專利名稱：用于液晶顯示器光學(xué)模塊的壓束片及光學(xué)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器的光學(xué)模塊，尤其是涉及一種用于液晶顯示器光學(xué)模塊 的壓束片及光學(xué)模塊。
背景技術(shù)：
液晶顯示器面板中的液晶本身不具有發(fā)光特性，其利用背光模組提供光源，達(dá)到顯 示器顯示效果。目前主流的TFT (薄膜晶體管)型的液晶顯示器主要是由熒光管、導(dǎo)光 板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄膜式晶體管等等構(gòu)成。TFT液 晶顯示器具備背光源熒光管，其光源會先經(jīng)過一個偏光板然后再經(jīng)過液晶，這時液晶分 子的排列方式就會改變穿透液晶的光束的偏振狀態(tài)，然后這些光線還必須經(jīng)過前方的彩 色濾光膜與另一塊偏光板。但其背光源光能的利用率并不高，使得液晶顯示屏的亮度及 對比度呈現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的顯像管顯示。為解決這個問題，可以在TFT液晶顯示器中使 用亮度很高的背光源，但背光源大量未被利用的光能以及由此引起的熱量滯留在TFT液 晶顯示器中，將嚴(yán)重影響液晶顯示器中器件的壽命，從而縮短液晶顯示器的使用壽命。 2006年11月15日中國公開的發(fā)明專利"用于液晶顯示器的光學(xué)模塊及液晶顯示器" (CN1862337)公開了一種用于液晶顯示器的光學(xué)模塊及液晶顯示器。這種用于液晶顯 示器的光學(xué)模塊及液晶顯示器，它包括置于液晶顯示屏背光源前的壓束片和置于壓束片 前的分色片。壓束片將一束擴展光束分成一組細(xì)小光束列，分色片將白光分為紅、綠、 藍(lán)三原色，并根據(jù)顏色順序折射到不同的位置。由于引入了分色片，背光源可見光頻譜 內(nèi)所有的光能都被有效利用，其利用率提高三倍以上。如果再引入了分束片，背光源所 有偏振方向的光能都被有效利用，其利用率提高一倍以上。串聯(lián)此兩模板，則可使背光 源的總體光能利用率提高六倍以上，液晶顯示屏的亮度及對比度得到顯著提高，能耗顯 著降低，實現(xiàn)真正意義上的高亮度、低能耗的液晶顯示器。但是這種用于液晶顯示器的 光學(xué)模塊中的如圖1中所示的壓束片ll，采用直徑不同的大直徑凸透鏡陣列和小直徑凸 透鏡陣列，大直徑凸透鏡和小直徑凸透鏡的焦點重疊于光學(xué)介質(zhì)(玻璃或塑料)中。如 圖2所示，來自于背光源的白色、非偏振、擴展光束經(jīng)大直徑凸透鏡陣列入射，因兩凸 透鏡的焦點重疊于光學(xué)介質(zhì)中，入射光均會聚于焦點處，在焦點處形成較高的溫度，很容易損壞光學(xué)介質(zhì)，從而影響液晶顯示器的使用壽命。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種較薄的、光學(xué)損耗小的壓束片及能夠提高液 晶顯示器高背光源光能利用率及液晶顯示屏的亮度和對比度的光學(xué)模塊。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種用于液晶顯示器光學(xué)模塊的壓 束片，包括入射面和出射面，所述的入射面為凸透鏡陣列，所述的出射面為凹透鏡陣列， 所述的凸透鏡陣列和所述的凹透鏡陣列相互對齊，所述的凸透鏡陣列的凸透鏡與對應(yīng)的 所述的凹透鏡陣列的凹透鏡焦點重疊形成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。所述的入射面和所述的出射面間以光學(xué)玻璃或塑料為材料。所述的凸透鏡陣列各凸透鏡無間隙連續(xù)排列。一種使用上述的壓束片的光學(xué)模塊，所述的壓束片前設(shè)置有分色片，所述的壓束片 將一束擴展光束分成一組細(xì)小光束列，所述的分色片將白光分為紅、綠、藍(lán)三原色，并 根據(jù)顏色順序折射到不同位置。所述的壓束片與所述的分色片之間設(shè)置有分束片，所述的分束片將所述的細(xì)小光束 列分成二組相互正交的線性偏振細(xì)小光束列。所述的分束片包括兩塊基板及基板間夾著的空間定位液晶分子，所述的空間定位液 晶分子沿著與入射光束成大于0° 、小于卯。的夾角方向排列。所述的分色片包括干涉濾光片組，所述的干涉波光片組包括三種干涉濾光片，所述 的干涉濾光片沿著與入射光束相垂直的方向排列。