本申請要求2014年6月10日提交的美國申請no.62/010093的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該申請的內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。

本公開一般涉及玻璃光導(dǎo)以及包括這種光導(dǎo)的顯示設(shè)備，且更具體地，涉及圖案化玻璃光導(dǎo)以及包含該圖案化玻璃光導(dǎo)的顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

液晶顯示器(lcd)通常用于各種電子器件，諸如移動電話、便攜式計算機、電子平板電腦、電視機以及計算機監(jiān)視器。然而，lcd與其他顯示設(shè)備相比在亮度、對比度、效率以及視角方面可受限。例如，為與有機發(fā)光二極管(oled)技術(shù)競爭，在常規(guī)lcd中需要更高的對比度、色域、以及亮度，同時還平衡功率要求，例如，在手持設(shè)備的情況下。進(jìn)一步地，電子器件中的新興趨勢包括透明顯示器，該透明顯示器允許用戶看到顯示面板后面的設(shè)備組件或其他物體。然而，現(xiàn)有背光技術(shù)最多可提供面板后面的物體的失真視圖，或可部分地或完全地阻擋這些物體的視圖。最后，對更薄的lcd設(shè)備的總體消費者需求驅(qū)動對更薄的背光堆疊的需求。

常規(guī)lcd背光可包括包含聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的光導(dǎo)。然而，使用更薄的pmma片制造更薄的背光堆疊的嘗試可具有高價格和/或低強度(脆弱(flimsiness))的缺點。此外，常規(guī)lcd背光的厚度也可受各種聚合物膜存在的影響，該各種聚合物膜用于將光從背光傳輸?shù)揭壕У谋嘲?。例如，可利用以大角?例如，大于大約70度)發(fā)射光的光提取特征將光注入到透明的(例如，pmma)光導(dǎo)中。朝向顯示器發(fā)射的光可撞擊(hit)增亮膜，所述增亮膜改變光的方向，使得更多的光垂直于屏幕發(fā)射。具有垂直于lcd背板中的偏振器的偏振的、朝向lcd面板發(fā)射的光可隨后撞擊膜，該膜選擇性地將該偏振穿過背光堆疊反射回去，以按隨機化偏振反射離開反射器的朗博(lambertian)散射層。在光導(dǎo)后面的朗博散射層可朝向lcd面板將再循環(huán)的光以及由光導(dǎo)從lcd發(fā)射離開的光反射回去。背光堆疊的厚度隨著每層的增加而增加，并且可抑制創(chuàng)建更薄的lcd設(shè)備的能力。此外，附加層的存在可減小設(shè)備顯示器的亮度，因為每層可僅透射入射在其上的光的一部分。

圖案化背光已被探索作為對上面一個或多個缺點的潛在補救，但據(jù)申請人所知，目前未被商業(yè)化。例如，美國專利no.6,791,636(通過引用整體結(jié)合于此)涉及圖案化光導(dǎo)。然而，圖案化光導(dǎo)上的三維光提取特征與lcd薄膜晶體管(tft)之間所要求的對準(zhǔn)公差是非常嚴(yán)格的，因此限制了商業(yè)應(yīng)用中這種圖案化光導(dǎo)的使用。

因此，提供解決以上缺點中的一個或多個缺點的(例如，具有更低成本和/或更高強度的更薄的背光、需要更少用于傳輸光的層的背光、和/或在光導(dǎo)與tft之間具有改善的對準(zhǔn)穩(wěn)定性的背光)用于lcd設(shè)備的背光將是有利的。在各實施例中，包括這種背光的lcd設(shè)備可以是更亮的、可具有更高的對比度、可具有改善的視角，和/或可以是更節(jié)能的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開在各實施例中涉及包括薄膜晶體管(tft)以及至少一個玻璃光導(dǎo)的顯示設(shè)備，該光導(dǎo)具有第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中用多個顏色轉(zhuǎn)換元件來圖案化第一表面，其中，用多個光提取特征和/或顏色轉(zhuǎn)換元件可選擇地圖案化第二表面，且其中，光導(dǎo)的熱膨脹系數(shù)(cte)基本上類似于tft的cte。

在某些實施例中，當(dāng)光源被光學(xué)地耦合到光導(dǎo)的該至少一個邊緣時，它在空間、光譜和/或角度均勻性中的至少一項方面產(chǎn)生基本上均勻的光輸出。根據(jù)各實施例，可從量子點、熒光染料、和/或紅色磷光體、綠色磷光體和/或藍(lán)色磷光體中選擇顏色轉(zhuǎn)換元件?？衫缤ㄟ^紋理化(texturizing)或蝕刻光導(dǎo)的表面來產(chǎn)生光提取特征。例如，光導(dǎo)表面可具有從大約10nm到大約150nm(諸如，大約50nm)的范圍的粗糙度ra。在其他的實施例中，光提取特征可用具有與玻璃光導(dǎo)的折射率基本上類似的折射率的有機或無機材料來涂覆。顯示設(shè)備可包括額外的部件，諸如光源、液晶層、線性偏振器濾光器、反射偏振器以及它們的組合。

