專利名稱：色彩混合照明單元以及使用該單元的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)照明設(shè)備和顯示器，更具體地涉及由背光源照 明的標(biāo)志和顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)是用于諸如膝上型計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算器、 電子表、電視機(jī)等裝置中的光學(xué)顯示器。 一些LCD,例如膝上型計(jì) 算機(jī)、移動(dòng)電話以及某些LCD監(jiān)視器和LCD電視機(jī)(LCD-TV)中 的LCD,是利用背光源從后面進(jìn)行照明的，其中，該背光源具有位 于顯示面板側(cè)面的多個(gè)光源。利用位于顯示器背面的光導(dǎo)將光從光源 導(dǎo)出。光導(dǎo)通常構(gòu)造成從光導(dǎo)引出光并將光導(dǎo)向顯示面板。這種布置方案通常稱為邊緣照明式顯示器，并且常常在顯示器不太大和/或顯 示圖像不必很亮的應(yīng)用領(lǐng)域中使用。例如，大多數(shù)計(jì)算機(jī)監(jiān)視器是近 距離觀看的，因此不必像通常從較遠(yuǎn)距離觀看的相等尺寸的電視顯示 器那樣亮。在較大或較亮的顯示器中，背光源趨于使用位于顯示面板正后 方的光源。這樣做的一個(gè)原因是，為獲得一定水平的顯示器亮度所需 的光功率需求量按照顯示器尺寸的平方增加。因?yàn)檠仫@示器的側(cè)面設(shè) 置光源的可用空間僅隨著顯示器尺寸線性地增加，所以形成了如下觀 點(diǎn)為獲得所需的亮度水平，必須將光源置于面板后面而非設(shè)置在側(cè) 面。背光源的一個(gè)重要方面是，照明顯示面板的光應(yīng)當(dāng)是亮度均勻 的光。尤其是在所用光源為例如發(fā)光二極管(LED)等點(diǎn)光源時(shí)，照 明均勻性成為問題。在這種情況下，要求背光源使光在整個(gè)顯示面板 上擴(kuò)散，從而使顯示的圖像沒有暗區(qū)。此外，在一些應(yīng)用中，利用來自產(chǎn)生不同顏色光的多個(gè)不同LED的光照明顯示面板。在這些情況 下，重要的是將來自不同LED的光混合，以使色彩和亮度在整個(gè)顯 示圖像上是均勻的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，該光線系統(tǒng)包括成像面板，其具有照明側(cè)；以及背光單元，其設(shè)置在所述成像面板的照明側(cè)。背光單元包括至少第一光源和第二光源，所述第一光源產(chǎn)生 第一波長的光，所述第二光源產(chǎn)生與所述第一波長不同的第二波長的 光。背光單元還包括反射腔，其具有至少一個(gè)反射表面和受控透射 鏡。來自所述第一光源和所述第二光源的光在所述反射腔內(nèi)被反射。 所述受控透射鏡包括輸入耦合元件、輸出耦合元件和位于所述輸入耦 合元件與所述輸出耦合元件之間的第一多層反射器。所述第一多層反 射器對來自所述第一光源和所述第二光源的法向入射光是反射性的。 所述輸入耦合元件使來自所述第一光源和所述第二光源的、沿與所述 第一多層反射器基本垂直的方向傳播的光的至少一部分改向到透射通過所述第一多層反射器的方向。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種照明單元，該照明單元包括 至少第一光源和第二光源，所述第一光源能夠產(chǎn)生第一波長的照明 光，所述第二光源能夠產(chǎn)生與所述第一波長不同的第二波長的照明 光。照明單元還包括反射腔，其具有一個(gè)或多個(gè)反射器和設(shè)置在所 述反射腔輸出端的受控透射鏡。所述受控透射鏡包括輸入耦合元件、 輸出耦合元件和設(shè)置在所述輸入耦合元件與所述輸出耦合元件之間 的第一多層反射器。來自所述第一光源和所述第二光源的照明光的至 少一部分在所述反射腔內(nèi)被所述一個(gè)或多個(gè)反射器反射，并且通過所 述受控透射鏡透射出所述反射腔。本發(fā)明的上述概要說明不是為了描述本發(fā)明的每個(gè)舉例性實(shí)施 例或者每種實(shí)施方式。下面的附圖和詳細(xì)描述更具體地舉例說明了這些實(shí)施例。


通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明各種實(shí)施例的詳細(xì)描述，可以更全 面地理解本發(fā)明，其中圖1A示意性示出了背光照明式液晶顯示(LCD)設(shè)備，其具有 根據(jù)本發(fā)明原理的帶受控透射鏡的照明單元；圖1B示意性示出了邊緣照明式LCD設(shè)備，其具有根據(jù)本發(fā)明原理的帶受控透射鏡的照明單元；圖2A至圖2D示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的具有受控透射鏡 的照明單元的實(shí)施例的局部剖視圖；圖3A至圖3D示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的用于受控透射鏡的輸入耦合元件的不同實(shí)施例的局部剖視圖；圖4A至圖4D示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的用于受控透射鏡 的輸出耦合元件的不同實(shí)施例的剖視圖；圖5A示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的偏振敏感受控透射鏡的 實(shí)施例的剖視圖；圖5B和圖5C示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的用于受控透射鏡的偏振敏感輸出耦合元件的不同實(shí)施例；
圖6A至圖6C示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的使用受控透射鏡 的照明單元的實(shí)施例的局部剖視圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的可以在直接照明式顯示器 的背光源中使用的多個(gè)照明單元的布置方案的實(shí)施例；
圖8A示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的使用受控透射鏡的照明 單元的示例性實(shí)施例；
圖8B示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的具有將光導(dǎo)入光導(dǎo)的照 明單元的背光單元；
圖9A和圖9B示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的使用受控透射鏡 的照明單元的實(shí)施例；
圖IOA和圖IOB示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的具有受控透射 鏡的照明單元的另一示例性實(shí)施例；以及
圖IIA至圖IIC示意性示出了根據(jù)本發(fā)明原理的具有受控透射 鏡的照明單元的附加示例性實(shí)施例。
本發(fā)明可以具有各種變型和替代形式，其細(xì)節(jié)在附圖中通過實(shí) 例示出并將進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)該理解，其意圖并非將本發(fā)明局 限于所述的這些具體實(shí)施例。相反，其意圖在于覆蓋落入由所附權(quán)利 要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物及其替換形 式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明適用于諸如液晶顯示器(LCD或LC顯示器)等照明標(biāo) 志和顯示器，適用于利用位于顯示面板正后方的光源照明的顯示器 (即所謂的直接照明式顯示器)，并且適用于利用位于顯示面板側(cè)面 的光源照明的顯示器(即所謂的邊緣照明式顯示器)。相信本發(fā)明特 別可用于由不同色彩的光源照明的顯示器。還相信本發(fā)明適用于提供 空間照明的系統(tǒng)。
圖1A示出了直接照明式顯示系統(tǒng)100的示例性實(shí)施例的示意性 分解視圖。這種顯示系統(tǒng)100可以用于例如LCD監(jiān)視器或LCD-TV中。在本示例性實(shí)施例中，設(shè)備100使用液晶(LC)顯示面板102， LC面板102通常包括布置在面板基板106之間的LC層104。面板基 板106通常由玻璃形成，并可以包括位于其內(nèi)表面上的用于控制LC 層104中的液晶取向的電極結(jié)構(gòu)和配向?qū)印ｋ姌O結(jié)構(gòu)通常排列成限定 LC面板像素，即LC層上可以獨(dú)立于相鄰像素對液晶取向進(jìn)行控制 的區(qū)域。一個(gè)或多個(gè)面板基板106還可以包括用于在顯示的圖像上附 加顏色的濾色片。
