一種投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及 一種投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，一種投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，包括光源、傾斜反射面、平板波導(dǎo)層、復(fù)合體透射全息光柵、液晶層和三基色濾色片；所述光源位于平板波導(dǎo)層的左下端，所述傾斜反射面位于光源的左側(cè)，所述復(fù)合體透射全息光柵位于平板波導(dǎo)層的上端，所述液晶層位于復(fù)合體透射全息光柵的上端，所述三基色濾色片位于液晶層的上端。該照明結(jié)構(gòu)能夠改變點(diǎn)光源的光線傳播方向，并將光線均勻?qū)С?，且?guī)缀鯚o光能損耗，能夠很好地實(shí)現(xiàn)亮度均勻性；因其混合光中的紅綠藍(lán)三色波段很窄，單色性很好，因而可以擴(kuò)大顯示的色域，提高光效。
【專利說明】
一種投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及LED照明技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)裝式投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前LED背光模組結(jié)構(gòu)可分為側(cè)入式及直下式，但基本原理都是利用光線在導(dǎo)光板內(nèi)多次全反射來實(shí)現(xiàn)充分混光，都需要一定的混光距離，不容易做到厚度超薄化。
[0003]同時(shí)由于側(cè)光式背光結(jié)構(gòu)需要使用背光板將LED點(diǎn)光源轉(zhuǎn)變成面光源，且將光從表面射出，光線在導(dǎo)光板中進(jìn)行混光的同時(shí)也會(huì)造成光線的損耗。光能的損耗會(huì)使均勻性變差且亮度變暗，并且隨著尺寸的增大，均勻性也會(huì)變差，因此側(cè)光式背光結(jié)構(gòu)很難做到大尺寸顯示。
[0004]液晶顯示的原理是背光源發(fā)出白光，進(jìn)入液晶層，再通過紅綠藍(lán)三色濾光片，轉(zhuǎn)換成紅綠藍(lán)三基色，最終通過混色原理按照一定比例混合成各種各樣的顏色。這一過程液晶層只負(fù)責(zé)控制各個(gè)像素點(diǎn)的亮度，并不能決定色度，因此真正決定色度的是背光源，只有背光源發(fā)出的光線光譜越窄，紅綠藍(lán)三色的純度越高(即波段越窄)，通過三基色濾光片也越能還原出純正的三原色，實(shí)現(xiàn)畫面圖像色彩的真實(shí)性。而傳統(tǒng)CCFL光源發(fā)出的光線光譜范圍較大，還包括了很多其他波段的雜光，故其色域范圍一般只有60%至75%左右，RGB三色LED的光譜范圍相對(duì)于CCFL要小很多，但也較大，甚至是濾色片本身也存在較大的光譜。
[0005]因此，如何提高側(cè)光式背光結(jié)構(gòu)的亮度均勻性和光效，以及改善傳統(tǒng)背光源結(jié)構(gòu)以及濾色片輸出光線的單色性成為要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種新型的透射型體全息光柵背光結(jié)構(gòu)，該照明結(jié)構(gòu)能夠改變點(diǎn)光源的光線傳播方向，并將光線均勻?qū)С?，且?guī)缀鯚o光能損耗，能夠很好地實(shí)現(xiàn)亮度均勻性；因其混合光中的紅綠藍(lán)三色波段很窄，單色性很好，因而可以擴(kuò)大顯示的色域，提高光效。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，包括光源、傾斜反射面、平板波導(dǎo)層、復(fù)合體透射全息光柵、液晶層和三基色濾色片;所述光源位于平板波導(dǎo)層的左下端，所述傾斜反射面位于光源的左側(cè)，所述復(fù)合體透射全息光柵位于平板波導(dǎo)層的上端，所述液晶層位于復(fù)合體透射全息光柵的上端，所述三基色濾色片位于液晶層的上端。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述平板波導(dǎo)層的材質(zhì)為石英玻璃，其折射率為1.5?1.7。
[0009]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述光源為微型半導(dǎo)體激光器或LED發(fā)光器。
[0010]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述平板波導(dǎo)層從上到下依次包括增亮膜、擴(kuò)散片、導(dǎo)光板和反射膜。
