TWI581010B - 薄膜型控制視窗背光單元及使用該背光單元的薄平板型控制視窗顯示 器 - Google Patents

薄膜型控制視窗背光單元及使用該背光單元的薄平板型控制視窗顯示 器 Download PDF

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湯瑪士 彼得 法科
雷爾 韓
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Description

薄膜型控制視窗背光單元及使用該背光單元的薄平板型控制視窗顯示 器
本發明涉及一種薄膜型控制視窗背光單元及使用該背光單元的薄平板型控制視窗顯示器(或「CVD」)。尤其是，本發明涉及一種採用全像攝影技術的薄膜型控制視窗背光單元以及使用該背光單元的薄平板型控制視窗顯示器
近年來，正在積極地研發許多用於製作且再現3D(三維)影像/視訊的技術和研究。由於與3D影像/視訊相關的媒介是一種用於虛擬實境的新概念媒介，其可以更好地改善視覺資訊，並且將引領下一代顯示裝置。傳統的2D影像系統僅僅提供投影至平面視圖的影像和視訊資料，但是3D影像系統可以提供給觀看者完整的實像資料。因此，3D影像/視訊技術是True North影像/視訊技術。
通常有三種用於再現3D影像/視訊的方法：立體視覺方法、全像攝影方法以及集成成像方法。其中，全像攝影方法使用雷射光束，以便可以使用肉眼觀察3D影像/視訊。全像攝影方法是最理想的方法，因為其在不具有任何觀看者的疲勞的情況下具有優良視覺立體特性。
為了產生光波在影像的每一點處的相位的記錄，全像攝影使用與自場景或物體(目標光束)的光線結合的參考光束。如果這兩個光束是相干的，在參考光束與目標光束之間的光學干涉由於光波的重疊產生可以被記錄在標準照相膠捲上的一系列強度條紋。這些條紋在薄膜上形成一種類型的繞射光柵，被稱為全像攝影圖。全像攝影的核心目標是，當記錄的光柵隨後被替換的參考光束照射時，原始目標光束被重現(或再現)，產生 3D影像/視訊。
當使用根據現有技術中的全像攝影技術實現顯示系統時，很難 獲得均勻分佈的亮度，因為自光源發射的光線的強度遵循高斯分佈。此外，當形成光源的入射光線具有傾斜的入射角以降低引起影像雜訊的高階繞射組分時，可以降低雷射的準直度。
為了解決或處理現有技術的缺點，對提供背光單元(BLU)有 一些研究，雖然入射光線具有用於降低高階繞射組分的傾斜角，該背光單元(BLU)可以保持入射光線的準直度。例如，提出使用準直透鏡的系統。 第1A圖為說明根據現有技術中提供使用準直透鏡的準直光束的背光單元(BLU)的示意性結構圖。
參考第1A圖，在光源的位置處設置點光源30，在遠離光源30 的焦距位置處設置準直透鏡(CL)，自點光源30發射的光線可以通過準直透鏡(CL)形成為準直光束。該準直光束在非玻璃型顯示系統中可以被用作為參考光束。
然而，在大多數全像攝影顯示系統的情況下，較佳地，參考光 束與元件之入射表面的垂直方向夾一傾斜角而入射至繞射光學元件。其原因在於，因為像全像攝影膜一樣的繞射元件可以產生第0個模式影像及/或第1個模式影像，並且其在全像攝影影像中可以被當成雜訊，應該降低或消除第0個模式及/或第1個模式。為此，這是用於降低或消除這些雜訊的簡單的方法，以使入射角與入射的參考光束吻合。
例如，點光源30的位置可以被轉移至任意一側以使背光單元中 具有入射角，如第1A圖所示。第1B圖為說明根據現有技術中使用準直透鏡產生準直光束的背光單元(BLU)的示意性結構圖，其中該準直光束具有入射角。
參考第1B圖，點光源30可以被自光軸130轉移或移動至上側， 以使光軸前方至準直透鏡(CL)中心的入射角可以為α。然後，理論上，如第1B圖的虛線所示，該準直光束與光軸130具有入射角α。然而，在實際情況下，由於物理特性如球面像差，實際光線路徑可能不是準直的及/或與入射角α平行，如第1B圖中的實線所示。因此，自背光單元(BLU)的光束可能不是均勻地入射至所需區域及/或所需方向，而是不均勻地分佈在 繞射元件的入射表面上。
作為解決該問題的一種方法，藉由將稜鏡片與準直透鏡相結 合，提出可以控制光線方向的背光單元。在下文中，參考第2圖，將簡要地解釋控制光線方向的背光單元。第2圖為說明根據現有技術中提出可以控制準直光束的方向的背光單元的示意性結構圖。
根據現有技術中的控制光線方向的背光單元(BLU)包括：一 準直透鏡(CL)；一點光源30，設置於準直透鏡(CL)的一側；以及一稜鏡片(PS)，設置於準直透鏡(CL)的另一側。點光源30可以為任意類型的光源，其可以自一點發射光線至徑向。為了將自點光源30的全部光線的大部分發射至準直透鏡(CL)，可以在點光源30的後側進一步包括一鏡子(圖中未示)。
點光源30可以較佳地位於準直透鏡(CL)的聚焦平面上。尤 其是，點光源30可以更佳地位於在準直透鏡(CL)的中心點與準直透鏡(CL)的聚焦平面的中心點之間連接的光軸130上。
準直透鏡(CL)可以將自點光源30發射的光線變化為準直光束100。也就是說，準直光束100可以被發射至與光軸130平行的一方向。準直透鏡(CL)可以包括光學透鏡如菲涅耳透鏡(Fresnel lens)的任意一個。
較佳地，稜鏡片(PS)被放置與橫穿準直透鏡(CL)的點光源30相對。稜鏡片(PS)可以以傾斜於光軸130的某一角度α折射光線方向。通過稜鏡片(PS)，可以保持準直光束100的平行特性，並且準直光線的傳播方向可以被自光軸130向下重新定向角度α。因此，稜鏡片(PS)可以將準直光束100變為控制準直光束200。稜鏡片(PS)可以包括菲涅耳稜鏡片。
使用這些背光單元的全像攝影顯示系統可以被應用於全像攝影3D顯示器或控制視窗顯示器等。尤其是，該控制視窗顯示器可以被應用於各種顯示系統。
作為一個示例，因為視窗可以控制，其可以被應用於安全顯示系統，其中顯示資訊僅被呈現給特定的人。作為另一示例，其可以被應用於多視角顯示系統，其中不同視訊資料可以被提供至不同位置(或「觀看區域」)。此外，因為左眼影像和右眼影像在沒有任何干擾的情況下可以分 別被提供至左眼和右眼，可以設計良好的3D顯示器。
第3圖為說明根據現有技術中控制視窗顯示器的示意性結構圖。參考第3圖，根據現有技術中的控制視窗顯示器包括：一顯示面板(LCP)，呈現視訊資料；以及一背光單元(BLU)。顯示面板(LCP)可以為使用背光系統的平板顯示器，如液晶顯示面板。控制視窗顯示器在顯示面板(LCP)上提供顯示資訊以將其顯示至某一區域(或「特定觀景窗」)。為了控制該視窗，需要背光單元(BLU)，其中背光的發射區域可以控制。例如，背光單元(BLU)可以為採用光控制系統的系統，如第2圖所示。
在詳細示例中，根據現有技術中用於控制視窗顯示器的背光單元(BLU)可以包括：一光源(LED)；一透鏡(LEN)；一反射板(REF)；以及一全像攝影膜(HOE)。為了應用全像攝影技術，較佳使用高準直光束。因此，較佳地，光源(LED)可以為雷射或發光二極體雷射。對於光源(LED)是一般發光二極體的情形，可以進一步包括準直透鏡(LEN)以獲得準直光束。全像攝影膜(HOE)是用於通過使用準直光線使背光發射至特定觀看區域。藉由發射背光如參考光束至全像攝影膜(HOE)，背光可以被提供至顯示面板(LCP)，其中背光的發射區域可以根據全像攝影膜(HOE)之記錄的圖案來控制。
為了研發大面積控制視窗顯示器，與大面積顯示面板(LDP)對應的大面積的全像攝影膜(HOE)應該被放置在大面積顯示面板(LDP)的後側。此外，可以包括反射板(REF)以發送自光源(LED)發射且通過準直透鏡(LEN)校準的背光至大面積全像攝影膜(HOE)。
