TW200408886A - Light generating device having polarized light emitting waveguide plate - Google Patents

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200408886 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明和含有板狀光導、光輸人單元及光輸出單元之光 產生裝置有關。本發明另和顯示裝置及lcd電视有關。 【先前技術】 如薄LC顯示螢幕之背面照明所用之目前所用之板狀光導 通常是邊緣照明（亦稱侧面照明）型，其中部分被反射器圍繞 之光源和至少、-個該光導邊緣相_，使得其光由其邊緣射 到该光導。此板狀光導例如揭示於w〇〇1/63588。於該 光導捕捉之光以全内反射（TIR)在光導傳送，及通常因光導 内傳送之光和光散射及/或反射/折射裝置（如散射點、散射 表面樣式或光導表面之其它光學不規則性）光互作用，或於 該光導表面特別製造之拓樸而使光耦合出光導及離開光 導，所有光散射及/或反射/折射裝置之共同處是它們抑制該 王内反射及使光自光導輸出耦合。可替代利用特別結構 之光箔和光導光接觸，以使光輸出耦合及其接著之定向。 如此可使整個邊緣照明背面照明包含在厚度很小的空間 内，這對和即薄筆記型螢幕或薄LC監控器幕有關之應用很 重要。 用於各向異性散射光之極化發光波導板具有特定之極化 狀態（例如s極化光）離開光導，其較佳地用於液晶顯示，於 W〇01/90637 (PHNL 000294 EPP)中描述。該波導板含有進 入侧用以將光耦合進波導板、一主要出去表面用以將光自 波導板耦合出去、及極化裝置用以選擇性指引由進入侧耦 S7470 200408886 合進入第一極化狀態之光一部分到該出去表面，該極化裝 置包含各向異性光散射層將該第一極化狀態該部分選擇性 散射到該出去表面。故利用於光導再循環之光使Lcd更有 政率。其觀念是將p極化光在各向異性落表面反射，同時使 s極化光自光導散射出去。該p極化光可在光導發生去極化 時再循環。 但使用此種波導板會使S極化光之光再循環及擷取過為 有效。已發現在只有幾毫米之距離可發生去極化，而使光 ⑺u之均勻性拍失升尚。在距離光導幾公分之距離即擷取大 部分的光，而使亮度降低。 【發明内容】 故本發明之一目的是提供可克服上述問題之光產生裝 置，尤其是該裝置之極化光均勻性高且適用於背面照明之 LCD面板。 利用如申請專利範圍第1項之光產生裝置，可依照本發明 達成此目的，該裝置包含： 板狀光導，具有二實賢上平行之侧及至少一邊緣，該邊 緣一有一表面速接該二侧表面， -在該光導至少一侧之至少一個光輸入單元，含有至少一 光源及一光輸入耦合裝置用以將光耦合到光導，以及 -在該光導至少一侧之至少一個光輸出單元，含有極化發 光波導板用以選擇性將第一極化狀態之光耦合出該光導。 本發明根據該觀念提供至少一個光輸入單元及至少一光 輸出單元，和現有裝置不同，視應用可將該等單元放在該 87470 光導土/侧之任何位置。這使得光導可做為光輸入及光 輸出單元間之光緩衝器，該等單元彼此未直接光耦合。在 光導内緩衝光可使該至少—光輸出單元覆蓋之該光導至少 ii]表面區光&度均勻，這有助於使輸出耦合光有相當一 致4松向冗度。孩經由光導在光輸入及光輸出單元間耦合 之間接程度，和該等單元分別和光導光接觸之面積成正比 (即其孔徑）’且另外和該光輸入單元及光輸出單元在光導至 少一侧彼此之相對位置有關。 依照本發明，於光輸出單元有一極化發光波導板用以選 擇性將較佳極化狀態之綠合出該光導。故只有如S極化光 4較佳極化狀態之光會由光導抽取出來，而達到有效極化 光再循環而未降低均勻性。