用于平板显示器的腔反射器光注入制造技术

本发明专利技术描述一种光混合波导，包含有反光处理边缘的透明板条波导、邻近该反光处理边缘的一对相对的侧边缘、在该反光处理边缘对面的光转移边缘、以及形成在板条波导内的多个腔，其中至少一个侧边缘被配置成从一个或多个光源接收光，以便接收的光从透明板条波导的顶和底表面被全内反射。接收的光、腔、以及反光处理边缘的相互作用，使接收的光在该光传输通过光转移边缘并进入目标光学系统之前被混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及平板显示器领域，尤其是涉及给出一种光混合装置，以增强透射式平板显示器的视觉性能，该光混合装置利用边缘照射的透明板条波导，向在显示器表面上进行图像调制的像素快门机构提供光。本公开的可应用性范围不限于直接观看系统，诸如平板显示器或波导后照光，而且还能够在基于投影的显示器技术中推广。
技术介绍
各种平板显示器系统在最近的数十年来已经被开发。它们中之一是公开在 Selbrede 的美国专利 No. 5，319，491 的 Time Multiplexed Optical Shutter (本文全文引用该专利)，以及在随后专利申请中的变化，诸如共同拥有的美国专利Nos. 7，042，618， 7，057，790，7，218，437，7，486，854和美国专利公布No. 2008/0075414。这种器件的基本前提是，光(通常是单色光)从边缘注入透明矩形板条波导，使之获得被注入光在波导内的全内反射(TIR)，该波导在一侧或多侧表面上可以是镜面反射的，以确保波导内传播的光线有最多的转折。横跨板条波导分布的多个像素任一个的操作原理，涉及局部地、有选择地、和可控地抑制被约束在波导内的光的全内反射，以使在该像素位置发射光。在一种像素体系结构中，被约束在波导内的IlR光的抑制，是靠推动(即移动)光学上合适的材料越过微观间隙而达到的，这样使在激活位置，该材料与板条波导的表面接触或几乎接触，同时在非激活位置，该材料被充分地移离波导的表面，于是间隙两侧的光和/或渐逝耦合可以忽略不计。被推动(即移动)的该光学上合适的材料，本文称为“激活层”，能够是弹性地可变形的聚合物材料(如合成橡胶)薄片(薄层或膜)，有选定的折射率以优化接触/几乎接触事件期间光的耦合。使激活层在非激活和激活位置之间的切换，能够以非常高的速度发生，以便允许多基色光(如依次的基色光红、绿、蓝)按图像帧速率，产生适当的灰度等级，避免过运动的(excessive motional)和色乱的膺象，同时保持平滑的图像生成。因此，平板显示器包括多个像素，每一像素代表显示器离散的细部，它能够关于局部地推动配有合适折射率的激活层越过微观间隙变成与板条波导接触或几乎接触，个别地和有选择地被控制。推动是由聚合物材料薄片的机电的和/或有质动的变形而达到的，所述片被支座(standoff)缚住在个别像素几何形状的周边，当像素处于静态无激励状态时，这些支座使该片与板条波导保持适当的隔开关系。跨越被安排在板条波导之上或之内的第一导体和被安排在激活层之上或之内的第二导体上合适电势的施加，引起激活层向着板条波导表面的高速运动；当激活层不能运动到更接近板条波导时(要么由于自身原因，要么由于与波导的接触)，激励可以被认为已经完成。为了促使光抽出，微光学结构的阵列(有各种可能的几何形状，诸如截头锥体或金字塔断面等等)可以任选地被安排在激活层的面对波导一侧，使像素激励引起这些微光学结构与波导的接触或几乎接触，因而，以再引导被抽出光到观看者的方式的抑制IlR光被优化。微光学结构更细致的描述被公开在美国专利No. 7，486，854 "Optical Microstructures for Light Extraction and Control，，中，该专利本文全文弓丨用，供参考。某些其他显 示器系统使用类似(但不全同)的操作原理。一些使用像素名义上开关光的后照光系统，通常由平行于波导主表面(如顶表面)的每一像素上横向水平运动(transverse lateral motion)的不透明的基于MEMS快门单元构成，作为严格意义上的真正后照光系统，与不是给出在其内传播的光的IlR约束条件的真正后照光系统的 Selbrede' 491的基于TIR的波导相反。