TWI581041B - 超薄光單元 - Google Patents

超薄光單元 Download PDF

Info

Publication number
TWI581041B
TWI581041B TW104138321A TW104138321A TWI581041B TW I581041 B TWI581041 B TW I581041B TW 104138321 A TW104138321 A TW 104138321A TW 104138321 A TW104138321 A TW 104138321A TW I581041 B TWI581041 B TW I581041B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
refractive film
high refractive
film
incident
Prior art date
Application number
TW104138321A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201629593A (zh
Inventor
方炯錫
柳昇萬
Original Assignee
Ｌｇ顯示器股份有限公司
科思創德國股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｌｇ顯示器股份有限公司, 科思創德國股份有限公司 filed Critical Ｌｇ顯示器股份有限公司
Publication of TW201629593A publication Critical patent/TW201629593A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI581041B publication Critical patent/TWI581041B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
    • G09F9/30—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0045—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/004—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles
    • G02B6/0043—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles provided on the surface of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0045—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide
    • G02B6/0046—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00663—Production of light guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2101/00—Point-like light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/003—Light absorbing elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/26—Reflecting filters
    • G02B5/265—Reflecting filters involving total internal reflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/003—Lens or lenticular sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0031—Reflecting element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0051—Diffusing sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0066—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/08—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 light absorbing layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/02—Function characteristic reflective
    • G02F2203/023—Function characteristic reflective total internal reflection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H2001/2236—Details of the viewing window
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2250/00—Laminate comprising a hologram layer
    • G03H2250/33—Absorbing layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

超薄光單元
本發明涉及一種顯示裝置及一種用於該顯示裝置的光單元(light unit)。尤其，本發明涉及一種用於能夠提供準直光(collimated light)的顯示裝置的超薄光單元。
近來，已經積極開展了用於製作並且再生三維(3D，three-dimensional)影像/視訊的各種技術和研究。有關3D影像/視訊的媒體是虛擬實境的新概念，其能夠進一步提高視覺資訊並且期望會引領下一代顯示裝置。傳統二維(2D，two-dimensional)影像系統僅僅將影像和視訊資料再生成平面圖，但3D影像系統可以將全實景影像資料提供給觀察者。為此，3D影像/視訊技術是真北(True North)影像/視訊技術。
通常，存在有三種方法用於再生(reproducing)3D影像/視訊：立體(stereoscopy)方法、全像(holography)方法以及積分成像(integral imaging)方法。三種方法之中，全像方法使用雷射光束使得肉眼觀察3D影像/視訊成為可能。全像方法是最理想的方法因為它具有優異的視覺立體性，而不使觀察者感到任何疲勞。
為了在影像中的每一點製作光波相位的記錄，全像攝影使用與來自景象或物體(物體光束)的光結合的參考光束。如果兩個光束同調，由於光波疊加，參考光束與物體光束之間的光干涉產生一系列能夠被記錄在標準照相軟片上的强度條紋。這些條紋在軟片上形成一類繞射光柵，其稱之為全像圖。全像攝影的中心目標是當記錄的光柵是由替補參考光束在之後所照射時，原始物體光束被再造(或再生)，以實現3D影像/視訊。
