CN101221256A - 光学元件、发光装置、显示装置和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学元件、使用该光学元件的发光装置、显示装置和电子装置。该光学元件包括一种微百叶窗(1)，其包括：透明基底(2)；在透明基底(2)上的至少一个表面上形成的、具有用来衍射入射光使之形成图像的预定图案的凸凹状部分(5)；以及光控制层(7)，包括交替设置在透明基底(2)的所述至少一个表面上的至少一个透明层(3)和至少一个光吸收层(4)，每一个所述至少一个透明层(3)和所述至少一个透明层(4)沿着横断透明基底(2)的所述至少一个表面的方向延伸。

Description

光学元件、发光装置、显示装置和电子装置

技术领域

本发明涉及一种限制光在相对于表面倾斜的方向上的传播的光学元件，以及使用该光学元件的发光装置、显示装置和电子装置。

背景技术

在某些情形下希望除显示装置使用者之外的人不能看到显示屏。为此，用来限制相对于表面倾斜的方向上的光传播的薄膜形式的光学元件是已知的，并且这样的光学元件被称为“微百叶窗(micro-louver)”。

如JP-A-S50-092751公开的图1所示，相应的微百叶窗200具有其中每一个光吸收部分202和每一个透明部分203交替层叠的结构，每一个部分202和部分203垂直于表面201延伸。该微百叶窗200被设置在显示装置的显示表面上，并且以倾斜方向辐射到显示表面的光被限制，以使得显示图像在相对于显示表面倾斜的方向上不能被看到。

发明内容

在上文中描述的相对于微百叶窗200的表面201横向倾斜的角范围是没有在相应微百叶窗200中发射的光的区域。没有光发射的角范围可被用来显示例如做广告的图像，该图像区别于希望被阻止观看的原始图像。

因此本发明的目的是，在限制到相对于表面横向倾斜的角范围的光发射的光学元件中，使得光发射受限的角范围能够用于显示图像。

本发明用于获得上述目的的光学元件包括：透明基底；在透明基底的至少一个表面上形成的具有用来衍射入射光以便形成图像的预定图案的凸凹状部分；以及光控制层，包括交替设置在透明基底的所述至少一个表面上的至少一个透明部分和至少一个光吸收部分，所述至少一个透明部分和所述至少一个光吸收部分中的每一个沿着横断所述至少一个表面的方向延伸。

根据本发明的光学元件，光吸收部分限制相对于透明基底表面倾斜的光的发射。本发明的光学元件还使光发射被限制的角范围中能够显示凸凹状部分形成的衍射图像。

附图说明

图1是相关技术示例中的微百叶窗的立体图；

图2是厚度方向上的截面图，其给出了本发明一实施例的微百叶窗的示意图；

图3是说明图2的微百叶窗实现的操作的解释性视图；

图4是图2的微百叶窗变型的截面视图；

图5是图2的微百叶窗的另一变型的截面视图；

图6是图2的微百叶窗又一变型的示意图；

图7是示出结合本发明微百叶窗的发光装置的第一实例的示意图；

图8是图7中发光装置的变型的示意图；

图9是示出结合本发明微百叶窗的发光装置的第二实例的示意图；

图10是图9中发光装置的变型的示意图；

图11是示出结合本发明微百叶窗的示例的第一显示装置的示意图；

图12是示出结合本发明微百叶窗的第二显示装置的示意图；

图13是示出图12的变型的示意图；

图14是示出图12的另一变型的示意图；

图15是示出图12的又一变型的示意图；

图16是示出图12的再一变型的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照后面的附图解释本发明的说明性实施例。

图2是本发明一实施例的微百叶窗1在厚度方向上的截面视图。另外，为了简化说明，图2中只示出了几个透明部分3、光吸收部分4以及凸凹状部分5的凹部分和凸部分。然而，这些组件实际上尺寸上是微小的并且在透明基底2上是大量排列的。这种简化同样适用于其它附图。

