一种可用于偏振背光源的导光板及偏振背光源的制作方法

本实用新型涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种可用于偏振背光源的导光板及偏振背光源。

背景技术：

平板显示器如液晶显示器(LCD)是许多种类的电子设备的必要部件。作为被动型发光器件，液晶显示器是一种依靠显示屏背面的背光源来照亮屏幕。由于液晶平板显示器的显示要求，有效利用的光线为特定偏振方向的光。对于传统的出射自然光的背光源，最终光强的利用率往往不到原始光强的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。为了解决这个问题，其中一种解决方案是直接使用一种可发出偏振光的背光源，达到提高光利用率的效果。在这种解决方案中，直接在背光源结构中使用偏振分离技术，利用偏振相关的全反射、散射以及具有光学各向异性的材料涂覆，从而达到发出偏振光的目的。

在自然光背光源中，导光板的结构中有散射中心，光线在导光板中传播时会与散射中心相互作用，使光线传播方向重新排布。重新排布的光线分布符合散射特征，角度有很宽的分布，部分光线将不再满足波导条件而逃逸波导成为出射光，出光的方向也取决于散射光线的分布。经散射后未出射的光，传播方向可以与入射光有较大的差异。

常用背光源中常用的发光体是LED光源，是由一系列分立的LED芯片组成，原始的入射光在入射面横向方向上是不连续的。但是经过一段距离的传播后，相邻LED芯片发出的光因波导、散射中心的作用会互相混合，使整体光强在横向上达到均匀，并使最终从背光源出射的光在横向上是均匀的。

在偏振背光源中，也会使用同种类型的LED光源，因此也存在横向均匀性的调整问题。然而与常用背光源的出射机制不同，偏振背光源对光线在导光板中的传播有特定的要求，最终出射光取决于导光板中传播的波导模式以及其与偏振分离层之间的相互作用。由于偏振背光源的出射光对入射光的依赖性不仅体现在光强上，也体现在光线的入射角度上，所以要求入射光的总光强横向均匀，同时也要求入射光每一部分波导的分立项也满足横向均匀。

因此，需要提供一种导光板，在满足横向均匀出光的同时，对波导在导光板中的传播以及波导与相邻的偏振分离层之间的相互作用影响轻微，进一步保证从偏振背光源出射的线偏振光横向均匀连续。

技术实现要素：

为满足上述需求，本实用新型提出一种可用于偏振背光源的导光板，所述导光板包括：入光面；出光面，所述出光面连接于所述入光面；第一表面，所述第一表面连接于所述入光面且基本上平行相对于所述出光面；以及微型阵列，所述微型阵列被设置在所述第一表面且包括多个平行排列的微型结构，所述微型结构沿与所述入光面垂直的方向延伸，且所述微型阵列与所述入光面相分离并具有一间隔，其中，所述导光板被配置成以全反射模式传导由所述入光面入射的自然光。在优选的实施方案中，所述间隔的长度范围为所述导光板纵向长度的0.5％到4.0％。在优选的实施方案中，所述导光板厚度在300微米到500微米，所述微型结构的深度大于所述导光板厚度的0.5％。

在优选的实施方案中，所述微型结构为等距且重复排列的结构，所述等距且重复排列的结构之间的周期为所述导光板厚度的3％～150％。

在优选的实施方案中，所述等距且重复排列的结构为凹槽结构。在可选的实施方案中，所述凹槽结构的横切面为等腰三角形。在优选的实施方案中，所述等腰三角形的底边与高度的比例R1为2到6。在进一步优选的实施方案中，所述等腰三角形的底边与高度的比例R1为2.4到3.5。在可选的实施方案中，所述等腰三角形的顶角为弧形倒角，所述弧形倒角的曲率半径与所述等腰三角形的底边的比例R2为0.10到0.45，并且所述凹槽结构的深度与所述等腰三角形的底边的比例R3为0.25到0.50。

在可选的实施方案中，所述凹槽结构的横切面为等腰梯形。在优选的实施方案中，所述等腰梯形的短底边与长底边的比例R4为0.08到0.52，并且所述凹槽结构的深度与所述等腰梯形的长底边的比例R5为0.18到0.40。

