CN101681056B - 中空光循环腔型显示器背光源 - Google Patents

中空光循环腔型显示器背光源 Download PDF

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Abstract

由于具有交替的聚合物层的膜使光发生循环，因此中空腔体背光源(600)中的前反射器(610)具有不对称反射特性。所述背光源满足了更薄、更轻的大面积装置的需求，其具有较少的元件，还具有规定的输出偏振以及足够的视角。光导装置中均匀的光分布和定向的输出光(662)分布是必要的。前反射器(610)对一个偏振态(662a)具有部分反射性，而对正交态(666)具有高反射性，其中根据入射s偏振态和p偏振态的不同，所需输出偏振态的部分反射性也不同。还存在一种不对称前反射器，其反射一种入射角分布中的所有光，但部分反射和透射其他光。所述腔体中的转化结构将所述第一分布的光转化成所述第二分布的光。用途：显示器或一般照明。

Description

中空光循环腔型显示器背光源
相关专利申请
下列共同拥有和共同未决的PCT专利申请以引用方式并入本文中：名称为THIN HOLLOW BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGNCHARACTERISTICS(具有有益设计特性的薄中空背光源)(代理人案卷号No.63031WO003)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX；名称为RECYCLINGBACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS(具有半镜面反射元件的循环式背光源)(代理人案卷号No.63032WO003)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX；名称为WHITE LIGHT BACKLIGHTS AND THE LIKE WITHEFFICIENT UTILIZATION OF COLORED LED SOURCES(有效利用彩色LED光源的白光背光源等)(代理人案卷号No.63033WO004)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX；以及名称为COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LITBACKLIGHTS(用于侧光式背光源的准直光注入器)(代理人案卷号No.63034WO004)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX。
技术领域
本发明涉及适于从背后照明显示器或其他图形的扩展式面光源，它们常常称为背光源。本发明尤其适用于(但不必限于)基本上仅发出一种偏振态可见光的背光源。
背景技术
以往，简单的背光源装置仅包括三个主要元件：光源或灯、后反射器、以及前漫射片。通用的广告牌和室内照明应用一直在采用此类***。
近年来，已经通过添加其他元件增加亮度或降低功耗、增加均匀度、和/或减小厚度来对此基本背光源设计进行了改进。高速发展的消费电子行业对装有液晶显示器(LCD)产品的需求是促进这些改进的动力，例如对计算机显示器、电视显示器、移动电话、数码相机、袖珍式MP3音乐播放器、个人数字助理(PDA)、以及其他手持装置的需求。本文将进一步结合有关LCD装置的背景技术信息来描述这些改进中的其中一些，例如使用实心光导装置以允许设计十分薄的背光源，以及使用光管理膜(诸如线性棱柱膜和反射偏振膜)来增加同轴亮度。
尽管上文列出产品中的一些可以使用平常的环境光来观看显示器，但大部分产品均包括用于使显示器可见的背光源。就LCD装置而言，这是由于LCD面板不是自行照明，因此通常使用照明组件或背光源来观看。从观察者方向看，背光源位于LCD面板的相对侧，使得背光源产生的光穿过LCD到达观察者。背光源包括一个或多个诸如冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)之类的光源并且将光源发出的光散布到与LCD面板可视区域匹配的输出区域上。背光源发出的光在背光源输出区域上有利地具有足够的亮度和足够的空间均匀度，从而让LCD面板产生的图像带给用户满意的视觉体验。
由于操作方法的原因，LCD面板仅利用一种偏振态的光，从而对于LCD应用而言，了解背光源所产生的正确或可用偏振态光的亮度和均匀度十分重要，而不是仅了解可能为非偏振光的亮度和均匀度。就这一点而言，在其他因素相同的情况下，发出主要为或仅为可用偏振态光的背光源在LCD应用中比发出非偏振光的背光源更有效。然而，发出不全为可用偏振态光(甚至发出无规偏振光)的背光源在LCD应用中仍然完全可用，因为不可用的偏振态光可以通过设置于LCD面板背部的吸收型偏振器轻易地除去。
一般来讲，LCD装置属于三个类别中的一类，并且这些类别中有两类使用了背光源。第一类别称为“透射型”，仅能借助于发光背光源来观看LCD面板。即，LCD面板被构造为仅通过“透射方式”来观看，来自背光源的光穿过其光路上的LCD透射至观察者。第二类别称为“反射型”，背光源被除去并用反射材料替换，并且LCD面板被构造为仅通过位于LCD观察者一侧的光源来观看。来自外部光源(如环境室内灯)的光从LCD面板的正面到达LCD面板的背面，经反射材料反射，再次穿过其光路上的LCD到达观察者。第三类别称为“半透反射型”，背光源和局部反射材料均布置在LCD面板后，该LCD面板被构造为既可以在背光源开启时通过透射方式来观看，也可以在背光源关闭并且存在足够的环境光时通过反射方式来观看。
以下具体实施方式中描述的背光源通常可用于透射型LCD显示器和透反射型LCD显示器。
除了上述三个LCD显示器类别之外，背光源还可以属于根据内部光源相对于背光源输出区域设置的位置以及背光源“输出区域”对应于显示器装置可视区域的位置而划分的两类中的一类。本文中背光源的“输出区域”有时称为“输出区”或“输出表面”以将背光源的输出区或输出表面与输出区或输出表面的面积(数量单位为平方米、平方毫米、平方英寸等)区别开来。
在“侧光式”背光源中，一个或多个光源沿着背光源构造的外部边界或周边设置(见平面透视图)，通常在与输出区域相对应的区域或地带之外。通常，光源因形成背光源输出区域边界的框架或挡板的遮挡而观察不到。光源通常将光射入称为“光导装置”的元件中，尤其是在需要超薄型背光源的情况下，如在膝上型计算机显示器中。光导装置为相对薄的透光固态板，其长度和宽度尺寸接近于背光源输出区域的尺寸。光导装置通过全内反射(TIR)使从安装在边缘的灯发出的光穿过整个光导装置的长度或宽度传送或导向至背光源的相对边缘，并且在光导装置的表面上设置有不均一的局部提取结构图案，从而将此已导向光的其中一些朝向背光源的输出区域从光导装置中重新导出。(其他逐步提取的方法包括使用锥形固体光导装置，其中由于当光从光源向外传播时，更多数目的光线已达到(平均)TIR角度，因此倾斜的顶部表面实现了光的逐步提取。)此类背光源通常也包括光管理膜(例如设置于光导装置后方或下方的反射材料)以增加同轴亮度，以及设置于光导装置前方或上方的反射偏振膜和棱柱增亮膜(BEF)膜。
按照申请人的观点，现有侧光式背光源的缺点或局限性包括以下方面：与光导装置相关的体积或重量相对较大，特别是背光源的尺寸较大；需要使用在背光源之间不可互换的元件，因为光导装置必须通过注塑成型或其他加工方法才能达到特定的背光源尺寸和特定的光源构造；需要使用要求在背光源的各位置间存在基本的空间不均匀因素的元件，如现有的提取结构图案；以及，当背光源尺寸增加时，由于沿着显示器边缘的空间或“占地面积”有限，使得提供足够照明的难度随之增大，这是因为矩形的周长与面积之比因特有的面内尺寸L(如对于具有给定纵横比的矩形而言，背光源输出区域的长度、宽度或对角线的大小)而线性减小(1/L)。
在“直接照明式”背光源中，一个或多个光源大体上设置在与输出区域相对应的区域或地带内(见平面透视图)，通常以规则排列的阵列或图案设置于该地带内。或者，可以说直接照明式背光源中的光源是直接设置在背光源的输出区域后方。因为透过输出区域有可能直接观察到光源，所以通常在光源上方安装强效漫射板以在输出区域上散布光，从而遮掩光源使得不能直接观察到光源。另外，光管理膜(例如反射偏振膜和棱柱BEF膜)也可以设置在漫射板顶部以用于改善同轴亮度和效率。因为其不受侧光式背光源的1/L局限性的限制并且由于与实心光导装置相关的重量的原因，大面积LCD应用往往使用直接照明式背光源。
按照申请人的观点，现有直接照明式背光源的缺点或局限性包括以下方面：与强效漫射板相关的效率较低；就LED光源而言，需要大量的此类光源才能获得足够的均匀度和亮度，伴随而来的是相关的高元件成本和高发热量；以及背光源可达到薄度的限制，如果超过此薄度限制，光源将产生不均一和不可取的“穿通现象”，从而在各光源上方的输出区域中出现光斑。
在一些情况下，直接照明式背光源也可以包括位于背光源周边的一个或多个光源，或侧光式背光源可以包括直接位于输出区域后方的一个或多个光源。在这种情况下，如果大部分光直接从背光源输出区域的后方发出，则认为背光源为“直接照明式”，如果大部分光从背光源输出区域的周边发出，则认为背光源为“侧光式”。
发明内容
在一个方面，本发明提供背光源，该背光源包括形成中空光循环腔的前反射器和后反射器，该中空光循环腔包括输出表面。该背光源还包括被设置成将光射入中空光循环腔中的一个或多个光源。前反射器对于在第一平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少90％，而对于在垂直于第一平面的第二平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少25％但小于90％。
在另一方面，本发明提供包括交替的聚合物层的不对称反射膜，该交替的聚合物层的布置和折射率被设定为提供对于在第一平面内偏振的可见光的至少90％的平均同轴反射率，和对于在垂直于第一平面的第二平面内偏振的可见光的至少25％但小于90％的平均同轴反射率。
在另一方面，本发明提供显示***，该显示***包括显示面板和被设置成向显示面板提供光的背光源。该背光源包括形成中空光循环腔的前反射器和后反射器，该中空光循环腔包括输出表面。该背光源还包括被设置成将光射入中空光循环腔中的一个或多个光源。前反射器对于在第一平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少90％，而对于在垂直于第一平面的第二平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少25％但小于90％。
在另一方面，本发明提供包括前反射器和后反射器的背光源，该前反射器和后反射器形成包括输出表面的中空光循环腔。该前反射器被构造为大体上反射中空光循环腔内所有具有第一角分布的光，并且部分反射和部分透射中空光循环腔内具有与第一角分布不同的第二角分布的光。该背光源还包括被设置成将光射入腔体中的一个或多个光源和布置在中空光循环腔内的转化结构，该转化结构用于将中空光循环腔中具有第一角分布的光的至少一部分转化为具有第二角分布的光，并且将腔体中具有第二角分布的光的至少一部分转化为具有第一角分布的光。
根据以下的详细描述将会明白本申请的这些方面和其它方面。然而，在任何情况下，以上概述都不应理解为是对权利要求书中所要求保护主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。
附图说明
在整篇说明书中都参考了附图，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1为直接照明式显示***一个实施例的示意性剖视图。
图2为侧光式背光源一个实施例的示意性剖视图。
图3为多层光学膜一个实施例的示意透视图。
图4为反射偏振膜的示意透视图。
图5为不对称反射膜一个实施例的反射率与空气中的入射角的关系图。
图6为中空光循环腔一部分的一个实施例的示意性剖视图。
图7A为不对称反射膜另一个实施例的反射率与空气中的入射角的关系图。
图7B为不对称反射膜另一个实施例的反射率与空气中的入射角的关系图。
图8A-C为前反射器各实施例的示意性剖视图。
图9A为用于共挤出不对称反射膜的方法的示意图。
图9B为供料头一个实施例的示意透视图，该供料头可用于图9A所示的方法。
图10为使用图9A所示方法形成的不对称反射膜的透射率与波长的关系图。
图11为背光源一个实施例的一部分的示意性剖视图，该背光源包括漫反射前反射器和漫反射后反射器。
图12为背光源一个实施例的一部分的示意性剖视图，该背光源包括镜面反射前反射器和半镜面后反射器。
图13为前反射器腔体的分数输出与“1减去前反射器腔体损耗值”的关系图，该前反射器对于平行于前反射器透光轴偏振的光具有各种同轴平均反射率。
图14为对于背光源损耗百分比的各个值而言同轴偏振输出增益与前反射器反射率的关系图。
图15为直接照明式背光源一个实施例的示意性剖视图。
图16为直接照明式背光源另一个实施例的示意性剖视图。
图17为分区背光源一个实施例的示意性平面图。
图18为前反射器的一个或多个实施例的总反射率与入射角方向的近似相关性示意图。
图19为侧光式背光源中前反射器若干实施例的亮度与位置的关系图。
图20-27为侧光式背光源中前反射器若干实施例的亮度与位置的关系图。
图28为棱镜增亮膜一个实施例的示意性剖视图。
图29-35为当使用增益立方体测量时，前反射器若干实施例的亮度与视角的关系图。
具体实施方式
一般来讲，本发明描述的背光源提供适用于预期应用的亮度和空间均匀度。此类背光源可以用于任何合适的照明应用，例如显示器、招牌、一般照明等。在一些实施例中，所述背光源包括由前反射器和后反射器形成的中空光导装置。前反射器可以是部分透射的，从而允许发射具有所需光学特性或光学特性组合的光。在一些实施例中，所需光学特性可包括选定的偏振态；在其他实施例中，所需光学特性可包括具有选定视角的发射光。
在示例性实施例中，本发明所公开的背光源平衡了以下特性：1)所需偏振态的循环量；2)腔体内光的漫射程度；以及3)导入腔体的光的角分布和空间分布。这种平衡/调控可以通过循环方式和任选的方式控制光的漫射量，从而实现光在腔体中的完全填充(空间上和角度上)。循环量足以实现所需的背光源均匀度并且使背光源效率和亮度的劣化程度最小。此平衡也可以提供亮度和均匀度适用于高性能显示应用的的背光源，而且该背光源还具有此前无法实现的物理比例(如薄型设计)或光学性质(如对于给定光源发射区域的大输出区域)。
在一些实施例中，通过使用在传播状态下具有中间同轴平均反射率的前反射器来实现此平衡。在示例性实施例中，前反射器对于在第一平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少90％，而对于在垂直于第一平面的第二平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少25％但小于90％。
在传统背光源中，设计给定亮度值和照明均匀度的背光源时，灯与漫射片的间距、灯与灯的间距以及漫射片透射率是重要的考虑因素。一般来讲，强效漫射片(即能漫射更多入射光的漫射片)能改善均匀度，但同时会降低亮度，这是因为高漫射程度伴随着强反向漫射，即反射。此类强效漫射片还可以增加背光源的总体厚度分布。
根据本发明的某些实施例，部分透射性前反射器可以在无需强效漫射片的情况下提供更好的照明均匀度和/或混色，从而降低背光源的厚度分布。
在背光源包括能够生成具有不同峰值波长或颜色的光源(例如红色、绿色和蓝色LED阵列)的实施例中，可对高循环腔进行操作以分布光，从而使从装置中导出的光的颜色和强度更加均匀。例如，当需要白色照明光时，本发明所公开的腔体可混合来自单个彩色光源的光，使得液晶面板上出现更均匀的白光。此类循环腔可以比(例如在LC显示器中)使用的标准背光源薄得多。
本发明的背光源可以用作显示***(如LC显示器)的背光源，然而本文所述背光源并非局限用于照明液晶显示器面板。本发明所公开的背光源也可用于利用离散光源来产生光的任何情况，而且希望包括一个或多个离散光源的面板具有均匀照明输出。因此，所述背光源可用于空间固态照明应用、招牌、发光面板等。
通常，对于下一代背光源而言，在提供适用于预期应用的亮度和空间均匀度的同时兼备下列特性的某些或全部将会是有益的：薄型；设计简单(例如具有最小数目的膜元件、最小数目的光源、以及合理的光源布局)；重量轻；不用或不需要具有在背光源中的各个位置之间存在基本空间不均匀因素的膜元件；与LED光源相容；对于与全部标称为相同颜色的LED光源间的颜色波动相关的问题不敏感；尽可能地，对LED光源子集的烧毁或其他故障不敏感；以及消除或减少了在上述背景技术部分中提及的至少某些局限性和缺点。
这些特性能否成功地整合到背光源中，部分取决于用于照明背光源的光源类型。例如，CCFL在其长而窄的发射区域上方提供白光发射，并且这些发射区域还可以用于散射某些射到CCFL上的光，例如将在循环腔中发生的那样。然而，通常从CCFL发射的光具有角分布，即显著的朗伯曲线，这在给定背光源设计中可能是无效或者说是不可取的。另外，尽管具有一定程度的漫反射性，但CCFL的发射表面通常也具有吸收损耗性，申请人已发现在需要高度循环腔的情况下该吸收损耗性是明显的。
LED晶粒以近朗伯曲线方式发射光，但由于其尺寸相对于CCFL而言小得多，所以LED光分布可易于改进，例如用集成密封透镜、反射器、或提取器将所得的封装LED制成向前发光体、侧面发光体、或其他非朗伯曲线分布。此类分布可以使本发明所公开的背光源具有重大优势。然而，LED光源相对于CCFL的较小尺寸和较高强度也会使得更难以使用LED来产生空间均匀的背光源输出。在使用单个的彩色LED(例如红/绿/蓝(RGB)LED布置)来产生白光的情况下尤其如此，因为无法提供足够的这种光的侧向传送或混合会导致不可取的颜色带或区域。白光发射LED(其中通过蓝光或紫外光发射LED晶粒来激发荧光粉，从而从近似于LED晶粒的小面积或小空间中发出强烈的白光)可以用于减少此类颜色不均匀。但白光LED目前无法提供与使用单个的彩色LED布置所能达到的相同的LCD色域宽度，因此白光LED不能满足所有最终用途应用的需要。
申请人已发现，背光源的设计特征组合不但与LED光源照明相容，而且还能创造出这样的背光源设计，该背光源设计至少在某些方面胜过存在于最先进的市售LCD装置中的背光源。这些背光源设计特征包括某些或所有以下特征：
A.光循环腔，其中大部分光从前反射器射出之前，在大体上共同扩张的前反射器和后反射器之间经过多次反射，该前反射器部分为透射性，部分为反射性；
B.例如既通过提供低吸收损耗的基本上封闭的腔体(包括低损耗前反射器和后反射器以及侧反射器)，又(例如)通过确保所有光源的累积发射区域为背光源输出区域的一小部分而将与光源相关的损耗保持在非常低的水平，将循环腔中光传播的总损耗保持在极低的水平；
C.中空光循环腔，即腔体内光的侧向传送主要发生在空气、真空等中，而不是发生在诸如丙烯酸类树脂或玻璃之类的光密介质中；
D.就设计成仅发出特定(可用)偏振态光的背光源而言，前反射器具有足够高的反射率，该足够高的反射率用于此类可用光以支持光的侧向传送或散布，以及用于将光线角度随机化以实现合格的背光源输出空间均匀度，前反射器还具有使光透射成合适可用应用角度的足够高的透射率，从而确保背光源的应用亮度为合格的高亮度；
E.光循环腔包含一个或多个使腔体具有镜面和漫射特性平衡的元件，该元件不但具有足够的镜面反射性以支持腔体内大量的侧向光传送或光混合，而且还具有足够的漫射性以使腔体内稳态光的角分布显著均质化，甚至在窄范围的传播角度内将光射入腔体中时也是如此。另外，腔体内的光循环可导致反射光偏振相对于入射光偏振态在一定程度上随机化。这提供了一种机制，利用该机制可将不可用的偏振光通过光循环转变为可用的偏振光；
F.循环腔的前反射器具有通常随入射角增加的反射率，和通常随入射角减小的透射率，其中反射率和透射率的适用对象为非偏振可见光和任何入射平面，和/或可用偏振态的斜射光对其为p-偏振的平面中入射的可用偏振态光。另外，前反射器对于应用可见光具有高的半球反射率值以及足够高的透射率值；
G.光注入光学装置，其将初始入循环腔的光部分地准直或限制成接近于横向平面(横向平面平行于背光源输出区域)的传播方向，例如注入光束在最大功率的一半处的全角宽度(关于横向平面)(FWHM)在0至90度、或0至60度、或0至30度的范围内。在某些情况下，可能理想的是，将最高功率的入光向下投射(在横向平面下方)与横向平面成一不大于40度的角度，并且在其他情况下，将最高功率的入射光向上投射(在横向平面上方朝向前反射器)与横向平面成一不大于40度的角度。
LCD面板的背光源(其最简化形式)由光发生表面(例如LED晶粒的有源发射表面或CCFL灯中的荧光粉外层)以及几何和光学结构组成，该几何和光学结构分布或散布此光以形成扩展的或大面积的照明表面或区域(称为背光源输出区域)，至少在一些实施例中该照明表面或区域的发射亮度是空间均匀的。一般来讲，由于与背光源腔体表面相互作用以及与光发生表面相互作用，这种将非常高亮度的局部光源转化成大面积均匀输出表面的方法会导致光损耗。虽然其他方法(例如使用具有特定LED透镜的直接照明式光源结构来校平前反射器上的入射第一反弹通量)可以通过背光源输出表面产生有效的均匀亮度，但是这些方法对所有背光源元件的精确几何构型非常敏感。粗略地讲，未通过此方法传递而透过与前反射器相关的输出区域或表面(任选地进入所需的应用观察锥体(如果有的话)，并且具有特定过滤状态(如液晶显示器可用的偏振或颜色))的任何光均为“损耗”光。通过两个基本参数来表征包含循环腔的任何背光源的技术在名称为THIN HOLLOW BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGNCHARACTERISTICS(具有有益设计特性的薄中空背光源)(代理人案卷号No.63031WO003)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX中有所描述。
对于平面式背光源腔体而言，这种表征尤其简单明了，其中背光源的后反射器(本文中有时称为后面板)和背光源的输出区域均为平面，彼此平行，具有大约相等的面积，并且近似地共同扩张。然而，所述双参数表征并非是对平面平行背光源几何形状的限制，并且可以推广用于任何背光源几何形状，只要该背光源几何形状具有与前反射器、与前反射器形成光循环腔的后反射器、以及由一个或多个设置在腔体内部或光学连接到腔体的光源构成的光源组相关的输出表面的基本要素。
如本文所用，术语“合格的空间均匀度”是指总体强度和颜色这两者的合格均匀度。如何认定合格的亮度和空间均匀度，取决于背光源将用于何种具体应用。例如，LCD均匀度的通用参考标准为TCO 05(瑞典专业雇员联盟标准，版本2.0，2005年9月21日发行，第9页)，其指明合格阈值亮度比率为大于66％。在早期的具体技术商业化阶段，均匀度标准可能更低(例如，首次推出笔记本计算机时，合格的均匀度在50-60％范围内)。此外，例如，作为另一种应用的内部照明式槽型发光字，其将亮度均匀度作为重要的性能指标。就这一点而言，人为因素研究表明，如果亮度比率大于50％，则大部分人认为槽型发光字的均匀度合格。参见例如Freyssinier et al.，Evaluation of light emitting diodes forsignage applications，Third International Conference of SolidState Lighting，Proceedings of SPIE 5187：309-317(2004)(Freyssinier等人，用于标牌应用的发光二极管评估，固态照明第三次国际会议，SPIE会议录，2004年第5187期第309-317页)。紧急标牌是发光面板的另一个无所不在的应用。均匀度的一个实例规范为出口指示牌的能源之星计划。参见Energy Star Program Requirements for ExitSigns Draft 1，Eligibility Criteria Version 3.0(出口指示牌的能源之星计划要求草案1，合格标准3.0版)。对于符合能源之星规定的出口指示牌，指示牌的亮度不均匀度应小于20∶1(即大于5％)。
本文所指的空间均匀度的一个测定过程是根据视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association)的平板显示器测量标准(2.0版，2001年6月1日出版)中的标准306-1“Sampled Uniformityand Color of White(采样均匀度和白色)”(本文称为VESA 9pt均匀度标准)，来测定亮度和色彩均匀度。本文所报告的VESA 9pt亮度均匀度由称为“采样点”的9个指定圆形区域以公式
来测定，该圆形区域具有通过该标准在背光源的输出表面上确定的位置，其中Lmin为9个点的亮度最小值，并且Lmax为9个点的亮度最大值。VESA9pt亮度均匀度值越高表明***越均匀。
VESA 9pt色彩不均匀度是根据任意两对9采样点之间的色差最大值来确定。色差Δu’v’的公式为
Δ u ′ v ′ = ( u 1 ′ - u 2 ′ ) 2 + ( v 1 ′ - v 2 ′ ) 2
其中下标1和2代表被比较的两个区域。VESA 9pt色彩不均匀度值越低表明***越均匀。
