CN102245960A - 光导、背光设备和显示器 - Google Patents

Abstract

提供一种用于照射至少部分透射的显示器的背光设备。所述背光设备包括光源。光导从边缘表面接收光并通过全内反射引导所述光。位于光导的主表面中的至少一个上的沟槽结构允许绕可以存在于光导结构中的障碍物重新分配光，从而保持背光照明面板的亮度均匀性。

Description

光导、背光设备和显示器

技术领域

本发明涉及一种例如用于与至少部分透射的空间光调制器一起使用的背光设备。本发明还涉及包括这种背光设备的显示器。此外，本发明涉及一种可以用于全面照明的分布式照明面板。

背景技术

附图的图1显示了典型的液晶显示(LCD)模块的堆叠结构。显示器1包括LCD面板形式的平板透射空间光调制器(SLM)，其中所述LCD面板的底侧和顶侧具有输入起偏振镜和输出起偏振镜。其余结构总体如下被称作背光系统。光源2发射光，所述光耦合到光导3并经由全内反射(TIR)在显示器1的后侧分配，从而，如果不存在散射结构，光将传播直到该光到达光导的端部为止。此外，光导的顶部主表面和底部主表面通常是平滑和平坦的，使得光导内的光的平均方向不会偏离该光的初始平均传播方向。然而，光导内具有多个散射结构4，所述散射结构从光导提取光以通过破坏光导的上面定位所述散射结构的表面5上的TIR状态来照射LCD面板，从而允许光通过空气光导界面。这些散射部件可以位于顶部主光导表面或底部主光导表面上。光散射部件的密度可以随着与光源的距离而增加，以保持沿着光导长度的均匀的光提取率。当从光导向上和向下均提取光时，反射膜6放置在光导下面以提高背光的效率。在光导与LCD面板之间还具有一些光学膜7，所述光学膜被设置以在显示区上提供更好的照明均匀性并增强给定视角范围内的亮度。这些膜的性质是公知的并在这里没有被进一步说明。

在这里限定术语项可能是有用的。光的平均方向被定义为表示光导内的所有光方向矢量的总和的单矢量。这也可以适用于光导的较小区域内的光。在从一端均匀照射的矩形光导中，光的平均方向直接远离光源，垂直于输入面的平面。不管光源如何，这是相同的，只要光源仅位于光导的一端处。平均方向还可以就比整个光导小的区域内的光的方向被论述。

一些传统的装置采用在光导的一个或多个主表面上的沟槽以允许提高提取的光的均匀性。例如：

在2008年1月9日公开的EP 1876480A1(三星)中，沟槽排列在光导的一侧或两侧。底部上的沟槽平行于光的方向排列。顶部上的沟槽垂直于光的方向排列并用作提取部件。上沟槽的尺寸和顶角是不均匀的。沟槽尺寸的非均匀性有助于保持提取光的亮度的均匀性。下沟槽没有改变尺寸。

在2008年1月9日公开的EP1876482A1(三星)中，均匀的沟槽可以布置在光导的一侧或两侧。沟槽可以平行于光的平均方向，或者可以大致垂直于光的方向布置以用作提取部件。将点部件添加到提取沟槽中以有助于光朝向上面的显示器的漫射。

2002年1月17公开的WO 02/04858A2(3M)描述了光导的一个或两个主表面上的沟槽。下表面上的沟槽平行于光的方向，然而，所述沟槽是不均匀的。所述沟槽可以改变其方向或者线性结构以保持提取的均匀性。横截面可以是三角形、弧形或平坦的。该参考文献还说明了类似结构的但是被布置为菲涅耳型的透镜。

2006年12月28日公开的US2006/0291247A1(AU Optronics)描述了光导的一侧或两侧的沟槽。顶部表面上的沟槽没有被设计为提取部件。相反，具有恒定横截面但是位置可以改变以产生波状部件，所述沟槽结构被设计成防止在光导结构与液晶面板之间的莫尔干涉。

在2008年4月2日公开的EP 1906218A1(三星)中，沟槽排列在光导的顶部表面和底部表面上。在顶部表面上，沟槽平行于光的方向排列。在底部表面上具有两组正交的沟槽，一组平行于光的方向，另一组垂直于光的方向，两组沟槽交叉以产生提取区域，同时仍然在光导内保持良好的光分配的均匀性。

在2006年8月3日公开的WO2006/080710A1(Cheil Industries Inc.)中，使用光导的顶部主表面和底部主表面上的多组沟槽。顶部沟槽组平行于光的方向排列。底部沟槽组布置为离散的块，使得不能在底部表面的所有点处实现提取。虽然沟槽在块内的大致排列垂直于光的方向，但是一些块可以具有可选的方位。这将进一步提高从光导提取的光的均匀性。

