包括光栅的光导的制作方法

本申请依据35u.s.c.§119要求2017年8月29日提交的美国临时专利申请第62/551,375号的优先权权益，该申请的内容是本文的基础并且其全文以引用方式并入本文。

本公开大体涉及用于经由光导传播光的设备和方法。更特别地，本公开涉及例如在用于显示器的背光中经由图案化光导来传播光。

背景技术：

液晶显示器(lcd)是基于光阀的显示器，其中显示面板包括可单独地寻址的光阀的阵列。背光用来在lcd显示器中产生发射影像。背光是边缘发光或直接发光的。边缘发光的背光例如包括发光二极管(led)阵列，发光二极管阵列边缘耦接到光导板，光导板从光导板的表面发射光。直接发光的背光例如包括在lcd面板正后方的led的二维(2d)阵列。边缘发光的背光一般比直接发光的背光薄，而直接发光的背光允许改进的动态对比，因为显示器的暗区域中的led可以被关闭。

直接发光的背光可能因背光内的多重反射而遭受大量的光损耗。因此，本文中公开了用于经由具有减少的光损耗的光导来传播光的设备和方法。

技术实现要素：

本公开的某些实施方式涉及一种光导。所述光导包括玻璃板、一定图案的第一光栅、一定图案的第二光栅、以及一定图案的光提取器。所述玻璃板具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面。所述图案的第一光栅在所述玻璃板的所述第一表面上。所述图案的第二光栅在所述玻璃板的所述第二表面上，其中所述第二光栅中的每个与第一光栅对准。所述图案的光提取器在所述玻璃板的所述第一表面或所述第二表面上。

本公开的又一些实施方式涉及一种背光。所述背光包括玻璃光导、底部反射器和多个光源。所述玻璃光导包括底表面和顶表面、所述底表面或所述顶表面上的一定图案的光提取器、以及所述底表面或所述顶表面上的一定图案的第一光栅。所述多个光源在所述底部反射器与所述玻璃光导之间。通过对应的第一光栅来将来自每个光源的光耦合到所述玻璃光导中，使得所述光的第一部分在所述玻璃光导中侧向地进行并被所述光提取器提取出所述玻璃光导。

本公开的又一些实施方式涉及一种用于制造显示器的方法。所述方法包括：将多个发光二极管(led)附接到印刷电路板(pcb)。所述方法进一步包括：将底部反射器应用于所述多个led之间的所述pcb。所述方法进一步包括：将光导板应用于所述多个led上方，所述光导板包括底表面和顶表面、所述底表面或所述顶表面上的一定图案的光提取器、以及所述底表面或所述顶表面上的一定图案的光栅。所述方法进一步包括：将图案化反射器应用于所述光导板上方。

本文中所公开的设备和方法提供了具有减少的光损耗的光导和具有二维(2d)局部调光的直接发光背光效能的薄且高效的背光。

将在以下详细描述中阐述附加的特征和优点，并且本领域中的技术人员将通过该描述容易地理解所述特征和优点的部分，或通过实践如本文所描述的实施方式(包括以下详细描述、权利要求书以和附图)来认识所述特征和优点。

将理解，前述一般描述和以下详细描述两者描述了各种实施方式，并且意图提供概观或架构以供了解所要求保护的主题的本质和性质。包括附图以提供各种实施方式的进一步了解，并且将所述附图被并入此说明书并构成此说明书的部分。所述附图示出了本文所描述的各种实施方式，并且与本说明书一起用来解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

图1a-1b示意性地描绘包括透射光栅的光导的一个示例；

图2a-2b示意性地描绘包括反射光栅的光导的一个示例；

图3a-3c示意性地描绘包括透射光栅和反射光栅的光导的一个示例；

图4a-4c示意性地描绘包括透射光栅和反射光栅的光导的另一个示例；

图5示出光提取器的图案的一个示例；

图6示意性地描绘背光的一个示例；

图7a-7b示意性地描绘用于制造显示器的第一子组件的一个示例；

图8a-8b示意性地描绘用于制造显示器的第二子组件的一个示例；

图9a-9b示意性地描绘用于制造显示器的第三子组件的一个示例；

图10a-10b示意性地描绘用于制造显示器的第四子组件的一个示例；

图11示意性地描绘显示器的一个示例；

图12a-12b示出光栅的示例；

图13a示意性地描绘光栅的一个示例；

图13b示出图13a的光栅对于光线的响应的一个示例；

图14针对透射光栅的一个示例示出衍射效率对上光栅厚度；

图15针对反射光栅的一个示例示出衍射效率对上光栅厚度；

图16a-16b示意性地描绘包括透射光栅的光导的一个示例，其中入射光的方位角φ等于90°；

图16c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图16a-16b的示例透射光栅的方位角φ等于90°；