如上所述，本发明的背光源可以用作显示***的背光源。直接照明式显示***100的一个实施例的示意性剖视图如图1所示。此类显示***100可以用于(例如)LCD显示器或LCD电视。显示***100包括显示面板150和被设置成向显示面板150提供光的照明组件101。显示面板150可以包括任何合适类型的显示器。在图示实施例中，显示面板150包括液晶面板(在下文中称为液晶面板150)。液晶面板150通常包括设置在面板基板154之间的液晶层152。面板基板154通常由玻璃制成，并且其内表面上可以包括电极结构和取向层，用以控制液晶层152中液晶的取向。这些电极结构通常被布置成能限定液晶面板的像素，即液晶层中可独立于邻近区域对液晶的取向进行控制的区域。滤色器也可被包括在一个或多个板152上，用于在液晶面板150所显示的图像上加上色彩。
液晶面板150布置在上吸收型偏振器156和下吸收偏振器158之间。在图示实施例中，上、下吸收偏振器156、158均位于液晶面板150的外部。吸收型偏振器156、158和液晶面板150联合控制背光源110发出的光透过显示***100到达观察者的透射过程。例如，可将吸收型偏振器156、158排列为其透射轴相互垂直。处于非活动状态的液晶层152的像素可能不会更改所经过光的偏振。因此，透过下吸收型偏振器158的光由上吸收型偏振器156吸收。当像素激活时，旋转从其中通过的光的偏振以使得透过下吸收型偏振器158的光的至少一些也透过上吸收型偏振器156。例如，通过控制器104，选择性激活液晶层152的不同像素，使得光在某些所需的位置射出显示***100，从而形成观察者看见的图像。控制器104可包括例如计算机或电视控制器等接收并显示电视图像的设备。
可在接近上吸收型偏振器156处放置一种或多种任选层157，例如，放置为显示器表面提供机械和/或环境保护的任选层。在一个示例性实施例中，层157可包括上吸收型偏振器156上面的一层硬质涂料。
应当理解，一些类型的液晶显示器可能会以与上述不同的方式工作。例如，吸收型偏振156、158可平行排列，并且液晶面板可以在处于未激活状态时旋转光的偏振。无论如何，此类显示器的基本结构仍然与本文所述基本结构类似。
照明组件101包括背光源110和任选的一个或多个设置在背光源110和液晶面板150之间的光管理膜140。背光源110可以包括任何本文所述的背光源，例如图2中的背光源200。
光管理膜的结构140(也可以称为光管理单元)设置在背光源110和液晶面板150之间。光管理膜140影响从背光源110传播出的照明光。例如，光管理膜的结构140可以包括漫射片148。漫射片148用于漫射从背光源110接收到的光。
漫射层148可以是任何合适的漫射膜或漫射板。例如，漫射层148可以包含任何适当的一种或多种漫射材料。在一些实施例中，漫射层148可以包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物基质，该聚合物基质具有多种分散相并且包括玻璃、聚苯乙烯小珠以及CaCO3颗粒。示例性漫射片可包括得自3M公司(明尼苏达州圣保罗)的3635-30型、3635-70型、以及3635-100型3MTM ScotchcalTM漫射膜。
任选的光管理单元140还可以包括反射型偏振器142。任何合适类型的反射型偏振器均可用作反射型偏振器142，如多层光学膜(MOF)反射型偏振器；漫反射型偏振膜(DRPF)，诸如连续相/分散相偏振器；线栅反射型偏振器；或胆甾型反射型偏振器。
MOF以及连续/分散相反射型偏振器均依赖至少两种材料之间折射率的差值，这些材料通常为聚合物材料，从而实现在选择性地反射一种偏振状态的光的同时，透射垂直偏振状态的光。在共同拥有的美国专利No.5,882,774(Jonza等人)中描述了MOF反射型偏振器的一些实例。可商购获得的MOF反射型偏振器的实例包括VikuitiTM DBEF-D200和DBEF-D440多层反射型偏振器，该偏振器具有漫射表面，可得自3M Company。
可用于本发明的DRPF的实例包括连续/分散相反射型偏振器，例如共同拥有的美国专利No.5,825,543(Ouderkirk等人)中所描述的那些，还包括漫反射型多层偏振器，例如共同拥有的美国专利No.5,867,316(Carlson等人)中所描述的那些。其他适当类型的DRPF在美国专利No.5,751,388(Larson)中有所描述。
可用于本发明的线栅偏振器的一些实例包括美国专利No.6,122,103(Perkins等人)中所描述的那些。线栅偏振器可商购获得，尤其是从Moxtek公司，Orem，Utah。
可用于本发明的胆甾型偏振器的一些实例包括美国专利No.5,793,456(Broer等人)以及美国专利公开No.2002/0159019(Pokorny等人)中所述的那些胆甾型偏振器。胆甾型偏振器通常在输出面与四分之一波长延迟层一起提供，以使得透过胆甾型偏振器的光被转换为线性偏振光。
在一些实施例中，偏振控制层144可以设置在漫射板148和反射型偏振器142之间。偏振控制层144的实例包括四分之一波长延迟层和偏振旋转层(诸如液晶偏振旋转层)。偏振控制层144可用于改变从反射型偏振器142反射回来的光的偏振，以使得更多的循环光透过反射型偏振器142。
任选的光管理膜的结构140也可包括一个或多个增亮层。增亮层可以将偏轴光重新导向到更靠近显示轴的方向。这样能增加通过液晶层152同轴传播的光量，从而增加观察者所看到图像的亮度。增亮层的一个实例为棱柱增亮层，该增亮层具有数个棱柱***，通过折射和反射改变照明光的方向。可用于显示***100的棱柱增亮层的实例包括VikuitiTM BEF II和BEF III系列的棱柱膜，这些膜可得自3M公司，包括BEF II 90/24、BEFII 90/50、BEF IIIM 90/50、以及BEF IIIT。如本文进一步描述的那样，也可以通过前反射器的一些实施例来提供增强亮度。
图1所示的示例性实施例示出设置在反射型偏振器142和液晶面板150之间的第一增亮层146a。棱柱增亮层通常提供一个维度上的光学增益。光管理层的结构140中也可以包含可选的第二增亮层146b，该增亮层的棱柱结构方向与第一增亮层146a的棱柱结构相互垂直。该构造能以二维方式在显示***100中增加光学增益。在其他示例性实施例中，增亮层146a、146b可设置在背光源110和反射型偏振器142之间。
任选的光管理单元140中的不同层可以是自立式的。在其他实施例中，可将光管理单元140的两个或多个层层合到一起，如在共同拥有的美国专利申请No.10/966,610(Ko等人)中所述的那样。在其他示例性实施例中，任选的光管理单元140可包括两个由间隙隔开的子组件，如在共同拥有的美国专利申请No.10/965,937(Gehlsen等人)中所述的那样。
图1中所示实施例的显示***100可包括本文所述的任何适当的背光源。例如，图2为侧光式背光源200的一个实施例的示意性剖视图。除非另外指明，否则对“背光源”的引用也旨在适用于其他扩展式面照明装置，该其他扩展式面照明装置在预期应用中提供标称均匀的照明。背光源200包括形成中空光循环腔202的前反射器210和后反射器220。腔体202包括输出表面204。背光源200还包括设置用于将光射入腔体202中的一个或多个光源230。背光源200可以任选地包括围绕在不含光源侧面上的光循环腔202周边的侧面或反射器250。
如图所示，背光源200包括注入器240，该注入器有助于将光从一个或多个光源230导入光循环腔202。任何合适的注入器均可以为背光源200所用，如在名称为COLLIMAT ING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LITBACKLIGHTS(用于侧光式背光源的准直光注入器)(代理人案卷号No.63034WO004)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX中所描述的那些注入器。
虽然描述为具有沿着背光源200的一个侧面设置的一个或多个光源230，但光源可以沿着背光源200的两个、三个、四个或更多个侧面设置。例如，对矩形背光源而言，一个或多个光源可以沿着背光源四个侧面中的每一个来设置。
在一些实施例中，可以存在混合构型，其中光源不仅沿着一个或多个边缘设置而且还沿着整个后反射器设置。在这种情况下，沿着边缘设置RGB光源并且沿着后反射器设置白光源是有利的。白光源可以更有效地提供白光，而不需要混色方式来提供。具有较高色域的RGB光源可能不如白光源有效。这种方式的优点在于在通过增加RGB光源来增加色域的同时，通过使用高效率的白光源降低了能耗需求。通过沿着边缘注入RGB光，横向地完成混色，这样可以提供更薄的背光源。
前反射器210对于至少可见光而言是部分透射性的和部分反射性的。前反射器210的部分透射性允许腔体202内的至少一部分光透过腔体202的输出表面204来发射。前反射器210可包括任何合适的膜和/或层，从而部分透射和反射从腔体202内部入射到前反射器210之上的光。在一些实施例中，前反射器210包括至少65％的同轴平均反射率。在其他实施例中，前反射器210包括至少75％的总半球反射率。而且在其他实施例中，前反射器210包括至少65％的同轴平均反射率和至少75％的总半球反射率。如本文所用，术语“同轴平均反射率”是指以大体上垂直于此类表面的方向入射到反射器上的光的平均反射率。此外，术语“总半球反射率”(即Rhemi)是指对于从以反射器法线为中心的半球内的所有方向入射到反射器的光(整个关注的波长范围内)而言，反射器的总反射率。
可操作前反射器210以发出偏振光。在此类实施例中，前反射器210包括对于第一平面中偏振的可见光而言至少90％的同轴平均反射率，以及对于在平行于第一平面的第二平面中偏振的可见光而言至少25％但小于90％的同轴平均反射率。本领域的技术人员将在第二平面中偏振的光视为可用的偏振态的光，即此类偏振光将透过液晶面板的下吸收型偏振器(如图1所示的下吸收型偏振器158)入射到液晶面板上。此外，本领域的技术人员将第一平面视为平行于阻光轴，并且将第二平面视为平行于偏振型前反射器210的透光轴。本发明提供偏振光的背光源表现出足够高的可用光反射率，从而提供足够的侧向传送或散布以获得合格的发射光空间均匀度，而且表现出足够低的可用光反射率，以使得腔体中可用偏振态光的总损耗保持在可管理的水平，从而提供合格的发射光高亮度。
此外，在一些实施例中，可能理想的是可用偏振态光的平均同轴透射率比不可用偏振态光的透射率大出几倍，从而确保从腔体202输出的光大体上是所需的偏振态光。这也有助于降低从腔体发出的可用光的总损耗。在一些实施例中，前反射器包括在第一平面中偏振的可见光的第一同轴平均透射率，和在第二平面中偏振的可见光的第二同轴平均透射率，其中第二同轴透射率与第一同轴透射率的比值为至少7。在其他实施例中，该比值为至少10、20、或任何合适的比值。
前反射器210可以包括任何合适的膜和/或层，以使前反射器提供具有一种或多种所需光学特性的发射光。在一个示例性实施例中，前反射器210可以包括一个或多个双折射多层光学膜。参见例如名称为OPTICALFILM(光学膜)的美国专利No.5,882,774(Jonza等人)；名称为BACKLIGHT SYSTEM WITH MULTILAYER OPTICAL FILM REFLECTOR(具有多层光学膜反射器的背光源***)的美国专利No.6,905,220(Wortman等人)；名称为HIGH EFFICIENCY OPTICAL DEVICES(高效光学装置)的美国专利No.6,210,785(Weber等人)；以及名称为APPARATUS FORMAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS(用于制备多层光学膜的设备)的美国专利No.6,783,349((Neavin等人)。
多层光学膜(即至少部分地采用不同折射率的微层构造以提供期望的透射和/或反射特性的膜)已为人知。众所周知，这类多层光学膜通过在真空室中将无机材料有序地在基底上沉积成光学薄层(“微层”)而制成。无机多层光学膜在例如以下文献中有所描述：H.A.Macleod，Thin-FilmOptical Filters，2nd Ed.，Macmillan Publishing Co.(1986)(膜式滤光器，H.A.Macleod，Macmillan Publishing公司，1986第2版)；以及A.Thelan，Design of Optical  Interference Filters，McGraw-Hill，Inc.(1989)(光学干涉滤波器的设计，A.Thelan，McGraw-Hill公司，1989年)。
最近，已通过共挤出交替的聚合物层展示了多层光学膜。参见例如美国专利No.3,610,724(Rogers)、4,446,305(Rogers等人)、4,540,623(Im等人)、5,448,404(Schrenk等人)以及5,882,774(Jonza等人)。在这些种聚合物多层光学膜中，主要使用或者仅仅使用聚合物材料来构成各层。此类膜可以采用大量生产的方法进行制造，并且可制成大型薄板和卷材。
用于滤光器的聚合物多层光学膜在例如以下专利中有所描述：PCT公开No.WO95/17303WO95/17691、WO95/17692、WO95/17699、WO96/19347以及WO99/36262。多层反射型偏振器的一种商购形式为由3M公司(明尼苏达州圣保罗)出售的反射式偏光增亮膜(DBEF)。聚合物多层光学膜通常由折射率不同的聚合材料交替的层形成。通常，可以使用任何聚合物，只要该聚合物在透射的波长范围内是相对透明的。对于偏振应用而言，第一光学层、第二光学层、或这两者均由聚合物形成，该聚合物是或可能是双折射聚合物，其中聚合物的折射率在聚合物的正交笛卡尔轴上具有不同的值。一般来讲，双折射聚合物微层的正交笛卡尔轴由层平面的法线(z轴)定义，并且x轴和y轴位于层平面之内。双折射聚合物也可用于非偏振应用。
多层光学膜通常包括具有不同折射率特性的各个微层，从而在相邻微层间的界面上反射一些光。所述微层很薄，足以使在多个界面处反射的光经受相长干涉或相消干涉作用，从而赋予多层光学膜以期望的反射或透射特性。对于设计用于反射紫外光、可见光或近红外波长光的多层光学膜而言，各微层的光学厚度(物理厚度乘以折射率)一般小于约1mm。然而，多层光学膜也可以包括更厚的层，例如多层光学膜外表面的表皮层、或设置于多层光学膜之间将连贯分组的微层隔开的保护性边界层(PBL)。此类多层光学膜体也可以包括一个或多个厚的粘合剂层，以便粘合层合物中的两层或更多层多层光学膜。
在简单的实施例中，所述微层的厚度和折射率值可相当于1/4波长叠加，即，微层被布置成光学重复单元或单位单元的形式，每个光学重复单元或单位单元均具有光学厚度(f-比率＝50％)相同的两个邻近微层，这类光学重复单元可通过相长干涉有效地反射光，被反射光的波长l是光学重复单元总光学厚度的两倍。沿膜厚度轴(例如z轴)的厚度梯度可用于提供加宽的反射带。还可以通过调整厚度梯度来锐化此类带边缘(高反射与高透射之间的波长转变处)，如美国专利6,157,490(Wheatley等人)中所讨论的那样。就聚合物多层光学膜而言，反射带可以设计成具有锐化的带边缘和“平顶”反射带，其中反射特性在应用的整个波长范围内基本恒定。还可以想到其他层结构，诸如具有2微层光学重复单元的多层光学膜(其f-比率不同于50％)，或光学重复单元包括两个以上微层的膜。可对这些替代性光学重复单元设计进行配置以减少或激发某些高阶反射。参见例如美国专利No.5,360,659(Arends等人)和5,103,337(Schrenk等人)。
可将多层光学膜设计成在至少一个带宽上反射一种或两种偏振光。通过精确控制这些层的厚度和沿各种膜轴的折射率，可将多层光学膜制成用于一个偏振轴的高反射率反射镜，以及制成用于正交偏振轴的反射率较弱、较小的反射镜。从而(例如)多层光学膜可被调整为强烈反射光谱可见光区中的一种偏振光，同时对于正交偏振轴为弱反射(基本透明)。通过正确选择聚合物微层的双折射率，以及正确选择微层厚度，可将多层光学膜设计成具有对于沿其两个正交的面内轴的任一个轴偏振的光而言任意变化的反射幅度。
可用于制造聚合物多层光学膜的示例性材料可见于PCT专利申请公开WO 99/36248(Neavin等人)中。提供足够折射率差值和足够层间粘附力的示例性双聚合物组合包括(1)对于主要使用单轴牵伸的方法制成的偏振式多层光学膜而言，双聚合物组合为PEN/coPEN、PET/coPET、PEN/sPS、PET/sPS、PEN/EastarTM、PET/EastarTM、PEN/FN007，其中“PEN”是指二甲酸乙二醇酯，“coPEN”是指基于萘二甲酸的共聚物或共混物，“PET”是指聚对苯二甲酸乙二醇酯，“coPET”是指基于对苯二甲酸的共聚物或共混物，“sPS”是指间规立构聚苯乙烯及其衍生物，EastarTM为可从Eastman Chemical公司商购获得的聚酯或共聚酯(据信包含环己烷二甲醇单元和对苯二酸酯单元)，并且“FN007”(Neostar)为可从EastmanChemical公司商购获得的共聚酯醚；(2)对于通过调控双轴牵伸方法的工艺条件制成的偏振式多层光学膜而言，双聚合物组合为PEN/coPEN、PEN/PET、PEN/PBT、PEN/PETG以及·PEN/PETcoPBT，其中“PBT”是指聚对苯二甲酸丁二醇酯，“PETG”是指采用第二二醇(通常为环己烷二甲醇)的PET的共聚物，并且“PETcoPBT”是指对苯二甲酸的共聚酯或其具有乙二醇和1，4-丁二醇混合物的酯；(3)对于镜膜(包括彩色镜膜)而言，双聚合物组合为PEN/PMMA、coPEN/PMMA、PET/PMMA、PEN/EcdelTM、PET/EcdelTM PEN/sPS、PET/sPS、PEN/coPET、PEN/PETG、以及PEN/THVTM，其中“PMMA”是指聚甲基丙烯酸甲酯，EcdelTM 为可从Eastman Chemical公司商购获得的热塑性聚酯或共聚酯(据信包含环己烷二甲酸二甲酯单元、聚四亚甲基醚二醇单元、以及环己烷二甲醇单元)，并且THVTM为可从3M公司商购获得的含氟聚合物。
合适多层光学膜及其相关设计和构造的详细信息可见于美国专利5,882,774(Jonza等人)、6,531,230(Weber等人)、PCT公开No.WO95/17303(Ouderkirk等人)、WO 99/39224(Ouderkirk等人)、以及″Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors”，Science，Vol.287，March 2000(Weber et al.)(“多层聚合物反射镜中的大型双折射光学装置”，Weber等人，2000年3月《科学》，第287卷)。
多层光学膜和膜体可包括附加层和涂层，这些层是根据其光学、机械和/或化学特性进行选择的。例如，UV吸收层可被添加在光学元件的入射侧，以保护元件不发生UV光引起的劣化。附加的层和涂层也可包括抗刮涂层、抗撕层和硬化剂。参见例如美国专利6,368,699(Gilbert等人)。
图3示出了常规多层光学膜300。膜300包括单独的微层302、304。微层具有不同的折射率特性，从而在相邻微层间的界面处反射某些光。微层很薄，足以使多个界面处反射的光产生相长干涉或相消干涉，以使膜具有所期望的反射或透射特性。对于设计用来反射紫外光、可见光或近红外波长光的光学膜而言，各微层的光学厚度(即，物理厚度乘以折射率)一般小于约1μm。然而，其中也可以包括更厚的层，例如膜外表面的表层或设置在膜内部用以隔开微层组的保护性边界层。
多层光学膜300的反射特性和透射特性随各个微层折射率的变化而变化。每个微层(至少在膜的局部位置处)可以通过面内折射率nx、ny和与膜的厚度轴相关的折射率nz加以表征。这些折射率分别表示所讨论的材料对于沿相互正交的x轴、y轴和z轴偏振的光的折射率(参见图3)。
在实施过程中，通过审慎选择材料和加工条件来控制折射率。膜300的制作方法是：将通常有几十或几百层的交替层叠的两种聚合物A和B共挤出，然后可任选地将该多层挤出物通过一个或多个倍增用模具，接着对挤出物进行拉伸或者以其他方式对挤出物进行取向，以形成最终的膜。所得膜通常由几十或几百个单独的微层组成，调整微层的厚度和折射率，从而在所期望的光谱区域(如可见光区或近红外光区)形成一个或多个反射带。为了以适当的层数实现高的反射率，相邻的微层可以表现出对沿x轴偏振的光而言至少0.05的折射率差值(Δnx)。如果两个正交偏振状态的光需要高反射率，则相邻的微层也可以表现出对沿y轴偏振的光而言至少0.05的折射率差值(Δny)。
如果需要，还可以调整针对沿z轴偏振的光的相邻微层间的折射率差值(Δnz)，以便得到倾斜入射光的p偏振分量的期望反射特性。为方便说明，在多层光学膜的任意关注点上，将认为x轴是位于膜平面内，使得Δnx的量值最大。因此，Δny的量值可以等于或小于(但不大于)Δnx的量值。此外，在计算差值Δnx、Δny、Δnz时，对开始料层的选择由Δnx为非负值这样的要求来确定。换句话讲，形成界面的两层之间的折射率差值为Δnj＝n1j-n2j，其中j＝x、y、或z并且其中选择层标号1、2来使得n1x≥n2x，即，Δnx≥0。
为了保持对以倾斜角度入射的p偏振光的高反射率，各微层之间的z轴折射率失配Δnz可以控制为显著小于面内折射率最大差值Δnx，使得Δnz≤0.5*Δnx。更优选地，Δnz≤0.25*Dnx。量级为零或几乎为零的z轴折射率失配产生了微层之间的这样的界面：取决于入射角，该界面对p偏振光的反射率为常数或几乎为常数。此外，z轴折射率失配Δnz可以控制为与面内折射率差值Dnx相比具有相反的极性，即，Δnz。
或者，多层光学膜可以具有更简单的构造，其中所有聚合物微层本质上为各向同性，即，对于每一层而言，nx＝ny＝nz。此外，已知的自组装周期性结构(诸如胆甾型反射式偏振器和某些嵌段共聚物)可以认为是用于此应用的多层光学膜。可利用左右手手性节距元件的组合制成胆甾型反射镜。
对于传统的偏振膜，可以认为光是在两个正交平面内偏振，其中光的电矢量(其横向于光的传播方向)位于特定偏振平面内。继而，可以将给定偏振态的光线分解为两个不同的偏振态的光：p偏振和s偏振光。P偏振光为在光线入射平面和给定表面内偏振的光，其中入射平面为包含局部表面法向矢量和光线传播方向或矢量的平面。
例如，图4示出光线410，其以入射角θ入射到偏振器402上，从而形成入射平面412。偏振器402包括平行于y轴的透光轴404和平行于x轴的阻光轴406。光线410的入射平面412平行于阻光轴406。光线410具有位于入射平面412内的p偏振分量和与入射平面412正交的s偏振分量。p偏振光线410平行于偏振器402的阻光轴406，因此将基本上被偏振器反射，而s偏振光线410平行于偏振器402的透光轴404并且由偏振器至少部分地透射。
图4还示出了光线420，其在入射平面422内入射到偏振器402上，入射平面422平行于偏振器402的透光轴404。从而，p偏振光线420平行于偏振器402的透光轴404，而s偏振光线420平行于偏振器402的阻光轴406。因此，假设偏振器402为理想偏振器，其对于在阻光轴上偏振的光在所有入射光角度处反射率为100％，并且对于在透光轴上偏振的光在所有入射光角度处反射率为0％，则偏振器透射s偏振光线410和p偏振光线420，而反射p偏振光线410和s偏振光线420。换句话讲，偏振器402将透射p和s偏振光的组合。如本文进一步所述的那样，p偏振光和s偏振光的透射和反射量将取决于偏振器的特性。
通常，可以提供各种不对称反射膜来用作前反射器(如图2的前反射器210)，方法是通过改变低折射率材料的面内折射率与相邻的双折射高折射率材料的z轴折射率之间的相对折射率匹配程度。在一些实施例中，需要沿不对称反射膜的两个面内光轴存在相对较大的面内折射率失配，但这些失配彼此显著不同，从而产生不对称的垂直入射透射特性和反射特性。这与面内折射率沿透光轴大体上匹配的传统反射型偏振膜大不相同。此类膜的一个实例为DBEF(得自3M公司)，其对以垂直入射角度沿一个面内轴偏振的光具有低反射率。
例如，可用于本发明前反射器的示例性不对称反射膜可以具有高折射率层(即具有最高折射率的层)，其中面内折射率值为nx1＝1.82和ny1＝1.62，z轴折射率为nz1＝1.50；和面内折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.56的各向同性的低折射率层。具有这些折射率的膜可以由coPEN/PETG共挤出多层膜通过如标准膜拉幅中所用的强制单轴取向来形成。使用约300个层，可以实现针对具有平行于y-z平面(“透光”轴)的偏振矢量的400nm至870nm光的图5所示的反射率。由于沿x轴的折射率差值很大，而且缺少布鲁斯特角，所以约98％具有平行于x-z平面偏振矢量的光被反射。图5示出了p偏振光(曲线502)和s偏振光(曲线504)的各种空气中的入射角处透光轴的光反射率。如图所示，此类膜可以具有对于一种偏振的可见光而言约29％的平均同轴反射率，同时具有对于阻光轴而言非常高的约98％的反射率。
通常，可以使用高折射率双轴双折射材料(如图5所示)来设计不对称反射器，该不对称反射器阻塞大部分平行于第一(阻塞)轴偏振的光分量，并且透射受控量的与正交(透光)轴一致的s偏振光分量和p偏振光分量。可以调整s偏振光和p偏振光沿此透光轴的相对反射率，方法是将第二材料的各向同性折射率n2改为ny1和nz1之间的某个值。
用于前反射器的不对称反射膜可以包含高度双轴双折射的高折射率材料，该材料的折射率为nx1＞＞ny1＞＞nz1。这可以通过强制单轴拉伸某些材料或对这些或其他材料进行非对称取向来实现。这种关系使得可以设计同时符合以下标准的膜：
·Δny的值非常大，足以通过可用数目的层来实现透光轴的基本反射率(如25％至90％)。如本文进一步描述的那样，这一限制涉及低色彩膜所需的光谱控制。在一些实施例中，可以优选的是Δny≥为约0.05。
·Δnx的值可以显著大于Δny，从而确保阻光轴透射的光远少于透光轴透射的光。通常，可以优选的是Δnx≥2Δny。
