專利名稱：多發(fā)射模式背光的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于顯示裝置的背光和包括該背光的顯示器。
背景技術(shù)：
微結(jié)構(gòu)光導(dǎo)已經(jīng)用于現(xiàn)有技術(shù)的顯示系統(tǒng)中，其中在該系統(tǒng)中需要光的選擇性出耦。例如，在使用具有雙折射微槽結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)獲得偏振態(tài)選擇的應(yīng)用中。另一種使用光的選擇性出耦的應(yīng)用，是需要特定角度分布的發(fā)射光的情況，即準直背光。在涉及用于在3D顯示設(shè)備中提供光線的設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)中，也討論了需要特定空間分布的光發(fā)射的背光。
公開號為2003/0058383的美國專利申請披露了一種用于提供偏振光的微結(jié)構(gòu)照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多層排列，其中在界面表面上提供凹槽形式的微結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)產(chǎn)生通過該系統(tǒng)任意表面發(fā)射的偏振光，并且該系統(tǒng)可以用于背光和前光顯示裝置中。
US2003/0058383中披露的系統(tǒng)的缺點在于其在提供不同發(fā)射模式的能力方面不夠靈活。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是克服涉及現(xiàn)有技術(shù)背光裝置的靈活性有限的缺點。
本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求1的背光和根據(jù)權(quán)利要求12的顯示設(shè)備實現(xiàn)上述目的。
根據(jù)本發(fā)明的用于顯示設(shè)備的背光包括平面光導(dǎo)，借助內(nèi)反射引導(dǎo)光通過該光導(dǎo)。該光導(dǎo)設(shè)有實質(zhì)上沿著第一方向的第一多個平行結(jié)構(gòu)和實質(zhì)上沿著第二方向的第二多個平行結(jié)構(gòu)，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。該第一多個結(jié)構(gòu)配置為將沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第二方向傳播的光引導(dǎo)出光導(dǎo)的表面，并且第二多個結(jié)構(gòu)配置為將沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第一方向傳播的光引導(dǎo)出所述光導(dǎo)的表面。
本發(fā)明基于以下觀察，傳播方向沿著光導(dǎo)中的結(jié)構(gòu)的光不會耦合出來，而是仍然限制在光導(dǎo)內(nèi)。從而沿著矩形光導(dǎo)主軸的結(jié)構(gòu)獨立地工作沿著第一方向的結(jié)構(gòu)耦合出具有第二傳播方向的光，第二方向垂直于第一方向，反之亦然。因為每個結(jié)構(gòu)圖形可能具有不同的發(fā)射特性，所以可以通過切換位于光導(dǎo)各側(cè)的光源來獲得不同的發(fā)射模式。
該結(jié)構(gòu)可以設(shè)有不變的間距，即多個平行結(jié)構(gòu)中的單個結(jié)構(gòu)具有不變的間隔，或者設(shè)有變化的間距。此外，第一多個平行結(jié)構(gòu)的間距可以與第二多個平行結(jié)構(gòu)的間距相同或者不同。
這些結(jié)構(gòu)可以位于光導(dǎo)的任一側(cè)，即位于光導(dǎo)的前表面上或后表面上，或者二者可以都位于光導(dǎo)的同一側(cè)上。
在優(yōu)選實施例中，該結(jié)構(gòu)為光導(dǎo)表面中的凹槽形式。凹槽的形狀例如可以為V形槽或者矩形槽的形式，其中認為矩形槽比V形槽產(chǎn)生更少的發(fā)射模式之間的串擾，這是因為矩形槽的邊緣優(yōu)選地平行于矩形光導(dǎo)的邊緣。
優(yōu)選的是，光導(dǎo)具有第一折射率，并且前表面上的第一多個凹槽填滿了具有第二折射率的材料，其中第二折射率大于所述第一折射率。
優(yōu)選實施例中的背光至少包括第一光源和第二光源，這兩個光源設(shè)置為提供實質(zhì)上分別沿著第一和第二方向傳播通過光導(dǎo)的光。此外，該背光還可以至少包括第三光源和第四光源，這兩個光源設(shè)置為提供實質(zhì)上分別沿著第一和第二方向傳播通過光導(dǎo)的光，這兩個光源與第一和第二光源相對。
