專利名稱：一種嵌有衍射元件的導(dǎo)光板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶背光顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種無需濾色片的內(nèi)部嵌有新型衍射元件的導(dǎo)光板。
背景技術(shù)：
導(dǎo)光板在液晶背光系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，傳統(tǒng)的液晶背光系統(tǒng)由光源、導(dǎo)光板、反射板和棱鏡片等組成，為了減少背光系統(tǒng)的體積和重量，前人利用波動(dòng)光學(xué)的特性，將衍射光柵平鋪至導(dǎo)光板中，對(duì)液晶面板形成均勻的背光照明。圖I是ー種已公布專利中，衍射光柵背光系統(tǒng)的實(shí)例。該系統(tǒng)采用透射式的矩形鋸齒光柵，通過改變光柵周期與鋸齒深度來改變衍射方向與效率，使得RGB三基色通過光柵的ー級(jí)衍射，再經(jīng)過準(zhǔn)直微鏡組后垂直于波導(dǎo)面出射。圖I的理想效果是,隨著光束的全反射前進(jìn),一級(jí)透射效率會(huì)逐漸增加，使得衍射能量保持均勻。但是該技術(shù)的問題在干，由于矩形鋸齒光柵無法抑制高級(jí)的衍射級(jí)次，在光束透射光柵時(shí)，不僅產(chǎn)生ー級(jí)衍射級(jí)次，而且會(huì)產(chǎn)生高級(jí)的衍射級(jí)次。高級(jí)的衍射級(jí)次與一級(jí)衍射級(jí)次的出射方向不同，不僅損失了入射能量，而且影響均勻光場(chǎng)的設(shè)計(jì)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，解決現(xiàn)有的衍射背光系統(tǒng)中，采用矩形鋸齒光柵無法抑制高級(jí)的衍射級(jí)次問題，提供一種嵌有衍射元件的導(dǎo)光板，使衍射光柵僅僅產(chǎn)生ー級(jí)衍射級(jí)次，從而最高效率的利用入射能量，并保證光場(chǎng)的均勻性。本發(fā)明采用新型衍射元件替代矩形鋸齒光柵，并運(yùn)用于相匹配的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)中，可以抑制高級(jí)的衍射級(jí)次，僅產(chǎn)生ー級(jí)衍射級(jí)次，提高導(dǎo)光板的衍射效率與光場(chǎng)均勻性。本發(fā)明提供的嵌有衍射兀件的導(dǎo)光板，包括三個(gè)疊加的子導(dǎo)光板，三個(gè)子導(dǎo)光板分別用于傳播R、G、B三基色光束，三個(gè)子導(dǎo)光板間相互獨(dú)立，每個(gè)子導(dǎo)光板均包括ー個(gè)入光面、ー個(gè)底面和一個(gè)出光面，底面與出光面平行，入光面與出光面之間為ー個(gè)楔形斜角，楔形斜角為銳角。該楔形斜角能使垂直入光面的入射光在子導(dǎo)光板內(nèi)發(fā)生全發(fā)射，三個(gè)子導(dǎo)光板的入光面分別設(shè)置R、G、B光源，光源經(jīng)過準(zhǔn)直后，透射入光面進(jìn)入子導(dǎo)光板內(nèi)；子導(dǎo)光板的出光面上設(shè)置有η條衍射區(qū)域，每條衍射區(qū)域的長(zhǎng)度為子導(dǎo)光板的長(zhǎng)度，每條衍射區(qū)域的寬度為導(dǎo)光板照明的液晶顯示面板的像素直徑，η的值為導(dǎo)光板的寬度除以衍射區(qū)域的寬度(例如，導(dǎo)光板的寬度為10mm，衍射區(qū)域的寬度為lOOum，則n=10mm/100um=100)；每條衍射區(qū)域內(nèi)存在光柵區(qū)域與空白區(qū)域(即無光柵區(qū)域)兩種區(qū)域，光柵區(qū)域與空白區(qū)域間隔放置即光柵區(qū)域和空白區(qū)域首尾相接，光柵區(qū)域的結(jié)束位置是空白區(qū)域的起始位置，或者空白區(qū)域的結(jié)束是光柵區(qū)域的起始位置。