光准直装置的制作方法

专利名称：光准直装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及(1)透反(transflective)结构以及(2)光准直或者漏斗化(funneling)结构。具体的，本申请涉及(1)透反薄膜以及(2)光准直或漏斗化薄膜。
背景技术：
光准直膜(有时被称为光控制膜)是本领域公知的。这些薄膜通常具有平放在纯净塑料条之间的不透明塑料百叶窗。美国专利No.Re27,617教导了通过销磨具有相对较低和相对较高光学密度的塑料交替层坯料制造这种百叶窗式光准直膜的工艺。销磨之后，如该专利中所示的，高光学密度层提供光准直百叶窗元件，该元件正交延伸到形成的百叶窗式塑料膜表面。美国专利No.3,707,416公开了由其使百叶窗元件相对光准直膜的表面倾斜的工艺。美国专利No.3,919,559教导了实现连续的百叶窗元件的倾斜角度逐渐变化的工艺。
这种光准直膜具有很多用途。美国专利No.3,791,722教导了将这种薄膜用在当遇到高度照明或者闪光时会磨损的护目镜的透镜上。这种薄膜还可以用来覆盖背光仪表板，例如汽车的仪表板，以便防止例如挡风玻璃或者背光电子装置(例如，LCD计算机屏幕或者LCDTV)位置的不希望的反射。
美国专利No.5,204,160公开了由具有一系列形成于其中的沟槽的塑料薄膜形成的光准直膜。该沟槽填充有吸光材料，或者沟槽的侧面以及底部涂有吸光墨水。


在所附附图中，显示了连同下文提供的详细描述一起描述要求保护的发明的示范性实施例的结构。要知道附图中所显示的元件边界(boundaries)代表边界的一个实例。
在附图以及接下来的描述中，相同的元件由相同的附图标记标识。附图没有按特定比例，并且出于显示的目的可以对特定元件的比例进行夸大。
图1A是一种光学元件一个实施例的三维描述；图1B是一种光学元件一个实施例的竖直面截面的描述；图2A、图2B以及图2C是光学元件的其他实施例的三维描述；图3是两个相邻光学元件的简化描述；图4是光学元件阵列的一个实施例的三维描述；图5A、图5B以及图5C显示了光准直或漏斗化结构100的一个实施例；图6是光准直或漏斗化结构100的另一实施例；图7A和图7B显示了了光准直或漏斗化结构100的另一实施例；图8是透反结构200的一个实施例；图9是具有光准直或漏斗化结构100以及透反结构200二者的透反装置300的一个实施例；图10A和图10B是具有透反像素270以及透反装置200的光学元件层250的系统的实施例；
图11A和图11B是具有透反像素270、光准直装置100以及透反装置200的光学元件层250的系统的实施例；以及图12是具有两层的光准直或漏斗化结构400的一个实施例的三维描述，其中各层分别由竖直面截面为四边的(例如包括具有弯曲侧边的梯形或者图形)的透镜状通道，而水平面截面为长度等于透镜状通道的长度的矩形的光学元件组成。
具体实施例方式
以下内容包括本申请所采用的选定术语的定义。该定义包括落在术语范围并可用于实际应用的元件的各种实例和/或形式。该实例并不倾向于作为限制。术语的单数和复数形式均在定义之内。
如本申请所使用的“水平面截面”是指沿垂直于元件方向的平面的截面。
本申请所使用的“渐收的”是指沿竖直面截面方向上的直线或曲线变窄，以使不同位置的水平面截面具有不同的面积。换句话说，渐收的物体具有小面积端部和大面积端部。
本申请所使用的“竖直面截面”是指沿平行于元件方向的平面的截面。
本申请涉及(1)透反结构以及(2)光准直或漏斗化结构。漏斗化实质上是漏斗的动作。漏斗通常定义成圆锥形管道，用来作为将液体或者细粒物质导引到具有小开口的容器内的装置。在本申请中漏斗仅是指大致形状，其中具有小的端部和大的端部，而整个结构不必是圆锥形。透反应用中的光漏斗化实质上是从大的端部到小的端部。准直应用中的光漏斗化实质上是从小的端部到大的端部。
光准直定义为获取给定的光源角度分布并通过变窄给定的角度分布的过程来增加最高亮度，这可以是同轴的。
光准直或漏斗化效应可以通过使用由一系列分立渐收光学元件形成的光学层结合浸没层以及其内具有与光学元件的渐收端部的定位和形状对应的开口或开孔的反射层完成。为了执行光准直或漏斗化功能，光学元件朝光源渐收，以使光学元件具有大面积端部和小面积端部。通过这种方式，小面积端部为光输入端，而大面积端部为光输出端。
图1A显示了具有光输入端12、光输出端14以及边缘16的光学元件10的一个实施例。在本实施例，边缘16限制成复合抛物面聚光器(CPC)。换句话说，光学元件10的竖直面截面是抛物线或者近似抛物线。在本实施例中，光学元件10具有圆形水平面截面。在其它实施例中(未图示)，水平面截面是正方形或者矩形。
图1B显示了同一光学元件10的竖直面截面的描述。如图所示，光L在光输入端12从多个方向进入光学元件10。随着光L经光学元件10行进，它入射到CPC或抛物线形侧壁16。CPC或抛物线形侧壁反射该光L并将其聚焦一定角度以使光L以基本均匀的片状从光输出端14出射。
图2A显示了具有光输入端21、光输出端22以及正方形水平面截面的光学元件20的另一实施例。如下文详细显示的，正方形截面允许光学元件阵列内的光学元件更高的填充密度。在备选实施例中(未图示)，光学元件具有矩形或者其它正多边形水平截面。一般来说，正多边形截面比圆形截面允许更高的填充密度。
继续参照图2A，CPC结构23位于光输入端21并且线性部分24位于光学元件20的光输出端22。在另一实施例(未图示)中，类似于图1所示的CPC部分代替图2A所示的CPC结构23和线性部分24的组合。
图2B显示了具有光输入端21、光输出端22以及正方形截面的光学元件20的实施例。在本实施例中，光学元件20包括位于光输入端的曲线部分25，其中曲线部分25由圆弧限定以便近似为CPC。光学元件20进一步包括位于光输出端22的线性部分24。在本实施例中，通过在曲线和线性部分24、25的交点使曲线部分25的斜率与线性部分24的斜率匹配而近似出CPC结构。
图2C显示了具有正方形光输入端21和正方形光输出端22的光学元件20的另一实施例。在本实施例中，第一线性部分24位于光输出端22，而第二线性部分26位于光输入端21。CPC结构25位于第一和第二线性部分24、26之间。在备选实施例(未图示)中，CPC结构25由CPC结构的圆形近似所代替。在任一实施例中，需要最小倾斜角(draft angle)θ以便可制造性。倾斜角定义为光输出区域22与线性部分24的平面之间形成的角度的余角。在一个实施例中，选择倾斜角以便在部分24和25以及部分25和26之间存在连续性以及连续的斜率。