上吸收偏振片108位于LC層104上方，下吸收偏振片110位于 LC層104下方。在示出的實(shí)施例中，上吸收偏振片108、下吸收偏 振片110位于顯示面板102之外。吸收偏振片108、 IIO和顯示面板 102—起控制光從背光源112透射通過顯示面板102到達(dá)觀看者。在 一些示例性實(shí)施例中，在未激活狀態(tài)下，LC層104的像素不改變從 中通過的光的偏振態(tài)。相應(yīng)地，當(dāng)吸收偏振片108、 IIO垂直地排列 時(shí)，上吸收偏振片108吸收通過下吸收偏振片110的光。另一方面， 當(dāng)像素激活時(shí)，從LC層104中通過的光的偏振態(tài)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而使 得透射通過下吸收偏振片110的光的至少一部分也透射通過上吸收 偏振片108。例如利用控制器113選擇性地激活LC層104的不同像 素，使得光在某些需要的位置射出顯示器100,從而形成觀察者可以 看到的圖像。控制器113可以包括例如計(jì)算機(jī)或接收并顯示電視圖像 的電視控制器。在上吸收偏振片108上可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)可選層 109，例如以便為顯示器表面提供機(jī)械和/或環(huán)境保護(hù)。在一個(gè)示例性 實(shí)施例中，層109可以包括位于吸收偏振片108上的硬涂層。
一些類型的LC顯示器可以以與上述方式不同的方式操作，因此 在細(xì)節(jié)上與所述系統(tǒng)不同。例如，吸收偏振片可以平行排列，并且 LC面板可以在非激活狀態(tài)下使光的偏振態(tài)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。無論如何，這 種顯示器的基本結(jié)構(gòu)仍然與上述結(jié)構(gòu)相似。
背光源U2產(chǎn)生照明光并將光導(dǎo)向LC面板102的背面。背光源 112包括反射腔114，該反射腔包括用于產(chǎn)生光的多個(gè)光源116，或 者接收來自光源U6的光。光源116可以是例如發(fā)光二極管(LED)、 有機(jī)LED (OLED)，或者可以是其它類型的光源。反射腔114可以包括底部反射器118，該底部反射器118反射從光源116沿著背離顯示面板102的方向向下傳播的光。如下所述，底 部反射器118還可以用于在顯示設(shè)備100內(nèi)回收光。反射器118可以 是鏡面反射器或可以是漫反射器。可以用作底部反射器118的鏡面反 射器的一個(gè)實(shí)例是可從3M Company, St. Paul, Minnesota購得的 Vikuiti Enhanced Specular Reflection (ESR)膜。合適的漫反射器 的實(shí)例包括充填有諸如二氧化鈦、硫酸鋇、碳酸鈣等漫反射顆粒的諸 如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、 聚苯乙烯(PS)等聚合物。在共同擁有的美國專利No.6，780,355中 討論了漫反射器的其它實(shí)例，包括微孔材料和含小纖維的材料。反射腔114還包括設(shè)置在光源116和顯示面板102之間的受控 透射鏡120。術(shù)語"腔"是指由受控透射鏡和至少一個(gè)反射表面組成 的結(jié)構(gòu)，其中光的至少一部分能夠在受控透射鏡與反射表面之間往復(fù)反射。受控透射鏡120使反射腔114內(nèi)的一部分光反射，并且還促進(jìn) 光在腔114內(nèi)橫向擴(kuò)散。使光橫向擴(kuò)散有助于使射出受控透射鏡120 的光的強(qiáng)度分布變得更均勻，從而使得觀看者看到更均勻照明的圖 像。此外，在不同的光源116產(chǎn)生不同顏色光的情況下，使光橫向擴(kuò) 散使得不同顏色的混合更徹底，因此觀看者看到顏色更均勻的圖像。 下面將更詳細(xì)地討論受控透射鏡120的操作。腔114還可以設(shè)置有反射壁122。反射壁122可以由例如與用于 底部反射器118的鏡面反射或漫反射材料相同的材料制成，或由一些 其它類型的反射材料制成。還可以在腔114與顯示面板102之間設(shè)置一組光控制層124。光 控制層124影響從腔114傳播的光從而改善顯示設(shè)備100的操作。例 如，光控制層124可以包括反射偏振片126。上述結(jié)構(gòu)是有益的，這 是因?yàn)楣庠?16通常產(chǎn)生非偏振光而下吸收偏振片110僅透射單一偏 振態(tài)的光。這樣，光源116產(chǎn)生的光的大約一半不適合透射到達(dá)LC 層104。然而，反射偏振片126可以用于反射那些在不設(shè)置反射偏振 片的情況下將被下吸收偏振片110吸收的光，因此可以通過在反射偏振片126和腔114之間的反射回收這些光。反射偏振片126反射的光 可以隨后由受控透射鏡120反射，或該光可以重新進(jìn)入光混合腔114 并由底部反射器118反射?？梢詫⒎瓷淦衿?26反射的光的至少一 部分去偏振，并隨后以透射通過反射偏振片126和下吸收偏振片110 到達(dá)顯示面板102的偏振態(tài)返回到反射偏振片126。以這樣的方式， 反射偏振片126可以用于提高光源116發(fā)出的光中到達(dá)顯示面板102 的比例，從而使得由該顯示設(shè)備ioo產(chǎn)生的圖像更亮。
可以使用任何合適類型的反射偏振片，例如多層光學(xué)膜(MOF) 反射偏振片；漫反射偏振膜(DRPF)，例如連續(xù)相/分散相偏振片； 線柵反射偏振片；或膽甾型反射偏振片。
MOF和連續(xù)相/分散相反射偏振片都依賴于至少兩種材料(通常 為聚合物材料)之間的折射率差來選擇性地反射一個(gè)偏振態(tài)的光而透 射正交偏振態(tài)的光。在共同擁有的美國專利No.5，882，774中描述了 MOF反射偏振片的一些實(shí)例?？少彽玫腗OF反射偏振片的實(shí)例包括 可從3M Company, St. Paul, Minnesota得到的包括漫射表面的 Vikuiti DBEF-D200和DBEF-D400多層反射偏振片。
可用于本發(fā)明的DRPF實(shí)例包括在共同擁有的美國專利 No.5,825,543中描述的連續(xù)相/分散相反射偏振片和例如在美國專利 No.5，867，316中描述的漫反射多層偏振片。在美國專利No.5,751,388 中描述了其它合適類型的DRPF。
可用于本發(fā)明的線柵偏振片的一些實(shí)例包括在美國專利 No.6,122，103中描述的那些線柵偏振片。線柵偏振片可特別從Moxtek Inc., Orem， Utah購得。
可用于本發(fā)明的膽甾型偏振片的一些實(shí)例包括例如在美國專利 No.5,793,456和美國專利No.6,917,399中描述的那些膽甾型偏振片。 膽甾型偏振片通常在輸出側(cè)設(shè)置有四分之一波延遲層，以便將透射通 過膽甾型偏振片的光轉(zhuǎn)換成線性偏振態(tài)。
可以在腔114和反射偏振片126之間設(shè)置偏振混合層128，以幫 助混合反射偏振片126反射的光的偏振態(tài)。例如，偏振混合層128 可以是諸如四分之一延遲層等雙折射層。光控制層124還可以包括一個(gè)或多個(gè)棱柱形增亮層130a、 130b。 棱柱形增亮層是包括將離軸光改向到更靠近顯示器軸線的傳輸方向 的表面結(jié)構(gòu)的層。這控制了透過LC面板102的照明光的視角，并通 常增加了軸向通過LC面板102的光量。從而增加了觀察者看到的圖 像的軸向亮度。棱柱形增亮層的一個(gè)實(shí)例具有通過折射和反射的組合使照明光 改向的多個(gè)棱柱形脊部。可用于顯示設(shè)備的棱柱形增亮層的實(shí)例包括 可得自3M Company, St. Paul, Minnesota的Vikuiti BEFII和BEFIII 類棱柱形膜，包括BEFII90/24、BEFII90/50、BEFniM90/50和BEFIIIT。盡管可以僅使用一個(gè)增亮層，但是也可以使用棱柱形結(jié)構(gòu)取向彼此成 大約90°的兩個(gè)增亮層130a、 130b。這樣的交叉結(jié)構(gòu)能夠在兩個(gè)維 度上控制照明光的視角，即水平視角和豎直視角。圖IB示意性示出了包括邊緣照明式顯示器的顯示設(shè)備150的示 例性實(shí)施例。在該實(shí)施例中，背光源112包括光導(dǎo)152和一個(gè)或多個(gè) 照明單元154，這些照明單元154產(chǎn)生照明光并將照明光導(dǎo)入光導(dǎo) 152。照明單元154包括用于產(chǎn)生照明光的多個(gè)光源U6。光源116 可以是在擴(kuò)展長度上發(fā)射光的擴(kuò)展光源。擴(kuò)展光源的一個(gè)實(shí)例是冷陰 極熒光管。光源116也可以是有效的點(diǎn)光源，例如發(fā)光二極管(LED)。 也可以使用其它類型的光源。所列出的光源不是限制性或窮舉性的， 而僅是示例性的。照明單元154可以包括反射腔，該反射腔用于收集光源116的 光并將光導(dǎo)向光導(dǎo)152。光導(dǎo)152將來自光源116的照明光導(dǎo)向顯示 面板102后面的區(qū)域，并且將光導(dǎo)向顯示面板102。光導(dǎo)152可以通 過單個(gè)邊或多個(gè)邊接收照明光。在其它實(shí)施例中(未示出)，可以通 過光耦合機(jī)構(gòu)而不是光導(dǎo)152的邊緣來使光耦合到光導(dǎo)152中。底部 反射器156可以位于光導(dǎo)152的與顯示面板102相對的一側(cè)。光導(dǎo) 152可以包括光提取部件153，該光提取部件用于從光導(dǎo)152提取光， 以照明顯示面板102。例如，光提取部件153可以包括位于光導(dǎo)152 的表面上的擴(kuò)散點(diǎn)(diffusing spot)，該擴(kuò)散點(diǎn)使光直接導(dǎo)向顯示面 板102或者導(dǎo)向底部反射器156?？梢允褂闷渌椒◤墓鈱?dǎo)152中提取光。
現(xiàn)在參考圖2A描述照明單元199的一個(gè)示例性實(shí)施例。該圖示 出了照明單元199的一部分，包括一些光源116a和116b。反射腔118 可以形成在至少一個(gè)反射表面202與受控透射鏡200之間，反射表面 202與受控透射鏡200設(shè)置成使得光源116a和116b產(chǎn)生的照明光的 至少一部分被受控透射鏡200與反射表面202 二者反射。在示出的實(shí) 施例中，反射表面202位于光源116a和116b的后面。
