CN1714460A - 发射显示器的亮度增强 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种发射显示器,该显示器包括通过一个或多个传输层发射光的光发射器,以及进一步包括能阻止可以在由一个或多个传输层产生的一个或多个界面,诸如在光发射器和传输层之间的界面或在传输层和空气之间的界面上发生的内部全反射的元件。通过阻止内部全反射,发射显示器的亮度能被增强。阻止内部全反射的元件包括体散射器,表面散射器,微结构,和这些或其他适当的元件的组合。
Description
本发明涉及发射显示器和灯,以及涉及用以增强发射显示器和灯的亮度和/或对比度的元件。
背景
信息显示器有很多应用,其范围从手提设备到便携式电脑,从电视机到计算机监视器,从汽车仪表板显示器到标志应用等等。许多这样的显示器依赖于内部发光来直接显示信息(诸如用包括分段的或像素式光发射器件的显示器)或照明向观看者显示信息的显示板(诸如用液晶显示器和背光照明图象)。提高光发射器件的亮度常常提高了这样的显示器的可视能力。然而,可能存在诸如最大功率需求这样的制约,这些制约可能限制了方便地提高亮度的能力。例如,包括背光照明的液晶显示器的便携式电脑监视器经常用一个内部电池向光源供电。从光源提高光输出可以是对电池的一个沉重的消耗。为了减小功率需求和延长电池寿命,例如,已经应用了一种微棱镜光学薄膜用以把通常可看见范围内的广角光重新定向到一个包括通常更能可见的范围的狭窄的角度锥区内。这个方法提高了显示器的表面亮度,而只使用了相同的或更少的功率。还为液晶显示器开发了反射偏振光器,该偏振光器能有助于循环利用了有不希望偏振状态的光(否则会因吸收而损耗),从而大大增加了可供利用的光。在这种情况下,通过重定向或再利用已经离开光发射器件的光,显示器的亮度就能得到提高。
本发明的概要
本发明注重于增强发射器件的和用发射器件的通过耦合该发射器件发出的更多的光而照亮的显示器的亮度。这和已知的重定向和/或循环利用已经离开该发射器件的光的亮度增强方法不同。这样,本发明能被用来增加从发射器件发出的光的数量而不需增加供向该发射器件的电功率。
向观看者或显示板发射光的发射器件通常通过一层或多层传输层做到这一点。被发射的光可以在这些传输层引进的一个或多个交界面上受到内部全反射。本发明提供的元件能阻止在一个或多个这样的交界面上的全反射,并且允许更多光传输到观看者。如果发射器件本身就是一个信息显示器,本发明提供的元件也能保持显示器分辨率和/或增强像素或显示段之间的对比度。
在本发明的一个方面提供了一种光发射器件,该发射器件包括一个设置成通过一个传输层向观看者发射光的光发射器和一个设置成将至少一部分否则会被内部全反射的所发射进传输层的光引向观看者的体散射器。例如,该体散射器可以位于光发射器和传输层之间,或位于传输层和观看者之间。传输层可以是例如光发射器在其上形成的衬底(诸如玻璃或塑料薄膜),或可以是一层形成在或覆盖到光发射器上的保护层。光发射器可以是任何适当的发射器,诸如电子冷光发射器,如光发射聚合物器件的有机发射器,磷基发射器等。
本发明的另一个方面提供了一种光发射器件,该发射器件包括一个衬底,一个设置成通过该衬底发射光的有机光发射器,和一个设置在衬底和有机光发射器之间用以阻止从光发射器件中的有机光发射器发射的光的内部全反射的阻止器元件。该阻止器元件可以是一个体散射器,一个表面散射器,一个微结构表面,一个抗反射涂层,或任何能被用来阻止全反射的这些和/或其他元件的适当组合。
在本发明另一个方面提供了一个发射器件,该器件包括一个能通过一个或多个作为该发射器件的一部分而被包括的传输层发射光的光发射器,和一个用以通过阻止在由一个或多个传输层形成的一个或多个界面上的内部全反射而增强发射器件的亮度的装置。
本发明的另一个方面注重于一种背光照明显示器,该显示器包括一个在用背光照明时用以照明能够显示信息的显示元件的背光。该背光包括一个设置成通过一个传输层发射光的光发射器件,和一个设置在光发射器件和传输层之间用以阻止内部全反射的阻止器元件,和其他完全相同但没有该阻止元件的背光相比,这样阻止元件能够耦合出更多背光发出的光。
本发明的亮度增强元件也能和其他能对显示器中的光重定向,循环利用或处理的光学元件相结合。
附图的简短叙述
图1是一个发射显示器的示意性描绘图;
图2是发射显示器中内部全反射的潜在界面的示意性描绘图;
图3(a)和(b)是包括体散射器的发射显示器的示意性描绘图;
图4(a)和(b)是包括表面散射器的发射显示器的示意性描绘图;
图5(a)和(b)是包括微结构元件的发射显示器的示意性描绘图;和
图6是保持分辨率的体散射器的示意性描绘图。
详尽叙述
本发明总体上涉及经改进的发射显示器,该显示器包括增强显示器亮度和/或对比度的元件。
图1显示了一个光发射器件110的程式化的描绘图,该发射器件包括一个光发射器112和一个或多个光传输层114。该器件110被制成使光发射器112能通过传输层114向观看者118发射光。器件110的观看者一侧通常被称作前侧,相对一侧相应地被称作后侧。在观看者118和传输层114之间有一个其折射率比传输层114低的区域116。区域116通常包括空气,可以完全由空气形成,但也能包括各种薄膜(例如抗眩光薄膜或涂层,抗沾污薄膜或涂层等),光学元件(例如偏振器,滤光器,波片,透镜,棱镜薄膜等),诸如接触屏的用户界面器件,和其他单独或联合设置的器件,在传输层114和这些器件之间设置成带有或不带有空气间隙,和/或在区域116中的分开元件之间设置成带有空气间隙。当分开元件之间最好不存在空气间隙时,可以用光学粘结剂把元件粘合在一起。
在器件110的工作期间,从光发射器112发射的一部分朝向观看者的光可以以该光在一个或多个传输层114里面被内部全反射的角度进入传递层114。光的内部全反射(TIR)是一种熟知现象,当在一个介质中传输的光遇到一个和有较低折射率的介质形成的界面,以及光在那个界面上的入射角超过临界角时,内部全反射就发生了。这样,在从光发射器112到观看者118的光程上,光在其上遇到折射率下降的任何界面都可能是引起内部全反射的表面。这样的内部全反射能阻止光到达观看者,并且能减小器件110的亮度。除此之外,本发明尤其注重于制作包括通过阻止TIR而耦合出更多从显示器发出的光的元件的更明亮的发射显示器。
光发射器件110可以包括任何适当的发射器件,诸如电子冷光(EL)器件,有机电子冷光器件(OLED),无机发光二极管(LED),磷基背光,诸如阴极射线管(CRT)和等离子显示板(PDP)的磷基直接观看显示器,场发射显示器(FED)等。光发射器件可以是背光的或直接观看的显示器,它可以发射白光,单色光,多色光或全色光(例如RGB,或红,绿,蓝);以及它也可以是分段的(例如低分辨率)或像素式的(高分辨率)显示器。