當根據相關技術利用全像技術實現顯示系統時，難以獲得均勻分布的亮度因為從光源輻射的光强度遵循高斯分布(Gaussian profile)。此 外，當為了減少引起影像雜訊的高階繞射分量，來自光源的入射光具有傾斜的入射角時，雷射光的準直度可以降低。
為了解決相關技術的這些缺點，即使當為了減少高階繞射分量而入射光具有傾斜角度時，已經進行了研究以提供能夠提供準直光的一光單元。例如，已經呈現了利用準直透鏡的系統。
第1A圖係示意性說明根據相關技術能夠利用準直透鏡提供準直光的光單元的結構。
參考第1A圖，通過將點光源30設置在光源的位置並且將準直透鏡CL定位在自光源30分隔的焦距位置，從點光源30散射的光可以形成為準直光束。此準直光束在非玻璃類顯示系統中可以用作參考光束。
在多數全像顯示系統中，然而，較佳的是參考光束入射到繞射光學元件，具有從垂直方向到繞射光學元件的入射表面的傾斜角度。這是因為當例如全像膜的繞射元件可產生在全像影像中可作為雜訊的第0模式影像及/或第1模式影像時，藉由使得具有傾斜角度的參考光束入射到繞射元件而減小或消除第0模式及/或第1模式。例如，點光源30的位置可以在任意一側位移使得光單元中的傾斜角顯示在第1A圖中。
第1B圖係示意性說明根據相關技術利用準直透鏡產生具有傾斜角的準直光束的光單元結構。
參考第1B圖，點光源30從光軸130位移或移動到上側使得從光軸向前到透鏡CL中心的傾斜角為α。理論上，如第1B圖中虛線所示，準直光束具有從光軸130的傾斜角α。然而，在實際情況中，由於物理特性例如球面像差，如第1B圖中實線所示，真實的光路徑可不是與傾斜角α準直的及/或平行的。因此，來自光單元BLU的光束可沒有均勻地入射到期望的區域及/或方向，但卻是不均勻地分布在繞射光學元件的入射表面。
為了解決這個問題，已經提出了將準直透鏡與稜鏡片結合的方法以控制來自光單元的光的方向。以下參考第2圖簡要說明這樣一光方向可控制的光單元。
第2圖係示意性說明根據相關技術提供方向可以控制的準直光束的光單元結構。
根據相關技術的光方向可控制的光單元BLU包括準直透鏡CL、設置在準直透鏡CL一側的點光源30、以及設置在準直透鏡CL另一側的稜鏡片PS。點光源30可以是從一點在徑向方向上能夠輻射光的任意類型的光源。為了將使自點光源30的大部分的光指向準直透鏡CL，點光源30的後側進一步包括鏡子(未顯示)。
點光源30較佳設置在準直透鏡CL的焦平面上。尤其，點光源30可以定位於在準直透鏡CL的中心點和準直透鏡CL的焦平面的中心點之間連接的光軸130上。
準直透鏡CL可以將從點光源30輻射的光轉變成準直光束100。亦即，準直光束100可以在平行於光軸130的方向上輻射。準直透鏡CL可以包括任何光學透鏡例如菲涅爾透鏡。
稜鏡片PS較佳定位成與點光源30相對面，準直透鏡CL插入其間。稜鏡片PS利用關於光軸130傾斜一定的角度α可以折射或改變光傳播方向。利用稜鏡片PS，可以保持準直光束100的平行特性，並且利用相對於光軸130的角度α向下再指向準直光的傳播方向。因此，稜鏡片PS可以將準直光束100轉變成可控制的準直光束200。稜鏡片PS可以包括菲涅爾稜鏡片。
上述光單元可以應用至全像3D顯示器或者例如可控制的檢視視窗(viewing window)顯示器的超薄平板顯示器等。尤其，超薄平板顯示器可以應用至各種顯示系統。例如，由於可以控制檢視視窗，其可以被應用到顯示資訊只呈現給專人的安全顯示系統。至於另一範例，其可以應用至其中不同視訊資料能提供至不同位置(或者「檢視區域(viewing areas)」)的一多重視域顯示系統。進一步地，由於左眼影像和右眼影像可以分別提供至左眼和右眼而沒有任何干涉，可以設計一個很好的3D顯示器。
第3圖係示意性說明根據相關技術之超薄平板顯示器的結構。
參考第3圖，根據相關技術的超薄平板顯示器包括表示視訊資料的顯示面板LCP和光單元BLU。顯示面板LCP可以是利用光系統的平板顯示器，例如液晶顯示面板。超薄平板顯示器將表現在顯示面板LCP上的顯示資訊指向特定區域或專用檢視視窗。為了控制檢視視窗，需要光單 元BLU來控制光的輻射區域。例如，光單元BLU可以採用第2圖中所示的光控制系統。
詳細地，根據相關技術用於超薄平板顯示器的光單元BLU包括光源LED、透鏡LEN、反射板REF以及全像膜HOE。為了實現全像技術，較佳的是使用高度準直光束、及為雷射光或發光二極體雷射光的光源LED。當光源LED為普通發光二極體時，準直透鏡LEN可以被進一步包括以獲得準直光束。全像膜HOE使得準直光輻射到專用檢視區域。藉由將作為參考光束的光輻射到全像膜HOE上，根據全像膜HOE的記錄圖案可以控制輻射區域的光被提供至顯示面板LCP。
為了發展大面積超薄平板顯示器，須要將大面積全像膜HOE設置在大面積顯示面板LCP的後側。進一步地，包括反射板REF以將從光源LED輻射並且被準直透鏡LEN準直的光指向大面積全像膜HOE。
如上所述，超薄平板顯示器包括用於光學地收斂和發散光的透鏡LEN和反射板REF。因此，為了提供高度準直的光需要確保足夠的光路徑的物理空間。亦即，根據相關技術的光單元BLU需要體積空間，從而，根據相關技術的超薄平板顯示器同樣具有體積空間，因此使得難以將它們應用到各種顯示系統。進一步地，光單元BLU具有受控檢視視窗的受限視界，從而使得難以將其用作通常目的的光單元。
因此，本發明係針對一種基本上避免了由於相關技術的侷限和缺點的一個或多個問題的顯示裝置及於使用該顯示裝置的光單元。
本發明的優勢為提供一種用於能夠提供準直光的顯示裝置的超薄光單元。
本發明的額外特徵和優勢將陳述在以下的說明書中，並且部分從說明書中顯而易見，或者可以通過本發明的實踐習得。本發明的這些和其他優勢可以通過在書面說明和其申請專利範圍以及附圖中特別指出的結構實現和獲得。
為了實現這些和其他優勢且根據本發明的目的，正如具體且廣泛的說明，一種顯示裝置具有一顯示面板和一光單元，該光單元例如可包 括一高折射膜，其包括在該高折射膜的一第一側的一傾斜部分和從該傾斜部分延伸至該高折射膜的一第二側的一平坦部分；一第二構件，其在該高折射膜的該第一側的該傾斜部分上並且具有一第一寬度；一第一構件，其在該高折射膜的該第二側的中間的該平坦部分上並且與該第二構件隔開；一第三構件，其在該平坦部分上且具有一第一寬度；以及一光源，在該平坦部分的一側面鄰接該第一構件。
本發明的另一方面中，一種用於顯示裝置的光單元例如可以包括一高折射膜，其包括在該高折射膜的一第一側的一傾斜部分和從該傾斜部分延伸至該高折射膜的一第二側的一平坦部分；一第二構件，其在該高折射膜的該第一側的該傾斜部分上並且具有一第一寬度；一第一構件，其在該高折射膜的該第二側的中間的該平坦部分上並且與該第二構件隔開；一第三構件，其在該平坦部分上且具有一第一寬度；以及一光源，其在該平坦部分的一側面鄰接第一構件。
應理解前述概括說明和以下詳細說明二者為範例性和解釋性的並且旨在提供對所主張的發明做進一步的說明。
30‧‧‧光源
100‧‧‧準直光束
101‧‧‧第一發散光束
102‧‧‧第二發散光束
130‧‧‧光軸
200‧‧‧控制準直光束
201‧‧‧第三發散光束
202‧‧‧第四發散光束
203‧‧‧第五發散光束
204‧‧‧第六發散光束
301、302‧‧‧準直光束
401、402‧‧‧準直光束
A、B、C‧‧‧區域
BLU‧‧‧光單元
CL‧‧‧準直透鏡
COL‧‧‧準直光束
DOL‧‧‧散射光束
DP‧‧‧第四構件
EP‧‧‧第三構件
FLAT‧‧‧平坦部分
FOL‧‧‧發散光束
HR‧‧‧高折射膜
HOE‧‧‧全像膜
LA‧‧‧第一構件
LA2‧‧‧下部第一構件
LCP‧‧‧顯示面板
LEN‧‧‧透鏡
LED‧‧‧光源