在另一些可选的实施方案中，所述凹槽结构的横切面为光杯形。在优选的实施方案中，所述光杯形的短底边与长底边的比例R6为0.08到0.52，并且所述凹槽结构的深度与所述光杯形的长底边的比例R7为0.18到0.40。

在另一个优选的实施方案中，所述等距且重复排列的结构为凸脊结构。在可选的实施方案中，所述凸脊结构的横切面为等腰三角形。在另一些优选的实施方案中，所述微型结构的深度是随机不等的，并且任意相邻的所述微型结构的深度变化不大于50％。

在优选的实施方案中，公开了一种偏振背光源，所述偏振背光源包括：所述导光板，设置在所述导光板的所述入光面的光源，以及偏振分离层，所述偏振分离层与所述导光板基本上尺寸一致地设置在所述导光板的所述出光面一侧。

本实用新型在导光板的与出光面相对的表面上设置多个沿与所述入光面垂直方向延伸排列的微型结构，提高横向出光的均匀性的同时，当该导光板应用于偏振背光源时，还可提高从偏振背光源出射的偏振光在横向上的均匀性，进一步保证从偏振背光源出射的偏振光均匀连续。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的用于偏振背光源的导光板的结构示意图。

图2是本实用新型具体实施例的偏振背光源的工作原理示意图。

图3是本实用新型具体实施例的导光板的工作原理示意图。

图4是本实用新型具体实施例的导光板中单一光波导在横向上的均匀性在(a)未实施微型阵列和(b)实施微型阵列的效果示意图。

图5是本实用新型具体实施例的导光板中的入射光传播时纵向角度分布在(a)未实施微型阵列和(b)实施微型阵列的示意图。

图6是本实用新型具体实施例中的由凹槽结构形成的微型阵列的横切面示意图。

图7是本实用新型具体实施例中的凹槽结构的形状示意图。

图8是本实用新型具体实施例中的由凹槽结构形成的微型阵列的横切面示意图。

图9是本实用新型具体实施例中的凹槽结构的横切面形状示意图。

图10是本实用新型具体实施例中的由凸脊结构形成的微型阵列的横切面示意图。

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实用新型有一个全面的认识，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实用新型。在其他示例中，公知的结构和装置在方框图表中示出。在这方面，所举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本实用新型造成限制。因此，本实用新型的保护范围并不受上述具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。

首先参照图1，其示出了一种根据本实用新型实施例的导光板10，其可用于偏振背光源，导光板10包括入光面101、出光面102、第一表面103以及由多个平行排列的微型结构100组成的微型阵列。入光面101和出光面102基本上互相垂直，出光面102和第一表面103基本上平行。微型结构100被设置在第一表面103上，其延伸方向与入光面101相垂直，并且其起始位置与入光面101保持一定间隔。间隔的长度L0可在导光板10纵向长度的0.5％到4.0％之间变化，导光板10的纵向长度即导光板10沿着微型结构100延伸方向的长度。每个微型结构与入光面的间隔基本上相同。导光板10的厚度一般为300微米到500微米，而微型结构100的深度H0一般大于导光板10厚度的0.5％。优选地，其深度在导光板10厚度的1％到20％之间。

图2显示一种使用本实用新型导光板的偏振背光源的结构，其包括光源20、导光板10和偏振分离层30。光源20朝向入光面101设置，偏振分离层30与导光板10尺寸基本上一致地设置在导光板10的出光面102一侧。从光源20发出的自然光从入光面101进入导光板10，在其上下表面不断的交替反射，以波导的形式传播。在传播的过程中，光波导会从导光板10与偏振分离层30的界面(即导光板10的出光面102)进入偏振分离层30。偏振分离层具有双折射性，具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne。进入偏振分离层30的光线在其内部结构的作用下进行偏振分离，其中的s-偏振的光会以一定的机率被分离出射，而p-偏振的光则保持波导模式向前传播，直至被转化成s-偏振的光出射。

