[發明專利]均勻衍射光導、背光和顯示器

無效

• 申請號: 201010261112.4
• 申請日: 2010-08-23
• 公開（公告）號: CN101994996A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 艾爾安尼斯·帕帕康斯坦提努;大衛·詹姆斯·蒙哥馬利
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: F21V8/00
• 分類號: F21V8/00;G02F1/13357
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及一種例如與至少部分透射型空間光調制器一起使用的光導和/或背光。本發明還涉及一種包括這種光導和/或背光的顯示器，以及一種可以用于普通照明的分布式照明面板。更具體地，本發明涉及一種裝置和方法，用于保持光導所提供的光的均勻性以及確保在單程中從光導提取光的實質部分。

背景技術

附圖中的圖1示出了例如用于移動電話或PDA設備的、小尺寸的典型液晶顯示器(LCD)模塊的堆疊結構。該顯示器包括LCD面板形式的平坦透射型空間光調制器(SLM)，在其底側和頂面上具有輸入和輸出偏振器。該結構的其余部分一般被視為背光系統，如下所述。光源(例如，LED或激光器)發射光，光耦合到光導中并通過全內反射(TIR)在顯示器的背后分布，使得在不存在散射結構的情況下，光將傳播，直到到達光導的端部。在光導內，存在多個散射結構，這些散射結構通過破壞其所位于的光導表面處的TIR條件，由此允許光通過空氣光導界面，來從光導中提取光，以照射LCD面板。這些散射特征可以位于光導的頂或底部主表面。光散射特征的密度可以隨著與光源的距離的增加而增加，以保持沿著光導的長度的光提取的均勻比率。由于既向下也向上地從光導中提取光，因此將反射膜置于光導之下，以提高背光的效率。在光導與LCD面板之間還有一些光學膜，放置這些光學膜，以在顯示區域上提供更好的照明均勻性，并且增強給定視角范圍內的亮度。這些膜典型地由漫射層和棱鏡膜組成，其增強背光的中心亮度。這些結構的形式在現有技術中是公知的，這里不進一步討論。

提取光的特征的形式可以采用許多形式。這種提取所采用的形式可以確定隨后以某種方式被漫射或利用的光導發射的角度概況(angular?profile)。例如，對于需要光導來產生準直發射的背光，發射的形式對光導中光的角度范圍非常敏感。諸如亞波長、衍射或全息特征之類的其他可能的提取針對它們的提取概況的質量，也會依賴于角度范圍。

為了最小化背光內光導中的損失，通常有必要在光到達另一端部之前提取光的大部分。光的反射和二次通過通常效率很低，并且會引入顯著的非均勻性。

使用亞波長或光子特征向外耦合光以便從光導中提取光的提取特征必須遠小于在單程中保持光導上良好均勻性所需的典型的非衍射特征。由此，提取效率通常較低，尤其是在特征僅是折射率光柵的情況下。此外，對提取進行圖案化意味著，光導表面的實質部分(尤其是接近光源的部分)不用于提取，這進一步降低了總提取效率。這意味著通常很難僅使用衍射特征來獲得全高效提取。

US?2006/0285185(Samsung?Electronics?Co.，2006年12月21日)描述了一種全息光柵，該全息光柵的幅度隨著與光源遠離而增加，以增強提取效率。盡管沒有指出，但是預計總提取效率較差，尤其是對于小面積背光。

US?2006/0187677(Parrika等人，2006年8月24日)描述了一種具有光柵的衍射型背光，該光柵的占空比(或填充因子)隨著與發光設備遠離而增加，以增加光提取。這種設計的效率受到光柵的周期的限制，周期越小，可以填充的占空比越小。同樣，預計總提取效率較差，尤其是對于小面積背光。

US?2005/0111814(Taiwan?Nano?Electrico-Optical?Technology?Co.，2005年5月26日)描述了一種僅具有縱向衍射元件的衍射型背光。衍射元件的尺寸、密度以及形狀沿著背光而改變，以提高均勻性。預計總提取效率非常差。

US?2005/0052732(Hon-Hai?Precision?Industry?Co.，2005年3月10日)描述了一種具有多個衍射單元的背光，其依據凹槽相對于光的方向的取向而具有不同效率。這種設計可能受到角度非均勻性的影響。同樣，其總提取可能較差。

US?7253799(Samsung?Electronics?Co.，2007年8月7日)描述了一種具有衍射光柵的背光系統，該衍射光柵的頻率、形狀以及幅度保持恒定。安裝在光導板與光源相對的端部處的反射鏡向后反射沒有提取的光，以再利用。顯示器中接近背光的兩端的部分看起來較亮，而向著背光中間的部分看起來較暗，存在反射損失。

US?6773126(Oy?Modilis?Ltd.，2004年8月10日)描述了印刷在背光上的衍射元件，其中，提取效率依據衍射元件相對于光傳播方向的取向而改變。通過接近光源放置“較弱”衍射元件并且遠離光源放置“較強”衍射元件，來實現均勻性。利用這種設計，會發生角度非均勻性，并且對于小面積背光而言總提取效率較差。

發明內容