CN111077605A - 一种偏光背光源及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏光背光源及液晶显示装置。所述偏光背光源包括：光源；导光板；反射片；双面微结构膜，双面微结构膜包括透明基材、位于透明基材的背离导光板一侧的多个第一微结构棱镜、位于透明基材的邻近导光板一侧的多个第二微结构棱镜，多个第一微结构棱镜和多个第二微结构棱镜分别平行排列并且均沿平行于入光面的方向延伸；光学各向异性膜，膜覆盖于双面微结构膜的具有多个第一微结构棱镜的一侧，多个第一微结构棱镜伸入光学各向异性膜内部，多个第一微结构棱镜的深度不大于光学各向异性膜的厚度，光学各向异性膜采用光学各向异性材料形成，并且其背离多个第一微结构棱镜的一侧为光滑平面。本发明能显著提高光线利用率，节约背光源能耗。

Description

一种偏光背光源及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种偏光背光源及液晶显示装置。
背景技术
平板显示器如液晶显示器(LCD)是许多种类电子设备的必要部件。作为被动型发光器件，液晶显示器中的一种是依靠显示屏背面的背光源来照亮屏幕。由于液晶显示器的本身结构要求，有效利用的光线为特定偏振方向的光。通常，传统的背光源由自然光光源、导光板、反射片、扩散膜、增亮膜等结构组成；上下表面设有网点和V槽结构的导光板将点光源转化为面光源，从导光板出射的面光源纵向角度窄且为大角度光。因此，先经过一层扩散片将光线向各个方向打散，使其横/纵向出光角变广并且对称，然后再经过两层相互垂直的增亮膜，增亮膜将大角度光转化成小角度光后一次出射，有一半的光线会反射回导光板，经过下表面的反射片后再次射向增亮膜，多次循环，最终将横/纵向出光角均控制在-35°-35°，实现均匀小角度出光。此类背光源的最终的光线利用率往往不到原始发光的5％，光损耗很高。如果被损耗的光没有被重复利用，可造成温度升高等不利影响。如果背光源出射的光为线偏振光，则可显著提供光线利用率，减少能耗，缓解发热等不利因素。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的以上技术问题，提出一种偏光背光源及液晶显示装置。
本发明采用以下技术方案：
一种偏光背光源，所述偏光背光源包括：光源；导光板，所述导光板具有相邻并且彼此垂直的入光面和出光面，所述入光面位于靠近所述光源的一侧；反射片，所述反射片位于所述导光板的背离所述出光面的一侧；双面微结构膜，所述双面微结构膜位于所述导光板的出光面的一侧并与所述导光板之间具有间隔，所述双面微结构膜包括透明基材、位于所述透明基材的背离所述导光板一侧的多个第一微结构棱镜、位于所述透明基材的邻近所述导光板一侧的多个第二微结构棱镜，所述多个第一微结构棱镜和所述多个第二微结构棱镜分别平行排列，所述多个第一微结构棱镜和所述多个第二微结构棱镜均沿平行于所述入光面的方向延伸；光学各向异性膜，所述光学各向异性膜覆盖于所述双面微结构膜的具有多个第一微结构棱镜的一侧，所述多个第一微结构棱镜伸入所述光学各向异性膜内部，所述多个第一微结构棱镜的深度不大于所述光学各向异性膜的厚度，所述光学各向异性膜采用光学各向异性材料形成，并且其背离所述多个第一微结构棱镜的一侧为光滑平面。
优选地，所述多个第一微结构棱镜、所述多个第二微结构棱镜与所述透明基材采用相同的材料一体形成。
优选地，所述多个第一微结构棱镜等距重复排列，所述多个第一微结构棱镜的横切面为等腰三角形。
优选地，所述等腰三角形的顶角范围为30°-120°。
优选地，等距重复排列的所述多个第一微结构棱镜中任意相邻两个之间的间距长度与第一微结构棱镜宽度的比值范围在1-10之间。
优选地，所述多个第一微结构棱镜的所述深度不大于50微米。
优选地，所述多个第二微结构棱镜的横切面为等腰三角形，底角范围为28°-33°。
优选地，所述多个第二微结构棱镜是无间隔连续排列的。
优选地，所述光学各向异性膜由包括液晶材料的聚合物材料形成。
优选地，所述透明基材层的折射率与所述光学各向异性膜的寻常光折射率基本上一致。
优选地，所述反射片包括具有微结构棱镜的基底层及形成于所述基底层之上的反射层，所述反射层靠近所述导光板的一侧。
另一方面，本发明还提供一种液晶显示装置，其包括上述任一项所述的偏光背光源。
本发明的偏光背光源及液晶显示装置，能显著提高光线利用率，节约背光源能耗。
