专利名称：前照亮显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种前照亮(frontlit)电子显示器。
背景技术：
通常由对一传光阀(trasmissive light valve)提供均匀照明的诸光导板(light guideslab)(通常称为“后光源(backlights)”)对平板显示器进行后照射。该后光源对该显示器可以是主光源，或在一主要地反射(通常称为一“超反射的(transflective)”)显示器中是一辅助照明源。或者，可以由一光导板(通常称为一“前光源”或“前光导管”)对平板反射显示器进行前照射，光导板从一反射光阀(reflective light valve)的观看侧提供均匀照明。这允许不用后光源和在该光阀中放置一反射层，从而前光源被关掉时在良好照明(well-lit)的环境光条件下增加了显示器的反射率和亮度。前光导管应该具有足够的清晰度，以致它们不使显示的图像变形或显著衰减。较佳地，前光导管还以在暗环境条件下足够使显示器可看清楚的这样的亮度均匀地照射显示器。
美国专利5,396,350示出了具有一阵列微棱镜的一后光源，该阵列微棱镜将光线反射进入一传光阀。
美国专利5,428,468示出了使用一波导管和将光反射出波导管的一阵列微棱镜。美国专利5,995,690示出了用于偶合来自一波导管的光线的一光引出带。
日本公开的专利申请JP11344695A(等同于WO 9963394)示出了一整体的前光导管和接触板，其中光导管部分由模制的塑料制成。利用一层透明树脂将光导管的上表面粘结于接触板的下表面，以及光导管的下表面具有由透明的或半透明树脂的一印墨形成的一多边形或圆的点图形，该树脂比光导板具有更高的折射率和含有一光扩散颜料。或者，光导管的下表面能够形成有平行于传光板(light transmissionplate)的输入部的端表面的“细皱纹”或“棱镜”(显示为锯齿凸起)。这参考文献的光导管(light guide)利用由上述光扩散颜料进行的扩散或通过上述皱纹或棱镜折射，从光导管引出光线进入一光阀。在这参考文献中的锯齿部分用锯齿的倾斜部分面朝着离开光导管的光输入端的方向而定向。
日本公开专利申请JP2000-47178A示出了一整体的前光导管和接触板，其中光导部分呈楔形并在其上表面上具有由诸隔片(spacer)组成的一图形。这参考文献的光导管利用由诸隔片产生的扩散将光从光导管引出进入一光阀。
在下列专利中示出了其它照明的前或后照射照明或显示装置美国专利4,373,282，4,528,617，4,751,615，4,799,137，4,811,507，4,874,228，5,005,108，5,050,946，5,054,885，5,190,370，5,341,231，5,359,691，5,485,354，5,506,929，5,555,109，5,555,329，5,575,549，5,594,830，5,608,550，5,608,837，5,613,751，5,668,913，5,671,994，5,835,661，5,894,539，6,011,602和6,139,163；欧洲专利申请EP 0 802446A1；日本公开专利申请JP 61188515A，JP11065764A，JP11110131A，JP11174972A，JP112601333A，JP11316553A，JP11065764A和JP2000075293A；以及，PCT公开专利申请WO99/63394A。
发明概要虽然已经提出了许多被照明的显示装置，仍然需要较薄的、较有效的或被均匀地照明的装置、需要能够较易于构造的装置和有较低的功率消耗的装置。许多目前的装置并没有利用由光源供应的全部光线。如果能够将这些未利用的光线引导至显示器，那么能够进一步降低功率消耗和增加显示器的亮度。
某些上述被照明的显示装置利用散射和折射将光线从光导管中引出。这些方法能够引起对比性的下降，或能够以比最佳角度小的角度将光线供应给显示器中的一光阀。
