CN105739008B - 超定向导光膜和用于平板显示器的薄膜式背光单元 - Google Patents

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Abstract

超定向导光膜和用于平板显示器的薄膜式背光单元。提供了一种用于具有导光膜的显示装置的背光单元。例如，导光膜包括位于第一侧的光进入部分、位于第二侧的光反射部分和在光进入部分与光反射部分之间的导光部分，其中，光进入部分选择性地将扩展的光的满足全反射条件的入射光朝向导光部分发送，并且其中，光反射部分将从导光部分提供的入射光转换为准直光并且将准直光发送至导光部分。

Description

超定向导光膜和用于平板显示器的薄膜式背光单元
技术领域
本公开涉及一种显示装置及其制造方法。更具体地说，本公开涉及用于平板显示器装置的薄膜式背光单元。
背景技术
现在，液晶显示器(LCD)装置广泛用于诸如便携式计算机、笔记本PC、办公自动化装置、音频/视频装置、室内或室外广告显示器等的显示应用。通常的透射式LCD装置通过控制施加至液晶层的电场来调制从背光单元入射的光的发光亮度来显示图像。
通常有两种类型的背光单元：直下式和侧光式。直下式背光单元具有这样的结构，其中多个光学片和扩散板堆叠在液晶面板下方，并且多个光源设置在扩散板下方。
图1是示出根据现有技术的具有直下式背光单元的LCD装置的结构的剖视图，所述直下式背光单元包括作为光源的发光二极管(LED)阵列。
直下式背光单元DBLU包括设置在液晶面板LCDP下方并且朝向液晶面板LCDP直接辐射背光的光源。光源可以是薄荧光灯。另选地，如图1所示，光源可以是具有更低功耗和提高的发光亮度的LED阵列LEDAR。
LED阵列LEDAR按照矩阵布置在外壳CASE的底表面上。外壳CASE可安装在盖底部CB。在一些情况下，可省略外壳CASE，并且可将LED阵列LEDAR直接布置在盖底部CB。在LED阵列LEDAR上，布置有扩散板DIFF。扩散板DIFF扩散来自LED阵列LEDAR的背光，以提供在液晶面板LCDP的光入射表面上均匀地散射的背光。在扩散板DIFF与液晶面板LCDP之间，可布置有多个光学片OPT。光学片OPT包括一个或多个棱镜片、一个或多个扩散片和/或双层增亮膜(或DBEF)。棱镜片通过扩散板DIFF将散射的和/或扩散的背光会聚到液晶面板LCDP上，以提高背光的亮度。扩散片通过棱镜片再次将会聚的背光扩散在液晶面板LCDP上，以具有均匀分布的发光亮度。
引导板GP包裹和/或围绕液晶面板LCDP和直下式背光单元DBLU的侧表面，并且通过插入于液晶面板LCDP与光学片OPT之间支承液晶面板LCDP。盖底部CB包裹和/或围绕外壳CASE和直下式背光单元的底表面。在具有LED阵列LEDAR的外壳CASE的底表面上，反射片REF设置为将从扩散板DIFF和/或光学片OPT泄漏的背光反射至液晶面板LCDP。顶部外壳TP包围液晶面板LCDP的上边缘和引导板GP的侧表面。
同时，侧光式背光单元的厚度可比直下式背光单元的厚度更薄。同时，LCD装置通常具有LED光源而非荧光灯。由于容易安装光源，侧光式背光单元更加广泛地应用于其中多个LED光源设置在液晶面板的侧表面处的各种LCD装置。
下文中，参照图2，现在将描述侧光式背光单元。图2是示出根据现有技术的具有侧光式背光单元的LCD装置的结构的剖视图，所述侧光式背光单元包括作为光源的发光二极管阵列。
参照图2，侧光式背光单元包括盖底部CB、布置在盖底部CB的底表面的导光板LG和介于导光板LG的侧表面与盖底部CB之间并且为导光板LG的侧表面提供背光的光源。
光源可以是薄荧光灯。另选地，如图2所示，光源可以是具有低功耗和提高的发光亮度的LED阵列LEDAR。光源可利用诸如壳体的安装装置布置在导光板LG的侧表面。导光板LG从LED阵列LEDAR接收背光，并且折射背光的方向使其垂直于液晶面板LCDP的光入射表面。在导光板LG与液晶面板LCDP之间，布置有多个光学片OPT。光学片OPT包括一个或多个棱镜片，以及用于散射和/或扩散来自导光板LG的背光的一个或多个扩散片。为了提高亮度和/或发光亮度，光学片OPT还可包括双层增亮膜(或DBEF)。
引导板GP包裹和/或围绕液晶面板LCDP和侧光式背光单元的侧表面，并且通过介于液晶面板LCDP与光学片OPT之间支承液晶面板LCDP。在盖底部CB与导光板LG之间，设置反射片REF以将从扩散板DIFF和/或光学片OPT泄漏的背光反射至液晶面板LCDP。顶部外壳TP包围液晶面板LCDP的上边缘和引导板GP的侧表面。
如上所述，非自发光显示器LCD装置通常具有背光单元。期望背光单元引导背光使其均匀地分布在液晶面板的整个表面上。这样，通常使用多种光学装置将来自点光源或线光源的光改变为来自面光源的光。由于这些光学装置的光学特征和结构，背光单元通常在边缘具有一些厚度。即使诸如LCD装置的平板显示装置与诸如阴极射线管的常规显示装置相比具有明显纤薄的轮廓，也期望用于发展适于更纤薄和更低功耗的显示装置的新背光单元的更先进的技术。
发明内容
因此，本发明涉及一种显示装置及其制造方法，其基本避免了由于现有技术的限制和不足导致的一个或多个问题。
