CN105652461A - 偏振光光源、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏振光光源、显示装置，属于光源技术领域，其可解决现有的偏振片的光利用率低且不能控制出光方向的问题。本发明的偏振光光源包括：全偏振片，其包括第一介质层和第二介质层，其中所述第一介质层的折射率高于第二介质层的折射率；与所述全偏振片相对设置的反射层；设于所述全偏振片与反射层间的相位延迟器；光源单元，设于所述相位延迟器和全偏振片之间，其发出的至少部分光能以第一介质层和第二介质层间的布儒斯特角为入射角射到全偏振片上。本发明的偏振光光源可用作其他光调制器件或显示装置中的光源。

Description

偏振光光源、显示装置
技术领域
本发明属于光源技术领域，具体涉及一种偏振光光源、显示装置。
背景技术
为了产生线偏振光，现在一般使用偏振片对自然光进行过滤。
但是，对于射光中不能透过的分量，偏振片会将其吸收，由此其光利用率理论上最高只有50％，而实际一般只能在40％左右，造成严重的能源浪费。
另外，现有的偏振片并不能对透过的光的方向进行控制，从而对于一些要求使用平行的线偏振光(如特定的光调制器、显示装置等)的场合，其并不适用。
发明内容
本发明针对现有的偏振片的光利用率低且不能控制出光方向的问题，提供一种光利用率高的偏振光光源、显示装置。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种偏振光光源，其包括：
全偏振片，其包括第一介质层和第二介质层，其中所述第一介质层的折射率高于第二介质层的折射率；
与所述全偏振片相对设置的反射层；
设于所述全偏振片与反射层间的相位延迟器；
光源单元，设于所述相位延迟器和全偏振片之间，其发出的至少部分光能以第一介质层和第二介质层间的布儒斯特角为入射角射到全偏振片上。
优选的是，所述全偏振片包括多个第一介质层和多个第二介质层，且在全偏振片的厚度方向上，第一介质层和第二介质层依次设置。
优选的是，所述第一介质层的折射率比第二介质层的折射率大0.1～0.2。
优选的是，所述光源单元用于发出平行光，所述平行光以第一介质层和第二介质层间的布儒斯特角为入射角射到全偏振片上。
进一步优选的是，所述光源单元包括发光器件和设于发光器件出光侧的光准直器。
优选的是，所述光源单元包括多个发光器件，各发光器件的出光侧均朝向第一方向；沿着第一方向在全偏振片上的投影的方向，各发光器件至少分布在两个不同位置。
进一步优选的是，所述发光器件沿与所述投影的方向垂直的方向排成多排。
优选的是，所述相位延迟器为1/4波片。
优选的是，所述偏振光光源还包括：设于全偏振片远离相位延迟器一侧的光调制单元，用于将以布儒斯特角从全偏振片射出的线偏振光的方向转变为与全偏振片垂直。
进一步优选的是，所述光调制单元包括平行于全偏振片的第三介质层，第三介质层朝向全偏振片一侧设有多个微凸起，各微凸起具有相互平行的斜面，以布儒斯特角从全偏振片射出的线偏振光从斜面射入第三介质层后能被折射至与全偏振片垂直的方向。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置，其包括上述的偏振光光源。
本发明的偏振光光源可用作其他光调制器件或显示装置中的光源。
附图说明
图1为一种全偏振片的剖面结构示意图；
图2为本发明的实施例的一种偏振光光源的局部剖面结构示意图；
图3为本发明的实施例的一种偏振光光源的中发光器件的分布位置示意图；
图4为本发明的实施例的一种偏振光光源的中的光调制单元的局部剖面结构示意图；
其中，附图标记为：1、全偏振片；11、第一介质层；12；第二介质层；2、反射层；3、相位延迟器；41、发光器件；42、光准直器；5、光调制单元；51、第三介质层；52、微凸起；521、斜面；b、布儒斯特角。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例提供一种偏振光光源。
本实施例的偏振光光源是指可产生传播方向相互平行且具有相同的偏振方向的线偏振光的光源。该偏振光光源可用于任何需要相互平行的线偏振光的场合，例如作为其他光调制器件或显示装置中的光源，在此不再详细描述。
具体的，以上偏振光光源包括：
全偏振片1，其包括第一介质层11和第二介质层12，其中第一介质层11的折射率高于第二介质层12的折射率。
与全偏振片1相对设置的反射层2。
设于全偏振片1与反射层2间的相位延迟器3。
光源单元，设于相位延迟器3和全偏振片1之间，其发出的至少部分光能以第一介质层11和第二介质层12间的布儒斯特角(即全偏振角)b为入射角射到全偏振片1上。
其中，如图1所示，全偏振片1是由折射率不同的第一介质层11(光密介质层)和第二介质层12(光疏介质层)构成的一种器件。全偏振片1的作用是：对于以两种介质间的布儒斯特角b为入射角射到其上的光，使透射光和出射光成为偏振方向相互垂直的线偏振光(即原入射光中的p分量和s分量)。
