CN109765721B - 一种前置光源模组、显示装置、显示方法及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前置光源模组、显示装置、显示方法及制作方法，以解决现有技术的前置光源模组由于双侧均有出光，导致暗态显示时对比度急剧下降、色域降低、显示效果差的问题。本发明实施例提供一种前置光源模组，包括：波导板，位于所述波导板的至少一侧面的用于为所述波导板提供全反射光的光源结构，位于所述波导板的出光面的用于将所述波导板内全反射光取出的光栅结构，以及位于所述波导板背离所述出光面且与所述光栅结构一一对应的遮光结构，在垂直于所述波导板出光面的方向上，所述遮光结构的正投影与所述光栅结构的正投影至少部分重叠。

Description

一种前置光源模组、显示装置、显示方法及制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种前置光源模组、显示装置、显示方法及制作方法。

背景技术

平面显示装置如液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)具备轻薄、节能、无辐射等诸多优点，因此被广泛应用于高清数字电视、电脑、个人数字助理(PDA)、移动电话、数码相机等电子设备中。

液晶显示装置中的反射式液晶显示装置分为被动式显示装置和主动式显示装置。反射式显示装置的前置光源模组双侧均有出光，导致暗态显示时(即在环境光较弱或暗室环境下)对比度急剧下降，从而导致色域降低，显示效果差。

发明内容

本发明提供一种前置光源模组、显示装置、显示方法及制作方法，以解决现有技术的前置光源模组由于双侧均有出光，导致暗态显示时对比度急剧下降、色域降低、显示效果差的问题。

本发明实施例提供一种前置光源模组，包括：波导板，位于所述波导板的至少一侧面的用于为所述波导板提供全反射光的光源结构，位于所述波导板的出光面的用于将所述波导板内全反射光取出的光栅结构，以及位于所述波导板背离所述出光面且与所述光栅结构一一对应的遮光结构，在垂直于所述波导板出光面的方向上，所述遮光结构的正投影与所述光栅结构的正投影至少部分重叠。

在一种具体可能的实施方式中，在垂直于所述波导板出光面的方向上，所述遮光结构的中心与对应的所述光栅结构的中心相互重合。

在一种具体可能的实施方式中，在垂直于所述波导板出光面的方向上，所述遮光结构的正投影为尺寸为微米级的黑矩阵。

在一种具体可能的实施方式中，所述前置光源模组还包括设置在所述光栅结构背离所述波导板一面的电润湿结构；

所述电润湿结构包括折射率大于所述光栅结构的油相液体以及与所述光栅结构折射率相同的水；

所述电润湿结构用于在第一控制信号的控制下，所述油相液体覆盖所述光栅结构，以及用于在第二控制信号的控制下，所述水覆盖所述光栅结构。

在一种具体可能的实施方式中，所述光栅结构为纳米光栅或全息布拉格光栅。

在一种具体可能的实施方式中，所述光栅结构包括与红光对应的第一子光栅结构、与绿光对应的第二子光栅结构以及与蓝光对应的第三子光栅结构；

所述第一子光栅结构具有与出射红光的第一衍射级次衍射光所对应的第一光栅周期，所述第二子光栅结构具有与出射绿光的第一衍射级次衍射光所对应的第二光栅周期，所述第三子光栅结构具有与出射蓝光的第一衍射级次衍射光所对应的第三光栅周期。

在一种具体可能的实施方式中，所述光源结构包括：红光发光光源、绿光发光光源、蓝光发光光源、以及光准直结构；其中，

所述光准直结构包括与所述波导板的所述侧面相对的第一平面、与所述波导板的所述出光面位于同一平面的第二平面，以及连接所述第一平面和所述第二平面的曲面；所述红光发光光源、所述绿光发光光源、以及所述蓝光发光光源位于所述光准直结构的所述第二平面；所述光准直结构用于将所述红光发光光源、所述绿光发光光源、所述蓝光发光光源分别以预设角度入射到所述波导板。

本发明实施例还提供一种显示装置，所述显示装置包括如本发明实施例提供的所述前置光源模组，以及设置在所述前置光源模组出光面一侧、且具有与所述光栅结构一一对应的像素单元的显示面板，其中，

所述显示面板包括：相对设置的阵列基板和对向基板，以及位于所述阵列基板和所述对向基板之间的液晶层，其中，所述对向基板位于所述液晶层的面向所述前置光源模组的一面，所述阵列基板设置有反射层。

