專利名稱：：具有半鏡面元件的循環(huán)背光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及適用于從背面照明顯示器或其他圖形的擴(kuò)展面光源，其通常稱為背光源，以及涉及類似的擴(kuò)展照明裝置。本發(fā)明特別適用于包括前反射器和后反射器，并在其間形成空心光循環(huán)腔的背光源。
背景技術(shù)：
：根據(jù)內(nèi)部光源與背光源輸出區(qū)域的相對位置，可將背光源歸入兩類中的一類；其中背光源的"輸出區(qū)域"對應(yīng)于顯示設(shè)備的可視區(qū)域或范圍。在本文中，背光源的"輸出區(qū)域"有時稱為"輸出范圍"或"輸出表面"，以便將該范圍或表面本身與該范圍或表面的面積(以平方米、平方毫米、平方英寸等為單位的數(shù)值量)區(qū)分開來。第一類背光源為"側(cè)光式"。從平面圖上看，在側(cè)光式背光源中，沿著背光源構(gòu)造的外邊界或外周邊(通常在與輸出區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域以外)設(shè)置了一個或多個光源。這些光源通常被背光源輸出區(qū)域邊緣的框架或擋板遮蔽。光源發(fā)出的光通常進(jìn)入稱為"光導(dǎo)裝置"的元件內(nèi)，特別是在需要使用超薄型背光源的情況下，例如在膝上型計算機(jī)的顯示器中。光導(dǎo)裝置是一種透明的、實(shí)心的且相對薄的板，其長度和寬度與背光源的輸出區(qū)域接近。光導(dǎo)裝置利用全內(nèi)反射(TIR)，將安裝在邊緣的燈發(fā)出的光進(jìn)行傳播或?qū)?，使其沿著光?dǎo)裝置的整個長度或?qū)挾鹊竭_(dá)背光源的對邊，在光導(dǎo)裝置的表面上設(shè)置有非均勻圖案的局部提取結(jié)構(gòu)，以使離開光導(dǎo)裝置的某些已導(dǎo)向光重新導(dǎo)向至背光源的輸出區(qū)域。此類背光源通常還包括光管理膜以增加同軸亮度，例如設(shè)置在光導(dǎo)裝置之后或之下的反光材料，以及設(shè)置在光導(dǎo)裝置之前或之上的反射偏振膜和棱鏡BEF膜。申請人認(rèn)為，現(xiàn)有的側(cè)光式背光源的缺點(diǎn)或不足之處包括與光導(dǎo)裝置相關(guān)的質(zhì)量或重量的相對較大，特別是對于較大的背光源尺寸而言；由于光導(dǎo)裝置必須針對特定的背光源尺寸以及特定的光源構(gòu)造而注射成型或加工，因此需要使用的元件在背光源間不可互換；與現(xiàn)有的提取結(jié)構(gòu)布置一樣，需要使用的元件要求背光源的不同位置具有相當(dāng)大的空間不均勻度；而且，隨著背光源尺寸的增加，由于沿著顯示器邊緣的空間或"實(shí)際使用面積"有限，提供充足照明的困難性也相應(yīng)增加，這是因?yàn)榫匦蔚闹荛L與面積的比率隨特征性面內(nèi)尺寸L的增大(如對于給定長寬比的矩形而言為背光源輸出區(qū)域的長度或?qū)挾然驅(qū)蔷€量值)而線性降低(1/U。第二類背光源為"直接照明式"。從平面圖上看，在直接照明式背光源中，基本上在與輸出區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域中設(shè)置了一個或多個光源，這些光源通常在該區(qū)域內(nèi)以規(guī)則的陣列或圖案布置?；蛘呖梢該Q句話說，在直接照明式背光源中，光源被直接設(shè)置在背光源輸出區(qū)域的正后方。強(qiáng)擴(kuò)散板通常安裝在光源的上方以使光散布在輸出區(qū)域上。此外，諸如反射偏振模和棱鏡BEF膜之類的光管理膜也可設(shè)置在擴(kuò)散板的上方以提高同軸亮度和效率。申請人認(rèn)為，現(xiàn)有的直接照明式背光源的缺點(diǎn)或不足之處包括與強(qiáng)擴(kuò)散板相關(guān)的效率低下；就LED光源而言，需要使用大量的此類光源來保證足夠的均勻度和亮度，這就涉及較高的元件成本和產(chǎn)熱；此外，為避免光源產(chǎn)生不均勻和不可取的"擊穿"現(xiàn)象(其中在各光源之上的輸出區(qū)域中會出現(xiàn)亮點(diǎn))而限制了背光源可實(shí)現(xiàn)的薄度。在一些情況下，直接照明式背光源還可以包括位于背光源周邊的一個或多個光源，或者側(cè)光式背光源可以包括位于輸出區(qū)域正后方的一個或多個光源。在這些情況下，如果大部分光從背光源輸出區(qū)域的正后方發(fā)出，則認(rèn)為背光源為"直接照明式"，而如果大部分光從背光源輸出區(qū)域的周邊發(fā)出，則認(rèn)為背光源為"側(cè)光式"。.通常將這兩種類型的背光源中的一種與基于液晶(LC)的顯示器搭配使用。由于液晶顯示器(LCD)面板的運(yùn)行原理僅利用光的一個偏振態(tài)，因此對于LCD應(yīng)用而言，了解背光源的正確或可用偏振態(tài)的光的亮度和均勻度可能十分重要，而不只是可能為非偏振態(tài)的光的亮度和均勻度。在這點(diǎn)上，如果所有其他因素相同，則在LCD應(yīng)用中，主要或只發(fā)射具有有用偏振態(tài)光的背光源比發(fā)射非偏振光的背光源更有效。然而，即便背光源發(fā)出的光不只是處于可用偏振態(tài)，甚至于發(fā)射隨機(jī)偏振光，也仍然完全可用于LCD應(yīng)用，因?yàn)闊o用偏振光可輕易被設(shè)置在LCD面板背面的吸收型偏振器除去。
發(fā)明內(nèi)容本專利申請?zhí)貏e是公開了具有設(shè)定的漫射特性和鏡面反射特性組合的反射和/或透射膜、表面或其他元件。本文將這些元件稱為"半鏡面"元件，它們可由稱為"傳播率"的量值來表征，而傳播率為入射角的函數(shù)。當(dāng)將它們適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在合適的空心循環(huán)腔背光源(其輸出表面即前表面具有高的半球反射率值(RU)內(nèi)時，它們可有助于改善背光源的輸出特性，并使得背光源的構(gòu)造具有新的設(shè)計空間。本專利申請公開了(例如)這樣的背光源，其包括形成空心光循環(huán)腔的前反射器和后反射器，其中前反射器為部分透射以提供輸出照明區(qū)域，以及設(shè)置為以有限角度分布向光循環(huán)腔內(nèi)發(fā)出光的一個或多個光源。重要的是，這種背光源還包括一種元件，該元件為腔體提供鏡面反射特性與漫射特性的所需平衡，該元件的特征在于其傳播率在入射角為15度時大于15%并且在入射角為45度時小于95%。前反射器或后反射器為上述元件或包括上述元件，或者該元件與前反射器和后反射器不同。在一些情況下，該元件的傳播率在入射角為15度時大于20%，或者在入射角為45度時小于90%。所述光源可以限定的或部分準(zhǔn)直的角度分布向光循環(huán)腔發(fā)射光，這些光源可包括小面積LED光源和楔形反射器。例如，注入光可以被準(zhǔn)直以具有以平行于背光源輸出區(qū)域的橫向平面為中心、范圍為0至60度或0至30度的半最大功率全角寬(fullangle-widthathalfmaximumpower,FWHM)。在這種情況下，光循環(huán)腔的前反射器有利地具有基本上隨入射角增加而增加的反射率，以及基本上隨入射角增加而減小的透射率。這種反射率和透射率可以是針對任何入射平面內(nèi)的非偏振可見光，或者針對某一平面內(nèi)具有有用偏振態(tài)的入射光，對于該平面而言，具有有用偏振態(tài)的斜光為p偏振光。在另一方面，本發(fā)明提供一種空心光循環(huán)腔，其包括前反射器和后反射器，前反射器為部分透射的，以提供輸出照明區(qū)域，其中空心光循環(huán)腔的腔體傳播值大于約0.5并小于約0.95，并且前反射器的半球反射率Rhu'大于約O.6。通過以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些方面和其他方面將顯而易見。然而，在任何情況下，都不應(yīng)將上述概述理解為是對要求保護(hù)的主題的限制，該主題僅受所附權(quán)利要求書的限定，并且在審査期間可以進(jìn)行修改。在整篇說明書中都參考了附圖，在這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中圖1為一般循環(huán)背光源或類似擴(kuò)展面光源的示意性側(cè)視圖la為表面的透視圖，示出了不同的入射平面和不同的偏振狀態(tài)；圖2為包括實(shí)心光導(dǎo)裝置的側(cè)光式背光源的示意性側(cè)視圖3為包括空心循環(huán)腔的側(cè)光式背光源的示意性側(cè)視圖4為包括空心循環(huán)腔和光源構(gòu)件的側(cè)光式背光源的示意性側(cè)視圖，其中光源構(gòu)件被設(shè)置成向腔體發(fā)射有限角度分布的光；圖5為包括實(shí)心光導(dǎo)裝置的側(cè)光式背光源的示意性側(cè)視圖，用以演示光注入原理；圖6為包括實(shí)心光導(dǎo)裝置的側(cè)光式背光源的示意性俯視圖，同樣用以演示光注入原理；圖7為包括空心循環(huán)腔的直接照明式背光源的示意性側(cè)視圖8-10為包括空心循環(huán)腔的背光源的示意性側(cè)視圖，對鏡面反射器、朗伯反射器和半鏡面反射器的效應(yīng)進(jìn)行了比較；圖11為包括空心循環(huán)腔的直接照明式背光源的示意性側(cè)視圖12為樣品膜的反射光的錐光圖13a為圖12膜的所測亮度與觀察角度關(guān)系的曲線圖，其中在入射平面內(nèi)((p=0)測量亮度；圖13b為圖12膜的所測亮度與觀察角度關(guān)系的曲線圖，其中在與入射平面垂直的平面內(nèi)((p=90)測量亮度；圖14為多種樣品膜的傳播率T與入射角關(guān)系的圖線；圖15a-b、圖16、圖17a-b、圖19a_b和圖20a-b為其他供試膜的所測亮度與觀察角度的關(guān)系的圖線；而圖18a-b為實(shí)例G-H的膜的反射光的錐光圖，其中膜具有相對于實(shí)例G的入射平面的第一取向，以及相對于實(shí)例H的入射平面的第二取向，并且第一取向相對于第二取向旋轉(zhuǎn)了90度。具體實(shí)施例方式下一代背光源若能結(jié)合下述某些或所有特性，同時提供足以滿足預(yù)期應(yīng)用的亮度和空間均勻度，將會大有裨益薄型；設(shè)計簡潔，例如使用最少的膜元件和最少的光源，以及便利的光源布局；重量輕；不使用或不需要從背光源的一處至另一處空間上基本不均勻的膜元件(例如無明顯的梯度)；與LED光源兼容，以及與其他小面積、高亮度光源(例如固態(tài)激光源)兼容；對與同一標(biāo)稱顏色的所有LED光源中的顏色差異有關(guān)的問題不敏感；對LED光源中某些部分的燒壞或其他故障盡可能不敏感；以及能消除或減少在上述