对后照光系统，板条波导内的光不应被保持在顺从IlR状态，不然它会永远被约束在波导内部。因此，波导的底表面能够由散射表面制成， 或者它能够脱离与波导顶表面的平行隔开关系，或者两者兼而有之，以保证光持续地离开波导的顶表面，照射板条波导顶表面处或上方形成阵列的像素快门机构。把板条波导用作横向MEMS基于快门的系统的要求，是由于通过把快门机构的面对波导部分配置成名义上反射的，使未被使用的光再循环的能力。不传输通过打开的快门的光，其后重新进入波导并能够在系统内别处被使用。在根据klbrede' 491的器件的情形中，其中的光源在板条波导一个边缘上被排成阵列，而所述边缘的相反端是镜面反射的(用被安排在其上的金属反射器，或通过覆盖以完全电介质的反射镜以获得甚至更好的反射率)，已经确定，显示器发光的均勻性，只当板条波导的厚度足够厚才能够被保证。能够用于板条波导的最小板条波导厚度t，是波导长度1、波导的临界角θ。(它本身是波导折射率的函数)、以及以ε表示的显示器表面上个别像素光学效率的函数。给定的光子总体从光源始发点到在波导内99%消耗的平均自由程， 用希腊符号λ给出，不要把它与本文中光的光学波长混淆。通过对有效的个别像素效率ε 解调，并用得到的光子总体在99%消耗之前的平均自由程λ的平均，均勻性已经被证明当 λ = 31或更大时容易被优化，从而由如下方程式建立板条厚度的下限 Iog(O-Ql)Vllogd-f) J— (cos(JlOg(0WjI““log(l-f)J把上述约束应用于板条波导厚度，能使基于这种波导的显示器获得超过60%的光学效率(光通量输入对光通量输出之比)，而同时保证横跨整个显示器表面的发光度变化远小于IdB (通常在0. 2dB变化以下)。虽然这一约束是对许多应用的最低限度的结果，但它确实为工业趋势已经一年复一年地走向更薄显示器子系统的应用提供后退的步伐。因此，对蜂窝电话，厚度约束可能要求该波导达2mm厚或更厚，以保证卓越的发光的均勻性，而在蜂窝电话显示器部件中该趋势对显示器是总厚度在Imm以下。事实上，假定LCD母玻璃和TFT激活层的标准厚度是 0. 7mm,0. 7mm的波导厚度是理想的。然而，这样薄的波导，由于违反上面列出的厚度t的约束，要冒遭受削弱横跨显示器表面的亮度不均勻性的重大风险。符号t将在下文被叫做最小板条波导厚度，它对应于最小发光均勻性阈值极限。最近的共同待决申请已经公开了在波导边缘上使照明装置取向和配置的各种切趾(apodization)(补偿)装置(如改变光源沿波导边缘的分布)，以解决发光的不均勻性。 然而，被安排在显示器系统光抽出表面(如板条波导的顶表面)上的像素和/或微光学结构的周期性，与照明装置(如多个离散的LED)的点源本性结合，已经引起其他光学上不希望有的效应，诸如Moir6图形、发光带(banding)、前部发亮(headlighting)(分辨照射显示器系统的个别光源的能力)、以及因使用离散光源(如LED)向波导馈送光所产生的其他光膺象。这些光膺象能够对显示器产生足够严重的不利条件，要不然该显示器可以呈现合理的宏观水平的均勻性。本申请的一个目的，是通过使进入波导的光充分漫射(如均勻)，以致从个别光源始发的光的周期性强度，不再能够个别地被分辨，解决照明源的这些膺象。
技术实现思路
上面列举的问题至少可以在本文描述的技术的一些实施例中部分地被解决。下面给出被公开的主题的简单概括，以便提供被公开主本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光混合波导，包括有反光处理边缘的透明板条波导、邻近该反光处理边缘的一对相对的侧边缘、在该反光处理边缘对面的光转移边缘、以及形成在板条波导内的多个腔，其中至少一个侧边缘被配置成从一个或多个光源接收光，以便接收的光从透明板条波导的顶和底表面被全内反射，且其中接收的光与一个或多个腔及反光处理边缘的相互作用，使接收的光在该接收的光传输通过光转移边缘并进入目标光学系统之前被混合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·K·万奥斯特兰德，
申请(专利权)人：兰布士国际有限公司，
类型：发明
国别省市：KY