CN105609004B - 超薄照明单元 - Google Patents

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Abstract

超薄照明单元。提供了一种用于显示装置的薄的照明单元，该薄的照明单元例如包括：高折射膜，其包括在所述高折射膜的第一侧处的倾斜部分以及从所述倾斜部分延伸至所述高折射膜的第二侧的平坦部分；第二构件，其在所述高折射膜的所述第一侧处的所述倾斜部分上，并且具有第一宽度；第一构件，其在所述高折射膜的所述第二侧的中间的所述平坦部分上，并且与所述第二构件分离开；第三构件，其在所述平坦部分上并且具有所述第一宽度；以及光源，其在所述平坦部分的侧面处与所述第一构件相邻。

Description

超薄照明单元
技术领域
本公开涉及显示装置以及用于该显示装置的照明单元(light unit)。更具体地讲，本公开涉及一种用于显示装置的能够提供准直光的超薄照明单元。
背景技术
近来，已积极地进行用于制作和再现三维(3D)图像/视频的各种技术和研究。与3D图像/视频有关的媒体是用于虚拟现实的一种新概念，其能够进一步改进视觉信息并且预期将引领下一代显示装置。传统二维(2D)图像***仅将图像和视频数据再现为平面视图，但是3D图像***可向观察者提供全真实图像数据。因此，3D图像/视频技术是真北(TrueNorth)图像/视频技术。
通常，存在三种再现3D图像/视频的方法：体视方法、全息方法和积分成像方法。在这些方法当中，全息方法使用激光束，使得可利用裸眼来观察3D图像/视频。全息方法是最理想的方法，因为它具有优异的视觉立体性质，而不会使观察者有任何疲劳。
为了在图像中的各个点处生成光波的相位的记录，全息术使用参考光束，该参考光束与来自场景或物体的光(物光束)组合。如果这两个光束相干，则由于光波的重叠引起的参考光束与物光束之间的光学干涉生成一系列的强度条纹，这些条纹可被记录在标准全息膜上。这些条纹在胶片上形成一种衍射光栅(被称为全息图)。全息术的核心目标在于，当稍后通过替代的参考光束照射所记录的光栅时，原始物光束被重构(或者被再现)，从而实现3D图像/视频。
当利用根据现有技术的全息技术来实现显示***时，可能难以获得均匀分布的亮度，因为从光源辐射的光的强度遵循高斯分布。另外，当来自光源的入射光具有倾斜的入射角以便减小导致图像噪声的高阶衍射分量时，激光的准直度可降低。
为了解决现有技术的这些缺点，已进行了研究以提供一种即使当入射光具有倾斜角以减小高阶衍射分量时也可提供准直光的照明单元。例如，提出了一种使用准直透镜的***。
图1A示意性地示出根据现有技术的可利用准直透镜来提供准直光的照明单元的结构。
参照图1A，通过将点光源30设置在光源的位置处并且将准直透镜CL定位在光源30以外的焦距位置处，从点光源30辐射的光可形成为准直光束。在无眼镜型显示***中，该准直光束可用作参考光束。
然而，在大多数全息显示***中，优选的是，参考光束相对于与衍射光学元件的入射表面垂直的方向以倾斜角入射在衍射光学元件上。这是因为，当诸如全息膜的衍射元件可生成在全息图像中可充当噪声的第0模图像和/或第1模图像时，可通过使参考光束以倾斜角入射到衍射元件上来减少或消除第0模和/或第1模。例如，点光源30的位置可在任一侧偏移，以在图1A所示的照明单元中形成倾斜角。
图1B示意性地示出根据现有技术的利用准直透镜生成准直光束的照明单元的结构，其中所述准直光束具有倾斜角。
参照图1B，点光源30相对于光轴130朝上侧偏移或移动，使得相对于光轴朝透镜CL的中心前进的倾斜角可为α。理论上，如图1B中的虚线所指示的，准直光束相对于光轴130具有倾斜角α。然而，在实际情况中，由于诸如球面像差的物理特性，实际光路可能不准直和/或与倾斜角α平行，如图1B中的实线所指示的。结果，来自照明单元BLU的光束可能没有均匀地入射到所期望的区域和/或方向中，而是不均匀地分布在衍射光学元件的入射表面上。
为了解决这一问题，已提出将准直透镜与棱镜片组合的方法来控制来自照明单元的光的方向。下面参照图2简要描述这种光方向可控照明单元。
图2示意性地示出根据现有技术的提供方向可控的准直光束的照明单元的结构。
根据现有技术的光方向可控照明单元BLU包括准直透镜CL、设置在准直透镜CL的一侧的点光源30以及设置在准直透镜CL的另一侧的棱镜片PS。点光源30可以是可从一点在辐射方向上辐射光的任何类型的光源。为了将大部分光从点光源30引导至准直透镜CL，在点光源30的后侧还可包括反射镜(未示出)。
点光源30可优选地被设置在准直透镜CL的焦平面处。特别是，点光源30可被设置在连接在准直透镜CL的中心点与准直透镜CL的焦平面的中心点之间的光轴130上。
准直透镜CL可将从点光源30辐射的光改变为准直光束100。即，准直光束100可在与光轴130平行的一个方向上辐射。准直透镜CL可包括诸如菲涅耳透镜的任何光学透镜。
棱镜片PS优选地与点光源30相对设置，准直透镜CL被夹在这二者间。棱镜片PS可折射或改变相对于光轴130倾斜的特定角度α的光传播方向。利用棱镜片PS，维持了准直光束100的平行性质，并且准直光的传播方向以相对于光轴130的角度α向下重新引导。结果，棱镜片PS可将准直光束100改变为受控的准直光束200。棱镜片PS可包括菲涅耳棱镜片。
上述照明单元可被应用于全息图3D显示器或者超薄平板显示器，例如受控查看窗口显示器等。具体地讲，超薄平板显示器可被应用于各种显示***。例如，因为观看窗口可被控制，所以超薄平板显示器可被应用于显示信息仅呈现给特定人的安全显示***。对于另一示例，超薄平板显示器可被应用于可向不同的位置(或者“观看区域”)提供不同的视频数据的多视角显示***。另外，由于左眼图像和右眼图像可在没有任何干扰的情况下被分别提供给左眼和右眼，所以可设计良好的3D显示器。
图3示意性地示出根据现有技术的超薄平板显示器的结构。
参照图3，根据现有技术的超薄平板显示器包括表示视频数据的显示面板LCP以及照明单元BLU。显示面板LCP可以是使用照明***的平板显示器，例如液晶显示面板。超薄平板显示器将显示面板LCP上所表示的显示信息引导到特定区域或特定观看窗口中。为了控制观看窗口，期望照明单元BLU控制光的辐射区域。例如，照明单元BLU可采用图2所示的光控制***。
