液晶显示器(LCD)由于其功耗比较低、体积小、以及厚度薄而 通常被用作便携式计算机系统、电视、移动电话、以及其它移动电子 显示器件中的平板显示器(FDP)。
LCD控制着施加到具有介电各向异性的透明有机聚合物液晶材料 上的电场，以便使光透射或遮断，从而显示图像。与诸如电致发光显 示器(ELD)、阴极射线管(CRT)、发光二极管(LED)之类的内部 发光的显示器件不同，LCD采用外部光源。
根据其利用光的方法，LCD被分成两大类：反射型LCD和透射型 LCD。
反射型LCD包含液晶面板，其中液晶材料被注入在两个透明基板 之间，且反射器被设置在液晶面板的背侧处，或被设置在液晶面板内 部，以便向观察侧反射光。此反射型LCD利用反射器反射自然光或周 围光，以便显示图像。反射型LCD特别适合于在直接阳光下的户外使 用。但与透射型显示器相比，对比度比较低，而且，在照明不良的条 件下，这种显示器的亮度低。
透射型LCD包含液晶面板，具有注入在两个透明基板之间的液晶 材料、以及用来向液晶面板提供光的背光单元。透射型LCD具有良好 的对比度，但在直接阳光照射的条件下实际上变得不可辨。
然而，还存在着第三种所谓的透反射型LCD，它可以同时被用于 透射模式和反射模式。此透反射型LCD可以被描述为使用辅助光源而 非自然光的反射型LCD。背光强度在透反射型LCD中被手动或自动地 用光电二极管之类的进行调节，以便适合光照条件。
具有背光单元的LCD器件通常包含两个面板，一个是液晶面板 (LCP)本身，第二个是光导，用来将光从其顶部面板表面引导出来 并进入和通过LCP。
但背光单元不仅影响显示特性，而且还影响显示器件的厚度、重 量、以及功耗。于是，希望开发一种具有改进的亮度和对比度性能、 以及减小的厚度、重量、和功耗的LCD器件。
为了改进LCD的亮度和对比度性能，通常用准直器来将光源产生 的散射光束聚集成基本上平行的光线。
光源和准直器可以被置于光导的任何一侧(准直光的方向则垂直 于光通过LCP的方向)，或被置于LCP下方(准直光的方向则与光 通过LCP的方向相同)。但对于小的屏幕尺寸，光源和准直器通常被 置于光导的一侧。
目前用于光学器件的准直器典型地是棱柱形箔或漏斗形准直 器，其提供诸如20度或以上的比较大的准直角。
但为了用于开发诸如层叠单元型显示器和光学触摸传感器件之 类的未来改进的光学器件，＜20度的、优选约为几度的准直角是所希 望的。

本发明的目的是缓解上述各种问题，并提供一种设计得小而紧凑 的可以用于光学器件的准直器，其用来提供诸如从几度直至45度、 优选为小于20度的宽范围内的准直角。
本发明的另一目的是提供一种用来生产根据本发明的准直器的 容易执行的低成本方法，此方法使得能够精确地调节准直器。
根据本发明的第一方面，利用光学器件中所用的准直器，达到了 所述目的，此准直器包含由交替的透光层和不透光层组成的多层薄 片。
本发明的另一优点是，利用根据本发明的准直器的实施方案，可 以得到小于20度的准直角。
根据本发明的准直器的另一优点是，提供了改进了的准直效率。
此准直器优选包含至少两个透光层和至少三个不透光层。
所述透光层优选由至少一种透明的非晶聚合物材料制成，而所述 不透光层优选由至少一种光吸收和/或光散射聚合物材料制成，诸如 包含至少一种光吸收和/或光散射微粒或化合物的聚合物基质。
各个不透光层优选包含光散射材料的第一部分和光吸收材料的 第二部分。这种结果的优点是，落入接收角以内但不落入准直角以内 的光，可以被光散射材料的第一部分循环回到光源，且到达第二部分 的不希望传播方向的光可以被吸收材料吸收。
而且，准直器优选包含将要面对光源的准直器一侧上的透光层的 突出部分，各个层部分具有透镜形状的端部。因此，各个层端部构成 透镜阵列，此透镜阵列使相对于叠层法线以倾斜角度进入的光偏转， 而对于平行于叠层平面内的任何角度呈中性。从而进一步改善了准直 器的效率。
根据本发明的第二方面，利用根据本发明的制造准直器的方法， 达到了所述目的，此方法包含将至少一种透光的聚合材料和至少一种 不透光的聚合材料的熔融物共挤压为多层薄片。
根据本发明的第三方面，利用根据本发明的制造准直器的方法， 达到了所述目的，此方法包含将至少一种透光聚合材料的熔融物喷射 模塑成为被未用空间分隔开且通过公共基底部分连接的层，以及将至 少一种不透光聚合材料的熔融物填充到未用空间中，从而提供多层薄 片。