图3显示了具有正方形光输入端32和正方形光输出端34的光学元件30一个实施例的竖直面截面的等同侧视图。在本实施例中，不存在线性部分。取而代之的是，光学元件30的侧面36为CPC结构的圆形近似。
在其它实施例(未图示)中，该光学元件具有任何适当的渐收形状，包括但不限于金字塔形、圆锥或者任何其它三维多边形或多面体。此外，光学元件的分立面可以是平面、凹面、凸面或者带纹孔(pitted)的以便对进入光学元件内部的光进行控制、漏斗化或准直。
在其它实施例(未图示)中，光学元件具有交叉凹痕、非交叉凹痕、圆锥、二次曲线部分、三维抛物线结构、金字塔形，多边形、多面体(例如，四面体)、正多边形结构或不规则多边形结构。光学元件的反射、透射以及吸收可以具有不同值。结构的侧面可以是线性、非线性或其组合。
CPC形状的近似比纯CPC形状更容易制造，并且可以保持或者甚至改进最佳性能。圆弧是可以改进性能的CPC近似的实例。可以在CPC的各侧面上通过圆弧或者线性区域的组合近似出CPC结构。CPC结构和两个线性区域的组合可以由一个线性区域近似，但是性能降低。在一实施例中，水平面截面可以是正方形或者矩形以便通过产生正交的透镜状通道轻易地制造该结构。产生两个非正交透镜状通道可以形成该准直结构的其他截面。该截面还可以是其他任何正多面体或不规则多面体或者正多边形或者不规则多边形。
矩形水平面截面(具有相应的矩形输入端)可以产生不对称的准直光输出。沿矩形输入结构长度的光输出的角度分布大于沿其宽度的光角度分布。增加矩形输入结构的长度增加了相对元件的输出面积的输入面积，因而可以在元件的输出端获得更大的总能量。因而，可以基于显示应用预先确定输出光的角度分布。相对于输出的输入面积是允许控制输出光的角度分布的装置设计参数。例如，这可以适用于液晶显示电视(LCD-TV)，其中水平方向比竖直方向需要更宽的视角。为了满足对更宽视角的需要，输入结构的长度可以在水平方向上延伸，同时宽度竖直延伸。
在一个实施例中，倾斜角可以是8°或者更多，由此产生一定装置，其性能与好像第二线性部分延伸成限定整个装置一样。换句话说，性能可以是好像去除第一线性部分和CPC并由第二线性部分的延伸所代替。尽管性能降低，但是可以选择这种设计以便于制造。倾斜角越小，性能越高，但是由于越高的纵横比而越难制造。纵横比定义为光导的深度与输入开孔之间的距离的比率。CPC(或者CPC的圆形拟合)装置允许低纵横比的设计比相同性能的高纵横比的线性装置容易制造。例如，倾斜角为3.5°(或者纵横比接近8∶1). 的线性设计具有与纵横比为大约2.9∶1的CPC(或圆形等同物)装置相同的性能。在其他实施例中，CPC近似的纵横比范围为小于1∶1到大于大约7.5∶1。
图4显示了光学元件阵列(也称为光学元件层)的实施例。此处，光学元件阵列为10×10元件阵列(总共100个元件)。然而，在其他实施例中，光学元件阵列可以是任何所需尺寸或者包括光学元件的任何所需数量或配置。
在备选实施例中(未图示)，光学元件配置成各种图案。例如，光学元件可以横过薄膜的区域平行并且间隔重复。光学元件可以在图案重复之前配置成不同形状、高度、角度或者间隔。备选地，光学元件可以随机配置以便存在不可识别的图案。结构上的偶然变化或者可以称作破裂结构的结构可以用于消除或减小不想要的畸变影响(例如莫尔效应)。
在一个实施例中，光学层由折射率超过空气(折射率大约为1)的高透射性聚合物形成。在一个实施例中，用于形成光学元件的含光区域的聚合物的折射率为至少大约1.1，或者甚至是至少大约1.2。在另一实施例中，用于形成光学元件的含光区域的聚合物的折射率在大约1.3到大约1.8的范围内。该区域由允许在含光区域的内部边界(装置内部的边界)形成内部全反射(TIR)的任何相容材料包围-例如，空气或者折射率低于含光区域的聚合物。光学元件的含光区域(light containing region)的聚合物的折射率越低，在输入端以及输出端的外部空气边界的菲涅尔损失越小。这种利用较低折射率的改进增益过程仅由寻找折射率低到允许在内部边界形成TIR的相容材料的要求所限制。
图5A、图5B以及图5C分别显示了光准直或漏斗化结构100的分解、组装以及侧面(竖直面截面的等同物)的视图。在图5A、图5B以及图5C中还显示的是具有同时作为出射面和反射面的表面120的背光源110(例如LCDTV的背光源)。熟悉本领域的人应该意识到这是LCD背光源的标准特征。反射特征允许光再循环，这个属性是性能所必需的。准直或漏斗化结构100包括具有形成于其上的反射层140的浸没层130以及光学元件层150。
在一个实施例中，浸没层130由聚合物材料构成。减小菲涅尔损失需要折射率与装置的含光区域相同的光透明材料。在另一实施例中，可以使用任何折射率的光透明材料，包括玻璃或空气。如果使用空气，反射层140直接沉积在光学元件层150上。
反射层140包括与光学元件层150的光学元件的光输入侧170匹配的开孔(或开口)160。在一个实施例中，通过在高透射性聚合物基板(浸没层130)上溅镀或化学气相沉积(CVD)几微米的高反射材料薄膜并选择性去除光输入侧170处的反射材料而产生反射层140。反射层140内的开孔160还可以通过延伸光输入侧170的材料并刺穿反射层140产生。在一个实施例中，输入开孔与反射层的顶部在同一平面。在本实施例中，反射层140由金属(例如，镍、金、铝、银或者其他适当金属)构成。然而，在其他实施例中(未图示)，反射层可以由任何反射物质构成。
用于构建浸没层130的高透射性聚合物基板可以是与用于光学元件层的光学元件150相同的聚合物。使用同种聚合物将允许与准直或漏斗化结构的剩余部分的光学无缝交界并减小菲涅尔损失。在反射层140作为镜面或漫散射层的情况下，反射层140具有尽可能高的反射率，在一个实施例中镜面或漫反射超过95％。可以通过例如掩模和蚀刻去除多余的反射材料(阻挡输入到装置的含光区域内的反射材料)，以使没有反射材料区域形成开孔160。如上文提到了，具有形成于其内的开孔160的反射层140可位于浸没层130的任意一侧，只要存在面向背光源110的至少一个反射层140。
此外，反射层140作为允许来自光源的光通过反射再循环的薄镜面或漫反射层。在备选实施例中，反射层140是漫反射层，而不是镜面反射层。然而，优选实施例是镜面反射层140，因为光线追迹计算显示相对于镜面反射层，漫反射的性能下降。在又一备选实施例中，反射层140的表面是带纹理的(具有例如对称或随机的凹坑或突起，例如浅窝)以便将光更有效地导引到输入开孔，也就是反射次数最少并且能量损失最低。出于减小反射次数同时将光导引到输入开孔的目的，LCD背光源反射器的反射表面也可以进行光学调整以便配合装置的反射层。