本发明在一个方面提供了一被照明的显示器，该显示器包括a)至少一光源；b)一前光导管，它具有至少一光输入面、一观看面和一光输出面，通过光输入面能够将来自光源的光线供应给光导管，光输出面与观看面相对，光输出面具有在其上的一光引出层(light extraction layer)，该引出层具有一基本平的光射出面和含有从光导管引出供应的光线通过光射出面的诸埋入的小反射平面；以及c)一反射光阀，它接受从光导管引出的光线和返回至少某些光线通过观看面。
能够易于例如从具有两个主面的模制的塑料或玻璃(例如普通平板玻璃)制造光导管。诸主面中的一个形成观看面，该观看面被利用作为或它设置有一光保护复层。另一主面形成光输出面，该光输出面被粘结或用其它方法固定于一被构造的表面、光滑表面片的被构造侧。该被构造的表面具有在被构造侧上的诸小平面，它们将反射来自光导管的光输出面的所供应的光线通过该片的光滑表面(光射出表面)并进入反射光阀。能够将一可选用的防反射涂层涂复于光滑表面片的光射出面。因为光导管具有位于在光导管与光阀之间的诸微构造的反射镜片(reflectiveoptics)，以及因为光导管能够具有一光滑观看面，所以本发明的被照射的显示器是较牢固的，与在一光导管的观看面上具有微构造的光学特征的被照射的显示器相比不大可能被损坏。本发明的显示器的较佳实施例有效地引出所供应的光线，同时展现了良好的对比性和较低的形变。
附图简述
图1是本发明的一被照明的显示器的侧视图。
图2是图1的显示器的简化的侧视图，它示出了由环境光和所供应的光束运行的一般路径。
图3是图1和图2的显示器的一部分的放大侧视图，它示出了被构造的光引出层和一所供应的光束运行的路径。
图4是本发明的一被照明的显示器的一部分的放大侧视图，它具有一凸平面(plateau)长度对槽底面(land)长度的较小比值。
图5是本发明的一被照射的显示器的一部分的放大侧视图，它具有一凸平面长度对槽底面长度的较大比值。
图6是示出凸平面长度对槽底面长度的比值和引出效率之间关系的曲线图。
图7是示出一光泄漏源的放大的局部侧视图。
图8是示出一重影源(source of ghosting)的放大的局部侧视图。
图9是示出能够减少光泄漏和重影的一引出结构的放大的局部侧视图。
图10是示出能减少光泄漏的一光导管和一引出结构的放大的局部侧视图。
图11是本发明的一显示器的分解侧视图。
图12是本发明的另一显示器的分解侧视图。
详细描述当本申请中使用用语，例如“在…之上”、“在顶上”、“上部的”、“向上”、“在…底下”、“在…之下”、“下部的”和“向下”等叙述在一显示器中诸组成部分的位置或方向时，采用这些用语仅仅是为了方便的目的和假定显示器的观看表面是水平的和从上方观看。这些用语并不意味着暗示对于该复杂的显示器的或在该复杂的显示器的实际使用中所供应的光线或环境光线运行的路径的任何所要求的指向。还能够通过比较一基准平面方便地叙述本发明的某些组成部分和它们的相互关系。为了本发明的目的，将把基准平面取为由前光导管的光输出面(或很靠近的)所形成的平面，利用以上所述的方向惯例该平面是光导管的下面。
现在参阅图1，以示意图的形式示出了总地以标号″10″标注的一被照射的显示器。由光源42所供应的(换句话说，非环境的)的光线将进入联接件44，在那里通常它从一个点光源或多个点光源转换成适合用于在显示器10中的一个线光源。然后所供应的光线进入前光导管12的光输入面14，以及如以下在图2和3中详细解释地那样向下通过进入和然后向上返回走出反射光阀(在这情况中，一反射的液晶显示器(LCD))36。光导管12是一楔形，该楔形从光输入面14朝端部35减小厚度。如以下详细解释的那样，光导管不需要制成为一楔形，以及对于某些应用情况而是具有一相对不变的厚度。为了避免可能的碎裂或断裂，光导管12在端部15并不逐渐被减薄到一刀刃状。光导管12还具有光输出面16和观看面18。一可选用的透明的粘结剂(图1中未示出)将被构造的光引出光引出层32固定于光导管12的光输出面16。一空气间隙35将光引出层32的下面33与位于反射的LCD36顶上的偏光镜38分开。反射层40位于反射的LCD36的底面上，以及(认为反射的LCD36是被适当调制的允许光线通过)用于将来自组件22通过反射的LCD36的光线向上朝组件22返回。