根据本发明的第四方面，所述准直器被包含在显示器件、照明器 件、或光学触摸传感器件中。
从下列各个实施方案中，本发明的其它特点和优点将变得显而易 见。
附图说明
图1示意地定义了通道准直器中的准直角。
图2示意地示出了透反射型LCD器件的一部分，其包含根据本发 明一个实施方案的准直器。
图3-6示意地示出了根据本发明的准直器和光导的各种结构。
图7示意地示出了位于LCP下方的根据本发明的准直器的实施方 案。
图8示意地示出了根据本发明的一个实施方案的准直器。
图9示意地示出了根据本发明的一个实施方案的准直器。
图10示意地示出了根据本发明的一个实施方案的准直器。
图11-14示出了使用根据本发明实施方案的准直器进行准直的 光的光强度分布。

对光源产生的光进行准直的一种方法是使用一种具有小接收角 的光通道，其仅仅允许到达通道中的光的透射。此接收角，以及因而 的准直角(α)仅仅依赖于通道的内径(D)与长度(L)之间的比率； tanα＝2D/L(见图1)。这种器件能够提供良好的准直，但是其代价 是效率与准直角的平方成比例(对于小的角度)。为了提高效率，这 种通道必须光学上分隔开，且以尽可能紧密的距离平行排列。用这种 多通道准直器，可以提供光的二维准直。
以二维对光进行准直，使得三维发散光线更加平行。三维发散的 非准直光线将形成一个宽口圆锥，其顶点在点光源处。(任何光源都 可以被想象为点光源的集合)。当光线的圆锥沿一维被准直时，就形 成一个角体积与原始圆锥相同的光线扇形。二维准直将宽幅扇形转换 成圆锥形，但具有显著减小的角体积。
为了采用多通道准直器在紧凑器件中进行高度准直，通道直径必 须非常小，且需要大量的通道。例如，为了在2mm的长度上达到1度 的准直，直径必须不超过0.0175mm。因此，为了在1mm的长度上得 到2度的准直，必须具有相同的直径(≤0.0175mm)。但在实际上， 要使光纤阵列的准直器具有微米尺寸范围的直径是非常困难的，而且 在经济上也是不可行的。
图2示出了透反射型LCD器件的一部分，其包含根据本发明实施 方案的准直器1。
图2所示透反射型LCD器件包含液晶面板(LCP)2、光导3、所 述准直器1、以及光源4。
光导3、准直器1、以及光源4构成了LCD的背光单元。
灯优选是由高度反射性箔环绕的冷阴极荧光灯(CCFL)。应该指 出的是，灯的直径实际上通常大于准直器的厚度(在图2或任意其他 图中均未示出)。
透射到光导3的准直光，被光导3沿向着液晶面板2的方向反 射。
在图2中，光源4和准直器1被置于与矩形光导3的其中一个短 边连接。图3也示出了这种结构。(注意，图3所示的准直器1包含 的层比图2所示准直器1的层更少)。
但应该指出的是，准直器1也可以被置于与为此应用构造的光导 3的任何一个长边连接。图4示出了这种结构。
根据本发明的准直器还可以包含分别如图5和图6所述那样取向 的(下述的)层10和11。
在图3-6所示的所有这些实施方案中，来自准直器的准直光的方 向基本上垂直于光通过LCP的方向。
根据本发明的准直器还可以如图7所示被设计和安置，亦即，光 源4和准直器1被置于液晶面板2下方(无需光导)。来自准直器1 的准直光的方向基本上平行于光通过LCP 2的方向。
图2所示的液晶面板(LCP)2包括偏振滤光器5、玻璃基板6、 电极7、液晶材料8、以及透反射器9。
在典型处置的显示器件中，光导3通常非常薄，例如厚度约为 1mm。
根据本发明的准直器1由提供一维准直的交替的透光层10和不 透光层11的多层薄片组成。
透光层10优选由透明的非晶聚合物，诸如聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、或环烯共聚物之类制 成。
透光层10透射预定传播方向的光，从而提供具有预定准直角的 光。
其它的传播方向被吸收和/或被部分地向着光源4反射。
不透光层11优选由光吸收和/或光散射(结晶)聚合物、或者包 含诸如二氧化钛微粒的至少一种光吸收和/或光散射微粒、或诸如吸 收染料之类的化合物的聚合物基质制成。但此不透光层11也可以由 例如包含分布在整个基质中的光散射微粒的光吸收聚合物基质制 成。
根据本发明的准直器1优选包含至少5个交替的层10和11，亦 即，被3个不透光层11覆盖的2个透光层10。于是就提供了呈现优 异准直效率的准直器。