一些传统的装置采用光导的输入或光接收表面上的沟槽以扩大输入角分配，并由此提高均匀性。例如：

2004年12月9日公开的US2004/0246601A1(Citizen Electronics Co Ltd)说明了使用在光导的光接收表面上垂直排列的沟槽以扩大光的输入角分配。说明了具有不同顶角的两组交错的沟槽以给出两个不同的输入方案，从而允许光在光导内更宽的角分配。

在2006年6月27日公开的US7,067,753B1(Cheng)、2008年2月5日公开的US  7,325,958B2(Yang等人)和2005年11月18日公开的JP2004327096A(Citizen Electronics)说明了其它类似的装置。

2007年1月2日公开的US 7,156,548B2(Innolux Display)说明了一种光导，所述光导可以具有在一个或两个主表面上被布置为提取部件的沟槽。沟槽名义上垂直于光的方向被排列在光导内。沟槽的深度、间隔和顶角控制提取的强度和沟槽的表面的相对角、提取光的方向。

2004年12月9日公开的US 2004/0246697A1(Yamashita)说明了切入到光导的一个表面内的沟槽。所述沟槽可以具有棱镜或透镜结构。沟槽被设计成增强光导的均匀性但本身不提取光。所述沟槽名义上平行于光的方向排列。

当前的LCD应用为矩形屏幕形式，所述屏幕的下侧由上述的背光装置照射。这种形状的显示器被提供有已经通过在光导内的TIR分配的均匀的光。然而，显示器或普遍照明面板可能需要被设计成具有除了矩形或方形之外的形状。以示例的方式，可能包括具有面内弯曲的光导、具有形成在副侧表面中的侵入切口的光导或具有形成在中部的、从底部主表面到顶部主表面的孔的光导。前两种形状的例子可以分别为L形光导8或沙漏形光导9，如图2a和2b所示。显示了光源2的可能位置和光在这些光导内的传播的合成方向10。光导的可能形状和光源的数量和位置不应受限于这些例子。

在这些情况下，可以设想会产生显著的阴影区，藉此从光源发射的光没有到这些部件的区域的直接光路，在图2a和2b的两种情况中由附图标记11表示。定义“直接光路”应该被理解为表示从光耦合到光导的位置、从光源到关心的区域所绘制的与光导的侧壁没有相交的直线，从而使所述直线离开光导的材料的界限。对此重要的是光可能耦合到光导内的角度的范围，其由光导的折射率和周围介质限定；这产生一锥形，在其内部光可能传播而在其外部光不会传播。因此，在此锥形外部的光导的区域被认为不在光源的直接光路上。

从光导的远端12和从侧壁13的光的反射将用于在一定程度上为阴影区提供照明，但是在此阴影区内仍然会显著地降低显示的亮度均匀性。这个问题可能涉及被从顶部主表面到底部主表面的孔14贯穿的光导和具有切入到侧部内的侵入部的光导(后面的砂漏或L形光导的例子)。另外，含有侵入部或孔的设计将在障碍部、或侵入部、最靠近光源的表面处产生明显的光损失。此损失产生，因为TIR需要在从高折射率到低折射率的界面处的光入射角在相对于界面的法线的临界角以上，所述临界角由折射率的比的反正弦限定；在这种情况下，指光导和周围介质的折射率比。在较小入射角下，将允许光穿过界面并从光导提取所述光。在大多数情况下，侵入表面相对于光路的相对角将不再满足此标准，因此发生在光导外的强的光透射。

提供通过涂敷金属层而具有反射性的副侧表面(例如，在图2a和2b中由附图标记13表示的侧表面)例如可以有助于光在光导内的重新分配并减轻透射损失。然而，在这些表面处的反射效率将永远都不会好，这不同于在TIR期间发生的情况。此外，在设计中金属表面的内含物将增加另一个制造步骤并且可能本身会产生阴影区，这取决于涂覆方法和位置。防止光损失的最好的方法是减小与任意的侵入表面实际上相互作用的光量。

在光导内重新分配光可以被称作副导向。其表示光以名义上独立于光导的较大形状和LED的角度和位置分配的方式在较大的光导结构中的分配。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种在分配从光源接收的光中使用的光导。该光导包括板状基底，光可以通过所述板状基底传播，所述基底具有顶部主表面、底部主表面和光输入面。基底包括至少一个区域，其中在光输入面接收的光不能经由通过基底的直接光路到达所述至少一个区域。基底还包括在顶部主表面和底部主表面中的至少一个上的多个沟槽，所述多个沟槽在平行于在光输入面处输入的光的方向的方向上排列，并且多个沟槽包括具有非线性地改变方向的沟槽，以朝向所述至少一个区域引导来自光输入面的光。