背景技術(shù)：
章節(jié)中提及的至少某些不足之處和缺點(diǎn)。200880015829.1說明書第6/33頁這些特性能否成功應(yīng)用在背光源中部分取決于對背光源照明所用的光源的類型。例如，CCFL在其狹長的發(fā)射區(qū)域之上發(fā)射白光，而這些發(fā)射區(qū)域也能將一些光散射并碰撞在CCFL上，例如就像發(fā)生在循環(huán)腔中的情形。然而，通常CCFL發(fā)射的光的角分布實(shí)際上為朗伯分布，這在給定背光源設(shè)計中可能是無效的或者說是不可取的。另外，雖然CCFL的發(fā)射表面在一定程度上為漫反射的，但申請人發(fā)現(xiàn)，如果需要高循環(huán)腔，則該發(fā)射表面通常也具有較大的吸收損耗。LED晶粒也朗伯式地發(fā)射光，但由于其相對于CCFL尺寸小很多，LED的光分布可以容易地進(jìn)行修飾，例如，用集成封裝透鏡反射器或提取器進(jìn)行修飾，以使所得封裝LED為前發(fā)光體、側(cè)發(fā)光體或其他非朗伯式分布。這種非朗伯式分布可為本發(fā)明所公開的背光源提供重要優(yōu)勢。然而，由于LED光源相對于CCFL尺寸更小并且強(qiáng)度更高，也使得使用LED時更難以產(chǎn)生空間均勻的背光源輸出區(qū)域。當(dāng)使用單獨(dú)的彩色LED(例如紅/綠/藍(lán)(RGB)LED的組合)產(chǎn)生白光時尤其如此，因?yàn)槿绻荒芴峁┏浞值貍?cè)向傳送或混合這種光，很容易產(chǎn)生不可取的彩色光帶或光區(qū)。在白光LED中，通過用發(fā)射藍(lán)光或紫外線的LED晶粒激發(fā)熒光粉，可在大小接近LED晶粒的較小區(qū)域或空間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的白光，因此可用于降低這種顏色不均勻性，但是白光LED目前不能提供如用單個彩色LED布置所實(shí)現(xiàn)的那樣寬的LCD色域，因此也不適合所有最終應(yīng)用。申請人已發(fā)現(xiàn)了幾種背光源設(shè)計特點(diǎn)的組合，這些組合可與LED光源照明相容，并且使背光源設(shè)計在至少某些方面能超越最新市售LCD裝置中的背光源。這些背光源設(shè)計特點(diǎn)包括下列一些或全部光循環(huán)腔，在該光循環(huán)腔中大部分光在離開半透射半反射的前反射器前，在大體上共同延伸的前反射器和后反射器之間經(jīng)歷多次反射；通過例如以下方式將循環(huán)腔中光傳播的總損耗保持在相當(dāng)?shù)偷乃教峁┑臀論p耗的基本上封閉的腔體(包括低損耗前反射器、后反射器和側(cè)反射器)，并且通過例如確保所有光源的累積發(fā)射區(qū)域僅占背光源輸出區(qū)域的一小部分，將與光源有關(guān)的損耗保持到很低；光循環(huán)腔是空心的，即光在腔體中的側(cè)向傳播主要是在空氣、真空等中進(jìn)行，而不是在諸如丙烯酸類樹脂或玻璃等光學(xué)致密介質(zhì)中進(jìn)行；就設(shè)計為僅發(fā)出特定(可用)偏振態(tài)光的背光源而言，其前反射器具有足夠高的反射率，使得這種可用光支持側(cè)向傳播或發(fā)散，并且使得光線角度隨機(jī)化以實(shí)現(xiàn)合格的背光源輸出空間均勻度，同時又具有足夠高的透射率，形成合適的應(yīng)用可用角度，確保背光源在應(yīng)用中具有合格的亮度；光循環(huán)腔中包括為腔體提供鏡面反射特性與漫射特性的平衡的一個或多個元件，所述元件具有足夠的鏡面反射率，以使光在腔體中進(jìn)療充分的側(cè)向傳播或混合，同時又具有足夠的漫反射率，以使腔體內(nèi)穩(wěn)態(tài)光的角分布基本均勻，即使當(dāng)光僅以窄角度范圍注入腔體時也是這樣(此外，就設(shè)計為僅發(fā)出特定(可用)偏振態(tài)光的背光源而言，腔體內(nèi)的循環(huán)優(yōu)選使得反射光的偏振相對于入射光的偏振態(tài)具有一定的隨機(jī)度，以形成將無用偏振光轉(zhuǎn)換為可用偏振光的機(jī)制)；循環(huán)腔的前反射器的反射率通常隨入射角增大而增加，而透射率則通常隨入射角增大而減小，其中反射率和透射率是針對非偏振態(tài)可見光和任何入射平面，和/或針對某一平面內(nèi)具有可用偏振態(tài)的入射光，對于該平面而言，具有可用偏振態(tài)的斜光為p偏振光(此外，前反射器具有高半球反射率值，同時還對應(yīng)用中可用的光具有足夠高的透射率)；光注入光學(xué)器件將最初注入循環(huán)腔的光部分準(zhǔn)直或限制到接近于橫向平面(與背光源輸出區(qū)域平行)的傳播方向，例如注入光束具有相對于橫向平面、范圍從0至90度或從0至60度或從0至30度的半最大功率全角寬度(FW麗)。在某些情況下，可能理想的是，最大功率的注入光能在橫向平面下方以與橫向平面不大于40度的夾角向下投射，在其他情況下，最大功率的注入光能在橫向平面上方朝前反射器方向以與橫向平面不大于40度的夾角向上投射。LCD面板的背光源的最簡單形式包括發(fā)光表面，例如LED晶粒的活性發(fā)射表面或CCFL燈管中熒光粉的外層；以及一種幾何光學(xué)裝置，該裝置以產(chǎn)生擴(kuò)展或大面積的照明表面或范圍(稱為背光源輸出區(qū)域)這樣的方式來分配或散布光，光的發(fā)射亮度在空間上為均勻的。一般來講，由于與所有背光源腔體表面的相互作用，以及與發(fā)光表面的相互作用，這種將亮度很高的局部光源轉(zhuǎn)換成大面積均勻輸出表面的方法會導(dǎo)致光損耗。大體來說，沒有通過這種方法穿過與前反射器相關(guān)的輸出區(qū)域或表面-可任選地進(jìn)入所需的應(yīng)用觀察錐(如果有的話)，并具有特定(如LCD可用的)偏振態(tài)(如果有的話)-的任何光均為"損耗"光。在共同轉(zhuǎn)讓的相關(guān)專利申請中，我們通過兩個重要參數(shù)描述了一種賦予包括循環(huán)腔的任何背光源獨(dú)特特征的方法。該相關(guān)PCT專利申請的名稱為"ThinHollowBacklightsWithBeneficialDesignChracteristics"(具有有益設(shè)計特性的薄型空心背光源)(代理人案巻號63031W0003)?，F(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移至圖1中所示的一般背光源10，其中前反射器12和后反射器14形成空心光循環(huán)腔16。背光源10將光發(fā)射到擴(kuò)展的輸出區(qū)域或表面18上，在本例中，該輸出區(qū)域或表面對應(yīng)前反射器12的外部主表面。示出的前反射器和后反射器均為平面并且相互平行，在橫向維度13上共同擴(kuò)張，該維度也對應(yīng)于(例如)輸出區(qū)域18的長度或?qū)挾戎惖臋M向維度。前反射器將入射到其上的很大一部分光反射回腔體內(nèi)，在圖中，這表示為初始光束20經(jīng)過反射后，分為相對較強(qiáng)的反射光束20a和相對較弱的透射光束20b。注意，表示各條光束的箭頭在本質(zhì)上是示意性的，例如，示出的不同光束的傳播方向以及角度分布并非意圖進(jìn)行完全準(zhǔn)確的描繪。回到圖中，反射光束20a被后反射器14強(qiáng)烈反射后形成光束20c。光束20c被前反射器12部分透射后產(chǎn)生透射光束20d，部分反射后產(chǎn)生另一光束(未示出)。前反射器和后反射器之間的多次反射有助于支持光在腔體中的橫向傳播，如箭頭22所示。所有透射光束20b、20d等非相干疊加，共同形成背光源輸出。為了進(jìn)行示意性的說明，小區(qū)域光源24a、24b、24c在圖中可供選擇的位置處示出，其中光源24a標(biāo)示于側(cè)光位置并設(shè)有反射結(jié)構(gòu)26以幫助(至少部分地)校準(zhǔn)光源24a發(fā)射的光。光源24b和24c標(biāo)示于直接照明位置，而光源24c—般與后反射器14中設(shè)置的洞或小孔(未示出)對齊，以使得光注入腔體16內(nèi)。通常還會在維度13的端點(diǎn)處設(shè)置反射側(cè)表面(未示出，不同于反射結(jié)構(gòu)26)，優(yōu)選地將前反射器12和后反射器14以密封形式連接以將損耗降到最低。在一些直接照明式的實(shí)施例中，一般來講，豎直反射側(cè)表面實(shí)際上可以是將背光源與相似或相同的相鄰背光源分開的薄隔離物，其中每個這樣的背光源實(shí)際上都是更大的分區(qū)背光源的一部分。各個子背光源中的光源都能以任何所需的組合打開或關(guān)閉，以使更大的背光源能夠形成由明亮區(qū)域和黑暗區(qū)域組成的圖案。在一些LCD應(yīng)用中，這類分區(qū)的背光源可以動態(tài)地使用以提高對比度和節(jié)約能源。可以通過使用反射和透射光學(xué)元件的組合來制造能夠?qū)⒕€光源或點(diǎn)光源轉(zhuǎn)變?yōu)榫粩U(kuò)展面光源的背光源腔體(或者更一般地說，任意發(fā)光腔體)。在許多情況下，所需的腔體相對于其橫向尺寸來說是很薄的。用于提供均一擴(kuò)展面光源的優(yōu)選腔體為能進(jìn)行多次反射，在反射過程中既側(cè)向散播光，又使光線方向隨機(jī)化的腔體。一般來講，與正面面積相比，光源的面積越小，在腔體的輸出區(qū)域上形成均一的光強(qiáng)度就越難。歷史上，在最薄的背光源中一般使用實(shí)心光導(dǎo)裝置，并且，除了例如手持設(shè)備中使用的顯示器之類的非常小的顯示器外，都是用例如冷陰極熒光燈(CCFL)之類的線性連續(xù)光源來照明。實(shí)心光導(dǎo)裝置能通過光的全內(nèi)反射(TIR)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)低的損耗光傳播并在光導(dǎo)裝置的頂面和底面進(jìn)行鏡面反射。如本專利申請的其他內(nèi)容所述，光的這種鏡面反射能在光導(dǎo)裝置內(nèi)提供最有效的側(cè)向光傳播。設(shè)置在實(shí)心光導(dǎo)裝置的頂面或底面上的提取器重新導(dǎo)向光，以將其引導(dǎo)出光導(dǎo)裝置，從而實(shí)際上形成部分反射器。然而，實(shí)心光導(dǎo)裝置用于大型顯示器時會出現(xiàn)很多問題，例如成本、重量以及光均勻度。隨著單獨(dú)的紅/綠/藍(lán)(RGB)色LED的出現(xiàn)，大面積顯示器的均勻度問題更加嚴(yán)重，這些LED與面積要大許多的背光源輸出區(qū)域相比事實(shí)上是點(diǎn)光源。對于常規(guī)直接照明式背光源以及使用實(shí)心光導(dǎo)裝置的側(cè)光式系統(tǒng)，高強(qiáng)度點(diǎn)光源可引起均勻度問題。