如图3所示，一般偏振背光源使用的光源20为LED光源，是由一系列单独的LED芯片201组成。由于LED芯片201在横向(多个LED光源排布的方向，下同)上的位置是不连续的，且其各自的光强分布是不均匀的，所以进入导光板10的入射光无论对于整体还是单个波导分量，其在横向上的光强都是不均匀的。如图4中的(a)所示，以12个等间距排列的LED芯片作为入射光源，经偏振分离层30后出射的单一波导模式光强随导光板10横向距离的分布是很不均匀的。微型结构100可使各个单独的波导在横向上改变方向，在传播过程中各个波导互相混合提高在横向上的光强均匀性，如图4中的(b)所示，经过微型结构100之后，经偏振分离层30后出射的单一波导模式的光强均匀度可达到85％以上。同时，此结构并不破坏单独波导在导光板中的传播模式，且会进一步增强从导光板10出射的光与偏振分离层30之间的互相作用，使偏振分离层30的偏振分离效果更为显著。偏振分离效果可通过调整光线在导光板10中的传播角度来达到。如图5中曲线(a)所示，入射光进入导光板10后其角度如图5分布，一般位于30°到90°之间(分离区)的入射光可进一步和偏振分离层30相互作用而出射，而处于0到30°(非分离区)的入射光则无法出射。通过加入微型结构100，入射光在传播过程中不断变换角度，从而使处于非分离区的入射光进入分离区，如图5中曲线(b)所示，增强偏振分离的效果，提高整体的出光强度。一般情况下，出光强度可增强2倍以上。另外，本实用新型具体实施例中设置间隔并设定间隔的长度在导光板10纵向长度的0.5％到4.0％之间，可以有效地使得LED光源发出的光线进入导光板后在该间隔的区域被均匀地扩散传播，避免相邻LED光源之间出现的局部亮区或局部暗区，有效提高LED光源进入导光板后入射光的均匀度。

微型结构100可以是等距的重复结构，且重复结构之间的周期d0(即两个重复结构之间的距离)是与导光板的材质和厚度有关系。对于一般的导光板材料，如PMMA、PC材料，导光板的厚度在300～500微米之间，重复结构的周期在导光板厚度的3％到150％之间，出射偏振光在横向上的均匀度即可达到85％以上。例如，导光板的材质为PMMA，其折射率为1.490±0.005，导光板的厚度为400微米，其周期为70微米，即可达到均匀性的要求。

微型结构100可以是凹槽结构，凹槽结构的横切面为等腰三角形，如图6所示。等腰三角形的底边长L1和高度(即凹槽结构的深度)H0的比例R1一般在2到6之间。优选地，R1在2.4到3.5之间。在这种结构下，经偏振分离层30出射的出射偏振光在横向上的均匀度可达到85％以上。在一个实施例中，导光板10为PC材料，其折射率为1.575，导光板的厚度为500微米，偏振分离层的寻常光折射率no在1.50左右，非寻常光折射率ne在1.70左右。两个等腰三角形之间的周期d0(如图6所示的两个等腰三角形顶点之间的距离)为25微米，等腰三角形的底边长为8.0微米，高度为2.3微米，等腰三角形的两个底角约为30度，底边长和高度的比例为3.48，在此情况下，出射偏振光在横向上均匀度可达到86％。在另一个实施例中，导光板和偏振分离层具有相同的条件，但此时两个等腰三角形之间的周期为350微米，等腰三角形的底边长为112微米，高度为47.6微米，等腰三角形的两个底角约为40度，底边长和高度的比例为2.35，此时出射偏振光在横向上的均匀度也可达到86％。

等腰三角形的顶角可为弧形倒角，如图7所示，弧形倒角的曲率半径r与底边L2的比例R2范围为0.10到0.45，而凹槽结构的深度H0(即图7中所示的弧形倒角顶点至底边的距离)与底边L2的比例R3范围为0.25到0.50。在这种结构下，经偏振分离层30出射的出射偏振光在横向上的均匀度可达到85％以上。在一个实施例中，导光板10为PC材料，其折射率为1.575，导光板的厚度为500微米，偏振分离层的寻常光折射率no在1.50左右，非寻常光折射率ne在1.70左右，重复凹槽结构的周期为25微米，弧形等腰三角形的底边长为10微米，高度为3.8微米，曲率半径为1.3微米，其出射偏振光在横向上的均匀度可达到87％。在另一个实施例中，导光板和偏振分离层具有相同的条件，重复凹槽结构的周期为250微米，弧形等腰三角形的底边长为100微米，高度为29微米，曲率半径为42.4微米，其出射偏振光在横向上的均匀度可达到88％。