本发明实施例还提供一种采用如本发明实施例提供的所述显示装置进行显示的显示方法，所述显示方法包括：

在确定环境光的亮度小于或等于第一预设值时，控制所述波导板内的全反射光经所述光栅结构照射到所述显示面板，通过所述前置光源模组实现显示；

在确定环境光的亮度大于所述第一预设值时，控制所述前置光源模组不出光，为透明结构，通过所述显示面板实现显示。

本发明实施例还提供一种制作如本发明实施例提供的所述显示装置的制作方法，所述制作方法包括；

形成前置光源模组；

在所述前置光源模组的出光面形成光控制结构；

形成显示面板；

其中，所述形成前置光源模组，包括：形成光栅结构；所述形成光栅结构具体包括：

通过电子束光刻、激光直写或激光干涉法形成第一子光栅结构母板、第二子光栅结构母板、第三子光栅结构母板，通过拼接方式形成与所述显示装置的尺寸相匹配的拼接光栅母板，并通过一次压印压印到光刻胶；

或者，通过电子束光刻、激光直写或激光干涉法形成与像素尺寸相匹配的第一子光栅结构母板、第二子光栅结构母板、第三子光栅结构母板，通过掩膜板的逐次遮挡，并通过多次压印依次压印到光刻胶。

本发明实施例有益效果如下：本发明实施例提供的前置光源模组，包括：波导板，位于波导板的至少一侧面的用于为波导板提供全反射光的光源结构，位于波导板的出光面的用于将波导板内全反射光取出的光栅结构，以及位于波导板背离出光面且与光栅结构一一对应的遮光结构，在垂直于波导板出光面的方向上，遮光结构的正投影与光栅结构的正投影至少部分重叠，即，本发明实施例中，通过光源结构为波导板提供可在波导板进行全反射的光，而在波导板出光面设定位置设置的光栅结构可以对特定波长的入射的光进行衍射，实现单侧特定波长过滤出光，而在波导板背离出光面的一面设置的与光栅结构一一对应的遮光结构可以吸收非目标波长的光出射，进而可以使前置光源模组实现下表面出射特定角度和强度的衍射光，上表面完全没有光出射，从而实现超高的上、下方出光效率的对比，提升色域、改善显示效果差的问题，尤其在将该前置光源应用到显示装置并在暗态显示时，对比度较高，进而可以解决现有技术的前置光源模组由于双侧均有出光，导致暗态显示时对比度急剧下降、色域降低、显示效果差的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种前置光源模组的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种具有具体光源结构的前置光源模组的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的波导板的两侧均设置有光源结构的前置光源模组的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种不同级次的衍射光与反射光的传播示意图；

图5为本发明实施例提供的一种布拉格光栅的原理示意图；

图6为本发明实施例提供的一种激光干涉法制备全息光栅的光路示意图；

图7为本发明实施例提供的一种水未覆盖光栅结构的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种水完全覆盖光栅结构的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种水部分覆盖光栅结构的示意图；

图10为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种显示方法的流程示意图；

图12为本发明实施例提供的一种制作光栅结构的方法流程示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种制作光栅结构的方法流程示意图。

具体实施方式

为了使得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。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“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。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

参见图1，本发明实施例提供一种前置光源模组1，包括：波导板11，位于波导板11的至少一侧面的用于为波导板11提供全反射光的光源结构12，位于波导板11的出光面的用于将波导板11内全反射光取出的光栅结构13，以及位于波导板11背离出光面且与光栅结构13一一对应的遮光结构14，在垂直于波导板11出光面的方向上，遮光结构14的正投影与光栅结构13的正投影至少部分重叠。

本发明实施例提供的前置光源模组，包括：波导板，位于波导板的至少一侧面的用于为波导板提供全反射光的光源结构，位于波导板的出光面的用于将波导板内全反射光取出的光栅结构，以及位于波导板背离出光面且与光栅结构一一对应的遮光结构，在垂直于波导板出光面的方向上，遮光结构的正投影与光栅结构的正投影至少部分重叠，即，本发明实施例中，通过光源结构为波导板提供可在波导板进行全反射的光，而在波导板出光面设定位置设置的光栅结构可以对特定波长的入射的光进行衍射，实现单侧特定波长过滤出光，而在波导板背离出光面的一面设置的与光栅结构一一对应的遮光结构可以吸收非目标波长的光出射，进而可以使前置光源模组实现下表面出射特定角度和强度的衍射光，上表面完全没有光出射，从而实现超高的上、下方出光效率的对比，提升色域、改善显示效果差的问题，尤其在将该前置光源应用到显示装置并在暗态显示时，对比度较高，进而可以解决现有技术的前置光源模组由于双侧均有出光，导致暗态显示时对比度急剧下降、色域降低、显示效果差的问题。