本公開還涉及玻璃光導(dǎo)，該玻璃光導(dǎo)包括第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中，用被配置成發(fā)射白光的第一多個顏色轉(zhuǎn)換器來圖案化第一表面，且其中，用多個光提取特征和/或被配置成發(fā)射白光的第二多個顏色轉(zhuǎn)換器可選擇地圖案化第二表面?？蓮牧孔狱c、熒光染料、紅色磷光體、綠色磷光體和藍(lán)色磷光體以及它們的組合中選擇該第一多個顏色轉(zhuǎn)換器以及第二多個顏色轉(zhuǎn)換器(它們可以是相同的或不同的)。

根據(jù)各實施例，玻璃光導(dǎo)可被合并到包括至少一個可發(fā)射例如藍(lán)光的光源的顯示設(shè)備中。當(dāng)光源被光學(xué)地耦合到玻璃光導(dǎo)的邊緣(多個)時，可產(chǎn)生例如具有朗博角分布的白光。該顯示設(shè)備在附加的實施例中可進(jìn)一步包括從線性偏振器、反射偏振器、聚合物微透鏡陣列、液晶層以及它們的組合中選擇的至少一個部件。根據(jù)某些實施例，該顯示設(shè)備可包括具有與玻璃光導(dǎo)的cte基本上類似的cte的薄膜晶體管。

本公開進(jìn)一步涉及光導(dǎo)，該光導(dǎo)包括第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中用從紅色磷光體、綠色磷光體、和/或藍(lán)色磷光體中選擇的多個磷光體來圖案化第一表面，且其中，用多個光提取特征可選擇地圖案化第二表面。在一些實施例中，可將玻璃光導(dǎo)合并到可任選地進(jìn)一步包括聚合物微透鏡陣列的顯示設(shè)備中。在其他的實施例中，可控制光導(dǎo)表面上的磷光體和/或光提取特征的密度，使得每個顏色的發(fā)射亮度可跨表面恒定。根據(jù)進(jìn)一步的實施例，可將該玻璃光導(dǎo)合并到顯示設(shè)備中，使得可發(fā)射單個顏色的磷光體與顯示器的相關(guān)聯(lián)子像素對準(zhǔn)。在這樣的實施例中，有可能制造不包括濾色層的顯示設(shè)備。

本文更進(jìn)一步公開的是包括薄膜晶體管以及玻璃光導(dǎo)的顯示設(shè)備，該玻璃光導(dǎo)包括第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中，用多個顏色轉(zhuǎn)換器來圖案化第一表面，且其中，玻璃光導(dǎo)具有基本上等于薄膜晶體管的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。

將在以下詳細(xì)描述中闡述本公開的附加特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點的一部分對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說從說明書中是顯而易見的，或通過實踐如本文所述的方法而得知，包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上一般描述和以下詳細(xì)描述兩者呈現(xiàn)了本公開的各個實施例，并旨在提供用于理解權(quán)利要求書的本質(zhì)和特性的概觀或框架。包括附圖以提供對本公開的進(jìn)一步理解，且附圖被結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成本說明說的一部分。附圖示出本公開的各個實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理和操作。

附圖簡述

當(dāng)結(jié)合以下附圖來閱讀時，可進(jìn)一步地理解以下細(xì)節(jié)的描述。

圖1是針對現(xiàn)有技術(shù)光導(dǎo)的以及根據(jù)本公開的一個方面的光導(dǎo)的，與角度相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化(normalized)亮度的曲線圖；

圖2示出了示例性lcd堆疊的光學(xué)部件；

圖3是示例性現(xiàn)有技術(shù)lcd中的光學(xué)損失的描述；

圖4是根據(jù)本公開的某些方面的顯示配置的簡化描述；以及

圖5是根據(jù)本公開的其它方面的顯示配置的簡化描述。

具體實施方式

本文公開的是包括薄膜晶體管(tft)以及至少一個玻璃光導(dǎo)的顯示設(shè)備，該光導(dǎo)具有第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中，用多個顏色轉(zhuǎn)換元件來圖案化第一表面，其中，利用多個光提取特征和/或顏色轉(zhuǎn)換元件可選擇地圖案化第二表面，且其中，光導(dǎo)的熱膨脹系數(shù)(cte)可基本上類似于tft的cte。

