采用反射岛的单向基于光栅的背光制造技术

单向基于光栅的背光包括光导和在光导的表面的衍射光栅。光导用于引导光束，并且衍射光栅配置为使用衍射耦合来耦合出被引导光束的一部分，并且以主角度方向定向耦出的部分远离光导表面作为主光束。单向基于光栅的背光还包括在光导表面和光导的相对表面之间的光导中的反射岛，以在主光束方向上反射地重定向衍射产生的次光束离开光导。

Unidirectional raster based backlight using reflective Islands

One way grating based backlight includes a light guide and a diffraction grating on the surface of the light guide. The light guide is used to guide the beam, and the diffraction grating is configured to couple portions of the guided beam with diffraction coupling, and the portion of the directional coupling in the main direction direction is far away from the light guiding surface as the main beam. The unidirectional grating based backlight also includes a reflective island in the light guide between the light guide surface and the opposite surface of the light guide to redirect the diffracted secondary beam in the main beam direction away from the light guide.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用反射岛的单向基于光栅的背光相关申请的交叉引用不适用。关于联邦政府资助研究或开发的声明不适用。
技术介绍
电子显示器是用于向各种各样设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的媒介。最常见的电子显示器包括阴极射线管(CRT)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用机电或电流光调制的各种显示器(例如，数字微镜装置、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一来源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的例子有CRTs、PDPs和OLEDs/AMOLEDs。在考虑发射的光时通常被分类为无源显示器的是LCD和EP显示器。无源显示器通常具有吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但由于缺乏发射光的能力，在许多实际应用中可能会发现一些受限的使用。为了克服与发射光相关联的无源显示器的局限性，许多无源显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些原本的无源显示器发光并且基本上作为有源显示器起作用。这种耦合的光源的例子是背光。背光是被放置在原本的无源显示器后面以照亮无源显示器的光源(通常是板光源)。例如，背光可以耦合到LCD或EP显示器。背光发射通过LCD或EP显示屏的光。所发射的光被LCD或EP显示器调制，然后再从LCD或EP显示器发射调制的光。背光通常配置为发射白光。然后使用彩色滤色器将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，滤色器可以放置在LCD或EP显示器的输出(较不常见)或背光和LCD或EP显示器之间。附图说明结合附图参考以下的详细所述，可以更容易地理解根据本文所述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：图1示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的横截面图。图2A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的单向基于光栅的背光的横截面图。图2B示出了根据与本文所述的原理一致的另一实施例的示例中的单向基于光栅的背光的横截面图。图2C示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的单向基于光栅的背光的透视图。图3示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的单向基于光栅的背光的一部分的横截面图，其描绘了与促进被引导光束的传播相关联的几何形状。图4示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的电子显示器的框图。图5示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的反射岛(reflectiveislands)阵列的俯视图。图6示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的电子显示器操作的方法的流程图。某些示例和实施例具有作为上述参考图中所示的特征之外的附加和代替的其它特征。下面参考上述参考图对这些和其它特征详细说明。具体实施方式根据本文所述的原理的实施例提供使用次光束(secondarylightbeams)的反射重定向的电子显示器背光。具体地，如上所述，电子显示器的单向背光采用衍射光栅来将光耦合出光导之外，并将耦出(coupled-out)的光作为主光束定向到电子显示器的观察方向上。此外，采用光导内的反射岛来将衍射产生的次光束从背光中反射重定向到观察方向上。在一些实施例中，主光束和反射重定向的次光束组合以产生比主光束或次光束本身更亮(即具有更高强度)的光束。例如，通过增强发射光束的光强度，电子显示器可以表现出提高的效率。根据一些实施例，包括主光束和反射重定向的次光束的耦出光形成在观察方向上定向的多个光束。此外，根据本文中所述的原理的各种实施例，主光束与反射重定向的次光束的组合形成的耦出光的光束，可以具有与其他耦出的主次光束对不同的主角度方向。在一些实施例中，包括主和次光束对的多个光束在观察方向上形成或提供光场。