本实施例的微百叶窗1包括透明基底2。凸凹状部分5以预定的图案形成在透明基底2的一个表面上。该凸凹状部分5构成产生预定衍射图像的透射型衍射光栅。在其上形成凸凹状部分5的透明基底2的表面上还形成光控制层7。光控制层7包括垂直于透明基底2的表面延伸的透明部分3和光吸收部分4。在图2所示的示例中，透明部分3和光吸收部分4沿图的左右方向交替排列。尽管没有详细示出，透明部分3和光吸收部分4同样可以形成为包括例如栅格等预定的平面图案。

该微百叶窗1是用来将光辐射到与透明基底2形成有凸凹状部分5的一侧相反一侧的表面上。这时，如图3所示，以近似垂直于微百叶窗1表面的角范围A入射到微百叶窗1上的光被传输并发射。另一方面，相对于微百叶窗1表面具有较小角度的角范围B的光被光吸收部分4阻挡，因此从微百叶窗1发射的光被限制。

而且，通过微百叶窗1形成有透明部分3的区域到达凸凹状部分5的部分光在凸凹状部分5中被衍射，由此形成与预定图案一致的衍射图像。形成该衍射图像的光没有被光吸收部分4阻挡并且被发射到角范围B。结果，对应于衍射图像的固定图像C可被位于角范围B的观察者看见。

这样，本实施例的微百叶窗1能够利用光发射被限制的角范围B来显示固定图像C。另外，形成衍射图像的光同样可以输出到角范围A。然而，由于通过微百叶窗1的光主要在角范围A中，因此该衍射图像并不明显。

在本实施例的微百叶窗1中，凸凹状部分5例如可通过采用树脂部件作为透明基底2然后用模具压制形成。可选地，凸凹状部分5可通过透明基底2的表面上的不同组件形成，如图4所示。通过不同组件实现的凸凹状部分5可通过例如光刻技术来形成。

本实施例凸凹状部分5中的构成一衍射光栅的凸凹间距可以是例如0.5μm-2μm量级，凸凹差可以设置为0.1μm-1μm量级。在此情形下，如果透射衍射光的发射角为θt，入射光的入射角为θi，衍射级数是m，入射光波长为λ，并且凸凹间距为p，这些数值应当满足衍射公式：

sinθt-sinθi＝λ/p

透明部分3和光吸收部分4可采用例如光刻技术形成。也就是，作为透明部分3的透明树脂例如被涂敷到透明基底2上并且该透明树脂随后通过光刻技术形成图案。然后，透明层3上因形成图案被去除的区域随后又被作为光吸收部分4的材料填充，由此可获得预定图案的透明部分3和光吸收部分4。

这时，根据光吸收部分4的厚度和光吸收部分4构造间隔的宽窄，光发射被微百叶窗1限制的角范围可被加宽。这里，为了以实用构造间隔形成光吸收部分4从而获得具有足够宽的限制光发射的角范围的微百叶窗1，光吸收部分4最好形成足够的厚度。因此，优选MicroChem公司制造的化学放大负性光致抗蚀剂用作透明部分3的材料。该抗蚀剂在曝光前具有相对小的分子量，因而在环戊酮、丙二醇甲醚醋酸酯(PEGMEA)、γ-丁内酯(GBL)或异丁基酮(MIBK)溶剂中是极易溶的，因此，厚膜形成是方便的而且可形成100-200μm厚度的膜。光吸收部分4的构造间隔在几十微米的量级。

添加如颜料等彩色材料的紫外硬化、热硬化或紫外/热硬化树脂可用作光吸收部分4的材料。在此，主要用黑颜料作为颜料，不过根据应用也可适用彩色颜料或金属薄片(lame)。

如图5所示，微百叶窗1可被设置成另一透明基底6粘接到光控制层7上与形成凸凹状部分5的一侧相反的一侧。这样，形成这样的结构，其中具有预定图案的透明部分3被透明基底2和透明基底6夹在中间。利用毛细作用将光吸收部分4的材料填充到透明基底2和透明基底6之间形成的微孔中，可以形成该结构的光吸收部分4。

