CN101506698B - 包括双折射聚合物纤维的光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示系统，所述显示系统具有显示面板以及至少一个用于产生光以照明所述显示面板的光源。在所述显示面板和所述光源之间可采用偏振膜。所述偏振纤维中的至少一者在第一聚合材料和第二聚合材料之间有多个内部双折射界面。在一些实施例中，所述偏振片基本上反射以第一偏振态垂直入射的光，并且基本上透射以与所述第一偏振态正交的第二偏振态垂直入射的光，而且具有至少10％的雾度值。

Description

包括双折射聚合物纤维的光学装置
技术领域
本发明涉及光学显示系统，更具体地讲，涉及包括偏振膜的光学显示膜。
背景技术
液晶显示器(LCD)装置通常装配了设置在液晶面板后面、用于产生照明光的背光源。由于使液晶面板受到均匀照射非常重要，所以常常使用扩散板来使照明光发生漫射。对于光源(常规为延伸整个LCD的细长荧光灯)设置在显示面板后面的情况而言，这一点尤为重要。该扩散板通常为几毫米厚，能将大部分入射光的绝大部分后向散射回灯。设置在灯后面的反射器用于改变后向散射光的方向，使其射向显示面板。因此，在扩散板和反射器之间形成了“腔体”，使得可进行多次反射/散射作用，从而光能够在灯之间扩展。该扩散板可具有使用反射或漫射油墨的印刷结构，用于提高光的均匀度。典型的扩散板由填充了漫射颗粒、透光性很好的塑料(例如PMMA、聚碳酸酯、甲基苯乙烯、聚苯乙烯聚合物、或这些聚合物的共混物)制成。这些塑料具有极好的光学特性，但通常机械性和热特性欠佳。在高温负荷下它们可能会变形，在灯的强光(可见光或紫外光)照射下易于变黄，并且在湿度和温度不同的环境下翘曲。所有这些效应在显示器的图像中产生不良影响。因此，需要改善LCD元件的热、机械和尺寸稳定性特征，并且保持所需的光学特性。其次，通常在扩散板上面放置扩散材料的薄片，以进一步成形输出光。
通常在扩散板和光面板之间使用多个不同的光控膜。其中一种为棱镜增亮膜，可将远离垂直方向传播的光改变为接近垂直的方向传播。因此，更多的光被校正到观察者观看的角域内，由此图像显得更加明亮。反射偏振膜比增亮膜更为常用。这种反射型偏振器仅透射显示面板所使用的偏振态光，并将垂直偏振状态光反射回灯。被反射的光通过反射器循环，以至少部分改变的偏振态返回反射型偏振器，从而使最初被反射的光的一部分能够到达显示面板。所述反射偏振膜在高温和光照条件下可能不稳定；将其放入热背光源系统中可能严重翘曲。如果反射型偏振器尺寸较大，那么将其以散片的形式放入背光源时，其刚性可能不足以保持平坦，从而产生显示器中可见的不均匀性。刚性增强使得抓握方便，并且组装时损坏膜的可能性减小。用于制造反射型偏振器的材料可能对紫外光敏感。试图解决这些根本问题时，通常将该偏振膜层合在两片重的光学塑料之间，典型地是125-250微米厚的聚碳酸酯。该层合步骤增加了额外的成本和该构造的重量。
希望能减少显示系统中所使用膜的数量，并使这些显示系统中的膜在显示器运行时的热和湿度条件下能够更好地工作。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一个光学显示系统，该光学显示系统具有显示面板和至少一个产生光以照明显示面板的光源。光源和显示面板之间设置了一个或多个光控膜。其中一种膜是基质中嵌入了偏振纤维的偏振膜。偏振纤维中的至少一者在第一聚合材料和第二聚合材料之间有多个内部双折射界面。
该发明的另一个实施例涉及光学膜，该光学膜具有聚合物基质层和嵌入在该基质层中的偏振纤维。偏振纤维中的至少一者在第一聚合材料和第二聚合材料之间有多个内部双折射界面。该光学膜几乎完全反射第一偏振态的垂直入射光，并且几乎完全透射以与第一偏振态正交的第二偏振态垂直入射的光，雾度值至少为10％。
本发明的上述发明内容并非意图描述本发明的每个图示实施例或每种实施方式。下面的图表和具体实施方式更具体地举例说明这些实施例。
附图说明
结合下面参照附图对如下本发明的各种实施例的详细描述，可以更全面地理解本发明，其中：
图1A和1B示意性地示出偏振膜的操作；
图2示意性地示出根据本发明原理的聚合物层实施例的剖面图；
图3A和3B示意性地示出根据本发明原理可使用偏振片的显示系统；
图4A-4G示意性地示出根据本发明原理的偏振膜不同实施例的剖视图；
图5A-5D示意性地示出根据本发明原理可用于偏振膜中偏振纤维的不同示例性实施例的剖视图；
图5E和5F示意性地示出根据本发明原理可用于偏振膜中偏振纤维的其他示例性实施例；
图6示意性地示出纱线形式的偏振纤维的实施例；
图7示意性地示出缆线形式的偏振纤维的实施例；
图8示意性地示出偏振纤维丝束的实施例；以及
图9示意性地示出包括偏振纤维的织造物的实施例。
虽然本发明可以有多种修改形式和替代形式，但其具体内容已在附图中以举例的方式示出并且将作详细描述。然而应当理解，本发明并不受所描述的具体实施例的限制。相反，本发明的目的在于涵盖所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的全部修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施方式
本发明适用于光学系统，并且更具体地讲适用于偏振光学系统。
如本文所用，术语“镜面反射”和“镜面反射率”是指从反射角基本上等于入射角的主体产生的光线反射，其中这些角是相对于主体表面的法线测量的。换句话讲，当光以某一特定角分布入射在主体上时，反射的光具有基本上相同的角分布。术语“漫反射”或“漫反射率”是指其中某些反射光的角度不等于入射角的光线的反射。因此，当光以特定角分布入射在主体上时，反射光的角分布不同于入射光的角分布。术语“全反射率”或“全反射”是指所有光的组合反射，包括镜面反射和漫反射。
类似地，本文使用的术语“镜面透射”和“镜面透射率”是指穿过其中透射光角分布基本上等于入射光角分布的主体的光透射。术语“漫透射”和“漫透射率”用于描述光穿过其中透射光角分布不同于入射光角分布的主体的光透射。术语“全透射”或“全透射率”是指所有光的组合透射，包括镜面透射和漫透射。
图1A和1B示意性地示出反射型偏振膜100。在本文采用的惯例中，z轴表示膜的厚度方向，而x-y平面平行于膜平面。当非偏振光102入射到偏振膜100时，平行于偏振膜100的透射轴偏振的光104被透射，而平行于偏振膜100的反射轴偏振的光106被反射。反射光的角分布取决于偏振片100的多种特性。例如，光106可能会被漫反射，如图1A中示意性示出。如果偏振膜100包括偏振纤维，则被漫反射的光通常会在垂直于纤维轴的方向上非对称地被散射。