在具体实施时，对于本发明实施例提供的光源结构12，结合图2所示，其具体可以包括：红光发光光源122、绿光发光光源123、蓝光发光光源124、以及光准直结构121；其中，光准直结构121包括与波导板11的侧面相对的第一平面1211、与波导板11的出光面位于同一平面的第二平面1212，以及连接第一平面1211和第二平面1212的曲面1213；红光发光光源122、绿光发光光源123、以及蓝光发光光源124位于光准直结构121的第二平面1212；光准直结构121用于将红光发光光源122、绿光发光光源123、蓝光发光光源124分别以预设角度入射到波导板11。本发明实施例中，光源结构14包括红、绿、蓝三基色光源，以及对三基色光源的出射光进行光准直的光准直结构121，通过选取合适的光准直结构121以及设置三基色光源的位置，进而可以使三基色的出射光均以预设角度入射到波导板11，而该预设角度可以满足使相应的基色光在波导板11内进行全反射，并可以照射到波导板11出光面的设定位置，在遇到该设定位置时的光栅结构13时，可以以特定角度进行出射，进而可以使光源结构14为波导板11提供具有较高强度以及特定出射角度的光。

在具体实施时，可以仅是在波导板11的一个侧面设置光源结构，如图2所示；也可以是在波导板11相对的两个侧面设置光源结构，如图3所示(以波导板设置一个单色光源为例进行举例说明)，在波导板11相对的两个侧面均设置光源结构12时，为了提高亮度，两侧同色光源122的位置和准直结构121希望尽量镜面对称，使得零级衍射光光以固定的角度在波导板11中反复多次传输，达到在不同设计位置滤光出光，实现整面均匀出光，并能减小背离出光面(即设置遮光结构14一面)的漏光的问题。两侧侧入式光源结构12均以给定角度入射(θ)，若如果波导板选用常用的0.5t的折射率为1.52的玻璃，确保光以大于玻璃与空气之间的全反射角的角度在玻璃光波导板中远距离传输。玻璃与空气之间的全反射角可以通过公式

计算得到。为了使各色光通过准直系统之后在波导板内全反射传输，则入射光的角度均要大于

红、绿、蓝三基色光源具体可以由R、G、B三色的半导体激光器芯片制成，也可由准直性比较好的R、G、B三色的LED芯片制成，也可以是LED加特定的量子点材料实现R、G、B三色，但不限于这些类型。光准直结构121具体可以是图2中的一种具有抛物面的准直透镜。

在具体实施时，对于本发明实施例提供的光栅结构13，结合图2所示，其具体可以为纳米光栅或全息布拉格光栅。光栅结构13包括与红光对应的第一子光栅结构131、与绿光对应的第二子光栅结构132以及与蓝光对应的第三子光栅结构133；第一子光栅结构131具有与出射红光的第一衍射级次衍射光所对应的第一光栅周期，第二子光栅结构132具有与出射绿光的第一衍射级次衍射光所对应的第二光栅周期，第三子光栅结构133具有与出射蓝光的第一衍射级次衍射光所对应的第三光栅周期。本发明实施例中，通过选择与相应的所需出光色的第一衍射级次衍射光(如只有+1st或者-1st衍射)所对应的光栅周期，可以避免由于大衍射级次的衍射光出射的光发散角较大，进而导致不同颜色的光之间容易发生相互串扰的问题。

具体的，通过优化光栅的高度和占空比，并且使非零级反射衍射级次的光强度尽量低，使得被背离波导板出光面的表面的遮光结构14吸收的光能较低，实现较高的光能利用率。光栅结构13的周期由设计的出光方向以及颜色决定，占空比一般在0.1～0.9之间皆可，但为了加工方便，一般为0.5，但在实际产品设计中可以偏离此值(如为调节出光的光强，不同面板位置亮度的差异等目的)。波导和光栅的耦合对光栅的高度不是特别敏感，对于R、G、B像素可以选择相同的光栅高度，但不限于此，也可以分别针对R、G、B像素进行设计。选择通过一定比例的光，使其他非目标波长的光以原角度向前传输或者小角度的漏光被遮光结构吸收。

