專利名稱：背光系統(tǒng)和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背光系統(tǒng)，該背光系統(tǒng)例如用于使用至少部分透射的空間光調(diào)制 器。本發(fā)明還涉及包括這種背光系統(tǒng)的顯示裝置。而且，本發(fā)明涉及包括這種可用于全 面照明的背光系統(tǒng)的分布式照明面板。
背景技術(shù)：
附圖中的圖1圖示了例如用于移動(dòng)式電話或PDA裝置的典型的小尺寸液晶顯示 器(LCD)模塊的堆疊結(jié)構(gòu)。顯示裝置1包括在其底側(cè)和頂側(cè)具有輸入和輸出起偏振器12 的LCD面板形式的平板透射空間光調(diào)制器(SLM)。如下所述，剩余的結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為 是背光系統(tǒng)。光源(例如，LED或激光器)發(fā)射光，以如果不存在散射結(jié)構(gòu)，則所述光 將一直行進(jìn)，直到它達(dá)到導(dǎo)光件的端部的方式，所述光經(jīng)由全內(nèi)反射耦合到導(dǎo)光件中， 并橫跨顯示裝置的背面分布。在導(dǎo)光件內(nèi)存在多個(gè)散射結(jié)構(gòu)，其將光從導(dǎo)光件中引出， 以通過在導(dǎo)光件的設(shè)置散射結(jié)構(gòu)的表面處中斷TIR條件、由此允許光通過空氣光引導(dǎo)界 面來照明LCD板。這些散射部件可以位于頂部或底部主導(dǎo)光件表面上。光散射部件的 密度可以隨著距離光源的距離而增加，以沿著導(dǎo)光件的長(zhǎng)度維持均勻速率的光引出。當(dāng) 從導(dǎo)光件上下引出光時(shí)，反射膜設(shè)置在導(dǎo)光件下面，以改善背光裝置的效率。在導(dǎo)光件 和LCD板之間還具有一些光學(xué)薄膜，其設(shè)置為在顯示區(qū)域上給出更好的照明均勻性，并 增強(qiáng)給定觀看角度范圍內(nèi)的亮度。這些薄膜通常由增強(qiáng)背光的中央亮度的不同的層和棱 鏡薄膜構(gòu)成。
棱鏡薄膜通常由位于薄片上的具有三角形截面的透鏡線構(gòu)成。這些三角形截面 通常為等腰直角三角形，在截面的頂點(diǎn)具有直角。漫射體之間的兩個(gè)正交棱鏡薄膜通常 用在背光裝置中。這種棱鏡薄膜的操作是準(zhǔn)直光并使光再返回至反射體。沿基本垂直于棱鏡線的 方向以大角度到達(dá)棱鏡薄膜的光靠近法線被反射。角度小的光通過漫射體和導(dǎo)光件經(jīng)由 全內(nèi)反射(TIR)反射回反射體，并且更發(fā)散地反射回棱鏡片。結(jié)果是通過光從大角度到 中央的再分布，改善了背光的中央亮度。還感興趣的是準(zhǔn)直背光，其中光圍繞背光裝置的法向分布、并且在至該法向5 和10度或更小之間具有重要百分比。這種形式的準(zhǔn)直光在改善液晶顯示裝置的效率中是 有用的。簡(jiǎn)單的棱鏡薄膜的操作本身不足以給出這種水平的準(zhǔn)直。這種準(zhǔn)直可以通過引出特征的控制實(shí)現(xiàn)。引出特征典型形式包括以某種方式對(duì) 表面的“粗糙化”，從而中斷導(dǎo)光件中的全內(nèi)反射(TIR)。這種情況下的引出產(chǎn)生以大 的角度發(fā)射至導(dǎo)光件法向的光。具有多種類型的、能夠控制引出角的引出特征，例如US6786613(Minebea， 2004年9月7日)描述了沿更垂直的方向引出光的楔形引出特征。以下描述其它熟知的改善亮度和準(zhǔn)直的方法。US 7286280 (The University of British Columbia, 2007 年 10 月 23 日)描述 了包括具有圓邊的棱柱結(jié)構(gòu)的薄膜，其可以沉積在亮度增強(qiáng)薄膜(BEF)上以進(jìn)一步增強(qiáng)亮度增 益，同時(shí)維持大的視角。US 6570710 (Reflexite Corporation, 2003 年 5 月 27 日)描述了雙側(cè) BEF 薄膜。棱
柱BEF的類似結(jié)構(gòu)形成在該薄膜的頂部，同時(shí)亞波長(zhǎng)蟲眼形光柵形成在該薄膜的底部。 蟲眼光柵的凹槽垂直對(duì)準(zhǔn)BEF的棱鏡，該棱鏡消除BEF通常展現(xiàn)的大視角下的色彩非均 勻性。US 7128443 (Philips Electronics, 2006 年 10 月 31 日)描述了具有形成在其頂而