这里，图2至图5示出了层叠衍射光栅作为凸凹状部分5。然而，本发明的衍射光栅并不限于此层叠类型，同样可设置如图6所示的闪耀衍射光栅。

而且，尽管本实施例示出的结构中，凸凹状部分5形成在透明基底2的设置有透明部分3和光吸收部分4的一侧的表面上；以下设置也是可能的，其中凸凹状部分5形成在相反侧的表面上。在一种设置中，透明部分3和凸凹状部分5形成在透明基底2的同一表面上，凸凹状部分5有效地产生衍射并且有效地形成衍射图像。因此，透明部分3和凸凹状部分5最好由具有充分折射率差异的组件构成。

(第一发光装置应用示例)

参照图7，在下面说明的第一发光装置60的示例中安装有本发明微百叶窗1。图7是示出发光装置60的示意图的侧视图。图7示出了发光装置60的主要部分，并且例如支撑图中每一部分的框架的细节已从图中省略。

发光装置60具有如下配置，其包括在图中最低部分的反射片51，并且通过反射片51反射来自设置在反射片51斜上方的光源52的光，使之从图中上端的辐射表面辐射。导光板53和散射板54顺序设置在反射片51上。由反射片51反射的光被散射板54散射，由此在整个辐射表面上辐射光量得到均衡。棱镜片55设置在散射板54上，并且起到在一定程度上调节被散射板54散射的光的方向性的作用。微百叶窗1安装在该棱镜片55上。

以如下方式形成微百叶窗1，其中形成有凸凹状部分5的透明基底2的一侧朝上形成。因此，光源52、反射片51、导光板53、散射板54和棱镜片55组成光源装置，该光源装置在微百叶窗1一侧的整个表面上发射光，该侧是与透明基底2上形成有凸凹状部分5的一侧相反的一侧。

通过安装微百叶窗1，获得具有方向性的发光装置60，其中相对于光辐射表面倾斜的方向的光量被限制。而且，固定图像可在光量被限制的角范围中显示。该固定图像可被用作例如广告等。

如图8所示，微百叶窗1可通过透明粘接层56粘接到棱镜片55上，由此微百叶窗1和棱镜片55界面处的反射可被减少，并且由于反射引起的光损失的量也可以被减少。

(第二发光装置应用示例)

参照图9，在下面说明的第二发光装置61中安装有本发明的微百叶窗1。该发光装置61是这样的装置，其中第一发光装置60还具有在微百叶窗1的光发射侧(图中的上面一侧)上的透射-散射转换元件70(PDLC：聚合物分散液晶)。

透射-散射转换元件70包括聚合物-分散液晶层73。尽管省略了具体的说明，但是施加到透明电极72(每一个都安装在聚合物-分散液晶层73的两个表面上)的电压的切换可致使入射光在被散射和被透射的状态之间切换。图中所示的透射-散射转换元件70还包括设置在每一透明电极72外面的透明基底71。

在发光装置61中，微百叶窗1和透射-散射转换元件70的组合，实现了具有方向性状态和缺少方向性状态之间的切换。换言之，当透射-散射切换元件70被切换到入射光被透射的状态时，通过微百叶窗1的操作可获得与发光装置50情形中一样的具有方向性的照明。另一方面，当透射-散射切换元件70被切换到入射光被散射的状态时，尽管从微百叶窗1出射的光具有方向性，但该出射的光被透射-散射切换元件70散射，因而失去方向性。因此从发光装置61输出的光照明缺少方向性。

在该发光装置61中，当透射-散射元件70被切换到入射光被透射的状态时，结合本发明的微百叶窗1使得在光发射被限制的角范围中显示一固定图像。

此外，如图10所示，微百叶窗1也可以通过透明粘接层74粘合到透射-散射切换元件70上，由此微百叶窗1和透射-散射切换元件70的界面处的光反射可被减小，并且由于反射造成的光损失的量可被减小。

(第一显示装置应用示例)

