CN105074322A - 具有准直反射器的背光源 - Google Patents

Abstract

背光源包括用于引导光的板状光导、用于产生光的光源以及用于基本准直所产生的光的准直反射器。准直反射器还用于将准直光导入板状光导内作为板状光导的引导光。背光源中的引导光的一部分从背光源的表面射出作为发射光。

Description

具有准直反射器的背光源

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦资助的研究或发展的声明

不适用。

背景技术

电子显示器是用于将信息传递给各种各样的设备和产品的用户的几乎无处不在的介质。最普遍存在的电子显示器中有阴极射线管(CRT)、等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光(EL)显示器、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳(EP)显示器以及使用电机或电流体光调制的各种显示器(例如数字微镜器件、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可被分类为有源显示器(即发光的显示器)或无源显示器(即调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器中最明显的示例中有CRT、PDP和OLED/AMOLED。一般在考虑发光时被分类为无源的显示器有LCD和EP显示器。无源显示器虽然常常表现出良好的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但考虑到它们缺乏发光的能力，在大量实际应用中可能发现用处稍微受限。

为了克服无源显示器与发光相关联的各种应用相关限制，大量无源显示器耦合到外部光源。耦合的光源可允许这些无源显示器发光并基本上起有源显示器的作用。这样耦合的光源的示例有背光源。背光源是放置在无源显示器后面以照亮无源显示器的光源(常常是平板光源)。例如，背光源可耦合到LCD或EP显示器。背光源发出光，光穿过LCD或EP显示器。所出射的光由LCD或EP显示器调制，且经调制的光然后又从LCD或EP显示器发出。背光源常常被配置成发射白光。然后利用滤色器将白光转换成在显示器中使用的各种颜色。滤色器可例如放置在LCD或EP显示器的输出处(较不普遍)或放置在例如背光源与LCD或EP显示器之间。

附图说明

参考下面结合附图给出的详细描述，可以更容易理解根据在本文描述的原理的示例的各种特征，在附图中，相似的附图标记表示相似的结构元件，且其中：

图1A示出根据与本文描述的原理一致的示例的背光源的剖视图。

图1B示出根据与本文描述的原理一致的示例的在图1A中示出的背光源的一部分的平面图。

图1C示出根据与本文描述的原理一致的示例的在图1A中示出的背光源的透视图。

图2A示出根据与本文描述的原理一致的示例的位于第一平面中的抛物线形反射器的示意图。

图2B示出根据与本文描述的原理一致的示例的位于第二平面中的图2A的抛物线形反射器的示意图。

图3示出根据与本文描述的原理一致的示例的位于准直反射器和光源之间的透镜的剖视图。

图4示出根据与本文描述的原理一致的示例的包括衍射光栅的背光源的一部分的剖视图。

图5示出根据与本文描述的原理一致的示例的电子显示器的框图。

图6示出根据与本文描述的原理一致的示例的背光照明的方法的流程图。

某些示例具有其它特征，其是下面的情况之一：除了和代替在上面提到的附图中示出的特征。这些和其它特征在下面参考上面提到的附图被详述。

具体实施方式

根据本文描述的原理的示例提供使用被引导在光导内的准直光的背光照明。背光照明可用于照亮例如电子显示器。特别是，本文描述的电子显示器的背光照明使用准直反射器，来对来自基本上非准直光源的光进行准直。由准直反射器产生的准直光然后导入光导内并在光导内被引导。此外，根据一些示例，准直光可以以相对于光导的表面的非零角导入光导内。在一些示例中，可使用衍射光栅将光导中的准直光的一部分耦合出去，以产生用于背光照亮电子显示器的光。在其它示例中，包括但不限于各向异性散射的其它手段可用于将引导光耦合出。根据本文描述的原理的背光照明可应用于各种电子显示配置，包括但不限于二维(2-D)显示器和三维(3-D)显示器。

