CN1125943C - 用于校正对角线畸变的背光装置及具有其的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

一种包括波导的背光装置，所述波导包括光输入端(54)、顶面(58)、底面(56)、对应侧面(60)、与光输入端对置的远端(62)并具有与波导材料相应的完全内反射临界角。在底面(56)形成的许多第一刻面(80)沿波导分布在光输入端(54)和远端(62)之间。每个第一刻面(80)具有在远离远端(62)的方向上向顶面(58)倾斜的第一刻面底面(82)。光散射和反射面(344)配置在校准波导的远端附近。第一刻面底面(82)使进入光输入端的光线完全内反射到校准波导的远端，远端的散射和反射面将入射到它上面的光散射和反射回光输入端。第一刻面底面(82)可以是平面也可以是曲面，还可以带有反射材料层。

Description

用于校正对角线畸变的背光装置及具有其的液晶显示装置

技术领域

一般说来，本发明涉及平板液晶显示器(LCD)中所用的背光系统；更具体地说，涉及具有可对LCD提供均匀光分布的光输入装置的背光系统。

背景技术

在膝上电脑所用的液晶显示板等这类平板显示器中，包括有一个用于照亮液晶显示板的背光系统。能对显示板整个平面提供均匀和足够明亮的光分布，是对上述背光系统的重要要求。为满足这一需要，背光系统通常包括一个光管装置，以将光源的光能耦合到LCD显示板上。在背光系统进行散射时，沿光管一个表面阵列配置的漫射元件使光线向输出平面进行散射。输出平面与LCD显示板偶合，使光线照亮LCD显示板。通过控制散射面漫射体的配置，所述散射背光系统可控制光的分布，但它不能控制光分布的角度。由于许多光散射的方向对于LCD显示板的用户或观察者来说是无用的，这种背光系统产生的光能被大量浪费。因为有很多光能没有被导向用户可有效利用的方向而被浪费掉了，所以这种散射背光系统达不到预期的光强或亮度。

非散射背光系统的优点在于既可对光的分布也可对其分布角度进行控制，从而可使光能得到更有效的利用。例如，可对光能进行导向，使几乎所有光能的放射方向都朝向用户。通常将这种非散射背光系统称之为“限定式”，因为其光线的输出点取决于它的输入位置。因此可以说，这种非散射背光系统既可对输入光能的光线又可对输出光能的光线进行校正。

在设计背光系统中可应用上述关联关系，以实现将大多数光能导向用户的优点。但是，非散射背光系统中输入光线与输出光线的这种关联关系也可能会导致潜在的缺欠，即光输入中的一些影象出现在光输出上。如果在输入中存在光畸变，这种畸变也会出现在输出中。光源或输入光学器件的不连续或粗糙都可能导致产生上述畸变。一般而言，这种畸变可能导致输出中某一区域光亮的不均匀或出现阴影。与光源垂直的光管管壁结构是产生上述畸变的另一个原因。因此，管壁必须制作的十分平滑，否则将导致输出的畸变或出现阴影。

在这种非散射背光系统中可观察到的一种特别畸变是在背光输出面出现对角线，即可看到光管输入面及其各侧壁相交处角部的畸变反映到输出中，从而出现对角线阴影。在角部出现畸变的原因在于光管制造中的工艺局限。虽然可通过抛光等工艺使表面平滑，从而减少这种畸变，但这将耗费大量的时间和劳力，因而在光管的大规模生产中是不太实际的。

此外，光源输出的不均匀也可使输出板产生畸变和阴影。例如，特别是在采用冷阴极荧光(CCFL)的情况下，在CCFL管端电极附近存在固有的暗淡区。这些暗淡区即为CCFL光输出的不均匀区，与荧光管中心区比较起来，光输出在该区内有明显降低。不但这些暗淡区会反映到输出平面上，而且他们还会引起和加重对角线阴影。

在LCD光管中还可应用其它光源，例如发光二极管(LED)、白炽灯泡、激光二极管、或任何其他形式的点光源等。但这些光源也同样各有其光能输出的不均匀性，从而也会产生LCD输出的畸变问题。

美国专利申请09/137,549号题为“用于背光系统的光管”中，公开了一种针对上述对角线问题的光管结构。所公开的光管包括超出输出表面圆周尺度的延展结构，可与较大光源连用。这种延展结构和细长管泡虽然可解决对角线问题，但却有使光管尺寸增大的缺点。

背光系统需要一种既可减少液晶显示板输出畸变又能在生产时不提高成本、不增加时间和劳力消耗的光管或背光装置。在所需求的光管中，光管和光源的尺寸应与通常的光管装置相同，无须在LCD显示本身所需的尺度之外增加装置尺寸。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于LCD的背光装置，所述背光装置具有与通常背光装置相似的结构尺寸，但可从根本上减少对角线畸变问题。本发明的另一个目的是提供一种背光装置，所述背光装置可减少对角线畸变问题，同时在制作中无须另外增加工艺过程。通过本发明特定的背光装置结构，可实现上述及其他的目标和优点。本发明提供一种背光装置包括：一个校准波导器件，所述波导器件具有光输入端、顶面、与顶面相对的底面、互相对应的侧面、同光输入端相对的远端和完全内反射临界角；在所述底面上有一些沿所述波导器件分布在所述光输入端和远端之间的第一刻面，所述刻面至少延伸到对应侧之间的中间位置；每个所述第一刻面具有在远离所述远端方向上向所述顶面上斜的第一刻面底面，上斜角度γ相对所述顶面小于10度；在所述波导器件的远端附近配置有光的散射面和反射面；以及所述第一刻面底面使进入所述波导器件输入端的光完全内反射到其远端，而在所述波导器件远端的散射和反射面将光散射和反射回所述光输入端，所述第一刻面底面使远端反射回来的光线由顶面溢出。本结构与已有结构的不同点在于：所有进入输入端的光线在由邻近液晶显示器的顶面发出之前，在校准波导的整个长度上进行了传输。

优选的是，第一刻面底面使远端以接近完全内反射临界角的角度反射回来的光线由所述顶面以相对于顶面2γ的角度溢出。

优选的是，第一刻面底面具有沿所述校准波导器件底面分布的密度ρ，所述密度作为沿所述波导器件离开远端的距离的函数而变化。

根据本发明提供一种液晶显示装置包括：一个具有前视面和与之对应的后表面的液晶器件；一个校准波导器件，所述校准波导具有光输入端、面向所述液晶显示器后表面的顶面、与顶面对置的底面、相互对应的侧面、与光输入端对置的远端和完全内反射临界角；一个配置在所述光输入端附近的光源；许多在所述底面上沿所述波导器件分布在所述光输入端和远端之间的第一刻面，所述刻面至少延伸到对应侧面之间的中间位置；每个所述第一刻面具有在远离所述远端方向上向所述顶面上斜的第一刻面底面，上斜角度γ相对所述顶面小于10度；配置在所述波导器件远端附近的光散射面和反射面；以及所述第一刻面底面使进入所述波导器件输入端的光完全内反射到其远端，而在所述波导器件远端的散射和反射面将入射光散射和反射回所述光输入端，所述第一刻面底面使远端反射回来的光线由顶面向所述液晶器件射出。