参照图11，下面是关于第一显示装置80的示例的说明，该第一显示装置中安装了本发明的微百叶窗1。LCD(液晶显示器)用作该显示装置80的光控制元件。除了没有布置微百叶窗1之外，类似于上述第一发光装置60构造的装置被用作液晶显示面板90的背光装置57。在图11中，背光装置57的结构组件带有的附图标记与发光装置60中的相同，因而省略了详细的说明。

液晶显示面板90包括液晶层91和设置在液晶层91的显示表面一侧上(图中上面一侧)以实现彩色图像显示的彩色滤光片92。液晶层91和彩色滤光片92通过设置在正面和反面(图中的上下两面)的透明基底93来支撑，并且偏振/延迟片94设置在每一透明基底93的外侧。

微百叶窗1设置在液晶显示面板90的显示表面一侧，这使得其上形成凸凹状部分5的透明基底2朝向显示面(图中的向上的方向)。这样，从背光装置57经由液晶显示面板90发射的光中相对于显示表面倾斜方向上的光的量得到限制。结果，在相对于显示表面倾斜的方向可看到显示图像的能力得到限制，即，显示装置80的可视角范围可被限制。

而且，由微百叶窗1上凸凹状部分5形成的固定图像可在显示装置80的可视角范围之外的角范围被看见。例如，在微百叶窗1的光被发射的角范围A和光被限制的角范围B(如图3所示)之间的边界附近的角范围中，尽管液晶显示面板90产生的显示图像变暗并且不容易看见，但是在某些情形下显示图像仍是可见的。在这些情形下，当凸凹状部分5产生的固定图像被显示时，该固定图像显示得比液晶显示面板90产生的显示图像更亮，从而使得观察者更容易辨认该固定图像。因而，即使当由液晶显示面板90产生的显示图像显示变暗时，通过固定图像的显示可以有效约束观看显示图像的能力。

此外，液晶显示面板90并不限于透射式，并且尽管例如背光装置57的其它部件可能需要适当变更，它也可以采用透射反射式或者反射式。在此情形下，微百叶窗1被设置在液晶显示面板90的显示表面一侧，由此得到限制可视角范围的操作。如有机EL(有机电致发光)显示面板或PDP(等离子显示面板)等其它光发射类型的光控制元件同样可被采用。此外，微百叶窗1粘合到光学控制元件的显示表面上的构造可被采用。可选择地，微百叶窗1可以与显示装置80分开设置，并且使用者可将微百叶窗1粘合到已有的显示装置的显示表面。而且，可以在微百叶窗1的观察者一侧表面添加防止划伤的硬质层或者防反射膜，以约束由于设置微百叶窗1导致的显示难以被看到。

显示装置80优选地用于例如便携式电话或如笔记本电脑等的便携式电脑。当电子装置在室外被携带和使用时，该微百叶窗1在便携电子装置上的使用可以防止显示屏被其它人看到并保护个人隐私。即使在固定电子装置的情形下，微百叶窗1也可以被应用，例如在保密信息的输入和输出终端，由此可提高安全性。

(第二显示装置应用示例)

参照图12，下面是关于第二显示装置81示例的说明，该第二显示装置中设置了本发明的微百叶窗1。该显示装置81包括了第一显示装置，在该第一显示装置80上进一步设置有在显示屏表面上布置的触摸面板100。显示装置81的其它的结构组件与第一显示装置80相似，因此使用相同的附图标记，并且省略了详细的说明。

触摸面板100是一种探测人的手指或用于此目的的触笔(stylus)在屏幕上位置的装置，并且可以是任何公知的构造。在图12所示的示例中，触摸面板100包括功能层101以及分别在功能层101的正面和反面中的每一个上面和上方的透明电极102和透明基底103。

在显示装置81中，微百叶窗1设置在液晶显示面板90和触摸面板100之间。微百叶窗1被设置为，其上形成凸凹状部分5的透明基底2朝向触摸面板100的一侧，即显示侧。该微百叶窗1实现限制可视角范围的操作。这样，在显示装置81的可视角范围之外的角范围中，微百叶窗1的凸凹状部分5形成的固定图像可被看到。