在本文中，“准直反射器”被定义为用于接受通常发散的光束并使光改变方向或反射作为基本上准直的光的反射器。根据各种示例，由准直反射器产生的准直光可沿特定的方向(即准直方向)被准直。按照定义，“准直方向”是正交于光的传播方向的、有很少或没有光的发散的方向。特别是，按照本文的定义，沿准直方向的准直光的光线基本上彼此平行。

在一些示例中，准直反射器可沿第一方向而不沿第二方向准直光。例如，可沿水平方向(例如与光导的表面平行)而不沿垂直方向(例如与光导表面垂直)准直光。当在沿水平方向截取的剖面中观看时，水平准直光中的光线基本上是平行的。然而，当在垂直剖面中观看时水平准直光中的光线可能是不平行的，且水平准直光可仍然例如表现出在垂直方向上的相当大的发散。另一方面，沿两个基本上正交的方向准直的光在与光的传播方向正交的任何方向上可表现出很少或没有发散，并被称为双准直光或简单地称为准直“光束”。在准直光束中，光线基本上都彼此平行，而不考虑准直光束被观看的剖面方向。

在一些示例中，准直反射器可以是抛物柱面的一部分。抛物柱面反射器例如在垂直于圆柱体的轴的方向上准直反射光。在其它示例中，准直反射器沿基本上彼此正交的两个方向(例如平行于光导表面和垂直于光导表面)准直光。例如，准直反射器可以是抛物面反射器的一部分。抛物面反射器使反射光在两个正交方向上准直以产生准直光束。

在一些示例中，准直反射器可进一步以非零角导入准直光。例如，不是在水平方向上离开准直反射器，准直光可以以从水平线测量的角θ远离准直反射器传播。在一些示例中，通过使准直反射器倾斜或斜切来实现非零角。在其它示例中，准直反射器是具有由对等式(1)的解定义的表面的成形抛物面反射器：

$\sqrt{x^2+y^2+z^2}=z\·sin\mathrm{\θ}+x\·cos\mathrm{\θ}-c---\left(1\right)$

其中x和y位于水平面中，z位于垂直方向，以及c是比例因子。在一些示例中，比例因子c是成形抛物面反射器的焦距f的两倍。

在本文中，“衍射光栅”被定义为多个要素，多个要素被布置成提供入射在各要素上的光的延伸。“定向衍射光栅”是选择性地为在预定或特定方向上传播的光提供衍射的衍射光栅。进一步按照本文的定义，衍射光栅的要素是在用于支持光的传播的材料的表面中和/或上形成的要素。材料可以是例如光导的材料。要素可包括衍射光的各种要素或结构中的任一个，包括但不限于在材料表面上的凹槽、脊、孔和隆起。例如，衍射光栅可包括位于材料表面中的多个平行凹槽。在另一示例中，衍射光栅可包括从材料表面升起的多个平行脊。由抛物面衍射光栅衍射的光的衍射角θ_m可由等式(2)给出为：

${\mathrm{\θ}}_m={\sin }^{-1}(\frac{m\mathrm{\λ}}{d}-{\mathrm{sin\θ}}_i)---\left(2\right)$

其中λ是光的波长，m是衍射级，d是在衍射光栅的各要素之间的距离，以及θ_i是光在衍射光栅上的入射角。

在一些示例中，多个要素可布置为周期性阵列。在一些示例中，衍射光栅可包括被布置为一维(1-D)阵列的多个要素。例如，多个平行凹槽是1-D阵列。在其它示例中，衍射光栅可以是二维(2-D)要素阵列。例如，衍射光栅可以是位于材料表面上的隆起的二维(2-D)阵列。要素(例如凹槽、脊、孔、隆起等)可具有提供衍射的各种剖面形状或轮廓中的任一种，包括但不限于矩形剖面、三角形剖面和锯齿形剖面中的一个或多个。

在本文中，“衍射耦合”被定义为电磁波(例如光)由于衍射(例如通过衍射光栅)而在两种材料之间的边界上的耦合。例如，衍射光栅可用于通过在光导的边界上的衍射耦合而将在光导中传播的光耦合出。衍射耦合基本上克服了在光导内引导光的内部全反射以例如耦合出光。

