定向背光单元及包括该定向背光单元的图像显示设备
阅读：970发布：2020-06-13
专利汇可以提供定向背光单元及包括该定向背光单元的图像显示设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种定向 背光 单元和包括该定向背光单元的图像显示设备。所述定向背光单元包括至少一个 光源 、以及引导由所述光源发射的光的导光板。形成在所导光板上的光栅图案之间的间隔满足以下条件中的至少一个：第一范围和第二范围，以便最小化由所述光栅图案引起的光的扩散。，下面是定向背光单元及包括该定向背光单元的图像显示设备专利的具体信息内容。
1.一种定向背光单元，包括：
至少一个光源，配置为发射光；以及
导光板，配置为引导由所述至少一个光源发射的光，
其中，多个光栅图案设置在所述导光板的出射表面上，所述多个光栅图案中的每个光栅图案配置为使得光在相应的预定方向上行进，并且
其中，所述多个光栅图案中的相邻的光栅图案之间的间隔满足以下条件中的至少一个：小于由所述光源发射的光的波长的1/10的第一范围，以及大于由所述光源发射的光的波长的180/π倍的第二范围。
2.如权利要求1所述的定向背光单元，其中，由所述光源发射的光的波长在380nm和
780nm之间的范围内。
3.如权利要求2所述的定向背光单元，其中，所述相邻的光栅图案之间的间隔满足以下条件中的至少一个：小于50nm的第三范围，以及大于30μm的第四范围。
4.如权利要求1所述的定向背光单元，其中，所述多个光栅图案包括多个面板取向的光栅图案和多个虚拟光栅图案，所述多个面板取向的光栅图案朝向多个观看区域形成指向性，所述多个虚拟光栅图案分别设置在所述多个面板取向的光栅图案中的相邻的面板取向的光栅图案之间。
5.如权利要求4所述的定向背光单元，还包括虚拟光阻挡层，所述虚拟光阻挡层包括多个光阻挡区域，所述多个光阻挡区域配置为阻挡从所述多个虚拟光栅图案中的每一个传播的光。
6.如权利要求4所述的定向背光单元，其中，所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的平均折射率基本上等于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的平均折射率。
7.如权利要求6所述的定向背光单元，其中，所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个不同于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个。
8.如权利要求4所述的定向背光单元，其中，所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的发光效率低于所述多个面板取向的光栅图案中的每个面板取向的光栅图案的发光效率。
9.如权利要求1所述的定向背光单元，其中，所述至少一个光源包括配置为发射不同波长的光的多个光源，其中，所述多个光栅图案中的至少两个光栅图案选择性地折射所述不同波长的光。
10.一种图像显示设备，包括：
至少一个光源，配置为发射光；
导光板，配置为引导由所述至少一个光源发射的光；以及
显示面板，配置为通过使用由所述导光板引导的光形成图像，
其中，多个光栅图案形成在所述导光板的出射表面上，所述多个光栅图案中的每个光栅图案配置为使得光在相应的预定方向上行进，并且
其中，所述多个光栅图案中的相邻的光栅图案之间的间隔满足以下条件中的至少一个：小于由所述光源发射的光的波长的1/10的第一范围，以及大于由所述光源发射的光的波长的180/π倍的第二范围。
11.如权利要求10所述的图像显示设备，其中，由所述光源发射的光的波长在380nm和
780nm之间的范围内。
12.如权利要求10所述的图像显示设备，其中，所述相邻的光栅图案之间的间隔满足以下条件中的至少一个：所述第一范围，以及大于30μm的第三范围。
13.如权利要求10所述的图像显示设备，其中，所述多个光栅图案包括多个面板取向的光栅图案和多个虚拟光栅图案，所述多个面板取向的光栅图案朝向多个观看区域形成取向，所述多个虚拟光栅图案分别设置在所述多个面板取向的光栅图案中的相邻的面板取向的光栅图案之间。
14.如权利要求13所述的图像显示设备，其中，所述多个虚拟光栅图案配置为防止从所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案传播的光用于形成所述图像。
15.如权利要求13所述的图像显示设备，其中，所述多个虚拟光栅图案配置为将从所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案传播的光指向到所述显示面板的视角之外。
16.如权利要求13所述的图像显示设备，还包括虚拟光阻挡层，所述虚拟光阻挡层包括多个光阻挡区域，所述多个光阻挡区域配置为防止从所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案传播的光入射到所述显示面板上。
17.如权利要求13所述的图像显示设备，其中，所述多个虚拟光栅图案配置为使得在所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案中选择的相应的波长带不同于由所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案取向的像素的相应的波长带。
18.如权利要求13所述的图像显示设备，其中，所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的相应的平均折射率基本上等于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的平均折射率。
19.如权利要求18所述的图像显示设备，其中，所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个不同于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个。
20.如权利要求13所述的图像显示设备，其中，所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的发光效率低于所述多个面板取向的光栅图案中的每个面板取向的光栅图案的发光效率。
定向背光单元及包括该定向背光单元的图像显示设备
