TW201804224A - 再循環背光 - Google Patents

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那斯安尼爾 凱文 奈史密斯
史戴芬 喬瑟夫 伊茲可恩
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３Ｍ新設資產公司
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Abstract

本文描述為再循環背光系統。具體而言為再循環背光系統，其等包括一圓形反射偏光器、一具有一金屬化反射表面之反射器、以及一設置在反射器及圓形反射偏光器之間之光導。所描述之背光可提高再循環背光效率。

Description

再循環背光
背光為光柵型(light-gating type)顯示器(例如液晶顯示器)提供了實質上均勻的照明。仰賴偏振操控以形成影像的顯示器(例如液晶顯示器)可使用有效率的光再循環腔室，以將無用偏振的光(例如會以其他方式被液晶模組吸收的光)轉換成可用偏振的光。
在一態樣中，本說明係關於一再循環背光系統。該背光系統包括一圓形反射偏光器、一具有金屬化反射表面之反射器、面向圓形反射偏光器之金屬化反射表面，以及一設置在反射器與圓形反射偏光器之間的光導。
在另一態樣中，本說明係關於一再循環背光系統。該背光系統包括一線性反射偏光器、一具有金屬化反射表面之反射器、面向線性反射偏光器之金屬化反射表面、一設置在反射器與線性反射偏光器之間的光導、一設置在反射器與線性反射偏光器之間的光導，以及一設置在反射器與光導之間的四分之一波延遲器。
110‧‧‧線性反射偏光器
112‧‧‧四分之一波延遲器
120‧‧‧反射器
122‧‧‧金屬化表面；金屬化反射表面
130‧‧‧光導
210‧‧‧線性反射偏光器
220‧‧‧反射器
222‧‧‧金屬化反射表面
224‧‧‧四分之一波延遲器
230‧‧‧光導
310‧‧‧再循環背光系統
320‧‧‧液晶模組
圖1係例示性再循環背光系統的前面分解立視圖。
圖2係另一例示性再循環背光系統的前面分解立視圖。
圖3係具有液晶模組之圖1或圖2之再循環背光系統的前面分解立視圖。
圖1係例示性再循環背光系統的前面分解立視圖。再循環背光系統包括線性反射偏光器110、四分之一波延遲器112、包括金屬化反射表面122之反射器120，以及光導130。
線性反射偏光器110可係任何適當的反射偏光器，包括一線柵反射偏光器或一多層光學膜反射偏光器。舉例而言，線性反射偏光器110可係或包括一反射偏光器層壓體，例如DBEF反射偏光器(可購自3M Company,St.Paul,Minn.)。在一些實施例中，線性反射偏光器可係一玻璃上型(on-glass type)反射偏光器，例如APF反射偏光器(可購自3M Company,St.Paul,Minn.)
多層光學膜反射偏光器可由任何適當組合的交替雙折射材料形成，特別是聚合材料。在一些實施例中，僅交替層中之一者可係雙折射。當在仔細控制之程序與材料條件下定向時，該等層沿著正交之x、y、以及z方向中之至少一者形成交替之高與低折射率的堆疊，其中x方向係最大拉伸之面內方向。反射偏光器通常在一個面內方向上的層之間具有緊密匹配的(小於0.05)折射率差，且在另一個面內方向上的層之間具有不匹配的(大於0.05)折射率差。各層對的光學厚度(折射率乘以實體厚度)，決定了對應於層對之反射頻帶的 中心，而兩個層之間的折射率對比(差)決定了彼反射頻帶的相對強度。其他各項細節，例如層的輪廓設計、保護邊界層、表層、或層對的f比率，可如適合於所欲應用而修改。反射偏光器亦可具有一尺寸上厚或穩定的層，以保留或強化物理特性，例如抗彎或剛性。