滤光光栅优选纳米光栅，实现对应不同波长的光通过光栅结构后，只有0th和其他小衍射级次的光，通过光栅透射目标波长和角度的光，与透射对应的反射小衍射角度的光被波导板背离出光面的上表面的遮光结构14吸收，实现上表面完全无光透射。纳米光栅的周期可以通过透射式衍射公式n_i sin θ_i-n_d sin θ_d＝mλ/d(其中，m＝+/-1,+/-2…)计算获得。其中，θ_i和θ_d分别为入射角度和衍射角，m为衍射级次，d为光栅周期，λ为入射光波长，为n_i和n_d为玻璃波导板和出射界面的等效折射率。如果已知出、入射光介质的折射率波长，入射光角度，光栅周期，就能求的衍射级次和各衍射级次对应的衍射角度。在实际的产品设计中，出光方向可以由专业的光学仿真软件进行精确设计。在一般的AR/VR应用场景中，显示装置上某一位置上的像素的出光方向往往是固定的，由该像素相对于人眼的位置决定，即上式中显示模式的出光方向θ_d是固定的。此时通过调节光栅的周期d，即可实现给定颜色(波长λ)的光线在给定方向θ_d上出射。此方案希望通过滤光光栅之后，透射出光衍射级次尽量低，如只有+1st或者-1st衍射，其中透射的1st级衍射以垂直向下透射出射，即θ_d为0°。以下结合图4进行具体说明，例如，入射光为440nm的蓝光以65°入射到玻璃导光板中，导光板下表面是周期为320nm的光栅，占空比为50％(线宽为160nm)，高度为100nm时：a、透射衍射光的T-1st衍射以0°出射，此时在320nm光栅的位置以65°照射的只有蓝色的440nm的光，则透射出光也只有440nm的T-1st衍射的光；b、反射的R-1st级也为0°出射，R-2^nd和R0th级衍射都以65°继续向前传输。其他0th和R-2nd的光都以原角度向前传输，65°也大于玻璃与空气之间的全反射角(41°)，也不会有光从上表面透射。反射的R-1st级衍射光被位于波导板上方的遮光结构(如BM)完全吸收，而没有出光。综上，以蓝光为例，只有向下单侧的T-1st衍射出光。以此类推，如果入射的绿光和红光的波长以540nm和650nm为例，也可以计算出相应的光栅周期如表1所示。表1中，针对RGB三色以45°、55°、65°入射时，以0°衍射透射出光为前提，计算得到的不同波长对应的光栅的周期和衍射级次及衍射角分布。为了实现大面积上均匀出光，可以要求每一个光栅透射出光光强并不以-1st衍射最强出射，根据显示器件的尺寸和光源数量，如两侧侧入式光源等来确定光栅的高度和占空比。光栅的线宽和占空比只影响衍射效率，对衍射出光的波长并不影响。

表1

如果滤光光栅是全息布拉格光栅，全息布拉格光栅具有对角度和入射光波长都敏感的特性，即通过选择合适的全息材料，如LiNbO3：Fe晶体(掺铁量为0.05wt％)，或者PMMA+AA(丙烯酸)+PQ(光敏剂)，或者用ALD沉积薄膜Sb2Te3/SiO2/Si生长出全息材料，然后通过干涉曝光的方式，在全息材料上曝光制备出对不同波长敏感的布拉格光栅结构。结合图5所示，布拉格光栅的周期可以通过布拉格光栅计算得到：2*d sin θ_b＝m*λ，其中，d为布拉格光栅周期，θ_b为布拉格角，λ为波长，m为衍射级数。如果已知入射光波长，光栅周期和衍射级次，就能求得各波长在不同衍射级次下的衍射角度。在实际的产品设计中，出光方向和衍射级次及衍射效率都可以由专业的光学仿真软件VirtualLab进行精确设计，在此不做详细的计算和说明。根据图6的光路图，可以结合图4为例的光栅结构的排布，调整样品的曝光位置，再调整曝光角度，制备在不同位置有不同的布拉格光栅，实现特定波长在特定位置的出光。