优选的是，液晶显示装置进一步包括：一个与所述液晶显示器件光学耦合、用于对射出液晶显示器的光进行导向的第一非Lambertian漫射器；一个与校准波导顶面光学耦合的、用于使顶面射出的光均匀的第二漫射器；以及一个与校准波导光输入端光学耦合的、用于降低光输入端反射的第三非Lambertian漫射器。

优选的是，第一刻面的底面为相互平行的线性平面；在另一个优选实施例中，第一刻面的底面为非线性曲面。

附图说明

以下结合附图进行的描述将会使本发明更加明晰，可更好地了解本发明的目标和优点。但应明确，以下描述仅仅说明了本发明的最佳实施例，其作用仅在于对本发明进行说明而不能看作是对本发明的限定。在不超出本发明所申明的范围和要义下，对本发明作出增添、减少和修改是可能的，本发明包括所有这些修正在内。

本发明的最佳实施例将结合附图进行描述，图中的数字代码在所有附图中表示同样的器件。附图包括：

图1为按本发明的校准波导示意图。

图2表明LCD显示器和背光装置的各种可能结构。

图3为按本发明校准波导的部分剖视图。

图4为按本发明校准波导的部分视图。

图5为按本发明光劈校准波导的剖视图。

图6为按本发明散射光劈校准波导的剖视图。

图7为简要表明具有曲形刻面的校准波导的剖视图。

图8表明图7所示本发明校准波导的几何结构。

图9表明图7所示本发明校准波导的几何结构。

图10表明图7所示本发明校准波导的几何结构。

图11表明图7所示本发明校准波导的几何结构。

图12表明本发明弧形刻面校准波导的某一部分。

图13为表明本发明液晶显示系统的侧视图。

图14为表明图13所示液晶显示系统的示意图。

图15为表明本发明液晶显示背光系统的横切剖视图。

图16A为本发明屈光膜的部分剖视图。

图16B为本发明屈光膜与校准波导连用的部分视图。

图17A为本发明角过滤膜与校准波导连用的部分视图。

图17B为本发明角过滤膜与校准波导连用的部分视图。

图18为本发明屈光膜与校准波导连用的部分视图。

图19为本发明校准波导弧形刻面的部分视图。

图20A、20B和20C表明与本发明连用的几个角过滤膜实施例。

具体实施方式1、背光装置概述

本发明背光装置可使光线由光输入端沿整个光管或波导器件进行传输，而不在输出面产生光的散逸。即，光线在光管或波导器件的终端被散射体反射面进行散射和反射后向光源端返回。在光因反射由终端向光源返回的过程中，背光装置的底面将光线反射到其顶面或输出面，从而使背光装置可明亮显示器件或液晶器件。背光装置可在LCD的整个显示面提供均匀光分布。采用本发明结构可减弱光源—如CCFL管电极处--的非均匀分布或暗影区，使其不在显示中产生畸变或出现对角线阴影。此外，本发明光管还可减少因光源与光传输器件或波导器件之间接合面边缘处尖直结构而产生的畸变。

以下，将通过实施例详述本发明的各种特色和优点，所述实施例仅为举例说明而非限定本发明的范围和界限。

如图1所示，背光装置50包括一个大体为扁平状的校准波导器件52。所述波导器件52包括光输入端54、底面56、顶面58、相对的侧面60和与光输入端相对的远端62。光源64和光输入端54在光学上相连，所述光源具有细长形发光体66和包围光源66的曲形反射面68。

按本发明，所述校准波导器件52也可具有其他结构和包含其他器件，而不背离本发明所申述的范围和要义。例如如图2所示，光源64与波导器件52相连，后者在光学上同均质漫射体70相连。液晶器件72在光学上同所述漫射体70相连，光整形漫射体74在光学上同液晶器件72的输出相连。构建这种或其他的变形结构是可能的，它们均处于本发明的范围之内，下面将会对它们中的某一些结构给出详细说明。光整形漫射体70和液晶器件72的配置顺序也可具便进行相互变换。

图3为表明包括其底面56在内的波导器件52的部分放大视图。正如以下将要详细描述的，底面56包括许多第一小刻面80，每个所述刻面都有其底面82。每个实施例中的小刻面80都具有一定角度，即在背离波导器件52远端62的方向轻微上斜，指向顶面58。正如以下将要说明的，所述小刻面可以是平面，也可以是曲面，均属于本发明的范围。但在所有实施例中，所述刻面在背离远端的方向上均上斜指向顶面。

A、照明光源

按Liouville定律，对于包括发光元件66在内的最佳光源64来说，输入分布总是均匀的，方程(42)表达了Liouville定律。如图4所示和由Welford和Winston(1)及Winston和Jannson(2)所讨论过的，D为波导器件的宽度或厚度，d为光源或发光体的直径，β为在空气中的输出角。方程(42)中的系数90是基于以下事实，即光源向所有方向发射出光线。按方程(42)，最佳光校准引擎或校准源64不但可提供最大的校准(即最小的β角)，同时可提供均匀的照明。这些最优设计同样适用于本发明。

      dsin90＝Dsinβ                             (42)

在不脱离本发明要义和范围的情况下，对光源64和发光元件66可有不同的选择。例如，可选用CCFL管、LED、激光二极管、白热灯或其它点光源。虽然最好能够选用最佳光源，但本发明并不局限于采用某种光源。

B、反射器

反射器表面68最好采用延伸型光源弧形镜面并配置在发光元件66的背后和周围，所述弧形反射面表示其为二维或三维曲面。Welford(1)对延伸光源特别是圆形或筒形光源所发光线的校准已作过讨论。反射器的最佳设计与采用的光源有关，也不一定是完全的抛物线形。实际上，抛物线形并不适用于延伸光源。弧形镜的结构还应对光源与其它部件的连接提供较好支撑。随着校准源离开变换器的距离增加，延伸光源反射面优化设计的重要性更加提高。

C、校准波导器件

为进行校准，光线首先必须耦合进校准波导器件中。图3所述耦合器的结构在通信技术领域是众所周知的。但是，在典型的通信应用中，波导器件(光纤)的宽度约为100微米，或者更小。而在本发明的应用中，光管波导器件的尺寸达到几个毫米。

图3表明波导器件52的理论结构，光线被耦合到该波导器件中间。垂直入射到波导器件输入端54的光线“L0”直接进入其中，不产生折射。有一定角度的光线“L1”将受到折射。按Snell定律，非垂直进入入射面的低角度光线需要进行校准。对给定折射率“n”为1。55的介质而言，角度为90度的光线“L2”被耦合的临界角约为40度。波导器件的入射角α约等于50度，大于αc，所以，进入波导校准器的光因完全内反射(TIR)而被约束在波导校准器中。