四分之一波延遲器112或四分之一波板係任何適當之雙折射基材，作用以延遲光以改變光之偏振，(舉例而言)由線性偏振變成圓形偏振。在一些實施例中，四分之一波延遲器112可係一液晶層。在一些實施例中，四分之一波延遲器112可係一拉伸聚合膜。在一些實施例中，四分之一波延遲器112可係一用於550nm光之四分之一波延遲器，但可係用於其他可見光之波長的近四分之一波延遲器。舉例而言，550nm之線性偏振光可係轉換為圓形偏振光，但400nm或700nm之光可係轉換成橢圓偏振光。在一些實施例中，四分之一波延遲器可係理解成用於可視範圍內至少一波長之四分之一波延遲器。在一些實施例中，四分之一波延遲器係消色差或至少實質上係消色差，意味其延遲實質上並不隨波長改變。在一些實施例中，實質上並不改變可意味其改變未超過20%、未超過10%、或甚至未超過5%。在一些實施例中，四分之一波延遲器可係組態成彌補波長色散。
線性反射偏光器連同四分之一波延遲器實際上形成一圓形反射偏光器。換言之，一起用線性反射偏光器及四分之一波延遲器，來反射一圓形偏振旋向性之光，且將相對圓形偏振旋向性遞送給光(不過光經遞送為線性偏振光)。在一些實施例中，四分之一波延遲器與線性反射偏光器之無須直接放置為彼此相鄰。圓形模式反射偏 光器可係用於取代線性反射偏光器/四分之一波延遲器組合，舉例而言，膽固醇型反射偏光器。
反射器120可係任何的適當的反射器。在一些實施例中，反射器120係一金屬鍍鏡(deposited mirror)。在一些實施例中，反射器120係一固體反射金屬。在一些實施例中，反射器120係一多層光學膜，如ESR反射器(可購自3M Company,St.Paul,Minn.)。在一些實施例中，反射器120係一結構化反射器。在一些實施例中，反射器120係一結構化反射器，其經組態以重導向至少一些入射該結構化反射器上之光。在一些實施例中，反射器120係一聚合或其他具有金屬化表面的基材。在一些實施例中，反射器的結構係或作用為再循環背光系統內之四分之一波延遲器。如圖1所示，金屬化表面122(若使用)係在反射器面向圓形反射偏光器之側。請注意，惟如果反射器本體之其他部分非透明時才需要。若反射器本體係透明，反射器之與圓形偏光器相對之側上之金屬化表面可能仍被視為面向圓形反射偏光器。換言之，必須金屬化反射表面與再循環背光系統其他部分處於光學連通。
光導130可係任何適當的厚度且可具有任何適當的形狀。在一些實施例中，光導130實質上可係平面或膜狀。在一些實施例中，光導130可係楔形。在一些實施例中，光導130係由透明聚合材料，透過射出成型或任何其他適當程序形成。光導130可包括任何數量之擷取特徵，舉例而言，正或負微特徵。在一些實施例中，擷取 特徵可係印刷或網版印刷點或其他散射特徵。在一些實施例中，為按區域提供更均勻之光擷取，擷取特徵可以特定形狀或梯度配置。
擷取自光導130之光係非偏振，大致上包括所有偏振狀態之混合。光係直接入射在圓形反射偏光器(在一些實施例中，係四分之一波延遲器與線性反射偏光器)上，或者經反射器120反射且接著入射在圓形反射偏光器上。線性反射偏光器具有一通過軸，其實質上傳送第一偏振狀態之光；及一阻斷軸(block axis)，其實質上反射正交偏振狀態之光。左圓形偏振光經轉換為第一個線性偏振狀態，基於解說之目的，其可假設是反射偏光器通過之偏振狀態(通過軸與阻斷軸之組態)，而其對應之圓形偏振光的旋向性將取決於再循環背光系統內反射偏光器的軸向定位。在此例示性組態中，右圓形偏振光會先轉換成線性反射偏光器反射之線性偏振狀態，再轉換回右圓形偏振光(其二度通過四分之一波板)，朝反射器反射回去。由於反射器的金屬化反射表面，圓形偏振光一旦反射即改變旋向性。因此，右圓形偏振光變成左圓形偏振光，而且現在轉換成反射偏光器的通過偏振狀態。
再循環背光系統的此旋向性交換(handedness switching)允許相較於一般再循環系統之給定等效輸入亮度的高得多的亮度值。一般再循環系統使用反射將再循環光的偏振狀態重新隨機化，而且可能必須在再循環背光系統內反彈多次之後才傳送。各反彈增加給定光將被吸收的累積機率。仰賴金屬化反射表面的旋向性交換，且結合基 於圓形偏振光旋向性的反射偏光器選擇而實現相較於此等一般系統之更有效率之再循環系統。
為了實現與圓形反射偏光器與金屬化反射表面相關的優點，可必須限制金屬化反射表面與四分之一波板之間腔室中的散射和延遲。在一些實施例中，在金屬化反射表面與四分之一波板之間最短路徑的550nm光之延遲不大於68nm。在一些實施例中，在四分之一波板與金屬化反射表面之間沒有去偏振大於30%光的散射元件。
