專利名稱：對比度增強(qiáng)過濾器和具有這種過濾器的顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示設(shè)備的對比度增強(qiáng)過濾器，它包括一個具有多個相連的傾斜表面的元件，這些傾斜表面擔(dān)當(dāng)多個射束分裂器。
本發(fā)明也涉及一種配備有這種過濾器的顯示設(shè)備。
在傳統(tǒng)的對比度增強(qiáng)過濾器中，穿過過濾器的光在兩個方向上被吸收的程度基本上相等。對比度增強(qiáng)以通過過濾器的光的通路數(shù)量為基礎(chǔ)。從外部進(jìn)入過濾器的環(huán)境光通過過濾器兩次，而來自顯示器的光只通過過濾器一次。
傳統(tǒng)的對比度增強(qiáng)過濾器的一個問題在于對比度增強(qiáng)是相對有限的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改善了對比度增強(qiáng)的對比度增強(qiáng)過濾器。
本發(fā)明的這一目的和其他目的通過引入給定的這種過濾器來實(shí)現(xiàn)，它進(jìn)一步包括多個光吸收器，每個光吸收器排列在多個光束分裂器相鄰幾個之間的區(qū)域，并從該元件第一側(cè)面向至少一個所述的相鄰光束分裂器延伸，第一側(cè)面是環(huán)境光射入的側(cè)面，光吸收器用于吸收入射到所述區(qū)域的光以及由所述相鄰光束分離器之一向光吸收器反射的光。
在根據(jù)本發(fā)明的對比度增強(qiáng)過濾器中，環(huán)境光的很大一部分被過濾器吸收，從而增加了對比度的增強(qiáng)。
為了解釋這一點(diǎn)，該元件能夠看作是一個光束分裂器系統(tǒng)，它分為幾個部分，每個部分由兩個相鄰的光束分裂器組成。所述相鄰的光束分裂器形成一個尖角的表面，指向第一側(cè)面。
從第一側(cè)面進(jìn)入過濾器的入射光碰到尖角表面，一部分向一旁反射到光吸收器。這樣，環(huán)境光的很大一部分被吸收。而且，入射光的一小部分直接碰到光吸收器，即吸收器作為一種黑色矩陣。在一些應(yīng)用中，使吸收器比需要的稍寬一些以增強(qiáng)它的功效是有益的。
對于顯示器發(fā)出的光，它從與第一側(cè)面相對的第二側(cè)面進(jìn)入過濾器，尖角表面起到一個漏斗的作用。發(fā)射光被部分反射，首先穿過尖角形，接著返回到第二側(cè)面。在每次反射時，光被部分透射，第一次繼續(xù)向過濾器的第一側(cè)面，第二次向吸收壁。
這一過程的結(jié)果是，發(fā)射光的一小部分向源反射回到光源。在發(fā)射性顯示實(shí)現(xiàn)中這是特別有益的，其中，本發(fā)明的過濾器排列在發(fā)射層外面，第二側(cè)面面對發(fā)射層。反射回到光源的光由發(fā)射層再反射到過濾器，因此進(jìn)一步促進(jìn)了從屏幕發(fā)出的光。因此，增加了發(fā)射光中通過過濾器的部分。
優(yōu)選地，射束分裂器和過濾器外表面之間的角度基本上是45度。在這個角度上，過濾器的對比度增強(qiáng)特別好。
根據(jù)一個實(shí)施例，該元件包括由多個凹槽形成的基底，吸收器排列在這些凹槽中。凹槽形的基底表面則形成射束分裂器，尖角形由兩個凹槽之間的脊產(chǎn)生。這些吸收器起到脊之間的分割器的作用。
根據(jù)另一個實(shí)施例，該元件包括由多個脊形成的基底，每個脊有一個脊頂和一個脊底，吸收器由沿著所述脊形成的多個通道形成，每個通道從脊的脊頂延伸一段距離到所述第一基底，所述通道填滿了光吸收材料。在這種情況下，尖角形由兩個脊之間的谷或凹槽形成。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，過濾器包括一個由多個脊形成的第一基底，每個脊具有脊頂和脊底；和一個由多個凹槽形成的第二基底，所述第一和第二基底裝配在一起，從而使得所述脊由所述凹槽容納。兩個基底具有基本上相反布局的表面。當(dāng)它們裝配在一起時，射束分裂器系統(tǒng)由凹槽和脊在兩個基底的分界面接觸的表面形成。尖角形現(xiàn)在由基底之間的邊界表面形成，從第二基底中的兩個凹槽之間的隆起產(chǎn)生，隆起到第一基底中的兩個脊之間的谷中。