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于擴展光束通過本發(fā)明的壓束片入射，在保證背 光源可見光頻譜內(nèi)所有的光能能被有效利用，提高液晶顯示屏亮度和對比度的同時，本 發(fā)明的壓束片大大縮減了現(xiàn)有技術(shù)壓束片的厚度，從而減小了液晶顯示器的厚度，更好 地滿足了用戶的需求。另一方面，由于凸透鏡與凹透鏡焦點重疊于光學(xué)介質(zhì)(光學(xué)玻璃 或塑料)夕卜，有效地保護了光學(xué)介質(zhì)(光學(xué)玻璃或塑料)。


圖1為CN1862337中液晶顯示器的光學(xué)模塊結(jié)構(gòu)圖，其中11為壓束片； 圖2為圖1中壓束片的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光學(xué)工作原理圖，B,和B2分別為凸透鏡兩側(cè) 的光束寬度；圖3a為本發(fā)明的壓束片的截面圖；圖3b為圖3a壓束片的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光學(xué)工作原理圖，B,為凸透鏡的光束寬度，B2 為凹透鏡的光束寬度；圖4a為使用圖3a壓束片的光學(xué)模塊簡化結(jié)構(gòu)截面示意圖一； 圖4b為使用圖3a壓束片的光學(xué)模塊簡化結(jié)構(gòu)截面示意圖二； 圖4c為使用圖3a壓束片的光學(xué)模塊簡化結(jié)構(gòu)截面示意圖三； 圖5為圖4a中分束片的截面圖；圖6為圖4a或圖4b或圖4c中分色片的光學(xué)工作原理圖； 圖7為圖4a光學(xué)模塊與液晶顯示屏配合的結(jié)構(gòu)圖； 圖8為圖4b光學(xué)模塊與液晶顯示屏配合的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。如圖3a所示，本發(fā)明的以光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料為材料的壓束片11主要包括入射面 111和出射面112。其中，入射面lll為凸透鏡陣列，出射面112為凹透鏡陣列。凸透鏡 陣列和凹透鏡陣列相互對齊，凸透鏡陣列各凸透鏡半徑大于凹透鏡陣列各凹透鏡半徑。 凸透鏡陣列各凸透鏡無間隙連續(xù)排列。凸透鏡與對應(yīng)的凹透鏡焦點重疊形成望遠(yuǎn)鏡系 統(tǒng)，焦點重疊于光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料外，如圖3b所示，其中B,為凸透鏡的寬度，B2為 凹透鏡寬度。來自于液晶顯示器背光源的一束白色、非偏振、擴展光束經(jīng)壓束片11入 射面lll的凸透鏡陣列入射，由出射面112的凹透鏡陣列分成一組細(xì)小光束列，若擴展 光束的寬度為Bi，則經(jīng)過壓束片ll，根據(jù)系統(tǒng)壓縮比，被壓縮為寬度為B2的細(xì)小光束， 該壓束片11的壓縮比為凸透鏡寬度與凹透鏡寬度之比，即為B1:B2。細(xì)小光束的寬度 B2等于液晶顯示器顯示屏的像素寬度，在不計通光率因素情況下，因需將兩個(黑白液 晶顯示屏)像素或六個(彩色液晶顯示屏)像素壓縮成一個像素，所以，壓束片11的 壓縮比為2:1 (黑白液晶顯示屏)或6:1 (彩色液晶顯示屏)?？梢酝ㄟ^調(diào)整壓束片11 的壓縮比提高像素的通光率，若計入像素通光率，則壓束片11的壓縮比遠(yuǎn)大于2:1 (黑 白液晶顯示屏)或6:1 (彩色液晶顯示屏)。該壓束片11的優(yōu)點在于有效地減低了壓束片的厚度，同時因入射面111的凸透鏡 陣列的各凸透鏡與對應(yīng)的出射面112的凹透鏡陣列的各凹透鏡的焦點重疊于光學(xué)玻璃或 光學(xué)塑料外，避免了因焦點處溫度太高而損壞光學(xué)介質(zhì)。圖4a為使用圖3a所示的壓束片11的光學(xué)模塊，它主要包括置于液晶顯示器背光源前的壓束片11、置于壓束片11前的分色片13和置于壓束片11與分色片13之間的分 束片12。分束片12如圖5所示包括兩塊以光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料為材料的基板121及122和 基板121與基板122之間設(shè)置的空間定位的液晶分子(SF-PDLC) 123。