·Δnz可以远小于Δnx，并且在一些实施例中可以具有相反的符号。这有助于防止沿阻光轴偏振的光漏射，尤其是以倾斜入射角入射的光。
通过在光循环腔内增加光的循环，输出偏振光并且反射至少一些透过状态光的前反射器可以实现背光源发射光的合格空间均匀度，该背光源包括一个或多个光源。此类型背光源一部分的示意图如图6所示，其中背光源600包括形成中空光循环腔602的前反射器610和后反射器620。腔体602内的光660表示入射到前反射器610上的光，并且包括第一偏振态(a)和第二正交偏振状态(b)的光。前反射器610透射具有偏振态(a)的光的一部分662，同时反射具有偏振态(a)的光的第二部分664，并且基本上反射所有具有偏振态(b)的光666。反射光664、666经后反射器620反射，然后导向至前反射器610，并且在前反射器处具有偏振态(a)的光的一部分668再次发生透射，而具有偏振态(a)的光的第二部分和基本上所有具有偏振态(b)的光被反射。由于具有偏振态(a)和(b)的光的此类反射，使得腔体602内的光在腔体中沿方向670传播。在典型的背光源中，第一次透射时背光源可以基本透射具有偏振态(a)的光，从而减少腔体内横向传送的光量。虽然仅作了二维描述，但应当理解，本发明的背光源可以使光在腔体内沿两个正交方向横向传送，从而使光基本上填充该腔体以实现从腔体射出光的合格空间均匀度。
本发明的前反射器不仅有助于提供合格空间均匀度，而且前反射器的一些实施例还(例如向显示器)提供可用光的有角度选择性透射。
一般来讲，前反射器的至少一些实施例表现出通常随光的入射角增大而增加的反射率，和通常随光的入射角减小而降低的透射率，其中反射率和透射率是对于非偏振可见光和对于任何入射平面而言，和/或对于入射到可用偏振态的斜射光对于其为p偏振的平面的可用偏振态的光而言。例如，图5和图7A-B示出了本发明前反射器各种实施例的透光轴反射率与入射角的关系图。
图5示出了使用标准建模技术建模时，前反射器一个实施例的透光轴反射率与空气中可见光入射角的关系图。使用coPEN/PETG共挤出多层膜通过如标准膜拉幅中所用的强制单轴取向，可以形成具有图5所示反射率的前反射器。使用约300个层，可以实现图5所示的对于400nm至870nm可见光的反射率，该可见光的偏振矢量平行于y-z平面(即透光轴)。
曲线502表示p偏振光在透光轴中的反射率，而曲线504表示s偏振光在透光轴中的反射率。反射率值包括多层膜的反射率和空气/膜分界处的表面反射率。如图5所示，s偏振光和p偏振光的反射率均随入射角的增大而增加。由于沿x轴的折射率差值很大，并且缺少布鲁斯特角，所以约98％具有平行于x-z平面(即平行于阻光轴)的偏振矢量的光被反射。因此，此单一膜可以如多层膜那样起到形成前反射器的作用，该前反射器透射受控量的平行于透光轴偏振的光。对于与透光轴呈60度角的s偏振光和p偏振光，计算的平均反射率为约50％。此外，对于所有在平行于阻光轴的平面中偏振的光，反射率可以大于约99％。
一般来讲，可以使用高折射率双轴双折射材料(例如使用图5所述的不对称反射膜)设计这样的不对称反射器：该反射器阻塞大部分平行于一个轴偏振的光分量，并且透射受控量的s偏振光分量和p偏振光分量，其中这两个分量与正交(透光)轴一致。可以调整沿此透光轴的s偏振光和p偏振光的相对，方法是将第二材料的各向同性折射率n2改变为介于ny1和nz1之间的某一值。
折射率关系、其数值和多层叠堆设计均应受到考虑，以形成这样的前反射器：其在一些实施例中具有对于垂直入射的沿着一个轴(即透光轴)的中间透射率值，和沿另一(阻塞)轴约≤10X该透射率值的透射率。另外，可以优选的是对于任何入射角阻光轴均不漏射大量的光，因此，此类实施例既可以需要阻光轴的大布鲁斯特角，也可以不需要布鲁斯特角。如果采用布鲁斯特角的***可以接受不朝法向角转变的光的角分布，则透光轴可以具有布鲁斯特角。
“高”折射率材料(其定义为具有最高面内折射率的材料)可以具有高度双轴双折射性，以使nx1＞＞ny1＞＞nz1。这可以通过强制单轴拉伸一些材料或使这些或其他材料为非对称取向来实现。此关系使得膜的设计能同时满足以下三项标准：
1)对于沿透光轴偏振的可见光的至少25％但小于90％的反射率而言，Δny的值应足够大，以使得可以用可用数目的层来实现透光轴的此类基本反射率。通过实用材料和处理***得到的结果是，需要Δny≥约0.05。
2)为有助于降低光沿阻光轴的透射，Δnx的值应显著大于Δny。通常，可以优选的是Δnx≥2*Δny。此外，可以优选的是Δnz远小于Δnx，并且具有相反的符号。
如本文所述，前反射器可以提供随入射角变化而增加的s偏振光和p偏振光的反射率。此效果将在背光显示器中产生角“增益”，类似于棱柱BEF膜或本行业常用的增益漫射膜的效果。在使用前反射器的情况下，斜射光线由于对于倾斜角度的高反射率而进行循环，从而使该斜射光线在背光源中转变为透射概率更高的低角度光线。这样，以接近垂直入射角度离开光循环腔的光多于以高角度离开的光。
在典型的LCD面板中，通常将下吸收型偏振器(即图1的下吸收型偏振器156)的透光轴水平设置在LCD面板上。通过此结构，p偏振光以水平平面入射，而s偏振光以垂直平面入射。虽然通常要求此类面板的横向视角远大于竖直视角，但可能有利的是控制其相对值。因此，s偏振光与p偏振光的反射率和后续角增益的相对量为一种需要控制的参数。通常，下吸收型偏振器的透光轴可以设置成相对于观察者的任何合适取向，例如设置成与水平面、垂直面等所成的任何角度。
图7A示出了使用标准建模技术建模时，前反射器另一个实施例的透光轴反射率与空气中光的入射角的关系图。使用coPEN/PMMA共挤出多层膜通过如标准膜拉幅中所用的强制单轴取向，可以形成具有图7A所示反射率的前反射器。使用约300个层，可以实现图7A所示的400nm至870nm光的反射率，该光的偏振矢量平行于y-z平面(即透光轴)。coPEN的微层的折射率为nx1＝1.82、ny1＝1.61以及nz1＝1.52。PMMA的微层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.49。曲线706表示p偏振光沿透光轴的反射率，而曲线708表示s偏振光沿透光轴的反射率。曲线710表示p偏振光和s偏振光沿阻光轴的反射率。反射率值包括多层膜的反射率和空气/膜边界处的表面反射率。此实施例的材料和折射率可用于多层叠堆设计，从而产生s偏振光的角增益或使其准直，但并不对由该前反射器的透光轴透射的p偏振光产生上述作用。
如图7A所示，折射率n2略小于nz1，并且p偏振光的透光轴反射率随入射角的增加而减小。在使用膜(例如在具有水平透光轴的LCD面板中的此类膜)的情况下，朝任一侧面离开腔体的光将多于以垂直入射角离开腔体的光，即，当从侧面观察时，面板将比以垂直入射角观察时更亮。可以添加增益漫射膜或具有垂直取向凹槽的BEF膜，将更多的光导向至法线(垂直)观察方向。或者，可以改变低折射率材料以使其具有高于nz1的折射率。以垂直平面离开腔体的光主要为s偏振光。如图7A所示，s偏振光的反射率大体上随入射角的变化而增加。因此，该前反射器将循环许多以垂直平面入射的高角度光，从而在垂直方向上产生显著角增益。
概括地说，参见图5和图7A，通过选择低折射率材料的折射率值(在高折射率材料折射率值ny1和nz1之间的范围内)，可以随着角度的变化控制s偏振反射率和p偏振反射率的相对强度。这样，便可以控制来自背光源腔体的偏振光在各个方向上的角增益或准直度。可以使折射率ny2小于nz1，但可能有利的是不使ny2太低，从而使得沿透光轴产生的布鲁斯特角可以漏射以高入射角入射的p偏振光。此类设计将产生负的角增益。使ny2大于ny1可以得到同样的结果。另外，使ny2大于ny1将降低反射器阻光轴的反射率，从而可能需要在膜中添加额外的层以防止具有不可取偏振态的光漏射。
如果高折射率和低折射率材料均为双折射材料，还可以调整s偏振对于p偏振的角增益的相对量。可对用于低折射率层的此类材料加以选择，使其具有与高折射率层相同或相反的双折射率，并且可选择ny2和nz2的相对值以确定s偏振和p偏振反射率的相对大小。
例如，图7B示出了使用标准建模技术建模时，前反射器另一个实施例的透光轴反射率与空气中光的入射角的关系图。具有图7B所示反射率的前反射器可以使用coPEN高折射率材料和低折射率材料间规立构聚苯乙烯(sPS)、或聚乙烯基本(PVN)、或其他合适的材料来形成。可以使用如标准膜拉幅中的强制单轴取向将材料成型为共挤出多层膜。使用约275个层，可以实现图7B所示400nm至870nm光的反射率，该光的偏振矢量平行于y-z平面(即透光轴)。coPEN微层的折射率为nx1＝1.82、ny1＝1.61、以及nz1＝1.50。sPS(或其他合适材料)微层的折射率为nx2＝1.52、ny2＝1.57、以及nz2＝1.65。曲线712表示p偏振光沿透光轴的反射率，而曲线714表示s偏振光沿透光轴的反射率。反射率值包括多层膜的反射率和空气/膜边界处的表面反射率。
一般来讲，当两种材料均为双折射材料时，如果低折射率材料具有与高折射率材料相反的双折射率，则在减小或保持Δny值的同时可以使Δnz增大。如果低折射率材料具有与高折射率材料相同的双折射率符号，则在保持或减小Δny的值的同时可以使Δnz减小。如图7B所示，p偏振光(曲线712)随入射角变化的增大速率比s偏振光(曲线714)更大。因此，p偏振光表现出比s偏振光大得多的角增益或准直度。
通常，棱柱增亮膜通过反射同轴光和折射偏轴光充当光的部分准直仪。例如，图28为棱镜增亮膜2800一部分的示意性剖视图。膜2800具有平滑侧2802和结构化侧2804。结构化侧2804包括多个三角形棱镜2806。光线2810以掠射角(即与法线呈接近90度的角度)入射到平滑表面2802上并折射。在到达结构化表面2804时，光线2810再次折射。光线2812以比光线2810更靠***滑表面2802法线的角度入射到平滑表面2802。当光线2812通过平滑表面2802和结构化表面2804时，也会发生折射。此外，光线2814在平滑表面2802上的入射角甚至比光线2838更靠***滑表面2802的法线，并且通过结构化表面2804发生两次全内反射。
如图所示，以相对高的角度入射到增亮膜2800上的光线(即光线2810)往往被棱镜表面折射至法线方向，而以相对低的角度入射的光线(即光线2814)往往(通过棱镜表面处的TIR反射)被反射回入射方向。通过此过程，来自混合角度光源(例如循环腔)的光线透过结构化表面2804朝法线角会聚。经过棱镜表面上的TIR过程而反射回腔体的光可由典型光循环腔中的后反射器反射。如果后反射器至少部分地为漫反射反射器，则反射光再次被角度混合，与没有增亮膜2800时的观察椎体中的亮度相比，该循环过程可以增加法线角观察椎体周围的亮度。
各种前反射器的角性能可以使用增益立方体来测量。参见例如名称为COMPOSITE DIFFUSER PLATES AND DIRECT-LIT LIQUID CRYSTAL DISPLAYSUSING SAME(复合物漫射板和使用该复合物漫射板的直接照明式液晶显示器)的美国专利公布No.2006/0082700(Gehlsen等人)。用于测量以下前反射器实施例的增益立方体包括5″
Figure G2008800167271D00291
立方体，该立方体由侧面厚5/8″顶部厚1/4″的
Figure G2008800167271D00292
(PTFE)壁制作而成。该立方体的
Figure G2008800167271D00293
底部具有铝底板。使用热胶带将电路板上的LED安装到此板上。2xTIPS(参见具体实例)用于将底部排列出切割的用于LED的孔洞。此循环腔构型提供空间均匀的(在整个后面板上)漫散照明，同时形成适度反射性、高度漫散性的循环腔，从而提供可用于测量各种前反射器实施例的循环式背光源腔体亮度变化的简单循环腔装置。
对于以下实施例而言，将型号为HLC2-5618S的Sanritz吸收型偏振器布置在增益立方体顶部，然后使用ConoscopeTM光学测量***(得自autronic-MELCHERS GmbH，Karlsruhe，Germany)来测量锥光亮度。通过将吸收型偏振器布置在增益立方体的顶部来进行基线测量。然后，将各种前反射器布置在增益立方体顶部，并且将吸收型偏振器布置在前反射器顶部。然后，在此构型中所做的锥光亮度的测量证明，简单循环式背光源亮度随观察者(测量过程中)观察角度的变化而变化。示出各种前反射器实施例的测量亮度值，其中在法线角至掠射角范围(对应于0°至90°的方位角)内标绘亮度。对于0°方位角而言，与吸收型偏振器透光轴一致的光为s偏振，而对于90°方位角而言，与吸收型偏振器透光轴一致的光为p偏振。
图29为单片BEF的亮度与极角的关系图。曲线2902和2904分别表示0°和90°处的BEF，而曲线2906和2908分别表示0°和90°处不含BEF的吸收型偏振器。随着增强亮度沿着90°方位面(凹槽方向)延伸至宽泛的角度范围，以及沿着0°方位面(垂直于凹槽方向)延伸至更狭窄的角度范围，法线角锥的亮度增加了1.605倍。另外，相对于仅在输出表面上具有吸收型偏振器的增益立方体的输出，高角度处的亮度显著减小。
图30为交叉的两片BEF的亮度与极角的关系图。曲线3002和3004分别表示0°和90°处的交叉BEF，而曲线3006和3008分别表示0°和90°处的不含交叉BEF的吸收型偏振器。随着增强亮度沿着90°方位面和0°方位面显著减小，法线角锥的亮度增加了2.6倍。
图31为APF(在实例中有进一步的描述)的亮度与极角的关系图，该APF的透光轴与覆盖的吸收型偏振器的透光轴一致。曲线3102和3104分别表示0°和90°处的APF，而曲线3106和3108分别表示0°和90°处的不含APF的吸收型偏振器。随着增强亮度对于90°方位面保持非常宽泛的高角度，并且沿着0°方位面减小，APF前反射器法线角锥的亮度增加了1.72倍。
图32为DBEF的亮度与极角的关系图，该DBEF的透光轴与覆盖的吸收型偏振器的透光轴一致。曲线3202和3204分别表示0°和90°处的DBEF，而曲线3206和3208分别表示0°和90°处的不含DBEF的吸收型偏振器。DBEF前反射器法线角锥的亮度增加了1.66倍，并且与APF前反射器一样，增强亮度对于90°方位面保持非常宽泛的高角度，并且沿着0°方位面减小。
图33为3xARF(参见具体实例)的亮度与极角的关系图，该3xARF的透光轴与覆盖的吸收型偏振器的透光轴一致。曲线3302和3304分别表示0°和90°处的3xARF，而曲线3306和3308分别表示0°和90°处的不含3xARF的吸收型偏振器。随着在90°方位面和0°方位面更高角度处增强亮度减小，3xARF前反射器法线角锥的亮度增加了1.84倍。该法线角亮度的增加远高于标准反射型偏振器膜APF和DBEF的法线角亮度，并且如与APF和DBEF比较的那样(参见表1)，可以通过增加3xARF前反射器的半球反射率来实现。此法线角观察锥体中亮度的增加甚至与同轴透射的增加一同发生，这是因为3xARF膜中增加的循环使得循环和角度混合的腔体光线具有更高的概率透射穿过前反射器。另外，减小透过输出表面的高角度亮度可能是有利的，这是因为可以不必增加棱镜或折射元件即可使LCD面板的对比度保持在需要的水平。
表1
  前反射器   半球反射率   同轴透射率
  APF   51.0％   89.3％
  DBEF   50.8％   87.5％
  3xARF   75.4％   52.0％
  小珠涂布的ARF-86   92.1％   12.8％
图34为ARF-86(与小珠涂布的ARF-84构造相同，参见具体实施例)的亮度与极角的关系图，该ARF-86的透光轴与覆盖的吸收型偏振器的透光轴一致。曲线3402和3404分别表示0°和90°处的ARF-86，而曲线3406和3408分别表示0°和90°处的不含ARF-86的吸收型偏振器。在图34中，法线角锥的亮度增加基本为零，这是因为前反射器高度反射沿ARF-86和吸收型偏振器的透光轴偏振的光。即使在半球反射率为92.1％的情况下，法线角观察锥体中的亮度相对于吸收型偏振器不变。
图35为具有小珠涂布顶部表面的ARF-86(参见具体实施例)的亮度与极角的关系图，该ARF-86的透光轴与覆盖的吸收型偏振器的透光轴一致。曲线3502和3504分别表示0°和90°处的ARF-86，而曲线3506和3508分别表示0°和90°处的不含ARF-86的吸收型偏振器。在这种情况下，小珠涂布的漫射表面位于与增益立方体腔体相对的ARF-86的表面上。就这一点而言，通过折射作用从下方与表面结构相遇的角度混合光倾向于准直。同时，小珠涂布的表面往往会在一定程度上使偏振光线偏振随机化，该偏振光线在透过输出表面离开腔体时从ARF-86膜射出，然后向上透过小珠涂布的表面。与不含小珠涂层的ARF-86相比，该作用使p偏振亮度随角度增加而减小。
重新参见图2，前反射器210可以包括提供所需反射率和透射率特性的一个或多个膜或层。在一些实施例中，前反射器可以包括两个或更多个膜。例如，图8A为前反射器800一部分的示意性剖视图。反射器800包括紧邻第二膜804的第一膜802。膜802、804可以相互间隔开或相互接触。或者，可以使用任何合适的技术连接膜802、804。例如，可以使用任选的粘合剂层806将膜802、804层合在一起。可以对层806使用任何合适的粘合剂，如压敏粘合剂(例如3M光学透明粘合剂)和紫外光可固化粘合剂(例如UVX-4856)。在一些实施例中，可以用折射率匹配流体替换粘合剂层806，并且可以使用本领域中已知的任何合适技术使膜802、804保持接触。
膜802、804可以包括本文针对前反射器所描述的任何合适的膜。膜802、804可以具有类似的光学特性；或者，膜802、804可具有提供不同光学特性的不同构造。在一个示例性实施例中，膜802可以包括本文所述的不对称反射膜，该不对称反射膜在一个平面内具有透光轴，并且膜804可以包括第二不对称反射膜，该第二不对称反射膜在与第一膜802的透光轴不平行的第二平面内具有透光轴。此不平行的关系可以在两个透光轴平而之间形成任何合适的角度。在一些实施例中，透光轴平面可以是大体上正交的平面。这种关系将在前反射器800的透光轴内提供高反射率。
此外，例如，膜802可以包括不对称反射膜，而膜804可以包括诸如BEF之类的棱镜增亮膜。在一些实施例中，BEF可以相对于不对称反射膜取向，以便BEF准直与不对称膜的准直平面正交的平面内的透射光。或者，在其他实施例中，可以对BEF进行取向，以便BEF准直不对称反射膜的准直平面内的透射光。
在其他实施例中，膜802可以包括本文所述的任何合适的膜(如不对称反射膜)，而膜804可以为任何合适的基底层。基底可以包括任何合适的一种或多种材料，例如聚碳酸酯、丙烯酸类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、以及纤维强化光学膜，例如在名称为FIBER REINFORCED OPTICALFILMS(纤维强化光学膜)的美国专利公布No.2006/0257678(Benson等人)；名称为REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS(强化反射型偏振膜)的美国专利申请No.11/323,726(Wright等人)；以及名称为REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS(强化反射型偏振膜)的美国专利申请No.11/322,324(Ouderkirk等人)中描述的那些纤维强化光学膜。
尽管前反射器800被描述为包括两个膜802、804，但前反射器800也可以包括三个或更多个膜。例如，可以使用三层反射型偏振器(例如DBEF或APF)制作三层式前反射器。如果三个层的布置使得第二层的偏振轴相对于第一层的偏振轴为45°，并且第三层的偏振轴相对于第一层的偏振轴为90°，则所得的前反射器将反射大约75％的垂直入射角度光。可以利用层与层之间的其他旋转角度来实现不同程度的反射。
两个具有几乎正交透光轴的反射型偏振器之间的双折射(偏振旋转)层或散射层还可以形成这样的反射膜：具有受控的反射率程度以用作前反射器的反射膜。两个反射型偏振器的透光轴可以一致、偏离、或正交。反射型偏振器之间的层可以为双折射板、棱镜膜、漫射片、或具有使透过第一反射型偏振器的偏振光旋转或扰乱特性的其他光学膜。反射型偏振器之间的层还可以是两个或更多个膜(例如支撑板和漫射片)的组合。这些层可以不相互附接，也可以通过层合或其他附接方法附接。
本发明的前反射器也可以包括设置在反射器的一个或多个表面之内或之上的光学元件。例如，图8B为前反射器810另一个实施例的一部分的示意性剖视图。反射器810包括具有第一主表面814和第二主表面816的膜812。膜812可以包括本文针对前反射器描述的任何合适的膜或层。多个光学元件818设置在第一主表面814之内或之上。尽管光学元件被描述为仅设置在第一主表面814上，但也可以将其设置在第二主表面816上或同时设置在第一和第二主表面814、816上。可将任何合适的光学元件(如微球、棱镜、立体角、透镜等)设置在膜812之内或之上。光学元件可以是折射元件、衍射元件、漫射元件等。在此实施例中，光学元件818可以准直膜812透射的光。在其他实施例中，光学元件818可以漫射入射到膜812上或离开膜812的光，这取决于光学元件812的设置。
光学元件818可以设置在膜812的主表面上或至少部分地嵌入膜812的主表面内。此外，可以使用任何合适的技术(如本文所述的用于制备小珠涂布的ESR的那些技术)来制造膜810。
光学元件818还可以设置在紧邻膜810的覆盖层或基底上。例如，图8C为前反射器820另一个实施例的一部分的示意性剖视图。反射器820包括膜822和紧邻膜822的增益漫射片824。膜820可以包括本文针对前反射器描述的任何膜和/或层。增益漫射片824包括具有第一主表面828和第二主表面830的基底826，以及设置在基底826的第二主表面830之内或之上的多个光学元件832。可以使用任何合适的光学元件832，例如图8B的光学元件818。基底826可以包括任何合适的具有光传输性质的基底。
对于图8C所示的实施例而言，增益漫射片824的第一主表面828紧邻膜822。漫射片824可以紧邻膜822，以使得该漫射片与膜822间隔开、与膜822接触、或附接到膜822。可以使用任何合适的技术(例如使用光学粘合剂)使漫射片824附接到膜822。可以针对漫射片824使用任何合适的增益漫射片。在一些实施例中，光学元件832可以设置在基底826的第一主表面828上，从而使元件832位于基底826和偏振膜822之间。
重新参见图2，前反射器210也可以附接到支撑层。支撑层可以包含任何合适的材料，例如，聚碳酸酯、丙烯酸类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。在一些实施例中，前反射器210可以通过纤维强化光学膜来支撑，例如在名称为FIBER REINFORCED OPTICAL FILMS(纤维强化光学膜)的美国专利公布No.2006/0257678(Benson等人)；名称为REINFORCEDREFLECTIVE POLARIZER FILMS(强化反射型偏振膜)的美国专利申请No.11/323,726(Wright等人)；以及名称为REINFORCED REFLECTIVEPOLARIZER FILMS(强化反射型偏振器膜)的美国专利申请No.11/322,324(Ouderkirk等人)中描述的那些纤维强化光学膜。此外，可以使用任何合适的技术将前反射器210附接到支撑层。在一些实施例中，可以使用光学粘合剂将前反射器210粘附到支撑层上。可以使用任何合适的技术(例如在名称为OPTICALLY TRANSMISSIVE COMPOSITE FILM FRAME(具有光传输性质的复合膜框架)的美国专利申请N0.60/947,776(THUNHORST等人)中描述的那些技术)将前反射器210和支撑层附接到背光源上。
在一些实施例中，前反射器210可以附接到液晶面板。例如，前反射器可以附接到图1的下吸收型偏振器158，该下吸收偏振器叉附接到面板基板154。
如本文所述，前反射器210可以包括使前反射器具有部分反射性和部分透射性的任何合适的膜和/或层。在一些实施例中，前反射器210可以包括一个或多个纤维偏振膜，例如在名称为REFLECTIVE POLARIZERSCONTAINING POLYMER FIBERS(包含聚合物纤维的反射型偏振器)的美国专利公布No.2006/0193577(Ouderkirk等人)；名称为MULTILAYERPOLARIZING FIBERS AND POLARIZERS USING SAME(多层偏振纤维和使用多层偏振纤维的偏振器)的美国专利申请No.11/468,746(Ouderkirk等人)；以及名称为POLYMER FIBER POLARIZERS(聚合物纤维偏振器)的美国专利申请No.11/468,740(Bluem等人)中描述的纤维偏振膜。其他可用于前反射器210的示例性膜包括胆甾型偏振膜、双折射片堆膜以及双折射共混聚合物(如得自3M公司的DRPF)。
可以使用任何合适的技术来制造本发明的不对称反射膜。参见例如名称为APPARATUS FOR MAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS(用于制备多层光学膜的设备)的美国专利No.6,783,349(Neavin等人)。例如，图9A-B示出了用于制备本发明不对称反射膜的方法的一个实施例。将材料900和902(选择具有适当地不同的光学特性的材料)加热至高于其熔化温度和/或玻璃化转变温度，然后注入到多层供料头904中。通常，使用针对每种材料的挤出机来实现熔化和初始注入。例如，材料900可以注入到挤出机901中，而材料902可以注入到挤出机903中。从供料头904离开的是多层流体流905。层倍增器906将多层流体流分流，然后将一个流重新导向和“叠堆”到第二个流顶部以倍增挤出层的数目。当不对称倍增器与能使整个层叠件的层厚度出现偏差的挤出设备一起使用时，可能会扩大层厚度的分布范围，从而使多层膜具有与期望的可见光谱部分对应的层对，并提供期望的层厚度梯度。如果需要，可通过向表皮层供料头910注入树脂908(用于表皮层)，将表皮层911引入膜。