详细地讲，根据现有技术的超薄平板显示器的照明单元BLU可包括光源LED、透镜LEN、反射板REF和全息膜HOE。为了实现全息技术，优选的是使用高度准直光束，所述光源LED是激光器或者发光二极管激光器。当光源LED是一般的发光二极管时，可另外包括准直透镜LEN以获得准直光束。全息膜HOE用于使得准直光朝特定观看区域辐射。通过将作为参考光束的光辐射到全息膜HOE上，可向显示面板LCP提供可根据全息膜HOE的记录图案控制辐射区域的光。
为了开发大面积超薄平板显示器，期望在大面积显示面板LDP的后侧设置大面积全息膜HOE。另外，可包括反射板REF以将从光源LED辐射并且通过准直透镜LEN准直的光引导到大面积全息膜HOE。
如上所述，超薄平板显示器包括透镜LEN和反射板REF以用于使光光学会聚和发散。结果，可能需要用于确保足够的光路的物理空间，以便提供高度准直光。即，根据现有技术的照明单元BLU可能需要大体积的空间，因此，根据现有技术的超薄平板显示器也可具有大体积的空间，从而使得难以将它们应用于各种显示***。另外，照明单元BLU可具有受限范围的受控观看窗口，从而使得难以用作一般用途的照明单元。
发明内容
因此，本发明涉及一种基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题的显示装置和用于该显示装置的照明单元。
本发明的优点在于提供了一种用于显示装置的能够提供准直光的超薄照明单元。
本发明的附加特征和优点将部分地在接下来的描述中阐述，并且部分地将从所述描述而显而易见，或者可从本发明的实践中学习。本发明的这些和其它优点将通过在所撰写的说明书及其权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和达到。
为了实现这些和其它优点并且根据本发明的目的，如本文具体实现和广义描述的，提出了一种具有显示面板和照明单元的显示装置，所述照明单元可以例如包括：高折射膜，其包括所述高折射膜的第一侧处的倾斜部分以及从所述倾斜部分延伸至所述高折射膜的第二侧的平坦部分；第二构件，其在所述高折射膜的所述第一侧处的所述倾斜部分上，并且具有第一宽度；第一构件，其在所述高折射膜的所述第二侧的中间的所述平坦部分上，并且与所述第二构件分离开；第三构件，其在所述平坦部分上并且具有所述第一宽度；以及光源，其在所述平坦部分的侧面处与所述第一构件相邻。
在本公开的另一方面中，例如，一种用于显示装置的照明单元可包括：高折射膜，其包括所述高折射膜的第一侧处的倾斜部分以及从所述倾斜部分延伸至所述高折射膜的第二侧的平坦部分；第二构件，其在所述高折射膜的所述第一侧处的所述倾斜部分上，并且具有第一宽度；第一构件，其在所述高折射膜的所述第二侧的中间的所述平坦部分上，并且与所述第二构件分离开；第三构件，其在所述平坦部分上并且具有所述第一宽度；以及光源，其在所述平坦部分的侧面处与所述第一构件相邻。
将理解，本发明的以上总体描述和以下详细描述二者是示例性和说明性的，旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本说明书并构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施方式，并且与本说明书一起用来说明本发明的原理。附图中：
图1A是示意性地示出根据现有技术的利用准直透镜来生成准直光束的照明单元的结构的示图；
图1B是示意性地示出根据现有技术的利用准直透镜来生成准直光束的照明单元的结构的示图，其中所述准直光束具有倾斜角；
图2是示意性地示出根据现有技术的提供方向可控的准直光束的照明单元的结构的示图；
图3是示意性地示出根据现有技术的超薄平板显示器的结构的示图；
图4是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的超薄照明单元的结构的立体图；
图5是根据本发明的第一实施方式的图4所示的超薄照明单元的平面图；
图6是沿图5中的线I-I’截取的侧视图；
图7A和图7B是示出根据本发明的第一实施方式的在图6所示的超薄照明单元的区域A中从光源发射的发散光束在高折射膜的内部传播的放大侧视图；
图8是示出图7A和图7B所示的发散光束在X-Y平面上传播的平面图；
图9是示出根据本发明的第一实施方式的在图6所示的超薄照明单元的区域B中发散光束穿过高折射膜的倾斜部分并且入射在第二构件上的放大侧视图；
图10是示出根据本发明的第一实施方式的从第二构件发射的准直光束在图6所示的超薄照明单元的区域B中传播的放大侧视图；
图11A和图11B是示出根据本发明的第一实施方式的在图6所示的超薄照明单元的区域C中通过全反射传播的准直光束被发射到上表面的放大侧视图；
图12是示出从第二构件发射的准直光束在X-Y平面上传播的平面图；
图13是根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元的平面图；
图14是沿图13的线II-II’截取的放大侧视图；
图15、图16和图17是根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元的侧视图；以及
图18示意性地示出根据本发明的第四实施方式的超薄平板显示器。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施方式，其示例例示在附图中。只要可能，贯穿附图将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。并入本文的已知功能和配置的详细描述在可能使本发明的实施方式不清楚时将被省略。
在描述本发明的各种实施方式时，相同的组件在本发明的第一实施方式中被代表性地描述，在其它实施方式中可被省略。
<第一实施方式>
现在将参照图4至图12详细描述根据本发明的第一实施方式的超薄照明单元。具体地讲，现在将详细描述超薄光导膜LGF与光源LS之间的关系。
