[发明专利]均匀衍射光导、背光和显示器

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如与至少部分透射型空间光调制器一起使用的光导和/或背光。本发明还涉及一种包括这种光导和/或背光的显示器，以及一种可以用于普通照明的分布式照明面板。更具体地，本发明涉及一种装置和方法，用于保持光导所提供的光的均匀性以及确保在单程中从光导提取光的实质部分。

背景技术

附图中的图1示出了例如用于移动电话或PDA设备的、小尺寸的典型液晶显示器(LCD)模块的堆叠结构。该显示器包括LCD面板形式的平坦透射型空间光调制器(SLM)，在其底侧和顶面上具有输入和输出偏振器。该结构的其余部分一般被视为背光系统，如下所述。光源(例如，LED或激光器)发射光，光耦合到光导中并通过全内反射(TIR)在显示器的背后分布，使得在不存在散射结构的情况下，光将传播，直到到达光导的端部。在光导内，存在多个散射结构，这些散射结构通过破坏其所位于的光导表面处的TIR条件，由此允许光通过空气光导界面，来从光导中提取光，以照射LCD面板。这些散射特征可以位于光导的顶或底部主表面。光散射特征的密度可以随着与光源的距离的增加而增加，以保持沿着光导的长度的光提取的均匀比率。由于既向下也向上地从光导中提取光，因此将反射膜置于光导之下，以提高背光的效率。在光导与LCD面板之间还有一些光学膜，放置这些光学膜，以在显示区域上提供更好的照明均匀性，并且增强给定视角范围内的亮度。这些膜典型地由漫射层和棱镜膜组成，其增强背光的中心亮度。这些结构的形式在现有技术中是公知的，这里不进一步讨论。

提取光的特征的形式可以采用许多形式。这种提取所采用的形式可以确定随后以某种方式被漫射或利用的光导发射的角度概况(angular profile)。例如，对于需要光导来产生准直发射的背光，发射的形式对光导中光的角度范围非常敏感。诸如亚波长、衍射或全息特征之类的其他可能的提取针对它们的提取概况的质量，也会依赖于角度范围。

为了最小化背光内光导中的损失，通常有必要在光到达另一端部之前提取光的大部分。光的反射和二次通过通常效率很低，并且会引入显著的非均匀性。

使用亚波长或光子特征向外耦合光以便从光导中提取光的提取特征必须远小于在单程中保持光导上良好均匀性所需的典型的非衍射特征。由此，提取效率通常较低，尤其是在特征仅是折射率光栅的情况下。此外，对提取进行图案化意味着，光导表面的实质部分(尤其是接近光源的部分)不用于提取，这进一步降低了总提取效率。这意味着通常很难仅使用衍射特征来获得全高效提取。

US 2006/0285185(Samsung Electronics Co.，2006年12月21日)描述了一种全息光栅，该全息光栅的幅度随着与光源远离而增加，以增强提取效率。尽管没有指出，但是预计总提取效率较差，尤其是对于小面积背光。

US 2006/0187677(Parrika等人，2006年8月24日)描述了一种具有光栅的衍射型背光，该光栅的占空比(或填充因子)随着与发光设备远离而增加，以增加光提取。这种设计的效率受到光栅的周期的限制，周期越小，可以填充的占空比越小。同样，预计总提取效率较差，尤其是对于小面积背光。

US 2005/0111814(Taiwan Nano Electrico-Optical Technology Co.，2005年5月26日)描述了一种仅具有纵向衍射元件的衍射型背光。衍射元件的尺寸、密度以及形状沿着背光而改变，以提高均匀性。预计总提取效率非常差。

US 2005/0052732(Hon-Hai Precision Industry Co.，2005年3月10日)描述了一种具有多个衍射单元的背光，其依据凹槽相对于光的方向的取向而具有不同效率。这种设计可能受到角度非均匀性的影响。同样，其总提取可能较差。

US 7253799(Samsung Electronics Co.，2007年8月7日)描述了一种具有衍射光栅的背光系统，该衍射光栅的频率、形状以及幅度保持恒定。安装在光导板与光源相对的端部处的反射镜向后反射没有提取的光，以再利用。显示器中接近背光的两端的部分看起来较亮，而向着背光中间的部分看起来较暗，存在反射损失。

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，提取效率依据衍射元件相对于光传播方向的取向而改变。通过接近光源放置“较弱”衍射元件并且远离光源放置“较强”衍射元件，来实现均匀性。利用这种设计，会发生角度非均匀性，并且对于小面积背光而言总提取效率较差。

发明内容