在图1A示出的实施例中，偏振片的透射轴平行于x轴，而该偏振片100的反射轴平行于y轴。在其他实施例中，这些可以为后向。透射光104可以被镜面透射，如图1A中示意性示出；也可以被漫透射，如图1B中示意性示出；或者可以镜面透射和漫透射部分组合而被透射。当超过一半的透射光被漫透射时，偏振片基本上漫透射光；当超过一半的透射光被镜面透射时，偏振片基本上镜面透射光。
图2示意性提供根据本发明示例性实施例的反射型偏振片主体的剖面图。主体200包括聚合物基质202，亦被称为连续相。该聚合物基质可以为光学各向同性的或光学双折射的。例如，聚合物基质可以为单轴双折射的或双轴双折射的，表示该聚合物的折射率可以沿一个方向不同，而在两个垂直方向(单轴)上类似，或者在所有三个垂直方向(双轴)上不同。
偏振纤维204设置在基质202中。偏振纤维204包括至少两种聚合物材料，至少其中一种为双折射的。在一些示例性实施例中，该材料中的一种为双折射动，而其他一种或多种材料为各向同性的。在其他实施例中，形成该纤维的两种或两种以上材料为双折射的。在一些实施例中，由各向同性材料形成的纤维也可提供在基质202中。
偏振纤维204可以单纤维方式(如图所示)或以多种其他布置方式组织到基质202中。一些示例性布置方式包括纱、沿单一方向被布置在聚合物基质中的(纤维或纱)束、织物、非织造短纤维、短纤维垫(具有随机或有序的形式)或这些形式的组合。可以对短纤维垫或非织造材料进行拉伸、施加应力或取向，从而在非织造材料或短纤维垫内提供以某种方式排列的纤维，而非使纤维无规排列。基质中具有偏振纤维排列的偏振片的形成在美国专利申请公开No.2006/0193577中有更为全面的描述。
第一纤维材料在x、y和z方向的折射率可以用n1x、n1y和n1z来表示，而第二纤维材料在x、y和z方向的折射率则可以用n2x、n2y和n2z来表示。如果该材料为各向同性的，则x、y和z折射率都基本上一致。如果第一纤维材料为双折射的，则x、y和z折射率中至少一者不同于其他。
每一根纤维204中都有形成于第一纤维材料和第二纤维材料之间的多个界面。当第一和第二纤维材料中的至少一者为双折射的时，该界面可称为双折射界面。例如，如果这两种材料在界面处表现出它们的x和y折射率，并且n1x≠n1y，即第一材料为双折射的，那么该界面可能为双折射的。以下介绍包括双折射界面的聚合物纤维的不同示例性实施例。
纤维204设置成与轴大致平行，如图中所示的x轴。平行于x轴偏振的光在纤维204中的双折射界面处的折射率差值(n1x-n2x)可以不同于平行于y轴偏振的光的折射率差值(n1y-n2y)。当界面处不同方向的折射率差值不同时，该界面被称为的双折射的。因此，对于双折射界面，Δnx≠Δny，其中Δnx＝|n1x-n2x|，同时Δny＝|n1y-n2y|。
对于一种偏振态而言，在纤维204中双折射界面处的折射率差值可以相对较小。在一些示例性实例中，该折射率差值可以小于0.05。这种状况被认为基本上折射率匹配。该折射率差值可以小于0.03、小于0.02或小于0.01。如果该偏振方向平行于x轴，那么x偏振光通过主体200时发生很少反射或无反射。换句话讲，x偏振光高度透射穿过主体200。
对于垂直偏振态的光而言，其在纤维中双折射界面处的折射率差值可以相对较高。在一些示例性实施例中，该折射率差值可以为至少0.05，并可以更高，例如0.1、0.15或者可以为0.2。如果这一偏振方向平行于y轴，则y偏振光在双折射界面处被反射。因此，y偏振光被主体200反射。如果纤维204中的双折射界面基本上彼此平行，则反射可以基本为镜面反射。另一方面，如果纤维204中的双折射界面不是基本上彼此平行，则反射可以基本上为漫反射。一些双折射界面可以是平行的，而其他界面可以为非平行的，这会导致形成同时包括镜面反射部分和漫反射部分的反射光。另外，双折射界面可以为弯曲形，或者相对较小，换句话讲，与入射光的波长在同一数量级内，这样就会导致发生漫散射。
虽然以上所描述的示例性实施例涉及对应x方向的折射率，在y方向具有相对较大的折射率差值，但其他示例性实施例可以包括对应y方向的折射率，在x方向具有相对较大的折射率差值。
聚合物基质202可以为基本上光学各向同性的，例如双折射率小于约0.05(n3x-n3y)，并且优选地小于0.01，其中该基质中x和y方向的折射率分别为n3x和n3y。在其他实施例中，聚合物基质202可以为双折射的。因此，在一些实施例中，聚合物基质和纤维材料之间的折射率差值在不同方向上可以不同。例如，x折射率差值(n1x-n3x)可以不同于y折射率差值(n1y-n3y)。在一些实施例中，这些折射率差值中的一个可以是另一个折射率差值的至少两倍大。
折射率差值的大小、双折射界面的范围和形状、双折射界面的相对位置以及双折射界面的密度都会影响散射，决定散射主要是前向、后向还是二者的组合。如果与第二偏振态相比第一偏振态的折射率差值较小，则第一偏振态中的光会主要被镜面透射或漫透射(前向散射)，而第二偏振态中的光主要被漫反射(后向散射)。
适用于该聚合物基质中和/或纤维中的材料包括在所需光波长范围内透明的热塑性和热固性聚合物。在一些实施例中，所述聚合物不溶于水，这一点尤其有用。此外，合适的聚合材料可以是非结晶的或半结晶性的，并且可以包括均聚物、共聚物或其共混物。聚合物材料的例子包括(但不限于)：聚碳酸酯(PC)；间同立构和全同立构聚苯乙烯(PS)；C1-C8烷基苯乙烯；含烷基、含芳族环和含脂肪族环的(甲基)丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PMMA共聚物；乙氧基和丙氧基(甲基)丙烯酸酯；多官能(甲基)丙烯酸酯；丙烯酸改性环氧树脂；环氧树脂；以及其他的烯键式不饱和材料；环状烯烃和环状烯共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)；环氧树脂；聚乙烯基环己烷；PMMA/聚氟乙烯共混物；聚苯醚合金；苯乙烯系嵌段共聚物；聚酰亚胺；聚砜；聚氯乙烯；聚二甲基硅氧烷(PDMS)；聚氨酯；不饱和聚酯；聚乙烯，包括低双折射聚乙烯；聚丙烯(PP)；聚对苯二甲酸烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚萘二甲酸烷基酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚酰胺；离聚物；乙酸乙烯酯/聚乙烯共聚物；乙酸纤维素；醋酸丁酸纤维素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物；PET和PEN共聚物，包括多烯键的PET和PEN；以及聚碳酸酯/脂族PET共混物。术语(甲基)丙烯酸酯被定义为相应的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯化合物。除了间同立构PS之外，这些聚合物可以以光学各向同性的形式使用。