图3表明光线进入波导器件并因完全内反射(TIR)而被约束在波导中。即使对于入射角为90度的最坏情况，光线也将被陷获在波导中。在假设波导器件外介质为空气且波导器件由折射率为n的透明材料制作时，当光线以临界角αc进入波导器件52时有下述方程： ${\sin \mathrm{\α}}_c=\frac{1}{n},\sin \mathrm{\α}=\sqrt{1-{\left(\frac{1}{n}\right)}^2}---\left(45\right)$ 用于制造波导器件的典型廉价材料有塑料、树脂和玻璃等。对于这些材料而言，其典型折射率为1.55，因而临界角αc约为40度。在波导器件中，由于三角关系，α必须约为50度。因为，α大于αc，所有光才会全部被陷获在波导器件中。在α大于αc的情况下，可产生完全内反射(TIR)。如果α小于αc，光会泄漏到波导器件之外(图中未画出)，而且泄漏量可能很大—可达50％。因此，当角度由小于αc变化到大于αc时，传输会产生陡变。

当光由空气传输到折射率为1.55的介质时，即使在入射角为90度的情况下，也会产生临界角αc折射。因此，对照明光源的校准会产生角度范围变化，由0-90度变为0-40度。

校准波导可采用金属反射也可采用完全内反射(TIR)。在前一种波导器件中，典型的结构是中空，而在后一种情况下，波导器件中充满介质。一般而言，倾向于选用完全内反射(TIR)波导器件，因为TIR可产生100％反射；而在金属反射的情况下，反射面污染或其他问题很容易使反射率下降到80％。在已有技术中，用于背光系统的波导器件通常具有一个金属化侧面。变换器是一般化的波导结构，它不但使光在波导中传输，而且可改变光的方向。在背光系统的应用中，可采用能使光的方向产生90度(直角)变化的变换器，以使光产生在希望的方向上。

对进入波导器件52的光进行校准，首先发生在光由光源64进入光输入端54的时候。如果光源直径d大于波导器件的尺寸D，则不能达到100％的校准效率。另一方面，如果光源的直径等于或小于波导器件的尺寸，则可获得最佳效率。实际上，反射器表面或镜面68上的损失使得100％的耦合是做不到的。在任何谈及100％耦合的讨论中，实际意味着忽略了光与镜面作用中的吸收损失。

反射器68的最优设计必须针对具体的d/D比例进行，Welford(1)为各种可能的d/D比例提供了理想设计。所述理想设计是指满足Loiuville定律，即100％的光被耦合到波导器件之中。所述理想设计还意味着光在整个波导器件内是均匀分布的。结果是，任何一个镜面或反射器的最佳设计都远非抛物线形。抛物线形的设计仅对点或线光源而言才是最佳的。

反射器的内部可充满介质，或简单地充之以空气。但在任何情况下，反射器68的内表面必须进行镜面抛光(金属化)。虽然深IR或近IR的反射效率接近，但在可见光谱范围内的能量反射效率可因表面污染等原因而降至90-80％。在金属化镜面反射的情况下，任何波长下的最大反射效率约为96％。与此对照，TIR器件的效率总是可达100％，而金属化反射器即使在IR范围也不可能达到100％。反射器68的内部最好填充空气，以便获得符合Snell定律的最大校准效应。即使在光源直径大于波导器件厚度和在90度入射光的最差情况下，入射光也可被校准到40度角的范围之内。

2、波导器件刻面

以下将对散射中心或刻面进行一般讨论。参阅图4，波导器件52包括一些刻面或沟槽80，各沟槽间具有可变间距Δx。应当注意，刻面80不一定是横向或纵向连续的，各散射中心可以是分开的，如虚线所示。I0代表由左边来的入射光。光通过TIR由输入端54向光的散射和反射远端62传输并由远端62反射回来。因此，I0也代表由远端反射回来的光。I为光向输入端54返回经过距离x后的光强。装置的总长度为L。dx表示距离x的微分。图4画出了由dx表示的一片或一个断面。按几何学，I0为来自右方的光强，由于底面泄漏dI而减弱为I0-dI。这一关系对任何的坐标x都成立。实际上，在原先光通过TIR由输入端54到远端62的传输中也可能产生小部分泄漏。本发明中忽略了这种泄漏，但可应用下述方程对这种原始泄漏进行分析。

                -dI＝aIρdx                           (1)

一般方程(1)表明这种光的泄漏-dI与I成正比。dI同时也同切片的厚度dx及刻面密度—用ρ来表示—成正比。系数a为比例常数，下面将对其作出解释。方程(2)表明密度等于单位递增距离的刻面数。因此，ρ的单位为(1/厘米)。当距离远端62的距离x＝0时，I＝I0。每个微分长度dx上的刻面数为dN。N为波导器件总的刻面数。

              ρ＝dN/dx                         (2)

为了维持顶面的均匀光输出，dI必须仅仅与dx成比例。因为，随着光在器件中由远端62向输入端54的运动，I会逐渐降低而ρ会相应增加。方程(4)与方程(1)基本相同，仅是在均匀输出的条件下用A代替了Iρ。

             dI＝-aAdx                          (4)

由于a和A均为常数，由方程合并可得方程(5)：

             I＝I0-aAx                          (5)

方程(6)表示，沟槽或刻面80的密度等于一个常数除以方程式(5)，即可直接得出：

             ρ＝A/I＝A/(I0-aAx)                (6)

因此，ρ为x的函数，并由点L0单调增长。系数a和A均为常数，其物理含义在下面进行讨论。

方程(6b)可解释为方程(6c)，由方程(7)可确定常数a。

              -dI＝aI(dN/dx)dx＝aIdN            (6b)

              I＝I0e^-aN                        (6c)

              a＝-(dI/I)/dN                     (7)

dI/I表示相对泄露，dN为每个微分长度上的沟槽数，a为每个沟槽泄露的百分比。方程(8)表明在整个1或点11上的强度为0。

              aA＝Io/L                          (8)

方程式(8)反映一种奇异性，因为在整个长度L上的密度ρ不可能达到无限大。在实际应用中，可假定不超过5％的可用光进行了全程耦合，由远端返回到输入端54。方程(18)表示当给定指数为3时，aN＝3。按方程式(6c)，这相应于5％的光返回到波导器件的光输入端。这些光线同新进入的光线一起被反射器68反射回来。

              AN＝3-I＝Ioe^-3＝0.05Io            (18)

方程(20)表示刻面总数等于长度除以刻面间的平均间距Δx。

              Nt＝L/Δx                          (20)

在方程(21)所示例子中，若刻面间的平均距离采用100微米，则在总长为20厘米的平板上的刻面总数约为2000个。

         Nt＝20厘米/100微米＝200毫米/0.1毫米＝2000  (21)

现在已知Nt，则可计算方程式(19)。由方程式(22)可见每个刻面的平均泄漏为1.5*10^-3.