LGF、LGF2‧‧‧超薄導光薄膜
LR、LR2‧‧‧低折射膜
LS、LS2‧‧‧光源
OT‧‧‧光束
POL、POL1、POL2‧‧‧透射光束
PS‧‧‧稜鏡片
RE‧‧‧反射膜
REF‧‧‧反射片
RHOE‧‧‧第二構件
W‧‧‧第一寬度
WED‧‧‧傾斜部分
WG‧‧‧基膜
α 1‧‧‧入射角
α 2‧‧‧入射角
α 3‧‧‧入射角
α 4‧‧‧反射角
β‧‧‧入射角
θ‧‧‧角度
所含附圖提供對本發明的進一步的理解並且被合併構成本說明書的一部分，舉例說明本發明的實施例且與說明書一起用來解釋本發明的主旨。附圖中：第1A圖係示意性說明根據相關技術利用準直透鏡產生準直光束的光單元的結構的圖；第1B圖係示意性說明根據相關技術利用準直透鏡產生具有傾斜角的準直光束的光單元結構的圖；第2圖係示意性說明根據相關技術提供方向可以控制的準直光束的光單元結構的圖；第3圖係示意性說明根據相關技術之超薄平板顯示器結構的側視圖；第4圖係示意性說明根據本發明第一實施例之超薄光單元的結構的立體圖；第5圖係根據本發明第一實施例在第4圖中所示之超薄光單元的平面圖；第6圖係沿第5圖的I-I’線所取得的側視圖； 第7A圖和第7B圖係說明根據本發明第一實施例從光源發射出的發散光束在第6圖所示之超薄光單元的區域A中的高折射膜內部傳導的放大側視圖；第8圖係說明第7A圖和第7B圖所示之發散光束傳導在X-Y平面上的平面圖；第9圖係說明根據本發明第一實施例發散光束穿過高折射膜的傾斜部分並且入射到第6圖所示之超薄光單元的區域B中的第二構件的放大側視圖；第10圖係說明根據本發明第一實施例從第二構件發射出的準直光束在第6圖所示之超薄光單元的區域B中傳導的放大側視圖；第11A圖和第11B圖係說明根據本發明第一實施例通過全反射傳導的準直光束發射到第6圖所示之超薄光單元的區域C中的上表面的放大側視圖；第12圖係說明從第二構件發射的準直光束在X-Y平面上傳導的平面圖；第13圖係根據本發明第二實施例之超薄光單元的平面圖；第14圖係沿第13圖的II-II’線所取得的放大側視圖；第15圖至第17圖係根據本發明第三實施例之超薄光單元的側視圖；以及第18圖係示意性說明根據本發明第四實施例之超薄平板顯示器。
現在詳細參考本發明實施例，其範例在附圖中舉例說明。盡可能，相同的參考數字貫穿附圖指示相同或相似的部分。當合併於此的已知功能和配置使得本發明實施例相當不明確時，其詳細的說明將被省略。
在說明本發明的各種實施例中，相同的組件在本發明的第一實施例中被代表性的說明，並且在其他實施例中可以省略。
<第一實施例>
現在參考第4圖至第12圖，詳細地說明根據本發明第一實施例的超薄光單元。尤其，現在詳細說明超薄導光薄膜LGF和光源LS之間的關係，其中在本發明中「光單元」可表示為「光源單元」。
參考第4圖至第6圖，首先說明根據本發明第一實施例構成超薄光單元的超薄導光薄膜LGF和光源LS的結構。
第4圖係示意性說明根據本發明第一實施例之超薄光單元的結構的立體圖。第5圖係根據本發明第一實施例在第4圖中所示之超薄光單元的平面圖。第6圖是沿第5圖的I-I’線所取得的側視圖。
根據本發明第一實施例的超薄導光薄膜LGF包括作為誘導光的薄膜類導光介質或導波介質的基膜WG和第二構件RHOE、第三構件EP、以及形成/設置在基膜WG的上表面上的第一構件LA。
具有第一寬度W的基膜WG包括高折射膜HR。高折射膜HR包括在高折射膜HR一側的傾斜部分WED和從傾斜部分WED延伸至高折射膜HR的另一側並且具有預定厚度的平坦部分FLAT。基膜WG進一步包括堆疊在高折射膜HR的上表面上的平坦低折射膜LR。第一構件LA形成在基膜WG的上表面的一側中間，並且具有第一寬度W的第二構件RHOE形成在基膜WG的上表面的另一側上。具有第一寬度W的第三構件EP形成在基膜WG的整個上表面除了第一構件LA和第二構件RHOE的剩餘區域上。於此，第二構件RHOE形成在高折射膜HR的傾斜部分WED的形成區域上。
有利的是高折射膜HR的折射率大於低折射膜LR的折射率，並且第二構件RHOE的折射率和第三構件EP的折射率約等於或稍微大於低折射膜LR的折射率。例如，高折射膜HR可以由具有1.6折射率的聚碳酸酯形成，低折射膜LR可以由具有1.43至1.5折射率的UV樹脂形成，以及第二構件RHOE與第三構件EP可以由具有1.5折射率的材料形成。具有各種折射率的其他材料可以用於這些元件。
光源LS可以使用具有與發光二級體(LED)相似的發光區域和發散角的任何光源。於此，說明了發散LED，但本發明並不侷限於此並且可以包括具有直下式LED的各種類型的LEDs。通過使用這樣的發散LED，可以提高光源LS的光效率，並且可以減少製造成本。
在本實施例中，光源LS只利用單個白色LED或包括紅、綠、以及藍LEDs的三種LEDs組合而發射出白光。例如，紅、綠、以及藍LEDs在水平方向或垂直方向上佈置在一條線上，或者可以佈置在三角形中。或者，如需要，發射白光的複數個LEDs可以用來實現具有高亮度的超薄光單元。或者，可以使用每組包括三種紅、綠、以及藍LEDs組合的複數組集合。 於此，使用一個光源LS，以便減少熱量的產生以及提高光源LS的能量效率。
光源LS設置在與高折射膜HR的平坦部分FLAT相鄰的超薄導光薄膜LGF的側面。附圖中，光源LS與高折射膜HR分開一預定距離。 然而，如需要，可以將光源LS定位為毗連高折射膜HR或者黏附到高折射膜HR上。在此情況下，考慮到來自光源LS的光入射到高折射膜HR的洩露以及由光源LS產生的熱量在高折射膜HR上所造成的損失，有益地設計光源LS的位置。從光源LS發射出的光入射到位於光源LS相對側的高折射膜HR的側面。
第一構件LA形成在鄰接光源LS的基膜WG的上表面的一側上。第一構件LA可以吸收從光源LS發射出的光束之中具有小於臨界角的入射角的全部光束，其使得在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上發生全反射。
第二構件RHOE形成在基膜WG的上表面與第一構件LA相對的另一側上。進一步，第二構件RHOE形成在高折射膜HR的傾斜部分WED的形成區域上。第二構件RHOE藉由將光繞射膜貼附到基膜WG的上表面或者將光繞射層應用至基膜WG的上表面而形成。可以將反射材料應用到第二構件RHOE上。
第三構件EP形成在基膜WG的整個上表面除了第一構件LA和第二構件RHOE的剩餘區域上並且向外發射出光。第三構件EP藉由將光繞射膜貼附到基膜WG的上表面或者將光繞射層應用至基膜WG的上表面而形成。或者，第三構件EP藉由將光柵圖案直接應用或雕刻在基膜WG的上表面而形成。
從超薄導光薄膜LGF傳遞的內部光可以在發散模式、反射模式以及發射模式中分別傳導。
在發散模式中，從光源LS發射出的發散光入射到高折射膜HR的內部並且以全反射方式傳導朝向高折射膜HR內的傾斜部分WED(例如，在+X軸方向上)。
在反射模式中，入射到高折射膜HR的傾斜部分WED的發散光的角度被傾斜部分WED的傾斜度調整，從而發散光沒有從高折射膜HR的 上表面全反射並且其傳導至第二構件RHOE。在此情況下，發散光穿過傾斜部分WED並且在垂直方向上作為準直光傳導至第二構件RHOE。穿過傾斜部分WED並且入射到第二構件RHOE的發散光藉由第二構件RHOE在垂直和水平方向上作為準直光發射到高折射膜HR的內部。
在發射模式中，從第二構件RHOE發射並且在垂直方向和水平方向上準直的準直光再次穿過傾斜部分WED並且調整其全反射角度。調整了全反射角度的準直光沒有從高折射膜HR的上表面完全反射並且其通過全反射在-X軸方向上在超薄導光薄膜LGF的上表面和下表面之間傳導。在此情況下，通過全反射傳導的準直光的一部分反應到第三構件EP並且發射到超薄導光薄膜LGF的外部。