这些聚合物的其中数种在获得取向时可以变为双折射的。具体地讲，PET、PEN及其共聚物以及液晶聚合物在获得取向时表现出相对较大的双折射率值。可以采用包括挤压和拉伸在内的不同方法对聚合物进行取向。为使聚合物获得取向，拉伸是一种尤其有用的方法，这是因为这种方法允许进行很大程度的取向，并且可以通过很多容易控制的外部参数(例如温度和拉伸比)，便可进行控制。下表1中列出了多种示例性聚合物(取向的和未取向的)的折射率值。
表I一些聚合物材料的典型折射率值
  树脂/共混物   S.R.   T(℃)   nx   ny   nz
  PEN   1   -   1.64
  PEN   6   150   1.88   1.57   1.57
  PET   1   -   1.57
  PET   6   100   1.69   1.54   1.54
  CoPEN   1   -   1.57
  CoPEN   6   135   1.82   1.56   1.56
  PMMA   1   -   1.49
  PC、CoPET共混物   1   -   1.56
  THV   1   -   1.34
  PETG   1   -   1.56
  SAN   1   -   1.56
  PCTG   1   -   1.55
  PS、PMMA共聚物   1   -   1.55-1.58
  PP   1   -   1.52
  间同立构PS   6   130   1.57   1.61   1.61
PCTG和PETG(乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯)为两种类型的共聚酯，可(例如)以商品名EastarTM得自Eastman Chemical Co.，Kingsport，TN。THV为四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的聚合物，可以商品名DyneonTM得自3M Company，St.Paul，MN。PS/PMMA共聚物为共聚物的例子，其折射率可以通过改变组分单体在共聚物中的比值进行“调整”以获得所需的折射率值。标记为“S.R.”的列包括拉伸比。拉伸比为1表示该材料未经拉伸并且未被取向。拉伸比为6表示样品被拉伸至其初始长度的6倍。如果在适当温度条件下拉伸，聚合物分子被取向，同时该材料变为双折射的。然而，可以只拉伸材料而不对分子进行取向。标记为“T”的列表示样品被拉伸时的温度。所拉伸的样品被拉伸成薄片。标记为nx、ny和nz的列是指材料的折射率。如果表中未列出ny和nz的值，则ny和nz的值与nx的值相同。
拉伸纤维时折射率的行为可望与拉伸薄片时具有类似的结果，但不是必须相同。聚合物纤维可被拉伸至任何所需的值，以形成所需的折射率值。例如，一些聚合物纤维可被拉伸至形成至少为3的拉伸比，并且可以至少为6。在一些实施例中，聚合物纤维甚至可以被拉伸更多，例如拉伸至高达20的拉伸比，或者甚至更多。
拉伸来实现双折射的合适温度为聚合物熔点(以开尔文温度表示)的约80％。双折射也可以由应力引起，该应力由在挤出和成膜过程中的聚合物熔体流动引起。双折射还可以通过与相邻表面(诸如膜制品中的纤维)对齐而形成。双折射可以为正也可以为负。正双折射被定义为当线性偏振光的电场轴的方向平行于聚合物取向或对齐表面时具有最高的折射率。负双折射被定义为当线性偏振光的电场轴的方向平行于聚合物取向或对齐表面时具有最低的折射率。正双折射聚合物的例子包括PEN和PET。负双折射聚合物的例子包括间规立构聚苯乙烯。
基质202和/或聚合物纤维204可以被提供多种添加剂以使主体200形成所需的特性。例如，该添加剂可以包括以下物质的一种或多种：耐候剂、紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、润滑剂、抗静电剂、颜料或染料、成核剂、阻燃剂和发泡剂。可以提供其他添加剂来改变聚合物的折射率或增加材料的强度。这些添加剂可以包括(例如)：有机添加剂(例如聚合物珠或颗粒以及聚合物纳米颗粒)；或无机添加剂(例如玻璃纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒或金属氧化物纳米颗粒，或研磨、粉末、小珠、小片或颗粒态的玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷)。这些添加剂的表面可以具有接合剂用以粘结聚合物。例如，硅烷偶联剂可与玻璃添加剂一起使用，以使该玻璃添加剂粘结至聚合物。
在一些实施例中，优选的是基质202或纤维204的组分为不可溶的，或至少耐溶剂的。合适的耐溶剂材料的例子包括聚丙烯、PET和PEN。在其他实施例中，优选的是基质202或聚合物纤维204的组分可溶于有机溶剂中。例如，由聚苯乙烯形成的基质202或纤维组分可溶于(诸如)丙酮等有机溶剂中。在其他实施例中，优选的是基质为水溶性的。例如，由聚乙烯醋酸形成的基质202或纤维组分可溶于水。
在光学元件的一些实施例中，材料的折射率可以沿纤维长度(x方向)有差别。例如，该元件可以不予以均匀拉伸，而是可以在某些区域被拉伸到比其他区域大的程度。因此，可取向材料的取向程度沿该元件是不一致的，从而使得双折射可以在空间上沿该元件不同。
此外，纤维结合到基质中可以提高光学元件的机械性能。具体地讲，一些聚合物材料(例如聚酯)的纤维形式的强度高于膜形式，因此包括纤维的光学元件的强度会高于具有类似尺寸但未包括纤维的光学元件。
纤维204可以(但不是必须)为直的，例如纤维204可以为扭结的、螺旋的或卷曲的。