另外，此光產生裝置之製造相 田各勿如本务明之光產生裝置較佳地用於直接背面照明 之LCD頋TF裝置，或具有掃描式背面照明之LCD電視，這 疋降低LCD電視之動作加工之一現有選擇。 光輸入單元所用之如燈之光源數目可和光導侧面積成正 比，故可製成和需照亮之顯示螢幕表面積或發光照明磚表 面積成正比。這使得光產生裝置之製造和其設計細節有 關，在該光導至少一側之至少一光輸出單元放射之光於高 亮度之橫向亮度一致性很高，或可達到光集中或光稀釋。 另外視Μ至少一光輸出單元之設計參數，自該光產生裝置 放射之光可有相當程度之準值。這有助於如直接和該至少 一個光輸出單元相鄰之;LCD螢幕之照明。 於相關申請專利範圍定義本發明之較佳實施例。申請專 87470 200408886 利範圍第14項主張之顯示裝置，尤其是直接背面照明型液 晶顯示裝置，含有尤其是LCD螢幕之顯示螢幕，又如本發 明之光產生裝置。申請專利範圍第15項主張含有如本發明 之光產生裝置之LCD電視。 在本發明之内容中，極化發光波導是相對於第二極化狀 態選擇性發第一極化狀態光之波導，該第二極化狀態和該 第一極化狀態正交。所發光之極化選擇定義為第一極化狀 感發光量和該第一極化狀態正交之第二極化發光量之比 值。該波導之傳送率是經該出去表面之發光量和由該進入 侧進入光量之比值。 經由該波導板的進入側而耦合進之入射光，以多少和該 出去表面平行之方向全内反射引導通過該板。此入射光一 般貪質上非偏振，即具有等量之第一及二極化狀態部分。 當此光行經各向異性散射層，第一極化狀態部分散射之程 度大於第二極化狀態部分。 相反地第二極化狀態部分之傳送量大於第一部分，即選 擇性傳送第二邵分故其乃捕捉在波導板中。到出去表面及 以不符合全内反射條件之角度入射到出去表面之散射光會 被折射及由該出去表面離開波導板。 波導板之厚度和所用之特定應用需要光量及用以提供波 導板光之光源大小有關。若該板太薄，光之散布效率較低， 而若太厚則使重量不必要地增加。該厚度方便地在〇1到5〇 mm間’或在0.25到20 mm間更好。厚度〇 5 _到1〇匪是 有效散布和板重間之最佳平衡點。 87470 200408886 為了能有效照亮含有依照本發明之波導板之LCD裝置顯 示板，在波導方向相對於第一極化狀態部分（即由出去表面 耦合出去之部分）之波導板傳送率可選為使得到達進入侧 對侧之任何光含有相當程度之該第一極化部分。 可應用於如本發明之光產生裝置之各相異性光散射層之 較佳實施例於上述WO 01/90637 (PHNL 000294 EPP)中揭 示，在此併為參考。 在一替代實施例，該輸出單元之波導板含有微架構各相 異性光輸出耦合層，提供幾乎和上述各相異性光散射層相 同之效用。另外在該各相異性層背向光導側頂可提供保護 塗層。於申請專利範圍第4項定義該微架構各向異性光輸出 耦合層較佳實施例。 在一有利貪施例’波導板含有歐洲專利申請〇U2〇6666.1 (PHNL 010683)中描述之全像式輸出耦合層。在此布喇格角 度較佳地為90°或全像式輸出耦合層厚度選為使輸出耦合 選擇性極化。 在本發明另一實施例，如US 5,808,713所述之反射偏光板 及輸出耦合架構，較佳地為寬帶膽固醇狀網路，多晶膜或 線網偏光板。 該光輸入單S之光輸人轉合裝置較佳地含有多個輸入搞 合光兀件和放置至少一光輸入單元之該光導侧表面光接 觸。此輸人搞合光元件形式可為圓形或橢圓剖面之肋狀或 立方體或柱體，具有如申請專利範圍第_14項另加定義 之不同部分及表面。 87470 -10- 200408886 依照一較隹實施例，該光導在其邊緣具有光反射裝置， 尤其疋鏡或度反射益，該漫反射器實質上未和該光導光接 觸。故光線會被迫在由光輸入單元或由光輸出單元離開光 導前，以TIR在光導傳送。一另外之反射表面較佳地在該至 V 光务11入單元邊至少一光源周圍及/或後面，即在離開該 光輸入耦合裝置之方向，用以重新指引離開該光輸入耦合 裝置傳送之光線回到該光輸入耦合裝置。