CN107367778A - 光学元件、使用其的反射型液晶显示系统 - Google Patents

光学元件、使用其的反射型液晶显示系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种光学元件，用于反射型液晶显示系统，所述光学元件包括：基材；形成在所述基材表面上沿第一方向依次排列的多个棱镜，所述多个棱镜中的任一个由沿所述第一方向依次排列且折射率依次变小的多个子棱镜组成。通过在光源和反射型液晶面板之间添加由多个棱镜构成的棱镜阵列系统，每个棱镜又由多个子棱镜组成，并且多个子棱镜的折射率由近光端到远光端逐渐减小，从而可以减小光源出射光的角度，增强进入反射液晶显示系统可利用光的能量，提高光利用率及反射型液晶面板画面亮度。

Description

光学元件、使用其的反射型液晶显示系统
技术领域
本公开涉及显示领域，具体而言，涉及一种光学元件、使用其的反射型液晶显示系统。
背景技术
传统反射液晶显示系统中，由侧光式导光板为前置光源系统，出射光大部分为大角度方向的光，这样入射进入液晶玻璃的光也均为大角度方向的光，经过彩膜分色后，再反射回去的三色光会因为反射角也比较大，而无法进入相应颜色的彩膜，因此损失很多光能量。
又有一部分反射液晶显示系统，会添加多层特殊设计的散射膜，来减小侧光式导光板的大角度出射光方向，使用多层膜材使得整体反射型液晶显示结构变复杂，同时可控制的光方向有限，改变的角度也不是很理想。
因此，提高用于反射液晶显示系统的前置光源系统的光利用率是目前亟待解决的技术问题。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种光学元件、使用其的反射型液晶显示系统，可以有效地实现出射光角度的偏转，使进入液晶玻璃的光接近于垂直方向，大大提高光利用率和显示画面亮度。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得清晰，或者部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的第一方面，公开一种光学元件，用于反射型液晶显示系统，所述光学元件包括：
基材；
形成在所述基材表面上沿第一方向依次排列的多个棱镜，所述多个棱镜中的任一个由沿第一方向依次排列且折射率依次变小的多个子棱镜组成。
在本公开的一示例性实施方式中，所述多个棱镜彼此之间互相分离且保持至少不影响各自光路传播的间距。
在本公开的一示例性实施方式中，所述多个子棱镜中折射率最大的子棱镜的厚度大于其它子棱镜的厚度。
在本公开的一示例性实施方式中，所述多个子棱镜中折射率最大的子棱镜的厚度不小于其它子棱镜的厚度之和。
在本公开的一示例性实施方式中，所述多个子棱镜的数量为6个。
在本公开的一示例性实施方式中，所述多个子棱镜中任意相邻两个的折射率的差异小于0.05。
在本公开的一示例性实施方式中，所述多个棱镜在所述基材表面上沿垂直于所述第一方向的第二方向延伸，且在所述第二方向上的长度等于所述基材在所述方向上的长度。
在本公开的一示例性实施方式中，每个棱镜被沿所述第一方向延伸且垂直于基材表面的平面所截的截面为长方形。
在本公开的一示例性实施方式中，所述长方形的长边垂直于所述基材表面。
在本公开的一示例性实施方式中，每个棱镜被沿所述第一方向延伸且垂直于基材表面的平面所截的截面为弧形，所述每个棱镜的凸面朝向所述第一方向凸面。
根据本公开的第二方面，公开一种反射型液晶显示系统，包括：
反射型液晶面板；
设置在所述反射型液晶面板的出光侧的如前述实施方式中任一所述的光学元件；
设置在所述光学元件出光侧的侧光式导光板和光源。
根据本公开的一些实施方式，通过在光源和反射型液晶面板之间添加由多个棱镜构成的棱镜阵列系统，每个棱镜又由多个子棱镜组成，并且多个子棱镜的折射率由近光端到远光端逐渐减小，从而可以有效地实现光源出射光角度的偏转，减小出射光的角度，使进入液晶玻璃的光接近于垂直方向，增强进入反射液晶显示系统可利用光的能量，提高光利用率及反射型液晶面板画面亮度。
根据本公开的一些实施方式，子棱镜的折射率变化个数越多，即每层界面折射率差越小，可以减少不必要的全反射光线，偏转效果越好。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的整体结构侧视示意图。
图2示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的整体结构俯视示意图。
图3示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的光路模拟侧视示意图。
图4示出根据本公开另一示例实施方式的光学元件中的棱镜的侧视示意图。
图5示出根据本公开又一示例实施方式的光学元件中的棱镜的侧视示意图。
图6示出根据本公开一示例实施方式的反射型液晶显示系统的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。
需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能会夸大层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
本公开的目的在于提供一种光学元件、使用其的反射型液晶显示系统，所述光学元件包括：基材；形成在所述基材表面上沿第一方向依次排列的多个棱镜，所述多个棱镜中的任一个包含沿所述第一方向依次排列且折射率依次变小的多个子棱镜依次排列。通过在光源和反射型液晶面板之间添加由多个棱镜构成的棱镜阵列系统，每个棱镜又由多个子棱镜组成，并且多个子棱镜的折射率由近光端到远光端逐渐减小，从而可以有效地实现光源出射光角度的偏转，减小出射光的角度，使进入液晶玻璃的光接近于垂直方向，增强进入反射液晶显示系统可利用光的能量，提高光利用率及反射型液晶面板画面亮度。
下面结合附图对本公开的光学元件、使用其的反射型液晶显示系统进行具体说明，其中，图1示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的整体结构侧视示意图；图2示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的整体结构俯视示意图；图3示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的光路模拟侧视示意图；图4示出根据本公开另一示例实施方式的光学元件中的棱镜的侧视示意图；图5示出根据本公开一示例实施方式的反射型液晶显示系统的示意图。
下面结合图1-4对本公开的光学元件进行具体说明，其中，图1示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的整体结构侧视示意图；图2示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的整体结构俯视示意图；图3示出根据本公开一示例实施方式的光学元件的光路模拟侧视示意图；图4示出根据本公开另一示例实施方式的光学元件中的棱镜的侧视示意图；图5示出根据本公开又一示例实施方式的光学元件中的棱镜的侧视示意图。
图1为根据本公开一示例实施方式的光学元件的整体结构侧视示意图，如图1所示，与侧光式导光板1相对设置(但本公开不限于此，也可以不是相对设置的侧光式导光板1，而是以一定角度入射的直接光源)的光学元件包括：基材2，沿第一方向(无论是采用侧光式导光板还是采用以一定角度入射的直接光源，所述第一方向都是从光源(图1中未示出)的近光端到远光端的方向)依次排列的多个棱镜3，棱镜3包括在从最靠近近光端的位置起依次排列的子棱镜31、子棱镜32、子棱镜33、子棱镜34、子棱镜35和子棱镜36等多个子棱镜，其中子棱镜31的折射率为n，子棱镜32的折射率为n1，子棱镜33的折射率为n2，子棱镜34的折射率为n3，子棱镜35的折射率为n4，子棱镜36的折射率为n5，n>n1>n2>n3>n4>n5，且子棱镜31，31，32，33，34，36依次排列在一起组成一个完整的棱镜即棱镜3，多个棱镜3形成阵列排布在基材2上表面，彼此之间分离有空气界面。本公开的棱镜的折射率变化子棱镜可以设置很多，n，n1，n2，n3，……，总体的趋势是n>n1>n2>n3>……，从近光端到远光端逐渐减小。下面的示例均以6个为例。
图2为本公开的光学元件的整体结构俯视示意图，包括基材2，棱镜3，棱镜3包括在从最靠近近光端的位置起依次排列的子棱镜31、子棱镜32、子棱镜33、子棱镜34、子棱镜35和子棱镜36，其中子棱镜31，32，33，34，35，36为长方体(被沿所述第一方向延伸且垂直于基材表面的平面所截的截面为长方形，所述长方形的长边垂直于所述基材表面)并在所述基材表面上沿垂直于所述第一方向的第二方向延伸，且在所述第二方向上的长度等于所述基材在所述第二方向上的长度，同时子棱镜31，32，33，34，35，36依次排列在一起组成一个完整的棱镜3(棱镜3亦为长方体或正方体且与基材2的所述宽度相等)，多个完整的棱镜3形成阵列排布在基材2表面，彼此之间分离有空气界面。
图3为本公开的光路模拟侧视示意图，包括反射基板4，棱镜3，棱镜3包括在从最靠近近光端的位置起依次排列的子棱镜31、子棱镜32、子棱镜33、子棱镜34、子棱镜35和子棱镜36，其中子棱镜31为棱镜3中的主棱镜，厚度远大于棱镜3中的其他子棱镜，其他子棱镜的厚度可以相等也可以不相等，并无特别限制，只要满足厚度远小于子棱镜31即可，两个棱镜3的间距需不影响任意一个的光路传播，即光线经过某一个棱镜的折射后不会射入任何一个与之相邻的其它棱镜。模拟示例中可以看到，当入射光角度α＝80°时，出射光角度β＝30°，光线角度大大减小，其他参数n＝1.3，n1＝1.25，n2＝1.2，n3＝1.15，n4＝1.1，n5＝1.05，子棱镜31的所述长方形截面的宽高比为0.4。
本公开子棱镜31的折射率n决定光线偏转角度，但是同时又不能直接发生全反射使得光线偏转过法线方向射向另一侧，所以计算可得n<1.414，出射光角度宽高比小于同时避免出现不必要的全反射光线，每一层折射率差异需小于0.05。
在本公开的一示例性实施方式中，任一棱镜的多个子棱镜中折射率最大的子棱镜的厚度不小于其它子棱镜的厚度之和。
图4为根据本公开另一示例实施方式的光学元件中的棱镜的侧视示意图，所述多个棱镜3及所述多个子棱镜31，32，33，34，35，36被沿所述第一方向(即如前述的从光源的近光端到远光端的方向)延伸且垂直于基材表面的平面所截的截面为弧形，所述多个棱镜及所述多个子棱镜的凸面朝着所述第一方向，从弧形的弦中心向外折射率逐渐变小，规律与前述长方体光学棱镜方案相同，其中子棱镜31的折射率为n，子棱镜32的折射率为n1，子棱镜33的折射率为n2，子棱镜34的折射率为n3，子棱镜35的折射率为n4，子棱镜36的折射率为n5，n>n1>n2>n3>n4>n5。
在本公开的一示例性实施方式中，如图4所述的棱镜与基材表面呈特定的角度以确保入射光不会从各子棱镜的凸面入射。
图5为根据本公开又一示例实施方式的光学元件中的棱镜的侧视示意图，如图5所示，在如图4所述棱镜的基础上把棱镜的两尖端去除使得各子棱镜的高度相等，但本公开不限于此，各子棱镜的高度也可以不相等。
下面结合图6对本公开的反射型液晶显示系统进行具体说明。
图6示出根据本公开一示例实施方式的反射型液晶显示系统的示意图。如图6所示，反射型液晶显示系统包括：反射型液晶面板61；设置在所述反射型液晶面板上的如前述实施方式中任一所述的光学元件62；设置在所述光学元件上的前置光源63，所述前置光源63包括侧光式导光板631和光源632。所述光源位于侧光式导光板的入光侧，或者说位于前述的侧光式导光板的近光端。
本公开的示例性实施方式的反射型液晶显示系统通过在侧光式导光板和反射型液晶面板之间添加包括折射率变化的棱镜及子棱镜的光学元件，并且折射率由近光端到远光端逐渐减小，从而可以减小侧光式导光板出射光的角度，增强进入反射液晶显示系统可利用光的能量，提高光利用率及反射型液晶面板画面亮度。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本公开实施例的光学元件、使用其的反射型液晶显示系统具有以下优点中的一个或几个。
根据本公开的一些实施方式，通过在光源和反射型液晶面板之间添加由多个棱镜构成的棱镜阵列系统，每个棱镜又由多个子棱镜组成，并且多个子棱镜的折射率由近光端到远光端逐渐减小，从而可以有效地实现光源出射光角度的偏转，减小出射光的角度，使进入液晶玻璃的光接近于垂直方向，增强进入反射液晶显示系统可利用光的能量，提高光利用率及反射型液晶面板画面亮度。
根据本公开的一些实施方式，子棱镜的折射率变化个数越多，即每层界面折射率差越小，可以减少不必要的全反射光线，偏转效果越好。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种光学元件，用于反射型液晶显示系统，所述光学元件包括：
基材；
形成在所述基材表面上沿第一方向依次排列的多个棱镜，所述多个棱镜中的任一个包含沿所述第一方向依次排列且折射率依次变小的多个子棱镜。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述多个棱镜彼此之间互相分离且保持至少不影响各自光路传播的间距。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述多个子棱镜中折射率最大的子棱镜的厚度大于其它子棱镜的厚度。
4.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述多个子棱镜中折射率最大的子棱镜的厚度不小于其它子棱镜的厚度之和。
5.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述多个子棱镜的数量为6个。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述多个子棱镜中任意相邻两个的折射率的差异小于0.05。
7.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述多个棱镜在所述基材表面上沿垂直于所述第一方向的第二方向延伸，且在所述第二方向上的长度等于所述基材在所述方向上的长度。
8.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，每个棱镜被沿所述第一方向延伸且垂直于基材表面的平面所截的截面为长方形。
9.根据权利要求8所述的光学元件，其特征在于，所述长方形的长边垂直于所述基材表面。
10.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，每个棱镜被沿所述第一方向延伸且垂直于基材表面的平面所截的截面为弧形，所述每个棱镜的凸面朝向所述第一方向。
11.一种反射型液晶显示系统，包括：
反射型液晶面板；
设置在所述反射型液晶面板的出光侧的如权利要求1-10中任一所述的光学元件；
设置在所述光学元件出光侧的侧光式导光板和光源。
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