本發(fā)明可以用于多種不同的用途中，例如，用作可切換2D/3D顯示器中能夠在均勻照明和亮線之間切換的背光。其它用途包括在顯示器上的固定位置處高亮顯示圖標或者菜單條，或者在寬和窄角度光分布之間切換以生成“私人觀看”模式，或者在某些車輛顯示器應(yīng)用中的雙人觀看模式與單人觀看模式之間切換。而且，本發(fā)明可以用于具有光譜序列或RGB彩色序列照明的顯示設(shè)備中，在這些顯示設(shè)備中應(yīng)用了具有不同光譜的各種光源。
通常，在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中，非常難以對于所有各個光源實現(xiàn)均勻的混合良好的照明圖案，這是因為物理上它們不能占據(jù)相同的空間。利用本發(fā)明，能夠沿著矩形光導(dǎo)的主軸，在不相互遮擋并且每個光源具有其單獨的出耦結(jié)構(gòu)的情況下放置各個光源。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的背光的示意透視圖。
圖2是表示在根據(jù)本發(fā)明的背光中傳播的光的圖。
圖3a和3b是表示通過模擬根據(jù)本發(fā)明的背光獲得的結(jié)果的圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的顯示設(shè)備的示意框圖。
具體實施例方式
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的背光100包括具有前表面106和后表面108的光導(dǎo)102。在前表面106上提供平行V形槽120形式的結(jié)構(gòu)，該槽具有第一間距，以及在后表面108上提供平行V形槽122形式的結(jié)構(gòu)，該槽具有第二間距。盡管僅描述了V形槽，但可以有可選的槽形狀，例如方形或者矩形槽。
該背光100為矩形形狀，并且如坐標系150所示定位為前表面106上的槽120沿著x方向，如坐標系150所示，并且后表面106上的槽122沿著y方向設(shè)置。該光導(dǎo)102優(yōu)選由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，并且折射率為1.5。前表面106覆蓋有由折射率為1.7的材料構(gòu)成的覆蓋層104。如圖1所示，在光導(dǎo)102的前表面106上提供覆蓋層104，使得前表面106上的槽120填滿覆蓋層104的材料。覆蓋層104的厚度實質(zhì)上可以具有任意值，實質(zhì)上包括零厚度，其中只有槽120填滿了該層材料。
第一光源112設(shè)置為沿著-x方向?qū)⒐馓峁┑焦鈱?dǎo)102中，第二光源114設(shè)置為沿著y方向?qū)⒐馓峁┑焦鈱?dǎo)102中，第三光源116設(shè)置為沿著x方向?qū)⒐馓峁┑焦鈱?dǎo)102中，以及第四光源118設(shè)置為沿著-y方向?qū)⒐馓峁┑焦鈱?dǎo)102中。該光源可以為任意種類的光源，包括LED和燈泡等等。
如圖2所示，來自光源112、114、116和118中任意光源的光進入光導(dǎo)102，并且經(jīng)由槽120、122沿著公共的z方向出耦合出背光100的前表面110。
現(xiàn)在將參照圖2描述光導(dǎo)內(nèi)的全內(nèi)反射的原理。圖2示意表示了從光源212發(fā)出并且傳播通過光導(dǎo)200和覆蓋材料201的光的路徑214、216。光導(dǎo)200的后表面202和前表面204設(shè)有類似于參照圖1所描述的結(jié)構(gòu)，其中圖2表示了在后表面202上的單一槽208和前表面204上的單一槽210。然而應(yīng)當注意，為了簡明，槽208和槽210表示為平行的，而圖1中的槽120、122為相互垂直的。
如圖2所示，光導(dǎo)200的折射率為n1，覆蓋材料201的折射率為n2，并且其中n2＞n1。在如覆蓋材料的后表面202和前表面206形式的邊界限定的光導(dǎo)200之外是折射率為n0的環(huán)境，其中n0＜n1，且n0＜n2。
