CN110325792A - 包含集成背光单元和显示面板的装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了包含背光组件和显示组件的集成装置。背光组件包括导光板和图案化的光学部件，所述图案化的光学部件包括至少一个光透射性区域，并且所述显示组件包括至少一个光透射性孔。光透射性区域和光透射性孔至少部分对齐。

Description

包含集成背光单元和显示面板的装置
技术领域
本申请依据35 U.S.C.§119要求2017年2月21日提交的系列号为62/461,339的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其全文纳入本文，如同在下文完整阐述。
背景技术
本公开一般涉及包含集成背光单元和显示面板的装置，更具体地，涉及薄的集成显示装置。
液晶显示器(LCD)通常用于各种电子器件，例如手机、笔记本电脑、电子平板电脑、电视机和计算机监视器。然而，与其他显示装置相比，LCD在亮度、对比度、效率和视角方面可能受到限制。例如，为了与其他显示技术竞争，在常规LCD中仍然需要更高的对比度、色域和亮度，同时还要平衡功率要求和装置尺寸(例如厚度)。
LCD通常包含背光单元(BLU)和显示面板。BLU可以包括多个光学部件[例如导光板(LGP)]、一个或多个漫射膜以及一个或多个准直膜。漫射膜和准直膜各自要求相邻各层之间具有气隙以便正常工作。另外的部件气隙增加了整个LCD显示器的厚度，并且还可能妨碍BLU和显示面板的有效集成。尝试集成BLU和显示面板包括仅沿着边缘结合BLU和显示面板的光学部件。然而，这些方法导致得到的结合强度很弱，这是不利的。另外，如果光学膜在变化的工作温度下不同地膨胀或收缩，则可能在装置中发生翘曲。也设想过“无片材”BLU，例如无准直膜的BLU；然而，这种BLU遭受差的亮度均匀性并且/或者仍然需要气隙来防止与显示面板完全集成。
因此，将有利的是提供包含与显示面板集成的BLU的显示装置，例如，在BLU与显示面板这两种部件之间没有气隙。还将有利的是提供包含尽可能少的光学膜的BLU，并由此降低BLU的总厚度。将进一步有利的是提供一种显示器，其的部件数目有所减少、总厚度和/或重量降低、总成本下降和/或机械强度得到改进。
发明内容
在各个实施方式中，本公开涉及包含背光组件和显示组件的集成装置。背光组件包括：导光板，其具有发射光的第一主表面和相对的第二主表面；以及与导光板的第一主表面光学耦合的图案化光学部件，所述光学部件包括至少一个光反射性区域和至少一个光透射性区域。所述显示组件包括第一基材、第二基材和设置在第一基材与第二基材之间的光调制层，以及至少一个光透射性孔，其中，所述至少一个光透射性孔与所述图案化光学部件的所述至少一个光透射性区域至少部分对齐。
根据各个实施方式，所述集成装置可以包括至少一个偏振器，例如吸收型偏振器或反射型偏振器。在某些实施方式中，光调制层可以包括液晶层。所述显示组件的第一基材和第二基材可以具有不同厚度，例如，第一基材可以比第二基材更厚。在非限制性实施方式中，图案化光学部件可以结合或沉积在LGP的第一主表面上。所述图案化光学部件可以包括具有交替的较高折射率和较低折射率的电介质层堆叠体，并且还可以任选地包括金属层。LGP可以包括至少一个光提取特征、至少一种微结构或者同时具有至少一个光提取特征和至少一种微结构。示例性的光提取特征包括漫射颗粒层或多个离散的棱镜元件。
背光组件和显示组件可以结合在一起，例如，通过至少一个居间层结合在一起。居间层可以包括粘合剂层、偏振器、颜色转换层或其组合。在各个实施方式中，在显示组件与背光组件之间不存在准直膜和/或漫射膜。根据另外的实施方式，在显示组件与背光组件之间不存在气隙。
在某些实施方式中，所述集成装置还可以包括与LGP光学耦合的至少一个光源，其可以发射蓝光或白光。所述集成装置还可以包括滤色层、颜色转换层或TFT阵列中的至少一种。示例性的集成装置可以包括显示装置、照明装置或电子装置。
在以下的具体实施方式中给出了本公开的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述方法而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都显示了本公开的各个实施方式，并旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本公开的进一步的理解，附图结合于本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本公开的各个实施方式，并与说明书一起用来解释本公开的原理和操作。
附图说明
结合所附附图阅读时，可以进一步理解以下具体实施方式，附图未按比例绘制，其中：
图1A-D例示了根据本公开的各个实施方式所述的集成装置的示例性构造；
图2例示了根据本公开的某些实施方式所述的示例性光反射性部件；
图3例示了根据本公开的另外的实施方式所述的包含滤色层的显示组件。
具体实施方式
本文公开了包含背光组件和显示组件的集成装置。背光组件包括：导光板，其具有发射光的第一主表面和相对的第二主表面；以及与导光板的第一主表面光学耦合的图案化光学部件，所述光学部件包括至少一个光反射性区域和至少一个光透射性区域。所述显示组件包括第一基材、第二基材和设置在第一基材与第二基材之间的光调制层，以及至少一个光透射性孔，其中，所述至少一个光透射性孔与所述图案化光学部件的所述至少一个光透射性区域至少部分对齐。本文所述的集成装置可以包括显示装置、照明装置和电子装置，举例来说，例如，电视机、电脑、电话、平板电脑和其他显示面板、照明器、固态照明装置、广告牌和其他建筑元件。
