液晶显示器的照明设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于照明液晶显示器的至少一个光调制器装置的照明设备，包括 至少一个光导体基底，用于引导至少一个可耦合到所述光导体基底内的定向的光束，其中， 所述光导体基底与至少一个包括多个输出耦合区域的全息-光学输出耦合基底至少处于 光学接触，其中，输出耦合区域至少被设置为，用于将定向光束的一部分以多个子光束的形 式在所述光调制器装置的方向输出耦合。此外，本发明还涉及一种照明系统和一种液晶显 示器。
【背景技术】
[0002] 今天，液晶显示器也被称作LC显示屏（Liquid Crystal Display)，获得了广泛应 用。这种显示屏以多种形式出现在多种应用中，例如移动设备，如移动电话、游戏机、笔记本 电脑、平板电脑或桌面监视器、电视机、广告牌以及建筑安装。
[0003] 液晶显示器具有至少一个可电气控制的含液晶层，该层会依据所设置的电压来改 变光线的偏振。这个层也称作光调制器。光调制器尤其是一种可透光的数字化立体的光调 制器。光调制器可连同其它层、例如偏振器层一起构成光调制器装置。
[0004] 此外，液晶显示器还包括背面的照明设备，也称作背光模块（BLU)，被设置为用于 制造光线并且使光线转向光调制器装置的方向。在现有技术中，是使用冷阴极荧光灯和发 光二极管（LED)来制造光线。这些光源的发光特性是，其发射无向光。在现有技术中，除了 直接照明外，还已知这种方案，即：无定向的光线在照明设备的边缘上入射或者说耦合。
[0005] 直接照明具有这样的优点，即：光线通过各个光源的适当的空间定位，就能够非常 均匀地分布在光调制器装置的整个面积上，这尤其是所有类型的液晶显示屏的一个品质标 准。另外，在直接照明中使用LED带来了这样的好处，即：其自身更暗，由此导致显示屏的对 比值更高。直接照明的不足在于高成本以及能耗，因为需要大量光源。
[0006] 作为替选的照明技术，光源被安装在光导体基底的边缘上，光线是在这些边缘上 被射入该光导体基底的。光线自这个侧面的位置起，通过全反射，被转向显示屏中心的方 向。通过安装在光导体基底的背向表平面上的光输出耦合元件，光线由此就向前被转向光 调制器装置的方向。其中，典型的光输出耦合元件包括由白色构成的印刷图样、粗化处理的 表面或者是压印的屈光结构。这些结构的数量和密度可自由选择，并能够正好均匀地照亮 显示器。但相对应设计的显示屏仅仅具有更低的成像质量。
[0007] 但除了一直以来的要制造层厚更小且能耗更低的液晶显示器的要求以外，提供具 有更好成像质量的液晶显示器，也是一个重要目标。另外，影响成像质量的测量值还包括色 域（全范围）的大小、照亮的均匀度（光密度分布）、对比率以及色彩中性，也就是成像不取 决于LC电池的开关状态且光谱不变。
[0008] 由现有技术已知，在光调制器内采用专门的LC电池、例如双精度超级扭流状液晶 向列显示（DSTN)或膜式超级扭曲（FST)，以便获得色彩精确的成像。
[0009] 另外，如果将光源的光谱带宽减小，就可改进单个像素的色彩保真度，因为由此色 彩混合更加精确。
[0010] 尤其是通过使用窄带光谱发光的发光装置，就能够提高LC显示屏的能效和色彩 保真度。发光装置尤其是被设置为用于制造定向的光束。定向的光束是由这样的电磁辐射 构成的，其能量流是以一方向进行并且其发散度小于〇. 052度、优选小于0. 026度、尤其优 选小于〇. 017度。例如由现有技术已知，采用一种激光装置、如激光二极管，作为制造定向 光束的装置。