在一些实施例中，可以采用具有不同主角度方向(也称为“不同定向的(thedifferentlydirected)”光束或光束对)的主次光束对以显示三维(3-D)信息。例如，不同定向的主和次光束对可以被调制并且用作“无眼镜(glassesfree)”3-D电子显示器的像素。本文中，“光导(lightguide)”被定义为使用全内反射来引导结构内的光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长处基本上透明的芯。在各种示例中，“光导”通常是指采用全内反射以在光导的电介质材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于邻近光导材料表面的周围介质的折射率。在一些示例中，除了上述折射率差异之外或代替上述折射率差异，光导可以包括涂层，以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。根据各种示例，光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于板或引导板和引导条中的之一或两者。此外本文中，当应用于光导时，作为“板光导(platelightguide)”中的术语“板(plate)”被定义为分段或差分平面层或片材。特别地，板光导被定义为配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)限定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分离，并且可以至少在差异方面基本上彼此平行。也就是说，在板光导的任何差异小的区域内，顶表面和底表面基本平行或共面。在一些示例中，板光导可以是基本平坦的(例如，限定为平面)，并且由此板光导是平面光导。在其他示例中，板光导可以在一个或两个正交的维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板光导。然而，在各种示例中，任何曲率都具有足够大的曲率半径，以确保在板光导中保持全内反射以引导光。根据本文所述的各种示例，衍射光栅(例如，多波束衍射光栅)可以用于将光作为“主(primary)”光束从光导(例如，板光导)中散射或耦合出去。通常，除了主光束之外，衍射光栅还产生“次(secondary)”光束。根据各种示例，当主光束被定向或耦合出光导时，衍射产生的次光束通常由位于光导上或光导内的衍射光栅定向回到光导中。特别地，由光导表面处的局部周期性的透射衍射光栅具有或提供的衍射角θm可以由等式(1)给出为：其中λ是光的波长，m是衍射级，d是衍射光栅的特征之间的距离，θi是衍射光栅上的光的入射角，n是衍射光栅的一侧(即，“光入射(light-incident)”侧或光导侧)的材料的折射率，光从该侧入射到衍射光栅。为了简单起见，等式(1)假定相对于光入射侧或导光侧的衍射光栅的一侧的折射率具有折射率1。通常，衍射级m由可以是正或负的整数给出。根据各种示例，由衍射光栅产生的主光束的衍射角θm可由等式(1)给出，其中衍射级为正(例如，m>0)，而次光束的衍射角θm可以具有负衍射级(例如，m<0)。这样，根据本文的定义，“主光束(primarylightbeam)”可以被定义为具有正衍射级的由衍射光产生的光束。此外，“次光束(secondarylightbeam)”可以被定义为具有负衍射级的由衍射产生的光束。图1示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅10的横截面图。例如，衍射光栅10可以在光导的表面。另外，图1示出了以入射角θi入射在衍射光栅10上的光束20。示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单向基于光栅的背光，包括：光导，配置为以非零传播角度引导光束；在所述光导的表面的衍射光栅，所述衍射光栅配置为衍射地耦合出被引导光束的一部分作为主光束，并且定向所述主光束以预定的主角度方向离开所述光导表面，所述衍射光栅还配置为衍射地产生次光束并将所述次光束定向到所述光导中；以及在所述光导表面和所述光导的相对表面之间的所述光导内的反射岛，所述反射岛配置为以所述主光束的方向将所述次光束反射地重定向出所述光导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单向基于光栅的背光，包括：光导，配置为以非零传播角度引导光束；在所述光导的表面的衍射光栅，所述衍射光栅配置为衍射地耦合出被引导光束的一部分作为主光束，并且定向所述主光束以预定的主角度方向离开所述光导表面，所述衍射光栅还配置为衍射地产生次光束并将所述次光束定向到所述光导中；以及在所述光导表面和所述光导的相对表面之间的所述光导内的反射岛，所述反射岛配置为以所述主光束的方向将所述次光束反射地重定向出所述光导。2.如权利要求1所述的单向基于光栅的背光，其中，所述衍射光栅包括多波束衍射光栅，配置为耦合出所述被引导光束的部分作为多个主光束，所述多个主光束中的所述主光束彼此具有不同的主角度方向。3.如权利要求2所述的单向基于光栅的背光，其中，所述多波束衍射光栅包括啁啾衍射光栅。4.如权利要求2所述的单向基于光栅的背光，其中，所述多波束衍射光栅包括彼此间隔开的弯曲的凹槽和弯曲的脊中的一个。5.如权利要求2所述的单向基于光栅的背光，其中，所述主光束的所述不同的主角度方向配置为形成光场，所述光场配置为提供对应于三维(3-D)电子显示器的不同视图的像素。6.如权利要求1所述的单向基于光栅的背光，其中，所述反射岛是包括反射金属层的金属岛。7.如权利要求1所述的单向基于光栅的背光，其中，所述光导是板光导，并且其中所述反射岛与所述衍射光栅对准。8.如权利要求1所述的单向基于光栅的背光，其中，所述反射岛的规模是大约等于所述衍射光栅的规模，并且其中所述衍射光栅和所述反射岛之间的距离是大约等于光栅间距的一半乘以所述被引导光束的非零传播角度的切线，所述光栅间距是在所述光导表面处的所述衍射光栅和相邻衍射光栅之间的横向间隔。9.包括权利要求1的单向基于光栅的背光的电子显示器，其中，所述电子显示器的像素包括与反射重定向的所述次光束组合的所述主光束。10.如权利要求9所述的电子显示器，还包括光阀，用于调制组合的所述主光束和反射重定向的所述次光束，所述光阀邻近包括所述衍射光栅的所述光导表面。11.一种三维(3-D)电子显示器，包括：用于导光的板光导；...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA法塔尔，
申请(专利权)人：镭亚股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US