本实用新型涉及液晶显示应用技术领域，特别涉及一种用于偏振背光源的楔形导光板及偏振背光源。
背景技术：
目前，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，液晶显示器依靠显示屏背面的背光源来照亮屏幕。根据液晶平板显示器的显示要求，能够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，最终光强度的利用率往往不到原始光强度的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目的。在这种解决方案中，直接在背光源结构中应用偏振分离技术，利用偏振相关的全反射、散射、以及使用涂覆具有光学各向异性的材料的方法，从而达到发出偏振光的目的。
现有的导光板多选用PC(聚碳酸酯)为基板进行设计，较PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)而言，PC(聚碳酸酯)有更好的韧性和冲击强度等优势，因此，针对偏光背光源而言，在导光板上表面设置折射率为1.5的棱镜层和有特定取向的液晶层来实现自然光的偏振分离，出射偏振光，提高光线利用率。若采用PC(聚碳酸酯)材质的导光板，LED芯片发出的光线进入导光板后角度被限制在-40°-40°范围内，其中-20°-20°范围内的光线所占比例大；相对的，与导光板上表面法线的夹角在50°-90°范围内，其中70°-90°范围内的光线比例较大，光线需要先经过棱镜层才能到达偏振分离区，而该传播过程中光线由高折射率层(n＝1.575)进入低折射率层(n＝1.5)时部分会发生全反射(全反射角θc＝72.2°)。因此，导光板采用PC(聚碳酸酯)材质后会降低整体出光量，纵使在导光板下表面设置等间距的纵向V型槽也不能达到采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)基材时的出光量。现有的导光板大多通过在下表面增加网点结构来破坏光线的全反射从而实现出光，但是下表面的散射网点会增加偏光背光源中大角度的光，这是不利的。
上述结构的导光板主要针对偏光背光源，出射有特定方向的偏振光。不同于自然光背光源(自然光背光源一般利用网点结构的散射作用破坏全反射出光，散射网点形成的出射光杂乱无章，后期利用扩散片和两个相互垂直的增亮膜实现出光均匀和限制出光角)，偏光背光源不仅要保证横向均匀性还需控制偏振光的出射角度(扩散膜会破坏偏振度)，因此，现有的导光板无法满足实际需求。
因此，需要提供一种用于偏振背光源的楔形导光板及偏振背光源来解决上述问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的以上技术问题，提出一种用于偏振背光源的楔形导光板及偏振背光源，其有效提高出射光线横向均匀性的同时提升出光量。
本实用新型采用以下技术方案：
一种用于偏振背光源的楔形导光板，所述楔形导光板包括：入光面；出光面，所述出光面连接于所述入光面并大致垂直于所述入光面；底面，所述底面为光滑平面且与所述出光面相对设置，并且所述底面与所述出光面的夹角为锐角；其中所述楔形导光板的厚度沿远离所述入光面的方向连续递减，所述出光面上设置有由多个微型结构平行排列组成的微型阵列，多个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。
优选地，所述间隔的长度范围为所述导光板纵向长度的5％以内。
优选地，所述底面与所述出光面之间的所述夹角不大于1°。
优选地，所述微型结构为等距且重复排列，所述微型结构之间的周期为所述楔形导光板最高厚度的3％-30％。
优选地，所述微型结构为凹槽结构。
优选地，所述凹槽结构的横切面为等腰三角形。
优选地，所述等腰三角形的底角范围为20°-40°。
优选地，所述微型结构的深度是随机不等的，邻近的所述微型结构的深度的变化范围在50％以内。
另外，本实用新型还提供一种包括如上任一项所述楔形导光板的偏振背光源，所述偏振背光源包括：所述楔形导光板；光源，所述光源设置在所述楔形导光板的靠近所述入光面一侧；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。
优选地，所述偏振分离层包括基底层和双折射层，所述基底层位于所述楔形导光板和所述双折射层之间，所述基底层的上表面具有微型棱镜结构，所述微型棱镜结构的延伸方向与所述入光面平行，所述双折射层的上表面为基本光滑的平面，所述双折射层的光轴方向基本上平行于所述微型棱镜结构的延伸方向。