空白區(qū)域的長(zhǎng)度與光柵區(qū)域的長(zhǎng)度相等，每條衍射區(qū)域內(nèi)存在一個(gè)光柵區(qū)域，兩個(gè)空白區(qū)域；當(dāng)三個(gè)子導(dǎo)光板重疊時(shí)，各自的光柵區(qū)域 在任一子導(dǎo)光板上的投影交錯(cuò)布置，互不重疊，各子導(dǎo)光板的光柵區(qū)域內(nèi)嵌有衍射元件。所述的三個(gè)子導(dǎo)光板，會(huì)分別在光柵區(qū)域衍射R、G、B三基色光束，衍射的光束分別透射三個(gè)子導(dǎo)光板的空白區(qū)域，穿越液晶面板的R、G、B像素，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶面板的三基色照明。在所述衍射區(qū)域內(nèi)，光柵區(qū)域與空白區(qū)域自左向右的排列次序有以下三種情況光柵區(qū)域，空白區(qū)域，空白區(qū)域；空白區(qū)域，光柵區(qū)域，空白區(qū)域；空白區(qū)域，空白區(qū)域，光柵區(qū)域。光柵區(qū)域和空白區(qū)域的排列準(zhǔn)則為，當(dāng)三個(gè)子導(dǎo)光板重疊時(shí)，將三個(gè)子導(dǎo)光板上所有的光柵區(qū)域，向任一子導(dǎo)光板做投影，投影產(chǎn)生的光柵區(qū)域均不重疊。當(dāng)入射光由光源出射，經(jīng)過準(zhǔn)直后透射楔形入光面，進(jìn)入子導(dǎo)光板后，光束在光柵區(qū)域發(fā)生衍射，在空白區(qū)域不發(fā)生衍射。 當(dāng)三個(gè)子導(dǎo)光板重疊時(shí)，光柵區(qū)域衍射的光束，僅僅透射其余子導(dǎo)光板的空白區(qū)域，而不會(huì)透射其余子導(dǎo)光板的光柵區(qū)域。子導(dǎo)光板中與楔形入光面相對(duì)的另ー側(cè)，有吸收光能的材料。光束經(jīng)過光柵區(qū)域后，依然有剰余能量時(shí)，會(huì)到達(dá)子導(dǎo)光板中與入光面相對(duì)的另ー側(cè)，被吸收材料所吸收。光柵區(qū)域內(nèi)所包含的衍射元件為閃耀面鍍膜光柵。所述的閃耀面鍍膜光柵是，在子導(dǎo)光板中刻蝕出浮雕狀的閃耀光柵，然后在閃耀光柵的斜面上鍍膜層，最后在膜層上方粘合光學(xué)膠，使膜層與子導(dǎo)光板粘合，光學(xué)膠的折射率與子導(dǎo)光板的材料相同。所述三個(gè)子導(dǎo)光板的光柵區(qū)域包括的閃耀面鍍膜光柵，隨著入射光R、G、B的不同，光柵的周期并不相同；周期不同的特征表現(xiàn)在當(dāng)入射光為R光時(shí)，光柵的周期是540nm;當(dāng)入射光為G光吋，光柵的周期是421nm ;當(dāng)入射光為B光時(shí)，光柵的周期是336nm。所述的三個(gè)子導(dǎo)光板內(nèi)，光柵區(qū)域的衍射效率隨著縱向長(zhǎng)度的増加而遞增，所述的縱向是光束傳播的方向。隨著光束不斷衍射，剰余的光束能量不斷減少，當(dāng)要求每一次衍射的能量都近似相同吋，衍射效率就需要不斷遞增，來保證衍射光場(chǎng)的能量均勻性。光束衍射效率遞增的方法是，通過增加鋸齒斜面鍍膜光柵中，在閃耀光柵的斜面上所鍍膜層的厚度,來遞增衍射效率。