CN214335277U - 基于光栅的背光体和三维电子显示器 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于光栅的背光体，其特征在于，所述背光体包括：光导，被配置为在所述光导的第一表面和第二表面之间引导光束；反射式衍射单元，其光学耦合到所述光导，并配置成衍射耦合出被引导光束的一部分作为耦合出光束，其中，所述反射式衍射单元包括光学耦合的衍射光栅和反射层，所述反射层和所述衍射光栅之间存在间隙，所述衍射光栅位于所述光导的第二表面，所述反射层位于反射层基板的第一表面，所述光导的第二表面和所述反射层基板的第一表面之间具有衬垫物。利用本实用新型提供的基于光栅的背光体，可以提高背光体的使用寿命。

Description

基于光栅的背光体和三维电子显示器

技术领域

本实用新型涉及背光技术领域，具体涉及一种基于光栅的背光体。

背景技术

可以将例如背光的光源耦合到无源显示器以照亮无源显示器。例如，可以将背光耦合到LCD或EP显示器。背光发射通过LCD或EP显示屏的光。可以在背光中提供衍射光栅来提供具有不同主角度方向的主次光束对以显示三维信息。此外，可以设置反射岛来将衍射产生的次光束从背光中反射重定向到观察方向上。

实用新型内容

为了延长背光体的使用寿命，本实用新型提供了一种基于光栅的背光体，其特征在于，所述背光体包括：光导，被配置为在所述光导的第一表面和第二表面之间引导光束；反射式衍射单元，其光学耦合到所述光导，并配置成衍射耦合出被引导光束的一部分作为耦合出光束，其中，所述反射式衍射单元包括光学耦合的衍射光栅和反射层，所述反射层和所述衍射光栅之间存在间隙，所述衍射光栅位于所述光导的第二表面，所述反射层位于反射层基板的第一表面，所述光导的第二表面和所述反射层基板的第一表面之间具有衬垫物。

在一些实施例中，其特征在于，所述反射层和所述衍射光栅之间的间隙是空气间隙。

在一些实施例中，其特征在于，所述光导的第二表面和所述反射层基板的第一表面在边缘处粘接。

在一些实施例中，其特征在于，所述反射层基板的第一表面在所述边缘处具有反射区域。

在一些实施例中，其特征在于，所述反射区域具有点状或条状的图案。

在一些实施例中，其特征在于，所述衬垫物是聚合物颗粒。

在一些实施例中，其特征在于，所述衬垫物是附着在所述反射层基板的第一表面的光反应材料。

在一些实施例中，其特征在于，所述衍射光栅通过紫外光固化胶附着在所述光导的第二表面。

在一些实施例中，其特征在于，所述反射层覆盖所述衍射光栅。

在一些实施例中，其特征在于，反射层基板的材料是玻璃或塑料。

在一些实施例中，其特征在于，所述反射层的材料是金属、电解质涂层或其组合。

在一些实施例中，其特征在于，所述间隙的尺寸在0.1μm至1mm的范围内。

本实用新型还提供了一种三维电子显示器，包括如前所述的基于光栅的背光体。

利用本实用新型提供的基于光栅的背光体，通过在反射层和衍射光栅之间设置间隙，能够防止反射层的材料发生的化学反应，从而可以延缓反射层的材料的老化速度，并提高整个背光体的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在没有做出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了根据现有技术的基于光栅的背光体的示意图；

图2示出了根据本实用新型的实施例的基于光栅的背光体的示意图；

图3示出了根据本实用新型的实施例的基于光栅的背光体的另一种示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型作进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如本文所使用的，冠词“一个”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。此外，本文中对“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何引用并不意味着在此进行限制。在此，术语“约”在应用于某个值时通常意味着在用于产生该值的设备的公差范围内，或者在一些示例中意味着正或负10％、或正或负5 ％、或正或负1％，除非另有明确说明。此外，本文使用的术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％的范围内的量。并且，本文的示例仅仅是旨在说明性的，并且是为了讨论的目的而不是为了限制。