根据另一方面，基底是非矩形的。

根据另一方面，基底包括具有曲率半径的面内弯曲，从光输入面到所述至少一个区域的直线路径横过在基底内由曲率半径形成的间隙，并且包括在多个沟槽中的沟槽随着曲率半径改变方向。

根据另一方面，基底包括L形形状，从光输入面到至少一个区域的直线路径横过在基底内由L形基底的内角形成的间隙，并且包括在多个沟槽中的沟槽随着沿内角的路径改变方向。

根据又一方面，基底包括延伸通过顶部主表面和底部主表面的孔，所述至少一个区域存在于孔的与邻近光输入面的一侧相对的一侧上，并且包括在多个沟槽中的沟槽改变方向以将来自光输入面的光引导到所述至少一个区域。

在另一个方面中，基底包括形成到基底的副侧壁中的延伸通过顶部主表面和底部主表面的切口，所述至少一个区域存在于切口的与邻近光输入面的一侧相对的一侧上，并且包括在多个沟槽中的沟槽改变方向以将来自光输入面的光引导到所述至少一个区域。

在又一个方面中，基底具有砂漏形状。

根据另一个方面，具有非线性变化的方向的所述沟槽包括方向改变大于90°的沟槽。

根据又一个方面，包括用于从光导提取光的提取部件。

根据另一方面，提取部件包括在多个沟槽中的一个或多个的表面上的凹痕、突起部或粗糙斑块。

根据又一个方面，提取部件包括在光导的与包括多个沟槽的表面相对的表面上的突起部。

根据又一个方面，多个沟槽代表细长透镜。

在又一个方面中，将光朝向所述至少一个区域引导的多个沟槽的间距和数量中的至少一个变化。

根据又一个方面，将光朝向所述至少一个区域引导的多个沟槽的顶角和间隔中的至少一个变化。

根据另一个方面，其中多个沟槽包括形成在顶部主表面上的沟槽和形成在底部主表面上的沟槽。

在又一个方面中，形成在顶部主表面上的沟槽与形成在底部主表面上的沟槽交错。

根据又一个方面，多个沟槽具有为三角形、弧形、矩形或方形中的至少一个的横截面。

根据又一个方面，光导包括在光输入面处的混合区域，以使来自分开的光源的光变得更加均匀。

在又一个方面中，提供了一种背光设备。该背光设备包括这里所述的光导和至少一个光源，所述至少一个光源提供在光输入面处输入的光。

根据另一个方面，至少一个光源包括多个光源，所述多个光源沿光输入面定位，用于将光引入到光导；以及包括在多个沟槽中的沟槽改变方向以将从多个光源中给定的一个光源接收的光引导到所述至少一个区域中，所述至少一个区域由在基底内在给定光源与多个光源中相邻的一个光源之间的区表示，所述区是如果不存在沟槽则不从多个光源接收光的区。

根据另一个方面，多个沟槽包括另外的沟槽，所述另外的沟槽被排列以将从相邻光源接收的光引导到给定光源与相邻光源之间的区中，其中来自给定光源和邻近光源的光在所述区中被混合。

根据本发明的又一方面，将从给定光源接收的光引导到所述区中的所述沟槽呈现出大于90°的方向改变。

根据又一个方面，基底包括在所述区内用于从光导提取光的提取部件。

根据另一个方面，提供了一种显示器，该显示器包括与这里所述的背光设备堆叠组合的透射空间光调制器。

为了实现上述和相关目的，本发明则包括以下详细说明并在权利要求中尤其指出的特征。以下说明和所附附图详细地说明了本发明的一些示例性实施例。然而，这些实施例仅指出了可以采用本发明的原理的各种方式中的一些。本发明的其它目的、优点和新颖特征当结合附图考虑时将从本发明的以下详细说明变得清楚可见。

