CN103293650A - 光线转换装置、背光模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光线转换装置、背光模组及显示装置，涉及显示技术领域，以提高光源的利用率。本发明实施例中，所述光线转换装置包括准直透镜及反射模块，所述准直透镜用于将自然光准直，同时转换为包括相互垂直的两个振动方向的光线的线偏光；所述准直透镜出光面侧设有偏振分光片，且通过所述准直透镜得到的所述线偏光照射到所述偏振分光片的入射角为锐角；所述偏振分光片用于将所述线偏光中振动方向与所述偏振分光片透过轴方向相同的光透射，其它振动方向的光反射；所述反射模块用于至少反射两次被所述偏振分光片反射的光线，以使所述反射光线与经过所述偏振分光片的透射光线以相同的振动方向射出。本发明主要应用在显示器中。

Description

光线转换装置、背光模组及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光线转换装置、背光模组及显示装置。

背景技术

光是一种横波，能够发生偏振的现象，即垂直于光传播方向且偏向某些特定方向振动。在日常生活中，太阳光、照明灯所发出的光等均为自然光，其包含了垂直于光传播方向的所有可能的偏振方向的光线。

在现有的显示器中，例如液晶显示器，其发光元件为发光二极管(LightEmitting Diode，LED)，其所发出的光类似于自然光，并通过导光板将LED的点光源变为面光源。然而，在实际应用中，液晶显示器需要利用其内部的液晶实现光亮度的转换来达到不同的显示效果，这其中，要求通过液晶的光线必须为线偏振光(沿固定方向振动的光线)，才能够完成上述操作。因此，液晶显示器的导光板的出光侧设有偏振片，偏振片只允许特定振动方向的光线通过，而其它振动方向的光线则被偏振片吸收或反射，从而得到上述线偏振光。

由上述描述可知，LED发出的光线仅通过偏振片的部分得到了利用，其余部分光线未被利用，则造成了光源的浪费，降低了光源的利用率。

发明内容

本发明的实施例提供一种光线转换装置、背光模组及显示装置，以提高光源的利用率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种显示器中的光线转换装置，包括准直透镜及反射模块，所述准直透镜用于将自然光准直，同时转换为包括相互垂直的两个振动方向的光线的线偏光；所述准直透镜出光面侧设有偏振分光片，且通过所述准直透镜得到的所述线偏光照射到所述偏振分光片的入射角为锐角；所述偏振分光片用于将所述线偏光中振动方向与所述偏振分光片透过轴方向相同的光透射，其它振动方向的光反射；所述反射模块用于至少反射两次被所述偏振分光片反射的光线，以使所述反射光线与经过所述偏振分光片的透射光线以相同的振动方向射出。

其中，所述反射模块中设有用于完全反射被所述偏振分光片反射的光线的全反射面；所述准直透镜的出光面与所述反射模块的入光面相贴合。

优选地，所述线偏光照射到所述偏振分光片的入射角为45度。

优选地，照射到所述反射模块中的全反射面的光线的入射角为45度。

具体可以为，所述全反射面包括第一反射面、第二反射面、第三反射面及第四反射面；被所述偏振分光片反射的光线依次经过所述第一反射面、第二反射面、第三反射面及第四反射面反射后，振动方向及出射方向与所述透射光线的振动方向、出射方向相同。