通過使用兩個諸如玻璃之類的固體、透明材料的基底，射束分裂器的質(zhì)量增強(qiáng)了。
而且，吸收器能夠由沿著所述脊長度形成的多個通道形成，每個通道從脊的脊頂延伸一段距離到所述第一基底，所述通道由光吸收材料填滿。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，第一基底由平行的Λ形脊形成，而第二基底由平行的V形凹槽形成。這形成了在一個方向上具有規(guī)則的之字形橫截面的邊界表面。
根據(jù)再另一個實(shí)施例，第二基底由幾組平行的V形凹槽形成，所述凹槽之間形成隆起的錐體。兩組正交的凹槽形成正方形底的錐體，而三組凹槽形成三棱錐體。優(yōu)選地，在后一種情況下，所有的三個棱互相垂直，即立方體的轉(zhuǎn)角，形成所謂的逆反射體(retroreflector)。第一基底能夠在兩種情況下由具有形成凹形的格子的脊形成，其形狀與所述錐體之間相適合。
根據(jù)再另一個實(shí)施例，第二基底由隆起的圓錐形形成。第一基底則能夠用適合于容納所述圓錐形的凹形形成。
優(yōu)選地，通道向第一基底延伸到至少與脊的脊底水平的程度。通道從而沿著邊界表面的整個深度延伸。優(yōu)選地，至少一個所述基底覆蓋有折射或反射涂層。這樣的涂層能夠影響邊界表面的反射和折射，從而確定形成的射束分裂器的特性。
參照附圖對優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更清楚的描述會使本發(fā)明的這些和其他方面更顯然。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的過濾器的原理的示意性截面圖。
圖2是表示本發(fā)明原理的示意性截面分解圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的過濾器基底的透視分解圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的過濾器基底的透視分解圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的過濾器基底的透視分解圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的過濾器基底的透視分解圖。
圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的過濾器1的一部分，它放在具有Al背襯的熒光層10的頂部，形成例如CRT的顯示單元的一部分。接下來的說明將主要集中于對比度增強(qiáng)過濾器的這一應(yīng)用，盡管這不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的對比度增強(qiáng)過濾器能夠應(yīng)用到大多數(shù)顯示器，比如家用電視和計算機(jī)監(jiān)視器。更具體地，原則上它可以用于CRT、等離子顯示器、“薄膜(foil)”顯示器、LED顯示器等?；旧纤苡糜谄渲泄猱a(chǎn)生介質(zhì)能夠由反射面作背襯(back)或其本身可反射的任何顯示器。它甚至能用于背部發(fā)光(back-lit)的LCD顯示器，盡管獲益不是很多，因?yàn)長CD顯示器已經(jīng)吸收了落入顯示器中的大部分環(huán)境光。
根據(jù)本發(fā)明的過濾器的一個不同的應(yīng)用是單面透視鏡(one-waymirror)，這時本發(fā)明的過濾器能夠確保從一側(cè)進(jìn)入的光反射得更多，而來自另一側(cè)的光更多地被吸收。這樣如果兩個相同亮度的房間用這樣的鏡子分開，則通過這面鏡子更容易從一側(cè)看過去。
回到圖1，第一光束30從熒光層10發(fā)出，而第二光束40表示入射到過濾器1的環(huán)境光。這些光束30、40由兩個由包括過濾器1的兩個基底6、8形成的射束分裂器2、4反射。在射束分裂器2、4的每個側(cè)面上有形成在上基底6上并填滿光吸收材料14的通道12、13。