多层供料头向膜挤出模头912供料。合适的供料头在例如美国专利No.3,773,882(Schrenk)和3,884,606(Schrenk)中有所描述。例如，挤出物温度可以为大约295℃，并且每种材料的进料速率为大约10-150千克/小时。在一些实施例中，可以优选的是当表皮层911穿过供料头和模头时，使其在膜的上表面和下表面上流动。这些层的作用是消除可见于壁附近的大应力梯度，从而更平滑地挤出光学层。各表皮层的常用挤出速率可以是2-50千克/小时(1-40％的总通过量)。表皮材料可以和光学层的其中一层的材料相同，也可以是不同材料。模具的挤出物通常呈熔融状态。
挤出物在转过固定线914的浇注轮916上冷却。固定线将挤出物固定到浇注轮上。为获得大范围角度上的透明膜，可以通过以低速转动浇注轮来使膜变得更厚，这使反射带向更长的波长移动。通过由所期望的光学和机械性能确定的比率进行拉伸，来对膜进行取向。纵向拉伸可以通过牵引辊918进行。横向拉伸可以在拉幅烘箱920中进行。如果需要，可以同时对膜进行双轴取向。可以优选大约3比1至4比1的拉伸比率，但小至1比1和大至6比1的比率也可适用于给定膜。拉伸温度将取决于所用双折射聚合物的类型，但合适的温度范围通常为高于其玻璃化转变温度2℃至33℃(5°F至60°F)。通常在拉幅烘箱的最后两个区域922中对膜进行热定型，以使膜达到最大结晶度并减小膜的收缩。采用尽可能高但不导致膜拉幅破损的热定型温度来减小热压印步骤中的膜收缩。将拉幅轨道宽度减小约1-4％也可以减小膜收缩。如果不使膜热定型，则热收缩特性达到最大，这可能是某些安全包装应用所需要的。可以将膜收集在卷绕辊924上。
在一些应用中，可能有利的是在多层膜的光学层中使用两种以上的不同聚合物。在这这种情况下，可以使用类似方法将额外的树脂流注入树脂流900和902中。可以使用类似于供料头904、适于分布两种以上层类型的供料头。
图9B示出了供料头904一个实施例的示意透视图，该供料头封闭在外壳928中。外壳928内设置有梯度板930。梯度板930中设置有至少两个流动通道，即第一流动通道932和第二流动通道934。流动通道由梯度板930和供料管板940的组合所限定。
在梯度板930中，每个流动通道都被加工为其横截面具有中心对称轴，例如，圆形、方形、或等边三角形。为便于加工，优选使用方形横截面的流动通道。横截面积可以沿着各流动通道保持恒定，但也可以有变化。所述变化可以是面积增加或面积减小，并且减小的横截面通常是指“渐缩”的横截面。可以设计流动通道的横截面面积的，从而得到影响多层光学膜层厚度分布的合适的压力梯度。因此，可以针对不同类型的多层膜构造来改变梯度板。
当使流动通道的横截面积保持恒定时，层厚度与层数目的关系曲线是非线性减小的曲线。对于给定的聚合物流体，有时优选的是存在至少一个横截面渐缩分布，从而形成层厚度与层数目的线性减小相关性。渐缩分布可以由本领域的适当技术人员使用所考虑聚合物的可靠流变学数据和本领域已知的聚合物流体模拟软件来建立，并且应该根据具体情况来计算。
重新参见图9B，供料头904还包含供料管板940，该供料管板具有第一导管组942和第二导管组944，每一导管组分别与流动通道932和934流体连通。如本文所用，“导管”也称为“侧通道管”。邻近导管942和944设置有轴棒加热器946，该轴棒加热器用于加热导管中流动的树脂。如果需要，沿轴棒加热器长度方向的区域中的温度可以变化。各导管向各自的狭槽模头956供料，该狭槽模头具有伸展段和狭槽段。伸展段通常位于供料管板940内。如果需要，狭槽段可以位于狭槽板950内。如本文所用，术语“狭槽模头”与“层狭槽”同义。第一导管组942与第二导管组944交错，从而形成交替的层。
在使用时，例如，树脂A和树脂B将直接送入流动通道932和934。当熔融流A和熔融流B向下流至梯度板930中的流动通道时，各熔融流经导管流出。由于导管942和944交错，因此它们可以形成交替的层，例如形成ABABAB。各导管具有各自的狭槽模头来形成实际层。离开狭槽模头的熔融流包含多个交替的层。熔融流注入压缩段(未示出)后，各层在该压缩段中压缩同时均匀地横向展开。可以由用于光学多层叠堆的熔融流，在最靠近供料头壁处送入称为保护性边界层(PBL)的特厚层。也可以通过供料头之后的单独的进料流送入PBL。PBL的作用在于保护较薄的光学层，使其免受壁应力和可能产生的流体不稳定性的影响。
在一些实施例中，无需使用倍增器(如倍增器906)即可制造本发明的不对称反射膜。尽管倍增器极大地简化了生成大量光学层的过程，但倍增器可能会使各个所得的层组产生对于各层组而言不相同的畸变。因此，对于各层组而言，任何对供料头中所产生层的层厚度分布的调整均不相同，即，不能同时对所有层组进行优化以产生无光谱畸变的均匀平滑的光谱。因此，会难以通过由倍增器制造的多层组膜来制作最佳分布且低透射性彩色反射器。如果在供料头中直接生成的单一层组中的层数目不能提供足够的反射率，则可以将两个或更多个此类膜附接到一起来增加反射率。
若从图9A的方法中除去倍增器，则可以使用轴棒加热器946来控制共挤出聚合物层的层厚度值，例如在美国专利No.6,783,349中进一步描述的那样。此类轴棒加热器可用于保持供料头中的恒定温度，并可用于产生高至约40℃的温度梯度。在一些实施例中，轴棒加热器布置在穿过供料头的孔中并被定向为垂直于层平面的方向，优选非常靠近一条穿过各侧通道管向狭槽模头供料处的点的假想线。更优选地，就共挤出第一聚合物和第二聚合物而言，轴棒加热器的孔的位置既靠近一条穿过各侧通道管向狭槽模头供料处的点的假想线，也可以与承载第一聚合物的侧通道管和承载第二聚合物的侧通道管等距。此外，轴棒加热器优选地为这样的类型：能够沿其长度方向提供温度梯度或多个不连续温度，这可以通过改变沿其长度方向的电阻，或通过多区控制，或通过本领域中已知的其他方法来实现。此类轴棒加热器可以控制层厚度和梯度层厚度分布，这对于控制反射带的位置和分布而言尤其重要，例如在名称为OPTICAL FILM WITH SHARPENEDBANDEDGE(具有锐化带边缘的光学膜)的美国专利No.6,157,490(Wheatley等人)；和名称为COLOR SHIFTING FILM(变色膜)的美国专利申请No.6,531,230(Weber等人)中有所描述。
供料头904被构造为使得所有膜叠堆中的层均直接通过轴棒加热器946来控制。在处理过程中可以使用任何合适的厚度测量技术(如，原子力显微镜法、透射电子显微镜法、或扫描电子显微镜法)来监控层厚度分布。还可以使用任何合适的技术对层厚度分布进行光学建模，然后可以根据测量的层分布和所需层分布之间的差值来调整轴棒加热器。
尽管通常不如AFM准确，但也可以通过对光谱求积分(对-Log(1-R)与波长光谱求积分)来快速估算层分布。这是根据这样的普遍原理得出，即反射器的光谱形状可以由层厚度分布的导数获得，前提条件是层厚度分布相对于层数目单调递增或单调递减。
层厚度分布控制的基本方法涉及根据目标层厚度分布和所测量层厚度分布的差值来调整轴棒区功率设置。调整给定供料头区中的层厚度值所需的轴棒功率增加可首先根据该加热器区生成层的所得厚度变化的每纳米供热瓦数进行校准。使用针对275个层的24个轴棒区可以实现光谱的精密控制。一旦经过校准，就可以在给定目标分布和所测量分布的情况下计算所需的功率调整。重复该步骤直到两种分布一致。
例如，根据上述技术使用折射率为nx1＝1.82、ny1＝1.61、nz＝1.50的coPEN，以及对于所有方向的折射率为n2＝1.57的PCTG与聚碳酸酯的混合物，制得275层的膜。在图10中以曲线1002示出了所测量到的以60°角度入射到透光轴的p偏振光的透射光谱。还以曲线1004示出了阻光轴的透射光谱。注意，阻光轴光谱和透光轴光谱在非常宽的谱带上均具有相对恒定的透射率。
重新参见图2，背光源200也包括后反射器220，该后反射器与前反射器210一起形成中空光循环腔202。后反射器220优选地具有高反射性。例如，后反射器220可以具有对于光源射出的可见光而言至少90％、95％、98％、99％的同轴平均反射率，或对于任何偏振可见光而言更高的同轴平均反射率。该反射率值还可以减少高度循环腔中的损耗量。该反射率值涵盖反射进半球的所有可见光的反射率，即，该值包括镜面反射和漫反射反射率。
无论在空间上均匀分布或呈一定的图案，后反射器220都可以主要是镜面反射器、漫反射器或镜面反射器与漫反射器的组合。在一些实施例中，后反射器220可以是(如本文进一步所述的)半镜面反射器。另参见名称为RECYCLING BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGNCHARACTERISTICS(具有有益设计特性的循环式背光源)(代理人案卷号No.63032WO003)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX；和名称为BACKLIGHTSUITABLE FOR DISPLAY DEVICES(适用于显示器装置的背光源)的美国专利申请No.11/467,326(Ma等人)。在一些情况下，后反射器220可以由具有高反射率涂层的刚性金属基底制成，或由层合到支撑基底上的高反射率膜制成。合适的高反射率材料包括：得自3M公司的VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)多层聚合物膜；使用0.4密耳厚的丙烯酸异辛酯-丙烯酸压敏粘合剂将掺有硫酸钡的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(2密耳厚)层压到VikuitiTM ESR膜上所形成的膜，本文将所得层合膜称为“EDRII”膜；得自Toray Industries公司的E-60系列LumirrorTM聚酯膜；多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜(例如得自W.L.Gore&Associates公司的那些)；得自Labsphere公司的SpectralonTM反射材料；得自Alanod Aluminum-Veredlung GmbH&公司的MiroTM阳极氧化铝膜(包括MiroTM2膜)；得自Furukawa Electric公司的MCPET高反射率泡沫片材；得自MitsuiChemicals公司的White RefstarTM膜和MT膜；以及2xTIPS(参见具体实例)。
后反射器220可以大体上是平坦而光滑的，或可具有与之相关联的结构化表面，以增强光的散射或混合。这种结构化表面可以：(a)施加在后反射器220的表面上，或(b)施加在涂敷于表面的透明涂层上。在前一种情况下，可以将高反射率膜层合到预先形成结构化表面的基底上，或可将高反射率膜层合到平坦基底(如金属薄片，如同得自3M公司的VikuitiTM耐用增强型镜面反射片-金属(DESR-M)反射器)上，然后再采用(例如)压印操作形成结构化表面。在后一种情况下，可以将具有结构化表面的透明膜层合到平坦反射面上，或可将透明膜施加到反射器上，然后可以在透明膜顶部形成结构化表面。
对于这些包括直接照明式构型(如图16的背光源1600)的实施例而言，后反射器可以是其上安装有光源的连续的一体(并且完整)层，或可将其构造成不连续的单独片，或将其构造成不连续到包括其他连续层中的分离小孔(光源可从该孔中穿出)的程度。例如，将反射材料带施加到其上装有几行光源的基底上，每条反射材料带都具有足以从一行光源延伸到另一行光源的宽度，并具有足以跨越背光源输出区域相对边界的长度尺寸。
背光源200也包括沿背光源200外边界的至少一部分设置的一个或多个侧反射器250，该背光源优选为带衬里的，或具有高反射率的垂直壁面，以减少光损失和改善循环效率。可以采用与后反射器220所用相同的反射材料来形成这些反射器，或者也可以采用不同的反射材料。在一些实施例中，侧反射器250和后反射器220可以由单片材料形成。
侧反射器250可以是竖直的，或作为另外一种选择，一个或多个反射器可以是倾斜的。另外，侧反射器250的反射材料与后反射器220所用材料可以相同或不同。侧反射器250上可以采用镜面反射、半镜面反射、漫射材料。可以在侧反射器250上或邻近侧反射器250处使用折射结构来实现所需的反射分布。可以选择壁材料和倾斜角来调整亮度分布。
示意性示出光源230。在大多数情况下，这些光源230是紧凑的发光二极管(LED)。此时，“LED”是指发射可见光、紫外光或红外光的二极管。它包括作为LED(不论是常规型还是超辐射型)销售的封闭或封装的非相干半导体器件。如果LED发射的是如紫外光等不可见光，以及在LED发射可见光的某些情况下，则将其封装为包含荧光体(或是照亮设置在远处的荧光体)，以将短波长光转化为波长更长的可见光，某些情况下会得到发射白光的器件。“LED晶粒”是LED最基本的形态，即经半导体加工方法制成的单个元件或芯片。部件或芯片可以包括适于应用能量以驱动器件的电触点。元件或芯片的各个层和其他功能元件通常以晶片级形成，然后将加工好的晶片切成单个元件，以生产多个LED晶粒。本文将对封装LED(包括前发射和侧发光LED)进行详细的讨论。
无论是否用于产生白光，多彩光源可以在背光源中具有多种形式，并对背光源输出区域的色彩和亮度均匀性产生不同的影响。在一种方法中，多个LED晶粒(例如，发红光、绿光和蓝光的晶粒)全部彼此接近地装在引线框架或其他基底上，然后一起装入单个封壳材料中形成一个封装体，封装体内还可以包括单透镜元件。可以控制这样的光源发射任何一种单独色彩的光，或同时发出所有色彩的光。在另一种方法中，可以将单独封装的LED集成一束用于某个给定的循环腔，其中每个封装体仅有一个LED晶粒并发射一种色彩的光，LED束中含有发出不同色彩(如蓝/黄或红/绿/蓝)的封装LED的组合。在另一个方法中，可以将此类单独包装的多色LED以一个或多个线条、阵列或其他图案的形式设置。
LED效率与温度相关并且通常随温度增加而降低。不同类型LED的效率降低可以不同。例如，红色LED显示出比蓝色或绿色LED更为显著的效率降低。如果将更为热敏感的LED热隔离以使其在散热器上具有更低的功率密度，和/或使其不易于与其他LED进行热传递，则本发明的各种实施例可以用于减轻此影响。在传统背光源中，设置单色的LED簇会导致很差的色彩均匀度。在本发明中，(例如)红色LED簇的颜色可以和绿色和蓝色LED的颜色很好地混合以形成白色。光传感器和反馈***可以用于检测和控制LED光的亮度和/或颜色。例如，传感器可以靠近单个LED或LED簇布置，从而监测输出并提供反馈以控制、保持、或调整白点或色温。可能有利的是沿着边缘或在中空腔体内布置一个或多个传感器以对混合光采样。在某些情况下，可能有利的是提供传感器以检测观察环境(例如，放置显示器的房间)中显示器外部的环境光。在这种情况下，可以使用控制逻辑根据环境观察条件来适当调整显示器光源输出。可以使用多种类型的传感器，例如使用得自Texas Advanced Optoelectronic Solutions(Plano，Texas)的光转频率或光转电压传感器。另外，可以使用热传感器来监测并控制LED输出。可以使用所有这些技术，根据操作条件以及根据对元件随时间老化的补偿来进行调整。传感器可用于动态对比***或场序***以向控制***提供反馈信号。
如果需要，可以使用其他可见光发光体(如线性冷阴极荧光灯(CCFL)或热阴极荧光灯(HCFL))来代替或辅助分立的LED光源，以作为本发明所公开的背光源的照明源。此外还可使用混合***，例如CCFL/LED(包括发出冷白光和暖白光的CCFL/LED)、CCFL/HCFL(例如发出不同光谱的CCFL/HCFL)。发光器的组合可有多种变化，包括LED和CCFL，以及诸如多个CCFL、多个不同颜色的CCFL、LED和CCFL之类的复合体。
例如，在某些应用中，可能有利的是用不同的光源(如长圆柱形CCFL)或线性表面发射光导来代替离散光源列，其中该光导沿其长度方向发光并连接到远程有源元件(如LED晶粒或卤素灯)，也可对其他光源列做同样的替代。在美国专利No.5,845,038(Lundin等人)和6,367,941(Lea等人)中公开了这种线性表面发射光导的实例。已为人们所知的还有纤维耦合激光二极管和其他半导体发光体，在这些发光体中，当把它放在本发明所公开的回收腔中或者以其他方式放在背光源的输出区域后面时，光学纤维波导的输出端可以看作是光源。同样的情况也适用于发光区域较小的其他无源光学元件，如透镜、偏转器、狭窄的光导以及发射从有源元件(如灯泡或LED晶粒)接收到的光线的类似元件。这类无源元件的一个实例是侧发光封装LED的模制封壳或透镜。
可以将任何合适的侧发光LED用于一个或多个光源，如，LuxeonTMLED(得自Lumileds，San Jose，CA)，或在(例如)名称为LED PACKAGEWITH CONVERGING OPTICAL ELEMENT(具有聚光元件的LED封装)的美国专利申请No.11/381,324(Leatherdale等人)、以及名称为LED PACKAGEWITH WEDGE-SHAPED OPTICAL ELEMENT(具有楔形光学元件的LED封装)的美国专利申请No.11/381,293(Lu等人)中所述的LED。本文所述的各种实施例可能需要其他发射图案。参见例如名称为LED PACKAGE WITHWEDGE-SHAPED OPTICAL ELEMENT(具有楔形光学元件的LED封装)的美国专利公布No.2007/0257270(Lu等人)。
在一些实施例中，其中背光源与显示器面板(如图1的面板150)组合使用，背光源200连续发射白光，液晶面板与滤色器矩阵相结合，构成多色像素组(诸如黄/蓝(YB)像素、红/绿/蓝(RGB)像素、红/绿/蓝/白(RGBW)像素、红/黄/绿/蓝(RYGB)像素、红/黄/绿/青/蓝(RYGCB)像素等)，从而使所显示的图像为多色。作为选择，也可以使用色序技术来显示多色图像，其中该技术不是用白光从背后连续照明液晶面板，并通过调制液晶面板中的多色像素组来产生色彩，相反，它是对背光源200内部的不同颜色(例如，选自诸如上述组合的各种组合中的红色、橙色、琥珀色、黄色、绿色、青色、蓝色(包括品蓝)和白色)的独立光源进行调制，以使背光源以快速重复的方式依次闪现出空间上均匀的彩色光输出(例如，先是红色，然后是绿色，然后是蓝色)。这种调制过色彩的背光源接着再与只有一个像素阵列(没有任何滤色器矩阵)的显示组件相组合，以便在调制速度足够快以至于可以在观察者的视觉***中产生短暂混色效果的情况下，与背光源同步地调制像素阵列，从而在整个像素阵列上产生所有能产生的颜色(背光源中所用光源已知)。色序显示(也称为场序显示)的实例在美国专利No.5,337,068(Stewart等人)和美国专利No.6,762,743(Yoshihara等人)中有所描述。在一些情况下，人们可能只希望提供单色显示。在这些情况下，背光源200可以包括滤光器或主要发射一种可见波长或色彩的特殊光源。
在一些实施例中，光源可以包括一个或多个偏振光源。在此类实施例中，可以优选的是偏振光源的偏振轴被取向为使得其基本上平行于前反射器的透光轴；或者，可以优选的是光源偏振轴基本上垂直于前反射器的透光轴。在其他实施例中，偏振轴可以相对于前反射器的透光轴形成任何合适的角度。
在一些实施例中，例如，诸如图16所示实施例的直接照明式背光源，光源可以设置在后反射器上；或者，光源可与后反射器间隔开。在其他实施例中，光源可包括布置在或连接到后反射器上的光源，例如共同拥有的和共同待决的美国专利申请No.11/018,608(代理人案卷号No.60116US002)；11/018,605(代理人案卷号No.60159US002)；11/018,961(代理人案卷号No.60390US002)；以及10/858,539(代理人案卷号No.59334US002)。
可采用任何合适的布置方式设置光源230。此外，光源230可以包括发出不同波长或颜色光的光源。例如，光源可包括发出第一波长照明光的第一光源和发出第二波长照明光的第二光源。第一波长可与第二波长相同，也可不同。光源230也可包括发出第三波长光的第三光源。参见例如名称为WHITE LIGHT BACKLIGHTS AND THE LIKE WITH EFFICIENTUTILIZATION OF COLORED LED SOURCES(有效利用彩色LED光源的白光背光源等)(代理人案卷号No.63033WO004)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX。在一些实施例中，各种光源230可以产生光，产生的光经过混合后，向显示器面板或其他装置提供白色照明光。在其他实施例中，每个光源230均可产生白光。
此外，在一些实施例中，可以优选至少部分准直发射光的光源。此类光源可以包括透镜、提取器、成型的封壳、或由光学元件构成的它们的组合，从而将所需输出提供至本发明所公开的背光源的中空光循环腔。此外，本发明的背光源可以包括注入光学装置，该注入装置将最初注入循环腔的光部分准直或限制成接近于横向平面(横向平面平行于背光源的输出区域)的传播方向，例如注入光束在最大功率的一半处的全角宽度(关于横向平面)(FWHM)在0至90度、或0至60度、或0至30度、0至15度、或0至10度或更小的范围内。合适的注入器形状包括楔形、抛物线形、复合抛物线形等。
通常，可以控制由一个或多个光源230射入腔体202的光的FWHM值，以提供所需的准直度。可以使用任何合适的技术来提供任何合适的FWHM值。此外，还可以控制注入光的方向，以提供所需的传送特性。例如，可以任何相对于横向平面的合适角度将一个或多个光源发射的光导入腔体。在一些实施例中，可以将注入光导向为朝向后反射器220的方向。
在本发明的一些实施例中，可以优选的是在中空光循环腔内提供一定程度的漫射。此类漫射可以使光在腔体内进行更多的角混合，从而有助于在腔体内散布光，并且使透过输出表面导出腔体的光具有更高的均匀度。换句话讲，光循环腔包含使腔体具有镜面和漫射特性平衡的元件，该元件不但具有足够的镜面反射性以支持腔体内大量的侧向光传送或光混合，而且还具有足够的漫散性以使腔体内稳态)光传播的角分布显著均质化，甚至在仅窄范围的传播角度范围内将光射入腔体中时也是如此。另外，腔体内的光循环必然使反射光偏振相对于入射光偏振态产生一定程度的随机化。这可以提供一种机制，利用该机制可将不可用偏振光通过光循环转变成可用偏振光。如本文进一步所述，通过前反射器和后反射器中的一个或两个、侧反射器，或通过设置在前反射器和后反射器之间的一个或多个层可以提供漫射。
在一些实施例中，腔体内形成的漫射可以包括半镜面漫射。如本文所用，术语“半镜面反射器”是指正向散射显著多于反向散射的反射器。相似地，术语“半镜面漫射片”是指不使绝大部分入射光的入射光线的垂直分量反向的漫射片，即，光基本以正向(z向)透射同时在一定程度上以x向和y向散射。换句话讲，半镜面反射器和漫射片将光线导向为大体上正向，因此与将光线以等几率重新导向至所有方向的朗伯曲线元件大不相同。半镜面反射器和漫射片可以表现出相对宽的散射角度；或者，此类反射器和漫射片可表现为仅使少量光偏转于镜面反射方向之外。参见例如名称为RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS(具有半镜面反射元件的循环式背光源)(代理人案卷号No.63032WO003)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX。
半镜面反射器可以有助于光在整个腔体内的侧向散布，同时仍使偏振和光线方向产生足够混合。例如，图11为背光源1100一部分的示意性剖视图，该背光源包括漫反射型前反射器1120和漫反射型后反射器1130。前反射器和后反射器均为朗伯曲线反射器，即，两种反射器均使光基本上等几率地在所有方向上反射。前反射器1120还具有部分透射性。这样，前反射器1120和后反射器1130每次反射均在正向和反向上导向等同量的光，从而在数次反射之后，大大减弱了光线的正向分量。
如图11所示，光线1160入射到前反射器1120上，并且发生漫反射。入射光1160的至少一部分透射出前反射器1120。光1162(漫反射光的一部分)随后入射到后反射器1130上，并在其上发生漫反射。漫反射型前反射器1120和后反射器1130的组合可以充分抑制背光源1100内光的散布，因为大量的光1160向后导向至与光1160的传播方向相反的方向。由于前反射器1120为部分透射性，因此背光源1100一端的前反射器可以提取可能不成比例的光量。
与图11所示的实施例对比，图12为背光源1200另一个实施例的一部分的示意性剖视图，该背光源包括镜面反射前反射器1220和半镜面反射后反射器1230。光线1260入射到反射器1220上，在此处，光的至少一部分1262被镜面反射至后反射器1230，而光的一部分1264发生透射。继而，后反射器1230使光1262发生半镜面反射，使得相当大一部分的光继续正向传播。
可以将任何合适的半镜面反射材料用于本发明的前反射器和后反射器。参见例如名称为RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULARCOMPONENTS(具有半镜面反射元件的循环式背光源)(代理人案卷号No.63032WO003)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX。