此外在本文中，“光导”被定义为使用内部全反射来在结构内引导光的结构。特别是，根据一些示例，光导可包括在光导的操作波长处基本上是透明的“核”。在一些示例中，术语“光导”通常指提供内部全反射以在光导的介电材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的介电光波导。例如，光导材料的折射率可大于周围介质的折射率，以提供引导光的内部全反射。在一些示例中，光导除了或代替前面提到的折射率差还可包括涂层，以提供内部全反射。涂层可以是例如反射涂层。根据各种示例，光导可以是各种光导中的任一种，包括但不限于平板或板状光波导。

此外在本文中，术语“板状”当如在“板状光导”中的应用于光导时被定义为意指分段或差异平面。特别是，板状光导被定义为配置成在由光导的顶表面和底表面定界的两个基本上正交的方向上引导光的光导。此外，按照定义，顶表面和底表面在差异意义上说彼此分离且彼此基本平行。因此，在板状光导的任何不同小区域内，顶表面和底表面基本上是平行的或共面的。在一些示例中，板状光导可以基本上是平的(例如被限制到平面)，且所以板状光导是平面光导。在其它示例中，板状光导可以在一个或两个正交的维度上是弯曲的。例如，板状光导可以在单个维度上是弯曲的，以形成圆柱形板状光导。然而在各种示例中，任何曲率具有足够大以确保在板状光导内维持内部全反射以引导光的曲率半径。

此外仍然，如在本文使用的，冠词“一个”意欲具有它在专利领域中的普通意义，即“一个或多个”。例如，“一个反射器”意指一个或多个反射器，且因此“该反射器”在本文意指“该(这些)反射器”。此外，在本文对“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“向下”、“前面”、“后面”、“左边”或“右边”的任何提及在本文并没有被规定为限制。在本文中，术语“大约”当应用于值时通常意指在用于产生该值的设备的容许范围内，或在一些示例中意指加或减10％或加或减5％或加或减1％，除非另外明确规定。而且，本文的示例被规定为仅仅是例证性的且为了讨论目的而被介绍，而不作为限制。

根据本文描述的原理，提供了具有准直反射器的背光源。图1A示出根据与本文描述的原理一致的示例的背光源100的剖视图。图1B示出根据与本文描述的原理一致的示例的在图1A中示出的背光源100的一部分的平面图。特别是，图1B的平面图是从图1A所示的背光源100的顶部看的视图。图1C示出根据与本文描述的原理一致的示例的在图1A中示出的背光源100的透视图。

根据各种示例，背光源100被配置成从背光源100的表面发射光。例如，光可从顶表面作为发射光102被发射。在一些示例中，背光源100的顶表面可以是基本上平坦的表面。根据各种示例，发射光102是在背光源内引导的光(即引导光104)的一部分。

根据一些示例，背光源100在电子显示器中被使用，且发射光102代表或用于形成电子显示器的多个像素。发射光102可沿例如与电子显示器的观看方向相对应的方向导入。在一些示例中，电子显示器是二维(2-D)电子显示器。在其它示例中，电子显示器可以是所谓的“裸眼”三维(3-D)显示器(例如多视点显示器)。

在一些示例中，发射光102在背光源100的顶表面之上的区域(例如半体积)中可以基本上是全向的。例如，可通过散射背光源100内的引导光104的一部分来发出发射光102。引导光104可在背光源100的顶表面处散射以产生发射光102。可替代地，散射可发生在背光源100内或背光源100的后表面或底表面处。在一些示例中，发射光102可在从背光源100的顶表面发射时或之后利用扩散器(例如棱镜式扩散器)被散射。在一些示例中，扩散器可进一步提供发射光102的散射。