在一些實施例中，再循環背光系統的所有組件經接合以形成一體式本體。在一些實施例中，再循環背光系統組件係以黏著劑接合，例如壓敏性黏著劑、光學清透黏著劑、可UV固化黏著劑、熱固化黏著劑或類似者。在一些實施例中，再循環背光系統之組件係經熱接合。在一些實施例中，再循環背光系統之組件係經超音波焊接。在一些實施例中，使用至少兩種不同的接合方法或材料來接合再循環背光系統之組件。
圖2係另一例示性再循環背光系統的前面分解立視圖。再循環背光系統包括線性反射偏光器210、包括金屬化反射表面222之反射器220、四分之一波延遲器224、以及光導230。在圖2組態中，四分之一波延遲器224並非設置於線性反射偏光器210上，而是設置於反射器220上。如圖1之再循環背光系統中，四分之一波延遲器無須直接與反射器相鄰，亦無須直接附接至反射器。
圖2之組態說明，即使四分之一波延遲器未直接設置於線性反射偏光器上，一圓形反射偏光器之有效功能性經保留。即使光 導230設置在四分之一波延遲器224與線性反射偏光器210之間，線性反射偏光器與四分之一波板之組合功用為一圓形反射偏光器。四分之一波延遲器與線性反射偏光器之間的路徑可對去偏振散射與延遲具有控制限制，如結合圖1所述，而圖2之組態例外，關注之光學路徑係介於四分之一波延遲器224與線性反射偏光器210之間。亦如圖1，金屬化反射表面222不必在與四分之一波延遲器相鄰之反射器220之側上，只要反射器220係實質上透明，且金屬化反射表面222與四分之一波延遲器224處於光學連通。在四分之一波板未設置成相鄰於金屬化反射表面的情況下，延遲與去偏振散射之限制應該也應用於四分之一波板與金屬化反射表面之間的光學路徑。
與圖1類似，在一些實施例中，再循環背光系統的所有組件經接合以形成一體式本體。在一些實施例中，再循環背光系統組件係以黏著劑接合，例如壓敏性黏著劑、光學清透黏著劑、可UV固化黏著劑、熱固化黏著劑或類似者。在一些實施例中，再循環背光系統之組件係經熱接合。在一些實施例中，再循環背光系統之組件係經超音波焊接。在一些實施例中，使用至少兩種不同的接合方法或材料於再循環背光系統之組件之間。
圖3係具有液晶模組之圖1或圖2之再循環背光系統的前面分解立視圖。再循環背光系統310與液晶模組320結合。再循環背光系統310對應於圖1中之再循環背光系統或圖2中之再循環背光系統。圖3說明再循環背光系統可搭配液晶模組使用。在一些實施例中，該液晶模組包括一液晶層與兩個吸收偏光器。取決於使用的液晶 材料之類型，吸收偏光器可係交錯或平行。在一些實施例中，再循環背光可係層壓或黏附至液晶模組320。在一些實施例中，整個再循環背光與液晶模組組合透過黏著劑、熱接合、超音波焊接或其之一些組合可經接合以形成一體式結構。
除非另有所指，對圖式中元件之描述應理解成同樣適用於其他圖式中相對應的元件。本發明並不侷限於上文闡述之實例及實施例的具體揭示，因為詳細描述這些實施例是為了利於解說本發明的各種態樣。而是，應理解本發明涵蓋本發明的所有態樣，包括屬於如隨附申請專利範圍與其均等物所界定的本發明範疇內的各種修改、均等程序、和替代裝置。
實例 光導堆疊之製備
再循環背光系統之光導堆疊經如下組裝。底層係具有節距17微米、由可UV固化之丙烯酸酯樹脂於2密耳(51微米)厚PET基材上製成的線性稜鏡膜。稜鏡使用眾所皆知的澆鑄和固化程序製成。稜鏡具有頂角90度，底角39和51度。稜鏡表面使用標準台面(bench-top)方法，以3nm AZO(摻雜鋁的氧化鋅)、接著150nm的銀層、以及接著75nm的AlSiOx層來濺鍍塗佈。接著經塗佈的膜層壓成具有折射率1.417之50微米厚的聚矽氧壓敏性黏著劑，於開放的黏著側上留下離型襯墊。該層壓體接著被切割成195.0mm乘以288.4mm的大小，而稜鏡在長方向上行進。