将首先参照图4至图6描述根据本发明的第一实施方式的构成超薄照明单元的超薄光导膜LGF和光源LS的结构。
图4是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的超薄照明单元的结构的立体图。图5是根据本发明的第一实施方式的图4所示的超薄照明单元的平面图。图6是沿图5中的线I-I’截取的侧视图。
根据本发明的第一实施方式的超薄光导膜LGF包括作为诱导光的膜型光导介质或波导介质的基膜WG以及形成/设置在基膜WG的上表面上的第二构件RHOE、第三构件EP和第一构件LA。
具有第一宽度W的基膜WG包括高折射膜HR。高折射膜HR包括在高折射膜HR的一侧的倾斜部分WED以及从倾斜部分WED延伸到高折射膜HR的另一侧并且具有预定厚度的平坦部分FLAT。基膜WG还包括层叠在高折射膜HR的上表面上的平坦的低折射膜LR。第一构件LA形成在基膜WG的上表面的一侧的中间，具有第一宽度W的第二构件RHOE形成在基膜WG的上表面的另一侧上。具有第一宽度W的第三构件EP形成在基膜WG的整个上表面中的排除第一构件LA和第二构件RHOE的剩余区域中。本文中，第二构件RHOE形成在高折射膜HR的倾斜部分WED的形成区域上。
有利的是，高折射膜HR的折射率大于低折射膜LR的折射率，第二构件RHOE的折射率和第三构件EP的折射率类似于或者略大于低折射膜LR的折射率。例如，高折射膜HR可由折射率为1.6的聚碳酸酯形成，低折射膜LR可由折射率为1.43至1.5的UV树脂形成，第二构件RHOE和第三构件EP可由折射率为1.5的材料形成。具有各种折射率的其它材料可用于这些元件。
光源LS可使用具有类似于发光二极管(LED)的发射区域和发散角的任何光源。本文中，描述了发散LED，但是本发明不限于此，而是可包括各种类型的LED(包括直射LED)。利用这种发散LED，可改进光源LS的光效率，并且可降低制造成本。
在此实施方式中，光源LS仅利用单一白色LED或者包括红色LED、绿色LED和蓝色LED的三种LED的组合来发射白光。例如，红色LED、绿色LED和蓝色LED可在水平方向或垂直方向上布置成一行，或者可按照三角形状布置。另选地，如果需要，可使用发射白光的多个LED来实现具有高亮度的超薄照明单元。另选地，可使用多个集合，各个集合包括红色LED、绿色LED和蓝色LED这三个LED的组合。本文中，使用一个光源LS，以降低热生成并且增加光源LS的能效。
光源LS被设置在超薄光导膜LGF的与高折射膜HR的平坦部分FLAT相邻的侧面。在附图中，光源LS与高折射膜HR的所述侧面分离开预定距离。然而，如果需要，光源LS可与高折射膜HR相邻地设置，或者可附着到高折射膜HR。在这种情况下，有利的是，考虑从光源LS入射在高折射膜HR上的光的泄漏以及由光源LS所生成的热导致的对高折射膜HR的损坏来设计光源LS的位置。从光源LS发射的光入射在与光源LS相对设置的高折射膜HR的侧面上。
第一构件LA形成在基膜WG的上表面的与光源LS相邻的一侧。第一构件LA可吸收从光源LS发射的光束当中的入射角小于临界角的所有光束，所述临界角使得在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处发生全反射。
第二构件RHOE形成在基膜WG的上表面上的与第一构件LA相对的另一侧。另外，第二构件RHOE形成在高折射膜HR的倾斜部分WED的形成区域上。第二构件RHOE可通过将光衍射膜附接到基膜WG的上表面或者将光衍射层施加到基膜WG的上表面来形成。第二构件RHOE可使用反射材料。
第三构件EP形成在基膜WG的整个上表面中的排除第一构件LA和第二构件RHOE的剩余区域中，并且向外部发射光。第三构件EP可通过将光衍射膜附接到基膜WG的上表面或者将光衍射层施加到基膜WG的上表面来形成。另选地，第三构件EP可通过将光栅图案直接施加或雕刻在基膜WG的上表面上来形成。
从超薄光导膜LGF传送的内部光可在发散模式、反射模式和发射模式下分开传播。
在发散模式下，从光源LS发射的发散光入射到高折射膜HR的内部并且在高折射膜HR的内部以全反射朝着倾斜部分WED(例如，在+X轴的方向上)传播。
在反射模式下，通过倾斜部分WED的斜率调节入射在高折射膜HR的倾斜部分WED上的发散光的角度，因此，发散光没有从高折射膜HR的上表面全反射，而是向第二构件RHOE传播。在这种情况下，发散光穿过倾斜部分WED并且向第二构件RHOE传播，成为垂直方向上的准直光。穿过倾斜部分WED并且入射在第二构件RHOE上的发散光被第二构件RHOE发射到高折射膜HR的内部，成为在垂直方向和水平方向上准直的光。
在发射模式下，从第二构件RHOE发射并且在垂直方向和水平方向上准直的准直光再次穿过倾斜部分WED并且调节其全反射角度。调节了全反射角度的准直光没有从高折射膜HR的上表面全反射，而是通过全反射在-X轴的方向上在超薄光导膜LGF的上表面与下表面之间传播。在这种情况下，通过全反射传播的一部分准直光作用于第三构件EP并且被发射到超薄光导膜LGF的外部。
以下，现在将参照图7至图12详细描述从光源LS发射的光在超薄光导膜LGF的内部传播并且通过超薄光导膜LGF的上表面被表面发射的处理。为了详细描述，图6所示的超薄照明单元被分成区域A、B和C。
现在将详细描述光在区域A中的传播方法。图7A和图7B是示出根据本发明的第一实施方式的在图6所示的超薄照明单元的区域A中从光源LS发射的发散光束在高折射膜的内部传播的放大侧视图。图8是示出图7A和图7B所示的发散光束在X-Y平面上传播的平面图。
参照图7A，在X-Y平面上从光源LS发射的入射光束FOL和POL入射在高折射膜HR的侧面上，并且在X-Z平面上沿着X轴传播。本文中，从光源LS发射的光束当中的入射角大于临界角(其使得在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处发生全反射)的光束被称为发散光束FOL，从光源LS发射的光束当中的入射角小于临界角(其使得在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处发生全反射)的光束被称为透射光束POL。因此，发散光束FOL在高折射膜HR的内部通过全反射朝着倾斜部分WED(例如，在+X轴的方向上)传播。