本发明的优点是提供一种具有薄背光单元的显示装置。
将在随后的说明中阐述本发明的额外特征和优点，并且一部分将从所述说明中变得清楚，或者可通过本发明的实施学习到。将通过在撰写的说明及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得本发明的这些和其它优点。
为了实现这些和其它优点，并且根据实施和广泛描述的本发明的目的，公开了一种具有显示面板和背光单元的显示装置，其中，例如，背光单元可包括：导光膜，其包括位于第一侧的光进入部分、位于第二侧的光反射部分和光进入部分与光反射部分之间的导光部分；光辐射部分，其位于导光膜的上表面上；以及光源，其邻近于导光膜的光进入部分，该光源提供朝向光进入部分的扩展的光，其中，光进入部分选择性地将扩展的光满足全反射条件的的入射光朝向导光部分发送，其中，光反射部分将从导光部分提供的入射光转换为准直光并且将其发送至导光部分，并且其中，随着准直光传播通过导光部分，光辐射部分将背光提供至显示面板。
在本公开的另一方面，公开了一种具有导光膜的背光单元，其中，例如，所述导光膜可包括：位于第一侧的光进入部分；布置在第二侧的光反射部分；以及光进入部分与光反射部分之间的导光部分，其中，光进入部分朝向导光部分选择性地发送从光源提供的扩展的光的满足全反射条件的入射光，并且其中，光反射部分将从导光部分提供的入射光转换为准直光并且将其发送至导光部分。
应该理解，以上总体说明和以下详细说明二者均是示例性和解释性的，并且旨在提供对要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解并且被并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出根据现有技术的具有直下式背光单元的液晶显示器的结构的剖视图，所述直下式背光单元包括作为光源的发光二极管阵列；
图2是示出根据现有技术的具有侧光式背光单元的液晶显示器的结构的剖视图，所述侧光式背光单元包括作为光源的发光二极管阵列；
图3是示出根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元的结构的图；
图4是示出根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元的光进入部分的结构的放大侧视图；
图5A和图5B是示出根据本公开的第一实施例的光反射部分的结构和薄膜式背光单元的光路的放大侧视图；
图6是示出根据本公开的第一实施例的光反射部分的结构和薄膜式背光单元的光路的平面图；
图7A和图7B是示出根据本公开的第一实施例的超薄导光膜的光辐射部分的结构和其中的光路的放大侧视图；
图8A是示出根据本公开的第二实施例的其中光源布置在入射表面的中心的扩展的光的光路的平面图；
图8B是示出根据本公开的第二实施例的具有用于3D图像的光源的薄膜式背光单元的结构和其中的光路的平面图；
图8C是示出根据本公开的第二实施例的用于3D图像的光源的排列方式的放大平面图；
图9是示出根据本公开的第三实施例的薄膜式背光单元的结构和其中的光路的放大侧视图；
图10是示出根据本公开的第三实施例的薄膜式背光单元的结构的侧视图；
图11是示出根据本公开的第四实施例的薄膜式背光单元的结构的放大侧视图；
图12A是示出根据本公开的第五实施例的薄膜式背光单元的结构的放大侧视图；
图12B是示出根据本公开的第五实施例的薄膜式背光单元的结构和其中的光路的平面图；
图13A是示出根据本公开的第六实施例的薄膜式背光单元的光反射部分的放大侧视图；
图13B是根据本公开的第六实施例的示出了超薄导光膜的结构的从光反射侧观看的侧视图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，相同的标号将用于在附图中始终指代相同或相似的部件。
<第一实施例>
下文中，将参照图3至图8描述根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元。首先，将参照图3描述根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元的结构。
图3是示出根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元的结构的图。图3的上部是从薄膜式背光单元的上侧观看的平面图，而下部是从横侧观看的侧视图。为了易于理解，坐标轴设于图3的一个角落。
根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元包括导光膜LGP、光源LS、光吸收图案LA、光反射图案RH和光辐射图案VH。导光膜LGP包括其中布置了光吸收图案LA的光进入部分、其中布置了光反射图案RH的光反射部分和将光进入部分与光反射部分连接的导光部分。光源LS布置在光进入部分附近。另外，光辐射图案VH布置在导光膜LGP的上表面上，以将穿过导光部分的一些光辐射至导光膜LGP的上部空间。
