专利名称：面光源装置及液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种面光源装置与采用该面光源装置的液晶显示器，特别是涉及一种导光板底面具光栅结构的面光源装置及液晶显示器。
背景技术：
现有技术液晶显示器中的面光源装置包括光源及导光板，光源是相对导光板的入光面设置，该导光板引导从光源发出光束的传输方向，将线光源或点光源转换成面光源出射。该导光板的底面分布多个网点，用以散射导光板内部传输的光束，以提高导光板出射光束的均匀性。为改善网点出光均匀度不佳的问题，近来，衍射光栅技术被用于导光板以提高导光板出光均匀度。
一种采用衍射光栅技术的面光源装置可参阅公告于1997年12月30日的美国专利第5,703,667号。请参阅图1，该面光源装置1包括一导光板2、一邻近导光板2入光面2c设置的萤光灯4、一邻近导光板2底面2b设置的反射板5、一设置于导光板2出光面2a一例的扩散板6及棱镜板7。该导光板2底面2b具一单一排列而且平行于萤光灯4的衍射光栅结构3，该衍射光栅结构3使入射其上的光线发生衍射，一部分衍射光线从导光板2出光面2a出射。因为从萤光灯4出射的光线为白色光线，而且由于衍射效应，该从出光面2a出射的部分衍射光线可基本分开为RGB三色光线出射。RGB三色光线经扩散板6扩散重新混合为白色。沿远离萤光灯4方向改变单位长度内的光栅3与非光栅区域3′的比率，可以提高该导光板2出光均匀度。但是，该专利技术存在不足。
首先，该导光板2出光面2a出光均匀度仍然不足。原因是该光栅结构3的光栅为单一排列结构，入射光线发生衍射后，其衍射光线会垂直于该单一光栅排列从出光面2a出射。即，该单一光栅排列使得从出光面2a出射的光线其方向主要处于垂直于该光栅排列的平面，限制导光板2出光方向范围，使之应用于液晶显示器时缩小其视角范围。
其次，该导光板2底面2b对光线衍射效率不足，即导光板2底面2b的非光栅区域3′不会使入射的光线发生衍射。为控制出光均匀，导光板2底面2b并非全部由光栅结构3所覆盖，而是存在非光栅区域3′，但是，该光栅区域3′不能使光线从出光面2a出射，因此，其对应的出光面2a部分较光栅结构3对应的出光面2a部分暗。
发明内容为了克服现有技术面光源装置出光不均匀的缺陷，本发明提供一种出光均匀度高的面光源装置。
本发明还提供一种采用上述面光源装置的光学性能较高的液晶显示器。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是提供一种面光源装置，其包括一导光板、至少一光源及多个衍射光栅单元，该导光板包括一出光面、一与该出光面相对设置的底面及至少一与该出光面及该底面相接的入光面，该至少一光源邻近该入光面设置，该多个衍射光栅单元设置于该导光板底面，其包括排列方向不同的两种光栅区域。
本发明同时提供一种液晶显示器，该液晶显示器包括一液晶面板和一上述面光源装置，该液晶面板设置于该导光板出光面一侧。
和现有技术相比，本发明具有以下优点本发明面光源装置的导光板底面的多个衍射光栅单元由于具有排列方向不同的两种光栅区域，该两种光栅区域可使不同方向的入射光发生衍射，该两种衍射光线分处不同发光平面，从而提高该导光板及采用该导光板的面光源装置的出光均匀度。本发明液晶显示器由于采用该面光源装置，所以其视角范围较大。
图1是一种现有技术面光源装置的示意图。
图2是本发明面光源装置的示意图。
图3是本发明面光源装置的导光板剖面图与光路示意图。
图4是本发明面光源装置的出光示意图。
具体实施方式
请参阅图2与图3，本发明面光源装置30包括一导光板31与一光源32。该导光板31包括一出光面313、一与该出光面313相对设置的底面312，一与该出光面313及该底面312相接的入光面311与多个边侧面314。该光源32是一线光源如CCFL(Cold CathodeFluorecent Lamp，冷阴极萤光灯)，当然，也可以为一点光源如LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，其邻近该导光板31入光面311设置。另外，该面光源装置30还包括一邻近该导光板31底面312设置的反射板(图未示)。
