CN104133316A - 偏振光生成装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏振光生成装置及显示装置，所述偏振光生成装置设置于背光模组和显示模组之间，包括一偏振光生成单元，所述偏振光生成单元包括：分光单元，用于将接收到的来自背光模组的光线分解为第一偏振方向的第一线偏振光和第二偏振方向的第二线偏振光；第一光传输单元，用于将所述第一线偏振光的部分或全部投射到所述显示模组的输入面；偏振转换单元；第二光传输单元，用于将所述第二线偏振光投射到所述偏振转换单元，使得偏振转换单元将所述第二线偏振光转换为第一偏振方向的第三线偏振光后，投射到所述显示模组的输入面。本发明将入射光线分成不同偏振方向的线偏振光线，由于没有对入射光线进行吸收，减少了入射光的光能损失。

Description

偏振光生成装置及显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，特别是涉及一种偏振光生成装置及显示装置。
背景技术
液晶显示器是一种自身不发光的显示器，为了图像显示，通常需要使用会发光的背光模组作为光源，而液晶在电场的作用下配合偏振材料，其功能如同光阀，结合电极的布置及电极开关的安排，可调节光线的强弱、即可在空间中产生不同的亮暗点而呈现生动的图像。
传统上的偏振片是由二色性材料所形成，使其在两个互相直交的轴上吸收光线的能力不同，亦即在其中一轴(吸收轴)有入射光的最高吸收度，而在其直交轴(穿透轴)上有最低吸收度，因此就实际状况而言有一半以上的入射光会被偏振片吸收而损失，造成偏振片及液晶显示器总体的低光能利用率，无法同时满足液晶显示器高亮度与低能量耗损的需求。
发明内容
为了解决现有形成偏振光线时造成能量的损耗的问题，本发明提供了一种偏振光生成装置及显示装置。
本发明提供了一种偏振光生成装置，设置于背光模组和显示模组之间，包括一偏振光生成单元，所述偏振光生成单元包括：
分光单元，用于将接收到的来自背光模组的光线分解为第一偏振方向的第一线偏振光和第二偏振方向的第二线偏振光；
第一光传输单元，用于将所述第一线偏振光的部分或全部投射到所述显示模组的输入面；
偏振转换单元；
第二光传输单元，用于将所述第二线偏振光投射到所述偏振转换单元，使得偏振转换单元将所述第二线偏振光转换为第一偏振方向的第三线偏振光后，投射到所述显示模组的输入面。
本发明还提供了一种显示装置，包括所述的偏振光生成装置。
本发明取得的有益技术成果是：本发明将背光模组的入射光线分成不同偏振方向的线偏振光线，其中第一方向的线偏振光直接进入显示模组，第二方向的偏振光线转化为第一方向的线偏振光后进入显示模组，最终形成相同方向的线偏振光线进入显示模组。由于没有对入射光线进行吸收，入射光全部形成线偏振光，减少了入射光的光能损失，提高了光能的利用率。
附图说明
图1为本发明第一种实施例的偏振光生成装置的结构示意图；
图2为本发明第二种实施例的偏振光生成装置的结构示意图；
图3为本发明第二种实施例的优选结构示意图；
图4为本发明第三种实施例的偏振光生成装置的结构示意图；
图5为本发明一种实施例的分光单元的结构示意图；
图6为本发明一种实施例的偏振光生成装置的立体示意图；
图7为图6的另一角度示意图；
图8为图6的截面图；
图9为图8的光路示意图。
图10为本发明一种显示装置的局部结构示意图；
图11为图10的光路图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，为本发明第一种实施例的偏振光生成装置的结构示意图，该偏振光生成装置：设置于背光模组200和显示模组300之间，包括一偏振光生成单元，所述偏振光生成单元包括：
分光单元101，用于将接收到的来自背光模组200的光线S分解为第一偏振方向的第一线偏振光S1和第二偏振方向的第二线偏振光S2；
第一光传输单元(图中未示出)，用于将所述第一线偏振光S1的部分或全部投射到所述显示模组300的输入面；
偏振转换单元102；
第二光传输单元(图中未示出)，用于将所述第二线偏振光S2投射到所述偏振转换单元102，使得偏振转换单元102将所述第二线偏振光S2转换为第一偏振方向的第三线偏振光S3后，投射到所述显示模组300的输入面。
