CN104280810B - 一种偏振片和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种偏振片和显示装置，其中，所述偏振片由多个相连的偏振结构组成；偏振结构具体包括：入光单元；分光单元，用于在背光模组产生的光线通过入光单元入射后，将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；出光单元，用于将第一线偏振光射出；变光单元，用于将第二线偏振光转换为第一偏振方向的第三线偏振光；其中第三线偏振光通过相邻的偏转结构中的出光单元和分光单元后射出。在本发明中的偏振片，可以将入射光线全部转换为振动方向相同的线偏振光，使得偏振片的理论透过率达到100％，提高了偏振片的透过率。

Description

一种偏振片和显示装置
技术领域
本发明涉及偏振片领域，尤其涉及一种偏振片和显示装置。
背景技术
无论是传统的液晶显示器LCD，还是新兴的有机发光二极管OLED显示器，都离不开偏振片。
传统偏振片在制作时，一单元利用各向异性晶体对不同振动方向的偏振光选择吸收的特性，例如H偏振片或K偏振片，靠拉伸碘-聚乙烯醇分子形成的碘链来实现出射偏振光的目的；一单元利用双折射晶体的选择折射原理，将折射光线分为o光和e光，因为o光遵守折射定律，而e光不遵守折射定律，其光线方向和波法线方向存在一离散角，导致双折射晶体偏振片也只能利用一个偏振方向的线偏振光。
可以看出，透过率一直都是传统偏振片的瓶颈，目前最好的偏振片透过率也不能超过50％，浪费了大单元的光能。因此，提高偏振片的透过率无疑是各种显示器必须要挑战的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种偏振片和显示装置，提高偏振片的透过率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种偏振片，所述偏振片由多个相连的偏振结构组成；
所述偏振结构具体包括：
入光单元；
分光单元，用于在背光模组产生的光线通过所述入光单元入射后，将所述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；
出光单元，用于将所述第一线偏振光射出；
变光单元，用于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；
其中所述第三线偏振光通过相邻的所述偏转结构中的所述出光单元和所述分光单元后射出。
上述的偏振片，其中，所述第一线偏振光为所述分光单元折射所述背光模组产生的光线得到，所述第二线偏振光为所述分光单元反射所述背光模组产生的光线得到。
上述的偏振片，其中，所述第一偏振方向为P分量方向，所述第二偏振方向为S分量方向。
上述的偏振片，其中，所述光线通过所述入光单元折射到所述分光单元时，入射角与折射角之和为90度。
上述的偏振片，其中，用于形成所述入光单元的第一材质的折射率为第一折射率；
所述分光单元具体包括：
具有第二材质的多个平行且间距相等的平面，其中相邻的所述平面之间设置有所述第一材质的材料，所述第二材质的第二折射率大于所述第一折射率。
上述的偏振片，其中，所述出光单元通过所述第一材质形成。
上述的偏振片，其中，所述第一材质具体为软玻璃或聚合物。
上述的偏振片，其中，所述第二材质具体为软玻璃或聚合物。
上述的偏振片，其中，所述变光单元具体为二分之一玻片，且所述玻片的光轴与所述第二线偏振光之间的夹角为45度。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种显示装置，所述显示装置使用了上述任一项所述的偏振片。
本发明实施例中所述的偏振片，可以将入射光线全部转换为振动方向相同的线偏振光，使得偏振片的理论透过率达到100％，提高了偏振片的透过率。
附图说明
图1为现有技术中光线通过不同介质进行折射和反射时的示意图；
图2为本发明实施例提供的光线通过偏振结构时的示意图；
图3为本发明实施例提供的偏振片的示意图。
具体实施方式