本发明实施例提供的反射模块的结构有多种，其中一种为：所述反射模块为棱镜；所述偏振分光片固定在所述棱镜中。

为了更好的固定偏振分光片，所述偏振分光片与所述棱镜之间固定设有树脂，所述树脂一端侧与所述棱镜固定连接、另一端侧与所述偏振风光片固定连接。

其中，为了保证经过偏振分光片的透射光线不受树脂的影响，所述树脂的折射率与所述棱镜材质的折射率相近。

本发明实施例提供的偏振分光片的类型有多种，其中一种为：所述偏振分光片为多层膜结构的偏振滤光片或双折射分光棱镜。

本发明实施例提供的准直透镜的类型有多种，其中一种为：所述准直透镜为内全反射准直透镜。

一种背光模组，包括上述的光线转换装置。

一种显示装置，包括上述的背光模组。

本发明实施例提供的光线转换装置、背光模组及显示装置中，由于设有准直透镜，能够将分散的自然光汇聚成为一束光，且该束光为包含相互垂直的两个振动方向的线偏光，经过准直透镜得到的线偏光照射到偏振分光片时，其入射角为锐角，因此经过偏振分光片后线偏光中一种振动方向的光线传播方向不变，透射过去，即为透射光线，另一种振动方向的光线在偏振分光片处发生反射，即为反射光线，从而再通过反射模块至少两次的反射作用，使反射光线变为与透射光线相同的振动方向并射出。由上述过程可知，自然光通过准直透镜、偏振分光片及反射模块，其两个振动方向的光线最后能够以相同振动方向射出，从而使不同振动方向的光线都能被利用，避免了光源的浪费，提高了光源利用率。

另外，现有技术中的为了得到线偏振光，通常在显示器中临近导光板出光面一侧设有下偏振片，相比本实施例中通过光线转换装置直接得到线偏振光，则无需再设置下偏振片，简化了工艺，节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的光线转换装置一个视角的示意图；

图2为本发明实施例提供的光线转换装置另一个视角的示意图；

图3为本发明实施例提供的光线在光线转换装置中传播路径的示意图；

图4为本发明实施例提供的光线转换装置具体应用时的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供一种显示器中的光线转换装置，如图1所示，包括准直透镜11及反射模块12，准直透镜11用于将自然光准直，同时转换为包括相互垂直的两个振动方向的光线的线偏光；准直透镜11出光面侧设有偏振分光片，且通过准直透镜11得到的线偏光照射到偏振分光片13的入射角为锐角；偏振分光片13用于将线偏光中振动方向与偏振分光片11透过轴方向相同的光透射，其它振动方向的光反射；反射模块12用于至少反射两次被偏振分光片13反射的光线，以使反射光线与经过偏振分光片13的透射光线以相同的振动方向射出。

本发明实施例提供的显示器中的光线转换装置中，由于设有准直透镜，能够将分散的自然光汇聚成为一束光，且该束光为包含相互垂直的两个振动方向的线偏光，经过准直透镜得到的线偏光照射到偏振分光片时，其入射角为锐角，因此经过偏振分光片后线偏光中一种振动方向的光线传播方向不变，透射过去，即为透射光线，另一种振动方向的光线在偏振分光片处发生反射，即为反射光线，从而再通过反射模块至少两次的反射作用，使反射光线变为与透射光线相同的振动方向并射出。由上述过程可知，自然光通过准直透镜、偏振分光片及反射模块，其两个振动方向的光线最后能够以相同振动方向射出，从而使不同振动方向的光线都能被利用，避免了光源的浪费，提高了光源利用率。

此处需要说明的是，自然光包含有多种振动方向的光线，则通过设置准直透镜的结构，使自然光通过在准直透镜中发生折射将具有多个振动方向的自然光变为仅包含有两个相互垂直振动方向光线的光源，同时将散光汇聚成一束光。其中，通过改变准直透镜的结构，例如内全反射准直透镜(准直效果好)或其它结构类型的透镜，及其与发光源之间的距离、相对位置等能有效地避免在散光汇聚过程中的光源损失，避免浪费光源。另外，对于振动方向相互垂直的两种光线，根据光的特性，一种振动方向的光线需要至少反射两次才能够改变其振动方向，以达到以相同振动方向出射的目的。

