專利名稱：用于液晶顯示器光學模塊的壓束片及光學模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器的光學模塊，尤其是涉及一種用于液晶顯示器光學模塊 的壓束片。
背景技術：
由于液晶顯示器(LCDs)面板中的液晶本身不發(fā)光，因而，要達到顯示器成像效果， 需給液晶顯示器面板提供光源，如利用背光源(透射式)或利用自然環(huán)境光(反射式) 來照亮屏幕。然而，在彩色液晶顯示器中背光源的光能并不能有效地被利用，使得液晶 顯示器的顯示屏亮度及對比度無法達到良好的效果。隨著液晶顯示器應用領域的不斷拓展，特別是大尺寸液晶顯示器的應用，對液晶顯 示屏的亮度及對比度的要求也越來越高。為了補償液晶顯示器的低背光源光能利用率，提高液晶顯示屏的亮度及對比度， 2006年11月15日中國公開的發(fā)明專利"用于液晶顯示器的光學模塊及液晶顯示器" (CN1862337)公開了一種用于液晶顯示器的光學模塊及液晶顯示器，這種用于液晶顯 示器的光學模塊及液晶顯示器，它包括置于液晶顯示屏背光源前的壓束片和置于壓束片 前的分色片，壓束片將一束擴展光束分成一組細小光束列，分色片將白光分為紅、綠、 藍三原色，并根據顏色順序折射到不同的位置，由于引入了分色片，背光源可見光頻譜 內所有的光能都被有效利用，其利用率提高三倍以上，如果再引入了分束片，背光源所 有偏振方向的光能都被有效利用，其利用率提高一倍以上，串聯此兩模板，則可使背光 源的總體光能利用率提高六倍以上，液晶顯示屏的亮度及對比度得到顯著提高，能耗顯 著降低，實現真正意義上的高亮度、低能耗的液晶顯示器。但是這種用于液晶顯示器的 光學模塊中的壓束片，如圖1中的1所示，采用兩面半徑不同的大直徑凸透鏡陣列與小 直徑凸透鏡陣列，其在解決了亮度和對比度問題的同時增加了液晶顯示器的厚度，與液 晶顯示器的發(fā)展、廣泛應用及人們的需求不相適應。發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能有效保證液晶顯示器高背光源光能利用率及液晶顯示屏高亮度和高對比度的同時，大大減小液晶顯示器的厚度的用于光學模塊 的壓束片及光學模塊。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為 一種用于液晶顯示器光學模塊的壓 束片，它由沿與入射光垂直方向重疊設置的多個壓束單元組成，所述的壓束單元包括相 互平行的入射面和出射面，所述的入射面與所述的出射面之間設置有至少一組第一反射 單元和數量等于所述的第一反射單元數量或等于所述的第一反射單元數量減1的與所述 的第一反射單元鏡面對稱的第二反射單元，所述的第一反射單元與所述的第二反射單元 沿入射光方向間隔排列，所述的第一反射單元包括與入射面呈45°角的第一反射面和與 所述的第一反射面平行的第二反射面，所述的第二反射單元包括與所述的第二反射面垂 直的第三反射面和與所述的第三反射面平行的第四反射面，所述的入射面前設置有大凸 透鏡，所述的出射面后設置有小透鏡，所述的大凸透鏡與所述的小透鏡的光軸相互重合， 且焦點重疊形成望遠鏡系統(tǒng)。所述的大凸透鏡設置在所述的入射面上，所述的小透鏡設置在所述的出射面上。所述的小透鏡為小凸透鏡。所述的小透鏡為小凹透鏡。