如上所述，控制視窗顯示器應該包括透鏡(LEN)和反射板(REF)，以對光線進行光學地聚集和發散。因此，為了提供高準直光線，應該具有物理空間以確保足夠光線路徑。也就是說，背光單元(BLU)應該需要龐大空間。然而，因為根據現有技術中的控制視窗顯示器將具有龐大體積和很重的重量，很難將現有技術的背光單元應用於各種顯示系統。
為了克服或解決上述缺陷，本發明的一個目的是提供一種提供 準直光線的超薄膜型控制視窗背光單元。本發明的另一個目的是提供一種具有超薄膜型控制視窗背光單元的薄膜型控制視窗顯示器。
為了實現上述目的，本發明提供一種薄膜型背光單元，包括： 一基膜，具有一寬度和一長度，並且包括一高折射膜和堆疊在該高折射膜上的一低折射膜；一入射圖案，設置於該基膜的一底部表面的一側；一反射圖案，設置於與該基膜的該底部表面之一側距離該長度的一相對側，並且覆蓋該相對側的寬度；一光線發射圖案，設置於該基膜的一上表面上；一全像攝影膜，用於控制位於該光線發射圖案上的一視窗；以及一光源，與該入射圖案距離一第一焦距，並且提供一入射光線至該入射圖案。
在一實施例中，該背光單元進一步包括：一反射層，覆蓋除了該入射圖案和該反射圖案之外的該基膜的該底部表面。
在一實施例中，該入射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以將該入射光線轉換為一擴展光線，其中，該入射光線垂直地入射至該入射圖案的表面，以及其中，該擴展光線具有大於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處進行全反射的一臨界角的一折射角，並且被擴展為與該寬度相對應。
在一實施例中，該擴展光線通過該高折射膜傳播至該反射圖案。
在一實施例中，該反射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以將該擴展光線轉換為一準直光線，其具有小於該折射角且大於在該低折射膜與空氣之間的介面處進行全反射的該臨界角的一反射角，並且覆蓋該寬度。
在一實施例中，該準直光線的一部分被該光線發射圖案繞射，較佳地是被該全像攝影膜繞射，並且自該低折射膜向外發射至自由空間。
在一實施例中，該光源被配置為傾斜，用於在複數個傾斜角中選擇一個入射角，以使該入射光線垂直地進入該入射圖案的表面上。
在一實施例中，該光源包括n個光源，其中該n個光源的每一個分別提供垂直地進入該入射圖案的表面上的該入射光線；以及該入射圖案包括n個入射圖案，其中該n個入射圖案的每一個分別具有與該n個光源的每一個對應的一入射點，並且該n個入射圖案的每一個將垂直地進入該入射圖案的表面上的每一個入射光線折射至一偏轉角度。
在一實施例中，該背光單元進一步包括：一光線吸收圖案，設 置於該入射圖案的一側的該光線發射圖案之上，其中，該光線吸收圖案的長度對應於該入射圖案的長度，該光線吸收圖案的內端側被放置在該入射光線的該折射角等於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處的全反射角的位置，以及該光線吸收圖案的外端側被放置在該入射圖案的內端側與該高折射膜的外端之間的位置。
此外，本發明提供一種控制視窗顯示器，包括：一平面顯示面 板；以及一背光單元，該背光單元包括：一光源，設置於該平面顯示面板的後側；一導光膜，設置於該光源與該平面顯示面板之間且面對該平面顯示面板，並且將自該光源進入一入射點的一入射光線轉換為覆蓋該平面顯示面板的整個表面的一背光；以及一全像攝影膜，控制該導光膜之背光的光學特性。
在一實施例中，該導光膜包括：一基膜，具有一寬度和一長度， 並且包括一高折射膜和堆疊在該高折射膜上的一低折射膜；一入射圖案，設置於該基膜之底部表面的一側；一反射圖案，設置於與該基膜的一底部表面之一側距離該長度的一相對側，並且覆蓋該相對側的寬度；以及一光線發射圖案，設置於該基膜的一上表面上，其中，該光源提供該入射光線至該入射圖案。
在一實施例中，該入射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以 將該入射光線轉換為一擴展光線，其中，該入射光線垂直地入射至該入射圖案的表面上，以及該擴展光線具有大於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處進行全反射的一臨界角的一折射角，並且被擴展為與該寬度相對應。
在一實施例中，該反射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以 將該擴展光線轉換為一準直光線，其具有小於該折射角且大於在該低折射膜與空氣之間的介面處進行全反射的該臨界角的一反射角，並且覆蓋該寬度。
在一實施例中，該準直光線的一部分被該光線發射圖案繞射， 較佳地是被該全像攝影膜繞射，並且自該低折射膜向外發射至自由空間。
在一實施例中，該光源被配置為傾斜，用於在複數個傾斜角中 選擇一個入射角，以使該入射光線垂直地進入該入射圖案的表面上。
在一實施例中，該光源包括n個光源，其中該n個光源的每一 個分別提供垂直地進入該入射圖案的表面上的該入射光線，以及該入射圖案包括n個入射圖案，其中該n個入射圖案的每一個分別具有與該n個光源的每一個對應的一入射點，並且該n個入射圖案每一個將垂直地進入該入射圖案的表面上的每一個入射光線折射至一偏轉角度。
在一實施例中，該控制視窗顯示器進一步包括：一光線吸收圖 案，設置於放置該入射圖案的一側的該光線發射圖案之上，其中，該光線吸收圖案的長度對應於入射圖案的長度，該光線吸收圖案的內端側被放置在該入射光線的該折射角等於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處的全反射角的位置，以及該光線吸收圖案的外端側被放置在該入射圖案的內端側與該高折射膜的外端之間的位置。
在一實施例中，該控制視窗顯示器進一步包括：一選擇性擴散 片，設置於該全像攝影膜與該平面顯示面板之間或該全像攝影膜與該導光膜之間。
在一實施例中，該控制視窗顯示器進一步包括：一導光板，設 置於該導光膜之下；以及一邊緣入光型光源，設置於該導光板的一側。
本發明提供一種採用全像攝影技術的超薄膜型背光單元，其可 以容易地應用於非自發光平板顯示器如液晶顯示器。因此，可以提供一種具有高準直背光的薄膜型全像攝影顯示器。尤其是，本發明提供一種應用於各種類型全像攝影顯示器如控制視窗顯示器的超薄膜型背光單元。控制視窗顯示器可以應用於各種顯示器，包括：非玻璃型顯示器、多視角顯示器、或安全顯示器。本發明提供一種用於液晶顯示器的薄膜型背光單元，其使顯示器更薄、更低功耗以及更高發光效率。
30‧‧‧點光源
100‧‧‧準直光束/入射光線
130‧‧‧光軸
200‧‧‧控制準直光束
300‧‧‧全反射光線
400‧‧‧反射光線
500‧‧‧再反射光線
600‧‧‧重新進入光線
BLU‧‧‧背光單元
CL‧‧‧準直透鏡
COL‧‧‧準直光線
PS‧‧‧稜鏡片
LCP‧‧‧顯示面板
LEN‧‧‧透鏡
LED‧‧‧光源、發光二極體
REF‧‧‧反射板
HOE‧‧‧全像攝影膜
LGF‧‧‧導光膜
LI‧‧‧入射點
LS‧‧‧光源
VW‧‧‧視窗
DIF‧‧‧選擇性擴散片
ET‧‧‧眼動儀
CHOE‧‧‧入射圖案
RHOE‧‧‧反射圖案
WG‧‧‧基膜
HR‧‧‧高折射膜
LR‧‧‧低折射膜
RE‧‧‧反射層/右眼區域
FOL‧‧‧擴展光線
RF‧‧‧光線發射圖案
OT‧‧‧背光
LG‧‧‧導光板
ELS‧‧‧邊緣入光型光源
LA‧‧‧光線吸收圖案
CA‧‧‧中心區域
LA‧‧‧左側區域
RA‧‧‧右側區域
LE‧‧‧左眼區域
CHL‧‧‧左側入射圖案
CHR‧‧‧右側入射圖案