图2示出了本发明的一被照明的显示器20。不像图1中通常逐渐变薄的光导管12，光导管22具体一总体上平面的形状。由观看面28的全内反射将例如从光源42供应的光束45朝光导管22的相对端25反射。一旦以一适当角度撞击光输出面26，光束45将通过进入被构造的光引出层32。如果光束45以一适当角度撞击光引出层32中的一小平面(图2中未示出)，光束45将从该小平面被反射，通过光引出层32的下面33出来和因此从光导管22被引出。被引出的光线将通过空气隙35和然后进入偏光镜38和反射的LCD36。假设反射的LCD36是被适当调制的，光束45将通过进入反射的LCD36，撞击反射层40，被反射回来LCD和偏光镜38进入光引出层32和光导管22，通过观看面28射出光导管22，从而能够被观众48看到。
如果环境光亮度足够高，那么观众48能够看到由被照明的显示器所传递的信息，而不需要由光源42进行照明。例如环境光束50的环境光束通过观看面进入显示器20，通过上述的各种组成部分和若干层，以及(假定反射的LCD36是适当地被调制的)撞击反射层40和被反射回来通过反射的LCD36朝向观众48。
在图1的被照明的显示器10中，从光源42供应的光线被引导在光导管12的两个渐缩的面16和18之间。在图2中的被照明的显示器20中，从光源供应的光线被引导在光导管22的两个总体上平行的面26和28之间。可以采用任何一种结构以及将提供某些优点。例如光导管12的一楔形光导管提供所供应的光线的较大部分用于显示器照明。由于它呈楔形，它将有利地通过模制一可选用的适当的热塑性聚合物最方便地制造这一光导管。例如光导管22的一总体上呈平面的光导管将减少射出“顶”面的散逸的光线，并可以具有引出效率，但也能够提供有利地降低显示器的总厚度的优点。能够通过模制一可选用适当的热塑性聚合物制造一整体平面的光导管，以及能够代之以一低成本耐用的材料，例如平板玻璃制造。
参阅图3，以一放大的侧视图示出了适合用在本发明的显示器中的一光引出层。光引出光引出层32具有一光射出面33和一具有例如凸起52和53的多个凸起的上表面，这些凸起面朝或指向(和较佳地光学地接触于)光导管22。面33是“基本上平的”，即，面33充分地平以避免在该显示器中引起有害的形变。光引出层32的上表面是“被构造的”，即，它具有非平面形状，该形状具有能够影响撞击光引出层32上表面的光束的方向或强度的细致成形的结构特征(例如凸起52和53)。凸起52和53的两侧是例如槽底面60a和60b的槽底面部分和例如凹入区58a和58b的封闭的凹入区(pocket)，凹入区含有一介质(例如空气)，该介质的折射率比制造光引出层32的材料的。折射率低。凸起部分具有例如升起面(riser)54a、凸台面(plateau)55a和小平面(facet)56a的升起面、凸台面和小平面部分。为了讨论的目的，例如凸起52和53的凸起可以称为“总体梯形”，不过诸凸起仅具三个侧面和通过画一假想线以完成一凸起的第四侧面而形成的一四边形可以没有两个平行的侧面。
使用透明粘结剂50将诸凸台面层叠于光导管22。凸台面55a依靠着粘结剂50以及总地与光引出层32的其它凸台面是共平面的。例如小平面56a的诸小平面是“埋在”光引出层32内，即，这些小平面位于光引出层32之内、光导管22的光输出面16和光引出层32的光射出面33之间。升起面54a邻近凸台面55a，凸台面又邻接小平面56a。较佳地(暂时不考虑透明粘结剂的任何中间层)，诸小平面是靠近或很接近光输出面26和离开光射出面33较远。
例如小平面56a的诸小平面被定向成使例如所供应的光束46的来自光导管22的输入面的光线能够通过粘结剂50和凸平面55a，撞击小平面56a，被向下反射和因此离开光导管22通过射出表面33被引出。这样，利用诸反射镜将供应的光线从光导管引出。至今已提出的许多前光导管使用的、依靠诸折射镜，例如通过使用在光导管的射出面上的一棱柱形的(例如锯齿、正方波或有齿的)表面的一引出结构。
