CN103018956A - 显示设备以及用于显示设备的背光 - Google Patents

Abstract

本发明提供显示设备以及用于显示设备的背光。根据一个实施例，显示设备包括导光体、光源、波长选择透射层、以及光控制层。导光体具有第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面、以及连接第一主表面和第二主表面的侧面。波长选择透射层设置在第二主表面上。第一主表面包括具有相对于第一主表面倾斜的倾斜面的多个凹部。多个凹部投影到第一主表面上的总面积与第一主表面的面积的比率为8%至25%。多个凹部均匀地设置在第一主表面中。

Description

显示设备以及用于显示设备的背光

相关申请的交叉引用

本申请基于2011年9月20日提交的在先日本专利申请No.2011-204528并要求其优先权；该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

在本文中所述的各个实施例一般涉及显示设备以及用于显示设备的背光。

背景技术

例如，存在便携式设备（诸如笔记本计算机和智能电话）中电池被用作电源的情况。因此，期望实现低功耗。

另外，存在例如其中液晶层设置在两个基板之间的液晶显示设备被用作这些便携式设备的显示设备的情况。在液晶显示设备中，彩色显示通过在多个像素中的每一个中提供蓝色、绿色、以及红色滤光片来进行。如果通过使用吸收具有特定波长的光的滤光片作为该滤光片来尝试获取高色彩再现，则滤光片对光的吸收使光的利用效率减小，并且由此显示变暗。

在这些液晶显示设备中，为了以低功耗实现其中色彩漂亮、显示明亮、并且对比度良好的彩色显示，期望增加光的利用效率。

发明内容

根据一个实施例，显示设备包括导光体、光源、波长选择透射层、以及光控制层。导光体具有第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面、以及连接第一主表面和第二主表面的侧面。光源使光从侧面进入导光体内部。波长选择透射层设置在第二主表面上，并且具有第一区域和第二区域。第一区域透射可见光的第一波长带的光，并反射除第一波长带以外的波长带的光。第二区域透射可见光中与第一波长带不同的第二波长带的光，并反射除第二波长带以外的波长带的光。光控制层设置在波长选择透射层上，并改变穿过光控制层的光的强度。第一主表面包括具有相对于第一主表面倾斜的倾斜面的多个凹部。多个凹部投影到第一主表面上的总面积与第一主表面的面积的比率为8%至25%。多个凹部均匀地设置在第一主表面中。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的显示设备的配置的示意性截面图；

图2是示出根据第一实施例的显示设备的导光体的示意性平面图；

图3是示出根据第一实施例的显示设备的操作的示意性截面图；

图4是示出根据参考示例的显示设备的操作的示意性截面图；

图5是示出从导光体输出的光的方向角分布的曲线图；

图6是示出根据第一实施例的显示设备的特性的实验结果的曲线图；

图7是示出在该实验中所使用的显示设备的示意性截面图；

图8是示出根据第一实施例的显示设备的其他特性的仿真结果的曲线图；

图9是示出根据第一实施例的显示设备的模型的示意性截面图；

图10是示出根据参考示例的显示设备的模型的示意性截面图；

图11是示出根据第一实施例的显示设备的其他特性的仿真结果的曲线图；

图12是示出根据第一实施例的显示设备的模型的示意性截面图；

图13A和13B是示出根据第一实施例的显示设备的其他特性的仿真结果和实验结果的曲线图；

图14是示出导光体的模型以及在该实验中所使用的导光体的示意性截面图；

图15A和15B是示出根据第一实施例的另一显示设备的导光体的示意图；

图16A和16B是示出根据第一实施例的又一显示设备的导光体的示意图；

以及

图17是示出根据第二实施例的用于显示设备的背光的配置的示意性截面图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的各个实施例。

附图是示意性的或概念性的；并且部分之间的尺寸比例等不必与其实际值相同。此外，尺寸和比例在附图之间甚至对于相同部分也可不同地示出。

在本申请的说明书和附图中，与关于上文中的附图所描述的那些组件类似的组件被标示为类似的附图标记，并且酌情省略详细描述。

（第一实施例）

作为根据本实施例的显示设备的示例，现在将描述其中使用液晶的液晶显示设备。

图1是示出根据第一实施例的显示设备的配置的示意性截面图。

图2是示出根据第一实施例的显示设备的导光体的示意性平面图。

并且，图2是在垂直于导光体71的第一主表面71a观察时的示意性平面图。

如图1所示，根据本实施例的显示设备110包括照明单元（用于显示设备的背光）70、第一基板11、波长选择透射层20、光控制层50、波长选择吸收层40、以及第二基板12。

照明单元70包括导光体71、反射膜72、以及光源73。导光体71具有第一主表面71a、与第一主表面71a相对的第二主表面71b、第一侧面71c、以及与第一侧面71c相对的第二侧面71d。第一主表面71a平行于第二主表面71b。第一主表面71a是在与其上设置有波长选择透射层20和光控制层50的一侧相对的一侧上形成的面。第二主表面71b是在其上设置有波长选择透射层20和光控制层50的一侧上形成的面。

如图1和2所示，结构74设置在导光体71的第一主表面71a中。结构74具有例如改变光行进方向的功能。结构74例如反射光并改变光行进的方向。如图2所示，结构74与其上设置有光源73的第一侧面71c大致平行地延伸。具有凹凸形状的结构（诸如槽）被用作结构74。在图1所示的显示设备110中，具有第一倾斜面74a和第二倾斜面74b的凹部74d被用作结构74。

反射膜72设置在导光体71的第一主表面71a和第二主表面71d上。在图1所示的显示设备110中，虽然间隙设置在反射膜72a与导光体71的第一主表面71a和第二侧面71d之间，但是反射膜72a可与导光体71的第一主表面71a和第二侧面71d接触。

