CN110716343B - 用于具有直接照明式背光单元的显示器的颜色均匀化膜 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于具有直接照明式背光单元的显示器的颜色均匀化膜。显示器可具有像素阵列，诸如液晶像素阵列。所述像素阵列可用来自背光单元的背光照明进行照明。所述背光单元可包括发光二极管阵列和光反射器，所述光反射器有助于通过所述像素阵列反射来自所述发光二极管的光。颜色转换层可用于将来自所述发光二极管的光从蓝光转换为白光。在所述颜色转换层上方形成的微透镜阵列层可以散布来自所述颜色转换层的所述光以使所述光均匀化。为了确保从所述背光源以均匀的颜色发射光，所述微透镜阵列层可以具有不同的透射率部分。所述微透镜阵列层的中心部分可以比所述微透镜阵列层的边缘部分透射更多的光并且反射更少的光。

Description

用于具有直接照明式背光单元的显示器的颜色均匀化膜
本案要求于2019年5月24日提交的美国专利申请No.16/422,730和于2018年7月12日提交的美国临时专利申请No.62/697,279的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开整体涉及显示器，并且更具体地涉及背光显示器。
电子设备通常包括显示器。例如，计算机和蜂窝电话有时具有背光液晶显示器。侧光式背光单元具有将光发射到导光板的边缘表面的发光二极管。然后导光板将所发射的光横向分布在显示器上以用作背光照明。直接照明式背光单元具有发射竖直穿过显示器的光的发光二极管阵列。
直接照明式背光可具有允许动态范围被增强的局部可调光发光二极管。然而，如果不小心，直接照明式背光可能产生不均匀的背光照明。
发明内容
显示器可以具有像素阵列，诸如液晶像素阵列。可以利用来自背光单元的背光照明来照明像素阵列。背光单元可包括发光二极管阵列和光反射器，光反射器有助于通过像素阵列反射来自发光二极管的光。每个发光二极管可以放置在相应的单元中。在每个单元中，光反射器可以具有横截面轮廓，其包括抛物线或椭圆形部分。
显示器中的光扩散器可用于使来自发光二极管阵列的光均匀化。颜色转换层可用于将来自发光二极管的光从蓝光转换为白光。在颜色转换层上方形成的微透镜阵列层可以散布来自颜色转换层的光，以进一步使光均匀化。
为了确保光从背光源以均匀的颜色发射，微透镜阵列层可以具有不同的透射率部分。微透镜阵列层的中心部分可以透射更多的光并且反射比微透镜阵列层的边缘部分更少的光。不同透射率部分之间的透射率可能逐渐变化。微透镜阵列层的中心部分可以具有微凹透镜，而微透镜阵列层的边缘部分可以具有微凸透镜。
附图说明
图1是根据一个实施方案的具有显示器的例示性电子设备的图示。
图2为根据实施方案的示例性显示器的横截面侧视图。
图3是根据实施方案的用于直接照明式背光单元的示例性发光二极管阵列的俯视图。
图4是根据实施方案的腔反射器中的例示性发光二极管的横截面侧视图，示出了如何以各种角度从发光二极管发射光。
图5是示出根据实施方案的来自发光二极管单元的颜色变化的曲线图，-Δv'(负Δv')量化了在发光二极管单元的宽度上的光的蓝色。
图6是示出根据实施方案的量化来自显示器的光的蓝色的-Δv'(负Δv')如何可以在显示器的宽度上变化的曲线图。
图7是根据实施方案的在显示器的边缘中发射更多蓝光的例示性显示器的俯视图。
图8是根据实施方案的示例性微透镜阵列的顶视图，其中边缘部分具有比中心部分低的透射率。
图9是示出根据实施方案的微透镜阵列的透射率如何遵循弯曲分布以提供均匀颜色的输出光的曲线图。
图10是根据实施方案的示例性微透镜阵列层的横截面侧视图，微透镜阵列层具有带有微凹透镜的上表面。
图11是根据实施方案的具有带有微凸透镜的上表面的示例性微透镜阵列层的横截面侧视图。
图12是根据实施方案的具有带有微凹透镜的下表面的示例性微透镜阵列层的横截面侧视图。
图13是根据实施方案的具有带有微凸透镜的下表面的例示性微透镜阵列层的横截面侧视图。
图14是根据实施方案的具有在边缘部分中带有微凸透镜和在中心部分中带有微凹透镜的上表面的示例性微透镜阵列层的横截面侧视图。
图15是示出根据实施方案的光重定向结构的相对密度如何遵循弯曲分布的曲线图。
图16是根据实施方案的具有涂层的示例性微透镜阵列层的横截面侧视图。
图17是示出根据实施方案的微透镜阵列层上的涂层的反射率分布的曲线图。
图18是根据实施方案的具有带穿孔的涂层的示例性微透镜阵列层的横截面侧视图。
具体实施方式
电子设备可提供有背光显示器。背光显示器可包括由来自直接照明式背光单元的光背光照明的液晶像素阵列或其他显示器结构。图1示出了可提供有具有直接照明式背光单元的显示器的类型的示例性电子设备的透视图。图1的电子设备10可为计算设备诸如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备)、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他设备，或其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子设备被安装在信息亭或汽车中的系统)、实现这些设备的功能中的两种或更多种功能的设备、或其他电子设备。