能够相对基准平面以直角或接近直角从光导管引出供应的光线。换句话说，能够相对反射光阀以入射的零角度或接近零角度引出供应光。与依靠折射引出的诸光导管比较，这能够提供改进的进入光阀的引出光的耦合。利用折射引出，难于实现引出角度的方向线(centroid)相对基准平面大于约40°。换句话说，难于实现相对于至光阀的一法线的引出光线的方向线的入射角小于约50°。如果引出光线以太大的入射角到达光阀，那么该光阀将不能有效地朝观众反射光线，或者将要求附加的镜片(例如附加的折射镜片)来对引出光再定方向。
在反射镜基础上的一引出结构比在折射镜基础上的一引出结构对供应光线的波长中的变化不大敏感。与至今已提出的某些被照明的显示器比较，这能提供本发明的被照明的显示器的改进的颜色均匀性。与折射的引出结构比较，用反射的引出结构还较少产生能够导致有害的重影和损失对比性的散逸反射。在反射的引出结构中确实产生的散逸反射趋向于被指向于离开观众。在折射的引出结构中，某些散逸的反射趋向于指向观众，导致总对比性的损失。如果将这些散逸反射称为干涉带，那么它们沿着观看轴线的存在代表了一干扰源和信号对干扰比的损失。
与使用诸折射镜比较，在本发明的被照明的显示器中使用反射引出镜能够提供改进的设计灵活性和性能。
熟悉本领域内的那些技术人员将会理解虽然在图3示出的例如槽底面60a和60b的诸槽底面是平行于基准平面的，但是它们不需要平行。此外，例如升起面(riser)54a的诸升起面不需要相对于基准平面对称倾斜。同样，例如小平面56a的诸小平面不需要相对基准平面对称倾斜。
熟悉本领域的那些技术人员也将会理解在光引出层32的诸凸起可以具有不同于图3所示的形状和方位，只要发生从光导管22适当引出光线进入反射的LCD36即可。较佳地选择供应的光线从光源42进入光导管22的角度、在光引出层32上的诸凸起的尺寸、节距和角度方向，使供应的光线均匀地分布在显示器的整个观看表面上。
图4至6示出了凸平面长度对槽底面长度的比值对来自光导管的底面的总的光线输出的效果。图4示出了总地以标号″70″标注的一被照明的显示器的一部分的放大侧视图。被构造的光引出层71具有例如被升起面74、凸台面76和小平面78所定界的、两侧有槽底面80a和80b的凸起72的诸凸起。在光引出层71中所有凸平面的总长度小于在光引出层71中所有槽底面的总长度，或换句话说，总凸平面长度对总槽底面长度的比例小于1∶1。由于相对较小的光引出层71的总凸平台面积，可用的引出窗口相对较小，以及例如小平面78的诸埋入的小平面的某些可能的反射部分对于例如光束46a的供应的光束会不能到达。因此，这些供应的光束的一小部分将能够以一适当角度到达光引出层71中的诸小平面，从而能够从光导管22引出供应的光束通过射出面82，以及来自光导管22的总光线输出可能较希望的少。
图5示出了总地以标号″90″标注的一被照明的显示器的一部分的一放大侧视图。被构造的光引出层91具有例如被升起面94、凸台面96和小平面98定界的、两侧有槽底面100a和100b的凸起92的诸凸起。在光引出层91中所有凸平面的总长度大于光引出层91中所有槽底面的总长度，或换句话说，总凸平面长度对总槽底面长度的比例大于1∶1。由于光引出层91的相对较大的凸平面，平面的面积的大部分或全部可用于反射，将能使例如光束46b的供应的光束从光引出层91中的诸小平面反射和从光导管22引出通过光射出面99。在图5的被照明的显示器来自光导管22的底面的总的光输出将会大于从图4的被照明的显示器的相应的总的光输出。
图6是示出凸平面长度对槽底面长度的比值和来自光导管的射出面的光输出的关系的曲线图。总之，光输出(或引出效率)随着凸平面长度对槽底面长度的比值的增长而增加，呈一近似对数关系。较佳地，总凸平面长度对总槽底面长度的比例是至少1∶1，更较佳地至少3∶1。一旦全部小平面被暴露和对供应的光束可以到达，凸平面长度的重要性减小和图6所示的曲线成为水平。总之，较佳的是槽底面长度大于零。例如，如果由一柔性薄膜形成光引出层，那么较佳地是槽底面不应短到难以从通常被用来产生一被构造的柔性薄膜的成型工具上将该薄膜剥离的程度。
图7是本发明的一被照明的显示器100的放大的局部侧视图，它示出了一可能的光泄漏源。例如光束46c的某些光束通过从被构造的光引出层104的下面102的内全反射将朝向例如小平面103的一被埋入的小平面而向上反射。以对小平面的足够小的入射角光线将通过小平面反射，通过粘结剂层105和光导管108，以及以大入射角射出光导管108的上表面106，离开一通常的使用者的观看轴线。这光线将被失去和不会有助于提高对观众接受的图像亮度。