透射光束POL在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处没有全反射，而是被原样透射。透射光束POL可作为非准直光被发射到外部。因此，透射光束POL可能没有针对实现受控观看窗口进行调节，并且可能作为散射光而被发射。因此，第一构件LA形成在与光源LS相邻的基膜WG的一侧的上表面的中间，以阻挡透射光束POL。
有利的是，第一构件LA仅形成在能够充分地吸收透射光束POL的区域中。发散光束FOL在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处被全反射，并且基本上不受第一构件LA影响地传播。结果，第一构件LA在X轴的方向上的长度可被适当地设定为能够充分地吸收透射光束POL的长度。
例如，可考虑高折射膜HR与低折射膜LR之间的全反射的临界角来确定第一构件LA在X轴的方向上的长度。随着高折射膜HR与低折射膜LR之间的全反射的临界角增大，第一构件LA在X轴的方向上的长度可增加。第一构件LA在Y轴的方向上的宽度可根据从光源LS发射的光的发散角来确定。随着从光源LS发射的光的发散角增大，第一构件LA在Y轴的方向上的宽度可增加。
参照图7B，当第一构件LA仅形成在基膜WG的一侧的上表面上时，第一构件LA在+X轴的方向上的长度可能过度增加。即，透射光束POL1和POL2当中的朝着高折射膜HR的下表面入射的透射光束POL2可通过高折射膜HR的下界面被全反射，并且可被高折射膜HR的上界面透射。
在这种情况下，基膜WG的上表面上的第一构件LA在+X轴的方向上的长度可没有必要地增加，以吸收透射光束POL2。因此，超薄光导膜LGF还可包括下侧第一构件LA2，该下侧第一构件LA2与形成在基膜WG的一侧的上表面上的第一构件LA相对设置。即，下侧第一构件LA2被设置在高折射膜HR的下表面的一侧上。在这种情况下，朝着高折射膜HR的上表面传播的透射光束POL1被上侧第一构件LA吸收，朝着高折射膜HR的下表面传播的透射光束POL2被下侧第一构件LA2吸收。因此，可减小上侧第一构件LA的长度或者防止其过度增加。
第一构件LA的形成区域可能对实现受控观看窗口没有帮助。因此，有利的是，第一构件LA仅形成在能够接收透射光束POL的最小区域中。在这种情况下，可在下侧第一构件LA2与高折射膜HR之间添加下侧低折射膜。
高折射膜HR的与光源LS相邻的侧面可具有能够在+X轴的方向上聚集光的聚光结构。例如，高折射膜HR可具有使用抛物线等的聚光结构。当使用聚光结构时，聚集的光可基本上没有损失地到达倾斜部分WED。因此，光效率可增加。具体地讲，有利的是，考虑基膜WG在X轴的方向上的长度，从光源LS发射的光具有与倾斜部分WED的第一宽度W对应的发散角。
参照图8，从光源LS发射的发散光束FOL通过全反射在第二构件RHOE的方向(例如，+X轴的方向)上传播。有利的是，从光源LS发射的光束的发散分布具有从第二构件RHOE的光入射表面分布的分布。然而，从光源LS发射的透射光束可被第一构件LA吸收，可不传播。
现在将详细描述光在区域B中的传播方法。图9是示出根据本发明的第一实施方式的在图6所示的超薄照明单元的区域B中发散光束穿过高折射膜的倾斜部分并且入射在第二构件上的放大侧视图。图10是示出根据本发明的第一实施方式的从第二构件发射的准直光束在图6所示的超薄照明单元的区域B中传播的放大侧视图。
参照图9，通过全反射在高折射膜HR内部传播的发散光束FOL入射在高折射膜HR的倾斜部分WED上。发散光束FOL以大于临界角的角度入射在倾斜部分WED上，所述临界角使得在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处发生全反射。入射在倾斜部分WED上的发散光束FOL通过倾斜部分WED的斜率(角度θ)来调节，并且以所调节的角度被发射给第二构件RHOE。即，倾斜部分WED调节发散光束FOL的角度，并且以所调节的角度发射的发散光束FOL被高折射膜HR的上表面透射并且入射在第二构件RHOE上。有利的是，倾斜部分WED的倾斜角θ为1°至5°。在这种情况下，发散光束FOL被倾斜部分WED反射并且作为准直光束在垂直方向(+Z轴的方向)上入射在第二构件RHOE上。
例如，从高折射膜HR的上表面全反射的第一发散光束101再次从倾斜部分WED的表面全反射并且被转换为第二发散光束102，该第二发散光束102被高折射膜HR的上表面透射并且入射在第二构件RHOE上。在这种情况下，入射在第二构件RHOE上的第二发散光束102的入射角α1小于高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处的全反射的临界角。
在另一示例中，从高折射膜HR的上表面全反射的第三发散光束201再次从倾斜部分WED的表面全反射并且被转换为第四发散光束202。第四发散光束202从高折射膜HR的上表面全反射并且被转换为第五发散光束203，该第五发散光束203再次从倾斜部分WED的表面全反射并且被转换为第六发散光束204。该第六发散光束204被高折射膜HR的上表面透射并且入射在第二构件RHOE上。在这种情况下，从高折射膜HR的上表面全反射的第四发散光束202的入射角α2大于高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处的全反射的临界角，并且小于第三发散光束201的反射角α4。另外，入射在第二构件RHOE上的第六发散光束204的入射角α3小于高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处的全反射的临界角。