现将参考图1-3论述本公开的各个实施方式，图1-3例示了示例性的集成装置及其部件。以下总体说明旨在提供所要求保护的装置的总体评述，并将参考非限制性描述的实施方式在整个公开文本中对各个方面进行更具体的论述，这些实施方式在本公开的上下文中可彼此互换。
图1A例示了一种集成装置100，其包括背光组件100A和显示组件100B。背光组件100A可包括导光板110，其包括发射光的第一主表面115、光入射边缘表面120以及与第一主表面115相对的第二主表面125。如本文中所使用的，“发射光的”主表面旨在表示面向用户或观看者的表面，例如“面向前的”表面，而相对的主表面背离用户，例如“面向后的”表面。
在一些实施方式中，至少一个光源130可与光入射边缘表面120光学耦合，例如，其毗邻LGP 110的边缘表面120定位以提供侧光式构造。另外的光源(未例示)也可以与LGP110的其他边缘表面光学耦合，例如毗邻或相对的边缘表面。在另外的实施方式中，一个或多个光源可以光学耦合到LGP 110的第二主表面125，以提供直下式构造。在一些实施方式中，LGP 110还可以包括一个或多个凹陷或孔，在其中可放置一个或多个光源，例如，如2017年1月31日提交的名称为“BACKLIGHT UNIT WITH 2D LOCAL DIMMING”(《具有2D局部调光的背光单元》)的第62/452,470号美国临时专利申请中所述，所述文献全文纳入本文。在各个实施方式中，光源130可以发射蓝光、UV光或近UV光(～100-500nm)，或者光源130可以发射白光，例如具有可见波长(～420-750nm)的组合的光。
图案化光学部件135可以光学耦合到LGP 110的第一主表面115。图案化光学部件135可以包括：被构造用于反射接收自LGP 110的光的至少一个光反射性区域135a以及被构造用于透射接收自LGP 110的光的至少一个光透射性区域135b。在一些实施方式中，图案化光学部件135可以结合或沉积在第一主表面115上或以其他方式附接于第一主表面115。如本文中所使用的，术语“图案化”旨在表示在第一主表面上存在呈任意给定图案或设计的光学部件，例如，它们可以是随机或排列的、重复或非重复的、均匀或不均匀的。所述图案可以限定反射区域和透射区域，例如，在一些区域中可以存在反射材料，而在其他区域中可以不存在反射材料，以视情况在所需位置中形成光透射性区域135b，例如，其至少部分地与显示面板100b的光透射性孔165b对齐。虽然图1A-D例示了呈均匀间隔开的规则交替图案的光反射性区域165a和光透射性区域165b，但是这些区域可以以任何所需顺序布置，并且可以具有任何尺寸和/或间距。
如在本文中所使用的，术语“光学耦合”旨在表示部件相对于LGP定位，以使得光可从该部件行进到LGP，或反之亦然。例如，光源可定位在LGP的表面处或附近，以便将光引入到LGP中，而光学部件可定位在LGP的表面处或附近，以便接收来自LGP的光和/或将光传输到LGP。光源或光学部件可以光学耦合到LGP，即使其不与LGP直接物理接触也如此。
在各个实施方式中，图案化的光学部件135的光反射性区域135a的光学反射率可以大于约85％，例如，大于约90％、大于约95％、大于约98％或大于约99％，例如约85％至约99％的反射率，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，例如，当LGP 110光学耦合到发蓝光的光源时，光反射性区域135a可以被构造成对蓝光具有高反射率。如本文中所使用的，术语“光反射性”、“光学反射性”及其变化形式旨在表示区域或部件反射入射到其上的至少85％的光，例如，具有可见波长(～420-750nm)的光。
图案化的光学部件135的光透射性区域135b的光学透射率可以大于约80％，例如，大于约85％、大于约90％、或大于约95％，例如约80％至约95％，包括其间的所有范围和子范围。如本文中所使用的，术语“光透射性”、“光学透射性”及其变化形式旨在表示区域、孔或部件透射入射到其上的至少80％的光，例如，具有可见波长(～420-750nm)的光。因此，在一些实施方式中，光透射性区域或孔的光学吸光度和/或光学反射率可以小于约20％。
图案化的光学部件135的光反射性区域135a可以包含用于显示装置的本领域已知的任何反射性材料。例如，所述反射性材料可以是镜面反射器，例如3M公司销售的VikuitiTMESR。另外的材料可以包括金属膜或箔，例如金、银、铂、铜、镍、钛、铝、其合金等。在替代性实施方式中，如图2所示，反射性区域135a可包含低折射率材料L和高折射率材料H交替的堆叠体。材料L和H可以包含电介质材料。这种堆叠体还可以包括金属层M，以增强区域135a的反射率。当然，图2所示的实施方式仅是示例性的并且不旨在限制所附权利要求。例如，可以任何顺序包括更多或更少的层L和H，并且如果需要，可以不存在任选的金属层M。
在图1A-D中用虚线示出了从光源130发射光的示例性方向。由于全内反射(TIR)，注入到LGP中的光可以沿着LGP的长度传播，直到其以小于临界角的入射角撞击界面。全内反射(TIR)是一种现象，因为该现象，在包含第一折射率的第一材料(例如玻璃、塑料等)中传播的光可在与包含第二折射率的第二材料(例如空气等)的界面处被全部反射，所述第二折射率低于第一折射率。可使用斯奈尔(Snell)定律解释TIR：
n1sin(θi)＝n2sin(θr)
其描述了在折射率不同的两种材料之间的界面处的光的折射。根据斯奈尔定律，n1是第一材料的折射率，n2是第二材料的折射率，Θi是入射在界面处的光相对于界面的法线的角度(入射角)，并且Θr是折射光相对于法线的折射角。当折射角(Θr)为90°时，例如sin(Θr)＝1，斯奈尔定律可表示为：