附图说明

图1显示典型的液晶显示模块的堆叠结构；

图2a和2b示出了具体地适于本发明的光导的光导形状的典型例子；

图3是根据本发明的实施例的光导的剖视立体图；

图4是根据本发明的实施例的成形为沿着面内弯曲的光导的立体图；

图5是比较根据本发明的光导与传统的光导的曲线图；

图6是根据本发明的实施例的具有障碍物的光导的光输入面的立体图；

图7是根据本发明的实施例的具有变化宽度的光导的平面图；

图8是根据本发明的实施例的在相对的主表面上具有平行和同相沟槽的光导的光输入面的立体图；

图9是根据本发明的实施例的在相对的主表面上具有平行和异相沟槽的光导的光输入面的立体图；

图10是根据本发明的实施例的在相对的主表面上具有交错的平行和同相沟槽的光导的光输入面的立体图；

图11是根据本发明的实施例的其中沟槽的间距是恒定的而沟槽的顶角和深度不同的光导的示意图；

图12a是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的示意图，其中所述沟槽具有变化的间距和深度以及恒定的顶角；

图12b是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的示意图，其中所述沟槽具有变化的间距和顶角以及恒定的深度；

图12c是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的示意图，其中所述沟槽使用平坦区具有变化的间隔；

图12d是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的横截面示意图，其中所述沟槽在顶部主表面和底部主表面上具有不同的间距和顶角；

图13a是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的光输入面的立体图，其中所述沟槽具有圆形或椭圆形横截面；

图13b是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的光输入面的立体图，其中所述沟槽具有方形或矩形横截面；

图13c是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的光输入面的立体图，其中所述沟槽具有梯形横截面；

图13d是根据本发明的实施例的具有沟槽的光导的光输入面的立体图，其中所述沟槽具有非等腰三角形横截面；

图14和图15示出根据本发明的实施例的各种类型的沟槽终点的立体图；

图16显示了根据本发明的实施例的形成在沟槽的壁上的不同类型的提取部件；

图17是根据本发明的实施例的在光导的与沟槽相对的主侧面上具有散射部件的光导的侧视图；

图18是根据本发明的实施例的在沟槽方向上具有短期振荡的光导的示意图；

图19是根据本发明的另一个实施例的具有从主表面的初始平面的弯曲的光导的立体图；

图20是根据本发明的另一个实施例的在沟槽内具有提取部件的光导的示意性视图；

图21是根据本发明的另一个实施例的包括用于使光的方向反向的沟槽的光导的示意性顶视图；和

图22根据本发明的另一个实施例的包括均一化区域的光导的示意性顶视图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明，其中相同的附图标记在整个附图中用于表示相同的元件。

根据本发明，光可以在光导内被副引导，且与图1中所示的基底相比，光导可以由板状基底构成，该基底具有顶部主表面、底部主表面和光输入面。基底可以是非矩形的，例如图2a和图2b中所示的L形或沙漏形基底。光导可以装入到透射空间光调制器的背光系统中，所述透射空间光调制器又可以装入到液晶显示模块中。

光可以在光导内被副引导，使得光的传播方向可以在光导的平面内以任意角度变化并允许光的重新分配以提供亮度均匀性。特别是，可以实现大于90°的光传播方向的改变。参照图3，副导向通过在光导3的一个或多个主表面上包括具有顶点15a的沟槽15来实现。沟槽15具有方向18，为了便于参考，方向18在这里由顶点15a的方向限定。沟槽15的表面上的光的TIR的角度改变光的传播方向，由此产生副导向能力。这与具有平坦主表面的光导相反，藉由所述光导通过副侧壁17的反射实现光方向的唯一改变。后一种情况可以在障碍物处在任意光导表面处产生严重的光损失。

以示例的方式，图4显示被成形为具有面内弯曲的光导，所述面内弯曲的曲率半径由内缘的曲率半径16限定。光源2的位置被标记，并且到达远端表面12的光量对于具有平坦底部的光导和具有沟槽底部表面15的光导作为曲率半径16的函数被测量，并在图5中显示出了结果。光导具有0.6mm的深度27、和20mm的宽度28。沟槽每一个都具有0.1mm的深度25和0.2mm的间距26，在光导的底部表面上给出了100个沟槽，并且所述沟槽被排列以沿着半径的弧延伸，与光输入面和光出射面垂直相交；其方向由附图标记18表示。由附图标记15表示的沟槽结构没有按比例绘制。设有沟槽的光导内的改进的导向在图5中被清楚地示出，且与2mm曲率半径的平坦底部表面的光导相比，四倍的光被成功引导到端面。所选择的光导深度比典型的移动装置厚；然而，由沟槽结构引导的光的比例将随着光导厚度的减小而增加。

沟槽不需要对每一应用沿着光导上的任一个特定弧形半径或曲率方向延伸，从而可以任意控制光导内的任一点处的光的局部平均方向。这在其几何形状优先于其它考虑由美学或人机工程学要求所限定的光导中尤其具有优势。