如上所述，倾斜部分WED通过全反射来调节入射在倾斜部分WED上的发散光束的折射角度。当以所调节的角度发射并且入射在高折射膜HR的上表面上的发散光束的入射角大于高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处的全反射的临界角时，通过全反射在高折射膜HR的上表面与倾斜部分WED之间再次调节发散光束的角度。当以所调节的角度发射并且入射在高折射膜HR的上表面上的发散光束的入射角小于高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处的全反射的临界角时，发散光束被高折射膜HR的上表面透射。
在本文公开的实施方式中，在附图中倾斜部分WED的下表面的横截面被示出为直线。然而，本发明的实施方式不限于此。倾斜部分WED的下表面的横截面可具有任何形状，只要倾斜部分WED可执行上述功能即可。例如，倾斜部分WED的下表面的横截面可具有下部凹陷的弯曲形状。
参照图10，在垂直方向(+Z轴的方向)上被准直的发散光束FOL沿着+X轴发散，并且入射在第二构件RHOE上，通过记录在第二构件RHOE上的光学衍射图案在水平方向上被准直，并且向高折射膜HR的内部发射。即，从第二构件RHOE发射的光束301是在垂直方向和水平方向上的准直光束COL。
入射在高折射膜HR的内部的准直光束301被倾斜部分WED反射并且被转换为角度由倾斜部分WED调节的准直光束302。调节了角度的准直光束302在超薄光导膜LGF的上表面与空气之间的界面和超薄光导膜LGF的下表面与空气之间的界面之间通过全反射在-X轴的方向上传播。在这种情况下，期望由倾斜部分WED调节了角度的准直光束302的入射角β小于使得在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处发生全反射的临界角，以使得准直光束302可被高折射膜HR的上表面透射。另外，期望准直光束302的入射角β大于使得在超薄光导膜LGF的上表面和下表面与空气之间的界面处发生全反射的临界角。
因此，有利的是，第二构件RHOE满足这样的条件：准直光束从第二构件RHOE以由倾斜部分WED调节的角度被发射，在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处没有全反射，并且在超薄光导膜LGF的上表面与空气之间的界面和超薄光导膜LGF的下表面与空气之间的界面之间全反射，同时形成在水平方向上得到准直光束的全息图案。例如，第二构件RHOE可以是全息膜，该全息膜记录有使用发散光束FOL作为参考光束并且使用准直光束301作为物光束而得到的干涉图案。
在这种情况下，第二构件RHOE的形成区域可能不是用于实现受控观看窗口的区域。因此，有利的是，第二构件RHOE仅形成在能够接收穿过倾斜部分WED并入射的发散光束FOL的最小区域中。即，有利的是，第二构件RHOE具有与基膜WG相同的宽度，并且第二构件RHOE在X轴的方向上的长度等于或小于倾斜部分WED在X轴的方向上的长度。
现在将详细描述光在区域C中的传播方法。图11A和图11B是示出根据本发明的第一实施方式的在图6所示的超薄照明单元的区域C中通过全反射传播的准直光束被发射到上表面的放大侧视图。
参照图11A，从第二构件RHOE发射的准直光束COL通过全反射在-X轴的方向上传播。在该过程中，当第三构件EP(例如，全息图案)形成在基膜WG的上表面上时，大部分准直光束401从基膜WG的上表面全反射。然而，与第三构件EP的衍射效率成比例的一部分准直光束401被发射至外部，成为光束OT。即，通过全反射传播的一部分准直光束COL作用于第三构件EP并且被发射至外部。例如，当第三构件EP的衍射效率为5％时，5％的准直光束401被发射到超薄光导膜LGF的外部，成为光束OT，与剩余的95％的准直光束401对应的准直光束402被全反射并且在超薄光导膜LGF内部在-X轴的方向上传播。通过这种方法，每次准直光束401入射在第三构件EP上时，5％的准直光束401就可被发射。另外，有利的是，第三构件EP具有全息图案，该全息图案使得光束OT在与超薄光导膜LGF的表面垂直的方向上传播。
参照图11B，当第三构件EP具有光栅图案时，有利的是，该光栅图案由使得光束OT在近似垂直方向上被折射的材料来形成。即，准直光束401具有向Z轴倾斜的角度并且被发射到基膜WG的上表面。在这种情况下，有利的是，第三构件EP具有光栅图案，该光栅图案使得最终发射的光束OT的发射方向在接近于Z轴的方向上被折射。
参照图12，从第二构件RHOE发射的垂直方向和水平方向上的准直光束COL在-X轴的方向上传播。在这种情况下，作用于第三构件EP的一部分准直光束COL被发射到第三构件EP的上表面并且被实现为光束。
返回参照图9至图11B，在X-Y平面上，发散光束FOL可能由于准直光束COL和倾斜部分WED而不满足全反射条件，并且在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处可能没有全反射。结果，发散光束FOL从高折射膜HR的上表面被折射和反射。因此，大部分发散光束FOL被折射至低折射膜LR的内部，一部分发散光束FOL被再次反射至高折射膜HR的内部。
实际上在高折射膜HR的上表面中可能发生复杂的光学现象。然而，为了简明和易于理解，此实施方式基于在高折射膜HR的上表面中不进行全反射时发散光束FOL和准直光束COL进入低折射膜LR的假设来描述。另外，实际上，发散光束FOL和准直光束COL被折射，然后进入低折射膜LR。另外，为了简明和易于理解，此实施方式基于发散光束FOL和准直光束COL基本上在没有折射的情况下直线传播的假设来描述。实际上，当低折射膜LR非常薄时，折射角的影响很小。
从超薄光导膜LGF的上表面全反射并且入射在低折射膜LR的内部的准直光束COL在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处被反射和折射。然而，由于准直光束COL的反射的真实量非常小，所以为了简明和易于理解，此实施方式基于所有准直光束COL被折射向高折射膜HR的内部并进入高折射膜HR中的假设来描述。