受控透射鏡200包括多層反射器204，多層反射器204具有反射 光譜，使得當(dāng)光源116a和116b產(chǎn)生的光法向入射在該多層反射器上 時(shí)，這些光的至少一部分被反射。
輸入耦合元件206設(shè)置在多層反射器204的下側(cè)，而輸出耦合 元件208設(shè)置在多層反射器204的上側(cè)。輸入耦合元件206和輸出耦 合元件208用于改變至少一部分射入這些耦合元件206和208的光的 方向，從而通過受控透射鏡200耦合光。輸入耦合元件206和輸出耦 合元件208的示例性實(shí)施例包括擴(kuò)散片(表面擴(kuò)散片和體擴(kuò)散片)和 微復(fù)制表面。下面將更詳細(xì)地描述輸入耦合元件206和輸出耦合元件 208的實(shí)例。輸出耦合元件208可以是與輸入耦合元件206相同類型 的耦合元件，例如輸入耦合元件206和輸出耦合元件208都為體擴(kuò)散 片，或者輸出耦合元件208可以與輸入耦合元件206不同。輸入耦合 元件206和輸出耦合元件208可以通過層壓或者其它方式與多層反射 器204 —體地形成。
多層反射器204通常由形成介質(zhì)堆的基本構(gòu)造塊的光學(xué)重復(fù)單 元構(gòu)成。光學(xué)重復(fù)單元通常包括由至少高折射率材料和低折射率材料 制成的兩層或更多層。使用這些構(gòu)造塊，可以將多層反射器設(shè)計(jì)成反 射紅外光波長、可見光波長或紫外光波長，以及反射一對給定正交光 偏振態(tài)中的一個(gè)或兩個(gè)偏振態(tài)的光。通常，通過根據(jù)下述關(guān)系式控制 這些層的光學(xué)厚度將介質(zhì)堆構(gòu)造成反射特定波長X的光
^ = (2/M)*￡>r (1) 其中，M是表示光反射級的整數(shù)，而R是光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度。 對于第一反射級(M=l)，光學(xué)重復(fù)單元具有^/2的光學(xué)厚度。簡單的1/4波堆包括多個(gè)層，其中每個(gè)層具有四分之一波長(X/4)的光 學(xué)厚度。寬帶反射器可以包括調(diào)節(jié)到各種波長的多個(gè)1/4波堆、在整 個(gè)堆上具有連續(xù)分級的層厚的堆或者其組合。多層反射器還可以包括 非光學(xué)層。例如，共擠聚合物介質(zhì)反射器可以包括用于幫助形成反射 器膜并保護(hù)反射器的保護(hù)邊界層和/或表層。在名稱為"多層光學(xué)膜
(Multilayer Optical Film)"的已公布PCT專利申請WO95/17303 和美國專利No.6，531,230中描述了尤其適用于本發(fā)明的聚合物光學(xué) 堆。在另一些實(shí)施例中，介質(zhì)堆可以是無機(jī)材料堆。適用于低折射率 材料的一些材料包括Si02、 MgF2和CaF2等。適用于高折射率材料的 一些材料包括Ti02、 Ta205、 ZnSe等。然而，本發(fā)明不限于四分之一 波堆，并更一般地適用于包括例如計(jì)算機(jī)優(yōu)化的堆和隨機(jī)層厚堆在內(nèi) 的任意介質(zhì)堆。
介質(zhì)堆對特定波長的光的反射部分地取決于通過堆的傳播角。 可以將多層反射器204看作對于在堆中以某一角度傳播的光具有反 射帶分布(例如，帶中心和帶邊)。該帶分布隨著堆中的傳播角的改 變而改變。堆中的傳播角通常與入射角和堆與周圍介質(zhì)的材料折射率 相關(guān)。隨著堆中的傳播角改變，反射帶分布的帶邊的波長改變。典型 的是，對于所研究的聚合物材料，當(dāng)在空氣中切向入射時(shí)，反射器的 帶邊偏移到其法向入射時(shí)的值的大約80%。該效應(yīng)在美國專利 No.6，208,466中有更詳細(xì)的描述。當(dāng)使用折射率高于空氣折射率的介 質(zhì)將光耦合到反射器中時(shí)，帶邊進(jìn)一步發(fā)生大的偏移。此外，p偏振 光的帶邊偏移通常大于s偏振光的帶邊偏移。
反射帶分布對角度的依賴性(例如帶邊隨著角度而偏移)源自 于有效層厚的變化。隨著角度從法向入射增大，反射帶朝向較短的波 長偏移。當(dāng)通過給定層的總光程長度隨著角度增大時(shí)，帶位置隨角度
的變化不取決于通過層的總光程長度隨角度e的變化，其中角度是相
對于與反射器204的層垂直的軸線230測量的。相反，帶位置取決于 從給定層的上下表面反射的光線之間的光程差。如熟知的公式 rvd，cose^所示，該光程差隨著入射角增大而減小，對于該公式給定 層調(diào)節(jié)為V4厚層。在表達(dá)式中，n是層材料的折射率，而d是層的厚度。以上說明描述了反射帶分布的帶邊如何隨著角度而改變。如本 文所述，術(shù)語帶邊通常指的是多層反射器從基本反射改變到基本透射 的區(qū)域。該區(qū)域可以是相當(dāng)尖銳的并被描述為單個(gè)波長。在其它情況 下，反射和透射之間的過渡更緩和，并可以用中心波長和帶寬進(jìn)行描 述。然而，在上述任何情況下，在帶邊的任一側(cè)反射率和透射率之間 存在很大的差。隨著特定波長的光在堆中以增大的傳播角(從垂直于重復(fù)單元界面的軸線230測量)進(jìn)行傳播，光接近帶邊。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)以足夠大的傳播角傳播時(shí)，堆對于該特定波長的光變得基本透光并且該光將透射通過該堆。這樣，對于給定波長的光，堆具有相關(guān)的傳播 角，在小于該角時(shí)堆基本反射光；以及另一傳播角，當(dāng)大于該角時(shí)該 堆基本透射光。相應(yīng)地，在特定的多層堆中，每一波長的光可以被認(rèn) 為具有對應(yīng)角，在小于該角時(shí)發(fā)生基本反射；以及對應(yīng)角，在大于 該角時(shí)發(fā)生基本透射。帶邊越尖銳，對于相關(guān)波長這兩個(gè)角度越接近。 為了在本說明書中進(jìn)行描述，做出這樣的近似這兩個(gè)角相同并且值 為Qmin。上述說明描述了給定堆中的單色光隨著傳播角的增大而從反射 轉(zhuǎn)變到透射的方式。如果使用具有不同波長成分的混合光照明堆，那么對于不同波長成分來說，反射堆從反射光轉(zhuǎn)變到透射光時(shí)的角emin 是可能不同的。由于帶邊隨著角度增大而移動(dòng)到較短的波長，所以對 于波長較長的光來說e她值較低，從而可能允許比較短波長光更多的 較長波長光透射通過多層反射器。在一些實(shí)施例中，期望通過受控透 射鏡射出的光的顏色相對均勻。平衡顏色的一種方法是使用輸入和輸 出耦合元件，該輸入和輸出耦合元件將比較長波長光更多的較短波長 光耦合到受控透射鏡中。如下面圖3A和圖4A所討論，這種耦合元件的一個(gè)實(shí)例是包括 分散于聚合物基體內(nèi)的擴(kuò)散顆粒的體擴(kuò)散片。該擴(kuò)散顆粒具有不同于 周圍基體的折射率。漫散射的本質(zhì)在于在其它情況都相同的條件下， 與較長波長光相比更多的較短波長光被散射。此外，散射度依賴于顆粒和周圍基體之間的折射率差。如果較 短波長下的折射率差較大，那么更多的短波長光被散射。在漫射耦合 元件的一個(gè)具體實(shí)施例中，基體由雙軸拉伸的PEN形成，當(dāng)光是S 偏振光時(shí)，該材料的面內(nèi)折射率對于紅光為大約1.75，而對于藍(lán)光為
大約1.85，即具有高色散。面內(nèi)折射率是對于電矢量平行于膜平面偏
振的光的折射率。對于平行于膜的厚度方向偏振的光，面外折射率為
大約1.5。因?yàn)閜偏振光經(jīng)歷面內(nèi)折射率和面外折射率結(jié)合的有效折 射率，因此對于p偏振光的折射率比對于s偏振光的折射率低。
基體內(nèi)的顆?？梢跃哂懈哒凵渎?，例如二氧化鈦顆粒的折射率
大約為2.5。在450nm-650nm的范圍內(nèi)Ti02的折射率的變化量大約 為0.25，該值大于在相似波長范圍內(nèi)PEN的大約為0.1的折射率變 化量。因此，在可見光譜范圍內(nèi)，顆粒和基體之間的折射率差的變化 量大約為0.15，從而使得對藍(lán)光的散射增加。因此，在可見光譜范圍 內(nèi)顆粒和基體之間的折射率差可以發(fā)生很大改變。
這樣，由于漫散射機(jī)理對波長的依賴性以及在可見光譜范圍內(nèi) 折射率差的巨大差異，藍(lán)光散射到多層反射器中的程度相對較高，這
至少部分地補(bǔ)償較短波長處的較大0min值。
例如下面參考圖3B-3D和圖4B-4D所述的輸入和輸出耦合元件
的另一些實(shí)施例主要依靠使光線轉(zhuǎn)向的折射效應(yīng)。例如，耦合元件可 以具有用于將光耦合到多層反射器內(nèi)或從多層反射器耦合出的表面
結(jié)構(gòu)或全息特性。對于較短波長，正常材料色散產(chǎn)生較大的折射效應(yīng)。 因此，依靠折射效應(yīng)的輸入和輸出耦合元件可以部分地補(bǔ)償較短波長
處的較大e她值。
因此，在理解到進(jìn)入受控透射鏡的光的9min值可以具有大的變 化量的基礎(chǔ)上，下面的描述中為了簡化起見僅指單一值6n^。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以用來控制通過多層反射器的光量的另一個(gè)效應(yīng) 是選擇布儒斯特角，布儒斯特角即p偏振光無反射損耗地透射通過多
層反射器的角度。對于多層反射器中的折射率分別為nl和n2的相鄰 的各向同性層l和2，對于從層l傳輸?shù)綄?的光來說，層1中的布 儒斯特角0B的值由表達(dá)式tanej^n2/nl給出。因此，可以選擇用于多層反射器的不同層中的具體材料以便提供所需的布儒斯特角值。
