具有輸出耦合元件的導光板的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于顯示屏的平面光分布模塊，包括光導板，可經由至少一個側 面被禪合的光能夠通過所述光導板借助全反射進行傳播，并且包括至少一個平面的輸出禪 合裝置，所述輸出禪合裝置安裝在所述光導板的主面的一個或者兩個上、與所述光導板處 于光學接觸并且包括多個在其內所構造的全息光學元件，所述全息光學元件被該樣設計， 使得其能夠將光從所述光導板輸出禪合。本發明另外還設及一種光學顯示器，尤其是一種 具有光分布模塊的光電顯示器。
【背景技術】
[0002] 液晶顯示器已經獲得了廣泛的應用。其有各種大小尺寸。由移動電話、游戲機里 的小型LC顯示器，到用于筆記本電腦、平板電腦、桌面監視器的中型顯示器，再到例如用于 電視機、廣告牌、建筑安裝中的大型應用。
[0003] 通常在背光模組炬ackli曲t化it,簡稱BLU)中使用冷陰極光源和發光二極管 (LED)來產生光。該些光源的發光特性是該樣的，使得其發出相對無定向的光。基本上使用 兩種結構：直接照明和側邊照明。
[0004] 在直接照明（直接BLU)中，發光體被安裝到顯示器的背面。該樣的優點在于，光 非常均勻地分布在顯示器面板的表面上，該對于電視機是非常重要的。另外，如果在直接照 明中使用LED,L邸也會變暗，該就能夠使顯示器的對比值變得更高。其不足是高成本，因為 需要大量光源。
[0005] 由于該個原因，側邊照明在市場上越來越普遍。其中的光源僅被安裝在光導板的 邊緣上。邊緣上的光在該光導板內被禪合并且通過全反射被傳播到光導板內。通過安裝在 所述光導板的表平面上的光輸出禪合元件，光由此就被向前轉向至LC面板的方向。典型 的光輸出禪合元件是由白色構成的印刷圖樣、光導板表面的粗化處理或者是壓印的屈光結 構。該些結構的數量和密度可自由選擇，并允許正好均勻地照亮顯示器。
[0006] 在高分辨率LC顯示器的進一步發展中，要試圖找到顯示器可能實現更加節能并 且具有更高成像質量的途徑。其中的一個重要方面是擴大色空間（Gamut)和均勻的照亮 (亮度分布）。
[0007] 色空間的擴大是通過提高各個像素的顏色保真度來實現的。隨之而來的就是要利 用紅、綠、藍像素的頻譜分布越來越窄。也可設想讓濾色器的頻譜分布變得更加受限，但就 設及到光輸出的成本，提高了耗電。因此有利的是，使用發光光譜受限的光源，例如發光二 極管或激光二極管。
[000引在現有技術中所使用的光輸出禪合元件，例如白反射色或者表面粗化，顯示出朗 伯福射體的無向的色散特性。該一方面導致有多個光程，該些光程必須通過位于光導板與 LC面板之間的擴散器-薄膜和棱鏡-薄膜重新被均勻化，然后再次被定向，W便形成適合 LC面板的光分布。
[0009] 除了該些反射或者說折射的輸出禪合元件之外，還對光導板上起衍射作用的表面 結構加w說明：
[0010] 在US2006/0285185中說明了一種光導板，在所述光導板中，所成型的衍射表面 結構的密度是符合輸出禪合效率的。但有效效率僅取決于柵格結構內的頻率，被看作是低 效。
[0011] US2006/0187677說明了一種光導板，在所述光導板內，需要通過不同的容積效率 和不同的定向為所成型的衍射表面結構調節出均勻的亮度分布。
[001引 由US2010/0302798已知，要利用通過向衍射的表面結構壓印上層結構所帶來的 兩種空間頻率。US2011/0051035說明了通過在表面結構內更進一步的切割（"切口"）進 行類似的調整，W便能夠將輸出禪合特性與輸出禪合效率單獨地加W優化。
[0013] Park等（OpticsExpressl5 化），2888-2899(2007))報告了關于點陣的衍射點式 表面結構，但由此僅達到62%的光強均勻性。
[0014]US5, 650, 865說明了雙重全息圖的使用，該種雙重全息圖是由反射-和透射-體 積全息圖構成的。兩種全息圖均挑選窄頻譜寬度的光并且將光由一個特定的角度從光導板 中垂直地導出。其中，S原色的雙重全息圖在幾何結構上與LC面板的像素相匹配。兩個像 素畫全息圖相互之間的定位及其與LC面板的像素的校準，需要的投入極大且非常困難。
[0015]US2010/0220261說明了用于液晶顯示器的照明裝置包括光導板，所述光導板包 含體積全息圖，W便使激光燈轉向。其中，體積全息圖被定位為相互之間具有特殊的間隔并 且斜插入光導板。但在光導板內制造體積全息圖的成本非常高。
[0016] 由GB2260203已知使用體積全息圖作為光導板上的顏色選擇柵格，其中，各體積 全息圖均具有沿著入射方向遞增的輸出禪合效率。其中，顏色選擇柵格在空間上與透光的 數字化光調制器的像素相配合，該對于分辨率越來越高的顯示器面板而言就需要過高的成 本，因而十分昂貴。
[0017] 此外，在分辨率不斷增加的顯示器中使用上述方法，也增加了生產成本。因此，格 點與顯示器上越來越小的像素之間的精確定向也尤其帶來了難題。
【發明內容】
[0018] 因此，本發明的目的在于，提供一種更好的顯示器設計，其尤其是具有非常平面且 密集的光分布模塊，能夠將光有效均勻地透射到透光的數字化光調制器上。此外，所述光分 布模塊還需要能夠減少光源的數量并且由此使得生產光學顯示器的成本更低。另外，所述 光分布模塊還需要適用于高分辨率顯示器。
[0019] 所述目的是在一種如開頭所述類型的光分布模塊中通過該樣一種顯示器來實現 的，所述顯示器包括光導板，可經由至少一個側面被禪合的光能夠通過所述光導板借助全 反射進行傳播，并且包括至少一個平面的輸出禪合裝置，所述輸出禪合裝置安裝在所述光 導板的主面的一個或者兩個上、與該光導板處于光學接觸并且包括多個在其內所構造的全 息光學元件，所述全息光學元件被該樣設計，使得其能夠將光從所述光導板輸出禪合，其 中，所述光分布模塊的特征在于，所述全息光學元件相互獨立地在至少一個平行于所述輸 出禪合裝置表面的空間軸上具有至少300 ym的延伸并且具有至少1. 5倍于所述顯示器的 像素大小的面積。
[0020] 其中，本發明的根本認知是，區別于目前常見的設計，所述全息光學元件與顯示器 的各個像素之間不需要任何離散的分配，因此，各個全息光學元件能夠具有要比顯示器像 素明顯更大的面積的延伸。該樣一種光分布模塊就能夠更簡單地進行生產，并且具有更低 的結構高度，即便是在高分辨率顯示器中-也就是說像素相當小的顯示器中，也能夠實現 各像素的均勻照亮。因此，根據本發明的光分布模塊的全息光學元件例如具有至少1. 5倍 于顯示器的像素大小的面積，尤其是至少為2倍或3倍的面積。
[0021] 換句話說，據此，在使用根據本發明的光分布模塊時，也不需要全息光學元件照亮 顯示器的離散像素。取而代之的是，通過使用該種更大的全息光學元件，就能夠散射且均勻 地照亮顯示器的背景。