一光導板係使用LC1202聚碳酸酯(可購自Idemitsu Kosan Co.,Tokyo,Japan)壓縮射出模製，其具有折射率1.585。其為550微米厚、196.75mm長、289.5mm寬，具有沿著長側中之一者之光輸入邊緣。光導之頂側具有面朝外、於光導下方(沿著短方向)行進、具有節距17微米及156.8度的平均包括角與11.6度的均等底角之稜鏡。稜鏡特徵連續於光導下方延伸，始於輸入邊緣且止於距離遠側邊緣1.7mm處。有一平面無特徵區域，其為光導右側之0.5mm寬，光導左側0.1mm寬。光導板底部側具有稜鏡作為擷取特徵，該等特徵係跨光導(沿著長方向)定向，且切割成具有平均深度1.29微米、面向光導之光輸入側之底角3.2度、且具有其他底角20度的光導。擷取特徵圖案區域自輸入端延伸至遠側端，且在光導左側上有平均間隙0.9mm，光導右側上有平均間隙0.2mm。擷取特徵係跨光導來分段，且具有由光輸入側增加至遠側的密度。光導下方位置x之擷取器密度d由以下方程式大約得出。
d=7×10-6x2+0.0008x+0.0234
移除離型襯墊後，濺鍍塗佈之稜鏡膜接著層壓至光導板底部側。完成層壓使得稜鏡之39度刻面面向光導之光輸入邊緣。層壓在光導短邊緣留有0.55mm之間隙、在輸入邊緣留有1mm之間隙、在遠側端留有0.75mm之間隙。接著，藉由將具有折射率1.585之澆注250微米厚之聚酯碳酸酯膜層壓至具有折射率1.417之50微米厚聚矽氧壓敏性黏著劑，於開放的黏著側留下離型襯墊，來製備一光導頂 側之覆層。接著將層壓膜切割成195.0mm乘以288.4mm的尺寸、移除離型襯墊，且覆層被黏附於光導板之上層。
額外膜之製備
製備其他分開的膜以於測試中使用。Sanritz HLC2-5618S吸收偏光器(可購自Sanritz America,Chula Vista CA)使用本身的黏著劑層壓至3M APF-V3(可購自3M Company,St.Paul MN)，其反射偏光器之穿透軸與吸收偏光器之穿透軸對齊。接著將該層壓膜切割成195.0乘以288.4的尺寸，而穿透軸係沿著長方向。
第二個Sanritz偏光器係層壓至APF-QWP(可購自3M Company)，而膜穿透軸再次對齊。接著以同樣方式，將層壓膜切割為如上述之相同尺寸。
另亦製備兩個PET樣本。一個係Biax PET，使用雙軸定向程序製造之2密耳(51微米)厚PET。第二個(TDO PET)厚度相同，係使用橫向方向定向製造，主要在垂直於帶材路徑之方向上拉伸。此等膜之量測使用來自膜上各種橫幅位置之樣本來進行，以判定延遲範圍與延遲定向。延遲之測量以AxoScan Mueller Matrix Polarimeter(可購自Axometrics Inc.,Huntsville AL)來進行。表1係記錄下述測試中所包括之各種組件的延遲與延遲定向。
測試
如所述之光導堆疊使用NSSW306F-HG LEDs(可購自Nichia Corp.,Tokushima,Japan)自光導之光輸入側照明，該等LED在撓性印刷電路上、具有間隔4.825mm、且具有LED以每LED 20毫安培供電。測量係由區域平均輝度及相對於光導堆疊和層壓偏光器組合(Sanritz吸收偏光器/APF-V3)之組合之輝度所組成，且其中APF-V3面向光導堆疊，並以小空氣間隙與其分開。使用Radiant Imaging Prometric I-Plus IC-PM18系統(可購自Pro-Lite Technology Ltd.,Bedfordshire UK)，以200mm Canano lens EF 1：2.8之作業距離係3.8公尺來測量輝度。測試之各組態的結果報告於表2中。表2中之第一個組態係指無額外膜之基礎光導堆疊的測量。當列舉之額外膜或膜組合，其等係以小空氣間隙與基礎光導堆疊偏移。當使用Sanritz吸收偏光器/APF-QWP組合，APF-QWP面向光導堆疊。
Figure TW201804224AD00001
Figure TW201804224AD00002
下列為根據本揭露之例示性實施例：
項目1.一種再循環背光系統，其包含：一圓形反射偏光器；一具有一金屬化反射表面之反射器，該金屬化反射表面面向該圓形反射偏光器；及一光導，其係設置在該反射器及該圓形反射偏光器之間。
項目2.如項目1之再循環背光系統，其中該圓形反射偏光器包括一線性反射偏光器和一四分之一波延遲器，其中該四分之一波延遲器設置成較接近該光導。
項目3.如項目1之再循環背光系統，其進一步包含一液晶模組，其中該液晶模組之設置成最接近該圓形反射偏光器。