所附圖式，其中包括提供對本發明的進一步理解，並且結合與構成本申請的一部分，說明本發明的實施例並且一同提供用於解釋本發明的原則的說明書。圖式中包括： 第1A圖為說明根據現有技術中提供使用準直透鏡的準直光束的背光單元(BLU)的示意性結構圖；第1B圖為說明根據現有技術中使用準直透鏡產生準直光束的背光單元(BLU)的示意性結構圖，其中準直光束具有一入射角；第2圖為說明根據現有技術中提供可以控制方向的準直光束的背光單元的示意性結構圖；第3圖為說明根據現有技術中控制視窗顯示器的示意性結構圖；第4圖為說明根據本發明一實施例之控制視窗顯示器的示意性結構的立體圖；第5圖為說明根據本發明一實施例之超薄導光膜的結構的立體圖；第6圖為說明根據本發明一實施例顯示於第5圖中之超薄導光膜的結構的平面圖；第7圖為說明根據本發明一實施例顯示於第5圖中之超薄導光膜的結構的放大側視圖；第8圖為說明根據本發明一實施例之進入入射圖案的光線在超薄導光膜的X-Z平面上被轉換為擴展光線的光線路徑的放大側視圖；第9圖為說明根據本發明一實施例顯示於第8圖中之擴展光線在導光膜的X-Y平面上的光線路徑的平面圖；第10圖為說明根據本發明一實施例之進入反射圖案的擴展光線在超薄導光膜的X-Z平面上被轉換為準直光線且自超薄導光膜的上表面射出的光線路徑的放大側視圖；第11圖為說明根據本發明一實施例之準直光線在導光膜的X-Y平面上的光線路徑的平面圖；第12圖為說明根據本發明使用顯示於第7圖中之導光膜的控制視窗顯示器在Y-Z平面上的結構的側視圖；第13圖為說明根據本發明使用顯示於第7圖中之導光膜的非玻璃型3D顯示器在Y-Z平面上的第一示例的結構的側視圖；第14圖為說明根據本發明使用顯示於第7圖中之導光膜的非玻璃型3D顯示器在Y-Z平面上的第二示例的結構的側視圖；第15圖為說明非玻璃型3D顯示器在X-Z平面上的結構的側視圖，其 包括根據第7圖使用導光膜的3D背光單元和具有導光板的2D背光單元以及在3D背光單元之下用於選擇2D模式和3D模式的邊緣入光型光源；第16圖為說明根據本發明另一實施例之超薄導光膜的結構的放大側視圖；以及第17圖為說明根據本發明另一實施例之顯示於第16圖的超薄導光膜的結構的平面圖。
將參考所附圖式解釋本發明的較佳實施例。在詳細的說明書中，相同附圖標記表示相似元件。然而，本發明不是被這些實施例限制，而是可以在不改變技術精神的情況下應用於各種變換或修改。在下面的實施例中，通過考慮便於解釋來選擇元件的名稱，以使其可以不同於實際名稱。
下面將參考第4圖解釋根據本發明第一實施例的控制視窗顯示器。第4圖為說明根據本發明之控制視窗顯示器的示意性結構的立體圖。
參考第4圖，根據本發明實施例的控制視窗顯示器包括：一顯示面板(LCP)；以及一背光單元(BLU)，設置於顯示面板(LCP)的後側。顯示面板(LCP)可以為使用背光單元(BLU)的液晶顯示面板。第4圖，作為立體圖，說明了大多數元件具有厚的厚度，以易於表示結構。然而，實際上，背光單元(BLU)可以由超薄膜型元件製成。
背光單元(BLU)包括超薄導光膜(LGF)。較佳地，該超薄導光膜(LGF)的上(或前)大表面面對平面顯示面板(LCP)的背面。在超薄導光膜(LGF)的下(或後)表面上彼此面對的兩側上，分別放置一個全像攝影圖案。由於導光膜(LGF)的厚度非常薄，在此情況下，較佳地，光源(LS)設於導光膜(LGF)的後側表面。
導光膜(LGF)可以將自點光源(LS)如雷射或發光二極體發射的光線改變成具有與導光膜(LGF)的表面對應的發射表面的一表面光源，並且提供至顯示面板(LCP)。對於詳細結構，將在後面解釋背光單元(BLU)時再提及。
在導光膜(LGF)的前側處，放置用於接收背光設置之發射區 域的全像攝影膜(HOE)。在全像攝影膜(HOE)具有繞射圖案處，該繞射圖案將發射至全像攝影膜(HOE)的背光轉換至一預定區域，視窗(VW)。前述的繞射圖案為公眾所習知，因此在此將不對其進行解釋說明。
當控制視窗顯示器可以被應用於可以選擇一般模式和控制視窗模式的顯示器時，可以進一步放置在透明模式與散射模式之間轉換的一選擇性擴散片(DIF)。當選擇透明模式的選擇性擴散片(DIF)時，自全像攝影膜(HOE)的全部光線可以穿過選擇性擴散片(DIF)。因此，自全像攝影膜(HOE)的背光逆向至通過由全像攝影膜(HOE)定義的預定視窗區域。在此期間，當選擇散射模式的選擇性擴散片(DIF)時，通過全像攝影膜(HOE)校準的背光可以被散射，以便可以失去準直特性。因此，該背光可以為在一般液晶顯示器中使用的背光。
簡而言之，第4圖說明選擇性擴散片(DIF)被放置在全像攝影膜(HOE)與顯示面板(LCP)之間。然而，在一些情況下，選擇性擴散片(DIF)可以被放置在全像攝影膜(HOE)與薄膜型波導(SWG)之間。可以選擇選擇性擴散片(DIF)的位置，因為背光通過使用者選擇保持準直特性或失去準直特性。
此外，較佳地，根據本發明的控制視窗顯示器包括眼動儀(ET)。該眼動儀(ET)是用於追蹤觀察者(尤其是，觀察者的眼睛)的位置，以使其提供觀察者的當前位置至可以控制背光的發射方向的背光單元。當觀察者的位置變化時，眼動儀(ET)可以檢測觀察者的新位置，並且將其提供至背光單元。然後，背光單元可以控制背光的發射方向，以便背光可以被提供以校正觀察者的眼睛的位置。在解釋背光單元(BLU)時，將提及如何控制背光的發射方向的詳細說明。
下面將說明控制視窗顯示器如何工作。顯示面板(LCP)將顯示各種視訊影像及/或資訊。背光單元(BLU)將提供背光，其中背光的發射區域被控制在某一視窗(VW)區域內。然後，通過顯示面板(LCP)顯示的視訊影像及/或資訊將僅根據通過背光單元(BLU)提供的背光被提供在控制視窗(VW)區域內。
作為一個示例，控制視窗顯示器可以被應用於3D顯示系統。在第一畫框處，顯示面板(LCP)可以顯示一個左眼影像。在那時，背光單元 (BLU)可以提供背光，其視窗被控制為具有與人類的一隻眼的尺寸對應的視窗尺寸。此外，眼動儀(ET)可以檢測觀察者的當前位置。使用觀察者的當前位置的資訊，背光單元(BLU)可以控制視窗(VW)的投影方向集中至觀察者的左眼。然後，左眼影像可以僅被提供至觀察者的左眼。
在下一(第二)畫框處，顯示面板(LCP)可以顯示一個右眼 影像。在那時，背光單元(BLU)可以提供背光，其視窗(VW)被控制為具有與人類的一隻眼的尺寸對應的尺寸。此外，眼動儀(ET)可以檢測觀察者的當前位置。使用觀察者的當前位置的資訊，背光單元(BLU)可以控制視窗(VW)的投影方向集中至觀察者的右眼。然後，右眼影像可以僅被提供至觀察者的右眼。設計為像這樣工作，控制視窗顯示器可以被應用於不具有目前用於實現3D顯示系統的快門式眼鏡或偏光式眼鏡的3D影像顯示器。
當控制視窗顯示器用於3D模式時，較佳地，選擇性擴散片(DIF) 被選擇為透明模式。然而，當選擇性擴散片(DIF)被轉換為散射模式時，視訊影像及/或資訊的視窗(VW)不被控制，以使其可以照射在顯示面板(LCP)的前部的所有方向上。也就是說，顯示面板(LCP)可以提供2D視訊影像及/或資訊。如上所述，選擇性擴散片(DIF)可以根據設計者的意圖位於全像攝影膜(HOE)的前側或後側。在顯示系統僅用於3D顯示系統的一些情況下，可以不包括選擇性擴散片(DIF)。
作為另一示例，控制視窗顯示器可以被應用於多視角顯示系 統。在第一畫框處，顯示面板(LCP)可以顯示第一種視訊影像及/或資訊。 同時，背光單元(BLU)可以提供背光，其視窗(VW)受控於具有與人類眼球尺寸相對應的尺寸。此外，眼動儀(ET)可以檢測坐在顯示面板(LCP)的左側的觀察者的當前位置。然後，背光單元(BLU)可以控制視窗(VW)的投影方向集中至坐在顯示面板(LCP)的左側的觀察者。然後，第一種影像及/或資訊可以僅被提供至左側觀察者。