导光膜LGP可由矩形形状的薄膜材料制成。例如，导光膜LGP具有平行并且彼此分隔开预定距离的两条长边L1和L2和与长边L1和L2交叉的两条短边S1和S2。如图3的下部所示，下面的长边L1和上面的长边L2是两条长边，而右侧S1和左侧S2是两条短边。
导光膜LGP包括高折射膜LG和低折射膜LI、入射表面IS和反射表面RS。高折射膜LG包括具有相同厚度的平面部分和具有变化的厚度的楔形部分。低折射膜LI布置在高折射膜LG的上表面上。低折射膜LI与高折射膜LG具有相同的形状和面积。例如，高折射膜LG可以是折射率为1.60或更高的透明光介质膜。低折射膜LI可以是折射率大于空气的折射率且小于1.50的透明光介质膜。低折射膜LI可以是附于高折射膜LG上的膜类型。另选地，低折射膜LI可以是其中低折射材料涂布在高折射膜LG的上表面上的层类型。这里，以举例的方式，描述低折射膜LI的膜类型。
高折射膜LG的右侧短边S1可以是用于背光的源光进入的入射表面IS。另外，反射表面RS设置在其中光被反射的左侧短边S2。这里，反射表面RS可以是倾角(或‘楔角’)为α°的平面楔形表面(或‘斜面’)。另选地，反射表面RS可以是圆形楔形表面或斜弧表面。这里，倾角(或‘楔角’)是斜面(或圆形楔形表面)与高折射膜的水平表面之间的角。
光源LS可布置在导光膜LGP的入射表面IS。光源LS可包括2D光源LSN和3D光源LSC。2D光源LSN可有益的设置在入射表面IS的中心。另外，3D光源LSC可有益的设置在入射表面IS的任一边缘。光吸收图案LA可附着于靠近光源LS的导光膜LGP的上表面上。在第一实施例中，入射表面IS的位置不限于此，而是可位于入射表面IS的任何位置。
光反射图案RH布置在光反射部分。例如，光反射图案RH可布置为面对反射表面RS或者附着于反射表面RS上。在图3中，光反射图案RH附着于面对反射表面RS的导光膜LGP的上表面上。
光辐射图案VH布置在除其中设置有光反射图案RH的区域以外的导光膜LGP的上表面上。光辐射图案VH的区域可限定背光单元的实际背光的区域。光辐射图案VH可具有与高折射膜LG的宽度基本相同的宽度。在平面图中，光辐射图案VH的宽度比高折射膜LG的宽度更小。
下文中，将描述根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元的操作。首先，将参照图4描述光进入部分和导光部分。
图4是示出根据本公开的第一实施例的薄膜式背光单元的光进入部分的结构的放大侧视图。
光源LS布置在导光膜LGP的入射表面IS附近。导光膜LGP具有高折射膜LG和低折射膜LI。在低折射膜LI上，附着有从入射表面IS覆盖预定距离的光吸收图案LA。在低折射膜LI上，除用于光吸收图案LA的区域以外，附着有光辐射图案VH。
光源LS可以是2D光源LSN或3D光源LSC。这里，将通过举例的方式描述使用3D光源LSC的情况。光源LS可以是超小发光二极管。发光二极管可产生辐射角可在60度至120度的范围内的扩展的光。
在光进入部分，来自光源LS的扩展的光通过入射表面IS进入高折射膜LG。在进入高折射膜LG的扩展的光中，满足全反射条件的光传播通过导光膜LGP。不满足全反射条件的光可行进到导光膜LGP之外，这样可以认为噪声没有用于背光。通过光吸收图案LA有益地去除不满足全反射条件的光。
当大于全反射的临界角的入射角为θ时，可通过光吸收图案LA去除(在与高折射膜LG的上表面的法线之间的)入射角小于θ的所有扩展的光。结果，选择入射角等于或大于θ的扩展的光作为入射光100，并且它们随后进入高折射膜LG。入射光100通过在高折射膜LG的上表面和底表面上的全反射传播通过高折射膜LG，到达入射表面IS的相对侧。
当在平面图中观察时，入射光100是辐射角为60度至120度的扩展的光。也就是说，入射光100可不用作背光，因为它们不能均匀地分布在导光膜LGP的整个表面上。入射光100在高折射膜LG内有益地传播，并且不从导光膜LGP行进至外部。
接着，参照图5A、图5B和图6，将描述光反射部分和导光部分。
图5A和图5B是示出根据本公开的第一实施例的光反射部分的结构和薄膜式背光单元的光路的放大侧视图。图6是示出根据本公开的第一实施例的光反射部分的结构和薄膜式背光单元的光路的平面图。
在光反射部分，具有楔形形状的反射表面RS形成为高折射膜LG的端表面。满足全反射条件的入射光100传播至高折射膜LG中，并且到达反射表面RS。反射表面RS的楔角α可满足入射光100的全反射条件。例如，入射光100相对于反射表面RS的入射角为(θ-α)。该角度可满足全反射条件。因此，角(θ-α)像θ一样大于在高折射膜LG的表面全反射的临界角。
在反射表面RS全反射的反射光101进入光反射图案RH。也就是说，反射光101相对于高折射膜LG的上表面的入射角θ'是在高折射膜LG与低折射膜LI之间的界面处破坏全反射条件的角。另外，入射角θ'有益地满足在低折射膜LI的上表面破坏全反射条件的角。考虑到这些条件，在1度至5度之间有益地选择反射表面RS的倾角(或楔角)α。