即，如图1所示，导光体71的第一主表面71a包括具有相对于第一主表面71a倾斜的第一倾斜面74a和第二倾斜面74b的多个凹部74d、以及其中未设置多个凹部74d的平坦部71e。凹部74d与第一主表面71a的与第一侧面71c接触的一侧大致平行地延伸。另外，如在图1中所示的显示设备110中，当形成相对于第一主表面71a和第一侧面71c倾斜的锥形部75时，凹部74d与第一主表面71a的与锥形部75接触的一侧、或者第一侧面71c的与锥形部75接触的一侧大致平行地延伸。

第一倾斜面74a和第二倾斜面74b不垂直于其上设置有光源73的第一侧面71c。即，第一侧面71c平行于YZ平面，而第一倾斜面74a和第二倾斜面74b相对于YX平面倾斜。换句话说，当垂直于导光体71的第一主表面71a观察时（当在Z轴方向上观察时），第一倾斜面74a的法线和第二倾斜面74b的法线平行于第一侧面71c的法线。即，第一倾斜面74a和第二倾斜面74b各自具有与第一侧面71c大致平行的一侧。

在图1所示的导光体71中，形成相对于第一主表面71a和第一侧面71c倾斜的锥形部75。另外，形成相对于第二主表面71b和第一侧面71c倾斜的锥形部75。在本申请的说明书中，相应锥形部75与第一主表面71a或第二主表面71b之间的角被定义为斜角θT。锥形部75的斜角θT约为10°。此外，在本申请的说明书中，在图1所示的示意性截面图中，相应锥形部75在与第一主表面71a或第二主表面71b平行的方向上的长度被定义为LT。锥形部75的长度LT例如约为4毫米（mm）至5毫米。在下文中将描述锥形部75。

光源73产生光。例如，半导体发光器件（例如，LED）被用作为光源73。光源73设置在导光体71的第一侧面71c上。

反射膜72附连到导光体71的第一主表面71a和导光体71的第二侧面71d。即，导光体71设置在附连到第一主表面71a的反射膜72和第一基板11之间。

光源73生成的光从第一侧面71c进入导光体71内部。当进入导光体71内部的光例如在导光体71和空气之间的界面处全反射时，光传播通过导光体71。替换地，当进入导光体71内部的光在反射膜72处反射时，光传播通过导光体71。同样，第二侧面71d可不垂直于第一主表面71a，但可相对于该第一主表面71a倾斜，从而在附连到第二侧面71d的反射膜72处反射的光具有在期望范围内的方向角分布（参见图17）。

结构74改变传播通过导光体71的光的行进方向，并且使光有效地进入波长选择透射层20。此时，如上所述，在图1所示的显示设备110中，具有第一倾斜面74a和第二倾斜面74b的凹部74d被用作结构74。即，如图1所示，凹部74d具有所谓的V形槽的形状。凹部74d在第一主表面71a中开口。换句话说，凹部74d设置在未设置多个平坦部71e的部分中。结构74的面积比优选约为例如8至25%。结构74的面积比更优选约为例如15%。结构74均匀地设置在整个第一主表面71a上。因此，结构74的面积比在第一主表面71a的接近光源73的部分中、以及远离光源73的部分中也是均匀的。即，结构74的面积比在整个第一主表面71a上是均匀的。

在此，在本申请的说明书中，“结构的面积比”是指投影到第一主表面71a的多个凹部74d的总面积相对于第一主表面71a的面积的比例和比率。同样，投影到第一主表面71a的凹部74d的面积是指在Z轴方向上观察导光体71时所指示的凹部74d的矩形面积，而不是指第一倾斜面74a与第二倾斜面74b的面积之和（参见图2）。即，在图1和2所示的导光体71中，投影到第一主表面71a的凹部74d的面积可指投影到第一主表面71a上的第一倾斜面74a与第二倾斜面74b的面积。

据此，可进一步增加从导光体71向波长选择透射层20输出的光的量（光提取量）。即，有可能增加光的利用效率。

同样，在下文中将详细描述结构74的形状、功能等。

以此方式，照明单元70使照明光70L沿着从波长选择透射层20到波长选择吸收层40的方向进入波长选择透射层20。替换地，在从照明单元70的光源73输出的光传播通过第一基板11、并且所传播的光行进到导光体71并在反射膜72处反射之后，光可进入波长选择透射层20。

第一基板11和第二基板12具有光透明性。例如，玻璃、树脂等被用作第一基板11和第二基板12。第一基板11具有第一主表面11a、以及与第一主表面11a相对的第二主表面11b。

波长选择透射层20设置在第一基板11的第一主表面11a上。

在此，垂直于第一主表面11a的方向被定义为Z轴方向（第一方向）。垂直于Z轴方向的一个轴被定义为X轴方向（第二方向）。垂直于Z轴方向和X轴方向的轴被定义为Y轴方向。

在本申请的说明书中，第一组件设置在第二组件上的状态包括：第一组件与第二组件接触、并设置在第二组件上的状态；以及另外，另一组件插在第一组件和第二组件之间、且第一组件设置在第二组件上的状态。

波长选择透射层20具有多个区域。在图1所示的显示设备110中，波长选择透射层20具有第一区域20a、第二区域20b、以及第三区域20c。在XY平面中，设置多个第一区域20a、多个第二区域20b、以及多个第三区域20c。

第一区域20a用作第一色彩（例如，红色）干涉滤光片。第二区域20b用作第二色彩（例如，绿色）干涉滤光片。第三区域20c用作第三色彩（例如，蓝色）干涉滤光片。即，在图1所示的显示设备110中，设置三色光选择透射区。

然而，各个实施例不限于此。例如，可不设置第三区域20c，并且可设置两个色彩区域。另外，还可设置第四区域，并且可设置四个色彩区域。以此方式，在各个实施例中，色彩的种类是可任选的。在下文中将详细描述波长选择透射层20的配置示例。

第一开关元件32a设置在第一区域20a上。第二开关元件32b设置在第二区域20b上。第三开关元件32c设置在第三区域20c上。例如，晶体管（例如，薄膜晶体管）被用作第一开关元件32a、第二开关元件32b、以及第三开关元件32c。

