CN107315280A - 背光模组及其制作方法、显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种背光模组及其制作方法、显示装置。该背光模组包括：导光结构，包括导光板以及体光栅层，体光栅层包括体光栅部以及位于相邻的体光栅部之间的导光部，体光栅部被配置为将特定波长的光束导入导光部和导光板；光源层，导光板设置在光源层的出光侧，体光栅层设置在导光板远离光源层的一侧，光源层包括多个光源，光源在体光栅层的正投影落入体光栅部内；以及取光结构，设置在导光结构远离光源层的一侧，其中，导光结构的折射率大于光源层以及取光结构的折射率，且导入导光板的光束在导光板所在平面的入射角度不小于导光结构的全反射临界角。该背光模组的厚度可以有效降低。

Description

背光模组及其制作方法、显示装置
技术领域
本公开至少一实施例涉及一种背光模组及其制作方法、显示装置。
背景技术
在目前的直下式发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的背光处理中，局部动态背光(Local diming)技术可以很大程度的减少功耗，提高成像对比度，增加灰阶数以及减少残影等，所以对于大尺寸液晶显示面板，使用直下式的背光模组成为一种趋势。
发明内容
本公开的至少一实施例提供一种背光模组及其制作方法、显示装置。该背光模组中的体光栅结构可以将光源发出的入射光束导入导光部和导光板中，导入导光部和导光板的光束在导光结构中进行全反射传播，并由取光结构均匀取出，一方面该背光模组可以使光能得到充分利用，另一方面，该背光模组中的光源不需要混光高度，从而有效降低了背光模组的厚度。
本公开的至少一实施例提供一种背光模组，包括：导光结构，包括导光板以及体光栅层，体光栅层包括呈阵列排布的多个体光栅部以及位于相邻的体光栅部之间的导光部，体光栅部被配置为将特定波长的光束导入导光部和导光板；光源层，设置在导光板的主板面上，并且导光板设置在光源层的出光侧，体光栅层设置在导光板远离光源层的一侧，其中，光源层包括呈阵列排布的多个光源，光源在体光栅层的正投影落入体光栅部内；以及取光结构，设置在导光结构远离光源层的一侧，其中，导光结构的折射率大于光源层以及取光结构的折射率，且导入导光部和导光板的光束在导光板所在平面的入射角度不小于导光结构的全反射临界角。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，体光栅层的导光部的折射率与导光板的折射率相等。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，体光栅部包括光栅条纹面，光栅条纹面位于体光栅层中的入射光束的入射方向与出射光束的出射方向之间的夹角的角平分线上。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，体光栅层为层叠结构，包括：
第一体光栅层，包括第一体光栅部，被配置为仅将入射光束中的第一颜色的光导入导光板和导光部，其中，第一体光栅部包括第一光栅条纹面；
第二体光栅层，包括第二体光栅部，被配置为仅将入射光束中的第二颜色的光导入导光板和导光部，其中，第二体光栅部包括第二光栅条纹面；
第三体光栅层，包括第三体光栅部，被配置为仅将入射光束中的第三颜色的光导入导光板和导光部，其中，第三体光栅部包括第三光栅条纹面。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，第一体光栅层、第二体光栅层和第三体光栅层的厚度分别为5-20μm。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，第一体光栅部的光栅条纹周期、第二体光栅部的光栅条纹周期、第三体光栅部的光栅条纹周期不全相同，和/或，第一光栅条纹面、第二光栅条纹面、第三光栅条纹面各自与入射光束的夹角不全相同。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，导光板的厚度不大于1mm。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，光源为准直光源。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，取光结构包括：
网点膜，设置在体光栅层远离光源层一侧的表面。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，还包括：
反射层，设置在光源层远离导光结构的一侧。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组中，还包括：