上的反射壁的BEF支撐薄膜。該壁的斜度相對(duì)于薄膜法向可以調(diào)整，這對(duì)到達(dá)BEF的光 的椎體有影響，因此對(duì)光的準(zhǔn)直也有影響。以這種方式，可以調(diào)整的顯示裝置的中央亮 度和視角。傳統(tǒng)上，以相對(duì)準(zhǔn)直的方式引出的光不能與棱鏡薄膜一起使用，因?yàn)檫@種光被 再循環(huán)，并且這些棱鏡薄膜的操作用來降低準(zhǔn)直角并降低總光產(chǎn)量。根據(jù)本發(fā)明的裝置提供了一種背光系統(tǒng)，其結(jié)合引出特征和棱鏡薄膜來提供準(zhǔn) 直光。更具體地，從引出特征開始的引出角與棱鏡角一致，以產(chǎn)生準(zhǔn)直光。這種背光系 統(tǒng)相對(duì)于已知的具有非衍射導(dǎo)光件的背光系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，從棱鏡薄膜散射回的光非常 少，由此增加效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了用于分布從光源接收的光的導(dǎo)光件。該導(dǎo)光件作 為用于以偏振為基礎(chǔ)進(jìn)行操作的空間光調(diào)制器的背光組件。例如這可以是液晶顯示裝置 (LCD)。該背光單元可以包括反射組件5，該反射組件位于LCD的相對(duì)面上且不與導(dǎo)光 件接觸。光源可以照亮面積比第一兩個(gè)表面小很多的導(dǎo)光件的另一面。光的本質(zhì)部分通 過全內(nèi)反射傳輸穿過導(dǎo)光件。導(dǎo)光件包括與相鄰層實(shí)質(zhì)上光學(xué)接觸的至少一個(gè)層。至少 一個(gè)面或?qū)又g的界面包括這樣一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)組合時(shí)，其以遠(yuǎn)離所述法向的一個(gè)或多個(gè) 選定方向發(fā)射光，使得當(dāng)所述光與導(dǎo)光件上的棱鏡薄膜層相互作用時(shí)，光被有效地轉(zhuǎn)向 法向。本發(fā)明可以具有位于沿兩個(gè)垂直方向的兩個(gè)或多個(gè)角度發(fā)射的光，這兩個(gè)垂直 方向與大體上交叉的棱鏡薄膜結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)。外耦合光可以為亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以為，但不限于透鏡狀或二維光柵結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)可以位于可以由多于一層的水平層組成的導(dǎo)光件的一層中，在該導(dǎo)光 件中，僅除包含衍射結(jié)構(gòu)之外的一層(或少于或等于總數(shù)的大量層)由光源照亮。導(dǎo)光件可以傳輸白光或基本上單波長(zhǎng)的光。BEF結(jié)構(gòu)可以為色散的，以用白光源改善準(zhǔn)直角。所述結(jié)構(gòu)可以為非衍射結(jié)構(gòu)，如優(yōu)選沿這些上述選定方向發(fā)射的透鏡狀或二維 陣列矩形結(jié)構(gòu)。上述結(jié)構(gòu)可以與具有不同于90°的頂角或具有非直邊的BEF結(jié)構(gòu)一起使用，以 使系統(tǒng)最優(yōu)化。上述結(jié)構(gòu)的尺寸或特征密度可以修改，以獲得均勻的輸出。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種背光系統(tǒng)。該背光系統(tǒng)包括導(dǎo)光件和至少一個(gè)棱鏡層，所述導(dǎo)光件用于通過全內(nèi)反射傳輸光，所述至少一個(gè)棱鏡層具有棱鏡結(jié)構(gòu)陣 列。此外，該背光系統(tǒng)包括引出特征結(jié)構(gòu)，其用于沿相對(duì)于導(dǎo)光件的法向成一定角度的 一個(gè)或多個(gè)選定方向?qū)⒐鈴膶?dǎo)光件的表面引向所述至少一個(gè)棱鏡層，其中所述一個(gè)或多 個(gè)選定方向中的一個(gè)對(duì)棱鏡結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)的受光角來說是特有的，以產(chǎn)生來自所述至 少一 個(gè)棱鏡層的引出光的準(zhǔn)直發(fā)射。