專利名稱：同時(shí)具有反射特性和透射特性的棱鏡板、其制造方法及其在顯示組件中的結(jié)合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透射反射器，更具體地說，涉及這樣一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件使在一定的入射光線角度范圍內(nèi)入射到其一個(gè)表面上的光反射，并使在其它的入射光線角度范圍內(nèi)入射到另一個(gè)表面上的光透射。

背景技術(shù)：
包括用于向觀看者傳達(dá)信息的電子顯示器的基于微處理器的裝置幾乎已經(jīng)無處不在。移動(dòng)電話、手持電腦、個(gè)人數(shù)字助理、電子游戲機(jī)、車載立體聲系統(tǒng)以及指示器、公共顯示器、自動(dòng)柜員機(jī)、商店內(nèi)的公用電話、家用電器、電腦監(jiān)視器以及其他都是包括日常觀看的信息顯示器的裝置的例子。設(shè)置在這些裝置上的許多顯示器是液晶顯示器(“LCD”)。
與陰極射線管(CRT)顯示器不同，LCD不發(fā)光，從而需要單獨(dú)的光源以便觀看形成在這種顯示器上的圖像。環(huán)境光照明對于某些應(yīng)用而言是足夠的，但對于許多LCD，比如大部分大面積高性能LCD，環(huán)境光會引起眩光，從而降低了可讀性。另一方面，某些應(yīng)用需要在環(huán)境光照明不充分或其強(qiáng)度不夠的條件下觀看顯示。因此，為了提高可讀性，某些LCD包括位于顯示器后面的光源，一般稱為“背光裝置”。
既可利用環(huán)境光照明又可利用背光照明來觀看的LCD一般稱為“透射反射式”顯示器。目前可得到的透射反射器的例子包括部分鏡面透射反射器和利用反射偏振器的透射反射器。利用反射偏振器的透射反射器通常具有較高的亮度，但它們的輸出常常具有圖像旋轉(zhuǎn)180度(圖像倒置)的特征。部分鏡面透射反射器沒有顯示出圖像倒置，但它們的輸出亮度較低。通常目前可得到的透射反射器還需要在透射模式中的輸出亮度與反射模式中的輸出亮度之間的折衷。
透射反射式LCD通常包括置于兩個(gè)偏振器之間的液晶材料層。第一偏振器確保光以恰當(dāng)?shù)钠駪B(tài)供應(yīng)給液晶層，液晶材料選擇性地改變光的偏振態(tài)，而第二偏振器分析光。具體而言，第二偏振器使其偏振態(tài)與該偏振器的透射軸對準(zhǔn)的光透射，從而產(chǎn)生亮點(diǎn)。透射到前偏振器的其偏振態(tài)與該前偏振器的透射軸不對準(zhǔn)的光至少部分被所述前偏振器阻擋，從而產(chǎn)生暗點(diǎn)。每一個(gè)這種點(diǎn)一般稱為像素。像素合在一起形成了能夠向觀看者傳達(dá)信息的圖像。
由于通常的LCD的透射率低，因此在設(shè)計(jì)LCD及其背光裝置中電力保存和降低能耗是重要考慮的事項(xiàng)。光的有效使用對于電池供電的電子顯示器比如蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理以及膝上型電腦中所使用的顯示器尤其重要。在這些和類似的應(yīng)用中，通常針對電池尺寸和裝置的總尺寸仔細(xì)地平衡電池壽命。通過提高發(fā)光效率，能夠增加電池壽命和/或縮小電池尺寸。因此，正需要能夠用于LCD中的更有效的光學(xué)元件，從而能夠降低它們的能耗。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有第一表面和第二表面的透射反射器。所述第二表面是包括棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面。所述透射反射器這樣構(gòu)造，使得在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。
本發(fā)明還涉及包括透射式成像裝置、背光裝置以及具有第一表面和第二表面的透射反射器的顯示組件。所述第二表面是包括棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面。所述透射反射器設(shè)置在所述成像裝置和所述背光裝置之間，使得所述第一表面面向所述成像裝置，所述第二表面面向所述背光裝置。所述透射反射器這樣構(gòu)造，使得在反射模式中，在所述第一表面處透射穿過所述成像裝置并以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，折射穿過所述第一表面，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置。在透射模式中，發(fā)自所述背光裝置并以透射入射角入射到所述第二表面的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，折射穿過所述第一表面，然后以大約透射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置。
本發(fā)明還涉及制造透射反射器的方法，該方法包括以下步驟選擇反射入射角；選擇透射入射角；選擇反射出射角；選擇透射出射角；以及構(gòu)造具有第一表面和第二表面的透射反射器，所述第二表面是包括棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面。所述透射反射器主體這樣構(gòu)造，使得在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射通過所述第一表面到達(dá)第一棱鏡形結(jié)構(gòu)，由所述第一棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至第二棱鏡形結(jié)構(gòu)，由所述第二棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。
通過以下詳細(xì)說明以及附圖，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的透射反射器和顯示組件的這些和其他方面對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。
附圖的簡要說明 為使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解如何制造和使用本發(fā)明，將參考附圖詳細(xì)說明其實(shí)施例，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性棱鏡形透射反射器的部分橫截面圖，示出其在反射模式中的操作； 圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性棱鏡形透射反射器的部分橫截面圖，示出其在透射模式中的操作； 圖3是顯示組件的示意性橫截面圖，其包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性透射反射器； 圖4是針對多個(gè)小面角f0(27度、30度、33度、35度、38度、40度和42度)中的每一個(gè)示出反射出射角αe與小面角f1的關(guān)系圖，其中，入射反射角αi設(shè)為大約30度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.6； 圖5A示出滿足TIR條件的小面角對，其中，反射入射角為大約30度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.4； 圖5B示出滿足TIR條件的小面角對，其中，反射入射角為大約30度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.5； 圖5C示出滿足TIR條件的小面角對，其中，反射入射角為大約30度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.6； 圖5D示出滿足TIR條件的小面角對，其中，反射入射角為大約30度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.7； 圖6A示出這樣一些小面角對，對于這些小面角對，被第一棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的光線與第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的第二小面相交，其中，透射入射角為大約30度，透射反射器主體的折射率n為大約1.5； 圖6B示出這樣一些小面角對，對于這些小面角對，被第一棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的光線與第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的第二小面相交，其中，透射入射角為大約30度，透射反射器主體的折射率n為大約1.6； 