以下，參考第7圖至第12圖詳細說明從光源LS發射出的光在超薄導光薄膜LGF的內部傳導並且表面發射穿過超薄導光薄膜LGF的上表面的過程。為了詳細的說明將第6圖中顯示的超薄光單元劃分成區域A、B以及C。
現在詳細說明區域A中光的傳導方法。第7A圖和第7B圖係說明根據本發明第一實施例從光源LS發射出的發散光束(divergent light beam)在第6圖中所示之超薄光單元的區域A中的高折射膜內部傳導的放大側視圖。第8圖係說明第7A圖和第7B圖所示之發散光束傳導在X-Y平面上的平面圖。
參考第7A圖，在X-Y平面上從光源LS發射出的入射光束FOL和POL入射到高折射膜HR的側面並且在X-Z平面上沿X軸傳導。於此，從光源LS發射出的光束之中使得在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上發生全反射之具有大於臨界角的入射角的光束被稱為發散光束FOL，並且從光源LS發射出的光束之中使得在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上發生全反射之具有小於臨界角的入射角的光束被稱為透射光束(transmitted light beam)POL。因此，發散光束FOL通過全反射傳導朝向高折射膜HR內的傾斜部分WED(例如，在+X軸方向上)。
透射光束POL在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面沒有全反射並且按照原樣傳導。透射光束POL可以發射到外部作為非準直光。因此，透射光束POL不能被調整用於實現控制的檢視視窗並且透射光束 POL可以發射作為散射光。因此，第一構件LA形成在鄰接光源LS的基膜WG的一側的上表面的中間，以便阻擋透射光束POL。
第一構件LA有益地只形成在能夠充分吸收透射光束POL的區域中。發散光束FOL在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面全反射並且傳導基本上不受第一構件LA的影響。因此，在X軸方向上的第一構件LA的長度可以恰當地設置為能夠充分吸收透射光束POL的長度。
例如，在X軸方向上的第一構件LA的長度可以基於高折射膜HR與低折射膜LR之間全反射的臨界角而確定。隨著高折射膜HR與低折射膜LR之間全反射的臨界角的增加，X軸方向上的第一構件LA的長度可增加。根據從光源LS發射的光的發散角可確定Y-軸方向上的第一構件LA的寬度。隨著從光源LS發射的光的發散角的增加，Y-軸方向上的第一構件LA的寬度可增加。
參考第7B圖，當第一構件LA只形成在基膜WG的一側的上表面上時，+X軸方向上的第一構件LA的長度可過度增加。亦即，在透射光束POL1和POL2之中入射朝向高折射膜HR的下表面的透射光束POL2通過高折射膜HR的下表面可完全反射並且可以通過高折射膜HR的上表面透射。
在此情況下，基膜WG上表面上在+X軸方向上的第一構件LA的長度可以多餘地增加，以便吸收透射光束POL2。因此，超薄導光薄膜LGF可以進一步包括下部第一構件LA2，下部第一構件LA2定位在與形成在基膜WG一側的上表面的第一構件LA相對的位置。亦即，下部第一構件LA2定位在高折射膜HR的下表面的一側上。在此情況下，傳導朝向高折射膜HR的上表面的透射光束POL1被上部第一構件LA吸收，並且傳導朝向高折射膜HR的下表面的透射光束POL2被下部第一構件LA2吸收。因此，上部第一構件LA的長度可以被減少或防止過度地增加。
第一構件LA的形成區域無助於實現可控制的檢視視窗。因此，第一構件LA有益地只形成在能夠接收透射光束POL的最小區域中。在此情況下，在下部第一構件LA2和高折射膜HR之間可以添加下部低折射膜。
鄰接光源LS的高折射膜HR的側面具有能夠在+X軸方向上聚集光的聚集結構。例如，高折射膜HR具有使用拋物線等的聚集結構。當使 用聚集結構時，聚集的光到可達傾斜部分WED而基本上沒有損失。因此，可以提高光效率。尤其，考慮到基膜WG在X軸方向上的長度，從光源LS發射的光有益地具有對應於傾斜部分WED的第一寬度W的發散角。
參考第8圖，從光源LS發射的發散光束FOL通過全反射在第二構件RHOE的方向(例如，+X軸方向)上傳導。從光源LS發射的光束的發散分布有益地具有從光入射面散布至第二構件RHOE的分布。然而，從光源LS發射的透射光束可以被第一構件LA吸收而可沒有傳導。
區域B中光的傳導方法沒有詳細說明。第9圖係說明根據本發明第一實施發散光束穿過高折射膜的傾斜部分並且入射到第6圖中所示之超薄光單元的區域B中的第二構件的放大側視圖。第10圖係說明根據本發明第一實施例從第二構件發射出的準直光在第6圖中所示之超薄光單元的區域B中傳導的放大側視圖。
參考第9圖，藉由全反射在高折射膜HR內部傳導的發散光束FOL入射到高折射膜HR的傾斜部分WED。發散光束FOL以大於臨界角的角度入射到傾斜部分WED，使得在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上發生全反射。入射到傾斜部分WED的發散光束FOL藉由傾斜部分WED的傾斜度(角度θ)調整並且以調整的角度發射到第二構件RHOE。亦即，傾斜部分WED調整發散光束FOL的角度，並且以調整角度發射的發散光束FOL藉由高折射膜HR的上表面透射並且入射到第二構件RHOE。傾斜部分WED的傾斜角度θ有益地為1°至5°。在此情況下，發散光束FOL被傾斜部分WED反射並且在垂直方向(+Z軸方向)上作為準直光入射到第二構件RHOE。
例如，從高折射膜HR的上表面全反射的第一發散光束101從傾斜部分WED的表面再次全反射並且轉換成第二發散光束102，並且第二發散光束102藉由高折射膜HR的上表面透射並且入射到第二構件RHOE。在此情況下，入射到第二構件RHOE的第二發散光束102的入射角α 1小於在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面的全反射的臨界角。
在另一個範例中，從高折射膜HR的上表面全反射的第三發散光束201從傾斜部分WED的表面再次全反射並且轉換成第四發散光束202。第四發散光束202從高折射膜HR的上表面全反射並且轉換成第五發 散光束203，並且第五發散光束203從傾斜部分WED的表面再次全反射並且轉換成第六發散光束204。第六發散光束204藉由高折射膜HR的上表面透射並且入射到第二構件RHOE。在此情況下，從高折射膜HR的上表面全反射的第四發散光束202的入射角α 2大於在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面的全反射的臨界角並且小於第三發散光束201的反射角α 4。進一步地，入射到第二構件RHOE的第六發散光束204的入射角α 3小於在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面的全反射的臨界角。
如上所述，傾斜部分WED藉由全反射整入射到傾斜部分WED的發散光束的反射角。當以調整角度發射並且入射到高折射膜HR的上表面的發散光束的入射角大於在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面的全反射的臨界角時，發散光束的角度通過全反射在高折射膜HR的上表面與傾斜部分WED之間再次調整。當以調整角度發射並且入射到高折射膜HR的上表面的發散光束的入射角小於在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面的全反射的臨界角時，發散光束通過高折射膜HR的上表面透射。