根據(jù)另一方面，引出特征結(jié)構(gòu)包括亞波長(zhǎng)引出特征。根據(jù)另一方面，引出特征結(jié)構(gòu)包括透鏡狀光柵結(jié)構(gòu)或二維光柵結(jié)構(gòu)中的至少一 種。根據(jù)又一方面，引出特征結(jié)構(gòu)形成在導(dǎo)光件的表面上。根據(jù)又一方面，導(dǎo)光件包括光學(xué)接觸的多個(gè)相鄰層，并且引出特征結(jié)構(gòu)形成在 所述多個(gè)相鄰層的至少一個(gè)面或界面處。根據(jù)另一方面，光僅通過所述多個(gè)相鄰層中的除形成引出特征結(jié)構(gòu)的層之外的 一個(gè)或多個(gè)層引入導(dǎo)光件。根據(jù)另一方面，棱鏡結(jié)構(gòu)具有等于90°的頂角。根據(jù)又一方面，棱鏡結(jié)構(gòu)具有不等于90°的頂角。根據(jù)另一方面，所述一個(gè)或多個(gè)選定方向由單個(gè)選定方向構(gòu)成。根據(jù)還又一方面，所述一個(gè)或多個(gè)選定方向由多個(gè)選定方向構(gòu)成。根據(jù)另一方面，所述至少一個(gè)棱鏡層包括具有交叉棱鏡結(jié)構(gòu)的多個(gè)棱鏡層，并 且所述一個(gè)或多個(gè)選定方向包括分別與交叉棱鏡結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)的垂直選定方向。在又一方面中，所述光由多種波長(zhǎng)或波長(zhǎng)的連續(xù)譜組成，并且所述至少一個(gè)棱 鏡層是色散的，以改善引出光的準(zhǔn)直度。根據(jù)另一方面，所述光為單波長(zhǎng)。根據(jù)另一方面，引出特征結(jié)構(gòu)包括包含透鏡陣列矩形結(jié)構(gòu)或二維配置矩形結(jié)構(gòu) 中的至少一種的非衍射特征。根據(jù)另一方面，引出特征結(jié)構(gòu)中的引出特征的密度、尺寸或形狀中的至少一種 隨著沿著導(dǎo)光件的位置而改變，以增加來自導(dǎo)光件的引出光的發(fā)射的均勻性。根據(jù)另一方而，準(zhǔn)直發(fā)射的方向垂直于所述至少一個(gè)棱鏡層。根據(jù)又一方面，準(zhǔn)直發(fā)射的方向不垂直于所述至少一個(gè)棱鏡層。在又一方面中，引出特征結(jié)構(gòu)定位在導(dǎo)光件的引出所述光的面或?qū)Ч饧呐c引 出所述光的所述面相對(duì)的面中的至少一個(gè)上。根據(jù)另一方面，該背光系統(tǒng)還包括用于照亮導(dǎo)光件的另一面的光源。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種顯示裝置，其包括至少部分透射的空間光 調(diào)制器和在此描述的背光系統(tǒng)。到前述和相關(guān)結(jié)束的完成，隨后，本發(fā)明包括隨后全面描述的和在權(quán)利要求中 特別指出的特征。接下來的描述和附圖詳細(xì)呈現(xiàn)了本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方式。然 而，這些實(shí)施方式表示其中可以采用本發(fā)明的原理的多種方式中的一些方式。當(dāng)聯(lián)合附 圖考慮時(shí)，接下來的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的其它目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將變得明顯。


圖1圖示了典型的已知類型的背光單元；圖2圖示了本發(fā)明的示例性的第一實(shí)施方式的概觀；圖3a圖示了具有兩個(gè)發(fā)射方向的第一實(shí)施方式的操作；圖3b圖示了具有一個(gè)發(fā)射方向的第一實(shí)施方式的操作；圖4圖示了第一實(shí)施方式的示例性衍射層的細(xì)節(jié)；圖5圖示了本發(fā)明的具有多層導(dǎo)光件的第二實(shí)施方式；圖6圖示了本發(fā)明的具有色散BEF的第三實(shí)施方式；圖7圖示了本發(fā)明的具有變化的BEF層的第四實(shí)施方式；以及圖8圖示了本發(fā)明的具有肉眼可見的矩形結(jié)構(gòu)的第五實(shí)施方式，其中(a)圖示了 導(dǎo)光件，(b)圖示了下BEF結(jié)構(gòu)的截面，(c)圖示了上BEF結(jié)構(gòu)的截面。