圖7是針對多個(gè)小面角f0(27度、30度、33度、35度、38度、40度和42度)中的每一個(gè)示出反射出射角βe與小面角f1的關(guān)系圖，其中，入射反射角βi設(shè)為大約-100度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.6； 圖8示意性地示出從(+)入射方向和從(-)入射方向被引導(dǎo)至示例性透射反射器的結(jié)構(gòu)化表面上的光； 圖9示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.6，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-100度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖10示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.6，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-110度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖11示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.6，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-120度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖12示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.55，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-100度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖13示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.55，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-110度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖14示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.55，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-120度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖15示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.5，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-100度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖16示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.5，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-110度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖17示出對應(yīng)于反射模式和透射模式的小面角對的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.5，反射入射角αi設(shè)為大約30度，透射入射角βi設(shè)為大約+或-120度，其中，出射角βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度； 圖18示出當(dāng)βi設(shè)為大約-100度，αi設(shè)為大約30度，βe大約等于αe并對應(yīng)于0度、-10度和-20度時(shí)小面角與透射反射器主體折射率n的關(guān)系圖； 圖19示出當(dāng)βi設(shè)為大約-110度，αi設(shè)為大約30度，βe大約等于αe并對應(yīng)于0度、-10度和-20度時(shí)小面角與透射反射器主體折射率n的關(guān)系圖； 圖20示出當(dāng)βi設(shè)為大約-120度，αi設(shè)為大約30度，βe大約等于αe并對應(yīng)于0度、-10度和-20度時(shí)小面角與透射反射器主體折射率n的關(guān)系圖。
發(fā)明詳述 現(xiàn)在參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示類似的元件，圖1和圖2示出根據(jù)本發(fā)明代表性實(shí)施例構(gòu)造的透射反射器100的部分橫截面圖。透射反射器100包括主體120，該主體具有優(yōu)選為基本平的表面101和結(jié)構(gòu)化表面102。在本說明書范圍內(nèi)，術(shù)語“透射反射器”用來指以特定的反射出射角且以最大強(qiáng)度反射入射在其表面(例如圖1所示的表面101)上的光的光學(xué)元件，并且同時(shí)該光學(xué)元件以特定的透射出射角且以最大強(qiáng)度透射入射在另一表面(例如圖2所示的結(jié)構(gòu)化表面102)上的光線。
在某些實(shí)施例中，表面101可以是結(jié)構(gòu)化的或紋理化的。例如，表面101可以是不光滑的表面。結(jié)構(gòu)化表面102包括導(dǎo)光突起，比如棱鏡形結(jié)構(gòu)110。優(yōu)選地，棱鏡形結(jié)構(gòu)110包括類似形狀的棱鏡，在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述棱鏡具有關(guān)于水平軸線基本上對稱的頂點(diǎn)?？扇芜x的是，結(jié)構(gòu)化表面102可包括附加到棱鏡形結(jié)構(gòu)110的結(jié)構(gòu)。這種附加結(jié)構(gòu)可適合散布于棱鏡形結(jié)構(gòu)110中，并可包括具有其他頂角或高度的棱鏡形結(jié)構(gòu)、槽、分立的凸起或凹陷、導(dǎo)致漫射的結(jié)構(gòu)等等。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的透射反射器的某些代表性實(shí)施例可包括結(jié)構(gòu)化表面，其中相鄰的棱鏡形結(jié)構(gòu)彼此相對傾斜；包括具有不同頂角的棱鏡的棱鏡形結(jié)構(gòu)；具有圓形的或彎曲的小面的棱鏡形結(jié)構(gòu)，或者包括結(jié)構(gòu)變化圖案的棱鏡形結(jié)構(gòu)，比如其幅度和角度沿單個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)變化的棱鏡形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的例子在例如授予給Campbell等人的標(biāo)題為“Optical Film(光學(xué)薄膜)”的美國專利No.6,354,709以及共同轉(zhuǎn)讓的Gardiner等人的標(biāo)題為“Optical Element Having ProgrammedOptical Structures(具有程序光學(xué)結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件)”美國申請No.09/415,471、授予給O’Neill等人的標(biāo)題為“Brightness Enhancement FilmWith Soft Cutoff(逐漸截止的增亮膜)”的美國專利No.5,917,664、授予給Wortman等人的標(biāo)題為“Light Directing Film Having VariableHeight Structured Suirface and Light Directing Article ConstructedTherefrom(具有可變高度的結(jié)構(gòu)化表面的導(dǎo)光膜及用該導(dǎo)光膜構(gòu)造的導(dǎo)光制品)”的美國專利No.5,771,328以及授予給Fong等人的標(biāo)題為“Brightness Enhancement Article(增亮制品)”的美國專利No.6,280,063中有所說明，這些專利中與本文一致的部分以引用的方式并入本文中。