图17a-17b示意性地描绘包括透射光栅的光导的一个示例，其中入射光的方位角φ等于0°；

图17c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图17a-17b的示例透射光栅的方位角φ等于0°；

图18a-18b示意性地描绘包括反射光栅的光导的一个示例，其中入射光的方位角φ等于90°；

图18c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图18a-18b的示例反射光栅的方位角φ等于90°；

图19a-19b示意性地描绘包括反射光栅的光导的一个示例，其中入射光的方位角φ等于0°；

图19c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图19a-19b的示例反射光栅的方位角φ等于0°。

具体实施方式

现将详细参考本公开的实施方式，所述实施方式的示例被示出在附图中。将尽可能使用相同的附图标记来在绘图的任何部分指称相同或类似的部件。然而，本公开可用许多不同的形式来实现，并且本公开不应被视为限于本文中所阐述的实施方式。

在本文中可将范围表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表达此类范围时，另一个实施方式包括从该一个特定值和/或到该另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表达为近似值时，将了解到，该特定值形成另一个实施方式。将进一步了解到，范围中的每个的端点相对于另一个端点是有意义的(significant)并是与另一个端点无关地有意义的。

如本文所使用的方向性用语(例如上、下、右、左、前、后、顶、底、竖直、水平)是仅参考如所绘制的附图而作出的，并且并非意图暗示绝对定向。

除非另有明确地表明，否则绝不意图将本文所阐述的任何方法解释为需要其步骤以特定次序执行，也不需要任何设备具有特定定向。因此，如果一个方法权利要求实际上并未陈述要由其步骤遵循的次序，或任何设备权利要求实际上并未陈述单独地部件的次序或定向，或在权利要求书或说明书中未另有具体地表明步骤要受限于特定的次序，或未陈述设备的部件的特定次序或定向，则绝不意图在任何方面推断次序或定向。这对于用于解译的任何可能非明示基础都是如此，包括：针对步骤、操作流程、部件次序或部件定向的布置的逻辑事项；推导自语法组织或标点符号的一般意义；以及说明书所描述的实施方式的数量或类型。

如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”包括复数的指称对象，除非上下文另有清楚地指示。因此，例如对“一个”部件的指称包括具有两个或更多个此类部件的方面，除非上下文另有清楚指示。

现参考图1a-1b，示意性地描绘了包括透射光栅106的示例性光导100。图1a是光导100的侧视图，而图1b是透射光栅106的仰视图。光导100包括具有第一表面102和与第一表面102相反的第二表面104的玻璃板101。光导100包括玻璃板101的第一表面102上的透射光栅106。在其他示例中，光导100包括玻璃板101的第一表面102上的一定图案的透射光栅106(例如透射光栅106的二维(2d)阵列)。光导100还包括一定图案的光提取器(未示出)，将例如参考图5在下文描述所述图案的光提取器。光提取器图案是在玻璃板101的第一表面102或第二表面104上的。

如图1b中所示，透射光栅106是包括与y轴平行的多条线的线性光栅。透射光栅106将入射于透射光栅106上的光108耦合到光导100中，使得光的一部分(即在112处指示的透射一阶(t1)光)因全内反射而在xz平面上在光导中侧向地进行。由于全内反射而在光导100中侧向地进行的光最后被光提取器提取出光导100。光包括在110处指示的透射零阶(t0)光的其余部分穿过玻璃板101的第二表面104。