附图说明
通过参照本发明的实施方案的图示说明可以更好地理解本发明，在附图中：
图1是本发明具体实施例的偏光背光源的结构示意图；
图2(a)是本发明具体实施例的偏光背光源中反射片的第一种结构示意图；
图2(b)是本发明具体实施例的偏光背光源中反射片的第二种结构示意图；
图2(c)是本发明具体实施例的偏光背光源中反射片的第三种结构示意图；
图3是本发明具体实施例的偏光背光源中s-偏振光和p-偏振光的出光角分布图。
具体实施方式
在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本发明有一个全面的认识，阐述了大量的具体细节，然而，很明显的，对本领域技术人员而言，无需这些具体细节也可以实现本发明。本发明所列举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本发明造成限制。因此，本发明的保护范围并不受具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。
下面结合附图对本发明具体实施方式的偏光背光源及液晶显示装置做详细描述。
图1是本发明具体实施例的偏光背光源的结构示意图，如图1所示，本发明具体实施例的偏光背光源包括光源10；导光板20，导光板20具有相邻的入光面21和出光面22，入光面21位于靠近光源10的一侧；反射片30，反射片30位于导光板20的背离出光面22的一侧；双面微结构膜40，双面微结构膜40位于导光板20的出光面22的一侧并与导光板20之间具有间隔(根据实际需要适应调整该间隔即可)，双面微结构膜40包括透明基材41、位于透明基材41的背离导光板20一侧的多个第一微结构棱镜42、位于透明基材41的邻近导光板20一侧的多个第二微结构棱镜43，多个第一微结构棱镜42和多个第二微结构棱镜43分别平行排列，多个第一微结构棱镜42和多个第二微结构棱镜43均沿平行于入光面21的方向延伸(如图1所示的，本申请中的微结构棱镜均背对透明基材41设置)；光学各向异性膜50，光学各向异性膜50覆盖于双面微结构膜40的具有多个第一微结构棱镜42的一侧，多个第一微结构棱镜42伸入光学各向异性膜50内部，多个第一微结构棱镜42的深度不大于光学各向异性膜50的厚度，光学各向异性膜50采用光学各向异性材料形成，并且其背离第一微结构棱镜42的一侧为光滑平面。
本发明具体实施例中，多个第一微结构棱镜42、多个第二微结构棱镜43与透明基材41采用相同的材料一体形成。透明基材41、多个第一微结构棱镜42、多个第二微结构棱镜43的折射率范围均不大于1.6，采用相同材料的透明基材41、多个第一微结构棱镜42、多个第二微结构棱镜43也可以分别成形后再采用贴合等工艺进行组装。但不限于此，透明基材41、多个第一微结构棱镜42、多个第二微结构棱镜43也可以采用不同的材料形成，例如，当透明基材41、多个第一微结构棱镜42、多个第二微结构棱镜43采用不同的材料形成时，透明基材41的折射率不大于1.6，多个第一微结构棱镜42、多个第二微结构棱镜43均采用由光学胶固化形成的各向同性材料，多个第一微结构棱镜42、多个第二微结构棱镜43的折射率在1.5-1.6之间。
本发明具体实施例中，多个第一微结构棱镜42等距重复排列，多个第一微结构棱镜42的横切面为等腰三角形。优选地，多个第一微结构棱镜42的等腰三角形的横切面的顶角范围为30°-120°。优选地，等距重复排列的多个第一微结构棱镜中任意相邻两个之间的间距长度与第一微结构棱镜宽度的比值范围在1-10之间，进一步地，该比值范围在1.2-3之间，更优选地，该比值范围在1.5-2之间。本发明中，等距重复排列的多个第一微结构棱镜中任意相邻两个之间的间距长度指的是相邻两个第一微结构棱镜顶点之间的距离。本发明具体实施例中，优选地，多个第一微结构棱镜42的深度不大于50微米。
本发明具体实施例中，多个第二微结构棱镜43的横切面为等腰三角形，优选地，等腰三角形的底角范围为28°-33°，多个第二微结构棱镜43是无间隔连续排列的。
本发明具体实施例中，光学各向异性膜50由包括液晶材料的聚合物材料形成。透明基材41的折射率与光学各向异性膜50的寻常光折射率基本上一致。透明基材41的折射率不大于1.6，透明基材41是由光学胶固化形成的。