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中在全文中相同的附圖標(biāo)記用來涉及相同 的元件。圖1圖示了本領(lǐng)域熟知的典型小面積液晶顯示裝置。該顯示裝置包括液晶顯示 面板1和背光單元2。背光單元2包括將要在此討論的大量的組件。白光源3 (其可以 為熒光燈、具有熒光體的LED、RGB LED組、激光或其它光源)被定位以將光射入到薄 導(dǎo)光件4的邊緣。導(dǎo)光件被設(shè)計(jì)為通過全內(nèi)反射(TIR) 14將光傳遞穿過顯示區(qū)域。至少 一個(gè)大的或主面(其可以為頂面、底面(圖示的)或這兩個(gè)主面)具有特征6，該特征中 斷導(dǎo)光件中的TIR15，使得光13離開導(dǎo)光件4。離開導(dǎo)光件4的光通常具有失常的顯示 角亮度特性，因此四個(gè)附加層、強(qiáng)漫射體7、沿正交方向的兩個(gè)交叉棱鏡片8和9、以及 弱漫射體10用來產(chǎn)生正確的角分布。在許多情況下，弱漫射體10結(jié)合到頂部棱鏡層9 中。另一層11可以為可選的偏光轉(zhuǎn)換薄膜，其通常為反射一種偏光和傳輸另一種偏光的 干涉膜。棱鏡薄膜8和9為亮度增強(qiáng)薄膜(BEF)，其通常包括重復(fù)三角形截面的相同透鏡 線。棱鏡的頂點(diǎn)通常為90°，且兩片中的透鏡線正交設(shè)置為一個(gè)位于另一個(gè)上面。這些薄膜8和9的操作包括通過來自棱鏡面的折射使離軸光線向中心軸線會(huì)聚。同軸光線通過全內(nèi)反射從棱鏡的兩個(gè)垂直側(cè)反射，并通過導(dǎo)光件系統(tǒng)反向循環(huán)。結(jié)果是 系統(tǒng)的準(zhǔn)直度增加，中央亮度較高。在圖2中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的概觀。該示例性實(shí)施方式包括將參照?qǐng)D1的傳統(tǒng)背光單元2描述的背光裝置20，在此僅描述相關(guān)的改變。該實(shí)施方式包括液晶空間光調(diào)制器(SLM) 1和背光裝置20。背光裝置20包括光源3、導(dǎo)光件4和反射體5。兩個(gè)薄片，弱漫射體(未圖示)和偏光轉(zhuǎn)換薄膜11，這些 可以是單獨(dú)存在的，而不是這種配置中要求的。導(dǎo)光件4具有引出特征23，其形成可以 定位在導(dǎo)光件4的一面或兩面上的引出特征結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，這些引出特征23位于 頂表面上。導(dǎo)光件4中的光22通過TIR 13傳輸至引出特征23，并通過引出特征23在24處沿一個(gè)或多個(gè)選定方向被引出，所述選定方向如由引出光的主衍射級(jí)次的方向確定。更 具體地，所述選定方向可以由導(dǎo)光件上的引出特征的衍射峰限定(選定方向可以由引出 特征的結(jié)構(gòu)限定)。更特別地，引出特征可以選擇使得衍射峰進(jìn)入棱鏡層，并且由棱鏡的 斜面折射向法線。圖3a示出了圖2中的實(shí)施方式的細(xì)節(jié)，其示出了棱鏡片中的一個(gè)，即棱鏡片8。 棱鏡片8具有基本等于90°的頂角32和兩條相同的透鏡邊31a和31b。從引出特征23 引出的光一旦由不與導(dǎo)光件4或引出特征23光學(xué)接觸的棱鏡薄膜的下表面33折射，則基 本上以兩個(gè)斜角30a和30b(稱為正交衍射峰或選定方向)被引導(dǎo)，當(dāng)分別與棱鏡片8的 兩個(gè)傾斜透鏡邊31a和31相互作用時(shí)，該引出的光被垂直引導(dǎo)，如22所示。圖3b示出了棱鏡片層(在該情況中指定為8’)的可替換結(jié)構(gòu)。棱鏡片層8’ 具有如圖示的三角形結(jié)構(gòu)，其中僅具有一個(gè)斜邊31b’，另一邊31a’位于不重要且可能 垂直的角度。在這種情況中引出特征23’基本上以一個(gè)角度發(fā)射光30’，其中當(dāng)發(fā)射的 光與斜邊31b’相互作用時(shí)基本上被垂直引導(dǎo)，如22所示。引出特征23，23’和棱鏡片8，8’不需要相互對(duì)準(zhǔn)。在垂直于導(dǎo)光件4的正交平面中，第二棱鏡片9示出了相同的性能。準(zhǔn)直光方向可以不是棱鏡片的法向，而可以是另一限定方向。 