本发明将背光模组的入射光线分成不同偏振方向的线偏振光线，其中第一方向的线偏振光直接进入显示模组，第二方向的偏振光线转化为第一方向的线偏振光后进入显示模组，最终形成相同方向的线偏振光线进入显示模组。由于没有对入射光线进行吸收，入射光全部转变为第一偏振方向的能够被显示模组所使用的线偏振光，减少了入射光的光能损失，提高了光能的利用率。
再次参阅图1，本实施例的背光模组形成出射光线S，出射光线S进入分光单元后分光为第一偏振方向的第一线偏振光S1和第二偏振方向的第二线偏振光S2，其中，第一线偏振光S1为所述分光单元101反射所述来自背光模组200的光线得到，所述第二线偏振光S2为所述分光单元101透射所述来自背光模组200的光线得到。本发明的分光单元实现了将入射光线分解为不同偏振方向的线偏振光，可以采用任何具有分光功能的光学部件。本发明的偏振转换单元102实现了偏振光的方向改变，可以采用二分之一波片对入射光线进行改变，当然，也可以采用具有相同功能的光学部件。
如图2所示，为本发明第二种实施例的偏振光生成装置的结构示意图，该实施例的偏振光生成装置与第一种实施例基板相同，区别是：还包括一反射单元103，用于将经第一光传输单元传输的无法投射到所述显示模组的输入面的第一线偏振光反射到所述显示模组的输入面。当分光单元对光线进行分光时，反射形成的第一线偏振光会存在不能全部投射到所述显示模组的输入面的情况，为了减少光线的损失，本实施例增加了一反射单元，用于将经第一光传输单元传输的无法投射到所述显示模组的输入面的第一线偏振光反射到所述显示模组的输入面。
本发明的分光单元101的入光面与所述背光模组200的出光面成一夹角设置，使得背光模组的出射光线至少部分射入该分光单元的入光面上。当分光单元101的入光面与所述背光模组200的出光面之间的夹角α大于45度，且小于90度时，背光模组形成的入射光线在分光单元上进行反射的光线将以朝向显示模组的输入面方向进行出射。此时，通过分光单元101的位置及尺寸调整即可将光线全部照射到显示模组的输入面，而不需要设置反射单元就可以将分光后的光线以朝向显示模组的方向进行出射。
当然，如果分光单元的入光面与所述背光模组的出光面的夹角α小于等于45度时，会出现第一光传输通道传输的部分光线无法投射到显示模组上，此时，就需要设置一反射单元103，用于将经第一光传输单元传输的无法投射到所述显示模组的输入面的第一线偏振光反射到所述显示模组的输入面。
如图3所示，为图2中的一种优选实施例的结构示意图，本实施例的背光模组形成的入射光线为垂直于背光模组的出射面，第一线偏振光S1经过反射单元反射后形成的第四线偏振光S4以垂直于显示模组输入面的方向进行出射，第三线偏振光S3也以垂直于显示模组输入面的方向进行出射。本实施例的偏振光生成装置形成的进入显示模组的第四线偏振光S4和第三线偏振光S3都以垂直于显示模组输入面的方向进入，从而形成单一方向的线偏振光射向显示模组的输入面。为了满足上述关系，本实施例的所述反射单元的反射面与所述背光模组的出光面的夹角β满足如下关系：β等于α。计算过程如下：假定第一线偏振光S1入射反射单元的入射角为γ，第四线偏振光S4与入射光线S都垂直于背光模组的出光面，通过角度关系计算得出β等于α。
本发明给出了一个优选实施例，本优选实施例的分光单元的入光面与所述背光模组的出光面呈45度夹角，所述反射单元的反射面与所述背光模组的出光面呈45度夹角。本实施例的分光单元的入光面与反射单元的反射面平行设置，此时，以垂直于背光模组出光面的入射光线在进入分光单元的入光面进行分光，形成的第一线偏振光在经过反射单元的反射面进行反射后，以竖直向上的方向射向显示模组的输入面，同时，形成的第二方向的偏振光经过转换后，也形成竖直向上的线偏振光进入显示模组的输入面。
如图4所示为本发明第三种实施例的偏振光生成装置的结构示意图，本实施例与第二种实例基本上相同，区别是：还包括遮光单元104，用于阻挡背光模组发出的未进入分光单元进行分光的入射光线射向所述显示模组的输入面。由于背光模组中发出的光线都以线偏振光的方式进入显示模组的输入面，此时显示模组中无需再设置偏振片，从而降低了生产成本。优选地，遮光单元104在朝向背光模组的面上还设有反射层，从而将射向遮光单元的光线向背光模组进行反射，避免了光损失。更优地，遮光单元为偏振片，从而将入射光线转换为线偏振光进行出射，进一步减少了光的损失。