如上面的解释，进入反射表面RS的入射光100的入射角大于θ。该入射光100通过在反射表面RS反射转换为入射角θ’小于θ的反射光101。当第一级反射的反射光101的入射角θ’不是在高折射膜LG和低折射膜LI的界面处破坏全反射条件的角时，反射光101可不到达光反射图案RH，而是在该界面处反射，以使得其进入高折射膜LG并且通过反射表面RS被再次反射。当入射光100通过反射表面RS被反射两次时，随着在高折射膜LG和低折射膜LI的界面处破坏全反射条件，入射角θ’可变得比θ小得多。
通过这些处理，通过从反射表面RS反射进入光反射图案RH的所有反射光101可具有会聚为θ’的入射角。如在X-Z面上观看，反射光101可以是在竖直方向(Z轴)上具有相似入射角的Z轴上的准直光。
通过反射表面RS反射的竖直地准直的反射光101在经过高折射膜LG和低折射膜LI之后进入光反射图案RH。实际上，反射光101可在高折射膜LG的上表面和低折射膜LI的上表面折射。然而，这里为了简明和易于理解，不考虑和/或解释这些折射。
光反射图案RH将竖直地准直的反射光101转换为沿着水平方向也准直的准直的反射光201，并再次将其发送至高折射膜LG。准直的反射光201以入射角δ'反射。准直的反射光201的入射角δ'有益地小于竖直地准直的反射光101的入射角θ'。当准直的反射光201的入射角δ'等于竖直地准直的反射光101的入射角θ'时，准直的反射光201可遵循上文中描述的光路的逆向路径。结果，可不从高折射膜LG辐射光。因此，从光反射部分再次进入导光部分中的光可具有在高折射膜LG的上表面破坏全反射条件的入射角。
为了满足这些各种条件，光反射图案RH有益地为具有全息图案的光学膜。全息图案有益地为竖直地准直的反射光101与准直的反射光201之间的干涉图案。
在X-Y平面内，光反射图案RH可以是这样的光学元件，即，在X轴上传播和在Y轴上扩展的扩展的光通过该光学元件转换为其中光在Y轴上的扩展角沿着平行于X轴的方向准直的准直光。另外，参照图5B，通过光反射图案RH在竖直方向和水平方向上准直的准直的反射光201的入射角小于θ'，使得其进入反射表面RS。通过反射表面RS准直的准直的反射光201的入射角为δ，并且传播至导光膜LGP中，作为准直光200。传播至导光膜LGP中的一些准直光200通过光辐射图案VH从导光膜LGP辐射至外部，从而其可被生成为背光300。
准直光200的入射角δ满足其中破坏了在高折射膜LG与低折射膜LI的上表面之间的界面处的全反射条件的条件。结果，准直光200的入射角δ小于入射光100的入射角θ。尤其是，准直光200的入射角δ小于在高折射膜LG与低折射膜LI的上表面之间的界面处全反射的临界角。
同时，一些准直光200通过附着于低折射膜LI的上表面上的光辐射图案VH作为背光300辐射。另外，一些准直光200随着其传播至入射表面IS中再次进入高折射膜LG。
为了建立这些光路，光辐射图案VH的折射率有益地大于低折射膜LI的折射率且小于高折射膜LG的折射率。在这些条件下，从低折射膜LI进入光辐射图案VH的一些准直光200在光辐射图案VH与低折射膜LI之间的界面折射。另外，一些准直光200被反射以再次进入导光膜LGP。所述再次进入的光是通过在高折射膜LG的底表面反射而传播至导光膜LGP中的准直光200。换句话说，在光辐射图案VH，一些准直光200被辐射，而一些再次进入导光膜LGP。通过重复这些处理，一些准直光200作为背光300辐射，随着准直光200从光反射部分传播至光进入部分。
下文中，将描述用于解释其中入射扩展的光100通过作为根据本公开的背光单元的主要元件的导光膜LGP和光反射图案RH转换为准直光200的处理的坐标系。
在图3之后的附图中，使用由X-Y-Z轴表示的直角坐标系。来自光源LS的源光沿着X轴传播。详细地说，在X-Y平面中，沿着X轴传播的光扩展至Y轴。在X-Z平面中，沿着X轴传播的光扩展至Z轴。例如，在图4中，平行于X轴的虚线是扩展的光100的传播方向，并且其它带箭头的线指示扩展的光100的扩展的方向。
在通过反射表面RS反射之后，在X-Z平面中，扩展的光100转换为Z轴上的扩展角会聚在预定缩窄的角度范围内的准直光。这称作Z轴上的准直光或竖直准直光101。尤其是，竖直准直光101的扩展的宽度非常窄，与光束的大小一样。
另外，在X-Z平面中的Z轴上准直但是在X-Y平面中的Y轴上扩展的竖直准直光101被反射图案RH反射，以使其转换为其中X-Y平面中的Y轴上的扩展角会聚的准直光。这称作Y轴上的准直光或水平准直光201。尤其是，水平准直光201具有对应于导光膜LGP的Y轴宽度的准直宽度。这里，水平准直光201在通过反射表面RS反射和竖直地准直之后变准直。也就是说，其在竖直和水平方向上准直，因此被称作准直光200。
下文中，将参照图7A和图7B描述光辐射图案VH与导光部分之间的关系和光路。
图7A和图7B是示出根据本公开的第一实施例的超薄导光膜的光辐射部分的结构和其中的光路的放大侧视图。
首先，将参照图7A描述其中光辐射图案VH包括表面光栅图案的情况。
表面光栅图案可具有排列在膜介质上的多个高折射块GP。例如，在具有低折射率的膜片上，可均匀地布置多个高折射块GP。另选地，如图7A所示，在低折射膜LI，将多个高折射块GP图案化。这里，高折射块GP的折射率可与低折射膜LI的折射率相同或比之更大，并且比高折射膜LG的折射率更小。