光控制层50设置在波长选择透射层20和波长选择吸收层40之间。光控制层50的光学性质是可变的。例如，液晶层被用作光控制层50。

在图1所示的显示设备110中，第二基板12被设置成与第一基板11的第一主表面11a相对。第二基板12具有第一主表面12a、以及面向第一主表面12a的第二主表面12b。第二基板12的第一主表面12a与第一基板11的第一主表面11a相对。波长选择透射层40设置在第二基板12的第一主表面12a上。

波长选择吸收层40具有第一吸收层40a、第二吸收层40b、以及第三吸收层40c。在Z轴方向上观察时，第一吸收层40a具有与第一区域20a重叠的部分。在Z轴方向上观察时，第二吸收层40b具有与第二区域20b重叠的部分。第二吸收层40b的吸收光谱与第一吸收层40a的吸收光谱不同。在Z轴方向上观察时，第三吸收层40c具有与第三区域20c重叠的部分。第三吸收层40c的吸收光谱与第一吸收层40a的吸收光谱和第二吸收层40b的吸收光谱不同。

第一吸收层40a是第一色彩（例如，红色）吸收滤光片。第二吸收层40b是第二色彩（例如，绿色）吸收滤光片。第三吸收层40c是第三色彩（例如，蓝色）吸收滤光片。

例如，经由开关元件将电压（例如，电场）施加到光控制层50。响应于所施加的电压（例如，电场），光控制层50的光学性质改变，像素的透射率改变，并且进行显示。

当液晶层被用作为光控制层50时，液晶层的液晶的取向根据所施加的电压（例如，电场）而改变。液晶层的光学性质（包括双折射率、旋光性、散射性、衍射性、光吸收性等中的至少任一个）根据取向改变而改变。

例如，第一偏光层（未示出）设置在第一基板11的第二主表面11b上。另外，第二偏光层（未示出）设置在第二基板12的第二主表面12b上。即，第一基板11、波长选择透射层20、光控制层50、波长选择吸收层40、以及第二基板12设置在第一偏光层和第二偏光层之间。由此，光控制层50（液晶层）的光学性质的改变被转换成透光率的改变，并且进行显示。

图3是示出根据第一实施例的显示设备的操作的示意性截面图。

图4是示出根据参考示例的显示设备的操作的示意性截面图。

图5是示出从导光体输出的光的方向角分布的曲线图。

同样，图5中的纵轴是通过最大值归一化的亮度Lu，而图5中的横轴是从导光体输出的光的方向角Da。另外，图5所示的曲线图表示在光进入波长选择透射层20之前的光的亮度Lu和方向角Da。换句话说，图5所示的曲线图表示在光从照明单元70输出之后不久的光的亮度Lu和方向角Da。

首先，将描述波长选择透射层20的示例。

波长选择透射层20透射具有特定波长的光，并反射具有除特定波长以外的波长的光。波长选择透射层20具有例如法布里-珀罗（Fabry-Perot）型干涉滤光片。

即，波长选择透射层20具有设置在一对反射层和一对反射层之间的间隔层，并且由例如绝缘层构成。波长选择透射层20具有其中具有各个不同折射率的多个介电膜堆叠的结构。波长选择透射层20中所堆叠的介电膜包含氧化硅、氮化硅、以及氧氮化硅中的至少任一个。

在第一区域20a内部的堆叠膜的界面处反射一部分入射光。然后，通过叠加在堆叠膜的界面处反射的光（波）以及透射的光（波）而获取的、具有满足构造相条件的波长的光穿过第一区域20a，而具有除此以外的波长的光被反射。换句话说，具有与第一区域20a的厚度相对应的波长的光穿过第一区域20a，而具有除此以外的波长的光被反射。该功能与第二区域20b和第三区域20c的功能相同。

在光入射到波长选择透射层20上的角（入射角）大于0的情况下光穿过波长选择透射层20时的光学路径长度（光学距离）长于在该角为0的情况下的光学路径长度。换句话说，在光倾斜地入射到波长选择透射层20上的情况下光穿过波长选择透射层20时的光学距离长于在光垂直地入射到波长选择透射层20上的情况下的光学距离。此时，在光倾斜地入射到波长选择透射层20上的情况下满足构造相条件的波长短于在光垂直地入射到波长选择透射层20上的情况下满足构造相条件的波长。穿过波长选择透射层20的光的波长取决于入射到波长选择透射层20的光的入射角。

以此方式，在显示设备中，如果使用干涉型滤色片，则其透射波长带根据光的入射角而改变。例如，关于斜入射光的透射波长带向比关于从正面入射的光的透射波长带短的波长侧（蓝色侧）移动。

例如，当红色光倾斜地进入波长选择透射层20时，穿过波长选择透射层20的至少一部分光变成波长短于红色光的波长的光，诸如橙色光等。替换地，例如，当绿色光倾斜地进入波长选择透射层20时，穿过波长选择透射层20的至少一部分光变成波长短于绿色光的波长的光，诸如青色光等。然后，穿过波长选择透射层20的光中波长短于入射到波长选择透射层20上光的波长的光被设置在波长选择透射层20上的波长选择吸收层40吸收。即，导致光损耗。因此，为了实现高的光利用效率，期望从照明单元70或导光体71输出的光的角度变小。

替换地，在未设置波长选择吸收层40的显示设备中，穿过波长选择透射层20的光的色彩偏离设计值。因此，为了从穿过波长选择透射层20的光获取期望色彩，期望从照明单元70或导光体71输出的光的角度变小。

同样，从照明单元70或导光体71输出的光的角度等于入射到波长选择透射层20的光的角度，即，波长选择透射层20上的入射角。

在此，如图4所示，在根据参考示例的显示设备120的导光体71中形成的结构74的数量大于在根据本实施例的显示设备110的导光体71中形成的结构74的数量。由此，有可能增加从导光体71输出的光的光提取量。然而，如果在导光体71中形成的结构74的数量大，则从导光体71输出的光的角度大。这将参考图4描述。