在具体实施时，参见图7所示，前置光源模组1还包括设置在光栅结构背离波导板一面的电润湿结构；电润湿结构包括折射率大于光栅结构的油相液体(图7中未示出，以水在不同电压下的形态状态为例进行说明)以及与光栅结构折射率相同的水15；电润湿结构用于在第一控制信号的控制下，油相液体15覆盖光栅结构，以及用于在第二控制信号的控制下，水覆盖光栅结构。本发明实施例中，前置光源模组在光栅结构的背离波导板的一面还设置有电润湿结构，该电润湿结构的油相液体的折射率大于光栅结构，且含有折射率与光栅结构相同的水，进而在将该前置光源模组应用到显示装置时，在需要该光栅结构将波导板内的光出射时，通过控制电润湿结构的油相液体覆盖光栅结构，由于油相液体折射率大于光栅结构，进而可以使光经电润湿结构出射；而若不需要前置光源模组出光时，则可以控制电润湿结构的水覆盖光栅结构，由于水与光栅结构的折射率相同，则光无法从前置光源模组出射，进而可以实现根据需要对前置光源模组的是否出光进行控制。

具体的，电润结构内的流体材料需选择透明液体(如透明油质和水，但不限于此)。要求电润湿结构的折射率与光栅结构的折射率相同时，如光栅结构做在透明的折射率为1.4的光刻胶resin上，则需要选用电润湿液为折射率为1.4的油，通过改变施加在电润湿液(水滴n＝1.3)上的电压，来改变电润湿液(水)的接触角，使得电润湿液(油)覆盖光栅层，来实现光栅的开关。电润湿是通过改变液滴与绝缘基板之间电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变或者位移。当润湿液不加电压时(如图7所示)，水15接触角变大，凝结呈水滴状，周期光栅结构暴露在透明油质中，通过选择合适的透明油质材料，如丙烯酸(折射率为1.5～1.6)或正十二烷(折射率为～1.42)透明油质，使得透明油质的折射率与光栅材料(如折射率为1.33左右的MY-130 Polymer resin)折射率相差最大，光线从波导层耦合出来的耦合效率最高，此时为L255状态；当电润湿微流体加适当电压V0后(如图8所示)，水15的接触角变小，光栅层被水层完全覆盖，水15的折射率(折射率为1.33)与光栅折射率相同，此时光栅层的作用被完全覆盖，没有光从波导层耦合出来，此时为L0状态；当施加在水滴上的电压介于0与V0时间时(如图9所示)，水15的接触角介于以上两种情况之间时，在外界环境光亮度较低时，水15的覆盖程度与据所加电压的不同而不同，通过控制电润湿结构的电压即可实现不同的灰阶状态。当然，在具体实施时，本发明实施例的电润湿结构还可以包括为电润湿液提供电压的上下电极结构以及其它需要设置的部件，图7-图9仅是为了对电润湿在本申请所起的作用进行较为清楚地说明，没有对以上结构示出，但本发明不以此为限。

在具体实施时，结合图2所示，在垂直于波导板11出光面的方向上，遮光结构14的中心与对应的光栅结构13的中心相互重合。本发明实施例中，由于光栅结构13的中心通常需设置在需要出光的位置点，而将遮光结构14的中心与对应的光栅结构13的中心相互重合，进而可以对该出光位置点向上发出的出射光的完全遮挡，进而可以减少遮光结构14尺寸，以较小的遮光结构14实现对向上发出的光的准确遮挡。

在具体实施时，结合图2所示，在垂直于波导板11出光面的方向上，遮光结构14的正投影为尺寸为微米级的黑矩阵。本发明实施例中，遮光结构14的正投影为尺寸为微米级的黑矩阵，即，遮光结构较小，其在避免波导板背离出光面的一面不出光时，不会影响在前置光源模组1背离出光面一侧进行观看时的观看效果，将该前置光源模组1应用到显示装置时，也不会影响显示装置的正常显示。