其中，上述线偏光为包含振动方向相互垂直的两种线偏振光的光源。

如图1所示，反射模块12可以为棱镜，且棱镜中设有用于完全反射经过偏振分光片13的反射光线的全反射面；准直透镜11的出光面与棱镜入射面相贴合；偏振分光片13固定在棱镜中。由公知的现有技术可知，光是一种横波，且同时具有波粒二象性，因此，对于光线在空气中的传播来说，其会受到空气中其它介质、噪音的影响，从而影响光线传播的平稳性、准确性。因此，通过将反射模块12设为棱镜结构，并将棱镜的特定面设置为全反射面，使光线在棱镜内部传播并在全反射面处发生发射，使光线传播不受其他因素的干扰，提高了光线传播的效率及准确性，同时全反射面能够保证光线在该处发生反射后不损失能量。其中，通过将准直透镜11的出光面与棱镜入射面相贴合，即准直透镜11的出光面与棱镜的入光面在其交界处相贴合，使经过准直透镜11准直后的光束，即线偏光直接进入棱镜中，避免在接触面处发生折射、反射现象而导致光源能量的损耗；另外，偏振分光片13固定在棱镜中同样是为了保证经过偏振分光片13后的反射光线和透射光线直接进入棱镜中并传播。此时，由于棱镜的材质通常为玻璃等，且为了提高光在棱镜中的传播效率，棱镜的材质的折射率及透光率较大，将偏振分光片13直接固定在棱镜表面在实现上很不方便，因此可以采用与棱镜材质的折射率相近的树脂来完成偏振分光片13的固定，具体如图1所示，偏振分光片13与棱镜之间可以固定设有树脂，树脂的结构符合偏振分光片13的结构，且一端侧与棱镜固定连接、另一端侧与偏振分光片13固定连接。这其中，偏振分光片13的一端侧固定在树脂14上，另一端侧直接与棱镜的表面相贴合，使线偏光从棱镜中直接照射到偏振分光片13上，不发生光源损失。当然，也可以在偏振分光片13的两端侧均设有树脂14，以保证更好的固定效果，此时线偏光从棱镜中射出后进入树脂14，再从树脂14中射出照射到偏振分光片13中，其中，经过偏振分光片13的反射光线需要再次通过树脂14进入棱镜中，容易导致光线的方向改变，能量发生损耗，实用性低。树脂14的折射率与棱镜的材质的折射率相近，能够使得树脂近似等同于棱镜中的一部分，避免光线在交界处发生过大的折射，造成透射光能量的损耗及传播方向的不定向性。

此处需要说明的是，棱镜可以为一体结构，并在其中开设固定树脂和偏振分光片的固定槽即可，当然，棱镜也可以由两部分构成并通过树脂粘合固定在一起，其中上述两部分之间设置树脂和偏振分光片。

当不使用棱镜时，使光线在空气中传播，发射模块12可以为包括多个全反射面板的结构，且多个全反射面板通过框架完成固定连接。

相互垂直的两个振动方向的光线，以竖直方向和水平方向、且偏振分光片允许竖直方向振动的光线通过为例，线偏光照射到偏振分光片13时，竖直方向振动的光线透射过去，且传播方向不发生改变，最后从棱镜中射出，水平方向振动的光线在偏振分光片13处发生反射，此时通过设置线偏光照射到偏振分光片13的入射角为45度，能够使透射光线与反射光线之间的夹角为90度，且该两种光线的能量相等，从而最后出射的光线为两个振动方向相同，且能量相等的两束光线，提高了出射光的亮度及均匀度。

上述实施例中提到，对于振动方向相互垂直的两种光，其中一种振动方向的光至少需要经过两次反射后，两种光的振动方向才能变为一致。其中，本实施例中进行反射的光线可以根据实际情况而定，例如，液晶显示器中的液晶面板需要竖直方向振动的线偏振光，则当偏振分光片13允许通过为竖直方向振动的光线时，需要对水平方向振动的反射光线进行反射来改变其振动方向；反之，当偏振分光片13允许通过为水平方向振动的光线时，需要对竖直方向振动的反射光线进行反射来改变其振动方向。因此，对于需要进行改变振动方向的光线的类别，需要根据液晶显示器中液晶面板对光线的要求及偏振分光片13的具体结构而定。