         ANt＝3                                     (19)

         a＝3/2000＝1.5*10^-3＝0.0015               (22)

A、光劈波导

现描述光劈波导器件的校准原理。参阅图5，假定光劈的楔型角为γ，在光劈中入射角α的三角关系将导致每次反射后的入射角减小2γ。假设原始入射角约为40度，α将等于50度。该值远大于临界角，因而第一反射将是完全由于内反射(TIR)。此后，在某些点上会出现某些反射过程中有部分光线泄漏的反射。假定楔型角γ为0.5度，2γ等于1度，为达到40度，若仅计算由底面的反射，则至少需要有10次反射。

方程(49)描述了在入射角为α和楔型角为γ的情况下开始泄漏的条件：

          α-N(2γ)＝αcond                    (49)可分解为一系列单体是散射光劈器件的特性。

B、直面型刻面

如图6所示，按本发明的散射光劈器件具有直面形刻面。光劈器件的散射提供了均匀照明。此处的原理同方程(1)类似。这一推导在保持a为常数的情况下将ρ作为x的函数。在下述推导中，将a作为x的函数，而将ρ作为常数，或者将a作为常数而将ρ作为变数。在下述推导中，用P取代了I。

            -dP＝a(x)Pρdx                     (101)式中P为光功率。除了a是x的函数和ρ为常数外，方程(101)同方程(1)类似。

           ρ＝dN/dx＝常数                     (102)方程(118)中，使Pxa等于常数A。

            dP＝-Aρdx                       (118)应将方程(123)同方程(6)进行比较。

            a＝A/P＝A/(Po-Aρx)              (123)很明显，在方程(123)中，a为x的函数，而在方程(6)中，ρ为x的函数。在这两种情况下，A均为常数。在方程(123)中，a为变量，ρ为常数。变量a为每一微元件的泄漏率。 $\frac{\mathrm{\ΔP}}{P}=2\mathrm{\γ}\cot \mathrm{an\β}\⇒a=\frac{2\mathrm{\γ}\cot \mathrm{an\β}}{\mathrm{\ΔN}}---\left(126\right)$

完全Lambertian扩散为π/2；该值可减小为2β，β为先行相互作用的临界角，约为40度，若假定以前曾发生校准过程，此值还可以更小些。为获得预期的输出，应计算γ角。发射强度为J＝Jocosα。I为光强，用每平方米的瓦特数来进行表示，而J为发射强度，用每立体角的瓦特数来进行表示。但在这里的推导中仅考虑二维的情况，因此J用每弧度的瓦特数来进行表示。Lambert定律可用方程J＝Jocosα进行表示。积分方程(110)表明由-β到+β通过波导器件的总功率。 $\mathrm{Po}=2{\∫}_o^{\mathrm{\β}}\mathrm{Jd\α}=2{\∫}_o^{\mathrm{\β}}{J}_o\cos \mathrm{\αd\α}---\left(110\right)$ 在方程(113)中，ΔP为由2γ的漏光。

           ΔP＝2γ[sinβ-sin(β-2γ)]              (113)假设γ远小于1弧度，所述ΔP被用于下述方程(125)：

            A＝-(ΔP/Po)/ΔN                        (125)方程式(126)描述了每个间隙下的相对漏光。在散射光劈器件中，每个间隙的相对漏光与γ成正比，将方程(123)代入方程(126)可得方程(128)。 $\frac{2\mathrm{\γ}\cot \mathrm{an\β}}{\mathrm{\ΔN}}=\frac{A}{P_o-\mathrm{A\ρx}}---\left(128\right)$ 在方程(128)中，γ按方程(132)所示函数关系随着x变化。 $2\mathrm{\γ}\left(x\right)=\frac{\mathrm{A\ΔN}}{(P_o-\mathrm{A\ρx})\cot \mathrm{an\β}}---\left(132\right)$ 由于γ随着x增加以提供稳定漏光，从而可对γ进行调节。或者，密度ρ像以前讨论那样变化。若假设密度为常数--10/毫米，则ρ为方程(136)所示的常数。

            ρ＝dN/dx＝10/mm                           (136)假设总长度L为20cm，方程(137)表明每个沟槽的漏光不大。

             Ao＝1/(200mm*10mm^-n)＝1/2000             (137)方程(140)表明开始角仅需1/10度。

             2γ＝2*10^-3＝0.1度                       (140)在此，再次忽略了侧射光。只有采用对所有光线进行跟踪扫描的技术才能对侧光作出描述。如果能够调节利用侧光和将直角正交形改善为圆柱对称形，那当然是有益的。但这将涉及到使切面绕垂直轴不停旋转。与圆周旋转不同，这里的旋转可能是椭圆旋转。在(z，x)剖面，三角形代表的是一些棱柱，但在(x，y)平面考虑侧光的调节利用时，这些三角形剖面实际上可能会变成圆锥或更复杂的椭球形。这将是一个十分复杂的拓扑学问题。

以下是方程(128)更为精确的形式，包括考虑到Fresnel反射。方程(128)中的功率P由方程(300)代换：

             P---P(1-R-D)                        (300)这里，R为Fresnel反射系数，D为吸收系数。因此，方程(116)可变为方程(301)：

             -dP＝a(x)P(x)[Δ-R(x)-D]ρdx        (301)在此，假设系数D和ρ为常数。为保证漏光光束的均匀一致，应满足以下方程(302)：

           A(x)P(x)[Δ-R(x)-D]＝c＝A’           (302)这里，A’为一个与常数A类似的新的常数。应用与上述相同的推导，可得出求解a系数的方程(303)： $a\left(x\right)=\frac{A^{\&prime;}}{(P_o-A^{\&prime;}\mathrm{\&rho;x})[1-R\left(x\right)-D]}=2\mathrm{\&delta;}\left(x\right)\cot \mathrm{an\&beta;}---\left(303\right)$ 方程(303)同方程(128)基本相同，只是假设R＝D＝0和用δ角取代了α角符号。在δ<<1和α<<1的情况下，δ和γ之间的关系可用方程(303)进行表示： ${\mathrm{\&delta;}}^2\&cong;\mathrm{\&gamma;}\sqrt{n^2-1}---\left(304\right)$ 这里，考虑和包括了Snell定律。角δ为漏光角，γ为光劈棱角；其相互关系如表1所示。

表1、漏光角2δ与光劈楔型角γ(单位：度；n＝1.55)

γ	0.5	1	1.5	2
					2δ	11.6	17.5	21	24.5

表1表明，即使在γ角较小时，δ角也可能相当大。对于接近临界角αc(sinαc＝Δ/n)的一些角度来说，Fresnel反射系数可达到相当高的程度。例如，在γ＝0.2度时，我们可得出R＝51％；当γ＝0.5度时，R＝30％。

作为一个例子，以下给出超越函数(303)的近似解。由于R系数依赖于δ，方程(303)为超越函数，因为不能用解析的方法求解它。为求得方程(303)的近似解，在第一次迭代中假定α1的值等于0.5(即γ的值，因x＝L)，由此可得出Fresnel反射系数的值：R＝30％。进一步假设，在波导器件52的光输入端54仅余留由远端反射回来的光功率的5％，即P(L)＝0.05P0，同时假定吸收系数为2％(保守估计)。那么，在n＝1.55和αc＝40度时，α1＝0.74度。如果第一次迭代进行顺利，利用方程(304)可得δ＝7度。因而(在空气中)漏光角2δ等于14度。当然，在x＝0的情况下，角δ和角γ的值(即δ0和γ0的值)将要小得多。因此在这种情况下，γ分布是不均匀的。这种情况下的典型参数值如表2所示。

