用于显示器的背光源的制作方法

摄影电影;光学设备的制造及其处理,应用技术1.本公开整体涉及一种背光源，并且具体地涉及一种用于显示器的背光源。背景技术：2.液晶显示器(lcd)面板使用液晶的光调制特性。液晶不直接发射光，并且背光源单元用于以彩色或单色产生图像。背光源单元为lcd面板提供照明。背光源单元通常包括一个或多个棱镜膜和反射偏振器，以最大化垂直于屏幕方向的亮度(轴向亮度)。反射偏振器和一个或多个棱镜膜的组合可导致光学人工痕迹，被称为反射偏振器反射型波纹(rprm)。rprm通常表现为跟随棱镜膜轮廓的交替的暗带和亮带。技术实现要素：3.一方面，提供了一种用于向液晶面板提供照明的背光源。该背光源包括扩展光源、反射偏振器、第一棱镜膜和延迟层。该扩展光源适于通过其发射表面发射光。该反射偏振器设置在该扩展光源上，使得对于大致法向入射光以及对于在约420纳米(nm)至约650nm范围内的至少第一波长，该反射偏振器反射具有第一偏振态的入射光的至少60％并且透射具有正交的第二偏振态的入射光的至少60％。该第一棱镜膜设置在该扩展光源与该反射偏振器之间并且包括结构化主表面。该结构化主表面包括沿第一方向延伸并沿正交的第二方向布置的多个基本平行的第一线性棱镜。该延迟层设置在该反射偏振器与该第一棱镜膜之间，使得对于波长为约550nm的大致法向入射光，该延迟层具有延迟量nw，其中n是≥1的整数，并且w在约160nm与约300nm之间。4.另一方面，提供了一种用于向液晶面板提供照明的背光源。该背光源包括扩展光源、反射偏振器、第一棱镜膜和消色差延迟层。该扩展光源适于通过其发射表面发射光。该反射偏振器设置在该扩展光源上，使得对于大致法向入射光以及对于在约420nm至约650nm范围内的至少第一波长，该反射偏振器反射具有第一偏振态的入射光的至少60％并且透射具有正交的第二偏振态的入射光的至少60％。该第一棱镜膜设置在该扩展光源与该反射偏振器之间并且包括结构化主表面。该结构化主表面包括沿第一方向延伸并沿正交的第二方向布置的多个基本平行的第一线性棱镜。该消色差延迟层设置在该反射偏振器与该第一棱镜膜之间，使得对于大致法向入射光，该延迟层在对应的蓝色波长处具有最小蓝色延迟量，在对应的绿色波长处具有最小绿色延迟量，并且在对应的红色波长处具有最小红色延迟量。最小蓝色延迟量、最小绿色延迟量和最小红色延迟量彼此相差在20％以内。附图说明5.考虑到以下结合附图的详细描述，可更全面地理解本文公开的示例性实施方案。附图未必按比例绘制。图中使用的相似数字指代相似的部件。然而，应当理解，在给定图中使用数字指代部件不旨在限制另一个图中用相同数字标记的部件。6.图1是根据本公开的一个实施方案的显示器的示意图；7.图2a是根据本公开的一个实施方案的反射偏振器的示意图；8.图2b是根据本公开的一个实施方案的反射偏振器的详细示意图；9.图3是根据本公开的一个实施方案的棱镜膜的示意图；10.图4是根据本公开的一个实施方案的延迟层的示意图；11.图5是例示延迟层的延迟量随入射光波长的变化的曲线图；12.图6是例示颜色坐标y的角度变化的曲线图；并且13.图7是例示颜色坐标x的角度变化的曲线图。具体实施方式14.在以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了各种实施方案。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，能够设想并作出其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。15.本公开涉及用于向液晶面板提供照明的背光源。背光源可用于并入液晶显示器(lcd)的电子装置中，这些液晶显示器诸如计算机监视器、电视机、移动电话、个人数字助理(pda)、可穿戴装置以及其他便携式装置。该背光源包括扩展光源、反射偏振器、第一棱镜膜和延迟层。该扩展光源适于通过发射表面发射光。该延迟层设置在反射偏振器与第一棱镜膜之间。该延迟层对于波长为约550nm的大致法向入射光，该延迟层具有延迟量nw，其中n是≥1的整数，并且w在约160nm与约300nm之间。16.