继续参照图5A、图5B以及图5C，反射层140设置在浸没层130与背光源110相反的侧面上。在备选实施例(未图示)中，反射层140设置在浸没层130面向背光源110的侧面上。在任一实施例中，反射层140朝背光源110反射光以便进行再循环。
在本实施例中，准直或漏斗化结构100包括由具有光输入侧170和光输出侧180的多个三维光学元件形成的光学层150。在图5A、图5B以及图5C所示的实施例中，光学元件接合到一起以便在其光输出侧180形成片状(sheet)，由此产生连续的准直膜。在图6所示的备选实施例中，光学元件的含光区域是分立的并且彼此分开，但是在公共聚合物片185中接合。
在图5A、图5B以及图5C所示的实施例中，光学元件层150的光输入侧170与反射层140接触，以使光学层150的光学元件对应于形成于反射层140内的开孔150。在图6所示的备选实施例中，光学元件层150的光学元件延伸为嵌入反射层140。换句话说，光输入侧170延伸到反射层140的开孔160内并接触浸没层130。在本实施例中，在浸没层130和光学元件层150之间不存在间隙。这可以通过以单个连续层的形式制造浸没层130和光学元件层150，并后续将反射层140接合(例如，层压)到光学元件层150上实现。
在另一实施例(未图示)中，反射层140形成在浸没层130面向背光源的侧面，而光学元件的光输入侧170与浸没层130接触。
不管反射层140相对浸没层130的定位，反射层140面向背光源110。从背光源110出射的光最终通过反射层140内的开孔160并且后续通过光学层150的光学元件以便进行准直。不通过开孔160的光反射回到背光源110，背光源110后续将光朝向开孔反射回。光随后重复反射直到它通过开孔160或者由吸收而损失到系统中。对准直光的出射角度分布进行设计以便配合不同LCD显示类型中所形成的像素接受角(pixel acceptance angle)范围。这可以最大化入射到像素上的可由LCD处理的光数量，由此最大化观察者所感觉到的亮度。
在另一类透反LCD中，在结构100和从像素的反射部分的背面反射并再循环的光之间出现附加的光再循环。这种类型的透反LCD由包含透射性开孔和反射区域的像素构成。在另一类透反LCD中，像素是透射性的，而反射区域定位在像素外部的光学元件上。这种透反LCD和透射性LCD的主要区别在于位于像素外部的光学元件上的反射区域。透射性LCD可以包括本申请所公开的准直装置。
图7A和图7B显示了光准直或漏斗化结构100的另一实施例，其中光学元件层的光学元件之间的空气空间填充有填充材料190。在本实施例中，填充材料190由折射率远低于用于光学元件的高透射性聚合物的聚合物材料构成。选择聚合物的折射率差以便保持TIR(内部全反射)。必需保持TIR的区域的折射率差随着含光区域的折射率的增加而减小。填充材料190的透射率不必很高，因为没有光通过该材料。实际上，由于填充材料190的透射率可以是零，因而可以使用金属作为填充材料190。金属的反射率必需足够地高，以便最小化从含光区域的边界的光反射之后的能量损失(由于金属的吸收或者散射)。由于含光区域的输入开孔之间的表面必须覆盖允许来自光源的光的再循环的反射材料，使用聚合物填充材料190代替空气产生反射材料的表面。一种制造方法可以允许通过经掩膜进行沉积或者通过蚀刻产生反射表面140。聚合物浸没层110还用于限制菲涅尔损失。本实施例在图7A和图7B中进行了显示，其中使用相同的附图标记标识与针对图5A、图5B以及图5C所讨论的光准直或漏斗化结构100相同的部分。同样，为了简洁，省略了对图7A和图7B中所公开的整个结构100的讨论。
在一个实施例中，光学元件层150的折射率大于填充材料190的折射率。光学元件层150的折射率远大于填充材料190的折射率以便在没有从含光区域的光泄漏的情况下允许含光区域的内部边界(装置内部的边界)的TIR。该差异计算为大约0.15，光学元件的折射率越低，所需的差值越高，折射率越高，所需的差值越小。应该注意到，占据/填充空气空间的聚合物和用来形成光学元件层150的聚合物之间的折射率差值不存在上限，只要满足在没有上述泄漏的情况下产生TIR的最小差。
图8显示了根据本申请一实施例的透反结构200。该透反结构200反射从第一方向(即从外界光源A，例如太阳或房间灯)到达的光并且透射从相反方向(即从背光源110)到达的光。在本实施例中，透反结构200可以由浸没层230、光学层250以及覆盖光学元件250的表面仅排除输出开孔260并且倾向于最大化反射面积的反射层240形成。透反结构200的元件与光准直或漏斗化结构100中所使用的元件基本相同，但是它们是颠倒的。
在图8所示的实施例中，透反结构200位于背光源110和外界光源A之间。反射层240具有形成于其中的开孔(或开口)260以便透射来自背光源110的光，同时反射来自外界光源A的光。在图8中，反射层240形成在浸没层230面向光学层250的一侧。备选地，反射层240形成在浸没层230面向外界光源A的侧面上或者它可以形成在浸没层230的两侧。浸没层230和反射层240的结构以及属性在其他方面与针对光准直或漏斗化结构100描述的浸没层130和反射层140的结构及属性基本相似。同样地，为了简洁，省略了图8所公开的浸没层230和反射层240的全部结构和属性的讨论。
光学层250可以由三维渐收光学元件形成，例如图1A、图1B、图2A、图2B、图2C以及图3所示的那些元件。在本实施例中，光学元件的小面积端部面向外界光源A，因而作为从背光源110传输的光的光输出端。光学层250的光学元件的光输出端对应于形成反射层240内的开孔260。在本实施例中，光输出端延伸成接触反射层240。如图6所示，在备选实施例中，光输出端延伸成嵌入反射层240。在另一备选实施例中，反射层240形成在浸没层230与光学层260相反的侧面上，而光学元件的光输出端接触浸没层230。
光学层250的结构以及属性在其他方面与上文针对图5-图7描述的光学层150的结构及属性基本相似。同样地，为了简洁，省略了图8所公开的光学层260的整个结构和属性的讨论。
