[發(fā)明專利]具有菲涅爾光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)光單元和使用其的發(fā)光設(shè)備和顯示系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680064891.4
• 申請(qǐng)日: 2016-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN108351500A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·V·庫(kù)克森考弗;J·F·芒羅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號(hào): G02B19/00
• 分類號(hào): G02B19/00;G02B3/08
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 項(xiàng)丹

公開了一種發(fā)光單元，其包括光源和相對(duì)于光源可操作性布置的菲涅爾光學(xué)系統(tǒng)。所述菲涅爾光學(xué)系統(tǒng)包括各自包括微棱鏡且間隔開的上表面和下表面。下表面與光源最接近并且其接收來(lái)自光源的發(fā)散光。下表面將發(fā)散光以第一重定向光引導(dǎo)到上表面。上表面接著從第一重定向光形成具有均勻輻射出射度的準(zhǔn)直的光。下表面上一些朝向外部邊緣的微棱鏡通過(guò)折射和全內(nèi)反射進(jìn)行操作，而更接近下表面中心的微棱鏡僅通過(guò)折射進(jìn)行操作。發(fā)光設(shè)備由發(fā)光單元的陣列形成。顯示系統(tǒng)由發(fā)光設(shè)備、圖像顯示單元和對(duì)比度增強(qiáng)單元的布置形成。

本申請(qǐng)要求2015年11月5日提交的第62/251364號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其內(nèi)容通過(guò)引用全文納入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及例如用于顯示器的發(fā)光設(shè)備，更具體地，涉及包含具有菲涅爾光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)光單元的發(fā)光設(shè)備，以及使用所述發(fā)光設(shè)備的顯示系統(tǒng)。

背景技術(shù)

常規(guī)液晶顯示(LCD)裝置一般包括發(fā)光設(shè)備和LCD面板。由發(fā)光設(shè)備發(fā)射的光通過(guò)LCD面板以生成可被觀看者觀看的圖像。用于LCD裝置的發(fā)光設(shè)備中的一種類型為直下式背光設(shè)備，其中，光從后面直接照亮LCD面板。

雖然可相對(duì)高效地制造這種用于LCD顯示器的發(fā)光設(shè)備，但是隨著LCD裝置和顯示系統(tǒng)的性能要求變得越來(lái)越苛刻，需要不斷提高它們的效率以及它們的對(duì)比度。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的一個(gè)方面為發(fā)光單元，所述發(fā)光單元包括：發(fā)射發(fā)散光的至少一個(gè)光源；相對(duì)于光源可操作性設(shè)置的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)具有中心透鏡軸，僅一個(gè)透鏡元件或僅第一和第二間隔開的透鏡元件，所述光學(xué)系統(tǒng)具有：i)下表面，其與光源毗鄰并間隔開，并且所述下表面接收發(fā)散光并由發(fā)散光形成第一重定向光，和ii)上表面，其接收第一重定向光并由第一重定向光形成第二重定向光；所述下表面具有由在0.6≤ρ_T≤0.8范圍內(nèi)的歸一化轉(zhuǎn)變半徑ρ_T限定的內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，其中，外部區(qū)域包括第一微棱鏡，所述第一微棱鏡折射及全內(nèi)反射發(fā)散光，并且其中，所述內(nèi)部區(qū)域是平滑的；并且上表面具有第二微棱鏡，所述第二微棱鏡接收第一重定向光并且由第一重定向光形成第二重定向光，所述第二重定向光基本上是準(zhǔn)直的并且輻射出射度均勻到第二重定向光的平均輻射出射度的+/-8％以內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)例中，發(fā)光單元包括支承結(jié)構(gòu)，其可操作地支承光源和光學(xué)系統(tǒng)。同樣在一個(gè)實(shí)例中，內(nèi)部區(qū)域R1包括第一微棱鏡，但是這些微棱鏡僅通過(guò)折射進(jìn)行操作。

本公開的另一個(gè)方面為發(fā)光單元，其發(fā)射基本上準(zhǔn)直且基本上均勻的光。所述發(fā)光單元包括：支承結(jié)構(gòu)、光源、單一整體式透鏡元件，所述支承結(jié)構(gòu)具有中心支承結(jié)構(gòu)軸，限定輸出端的開口前端，以及內(nèi)部開口，其位于開口前端處并且由底表面和至少一個(gè)側(cè)壁限定；所述光源被設(shè)置在底表面上或毗鄰底表面，并且發(fā)射發(fā)散光；所述單一整體式透鏡元件被布置在支承結(jié)構(gòu)內(nèi)部中，所述透鏡元件具有：i)中心透鏡軸；ii)下表面，其與光源毗鄰并間隔開，并且其接收發(fā)散光并由發(fā)散光形成第一重定向光；和iii)上表面，其位于輸出端處或毗鄰輸出端，并且其接收第一重定向光并由第一重定向光形成第二重定向光。下表面具有第一微結(jié)構(gòu)，所述第一微結(jié)構(gòu)包括由在0.6≤ρ_T≤0.8范圍內(nèi)的歸一化轉(zhuǎn)變半徑ρ_T限定的第一和外部區(qū)域，其中，內(nèi)部區(qū)域中的第一微結(jié)構(gòu)僅折射發(fā)散光，而外部區(qū)域中的第一微結(jié)構(gòu)既折射發(fā)散光又全內(nèi)反射發(fā)散光以形成第一重定向光。上表面具有第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)接收第一重定向光并由第一重定向光形成第二重定向光，所述第二重定向光基本上是準(zhǔn)直的并且輻射出射度均勻到第二重定向光的平均輻射出射度的+/-8％以內(nèi)。