如图1所示，设备10可具有显示器诸如显示器14。显示器14可安装在外壳12中。有时可被称为壳体或箱体的外壳12可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料中的任意两种或更多种的组合形成。外壳12可以利用一体式构型形成，在所述一体式构型中，外壳12的一部分或全部被加工或模制成单个结构，或者外壳68可以利用多个结构(例如，内部框架结构、形成外部外壳表面的一个或多个结构等)形成。
外壳12可具有支架诸如任选的支架18，可具有多个部件(例如，相对于彼此移动的外壳部分以形成膝上型计算机或具有可移动部件的其他设备)，可具有蜂窝电话或平板电脑的形状(例如在其中支架18被省略的布置中)和/或可具有其他合适的构型。图1所示的外壳12的布置是示例性的。
显示器14可为并入导电电容性触摸传感器电极层或其他触摸传感器部件(例如，电阻性触摸传感器部件、声学触摸传感器部件、基于力的触摸传感器部件、基于光的触摸传感器部件等)的触摸屏显示器或者可为非触敏的显示器。电容触摸屏电极可由氧化铟锡焊盘或者其他透明导电结构的阵列形成。
显示器14可包括由液晶显示器(LCD)部件形成的像素16的阵列或者可具有基于其他显示技术的像素阵列。图2中示出了显示器14的横截面侧视图。
如图2所示，显示器14可包括像素阵列诸如像素阵列24。像素阵列24可包括诸如图1的像素16(例如具有像素16的行和列的像素阵列)的像素阵列。像素阵列24可由液晶显示器模块(有时称为液晶显示器或液晶层)或其他合适的像素阵列结构形成。用于形成像素阵列24的液晶显示器例如可包括上部和下部偏振器，滤色器层和插置在上部偏振器和下部偏振器之间的薄膜晶体管层，以及插置在滤色器层和薄膜晶体管层之间的液晶材料层。如果需要，其他类型的液晶显示器结构可用于形成像素阵列24。
在14的操作期间，图像可被显示在像素阵列24上。背光单元42(其有时可称为背光、背光层、背光结构、背光模块、背光源系统等)可用于产生穿过像素阵列24的背光照明44。这照亮像素阵列24上的任何图像以用于由观看者诸如在方向22上观看显示器14的观看者20来观看。
背光单元42可具有光学膜26、光扩散器诸如光扩散器(光扩散层)34和发光二极管阵列36。发光二极管阵列36可以包含光源的二维阵列，光源诸如产生背光照明44的发光二极管38。例如，发光二极管38可以按行和列布置，并且可以位于图2的X-Y平面中。
光发射二极管38可由设备10中的控制电路一致控制或者可单独控制(例如以实现有助于改善在像素阵列24上显示的图像的动态范围的局部调光方案)。由每个发光二极管38产生的光在穿过像素阵列24之前可沿维度Z向上传播通过光扩散器34和光学膜26。光扩散器34可包含扩散来自发光二极管阵列36的光并且因此有助于提供均匀背光照明44的光散射结构。光学膜26可以包括诸如二向色滤光器32、荧光体层30、微透镜阵列层50和膜28的膜。膜28可包括有助于准直光44并且从而增强显示器14对使用者20的亮度的亮度增强膜和/或其他光学膜(例如补偿膜等)。
发光二极管38可以发射任何合适颜色的光。借助一个示例性构型，发光二极管38发出蓝光。二向色滤色器层32可被配置为使得蓝光从发光二极管38通过同时反射其他颜色的光。来自发光二极管38的蓝光可通过光致发光材料诸如荧光体层30(例如白色荧光体材料层或将蓝光转换为白光的其他光致发光材料)转化成白光。如果需要，可使用其他光致发光材料将蓝光转换为不同颜色的光(例如红光、绿光、白光等等)。例如，一个层30(其有时可被称为光致发光层或颜色转换层)可包括将蓝光转换成红光和绿光(例如，以产生包括红色、绿色和蓝色成分等的白色背光照明)的量子点。也可以使用其中发光二极管38发射白光的构型(例如，如果需要，以使得可以省略层30)。
在其中层30发射白光诸如由层30中的磷光材料产生的白光的构型中，在向下(-Z)方向上从层30发出的白光可通过像素阵列24借助二向色滤色器层32反射回来作为背光照明(即，层32可有助于远离阵列36向外反射背光)。在其中层30例如包括红色和绿色量子点的构型中，二向色滤光器32可被配置为分别从红色和绿色量子点反射红光和绿光以有助于远离阵列36向外反射背光。通过将背光42(例如，层30的材料)的光致发光材料放置在扩散层34上方，发光二极管38可被配置为朝向阵列36的发光二极管单元(片)的边缘比在这些单元的中心处发出更多的光，从而有助于增强背光照明均匀度。
在穿过荧光体层30之后，光44穿过微透镜阵列层50。微透镜阵列层50可以包括使光44散布和均匀化的特征结构(例如，凸透镜或凹透镜)。微透镜阵列层还可回收光44中的一些。例如，第一部分光透过微透镜阵列层50传输到光学膜28，而第二部分光朝向荧光体层30被反射回来。
图3为背光42的示例性发光二极管阵列的顶视图。如图3所示，发光二极管阵列36可包含发光二极管38的行和列。每个发光二极管38可以与相应的单元(片区域)38C相关联。单元38C的边缘的长度D可为2毫米、18毫米、1-10毫米、1-4毫米、10-30毫米、大于5毫米、大于10毫米、大于15毫米，大于20毫米、小于25毫米，小于20毫米，小于15毫米、小于10毫米或其他合适的尺寸。如果需要，可使用六边形平铺阵列和以其他合适的阵列图案组织的具有发光二极管38的阵列。在具有矩形单元的阵列中，每个单元可具有相等长度的两侧(例如每个单元可具有正方形轮廓，在其中四个相等长度的单元边缘围绕相应的发光二极管)或每个单元可具有不同长度的侧面(例如非正方形矩形形状)。其中发光二极管阵列36具有正方形发光二极管区域诸如单元38的行和列的图3的构型仅仅是示例性的。