光源230發(fā)出的光進入光導(dǎo)200。光的第一路徑214經(jīng)由后表面202與外部環(huán)境的界面反射，繼續(xù)經(jīng)過槽208反射，并且沿著如坐標系250所示的公共z方向射出光導(dǎo)200和覆蓋材料201。光的第二路徑216經(jīng)由前表面204上的槽210反射，并且同樣沿著公共z方向射出光導(dǎo)200和覆蓋材料201。在圖2中由角度間隔251表示了當全內(nèi)反射光沿著公共z方向射出光導(dǎo)時，全內(nèi)反射光的光路214、216以及所有其它的光路(未示出)的角度分布。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到，由槽208、210的幾何結(jié)構(gòu)(例如深度、頂角和間距)確定角度間隔251的極限值。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3a和3b，還參照圖1，將說明表示本發(fā)明效果的模擬結(jié)果。利用Breault Research Organization提供的ASAP光學(xué)模型軟件包來進行模擬。
將圖1所示的矩形背光100用于模擬。模擬的目的是說明在均勻照明與亮線形式發(fā)光之間切換的效果。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到，在可切換2D/3D顯示應(yīng)用中使用背光時，通常希望這種組合。
光導(dǎo)100由折射率為1.5的PMMA制成，并且在后表面108上設(shè)有密集的垂直V形槽122。該槽122具有90度頂角、20微米深度和80微米間距的幾何特性，以便在該背光100的前表面110外提供均勻的照明。前表面106設(shè)有V形槽120，該槽具有約200微米的更大間距、20微米的深度、67度的頂角并且填滿光學(xué)密集材料，以便在背光100的前表面110外產(chǎn)生亮線形式的照明。在模擬時，填充槽的材料的折射率為1.86。
圖3a表示了從第一光源112或者從第三光源116發(fā)出并且傳播通過光導(dǎo)102的Lambertian光的空間和角度光分布。顯然，如圖3a所示，從背光100發(fā)出的光在發(fā)光區(qū)域上均勻地分布。
圖3b表示了從第二光源114或者從第四光源118發(fā)出并且傳播通過光導(dǎo)102的Lambertian光的空間和角度光分布。如圖3b清晰所示，該光分布限于間距為200微米的水平線。
盡管以上僅僅描述了2D/3D顯示器應(yīng)用，但其它應(yīng)用也是可以的。一種應(yīng)用是在顯示器上的固定位置處高亮顯示圖標或者菜單條，其中通過在光導(dǎo)表面的選定區(qū)域處提供具有光出耦合結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)就能夠獲得上述應(yīng)用。
類似的是，還可以在寬和窄角度光分布之間進行切換來產(chǎn)生“私人觀看”模式，或者在某些車輛顯示器應(yīng)用中希望的雙人觀看模式和單人觀看模式之間切換。
同樣，本發(fā)明可以用于具有光譜序列或者RGB彩色序列照明的顯示設(shè)備中，其中應(yīng)用了具有不同光譜的各種光源。
圖4示意表示了包括例如如上所述的根據(jù)本發(fā)明的背光402的顯示設(shè)備400。該顯示設(shè)備400可以為PC、PDA、移動電話、數(shù)碼相機等的部件，其包括控制單元406和顯示板404。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到，該顯示板404通常為適合與背光一起使用的LCD。
該控制單元406從數(shù)據(jù)源408接收數(shù)據(jù)，并且控制背光402和顯示板404，從而在顯示板404上以圖形的形式顯示數(shù)據(jù)。
因此，總而言之，用于顯示器的背光包括平面光導(dǎo)，其中借助內(nèi)反射引導(dǎo)光通過該光導(dǎo)。該光導(dǎo)設(shè)有實質(zhì)上沿著第一方向的第一多個平行結(jié)構(gòu)和實質(zhì)上沿著第二方向的第二多個平行結(jié)構(gòu)，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。第一多個結(jié)構(gòu)配置為使沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第二方向傳播的光引導(dǎo)出光導(dǎo)的表面，第二多個結(jié)構(gòu)配置為使沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第一方向傳播的光引導(dǎo)出光導(dǎo)的表面。