驱动电路，与多个光源相连，被配置为调节多个光源中的每个光源的发光强度。
本公开的至少一实施例提供一种背光模组的制作方法，包括：形成导光结构，包括形成导光板以及体光栅层，体光栅层包括呈阵列排布的多个体光栅部以及位于相邻的体光栅部之间的导光部，体光栅部被配置为将特定波长的光束导入导光部和导光板；
在导光板的主板面上设置光源层，导光板位于光源层的出光侧，体光栅层形成在导光板远离光源层的一侧，其中，光源层包括呈阵列排布的多个光源，光源在体光栅层的正投影落入体光栅部内；以及
在导光结构远离光源层的一侧形成取光结构，
其中，导光结构的折射率大于光源层以及取光结构的折射率，且导入导光部和导光板的光束在导光板所在平面的入射角度不小于导光结构的全反射临界角。
例如，在本公开一实施例提供的背光模组的制作方法中，形成体光栅部包括：
由两束平面光波分别在光折变材料的两侧进行照射曝光，两束平面光波在光折变材料内发生干涉并形成干涉条纹以形成体光栅部，形成体光栅部后的光折变材料为体光栅层。
本公开的至少一实施例提供一种显示装置，包括上述任一实施例提供的背光模组。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为一种直下式发光二极管背光模组示意图；
图2A为本公开一实施例提供的背光模组的局部示意图；
图2B为图2A示出的背光模组的体光栅层的局部平面示意图；
图2C为图2A示出的背光模组的体光栅层的局部平面示意图；
图3A为图2A示出的背光模组中的第一体光栅层中的第一体光栅部沿XY平面所截的截面示意图；
图3B为图2A示出的背光模组中的第二体光栅层中的第二体光栅部沿XY平面所截的截面示意图；
图3C为图2A示出的背光模组中的第二体光栅层中的第三体光栅部沿XY平面所截的截面示意图；
图4为本公开一实施例提供的背光模组的制作方法的示意性流程图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
图1为一种直下式发光二极管背光模组示意图，如图1所示，发光二极管阵列设置在发光层10(即背光腔)的远离扩散板20的一侧(即底部)，通过一定高度的混光，各个光源11发出的光线能够在发光层10(即背光腔)靠近扩散板20的一侧(即顶部)形成均匀的能量分布。为了将发光层10发出的光均匀的取出，扩散板20远离发光层10的一侧还设置有第一扩散片30、棱镜层40以及第二扩散片50。
例如，扩散板20的材质可以选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚碳酸酯(PC)等透光材料，其厚度较厚，光透过率在50％-80％之间。例如，第一扩散片30以较高雾面程度(haze)为考量，材质一般选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯等材料，设置在扩散板20远离发光层10的一侧，使光分布更均匀。例如，棱镜层40可以选用呈锯齿状或波浪状的聚甲基丙烯酸甲酯等微结构，具有很好的聚光效果。例如，第二扩散片50选择穿透率较高、雾面程度较低的材料，可以作为保护棱镜层40的结构。
另外，为了提高光源的利用率，背光模组还包括反射层12。
在研究中，本申请的发明人发现：为了达到节省成本、降低功耗的目的，会将相邻的两个光源11之间的间距P设置的较大，即光源11设置的较稀疏。与此同时，为了保证背光模组出光的均匀性较好，光源11距扩散片20之间的距离D设置的较大。根据经验公式，D/P>1.2。例如，以82寸显示屏中的背光模组为例，相邻的两个光源11之间的间距P为2.2cm，为了使背光模组出光均匀，光源11距离扩散板20之间的距离D就要大于2.64cm(2.2*1.2＝2.64cm)，因此，这种直下式背光模组的厚度较大，从而降低了产品的市场竞争力。
本公开的实施例提供一种背光模组及其制作方法、显示装置。该背光模组包括：导光结构，包括导光板以及体光栅层，体光栅层包括呈阵列排布的多个体光栅部以及位于相邻的体光栅部之间的导光部，体光栅部被配置为将特定波长的光束导入导光部和导光板；光源层，设置在导光板的主板面上，并且导光板设置在光源层的出光侧，体光栅层设置在导光板远离光源层的一侧，其中，光源层包括呈阵列排布的多个光源，光源在体光栅层的正投影落入体光栅部内；以及取光结构，设置在导光结构远离光源层的一侧，其中，导光结构的折射率大于光源层以及取光结构的折射率，且导入导光部和导光板的光束在导光板所在平面的入射角度不小于导光结构的全反射临界角。该背光模组中的体光栅结构可以将光源发出的入射光束导入导光部和导光板中，导入导光部和导光板的光束在导光结构中进行全反射传播，并由取光结构均匀取出，一方面该背光模组可以使光能得到充分利用，另一方面，该背光模组中的光源不需要混光高度，从而有效降低了背光模组的厚度。