在这些条件下的入射角Θi也可以被称为临界角Θc。入射角大于临界角(Θi>Θc)的光将在第一材料内被全内反射，而入射角等于或小于临界角(Θi≤Θc)的光将大部分被第一材料透射。
在示例性的空气(n1＝1)与玻璃(n2＝1.5)之间的界面的情况中，临界角(Θc)可计算为42°。因此，如果在玻璃中传播的光以大于42°的入射角撞击空气-玻璃界面，则所有入射光将以等于入射角的角度从界面反射。如果反射光遇到第二界面，并且该第二界面包含与第一界面相同的折射率关系，则入射在第二界面上的光将再次以等于入射角的反射角反射。
在LGP 110的第二主表面125上或LGP 110的基体中(例如在第二主表面125下方)可以形成至少一个光提取特征140。例如，LGP 110的第二主表面125可以图案化有多个光提取特征140。光提取特征140可以作为构成粗糙或凸起表面的纹理特征分布在表面上，或者可以分布在LGP 110内及遍及整个LGP 110，或其部分，例如作为激光损坏的特征分布。在一些实施方式中，光提取特征140可以包括光漫射颗粒或光漫射颗粒层，例如漫射白光的漆。当产生近朗伯分布时，可产生集成显示器而无需使用准直膜(例如BEF)。
在其他实施方式中，光提取特征140可包括离散的棱镜元件或多个这样的元件，其在基本垂直于LGP 110的第一主表面115的方向上重新定向光。光提取特征140可以具有任何截面轮廓，其可将LGP内的光主要朝向垂直方向重新定向。在各个实施方式中，这能够在不使用准直膜(例如BEF)的情况下产生集成显示器。这种截面轮廓的一个非限制性实例是具有两个底角(它们可以相同或不同)和一个顶角(也被称为夹角)的凹棱镜。在某些实施方式中，各个底角可以均等于约50°并且顶角可以等于约80°。根据另外的实施方式，各个底角可以为约48°至约52°，例如约49°至约51°，并且所述顶角可以为约76°至约83°，例如约77°至约82°、约78°至约81°或约79°至约80°，包括其间的所有范围和子范围。在各个实施方式中，凹棱镜可以是非对称的，即，所述两个底角可以具有不同的值。可在LGP基体中形成凹棱镜，例如从第二表面向内延伸，或者，可在施加于LGP的第二主表面的涂层、层或膜上或内部形成凹棱镜。
光提取特征140可以包括至少一个尺寸(例如宽度、高度、长度等)，其小于约100微米(μm)，例如小于约75μm、小于约50μm、小于约25μm、小于约10μm或者甚至更小，包括其间的所有范围和子范围，例如约1μm至约100μm。根据各个实施方式，可以合适的密度对提取特征140进行图案化，以在LGP 110的发射光的表面115上产生基本均匀的光输出强度。在某些实施方式中，在光源130附近的光提取特征140的密度可以低于离光源130更远的点处的光提取特征140的密度(如图1A-D所示)，或反之亦然，例如从一端到另一端呈梯度的密度，以视情况在LGP 110上建立所需的光输出分布。
用于建立这种光提取特征的合适的方法可包括印刷(例如喷墨印刷、丝网印刷、微缩印刷等)；纹理化；机械粗糙化；蚀刻；注塑；涂覆；激光损坏或它们的任意组合。例如，可以使用第PCT/US2013/063622号和第PCT/US2014/070771号共同待审和共同拥有的国际专利申请中公开的方法来形成光提取特征140，每件文献通过引用全文纳入本文。合适的方法的非限制性实例还可包括，例如，对表面进行酸蚀刻，用TiO2涂覆表面，以及通过将激光聚焦在表面上或基体内来对基材或层进行激光损坏。
示例性的激光器包括但不限于Nd:YAG激光器、CO2激光器等。激光器的工作参数，例如激光功率、脉冲持续时间、脉冲能及其他变量可根据所需的光提取特征分布而变化。在一些实施方式中，脉冲持续时间可以在约1微秒至约1000微秒(μs)的范围内，例如约5至约500μs、约10μs至约200μs、约20μs至约100μs或约30μs至约50μs，包括其间的所有范围和子范围。激光功率也可在约1瓦至约100瓦(W)的范围内，例如约5W至约50W、或约10W至约35W，包括其间的所有范围和子范围。激光能例如可以在约0.01毫焦至约100毫焦(mJ)的范围内，例如约0.1mJ至约10mJ、约0.5mJ至约5mJ或约1mJ至约2mJ，包括其间的所有范围和子范围。
LGP 110的第二主表面125还可以包含至少一种微结构或多种微结构(未示出)。如本文中所使用的，术语“微结构”、“微结构化”及其变化形式旨在指LGP的表面起伏特征，其在给定方向上(例如平行或正交于光传播方向)延伸，并且具有至少一个尺寸(例如高度、宽度等)小于约500μm，例如小于约400μm，小于约300μm，小于约200μm，小于约100μm，小于约50μm，或者甚至更小，例如，约10μm至约500μm，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，微结构可以具有规则或不规则形状，这些形状在给定阵列中可以相同或不同。
来自光源130的光可以在LGP 110内迅速散布，这可造成难以进行有效的局部调光，特别是当光源130沿着LGP的边缘表面定位时尤其如此。然而，通过提供在光传播方向上伸长的一个或多个微结构，可以限制光的散布，使得每个光源有效地仅照射LGP的一个窄带。例如，被照射的带可以从光入射边缘表面120所在的原点延伸到相对的边缘表面上的相似端点。因此，使用各种微结构构造，可以相对有效的方式对光进行准直并且实现LGP 110的至少一部分的1D局部调光。
在某些实施方式中，可以对LGP进行构造以使其可实现2D局部调光。例如，一个或多个另外的光源可以与相邻的(例如正交的)边缘表面光学耦合。一种多个微结构可在光传播方向上延伸，并且另一种多个微结构可在与光传播方向正交的方向上延伸。因此，2D局部调光可以通过选择性地关闭一个或多个沿着每个边缘表面的光源来实现。
