(gòu)造的光引出層中多個(gè)個(gè)別的凸起被示為從凸起到凸起具有相同傾斜方向、形狀和尺寸。諸凸起不需要全部相同和不需要全部具有相同的傾斜方向、形狀或尺寸。為了易于制造，通常較佳的是形成一具有諸凸起的光引出層，其中諸凸起的升起面、凸平面和小平面段從凸起到凸起具有相同的傾斜角度和段長(zhǎng)度。如果需要，這些凸起之間的諸槽底面段也能夠在傾斜方向和段長(zhǎng)度方面相互是類似的。但是較佳地在光導(dǎo)管的光輸入面或多個(gè)面附近以一相對(duì)較大的節(jié)距(重復(fù)間距)分開(kāi)諸凸起，以及進(jìn)一步離開(kāi)光輸面或多個(gè)面以一相對(duì)較小的節(jié)距分開(kāi)諸凸起。對(duì)于僅僅從一端被照明的一光導(dǎo)管來(lái)說(shuō)，通過(guò)沿著引出層的長(zhǎng)度從光輸入面到在光導(dǎo)管的另一端處的該面逐漸減少槽底面段的長(zhǎng)度能夠方便地實(shí)現(xiàn)間距中的這變化。較佳的節(jié)距是從在光輸入面或多個(gè)面處每毫米約0.06個(gè)至約12個(gè)凸起到遠(yuǎn)離光輸入面或多個(gè)面的最大約250個(gè)至約1個(gè)凸起。
本領(lǐng)域內(nèi)熟練的人員將會(huì)理解能夠以多種方法減少或防止Moir′e或其它干涉圖形。例如，諸行凸起的尺寸、角度方位或間距可以相對(duì)在反射光閥中的諸像素或其它重復(fù)單元的尺寸、角度方位或間距進(jìn)行調(diào)節(jié)(例如通過(guò)相對(duì)諸行像素的方向?qū)⒅T行凸起的方向傾斜幾度)，從而在顯示器的觀看面處將干涉圖形減至最少或消失。
各光引出層升起面部分最好是平面的，不過(guò)如果需要可以利用其它凸起或凹入形狀。較佳地光引出層的諸小平面和其它被構(gòu)造的表面部分是光學(xué)上光滑的，以便避免由于光導(dǎo)管中光線的反向擴(kuò)展可以引起的不希望有的視覺(jué)贗象(visualartifact)。
光引出層較佳地具有約20微米至約500微米的厚度，更較佳地約75至約125微米。小平面的高度(或換句話說(shuō)，槽底面深度)約5至約50微米是較佳的，更較佳地約7至20微米。只要諸小平面具有充夠的高度，所選擇的引出層厚度對(duì)引出效果的影響較小。
隨著小平面高度的增加、隨著光導(dǎo)管厚度的減小或凸起節(jié)距的縮小，引出效率則趨于增加，即，引出效果趨向正比于(小平面高度)/[(光導(dǎo)管厚度)×(節(jié)距)]。稍許進(jìn)行變化，引出效果趨向正比于諸小平面的總橫截面面積被光導(dǎo)管輸入面的總橫截面面積除。
在本發(fā)明的顯示器中用來(lái)組裝各層的諸粘結(jié)劑層可以是壓敏粘結(jié)劑，利用能源、例如熱、紫外線或電子束固化的粘結(jié)劑或具有可接受的光學(xué)的和機(jī)械的性能的任何其它粘結(jié)劑。熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員對(duì)適合的諸粘結(jié)劑和諸接合技術(shù)是熟悉的。如果需要在組裝之后可以固化粘結(jié)劑層的一層或多層，例如通過(guò)對(duì)要接合在一起的一層或兩層涂復(fù)粘結(jié)劑，將這些表面配合在一起形成一層疊的組件，以及通過(guò)該疊層組件的一側(cè)或兩側(cè)將粘結(jié)劑層或多層暴露于合適的固化能(例如紫外線或電子束)以實(shí)施固化。
應(yīng)該仔細(xì)地涂復(fù)在光導(dǎo)管和光引出層之間的粘結(jié)劑。例如能夠?qū)⑦@一粘結(jié)劑涂復(fù)到光導(dǎo)管的整個(gè)光輸出面和所層疊的光引出層上。如果需要，可以將粘結(jié)劑僅涂復(fù)在光引出層的凸平面部分的頂面以及層疊于光導(dǎo)管的光輸出面的所形成的局部涂復(fù)表面，即如美國(guó)專利5,545,280中所述。在任一情況中，應(yīng)該適當(dāng)?shù)淖屑?xì)進(jìn)行，不要損壞光引出層的被構(gòu)造的表面，以及不要用粘結(jié)劑充填在諸凸起之間的凹入?yún)^(qū)。