多層反射器的布儒斯特角的存在提供另一種使光透過反射器的 機(jī)理，而不依靠輸入和輸出耦合層來使光轉(zhuǎn)向較大的角。隨著p偏振 光在受控透射鏡中的角度增大，在布儒斯特角時(shí)反射帶基本消失。角 度大于布儒斯特角時(shí)，反射帶重新出現(xiàn)并繼續(xù)偏移到較短波長。
在某些實(shí)施例中，可以設(shè)定藍(lán)光的0b信小于6min，而紅光的9b 值大于0min。該設(shè)置使得藍(lán)光通過多層反射器的透射增加，如此至少 部分地補(bǔ)償較短波長光的較大6min值。
至少一部分來自光源116a的光朝向受控透射鏡200傳播。以光 線210為示例的一部分光通過輸入耦合元件206，以大于emin的角入 射到多層反射器204上，并透射穿過多層反射器204。以光線212作
為示例的另一部分光以小于0min的角入射到輸入耦合元件206中，但 是由輸入耦合元件206轉(zhuǎn)向到至少等于6min的角度，并透射通過多層
反射器204。以光線214作為示例的來自光源116a的另一部分光透 過輸入耦合元件206，并以小于e^n的角度入射到多層反射器204上。 因此，光線214被多層反射器204反射到反射表面202。光線214在 反射表面202處可以鏡面反射方式或者漫反射方式反射。
在一些實(shí)施例中，需要以如下方式將多層反射器204安裝到輸 出耦合元件208上即，避免多層反射器204和輸出耦合元件208 之間存在空氣層或折射率相對較低的其它一些材料層。多層反射器 204和輸出耦合元件208之間的這種緊密光學(xué)耦合減少了光在多層反 射器204上發(fā)生全內(nèi)反射的可能性。
光在受控透射鏡內(nèi)的最大角en^由輸入耦合元件206的相對折 射率n,和多層反射器204的特定層的折射率r^和n2決定，其中下標(biāo) 1和2是指多層反射器204中的交替層。當(dāng)輸入耦合元件206是表面 耦合元件時(shí)，ni值等于其上形成耦合表面的材料的折射率。從輸入耦 合元件206到多層反射器204的傳播滿足斯涅耳定律。多層反射器 204的各個(gè)交替層中的6 ^值由下面的表達(dá)式給出
<formula>formula see original document page 19</formula> (2) 其中使用iM或者ri2。如果ni〉n,并且ni〉ri2，那么6 ^值可以達(dá)到90° 。
輸出耦合元件208用于從照明單元199中提取至少一部分光。 例如，輸出耦合元件208擴(kuò)散光212的一部分，以便使其透過受控透 射鏡120成為光220。
另一部分光，例如光線222可以不由輸出耦合元件208轉(zhuǎn)向。 如果光222以大于輸出耦合元件的臨界角的角度入射到輸出耦合元 件208的上表面上，其中臨界角《-shT乂l/"。)，no是輸出耦合元件208 的折射率并且輸出耦合元件208與空氣交界，那么光222在輸出耦合 元件20S內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射成為光224。反射光224可以隨后在輸入耦 合元件206的下表面發(fā)生全內(nèi)反射?？蛇x的是，光224可以隨后由輸 入耦合元件206轉(zhuǎn)向并朝向反射表面202透過受控透射鏡200。
如果以至少等于6mi。的角射入多層反射器204的光以大于e。的
角入射到輸出耦合元件208上，那么沒有轉(zhuǎn)向至輸出耦合元件208 之外的光通常在輸出耦合元件208內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射。然而，如果以至
少等于9min角射入多層反射器204的光以小于ee的傳播角到達(dá)輸出
耦合元件208，那么該光的一部分甚至不被輸出耦合元件208轉(zhuǎn)向就 透射通過輸出耦合元件208，并在輸出耦合元件208和空氣之間的界 面上經(jīng)歷菲涅耳反射損耗。因此，存在使光經(jīng)歷多次反射并在反射腔 118內(nèi)改變方向的多種可能。光還可以在受控透射鏡200與反射表面 202之間的空間內(nèi)橫向傳播。這些多種效應(yīng)結(jié)合起來增加光橫向擴(kuò)散 和被提取以產(chǎn)生亮度更均勻的背光照明的可能性。
除了多層反射器204具有小于0min的布儒斯特角6b信的可能性 之外，對于從光源116a發(fā)出的光還存在禁止角度區(qū)域。該禁止角度 區(qū)域具有e^n的半角并位于光源116a的上方。在禁止角度區(qū)域內(nèi)光 不能透過多層反射器204。然而，來自相鄰光源116(例如光源116b) 的光232可以從軸線230上的位于光源116a的垂直上方的點(diǎn)射出受 控透射鏡200，這樣，照明單元199有效地將來自不同光源116a和 116b的光混合。
根據(jù)以上對受控透射鏡200的描述，可以看出輸入耦合元件206 的作用是使至少一部分光轉(zhuǎn)向，使其以至少等于9mm的角度入射到多層反射器204中，否則這些光將以小于^in的角入射到多層反射器204中。此外，輸出耦合元件208的作用是使至少一部分光轉(zhuǎn)向，使 其射出受控透射鏡200，否則該光在受控透射鏡200內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射。 圖2B示意性示出了受控透射鏡200的另一個(gè)示例性實(shí)施例，在 該實(shí)施例中，在多層反射器204與輸出耦合元件208之間設(shè)置有透光 層250。透光層250可以由任意合適的有機(jī)或無機(jī)透光材料(例如聚 合物或玻璃)形成。合適的聚合物材料可以是非結(jié)晶或半結(jié)晶的，并 可以包括均聚物、共聚物或其共混物。示例性聚合物材料包括但不限 于非結(jié)晶聚合物，例如聚碳酸酯(PC);聚苯乙烯(PS);丙烯 酸酯系樹脂，例如購自Cyro Industries, Rockaway， New Jersey的 ACRYLITE 牌的丙烯酸系樹脂片；丙烯酸共聚物，例如丙烯酸異辛 酯/丙烯酸共聚物；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) ; PMMA共聚物； 環(huán)烯烴聚合物；環(huán)烯共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS); 苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN);環(huán)氧樹脂；聚乙烯基環(huán)己垸；PMMA/ 聚氟乙烯共混物；無規(guī)聚丙烯；聚苯醚合金；苯乙烯嵌段共聚物；聚 酰亞胺；聚砜；聚氯乙烯；聚二甲基硅氧垸(PDMS);聚氨酯；以 及半結(jié)晶聚合物，例如聚乙烯；聚丙烯；聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET);聚碳酸酯/脂肪族PET共混物；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN); 聚酰胺；離聚物；乙酸乙烯/聚乙烯共聚物；乙酸纖維素；乙酸丁酸 纖維素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物；PET-PEN共聚物， 和透明玻璃纖維面板?？梢允惯@些材料中的一些材料(例如PET、 PEN及其共聚物)取向，使得材料的折射率不同于各向同性材料的 折射率。在利用輸出耦合元件208從受控透射鏡200提取光之前，可 使用透光層250以允許更多地橫向擴(kuò)散來自光源116a和116b的光。 透光層250的一條或多條邊可以被反射器252覆蓋。因此，在 不覆蓋反射器252的情況下可能射出透光層250的光254被反射回到 透光層250內(nèi)，并且可從照明單元199中提取成為有效照明光。反射 器252可以是任何合適類型的反射器，包括多層介電反射器、透光層 250的邊緣上的金屬涂層、多層聚合物反射器、漫射聚合物反射器等。 在示出的實(shí)施例中，位于透光層250側(cè)面的反射器252還可以用作反射腔114的側(cè)面反射器，但本發(fā)明不限于此。在圖2C示意性示出的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，透光層250設(shè)置在輸入耦合元件206與多層反射器204之間。在其它一些實(shí)施中，如圖2D示意性示出，受控透射鏡200可以 在透光層250的兩側(cè)上配備有兩個(gè)多層反射器204和205。雖然不是 必須的，但是多層反射器204和205可以具有相同的0 ^值。在與本申請同日提交的、代理人巻號(hào)為No.60499US002的、名 稱為"OPTICAL ELEMENT FOR LATERAL LIGHT SPREADING IN BACK-LIT DISPLAYS AND SYSTEM USING SAME"的美國專利申 請No.11/166,723中，更進(jìn)一步地描述了透光層的使用?，F(xiàn)在參考圖3A-圖3D討論不同類型的輸入耦合元件的示例性實(shí) 施例。在未示出的其它示例性實(shí)施例中，透光層可設(shè)置在多層反射器 與輸入和輸出耦合元件中的任意一個(gè)之間。在圖3A中，受控透射鏡320的示例性實(shí)施例包括輸入耦合元件 326、多層反射器304和輸出耦合元件308。在該具體實(shí)施例中，輸 入耦合元件326是體擴(kuò)散層，其包括分散在透光基體326b中的擴(kuò)散 顆粒326a。以小于6 ^的角度射入輸入耦合元件326中的光的至少 一部分，例如光線328在輸入耦合元件326內(nèi)以大于0mh的角度散射 并隨后透射通過多層反射器304。 一些光，例如光線330在輸入耦合 元件326內(nèi)沒有散射到足以通過多層反射器304的角度，并且被多層 反射器304反射。