如以上参考图1和2所述，当进入导光体71内部的光例如在导光体71和空气之间的界面处全反射、或者在反射膜72处反射时，光传播通过导光体71。然后，照射到结构74上的光的行进方向改变，并且光进入波长选择透射层20作为照明光70L。

照明光70L中具有第一波长带λa的第一光La穿过例如波长选择透射层20的第三区域20c。第一光La穿过光控制层50，还穿过第三吸收层40c，并且输出到外部。根据光控制层50的状态，输出到外部的光的强度改变。

相反，照明光70L中具有除第一波长带λa以外的波长带的光（例如，具有第二波长带λb的第二光Lb）在例如波长选择透射层20的第三区域20c处反射，并且返回到照明单元70。在此，波长选择透射层20具有的多个层中的至少任一个的主表面平行于导光体71的第一主表面71a。波长选择透射层20具有的多个层中的至少任一个是例如反射层等(未示出)。由此，照明光70L中具有除第一波长带λa以外的波长带的光在例如第三区域20c处反射，并且可更确定地返回到照明单元70。返回到照明单元70的光穿过导光体71，并且再次进入波长选择透射层20。

如上所述，在根据参考示例的显示设备120的导光体71中形成的结构74的数量大于在根据本实施例的显示设备110的导光体71中形成的结构74的数量。因此，返回到根据参考示例的显示设备120的导光体71内部的第二光Lb照射到结构74上的频率高于返回到根据本实施例的显示设备110的导光体71的第二光Lb照射到结构74上的频率。

如图4所示，当在波长选择透射层20处反射且返回到导光体71内部的第二光Lb照射到结构74上时，由于行进方向被结构74改变，因此从导光体71输出的光的角度可大于在第二光Lb不照射到结构74上的情况下的角度。因此，这种光再次进入波长选择透射层20，并且即使光穿过波长选择透射层20，光也被波长选择吸收层40吸收。因此，存在无法实现高的光利用效率的情况。以此方式，结构74可增加从导光体71输出的光的光提取量。相反，结构74增大在波长选择透射层20处反射且返回到导光体71内部的第二光Lb从导光体71输出的光的角度。

另外，作为参考示例，存在照明单元70包括光学片（诸如棱镜片）的情况。棱镜片可减小从导光体71输出的光的角度。然而，以类似于结构74的方式，如果在波长选择透射层20处反射且返回到导光体71内部的第二光Lb照射到棱镜片上，则从导光体71输出的光的角度变得大于在第二光Lb不照射到棱镜片上的情况下的角度。

因此，光倾斜地进入波长选择透射层20，并且变成具有较短波长的光。由此，光被波长选择吸收层40吸收。为了抑制该现象，期望导光体71具有在不使用光学片（诸如棱镜片）的情况下使光垂直地进入波长选择透射层20的结构74。此外，期望抑制在导光体71中形成的结构74的数量以达这样的程度，即在波长选择透射层20处反射且返回到导光体71内部的光照射到结构74、且从导光体71输出的全部光的角分布未受到显著干扰。

与此相反，如图3所示，在根据本实施例的显示设备110的导光体71中形成的结构74的数量小于在根据参考示例的显示设备120的导光体71中的结构74的数量。具体地，结构74的面积比约为例如8至25%。结构74的面积比更优选约为例如15%。另外，根据本实施例的显示设备110的照明单元70不包括光学片，诸如棱镜片。例如，在照明单元70和第一基板11之间形成空气层。替换地，例如，照明单元70与第一基板11接触。

如以上参考根据参考示例的显示设备120所述，照明光70L的具有第一波长带λa的第一光La穿过例如波长选择透射层20的第三区域20c。第一光La穿过光控制层50，还穿过第三吸收层40c，并且输出到外部。根据光控制层50的状态，输出到外部的光的强度改变。

相反，照明光70L中具有除第一波长带λa以外的波长带的光（例如，具有第二波长带λb的第二光Lb）在波长选择透射层20的第三区域20c处反射，并且返回到照明单元70。如上所述，在根据本实施例的显示设备110的导光体71中形成的结构74的数量小于在根据参考示例的显示设备120的导光体71中形成的结构74的数量。因此，返回到根据本实施例的显示设备110的导光体71内部的第二光Lb照射到结构74上的频率低于返回到根据参考示例的显示设备120的导光体71内部的第二光Lb照射到结构74上的频率。即，通过第二光Lb照射到结构74上，第二光Lb的行进方向改变且波长选择透射层20上的入射角变大的可能性低。

如图3所示，当在波长选择透射层20处反射且返回到导光体71内部的第二光Lb在反射膜72处反射时，光进入波长选择透射层20。然后，第二光Lb穿过例如波长选择透射层20的第二区域20b。第二光Lb穿过光控制层50，还穿过第二吸收层40b，并且输出到外部。根据光控制层50的状态，输出到外部的光的强度改变。

以此方式，在根据本实施例的显示设备110中，除波长选择透射层20透射的特定波长区域的光以外的光返回到照明单元70。然后，在光照射到结构74上的频率降低的状态中，光在反射膜72处反射。由此，再利用光。因此，有可能获取高的光利用效率。由此，有可能获取其中色彩漂亮、显示明亮、并且对比度良好的显示。另外，有可能降低功耗。

在此，将描述结构74的示例。

如以上参考图1和2所述，根据本实施例的显示设备110的凹部74d包括第一倾斜面74a和第二倾斜面74b，并且具有V形槽的形状。例如，在纵向（延伸方向）上观察结构74时的截面具有其中顶角θc约为96°的等腰三角形的形状。即，平坦部71e和第一倾斜面74a之间的角θa（在下文中称为“第一倾斜面74a的斜角”）、以及平坦部71e和第二倾斜面74b之间的角θb（在下文中称为“第二倾斜面74b的斜角”）约为42°。作为发明人研究的结果，已发现当第一倾斜面74a的斜角θa和第二倾斜面74b的斜角θb约为40°至50°时，从导光体71输出的光的角度变小。这将在下文中详细描述。