引出特征23或23’的一種可行形式在圖4中示出。引出特征23，23’由合成 透鏡狀光柵構(gòu)成，該光柵的截面在圖4中示出。該光柵設(shè)置在導(dǎo)光件4的表面上，使得 從導(dǎo)光件4發(fā)射的光的強(qiáng)度基本上與顯示裝置上的相同。這可以通過在其密度或尺寸隨 著在導(dǎo)光件上的位置而改變的區(qū)域中設(shè)置合成的衍射特征而實(shí)現(xiàn)。例如，特征截面可以 為具有交替光柵結(jié)構(gòu)44的方形光柵，光柵結(jié)構(gòu)44比構(gòu)成合成光柵的插入式光柵結(jié)構(gòu)45 高。代替的是，結(jié)構(gòu)44和45高度可以相同，S卩，高度40等于高度43。引出特征可以 與光的波長(zhǎng)相似或比光的波長(zhǎng)更小(即，亞波長(zhǎng)引出特征)，以產(chǎn)生清晰的衍射峰。一種潛在的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以是，高特征44的間距42可以為508nm，高特征44和 矮特征45之間的距離41可以為254nm。矮特征具有145nm的高度43，高特征具有等于 矮特征的高度的145nm的高度40，或者為矮特征的高度的兩倍290nm。這用于在折射率 約為1.58的材料中的450nm的照明波長(zhǎng)。當(dāng)由來自通常位于光照亮的導(dǎo)光件中的角度和偏振范圍中的光入射時(shí)，光柵以 指定給典型的棱鏡片8的可接受角度的主衍射級(jí)次發(fā)射光，由此產(chǎn)生準(zhǔn)直發(fā)射。為了產(chǎn)生兩個(gè)尺寸的準(zhǔn)直，圖4的圖案沿產(chǎn)生二維方形光柵的第二方向重復(fù)。 一組交叉棱鏡結(jié)構(gòu)8和9隨后可以用來產(chǎn)生沿第二方向的準(zhǔn)直。本發(fā)明的另一實(shí)施方式在圖5中示出。為了簡(jiǎn)單起見，在此僅描述該實(shí)施方式 和圖2的實(shí)施方式之間的相關(guān)差異。在該實(shí)施方式中，背光裝置56包括具有第二導(dǎo)光件層50的導(dǎo)光件4，其中該層 50的折射率小于導(dǎo)光件4的折射率。類似于上述引出特征23和23’的引出特征51設(shè)置 在第二導(dǎo)光件層50上。在這種布置中，第二導(dǎo)光件層50中的角度范圍降低很多。這意 味著在單導(dǎo)光件方法中，外耦合光的質(zhì)量明顯地改善了。通過導(dǎo)光件4的相對(duì)面上的合適的非衍射特征，例如在53處將小部分的導(dǎo)光件 光54引入第二層中的淺楔形特征55，可以控制光52從主導(dǎo)光件4到次導(dǎo)光件50中的引入。光57隨后以準(zhǔn)直方式離開背光裝置。構(gòu)成導(dǎo)光件4的層的數(shù)量不固定，下面或兩面和/或任一面或界面都可以具有一 個(gè)或多個(gè)引出結(jié)構(gòu)。在圖6中示出的另一實(shí)施方式中，其包括背光，其中照亮導(dǎo)光件4的光不是單波 長(zhǎng)且可以由多于一種波長(zhǎng)或連續(xù)譜構(gòu)成。在圖示的情況中，三種波長(zhǎng)64-r、64-g、64-b 示出為在24處從導(dǎo)光件4表面上的引出特征23’衍射。在這種情況中，層8”的棱鏡結(jié) 構(gòu)圖示為類似于圖3b中示出的斜邊的單斜邊63，但在本發(fā)明中這同樣可以適用于其它實(shí) 施方式。在圖示的情況中，較長(zhǎng)的波長(zhǎng)束64-r從法線進(jìn)一步被衍射，但本發(fā)明不限于此。在該情況中，棱鏡結(jié)構(gòu)8”的材料是色散的，使得較長(zhǎng)波長(zhǎng)(64-r)的折射率較 大，因此斜面63上的折射較強(qiáng)。對(duì)于在每種波長(zhǎng)61-r、61-g和61-b (共同表示為61)處 形成準(zhǔn)直光的每種波長(zhǎng)來說，折射率按照比例減小。此外，在該實(shí)施方式中，斜邊63也可以不是平面，而是曲面。圖7圖示了本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中棱鏡片8隨引出特征23改變，以使引 出光方向72最優(yōu)。本發(fā)明圖示了根據(jù)圖3a的實(shí)施方式的棱鏡層8，但可以適用于本發(fā)明 的任何實(shí)施方式。 