如果需要，在層疊之前用具有比制造光引出層的材料的折射率低的折射率的一合適的可流動(dòng)的(和較佳地可硬化的)材料充填于諸凸起之間的凹入?yún)^(qū)。這能夠簡(jiǎn)化光引出層對(duì)光導(dǎo)管的層疊，以及有助于阻止粘結(jié)劑充填凹入?yún)^(qū)。但是，如果該可流動(dòng)的材料具有在空氣的折射率與制造光引出層的材料的折射率之間的一折射率，那么使用這一可流動(dòng)的材料可能有害地影響諸小平面的特性，并與利用空氣填充凹入?yún)^(qū)相比較可能降低總的引出效率。
本發(fā)明的被照明的顯示器在用小電池供電的發(fā)光二極管(LEDs)照明的一超小型或小型裝置中特別有用。適合的裝置包括移動(dòng)電話、電話呼叫機(jī)、個(gè)人數(shù)字輔助設(shè)備、鐘、表、計(jì)算機(jī)、和攝像機(jī)、膝上式計(jì)算機(jī)、車輛顯示器等。能夠使用各種彩色或單色裝置制造這些裝置中的反光閥。例如，反光閥可以是使用在COMPAQiPAQTM小型個(gè)人計(jì)算機(jī)中的一反射彩色LCD。反射光閥還可以是能夠使全內(nèi)反射受控失效的一裝置，例如在美國(guó)專利6,064,784和PCT公開(kāi)的申請(qǐng)WO00/75720中所述的裝置；一固定的圖像裝置，例如一廣告畫(huà)或標(biāo)牌(例如一印刷的菜單)；或一可變外形的基底，例如“Gyricon”電子顯示材料(由Gyricon Media有限公司開(kāi)發(fā))。本發(fā)明的被照明的顯示器可以用一個(gè)以上的光源，例如三個(gè)或多個(gè)LED進(jìn)行照明。可以使用一陣列的彩色光源(即紅、綠和蘭LED各一個(gè)或多個(gè))，用一連續(xù)的或選通的選址電路(strobed addressing scheme)對(duì)該陣列中的諸光源進(jìn)行電子地激勵(lì)。除了LEDs之外，用于本發(fā)明的顯示器的其它適合的照明源包括熒光或白熾燈、電熒光燈等。用于本發(fā)明的被照明的顯示器的一特別較佳的光源使用在2001年4月6日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?9/844,745的共同待批申請(qǐng)中所敘述的直線型照明源。
在不脫離本發(fā)明的范圍和原理的本發(fā)明的各種修改和變化對(duì)本領(lǐng)域的那些熟練人員是顯而易見(jiàn)的。理解本發(fā)明不局限于以上所述的諸實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種被照明的顯示器，該顯示器包括a)至少一光源；b)一前光導(dǎo)管，它具有至少一光輸入面、一觀看面和一光輸出面，來(lái)自光源的光線能夠通過(guò)光輸入面供應(yīng)到該光導(dǎo)管，光輸出面與觀看面相對(duì)，光輸出面上具有一光引出層，該引出層具有一基本平的光射出面和含有多個(gè)從光導(dǎo)管引出供應(yīng)的光線通過(guò)光射出面的埋入的反射的小平面；以及c)一反射光閥，它接受從光導(dǎo)管引出的光線和將至少其中某些光線返回通過(guò)觀看面。
2.按照權(quán)利要求1的顯示器，其特征在于，光導(dǎo)管具有與光輸入面相對(duì)的一反射面，某些小平面是傾斜的，以致從反射面反射的供應(yīng)的光線通過(guò)這些傾斜的小平面從光導(dǎo)管引出。
3.按照權(quán)利要求1的顯示器，其特征在于，光導(dǎo)管包括一傾斜的塑料片，引出層包括一面對(duì)光導(dǎo)管的被構(gòu)造的表面和一背離光導(dǎo)管的光滑面。
4.按照權(quán)利要求1的顯示器，其特征在于，光導(dǎo)管包括一平面的玻璃或塑料片，引出層包括一面向光導(dǎo)管的被構(gòu)造的表面和一背離光導(dǎo)管的光滑面。
5.按照權(quán)利要求1的顯示器，其特征在于，引出層包括一具有一被構(gòu)造的表面的薄膜，該被構(gòu)造的表面包括面向光導(dǎo)管的多個(gè)凸起，以及其中諸小平面附近的和在諸凸起之間的諸凹入?yún)^(qū)包含一種具有一與制造該薄膜的材料的折射率相比為更低的折射率的介質(zhì)。