非偏振細(xì)小光 束列在該分束片12內(nèi)被分離為二組相互正交的線性偏振光o光(尋常光)和e光(非 尋常光)，分束片12中的高雙折射率的液晶分子123沿著能產(chǎn)生o光和e光最大分離角 的方向排列并被空間定位。其中，分離角大小由晶體的晶向及材料的雙折射率決定。而 分束片12的分離距離則由分離角和晶體的厚度決定，分離距離與晶體的厚度成正比， 若己知分離角，則可通過控制晶體的厚度來確定分離距離。對于彩色液晶顯示屏在不計 通光率因素情況下，由于經(jīng)過分束片12的每一束白色細(xì)小平行光束將被分色片13在不 同的位置上分離為紅、綠和藍(lán)三原色，所以分束片12的厚度必須保證其分離距離大于 或等于細(xì)小平行光束寬度的三倍。圖4a中分色片13由以光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料134為基片的一組紅干涉濾光片131、 綠干涉濾光片132和藍(lán)干涉濾光片133構(gòu)成，干涉濾光片組與經(jīng)分束片12分束后出射 的白色偏振光方向垂直，白色偏振光在干涉濾光片面的入射角為45。。分色片13的工 作原理為起始干涉濾光片透射需要的頻譜、反射不需要的頻譜，而第二、第三干涉濾光 片則反射需要的頻譜、透射不需要的頻譜。如圖6所示，若起始干涉濾光片為紅色濾光 片131，則該濾光片透射紅色頻譜到液晶顯示屏像素中，同時反射綠色和藍(lán)色頻譜至下 一個單元；綠色干涉濾光片132反射綠色頻譜，同時透射藍(lán)色和紅色頻譜，即被第一個 干涉濾光片反射的綠色在綠色干涉濾光片132中被反射到液晶顯示屏像素中，而藍(lán)色頻 譜則透射此干涉濾光片繼續(xù)前進；當(dāng)剩下的頻譜到達(dá)藍(lán)色干涉濾光片133時，藍(lán)色頻譜 被藍(lán)色干涉濾光片133反射到液晶顯示屏像素中。經(jīng)過上述的干涉濾光片透射或反射， 紅、綠和藍(lán)三原色被完全分離并定位，根據(jù)分色片13的工作原理，三種干涉濾光片任 意兩種干涉濾光片的串聯(lián)組合同樣可實現(xiàn)三原色的分離與定位。因分色片13中的起始 干涉濾光片透射頻譜，其他干涉濾光片反射頻譜，所以壓束片11與分色片13需精確對 齊，從壓束片11來的光束需與起始干涉濾光片重疊，否則會造成色度的不純。圖7給出了使用圖4a所示的光學(xué)模塊設(shè)置在背光源14和彩色液晶顯示屏15之間 的結(jié)構(gòu)圖。其工作原理如下壓束片11接收來自背光源14的一束白色、非偏振的擴展 光束，經(jīng)壓束片ll入射面lll的凸透鏡陣列入射，入射光束經(jīng)壓束片11出射面112的 凹透鏡陣列被壓縮成一組1/6原寬度的細(xì)小光束列，細(xì)小光束列寬度與像素寬度相等。 其中，壓束片11的壓縮比為6:1 (彩色液晶顯示屏)，因為分布于p偏振態(tài)和s偏振態(tài)的紅、綠、藍(lán)三原色的光能必須從一個像素寬度通過，只有當(dāng)壓縮比大于或等于6:1時 才能將六個像素的光能壓縮在一個像素寬度內(nèi)。細(xì)小光束列照射到由雙折射材料構(gòu)成的 分束片12上，在特定角度下，該分束片12將非偏振細(xì)小光束列分離成二組相互正交等 寬的線性偏振光束o光和e光。接著o光和e光照射到分色片13上，分色片13上的紅、 綠、藍(lán)干涉濾光片將這些細(xì)小白色偏振光束分離為等寬度的紅、綠、藍(lán)三原色并進行定 位形成細(xì)小有色偏振平行光束。細(xì)小有色偏振光束經(jīng)液晶顯示屏15的有源基板151入 射液晶顯示屏15。需要指出的是，壓束片11、分色片13與液晶顯示屏15像素之間需 要精確對齊以最大限度地利用光能并保證色度的高純度，而分束片12不需要對齊。圖4a的光學(xué)模塊也可以采用如圖4b所示的結(jié)構(gòu)，壓束片11和分色片13結(jié)合。圖 8給出了使用圖4b所示的光學(xué)模塊與液晶顯示屏15配合工作結(jié)構(gòu)圖，其工作原理為 背光源14出射的一束白色、擴展光束經(jīng)過壓縮比為3:1的壓束片11，入射光束被壓縮 成一組原寬度1/3寬度的細(xì)小光束列。細(xì)小光束列入射到分色片13上，被分離成等寬度 的紅、綠、藍(lán)三原色并被定位，分色片13出射面出射細(xì)小有色光束列。細(xì)小有色光束 列作為光源入射液晶顯示屏15。