本文還公開的是玻璃光導(dǎo)，該玻璃光導(dǎo)包括第一表面、相對的的第二表面、以及至少一個邊緣，其中，用能夠發(fā)射白光的多個顏色轉(zhuǎn)換器來圖案化第一表面，且其中，用多個光提取特征和/或能夠發(fā)射白光的磷光體可選擇地圖案化第二表面。本文進(jìn)一步公開的是透明的光導(dǎo)，該透明的光導(dǎo)包括第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中用從紅色顏色轉(zhuǎn)換器、綠色顏色轉(zhuǎn)換器、和/或藍(lán)色顏色轉(zhuǎn)換器中選擇的多個顏色轉(zhuǎn)換器來圖案化第一表面，且其中，用多個光提取特征可選擇地圖案化第二表面。在一些實施例中，這些玻璃光導(dǎo)可被合并到顯示設(shè)備中，該顯示設(shè)備包括例如tft、至少一個光源、液晶層、至少一個偏振濾光器、反射偏振器、和/或聚合物微透鏡陣列。在其他的實施例中，光導(dǎo)可以是半透明的或基本上透明的。根據(jù)進(jìn)一步的實施例，光導(dǎo)可具有基本類似于tft的cte的cte。

如本文所使用的，術(shù)語“透明的”旨在表示玻璃光導(dǎo)(在大約1mm的厚度處)在光譜的可見區(qū)域(400-700nm)中具有大于大約85％的透射。例如，示例性透明玻璃光導(dǎo)在可見光范圍內(nèi)可具有大于大約85％的透射率，諸如，大于大約90％、大于大約95％、或大于大約99％的透射率，包括所有范圍以及它們之間的子范圍。根據(jù)各實施例，玻璃光導(dǎo)在可見區(qū)域中可具有小于大約50％的透射率，諸如小于大約45％、小于大約40％、小于大約35％、小于大約30％、小于大約25％、或小于大約20％，包括所有范圍以及它們之間的子范圍。在某些實施例中，示例性玻璃光導(dǎo)在紫外(uv)區(qū)域(100-400nm)中可具有大于大約50％的透射率，諸如，大于大約55％、大于大約60％、大于大約65％、大于大約70％、大于大約75％、大于大約80％、大于大約85％、大于大約90％、大于大約95％、或大于大約99％的透射率，包括所有范圍以及它們之間的子范圍。

玻璃光導(dǎo)可包括用作光導(dǎo)的本領(lǐng)域中已知的任何玻璃，包括但不限于，鋁硅酸鹽、堿性鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、堿性硼硅酸鹽、鋁硼硅酸鹽、堿性鋁硼硅酸鹽以及其他合適的玻璃。在某些實施例中，玻璃光導(dǎo)可具有小于或等于大約3mm的厚度，例如，從大約0.3mm到大約2mm的范圍、從大約0.7mm到大約1.5mm的范圍、或從大約1.5mm到大約2.5mm的范圍，包括所有范圍以及它們之間的子范圍。適合用作玻璃光導(dǎo)的商業(yè)可購得的玻璃的非限制性示例包括，例如，來自康寧公司(corningincorporated)的eaglelotus^tm,以及玻璃。

玻璃光導(dǎo)可包括第一表面以及相對的第二表面。這些表面在某些實施例中可以是平面的或基本上平面的，例如，基本上平的和/或水平的。該第一表面以及第二表面在各種實施例中可以是平行的或基本上平行的。玻璃光導(dǎo)可進(jìn)一步包括至少一個邊緣，例如，至少兩個邊緣、至少三個邊緣、或至少四個邊緣。作為非限制性示例，光導(dǎo)可包括具有四個邊緣的矩形或正方形的玻璃片，但是預(yù)想了其他形狀以及配置，且它們旨在落入本公開的范圍內(nèi)。

根據(jù)各實施例，可用多個顏色轉(zhuǎn)換元件來圖案化光導(dǎo)的第一表面并可選擇地圖案化光導(dǎo)的第二表面。在一些實施例中，可用多個光提取特征來圖案化光導(dǎo)的第二表面。如本文所使用的，術(shù)語“圖案化”旨在表示以任何給定的圖案或設(shè)計在光導(dǎo)的表面上呈現(xiàn)該多個元件和/或特征，該給定的圖案或設(shè)計例如可以是隨機性的或被布置的、重復(fù)的或非重復(fù)的。例如，在顏色轉(zhuǎn)換元件的情況下，這樣的元件根據(jù)各非限制性實施例可以是被涂覆到第一表面和/或第二表面上的。在光提取特征的情況下，這樣的特征可以是跨第二表面例如分布成構(gòu)成粗糙表面的紋理特征。