於此揭露的實施例中，傾斜部分WED的下表面的橫截面在附圖中顯示為一直線。然而，本發明實施例並不侷限於此。傾斜部分WED的下表面的橫截面可以具有任意形狀只要傾斜部分WED可以執行上述功能。例如，傾斜部分WED的下表面的橫截面可以具有彎曲的形狀，該形狀的下部分是凹陷的。
參考第10圖，在垂直方向(+Z軸方向)上準直，沿+X軸發散以及入射到第二構件RHOE的發散光束FOL通過記錄在第二構件RHOE上的光學繞射圖案在水平方向上準直並且被發射到高折射膜HR的內部。亦即，從第二構件RHOE發射的光束301在垂直方向和水平方向上為準直光束COL。
入射到高折射膜HR內部的準直光束301被傾斜部分WED反射並且轉換成準直光束302，其藉由傾斜部分WED調整準直光束302的角度。具有調整了角度的準直光束302通過全反射在超薄導光薄膜LGF的上表面與空氣之間的界面和超薄導光薄膜LGF的下表面與空氣之間的界面之間傳導在-X軸上。在此情況下，希望藉由傾斜部分WED調整了角度的準直光束302的入射角β小於臨界角，其使得在高折射膜HR與低折射膜LR 之間的界面上發生全反射，這樣準直光束302可以通過高折射膜HR的上表面透射。進一步，希望準直光束302的入射角β大於臨界角，使得超薄導光薄膜LGF的上表面和下表面與空氣之間的界面上發生全反射。
因此，第二構件RHOE有益地滿足一些條件，在該等條件中，準直光束以傾斜部分WED調整的角度從第二構件RHOE發射出，在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上準直光束沒有全反射，以及在超薄導光薄膜LGF的上表面與空氣之間的界面和超薄導光薄膜LGF的下表面與空氣之間的界面之間該準直光束全反射，並且與此同時，第二構件RHOE形成全像圖案使得準直光束在水平方向上。例如，第二構件RHOE可以是全像薄膜，該全像薄膜記錄利用發散光束FOL作為參考光束和利用準直光束301作為物體光束而製作的干涉圖案。
在此情況下，第二構件RHOE不是用於實現控制的檢視視窗的區域。因此，第二構件RHOE有益地只形成在能夠接收穿過傾斜部分WED並且入射的發散光束FOL的最小區域中。亦即，第二構件RHOE有益地具有與基膜WG相同的寬度，並且第二構件RHOE在X軸方向上的長度等於或小於傾斜部分WED在X軸方向上的長度。
現在詳細說明區域C中光的傳導方法。第11A圖和第11B圖係說明根據本發明第一實施例通過全反射傳導的準直光束發射到第6圖中所示之超薄光單元的區域C中的上表面的放大側視圖。
參考第11A圖，從第二構件RHOE發射的準直光束COL通過全反射在-X軸方向上傳導。在此過程中，例如當第三構件EP，一全像圖案形成在基膜WG的上表面上時，大部分準直光束401從基膜WG的上表面全反射。然而，與第三構件EP的繞射效率成比例的一部分準直光束401發射到外部作為光束OT。亦即，通過全反射傳導的一部分準直光束COL反應至第三構件EP並且發射到外部。例如，當第三構件EP的繞射效率為5%時，5%的準直光束401發射到超薄導光薄膜LGF的外部作為光束OT，並且對應於剩餘95%準直光束401的準直光束402被完全反射並且在-X軸方向上傳導在超薄導光薄膜LGF內部。藉由這樣的方法，每次準直光束401入射到第三構件EP，5%的準直光束401可以被發射。進一步地，第三構件 EP有益地具有全像圖案，使得光束OT在垂直於超薄導光薄膜LGF表面的方向上傳導。
參考第11B圖，當第三構件EP具有光柵圖案時，該光柵圖案有益地由使得光束OT在接近垂直的方向上被折射的材料形成。亦即，準直光束401具有傾斜至Z軸的角度並且發射到基膜WG的上表面。在此情況下，第三構件EP有益地具有使得最終發射的光束OT的發射方向在接近於Z軸的方向上折射的光柵圖案。
參考第12圖，在垂直和水平方向上從第二構件RHOE發射的準直光束COL在-X軸方向上傳導。在此情況下，與第三構件EP反應的一部分準直光束COL發射到第三構件EP的上表面並且實現為光束。
返回參考第9圖至第11B圖，在X-Y平面上，因為準直光束COL和傾斜部分WED，發散光束FOL可能不滿足全反射條件，並且在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上沒有被全反射。因此，發散光束FOL從高折射膜HR的上表面折射和反射。因此，大部分發散光束FOL折射到低折射膜LR的內部，並且一部分發散光束FOL再次反射到高折射膜HR的內部。
複雜光學現象可實際發生在高折射膜HR的上表面。為了簡潔和易於理解，然而，假設當在高折射膜HR的上表面沒有發生全反射時發散光束FOL與準直光束COL進入低折射膜LR，以說明本發明實施例。進一步地，實際上，發散光束FOL與準直光束COL被折射然後進入到低折射膜LR。同樣，為了簡潔和易於理解，假設發散光束FOL與準直光束COL直線傳播而基本上沒有折射，以說明本實施例。實際上，當低折射膜LR非常薄時，折射角的影響是很小的。
從超薄導光薄膜LGF的上表面全反射並且入射到低折射膜LR內部的準直光束COL在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上被反射和折射。然而，因為準直光束COL反射的真實量非常少，為了簡潔和易於理解，假設全部準直光束COL折射到高折射膜HR內部並且進入高折射膜HR，以說明本實施例。
如上所述，根據本發明第一實施例的超薄光單元包括超薄導光薄膜LGF，超薄導光薄膜LGF包括基膜WG，其包括在高折射膜HR一側 具有傾斜部分WED和從傾斜部分WED延伸到高折射膜HR的另一面的平坦部分FLAT的高折射膜HR以及形成在高折射膜HR上的低折射膜LR；第二構件RHOE，其形成在基膜WG上表面的一側並且具有第一寬度W；第一構件LA，其形成在基膜WG上表面另一側的中間並且與第二構件RHOE隔開預定距離；以及第三構件EP，其在基膜WG上表面上在第二構件RHOE與第一構件LA之間形成並且具有第一寬度W。根據本發明第一實施例的超薄光單元進一步包括鄰接平坦部分FLAT側面的第一構件LA而定位的光源LS。
根據本發明第一實施例的超薄光單元利用全像技術可以提供對應於第三構件EP表面區域的準直光。因此，本發明第一實施例提供發射準直光的超薄光單元。進一步地，本發明第一實施例藉由使用軟性薄膜可以提供具有非常薄的厚度和彈性的超薄光單元。
<第二實施例>
根據本發明第二實施例的超薄光單元可以實現具有窄視角或者具有廣視角的光。亦即，本發明第二實施例提供能夠基於使用者的需求通過選擇性實現控制檢視視窗模式(窄視角)和普通光散射模式(廣視角)而控制檢視視窗的薄膜型超薄光單元。
現在參考第13圖和第14圖詳細說明根據本發明第二實施例的超薄光單元。
第13圖是根據本發明第二實施例的超薄光單元的平面圖，以及第14圖是沿第13圖的II-II’線所取得的放大側視圖。
參考第13圖和第14圖，根據本發明第二實施例的超薄光單元包括超薄導光薄膜LGF2以及光源LS和LS2。
除了根據本發明第一實施例的超薄導光薄膜的配製之外，根據本發明第二實施例的超薄導光薄膜LGF2進一步包括下部低折射膜LR2，其形成在該高折射膜HR的下表面上、以及第四構件DP，其形成在下部低折射膜LR2的下表面上並且定位在對應於高折射膜HR的平坦部分FLAT的位置。第四構件DP作用為散射入射到該第四構件DP的光。下部低折射膜LR2的折射率有益地小於高折射膜HR的折射率和低折射膜LR的折射率。例如，高折射膜HR可以由具有1.6折射率的聚碳酸酯形成，低折射膜 LR可以由具有1.43折射率的UV樹脂形成，以及第二構件RHOE和該第三構件EP可以由具有1.5折射率的材料形成。進一步地，下部低折射膜LR2可以由具有1.4折射率的UV樹脂形成。具有各種折射率的其他材料可以用於這些元件。