[0011] 因此，由US 5 854 697 A已知一种照明设备，其具有用于引导定向光束的光导体 基底。定向的光束在所述光导体基底的一个边缘上，以一个特定的耦合角度入射，并且在该 光导体基底内传导。另外，光导体基底与包括多个输出耦合区域的全息-光学输出耦合基 底处于光学接触。输出耦合区域尤其是指，在全息-光学输出耦合基底内的这种定向光束 在其内进入全息-光学输出耦合基底并且有部分被输出耦合的区域。
[0012] 其中，全息-光学输出耦合基底可沿着光导体基底具有变化的衍射效率，以便能 够沿着波导体实现统一的输出耦合强度。在US 5 854 697 A中使用了一种照相乳剂，作为 全息-光学输出耦合基底的记录材料。
[0013] 尽管通过这种现有的技术，能够减小照明设备的层厚，并且同时能够降低能耗。但 这种现有技术的难题是，输出耦合的光线是被定向地且在平行于光导体基底的表面法线的 方向离开的。这就带来了这种问题，即：对于观看者的眼睛而言，照明设备具有不同的亮度。 因此，光调制器装置、尤其是光调制器的各个像素要以不同的光强被照射。这就导致液晶显 示器具有更低的成像质量。
【发明内容】
[0014] 因此，本发明的根本目的在于，提供一种用于照明液晶显示器的至少一个光调制 器装置的照明设备，其具有极小的层厚和极小的能耗，并且同时确保了液晶显示器改善的 成像质量。
[0015] 根据本发明，上述目的是通过一种根据本权利要求1所述的照明设备实现的。所 述用于照明液晶显示器的至少一个光调制器装置的照明设备包括至少一个光导体基底，用 于引导至少一个可射入该光导体基底内的定向光束。另外，光导体基底与至少一个包括多 个输出耦合区域的全息-光学输出耦合基底至少处于光学接触。输出耦合区域至少被设置 为，用于使得一部分定向光束以多个子光束的形式在光调制器装置的方向输出耦合。所述 照明设备包括至少一个扩散器模块。扩散器模块被这样设置，使得两个相邻输出耦合区域 的至少最外面的子光束在从扩散器模块输出之前至少彼此相邻。
[0016] 根据本发明，与现有技术所不同的是，设置至少一个扩散器模块，用于所输出耦合 的光束的发散式扩散，因此，输出耦合的光束就以均匀的光强和均匀的角度分布到达基于 像素的立体光调制器。就避免了在液晶显示器中在侧面的光分布上出现视觉可见的不均 匀。尤其是由此实现了更好的成像质量，即：扩散器模块被这样设置，使得两个（直接）相 邻的输出耦合区域的至少最外面的被输出耦合的光束至少相互紧邻，其中，这些光束优选 可重合。
[0017] 所述照明设备包括光导体基底。光导体基底或者也被称作波导体，被设置为，用于 引导至少一个定向的光束、优选激光束。定向的光束可在光导体基底的边缘上被耦合或者 说入射。尤其是所述光束是以可预先给定的耦合角度入射的。定向的光束可经过光导体基 底，通过全反射，在该光导体基底或者说与该光导体基底处于光学接触的全息-光学输出 耦合基底的界面上传导。当然可有多个定向的光束在边缘上耦合，如下面所实施的那样。
[0018] 此外，设置全息-光学输出耦合基底，其与所述光导体基底处于直接的光学接触。 所述光导体基底例如可包括全息-光学输出耦合基底。元件之间的光学接触例如可通过全 息-光学输出耦合基底直接层合在光导体基底上来实现。替选方案是，可例如借助一种流 体来建立光学接触。所采用的流体可具有一种与全息-光学输出耦合基底和/或光导体基 底的折射系数相等的折射系数。如果全息-光学输出耦合基底的折射系数有别于光导体基 底的折射系数，那么，所述流体的折射系数就可处于这些值之间。这种流体有利地具有足够 低的挥发性，以便持久的附着应用。在另一种优选的替选方案中，可通过光学透明的胶黏剂 来建立光学接触，该胶黏剂可作为流体被涂敷。替选方案是，可使用转移胶黏剂。所采用的 胶黏剂的折射系数可根据上述流体的折射系数来选择。