透射(镜面、漫射或两者兼有)一种偏振态光的偏振层，以及反射垂直偏振态光的偏振层可用于很多类型的显示系统。可使用这种偏振片的显示系统300中的一种类型为直接照明式显示系统，如图3A中示意性示出的。这种显示系统300可用于(例如)LCD监控器或LCD电视机。显示系统300可以以LC面板302的使用为基础，该LC面板302通常包括设置在面板306之间的LC层304。该板306通常由玻璃形成，并且内表面可包括电极结构和定向层，以便控制LC层304中的液晶的取向。通常该电极结构的布置是为了限定LC面板的像素，所述LC面板的像素为液晶的取向能独立于相邻的区域进行控制的LC层的区域。还可以包括彩色滤光器以及板306中的一个或多个，以便在所显示的图像上加上颜色。
上吸收型偏振器308被布置在LC层304的上方，下吸收型偏振器310被布置在LC层304的下方。选择性激活LC层304的不同像素，例如通过附件控制器314，会使光在某些所需的位置穿过显示系统300，即形成观察者所看到的图像。该控制器314可包括(例如)可接收并显示电视图像的计算机或电视控制器。可在上吸收型偏振器308上面布置一个或多个可选层309，例如为显示器表面提供机械和/或环境保护。在一个示例性实施例中，该层309可包括吸收型偏振器308上方的硬盖。
背光源312为LC面板302后面的显示系统300提供光。在此实施例中，背光源312包括布置于LC面板302后面的多个光源316，即所谓的“直接照明式”构造。经常用于LCD电视或LCD监控器的光源316为线性冷阴极荧光管，它沿显示系统300的高度延伸。然而，还可使用其他类型的光源，例如白炽灯或弧光灯、发光二极管(LED)、平面荧光板或外部荧光灯。这一光源列表并非意图限制或详尽列举，仅作为示例。
背光源312可包括反射器318，用于将光源316发出的向下传播的光反射至远离LC面板302的方向。反射器318还可用于使光在显示系统300中循环利用，如下所述。反射器318可以为镜面反射器或漫反射器。镜面反射器的一个例子为VikuitiTM增强型镜面反射(VikuitiTM EnhancedSpecular Reflection)(ESR)膜，得自3M Company，St.Paul，Minnesota。适于漫反射器的例子包括填充有漫反射颗粒(例如二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙等)的聚合物，例如PET、PC、PP、PS。
光控膜装置320，也可称为亮照管理单元，被布置在背光源312和LC面板302之间。光控膜影响从背光源312传播出的光，以便提高该显示系统300的操作。例如，光控膜装置320包括扩散板322。扩散板322用于对从光源接受到的光进行漫射，这可提高入射到LC面板302上的照明光的均匀度。
亮照管理单元320还可包括反射型偏振器层324。光源316通常产生非偏振光，而下吸收型偏振器310仅透射单一偏振态的光，因此光源316产生的约一半的光未透射到LC层304。然而，反射型偏振器324可用于反射原本会被下吸收型偏振器吸收的光，因此这类光可以在反射型偏振器324和反射器318之间经过反射进行循环。至少某些由反射型偏振器324反射的光可以被消偏振，随后以偏振态返回到反射型偏振器324，这种偏振态的光可透过反射型偏振器324和下吸收偏振片310到达LC层304。这样，反射型偏振器324可用于增加光源316发出并到达LC层304的光，因此显示系统300产生的图像更亮。反射型偏振器层可以为(例如)图1A或图1B所示的层，并可以以镜面透射、漫透射或镜面与漫透射均有的方式透射光。
某些示例性实施例可能提供偏振控制层326，例如在扩散片层322和反射型偏振器324之间。偏振控制层326的例子包括四分之一波长的延迟层和偏振旋转层，例如液晶偏振旋转层。偏振控制层326可用于改变被反射型偏振片324反射的光的偏振态，从而增加透过反射型偏振片324的循环光。
光控制层装置320还可包括一个或多个增亮层。增亮层包括表面结构，该表面结构能将离轴光的方向改变为接近显示器轴的方向。这使轴上传播穿过LC层304的光增加，因此增加了观察者所看到图像的亮度。一个例子为棱柱增亮层，它具有多个棱脊，能够通过折射和反射改变照明光的方向。可用于显示装置的棱柱增亮层的例子包括可得自3M Company，St.Paul，Minnesota的VikuitiTMBEFII和BEFIII系列棱柱膜(VikuitiTMBEFII and BEFIII family of prismatic films)，包括BEFII 90/24、BEFII 90/50、BEFIIIM 90/50以及BEFIIIT。
示例性实施例示出设置在反射型偏振器324和LC面板302之间的第一增亮层328a。棱柱增亮层通常在一个维度中提供光学增益。光控制层装置320还可包括第二增亮层328b，其棱柱结构的取向与第一增亮层328a的棱柱结构垂直。这种构造在两个维度中增加了显示单元的光学增益。在其他示例性实施例中，增亮层328a和328b可布置在背光源312和反射型偏振器324之间。
图3B示意性地示出另一个显示系统350。在这一显示系统中，背光源352包括布置在显示器边缘的光源356，以及光导装置358，光导装置将光源356发出的光送至LC面板302后面的位置。这种背光源构造通常称为“边缘照明式”构造。反射器357可用于增加耦合到光导装置358的光源357产生的光量。可提供提取器，例如以光导装置358上漫射补片的形式，用于从光导装置358上提取光。该光可直接提取至LC面板302，或者可使其朝下传播，并且通过反射器318向LC面板302反射。
光控膜装置354可包括直接照明式构造中所用的那些层，但可以去除某些层。例如，可以仅使用单个增亮层328。另外，可以去除扩散片层322。另外，边缘照明式显示器350可包括转向薄膜360，以将光导装置358发出的光导向LC面板302的方向。
偏振层可以包括以多种不同方式布置在基质中的纤维。例如，纤维可在基质的整个横截面上随机布置，例如图2所示基质202中的纤维204。也可使用其他横截面布置方式。例如，图4A中示意性示出的示例性实施例，其示出了反射型偏振器400的横截面，纤维404在基质402中被布置为一维阵列，相邻纤维404之间有规则的间距。在该实施例的一些变型中，相邻纤维404之间的间距不需要全部相同。在该图示实施例中，单层纤维404被布置在元件400的两个表面406和408之间的中间位置。但这不是必需的，而且纤维404的层可以被布置得更靠近表面406或者408。