如果能制成也可以像在實(shí)心光導(dǎo)裝置中一樣有效進(jìn)行側(cè)向光傳播的空心光導(dǎo)裝置，就可以在很大程度上降低均勻度問題。對于偏振和光線角度循環(huán)系統(tǒng)，在一些情況下，空心腔體比實(shí)心腔體更有利于在整個顯示器表面上側(cè)向傳播光。一般來講，背光源工業(yè)領(lǐng)域尚缺少能夠用于空心光導(dǎo)裝置，使之有效實(shí)現(xiàn)該功能的一些元件，或者在此類元件已經(jīng)存在的情況下，人們在此之前尚不能以正確的方式構(gòu)建空心光導(dǎo)裝置來形成均勻、厚度小、效率高的空心光混合腔體。盡管實(shí)心光導(dǎo)裝置確實(shí)能通過光的全內(nèi)反射(TIR)現(xiàn)象提供有效的頂部和底部反射器，但對于制造薄型均一背光源而言，有效的空心反射腔體與實(shí)心光導(dǎo)裝置相比仍具有若干優(yōu)勢。實(shí)心光導(dǎo)裝置主要用于在光與(例如)反射偏振鏡和其他增亮膜之類的其他元件發(fā)生相互作用之前提供側(cè)向色散。然而，實(shí)心光導(dǎo)裝置的TIR表面不能充分滿足現(xiàn)代背光源的所有要求，而且通常需要同時在實(shí)心光導(dǎo)裝置的上方和下方增加額外的光控膜。當(dāng)前使用實(shí)心光導(dǎo)裝置的大多數(shù)系統(tǒng)還另外使用單獨(dú)的后反射器來利用諸如BEF和DBEF之類的增亮膜。這些膜可以使提取自光導(dǎo)裝置的光實(shí)現(xiàn)循環(huán)，但由于偏振或光傳播角度不適合，這些膜無法用于顯示器。后反射器通常為白光反射器，根據(jù)其反射特性，該反射器應(yīng)該基本上為朗伯反射器。然而，大多數(shù)側(cè)向傳播首先是通過實(shí)心光導(dǎo)裝置的TIR表面實(shí)現(xiàn)的，并且在朗伯后反射器的作用下，循環(huán)的光經(jīng)過轉(zhuǎn)化后回到顯示器。如果本來就需要單獨(dú)的頂部和底部光管理膜，則更有效的做法是單獨(dú)使用這兩種膜來形成空心光導(dǎo)裝置并同時提供反射型偏振器和其他增亮膜的功能。這樣可以省去實(shí)心光導(dǎo)裝置以及其他增亮膜。我們認(rèn)為，可以用空氣替代實(shí)心光導(dǎo)裝置，并用高效低損耗鏡面或半鏡面反射器替代實(shí)心光導(dǎo)裝置的TIR表面。將在下文中說明，這些類型的反射器在促進(jìn)光在背光源腔體中以最佳方式進(jìn)行側(cè)向傳播方面會是很重要的。光的側(cè)向傳播可通過光源的光學(xué)構(gòu)造來啟動，或者其可通過采用低損耗半鏡面反射器的腔體中光線的廣泛循環(huán)來引發(fā)。我們可以將實(shí)心光導(dǎo)裝置的TIR表面替代為在空間上獨(dú)立的低損耗反射器，這些反射器分為兩類。第一類是用于正面的部分反射器，第二類是用于背面和側(cè)面的全反射器。如上所述，實(shí)心光導(dǎo)系統(tǒng)中本來就常常加設(shè)有后者。為了在腔體中實(shí)現(xiàn)最佳光傳播和光混合，前反射器和后反射器均13可為鏡面或半鏡面反射器，而非朗伯反射器。此外，可以在腔體內(nèi)的某些位置使用某些類型的半鏡面元件，以促進(jìn)光的均勻混合。在大型光導(dǎo)裝置中使用空氣作為光側(cè)向傳播的主要介質(zhì)使得能設(shè)計出更輕、成本更低并且均勻度更高的顯示器背光源。要使空心光導(dǎo)裝置能夠顯著增強(qiáng)光的側(cè)向傳播，將光注入腔體的方式非常重要，這與實(shí)心光導(dǎo)裝置的情況一樣?？招墓鈱?dǎo)裝置的形式使得能在直接照明式背光源(特別是具有多個光學(xué)上相互隔離的區(qū)域的背光源)的各個點(diǎn)上注入光。在空心光導(dǎo)系統(tǒng)中，TIR反射器和朗伯反射器的功能可以通過鏡面反射器和半鏡面前散射漫射元件的組合來實(shí)現(xiàn)。將在下文中說明，過度使用朗伯散射或反射元件并不是理想的做法。我們在此描述的示例性部分反射器(前反射器)-特別是，例如在共同轉(zhuǎn)讓的名稱為"BACKLIGHTANDDISPLAYSYSTEMUSINGSAME"(背光源及用其制造的顯示系統(tǒng))(代理人案巻號63274W0004)的PCT專利申請中描述的非對稱反射膜(ARF)-提供了低損耗反射器，同時與單獨(dú)使用實(shí)心光導(dǎo)裝置中的TIR相比，還可更好地控制偏振光的透射和反射。因此，除了在整個顯示器表面改善光的側(cè)向分布以外，空心光導(dǎo)裝置還可以改進(jìn)大型系統(tǒng)的偏振控制。使用上述優(yōu)選ARF還可以通過入射角對透射進(jìn)行有效的控制。這樣就可以校準(zhǔn)混合腔體中的光，使之具有有效角度，同時還可以使用單個膜構(gòu)造提供偏振光輸出。優(yōu)選的前反射器具有相對較高的總反射率，以支持腔體內(nèi)相對較高的循環(huán)。我們以"半球反射率"對此進(jìn)行表征，表示光(其波長在關(guān)注的范圍內(nèi))從所有可能的方向入射在元件(無論是表面、膜還是膜的集合)上時該元件的總反射率。因此，使入射光從以法向?yàn)橹行牡陌肭騼?nèi)的所有方向(并以所有偏振態(tài)，除非另外指明)照射元件，并收集反射進(jìn)入同一個半球內(nèi)的所有光。被反射的光的總通量與波長在關(guān)注范圍內(nèi)的入射光的總通量之比即為半球反射率R^。對于循環(huán)腔體，以其R"來表征反射器特別方便，因?yàn)楣馔ǔ乃薪嵌热肷涞角惑w內(nèi)表面(無論是前反射器、后反射器還是側(cè)反射器)上。此外，不同于垂直入射角度的反射率，R^對反射率隨入射角度的變化不敏感，并且已考慮到該變化；該變化對于某些元件(例如棱柱膜)可能非常顯著。事實(shí)上，某些前反射器實(shí)施例具有(特定于方向的)隨入射角偏離法線的程度增大而增加的反射率(以及通常隨入射角的增大而減少的透射率)，至少對于入射到一個平面的光是這樣的。此類反射特性使光優(yōu)先地以更接近法線(即更接近背光源的觀察軸)的角度透射出前反射器，而這有利于增加在顯示器行業(yè)非常重要的觀察角度上感受到的顯示器亮度(代價是在更高的觀察角度感受到的亮度會降低，但這些角度通常不是那么重要)。我們之所以說"至少對于入射到一個平面的光"，反射率隨角度增大而增大，是因?yàn)橛袝r會希望只在一個觀察平面上具有窄視角，而又希望在正交平面上具有更寬的視角。一個例子是某些LCDTV應(yīng)用，在該應(yīng)用中需要以便在水平平面上進(jìn)行觀察的寬視角，但又指定在垂直平面上提供更窄的視角。在其它情況下，在兩個正交平面上都需要窄視角，以便實(shí)現(xiàn)最大的同軸亮度。.當(dāng)我們討論傾斜角度反射率時，記住圖la的幾何特征是有幫助的。在圖中我們可以看到位于x-y平面中的表面50，而z軸為法向。如果該表面為偏振膜或部分偏振膜(例如代理人案巻號63274W0004中描述的ARF)，我們出于本申請的目的將y軸描述為"透光軸"，將x軸描述為"阻光軸"。換句話講，若該膜為偏振膜，那么偏振軸與y軸平行的垂直入射光相對于偏振軸與x軸平行的垂直入射光而言將優(yōu)先透射。當(dāng)然，通常表面50不需要為偏振膜。光可以從任何方向入射到表面50上，但我們集中關(guān)注與x-z平面平行的第一入射平面52，以及與y-z平面平行的第二入射平面54。當(dāng)然，"入射平面"是指包含表面法線以及特定光傳播方向的平面。我們在圖中示出了入射到平面52內(nèi)的傾斜光線53，以及入射到平面54內(nèi)的另一條傾斜光線55。假設(shè)光線為非偏振光，每條光線都將具有位于各自入射平面內(nèi)的偏振分量(稱為"P偏振"光，在圖中以"P"標(biāo)記)，以及方向垂直于各自入射平面的正交偏振分量(稱為"s偏振光"，在圖中以"s"標(biāo)記)。對于偏振表面而言，"s"和"p"可以與透光軸一致，或者可以與阻光軸一致，這取決于光線的方向，注意這一點(diǎn)很重要。在圖中，光線53的s偏振分量以及光線55的p偏振分量與透光軸(y軸)一致，因此會優(yōu)先被透振分量和光線55的S偏振分量)與阻光軸一致。據(jù)此，讓我們考慮(如果需要)在前反射器為ARF(例如本文其他地方引用的代理人案巻號為63274W0004的專利申請中描述的ARF)的情況下，將前反射器指定為"顯示具有基本上隨入射角增大而增大的反射率"有何意義。ARF包括多層構(gòu)造(例如以合適的條件進(jìn)行取向，以便形成所需折射指數(shù)關(guān)系以及所需反射率特性的共擠出聚合物微層)，所述多層構(gòu)造對阻塞偏振態(tài)的垂直入射光具有很高的反射率，并且對透過偏振態(tài)的垂直入射光具有比前者更低但仍然較大的折射率(例如，25%至90%)。阻塞狀態(tài)光(光線53的p偏振分量和光線55的s偏振分量)的極高反射率通常對于所有入射角都保持很高的值。透過狀態(tài)的光(光線53的s偏振分量和光線55的p偏振分量)的行為更受關(guān)注，因?yàn)檫@種光在垂直入射時具有中間折射率。隨著入射角度的增大，入射平面52內(nèi)透過狀態(tài)的傾斜光將表現(xiàn)出逐漸增大的反射率，這是由s偏振光反射率的性質(zhì)決定的(但相對增量將取決于垂直入射角度的透過狀態(tài)反射率的初始值)。因此，ARF膜發(fā)出的、位于與平面52平行的觀察平面內(nèi)的光將被部分校準(zhǔn)或在角度上受限。但另一個入射平面54內(nèi)的透過狀態(tài)傾斜光(即光線55的p偏振分量)可具有三種行為中的任何一種，具體取決于微層之間z軸折射指數(shù)差異相對于面內(nèi)折射指數(shù)差異的大小和極性，如專利申請63274W0004所討論。一種情況下，存在布魯斯特角，并且這種光的折射率隨著入射角增大而減小。這會在平行于平面54的視平面內(nèi)產(chǎn)生明亮的偏軸凸角，這在LCD顯示應(yīng)用中通常是不可取的(盡管在其他應(yīng)用中，這種行為可能是可接受的，并且即使就LCD顯示應(yīng)用而言，這種凸角的輸出也可以通過使用棱鏡轉(zhuǎn)向薄膜朝向視軸進(jìn)行重新導(dǎo)向)。在另一種情況下，布魯斯特角不存在或非常大，并且P偏振光的反射率在入射角增大時相對恒定。這樣就會在參考視平面內(nèi)形成相對較寬的視角。在第三種情況下，不存在布魯斯特角，并且P偏振光的反射率隨入射角的增大顯著增加。這樣就會在參考視平面內(nèi)產(chǎn)生相對較窄的視角，其中至少在一定程度上，準(zhǔn)直度可通過控制ARF中微層之間的Z軸折射指數(shù)差值大小來進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)然，反射表面50不需要如ARF—樣具有非對稱同軸偏振性質(zhì)。