用于透光基體326b的合適材料包括但不限于本文 所列的適用于上述透明層中的聚合物。擴(kuò)散顆粒326a可以是可以用于擴(kuò)散光的任意類型的顆粒，例如 折射率不同于周圍聚合物基體的透光顆粒、漫反射顆粒、或基體326b中的空隙或氣泡。合適的透光顆粒的實(shí)例包括實(shí)心或空心無機(jī)顆粒， 例如玻璃微珠或玻璃薄片；實(shí)心或空心聚合物顆粒，例如實(shí)心聚合物 球或空心聚合物薄片。合適的漫反射顆粒的實(shí)例包括二氧化鈦 (Ti02)、碳酸轉(zhuǎn)(CaC03)、硫酸鋇(BaSO"、硫酸鎂(MgS04) 等顆粒。此外，基體326b中的空隙可以用于擴(kuò)散光?？梢允褂美?空氣或二氧化碳等氣體填充這種空隙。在圖3B中示意性示出了受控透射鏡340的另一個(gè)示例性實(shí)施 例，其中輸入耦合元件346包括表面擴(kuò)散片346a。表面擴(kuò)散片346a 可以設(shè)置在多層反射器304的底層上，或者設(shè)置在安裝于多層反射器 304上的單獨(dú)層上?？梢允褂媚Ｖ?、壓印、澆注或其它方法制備表面 擴(kuò)散片346a。入射在輸入耦合元件346上的光的至少一部分，例如光線348， 由表面擴(kuò)散片346a散射以便以大于e^n的角度傳播并由此透射通過 多層反射器304。 一些光，例如光線350沒有被表面擴(kuò)散片346a散 射到足以通過多層反射器304的角度并被反射。在圖3C中示意性示出了受控透射鏡單元360的另一個(gè)示例性實(shí) 施例，其中輸入耦合元件366包括具有小面367a、 367b的微復(fù)制結(jié) 構(gòu)367。結(jié)構(gòu)367可以設(shè)置在多層反射器304的底層上或設(shè)置在安裝 于多層反射器304上的單獨(dú)層上。結(jié)構(gòu)367與圖3B的表面擴(kuò)散片346a 的不同之處在于表面擴(kuò)散片346a包括大體無規(guī)則的表面結(jié)構(gòu)，而 結(jié)構(gòu)367包括具有限定出的小面367a、 367b的更規(guī)則的結(jié)構(gòu)。入射到輸入耦合元件366上的光的至少一部分，例如入射到小 面367a上的光線368，不以角度e^到達(dá)多層反射器304而是在小 面367a上發(fā)生折射。相應(yīng)地，光線368透射通過多層反射器304。 一些光，例如光線370由小面367b折射成小于e^n的角度并由此被 多層反射器304反射。在圖3D中示意性示出了受控透射鏡380的另一個(gè)示例性實(shí)施 例，其中輸入耦合元件386具有與多層反射器304光學(xué)接觸的表面部 分382和不與多層反射器304光學(xué)接觸的其它表面部分384，在元件 386和多層反射器304之間形成空隙388?？障?88的存在使得入射 光的一部分發(fā)生全內(nèi)反射(TIR)。這種類型的耦合元件被稱為TIR 輸入耦合元件。入射在輸入耦合元件386上的光的至少一部分，例如入射到非 接觸表面部分384上的光線390，不以角度6mh到達(dá)多層反射器304 而是在表面384上發(fā)生全反射。相應(yīng)地，光線390透射通過多層反射 器304。 一些光，例如光線392透射通過接觸表面部分382到達(dá)多層反射器304并以小于0n^的角度入射到多層反射器304上。光線392 被多層反射器304反射。在美國專利No.5,995,690中更詳細(xì)地描述了其它類型的TIR耦 合元件。除了本文詳細(xì)描述的那些輸入耦合元件以外，可以使用其它類 型的輸入耦合元件，例如包括表面或體全息照相的輸入耦合元件。此 外，輸入耦合元件可以結(jié)合轉(zhuǎn)向光線的不同方法。例如，輸入耦合元 件可以將表面處理，例如表面結(jié)構(gòu)、表面散射圖案或表面全息照相與 體擴(kuò)散顆粒結(jié)合。在一些實(shí)施例中需要輸入耦合元件和輸出耦合元件每個(gè)都具有 相對較高的折射率，例如相當(dāng)于或高于多層反射器304的有效折射率 (高折射率層和低折射率層的平均折射率)。輸入和輸出耦合元件的較高折射率有助于增大光傳播通過多層反射器304時(shí)的角度，從而獲 得較大的帶邊偏移。這轉(zhuǎn)而可以增加透過受控透射鏡的短波長的光 量，從而使得背光照明的顏色更均勻?？梢杂糜谳斎牒洼敵鲴詈显?的高折射率聚合物材料的合適實(shí)例包括雙軸拉伸的PEN和PET，根據(jù)拉伸量，這兩種材料對于633nm波長的光可以分別具有1.75和1.65 的面內(nèi)折射率值。與為輸入和輸出耦合元件選擇的材料相對應(yīng)，應(yīng)該選擇這樣的 基板即其折射率不引起阻止限量的光以大角度射入或射出的TIR。相反地，為基板選擇低折射率會(huì)使得光在從折射率高于基板的輸入耦 合元件射入基板后在基板內(nèi)以大傳播角傳播。選擇這兩個(gè)效應(yīng)以在光 的顏色平衡和橫向擴(kuò)散方面優(yōu)化系統(tǒng)的性能?？梢詫⑾嗨频姆椒ㄓ糜谳敵鲴詈显＠纾趫D4A中示意性 示出的受控透射鏡420具有輸入耦合元件406、多層反射器404和輸 出耦合元件428。在該具體實(shí)施例中，輸出耦合元件428是體擴(kuò)散層， 包括分散于透光基體428b內(nèi)的擴(kuò)散顆粒428a。上面關(guān)于圖3A的輸 入耦合元件326討論了適合用作擴(kuò)散顆粒428a和基體428b的材料。從多層反射器404射入輸出耦合元件428的光的至少一部分， 例如光線430，可以由輸出耦合元件428中的擴(kuò)散顆粒428a散射并。 一些光，例如光線432，不在輸出耦 合元件428中發(fā)生散射，而是以入射角e入射到輸出耦合元件428 的上表面429上。如果對于基板428b的材料來說，e值等于或大于 臨界角0e，那么光432在表面429上發(fā)生全內(nèi)反射。在圖4B中示意性示出了受控透射鏡440的另一個(gè)示例性實(shí)施 例，其中輸出耦合元件448包括表面擴(kuò)散片448a。表面擴(kuò)散片448a 可以設(shè)置在多層反射器404的上表面上，或設(shè)置在安裝于多層反射器 404上的單獨(dú)層上。在多層反射器404內(nèi)傳播的一些光，例如光450，入射到表面擴(kuò) 散片448a上并散射出光混合層440。另一些光，例如光452，不被表 面擴(kuò)散片448a散射。根據(jù)在表面擴(kuò)散片448a上的入射角，如圖所示， 光452可能發(fā)生全內(nèi)反射，或者一些光透射出受控透射鏡440而一些 光被反射返回多層反射器404內(nèi)。在圖4C中示意性示出受控透射鏡的另一個(gè)示例性實(shí)施例460， 其中輸出耦合元件466包括具有小面467a和467b的微復(fù)制結(jié)構(gòu)467。 如圖所示，結(jié)構(gòu)467可以設(shè)置在安裝于多層反射器404上的單獨(dú)層 468上，或與多層反射器404本身的上表面成為一體。結(jié)構(gòu)467與表 面擴(kuò)散片448a的不同之處在于表面擴(kuò)散片448a包括大體無規(guī)則的 表面結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)467包括具有限定出的小面467a、 467b的更規(guī)則 的結(jié)構(gòu)467。在多層反射器404內(nèi)傳播的一些光，例如光470，入射到表面擴(kuò) 散片結(jié)構(gòu)467上并折射出受控透射鏡460。另一些光，例如光472， 不被結(jié)構(gòu)467折射出受控透射鏡460，而是返回到多層反射器404。 光從受控透射鏡460射出的傳播角的具體角度取決于多種因素，至少 包括構(gòu)成受控透射鏡460與層468的不同層的折射率和結(jié)構(gòu)467的形 狀。在圖4D中示意性示出了受控透射鏡480的另一個(gè)示例性實(shí)施 例，其中輸出耦合元件486包括光耦合帶，該光耦合帶具有與多層反 射器404光學(xué)接觸的表面部分482和不與多層反射器404光學(xué)接觸的 其它表面部分484，從而在元件486和多層反射器404之間形成空隙488。入射到輸出耦合元件486上的光的至少一部分，例如光線490， 入射在多層反射器表面的一部分，該部分不與輸出耦合元件486接 觸，而是與空隙488相鄰，因此光490發(fā)生全內(nèi)反射。 一些光，例如 光線492，可以透射通過接觸表面部分482并在非接觸表面部分484 上發(fā)生全內(nèi)反射，并由此耦合到受控透射鏡480以外。除了本文詳細(xì)描述的那些輸出耦合元件，可以使用其它類型的 輸出耦合元件。此外，輸出耦合元件可以結(jié)合將光轉(zhuǎn)向到受控透射鏡 之外的不同方法。例如，輸出耦合元件可以將如諸表面結(jié)構(gòu)或表面散 射圖案等表面處理與體擴(kuò)散顆粒結(jié)合。在一些實(shí)施例中，輸出耦合元件可以構(gòu)造成在輸出耦合元件上 對光的提取程度是均勻的。在另一些實(shí)施例中，輸出耦合元件可以構(gòu) 造成在輸出耦合元件上將光提取出受控透射鏡的程度是不均勻的。例 如，在圖4A所示的輸出耦合元件428的實(shí)施例中，擴(kuò)散顆粒428a 的密度在輸出耦合元件428上可以是變化的，因此從輸出耦合元件 428的一些部分提取的光的比例與其它部分相比更高。在示出的實(shí)施 例中，在輸出耦合元件428的左側(cè)，擴(kuò)散顆粒428a的密度較高。同 樣，對于圖4B-圖4D中示出的受控透射鏡440、 460、 480的實(shí)施例 來說，輸出耦合元件448、 468、 488可以構(gòu)造或設(shè)計(jì)成從輸出耦合 元件448、 468、 488的一些部分提取的光的比例比其它部分更高。