此外，沟槽阵列不会完全将光限制在其结构的界线的范围内，其优势在于可以通过沟槽的间距、沟槽结构的总宽度或沟槽本身的深度来控制偏离初始平均方向的光的百分比。因此，沟槽可以使太多光远离初始平均方向并且沟槽本身由于其存在而产生阴影区的情况可以不必然发生。

最后，沟槽可以在注射成型过程的一个步骤中形成。这样的优势在于不需要进一步的制造步骤来将沟槽添加到光导结构中，将沟槽添加到光导结构中例如可能需要金属喷镀过程。这允许成本保持最小。

图6显示示出了本发明的示例性实施例的光导的光输入面的视图。光输入面19被示出为具有示例性点光源2。然而，因为后面的光导的面内形状对本发明来说不重要，因此省去了图示，并且弯曲虚线20表示任意的截止点，所述截止点与光导的限定端点相对。用于背光或照明面板的光导大致是平坦的，即，该光导没有在主表面的平面外的弯曲。光导具有带有障碍物的形状，该障碍物产生具有减小的亮度均匀性的阴影区。图6中示出了作为孔14和切口21的这种障碍物的两个例子，所述孔从顶部主表面到底部主表面形成，所述切口21形成在光导的副侧壁中。副侧壁是基底的不是顶部主表面或底部主表面或光输入面的一侧。被设置以将光重新引导到阴影区中的沟槽的端部由附图标记22表示。沟槽本身应该沿一个轴线比另一个轴线长，从而具有细长透镜型特征的形式或代表在光导的主表面上的细长透镜。因为光导的主表面的平面中的沟槽的方向限定副引导的光的方向，因此该方向不限制于任意单个矢量，而可以作为沿光导的长度的函数而改变。这种方向变化可以通过弧形或弯曲的形状，并且可以呈现作为沿光导的长度的函数的变化的半径或弯曲方向的形式。每一沟槽的优选横截面为具有90°的顶角23和相对于基部的每一侧的水平方向的45°的相等角度24的三角形，该横截面被描述为直角等腰横截面。沟槽的顶角和/或间隔可以在从光输入表面到在光输入面处接收的光不能经由通过基底的直接光路到达的至少一个区域的方向上变化。沟槽的深度可以保持恒定，因此多个沟槽形成的格状结构的间距也保持恒定。因此，如果光导的宽度作为长度的函数而变化，则沟槽的数量也可以变化，以保持此间距。因此，在光导的宽度上存在的沟槽的数量可以没有上限或下限。沟槽的数量可以在从光输入表面到在光输入面处接收的光不能经由通过基底的直接光路到达的至少一个区域的方向上变化。图7示出了沟槽数量的这种变化，其中示出了具有变化宽度76的沙漏形状的光导和示例性光源2的位置的俯视图，其中所述光导具有在中部的腰状部29。各个沟槽的顶点由虚线30表示，并且沟槽分开和接合的点分别由附图标记31和32表示。

以下说明构成本发明的进一步实施例的示例性实施例的变形例。

沟槽可以位于光导3的彼此相对的两个主表面上，如图8所示。两组沟槽平行并且同相，使得一组沟槽的凹痕33与相对的一组沟槽的突起部34相对。这可以被采用以改进光的副导向。可能的光源2位置为了进行参考被示出在光输入面19上，并且虚线区域35表示图的任意截止线而非光导结构。

可选地，多组沟槽可以不同相，使得凹痕跨过光导彼此直接相对，如图9中的附图标记33和36表示。同样，这可以被采用以改进光的副导向，并且附图标记35表示图的任意截止线而不是光导结构。

在同相沟槽结构的情况下，沟槽可以较深地凹入到光导的主表面中，使得它们可以交错。这由低于虚线37的沟槽凹痕33所示，所述虚线37与图10中所示的底部主表面上的沟槽的凹痕36重合。在此实施例中，沿虚线37在横过光导的宽度上没有视线。然而，这种重叠不会产生阴影区，这是因为照明被提供以沿由箭头38所示的方向垂直于光输入面19传播。

图11显示本发明的另一个实施例，其中沟槽的间距39保持恒定，但是顶角(40，41，42)变化。沟槽在端视图中被示出。如果顶角40相对于90°顶角41减小，则沟槽43的深度将增加，因此沟槽结构进行副引导光的能力也增加。可选地，如果顶角(例如，42)增加，则副导向降低。