如本文所使用的，術(shù)語“顏色轉(zhuǎn)換元件”及其變型可表示，例如，能夠接收光并將該光轉(zhuǎn)換到不同的(例如較長的)波長內(nèi)的元件。例如，可從量子點、熒光染料(例如，香豆素以及若丹明，舉幾例)、和/或磷光體(例如，紅色磷光體、綠色磷光體、和/或藍(lán)色磷光體)中選擇顏色轉(zhuǎn)換元件或“顏色轉(zhuǎn)換器”。根據(jù)各實施例，可從綠色磷光體與紅色磷光體中選擇顏色轉(zhuǎn)換元件。例如，當(dāng)用藍(lán)光、uv光、或近uv光照射時，磷光體可將光轉(zhuǎn)換成更長的紅色波長、黃色波長、綠色波長、或藍(lán)色波長。進(jìn)一步地，示例性顏色轉(zhuǎn)換元件可包括量子點，該量子點當(dāng)用藍(lán)光、uv光、或近uv光照射時在紅色和綠色中發(fā)射。

在光導(dǎo)的表面(多個)上使用顏色轉(zhuǎn)換器與常規(guī)光導(dǎo)相比在一些實施例中可用于使光的發(fā)射角度隨機化。圖5是示出對于常規(guī)光導(dǎo)(曲線a)以及包含多個磷光體的光導(dǎo)(用藍(lán)光邊緣照亮的)(曲線b)，與角度相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化亮度的曲線圖。如在曲線a中示出的，常規(guī)光導(dǎo)(使用大于大約5μm的散射特征)在較高角度處(例如，大于大約70度)產(chǎn)生大多數(shù)發(fā)射。在不希望受理論約束的情況下，相信這是由于光導(dǎo)與空氣之間的折射率差以及衍射使動量守恒的要求造成的。然而，如在曲線b中所示，在使用例如磷光體的顏色轉(zhuǎn)換過程中，可得到比常規(guī)光導(dǎo)均勻得多的角發(fā)射。在不希望受理論約束的情況下，相信從這種顏色轉(zhuǎn)換元件發(fā)射的光不必具有與入射光相同的動量，因為顏色轉(zhuǎn)換元件中的內(nèi)部自由度(例如，電子態(tài)之間的彈性散射)有效地使入射和散射光子的動量去相關(guān)。進(jìn)一步地，雖然在磷光體光導(dǎo)的情況下，存在比向后散射更多的向前散射，但相比于常規(guī)光導(dǎo)的90％，該差值小于大約30％。

在各實施例中，可選擇地在光導(dǎo)的第二表面上呈現(xiàn)的光提取特征可包括光散射部位(site)。例如，光導(dǎo)的第二表面可被紋理化、蝕刻、涂覆、損壞和/或粗糙化以產(chǎn)生光提取特征。這樣的方法的非限制性示例包括，例如，酸蝕刻表面、用tio2涂覆表面、以及激光損壞玻璃表面。根據(jù)各實施例，可以以合適的密度來圖案化提取特征，以便產(chǎn)生基本上均勻的照明。光提取特征可產(chǎn)生光的表面散射和/或體積散射，這取決于玻璃表面中的特征的深度。例如，可由在產(chǎn)生提取特征時使用的處理參數(shù)來控制這些特征的光學(xué)特性。

此外，光提取特征的尺寸也可影響光導(dǎo)的光散射性質(zhì)。在不希望受到理論約束的情況下，相信小特征可向后以及向前散射光，而較大的特征趨向于主要向前散射光。因此，例如，根據(jù)各實施例，光提取特征可具有小于大約100nm(諸如70nm)或小于大約50nm的相關(guān)長度(correlationlength)。此外，較大的提取特征在一些實施例中可提供向前的光散射，但是是以小的角展度。因此，在各實施例中，光提取特征可在從大約20nm到大約500nm的相關(guān)長度的范圍中，諸如從大約50nm到大約100nm、從大約150nm到大約200nm、或從大約250nm到大約350nm，包括所有范圍以及它們之間的子范圍以及各范圍的組合，以形成分層特征。

在某些實施例中，玻璃光導(dǎo)的第二表面可具有紋理，通過蝕刻、損壞、涂覆和/或粗糙化產(chǎn)生，使得該表面具有從大約10nm到大約150nm的平均粗糙度ra，諸如，小于大約100nm、小于大約80nm、小于大約60nm、小于大約50nm、或小于大約25nm，包括所有范圍以及它們之間的子范圍。例如，玻璃光導(dǎo)的第二表面可具有大約50nm(或在其他實施例中大約100nm)或大約20nm的表面粗糙度ra。根據(jù)各實施例，第二表面可以是基本上平面的，例如基本上平的和/或水平的，即使在被紋理化時，以產(chǎn)生多個光提取特征。

可根據(jù)本領(lǐng)域中已知的任何方法(例如，在共同待審且共同持有的國際專利申請no.pct/us2013/063622中公開的方法，其通過引用整體結(jié)合于此)來處理玻璃光導(dǎo)以創(chuàng)建光提取特征。例如，玻璃片可以被研磨和/或拋光以實現(xiàn)期望的厚度和/或表面質(zhì)量。隨后可任選地清潔玻璃和/或要被蝕刻的玻璃的表面可經(jīng)受移除污染的過程，諸如使表面暴露于臭氧。