當(dāng)所鍍膜層的厚度在O到小于IOOnm的區(qū)間內(nèi)變化時(shí),衍射效率可在0%到50%的區(qū)間內(nèi)變化。膜層厚度與衍射效率的關(guān)系，可以通過光柵的矢量計(jì)算方法獲得。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果和現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明提供的內(nèi)嵌新型衍射元件的導(dǎo)光板，可以在內(nèi)部光束衍射時(shí),抑制不需要的高級(jí)衍射級(jí)次,僅僅衍射所需的ー級(jí)衍射級(jí)次,并通過三個(gè)相互獨(dú)立的子導(dǎo)光板分別衍射R、G、B三基色光束，使衍射光束直接進(jìn)入液晶面板相應(yīng)的像素位置，無需濾色片，提高了光場(chǎng)均勻性與能量利用率。
圖I是ー種現(xiàn)有專利中包含矩形浮雕光柵與微透鏡陣列的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明導(dǎo)光板的立體圖。圖3是本發(fā)明導(dǎo)光板的側(cè)視圖(三層子導(dǎo)光板間存在間隔，相互懸空)。圖4是本發(fā)明導(dǎo)光板中傳播R光的子導(dǎo)光板內(nèi)部光束全反射、衍射不意圖。圖5是本發(fā)明導(dǎo)光板中新型衍射元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明導(dǎo)光板中傳播R光的子導(dǎo)光板正視圖。圖7是本發(fā)明導(dǎo)光板中傳播G光的子導(dǎo)光板正視圖。圖8是本發(fā)明導(dǎo)光板中傳播B光的子導(dǎo)光板正視圖。圖9是本發(fā)明導(dǎo)光板的正視圖(三層子導(dǎo)光板重疊)。
圖10是理論計(jì)算本發(fā)明導(dǎo)光板中，三子導(dǎo)光板衍射能量的分布曲線。表I是理論計(jì)算本發(fā)明導(dǎo)光板中，三子導(dǎo)光板衍射能量的標(biāo)準(zhǔn)差與總體衍射效率。圖中，I是R光源、2是G光源、3是B光源、Ia是傳播R光的子導(dǎo)光板楔形斜角、2a是傳播G光的子導(dǎo)光板楔形斜角、3a是傳播B光的子導(dǎo)光板楔形斜角、4是傳播R光的子導(dǎo)光板、4a是傳播R光子導(dǎo)光板的底面、4b是傳播R光子導(dǎo)光板的出光面、4c是傳播R光子導(dǎo)光板的吸收光能材料、5是傳播G光的子導(dǎo)光板、6是傳播B光的子導(dǎo)光板、7是傳播R光子導(dǎo)光板中的衍射區(qū)域、7a是衍射區(qū)域7中的光柵區(qū)域、7b是衍射區(qū)域7中的空白區(qū)域、8是傳播G光子導(dǎo)光板中的衍射區(qū)域、8a是衍射區(qū)域8中的光柵區(qū)域、8b是衍射區(qū)域8中的空白區(qū)域、9是傳播B光子導(dǎo)光板中的衍射區(qū)域、9a是衍射區(qū)域9中的光柵區(qū)域、9b是衍射區(qū)域9中的空白區(qū)域、10是7a、8a、9a光柵區(qū)域中新型衍射元件的膜層。