如果需要，每个单元38C可具有光源，其由发光二极管管芯阵列(例如，布置成阵列的多个单独的发光二极管38，诸如在每个单元38C的中心的2×2发光二极管簇)形成。例如，图3的最左侧和最下面单元38C中的光源38’已经由2×2发光二极管38阵列形成(例如，四个单独发光二极管管芯)。光源38’中的二极管38可安装在共同封装基板上，可安装在跨阵列36延伸的印刷电路板基板上，或者可使用其他合适的布置安装在阵列36中。一般来说，每个单元38C可包括光源38’，其具有单个发光二极管38、一对发光二极管38、2-10个发光二极管38、至少两个发光二极管38、至少4个发光二极管38、至少八个发光二极管38、少于五个发光二极管38或其他适合数量的发光二极管。其中每个单元38C具有单个发光二极管38的例示性构型在本文中有时可以作为示例来描述。然而，这仅为例示性的。每个单元38C可以具有光源38，其具有任何合适数量的一个或多个发光二极管38。
图4是示例性发光二极管电池的横截面侧视图。如图4所示，发光二极管阵列36中的每个发光二极管单元(片)38C可以具有诸如腔反射器68的反射器。反射器68可具有正方形轮廓(即，当从上方观看时的正方形占地面积)或可具有其他合适的形状并且可由以下项形成：片状金属(例如，冲压片材金属)、金属化聚合物膜、塑料载体上的薄膜金属、在聚合物膜或模制塑料载体上形成电介质反射镜(薄膜干涉反射镜)的电介质薄膜叠堆、白色反射膜(例如，由涂覆有光泽涂层诸如光泽聚合物涂层的聚合物载体上的白色油墨层或其它白色层形成的有光泽的白色聚合物片材、漫反射白色反射器，或镜面反射白色反射器)或其他所需的反射器结构。如果需要，反射器68可以由胆甾型液晶层形成，其中布拉格反射率由材料双折射(折射率差)和间距控制，并且可以是奇异或啁啾用于带宽控制，或者可以是使用在相邻层之间具有足够大的折射率差(例如，n>0.1)的层堆叠，诸如多个聚合物层的堆叠或其他材料的层的干涉滤光器。聚合物层的堆叠可以是例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的交替膜的叠层或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和PMMA的交替膜的叠层。发光二极管38可以焊接或以其他方式安装到印刷电路60中的金属迹线。反射器68的中心中的开口可以接纳发光二极管38。反射器68中的单元可以具有带有弯曲部分的横截面轮廓，以帮助将来自二极管38的光向上反射为背光照明44。利用一个示例性构型，可使用辊压印聚合物膜(例如，涂覆有电介质薄膜干涉反射镜表面或有光泽的白色反射表面的膜)(例如，可使用加热辊上的图案化结构来热成形膜)。在热成形操作来在每个单元38C中形成反射器68的弯曲壁之后，模切工具或其他切割设备可为发光二极管38中的每个切割开口。
如图4所示，诸如透明圆顶结构70的透明结构可以在发光二极管38上方形成，以帮助横向分布来自发光二极管38的光。圆顶结构70可由透光的有机硅或其它透明聚合物的小珠形成(作为实施例)。在操作期间，发光二极管38发射光，光通过圆顶结构70折射离开Z轴。来自发光二极管38的发射光线诸如光线80的特征在于相对于发光二极管38的表面法线n的角度A。平行于Z维度行进的光80平行于表面法线n(角度A＝0°)。平行于X-Y平面行进的光80垂直于Z维度和表面法线n(即，A＝90°)行进。以相对于表面法线n的其他角度取向行进的光80的特征在于角度A的中间值。
一些光线80以相对大的角度A取向并且在方向Z上从反射器68向上反射(参见例如从反射器68反射的光线82作为反射光线84)。其他光线80以较小的角度A取向。例如，光线90相对于表面法线n以较小的角度A取向。可以在光扩散器34和发光二极管38(和反射器68)之间插置角度相关的滤光器或至少部分反射的其他层诸如层96，以帮助在单元38C的中心反射垂直光线(A＝0°)或几乎垂直的光线(诸如光线86向下)中的至少一些，同时允许更多成角度的光线(在更靠近腔38C的边缘的位置处撞击滤光器96的光线)传递到扩散器34。例如，诸如光线90的光线可以被光线92向外和向下(在-Z方向上)反射，诸如光线92所示，然后在向上(+Z)方向上反射回来，诸如光线94所示。
层96可以由多个电介质层96'形成(例如，层96可以是由电介质叠层形成的薄膜干涉滤光器，电介质叠层具有由氧化硅、氮化硅和/或其他无机材料、有机材料层形成的交替的高和低折射率材料，并且/或者层96可以是由其他电介质材料形成的层和/或用于形成薄膜干涉滤光器的层)。在一个示例性构型中，在层96中有5层96'、3-6层96'、多于3层96'或少于10层96'(作为示例)。还可使用下述构型：其中层96由一层或多层反射材料(例如，单层本体材料或两层或更多层材料等)形成而不形成薄膜干涉滤光器，或者其中层96包括一个或多个本体涂层和由电介质层的叠堆形成的薄膜干涉滤光器。如果需要，部分反射层96可以由一层胆甾型液晶形成，其中布拉格反射率由材料双折射(折射率差)和间距控制，并且可以是奇异或啁啾用于带宽控制，或者可以是带通干涉滤光器，其使用在相邻层之间具有足够大的折射率差(例如，n>0.1)的层堆叠，诸如多层聚合物层或其他材料层的堆叠。聚合物层的堆叠可以是例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的交替膜的叠层或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和PMMA的交替膜的叠层。