反射膜RE可以形成在第四構件DP下面。反射膜RE將由第四構件DP散射並且向下(例如，-Z軸方向)發射出的光向上(例如，+Z軸方向)反射。根據本發明第二實施例的反射膜RE可以減少或防止向下發射的散射光的損失從而提高光效率。
用於控制檢視視窗模式的光源LS和用於光散射模式的光源LS2設置在高折射膜HR的側面。控制檢視視窗模式光源LS可定位在高折射膜HR的側面中間，並且光散射模式光源LS2可在Y-軸方向上定位在控制檢視視窗模式光源LS的兩側。
光散射模式光源LS2以與控制檢視視窗模式光源LS相同的方式使用LED。於此，說明一發散LED，但本發明並不侷限於此並且可以包括具有直下式LED的各種類型的LEDs。通過使用這樣的發散LED，可以提高光源LS的光效率，並且減少製造成本。如需要，光散射模式光源LS2可以使用複數個LEDs以實現具有高亮度的超薄光單元。
根據本發明第二實施例的超薄光單元可以選擇性地實現控制檢視視窗模式和光散射模式。
當選擇控制檢視視窗模式時，來自控制檢視視窗模式光源LS的光入射到超薄導光薄膜LGF2。入射光以與本發明第一實施例相同的方法準直並且反射作為準直光。因此，從控制檢視視窗模式光源LS入射的光藉由超薄導光薄膜LGF2的第三構件EP在先前確定的檢視視窗上集中作為準直光。
當選擇光散射模式時，來自光散射模式光源LS2的光入射到超薄導光薄膜LGF2。入射光將光發射到超薄導光薄膜LGF2的上表面同時正如在普通導光板中一樣通過全反射在超薄導光薄膜LGF2內部傳導。
更具體而言，因為第一構件LA沒有形成在鄰接光散射模式光源LS2的基膜WG一側的上表面，在入射的光束之中，不僅具有大於臨界角的角度使得在高折射膜HR與低折射膜LR之間的界面上發生全反射的入 射光束，而且具有小於臨界角的角度的入射光束藉由全反射在基膜WG的內部傳導。
在藉由全反射傳導在基膜WG內部的入射光束之中，入射到第四構件DP的光束可以散射並且發射到超薄導光薄膜LGF2上，並且入射到傾斜部分WED和第二構件RHOE上並且在垂直方向和水平方向上準直的光束通過第三構件EP發射到超薄導光薄膜LGF2。發射到超薄導光薄膜LGF2上作為由第四構件DP散射的散射光束DOL的光具有廣視角。
如上所述，根據本發明第二實施例的超薄光單元包括超薄導光薄膜LGF2，該超薄導光薄膜LGF2包括基膜WG，該基膜WG包括在高折射膜HR一側具有傾斜部分WED和從傾斜部分WED延伸到高折射膜HR的另一側的平坦部分FLAT的高折射膜HR、形成在高折射膜HR上的低折射膜LR、以及形成在高折射膜HR下面的下部低折射膜LR2；第二構件RHOE，其形成在基膜WG上表面的一側並且具有第一寬度W；第一構件LA，其形成在基膜WG上表面另一側的中間並且與第二構件RHOE隔開預定距離；以及第三構件EP，其在基膜WG上表面上在第二構件RHOE與第一構件LA之間形成並且具有第一寬度W；以及第四構件DP，其形成在下部低折射膜LR2的下表面上並且定位在對應於該平坦部分FLAT的位置。根據本發明第二實施例的超薄光單元進一步包括鄰接平坦部分FLAT側面的第一構件LA而定位的光源LS和在寬度方向上定位在光源LS兩側的光散射模式光源LS2。根據本發明第二實施例的超薄光單元進一步包括形成在第四構件DP下面的反射膜RE。
根據本發明第二實施例的超薄光單元利用全像技術可以提供對應於第三構件EP表面區域的準直光並且根據使用者選擇控制檢視視窗。進一步地，本發明第二實施例藉由使用軟性薄膜可以提供具有非常薄的厚度和彈性的超薄光單元。
<第三實施例>
現在參考第15圖至第17圖詳細說明根據本發明第三實施例的超薄光單元。
第15圖至第17圖係根據本發明第三實施例之超薄光單元的側視圖。
與根據本發明第一實施例和第二實施例的超薄光單元不相同，根據本發明第三實施例的超薄光單元可不包括低折射膜LR。亦即，當第三構件EP和第二構件RHOE的折射率小於高折射膜HR的折射率時，可以省略低折射膜LR。
參考第16圖和第17圖，根據本發明第三實施例的超薄光單元包括超薄導光薄膜LGF，該超薄導光薄膜LGF包括基膜WG，該基膜WG包括在高折射膜HR一側具有傾斜部分WED和從傾斜部分WED延伸到高折射膜HR的另一側的平坦部分FLAT的高折射膜HR；第二構件RHOE，其形成在高折射膜HR一側的傾斜部分WED上並且具有第一寬度；第一構件LA，其形成在該平坦部分FLAT上表面另一側的中間並且與第二構件RHOE隔開預定距離；以及第三構件EP，其形成在平坦部分FLAT上表面並且具有該第一寬度。根據本發明第三實施例的超薄光單元進一步包括鄰接平坦部分FLAT側面上的第一構件LA而定位的光源LS。
如第15圖所示，第三構件EP在基膜WG上表面上在第二構件RHOE與第一構件LA之間形成。或者，如第16圖所示，第三構件EP可以形成在沒有形成第二構件RHOE的基膜WG的整個上表面上，並且第一構件LA可以形成在第三構件EP上且形成在與第二構件RHOE相隔預定距離的另一側的中間。
參考第17圖，當通過使用者選擇實現具有廣視角和窄視角的超薄光單元時，超薄光單元可進一步包括下部低折射膜LR2，其形成在高折射膜HR的下表面、及第四構件DP，其形成在下部低折射膜LR2的下表面並且定位為與高折射膜HR的平坦部分FLAT相對。超薄光單元可進一步包括形成在第四構件DP下表面的反射膜RE。
根據本發明第三實施例的超薄光單元藉由與本發明第一實施例和第二實施例相同的過程實現該光，除了省略了低折射膜LR之外。
本發明第三實施例可以提供比本發明第一實施例和第二實施例更薄的超薄光單元。然而，當本發明第三實施例執行發散模式而沒有低折射膜LR時，全反射的發散光與第三構件EP反應並且被散射。因此，根據本發明第三實施例的超薄光單元有益地包括低折射膜LR。
根據本發明第三實施例的超薄光單元利用全像技術可以提供對應於第三構件EP表面區域的準直光並且根據使用者選擇控制檢視視窗。進一步地，本發明第三實施例藉由使用軟性薄膜可以提供具有非常薄的厚度和彈性的超薄光單元。
<第四實施例>
現在參考第18圖說明根據本發明第四實施例的超薄平板顯示器。
第18圖係示意性說明根據本發明第四實施例的超薄平板顯示器。
根據本發明第四實施例的超薄平板顯示器包括顯示面板LCP和定位在顯示面板LCP後面的光單元BLU。顯示面板LCP可以是具有光單元BLU的液晶顯示面板。其他顯示面板可以被使用。光單元BLU可以是根據本發明第一實施例、第二實施例以及第三實施例的超薄光單元中的一個。
因為發光的光單元BLU的一部分為第三構件EP的形成區域，形成在光單元BLU上表面的顯示面板LCP可以定位為與光單元BLU的第三構件EP相對。
包括根據本發明第一實施例或第三實施例(第15圖和第16圖中所示)的超薄光單元的顯示裝置可以控制檢視視窗從而是只為特定觀察者提供顯示資訊的安全顯示裝置。
進一步地，包括根據本發明第二實施例或第三實施例(第17圖中所示)的超薄光單元的顯示裝置根據使用者的需求在控制檢視視窗模式和光散射模式之間切換，從而可以提供具有窄視角和廣視角的多功能顯示裝置。
根據本發明實施例應用全像技術的超薄平板顯示器能夠減少或最小化光的損失。這樣的超薄平板顯示器可以應用至自動立體影像顯示器、多重視域顯示器、或者安全性增强顯示器等。