在下一畫框處，顯示面板(LCP)可以顯示第二種視訊影像及/ 或資訊。同時，背光單元(BLU)可以提供背光，其視窗(VW)被控制為具有與人類的面部的尺寸對應的尺寸。此外，眼動儀(ET)可以檢測坐在顯示面板(LCP)的右側的觀察者的當前位置。然後，背光單元(BLU)可 以控制視窗(VW)的投影方向集中至坐在顯示面板(LCP)的右側的觀察者。右側觀察者可以與左側觀察者分離至少一個人的胸部的寬度。然後，第一種影像及/或資訊可以僅被提供至右側觀察者。
當使用控制視窗顯示器的多視角顯示系統在多視角模式中被啟 動時，較佳地，選擇性擴散片(DIF)處於透明模式。因此，第一種視訊影像可以僅被提供至第一個人，第二種視訊影像可以僅被提供至第二個人。 在此期間，當選擇性擴散片(DIF)被選擇為散射模式時，視訊影像被提供為不具有控制視窗，以便顯示器應該用於正常模式中，其中視訊影像被共同地提供給所有人。如上所述，選擇性擴散片(DIF)可以根據設計者的意圖被放置在全像攝影膜(HOE)的前側或後側。在顯示系統僅用於多視角顯示系統的一些情況下，可以不包括選擇性擴散片(DIF)。
參考第5圖至第11圖，將說明根據本發明之超薄導光膜(LGF) 的結構。尤其是，將集中對超薄導光膜(LGF)的結構以及與光源(LS)的關係進行解釋說明。首先，參考第5圖至第7圖，將解釋超薄導光膜(LGF)的結構。第5圖為說明根據本發明一實施例之超薄導光膜的結構的立體圖。 第6圖為說明根據本發明一實施例顯示於第5圖中之超薄導光膜的結構的平面圖。第7圖為說明根據本發明一實施例顯示於第5圖中之超薄導光膜的結構的放大側視圖。
參考第5圖至第7圖，根據本發明一實施例的超薄導光膜(LGF) 包括：一基膜(WG)，用於導引背光，其中該基膜(WG)是薄膜型光導媒介或波導媒介。基膜(WG)可以包括：一高折射膜(HR)和一低折射膜(LR)，其等彼此連接在表面上及/或彼此堆疊。尤其是，低折射膜(LR)被堆疊在高折射膜(HR)上。這裡，「上」、「上部」、「前部」或「上側」意味著背光自超薄導光膜(LGF)最終發射的方向，也就是說，朝向平面顯示面板(LCP)的光線的方向。
此外，在低折射膜(LR)的上表面上，可以包括一光線發射圖 案(RF)。例如，一光繞射膜可以被附接或者一光繞射層可以被沉積在低折射膜(LR)的上表面上。否則，一光柵圖案可以層壓在低折射膜(LR)的上表面上或者直接地形成在低折射膜(LR)的上表面。
此外，在高折射膜(HR)的後表面上，一反射層(RE)可以被 沉積覆蓋除入射圖案(CHOE)和反射圖案(RHOE)的區域之外的全部表面的大部分。該反射層(RE)反射在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處全部反射的光線，並且自高折射膜(HR)的後表面出去，以使光線返回至高折射膜(HR)。高折射膜(HR)的後表面是與空氣的介面，以使大多數光線可以被全反射。為了消除漏光，反射層(RE)可以位於高折射膜(HR)的後表面。然而，在導光膜(LGF)將保持透明特性的一些情況下，反射層(RE)不是必要元件，而是可選元件。
基膜(WG)較佳地為具有與顯示面板(LCP)的形狀和尺寸對 應的表面區域的矩形形狀。在基膜(WG)的一側處，設置有入射圖案(CHOE)，以自光源(LS)接收光線。在與基膜的一側相對的另一側處，設置有反射圖案(RHOE)。用於接收光線的入射圖案(CHOE)較佳地直接面對光源(LS)。較佳地，入射圖案(CHOE)和反射圖案(RHOE)可以位於基膜(WG)的後表面上。換言之，它們較佳地附接在高折射膜(HR)的後表面上的一側和相對側上。
光源(LS)可以為像雷射一樣的點光源或者像發光二極體(LED) 或發光二極體雷射一樣的微小面光源。在現有技術中，使用一LED陣列，其中複數個LED排列在一條線上。在此情況下，由於LED的數量，具有散熱問題且能效低。
在本發明中，使用至少數量的光源，可以解決散熱問題，且可 以確保高能效。例如，在本發明的一實施例中，薄膜型背光單元可以包括僅一個白光LED，用作光源(LS)。否則，紅光LED、綠光LED以及藍光LED排列在垂直方向上、水平方向上或者三角形方向上，以形成光源(LS)，從而使光源(LS)可以提供白光。對於高發光薄膜型背光單元的情形、或者對於用於各種目的之複數個光源的情形，可以使用複數個白光LED。對於還一情形，可以使用複數個一LED集，其中一個LED集可以包括紅光LED、綠光LED和藍光LED。為了便於描述，在一較佳實施例中，將解釋使用一個白光LED的情形。
光源(LS)可以設於面對附接在基膜(WG)的後表面的一側 的入射圖案(CHOE)。在圖式中，光源(LS)設於與入射圖案(CHOE)分離一預定距離。然而，根據設計者的意圖，光源(LS)可以被放置在非 常靠近於入射圖案(CHOE)。自光源(LS)發射的光線將經由入射點LI進入入射圖案(CHOE)。尤其是，光線可以(沿「Z」軸)垂直地進入高折射膜(HR)的底部表面。
在本發明中，較佳地，光源(LS)的數量將被最小化。入射圖 案(CHOE)可以被設置為覆蓋基膜(WG)的一側的整個寬度。較佳地，入射圖案(CHOE)具有最佳或最小寬度。對於可擕式顯示器，一個光源(LS)可以足夠。然而，對於大面積顯示器如30英寸或更多TV設置，可能需要複數個光源(LS)以提高效率。入射圖案(CHOE)運作用於將自點光源的光線擴展至與反射圖案(RHOE)的寬度相對應。因此，考慮到光線擴展的效率，較佳地，選擇光源(LS)的數量並且控制入射圖案(CHOE)的尺寸。
入射圖案(CHOE)接收自設於基膜(WG)的一側的光源(LS)的光線，並且將其發送至設於基膜(WG)的相對側的反射圖案(RHOE)。導光膜(LGF)較佳地發射背光，該背光均勻地分佈在整個表面上。因此，入射圖案(CHOE)擴展及/或擴散自光源(LS)的光線為覆蓋基膜(WG)的寬度的擴展光線。因此，較佳地，入射圖案(CHOE)可以為全像攝影圖案，其中自光源(LS)至光線入射點(LI)的光線被擴展或者擴散至與相對側對應的寬度。
進入入射圖案(CHOE)的光線被發射至基膜(WG)的相對側作為擴展光線。尤其是，擴展光線具有入射角的光線路徑，其中光線在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處被全反射。較佳地，入射圖案(CHOE)較佳可以為全像攝影圖案，自光源(LS)的光線通過該全像攝影圖案被擴展至基膜(WG)的相對側的寬度，並且具有高折射膜(HR)的全反射的入射角。
自入射圖案(CHOE)的光線，由於通過基膜(WG)之重複的全反射，進入設於基膜(WG)的相對側的反射圖案(RHOE)。進入反射圖案(RHOE)的光線將被轉換為分佈在超薄導光膜(LGF)的整個表面之上的準直光線。因此，反射圖案(RHOE)較佳地為全像攝影圖案，其中擴展光線被轉換為具有與基膜(WG)的寬度對應的寬度的準直光線。
當通過反射圖案(RHOE)反射的光線具有與在高折射膜(HR)的全反射的入射角相同的反射角時，高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之 間的全反射被重複。因此，任何光線不可能被自超薄導光膜(LGF)洩露。 因此，自反射圖案(RHOE)的光線具有入射角，其中高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面的全反射被破壞。因此，反射圖案(RHOE)較佳地可以為滿足準直條件和全反射破壞條件的全像攝影圖案。
下面將參考第8圖至第11圖解釋自光源(LS)的光線如何進入 導光膜(LGF)以及背光如何自超薄導光膜(LGF)的上表面發射。首先，將解釋自光源(LS)至入射圖案(CHOE)的光線路徑。第8圖為說明根據本發明一實施例進入入射圖案的光線在超薄導光膜的X-Z平面上被轉換為擴展光線的光線路徑的放大側視圖。第9圖為說明根據本發明一實施例顯示於第8圖中之擴展光線在導光膜的X-Y平面上的光線路徑的平面圖。