此另外之反射表 面使光可在光輸入單元中再循環。 當做為大面積LC顯示螢幕之均勻發光背面照明單元時， 光輸入單元較佳地在其所在之光導側整個表面散布。另外 在光輸入單元間，沿此侧可規則放置個別之光源。類似地， 光輸出單元可在其所在之光導侧整個表面散布。 【實施方式】 圖1顯示依照本發明之光產生裝置第一實施例。該裝置包 含板狀光導1，在光導1之一側之光輸入單元2，及在光導1 另一側之光輸出單元3。光導i有二實質上平行之側1〇, n， 八表面和側1〇，11之表面連接之邊緣12。光輸入部分2 覆蓋光導丨整個側10，光輸出部分3只部分覆蓋光導丨之側 1卜 在光輸入單元2中有5個等間隔之燈2〇，用以產生光。光 輸入單元2另含有光輸入耦合裝置21用以將產生之光搞合 進入光導1，裝置21含有多個輸入耦合光元件22形式為圓形 或橢圓《彳面之背狀或立方體或直立之柱體，和平光導表面 10光接觸。實質上和光導表面10垂直對準之光元件22之直 87470 -11 - 200408886 立表面23光學性平滑及用來將光輸入單元2之光41耦合進 入光導1内邵。和光導表面1〇平行對準之光元件22表面24覆 盍一反射層，最好由鋁製成實質上反射率1〇〇%，以防止進 入光導1之任何光無法以TIR在光導1傳送。光元件22之表面 24在背向光導！侧表面24較佳地漫反射以反射光輸入單元2 内之光42。 除了利用太陽或外部光源做為光源產生光4耦合到光導1 之外’光輸入單元2包含光源20至少部分由漫反射器27包 圍。该漫反射器27最好反射率ι〇〇%，以使光輸入單元2中 之流明輸出及光再循環效率最大。 捕捉之光線以TIR在光導i傳送。光線可由光輸入耦合裝 置21之輸入耦合光元件22之直立牆23出去，然後在含有光 源20之光輸入單元2之腔送回，在此可將之再循環及再耦合 進光導1，或可由光輸出單元3之波導板31出去。 波導板3 1具有進入侧32用以耦合進光，及主出去表面μ 用以將極化光耦合出去。波導板3丨含有極化裝置，用以選 擇性將由進入侧32耦合進入之光第一極化狀態部分指引至 出去表面3 3其形式為各向異性散射層，將第一極化狀態 4刀選擇性散射到出去表面3 3。在一較佳實施例，該層含 有將色散才目位35色散之連續相位34。該連續及色散相位之 折射率彼此協調，使得沿和波導方向正交之第—軸（和進入 侧32垂直）心色散相位和連續相位折射率實際上不匹配，而 沿和波導及第一軸方向正交之第二軸之折射率實質上匹 配。第一軸方向替代可和進入側32垂直或和出去表面”垂 87470 -12- 200408886 直之方向平行。 波導板32可再加開及可具有另外之元件，如用以將任何 入射到出去表面3 3之散射光重新指引之反射器，反射器i 2 用以將任何該波導板傳送之光重新指引到在該波導板3 1和 一外部顯示板間之一波導板及/或分色偏光板，以使極化選 擇性再行提升。這方面可再次參考WO 01/90637描述均可用 於如本發明之光產生裝置之波導板其它實施例。 圖1亦顯示行經光導1及波導板3 1之光線極化部分之標準 軌道。含有等量s及p極化光之非偏振光之光線51由進入側 32進入波導板31。當行經各向異性光散射層31之連續相位 34 ’將會遇到色散相位區35。p極化光之色散相位35折射率 貪質上和各向異性光散射層連續相位3 4匹配，故實質上傳 送P極化部分。s極化光之色散相位35折射率和連續相位不 匹配。此不匹配使進入光線5 1散射為一束散射光線61，62， 其中至少一部分（即s極化之光線61)朝向出去表面33。故得 到極化^擇。P極化之其它光線6 2散射回波導1，如光線5 2 所示由全内反射即反射表面25，13及14鏡反射再循環。故 達成有政極化光之再循環，而未降低輸出耦合光61之均勻 性。 依照本發明之光產生裝置含有板狀光導、光輸入單元及 光知出單元，使得光導1做為輸入及輸出單元2及3間之光緩 衝斋。