在介绍本发明实施例之前，先对本发明涉及到的原理进行介绍。
如图1所示，当光从折射率为n1的第一介质斜射入折射率为n2的第二介质时，在两种介质的交界处发生反射和折射。根据菲涅耳Fresnel公式，可将入射光分为振动方向相互垂直的S分量线偏振光和P分量线偏振光，S分量线偏振光的振动方向垂直于入射面，P分量线偏振光的方向平行于入射面。S分量线偏振光和P分量线偏振光在界面对应的反射比和透射比公式如下。
S分量线偏振光的反射比为：
(公式1)
S分量线偏振光的透射比为：
(公式2)
P分量线偏振光的反射比为：
(公式3)
P分量线偏振光的透射比为：
(公式4)
从以上公式，我们可以推导出以下两个结论：
<结论一>
当θ1+θ2＝π/2时，ρP＝0，即反射光中不存在P分量线偏振光，全部是S分量线偏振光。
<结论二>
当两种介质的折射率差△n较大时，τP>>τs，即透射光中P分量线偏振光占绝对多数。
基于以上结论，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明实施例提供了一种偏振片，所述偏振片由多个相连的偏振结构组成；
所述偏振结构如图2所示，具体包括：
入光单元21；
分光单元22，用于在背光模组产生的光线25通过所述入光单元21入射后，将所述光线25分解为第一偏振方向的第一线偏振光26和第二偏振方向的第二线偏振光27；
出光单元23，用于将所述第一线偏振光26射出；
变光单元24，用于将所述第二线偏振光27转换为第一偏振方向的第三线偏振光28；
其中所述第三线偏振光28通过相邻的所述偏转结构中的所述出光单元23和所述分光单元22后射出。
在本发明实施例中，可以将背光模组产生的光线25在经过分光单元22后分解为两个振动方向的线偏振光，其中，第一线偏振光26经过出光单元23射出，第二线偏振光27在经过变光单元24后转换为与第一线偏振光26振动方向相同的第三线偏振光28，并经过相邻的所述偏转结构中的所述出光单元23和所述分光单元22后射出。当偏转片由多个偏转结构组成时，如图3所示，本发明实施例提供的偏振片的理论透过率可以达到100％，与现有的偏振片相比其透过率大大提高。
其中用于形成所述入光单元21的第一材质的折射率为第一折射率，优选地，入光单元21可以选择折射率较低的透明材质，例如软玻璃或聚合物等。在背光模组产生的光线25通过所述入光单元21入射后，要经过分光单元分解为振动方向不同的两个线偏振光。这里首先利用了上述的结论一，所述光线25通过所述入光单元21折射到所述分光单元22时，入射角θ1与射角θ2之和应为90度，这样可以保证光线25在照射到入光单元21和分光单元22之间的界面时，反射光中不存在P分量线偏振光，全部是S分量线偏振光27；进而利用上述的结论二，保证构成分光单元22的第二材质的第二折射率大于所述第一折射率,第二折射率与第一折射率差值越大，透射光中P分量线偏振光所占的比例越大。这里的第二材质优选地可以为软玻璃或聚合物等
也就是说，在实际应用中，可以根据公式5和6确定第一折射率和第二折射率：
Sinθ1/Sinθ2＝n2/n1 (公式5)
θ1+θ2＝π/2 (公式6)
其中，n1和n2在满足上述两个公式的基础上，n2-n1的值越大，效果越好。
进一步地，为了尽可能地提高透射光中P分量线偏振光所占的比例，在本发明实施例中，优选地，可以对光线25进行多次折射。即分光单元22由两部分组成，具有第二材质的多个平行且间距相等的平面221，间距可以很小，但不能贴上，其中相邻的所述平面221之间设置有所述第一材质的材料222，所述第二材质的第二折射率大于所述第一折射率。
由于分光单元22呈平行结构排列，根据光线经过平行平面不改变传播方向的原理，可以得出，折射光26进入第二个分光界面时，也满足θ1+θ2＝π/2和n2-n1>0的关系，在第二个分光界面对折射光26进行进一步的分光，使反射光全部为S分量线偏振光，而折射光中的P分量线偏振光比例进一步提升，随着分光单元23的平行结构数量的增多，进入出光单元23的折射光已经是偏振度接近于100％的P分量线偏振光。