棱鏡形結(jié)構(gòu)110每一個(gè)都具有兩組小面，即第一小面111和第二小面112。小面111和112分別設(shè)置成與以虛線N表示的表面101的法線成f0和f1的角度。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的透射反射器可以由例如鑄造和固化材料(比如鑄造和固化環(huán)氧丙烯酸酯)、用于壓縮模塑的熱塑性塑料(比如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯)或其他任何合適的透射材料制成。棱鏡形結(jié)構(gòu)110的節(jié)距(頂點(diǎn)之間的距離)通常為大約5微米至大約500微米，但其他尺寸也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，這取決于具體的應(yīng)用和其他因素。
在某些實(shí)施例中，可以選擇節(jié)距以減少莫爾效應(yīng)(Moiré effect)，如果透射反射器的節(jié)距十分接近其他顯示元件(比如可從3M公司獲得的VikuitiTM增亮膜(BEF)或像素陣列)的周期性結(jié)構(gòu)的話，則可能會出現(xiàn)莫爾效應(yīng)。典型的透射反射器主體的厚度范圍為大約25微米至大約300微米，但在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以使用其他厚度。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的其他代表性尺寸的透射反射器可包括這樣的棱鏡形結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于大約47微米的節(jié)距，高度為大約41微米且棱鏡小面之間的角度為大約60度。在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，棱鏡形結(jié)構(gòu)110的小面之間的較小角度可小于大約70度。
圖1示出半透射反射器100在反射模式下的操作。通常，這種反射模式通過相鄰的導(dǎo)光突起(例如圖1所示的棱鏡形結(jié)構(gòu)211和210)之間的光學(xué)相互作用來實(shí)施。具體地，在反射模式中，可發(fā)自周圍光源的光線201以與法線N成反射入射角αi的角度入射在表面101上，然后折射入透射反射器100的主體120中。然后折射光線202在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)210的小面111處按照全內(nèi)反射(TIR)的方式反射。結(jié)果，光線202被改向棱鏡形結(jié)構(gòu)210的小面112的方向上，以光線203表示。
進(jìn)一步參考圖1，光線203在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)210的小面112處折射，以光線204表示，其通過空氣傳播直到它到達(dá)第二棱鏡形結(jié)構(gòu)211。然后光線204折射穿過第二棱鏡形結(jié)構(gòu)211的小面111，以光線205表示。光線205在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)211的小面112處按照TIR的方式反射。一旦反射，光線205就改變方向，以光線206表示。光線206穿過透射反射器100的主體120傳播并在表面101處折射，以光線207表示。光線207以與法線N成反射出射角αe的角度從透射反射器100的主體120中射出。
圖2示出棱鏡形透射反射器100在透射模式下的操作。在透射模式中，可發(fā)自背光裝置(比如關(guān)于圖3更詳細(xì)地說明的背光組件)的光線401以相對于法線N成透射入射角βi的角度入射在透射反射器100的結(jié)構(gòu)化表面102上。光線401入射到棱鏡結(jié)構(gòu)211的表面112上并在小面112處折射到透射反射器100的主體120中，以光線402表示。折射光線402通過棱鏡形結(jié)構(gòu)211并在小面111處按照TIR的方式反射，改變光線的方向，如光線403所示。隨后光線403傳播通過透射反射器100的主體120并在表面101處折射，以光線404表示。光線404以相對于法線N成透射出射角βe的角度從透射反射器100的主體120射出。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的代表性透射反射器可以這樣構(gòu)造，使得它滿足特定的反射模式要求，比如在某個(gè)角度具有最大的反射強(qiáng)度，同時(shí)保持理想的透射特性，包括以類似于轉(zhuǎn)向膜(turning film)的方式改變?nèi)肷涔獾姆较?。此外，根?jù)本發(fā)明構(gòu)造的代表性透射反射器可以這樣構(gòu)造，使得透射模式中光的最大輸出強(qiáng)度與反射模式中光的最大輸出強(qiáng)度基本上在相同的方向上。根據(jù)本發(fā)明的原理，這些和相關(guān)的目標(biāo)可通過針對沿著上述反射模式(圖1，光線201-207)和透射模式(圖2，光線401-404)的代表性光路計(jì)算上述每一次折射和每一次反射的光線方向來實(shí)現(xiàn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到代表性透射反射器的界面處(例如表面101和小面111及112處)的折射受Snell定律的支配。具體地，Snell定律會確定圖1所示的光線201與202、203與204、204和205、206和207之間的方向關(guān)系，以及圖2所示的光線401與402、403與404之間的方向關(guān)系。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將容易了解到對于每一個(gè)TIR的情形，例如在小面111和112處的TIR，入射角和反射角相等。根據(jù)這些原理，可以基于以下參數(shù)小面角f0和f1、入射角αi或βi、以及透射反射器主體120的折射率n，找到反射模式和透射模式操作中的出射角(即，圖1和2所示結(jié)構(gòu)中的αe和βe)。
可將這些參數(shù)和它們的關(guān)系輸入電子表格(比如MicrosoftExcel電子表格)或其他合適的應(yīng)用軟件或程序中，并且可以基于初始系統(tǒng)參數(shù)、輸入照明的特征以及輸出照明的理想特征對它們的值進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易了解到在這種優(yōu)化過程中應(yīng)當(dāng)在棱鏡小面處滿足TIR條件，這可以通過比較每一束代表性光線的入射角與代表性透射反射器的特定材料的已知臨界角來確定。此外，光線205應(yīng)當(dāng)與小面112相交。
圖3是顯示組件70的示意性橫截面圖，其包括成像裝置30(比如LCD)、根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的代表性的透射反射器10、和背光裝置50。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣，如果對于特定的應(yīng)用需要補(bǔ)充或替換所示元件的元件，則顯示組件70可包括用以補(bǔ)充或代替所示元件的其他光學(xué)元件。背光裝置50包括光源52(例如，線性光源比如熒光燈管、多個(gè)發(fā)光二極管(“LED”)或其他合適的光源(一個(gè)或多個(gè)))、光導(dǎo)54(例如，介質(zhì)光導(dǎo))、以及背反射器40。光導(dǎo)54具有光輸入側(cè)58，該光輸入側(cè)光學(xué)地連接到光源52并可鄰近光源52設(shè)置。光導(dǎo)54還具有面向成像裝置30的光輸出側(cè)56。成像裝置30可包括第一偏振器34、第二偏振器38以及設(shè)置在第一偏振器34和第二偏振器38之間的液晶材料層36。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣，背光裝置50可包括用以補(bǔ)充或代替所示元件的其他元件。例如，背光裝置50還可包括包圍(一個(gè)或多個(gè))光源的(一個(gè)或多個(gè))反射器。在某些實(shí)施例中，光源可設(shè)置在光導(dǎo)54的兩個(gè)或多個(gè)邊緣處，并且光導(dǎo)可具有多種合適的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的適當(dāng)實(shí)施例中可使用背光裝置的其他結(jié)構(gòu)，比如直接照射(direct-lit)的背光裝置、中空光導(dǎo)背光裝置等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，成像裝置30可包括用以補(bǔ)充或代替所示元件的其他元件。