項目4.如項目1之再循環背光系統，其中該反射器、該圓形反射偏光器、以及該光導係接合在一起以形成一一體式本體。
項目5.如項目4之再循環背光系統，其中該反射器、該圓形反射偏光器、以及該光導係經熱接合。
項目6.如項目4之再循環背光系統，其中該反射器、該圓形反射偏光器、以及該光導係以壓敏性黏著劑黏附。
項目7.如項目4之再循環背光系統，其中該反射器、該圓形反射偏光器、以及該光導係以光學清透黏著劑黏附。
項目8.如項目4之再循環背光系統，其中該反射器、該圓形反射偏光器、以及該光導係藉由至少兩種不同方法接合。
項目9.如項目1之再循環背光系統，其中該反射器係一結構化反射器。
項目10.如項目8之再循環背光系統，其中該結構化反射器係組態以重導向入射在該結構化反射器上之光之至少一部分。
項目11.如項目1之再循環背光系統，其中該反射器係一鏡面反射器。
項目12.如項目1之再循環背光系統，其中在該圓形反射偏光器與該反射器之間，沒有具有超過68nm之延遲的層。
項目13.如項目1之再循環背光系統，其中在該圓形反射偏光器與該反射器之間，在圓形反射偏光器與反射器之間行進一最短路徑之550nm光的總延遲不大於68nm。
項目14.一種再循環背光系統，其包含：一線性反射偏光器；一具有一金屬化反射表面之反射器，該金屬化反射表面面向該線性反射偏光器；一設置在該反射器與該線性反射偏光器之間的光導；及一四分之一波延遲器，其設置在該金屬化反射表面與該光導之間。
項目15.如項目14之再循環背光系統，其進一步包含一液晶模組，其中該液晶模組設置成最接近該線性反射偏光器。
項目16.如項目14之再循環背光系統，其中該線性反射偏光器與該四分之一波延遲器之間，沒有在550nm下具有超過68nm之延遲的層。
項目17.如項目1之再循環背光系統，其中該線性反射偏光器與該四分之一波延遲器之間，在該線性反射偏光器與該四分之一波延遲器之間行進一最短路徑之550nm光的總延遲不大於68nm。
110‧‧‧線性反射偏光器
112‧‧‧四分之一波延遲器
120‧‧‧反射器
122‧‧‧金屬化表面；金屬化反射表面
130‧‧‧光導

Claims (12)

  1. 一種再循環背光系統，其包含：一圓形反射偏光器；一具有一金屬化反射表面之反射器，該金屬化反射表面面向該圓形反射偏光器；及一光導，其係設置在該反射器及該圓形反射偏光器之間。
  2. 如請求項1之再循環背光系統，其中該圓形反射偏光器包括一線性反射偏光器和一四分之一波延遲器，其中該四分之一波延遲器設置成較接近該光導。
  3. 如請求項1之再循環背光系統，其進一步包含一液晶模組，其中該液晶模組設置成最接近該圓形反射偏光器。
  4. 如請求項1之再循環背光系統，其中該反射器、該圓形反射偏光器、以及該光導係經接合在一起以形成一一體式本體。
  5. 如請求項4之再循環背光系統，其中該反射器、該圓形反射偏光器、以及該光導係由至少兩種不同方法接合。
  6. 如請求項1之再循環背光系統，其中該反射器係一結構化反射器。
  7. 如請求項1之再循環背光系統，其中在該圓形反射偏光器與該反射器之間，沒有具有超過68nm之延遲的層。
  8. 如請求項1之再循環背光系統，其中在該圓形反射偏光器與該反射器之間，在該圓形反射偏光器與該反射器之間行進一最短路徑之550nm光的總延遲不大於68nm。
  9. 一種再循環背光系統，其包含：一線性反射偏光器；一具有一金屬化反射表面之反射器，該金屬化反射表面面向 該線性反射偏光器；一設置在該反射器與該線性反射偏光器之間的光導；及一四分之一波延遲器，其設置在該金屬化反射表面與該光導之間。
  10. 如請求項9之再循環背光系統，其進一步包含一液晶模組，其中該液晶模組設置成最接近該線性反射偏光器。
  11. 如請求項9之再循環背光系統，其中在該線性反射偏光器與該四分之一波延遲器之間，沒有在550nm下具有超過68nm之延遲的層。
  12. 如請求項1之再循環背光系統，其中在該線性反射偏光器與該四分之一波延遲器之間，在該線性反射偏光器與該四分之一波延遲器之間行進一最短路徑之550nm光的總延遲不大於68nm。
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