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 为了克服在传统图像显示设备中仅显示没有深度信息的二维(2D)图像的限制，已经深入研究了与三维(3D)图像显示设备相关的技术。当前商业化的3D图像显示设备的主要类型使用双眼视差，其中具有不同观察点的左眼图像和右眼图像被提供给观看者的左眼和右眼，从而使观看者能够感觉到立体效果。3D图像显示设备可以分为需要特殊眼镜的眼镜型3D图像显示设备和不需要眼镜的非眼镜型3D图像显示设备。
[0005] 眼睛型3D图像显示设备对于电影院使用红绿眼镜型，对于电视(TV)使用偏光眼镜型或液晶快门型。非眼镜型3D图像显示设备根据其结构分为屏障型和透镜型，且根据其图像实现类型分为多视图渲染型、体积型(其包含3D空间的所有信息，并以体素的形式表达关于3D空间的信息)、积分成像型(其从通过昆虫的复眼(例如，苍蝇的眼睛)透镜聚焦的各个角度捕获图像，并反向地显示图像)、全息型、等等。
[0006] 使用定向背光单元的非眼镜型3D图像显示设备使用在结构方面具有数百纳米的尺寸的光栅，并且通过选择上述图像实现类型中的一种来将光发射的方向设定到期望的方向，从而实现3D图像。发明内容
[0007] 一个或多个示范性实施例提供了一种定向背光单元，其具有改善的光扩散能力。
[0008] 一个或多个示范性实施例还提供了一种图像显示设备，其包括具有改善的光扩散能力的定向背光单元。
[0009] 附加的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过实践所呈现的示例性实施例来习得。
[0010] 根据示范性实施例的一个方面，提供一种定向背光单元，包括：至少一个光源，其配置为发射光；以及导光板，其配置为引导由所述至少一个光源发射的光，其中，多个光栅图案设置在所导光板的出射表面上，所述多个光栅图案中的每个光栅图案配置为使得光在相应的预定方向上行进，且其中，所述多个光栅图案中的相邻的光栅图案之间的间隔满足以下条件中的至少一个：小于由所述光源发射的光的波长的1/10的第一范围，以及大于由所述光源发射的光的波长的180/π倍的第二范围。
[0011] 由所述光源发射的光的波长可以在380nm和780nm之间的范围内。
[0012] 所述相邻的光栅图案之间的间隔可以满足以下条件中的至少一个：小于50nm的第三范围，以及大于30μm的第四范围。
[0013] 所述多个光栅图案可以包括朝向多个面板取向的光栅图案和多个虚拟光栅图案，所述多个面板取向的光栅图案朝向多个观看区域形成指向性，所述多个虚拟光栅图案分别设置在所述多个面板取向的光栅图案中的相邻的面板取向的光栅图案之间。
[0014] 所述定向背光单元还可以包括虚拟光阻挡层，所述虚拟光阻挡层包括多个光阻挡区域，所述多个光阻挡区域配置为阻挡从所述多个虚拟光栅图案中的每一个传播的光。
[0015] 所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的平均折射率可以基本上等于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的平均折射率。
[0016] 所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个可以不同于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个。
[0017] 所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的发光效率可以低于所述多个面板取向的光栅图案中的每个面板取向的光栅图案的发光效率。
[0018] 所述至少一个光源可以包括配置为发射不同波长的光的多个光源，其中,所述多个光栅图案中的至少两个光栅图案选择性地折射所述不同波长的光。
[0019] 根据另一示例性实施例的方面，提供一种图像显示设备，包括：至少一个光源，其配置为发射光；导光板，其配置为引导由所述至少一个光源发射的光；以及显示面板，其配置为通过使用由所述导光板引导的光形成图像，其中，多个光栅图案设置在所述导光板的出射表面上，所述多个光栅图案中的每个光栅图案配置为使得光在相应的预定方向上行进，并且其中，所述多个光栅图案中的相邻的光栅图案之间的间隔满足以下条件中的至少一个：小于由所述光源发射的光的波长的1/10的第一范围，以及大于由所述光源发射的光的波长的180/π倍的第二范围。
[0020] 由所述光源发射的光的波长可以在380nm和780nm之间的范围内。
[0021] 所述相邻的光栅图案之间的间隔可以满足以下条件中的至少一个：所述第一范围，以及大于30μm的第三范围。
[0022] 所述多个光栅图案可以包括多个面板取向的光栅图案和多个虚拟光栅图案，所述多个面板取向的光栅图案朝向多个观看区域形成取向，所述多个虚拟光栅图案分别设置在所述多个面板取向的光栅图案中的相邻的面板取向的光栅图案之间。
[0023] 所述多个虚拟光栅图案可以配置为防止从所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案传播的光被用于形成所述图像。
[0024] 所述多个虚拟光栅图案可以配置为将从所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案传播的光指向到所述显示面板的视角之外。
[0025] 所述图像显示设备还可以包括虚拟光阻挡层，所述虚拟光阻挡层包括多个光阻挡区域，所述多个光阻挡区域配置为防止从所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案传播的光入射到所述显示面板上。
[0027] 所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的相应的平均折射率可以基本上等于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的平均折射率。
[0028] 所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个可以不同于与所述多个虚拟光栅图案中的每个虚拟光栅图案相邻的所述多个面板取向的光栅图案中的至少一个面板取向的光栅图案的光栅的节距和光栅的方向中的至少一个。
[0030] 以上和/或其他方面将从结合附图的示例性实施例的以下描述中变得显而易见和更容易理解，在附图中：
[0031] 图1是示出根据示例性实施例的定向背光单元的结构的透视图；