槽（凹部74d）的形状不限于两侧对称的V形。即，第一倾斜面74a的斜角θa不必与第二倾斜面74b的斜角θb相同。例如，基于从导光体71的第一侧面71c行进的光的方向角分布、以及从第二侧面71d反射的光的方向角分布，第一倾斜面74a的斜角θa和第二倾斜面74b的斜角θb可分别被适当地设置，以使从导光体71输出的光的角度变成最小。通过第一倾斜面74a的斜角θa、第二倾斜面74b的斜角θb、以及进入槽的光的方向角分布来确定从导光体71输出的光的角度。

现在将描述锥形部75的示例。

如以上参考图1和2所述，锥形部75在导光体71中形成。在导光体71的厚度方向（Z轴方向）上，锥形部75可降低在导光体71内部行进的光的方向角分布。

例如，鉴于光在导光体71和空气之间的界面处的折射，在导光体71内部行进的光的方向角最大为42°。因此，锥形部75的斜角θT（参见图1）优选约为10°。另外，锥形部75的长度LT（参见图1）优选约为4mm至5mm。

当锥形部75的斜角θT为10°时，与没有锥形部75的情况下的入射角相比，从锥形部75输出光的角度通过在导光体71内部行进的光在锥形部75处的全反射而减小10°。因此，当锥形部75的长度LT被设置成从光源73进入导光体71的全部光在锥形部75处全反射至少一次时，有可能将在导光体71的厚度方向上的方向角分布抑制为不大于约22°。

以此方式，如果结构74用其在导光体71的厚度方向上的方向角分布被抑制为不大于约22°的光来照射，则当具有V形槽的形状的凹部74d的第一倾斜面74a的斜角θa和第二倾斜面74b的斜角θb约为40°至50°时，有可能将不小于从导光体71输出的光的约70%的光抑制为不大于40°，如图5所示。

现在将描述根据第一实施例的显示设备的特性的示例。即，将描述根据第一实施例的显示设备的特性的仿真结果和实验结果的示例。

图6是示出根据第一实施例的显示设备的特性的实验结果的曲线图。

图7是示出在该实验中所使用的显示设备的示意性截面图。

图6中的纵轴是通过最大值归一化的亮度Lu。图6中的横轴是从导光体输出的光的方向角Da。

如图7所示，在该实验中所使用的显示设备130包括照明单元70和波长选择透射层20。在该实验中所使用的显示设备130不包括波长选择吸收层40。然后，在该实验中，在结构74的面积比Ras为5%、10%、15%、20%、25%、以及30%的每一情况下，测量从照明单元70输出且穿过波长选择透射层20的光的亮度Lu和方向角Da。由于未设置波长选择透射层40，因此测量其亮度Lu和方向角Da的光不穿过波长选择透射层40。

该实验的结果在图6中示出。据此，可发现结构74的面积比Ras越高，从照明单元70（导光体71）输出的光的方向角分布越宽。然后，据此，可发现当结构74的面积比Ras不大于15%时，可将从导光体71输出的光的方向角分布抑制在相对较窄的范围内。相反，可发现当结构74的面积比Ras不大于25%时，从导光体71输出的光的方向角分布相对较宽。

图8是示出根据第一实施例的显示设备的其他特性的仿真结果的曲线图。

图9是示出根据第一实施例的显示设备的模型的示意性截面图。

图10是示出根据参考示例的显示设备的模型的示意性截面图。

图8中的纵轴是光提取量Lq。图8中的横轴是结构的面积比Ras。

如图9所示，根据第一实施例的显示设备140的模型包括照明单元70和波长选择透射层20。根据第一实施例的显示设备140的模型不包括波长选择吸收层40。

第一倾斜面74a和第二倾斜面74b涂敷有用于实验的低反射率涂层76。低反射率涂层76的反射率为85%。即，低反射率涂层76反射85%的入射光，并且吸收剩余15%的光。例如，金属涂层被用作低反射率涂层76。

反射膜72的反射率为99%。

结构74的间距Ps在整个导光体71中大致恒定。在此，间隔74的间距Ps是指相邻V形槽的顶部之间的距离。

如图10所示，根据参考示例的显示设备150的模型包括照明单元70。根据参考示例的显示设备150的模型不包括波长选择透射层20和波长选择吸收层40。因此，在根据参考示例的显示设备150的模型中，没有光在波长选择透射层20的特定区域中反射。另外，没有光返回到照明单元70，而被再利用。此外，如在图9所示的根据第一实施例的显示设备140的模型中，不施加低反射率涂层76。

以类似于根据第一实施例的显示设备140的模型的方式，反射膜72的反射率为99%。另外，结构74的间距Ps在整个导光体71中大致恒定。结构74的间距Ps优选约为例如70μm至100μm。

在该仿真中，在图9和10所示的每一模型中，计算相对于结构的面积比Ras的光提取量Lq。该仿真的结果在图8中示出。据此，在根据参考示例的显示设备150的模型中，光不返回到照明单元70，而被再利用。因此，当结构74的面积比Ras变高时，从导光体71输出的光的光提取量Lq增加。然后，当波长选择吸收层40设置在这种显示设备中时，具有除特定波长带以外的波长带的光被波长选择吸收层40吸收。即，产生光损耗。

相反，在根据第一实施例的显示设备140的模型中，从导光体71输出的光的光提取量Lq增加，直至结构74的面积比Ras达到约13%。这是因为通过结构74来增加光提取效率。另外，当结构74的面积比Ras变得高于约15%时，从导光体71输出的光的光提取量Lq减小。