透射反射器10可設(shè)置在光導(dǎo)54與顯示裝置30之間。在所示的代表性實(shí)施例中，光導(dǎo)54是楔形的，光導(dǎo)的厚度在遠(yuǎn)離光源52的方向上逐漸減小。在這種代表性的顯示組件70中，發(fā)自光源52的至少一部分光將通過光輸入側(cè)58進(jìn)入光導(dǎo)54，通過TIR從它的側(cè)面在光導(dǎo)54內(nèi)傳播，并通過輸出側(cè)56從光導(dǎo)54射出。在楔形的介質(zhì)光導(dǎo)中，由于在光導(dǎo)與空氣的界面處TIR失效而導(dǎo)致光主要從其內(nèi)部分出來?？梢蕴砑宇~外的結(jié)構(gòu)來幫助光從光導(dǎo)54分出來。
由于光線沿楔形結(jié)構(gòu)的厚度遞減的方向傳播，因此在傾斜側(cè)上的每一次反射時(shí)光線角度都減小楔角的一半。一旦光線的角度減小到正好在臨界角以下，那么它們通過輸出側(cè)56以與輸出側(cè)56成掠射角的角度從光導(dǎo)54逃逸出。對于典型的楔形光導(dǎo)，逃逸角的范圍為與輸出側(cè)的法線成大約90度(掠射)到大約50度，這取決于楔角和楔形光導(dǎo)的折射率。具有高折射率的更陡的楔形板會產(chǎn)生更低的逃逸角。模制的粗糙表面或引入光導(dǎo)中的其他結(jié)構(gòu)也可導(dǎo)致光線以較低的角度(比如大約30度)逃逸。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地了解到可使用各種其他結(jié)構(gòu)方式使光從光導(dǎo)54分出來。
參考圖3，顯示組件70中的透射反射器10可以是獨(dú)立式的結(jié)構(gòu)，或者可以例如通過將適當(dāng)成形的表面結(jié)構(gòu)層疊、鑄造、共擠壓、模塑到基底12之中或通過其他合適的連接技術(shù)附著在基底12上。例如，透射反射器10可以利用粘合劑比如光漫射粘合劑(diffuse adhesive)附著在基底12上?；?2可以是或可包括任何透射式光學(xué)元件，比如漫射器(例如體漫射器)、增亮膜比如反射偏振器(例如可以從3M公司獲得的VikuitiTM反射式偏光增亮膜(DBEF)和VikuitiTM漫反射偏振膜(DRPF))、或液晶反射偏振器、吸收偏振器、支撐結(jié)構(gòu)或其他合適的元件。
由于準(zhǔn)直光的照明使得在某個(gè)角度的反射中觀看到的圖像的亮度最佳，因此外部照明光源優(yōu)選為基本上準(zhǔn)直的，其經(jīng)常是采用陽光或典型的辦公照明的情形。不過，非準(zhǔn)直光的照明也在本發(fā)明的范圍以內(nèi)。例如，在需要視角稍微擴(kuò)展以及希望破壞光源的像的情形下，小量的散射常常是有益的。不過，應(yīng)當(dāng)針對亮度損失仔細(xì)地平衡散射的量，由于LCD的低透射率這種亮度損失在LCD中尤其明顯?？梢岳缤ㄟ^給本發(fā)明的代表性透射反射器的結(jié)構(gòu)化表面上的小面增加彎曲度來引入散射。其他可選的方式包括在透射反射器主體自身中或所用的粘合劑中使用體漫射材料將代表性的透射反射器固定到其他結(jié)構(gòu)上。其他技術(shù)包括例如通過在結(jié)構(gòu)化表面上基本上隨機(jī)地或周期性地形成槽、脊或表面粗糙不平的其他圖案，或形成結(jié)構(gòu)變化的圖案使透射反射器的一個(gè)或多個(gè)表面變得粗糙。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的代表性的透射反射器可結(jié)合到多種手持顯示裝置中。在普通的顯示裝置中，相對于與顯示裝置垂直的軸線而言，周圍光照明的入射角通常為大約30度，有時(shí)有大約+10到大約-10度的變化。對于以大約30度入射的照明，鏡面反射的方向?yàn)榇蠹s-30度，這是通常發(fā)生眩光的角度。適于手持裝置的優(yōu)選視角通常為偏離入射方向大約-10度或大約40度且遠(yuǎn)離常見的眩光方向大約20度。其他優(yōu)選的視角也在本發(fā)明的范圍以內(nèi)，例如，用于筆記本或臺式電腦的顯示組件通常以相對于與顯示裝置垂直的軸線成大約0度的角度觀看。
在顯示組件比如圖3所示的顯示組件70中，典型的楔形光導(dǎo)這樣構(gòu)造，使得從出射表面射出的光的峰角相對于出射表面成大約80度或以下，這對應(yīng)于相對于法線N成大約100度的透射入射角。其他常用的透射入射角相對于法線N成大約90度到大約140度，但其他值也在本發(fā)明的范圍以內(nèi)，這取決于具體應(yīng)用和其他因素。在單獨(dú)僅使用不夠亮的環(huán)境光的情況下，通常想要利用本發(fā)明的代表性實(shí)施例，其中對于最大強(qiáng)度的輸出光，透射出射角和反射出射角大約相等。在其他代表性實(shí)施例中，對于最大強(qiáng)度的輸出光，透射出射角和反射出射角可以具有彼此不同的值。
圖4示出針對多個(gè)小面角f0(27度、30度、33度、35度、38度、40度和42度)的每一個(gè)反射出射角αe的計(jì)算值與小面角f1的關(guān)系圖，其中，入射反射角αi設(shè)為大約30度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.6。從圖4的繪圖中，可看到點(diǎn)(f0，f1)的軌跡通過大約-10度的出射角。在反射模式中兩個(gè)附加的告誡強(qiáng)加在橫穿本發(fā)明代表性的透射反射器的光線上。第一個(gè)告誡是參數(shù)組使得光線202，203和光線205，206(透射中的402，403)的TIR條件得到滿足。第二個(gè)告誡是參數(shù)組使得圖1中的光線204與鄰近的棱鏡形結(jié)構(gòu)的小面(例如，棱鏡形結(jié)構(gòu)211的小面111)相交，并且光線205與該棱鏡形結(jié)構(gòu)的另一小面(例如，棱鏡形結(jié)構(gòu)211的小面112)相交。
可以例如通過比較光線角度和透射反射器主體的材料的臨界角來檢查TIR條件。表I示出針對多個(gè)代表性折射率n和反射入射角αi而計(jì)算的小面111的角度f1的代表性邊界值。對于這些折射率和反射入射角，如果小面角f1小于或大約等于表I中的相應(yīng)值，則圖1所示的光線202和203(或透射中的光線402和403，如果光線是從左邊入射的話)在小面111處滿足TIR條件 表I 圖5A-5D示出針對大約30度的反射入射角αi和針對透射反射器主體折射率n的多個(gè)不同值(在圖5A中n設(shè)為大約1.4，在圖5B中n設(shè)為大約1.5，在圖5C中n設(shè)為大約1.6，在圖5D中n設(shè)為大約1.7)計(jì)算的TIR條件。關(guān)于這些折射率和反射入射角，圖1所示的光線205和206在對應(yīng)于由圖5A-5D中的陰影面積代表的小面角對(f0，f1)的小面112處滿足TIR條件。
可用光線跟蹤的計(jì)算機(jī)程序(比如任何合適的可購得的光線跟蹤軟件)來確定是否滿足第二個(gè)告誡。在圖6A和圖6B中，陰影面積表示由光線跟蹤找到的滿足如下條件的小面角對(f0，f1)對于光線205所入射的表面積的大約40％或以上，光線205與小面112相交。圖6A示出對應(yīng)于透射入射角為大約30度而透射反射器主體的折射率n為大約1.5的數(shù)據(jù)，圖6B示出對應(yīng)于透射入射角為大約30度而透射反射器主體的折射率n為大約1.6的數(shù)據(jù)。由陰影面積表示的小面對(f0，f1)還滿足如下條件在主要反射方向上的強(qiáng)度大于入射強(qiáng)度的大約40％。
圖7示出對應(yīng)于多個(gè)小面角f0(27度、30度、33度、35度、38度、40度和42度)的每一個(gè)計(jì)算所得的透射出射角βe與小面角f1的關(guān)系圖，其中，入射反射角βi設(shè)為大約-100度，透射反射器主體的折射率n設(shè)為大約1.6。從圖7中可知，點(diǎn)(f0，f1)的軌跡經(jīng)過大約+10度的透射出射角。這里可以選+10度或-10度，因?yàn)橥干淠Ｊ綄τ趶?+)入射方向或(-)入射方向把光引導(dǎo)到結(jié)構(gòu)化表面上(例如，通過改變光源的位置和/或光導(dǎo)的結(jié)構(gòu))允許一定的靈活性。在圖8中圖解了這種構(gòu)思，其示意性地示出具有小面角f0和f1的棱鏡形結(jié)構(gòu)210和從(+)或(-)方向入射到棱鏡形結(jié)構(gòu)210上的光線401。從(+)方向入射到棱鏡形結(jié)構(gòu)210上的光線401相對于表面101的法線N成正角+γ。光線在小面111處經(jīng)歷TIR后，其相對于法線成正角+θ的角度從透射反射器主體中射出。不過，如果光線401從(-)方向入射到棱鏡形結(jié)構(gòu)上，它會相對于法線N成負(fù)角-γ，在小面111處經(jīng)歷TIR，然后以負(fù)角-θ從透射反射器主體中射出。為了保持與反射光的情形一致，小面的標(biāo)記可以相互交換，如圖8所示。