液晶顯示器的照明設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于照明液晶顯示器的至少一個光調(diào)制器裝置的照明設(shè)備，包括 至少一個光導(dǎo)體基底，用于引導(dǎo)至少一個可耦合到所述光導(dǎo)體基底內(nèi)的定向的光束，其中， 所述光導(dǎo)體基底與至少一個包括多個輸出耦合區(qū)域的全息-光學(xué)輸出耦合基底至少處于 光學(xué)接觸，其中，輸出耦合區(qū)域至少被設(shè)置為，用于將定向光束的一部分以多個子光束的形 式在所述光調(diào)制器裝置的方向輸出耦合。此外，本發(fā)明還涉及一種照明系統(tǒng)和一種液晶顯 示器。
【背景技術(shù)】
[0002] 今天，液晶顯示器也被稱作LC顯示屏（Liquid Crystal Display)，獲得了廣泛應(yīng) 用。這種顯示屏以多種形式出現(xiàn)在多種應(yīng)用中，例如移動設(shè)備，如移動電話、游戲機(jī)、筆記本 電腦、平板電腦或桌面監(jiān)視器、電視機(jī)、廣告牌以及建筑安裝。
[0003] 液晶顯示器具有至少一個可電氣控制的含液晶層，該層會依據(jù)所設(shè)置的電壓來改 變光線的偏振。這個層也稱作光調(diào)制器。光調(diào)制器尤其是一種可透光的數(shù)字化立體的光調(diào) 制器。光調(diào)制器可連同其它層、例如偏振器層一起構(gòu)成光調(diào)制器裝置。
[0004] 此外，液晶顯示器還包括背面的照明設(shè)備，也稱作背光模塊（BLU)，被設(shè)置為用于 制造光線并且使光線轉(zhuǎn)向光調(diào)制器裝置的方向。在現(xiàn)有技術(shù)中，是使用冷陰極熒光燈和發(fā) 光二極管（LED)來制造光線。這些光源的發(fā)光特性是，其發(fā)射無向光。在現(xiàn)有技術(shù)中，除了 直接照明外，還已知這種方案，即：無定向的光線在照明設(shè)備的邊緣上入射或者說耦合。
[0005] 直接照明具有這樣的優(yōu)點，即：光線通過各個光源的適當(dāng)?shù)目臻g定位，就能夠非常 均勻地分布在光調(diào)制器裝置的整個面積上，這尤其是所有類型的液晶顯示屏的一個品質(zhì)標(biāo) 準(zhǔn)。另外，在直接照明中使用LED帶來了這樣的好處，即：其自身更暗，由此導(dǎo)致顯示屏的對 比值更高。直接照明的不足在于高成本以及能耗，因為需要大量光源。
[0006] 作為替選的照明技術(shù)，光源被安裝在光導(dǎo)體基底的邊緣上，光線是在這些邊緣上 被射入該光導(dǎo)體基底的。光線自這個側(cè)面的位置起，通過全反射，被轉(zhuǎn)向顯示屏中心的方 向。通過安裝在光導(dǎo)體基底的背向表平面上的光輸出耦合元件，光線由此就向前被轉(zhuǎn)向光 調(diào)制器裝置的方向。其中，典型的光輸出耦合元件包括由白色構(gòu)成的印刷圖樣、粗化處理的 表面或者是壓印的屈光結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的數(shù)量和密度可自由選擇，并能夠正好均勻地照亮 顯示器。但相對應(yīng)設(shè)計的顯示屏僅僅具有更低的成像質(zhì)量。
[0007] 但除了一直以來的要制造層厚更小且能耗更低的液晶顯示器的要求以外，提供具 有更好成像質(zhì)量的液晶顯示器，也是一個重要目標(biāo)。另外，影響成像質(zhì)量的測量值還包括色 域（全范圍）的大小、照亮的均勻度（光密度分布）、對比率以及色彩中性，也就是成像不取 決于LC電池的開關(guān)狀態(tài)且光譜不變。