图9显示了具有透反结构200和光准直或漏斗化结构100的透反装置300。该透反装置300反射从第一方向(即，从外界光源A，例如太阳或者房间灯)到达的光，并且透射从相反方向(即，从背光源110)到达的光。在所示实施例中，光准直或漏斗化结构100定位在背光源110和透反结构200之间，以使从背光源110出射的光首先由光准直或漏斗化结构100进行准直或漏斗化并且随后经透反结构200透射。与此同时，外界光反射出反射层240。
在备选实施例(未图示)中，透反结构200位于背光源110和光准直或漏斗化结构100之间，以使背光源110出射的光首先经透反结构200透射并且由光准直或漏斗化结构100进行准直或者漏斗化，同时外界光反射出反射层140。光准直或漏斗化结构100以及透反结构200与针对图5-图7讨论的结构基本相同。同样，为了简洁，省略了图9中所公开的整个光准直或漏斗化结构100以及透反结构200的讨论。
图10A显示了采用透反像素270以及透反装置200光学层250的显示器。在图10A所示的实施例中，透反像素270具有反射层275。透反像素270与光学层250的含光区域的光输出端对齐。因为像素270包括反射层275，透反装置200不需要反射层。在本实施例中，透反像素270定位于液晶悬浮物280中。彩色滤光片285也定位于液晶悬浮物280中。彩色滤光片285与透反像素270对齐并且包括红、绿和蓝彩色滤光片。
继续参照图10A，背光源110定位于后偏振片290附近。透反装置200的光学层250位于后偏振片290和液晶悬浮物280之间。液晶悬浮物280还与前玻璃295相邻。前玻璃还与前偏振片297相邻。因为像素270包括反射层275，透反装置200不需要反射层。在备选实施例(未图示)中，后玻璃设置在透反装置200和液晶悬浮物280之间。在另一备选实施例(未图示)中，透反装置200位于前偏振片297后面。
图10B显示了采用透反像素270以及透反装置200的光学层250的显示器的另一备选实施例。在本实施例中，彩色滤光片285没有定位于液晶悬浮物280中。取而代之的是，彩色滤光片设置在后偏振片290和后玻璃299之间。透反装置200的光学层250定位在背光源110附近，以使其设置在背光源110和后偏振片290之间。后玻璃299设置在彩色滤光片285和液晶悬浮物280之间。和图10A一样，前玻璃295设置在前偏振片297和液晶悬浮物280之间。
图11A显示了采用透反像素270、准直装置100以及透反装置200的光学层250的显示器。在图11A所示的实施例中，透反像素270具有反射层275。透反像素270与光学层250的含光区域的光输出端对齐。同样，因为像素270包括反射层275，透反装置200不需要反射层。准直装置100包括光学元件层150以及具有开孔160的反射层140。在本实施例中，透反像素270定位于液晶悬浮物280中。彩色滤光片285也定位于液晶悬浮物280中。彩色滤光片285与透反像素270对齐并且包括红、绿和蓝彩色滤光片。
继续参照图11A，背光源110定位于后偏振片290附近。准直装置100与后玻璃290相邻，以使后玻璃设置在背光源110和准直装置100之间。透反装置200的光学层250位于准直装置100和液晶悬浮物280之间。液晶悬浮物280还与前玻璃295相邻。前玻璃还与前偏振片297相邻。在备选实施例(未图示)中，后玻璃设置在透反装置200和液晶悬浮物280之间。在备选实施例(未图示)中，透反装置200和准直装置100分开并且准直装置100位于前偏振片297后面。在另一备选实施例(未图示)中，透反装置200和准直装置100均位于前偏振片297后面。
图11B显示了采用透反像素270以及透反装置200的光学层250的显示器的另一备选实施例。在本实施例中，彩色滤光片285没有定位在液晶悬浮物280。取而代之是，彩色滤光片设置在后偏振片290和后玻璃299之间。准直装置100定位于背光源110附近，以使其设置在背光源110和透反装置200的光学层250之间。后偏振片290设置在透反装置200的光学层250和彩色滤光片285之间。后玻璃299设置在彩色滤光片285和液晶悬浮物280之间。和图11A一样，前玻璃295设置在前偏振片297和液晶悬浮物280之间。在另一备选实施例(未图示)中，透反装置200和准直装置100分开，并且透反装置200位于前偏振片297前面，但位于彩色滤光片285后面。
准直或透反装置或者其组合可用于作为LCD背板的部件。将透反装置定位在背板中将减轻由反射(外界)成分产生的色移以及视差效应。这在挠性(所谓塑料)显示器中特别适用。
图12显示了具有带光漏斗化或准直元件440的第一和第二光学元件层410、420的光准直或漏斗化装置400的一个实施例。在本实施例中，各光学元件层410、420由为透镜状通道的光学元件形成，其竖直面截面为四边的(包括例如，具有曲边的梯形或者图形)而其水平面截面为长度等于透镜状通道的矩形。如前面的附图中所揭示的，两层中的光学元件均朝背光源(未图示)渐收。
在本实施例中，光学元件层410、420配置为使得透镜状通道彼此正交定位。换句话说，第一光学元件层410的光学元件的水平面矩形底部正交于第二光学元件层420中的光学元件的水平面矩形底部。在备选实施例(未图示)中，第一光学元件层410的透镜状通道相对第二光学元件层420的透镜状通道成锐角或者钝角放置。在一个实施例中，第二光学元件层420(离背光源最远的层)包括金属层430。在备选实施例(未图示)中，上层不包括金属层。在其他备选实施例(未图示)中，结构400包括具有矩形截面单层光学元件。
结构100、200、300或400可以与例如非发射性显示系统一起使用，例如液晶显示器(LCD)或其中对光进行导引以便产生图像的其他装置。这种类型的典型非发射性显示系统包括由背光源、偏振片、液晶悬浮物以及另一偏振片组成的堆栈。有时，玻璃板可以层叠在各偏振片和液晶悬浮物之间。结构100、200、300或400可以定位在背光源和偏振片之间。工作时，外界光通过各层偏振片、玻璃板(其可以包括彩色滤光片、公共电极、TFT矩阵或者其他元件)以及液晶悬浮物并且由位于液晶的背面玻璃板内侧的反射结构重新定向，而与此同时由背光源组件产生的人造光线将通过结构100、200、300或400。结构100、200、300或400还可以包括成作为LCD的子组件或者可以用于与其他再循环薄膜组合或结合，例如准直或反射偏振薄膜。
结构100、200、300或400可以插入到背光源组件以及液晶模块之间，其中结构100、200、300或400的反射表面面向背光源组件而透射表面面向液晶模块。