具體實(shí)施例方式如圖2所示為本發(fā)明中導(dǎo)光板的結(jié)構(gòu)立體圖。該導(dǎo)光板由三層子導(dǎo)光板組成，子導(dǎo)光板間以空氣或者低折射率的光學(xué)透明膠作間隔。光學(xué)透明膠的折射率比子導(dǎo)光板所用材料的折射率低，可以使光束在子導(dǎo)光板內(nèi)的全反射角大于45°。三層子導(dǎo)光板的材料相同，均為透明介質(zhì)，折射率包括但不限于I. 52。圖3為本發(fā)明中導(dǎo)光板的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3中的1、2、3分別代表R光源(紅光)、G光源(綠光)、B光源(藍(lán)光)。與其相連的子導(dǎo)光板4、5、6分別為傳播R光的子導(dǎo)光板、傳播G光的子導(dǎo)光板和傳播B光的子導(dǎo)光板。子導(dǎo)光板4、5、6中分別嵌入了衍射區(qū)域7、8、9，用于衍射R光、G光、B光，以形成導(dǎo)光板的出射光場(chǎng)。R光源(紅光)、G光源(綠光)、B光源(藍(lán)光)內(nèi)部均存在相應(yīng)的光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng),可以出射準(zhǔn)直的條狀光束。1、2、3出射條狀光束的端面，與子導(dǎo)光板的楔形斜角la、2a、3a相粘合。條狀光束的寬度與楔形斜角的斜面寬度相同。楔形斜角的角度設(shè)定滿足如下條件，當(dāng)
1、2、3的準(zhǔn)直光束出射后，分別經(jīng)1、2、3與la、2a、3a的粘合端面，進(jìn)入子導(dǎo)光板4、5、6后，可以在子導(dǎo)光板4、5、6內(nèi)發(fā)生全反射傳播。根據(jù)本發(fā)明中提供的實(shí)例，楔形斜角la、2a、3a的傾斜角度包括但不限于30°。衍射區(qū)域7、8、9嵌入在子導(dǎo)光板4、5、6中，與子導(dǎo)光板4、5、6的出光面、底面平行。由于圖3為側(cè)視圖，在側(cè)視圖上衍射區(qū)域7、8、9僅有厚度的投影出現(xiàn)，由于衍射區(qū)域7、
8、9的厚度為亞微米級(jí)，所以投影的線型很細(xì)，以虛線的方式表達(dá)。衍射區(qū)域7、8、9在子導(dǎo)光板4、5、6的詳細(xì)描述，請(qǐng)參見圖5 圖9及下文對(duì)圖5 圖9的描述。圖4以傳播R光的子導(dǎo)光板4為例,描述光束在子導(dǎo)光板4中的傳播方式，以及經(jīng)過衍射區(qū)域中的光柵區(qū)域時(shí)，發(fā)生衍射形成照明光場(chǎng)的方式。光束由I中準(zhǔn)直出射，經(jīng)過I與Ia的粘合面后，進(jìn)入子導(dǎo)光板4中全反射傳播。子導(dǎo)光板4的底面4a與出光面4b平行，所以光束在傳播過程中，光束的方向并不發(fā)生改變。光束在子導(dǎo)光板4中全反射傳播時(shí)，會(huì)多次的經(jīng)過衍射區(qū)域7。光束在衍射區(qū)域7發(fā)生衍射，形成出射光場(chǎng)。在經(jīng)過衍射區(qū)域7后，未發(fā)生衍射的光束被吸收材料4c所吸收。圖5是光源I和子導(dǎo)光板4的正視圖。在子導(dǎo)光板4中，內(nèi)部嵌入了 η行衍射區(qū)域7，η的值為子導(dǎo)光板4在y方向的寬度除以衍射區(qū)域7在y方向的寬度。例如，子導(dǎo)光板4在y方向的寬度為10mm，衍射區(qū)域7在y方向的寬度為lOOum，則n=10mm/100um=100。衍射區(qū)域7在X方向的長(zhǎng)度為子導(dǎo)光板4在X方向的長(zhǎng)度。在本發(fā)明中，衍射區(qū)域7在y方向的寬度設(shè)定為，被導(dǎo)光板照明的液晶顯示面板的像素直徑。每一行衍射區(qū)域7分為兩種區(qū)域，一種是光柵區(qū)域7a，一種是空白區(qū)域7b(即無光柵區(qū)域)?？瞻讌^(qū)域7b與光柵區(qū)域7a在X方向的長(zhǎng)度相等。