從 受控透射鏡提取光的程度的非均勻性，例如從受控透射鏡的包含較多 光的部分提取較小比例的光并且從受控透射鏡的包含較少光的部分 提取較大比例的光，可以使朝向顯示面板傳播的照明光的亮度分布更 均勻。輸入耦合元件和輸出耦合元件兩者的反射率可以影響光在受控 透射鏡內(nèi)的反射次數(shù)，并由此影響提取光的均勻性。均勻度的代價(jià)是 因?yàn)檩斎腭詈显⒍鄬臃瓷淦骱洼敵鲴詈显奈斩鸬牧炼?損耗。適當(dāng)選擇材料和材料處理?xiàng)l件可以減少該吸收損耗。在一些示例性實(shí)施例中，受控透射鏡可以是偏振敏感的，因此 優(yōu)選地提取一個(gè)偏振態(tài)的光。圖5A示意性示出了偏振敏感受控透射鏡520的一個(gè)示例性實(shí)施例的橫截面。受控透射鏡520包括可選透光 層502、多層反射器504、輸入耦合元件506和偏振敏感輸出耦合元 件528。在此使用三維坐標(biāo)系來闡述下述說明。任意設(shè)定坐標(biāo)系的軸 線使得受控透射鏡520的平面平行于x-y平面，z軸為穿過受控透射 鏡520厚度的方向。在圖5A中示出的橫向尺寸平行于x軸，而y方 向沿著垂直于附圖的方向延伸。在一些實(shí)施例中，通過包含兩種材料的輸出耦合元件528實(shí)現(xiàn) 僅提取在受控透射鏡520內(nèi)傳播的一種偏振態(tài)的光，.兩種材料例如為 不同聚合物相，其中至少一種為雙折射的。在示出的示例性實(shí)施例中， 輸出耦合元件528具有散射元件528a，該散射元件528a由第一材料 形成并嵌入由第二材料形成的連續(xù)基體528b。該兩種材料的折射率 對于一種偏振態(tài)的光基本匹配(matched)，而對于正交偏振態(tài)的光 不匹配。散射元件528a和基體528b中之一或兩個(gè)可以是雙折射的。例如，如果折射率對于在x-z平面內(nèi)偏振的光基本匹配并且第一 和第二材料的折射率分別為ni和n2 ，那么得到這樣的條件 nlx-nlz-n2x-n2z，其中下標(biāo)x和z分別表示對于平行于x和z軸偏振 的光的折射率。如果iMy^i2y，那么平行于y軸偏振的光，例如光530 在輸出耦合元件528中發(fā)生散射并透射出受控透射鏡520。在x-z平 面內(nèi)偏振的正交偏振光，例如光線532，在經(jīng)過輸出耦合元件528時(shí) 基本維持不發(fā)生散射，這是因?yàn)閷τ谠撈駪B(tài)的折射率是匹配的。因 此，如果光532以等于或大于連續(xù)相528b的臨界角6e的角度入射到 輸出耦合元件528的上表面529上，如圖所示，則光532在表面529 上發(fā)生全內(nèi)反射。為了保證從輸出耦合元件528中提取的光是高度偏振的，匹配 折射率優(yōu)選地在至少土0.05以內(nèi)匹配，更為優(yōu)選的是在土O.Ol以內(nèi)匹 配。這減少了一種偏振態(tài)的散射量。y偏振光的散射量取決于多種因 素，包括折射率的失配量、 一種材料相與另一種相的比值和分散相的 相區(qū)大小。使y偏振光在輸出耦合元件528內(nèi)向前散射的量增大的優(yōu) 選范圍包括折射率差為至少大約0.05，顆粒尺寸在大約0.5|tim到 大約2(^m的范圍內(nèi)，顆粒填充率高達(dá)大約10%或更多?？梢允褂貌煌瑯?gòu)造的偏振敏感輸出耦合元件。例如，如圖5B示意性示出，在輸出耦合元件548的實(shí)施例中，散射元件548a構(gòu)成連 續(xù)基體548b中的聚合物顆粒分散相。注意到該圖示出輸出耦合元件 548在x-y平面內(nèi)的剖視圖。例如通過沿著一個(gè)或多個(gè)方向拉伸，取 向散射元件548a和/或基體548b的雙折射聚合物材料。在共同擁有 的美國專利5,825,543和6,590,705中更詳細(xì)地描述了分散相/連續(xù)相 偏振元件。在圖5C的剖視圖中示意性示出偏振敏感輸出耦合元件558的另 一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，散射元件558a設(shè)置成基體558b中的纖 維的形式，例如聚合物纖維或玻璃纖維。纖維558a可以是各向同性 的而基體558b是雙折射的，或者纖維558a可以是雙折射的而基體 558b是各向同性的，或者纖維558a和基體558b都是雙折射的?；?于纖維的偏振敏感輸出耦合元件558中的光的散射至少部分地取決 于纖維558a的大小和形狀、纖維558a的體積分?jǐn)?shù)、輸出耦合元件 558的厚度和影響雙折射量的取向度?？梢蕴峁┎煌愋偷睦w維作為 散射元件558a。 一種合適類型的纖維558a是由可以為各向同性或雙 折射的一種類型聚合物材料形成的簡單聚合物纖維。在美國專利申請 No.l 1/068,159中更詳細(xì)地描述了設(shè)置在基體558b中的該類纖維558a 的實(shí)例。適用于輸出耦合元件558的另一個(gè)聚合物纖維實(shí)例是復(fù)合聚 合物纖維，其中由一種聚合物材料形成的多個(gè)散射纖維設(shè)置在另一種 聚合物材料的填充物中，從而形成所謂的"海島"結(jié)構(gòu)。散射纖維和 填充物之一或兩者可以是雙折射的。散射纖維可以由單一聚合物材料 形成或可以由兩種或更多種聚合物材料形成，例如在連續(xù)相中的分散 相。在美國專利申請No.11/068,157和No.11/068,158中更詳細(xì)地描 述了復(fù)合纖維。應(yīng)該理解到輸入耦合元件也可以是偏振敏感的。例如，當(dāng)非偏 振光入射在受控透射鏡上時(shí)，可以用偏振敏感散射輸入耦合元件將一 個(gè)偏振態(tài)的光散射到受控透射鏡中，從而允許正交偏振態(tài)的光被多層 反射器反射返回到底部反射器。然后可以使反射光的偏振態(tài)在光返回 受控透射鏡之前混合。這樣，輸入耦合元件基本上只允許一種偏振態(tài)的光進(jìn)入受控透射鏡。如果受控透射鏡的不同層保持光的偏振態(tài)，那 么即使使用了非偏振敏感輸出耦合元件，也基本上只能從受控透射鏡 中提取一種偏振態(tài)的光。輸入和輸出耦合元件可以都是偏振敏感的。 任意用作輸出耦合元件的偏振敏感層也可以用作輸入耦合元件。在照明單元的另一些實(shí)施例中，尤其是適合諸如LED等類點(diǎn)光 源的實(shí)施例中，可以將光源布置在受控透射鏡本身內(nèi)。在圖6A的剖視圖中示意性示出這種方法的一個(gè)示例性實(shí)施例。受控透射鏡620 具有透光層622、多層反射器624和輸出耦合元件628。透光層622 的下表面上可以設(shè)置有轉(zhuǎn)向?qū)?26。側(cè)面反射器632可以設(shè)置在受控 透射鏡620邊緣的周圍。側(cè)面反射器可以用于反射傳播出透光層622 的外緣的任意光。
轉(zhuǎn)向?qū)?26可以包括使光偏轉(zhuǎn)的透射偏轉(zhuǎn)層626a，例如用作輸 入耦合元件的上述任意層，包括體擴(kuò)散片或表面擴(kuò)散片或結(jié)構(gòu)化表 面。透射偏轉(zhuǎn)層626a可以與底部反射器618—起使用，底部反射器 618反射已經(jīng)透射通過偏轉(zhuǎn)層626a的光。底部反射器618可以是任 意合適類型的反射器。底部反射器618可以是鏡面反射器或漫反射 器，并可以由例如金屬化反射器或MOF反射器形成。如圖所示，底 部反射器618可以安裝到透射偏轉(zhuǎn)層626a上，或者可以與透射偏轉(zhuǎn) 層626a分離。然而，轉(zhuǎn)向?qū)?26在該實(shí)施例中不是指輸入耦合元件， 這是因?yàn)檗D(zhuǎn)向?qū)?26不用于將光耦合到受控透射鏡620中。可以提供 不同構(gòu)造的轉(zhuǎn)向?qū)?26。在一些示例性實(shí)施例中，例如如圖6B示意 性示出的，轉(zhuǎn)向?qū)?26可以只包括漫反射器。光源616，例如LED (但是也可以使用其它類型的光源)，排 列成使發(fā)光表面616a至少直接面向透光層622或者甚至可以凹入透 光層622。這樣，發(fā)光表面616a設(shè)置在轉(zhuǎn)向?qū)?26和多層反射器624 之間。在該實(shí)施例中，來自光源616的光634射入透光層622而沒有 透射通過設(shè)置在透光層622的下表面上的轉(zhuǎn)向?qū)?26。折射率匹配材 料，例如凝膠，可以設(shè)置在發(fā)光表面616a和透光層622之間，以便 減少反射損耗并增加從光源616耦合到透光層622中的光量。光源616可以布置在托架617上。托架617可選地提供與光源616的電連接并還可選地提供用于冷卻光源616的熱通道。即使當(dāng)光源616直接將光射入透光層622而不透過輸入耦合元 件時(shí)，多層反射器624仍然控制在透光層622中傳播的光可以射出受 控透射鏡62O時(shí)的最小角度0min。 一些光，如光線636和638所示， 從光源616以小于emi。的角度射入透光層622并因此被多層反射器 624反射。反射光的一部分，例如光線636，可以在入射到底部反射 器618之前或之后被轉(zhuǎn)向?qū)?26轉(zhuǎn)向，并由此以大于9min的角度反射 返回透光層622成為光線636a。因此， 一些光，例如光線636a，轉(zhuǎn) 向到允許光線在多層反射器624上僅發(fā)生一次反射后就隨后透射通 過多層反射器624的角度范圍內(nèi)。反射光的另一部分，例如光線638， 不會(huì)在轉(zhuǎn)向?qū)?26上發(fā)生轉(zhuǎn)向，因此以將會(huì)在多層反射器624上再發(fā) 生一次反射的角度從底部反射器618反射。從光源616發(fā)出的一部分光，如光線640和642所示，以等于 或大于0min的角度從光源616a射入透光層622，并由此透射通過多 層反射器624。