如上所述，低反射率涂层76的反射率为85%。光照射到低反射率涂层76上的次数越多，被低反射率涂层76吸收的光越多。另外，面积比Ras越高，在波长选择透射层20处反射且返回到照明单元70的光照射到结构74上的次数越多。即，光提取量Lq减小意味着光照射到结构74上的次数大。然后，这意味着光照射到结构74上的次数越多，波长选择透射层20上的入射角变大的可能性越高。为此，如在该仿真中，当第一倾斜面74a和第二倾斜面74b涂敷有折射率相对较低的低反射率涂层76、并且结构74的面积比Ras变高时，推测在结构74的面积比Ras变得高于特定值时，光提取量Lq减小。此时，推测结构74的面积比Ras约为15%。如上所述，当面积比Ras变得高于约13%时，在波长选择透射层20处反射且返回到导光体71内部的光照射到结构74上的频率增加。增大从导光体71输出的光的角度的结构74的作用力大于增加从导光体71输出的光的光提取量Lq的结构74的作用力。

图11是示出根据第一实施例的显示设备的其他特性的仿真结果的曲线图。

图12是示出根据第一实施例的显示设备的模型的示意性截面图。

同样，图11中的纵轴是光提取量Lq。图11中的横轴是结构的面积比Ras。

如图12所示，根据第一实施例的显示设备160的模型包括照明单元70和波长选择透射层20。根据第一实施例的显示设备140的模型不包括波长选择吸收层40。

在纵向上观察导光体74时的截面具有等腰三角形的形状，其中第一倾斜面74a的斜角θa和第二倾斜面74b的斜角θb为45°。第一倾斜面74a和第二倾斜面74b涂敷有低反射率涂层76。低反射率涂层76的反射率为85%。即，低反射率涂层76反射85%的入射光，并且吸收剩余15%的光。例如，金属涂层被用作低反射率涂层76。

反射膜72的反射率为99%。

结构74的间距Ps在整个导光体71中大致恒定。结构74的间距Ps优选约为例如70μm至100μm。

在此，结构74的深度Ds是指导光体71的第一主表面71a和V形槽的顶部之间的距离。

在该仿真中，在结构74的深度Ds被设为10μm和50μm的每一情况下，计算相对于结构的面积比Ras的光提取量Lq。该仿真的结果在图11中示出。据此，在结构74的深度Ds被设为10μm和50μm的情况下，从导光体71输出的光的光提取量Lq增加，直至结构74的面积比Ras达到约15%。相反，当结构74的面积比Ras变得高于约15%时，从导光体71输出的光的光提取量Lq减小。考虑到这与以上参考图8至10所述的原因相同。

另外，可发现当结构74的面积比Ras为例如8至25%时，从导光体71输出的光的光提取量Lq可被维持为较大的量。换句话说，当结构74的面积比Ras低于8%、或者结构74的面积比Ras高于25%时，难以将从导光体71输出的光的光提取量Lq维持为较大的量。由此，结构74的面积比优选约为例如8至25%。此外，结构74的深度Ds优选约为例如5μm至7μm。

图13A和13B是示出根据第一实施例的显示设备的其他特性的仿真结果和实验结果的曲线图。

图14是示出导光体的模型以及在该实验中所使用的导光体的示意性截面图。

图13A和13B中的纵轴是方向值Vd。图13A和13B中的横轴是斜角θa（θb）。例如，图13A是示出仿真结果的曲线图。另外，图13B是示出实验结果的曲线图。

如以上在图14中所述，在用于该仿真的模型的导光体71中形成的凹部74d、以及用于该实验的样本的导光体71具有V形槽的形状。第一倾斜面74a的斜角θa与第二倾斜面74b的斜角θb相同。即，在纵向上观察结构74时的截面具有等腰三角形的形状。

在该仿真中，计算和测量从导光体71输出的光的相对于第一倾斜面74a的斜角θa（第二倾斜面74b的斜角θb）的方向值。

在此，在本申请的说明书中，“方向值”是指其中从导光体71输出的光的角度不大于30°的光的光量与从导光体71输出的全部光的光量的比例。因此，这意味着当方向值较大时，将从导光体71输出的光的方向角分布抑制在较窄的范围内。

该仿真的结果在图13A中示出。另外，该实验的结果在图13B中示出。据此，可发现当斜角θa（θb）约为40°至50°时，从导光体71输出的光的方向值Vd被维持为相对较高。即，当斜角θa（θb）约为40°至50°时，将从导光体71输出的光的方向角分布抑制在较窄的范围内。由此，第一倾斜面74a的斜角θa和第二倾斜面74b的斜角θb优选约为例如40°至50°。

图15A和15B是示出根据第一实施例的另一显示设备的导光体的示意图。

并且，图15A是沿图15B中的线A-A所取的示意性截面图。图15B是垂直于导光体71的第一主表面71a观察时的示意性平面图。

图15A和15B所示的凹部77d具有四角锥槽的形状。如图15A所示，导光体71的第一主表面71a包括具有相对于第一主表面71a倾斜的第一倾斜面77a和第二倾斜面77b的多个凹部77d、以及其中未设置多个凹部77d的平坦部71e。第一倾斜面77a和第二倾斜面77b不垂直于其上设置有光源73的第一侧面71c。

例如，在纵向上观察结构77时的截面具有其中顶角θc约为96°的等腰三角形的形状。即，第一倾斜面77a的斜角θa和第二倾斜面77b的斜角θb约为42°。结构77的面积比约为例如8至25%。结构77的面积比更优选约为例如15%。结构77均匀地设置在导光体71的整个第一主表面71a上。因此，结构77的面积比在整个第一主表面71a上是均匀的。

结构77改变传播通过导光体71的光的行进方向，并且使光以小的入射角进入波长选择透射层20。因此，如以上参考图3至5所述，未穿过波长选择透射层20的特定区域的光返回到照明单元70。然后，在光照射到结构77上的频率减小的状态中，光在反射膜72处反射。因此，再利用光。因此，有可能获取高的光利用效率。由此，有可能获取其中色彩漂亮、显示明亮、并且对比度良好的显示。另外，有可能降低功耗。