根据这里描述的原理的实施例提供使用反射式衍射单元的电子显示器背光体。在该电子显示器中，光可作为光束(即，耦合出光束)被耦合出背光体，该光束在电子显示器的视图方向上被定向。具体地，根据一些实施例，由反射式衍射单元提供的耦合出光束在与电子显示器的视图方向相对应的预定义的或预定的主角方向上被定向。此外，在一些实施例中，可以由反射式衍射单元提供多个耦合出光束。根据这里描述的原理的一些实施例，耦合出光束可以具有相互不同的主角方向。可以采用具有不同主角方向的耦合出光束(也称为“不同地引导的光束”)来显示包含三维(3D)信息的信息。例如，不同地引导的耦合出光束可以被调制并充当3D或多视图电子显示器 (例如，“无眼镜式”或自动立体电子显示器)的像素。适用于本文描述的显示器的用途包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板电脑、移动计算机(例如，笔记本电脑)、个人计算机和计算机显示器、汽车显示控制台、相机显示器，以及各种其他移动以及基本上非移动的显示应用和设备。

图1示出了根据现有技术的基于光栅的背光体的示意图。如图1所示，基于光栅的背光体100被配置为使用反射式衍射来将背光体内的光耦合出，作为多个发射或耦合出光束102，这些光束102被定向远离基于光栅的背光体100的表面。在下面关于多束衍射光栅更详细描述的一些实施例中，耦合出光束102可被配置成形成光场。衍射耦合出光是基于光栅的背光体100内的被引导光104的一部分。根据各种实施例，提供从基于光栅的背光体100衍射耦合出光的衍射是反射衍射(即，采用反射式衍射光栅)。为了简化说明而不是为了限制，被引导光被示为粗体箭头104，指示被引导光104的一般传播方向。

如图1所示，基于光栅的背光体100包括光导110。在一些实施例中，光导110可以是板光导。光导110被配置为引导光(例如，光束)作为被引导光束104。例如，光导110可以包括被配置为光波导的电介质材料。该电介质材料可以具有第一折射率，该第一折射率大于电介质光波导周围的介质的第二折射率。折射率的差异被配置为例如根据光导110的一个或多个引导模式来促进被引导光104的全内反射。

根据各种实施例，光沿着光导110的长度被光导110引导。此外，光导 110被配置为利用全内反射在光导110的第一表面110’(例如，“前”表面或前侧)和第二表面110”(例如，“后”表面或后侧)之间以非零传播角引导被引导光束104。具体地，被引导光束104通过以非零传播角在光导110 的第一表面110’和第二表面110”之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，包括不同色彩的光的多个被引导光束104可以由光导110以不同的色彩特定非零传播角中的相应一个引导。注意，为了简化说明，图1中未示出非零传播角。

基于光栅的背光体100还包括多个反射光栅岛120。多个反射光栅岛 120相互间隔开，即在多个反射光栅岛120的每个之间存在非零空间。此外，反射光栅岛120光学耦合到光导110，如下文进一步描述的。根据各种实施例，多个反射光栅岛120中的反射光栅岛包括反射式衍射光栅。根据各种实施例，反射式衍射光栅被配置为衍射耦合出被引导光束104的一部分作为具有预定主角方向的耦合出光束102。

具体地，在一些实施例中，多个耦合出光束102可以由反射光栅岛120 的反射式衍射光栅衍射耦合出。此外，如下文关于多束衍射光栅所述的，多个相合出光束中的每个耦合出光束102可以具有与多个耦合出光束中的其他耦合出光束不同的主角方向。

在图1示出的背光体的结构中可以看出，反射层和衍射光栅是直接接触的。可以通过例如紫外光固化胶(UV胶)将衍射光栅附着在光导上。在这种情况下，反射层也和UV胶直接接触。由于通常情况下形成反射层的材料(如银或银合金)具有比较活泼的化学性质，因此，在背光体的使用过程中可能在反射层和UV胶之间发生化学反应，从而导致反射层材料的性质发生变化。这样的化学反应会影响反射层的使用寿命。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新的基于光栅的背光体的结构。

图2示出了根据本实用新型的实施例的基于光栅的背光体的示意图。

如图2所示，背光体200可以包括光导210。光导被定义为使用全内反射来引导结构内的光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长处基本上透明的芯。在各种示例中，“光导”通常是指采用全内反射以在光导的电介质材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于邻近光导材料表面的周围介质的折射率。在一些示例中，除了上述折射率差异之外或代替上述折射率差异，光导可以包括涂层，以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。根据各种示例，光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于板或引导板和引导条中的之一或两者。

在一些实施例中，光导210可以是板光导。光导210被配置为利用全内反射在光导210的第一表面210’(例如，“前”表面或前侧)和第二表面 210”(例如，“后”表面或后侧)之间以非零传播角引导被引导光束。