在另一个示例性实施例中(图4B中以横截面示意性地示出)，两层纤维414被布置在基质412中。上层纤维414a被布置于接近上表面416，而下层纤维414b被布置于接近下表面418。在该具体实施例中，y方向上相邻纤维414之间中心至中心的间距hy不等于z方向上相邻纤维414之间中心至中心的间距hz。而情况并非一定如此，z方向上的间距hz可与y方向上的间距hy相等。
在另一个光学元件420的实施例中(图4C中示意性地示出)，示出三层纤维424嵌入在基质422中。可使用不同数量的纤维层。另外，不同层中的纤维424可以在z方向上对齐，例如图4B中所示，或者可以在z方向上不对齐。纤维424在z方向上不对齐的一个例子为元件420，其示出了一层中的纤维424在y方向上偏移了相邻层中的纤维424。
虽然纤维可能几乎全部与x轴平行，但情况并非一定如此，某些纤维可能与x轴成或大或小的角度。例如，在图4D所示的光学元件430例子中，纤维434嵌入在基质432中。可以对纤维434的第一行436a进行取向，以使纤维434在与y-z平面平行的平面中相互平行，但与x轴成第一角度θ1。第二行436b中的纤维434也可在与y-z平面平行的平面中相互平行，但与x轴成第二角度θ2，第二角度不是必须等于第一角度。另外，第三行436c中的纤维434也可在与y-z轴平行的平面中相互平行，但与x轴成第三角度θ3。第三角度可能会或不会等于第一或第二角度。在该图示实施例中，θ3的值等于零，并且第三行416c中的纤维434平行于x轴。然而，θ1、θ2和θ3的差值最多可为90°。
这种布置方式会很有用，一行中的纤维对第一波段中的光有效，而另一行中的纤维对不同于第一波段的第二波段中的光有效。考虑该示例性例子，其中第一行436a中的纤维434对红色带宽中的反射偏振光有效，而第二行436b中的纤维434对蓝色带宽中的反射偏振光有效。因此，当光学元件430受到红色和蓝色混合光照射时，纤维434的第一行436a传递全部蓝色光，而透射以角度θ1偏振的红色光。纤维434的第二行436a将透射以角度θ1偏振的红色光，并同样透射平行于角度θ2偏振的蓝色光。如果角度θ1和θ2相差90°，则元件430透射一种偏振态的红色光和垂直偏振状态的蓝色光。同样，反射的蓝色光经过偏振后垂直于反射的红色光。应当理解，纤维434的不同行数所对齐的角度可能各不相同，并用于不同色带。
在一些实施例中，光学元件中的纤维密度可为常数，或者可以有所差别。例如，纤维的密度可能从光学元件的一侧降低，或者可能以某些其他方式变化。在图4E中示意性示出的实施例中，其中偏振片元件440具有嵌入在基质442中的偏振纤维444，与两侧的相邻区域相比，y方向上相邻纤维444之间中心至中心的间距在一个区域中减小(图中央)。因此，填充因子(即纤维444占元件440的横截面积分数)在该区域中增大。纤维的密度也可在y方向上变化。例如，在偏振片元件440中，接近偏振片440的下表面、面向光源446的偏振纤维444比偏振片元件440上表面的偏振纤维更加密集。
填充因子的这种变化可能很有用，例如，改善光源446发出的、透射过元件440的光的均匀度。这可能很重要，例如，当元件440包括在由分立光源照明的直接观察屏幕中时：在这类装置中，为观察者提供均匀照明的图像非常重要。如果光源设置在均匀扩散片的后面，那么该光源上方透过该扩散片的光的亮度最高。图4E中所示的填充因子的变化可用于增加光源446正上方的漫射量，从而降低透射光强度的不均匀性。
在其他实施例中，整个光学元件中的某些纤维的光学性能可能有差别。因此，除了纤维密度在整个光学元件中有所差别之外(或者纤维密度没有差别)，纤维的某些其他性能可能不同。例如，漫透射光较多的偏振纤维可用于光学元件的某些区域，而漫透射光较少的偏振纤维可用于光学元件的其他部分。在其他例子中，由光学元件中一个位置的纤维后向散射的光量，或者由该纤维后向散射的光谱可能与光学元件中另一个位置的纤维所散射的光特性中的一个或多个不同。因此，整个光学元件中有变化的纤维光学特性包括漫透射的光量、后向散射的光量以及后向散射的光谱。
该光学元件可以具有平坦表面，例如图1A和1B所示出的平行于x-y平面的平坦表面。该元件还可以包括一个或多个表面，所述一个或多个表面被结构化，以提供通过偏振片透射或反射的光所需的光学效应。例如，在图4F示意性地示出的示例性实施例中，由包括聚合物纤维454的基质452形成的光学元件450可具有成棱柱结构化的表面456，称为增亮表面。增亮表面通常用于(例如)背光液晶显示器，以减小照明该显示面板的光的锥角，从而为观察者增加轴上亮度。该图示出非垂直入射到元件450上的两条光线458和459的例子。光线458处于被元件450透射的偏振态，同时还通过结构化表面456转向z轴。光线459处于被元件450漫反射的偏振态。如图所示，增亮表面可以被布置成使得棱柱结构平行于纤维454，棱柱结构还平行于x轴。在其他实施例中，棱柱结构可以相对于纤维方向处于某一另外的角度。例如，肋可以平行于y轴(与纤维垂直)，或处于x和y轴之间的某一角度。
结构化表面可使用任何合适的方法形成于基质上。例如，基质可在自身表面与工具(例如微复制工具)表面接触时被固化，所述工具表面可在聚合物基质表面上生成所需的形状。此外，偏振纤维454可位于棱柱表面结构457中。
图4G示意性地示出本发明的另一个示例性实施例，其中元件460具有嵌入在基质462中的聚合物纤维464。在该具体实施例中，一些渗入元件466渗透穿过基质462的上表面468。在一些实施例中，渗入元件466可以为纤维，或可以采用其他形状，例如球体。渗入元件466可以将光467导向元件460的轴469，从而增加轴上亮度。
在偏振片的不同实施例中，偏振片中的不同纤维可被设计为优先地反射不同波长范围内处于一种偏振态的光。例如，偏振片中的一组偏振纤维可以反射在第一波长下具有反射率峰值的光，而偏振片中的第二组纤维反射在第二波长(不同于第一波长)下具有反射率峰值的光。为说明这一点，一组纤维可以具有蓝光和/或绿光波长的宽反射率峰值，而另一组纤维具有绿光和/或红光波长的宽反射率峰值。在此情况下，两组纤维一起可在宽波长范围下提供偏振反射。
此外，不同组的纤维的反射光谱可设置为反射显示系统所用光源产生的光的光谱中不同强度峰的光。例如，如果该光源在两个不同波长下生成具有强度峰的光，一组纤维的反射光谱可与一个强度峰匹配，而另一组纤维的反射光谱则与第二强度峰匹配。