本实用新型的用于偏振背光源的楔形导光板及偏振背光源，其在有效提高出射光线横向均匀性的同时可提升出光量。
附图说明
通过参照本实用新型的实施方案的图示说明可以更好地理解本实用新型，在附图中：
图1是本实用新型具体实施例的用于偏振背光源的楔形导光板的主视图；
图2是本实用新型具体实施例的用于偏振背光源的楔形导光板的左视图；
图3是本实用新型具体实施例中凹槽结构的横切面为等腰三角形时的结构示意图；
图4是本实用新型另一实施例中凹槽结构的横切面为顶角为弧形倒角的等腰三角形时的结构示意图；
图5是本实用新型另一实施例中凹槽结构的横切面为等腰梯形时的结构示意图；
图6是本实用新型具体实施例的偏振背光源的结构示意图；
图7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8是本实用新型具体实施例中设置凹槽结构(横切面为等腰三角形)前后的横向出光均匀性对比图。
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，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。本实用新型所列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。
下面结合附图对本实用新型具体实施方式的用于偏振背光源的楔形导光板及偏振背光源做详细描述。图1是本实用新型具体实施例的用于偏振背光源的楔形导光板的主视图，图2是本实用新型具体实施例的用于偏振背光源的楔形导光板的左视图，结合图1和图2所示，本实用新型具体实施例描述了一种用于偏振背光源的楔形导光板10，楔形导光板10包括：入光面101；出光面102，出光面102连接于入光面101并大致垂直于入光面101；底面103，底面103为光滑平面且与出光面102相对设置并与出光面102的夹角为锐角；楔形导光板10的厚度沿远离入光面101的方向连续递减，当底面103与出光面102之间的夹角度数较大时，其厚度递减较快，反之，当底面103与出光面102之间的夹角度数较小时，其厚度递减较慢，具体根据不同显示装置的大小、光学参数要求等可进行不同的设置，不再赘述。出光面102上设置有由多个微型结构100平行排列组成的微型阵列，多个微型结构100沿与入光面101垂直的方向延伸，且微型阵列与入光面101相分离并具有一间隔，如图1中所示，间隔长度为L0，间隔的长度L0的范围优选地为楔形导光板10纵向长度的5％以内(包括5％)，优选地，间隔的长度L0可在楔形导光板10纵向长度的0.5％到4.0％之间(包括0.5％和4.0％)。每个微型结构与入光面的间隔基本上相同。微型结构100的深度H0一般大于楔形导光板10最低厚度的0.5％。优选地，其深度在楔形导光板10最低厚度的1％到35％之间(包括1％和35％)。
本实用新型具体实施例的用于偏振背光源的楔形导光板10，其底面103与出光面102之间的夹角不大于1°(包括1°)，例如，楔形导光板的最高厚度(即，入光端厚度)为500μm，最低厚度(即，远光端厚度)为100μm，长110mm，底面103与出光面102之间的夹角为0.21°，其出光量较500μm厚的上下面均为平面的无结构的平面导光板(即底面与出光面平行的平行导光板，并非楔形导光板，同时底面和出光面也均没有设置其他结构)提升了35％。本实用新型中底面103与出光面102之间的夹角可根据实际需求做调整。
本实用新型具体实施例中，如图1和图2所示，微型结构100为等距且重复排列的结构，微型结构100之间的周期为楔形导光板最高厚度的50％以内(包括50％)，优选地，为楔形导光板最高厚度的3％-30％(包括3％和30％)。本实用新型具体实施例中，优选地，微型结构100为凹槽结构，进一步地，该凹槽结构的横切面可以为等腰三角形、顶角为弧形倒角的等腰三角形、等腰梯形或光杯形；更进一步地，例如该等腰三角形的底角范围为20°-40°(包括20°和40°)；该顶角为弧形倒角的等腰三角形的弧形倒角的曲率半径与等腰三角形的底边的比值不大于0.3(包括0.3)；等腰梯形的底角范围为20°-40°(包括20°和40°)，等腰梯形的短底边与长底边的比值不大于0.25(包括0.25)；光杯形的短底边与长底边的比值为0.06-0.25(包括0.06和0.25)，凹槽结构的深度与长底边的比值为0.25-0.4(包括0.25和0.4)。优选地，微型结构100的深度也可以是随机不等的，相邻的微型结构的深度变化范围在0-50％之间(包括0和50％)。