光发射器112可以是任何适当的材料,材料组,元件或元件集合,它们被设置成当受到适当的激发就能发射光。这样的实例包括当受到电场作用(例如一种EL材料能被设置在阳极和阴极之间,当电势被施加到阳极和阴极之间时光就产生了)就能发光的无机电子冷光(EL)材料,当暴露在紫外线辐射下就能发出可见光的磷光材料以及其他材料。一种示例的光发射器是包括制造OLED的材料的发射器。OLED光发射器通常有分层的结构,这种结构包括一个夹在阳极和阴极之间的有机光发射材料。如在技术上已知的那样,也可以存在其他层,诸如设置在阴极和有机光发射器之间的电子传输和/或注入材料,设置在阳极和有机光发射器之间的空穴传输和/或注入材料等。有机光发射材料可以包括小分子发射材料,光发射聚合物,掺杂的光发射聚合物,以及其他这样的材料和现在已知的或将来要开发的材料的组合。当一个OLED器件受到施加在阳极和阴极之间的电场的作用时,电子和空穴能被产生和注入进该器件。电子/空穴对能在有机光发射材料中结合,在重新结合中获得的能量能产生特殊的颜色或例如是可见光的颜色。所产生的光通常各向同性地发射。
通过相邻设置OLED器件能制作多色OLED显示器,该显示器发射不同颜色的光并且使这些器件能被独立寻址。多色OLED显示器也能通过使用滤色器制作,或者能改进颜色纯度增强颜色对比,或者在使用白色或其他单色OLED时能引进彩色。
再次参考图1,传输层114可以是设置在光发射器件中观看者和光发射器之间的任何一层或多层,它们对准备到达观看者的光的波长是透明的或者至少是能充分透光的。例如,传输层可以包括一层在其上形成光发射器或其他操作光发射器件的器件(例如薄膜晶体管)的玻璃或塑料衬底。传输层也可以包括透明电极,保护层,阻挡层,滤色器,波片,偏振器和在光发射器件中找到的任何其他适当的传输层。通常,虽然在传输层114和光发射器112之间可以有一层或多层介入层,但没有空气间隙。
根据本发明,在光发射器件中可以包括阻止内部全反射以便耦合出更多从器件向外发出通向观看者的光或改变光的方向的元件。再次参考图1,这样的元件(在本文中被称为“TIR阻止器”)可以设置在光发射器112和传输层114之间,传输层114和观看者118之间,和/或分离的传输层114之间或者在一个或多个传输层114里面。如在下文的讨论中更详尽叙述的那样,TIR阻止器可以包括体散射器,表面散射器,微结构,隐埋微结构,分层构造,百叶窗构造和这些结构的组合。
图2被用来举例说明在发射显示器件中光的捕获的概念。概括地说,图2显示了一个显示器210,该显示器包括例如一个设置在玻璃衬底220上的OLED器件212。OLED器件包括一个有机发射器层214,一个透明阳极216,和一个阴极218。在本例中,显示器210和观看者222之间的间隔是空气。有机发射器214可以被近似为一个各向同性的光源,光在一个宽广的角度范围内发射。阴极218通常是反射性的,因此被发射向显示器210背面的光能被改变方向恢复向前。玻璃衬底220有比空气更高的折射率(空气的折射率约为1,通常玻璃的折射率约为1.5),透明的阳极216通常有比玻璃衬底220更高的折射率。示例的透明阳极包括透明的导电氧化物,诸如氧化铟锡(ITO),通常具有约1.8的折射率。
这样,在图2,向观看者发射的光能遇到两个会发生TIR的界面,即在阳极/衬底界面和衬底/空气界面。这样,至少有三种类型的光线能被考察。第一种,光线A描绘了在阳极/衬底界面或衬底/空气界面以小于TIR临界角的角度发射的光。光线B描绘了在阳极/衬底界面以小于TIR临界角的角度,但在衬底/空气界面以大于TIR临界角的角度发射的光。这样,光线B被认为在显示器中被“捕获”。光线C描绘了在阳极/衬底界面以大于TIR临界角的角度发射的光。同样,光线C也被认为在显示器中被“捕获”。根据本发明,当光向观看者传播时,TIR阻止器能用来以在任何或全部能发生TIR的界面,包括阳极/衬底界面或衬底/空气界面上阻止TIR的发生。
以图2描绘的情况为例,利用玻璃衬底(折射率为1.51),ITO阳极(折射率为1.8),和有机光发射器(折射率为1.7),能计算出下面的结果。在ITO/玻璃界面(图2中的216/220界面),从有机光发射器以约63度或更大的角度(从光发射层214中的法线测起)发射的光将被内部全反射。这构成了约46%的发射强度。在玻璃/空气界面,从有机光发射器以约36度到63度的角度(因为在ITO/玻璃界面的TIR,以更高角度发射的光将不会到达该界面)发射的光将被内部全反射。这构成了额外的35%的发射强度。因此最后通过显示器210传输的光的强度只有由有机光发射器214发射的光的约19%。在一个或两个被鉴别的界面上阻止至少一部分TIR都将提供可观的提高被传输光的全部数量的潜力。
图2中描绘的情况比OLED显示器应用得更普遍。一个更普遍的情况是,发射材料被设置成通过一个诸如透明的导电材料的高折射率材料发射光,然后通过衬底,然后通过空气通向观看者,衬底的折射率小于高折射率材料的折射率,衬底的折射率大于空气的折射率。
图3(a)和(b)显示了在发射显示器310和310’中作为TIR阻止器的体散射器的用途。发射显示器310和310’的每一个都包括一个衬底320和一个设置在衬底上的光发射器件312,器件312有一个发射层314,一个透明电极层316和一个背电极层318。
图3(a)显示了设置在衬底320上并位于显示器310前侧的体散射器330。体散射器可被叙述成包括设置在基质或粘合剂上的发散中心。发散中心和基质之间折射率的差别最好大到足以将一部分光发散到观看者,否则该光将因其入射角的原因而被内部全反射。在图3(a),体散射器330的基质最好有和衬底320的折射率大约相同或更高的折射率。这样能使光线进入体散射器330时在衬底/体散射器界面不发生TIR。垂直或接近垂直入射体散射器330的光线基本上能通向观测者而不受到发散中心的阻挡。以否则将要在衬底/空气界面被内部全反射的角度传播的光线能够进入体散射器330并被发散。至少一部分发散的光线被改变方向,以小于临界角的角度通向观看者,并且能就此被耦合出该器件,从而增加亮度。以大于临界角的角度发散的光线能在体散射器330中内部全反射而重复发散过程,从而从显示器器件耦合出甚至更多的光。
图3(b)显示了设置在显示器310’的衬底320和光发射器件312之间的体散射器340。体散射器340的基质最好有和电极层316的折射率大约相同或更高的折射率。这样能使光线进入体散射器340时在透明电极/体散射器界面不发生TIR。入射体散射器340的光线基本上能通向观测者而不受到发散中心的阻挡。以否则将要在电极/衬底界面被内部全反射的角度传播的光线能够进入体散射器340并被发散。至少一部分发散的光线被改变方向,以小于临界角的角度通向观看者,并且能就此被耦合出该器件,从而增加亮度。以大于临界角的角度发散的光线能在体散射器/衬底界面内部全反射而重复发散过程,从而从显示器器件耦合出甚至更多的光。