此外，(例如)半镜面后反射器可以在高反射率漫反射器上包括部分透射性镜面反射器。合适的部分透射性镜面反射器包括本文所述的任何部分透射性反射膜，例如对称或不对称反射膜。合适的高反射率漫反射器包括EDR II膜(得自3M)；多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜(例如，得自W.L.Gore&Associates公司的那些)；得自Labsphere公司的SpectralonTM反射材料；得自Furukawa Electric公司的MCPET高反射率发泡片材；以及得自Mitsui Chemicals公司的White RefstarTM膜。
在另一个实施例中，半镜面后反射器可以在高反射镜面反射器上包括部分朗伯曲线漫射片。或者，高反射镜面反射器上的正向散射漫射片可以提供半镜面后反射器。
用类似于后反射器的构造可以使前反射器具有半镜面反射性。例如，可以组合部分反射朗伯曲线漫射片与部分镜面反射器。或者，可以组合正向散射漫射片与部分镜面反射器。此外，前反射器可以包括正向散射部分反射器。在其他实施例中，可以组合任何上述的前反射器，从而提供半镜面前反射器。例如，前反射器(例如图8B和图8C的前反射器810或820)可以包括不对称反射膜，该不对称反射膜具有设置在面向腔体的反射器主表面之上或之内的折射结构。
在一些实施例中，可以将附加光学元件***前反射器和后反射器之间的循环腔，并且可以调控此类附加元件以使腔体具有所需程度的半镜面反射性。例如，半镜面漫射膜可以悬置于前反射器和后反射器之间的腔体中，所述前反射器和后反射器可以为镜面反射性或半镜面反射性。尽管通常有利的是使腔体中元件数目尽可能少，但通过满足前反射器或后反射器的最小损耗设计，有时可以使用第三元件来提供更高效率的腔体。
可以通过多种手段实现光线在具有正向散射元件的腔体内混合。这可以通过漫射元件(既可以是前反射器或后反射器的一体部分，也可以层合到前反射器或后反射器)，或通过使用设置在前反射器和后反射器之间任何位置的单独漫射片来实现。也可以通过这些可选方式的任何组合来实现。如何选择取决于问题(例如光学损耗、元件成本、以及加工便利性)的相对重要性。漫射元件可以附接到前反射器或后反射器中任何一个或成为其一体部分，或可以在漫射片和反射器之间形成气隙。
无论漫射片为任一反射器的一体部分，还是层合到任一反射器，或作为单独元件设置于腔体中，总体所需的光学性能是这样一种光学性能，对于完成一次从后反射器到前反射器并回到后反射器的往返行程的光线而言，其具有显著窄于朗伯曲线分布的角散布函数。半镜面反射器可同时具有镜面反射器和朗伯曲线反射器的特性，或可以是关于镜面反射方向的轮廓分明的高斯锥。性能在很大程度上取决于其具体构造。参见例如PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX(代理人案卷号No.63032WO003)。
如上所述，本发明的背光源是中空的，即，光在腔体内的侧向传送主要在空气、真空等中进行，而不是在光密介质(例如丙烯酸类树脂或玻璃)中进行。以往，实心光导装置一般用于最薄背光源(诸如手持装置之类的非常小的显示器除外)，并用诸如冷阴极荧光灯(CCFL)之类的线性连续光源照明。实心光导装置可以在光导装置的顶部和底部表面通过光的全内反射(TIR)现象提供光的低损耗传送和镜面反射。如本专利申请中其他处所述，光的镜面反射使光在光导装置内最有效地侧向传送。设置在实心光导装置顶部或底部表面上的提取器使光重新导向，以将光导出光导装置，从而实质上形成部分反射器。
然而，实心光导装置对于大型显示器而言存在若干问题，例如成本、重量、以及光的均匀度。大面积显示器的均匀度问题随着单独RGB彩色LED的出现而增加，与背光源输出表面的面积对比，该单独RGB彩色LED是有效的点光源。高强度点光源导致传统的直接照明式背光源与采用实心光导装置的侧光式***出现均匀度问题。如果制成中空光导装置，则均匀度问题可以大大减少，该中空光导装置也可以如在实心光导装置中一样使光显著侧向传送。在一些情况下，对于偏振和光线角度循环***而言，中空腔体(与固态腔体相比)可以更好地将光在整个显示器表面上侧向散布。
如本文此前所述，高反射率前反射器和后反射器的使用需要将由于此类反射器造成的循环腔内的光损耗最小化。腔体中的损耗起因于多个光源中的损耗(例如在前部分反射器、后反射器、端面和拐角、光源及其支撑结构和/或其注入口处产生的光吸收)，以及其他元件中的损耗(诸如可以设置在腔体内或为部分反射器一部分的漫射片或其他光控制膜中的损耗)。腔体各元件对于各光线的每次反射和透射导致了一定程度的光强度损耗。因此，可以将光在循环腔中传播的总损耗保持在极低程度，例如既提供低吸收损耗的基本上封闭的腔体(包括低损耗前反射器和后反射器以及侧反射器)，又(例如)通过确保所有光源的累积发射区域为背光源输出区域的一小部分而将与光源相关的损耗保持在非常低的水平。
在诸如前反射器顶侧上的元件中仅发生一次(其中光仅穿行一次)的损耗，会使总体亮度降低，降低程度等于其吸收百分率的简分数。如本文所示，光线多次反射产生的重复损耗可以造成光强度的很大损耗。腔体的侧面和拐角可以根据需要用镜膜密封。可以将能作为条带使用的超薄多层聚合物反射器用于此项用途。在空间不成问题的情况下，可以使用较厚的漫反射器来密封腔体的侧面和拐角。
偏振LCD背光源的可能损耗来自前反射器透射的具有错误偏振态的光，该错误偏振态的光在透射后由液晶面板上的下偏振器吸收。通过采用主要透射偏振光的前反射器，以及通过使前反射器阻光轴的反射率达到最大，可以使此损耗降到最低。
对于前反射器部分反射率的任何指定水平而言，***的输出很大程度上取决于腔体每次透射的损耗值。该损耗值最易于表征为在腔体中有所有分量的所有光线的平均损耗。由于种种原因，很难通过对所有分量进行单独损耗测量来估算特征损耗值。该损耗通常取决于光线的入射角和穿过腔体中各元件(例如腔体内的侧反射器和光源)或从腔体中各元件反射出的光线的相对数目。
估算总***特征损耗值的最直接的方法是，测量腔体发射的光与所有腔体光源发射的光的对比量。该比值通常称为腔体效率。对这些腔体进行光学建模可以有助于理解单个元件和腔体总损耗值的相对重要性。由于产生多次反射，并且由此给定光线产生多次损耗，所以腔体的总损耗取决于前反射器的反射率。如果前反射器的反射率增加，则***中平均光线的平均反射次数增加。
针对两个反射器之间光反射的简单多次反弹模型示出了此功能。例如，图13为腔体的分数输出与“1减去前反射器腔体损耗值”的关系图，该前反射器具有平行于前反射器透光轴偏振的光的各种同轴平均反射率。假定后反射器的反射率为100％。腔体损耗值归因于从前反射器到后反射器的每次光线传输。模型假定光线角度恒定，即，该模型为一维模型。损耗值表示在前反射器和后反射器中、以及两者间的任何其他元件中的可能损耗值。曲线1302表示同轴反射率为85％的前反射器，曲线1304表示同轴反射率为75％的前反射器，曲线1306表示同轴反射率为50％的前反射器，并且曲线1308表示同轴反射率为30％的前反射器。
对于增加的部分反射器反射率值，腔体损耗值对腔体效率变得越来越重要。对于前反射器高于R＝50％的值，腔体输出相对于特征腔体损耗值大体上呈非线性，并且腔体损耗值优选小于10％(即，1减去腔体损耗值应大于0.90)。在一些实施例中，由于在反射器、光源、边缘、拐角等中的总损耗应小于10％，所以后反射器可以具有大于95％的同轴平均反射率。
偏振背光源的更复杂的腔体模型示出了类似的趋势。图14示出了对于各种损耗值而言，同轴偏振输出与前反射器反射率的关系图。该模型计算了腔体内所有光线角度和偏振态的多次反弹损耗。由于随着入射角和偏振的变化对前反射器的反射率建模，因此可以估算腔体的同轴亮度。如果前反射器对于平行于一个轴偏振的光的反射率非常高(阻光轴Rblock＝99.9％)，并且通过设计改变了另一轴(Rpass)的反射率，则当以相对于其表面垂直入射的角度观察时，背光源的亮度很大程度上取决于腔体中每次透射的损耗和Rpass的值。使每次透射的平均损耗从零至20％变化，从而获得图14中的各种曲线，所述曲线示出了每个假定腔体损耗值的腔体同轴亮度。
同轴亮度为腔体正面上的空间平均值，腔体正面的完美均匀度受正面上任意点的亮度限制。假定前反射器为不对称反射膜，其折射率与取向的PEN/PMMA多层叠堆类似。高折射率PEN材料包括以下折射率：nx1＝1.82、ny1＝变量、nz1＝1.49。PMMA材料的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.49。通过改变PEN层的y折射率(透光轴方向)，同时保持多层重复单元的两层中所有其他折射率恒定，来改变模型中Rpass的值。注意，当部分反射器的反射率(Rpass)值很高时，***输出对于损耗函数十分敏感。模型假定PEN/PMMA的阻光轴的折射率差值为0.33(即Δx＝0.33)，该值易于用PEN或各种结合PMMA的coPEN获得。这确保了因阻光轴漏射而造成的低损耗。如果阻光轴具有显著漏射性，那么它将有助于背光源损耗函数，因为液晶面板的底部吸收型偏振器将吸收此偏振态的光。
低吸收损耗是全反射膜和部分反射膜的共同需要。两种膜中任何一种膜的吸收率(A)均可以用表达式A＝1-T-R来表征，其中T为透射率，而R为单程测量中测定的反射率。前反射器的吸收损耗可以分为两个部分：反射时的吸收损耗(AR)；和光线透射时可能发生的额外吸收损耗(AT)。后一种损耗发生在许多具有附加材料或材料层的膜中，虽然所述附加材料或材料层不参与实际反射过程，但其对于(例如)结构支撑或易于制备性而言却是必需的。重要的是这些附加材料不是面向腔体内部，而是尽可能面向腔体外部。在循环腔中，反射时的吸收损耗比透射时的吸收损耗更为关键。后一种损耗仅发生一次，而前一种损耗却随光线的每次反弹或反射发生。因此，反射时5％的吸收损耗可以倍增至多达50％的损耗或者更多，这取决于前反射器的T值。相比之下，透射时5％的吸收损耗仅产生5％的总损耗。每个光学元件的两种吸收损耗值AR和AT均可以通过测量膜每一侧的反射率以及膜的透射率来测定。这便产生两个方程和两个未知数：1-T-R1＝AR和1-T-R2＝A1。
通过在光混合腔中尽可能少地使用元件，可以使损耗降到最低。对于设计成促进光均匀侧向散布的低损耗中空背光源，背光源腔体的元件特征可以包括以下特征中的至少一些：
1)高反射率(如，后反射器、边缘、拐角等处；低吸收光源和光源周围区域；顶部反射器和背光源边缘之间充分密封处)；
2)通过半镜面反射或漫射进行光线混合；
3)前反射器具有部分反射性/透射性；
4)高效偏振输出选择；
5)高效角度输出选择；
6)各个元件的机械支撑物(如基底和支撑柱)。
可以使用单独的元件来实现这六种特征中的一种或多种，但可以优选的是将尽可能多的特征结合到尽可能少的元件中，从而将***中的损耗降到最低。例如，多个元件可以尽可能地共用公共基底。另外，基底可以尽可能地从腔体朝向外部，以尽量减少光透过其发生多次透射。
额外损耗也可能发生在光源中或其支撑基底中，或在将光源连接到基底的端口以及电连接处发生。理想的是，腔体中仅有光源发射表面处于暴露，而所有其他表面和元件均由高度反射材料覆盖。对于边缘和拐角损耗同样如此。腔体中的其他损耗主要发生在提供上述六种特征的光反射和偏转元件中。
如上所述，使用多功能元件可以降低损耗。术语“多功能元件”是指这样一种元件：其执行背光源所需的两个或更多个单独元件的功能。这样，可以用更少的元件来替换诸如实心光导装置、漫射板、反射型偏振器、棱镜膜或其他增亮膜之类的元件。通常，减少背光源中所用元件的数目不仅可以增加背光源的效率，而且可以减小背光源腔体的深度。元件选用材料的厚度和类型也可以影响其损耗值。
有若干类型的材料和元件设计可以用于实现上述六种特征中的一种或多种。例如，可以将后反射器和/或前反射器的阻光轴制成具有高反射率。但高反射率可能难以通过随机反射***(例如漫反射器或片堆膜)来实现。可能难以用此类***实现仅一种偏振光的高反射率。此外，可能难以用漫反射器实现具有半镜面散射分布的高反射率。可将使用1/4波长厚层的相长干涉***制成具有高反射性且非常薄，从而用于制造薄的背光源。
高反射率膜行业中的实例是膜，例如得自Toray Films的微孔取向聚酯(PET)膜，以及得自3M公司的镜面反射器(例如ESR)。微孔膜的反射率为约95％(透射率为约4％)并且厚度为约0.2mm。ESR的反射率约99％并且厚度仅为约0.07mm。微孔PET的反射率由空气和取向聚酯的折射率差值所形成，该差值为约0.65。ESR是取向PEN和PMMA的多层膜，垂直入射角度处ESR的折射率差值为约0.26。即便ESR具有小得多的折射率差值，仍可用更薄的构造使其反射率为至少99％。
如果需要具有高阻光轴反射率的偏振膜，则材料间的折射率差值受材料的双折射率限制，因为需要沿一个轴来匹配折射率。对于PEN而言，双折射率为约0.25，因此漫反射偏振器可以用折射率差值为约0.25的共混聚合物制成。因此这些构造必须比有孔的PET反射器厚得多，以达到95％的反射率。反射率可能受此类厚膜的吸收损耗的限制，因为与各向同性的低折射率材料(如丙烯酸类树脂材料)相比，高度双折射材料通常具有相对高的吸收系数。多层构造的额外好处在于具有镜面反射性，从而可以增强整个中空腔体内的光传输。胆甾型反射器也属于布拉格反射器类型，可将其制成具有高反射性，并且具有固有偏振性。需要四分之一波长的延迟片将圆偏振光转化为线性偏振光。为将损耗降至最低，延迟片可以设置在腔体外表面上，以便光仅透过其一次。
如果进行了耐腐蚀性涂布，则银金属后反射器的反射率可以为95％。如果进行了电介质薄膜涂布，则可以用银和其他金属(铝的效果最显著)实现更高的反射率。
如果构造得当，线栅偏振器可以具有相对高的阻光轴反射率。参见例如美国专利No.6,122,103。透光轴具有部分反射率，可使用附加的多层反射器膜叠堆来增加该部分反射率。
本发明的背光源可以包括相对于循环腔和输出表面的其他类型的光源结构。例如，图15为直接照明式背光源1500的示意性剖视图。背光源1500包括形成中空照明腔体1502的前反射器1510和后反射器1520。腔体1502包括输出表面1504。背光源1500还包括设置用于将光射入腔体1502中的一个或多个光源1530。背光源1500可以任选地包括侧反射器1550，该侧反射器围绕背光源1500周边的至少一部分。本文针对图2中背光源200的前反射器210、后反射器220、一个或多个光源230以及侧反射器250所述的所有设计考虑和可能性同样适用于图15示出背光源1500的前反射器1510、后反射器1520、一个或多个光源1530以及侧反射器1550。
如本文此前所述，可以将一个或多个膜或层设置在前反射器和后反射器之间，以进一步提供均匀度和/或效率。例如，图16为直接照明式背光源1600一个实施例的示意性剖视图，该直接照明式背光源包括前反射器1610、后反射器1620以及一个或多个光源1630。背光源1600还包括一个或多个侧反射器1650。所有针对图2示出实施例的前反射器210、后反射器220、光源230以及侧反射器250的设计考虑和可能性同样适用于图16示出实施例的前反射器1610、后反射器1620、光源1630以及侧反射器1650。尽管侧反射器1650被描述为在后反射器1620和第一漫射片1660之间延伸，但侧反射器1650也可以延伸至除第一漫射片1660之外的任何层。在一些实施例中，侧反射器1650延伸至前反射器1610。
背光源1600也包括第一漫射片1660和任选的第二漫射片1670，这两种漫射片均设置在前反射器1610和后反射器1620之间。第一漫射片1660和第二漫射片1670可以包括任何合适的漫射片，例如，漫射板、增益漫射片、堆积体积漫射片等。第一漫射片1660和第二漫射片1670可以是相同或不同的漫射片。
背光源1600也包括设置在前反射器1610和后反射器1620之间的增亮层1680。增亮层1680可以包括任何合适的增亮层或增亮膜，例如BEF(得自3M公司)。
通常，第一漫射片1660和任选的第二漫射片1670扩散来自光源1630的光。对于包括增益漫射片作为第二漫射片1670的实施例而言，来自第一漫射片1660的漫射光被第二漫射片1670进一步漫射，同时也被准直。增亮层1680还起到准直漫射光的作用。尽管背光源1600被描述为包括单个增亮层1680，但其也可以包括设置在第一层1680和前反射器1610之间的第二增亮层，以进一步在(例如)正交平面内准直光。
前反射器1610部分反射和部分透射增亮层1680透射的光。反射光被导向至可以使光在腔体1602内循环的后反射器1620。虽然一定数量的光可能在背光源1600中的前反射器1610和其他膜或层之间循环，但腔体1602中相当大一部分循环光通过前反射器1610和后反射器1620循环。
本发明的背光源还可以包括两个或更多个区，其中每个区可以提供不同的输出特性(例如亮度、颜色等)。此类分区的背光源可以包括设置在前反射器和后反射器之间的垂直隔板，从而将中空光循环腔部分地或完全地分割为单独的区或子腔体。例如，图17为分区背光源1700一个实施例的示意性平面图。背光源1700包括由垂直隔板形成的四个区1702a-d，该垂直隔板设置在前反射器和后反射器之间(如虚线所示)，以限定不同的区或腔体1702a-d。隔板可以由(或覆盖有)高度反射材料制成，例如列出的适用于后反射器那些材料；或者，一个或多个隔板也可以具有部分透射性。隔板可以从后反射器延伸至前反射器，或其可以仅从后反射器至前反射器或从前反射器至后反射器延伸一部分，从而在前反射器与隔板的顶部边缘和底部边缘中的一个之间形成小间隙。此类间隙的存在(尤其当结合本文所述的前反射器使用时)可以有助减少可能因隔板的存在而导致的局部亮度不均匀度，以便隐藏隔板。例如，在一些实施例中，间隙可以为约0.5mm至5mm。在一些实施例中，还可以优选的是隔板的顶部边缘(最靠近前反射器的边缘)很窄，以进一步降低隔板的可见性。可以在背光源1700中形成任何合适数目的区。
隔板可以是适当设置于背光源内的单独元件。或者，可以在前反射器和后反射器的其中一者或两者内形成隔板。例如，可以成型或形成后反射器以提供隔板，例如在名称为LED ARRAY SYSTEMS(LED阵列***)的美国专利公布No.2005/0265029(Epstein等人)中所描述的那样。可以在前反射器和后反射器的其中一者或两者内，以任何合适的技术(例如弯曲、热成形、烫印、压力成形等)形成隔板。可以将光源在各个区内设置成直接照明式构型，也可以将光源沿各个区的周边设置成侧光式构型，或将光源设置为形成组合的侧光式/直接照明式背光源。
此外，所述区可以为任何合适的平面形状，例如，预料之中的是矩形、六边形、或其他多边形；圆形、椭圆或任何其它所需的形状。可以定制设计几何形状，以使背光源具有较高的效率和较好的亮度均匀性与色彩均匀性。
使用一个以上本发明所公开的循环腔的背光源，尤其是那些具有不同循环腔的区或阵列的背光源(每个区或循环腔都由可以相对于相邻循环腔中的光源独立控制或寻址的自有光源来照亮)，可以与合适的驱动电子元件一起使用，以支持动态对比度显示技术和色序显示技术，在这些技术中背光源输出区域上的亮度和/或色彩分布故意设计成不均匀的。因此，可以对输出区域上的不同的区进行控制，使其比其他区更亮或更暗，或者只需对不同循环腔内的不同光源进行适当的控制，就能让不同区发出颜色不同的光。
可能有利的是在区内存在光源冗余。例如，背光源设计者关注的一个重要问题是当单个光源失效时用户可能看到令人反感的不均匀图像。为降低此风险，一个或多个区可以包括两个或更多个光源，从而当一个光源失效时，区内仍将保持一定程度的最小亮度水平。该控制方案可以提高区内剩余光源的亮度以进一步补偿无功能的光源。
本文所述的背光源的各种实施例可以包括光传感器和反馈***，以检测和控制来自光源的光的亮度和色彩中的一者或两者。例如，可将传感器设置为靠近各个光源或光源簇，以监测输出并且提供反馈，从而控制、保持、或调整白点或色温。可能有利的是沿着腔体边缘或在腔体内布置一个或多个传感器，以对混合光采样。在某些情况下，可能有利的是提供用于在观察环境(例如显示器所在的房间)中检测显示器外部环境光的传感器。可以使用控制逻辑根据环境观察条件来适当调整光源的输出。可以使用任何合适的一个或多个传感器，例如光转频率或光转电压传感器(得自Texas Advanced Optoelectronic Solutions，Plano，Texas)。此外，可以使用热传感器来监测和控制光源的输出。可以使用这些技术中的任何技术，根据操作条件和对元件随时间老化的补偿来调整输出光。此外，可以将传感器用于动态对比、垂直扫描或水平区或场序***，以提供反馈信号来控制***。
尽管不打算受任何具体理论的束缚，但仍存在四种侧光式背光源的特征，可以共同的认知对这些特征加以选择以同时实现足够的效率、均匀度以及视角。这些特征为1)腔体的几何形状，2)发射表面的反射和透射特性，3)后反射器的反射特性，以及4)在各个照明边缘注入腔体的光的角分布。
前反射器的反射和透射特性与后反射器的反射特性，可以通过前者的双向反射率和透射率的分布函数(分别为BRDF和BTDF)与后者的BRDF来加以描述。BRDF描述对于以任何向外方向入射的单位发光度而言，反射入各个向内方向的发光度。BTDF近似地描述对于以任何向外方向入射的单位发光度而言，透射入各个向外方向的发光度。总反射率/透射率为对于以任何向外方向入射的每单位面积的单位功率而言，反射/透射入所有向内/向外方向的每单位面积的总功率。半球反射率/透射率为所有入射方向的平均总反射率/透射率。可以针对背光源将使用的入射光波长来测量半球反射率/透射率。
本文所述前反射器实施例中的一个或多个表现出至少60％的半球反射率，其中对于基本垂直于照明边缘的入射方向和大约30度以内的掠射入射方向而言，前反射器总反射率可能大于半球反射率，而对于基本平行于照明边缘的入射角方向或超过30度的掠射方向而言，前反射器总反射率可能小于半球反射率。
出于说明的目的，可以认为侧光式背光源内的光属于两类角分布。第一角分布包括这样一种光，该光在循环腔内的传播方向基本垂直于照明边缘，并且若从前反射器法线测量，其与前反射器呈至少60°的入射角。第二角分布包括在腔体内传播的不属于第一角分布的所有光。
例如，图18为本文所述的前反射器的一个或多个实施例的总反射率与入射角方向的近似相关性示意图。单位半径圆形域示出了射入前反射器平面的每个向外方向的投影。对于图18所示的实施例，背光源的发射光基本上为线性偏振，在靠近法线处和在偏离平行于照明边缘的法线的方向上有最大强度，并且在以垂直于照明边缘的方向偏离法线超过60度的方向上有最小强度。
如果在照明边缘处注入的光射到基本上垂直于照明边缘的发射表面并且保持30度以内的掠射角度(即，该光为具有第一角分布的光)，则该光基本上完全保留在腔体内。否则，部分保留在腔体内，并且互补的剩余部分射出。各个角分布的发光度随与腔体的前反射器和后反射器的交互作用次数增加而减弱，并且因此通常随与照明边缘的距离的增大而减弱。发光度在第二角分布中的减弱比其在第一角分布中的减弱更快，因为前反射器具有相对较小的总反射率值。由于此第二角分布直接提供发射光，因此主要由其快速衰减来决定背光源发射光的总体均匀度。
如果前反射器和后反射器的BRDF均为完全镜面反射性，则假设腔体具有均匀的深度和镜面边缘，那么保留下来的光在所有后续相遇时将以相同的(或对称等同)入射方向入射在前反射器上，直到其最终在照明边缘处与注入光学装置相互作用。在这种情况下，不存在可以将任一分布中的光转移到另一分布的杠杆机制。具有第一角分布的光大量截留于腔体内，直到其被最终吸收，从而降低了背光源的效率。由于第二角分布的光透射穿过前反射器，因此第二角分布光的衰减相对更快，从而产生不均匀的发射光。
如果前反射器和后反射器中的任一个的BRDF拥有显著的非镜像成分，则保留下来的光在每次后续相遇时将以可能不同的入射方向射在前反射器上，从而提供一种将光从一个分布转移至另一分布的机制。可以控制反弹的平均数，或换句话讲，可以通过控制一个或两个BRDF中非镜面反射的程度来控制影响此转移所必需的传播距离。在存在适当转化程度的情况下，当光背离照明边缘传播时，具有第一角分布的光可以逐渐转移到第二角分布，从而避免将其吸收的可能性，同时，通过形成沿垂直于背光源照明边缘的背光源范围的逐渐射入分布，来降低第二角分布的衰减。结果是增加了效率并改善了均匀度。
注入光学装置决定光在腔体照明边缘处的角分布，并且因此决定两个角分布中每一个角分布内光的初始量。在一个或两个BRDF拥有非镜像成分的情况下，光的初始量又决定光在分布之间的转移量和感测。因此，例如，如果仅使光射入第二角分布，则此分布的衰减速率将增加并超过其相对较高的基线值，因为随着与照明边缘距离的不断增大，形成从第二分布到第一分布的净转移。虽然增加了总体发射效率，但其通常也会导致过速衰减，从而造成远离照明边缘的位置变暗。在相反的极端，如果仅使光射入第一分布，则将形成从第一分布到第二分布的净转移，并且第二分布的衰减将比其基线更慢。总体来说，均匀度将得到提高，但牺牲了效率，并且由于在第二分布中光的局部缺乏，使得靠近照明边缘处有可能变暗。
光源的成像造成第二类型的潜在不均匀性。此类成像会在照明边缘附近形成一个或多个亮带或亮斑，其中在存在亮斑的情况下，也可能会在使用彩色LED时造成颜色不均匀。在许多情况下，对抑制这些不均匀因素的关注超过了对强度逐渐变化的关注，该强度逐渐变化产生在整个照明边缘之间的间距内。
成像可以在以下情况下产生：当1)注入光的角分布包含残余尖锐特征(由空间不连续光源造成)时，以及当2)注入光直接有助于背光源发射时。通过以下方式可以大大消除这些情况：1)消除注入发光度中的尖锐特征，或2)仅将光注入第一角分布。前一种可供选择的方式通常通过强制在注入光学装置内进行多次反弹来实现，其间可能会形成一定程度的漫射。后一种可供选择的方式通过部分准直设计来实现，如本文所述的那样。