为了帮助确保背光44是均匀的，可以为光扩散器34和/或背光42中的其他结构提供可选的光均匀化结构。例如，可以在层96的下表面上形成光阻挡和诸如结构88的反射结构的图案。结构88可以包括点、环、方形焊盘、反射和阻挡光的垫的伪随机图案，或者被图案化以在单元38C的中心比在单元38C的边缘处阻挡更多的发射光的其他结构。结构88可以由以下项形成：图案化的墨水、反射突起的图案、图案化的角度依赖的薄膜干涉滤光器层和/或有助于在单元38C的中心处反射和/或吸收轴上发射的光同时允许单元38C的边缘处的光向上朝向膜26通过的其他光反射和光散射结构。这有助于减少单元38C中间的热点并且平滑可能由于来自阵列36的光被光扩散器34扩散时可能出现的光强度变化。结构88可以在层96的下(内)表面上形成，可以在单独的基板(例如，也用于承载层96的基板和/或不同于基板支撑层96的基板)上形成或者可以在背光单元42内的其他合适位置处形成。
在操作期间，来自发光二极管38的在单元38C的中心直接向上发射的光(例如，图4的光86)中的至少一些将被可选结构88和/或层96向下反射。反射光将横向散布(例如，通过从腔反射器68反射)。其他光，诸如从发光二极管38侧向发射的光82，可以从腔反射器68反射而不从结构88或层96反射，并且将向上穿过扩散器34以用作背光44。在作为光94向上传播之前，光90将从层96和反射器68反射。
通过使每个单元38C的中心附近的光再循环，同时允许每个单元38C的边缘附近的光直接通过扩散器34，每个单元38C的边缘附近的光强度可以相对于每个单元38C的中心附近的光强度增加。这有助于确保背光44在光扩散器34和背光42的表面上是均匀的。如果需要，光散射颗粒72(例如，微珠、中空微球、气泡和/或其他光散射颗粒)可以嵌入聚合物或形成扩散层34的其他材料中，以帮助扩散发射的光。光散射颗粒72可具有不同于构成扩散器34的聚合物的折射率。例如，颗粒72的折射率可以大于聚合物的折射率，或者在形成层34中使用的其他材料可以低于扩散器34的折射率。除了在扩散器34中包括光散射颗粒72之外或代替包括光散射颗粒72，光散射特征(例如，凸起、脊和/或其他突起，凹槽、凹坑或其他凹陷)还可以在光扩散器34的上表面和/或下表面上形成。在一些构型中，除了扩散器34之外或代替扩散器34，还可以使用背光单元42中的光致发光层(例如，光致发光层30，其可以由荧光体和/或量子点形成)来扩散光。
在图4的示例性构型中，在每个单元38C中的发光二极管38上方提供单个结构88(例如，单个焊盘)。如果需要，可以在每个发光二极管上方形成焊盘簇(圆形焊盘、方形焊盘或其他形状的焊盘)。每个簇中的焊盘密度(例如，每单位面积的焊盘数量和/或每单位面积焊盘消耗的面积)可以根据位置而变化。例如，每个焊盘簇可以在该焊盘簇的中心附近具有比在该焊盘簇的边缘附近更多的焊盘和/或更大的焊盘。诸如具有渐变焊盘密度的焊盘簇(例如，集中在二极管38上方的焊盘)的渐变结构的使用可以帮助平滑地减少单元38C中的热点。如果需要，可以省略结构88(例如，在层96、透镜70和/或背光单元42中的其他结构被配置为使发射光均匀化而无需结构88的构型中)。
在图4的示例性构型中，在光扩散器34和发光二极管38之间提供诸如层96的部分反射层(例如，薄金属层、电介质薄膜层堆叠、一个或多个其他部分反射层等)。层96可以形成为扩散器34的下表面上的涂层，可以嵌入扩散器34中，并且/或者可以与扩散器34分离。从层96向下反射的光可以通过腔反射器68在向上方向上反射回来。因此，层96的存在有助于增强每个光线的数量或反射，并因此在此光穿过层34之前增强来自发光二极管阵列36的发射光的均匀化。如果需要，可以通过扩散器34上的扩散涂层和/或背光单元42中的其他层来提供附加的扩散(例如，扩散涂层可以由扩散器34的具有嵌入的光散射颗粒72的上表面上的聚合物层形成)。如果需要，可以对光散射颗粒72的密度进行分级。
如前所述，在穿过扩散层34之后，光44可以穿过荧光体层30和微透镜阵列层50。微透镜阵列层50可以循环光44中的一些。例如，第一部分光透过微透镜阵列层50传输到光学膜28，而第二部分光朝向荧光体层30被反射回来。每次通过荧光体层时，再循环的光趋向于变得更少蓝色和更黄色(例如，因为更多的蓝光转换成红光和绿光)。
来自单元38C的边缘的光倾向于从上薄膜堆叠(例如，光学薄膜28)再循环，多于从单元的中心发出的光。因此，来自单元的边缘的光可能比来自单元的中间的光的蓝色更少。图5是示出这种效应的曲线图。如图5中的曲线102所示，来自单元的中心的光比来自单元的边缘的光更蓝。