參考第8圖，自光源(LS)的入射光線100在X-Z平面上沿Z 軸進入入射圖案(CHOE)，與入射圖案(CHOE)的表面垂直。此外，由於記錄在入射圖案(CHOE)處的全像攝影圖案，入射光線100被折射至高折射膜(HR)，該高折射膜(HR)是基膜(WG)的下層。這裡，折射光線200的折射角θ較佳地大於在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處進行全反射(或TR)的臨界角。也就是說，入射圖案(CHOE)較佳地具有全像攝影圖案，其中折射角滿足條件θ>TRatHR-LR。例如，該入射圖案(CHOE)可以為一全像攝影光學膜，其具有藉由使用入射光線100作為參考光束、折射光線200作為目標光束而記錄的一干涉圖案。
因此，在X-Z平面上，入射光線100被轉換為折射光線200， 然後進入高折射膜(HR)。折射光線200在高折射膜(HR)的上表面被反射，然後再次進入高折射膜(HR)，作為全反射光線300。全反射光線300可以通過在高折射膜(HR)與空氣之間的介面處的全反射在高折射膜(HR)的底部表面被反射，然後再次進入高折射膜(HR)作為反射光線400。當反射層(RE)被進一步包括在高折射膜(HR)的底部表面的外部時，如第8圖所示，全反射光線300也可以通過反射層(RE)被反射，然後再次進入高折射膜(HR)作為反射光線400。像這樣，入射光線100被轉換為擴展光線(FOL)，並且進入位於相對側的反射圖案(RHOE)。
在參考第9圖的X-Y平面的視圖中，進入位於導光膜(LGF) 的一側的入射圖案(CHOE)的光線入射點LI的入射光線100進入反射圖 案(RHOE)，作為擴展(或發散)光線(FOL)。例如，入射光線100可以為自具有小橫截面面積的光源(LS)如雷射或雷射LED發射的平面波光。 通過記錄在入射圖案(CHOE)上的全像攝影繞射圖案，入射光線100可以變為根據設於自一側至相對側的距離L的反射圖案(RHOE)的寬度擴展及/或發散的擴展光線(FOL)。第9圖顯示的虛線較佳可以意味著在任意點垂直地進入入射圖案(CHOE)的光線被與反射圖案(RHOE)對應地擴展。
因此，記錄在入射圖案(CHOE)上的全像攝影繞射圖案可以滿 足用於平面波光的在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射條件，並且可以將光線轉換為與反射圖案(RHOE)的寬度對應地擴展及/或擴散。例如，寫在入射圖案(CHOE)上的繞射圖案可以是一干涉圖案，該干涉圖案係使用沿Z軸自雷射或雷射LED的平面波光而記錄作為一參考光束、使用與Z軸具有入射角θ且自一側至相對側分離距離L被擴展至反射圖案(RHOE)的擴展光線(FOL)而記錄作為一目標光束。
下面將參考第10圖至第11圖解釋反射圖案(RHOE)的光線路 徑。第10圖為說明根據本發明一實施例進入反射圖案的擴展光線在超薄導光膜的X-Z平面上被轉換為準直光線並且自超薄導光膜的上表面出去的光線路徑的放大側視圖。第11圖為說明準直光線在導光膜的X-Y平面上的光線路徑的平面圖。
參考第10圖，擴展光線(FOL)通過高折射膜(HR)進入反 射圖案(RHOE)。詳細地，通過高折射膜(HR)的底部表面或設於高折射膜(HR)之下的反射層(RE)反射的光線400進入高折射膜(HR)的上表面。然後，其變為全反射光線300，然後進入高折射膜(HR)。其進入反射圖案(RHOE)的上表面。這裡，進入反射圖案(RHOE)的擴展光線(FOL)的入射角大於在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射的臨界角。也就是說，擴展光線(FOL)的入射角與全反射光線300的反射角θ相同。
進入反射圖案(RHOE)的全反射光線300通過寫在反射圖案 (RHOE)上的繞射光學圖案被轉換為再反射光線500，然後返回至高折射膜(HR)。這裡，再反射角α將小於在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射角。因此，再反射光線500自高折射膜(HR)出來。 在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射條件被破壞。 因此，一些再反射光線500被折射至低折射膜(LR)，其他再反射光線被反射至高折射膜(HR)。這裡，較佳地，再反射角α將大於用於在低折射膜(LR)的上表面處進行全反射的臨界角。
也就是說，反射圖案(RHOE)較佳地為滿足條件TRatLR-air<α< TRatHR-LR的全像攝影圖案。例如，反射圖案(RHOE)可以為具有寫有全反射光線300作為參考光束且再反射光線500作為目標光束的干涉圖案的全像攝影膜。
在X-Z平面的視圖中，全反射光線300通過反射圖案(RHOE) 被轉換為再反射光線500，然後進入高折射膜(HR)。再反射光線500被折射或反射在高折射膜(HR)的上表面，以使一些再反射光線進入低折射膜(LR)，其他再反射光線進入高折射膜(HR)。實際上，在高折射膜(HR)的上表面具有非常複雜的光學現象。為了便於說明，其被視為全反射在高折射膜(HR)的上表面處被破壞，全部光線進入低折射膜(LR)。此外，進入低折射膜(LR)的全部光線實際上被折射，但是，圖式中未顯示折射的光線路徑，因為當低折射膜(LR)的厚度非常薄時，折射角不具有重要意義。
再次進入低折射膜(LR)的再反射光線500被轉換為重新進入 光線600。再反射光線500在低折射膜(LR)的上表面、低折射膜(LR)與空氣之間的介面被全反射。當然，重新進入光線600在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處被折射和反射。這裡，為了便於描述，將其視為，重新進入光線600被顯示為進入高折射膜(HR)。
也就是說，通過反射圖案(RHOE)的再反射光線500在低折射 膜(LR)的上表面被全反射，然後被轉換為進入低折射膜(LR)和高折射膜(HR)的重新進入光線600。此後，重新進入光線600再次被高折射膜(HR)的底部表面反射，然後被轉換為再反射光線500。因此，再反射光線500自相對側進入一側。為此，通過反射圖案(RHOE)反射的光線被傳播至設置光源(LS)的一側。
在上述過程期間，對於光線發射圖案(RF)如光柵圖案設於低 折射膜(LR)的上表面的情況，一些再反射光線500被低折射膜(LR)的 上表面全反射，與光線發射圖案(RF)的繞射效率成比例的其他再反射光線500自低折射膜(LR)出去，以使其被發射至顯示面板(LCP)作為背光(OT)。例如，當光線發射圖案(RF)的繞射效率是5%時，5%的再反射光線500將為在超薄導光膜(LGF)的外部發射的背光(OT)。95%的再反射光線500將被全反射為重新進入光線600，然後返回至超薄導光膜(LGF)。然後，在95%的再反射光線500中，5%將為在超薄導光膜(LGF)的外部發射的背光(OT)，95%將返回至超薄導光膜(LGF)。重複這些過程，背光(OT)自超薄導光膜(LGF)的上表面發射。
此外，較佳地，光線發射圖案(RF)可以為全像攝影圖案，背 光(OT)通過該全像攝影圖案被發射出導光膜(LGF)的表面。如第10圖.所示，再反射光線500與Z軸具有入射角，並且自低折射膜(LR)的上表面出去。這裡，較佳地，全像攝影圖案盡可能使背光(OT)的發射方向接近Z軸。對於光線發射圖案(RF)是光柵圖案的情形，光柵圖案的材料將具有使背光(OT)的發射方向接近Z軸的特性。
此外，再反射光線500和重新進入光線600將通過超薄導光膜 (LGF)傳播作為準直光線。例如，在X-Y平面上如第11圖所示，通過反射圖案(RHOE)反射的光線較佳為自導光膜(LGF)的相對側傳播至一側的準直光線(COL)。