本实施例的分光单元的出光面在二分之一波片所在面上的投影位于所述二分之一波片限定的范围内，从而将经过分光单元的光线都通过二分之一波片进行转换，避免了未经转换的光线进入显示模组的输入面。
如图5所示，为本发明一种实施例的分光单元的结构示意图，本发明的偏分光单元用于对入射光线进行两个不同方向的分光，可以是各种分光功能的光学部件，本实施例采用二分之一波片。本实施例的分光单元包括两个基板和设置在两个基板之间的由不同折射率材料形成的介质层，介质层的折射率为1.38-1.70，用于对入射光进行分光，形成第一方向线偏振光线和第二方向线偏振光线。该实施例的膜层堆积结构为Glass/(TiO2/SiO2)n TiO2/Glass，其膜层厚度为1/4主光波波长。当入射自然光处在入射介质面的布儒斯特角时，会出现纯S偏振光的反射，利用膜层堆积和1/4波长厚度的膜层会产生增透膜的原理，可以实现P偏振光的完全透射和S偏振光的完全反射。当然，分光层也可以利用现有的具有分光功能的光学仪器进行实现。
如图6和7所示，为本发明一种实施例的偏振光生成装置的立体示意图，本实施例的偏振光生成装置包括多个偏振光生成单元，多个偏振光生成单元成阵列分布，图8立体结构的截面图，从图上可以看出，第一偏振光转换单元中的偏振光转换单元102的第一端与分光单元101的第一端相连接，第二端与第二偏振光转换单元中的反射单元103′的第一端相连接，反射单元103′的第二端与分光单元101的第二端相连接。第一偏振光转换单元中的反射单元103的第一端与第三振光转换单元中的偏振光转换单元102″的第一端相连接，第二端与第三偏振光转换单元的遮挡单元104″的第一端相连接，遮挡单元104″的第二端与第三偏振光转换单元的分光单元101″的第一端相连接，分光单元101″的第二端与偏振光转换单元102″的第二端相连接。其中，第一偏振光生成单元中的分光单元101、偏振光转换单元102和相邻偏振光生成单元中的遮挡单元104′、反射单元103′形成第一四面体结构，第一偏振光生成单元中的遮挡单元104、反射单元103和相邻另一偏振光生成单元中的分光单元101″、偏振光转换单元102″形成第二四面体结构，依次类推，形成多个四面体结构，相邻的四面体结构之间的间隙为具有入射面105和出射面106的光线通道，相邻行的四面体结构交错设置，即其中一行的四面体结构与相邻行的光线通道位置对应。
如图9所示，为图8的光路图，本实施例的背光模组发出的光线一部分经由遮光层反射回背光模组，另一部分进入分光单元101，经过分光单元的光线一部分经由反射单元射向显示模组，一部分经由偏振转换单元转换之后射向显示模组。
如图10所示，为本发明一种实施例的显示装置的局部结构示意图，该显示装置包括：背光模组200、偏振光生成装置100和显示模组300，其中，背光模组200包括光源201、导光板202、反射膜203、棱镜膜204和散射膜205；显示模组包括偏振片301；
面板302；
偏振光生成装置100，偏振光生成装置的具体结构参阅上文描述。
本发明的光源201可以是激光、LED、CCFL(冷阴极荧光灯管)等任何一种，光源201设置在导光板202的一侧或者位于导光板出光面的相对面上，用于给导光板提供光源.，从而可以形成侧入式或直下式光源。本发明的面板302用于接收线偏振光，优选地，在面板302的表面上还设有偏振片301，使得经过偏振光生成装置100的线偏振光形成具有更好的偏振光。
如图11所示，为图10的光路图，从图中可以看出，背光模组发出的入射光线经过该分光单元分成不同偏振方向的线偏振光线，其中第一方向的线偏振光直接进入显示模组，第二方向的偏振光线转化为第一方向的线偏振光后进入显示模组，最终形成相同方向的线偏振光线进入显示模组。
上述技术方案将背光模组的入射光线分成不同偏振方向的线偏振光线，其中第一方向的线偏振光直接进入显示模组，第二方向的偏振光线转化为第一方向的线偏振光后进入显示模组，最终形成相同方向的线偏振光线进入显示模组。由于没有对入射光线进行吸收，入射光全部形成线偏振光，减少了入射光的光能损失，提高了光能的利用率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种偏振光生成装置，设置于背光模组和显示模组之间，其特征在于，包括一偏振光生成单元，所述偏振光生成单元包括：