进一步地，为了保证折射光26出光方向与入光方向一致，出光单元23的材质与入光单元21的材质相同。即所述出光单元23通过所述第一材质形成。
在本发明实施例中，所述第一材质具体为软玻璃或聚合物，同样地，所述第二材质也可以具体为软玻璃或聚合物等。当然，以上所述的材质仅是本发明实施例提供的优选方式，在选择第一材质和第二材质时，只需要能够保证入射角和折射角之和为90度且n2-n1>0即可，不再把偏振片的材质限定为晶体，因此可以很大程度上降低了成本。
另外，在分光单元22被反射的S分量线偏振27进入变光单元24，这里的变光单元24为二分之一玻片，并且使玻片的光轴(快轴或者慢轴)与S分量线偏振反射光27的夹角为45度，这样根据线偏振光经过二分之一玻片仍为线偏振光且振动方向与之前垂直的原理，S分量线偏振光27经过变光单元24，就转换为P分量线偏振光27’。同时，因为进入玻片前的反射光本身就是线偏振光，故玻片对其的透过率接近100％，因此进入相邻的偏振结构的侧入射光已经全部是P分量的线偏振光27’。
P分量线偏振光27’通过相邻的偏转结构中的所述出光单元23和所述分光单元22后射出为P分量线偏振光28。
这样通过上述过程，本发明实施例提供的偏振片将背光模组产生的光线25经过两个偏光结构，分别转换为从第一个偏光结构射出的P分量线偏振光26和从第二个偏光结构射出的P分量线偏振光28，使入射光线的光能得到了充分的利用，并达到了将入射光转换为线偏振光的目的。当偏转片由多个偏转结构组成时，如图3所示，偏振片理论上可以将入射光100％转化为线偏振光(不考虑材质吸收的情况下)，是传统的偏振片透过率的2倍，因此极大提升了产品的节能环保能力。
另外，对构成偏振片的材质的选择范围很广，只需要满足入射角和折射角之和为90度且n2-n1>0即可，不再把材质限定为晶体，因此可以很大程度上降低成本。
本发明实施例还提供了一种显示装置，所述显示装置使用了上述任一项所述的偏振片。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种偏振片，其特征在于，所述偏振片由多个相连的偏振结构组成；
所述偏振结构具体包括：
入光单元，用于形成所述入光单元的第一材质的折射率为第一折射率；
分光单元，用于在背光模组产生的光线通过所述入光单元入射后，将所述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；
出光单元，用于将所述第一线偏振光射出；
变光单元，用于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；
其中所述第三线偏振光通过相邻的所述偏振结构中的所述出光单元和所述分光单元后射出；
所述分光单元具体包括：
具有第二材质的多个平行且间距相等的平面，其中相邻的所述平面之间设置有所述第一材质的材料，所述第二材质的第二折射率大于所述第一折射率。
2.如权利要求1所述的偏振片，其特征在于，所述第一线偏振光为所述分光单元折射所述背光模组产生的光线得到，所述第二线偏振光为所述分光单元反射所述背光模组产生的光线得到。
3.如权利要求2所述的偏振片，其特征在于，所述第一偏振方向为P分量方向，所述第二偏振方向为S分量方向。
4.如权利要求2或3所述的偏振片，其特征在于，所述光线通过所述入光单元折射到所述分光单元时，入射角与折射角之和为90度。
5.如权利要求1所述的偏振片，其特征在于，所述出光单元通过所述第一材质形成。
6.如权利要求1所述的偏振片，其特征在于，所述第一材质具体为软玻璃或聚合物。
7.如权利要求1所述的偏振片，其特征在于，所述第二材质具体为软玻璃或聚合物。
8.如权利要求1所述的偏振片，其特征在于，所述变光单元具体为二分之一玻片，且所述玻片的光轴与所述第二线偏振光之间的夹角为45度。
9.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置使用了如权利要求1-8任一项所述的偏振片。
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