在上面讨论的不同偏振片实施例以及本发明涵盖的其他实施例中，偏振片层中提供的一些或所有纤维可以为聚合物偏振纤维。在其他实施例中，一些纤维可由各向同性材料形成，例如各向同性聚合物或无机材料(例如玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷)。无机纤维在薄膜中的应用在美国专利申请公开No.2006/0257678中有更详细的讨论。无机纤维为偏振片层提供额外的刚度，以及在不同湿度和/或温度条件下的耐卷曲和形变性。
在一些实施例中，无机纤维材料具有与基质折射率相一致的折射率，而在其他实施例中，无机纤维则具有不同于基质折射率的折射率。可以使用任何透明类型的玻璃，包括(例如)E玻璃、S玻璃、BK7、SK10等高质量玻璃。一些陶瓷还具有足够小的晶体尺寸，从而使得如果将这些陶瓷嵌入在具有适当匹配的折射率的基质聚合物中，则这些陶瓷可以看起来是透明的。NextelTM(可购自3M Company，St.Paul，MN)陶瓷纤维就是这种类型材料的实例，该材料已有线、纱、和织造垫等形式可供选择。所关注的玻璃-陶瓷粉的组成包括(但不限于)：Li2O-Al2O3-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2、Li2O-MgO-ZnO-Al2O3-SiO2、Al2O3-SiO2、和ZnO-Al2O3-ZrO2-SiO2、Li2O-Al2O3-SiO2、以及MgO-Al2O3-SiO2。
在一个示例性实施例中，双折射材料为取向后折射率发生变化的类型。因此，随着纤维被取向，将沿着取向方向产生折射率匹配或失配。通过谨慎操纵取向参数和其他加工条件，双折射材料的正双折射或负双折射可用于引起光的一个或两个偏振态沿给定轴线发生漫反射或透射。透射和漫反射之间的相对比率取决于多个因素，例如(但不限于)：双折射界面在纤维中的浓度、纤维的尺寸、双折射界面折射率差值的平方、双折射界面的尺寸和几何形状以及入射辐射的波长或波长范围。
沿特定轴折射率匹配或失配的大小会影响沿该轴偏振的光的散射程度。一般来讲，散射功率随折射率失配的平方而变化。因此，沿特定轴的折射率失配越大，沿该轴偏振的光的散射越强。相反地，当沿特定轴的失配较小，则沿该轴偏振的光散射的程度也较小，同时通过主体体积的透射逐渐变为镜面透射。漫透射与雾度有关，其可以用多种市售雾度计测量并根据ASTM D1003定义。测量雾度的通用工具为BYK Gardner Haze-GardPlus(Cat.No.4725)，其将雾度定义为散射在8°锥角以外的透射光部分除以透射光的总量。在根据本发明的一些偏振膜中，其雾度为至少10％，并可以为至少30％或至少50％。
如果非双折射材料的折射率与双折射材料的折射率沿某一轴匹配，那么电场平行于该轴的偏振入射光将非散射地通过纤维，而无论该双折射材料部分的尺寸、形状和密度如何。此外，如果沿那条轴的折射率还与偏振片主体的聚合物基质的折射率基本匹配，那么光将基本上非散射地通过该主体。就本公开的目的而言，当折射率之间的差值低于至多0.05，并优选地低于0.03、0.02或0.01时，两折射率基本匹配。
如果双折射材料和非双折射材料之间的折射率不沿某些轴匹配，那么纤维将散射或反射沿该轴偏振的光。就具有给定横截面积并且尺寸大于约λ/30(其中λ为偏振片中入射光的波长)的散射体而言，散射强度由(至少部分地由)折射率失配的大小来确定。失配界面的精确尺寸、形状和对齐在确定从该界面有多少光被散射或反射到不同方向时起一定作用。如果散射层的密度和厚度足够(根据多重散射理论)，入射光将会被反射或吸收，但不会被透射，无论散射体的尺寸和形状如何。
在用于偏振片之前，纤维优选地通过拉伸并允许在横向拉伸面内方向有一些尺寸松弛来进行加工，使得双折射材料和非双折射材料之间的折射率差值沿第一轴相对较大，而沿另两条垂直轴较小。这导致不同偏振态的电磁辐射具有较大的光学各向异性。
在本发明范围内的一些偏振片为椭圆扩散偏振片。一般来讲，椭圆扩散偏振片使用沿拉伸和非拉伸方向的双折射和非双折射材料之间均具有折射率差值的纤维，并可漫透射或漫反射一种偏振态的光。纤维中的双折射材料还可以与聚合物基质材料形成双折射界面，在此情况下这些界面也可以在拉伸和横向拉伸方向包括折射率失配。
前向散射与后向散射的比率取决于双折射和非双折射材料之间的折射率差值、双折射界面的浓度、双折射界面的尺寸和形状、以及纤维的总厚度。一般来讲，椭圆扩散片具有相对较小的双折射材料与非双折射材料之间的折射率差值。
优选的是，选择性地选取用于根据本发明的纤维中的材料以及这些材料的取向程度，使得成品纤维中的双折射和非双折射材料具有至少一条相关折射率基本相等的轴。与所述轴相关的折射率匹配会导致在该偏振平面内的内部纤维界面上基本不发生光反射，所述轴通常为(但非必需)横切于取向方向的轴。然而，正如在别处所描述的，该平面折射率的故意失配的程度可用于生成一定程度的光漫射。
具有内部双折射界面并可用于上述偏振片的一些实施例中的偏振纤维的一个示例性实施例为多层偏振纤维。多层纤维是这样一种纤维，其包括多层不同聚合物材料，其中至少一种为双折射材料。在一些示例性实施例中，多层纤维包括由第一材料和第二材料构成的一系列交替层，其中至少一种材料为双折射的。在一些实施例中，第一材料沿一条轴的折射率与第二材料的折射率大约相同，而沿垂直轴的折射率与第二材料的折射率不同。这样的结构在(例如)美国专利No.5,882,774中有更详细的讨论。
图5A示意性地示出多层偏振纤维500的一个示例性实施例的横截面。纤维500包括由第一材料502和第二材料504构成的交替层。第一材料为双折射的，而第二材料为基本上各向同性的，使得相邻层之间的界面506为双折射的。在该具体实施例中，界面506为基本上平面的，并沿纤维500的长度方向延伸。
纤维500可以被覆层508围绕。覆层508可以由第一材料、第二材料、其中嵌入纤维的聚合物基质材料、或一些其他材料制成。覆层可以在功能上有助于整体装置的性能，或者覆层可以不起作用。覆层可以在功能上改善反射型偏振片的光学性能，例如通过使纤维和基质界面上的光去偏振最小化。可选地，覆层可以(例如)通过在纤维和连续相材料之间提供所需水平的粘合力来实现在机械上加强该偏振片。在一些实施例中，覆层508可用于提供抗反射功能，通过(例如)在纤维400与围绕的聚合物基质之间提供一定的折射率匹配。
纤维500可以形成为具有不同层数和不同尺寸，具体取决于所需的纤维500的光学特性。例如，纤维500可以形成为具有从约十层到数百层，并且具有相关的厚度范围。对纤维500的宽度没有限制，但宽度的优选值可以为5微米至约5000微米，然而纤维宽度也可超出此范围。