在此結(jié)構(gòu)中，壓束片11、分色片13與液晶顯示屏15 像素之間需要精確對齊以最大限度地利用光能并保證色度的高純度。圖4a的光學(xué)模塊還可以采用如圖4c所示的結(jié)構(gòu)，其與圖4b結(jié)構(gòu)類似，不同之處 在于圖4b中的分色片13包括以光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料為材料的基片134，而圖4c中分色 片13的基片134被壓束片11所替代。g卩，分色片13 —側(cè)與壓束片11的一側(cè)緊貼，這 種結(jié)構(gòu)不僅減少了光學(xué)模塊的整體厚度，而且還節(jié)省了材料。需要指出的是以壓束片為 基片的膠合結(jié)構(gòu)在以凸-凸結(jié)構(gòu)(入射面為凸透鏡陣列，出射面為凸透鏡陣列)為基礎(chǔ) 的壓束片中難以實現(xiàn)，因為第一，壓束片與分色片間的接觸為線接觸面；第二，壓束片 與分色片間的接觸線/面為光學(xué)面。相反在凸-凹結(jié)構(gòu)(入射面為凸透鏡陣列，出射面為 凹透鏡陣列)為基礎(chǔ)的壓束片中，壓束片為基片的膠合結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)，因為第一，壓束 片與分色片間的接觸變成(大)面積接觸，第二，壓束片與分色片間的接觸面為非光學(xué) 面。
權(quán)利要求
1. 一種用于液晶顯示器光學(xué)模塊的壓束片，包括入射面和出射面，其特征在于所述的入射面為凸透鏡陣列，所述的出射面為凹透鏡陣列，所述的凸透鏡陣列和所述的凹透鏡陣列相互對齊，所述的凸透鏡陣列的凸透鏡與對應(yīng)的所述的凹透鏡陣列的凹透鏡焦點重疊形成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于液晶顯示器光學(xué)模塊的壓束片，其特征在于所述的入 射面和所述的出射面間以光學(xué)玻璃或塑料為材料。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的用于液晶顯示器光學(xué)模塊的壓束片，其特征在于所述 的凸透鏡陣列各凸透鏡無間隙連續(xù)排列。
4、 一種使用權(quán)利要求1所述的壓束片的光學(xué)模塊，其特征在于所述的壓束片前設(shè) 置有分色片，所述的壓束片將一束擴展光束分成一組細(xì)小光束列，所述的分色片將白光 分為紅、綠、藍(lán)三原色，并根據(jù)顏色順序折射到不同位置。
5、 如權(quán)利要求4所述的光學(xué)模塊，其特征在于所述的壓束片與所述的分色片之間 設(shè)置有分束片，所述的分束片將所述的細(xì)小光束列分成二組相互正交的線性偏振細(xì)小光 束列。
6、 如權(quán)利要求5所述的光學(xué)模塊，其特征在于所述的分束片包括兩塊基板及基板 間夾著的空間定位液晶分子，所述的空間定位液晶分子沿著與入射光束成大于0° 、小 于90°的夾角方向排列。
7、 如權(quán)利要求4或5所述的光學(xué)模塊，其特征在于所述的分色片包括干涉濾光片組， 所述的干涉波光片組包括三種干涉濾光片，所述的干涉濾光片沿著與入射光束相垂直的 方向排列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于液晶顯示器光學(xué)模塊的壓束片，包括入射面和出射面，入射面為凸透鏡陣列，出射面為凹透鏡陣列，凸透鏡陣列和凹透鏡陣列相互對齊，凸透鏡陣列的凸透鏡與對應(yīng)的凹透鏡陣列的凹透鏡焦點重疊形成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，使用這種壓束片的光學(xué)模塊，在壓束片前設(shè)置有分色片，壓束片將一束擴展光束分成一組細(xì)小光束列；分色片將白光分為紅、綠、藍(lán)三原色，并根據(jù)顏色順序折射到不同位置，優(yōu)點在于本發(fā)明的壓束片大大縮減了現(xiàn)有技術(shù)壓束片的厚度，從而減小了液晶顯示器的厚度，更好地滿足了用戶的需求，另一方面，由于凸透鏡與凹透鏡焦點重疊于光學(xué)介質(zhì)外，有效地保護了光學(xué)介質(zhì)。
文檔編號G02F1/13GK101276096SQ20081006107
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者同 李 申請人:寧波思達(dá)利光電科技有限公司