照明系统及含该照明系统的平板图像显示装置制造方法及图纸

一个照明系统，包括一个具有一个出射面和多个端面的光透明材料的光波导，至少有一个端面对着一个光源，其光可被藕合进光波导的上述端面，以及用于对光源发出的光进行偏振的偏振装置，其特征在于光波导有多个含有不同于光波导材料的凹槽，偏振装置由凹槽和光波导之间的界面组成，而光波导材料或凹槽中的材料之一为光学各向异性而另一材料为各向同性的。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一个照明系统，该系统包括具有出射面和许多端面的光透明材料的光波导，端面中至少有一个端面与光源相对，光源的光可在上述光波导端面藕合入，该系统还包括用于对光源射出光起偏的偏振装置。本专利技术还涉及一个包括此照明系统的平板图像显示装置。装备有如开篇所述类型的照明系统的平板图像显示装置与美国专利US-A4,212,048不同。在这个专利描述的图像显示装置中，图像显示平板被包括一个楔型的透明板和一个光源的照明系统装置照明。由光源射出的光线在光波导的端面藕合入并通过波导传播，因为它们在波导和空气之间的界面具有内全反射。由于光线在波导--空气界面的入射角度随每一次反射减少，该角度在一个给定瞬间将小于临界角度并且相应地光线将离开光波导。而且，光波导包括具有形如条状的在光源附近穿过光波导厚度延伸的偏振材料的偏振装置。用这种方法，可保证离开光波导的光是偏振的。上述美国专利描述的照明系统的一个缺陷是由光源供给的光实际上有50％被损失而没有用到形成图象上，因为偏振器是二向色性的并且由此吸收了不需要方向上的偏振。再一个的缺陷是光波导必须是楔形以便光可在光波导的出射面藕合出。由于要求有足够的光输出，设计的自由或光波导材料的选择便受到限制。事实上，光在被藕合进光波导之后的一个很短时间，便到达偏振器并被偏振。这个偏振光通过光波导传播直到以一个小于内全反射的临界角度的角度入射到出射面，然后被藕合出去。因为，在实际中，各向同性材料并非完全各向同性，在通过光波导的传播中仍然有消偏振作用。随之，具有同样偏振方向的偏振光输出显著减少。或者被藕合之前的距离应当相对较短，这就限制了设计光波导的自由，或者光波导材料应当严格各向同性，这就限制了对材料的选择。本专利技术的一个目的是提供一个照明系统，在该系统中由光源发出的光在离开光波导之前有较大的部分被转化成具有同样偏振方向的光，该系统对用于光波导的材料有很宽的选择以及在其中光波导的形状不对光输出有限制作用，因此设计上就可能有很大自由度。为此，本专利技术的照明系统的特征在于光波导有多个凹槽，该凹槽包括有别于光波导的材料，其特征还在于由凹槽和光波导之间的界面组成偏振装置，而光波导的材料或凹槽中的材料是光各向异性而其它材料是各向同性的。由于线性偏振作用，偏振的光束变成两束相互垂直的偏振分量。这样的偏振分离可通过如下的方法得到，例如，通过使非偏振的光束射在具有折射率为np的各向同性材料区域和具有折射率为no和ne的各向异性材料区域之间的界面上，其中no或ne中的一个等于或大致等于np。当一束非偏振光入射到这样的界面上时，在各向同性和非各向同性材料的界面上不会检测到折射率有任何差异的光束分量将无折射通过，而其它光束分量将被折射。如果np等于或大致等于no，则正常光束无折射通过各向同性和各向异性材料的界面；如果np等于或大致等于ne，则这样的界面无折射通过异常光束。根据本专利技术照明系统的一个实施例的特征在于反射器被置于与光波导出射面相对的表面上。以小于临界角的角度射入波导--空气界面上的光线被藕合出，不管它们的偏振方向如何。为降低由于位于与出射面相对的表面上的该现象造成的光线输出损失，在这个表面上可装反射器。照此法，可得到照明系统相当高的光输出。这种在界面上得到偏振分离的方法依赖于光波导中的凹槽的提供。根据本专利技术照明系统的第一实施例的特征在于凹槽被置于与出射面相对的光波导表面上。在本实施例中，无折射通过各向同性和各向异性材料界面的分量将到达与出射面相对的表面。