在這方面，衍射光70a和70b入射在斜邊71a和71b上，但在這種情況中頂角74 不是直角而是其它角度。圖8的三幅示了本發(fā)明的其它方面。圖8a示出了包括導(dǎo)光件4的導(dǎo)光件裝 置80，該導(dǎo)光件4具有延伸到頁面內(nèi)的矩形塊形式的引出特征83。來自導(dǎo)光件4的光從 所述塊中引入到某個(gè)角度范圍內(nèi)。該角度范圍主要沿特定方向。圖8b圖示了具有棱鏡 特征86的下棱鏡薄膜81 (如，圖2中的棱鏡薄膜8)。圖8c圖示了具有棱鏡特征88的上 棱鏡薄膜82(如，圖2中的棱鏡薄膜9)，但沿垂直于下棱鏡結(jié)構(gòu)的方向。棱鏡薄膜81和 82中的特征的形狀被限定，以與從導(dǎo)光件配置80中發(fā)射的光的方向相互作用，以便基本 上準(zhǔn)直露出的光(light emerging)。這種裝置不要求在導(dǎo)光件上具有衍射特征。典型的裝置包括用于該系統(tǒng)的以相關(guān)單位給出的尺寸的下述值。本發(fā)明所涵蓋 的裝置不限于這些值。在圖8a中，特征84a的間距為4個(gè)單位，特征的84b的寬度可以為1.2個(gè)單位， 高度84c為1個(gè)單位，導(dǎo)光件的厚度84d為4個(gè)單位。在圖8b中，棱鏡薄膜85c的間距為4個(gè)單位，特征85b的高度為5.28個(gè)單位， 薄膜85a厚度為6.66個(gè)單位。頂角89為41.5°。在圖8c中，棱鏡薄膜87c的間距為4個(gè)單位，特征87b的高度為5.52個(gè)單位， 薄膜87a的厚度為6.66個(gè)單位。頂角90為39.8°。該背光系統(tǒng)相對(duì)于已知的具有非衍射導(dǎo)光件的背光系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，從棱鏡薄 膜散射回來的光很少。在許多設(shè)計(jì)中，來自波導(dǎo)件的光通過沿前后方向?qū)⒐馍⑸涑霾▽?dǎo) 的散射特征引出。這種光在背光系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)歷了多次反彈，效率低，降低了從背光裝置輸 出的光。在新的實(shí)施方式中，幾乎所有的光都沿向前方向引出，并由兩個(gè)棱鏡薄膜進(jìn)行 同軸彎曲，使得經(jīng)歷多次反彈和散射的光很少。因此該系統(tǒng)可以更有效。雖然已經(jīng)參照某些優(yōu)選實(shí)施方式示出和描述了本發(fā)明，但明顯的是，一旦閱讀并理解了說明書， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到各種等同物和修改。本發(fā)明包括所有這種等 同物和修改，并且僅由接下來的權(quán)利要求的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種背光系統(tǒng)，包括導(dǎo)光件，所述導(dǎo)光件用于通過全內(nèi)反射傳輸光；至少一個(gè)棱鏡層，所述至少一個(gè)棱鏡層具有棱鏡結(jié)構(gòu)陣列；和引出特征結(jié)構(gòu)，所述引出特征結(jié)構(gòu)用于沿相對(duì)于導(dǎo)光件的法向成一定角度的一個(gè)或 多個(gè)選定方向?qū)⒐鈴膶?dǎo)光件的表面引向所述至少一個(gè)棱鏡層，其中所述一個(gè)或多個(gè)選定 方向中的每一個(gè)方向?qū)忡R結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)受光角來說是特定的，以產(chǎn)生來自所述至少一個(gè) 棱鏡層的引出光的準(zhǔn)直發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中所述引出特征結(jié)構(gòu)包括亞波長(zhǎng)引出特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的背光系統(tǒng)，其中所述弓丨出特征結(jié)構(gòu)包括透鏡狀光柵結(jié)構(gòu)或二 維光柵結(jié)構(gòu)中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述引出特征結(jié)構(gòu)形成在導(dǎo)光件 的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)光件包括光學(xué)接觸的多個(gè) 相鄰層，并且所述引出特征結(jié)構(gòu)形成在所述多個(gè)相鄰層的至少一個(gè)面或界面處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的背光系統(tǒng)，其中光僅通過所述多個(gè)相鄰層中的除形成引出特 征結(jié)構(gòu)的層之外的一個(gè)或多個(gè)層引入導(dǎo)光件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中棱鏡結(jié)構(gòu)具有等于90°的頂