一種使用上述的壓束片的光學模塊，包括壓束片和分色片，壓束片由沿與入射光垂 直方向重疊設置的多個壓束單元組成，所述的壓束單元包括相互平行的入射面和出射 面，所述的入射面與所述的出射面之間設置有至少一組第一反射單元和數量等于所述的 第一反射單元數量或等于所述的第一反射單元數量減1的與所述的第一反射單元鏡面對 稱的第二反射單元，所述的第一反射單元與所述的第二反射單元沿入射光方向間隔排 列，所述的第一反射單元包括與入射面呈45。角的第一反射面和與所述的第一反射面平 行的第二反射面，所述的第二反射單元包括與所述的第二反射面垂直的第三反射面和與 所述的第三反射面平行的第四反射面，所述的入射面前設置有大凸透鏡，所述的出射面 后設置有小透鏡，所述的大凸透鏡與所述的小透鏡的光軸相互重合，且焦點重疊形成望 遠鏡系統(tǒng)。所述的分色片包括干涉濾光片組，所述的干涉波光片組由紅、綠、藍三種干涉濾光 片重復排列組成，所述的干涉濾光片沿著與入射光束相垂直的方向排列。所述的壓束片與所述的分色片之間設置有分束片，所述的分束片包括兩塊基板及設 置在所述的基板間的空間定位液晶分子，所述的液晶分子沿著與入射光束成大于0° 、 小于90°的夾角方向排列。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于在保證構成望遠鏡系統(tǒng)的前提下，通過改變壓束片的組成結構，利用設置的第一反射單元和第二反射單元的反射面來改變來自液晶顯 示器背光源的擴展光束的光的傳播方向，對于同樣的傳播路程，壓束片的厚度減少了一 半，在提高液晶顯示器亮度和對比度的同時，使液晶顯示器的厚度得到顯著的減小。


圖l為現有技術光學模塊的簡化結構截面圖，其中l(wèi)為壓束片；圖2a為本發(fā)明的壓束片的一種結構截面圖；圖2b為本發(fā)明的壓束片的另一結構截面圖；圖3a為構成圖2a所示的壓束片的壓束單元及其望遠鏡系統(tǒng)的光學工作原理圖； 圖3b為構成圖2b所示的壓束片的壓束單元及其望遠鏡系統(tǒng)的光學工作原理圖； 圖4a為圖2a所示的壓束片的入射面與出射面之間再設置一個第一反射單元的壓束 片結構截面圖；圖4b為入射面與出射面之間設置有兩個第一反射單元和兩個第二反射單元的壓束片結構截面圖；圖5為使用圖2a所示的壓束片構成的液晶顯示器的光學模塊結構圖；圖6為使用圖2b所示的壓束片構成的液晶顯示器的光學模塊結構圖； 圖7為分色片的光學工作原理圖；圖8為使用圖4a所示的壓束片構成的液晶顯示器的光學模塊結構圖； 圖9為使用圖4b所示的壓束片構成的液晶顯示器的光學模塊結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。圖2a給出了以光學玻璃或光學塑料為材料的壓束片1的一種結構的詳細截面圖， 它由沿與入射光垂直方向重疊設置的多個如圖3a所示的壓束單元2組成，壓束單元2 包括相互平行的入射面3和出射面4，入射面3與出射面4之間設置有一組第一反射單 元5和一組與第一反射單元5鏡面對稱的第二反射單元6，第一反射單元5與第二反射 單元6沿入射光方向排列，第一反射單元5包括與入射面3呈45。角的第一反射面51 和與第一反射面51平行的第二反射面52，第二反射單元6包括與第二反射面52垂直的 第三反射面61和與第三反射面61平行的第四反射面62，入射面3上設置有大凸透鏡， 出射面4上設置有小凸透鏡，大凸透鏡與小凸透鏡光軸相互重合，且焦點重疊形成望遠鏡系統(tǒng)。