图1中，对被偏振分光片13反射的光线进行反射，具体结构如图2所示，全反射面可以包括第一反射面121、第二反射面122、第三反射面123及第四反射面124。由于视角问题，偏振分光片13及树脂14未在图2中示出。具体工作过程如图3所示，并结合图2来说明，经过准直透镜11得到的线偏光31(图3中粗实线箭头所示)首先进入棱镜，之后照射到偏振分光片13上分成两束能量相同的透射光线32(图3中细实线箭头所示)及反射光线33(图3中虚线箭头所示)，透射光线32继续在棱镜中传播并射出，而反射光线33在棱镜中传播并照射到第一反射面121上发生发射，第一反射面121竖直方向上对应设有第二反射面122，则经过第一反射面121后的光线照射到第二反射面122上并发生反射，之后光线照射到与第二反射面122位于同一水平面且相交设置的第三反射面123上并发生反射，再之后光线照射到与第三反射面123竖直方向上对应设置的第四反射面124上并发生反射，最后从棱镜中射出。这其中，照射到每个反射面上的光线的入射角为45度，该角度对于加工棱镜来说，可以简化工艺，同时方便控制反射光线的出射位置。图3中，反射光线经过了4次反射，最后实现了反射光线与透射光线水平、同向射出，且两者的振动方向、能量相同，提高了出射光线整体的均匀性。

此处需要说明的是，全反射面设置在棱镜的内部，且图3中虚线表示该视角下无法直视到的全反射面结构。另外，对于反射光线来说，其与透射光线的振动相同是相对于各自光线的传播方向而言的，具体地，以各自光线的传播方向来定义竖直方向的振动和水平方向的振动，因此，反射光线可以不与透射光线同方向射出，但是此时对于光能的利用率相比本实施例中来说较低，实用性差。其中，对于全反射面的结构，图1至图3所示的结构仅为一种便于制造的结构，当然，也可以为能够实现上述操作的其他结构。

上述实施例描述的光线转换装置中，在实际使用时，如图4所示，本发明还提供一种背光模组，包括导光板41和上述的光线转换装置42，上述光线转换装置42置于导光板41的进光侧，能够提高光能的利用率，便于显示器的显示。图4中的结构为侧入式背光源，当然，也可以采用直下式背光源，即光源位于图4中导光板41的下表面，此时使用光线转换装置42时，其出射光线会在导光板41中发生折射等，造成出射光线的振动方向改变，能量损失，因此，采用直下式背光源时，无需设置导光板41，将出射光线直接照射到液晶面板上即可，此时需要增大棱镜出射面的面积。其中，偏振分光片13可以为多层膜结构的偏振滤光片、简称DBEF，或双折射分光棱镜。偏振分光片13是将偏振与分光片的功能集合为一体的结构，其能够起到偏振片的作用，即只允许与偏振片的同向振动方向的光线通过。这其中，DEEF为3M公司制造生产的一种产品，相比双折射分光棱镜来说，其成本高，质量轻，实用性较高。当然，也可以采用其他类型的结构来完成一个振动方向的光线透射，另一个振动方向的光线反射的目的。

本发明实施例提供的背光模组中，由于使用了上述光线转换装置，该光线转换装置中由于设有准直透镜，能够将分散的自然光汇聚成为一束光，且该束光为包含相互垂直的两个振动方向的线偏光，经过准直透镜得到的线偏光照射到偏振分光片时，其入射角为锐角，因此经过偏振分光片后线偏光中一种振动方向的光线传播方向不变，透射过去，即为透射光线，另一种振动方向的光线在偏振分光片处发生反射，即为反射光线，从而再通过反射模块至少两次的反射作用，使反射光线变为与透射光线相同的振动方向并射出。由上述过程可知，自然光通过准直透镜、偏振分光片及反射模块，其两个振动方向的光线最后能够以相同振动方向射出，从而使不同振动方向的光线都能被利用，避免了光源的浪费，提高了光源利用率。