下面结合附图对本公开实施例提供的背光模组及其制作方法、显示装置进行描述。
实施例一
本实施例提供一种背光模组，图2A为本公开一实施例提供的背光模组的局部示意图，如图2A所示，背光模组包括：导光结构100、光源层200以及取光结构300。导光结构100包括导光板110以及体光栅层120，体光栅层120包括呈阵列排布的多个体光栅部121以及位于相邻的体光栅部121之间的导光部122。光源层200设置在导光板110主板面上，并且导光板110设置在光源层200的出光侧，体光栅层120设置在导光板110远离光源层200的一侧，取光结构300设置在导光结构100远离光源层200的一侧。导光结构100的折射率大于光源层200以及取光结构300的折射率。光源层200包括呈阵列排布的多个光源210，光源210在体光栅层120的正投影落入体光栅部121内，体光栅部121被配置为将入射到体光栅层120的光束导入导光部122和导光板110，且导入导光部122和导光板110的光束在导光板110所在平面的入射角度不小于导光结构100的全反射临界角。而体光栅层120中的导光部122被配置为使由导光板110全反射到体光栅层120中的光束继续进行全反射传播。
本实施例中由于被体光栅层导入导光部和导光板的光束在导光板所在平面的入射角度不小于导光结构的全反射临界角，因此，导入导光部和导光板的光束会在导光结构中进行全反射传播，并由取光结构均匀取出。本公开实施例提供的背光模组，一方面，可以使光能得到充分利用，并且，由于对光源之间的间距没有特殊要求，在满足整体亮度的前提下，可以减少光源的数量，降低成本；另一方面，该背光模组中的光源不需要混光高度，从而可以有效降低背光模组的厚度。
需要说明的是，“呈阵列排布的多个体光栅部”以及“呈阵列排布的多个光源”中的“阵列排布”包括一维阵列排布或二维阵列排布。
例如，图2B为图2A示出的背光模组的体光栅层的局部平面示意图，如图2B所示，多个体光栅部121以及多个光源210呈二维阵列排布，且导光部122围绕体光栅部121设置。导光部122在平行于光源层200所在平面的平面上围绕体光栅部121，即，导光部122在XZ平面上围绕体光栅部121。由于体光栅层120中不存在光源210，因此，图2B中正投影落入体光栅部121内的光源210用虚线框表示。需要说明的是，图2B中相邻光源之间的距离仅是示意性，实际上相邻的光源之间的距离很小。
例如，图2C为图2A示出的另一示例中的背光模组的体光栅层的局部平面示意图，如图2C所示，光源210、体光栅部121以及导光部122的平面形状均为条形，且沿X方向，体光栅部121与导光部122交替设置，即，多个体光栅部121以及多个光源210呈一维阵列排布(沿X方向阵列排布)。需要说明的是，本示例中的光源为条状光源，且该条状光源沿Z方向延伸，沿X方向排列。采用条状光源可以使本示例提供的背光模组的出射光更均匀。
例如，本实施例中的光源210在体光栅层120的正投影落入体光栅部121内，包括：光源210在体光栅层120的正投影与体光栅部121完全重合，或者光源210在体光栅层120的正投影仅为体光栅部121的一部分，本实施例对此不做限制。
需要说明的是，导光结构100中的体光栅层120的导光部122的折射率与导光板110的折射率相等，这里的“相等”包括大致相等和完全相等。
例如，光源层200中的光源210为准直光源。例如，光源层200中包括的多个光源210为点阵光源，点阵光源可以包括点阵发光二极管(LED)与准直透镜阵列的结合，也可以包括点阵有机发光二极管(OLED)与准直透镜阵列的结合。本实施例对此不作限制，例如，还可以通过其他方式获取准直光源。
例如，如图2A所示，本公开实施例提供的背光模组还包括：驱动电路500，与多个光源210相连，被配置为调节多个光源210中的每个光源210的发光强度，通过驱动电路500控制某一区域的光源210不发光，即，使该区域处于0灰阶区域，可降低该区域的背光亮度。这里的驱动电路500仅是示意性示图，对驱动电路500的具体电路排线方式不做限定，可根据实际情况设置。例如，驱动电路500可以为薄膜晶体管(TFT)，以实现局部动态背光系统对每个光源210发光强度的动态调节。因此，本实施例还可以配合液晶显示装置(LCD)进行局部动态调光，以减少功耗，延长光源的使用寿命。
例如，光源210之间的间距可以为1-50mm，本实施例包括但不限于此，光源之间的具体距离可根据产品设计中背光功耗与局部动态背光调控精细程度之间的平衡决定。