[0011]由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn): 本發(fā)明方案的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出一種新型的透射型體全息光柵背光結(jié)構(gòu)，該照明結(jié)構(gòu)能夠改變點(diǎn)光源的光線傳播方向，并將光線均勻?qū)С?，且?guī)缀鯚o光能損耗，能夠很好地實(shí)現(xiàn)亮度均勻性；因其混合光中的紅綠藍(lán)三色波段很窄，單色性很好，因而可以擴(kuò)大顯不的色域，提尚光效。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:
附圖1為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的平板波導(dǎo)層組成結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的光路分析示意圖；
附圖4為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的均勻性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖5為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的混光面積分析示意圖；
附圖6為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的RGB疊層透射體全息光柵背光結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖7為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的復(fù)合型體透射光柵RGB波長選擇性示意圖；
附圖8為本發(fā)明的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)的RGB三色LED光譜功率分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0014]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，如“向前”、“向后”、“前”、“后”、“側(cè)面”等指示方位或位置關(guān)系的術(shù)語為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了描述本發(fā)明或簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或部件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0015]如圖2所示，復(fù)合體透射全息光柵4波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括光源1、傾斜反射面2、平板波導(dǎo)層
3、復(fù)合體透射全息光柵4、液晶層5和三基色濾色片6。
[0016]光源I用于提供紅綠藍(lán)三種顏色的光束；傾斜反射面2用于調(diào)節(jié)光源出射光的角度，使光線入射到平板波導(dǎo)中能發(fā)生全反射;所述平板波導(dǎo)層3作用是改變點(diǎn)光源的傳輸方向，使線光源或點(diǎn)光源變成面光源;復(fù)合體透射全息光柵4用于改善出射光線的均勻性和單色性;液晶層5用于控制各個(gè)像素點(diǎn)的亮度值;三基色濾色片6用于還原各個(gè)像素點(diǎn)的三基色。根據(jù)色度學(xué)原理，可根據(jù)三基色亮度的不同比例來達(dá)到混色的效果。
[0017]上述光源I采用微型半導(dǎo)體激光器，它比LED性能更好，輸出的光是高偏振態(tài)的，而LED輸出的光是隨機(jī)偏振的，因此與LED相比，微型半導(dǎo)體激光器的光效更好，并且半導(dǎo)體激光器的發(fā)散角很小，其光譜帶寬也比LED光譜帶寬窄，因此單色性又遠(yuǎn)高于LED，這樣可獲得更大的色域范圍，呈現(xiàn)真實(shí)色彩。目前國內(nèi)外已有幾家公司做出了半導(dǎo)體激光微顯示模塊，因此這一方案是可行的。
[0018]上述平板波導(dǎo)層3材質(zhì)為石英玻璃，折射率為1.52，根據(jù)布儒斯特定律，要使光線在所述平板波導(dǎo)層3中發(fā)生全反射，光線的入射角度應(yīng)不小于(即不小于40)在滿足全反射條件時(shí)，如果衍射光線在波導(dǎo)中的角度越大，照明區(qū)域也就越大。但是在波導(dǎo)尺寸一定的情況下，波導(dǎo)中的光線角度過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致出射光線的不連續(xù)而無法實(shí)現(xiàn)均勻顯示。本發(fā)明設(shè)定全反射角度的上限為，因此全反射角度范圍為。
[0019 ]如圖3所不，復(fù)合體透射全息光柵4的布拉格衍射角是光柵矢量和入射光之間的夾角，是復(fù)合體透射全息光柵4的折射率，復(fù)合體透射全息光柵4有紅、綠、藍(lán)三種光柵周期，分別是入射光在真空中的波長。理論上，當(dāng)滿足布拉格條件時(shí)衍射效率最高。