LCD背光源的典型光分布是朗伯型的。这种分布被认为是非准直的。结构100、200、300或400将背光源的朗伯分布准直成预先确定的角度分布。该预先确定的角度分布取决于含光聚合物区域的折射率、含光区域的长度和形状以及输入和输出开孔的尺寸。结构100、200、300或400的反射表面可以面向背光源组件，从背光源组件输出并通过反射表面内的开口的光最终由液晶模块进行处理。
由于LCD内的空间通常很紧张，结构100、200、300或400的总厚度应该最小化。在一个实施例中，装置的总厚度应该小于大约1000微米，小于大约500微米或者甚至小于大约200。在另一实施例中，结构100、200、300或400不限于任何预先确定的厚度。更确切地，结构100、200、300或400的厚度由其用途决定并且不必局限于1000微米。同样，周期选择受到LCD像素的周期的影响。如果装置的周期小于LCD的周期，装置内的制造缺陷不容易看见并导致退回。装置的典型周期可以在次微米到几百微米的范围内。典型输入开孔宽度也可以在次微米到几百微米的范围内。当使用次微米设计时，必须进行特殊考虑以便处理潜在的衍射效应。基于可能设计的范围，纳米复制以及微米复制方法可以用于制造该装置。当对结构特征进行适当缩放时将保持性能。
在另一实施例中，结构100、200、300或400可以以三种结构定位在液晶模块本身内(1)液晶模块的后玻璃的背部(表面)以及偏振片的前面，(2)液晶模块的后玻璃的背部(表面)以及偏振片后面，或(3)在像素平面位于液晶模块的后玻璃内。对于双偏振片液晶显示器系统，只有第二种结构对于显示器处理光是可能的。对于单偏振片液晶显示器系统，所有三种结构都是可能的。在塑料LCD中，结构100、200、300或400可以结合成背板的部件并且不必局限于1000微米。同样，周期选择受到LCD像素的周期的影响。如果装置的周期小于LCD的周期，不容易看见装置内的制造缺陷并且导致退回。典型输入开孔宽度也可以在次微米到几百微米的范围内。当使用次微米设计时，必须进行特殊考虑以便处理潜在的衍射效应。基于可能设计的范围，纳米复制(nanoreplication)以及微米复制(microreplication)方法可以用于制造该装置。当对结构特征进行适当缩放时将保持性能。
对于所有的所述实施例，LCD可以在卷轴式(roll-to-roll)或层组装式(assembled-by-layer)的基础上进行制造并且光准直或漏斗化结构100、200、300或400可以是堆栈的整体部件。LCD堆栈的层可以在逐层(layer-by-layer)基础上进行制造或组装，并且结构100、200、300或400可以结合成玻璃、像素、准直器或者偏振片的一部分。功能元件可以层叠到液晶模块基板上，由于允许将结构100、200、300或400构建成整体液晶模块制造工艺的一部分。
在一个实施例中，非发射性显示系统可以准直光以使大部分光垂直于装置出射。非发射性显示系统还可以包括光偏振片。在任一实施例中，准直或偏振材料可以附着到装置的反射或透射侧。结构100、200、300或400的高透射性表面可以面向液晶模块，而高反射表面可以面向背光源组件。准直或偏振材料可以附着到结构100、200、300或400的整个透射性表面。准直或偏振材料可以是集成设计元件以及制造产品的一部分。备选地，材料可以后续粘附或者固定到结构100、200、300或400的任一表面。在一个实施例中，准直薄膜可以覆盖光从结构100、200、300或400出射的表面的整个区域。准直薄膜可以覆盖显示器的全部区域或者至少其一部分。
另一种准直光的方法是在液晶显示器系统内包括透镜(lens-lets)。其位置可以是与结构100、200、300或400集成或者与其分开，透镜的位置可以直接在结构100、200、300或400的上方或者下方。
本申请所描述的光学元件具有允许光从背面通过的能力，同时薄膜的前表面可能用于吸收、导引、反射或者折射外界光。该透反薄膜的修改可用于有机发光二极管(OLED)显示器。采取原始透反设计并利用光吸收或光导引材料代替上反射金属区域。薄膜承坐在OLED像素(光源)和顶部玻璃之间。这样控制外界光在发射性OLED显示器内的影响(实际上不需要的闪耀)。还存在受益于这种设计的传统(非OLED)透射性LCD应用。控制闪耀并改进对比度的这种设计可以与任何发射行显示器一起使用。和透反设计一样，这种设计可以配置成薄膜或像素表面的元件。
存在至少四种用于上述装置的微米复制制造方法。第一方法包括产生母模并随后产生该装置。可以利用金刚石车削工艺或光刻工艺(包括电磁光谱的任意部分，例如以LIGA为例的X射线光刻)制造母模。为了产生该装置的重复结构，可以利用例如压花或成型的机械工艺或者例如蚀刻的化学工艺。因而，利用这些工艺，可通过在透明材料形成凹痕(空穴)在透明薄膜材料、玻璃、或塑料基板的主体内形成结构。随后通过这些凹痕对这些透明材料的含光区域进行外形勾画。下面将描述不形成物理凹痕的使用透明光敏材料的制造技术。
随后利用反射材料或者折射率低于透明薄膜材料的材料对凹痕进行填充。透明薄膜材料内的凹痕可以嵌入透明薄膜材料以使各形状的底部近似与透明材料平行并一致或者略有凹陷。如果反射填充材料的折射率低于透明薄膜材料，光限制在透明材料内。
为了适应这些工艺的任意一个，透明薄膜材料具有蚀刻、成型、压花或者改变装置主体的其他工艺所必须的特定属性。适当材料的实例是例如聚碳酸酯以及PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的聚合物。用于填充凹痕的反射材料的实例包括金属化合物或者具有高反射率的其他材料，例如铝、金、银、镍、铬、电介质或者反射率为80％或更高的其他金属性合金。在一个实施例中，材料的反射性为95％或更高。反射结构的填充材料进行优化以便减小吸收并且具有高反射属性以便控制能量的重新定向。折射率低于透明薄膜材料的填充材料的实例包括纯净的合成膏、合成材料(例如，聚合物)或者具有不同折射率或者发射形式的多合成材料。在备选实施例种，不使用材料材料(填充凹痕例如，气体、空气或真空)。
填充物和元件主体之间的折射率的最小差异估计为0.01以便实现该部分的TIR以使光不会通过折射经含光区域的边界泄漏。装置主体上的各形状的折射率差可以不一样，只要在填充物和元件主体之间存在足够的折射率差，以便某些光经历TIR并且不会从含光区域泄漏出去。然而，优选的，装置主体上的各形状的折射率差相同。此外，凹痕的一部分填充第一材料，并且随后凹痕的第二部分填充第二材料。例如，凹痕的顶部填充铝，而凹痕的剩余部分填充折射率低于透明薄膜材料的纯净聚合物。