例如，图3A为图2A示出的背光模组中的第一体光栅层中的第一体光栅部沿XY平面所截的截面示意图，如图2A和图3A所示，体光栅层120包括：第一体光栅层123，第一光栅层123包括第一体光栅部1231，第一体光栅部1231包括第一光栅条纹面1211。第一体光栅部1231被配置为仅将入射光束中的第一颜色的光，例如红光，导入导光板110和导光部122中，而除第一颜色的光以外的其他光束可以透过第一体光栅部1231并沿原入射光束的方向继续传播。
例如，如图3A所示，第一体光栅部1231即为布拉格光栅结构(也称三维光栅)，这种光栅结构沿某一方向的折射率是周期变化的，图3A以面间距为d1的深色条纹面表示体光栅部的光栅周期，该深色条纹面即为第一光栅条纹面1211。该深色条纹面也为透光面，且该深色条纹面中材料的折射率大于周围无条纹面中材料的折射率。第一光栅条纹面1211位于第一体光栅部1231中的入射光束的入射方向与出射光束的出射方向之间的夹角的角平分线上，这里入射光束的入射方向以及出射光束的出射方向表示一种矢量方向。例如，本实施例中，第一光栅条纹面1211位于第一体光栅部1231中的入射光束的延长线与出射光束之间的夹角的角平分线上。第一光栅条纹面1211与入射光束的方向的夹角为θ1(锐角)即为入射光在第一光栅条纹面1211上的掠射角i。
本实施例提供的第一体光栅部1231为反射式体布拉格光栅结构，光束入射到第一体光栅部1231后发生衍射，当入射光的掠射角i满足2*n*d1*sini＝λα1(布拉格定律)的关系式时，将在衍射光与第一光栅条纹面1211的夹角为i的方向得到衍射极大。式中的n为第一体光栅部1231中非条纹面的白色区域的折射率，也即是体光栅层120中导光部122的折射率(即导光结构100的折射率)。式中的λα1为衍射光与第一光栅条纹面1211的夹角为i的方向发生衍射极大的光束的波长。因此，当某一波长的入射光在第一光栅条纹面1211的掠射角和衍射光与第一光栅条纹面1211的夹角相等，即均为i时，可在衍射光与第一光栅条纹面1211的夹角为i的方向得到衍射极大，而其他不满足上述波长条件的光束将透过第一体光栅部1231，并继续沿入射光束的方向传播。
例如，如图3A所示，由于入射光的掠射角和衍射光与第一光栅条纹面1211的夹角相等，如果把第一光栅条纹面1211看作反射镜面，则只有当相邻条纹面的反射光程差均满足同相相加的条件，即布拉格条件(光程差等于光波的一个波长)才能使衍射光达到极强，由此，第一体光栅部1231起到了选择性反射的作用，即，第一体光栅部1231可以选择将特定波长的光束导入导光板。
例如，当入射到第一体光栅部1231的第一颜色的光，例如，红光波长λR满足2*n*d1*sini＝λR时，第一体光栅部1231被配置为仅将入射光束中的红光导入导光板110中。这里红光波长既可以指国际照明委员会(CIE)规定中的红绿蓝(RGB)三原色中的红光的波长；也可以指红光波段中的主峰峰值的波长，本实施例对此不作限制。
例如，如图3A所示，从第一体光栅部1231出射的衍射光与第一体光栅部1231出光面的法线的夹角为α1，根据几何定律，α1＝π-2*θ1。导光结构的全反射临界角C满足：C＝arcsin(n'/n)(全反射定律)，其中的n'为导光结构周围介质的折射率，例如，n'可以为光源层的折射率和/或取光结构的折射率。因此，C≤α1时，导入导光板的光束可以在导光结构中进行全反射传播，以使光能得到充分利用。
例如，图3B为图2A示出的背光模组中的第二体光栅层中的第二体光栅部沿XY平面所截的截面示意图，如图2A和图3B所示，第二体光栅层124包括第二体光栅部1241，第二体光栅部1241包括第二光栅条纹面1212。第二体光栅部1241被配置为仅将入射光束中的第二颜色的光，例如绿光导入导光板和导光部中，而除第二颜色的光之外的其他波段的光束可以透过第二体光栅部1241并沿原入射光束的方向继续传播。本实施例中的第二体光栅部1241的第二光栅条纹面1212与入射光束的夹角为θ2(锐角)，从第二体光栅部1241出射的衍射光与第二体光栅部1241出光面的法线的夹角为α2。
例如，本实施例的一示例以第二体光栅部1241中的夹角θ2以及夹角α2与第一体光栅部1231中的夹角θ1以及夹角α1相同。本实施例中的第二体光栅部1241中相邻的第二光栅条纹面1212之间的面间距为d2，本示例以面间距d2与第一体光栅部1231中的第二光栅条纹面1212之间的面间距d1不相同，并且入射到第二体光栅部1241的第二颜色的光，例如绿光波长λG满足2*n*d2*sini＝λG，因此，第二体光栅部1241被配置为仅将入射光束中的绿光导入导光板和导光部中。这里绿光波长指国际照明委员会(CIE)规定中的红绿蓝(RGB)三原色中的绿光的波长；也可以指绿光波段中的主峰峰值的波长，本实施例对此不作限制。