与显示器照明边缘垂直和平行的位置均需要均匀度。由于腔体的光学特性与平行于这些边缘的位置无关，所以注入光学装置可以在垂直于照明边缘的任何平面中具有横截面，该横截面与沿这些边缘的平面位置无关。也就是说，在一些实施例中，优选的注入光学装置沿着照明边缘不发生平移变化。由不发生平移变化的光学装置提供的准直完全由垂直于平移轴平面内的光学装置的发射光的角距指定。例如，如果将面内发射光限定到与平行于发射表面的任何平面呈Ψ度的角度内，则发射表面上通过注入光增加的入射角方向将是
Figure G2008800167271D00591
所指定那些。
由此得出结论：通过准直由不发生平移变化的光学装置注入的注入光分布，基本上可以实现单独增加光的第一角分布。可以通过前反射器的高反射率域的量值来指定所需准直程度，并且一旦该表面的BRDF是已知的，即可估算该准直程度。对于本文所述的前反射器的一个或多个实施例而言，高反射率域在大约60到90度的入射角(相对于表面法线)范围内延伸，并且所需的面内准直足准直到与平行于发射表面的任何平面呈30度以内的角度。
便利地，注入光(其通过单独增加第一角分布的辐射强度来消除光源成像)也在输出表面内使发射光的逐步衰减在照明边缘与更远离照明边缘的点之间降到最低。
在一些实施例中，背光源可以包括转化结构，将该转化结构设置在腔体内以将腔体中具有第一角分布的光的至少一部分转化成具有第二角分布的光，并且将腔体中具有第二角分布的光的至少一部分转化成具有第一角分布的光。转化结构可以紧邻前反射器、后反射器或位于前反射器和后反射器之间。可以使用任何合适的材料来形成转化结构。在一些实施例中，转化结构可以包括半镜面反射材料或结构，例如本文所述的半镜面反射材料。例如，转化结构可以是包括小珠涂布的ESR的后反射器。在与半镜面后反射器相互作用之后，在腔体中传播的第一角分布的光的至少一部分转化成第二角分布。
实例
以下实例包括各种尺寸的侧光式和直接照明式背光源构型。受测试的背光源包括用于前反射器和后反射器(如下表2示出那些)的不同的膜。
前反射器膜和后反射器膜
以下为用于实例的前反射器膜和后反射器膜的说明：
89％R不对称反射膜(ARF-89)。该不对称反射膜包括264个双折射90/10coPEN和非双折射PMMA的交替微层。该264个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约400nm至900nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。90/10coPEN的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。膜总厚度(包括交替微层、PBL以及表皮层)为大约40μm。该膜使用本文所述的技术制造。
90/10 coPEN层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.785、ny1＝1.685、nz1＝1.518，并且PMMA层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.494。
ARF-89沿透光轴的平均同轴反射率为89％，沿阻光轴的平均同轴反射率为98％，并且半球反射率为92.5％。
86％ R不对称反射膜(ARF-86)。该不对称反射膜包括264个双折射90/10coPEN和非双折射PMMA的交替微层。该264个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约410nm至890nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。SA115的二十五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。膜总厚度(包括交替微层、PBL以及表皮层)为大约75μm。该膜使用本文所述的技术制造。
90/10 coPEN层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.805、ny1＝1.665、nz1＝1.505，并且PMMA层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.494。
ARF-86沿透光轴的平均同轴反射率为86％，沿阻光轴的平均同轴反射率为98％，并且半球反射率为92.1％。
84％ R不对称反射膜(ARF-84)。该不对称反射膜包括264个双折射90/10coPEN材料和非双折射PMMA材料的交替微层。该264个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约400nm至900nm波长整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。90/10coPEN的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。ARF-84的总厚度(包括交替微层、PBL以及表皮层)为大约40μm。该膜使用本文所述的技术制造。
90/10coPEN交替微层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.785、ny1＝1.685、以及nz1＝1.518，并且PMMA微层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.494。
ARF-84沿透光轴的平均同轴反射率为83.7％，沿阻光轴的平均同轴反射率为97.1％，并且半球反射率为88.5％。
68％R不对称反射膜(ARF-68)。该不对称反射膜包括274个双折射90/10coPEN材料和非双折射PMMA材料的交替微层。该274个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约400nm至970nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。75％SA115(得自Eastman Chemical公司)和25％DP2554的共混物的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。不对称反射膜的总厚度(包括交替微层、PBL以及表皮层)为大约50μm。该膜使用本文所述的技术制造。
90/10coPEN和PMMA材料的交替微层的双折射折射率值于633nm处测得。coPEN微层的折射率为nx1＝1.820、ny1＝1.615以及nz1＝1.505。PMMA微层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.494。
ARF-68沿透光轴的平均同轴反射率为68.4％，沿阻光轴的平均同轴反射率为99.5％，并且半球反射率为83.2％。
37％R不对称反射膜(ARF-37)。该不对称反射膜包括274个双折射90/10coPEN与CoPET-F和DP29341的非双折射共混物的交替微层。该274个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约420nm至850nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。coPEN 55/45/HD的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。ARF-37的总厚度(包括交替微层、PBL以及表皮层)为大约50μm。该膜使用本文所述的技术制造。
测得的90/10coPEN交替微层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.820、ny1＝1.615以及nz1＝1.505，并且coPET-F+DP29341层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.542。
ARF-37沿透光轴的平均同轴反射率为38.1％，沿阻光轴的平均同轴反射率为99.0％，并且半球反射率为67.6％。
双层层合型不对称反射膜(2xARF)。该不对称反射膜包括两层不对称反射膜，该两层不对称反射膜通过一层厚的光学粘合剂层粘合在一起，从而形成层合物。每层膜包括274个双折射90/10coPEN和非双折射PET-G的交替微层。该274个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约410nm至940nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。各个多层光学膜上无表皮层。各膜均使用本文所述的技术制造。2xARF的总厚度(包括交替微层、PBL以及粘合剂层)为大约100μm。90/10coPEN交替微层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.830、ny1＝1.620以及nz1＝1.500，并且PET-G微层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.563。
2xARF沿透光轴的平均同轴反射率为36％、半球反射率为75.4％。
3层层合型不对称反射膜(3xARF)。该不对称反射膜包括三层不对称反射膜，该三层不对称反射膜通过两层厚的光学粘合剂层粘合在一起，从而形成层合物。每层膜包括274个双折射90/10coPEN和非双折射PET-G的交替微层。该274个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约410nm至940nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。各个多层光学膜上无表皮层。各膜均使用本文所述的技术制造。3xARF的总厚度(包括交替微层、PBL以及粘合剂层)为大约150μm。90/10coPEN交替微层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.830、ny1＝1.620以及nz 1＝1.500，并且PET-G微层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.563。
3xARF沿透光轴的平均同轴反射率为48％，半球反射率为75.4％。
4层层合型不对称反射膜(4xARF)。该不对称反射膜包括四层不对称反射膜，该四层不对称反射膜通过三层厚的光学粘合剂层粘合在一起，从而形成层合物。每层膜包括274个双折射90/10coPEN和非双折射PET-G的交替微层。该274个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约410nm至940nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。各个多层光学膜上无表皮层。各膜使用本文所述的技术制造。4xARF的总厚度(包括交替微层、PBL以及粘合剂层)为大约200μm。
测得的90/10coPEN交替微层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.830、ny1＝1.620以及nz1＝1.500，并且PET-G微层的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.563。
4xARF沿透光轴的平均同轴反射率为55.6％，半球反射率为79.2％。
5层层合型不对称反射膜(5xARF)。该多层光学膜包括四层厚光学粘合剂层，该四层厚光学粘合剂层用于在层合物本体中粘合五层不对称反射膜。每层膜包括274个双折射90/10coPEN和非双折射PET-G的交替微层。该274个交替微层被布置成1/4波长层对序列，其中将层的厚度梯度设计成在大约410nm至940nm波长的整个带宽范围内广泛和均匀地提供一个偏振轴的强烈反射共振，以及提供正交轴的较弱反射共振。各个多层光学膜上无表皮层。5xARF的总厚度(包括交替微层、PBL以及粘合剂层)为大约260μm。测得的90/10coPEN材料交替微层的双折射折射率值(于633nm处测得)为nx1＝1.830、ny1＝1.620以及nz1＝1.500，并且PET-G材料的折射率为nx2＝ny2＝nz2＝1.563。
在以下实例中，5xARF与层合到5xARF表面一侧(朝向后反射器)的Opalus BS-702带小珠的增益漫射片(得自Keiwa Corp.，Japan)一同使用，使得增益漫射片的小珠(即微珠)朝向后反射器。
层合到带小珠的增益漫射片的5xARF沿透光轴的平均同轴反射率为61.7％，半球反射率为81.1％。
小珠涂布的ESR(BESR)。该光学膜包括涂布到ESR膜上的多个光学元件。涂层处理包括将几何平均直径约为18μm的PMMA小珠(MBX-20，得自Sekisui，Japan)的粒度分布散布到Iragacure 142437-73-01、IPA和Cognis Photomer 6010的溶液中。将该溶液定量加入涂层机中，并随后进行紫外线固化，形成大约40μm的干燥涂层厚度。在此厚度下，PMMA小珠的分散形成部分半球表面结构(空间随机分布)。经估算，PMMA小珠凸起超出平均表面的平均半径为平均小珠半径的大约60％。将干燥基质配制成具有与PMMA小珠大约相同的折射率，从而将涂层内的体积散射降到最低。BESR的半球反射率为98.0％。
ESR。得自3M公司的VikuitiTM增强型镜面反射器多层聚合物膜。ESR的半球反射率为99.4％。
BGD。除非另外指明，否则以下实例的其中一些包括Opalus BS-702带小珠的增益漫射片(得自Keiwa公司)。
2xTIPS。如美国专利No.5,976,686(Kaytor等人)中所述的[具有高反射率并且可使用热致相分离法来制备的多孔聚丙烯膜。使用光学粘合剂将两片TIPS层合在一起，从而形成层合物。朗伯曲线漫反射器的平均半球反射率为97.5％。
DBEF。得自3M公司的多层反射偏振膜。DBEF的半球反射率为50.8％。
APF。得自3M公司的多层反射偏振膜。APF的半球反射率为51.0％。
LEF。得自3M公司的增亮膜3635-100。该膜具有漫反射性。LEF的半球反射率为94％。
MCPET。得自Furukawa America公司(Peachtree City，GA)的微孔PET反射片。MCPET具有漫反射性。
下表示出各实例所用的前反射器膜和后反射器膜：
表2
  实例   前反射器   后反射器
 比较例1   BGD   ESR
 1   ARF-89   拉丝铝
 2   ARF-89   ESR
 3   ARF-89   BESR
 4   ARF-89   LEF
 5   ARF-89/BGD   ESR
 6a   ESR   BESR
 6b   ARF-89   BESR
 6c   ARF-84   BESR
 6d   ARF-68   BESR
  6e   ARF-37   BESR
  6f   APF   BESR
  7   ARF-89   BESR
  8   ARF-89   BESR
  9   ARF-89   BESR
  10a   ARF-68/BGD   ESR
  10b   ARF-68/BGD   ESR
  11a   ARF-68/BGD   ESR
  11b   ARF-68/BGD   ESR
  12a   ESR   BESR
  12b   ARF-89   BESR
  12c   ARF-84   BESR
  12d   ARF-68   BESR
  12e   ARF-37   BESR
  12f   APF   BESR
  比较例2   APF/BGD   ESR
  13   5xARF/BGF   ESR
  14   5xARF/BGF   ESR
  15   ARF-68   BESR
  比较例3   APF   BESR
  16   ARF-89   BESR
  17   ARF-68   BESR
  18   4xARF   BESR
  19   4xARF   2xTIPS
  20   ARF-89   BESR
  21   ARF-89   BESR
  比较例4   APF/BGD   ESR
  22   ARF-68/BGD   ESR
  23   ARF-68/BGD   ESR
  24   ARF-68/BGD   ESR/BGD
  比较例5   漫射板   2xTIPS
  25   小珠涂布的ARF-84   2xTIPS
  26   ARF-84/BGD   2xTIPS
  比较例6   漫射板   2xTIPS
  比较例7   漫射板/DBEF   2xTIPS
  27   漫射板/ARF-37   2xTIPS
  28   漫射板/3xARF   2xTIPS
  比较例8   DP/BDG/BEF/DBEF   2xTIPS
  29   BGD/BEF/ARF-68   ESR
  30   (2)ARF-84/BGD   2xTIPS
  31   DP/2xARF   MCPET
测量***
使用两种型号色度相机(PM 1613F-1型或PM-9913E型，均得自Radiant Imaging公司)的其中一种型号来测量实例的亮度和均匀度。适当校准后，这两种型号的色度相机所产生的数据几乎相同。除非另外指明，否则相机配备105mm镜头，并且选择内部ND2中性密度滤光器。使用Radiant Imaging公司提供的软件对相机进行校准，并记录测量结果。利用点光源辐射仪(PR650型，得自Photo Research公司)校准色彩和亮度。测试台以垂直取向布置在相机前方5米处。将测试台与相机对准，以使相机透镜的轴线垂直于输出区域，并大致瞄准测试***的中心。将相机软件设置成使用剪裁功能仅记录图像的显示部分。通过该软件自动设置曝光时间，以避免图像过度曝光。
通过使用待测膜配置测试台然后用色度相机拍摄测试***来进行测量。通过定制的数据分析程序，计算所测量图像的平均亮度、平均色彩、亮度均匀度以及色彩均匀度。
除非另外指明，否则数据通过层合到丙烯酸类树脂板的吸收型偏振器(HLC2-5618S，得自Sanritz)测量。对吸收型偏振器的透光轴进行取向，使其与前反射器膜的透光轴平行。
对使用色度相机采集的数据进行分析，以确定平均亮度、平均色彩、亮度均匀度以及色彩均匀度。在下列实例中，平均亮度值的计算方法如下：对图像中每个像素的亮度值求和，然后除以所记录图像中的像素总数。由于图像数据是使用色度相机来记录，所以该平均亮度值为同轴亮度值。相似地，对图像中所有像素上的u’或v’求和，然后除以所记录图像中的像素总数，从而获得平均色彩(在CIE 1976等色差表色系上以彩色坐标表示，并且在本文中称为u’和v’)。
根据视频电子标准协会的平板显示器测量标准(2.0版，2001年6月1日出版)中的标准306-1“Sampled Uniformity and Color of White”(采样均匀度和白色)，来测定亮度和色彩均匀度。如标准中定义的那样，使用九个采样点。记录图像中各采样点的亮度或色彩是通过取像素的亮度或u’和v’值的平均值来测定，所述像素属于围绕采样点位置的大约圆形的区域范围。该大约圆形的区域的直径为图像对角线长度的3％。
本文所报告的VESA 9pt亮度均匀度是由9个采样点以公式
Figure G2008800167271D00671
来确定，其中Lmin为9个点的亮度最少值，并且Lmax为9个点亮度的最大值。VESA 9pt亮度均匀度值越高表明***均匀度越高。
根据任意两对9采样点之间的最大色差值来确定VESA 9pt色彩不均匀度。色差Δu’v’的公式为
Δ u ′ v ′ = ( u 1 ′ - u 2 ′ ) 2 + ( v 1 ′ - v 2 ′ ) 2
其中下标1和2代表被比较的两个点。VESA 9pt的色彩不均匀度值越低表明***的均匀度越高。
通过以下技术测量若干前反射器和后反射器的半球反射率(Rhemi)。使用由Labsphere制造并由Spectralon制成的商用六英寸累计球(具有三个互相正交的端口)来照明样品，并且确定半球反射率。使用稳定光源透过一个端口照明球体。使用点光源分光辐射谱仪(PR650型，得自PhotoResearch，Inc.，Chatsworth，CA)通过第二端口来测量球体内壁发光度。样品设置在第三端口上。使用设置在第三端口的已知反射率标准，来进行累计球壁发光度的校正；球体壁发光度的测量可以使用校准基准，也可以不使用。在第三端口上放置样品以测量Rhemi。然后，通过取得球体壁在有样品和无样品情况下的发光度比率，并采用单一累计球亮度增益计算法，来计算Rhemi。Rhemi的测量可能与循环式背光源腔体性能密切相关，因为其为全角度输入、全角度输出反射，并且测量方式非常类似于实际循环腔中进行的测量。
885mm×498mm侧光式背光源(40英寸背光源腔体)
以下是在定制的LED背光源测试台上进行测试的实例。测试台的设计使其可以模拟用于对角线1016mm(40英寸)、纵横比16∶9的LCD面板的基于LED的区域背光源。测试台中空背光源腔体具有形成侧壁和后壁的弯曲金属片外壳，并且框架的长轴为水平设置。框架的顶部和底部敞开，以允许***LED光引擎。内部腔体深度为30mm，并且后壁与侧壁接合处的弯曲半径为大约5mm。所用金属片是厚度为0.75mm的商业级拉丝铝。
如下文进一步所述，通过静电吸附或通过用3M OPT1TM光学转移粘合剂(得自3M公司)层合，将各种前反射器膜分别附接到2.5mm厚的透光PMMA板(得自Cyro公司，Rockaway，NJ的Cyro Acrylite FF)。将透光PMMA板附接到中空背光源腔体上，使得前反射器面向腔体内，并且PMMA板形成测试台的最外侧发射表面。板的外表面充当测试台的输出表面(即背光源的输出表面)。
将五个LED条(“引擎”)固定到背光源框架的底部边缘上。将这些LED条沿着底部边缘布置成横跨后面板宽度的单行。每个LED条均有5个红色、5个蓝色和10个绿色朗伯LuxeonTM3LED(得自Lumileds，SanJose，CA)，这些LED按照重复的绿-红-蓝-绿模式在标准挠性印制电路上布置成一排。每一条上的LED的中心至中心间距为约8.5mm。在引擎间接合处LED的中心至中心间距为约16mm。单个光引擎的总长度为174mm。光引擎的中心至中心间距为大约180mm。每一个挠性印制电路均通过导热粘合剂热安装到散热器。引擎以大约55℃在散热器基部运行。每一个散热器均包括风扇。
LED包括LUXEON III发光体红灯(LXHL-PD09LML)、LUXEON III发光体绿灯(LXHL-PM09LML)、以及LUXEON III发光体R-蓝灯(LXHL-PR09 LML)(得自Lumileds，San Jose，CA)。
每一LED条上的绿色、红色和蓝色LED均按照颜色串联在一起，以便单独变化每种颜色输出，从而可以调节测试台的色彩平衡。使用定制的4通道功率驱动板来驱动LED。一个电源通道为红色LED提供驱动电流，一个电源通道为蓝色LED提供电流，而两个电源通道一起为绿色LED提供电流，其中每个通道各驱动5个绿色LED。稳定化之后，调整各引擎中的LED电流，以产生用于混合光的D65白点。
另外将五个不同的LED条固定到中空测试台的顶部边缘上。将这些LED条沿着底部边缘布置成横跨后面板宽度的单行。这些条的每一个均有3个红色、3个蓝色和12个绿色朗伯LuxeonTM3LED(得自Lumileds)，这些LED按照绿-绿-红-蓝-绿-绿模式在标准挠性印制电路板上布置成一排。每一条上的LED的中心至中心间距为约8.5mm。在引擎间接合处LED的中心至中心间距为约31mm。单个光引擎的总长度为157mm。光引擎的中心至中心间距为大约180mm。
每一条上的绿色、红色和蓝色LED都按照颜色串联在一起，以便单独变化每种颜色输出，从而可以调节测试台的色彩平衡。使用定制的4通道功率驱动板来驱动LED。一个电源通道为红色LED提供驱动电流，一个电源通道为蓝色LED提供电流，而两个电源通道一起为绿色LED提供电流，其中每个通道各驱动6个绿色LED。通过使用平均同轴透射率为11％的不对称反射膜来密封腔体，并且以小珠涂布的ESR作为后反射器，来调整各引擎中的LED电流，以产生用于LCD面板后的混合光的D65白点。引擎以大约55℃的温度在散热器基部运行。用以运行各个光引擎的电流近似为，红色引擎1.1A、蓝色引擎1.1A、以及各个绿色引擎0.44A。
使用铝楔反射器将光从各LED光引擎导入中空循环腔中。楔形包括从背光源腔体入口处15.6mm渐缩到基部处7.8mm的锥形。楔长为47.3mm。楔的中心轴朝后反射器稍微倾斜。
楔板的近侧边缘具有孔，以允许LED透镜延伸穿过板。安装以后，板的顶部表面与LED透镜的底部对齐。ESR层合到楔内部。如此安装之后，膜层在楔的每个表面上大体平坦，并且膜层起到将LED光导入腔体的聚焦反射器的作用。
使用色度相机(PM 1613F-1型，得自Radiant Imaging公司，Duvall，WA)测量测试台的性能。该相机配有105mm透镜(Sigma EX 105mm 1∶2.8DDG Macro)和ND2中性密度滤光器。除非明确指明，否则吸收型偏振器在相机透镜的前方使用，偏振器透光轴对准匹配正面膜的透光轴(Sanritz5516)。使用Radiant Imaging公司提供的软件对相机进行校准，并记录测量结果。借助于点光源分光辐射谱仪(得自Photo Research公司，Chatsworth，CA的PR650型，或得自Konica Minolta Sensing Americas公司，Ramsey，NJ的Minolta CS-100)，完成色彩和亮度校正。测试台以垂直取向布置在相机前方5米处。将测试台与相机对准，以使相机透镜的轴线垂直于正面板，并大致瞄准测试台的中心。