[0019] 全息-光学输出耦合基底可由一种体积全息图的记录材料构成。全息-光学输出 耦合基底具有多个输出耦合区域，其中输出耦合区域至少被设置为，用于使一部分定向光 束与多个子光束的形式转向光调制器装置的方向。输出耦合区域尤其是在全息-光学输出 耦合基底内的定向光束在其内有部分被输出耦合或者说衍射的区域。该区域另外还取决于 全息-光学输出耦合基底的构造和所耦合的定向光束的光束宽度。
[0020] 根据本发明，可以看到，如果设置扩散器模块并且其被这样设置，使得至少两个相 邻输出耦合区域的最外面的子光束在从该扩散器模块输出之前至少相互靠近，光调制器装 置就能够被足够均匀地照明。两个相邻的输出耦合区域尤其是指直接相邻的输出耦合区 域，在其间没有布置任何另外的输出耦合区域。在特殊情况下，输出耦合区域可直接相接。 通过最外面的子光束在其离开扩散器模块之前至少彼此相接、优选相重合这种方式，就确 保了，扩散器模块被设计为平面的具有均匀光强的照明光源。一个输出耦合区域的最外面 的子光束有利地与所有该输出耦合区域所相邻的输出耦合区域的最外面的子光束在从扩 散器模块输出之前有利地至少彼此相接，致使扩散器模块没有任何光强更小的区域。感觉 上尤其是作为唯一的光源。
[0021] 可提供一种针对立体光调制器的、包括电子像素控制的照明设备，该照明设备通 过使用了定向的光束、例如由激光二极管作为光源的光束而具有高色彩保真度，并且有效 且均匀地将光投射到透明的光调制器上。另外，根据本发明的照明设备还具有简单、平面且 紧凑的设计。此外，在根据本发明的照明设备中，光源的数量可被限制到最小化。
[0022] 根据本发明的照明设备的第一实施方式，扩散器模块可以是单独的、被布置在光 导体基底与待要照明的光调制器之间的扩散器基底。扩散器基底可以是体积散射器。在所 述照明设备的一种优选的实施方式中，单独的扩散器基底可具有至少一个透明层和漫散射 层。所述漫散射层可例如包括有机或无机的散射粒子，这些散射粒子可被置入载体层内。散 射粒子和载体层、例如所述透明层具有不同的折射系数。在一种特别优选的实施方式中，散 射粒子不吸光，并且被成型为近似球形。通过单独的扩散器基底，可以很简单的方式达到所 期望的扩散效果。
[0023] 单独的扩散器基底的替选方案或者补充方案是，扩散器模块可被集成在全息-光 学输出耦合基底内。通过全息-光学元件2本身，就可实现扩散式光束发散的光学功能。输 出耦合区域例如可具有扩散器功能并且这样相互布置，以此能够确保，两个相邻输出耦合 区域的最外面的子光束在从扩散器模块、即全息-光学输出耦合基底输出之前至少彼此相 接。相应结构的优点尤其是在于，更进一步地降低了照明设备的层厚。可放弃使用单独的 扩散器基底。
[0024] 当然也可将单独的扩散器基底与集成在全息-光学输出耦合基底内的扩散器模 块相结合。
[0025] 根据本发明的照明设备的另一种实施方式，可在所述单独的扩散器基底与光导体 基底之间布置中间层。中间层的折射系数至少要小于光导体基底的折射系数。通过（直 接）在光导体基底上布置中间层，就可以简单的方式实现所述至少一个定向光束在该光导 体基底内的全反射。如果在光导体基底上布置全息-光学输出耦合基底，可在一种替选的 实施方式中，在单独的扩