图8是本发明的一被照明的显示器110的放大的局部侧视图，示出了一可能的重影反射源。例如光束46d的某些光束将从例如被埋入的小平面111的一小平面向下反射，从被构造的光引出层114的射出面112向上反射，通过粘结剂115和光导管118，射出光导管118的上面116。这些光束将比图7中的光束46c的情况中的入射角更小的入射角射出光导管118，并能够看到为该光源的一重影图像。
图9是本发明的一被照明的显示器120的放大的局部侧视图，它具有能减少如图7所示的光泄漏的一被构造的光引出层124和能够减少如图8所示类型的重影反射的一防反射涂层。例如从光引出层124的下面122向上反射的光束46e的光线通过埋入的小平面126和升起面128被折射，然后通过附近的小平面130和升起面132折射再回到光引出层124内。由于面122上的防反射复层125的存在，例如从例如埋入的小平面126的一小平面反射的光束46f的光线撞击光引出层124的下面，并通过面122。
与施加到一被构造的表面相比，易于将一均匀的防反射涂层涂复到一平表面。与在使用折射镜通过在最下面上的一被构造的表面引出光线的前光导管的最下面上使用一复盖层相比，较容易地在本发明的显示器中使用的光引出层的最下面(换句话说，光射出面)上施加这样的一复层。
熟悉本领域的那些技术人员将会理解能够对射出面33施加附加的防反射复层或其光控制层或结构特征，只要仔细地保护射出层33的基本平的形状和防止在被观看的图像中引入不需要的形变即可。
熟悉本领域中的那些技术人员也将会理解能够使用一个以上的光源对本发明的显示器供应光线。例如，再次参阅图2，沿着光输入面24能够放置多个光源。虽然在图中没有示出，也能够沿着端部25放置多个光源。如果沿着输入面24和端部25供应光线，那么在被构造的光引出层32中的诸凸起(例如，像图3中所示的凸起52和53的诸凸起)较佳地应该相对于从输入面24和端部25供应的光线成对称地定向。如果仅沿着输入面24供应光线，那么，最好是端部25装有一镜面或其它适当的反射体，以将到达端部25的光线返回入光导管22。
图10是具有一光导管142和能够减少光损失的一被构造的引出层144的一被照明的显示器140的放大局部侧视图。光导管142装有一镜面的或扩散的反射体146，它将例如光束46h的光线返回进入光导管142。通过倾斜或偏置光源(图10中未示出)能够进一步减少到达反射体146的光线数量，从而它的大多数光输出所沿行的轴线不平行于光导管142的上面。例如光束46g的光束从例如埋入的小平面148的诸小平面被向下反射和从层144被引出。例如光束46h的光束从反射体146被反射回来进入层144和通过从例如埋入的小平面150的诸小平面反射而被向下反射。可以沿着光导管142的长度重复这些相对倾斜的诸小平面。
图11是本发明的一被照明的显示器160的分解侧视图，示出了能组装在一起的各层。可选用的保护膜161形成在光导管162的上面164上。可选用的透明粘结剂层165和166涂复在载体薄膜168的相对两侧上和在旁侧面上。用一适当的被构制轮廓的工具从基底薄膜172和一光可固化的树脂形成被构造的光引出层170，然后被固化以在基底薄膜172的顶上形成光固化的被构造的表面174。如果需要，在基底薄膜172的下面可以施加一可选用的防反射涂层(图11中未示出)。当使用一连续的方法在基底薄膜172上形成被构造的表面174时这将特别方便，这是因为能够使用一连续的方法同样地在基底薄膜172的相反侧上施加该防反射涂层。
例如凸台180a和180b的被构造的光引出层170的诸凸台部分层叠于粘结剂层166，要小心不要损坏层170的被构造的表面174和不要用粘结剂充填在层170中的诸凸起之间的空气间距。然后粘结剂层165可以层叠于光导管162的光输出面163。可以方便地销售所产生的组件或与附加的显示器部分组合起来销售。例如，该组件可以放置在一适合的反射光阀的顶上和装有供应的光线的光源和适合的控制电子设备。作为进一步的一例子，可选用的透明的粘结剂层165和166可以涂复在载体薄膜的两相对侧，粘结剂层166可以层叠于被构造的光引出层170的凸台部分，以及，可以销售在一光导管的光输出面上有上述叠层的所制成的组件。