图3是本实用新型具体实施例中凹槽结构的横切面为等腰三角形时的结构示意图，图4是本实用新型另一实施例中凹槽结构的横切面为顶角为弧形倒角的等腰三角形时的结构示意图，图5是本实用新型另一实施例中凹槽结构的横切面为等腰梯形时的结构示意图，结合图3至图5所示：
当楔形导光板10的等距且重复排列的凹槽结构的横切面为等腰三角形时，如图3所示，该等腰三角形的底角范围为20°-40°(包括20°和40°)，更优的为25°-35°(包括25°和35°)，此时经测试，该楔形导光板出光的均匀度达85％。具体地，例如：设置该等腰三角形底边宽L1为10μm，深度H0为2.34μm，底角为25°，等距而重复排列的凹槽结构周期d1(即两个等距而重复排列的凹槽结构之间的距离)为15μm，经测试该楔形导光板出光的均匀度达86％；设置该等腰三角形底边宽L1为100μm，深度H0为35μm，底角35°，等距而重复排列的凹槽结构周期d1为250μm，经测试该楔形导光板出光的均匀度达87％。
当楔形导光板10的等距且重复排列的凹槽结构的横切面为弧形倒角的等腰三角形时，如图4所示，此时该等腰三角形的顶角为弧形，该弧形的曲率半径为r1，其底角范围为20°-40°，曲率半径与底边的比值不大于0.3(包括0.3)。具体地，例如：设置该等腰三角形底边宽L2为10μm，深度H0为2.75μm，底角30°，弧形的曲率半径r1为0.9，等距且重复排列的凹槽结构周期d1为15μm，经测试该楔形导光板出光的均匀度达86％；宽100μm，深度H0为29μm，底角35°，弧形的曲率半径r1为2.7，等距而重复排列的凹槽结构周期d1为250μm，经测试该楔形导光板出光的均匀度达86％。
楔形导光板10的等距且重复排列的凹槽结构的深度是随机不等的，并且任意两个相邻的凹槽结构的深度变化范围在50％以内(包括50％)。更优的深度变化范围在20％-50％之间(包括20％和50％)，具有此深度差的楔形导光板的横向均匀性提高5％。具体地，例如：设置该等腰三角形底边宽L1为10μm，深度H0为2.9μm，等距且重复排列的凹槽结构周期d1为25μm，经测试该楔形导光板出光的均匀度达85％；由设置该等腰三角形底边宽L1为10μm，深度H0为3.3μm，等距且重复排列的凹槽结构周期d1为25μm，和设置等腰三角形底边宽L1为10μm，深度H0为3.5μm，等距且重复排列的凹槽结构周期d1为25μm以及设置等腰三角形底边宽L1为10μm，深度H0为2.35μm，等距且重复排列的凹槽结构周期d1为25μm等深度不同的凹槽结构组合后得到的该楔形导光板经测试其出光的均匀度均达到90％。
当楔形导光板10的等距且重复排列的凹槽结构的横切面为等腰梯形时，如图5所示，其中等腰梯形的底角范围为20°-40°(包括20°和40°)，等腰梯形的短底边L3与长底边L4的比值不大于0.25(包括0.25)。具体地，例如：设置等腰梯形的长底边L4的宽为10μm，等腰梯形的深度H0为2.75μm，底角为30°，等距且重复排列的凹槽结构周期d1为20μm，经测试该楔形导光板出光的均匀度为86％；设置等腰梯形的长底边L4的宽为100μm，等腰梯形的深度H0为28μm，底角为35°，等距且重复排列的凹槽结构周期d1为250μm，经测试该楔形导光板出光的均匀度为87％。
当楔形导光板10的等距且重复排列的凹槽结构的横切面为光杯结构时，其中光杯结构的短底边与长底边的比值在0.06-0.25范围内(包括0.06和0.25)，凹槽结构的深度与长底边的比值在0.25-0.4范围内(包括0.25和0.4)。光杯的侧边形状为圆锥曲线型，包含抛物线型及其他。