例如，图3C为图2A示出的背光模组中的第二体光栅层中的第三体光栅部沿XY平面所截的截面示意图，如图2A和图3C所示，第三体光栅层125包括第三体光栅部1251，第三体光栅部1251包括第三光栅条纹面1213。第三体光栅部1251被配置为仅将入射光束中的第三颜色的光，例如蓝光导入导光板和导光部中。本实施例中的第三体光栅部1251的第三光栅条纹面1213与入射光束的夹角为θ3(锐角)，从第三体光栅部1251出射的衍射光与第三体光栅部1251出光面的法线的夹角为α3。
例如，本实施例的一示例以第三体光栅部1251中的夹角θ3以及夹角α3与第一体光栅部1231(第二体光栅部1241)中的夹角θ1(θ2)以及夹角α1(α2)相同。本实施例中的第三体光栅部1251中相邻的第三光栅条纹面1213之间的间距为d3，本示例以面间距d3与第一体光栅部1231(第二体光栅部1241)中的第一光栅条纹面1211(第一光栅条纹面1212)之间的面间距d1(d2)不相同，并且入射到第三体光栅部1251的第三颜色的光，例如蓝光波长λB满足2*n*d3*sini＝λB，因此，第三体光栅部1251被配置为仅将入射光束中的蓝光导入导光板和导光部中。这里蓝光波长指国际照明委员会(CIE)规定中的红绿蓝(RGB)三原色中的蓝光的波长；也可以指蓝光波段中的主峰峰值的波长，本实施例对此不作限制。
因此，本实施例中的上述示例可以给定从每个体光栅部出射的衍射光与相应的体光栅部出光面的法线的夹角均为α，即α1＝α2＝α3＝α，与此同时，每个体光栅部中的光栅条纹面与入射光束的夹角为均θ(锐角)，即θ1＝θ2＝θ3＝θ，从而通过设计每个体光栅部的光栅条纹周期以实现对不同波段光束的反射。
例如，当本实施例中的光源210采用准直光源时，当光束中的红光、绿光以及蓝光为国际照明委员会(CIE)规定中的红绿蓝(RGB)三原色中的红光、绿光以及蓝光时，经过第三体光栅部1251后，没有光束从第三体光栅部1251射出；当光束中的红光、绿光以及蓝光满足布拉格衍射定律的波长取各波段中的主峰峰值的波长，且各波段的半高宽宽度不够窄时，光源210出射的光经过第三体光栅部1251后，依然有光束射从第三体光栅部1251射出。
例如，本实施例提供的导光板110的厚度不大于1mm。
例如，本实施例提供的第一体光栅层123的厚度为5-20μm，第二体光栅层124的厚度为5-20μm，第三体光栅层125的厚度为5-20μm。因此，本实施例提供的导光结构的厚度不大于1.06mm。
由上述实施例可知，光束入射到体光栅层后可以在导光结构中进行全反射传播，因此背光模组中不需要设置较高的混光高度。与一般的需要设置混光高度的直下式背光模组中的混光高度为2.64cm相比，本实施例中的导光结构的厚度仅为毫米量级，能够大大降低背光模组的厚度，同时也可以使光能得到充分的利用。
例如，如图2A所示，本公开实施例提供的背光模组还包括反射层400，设置在光源层200远离导光结构100的一侧。例如，反射层400可以为金属膜层，被配置为反射从导光结构100面向光源层200一侧的表面出射到反射层400的光束，提高光能的利用率。
例如，如图2A所示，取光结构300包括设置在导光结构100远离光源层200一侧表面的网点膜310。例如，网点膜310的材料可以与导光结构100材料相同，网点膜310中分布有凹凸结构的网点，例如，网点在平行于导光结构100的平面截取的最大尺寸可以为0.1-1mm，本实施例包括但不限于此。例如，网点膜310也可以是在体光栅层120远离光源层200一侧的表面设置的凹凸结构。
为了从导光结构100中均匀取光，从体光栅部121的出光侧远离体光栅部121且平行于导光板110主平面的方向上，相邻的光源210之间的网点膜310中的网点的分布密度设置为由小到大变化。本实施例以被体光栅层120导入导光板110以及导光部122的光沿X方向进行全反射传播为例进行描述，沿X方向，网点膜310中的网点分布密度呈周期性变化。
例如，沿X方向，在相邻的光源210之间，网点膜310中的网点的分布密度由小到大，即网点的分布数量由少到多。因此，沿X方向，网点膜310中的网点的分布密度变化规律以位于相邻的两个光源210之间的网点的分布密度为一个周期而周期性的变化。网点膜310中的网点分布密度小的位置相对于网点分布密度大的位置，取出的光较少。
例如，以图2A中位于A区域、B区域以及C区域中的网点膜310为例进行描述，由A区域到C区域，网点膜310中的网点分布密度由小到大变化，在导光结构100中传播的光在传播到网点膜310时，由于每个区域的网点膜310都会取出一部分光，因此由A区域到C区域的方向，导光结构100中的光线的密度由大到小变化。因而，网点膜310中网点的分布密度规律配合导光结构100中的光线密度的变化规律，网点膜310可以从位于A区域、B区域以及C区域中的导光结构100中取出能量大致相同的光以实现均匀取光的作用。