在穿过高折射膜LG与低折射膜LI之间的界面之后，准直光200进入低折射膜LI的上表面。进入高折射块GP的一些准直光200可向上折射，从而其作为背光300从导光膜LGP辐射。另外，进入其中未布置高折射块GP的区域的一些准直光200可在低折射膜LI与空气之间的界面处全反射，从而其再次进入导光膜LGP。
再次进入导光膜LGP中的准直光200通过高折射膜LG的底表面再次被全反射至上表面中。朝向上表面反射的一些准直光200作为背光300辐射，如上所述，而一些作为准直光200传播通过导光膜LGP。
接着，将参照图7B描述其中光辐射图案VH包括体光栅图案的情况。
体光栅图案可包括低折射膜介质ML中的多个高折射粒子(或‘分子’)MH。尤其是，高折射粒子MH在剖视图中按照倾斜图案布置。这里，低折射膜介质ML的折射率有益地小于低折射膜LI的折射率。另外，高折射粒子MH的折射率有益地大于低折射膜介质ML的折射率。具体地说，高折射粒子MH的折射率有益地大于低折射膜LI的折射率。
在通过高折射膜LG与低折射膜LI之间的界面之后，准直光200进入低折射膜LI的上表面中。进入高折射粒子MH的一些准直光200可向上折射，从而其可作为背光300从导光膜LGP辐射。另外，进入未布置高折射粒子MH的低折射膜介质ML的一些准直光200可在低折射膜LI的上表面处全反射，从而其再次进入导光膜LGP中。
再次进入导光膜LGP的准直光200通过高折射膜LG的底表面朝向上表面被再次全反射。朝向上表面反射的一些准直光200作为背光300被辐射，如上所述，而一些准直光200作为准直光200传播通过导光膜LGP。
根据本公开的第一实施例，在光进入部分，从光源LS辐射的扩展的光转换为满足高折射膜的全反射条件的入射光。入射光传播至导光部分中并到达光反射部分。在光反射部分，入射光沿着竖直方向和水平方向转换为准直光。随着准直光沿着相反方向再次通过导光部分，其通过光辐射部分作为背光被辐射。例如，背光300是与探照光相似的准直光。结果，背光单元可选择性地用于其中将用于右眼图像的光发送至右眼并将用于左眼图像的光发送至左眼的3D显示系统。
目前为止，描述了根据本公开的第一实施例的背光单元的结构和用于在背光单元中产生背光的光路。下文中，将描述本公开的其它实施例，其中基本光路可与第一实施例的相同，从而将不重复对其的详细解释。
<第二实施例>
在第一实施例中，如图6所示，光源LS位于入射表面IS的中心。在图3中，光源LS可沿着入射表面IS位于任何位置。下文中，将参照图8A至图8C描述本公开的第二实施例。
图8A是示出根据本公开的第二实施例的其中光源布置在入射表面的中心的扩展的光的光路的平面图。图8B是示出根据本公开的第二实施例的具有用于3D图像的光源的薄膜式背光单元的结构和其中的光路的平面图。图8C是示出根据本公开的第二实施例的用于3D图像的光源的排列方式的放大平面图。
首先，将参照图8A描述当光源布置在入射表面的中心时的扩展的光的光路。
在光源LS提供扩展角小于60度的扩展的光的情况下，如图6所示，始于入射表面IS的大部分入射光可传播至光反射图案RH中。然而，当光源LS是普通LED时，光源LS提供扩展角为60度或更大的扩展的光。另外，当将该背光单元应用于宽型显示系统时，与普通显示系统相比，长边进一步伸长。
在这些情况下，如图8A所示，始于入射表面IS的大部分光可不直接传播至光反射图案RH中。也就是说，一些光传播至导光膜LGP的两个纵向侧中。该入射光100通过所述侧部被反射并且被导向至导光膜LGP中，并且随后行进至光反射图案RH。然而，所述侧反射光110在光反射图案RH处可与入射光100不同地起作用。也就是说，侧反射光110可以是未准直的或沿着任意方向散射-反射的散射(或‘扩散’)光210。
散射光210可通过光辐射图案VH辐射到外部。然而，散射光201可被转换为散射的背光，而非准直的背光300。由于散射的背光可不具有准直特性，因此可不将其用作用于显示3D图像的背光，而是可将其用作用于显示2D图像的背光。
在从光源提供的入射光具有宽扩展角以使得所有光可不从光进入部分直接传播至光反射部分中的情况下，尤其当光源用于3D显示系统时，光吸收元件可有益地附于导光膜LGP的一侧上。在这种情况下，光的量可由于通过光吸收元件吸收的光而降低，从而降低光效率。
在第二实施例中，将参照图8B描述其中光源位置针对提高或最大化光效率而被优化的3D显示背光单元。
在第二实施例中，3D光源LSC有益地设置在入射表面的任何一个角落(或‘边缘’)。例如，3D光源LSC可布置在其中入射表面IS与下面的长边L1交叉和/或其中入射表面IS与上面的长边L1交叉的角落。
3D光源LSC可提供扩展角为120度的扩展的光。在从扩展的光中选择满足全反射条件的入射光100之后，入射光100在X-Y平面中仍然具有120度的扩展角。随着3D光源LSC设置在其中入射表面IS与下面的长边L1交叉的角落，扩展角为0至+60度的入射光100可直接传播至光反射图案RH中。另一方面，扩展角为0至-60度的入射光100可通过下面的长边L1被全反射并且作为侧反射光110进入导光膜LGP中。