根据视频电子标准协会的平板显示器测量标准2.0版，分析测量数据。对于具有LCD背光源的情况而言，所用标准为306-1部分“SampledUniformity&Color of White”(采样均匀度和白色)。如果背光源上没有LCD，则采用306-1部分的变体标准：“standard measurementcoordinates and procedures”(标准测量坐标和工序)，其中省略了LCD面板。
通过将合适的膜(后反射器和前反射器)安装到测试台并且选择需要打开的LED列，来测量背光源构造。
LED已开启并至少预热30分钟后再记录任何测量结果。通过使用待测膜配置测试台然后用色度相机拍摄测试***来进行测量。目测和分析测量结果，以获得整个正面板表面上的总亮度、亮度均匀度和色彩均匀度等特性。
比较例1：BGD前反射器
40英寸背光源腔体被构造为具有作为前反射器的Opalus BS-702增益漫射片(得自Keiwa Corp.，Tokyo，Japan)和作为后反射器的ESR。对带小珠的增益漫射片进行取向使其结构化表面在中空腔体之外。仅由底部LED列照明显示器。
输出表面(即漫射片的顶部)的外观非常不均匀。观察到与注入楔输出相对应的水平亮带和暗带距离注入边缘约3至8英寸。随着与注入楔的距离不断增加，整个显示器的总亮度显著降低。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为704cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为37％。由于存在带状伪像并且亮度迅速减弱，因此该显示器构型的有效性有限。
实例1：ARF-89前反射器和拉丝铝后反射器
在该实例中，40英寸循环腔由包括ARF-89的前反射器形成。后反射器包括拉丝铝。腔体深度为30mm。侧壁也由拉丝铝形成。仅由底部LED列提供照明。
在外观上，该实例色彩较暗，并且显示出基本垂直的图像拖影，每一拖影对应每一个LED。各个红色、绿色、以及蓝色LED可以区别。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为127cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为65％。由于存在色彩拖影和亮度不均匀性，因此该显示器构型不适用于背光照明应用。
实施例2：ARF-89前反射器和ESR后反射器
在该实例中，由ARF-89制成的前反射器和由ESR制成的后反射器形成40英寸循环腔。腔体中或发射表面外部不包括漫射片或漫射膜。腔体深度为30mm。侧壁也由ESR形成。仅由底部LED列提供照明。
使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为382cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为17％。在外观上，该实例显示出显著的“镜厅”效应，其中LED和显示器边缘反复成像。由于存在许多伪像，因此该显示器构型不适用于背光照明应用。
实例3：ARF-89前反射器和BESR后反射器
由包括ARF-89的前反射器与包括BESR的后反射器形成40英寸循环腔。腔体深度为30mm。侧壁也以BESR覆盖。仅由底部LED列提供照明。
在外观上，该实例显示出超越比较例的显著均匀度改善。在比较例1中观察到的亮带和在实例1中观察到的色彩拖影均大幅减少。随着与注入楔的距离的不断增加，整个显示器的总亮度降低约1/2，这种降低在外观上是逐步和平滑的降低。使用上述的PM 1613F-1色度相机来记录背光源的色度图像。平均亮度为1492cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为55％。由于亮度平滑降低的原因，该背光源构型可适用于一些低性能背光源应用。
实例4：ARF-89前反射器和LEF后反射器
在该实例中，由包括ARF-89的前反射器与包括LEF的后反射器形成40英寸循环腔。腔体深度为30mm。仅由底部LED列提供照明。
在外观上，该实例显示出超越比较例的显著均匀度改善。亮带大大减少。随着与注入楔距离的不断增加，整个显示器的总亮度平滑降低约1/2。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为1299cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为46％。由于亮度平滑降低的原因，该背光源构型可适用于一些低性能背光源照明应用。
实例5：ARF-89/BGD前反射器、ESR后反射器
由包括ARF-89的前反射器与包括ESR的后反射器形成40英寸循环腔。腔体中包括带小珠的增益漫射膜(Opalus BS-702)，该膜的带珠表面面向腔体内，并且膜背面与前反射器接触。腔体深度为30mm。侧壁也由ESR形成。仅由底部LED列提供照明。
在外观上，该实例显示出超越比较例的显著均匀度改善。亮带大大减少。整个显示器的总亮度随与注入楔距离的不断增加而降低。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为1562cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为75％。由于亮度平滑降低的原因，该背光源构型可适用于一些中高性能的背光源照明应用。
实例6a-f：各种前反射器和BESR后反射器
在该实例中，使用包括BESR的后反射器和包括下表3所示不对称反射膜的若干不同前反射器，来形成40英寸循环腔。腔体深度为30mm。侧壁也以BESR覆盖。仅由底部LED列提供照明。
表3：前反射器
  实例   前反射器   VESA 9pt.亮度均匀度(％)   平均亮度(cd/m2)
  6A   ESR   46   52
  6b   ARF-89   55   1492
  6c   ARF-84   49   1872
  6d   ARF-68   33   2474
  6e   ARF-37   23   2419
  6f   APF   15   1921
在外观上，实例6a-e显示出超越比较例的显著均匀度改善。以下是这些实例中的每一个的视觉观察结果：
6a.虽然亮带可忽略不计，但亮度十分暗淡，并且色彩高度不均匀(范围从显示器底部的品红色到显示器顶部的蓝色)。
6b.观察到少量水平亮带。亮度显著高于实例6a。在显示器的底部和顶部之间观察到轻微的色移。由于亮度逐渐地变化，其可用于制造低性能应用的合格背光源。
6c.观察到略微明显的亮带量。由于亮度平滑变化的原因，其可用于制造低性能应用的合格背光源。
6d.观察到显明的亮带。由于亮度平滑变化的原因，其可用于制造极低性能应用的合格背光源。
6e.观察到非常明显的亮带量。亮度显著高于实例6a。除了最低需求的应用外，其不太可能用于制造任何适用的背光源。
6f.观察到十分明显的分带量。亮度显著高于实例6a。由于亮度平滑变化的原因，其可用于制造低性能应用的合格背光源。
实例7：ARF-89前反射器和BESR后反射器
以类似于实例3的方式形成40英寸循环腔。然而在这种情况下，底部LED列和顶部LED列均用于提供照明。
在外观上，该实例显示出超越比较例的显著均匀度改善。亮带大大减少。均匀度也较实例3而言有所改善。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为2764cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为84％。该背光源将会适用于高性能应用。
实例8：ARF-89前反射器和BESR后反射器
在该实例中，以类似于实例7的方式形成40英寸循环腔。然而在这种情况下，图像通道中的Sanritz 5516吸收型偏振器被移除。
在外观上，该实例显示出超越比较例的显著均匀度改善。亮带大大减少。均匀度与实例7的均匀度类似。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3462cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为84％。平均亮度仅比实例7高出25％，然而，如果实例8的背光源是非偏振的，则实例8背光源的亮度预计将比实例7高出100％。亮度仅高出25％的实例8显示出背光源选择性地使光偏振。
实例9：ARF-89前反射器和BESR后反射器
以类似于实例7的方式形成40英寸循环腔。然而在这种情况下，底部中心由20个LED组成的单组LED(1个引擎)被关闭。
在外观上，该实例显示出超越比较例的显著均匀度改善。在视觉上，被关闭引擎的周围区域略微暗淡，但并不令人反感。使用上述的PM1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为2677cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为69％。该背光源将会适用于许多传统应用。
实例10a-b：ARF-89/BGD前反射器和ESR后反射器
在实例10a中，由包括ARF-89的前反射器和包括ESR的后反射器形成40英寸循环腔。腔体中包括带小珠的增益漫射膜(Opalus BS-702)，该膜的带珠表面面向腔体内，并且膜背面与前反射器接触。腔体深度为30mm。侧壁也由ESR形成。由顶部和底部的LED列提供照明。
使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为4605cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为86％。该背光源将会适用于高性能应用。未观察到视觉伪像。
对于实例10b而言，40英寸对角线LCD面板设置在实例10a的背光源发射表面前方。LCD面板来自Samsung的LNR-408D型电视机(得自Samsung Electronics America公司，Ridgefield Park，NJ)，根据Samsung资料的描述，该LCD面板采用了Samsung的图案化垂直取向(PVA)技术。将原始LCD电视机拆解，取出LCD面板和必要的驱动电子器件以独立使用在实例10A的LED背光源上。
打开LCD面板，并且在全白状态下驱动。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录显示器的色度图像。平均亮度为567cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为84％。该背光源将会适用于高性能应用。又一次未检测到明显的视觉伪像。
实例11a-b：ARF-68/BGD前反射器和ESR后反射器与CCFL光源
对于实例11a，由包括ARF-68的前反射器和包括ESR的后反射器形成19英寸对角线的循环腔。腔体中包括带小珠的增益漫射膜(Opalus BS-702)，该膜的带珠表面面向腔体内，并且膜背面与前反射器接触。腔体深度为0.4英寸(10mm)。侧壁也由ESR形成。由顶部和底部的CCFL灯泡对提供照明。
使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为1394cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为39％。在这种情况下，观察到由膜不均匀度导致的视觉伪像。这些伪像由整个显示器内的对角条纹和一半显示器内的浅绿色调构成。由于这些缺陷和亮度不均匀度，该实例将不可用于制造合适的高性能显示器。然而，该实例证明了膜可以与CCFL背光源一同使用。
对于实例11b，19英寸对角线的LCD面板设置在实例11a的背光源发射表面的前方。该LCD面板来自Samsung的940BW型显示器(得自Samsung Electronics America公司)，根据Samsung资料的描述，该LCD面板为TFT-LCD。将原始LCD显示器拆解，取出LCD面板和必要的驱动电子器件以独立使用在实例11a的LED背光源上。
打开LCD面板，并且在全白状态下驱动。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录显示器的色度图像。平均亮度为217cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为38％。该背光源看似与实例11a的背光源十分相像；然而，该背光源显得比实例11a的背光源更暗淡。
实例12a-f：从两侧照明的实例6a-f。
以顶部和底部LED列同时照明的方式，对实例6a-f进行测试。表4为所得数据概要。
表4
  实例   前反射器   VESA 9pt亮度均匀度(％)   平均亮度(cd/m2)
  12a   ESR   56   92
  12b   ARF-89   84   3402
  12c   ARF-84   84   4361
  12d   ARF-68   62   4340
  12e   ARF-37   50   3385
  12f   APF   38   1010
在外观上，12a-e显示出超越比较例的显著均匀度改善。以下为这些实例中的每一个的视觉观察结果：
12a.虽然亮带可忽略不计，但亮度十分暗淡，并且色彩高度不均匀(范围从显示器底部的品红色到显示器顶部的蓝色)。
12b.未观察到水平亮带。实例显示出显著高于实例12a的亮度。在显示器的底部和顶部之间观察到轻微的色移。由于亮度逐渐变化并且其总亮度均匀度较好，因此该实例可用于制造较高性能应用的合格背光源。
12c.未观察到水平亮带。色彩显示均匀。由于亮度逐渐变化并且其总亮度均匀度较好，因此该实例可用于制造较高性能应用的合格背光源。
12d.观察到略微明显的水平亮带。由于亮度逐渐变化并且其总亮度均匀度较好，因此该实例可用于制造中等性能应用的合格背光源。
12e.观察到一些水平亮带。由于亮度平滑变化的原因，该实例可用于制造极低性能应用的合格背光源。
12f.观察到明显的水平亮带量。由于亮度平滑变化的原因，该实例可用于制造极低性能应用的合格背光源。
比较例2：APF/BGD前反射器和ESR后反射器
在该实例中，以类似于实例5的方式形成40英寸背光源。该背光源包括具有APF的前反射器和具有ESR的后反射器。腔体中包括带小珠的增益漫射膜(Opalus BS-702)，该膜的结构化表面面向腔体内，并且膜背面与APF接触。腔体深度为30mm。侧壁也由ESR形成。由顶部和底部LED列提供照明。
在外观上，该实例显示出超越比较例1的显著均匀度改善。但仍观察到适中的亮带。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3844cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为78％。色彩均匀度看上去十分良好。该背光源将会适用于中等性能的背光照明应用。由于存在亮带，该实例可能将不适用于高性能应用。
实例13：708mm×398mm侧光式背光源
以下是在定制的LED背光源测试台上进行测试的实例。测试台设计为对角线813mm(32英寸)、纵横比16∶9的液晶电视的基于LED的区域背光源。该中空测试台背光源腔体具有形成侧壁和后壁的弯曲金属片外壳，并且其框架的长轴水平设置。在后反射器中切出狭槽以允许***LED光引擎。内部腔体深度为19mm，后壁与侧壁接合处的弯曲半径为大约5mm。所用金属片为厚度1mm的商业级拉丝铝。
前反射器包括5xARF，其通过3M OPT1TM光学转移粘合剂(得自3M公司)层合到厚度0.005英寸(0.127mm)雾度12％的PC薄板上。层合物叠堆上的最后一层为OpalusTM BS-702带小珠的增益漫射片。
所用低双折射率、低雾度、聚碳酸酯膜(IupilonTM膜，FE-2000 M05等级，得自Mitsubishi Engineering-Plastics公司，Tokyo，Japan)的厚度为0.005英寸(0.127mm)，雾度水平为12％。在所有情况下，该膜均层合到前反射器，膜的纹理化表面面向粘合剂。
将这些板附接到中空背光源腔体上，使得带小珠增益漫射片面向中空腔体内，并且聚碳酸酯表面形成测试台的最外侧发射表面。板的外表面充当测试台的输出表面(即背光源的输出区域)。
将四个LED条(“引擎”)固定到金属片外壳的背面的底部边缘上。将这些LED条沿底部边缘布置成横跨后面板宽度的单行。每一条均有4个红色、2个蓝色和6个绿色以及6个白色的朗伯Cree XR-E LED(Cree公司，Durham，North Carolina)，这些LED按照GRGBGR-WWWWWW-RGBGRG模式在标准挠性印制电路上布置成一排。LED型号如下：红色(XR7090RD-L1-0001)、绿色(XR7090GR-L1-0001)、蓝色(品蓝，XR7090RY-L1-0001)以及白色(XREWHT-L1-0802)。
每一条上的LED的中心至中心间距为约9.5mm。单个光引擎(条)的总长度为170mm。光引擎的中心至中心间距为大约175mm。
每一条上的红色、绿色、蓝色以及白色LED以单个串联的方式电连接。每一条均通过稳流电源以700mA电流运行。使用导热粘合剂将每个挠性印制电路热安装到散热器。使用风扇在散热器基座处将散热器冷却至近似50℃的运行温度。
使用铝“颠倒”楔反射器将光从各LED光引擎导入中空循环腔(有关该颠倒楔的描述，请参见名称为COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOREDGE-LIT BACKLIGHTS(用于侧光式背光源的准直光注入器)(代理人案卷号No.63034WO004)的PCT专利申请No.XXXX/XXXXXX)。
LED引擎安装在腔体背面上，并且LED透过钻孔突入腔体一定距离。后反射器板具有允许LED透镜穿过该板延伸的孔。安装以后，板的顶部表面与LED透镜的底部对准。
ESR层合到中空腔体的所有内部表面(包括楔和转向镜的内侧)。
如此安装后，膜层在楔的每个表面上大体平坦，并且充当将LED光导入腔体的聚焦反射器。
在得自Samsung的32英寸对角线电视的LCD面板后面***该腔体。
打开该LCD面板，并使其在全白状态下驱动。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录显示器的色度图像。平均亮度为432cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为70％。色彩均匀度十分良好，并且未观察到亮带。
实例14：708mm×398mm侧光式背光源
以类似于实例13的方式构造另外的显示器。在该实例中，使用中空侧光式LED光导装置改装23英寸对角线显示器。调整宽度和高度的尺寸以符合23英寸对角线显视器；然而，厚度保持为19mm。显示器为Apple影院显示器(Apple Computer，Cupertino，CA制造)，最初通过CCFL灯背光照明。移除CCFL背光源和LCD后面的所有光学膜。
这种情况下所用的LED为OSRAM G6-SP系列RGB LED。模式为每个引擎设置6个重复单元GRGBGRG。
使用实例13的颠倒楔构造。颠倒楔具有与实例13相同的尺寸。
打开LCD面板，并且在全白状态下驱动。用Prometric相机采集图像。使用上述的PM 1613F-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为150cd/m2，并且VESA 9pt亮度均匀度为84％。色彩均匀度十分良好，并且未观察到亮带。
实例15：具有ARF-68前反射器和BESR后反射器的7英寸DVD播放器
使用中空侧光式光导装置改装7英寸对角线的宽幅Zenith DVD播放器。将Zenith DVP615型便携式DVD播放器(LG Electronics USA，Englewood Cliffs，New Jersey发布)拆解并移除实心光导装置。使用BESR为拆空的光导装置金属外壳内部加衬(仅以粘合剂固定在拐角)，从而制造4mm深的中空腔体。同样地，使用ESR覆盖所有剩余的内部表面以制造侧壁反射器。未使用注入楔。
通过3M光致固化型有机硅PSE-002使原来的27个白色朗伯LED形成拱曲。使用双面胶将LED电路板带(包括27个白色朗伯LED)粘附到金属框架的底部边缘上。使用从类似型号的DVD播放器上拆下的零件将第二组27个LED沿着金属框架的上边缘安装。将两个LED带并联布线。
将黑胶带贴在LCD面板顶部和底部的1/3英寸(8.5mm)处以掩盖LED穿通。使用OPT1TM粘合剂将ARF-68层合到LCD面板的背表面上；对齐膜，以使得该膜的透光轴对齐LCD后偏振器的透光轴。将便携式DVD播放器拆解。
打开LCD面板，并且在全白状态下驱动。色彩均匀度十分良好，并且未观察到亮带。
273mm×151mm侧光式背光源
以下为使用侧光式背光源进行测量的实例，该侧光式背光源为约273mm×151mm矩形框，并且内部厚度为约25.4mm。
通过包括4个红色LED(Luxeon III LXHL-PD09)、8个绿色LED(Luxeon III LXHL-PM09)、以及4个蓝色LED(Luxeon III LXHL-PR09)的总共16个LED来照明背光源。将这些LED以直线方式在电路板上布置成LED的中心至中心间距为8.5mm的红-绿-蓝-绿簇。通过定制的恒流驱动电路为LED供电。所有给定颜色的LED以大约相同的电流驱动。背光源的白点为大约u’＝0.21和v’＝0.45。所用电流为：红色1.4A、绿色700mA以及蓝色700mA。
LED光源附接到框的其中一个短边。对LED进行取向，使其中心轴线指入腔内(平行于背光源的输出表面)。通过楔来促进光从LED注入背光源腔体，该楔从背光源腔体入口处的25.3mm渐缩为基部处的18.6mm。楔的长度为25.4mm。
使用BESR覆盖背光源的远端侧反射器内侧(与光源相对的侧壁)。使用ESR覆盖背光源所有其他侧壁的内侧(包括楔的内侧)。后反射器包括2xTIPS、ESR或BESR。这些材料起腔体后反射器的作用，并且延伸接触侧壁，以将漏光降至最小。
使用PM-9913E色度相机进行均匀度测量。背光源垂直安装在距相机5m处。使用Nikon 300mm镜头(光圈值设置为f/4)和内部ND2滤光器来采集图像。
比较例3：APF前反射器BESR后反射器
前反射器包括APF，该APF使用双面胶紧靠背光源边缘固定就位。用小珠涂布的ESR覆盖背光源背部以形成后反射器。
将所有LED通电，然后测量亮度。亮度不均匀，最靠近LED的端部显得更亮。整个背光源中色彩在靠近LED处也出现变化，并且相对于中心而言，一侧显得更蓝，另一侧显得更红。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3395cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为大约54％；并且VESA 9pt色彩不均匀度为0.0287。图19中以曲线1902示出了沿背光源长度方向的侧线处的亮度横截面。就该图而言，已采用直径2mm的平均滤波器对数据作了平滑处理。在该图上，光源位于0mm处。
实例16：ARF-89前反射器和BESR后反射器
使用ARF-89膜覆盖背光源的输出表面以作为前反射器，该膜使用双面胶紧靠背光源边缘固定就位。对于后反射器而言，使用BESR覆盖背光源的背部。
将所有LED通电，然后测量亮度。在整个背光源的宽度和长度上亮度显得十分均匀。整个背光源的色彩也显得均匀。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3007cd/m2；整个***的VESA9pt亮度均匀度为大约83％；并且VESA 9pt色彩不均匀度为0.0161。图19中以曲线1904示出了沿背光源长度方向的侧线处的亮度横截面。就该图而言，已采用直径2mm的平均滤波器对数据作了平滑处理。在该图上，光源位于0mm处。
实例17：ARF-68前反射器和BESR后反射器
使用ARF-68膜覆盖背光源的输出表面以形成前反射器，该膜使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位。后反射器包括BESR。
将所有LED通电，然后测量亮度。在整个背光源的宽度和长度上亮度显得均匀，色彩同样均匀。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为4225cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为大约80％；并且VESA 9pt色彩不均匀度为0.0180。图19中以曲线1906示出了沿背光源长度方向的侧线处的亮度横截面。就该图而言，已采用直径2mm的平均滤波器对数据作了平滑处理。在该图上，光源位于0mm处。
实例18：4xARF前反射器和BESR后反射器
前反射器包括4xARF，该4xARF使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位。后反射器包括BESR。
将所有LED通电，然后测量亮度。在整个背光源的宽度和长度上亮度显得均匀，色彩同样均匀。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为4921cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为大约79％；并且VESA 9pt色彩不均匀度为0.0143。图19中以曲线1908示出了沿背光源长度方向的侧线处的亮度横截面。就该图而言，已采用直径2mm的平均滤波器对数据作了平滑处理。在该图上，光源位于0mm处。