示例的体散射器有足够低的发散中心密度,因此,有可观比例的以光发射器件中另外不受TIR影响的角度发射的光(例如垂直或接近垂直的入射光)有相对小的被发散的机会。此外,示例的体散射器有足够高的发散中心密度,因此,一部分以较高的入射角度(例如大于临界角的角度)发射的光能够被散射而通向观看者,从而从器件耦合出高角度的光通向观看者。由于在体散射器元件中低角入射的光线相对于高角入射的光线的光程差的性质,低角入射的光线比高角入射的光线很可能在统计上更少遇到散射中心,因为它们比高角入射的光线平均花费更少的时间和平均穿越更短的距离。此外,在第一次穿越体散射器厚度而没有遇到扩散中心的高角入射的光线可在体散射器/衬底界面或在体散射器/空气界面(或其他可应用的界面)被内部全反射,并且有另一次机会被散射出该层而通向观看者。
诸如在图3(a)和(b)中描绘的体散射器TIR阻止器可以由任何方法提供。例如,适当的体散射器能作为一层薄膜提供并通过使用光学粘合剂黏结到衬底和/或黏结到光发射器件和/或黏结到其他元件。示例的光学粘合剂有和位于显示器结构中紧贴在光学粘合剂背后的光发射层的折射率大约相同或更高的折射率。如另一个实例,体散射器可以包括设置在适当的光学粘合剂或其他适于黏结的粘合剂中的低折射率微粒,高折射率微粒,气泡,空腔,材料的分相区域等。在这种情况下,体散射器能被涂覆在光发射器件层上,诸如衬底,透明电极,光学薄膜,或其他元件的光发射器件层上,并且能被用来将器件的一部分黏结到器件的另一部分上,或黏结到额外的光学薄膜或诸如可被任选地提供到显示器的前面的其他元件上。在其他的实施例中,体散射器可以包括被扩散到衬底或衬底的一部分上或另外设置在衬底或衬底的一部分中的微粒或气泡。例如,微粒可以被设置在玻璃熔料中并被适当地涂覆,分层,并加热而形成玻璃衬底,或形成玻璃衬底上的一层,它们被用作为体散射器TIR阻止器。相似地,微粒可以被混合在能被形成为聚合物衬底或衬底上的聚合物层的粘合剂中,它们被用作为体散射器TIR阻止器。
如上文所述,体散射器TIR阻止器通常包括设置在基质或粘合剂中的发散点。基质材料可以包括传输所需要波长的任何适当的材料。基质材料最好有和显示器中体散射器下相邻层的折射率大约相同或更高的折射率。基质材料的实例包括光学粘合剂,热塑性塑料,光敏聚合物,热固性材料,环氧树脂,聚酰亚胺,纳米复合材料等。体散射器基质可以是单一的均匀材料,或者可以包括多于一个的材料。例如,基质的构成可以通过其厚度改变而改变其折射率,传送能力,和/或其他通过体散射器的厚度的基质的性能。这样的厚度变化构造本文中被引用为分层构造。如另一个实例,基质的构成可以在体散射器的平面上变化,诸如可以有交替的较高和较低折射率的区域,较高和较低光学密度的区域,和/或其他依赖于体散射器水平位置的性能。这样的水平变化构造本文中被引用为百叶窗构造。百叶窗构造在改变高角入射光的光程方面是很有用的,例如,阻止高角入射光的TIR而不反过来明显影响低角入射光。如对于体散射器的发散点,在百叶窗构造中高角入射光要比低角入射光取到更多区域-到-区域的光学变化的样品。
发散中心可以包括设置在体散射器基质中的微粒,空腔(例如气泡或气囊),相位色散材料等。如果没有特别指定,术语“微粒”,“发散点”和“发散器”在引用体散射器中的发散点时将被同义使用。通常,在发散点和基质之间的折射率差较高时可以发生更高效的发散。也可以应用多于一种类型的发散器。例如,在同一个体散射器可以应用高折射率和低折射率的类型。微粒载荷基本上取决于应用。在灯或背光的实例应用中,和不带有体散射器的显示器相比,微粒载荷最好足够高到从显示器耦合出更多的光通向观看者,而又足够低到使希望数量的垂直和接近垂直的光不受阻止地通过体散射器。微粒载荷可以取决于体散射器的厚度,体散射器在显示器中的位置,发散器的折射率,发散器的尺寸,基质的材料,和显示器的其他元件,显示器的具体应用,和其他有关的因素。
为了在遍及基质上的分布以及和通过体散射器的光之间的互相作用,发散中心可以有任何适当的尺寸。实例的发散器和被发散的光的波长为同数量级或更大,但至少要比体散射器的厚度小点。发散器可以是任何希望的形状,例如球形,针形,平面形,延长形等。发散器也可以在基质中有特定的取向。例如,体散射器可以是一种微孔薄膜,包括一种基质和众多延长的气囊,或圆柱的空腔,具有和薄膜的厚度方向对齐的长轴。如另一个实施例,体散射器可以包括众多延长的,沿诸如扩散器的厚度方向或沿扩散器的平面轴向的特定方向有线性对应式样取向的发散器。在体散射器中取向的延长的或针形的发散器可以提高非对称的显示性能,例如,在水平方向宽广的观看角范围内提供经增强的亮度,而在垂直方向狭窄的观看角范围内提供经增强的亮度。
特别合适的体散射器包括:能从明尼苏达矿产和制造公司购买的在3M1472-4商业名称下的包括微孔聚丙烯薄膜在内的微孔薄膜,和诸如用于透明胶带的背带的明尼苏达矿产和制造公司出售的热挤压醋酸纤维薄膜,适用的诸如丙烯酸传输粘合剂,热塑性塑料,PET,光敏聚合物,光学粘合剂,和其他用白色无机微粒诸如TiO2,Sb2O3,Al2O3,ZrSiO4和其他这样的材料分散的物品,微粒的重量或体积占粘合剂的比例在1%到50%的范围内,微粒的尺寸小于1到10微米或更大,适用的传输粘合剂诸如丙烯酸,热塑性塑料,PET,光敏聚合物,光学粘合剂,和其他用白色有机微粒诸如聚苯乙烯微粒,聚四氟乙烯微粒(通常以特氟隆的商业名称购买)和其他的色散材料的物品,微粒的重量或体积占粘合剂的比例在1%到50%的范围内,微粒的尺寸小于1到10微米或更大,以及诸如在聚乙烯中分散的聚苯乙烯的分相复合材料。包括在粘合剂中分散的微粒的体散射器通常可以由涂覆方案或在PET或聚碳酸酯薄膜或其他适当的薄膜上涂覆的方案形成。体散射器的厚度可以变化,典型的厚度为约1到50微米的范围。微粒的尺寸可以取决于微粒的类型和其他考虑,典型的微粒尺寸为约1或更小到10微米的范围。微粒在约1到5微米范围的尺寸可以最有利于减少色散。
示例的TIR阻止器也包括表面散射器。图4(a)和(b)显示了包括表面散射器的发射显示器。图4(a)显示了一个发射显示器410,该显示器包括一个发射器件412,一个光传输衬底414和一个表面散射器416。表面散射器416最好用实质上是传输所希望波长的光以及其折射率接近于衬底414的折射率或更高的材料制成。表面散射器有一个粗糙的朝向观看者取向的表面。