從圖2中看到，首先，上基底6具有由兩個相鄰的脊20的相對斜面18、19形成的三角形谷或凹坑16。凹坑由兩個通道12包圍著，通道從脊20的脊頂22延伸到脊底23。
以同樣的方式，第二下基底8具有由兩個相鄰的凹槽26的相對斜面24、25形成的三角形隆起27。三角形隆起27適合凹坑16，從而當(dāng)它們裝配在一起時沿著兩個基底6、8的邊界表面形成該對射束分裂器2、4。
在所述例子中，隆起27的每個側(cè)面24、25與基底8的外表面形成一個45度角(α)，與基本上是直角的角29形成一個三角形27。形成凹坑16的脊20以相應(yīng)的方式形成。很明顯可以想象隆起27和凹坑16的其他形狀，比如具有不同角度的形狀。
再回到圖1，光束30、40的路徑30、31、32、33、34、35、36、37和40、41、42、43、44已經(jīng)被標(biāo)記。吸收的不同之處接下來將通過計算每個光束的透射和吸收來量化。這里，假定射束分裂器的透射系數(shù)是x，熒光材料的反射系數(shù)是y。
開始射束30從熒光體發(fā)出，射束碰到射束分裂器2、4之一并分為兩個射束31、32。表示初始光強(qiáng)度一部分(fraction)x的第一射束31穿過過濾器，而表示一部分1-x的第二射束23向第二射束分裂器4、2反射。第二次分裂發(fā)生，表示一部分(1-x)x的射束33繼續(xù)向通道13前進(jìn)并被吸收，而表示一部分(1-x)2的另一個射束34向熒光體10反射回來。最后，該射束34被部分反射，產(chǎn)生具有強(qiáng)度(1-x)2y的射束35。剩余的光被吸收。
現(xiàn)在回到從過濾器外入射的射束40，這射束撞擊到射束分裂器2，4之一并被分為兩個射束41，42。表示原始光強(qiáng)的一部分1-x的第一射束41朝著通道12反射并被吸收。表示一部分x的第二射束42朝著熒光體10發(fā)送，一部分被發(fā)射，使得光強(qiáng)為xy。剩余光被吸收。
使用以上定義的系數(shù)x，y，我們有以下結(jié)論離開熒光體10的光的透射是x/[1-(1-x)2y]。
離開熒光體的光的吸收是[(1-x)x+(1-y)(1-x)2]/[1-(1-x)2y]。
進(jìn)入顯示器的光的透射是xy。
進(jìn)入顯示器的光的吸收是(1-x)+x(1-y)＝1-xy。
因此，從外部進(jìn)入的光和來自熒光體進(jìn)入的光的透射比等于T＝{x/[1-(1-x)2y]}/(xy)＝1/{y[1-(1-x)2y]}。
對于一個普通對比度增強(qiáng)過濾器，從外部進(jìn)入的光和來自熒光體的光的透射比是(在相同的假設(shè)條件下)Tn＝x/(xy)＝1/y對于y＝0.88(Tn＝1.14)的一些數(shù)值xT(x)T(x)/Tn(x)0.01 8.267.270.2 2.602.290.3 2.001.760.5 1.461.28從而，對于一個50/50射束分裂器并且y＝0.88，顯示器的亮度是28％，比具有相同對比度增強(qiáng)的普通的“50％”對比度增強(qiáng)過濾器要好。一個30/70射束分裂器是76％，比一個普通的“30％”對比度增強(qiáng)過濾器亮度更好。
這種簡單的計算只對垂直于表面的光有效。對于實(shí)際的顯示器，必須考慮不同的角度。
注意，如果射束分裂器效率(反射系數(shù))依賴于光的入射角，將有不一樣的光從過濾器發(fā)射出來。但是，該不一樣的光發(fā)射的效果很不容易注意到，并能夠由有技術(shù)的技工處理，例如通過使頂基底外表面不平坦。
參照圖3和4，接下來說明具有上述特性的過濾器如何實(shí)現(xiàn)的例子。
在圖3種，“V”形凹槽結(jié)構(gòu)蝕刻到玻璃板6上，為了教學(xué)的原因，下文中稱之為“Λ”形脊結(jié)構(gòu)，指形成在凹槽之間的平行脊20。通道12沿著脊的脊頂22蝕刻，并且填滿黑色吸收材料14，比如碳、黑墨水或黑色聚合物。
同樣的“V”形凹槽結(jié)構(gòu)被蝕刻到另一個玻璃盤8上，它接著能夠用低折射系數(shù)涂層或反射涂層象TiO2、Al或Ag覆蓋。涂層增強(qiáng)了射束分裂效果，并能夠根據(jù)本申請由有經(jīng)驗(yàn)的技工進(jìn)行優(yōu)化。