玻璃還可被化學(xué)強化，例如通過離子交換。在離子交換過程期間，在玻璃片的表面處或附近的玻璃片內(nèi)的離子可例如從鹽浴(saltbath)中被交換為較大的金屬離子。將較大的離子結(jié)合到玻璃內(nèi)可通過在近表面區(qū)域中創(chuàng)建壓縮應(yīng)力來強化該片?？蓪?yīng)的拉伸應(yīng)力引入到玻璃片的中心區(qū)域內(nèi)以平衡壓縮應(yīng)力。

可例如通過將玻璃浸入熔融鹽浴中達(dá)預(yù)定的時間周期來實現(xiàn)離子交換。示例性鹽浴包括但不限于，kno3、lino3、nano3、rbno3以及它們的組合。熔融鹽浴的溫度以及處理時間周期可變化。根據(jù)所期望的應(yīng)用來確定該時間以及溫度在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力之內(nèi)。作為非限制性示例，熔融鹽浴的溫度可在從大約400℃到大約800℃的范圍，諸如，從大約400℃到大約500℃，且預(yù)定時間周期可在從大約4小時到大約24小時的范圍，諸如，從大約4小時到大約10小時，但是預(yù)想了其他溫度與時間組合。作為非限制性示例，可將該玻璃浸入kno3浴中，例如，在大約450℃下達(dá)大約6小時以獲得施加表面壓縮應(yīng)力的富k層。

作為非限制性實施例，可將要被蝕刻的表面暴露于酸浴，例如按比例(例如，從大約1:1到大約9:1的范圍)的冰醋酸(gaa)與氟化銨(nh4f)的混合物。蝕刻時間例如可在從大約30秒到大約15分鐘的范圍，并且蝕刻可在室溫或升高的溫度下發(fā)生。諸如酸濃度/比例、溫度、和/或時間之類的工藝參數(shù)可影響所得的提取特征的尺寸、形狀以及分布。改變這些參數(shù)以實現(xiàn)期望的表面提取特征在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力之內(nèi)。

光導(dǎo)的光學(xué)光散射特性還可受到玻璃的折射率的影響。根據(jù)各實施例，玻璃光導(dǎo)可具有在從大約1.3到大約1.7的范圍的折射率，諸如從大約1.4到大約1.6，包括所有范圍以及它們之間的子范圍?？蛇x擇地，可用具有與玻璃基本上相同的折射率的有機或無機材料涂覆包括多個光提取特征的第二表面。例如，可用樹脂(諸如，來自霍尼韋爾公司(honeywellcorp)的accuglasst-11)涂覆該表面。根據(jù)各實施例，涂層材料的折射率可基本上類似于玻璃光導(dǎo)的折射率。在某些實施例中，該涂層可包括適當(dāng)?shù)暮穸龋詼p小該實施例的相應(yīng)光提取特征的粗糙度。例如，在一些實施例中，該涂層(通過任何合適的沉積手段形成)可符合相應(yīng)表面的粗糙度，使得涂層的厚度具有基本上等于該表面的rms粗糙度的rms厚度。

根據(jù)本公開，玻璃光導(dǎo)可用于顯示設(shè)備(例如，包括薄膜晶體管(tft)的lcd設(shè)備)中。在各實施例中，玻璃光導(dǎo)可具有基本上類似于tft的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)(cte)。例如，玻璃光導(dǎo)可具有高達(dá)大約100x10^-7/k的cte，例如從大約20x10^-7/k到大約100x10^-7/k的范圍，諸如，從大約55x10^-7/k到大約95x10^-7/k的范圍、或從大約25x10^-7/k到大約50x10^-7/k的范圍，包括所有范圍以及它們之間的子范圍。通過使用具有與tft的cte基本上匹配的cte的玻璃，相信光導(dǎo)的機械剛性和/或熱性質(zhì)和/或化學(xué)性質(zhì)與傳統(tǒng)使用的聚合物(例如，pmma，其可具有在大約500x10^-7/k到大約1000x10^-7/k的范圍中的cte)相比將被改善。根據(jù)某些實施例，相比于現(xiàn)有技術(shù)(例如，pmma)光導(dǎo)，玻璃光導(dǎo)可具有至少大約5倍更靠近tft的cte的cte。

如本文所使用的，術(shù)語“基本上類似”旨在表示兩個值是大約相等的，例如，在一些情況下在一個或兩個數(shù)量級內(nèi)，或在彼此的大約10％內(nèi)，諸如在彼此的大約5％內(nèi)，或在一些情況下在彼此的大約2％內(nèi)。例如，在1.5的折射率的情況下，基本上類似的折射率可在從大約1.35到大約1.65的范圍。在30x10^-7/k的cte的情況下，基本上類似的cte可在從大約10x10^-7/k到大約100x10^-7/k的范圍，這與例如聚合物與玻璃之間的cte差值(其可相差兩個量級)形成對比。