例如，网点膜310还可以为特定的一维、或者二维光栅结构等，本实施例对此不作限制，网点膜主要针对具体的光源和体光栅层的出光情况进行设计，以实现背光光强的均匀分布。
例如，由于本实施例提供的背光模组中的光束沿X方向进行全反射传播，因此，在垂直于XY面的方向(如图2B所示的示例中的Z方向)，位于相邻的光源210之间的网点膜310可以设置均匀分布的网点，也可以不设置网点，本实施例对此不作限制。另外，位于体光栅部121的网点膜310中既可以设置网点也可以不设置，本实施例对此不作限制。
例如，如图2A所示，取光结构300还包括设置在网点膜310远离导光结构100的一侧扩散膜320。例如，扩散膜320可以包括一个高透过率的聚合物(如聚碳酸酯、聚甲基丙稀酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)基板和掺杂在其中的散射颗粒(如二氧化钛等)。例如，扩散膜320也可以为多层膜的叠层结构。穿过扩散膜320的光线会被其中的散射颗粒散射，使观察者感知光是由扩散膜320表面直接提供的亮度分布。
例如，如图2A所示，取光结构300还包括设置在扩散膜320远离导光结构100的一侧棱镜膜330。例如，棱镜膜330可以由一个具有尖角微棱镜结构的棱镜层和一个基板层贴合而成，被配置为将大角度的光向小角度集中，增加正视角的观看亮度。
例如，如图3A-图3C所示，本公开实施例的另一示例提供的第一体光栅部1231中的第一光栅条纹面1211之间的面间距d1，第二体光栅部1241中的第二光栅条纹面1212之间的面间距d2以及第三体光栅部1251中的第三光栅条纹面1213之间的面间距d3均相等，即d1＝d2＝d3＝d。由于光栅条纹面与入射光束的方向的夹角θ(锐角)即为入射光在光栅条纹面的掠射角i，且第一光栅条纹面1211与入射光束的方向的夹角θ1，第二光栅条纹面1212与入射光束的方向的夹角θ2以及第三光栅条纹面1213与入射光束的方向的夹角θ3均不相等，因此，入射到第一体光栅部1231的第一颜色的光，例如红光波长λR满足2*n*d*sinθ1＝λR时，第一体光栅部1231被配置为仅将入射光束中的红光导入导光板和导光部中；入射到第二体光栅部1241的第二颜色的光，例如绿光波长λG满足2*n*d*sinθ2＝λG时，第二体光栅部1241被配置为仅将入射光束中的绿光导入导光板和导光部中；入射到第三体光栅部1251的第三颜色的光，例如蓝光波长λB满足2*n*d*sinθ3＝λB时，第三体光栅部1251被配置为仅将入射光束中的蓝光导入导光板和导光部中，由此，本示例可以在给定每个体光栅部的光栅条纹周期为d，即d1＝d2＝d3＝d的情况下，通过设计每个体光栅部中光栅条纹面与入射光束的夹角以实现对不同波段光束的反射。
需要说明的是，在本示例中由于每个体光栅部出射的衍射光与该体光栅部出光面的法线的夹角α和每个体光栅部的光栅条纹面与入射光束的夹角θ之间的关系满足α＝π-2*θ，所以在设计每个体光栅部中光栅条纹面与入射光束的夹角θ时应保证导光结构的全反射临界角C≤α，即，给定的每个体光栅部的光栅条纹周期d应保证导光结构的全反射临界角C≤α。
例如，如图3A-图3C所示，本公开实施例的另一示例提供的每个体光栅部的光栅条纹周期d可以均不相同，并且每个体光栅部中光栅条纹面与入射光束的夹角θ可以也均不相同，在保证导光结构的全反射临界角C≤α的前提下，通过对d和θ的灵活设计以实现对不同波段光束的反射。
综上所述，本公开实施例可以通过对体光栅部的光栅条纹周期，或者体光栅部包括的光栅条纹面与入射光束的夹角至少之一的调节，以实现体光栅部被配置为将特定波长的光束导入导光部和导光板。也就是说，第一光栅条纹面、第二光栅条纹面以及第三光栅条纹面中，光栅条纹周期和光栅条纹面与入射光束的夹角的至少之一不同。
实施例二
本实施例提供一种背光模组的制作方法，图4为本公开一实施例提供的背光模组的制作方法的示意性流程图，如图4所示，制作方法包括：
S201：形成导光结构，包括形成导光板以及体光栅层，体光栅层包括呈阵列排布的多个体光栅部以及位于相邻的体光栅部之间的导光部，体光栅部被配置为将特定波长的光束导入导光部和导光板；
S202：在导光板的主板面上设置光源层，导光板位于光源层的出光侧，体光栅层形成在导光板远离光源层的一侧，其中，光源层包括呈阵列排布的多个光源，光源在体光栅层的正投影落入体光栅部内；
S203：在导光结构远离光源层的一侧形成取光结构，其中，导光结构的折射率大于光源层以及取光结构的折射率，且导入导光部和导光板的光束在导光板所在平面的入射角度不小于导光结构的全反射临界角。