圖2b給出了另一種結構的壓束片1，其結構與圖2a所示的壓束片1的基本相同， 不同之處在于本結構的壓束片1是由沿與入射光垂直方向重疊設置的多個如圖3b所示 的壓束單元2組成，壓束單元2的出射面4上設置有小凹透鏡，入射面3上的大凸透鏡 與小凹透鏡光軸相互重合，且焦點重疊形成望遠鏡系統(tǒng)，這種結構因大凸透鏡與小凹透 鏡的焦點重疊于光學玻璃或光學塑料外，避免了由于平行光束入射后均會聚于焦點處， 致使焦點處溫度太高而損壞光學玻璃或光學塑料，延長了壓束片及液晶顯示器的使用壽 命，此外，本結構進一步減小了壓束片1的厚度。壓束片1的主要作用是將寬度為Bl的光束經過此壓束片1后，被壓縮為寬度為B2 的小光束，壓束片1的壓縮比為大凸透鏡與小凸透鏡或小凹透鏡的半徑比。如圖3a所 示，來自于背光源寬度為B1的擴展光束(通過大凸透鏡的光心Ol)入射到入射面3的 大凸透鏡上，該入射擴展光束在入射面3內不發(fā)生折射，直接入射到第一反射單元5的 第一反射面51上，根據光的反射定律光線被反射，反射后的光束相繼又被第二反射面 52、第二反射單元6的第三反射面61和第四反射面62反射，經多次反射后的光束入射 到出射面4的小凸透鏡上，被小凸透鏡壓縮成寬度為B2的細小光束，也即壓束片l的 壓縮比為B1:B2。當入射的擴展光束不通過大凸透鏡的光心Ol時，光束經大凸透鏡發(fā) 生折射，再通過平面反射鏡多次反射，最后從小凸透鏡出射。需要指出的是，無論光束 怎么被反射，光束必然通過大凸透鏡和小凸透鏡的焦點。細小光束的寬度B2應等于液 晶顯示屏的像素寬度。在不計通光率因素情況下，因需將兩個(黑白顯示屏)像素或六 個(彩色顯示屏)像素壓縮成一個像素，所以，壓束片1的壓縮比為2:1 (黑白顯示屏) 或6:1 (彩色顯示屏)?？梢酝ㄟ^調整壓束片1的壓縮比提高像素的通光率，若計入像素 通光率，則壓束片l的壓縮比大于2:1 (黑白顯示屏)或6:1 (彩色顯示屏)。圖3b所示的壓束單元2的光學工作原理與圖3a所示的壓束單元2的光學工作原理 基本相同。圖2a所示的壓束片1也可以采用如圖4a所示的結構，在入射面3和出射面4之間 沿入射光方向設置兩個第一反射單元5及一個第二反射單元6，第一反射單元5與第二 反射單元6沿入射光方向間隔排列。其工作原理與圖2a所示的壓束片1 一樣，不同的 是，在此結構中入射的擴展光束在壓束片1中經過更多次的光束反射過程。圖4b給出 了具有兩個第一反射單元5和兩個第二反射單元6的壓束片1的詳細截面圖，第一反射 單元5與第二反射單元6沿入射光方向間隔排列。依次類推，可以在入射面3與出射面 4之間設置若干第一反射單元5和第二反射單元6，但這些結構中第一反射單元5與第二反射單元6始終沿入射光方向間隔排列，且第二反射單元6的數量等于第一反射單元 5的數量或等于第一反射單元5的數量減1，此外同樣需保證壓束片1形成望遠鏡系統(tǒng)， 即入射面3的大凸透鏡與出射面4的小凸透鏡焦點重疊。同理，可在圖2b所示的壓束 片1的入射面3與出射面4之間設置若干第一反射單元5和第二反射單元6?？紤]到壓 束片1的厚度，可以設置比較多的第一反射單元5和第二反射單元6，因為大凸透鏡與 小透鏡的焦距由透鏡材料的光學折射率及凸面或凹面的曲率半徑決定，與光束傳播的方 向無關，故利用反射面來改變光的傳播方向，光束被反射次數越多，焦點到透鏡光心的 直線距離就越近，達到了減小壓束片l厚度的目的。壓束片1的所有光學玻璃或光學塑料表面均鍍有增透膜以優(yōu)化透光率。 上述所有壓束片1中的大凸透鏡可設置于入射面3前，小透鏡可設置于出射面4后。 