带有退耦元件的光引导板的制作方法
【专利说明】带有退耦元件的光引导板
[0001] 本发明涉及用于显示器的平面光分配模块，其包括：光引导板，通过所述光引导板 可经由至少一个侧面耦合进的光能够借助于全反射传播；和至少一个安装在所述光引导板 的一个或两个主面上并与其光学接触的平面退耦设备，在所述退耦设备中布置大量全息光 学元件，所述全息光学元件被设计为能够从光引导板（1)退耦光。此外，本发明还涉及光 学显示件，尤其是电子显示器，所述电子显示器含有根据本发明的光分配模块。
[0002] 液晶显示件有着广泛散布。液晶显示件已经有许多尺寸。液晶显示件从移动电话、 游戏电脑中的小型LC显示器到用于膝上型电脑、平板电脑、台式监视器的中型显示器直到 例如针对电视机、广告牌和建筑安装的大型应用。
[0003] 通常将冷阴极射线源和发光二极管（LED)用在背面照明单元(背光单元，简称 BLU)中以便产生光。这些光源的辐射特性使得所述光源辐射相比较无方向性的光。基本上 使用两种构造形式：直接照明和边缘照明。
[0004] 在直接照明（直接BLU)中发光主体装配在显示器的背侧上。其具有如下优点：光 非常均匀地分配在显示器面板尺寸上，这对于电视机而言是尤其重要的。此外，如果人们在 直接照明中使用LED，则其也能调光，这使显示器的对比度值提高成为可能。在此，缺点是高 成本，原因在于需要大量射线源。
[0005] 因而，边缘照明最近越来越多地出现在市场中。在此射线源只装配在光引导板的 边缘上。在该光引导板中，光在边缘耦合并通过全反射透射进内部。通过在光引导板平面 侧上安装的光退耦元件，由此光向前朝向LC面板转向。在此，典型的光退耦元件是白颜料 制成的印刷式样、光引导板表面的粗糙化或者冲压的光折射结构。这些结构的数量和密度 能被自由地选择并且允许非常均匀地照射显示器。
[0006] 在高分辨LC显示器的进一步发展方案中，人们这样尝试，S卩，使得带有更佳呈现 质量的节能显示器成为可能。在此重要的部分方面是加大颜色空间（域Gamut)以及均匀照 射(射线密度分配)。
[0007] 通过提高单个像素的颜色保真度，颜色空间得以加大。这伴随着使用红色像素、绿 色像素和蓝色像素的越来越窄的谱分配。收紧颜色过滤器的谱分配是可想到的，然而带来 光利用的成本并提高电流消耗。因此有利的是，使用以窄谱发射的光源，例如发光二极管或 者激光二极管。
[0008] 当今现有技术中使用的光退耦元件、例如白色反射颜色或者表面粗糙化部示出朗 伯射线无方向性的散射特性。这一方面导致大量光路，所述光路通过位于光引导板和LC面 板之间的漫射器膜和棱镜膜重新均匀化并且随后必须再次对准，以便于提供合适于LC面 板的光分配。
[0009] 除了这些反射性和/或折射性退耦元件之外，还描述在光引导板上起衍射作用的 表面结构： 在US2006/0285185中描述一种光引导板，其中成型的衍射表面结构的深度匹配于退 耦的效率。然而，由于格栅结构中只有一个频率，所以，该有效的效率被认为是低的。
[0010]US2006/0187677教导一种光引导板，其中，成型的衍射表面结构应该通过不同的 填充因数和不同的取向来设定均匀的强度分配。
[0011] 由US2010/0302798已知：通过上部结构压印入衍射表面结构中来使用两个空间 频率。US2011/0051035教导通过在表面结构中其他的切割（"裁切"）所进行的类似匹配， 以便于能够与退耦效率分开来优化退耦特征。
[0012] Park等人（OpticsExpress15(6)，2888-2899(2007))报道有关点矩阵衍射的点 状表面结构，不过，由此只实现62%的强度均匀性。
[0013]US5650865教导双全息图的使用，所述双全息图由反射体积全息图和透射体积全 息图组成。所述两个全息图选择来自窄光谱宽度的光并且垂直地将来自特定角度的光偏转 出光引导板。在此，三种基色的双全息图在几何方面分配给LC面板的像素。在此，两个像 素化全息图相互间的定向及其关于LC面板的像素的校准是耗费大且困难的。