在每一行衍射區(qū)域7中，存在2個(gè)空白區(qū)域7b與I個(gè)光柵區(qū)域7a。衍射區(qū)域7中7a與7b的排列規(guī)則為，由圖5中子導(dǎo)光板4的最下端,沿y方向，第一行衍射區(qū)域7為7a-7b_7b,第二行衍射區(qū)域7為7b_7a_7b,第三行衍射區(qū)域7為7b-7b-7a。第四行至第六行的排列順序與第一行至第三行的排列順序相同。第七行至第九行的排列順序與第四行至第六行的排列順序相同。以此類推，以三行為一個(gè)周期，直至衍射區(qū)域7排列到圖5中子導(dǎo)光板4的最上端。當(dāng)光束進(jìn)入衍射區(qū)域7后，在光柵區(qū)域7a發(fā)生衍射，在空白區(qū)域7b不發(fā)生衍射。入射光束在相鄰兩次穿越光柵區(qū)域7a時(shí)，會(huì)入射到光柵區(qū)域7a上不同的位置。由于光束不斷的衍射，剩余的光束能量不斷減少，當(dāng)要求每次衍射的能量都相同時(shí)，衍射效率就需要 不斷的增加，來保證光場(chǎng)的能量均勻性。所以光柵區(qū)域7a沿著X的方向，衍射效率逐漸增加。衍射效率增加的方法如圖6所示，圖6是光柵區(qū)域7a所包含的，新型衍射元件的結(jié)構(gòu)放大圖，周期為540nm，所鍍膜層標(biāo)號(hào)為10。膜層10與4a或者4b面的夾角，包括但不局限于26°。光柵區(qū)域7a衍射效率遞增的方法是，通過增加膜層10的厚度，來遞增衍射效率。膜層10的厚度在O到小于IOOnm的區(qū)間內(nèi)增加時(shí)，衍射效率可由0%增加到50%。假設(shè)光束的總能量為1，在光柵區(qū)域7a發(fā)生10次衍射，那么每次均勻的出射能量為O. I。第一次衍射的效率為10%，第二次衍射的效率為O. I/ (1-0. I) =11. 11%，第三次衍射的效率為O. 1/(1-0. 1-0. 1)=12. 5%。以此類推，第九次衍射的效率為50%，第十次衍射的效率為100%。由于光柵區(qū)域7a的最高衍射效率為50%，可以滿足前九次衍射效率，無法滿足第十次的衍射效率。此時(shí)舍棄第十次的衍射，使光束在光柵區(qū)域7a僅發(fā)生九次衍射，雖然能量損失10%，但是可以保證前九次均勻出射O. I的能量，總體效率可達(dá)90%。在光柵區(qū)域7a發(fā)生的衍射次數(shù)包括但不局限于九次，假設(shè)衍射次數(shù)為N，則光柵區(qū)域7a的最高衍射效率可以滿足前N-I次的衍射，每次的出射能量為1/N，總體效率為(N-I)/N?？瞻讌^(qū)域7b不發(fā)生衍射，其功能在于傳播全反射光束，并且當(dāng)三層子導(dǎo)光板4、5、6重疊在一起時(shí)，可以允許衍射光束無損透射。具體的透射過程可以參見圖9及對(duì)下文圖9的分析。圖7是光源2和子導(dǎo)光板5的正視圖。在子導(dǎo)光板5中，內(nèi)部嵌入了 η行衍射區(qū)域8，η的值為子導(dǎo)光板5在y方向的寬度除以衍射區(qū)域8在y方向的寬度。例如，子導(dǎo)光板5在y方向的寬度為10mm，衍射區(qū)域8在y方向的寬度為lOOum，則n=IOmm/1OOum= 100。衍射區(qū)域8在X方向的長(zhǎng)度為子導(dǎo)光板5在X方向的長(zhǎng)度。在本發(fā)明中，衍射區(qū)域8在y方向的寬度設(shè)定為，被導(dǎo)光板照明的液晶顯示面板的像素直徑。每一行衍射區(qū)域8分為兩種區(qū)域，一種是光柵區(qū)域8a，一種是空白區(qū)域8b(即無光柵區(qū)域)?？瞻讌^(qū)域8b與光柵區(qū)域8a在X方向的長(zhǎng)度相等。