优选的，全偏振片1包括多个第一介质层11和多个第二介质层12，且在全偏振片1的厚度方向上，第一介质层11和第二介质层12依次设置
如图1所示，作为实际应用的器件，全偏振片1中两种介质层的数量都为多个，且两种介质层依次设置(即按照“第一介质层11-第二介质层12-第一介质层11-第二介质层12”的顺序轮流设置)。由此，在每两个相邻的介质层的界面上，都可发生全偏振现象，而每次全偏振都可降低透射光(折射光)中s分量的比例，由此使透射光可等效于线偏振光(即原入射光中的p分量)。
优选的，全偏振片1的最外侧的两层均为第一介质层11。
也就是说，全偏振片1优选最外侧的层均为具有较大折射率的光密介质层，这是因为光必然是从空气射入全偏振片1的，而光密介质与空气间的折射率差比较大，比较易于发生全偏振，用其作为外层有利于提高透射光和反射光的线偏振程度。
优选的，第一介质层11的折射率比第二介质层12的折射率大0.1～0.2。
显然，两种介质层的折射率必须相差足够大才能体现出二者的区别，引起全偏振，但若二者的差别太大，则有可能导致布儒斯特角b的角度值不合理(例如大于全反射角)，而以上0.1～0.2间的折射率差通常是比较适中的。
如图2所示，本实施例的偏振光光源中还包括光源单元、反射层2、相位延迟器3。其中，光源单元用于向全偏振片1发光，且其所发的光中，至少有一部分光能直接以全偏振片1的两种介质层间的布儒斯特角b为入射角射到该全偏振片1上。由此，这部分光会被分为偏振方向相互垂直的透射光(即原入射光中的p分量)和反射光(即原入射光中的s分量)。而被全偏振片1反射回来的线偏振光可再次被反射层2反射回去，且其在反射过程中会两次经过相位延迟器3，由此其中重新产生p分量，变为椭圆偏振光(包括圆偏振光)，故当其再次射到全偏振片1上时，又会被分为偏振方向相互垂直的透射光和反射光。如此重复，即可使最终从全偏振片1透过的光都是相互平行且具有相同偏振方向的线偏振光；而且，由于该全偏振片1并不吸收光线，而是将不能透过的光反射回去，这些被反射的光经过反射层2的反射和相位延迟器3的延迟后可再次回到全偏振片1并部分射出，从而使光利用率大大提高，理论上可达100％。
优选的，光源单元用于发出平行光，该平行光能以第一介质层11和第二介质层12间的布儒斯特角b为入射角射到全偏振片1上。
如前，本发明主要利用的是以第一介质层11和第二介质层12间的布儒斯特角b为入射角射到全偏振片1上的光。因此，如图2所示，光源单元优选仅发出该方向的平行光，从而减少其他光的影响。
进一步优选的，光源单元包括发光器件41和设于发光器件41出光侧的光准直器42。
显然，一般的发光器件41(如LED)都有一定的出光角度，即其在该角度范围内向多个不同方向发光。为此，如图2所示，可在发光器件41外增加光准直器42，从而使经过光准直器42的光变为符合以上要求的平行光。其中，光准直器42的形式是多样的，例如其可为一定长度的圆筒(或狭缝)，从而保证只有与该圆筒长度方向平行(或近似平行)的光才能通过。由于光准直器42可采多种不同的形式，故在此不再详细描述。
优选的，光源单元包括多个发光器件41，各发光器件41的出光侧均朝向第一方向，且沿着第一方向在全偏振片1上的投影的方向，各发光器件41至少分布在两个不同位置。
也就是说，如图2、图3所示，光源单元优选包括多个朝相同方向发光(如上述布儒斯特角b的方向)的发光器件41，以上发光方向称为第一方向，该第一方向在全偏振片1上的投影也有一定方向。而沿着该投影方向，以上多个发光器件41并不是位于同一位置的，而是至少在两个不同的位置处均有分布。
如前所述，发光器件41发出的光在射到全偏振片1上后，透射光和反射光是偏振方向相互垂直的，显然，这两个线偏振光的强度理论上都是原入射光的50％；而反射光经反射层2、相位延迟器3等后再次射到全偏振片1上时又会分为偏振方向相互垂直的透射光和反射光，此时透射光的强度理论上最多也只有原入射光的25％。也就是说，光线每次射到全偏振片1上，透射光的强度都会至少会降低一半，而从全偏振片1上距离发光器件41越远处射出的偏振光经过的反射次数必然越多，相应的光强度也就越弱，从而影响了发光的均匀性。
为此，可采用以上的方法，沿全偏振片1上射出光线强度减弱的方向(即投影方向)，在不同位置设置多个发光器件41，用于对出光强度较弱处进行“补强”，通过多个发光器件41的综合效果使其最终的出光比较均匀。
优选的，发光器件41沿与以上投影的方向垂直的方向排成多排。
也就是说，如图3所示，以上多个发光器件41可分别排成多“排(图中看是列)”，每排中有多个发光器件41，而“排”的方向则垂直于以上投影的方向。这是因为，在发光器件41类型、出光角度等其他条件相同的情况下，沿着以上投影的方向，从全偏振片1透过的光的衰减速度应当是相同的。由此，沿投影方向，以上同一排(列)中的发光器件41发出的光的减弱是同步的，即它们发出的光必然在投影方向的同一个位置一起减弱到需要补强的程度，故正好可在该位置设置另一排(列)发光器件41，从而更好的保证出光均匀性。