图6是本实用新型具体实施例的偏振背光源的结构示意图，图7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，结合图6和图7所示，本实用新型公开的包括楔形导光板的偏振背光源的结构中，所述背光源包括光源20、楔形导光板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与楔形导光板10尺寸基本上一致地设置在楔形导光板10的出光面102一侧。从光源20发出的自然光从入光面101进入楔形导光板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，光波导会从楔形导光板10与偏振分离层30的界面(即楔形导光板10的出光面102)进入偏振分离层30。偏振分离层30包括基底层301和双折射层302，基底层301位于楔形导光板10和双折射层302之间，基底层301的上表面具有微型棱镜结构3011，微型棱镜结构3011的延伸方向与入光面101平行，双折射层302的上表面为基本光滑的平面，双折射层302的光轴方向基本上平行于微型棱镜结构3011的延伸方向，基底层301的折射率与双折射层302的寻常光折射率基本上一致。双折射层302的厚度不小于微型棱镜结构3011的高度，以使微型棱镜结构全部包含在双折射层302中。微型棱镜结构优选地为横截面为等腰三角形的棱镜结构，多个微型棱镜结构紧密连续排列。双折射层302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7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，所以进入楔形导光板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。图8是本实用新型具体实施例中设置凹槽结构(横切面为等腰三角形)前后的横向出光均匀性对比图，如图8的曲线(a)所示，以等间距排列的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楔形导光板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，在传播过程中互相混合提高横向的光强均匀性，如图8中的曲线(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楔形导光板中的传播模式，且会进一步增强从楔形导光板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楔形导光板10中的传播角度来达到。如图8中曲线(a)所示，未设置该微型结构时，入射光进入楔形导光板10后其横向角度如图分布，可以看出，其横向均匀性较差，波动较大。通过设置微型结构100，如图8中曲线(b)所示，可以看出，入射光进入楔形导光板10后其横向均匀性大幅提升，并且出光量大约提升40％。
本实用新型具体实施例中，微型结构100为凹槽结构，其深度H0不大于50μm(包括50μm)，该楔形导光板10的底面103与出光面102之间的夹角不大于1°(包括1°)时，相对于传统楔形导光板其出光量提升20％-40％，凹槽结构为等距且重复排列的结构，等距且重复排列的结构之间的间距为15-250μm。本实用新型具体实施例中，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(即两个重复结构之间的距离)与楔形导光板的材质和厚度有关系。对于一般的楔形导光板材料，如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)材料，楔形导光板的厚度在300-500μm之间，重复结构的周期在楔形导光板最高厚度的3％-50％之间，出射偏振光在横向上的均匀度即可达到85％以上。
本实用新型在楔形导光板的出光面设置多个微型结构，多个微型结构平行排列所组成微型阵列，多个微型结构沿与入光面垂直的方向延伸，且微型阵列与入光面相分离并具有一间隔，设置该间隔既能保证光源20发射的光线进入楔形导光板后的均匀传导、避免在该处出现明暗条纹，又能便于该楔形偏光板的制作、运输和安装。
本实用新型的微型结构的设置位置和具体结构不仅可以改变进入楔形导光板的自然光在横向上的分布，从而提高横向出光的均匀性，同时，不影响波导在楔形导光板中的传播且可增强波导与相邻的偏振分离层之间的相互作用，所以可应用于偏振背光源，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，同时不增加大角度光，大大提高背光的利用率和使用其的显示装置的亮度。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。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实用新型的其他具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。