6.按照權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于，諸凸起具有一大致的梯形。
7.按照權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于，諸凸起包括諸小平面和還包括諸升起面和諸凸平面，以及其中來(lái)自光輸出面的供應(yīng)的光線通過(guò)凸平面，然后從一小平面反射、通過(guò)光射出面。
8.按照權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于，諸槽底面將諸凸起分開(kāi)和其中諸凹入?yún)^(qū)含有空氣。
9.按照權(quán)利要求8的顯示器，其特征在于，總的凸平面長(zhǎng)度對(duì)總的槽底面長(zhǎng)度的比例大于1∶1。
10.按照權(quán)利要求9的顯示器，其特征在于，該比例大于3∶1。
11.按照權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于，諸凸起具有尺寸、節(jié)距和角方位，使供應(yīng)的光線橫越觀看表面均勻地分布。
12.按照權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于，從射出面反射的和通過(guò)小平面折射的供應(yīng)的光線通過(guò)一附近的小平面折射和被引入光引出層。
13.按照權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于，在光輸入面附近的諸凸起以一相對(duì)較大的節(jié)距分開(kāi)和進(jìn)一步離開(kāi)光輸入面以一相對(duì)較小的節(jié)距分開(kāi)。
14.按照權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于，諸凸起具有尺寸、節(jié)距和角方位，以致在觀看面上看不到Moir′e圖形。
15.按照權(quán)利要求1的顯示器，其特征在于，基本上全部小平面區(qū)域?qū)λ?yīng)的光線是可到達(dá)的。
16.按照權(quán)利要求1的顯示器，其特征在于，還包括在光射出面上的一防反射復(fù)層。
17.按照權(quán)利要求16的顯示器，其特征在于，還包括一在所述復(fù)層和光閥之間的空氣隙。
18.一種包含按照權(quán)利要求1的一顯示器的移動(dòng)電話、電話呼叫機(jī)、個(gè)人數(shù)字輔助設(shè)備、鐘、表、計(jì)算器、膝上式計(jì)算機(jī)或運(yùn)輸車輛。
全文摘要
一種被照明的前照亮的顯示器(10)包括一前光導(dǎo)管(12)，該光導(dǎo)管具有將光線供應(yīng)到光導(dǎo)管(12)的至少一光輸入面(14)、一觀看面(18)、一與觀看面相對(duì)的光輸出面(16)，光輸出面(16)在其上具有一光引出層(32)，該引出層(32)具有一基本平的光射出面(33)并包含埋入的諸反射小平面(52，53)，該諸小平面將來(lái)自光導(dǎo)管(12)的供應(yīng)的光線引出，通過(guò)光射出面(33)到達(dá)一反射光閥(36)并返回、通過(guò)光導(dǎo)管(12)的觀看面(18)，以到達(dá)一觀眾。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1545603SQ02807842
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2002年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月6日
發(fā)明者K·A·愛(ài)潑斯坦, R·P·文茨, G·T·博伊德, S·J·潘克拉茨, K A 愛(ài)潑斯坦, 博伊德, 文茨, 潘克拉茨 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司