图2a-2b示意性地描绘包括反射光栅126的示例性光导120。图2a是光导120的侧视图，而图2b是反射光栅126的俯视图。光导120包括具有第一表面122和与第一表面122相反的第二表面124的玻璃板121。光导120包括玻璃板121的第二表面124上的反射光栅126。在其他示例中，光导120包括玻璃板121的第二表面124上的一定图案的反射光栅126(例如反射光栅106的2d阵列)。光导120还包括一定图案的光提取器(未示出)，将例如参考图5在下文描述所述图案的光提取器。光提取器图案是在玻璃板121的第一表面122或第二表面124上的。

如图2b中所示，反射光栅126是包括与y轴平行的多条线的线性光栅。反射光栅126将入射于反射光栅126上的光128耦合到光导120中，使得光的一部分(即在132处指示的反射一阶(r1)光)因全内反射而在xz平面上在光导中侧向地进行。因全内反射而在光导120中侧向地进行的光最后被光提取器提取出光导120。光的其余部分包括在130处指示的反射零阶(r0)光和在134处指示的t0光。t0光134穿过玻璃板121的第二表面124，而r0光130被反射回玻璃板121的第一表面122。

图3a-3c示意性地描绘包括透射光栅146和反射光栅148的示例性光导140。图3a是光导140的侧视图，图3b是反射光栅148的俯视图，而图3c是透射光栅146的仰视图。光导140包括具有第一表面142和与第一表面142相反的第二表面144的玻璃板141。光导140包括玻璃板141的第一表面142上的透射光栅146。光导140包括玻璃板141的第二表面144上的反射光栅148。透射光栅146在z轴方向上与反射光栅148对准。在其他示例中，光导140包括一定图案的透射光栅146和一定图案的反射光栅148，例如玻璃板141的第一表面142上的透射光栅146的2d阵列和玻璃板141的第二表面144上的反射光栅148的2d阵列，其中每个透射光栅在z轴方向上与反射光栅对准。光导140还包括一定图案的光提取器(未示出)，将例如参考图5在下文描述所述图案的光提取器。光提取器图案是在玻璃板141的第一表面142或第二表面144上的。

如图3b中所示，反射光栅148是包括与y轴平行的多条线的线性光栅。如图3c中所示，透射光栅146还是包括与y轴平行的多条线的线性光栅。在一个示例中，透射光栅146的线和反射光栅148的线在约10°内彼此平行。透射光栅146将入射于透射光栅146上的光150耦合到光导140中，使得光的一部分(即在158处指示的t1光)因全内反射而在xz平面上在光导中侧向地进行。反射光栅148将入射于反射光栅148上的光150耦合到光导140中，使得光的一部分(即在154处指示的r1光)因全内反射而在xz平面上在光导中侧向地进行。因全内反射而在光导140中侧向地进行的光最后被光提取器提取出光导140。光的其余部分包括在152处指示的r0光和在156处指示的t0光。t0光156穿过玻璃板141的第二表面144，而r0光152被反射回玻璃板141的第一表面142。

图4a-4c示意性地描绘包括透射光栅166和反射光栅168的光导160的另一个示例。图4a是光导160的侧视图，图4b是反射光栅168的俯视图，而图4c是透射光栅166的仰视图。光导160包括具有第一表面162和与第一表面162相反的第二表面164的玻璃板161。光导160包括玻璃板161的第一表面162上的透射光栅166。光导160包括玻璃板161的第二表面164上的反射光栅168。透射光栅166在z轴方向上与反射光栅168对准。在其他示例中，光导160包括一定图案的透射光栅166和一定图案的反射光栅168，例如玻璃板161的第一表面162上的透射光栅166的2d阵列和玻璃板161的第二表面164上的反射光栅168的2d阵列，其中每个透射光栅在z轴方向上与反射光栅对准。光导160还包括一定图案的光提取器(未示出)，将例如参考图5在下文描述所述图案的光提取器。光提取器图案是在玻璃板161的第一表面162或第二表面164上的。