延迟层可以是从反射偏振器反射的光提供经调谐的延迟量。由延迟层提供的经调谐的延迟量可减轻由反射偏振器和一个或多个棱镜膜的组合引起的光学人工痕迹。此光学人工痕迹被称为反射偏振器反射型波纹(rprm)。在一些实施方案中，延迟层是消色差延迟层，该消色差延迟层具有延迟量随波长的最小变化。消色差延迟层可最小化白色区中cie 1931色度坐标系中的颜色坐标x和颜色坐标y的角度变化。17.现在参考附图，图1例示了包括液晶面板10和背光源300的显示器400。液晶面板10设置在背光源300上并接收来自该背光源的照明。用于向液晶面板10提供照明的背光源300包括扩展光源200、反射偏振器40、第一棱镜膜50和延迟层60。在一些实施方案中，反射偏振器40、扩展光源200、第一棱镜膜50和延迟层60大致彼此共同延伸。18.显示器400限定了相互正交的x轴、y轴和z轴。x轴和y轴是显示器400的面内轴，而z轴是沿显示器400的厚度设置的横向轴。换句话说，x轴和y轴沿显示器400的平面设置，而z轴垂直于显示器400的平面。显示器400的液晶面板10、扩展光源200、反射偏振器40、第一棱镜膜50和延迟层60沿z轴彼此邻近设置。19.扩展光源200适于通过其发射表面30、31发射光20、21。在一些实施方案中，扩展光源200包括光导70，以用于沿光导70的长度和宽度在其中传播光71。光导70的长度沿x轴限定，而光导70的宽度沿y轴限定。光导70面向液晶面板10，并且包括发射表面30。光导70包括相对于x轴彼此间隔开的一对相对的边缘表面72、73。光导70可由光学透明材料制成。此外，光导70可以是具有用于引导光71的多个结构的板。20.在一些实施方案中，扩展光源200还包括被设置成靠近光导70的边缘表面72、73的至少一个光源80、81。至少一个光源80生成照亮显示器400的光71、74。在一些实施方案中，至少一个光源80、81包括发射光的一个或多个光发射器。光发射器可以是例如发光二极管(led)、荧光灯或任何其他合适的发光装置。led可以是单色的，或者可包括在不同波长下操作以便产生白光输出的多个发射器。21.在图1的例示的实施方案中，显示器400包括第一组光源80、81和第二组光源82。第一组光源80、81被定位成靠近光导70的相应边缘表面72、73。具体地，第一组光源80被定位成靠近光导70的边缘表面72，而第一组光源81被定位成靠近光导70的边缘表面73。此外，第二组光源82被定位成靠近光导70的与发射表面30相对的底侧32。在一些其他实施方案中，仅可存在第一组光源80、81和第二组光源82中的一者。第一组光源80、81发射光20、75，而第二组光源82通过光导70发射光21。22.来自第二组光源82的光21朝向液晶面板10传播通过光导70。光导70还引导来自第一组光源80的光71并且朝向液晶面板10导引光20。在一些实施方案中，光导70可使用全内反射(tir)朝向液晶面板10传送或引导来自被定位成靠近边缘表面72的第一组光源80的光71。在一些情况下，光导70可改善由显示器400发射的光22的均匀性。23.扩展光源200还包括反射层90，该反射层面向光导70的远离发射表面30的底侧32。反射层90被构造成将朝向反射层离开光导70的光74朝向光导70反射回去。光74由第一组光源80发射。来自反射层90的反射光75朝向发射表面30传播。在一些实施方案中，反射层90还可用于使光在显示器400内再循环。反射层90可以是镜面反射器或漫反射器。在一些实施方案中，反射层90可以是由3m公司生产的增强的漫反射器(edr)膜。在一些实施方案中，反射层90的反射特性可通过双向反射率分布函数(brdf)来描述。brdf描述对于以任何向外方向入射的单位发光度而言，反射入各个向内方向的发光度。反射层90可具有至少80％、至少90％、至少95％、至少98％或至少99％的任何偏振的正常入射光的反射率。反射层90可包括反射表面(例如，金属表面)或可具有多层构造。在一些实施方案中，反射层90具有平均漫反射率(rd)和平均镜面反射率(rs)。在一些实施方案中，对于在约420纳米(nm)至约680nm的可见波长范围内的大致法向入射光，反射层90具有rs》rd》10％。