该入光面311接收来自光源32的光线，并将其导入该导光板31内。该出光面313将光线导出该导光板31。该边侧面314为反射面，其将入射其上的光线反射回导光板31并经由该出光面313出射。
该导光板31底面312设置与导光板31一体成型的多个衍射光栅单元33，其相邻设置而覆盖整个导光板31底面312。每一衍射光栅单元33包括光栅排列方向不同的两种光栅区域A与B，该衍射光栅单元33的光栅剖面为矩形，其光栅常数P为2～10μm，最好是3μm；对应的矩形宽度W为1～5μm，最好是1.5μm。
请参阅图2的区域放大图I与II，该并列的A与B光栅区域其光栅相互垂直排列，A光栅区域的光栅排列平行于导光板入光面，而且，A光栅区域占整个衍射光栅单元33的面积的比率越远离光源32越大。该衍射光栅单元33作用是使光线L发生衍射，使导光板31出光面313发光均匀。
该导光板31是以透明材料，如丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚乙烯树脂或玻璃等制成，其折射率大于1，如1.54。由于导光板31折射率大于1，垂直于入光面311的光线L进入导光板31后，当入射到衍射光栅单元33的光线入射角大于全反射角时，因衍射光栅单元33的B光栅区域平行于光线L，所以入射到B光栅区域的光线L被底面312全反射，随后同样于出光面313发生全反射，从而不会从导光板31出光面313出射；而光线L垂直入射至A光栅区域时，因A光栅区域的光栅排列与入射光L垂直，光线L于垂直于A光栅区域光栅排列方向的平面(第一平面)发生衍射。衍射级数较低的光线L1其入射到出光面313的入射角θ小于全反射角，所以其从出光面313出射，而衍射级数较高的光线L2与L3等其入射到出光面313的入射角大于全反射角，所以其被出光面313全反射而继续于导光板31内传播，直至下一次发生衍射而从出光面313出射。
衍射级数较低的光线L1占光线L大部分的能量，其从导光板31出光面313出射的光线具一定方向性，而且控制B光栅区域的光栅参数，如光栅常数P，可控制光线L的衍射效率。所以，衍射光栅单元33较现有技术网点结构有更好的光线利用率与出光方向，而且，衍射光栅单元33的分辨率更高，采用该技术的导光板31出光均匀度较高。
同样，B光栅区域也使垂直于其排列方向的入射光线于垂直于B光栅区域光栅排列方向的平面(第二平面)发生衍射，一部分衍射光线可以从出光面313出射。请参阅图4，A与B光栅区域产生的衍射光线分处不同发光平面(第一与第二平面，即分别为X轴与Z轴所定义平面及Y轴与Z轴所定义平面)，所以从导光板31出光面313各方向出射的光线强度较平衡，即导光板31出光均匀度较高，而且，导光板31底面312为连续的衍射光栅单元33所覆盖，所以提高光线利用率。另外，为配合由于导光板31各部分距离光源32远近不同、或光源32发光角度有限而造成底面312接收光线不均的状况，A光栅区域占整个衍射光栅单元33的面积的比率越远离光源32越大，或对应光源32两端的导光板31底面312的面积比率较大，以使得对应A光栅区域的出光面313的出光能力与入射至A光栅区域的光线强度成反比，进一步提高导光板31出光均匀度。所以，本发明面光源装置30较现有技术有更好的出光均匀度与光线利用率。
另外，也可以改变各衍射光栅单元33的光栅常数P，从而改变各衍射光栅单元33的衍射效率以达到均匀出光的目的，如改变光栅常数使其越远离光源32越小。