具体地，如图1所示，从光源10发出的自然光从入光面21进入导光板20，在其上下表面不断的交替反射，以波导的形式传播，在出光面22一侧出射。本发明中，导光板20出射的光与出光面之间的角度不大于25°，光线进入导光板20与双面微结构膜40之间的间隔，之后进入双面微结构膜40中的第二微结构棱镜43中，在该间隔与第二微结构棱镜43的边界处发生折射，其可以将导光板20出射的大角度光调整到法线附近，使纵向的出光角度均在-35°-35°左右的范围内，显著提高背光源的正向出光，之后通过透明基材41或第一微结构棱镜42后进入光学各向异性膜50，进入光学各向异性膜50后自然光在光学各向异性材料中会分成s-偏振光和p-偏振光，s-偏振光可以在第一微结构棱镜41的一侧边的表面发生全反射后出射，p-偏振光则在光学各向异性膜50的上表面发生全反射后返回，因此可实现s-偏振光和p-偏振光偏振分离。因此，本发明具体实施例中，通过设置在双面微结构膜40上下表面上的第一微结构棱镜42和第二微结构棱镜43，就可以实现自然光的偏振分离，显著提高背光源的光利用率。反射片30位于导光板20的背离出光面22的一侧，用于对入射到反射片30上的光进行反射来重新回收利用，进一步提高背光源的光利用率。
本发明具体实施例中，第一微结构棱镜42和第二微结构棱镜43的延伸方向与入光面21平行，光学各向异性膜50的上表面为基本光滑的平面，光学各向异性膜50的光轴方向基本上平行于第一微结构棱镜42和第二微结构棱镜43的延伸方向，第二微结构棱镜43的折射率与光学各向异性膜50的寻常光折射率基本上一致。光学各向异性膜50的厚度不小于第一微结构棱镜42的深度，以使第一微结构棱镜42全部包含在光学各向异性膜50中。光学各向异性膜50具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne，进入光学各向异性膜50的光线在其内部结构的作用下进行偏振分离，其中的s-偏振光会以一定的机率被分离出射，而p-偏振光则保持波导模式向前传播，直至被转化成s-偏振光出射。
图2(a)是本发明具体实施例的偏光背光源中反射片的第一种结构示意图，如图2(a)所示，本发明具体实施例中的反射片包括具有微结构棱镜的基底层及形成于基底层之上的反射层，基底层上包括有多个平行排列的微结构棱镜，该多个平行排列的微结构棱镜均沿平行于导光板的入光面方向延伸，多个微结构棱镜的横截面为三角形，反射层(未图示)位于多个微结构棱镜上方(即靠近导光板的一侧)，反射层例如可以是金属层中的铝层等，其形成工艺也可以是例如蒸镀、磁控溅射等物理气相沉积方式，也可以是材料化学中气相沉积方式形成的其他材质的反射层材料，不作具体限制。微结构棱镜的三角形的横截面中，如图2(a)所示，其顶角θ1为80°，θ2为10°，θ3为90°，多个微结构棱镜是等距重复排列的，并且多个微结构棱镜之间具有间隙，间隙的宽度可以根据要求的入射角的光线的角度而进行调整设置，不作具体限定。本发明具体实施例中的反射片只针对具有较大入射角度的光沿着原入射角度反射回去或沿着与入射光的法线对称的方向反射出去，对于入射光的角度范围的不同，可以设置不同的θ1、θ2和θ3。本发明具体实施例的反射片优选地为具有该大角度反射功能的反射片，反射光线不会出现散乱的现象，确保进入双面微结构膜40的光线沿着特定的角度进入。
图2(b)是本发明具体实施例的偏光背光源中反射片的第二种结构示意图，图2(b)与图2(a)的不同之处在于，θ1、θ2和θ3的角度不同，图2(b)中，θ1为45°，θ2为45°，θ3为90°，其他相同之处不再赘述。
图2(c)是本发明具体实施例的偏光背光源中反射片的第三种结构示意图，图2(c)与图2(a)的不同之处在于，图2(c)中多个微结构棱镜是彼此连续排列的，中间未设置间隙，其他相同之处不再赘述。
图3是本发明具体实施例的偏光背光源中s-偏振光和p-偏振光的出光角分布图，该偏光背光源的技术参数为：第一微结构棱镜42的宽为8μm，深度为10μm，底角为67.5°，相邻两个微结构棱镜间距为15μm；光学各向异性膜中液晶的折射率n＝1.7；第二微结构棱镜43的宽为52μm，深度为15μm，底角为30°，图3中的模拟采用的导光板是出光面为平面无结构的理想平面均匀出光的情况，出射的光与出光面之间的角度不大于25°。从图3可以看出，在此种模拟条件下，出射光主要为s-偏振光，出射光中s-偏振光与p-偏振光光线能量数的比值大于10:1，并且出射方向主要集中在纵向方向，可见本发明显著提高背光源的正向出光。