24.在一些实施方案中，扩展光源200包括用于散射光的第一光学漫射层100。第一光学漫射层100面向液晶面板10并且包括发射表面31。第一光学漫射层100可用于漫射从光源80、82接收的光20、21、75。这可增加入射在液晶面板10上的照明光的均匀性。因此，这可使得观察者410察觉到亮度均匀的图像。在一些实施方案中，第一光学漫射层100可包括粘合剂层。25.在一些实施方案中，第一光学漫射层100是基本上偏振保持的。在一些实施方案中，对于具有预定偏振态的垂直入射光，第一光学漫射层100透射入射光，其中至少70％的所透射的光具有预定偏振态。在一些实施方案中，对于具有预定偏振态的垂直入射光，第一光学漫射层100透射入射光，其中至少80％、至少90％、至少95％或至少98％的所透射的光具有预定偏振态。26.第一光学漫射层100可以是任选的部件。在不存在第一光学漫射层100的情况下，光导70包括扩展光源200的发射表面31。27.扩展光源200包括反射层90，该反射层面向第一光学漫射层100并限定两者间的光学腔91。在一些实施方案中，至少一个光源82设置在光学腔91中。换句话说，光学腔91是设计成容纳至少一个光源82并且将来自至少一个光源82的光21朝向液晶面板10导引的外壳。在一些实施方案中，光学腔91可通过模制、压印、浇铸或电铸单独制造。在图1的例示的实施方案中，光源80、81设置成靠近光导70的相应边缘表面72、73，而光源82设置在光学腔91中。28.反射偏振器40设置在扩展光源200上，使得对于大致法向入射光41(图2a和图2b所示出的)以及对于在约420nm至约650nm范围内的至少第一波长，反射偏振器40反射具有第一偏振态的入射光的至少60％并且透射具有正交的第二偏振态的入射光的至少60％。在一些实施方案中，至少一个第一波长包括在约420nm至约650nm范围内的每个波长。29.在一些实施方案中，第一偏振态沿x轴限定，而第二偏振态沿y轴限定。在一些其他实施方案中，第一偏振态沿y轴限定，而第二偏振态沿x轴限定。在一些实施方案中，第一偏振态是s偏振态，并且第二偏振态是p偏振态。在一些其他实施方案中，第一偏振态是p偏振态，并且第二偏振态是s偏振态。30.第一棱镜膜50设置在扩展光源200与反射偏振器40之间。第一棱镜膜50包括结构化主表面51。结构化主表面51包括沿第一方向延伸并沿正交的第二方向布置的多个基本平行的第一线性棱镜52。在一些实施方案中，第一方向沿x轴限定，而第二方向沿y轴限定。在一些其他实施方案中，第一方向沿y轴限定，而第二方向沿x轴限定。第一线性棱镜52背向扩展光源200的发射表面30、31。31.在一些实施方案中，背光源300还包括设置在第一棱镜膜50与反射偏振器40之间的第二棱镜膜110。第二棱镜膜110包括结构化主表面111。结构化主表面111包括沿第二方向延伸并沿第一方向布置的多个基本平行的第一线性棱镜112。第二线性棱镜112背向第一棱镜膜50。32.通常，当两个类似的点阵重叠时，可观察到作为一种干涉现象的波纹效应。波纹效应可能是由于具有不同固有频率的两个或更多个规则排列的结构间的干涉引起的。反射偏振器40和一个或多个棱镜膜50、110的组合可导致观察者410出现交替的暗带和亮带。此类光学人工痕迹被称为反射偏振器反射型波纹(rprm)。因此，可能期望消除或减轻rprm。为了防止rprm，延迟层60设置在反射偏振器40与一个或多个棱镜膜50、110之间。33.延迟层60设置在反射偏振器40与第一棱镜膜50之间，使得对于波长为约550nm的大致法向入射光61(图4所示出的)，延迟层60具有延迟量nw，其中n是≥1的整数，并且w在约160nm与约300nm之间。在一些实施方案中，n为1。在一些其他实施方案中，n为2。34.rprm可通过受控或调谐的延迟量nw优化由反射偏振器40反射的入射光41的偏振态来减轻。在一些实施方案中，延迟层60可以是消色差延迟层。35.消色差延迟层可被构造成基本上独立于入射光的波长来转换、旋转或调制偏振。因此，消色差延迟层可最小化或消除颜色上的偏移或其他人工痕迹。在一些实施方案中，所期望的消色差性可通过设计或选择某些波长特定延迟量实现。