图4(b)显示一个发射显示器420,该显示器包括一个发射器件422,一个表面扩散元件430,和一个传输衬底438。如图所示,发射器件422可以包括一个设置在电极424和428之间的发射层426。表面扩散元件430被显示为包括两个层次432和434。层次432和434中的一层通常是已经被赋予一个经粗糙化的或能色散的表面436的层次。层次432和434中的另一层可以是光学透明的粘合剂或一些其他的用以将色散层层叠到衬底438或器件422上的传输材料。除了黏结的功能,粘合剂层还可以用于涂覆在色散层的粗糙表面上,这样在元件之间就不存在空气间隙。或者,可以用一个非黏结层,例如用于展平粗糙表面,不必提供黏结的功能。层次432和434有不同的折射率,最好432层有比436层更高的折射率。最好432层有和电极428或可能被设置在电极428和432层之间的另一层(未显示)大约相同或更高的折射率。
如图所示,表面散射器可以位于内部全反射能减小发射显示器亮度的界面上。表面散射器能通过发散高角入射光而从发射显示器耦合出更多的光通向观看者,从而阻止了TIR。表面散射器还能为显示器提供一个无光泽的表面,尤其是直接配备在显示器和观看者之间。这可以减少由环境光引起的眩光,从而改进了显示器的明显的对比度。表面散射器可以通过将已经包括在显示器中的元件的表面凹凸化或另外粗糙化而配备。还可以添加额外的层次,尤其是为提供扩散表面。还有,可以为其他的诸如体散射器的TIR阻止器配备一个扩散表面。
特别适合的表面散射器包括:无光泽的聚碳酸酯,PET,或其他适当的薄膜,伸展的聚乙烯薄膜,喷沙薄膜,诸如凹凸的醋酸纤维薄膜的热凹凸结构的薄膜,清晰的细珠屏幕薄膜(例如在透明衬底的透明粘合剂中部分埋置次毫米尺寸的玻璃细珠制成的薄膜),形成在透明衬底上的激光聚合的随机结构扩散器,激光随机打孔薄膜,和其他这样的随机结构的无光泽的或凹凸的薄膜。用于表面散射器的任何表面结构也能被用于制作其他的表面散射器,该扩散器有一种通过凹凸化带有初始结构的薄膜,或形成一种在初始结构上涂覆的薄膜而得到的反转的结构。
示例的TIR阻止器也包括微结构的表面。大体上,微结构可以描述为按需要和经常是重复的在表面上具有以微米或十微米测量的尺度的凹凸和/或缺口。众所周知,微结构元件可以被用于处理或改变光的方向和分布。例如,已经在液晶显示器上使用棱镜薄膜以限制角度的圆锥区域,在该区域中,当以垂直入射或小观看角观看时,光在传输中能增加显示器的明显的亮度。
图5(a)示出发射显示器510,它包括位于透明底板514上的发射器件和位于底板514观测侧上的微结构膜516。微结构膜516可以用作TIR阻止器。微结构膜516的折射率最好约与底板514的折射率相同或高于底板514的折射率。
图5(b)显示了一个显示器520,该显示器包括一个设置在发射器件522和透明衬底538之间的微结构元件530。发射器件522能通过微结构元件530和基底538向观看者发光。发射器件522被显示为包括一个被夹在电极524和528之间的发射层526。微结构元件530被显示为包括带有在它们之间的微结构界面536的两个层次532和534。通常,层次532和534中的一个层次是一个微结构薄膜,另一层次是用以充填在微结构薄膜的微结构表面上的粘合剂或其他材料。用这种方法,微结构元件530有两个平整表面,例如,它们可以被黏结,层叠,或另外设置在显示器中的其他元件诸如衬底和发射器件之间。这创立了被作为埋置的微结构而考虑的方法。层次532和534有不同的折射率,最好534层有比532层更高的折射率。另外,532层最好有和电极528或可能设置在电极528和532层之间的其他层次(未显示)大约相同或更高的折射率。微结构元件530能被用作否则在电极528和衬底538之间的界面上会被内部全反射的光的TIR阻止器。
对于发射显示器,微结构元件可以单独使用,或和其他元件(诸如体散射器)组合使用,以阻止TIR和/或将光的方向改变到在到达观看者之前的相继遇到的界面上几乎不可能超过TIR的临界角的角度。
特别适合的微结构包括:微透镜的透镜压片,微透镜阵列,细珠的或立方体角的后发射压片,诸如明尼苏达矿产和制造公司在亮度增强薄膜的商业名称下出售的棱镜的和其他光学增强薄膜,衍射光栅,和其他适当的微结构薄膜。微结构也可被用作模型以形成有反转微结构的其他微结构薄膜。
微结构薄膜能被层叠或以其它方式设置在发射显示器的前侧,通常薄膜的微结构表面面对观看者,薄膜的相对的表面则是光滑的。微结构薄膜也能作微结构背对观看者的取向。微结构也能被提供在埋置的构造中,在这种构造里,微结构薄膜的微结构被用不同的材料涂覆在上面以形成一个类似薄膜的构造,该构造的两面都是光滑的,但在中间有微结构的界面。
微结构能被单独使用,或和其他的TIR阻止器一起使用。例如,在一个发射显示器中包括一个设置在发射器件和透明衬底之间的体散射器,并且在衬底的相对的一面包括一个微结构的薄膜的配置是很可取的。或者,将TIR阻止器元件结合进一个单独的包括一个微结构表面的元件也是可取的。例如,在传输基质中的体散射器的色散的微粒可以被涂覆到一个微结构表面,干燥或另外硬化,然后从微结构表面上移去而产生一个又是微结构的又是体散射器的薄膜。或者,体散射器的色散的微粒可以被用来填充进一个传输微结构薄膜的微结构表面而制作一种具有埋置的微结构,色散的微粒,和用以黏结到其他显示器元件上的平整表面的元件。
TIR阻止器除了从发射显示器耦合出更多的光外,例如还能被用来将光引导到需要的观看角度。例如,棱镜微结构能被用来将一个广角光的方向改变到围绕法线的一个狭窄的角度锥体中,在这个范围内观测者将更适宜观看显示器。这将导致亮度的明显提高,这是除了通过阻止内部全反射所获得的亮度以外的亮度的提高。另外,微结构,光栅等能被用来将光引导到所希望的离开法线的角度。例如,诸如个人数字助手,移动电话显示器等的手持设备由于显示器的自然倾斜经常是在离开法线的角度观看。将光的方向改变到朝向和围绕所需要的离开法线的观看轴的结构能被用来进一步提高显示器的亮度。在其他的应用中,TIR阻止器上的结构能被用来在一个方向上限制可得到的观看角度,而不限制另一个方向上的可得到的观看角度。例如,诸如电视机或书桌顶置计算机监视器永久安装的显示器经常在多种水平方向观看而只在大致同一个垂直方向观看。这样的结构能被用来将否则会被导向天花板和地板的光的方向改变到朝向法线,而在左右方向仍能提供宽广的观看角度范围。
除了体散射器,表面散射器和微结构之外,抗反射涂层也能被用来作为TIR阻止器。抗反射涂层包括所设计的多层涂层,因此,离开一个层次的被反射的光和离开一个或多个相邻或相继层次的被反射的光因为一倍半波长的奇数倍的光程长度差而发生破坏性的干涉。通过在内部全反射能够发生的界面上使用抗反射涂层,大量被内部全反射的光因破坏性的干涉而被抵消掉,从而提高了显示器的亮度。本发明注重于在不希望有反射的发射显示器中的任何适当的界面上应用抗反射涂层。抗反射涂层的包括物能被其他TIR阻止器和光学元件替代,增添或和它们相结合。示例的抗反射涂层包括宽带抗反射涂层,诸如一水软铝石(铝的三价水合物)涂层。