[0008] 由現(xiàn)有技術(shù)已知，在光調(diào)制器內(nèi)采用專門的LC電池、例如雙精度超級扭流狀液晶 向列顯示（DSTN)或膜式超級扭曲（FST)，以便獲得色彩精確的成像。
[0009] 另外，如果將光源的光譜帶寬減小，就可改進(jìn)單個像素的色彩保真度，因為由此色 彩混合更加精確。
[0010] 尤其是通過使用窄帶光譜發(fā)光的發(fā)光裝置，就能夠提高LC顯示屏的能效和色彩 保真度。發(fā)光裝置尤其是被設(shè)置為用于制造定向的光束。定向的光束是由這樣的電磁輻射 構(gòu)成的，其能量流是以一方向進(jìn)行并且其發(fā)散度小于〇. 052度、優(yōu)選小于0. 026度、尤其優(yōu) 選小于〇. 017度。例如由現(xiàn)有技術(shù)已知，采用一種激光裝置、如激光二極管，作為制造定向 光束的裝置。
[0011] 因此，由US 5 854 697 A已知一種照明設(shè)備，其具有用于引導(dǎo)定向光束的光導(dǎo)體 基底。定向的光束在所述光導(dǎo)體基底的一個邊緣上，以一個特定的耦合角度入射，并且在該 光導(dǎo)體基底內(nèi)傳導(dǎo)。另外，光導(dǎo)體基底與包括多個輸出耦合區(qū)域的全息-光學(xué)輸出耦合基 底處于光學(xué)接觸。輸出耦合區(qū)域尤其是指，在全息-光學(xué)輸出耦合基底內(nèi)的這種定向光束 在其內(nèi)進(jìn)入全息-光學(xué)輸出耦合基底并且有部分被輸出耦合的區(qū)域。
[0012] 其中，全息-光學(xué)輸出耦合基底可沿著光導(dǎo)體基底具有變化的衍射效率，以便能 夠沿著波導(dǎo)體實現(xiàn)統(tǒng)一的輸出耦合強(qiáng)度。在US 5 854 697 A中使用了一種照相乳劑，作為 全息-光學(xué)輸出耦合基底的記錄材料。
[0013] 盡管通過這種現(xiàn)有的技術(shù)，能夠減小照明設(shè)備的層厚，并且同時能夠降低能耗。但 這種現(xiàn)有技術(shù)的難題是，輸出耦合的光線是被定向地且在平行于光導(dǎo)體基底的表面法線的 方向離開的。這就帶來了這種問題，即：對于觀看者的眼睛而言，照明設(shè)備具有不同的亮度。 因此，光調(diào)制器裝置、尤其是光調(diào)制器的各個像素要以不同的光強(qiáng)被照射。這就導(dǎo)致液晶顯 示器具有更低的成像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 因此，本發(fā)明的根本目的在于，提供一種用于照明液晶顯示器的至少一個光調(diào)制 器裝置的照明設(shè)備，其具有極小的層厚和極小的能耗，并且同時確保了液晶顯示器改善的 成像質(zhì)量。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過一種根據(jù)本權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備實現(xiàn)的。所 述用于照明液晶顯示器的至少一個光調(diào)制器裝置的照明設(shè)備包括至少一個光導(dǎo)體基底，用 于引導(dǎo)至少一個可射入該光導(dǎo)體基底內(nèi)的定向光束。另外，光導(dǎo)體基底與至少一個包括多 個輸出耦合區(qū)域的全息-光學(xué)輸出耦合基底至少處于光學(xué)接觸。輸出耦合區(qū)域至少被設(shè)置 為，用于使得一部分定向光束以多個子光束的形式在光調(diào)制器裝置的方向輸出耦合。所述 照明設(shè)備包括至少一個擴(kuò)散器模塊。