如此处使用的那样，术语“准直效率”意味着光源产生的通过准 直器透射的光量，从而提供具有一定准直角(预定的传播方向)的光。
根据本发明的准直器中交替透光层和不透光层的尺度根据上述 公式tanα＝2D/L提供了准直角(α)。
各个透光层10的厚度(对应于图1所示通道的D)优选在25- 250μm的范围内。
各个不透光层11的厚度优选在2.5-25μm的范围内。
各个交替的层10和11的横向延伸范围(各个透光层10的横向 延伸范围对应于图1所示通道的长度L)优选分别在0.5-10mm的范 围内。
交替的层10和11的横向延伸范围对应于光源4产生的光将在准 直器1中透射到达光导3的距离。
交替层10和11的纵向延伸范围分别对应于面对光源4和光导3 的层10和11的侧面。于是，交替层10和11的纵向延伸范围被调整 到光源4的尺寸和光导3的尺寸。
如上所述，各层的厚度和横向延伸范围都影响准直程度(准直 角)，从而影响光的总透射。
各个透光层的横向延伸范围(L)和厚度(D)之间的比率优选为 ≥2，更优选为≥5，再优选为≥20，最优选为≥50。
于是，用具有上述公开层尺度的根据本发明的准直器，可以得到 优选在0.3-45度，更优选为0.3-20度，再优选为0.3-5度，最优选 为0.3-2度范围内的准直角。
借助于层叠各个透光材料层与各个不透光材料层交替，能够产生 根据本发明的准直器。
产生根据本发明的准直器的一种替换方法是用不透光的材料涂 敷透光的材料层，然后将涂敷的层层叠成叠层。
产生根据本发明的准直器的另一种方法是利用喷射模塑技术。
根据本发明的方法包含将至少一种透光聚合材料的熔融物喷射 模塑成为被未用空间分隔开、且通过公共基底部分连接的层，并将至 少一种不透光聚合材料填充到未用空间中，从而提供多层薄片。
如上所述，透光层被模塑在透光材料的非层状基底部分上。此透 光基底部分可以被直接贴附到光导，从而形成其一部分。或者，借助 于机械加工而除去基底部分，以便产生具有较小尺度的准直器。
喷射模塑方法使得有可能产生包含至少两个不同的不透光材料 部分的各个层的准直器。呈现强烈光散射行为的材料可以构成开始于 面对光源的准直器一侧的第一部分，且光吸收材料可以构成终止于面 对光导的准直器一侧的第二部分。于是，落入接收角以内但不落入准 直角以内的光，可以被光散射材料的第一部分循环回到光源。到达第 二部分的不希望的传播方向的光被吸收材料吸收。
本发明还涉及用连续层倍增方法产生根据本发明的准直器的共 挤压(co-extrusion)方法。
利用此方法，容易而廉价地产生了包含例如几个微米的非常薄的 层的准直器。但此方法不局限于产生薄层，而且还可以用来产生包含 较厚的层的准直器。
根据本发明的方法包含将至少一种透光聚合材料和至少一种不 透光聚合材料的熔融物共挤压为多层薄片。
将通过共挤压的连续层倍增用于生产多层薄片的其他技术领 域。
优选采用倍增装置，用单个步骤连续熔体挤压，来执行连续层倍 增。此过程牵涉到通过共挤压形成双层。然后将双层切割成两个双 层，且其中一个双层被挤压在另一个的顶部上。然后将切割和挤压重 复任选次数，以便形成交替透光层和不透光层的多层薄片。
利用根据本发明的这一方法，能够制造包含非常薄的层的准直 器。层的数目不影响制造成本。
关于透光聚合材料与不透光聚合材料之间层厚度的比率，能够通 过对挤压通道的馈送速率而在很宽范围内进行调整。
当用上述任何一种方法已经形成了具有所需层数的薄片时，此薄 片被切割成所需的尺度。
然后对薄片的切割表面进行处理，以便得到所希望的光学性质， 从而提供所述准直器。典型地，指向光源和指向光导的切割表面被机 械加工成光学平滑。其它两个切割表面优选由反射层覆盖，以便提高 光输出。
此准直器能够被用来对来自于其横向尺寸比被照射的光导(未示 出)更大的光源4的光进行放大。准直器1则优选具有图8所示的形 状。分别指向光源4和光导(未示出)的切割表面1a和1b，是光学 平滑的，且铝的反射层13提供在薄片的其它两个切割表面1c和1d 上。
但是，图8中被反射层13覆盖的切割表面也可以代替地被吸收 层覆盖。
诸如棱镜之类的表面释放结构也可以施加在多层薄片的至少一 个表面上。
借助于增大接收角，能够进一步提高准直器的效率，而不降低准 直质量。借助于将面对光源的透光聚合材料层的端部形成为透镜，能 够做到这一点。这种准直器包含透光层从薄片一侧突出的部分，所述 部分具有凸出的端部形状。