        表2、散射光劈系统典型参数汇总

	参数	符号	值
				1	长度	L	20cm
2	刻面密度	ρ	10/mm
				3	光劈折射系数	N	1.55
4	波导厚度	D	3mm
				5	端部功率比率	Pl/Po	0.05
6	光劈角度(x＝L)	γL	0.74度
				7	最大漏光角(x＝L)	2δL	14度

C、弧形刻面表面

每个刻面的表面应为来自不同方向的不同光线提供不同的功能部分。平面形表面不总是最佳的，因为可用的光并非理想分布。

在忽略侧光和假定入射通量均匀的情况下，可很容易地得到最佳曲面设计。例如，等边金字塔形对于入射角小的光线是不适用的。因此最好能对刻面的设计进行优化，以加重给定反射面可利用的光锥通量。例如，用弧面代替棱面反射来自左方的光线时，要求根据波导几何学确定可入射到弧面任何部分的那些光线的最大和最小入射角。更具体地说，角度小于0度的光波不能到达弧形的顶点，因为它们将被前面的突起结构所截断。相反，在较大角度范围的光波都能达到弧面的底部。参阅图7，从中等分这些角度，按简单几何可确定弧面的切线。但这两个角度的通量加强中心点会稍有不同，因为光源发出的光虽然对称但通量分布却不是平面性或线性的。

曲齿刻面100可被看作具有渐晕效应，其结构可对光束中的某些部分进行封锁。第二刻面102可为平面。虽然为便于分析最低角度的光线而将其表示为平面，但第二刻面实际上也可以是凸凹曲面。角镨的宽度在结构基部是有限的；角镨在顶部有最宽的分布，其具体分布与入射光相关。坐标系的原点标在结构的基点，问题在于找出曲面的作为x函数的z。

参阅图8，由图中画出的曲面或刻面的锯齿几何可推导最佳曲面z(x)。这是一个曲面，而非平面形表面，因为在图8中O、Q、P各点的入射光束的发散程度越来越大，如图8中影线区所示。

图8表明一个曲面光劈或齿形结构99。非实象光学器件(NIO)齿形结构104的顶点为O，其配置是按louiville定律对光束进行校准和优化，Wilford(1)和Winston(2)对此已作过一般介绍。

任意点Q101位于曲线z＝z(x)上，应对之进行优化。当然，任意点Q具有两个坐标(x，z)。曲壁上最高点106为P。齿形结构108的高度为P与O之间的距离。直壁的水平长度用109表示。107表示Q点的z坐标。Q点也是坐标系的原点。

Q点的最小入射角(α)用110表示，最大入射角(β)用112表示，这也是光束发散的最大角度。由于校准波导内部完全内反射(TIR)的结果，角β的最大值为ARC TAN(1/n)，其中n为齿形结构在空气中的反射系数。在n＝1.55时，β角近似等于40度。

二分角(α+β)/2用114表示。二分线入射角(α)用角116表示，它是到达Q点光束的中心光线。角118为二分线的反射角，与角116相等。

120代表二分线的对称角(δ)。应当注意，对称线122与切线124垂直。因此，切线角为90-δ(或∏/2-δ)。

102为齿形结构的一条直线(或圆筒几何中的壁)。100为规定NIO器件外形的刻面曲面，其作用可减少输出光束的发散。因为它与棱面反射不同，入射到该表面的任何光线均可向垂直方向对称反射。之所以会产生这种作用，是因为任何光束的二分线被垂直反射。

124表示曲线在点Q的切线。130为点Q的入射线。这是最大的发散光线。132是光束在点Q的最低倾斜光线，134是光束在点Q的最高倾斜光线。136是光束在点Q的等分光线。122为二分入射线136和反射线138的对称线，它与切线122垂直。

138为入射二分线136的反射线，其方向为垂直向上，或与Z轴平行。140为入射线130的反射线，按优化原则，它的方向也应完全垂直。142为在最高点P的倾斜最低的入射线，其方向水平；144是倾角最高的入射线，假定其倾角为β。倾角范围越大，则可调节和利用的光越多。146为点P的二分线。148为二分线124的反射线，按优化原则它总是垂直的。

以下介绍确定最佳曲线z＝x(x)的分析程序。按图10，角120或δ等于；

         δ＝∏/4+(α+β)/4                        (200)这里，α为角110，β为角112。应当注意，按优化原则，曲线上任意点Q的β角应为常数，其α角按下式确定：

         tanα＝(w-z)/G                            (201)即，α为坐标z的函数。从而，角δ也是坐标z的函数。因此，按优化原则，线113不是直线而是曲线：

         δ(z)＝П/4+[β+α(z)]/4                  (202)在此，

          a(z)＝arc tan[(w-z)/G]                   (203)确定优化原则的基本微分方程为：

          dz/dx＝tan(90-δ)＝1/tanδ               (204)或：

          dx＝dz tanδ                             (205)这里，dx和dz为曲线上Q点坐标(x，z)的微分变量。应用方程(202)、(203)、(204)和(205)，我们可得方程(206)： $\mathrm{dx}=\mathrm{dz}\tan [\frac{\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&beta;}}{4}+\frac{1}{4}\mathrm{arc}\tan \left(\frac{w-z^{\&prime;}}{G}\right)]---\left(206\right)$ 其解为： $x\left(z\right)={\&Integral;}_o^z\tan [\frac{\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&beta;}}{4}+\frac{1}{4}\mathrm{arc}\tan \left(\frac{w-z^{\&prime;}}{G}\right)]{\mathrm{dz}}^{\&prime;}---\left(207\right)$ 一般，这一方程解用方程(207)的倒数形式进行表示：

       z＝z(x)，tanβ＝W/G                      (208)

针对具体的G值和β角，可对方程(208)进行数值计算。图9表明两种情况下曲线z(x)的计算示例，其中x(z)按方程(207)进行确定。图12为图8和图9所示用于单向照明的光学器件的放大视图。

参阅图1O，图中所示是在G等于100微米、β为40度时，锯齿形结构或弧形刻面99的设计计算示例。图11更详细地描绘了图10所示单个锯齿形结构，在图12中对其又进行放大，以便清楚表示一个具体的锯齿形结构如何应用到图13所示校准波导的一侧。应当注意，为简便起见，在分析中忽略了侧光。

产生渐晕效应的齿形结构曲面不但是光学器件第一刻面和第二刻面的函数，也同光引擎的输出密切相关。因此，考虑到光源通量的发散和通量在校准波导中的发散情况是需要的。

3、校准波导的加工制造

本发明校准波导可根据方便采用任何制造方法予以实现。但对生产而言，采用复制/模压法更为有利。

在制作用于压制校准波导的靠模时，对等边三角形可进行切削，只要注意不能在其侧面出现凹槽或凹坑。出现任何这样的凹癍都将妨碍脱模。一般而言，在从靠模到子靠模直至成品的过程中，质量会逐步降级，锐利的边棱会逐渐钝化。造成这种情况的主要原因在于脱模时所加力的作用。因此，靠模的形状不一定要同加工后的刻面结构准确一致。虽然刻面本身在脱模过程中倾向于形成凸面，但仍可将其做成凹面形状。之后，将两个刻面合并成一个凹曲结构相对而言就更容易了。