[0032] 图2是详细示出图1所示的光栅图案的横截面的横截面图，以描述平均折射率；
[0033] 图3是示出根据比较示例的定向背光单元的结构的透视图；
[0034] 图4是详细示出形成在图3所示的导光板上的光栅图案的显微图片；
[0035] 图5是示出从图3所示的光栅图案发射的光的扩散的概念图；
[0036] 图6是示出由于光的扩散引起的串扰的发生的概念图；
[0037] 图7是示出根据另一示范性实施例的定向背光单元的结构的平面图；
[0038] 图8是平面图，其用于将包括在图1所示的定向背光单元的衍射元件中的光栅图案与包括在根据比较示例的图3所示的背光单元的衍射元件中的光栅图案进行比较；
[0039] 图9是平面图，其用于将包括在根据另一示例性实施例的定向背光单元的衍射元件中的光栅图案与包括在根据比较示例的背光单元的衍射元件中的光栅图案进行比较；
[0040] 图10是从图9的线B-B’观看的衍射元件的横截面图；
[0041] 图11示出了，当包括图9所示的衍射元件的定向背光单元应用于图像显示设备时，从多个面板取向的光栅图案中的每一个发射的光的行进方向、以及从多个虚拟光栅图案中的每一个发射的光的行进方向；
[0042] 图12是示出根据另一示范性实施例的定向背光单元的结构的横截面图；
[0043] 图13是示出根据另一示范性实施例的定向背光单元的结构的横截面图；
[0044] 图14是示出根据另一示范性实施例的包括在定向背光单元中的衍射元件的结构的平面图；
[0045] 图15是根据示例性实施例的图像显示设备的透视图；以及
[0046] 图16A、16B和17是示出示范性实施例连同比较示例的效果的计算机模拟结果。
具体实施方式
[0047] 尽管本公开中使用的术语是在本公开的功能的考量下用当前被普遍使用的一般术语而选择的，但是这些术语可以根据本领域普通技术人员的意图、司法先例或新技术的引入而变化。此外，在具体情况下，申请人可以自愿选择术语，并且在这种情况下，术语的含义在本公开的对应的描述部分中公开。因此，本公开中使用的术语不应由术语的简单名称来定义，而是贯穿本公开的内容和术语的含义来定义。
[0048] 在示例性实施例的描述中，当一部分连接到另一部分时，该部分可以不仅直接连接到另一部分，还可以利用插入在它们之间的另一装置电连接到另一部分。如果假设特定部分包括某个部件，则术语“包括”意味着对应的部件还可以包括其他部件，除非记述了与对应的部件相反的特定含义。示例性实施中使用的例如“单位”或“模块”的术语表示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且可以以硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现。
[0049] 在本公开中使用的例如“包括”或“包含”的术语不应被解释为包括本文所描述的所有元件或操作，并且应被解释为排除元件或操作中的一些，或者还包括附加的元件或操作。
[0050] 虽然本公开的当前示例性实施例中使用的例如“第一”和“第二”的术语可以修饰各种示例性实施例的各种元件，但是这些术语不限制对应的元件。这些术语可以用于区分一个元件与另一个元件的目的。
[0051] 示例性实施例的以下描述不应被解释为限制示例性实施例的范围，并且本领域普通技术人员可以容易地推导出的内容应被解释为落入示例性实施例的范围内。在下文中，将参考附图详细描述用于说明的示例性实施例。
[0052] 图1是示出了根据示例性实施例的定向背光单元的结构的透视图。
[0053] 参考图1，根据示范性实施例的定向背光单元BLU(本文也称为“定向背光装置”)可以包括至少一个光源LS和导光板LGP，所述导光板LGP引导并发射由光源LS发射的光。在导光板LGP的出射表面上，形成包括多个光栅图案GP的衍射元件D1。多个光栅图案GP可以重复地布置，例如以重复的图案布置。
[0054] 导光板LGP可以包括至少一个入射表面和出射表面ES，由光源LS发射的光入射到所述至少一个入射表面上，在导光板LGP中行进的光从出射表面ES发射。导光板LGP通过全内反射引导来自光源LS的光，以便通过出射表面ES发射。面向出射表面ES的表面是全反射表面TS，并且在不能通过出射表面ES上的衍射元件D1之后反射的光全部从全反射表面TS反射并在导光板LGP内行进。光源LS可以设置在导光板LGP的边缘中，且从光源LS发射的光可以通过全反射在导光板LGP的内部与导光板LGP的出射表面ES多次相遇。
[0055] 虽然在图1中将导光板LGP图示为具有平板的形状，但示例性实施例并不限于此。例如，导光板LGP的出射表面ES可以具有弯曲表面的形状。
[0056] 形成在导光板LGP的出射表面ES上的衍射元件D1可以包括多个光栅图案GP，使得通过全内反射在导光板LGP的内部行进的光可以在指定的方向上发射。在光栅图案GP中，从出射表面ES凸出或相对于出射表面ES凹陷的光栅G根据特定的规则重复地布置(即，以重复的图案布置)。光栅G可以包括与导光板LGP的材料相同的材料。然而，光栅G的材料不限于该示例。多个光栅图案GP中的至少两个可以具有不同的图案形状。例如，光栅的方向、间隔和占空比中的至少任一个可以变化。从光栅图案GP发射的光的行进方向可以基于光栅图案GP的图案形状而变化。多个光栅图案GP可以朝向多个不同的相应的观看区域发射光。
[0057] 多个光栅图案GP可以彼此相邻地布置。在该方面中，在光栅图案GP之间可以不存在没有图案形成的任何区域。通过将光栅图案GP布置为彼此相邻，在导光板LGP的出射表面ES上可以不存在没有光栅图案GP形成的任何区域。由于在导光板LGP的出射表面ES上不存在没有形成光栅图案GP的区域，导光板LGP的出射表面ES的不均匀性可以最小化。不均匀性的最小化可以通过例如通过以下方式来实现：使得形成在导光板LGP的出射表面ES上的光栅图案GP的平均折射率在导光板LGP的出射表面ES的整个区域上是几乎均匀的。在本文中，“平均折射率”是涉及光栅图案的光栅材料(例如，导光板材料)的折射率和光栅之间的材料(例如，空气)的折射率两者的概念。随着出射表面ES上的平均折射率的均匀性下降，即是说，平均折射率的分布范围相对较宽，由于光栅图案GP引起的光的扩散增加。在示例性实施例中，光栅图案GP的平均折射率在出射表面ES的整个区域上是几乎均匀的，从而使得由于光栅图案GP引起的光的扩散最小化。
[0058] 图2是详细示出图1所示的光栅图案GP的横截面的横截面图，以描述平均折射率。