在其它示例中，发射光102在通常远离背光源表面的方向上作为光束被发射。发射光102的光束可以是基本上定向的，与全向相反。特别是，在一些示例中，背光源100可被配置成产生从背光源表面朝着电子显示器观看方向发射的多个发射光束102。在各种示例中，发射光束102中的单独光束可相应于2-D电子显示器或3-D电子显示器的单独像素。根据一些示例，发射光束102可具有预定方向和相对窄的角展度。

在一些示例中，发射光束102被配置成在基本上垂直于背光源100的表面的方向上远离背光源100传播。在一些示例中，由背光源100发射的光束102可基本上被准直，这可减小相邻光束之间的交叉耦合或“串扰”。在一些示例中，减小的交叉耦合对3-D显示应用是特别有用的，3-D显示应用一般对交叉耦合的效应更敏感。

如在图1A-图1C中所示的，背光源100包括板状光导110。板状光导110被配置成引导光(例如从下面描述的光源120)。在一些示例中，板状光导110使用内部全反射引导该引导光104。例如，板状光导110可包括被配置为光波导的介电材料。介电材料可具有第一折射率，其中第一折射率大于围绕该介电光波导的介质的第二折射率。折射率差可被配置成根据板状光导110的导模来便于引导光104的内部全反射。

特别是，在一些示例中，板状光导110可以是平板或板状光波导，其是延长的、基本上平坦的介电材料片(例如，如在图1A中的剖面中和从图1B中的顶部所示的)。基本上平坦的介电材料片被配置成通过内部全反射引导该引导光104。在一些示例中，板状光导110可包括位于板状光导110的表面上的包覆层(未示出)。例如，包覆层可用于进一步便于内部全反射。在一些示例中，在板状光导110中引导的引导光104可沿着或跨板状光导110的整个长度传播。根据各种示例，板状光导110可包括或由各种介电材料中的任一个构成，这些介电材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如石英玻璃)和透明塑料(例如压克力、聚苯乙烯等)。

如在图1A中进一步示出的，引导光104在通常平行的方向上沿着板状光导110例如从板状光导110的一端附近的光源120朝着其相反的一端传播(例如，如由图1A中的中空箭头所指示的)。引导光104的传播在图1A和图1B中被示为代表在光导110内的传播光束的交叉影线区。为了便于图示而不是作为限制，图1B示出引导光104的单个传播光束。在图1A和图1B中示出的传播光束可代表与光导110的光学模式相关联的传播光的平面波。引导光104的光束在图1A中被进一步示为在光导110的材料(例如介电材料)与周围介质之间的界面处从光导110的壁“反弹”或反射回去，以代表负责引导该引导光104的内部全反射。

根据各种示例，背光源100还包括用于产生光的光源120。在各种示例中，光源120基本上可以是任何光源，包括但不限于发光二极管(LED)、荧光和激光器中的一个或多个。例如，光源120可包括在板状光导110的边缘或边缘附近被布置为行或条的多个单独的LED。一行单独光源(例如LED)的一部分在图1B中被示为例如光源120。在其它示例中，光源120可以是棒状灯(例如荧光管)或另一条状(例如LED条状灯)。

在一些示例中，光源120可产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本单色光。特别是，单色光的颜色可以是特定色域或颜色模型(例如红绿蓝(RGB)颜色模型)中的原色。光源120可包括红色LED，使得单色光基本上是红光。在另一示例中，光源120可包括绿色LED，使得所产生的单色光基本上是绿色。在又一示例中，光源120可包括蓝色LED，使得单色光基本上是蓝色。

在其它示例中，由光源120提供的光具有基本的宽带光谱。例如，由光源120产生的光可以是白光。光源120可以是产生白光的荧光。在另一示例中，多个不同颜色的光可组合以提供白光。例如，光源120可由一起代表宽光谱——基本上白光源120——的红色LED、绿色LED和蓝色LED的组合构成。

根据各种示例，在图1A-图1C中所示的背光源100还包括准直反射器130。根据各种示例，准直反射器130被配置成基本准直由光源120产生的光。此外，如图1A所示，根据各种示例，准直反射器130被配置成将准直光导入板状光导110中。根据各种示例，通过准直反射器130导入板状光导110中的准直光是板状光导110中的引导光104。图1B所示的俯视图描绘了以基本上很小的发散从板状光导110的一端传播到另一端的准直引导光104。