因此，根据本发明的方法优选还包含从薄片的一个经过处理的切 割表面中去除一些不透光聚合材料，从而留下从薄片突出的部分透光 聚合材料。
不透光聚合材料优选被去除到等于层厚度的深度(d)(见图9)。
这是通过利用溶解性不同的透光聚合材料和不透光聚合材料优 选地执行的。然后，借助于将处理过的切割表面浸入在溶解切割表面 附近的不透光聚合材料的溶剂中，不透光聚合材料就被优选地去除。 然后，对从薄片突出的透光聚合材料进行加热，以便使之成圆形，并 形成具有透镜形状的层端部。在加热时，透光聚合材料由于聚合材料 的表面张力而成圆形。然后，如图9所示，透光聚合材料的这些透镜 形状的层端部被排列成面对光源4。此透镜阵列将使以相对于叠层法 线倾斜的角度进入的光发生偏转，而对平行于叠层平面内的任何角度 是中性的。
也可以利用等离子体腐蚀或本技术领域熟练人员所知的任何其 它适当的技术，来有利地去除不透光聚合材料。
用上面公开的任何方法对不透光聚合材料的去除，还使得能够用 除了上述喷射模塑方法之外的其他方法，来生产包含至少两个不同的 不透光材料部分的各个层的上述准直器。
于是，用例如上面公开的共挤压方法，形成了包含交替的透光层 和不透光层的薄片。
不透光层可以由呈现强烈光散射行为的材料、或由光吸收材料制 成制成。
然后，用上面公开的任何一种方法，将部分不透光材料，优选是 光吸收材料，去除到所希望的深度，并在这样提供的空间内填充另一 种不透光材料，优选是光散射材料。
于是，用此方法，如图10所示，包含不透光层的准直器就具有 开始于面对光源4的准直器1一侧处的光散射材料的第一部分14、 以及终止于面对光导3的准直器1一侧处的光吸收材料的第二部分 15。落入接收角以内但不落入准直角以内的光，可以被光散射材料的 第一部分14循环回到光源4。到达第二部分15的不希望的传播方向 的光，被吸收材料吸收。
现在利用下列非限制性实例来进一步描述本发明。
实例1
如上所述，根据本发明用共挤压方法制造了根据本发明的准直 器。
制作了包含128个交替的透光层和不透光层的薄片。
透光层(64)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，各层的厚度为20μm。
不透光层(64)由包含5vol％的二氧化钛微粒(微粒尺寸为2μm) 的聚碳酸酯基质制成。各个不透光层的厚度为5μm。
于是，薄片的总厚度为1.6mm。
薄片的横向延伸范围为1mm。
薄片的纵向延伸范围为20mm。准直角为2.3度。
实例2
如上所述，根据本发明用共挤压方法制造了根据本发明的准直 器。
制作了包含16个交替的透光层和光散射层的薄片。
透光层(8)由聚甲基丙烯酸甲酯组成，各层的厚度为200μm。
光散射层(8)由包含5vol％的二氧化钛微粒(微粒尺寸为2微 米)的聚碳酸酯基质制成。各个光散射层的厚度为50μm。
于是，薄片的总厚度为2.0mm。
薄片的横向延伸范围为1.5mm。
薄片的纵向延伸范围为40mm。
标称准直角为15度。
图2所示装置用于此实例。
光源是直径为2.6mm且由高反射性(大约98-99％)箔环绕的冷 阴极荧光灯，以便将所有发射的和反射的光重新导向准直器。此灯在 5mA高频交流电流下工作。
测量了用此准直器准直的光的光强分布。图11-14示出了光强在 水平剖面内的分布(图11和12)以及在垂直剖面内的分布(图13 和14)。
从光源发射的光具有宽角度展，其对应于在水平剖面内测得的光 分布。
垂直剖面包含准直后的光。图13和14示出了光强分布与准直角 的关系。在图13和14中可见，提供了＜20度的低准直角下的非常高 的准直效率。
最大亮度被测得约为825-840cd/m2。如图14所示，对于大于13 度的准直角，垂直剖面内的亮度非常低(100cd/m2以下)。
于是，如实例所示，根据本发明的准直器提供了例如约几度的＜20 度的准直角，以及改进了的准直效率。
如上所述，根据本发明的准直器可以被包含在任何需要准直光的 光学器件中。可以有利地采用根据本发明的准直器的光学器件的例子 是显示器件、照明器件、以及光学触摸传感器件。
而且，与现有技术的方法相比，用来生产根据本发明的准直器的 方法可以容易而比较廉价地执行。
而且，这些方法使得能够生产精确调节准直角的准直器。
虽然参照其具体实施方案已经详细地描述了本发明，但对于本技 术领域的熟练人员来说，显然可以在其中做出各种改变和修正而不偏 离其构思与范围。