如图4b中所示，反射光栅168是包括与x轴平行的多条线的线性光栅。如图4c中所示，透射光栅166是包括与y轴平行的多条线的线性光栅。在一个示例中，透射光栅166的线和反射光栅168的线在约10°内彼此正交。透射光栅166将入射于透射光栅166上的光170耦合到光导160中，使得光的一部分(即在178处指示的t1光)因全内反射而在xz平面上在光导中侧向地进行。反射光栅168将入射于反射光栅168上的光170耦合到光导160中，使得光的一部分(即在174处指示的r1光)因全内反射而在yz平面上在光导中侧向地进行(由虚线指示)。因全内反射而在光导160中侧向地进行的光最后被光提取器提取出光导160。光的其余部分包括在172处指示的r0光和在176处指示的t0光。t0光176穿过玻璃板161的第二表面164，而r0光172被反射回玻璃板161的第一表面162。

图5示出光提取器220的示例性图案。光提取器220的图案是用于单独的单元块，该单元块具有如在222处所指示的单元长度l0和如在224处所指示的单元宽度w0。所描绘的单元块的中心x与下方安置有光源的区域对应。如将在下文参考图7a所描述的，每个光源可包括所描绘的单元块。一般而言，光提取特征的密度随着距中心x的距离而增加。在某些示例中，光提取特征可被图案化为形成格栅，其中中心区域x和从中心正交延伸的区域y的光提取特征较为稀少，而角落区域z的光提取特征较为稠密。在其他示例中，可视情况使用其他的光提取特征图案来产生所需的光输出分布。

可使用任何合适的方法来处理光导板以产生光提取特征。在一个示例中，光提取特征可为涂有高度散射涂料的表面区域、雷射破坏区域和/或微光学特征(例如在玻璃表面上由塑料或另一个玻璃形成的棱镜或透镜)。在另一个示例中，可通过蚀刻光导板的表面来形成光提取特征。可变化蚀刻的参数以达成所需的光提取特征。

图6示意性地描绘背光300的一个示例。在一个示例中，背光300是直接发光的2d可局部调光背光。背光300包括底部反射器302、多个光源304、玻璃光导310和图案化反射器320。底部反射器302包括反射材料，例如金属或另一个合适的材料。该多个光源304被布置在底部反射器302与玻璃光导310之间而呈2d阵列，并且具有305处指示的间距。在一个示例中，每个光源304包括led或另一个合适的光源。

光导310包括具有第一表面312和与第一表面312相反的第二表面314的玻璃板311。光导310在玻璃板311的第一表面312上包括一定图案的第一(例如透射)光栅316(例如第一光栅316的2d阵列)。光导310在玻璃板311的第二表面314上包括一定图案的第二(例如反射)光栅318(例如第二光栅318的2d阵列)。每个光源304在竖直方向上与第一光源316对准，而每个第一光栅316在竖直方向上与对应的第二光栅318对准。光导310还包括一定图案的光提取器(未示出)(举例而言，例如上文参考图5所描述的光提取器图案)。光提取器图案是在玻璃板311的第一表面312或第二表面314上的。

图案化反射器320包括了第一(即反射)区域325(由图案化反射器320内的白色区域所指示)和与每个光源304对准的第二(即透明)区域326a、326b和326c(统称为第二区域326，并且由图案化反射器320内的黑色区域所指示)。第一区域325比第二区域326更具反射性，而第二区域326比第一区域325更具透射性。第二区域326在x轴方向上在尺寸上变化，如由较小的326a子区域、较大的326b子区域和又更大的326c子区域所指示的。在此示例中，在光导310与图案化反射器320之间存在气隙。在其他示例中，可例如通过在玻璃板311的第二表面314上使用图案化的金属层或多层介电涂料，来将图案化反射器320与光导310整体式地整合在一起。

从每个光源304所发射的光的至少一部分通过光栅316和318耦合到光导310中并通过全内反射侧向传播。从每个光源304所发射的光的另一个部分由于底部反射器302和图案化反射器320处的反射而在底部反射器302与图案化反射器320之间侧向传播。330处指示的射线r1透射通过透明区域326a，而332处指示的射线r2首先被反射区域325反射，接着被底部反射器302反射，并且最终穿过图案化反射器320的透明区域326b。334处指示的射线r3因全内反射而在光导310内侧向传播，并且接着被光提取器图案从光导310提取，并且最终穿过图案化反射器320的透明区域326c。