[0020]如圖3所示，復(fù)合體透射全息光柵4背光結(jié)構(gòu)的光路分為以下四種:光束①從光源出射經(jīng)過傾斜光柵的調(diào)整后，以一定角度向平板波導(dǎo)層3入射，當(dāng)入射光束①在折射率為的平板波導(dǎo)層傳播，并射向折射率為η的復(fù)合體透射全息光柵4時(shí)，光線會(huì)在兩種介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生分裂，一部分光②會(huì)改變傳播方向回到平板波導(dǎo)層，即發(fā)生反射現(xiàn)象，而另一部分光③則入射到復(fù)合體透射全息光柵4中，當(dāng)入射光角度滿足布拉格定律時(shí)，將會(huì)在所述反射型復(fù)合體全息光柵上發(fā)生衍射現(xiàn)象。光束④描述的是從光源經(jīng)過傾斜光柵，再通過平板波導(dǎo)層的一次反射，最后進(jìn)入復(fù)合體透射全息光柵4產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的全過程。
[0021]如圖4所示，背光結(jié)構(gòu)通過復(fù)合體透射全息光柵4良好的波長選擇性輸出R、G、B三原色光，其波長帶寬都很窄，具有良好的單色性，因其光柵為復(fù)合光柵，輸出光會(huì)發(fā)生混色現(xiàn)象，混成顯示背光源所需要的白色光，再通過液晶層，液晶層可以控制顯示區(qū)域各個(gè)像素點(diǎn)的亮度，并且液晶層還可以改變?nèi)肷涔獾某錾浣嵌龋蚨梢詳U(kuò)展顯示的視場角。通過液晶層的白光經(jīng)過三基色濾色片進(jìn)行色彩還原，因其波長帶寬比RGB三色LED波長帶寬窄，所以其色域比白光LED和RGB三色LED還原的色域大。
[0022]光源I所發(fā)出的總光通量與該光源所消耗的電功率的比值，稱為該光源的光效。光效和色域存在一定關(guān)系，色域越大，光效就會(huì)越大，因此復(fù)合體透射全息光柵4背光結(jié)構(gòu)可以提尚光效。
[0023]本投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)采用的是空間混色原理，空間混色是指人眼對(duì)彼此間隔很近的不同色光小單元，在一定的距離外觀看時(shí)，由于視覺分辨力的限制，而不能區(qū)分各自區(qū)域的彩色光點(diǎn)，感受到的是混合色的顏色效果。如圖5所示，左邊為所述光柵結(jié)構(gòu)混光面積，右邊為傳統(tǒng)背光結(jié)構(gòu)的混光面積，從圖中可以看出，所述光柵結(jié)構(gòu)的混光面積更大(像素點(diǎn)更密集)，所以所述光柵結(jié)構(gòu)的混光效果會(huì)更好。因此疊層體透射光柵結(jié)構(gòu)亦可用于背光，其混光效果比復(fù)合體透射光柵的效果更優(yōu)異。
[0024]進(jìn)一步的，導(dǎo)光板9的作用是改變光線的傳輸方向并將光線均勻?qū)С?；反射?0可將導(dǎo)光板9以及側(cè)面光源的光線反射回導(dǎo)光板9中，提高光能利用率;擴(kuò)散片8的作用是使通過導(dǎo)光板的光線變得柔和，盡量減小相鄰區(qū)域的亮度差異，使得整體分布更加均勻;增亮膜7的作用是提高輸出光線的亮度。
[0025]以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括光源、傾斜反射面、平板波導(dǎo)層、復(fù)合體透射全息光柵、液晶層和三基色濾色片;所述光源位于平板波導(dǎo)層的左下端，所述傾斜反射面位于光源的左側(cè)，所述復(fù)合體透射全息光柵位于平板波導(dǎo)層的上端，所述液晶層位于復(fù)合體透射全息光柵的上端，所述三基色濾色片位于液晶層的上端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述平板波導(dǎo)層的材質(zhì)為石英玻璃，其折射率為1.5?1.7。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光源為微型半導(dǎo)體激光器或LED發(fā)光器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型全息光柵背光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述平板波導(dǎo)層從上到下依次包括增亮膜、擴(kuò)散片、導(dǎo)光板和反射膜。
【文檔編號(hào)】G02F1/13357GK105938271SQ201610346084
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】張宇寧, 張洋, 沈忠文, 張祖林
【申請(qǐng)人】江蘇生輝光電科技有限公司