例如，對稱多層反射器可設(shè)計為具有高反射率，而又可通過正確選擇微層數(shù)量、層厚度分布、折射率等，使之具有較大的透射率。在這種情況下，光線53和光線55的s偏振分量將以彼此相同的方式隨入射角的增大而增加。同樣，這是由s偏振光的反射性質(zhì)決定的，但相對增量將取決于垂直入射反射率的初始值。光線53和光線55的p偏振分量將具有彼此相同的角特性，但通過控制微層之間z軸折射指數(shù)差異相對于面內(nèi)折射指數(shù)差異的大小和極性，可以將這一特性控制為上述三種情況中的任何一種，如專利申請63274W0004中所討論。因此，我們發(fā)現(xiàn)，前反射器中折射率隨入射角(如果存在)同向的增加可以指入射到這樣的平面中的具有可用偏振態(tài)的光對于該平面，具有可用偏振態(tài)的傾斜光為P偏振光。或者，反射率的此類增加可以指非偏振光在任何入射平面的平均反射率。優(yōu)選的后反射器對可見光也具有很高的半球反射率，該半球反射率通常比前反射器高很多，因?yàn)榍胺瓷淦鞅还室庠O(shè)計成可部分透射以提供所需的背光源光輸出。后反射器的半球反射率稱為"，而前反射器的半球反射率稱為RfhCTi。優(yōu)選的是，RL與R^,的乘積至少為70%(0.70)，或75%，或80%。設(shè)計空心光循環(huán)腔有若干關(guān)鍵方面，這些關(guān)鍵方面與有效并均勻地將光從小面積光源散布至整個輸出區(qū)域相關(guān)。這些關(guān)鍵方面為l)將光源發(fā)出的光以正確的方向注入腔體；2)在腔體中使用向前散射擴(kuò)散器或半鏡面反射表面或元件；3)前反射器透射光，但也顯著反射光，使得大多數(shù)光在前反射器和后反射器之間循環(huán)很多次，以最終實(shí)現(xiàn)腔體內(nèi)光線方向的隨機(jī)化；以及4)通過最佳元件設(shè)計將損耗降至最低。常規(guī)的背光源使用這些技術(shù)中的一種或多種來提高背光的均勻度，但對于具有非常小的光源區(qū)域的空心背光源，從未以正確的構(gòu)造同時實(shí)現(xiàn)這四項。本文將更詳細(xì)地探討腔體設(shè)計的這些方面。對于如何將光源發(fā)出的光注入腔體，空心光導(dǎo)裝置對于光注入的要求與實(shí)心光導(dǎo)裝置相比有顯著的差異。例如，如美國專利6,905,220(Wortman等人)的圖10中所示的側(cè)光式實(shí)心光導(dǎo)裝置僅僅通過將熒光管設(shè)置在實(shí)心光導(dǎo)裝置的一個邊緣上來將光線側(cè)面注入實(shí)心光導(dǎo)裝置中。本專利申請的圖2中示出了類似的背光源裝置210。螢光管224為朗伯發(fā)光體，即每個方向等幾率發(fā)光。用鏡面226圍住熒光管的3/4，又會形成入射到實(shí)心光導(dǎo)裝置240的平坦豎直邊緣242的朗伯光場。Snell法則的簡單應(yīng)用表明，即使以最高角度(+/-90度)入射到該表面(并透射至實(shí)心光導(dǎo)裝置的內(nèi)部)，射線仍將在第一次接觸前表面244或后表面246時被全內(nèi)反射，除非遇到提取元件。這樣就可以有效地在整個實(shí)心光導(dǎo)裝置240中傳播光線。如果用空心光導(dǎo)裝置替代實(shí)心光導(dǎo)裝置，則不會有光線在進(jìn)入空心光導(dǎo)裝置時被折射。當(dāng)服從朗伯分布的光線從一個邊緣進(jìn)入時，會有大量光以垂直方向被引導(dǎo)進(jìn)入(朝向前反射器方向)，如圖3所示，其中背光源310包括空心光導(dǎo)裝置316和螢光管324。為了制造均一的背光源，部分反射膜需要在光源附近具有極強(qiáng)的反射性，其次要在腔體的整個表面上具有高度分級的透射率比實(shí)心光導(dǎo)裝置的分級提取圖案所需的分級更高。更均一的空心背光源可通過使用部分準(zhǔn)直的光源制得，或通過使用具有準(zhǔn)直光學(xué)裝置的朗伯光源制得，以生產(chǎn)能促進(jìn)光的側(cè)向傳播的高度定向的光源。圖4示出了此類光注入器的例子426，其中背光源410包括空心光導(dǎo)裝置416、一個或多個光源424以及注入器426。其他合適的光注入器的例子在共同轉(zhuǎn)讓的名稱為"COLLIMATINGLIGHTINJECTORSFOREDGE-LITBACKLIGHTS"(側(cè)光式背光源的準(zhǔn)直光注入器)(代理人案巻號63034W0004)的PCT專利申請中有所描述?？梢岳萌魏魏线m的技術(shù)使光源發(fā)出的光具有所需的準(zhǔn)直程度和注入角度，例如復(fù)合拋物線集中器形狀的光注入器、透鏡、提取器等。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選將光線以主要為水平的方向注入空心光導(dǎo)裝置中，即其準(zhǔn)直特性可提供較小的半最大功率全角寬度(FW醒)，且相對于橫向平面以一定的對稱度校準(zhǔn)光線。某些有限的光線角度分布是不可避免的，可通過準(zhǔn)直光學(xué)構(gòu)件的形狀并結(jié)合光源的發(fā)射圖案對這種分布進(jìn)行優(yōu)18化，以有利于在腔體的整個輸出區(qū)域提供均一的光線。部分反射的前反射器和半鏡面反射器的部分漫射形成能使光線循環(huán)和隨機(jī)化的光學(xué)腔體，該腔體與注入光源光學(xué)構(gòu)件協(xié)調(diào)工作，形成均一、厚度小的高效空心光導(dǎo)裝置。在一些實(shí)施例中，側(cè)光式背光源的亮度均勻度可通過瞄準(zhǔn)注射光輸出方向、調(diào)整相鄰光源或光源組之間的間距來提高，或者通過結(jié)合使用這兩種技術(shù)來提高。例如，可以選擇具有本文所述狹窄光分布錐角的前射光源作為控制光源發(fā)光方向的方法。通常，對于側(cè)光式背光源而言，光源可沿背光源的一個或多個邊緣設(shè)置，以使得發(fā)射出的光束被導(dǎo)向?yàn)榛敬怪庇谝粋€或多個輸入邊緣并且彼此平行。通過使一個或多個光源以非垂直的方向朝向背光源的所選區(qū)域發(fā)射光束，可以增加所選區(qū)域的亮度，同時其他區(qū)域的亮度會相應(yīng)降低。例如，在具有若干沿一個邊緣均勻設(shè)置的LED的背光源中，可以設(shè)置LED的發(fā)射方向，使得所有光束在背光源的近似中心處相交，從而形成明亮的中心以及亮度低的邊緣。如果不將所有的光束均導(dǎo)向?yàn)樵谥行奶幭嘟?，則可以降低中心處的亮度，從而提供將亮度調(diào)節(jié)至所需水平的機(jī)制。類似的布置方式可用于形成(例如)更亮的邊緣和亮度更低的中心?？梢允褂萌魏魏线m的技術(shù)來控制光源的發(fā)射方向，例如光源、透鏡、提取器、準(zhǔn)直反射器等的安裝取向。通常，可以設(shè)置光源的方向，使得相對于橫向平面以包括O度在內(nèi)的任何合適角度導(dǎo)向大多數(shù)光線。也可以沿著背光源的一個或多個邊緣按彼此之間間距不均一的方式設(shè)置光源。在這種情況下，背光源上具有以更小間距設(shè)置的光源的部分將更加明亮。例如，在沿一個邊緣設(shè)置有40個LED的背光源中，中心的20個LED可以具有比位于兩側(cè)的各自IO個LED更小的間距，從而使中心更加明亮。類似的調(diào)整也可以用于形成更加明亮的邊緣。在一些實(shí)施例中，一個或多個光學(xué)元件可以設(shè)置在光源和腔體入口之間。任何合適的光學(xué)元件都可以包括在內(nèi)。例如，一個或多個吸收性或反射性過濾器可以設(shè)置在光源和腔體之間，以將光線按所需的光通量分布注入腔體。可提供其他類型的過濾器來減少或消除注入的光線中的紫外光或短波長的光，以減少背光源腔體材料的光降解。其他合適的膜包括多層光學(xué)膜(例如DBEF、APF、非對稱反射膜)、光偏轉(zhuǎn)膜(例如BEF)等。此外，例如，光學(xué)元件可以包括具有熒光粉涂層的膜或?qū)?，以將一個或多個光源發(fā)出的具有一種特定光學(xué)性質(zhì)(例如波長)的光轉(zhuǎn)化成具有第二種光學(xué)性質(zhì)的光。參見，例如，美國專利No.7，255，469(Wheatley等人)，名稱為"PHOSPHORBASEDILLUMINATIONSYSTEMHAVINGALIGHTGUIDEANDANINTERFERENCEREFLECTOR"(具有光導(dǎo)裝置和干涉反射器的基于熒光粉的照明系統(tǒng))。一個或多個光學(xué)元件還可以包括一個或多個任何合適的結(jié)構(gòu)來改變注入腔體的光的方向，例如，折射結(jié)構(gòu)、反射結(jié)構(gòu)和衍射結(jié)構(gòu)。.現(xiàn)在我們討論空心腔體相對于實(shí)心光導(dǎo)裝置的優(yōu)勢。即使光能夠在低損耗實(shí)心光導(dǎo)裝置中側(cè)向移動很長的距離，但離開光導(dǎo)裝置并進(jìn)行過偏振循環(huán)或角度轉(zhuǎn)化循環(huán)的光此后基本無法參與側(cè)向光傳播。圖5所示的光路圖對原因進(jìn)行了很好的解釋，該圖示出了包含實(shí)心光導(dǎo)裝置540的背光源510的示意性側(cè)視圖。光線550被部分反射膜548反射后，在重新進(jìn)入光導(dǎo)裝置540時被折射為更加靠近法線。如果光導(dǎo)裝置540是空心的，那么光線將繼續(xù)沿光路552前進(jìn)，該光路通常可以大大增強(qiáng)光線的側(cè)向傳播。當(dāng)光線從空氣中以約30度或更大的角度進(jìn)入光導(dǎo)裝置540日寸，這種作用是很顯著的。如果光線在另一個可按多個角度散射光的提取點(diǎn)重新進(jìn)入實(shí)心光導(dǎo)裝置540，那么其中一些光會以很高的角度側(cè)向傳播，但其他一些會以非常小的角度重新進(jìn)入。凈效應(yīng)是光的側(cè)向傳播減弱。仍然參見圖5，原始光線554在透射后朝側(cè)向折射為光線556，這看起來似乎在側(cè)向傳播光線方面為實(shí)心光導(dǎo)系統(tǒng)提供了顯著的優(yōu)勢。然而，僅僅對于一個剖視平面或視角來說，情況才是如此。從上方(即從背光源的前面)觀察這個系統(tǒng)，如圖6的平面視圖所示，可以看出空心光導(dǎo)裝置在沿與圖5平面正交的方向上可以更好地提供均勻的光強(qiáng)。圖6中的光線654被朝向局部表面法線折射，形成光線656，使其在平行于光導(dǎo)裝置640的左邊緣(從圖6的視角)的方向上傳播很少。如果圖6的光導(dǎo)裝置640是空心的，那么光線654就不會被折射為沿光路656傳播。相反，它會沿光路658傳播，從而更好地填補(bǔ)光導(dǎo)裝置邊緣的點(diǎn)光源之間的"空隙"。20圖2-6示出了側(cè)光式系統(tǒng)，但同樣的原則也適用于直接照明式系統(tǒng)。