在一些实施方案中，延迟层60可以是半波消色差延迟层或四分之一波延迟层。36.通常，照明委员会(cie)1931色度坐标系是用于表征和量化所感知的颜色的便利工具或标准。使用cie 1931色度坐标系，可通过以cie色度图上的一个或多个色度坐标(x,y)表示的点或区来精确测量或指定光源或制品的颜色(或“色度”或“色度坐标”)。对于彩色显示器，显示器可生成的所有可能颜色的集合由色度图上的区、带或区域表示，所述区、带或区域被称为显示器的“色域”。对于基于三色的显示器(即，只使用例如红色、绿色和蓝色三种不同亚像素颜色的显示器)，色域为三角形的，其中三角形的每个角对应于当只有一种亚像素颜色是“开启”时所感知的显示颜色。可通过比较色度图上不同显示器的相应区域来比较不同显示器的色域。37.在一些实施方案中，由背光源300以相对于垂直于发射表面31的线120成零度和六十度发射的光在白色区中具有cie 1931色度坐标系中的相应颜色坐标(x1,y1)和(x2,y2)。在坐标系中x1和x2称为横坐标，并且y1和y2称为纵坐标。在一些其他实施方案中，x1和x2(图7所示出的)相差小于约0.0051。在一些其他实施方案中，x1和x2相差小于约0.0055、小于约0.006或小于约0.0065。在一些实施方案中，y1和y2(图6所示出的)相差小于约0.01。在一些其他实施方案中，y1和y2相差小于约0.015、小于约0.02或小于约0.03。38.在一些实施方案中，反射偏振器40、扩展光源200的发射表面30、31、第一棱镜膜50和延迟层60大致彼此共同延伸。39.在一些实施方案中，反射偏振器40、扩展光源200的发射表面30、31、第一光学漫射层100、第一棱镜膜50、第二棱镜膜110和延迟层60大致彼此共同延伸。40.显示器400包括液晶面板10，该液晶面板被构造成选择性地透射和反射从扩展光源200的发射表面30、31接收的光21、20、75。液晶面板10设置在背光源300上。在一些实施方案中，液晶面板10和背光源300例如借助于光学粘合剂、环氧树脂、层压或任何其他合适的附接方法粘结在一起。41.图2a和图2b例示了反射偏振器40。反射偏振器40可包括聚合物反射偏振器、线栅反射偏振器以及漫反射偏振器中的一者或多者。在一些实施方案中，反射偏振器40是线性反射偏振器。在一些其他实施方案中，反射偏振器40可以是圆形反射偏振器。42.反射偏振器40包括多个交替的第一层44和第二层45。在一些实施方案中，每个层44、45可小于约500nm厚。在一些其他实施方案中，每个层44、45可小于约550nm厚、小于约600nm厚或小于约700nm厚。在一些实施方案中，第二层45具有比第一层44更低的折射率。反射偏振器40包括设置在多个交替的第一层44和第二层45的每个主侧面上的保护层43。反射偏振器40反射具有第一偏振态的入射光41的至少60％并且透射具有正交的第二偏振态的入射光41的至少60％。第一偏振态沿x轴限定，而第二偏振态沿y轴限定。在一些实施方案中，第一偏振态是s偏振态，并且第二偏振态是p偏振态。在一些其他实施方案中，第一偏振态是p偏振态，并且第二偏振态是s偏振态。反射偏振器40的通过轴可对应于第二偏振态，而反射偏振器40的正交块轴可对应于第一偏振态。43.图3例示了根据本公开的实施方案的棱镜膜。棱镜膜可以是第一棱镜膜50和第二棱镜膜110中的任何一者。第一棱镜膜50包括第一线性棱镜52，并且第二棱镜膜110包括第二线性棱镜112。第一线性棱镜52和第二线性棱镜112中的每一者都包括相交于顶点55的相对侧表面53、54。在一些实施方案中，相对侧表面53、54之间的角度α在约70度至约110度之间。在一些实施方案中，相对侧表面53、54之间的角度α可在约50度至约120度之间。在一些实施方案中，角度α可根据期望的应用属性而变化。44.参考图1和图3，由于包含一个或多个棱镜膜50、110，由一个或多个光源80、82发射的光20、21、75可被适当地反射和折射，使得可减小从液晶面板10离开的光的角度分布，并且可增强从液晶面板离开的光的亮度。