具体的，本发明实施例提供的黑矩阵(BM)可以为常规显示装置所用的黑矩阵，主要用来吸收不是目标角度入射的光。材质可以是黑色光阻resin薄膜(厚度为1um左右，非严格要求)或者是金属薄膜(Cr/CrO)，厚度以吸收非目标波长的光为目的，厚度在100nm左右。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种显示装置，参见图10所示，显示装置包括如本发明实施例提供的前置光源模组1，以及设置在前置光源模组1出光面一侧、且具有与光栅结构13一一对应的像素单元的显示面板，其中，显示面板包括：相对设置的阵列基板21和对向基板(图10中未示出)，以及位于阵列基板21和对向基板之间的液晶层23，其中，对向基板位于液晶层22的面向前置光源模组1的一面，阵列基板21设置有反射层22。具体的，液晶层23与反射层11之间还可以设置有彩膜层25，前置光源模组1与液晶层23之间还可以设置有光学膜片结构24(在由前置光源模组1指向液晶层23的方向上，光学膜片结构24可以依次包括偏光片、散射膜以及四分之一波带片)。本发明实施例提供的显示装置，其包括前置光源模组以及显示面板，进而在环境光较低时，可以由该前置光源模组进行出光，配合显示面板的反射层进行显示，再通过控制前置光源模组的出光量(如通过控制电润湿结构的电压)，进而可以实现不同的灰阶状态；而在环境光较强时，可以通过控制前置光源模组不出光，使该前置光源模组为透明结构，通过显示面板的液晶层以及彩膜实现显示。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种采用如本发明实施例提供的显示装置进行显示的显示方法，参见图11所示，显示方法包括：

步骤S101、在确定环境光的亮度小于或等于第一预设值时，控制波导板内的全反射光经光栅结构照射到显示面板，通过前置光源模组实现显示；

步骤S102、在确定环境光的亮度大于第一预设值时，控制前置光源模组不出光，为透明结构，通过显示面板实现显示。

本发明实施例还提供一种制作如本发明实施例提供的显示装置的制作方法，制作方法包括；

步骤S201、形成前置光源模组；

步骤S202、在前置光源模组的出光面形成光控制结构；

步骤S203、形成显示面板；

其中，关于步骤S201、形成前置光源模组，包括：形成光栅结构；形成光栅结构具体包括：

通过电子束光刻、激光直写或激光干涉法形成第一子光栅结构母板、第二子光栅结构母板、第三子光栅结构母板，并通过拼接方式形成与显示装置的尺寸相匹配的拼接光栅母板，并通过一次压印压印到光刻胶；

或者，通过电子束光刻、激光直写或激光干涉法形成与像素尺寸相匹配的第一子光栅结构母板、第二子光栅结构母板、第三子光栅结构母板，通过掩膜板的逐次遮挡，并通过多次压印依次压印到光刻胶。

即，第一种方案是用拼接的方式形成大模板，即是与具体产品尺寸相匹配的大母版，最终一次压印形成一个产品。方案二是每个像素形成一个母板，通过几次压印形完成一个产品。

具体的，方案一、参见图12所示，对于通过拼接方式形成光栅结构，具体操作步骤可以如下：

Step a)、先用e-beam Litho.或者photo的方式分别制备3种母版；

Step b)、用拼接的方式，将Step a)的3种母版用拼接的方式，制备出适合具体器件结构尺寸的拼接光栅母版；

Step c-d)、旋涂光刻胶；

Step e)、通过一次压印过程压印到光刻胶上。

具体，也可以采用方案二的方式制作光栅结构，如图13所示，如下：

Step a)、e-beam Litho.或者photo的方式分别形成与像素尺寸相匹配的3种母版。

Step b-c)、形成相应的掩膜板。

Step d)、旋涂用于制作光栅结构的光刻胶。

Step e-g)、在掩膜板的遮挡下，依次用不同的母板压印，通过多次压印依次压印到光刻胶，在光刻胶上形成具有不同光栅周期的光栅结构。

Step h)、去掉掩膜板。

方案二与方案一不同的是，不用拼接技术，直接制备母版，开Mask板遮挡非目标区域，用3种光栅母版压印，就能实现方案一最终实现的结构。

本发明实施例有益效果如下：本发明实施例提供的前置光源模组，包括：波导板，位于波导板的至少一侧面的用于为波导板提供全反射光的光源结构，位于波导板的出光面的用于将波导板内全反射光取出的光栅结构，以及位于波导板背离出光面且与光栅结构一一对应的遮光结构，在垂直于波导板出光面的方向上，遮光结构的正投影与光栅结构的正投影至少部分重叠，即，本发明实施例中，通过光源结构为波导板提供可在波导板进行全反射的光，而在波导板出光面设定位置设置的光栅结构可以对特定波长的入射的光进行衍射，实现单侧特定波长过滤出光，而在波导板背离出光面的一面设置的与光栅结构一一对应的遮光结构可以吸收非目标波长的光出射，进而可以使前置光源模组实现下表面出射特定角度和强度的衍射光，上表面完全没有光出射，从而实现超高的上、下方出光效率的对比，提升色域、改善显示效果差的问题，尤其在将该前置光源应用到显示装置并在暗态显示时，对比度较高，进而可以解决现有技术的前置光源模组由于双侧均有出光，导致暗态显示时对比度急剧下降、色域降低、显示效果差的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种前置光源模组，其特征在于，包括：波导板，位于所述波导板的至少一侧面的用于为所述波导板提供全反射光的光源结构，位于所述波导板的出光面的用于将所述波导板内全反射光取出的光栅结构，以及位于所述波导板背离所述出光面且与所述光栅结构一一对应的遮光结构，在垂直于所述波导板出光面的方向上，所述遮光结构的正投影与所述光栅结构的正投影至少部分重叠；