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中棱鏡結(jié)構(gòu)具有不等于90°的頂
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)選定方向由單個(gè) 選定方向構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)選定方向由多 個(gè)選定方向構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)棱鏡層包括具有 交叉棱鏡結(jié)構(gòu)的多個(gè)棱鏡層，并且所述一個(gè)或多個(gè)選定方向包括分別與交叉棱鏡結(jié)構(gòu)對(duì) 準(zhǔn)的垂直選定方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述光由多種波長(zhǎng)或波長(zhǎng)的連 續(xù)譜組成，并且所述至少一個(gè)棱鏡層是色散的，以改善引出光的準(zhǔn)直。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述光為單波長(zhǎng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中引出特征結(jié)構(gòu)包括包含透鏡陣 列矩形結(jié)構(gòu)或二維配置矩形結(jié)構(gòu)中的至少一種的非衍射特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中引出特征結(jié)構(gòu)中的引出特征的 密度、尺寸或形狀中的至少一種隨著沿著導(dǎo)光件的位置而改變，以增加來自導(dǎo)光件的引 出光的發(fā)射均勻性。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中準(zhǔn)直發(fā)射的方向垂直于所述至 少一個(gè)棱鏡層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中準(zhǔn)直發(fā)射的方向不垂直于所述 至少一個(gè)棱鏡層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，其中所述引出特征結(jié)構(gòu)定位在所述 導(dǎo)光件的引出所述光的面或?qū)Ч饧呐c引出所述光的所述面相對(duì)的面中的至少一個(gè)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的背光系統(tǒng)，還包括用于照亮導(dǎo)光件的另一面的 光源。
20.—種顯示裝置，包括至少部分透射的空間光調(diào)制器；和根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的用于照亮空間光調(diào)制器的背光系統(tǒng)。
全文摘要
一種背光裝置，該背光裝置設(shè)置為用于照亮至少部分透射的顯示裝置。該背光裝置包括光源。導(dǎo)光件從邊緣表面接收光并通過全內(nèi)反射引導(dǎo)所述光。從導(dǎo)光件引出的光具有角發(fā)射剖面，使得當(dāng)入射在棱鏡薄膜上時(shí)，產(chǎn)生準(zhǔn)直光。
文檔編號(hào)F21V5/04GK102011957SQ20101026797
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者喬納森·馬瑟, 戴維·詹姆斯·蒙哥馬利, 米里斯·路特斯, 艾恩尼斯·帕帕康斯坦丁奧 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社