侧反射光110可与入射光100满足相似或相同的条件。也就是说，一半的入射光100可直接进入导光膜LGP，而另一半入射光100可通过用作镜子的下面的长边L1折叠，并且随后进入导光膜LGP。结果，入射光100可通过反射表面RS和反射图案RH沿着竖直方向和水平方向转换为准直光200，并且随后其可作为背光300从导光膜LGP辐射至外部。另外，随着侧反射光110与入射光100具有相同特性，其可通过反射表面RS和反射图案RH沿着竖直方向和水平方向转换为准直光200，并且随后其可作为背光300从导光膜LGP辐射至外部。
如图8B所示，布置在任一角落的3D光源LSC可通过根据本公开的第二实施例的导光膜LGP转换为高度准直的背光300。尤其是，与其中3D光源LSC布置在入射表面IS的中间部分的情况相比，其具有更高的效率。另外，通过3D光源LSC，2D光源LSN(其与3D光源LSC具有相同特性)可布置在入射表面IS的中间部分，如图8A所示。在该情况下，布置在角落的3D光源LSC可仅用于显示3D图像，而布置在入射表面IS的中间部分并且具有散射的反射特性的2D光源LSN可仅用于显示2D图像。通过具有这些2D光源LSN和3D光源LSC二者并且切换它们(选择地接通或关断)，可选择性地呈现2D图像和3D图像。也就是说，虽然3D光源LSC和2D光源LSN是相同的LED，但是它们可根据它们的位置而用作3D光源LSC或2D光源LSN。
参照图8C，可将用于提供准直的背光300的3D光源LSC布置在导光膜LGP的角落。3D光源LSC的中心线有益地布置为与下面的长边L1通过预定距离ΔD分离开。3D光源LSC的中心与下面的长边L1之间的预定距离ΔD可在1mm至3mm的范围内。为了提高光效率，3D光源LSC的外端侧可位于从导光膜LGP的下面的长边L1的延长线上。
<第三实施例>
下文中，将参照图9和图10描述根据本公开的第三实施例的薄膜式背光单元。
图9是示出根据本公开的第三实施例的薄膜式背光单元的结构和其中的光路的放大侧视图。图10是示出根据本公开的第三实施例的薄膜式背光单元的结构的侧视图。
在如第一实施例中那样光辐射图案VH是体光栅图案的情况下，可不包括低折射膜LI。尤其是，当高折射粒子MH的折射率低于高折射膜LG的折射率时，也就是说，当与高折射膜LG相比具有低折射率的光辐射图案VH位于高折射膜LG上时，可省略低折射膜LI。
另外，在光辐射图案VH是体光栅图案的情况下，也可省略光吸收图案LA。如图9所示，入射角大于在高折射膜LG与光辐射图案VH之间的界面处的全反射临界角的扩展的光可被全反射并且作为入射光100进入高折射膜LG。入射角小于在高折射膜LG与光辐射图案VH之间的界面处的全反射临界角的一些扩展的光10可从高折射膜LG进入光辐射图案VH，但是其可通过高折射粒子MH再次折射，以使得其可不辐射到外部。因此，即使未包括光吸收图案LA，也可不存在任何通过入射角小于全反射临界角的一些扩展的光10的散射反射而产生的噪声光。
体光栅图案可设计为使得光沿着特定方向辐射至外部。例如，与准直光200相似的平行于体光栅图案的倾斜侧的进入体光栅的一些光可折射，以作为背光辐射至外部，而一些可反射并进入高折射膜LG。在来自光源LS的光中，与入射角小于高折射膜LG与光辐射图案VH之间的界面处的全反射临界角的扩展的光10相似，垂直于体光栅图案的倾斜侧的进入体光栅图案的光可被全反射或在光学上消逝。
考虑到这些条件，根据本公开的第三实施例的超薄背光单元可具有最简单的结构，如图10所示。
参照图10，根据本公开的第三实施例的超薄背光单元包括导光膜LGP、光辐射图案VH和光源LS。导光膜LGP包括其上布置有光源LS的入射表面IS、在与入射表面IS相对的表面的具有楔角的反射表面RS和在入射表面IS与反射表面RS之间具有相同厚度的高折射膜LG。光辐射图案VH附着于高折射膜LG的上表面上。光源LS布置为靠近入射表面IS。
导光膜LGP包括光进入部分、导光部分和光反射部分。光进入部分具有面对光源LS的入射表面IS，以从光源接收扩展的光并且将其转换为入射光100。面对的光进入部分光反射部分沿着竖直方向和水平方向将入射光100转换为准直光200。导光部分具有将光进入部分与光反射部分连接的高折射膜LG。导光部分从光进入部分接收入射光100并且将其发送至光反射部分。另外，导光部分从光反射部分接收准直光200并且将其发送至光进入部分。
光辐射图案VH布置在导光部分的高折射膜LG的上表面上，并且从一些准直光200提供背光300。光辐射图案VH将一些准直光200作为准直光200发送至高折射膜LG中。返回至高折射膜LG中的准直光200通过高折射膜LG的底表面与空气之间的界面被全反射，从而其传播至光进入部分中。随着沿着这些光路传播至光进入部分中，准直光200通过光辐射图案VH转换为在导光膜LGP的整个表面上均匀分布的背光300。
<第四实施例>
下文中，将参照图11描述本公开的第四实施例。
图11是示出根据本公开的第四实施例的薄膜式背光单元的结构的放大侧视图。为了简单起见，将参照图11在第四实施例中描述光反射部分的一个示例。
根据本公开的第四实施例的光反射部分包括反射表面RS和附着于反射表面RS上的反射图案RH，所述反射表面RS是从高折射膜LG扩展并且厚度逐渐变薄的楔形侧(或‘倾斜侧’)。在第三实施例中，反射图案RH附着于面对反射表面RS的高折射膜LG的上表面上。