[0059] 参考图2，光栅图案GP的形状的特性可以由表示光栅G的重复间隔的节距P和光栅G的宽度P1表示。光栅图案GP的占空比可以由光栅G的宽度P1相对于光栅G的相邻对之间的节距P的比率来表示。
[0060] 光栅图案GP的平均折射率可以基于光栅图案GP的占空比而变化。例如，假设光栅图案GP的占空比是‘a’，且光栅G是在空气中(折射率～1)，光栅图案GP的平均折射率可以如下面的等式1表示如下：
[0061] neff＝a*n1+(1-a)*1(1)，
[0062] 其中n1表示光栅图案GP的材料(即，光栅G的材料)的折射率。
[0063] n1可以是导光板LGP的折射率。由于a是0和1之间的值并且n1大于1，所以neff小于n1。
[0064] 与示例性实施例中不同，如果在光栅图案GP之间存在没有形成光栅G的区域，则该区域的折射率等于n1，其大于上面定义的neff。因此，导光板LGP的出射表面ES的平均折射率包括neff和n1，且具有包括高折射率和低折射率的分布，并且从而增加了不均匀性。
[0065] 图3是示出根据比较示例的定向背光单元BLU的结构的透视图。
[0066] 参考图3，根据比较示例的定向背光单元BLU包括光源20、引导并发射由光源20发射的光的导光板10、以及形成在导光板10的顶表面上且包括多个光栅图案12的衍射元件D。
[0067] 与示例性实施例中不同，在比较示例中，光栅图案12形成为彼此间隔开，以便具有预定的间隔d。因此，导光板10的顶表面上的平均折射率在形成光栅图案12的区域和没有形成光栅图案12的区域之间不同。
[0068] 图4是详细示出形成在图3所示的导光板10上的光栅图案12的显微图片。
[0069] 参考图4，在导光板10的表面上，可以有形成光栅图案12的区域和不存在光栅图案12的区域M。由于导光板10的表面完全被导光板10的材料填充，不存在光栅图案12的区域M可以具有比形成光栅图案12的区域更高的平均折射率。
[0070] 如上所述，形成光栅图案12的区域的平均折射率可以基于光栅图案12的占空比而变化。随着光栅图案12的占空比降低，导光板10的材料相对于形成光栅图案12的区域的比率降低，使得形成光栅图案12的区域的平均折射率可以进一步降低。由于不存在光栅图案12的区域M的平均折射率与存在光栅图案12的区域的平均折射率之间的差异，类似于入射到不均匀的表面上的光的散射的现象可以发生在导光板10的出射表面上。光在存在光栅图案12的区域中被部分地发射，而光在不存在光栅图案12的区域M中被全反射到导光板中，使得如果不存在光栅图案12的区域M的宽度小于光的波长或具有与光的波长相同的数字(digit)，则全反射光可以以与通过狭缝传播的光的衍射类似的方式扩散。
[0071] 由于光的这种扩散，光的横截面积可以增加。当光栅图案12之间的间隔d大约等于若干微米(μm)时，这种光扩散现象可以显著地发生。
[0072] 图5是示出从图3所示的光栅图案12发射的光的扩散的概念图。
[0073] 参考图5，从光栅图案12发射的光在通过多个中间层32、34和36传播之后入射到显示面板的滤色层CF。多个中间层32、34和36可以包括显示面板的各种层，例如，玻璃、光学膜、等等。从光栅图案12发射的光入射到滤色层CF的滤色器CF1、CF2和CF3中的任一个。多个滤色器CF1、CF2和CF3中的至少两个可以促进不同波长的光通过其传播。
[0074] 多个光栅图案12中的每一个改变光的行进方向，以便使得光入射到多个滤色器CF1、CF2和CF3中的任一个。从导光板10的光栅图案12发射的光的横截面积可以由于光的扩散而增加。随着从光栅图案12发射的光的横截面积增加，从光栅图案12发射的光入射到另一滤色器以及对应于光栅图案12的滤色器，从而增加了串扰。串扰可以是降低显示面板的图像质量的原因。
[0075] 图6是示出了由于光的扩散引起的串扰的发生的概念图。
[0076] 在图6中，CF1a、CF1b和CF1c是促进红光通过其传播的滤色器，CF2a、CF2b和CF2c是促进绿光通过其传播的滤色器，CF3a、CF3b和CF3c是促进蓝光通过其传播的滤色器。通过多个滤色器中的每一个的光可以入射到图像显示设备的显示面板的任一个像素。
[0077] 设置在导光板10的表面上的每个光栅图案向设置在特定位置中的滤色器发射对应波长的光。例如，第一光栅图案12-1可以向滤色器CF2a发射绿光，第二光栅图案12-2可以向滤色器CF2b发射绿光，且第三光栅图案12-3可以向滤色器CF2c发射绿光。
[0078] 从第一光栅图案12-1发射的主光L11行进到滤色器CF2a。然而，由于光的扩散，从第一光栅图案12-1发射的光的部分L12可以行进到滤色器CF2b。同样地，从第三光栅图案12-3发射的主光L31行进到滤色器CF2c，但是从第三光栅图案12-3发射的光的部分L32行进到滤色器CF2b。在这方面，不仅从对应于滤色器CF2b的第二光栅图案12-2发射的光L21，而且分别从其他光栅图案12-1和12-3发射的光L12和L32都可以入射到滤色器CF2b。从不对应于过滤器的光栅图案入射到该过滤器的光作用为噪声，从而引起串扰。随着由于图像显示设备的高分辨率而引起像素之间的间隔降低，串扰可以恶化。
[0079] 在根据示例性实施例的定向背光单元BLU1中，光栅图案GP配置为减少由光栅图案GP引起的光的扩散，并最小化由光的扩散引起的串扰。
[0080] 尽管光源LS被示出为将光发射到图1中的导光板LGP的侧面，但示例性实施例不限于此。
[0081] 图7是示出根据另一示例性实施例的定向背光单元BLU1’的结构的平面图。
[0082] 根据当前示例性实施例的定向背光单元BLU1’不同于图1所示的定向背光单元BLU1。
[0083] 参考图7，定向背光单元BLU1’可以包括发射第一波长带中的光的第一光源LS1、发射第二波长带中的光的第二光源LS2、以及发射第三波长带中的光的第三光源LS3。例如，第一光源LS1可以发射蓝光，第二光源LS2可以发射绿光，且第三光源LS3可以发射红光。第一光源LS1相对于导光板LGP设置在第一侧方向，第二光源LS2相对于导光板LGP设置在第二侧方向，且第三光源LS3相对于导光板LGP设置在第三侧方向。导光板LGP可以包括来自第一光源LS1的光入射到其上的第一入射表面11a、来自第二光源LS2的光入射到其上的第二入射表面11b、以及来自第三光源LS3的光入射到其上的第三入射表面11c。然而，光源的布置不限于该视图，且光源可以以各种方式布置。例如，第一光源LS1、第二光源LS2和第三光源LS3可以交替地布置在导光板LGP的一侧。从第一光源LS1、第二光源LS2和第三光源LS3中的每一个发射的彩色光相对于导光板的入射方向可以变化。