为上述光学器件制造金属靠模，可采用金刚石刀具进行加工。加工具有不同角度刻面的微型沟槽是完全可能的。可用金刚石刀具加工球面或非球面，并可使加工的微型曲面光学器件的尺度小到50微米。可以变化欲加工弧形刻面的角度，也可变化平面刻面及弧形刻面之间的距离。制造的成象微物镜可小到200微米。然而，金刚石刀具会在使用中磨损，因此，最好制作一个靠模，然后复制一些子靠模。

A、液晶显示器

液晶显示器可有高清晰度和低清晰度之分，例如，点阵数为2000*2000。目前，最小点阵的分辨率约为20微米。这些LCD会有不希望的点阵效应，观察者实际上可看到这些点阵的边界。

B、漫射器

位于校准波导和LCD之间的漫射器的一个重要功能是消除LCD的点阵效应，漫射器的这种功能可称之为均匀化。

此外，在LCD的上边配置一个漫射器可使LCD发光的方向性得到优化，为膝上电脑用户提供一个有限的私密性视角范围。方向漫射为非Lambertian漫射，非Lambertian漫射器也就是方向漫射器，其光学特性是对平面波敏感，如在美国专利NO.5,365,354中所讨论的那样。可假定，入射波没有被完全校准而具有正负10度的发散。当然，经过漫射器后，光的发散度不会降低而只会增高。经过漫射器后，光发散的典型范围约为1-40度半角。实际上，如果入射光的发散度约为20度、漫射器的发散度约为1度的话，那么输出和输入的发散度会基本相同；漫射器无助于校准。但是，漫射器却明显有助于提高均匀性，特别是有助于消除LCD的点阵。

漫射器的配置可放在沟槽结构与LCD结构之间，也可放在LCD之后。在前一种情况下，漫射器可使网格结构均匀但不能使点阵均匀；在后一种情况下，漫射器可使两中结构都得到均匀化。

C、散射和反射远端

校准波导52的远端62既是光的散射面又是光的反射面。在不脱离本发明范围的前提下，远端的具体结构可有多种变化。适当表面的例子包括反射漫射器表面、反射全息表面及其它可对光进行散射和反射的表面等。

4、具体实施例说明

参阅图1和3，光源64配置在由反射器表面68环绕的空间内。如前所属，光源64可以是冷阴极荧光管、热阴极荧光管或其它任何类型的光源。光源发出的光被导向波导校准器52。

可将光源更一般化地看作明亮源。波导校准器52包括入射端或光输入端54。波导校准器52的底面56上有多个基本平行的光学器件或第一刻面组合80，它们中的每一个都包括有第一刻面82和第二刻面84。波导校准器52还包括顶面58和远端62。

就所述示例或其他实施例来说，光源发出的光可直接入射到入射端；这意味着在光源和入射端之间不存在任何其他结构。例如，光源与入射端之间的空间充满空气或为真空。在光源与入射端之间不存在其他结构的情况下，当光按Snell定律通过入射端时可获得较高校准率。

参阅图13，散射光劈校准波导52包括多个基本平行的第一刻面80，它们中的每一个都包括一个基本为平面的第一镜面刻面82和第二刻面84，第二刻面也可以基本上是平面形的。第一散射光劈校准波导52也包括顶面58。第一镜面刻面82与顶面58之间的夹角定义为γ，对γ角应进行优化。第二散射光劈校准波导170在光学上同第一散射光劈校准波导52相耦合。第二散射光劈校准波导170具有上表面172。用于均匀来自顶面172光束的第一漫射器180同第二散射光劈校准波导170在光学上相互耦合。

在第一漫射器180和第二散射光劈校准波导170之间，可配置另外一个波导-例如一个包括多个实象光学器件的漫射器等。此外，入射端54可有一个漫射器角过滤膜。

图14为图13所示装置的光线图。在图14右方的一条光线以接近0度角射到顶面。这一光线是由漫射器的顶部向右方发射的。在图14的中部，一条光线由顶面以γ角发出，与所述漫射器所在的平面垂直。一条光线由顶面以γ角射向图14的左方；应了解，这条光线是由漫射器向左方发射的。在不脱离本发明范围的情况下，还可有另外一些实施例。

现参阅图15，一个液晶显示背光系统可基于一个校准波导300和一个屈光视膜400。校准波导300的功能可基于镜面反射或完全内反射。像在其它实施例中一样，校准波导300的光输入端319与灯泡光源310和反射器320相连。来自光源的光通过角过滤膜330射到NIO340。角过滤膜330包括一个平面侧面321，其第二侧面322具有一些相互平行的立方棱柱或二维的棱面，如图20A-20C所示。角过滤膜330的功能是排除散射光和对光束进行校准。如前所述，光线经完全内反射通过NIO器件340的全部长度后到达远端342。反射层344将光又通过NIO340反射回去。

仍参阅图15，如图所示，NIO340可以是具有直线性顶面和底面的光管，或者是一个具有倾斜顶面和底面的波导。非实象光学器件340同校准波导300相连，或者可同它制成一体。在另外的实施例中，缺省了反射器320、角过滤膜330和NIO340中的一个或多个器件，但本发明仍然成立，这些器件是可以进行选择的。

仍参阅图15，校准波导底面上的多个第一光学器件350可具有两个平面刻面、一个平面刻面和一个弧形刻面、或两个弧形刻面。在所述实施例中，它们具有第一平面刻面351和第二平面刻面352，后者的设计使其具有完全内反射的功能。在最佳实施例中，所述多个第一光学器件中的每一个都具有一个平面刻面和一个凹面刻面，后者的设计使其具有完全内反射功能。可通过设计使所述多个第一光学器件350的一个或两个刻面具有完全内反射功能，也可使两个刻面都不具备完全内反射功能，而代之以具有金属发射、吸收或透射功能。在所述实施例中，校准波导300发出的光线361-362经第二平面刻面352约束在一个不与校准波导300顶面垂直的较窄角度范围之内。但是，本发明也包括输出角度垂直于顶面的实施例在内。

现参阅图18B，衬层360可配置在所述多个第一光学器件350的下边。衬层360可以是分立的柔软反射材料层，例如用帝国化学工业(ICI)的Melinex#329-500制造。衬层360可提高明亮度效率，还可使系统美观。在最佳实施例中，衬层360可以是白色的、珍珠色或其他颜色。系统中可以包括一个LCD(图中未画)，将其配置在图中所示装置的上边。LCD的功能是为膝上电脑或其它设备等提供显示。