根据一些示例，准直反射器130被配置成以相对于板状光导110的顶表面和底表面的角度θ将准直光导入。在各种示例中，角度θ可大于零并小于在板状光导110内的内部全反射的临界角。例如，如果临界角是大约45度，则角度θ可以在大约1度和大约40度之间。在另一示例中，角度θ可以在大约10度和35度之间。角度θ可以是大约30度。在一些示例中，准直反射器130相对于板状光导110的平面倾斜或斜切，来以角度θ导入准直光。在另一示例中，准直反射器130不倾斜，但替代地是具有根据上面的等式(1)成形的表面的成形抛物面反射器，来以角度θ导入准直光。

在一些示例中，准直反射器130可具有基本的抛物线形状，以使由光源120产生的光准直。光源102(例如LED)可位于描述准直反射器130的抛物线形状的抛物线的焦点(即准直反射器的焦点)处或附近。根据各种示例，从光源102发散的光可通过准直反射器130的抛物线形状被收集、改变方向或反射，作为准直光束。在一些示例中，准直反射器130可在所谓的偏馈配置中使用，其中准直反射器130代表用于描述远离抛物线的顶点的抛物线形状的抛物线的一部分。

在一些示例中，准直反射器130的抛物线形状代表单曲抛物面。准直反射器130可以是抛物面圆柱体的一部分。在其它各种示例中，准直反射器130的抛物线形状可以是双曲抛物面或由双曲抛物面表示。双曲抛物面可具有用于沿第一方向准直光的第一抛物线形状和用于沿第二方向准直光的第二抛物线形状。第一和第二方向可彼此基本正交。

图2A示出根据与本文描述的原理一致的示例的在第一平面中的抛物线形反射器130的示意图。特别是，第一平面穿过抛物线形准直反射器130的焦点F和顶点F，如所示。此外，在图2A中示出的抛物线形准直反射器130代表相对于位于焦点F处的光源120的偏馈配置。

图2B示出根据与本文描述的原理一致的示例的在第二平面中的图2A的抛物线形反射器130的示意图。特别是，第二平面正交于第一平面(例如第一平面是水平平面，第二平面是垂直平面)。如图2B所示，光源120定位成照射基本成非偏馈配置的抛物线形准直反射器130。由光源120产生的光发散为由图2A和图2B中的光线122′、122″表示的光的圆锥体。离开抛物线形准直反射器130的准直光由光线124′、124″表示。注意，抛物线形准直反射器130不仅使光准直而且以非零角θ将光稍微向下导入，如在图2A中示出的。

再次参考图1A-图1C，根据背光源100的一些示例，准直反射器130可与板状光导110成一整体。特别是，准直反射器130可以例如基本上不与板状光导110分离。在一些示例中，整体准直反射器130可由板状光导110的材料形成。例如，整体准直反射器130和板状光导110可通过注塑在准直反射器130和板状光导110之间连续的材料形成。准直反射器130和板状光导130的材料都可以是注塑压克力。

根据一些示例，准直反射器130还可包括位于用于形成准直反射器130的材料的抛物线形(曲)表面上的反射涂层。金属涂层(例如铝膜)或类似的“镜面”材料可涂敷到形成准直反射器130的材料的弯曲部分的外表面，以增强表面的反射性。在包括与板状光导110成一整体的准直反射器130的示例中，背光源100可在本文被称为“整体式”背光源100。

在一些示例中，背光源100还包括在光源120和准直反射器130之间的透镜。在一些示例中，透镜是负透镜。负透镜可用于增加由光源120发射的光的发散度。增加光发散度可允许光源120定位成更靠近准直反射器130。在其它示例中，透镜可以是正透镜。正透镜可用于沿第一方向(例如对应于垂直方向)和第二方向(例如对应于水平方向)中的一个或两个方向使来自光源的光部分地或完全准直。使用透镜的部分准直可便于通过减小由准直反射器130提供的准直的量来实现准直反射器130。在又一些其它示例中，透镜可以是非球面透镜。