依据本发明，该衍射光栅单元33还可以如图2的区域放大图III与IV所示，其光栅倾斜于导光板31入光面311，而且A与B光栅区域为嵌套设置。对于光栅倾斜于导光板31入光面311的情况，可调节A与B光栅区域光栅倾斜角度、设置A与B光栅区域的光栅为非垂直排列及设计A与B光栅区域的面积比，使衍射光栅单元33垂直于光线L入射的部分与其它部分的面积比率与入射光线L的强度成反比。依据本发明，还可将该多个衍射光栅单元33分开，使其按一定规律分布于导光板31底面312；该衍射光栅单元33的光栅剖面也可以为弧形或V形，其光栅常数为2～10μm；该导光板31入光面311可以为多个，即边侧面314也可以为入光面311，多个光源32对应于该多个入光面311设置。
该多个衍射光栅单元33是采用模铸技术与该导光板31一体成型，其与衍射光栅单元33对应的模仁表面的图案的制作采用电子束曝光技术或采用纳米制程。该衍射光栅单元33除前述的与导光板31一体成型外，还可采用印刷方法印刷于该导光板31底面312，或采用一具有多个衍射光栅单元33结构的光学薄膜贴附于该导光板31底面312。
本发明还提供一液晶显示器(图未示)，其包括一液晶面板及前述的面光源装置30，该液晶面板设置于该导光板31出光面313一侧。
权利要求
1.一种面光源装置，其包括一导光板、至少一光源及多个衍射光栅单元，该导光板包括一出光面、一与该出光面相对设置的底面及一与该出光面及该底面相接的入光面，该至少一光源邻近该入光面设置，该多个衍射光栅单元设置于该导光板底面，其特征在于该衍射光栅单元包括排列方向不同的两种光栅区域。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于该两种光栅区域的光栅相互垂直排列。
3.如权利要求2所述的面光源装置，其特征在于该两种光栅区域中的一光栅区域其光栅排列平行于导光板入光面。
4.如权利要求3所述的面光源装置，其特征在于该平行于导光板入光面的光栅区域的面积越远离光源越大。
5.如权利要求3所述的面光源装置，其特征在于该平行于导光板入光面的光栅区域的光栅常数越远离光源越小。
6.如权利要求2所述的面光源装置，其特征在于该两种光栅区域中的光栅排列倾斜于导光板入光面。
7.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于该两种光栅区域垂直于入光面的部分与其它部分的面积比率与入射光线的强度成反比。
8.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于该多个衍射光栅单元相邻设置而且覆盖整个导光板底面。
9.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于该多个衍射光栅单元是与该导光板一体成型、或采用印刷方法印刷于该导光板底面、或为一光学薄膜贴附于该导光板底面。
10.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于该衍射光栅单元中的两种光栅区域为并列设置或嵌套设置。
11.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于该衍射光栅单元的光栅剖面为矩形或弧形，其光栅常数为2～10μm，最好是3μm，对应的矩形宽度为1～5μm，最好是1.5μm。
12.一种液晶显示器，其包括一液晶面板，其特征在于该液晶显示器至少还包括一个如权利要求1至9中任一项所述的面光源装置，该液晶面板设置于该导光板出光面一侧。
全文摘要
本发明关于一种面光源装置及液晶显示器。该面光源装置包括一导光板、至少一光源及多个衍射光栅单元，该导光板包括一出光面、一与该出光面相对设置的底面及一与该出光面及该底面相接的入光面，该至少一光源邻近该入光面设置，该多个衍射光栅单元设置于该导光板底面，其包括排列方向不同的两种光栅区域。
文档编号G02B5/18GK1605913SQ20031011180
公开日2005年4月13日 申请日期2003年10月11日 优先权日2003年10月11日
发明者林志泉, 陈杰良 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司