盤6排列在盤8的頂部。形成兩個凹槽表面基本上互相適應(yīng)，頂板6的脊適合底板8的凹槽26，從而被吸收通道包圍。脊和凹槽之間的邊界線建立圖1所示的射束分裂器。
參照圖4，上述“Λ”形脊和“V”形凹槽結(jié)構(gòu)能夠用錐體51和“倒錐體”52代替。更具體地，底玻璃板8用錐體51形成，實(shí)踐中通過蝕刻兩個正交平行凹槽組26、30并剩下錐體實(shí)現(xiàn)。頂板接著用與這些錐體51匹配的凹坑52形成，或者換句話說，用檢驗(yàn)圖案中的脊20、21形成中間的凹坑。和第一實(shí)施例一樣，通道12、13沿著脊的脊頂形成，這種情況下形成了通道的格子。
通過讓每個錐體/凹坑表示一個像素，該第二實(shí)施例具有光不從一個像素向下一個像素“泄漏”的優(yōu)點(diǎn)。
如圖5所示，通過在下基底8上形成三組平行凹槽26、50、55，錐體將是三棱的所謂逆反射體。上基底6中的凹坑54適于容納這些錐體53。這種情況下，通道12將在每個錐體周圍排列為三角形的形式。盡管如圖4所示的正方形錐體51可能對正方形像素是優(yōu)選的，但是逆反射體具有較少受改變與光源的距離的影響的優(yōu)點(diǎn)。
另一個例子將具有形成在下基底8上的圓錐形56，如圖6所示。上基底6具有對應(yīng)的凹坑58，適于容納圓錐體56。這種情況下，通道在每個圓錐形凹坑58周圍形成為柱體60。而且，柱體60之間的中間區(qū)域用吸收材料填滿。這減少了過濾器的發(fā)射，但例如對具有所謂的三角微分設(shè)計(delta-nabla layout)，即六角形子像素設(shè)計，這可能仍然是有用的解決方案。
在以上說明中，基底6、8已經(jīng)被分別形成并接著裝配。制造兩個基底的有時是優(yōu)選的另一種方式是生在基底6或8上蝕刻想要的表面圖案，接著用液體材料填充該圖案，再形成平坦表面，接著讓它硬化。通道12、13能夠蝕刻到由此形成的元件上。也可能由其他生產(chǎn)來制造。
射束分裂器能夠被(部分)極化，因?yàn)榄h(huán)境光、從熒光體發(fā)出的光和從熒光體分散散射的光都沒有極化。因此，實(shí)際上從射束分裂器發(fā)出或反射的光是否被極化都沒有關(guān)系。
應(yīng)當(dāng)注意到，上述當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員不偏離隨附權(quán)利要求限定的范圍而作出修改。例如，只要保持吸收通道的功能，脊和凹槽能夠有不同的形狀。過濾器不必排列在熒光層的頂部，而也能夠安排在光的吸收依賴于光的方向的任何應(yīng)用中。
自然，其他光學(xué)元件可以包括在過濾器中用于改善性能。例如，能夠包括附加的反射器，而不破壞以上公開的射束分裂器和吸收器的功能。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示設(shè)備的對比度增強(qiáng)過濾器，包括一個元件，它具有擔(dān)當(dāng)多個射束分裂器(2，4)的多個連接的斜面，其特征在于，該過濾器包括多個光吸收器(12，13)，每個都排列在多個射束分裂器(2，4)中相鄰的那些之間的區(qū)域(20，26)中并從該元件的第一側(cè)面(23)向所述相鄰的射束分裂器(2，4)中的至少一個延伸，所述第一側(cè)面是環(huán)境光照射的側(cè)面，該光吸收器用于吸收入射到所述區(qū)域(20，26)的光以及由所述相鄰的射束分裂器之一向光吸收器(12，13)反射的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述射束分裂器每一個都與過濾器的外表面形成一個45度的角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述元件包括由多個凹槽(26)形成的基底(8)，并且所述吸收器排列在所述凹槽(26)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述元件包括一個由多個脊(20)形成的基底(6)，每個脊都具有脊頂(22)和脊底(23)，并且所述吸收器由多個沿著所述脊(20；21)形成的通道(12；13)形成，每個通道從脊的脊頂(22)延伸一段距離到所述第一基底，所述通道用光吸收材料(14)填滿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述元件包括第一基底(6)，由多個脊(20；21)形成，每個脊都具有脊頂(22)和脊底(23)，和第二基底(8)，由多個凹槽(26)形成，所述第一和第二基底被裝配在一起，從而使得所述脊(20)由所述凹槽(26)容納。