對于直接照明式系統(tǒng)，可以使光源位于腔體內(nèi)，或者可以在后反射器中制造洞或入口，使光源發(fā)出的光通過洞或入口進(jìn)入腔體。在任一種情況下，后反射器中都要有開口，優(yōu)選地盡可能小，從而使光源可以插入，或使光源的光通過后反射器時對后反射器的總體平均反射率的影響最低。在直接照明式系統(tǒng)中，一般來講，優(yōu)選的是僅僅讓給定光源的一小部分光直接入射到前反射器上，入射區(qū)域?yàn)橹苯用嫦蛟摴庠吹妮敵鰠^(qū)域。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個方法是將設(shè)計用于主要在側(cè)向上發(fā)射光線的LED或類似器件封裝起來。該特征通常由LED封裝的光學(xué)設(shè)計實(shí)現(xiàn)，特別是通過密封透鏡實(shí)現(xiàn)。另一種方法是在LED上放置局部反射器來阻擋其前反射器瞄準(zhǔn)線?？梢允褂萌魏胃咝У溺R面來實(shí)現(xiàn)這一目的。優(yōu)選地，鏡面以凸面形狀彎曲，以使反射的光線遠(yuǎn)離光源傳播，從而防止其被再次吸收。這種布置方式還可以使光線方向向量具有較大的側(cè)向分量。諸如具有負(fù)焦距(即發(fā)散透鏡)的透鏡或菲涅耳透鏡之類的折射元件也可用于實(shí)現(xiàn)這一目的。還有一種辦法是用一片相對于前反射器的偏振透光軸錯開的反射型偏振器來遮蓋光源。局部反射型偏振器透射的光線繼續(xù)前進(jìn)到前反射器，在前反射器處，大部分光線被反射或循環(huán)，從而形成顯著的側(cè)向光傳播。就這一點(diǎn)而言，可參考共同轉(zhuǎn)讓的美國專利公布No.2006/0187650(Epstein等人)，名稱為"DIRECTLITBACKLIGHTWITHLIGHTRECYCLINGANDSOURCEPOLARIZERS"(具有光循環(huán)和光源偏振器的直接照明式背光源)。在一些情況下，由于制造成本或效率的原因，可以優(yōu)選在直接照明式背光源中使用朗伯型發(fā)光LED。由于類似的原因，單獨(dú)的光偏轉(zhuǎn)器件可能并非優(yōu)選。還可以通過提高腔體內(nèi)的循環(huán)程度在此類腔體中實(shí)現(xiàn)良好的均勻度。這可以通過使用反射率甚至更高(例如，具有小于約10%或20%的總透射，并且相應(yīng)地具有90%或80。^的反射率)的前反射器來實(shí)現(xiàn)。對于偏振背光源，這種布置方法還需要具有非常低的透射率(接近1%至2%或更少)的前反射器阻光軸。但是，量極大的光線循環(huán)會導(dǎo)致腔體中不可接受的損耗。如果局部反射器或偏轉(zhuǎn)器不是可接受的朗伯光源遮蔽解決方案，那么可以將與前反射器712和后反射器714共同擴(kuò)張的第三元件760加入腔體21716中，如圖7所示。該第三元件760可以是擴(kuò)散器(例如標(biāo)準(zhǔn)體積擴(kuò)散器)、緊密封裝的菲涅耳發(fā)散透鏡陣列或另一種部分反射器。如果前反射器712具有偏振作用，那么第三元件760無需具有偏振性。如果使用透鏡陣列，則透鏡可以為線性的、圓形、橢圓形或任何合適的形狀。線性透鏡可用于在垂直于LED行的方向上傳播光線。無論使用哪種第三元件，該元件優(yōu)選由損耗很低的材料構(gòu)成，因?yàn)樵撛⒂糜谇惑w內(nèi)反射性很強(qiáng)的表面之間，并且循環(huán)的光線將多次透過該元件。在回顧了空心腔體相對于實(shí)心光導(dǎo)裝置的某些優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計挑戰(zhàn)后，我們現(xiàn)在來詳細(xì)解釋和闡述半鏡面反射和透射元件，以及在空心循環(huán)腔體背光源中使用它們(而不是僅僅使用朗伯或鏡面元件)的好處。純鏡面反射器有時稱為鏡面，其作用遵循"入射角等于反射角"的光學(xué)定律。這可參見圖8的空心腔體816，圖中前反射器812和后反射器814均為純鏡面。初始發(fā)射的傾斜光線850的一小部分透射穿過前反射器812，但剩余的光線則以相等的角度被反射至后反射器814，然后再以相等的角度被反射至前反射器812，并如圖所示繼續(xù)反射。該布置方式能在整個腔體816內(nèi)提供最大的側(cè)向光傳播，因?yàn)檠h(huán)光線可沿側(cè)向路線在腔體816內(nèi)暢通行進(jìn)。然而，腔體中不會出現(xiàn)角混合，因?yàn)椴淮嬖趯⒁越o定入射角傳播的光轉(zhuǎn)換為以其他入射角傳播的光的機(jī)制。另一方面，純朗伯反射器可在所有方向等幾率地重新引導(dǎo)光線。這可參見圖9的空心腔體916，其中前反射器912和后反射器914均為純朗伯反射器。初始發(fā)射的相同傾斜光線950立刻被前反射器912散射到所有方向，被散射的大多數(shù)光被反射回腔體916中，但部分光線透射穿過前反射器912。被反射的一些光"向前"(在圖中看大致向右)傳播，但也有等量的光"向后"(大致向左)傳播。我們所說的向前散射是指反射光的側(cè)向或面內(nèi)(平行于所考慮散射表面的平面內(nèi))傳播分量。當(dāng)進(jìn)行重復(fù)時，若干次反射后，該過程使向前導(dǎo)向的光線分量大大減少。光束迅速分散，產(chǎn)生最小量的側(cè)向傳播。半鏡面反射器提供了鏡面反射特性與漫射特性的平衡。在圖10的空心腔體1016中，前反射器1012為純鏡面反射器，但后反射器1014為半鏡面反射器。初始發(fā)射的相同傾斜光線1050的反射部分照射到后反射器1018上，并以受控的量被顯著向前散射。隨后，反射光錐的一部分被透射，但大部分被(鏡面)反射回后反射器1014，在此過程中二者仍在很大程度上以"向前"的方向傳播。因此，可以認(rèn)為半鏡面反射器能提高整個循環(huán)腔體內(nèi)的側(cè)向光傳播，同時還能提供光線方向和偏振態(tài)的足夠混合。具有部分漫射性但又具有顯著向前導(dǎo)向的元件的反射器將可以在更長的距離內(nèi)傳播更多的光，同時減少光線的全反射。我們可以將半鏡面反射器定性地描述為能提供顯著多于逆散射的向前散射的反射器?？梢詫腌R面擴(kuò)散器定義為不會逆轉(zhuǎn)絕大多數(shù)入射光的垂直方向分量的擴(kuò)散器，即光在向前(Z)方向上基本上被透射，而在x和y方向上在一定程度上被散射。下文結(jié)合例子對半鏡面進(jìn)行了更定量化的描述。圖8-10示出的腔體設(shè)計僅使用兩種主要光學(xué)元件前反射器和后反射器。在這種情況下，反射器中的至少一種應(yīng)為半鏡面反射器。另一種可以是鏡面反射器或半鏡面反射器，甚至是朗伯反射器，但半鏡面反射器具有效率和均勻度方面的優(yōu)點(diǎn)。作為圖10中二元件系統(tǒng)的替代形式，可以在循環(huán)腔體的前反射器和后反射器之間插入額外的光學(xué)元件，并且可以對這樣的額外光學(xué)元件進(jìn)行調(diào)控，以為腔體提供所需程度的半鏡面特性。圖11示出了簡單的例子。在這種情況下，半鏡面擴(kuò)散膜1170懸掛于腔體1116中前反射器1112和后反射器1114之間，前反射器和后反射器兩者都可以是鏡面反射器或半鏡面反射器。雖然將腔體中的元件數(shù)量降到最低通常是理想的，但有時可通過使用第三種元件來實(shí)現(xiàn)損耗最低的前反射器或后反射器設(shè)計，從而提高腔體效率。在腔體中，前散射元件對光線的混合作用可以通過若干種方式實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^屬于前反射器或后反射器的一體部分的擴(kuò)散元件或?qū)雍系角胺瓷淦骰蚝蠓瓷淦鞯臄U(kuò)散元件來實(shí)現(xiàn)，或者通過使用設(shè)置于二者之間任何位置的單獨(dú)擴(kuò)散器來實(shí)現(xiàn)，如圖11所示。也可以結(jié)合使用以上任何方法。具體如何選擇取決于各種因素的相對重要性，例如光損失、元件成本以及制造時的便利性。擴(kuò)散元件可以附接到前反射器或后反射器上，或作為其一體部分，或者可以在擴(kuò)散器和反射器之間設(shè)置空氣間隙。無論擴(kuò)散器是作為任一反射器的一體部分，還是層合至任一反射器，或作為單獨(dú)的元件設(shè)置在腔體中，總需要的光學(xué)性能是，對于完成從后反射器到達(dá)前反射器然后又回到后反射器這一個來回行程的光線而言，其角度分散函數(shù)值域顯著窄于朗伯分布。半鏡面反射器可同時具有鏡面反射器和朗伯反射器的特性，或者可以是鏡面方向上界限分明的高斯錐。性能在很大程度上取決于其構(gòu)造方式。需記住的是，擴(kuò)散元件也可以與反射器分開，并且存在有若干可能的后反射器構(gòu)造，例如(l)部分透射鏡面反射器加高反射率漫反射器；(2)覆蓋高反射率鏡面反射器的部分朗伯?dāng)U散器；(3)前散射擴(kuò)散器加高反射率鏡面反射器；或者(4)波紋狀高反射率鏡面反射班-奮o對于以編號列出的每種構(gòu)造，所列出的第一元件被布置用于腔體內(nèi)部。構(gòu)造(1)至(3)的第一元件在后反射器區(qū)域可以是連續(xù)或不連續(xù)的。此外，第一元件的擴(kuò)散性質(zhì)可以具有梯度，或者可以被印刷或涂覆具有梯度的額外擴(kuò)散圖案。具有梯度的擴(kuò)散器是任選的，但可理想地用于優(yōu)化各種背光源系統(tǒng)的效率。術(shù)語"部分朗伯"被定義為表示僅散射--些入射光的元件。被此類元件散射的那部分光被幾乎均勻地引導(dǎo)至所有方向。在構(gòu)造(l)中，部分鏡面反射器為與用于前反射器的元件不同的元件。在這種情況下，部分反射器可以是具有適度反射率的空間均一的膜，或者它可以是空間不均一的反射器，例如打孔的多層或金屬反射器?？梢酝ㄟ^改變孔的尺寸和數(shù)量，或通過改變膜的基準(zhǔn)反射率，或者同時采用這兩種方法來調(diào)整鏡面反射程度。構(gòu)造(4)可以通過對多層聚合物鏡膜進(jìn)行熱壓印制備，或者通過對這樣的膜進(jìn)行物理起皺來制備。另外，任何具有這些形狀的表面都可涂覆金屬反射膜或增強(qiáng)金屬反射膜。此外，可對(1)至(3)的半鏡面構(gòu)造進(jìn)行起皺或壓印處理，以優(yōu)化它們的光傳播特性。使用與后反射器相似但又有某些顯著區(qū)別的構(gòu)造，可以使循環(huán)腔的前反射器成為半鏡面反射器。一些構(gòu)造為(a)部分反射朗伯?dāng)U散器加部分鏡面反射器；(b)前散射擴(kuò)散器加部分鏡面反射器；(c)前散射部分反射器；或者(d)構(gòu)造(a)至(c)的各種組合。這些構(gòu)造的元件在前反射器區(qū)域可以是連續(xù)或不連續(xù)的。例如，此類元件的擴(kuò)散或反射性質(zhì)可以具有梯度，或兩種性質(zhì)均具有梯度。