依赖于此表面上的入射角，相关的分量将朝出射面反射，或通过与此相对的表面离开光波导。在后一种的情况中，光到达位于与射出表面相对的表面上的反射器，因此光将在波导中被反射。另一种光藕合出波导的可能性是给与出射面相对的光波导表面提供一个散射器，以便使具有理想方向偏振的最大部分光分量朝光波导出射面散射。根据本专利技术照明系统的进一步的实施例的特征在于反射器是一个维持偏振的反射器。如果凹槽被设置在与射出表面相对的波导面，此表面上的反射器应当保持偏振，因为在这点离开光波导的光的最大部分具有期望的偏振方向，当此光再次通过光波导时偏振方向必须被保持。根据本专利技术照明系统的第二实施例的特征在于凹槽被置于出射面上。在本实施例中，具有理想方向偏振的光在出射面被直接藕合出。具有不需要方向偏振的光与光波导再次相交且其结果是消偏振，因而，至少就具有理想方向的偏振来说，最终可在出射面被藕合出。上述的第一和第二实施例中，留在光波导中的光束在通过光波导传播的一些时间之后将消偏振，因为光波导的材料在实际中不是很好的各向同性的。结果是，在经过给定的传播距离之后光束将包括两个方向的偏振。如果此光再次进入各向同性和各向异性材料的界面，将再次被偏振分离。此过程每次都被重复，使得由光源射出的较大部分的光在波导面处藕合出之前被转变为具有一致的理想方向偏振的光。用这种方法可实现相对高的光输出。光波导可有，但不是必须有楔形以便从波导中藕合出光。结果是，实现了较大的设计自由度，并且从原理上讲，较细波导也可使用。因为较理想的情况是光波导的各向同性材料在有限的程度上还是各向异性的，以便在光波导传播不需要方向的偏振期间发生消偏振，材料的选择范围可能更宽。根据本专利技术照明系统的上述实施例的特征还在于反射器是一个散射反射器。因为反射器是散射的，光离开光波导时被以一个较大的角度散射，因此视角被增大。根据本专利技术照明系统的进一步实施例的特征在于有消偏振作用的一个反射器被布置在远离光源的至少一个端面上。已知，在没有光被藕合进入的端面给平板照明系统的光波导提供一个反射器，以便阻止到达那里的光被丢失并因此不能贡献给照明系统的光输出。反射器再次把光送进光波导。照此法，此光在出射面又有一次被藕合出去的机会。如果位于端面的反射器具有消偏振作用，此处射入的、具有不希望在出射面藕合出的偏振方向的光被消偏振，因此大约一半的这种光立即获得合适的偏振方向并能藕合出光波导。另一半可在通过波导的传播期间再次偏振。消偏振反射器的优点是，与波导材料的双折射无关，能将不需要方向的光束分量消偏振。根据本专利技术照明系统的进一步实施例的特征在于散射装置由基本上维持偏振的散射器组成。为使由照明系统供给的光强被均匀分布在光波导面上，尽管在波导中提供了离散的偏振区域，仍可给照明系统提供一个散射器。因为散射器保持了偏振方向，通过波导材料和凹槽材料的联结从光源选择的光的偏振方向将不受影响。根据本专利技术照明系统的进一步实施例的特征在于维持偏振散射器由与填装在凹槽中材料的散射中心一样类型材料的散射中心组成。在此法中，散射器与光波导结合，离开光波导的偏振光强被均匀分布在波导面上而出射光的偏振方向不受影响。根据本专利技术照明系统的进一步实施例的特征在于散射中心与设置在光波导中的填装有各向异性材料的凹槽一致。在这种情况下，凹槽同时具有偏振器和散射器的功能。这大大简化了光波导的制造。根据本专利技术照明系统的进一步实施例的特征在于各向同性和各向异性材料的界面作为维持偏振的散射器。通过把界面作为一个散射器来维持偏振，当光离开填充凹槽时，光通过一个由界面结构确定的角区域被散射。根据本专利技术照明系统的进一步实施例的特征在于光波导由折射率为np的光各向同性材料形成，并且凹槽由折射率为no和ne的各向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·布罗尔，C·J·E·塞佩恩，H·M·J·布兹，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：