采用本实施例提供的背光模组的制作方法，背光模组中的体光栅结构可以将光源发出的入射光导入导光板和导光部，导入导光板和导光部的光束在导光结构中进行全反射传播，并由取光结构均匀取出，一方面可以使光能得到充分利用，另一方面，该背光模组中的光源不需要混光高度，从而有效降低背光模组的厚度。
例如，多个体光栅部以及多个光源呈二维阵列排布，且导光部围绕体光栅部设置。
例如，光源、体光栅部以及导光部的平面形状均为条形，且体光栅部与导光部交替设置，即多个体光栅部以及多个光源呈一维阵列排布。
例如，光源层中的光源为准直光源。例如，光源层中包括的多个光源为点阵光源，点阵光源可以包括点阵发光二极管(LED)与准直透镜阵列的结合，也可以包括点阵有机发光二极管(OLED)与准直透镜阵列的结合等，本实施例对此不作限制。
例如，体光栅层包括：第一体光栅层，第二体光栅层以及第三体光栅层。第一体光栅层包括第一体光栅部，第一体光栅部包括第一光栅条纹面。第一体光栅部被配置为仅将入射光束中的第一颜色的光，例如红光导入导光板和导光部；第二体光栅层包括第二体光栅部，第二体光栅部包括第二光栅条纹面。第二体光栅部被配置为仅将入射光束中的第二颜色的光，例如绿光导入导光板和导光部；第三体光栅层包括第三体光栅部，第三体光栅部包括第三光栅条纹面。第三体光栅部被配置为仅将入射光束中的第三颜色的光，例如蓝光导入导光板和导光部。
例如，在制作每个体光栅层时，形成体光栅部包括：由两束平面光波分别在光折变材料的两侧进行照射曝光。这里的光折变材料指曝光后折射率产生变化的材料。例如，光折变材料可以包括掺铁铜铌酸锂晶体等材料，本实施例对此不作限制。两束平面光波在光折变材料内发生干涉并形成三维干涉条纹，即为本实施例中的体光栅部中的光栅条纹面，形成体光栅部后的光折变材料即为本实施例中的体光栅层。光栅条纹面中的材料折射率大于光栅条纹面区域以外的材料折射率。
例如，每个体光栅部均为布拉格光栅结构(也称三维光栅)，这种光栅结构沿某一方向的折射率是周期变化的。每个体光栅部的光栅条纹周期为d，体光栅部中的光栅条纹面位于体光栅部中的入射光束的入射方向与出射光束的出射方向之间的夹角的角平分线上，且光栅条纹与入射光束的方向的夹角θ(锐角)即为入射光在第一光栅条纹面上的掠射角i。从体光栅部出射的衍射光与体光栅部出光面的法线的夹角为α，根据几何定律，α＝π-2*θ。本实施例提供的体光栅部为反射式体布拉格光栅结构，光束入射到体光栅部后发生衍射，当入射光的掠射角满足2*n*d*sini＝λ(布拉格定律)的关系式时，衍射光将在与光栅条纹面的夹角为i的方向得到衍射极大。式中的n为体光栅部中非光栅条纹面的区域的折射率，也即是体光栅层中导光部的折射率(即导光结构的折射率)。式中的λ为衍射光在与光栅条纹面夹角为i的方向发生衍射极大的光束的波长。因此，当某一波长的入射光在光栅条纹面的掠射角和衍射光与光栅条纹面的夹角相等，即均为i时，可在衍射光与光栅条纹面的夹角i的方向得到衍射极大，而其他不满足上述波长条件的光束将透过体光栅部，并继续沿入射光束的方向传播。由布拉格定律可知每个体光栅部中的光栅条纹面与入射光束的夹角θ以及每个体光栅部的光栅条纹周期d对于实现不同波段光束的反射起了决定作用，因此在制作体光栅层时可以通过对d和θ的要求进行加工以形成满足需要的光栅条纹面。
例如，形成的第一体光栅层的厚度为5-20μm，形成的第二体光栅层的厚度为5-20μm，形成的第三体光栅层的厚度为5-20μm。
例如，导光结构中的导光板的厚度不大于1mm。因此，本实施例提供的导光结构的厚度不大于1.06mm，由于，光束入射到体光栅层后可以在导光结构中进行全反射传播，背光模组中不需要设置较高的混光高度，而本公开实施例制作的导光结构的厚度较小，因此能够大大降低背光模组的厚度。
例如，在光源层远离导光结构的一侧还可以设置反射层以提高光能的利用率。
例如，形成取光结构可以包括在导光结构远离光源层的一侧形成网点膜。为了从导光结构中均匀取光，从体光栅部的出光侧远离体光栅部且平行于导光板主平面的方向上，相邻的光源之间的网点膜中的网点的分布密度设置为由小到大变化。
例如，在网点膜远离导光结构的一侧形成扩散膜。例如，扩散膜可以包括一个高透过率的聚合物(如聚碳酸酯、聚甲基丙稀酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)基板和掺杂在其中的散射颗粒(如二氧化钛等)。例如，扩散膜也可以为多层膜的叠层结构。穿过扩散膜的光线会被其中的散射颗粒散射，使观察者感知光是由扩散膜表面直接提供的亮度分布。
例如，在扩散膜远离导光结构的一侧形成棱镜膜。例如，棱镜膜可以由一个具有尖角微棱镜结构的棱镜层和一个基板层贴合而成，被配置为将大角度的光向小角度集中，增加正视角的观看亮度。
实施例三