图3示出根据与本文描述的原理一致的示例的位于准直反射器130和光源120之间的透镜140的剖视图。如所示，透镜140代表单表面负透镜140。由负透镜140的存在提供的发散度允许光源120比没有负透镜140的情况更靠近准直反射器130。光源120可移动到远离焦点F的位置，使得光源120由于负透镜140而更靠近准直反射器130，如所示。在其它示例中，透镜140是正透镜(未示出)，如上面提到的。

在一些示例中，透镜140可与板状光导110成一整体。在一些示例中，整体透镜140可由板状光导110的材料形成。整体透镜140和板状光导110可通过注塑在透镜140和板状光导110之间连续的材料形成。透镜140和板状光导110的材料可以是例如注塑压克力。图3示出作为整体透镜140的透镜140以及整体准直反射器130。

根据一些示例，背光源100还可包括衍射光栅。当被包括时，衍射光栅可配置成通过衍射耦合将引导光104的一部分从板状光导110耦合出。根据各种示例，衍射耦合沿不同于板状光导110中的一般传播方向的方向将引导光104的一部分耦合出。引导光104被耦合出的那部分可以以相对于板状光导110的衍射角远离板状波导110的表面导入。衍射角可以在例如60和120度之间。在一些示例中，衍射角可以是大约90度(即垂直于板状光导110的表面)。图4示出根据与本文描述的原理一致的示例的包括衍射光栅150的背光源100的一部分的剖视图。如所示，引导光104被耦合出的部分是发射光102。

根据各种示例，衍射光栅150位于板状光导110的表面处。特别是，在一些示例中，衍射光栅150可形成在板状光导110的表面中。例如，衍射光栅150可包括分别穿透到板状光导110的表面内或从板状光导110的表面延伸的多个凹槽或脊。例如，凹槽可被研磨或模制到表面内。因此，根据一些示例，衍射光栅150的材料可以是板状光导110的材料。如图4所示，衍射光栅150包括穿透光导110的表面的平行凹槽。在其它示例(未示出)中，衍射光栅150可以是涂敷或固定到光导表面的膜或层。在一些示例中，凹槽或脊基本上垂直于板状光导110中引导光104的传播方向。在其它示例中，凹槽或脊可倾斜于传播方向(例如除了垂直以外的角度)定向在光导的表面上。

在一些示例中，背光源100基本上是透明的。特别是，根据一些示例，板状光导110和位于板状光导110的表面上的任何衍射光栅150可以在正交于板状光导110内的引导光传播方向的方向上是光学透明的。光学透明度可允许位于背光源100一侧上的物体从相对侧被看到。

图5示出根据与本文描述的原理一致的示例的电子显示器200的方框图。特别是，图5所示的电子显示器200可以是二维(2-D)电子显示器或三维(3-D)电子显示器。根据各种示例，电子显示器200被配置成发射作为电子显示器200的像素被调制的光束202。此外，在各种示例中，发射光束202可优先朝着电子显示器200的观看方向导入。使用图5中的虚线示出电子显示器200的发射光束202的调制。

图5所示的电子显示器200包括基于准直反射器的背光源210。根据各种示例，基于准直反射器的背光源210用作电子显示器200的光204的源。此外，在一些示例中，基于准直反射器的背光源210用作电子显示器200的颜色源。特别是，根据一些示例，来自电子显示器200的一些发射光束202可具有与如由基于准直反射器的背光源210发射的光204所提供的其它发射光束202不同的颜色。根据各种示例，基于准直反射器的背光源210可以基本上类似于上面描述的背光源100。