像是r3334的射线可在图案化反射器320与底部反射器302之间多重反射的期间在不遭受损耗的情况下侧向地进行较长的距离。虽然像是r3334的射线经历了光导310的内部吸收，但内部吸收是相对小的，因为背光300中的led间距305在一个示例中小于约150mm而在另一个示例中小于约80mm。像是r3334的射线在它们被提取出光导310之前前行约led间距305的半。在一个示例中，合适的光导310在450nm、550nm和650nm下具有不小于98％的超过75mm的内部透射。可使用康宁公司的iris^tm玻璃来制造一个此类的合适光导。玻璃光导相较于由聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)制作的光导而言可具有较高的热稳定性和较高的机械稳定性。

底部反射器302与图案化反射器320之间的光学距离由340指示。通过使用光导310并其中来自每个led304的光通过光栅而被耦合到光导中，光学距离340可跟光导310的厚度一样小。光导310的厚度可例如是在约0.1mm与2mm之间的范围内。

图7a-11示出了用于制造显示器的示例性方法。图7a是用于制造显示器的示例性第一子组件400的俯视图，而图7b是该第一子组件的侧视图。第一子组件400是通过将多个led404附接到印刷电路板(pcb)402来制造的。led404被布置而呈2d阵列，其中每个led404具有单独的单元块410，该单元块具有如412处所指示的单元长度l0和如414处所指示的单元宽度w0。在一个示例中，每个单元块410限定光导的每个光提取器图案(例如先前参考图5所描述和示出的光提取器图案220)将与每个led404竖直地对准之处。

图8a是用于制造显示器的示例性第二子组件420的俯视图，而图8b是该第二子组件的侧视图。第二子组件420是通过将底部反射器422应用于先前参考图7a-7b所描述和示出的第一子组件400的该多个led404之间的pcb402来制造的。底部反射器422可包括金属材料或另一个合适的反射材料。

图9a是用于制造显示器的示例性第三子组件430的俯视图，而图9b是该第三子组件的侧视图。第三子组件430是通过将光导板432应用在先前参考图8a-8b所描述和示出的第二子组件420的该多个led404上方来制造的。光导板432如先前于本文中例如参考图1a-5所描述地包括底表面和顶表面、底表面或顶表面上的一定图案的光提取器、以及底表面和/或顶表面上的一定图案的光栅。

图10a是用于制造显示器的示例性第四子组件440的俯视图，而图10b是该第四子组件的侧视图。第四子组件440是通过将图案化反射器442应用在先前参考图9a-9b所描述和示出的第三子组件430的光导板432上方来制造的。图案化反射器442包括由黑点所指示的第一区域444和由黑点之间的连续白色空间所指示的第二区域446。在一个示例中，由第一区域444和第二区域446所提供的图案被分割成先前参考图7a所描述和示出的单独地单元块410。第一区域444比第二区域446透明，而第二区域446比第一区域444更具反射性。第一区域444(例如点)的面密度在图案化反射器442的平面上变化。第一区域444在led404的正上方具有最低的面密度，并且在单元块之间的角落处具有最高的面密度。可通过点的数量、点的尺寸或其组合来变化第一区域444的面密度。第一区域444的面密度上的变化可被设计为在光穿过图案化反射器442之后提供均匀的照明分布。可不规则地安置点以最小化图案可见度。在一个示例中，点的尺寸可以在约5μm与5000μm之间的的范围中。点可以是圆形、矩形或任何其他合适的形状。

图11示意性地描示出例性显示器450。显示器450是通过将扩散板452应用于先前参考图10a-10b所描述和示出的第四子组件440的图案化反射器442上方和将量子点膜454应用于扩散板452上方来制造的。显示器450的制造进一步包括：将棱镜膜456应用于量子点膜454上方，将反射偏振器458应用于棱镜膜456上方，和将显示面板460应用于反射偏振器458上方。

图12a示出示例性圆形光栅500。圆形光栅500包括多个嵌套圆圈502，该多个嵌套圆圈在光栅的边缘处包括部分的圆圈。在一个示例中，图1a、2a、3a和4a的透射光栅中的每个和反射光栅中的每个可为圆形光栅。