可以采用各种微结构形状和/或尺寸的组合，并且可以规则(周期性)或不规则(非周期性)的方式布置这样的组合。示例性的微结构形状包括棱镜、圆形棱镜和双凸透镜。当然，这些形状仅是示例性的，并且不旨在限制所附权利要求。其他微结构形状也是可能的，并且它们旨在落在本公开的范围内。微结构的尺寸和/或形状也可以根据LGP 110的所需光输出和/或光学功能而变化。还可使用微结构与光提取特征的组合。
不同的微结构形状可以得到不同的局部调光效率，其也称为局部调光指数(LDI)。可以例如使用Jung等人的题为“Local dimming design and optimization for edge-type LED backlight unit”(《边缘型LED背光单元的局部调光设计和优化》)，SID讨论会，Dig.Tech.Papers(《数字技术论文》),42(1),第1430-1432页(2011年6月)中阐述的方法来确定局部调光指数。作为非限制性实例，棱镜微结构的周期性阵列可以得到最高达约70％的LDI值，而双凸透镜的周期性阵列可以得到最高达约83％的LDI值。当然，可以改变微结构尺寸和/或形状和/或间距以获得不同的LDI值。不同的微结构形状还可以提供额外的光学功能。例如，棱镜角为90°的棱镜阵列不仅可以得到更加有效的局部调光，还由于光线的循环和重新定向，可以将光部分聚焦在垂直于棱镜脊的方向上。
显示组件100B可包括第一基材170、第二基材155以及设置在第一基材170与第二基材155之间的光调制层160。在一些实施方式中，光调制层160可以是可转换的，例如，响应于一个或多个电信号而转换，以允许光在选定区域中通过，这些区域对应于显示器的像素。作为非限制性实例，光调制层160可以包括液晶层，其可包括以本领域已知的任何构造布置的任何类型的液晶材料。举例来说，示例性的构造包括TN(扭曲向列)模式、VA(垂直对齐)模式、IPS(平面转换)模式、BP(蓝相位)模式、FFS(边缘场转换)模式和ADS(高级超维场转换)模式。
显示组件100B还可包括至少一个光透射性孔165b，其可以与图案化的光学部件135的所述至少一个光透射性区域135b至少部分对齐。所述至少一个孔165b例如可以由设置在第一基材170上的部件165a限定(如图所示)，或者由设置在第二基材155上的部件165a限定(未例示)，所述部件165a例如薄膜晶体管(TFT)、电极、传感器或图案化在基材上的任何其他非透射性部件。例如，可以在第一基材170或第二基材155上图案化TFT阵列，由此限定光可从中通过的各TFT部件165a之间的孔165b。还可以在第一基材170和第二基材155上分别图案化TFT阵列的各个部件，例如传感器或电极，并且这些部件165a可以一起限定孔165b。虽然入射在孔165b上的光可以由显示组件100B透射，但是入射在周围部件165a上的光可被吸收或反射。
如图1A-D所示，所述至少一个光透射性孔165b可以至少部分地与所述至少一个光透射性区域135b对齐。在一些实施方式中，孔165b可以定位成与区域135b重叠对正。虽然图1A-D例示了完全对齐的情况，但是应理解，光透射性孔165b和区域135b无需完全对齐。例如，这些元件可以是基本对齐的，例如至少90％重叠，或者部分对齐的，例如至少50％重叠，或者在基本对齐与部分对齐之间的任何其他变化形式，从而能够提供所需的光输出(例如50％、60％、70％、80％、85％、90％、95％、99％或100％重叠)。在某些实施方式中，孔165b和区域135b至少部分对齐(例如50-100％重叠)或至少基本对齐(例如90-100％重叠)。
显示组件100B还可以包括至少一个偏振器。例如，如图1A所示，第一吸收型偏振器185可以毗邻第一基材170的发射光的主表面175定位。第二吸收型偏振器150可以毗邻第二基材155定位，例如，如图1A所示的位于第二基材155与LGP 110之间。或者，如图1B-C所示，反射型偏振器150’可以毗邻第二基材155定位，例如，位于第二基材155与LGP 110之间。在另外的实施方式中，如图1D所示，反射型偏振器150’可以位于第二基材155与光调制层160之间。在某些实施方式中，第一吸收型偏振器185可以结合或以其他方式附接于第一基材170，并且第二吸收型偏振器150或反射型偏振器150’可以结合或以其他方式附接于第二基材155。
反射型偏振器可将以不期望的偏振取向的光向着背光组件反射回，以通过LGP循环。示例性的反射型偏振器例如包括线栅式偏振器和棱镜膜，例如商购自3M公司的双重增亮膜(DBEF)。吸收型偏振器可以吸收以不期望的偏振取向的光，并且可以透射剩余的光。购自日本电工株式会社(Nitto Denko)的Nitto偏振膜(NPF)是吸收型偏振器的一个非限制性实例。
参考图3，显示组件100B可以包括滤色层198。例如，滤色层198可以定位在光调制层160与第一基材170之间(如图所示)。滤色层198也可以定位在第二基材155与光调制层160之间(未例示)。根据各个实施方式，滤色层198或其部分可以沉积、结合或以其他方式附接于第一基材170或第二基材155或者第一基材170和第二基材155。
在某些实施方式中，滤色层198可以包括滤色器阵列，其设置在与孔165b对应的区域中，例如在各部件165a之间，它们或者在第一基材170上，或者在第二基材155上，或者在第一基材170和第二基材155上。由此，透射通过孔165b的光可以得到过滤以产生所需的光输出。例如，在光源(未例示)发射白光W的情况中，红光滤色器部件198r可吸收绿光和蓝光并仅透射红光R，而绿光滤色器部件198g可吸收红光和蓝光且仅透射绿光G，并且蓝光滤色器部件198b可吸收红光和绿光并仅透射蓝光B。滤色层198还可与发射蓝光的光源一起使用。例如，在装置中可包括颜色转换层195(参见图1C)以将蓝光转换成不同波长，然后可通过滤色层198过滤。