單元2，3未直接彼此光耦合，其光耦合（間接）程度和 其孔彳至（即個別和光導1之光接觸面積）成正比。光輸入單元2 及光輸出單元3間之光緩衝程度則和輸入及輸出單元2，3孔 87470 -13 - 200408886 於光源20產生之光，並較佳地未和光導}光接觸以在箔26和 光導表面10間形成腔28。 光元件22及成形落26面向光導1之表面，另由如鍍黑之吸 收層29復盍’吸收非TIR角度之光線53以防止非tir光逃離 光導1。故可省略LCD裝置之一極性而維持全hr模式。 圖4概略顯示含有如本發明之光產生裝置之背面照明型 液晶顯示裝置剖面。LCD裝置70含有LCD面板71，一般包 含LC單元在透明ITO電極間色散。裝置7〇另含有光產生裝 置，如上述具有光輸入單元2、光導1、及包含波導板用以 選擇性指引光到出去表面33之光輸出單元3。LCD裝置7〇另 含有檢偏鏡/偏光板72在觀者80及面板71間。 LCD裝置120是背面照明型，故可使用光輸入單元2產生 之光’、、'員示里面資訊。如技術上所熟知，視所用之特定L ◦單 元，檢偏鏡72和隨意之偏光板之相互方向會得到不同之 效果。當面板71之像素無電壓，光輸出單元3發出之極化光 進入面板71。當該光通過LC單元，其極性9〇。變化，故無法 d I偏知72 ·该像素為暗。當該像素為打開狀態，該光 極性在面板71無變化，故該光可不受阻礙通過檢偏鏡72 : 該像素為白色。 用以選擇性輸出耦合s極化光 圖5顯示如本發明之光產生裝置另一實施例，這是部分圖 2及3所示實施例之組合。光輸入耦合架構2如圖2所示，利 用含或稜鏡陣列做為光輸入隸合裝置21。光導1及光輸出單 兀3如圖2所示，即光輸出單元3含有微架構各向異性層37， 故以此實施例可高度控制發 87470 -15- 200408886 光方向。 圖下利用全像輸出隸合層之如本發明之光產生裳置1 實施例。當光輸入單元2及光導1如圖2所示，光輸出單元3 j 除了隨、意之保護塗層36外，含有全像輸出搞合層38。在該| 全像’右布喇格角度《是45。或適當選擇層38之厚度，可將| 入射光51〈—極性選擇性隸合出去。故選擇性辑合出去s極j 化光61。 | 圖6亦顯示全像傾斜角度β，β是法線和光柵平面及堆疊方' — 向間之角度，該堆疊方向是堆疊該等光栅平面之方向。該 全像可視為-光柵平面堆疊’各光拇平面間之折射率是常爾‘ 數，而相鄰平面之折射率不同。此全像層38之較詳細描述 參照上述歐洲專利申請01 120 366.1 (PHNL010683)。此實施 例之優點是輸出耦合.架構簡單，無需微架構或亂真干擾。 圖顯示如本發明之光產生裝置另一實施例。再次採用圖 2所TFI光輸入單元2及光導i。除了隨意之保護裝置36，光 輸出單元3含有反射偏光板39選擇特定極性之光。故具有如 s極性61之特定極性光’可選擇性由輸出耦合層3〇耦合出鲁 去。如P極性62之不同極性光在反射偏光板39反射。此實施 例 < 優點是和輸出耦合架構無關，如此實施例可使用不同 之輪出耦合層3〇。 本發明提供之光產生裝置之光導做為光缓衝器。均勻發 出較佳極化狀態之選擇性極化光。該裝置之配置簡單，可 用於許多不同應用。 【圖式簡單說明】 參 87470 •16- 200408886 本發明已參照圖式詳細說明，立中： 圖1顯示具有各向異性光散射層之光產生裝置第-實施 例， 圖2顯7F具有微架構各向異性層之光產生裝置第二實施 例， 圖3顯TF具有用以吸收非TIR光線之吸收裝置之光產生裝 置第三實施例， 圖4顯示如本發明之液晶顯示裝置， 圖5顯不具微架構各向異性層之光產生裝置第四實施例， 圖6顯示具全像輸出耦合層之光產生裝置第六實施例，及 圖7顯示具反射偏光板之光產生裝置第七實施例。 【圖式代表符號說明】 1 板狀光導 2 光輪入單元 3 光輸出單元 10, 11 側 12 邊緣 20 燈 21 光輪入耦合裝置 22 輸入耦合光元件 23 直立表面 24 表面 41，42 光 27, 13 漫反射器 87470 200408886 31 32 33 34 35 12 51， 52, 61， 62, 53 37 36 26 28 29 70 71 72 38 39 30 波導板 進入侧 出去表面 連續相位 色散相位 反射器 光線 微架構各向異層 保護塗層 成形箔 腔 吸收層 液晶顯示裝置 液晶顯示面板 偏光板 全像輸出耦合層 反射偏光板 輸出耦合層 -18- 87470