在显示器内(例如，显示器的中间)，来自给定单元的光与来自相邻单元的光混合，以产生均匀颜色的显示光(具有特定量的蓝光)。然而，在显示器的边缘处，可能存在黄光不足(因为在边缘处，来自相邻单元的黄光在边界处不存在)。这使得来自显示器边缘的光比来自显示器中间的光更蓝。图6的曲线图示出了这种效应。如曲线104所示，来自显示器边缘的光比来自显示器中间的光线更蓝。沿X轴的每个标记指示相应单元38C的边界。如图所示，从最接近显示器的边缘的两个单元出射的光比显示器中的其余单元更蓝。此示例仅是示例性的，并且取决于特定显示器设计，从任何期望数量的单元出射的光可以比显示器中的剩余单元更蓝。图中所示的曲线6仅为示例性的，并且如果需要，可具有不同的形状。图7是示例性显示器的顶视图，示出了从边缘区域14E射出的光可以如何比从显示器的中心部分14C射出的光更蓝。蓝色边缘区域14E可以围绕显示器的周边延伸。为了减轻来自显示器的发射光的颜色不均匀性，微透镜阵列层50可以设置有沿着显示器边缘的部分，该部分比中心部分再循环更多的光。
图8示出了具有传输不同光量的部分的示例性微透镜阵列层。微透镜阵列层50可以具有透射第一百分比的光(例如，具有第一透射率)的第一部分(例如，边缘部分50E)和透射不同于第一百分比的第二百分比(例如，具有第二透射率)的光的第二部分(例如，中心部分50C)。如前所述，由微透镜阵列层再循环的光可以变得更黄并且更少蓝色(由于更多的光被荧光体层30转换)。因此，从图7中所示的发射光中去除蓝色边缘，微透镜阵列层可以在边缘区域50E中再循环更多的光。换句话讲，边缘区域50E中的透射率可以低于中心区域50E中的透射率(因此，边缘区域50E中的反射率可以高于中心区域50C中的反射率)。通过透射更少的光并再循环更多的光，边缘区域50E可以将发射的光偏移到更黄的颜色，从而补偿图7中所示的蓝色边缘效应。
在一些实施方案中，在微透镜阵列层50的不同区域之间可以存在具有不同透射率和反射率百分比的限定边界(例如，阶梯函数定义跨透镜阵列层的透射率和反射率)。另选地，透射率和反射率百分比可以在微透镜阵列层的不同区域之间逐渐变化。在区域之间具有透射率梯度可以确保均匀地发射光(在透射区域之间没有明显的边界)。如果微透镜阵列具有均匀的透射率，则微透镜阵列的透射率分布可以反映在显示器上发射的光的-Δv'颜色分布。
图9是示出色差的曲线图，具体地-Δv'(负Δv')，作为显示器内位置的函数以及微透镜阵列层的透射率作为显示器内位置的函数。曲线104(有时称为颜色分布104)在微透镜阵列具有均匀透射百分比的实施方案中示出作为显示器内位置的函数的显示器上的色差(负增量v')(如图6所示)。在显示器的边缘处，从显示器发出的光比在显示器中间发出的光更蓝。沿X轴的每个标记指示相应单元38C的边界。如图所示，来自最靠近显示器边缘的两个单元的光比显示器中的其余单元更蓝。为了使来自显示器的光的颜色均匀化，微透镜阵列层的透射率可以变化。曲线106(有时称为透射率分布106)示出微透镜阵列层的透射率作为显示器内位置的函数。如图所示，曲线106是曲线104的镜像(例如，曲线104和106是对称的)。曲线106可以是曲线104的倒数或与之相反。在微透镜阵列层具有透射率分布106的实施方案中，分布104'示出了来自显示器的光作为显示器内位置的函数的-Δv'分布。通过使曲线106与曲线104的形状匹配，从微透镜阵列出射的光的颜色分布将是均匀的，如分布104'所示。例如，曲线104和106都可以是指数曲线(例如，指数函数，诸如指数增长曲线或指数衰减曲线)。微透镜阵列层可能不吸收任何光(意味着反射率＝1-透射率)。作为显示器内位置的函数的微透镜阵列层的反射率的分布可以具有与曲线104相同的形状。图9所示的分布的形状仅仅是例示性的，并且如果需要，分布可以具有其他形状。
微透镜阵列层有许多可能的布置，以为微透镜阵列层提供具有不同透射和反射百分比的部分。微透镜阵列层可以包括不同类型的微透镜结构(有时称为光重定向结构、光重定向特征或透镜)，如图10和图13所示。在图10的示例中，层50的上(面向外)表面112具有凹透镜阵列，诸如微凹透镜114N(有时称为负结构)，下表面116是平面的(例如，在下表面上没有形成微透镜)。在图11的示例中，上表面112具有微凸透镜114P(有时称为正结构)，下表面116为平面的。如图12所示，如果需要，层50可以具有平面的上表面112(例如，在上表面上没有形成微透镜)和具有微凹透镜114N阵列的下表面116。在图13所示的另一个实施方案中，微透镜阵列层50可以具有平面的上表面112和具有微凸透镜114P的阵列的下表面116。
图10-13中所示的特征的任何组合可以在单个微透镜阵列层中形成。例如，微透镜(凹面或凸面)可以在微透镜阵列层的上表面和下表面两者上形成。不同类型的微透镜也可以在单个微透镜阵列层中形成。例如，单个表面可以具有凸透镜和凹透镜，或者第一表面可以具有微凸透镜，第二表面可以具有微凹透镜。
微透镜114可具有的横向尺寸为约15-25微米、至少1微米、至少2微米、至少4微米、至少7微米、至少10微米、至少20微米、至少40微米、至少100微米、小于300微米、小于150微米、小于75微米、小于30微米、小于15微米、小于5微米或其他合适的横向(XY平面)尺寸，并且可具有的高度为约3-20微米、至少0.5微米、至少1微米、至少2微米、至少5微米、至少25微米、至少100微米、小于250微米、小于125微米、小于60微米、小于30微米或其他合适的高度。