光導(dǎo)中的提取特征可沿著其長度變化，使得每單位長度的提取效率其中，l是光導(dǎo)的長度，且x是沿著光導(dǎo)的位置。每單位長度的提取效率可規(guī)定(dictate)跨光導(dǎo)的表面的顏色轉(zhuǎn)換元件密度。如果選擇的元件(例如磷光體)將光的一部分β從光導(dǎo)耦合出去，并且如果轉(zhuǎn)換效率為λ，則僅使用顏色轉(zhuǎn)換元件(例如磷光體)用于光提取的光導(dǎo)將具有由給出的跨表面的密度。因此可控制光導(dǎo)表面上的顏色轉(zhuǎn)換元件和/或光提取特征的密度，以便產(chǎn)生基本上空間上、光譜上、和/或角度上均勻的光發(fā)射，其中每個顏色的發(fā)射亮度可跨表面恒定。

此外，本公開在各個實施例中還涉及玻璃光導(dǎo)，該玻璃光導(dǎo)包括第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中，用能夠發(fā)射白光的第一多個顏色轉(zhuǎn)換器來圖案化第一表面，且其中，用多個光提取特征和/或能夠發(fā)射白光的第二多個顏色轉(zhuǎn)換器可選擇地圖案化第二表面。該第一和第二多個顏色轉(zhuǎn)換器(它們可以是相同的或不同的)可從量子點、熒光染料、紅色磷光體、綠色磷光體、與藍(lán)色磷光體以及它們的組合中選擇。轉(zhuǎn)換器在某些實施例中可以是能夠?qū)⑺{(lán)光轉(zhuǎn)換成白光的磷光體，例如，在具有藍(lán)光源的顯示設(shè)備的情況下。當(dāng)光源被光學(xué)地耦合到玻璃光導(dǎo)的邊緣(多個)時，可產(chǎn)生例如具有朗博角分布的白光。這樣的光導(dǎo)可用于取代用于常規(guī)lcd或透明lcd或用于一般照明的現(xiàn)有的背光。

本公開進(jìn)一步涉及顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備包括薄膜晶體管以及玻璃光導(dǎo)，該玻璃光導(dǎo)包括第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中用多個顏色轉(zhuǎn)換器來圖案化第一表面，且其中，玻璃光導(dǎo)具有基本上等于薄膜晶體管的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。

本文進(jìn)一步公開的是玻璃光導(dǎo)，該玻璃光導(dǎo)包括第一表面、相對的第二表面、以及至少一個邊緣，其中用從紅色磷光體、綠色磷光體、和/或藍(lán)色磷光體中選擇的多個顏色轉(zhuǎn)換器來圖案化第一表面，且其中，用多個光提取特征可選擇地圖案化第二表面。根據(jù)各實施例，當(dāng)光源被光學(xué)地耦合到玻璃光導(dǎo)的邊緣(多個)時，可產(chǎn)生各種顏色，對于每個顏色具有跨表面恒定的發(fā)射亮度。

如本文所使用的，術(shù)語“光學(xué)地耦合”旨在表示光源被放置在玻璃光導(dǎo)的邊緣處，以便將光引入到光導(dǎo)內(nèi)當(dāng)光被注入到光導(dǎo)內(nèi)時，根據(jù)某些實施例，光由于全內(nèi)反射(tir)被困住(trapped)并在光導(dǎo)內(nèi)反彈，直到它撞擊到第一或第二表面上的顏色轉(zhuǎn)換元件(例如，磷光體或量子點)或第二表面上的光提取特征。

根據(jù)本公開的光導(dǎo)與常規(guī)光導(dǎo)相比可提供以下討論的一個或多個益處。在一些實施例中，與常規(guī)pmma光導(dǎo)相比，當(dāng)前玻璃光導(dǎo)可提供更便宜的和/或更強的替代，例如可保留剛度的更薄材料，例如，具有比pmma的楊氏模量大大約15到30倍的楊氏模量。此外，常規(guī)pmma光導(dǎo)趨向于以較大角度(例如，大于大約70度)發(fā)射光，這不適合透明顯示器，并在背光中需要多個光學(xué)部件。通過比較，根據(jù)當(dāng)前公開的各個方面的包括紋理化表面的光導(dǎo)可減少發(fā)射角(例如，低至大約50度)。雖然單獨的紋理化玻璃光導(dǎo)可能仍然需要額外的光學(xué)部件來將發(fā)射角移動到0度，但是在一個或多個表面上使用顏色轉(zhuǎn)換元件可使發(fā)射角隨機化，藉此消除對一個或多個這樣的光學(xué)部件(諸如，濾色器)的需求。進(jìn)一步地，pmma可吸收水，這可能要求設(shè)備邊框容納光導(dǎo)的膨脹和收縮。相反，本文公開的玻璃光導(dǎo)可在寬的溫度和濕度范圍上穩(wěn)定。最后，當(dāng)冷陰極熒光燈(ccfl)被用作光源時，聚合物光導(dǎo)可遭受uv光的高吸收，并可隨時間分解，而本文公開的玻璃光導(dǎo)可不遭受這種缺點。應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本公開的玻璃光導(dǎo)可不展現(xiàn)以上改進(jìn)中的一個或多個，但仍旨在落在本公開的范圍內(nèi)。

