采用角度选择性反射层的基于单向光栅的背光制造技术

基于光栅的单向背光包括光导和在光导表面处的衍射光栅。光导引导光束，并且衍射光栅被配置为使用衍射耦合来耦合出被引导光束的一部分，并且定向耦出的部分作为主光束以主角度方向离开光导。衍射光栅将进一步产生以与主要角度方向的相反方向被定向进入光导中的次光束。基于光栅的单向背光进一步包括在光导内邻近于光导表面的角度选择性反射层，其被配置为将衍射产生的次光束沿着主光束的方向反射地重定向出光导。

A backlight based on a unidirectional grating using an angle selective reflector

A unidirectional backlight based on a grating consists of a light guide and a diffraction grating at the surface of the photoconductive surface. The light guide guides the beam, and the diffraction grating is configured to use the diffraction coupling to couple part of the guided beam, and the partially coupled part is left as the main beam in the protagonist direction. The diffraction grating will further produce a secondary beam which is directed into the optical guide in the opposite direction of the main angle direction. The unidirectional backlight based on grating further includes an angle selective reflection layer adjacent to the photoconductive surface in the light guide, which is configured to redirect the light guide reflected by the diffracted secondary beam in the direction of the main beam.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用角度选择性反射层的基于单向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)和主动矩阵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主动显示器(即，发光的显示器)或被动显示器(即，调制由另一来源提供的光的显示器)。主动显示器最明显的例子有CRT、PDP和OLED/AMOLED。在考虑发射的光时通常被分类为被动显示器的是LCD和EP显示器。被动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被动显示器的局限性，许多被动显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些原本的被动显示器发光并且实际上作为主动显示器起作用。这种耦合的光源的例子是背光。背光是被放置在原本的被动显示器后面以照亮被动显示器的光源(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显示器的光。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描述，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示出了根根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的基于单向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基于单向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基于单向光栅的背光的一部分的透视图。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基于单向光栅的背光的一部分的横截面图。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。特别地，如本文所述，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，包括耦出的主光束和反射重定向的次光束的发射光束形成在观察方向上定向的多个发射光束。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发射光束，可以具有对应于多个光束中的主和次光束的其他组合的其他发射光束的主角度方向不同的主角度方向(在观察方向上)。在一些实施例中，包括发射的主和次光束对的多个发射光束具有不同的主角度方向(也称为“不同定向的(thedifferentlydirected)”光束或“不同定向的(thedifferentlydirected)”光束对)，形成或提供在电子显示器观察方向上的光场。在一些实施例中，可以采用主和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实际上透明的芯。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)限定的两个实际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实际上彼此平行。也就是说，在板光导的任何差异小的区域内，顶表面和底表面实际平行或共面。在一些示例中，板光导可以是实际平坦的(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，并且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。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。由衍射光栅10衍射产生的并且具有衍射角度θm(或主角度方向)的主光束30，以及由衍射光栅10衍射产生的并且具有对应的(尽管是负的)衍射角度θ-m的次光束40，其皆由等式(1)给出。如图1所示，主光束30对应于衍射级“m”，而次光束40具有相应的负衍射级“-m”。此外，根据等式(1)，次光束40的负衍射角θ-m的大小与主光束30的正衍射角相等，但是具有负号(即，θ-m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光栅的单向背光源，包括：光导，其被配置为以非零传播角度引导光束；在所述光导表面的衍射光栅，所述衍射光栅被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，所述衍射光栅还被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；以及在所述光导内邻近所述光导表面的角度选择性反射层，所述角度选择性反射层被配置为在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，并以所述非零传播角度让所述被引导光束通过。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于光栅的单向背光源，包括：光导，其被配置为以非零传播角度引导光束；在所述光导表面的衍射光栅，所述衍射光栅被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，所述衍射光栅还被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；以及在所述光导内邻近所述光导表面的角度选择性反射层，所述角度选择性反射层被配置为在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，并以所述非零传播角度让所述被引导光束通过。2.如权利要求1所述的基于光栅的单向背光源，其中，所述衍射光栅包括多波束衍射光栅，其被配置为耦合出所述被引导光束的所述部分作为多个主光束，所述多个主光束中的所述主光束具有彼此不同的主角度方向。3.如权利要求2所述的基于光栅的单向背光源，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所述的基于光栅的单向背光源，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所述的基于光栅的单向背光源，其中，具有不同主角度方向的所述主光束被配置为形成光场，其被配置提供对应于三维(3-D)电子显示器的不同视图的像素。6.如权利要求1所述的基于光栅的单向背光源，其中，所述角度选择性反射层包括分布式布拉格反射器层。7.如权利要求1所述的基于光栅的单向背光源，其中，所述光导是板光导。8.如权利要求1所述的基于光栅的单向背光源，其中，所述角度选择性反射层还被配置为提供颜色选择性反射率，所述颜色选择性反射率是所述被引导光束的波长的函数。9.一种电子显示器，包括权利要求1的基于光栅的单向背光，其中，所述电子显示器的像素包括与所述反射重定向的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，用于调制组合的主光束和反射重定向的次光束，所述光阀邻近于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：以非零传播角度引导光的板光导；多波束衍射光栅的阵列，光栅阵列中的多波束衍射光栅被配置为衍射地耦合出在所述板光导中引导的光的一部分，作为在相应的多个不同主角度方向定向的多个主光束，以形成光场，所述多波束衍射光栅还被配置为衍射地产生多个次光束并将所述多个次光束定向到所述板光导中；在所述板光导内...

【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