特别是，根据一些示例，基于准直反射器的背光源210包括板状光导。在一些示例中，板状光导可基本上类似于上面关于背光源100描述的板状光导110。此外，基于准直反射器的背光源210包括被配置成基本准直由光源产生的光并将以相对于板状光导的顶表面和底表面的非零角将准直光导入板状光导内的准直反射器。根据各种示例，准直光以非零角导入板状光导内并在板状光导内被引导。在一些示例中，准直反射器基本上类似于上面关于背光源100描述的准直反射器130。

在一些示例中，基于准直反射器的背光源210还包括位于板状光导的顶表面上的多个衍射光栅。衍射光栅被配置成将在板状光导内引导的准直光的不同部分衍射地耦合出，作为多个对应的光束204。在一些示例中，多个衍射光栅中的衍射光栅基本上类似于上面关于背光源100描述的衍射光栅150。而且，由衍射光栅通过衍射耦合产生的发射光的光束204可相应于上面关于背光源100描述的发射光102。

在一些示例中，基于准直反射器的背光源210还包括光源。根据一些示例，光源基本上类似于上面关于背光源100描述的光源120。特别是，光源可包括布置在板状光导之下和在板状光导的边缘附近的多个发光二极管(LED)，以照射准直反射器(例如在边缘处的多个类似的准直反射器)。

再次参考图5，根据各种示例，电子显示器200还包括光阀阵列220。根据各种示例，光阀阵列202包括被配置成调制来自基于准直反射器的背光源210的光束204作为发射光202的多个光阀。在各种示例中，可在光阀阵列220中使用不同类型的光阀，包括但不限于液晶光阀和电泳光阀。

进一步根据本文描述的原理，提供了背光照明的方法。图6示出根据与本文描述的原理一致的示例的背光照明的方法300的流程图。如所示，背光照明的方法300包括利用准直反射器使光准直(310)。根据各种示例，光由光源提供。在一些示例中，准直反射器位于板状光导的边缘处，且光源在准直反射器的焦点处。在一些示例中，由光源提供的、最初沿基本垂直的方向传播的光可通过准直反射器沿基本水平的方向改变方向。在一些示例中，在使光准直(310)中使用的准直反射器可基本上类似于准直反射器130；板状光导可基本上类似于板状光导110；以及光源可基本上类似于光源120，这些在上面关于背光源100已描述。例如，板状光导可以是基本上平面的介电光波导。

背光照明的方法300还包括利用准直反射器将准直光导入(320)到板状光导边缘内。特别是，准直光以相对于板状光导的表面的非零角导入(320)到板状光导内。根据各种示例，非零角小于临界角，以提供板状光导内的准直光的内部全反射。因此，以非零角导入(320)到板状光导内的准直光由板状光导引导。例如，可通过使准直反射器倾斜来提供非零角。在另一示例中，非零角可由成形抛物面反射器提供，例如见等式(1)。

背光照明的方法300还包括从板状光导的表面射出(330)引导光的一部分。在一些示例中，通过使用衍射光栅将引导光的一部分衍射地耦合出，来实现射出(330)引导光的该部分。根据各种示例，衍射光栅基本上类似于上面关于背光源100描述的衍射光栅150.

在一些示例中，在使光准直(310)并接着将准直光导入(320)到板状光导内的准直反射器是抛物面反射器。在一些示例中，抛物面反射器包括具有用于沿第一方向准直光的第一抛物线形状和用于沿第二方向准直光的第二抛物线形状的双曲抛物面反射器。在一些示例中，第一和第二方向彼此基本正交。第一方向可基本上垂直于板状光导的顶表面和底表面，而第二方向可基本上平行于顶表面和底表面。在一些示例中，准直反射器与板状光导成一整体并由板状光导的材料形成。

因此，描述了使用反射器来使光准直并将光导入板状光导内的背光源、电子显示器和操作背光源的方法的示例。应理解，上面描述的示例仅仅说明代表本文描述的原理的大量特定示例中的一些。很清楚，本领域中的技术人员可容易涉及大量其它布置而不偏离如下面的权利要求限定的范围。

Claims (15)

