光学装置及显示面板制造方法及图纸

本公开涉及一种用于控制光的光学装置(1)，该光学装置(1)包括：用于接收来自外部光源的光束的第一波导(2)；至少第二波导(3)；用于将来自第一波导(2)的光束耦合到第二波导(3)的光耦合器(4)；具有用于发射光束的发光区域(6)的光束整形结构(5)，其中，第二波导(3)被配置为将从第一波导(2)耦合的光束引导到光束整形结构(5)，其中光束整形结构(5)被配置为将从第二波导(3)接收到的光束传播到发光区域(6)，使得从发光区域(6)发出的光束的光束发散度低于从第二波导(3)接收到的光束的光束发散度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学装置及显示面板


[0001]本公开涉及一种用于控制光的光学装置，该光学装置包括：
[0002]用于接收来自外部光源的光束的第一波导，
[0003]至少一个第二波导，
[0004]用于将来自第一波导的光束耦合到第二波导的光耦合器，
[0005]具有用于发射光束的发光区域的光束整形结构，
[0006]其中，第二波导被配置为将从第一波导耦合的光束引导到光束整形结构。此外，本公开涉及背光单元和显示面板。

技术介绍

[0007]已知一些将光分布在更大区域上的光学装置。这例如对于液晶显示器(LCD)的背光单元是必需的。
[0008]LCD是迄今为止使用最广泛的显示技术，可以在从智能手机到电视的各种设备中找到。在LCD中，背光单元，特别是平面光源，照亮所有像素，然后每个像素充当快门，让光通过或部分地阻挡通过该像素的光。快门基于光的偏振。背光源发出的光线首先通过底部偏振器并被偏光。液晶提供了一种电压控制的方式来改变这种光线的偏振：液晶是双折射的，并且可以使用电场来调整液晶的取向。离开液晶后，光线射到顶部偏振器(也称为检偏器)，光线通过该偏振器的透射率取决于液晶中光线上印记的偏振角。
[0009]理想情况下，显示器应显示与视角无关的相同图像。为了实现这一点，像素应该在所有方向上均匀地辐射。虽然这是OLED等发射式显示技术的标准，但LCD等透射式技术并非如此：从观察者观察到的光线源自LCD显示堆叠底部的背光。然后，液晶层调制该光线的强度以改变像素的亮度。
[0010]对于以非法线角度传播通过显示堆叠的光线，光线看到的液晶单元的路径长度和双折射轴会发生变化，因此编码亮度的偏振旋转与以法线角度传播的光线不同。如果从不同角度观看显示器，这会导致像素的亮度变化。
[0011]克服这个问题的可能性是使用仅以法线角度发射光线的背光(准直背光)，然后在显示堆叠的顶部使用扩散器。尽管如此，这通常不会进行，因为在现有技术中没有有效的准直背光。
[0012]例如，US2018/0292713A1示出了具有光源的背光显示器。显示器可以包括侧光式光导，其中从光源发射的光在光导内横向分布并且通过诸如光栅、突起或凹槽之类的外耦合结构散射出光导。可选地，显示器包括多个相邻的发光二极管，该发光二极管具有用于准直光的弯曲反射器。为了帮助进一步准直光，光源设置有滤光层，该滤光层具有角度相关的光透射特性，用于反射离轴光。然而，这会导致高能量损耗并且无法实现低光束发散度，从而导致不同子像素之间的串扰。
[0013]在US2016/0300535A1中示出了另一种显示器。提供了激光二极管阵列，其直接在像素的方向上发射光。激光二极管发出的光首先由透镜分散，然后由菲涅耳透镜准直。然
而，这种方法需要大量的激光二极管来照亮显示区域并且不允许薄的背光单元。
[0014]在EP3599541A1中示出了另一种光学装置。该装置包括基板和在基板内延伸的光波导，每个光波导都朝向基板表面弯曲。在另一个实施例中，波导可以将光引导至基板中的楔形物，该楔形物形成平坦的镜面以将光散射出基板。然而，在此过程中，发射光束的发散度增加，产生的发散角非常大。
[0015]US7773849B2示出了一种用于LCD的光学尺寸调整或背光照明的装置。光学尺寸调整是指光学波前所占据的区域的扩展或收缩。其中，为了放大目的，图像被引导通过从小面延伸到大面的波导束。
[0016]US2008/144333A1示出了一种光导装置，其包括在其上印制多个发光部分和多个光导的基板，所述光导光学耦合到所述发光部分。
[0017]WO2015/000965A1描述了一种用于照明装置的集成光学解决方案，其具有将激光从主波导耦合到多个辅助波导的耦合输出单元。
[0018]EP3599541A1涉及一种用于控制光的光学装置和一种光学触摸传感装置，两者都具有通过直接激光写入在透明基板中形成的光波导。
[0019]US2019/369213A1示出了一种光学系统，其具有由光学体承载的多个光学装置。光波导在光学体内在各个光学装置与光学体内的假想曲面之间延伸。控制器选择性地操作多个光学装置以产生至少一个光束。