擴(kuò)散器模塊被這樣設(shè)置，使得兩個相鄰輸出耦合區(qū)域 的至少最外面的子光束在從擴(kuò)散器模塊輸出之前至少彼此相鄰。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)所不同的是，設(shè)置至少一個擴(kuò)散器模塊，用于所輸出耦合 的光束的發(fā)散式擴(kuò)散，因此，輸出耦合的光束就以均勻的光強(qiáng)和均勻的角度分布到達(dá)基于 像素的立體光調(diào)制器。就避免了在液晶顯示器中在側(cè)面的光分布上出現(xiàn)視覺可見的不均 勻。尤其是由此實現(xiàn)了更好的成像質(zhì)量，即：擴(kuò)散器模塊被這樣設(shè)置，使得兩個（直接）相 鄰的輸出耦合區(qū)域的至少最外面的被輸出耦合的光束至少相互緊鄰，其中，這些光束優(yōu)選 可重合。
[0017] 所述照明設(shè)備包括光導(dǎo)體基底。光導(dǎo)體基底或者也被稱作波導(dǎo)體，被設(shè)置為，用于 引導(dǎo)至少一個定向的光束、優(yōu)選激光束。定向的光束可在光導(dǎo)體基底的邊緣上被耦合或者 說入射。尤其是所述光束是以可預(yù)先給定的耦合角度入射的。定向的光束可經(jīng)過光導(dǎo)體基 底，通過全反射，在該光導(dǎo)體基底或者說與該光導(dǎo)體基底處于光學(xué)接觸的全息-光學(xué)輸出 耦合基底的界面上傳導(dǎo)。當(dāng)然可有多個定向的光束在邊緣上耦合，如下面所實施的那樣。
[0018] 此外，設(shè)置全息-光學(xué)輸出耦合基底，其與所述光導(dǎo)體基底處于直接的光學(xué)接觸。 所述光導(dǎo)體基底例如可包括全息-光學(xué)輸出耦合基底。元件之間的光學(xué)接觸例如可通過全 息-光學(xué)輸出耦合基底直接層合在光導(dǎo)體基底上來實現(xiàn)。替選方案是，可例如借助一種流 體來建立光學(xué)接觸。所采用的流體可具有一種與全息-光學(xué)輸出耦合基底和/或光導(dǎo)體基 底的折射系數(shù)相等的折射系數(shù)。如果全息-光學(xué)輸出耦合基底的折射系數(shù)有別于光導(dǎo)體基 底的折射系數(shù)，那么，所述流體的折射系數(shù)就可處于這些值之間。這種流體有利地具有足夠 低的揮發(fā)性，以便持久的附著應(yīng)用。在另一種優(yōu)選的替選方案中，可通過光學(xué)透明的膠黏劑 來建立光學(xué)接觸，該膠黏劑可作為流體被涂敷。替選方案是，可使用轉(zhuǎn)移膠黏劑。所采用的 膠黏劑的折射系數(shù)可根據(jù)上述流體的折射系數(shù)來選擇。
[0019] 全息-光學(xué)輸出耦合基底可由一種體積全息圖的記錄材料構(gòu)成。全息-光學(xué)輸出 耦合基底具有多個輸出耦合區(qū)域，其中輸出耦合區(qū)域至少被設(shè)置為，用于使一部分定向光 束與多個子光束的形式轉(zhuǎn)向光調(diào)制器裝置的方向。輸出耦合區(qū)域尤其是在全息-光學(xué)輸出 耦合基底內(nèi)的定向光束在其內(nèi)有部分被輸出耦合或者說衍射的區(qū)域。該區(qū)域另外還取決于 全息-光學(xué)輸出耦合基底的構(gòu)造和所耦合的定向光束的光束寬度。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，可以看到，如果設(shè)置擴(kuò)散器模塊并且其被這樣設(shè)置，使得至少兩個相 鄰輸出耦合區(qū)域的最外面的子光束在從該擴(kuò)散器模塊輸出之前至少相互靠近，光調(diào)制器裝 置就能夠被足夠均勻地照明。兩個相鄰的輸出耦合區(qū)域尤其是指直接相鄰的輸出耦合區(qū) 域，在其間沒有布置任何另外的輸出耦合區(qū)域。