因此，記錄在反射圖案(RHOE)上的全像攝影圖案可以包括繞 射圖案，擴展光線(FOL)通過該繞射圖案在低折射膜(LR)與空氣之間的介面處被全反射，並且被轉換為覆蓋導光膜(LGF)的寬度的準直光線。 例如，記錄在反射圖案(RHOE)上的繞射圖案可以是使用擴展光線(FOL)作為一參考光束、使用準直光線(COL)作為一目標光束的一干涉圖案。 較佳地，擴展光線(FOL)被擴展為與反射圖案(RHOE)的寬度相對應，並且具有入射角θ，準直光線(COL)與Z軸具有折射角α，並且覆蓋超薄導光膜(LGF)(或反射圖案(RHOE))的寬度。
在上述本發明的一實施例中，通過入射圖案(CHOE)的入射光 線100可以通過被入射圖案(CHOE)折射進入高折射膜(HR)，該入射圖案(CHOE)具有大於在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射角的角度。然而，在實際情況下，該結果不能在任意時間被確保。 例如，當產生入射光線100的光源(LS)不是理想點光源而是具有發散特性的發光二極體時，全部入射光線100可能不被發射在入射圖案(CHOE)的中心點、入射點LI。在此情況下，可能出現不必要的漏光。為了防止漏光，提出本發明的另一實施例，如下。
下面將參考第16圖和第17圖解釋本發明的另一實施例。第16 圖為說明根據本發明另一實施例之超薄導光膜的結構的放大側視圖。第17圖為說明根據本發明另一實施例之顯示於第16圖中之超薄導光膜的結構的平面圖。
根據本發明另一實施例的超薄膜型導光膜除根據本發明一實施 例在第5圖至第9圖中解釋的超薄膜型導光膜(LGF)之外包括一光線吸收圖案(LA)。參考第16圖，全部入射光線100不是被發射在入射圖案(CHOE)的中心點，而是一些入射光線100被發射在入射圖案(CHOE)的周圍區域。 在那種情況下，入射光線100可能不被折射有折射角，其中該折射角小於在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射角。因此，一些進入具有小於全反射角的折射角的高折射膜(HR)的折射光線200可以進入低折射膜(LR)，因此，其一些可以通過光線發射圖案(RF)離開低折射膜(LR)。為了阻擋在入射圖案(CHOE)上出現的這些漏光，光線吸收圖案(LA)可以被設置在位於入射圖案(CHOE)之上的光線發射圖案(RF)上。
參考第16圖，較佳地，光線吸收圖案(LA)的內端側可以位 於點P3，在點P3處，可以擊打具有等於在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射角的折射角的折射光線200。此外，較佳地，光線吸收圖案(LA)的外端側可以位於點P1與點P2之間的任意點。這裡，點P1是高折射膜(HR)的端側，點P2是對應於入射圖案(CHOE)的內端側。 換言之，較佳地，光線吸收圖案(LA)的寬度具有與點P2與點P3之間的距離對應的最小寬度以及與點P1與點P3之間的距離對應的最大寬度。
參考第17圖，光線吸收圖案(LA)的長度較佳具有與入射圖 案(CHOE)的長度對應的最小長度。此外，光線吸收圖案(LA)的最大長度較佳對應於高折射膜(HR)的寬度。
替換如第16圖和第17圖顯示的光線吸收圖案(LS)，可以阻擋 及/或吸收由折射光線200導致的漏光，其中折射角小於在高折射膜(HR)的上表面上的全反射角。因此，根據另一實施例中的導光膜可以僅使用滿足全反射條件的光線，因此其可以提供不具有任何漏光的背光。
根據本發明中的背光單元可以包括具有至少所需數量的光源 (LS)。此外，其包括：具有彼此堆疊的高折射膜(HR)和低折射膜(LR)的超薄膜型導光膜(LGF)、附接在一側的入射圖案(CHOE)以及附接在另一側上的反射圖案(RHOE)。將光源(LS)設置在導光膜(LGF)的底部表面之下，可以最小化背光單元(BLU)的厚度。此外，背光單元的大多數元件被形成為薄膜型，可以研發可撓式背光單元，其可以應用於可撓式顯示器。
尤其是，本發明使用全像攝影技術，因此可以提供與發射方向 平行校準且具有與導光膜(LGF)的表面對應的橫截面面積的背光。此外，將定義背光的視窗的全像攝影膜(HOE)設置在導光膜之上，可以應用各種類型的顯示器如非玻璃型顯示器或多視角顯示器。
下面將解釋應用根據本發明之超薄膜型背光單元的多視角顯示 器。參考第4圖和第12圖，將解釋用於通過傾斜光源(LS)的狀態以改變入射光線在入射點上的入射角來控制背光的傳播方向的方法。第12圖為說明根據本發明使用顯示於第7圖中之導光膜的控制視窗顯示器在Y-Z平面上的結構的側視圖。
在導光膜(LGF)的底部表面下，光源(LS)提供入射光線100。 光源(LS)可以沿著Z軸提供入射光線100，垂直於入射點LI上入射圖案(CHOE)的表面。在那種情況下，通過位於導光膜(LGF)之上的全像攝影膜(HOE)，可以控制視窗，然後，背光可以被發射在顯示器的中心部分的預定窗區域內。也就是說，在顯示面板(LCP)上呈現的視訊影像可以僅在發射背光的中心區域(CA)處被檢測或觀察到。
在此期間，當傾斜光源(LS)至Y-Z平面的左側方向預定角度 以提供入射光線100至導光膜(LGF)的入射圖案(CHOE)時，背光可以被發射在自中心區域(CA)轉移至左側方向的左側區域(LA)上。這裡，背光的轉移量可以通過光源(LS)的傾斜角，也就是說，在Y-Z平面上的入射角來控制。使用類似方法，當傾斜光源(LS)至Y-Z平面的右側方向 預定角度以提供入射光線100至導光膜(LGF)的入射圖案(CHOE)時，背光可以被發射在自中心區域(CA)轉移至右側方向的右側區域(RA)。
當顯示面板(LCP)顯示三種不同的視訊影像時，藉由控制光 源(LS)的傾斜角與每一個影像的畫框週期同步，可以分別提供三種視訊影像至不同的三個人。例如，當顯示面板(LCP)顯示用於中心區域(CA)的第一視訊影像時，光源(LS)可以被控制為垂直於入射圖案(CHOE)的表面發射入射光線100，因此第一視訊影像可以僅在中心區域(CA)被檢測到。當顯示面板(LCP)顯示用於左側區域(LA)的第二視訊影像時，光源(LS)可以被控制為通過向左傾斜入射圖案(CHOE)的法線發射入射光線100，因此第二視訊影像可以僅在左側區域(LA)被檢測到。此外，當顯示面板(LCP)顯示用於右側區域(LA)的第三視訊影像時，光源(LS)可以被控制為通過向右傾斜入射圖案(CHOE)的法線發射入射光線100，因此第三視訊影像可以僅在右側區域(RA)被檢測到。
下面將解釋應用根據本發明之超薄膜型背光單元的非玻璃型顯 示器。具有各種類型的全像攝影3D顯示器。作為用於非玻璃型3D顯示器的第一示例，參考第4圖和第13圖，將解釋用於通過傾斜光源(LS)的狀態以改變入射光線在入射點上的入射角來控制背光的傳播方向的方法。第13圖為說明根據本發明使用顯示於第7圖中之導光膜的非玻璃型3D顯示器在Y-Z平面上的第一示例的結構的側視圖。
在導光膜(LGF)的底部表面之下，光源(LS)提供入射光線 100。在導光膜(LGF)與顯示面板(LCP)之間，設置用於控制視窗的全像攝影膜(HOE)。這裡，較佳地，通過全像攝影膜(HOE)控制的視窗的尺寸可以對應於一個人眼的寬度。
當傾斜光源(LS)至Y-Z平面上的左側方向預定角度以提供入 射光線100至導光膜(LGF)的入射圖案(CHOE)時，背光可以被發射在自垂直中心線轉移至左側方向的左眼區域(LE)。這裡，背光的轉移量可以通過光源(LS)的傾斜角度，也就是說，在Y-Z平面上的入射角來控制。 使用類似方法，當傾斜光源(LS)至Y-Z平面上的右側方向預定角度以提供入射光線100至導光膜(LGF)的入射圖案(CHOE)時，背光可以被發射在自垂直中心線轉移至右側方向的右眼區域(RE)。