在每一行衍射區(qū)域8中，存在2個(gè)空白區(qū)域Sb與I個(gè)光柵區(qū)域8a。衍射區(qū)域7中8a與Sb的排列規(guī)則為，由圖7中子導(dǎo)光板5的最下端,沿y方向，第一行衍射區(qū)域7為8b-8b-8a,第二行衍射區(qū)域8為8a-8b_8b,第三行衍射區(qū)域8為8b-8a-8b。第四行至第六行的排列順序與第一行至第三行的排列順序相同。第七行至第九行的排列順序與第四行至第六行的排列順序相同。以此類推，以三行為一個(gè)周期，直至衍射區(qū)域8排列到圖7中子導(dǎo)光板5的最上端。當(dāng)光束進(jìn)入衍射區(qū)域8后，在光柵區(qū)域8a發(fā)生衍射，在空白區(qū)域Sb不發(fā)生衍射。光柵區(qū)域8b的衍射效率沿著X的方向逐漸增加。光柵Sb的周期結(jié)構(gòu)放大圖與圖6類似，周期變更為421nm，通過增加膜層10的厚度，來遞增衍射效率。膜層10的厚度在O到小于IOOnm的區(qū)間內(nèi)增加時(shí)，衍射效率可由0%增加到50%。衍射光場(chǎng)的分析與光柵區(qū)域7a相同。圖8是光源3和子導(dǎo)光板6的正視圖。在子導(dǎo)光板6中，內(nèi)部嵌入了 η行衍射區(qū)域9，η的值為子導(dǎo)光板6在y方向的寬度除以衍射區(qū)域9在y方向的寬度。例如，子導(dǎo)光板6在y方向的寬度為10mm，衍射區(qū)域9在y方向的寬度為lOOum，則n=10mm/100um=100。衍射區(qū)域9在X方向的長(zhǎng)度為子導(dǎo)光板6在X方向的長(zhǎng)度。在本發(fā)明中，衍射區(qū)域9在y方向的寬度設(shè)定為，被導(dǎo)光板照明的液晶顯示面板的像素直徑。 每一行衍射區(qū)域9分為兩種區(qū)域，一種是光柵區(qū)域9a，一種是空白區(qū)域9b(即無光柵區(qū)域)?？瞻讌^(qū)域9b與光柵區(qū)域9a在X方向的長(zhǎng)度相等。在每一行衍射區(qū)域9中，存在2個(gè)空白區(qū)域9b與I個(gè)光柵區(qū)域9a。衍射區(qū)域9中9a與9b的排列規(guī)則為，由圖8中子導(dǎo)光板6的最下端,沿y方向，第一行衍射區(qū)域9為9b-9a-9b,第二行衍射區(qū)域9為9b_9b_9a,第三行衍射區(qū)域8為9a-9b-9b。第四行至第六行的排列順序與第一行至第三行的排列順序相同。第七行至第九行的排列順序與第四行至第六行的排列順序相同。以此類推，以三行為一個(gè)周期，直至衍射區(qū)域9排列到圖8中子導(dǎo)光板6的最上端。當(dāng)光束進(jìn)入衍射區(qū)域9后，在光柵區(qū)域9a發(fā)生衍射，在空白區(qū)域9b不發(fā)生衍射。光柵區(qū)域9b的衍射效率沿著X的方向逐漸增加。光柵9b的周期結(jié)構(gòu)放大圖與圖6類似，周期變更為336nm :，通過膜層10的厚度，來遞增衍射效率。膜層10的厚度在O到小于IOOnm的區(qū)間內(nèi)增加時(shí)，衍射效率可由0%增加到50%。衍射光場(chǎng)的分析與光柵區(qū)域7a相同。圖9為子導(dǎo)光板4、5、6疊加后的正視圖。如圖2中立體圖所不,子導(dǎo)光板4位于最下方，子導(dǎo)光板5位于中間，子導(dǎo)光板6位于最上方。由于衍射區(qū)域7、8、9中,光柵區(qū)域7a、8a、9a與空白區(qū)域7b、8b、9b的排列順序各異，子導(dǎo)光板4的光柵區(qū)域7a位于子導(dǎo)光板