当然，发光器件41的具体设置方式是多样的。例如，发光器件41可如图3所示排成矩阵，或者，图中各列中的发光器件41的数量、位置可以不同，或者，矩阵的各列间的距离也可不同等。总之只要是最终能提高出光的均匀性即可。
优选的，以上相位延迟器3为1/4波片。
由于被全偏振片1反射回来的线偏振光在被反射层2反射的过程中会两次经过相位延迟器3，故该1/4波片即相当于半波片，而多数情况下，半波片可最有效的增加该线偏振中的p分量，从而提高反射后再次从全偏振片1射出的线偏振光(p分量)的强度。
优选的，以上偏振光光源还包括：设于全偏振片1远离相位延迟器3一侧的光调制单元5，用于将以布儒斯特角b从全偏振片1射出的线偏振光的方向转变为与全偏振片1垂直。
显然，从全偏振片1射出的线偏振光的出射角也为两介质间的布儒斯特角b，而不可能垂直于全偏振片1。这样，作为一个整体，偏振光光源的出光方向与其最大面所在平面并不垂直，而是类似于“斜设”的，使用起来很不方便。
因此，可在全偏振片1远离相位延迟器3一侧设置光调制单元5，用于将从全偏振片1射出的线偏振光转变为与全偏振片1垂直的光。
更优选的，光调制单元5包括平行于全偏振片1的第三介质层51，第三介质层51朝向全偏振片1一侧设有多个微凸起52，各微凸起52具有相互平行的斜面521，以布儒斯特角b从全偏振片1射出的线偏振光从斜面521射入第三介质层51后能被折射至与全偏振片1垂直的方向。
也就是说，如图4所示，光调制单元5优选包括透光的第三介质层51，且其入光侧设有多个微凸起52(如多条平行的凸棱)，每个微凸起52具有斜面521，该斜面521的倾斜角度与微凸起52的材料的折射率相互配合，从而可使从全偏振片1射出(以布儒斯特角b射出)的线偏振光从该斜面521进入微凸起52后，正好转变为与全偏振片1垂直的方向。
当然，光调制单元5的具体结构并不限于此。例如，若偏振光光源整体尺寸不大，则光调制单元5也可为一个底面为斜面的楔形(可看作将各微凸起52的斜面521连在一起)等，在此不再详细描述。
实施例2：
本实施例提供一种显示装置，其包括上述的偏振光光源。
也就是说，本实施例的显示装置采用以上的偏振光光源作为其中的光源模块。当然，该显示装置中还包括除了光源模块外的其他器件，在此不在详细描述。
具体的，该显示装置可为电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种偏振光光源，其特征在于，包括：
全偏振片，其包括第一介质层和第二介质层，其中所述第一介质层的折射率高于第二介质层的折射率；
与所述全偏振片相对设置的反射层；
设于所述全偏振片与反射层间的相位延迟器；
光源单元，设于所述相位延迟器和全偏振片之间，其发出的至少部分光能以第一介质层和第二介质层间的布儒斯特角为入射角射到全偏振片上。
2.根据权利要求1所述的偏振光光源，其特征在于，
所述全偏振片包括多个第一介质层和多个第二介质层，且在全偏振片的厚度方向上，第一介质层和第二介质层依次设置。
3.根据权利要求1所述的偏振光光源，其特征在于，
所述第一介质层的折射率比第二介质层的折射率大0.1～0.2。
4.根据权利要求1所述的偏振光光源，其特征在于，
所述光源单元用于发出平行光，所述平行光以第一介质层和第二介质层间的布儒斯特角为入射角射到全偏振片上。
5.根据权利要求4所述的偏振光光源，其特征在于，
所述光源单元包括发光器件和设于发光器件出光侧的光准直器。
6.根据权利要求1所述的偏振光光源，其特征在于，
所述光源单元包括多个发光器件，各发光器件的出光侧均朝向第一方向；
沿着第一方向在全偏振片上的投影的方向，各发光器件至少分布在两个不同位置。
7.根据权利要求6所述的偏振光光源，其特征在于，
所述发光器件沿与所述投影的方向垂直的方向排成多排。
8.根据权利要求1所述的偏振光光源，其特征在于，
所述相位延迟器为1/4波片。
9.根据权利要求1所述的偏振光光源，其特征在于，还包括：
设于全偏振片远离相位延迟器一侧的光调制单元，用于将以布儒斯特角从全偏振片射出的线偏振光的方向转变为与全偏振片垂直。
10.根据权利要求9所述的偏振光光源，其特征在于，
所述光调制单元包括平行于全偏振片的第三介质层，第三介质层朝向全偏振片一侧设有多个微凸起，各微凸起具有相互平行的斜面，以布儒斯特角从全偏振片射出的线偏振光从斜面射入第三介质层后能被折射至与全偏振片垂直的方向。
11.一种显示装置，其特征在于，包括：
权利要求1至10中任意一项所述的偏振光光源。
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