透射光的一部分，例如光線640，可以由輸出耦合元 件628轉(zhuǎn)向，因此透射出受控透射鏡620成為光640a。透射光的另 一部分，例如光線642，可以不發(fā)生轉(zhuǎn)向地透射通過輸出耦合元件 628，并且如果以大于臨界角ec的角入射到輸出耦合元件628的上表 面628a上，則被全內(nèi)反射從而朝向透光層622返回。在透光層622內(nèi)傳播的一部分光644可以在邊緣反射器632上 反射。邊緣反射器632可以用于減少從透光層622的邊緣射出的光量， 并由此減少損耗。在圖6C中示意性示出了受控透射鏡650的另一個(gè)實(shí)施例，其中 透光層652還用作轉(zhuǎn)向?qū)?。在該?shí)施例中，透光層652包含一些擴(kuò)散 顆粒，從而使得從其中通過的光的一部分發(fā)生轉(zhuǎn)向。在一個(gè)實(shí)例中， 從光源616以小于0mh的角度傳播的光束654可以在透光層652內(nèi)發(fā) 生轉(zhuǎn)向，從而以大于emin的角度入射到多層反射器624中。在另一個(gè) 實(shí)例中，由多層反射器624反射的光束656可以在透光層652中發(fā)生轉(zhuǎn)向，從而以大于6min的角度被底部反射器618反射。在直接照明式顯示器中，照明單元可以構(gòu)造成位于顯示面板后面的單個(gè)面板。在圖7示意性示出的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，背光源700可以包括多個(gè)照明單元702。在示出的實(shí)施例中，照明單元702構(gòu)造成條狀，并且每個(gè)照明單元都包括可設(shè)置在交錯(cuò)位置的多個(gè)光源716a、 716b和716c。照明單元702可以具有不同的形狀。此外，光 源716a、 716b和716c可以產(chǎn)生不同顏色的光。例如， 一些光源716a 可以產(chǎn)生紅光，而另一些光源716b產(chǎn)生綠光，另一些光源716c產(chǎn)生 藍(lán)光。可以排列不同顏色的光源716a、 716b和716c以便增加不同顏 色光的混合程度，從而產(chǎn)生所需顏色均勻性的混合光。在圖8A中示出了照明單元800的另一個(gè)實(shí)施例，其中在反射腔 802的端部810設(shè)置多個(gè)光源806。在該示例性實(shí)施例中，存在一個(gè) 以上的光源806，并且反射腔802的橫截面形狀為矩形。每個(gè)光源806 可以產(chǎn)生相同顏色或不同顏色的光。在不同光源806產(chǎn)生不同顏色的 光的情況下，來自每個(gè)光源806的光在反射腔802內(nèi)與來自其它光源 806的光混合，使得從受控透射鏡804射出的光可以是混合顏色的光。 例如，如果存在分別產(chǎn)生紅光、綠光和藍(lán)光的三個(gè)光源806，那么從 受控透射鏡804射出的光可以是白光?；旌项伾敵龉獾纳扔绕淙?決于不同光源的相對輸出功率和受控透射鏡804的光譜特性?？梢匝刂芸赝干溏R804的長度對通過受控透射鏡804的光的 提取進(jìn)行分級，使得從照明單元800提取的光的亮度在受控透射鏡 804的長度上相對均勻。圖8 B示意性示出了使用照明單元8 00的背光源8 20的示例性實(shí) 施例。照明單元800至少部分地被反射器822包圍，并且設(shè)置成使從 受控透射鏡804射出的光824被導(dǎo)向光導(dǎo)826?？蛇x的增亮層828， 例如棱柱形增亮層，可以設(shè)置在照明單元800與光導(dǎo)826之間。增亮 層828減小了射入光導(dǎo)826的光的角展度，并可促進(jìn)在光導(dǎo)826內(nèi)的 橫向擴(kuò)散。 一部分光，例如光線830，可以被增亮層828反射?？梢?通過照明單元800內(nèi)的受控透射鏡804或一些其它反射器，或者通過 包圍照明單元800的反射器822，來改變反射光830的方向以使其返 回光導(dǎo)826。在圖9A中示出了照明單元卯0的另一個(gè)實(shí)施例，其中光源906位于反射腔卯2的與受控透射鏡904相對的面908上。在該示例性實(shí) 施例中，存在一個(gè)以上的光源906，并且反射腔902的橫截面形狀為 矩形。每個(gè)光源906可以產(chǎn)生相同顏色或不同顏色的光。反射腔902 可以用于混合來自不同光源906的光，使得從受控透射鏡904輸出的 光的強(qiáng)度分布相對均勻。此外，在光源906產(chǎn)生不同顏色的光的情況 下，混合不同顏色的光，以使得從受控透射鏡904射出的光是混合顏 色的光。例如，如果存在分別產(chǎn)生紅光、綠光和藍(lán)光的三個(gè)光源906， 那么從受控透射鏡904射出的光可以是白光?？梢栽诜瓷淝?02內(nèi)混 合來自光源906的光，使得從照明單元提取的光的亮度相對均勻。在圖9B中示意性示出了照明單元920的另一個(gè)實(shí)施例，其中受 控透射鏡954位于反射腔902的頂部。附加的光源906可以安置在反 射腔902的邊緣周圍。在圖10A和圖10B中示意性示出了照明單元1000的另一個(gè)實(shí) 施例。照明單元IOOO具有反射腔1002，該反射腔1002包括反射器 1008和受控透射鏡1004。在底部1007上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)光源 1006。底部1007可以是反射性的。底部1007還可以提供用于驅(qū)動(dòng)光 源1006的電連接，并且提供用于從光源1006排除熱量的吸熱器。來自光源1006的光1020被反射器1008朝向受控透射鏡1004 反射。反射器1008可以具有任何合適的形狀，并且可以是彎曲的(如 圖所示)或者是平的。如果反射器1008是彎曲的，那么該彎曲形狀 可以是任何合適類型的彎曲形狀，例如橢圓形或拋物線形。在示出的 實(shí)施例中，反射器1008在一個(gè)維度上彎曲。反射器1008可以是任何 合適類型的反射器，例如金屬化反射器或包括多層聚合物膜(MOF) 反射器在內(nèi)的多層介電反射器。透射通過受控透射鏡1004的光可以 耦合到光導(dǎo)1012中，以便對顯示設(shè)備進(jìn)行背后照明。反射腔1002 內(nèi)的空間1014可以是被填充的或者可以是空的。在空間1014填充有 例如透明光學(xué)體的實(shí)施例中，反射器1008可以設(shè)置在該光學(xué)體的外 表面上。在另一些實(shí)施例中，在光源1006與反射器1008之間存在空 的空間。在美國專利申請公布2005/0094401 Al中更進(jìn)一步地描述了 反射腔的不同結(jié)構(gòu)。光源1006，例如LED，可以全部產(chǎn)生相同顏色的光，或者不同 LED可以產(chǎn)生不同顏色的光，例如紅光、綠光和藍(lán)光。在一些示例 性實(shí)施例中，可以用可選的波長轉(zhuǎn)換器1022改變光1020的至少一部 分的顏色。例如，在光1020為藍(lán)光或紫外光的情況下，可以用波長 轉(zhuǎn)換器1022將該光的一部分轉(zhuǎn)換為綠光和/或紅光1024 (虛線)。 低通反射器1026可位于受控透射鏡1004與波長轉(zhuǎn)換器1022之間。 低通反射器1026透射來自光源1006的較短波長的光1020，并且朝 向光導(dǎo)1012反射來自波長轉(zhuǎn)換器1022的光1024a。在另一個(gè)實(shí)施例中，受控透射鏡1004可以用作輸出耦合元件， 即具有裝載熒光物質(zhì)顆粒的基體的擴(kuò)散片。在這種構(gòu)造中，透射穿過 多層反射器的光的一部分被熒光物質(zhì)轉(zhuǎn)換成不同波長的光。沒有被這 些顆粒擴(kuò)散或轉(zhuǎn)換的光可被基體層全內(nèi)反射，從而穿過多層反射器返 回。在圖11A中示意性示出了可以用作顯示設(shè)備的背光源的照明單 元1100的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在第一反射器1102與第二 反射器1104之間設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)光源1106。在一些實(shí)施例中，光 源1106可以是LED，并可向大致背離第二反射器1102的方向發(fā)光， 在這種情況下，可以提供可選的彎曲反射器1108以便沿著第一反射 器1102與第二反射器1104之間的空間引導(dǎo)光1110。在其它實(shí)施例 中(未示出)，光源1106可以在沿著第一反射器1102與第二反射器 1104之間空間的方向上大致側(cè)向地發(fā)光。第一反射器1102和第二反射器1104可以為鏡面反射器，例如 購自3M Company, St. Paul, Minnesota的ESR膜。在各個(gè)端部設(shè)置 有折疊反射器(folding reflector) 1112，以便將光lllO返送到在第 二反射器1104與受控透射鏡1U4之間形成的反射腔中。光1110最 后穿過受控透射鏡1U4從照明單元1100射出。第一反射器U02可 以安裝在底部1116上，底部1116向光源1106提供電力，并且還可 以用作從光源1106排除熱量的吸熱器。光源1106可以在第一反射器1102上排列成不同圖案。圖11B 示出了在第一反射器1102與第二反射器1104之間通過照明單元1100的剖視圖，在示出的布置中，光源1106排列成線狀圖案，并且光被導(dǎo)向邊緣1120a和1120b。在圖IIC示意性示出的布置中，光源 1106和反射器1108排列成徑向圖案，使得光徑向向外地導(dǎo)向位于第 一反射器U02周圍的折疊反射器1112。本文所描述的照明單元不局限于用來照明液晶顯示面板。