制造上述装置的第二种方法在透明光敏薄膜内产生结构。通过改变透明光敏薄膜的主体的特定区域内的折射率以便具有与本申请所描述的准直或透反装置结构等同的功能和形状来产生该结构，其中功能和形状可以是相同的。
和使用微米复制的制造技术一样，产生等同的适当结构，由此使高折射率结构成为含光区域而低折射率区域作为导光边界区域。该工艺包括在基板表面上形成透明光敏薄膜(例如，通过沉积)。透明光敏薄膜可以由任何纯净材料构成，其在曝光时改变其光学属性。光敏材料应呈现有利的光学和机械属性。除了足够的光感应折射率变化，一组适当的“写入”波长(通常是紫外)、光透明度、薄膜可成形性以及机械性能是非常重要的。可以通过利用重复图案在表面上或者经微透镜阵列在较大体积上进行扫描而对透明光敏薄膜进行“写入”。
用于本工艺的材料的实例包括OLED或具有最佳机械性能的有机聚合物，或结合有机聚合物的化学多面性的有机-无机混和物，即聚硅烷、聚锗烷和/或其溶胶-凝胶混合物。其他材料包括有机聚合物，例如特别改型的聚乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醇肉桂酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯。其他材料包括透明聚合物母体以及包括光聚单体在内的可聚合物活性物质的组合。透明聚合物母体可以选自由聚烯烃、人造橡胶、聚氯乙稀、聚酯、聚酰胺、纤维素衍生物、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚亚安酯、聚氨酯丙烯酸酯以及环氧丙烯酸树脂组成的群组。光活性物质包括具有折射率调节行为的光活性引发剂并且所述薄膜具有一定折射率分布。光聚单体可以选自由三溴丙烯酸乙酯和三氟丙烯酸乙酯组成的群组。
随后，反射材料薄层设计在与基板相反的光敏透明薄膜表面上。在一个实施例中，反射性金属薄层的反射材料为高反射率的金属化合物或者其他材料，例如铝、金、银、镍、铬、电介质或者其他反射率为80％或更高的其他金属性合金。优选材料的反射性为95％或更大。随后通过烧蚀反射材料去除反射金属沉积物的预定区域以便外露该预定区域内的光敏薄膜。随后将这些预定区域曝露于光源以便改变预定区域内的光敏薄膜光学属性，以使预定区域内的光敏薄膜的折射率发生变化，由此形成折射率变化的区域。烧蚀反射性金属并改变光敏薄膜的光学特征的步骤由产生紫外光的光源(其面向反射层)完成。光源可以包括以特定波长以及足够的强度经微透镜阵列发光以便烧蚀反射金属层并改变光敏薄膜的光学特性的光辐射源。在一个实施例中，辐射源为准分子激光器。
光敏薄膜的未改变部分包括折射率不变的区域(即，结构)，其折射率低于折射率变换的区域。
第三种制造方法也在透明光敏薄膜内产生所需结构。该工艺也包括在基板的表面上形成透明光敏薄膜。该透明光敏薄膜由上述讨论的同种材料构成。随后在光敏薄膜上形成光阻层。随后将光敏薄膜的预定区域和光阻层暴露于光源(面向基板)以便改变预定区域内的光敏薄膜的光学属性并使预定区域内的光敏薄膜的折射率发生变化以便由此在光敏薄膜内形成变化的折射率区域。光源可以包括以特定波长以及足够的强度经微透镜阵列发光以便烧蚀反射金属层并改变光敏薄膜的光学特性的光辐射源。优选地，辐射源为准分子激光器。随后使用对光敏薄膜产生开口的适当蚀刻剂去除该预定区域内的曝光光阻层。随后将反射材料薄层沉积在先前由曝光的光阻层占据的开口内。在一个实施例中，反射金属薄层的反射材料可以是具有高反射性的金属化合物或者其他材料，例如铝、金、银、镍、铬、电介质或者反射性为80％或更大的其他金属合金。在一个实施例中，材料的反射性为95％或更大。最后，洗掉或者移走(lift off)剩余的光阻层，去除剩余光阻层上的不想要的材料，在表面的剩余部分上留下所需图案。
用于产生上述装置的第四制造方法(或工艺)包括在透明光敏薄膜内产生所需结构的单步工艺。在本方法中，通过使用透镜/掩模系统将结构的输出侧曝光于激光由光敏聚合物制造CPC或近似CPC结构。光敏聚合物通过改变适当选择的区域内的折射率与预定频带的激光反应。通过来自由改变折射率产生的结构的光输出导引印刷系统。同时，通过在无光处打印反射层制造包围输入开孔的反射层。通过完成该过程，在输入开孔侧面上执行简单覆盖聚合物沉积以便浸没反射层。
在与利用光敏透明材料相关的其他实施例中，可以以不同结构、高度、角度或者间隔对分立结构进行配置，并且结构的分立面的一个或多个可以是凹面、凸面和/或带纹孔的。此外，微形状(例如金字塔形或圆锥)可以沉积在直接位于各结构的底部上方的元件的主体的一侧上，作为上述沉积工艺的一部分或者作为独立的工艺，以便进一步控制反射能量的方向。在其他实施例中，各分立结构的折射率可以不同，以使元件的主体上产生各种交替图案以便实现特定效果。在其他实施例中，可以使用由填充的凹痕以及改变光敏材料的折射率产生的结构的组合来在元件主体上产生各种图案。在一个实施例中，例如金属或者相当于具有无限大折射率的材料插入到聚合物叠层(低折射率材料层)的下方以便反射超过叠层折射率临界角的光。这将通过将光反射回波导区域而反射正常损失的光。这种技术可用于上文限定的所有结构尺寸。
产生上述装置的另一种方法包括由在物理工作环境下保持完整性的某些适当材料制造结构并通过某些适当方法悬挂该结构。悬挂可以通过使用线或者形成栅格的某种类型的丝完成，但取决于特定应用并且是本领域技术人员显而易见的。本发明的这方面对于太阳能应用或者其他应用是有用的，其中透反装置的尺寸可以或者不必由非发射性显示器的尺寸需要限制(当预计用途是通过人的视觉系统时)。
另一种制造导光结构的方法是直接在例如玻璃或聚合物的支撑表面的顶部上定位结构。一个优选实施例是由支承在玻璃上的金属或者高反射材料制成的等腰形导光结构。波导结构设置在下面的支撑表面的顶部或者沉积于其上。另一优选实施例是当支撑表面包含周期性形状(沟槽或突起)时，其中包含适当匹配片(mating piece)的流体在支撑表面的周期性形状上通过，以使产生所需装置的可能性为100％。这可以通过使流体中携带超过支撑结构上的形状的足够数量的匹配片在生物系统中完成。
尽管本申请显示了各种实施例，并且尽管已经详细描述了这些实施例，但是这并不是对申请人的发明进行限制或者以任何方式将要求保护的发明的范围局限得如此详细。其他优点以及修改对于本领域技术人员显而易见。因而，在其更广泛的方面，本发明并不局限于特定细节、代表性设备以及所显示以及描述的示范性实例。因而，在不脱离申请人要求保护的发明的精神或范围的情况下可以有所偏离。