如果需要，可以通过用一粘结剂层178将偏振镜176层叠于反射的LCD182的上表面制成一更完整的组件。反射的LCD182包括光调制单元184和反射层186。熟悉本领域的那些技术人员可容易想像出其它更加完全或不大完整的组件。
图12是本发明的另一被照明的显示器190的分解侧视图，示出了能组装的和固定于光导管192的光输出面193的各层。在光导管192的上面194上形成保护膜191。将光学透明的粘结层195施加于光导管192的光输出面193。用一适当的被构制轮廓的工具由基底薄膜198和一光固化的树脂形成被构造的光引出层196，然后固化形成在基底薄膜198顶上的光固化的被构造的表面200。将被构造的层196层叠于粘结剂层202和偏振镜204，小心不要损坏层196的被构造的表面200和不要用粘结剂充填在层196中的诸凸起之间的空气间隔。如果需要，在基础薄膜198的下面上可以涂复一可选用的防反射涂层(在图12中未示出)。与图11的组件比较，图12的组件具有较少的层数和在光路径中较少的光学界面(optical interface)，但是在加工中和层叠期间要求稍许更加仔细地进行。
光导管可以具有任何所需的总尺寸和厚度，但较佳地尽可能地薄，例如5毫米或更薄。当从所打算的显示观看位置观看时，光导管可以是方的、矩形的、椭圆形的或任何其它所需形状。通常光导管的尺寸和形状由所需的显示装置的尺寸和形状决定。光导管的厚度较佳地是从约0.1至约5毫米，更较佳地约1至约2毫米。
光导管可以由各种光学上适合的材料制造，这些材料包括玻璃；聚碳酸酯；例如聚甲基丙烯酸甲酯的聚丙烯酸酯；以及，聚苯乙烯。用玻璃和例如聚碳酸酯的高折射率的塑料是较佳的。光导管的光输入面和观看面都可以是大致平面的或可以有一凸起或凹入的曲率。当光源是一点或线光源时，光输入面可以设置有一凸出曲率、小透镜、棱镜、一变粗糙的表面或其它结构特征，以便使入射光更均匀。观看面较佳地具有一光学上光滑的光洁度，以便使传输损失、不需要的扩散和形变减至最小。
光引出层可以由各种光学上适合的材料制成，这些材料包括聚碳酸酯；例如聚甲基丙烯酸甲酯的聚丙烯酸酯；以及，聚苯乙烯。用例如聚碳酸酯的高折射率的塑料是较佳的。光引出层较佳地是一柔性的被构造的薄膜，该薄膜是通过模制、压纹、固化或其它形成一对着一车床旋转工具(lathe-turned tool)的可模制的树脂表面或其它成形表面，由金属或其它承受着一所需被构造的表面的复制阴模的耐用材料所制成。用于产生这些成形表面和用于模制、压纹或固化引出薄膜的方法对于熟悉本领域的那些技术人员来说是很熟悉的。
如果需要，可以利用适当的光线跟踪模制软件而不需要实际的层加工就能评价个别的光引出层设计，这些软件例如是出自Breault Research Organization有限公司的“ASAP”，出自光学研究协会的“Light Tools”，出自Wolfram Research有限公司的“Optica”和出自Focus软件有限公司的“ZEMAX”。
存在于光引出层中(以及是埋入在组装的光导管和引出层中)的诸小平面最好是是充分小的，以便对一普通观众是不引人注目的。较佳地选择光引出层的诸小平面和其它光线控制特征的结构、形状和尺寸使引出效率最大和以所需的观看角提供均匀分布的光输出。
诸凸起较佳地横越光引出层的全部宽度延伸。虽然不太佳，但是诸凸起可为比整个宽度部分较短的形式，诸凸起在诸行和诸列中相互对齐或行与行彼此错开。诸行突起能被安排得平行于光输入面或多个面，或者相对光输入面或多个面成一角度。更较佳地，诸凸起延伸横越光引出层的整个宽度和总地平行于光输入面或多个面。