照明 單元還可以用于任何如下情況使用分立光源產(chǎn)生光，并且需要從包 括一個(gè)或多個(gè)分立光源的面板中獲得均勻的照明。因此，該照明單元 可以用于固態(tài)空間照明應(yīng)用和標(biāo)志、照明面板等中。不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明只限于上述具體實(shí)例，而是應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明 包括如所附權(quán)利要求書中明確提出的本發(fā)明的所有方面。在閱讀本說 明書之后，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易明白適用于本發(fā)明的 各種修改、等同方案以及多種結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求書旨在包括這些修改和 設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括成像面板，其具有照明側(cè)；以及背光單元，其設(shè)置在所述成像面板的照明側(cè)，所述背光單元包括至少第一光源和第二光源，所述第一光源產(chǎn)生第一波長的光，所述第二光源產(chǎn)生與所述第一波長不同的第二波長的光，以及反射腔，其具有至少一個(gè)反射表面和受控透射鏡，來自所述第一光源和所述第二光源的光在所述反射腔內(nèi)被反射，所述受控透射鏡包括輸入耦合元件、輸出耦合元件和位于所述輸入耦合元件與所述輸出耦合元件之間的第一多層反射器，所述第一多層反射器對來自所述第一光源和所述第二光源的法向入射光是反射性的，所述輸入耦合元件使來自所述第一光源和所述第二光源的、在與所述第一多層反射器基本垂直的方向上傳播的光的至少一部分改向到透射通過所述第一多層反射器的方向。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件包括體擴(kuò)散片、表面擴(kuò)散片、結(jié)構(gòu)化表面和 全內(nèi)反射輸出耦合元件中至少之一。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入耦合元件包括體擴(kuò)散片、表面擴(kuò)散片、結(jié)構(gòu)化表面和 全內(nèi)反射輸入耦合元件中至少之一。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述受控透射鏡還包括設(shè)置在所述輸入耦合元件與所述輸出耦 合元件之間的透光層。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述透光層設(shè)置在所述第一多層反射器與所述輸出耦合元件之間。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述第一多層反射器設(shè)置在所述透光層與所述輸出耦合元件之間。
7. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括第二多層反射器，其設(shè)置在所述輸入耦合元件與所述輸出耦合 元件之間，所述透光層設(shè)置在所述第一多層反射器與所述第二多層反 射器之間。
8. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括側(cè)面反射器，其與所述透光層的至少一條邊緣相鄰地設(shè)置。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件基本上僅將一個(gè)偏振態(tài)的光從所述背光單元耦合出o
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件包括在連續(xù)聚合物基體中的分散聚合物相， 所述分散聚合物相與所述連續(xù)聚合物基體中的至少之一包括雙折射 聚合物材料。
11. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出耦合元件包括設(shè)置在聚合物基體內(nèi)的纖維，所述纖維 與所述聚合物基體中的至少之一包括雙折射聚合物材料。
12. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述成像面板包括液晶顯示(LCD)面板，并且所述系統(tǒng)還包 括設(shè)置在所述LCD面板的觀看側(cè)的第一偏振片和設(shè)置在所述LCD面 板的照明側(cè)的第二偏振片。
13. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括控制器，其被連接以便控制所述成像面板顯示的圖像。
14. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中， 所述第一光源和所述第二光源包括發(fā)光二極管(LED)。
15. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源包括LED，并且所述第二光源包括被LED照明的 熒光物質(zhì)。
16. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中， 所述第一多層反射器包括聚合物多層膜。
17. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)光控制膜，其設(shè)置在所述背光單元與所述成像面板 之間。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述光控制膜包括反射偏振片與棱柱形增亮膜中的至少之一。
19. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源能夠產(chǎn)生紅光，所述第二光源能夠產(chǎn)生綠光，并 且所述背光單元還包括能夠產(chǎn)生藍(lán)光的第三光源。
20. —種照明單元，包括至少第一光源和第二光源，所述第一光源能夠產(chǎn)生第一波長的 照明光，所述第二光源能夠產(chǎn)生與所述第一波長不同的第二波長的照 明光；以及反射腔，其具有一個(gè)或多個(gè)反射器和設(shè)置在所述反射腔輸出端 的受控透射鏡，所述受控透射鏡包括輸入耦合元件、輸出耦合元件和 設(shè)置在所述輸入耦合元件與所述輸出耦合元件之間的第一多層反射 器，來自所述第一光源和所述第二光源的照明光的至少一部分在所述 反射腔內(nèi)被所述一個(gè)或多個(gè)反射器反射，并且通過所述受控透射鏡透 射出所述反射腔。
21. 如權(quán)利要求20所述的單元，其中，所述受控透射鏡還包括設(shè)置在所述輸入耦合元件與所述輸出耦 合元件之間的透光層。
22. 如權(quán)利要求20所述的單元，其中， 所述第一光源和所述第二光源包括發(fā)光二極管(LED)。
23. 如權(quán)利要求20所述的單元，還包括第三光源，其能夠產(chǎn)生與所述第一波長和所述第二波長不同的 第三波長的光。
24. 如權(quán)利要求23所述的單元，其中，所述第一波長、所述第二波長和所述第三波長分別是紅光波長、 綠光波長和藍(lán)光波長。
25. 如權(quán)利要求20所述的單元，還包括光波長轉(zhuǎn)換器，其設(shè)置成對通過所述受控透射鏡輸出的照明光 的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
26. 如權(quán)利要求20所述的單元，其中，所述反射腔為沿著縱軸的細(xì)長反射腔并且具有第一端部，所述 受控透射鏡位于所述反射腔的第一側(cè)并基本上與所述縱軸平行。
27. 如權(quán)利要求26所述的單元，其中， 所述至少第一光源設(shè)置在所述反射腔的第一端部。
28. 如權(quán)利要求26所述的單元，其中， 所述至少第一光源設(shè)置在所述反射腔的第二側(cè)。
29. 如權(quán)利要求20所述的單元，其中，所述反射腔包括至少一個(gè)彎曲反射器，其位于一個(gè)或多個(gè)光 源與受控透射鏡之間的光路上。
30. 如權(quán)利要求29所述的單元，其中， 所述至少一個(gè)彎曲反射器僅在一個(gè)維度上彎曲。
31. 如權(quán)利要求29所述的單元，其中，所述至少一個(gè)彎曲反射器包括至少兩個(gè)彎曲反射器，每個(gè)彎曲 反射器都在兩個(gè)維度上彎曲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種照明單元(112)，該照明單元包括至少兩個(gè)光源(116a，116b)，這兩個(gè)光源產(chǎn)生不同波長的光。照明單元還包括反射腔(118)，其具有一個(gè)或多個(gè)反射器(202)和設(shè)置在所述反射腔的輸出端的半透射鏡(200)。受控透射鏡包括輸入耦合元件(206)、輸出耦合元件(208)和設(shè)置在所述輸入耦合元件與所述輸出耦合元件之間的第一多層反射器(204)。來自所述光源的光的至少一部分在所述反射腔內(nèi)被一個(gè)或多個(gè)反射器反射并且混合。光通過半透射鏡射出所述反射腔。該照明單元可以用于照明目的，或者作為照明顯示器的背光源的一部分。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK101243354SQ200680029932
公開日2008年8月13日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者肯尼思·A·愛潑斯坦, 邁克爾·F·韋伯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司