实例19：4xARF前反射器和2xTIPS后反射器
用4xARF覆盖背光源的输出表面，该4xARF使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位以形成前反射器。用2xTIPS覆盖背光源的背部以形成后反射器。
将所有LED通电，然后测量亮度。亮度不均匀，最靠近LED的端部显得更亮。除了在沿背光源靠近LED的一侧观察到一些窄色条，背光源的大部分中色彩表现均匀。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为5398cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约63％；VESA 9pt色彩不均匀度为0.0163。
实例20：ARF-89前反射器和BESR后反射器
用ARF-89覆盖背光源的输出区域。该膜使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位以形成前反射器。用BESR覆盖背光源的背部以形成后反射器。
将背光源中的绿色LED分成可以单独通电的两组。将背光源侧线其中一侧上的所有绿色LED连接到一个供电电路，而将背光源侧线另一侧上的所有绿色LED连接到不同的供电电路。对于此实例，将两组绿色LED均通电，然后测量亮度。整个输出区域表现出均匀的亮度。使用上述的PM9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为1985cd/m2，整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约79％。
实例21：ARF-89前反射器和BESR后反射器
用ARF-89覆盖背光源的输出区域。该膜使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位以形成前反射器。用BESR覆盖背光源的背部以形成后反射器。
将一组绿色LED通电，而另一组保持关闭。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。测量亮度。平均亮度为963cd/m2，整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约74％。由于仅开启了一半光源，因此亮度降低了50％，但均匀度几乎没有改变。此结果表明背光源可提供良好的光散布。
比较例4：APF/BGD前反射器和ESR后反射器
用形成前反射器的两层膜覆盖背光源的输出区域。第一膜为BGD，其具有面向背光源后反射器的带小珠表面。第二膜为APF，其以双面胶固定在背光源边缘上。用ESR覆盖背光源的背部以形成后反射器。
将所有LED通电，然后测量亮度。与比较例2相比，此背光源的输出更均匀，但最靠近LED的端部仍然显得较亮，靠近中部处变得较暗，然后在远端又变得较亮。仍然可见到比较例2中观察到的色彩变化。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3415cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约74％；VESA 9pt色彩不均匀度为0.0271。注意，相对于比较例2，亮度均匀度有所改进，但色彩均匀度并未改进。
实例22：ARF-68/BGD前反射器和ESR后反射器
用形成前反射器的两层膜覆盖背光源的输出区域。第一膜为BGD，其具有面向背光源后反射器的带小珠表面。第二膜为APF-68。带小珠的增益漫射片和不对称反射膜均使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位。用ESR覆盖背光源的背部以形成后反射器。
将所有LED通电，然后测量亮度。整个背光源的宽度和长度上的亮度显得均匀，色彩亦同样均匀。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3881cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约83％；VESA 9pt色彩不均匀度为0.0159。
实例23：ARF-68/BGD前反射器和ESR后反射器
用两层膜覆盖背光源的输出表面。第一膜为BGD，其带小珠表面背向后反射器(朝向第二膜)。第二膜为ARF-68，其使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位以形成前反射器。用ESR覆盖背光源的背部以形成后反射器。
将所有LED通电，然后测量亮度。整个背光源的宽度和长度上的亮度显得均匀，色彩亦同样均匀。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3868cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约83％；VESA 9pt色彩不均匀度为0.0164。
实例24：ARF-68前反射器和ESR/BGD后反射器
用ARF-68覆盖背光源的输出区域，其使用双面胶紧靠背光源的边缘固定就位以形成前反射器。用ESR覆盖背光源的背部，并且将一片带小珠的增益漫射片(Opalus BS-702)设置在镜面反射镜顶部，使其带小珠的表面面向前反射器。ESR和BGD形成后反射器。
将所有LED通电，然后测量亮度。亮度不均匀，最靠近LED的端部显得更亮；但整个背光源的色彩显得均匀。使用上述的PM 9913E-1色度相机记录背光源的色度图像。平均亮度为3871cd/m2；整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约60.7％；VESA 9pt色彩不均匀度为0.0163。
304mm×152mm分区直接照明式背光源
以下实例中的直接照明式背光源为约304mm×152mm的矩形框，并且内部厚度为约40mm。
通过包括2个红色LED(Lumileds LXHL-PD09)、4个绿色LED(Lumileds LXHL-PM09)以及2个蓝色LED(Lumileds LXHL-PR09)的总共8个LED来照明背光源。在小块电路板上将LED布置成单独的两簇。每簇使用布置成菱形图案的一个红色LED、两个绿色LED和一个蓝色LED，红色和蓝色LED间隔约10mm，绿色LED间隔约16mm。一簇LED位于长边之间的中央处，并且与一个短边相距76mm。另一簇位于长边之间的中央处，并且与同一短边相距229mm。将电路板固定到铝质支撑板上，侧壁连接到同一块板上。
用定制的恒流驱动电路对LED供电。各簇由单独的电路驱动，因此可单独向其供电。该电路可以调节流向每个LED的电流以实现所需色点。调节流过每种颜色LED的电流，将总体输出光设置成具有约u’＝0.210和v’＝0.473的白点。
将LED电路板安装到金属板上，腔体侧壁也连接到此金属板上。用ESR覆盖背光源的内侧壁。在腔体的长边之间布置隔板，将背光源分成两半。每一半均大致为方形，内部尺寸为152mm×152mm。隔板由BESR制成。将膜对折，带小珠的面朝外。用双面胶将隔板固定在折叠位置处。将隔板剪裁成高40mm、宽154mm。在长的侧壁上切出狭槽，以将隔板固定在适当位置。
将2xTIPS层合到薄聚碳酸酯板上以提供支撑，从而形成后反射器。后反射器上的孔洞使得LED的透镜部分可以伸出，用双面胶将反射器的聚碳酸酯面固定到铝质支撑板上。后反射器的高漫反射材料延伸出聚碳酸酯板的边缘并且微微向上弯曲到侧壁上，以将漏光降至最低程度。
背光源腔体的顶部敞开。腔体的厚度由后反射器内表面到侧壁顶部边缘的距离来确定。
使用PM-9913E色度相机以上述方式测量均匀度。将背光源水平安装在距离相机0.5m处。使用Sigma 50mm镜头(光圈值设置为f/11)来采集图像。
比较例5：漫射板和2xTIPS后反射器
用漫射板(DR-65C，得自Astra Products，Baldwin，N.Y.)覆盖背光源的输出表面。
用上述隔板将背光源分成两半；但隔板仅高35mm，并且设置成与后反射器接触。
将两个簇通电，然后测量亮度。整个输出区域均观察到很大的亮度变化。整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约53％。另外分别计算出两半的VESA 9pt亮度均匀度(如，9个pt均位于由侧壁和隔板形成的方形区域内)。一侧的VESA 9pt亮度均匀度为约21％，另一侧为约23％。图20示出了亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。在此图上，隔板位于0mm处。
实例25：小珠涂布的ARF-84前反射器和2xTIPS后反射器
移除比较例5中所用的漫射板，并且用ARF-84覆盖背光源的输出表面。膜还包括膜输出面上的小珠涂层，此膜由本文所述的技术制得。沿侧壁顶部周围使用双面胶固定膜，从而形成前反射器。
将APF圈设置在背光源中的各LED簇上方。该圈略大于簇的直径(约20mm)，并且透光轴的取向使其与前反射器的透光轴正交。
将两个簇通电，然后测量亮度。整个输出区域表现出均匀的亮度。整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约88％。另外分别计算出两半的VESA 9pt亮度均匀度(如，9个pt均位于由侧壁和隔板形成的方形区域内)。一侧的VESA 9pt亮度均匀度为约89％，另一侧为约88％。图21示出了亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。在此图上，隔板位于0mm处。
实例26：小珠涂布的ARF-84前反射器和2xTIPS后反射器
使用实例25中的***。将一个LED簇组通电，另一个关闭。背光源的点亮侧显得亮度均匀，另一侧显得均匀地暗。点亮侧的平均亮度为约869cd/m2，暗侧的平均亮度为约22cd/m2。在点亮区域(仅针对背光源点亮的一半进行分析)内，VESA 9pt亮度均匀度为约87％。在暗区域(仅针对背光源暗的一半进行分析)，VESA 9pt亮度均匀度为约62％。图22示出了亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。在此图上，隔板位于0mm处。
263mm×147mm直接照明式背光源
以下实例中的直接照明式背光源包括约263mm×147mm的矩形框，并且内部厚度为约18mm。
通过包括66个红色LED(Nichia Rigel NFSR036C)、66个绿色LED(Nichia Rigel NFSG036B)以及66个蓝色LED(Nichia Rigel NFSB036B)的总共198个LED来照明背光源。在电路板上将这些LED布置成方形格子状的红-绿-蓝组，并且LED簇的中心至中心间距为25mm。用定制的恒流驱动电路对LED供电。用大约相同的电流驱动所有给定颜色的LED。调节流过每种颜色LED的电流，将总体输出光设置成具有约u’＝0.209和v’＝0.476的白点。所用电流(经过30分钟达到热平衡后)为红色29.5mA、绿色28.8mA、蓝色7.4mA。
将LED电路板安装到金属板上，腔体侧壁也连接到此金属板上。用ESR覆盖背光源的内侧壁。用2xTIPS覆盖电路板面向背光源腔体内部的部分。此材料用作腔体的后反射器，并且延伸接触侧壁以将漏光降至最低程度。
用漫射板(DR-55C，2.0mm厚，得自Astra Products，Baldwin，NY)覆盖背光源腔体的顶部。背光源腔体的厚度由后反射器内表面到漫射板底部的距离来确定。
使用PM-9913E色度相机以上述方式测量均匀度。背光源垂直安装在距相机5m处。使用Nikon 300mm镜头(光圈值设置为f/4)和内部ND2滤光器来采集图像。
比较例6：漫射板和2xTIPS后反射器
用漫射板(DR-55C)覆盖直接照明式背光源的照明输出区域。背光源不均匀，并且表现出与LED相同图案的周期性亮度变化。
平均亮度(通过吸收型偏振器测得)为969cd/m2。VESA 9pt亮度均匀度并非用于捕获周期性不均匀度的有用量度。图23示出了在一行LED正上方的位置处取得的亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。
比较例7：具有漫射板的DBEF
用漫射板(DR-55C)覆盖直接照明式背光源的输出表面。将DBEF-D400(得自3M公司)层设置在漫射板上方。与比较例6相比，此背光源更均匀，但仍表现出与LED相同图案的周期性亮度变化。
平均亮度(通过吸收型偏振器测得)为1543cd/m2，与比较例6中仅使用漫射板的背光源相比，表现出1.59的增益。VESA 9pt亮度均匀度并非用于捕获周期性不均匀度的有用量度。图24示出了在一行LED正上方的位置处取得的亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。
实例27：漫射板和ARF-37前反射器与2xTIPS后反射器
用漫射板(DR-55C)覆盖直接照明式背光源的输出表面。将两层聚碳酸酯(一面采用面向外的雾度为12％的5密耳厚PC，另一面采用面向外的雾度为20％的5密耳厚PC)之间的ARF-37层合物布置在漫射板上方，以形成前反射器。后反射器由2xTIPS形成。与比较例6相比，此背光源更均匀，并且不易看见周期性的亮度变化。
平均亮度(通过吸收型偏振器测得)为1555cd/m2，与比较例6中仅存在漫射板相比，表现出1.60的增益。VESA 9pt亮度均匀度并非用于捕获周期性不均匀度的有用量度。图25示出了在一行LED正上方的位置处取得的亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。
实例28；漫射板和3xARF前反射器，与2xTIPS后反射器
用漫射板(DR-55C)覆盖直接照明式背光源的输出表面。将3xARF布置在漫射板上方以形成前反射器。后反射器由2xTIPS形成。与实例25相比，此背光源更均匀，并且很难看见周期性的亮度变化。
平均亮度(通过吸收型偏振器测得)为1628cd/m2，与比较例6中仅存在漫射板相比，表现出1.68的增益。VESA 9pt亮度均匀度并非用于捕获周期性不均匀度的有用量度。图26示出了在一行LED正上方的位置处取得的亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。
比较例8：漫射板、BGD/BEF/APF前反射器与2xTIPS后反射器
用漫射板(DR-55C)覆盖背光源的输出表面。将三层式膜叠堆设置在漫射板顶上。该叠堆包括(从漫射板向外朝向观察者依次为)：BGD、棱镜膜(BEF III-10T，得自3M公司)和APF。将ARF层合到两层聚碳酸酯(一面采用面向外的雾度为12％的5密耳厚PC，另一面采用面向外的雾度为20％的5密耳厚PC)之间。
平均亮度(通过吸收型偏振器测得)为1951cd/m2，与比较例6中仅存在漫射板相比，表现出2.01的增益。VESA 9pt亮度均匀度并非用于捕获周期性不均匀度的有用量度。图27示出了在一行LED正上方的位置处取得的亮度横截面。就此图而言，已采用2mm宽的平均滤波器对数据作了平滑处理。
实例29：23英寸LCD-TV
改造商用CCFL背光23英寸LCD-TV(得自Samsung的LNS2341WX/XAA型)，使其包括LED背光源。
通过包括264个红色LED(Osram LR G6SP-CADB)、264个绿色LED(Osram LT G6SP-CBEB)以及264个蓝色LED(Osram LB G6SP-V2BB)的总共792个LED来照明背光源。在LED输出区域上方形成圆顶封装，对LED进行改造。使用光致固化型有机硅(3M PSE-002，得自3M公司)来制作该圆顶。用注射器分配控制量的有机硅到LED上以形成半球形滴状物。然后使用高功率紫外线灯迅速固化滴状物，以保持高圆顶形状。圆顶形状在不对发射图案进行太多改变的情况下提高了LED的效率。
在电路板上将这些LED布置成方形格子状的红-绿-蓝组，并且LED簇的中心至中心间距为约25mm。每个电路板具有6行，每行11簇，其中四个电路板用于覆盖背光源区域。拆开电视，取下CCFL灯泡和相关电路。将这些电路板组装成金属背光源壳体。将ESR设置在电路板上方，设置用于LED的孔洞，以形成后反射器。用2xTIPS覆盖背光源壳体的侧壁。将原来电视的漫射板设置在背光源上方。将第二漫射板(DR-55C，2.0mm厚)设置在第-漫射片上。
膜叠堆为BGD、BEF III-10T和ARF-68(包含层合到两面(0.127mm厚的FE-2000 M05级IupilonTM膜，得自Mitsubishi Engineering-Plastics公司，Tokyo，Japan，具有面向膜的纹理化表面)的聚碳酸酯)。LED背光源的内部厚度(后反射器与第一漫射板底部之间的距离)为约16mm。更换背光源，然后重新组装电视。
以串并联模式连接一种色彩的所有LED，其中11个LED形成串联串并且24个这样的LED串(四块电路板中每块电路板都有6个)并联连接。使用外部实验室电源(Tenma 72-6615)在恒流控制情况下对LED供电。红色LED的电路用0.60A、20.1V的电源驱动(每个红色LED的平均电流为25mA)，绿色LED的电路用1.06A、31.6V的电源驱动(每个绿色LED的平均电流为44mA)，蓝色LED的电路用0.50A、30.3V的电源驱动(每个蓝色LED的平均电流为21mA)。在将完全组装好的电视通电约1.5小时暖机之后测量这些电流。
用Prometric相机以本文所述方式测量均匀度。显示器垂直安装在距相机5m处。使用Sigma 105mm镜头(光圈值设置为f/11)来采集图像。为了测量均匀度，使用连接到电视PC输入端口的个人电脑在电视上显示白屏。
显示器显示出均匀的亮度和色彩。平均亮度(通过面板测得)为428cd/m2；VESA 9pt亮度均匀度为约83％；VESA 9pt色彩不均匀度为0.0097。
实例30：300mm×300mm分区直接照明式背光源
12英寸×12英寸分区背光源包括约300mm×300mm的矩形框，并且内部厚度为约25mm。
通过包括4个红色LED(Lumileds LXHL-DD09)、8个绿色LED(Lumileds LXHL-DM09)以及4个蓝色LED(Lumileds LXHL-DR09)的总共16个LED来照明背光源。在小块电路板上将LED布置成单独的四簇。每簇使用布置成菱形图案的一个红色LED、两个绿色LED和一个蓝色LED，红色和蓝色LED间隔约10mm，绿色LED间隔约16mm。
LED簇位于背光源四个150mm×150mm的象限中每一个的中央。将电路板固定到铝质支撑板上，侧壁连接到同一块板上。
用定制的恒流驱动电路对LED供电。各簇由单独的电路驱动，因此可单独向其供电。该电路可以调节流向每个LED的电流以实现所需色点。调节流过每种颜色LED的电流，将总体输出光设置成具有约u’＝0.179和v’＝0.438的白点。
将LED电路板安装到金属板上，腔体侧壁也连接到此金属板上。用ESR覆盖背光源侧壁的内部。用两个垂直的隔板将背光源分成四个象限。隔板由铝片(厚约1/16英寸)制成，铝片两面均覆盖有BESR。在隔板跨距中间处切出切口，使得隔板在背光源中部的交叉处互锁。在长的侧壁上切出狭槽，以将隔板固定在适当位置。隔板顶部与顶部膜叠堆之间存在小间隙(约2mm)。
将2xTIPS附接到薄聚碳酸酯板以提供支撑，从而形成后反射器。后反射器上的孔洞使得LED的透镜部分可以伸出，用双面胶将反射器的聚碳酸酯面固定到铝质支撑板上。2xTIPS延伸出聚碳酸酯板的边缘并且微微向上弯曲到侧壁上，以将漏光降至最低程度。
部分反射器层设置在背光源腔体顶部上方。部分反射器是(未涂覆面)层合到雾度为20％的5密耳厚PC上的两片ARF-84/BGD。两片的取向使小珠涂层背向光源。此两片材料以直接接触的方式设置，但未以偏振轴对齐的方式彼此层合。将透光的丙烯酸类树脂板(约2mm厚)设置在膜上方，以协助将膜固定到位。
将APF圈设置在各LED簇上方。该圈略大于簇的直径(约25mm)，并且偏振轴的取向使其垂直于部分反射器层的偏振轴。
背光源腔体的厚度(后反射器内表面到侧壁顶部边缘的距离)为约25mm。
使用PR-9913E色度相机以上述方式测量均匀度。显示器垂直安装在距相机5m处。使用Nikon 300mm镜头(光圈值设置为f/11)来采集图像。这些测量未使用吸收型偏振器。
将所有四个簇都通电，然后测量亮度。整个输出区域显示出均匀的亮度。平均亮度为659cd/m2。整个***的VESA 9pt亮度均匀度为约86％。还分别计算出四个象限中每一个的VESA 9pt亮度均匀度(如，9个pt中每一个均位于由侧壁和隔板形成的方形区域内)。各象限的VESA 9pt亮度均匀度为88％、94％、86％和90％。
实例31：150mm×150mm直接照明式背光源
以下实例采用内部厚度约30mm的150mm×150mm背光源。
通过包括13个红色LED(Nichia NSSR100B)、26个绿色LED(NichiaNSSG100B)以及13个蓝色LED(Nichia NSSB 100B)的总共52个LED来照明背光源。在电路板上将LED以红-绿-绿-蓝簇的方式布置成五行。行内的簇间距为约50mm，行相隔约25mm。第一行有三簇，第二行有两簇，第三行有三簇，第四行有两簇，第五行有三簇。每行内的各簇在电路板的中心线周围均匀分布。
将LED电路板安装到金属板上，腔体侧壁也连接到此金属板上。将MCPET设置在电路板上方，设置用于LED的孔洞。用2xTIPS覆盖背光源侧壁的内部。
用定制的恒流驱动电路对LED供电。各簇由单独的电路驱动，因此可单独向其供电。该电路可以调节流向每个LED的电流以实现所需色点。调节流过每种颜色LED的电流，将总体输出光设置成具有约u’＝0.181和v’＝0.461的白点。
将漫射板(DR-55C，2.0mm厚)设置在背光源腔体的顶部上方。将2xARF(层合到两层5密耳厚的PC之间)设置在漫射板上方，以形成前反射器。
用Prometric相机以上述方式测量均匀度。显示器垂直安装在距相机5m处。使用Nikon 300mm镜头(光圈值设置为f/11)来采集图像。这些测量未使用吸收型偏振器。
此背光源显示出均匀的亮度和色彩。平均亮度为559cd/m2；VESA 9pt亮度均匀度为约90％；VESA 9pt色彩不均匀度为0.0068。
除非另外指明，否则对“背光源”的引用也旨在适用于其他在预期应用中提供标称均匀照明的扩展面积照明装置。此类其他装置既可以提供偏振输出，也可以提供非偏振输出。实例包括灯箱、指示牌、槽型发光字以及设计用于室内(如住宅或办公室)或室外使用的通用照明装置，有时称为“灯具”。
除了与本发明完全抵触，本文引用的参考文献及专利公开明白无误地以引用方式全文并入本文。讨论了本发明涉及的示例性实施例，并涉及到了本发明范围内可能的变型。在不偏离本发明范围的前提下，对于本领域的技术人员来说，本发明的上述和其他变化和修改形式将是显而易见的，而且应当理解，本发明不局限于本文阐述的示例性实施例。因此，本发明只受以下提供的权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种背光源，包括：
前反射器和后反射器，所述前反射器和所述后反射器形成包括输出表面的中空光循环腔；和
一个或多个光源，所述一个或多个光源被设置成将光射入所述中空光循环腔，
其中，所述前反射器对于在第一平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少90％，而对于在垂直于所述第一平面的第二平面内偏振的可见光的同轴平均反射率为至少25％但小于90％，
所述前反射器和所述后反射器中的至少一者以正向散射显著多于反向散射的方式反射光。
2.根据权利要求1所述的背光源，其中所述一个或多个光源包括一个或多个LED。
3.根据权利要求1所述的背光源，其中所述后反射器对于任何偏振可见光的同轴平均反射率为至少95％。
4.根据权利要求1所述的背光源，其中所述前反射器具有对于在所述第一平面内偏振的可见光的第一同轴平均透射率、和对于在所述第二平面内偏振的可见光的第二同轴平均透射率，而且所述第二同轴透射率与所述第一同轴透射率的比率为至少10。
5.根据权利要求4所述的背光源，其中所述比率为至少20。
6.根据权利要求1所述的背光源，其中当对于所述前反射器的入射角从接近零度增至60度时，在所述第二平面内偏振的p偏振可见光表现出基本上恒定的平均反射率。
7.根据权利要求1所述的背光源，其中当对于所述前反射器的入射角从接近零度增至60度时，在所述第二平面内偏振的p偏振可见光表现出增加的平均反射率。
8.根据权利要求7所述的背光源，其中所述p偏振光的所述增加的平均反射率基本上类似于当对于所述前反射器的入射角从接近零度增至60度时在所述第二平面内偏振的s偏振可见光的增加的平均反射率。
9.根据权利要求1所述的背光源，其中所述前反射器包括第一不对称反射膜，所述第一不对称反射膜包括交替的聚合物层。
10.根据权利要求9所述的背光源，其中所述前反射器还包括第二不对称反射膜，所述第二不对称反射膜包括紧邻所述第一不对称反射膜设置的交替的聚合物层。
11.根据权利要求10所述的背光源，其中所述第一不对称反射膜通过光学粘合剂附接到所述第二不对称反射膜。
12.根据权利要求1所述的背光源，还包括围绕所述中空光循环腔周边设置从而大体包封所述中空光循环腔的侧反射器，所述侧反射器对于任何偏振可见光的同轴平均反射率为至少95％。
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