1.一种背光源，包括：

板状光导，用于引导光；

光源，用于产生光；以及

准直反射器，用于准直由所述光源产生的光并将经准直的光导入所述板状光导内，导入所述板状光导内的所述经准直的光是所述板状光导的引导光，

其中所述背光源用于发射所述引导光的一部分作为来自所述背光源的表面的发射光。

2.如权利要求1所述的背光源，其中所述板状光导包括用于通过内部全反射引导所述引导光的介电材料片。

3.如权利要求1所述的背光源，其中所述准直反射器用于以相对于所述板状光导的顶表面和底表面的角度θ将所述经准直的光导入，所述角度θ大于零且小于所述板状光导内的内部全反射的临界角。

4.如权利要求1所述的背光源，其中所述准直反射器具有大致抛物线形状，以基本准直由所述光源产生的光。

5.如权利要求4所述的背光源，其中所述准直反射器的所述抛物线形状代表具有用于沿第一方向准直光的第一抛物线形状和用于沿第二方向准直光的第二抛物线形状的双曲抛物面反射器的一部分，所述第一方向和所述第二方向彼此基本正交。

6.如权利要求1所述的背光源，其中所述准直反射器与所述板状光导成一整体并由所述板状光导的材料形成。

7.如权利要求1所述的背光源，进一步包括位于所述光源与所述准直反射器之间的透镜，所述透镜与所述板状光导成一整体并由所述板状光导的材料形成。

8.如权利要求1所述的背光源，进一步包括位于所述板状光导的表面处的衍射光栅，所述衍射光栅用于衍射地耦合来自所述板状光导的所述引导光中的一部分，以产生所述发射光，其中所述衍射光栅包括位于所述板状光导的表面中的凹槽和从板状光导表面突出的脊中的一种或两者，所述凹槽和所述脊被布置成彼此平行且基本垂直于所述板状光导内的所述引导光的传播方向。

9.一种包括权利要求1所述的背光源的电子显示器，其中所述背光源的所述发射光是与所述电子显示器的像素相对应的光。

10.一种电子显示器，包括：

基于准直反射器的背光源，包括：

板状光导；

准直反射器，用于基本准直由光源产生的光并以相对于所述板状光导的顶表面和底表面的非零角将经准直的光导入所述板状光导内；以及

位于所述板状光导的所述顶表面处的多个衍射光栅，所述衍射光栅将在所述板状光导内引导的所述经准直的光的不同部分衍射地耦合出，作为多个对应的光束；以及

光阀阵列，用于调制通过所述衍射光栅耦合出的光束，所调制的光束代表所述电子显示器的像素。

11.如权利要求10所述的电子显示器，进一步包括所述光源，所述光源包括被布置在所述板状光导的边缘处的多个发光二极管。

12.如权利要求10所述的电子显示器，其中所述准直反射器与所述板状光导成一整体并由所述板状光导的材料形成，所述准直反射器包括具有用于沿与所述板状光导的表面平行的第一方向准直光的第一抛物线形状和用于沿与所述第一方向基本正交的第二方向准直光的第二抛物线形状的双曲抛物面反射器的一部分。

13.如权利要求10所述的电子显示器，其中所述光阀阵列包括液晶光阀阵列，所述电子显示器是三维背光液晶显示器。

14.一种背光照明的方法，所述方法包括：

利用位于板状光导的边缘处的准直反射器准直光，所述光由光源提供；

利用所述准直反射器将经准直的光导入板状光导边缘内，导入所述板状光导内的所述经准直的光由所述板状光导引导；以及

从所述板状光导的表面射出被引导的光的一部分，

其中所述经准直的光以相对于所述板状光导的所述表面的非零角导入所述板状光导内。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述准直反射器包括具有用于沿第一方向准直光的第一抛物线形状和用于沿第二方向准直光的第二抛物线形状的双曲抛物面反射器的一部分，所述第一方向和所述第二方向彼此基本正交，所述准直反射器与所述板状光导成一整体并由所述板状光导的材料形成。