图16A和16B是示出根据第一实施例的又一显示设备的导光体的示意图。

同样，图16A是沿图16B中的线B-B所取的示意性截面图。图16B是垂直于导光体71的第一主表面71a观察时的示意性平面图。

即，图16A和16B所示的凹部78d具有所谓的V形槽的形状。结构78与其上设置有光源73的第一侧面71c大致平行地延伸。如图16B所示，如在以上参考图1和2所述的结构74中，结构78未从导光体71的一个侧面延伸到面向该一个侧面的另一侧面。结构78从导光体71的一个侧面大致延伸到导光体71的中央部。即，多个结构78沿着结构78的纵向（延伸方向）大致线性地设置。在图16A和16B所示的导光体71中，沿着结构78的纵向大致线性地设置的结构78的数量为2。然而，结构78的数量不限于此，并且可不小于3。

如图16A所示，导光体71的第一主表面71a包括具有相对于第一主表面71a倾斜的第一倾斜面78a和第二倾斜面78b的多个凹部78d、以及其中未设置多个凹部78d的平坦部71e。第一倾斜面78a和第二倾斜面78b不垂直于其上设置有光源73的第一侧面71c。结构78的面积比约为例如8至25%。结构78的面积比更优选约为例如15%。结构78均匀地设置在导光体71的整个第一主表面71a上。因此，结构78的面积比在整个第一主表面71a上是均匀的。

结构78改变传播通过导光体71的光的行进方向，并且使光以小的入射角进入波长选择透射层20。此时，结构78的面积比约为例如8至25%。因此，获取类似于以上参考图15A和15B所述的优点。

（第二实施例）

现在将参考附图描述根据第二实施例的用于显示设备的背光。

图17是示出根据第二实施例的用于显示设备的背光的配置的示意性截面图。

如图17所示，根据本实施例的照明单元（用于显示设备的背光）70包括导光体71、反射膜72、以及光源73。反射膜72和光源73分别类似于以上参考图1和2所述的反射膜72和光源73。

导光体71具有第一主表面71a、与第一主表面71a相对的第二主表面71b、第一侧面71c、以及与第一侧面71c相对的第二侧面71d。第一主表面71a平行于第二主表面71b。结构74在导光体71的第一主表面71a中形成。结构74具有例如改变光行进方向的功能。结构74例如反射光并改变光行进的方向。结构74与其上设置有光源73的第一侧面71c大致平行地延伸（参见图2）。例如，具有凹凸形状的结构（诸如槽）被用作结构74。在图17所示的照明单元70中，具有第一倾斜面74a和第二倾斜面74b的凹部74d被用作结构74。

即，如图17所示，导光体71的第一主表面71a包括具有相对于第一主表面71a倾斜的第一倾斜面74a和第二倾斜面74b的多个凹部74d、以及其中未设置多个凹部74d的平坦部71e。

具体地，凹部74d具有V形槽的形状。结构74的面积比优选约为例如8至25%。结构74的面积比更优选约为例如15%。结构74均匀地设置在导光体71的整个第一主表面71a上。因此，结构74的面积比在整个第一主表面71a上是均匀的。

第一倾斜面74a和第二倾斜面74b不垂直于其上设置有光源73的第一侧面71c。换句话说，当垂直于导光体71的第一主表面71a观察时，第一倾斜面74a的法线和第二倾斜面74b的法线平行于第一侧面71c的法线。即，第一倾斜面74a和第二倾斜面74b各自具有与第一侧面71c大致平行的一侧。

光源73生成的光从第一侧面71c进入导光体71内部。当进入导光体71内部的光例如在导光体71和空气之间的界面处全反射时，光传播通过导光体71。替换地，当进入导光体71内部的光在反射膜72处反射时，光传播通过导光体71。

结构74改变传播通过导光体71的光的行进方向，并且将光输出到导光体71外部。此时，在结构74的面积比Ras为例如8至25%的情况下，当根据本实施例的照明单元70被用作具有干涉型滤色片的显示设备的背光时，有可能增加从导光体71输出的光的光提取量。即，有可能增加光的利用效率。

例如，在纵向上观察结构74时的截面可具有其中顶角θc约为96°的等腰三角形的形状。即，第一倾斜面74a的斜角θa和第二倾斜面74b的斜角θb可约为42°。在此情况下，从导光体71输出的光的角度可变小。

另外，在图17所示的导光体71中，形成相对于第一主表面71a和第一侧面71c倾斜的锥形部75。另外，形成相对于第二主表面71b和第一侧面71c倾斜的锥形部75。锥形部75的斜角θT约为10°。锥形部75的长度LT约为3mm至4mm。

当锥形部75的斜角θT为10°时，如果在导光体71内部行进的光在锥形部75处全反射一次，则导光体71的厚度方向上的方向角从全反射之前的行进方向向相反方向移动20°。因此，当锥形部75的长度LT被设置成从光源73进入导光体71的全部光在锥形部75处全反射至少一次时，有可能将在导光体71的厚度方向上的方向角分布抑制为不大于约20°。

以此方式，如果结构74用在导光体71的厚度方向上的方向角分布被抑制为不大于约20°的光来照射，则当具有V形槽的形状的凹部74d的第一倾斜面74a的斜角θa和第二倾斜面74b的斜角θb约为40°至50°时，有可能将不小于从导光体71输出的光的70%的光抑制为不大于40°。

另外，如图17所示，导光体71的第二侧面71d不垂直于第一主表面71a，而是相对于该第一主表面71a倾斜。第二侧面71d相对于从第一主表面71a延伸的线的斜角θ1约为例如80°。在此情况下，如果在导光体71内部在水平方向上（与第一主表面71a平行的方向）行进的光在设置在第二侧面71d上的反射膜72处反射一次，则在导光体71的厚度方向上的方向角从全反射之前的行进方向向相反方向移动20°（θ2=20°）。然后，例如在导光体71和空气之间的界面处全反射、且其行进方向通过结构74改变的光从导光体输出到外部，作为照明光70L。