在替代性实施方式中(未例示)，滤色层198可用颜色转换层替代，例如部分的颜色转换层可以位于与孔165b对应的区域中。可以使用颜色转换层，例如，在发射蓝光的光源的情况中使用。在某些实施方式中，颜色转换层可以包括红色和绿色量子点(QD)。透射通过孔的光因而可转换成所需波长(例如红光或绿光)或者光可以未经转换的形式通过，例如在不存在QD的区域中。
参考图1A-D，在一些实施方式中，集成装置100可包括另外的部件，例如一个或多个粘合剂层145，其可以用于结合或以其他方式附接背光组件100A和/或显示组件100B中的各种部件。如果存在粘合剂层145，则其可包括本领域已知的任何粘合剂，例如光学透明的粘合剂(OCA)，如3M公司销售的那些，以及离聚物聚合物，例如杜邦公司(DuPont)销售的那些。粘合剂层的示例性厚度例如可包括以下范围的厚度：5μm至约500μm、约10μm至约400μm、约25μm至约300μm、约50μm至约250μm或约100μm至约200μm，包括其间的所有范围和子范围。
集成装置100还可以包括反射器190，其毗邻LGP 110的第二主表面125定位。反射器190可以起到将光循环回背光组件100A的作用。示例性材料包括金属基材或箔，以及涂覆有金属膜或反射性油墨的非金属基材。
如本文中所使用的，术语“毗邻……定位”及其变化形式旨在表示部件或层位于所列部件的特定表面上或附近，但是不一定与该表面直接物理接触。例如，反射器190在图1A-D中显示为毗邻LGP 110的第二主表面125定位，并且在这两个部件之间存在气隙。第一吸收型偏振器185在图1A-D中以与第一基材170直接物理接触示出，但是也可以“毗邻”第一基材170定位，例如在这两个部件之间存在其他层或膜(例如粘合剂层)。由此，“毗邻”部件B的表面定位的部件A可以与部件B直接物理接触或者可以不与部件B直接物理接触。在一些实施方式中，毗邻表面定位的部件可以与该表面直接物理接触。在另外的实施方式中，彼此毗邻定位的两个部件之间可以存在膜、层或气隙。
类似地，定位在部件B与部件C“之间”的部件A可以位于部件B与部件C之间，但是不一定与这些部件直接物理接触。例如，第二吸收型偏振器150在图1A中显示为位于背光组件100A与显示组件100B之间，并且通过粘合剂层145附接于LGP 110的第一主表面115，例如，不与第一主表面115直接物理接触。然而，在某些实施方式中，定位在第二部件B与C之间的第一部件A可以与第二部件B和/或C中的至少一者直接物理接触。
参考图1C，集成装置100还可包括颜色转换层195，例如其定位在LGP 100与反射型偏振器150’之间。当然，颜色转换层195可以定位在集成装置100内的其他位置中。另外，颜色转换层195可以与图1A-D的任意一种构造组合使用而不加以限制。在某些实施方式中，颜色转换层195可以包括包封在两个保护性层之间的QD，举例来说，所述保护性层例如玻璃层或塑料膜。将颜色转换层195并入到与发蓝光的光源光学耦合的集成装置中是可以有用处的。例如，颜色转换层195可以用于将一部分蓝光转换成所需波长，例如红光或绿光等。
取决于发射光的所需波长，QD可具有不同的形状和/或尺寸。例如，发射光的频率可随着量子点的尺寸减小而增加，例如，发射光的颜色可随着量子点的尺寸减小而从红色移至蓝色。当用蓝光、UV或近UV光照射时，量子点可将光转换成更长的红光、黄光、绿光或蓝光波长。根据各个实施方式，当用蓝光、UV或近UV光照射时，QD可发射红光和绿光波长。当然，也可将其他颜色转换元件，例如磷光体或发光体并入到集成装置的颜色转换层中，以适于所需应用。
再次参考图1A-D，LGP 110、第一基材170和第二基材155可以具有适于产生所需的光分布的任何所需尺寸和/或形状。在某些实施方式中，LGP和/或基材的各主表面可以是平面的或基本是平面的，并且/或者是平行的。在各个实施方式中，至少一个主表面沿着至少一个轴还可以具有曲率半径。LGP 110、第一基材170和/或第二基材155可以包括四个边缘，或者可以包含超过四个边缘，例如多个侧边的多边形。在其他实施方式中，LGP和/或基材可以包含小于四个边缘，例如三角形。作为非限制性实例，LGP 110、第一基材170和/或第二基材155可以包括具有四个边缘的矩形、正方形或长菱形片，但是其他形状和构造也旨在落在本公开的范围内，包括具有一个或多个曲线部分或边缘的那些。
在某些实施方式中，LGP 110的厚度可以小于或等于约3mm，例如，约0.1mm至约2.5mm、约0.3mm至约2mm、约0.5mm至约1.5mm或约0.7mm至约1mm，包括其间的所有范围和子范围。根据非限制性实施方式，LGP 100可以具有至少一个其他尺寸，例如长度或宽度，其在约10mm至约1m范围内，例如约50mm至约500mm、约100mm至约400mm、或约200mm至约300mm，包括其间的所有范围和子范围。在各个实施方式中，LGP 100的长度可以小于100mm。
在各个实施方式中，第一基材170和第二基材155可以具有不同厚度。第一基材170可以比第二基材155更厚。例如，第一基材170的厚度可以小于或等于0.3mm，例如约0.1mm至约2.5、约0.3mm至约2mm、约0.5mm至约1.5mm或约0.7mm至约1mm，包括其间的所有范围和子范围。第二基材155的厚度可以小于或等于1.5mm，例如约0.02mm至约1.5mm、约0.05mm至约1mm、约0.1mm至约0.7mm或约0.3mm至约0.5mm，包括其间的所有范围和子范围。