本文公開的玻璃光導(dǎo)可用于各種顯示設(shè)備，包括但不限于lcd。lcd中使用的傳統(tǒng)背光單元可包括各種部件?？墒褂靡粋€或多個光源，例如，發(fā)光二極管(led)或冷陰極熒光燈(ccfl)。常規(guī)lcd可采用用顏色轉(zhuǎn)換磷光體包裝的led或ccfl以產(chǎn)生白光。根據(jù)本公開的各方面，采用公開的玻璃光導(dǎo)的顯示設(shè)備可包括至少一個發(fā)射藍(lán)光的光源(uv光，大約100-400nm)，諸如近uv光(大約300-400nm)。

現(xiàn)在參見圖2，示例性lcd的光學(xué)部件可進(jìn)一步包括反射器300，該反射器300將回收的光送回通過光導(dǎo)。反射器可反射例如高達(dá)大約85％的光，并可使其角度以及偏振特性隨機化。光可隨后穿過光導(dǎo)310，該光導(dǎo)310朝向lcd引導(dǎo)光。漫射器320可用于提高光的空間均勻性。第一棱鏡膜330可以朝向反射器以高角度將光反射回去以供回收，并可用于在前向方向中聚集光。第二棱鏡膜340可正交于第一棱鏡膜放置，并可以以相同的方式但沿著正交軸起作用。

反射偏振器350可將一個偏振的光朝向反射器反射回以供回收，并用于將光聚集到單個偏振中。第一線性偏振器360可用于僅允許具有單個偏振的光通過。tft陣列370可包括有源開關(guān)元件，該有源開關(guān)元件允許對顯示器的每個子像素的電壓尋址。液晶層(未示出)可包括電光材料，該電光材料的結(jié)構(gòu)在施加電場時旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致任何穿過它的光的偏振旋轉(zhuǎn)。濾色器380可包括可產(chǎn)生顯示器顏色的、與子像素對準(zhǔn)的紅色濾光器、綠色濾光器、以及藍(lán)色濾光器的陣列。最后，第二線性偏振器390可用于過濾任何非旋轉(zhuǎn)光。

常規(guī)lcd(諸如在圖2中示出的lcd)僅僅可將在大約4％與大約7％之間的來自背光的光傳輸?shù)接脩簟Ｈ缭趫D3中所示，常規(guī)lcd可利用光源210，提供最大可用光(100％)。光可隨后穿過導(dǎo)光板220，該導(dǎo)光板可傳輸例如高達(dá)大約60％的可用光。偏振器230可隨后進(jìn)一步過濾并傳輸例如高達(dá)大約50％的入射在其上的光。光可隨后穿過tft陣列240以及液晶層250，它們可傳輸例如高達(dá)大約70％的入射光。濾色器260可例如傳輸大約三分之一或30％的入射在其上的光。光可穿過導(dǎo)電層270(例如，氧化銦錫)以及附加的偏振器280，該偏振器280可進(jìn)一步過濾并傳輸例如高達(dá)大約90％的入射光。因此，根據(jù)圖2的常規(guī)lcd將具有僅大約5％(0.6x0.5x0.7x0.3x0.9＝0.05)的光效率。

通過結(jié)合根據(jù)當(dāng)前公開的玻璃光導(dǎo)，可從lcd堆疊中省略以上常規(guī)部件中的一個或多個。例如，在一個實施例中，可排除濾色器，這可將顯示亮度增加大約3倍。然而，移除濾色器在一些實施例中可由于這些部件之間的減少的距離而要求背光與tft之間更嚴(yán)格的對準(zhǔn)。因此，在本公開的一個方面中，玻璃光導(dǎo)可具有基本上類似于tft的cte的cte，這可提供這兩個部件之間改進(jìn)的對準(zhǔn)穩(wěn)定性。

使用led光源的常規(guī)lcd可招致led上磷光體處的、lcd背板上的開口處的和/或濾色器上的光損失。根據(jù)本公開的附加方面，本文公開的顯示設(shè)備可配備有聚合物微透鏡陣列，以將光居中于每個顯示器子像素上，因此減少或消除撞擊像素開口的光。因此，采用用多個顏色轉(zhuǎn)換元件圖案化(與用磷光體包裝的led相反)的光導(dǎo)的、不包括濾色器的、和/或包括如本文所公開的聚合物微透鏡陣列的顯示設(shè)備在某些實施例中可將顯示亮度提高300％以上。

