[发明专利]准直波导设备及方法

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技术领域

背景技术

普通液晶显示器(LCD)架构利用使用定位在LCD像素后面的背光单元来提供照亮图像。所述背光单元从背面照亮LCD且通过改进LCD显示器的亮度及对比度而允许在低照明或甚至明亮阳光条件下在小型及大型显示器中观看所述图像。LCD背光可为全色或单色。彩色LCD显示器(例如用于LCD电视机或LCD计算机监视器的那些显示器)一般使用白色背光来覆盖大多数的彩色光谱。先前，这些背光利用微型荧光管作为其光源，最近，这些背光单元利用发光二极管(LED)作为其优选光源。

所有扭转向列(TN)及超扭转向列(STN)LCD由于TN及STN液晶材料的光学特性而遭受在宽观看角度下的不良性能。色彩偏移及降低对比度的熟知现象是由于穿过在高角度处观看的光线的液晶(LC)材料对在约法向角处观看的光线的液晶材料的光学路径长度的差异。LCD设计者已尝试通过仔细选择LC材料且通过使用各种LCD修改来克服此问题。

大型背光系统用在各种显示系统中，包含膝上型或笔记型计算机系统、大屏幕LCD TV屏幕、阳光可读航空/汽车显示器、飞机控制显示器及医学显示系统(列举一些)。包含全球定位系统(GPS)导航系统的系统(例如商务飞机驾驶仓显示器及汽车显示器)需要最明亮背光LCD显示器及对于飞行员及副飞行员LCD显示器引导输出光到不对称视场中且对于汽车GPS显示器引导到较小范围的能力。

大多数常规背光单元并有亮度增强薄膜(BEF)。所述BEF另外称为棱镜片，且通过在光学衬底薄膜上形成棱镜图案而制成所述BEF。当所述BEF被并入在背光的前表面上时，所述BEF用于使光集中朝向背光的输出侧。本质上，所述棱镜片是用于增加亮度水平同时使所消耗功率保持恒定的薄膜。所述BEF薄膜使未接受到棱镜薄膜输出中的来自波导/漫射器系统的朗伯(Lambertian)光再循环，所述棱镜薄膜输出准直所述光到约±23°的角视场中。此类型光学系统限制准直视场及在LCD显示器的输出侧上使用微透镜薄膜阵列或全像漫射器薄膜的能力，因为光已被准直为约+/-10°以使用出射孔径上的这些视场调节薄膜。此外，并有再循环薄膜(例如BEF)的常规背光单元产生65°到70°的视场中的次级光输出发出。此可造成不需要光进入许多光学系统，从而造成总体光学系统设计的额外复杂性。

发明内容

各种实施例提供一种准直波导、一种光学背光设备及一种产生辐射电磁能的准直波束的方法。在一个实施例中，一种准直波导包括用以接收来自点源的辐射电磁能的输入表面及用以发出实质上准直辐射电磁能的输出波束的输出表面。所述波导的第一准直表面接收从所述输入表面进入、在第一方向上行进的所述辐射电磁能的波束，且将所述辐射电磁能反射成在与所述第一方向相反的第二方向上行进的辐射电磁能的实质上准直波束。所述波导的第二准直表面接收辐射电磁能的所述实质上准直波束，且朝向所述输出表面重定向所述实质上准直波束。

附图说明

图1是准直波导的一个实施例的透视图。

图2是图1中展示的准直波导的实施例的侧视图。

图2A是图2中展示的准直波导的实施例的准直表面的细节图。

图3是图1中展示的准直波导的实施例的俯视图。

图4是图1中展示的准直波导的实施例的仰视图。

图5是图1中展示的准直波导的实施例的另一透视图。

图6是图1中展示的准直波导的实施例的另一透视图。

图7是图1中展示的准直波导的实施例的前视图。

图8是光学耦合到点源的准直波导的一个实施例的透视图。

图9是图8中展示的准直波导的实施例的另一透视图。

图10是图8中展示的准直波导的实施例的另一透视图。

图11是图8中展示的准直波导的实施例的侧视图。

图12是图8中展示的准直波导的实施例的俯视图。

图13是图1及图8中展示的准直波导的实施例的输入表面的细节图。

图14是图1及图8中展示的准直波导的实施例的准直表面的细节图。

图15说明点源的发光二极管(LED)源模型的角输出曲线。

图16说明图15的发光二极管(LED)源模型的光谱分布曲线。

图17是图形描绘从准直波导的一个实施例的输出表面发出的光的照度或光学功率的曲线。

图18是图形描绘从准直波导的一个实施例的输出表面发出的光的照度或光学亮度的曲线。

图19是图形描绘从准直波导的一个实施例的输出表面发出的光的发光强度的曲线。