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述吸收器由多個沿著所述脊的長度在所述第一基底中形成的通道(12；13)形成，每個通道從脊的脊頂(22)延伸一段距離到第一基底，所述通道用光吸收材料(14)填滿。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，第一基底(6)由平行的A形脊(20)形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5到7之一的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，第二基底(8)由平行的V形凹槽(26)形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，第二基底(8)由兩組正交的平行V形凹槽(26，30)形成，在所述凹槽之間留下隆起的錐體(51)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，第二基底由三組平行的V形凹槽(26，50，55)形成，在所述的凹槽之間留下隆起錐體(53)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述脊(20，21)和適于容納所述錐體(51，53)的凹坑(52，54)形成格子。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，第二基底(8)由隆起的圓錐形(56)形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，第一基底(6)由適于容納所述圓錐形(56)的凹坑(58)形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求4、6到13之一的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述通道(12，13)延伸到基底，至少與所述脊的脊底水平。
15.根據(jù)權(quán)利要求3到14之一的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述基底(6，8)中的至少一個用折射涂層覆蓋。
16.根據(jù)權(quán)利要求3到15之一的對比度增強(qiáng)過濾器，其中，所述基底(6，8)中的至少一個用反射涂層覆蓋。
17.一種具有根據(jù)以上權(quán)利要求中任一個的對比度增強(qiáng)過濾器的顯示設(shè)備。
全文摘要
一種用于顯示設(shè)備的對比度增強(qiáng)過濾器，包括一個具有擔(dān)當(dāng)多個射束分裂器(2，4)的多個相連的斜面的元件。過濾器還包括多個光吸收器(12，13)，每個排列在該元件一個側(cè)面上相鄰的射束分裂器(2，4)之間的尖角部分(20，26)，從而使得入射到這樣的在吸收器(12，13)一側(cè)的區(qū)域(20，26)的光由所述射束分裂器(2，4)中的一個向旁邊反射到相鄰的吸收器(12，13)。從吸收器側(cè)面進(jìn)入的光碰到尖角部分，部分反射到位于尖角形兩側(cè)的吸收壁。剩余光透射通過過濾器。
文檔編號G02B5/00GK1585905SQ02822362
公開日2005年2月23日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月12日
發(fā)明者R·P·范戈科姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司