多层纤维500可以使用以下方法加工：将多个材料层共挤出为多层薄膜，然后通过后续拉伸步骤对双折射材料进行取向并生成双折射界面。多层纤维可以通过对多层薄片进行切片而获得。制备包括双折射界面的多层薄片的一些方法还在(例如)美国专利No.5,269,995、No.5,389,324和No.5,612,820中有所描述。
可用作双折射材料的合适的聚合物材料的一些例子包括上面所讨论的PET、PEN及其多种共聚物。可用作非双折射材料的合适的聚合物材料的一些例子包括上面所讨论的光学各向同性材料。
可以使用其他构造的多层纤维。例如，多层纤维520的另一个示例性实施例可由交替的第一材料522和第二材料524构成的同心层形成，其中第一材料522为双折射的，而第二材料524可以为各向同性的或双折射的。在该示例性实施例中，纤维520包括位于交替层522、524之间的同心双折射界面526，交替层沿纤维520延伸。
纤维520的外层528可由第一和第二材料、用于偏振片聚合物基质中的相同聚合物材料、或一些其他材料中的一种形成。
纤维520可形成具有任何合适数量的层和任何合适的层厚度以提供所需的光学特性，例如反射率和波长依赖关系。例如，同心纤维520可以含有约十层至数百层。同心纤维520可通过以下方式形成：对多层形式的材料进行共挤出，然后进行拉伸，以对双折射材料进行取向。上面所列用于平坦多层纤维500的任何材料也可用于同心纤维520。
也可使用具有不同类型横截面的多层纤维。例如，同心纤维在形状上无需为圆形，而是可以具有某一其他形状，例如椭圆形。
多层偏振纤维的另一个示例性实施例为螺旋缠绕纤维，在美国专利申请No.11/278,348中有更详细的描述。图5C示意性地示出螺旋缠绕纤维的示例性实施例。在该实施例中，纤维530类似于双层薄片532绕自身缠绕成螺旋状而形成。所述双层薄片包括双折射的第一聚合物材料层以及可以为各向同性或双折射的第二材料的第二层。双折射聚合物材料可在纤维形成之前或之后被取向。相邻层之间的界面534为双折射材料和另一材料之间的界面，因此被认为是双折射界面。在其他实施例中，超过两层的可被形成为螺旋式的。这类纤维可使用几种不同的方法形成，包括卷绕多层薄片法和共挤出法。
具有内部双折射界面的偏振纤维的另一个示例性实施例为复合偏振纤维，其包括被聚合物填料渗透的多根散射纤维。图5D示意性地示出示例性复合偏振纤维540的横截面的一个实例。复合偏振纤维540包括多根散射纤维542，以及在散射纤维542之间的填料544。在一些实施例中，散射纤维542或填料544中的至少一者为双折射的。例如，在一些示例性实施例中，至少一些散射纤维542可由双折射材料形成，而填充材料544可以为非双折射的。在其他示例性实施例中，散射纤维542可以为非双折射的而填充材料544为双折射的。在其他实施例中，散射纤维542和填料544均可以为双折射的。在这些不同的变型中，在散射纤维542的材料和填充材料544之间的各界面546为双折射材料和另一种材料之间的界面，即为双折射界面，并能有助于优先地反射或散射一种选定偏振态的光。
复合偏振纤维还在美国专利申请公开No.2006/0193577中有所描述。复合偏振纤维可以采用不同的横截面形状，并可以为(例如)如图5D所示的圆形，或可以为椭圆形、正方形、矩形或一些其他形状。另外，散射纤维542的横截面也无需为圆形。复合纤维可选地可以具有外层548，其可用于上面所述的原因。
散射纤维542在复合纤维横截面中的定位可以为无规的，但散射纤维542也可使用其他横截面布置方式。例如，散射纤维542可以有规则地排布在复合偏振纤维540的横截面中，例如在美国专利申请公开No.2006/0193577和美国专利申请公开No.2006/0193589中所论述的。在一些实施例中，散射纤维542可以被布置为形成光子晶体以用于入射到偏振片的光。另外，散射纤维542和/或复合纤维540无需全部为相同尺寸，或可以沿着其长度方向尺寸有所差别。
在纤维中生成包括聚合物双折射界面的所需内部结构的另一种方法为使用两种不可混溶的聚合物，其中聚合物的至少一种为双折射的。聚合物可以通过共挤出、浇注或其他方式形成纤维。加工后，生成连续相和分散相。再通过后续加工或取向，分散相可呈现杆状或层状结构，具体取决于聚合物纤维的内部结构。此外，聚合物材料可以被取向，使得这两种材料之间在一个偏振方向折射率基本上匹配，而在另一个偏振方向上折射率失配相对较大。薄膜基质中分散相的生成在美国专利No.6,141,149中有更详细的描述。
这一类的双折射聚合物纤维可以称为分散相偏振纤维。图5E示意性地示出分散相偏振纤维550的实例，其中分散相552位于连续相554中。该横截面示出分散相部分552随机分布在纤维550的整个横截面。基质554和分散相552之间的界面为双折射界面，因此在该界面上会发生偏振敏感性反射或散射。
分散相也可由液晶微滴、液晶聚合物或聚合物形成。作为另外一种选择，分散相可以由空气(微孔)构成。在任何情况下，分散相纤维中的分散相和连续相之间的界面可引起所需的光学特性，包括反射偏振。
在形成双折射聚合物纤维的另一个方法中，可与形成复合纤维类似的方式形成纤维，即第一聚合物被用作填料，而第二和第三聚合物被用于散射纤维。在一些实施例中，第二和第三聚合物彼此不可混溶，并且第二和第三聚合物中的至少一者为双折射的。第二和第三聚合物可以这样的方式混合：纤维分散在复合物纤维中被挤出。通过加工，第一聚合物形成复合纤维的填料部分，而同时包括连续相和分散相的散射纤维则分别由第二和第三聚合物形成。此类纤维称为分散相复合纤维。图5F示意性地示出分散相复合纤维560的一个实例，其示出包括分散相564的散射纤维562。散射纤维562被填料566围绕。在其他实施例中，散射纤维可由第二和第三材料形成，其中第三材料为液晶材料、液晶聚合物或聚合物。
相似地，同心多层纤维和非同心多层纤维可由交替层形成，该交替层具有由第一聚合物构成的一种层类型和由两种聚合物或材料(不可混溶)的混合物构成的第二层类型。通过在此情况下加工，交替层中有一些层包含第一聚合物，而另外一些层包含分散相和连续相。优选的是，连续相和分散相之一或两者为双折射的。通过后续的加工或取向，第二类层中的分散相可呈现杆状或层状结构。