[0014]US2010/0220261描述用于液晶显示器的照明设备，其包含光引导板，所述光引导 板包含体积全息图，以便于使激光转向。在此体积全息图以相互间的特定距离、倾斜地定位 到光引导板中。然而，制造光引导板中的体积全息图是非常耗成本的。
[0015] 由GB2260203已知的是：使用体积全息图作为光引导板上的颜色选择格栅，其中 各个体积全息图有如下退耦效率，所述退耦效率沿入射方向增加。在此颜色选择格栅在空 间上匹配于透光数字光调制器的像素，这对于越来越高分辨率的显示器面板而言是耗费大 并由此是昂贵的。
[0016] 因此，本发明的任务是：提供带有特别扁平和紧凑光分配模块的更佳显示器设计， 所述光分配模块能够将光有效地并均匀地投影到透光数字光调制器上。光分配模块应该还 允许减少光源数量并且因此更低价地进行光学显示件的制造。
[0017] 该任务对于起初提及的类型的光分配模块通过如下方式得以解决：相关于至少两 个空间维度在退耦设备中无平移对称地布置全息光学元件并且将全息光学元件设计为体 积格栅。
[0018] 在此本发明基于如下的认识，即相背于由现有技术已知的说明、尤其是由GB 2260203已知的说明，不需要均匀地布置全息光学元件，以便于使得来自光引导板的均匀光 退耦成为可能。此外，对于根据本发明的解决方案不需要离散地分配退耦位置到显示器的 各个像素。
[0019] 因此，对于根据本发明的光分配模块，能够定向地从光引导板退耦光并且通过全 息光学元件在光引导板上的分配实现均匀的光退耦。额外地，例如还能够改变全息光学元 件的形状、尺寸、衍射效率和/或衍射方向或者借助于全息光学元件进行波长选择。换而言 之，典型情况下所使用的光源将宽角度范围中的光耦合到光引导板中。在此，全息光学元件 选择这些射线并且将不遵守布拉格条件的哪些射线保留在光引导板中。通过合适地选择光 引导板上全息光学元件的形状和尺寸或者衍射效率或分配，或者通过衍射方向，或者通过 选择波长，或者通过结合两个或更多的这些特征可能一致地设定漫射器中的光均匀性。因 此光引导板用作光存储件，全息光学元件从所述光存储件中"抽取"光并且将所述光有目的 地退耦到漫射器。这些可能性和其他可能性接下来还要详细地探讨。
[0020] 适于作为用于本发明显示器的光源的是等离子体发射灯，例如冷阴极荧光灯或其 他的，例如：包含激态复合物（Exciplex)的等离子光源；基于无机材料或者有机材料的固 态光源，例如发光二极管（LED)，优选地所谓的白LED，其包含紫外线和/或蓝色发射和转换 颜色的磷，其中转换颜色的磷还能够包含这种半导体纳米微粒(所谓的量子点、Q点)，其(如 专业人员已知的那样)在以蓝光或UV光激励之后在合适的红色和绿色以及必要时蓝色光谱 范围内以高效率发射。优选的是带有光发射的尽可能狭窄的带宽的Q点。此外至少三个单 色的，即例如红色的、绿色的和蓝色的LED的组合；至少三个单色的，即例如红色的、绿色的 和蓝色的激光二极管的组合；或者单色LED和激光二极管的组合也是适用的，因此基色可 通过组合来制造。备选地，基色也能够在以蓝色LED照射、轨道状的元件中产生，所述元件 包含合适的Q点，以便于将转换的、带有窄带宽的红光和绿光在此以高效率与LED的蓝光混 合。轨道状元件(其在注册的商品名"QuantumRail"下也是可得到的）能够定位在由蓝色 LED或蓝色激光二极管构成的阵列之前。
[0021] 可以通过不同的方法在透明层中制造全息光学元件。有可能使用对应于待产生式 样的掩膜，其中该掩膜包括对应于该式样的开口（正掩膜)。在此全息曝光以如下类型构造， 即信号射线或参考射线或者两者通过掩膜在其强度或者极性上局部地修改。该掩膜能够尤 其是由金属、塑料、硬纸板或者类似物生产并且因此包含如下开口或者区域，在所述开口或 者区域的位置，射线穿过或者其极性改变并且借助全息记录膜中第二射线的干涉产生全息 光学元件