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易意識到，對任何組參數(shù)(比如各種入射角βi和αi、聚合物折射率n以及出射角βe和αe)都容易重復(fù)上述計(jì)算。例如，圖9-11示出既對應(yīng)反射模式又對應(yīng)透射模式的計(jì)算得到的小面角對(f0，f1)的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.6，反射入射角αi設(shè)為大約30度。透射模式的數(shù)據(jù)圖線對應(yīng)于透射入射角βi的正值和負(fù)值來表示，其中對應(yīng)于負(fù)值透射入射角βi的線以“*”標(biāo)記。在圖9中，βi設(shè)為大約+或-100度，在圖10中，βi設(shè)為大約+或-110度，而在圖11中，βi設(shè)為大約+或-120度。圖9-11中的不同曲線代表對應(yīng)于大約0度、-10度和-20度的出射角βe和αe得到的數(shù)據(jù)，如在圖中標(biāo)記的那樣。從圖中顯而易見，對于出射角βe和αe設(shè)為大約相等的值的情況下，透射模式圖線和反射模式圖線具有多個(gè)交叉點(diǎn)。這些交叉點(diǎn)對應(yīng)于反射出射角與透射出射角大約相同的透射反射器參數(shù)，比如折射率和小面角f0和f1。
類似地，圖12-14示出對應(yīng)于反射模式和透射模式計(jì)算得到的小面角對(f0，f1)的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.55，反射入射角αi設(shè)為大約30度。透射模式的數(shù)據(jù)圖線對應(yīng)于透射入射角βi的正值和負(fù)值來表示，其中對應(yīng)于負(fù)值透射入射角βi的線以“*”標(biāo)記。在圖12中，βi設(shè)為大約+或-100度，在圖13中，βi設(shè)為大約+或-110度，在圖14中，βi設(shè)為大約+或-120度。圖12-14中的不同曲線代表對應(yīng)于大約0度、-10度和-20度的出射角βe和αe得到的數(shù)據(jù)，如在圖中標(biāo)記的那樣。從圖中顯而易見，在出射角βe和αe設(shè)為大約相等的值的情況下，透射模式圖線和反射模式圖線具有多個(gè)交叉點(diǎn)。這些交叉點(diǎn)對應(yīng)于反射出射角與透射出射角大約相同的透射反射器參數(shù)，比如折射率和小面角f0和f1。
圖15-17示出對應(yīng)于反射模式和透射模式計(jì)算得到的小面角對(f0，f1)的圖，其中，透射反射器主體的折射率設(shè)為大約1.5，反射入射角αi設(shè)為大約30度。透射模式的數(shù)據(jù)圖對應(yīng)于透射入射角βi的正值和負(fù)值來表示，其中對應(yīng)于負(fù)值透射入射角βi的線以“*”標(biāo)記。在圖15中，βi設(shè)為大約+或-100度，在圖16中，βi設(shè)為大約+或-110度，在圖17中，βi設(shè)為大約+或-120度。圖15-17中的不同曲線代表對應(yīng)于大約0度、-10度和-20度的出射角βe和αe得到的數(shù)據(jù)，如在圖中標(biāo)記的那樣。從圖中顯而易見，在出射角βe和αe設(shè)為大約相等的值的情況下，透射模式圖線和反射模式圖線具有多個(gè)交叉點(diǎn)。這些交叉點(diǎn)對應(yīng)于反射出射角與透射出射角大約相同的透射反射器參數(shù)，比如折射率和小面角f0和f1。
圖18-20示出對應(yīng)于一致的出射角βe和αe在相同的圖中繪制的計(jì)算得到的小面角f0和f1與透射反射器主體的折射率n的關(guān)系圖。透射模式的數(shù)據(jù)圖線對應(yīng)于透射入射角βi的正值和負(fù)值來表示，其中對應(yīng)于負(fù)值透射入射角βi的線以“*”標(biāo)記。在圖18中，αi設(shè)為大約30度，βi設(shè)為大約+或-100度，，βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度，如圖中所標(biāo)記的那樣。對應(yīng)于圖18中所繪制的數(shù)據(jù)點(diǎn)的值列在表II中 表II 在圖19中，αi設(shè)為大約30度，βi設(shè)為大約+或-110度，βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度，如圖中所標(biāo)記的那樣。對應(yīng)于圖19中所繪制的數(shù)據(jù)點(diǎn)的值列在表III中 表III 在圖20中，αi設(shè)為大約30度，βi設(shè)為大約+或-120度，βe和αe設(shè)為大約0度、-10度和-20度，如圖中所標(biāo)記的那樣。對應(yīng)于圖20中所繪制的數(shù)據(jù)點(diǎn)的值列在表IV中 表IV 因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)造的透射反射器具有這樣的反射模式，使得入射到透射反射器的一個(gè)表面上的光線能夠以不同于鏡面反射角的角度反射。此外，本發(fā)明代表性的透射反射器具有一種透射模式，在這種透射模式中它們這樣工作，使以高入射角入射到其結(jié)構(gòu)化表面上的光線改向成較小的透射角。此外，根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的代表性實(shí)施例可構(gòu)造成這樣，使從周圍光源以某個(gè)角度入射的光反射并使該光改向觀看者的特定方向。該特定方向?qū)τ谕干淠Ｊ胶头瓷淠Ｊ娇梢允谴蠹s相同的。本發(fā)明實(shí)施例的小面角的適當(dāng)設(shè)計(jì)會允許人們在保持轉(zhuǎn)向膜的透射性能的同時(shí)在反射模式下使用它們，或者協(xié)同使用這兩種模式。
本發(fā)明提供一種高效率的透射反射器，其使在入射光線角度范圍內(nèi)入射到其頂面上的周圍光線反射，同時(shí)還使在其它的光線角度范圍內(nèi)入射到結(jié)構(gòu)化表面上的光線透射，從而能夠減少顯示裝置中的總能耗。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的典型的透射反射器不產(chǎn)生圖像倒置。此外，本發(fā)明可通過減少對于內(nèi)部部分反射鏡結(jié)構(gòu)的需要而幫助降低透射反射式LCD的成本，所述結(jié)構(gòu)目前經(jīng)常用于透射反射式LCD的反射模式。
盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的透射反射器和顯示組件以及制造這種透射反射器的方法，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到，在不會脫離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種透射反射器，包括
具有第一表面和第二表面的透射反射器主體；所述第二表面是包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面；所述第一小面相對于所述第二小面成的角不超過大約70度；
其中，在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面，并且
在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。
2.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中所述反射出射角與所述透射出射角大約相等。
3.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體的第一表面基本上為平面。
4.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中每一個(gè)所述第一小面相對于所述第一表面的法線成第一角度，每一個(gè)所述第二小面相對于所述第一表面的法線成第二角度，并且所述第一角度和所述第二角度的絕對值均為大約22°至大約42°。
5.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射出射角和所述透射出射角的絕對值均為大約0度至大約20度。
6.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述透射入射角的絕對值為大約100度至大約120度。
7.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射入射角的絕對值為大約20度至大約40度。