分光单元，用于将接收到的来自背光模组的光线分解为第一偏振方向的第一线偏振光和第二偏振方向的第二线偏振光；
第一光传输单元，用于将所述第一线偏振光的部分或全部投射到所述显示模组的输入面；
偏振转换单元；
第二光传输单元，用于将所述第二线偏振光投射到所述偏振转换单元，使得偏振转换单元将所述第二线偏振光转换为第一偏振方向的第三线偏振光后，投射到所述显示模组的输入面。
2.根据权利要求1所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述第一线偏振光为所述分光单元反射所述来自背光模组的光线得到，所述第二线偏振光为所述分光单元透射所述来自背光模组的光线得到。
3.根据权利要求1所述的偏振光生成装置，其特征在于，当所述第一光传输单元无法将所述第一线偏振光的全部投射到所述显示模组的输入面时，所述偏振光生成装置还包括一反射单元，用于将经第一光传输单元传输的无法投射到所述显示模组的输入面的第一线偏振光反射到所述显示模组的输入面。
4.根据权利要求3所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述分光单元的入光面与所述背光模组的出光面的夹角α大于45度，且小于90度。
5.根据权利要求3所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述分光单元的入光面与所述背光模组的出光面的夹角α小于等于45度时，所述反射单元的反射面与所述背光模组的出光面的夹角β满足如下关系：β等于α。
6.根据权利要求5所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述分光单元的入光面与所述背光模组的出光面呈45度夹角，所述反射单元的反射面与所述背光模组的出光面呈45度夹角。
7.根据权利要求1所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述偏振转换单元为二分之一波片。
8.根据权利要求7所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述分光单元的出光面在二分之一波片所在面上的投影位于所述二分之一波片限定的范围内。
9.根据权利要求1所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述分光单元包括两个基板和设置在两个基板之间的由不同折射率材料形成的介质层。
10.根据权利要求3所述的偏振光生成装置，其特征在于，还包括遮光单元，用于阻挡所述背光模组发出的未经过分光单元进行分光的入射光线射向所述显示模组的输入面。
11.根据权利要求10所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述遮光单元在朝向背光模组的方向设有反射层。
12.根据权利要求3所述的偏振光生成装置，其特征在于，还包括一偏振单元，用于将所述背光模组发出的未经过分光单元进行分光的入射光线形成偏振光射向所述显示模组的输入面。
13.根据权利要求10-12任何一项所述的偏振光生成装置，其特征在于，所述偏振光生成单元为多个，多个偏振光生成单元阵列分布，其中一个偏振光生成单元中的分光单元、偏振光转换单元和相邻的另一偏振光生成单元中的遮光单元、反射单元形成一四面体结构，相邻的四面体结构之间间隙设置，相邻行的四面体结构之间交错分布。
14.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-13任何一项所述的偏振光生成装置。
15.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-13任何一项所述的偏振光生成装置，还包括设置在所述显示模组输入面侧的偏振片。
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