与第三实施例相比，在第四实施例中反射图案RH不同地布置。应该理解，第四实施例的特征也可应用于第一实施例和第二实施例中的每一个。
<第五实施例>
下文中，将参照图12A和图12B描述本公开的第五实施例。
图12A是示出根据本公开的第五实施例的薄膜式背光单元的结构的放大侧视图。图12B是示出根据本公开的第五实施例的薄膜式背光单元的结构和其中的光路的平面图。
参照图12A，根据本公开的第五实施例的光反射部分包括反射表面RS，该反射表面RS是从高折射膜LG扩展并且厚度逐渐变薄的楔形侧(或‘倾斜侧’)。在高折射膜LG的上表面上，附着有面对反射表面RS的第一反射图案RH1。另外，第二反射图案RH2直接附着于反射表面RS上。由于具有两个反射图案RH1和RH2，因此需要两个光源LS。
参照图12B，在导光膜LGP的入射表面IS上具有两个光源LSC。例如，第一光源LSC1布置在其中入射表面IS与下面的长边L1交叉的角落，并且第二光源LSC2布置在其中入射表面IS与上面的长边L2交叉的角落。
第一反射图案RH1通过与反射表面RS一起作用，可将通过第一光源LSC1提供的入射光100和侧反射光110转换为准直光200。另外，第二反射图案RH2通过与反射表面RS一起作用，可将通过第二光源LSC2提供的入射光100和侧反射光110转换为准直光200。
鉴于光科学和技术，第一反射图案RH1可对应于其焦点位于第一光源LSC1的位置上的抛物面反射镜的一半。另外，第二反射图案RH2可对应于其焦点位于第二光源LSC2的位置上的抛物面反射镜的一半。结果，当形成为全息光学元件时，第一反射图案RH1和第二反射图案RH2具有不同的全息图案。
<第六实施例>
下文中，将参照图13A和图13B描述本公开的第六实施例。
图13A是示出根据本公开的第六实施例的薄膜式背光单元的光反射部分的放大侧视图。图13A是在光反射侧观看的左侧视图，示出了根据本公开的第六实施例的超薄导光膜的结构。
第六实施例描述了其中使用物理光学元件来代替全息光学元件的情况。也就是说，描述第六实施例以解释作为全息光学元件的反射图案RH的物理和光学背景。
参照图13A，导光膜LGP的光反射部分包括竖直准直反射表面RSV和水平准直反射表面RSH。竖直准直反射表面RSV可对应于在第一实施例至第五实施例中描述的反射表面RS。在第六实施例中，形成水平准直反射表面RSH来代替反射图案RH。
在图13A中，示出了水平准直反射表面RSH的侧结构。随着入射光100通过竖直准直反射表面RSV反射，其转换为竖直准直或在Z轴上准直的反射光101。反射光101通过水平准直反射表面RSH反射而转换为水平准直或在X轴上准直的准直的反射光201。然后，准直的反射光210返回至竖直准直反射表面RSV。此时，由于准直的反射光201的入射角小于反射光101的入射角，因此水平准直反射表面RSH与反射光101之间的角大于90度。如果水平准直反射表面RSH垂直于反射光101，则准直的反射光201与反射光101基本一致，因此，准直光200将与入射光100一致，从而导致无背光300。
同时，水平准直反射表面RSH使得入射光100沿着X轴准直。也就是说，水平准直反射表面RSH有益地与焦点在光源上的抛物线的一些部分成镜像对应。
参照图13B，水平准直反射表面RSH表示为抛物线的一些部分。在这种情况下，由于抛物线的焦点布置在X轴上的中心上，因此光源LS有益地位于入射表面IS的中心上。难以在超薄背光单元中形成抛物面反射镜。因此，根据本公开的实施例，全息元件有益地用于超薄背光单元中。
本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的概念和范围的情况下，可在本发明中作出各种修改和改变。因此，本发明旨在覆盖落入权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和改变。
本申请要求于2014年12月31日提交的韩国专利申请第10-2014-0195764号的权益，针对所有目的，该申请以引用方式并入本文中，如同在此被全面阐述一样。

Claims (19)

1.一种背光单元，该背光单元包括：
导光膜，所述导光膜包括位于第一侧的光进入部分、位于第二侧的光反射部分以及在所述光进入部分与所述光反射部分之间的导光部分；
光辐射部分，所述光辐射部分位于所述导光膜的上表面上；以及
光源，所述光源邻近于所述导光膜的所述光进入部分，所述光源提供朝向所述光进入部分的扩展的光，
其中，所述光进入部分选择性地朝向所述导光部分发送所述扩展的光的满足全反射条件的入射光，
其中，所述光反射部分将从所述导光部分提供的所述入射光转换为准直光，并且将所述准直光发送至所述导光部分，
其中，随着所述准直光传播通过所述导光部分，所述光辐射部分将背光提供至显示面板，并且
其中，所述背光单元还包括：在所述光反射部分的反射图案，所述反射图案使所述入射光沿着第一方向准直；以及在所述光反射部分的反射表面，所述反射表面使所述入射光沿着与所述第一方向不同的第二方向准直。