权利要求
1.一种用于具有背光源的系统中的准直装置，所述准直装置包括浸没层；反射层；以及由多个三维光学元件形成的光学元件层，各光学元件具有光输入端以及光输出端，各光学元件朝向所述背光源渐收以使所述光输入端的水平面截面面积小于所述光输出端的水平面截面面积，并且其中所述反射层在其内具有与所述光学元件的光输入端的位置和形状对应的开孔。
2.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于所述光学元件由空气包围。
3.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于所述光学元件层由具有第一折射率的聚合物形成，而所述光学元件由具有第二折射率的第二聚合物包围，所述第一折射率高于所述第二折射率。
4.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件的光输出端邻接所述光学元件层的至少一个其它光学元件的光输出端。
5.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于所述浸没层具有第一和第二侧面，而所述反射层具有第一和第二侧面，并且其中所述浸没层的第一侧面接触所述反射层的第二侧面。
6.根据权利要求5所述的准直装置，其特征在于所述光学元件的光输入端延伸成使所述光输入端接触所述反射层的第二侧面。
7.根据权利要求5所述的准直装置，其特征在于所述光学元件的光输入端经所述反射层的开孔延伸并且接触所述浸没层的第二侧面。
8.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于所述浸没层具有第一和第二侧面而所述反射层具有第一和第二侧面，并且其中，所述反射层的第一侧面接触所述浸没层的第二侧面并且所述光学元件的光输入端接触所述浸没层的第一侧面。
9.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于所述反射层为金属层。
10.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于所述浸没层为浸没聚合物层。
11.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件具有多边形水平面截面。
12.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件为透镜形并且水平面截面为长度等于透镜状通道长度的矩形。
13.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件为复合抛物面聚光器结构。
14.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件具有复合抛物面聚光器结构的圆形近似。
15.一种具有光输入侧和光输出侧的光学层，所述光学层包括多个三维光准直元件，其中各所述光学元件具有多边形水平面截面，并且其中各所述光学元件是渐收的，以使所述光学元件的竖直面截面为复合抛物面聚光器的近似。
16.根据权利要求15所述的光学层，其特征在于所述光学元件的渐收形具有至少一个线性部分。
17.根据权利要求16所述的光学层，其特征在于所述渐收形具有由圆弧限定的曲线部分，并且在所述曲线部分和所述至少一个线性部分的交点处，所述曲线部分斜率与所述至少一个线性部分的斜率匹配。
18.根据权利要求15所述的光学层，其特征在于所述渐收光准直元件由空气包围。
19.根据权利要求15所述的光学层，其特征在于所述光准直元件由具有第一折射率的聚合物形成，而所述渐收光准直元件由具有第二折射率的第二聚合物包围，所述第一折射率高于所述第二折射率。
20.根据权利要求15所述的光学层，其特征在于各所述光准直元件具有透镜状形状以及矩形截面。
21.根据权利要求15所述的光学层，其特征在于所述光准直元件在所述光准直膜的光输出侧彼此接触。
22.根据权利要求15所述的光学层，其特征在于所述光准直元件在公用聚合物片内彼此接触。
23.一种配置为反射从第一方向到达的光并透射从与所述第一方向相反的第二方向到达的光的透反装置，所述透反装置包括至少一个浸没层，包括具有第一和第二侧面的第一浸没层，其中所述第一侧面面向在所述第一方向投射光的背光源，而所述第二侧面面向从所述第二方向到达的光；至少一个反射层，包括具有第一和第二侧面的第一反射层，其中所述第一侧面面向所述背光源而所述第二侧面面向从所述第二方向到达的光；至少一个光学元件层，包括具有第一组光学元件的第一光学元件层，其中各所述第一组光学元件分别朝向从所述第二方向达到的光渐收，各所述光学元件具有小面积端部以及大面积端部，其中所述第一组光学元件的各元件的大面积端部接触所述第一组光学元件的另一个元件的大面积端部，并且其中所述第一反射层内具有与所述第一组光学元件的各元件的小面积端部的定位和形状对应的开孔。
24.根据权利要求23所述的透反装置，其特征在于所述第一反射层的第一侧面与所述第一浸没层的第二侧面接触，而所述第一组光学元件的小面积端部与所述第一反射层的第二侧面接触。
25.根据权利要求23所述的透反装置，其特征在于所述第一浸没层的第一侧面与所述第一反射层的第二侧面接触，而所述第一组光学元件的小面积端部与所述第一浸没层的第二侧面接触。
26.根据权利要求23所述的透反装置，其特征在于所述第一反射层的第一侧面与所述第一浸没层的第二侧面接触，而所述第一组光学元件的小面积端部经所述第一反射层的开孔延伸并接触所述第一浸没层的第二侧面。
27.根据权利要求23所述的透反装置，其特征在于所述至少一个光学元件层包括具有第二组光学元件的第二光学元件层，所述第二组光学元件的各元件朝所述背光源渐收，使得各光学元件具有小面积端部和大面积端部，而所述第二组光学元件的大面积端部邻近所述第一组光学元件的大面积端部；其中，所述至少一个反射层包括具有第一侧面和第二侧面的第二反射层，使得所述第一侧面面向所述背光源，而所述第二侧面面向从所述第二方向达到的光，所述第二反射层内还具有与所述第二组光学元件的各元件的小面积端部的定位和形状对应的开孔；其中，所述至少一个浸没层包括具有第一侧面和第二侧面的第二浸没层使得所述第一侧面面向所述背光源，而所述第二侧面面向从所述第二方向到达的光。