如上所述，根据本发明的第一实施方式的超薄照明单元包括超薄光导膜LGF，该超薄光导膜LGF包括：基膜WG，其包括高折射膜HR和低折射膜LR，所述高折射膜HR具有在高折射膜HR的一侧的倾斜部分WED以及从倾斜部分WED延伸至高折射膜HR的另一侧的平坦部分FLAT，所述低折射膜LR形成在高折射膜HR上；第二构件RHOE，其形成在基膜WG的上表面的一侧，并且具有第一宽度W；第一构件LA，其形成在基膜WG的上表面的另一侧的中间，并且与第二构件RHOE分离开预定距离；以及第三构件EP，其在基膜WG的上表面上形成在第二构件RHOE与第一构件LA之间，并且具有第一宽度W。根据本发明的第一实施方式的超薄照明单元还包括与第一构件LA相邻地设置在平坦部分FLAT的侧面的光源LS。
根据本发明的第一实施方式的超薄照明单元可利用全息技术来提供与第三构件EP的表面区域对应的准直光。因此，本发明的第一实施方式可提供发射准直光的超薄照明单元。另外，本发明的第一实施方式可利用柔性膜提供可具有非常薄的厚度和柔性的超薄照明单元。
<第二实施方式>
根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元可实现具有窄视角或者宽视角的灯。即，本发明的第二实施方式可提供能够根据用户的需要通过选择性地实现受控观看窗口模式(窄视角)和一般光散射模式(宽视角)来控制观看窗口的膜型超薄照明单元。
现在将参照图13和图14详细描述根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元。
图13是根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元的平面图，图14是沿图13的线II-II’截取的放大侧视图。
参照图13和图14，根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元包括超薄光导膜LGF2以及光源LS和LS2。
除了根据本发明的第一实施方式的超薄光导膜的配置以外，根据本发明的第二实施方式的超薄光导膜LGF2还包括形成在高折射膜HR的下表面上的下侧低折射膜LR2以及第四构件DP，该第四构件DP形成在下侧低折射膜LR2的下表面上并且被设置在与高折射膜HR的平坦部分FLAT对应的位置处。第四构件DP用于散射入射在第四构件DP上的光。有利的是，下侧低折射膜LR2的折射率小于高折射膜HR的折射率和低折射膜LR的折射率。例如，高折射膜HR可由折射率为1.6的聚碳酸酯形成，低折射膜LR可由折射率为1.43的UV树脂形成，第二构件RHOE和第三构件EP可由折射率为1.5的材料形成。另外，下侧低折射膜LR2可由折射率为1.4的UV树脂形成。这些元件可使用具有各种折射率的其它材料。
反射膜RE可形成在第四构件DP下面。反射膜RE将由第四构件DP散射并且被向下(例如，在-Z轴的方向上)发射的光向上(例如，在+Z轴的方向上)反射。根据本发明的第二实施方式的反射膜RE可减少或防止被向下发射的散射光的损失，因此改进光效率。
受控观看窗口模式的光源LS和光散射模式的光源LS2被设置在高折射膜HR的侧面。受控观看窗口模式光源LS可被设置在高折射膜HR的侧面的中间，光散射模式光源LS2可在Y轴的方向上被设置在受控观看窗口模式光源LS的两侧。
光散射模式光源LS2可按照与受控观看窗口模式光源LS相同的方式使用LED。本文中，描述发散LED，但是本发明不限于此，而是可包括各种类型的LED(包括直射LED)。利用这种发散LED，可改进光效率并且可降低制造成本。如果需要，光散射模式光源LS2可使用多个LED以实现具有高亮度的超薄照明单元。
根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元可选择性地实现受控观看窗口模式和光散射模式。
当选择受控观看窗口模式时，来自受控观看窗口模式光源LS的光入射在超薄光导膜LGF2上。入射光按照与本发明的第一实施方式相同的方法被准直并且作为准直光被发射。因此，从受控观看窗口模式光源LS入射的光通过超薄光导膜LGF2的第三构件EP作为准直光聚集在先前确定的观看窗口上。
当选择光散射模式时，来自光散射模式光源LS2的光入射在超薄光导膜LGF2上。像一般光导板中一样，入射光在通过全反射在超薄光导膜LGF2内部传播的同时将光发射到超薄光导膜LGF2的上表面。
更具体地讲，由于第一构件LA没有形成在基膜WG的与光散射模式光源LS2相邻的一侧的上表面上，所以在入射光束当中，不仅角度大于使得在高折射膜HR与低折射膜LR之间的界面处发生全反射的临界角的入射光束，而且角度小于临界角的入射光束也可通过全反射在基膜WG内部传播。
在通过全反射在基膜WG内部传播的入射光束当中，入射在第四构件DP上的光束可被散射并发射在超薄光导膜LGF2上，入射在倾斜部分WED和第二构件RHOE上并且在垂直方向和水平方向上被准直的光束可被第三构件EP发射在超薄光导膜LGF2上。作为被第四构件DP散射的散射光束DOL的发射在超薄光导膜LGF2上的光具有宽视角。
如上所述，根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元包括超薄光导膜LGF2，该超薄光导膜LGF2包括：基膜WG，其包括高折射膜HR、低折射膜LR和下侧低折射膜LR2，所述高折射膜HR具有在高折射膜HR的一侧的倾斜部分WED以及从倾斜部分WED延伸到高折射膜HR的另一侧的平坦部分FLAT，所述低折射膜LR形成在高折射膜HR上，所述下侧低折射膜LR2形成在高折射膜HR下面；第二构件RHOE，其形成在基膜WG的上表面的一侧并且具有第一宽度W；第一构件LA，其形成在基膜WG的上表面的另一侧的中间并且与第二构件RHOE分离开预定距离；第三构件EP，其在基膜WG的上表面上形成在第二构件RHOE与第一构件LA之间并且具有第一宽度W；以及第四构件DP，其形成在下侧低折射膜LR2的下表面上并且被设置在与平坦部分FLAT对应的位置处。根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元还包括与第一构件LA相邻地设置在平坦部分FLAT的侧面的光源LS以及在宽度方向上设置在光源LS的两侧的光散射模式光源LS2。根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元还可包括形成在第四构件DP下面的反射膜RE。