[0084] 图8是根据平面图，其用于将包括在图1所示的定向背光单元BLU1的衍射元件D1中的光栅图案GP与包括在根据比较示例的图3所示的背光单元BLU的衍射元件D中的光栅图案12进行比较。
[0085] 参考图8，设置在根据比较示例的背光单元BLU的衍射元件D中的光栅图案12之间的间隔可以类似于光栅图案12的长度和宽度。特别地，光栅图案12之间的间隔可以等于大约若干微米(μm)。在这种情况下，形成光栅图案12的区域和没有形成光栅图案12的区域M可以具有不同的平均折射率。没有形成光栅图案12的区域M作用为狭缝，从而导致从光栅图案12发射的光的扩散增加。
[0086] 相比之下，设置在根据示例性实施例的定向背光单元BLU1的衍射元件D1中的光栅图案GP布置为彼此相邻，使得光栅图案GP之间的间隔小于栅图案GP的长度和宽度的长度到可以忽略的程度。随着由于光栅图案GP之间的间隔减小而引起的没有形成光栅图案GP的区域几乎消失，可以减少来自光栅图案GP的光的扩散。
[0087] 当光栅图案GP被布置为彼此相邻时，由于处理中的错误、光栅图案GP的节距间隔等，它们之间的间隔可以不等于零。例如，光栅图案GP之间的间隔可以小于由光源LS发射的光的波长的1/10。如果光栅图案GP之间的间隔小于光的波长的1/10，则由光栅图案GP之间的空间中的光的扩散损失的光的量可以显著地降低。此外，随着由光的扩散损失的光的量减少，也可以降低串扰。
[0088] 为了确保光栅图案GP之间的间隔小于光的波长的1/10，设置在根据示例性实施例的定向背光单元BLU1的衍射元件D1中的每个光栅图案GP的面积可以大于根据比较示例的光栅图案12的面积。
[0089] 替代地，在改进的示例中，比设置在根据比较示例的衍射元件D中的光栅图案12更多数量的光栅图案GP可以形成在根据示例性实施例的定向背光单元BLU1的衍射元件D1中。
[0090] 然而，如果设置在衍射元件D1中的数量增加，则可能难以在生成图像时使用从光栅图案GP发射的所有的光。这是因为，由于光栅图案GP之间的间隔受到光栅图案GP的数量增加的限制，光栅图案GP可能变得越发难以设计。在这方面，在满足上述间隔条件的范围中，可以适当地设定光栅图案GP的数量或每个光栅图案GP的面积。
[0091] 在下文中，将描述根据各种示例性实施例的定向背光单元的结构。
[0092] 图9是平面图，其用于将包括在根据另一示范性实施例的定向背光单元的衍射元件D2中的光栅图案与包括在根据比较示例的背光单元的衍射元件D中的光栅图案进行比较。
[0093] 根据当前示例性实施例的衍射元件D2可以包括多个光栅图案GP1、GP2、GP3、…、以及虚拟光栅图案DP。当与衍射元件D进行比较时，虚拟光栅图案DP可以位于光栅图案12之间，即是说，在导光板的出射表面上的区域中的不形成光栅图案12的区域M中。
[0094] 当将定向背光单元应用于图像显示设备时，通过多个光栅图案GP1、GP2、GP3…传播的光被用于生成图像，而来自虚拟光栅图案DP的光可以不用于生成图像。这将在下文进一步描述。在这个意义上，与虚拟光栅图案DP相比，多个光栅图案GP1、GP2、GP3…可以称为面板取向的光栅图案GP1、GP2、GP3…。
[0095] 虚拟光栅图案DP可以具有这样的形状：使得衍射元件D2的平均折射率在导光板的出射表面上是几乎均匀的。
[0096] 图10是从图9的线B–B’观看的衍射元件D2的横截面图。
[0097] 参考图10，由于虚拟光栅图案DP与面板取向的光栅图案GP2和GP3具有不同的发光特性，虚拟光栅图案DP的结构与面板取向的光栅图案GP2和GP3的结构可以彼此不同。例如，虚拟光栅图案DP的光栅的节距、宽度和方向中的至少一个可以不同于与该虚拟光栅图案DP相邻的面板取向的光栅图案GP2和GP3的对应的参数。
[0098] 相反，虚拟光栅图案DP的平均折射率可以几乎等于与该虚拟光栅图案DP相邻的面板取向的光栅图案GP2和GP3的平均折射率。例如，虚拟光栅图案DP的图案形状可以使得虚拟光栅图案DP的平均折射率几乎等于或类似于布置为与该虚拟光栅图案DP相邻的面板取向的光栅图案GP2和GP3的平均折射率。例如，虚拟光栅图案DP的平均折射率可以等于与该虚拟光栅图案DP相邻的面板取向的光栅图案GP2和GP3中的至少任一个的平均折射率。以这种方式，光栅图案GP1、GP2、GP3、…DP的平均折射率是几乎均匀的，使得导光板LGP的表面可以具有几乎均匀的折射率。因此，由不均匀性引起的光的扩散和由光的扩散引起的串扰可以如上所述地减少。
[0099] 因此，在衍射元件D2中，虚拟光栅图案DP设置为降低导光板LGP的出射表面ES的不均匀性，并且因此必须进行设计以便在3D成像时最小化来自虚拟光栅图案DP的光的影响。
[0100] 图11示出了，当包括图9所示的衍射元件D2的定向背光单元BLU2应用于图像显示设备时，从多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个发射的光的行进方向、以及从多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3中的每一个发射的光的行进方向。
[0101] 参考图11，多个面板取向的光栅图案GP1、GP2、GP3、GP4、GP5、GP6、GP7、GP8和GP9可以配置为使得分别从多个面板取向的光栅图案GP1至GP9发射的光Lp可以行进到设置在导光板LGP的出射表面上的显示面板DSP。多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的至少两个配置为朝向显示面板DSP发射不同的波长带的光。特别地，多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的至少两个可以具有相对于不同的波长的选择性。多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的至少两个也可以配置为在不同的方向上发射光。例如，根据光栅的节距、方向、折射率和占空比，以及光的行进方向与光栅之间的相对角度，多个面板取向的光栅图案GP1至GP9可以在特定的方向上发射光。
[0102] 为了在不同于多个面板取向的光栅图案GP1至GP9的方向的方向上发射光，多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3的光栅节距、光栅方向、以及光的行进方向与光栅之间的相对角度中的至少一个可以不同于多个面板取向的光栅图案GP1至GP9的对应的参数。