在垂直于所述波导板出光面的方向上，所述遮光结构的中心与对应的所述光栅结构的中心相互重合；在垂直于所述波导板出光面的方向上，所述遮光结构的正投影为尺寸为微米级的黑矩阵。

2.如权利要求1所述的前置光源模组，其特征在于，所述前置光源模组还包括设置在所述光栅结构背离所述波导板一面的电润湿结构；

所述电润湿结构包括折射率大于所述光栅结构的油相液体以及与所述光栅结构折射率相同的水；

所述电润湿结构用于在第一控制信号的控制下，所述油相液体覆盖所述光栅结构，以及用于在第二控制信号的控制下，所述水覆盖所述光栅结构。

3.如权利要求1所述的前置光源模组，其特征在于，所述光栅结构为纳米光栅或全息布拉格光栅。

4.如权利要求3所述的前置光源模组，其特征在于，所述光栅结构包括与红光对应的第一子光栅结构、与绿光对应的第二子光栅结构以及与蓝光对应的第三子光栅结构；

所述第一子光栅结构具有与出射红光的第一衍射级次衍射光所对应的第一光栅周期，所述第二子光栅结构具有与出射绿光的第一衍射级次衍射光所对应的第二光栅周期，所述第三子光栅结构具有与出射蓝光的第一衍射级次衍射光所对应的第三光栅周期。

5.如权利要求1所述的前置光源模组，其特征在于，所述光源结构包括：红光发光光源、绿光发光光源、蓝光发光光源、以及光准直结构；其中，

所述光准直结构包括与所述波导板的所述侧面相对的第一平面、与所述波导板的所述出光面位于同一平面的第二平面，以及连接所述第一平面和所述第二平面的曲面；所述红光发光光源、所述绿光发光光源、以及所述蓝光发光光源位于所述光准直结构的所述第二平面；所述光准直结构用于将所述红光发光光源、所述绿光发光光源、所述蓝光发光光源分别以预设角度入射到所述波导板。

6.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括如权利要求1-5任一项所述的前置光源模组，以及设置在所述前置光源模组出光面一侧、且具有与所述光栅结构一一对应的像素单元的显示面板，其中，

所述显示面板包括：相对设置的阵列基板和对向基板，以及位于所述阵列基板和所述对向基板之间的液晶层，其中，所述对向基板位于所述液晶层的面向所述前置光源模组的一面，所述阵列基板设置有反射层。

7.一种采用如权利要求6所述的显示装置进行显示的显示方法，其特征在于，所述显示方法包括：

在确定环境光的亮度小于或等于第一预设值时，控制所述波导板内的全反射光经所述光栅结构照射到所述显示面板，通过所述前置光源模组实现显示；

在确定环境光的亮度大于所述第一预设值时，控制所述前置光源模组不出光，为透明结构，通过所述显示面板实现显示。

8.一种制作如权利要求7所述的显示装置的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括；

形成前置光源模组；

在所述前置光源模组的出光面形成光控制结构；

形成显示面板；

其中，所述形成前置光源模组，包括：形成光栅结构；所述形成光栅结构具体包括：

通过电子束光刻、激光直写或激光干涉法形成第一子光栅结构母板、第二子光栅结构母板、第三子光栅结构母板，通过拼接方式形成与所述显示装置的尺寸相匹配的拼接光栅母板，并通过一次压印压印到光刻胶；

或者，通过电子束光刻、激光直写或激光干涉法形成与像素尺寸相匹配的第一子光栅结构母板、第二子光栅结构母板、第三子光栅结构母板，通过掩膜板的逐次遮挡，并通过多次压印依次压印到光刻胶。

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