技术实现思路

[0020]本公开的目的是解决或减轻现有技术的至少一些问题。特别地，本公开将提供一种光学装置，其可以用于例如背光单元中并且有效地提供至少一个具有减小的光束发散度的光束。任选地，光学装置包括提供进一步准直光束的可能性。
[0021]本公开提出一种如开头所述的光学装置，其中光束整形结构被配置为将从第二波导接收的光束传播到发光区域，使得从发光区域发出的光束的光束发散度低于从第二波导接收的光束的光束发散度。
[0022]通过将不同波导中的光束引导到光束整形结构，可以精确地调整该光束的入射角和其他特性，使得通过光束整形结构减小光束发散角。这当光在大的板状基板中杂乱地分布时是不可能的，其中光不会以明确定义的方式照射到光学元件上。以这种方式，所提出的光学装置可以提供准直光束，而不必有目的地丢弃一部分光束，从而降低亮度并浪费能量。使用此光束，可以照亮小点(例如显示器的单个子像素)。因此，当用于显示器时，可以提供波导和子像素的1对1关系；即离开波导并被引导到光束整形结构的光束仅照亮单个子像素，反之亦然，每个子像素都被来自单个波导的到达光束整形结构的光束照射。光束整形结构可以在多个子像素和它们各自相关的波导之间共享。此外，该光学装置提供了提供源自相同外部光源的另外的准直光束的可能性，因为另外的波导可以从第一波导分支出来。通常，第一波导可以直接或间接地接收来自外部光源的光束，例如通过一个或多个附加的中间波导和/或一个或多个附加的中间光耦合器。
[0023]特征在于，光束整形结构被配置为将从第二波导接收到的光束传播到发光区域，使得从发光区域发出的光束的光束发散度低于从第二波导接收到的光束的光束发散度，这意味着沿光束的至少一个轴的光束发散度减小。光束发散角是光束宽度或光束直径随着离
光束腰位置的距离的增加而增加的量度，其定义在ISO 11146
‑
1(第一版，2005
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01
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15)中给出，特别是在上述文件的第3.15节，用于散光光束和简单散光光束；对于一般散光光束，适用ISO 11146
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2和ISO 11146
‑
3中的相应定义。任选地，减小光束的两个主轴的光束发散角。对于光束的至少一个轴，任选地，两个/所有轴，光束发散角减小任选地至少1
°
，进一步任选地至少10
°
，进一步任选地至少20
°
。任选地，减小发散角，使得从发光区域发出的光束具有小于10
°
、进一步任选地小于3
°
、进一步任选地小于1
°
的发散半角。减小发散角，使得距发光区域(和/或距下文提到的光学整形元件)2cm距离的光束的光斑的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于控制光的光学装置(1)，该光学装置(1)包括：用于接收来自外部光源的光束的第一波导(2)，至少第二波导(3)，光耦合器(4)，用于将来自所述第一波导(2)的光束耦合到所述第二波导(3)，具有用于发射光束的发光区域(6)的光束整形结构(5)，其中，所述第二波导(3)被配置为将从所述第一波导(2)耦合的光束引导至所述光束整形结构(5)，其特征在于，所述光束整形结构(5)被配置为将从所述第二波导(3)接收到的光束传播至所述发光区域(6)，使得从所述发光区域(6)发出的光束的光束发散度低于从所述第二波导(3)接收到的光束的光束发散度。2.根据权利要求1所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光束整形结构(5)包括光学整形元件(7)，其中，所述至少第二波导(3)将从所述第一波导(2)耦合的光束引导至所述光学整形元件(7)处。3.根据权利要求2所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光学整形元件(7)是凹面镜或衍射光学元件。4.根据权利要求3所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光学整形元件(7)至少具有第一轴和第二轴，其中，所述光学整形元件(7)对于所述第一轴的焦距与对于所述第二轴的焦距不同。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光学整形元件(7)由聚合物结构(8)提供。6.根据权利要求5所述的光学装置(1)，其特征在于，所述聚合物结构(8)是UV纳米压印聚合物结构。7.根据权利要求5或6所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光学整形元件(7)包括反射涂层。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光学装置(1)包括第三波导(9)和用于将来自所述第一波导(2)的光束耦合到所述第三波导(9)的光耦合器(10)，其中，所述第三波导(9)被配置为将从所述第一波导(2)耦合的光束引导到所述光束整形结构(5)，其中，所述光束整形结构(5)被配置为将从所述第三波导(9)接收到的光束传播到所述发光区域(6)，使得从所述发光区域(6)发出的光束的光束发散度低于从所述第三波导(9)接收到的光束的光束发散度，其中，由所述第二波导(3)引导到所述光束整形结构(5)的光束和由所述第三波导(9)引导到所述光束整形结构(5)的光束以基本平行的中心传播轴线从发光区域(6)发出。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光学装置(1)，其特征在于基板，其中所述第一波导(2)和至少所述第二波导(3)形成在所述基板(11)内。10.根据权利要求9所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第一波导(2)和至少所述第二波导(3)通过直接激光写入形成。11.根据权利要求10所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第一波导(2)和至少所述第二波导(3)通过飞秒直接激光写入形成。
12.背光单元，其特征在于根据权利要求1至11中的任一项所述的光学装置(1)，并且包括耦合到所述第一波导(2)的光源(31)。13.根据权利要求12所述的背光单元，其特征在于，所述光源(31)是激光器。14.显示面板(60)，其特征在于根据权利要求12或13所述的背光单元(30)。15.根据权利要求14所述的显示面板(60)，其特征在于，所述显示面板(60)包括至少第一类型的光转换结构(67)，该第一类型的光转换结构(67)用于将从所述光源(31)发射的光束转换到第一颜色范围，其中，所述光束整形结构(5)被配置为使得从所述第二波导(3)引导到所述光束整形结构(5)并从所述发光区域(6)发射的光束照射在所述第一类型的光转换结构(67)上，该光转换结构(67)与所述显示面板(60)的第一颜色子像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：维特拉布股份有限公司，
类型：发明
国别省市：