[發明專利]具有輸出耦合元件的導光板

有效

• 申請號: 201380053539.7
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN104871051A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: T·費克;F-K·布魯德;R·哈根;G·瓦爾策;T·羅勒;H·貝內特;D·赫內爾;M-S·魏澤;W·霍海澤爾
• 申請（專利權）人: 拜耳材料科技股份有限公司
• 主分類號: G02B6/00
• 分類號: G02B6/00;F21V8/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱君;劉春元

技術領域

本發明涉及一種用于顯示屏的平面光分布模塊，包括光導板，可經由至少一個側面被耦合的光能夠通過所述光導板借助全反射進行傳播，并且包括至少一個平面的輸出耦合裝置，所述輸出耦合裝置安裝在所述光導板的主面的一個或者兩個上、與所述光導板處于光學接觸并且包括多個在其內所構造的全息光學元件，所述全息光學元件被這樣設計，使得其能夠將光從所述光導板輸出耦合。本發明另外還涉及一種光學顯示器，尤其是一種具有光分布模塊的光電顯示器。

背景技術

液晶顯示器已經獲得了廣泛的應用。其有各種大小尺寸。由移動電話、游戲機里的小型LC顯示器，到用于筆記本電腦、平板電腦、桌面監視器的中型顯示器，再到例如用于電視機、廣告牌、建筑安裝中的大型應用。

通常在背光模組(Backlight?Unit，簡稱BLU)中使用冷陰極光源和發光二極管(LED)來產生光。這些光源的發光特性是這樣的，使得其發出相對無定向的光。基本上使用兩種結構：直接照明和側邊照明。

在直接照明(直接BLU)中，發光體被安裝到顯示器的背面。這樣的優點在于，光非常均勻地分布在顯示器面板的表面上，這對于電視機是非常重要的。另外，如果在直接照明中使用LED，LED也會變暗，這就能夠使顯示器的對比值變得更高。其不足是高成本，因為需要大量光源。

由于這個原因，側邊照明在市場上越來越普遍。其中的光源僅被安裝在光導板的邊緣上。邊緣上的光在該光導板內被耦合并且通過全反射被傳播到光導板內。通過安裝在所述光導板的表平面上的光輸出耦合元件，光由此就被向前轉向至LC面板的方向。典型的光輸出耦合元件是由白色構成的印刷圖樣、光導板表面的粗化處理或者是壓印的屈光結構。這些結構的數量和密度可自由選擇，并允許正好均勻地照亮顯示器。

在高分辨率LC顯示器的進一步發展中，要試圖找到顯示器可能實現更加節能并且具有更高成像質量的途徑。其中的一個重要方面是擴大色空間(Gamut)和均勻的照亮(亮度分布)。

色空間的擴大是通過提高各個像素的顏色保真度來實現的。隨之而來的就是要利用紅、綠、藍像素的頻譜分布越來越窄。也可設想讓濾色器的頻譜分布變得更加受限，但就涉及到光輸出的成本，提高了耗電。因此有利的是，使用發光光譜受限的光源，例如發光二極管或激光二極管。

在現有技術中所使用的光輸出耦合元件，例如白反射色或者表面粗化，顯示出朗伯輻射體的無向的色散特性。這一方面導致有多個光程，這些光程必須通過位于光導板與LC面板之間的擴散器-薄膜和棱鏡-薄膜重新被均勻化，然后再次被定向，以便形成適合LC面板的光分布。

除了這些反射或者說折射的輸出耦合元件之外，還對光導板上起衍射作用的表面結構加以說明：

在US?2006/0285185中說明了一種光導板，在所述光導板中，所成型的衍射表面結構的密度是符合輸出耦合效率的。但有效效率僅取決于柵格結構內的頻率，被看作是低效。

US?2006/0187677說明了一種光導板，在所述光導板內，需要通過不同的容積效率和不同的定向為所成型的衍射表面結構調節出均勻的亮度分布。

由US?2010/0302798已知，要利用通過向衍射的表面結構壓印上層結構所帶來的兩種空間頻率。US?2011/0051035說明了通過在表面結構內更進一步的切割(“切口”)進行類似的調整，以便能夠將輸出耦合特性與輸出耦合效率單獨地加以優化。

Park等(Optics?Express15(6)，2888-2899(2007))報告了關于點陣的衍射點式表面結構，但由此僅達到62％的光強均勻性。

US?5,650,865說明了雙重全息圖的使用，這種雙重全息圖是由反射-和透射-體積全息圖構成的。兩種全息圖均挑選窄頻譜寬度的光并且將光由一個特定的角度從光導板中垂直地導出。其中，三原色的雙重全息圖在幾何結構上與LC面板的像素相匹配。兩個像素畫全息圖相互之間的定位及其與LC面板的像素的校準，需要的投入極大且非常困難。

US?2010/0220261說明了用于液晶顯示器的照明裝置包括光導板，所述光導板包含體積全息圖，以便使激光燈轉向。其中，體積全息圖被定位為相互之間具有特殊的間隔并且斜插入光導板。但在光導板內制造體積全息圖的成本非常高。

由GB?2260203已知使用體積全息圖作為光導板上的顏色選擇柵格，其中，各體積全息圖均具有沿著入射方向遞增的輸出耦合效率。其中，顏色選擇柵格在空間上與透光的數字化光調制器的像素相配合，這對于分辨率越來越高的顯示器面板而言就需要過高的成本，因而十分昂貴。