8.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中所述第二表面包括具有彎曲小面的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體包括體漫射器。
10.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，還包括設(shè)置在所述第一表面上的漫射材料層。
11.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體的至少一個(gè)表面是粗糙的。
12.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中所述第二表面包括結(jié)構(gòu)變化的圖案。
13.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，其中所述第二平面包括不同平均高度的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求1所述的透射反射器，還包括附著到所述第一表面上的基底。
15.如權(quán)利要求14所述的透射反射器，其中所述基底包括反射偏振器、吸收偏振器和漫射器中的至少一個(gè)。
16.一種透射反射器，包括
具有第一表面和第二表面的透射反射器主體；所述第二表面是包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面，每一個(gè)所述第一小面相對于所述第一表面的法線成第一角度，每一個(gè)所述第二小面相對于所述第一表面的法線成第二角度，并且所述第一角度的絕對值與所述第二角度的絕對值不同；
其中，在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面，并且
在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。
17.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述反射出射角與所述透射出射角大約相等。
18.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體的第一表面基本上為平面。
19.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述第一角度和所述第二角度的絕對值均為大約22°至大約42°。
20.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射出射角和所述透射出射角的絕對值均為大約0度至大約20度。
21.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述透射入射角的絕對值為大約100度至大約120度。
22.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射入射角的絕對值為大約20度至大約40度。
23.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述第二表面包括具有彎曲小面的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
24.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體包括體漫射器。
25.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，還包括設(shè)置在所述第一表面上的漫射材料層。
26.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體的至少一個(gè)表面是粗糙的。
27.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述第二表面包括結(jié)構(gòu)變化的圖案。
28.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，其中所述第二平面包括不同平均高度的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
29.如權(quán)利要求16所述的透射反射器，還包括附著到所述第一表面上的基底。
30.如權(quán)利要求29所述的透射反射器，其中所述基底包括反射偏振器、吸收偏振器和漫射器中的至少一個(gè)。
31.一種透射反射器，包括
具有折射率、第一表面和第二表面的透射反射器主體，所述第二表面是包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面，每一個(gè)所述第一小面相對于所述第一表面的法線成第一角度，每一個(gè)所述第二小面相對于所述第一表面的法線成第二角度；
其中所述透射反射器主體的折射率、第一角度和第二角度針對特征在于透射出射角和反射出射角的透射反射操作這樣構(gòu)造，使得
在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面，并且
在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。
32.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述反射出射角與所述透射出射角大約相等。
33.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體的第一表面基本上為平面。
34.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述第一角度和所述第二角度的的絕對值均為大約22°至大約42°。
35.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射出射角和所述透射出射角的絕對值均為大約0度至大約20度。
36.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述透射入射角的絕對值為大約100度至大約120度。
37.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射入射角的絕對值為大約20度至大約40度。
38.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述第二表面包括具有彎曲小面的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
39.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體包括體漫射器。
40.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，還包括設(shè)置在所述第一表面上的漫射材料層。
41.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述透射反射器主體的至少一個(gè)表面是粗糙的。
42.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述第二表面包括結(jié)構(gòu)變化的圖案。
43.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，其中所述第二平面包括不同平均高度的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
44.如權(quán)利要求31所述的透射反射器，還包括附著到所述第一表面上的基底。
45.如權(quán)利要求44所述的透射反射器，其中所述基底包括反射偏振器、吸收偏振器和漫射器中的至少一個(gè)。
46.一種顯示組件，包括
透射式成像裝置，
背光裝置，和
具有主體的透射反射器，所述主體具有第一表面和第二表面，第二表面是包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面，所述第一小面相對于所述第二小面成的角不超過大約70度，所述透射反射器設(shè)置在所述成像裝置和所述背光裝置之間，使得所述第一表面面向所述成像裝置，所述第二表面面向所述背光裝置；
其中，在反射模式中，在所述第一表面處透射穿過所述成像裝置并以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，折射穿過所述第一表面，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置，并且
在透射模式中，發(fā)自所述背光裝置并以透射入射角入射到所述第二表面的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，折射穿過所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置。