非均匀图案可以用于微透镜114以减少莫尔效应并增强光均匀性。例如，透镜94的高度、直径和/或中心位置可以是随机的(例如，透镜114可具有通过改变透镜114的透镜曲率和透明孔径而产生的随机功率分布，同时配置透镜阵列94以显示所需的平均功率)。如果需要，微透镜114可以被配置为形成具有期望周期性(例如，期望间距)的透镜阵列，但是阵列中的每个透镜(例如，阵列的每行和/或列处的透镜)可以具有透镜中心位置相对于其在阵列内的标称位置的随机(非均匀)量偏移。随机透镜中心偏移的幅度(在阵列的一个或两个横向尺寸中)可以是阵列的标称透镜中心到透镜中心间距(节距)的1-30％，可以是标称间距的至少5％，可以是标称间距的至少10％，可以小于标称间距的90％，可以小于标称间距的20％等。利用这种类型的布置，阵列中每个透镜的透镜中心可以偏离阵列的周期节距一个量，该量不同于阵列中其相邻透镜的量。微透镜阵列层具有按行和列排列的透镜阵列，透镜中的每个具有透镜中心，透镜中心偏离阵列中的标称透镜中心位置一个偏移值，并且透镜的偏移值在不同的行和列中不同(例如，每个透镜的偏移值与相邻行和/或列中的透镜的偏移值不同)。使用有意偏移的透镜中心位置和/或透镜光焦度和/或其他非均匀属性透镜114可以帮助降低频率对比度(例如，来自发光二极管的周期性热点)。
微透镜阵列层50可包括其他所需的光重定向结构，诸如双凸透镜(例如，具有沿纵轴延伸的凹横截面或凸横截面的透镜)、沿纵轴延伸的棱镜(具有任何所需横截面形状)、金字塔结构(从微透镜阵列层的上表面突出或凹陷其中)等。
不同类型的微透镜结构可以透射和反射不同量的光。例如，图11中所示的凸透镜114P可以透射穿过微透镜阵列层的下表面到上表面的光的50％至60％(并因此反射40％至50％的光)。图10中的微凹透镜114N透射穿过微透镜阵列层的下表面到上表面的光的80％至90％(并因此反射10％至20％的光)。因此，这些不同类型的微透镜可用于形成透射不同光量的微透镜阵列层50的部分。
图14中示出了具有透射不同光量的不同部分的例示性微透镜阵列层的横截面侧视图。如图14中所示，微透镜阵列层的中心部分50C可以包括在上表面112上的微凹透镜114N。微透镜阵列层的边缘部分50E可以包括在上表面112上的微凸透镜114P。下表面116可为平面的。这种类型的布置导致微透镜阵列层的边缘部分50E透射比中心部分50C更少的光(因为微透镜114P比微透镜114N反射更多的光)，从而减轻了先前讨论的蓝色边缘效应。
在图14的实施方案中，微透镜阵列层50被描绘为从边缘部分50E中的完全微凸透镜过渡到中心部分50C中的完全微凹透镜。然而，导致透射率遵循两个微透镜阵列部分之间的阶跃函数的此示例仅仅是示例性的。如前所述，在其他实施方案中，在微透镜阵列的两个部分之间可能存在透射率的逐渐变化。为了形成光透射的这种逐渐变化，第一结构(例如，微凸透镜114P)相对于第二结构(例如，微凹透镜114N)的相对密度可以在微透镜阵列层的两个部分之间逐渐变化。另选地，结构的形状可以在具有第一透射百分比的第一结构和具有第二透射百分比的第二结构之间逐渐变化。
图15是微透镜阵列层中的光重定向结构(例如，微透镜)的相对密度作为微透镜阵列层内的位置的函数的曲线图。例如，结构A可以是如图11和14所示的微凸透镜114P，而结构B可以是如图10和14所示的微凹透镜114N。在微透镜阵列的边缘处，结构A与结构B的相对密度(例如，给定单位区域内的微透镜是微凸透镜的百分比)处于第一值P1。分布108示出了在分布遵循阶跃函数的实施方案中的相对密度的分布(如图14中所示)。边缘部分50E中的结构的第一值P1(例如，图14中的100％)是微凸透镜。在边缘部分50E和中心部分50C之间的边界处，相对密度可以下降到P2(例如，图14中的0％)。曲线110示出了另选的实施方案，其中相对密度从P1逐渐变化到P2。如果需要，曲线110可以具有与图6中的曲线104相同的形状。在此实施方案中，相对密度可以取决于到微透镜阵列层的边缘的距离(例如，与之成比例)。
改变在微透镜阵列层的不同部分中透射不同百分比的光的两种结构的密度仅仅是形成具有期望的透射率分布的微透镜阵列层的一种方式。在另一个实施方案中，随着微透镜从微透镜阵列层的边缘进一步移动，微透镜的几何形状可逐渐改变。例如，随着微透镜从微透镜阵列的边缘进一步移动，微透镜的高度(或横向尺寸)可逐渐变化(例如，高度可具有与图15中的分布110类似的形状的分布)。微透镜在微透镜阵列层的第一和第二透射部分之间的边界上的这种逐渐变化的形状可以确保来自背光的光的颜色均匀性。
在微透镜阵列层的拐角中透射率可以比在微透镜阵列层的边缘中更多地减小。在一个示例中，微透镜阵列层的拐角中的透射率分布可能不对称并且可能取决于显示器的纵横比。
无论是改变两个结构之间的相对密度还是逐渐改变结构的几何形状以控制透射率分布，都可以使用任何所需类型的光重定向结构。例如，可以使用图10-13中所示的任何微透镜(例如，微透镜阵列层的顶表面和/或底表面上的微凹透镜和/或微凸透镜)。其他所需的光重定向结构，诸如双凸透镜(例如，具有沿纵向轴线延伸的凹横截面或凸横截面的透镜)、沿纵向轴线延伸的棱镜(具有任何期望的横截面形状)、金字塔结构(从微透镜阵列层的上表面突出或凹陷其中)等可用于控制微透镜阵列层的透射率分布。
使用光重定向结构(例如，微透镜)来控制微透镜阵列层的透射率分布的示例仅是例示性的。如果需要，可以在微透镜阵列层的下表面上形成涂层，其有助于控制多少光通过微透镜阵列层。图16是具有涂层122的例示性微透镜阵列层的横截面侧视图。涂层122可以在微透镜阵列层50的下表面上形成。微透镜阵列层50可以由透明层形成，其中微透镜114N在上表面112上形成。在一些情况下，具有微透镜的涂层和透明层可以统称为微透镜阵列层。