可选地，在顶部主光导表面和底部主光导表面上的沟槽的间距可以独立改变。图12a-12c显示了在从光输入面到在光输入面处接收的光不能经由通过基底的直接光路到达的所述至少一个区域的方向上改变沟槽间距的各种方法。图12a示出了通过保持顶角44并改变沟槽的深度43来改变间距；图12b示出了通过保持沟槽的深度43并改变顶角44来改变间距39；图12c示出了通过保持每一单独沟槽的尺寸但允许在沟槽之间产生平坦区45来改变沟槽的间距39。沟槽间距的变化的每一种方法的应用对每个光导不局限于一种方法，而是可以不同地应用到顶部表面或底部表面上的沟槽，或甚至应用到光导的不同位置处的相同表面上的沟槽。间距变化的方法也不局限于对于在光导的顶部主表面和底部主表面上直接彼此相对定位的多组沟槽是相同的。这种例子在光导3的平行于光输入面的横截面上被示出在图12d中，其中顶部表面46上的沟槽相对于位于底部主表面47上的沟槽具有不同的间距和的间距改变方法。

沟槽的横截面可以是除三角形之外的其它形状。所述沟槽还可以如图13a所示由弧形形状48形成。这可以是圆形或椭圆形，并且可以预期的是优选的形状具有相对于光导的主表面的90°或更小角度的相交角49。

图13b显示了为方形50或矩形51的另一种可能的横截面形状，如果从沟槽的端部看时，所述形状产生方波格状结构。通过这种布置，格状结构可以看起来像具有突起部的平坦主表面，但是应该被看作多个沟槽的格状结构。

图13c显示了又一个可能的横截面，总体为梯形52，即，最远离光导3的沟槽的部分的角度不需要受限于90°。

横截面还可以为三角形，但是在与光导的主表面接触的每一点处具有不同的角度。因此，横截面不再为等腰三角形，并且图13d中所示的示例性形状53为锯齿轮廓。唯一限制是非顶角大于0°但小于90°。

光源2不必限于白色LED。可以使用诸如紧凑荧光管的线性光源或诸如激光的其它点光源。将光耦合到光导使得发射的光进行TIR的任意光源2是适合的。

虽然沟槽可以应用到光导3的整个下表面，实际上所述沟槽不需要在终止之前延伸到光导的边缘。所述沟槽可以终止于光导主表面上的任一点处并通过在此点处终止而在沟槽的端部之后留下光导3的主表面的平坦区。图7中由虚线所示的沟槽全部都在光导的端部之前终止，特别是在附图标记54处终止。终止面可以作为提取部件，并且特定形状可以确定提取的光的角分配。因此，在本发明的又一个实施例中，如图14所示，沟槽的端面55可以是竖直的，并且垂直于沟槽57的方向。如同从下面观察沟槽，因此顶点15a在附图的最上面。类似地，为了清楚起见，光的方向被假设为大致沿由箭头57表示的方向，因此沟槽终止点在图的前面。可选地并如图14所示，沟槽可以以锥形回到光导中，并且这种锥形可以具有平面58的形式，或者在锥形的整个长度上保持沟槽的横截面形状59。以示例的方式，沟槽横截面被显示为三角形，但是不局限于该横截面。每一个沟槽的右上端处的弯曲虚线60不是终止表面，而是示出了沟槽可以具有任意长度。

端面可以具有前两种形状中的任一种外观，但是具有不同于垂直于沟槽方向57的方向，其例子在图15中由附图标记61显示。作为另一个可选的例子，如图15所示，沟槽的端面可以具有半球形或椭圆形外观62的形式。

如图16所示，可以通过将提取部件添加到沟槽本身的壁63来实现从光导对光的提取。这些提取部件例如可以具有凹痕64、或突起部65或简单地为在沟槽的表面上由斜实心阴影表示的粗糙斑块66的形式。该形状不是重要的，但是沟槽的表面轮廓的中断改变光入射到沟槽表面上的角度的事实将产生提取。依此方式，提取部件与在图1所示的典型的背光设备4中使用的提取部件以相同的方式作用。

可选地，诸如散射部件67的提取部件可以如图17所示位于光导3的相对表面上。同样，这种散射部件将以与具有平坦主表面的光导上的典型的提取部件相同的方式提取光。同样，提取部件的形状不重要。沟槽由附图标记68示出并当从侧面看时被绘制。