47.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述反射出射角與所述透射出射角大約相等。
48.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體的第一表面基本上為平面。
49.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中每一個(gè)所述第一小面相對于所述第一表面的法線成第一角度，每一個(gè)所述第二小面相對于所述第一表面的法線成第二角度，并且，所述第一角度和所述第二角度的絕對值均為大約22°至大約42°。
50.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射出射角和所述透射出射角的絕對值均為大約0度至大約20度。
51.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述透射入射角的絕對值為大約100度至大約120度。
52.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射入射角的絕對值為大約20度至大約40度。
53.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述透射反射器的第二表面包括具有彎曲小面的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
54.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體包括體漫射器。
55.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，還包括設(shè)置在所述透射反射器主體的第一表面上的漫射材料層。
56.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體的至少一個(gè)表面是粗糙的。
57.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述第二表面包括結(jié)構(gòu)變化的圖案。
58.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述第二平面包括不同平均高度的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
59.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，還包括附著到所述第一表面上的基底。
60.如權(quán)利要求59所述的顯示組件，其中所述基底包括反射偏振器、吸收偏振器和漫射器中的至少一個(gè)。
61.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述透射反射器附著到所述透射式成像裝置上。
62.如權(quán)利要求61所述的顯示組件，其中所述透射式成像裝置包括設(shè)置在兩個(gè)偏振器之間的液晶面板，并且，其中所述透射反射器附著到鄰近的偏振器上。
63.如權(quán)利要求62所述的顯示組件，其中所述透射反射器利用光漫射粘合劑附著到所述鄰近的偏振器上。
64.如權(quán)利要求46所述的顯示組件，其中所述背光裝置包括光源、光學(xué)地連接到所述光源的光導(dǎo)、和背反射器。
65.如權(quán)利要求64所述的顯示組件，其中所述光導(dǎo)一般為楔形，其厚度在遠(yuǎn)離所述光源的方向上逐漸減小。
66.一種顯示組件，包括
透射式成像裝置，
背光裝置，和
具有主體的透射反射器，所述主體具有第一表面和第二表面，所述第二表面是包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面，每一個(gè)所述第一小面相對于所述第一表面的法線成第一角度，每一個(gè)所述第二小面相對于所述第一表面的法線成第二角度，并且所述第一角度的絕對值與所述第二角度的絕對值不同；所述透射反射器設(shè)置在所述成像裝置和所述背光裝置之間，使得所述第一表面面向所述成像裝置，所述第二表面面向所述背光裝置；
其中，在反射模式中，在所述第一表面處透射穿過所述成像裝置并以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，折射穿過所述第一表面，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置，并且
在透射模式中，發(fā)自所述背光裝置并以透射入射角入射到所述第二表面的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，折射穿過所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置。
67.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述反射出射角與所述透射出射角大約相等。
68.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體的第一表面基本上為平面。
69.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述第一角度和所述第二角度的絕對值均為大約22°至大約42°。
70.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射出射角和所述透射出射角的絕對值均為大約0度至大約20度。
71.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述透射入射角的絕對值為大約100度至大約120度。
72.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射入射角的絕對值為大約20度至大約40度。
73.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述透射反射器的第二表面包括具有彎曲小面的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
74.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體包括體漫射器。
75.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，還包括設(shè)置在所述透射反射器主體的第一表面上的漫射材料層。
76.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體的至少一個(gè)表面是粗糙的。
77.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述第二表面包括結(jié)構(gòu)變化的圖案。
78.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述第二平面包括不同平均高度的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
79.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，所述顯示組件還包括附著到所述第一表面上的基底。
80.如權(quán)利要求79所述的顯示組件，其中所述基底包括反射偏振器、吸收偏振器和漫射器中的至少一個(gè)。
81.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述透射反射器附著到所述透射式成像裝置上。
82.如權(quán)利要求81所述的顯示組件，其中所述透射式成像裝置包括設(shè)置在兩個(gè)偏振器之間的液晶面板，并且，其中所述透射反射器附著到鄰近的偏振器上。
83.如權(quán)利要求82所述的顯示組件，其中所述透射反射器利用光漫射粘合劑附著到所述鄰近的偏振器上。
84.如權(quán)利要求66所述的顯示組件，其中所述背光裝置包括光源、光學(xué)地連接到所述光源的光導(dǎo)、和背反射器。
85.如權(quán)利要求84所述的顯示組件，其中所述光導(dǎo)一般為楔形，其厚度在遠(yuǎn)離所述光源的方向上逐漸減小。
86.一種顯示組件，包括
透射式成像裝置，
背光裝置，和
具有主體的透射反射器，所述主體具有折射率、第一表面和第二表面，所述第二表面是包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面，每一個(gè)所述第一小面相對于所述第一表面的法線成第一角度，每一個(gè)所述第二小面相對于所述第一表面的法線成第二角度，所述透射反射器設(shè)置在所述成像裝置和所述背光裝置之間，使得所述第一表面面向所述成像裝置，所述第二表面面向所述背光裝置；