LGP 110、第一基材170和第二基材155可包含用于显示装置和其他类似装置的本领域已知的任何材料。例如，LGP和/或第一或第二基材可包含塑料，举例而言，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯(MS)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)、微结构化材料、聚合物或玻璃。在一些实施方式中，LGP 110可以包括玻璃。在其他实施方式中，第一基材170和/或第二基材155可以包括玻璃。在另外的实施方式中，LGP 110、第一基材170和第二基材155均可以包括玻璃。
示例性的玻璃可包括但不限于硅铝酸盐玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和其他合适的玻璃。适于用作玻璃导光件的商购玻璃的非限制性实例包括，例如，康宁股份有限公司(Corning Incorporated)的LotusTM、IrisTM和玻璃。在非限制性实施方式中，LGP 110可以包括同时包含玻璃和塑料部件的复合LGP，因此，参照仅为玻璃的LGP而在本文中所述的任何具体的实施方式不应限制本文所附权利要求的范围。
一些非限制性玻璃组合物可包含：约50摩尔％至约90摩尔％SiO2、0摩尔％至约20摩尔％Al2O3、0摩尔％至约20摩尔％B2O3、0摩尔％至约20摩尔％P2O5和0摩尔％至约25摩尔％RxO，其中R是以下中的任何一种或多种：Li、Na、K、Rb、Cs且x为2，或者Zn、Mg、Ca、Sr或Ba且x为1。在一些实施方式中，RxO–Al2O3>0；0<RxO–Al2O3<15；x＝2且R2O–Al2O3<15；R2O–Al2O3<2；x＝2且R2O–Al2O3–MgO>-15；0<(RxO–Al2O3)<25,-11<(R2O–Al2O3)<11和-15<(R2O–Al2O3–MgO)<11；和/或-1<(R2O–Al2O3)<2且-6<(R2O–Al2O3–MgO)<1。在一些实施方式中，玻璃包含各自小于1ppm的Co、Ni和Cr。在一些实施方式中，Fe的浓度<约50ppm、<约20ppm或<约10ppm。在其他实施方式中，Fe+30Cr+35Ni<约60ppm，Fe+30Cr+35Ni<约40ppm，Fe+30Cr+35Ni<约20ppm，或者Fe+30Cr+35Ni<约10ppm。在其他实施方式中，所述玻璃包含：60摩尔％至约80摩尔％SiO2、约0.1摩尔％至约15摩尔％Al2O3、0摩尔％至约12摩尔％B2O3和约0.1摩尔％至约15摩尔％R2O以及约0.1摩尔％至约15摩尔％RO，其中R是以下中的任意一种或多种：Li、Na、K、Rb、Cs且x为2，或者Zn、Mg、Ca、Sr或Ba且x是1。
在其他实施方式中，所述玻璃组合物可包含：约65.79摩尔％至约78.17摩尔％SiO2、约2.94摩尔％至约12.12摩尔％Al2O3、约0摩尔％至约11.16摩尔％B2O3、约0摩尔％至约2.06摩尔％Li2O、约3.52摩尔％至约13.25摩尔％Na2O、约0摩尔％至约4.83摩尔％K2O、约0摩尔％至约3.01摩尔％ZnO、约0摩尔％至约8.72摩尔％MgO、约0摩尔％至约4.24摩尔％CaO、约0摩尔％至约6.17摩尔％SrO、约0摩尔％至约4.3摩尔％BaO以及约0.07摩尔％至约0.11摩尔％SnO2。
在另外的实施方式中，玻璃可包含RxO/Al2O3比值在0.95至3.23之间的玻璃，其中R是Li、Na、K、Rb、Cs中的任何一种或多种且x为2。在另外的实施方式中，玻璃可包含的RxO/Al2O3比值在1.18至5.68之间，其中R是以下中的任意一种或多种：Li、Na、K、Rb、Cs且x为2，或者Zn、Mg、Ca、Sr或Ba且x为1。在另外的实施方式中，玻璃可包含在-4.25至4.0之间的RxO–Al2O3–MgO，其中R是Li、Na、K、Rb、Cs中的任何一种或多种且x为2。在另外的实施方式中，玻璃可以包含：约66摩尔％至约78摩尔％SiO2、约4摩尔％至约11摩尔％Al2O3、约4摩尔％至约11摩尔％B2O3、约0摩尔％至约2摩尔％Li2O、约4摩尔％至约12摩尔％Na2O、约0摩尔％至约2摩尔％K2O、约0摩尔％至约2摩尔％ZnO、约0摩尔％至约5摩尔％MgO、约0摩尔％至约2摩尔％CaO、约0摩尔％至约5摩尔％SrO、约0摩尔％至约2摩尔％BaO以及约0摩尔％至约2摩尔％SnO2。
在另外的实施方式中，所述玻璃可包括包含以下物质的玻璃材料：约72摩尔％至约80摩尔％SiO2、约3摩尔％至约7摩尔％Al2O3、约0摩尔％至约2摩尔％B2O3、约0摩尔％至约2摩尔％Li2O、约6摩尔％至约15摩尔％Na2O、约0摩尔％至约2摩尔％K2O、约0摩尔％至约2摩尔％ZnO、约2摩尔％至约10摩尔％MgO、约0摩尔％至约2摩尔％CaO、约0摩尔％至约2摩尔％SrO、约0摩尔％至约2摩尔％BaO以及约0摩尔％至约2摩尔％SnO2。在某些实施方式中，玻璃可包含：约60摩尔％至约80摩尔％SiO2、约0摩尔％至约15摩尔％Al2O3、约0摩尔％至约15摩尔％B2O3以及约2摩尔％至约50摩尔％RxO，其中R是以下中的任意一种或多种：Li、Na、K、Rb、Cs且x为2，或者Zn、Mg、Ca、Sr或Ba且x为1，并且其中Fe+30Cr+35Ni<约60ppm。