图18显示了本发明的又一个实施例，由此由虚线69表示的短期沟槽方向在光导的主表面的平面中在由实箭头表示的沟槽的长期平均方向70周围快速振荡。该长期沟槽方向被显示为弯曲的，但是也可以是平直的，并且弯曲形式不受限制。沟槽的短期方向与在该具体位置处的光的平均方向之间的角度将控制在所述点处的提取强度。在这种布置中，沟槽的整体方向仍然可以用于以较大规模用于在光导周围进行光的副引导，而沟槽的短期振荡可以用于同时提取光。

图19表示本发明的又一个实施例，其中沟槽使用在具有由虚线72表示的主表面的初始平面外的弯曲71的光导3上。在这种情况下，沟槽的应用不会改变平面外的导向，从而允许控制具有平面外的、弯曲的、新颖的形状的光导的均匀性。该例子中的可能的沟槽方向由实箭头73表示。

沟槽可以在注射成型过程中由母模具形成。可选地，沟槽可以使用与光导的材料大致光学匹配的透明树脂型材料直接印刷到平坦光导表面上，并且可以在此时或后面的阶段中设定或形成为所需的形状。通过沟槽形成的这种方法，提取部件可以由为第二材料74的珠子或填充有不同折射率的诸如空气的第二材料的空腔或混合到第一树脂型材料中的可以散射副引导的光的第二材料74构成，如图20所示。沟槽顶点由附图标记15a所示。可选地，提取部件可以由磷光体粒子构成。这些将用作提取部件和颜色转换中心，允许使用具有短波长的光源或激光光源。

图21显示了本发明的又一个实施例，其中沟槽经历大于90°的方向变化78。顶点由虚线77表示。光导3在俯视图中具有被标记的光源2。在这种情况下，由实箭头79所示的光的方向可以与光导内的沟槽以类似的角度转弯，从而允许光的方向的可能的反向，即，向后朝向光输入面。这在主表面上没有沟槽的光导中不可能发生。以示例的方式，沟槽被显示为具有喷泉状结构以说明沟槽方向的反向可以不需要应用到该结构内的所有沟槽。与方向变化相关联的角度可以是任意值并原则上不具有上限。

诸如图21中所示的布置在由诸如LED或激光的点光源照射的光导中是有用的，以提高亮度均匀性。在这种情况下，需要光导的称作混合区的有限长度部分以允许来自分开的光源的光变得充分均匀化，由图22中的附图标记84表示。光源的由虚线86界限的光锥外的区域85保持黑暗。通过将副导向沟槽添加到光导中，该区域可以通过将来自每一个光源的光的一部分重新引导回到区域85中而被极大减小或完全消除，所述区域然后可以通过图17中的例如附图标记67所示的正常方法被提取。

工业应用性

根据本发明，如这里相对于图2-22所述的光导3可以以与图1中表示的几乎相同的方式作为包括背光设备和空间光调制器的显示器的一部分。此外，光导3可以在各种其它应用中使用，而不背离本发明的保护范围。例如，光导3可以为用于提供分布光的分布式照明面板的一部分。

虽然已经相对于一些优选的实施例显示和说明了本发明，但是显而易见的是本领域的技术人员在阅读和理解说明书后将想到等效形式和变形例。本发明包括所有这种等效形式和变形例，并且仅由权利要求的保护范围限定。

Claims (30)

1.一种在分配从至少一个光源接收的光中使用的光导，包括：

板状基底，来自所述至少一个光源的光能够通过所述板状基底传播，所述基底具有顶部主表面、底部主表面和光输入面，

其中基底包括至少一个区域，在所述光输入面接收的光不能经由通过所述基底的直接光路到达所述至少一个区域；以及

所述基底还包括在所述顶部主表面和所述底部主表面中的至少一个上的多个沟槽，所述多个沟槽在平行于在所述光输入面处从所述至少一个光源输入的光的方向的方向上排列，并且所述多个沟槽包括具有非线性地改变方向的沟槽，以朝向所述至少一个区域引导来自所述光输入面的光。

2.根据权利要求1所述的光导，其中，所述基底是非矩形的。

3.根据权利要求1或2所述的光导，其中，所述基底包括具有曲率半径的面内弯曲，在所述面内弯曲中，从所述光输入面到所述至少一个区域的直线路径横过在所述基底内由所述曲率半径形成的间隙，并且包括在所述多个沟槽中的沟槽随着所述曲率半径改变方向。

4.根据权利要求1或2所述的光导，其中，所述基底包括L形形状，从所述光输入面到所述至少一个区域的直线路径横过在所述基底内由所述L形基底的内角形成的间隙，并且包括在所述多个沟槽中的沟槽随同沿着所述内角的路径改变方向。