本发明注重于使用任何适当的元件以阻止在发射显示器中的内部全反射而提高亮度,而不管这样的元件是否将被或已经被上文中讨论的任何一个或多个经命名的元件(例如体散射器,表面散射器,微结构,抗反射涂层等)总体上分类。
用于增强亮度的TIR阻止器的类型和它在其中应用的结构基本上取决于终端应用。一个考虑是发射器件是否被用来照明显示板,显示器,或其他被观看的目标(例如,发射器件被用作液晶显示器的背光),或发射器件是否被用作直接观看的显示器(例如,发射器件本身就是信息显示器件,而不仅是信息显示器的照明源)。在一些诸如背光应用和其他照明应用中,一个TIR阻止器的目标可以从器件耦合出尽可能多的光,这些光否则将因TIR被困陷或被损耗掉。对于这些应用,体散射器可以是一个示例的选择。
通过体散射器通向观看者传播的光能够无阻碍地通向观看者,能够被发散和耦合出器件通向观看者,能够以高于临界角的角度无阻碍地通过以及在体散射器里被内部全反射,能够以高于临界角的角度被发散以及在体散射器里被内部全反射。在体散射器里被内部全反射的光有遇到其他发散点并被耦合出器件通向观看者的机会。换句话说,没有在第一次通过体散射器或在第一次发散事件中立即被耦合出的光,能够在相继的通过扩散器和发散事件中被耦合出器件而通向观看者。在体散射器里这样循环的光能大大地提高发射器件的亮度。如果该发射器件是例如一个直接观看的像素式显示器,这样循环的光也能反过来影响发射器件的分辨率,因为该循环现象取决于体散射器中横向的光传播,如果像素被间隔得互相足够靠近,这样的传播在像素之间会导致串话干扰。如在下文将详尽叙述的那样,当用体散射器作为直接观看的发射显示器的亮度增强元件时,将包括其他的元件来帮助保持分辨率和对比度。
对于诸如直接观看的显示器的一些应用,相邻像素之间的像素分辨率和对比度最好地得到保持,甚至还有提高。这样,就能应用以最小的对于分辨率和对比度的代价提高亮度的TIR阻止器。例如,可以应用在第一次通过TIR阻止器时将高角入射光耦合出器件通向观看者,但不循环相当数量的在第一次通过中没有被引导出显示器通向观看者的光的TIR阻止器。对于将第一次通过的光耦合出器件,同时因其粗糙的外表面阻止表面散射器中的能导致像素之间的光串话干扰从而减低分辨率的TIR,表面散射器可以是合适的选择。微结构也可以是合适的选择,因为它能被用来改变第一次通过的光的方向而耦合出器件通向观看者。此外,诸如带有一个扩散表面的体散射器,其后紧跟一个微结构元件的表面散射器,带有对比度保持微结构的体散射器等的各种元件的组合能被用来达到所希望数量的亮度增强,同时也保持或增强了对比度和保持了分辨率。
图6显示了一种能保持分辨率的TIR阻止器。元件610包括由吸收区域614分开的传输/散射区域612。吸收区域614可以包括例如用黑色材料或其他光吸收材料制作的微百叶窗。传输/散射区域612可以用适合于形成上文所讨论的体散射器的材料制成。包括诸如微百叶窗的分开传输区域的吸收区域的元件能用各种技术制成,这些技术诸如在美国专利号4621898,4766023,5147716,5204160和5254388揭示的技术。吸收区域614能被用来吸收或阻挡在元件610中内部反射的光。这能防止一些光通过元件610长距离横向传播(例如传播到另一个像素)。通过防止一些内部反射的光传进其他像素区域,就能减少像素串话干扰。这有助于保持分辨率。然而,可以存在的一种折衷是,由吸收区域614吸收的内部反射光不对亮度增强作出贡献。但是,吸收这些光能导致保持分辨率和对比度。
或者,可以形成不必包括光吸收区域的百叶窗结构,而是代之以特别包括百叶窗而呈现反射界面,从而使光能被反射到观看者,因而阻止像素串话干扰而不在实质数量上吸收光。
为了有助于减少像素间的串话干扰,吸收元件614之间的间隔最好在像素间的距离或更小的数量级。例如,吸收元件614之间的间隔可以和像素之间的间隔相同,元件610可以设置在形成有像素图形的发射器件和衬底之间,这样每一个像素都直接通过传输/散射区域612发光。或者,吸收元件614之间的间隔可以被制成大大小于像素的间隔,因此,像素和元件610之间的对齐就几乎不会有问题。
本发明的TIR阻止器可以任选地配备提供发射器件中的功能的性能。例如,诸如染料或颜料的着色剂可以被分散在体散射器TIR阻止器的粘合剂中,在发射光没有显示出最好的色彩协调时就能提供希望的色彩。着色剂也能设置在其他类型的TIR阻止器中。可以被希望整体提供给TIR阻止器的其他功能包括偏振,光循环,对比度增强等。
本发明的阻止器能被提供为跨越显示器的全部广度的完整的元件,能被提供来覆盖显示器的一部分,或者能被模制成以一种经选择的方式覆盖显示器的经选择的一部分。例如,在包括发射器件的一种像素点阵的显示器中,可以将许多体散射器这样模制,一个单个的体散射器相关于一个单个的光发射器或一组光发射器。这就可以有这样的好处,能为每一种光发射器的类型
选择体散射器的不同类型,例如选择对特定波长有更好性能的发散器。模制TIR阻止器的另一个好处可以是在像素式显示器中保持分辨率的能力。例如,通过模制分开的体散射器并且将每一个体散射器和一个特定的像素或次像素相关联,在体散射器中因发散和内部反射引起的像素串话干扰就可以被减少。提供分开模制的体散射器和像素的黑色的基质也可以有助于减少像素串话干扰,同时增强对比度。TIR阻止器可以通过包括各种光刻方法,印制方法和选择转移方法在内的任何适当的方法模制。例如,体散射器,微结构等可以通过在粘合剂中选择性地将微粒从施主片用选择性激光诱导施主片加热热转移到显示器衬底的方法模制。这对在显示器衬底上同时模制发射器件和TIR阻止器也是十分有利的。发射器件,粘合剂中的微粒和微结构的选择性热总体转移已经在美国专利号6114088,5976698,5685939和共同转让专利申请USSN09/451984中被揭示。
实例
下面的实例说明了本发明的一些实施例,但不是对后面叙述的权利要求范围的限制。
在这些实例中,亮度的增强根据增益作出鉴定。增益是一种非量纲测量,它将在一个给出的观看角度中的光强度和一个基准测量相比较。例如,发射器件的亮度可以作为观看角度的函数来测量以确定一个基准点。然后将一个TIR阻止器添加到该器件,再次以作为观看角度的函数测量亮度。在给出的观看角度中带有TIR阻止器的器件的亮度相对于单独的器件的亮度之比就是在那个观看角度中的增益。例如,垂直入射的1.5的增益说明和基准测量相比,0观看角度的亮度增加为50%。例如,在80度上0.7的增益说明和基准测量相比,80度的观看角度上的亮度减少30%。