在特殊情況下，輸出耦合區(qū)域可直接相接。 通過最外面的子光束在其離開擴(kuò)散器模塊之前至少彼此相接、優(yōu)選相重合這種方式，就確 保了，擴(kuò)散器模塊被設(shè)計為平面的具有均勻光強(qiáng)的照明光源。一個輸出耦合區(qū)域的最外面 的子光束有利地與所有該輸出耦合區(qū)域所相鄰的輸出耦合區(qū)域的最外面的子光束在從擴(kuò) 散器模塊輸出之前有利地至少彼此相接，致使擴(kuò)散器模塊沒有任何光強(qiáng)更小的區(qū)域。感覺 上尤其是作為唯一的光源。
[0021] 可提供一種針對立體光調(diào)制器的、包括電子像素控制的照明設(shè)備，該照明設(shè)備通 過使用了定向的光束、例如由激光二極管作為光源的光束而具有高色彩保真度，并且有效 且均勻地將光投射到透明的光調(diào)制器上。另外，根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備還具有簡單、平面且 緊湊的設(shè)計。此外，在根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備中，光源的數(shù)量可被限制到最小化。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的第一實施方式，擴(kuò)散器模塊可以是單獨的、被布置在光 導(dǎo)體基底與待要照明的光調(diào)制器之間的擴(kuò)散器基底。擴(kuò)散器基底可以是體積散射器。在所 述照明設(shè)備的一種優(yōu)選的實施方式中，單獨的擴(kuò)散器基底可具有至少一個透明層和漫散射 層。所述漫散射層可例如包括有機(jī)或無機(jī)的散射粒子，這些散射粒子可被置入載體層內(nèi)。散 射粒子和載體層、例如所述透明層具有不同的折射系數(shù)。在一種特別優(yōu)選的實施方式中，散 射粒子不吸光，并且被成型為近似球形。通過單獨的擴(kuò)散器基底，可以很簡單的方式達(dá)到所 期望的擴(kuò)散效果。
[0023] 單獨的擴(kuò)散器基底的替選方案或者補(bǔ)充方案是，擴(kuò)散器模塊可被集成在全息-光 學(xué)輸出耦合基底內(nèi)。通過全息-光學(xué)元件2本身，就可實現(xiàn)擴(kuò)散式光束發(fā)散的光學(xué)功能。輸 出耦合區(qū)域例如可具有擴(kuò)散器功能并且這樣相互布置，以此能夠確保，兩個相鄰輸出耦合 區(qū)域的最外面的子光束在從擴(kuò)散器模塊、即全息-光學(xué)輸出耦合基底輸出之前至少彼此相 接。相應(yīng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點尤其是在于，更進(jìn)一步地降低了照明設(shè)備的層厚。可放棄使用單獨的 擴(kuò)散器基底。
[0024] 當(dāng)然也可將單獨的擴(kuò)散器基底與集成在全息-光學(xué)輸出耦合基底內(nèi)的擴(kuò)散器模 塊相結(jié)合。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一種實施方式，可在所述單獨的擴(kuò)散器基底與光導(dǎo)體 基底之間布置中間層。中間層的折射系數(shù)至少要小于光導(dǎo)體基底的折射系數(shù)。通過（直 接）在光導(dǎo)體基底上布置中間層，就可以簡單的方式實現(xiàn)所述至少一個定向光束在該光導(dǎo) 體基底內(nèi)的全反射。如果在光導(dǎo)體基底上布置全息-光學(xué)輸出耦合基底，可在一種替選的 實施方式中，在單獨的擴(kuò)