5.根据权利要求1或2所述的光导，其中，所述基底包括通过所述顶部主表面和所述底部主表面延伸的孔，所述至少一个区域存在于所述孔的与邻近所述光输入面的一侧相对的一侧上，并且包括在所述多个沟槽中的沟槽改变方向以将来自所述光输入面的光引导到所述至少一个区域。

6.根据权利要求1或2所述的光导，其中，所述基底包括形成到所述基底的副侧壁中的、通过所述顶部主表面和所述底部主表面延伸的切口，其中，所述副侧壁是基底的不是所述顶部主表面或所述底部主表面或所述光输入面的一侧，所述至少一个区域存在于所述切口的与邻近所述光输入面的一侧相对的一侧上，并且包括在所述多个沟槽中的沟槽改变方向以将来自所述光输入面的光引导到所述至少一个区域。

7.根据权利要求1或2所述的光导，其中，所述基底具有砂漏形状。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的光导，其中，具有非线性变化的方向的所述沟槽包括经历大于90°的方向改变的沟槽。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的光导，还包括用于从所述光导提取光的提取部件。

10.根据权利要求9所述的光导，其中，所述提取部件包括在所述多个沟槽中的一个或多个的表面上的凹痕、突起部或粗糙斑块中的至少一个。

11.根据权利要求9或10所述的光导，其中，所述提取部件包括在所述光导的与包括所述多个沟槽的表面相对的表面上的突起部。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的光导，其中，所述多个沟槽代表细长透镜。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的光导，其中，将光朝向所述至少一个区域引导的所述多个沟槽的间距和数量中的至少一个在从所述光输入面朝向所述至少一个区域的方向上变化。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的光导，其中，将光朝向所述至少一个区域引导的所述多个沟槽的顶角和间隔中的至少一个在从所述光输入面朝向所述至少一个区域的方向上变化。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的光导，其中，所述多个沟槽包括形成在所述顶部主表面上的沟槽和形成在所述底部主表面上的沟槽。

16.根据权利要求15所述的光导，其中，形成在所述顶部主表面上的沟槽与形成在所述底部主表面上的沟槽交错。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的光导，其中，所述多个沟槽具有形成包括三角形、弧形、矩形、方形、或梯形沟槽中的至少一个的形状的横截面。

18.根据权利要求1-17中任一项所述的光导，其中，所述至少一个光源包括多个光源，并且还包括位于所述光输入面处的混合区，以使来自所述多个光源的光变得充分均匀。

19.一种背光设备，包括：

根据权利要求1-18中任一项所述的光导；和

至少一个光源，所述至少一个光源提供在所述光输入面处输入的光。

20.根据权利要求19所述的背光设备，其中：

所述至少一个光源包括多个光源，所述多个光源沿所述光输入面定位，用于将光引入到所述光导；以及

包括在所述多个沟槽中的沟槽改变方向以将从所述多个光源中给定的一个光源接收的光引导到所述至少一个区域中，所述至少一个区域由在所述基底内的在所述给定光源与所述多个光源中的相邻的一个光源之间的区表示，所述区是如果不存在沟槽则不从所述多个光源接收光的区。

21.根据权利要求20所述的背光设备，所述多个沟槽包括另外的沟槽，所述另外的沟槽被排列以将从所述相邻光源接收的光引导到所述给定光源与所述邻近光源之间的所述区中，来自所述给定光源和所述邻近光源的光在所述区中被混合。

22.根据权利要求20-21中任一项所述的背光设备，其中，将从所述给定光源接收的光引导到所述区中的所述沟槽呈现出大于90°的方向改变。

23.根据权利要求20-22中任一项所述的背光设备，其中，所述基底包括在所述区内用于从所述光导提取光的提取部件。

24.一种显示器，包括：

与根据权利要求19-23中任一项所述的背光设备堆叠组合的透射空间光调制器。

25.根据权利要求1-16中任一项所述的光导，其中，所述沟槽呈锥形回到所述光导中。

26.根据权利要求25所述的光导，其中，所述锥形具有平面的形式。

27.根据权利要求25所述的光导，其中，所述锥形在所述锥形的整个长度上保持所述沟槽的横截面。

28.根据权利要求1-16中任一项所述的光导，其中，所述沟槽具有在所述光导的主表面的平面中在所述沟槽的长期平均方向周围快速振荡的短期沟槽方向。

29.根据权利要求1或2所述的光导，其中，所述基底具有在主表面的初始平面之外的弯曲部。

30.根据权利要求9-11中任一项所述的光导，其中，所述提取部件包括直接形成在所述光导的表面上的第一树脂材料和混合到所述第一材料中的第二材料的珠子。

Images