换句话说，第一棱镜膜50和第二棱镜膜110可在更靠近显示器400的轴线的方向上重定向离轴光。因此，第一棱镜膜50和第二棱镜膜110可增强显示器400发射的图像的亮度。45.第一棱镜膜50和第二棱镜膜110可以是由3m公司(3m company)制造的商标名为bef的膜中的一者，就像增亮膜。在一些实施方案中，第一棱镜膜50和第二棱镜膜110中的每一者也可以是定制设计的棱镜阵列，该棱镜阵列用诸如丙烯酸、聚酯或聚碳酸酯等光学透明材料，模制、压印或铸造而成。46.如果折射光的偏振沿反射偏振器40的通过轴，则被一个或多个棱镜膜50、110折射的光基本上被反射偏振器40透射。由一个或多个棱镜膜50、110折射的、具有沿正交块轴偏振的光被反射偏振器40阻挡或反射回扩展光源200。47.在一些实施方案中，第一棱镜膜50和第二棱镜膜110可被统称为“交叉棱镜膜”。在此实施方案中，第一棱镜膜50和第二棱镜膜110被布置成使得第一棱镜膜50和第二棱镜膜110相对于彼此旋转90度。48.图4例示了延迟层60。在一些实施方案中，对于波长为约550nm的大致法向入射光61，延迟层60具有延迟量nw，其中n是整数，并且w在约160nm与约300nm之间。延迟层60可通过将来自反射偏振器40的反射光的偏振适当地转换成可基本上被反射偏振器40透射的偏振来减少若干光循环序列。换句话说，延迟层60可将反射光的偏振转换成沿反射偏振器40的通过轴的偏振。49.图5例示了描绘延迟层60(图4所示出的)的延迟量随入射光波长的变化的曲线图500。在一些实施方案中，延迟层60是消色差延迟层。在一些实施方案中，延迟层60可互换地被称为消色差延迟层60。50.消色差延迟层60在对应的蓝色波长wb处具有最小蓝色延迟量rb，在对应的绿色波长wg处具有最小绿色延迟量rg，并且在对应的红色波长wr处具有最小红色延迟量rr。最小蓝色延迟量、最小绿色延迟量和最小红色延迟量彼此相差在20％以内。在一些其他实施方案中，最小蓝色延迟量、最小绿色延迟量和最小红色延迟量彼此相差在10％以内。从曲线图500可明显看出，消色差延迟层60的延迟量不随入射光的波长而显著变化。51.消色差延迟层60可被构造成基本上独立于入射光的波长来转换、旋转或调制偏振。因此，消色差延迟层60可最小化或消除颜色上的偏移或其他人工痕迹。在一些实施方案中，所期望的消色差性可通过设计或选择某些波长特定延迟量实现。在一些实施方案中，消色差延迟层60可以是半波消色差延迟层或四分之一波延迟层。另外，消色差延迟层60也可通过经调谐的延迟量来消除或减轻rprm。52.图6是曲线图600，例示了颜色坐标y随着背光源300(图1所示出的)发射的光与垂直于发射表面30、31的线120之间的角度的变化。曲线图中的每条曲线对应于不同颜色和光的波长，例如红色、蓝色、绿色等。从曲线图600中可明显看出，颜色坐标y对于不同的角度和颜色表现出低的变化。例如，对于给定光的波长，零度的颜色坐标y1和六十度的颜色坐标y2的变化小于约0.01。53.图7是曲线图700，例示了颜色坐标x随着背光源300(图1所示出的)发射的光与垂直于发射表面30、31的线120之间的角度的变化。曲线图中的每条曲线对应于不同颜色和光的波长，例如红色、蓝色、绿色等。从曲线图700中可明显看出，颜色坐标x对于不同的角度和颜色表现出低的变化。例如，对于给定光的波长，零度的颜色坐标x1和六十度的颜色坐标x2的变化小于约0.0051。54.对于不同光的波长，颜色坐标x和颜色坐标y的低角度变化可对应于观察者410感知的低rprm。延迟层60可通过向反射偏振器40反射的光提供经调谐的延迟量来减轻rprm。55.除非另有说明，否则在说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。56.虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本技术旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。









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