本发明实施例又提供了一种显示装置，包括上述实施例描述的背光模组。

本发明实施例提供的显示装置中，由于使用了上述背光模组，且背光模组使用了上述光线转换装置，该光线转换装置中由于设有准直透镜，能够将分散的自然光汇聚成为一束光，且该束光为包含相互垂直的两个振动方向的线偏光，经过准直透镜得到的线偏光照射到偏振分光片时，其入射角为锐角，因此经过偏振分光片后线偏光中一种振动方向的光线传播方向不变，透射过去，即为透射光线，另一种振动方向的光线在偏振分光片处发生反射，即为反射光线，从而再通过反射模块至少两次的反射作用，使反射光线变为与透射光线相同的振动方向并射出。由上述过程可知，自然光通过准直透镜、偏振分光片及反射模块，其两个振动方向的光线最后能够以相同振动方向射出，从而使不同振动方向的光线都能被利用，避免了光源的浪费，提高了光源利用率。

实际应用中，显示装置可以为液晶显示面板、液晶电视、液晶显示器、手机、数码相框或个人掌上电脑等。

另外，现有技术中的为了得到线偏振光，通常在显示器中临近导光板出光面一侧设有下偏振片，相比本实施例中通过光线转换装置直接得到线偏振光，则无需再设置下偏振片，简化了工艺，节约了成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种光线转换装置，其特征在于，包括准直透镜及反射模块，所述准直透镜用于将自然光准直，同时转换为包括相互垂直的两个振动方向的线偏光；所述准直透镜出光面侧设有偏振分光片，且通过所述准直透镜得到的所述线偏光照射到所述偏振分光片的入射角为锐角；所述偏振分光片用于将所述线偏光中振动方向与所述偏振分光片透过轴方向相同的光透射，其它振动方向的光反射；

所述反射模块用于至少反射两次被所述偏振分光片反射的光线，以使所述反射光线与经过所述偏振分光片的透射光线以相同的振动方向射出。

2.根据权利要求1所述的光线转换装置，其特征在于，所述反射模块中设有用于完全反射被所述偏振分光片反射的光线的全反射面；

所述准直透镜的出光面与所述反射模块的入光面相贴合。

3.根据权利要求2所述的光线转换装置，其特征在于，所述线偏光照射到所述偏振分光片的入射角为45度。

4.根据权利要求3所述的光线转换装置，其特征在于，照射到所述反射模块中的全反射面的光线的入射角为45度。

5.根据权利要求4所述的光线转换装置，其特征在于，所述全反射面包括第一反射面、第二反射面、第三反射面及第四反射面；被所述偏振分光片反射的光线依次经过所述第一反射面、第二反射面、第三反射面及第四反射面反射后，振动方向及出射方向与所述透射光线的振动方向、出射方向相同。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光线转换装置，其特征在于，所述反射模块为棱镜；所述偏振分光片固定在所述棱镜中。

7.根据权利要求6所述的光线转换装置，其特征在于，所述偏振分光片与所述棱镜之间固定设有树脂，所述树脂一端侧与所述棱镜固定连接、另一端侧与所述偏振分光片固定连接。

8.根据权利要求7所述的光线转换装置，其特征在于，所述树脂的折射率与所述棱镜材质的折射率相近。

9.根据权利要求1所述的光线转换装置，其特征在于，所述偏振分光片为多层膜结构的偏振滤光片或双折射分光棱镜。

10.根据权利要求1所述的光线转换装置，其特征在于，所述准直透镜为内全反射准直透镜。

11.一种背光模组，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的光线转换装置。

12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求11所述的背光模组。

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