再次参阅图15，校准波导300顶面输出的光线361-362经第二平面刻面352的完全内反射后，受到屈光视膜400的进一步折射和反射。所述屈光视膜400包括一些第二光学器件410。所述第二光学器件410中的每一个都具有第一平面刻面411和第二平面刻面412，后者的设计使其具有TIR功能。每个第二光学器件410可以具有两个平面刻面、一个平面刻面和一个弧形刻面、或两个弧形刻面。此外，刻面中的两个、一个或零个刻面可被设计成具有TIR功能，或被设计成具备金属反射、吸收和透射功能。在最佳实施例中，第二刻面具有TIR功能，与第一刻面相比，它是内凹的。

仍参阅图15，校准波导300输出的光在校准波导300的顶面和多个第二光学器件410的第一刻面411之间传输后，在射入屈光视膜400时受到折射。之后，折射光受到多个第二光学器件410第一刻面411的完全内反射。如前已指出的，除了所述完全内反射外，这种反射也可以是金属化层的镜面反射、或镀层的吸收或透射反射。在图15中，第二刻面412的反射光向表面漫射器420传输。表面漫射器420可以是屈光视膜400的一个内含部分，也可以是叠压在屈光视膜400上的另外的分立膜片。在二者分立时，表面漫射器的制造材料应具有与屈光视膜400同样的折射率。通过所述表面漫射器420，屈光视膜400输出的光可被约束到一个较小的角度范围或发散到一个较大的角度范围。类似的，通过表面漫射器420输出的光可与屈光视膜的顶面垂直或不垂直。在图15所示实施例中，输出光发散较大，不同表面漫射器420的顶面垂直。

现参阅图16A，屈光视膜400可由包括上下两面的一层材料制成，下表面426的形状规定了一些第二光学器件，而其上表面的形状规定了表面漫射器。或者，用两层、三层或多层材料制作屈光视膜400。例如，可将多个第二光学器件复制在位于聚酯承载连接结构一侧的第一层光致聚合材料上，而将表面漫射器复制在位于聚酯承载连接结构另一侧的第二层光致聚合材料上，从而使承载连接结构夹嵌在这两个光致聚合材料层之间。或者，承载与连接结构同两个光制聚合材料层同时复制和聚合。另外一种选择是不采用承载与连接结构，而是通过模压使一层材料形成可发挥一种光学功能的形状并同时起到承载作用，再在它的上边涂上可复制另一种光学器件的光致聚合材料。还有一种选择是通过聚合或浇铸等方式使屈光视膜400两面的形状体现在一层聚碳酸酯或其它适当的材料上。

图16A表明一个局部光源所发光的光路。图16A画出了一些光线由一个垂直点光源发射出来，目的在于表明屈光视膜400的基本作用。

现参阅图16B，屈光膜910包括规定一些光学器件结构的下面结构形状926和规定表面漫射器929的上面结构形状928。校准波导950配置在下面结构形状926附近。校准波导950中的光线由于TIR发射而不能射到下面结构形状926上。因此，能够射出的光均经很好校准。观察光线931、932和933，可见膜910的功能是对通过下面结构形状926进入膜910的光进行进一步的校准。

现参阅图17A，角过滤膜500(即BEF，Minnesota的3M公司可以提供)可配置在校准波导光引擎入口端附近(未画出)。应当注意，不能认为膜500具有增强明亮度的作用，因为那是违反热力学第二定律的。角过滤膜500可包括平面侧面510和具有一些三角形折光结构530的第二侧面520。用向下的箭头表示的部分入射光被膜500所校准。应当指出，膜500对某些光线发挥校准结构的功能，而对其它一些光线起到过滤器的排斥作用，取决于光线的入射位置与三角形结构顶部之间的关系。例如，光线541、542、543和544受到膜500排斥，向图的上方折回。

图17B表明大量光线与膜500的相互作用，只有部分入射光线525将被导向LCD(未画出)。

现参阅图20A、20B和20C，图中表明三种形式的角过滤膜，它们除了提供所示结构通常的2D过滤外，还可提供3D过滤。图20A所示为平面金字塔形结构560，图20B所示为延伸的金字塔结构570，图20C所示为圆锥形结构。这三种实施例都可在Z及X和Y的方向提供某种程度的角过滤作用。

参阅图18，屈光视膜700包括一些具有平面刻面720和弧形刻面730的光学器件710。弧形刻面按其所要反射的通量进行优化。在这一实施例中，平面刻面720是透明的，弧形刻面具有完全内反射功能。第一刻面虽然必须是透明的，但第二刻面也可是平面形或金属化的，以起到镜面反射的作用。

参阅图19，校准波导800包括一些具有弧形刻面820的光学器件810，弧形刻面820根据它所要反射的光通量进行了优化。这些光学器件810还包括一个平面刻面830。弧形刻面820具有完全内反射功能，或者带有可起到镜面反射作用的反射层。这些反射刻面可以是平面也可以是弧形曲面。在制造过程中，可以使这些光学器件的刻面在平面或曲面、完全内反射或镜面反射之间进行任意组合。在所示实施例中，光源位于右方，反射远端位于左方。

在离开左边反射远端的方向上，弧形刻面的高度逐渐缩短(图中未画出)。平面刻面与相邻弧形刻面之间的上部顶角以及曲面的形状保持不便，但平面刻面的角度随着离开反射远端的距离增加而加大。相对于顶点所规定的平面而言，沟槽的深度随着离开光源的距离增加而减小。可通过靠模复制这一结构形状，靠模中的每个光学器件的结构形状可用金刚石刀具逐个切削。

本发明的最佳实施例可通过试验确定，即看是否有被有效校准的输出。校准输出试验可采用简单的常规偏振试验，无须复杂和苛刻的试验条件和设备。在观察实施例是否具有校准输出的其它方法中，也可根据输出光是否均匀来确定最佳实施例。

所公开的实施例中采用荧光管作为光源，但也可采用其它可发光的结构作为光源，例如发光二极管组等其它类型的非单色光光源，包括闪光灯。甚至可采用单色光源，虽然这种光源在市场还比较少见。

在所公开的实施例中，位于波导顶面上方的圆筒或圆锥形微晶体物镜作为实现像校准的结构，但也可通过能改善光线发散的其它结构实现这种功能，如非线性光学的集束腔等。

在所公开的实施例中，表明光整形漫射器可作为实现光整形功能的结构，但可实现这种功能的还有其它一些结构，包括Fresnel透镜等。

在相关技术领域中，本发明的一个实际应用是用于液晶显示照明。本发明公开的所有实施例都可同液晶显示一起用于显示数据、图象等。实际上，本发明可应用的场合难以胜数，在此不必详细赘述。

本发明可提供明显的改进效果，在相对较低的功率消耗下可得到没有对角线畸变的良好输出，且本发明的实施不需要苛刻的试验条件。通过以上或以下的叙述应可了解本发明的诸多特点。

虽然以上公开了发明人设想的实施本发明的最佳模式，但本发明的具体实施并不局限于此。应当理解，在不脱离本发明的范围和要义下，对本发明作出各种增补、修改和从新安排是完全可能的。