在附图所示的本发明的各实施例中，在被构造的光引出层中多个个别的凸起被示为从凸起到凸起具有相同倾斜方向、形状和尺寸。诸凸起不需要全部相同和不需要全部具有相同的倾斜方向、形状或尺寸。为了易于制造，通常较佳的是形成一具有诸凸起的光引出层，其中诸凸起的升起面、凸平面和小平面段从凸起到凸起具有相同的倾斜角度和段长度。如果需要，这些凸起之间的诸槽底面段也能够在倾斜方向和段长度方面相互是类似的。但是较佳地在光导管的光输入面或多个面附近以一相对较大的节距(重复间距)分开诸凸起，以及进一步离开光输面或多个面以一相对较小的节距分开诸凸起。对于仅仅从一端被照明的一光导管来说，通过沿着引出层的长度从光输入面到在光导管的另一端处的该面逐渐减少槽底面段的长度能够方便地实现间距中的这变化。较佳的节距是从在光输入面或多个面处每毫米约0.06个至约12个凸起到远离光输入面或多个面的最大约250个至约1个凸起。
本领域内熟练的人员将会理解能够以多种方法减少或防止Moir′e或其它干涉图形。例如，诸行凸起的尺寸、角度方位或间距可以相对在反射光阀中的诸像素或其它重复单元的尺寸、角度方位或间距进行调节(例如通过相对诸行像素的方向将诸行凸起的方向倾斜几度)，从而在显示器的观看面处将干涉图形减至最少或消失。
各光引出层升起面部分最好是平面的，不过如果需要可以利用其它凸起或凹入形状。较佳地光引出层的诸小平面和其它被构造的表面部分是光学上光滑的，以便避免由于光导管中光线的反向扩展可以引起的不希望有的视觉赝象(visualartifact)。
光引出层较佳地具有约20微米至约500微米的厚度，更较佳地约75至约125微米。小平面的高度(或换句话说，槽底面深度)约5至约50微米是较佳的，更较佳地约7至20微米。只要诸小平面具有充够的高度，所选择的引出层厚度对引出效果的影响较小。
随着小平面高度的增加、随着光导管厚度的减小或凸起节距的缩小，引出效率则趋于增加，即，引出效果趋向正比于(小平面高度)/[(光导管厚度)×(节距)]。稍许进行变化，引出效果趋向正比于诸小平面的总横截面面积被光导管输入面的总横截面面积除。
在本发明的显示器中用来组装各层的诸粘结剂层可以是压敏粘结剂，利用能源、例如热、紫外线或电子束固化的粘结剂或具有可接受的光学的和机械的性能的任何其它粘结剂。熟悉本领域的那些技术人员对适合的诸粘结剂和诸接合技术是熟悉的。如果需要在组装之后可以固化粘结剂层的一层或多层，例如通过对要接合在一起的一层或两层涂复粘结剂，将这些表面配合在一起形成一层叠的组件，以及通过该叠层组件的一侧或两侧将粘结剂层或多层暴露于合适的固化能(例如紫外线或电子束)以实施固化。
应该仔细地涂复在光导管和光引出层之间的粘结剂。例如能够将这一粘结剂涂复到光导管的整个光输出面和所层叠的光引出层上。如果需要，可以将粘结剂仅涂复在光引出层的凸平面部分的顶面以及层叠于光导管的光输出面的所形成的局部涂复表面，即如美国专利5,545,280中所述。在任一情况中，应该适当的仔细进行，不要损坏光引出层的被构造的表面，以及不要用粘结剂充填在诸凸起之间的凹入区。
如果需要，在层叠之前用具有比制造光引出层的材料的折射率低的折射率的一合适的可流动的(和较佳地可硬化的)材料充填于诸凸起之间的凹入区。这能够简化光引出层对光导管的层叠，以及有助于阻止粘结剂充填凹入区。但是，如果该可流动的材料具有在空气的折射率与制造光引出层的材料的折射率之间的一折射率，那么使用这一可流动的材料可能有害地影响诸小平面的特性，并与利用空气填充凹入区相比较可能降低总的引出效率。
本发明的被照明的显示器在用小电池供电的发光二极管(LEDs)照明的一超小型或小型装置中特别有用。适合的装置包括移动电话、电话呼叫机、个人数字辅助设备、钟、表、计算机、和摄像机、膝上式计算机、车辆显示器等。能够使用各种彩色或单色装置制造这些装置中的反光阀。例如，反光阀可以是使用在COMPAQiPAQTM小型个人计算机中的一反射彩色LCD。反射光阀还可以是能够使全内反射受控失效的一装置，例如在美国专利6,064,784和PCT公开的申请WO00/75720中所述的装置；一固定的图像装置，例如一广告画或标牌(例如一印刷的菜单)；或一可变外形的基底，例如“Gyricon”电子显示材料(由Gyricon Media有限公司开发)。本发明的被照明的显示器可以用一个以上的光源，例如三个或多个LED进行照明。可以使用一阵列的彩色光源(即红、绿和兰LED各一个或多个)，用一连续的或选通的选址电路(strobed addressing scheme)对该阵列中的诸光源进行电子地激励。除了LEDs之外，用于本发明的显示器的其它适合的照明源包括荧光或白炽灯、电荧光灯等。用于本发明的被照明的显示器的一特别较佳的光源使用在2001年4月6日提交的、申请号为09/844,745的共同待批申请中所叙述的直线型照明源。