图12b示出示例性椭圆形光栅510。椭圆形光栅510包括多个嵌套椭圆512，该多个嵌套椭圆在光栅的边缘处包括部分的椭圆。在一个示例中，图1a、2a、3a和4a的透射光栅中的每个和反射光栅中的每个可为椭圆形光栅。在其他的示例中，图1a、2a、3a和4a的透射光栅中的每个和反射光栅中的每个可具有其他合适的形状。

合适的光栅具有小于光源的波长λ和大于λ(ng-1)的间距，其中ng是玻璃光导板的折射率。光栅的间距小于λ(ng-1)，使得第一阶衍射存在。光栅的间距小于λ，使得等于0°的入射角的第一阶衍射满足全内反射的条件。注意，在这些条件下，对于在与光栅的线平行的平面中入射的光而言，第一阶的反射或透射光符合全内反射的条件而与入射角无关。对于在与光栅的线垂直的平面中入射的光而言，第一阶射线(对于透射光栅来说是t1和t-1，或对于反射光栅来说是r1和r-1)中的者取决于入射角而符合全内反射的条件或消失。第一阶射线中的另一个者可或可不符合全内反射的条件。即使射线不经历全内反射，所述射线仍被侧向重新导向而远离光源。此部分的光可如图6中所示地由于底部反射器与图案化反射器之间的多重反射而侧向地进行。对于透射光栅而言，来自第一阶衍射的侧向耦合效率对于等于0°的入射角而言约为50％。对于反射光栅而言，来自第一阶衍射的侧向耦合效率对于等于0°的入射角而言约为67％。为了强化侧向衍射效率，可使用两个光栅，一个光栅在光导的底部上，而另一个光栅在光导的顶部上。

图13a示意性地描示出例性光栅600。在此示例中，光栅600是线性二元光栅，该线性二元光栅包括基板602和从基板602延伸的多条并行线604。光栅600的各条线604具有606处指示的间距、608处指示的宽度和610处指示的厚度。虽然图13a中示出了四条线604，但光栅600可包括任何合适数量的并行线604。光栅占空比被限定为光栅宽度608除以光栅间距606。光栅600的表面剖面可以是方形或矩形。如果要使用光栅的区具有与宽度不同的长度，则矩形表面剖面可更均匀地传播光。

图13b示出图13a的光栅600对于光线的响应620的一个示例。具有波向量k、p偏振电场e1和s偏振电场e2的光线用入射极角θ和方位角φ射在光栅上。在φ＝0°时，入射平面与光栅的线垂直。在φ＝90°时，入射平面与光栅的线平行。在α＝0°时，射线具有s偏振(te)。在α＝90°时，射线具有p偏振(tm)。在β＝0°时，射线是线性偏振的。在β＝±45°时，射线是圆形偏振的。

图14针对未偏振的正向入射光针对透射光栅的一个示例示出衍射效率对上光栅厚度。在此示例中，透射光栅被设计为用于476nm的波长并具有0.47μm的间距和50％的光栅占空比。衍射效率是通过选定最佳的光栅厚度和占空比来最大化的。如图14中所示，在此示例中，t1+t-1的最大衍射效率在光栅厚度约为0.30μm时约为50％。对于约40％与60％之间的范围内的占空比维持了t1+t-1的类似最大衍射效率。在占空比减少到小于约40％时，t1+t-1的衍射效率减少到使得在20％的占空比下，t1+t-1的衍射效率小于约40％。在占空比增加到大于约60％时，t1+t-1的衍射效率减少到使得在80％的占空比下，t1+t-1的衍射效率小于约30％。

图15针对未偏振的正向入射光针对反射光栅的一个示例示出衍射效率对上光栅厚度。在此示例中，反射光栅是由铝制作的被设计为用于476nm的波长并具有0.47μm的间距和50％的光栅占空比。在其他示例中，反射光栅可由具有交替的低和高折射率的介电材料(例如sio2和tio2)的堆栈制作。衍射效率是通过选定最佳的光栅厚度和占空比来最大化的。如图15中所示，在此示例中，r1+r-1的最大衍射效率在光栅厚度约为0.15μm时约为70％。对于约40％与60％之间的范围内的占空比维持了r1+r-1的类似最大衍射效率。在占空比减少到小于约40％时，r1+r-1的衍射效率减少到使得在20％的占空比下，r1+r-1的衍射效率小于约30％。在占空比增加到大于约60％时，r1+r-1的衍射效率减少到使得在80％的占空比下，r1+r-1的衍射效率小于约40％。