它們可以被印刷或涂覆具有梯度的圖案。具有梯度的擴(kuò)散器是任選的，但可理想地用于優(yōu)化各種背光源系統(tǒng)的效率。術(shù)語"部分朗伯"是指僅將一些入射光散射成朗伯曲線圖案，而將其余光散射成一些其他角分布(如鏡面)的元件。同樣，所列出的第一元件被布置用于循環(huán)腔體內(nèi)。所有這三種構(gòu)造的第一元件在部分反射器區(qū)域均可連續(xù)或不連續(xù)，并且第一元件的擴(kuò)散性質(zhì)可以具有梯度，或者可以被印刷或涂覆具有梯度的額外擴(kuò)散圖案。如果腔體中某個位置設(shè)置有擴(kuò)散器，那么前反射器和后反射器中的一個或兩者可以為鏡面反射器。反射器中的一個也可以是朗伯反射器，但這通常不是最佳構(gòu)造，特別是對于側(cè)光式背光源而言。在這種情況下，其他反射器應(yīng)該為半鏡面或鏡面反射器。前散射擴(kuò)散器可以是表面或立體擴(kuò)散器，并且兩個方向或兩種偏振態(tài)可以對稱或不對稱。定量地講，半鏡面程度(給定反射器或其他元件的半鏡面特性與朗伯特性之比)可通過對向前和向后散射的光分量進(jìn)行通量對比來表征，這兩個分量分別稱為F和B。前散射通量和后散射通量可通過在所有立體角上對反射強(qiáng)度進(jìn)行積分(或就透光元件而言，對透射強(qiáng)度進(jìn)行積分)來獲得。隨后可以用"傳播率"T來表征半鏡面程度，計算公式為T=(F-B)/(F+B)。當(dāng)從純鏡面過度到純朗伯面時，T的范圍是0至1。對于純鏡面反射器而言，不存在后散射(B=0)，因此T=F/F二1。對于純朗伯反射器而言，前散射通量等于后散射通量(F二B)，因此T=0。下文給出了具有實(shí)驗(yàn)測定值的例子。任何實(shí)際反射元件或透射元件的傳播率都是入射角的函數(shù)。這是符合邏輯的，因?yàn)榭梢怨烙?，例如，幾乎垂直入射的光線與掠入射光線相比，前散射的光線量是不同的。結(jié)合循環(huán)腔，可定義"有效腔體傳播率"，即給定入射光線在完成循環(huán)腔的巡回或循環(huán)后的傳播率。這個量可能值得關(guān)注，特別是對于包含至少一個半鏡面元件和至少一個額外散射元件(無論是半鏡面元件還是朗伯25元件)的腔體。由于傳播率通常為入射角的函數(shù)，因此我們能以注入腔體的準(zhǔn)直光束的半最大功率全角寬性能來評價或說明有效腔體傳播率。對于光線在一個角度與反射器或擴(kuò)散器發(fā)生單次相互作用的情況，傳播率是定義明確的。良好的循環(huán)腔體使用至少兩個反射或擴(kuò)散元件，而且可能使用三個或更多此類元件，使所有角度的光線產(chǎn)生多次相互作用。由于單次相互作用的傳播率是入射角的函數(shù)，因此對腔體總傳播率的描述比對單個分量的描述更為復(fù)雜。"有效腔體傳播率"或者更好地描述為"腔體傳播值"是衡量腔體將注入光從注入點(diǎn)散播到腔體內(nèi)的遠(yuǎn)端點(diǎn)并使光線足夠隨機(jī)化以使光線均勻地導(dǎo)向觀察者的能力的量度。估測相對腔體傳播值的簡單方法可用于判斷鏡面元件、半鏡面元件和朗伯元件的各種組合的相對利弊。出于該目的，我們定義各個元件的向前傳播數(shù)fT，表示為fT二F/(F+B)，其中如本文中所述定義和測量F和B，但是現(xiàn)在是對單次相互作用的所有角度取平均值。在15度至75度入射角的范圍內(nèi)，以約15度或更小的角度作為間隔進(jìn)行測量就足以得出合適的平均值。F和B是前散射光和后散射光的相對比率，并且通過定義F+B二1，簡單地得到fT=F，F(xiàn)為前散射光的比率。那么，腔體傳播值CT是腔體前反射器和后反射器的F值的乘積例如，鏡面前反射器(Ff一二l)和半鏡面后反射器(Fhd=0.75，傳播率T二0.5)的腔體總傳播值CT=1X0.75=0.75。又如，如果前反射器是朗伯反射器，使得F一t-0.5(T二0)，而后反射器是半鏡面反射器，使得Fhf,。k二0.75(T=0.5)，則腔體總傳播值為CT=0.5X0.75=0.375?？梢灶A(yù)料，與第一個例子的腔體相比，后面一個腔體從注入點(diǎn)傳播到給定距離的光要少得多。本文所述的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種預(yù)測。對于某些應(yīng)用，前反射器可以由疊堆的若干元件組成，例如鏡面或半鏡面反射器，然后是光偏轉(zhuǎn)層或一個或多個可彼此層合或不層合的擴(kuò)散器?？蓪⑶胺瓷淦骱秃蠓瓷淦鞣謩e定義為以特定順序組裝的元件集合。構(gòu)成前反射器或后反射器的所有元件的總體傳播性質(zhì)可以通過一次測量進(jìn)行確定。單個元件(如膜)對疊堆元件傳播性質(zhì)的影響取決于該元件在疊堆中的順序和取向，以及疊堆中其他元件的性質(zhì)。至少由于這些原因，可以將疊堆作為整體進(jìn)行測量。可將前反射器的元件設(shè)置于測量設(shè)備中，例如由Autronics禾口RadiantImaging(Duvall，Washington,USA)制造的設(shè)備，使腔體內(nèi)表面面向測試光束。上述對半鏡面反射器的F和B進(jìn)行的測定過程在反射模式下完成，這表示部分入射光束兩次穿過擴(kuò)散層或從擴(kuò)散層反射一次。如果擴(kuò)散器為設(shè)置在腔體中前反射器和后反射器之間某處的中間元件，那么在傳播過程中，光線每完成一次從前到后的循環(huán)，就會兩次穿過該擴(kuò)散器。出于該原因，我們將中間元件的F值和B值定義為以與涂覆在鏡面上的擴(kuò)散器相同的方式測得的值。可將中間元件與前反射器或后反射器歸為一組，并且中間元件與所選反射器的組合傳播性質(zhì)可以一起測量。如果大多數(shù)光從中間元件上方注入腔體(或從下方穿過其中的孔進(jìn)入)，那么中間元件可與底部反射器歸為一組。如果大多數(shù)光從中間元件的下方注入，那么進(jìn)行傳播測量時，中間元件可與前反射器歸為一組。如果乘積CT沿腔體內(nèi)至少一個方位角(面內(nèi))方向大于約0.5且小于約0.95，則將該腔體定義為半鏡面。在一些實(shí)施例中，可能優(yōu)選的是，半鏡面腔體具有大于約0.6的CT值。在其他實(shí)施例中，可能優(yōu)選的是，半鏡面腔體具有大于約0.7的CT值。如果中間元件與前后反射器并不完全共同延伸，則腔體總傳播值CT可以看作是包括不同元件的腔體的不同區(qū)域的CT值的加權(quán)平均數(shù)。對于大多數(shù)普通擴(kuò)散器來說，T在0到1的范圍內(nèi)，F(xiàn)在0.5到1.0的范圍內(nèi)。然而，如果使用具有某些逆向反射性質(zhì)的材料作為擴(kuò)散器，則T值可以為負(fù)值，并且可以在0至I」-1的范圍內(nèi)，而F則可在0到0.5的范圍內(nèi)。逆向反射材料的例子包括玻璃珠和小平面夾角為90度或接近90度的棱鏡結(jié)構(gòu)。平面基底(如BEF)上的實(shí)心棱鏡陣列會逆向反射入射到垂直于棱鏡直線方向的平面上的光，但僅會在有限的角度范圍內(nèi)(例如小于—-/-10度)逆向反射。具有鏡面反射的各個小平面的空心90度小平面化結(jié)構(gòu)會在0到45度的整個角度范圍內(nèi)逆向反射，另外在凹槽方向的垂直方向上對0到90度內(nèi)的所有入射角的前向傳播值為零。不對稱元件(例如BEF及其多個變型形式)或不對稱擴(kuò)散材料(例如共混物或全息結(jié)構(gòu))可以沿不同方向產(chǎn)生不同的腔體傳播值。乘以F值得到的CT值只是衡量腔體傳播性質(zhì)的相對度量。隨到光源的距離變化的光強(qiáng)度數(shù)值還取決于腔體的幾何形狀和前后反射器的反射率。反射器的反射率越高，光在腔體內(nèi)的傳播距離就越遠(yuǎn)。在示例性實(shí)施例中，對于前反射器，R—可以大于0.6，或甚至大于0.8，對于后反射器，則可以大于約O.95。腔體傳播值使用實(shí)驗(yàn)腔體來測量，該實(shí)驗(yàn)腔體利用鏡面(如ESR，T平均值"l)、半鏡面-1(如ESR上的BEF-III，具有氣隙，垂直于棱鏡長軸的T平均值^0.67)、半鏡面-2(如ESR珠膜，T平均值"O.4)和朗伯(如TIPS,T平均值"0.02)反射器的不同組合作為前后反射器。在該實(shí)驗(yàn)中對前后反射器進(jìn)行選擇，以具有較高的反射率，從而消除沿腔體長度方向的可變光損耗的復(fù)雜性。通過這種方式，光的傳播性質(zhì)就成為樣品之間唯一的主要變量。利用瞄準(zhǔn)水平面下方30度處的綠光激光器將光注入4英寸寬腔體(1/2英寸高，12英寸長)的一個開口端。腔體另一端用大面積無定形硅太陽能電池覆蓋，在與安培計串聯(lián)時充當(dāng)光檢測器。正如通過上述分析可以預(yù)料的那樣，用檢測器在腔體末端采集到的光量來衡量的腔體相對傳播值按照下列順序依次減小(鏡面/鏡面)〉(半鏡面/鏡面)〉(朗伯/鏡面)>(半鏡面/半鏡面)>(半鏡面/朗伯)>(朗伯/朗伯)。所列第二個元件為底部反射器，激光器的光首先被導(dǎo)向該反射器。對于各種其他半鏡面元件，這些組合中的某些順序可以隨T值而變化。下表列出了歸一化到(ESR/ESR)的相對強(qiáng)度，所給值為到目前為止的最大傳播值。應(yīng)當(dāng)注意的是，測得的強(qiáng)度與CT的計算值并不呈線性關(guān)系。由于實(shí)際強(qiáng)度取決于如上所述的許多因素，這種情況是可以預(yù)料的。然而，CT值可很好地預(yù)測各種腔體構(gòu)造傳播光的相對強(qiáng)度。<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>*為了在此全鏡面的情況下產(chǎn)生一定的初始前向和偵方，凹槽向上放置一片1.7cmX6cm的BEF-III，并**底部反射器也位于側(cè)壁上，但半鏡面底部薄膜除J向光散射，在激光器首先照射到ESR的地使樣品和凹槽垂直于光束。小，在這種情況下，ESR位于側(cè)壁上。如果一個或多個元件在空間上依序排列(如擴(kuò)散器)，則腔體總傳播值也將以相同方式依序排列。此時，可以通過在區(qū)域上平均化腔體的CT測量值來確定腔體傳播值CT。申請人發(fā)現(xiàn)，對于可用背光源腔體幾何形狀的示例性實(shí)施例，例如腔體深度為14mm、對角線為46英寸的LCD顯示器，當(dāng)前反射器R、，為70%或更大，準(zhǔn)直光注入的半最大功率全角寬為60度或更小時，CT值有必要大于0.50，以使輸出亮度具有相對均勻的空間變化。下文給出了詳細(xì)的實(shí)例，這些實(shí)例表示從近似朗伯到近似鏡面的各種反射器類型。半鏡面的例子適用于構(gòu)造(2)和(3)，并通過在鏡面反射器上覆蓋所選擴(kuò)散器來制備。所有樣品均通過反射光的角分布來表征。