导光体71的第二侧面71d可垂直于第一主表面71a（参见图1）。

虽然以上描述了其中液晶层被用作光控制层50的示例，但是光控制层50的配置在各个实施例中是可任选的。有可能将其中使用例如MEMS（微机电系统）的机械快门等用作光控制层50。

在上文中，参考特定示例描述本发明的示例性实施例。然而，本发明不限于这些特定示例。例如，本领域技术人员可通过从现有技术适当地选择包括在显示设备中的组件（诸如第一基板、第二基板、波长选择透射层、开关元件、光控制层、波长选择吸收层、以及照明单元）的特定配置来类似地实践本发明。这种实践被包括在本发明的范围内达获取本发明类似效果的程度。

此外，具体示例的任何两个或更多个组件可在技术可行性的程度内组合在一起，并且被包括在本发明的范围内达包含本发明主旨的程度。

此外，可通过本领域技术人员基于以上作为本发明各个实施例所述的显示设备以及用于显示设备的背光来适当设计修改而实践的所有显示设备以及用于显示设备的背光也落入本发明的范围，达包含本发明各个实施例的主旨的程度。

在本发明精神范围内，本领域技术人员可构想各种其他变体和修改，并且应当理解，这些变体和修改也涵盖在本发明的范围内。

尽管已描述了特定实施例，但这些实施例仅作为示例而呈现，并且不旨在限制本发明的范围。实际上，本文中所描述的新颖实施例可以各种其他形式来体现；此外，可作出以本文中所描述的实施例的形式的各种省略、替代和改变，而不背离本发明的精神。所附权利要求及其等效方案旨在覆盖落入本发明的范围和精神的这些形式或修改。

Claims (20)

1.一种显示设备，包括：

具有第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面、以及连接所述第一主表面和所述第二主表面的侧面的导光体；

使光从所述侧面进入所述导光体内部的光源；

设置在所述第二主表面上的波长选择透射层，所述波长选择透射层具有：

透射可见光的第一波长带的光、并反射除所述第一波长带以外的波长带的光的第一区域；以及

透射所述可见光中与所述第一波长带不同的第二波长带的光、并反射除所述第二波长带以外的波长带的光的第二区域；以及

设置在所述波长选择透射层上光控制层，改变穿过所述光控制层的光的强度，

所述第一主表面包括具有相对于所述第一主表面倾斜的倾斜面的多个凹部，

所述多个凹部投影到所述第一主表面上的总面积与所述第一主表面的面积的比率为8%至25%，并且

所述多个凹部均匀地设置在所述第一主表面中。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述倾斜面被设置成不垂直于所述侧面，并且每一倾斜面具有与所述侧面平行的一侧。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述波长选择透射层具有其中具有各个不同折射率的多个介电膜堆叠的结构，并且

所述多个介电膜中的至少任一个的主表面平行于所述导光体的所述第一主表面。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述倾斜面相对于所述第一主表面的角度为40°至50°。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凹部具有V形槽的形状。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述V形槽被设置成从所述导光体的第一端部延伸到面向所述第一端部的第二端部。

7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，

所述V形槽具有：

从所述导光体的第一端部延伸到所述导光体的中央部的第一V形槽；以及

从面向所述第一端部的第二端部延伸到所述导光体的所述中央部的第二V形槽，并且

所述第一V形槽和所述第二V形槽沿着延伸方向线性地设置。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凹部具有四角锥槽的形状。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导光体具有下列至少任一个：

相对于所述第一主表面和所述侧面倾斜的第一锥形部；以及

相对于所述第二主表面和所述侧面倾斜的第二锥形部。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一锥形部在与所述第一主表面和所述第二主表面中的至少任一个平行的方向上的长度为4至5毫米。

11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二锥形部在与所述第一主表面和所述第二主表面中的至少任一个平行的方向上的长度为4至5毫米。

12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括设置在所述光控制层上的波长选择吸收层，所述波长选择吸收层包括：

在沿着与所述第一主表面垂直的方向观察时具有与所述第一区域重叠的部分的第一吸收层；以及

在沿着与所述第一主表面垂直的方向观察时具有与所述第二区域重叠的部分、并且具有与所述第一吸收层的吸收光谱不同的吸收光谱的第二吸收层。

13.一种用于显示设备的背光，包括：

具有第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面、以及连接到所述第一主表面和所述第二主表面的第一侧面的导光体；

使光从所述第一侧面进入所述导光体内部的光源；

所述第一主表面包括具有相对于所述第一主表面倾斜的倾斜面的多个凹部，

所述多个凹部投影到所述第一主表面上的总面积与所述第一主表面的面积的比率为8%至25%，并且

所述多个凹部均匀地设置在所述第一主表面中。

14.如权利要求13所述的背光，其特征在于，所述倾斜面被设置成不与所述侧面垂直，并且每一倾斜面具有与所述第一侧面平行的一侧。

15.如权利要求13所述的背光，其特征在于，所述倾斜面相对于所述第一主表面的角度为40°至50°。

16.如权利要求13所述的背光，其特征在于，所述凹部具有V形槽的形状。

17.如权利要求13所述的背光，其特征在于，所述导光体具有下列至少任一个：

相对于所述第一主表面和所述第一侧面倾斜的第一锥形部；以及

相对于所述第二主表面和所述第一侧面倾斜的第二锥形部。

18.如权利要求17所述的背光，其特征在于，所述第一锥形部在与所述第一主表面和所述第二主表面中的至少任一个平行的方向上的长度为3至4毫米。

19.如权利要求17所述的背光，其特征在于，所述第二锥形部在与所述第一主表面和所述第二主表面中的至少任一个平行的方向上的长度为3至4毫米。

20.如权利要求13所述的背光，其特征在于，

所述导光体还具有与所述第一侧面相对且连接到所述第一主表面和所述第二主表面的第二侧面，并且

所述第二侧面相对于所述第一主表面倾斜。

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