本实施例提供一种显示装置，该显示装置采用本公开的上述实施例提供的背光模组，一方面，可以使光能得到充分利用，并且，由于对光源之间的间距没有特殊要求，在满足整体亮度的前提下，可以减少光源的数量，降低成本；另一方面，该背光模组中的光源不需要混光高度，从而可以有效降低背光模组的厚度。
例如，该显示装置可以为液晶显示装置以及包括该显示装置的电视、数码相机、手机、手表、平板电脑、笔记本电脑、导航仪等任何具有显示功能的产品或者部件，本实施例不限于此。
有以下几点需要说明：
(1)除非另作定义，本公开实施例以及附图中，同一标号代表同一含义。
(2)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(3)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种背光模组，包括：
导光结构，包括导光板以及体光栅层，所述体光栅层包括呈阵列排布的多个体光栅部以及位于相邻的所述体光栅部之间的导光部，所述体光栅部被配置为将特定波长的光束导入所述导光部和所述导光板；
光源层，设置在所述导光板的主板面上，并且所述导光板设置在所述光源层的出光侧，所述体光栅层设置在所述导光板远离所述光源层的一侧，其中，所述光源层包括呈阵列排布的多个光源，所述光源在所述体光栅层的正投影落入所述体光栅部内；以及
取光结构，设置在所述导光结构远离所述光源层的一侧，
其中，所述导光结构的折射率大于所述光源层以及所述取光结构的折射率，且导入所述导光部和所述导光板的光束在所述导光板所在平面的入射角度不小于所述导光结构的全反射临界角。
2.根据权利要求1所述的背光模组，其中，所述体光栅层的导光部的折射率与所述导光板的折射率相等。
3.根据权利要求1所述的背光模组，其中，所述体光栅部包括光栅条纹面，所述光栅条纹面位于所述体光栅层中的入射光束的入射方向与出射光束的出射方向之间的夹角的角平分线上。
4.根据权利要求3所述的背光模组，其中，所述体光栅层为层叠结构，包括：
第一体光栅层，包括第一体光栅部，被配置为仅将所述入射光束中的第一颜色的光导入所述导光部和所述导光板，其中，所述第一体光栅部包括第一光栅条纹面；
第二体光栅层，包括第二体光栅部，被配置为仅将所述入射光束中的第二颜色的光导入所述导光部和所述导光板，其中，所述第二体光栅部包括第二光栅条纹面；
第三体光栅层，包括第三体光栅部，被配置为仅将所述入射光束中的第三颜色的光导入所述导光部和所述导光板，其中，所述第三体光栅部包括第三光栅条纹面。
5.根据权利要求4所述的背光模组，其中，所述第一体光栅层、所述第二体光栅层和所述第三体光栅层的厚度分别为5-20μm。
6.根据权利要求4所述的背光模组，其中，所述第一体光栅部的光栅条纹周期、所述第二体光栅部的光栅条纹周期、所述第三体光栅部的光栅条纹周期不全相同，和/或，所述第一光栅条纹面、所述第二光栅条纹面、所述第三光栅条纹面各自与所述入射光束的夹角不全相同。
7.根据权利要求1-6任一项所述的背光模组，其中，所述导光板的厚度不大于1mm。
8.根据权利要求1-6任一项所述的背光模组，其中，所述光源为准直光源。
9.根据权利要求1-6任一项所述的背光模组，其中，所述取光结构包括：
网点膜，设置在所述体光栅层远离所述光源层一侧的表面。
10.根据权利要求1-6任一项所述的背光模组，还包括：
反射层，设置在所述光源层远离所述导光结构的一侧。
11.根据权利要求1-6任一项所述的背光模组，还包括：
驱动电路，与所述多个光源相连，被配置为调节所述多个光源中的每个光源的发光强度。
12.一种显示装置，包括权利要求1-11任一项所述的背光模组。
13.一种背光模组的制作方法，包括：
形成导光结构，包括形成导光板以及体光栅层，所述体光栅层包括呈阵列排布的多个体光栅部以及位于相邻的所述体光栅部之间的导光部，所述体光栅部被配置为将特定波长的光束导入所述导光部和所述导光板；
在所述导光板的主板面上设置光源层，所述导光板位于所述光源层的出光侧，所述体光栅层形成在所述导光板远离所述光源层的一侧，其中，所述光源层包括呈阵列排布的多个光源，所述光源在所述体光栅层的正投影落入所述体光栅部内；以及
在所述导光结构远离所述光源层的一侧形成取光结构，
其中，所述导光结构的折射率大于所述光源层以及所述取光结构的折射率，且导入所述导光部和所述导光板的光束在所述导光板所在平面的入射角度不小于所述导光结构的全反射临界角。
14.根据权利要求13所述的背光模组的制作方法，其中，形成所述体光栅部包括：
由两束平面光波分别在光折变材料的两侧进行照射曝光，所述两束平面光波在所述光折变材料内发生干涉并形成干涉条纹以形成所述体光栅部，形成所述体光栅部后的所述光折变材料为所述体光栅层。
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