5、6的空白區(qū)域8b、9b的下方，子導(dǎo)光板5的光柵區(qū)域8a位于子導(dǎo)光板6的空白區(qū)域9b的下方。子導(dǎo)光板4的衍射光束會(huì)透射子導(dǎo)光板5、6的空白區(qū)域8b、9b而出射，子導(dǎo)光板5的衍射光束會(huì)透射子導(dǎo)光板6的空白區(qū)域9b而出射，子導(dǎo)光板6的衍射光束直接出射。子導(dǎo)光板4、5、6的出射光束互相無遮擋，由于衍射區(qū)域7、8、9在y方向的寬度等于液晶顯示系統(tǒng)的像素直徑，所以出射的光束可以不經(jīng)過濾色片，直接進(jìn)入液晶面板對(duì)應(yīng)的像素位置，無濾色片對(duì)能量的吸收。圖10為，基于嚴(yán)格耦合波理論，計(jì)算子導(dǎo)光板4、5、6的歸一化衍射能量分布。即假設(shè)入射光的能量為1，計(jì)算子導(dǎo)光板4、5、6在X方向不同位置的衍射能量大小。子導(dǎo)光板4、5、6中RGB入射波長(zhǎng)分別為700nm、546nm、435nm。其標(biāo)準(zhǔn)差與總衍射效率如表I所示?？梢钥闯?，歸一化能量的標(biāo)準(zhǔn)差均小于1%，總衍射效率大于85%。表I標(biāo)準(zhǔn)差與總衍射效率
權(quán)利要求
1.一種嵌有衍射兀件的導(dǎo)光板，其特征在于該導(dǎo)光板包括三個(gè)疊加的子導(dǎo)光板，三個(gè)子導(dǎo)光板分別用于傳播R、G、B三基色光束，三個(gè)子導(dǎo)光板間相互獨(dú)立，每個(gè)子導(dǎo)光板均包括一個(gè)入光面、ー個(gè)底面和一個(gè)出光面，底面與出光面平行，入光面與出光面之間為ー個(gè)楔形斜角，楔形斜角為銳角；該楔形斜角能使垂直入光面的入射光在子導(dǎo)光板內(nèi)發(fā)生全發(fā)射，三個(gè)子導(dǎo)光板的入光面分別設(shè)置R、G、B光源，光源經(jīng)過準(zhǔn)直后，透射入光面進(jìn)入子導(dǎo)光板內(nèi)；子導(dǎo)光板的出光面上設(shè)置有η條衍射區(qū)域，每條衍射區(qū)域的長(zhǎng)度為子導(dǎo)光板的長(zhǎng)度，每條衍射區(qū)域的寬度為導(dǎo)光板照明的液晶顯示面板的像素直徑，η的值為導(dǎo)光板的寬度除以衍射區(qū)域的寬度；每條衍射區(qū)域內(nèi)存在光柵區(qū)域與空白區(qū)域兩種區(qū)域，光柵區(qū)域與空白區(qū)域間隔放置，空白區(qū)域的長(zhǎng)度與光柵區(qū)域的長(zhǎng)度相等，每條衍射區(qū)域內(nèi)存在一個(gè)光柵區(qū)域，兩個(gè)空白區(qū)域；當(dāng)三個(gè)子導(dǎo)光板重疊時(shí)，各自的光柵區(qū)域在任一子導(dǎo)光板上的投影交錯(cuò)布置，互不重疊，各子導(dǎo)光板的光柵區(qū)域內(nèi)嵌有衍射元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)光板，其特征在于，在衍射區(qū)域內(nèi)，光柵區(qū)域與空白區(qū)域的排列次序有以下三種情況光柵區(qū)域，空白區(qū)域，空白區(qū)域；空白區(qū)域，光柵區(qū)域，空白區(qū)域；空白區(qū)域，空白區(qū)域，光柵區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)光板，其特征在干，當(dāng)三個(gè)子導(dǎo)光板重疊時(shí)，光柵區(qū)域衍射的光束，僅僅透射其余子導(dǎo)光板的空白區(qū)域，而不會(huì)透射其余子導(dǎo)光板的光柵區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)光板，其特征在于，子導(dǎo)光板中與楔形入光面相對(duì)的另一偵牝有吸收光能的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)光板，其特征在于，光柵區(qū)域內(nèi)所包含的衍射元件為閃耀面鍍膜光柵。