根据本发明的第二实施方式的超薄照明单元可利用全息技术提供与第三构件EP的表面区域对应的准直光并且根据用户的选择来控制观看窗口。另外，本发明的第二实施方式可利用柔性膜来提供具有非常薄的厚度和柔性的超薄照明单元。
<第三实施方式>
现在将参照图15至图17详细描述根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元。
图15至图17是根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元的侧视图。
与根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的超薄照明单元不同，根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元可不包括低折射膜LR。即，当第三构件EP和第二构件RHOE的折射率小于高折射膜HR的折射率时，可省略低折射膜LR。
参照图16和图17，根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元包括超薄光导膜LGF，该超薄光导膜LGF包括：基膜WG，其包括高折射膜HR，该高折射膜HR具有在高折射膜HR的一侧的倾斜部分WED以及从倾斜部分WED延伸到高折射膜HR的另一侧的平坦部分FLAT；第二构件RHOE，其形成在高折射膜HR的一侧的倾斜部分WED上并且具有第一宽度；第一构件LA，其形成在平坦部分FLAT的上表面的另一侧的中间并且与第二构件RHOE分离开预定距离；以及第三构件EP，其形成在平坦部分FLAT的上表面上并且具有第一宽度。根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元还包括与第一构件LA相邻地设置在平坦部分FLAT的侧面的光源LS。
如图15所示，第三构件EP可在基膜WG的上表面上形成在第二构件RHOE与第一构件LA之间。另选地，如图16所示，第三构件EP可形成在没有形成第二构件RHOE的基膜WG的整个上表面上，第一构件LA可形成在第三构件EP上并且可与第二构件RHOE分离开预定距离形成在另一侧的中间。
参照图17，当通过用户的选择实现具有宽视角和窄视角的超薄照明单元时，超薄照明单元还可包括形成在高折射膜HR的下表面上的下侧低折射膜LR2以及第四构件DP，该第四构件DP形成在下侧低折射膜LR2的下表面上并且与高折射膜HR的平坦部分FLAT相对地设置。超薄照明单元还可包括形成在第四构件DP的下表面上的反射膜RE。
除了低折射膜LR被省略以外，根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元通过与本发明的第一实施方式和第二实施方式相同的处理来实现灯。
本发明的第三实施方式可提供比本发明的第一实施方式和第二实施方式更薄的超薄照明单元。然而，当在本发明的第三实施方式中在没有低折射膜LR的情况下执行发散模式时，全反射的发散光可作用于第三构件EP并且可被散射。因此，有利的是，根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元包括低折射膜LR。
根据本发明的第三实施方式的超薄照明单元可利用全息技术提供与第三构件EP的表面区域对应的准直光并且根据用户的选择来控制观看窗口。另外，本发明的第三实施方式可利用柔性膜来提供具有非常薄的厚度和柔性的超薄照明单元。
<第四实施方式>
现在将参照图18描述根据本发明的第四实施方式的超薄平板显示器。
图18示意性地示出根据本发明的第四实施方式的超薄平板显示器。
根据本发明的第四实施方式的超薄平板显示器包括显示面板LCP以及设置在显示面板LCP的背后的照明单元BLU。显示面板LCP可以是具有照明单元BLU的液晶显示面板。可使用其它显示面板。照明单元BLU可以是根据本发明的第一实施方式、第二实施方式和第三实施方式的超薄照明单元中的一个。
由于发射光的照明单元BLU的一部分是第三构件EP的形成区域，所以形成在照明单元BLU的上表面上的显示面板LCP可与照明单元BLU的第三构件EP相对地设置。
包括根据本发明的第一实施方式或第三实施方式(示出于图15和图16中)的超薄照明单元的显示装置可控制观看窗口，因此可以是仅向特殊观看者提供显示信息的安全显示装置。
另外，包括根据本发明的第二实施方式或第三实施方式(示出于图17中)的超薄照明单元的显示装置可根据用户的需要在受控观看窗口模式与光散射模式之间切换，因此可提供具有窄视角和宽视角的多功能显示装置。
根据本发明的实施方式的应用了全息技术的超薄平板显示器能够减少或者最小化光的损失。这种超薄平板显示器可被应用于自动立体图像显示器、多视角显示器或者安全增强显示器等。
尽管参照本发明的多个示意性实施方式描述了实施方式，但是应该理解，本领域技术人员可以想到许多其它修改和实施方式，其将落入本公开的原理的范围内。更具体地讲，在本公开、附图和所附权利要求书的范围内，可在组成部件和/或主题组合布置方式方面进行各种变化和修改。除了在组成部件和/或布置方式方面的变化和修改以外，对于本领域技术人员而言，替代使用也将是显而易见的。

Claims (16)

1.一种具有显示面板和照明单元的显示装置，所述照明单元包括：
高折射膜，所述高折射膜包括在所述高折射膜的第一侧处的倾斜部分以及从所述倾斜部分延伸至所述高折射膜的第二侧的平坦部分；
第二构件，该第二构件在所述高折射膜的所述第一侧处的所述倾斜部分上，并且具有第一宽度；
第一构件，该第一构件在所述高折射膜的所述第二侧的中间的所述平坦部分上，并且与所述第二构件分离开；
第三构件，该第三构件在所述平坦部分上并且具有所述第一宽度；以及
光源，该光源在所述平坦部分的侧面处与所述第一构件相邻，