如图13所示，微百叶窗1和触摸面板100可通过透明粘接层104粘合到一起。结果，由于表面反射造成的光损失量可被减小。而且，如图14所示，微百叶窗1和液晶显示面板90可通过透明粘接层97粘合到一起。除了可以减少光损失量的作用外，该粘合还可以实现抑制触摸面板100和液晶显示面板90之间进入异物的作用。

而且，如图15所示，微百叶窗1可被设置在触摸面板100的表面，或通过图16所示的透明粘接层105粘合到触摸面板100上。

显示装置81可以优选地使用在例如ATM(自动柜员机)终端中。该显示装置81在ATM终端上的使用可防止除ATM终端使用者之外的人看到显示屏，该使用者位于显示屏的正前方，由此可增加安全性。此外，由凸凹状部分5形成的固定图像可被位于ATM终端旁边的人看到，因此该固定图像可以用作例如广告等。而且，如前面所述，当使用ATM终端时，该固定图像的显示可致使除使用者之外的人难以辨认原来的显示屏，由此可实现安全性的提高。

该申请基于并请求了2006年10月13日申请的日本专利申请No.2006-279994的优先权，该申请全部公开通过引用而被明确结合于此。

虽然已使用特定表述对本发明说明性实施例进行描述，此种描述只是用于说明性目的。可以理解，本发明不仅限于说明性实施例或构造。相反，本发明意指覆盖了各种变型和等同设置。此外，虽然说明性实施例中各个元件在各种示例性组合和构造中被示出，其它包括更多、更少或只有一个元件的组合和构造同样不脱离本发明所附权利要求限定的范围和思想。

Claims (15)

1.一种光学元件，包括：

透明基底；

在透明基底的至少一个表面上形成的具有用来衍射入射光以便形成图像的预定图案的凸凹状部分；以及

光控制层，包括交替设置在透明基底的所述至少一个表面上的至少一个透明部分和至少一个光吸收部分，所述至少一个透明部分和所述至少一个光吸收部分中的每一个沿着横断所述至少一个表面的方向延伸。

2.如权利要求1所述的光学元件，其中所述凸凹状部分和所述至少一个透明部分形成在透明基底的同一表面上，并且由具有不同折射率的组件形成。

3.如权利要求1所述的光学元件，其中所述凸凹状部分是通过将透明基底的所述至少一个表面加工成预定形状而形成的。

4.如权利要求1所述的光学元件，其中所述凸凹状部分是通过将不同于透明基底的组件接合到透明基底上而形成的。

5.一种发光装置，包括：

(a)如权利要求1所述的光学元件，以及

(b)光源单元，用来在光学元件的与透明基底上形成有凸凹状部分的一侧相反的一侧的整个表面上辐射光。

6.如权利要求5所述的发光装置，还包括切换元件，其中该切换元件设置在光学元件的发光侧，并且能够在入射光在被散射的状态和入射光被透射的状态之间进行切换。

7.一种显示装置，包括：

(a)如权利要求1所述的光学元件，以及

(b)用来形成显示图像的光学控制元件，

其中该光学元件设置在光学控制元件的显示表面一侧，以使得光学元件的与透明基底上形成有凸凹状部分的一侧相反的一侧的表面与光学控制元件相对。

8.如权利要求7所述的显示装置，还包括触摸面板，其中该触摸面板设置在光学控制元件的显示表面一侧。

9.如权利要求7所述的显示装置，还包括触摸面板，其中该触摸面板设置在光学控制元件和光学元件之间。

10.一种电子装置，包括：

如权利要求7所述的显示装置。

11.一种蜂窝电话，包括：

如权利要求7所述的显示装置。

12.一种便携式电脑，包括：

如权利要求7所述的显示装置。

13.一种自动柜员机，包括：

如权利要求7所述的显示装置。

14.如权利要求13所述的自动柜员机，还包括触摸面板，其中该触摸面板设置在光学控制元件的显示表面一侧。

15.如权利要求13所述的自动柜员机，还包括触摸面板，其中该触摸面板设置在光学控制元件和光学元件之间。

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