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)光板，其特征在于，所述的閃耀面鍍膜光柵是，在子導(dǎo)光板中刻蝕出浮雕狀的閃耀光柵，然后在閃耀光柵的斜面上鍍膜層，最后在膜層上方粘合光學(xué)膠，使膜層與子導(dǎo)光板粘合，光學(xué)膠的折射率與子導(dǎo)光板的材料相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的導(dǎo)光板，其特征在于，所述三個(gè)子導(dǎo)光板的光柵區(qū)域包括的閃耀面鍍膜光柵，隨著入射光R、G、B的不同，光柵的周期并不相同；周期不同的特征表現(xiàn)在當(dāng)入射光為R光時(shí)，光柵的周期是540nm ;當(dāng)入射光為G光時(shí)，光柵的周期是421nm ;當(dāng)入射光為B光時(shí)，光柵的周期是336nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)光板，其特征在于，所述的三個(gè)子導(dǎo)光板內(nèi)，光柵區(qū)域的衍射效率隨著縱向長(zhǎng)度的增加而遞增，所述的縱向是光束傳播的方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導(dǎo)光板，其特征在干，衍射效率遞增的方法是通過遞增閃耀光柵斜面上鍍膜的厚度實(shí)現(xiàn)，膜層厚度與衍射效率的關(guān)系，通過光柵的矢量計(jì)算方法獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)光板，其特征在于，所述的三個(gè)子導(dǎo)光板，會(huì)分別在光柵區(qū)域衍射R、G、B光束,在三個(gè)子導(dǎo)光板重疊后,衍射的光束會(huì)透射空白區(qū)域而出射，穿越液晶面板的R、G、B像素，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶面板的三基色照明。
全文摘要
一種嵌有新型衍射元件的導(dǎo)光板。包括三個(gè)疊加的子導(dǎo)光板，子導(dǎo)光板間相互獨(dú)立，每個(gè)子導(dǎo)光板包括一入光面、一底面和一出光面，入光面與底面間為一個(gè)楔形斜角，該楔形斜角能使入射光在子導(dǎo)光板內(nèi)發(fā)生全發(fā)射，出光面上間隔布置有衍射區(qū)域，使三個(gè)子導(dǎo)光板出射光場(chǎng)互不重疊。子導(dǎo)光板的衍射區(qū)域內(nèi)嵌有新型衍射元件，衍射元件為閃耀面鍍膜光柵，在閃耀光柵的斜面上鍍介質(zhì)膜層。三個(gè)子導(dǎo)光板分別傳播R、G、B光束，衍射光束透射液晶面板的相應(yīng)像素位置，無需濾色片。本發(fā)明的導(dǎo)光板在準(zhǔn)直的光束耦合進(jìn)入導(dǎo)板后，可使全面板亮度分布均勻，且光能利用率高。
文檔編號(hào)G02B6/00GK102707368SQ20121017506
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者尤勐, 蔡懷宇, 黃戰(zhàn)華 申請(qǐng)人:天津大學(xué)