各种TIR阻止器都作过测试以将它们的相对增益和发射器件中的其他TIR阻止器进行比较。用以测试各种TIR阻止器性能的发射装置包括一个紫外(uv)光源和一个设置在紫外光源顶部的荧光染色的PVC薄膜。PVC薄膜的折射率为1.524,厚度约0.25mm。紫外光源将紫外光发射到染色的PVC薄膜,激发了染料,转而再发射可见光。PET薄膜(约0.07mm厚,折射率1.65)被用作衬底。衬底被设置在染色的PVC薄膜的顶部,从该结构发射的光的强度以作为观看角度的函数测量。这样的测量结果被用作所有进行的增益测量的基准。为了在该装置中测量不同结构的TIR阻止器,TIR阻止器可以设置在PET衬底和染色的PVC薄膜之间,PET衬底的顶部,或两者都可以。该测试结构被要求模仿一种通过衬底发射光的朗伯光发射器件,例如一种诸如OLED的电致发光灯。用不同类型的TIR阻止器的测量结果在下文的实例中报告。
实例1:体散射器
在本实例中,和层叠在染色PVC薄膜和PET衬底之间的体散射器相关的增益被作为发散载荷的函数测量。体散射器的制作方法是,在热塑性PET材料(折射率1.56)中分散各种数量的Sb2O3微粒(折射率2.1,平均直径3微米)以制作混合物,用#20 Meyer棒将该混合物涂覆到PET衬底上。然后该涂层经干燥而形成由黏结在PET衬底上的体散射器构成的结构。每一个体散射器有约4微米的厚度。对于每一个结构,体散射器侧面在约华氏300度被热层叠到染色的PVC薄膜。在下面的次序上结果的样品有一个染色的PVC薄膜,一个4微米厚的体散射器和一个PET衬底。每一个样品都被放在uv光源上,增益被作为角度的函数测量。表1报告了每一个样品垂直入射的增益。样品通过体散射器中Sb2O3的重量百分比指定。
表1:作为发散载荷的函数的增益
Sb2O3重量% | 在0度的增益 |
0 | 1 |
2.5 | 1.58 |
5 | 1.78 |
10 | 2.05 |
20 | 2.39 |
40 | 2.70 |
50 | 2.72 |
表1指出,在体散射器中较高的微粒载荷导致更多的光被耦合出器件。对于每一个样品,最大的增益在0度观看角,随着观看角的增加增益缓慢下降。在最高微粒载荷样品(40和以上重量%)中,在观看角大于70度时增益下降到小于1。
除了这些结果外,同样的结构被用于测量在体散射器中有50%微粒载荷水平时作为体散射器厚度的函数的增益。这些结果指出,虽然垂直入射的大于1的增益被保持,但对于较高厚度的体散射器,增益最终还是下降。这个结果指出,增加有高微粒载荷的体散射器的厚度对于从较高微粒载荷对增益的一些改进往往会起反作用。
实例2:体散射器
在本实例中,体散射器TIR阻止器的增益被作为设置在体散射器和染色PVC薄膜之间的层叠粘合剂的折射率的函数测量。体散射器的制作方法是,在热塑性PET材料中分散Sb2O3微粒(40重量%被加入PET)然后将该混合物涂覆到PET衬底上。体散射器有约4微米的厚度。然后体散射器用各种粘合剂层叠到染色PVC薄膜上。粘合剂的类型,粘合剂的折射率和每一个样品被测量的增益在表2中报告。
表2:作为层叠粘合剂折射率的函数的增益
粘合剂 | 折射率 | 增益 |
低折射率压力粘合剂 | 1.4751 | 2.57 |
高折射率压力粘合剂 | 1.5447 | 3.02 |
PET热塑性塑料 | 1.5567 | 2.76 |
表2指出,粘合剂的折射率越接近染色PVC薄膜的折射率,所观测到的增益就越高(染色PVC薄膜的折射率=1.524)。这个结果指出,光发射器和体散射器之间较好的光学耦合能导致亮度增强。
实例3:体散射器
在本实例中,体散射器TIR阻止器的增益被作为设置在体散射器和玻璃衬底之间的层叠粘合剂的折射率的函数测量。相同的体散射器的制作方法如实例2中叙述(即微粒在热塑性PET中分散并被涂覆到PET衬底上)。体散射器的涂覆一侧被用表3中报告的各种粘合剂层叠到1mm厚的玻璃衬底上。染色PVC薄膜用可从明尼苏达矿产和制造公司在3M层叠粘合剂8141(折射率=1.475)商业名称下购买的光学透明粘合剂层叠到玻璃衬底的另一面。表3报告了各个结构的增益。
表3:作为层叠粘合剂折射率的函数的增益
粘合剂 | 折射率 | Δn(玻璃和粘合剂) | 增益 |
无(光玻璃) | 1.5115 | - | 1 |
粘合剂1 | 1.4751 | 0.0364 | 2.71 |
粘合剂2 | 1.5039 | 0.0076 | 2.91 |
粘合剂3 | 1.5216 | 0.0101 | 2.79 |
粘合剂4 | 1.5447 | 0.0332 | 2.69 |
表3指出,虽然每种情况都观测到可观的增益,但粘合剂和玻璃衬底之间的折射率差较小时所获得的增益较高。
实例4:醋酸纤维薄膜作为表面和体散射器
一个30微米厚的醋酸纤维薄膜(折射率=1.49)用约1到2微米深的稍许延长,无光泽的图案凹凸化。这是和用在明尼苏达矿产和制造公司在3M魔带商业名称下出售的黏结带的背衬基本一样的衬底和图案。醋酸纤维被凹凸化的表面用3M层叠粘合剂8141层叠到染色PVC薄膜上。这个结构显示了垂直入射的1.681的增益。除了由凹凸化提供的表面粗糙度以外,该醋酸纤维在其体积中含有次微米尺寸的空腔。该空腔是在凹凸化处理期间形成的产物。
实例5:表面散射器
在本实例中,在各种表面散射器中测量和比较增益。在每一个情况中,所叙述的散射器表面都用3M层叠粘合剂8141层叠到染色PVC薄膜上。
散射表面5A由在有1.65折射率的0.07mm厚PET薄膜上的众多屋顶状的突起构成。表面5A通过在有相反的屋顶状结构的模具中压铸PET制成。该模具通过重复一个细珠投射的屏幕而制成,这些细珠的直径在30到90微米范围内,并有一个60微米的平均直径。
散射表面5B和扩散表面5A相同,但有相反的结构(即众多球状的凹口)。
散射表面5C通过将一个10%/90%的聚乙烯/聚丙烯薄膜(厚度=0.07mm,折射率=1.49)伸展到9∶1的比例(伸展的方向相对于非伸展的方向)。薄膜的伸展粗糙化了表面。
散射表面5D是可从通用电气公司购买的一种0.15mm厚的无光泽聚碳酸酯薄膜,该产品代码是8B35。
散射扩散表面5E是实例4中叙述的凹凸化的醋酸纤维薄膜。
散射表面5F由随机设置和紧密安排的一水软铝石(铝水合物)微结构构成。它通过用热水汽蒸在0.03mm厚的PET衬底上的600埃厚的铝涂层制成。扩散表面5F有约0.1微米的厚度和1.58的折射率。
表4报告了每一个样品的垂直入射的增益。
表4:各种表面散射器TIR阻止器的增益
散射表面 | 增益 |
5A | 1.123 |
5B | 1.405 |
5C | 1.025 |
5D | 1.030 |
5E | 1.406 |
5F | 1.067 |