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示設(shè)備(400)的背光(100，402)，該背光包括平面光導(dǎo)(102)，借助內(nèi)反射引導(dǎo)光通過該光導(dǎo)，其中所述光導(dǎo)具有實質(zhì)上沿著第一方向的第一多個平行結(jié)構(gòu)(120)和實質(zhì)上沿著第二方向的第二多個平行結(jié)構(gòu)(122)，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向，其中所述第一多個結(jié)構(gòu)配置為將實質(zhì)上沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第二方向傳播的光引導(dǎo)出光導(dǎo)的表面(110)，并且其中所述第二多個結(jié)構(gòu)配置為將實質(zhì)上沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第一方向傳播的光引導(dǎo)出光導(dǎo)的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光，其中所述第一和第二平行的多個結(jié)構(gòu)中的至少一個具有基本上不變的間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的背光，其中所述光導(dǎo)包括前表面(106)和后表面(108)，在前表面上提供了所述第一多個平行結(jié)構(gòu)，在后表面上提供了所述第二多個平行結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的背光，其中所述結(jié)構(gòu)包括槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的背光，其中所述光導(dǎo)具有第一折射率，并且其中所述前表面上的所述第一多個槽填滿具有第二折射率的材料(104)，所述第二折射率大于所述第一折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的背光，其中所述槽包括V形槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的背光，其中所述槽包括矩形槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的背光，其中所述多個第一平行結(jié)構(gòu)實質(zhì)上具有第一間距，并且所述多個第二平行結(jié)構(gòu)實質(zhì)上具有第二間距，所述第一和第二間距基本上相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的背光，其中所述多個第一平行結(jié)構(gòu)實質(zhì)上具有第一間距，所述多個第二平行結(jié)構(gòu)實質(zhì)上具有第二間距，所述第一和第二間距基本上是不同的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的背光，至少包括第一光源(112)和第二光源(114)，其設(shè)置為提供實質(zhì)上分別沿著所述第一和第二方向傳播通過所述光導(dǎo)的光。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的背光，至少包括第三光源(116)和第四光源(118)，其設(shè)置為提供實質(zhì)上分別沿著所述第一和第二方向上與所述第一和第二光源相反的方向傳播通過所述光導(dǎo)的光。
12.一種顯示設(shè)備(400)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項所述的背光和顯示板(404)。
全文摘要
一種用于顯示設(shè)備的背光(100)，其包括平面光導(dǎo)(102)，借助內(nèi)反射引導(dǎo)光通過該光導(dǎo)。該光導(dǎo)設(shè)有實質(zhì)上沿著第一方向的第一多個平行結(jié)構(gòu)(120)和實質(zhì)上沿著第二方向提供的第二多個平行結(jié)構(gòu)(122)，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。該第一多個結(jié)構(gòu)配置為將實質(zhì)上沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第二方向傳播的光引導(dǎo)出光導(dǎo)的表面(110)，并且其中所述第二多個結(jié)構(gòu)配置為將實質(zhì)上沿著光導(dǎo)內(nèi)所述第一方向傳播的光引導(dǎo)出光導(dǎo)的表面。
文檔編號G02B6/00GK1989432SQ200580025256
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月26日
發(fā)明者M·C·J·M·威森柏格, W·伊杰澤曼, H·科尼李森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司