28.根据权利要求27所述的透反装置，其特征在于所述第二浸没层的第一侧面接触所述第二反射层的第二侧面，而所述第二组光学元件的小面积端部与所述第二反射层的第一侧面。
29.根据权利要求27所述的透反装置，其特征在于所述第二反射层的第一侧面与所述第二浸没层的第二侧面接触，而所述第二组光学元件的小面积端部与所述第二浸没层的第一侧面接触。
30.根据权利要求27所述的透反装置，其特征在于所述第二浸没层的第一侧面与所述第二反射层的第二侧面接触，而所述第二组光学元件的小面积端部经所述第二反射层的开孔延伸并接触所述第二浸没层的第一侧面。
31.根据权利要求28所述的透反装置，其特征在于所述第一组光学元件和所述第二组光学元件由空气包围。
32.根据权利要求28所述的透反装置，其特征在于所述第一和第二光学元件由具有第一折射率的第一聚合物形成，而所述第一组光学元件和所述第二组光学元件由具有第二折射率的第二聚合物包围。
33.根据权利要求32所述的透反装置，其特征在于所述第一折射率大于所述第二折射率。
34.一种用于具有背光源的系统中的光准直装置，所述光准直装置包括至少一个光学元件层，包括具有带延伸过所述光学元件层的水平面矩形底部的三维光学元件的第一光学元件层，其中所述光学元件沿曲线路径朝所述背光源渐收。
35.根据权利要求34所述的光准直装置，其特征在于所述至少一个光学元件层包括具有带延伸过所述光学元件层的水平面矩形底部的三维光学元件的第二光学元件层，所述第二光学元件层的光学元件沿弯曲路径朝所述背光源渐收。
36.根据权利要求35所述的光准直装置，其特征在于所述第一光学元件层的水平面矩形底部正交于所述第二光学元件层的水平面矩形底部。
37.根据权利要求35所述的光准直装置，其特征在于所述第一光学元件层设置在所述背光源和所述第二光学元件层之间。
38.根据权利要求35所述的光准直装置，其特征在于所述第二光学元件层包括金属层。
39.一种光学元件层内的用于传光的含光区域，所述含光区域包括多边形的光输入端；多边形的光输出端；多个侧面，从所述光输出端向所述光输入端渐收。
40.根据权利要求39所述的含光区域，其特征在于所述多个侧面包括至少一个为复合抛物面聚光器的区域。
41.根据权利要求39所述的含光区域，其特征在于所述多个侧面包括至少一个为复合抛物面聚光器的圆形近似的区域。
42.根据权利要求39所述的含光区域，其特征在于所述侧面包括至少一个线性部分。
43.根据权利要求41所述的含光区域，其特征在于所述侧面包括至少一个第一线性部分以及第二线性部分，并且其中所述第一线性部分与所述光输出端相邻，所述第二线性部分与所述光输入端相邻，并且所述复合抛物面聚光器圆形近似位于所述第一和第二线性部分之间。
44.根据权利要求41所述的含光区域，其特征在于所述多个侧面包括至少一个线性部分，并且其中在所述复合抛物面聚光器部分的圆形近似与所述至少一个线性部分的交点处，所述复合抛物面聚光器部分的圆形近似与所述至少一个线性部分的斜率相匹配。
45.根据权利要求39所述的含光区域，其特征在于各侧面的总长度是近似于复合抛物面聚光器的圆弧。
46.根据权利要求39所述的含光区域，其特征在于所述复合抛物面聚光器的近似具有小于大约1∶1到大于大约7.5∶1的纵横比。
47.根据权利要求39所述的含光区域，其特征在于所述含光区域具有矩形水平面截面，以使光从所述光输出端不对称输出，其中沿所述矩形输出端的长度输出的光的角度分布大于沿其宽度的光的角度分布。
48.一种用于具有背光源的系统的准直装置，所述准直装置包括反射层；以及由多个三维光学元件形成的光学元件层，各所述光学元件具有光输入端以及光输出端，各光学元件朝所述背光源渐收以使所述光输入端的水平面截面面积小于所述光输出端的面积，以及其中所述反射层具有与所述光学元件的光输入端的位置和形状对应的开孔。
49.根据权利要求48所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件具有多边形水平面截面。
50.根据权利要求48所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件为透镜形并且其水平面截面为长度等于透镜状通道长度的矩形。
51.根据权利要求48所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件具有复合抛物面聚光器结构。
52.根据权利要求48所述的准直装置，其特征在于各所述光学元件具有复合抛物面聚光器结构的圆形近似。
53.一种装置，包括具有反射表面的透反像素；以及具有多个含光区域的光学元件层，其中各含光区域沿弯曲路径朝所述透反像素渐收，以使各含光区域具有小面积端部和宽面积端部，其中所述小面积端部与所述透反像素对齐。
54.根据权利要求53所述的装置，其特征在于进一步包括与所述透反像素对齐的多个彩色滤光片。
55.根据权利要求53所述的装置，其特征在于进一步包括背光源；前偏振片；后偏振片；以及至少一个玻璃层。
56.根据权利要求55所述的装置，其特征在于所述至少一个玻璃层包括前玻璃层。
57.根据权利要求55所述的装置，其特征在于所述至少一个玻璃层包括前玻璃层以及后玻璃层。
58.根据权利要求53所述的装置，其特征在于所述装置包括具有多个含光区域以及反射层的准直层。
59.一种制造具有光学元件层以及反射层的装置的方法，所述方法包括以下步骤利用透镜/掩模系统用激光对光敏聚合物的一侧进行曝光以便在所述聚合物中形成含光区域；根据由折射率变化产生的经所述含光区域的光输出来导引打印系统；以及在没有光输出的区域上印刷反射层。
60.根据权利要求59所述的方法，其特征在于进一步包括以下步骤在所述反射层上方沉积覆盖聚合物，由此浸没所述反射层。
全文摘要
本申请公开了一种用于具有背光源的系统中的准直装置和透反装置。在本申请的一个实施例中，准直装置和透反装置分别包括浸没层、反射层以及由多个三维光学元件形成的光学元件层。各光学元件是渐收的以使小面积端部的水平面截面面积小于宽面积端部的水平面截面面积。准直装置的光学元件朝向背光源渐收，而透反装置的光学元件远离背光源渐收。反射层具有与光学元件的光输入端的位置和形状相对应的开孔。
文档编号G02F1/1335GK101091133SQ200580033775
公开日2007年12月19日 申请日期2005年8月9日 优先权日2004年8月10日
发明者尼尔·D·卢巴特, 蒂莫西·J·沃西曹斯基, 托马斯·E·拉希 申请人:闪亮胶片有限责任公司