表4指出,表面散射器能被用来增强发射器件的亮度。如通过将表4报告的增益和表1报告的增益比较所知,体散射器在将光耦合出发射器件上比表面散射器更高效。这可能是由于体散射器的使光有多重被向前发散通向观看者的机会的性质。还应该注意到,实例5中报告的表面散射器作为观看角度的函数的增益是增加的。这可以和体散射器的行为作对照,在高观看角度,体散射器往往会显示出减少增益。这表明,在将体散射器和表面散射器相结合作为TIR阻止器的显示器中,在观看角度的一个宽广范围内都可以达到相对高的增益。
实例6:微结构
在本实例中,增益在各种微结构样品中进行测量和比较。在每一个情况中,所叙述的微结构样品都用3M层叠粘合剂8141层叠到染色PVC薄膜上(微结构的取向朝向染色PVC薄膜)。
微结构6A是一个有众多高出主平面约0.026微米,互相分隔约0.8微米的平行隆脊的正弦曲线光栅。光栅通过热凹凸化0.07mm厚的PET薄膜上的5微米厚的热塑性PET涂层制成。
微结构6B是一个模制到热熔化注塑的0.10mm厚的聚碳酸酯薄膜(折射率=1.58)上的微透镜序列。
微结构6C是一个通过光敏聚合物压铸模制到PET薄膜上的透镜序列。这些形成透镜片的圆柱透镜有78微米的空间频率,23微米高的椭圆透镜,和1.35的长轴到短轴的纵横比。固化以后光敏聚合物有1.57的折射率。
除了透镜阵列6B是一个二维透镜阵列,而透镜阵列6C却由圆柱透镜构成之外,微透镜阵列6B有和微结构6C基本相同的空间频率,透镜高度,和纵横比。
表5报告了每一个这些样品的垂直入射增益。
表5:各种微结构TIR阻止器的增益
微结构 | 增益 |
6A | 1.309 |
6B | 1.048 |
6C | 1.090 |
如实例5中叙述的表面散射器,微结构的表面显示了在较高观看角下的较高的增益。微结构6A的表面光栅显示其对于在约25度和60度之间的观看角下的最高增益。
实例7:微结构
在本实例中,增益被作为类似于微结构棱镜薄膜的观看角度和观看取向的函数测量。微结构薄膜由众多互相间隔50微米的平行V-形沟槽构成。该沟槽限定了有66度顶角的峰或棱镜。该微结构通过压铸PET薄膜上的光敏聚合物(折射率=1.57)制成。共制作了三种不同的微结构薄膜,第一种有0微米“平面”(“平面”是微结构之间的平整的谷底部分的宽度),第二种有5微米平面,第三种有10微米平面。微结构薄膜被用PVAc(折射率=1.466)填充(在其微结构一侧),使其被平整为一个光滑的表面。然后PVAc表面被用3M层叠粘合剂8141层叠到染色PVC薄膜。然后增益在观看角度的范围中测量,垂直入射和20度观看角的测量结果在下面表6中报告。在偏离法线的观看角度的增益在两个取向上测量,即用平行于沟槽方向(H)和垂直于沟槽方向(V)测得的观看角测量。下面报告了20度观看角的结果,因为它显示了V方向的最高的增益。
表6:作为棱镜薄膜TIR阻止器的观看角度和取向的函数的增益
平面(微米) | 0度的增益 | 20度(取向)的增益 |
0 | 1.22 | 水平:1.29垂直:2.79 |
5 | 1.13 | 水平:1.20垂直:2.74 |
10 | 1.10 | 水平:1.15垂直:2.62 |
表6指出,亮度的增强可以有角度依赖性。在一些应用中,在一个特定的取向和偏离法线的观看角优先地提高增益可以是很有好处的。例如,手持设备经常向后稍许倾斜,因此观看者是在一个稍许倾斜的观看角上观察显示器。
实例8:体散射器和微结构的结合
下面的实例比较了包括有不同的微粒载荷和/或不同的厚度的体散射器的各种结构的增益。此外,每一种结构都与带有和不带有添加的棱镜薄膜作比较。
Sb2O3微粒以不同的微粒载荷分散在丙烯酸树脂中,该丙烯酸树脂可从BFGoodrich公司在Carboset 525(折射率1.48)的商业名称下购买。各种载荷的重量百分比如图7中指出。混合物被涂覆到PET衬底并被干燥以形成体散射器。除了图7中指出的以外,体散射器涂层的厚度约4微米。然后该体散射器用3M层叠粘合剂8141层叠到染色PVC薄膜上。
在每一种情况下,增益都用和不用棱镜薄膜测量。当用棱镜薄膜时,棱镜薄膜被放在叠层的顶部,棱镜的取向为从叠层离开。带有棱镜薄膜和叠层之间的空气间隙。所用的棱镜薄膜是可从明尼苏达矿产和制造公司在BEF III的商业名称下购买的光学薄膜。该薄膜用光敏聚合物制成,有1.57的折射率,有形成平行棱镜的众多平行的V-形沟槽,棱镜有90度的棱镜角和50微米的平均棱镜节距。
表7:作为微粒载荷和体散射器厚度的函数,并且存在棱镜薄膜时的增益
Sb2O3重量% | 增益 | 带BEF III的增益 |
2.5 | 1.60 | 1.93 |
5 | 1.77 | 2.15 |
10 | 1.97 | 2.37 |
20 | 2.23 | 2.66 |
30 | 2.32 | 2.73 |
40 | 2.38 | 2.81 |
50 | 2.40 | 2.84 |
50(19微米厚) | 2.36 | 2.84 |
50(13微米厚) | 2.02 | 2.53 |
表7指出,通过增加体散射器中的微粒载荷可以提高增益。表7也指出,和单独的体散射器相比,在发射器件和衬底之间包括一个体散射器TIR阻止器和在衬底的相对一面额外包括一个棱镜薄膜能进一步提高增益。表7也指出,对于足够高的微粒载荷,可以有一个体散射器的厚度限制,在该厚度以上,发散中心的密度和原来有利的作用相反,反而起到有害的效果。
应该注意,除了体散射器对于亮度的增强外,当使用棱镜薄膜时,观察到增益对于观看角度的很大的依赖性。当单独使用体散射器时,在垂直入射时观察到的增益最高,而在较高的观看角度,增益逐渐降低,但取决于微粒载荷(在较高的观看角度较高的微粒载荷显示出快速的增益下降),观看角度直到60度或更高时增益仍保持大于1(在很多情况下大于1.5)。当另外使用棱镜薄膜时,垂直入射的增益比不使用棱镜薄膜时更高,直到观看角度在30到35度时增益才逐渐下降。在30到35度时,观察到一个增益低到大大小于1的急剧下降,观看角度在约40到50度之间时观察到最小的增益。高于约50度,再次观察到增益增加,但仍保持小于1。这种增益的角度依赖性反映了单独用棱镜薄膜而不用体散射器的增益的角度依赖性,虽然使用了体散射器和棱镜薄膜,但对于所有的观看角度,增益仍比单独使用棱镜薄膜时更高。
实例9:有不同粘合剂的体散射器
在本实例中,和层叠在染色PVC薄膜和PET衬底之间的体散射器相关的增益作为用以制作体散射器的粘合剂的函数测量。体散射器通过以微粒对粘合剂的2∶3的重量比在不同的粘合剂中分散Sb2O3微粒(平均直径3微米)而制得。然后微粒/粘合剂混合物用#20Meyer棒涂覆在PET衬底上。然后涂层被干燥以形成由被黏结到PET衬底上的体散射器构成的结构。每一个体散射器都有约4微米的厚度。对于每一个结构,体散射器一侧都在约华氏300度下被热层叠到染色PVC薄膜上。结果的样品有如下的次序:一个染色PVC薄膜,一个4微米厚的体散射器,和一个PET衬底。每一个样品都被放在uv光源上,增益作为角度的函数测量。