下面的表格比較了常規(guī)lcd中以及當(dāng)前公開的非限制性示例實施例中的光學(xué)部件。

根據(jù)上述示例性實施例，來自藍(lán)色led的光被光學(xué)地耦合到圖案化光導(dǎo)的邊緣，并可以以跨表面的均勻強度被提取?？蛇x擇的反射偏振器可朝向光導(dǎo)將垂直于tft線性偏振器取向的光反射回去以供回收。穿過可選擇的反射偏振器的光可被耦合到可選擇的聚合物微透鏡陣列，該聚合物微透鏡陣列可將光聚焦到每個子像素的中心，使得光不撞擊tft后背上的黑色矩陣。光如在常規(guī)lcd中可隨后穿過液晶面板，除了在一些實施例中不需要濾色器之外。

例如，圖4示出了根據(jù)當(dāng)前公開的顯示設(shè)備的一個非限制性實施例。顯示設(shè)備可包括，例如，反射器400、光導(dǎo)410、第一線性偏振器460、tft陣列470、以及第二線性偏振器490。在另一非限制性實施例中，諸如圖5中所示的實施例，顯示設(shè)備例如除了反射器500、光導(dǎo)510、第一線性偏振器560、tft陣列570、以及第二線性偏振器590之外，可包括濾色器580。

將理解的是，各個公開的實施例可涉及特定特征、元件或步驟(結(jié)合所述特定的實施例來描述它們)。還將理解的是，雖然結(jié)合一個特定實施例來描述特定特征、元件或步驟，但是可將它們以各種未示出的組合或排列；來與替代實施例互換或結(jié)合。

還要理解的是，如本文所使用的術(shù)語“所述”、“一”或“一個”是指“至少一個”，且不應(yīng)被限制成“僅一個”，除非具體地指示了相反含義。因此，例如，對“光源”的引用包括具有兩個或多個這樣的光源的示例，除非上下文明確地另作指示。同樣地，“多個”旨在表示“不止一個。”如此，“多個顏色轉(zhuǎn)換元件”包括兩個或多個這樣的元件，諸如三個或更多這樣的元件等。

范圍在本文中可被表達(dá)為從“約”一個特定值和/或到“約”另一特定值。當(dāng)表達(dá)這種范圍時，示例包括從該一個特定值和/或到該另一特定值。類似地，當(dāng)值被表達(dá)為近似值時，通過使用先行詞“約”，將理解該特定值形成另一方面。將進(jìn)一步理解的是，每一個范圍的端點在關(guān)于另一端點以及獨立于另一端點兩方面都是顯著的。

本文所使用的術(shù)語“基本”、“基本上”以及它們的變型旨在表示，所描述的特征等于或近似等于一個值或描述。例如，“基本上平面的”表面旨在表示平面的或近似平面的表面。此外，如上所限定，“基本上類似”旨在表示兩個值相等或近似相等。在一些實施例中，“基本上類似”可表示彼此的大約10％內(nèi)的值，諸如，彼此的大約5％內(nèi)、或彼此的大約2％內(nèi)。在其他實施例中，“基本上類似”可與現(xiàn)今工業(yè)中所見的值的范圍相比。例如，對于光導(dǎo)與tft的cte，具有在大約10與大約100之間的cte的光導(dǎo)被認(rèn)為基本上類似于具有大約30的cte的tft(例如與具有500的數(shù)量級的cte的常規(guī)光導(dǎo)相比)。

除非另外明確地指出，此處所闡述的任何方法決不會被解釋為要求其步驟以特定的順序執(zhí)行。因此，在方法權(quán)利要求實際上不敘述其步驟跟隨的次序、或者在權(quán)利要求或說明書中未以其他方式說明這些步驟限于特定次序的情況下，不打算推斷出任何特定順序。

當(dāng)特定實施例的各種特征、元素或步驟可以通過使用過渡短語“包括”而公開，應(yīng)該理解的是隱含著替代的實施例，包括可以使用過渡短語“包含”或“基本包含”而被描述的那些實施例。因此，例如，包括a+b+c的設(shè)備的隱含替代實施例包括設(shè)備包含a+b+c的實施例，以及設(shè)備基本上包含a+b+c的實施例。

對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可在不背離本公開的精神和范圍的情況下對本公開作出各種修改和變化。由于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到包括本公開的精神和實質(zhì)的所公開的各實施例的修改、組合、子組合和變體，因此，本公開應(yīng)該被理解為包括所附權(quán)利要求書以及它們的等效內(nèi)容的范圍的一切。