在一些实施方式中，玻璃可包含色偏Δy，其小于0.05，例如约-0.005至约0.05、或约0.005至约0.015(例如约-0.005、-0.004、-0.003、-0.002、-0.001、0、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.02、0.03、0.04或0.05)。在其他实施方式中，玻璃可包含小于0.008的色偏。根据某些实施方式，玻璃可具有光衰减α1(例如由于吸收和/或散射损失所致)，对于约420-750nm范围内的波长，其小于约4dB/m，例如小于约3dB/m、小于约2dB/m、小于约1dB/m、小于约0.5dB/m、小于约0.2dB/m，或者甚至更小，例如在约0.2dB/m至约4dB/m的范围内。
衰减可通过测量输入源通过长度为L的透明基材的光透射率TL(□)，并通过源光谱T0(□)对该透射率进行归一化来测量。在以dB/m为单位时，衰减通过□(□)＝-10/L*log10(TL(□)/TL(□))给出，其中L是长度，单位为米，并且TL(□)和TL(□)以辐射度单位来测量。
在一些实施方式中，玻璃可以是化学强化的，例如通过离子交换强化。在离子交换过程期间，处于或接近玻璃片表面的玻璃片中的离子可以与更大的金属离子(例如来自盐浴的金属离子)交换。更大的离子结合入玻璃中可通过在近表面区域中产生压缩应力来强化玻璃片。可在玻璃片的中心区域内诱导相应的拉伸应力，以平衡该压缩应力。
离子交换可以例如通过将玻璃浸没在熔融盐浴中预定的时间来进行。示例性的盐浴包括但不限于KNO3、LiNO3、NaNO3、RbNO3及其组合。熔融盐浴的温度和处理时间可以变化。本领域的技术人员能够根据所需应用确定时间和温度。作为非限制性实例，熔融盐浴的温度可以在约400℃至约800℃的范围内，例如约400℃至约500℃，并且预定的时间可以在约4小时至约24小时的范围内，例如约4小时至约10小时，但是也构想了其他温度和时间组合。作为非限制性实例，可将玻璃在例如约450℃下浸没于KNO3浴中约6小时来获得赋予表面压缩应力的富钾层。
在某些实施方式中，集成装置100的各个部件，例如LGP 110、第一基材179、第二基材155和/或粘合剂层145(如果存在)可以是透明或基本透明的。如在本文中所使用的，术语“透明的”旨在表示部件对于500mm或更小的透射长度，其光学透射率在光谱的可见区内(～420-750nm)大于约80％。例如，示例性的透明材料在可见区内的透射率可以大于约85％，例如大于约90％或者大于约95％的透射率，包括其间的所有范围和子范围。
在一些实施方式中，示例性的透明材料可包含各自小于1ppm的Co、Ni和Cr。在一些实施方式中，Fe的浓度<约50ppm、<约20ppm或<约10ppm。在其他实施方式中，Fe+30Cr+35Ni<约60ppm，Fe+30Cr+35Ni<约40ppm，Fe+30Cr+35Ni<约20ppm，或者Fe+30Cr+35Ni<约10ppm。根据另外的实施方式，示例性的透明材料可包含<0.015的色偏Δy，或者在一些实施方式中，包含<0.008的色偏。
色偏可以利用针对颜色测量的CIE 1931标准，通过沿着被标准白光LED[例如日亚化学工业株式会社(Nichia)的NFSW157D-E]照亮的LGP的长度L测量提取的光的x和y色度坐标的变化来表征。选定LED的标称色点为y＝0.28且x＝0.29。对于玻璃LGP，色偏Δy可表述为Δy＝y(L2)-y(L1)，其中L2和L1是沿着远离光源发射的面板或基材方向的Z位置，并且其中L2-L1＝0.5米。示例性的玻璃LGP具有Δy<0.05、Δy<0.01、Δy<0.005、Δy<0.003或Δy<0.001。
本文公开的集成装置相比于现有技术的装置可提供各种优势性质。例如，显示组件和背光组件可得到完全集成，例如结合在一起。在某些实施方式中，显示组件和背光组件可以通过至少一个居间层连续结合在一起。如本文中所使用的，术语“连续结合”旨在表示在使用或不使用居间层的情况下，背光组件的第一主表面结合到显示组件的第二主表面，例如基本上全部的第一主表面结合到基本上全部的第二主表面。这种构造可以改进集成装置的机械强度，特别是相比于仅在其边缘处结合的装置时。
参考图1A-B，第二基材155可以连续结合到吸收型偏振器150或反射型偏振器150’，它们可以通过粘合剂层145连续结合至图案化的光学部件135。在图1C中，第二基材155可以连续结合至反射型偏振器150’，其可以连续结合至颜色转换层195，而颜色转换层195可以连续结合至图案化的光学部件135，并且在这些部件之间具有任选的粘合剂层(未示出)。参考图1D，第二基材155可以通过粘合剂层145连续结合至图案化的光学部件135。在各个实施方式中，在集成装置中的所有部件的面向前的表面可以连续结合至相邻部件的面向后的表面。
本文公开的集成装置还可以比现有技术的装置更薄和/或更轻，例如，这是因为在装置中的各部件之间不存在一个或多个光学膜和/或气隙的原因。移除这些部件中的一个或多个可以有利地降低装置的总成本和/或复杂性。在一些实施方式中，集成装置、背光组件和/或显示组件可以不包括准直膜。在其他实施方式中，集成装置、背光组件和/或显示组件可以不包括扩散膜。在另外的实施方式中，集成装置、背光组件和/或显示组件可以不包括准直膜或扩散膜中的任意一种。在另外的实施方式中，集成装置可以不包括气隙。在另外的实施方式中，集成装置、背光组件和/或显示组件可以不包括准直膜、扩散膜或气隙中的任意一种。
参考图1A-D，背光组件100A和显示组件100B可以结合在一起而在这两个部件之间无需存在扩散膜和/或准直膜。在另外的实施方式中，在背光组件100A与显示组件100B之间可以不存在气隙。应注意，周围结合方法，例如沿着部件的边缘结合，其不会得到如本文所述的无气隙的集成装置。
应理解，各个公开的实施方式可以涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、要素或步骤。还应理解，虽然以涉及一个特定实施方式的形式进行描述，但是特定特征、要素或步骤可以与各个未例示的组合或排列方式中的替代性实施方式互换或组合。