表8报告了每一个样本的垂直入射的增益。表中给出了每一个体散射器的粘合剂材料和折射率。表8中引用的粘合剂材料“PentalynC/Elvax”是经选择以达到和染色PVC薄膜(折射率1.524)紧密适配的折射率的材料的混合物。用于这种粘合剂的材料是一种能从Hercules(Wilmington,DE)在PentalynC的商业名称下购买的tackifier(折射率1.546)和从Du Pont(Wilmington DE)在Elvax 210的商业名称下购买的乙烯基醋酸酯/乙烯共聚体混合物(折射率1.501)。
表8:作为粘合剂折射率的函数的增益
粘合剂材料 | 粘合剂折射率 | 增益 |
丙烯酸树脂 | 1.48 | 2.4 |
PentalynC/Elvax | 1.526 | 3.15 |
聚乙烯 | 1.56 | 2.7 |
PVC | 1.54 | 2.63 |
重提染色PVC薄膜的折射率为1.524。表8指出,当粘合剂的折射率更紧密地适配于位于显示器结构中紧贴在体散射器下面的染色PVC薄膜的折射率时观察到较高的增益。表8也指出,其折射率比染色PVC薄膜稍许更高的粘合剂显示出其折射率比染色PVC薄膜相对较低的粘合剂更高的增益。
Claims (32)
1.一种光发射器件,其特征在于,该器件包括:
一个设置成通过一个传输层朝向一个观看者位置发射光的光发射器;和
一个设置在光发射器和传输层之间,将至少一部分发射进传输层的否则会被内部全反射的光引导到朝向观看者位置的体散射器。
2.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中体散射器包括分散在一种粘合剂中的光发散器。
3.如权利要求2所述的光发射器件,其特征在于,其中发散器包括微粒。
4.如权利要求3所述的光发射器件,其特征在于,其中至少一部分微粒有比粘合剂更高的折射率。
5.如权利要求3所述的光发射器件,其特征在于,其中至少一部分微粒有比粘合剂更低的折射率。
6.如权利要求2所述的光发射器件,其特征在于,其中发散器包括空腔。
7.如权利要求2所述的光发射器件,其特征在于,其中发散器是针状的或延长的。
8.如权利要求2所述的光发射器件,其特征在于,其中粘合剂有和设置成在体散射器的一个和传输层相对的侧面接触体散射器的材料大致相同或更高的折射率。
9.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中体散射器设置在光发射器和传输层之间。
10.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中体散射器设置在传输层和观看者位置之间。
11.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,该器件进一步包括一个设置在光发射器和传输层之间的表面散射器。
12.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,该器件进一步包括一个设置在传输层和观看者位置之间的表面散射器。
13.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中体散射器进一步包括一个朝向观看者位置取向的扩散表面。
14.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,该器件进一步包括一个设置在光发射器和传输层之间的微结构表面。
15.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,该器件进一步包括一个设置在传输层和观看者位置之间的微结构表面。
16.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中体散射器进一步包括一个朝向观看者位置取向的微结构表面。
17.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中光发射器包括一个电致发光的光发射器件。
18.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中光发射器包括一个有机电致发光的光发射器件。
19.如权利要求1所述的光发射器件,其特征在于,其中光发射器包括一个磷基光发射器件。
20.一种光发射器件,其特征在于,该器件包括:
一个衬底;
一个设置成通过衬底发射光的有机光发射器;和
一个设置在衬底和有机光发射器之间用以阻止从光发射器件中的有机光发射器发射的光的内部全反射的阻止器元件。
21.如权利要求20所述的光发射器件,其特征在于,其中阻止器元件包括一个体散射器。
22.如权利要求21所述的光发射器件,其特征在于,其中体散射器包括一个 朝向衬底取向的散射表面。
23.如权利要求21所述的光发射器件,其特征在于,其中体散射器包括一个朝向衬底取向的微结构表面。
24.如权利要求20所述的光发射器件,其特征在于,其中阻止器元件包括一个表面散射器。
25.如权利要求20所述的光发射器件,其特征在于,其中阻止器元件包括一个微结构表面。
26.如权利要求25所述的光发射器件,其特征在于,其中微结构表面包括多个棱镜结构。
27.如权利要求20所述的光发射器件,其特征在于,该器件进一步包括一个设置在衬底相对有机光发射器的一个侧面上的棱镜薄膜。
28.如权利要求20所述的光发射器件,其特征在于,该器件进一步包括一个设置在衬底相对有机光发射器的一个侧面上的表面散射器。
29.一种包括一个能通过作为发射器件的一部分而包括的一个或多个传输层发射光的光发射器的发射器件,和一种通过阻止在一个或多个由一个或多个传输层产生的界面上的内部全反射而提高发射器件的亮度的装置。
30.一种背光显示器,其特征在于,该显示器包括:
一个背光包括一个设置成通过一个传输层和一个设置在光发射器件和传输层之间阻止内部全反射的阻止器元件发射光的光发射器件,因而和另一个相同的但没有阻止器元件的背光相比能从背光耦合出更多的光;和
一个设置成当用来自背光的光照明时能显示信息的显示器元件。
31.如权利要求30所述的背光显示器,其特征在于,其中显示器元件包括一个光晶体光调制器。
32.如权利要求30所述的背光显示器,其特征在于,其中显示器元件包括一个图象显示器。
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