在图16中，在整个微透镜阵列层上形成微凹透镜114N。因此，为了增加微透镜阵列层在微透镜阵列层边缘的反射，涂层122可以是反射涂层，其在微透镜阵列层的边缘部分50E中比在微透镜阵列层的中心部分50C中反射更多的光。图17示出了用于涂层122的示例性反射率分布124，其可用于实现期望的微透镜阵列层透射率分布。可以使用任何期望的材料或方法实现涂层122的期望反射率。涂层122可以由任何期望的反射材料形成。如果需要，涂层122可以替代地是具有扩散分布的扩散涂层。
图18示出了另一个实施方案，其中涂层122具有多个穿孔以控制透过微透镜阵列层的光量。如图所示，涂层122可具有穿孔126(有时称为开口126)，其穿过涂层的上表面至涂层的下表面。如图18所示，在微透镜阵列层的边缘区域中可能存在比在微透镜阵列层的中心区域中更少(例如，更低密度)的穿孔，以实现期望的透射率分布。涂层122可以是白色或反射涂层。每个穿孔可具有的至少一个尺寸为小于100微米(或小于10微米、小于1微米、小于0.1微米等)。因此，穿孔有时可称为微穿孔。
图16和18中的涂层122可以以任何期望的方式附接到微透镜阵列层50的下表面。在一个示例中，可以在涂层和微透镜阵列层的下表面之间插置一层粘合剂，以将涂层附着到微透镜阵列层。又如，涂层可以直接层压或沉积在微透镜阵列的下表面上。
另外，作为微透镜阵列层的一部分的涂层122的示例仅仅是例示性的。如果需要，涂层122可以形成为与微透镜阵列不同的单独膜，或者可以附接到显示器内的另一层。
这里描述的光的颜色的示例(例如，发射蓝光的发光二极管和将蓝光转换成白光的荧光体层)仅仅是例示性的。具有不同透射率部分的微透镜阵列层可以用在各种背光中(不管背光中使用的特定颜色如何)。在本文的示例中，微透镜阵列层50被描述为用于二维背光布置，其中发光二极管通过显示器垂直发光。然而，具有不同透射率部分的微透镜阵列层也可以用在侧光式背光单元中，其中发光二极管将光发射到导光板的边缘表面中。然后导光板将所发射的光横向分布在显示器上以用作背光照明。在此实施方案中，微透镜阵列层可在导光板上方形成。
根据实施方案，提供了一种显示器，其包括像素阵列和被配置为产生用于像素阵列的背光照明的背光源，背光源包括二维发光二极管单元阵列、在二维发光二极管单元阵列上方形成的颜色转换层和在颜色转换层上方形成的微透镜阵列层，二维发光二极管单元中的每个包括被配置为发射光的至少一个发光二极管，微透镜阵列层具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一透射率，第二部分具有不同于第一透射率的第二透射率。
根据另一个实施方案，发光二极管单元的二维阵列中的发光二极管发射蓝光，并且颜色转换层包括荧光体层，其将来自发光二极管的蓝光转换成白光。
根据另一个实施方案，背光源包括二向色滤光器，其插置在发光二极管单元的二维阵列和颜色转换层之间。
根据另一个实施方案，第二部分包括围绕微透镜阵列层的周边延伸的微透镜阵列层的边缘部分，并且第一透射率高于第二透射率。
根据另一个实施方案，第二部分围绕第一部分，并且第一透射率高于第二透射率。
根据另一个实施方案，微透镜阵列层的第一部分包括至少第一微透镜，第一微透镜具有第一形状，微透镜阵列层的第二部分包括至少第二微透镜，第二微透镜具有第二形状，第一形状和第二形状不同。
根据另一个实施方案，微透镜阵列层包括多个微透镜，其具有从第一形状到第二形状逐渐变化的形状。
根据另一个实施方案，微透镜阵列层的第一部分包括多个微凹透镜，微透镜阵列层的第二部分包括多个微凸透镜。
根据另一个实施方案，微透镜阵列层的第一部分包括多个第一光重定向结构，每个第一光重定向结构具有第一形状，微透镜阵列层的第二部分包括多个第二光重定向结构，每个第二光重定向结构具有与第一形状不同的第二形状。
根据另一个实施方案，微透镜阵列层的第一部分仅包括第一光重定向结构，微透镜阵列层的第二部分仅包括第二光重定向结构。
根据另一个实施方案，第一光重新定向结构相对于第二光重定向结构的相对密度在微透镜阵列层的第一部分和第二部分之间的边界处遵循弯曲分布。
根据另一个实施方案，微透镜阵列层包括具有多个微透镜的层和涂层，涂层在具有多个微透镜的层的下表面上。
根据另一个实施方案，涂层是反射涂层，其中在微透镜阵列层的第一部分和第二部分之间具有反射率梯度。
根据另一个实施方案，涂层包括多个穿孔，并且微透镜阵列层的第一部分中的穿孔密度高于第二部分。
根据实施方案，提供了一种显示器，其包括像素阵列和被配置为产生用于像素阵列的背光照明的背光源，背光源包括被配置为发射光的多个发光二极管、被配置为散布来自多个发光二极管的光的微透镜阵列层，微透镜阵列层具有边缘部分和中心部分，边缘部分围绕微透镜阵列层的周边延伸并围绕中心部分，并且中心部分具有比边缘部分更高的透射率。
根据另一个实施方案，背光源包括颜色转换层，其被配置为将来自多个发光二极管的光从第一颜色转换为第二颜色。
根据另一个实施方案，背光源包括二向色滤光器，颜色转换层插置在二向色滤光器和微透镜阵列层之间，并且多个光学膜在微透镜阵列层上方形成。
根据另一个实施方案，微透镜阵列层的边缘部分包括多个微凸透镜，微透镜阵列层的中心部分包括多个微凹透镜。
根据另一个实施方案，微凸透镜的相对密度遵循基于到微透镜阵列层的边缘的距离而减小的梯度。