本发明具体实施例中，导光板20包括一个入光面和一个出光面，但本发明不限于此，导光板20还可以包括一个入光面和两个出光面，例如两个出光面彼此平行，且均与入光面相邻并且垂直于入光面，例如其一出光面为图1中所示的出光面22，另一出光面为与出光面22相对且平行设置的一面、与反射片30的反射表面相邻。
本发明具体实施例中，导光板的材质例如可以为PC、PMMA、玻璃、PS等，光源优选地为LED灯条，透明基材41、第一微结构棱镜42和第二微结构棱镜43采用的材料选自聚碳酸脂，聚对苯二甲酸乙二醇酯，三醋酸纤维素，聚丙烯，聚乙烯，丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的三元共聚物中的一种或几种，不再赘述。
另外，本发明还提供一种液晶显示装置，其包括上述的偏光背光源及液晶显示面板。本发明的偏光背光源及液晶显示装置，不仅能显著提高光线利用率，还节省传统背光源中的增亮片，降低背光源成本，节约背光源能耗。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种偏光背光源，其特征在于，所述偏光背光源包括：
光源；
导光板，所述导光板具有相邻并且彼此垂直的入光面和出光面，所述入光面位于靠近所述光源的一侧；
反射片，所述反射片位于所述导光板的背离所述出光面的一侧；
双面微结构膜，所述双面微结构膜位于所述导光板的出光面的一侧并与所述导光板之间具有间隔，所述双面微结构膜包括透明基材、位于所述透明基材的背离所述导光板一侧的多个第一微结构棱镜、位于所述透明基材的邻近所述导光板一侧的多个第二微结构棱镜，所述多个第一微结构棱镜和所述多个第二微结构棱镜分别平行排列，所述多个第一微结构棱镜和所述多个第二微结构棱镜均沿平行于所述入光面的方向延伸；
光学各向异性膜，所述光学各向异性膜覆盖于所述双面微结构膜的具有多个第一微结构棱镜的一侧，所述多个第一微结构棱镜伸入所述光学各向异性膜内部，所述多个第一微结构棱镜的深度不大于所述光学各向异性膜的厚度，所述光学各向异性膜采用光学各向异性材料形成，并且其背离所述多个第一微结构棱镜的一侧为光滑平面。
2.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述多个第一微结构棱镜、所述多个第二微结构棱镜与所述透明基材采用相同的材料一体形成。
3.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述多个第一微结构棱镜等距重复排列，所述多个第一微结构棱镜的横切面为等腰三角形。
4.根据权利要求3所述的偏光背光源，其特征在于，所述等腰三角形的顶角范围为30°-120°。
5.根据权利要求3所述的偏光背光源，其特征在于，等距重复排列的所述多个第一微结构棱镜中任意相邻两个之间的间距长度与第一微结构棱镜宽度的比值范围在1-10之间。
6.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述多个第一微结构棱镜的所述深度不大于50微米。
7.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述多个第二微结构棱镜的横切面为等腰三角形，所述等腰三角形的底角范围为28°-33°。
8.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述多个第二微结构棱镜是无间隔连续排列的。
9.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述光学各向异性膜由包括液晶材料的聚合物材料形成。
10.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述透明基材层的折射率与所述光学各向异性膜的寻常光折射率基本上一致。
11.根据权利要求1所述的偏光背光源，其特征在于，所述反射片包括具有微结构棱镜的基底层及形成于所述基底层之上的反射层，所述反射层靠近所述导光板的一侧。
12.一种液晶显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的偏光背光源。
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