[0103] 多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3可以配置为防止从多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3中的每一个发射的光Ld朝向显示面板DSP的观看区域VR行进。
[0104] 在本文中，观看区域VR是指这样的区域，在所述区域内，入射到显示面板DSP的光被用于生成由观看者观看的图像。在这方面，指向显示面板DSP上的观看区域VR之外的光Ld可以不用于生成图像，或可以用于生成观看者的视角之外的图像。
[0105] 以此方式，从多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3中的每一个发射的光可以不用于在显示面板DSP上生成图像。多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3可以使得光在3D图像的视角之外行进，或在光不会通过显示面板DSP的方向上行进。
[0106] 尽管在图11中将从多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3中的每一个发射的光图示为指向视角之外，但本公开不限于该图示。例如，可以将光的取向设定为朝向包括在显示面板DSP中的滤色器层的黑矩阵。
[0107] 图12是示出根据另一示例性实施例的定向背光单元BLU3的结构的横截面图。
[0108] 根据当前示例性实施例的定向背光单元BLU3与图11所示的定向背光单元BLU2的不同之处在于，定向背光单元BLU3还包括虚拟光阻挡层ML。
[0109] 包含在定向背光单元BLU3中的衍射元件D3可以包括多个面板取向的光栅图案GP1、GP2、GP3、GP4、GP5、GP6、GP7、GP8和GP9以及多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’。多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’具有的平均折射率类似于与该多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’中的每一个相邻的面板取向的光栅图案中的至少任一个的平均折射率，在这种意义上，多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’基本上类似于多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3。
[0110] 在根据当前示例性实施例的定向背光单元BLU3中，多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’不需要指向视角之外，这与图11中的多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3不同。而是，定向背光单元BLU3还可以包括虚拟光阻挡层ML，所述虚拟光阻挡层ML相对于定向背光单元BLU3直接阻挡来自多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’的光。
[0111] 虚拟光阻挡层ML位于衍射元件D3上，且还可以包括多个光阻挡区域MLa。在虚拟光阻挡层ML上，除了多个光阻挡区域MLa以外的其他区域可以是允许光通过其中的开口区域MLb。光阻挡区域MLa可以配置为不使来自多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’中的每一个的光通过。特别地，从多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个发射的光通过虚拟光阻挡层ML的开口区域被发射，且来自多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’中的每一个的光被光遮蔽区域MLa阻挡。使用该结构，当将定向背光单元BLU3应用于图像显示设备时，从虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’中的每一个发射的光可以不到达显示面板的像素区域。
[0112] 图13是示出根据另一示例性实施例的定向背光单元BLU4的结构的横截面图。
[0113] 在包括在衍射元件D4中的虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”的图案形状方面，根据当前示例性实施例的定向背光单元BLU4与图11的定向背光单元BLU2的不同。
[0114] 衍射元件D4可以包括多个面板取向的光栅图案GP1、GP2、GP3、GP4、GP5、GP6、GP7、GP8和GP9以及多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”。多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”具有的平均折射率类似于与该多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”中的每一个相邻的面板取向的光栅图案中的至少任一个的平均折射率，并且在这种意义上，多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”基本上类似于多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3。
[0115] 在根据当前示例性实施例的定向背光单元BLU4中，多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”中的每一个具有图案形状，使得被取向的像素颜色和波长选择性彼此不同。
[0116] 在图13中，示出了当将定向背光单元BLU4应用于图像显示设备时，从多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个发射的光的行进方向和从多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”中的每一个发射的光的行进方向，以及设置在显示面板上的滤色器层CF。