其中所述透射反射器主體的折射率、第一角度和第二角度針對特征在于透射出射角和反射出射角的透射反射操作這樣配置，使得
在反射模式中，在所述第一表面處透射穿過所述成像裝置并以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，折射穿過所述第一表面，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置，并且
在透射模式中，發(fā)自所述背光裝置并以透射入射角入射到所述第二表面的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，折射穿過所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度透射穿過所述成像裝置。
87.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述反射出射角與所述透射出射角大約相等。
88.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體的第一表面基本上為平面。
89.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述第一角度和所述第二角度的絕對值均為大約22°至大約42°。
90.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射出射角和所述透射出射角的絕對值均為大約0度至大約20度。
91.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述透射入射角的絕對值為大約100度至大約120度。
92.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中相對于與所述第一表面垂直的軸線而言，所述反射入射角的絕對值為大約20度至大約40度。
93.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述透射反射器的第二表面包括具有彎曲小面的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
94.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體包括體漫射器。
95.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，還包括設(shè)置在所述透射反射器主體的第一表面上的漫射材料層。
96.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述透射反射器主體的至少一個(gè)表面是粗糙的。
97.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述第二表面包括結(jié)構(gòu)變化的圖案。
98.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述第二平面包括不同平均高度的棱鏡形結(jié)構(gòu)。
99.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，還包括附著到所述第一表面上的基底。
100.如權(quán)利要求99所述的顯示組件，其中所述基底包括反射偏振器、吸收偏振器和漫射器中的至少一個(gè)。
101.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述透射反射器附著到所述透射式成像裝置上。
102.如權(quán)利要求101所述的顯示組件，其中所述透射式成像裝置包括設(shè)置在兩個(gè)偏振器之間的液晶面板，并且，其中所述透射反射器附著到鄰近的偏振器上。
103.如權(quán)利要求102所述的顯示組件，其中所述透射反射器利用光漫射粘合劑附著到所述鄰近的偏振器上。
104.如權(quán)利要求86所述的顯示組件，其中所述背光裝置包括光源、光學(xué)地連接到所述光源的光導(dǎo)、和背反射器。
105.如權(quán)利要求104所述的顯示組件，其中所述光導(dǎo)一般為楔形，其厚度在遠(yuǎn)離所述光源的方向上逐漸減小。
106.一種制造透射反射器的方法，包括以下步驟
選擇反射入射角；
選擇透射入射角；
選擇反射出射角；
選擇透射出射角；以及
構(gòu)造具有第一表面和第二表面的透射反射器，所述第二表面是包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，使得
在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射通過所述第一表面到達(dá)第一棱鏡形結(jié)構(gòu)，由所述第一棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至第二棱鏡形結(jié)構(gòu)，由所述第二棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面；并且
在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。
107.如權(quán)利要求106所述的方法，其中所述透射出射角選擇成與所述反射出射角大約相等。
108.如權(quán)利要求106所述的方法，其中所述第一表面選擇成基本上為平面。
109.一種制造透射反射器的方法，包括以下步驟
選擇反射入射角；
選擇透射入射角；
選擇反射出射角；
選擇透射出射角；以及
構(gòu)造具有折射率、基本平的表面和包括多個(gè)棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面的透射反射器，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面，每一個(gè)所述第一小面相對于所述基本平的表面的法線成第一角度，每一個(gè)所述第二小面相對于所述基本平的表面的法線成第二角度，使得
在反射模式中，以反射入射角入射到所述基本平的表面上的光折射通過所述基本平的表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述基本平的表面；并且
在透射模式中，以透射入射角入射到所述結(jié)構(gòu)化表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述基本平的表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述基本平的表面。
110.如權(quán)利要求109所述的方法，其中所述透射出射角選擇成與所述反射出射角大約相等。
全文摘要
本發(fā)明披露了包括主體的透射反射器，所述主體具有第一表面和第二表面，所述第二表面是包括棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面。所述透射反射器主體這樣構(gòu)造，使得在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。所述透射反射器主體還這樣構(gòu)造，使得在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。本發(fā)明還披露了包括主體的透射反射器，所述主體具有第一表面和第二表面，所述第二表面是包括棱鏡形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，所述棱鏡形結(jié)構(gòu)具有第一小面和第二小面。所述透射反射器主體這樣構(gòu)造，使得在反射模式中，以反射入射角入射到所述第一表面上的光折射穿過所述第一表面，在第一棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第一小面處反射，在第二棱鏡形結(jié)構(gòu)的所述第二小面處反射，然后以大約反射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。所述透射反射器主體還這樣構(gòu)造，使得在透射模式中，以透射入射角入射到所述第二表面上的光由棱鏡形結(jié)構(gòu)引導(dǎo)至所述第一表面，然后以大約透射出射角且以最大強(qiáng)度折射穿過所述第一表面。本發(fā)明還披露了制造透射反射器的方法、以及結(jié)合了這種透射反射器的顯示裝置。
文檔編號G02B6/00GK1947040SQ20058001258
公開日2007年4月11日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者肯尼斯·A·愛潑斯坦, 基思·M·科奇克, 帕特里克·H·馬魯申 申請人:3M創(chuàng)新有限公司