這可以通過使用反射率模式的Autronics錐光鏡(得自autronic-MELCHERSGmbHGermany)來實(shí)現(xiàn)。將樣品置于距錐光鏡透鏡約2腿的焦點(diǎn)處。樣品被儀器的準(zhǔn)直白光以所選入射角照射。樣品反射的光被錐光鏡透鏡采集，并成像到二維檢測器陣列(CCD相機(jī))上。使用校正文件將該圖像轉(zhuǎn)化為角分布函數(shù)。該儀器提供了對各種半鏡面反射器和漫反射器的角反射特性的非常有用的比較。反射器的高鏡面分量會導(dǎo)致檢測器在鏡面角附近飽和，但該值可以在設(shè)置為低靈敏度的設(shè)備上單獨(dú)測量。實(shí)例F:ESR珠膜在大致類似于VikuitiESR膜的膜上涂覆混有聚合物粘合劑的PMMA小珠，這類似于常用作LCD背光源增亮膜的含珠增益擴(kuò)散膜的構(gòu)造。將膜樣品插入Autronics錐光鏡，并用準(zhǔn)直光照射，準(zhǔn)直光在方位角方向(p(入射平面繞表面法向旋轉(zhuǎn))為0的入射平面內(nèi)以不同的入射角q射入。反射光強(qiáng)度測量值與所有e和cp角的角度數(shù)據(jù)的關(guān)系可以直觀顯示在如圖12所示的等值線圖中，該圖所示為入射角為45度的情形。等值線圖為極坐標(biāo)圖，其沿任何方位角(cp)方向的反射角在0度到80度的范圍內(nèi)。水平方向稱為(p=0軸，垂直方向稱為cp=90軸。在cp=0度軸附近，從約9=42度到80度的角度范圍內(nèi)檢測器被遮擋，從而產(chǎn)生可從圖中看出的偽像。沿(p二O度軸，鏡面反射元件的角中心顯然接近--45度。如上所述，鏡面特性與朗伯特性的相對程度可通過比較前向散射光分量和后向散射光分量的通量(分別為F和B)來有效表征，這兩個通量可以從圖線左右兩半的積分強(qiáng)度(cp=90軸左右兩側(cè)的積分強(qiáng)度)得出。接著使用傳播率T二(F-B)/(F+B)來表征鏡面反射的程度。圖12的等值線圖僅為了進(jìn)行示意性的說明，并不用于計算T。相反，計算時使用圖13a和13b(分別針對cp=0和(p=90方向)所示的反射率量值。沿著cp=0軸，可以看到散射高斯分布特性和不隨角度變化的基線朗伯分量。由于被Autronics錐光鏡的入射光束光學(xué)元件遮擋，未記錄q從42度至90度的數(shù)據(jù)。對于亮度數(shù)據(jù)在這些角度緩慢變化的反射器，可使用相鄰區(qū)域的值估計被遮擋區(qū)域的數(shù)據(jù)。對于朗伯反射器，沿cp二90軸，強(qiáng)度相對平坦。對所有立體角積分得出該樣品(45度入射角)的傳播率值T二0.50。如上所述，傳播率通常為入射角的函數(shù)。對于大多數(shù)樣品，垂直入射角度處的前向分量和后向分量通常相等，故有T二0。然而在較高的入射角處，給定反射器的前向散射程度會變得更加明顯。在各種入射角下測量ESR珠膜，并將這些入射角下的傳播率T繪成如圖14所示的曲線F。最大傳播率出現(xiàn)在q二45度附近。相似地，用同樣的方式測量下文將進(jìn)一歩描述的MCPET的傳播率(參見實(shí)例C)。對于這些樣品而言，在垂直入射角度測得的傳播率并不剛好為o，可能是因?yàn)闇y得的入射角存在較小誤差。在圖14的圖線中，理想的朗伯反射器或發(fā)射器(擴(kuò)散器)用虛線示出，并且對于所有入射角T值均為0。相比之下，理想的鏡面反射器或發(fā)射器(用粗實(shí)線示出)對于所有的入射角T值均為1，但不包括剛好為0度的入射角，該入射角的T值減為0。如下文其他實(shí)例所述，還構(gòu)造了多種其他反射器。盡管其他類型的反射器具有不同的反射特性，但趨勢都類似。在15度以上，傳播率通常會隨入射角緩慢增加。在垂直入射角度以上的小角度處增速最快。純鏡面反射器在垂直入射角度處T=0，在所有其他角度處T二1。純朗伯反射器在所有角度T值均為0。實(shí)例A到K清楚地表明，利用不同的反射器構(gòu)造可以得到寬泛的傳播率。數(shù)據(jù)匯總在圖14中，樣品說明、標(biāo)記以及反射率和45度的傳播率(T)在下表中給出<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>通過回顧上述實(shí)例和圖14，我們將滿足下列條件的反射器或其他元件描述為半鏡面的(1)15度入射角的傳播率T大于0.15(15%)，優(yōu)選大于0.20(20%)，以區(qū)別于近似朗伯元件，以及(2)45度入射角的傳播率T小于0.95(95%)，優(yōu)選小于0.90(90°/。)，以區(qū)別于近似鏡面元件。或者，我們可能希望將"半鏡面的"的特性描述為在45度具有大于0.2(20%)的傳播率T，以區(qū)別于朗伯元件。為了區(qū)別于鏡面元件，我們還可以增加這樣的要求即至少10%的光散射到夾角為10度且以45度鏡面方向?yàn)橹休S的錐體以外的方向。在表征局部為鏡面而整體為半鏡面的反射器(例如波紋或熱成形薄膜反射鏡)時，可能必須修改測量條件。如果測量系統(tǒng)(例如Autronics儀器)的光點(diǎn)尺寸小于反射器上的形狀的平均尺寸，則為了較好地估計其反射角分布，應(yīng)在成形反射器的不同位置進(jìn)行若干次測量。實(shí)例E:X-ESR上的含Ti02顆粒的THV通過將擴(kuò)散膜層合到寬帶多層反射鏡上制備構(gòu)造(2)(部分朗伯加高反射率鏡面反射器)的實(shí)例。該反射鏡由多層PEN和P畫A構(gòu)成，這一點(diǎn)類似于傳統(tǒng)的VikuitiESR，但其具有從400nm—直到1600應(yīng)的擴(kuò)展反射譜帶，從而命名為X-ESR。將O.1重量。/。的白色Ti02顏料混入THV中，然后擠出并鑄塑為平滑薄膜，從而制成擴(kuò)散膜。采用的是標(biāo)準(zhǔn)聚合物擠出工藝和薄膜鑄塑工藝。二氧化鈦的小粒度，再加上二氧化鈦與THV的高折射率差(2.4與1.35)導(dǎo)致形成寬角度散射的擴(kuò)散器。只有低濃度的二氧化鈦才能防止擴(kuò)散膜反射掉大部分光。大量的光穿過THV膜，并被多層反射鏡鏡面反射。圖15a和15b示出了入射角為45度的鏡面光束的反射結(jié)果，該結(jié)果為-45度處的近似鏡面反射與寬朗伯背景的組合。對于cp二0的描記線，圖中未示出鏡面光束的峰值。在靈敏度較低的記錄儀上，q=-45度測得的峰值亮度為1.907。通過改變Ti02的濃度或THV膜的厚度或這兩者，可以調(diào)節(jié)鏡面分量和朗伯分量的相對強(qiáng)度。對于構(gòu)造1來說，可以預(yù)料會得到類似于實(shí)例K(見下文)的結(jié)果，該結(jié)果涉及部分反射的鏡面反射鏡與高反射率的朗伯反射器的組合。在這種情況下，通過使用具有不同透射率的部分反射器，可以調(diào)節(jié)鏡面反射光與朗伯散射光的相對數(shù)量。朗伯反射器應(yīng)保持非常高的反射率，以避免通過后反射器后發(fā)生透射損耗。實(shí)例K:X-ESR上的KeiwaPBS-070將前向散射擴(kuò)散器與鏡面反射器組合，可以獲得近似前向散射反射器。此為構(gòu)造(3)的實(shí)例。將市售的擴(kuò)散器KeiwaOpulusPBS-070層合到上述擴(kuò)展譜帶多層鏡面反射鏡(X-ESR)上。圖16示出了入射角為45度的情況下測得的反射分布，該分布近似于鏡面方向附近的高斯分布。在這種情況下，處于45度的大部分入射光在圍繞-45度鏡面方向的相對狹窄的錐體內(nèi)被反射。沿(p=90軸的峰亮度僅為0.8。該樣品在45度處具有非常高的傳播率，T為0.943。實(shí)例I:X-ESR上的DFA利用其他近似前向散射擴(kuò)散器可以獲得比實(shí)例K更寬的散射光分布。用在折射率僅與顆粒的折射率略有不同的基質(zhì)內(nèi)的球形顆粒制成的擴(kuò)散器可以具有這樣的特性。一個實(shí)例為可得自3M公司的稱為DFA的擴(kuò)散膜。顆粒填充量和擴(kuò)散器厚度決定鏡面反射的程度，繼而影響傳播率。將0.4mm厚的DFA片層合到X-ESR上，并以45度的入射角在Autronics裝置中進(jìn)行測量。對沿cp=0禾ncp=90度軸的反射角提取的亮度數(shù)據(jù)在圖17a和圖17b中示出。雖然不存在純朗伯分量，但在45度測得的傳播率降至T=0.651。實(shí)例G和H:具有不對稱傳播率的反射器將PEN和P應(yīng)A的混合物(PMMA占27重量％)在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)共混，并用標(biāo)準(zhǔn)薄膜制備設(shè)備澆注。利用制備PEN膜的條件，將澆鑄料片依次在長度取向機(jī)和拉幅機(jī)內(nèi)取向。拉伸比為3.7x3.7。所得膜的厚度為50"m，并且在垂直入射角度測得的半球反射率為約75%。將該膜層合到X-ESR上，并以兩個不同的取向在Autronics錐光鏡中進(jìn)行測量。盡管共混物擴(kuò)散膜在X方向和Y方向同等地取向，但卻表現(xiàn)出不對稱的散射分布。這可能是P薩A分散相顆粒在擠出通過模具的過程中發(fā)生伸長所致。圖18a和18b所示錐光圖分別示出了沿X軸和Y軸入射的光的這種不對稱性。在45度測得的傳播率分別為0.537和0.612。這種不對稱性可以為LCD背光源設(shè)計中LED的布置方式提供更多選擇。實(shí)例A:TIPS近朗伯反射器各種近朗伯漫反射器在美國專利No.5,976,686(Kaytor等人)中有所描述。利用稱為熱致相分離(TIPS)的方法可以制備一種特別有效的反射器。如上述實(shí)例所述，將通過層合兩層厚度約0.27mm的TIPS膜制備的厚度約0.55mm的反射器在Autronics錐光鏡中進(jìn)行測量。圖19a和圖19b繪出了沿cp二0禾ncp二90方向的描記線，示出了近朗伯特性。僅在-45度33處出現(xiàn)了較小的鏡面峰。該反射器的傳播率是所有樣品中最低的，在45度處T值為0.011。實(shí)例C:MCPET在Autronics裝置中測量日本Furukawa制造的稱為MCPET的漫反射器片。該反射器厚0.93mm，對垂直入射光的半球反射率為約98%。從圖20a和圖20b中所示的錐光數(shù)據(jù)的cp=0和cp=90描記線可以明顯看出，MCPET的鏡面分量略高于TIPS膜，但仍然為近似朗伯的。上面在圖14中示出了傳播率與入射角關(guān)系的圖線。按照與上述實(shí)例相同的方式測量若干其他半鏡面反射器的半球反射率。下文簡要描述了各種反射器，表II列出了所有供測反射器在45度入射角情況下的傳播率。在使用NIST校準(zhǔn)的基準(zhǔn)反射器的PerkinElmerLambda950中，測量所有樣品的近垂直入射光的半球反射率。所有反射器都表現(xiàn)出約95%或更大的反射率。實(shí)例D:X-ESR上的體擴(kuò)散器Astra85C為得自AstraProducts的透射率為85%的半鏡面體擴(kuò)散器。