2.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述导光膜还包括布置在所述光进入部分、所述导光部分和所述光反射部分上的高折射膜，
其中，所述光辐射部分包括光辐射图案，所述光辐射图案利用所述准直光的第一部分辐射所述背光并且将所述准直光的第二部分反射至所述导光部分中，并且
其中，所述高折射膜的折射率大于所述光辐射图案的折射率。
3.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述反射表面具有斜面和斜弧表面中的任一个，并且具有相对于高折射膜的表面的楔角。
4.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述反射图案包括以下中的至少任何一个：
所述反射表面上的第一反射图案；以及
面对所述反射表面的高折射膜的上表面上的第二反射图案。
5.根据权利要求2所述的背光单元，其中，所述反射图案将所述准直光的入射角小于在所述高折射膜与所述光辐射图案之间的界面处的全反射临界角的所述第一部分折射至所述光辐射图案中，并且将所述准直光的所述第二部分反射至所述高折射膜中，并且
其中，折射至所述光辐射图案中的所述准直光的所述第一部分被辐射至外部。
6.根据权利要求2所述的背光单元，其中，所述导光膜还包括：附着于所述高折射膜的上表面上的低折射膜，并且
其中，所述低折射膜的折射率小于所述高折射膜和所述光辐射图案的折射率。
7.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述光进入部分还包括：在所述导光膜的上表面上的光吸收图案，所述光吸收图案去除所述扩展的光的入射角小于满足全反射条件的临界角的部分。
8.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述导光膜包括：
彼此平行的第一长边和第二长边；以及
在所述光进入部分的第一短边和在所述光反射部分的第二短边，所述第一短边和所述第二短边彼此平行，并且与所述第一长边和所述第二长边交叉，并且
其中，沿着所述第一短边设置所述光源。
9.根据权利要求8所述的背光单元，其中，所述光源还包括邻近于所述第一长边和所述第二长边中的任一个的3D光源。
10.根据权利要求2所述的背光单元，其中，所述光辐射图案包括表面光栅图案和体光栅图案中的任一个。
11.一种导光膜，所述导光膜包括：
位于第一侧的光进入部分；
布置在第二侧的光反射部分；以及
所述光进入部分与所述光反射部分之间的导光部分，
其中，所述光进入部分朝向所述导光部分选择性地发送从光源提供的扩展的光的满足全反射条件的入射光，
其中，所述光反射部分将从所述导光部分提供的所述入射光转换为准直光并且将所述准直光发送至所述导光部分，并且
其中，所述导光膜还包括：反射表面，所述反射表面布置在所述光反射部分并且被构造为使所述入射光沿着第一方向准直；以及反射图案，所述反射图案布置在所述光反射部分并且被构造为使所述入射光沿着与所述第一方向不同的第二方向准直。
12.根据权利要求11所述的导光膜，还包括：
高折射膜，所述高折射膜设置在所述光进入部分、所述导光部分和所述光反射部分上方；以及
光辐射图案，所述光辐射图案布置在所述高折射膜的上表面上，并且被构造为利用所述准直光的第一部分辐射背光并且将所述准直光的第二部分反射至所述导光部分中，
其中，所述高折射膜的折射率大于所述光辐射图案的折射率。
13.根据权利要求12所述的导光膜，其中，所述反射表面具有斜面和斜弧表面中的任一个，并且具有相对于所述高折射膜的表面的楔角。
14.根据权利要求13所述的导光膜，其中，所述反射图案包括以下中的至少任一个：
布置在所述反射表面上的第一反射图案；以及
布置在所述高折射膜的面对所述反射表面的上表面上的第二反射图案。
15.根据权利要求13所述的导光膜，其中，所述反射图案被构造为：将所述准直光的入射角小于在所述高折射膜与所述光辐射图案之间的界面处的全反射临界角的所述第一部分折射至所述光辐射图案中，并且将所述准直光的所述第二部分反射至所述高折射膜中，并且
其中，折射至所述光辐射图案中的所述准直光的所述第一部分被辐射至外部。
16.根据权利要求12所述的导光膜，所述导光膜还包括附着于所述高折射膜的上表面上的低折射膜，
其中，所述低折射膜的折射率小于所述高折射膜和所述光辐射图案的折射率。
17.根据权利要求12所述的导光膜，其中，所述光辐射图案包括表面光栅图案和体光栅图案中的任一个。
18.根据权利要求11所述的导光膜，其中，所述光进入部分还包括布置在所述导光膜的上表面上的光吸收图案，并且所述光吸收图案被构造为去除所述扩展的光的入射角小于满足全反射条件的临界角的部分。
19.根据权利要求11所述的导光膜，所述导光膜还包括：
彼此平行的第一长边和第二长边；以及
布置在所述光进入部分的第一短边以及布置在所述光反射部分的第二短边，所述第一短边和所述第二短边彼此平行，并且与所述第一长边和所述第二长边交叉。
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