在一些示例中，光导210(例如，作为板光导210)可以是包括延伸的、基本上是平坦的光学透明电介质材料片的板或片光波导。基本平坦的电介质材料片被配置为使用全内反射来引导被引导光束。根据各种示例，光导 210的光学透明材料可以包括各种电介质材料中的任何一种，或者由各种电介质材料中的任何一种构成，电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃J朋硅酸盐玻璃等)，以及基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲醋)或“丙烯酸玻璃”聚碳酸醋等)。在一些示例中，光导210还可以在光导210的表面的至少一部分处 (例如，顶面和底面中的一个或两个)包括涂覆层(未示出)。根据一些实施例，涂覆层可用于进一步促进全内反射。

光导210可以耦合到光源来得到被引导光束。这里，“光源”被定义为光的来源(例如，被配置为产生并发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括光学发射器，例如在激活或开启时发射光的发光二极管。具体地，这里，光源可以基本上是任何光源或者基本上包括任何光学发射器，包含但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、荧光光源、等离子共振器、纳米粒子共振器、白炽灯以及几乎任何其他光源中的一个或多个。光源产生的光可以具有颜色(即，可以包含特定波长的光)，或者可以是一定波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光学发射器。例如，光源可以包含一套或一组光学发射器，其中至少一个光学发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其他光学发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或等效波长的光。例如，不同的颜色可以包括原色(例如，红、绿、蓝)。更一般地，光源可以产生具有比由荧光多束元件的荧光发射的光的波长更短的波长(更高的频率) 的光。在一些实施例中，光源是单色的或基本上是单色的，例如蓝色或紫外光。

如图2所示，背光体200还可以包括反射式衍射单元220，其光学耦合到光导210，并配置成衍射耦合出被引导光束的一部分作为耦合出光束。

反射式衍射单元220可以包括至少一个光学耦合的衍射光栅221和反射层222，其中各个衍射光栅221之间具有非零间隔。衍射光栅221和反射层 222之间可以存在间隙。在一些实施例中，衍射光栅221和反射层222之间的间隙可以是空气间隙。在一些实施例中，衍射光栅221和反射层222之间的间隙可以填充任何透明的材料。在一些实现方式中，该间隙的尺寸可以是在0.1μm至1mm的范围内。然而，可以理解的是，上述尺寸范围仅是一种示例性的说明，本领域技术人员也可以根据实际情况将该间隙的尺寸设置成其他需要的数值。

如图2所示，衍射光栅221可以设置在光导210的第二表面210”上。在一些实施例中，衍射光栅221可以通过紫外光固化胶(UV胶)223附着在光导210的第二表面210”。

这里，“衍射光栅”通常被定义为布置以便提供入射到衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在某些示例中，可以以周期性或准周期性的方式布置多个特征。例如，衍射光栅可以包括以一维(lD)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2D)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起或材料表面中的孔的2D阵列。

因此，并且根据这里的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合输出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光(即，主光束和副光束的衍射光)通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射的光的传播方向上的变化在这里被称为“衍射重定向”因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，所述衍射特征衍射地重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以衍射地耦合输出来自光导的光。

衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面(即，两种材料之间的边界)处、材料表面中和材料表面上中的一个或多个。例如，表面可以是板光导的表面，或者光导上或光导内的反射层的表面。衍射特征可以包括衍射光的多种结构中的任何一种，包括但不限于凹槽、脊、孔和凸起中的一个或多个，并且这些结构可以是在表面处、表面中和表面上的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个基本平行的凹槽。在另一个示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升出的多个平行的脊。衍射特征(凹槽、脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如闪耀光栅)中的一个或多个。

反射层222可以设置在反射层基板230的第一表面230’上。反射层基板230的材料可以是玻璃或塑料，或任何其他透明的材料。反射层222的材料可以是金属、电解质涂层或其组合，或者任何具有高反射率的其他材料。例如，反射层材料可以包括但不限于反射金属层(例如，金、银、铝、铭、煤等)、反射聚醋薄膜，或增强反射膜(ESR)。

反射层222可以覆盖衍射光栅221。例如，针对光导的第二表面上设置的多个衍射光栅中的每一个，可以为该衍射光栅设置一个对应的反射层，该反射层可以覆盖对应的衍射光栅。又例如，反射层222可以覆盖反射层基板 230的第一表面230’。