將一片這種擴(kuò)散器(Clarex-DRI工IC光擴(kuò)散膜，等級號85C)層合到X-ESR膜上。實(shí)例B:白光反射器W270，一種得自Mitsubishi,Japan的125微米厚的白光反射器。實(shí)例J:X-ESR上的微透鏡陣列通過將微透鏡陣列澆注到X-ESR膜的表面上來構(gòu)造半鏡面反射器。微透鏡的外徑為30微米，高度為約6.3微米。透鏡曲率為球形，半徑為18.7微米。以約90%的反射鏡表面覆蓋率將微透鏡澆注成六邊形陣列。透鏡材料是折射率n為約1.5的UV可固化樹脂。也可以采用其他幾何形狀和尺寸的小透鏡。背光源實(shí)例可以使用多種低損耗反射膜和半鏡面元件構(gòu)造許多不同尺寸和形狀的空心循環(huán)腔背光源。其中一些使用(例如)ESR珠膜(上面的實(shí)例F)作為后反射器，使用不同的不對稱反射膜(ARF)作為前反射器。另外一些包括了位于帶有不對稱反射膜的循環(huán)腔前面的增益擴(kuò)散膜。許多背光源還包括光源構(gòu)件(例如設(shè)置在楔形反射器內(nèi)的幾排多色LED)，其將注入腔體的光限定在遠(yuǎn)小于朗伯分布的半最大功率全角寬內(nèi)。許多背光源表現(xiàn)出令人滿意的總體亮度和均勻度，例如，適用于LCD顯示器應(yīng)用或其他應(yīng)用。這些背光源的實(shí)例在下列一組共同轉(zhuǎn)讓的PCT專利申請中有所描述，并且將它們以引用方式并入本文"BACKLIGHTANDDISPLAYSYSTEMUSINGSAME"(背光源及使用該背光源的顯示系統(tǒng))(代理人案巻號63274WO004);"THINHOLLOWBACKLIGHTSWITHBENEFICIALDESIGNCHARACTERISTICS"(具有有益設(shè)計特性的薄型空心背光源)(代理人案巻號63031W0003);"WHITELIGHTBACKLIGHTSANDTHELIKEWITHEFFICIENTUTILIZATIONOFCOLOREDLEDSOURCES"(有效利用彩色LED光源的白光背光源等等)(代理人案巻號63033W0004);以及"COLL頂ATINGLIGHTINJECTORSFOREDGE-LITBACKLIGHTS"(側(cè)光式背光源的準(zhǔn)直光注入器)(代理人案巻號63034W0004)。除非另外指明，否則背光源的說法也旨在適用于在其預(yù)期應(yīng)用中提供標(biāo)稱均勻照明的其他擴(kuò)展面照明裝置。這些其他裝置可以產(chǎn)生偏振或非偏振輸出。例子包括燈箱、標(biāo)識牌、槽型發(fā)光字以及設(shè)計用于室內(nèi)(如家庭或辦公室)或室外用途的普通照明裝置，有時也稱為"燈具"。還應(yīng)注意的是，側(cè)光式裝置可以被構(gòu)造成從兩個相對的主表面向外發(fā)光，即，同時從上述"前反射器"和"后反射器"向外發(fā)光，在這種情況下前后反射器均為部分透射的。這種裝置可以照亮設(shè)置在背光源相對側(cè)的兩個獨(dú)立的LCD面板或其他圖形元件。在這種情況下，前后反射器可以具有相同的或類似的構(gòu)造。術(shù)語"LED"是指發(fā)光二極管，所發(fā)射的光可以是可見光、紫外光或紅外光。發(fā)光二極管包括以商品名"LED"銷售的非相干的包封或封裝半導(dǎo)體裝置，而不論是常規(guī)的或是超輻射的類型。如果LED發(fā)射的是諸如紫外光之類的不可見光，以及在LED發(fā)射可見光的某些情況下，則將其封裝為包括熒光粉(或是其可照亮設(shè)置在遠(yuǎn)處的熒光粉)，以將短波長光轉(zhuǎn)化為波長更長的可見光，某些情況下會得到發(fā)射白光的器件。"LED晶粒"是LED最基本的形態(tài)，即經(jīng)半導(dǎo)體加工方法制成的單個元件或芯片的形式。元件或芯片可以包括適于應(yīng)用能量以驅(qū)動器件的電觸點(diǎn)。元件或芯片的各個層35和其他功能元件通常以晶片級形成，然后將加工好的晶片切成單個元件，以產(chǎn)生多個LED晶粒。LED也可以包括杯形反射器或其他反射基底、成型為簡單穹頂形透鏡或任何其他己知形狀或結(jié)構(gòu)的封裝材料、提取器以及其他封裝元件，這些元件可用于產(chǎn)生前發(fā)光、側(cè)發(fā)光或其他所需光輸出分布。除非另外指明，否則LED的說法也旨在適用于能夠在較小的發(fā)光區(qū)域內(nèi)發(fā)射亮光的其他光源，而不論所發(fā)的光是彩色光還是白光，是偏振光還是非偏振光。這樣的例子包括半導(dǎo)體激光裝置以及采用固態(tài)激光器泵浦的光源。除非另外指明，否則在說明書和權(quán)利要求中使用的表示部件的尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字都應(yīng)當(dāng)被理解為由詞語"約"來修飾。因此，除非有相反的說明，否則在上述說明書和所附權(quán)利要求中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性而變化。在不脫離本公開范圍和精神的前提下，本公開的各種修改和更改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，并且應(yīng)當(dāng)理解，本公開并不局限于本文所示的示例性實(shí)施例。除非其中的任何主題與上述公開直接抵觸，否則本文提及的所有美國專利、專利申請出版物、未公布的專利申請和其他專利及非專利文檔均以引用方式全文并入本文。權(quán)利要求1.一種背光源，包括形成空心光循環(huán)腔的前反射器和后反射器，所述前反射器為部分透射的，從而得到輸出照明區(qū)域；為所述腔體提供鏡面反射特性與漫射特性的所需平衡的元件，所述元件的特征在于15度入射角的傳播率大于15％，并且45度入射角的傳播率小于95％，其中所述前反射器或所述后反射器為所述元件或包括所述元件，或者所述元件不同于所述前反射器和所述后反射器；以及一個或多個光源構(gòu)件，所述光源構(gòu)件被設(shè)置成以有限的角分布向所述光循環(huán)腔發(fā)出光；其中，所述前反射器對于非偏振可見光具有半球反射率Rfhemi，所述后反射器對于非偏振可見光具有半球反射率Rbhemi，并且Rfhemi×Rbhemi為至少0.70。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中15度入射角的所述傳播率大于20%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中45度入射角的所述傳播率小于90%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中對于給定入射角的光，所述元件的所述傳播率等于(F-B)/(F+B)，F(xiàn)為所述入射光與所述元件相互作用后向前散射的光的量，B為所述入射光與所述元件相互作用后向后散射的光的量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述輸出照明區(qū)域限定了橫向平面，并且所述光源構(gòu)件以相對于所述橫向平面范圍為0至60度的半最大功率全角寬(FTOM)向所述光循環(huán)腔發(fā)出光。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的背光源，其中所述光源構(gòu)件以相對于所述橫向平面范圍為0至30度的半最大功率全角寬向所述光循環(huán)腔發(fā)出光。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述光源構(gòu)件包括一個或多個LED。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述前反射器具有基本上隨入射角增大而增大的反射率，以及基本上隨入射角增大而減小的透射率。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光源，其中所述前反射器的反射率和透射率是針對任何入射平面內(nèi)的非偏振可見光。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光源，其中所述前反射器的反射率和透射率是針對如下平面內(nèi)的可用偏振態(tài)入射光，對于所述平面而言，所述可用偏振態(tài)的斜光為P偏振光。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中R:wxRb"為至少O.75。12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的背光源，其中RL，x"，為至少0.80。13.—種空心光循環(huán)腔，所述空心光循環(huán)腔包括前反射器和后反射器，所述前反射器為部分透射的，從而得到輸出照明區(qū)域，其中所述空心光循環(huán)腔包括傳播值大于約0.5且小于約0.95的腔體，并且所述前反射器具有大于約0.7的半球反射率Rh6,,。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的空心光循環(huán)腔，還包括為所述空心光循環(huán)腔提供鏡面反射特性與漫射特性的所需平衡的元件，其中所述前反射器或所述后反射器為所述元件或包括所述元件，或者所述元件不同于所述前反射器和所述后反射器。全文摘要一種具有“半鏡面”元件的空心光循環(huán)腔背光源，所述半鏡面元件提供平衡的鏡面反射光和漫反射光，改善光輸出的均勻度。所述元件可以布置在反射器(1021)、(1014)上或布置在所述腔體(1016)內(nèi)。這種平衡可通過將所述元件的“傳播率”設(shè)計在一定范圍內(nèi)來實(shí)現(xiàn)，所述傳播率由(F-B)/(F+B)(F和B分別為所述元件在所述腔體的平面內(nèi)向前和向后散射的入射光的量)定義。此外，所述前反射器和所述后反射器的“半球”反射率的乘積也應(yīng)在給定范圍內(nèi)。或者，“腔體傳播值”，一種衡量所述腔體將注入光從注入點(diǎn)向所述腔體內(nèi)的遠(yuǎn)端點(diǎn)傳播的能力的量度應(yīng)處于另一個范圍內(nèi)，并且所述后反射器的所述“半球”反射率應(yīng)為＞0.7。文檔編號G02F1/13357GK101681053SQ200880015829公開日2010年3月24日申請日期2008年5月19日優(yōu)先權(quán)日2007年5月20日發(fā)明者吉勒·J·伯努瓦,安德魯·J·歐德科克,戴維·G·弗賴爾,楊朝暉,查爾斯·D·霍伊爾,約翰·A·惠特利,羅爾夫·W·比爾納特,蒂莫西·J·內(nèi)維特,邁克爾·F·韋伯申請人:3M創(chuàng)新有限公司