还应理解的是，本文所用术语“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，而不应局限为“仅一个(一种)”，除非有明确相反的说明。因此，例如，提到的“一个光源”包括具有两个或更多个这种光源的实例，除非文本中有另外的明确表示。同样地，“多个(多种)”或“阵列”旨在表示“不止一个(一种)”。因此，“多个光提取特征”包括两个或更多个这种特征，例如三个或更多个这种特征等，并且“光提取特征阵列”包括两个或更多个这种特征，例如三个或更多个这种特征等。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，实例包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成了另一个方面。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点都是重要的，并且独立于另一个端点。
本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所述的特征等于或近似等于一数值或描述。例如，“基本上平面的”表面旨在表示平面的或大致平面的表面。此外，如上文所定义，“基本上相似”旨在表示两个值相等或近似相等。在一些实施方式中，“基本上相似”可以表示彼此相差在约10％以内的值，例如彼此相差在约5％以内，或彼此相差在约2％以内的值。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，如果方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序，或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，则都不旨在暗示该任意特定顺序。
虽然使用过渡语“包含”可以公开特定实施方式的各个特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”或“基本上由……构成”描述在内的替代性实施方式。因此，例如，包括A+B+C的组件的暗示替代实施方式包括其中组件由A+B+C组成的实施方式以及其中组件基本上由A+B+C组成的实施方式。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以对本公开进行各种修改和变动而不偏离本公开的范围和精神。因为本领域的技术人员可以想到融合了本公开的精神和实质的所公开的实施方式的各种改进的组合、子项组合和变化，因此，应认为本公开包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (20)

1.一种集成装置，其包括：
(a)背光组件，其包括：
导光板，所述导光板包括发射光的第一主表面和相对的第二主表面；和
图案化的光学部件，其光学耦合到导光板的第一主表面，
其中，所述图案化的光学部件包括至少一个光反射性区域和至少一个光透射性区域；以及
(b)显示组件，其包括：
第一基材、第二基材和设置在第一基材与第二基材之间的光调制层；和
至少一个光透射性孔，
其中，所述图案化的光学部件的所述至少一个光透射性区域与所述显示组件的所述至少一个光透射性孔至少部分对齐。
2.如权利要求1所述的集成装置，其还包括至少一个偏振器。
3.如权利要求2所述的集成装置，其中，所述至少一个偏振器是吸收型偏振器，其毗邻第一基材的发射光的主表面定位，位于第二基材与导光板之间，或者既毗邻第一基材的发射光的主表面定位又位于第二基材与导光板之间。
4.如权利要求2所述的集成装置，其中，所述至少一个偏振器是反射型偏振器，其位于第二基材与光调制层之间或者位于第二基材与导光板之间。
5.如权利要求1所述的集成装置，其中，所述光调制层包含液晶层。
6.如权利要求1所述的集成装置，其中，第一基材比第二基材更厚。
7.如权利要求1所述的集成装置，其中，图案化的光学部件结合至或沉积在导光板的第一主表面上。
8.如权利要求1所述的集成装置，其中，图案化的光学部件包括：包含交替的较高折射率和较低折射率的电介质层的堆叠体。
9.如权利要求8所述的集成装置，其中，所述图案化的光学部件还包括金属层。
10.如权利要求1所述的集成装置，其中，图案化的光学部件的光反射性区域具有大于约85％的光学反射率。
11.如权利要求1所述的集成装置，其中，导光板的第二主表面包含至少一个光提取特征、至少一种微结构，或者既包含至少一个光提取特征又包含至少一种微结构。
12.如权利要求1所述的集成装置，其中，所述至少一个光提取特征包括光扩散颗粒层或多个离散的棱镜元件。
13.如权利要求1所述的集成装置，其中，显示组件的第二基材结合至背光组件的图案化的光学部件。
14.如权利要求1所述的集成装置，其中，背光组件通过至少一个居间层结合至显示组件。
15.如权利要求14所述的集成装置，其中，所述至少一个居间层包括粘合剂层、偏振器、颜色转换层、或它们的组合。
16.如权利要求14所述的集成装置，其中，所述集成装置在显示组件与背光组件之间不包括准直膜或扩散膜。
17.如权利要求14所述的集成装置，其中，在显示组件与背光组件之间不存在气隙。
18.如权利要求1所述的集成装置，其还包括至少一个光源，所述光源光学耦合到导光板的光入射边缘表面或导光板的第二主表面。
19.如权利要求18所述的集成装置，其中，所述至少一个光源发射白光或蓝光。
20.如权利要求1所述的集成装置，其中，所述装置是显示装置、照明装置或电子装置。
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