當顯示面板(LCP)顯示左眼影像時，通過傾斜光源(LS)至 左側方向，左眼影像可以僅被提供在觀察者的左眼區域(LE)。當顯示面板(LCP)顯示右眼影像時，通過傾斜光源(LS)至右側方向，右眼影像可以僅被提供至觀察者的右眼區域(RE)。
雖然圖中未顯示，作為非玻璃型3D顯示器的第一示例的另一應 用，獨立光源可以被包括在每一個眼睛區域中。例如，可以包括左眼光源和右眼光源。左眼光源可以被安裝為自Y-Z平面的Z軸向左傾斜預定角度。 右眼光源可以被安裝為自Y-Z平面的Z軸向右傾斜預定角度。在此情況下，當顯示面板(LCP)顯示左眼影像時，僅開啟左眼光源。當顯示面板(LCP)顯示右眼影像時，僅開啟右眼光源。因此，可以實現非玻璃型3D顯示器。
當實現3D顯示器時，根據觀察者的數量以及螢幕與觀察者之間 的距離，左眼區域和右眼區域可以被不同地定義。因此，較佳地，用於左眼影像的左眼光源和用於右眼影像的右眼光源被單獨地準備。因此，用於左眼影像的最佳視窗和用於右眼影像的最佳視窗可以根據觀察者的情況適當地改變。在此方面，非玻璃型3D顯示器的第一示例的另一應用可以進一步是較佳的，因為傾斜角可以根據提供最佳視窗的情況被迅速地改變。
作為非玻璃型3D顯示器的第二示例，包括取決於視窗的複數個 光源，並且包括與每一個光源對應的複數個入射圖案，以提供複數個背光為具有不同的發射方向。第14圖為說明根據本發明使用顯示於第7圖中之導光膜的非玻璃型3D顯示器在Y-Z平面上的第二示例的結構的側視圖。
在非玻璃型3D顯示器的第二示例中，不同種類的視訊影像(左 眼影像和右眼影像)可以分別表示不同方向。因此，包括與不同種類的視訊影像的數量對應的複數個光源和複數個入射圖案。詳細地，當視訊影像的種類的數量為「n」時，然後包括n個光源和n個入射圖案。下面將解釋非玻璃型3D顯示器，因此視訊影像的種類是2，一個是左眼視訊影像，另一個是右眼視訊影像。也就是說，n為2。當然，這可以應用於n大於2的多視角顯示器。
參考第14圖，導光膜(LGF)包括：位於高折射膜(HR)的 底部表面之下的左側入射圖案(CHL)和右側入射圖案(CHR)。在導光膜(LGF)之下，設置用於提供左側入射光線110至左側入射圖案(CHL)的 左眼光源(LL)和用於提供右側入射光線120至右側入射圖案(CHR)的右眼光源(RL)。在導光膜(LGF)與顯示面板(LCP)之間，可以設置用於控制視窗的全像攝影膜(HOE)。這裡，較佳地，通過全像攝影膜(HOE)控制的視窗的尺寸可以對應於一個人眼的寬度。
左眼光源LL可以提供左側入射光線110為垂直於左側入射圖案 (CHL)的表面。此外，右眼光源(RL)可以提供右側入射光線120為垂直於右側入射圖案(CHR)的表面。在左側入射圖案(CHL)處記錄的全像攝影繞射圖案可以具有擴展及/或發散左側入射光線110至與反射圖案(RHOE)對應的寬度且折射滿足在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射條件的左側入射光線110的功能。此外，左側入射光線110可以在通過左側入射圖案(CHL)之後在Y-Z平面上被折射為具有第一偏轉角β1。詳細地，寫在左側入射圖案(CHL)上的繞射圖案可以是一干涉圖案，該干涉圖案係使用沿Z軸自雷射或雷射LED的平面波光而記錄作為一參考光束、使用具有入射角θ及與Z軸夾第一偏轉角β1且自一側至相對側分離距離L擴展至反射圖案(RHOE)的擴展光線(FOL)而記錄作為一目標光束。
左側入射光線110在X-Z平面上平行於Z軸，但是其在Y-Z平 面上具有第一偏轉角β1。因此，當被反射圖案(RHOE)再反射且自光線發射圖案(RF)出去時，背光可以在Y-Z平面上與Z軸具有第一偏轉角β1。 此後，背光可以通過全像攝影膜(HOE)被發射在左眼區域(LE)內，其中該左眼區域(LE)是左側控制視窗。
記錄在右側入射圖案(CHR)處的全像攝影繞射圖案可以具有 擴展及/或發散右側入射光線120至與反射圖案(RHOE)對應的寬度且折射滿足在高折射膜(HR)與低折射膜(LR)之間的介面處的全反射條件的右側入射光線120的功能。此外，右側入射光線120可以在通過右側入射圖案(CHR)之後在Y-Z平面上被折射為具有第二偏轉角β2。詳細地，寫在右側入射圖案(CHR)上的繞射圖案可以是一干涉圖案，該干涉圖案係使用沿Z軸自雷射或雷射LED的平面波光而記錄作為一參考光束、使用具有入射角θ及與Z軸夾第二偏轉角β2且自一側至相對側分離距離L擴展至反射圖案(RHOE)的擴展光線(FOL)而記錄作為一目標光束。
右側入射光線120在X-Z平面上平行於Z軸，但是其在Y-Z平 面上具有第二偏轉角β2。因此，當被反射圖案(RHOE)再反射且自光線發射圖案(RF)出去時，背光可以在Y-Z平面上與Z軸具有第二偏轉角β2。 此後，背光可以通過全像攝影膜(HOE)被發射在右眼區域(RE)內，其中該右眼區域(RE)是右側控制視窗。
當顯示面板(LCP)顯示左眼影像時，可以僅開啟左眼光源 (LL)。當顯示面板(LCP)顯示右眼影像時，可以僅開啟右眼光源(RL)。 因此，左眼影像和右眼影像分別被單獨地提供至觀察者的左眼區域(LE)和右眼區域(RE)。該3D顯示系統是非玻璃型3D顯示系統，其不需要快門式眼鏡或偏光式眼鏡。
使用根據本發明中的控制視窗背光單元，可以研發多視角顯示 器及/或非玻璃型3D顯示器。對於這些特定用途的顯示器，較佳地，可以轉換一般模式和特定模式。例如，對於3D顯示器，較佳地，使用者可以選擇他/她是否在3D模式或2D模式中自由地使用顯示器。
下面將解釋在本發明中如何選擇一般模式和特定模式。如第4 圖的解釋中所提及，使用選擇性擴散片(DIF)，可以根據使用者需求選擇一般模式和特定模式(控制視窗模式)。參考第15圖，將解釋另一示例。 第15圖為說明非玻璃型3D顯示器在X-Z平面上的結構的側視圖，其包括：根據第7圖使用導光膜的3D背光單元和具有導光板的2D背光單元以及在3D背光單元之下用於選擇2D模式和3D模式的邊緣入光型光源。
參考第15圖，根據本發明應用示例的顯示器包括：一平板型顯 示面板(LCP)，選擇性地在一般模式中提供2D視訊影像/資訊，在控制視窗模式中提供特定視訊影像/資訊。在平板型顯示面板(LCP)下，包括根據本發明中的控制視窗背光單元。根據本發明的控制視窗背光單元包括：一全像攝影膜(HOE)，用於控制視窗；一導光膜(LGF)，設置於全像攝影膜(HOE)之下；以及一光源，用於控制視窗。在解釋根據本發明的控制視窗背光單元時，將不重複相同的解釋。
在根據本發明的控制視窗背光單元可以進一步包括用於一般模 式、2D模式的邊緣入光型背光單元下。該邊緣入光型背光單元包括：一導光板(LG)；以及一邊緣入光型光源(ELS)，設置於導光板(LG)的一側。 導光板(LG)可以具有與平板型顯示面板(LCP)的顯示區域對應的形狀和尺寸。
除設置入射圖案(CHOE)和反射圖案(RHOE)的兩側部的一 些區域之外，導光板(LG)可以對應於導光膜(LGF)的中心部分。此外，較佳地，邊緣入光型光源(ELS)被設置為不與控制視窗的光源(LS)重疊。因為控制視窗的光源(LS)被設置在導光膜(LGF)的入射圖案(CHOE)之下，邊緣入光型光源(ELS)可以位於不具有入射圖案(CHOE)的三側中的任意一側。第15圖顯示了邊緣入光型光源(ELS)被設置在反射圖案(RHOE)之下的情形。
除入射圖案(CHOE)和反射圖案(RHOE)之外，根據本發明 的導光膜(LGF)的大部分較佳地具有透明特性。因此，當邊緣入光型背光單元工作時，自邊緣入光型背光單元的背光僅僅通過導光膜(LGF)，以使顯示面板可以用於2D模式。即使控制視窗的全像攝影膜(HOE)位於導光膜(LGF)上，自邊緣入光型背光單元發射的背光不受全像攝影膜(HOE)的影響，因此其將不受阻地通過。