在不脱离本发明的范围和原理的本发明的各种修改和变化对本领域的那些熟练人员是显而易见的。理解本发明不局限于以上所述的诸实施例。
权利要求
1.一种被照明的显示器，该显示器包括a)至少一光源；b)一前光导管，它具有至少一光输入面、一观看面和一光输出面，来自光源的光线能够通过光输入面供应到该光导管，光输出面与观看面相对，光输出面上具有一光引出层，该引出层具有一基本平的光射出面和含有多个从光导管引出供应的光线通过光射出面的埋入的反射的小平面；以及c)一反射光阀，它接受从光导管引出的光线和将至少其中某些光线返回通过观看面。
2.按照权利要求1的显示器，其特征在于，光导管具有与光输入面相对的一反射面，某些小平面是倾斜的，以致从反射面反射的供应的光线通过这些倾斜的小平面从光导管引出。
3.按照权利要求1的显示器，其特征在于，光导管包括一倾斜的塑料片，引出层包括一面对光导管的被构造的表面和一背离光导管的光滑面。
4.按照权利要求1的显示器，其特征在于，光导管包括一平面的玻璃或塑料片，引出层包括一面向光导管的被构造的表面和一背离光导管的光滑面。
5.按照权利要求1的显示器，其特征在于，引出层包括一具有一被构造的表面的薄膜，该被构造的表面包括面向光导管的多个凸起，以及其中诸小平面附近的和在诸凸起之间的诸凹入区包含一种具有一与制造该薄膜的材料的折射率相比为更低的折射率的介质。
6.按照权利要求5的显示器，其特征在于，诸凸起具有一大致的梯形。
7.按照权利要求5的显示器，其特征在于，诸凸起包括诸小平面和还包括诸升起面和诸凸平面，以及其中来自光输出面的供应的光线通过凸平面，然后从一小平面反射、通过光射出面。
8.按照权利要求5的显示器，其特征在于，诸槽底面将诸凸起分开和其中诸凹入区含有空气。
9.按照权利要求8的显示器，其特征在于，总的凸平面长度对总的槽底面长度的比例大于1∶1。
10.按照权利要求9的显示器，其特征在于，该比例大于3∶1。
11.按照权利要求5的显示器，其特征在于，诸凸起具有尺寸、节距和角方位，使供应的光线横越观看表面均匀地分布。
12.按照权利要求5的显示器，其特征在于，从射出面反射的和通过小平面折射的供应的光线通过一附近的小平面折射和被引入光引出层。
13.按照权利要求5的显示器，其特征在于，在光输入面附近的诸凸起以一相对较大的节距分开和进一步离开光输入面以一相对较小的节距分开。
14.按照权利要求5的显示器，其特征在于，诸凸起具有尺寸、节距和角方位，以致在观看面上看不到Moir′e图形。
15.按照权利要求1的显示器，其特征在于，基本上全部小平面区域对所供应的光线是可到达的。
16.按照权利要求1的显示器，其特征在于，还包括在光射出面上的一防反射复层。
17.按照权利要求16的显示器，其特征在于，还包括一在所述复层和光阀之间的空气隙。
18.一种包含按照权利要求1的一显示器的移动电话、电话呼叫机、个人数字辅助设备、钟、表、计算器、膝上式计算机或运输车辆。
全文摘要
一种被照明的前照亮的显示器(10)包括一前光导管(12)，该光导管具有将光线供应到光导管(12)的至少一光输入面(14)、一观看面(18)、一与观看面相对的光输出面(16)，光输出面(16)在其上具有一光引出层(32)，该引出层(32)具有一基本平的光射出面(33)并包含埋入的诸反射小平面(52，53)，该诸小平面将来自光导管(12)的供应的光线引出，通过光射出面(33)到达一反射光阀(36)并返回、通过光导管(12)的观看面(18)，以到达一观众。
文档编号G02F1/13GK1545603SQ02807842
公开日2004年11月10日 申请日期2002年1月15日 优先权日2001年4月6日
发明者K·A·爱泼斯坦, R·P·文茨, G·T·博伊德, S·J·潘克拉茨, K A 爱泼斯坦, 博伊德, 文茨, 潘克拉茨 申请人:3M创新有限公司