凹槽结构的横切面也可为等腰梯形，如图8所示。其中等腰梯形的短底边L3与长底边L4的比例R4范围为0.08到0.52，而等腰梯形的高度(即凹槽结构的深度)H0与长底边L4的比例R5的范围为0.18到0.40，在此结构下，经偏振分离层30出射的出射偏振光在横向上的均匀度可达到85％以上。在一个实施例中，导光板10为PC材料，其折射率为1.575，导光板的厚度为500微米，偏振分离层的寻常光折射率no在1.50左右，非寻常光折射率ne在1.70左右，重复排列的凹槽结构的周期为20微米，等腰梯形的长底边为10微米，短底边为4.3微米，深度为2微米，其出射偏振光在横向上的均匀度可达到86％。在另一个实施例中，导光板和偏振分离层具有相同的条件，重复排列的凹槽结构的周期为390微米，等腰梯形的长底边为130微米，短底边为12微米，深度为49.4微米，其均匀度可达到88％。

凹槽结构的横切面还可为光杯形，如图9所示。其中光杯形的短底边L5与长底边L6的比例R6范围为0.08到0.52，而光杯形的高度(即凹槽结构的深度)H0与长底边L6的比例R7的范围为0.18到0.40。光杯形的边壁的形状可为圆锥曲线、首尾相连的折线以及直线(即等腰梯形)。

微型结构100可为凸脊结构，与凹槽结构一样，凸脊结构的横切面可为等腰三角形、弧形等腰三角形、等腰梯形或光杯形。如图10所示，当横切面是等腰三角形时，等腰三角形的底边长L7和高度(即微型结构的深度)H0的比例R8一般在2.50到12.00之间。在一个实施例中，导光板10为PC材料，其折射率为1.575，导光板的厚度为500微米，偏振分离层的寻常光折射率no在1.50左右，非寻常光折射率ne在1.70左右。两个等腰三角形之间的周期为15微米，等腰三角形的底边长为10微米，高度为1.3微米，等腰三角形的两个底角约为15度，底边长和高度的比例为7.69，在此情况下，出射偏振光在横向上的均匀度可达到86％。在另一个实施例中，导光板和偏振分离层具有相同的条件，但此时两个等腰三角形之间的周期为600微米，等腰三角形的底边长为240微米，高度为69.3微米，等腰三角形的两个底角约为30度，底边长和高度的比例为3.46，此时出射偏振光在横向上的均匀度也可达到86％。

与凹槽结构一样，凸脊结构的横切面为等腰三角形的时候，等腰三角形的顶角可为弧形倒角，在这种结构下，经偏振分离层30出射的出射偏振光在横向上的均匀度也可进一步提高。

微型结构100也可为等距等长但是深度随机不等的结构，通过设置不同深度的微型结构，可进一步提高出射偏振光在横向上的均匀性。任意相邻凹槽结构的深度变化范围在50％以内，出射偏振光在横向上的均匀度可提高5％。优选地，任意相邻凹槽结构的深度变化范围在20％到50％之间。在一个实施例中，导光板10为PC材料，其折射率为1.575，导光板的厚度为500微米，偏振分离层的寻常光折射率no在1.50左右，非寻常光折射率ne在1.70左右，例如，偏振分离层可以采用具有双折射特性的液晶层。重复排列的凹槽结构的周期为25微米，凹槽结构的横截面为等腰三角形，等腰底边长为10微米，深度如果一致为2.90微米，其均匀度可达到85％。如果随机设置同样周期、同样底边长、但是深度为3.50微米的等腰三角形凹槽结构，以及同样周期、同样底边长、深度为2.34微米的等腰三角形凹槽结构，偏振背光源最终出射光在横向上的均匀度可提高到90％。

本实用新型在导光板的与出光面相对的表面上设置多个沿与所述入光面垂直方向延伸排列的微型结构，提高横向出光的均匀性的同时，当该导光板应用于偏振背光源时，还可提高从偏振背光源出射的偏振光在横向上的均匀性，进一步保证从偏振背光源出射的偏振光均匀连续。

尽管已经在上面以细节描述了数个示例性实施方案，但是所公开的实施方案仅是示例性而非限制性的，并且本领域技术人员将容易意识到，在示例性实施方案中很多其他修改、改动和/或替换是可能的，而不实质偏离本公开的新颖性教导和优点。因此，所有这些修改、改动和/或替换意图被包括在如所附权利要求书所限定的本公开的范围内。