层状纤维中的散射纤维或双折射区域的尺寸要求在所有多种实施例中相似。多层装置中纤维的尺寸或层的厚度可适当地放大或缩小以实现包括层或纤维(包括连续相和分散相)的系统的所需尺寸比例，具体取决于所需的操作波长或波长范围。在一些包括四分之一波长多层纤维的实施例中，折射率和波长的要求可以确定纤维的横截面尺寸。
可用于本发明偏振片中的另一类聚合物纤维现在结合图6进行描述。纤维形成纱线600。在纱线600的一些实施例中，纤维由多根纤维602加捻在一起形成，例如通过把多根多层纤维、分散相纤维、复合纤维、分散相复合纤维和/或无机纤维加捻在一起。纱线600可通过加捻一种或多种取向的纤维形成，或可由加捻各向同性聚合物纤维在一起形成(其中该纤维由可取向材料制成)，然后拉伸纱线600以对该可取向材料进行取向。
纱线600可以包括纤维长度，通常称为人造短纤维，其不在纱线600的整个长度上延伸。纱线600可以被封装在聚合物基质中，所述基质填充组成纱线600的纤维602之间的空隙。在其他实施例中，纱线600可以在纤维602之间具有填料。
一般来讲，聚合物纤维的双折射界面是细长的，沿纤维方向延伸。在一些示例性实施例中，双折射纤维与x轴平行，因此漫反射的光被大部分地散射入与纤维垂直的平面(y-z平面)，而在x-z平面仅有少量散射。
纱700的另一个实施例(图7示意性地示出)通过围绕中央纤维芯704包裹的多根聚合物纤维702来表征。中央纤维704可以为无机纤维或有机纤维。包括无机和聚合物纤维的纱线(例如纱线700)可用于提供与聚合物纤维702相关的具体光学特性，同时还提供无机中央纤维704的强度。例如，聚合物纤维可以为偏振纤维。
纤维可以以丝束、平行布置的纤维或离散纱线的形式被包括在聚合物基质中。丝束中的纤维可为复合纤维、多层纤维、纤维纱线、任何其他合适类型的纤维、无机纤维或它们的组合。具体地讲，丝束可由一组基本上相互平行的纤维或纱线形成。图8示意性地示出纤维丝束800的实施例。可提供交叉构件804以便为纤维802提供支承，从而在嵌入在基质中之前使纤维802相对于相邻纤维保持所需间距。交叉构件804可使用其他纤维、粘合剂珠等形成。
纤维还可以以一种或多种纤维织物的形式被包括在基质中。图9示意性地示出织物900。偏振纤维可以形成部分经纱902和/或部分纬纱904。无机纤维可被包括在该织物中，并且也可以形成部分经纱902和/或纬纱904。另外，经纱902或纬纱904的一些纤维可以为各向同性的聚合物纤维。织物900采用五枚缎纹织物，但可以使用不同类型的织物，例如其他类型的缎纹织物、平纹织物等。
在一些实施例中，基质中可以包括一种以上织物。例如，偏振膜可以包括一种或多种含偏振纤维的织物，以及一种或多种仅包括无机纤维的织物。在其他实施例中，不同织物可同时包括偏振纤维和无机纤维。
不应当认为本发明仅局限于上述具体实例，相反，应当理解到，本发明涵盖所附权利要求书中明确阐述的本发明的所有方面。在阅读本说明书之后，本发明所属领域的技术人员将明白本发明可进行的多种修改形式、等同处理以及可应用于本发明的多种结构。所附权利要求书旨在涵盖这样的修改形式和装置。

Claims (11)

1.一种光学显示系统，包括：
显示面板；
至少一个光源，其用于产生光以照明所述显示面板；以及
一个或多个光控膜，其设置在所述光源和所述显示面板之间，所述一个或多个光控膜包括至少偏振膜，所述偏振膜包括嵌入在基质中的偏振纤维，所述偏振纤维中的至少一者包括复合偏振纤维，所述复合偏振纤维具有由设置在第二聚合物材料中的第一聚合物材料形成的多根散射纤维，其中所述复合偏振纤维包括所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之间的多个内部双折射界面。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏振纤维在平行于所述偏振膜表面的方向上不均匀地间隔开。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述偏振膜中的所述偏振纤维的密度在靠近所述光源的所述偏振膜的区域相对较高。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏振膜包括结构化表面。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏振膜基本上反射以第一偏振态垂直入射的光，并且基本上透射以与所述第一偏振态正交的第二偏振态垂直入射的光，而且具有至少10％的雾度值。
6.一种光学薄膜，包括：
聚合物基质层；以及
偏振纤维，其嵌入在所述基质层中，所述偏振纤维中的至少一者包括复合偏振纤维，所述复合偏振纤维具有由设置在第二聚合物材料中的第一聚合物材料形成的多根散射纤维，其中所述复合偏振纤维包括所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之间的多个内部双折射界面；
其中所述光学薄膜基本上反射以第一偏振态垂直入射的光，并且基本上透射以与所述第一偏振态正交的第二偏振态垂直入射的光，而且具有至少10％的雾度值。
7.根据权利要求6所述的光学薄膜，其中所述基质层具有结构化表面。
8.一种光学显示系统，包括：
显示面板；
至少一个光源，其用于产生光以照明所述显示面板；以及
一个或多个光控膜，其设置在所述光源和所述显示面板之间，所述一个或多个光控膜包括至少偏振膜，所述偏振膜包括嵌入在基质中的偏振纤维，所述偏振纤维中的至少一者包括多层纤维，所述多层纤维包括第一聚合物材料和第二聚合物材料之间的多个内部双折射界面。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述多层纤维包括：基本上为平面的所述第一聚合物材料的层和所述第二聚合物材料的层；或者同心的所述第一聚合物材料的层和所述第二聚合物材料的层。
10.一种光学膜，包括：
聚合物基质层；以及
偏振纤维，其嵌入在所述基质层中，所述偏振纤维中的至少一者包括多层纤维，所述多层纤维包括第一聚合物材料和第二聚合物材料之间的多个内部双折射界面，
其中所述光学薄膜基本上反射以第一偏振态垂直入射的光，并且基本上透射以与所述第一偏振态正交的第二偏振态垂直入射的光，而且具有至少10％的雾度值。
11.根据权利要求10所述的光学薄膜，其中所述多层纤维包括：基本上为平面的所述第一聚合物材料的层和所述第二聚合物材料的层；或者同心的所述第一聚合物材料的层和所述第二聚合物材料的层。
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