如图2所示，光导210的第二表面210”和反射层基板230的的第一表面230’之间具有衬垫物(spacer)240。在一些实施例中，衬垫物240可以是聚合物颗粒。在另一些实施例中，衬垫物240可以是附着在反射层基板 230的第一表面230’的光反应材料。例如，可以在反射层基板230的第一表面230’喷涂光反应材料，并对喷涂后的表面进行掩膜覆盖。通过对掩膜后的暴露部分照射预定波长的光来实现光化学反应，以除去暴露部分的光反应材料。之后，可以将掩模覆盖部分保留的光反应材料作为光导210的第二表面210”和反射层基板230的的第一表面230’之间的衬垫物240。

利用图2中示出的基于光栅的背光体，可以利用设置在反射层基板上的反射层和设置在光导上的衍射光栅之间的空隙来减少反射层材料和背光体中存在的其他材料之间的接触，从而减少反射层材料可能发生的化学反应，以提高背光体的使用寿命。

图3示出了根据本实用新型的实施例的基于光栅的背光体的另一种示意图。图3中示出的背光体300可以包括光导310和反射式衍射单元320。其中光导310可以被配置为在光导310的第一表面和第二表面之间引导光束，反射式衍射单元320可以光学耦合到光导310，并配置成衍射耦合出被引导光束的一部分作为耦合出光束。可以利用图2中示出的光导310和反射式衍射单元220来实现图3中的光导310和反射式衍射单元320，在此不再加以赘述。

如图3所示，光导310和反射层基板330的尺寸和形状是相同的。光导 310的第二表面310”和反射层基板330的第一表面330’在边缘处粘接。可以利用任何合适的粘接材料350粘接光导310和反射层基板330。在一些实现方式中，例如，以光导310和反射层基板330的形状是矩形的情况下，可以在矩形形状的四条边的边缘进行粘接。又例如，可以选择矩形形状中的任意两条对边的边缘进行粘接。再例如，可以在矩形形状的四角进行粘接。在另一些实现方式中，可以在光导和反射层基板的边缘以点状的图案进行粘接。

在一些实施例中，通过在边缘处粘接光导310的第二表面310”和反射层基板330的第一表面330’，可以对光导310和反射层基板330之间的元件(如衍射光栅、反射层以及衬垫物)实现密封。在实现密封的情况下，可以防止光导310和反射层基板330之间的元件在背光体300的使用期间接触水汽，从而使得光导310和反射层基板330之间的元件具有更高的稳定性，从而可以进一步延长背光体的使用寿命。

如图3所示，反射层基板330的第一表面330’在边缘处还可以具有反射区域360。例如，反射区域360可以具有点状或条状的图案。反射区域 360可以用于对从光导310的第二表面310”出射的光线进行反射，以防止出射的光线逃逸出背光体300。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种三维电子显示器，其可以包括结合图2、图3描述的基于光栅的背光体。

除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本实用新型所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

上面是对本实用新型的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本实用新型的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本实用新型的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本实用新型范围内。应当理解，上面是对本实用新型的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本实用新型由权利要求书及其等效物限定。

Claims (13)

1.一种基于光栅的背光体，其特征在于，所述背光体包括：

光导，被配置为在所述光导的第一表面和第二表面之间引导光束；

反射式衍射单元，其光学耦合到所述光导，并配置成衍射耦合出被引导光束的一部分作为耦合出光束，

其中，所述反射式衍射单元包括光学耦合的衍射光栅和反射层，所述反射层和所述衍射光栅之间存在间隙，所述衍射光栅设置在所述光导的第二表面，所述反射层设置在反射层基板的第一表面，所述光导的第二表面和所述反射层基板的第一表面之间具有衬垫物。

2.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述反射层和所述衍射光栅之间的间隙是空气间隙。

3.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述光导的第二表面和所述反射层基板的第一表面在边缘处粘接。

4.如权利要求3所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述反射层基板的第一表面在所述边缘处具有反射区域。

5.如权利要求4所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述反射区域具有点状或条状的图案。

6.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述衬垫物是聚合物颗粒。

7.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述衬垫物是附着在所述反射层基板的第一表面的光反应材料。

8.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述衍射光栅通过紫外光固化胶附着在所述光导的第二表面。

9.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述反射层覆盖所述衍射光栅。

10.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，反射层基板的材料是玻璃或塑料。

11.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述反射层的材料是金属或电解质涂层。

12.如权利要求1所述的基于光栅的背光体，其特征在于，所述间隙的尺寸在0.1μm至1mm的范围内。

13.一种三维电子显示器，包括如权利要求1-12任一项所述的基于光栅的背光体。

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