儘管實施例參考其若干說明的實施例已經做了描述，應理解本領域技術人員能夠創作若干其他修改和實施例，其落入本發明的原理範圍。尤其，各種變化和修改可以存在於主體結合佈置的組部件及/或佈置中， 其在本發明、附圖以及附加申請專利範圍內。除了組部件及/或配置中的變化和修改之外，其他用途對本領域技術人員同樣顯而易見。
EP‧‧‧第三構件
HR‧‧‧高折射膜
LA‧‧‧第一構件
LGF‧‧‧超薄導光薄膜
LR‧‧‧低折射膜
LS‧‧‧光源
RHOE‧‧‧第二構件
W‧‧‧第一寬度
WG‧‧‧基膜

Claims (20)

  1. 一種具有顯示面板和光源單元的顯示裝置，該光源單元包括：一高折射膜，包括在該高折射膜的一第一側的一傾斜部分和從該傾斜部分延伸至該高折射膜的一第二側的一平坦部分；一第二構件，在該高折射膜的該第一側的該傾斜部分上並且具有一第一寬度；一第一構件，在該高折射膜的該第二側的中間的該平坦部分上並且與該第二構件隔開；一第三構件，在該平坦部分上且具有該第一寬度；以及一光源，在該平坦部分的一側面鄰接該第一構件，其中該第二構件和該第三構件兩者皆在該高折射膜的一出光表面的一側，其中該第二構件具有一全像圖案，以及其中該第三構件具有一全像圖案或一光柵圖案。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第一構件設置在該第三構件上。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第三構件設置在該第二構件與該第一構件之間。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第一構件吸收具有小於一臨界角的一入射角的一透射光，該透射光在從該光源發射出並且入射到該平坦部分的該側面的入射光之中，該臨界角使得在該高折射膜與該第三構件之間的界面上發生一全反射。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述的顯示裝置，其中該傾斜部分具有一傾斜角，該傾斜角用於調整在該入射光之中具有大於該臨界角的一入射角並且藉由該全反射在該高折射膜內部傳導的一發散光的一反射角，使得該發散光具有小於該臨界角的一入射角並且入射到該第二構件上。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述的顯示裝置，其中該第二構件的該全像圖案用於將藉由該傾斜部分在垂直方向上準直且入射到該第二構件上的該發散光轉換成在垂直方向和水平方向上準直的一準直光，並且發射具有一預定條件的該準直光，以及 其中該預定條件為其中發射到該傾斜部分並且由於該傾斜部分藉由調整一角度再次反射的該準直光藉由該高折射膜傳導並且在該第三構件與空氣之間的一界面全反射的一條件。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述的顯示裝置，其中該第三構件的該全像圖案用於將藉由該傾斜部分再次反射的該準直光的一部分發射到該第三構件外部。
  8. 依據申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，進一步包括與該高折射膜的一上表面相對的一低折射膜。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述的顯示裝置，其中該第一構件吸收具有小於一臨界角的一入射角的一透射光，該透射光在從該光源發射出並且入射到該平坦部分的該側面的入射光之中，該臨界角使得在該高折射膜與該低折射膜之間的一界面上發生一全反射。
  10. 依據申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中該傾斜部分具有一傾斜角，該傾斜角用於調整該入射光之中具有大於該臨界角的一入射角並且藉由該全反射在該高折射膜內部傳導的一發散光的一反射角，使得該發散光具有小於該臨界角的一入射角並且入射到該第二構件。
  11. 依據申請專利範圍第10項所述的顯示裝置，其中該第二構件的該全像圖案用於將藉由該傾斜部分在垂直方向上準直且入射到該第二構件的該發散光轉換成在垂直方向和水平方向上準直的一準直光，並且發射具有一預定條件的該準直光，以及其中該預定條件為其中發射到該傾斜部分並且由於該傾斜部分藉由調整一角度再次反射的該準直光藉由該高折射膜和該低折射膜傳導並且在該第三構件與空氣之間的一界面全反射的一條件。
  12. 依據申請專利範圍第11項所述的顯示裝置，其中該第三構件的該全像圖案用於將藉由該傾斜部分再次反射的該準直光的一部分發射到該第三構件外部。
  13. 依據申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，進一步包括設置在該高折射膜之下並且定位與該第一構件相對的一下部第一構件。
  14. 依據申請專利範圍第8項所述的顯示裝置，進一步包括設置在該高折射膜之下並且定位與該第一構件相對的一下部第一構件。
  15. 依據申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，進一步包括：一光散射模式光源，在該平坦部分的該側面在寬度方向上設置在該光源的兩側；一下部低折射膜，設置在該高折射膜的一下表面上；以及一第四構件，相對於在該下部低折射膜的一下表面上的該平坦部分而定位。
  16. 依據申請專利範圍第8項所述的顯示裝置，進一步包括：一光散射模式光源，在該平坦部分的該側面在寬度方向上設置在該光源的兩側；一下部低折射膜，其設置在該高折射膜的一下表面上；以及一第四構件，相對於在該下部低折射膜的一下表面上的該平坦部分而定位。
  17. 依據申請專利範圍第15項所述的顯示裝置，進一步包括一反射膜，其設置在該第四構件之下。
  18. 依據申請專利範圍第16項所述的顯示裝置，進一步包括一反射膜，其設置在該第四構件之下。
  19. 一種用於顯示裝置的光源單元，包括：一高折射膜，包括在該高折射膜的一第一側的一傾斜部分和從該傾斜部分延伸至該高折射膜一第二側的一平坦部分；一第二構件，在該高折射膜的該第一側的該傾斜部分上並且具有一第一寬度；一第一構件，在該高折射膜的該第二側的中間的平坦部分上並且與該第二構件隔開；一第三構件，在該平坦部分上且具有該第一寬度；以及一光源，其在該平坦部分的一側面鄰接該第一構件，其中該第二構件和該第三構件兩者皆在該高折射膜的一出光表面的一側，其中該第二構件具有一全像圖案，以及其中該第三構件具有一全像圖案或一光柵圖案。
  20. 依據申請專利範圍第19項所述之用於顯示裝置的光源單元，其中該第 一構件吸收具有小於臨界角的一入射角的一透射光，該透射光在從該光源發射出並且入射到該平坦部分的該側面的入射光之中，該臨界角其使得在該高折射膜與該第三構件之間的一界面上發生一全反射。
TW104138321A 2014-11-19 2015-11-19 超薄光單元 TWI581041B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140161895A KR102332159B1 (ko) 2014-11-19 2014-11-19 초박막 라이트 유닛

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201629593A TW201629593A (zh) 2016-08-16
TWI581041B true TWI581041B (zh) 2017-05-01

Family

ID=54695498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104138321A TWI581041B (zh) 2014-11-19 2015-11-19 超薄光單元