例如，采用较窄的光源和较薄的波导将会提高系统的效果。与此类似，虽然采用塑料制作校准波导波导较好，但也可采用其它折光材料来取代它。此外，其它部件也不一定用所介绍的材料制造，实际上可选用其它的任何适用材料来进行制造。

此外，各部件的形状不一定要同所公开的相同，它们之间的组配也不必同所公开的完全一致，能够提供校准背光的任何形状和结构都是可取的。在已公开的说明中，液晶显示器配置为另一个分立的器件，实际上它也可同与其连用的装置制成一体。此外，在所公开的各个实施例所具有的各种特点之间，可进行增减、合并和从新组合，除非它们之间存在矛盾和相互排斥。

需要指出的是，在不脱离本发明的精神和原理的情况下，对上述实施例进行的增补、修改和从新安排都落在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1、一种背光装置，包括：

一个校准波导器件，所述波导器件具有光输入端、顶面、与顶面相对的底面、互相对应的侧面、同光输入端相对的远端和完全内反射临界角；

在所述底面上有一些沿所述波导器件分布在所述光输入端和远端之间的第一刻面，所述刻面至少延伸到对应侧之间的中间位置；

每个所述第一刻面具有在远离所述远端方向上向所述顶面上斜的第一刻面底面，上斜角度γ相对所述顶面小于10度；

在所述波导器件的远端附近配置有光的散射面和反射面；以及

所述第一刻面底面使进入所述波导器件输入端的光完全内反射到其远端，而在所述波导器件远端的散射和反射面将光散射和反射回所述光输入端，所述第一刻面底面使远端反射回来的光线由顶面溢出。

2、如权利要求1所述背光装置，其中所述第一刻面底面使远端以接近完全内反射临界角的角度反射回来的光线由所述顶面以相对于顶面2γ的角度溢出。

3、如权利要求1所述背光装置，其中所述第一刻面底面具有沿所述校准波导器件底面分布的密度ρ，所述密度作为沿所述波导器件离开远端的距离的函数而变化。

4、如权利要求3所述背光装置，其中所述密度ρ随着离开远端距离的增加而提高。

5、如权利要求1所述背光装置，其中所述第一刻面底面为平面。

6、如权利要求3所述背光装置，其中所述第一刻面底面为平面，第一刻面底面的密度ρ随着离开远端距离的增加而提高，所述第一刻面底面的平面角度γ在离开远端的方向上逐渐轻微增加--即后续第一刻面底面的角度稍大于前一个第一刻面底面的角度。

7、如权利要求6所述背光装置，其中所述每个第一刻面底面平面与平面刻面底面相互平行。

8、如权利要求1所述背光装置，进一步包括：在所述底面上沿所述波导器件分布在所述光输入端和远端之间、并与所述第一刻面间隔配置的第二刻面，所述第二刻面至少延伸到对应侧面之间的中间位置。

9、如权利要求8所述背光装置，其中只有所述第一刻面底面具有防止每个第一刻面底面漏光的反射层。

10、如权利要求9所述背光装置，其中所述每个第一刻面底面具有的反射层为金属化反射层。

11、如权利要求1所述背光装置，其中所述第一刻面在整个背光装置校准波导对应侧面之间延伸。

12、如权利要求1所述背光装置，其中所述许多第一刻面沿底面分布，使顶面发射的光在校准波导的整个长度上基本具有均匀强度。

13、如权利要求1所述背光装置，进一步包括一个与顶面光学耦合、用于使顶面发射光均匀的漫射器。

14、如权利要求1所述背光装置，进一步包括一个与校准波导器件光输入端光学耦合、用于减少光输入端反射的非-Lambertian散射器。

15、如权利要求1所述背光装置，进一步包括一个同校准波导光学偶合的立体光调制器。

16、如权利要求1所述背光装置，进一步包括一个与校准波导光输入端光学偶合的光源。

17、如权利要求1所述背光装置，进一步包括一个与校准波导顶面光学耦合的液晶显示器。

18、一种液晶显示装置，包括：

一个具有前视面和与之对应的后表面的液晶器件；

一个校准波导器件，所述校准波导具有光输入端、面向所述液晶显示器后表面的顶面、与顶面对置的底面、相互对应的侧面、与光输入端对置的远端和完全内反射临界角；

一个配置在所述光输入端附近的光源；

许多在所述底面上沿所述波导器件分布在所述光输入端和远端之间的第一刻面，所述刻面至少延伸到对应侧面之间的中间位置；

每个所述第一刻面具有在远离所述远端方向上向所述顶面上斜的第一刻面底面，上斜角度γ相对所述顶面小于10度；

配置在所述波导器件远端附近的光散射面和反射面；以及

所述第一刻面底面使进入所述波导器件输入端的光完全内反射到其远端，而在所述波导器件远端的散射和反射面将入射光散射和反射回所述光输入端，所述第一刻面底面使远端反射回来的光线由顶面向所述液晶器件射出。

19、如权利要求18所述液晶显示装置，进一步包括：

一个与所述液晶显示器件光学耦合、用于对射出液晶显示器的光进行导向的第一非Lambertian漫射器；

一个与校准波导顶面光学耦合的、用于使顶面射出的光均匀的第二漫射器；以及

一个与校准波导光输入端光学耦合的、用于降低光输入端反射的第三非Lambertian漫射器。

20、如权利要求18所述液晶显示装置，进一步包括一个与校准波导光学偶合的立体光调制器。

21、如权利要求18所述液晶显示装置，进一步包括：

许多位于底面的第二刻面，所述每个第二刻面各具有其第二刻面底面，所述多个第二刻面沿校准波导分布在光输入端和远端之间并与所述多个第一刻面相互间隔配置，它们至少延伸到对应侧面之间的中间位置；

所述第一刻面底面和第二刻面底面使得进入光输入端的光线被完全内反射到校准波导的远端，而配置在远端的散射面和反射面又将入射的光散射和反射回光的输入端，第一刻面底面使由远端反射回来的光线以与顶面接近切向的角度射出顶面。

22、一种背光装置，包括：

一个具有光输入端、顶面、与顶面对置的底面、相互对应的侧面、与光输入端对置的远端和完全内反射临界角的校准波导器件；

多个在所述底面沿校准波导分布在光输入端和远端之间的第一刻面，所述第一刻面至少延伸到对应侧面之间的中间位置；

每个所述第一刻面具有在离开远端方向上向顶面弯曲的第一刻面底面；

多个在底面沿校准波导分布在光输入端和远端之间并与所述多个第一刻面相互间隔配置的第二刻面，每个所述第二刻面都有其第二刻面底面，且所述第二刻面至少延伸到对应侧面之间的中间位置；

一个配置在所述校准波导远端附近的光散射和反射面；

所述第一和第二刻面底面使得进入光输入端的光线完全内反射到校准波导的远端，而配置在远端的散射和反射面又将入射光线散射和反射回光输入端，弯曲的第一刻面底面的配置可使由远端反射回来的和入射到第一刻面弧形底面的光束以与顶面大体垂直的角度射出顶面。

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