根据实施方案，提供了一种显示器，其包括像素阵列和被配置为产生用于所述像素阵列的背光照明的背光源，背光源包括发光二极管的二维阵列、在发光二极管的二维阵列上方形成的二向色滤光器、在二向色滤光器上方形成的颜色转换层以及在颜色转换层上方形成的微透镜阵列层，微透镜阵列层具有上表面，上表面的第一部分具有多个微凹透镜，上表面的第二部分具有多个微凸透镜。
前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (14)

1.一种显示器，包括：
像素阵列；和
背光源，所述背光源被配置为产生用于所述像素阵列的背光照明，其中所述背光源包括：
发光二极管单元的二维阵列，所述发光二极管单元中的每个包括被配置为发射光的至少一个发光二极管；
颜色转换层，所述颜色转换层在所述发光二极管单元的二维阵列上方形成；和
微透镜阵列层，所述微透镜阵列层在所述颜色转换层上方形成，其中所述微透镜阵列层具有中心部分和边缘部分，所述中心部分具有第一透射率，所述边缘部分具有第二透射率，所述第二透射率低于所述第一透射率，
其中所述微透镜阵列层的所述中心部分仅包括第一光重定向结构的集合，以及所述微透镜阵列层的所述边缘部分仅包括第二光重定向结构的集合，
其中所述第一光重定向结构的集合与所述第二光重定向结构的集合，在所述微透镜阵列层的所述中心部分与所述微透镜阵列层的所述边缘部分之间的边界处分隔，并且
其中所述第一光重定向结构的集合包括多个微凹透镜，并且其中所述第二光重定向结构的集合包括多个微凸透镜。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中所述发光二极管单元的二维阵列中的所述发光二极管发射蓝光，并且其中所述颜色转换层包括荧光层，所述荧光层将来自所述发光二极管的所述蓝光转换成白光。
3.根据权利要求2所述的显示器，其中所述背光源还包括：
二向色滤光器，所述二向色滤光器插置在所述发光二极管单元的二维阵列和所述颜色转换层之间。
4.根据权利要求1所述的显示器，其中所述边缘部分包括所述微透镜阵列层的边缘部分，所述边缘部分沿着所述微透镜阵列层的周边延伸。
5.根据权利要求1所述的显示器，其中所述边缘部分围绕所述中心部分。
6.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第一光重新定向结构相对于所述第二光重定向结构的相对密度在所述微透镜阵列层的所述中心部分和所述边缘部分之间的所述边界处遵循弯曲分布。
7.根据权利要求1所述的显示器，其中所述微透镜阵列层包括具有多个微透镜的层和涂层，所述涂层在具有所述多个微透镜的所述层的下表面上。
8.根据权利要求7所述的显示器，其中所述涂层是反射涂层，所述反射涂层在所述微透镜阵列层的所述中心部分和所述边缘部分之间具有反射率梯度。
9.根据权利要求7所述的显示器，其中所述涂层包括多个穿孔，并且其中所述微透镜阵列层的所述中心部分中的穿孔密度高于所述边缘部分。
10.一种显示器，包括：
像素阵列；和
背光源，所述背光源被配置为产生用于所述像素阵列的背光照明，其中所述背光源包括：
多个发光二极管，所述多个发光二极管被配置为发射光；
微透镜阵列层，所述微透镜阵列层被配置为散布来自所述多个发光二极管的所述光，其中所述微透镜阵列层具有边缘部分和中心部分，其中所述边缘部分围绕所述微透镜阵列层的周边延伸并围绕所述中心部分，并且其中所述中心部分具有比所述边缘部分高的透射率，
其中所述微透镜阵列层的所述中心部分仅包括第一光重定向结构的集合，以及所述微透镜阵列层的所述边缘部分仅包括第二光重定向结构的集合，
其中所述第一光重定向结构的集合与所述第二光重定向结构的集合，在所述微透镜阵列层的所述中心部分与所述微透镜阵列层的所述边缘部分之间的边界处分隔，并且
其中所述第一光重定向结构的集合包括多个微凹透镜，并且其中所述第二光重定向结构的集合包括多个微凸透镜。
11.根据权利要求10所述的显示器，其中所述背光源还包括：
颜色转换层，所述颜色转换层被配置为将来自所述多个发光二极管的所述光从第一颜色转换为第二颜色。
12.根据权利要求11所述的显示器，其中所述背光源还包括：
二向色滤光器，其中所述颜色转换层插置在所述二向色滤光器和所述微透镜阵列层之间；和
多个光学膜，所述多个光学膜在所述微透镜阵列层上方形成。
13.根据权利要求10所述的显示器，其中微凸透镜的相对密度遵循基于到所述微透镜阵列层的边缘的距离而减小的梯度。
14.一种显示器，包括：
像素阵列；和
背光源，所述背光源被配置为产生用于所述像素阵列的背光照明，其中所述背光源包括：
发光二极管的二维阵列；
二向色滤光器，所述二向色滤光器在所述发光二极管的二维阵列上方形成；
颜色转换层，所述颜色转换层在所述二向色滤光器上方形成；和
微透镜阵列层，所述微透镜阵列层在所述颜色转换层上方形成，其中所述微透镜阵列层具有上表面，
其中所述上表面的中心部分仅具有微凹透镜的集合，并且所述上表面的边缘部分仅具有微凸透镜的集合，
其中所述微凹透镜的集合与所述微凸透镜的集合，在所述上表面的所述中心部分与所述上表面的所述边缘部分之间的边界处分隔，并且
其中所述中心部分具有第一透射率，所述边缘部分具有第二透射率，所述第二透射率低于所述第一透射率。
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