在占空比过高时，r0不合需要地过高。例如，在占空比约为80％时，r0大于约80％。在占空比过低时，t0不合需要地过高。例如，在占空比约为20％时，t0大于约50％。在占空比是在约40％与60％之间的范围内时，t0和r0两者是低的，而所需的r1+r-1是高的。例如，在占空比为55％时，对于具有大于约0.23μm的厚度的光栅而言，r1+r-1大于60％。在占空比为53％时，对于具有约0.21μm与0.60μm之间的范围内的厚度的光栅而言，r1+r-1大于60％。

图16a-16b示意性地描绘包括透射光栅702的示例性光导700，其中入射光的方位角φ等于90°。图16a是光导700的侧视图，而图16b是透射光栅702的仰视图。在此示例中，透射光栅702被设计为用于476nm的波长并具有0.47μm的间距、0.29μm的厚度和45％的光栅占空比。如图16a中所示，在方位角φ＝90°时，t1和t-1两者具有相同的衍射效率并符合全内反射的条件，无论入射极角θ。因此，t1和t-1两者可前行长距离。

图16c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图16a-16b的示例透射光栅的方位角φ等于90°。在此示例中，t1+t-1的最大衍射效率在θ约为15°时约为60％。

图17a-17b示意性地描绘包括透射光栅722的示例性光导720，其中入射光的方位角φ等于0°。图17a是光导720的侧视图，而图17b是透射光栅722的仰视图。在此示例中，透射光栅722被设计为用于476nm的波长并具有0.47μm的间距、0.29μm的厚度和45％的光栅占空比。在方位角φ＝0°时，t1取决于入射极角θ而符合全内反射的条件或穿过光导720。t-1还可不符合全内反射的条件。在任何情况下，t和t-1都被侧向重新导向远离光源。

图17c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图17a-17b的示例透射光栅的方位角φ等于0°。在此示例中，t1+t+1的最大衍射效率在θ约为5°时约为50％。在将图17c与图16c进行比较时，注意，在极角θ小于60°时，t0大于40％，无论是否φ＝0°或90°。可通过在光导的顶部上包括反射光栅来抑制此效应。还注意，在极角θ小于30°时，t0相较于在方位角φ＝90°的情况下而言在方位角φ＝0°的情况下是较大的。可通过使用一种反射光栅来抑制此效应，该反射光栅的线与透射光栅的线正交。

图18a-18b示意性地描绘包括反射光栅742的示例性光导740，其中入射光的方位角φ等于90°。图18a是光导740的侧视图，而图17b是反射光栅742的俯视图。在此示例中，反射光栅742被设计为用于476nm的波长并具有0.47μm的间距、0.16μm的厚度和50％的光栅占空比。

图18c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图18a-18b的示例反射光栅的方位角φ等于90°。在此示例中，r1+r-1的最大衍射效率在θ约为0°时约为70％。

图19a-19b示意性地描绘包括反射光栅762的示例性光导760，其中入射光的方位角φ等于0°。图19a是光导760的侧视图，而图19b是反射光栅762的俯视图。在此示例中，反射光栅762被设计为用于476nm的波长并具有0.47μm的间距、0.16μm的厚度和50％的光栅占空比。

图19c示出衍射效率对上入射极角θ，其中图19a-19b的示例反射光栅的方位角φ等于0°。在此示例中，r1+r-1的最大衍射效率在θ约为0°时约为70％。

本文中所公开的直接发光的背光相较于不包括光导的直接发光的背光而言提供了改进的光效率。改进的光效率是通过安置在led上方的玻璃光导来达成的。来自led的光的至少一部分是通过全内反射来在玻璃光导中侧向传播的。全内反射是通过玻璃光导上的光栅来允许的，所述光栅用大于全内反射临界角的角度将从led所发射的正向入射光耦合到光导中。

本领域中的技术人员将理解到，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施方式作出各种修改和变化。因此，本公开要涵盖此类修改和变化，如果这些修改和变化是在所附权利要求和它们的等效物的范围内的话。