其中，所述第一构件吸收从所述光源发射并入射在所述平坦部分的所述侧面上的入射光当中的入射角小于临界角的透射光，所述临界角使得在所述高折射膜与所述第三构件之间的界面处发生全反射，
其中，所述第二构件具有全息图案以用于将通过所述倾斜部分在垂直方向上被准直并且入射在所述第二构件上的发散光转换为在垂直方向和水平方向上被准直的准直光，并且发射具有预定条件的所述准直光，并且
其中，所述第三构件具有全息图案以用于将再次被所述倾斜部分反射的所述准直光的一部分发射到所述第三构件的外部。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述第一构件被设置在所述第三构件上。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述第三构件被设置在所述第二构件与所述第一构件之间。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述倾斜部分具有倾斜角以用于调节所述入射光当中的入射角大于所述临界角并且通过全反射在所述高折射膜内部传播的发散光的反射角，使得所述发散光具有小于所述临界角的入射角并且入射在所述第二构件上。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述预定条件是以下条件：被发射到所述倾斜部分并且由于所述倾斜部分而通过调节角度再次被反射的所述准直光被所述高折射膜透射并且在所述第三构件与空气之间的界面处被全反射。
6.根据权利要求1所述的显示装置，该显示装置还包括被设置在所述高折射膜下面并且与所述第一构件相对的下侧第一构件。
7.根据权利要求1所述的显示装置，该显示装置还包括：
光散射模式光源，该光散射模式光源在宽度方向上被设置在所述平坦部分的所述侧面处的所述光源的两侧；
下侧低折射膜，该下侧低折射膜被设置在所述高折射膜的下表面上；以及
第四构件，该第四构件与所述平坦部分相对地设置在所述下侧低折射膜的下表面上，其中，所述第四构件用于散射入射在所述第四构件上的光。
8.根据权利要求7所述的显示装置，该显示装置还包括被设置在所述第四构件下面的反射膜。
9.一种具有显示面板和照明单元的显示装置，所述照明单元包括：
高折射膜，所述高折射膜包括在所述高折射膜的第一侧处的倾斜部分以及从所述倾斜部分延伸至所述高折射膜的第二侧的平坦部分；
第二构件，该第二构件在所述高折射膜的所述第一侧处的所述倾斜部分上，并且具有第一宽度；
第一构件，该第一构件在所述高折射膜的所述第二侧的中间的所述平坦部分上，并且与所述第二构件分离开；
第三构件，该第三构件在所述平坦部分上并且具有所述第一宽度；
光源，该光源在所述平坦部分的侧面处与所述第一构件相邻；以及
低折射膜，该低折射膜与所述高折射膜的上表面相对，
其中，所述第一构件吸收从所述光源发射并入射在所述平坦部分的所述侧面上的入射光当中的入射角小于临界角的透射光，所述临界角使得在所述高折射膜与所述第三构件之间的界面处发生全反射，
其中，所述第二构件具有全息图案以用于将通过所述倾斜部分在垂直方向上被准直并且入射在所述第二构件上的发散光转换为在垂直方向和水平方向上被准直的准直光，并且发射具有预定条件的所述准直光，并且
其中，所述第三构件具有全息图案以用于将再次被所述倾斜部分反射的所述准直光的一部分发射到所述第三构件的外部。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述倾斜部分具有倾斜角以用于调节所述入射光当中的入射角大于所述临界角并且通过全反射在所述高折射膜内部传播的发散光的反射角，使得所述发散光具有小于所述临界角的入射角并且入射在所述第二构件上。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其中，所述预定条件是以下条件：被发射到所述倾斜部分并且由于所述倾斜部分而通过调节角度再次被反射的所述准直光被所述高折射膜和所述低折射膜透射并且在所述第三构件与空气之间的界面处被全反射。
12.根据权利要求9所述的显示装置，该显示装置还包括被设置在所述高折射膜下面并且与所述第一构件相对的下侧第一构件。
13.根据权利要求9所述的显示装置，该显示装置还包括：
光散射模式光源，该光散射模式光源在宽度方向上被设置在所述平坦部分的所述侧面处的所述光源的两侧；
下侧低折射膜，该下侧低折射膜被设置在所述高折射膜的下表面上；以及
第四构件，该第四构件与所述平坦部分相对地设置在所述下侧低折射膜的下表面上，其中，所述第四构件用于散射入射在所述第四构件上的光。
14.根据权利要求13所述的显示装置，该显示装置还包括被设置在所述第四构件下面的反射膜。
15.一种用于显示装置的照明单元，该照明单元包括：
高折射膜，该高折射膜包括在所述高折射膜的第一侧处的倾斜部分以及从所述倾斜部分延伸至所述高折射膜的第二侧的平坦部分；
第二构件，该第二构件在所述高折射膜的所述第一侧处的所述倾斜部分上，并且具有第一宽度；
第一构件，该第一构件在所述高折射膜的所述第二侧的中间的所述平坦部分上，并且与所述第二构件分离开；
第三构件，该第三构件在所述平坦部分上并且具有所述第一宽度；以及
光源，该光源在所述平坦部分的侧面处与所述第一构件相邻，
其中，所述第一构件吸收从所述光源发射并入射在所述平坦部分的所述侧面上的入射光当中的入射角小于临界角的透射光，所述临界角使得在所述高折射膜与所述第三构件之间的界面处发生全反射，
其中，所述第二构件具有全息图案以用于将通过所述倾斜部分在垂直方向上被准直并且入射在所述第二构件上的发散光转换为在垂直方向和水平方向上被准直的准直光，并且发射具有预定条件的所述准直光，并且
其中，所述第三构件具有全息图案以用于将再次被所述倾斜部分反射的所述准直光的一部分发射到所述第三构件的外部。
16.根据权利要求15所述的照明单元，其中，所述第一构件吸收从所述光源发射并入射在所述平坦部分的所述侧面上的入射光当中的入射角小于临界角的透射光，所述临界角使得在所述高折射膜与所述第三构件之间的界面处发生全反射。
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