Claims (1)

1. 200408886 拾、申請專利範園： 1. 一種光產生裝置，包含： 一板狀光導（1)具有二實質上平行之侧（10，U)及至少 一邊緣（12)，該邊緣（12)具有一表面連接該等侧（10，11) 之表面， 配置在該光導（1)至少一侧（10)之至少一個光輸入單元 (2) ，含有至少一光源（20)及一用以將光耦合到光導（1)之 光輸入耦合裝置（21)，以及 配置在該光導（1)至少一侧（11)之至少一個光輸出單元 (3) ，含有一極化發光波導板（31)，用以選擇性將第一極 化狀態光散射出該光導（1)。 2·如申請專利範圍第丨項之光產生裝置，其中該波導板含有 一各向異性光散射層（3 1 )，用以選擇性將該第一狀態光散 射出該光導（1)。 3. 如申請專利範圍第1項之光產生裝置，其中該波導板含有 微架構各向異性光輸出耦合層（37)。 4. 如申請專利範圍第3項之光產生裝置，其中該微架構各向 兴性光輸出耦合層是液晶聚合物或雙折射聚合物，尤其 是 PET 或 PEN。 5. 如申請專利範圍第！項之光產生裝置，其中該波導板含有 全像輸出耦合層。 6· $申請專利範圍第5項之光產生裝置，其中該布喇格角度 實質上是45。。 如申印專利範圍第5積之光產生裝置，其中所選厚度得輸 87470 200408886 出耦合選擇性極化。 8. i申巧專利範圍第〗,之光產生裝置，另含有反射偏光板 及輸出耦合架構。 9·如申明專利範圍第8项之光產生裝置，其中該反射偏光板 疋免I膽固辱狀網路，多層膜或線網偏光板。 1〇.如申清專利範圍第1項之光產生裝置，其中，該光輸入耦 合裝且（21)含有多個輸入耦合光元件（21_24)，和該光導（u 該至少一侧（10)表面光接觸，該輸入耦合光元件（22-24) 具有反射表面部分（24)面向該光源（20)及實質上和該光 導（1)侧（10)表面平行對準，及至少一透明表面部分（23) 以相對於該光導（1)侧（1〇)之表面不等於〇。，尤其是實質上 9〇°之角度配置。 11. 如申印專利範圍第1〇項之光產生裝置，其中輸入耦合光 元件（22-24)間隔配置，及其中在該等輸入耦合光元件 (22-24)間放置光反射裝置（25)，尤其是實質上未和該光導 (1)光接觸之架構反射箔或架構反射罩，且該箔或罩在面 向該光源（20)侧反射。 12. 如申請專利範圍第10或11項之光產生裝置，其中輸入輕 合光元件（22-24)及/或該光反射裝置（25)具有一光吸收表 面部分（26)面向該光導（1)。 13. 如申請專利範圍第10項之光產生裝置，其中輸入耦合光 元件（22-24)間隔配置，及其中在該等輸入耦合光元件 (22-24)間放置光反射裝置（25)，尤其是和該光導（1)光接 觸之反射層，在面向該光導（1)側鏡反射。 87470 200408886 14. 15. 16. 17. 如申請專利範圍第1G項之光產生裝置，其中該輸入李馬合 光元件之反射表面部分（24)在背向該光導（1)之反射表面 部分（24)，以實質上反射率ι〇0%漫反射。 如申請專利範圍第1項之光產生裝置，其中該光導（1)具有 光反射裝置（13 )，尤其是鏡或漫反射器位在其邊緣（12)。 一種顯示裝置，尤其是直接背光型之液晶顯示裝置，含 有一顯示螢幕，尤其是一液晶（LC)顯示螢幕及如申請專 利範圍第1項之光產生裝置。 一種液晶電視，含有如申請專利範圍第16項之顯示裝置。 87470