[0117] 参考图13，来自定向背光单元BLU4的光朝向设置在显示面板上的滤色器层CF指向。滤色器层CF可以包括多个滤色器CF1、CF2和CF3。滤色器层CF可以包括通过第一波长带中的光的第一滤色器CF1、通过第二波长带中的光的第二滤色器CF2、以及通过第三波长带中的光的第三滤色器CF3。黑矩阵CFB可以设置在第一滤色器CF1、第二滤色器CF2和第三滤色器CF3中。
[0118] 多个面板取向的光栅图案GP1至GP9可以配置为使得从多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个发射的光Lp通过多个滤色器CF1、CF2和CF3中的任一个。多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个可以选择地发射在第一波长带、第二波长带和第三波长带中的任一个中的光。多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个的波长选择性可以匹配多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个所期望的像素颜色。
[0119] 相反，多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”可以配置为防止从多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”中的每一个发射的光Ld通过滤色器层CF的滤色器CF1、CF2和CF3。特别地，对于多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”中的每一个的波长选择性，图案形状可以被设定为与由多个虚拟光栅图案DP1”，DP2”和DP3”中的每一个定向的像素颜色不同。
[0120] 虚拟光栅图案DP2”的波长选择性可以不与由虚拟光栅图案DP2”取向的滤色器CF1的波长带重叠。例如，如果虚拟光栅图案DP2”的波长选择性可以是第二波长带或第三波长带，且虚拟光栅图案DP2”朝向通过第一波长带的滤色器CF1取向，然后来自虚拟光栅图案DP2”的光由滤色器CF2阻挡，从而不利于生成图像。
[0121] 如参考图11、12和13所述，由于设置在定向背光单元BLU2中的多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3，设置在定向背光单元BLU3中的多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’，以及设置在定向背光单元BLU4中的多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”，导光板LGP的出射表面ES上的平均折射率是几乎均匀的，从而减少了从多个面板取向的光栅图案GP1至GP9中的每一个发射的光Lp的扩散。随着光的扩散的减少，也可以减少串扰。
[0122] 此外，如参考图11、12和13所述，形成图案形状以将从多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3中的每一个发射的光Ld指向到视角之外，或者来自多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’中的每一个的光被阻挡，或者多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”中的每一个的波长选择性不同于被取向的滤色器，从而通过滤色器层CF阻挡来自多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”中的每一个的光。因此，当生成3D图像时，虚拟光栅图案的影响可以相对较小。
[0123] 附加地或替代地，图11、12和13中所示的多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3、多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’、以及多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”可以具有比面板取向的光栅图案GP1至GP9的比率更低的在导光板LGP之外发射的光的比率。特别地，多个虚拟光栅图案DP1、DP2和DP3、多个虚拟光栅图案DP1’、DP2’和DP3’、以及多个虚拟光栅图案DP1”、DP2”和DP3”的发光效率可以低于多个面板取向的光栅图案GP1至GP9的对应的发光效率。
[0124] 图14是示出根据另一示例性实施例的包括在定向背光单元中的衍射元件D5的结构的平面图。
[0125] 参考图14，设置在衍射元件D5中的多个光栅图案GP之间的间隔可以满足以下条件中的至少一个：小于从光源LS发射的光的波长的大约1/10的第一范围，以及大于光的波长的大约180/π倍的第二范围。
[0126] 例如，光栅图案组GPG由多个光栅图案GP形成，使得包括在光栅图案组GPG中的光栅图案GP之间的间隔可以满足小于从光源LS发射的光的波长的大约1/10的第一范围的条件。
[0127] 光栅图案组GPG之间的间隔d可以满足大于由光源LS发射的光的波长的大约180/π倍的第二范围的条件。通常，光通过狭缝时扩散的角度相对于狭缝的宽度成反比地变化。因此，随着光栅图案组GPG之间的间隔d增加，光通过光栅图案GP时扩散的角度可以减少。例如，如上文所述，如果光栅图案组GPG之间的间隔d大于从光源LS发射的光的波长的大约180/π倍，则由于光的折射的通过光栅图案GP的光进一步扩散的角度被减小到大约1度或更小，使得可以减少由光栅发射的光形成的3D图像的串扰。
[0128] 例如，当光源LS发射在多个波长带中的光时，第二范围可以超过从光源LS发射的光的波长中的最小波长的大约180/π倍。在另一示例中，当光源LS发射在多个波长带中的光时，第二范围可以超过从光源LS发射的光的波长中的中间波长的180/π倍。
[0129] 如果光源LS发射具有落入380nm和780nm之间的范围内的波长的可见光，可见光的大约550nm的中间波长可以设定为代表波长，使得第二范围可以超过550nm的大约180/π倍。例如，第一范围可以被认为是可见光的波长，并且可以设定为小于50nm。第二范围可以设定为大于30μm。在这方面，光栅图案GP之间的间隔可以满足以下条件中的至少一个：小于50nm的第三范围，以及大于30μm的第四范围。