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10114167B2 (zh)
EP (1) EP3023819B1 (zh)
JP (1) JP6248085B2 (zh)
KR (1) KR102332159B1 (zh)
CN (1) CN105609004B (zh)
TW (1) TWI581041B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102244847B1 (ko) * 2014-12-31 2021-04-28 엘지디스플레이 주식회사 초집광 도광필름 및 이를 이용한 평판 표시장치용 박막형 백 라이트 유닛
JP7333721B2 (ja) * 2019-07-29 2023-08-25 株式会社日立エルジーデータストレージ ホログラム導光板、ヘッドマウントディスプレイ

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102483522A (zh) * 2009-08-21 2012-05-30 微软公司 利用光楔对光进行有效准直
TW201405175A (zh) * 2012-05-18 2014-02-01 Reald Inc 在一定向顯示裝置中的偏振恢復
KR20140077813A (ko) * 2012-12-14 2014-06-24 엘지디스플레이 주식회사 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7253799B2 (en) 2001-06-30 2007-08-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Backlight using planar hologram for flat display device
KR100459901B1 (ko) * 2001-06-30 2004-12-03 삼성전기주식회사 표시형 홀로그램을 사용한 평면표시소자용 조명장치
WO2004076917A1 (ja) 2003-01-29 2004-09-10 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. 面光源装置
GB2463913B (en) 2008-09-29 2012-07-04 Iti Scotland Ltd Light guide device
JP2011181226A (ja) 2010-02-26 2011-09-15 Alps Electric Co Ltd 接点ばね付きシート及びスイッチ装置
WO2012085730A1 (en) 2010-12-21 2012-06-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting sheet and its fabrication
JP6308630B2 (ja) 2012-05-18 2018-04-11 リアルディー スパーク エルエルシー 指向性照明導波路配置
JP2014011003A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Panasonic Corp 照明装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102483522A (zh) * 2009-08-21 2012-05-30 微软公司 利用光楔对光进行有效准直
TW201405175A (zh) * 2012-05-18 2014-02-01 Reald Inc 在一定向顯示裝置中的偏振恢復
KR20140077813A (ko) * 2012-12-14 2014-06-24 엘지디스플레이 주식회사 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN105609004A (zh) 2016-05-25
EP3023819A1 (en) 2016-05-25
KR102332159B1 (ko) 2021-11-30
JP2016100340A (ja) 2016-05-30
EP3023819B1 (en) 2019-03-13
JP6248085B2 (ja) 2017-12-13
US20160139322A1 (en) 2016-05-19
US10114167B2 (en) 2018-10-30
CN105609004B (zh) 2018-07-03
KR20160060251A (ko) 2016-05-30
TW201629593A (zh) 2016-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI581010B (zh) 薄膜型控制視窗背光單元及使用該背光單元的薄平板型控制視窗顯示 器
US7333158B2 (en) Three-dimensional display system and method thereof
TWI649604B (zh) 靜態多視角顯示器及其操作方法
JP6714514B2 (ja) ホログラフィック光学素子を使用する裸眼立体視３ｄ表示装置
US10459288B2 (en) Backlight unit and holographic display device including the same
JP2020501203A (ja) 空中で結像するためのシステム
JP2010237416A (ja) 立体表示装置
TW201224515A (en) Display with dimension switchable function
KR102102901B1 (ko) 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치
EP2898263A1 (en) Convergent angular slice true 3d display
CN103712123B (zh) 背光单元和显示系统
US10527773B2 (en) Backlight unit for holographic display apparatus and holographic display apparatus including the same
TWI581041B (zh) 超薄光單元
CN211857164U (zh) 一种用于成像的光学装置
CN212181239U (zh) 一种用于成像的光学装置
KR102122522B1 (ko) 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치
CN113544577B (zh) 直接投影光场显示器
TWI786758B (zh) 顯示元件部件以及使用其之顯示元件
KR102294293B1 (ko) 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치
KR102216658B1 (ko) 박막 평판형 시야 범위 조절 표시장치

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees