CN108050439B - 背光模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种背光模组，包括波导层及光源组件，波导层包括位于其侧面的入光面、位于其底部的底面及位于其顶部的出光面，底面设有第一光栅层，波导层的内部还设有第二光栅层；光源组件发出的光以预设角度经入光面入射至所述波导层中并传输至第一光栅层上和底面上，传输至第一光栅层上的光被第一光栅层衍射至出光面处且从出光面出射，传输至底面上的光被底面反射至出光面处，且在出光面处反射至第二光栅层，在出光面处反射至第二光栅层的光被第二光栅层衍射至出光面处且从出光面出射。本发明不仅实现了背光组件整面连续的均匀出光，整个出光面的光线能量均匀分布，同时在此基础上实现了光线出光方向的可选择性，进而实现单侧出光的目的。

Description

背光模组及显示装置

技术领域

本发明涉及背光、衍射、反射以及显示技术领域，具体而言，本发明涉及一种背光模组及显示装置。

背景技术

目前的市场中，侧入式准直单侧前置背光为应用最为广泛且具有很大应用价值的背光方式，前置背光技术是于背光板显示器光源直接照射至眼睛不同，前置背光技术是指光源从上而下沿电子墨水屏或者液晶屏均匀导光，以使光源发射的光线不会直接照射至眼睛，前置背光技术使人在阅读时不会感到刺眼，进而使人在阅读过程中具有较高的舒适感，因此前置背光技术被广泛的应用在电纸书等显示器件上。但是目前通过光波导耦合的方式实现单侧出光的器件结构会有光学盲区，即在出光面的某些中间区域没有光线出射，导致器件结构背光不均匀，显示器件结构显示效果较差。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是光波导耦合的方式实现单侧出光的器件结构会有光学盲区的问题，进而解决结构背光不均匀，导致显示效果不好的问题。

本发明提供了一种背光模组，包括波导层及光源组件，所述波导层包括位于其侧面的入光面、位于其底部的底面及位于其顶部的出光面，所述底面设有第一光栅层，所述波导层的内部还设有第二光栅层；

所述光源组件发出的光以预设角度经所述入光面入射至所述波导层中并传输至所述第一光栅层上和所述底面上，传输至所述第一光栅层上的光被所述第一光栅层衍射至所述出光面处且从所述出光面出射，传输至所述底面上的光被所述底面反射至所述出光面处，且在所述出光面处反射至所述第二光栅层，在所述出光面处反射至所述第二光栅层的光被所述第二光栅层衍射至所述出光面处且从所述出光面出射。

进一步地，所述第一光栅层的长度为所述波导层厚度与所述波导层底面或者顶面反射光线的反射角正切值的乘积，所述第一光栅层靠近所述入光面的一端与所述入光面平齐。

优选地，所述第二光栅层靠近所述入光面的一端位于所述波导层内第二次反射光线区域靠近所述入光面的边缘，所述第二光栅层的另一端在所述波导层内往远离所述入光面的一侧延伸，以使从所述出光面处全部反射回所述波导层的光线发生衍射并从所述出光面射出，所述第二光栅层由多个反射式衍射光栅组件构成。

进一步地，所述第一光栅层的长度等于所述波导层的长度，所述第二光栅层包括间隔设置的多个光栅组，所述出光面处每一次反射光线的辐射区域对应一个所述光栅组，且每个所述光栅组靠近所述入光面的一端位于对应所述辐射区域靠近所述入光面的边缘，且所述第二光栅层由多个透射式衍射光栅组件构成。

优选地，所述光栅组的长度按照预设长度规则设置，相邻两所述光栅组的间距按照预设间距规则设置。

优选地，所述预设长度规则为：

T＝D/2·[tanθ_i+tan(θ_i-θ_d)

其中，所述T为所述光栅组长度，D为所述波导层厚度，所述θ_i所述光源在光栅层上的入射角度，θ_d为光栅的衍射角。

所述预设间距规则为：

W＝2D·tanθ_i-T

其中，W为所述光栅组间隔距离，所述T为所述光栅组长度，D为所述波导层厚度，所述θ_i所述光源在光栅层上的入射角度。

进一步地，所述出光面背对所述波导层底面的一侧设置有第三光栅层，所述第三光栅层位于所述第一光栅层衍射光线和所述第二光栅层衍射光线不重叠的辐射区域，且所述第三光栅层的长度等于所述不重叠区域长度，所述第三光栅层与所述第一光栅层材质相同且由多个反射式光栅组件构成，所述第一光栅层、所述第二光栅层、所述第三光栅层均为透明材料。

优选地，按照所述光源组件发出的光在所述波导层中的衍射周期，将所述第一光栅层和所述第二光栅层分为与所述衍射周期相对应的多段光栅，每一段所述光栅的衍射效率通过预设衍射效率规则，且每一段所述光栅的衍射效率随着所述衍射周期的增加而逐级增加。

优选地，还包括在所述出光面背对所述底面一侧设置的上基板，以及所述底面背对所述出光面一侧设置的下基板。

进一步地，还包括在所述出光面背对所述底面一侧设置的上基板，以及所述底面背对所述出光面一侧设置的下基板。

一种显示装置，包括任意一项技术方案所述的背光模组。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种背光模组及显示装置，通过本发明将所述第一光栅层和第二光栅层设置在所述波导层中高度方向的不同位置，缩小两层波导层衍射光线之间的光学盲区，且优选地在所述第二光栅层设置在距离所述波导层底面的位置处，所述第一光栅层和第二光栅层衍射光线间的光学盲区最小。本发明的光源以临界角入射至所述波导层中，以实现光线在波导层中全反射传输。

2、本发明提供的一种背光模组及显示装置，实现了出光方向的可选择性，特别是针对波导层和光栅层的结构，波导层和光栅层耦合光线，实现光线按照预设的方向出光，同时本发明的第一光栅层采用反射是光栅组件构成，进而尽在波导层的出光面有光线出射，且在波导层的底面无光线出现，进一步地实现了出光方向的可选择性，实现单侧出光，以使本发明的背光模组为前置背光显示装置的理想选择。

3、本发明提供的一种背光模组及显示装置，通过本发明实现了均匀出光的背光源结构，特别地，设置三层光栅层，实现整个背光模组光线分布均匀，尤其是第三光栅层设置于第一光栅层和第二光栅层衍射光线的不重叠区域，以使原侧入式准直单侧背光结构的光学盲区通过第三光栅层衍射出光线，进而实现背光源结构不出现光学盲区的现象，背光结构能够连续整面出光，以便于提高阅读显示的舒适度。

4、本发明提供的一种背光模组及显示装置，按照所述光线衍射周期，将所述第一光栅层和所述第二光栅层分为与所述衍射周期相对应的多段光栅，按照预设衍射效率规则，所述第一光栅层的每一段所述光栅的衍射效率逐级增加，所述第二光栅层的每一段所述光栅的衍射效率逐级增加，通过在所述第一光栅层和所述第二光栅层设置衍射效率逐渐提高的多段光栅，光线在所述第一光栅层和所述第二光栅层每发生依次衍射时，光能量将会逐渐递减，按照光线的衍射周期，依次设置衍射效率逐级增加的光栅段，使得每一段光栅衍射出的光线能量较为均匀，进而从所述背光模组出光面出光时，实现出光面光线能量分布均匀。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一种背光模组的实施例一的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明一种背光模组的实施例一的又一实施方式的结构示意图；

图3为本发明一种背光模组的实施例一的又一实施方式的结构示意图；

图4为本发明一种背光模组的实施例二的一种实施方式的结构示意图；

图5为本发明一种背光模组的实施例二的又一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

一种背光模组，如图1至5，包括，包括波导层10及光源组件20，所述波导层10包括位于其侧面的入光面101、位于其底部的底面及位于其顶部的出光面，所述底面设有第一光栅层102，所述波导层10的内部还设有第二光栅层103。

具体的，参考图1至5，所述光源组件20发出光线，所述光线均有准直光特性(光源发出的光线相互平行)，即所述光源发出的光线以准直光入射至从所述波导层10的入光面101入射至波导层10内部，更进一步地，所述准直光以临界角从所述波导层10的入光面101入射至波导层10内部，以便于所述光线能在所述波导层10内发生全反射，所述第一光栅层102和所述第二光栅层103具有多个纳米级光栅组件，为了确保光在波导层10中实现远距离传输且与纳米光栅多次振荡耦合。准直光可以由R、G、B三色的半导体激光器芯片经过混光后制成，也可由准直性比较好的R、G、B三色的LED芯片经过混光后制成，也可由准直性比较好的白光LED芯片制成，也可由条状的CCFL灯管加一些光线准直结构制成，或者光源还可以如包括白炽灯、卤素灯、日光灯、钠光灯、汞灯、荧光水银灯、氙气灯、弧光灯、氖管灯、电致发光(EL)灯、发光二极管(LED)灯等加一些光线准直结构制成。但不限于这些类型，在传输的过程中，每一次的衍射出的光线相互平行，每一次反射出光线相互平行。由于光栅的衍射角度对光源波长较为敏感，本发明优选发出光线为单色光的发光组件20。

所述第一光栅层102和所述第二光栅层103要求为透明介质材料，例如：ITO、Si₃N₄等，其中，所述第一光栅层102设置于所述波导层10的底面，所述第二光栅层103设置于所述波导层10的内部，所述第一光栅层102和所述第二光栅层103的物理参数(如光栅周期、光栅高度、光栅占空比)由预设的出光方向和出光强度决定。优选地，所述第二光栅层103设置在所述波导层10的中部，即所述波导层10的厚度为D时，所述第二光栅层103设置在距离所述波导层10底面D/2的位置处，进一步地，所述第一光栅层102刻在所述波导层10的底面，或者所述第一光栅层10在制作完成后贴在所述波导测10的底面。

其中，本发明提供的背光组件还包括在所述出光面背对所述底面一侧设置的上基板30，以及所述底面背对所述出光面一侧设置的下基板40，在所述波导层10的顶部的出光面设置有上基板30和所述波导层10的底面设置有下基板40，所述上基板30和所述下基板40为透光玻璃基板或透光塑料基板，当然还可以由常用的LCD或OLED基板玻璃构成，以及使用一些特殊的光学玻璃，透明树脂材料等，上基板30和下基板40厚度0.1-2mm，由具体的产品设计或工艺条件决定，上、下玻璃基板的折射率可以相同，也可以不同。除此之外，上基板30靠近波导层10的一面和下基板40靠近波导层10的一面具有较好的平整度及平行度，同时，也可以要求上基板30远离波导层10的一面和下基板40远离波导层10的一面具有较好的平整度及平行度。在本发明公开的实施例中，所述背光组件中也可不用设置上基板30和下基板40。

波导层10要求该层为透明的、折射率高于上基板30和下基板40的材料，使光线可以选择ITO或者Si₃N₄等材料，波导层10的厚度如2μm甚至更厚到几十微米，但不限于此。当侧入式准直背光的准直性比较好时，或可以有效控制耦合入波导层中模式时，可以适当放宽对波导层厚度的要求，例如波导层的厚度为几百纳米。

所述光源组件20发出的光以预设角度经所述入光面101入射至所述波导层10中并传输至所述第一光栅层102上和所述底面上，传输至所述第一光栅层102上的光被所述第一光栅层102衍射至所述出光面处且从所述出光面出射，传输至所述底面上的光被所述底面反射至所述出光面处，且在所述出光面处反射至所述第二光栅层103，在所述出光面处反射至所述第二光栅层103的光被所述第二光栅层103衍射至所述出光面处且从所述出光面出射。

所述第一光栅层102用于控制以预设角度入射至所述波导层10后再入射至所述第一光栅层102的光线耦合进所述波导层10同时使所述光线发生衍射并从所述波导层10的顶部的出光面射出；所述第二光栅层103用于控制从所述波导层10顶部的出光面处反射回所述波导层10的光线发生衍射并从所述波导层10顶部的出光面射出。

具体的，光源组件20发出光线按照预设角度从入光面101入射至所述波导层10内部后，所述预设角度的光线在进入到波导层10后会发生全反射。所述光线在波导层10内传播到所述第一光栅层102上，所述第一光栅层102将所述光线衍射入所述波导层10内部，并通过波导层10的引导作用将所述衍射光线按照预设的出射方向从所述波导层10顶部的出光面出射。由于光源发出的光线进入波导层10后，在所述波导层10的底面发生全反射，在此处为了避免光源从所述波导层10的底面泄露出，光线在波导层10底面发生的是全反射，并反射至所述波导层10的顶部的出光面，同时在波导层10顶部的出光面再次发生全反射，并反射至所述第二光栅层103，所述第二光栅层103控制部分或者全部的所述光线在所述第二光栅层103发生衍射，所述衍射光线向所述波导层10的顶部的出光面照射，衍射光线在波导层10的引导作用下将所述衍射光线按照预设的出射方向从所述波导层10的顶部的出光面出射，与传统一层光栅层不同的是，设置两层光栅，在同一个反射周期内，第二光栅层103接收到所述波导层顶部的出光面处反射回的光线时间提前，且接收到反射光线的位置更靠近所述出光面，进而第二光栅层103衍射光线在所述波导层10顶部的出光面所覆盖的区域更靠近入光面或者第一光栅层102衍射光线在所述波导层10顶部的出光面所覆盖的区域，从而缩小了相邻衍射周期内和衍射光线之间的光学盲区，在同一个反射周期内，由于第二光栅层103整一层接收到波导层10顶部出光面处全反射回的光线的时间提前，且接收到反射光线的位置均更靠近所述出光面，进而使得第二光栅层103的衍射光线在所述波导层10顶部的出光面所覆盖的区域逐渐缩小，光学盲区也缩小，优选地，在当所述第二光栅103设置在距离所述波导层10底面D/2的位置处，所述波导层10顶部出光面处反射回的每周期的反射光线入射至所述第二光栅层103后，所述反射光线在所述第二光栅层103发生衍射，且相邻两周期的衍射光线在所述波导层10顶部出光面的覆盖区域边缘线重合，进而不出现光学盲区，实现第二光栅层103的整面出光。

实施例一

参考图1，在一种实施方式中，本发明提供了，所述光源组件20发出的光以预设角度经所述入光面101入射至所述波导层10后再从所述波导层10入射至所述第一光栅层102的角度为入射角，所述第一光栅层102的长度为所述波导层10的厚度与所述入射角正切值的乘积，所述第一光栅层102靠近所述入光面101的一端与所述入光面101平齐。所述第一光栅层102的长度为所述波导层10的厚度与所述入射角θ_i正切值的乘积。

具体为：

c＝D×tanθ_i

c为第一光栅层102的长度，D为波导层的厚度，θ_i为入射角，入射光线经过波导层10后能全部入射至所述第一光栅层102，即将从所述光源组件20发出的准直特性的光线从入光面101入射至波导层10后，从波导层10入射至所述第一光栅层102的光线能被所述第一光栅层102耦合进所述波导层10内，所述第一光栅层102靠近所述入光面101的一端与所述入光面101平齐，以使光线在所述第一光栅层102无光线泄漏，所述入射角θ_i为所述光源组件20入射至所述波导层10后再从所述波导层10入射至所述第一光栅层102的角度。

优选地，所述第二光栅层103靠近所述入光面101的一端位于所述波导层10内第二次反射光线区域靠近所述入光面101的边缘，所述第二光栅层103的另一端在所述波导层10内往远离所述入光面101的一侧延伸，以使从所述波导层10顶部出光面处全部反射回所述波导层10的光线发生衍射并从所述波导层10顶部的出光面射出，具体的，光源组件20发出的光线以波导层10发生全反射的临界角从入光面101入射至波导层10后，在所述波导层10的底面发生第一全反射，并将光线反射至所述波导层10的顶部的出光面处，并再一次在所述波导层10的顶部出光面处发生全反射，并将所述光线反射至所述第二光栅层103，进一步地，所述第二光栅层103由多个反射式衍射所述光栅组件构成，从顶部出光面处全反射至所述第二光栅层103的全反射光线将在所述第二光栅层103处反射至顶部的出光面处，波导层10的顶部出光面处又一次发生全反射，将光线反射回所述第二光栅层103，使得所述第二光栅层103接收到波导层10顶部出光面处反射回的光线时，光线将不会透射过所述第二光栅层103，且在所述第二光栅层103发生衍射，所述第二光栅层103将衍射出光线，且衍射光线只会从波导层顶部的出光面出射，实现背光组件的单面出光，进一步地，从波导层10顶部的出光面出射至所述上基本30，再从上基板30出射。又因为下基板40的折射率小于波导层10的折射率，使得光线进入下基板40不会从那个下基板40出射，仅在下基板40内部中发生全反射，以实现单面显示。以此，所述光源组件20发出的准直光入射至波导层10后，在波导层10内周期性地发生全反射，由于所述第二光栅层103用于将所述波导层10顶部出光面处每一周期反射回的光线都能全部或者部分的衍射出所述波导层10并从所述波导层10的顶部的出光面出射，因此所述第二光栅层103的另一端位于所述波导层10与所述入光面101相对的一面，并与其平齐，且在当所述第二光栅103设置在距离所述波导层10底面D/2的位置处，进而实现第二光栅层103衍射出的光线为单侧连续整面的出光，不会出现光学盲区。

优选地，所述第一光栅层102和所述第二光栅层103由多个光栅组件构成，所述第一光栅层102和所述第二光栅层103设有多个反射式衍射所述光栅组件，以使光线入射至所述第一光栅层102和所述第二光栅层103后，衍射后的光线只能从所述第一光栅层102和所述第二光栅层103入光侧出射且不能透过所述第一光栅层102和所述第二光栅层103，并将衍射光线衍射入所述波导层10内，在波导层10的引导下，入射至波导层10的顶部的出光面，并从顶部的出光面出射，从而实现背光模组的单面出光。

参考图2，进一步地，在一种实施方式中，由于第一光栅层102和第二光栅层103位置的差异，使得第一光栅层102和第二光栅层103衍射出的衍射光线覆盖区域有不重叠区域，且不重叠区域对应的上基板30也不会有光线出射，从而出现光学盲区。因此，为了避免光学盲区，在所述波导层10的顶部的出光面处背对所述波导层10底面的一侧设置有第三光栅层104，所述第三光栅层104的长度等于第一光栅层102和第二光栅层103衍射光线不重叠的辐射区域，即为所述第三光栅层104的长度等于第一光栅层102和第二光栅层103衍射出的衍射光线覆盖区域的间隔长度，其具体为：

S＝D·[(1/2)·tanθ_i-tanθ_d)]

其中，S为第三光栅层104的长度，θ_i为所述光源组件20入射至所述波导层10后再从所述波导层10入射至所述第一光栅层102的入射角度，θ_d为第一光栅层102的衍射角度。

进而第三光栅层104接收来自波导层10传输的光线，波导层10传输出的光线将在第三光栅层104发生衍射，并将所述光线衍射出波导层10顶部的出光面，在第三光栅层104的衍射出光线时，将覆盖第一光栅层102和第二光栅层103衍射光线不重叠区域，进而实现背光模组正面连续出光，当然，当第三光栅层104采用如同第一光栅层102和第二光栅层103的透明介质材料，且由至少一个反射式光栅组件构成，以实现整个背光模组的出光面为单侧连续整面的出光，不会出现光学盲区。在本发申请中，所述第二光栅层103位于其他位置时，需满足第三光栅层104所在区域有从波导层10出射的光线，且不包含第一光栅层102和第二光栅层103衍射光线的重叠区域。在本实施例中优选的实施方式中，所述第二光栅层103设置在距离所述波导层10底面D/2的位置处，同前所述，因为下基板40的折射率小于波导层10的折射率，使得光线进入下基板40不会从那个下基板40出射，仅在下基板40内部中发生全反射，以实现单面显示。

参考图3，在一种实施方式中，单侧出光的器件结构中，光源组件20发出的光线经入光面101入射至波导层10后，光线在波导层10内全反射传输，每经过一次光栅层，将会发生一次衍射，在波导层10中光线的能量将会有一部分衍射损失，使得从上基板30中出射的光线的能量也会逐渐降低，又光线在波导层10内全反射传输时的反射面的尺寸是固定的(等于D·tanθ_i)，因此可以将所述第一光栅层102和所述第二光栅层103分为与所述衍射周期相对应的多段光栅，设计每段光栅衍射效率，使每段光栅的衍射效率按照衍射周期的增加逐级提高，光线会部分或者全部入射至下基板40内，从而降低了光线的反射能量。

优选地，按照所述光线衍射周期，将所述第一光栅层102和所述第二光栅层103分为与所述衍射周期相对应的多段光栅，如图3中1、2、3、4，按照预设衍射效率规则，所述第一光栅层102的每一段所述光栅的衍射效率逐级增加，在所述第一光栅层102的长度较短时，所述第一光栅层102的长度为一段光栅(如图中的1)，所述第一光栅层102的衍射效率最低，所述第二光栅层103的每一段所述光栅的衍射效率逐级增加，即如图3中所示，所述第二光栅层103按照衍射光线的衍射周期，将所述第二光栅层103分为了2、3、4段光栅且2、3、4段光栅的衍射效率是逐渐增加的，且是大于第一光栅层102的1光栅段的衍射效率，例如1、2、3、4段光栅对应的衍射效率分别为：η₁、η₂、η₃、η₄，各段光栅对应的效率的高低为：η₁<η₂<η₃<η₄。其中，衍射效率可依据预设衍射效率规则确定，预设衍射效率规则具体为：

其中N为第一光栅层102和第二光栅层103总的光栅分段数目，η_i为从入光面101至远离入光面101第i段光栅的衍射效率。

所述第一光栅层102和所述第二光栅层103包括至少一个物理参数，所述物理参数依据所述物理参数与所述光源的光向和强度的预设规则确定，所述物理参数包括：光栅周期、光栅高度、光栅占空比。通过优化得出合适的光栅层第一光栅层102的结构(光栅周期、光栅高度、光栅占空比等)，使得衍射光线中波导层10底面、顶部的出光面能量的比例很大，甚至实现只有一侧(如1至3中顶部的出光面)有光能量的高对比度单侧出光。但是本实施例中光线的主要能量还是主要集中在波导层10中继续进行全反射传输。其中，所述第二光栅层103的光栅周期、光栅高度、光栅占空比可以选择与第一光栅层102光栅周期、光栅高度、光栅占空比相同。进一步地，第三光栅层104的物理参数包括：光栅周期、光栅高度、光栅占空比。其可选择与第一光栅层102和/或第二光栅层103相同或者不同。

实施例二

如图4所示，在一种实施方式中，本发明提供了，所述第一光栅层102的长度等于所述波导层10的长度，所述第二光栅层103包括间隔设置的多个光栅组1031，所述出光面处每一次反射光线的辐射区域对应一个所述光栅组1031，且每个所述光栅组1031靠近所述入光面101的一端位于对应周期反射光线区域靠近所述入光面101的边缘。

第一光栅层102由多个反射式光栅组件构成，第二光栅层103由多个透射式光栅组件构成。第一光栅层102和第二光栅层103能将光线衍射出所述波导层10的出光面，且能够从出光面入射至上基板30，由于波导层的折射率大于上基板30的折射率，且衍射光线入射角小于波导层10的全反射的临界角，因此能从上基本30出射，且其原理适用于实施例一。在波导层10内包括多个周期的全反射和衍射，其中周期为奇数的反射光线在第一光栅层102发生衍射，周期为偶数的反射光线在第二光栅层103发生透射和衍射。又因为所述第二光栅层103发生由透射式光栅组件构成，周期为偶数的反射光线入射至所述第二光栅层103时，所述第二光栅层103衍射出光线的同时将透过部分或者全部反射光线，并将入射至所述第一光栅层102，并在所述第一光栅层102上发生周期为奇数的衍射，同时在波导层10的底面发生全反射，以使光线能反射至波导层10顶部的出光面处并在波导层10顶部的出光面处发生全反射，在波导层10顶部的出光面处发生全反射的反射光线入射至第二光栅层103，以使光线在第二光栅层103发生透射和衍射。优选地，所述第二光栅层103的所述光栅组1031长度越长，衍射光线范围越大，光线盲区范围越小，根据几何关系可知，所述第二光栅层103位于所述波导层10距离底面或者顶部的出光面(D/2)处，由此，所述第二光栅层103的所述光栅组1031能充分利用在波导层10空间内传输的光线，使得光学盲区尺寸充分减少。

优选地，所述光栅组1031的长度按照预设长度规则设置，相邻两所述光栅组1031的间距按照预设间距规则设置。

优选地，根据几何关系可知，在所述第二光栅层103位于所述波导层10距离底面或者顶部的出光面(D/2)处时，所述预设长度规则为：

T＝D/2·[tanθ_i+tan(θ_i-θ_d)

其中，所述T为所述光栅组长度，D为所述波导层厚度，所述θ_i所述光源在光栅层上的入射角度，θ_d为光栅的衍射角。所述第二光栅层103光栅组

优选地，所述预设间距规则为：

W＝2D·tanθ_i-T

其中，W为所述光栅组间隔距离，所述T为所述光栅组长度，D为所述波导层厚度，所述θ_i所述光源在光栅层上的入射角度。

优选地，所述第一光栅层102和所述第二光栅层103由多个光栅组件构成，所述第一光栅层102设有多个反射式衍射所述光栅组件，所述第二光栅层103设有多个透射式衍射所述光栅组件。进而第一光栅层102的主要作用在于将反射或者透射至所述第一光栅层102的光线衍射至波导层10内，并在波导层10的引导作用下入射至波导层10顶部的出光面，且从波导层10顶部的出光面出射；又波导层10底面反射出的光线将在波导层10顶部的出光面处发生全反射，反射光线入射至第二光栅层103，第二光栅层103控制反射光线衍射的同时，将部分或者全部光线透过第二光栅层103并入射至第一光栅层102。同实施例一，波导层10底面会有部分光线入射至下基板40，而下基板40的折射率小于波导层10的折射率，使得光线进入下基板40不会从那个下基板40出射，仅在下基板40内部中发生全反射，以实现单面显示。

如图5所示，进一步地，在一种实施方式中，由于第二光栅层103每个光栅组1031对应一个周期的波导层10顶部出光面处的全反射光线，其每一段子光栅1031在波导层10内接收到顶部的出光面处反射的光线相对第一光栅层102接收到每一段子光栅1031透射的光线位置具有差异，其为从波导层10出光面往波导层底面的高度方向上，与传统的一层光栅层相对比，同一个反射周期内，每一段子光栅1031在波导层10内接收到顶部的出光面反射的光线相对第一光栅层102接收到每一段子光栅1031透射的光线的位置较前，导致第一光栅层102衍射出的光线和第二光栅层103的每个光栅组1031的衍射光线具有不重叠区域，仅会出现较小的光学盲区，例如，从波导层10的底面往顶部的出光面设置一条轴线，波导层10的顶部的出光面坐标为D，第二光栅层103对应轴线上的D/2处，第一光栅层102对应轴线上的0处，由此可知(D/2)<D，因此从高度方向第二光栅层103发生衍射点较高，又两光栅层的衍射角小于反射角，使得同一周期的衍射光线在波导层内覆盖的区域相对反射光线在波导层内覆盖的区域更靠近入光面101，第二光栅层103接收的是相邻周期的下一个周期的反射光线，使得下一周期第二光栅层103的衍射光线和上一周期第一光栅层102的衍射光线具有不重叠区域，出现光学盲区。因此，在所述波导层10顶部的出光面背对所述波导层10底面的一侧设置有第三光栅层104，所述第三光栅层104位于所述第一光栅层102衍射光线和所述第二光栅层103衍射光线覆盖区域的不重叠区域，且所述第三光栅层104的长度等于所述不重叠区域长度，所述第三光栅层104接收波导层10传输的光线，并将所述光线衍射出波导层10的出光面，且衍射光线经出光面后进一步通过上基板30出射，其中上基本30的折射率小于波导层10，且衍射光线的入射角小于波导层10全反射的临界角，使得光线能够通过上基板30出射。所述第三光栅层104与所述第一光栅层102材质相同且由多个反射式光栅组件构成，所述第一光栅层102、所述第二光栅层103、所述第三光栅层104均为透明材料。由于，第二光栅层103包括多个光栅组1031，因此，下一周期第二光栅层103中光栅组1031衍射光线和上一周期第一光栅层102的衍射光线具有不重叠区域，因此具有多个光学盲区，且在每个光学盲区内设置一段光栅，共同构成第三光栅层104，第三光栅层104每一段光栅的长度根据如下规则确定，具体为：

其中L为传统单侧出光方案的光线盲区尺寸，D为波导层10的厚度，θ_i为所述光源组件20入射至所述波导层10后再从所述波导层10入射至所述第一光栅层102的入射角度，θ_d为第一光栅层102的衍射角度，K为一个光栅组1031衍射光线的宽度。

第三光栅层104中相邻两光栅的间距通过如下规则确定，具体为：

进而在第三光栅层104的衍射出光线时，将覆盖第一光栅层102和第二光栅层103衍射光线不重叠区域，进而实现背光模组正面连续出光，当然，当第三光栅层104采用如同第一光栅层102和第二光栅层103的透明介质材料，且由至少一个反射式光栅组件构成，以实现整个背光模组的出光面为单侧连续整面的出光，不会出现光学盲区，在本发申请中，所述第二光栅层103位于其他位置时，需满足第三光栅层104所在区域有从波导层10出射的光线，且不包含第一光栅层102和第二光栅层103衍射光线的重叠区域。在本实施例中优选的实时方式中，所述第二光栅层103设置在距离所述波导层10底面D/2的位置处。

同实施例一，单侧出光的器件结构中，因为下基板40的折射率小于波导层10的折射率，且入射角等于临界角，使得光线进入下基板40不会下基板40出射，仅在下基板40内部中发生全反射，以实现单面显示。同时，也会降低反射光线的能量。光线在波导层10内全反射传输，每经过一次光栅层，将会发生一次衍射，在波导层10中光线的能量将会有一部分衍射损失，因此同样可以将所述第一光栅层102和所述第二光栅层103分为与所述衍射周期相对应的多段光栅，设计每段光栅衍射效率，使衍射效率按照衍射周期增加逐级提高。

优选地，按照所述光线衍射周期，将所述第一光栅层102和所述第二光栅层103分为与所述衍射周期相对应的多段光栅，第二光栅层103的每个光栅组1031为一段光栅，按照预设衍射效率规则，所述第一光栅层102的每一段所述光栅的衍射效率逐级增加，依据衍射周期，将所述第一光栅层102的长度分为两段光栅(如1和3)，所述第二光栅层103按照衍射光线的衍射周期，将所述第二光栅层103分为了2、4段光栅，例如，1、2、3、4段光栅相对应的衍射效率分别为：η₁’、η₂’、η₃’、η₄’，各段光栅对应的效率的高低为：η₁’<η₂’<η₃’<η₄’。其中，衍射效率可依据预设衍射效率规则确定，预设衍射效率规则具体为：

其中N为第一光栅层102和第二光栅层103总的光栅分段数目，η’_i为从入光面101至远离入光面101第i段光栅的衍射效率。

在本发明公开的实施例中，所述第一光栅层和所述第二光栅层包括至少一个物理参数，所述物理参数依据所述物理参数与所述光源的光向和强度的预设规则确定，所述物理参数包括：光栅周期、光栅高度、光栅占空比。通过优化得出合适的光栅层第一光栅层和所述第二光栅层的结构(光栅周期、光栅高度、光栅占空比等)，使得衍射光线中波导层底面、顶部的出光面能量的比例很大，甚至实现只有一侧(如图中顶部的出光面)有光能量的高对比度单侧出光。但是本实施例中光线的主要能量还是主要集中在波导层中继续进行全反射传输。进一步地，第三光栅层的物理参数包括：光栅周期、光栅高度、光栅占空比。其可选择与第一光栅层和/或第二光栅层相同或者不同。

本发明还提供了一种显示装置，包括任意一项所述的背光模组，所述装置包括显示模组、手机、电脑、电视、电子手表、PC平板、行车记录仪等。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，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 (10)

1.一种背光模组，其特征在于，包括波导层及光源组件，所述波导层包括位于其侧面的入光面、位于其底部的底面及位于其顶部的出光面，所述底面设有第一光栅层，所述波导层的内部还设有第二光栅层；

所述光源组件发出的光以预设角度经所述入光面入射至所述波导层中并传输至所述第一光栅层上和所述底面上，传输至所述第一光栅层上的光被所述第一光栅层衍射至所述出光面处且从所述出光面出射，传输至所述底面上的光被所述底面反射至所述出光面处，且在所述出光面处反射至所述第二光栅层，在所述出光面处反射至所述第二光栅层的光被所述第二光栅层衍射至所述出光面处且从所述出光面出射；所述出光面背对所述波导层底面的一侧设置有第三光栅层，所述第三光栅层位于所述第一光栅层衍射光线和所述第二光栅层衍射光线不重叠的辐射区域，且所述第三光栅层的长度等于所述不重叠的辐射区域长度。

2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一光栅层的长度为所述波导层厚度与所述波导层底面或者顶面反射光线的反射角正切值的乘积，所述第一光栅层靠近所述入光面的一端与所述入光面平齐。

3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述第二光栅层靠近所述入光面的一端位于所述波导层内第二次反射光线区域靠近所述入光面的边缘，所述第二光栅层的另一端在所述波导层内往远离所述入光面的一侧延伸，以使从所述出光面处全部反射回所述波导层的光线发生衍射并从所述出光面射出，所述第二光栅层由多个反射式衍射光栅组件构成。

4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一光栅层的长度等于所述波导层的长度，所述第二光栅层包括间隔设置的多个光栅组，所述出光面处每一次反射光线的辐射区域对应一个所述光栅组，且每个所述光栅组靠近所述入光面的一端位于对应所述辐射区域靠近所述入光面的边缘，且所述第二光栅层由多个透射式衍射光栅组件构成。

5.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述光栅组的长度按照预设长度规则设置，相邻两所述光栅组的间距按照预设间距规则设置。

6.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述预设长度规则为：

T＝D/2·[tanθ_i+tan(θ_i-θ_d)

其中，所述T为所述光栅组长度，D为所述波导层厚度，所述θ_i为所述光源在光栅层上的入射角度，θ_d为光栅的衍射角；

所述预设间距规则为：

W＝2D·tanθ_i-T

其中，W为所述光栅组间隔距离，所述T为所述光栅组长度，D为所述波导层厚度，所述θ_i为所述光源在光栅层上的入射角度。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的背光模组，其特征在于，所述第三光栅层与所述第一光栅层材质相同且由多个反射式光栅组件构成，所述第一光栅层、所述第二光栅层、所述第三光栅层均为透明材料。

8.根据权利要求7所述的背光模组，其特征在于，按照所述光源组件发出的光在所述波导层中的衍射周期，将所述第一光栅层和所述第二光栅层分为与所述衍射周期相对应的多段光栅，每一段所述光栅的衍射效率通过预设衍射效率规则，且每一段所述光栅的衍射效率随着所述衍射周期的增加而逐级增加。

9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，还包括在所述出光面背对所述底面一侧设置的上基板，以及所述底面背对所述出光面一侧设置的下基板。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的背光模组。

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