[0130] 在下文中，将描述包括定向背光单元的图像显示设备。
[0131] 图15是根据示例性实施例的图像显示设备1000的透视图。
[0132] 参考图15，图像显示设备1000可以包括定向背光单元(或定向背光装置)1100和显示面板1300。
[0133] 显示面板1300基于3D图像信息来调制由定向背光单元1100发射的光，并显示3D图像。显示面板1300可以包括滤色器层CF和光调制层LM。
[0134] 滤色器层CF可以包括二维地布置的多个滤色器，其中配置为使不同波长带中的光能够通过其传播的滤色器重复地(即，以重复的图案)交替地布置。
[0135] 光调制层LM可以包括设置在滤色器层CF中的多个滤色器以及分别对应于多个滤色器的多个光调制区域。多个光调制区域可以基于图像信息被分别地控制。
[0136] 光调制层LM和滤色器层CF的所布置的所示位置不限于图示，且可以互换布置顺序。
[0137] 在图15中，对于显示面板1300，仅示出了主要部件，即滤色器CF和光调制层LM，并且还可以包括像素电极、公共电极、薄膜晶体管(TFT)阵列层等，作为用于驱动各个光调制区域的部件，并且还可以包括例如偏振板等的光学膜。
[0138] 定向背光单元1100可以为根据各种示例性实施例的上述定向背光单元中的任一个，且可以包括各种衍射元件D1、D2、D3、D4和D5中的至少任一个。从设置在衍射元件中的光栅图案中的每个发射的光入射到显示面板1300的对应的像素。在显示面板1300的光调制层LM的每个光调制区域中，根据取向和颜色来适当地调制从定向背光单元1100入射的光，从而显示3D图像。
[0139] 根据示例性实施例的图像显示设备1000可以基于设置在定向背光单元1100中的光栅图案来显示多个视图。在本文中，视图可以指对观看者的一只眼睛显示的一个图像。然而，本公开不限于该示例，并且还可以显示对观看者的一只眼睛示出的两个或更多个视图图像。
[0140] 设置在图像显示设备1000中的定向背光单元1100具有布置形状，所述布置形状配置为使得由朝向多个观看区域提供取向的光栅图案所导致的光的扩散最小化。因此，图像显示设备1000可以显示减少串扰的良好3D图像。
[0141] 图16A、16B和17是示出示例性实施例连同比较示例的效果的计算机模拟结果。
[0142] 图16A和16B示出了由根据图3所示的比较示例的背光单元BLU中的衍射元件D引起的光的扩散和图14所示的定向背光单元中的光的扩散。
[0143] 图16A示出了从图3的背光单元BLU发射的光的横截面形状的变化，并且图16B示出了从包括图14的衍射元件D5的背光单元发射的光的横截面形状的变化。
[0144] 在图16A中，P1指示从导光板10反射一次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，P2指示从导光板10反射两次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，P3指示从导光板10反射三次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，P4指示从导光板10反射四次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，P5指示从导光板10反射五次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，并且P6指示从导光板10反射六次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状。
[0145] 在图16B中，X1指示从包括图14所示的衍射元件D5的导光板LGP反射一次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，X2指示从包括图14所示的衍射元件D5的导光板LGP反射两次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，X3指示从包括图14所示的衍射元件D5的导光板LGP反射三次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，X4指示从包括图14所示的衍射元件D5的导光板LGP反射四次的光的，如在出射表面上显示的，横截面形状，X5指示从包括图14所示的衍射元件D5的导光板LGP反射五次的光的显示的，在出射表面上的，横截面形状，且X6指示从包括图14所示的衍射元件D5的导光板LGP反射六次的光的显示的，在出射表面上的，横截面形状。
[0146] 参考图16A，随着光在导光板10的内部行进，光在设置在导光板10的出射表面上的光栅图案12中反射，使得光的横截面可以增大。在这方面，由于光的扩散，光的横截面可以增大。
[0147] 相反，参考图16B，随着光在导光板LGP的内部行进，即使光在设置在包括图14所示的衍射元件D5的导光板LGP的出射表面上的光栅图案GP中反射，光的横截面增加的程度可以小于比较示例的程度。特别地，当与图16A相比时，可以减少光的扩散。
[0148] 图17以曲线图示出了，如经由计算机模拟获得的，计算光的横截面的半径相对于光从根据比较示例和示例性实施例的定向背光单元的导光板10和LGP中的每一个的出射表面反射的次数的变化的结果。
[0149] 在图17中，曲线Gr1对应于当使用根据图3所示的比较示例的定向背光单位BLU时的情况，曲线Gr2对应于当使用根据图1所示的示例性实施例的定向背光单位BLU1时的情况，曲线Gr3对应于当使用包括图14所示的衍射元件D5的定向背光单元时的情况，且曲线Gr4对应于当使用在导光板上不具有光栅图案的背光单元时的情况。
[0150] 参考图17，如曲线Gr1所指示的，对于根据比较示例的背光单元，随着光从导光板10反射的次数增加，光的横截面的直径可以急剧增加。相反，如曲线Gr2和Gr3指示的，对于根据一个或多个示例性实施例的定向背光单元，即使光从导光板LGP反射的次数增加，光的横截面的直径的变化小于比较示例中。特别地，曲线Gr3几乎与曲线Gr4匹配。特别地，对于包括图14所示的衍射元件D5的定向背光单元，光栅图案GP中的光的扩散不发生。
[0151] 上述定向背光单元可以减少当光通过导光板的光栅图案时发生的光的扩散。
[0152] 因此，实现定向背光单元的图像显示设备减少了由光的扩散引起的串扰。
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