當平板型顯示面板(LCP)顯示2D模式視訊影像/資訊時，邊 緣入光型背光應該被啟動，以使顯示器可以在一般模式中操作。當平板型顯示面板(LCP)顯示特定視訊影像/資訊如3D影像或多視角影像時，控制視窗背光單元應該被啟動，以使顯示器可以在特定模式中操作。
雖然已經參考附圖詳細描述本發明的實施例，熟悉本領域的技術人員可以理解地是，在不改變本發明的技術精神或必要特徵的情況下，本發明可以被實施為其他特定形式。因此，應該注意地是，前述實施例在所有方面僅為說明性，並不被解釋為限制本發明。本發明的範圍通過所附權利要求而不是本發明的詳細說明書來定義。在申請專利範圍的意義和範圍內所做的所有變換或修改或其等同物應該被解釋為落入本發明的範圍內。
本申請主張於2014年9月30日在大韓民國提交的專利申請第10-2014-0132075號的優先權權益，該專利申請在此全部引用作為參考。
LGF‧‧‧導光膜
LI‧‧‧入射點
LS‧‧‧光源
CHOE‧‧‧入射圖案
RHOE‧‧‧反射圖案
WG‧‧‧基膜
HR‧‧‧高折射膜
LR‧‧‧低折射膜
RE‧‧‧反射層
RF‧‧‧光線發射圖案

Claims (18)

  1. 一種背光單元，包括：一基膜，具有一寬度和一長度，並且包括一高折射膜和堆疊在該高折射膜上的一低折射膜；一入射圖案，設置於該基膜之一底部表面的一側；一反射圖案，設置於與該基膜的該底部表面的一側距離該長度的一相對側，並且覆蓋該相對側的寬度；一光線發射圖案，設置於該基膜的一上表面上；一全像攝影膜，用於控制設於該光線發射圖案上的一視窗；以及一光源，與該入射圖案距離一第一焦距，並且提供一入射光線入射至該入射圖案。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的背光單元，進一步包括：一反射層，覆蓋除了該入射圖案和該反射圖案之外的該基膜的該底部表面。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述的背光單元，其中，該入射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以將該入射光線轉換為一擴展光線，其中，該入射光線垂直地入射至該入射圖案的一表面上，以及其中，該擴展光線具有大於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處進行全反射的一臨界角的一折射角，並且被擴展為與該寬度相對應。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述的背光單元，其中，該擴展光線通過該高折射膜傳播至該反射圖案。
  5. 依據申請專利範圍第3項所述的背光單元，其中，該反射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以將該擴展光線轉換為一準直光線，其具有小於該折射角且大於在該低折射膜與空氣之間的介面處進行全反射的該臨界角的一反射角，並且覆蓋該寬度。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述的背光單元，其中，該準直光線的一部分被該光線發射圖案繞射，較佳地是被該全像攝影膜繞射，並且自該低折射膜向外發射至自由空間。
  7. 依據申請專利範圍第5項所述的背光單元，其中，該光源被配置為傾斜，用於在複數個傾斜角中選擇一個入射角，以使該入射光線垂直地進入該入射圖案的表面上。
  8. 依據申請專利範圍第5項所述的背光單元，其中，該光源包括n個光源，其中該n個光源的每一個分別提供垂直地進入該入射圖案的表面上的該入射光線；以及其中，該入射圖案包括n個入射圖案，其中該n個入射圖案的每一個分別具有與該n個光源的每一個對應的一入射點，並且該n個入射圖案的每一個將垂直地進入該入射圖案的表面上的每一個入射光線折射至一偏轉角度。
  9. 依據申請專利範圍第1項所述的背光單元，進一步包括：一光線吸收圖案，設置於該入射圖案的一側的該光線發射圖案之上；其中，該光線吸收圖案的長度對應於該入射圖案的長度；其中，該光線吸收圖案的內端側被放置在該入射光線的該折射角等於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處的全反射角的位置；以及其中，該光線吸收圖案的外端側被放置在該入射圖案的內端側與該高折射膜的外端之間的位置。
  10. 一種控制視窗顯示器，包括：一平面顯示面板；以及一背光單元，包括：一光源，設置於該平面顯示面板的後側；一導光膜，設置於該光源與該平面顯示面板之間且面對該平面顯示面板，並且將自該光源進入一入射點的一入射光線轉換為覆蓋該平面顯 示面板的整個表面的一背光；以及一全像攝影膜，控制該導光膜之背光的光學特性，其中，該導光膜包括：一基膜，具有一寬度和一長度，並且包括一高折射膜和堆疊在該高折射膜上的一低折射膜；一入射圖案，設置於該基膜之底部表面的一側；一反射圖案，設置於與該基膜的一底部表面之一側距離該長度的一相對側，並且覆蓋該相對側的寬度；以及一光線發射圖案，設置於該基膜的一上表面上，以及其中，該光源提供該入射光線入射至該入射圖案。
  11. 依據申請專利範圍第10項所述的控制視窗顯示器，其中，該入射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以將該入射光線轉換為一擴展光線，其中，該入射光線垂直地入射至該入射圖案的一表面上，以及其中，該擴展光線具有大於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處進行全反射的一臨界角的一折射角，並且被擴展為與該寬度相對應。
  12. 依據申請專利範圍第11項所述的控制視窗顯示器，其中，該反射圖案包括：一全像攝影圖案，被配置以將該擴展光線轉換為一準直光線，其具有小於該折射角且大於在該低折射膜與空氣之間的介面處進行全反射的該臨界角的一反射角，並且覆蓋該寬度。
  13. 依據申請專利範圍第12項所述的控制視窗顯示器，其中，該準直光線的一部分被該光線發射圖案繞射，較佳地是被該全像攝影膜繞射，並且自該低折射膜向外發射至自由空間。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述的控制視窗顯示器，其中，該光源被配置為傾斜，用於在複數個傾斜角中選擇一個入射角，以使該入射光線垂直地進入該入射圖案的表面上。
  15. 依據申請專利範圍第13項所述的控制視窗顯示器，其中，該光源包括n個光源，其中該n個光源的每一個分別提供垂直地進入該入射圖案的表面上的該入射光線；以及其中，該入射圖案包括n個入射圖案，其中該n個入射圖案的每一個分別具有與該n個光源的每一個對應的一入射點，並且該n個入射圖案的每一個將垂直地進入該入射圖案的表面上的每一個入射光線折射至一偏轉角度。
  16. 依據申請專利範圍第10項所述的控制視窗顯示器，進一步包括：一光線吸收圖案，設置於放置該入射圖案的一側的該光線發射圖案之上；其中，該光線吸收圖案的長度對應於該入射圖案的長度；其中，該光線吸收圖案的內端側被放置在該入射光線的該折射角等於在該高折射膜與該低折射膜之間的介面處的全反射角的位置；以及其中，該光線吸收圖案的外端側被放置在該入射圖案的內端側與該高折射膜的外端之間的位置。
  17. 依據申請專利範圍第10項所述的控制視窗顯示器，進一步包括：一選擇性擴散片，設置於該全像攝影膜與該平面顯示面板之間或該全像攝影膜與該導光膜之間。
  18. 依據申請專利範圍第10項所述的控制視窗顯示器，進一步包括：一導光板，設置於該導光膜之下；以及一邊緣入光型光源，設置於該導光板的一側。
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