圖5給出了使用圖2a所示的壓束片1構成的光學模塊，主要包含以下三個部分:(1) 將一束擴展光束通過壓束片l被壓縮成一組細小光束列；(2)將白色非偏振光分成二組 相互正交的線性偏振光的分束片7; (3)將白色線性偏振光分為三原色，并根據顏色順 序折射到相應位置的分色片8。分束片7設置于壓束片1與分色片8之間，分束片7包括兩塊以光學玻璃或塑料為 材料的基板71及72和兩基板71、 72間設置的高雙折射率的空間定位的液晶分子 (SF-PDLC) 73，液晶分子73沿著與入射光束成大于0° 、小于90°的夾角方向排列。 非偏振細小光束列在該分束片7內被分離為二組相互正交的線性偏振光o光(尋常光) 和e光(非尋常光)，分束片7中的液晶分子73沿著能產生o光和e光最大分離角的方 向排列并被定位，其中，分離角大小由晶體的晶向及材料的雙折射率決定。分束片7中 所有的光學玻璃或塑料外表面均鍍有增透膜以優(yōu)化透光率。分色片8包括以光學玻璃或光學塑料為材料的基板84和干涉濾光片組，干涉濾光 片組由一組紅干涉濾光片81、綠干涉濾光片82和藍干涉濾光片83重復排列組成，干涉 濾光片沿著與入射光束相垂直的方向排列。干涉濾光片組與經分束片7分束后出射的白 色偏振光垂直，白色偏振光在干涉濾光片面的入射角為45° 。分色片8的工作原理為起 始干涉濾光片透射需要的頻譜、反射不需要的頻譜，而第二、第三干涉濾光片則反射需 要的頻譜、透射不需要的頻譜。如圖7所示，若起始干涉濾光片為紅色濾光片81，則透 射紅色頻譜，同時反射綠色和藍色頻譜到液晶顯示屏像素中；綠色干涉濾光片82反射 綠色頻譜，同時透射藍色和紅色頻譜，即被第一個干涉濾光片反射的綠色在些綠色干涉 濾光片82中被反射到液晶顯示屏像素中，而藍色頻譜則透射此干涉濾光片繼續(xù)前進； 當剩下的頻譜到達藍色干涉濾光片83時，藍色頻譜被藍色干涉濾光片83反射到液晶顯示屏像素中。經過上述的干涉濾光片透射或反射，紅、綠和藍三原色被完全分離并定位， 根據分色片8的工作原理，三種干涉濾光片任意兩種干涉濾光片的串聯組合同樣可實現 三原色的分離與定位。需指出的是，因分色片8中干涉濾光片組的起始干涉濾光片透射 頻譜，其他干涉濾光片反射頻譜，所以壓束片1與分色片8需精確對齊，從壓束片l來 的光束需與起始干涉濾光片重疊，否則會造成色度的不純。分色片8的基板84外表面 鍍有增透膜以優(yōu)化透光率。圖6給出了使用圖2b所示的壓束片1構成的光學模塊，其工作原理與圖5所示的 光學模塊的工作原理相同，但其比圖5所示的光學模塊更薄，并有效地保護了光學玻璃 或光學塑料，延長了光學模塊的壽命。圖8、圖9分別給出了使用圖4a、圖4b所示的壓束片1構成的光學模塊。
權利要求
1. 一種用于液晶顯示器光學模塊的壓束片，其特征在于它由沿與入射光垂直方向重疊設置的多個壓束單元組成，所述的壓束單元包括相互平行的入射面和出射面，所述的入射面與所述的出射面之間設置有至少一組第一反射單元和數量等于所述的第一反射單元數量或等于所述的第一反射單元數量減1的與所述的第一反射單元鏡面對稱的第二反射單元，所述的第一反射單元與所述的第二反射單元沿入射光方向間隔排列，所述的第一反射單元包括與入射面呈45°角的第一反射面和與所述的第一反射面平行的第二反射面，所述的第二反射單元包括與所述的第二反射面垂直的第三反射面和與所述的第三反射面平行的第四反射面，所述的入射面前設置有大凸透鏡，所述的出射面后設置有小透鏡，所述的大凸透鏡與所述的小透鏡的光軸相互重合，且焦點重疊形成望遠鏡系統(tǒng)。
2、 如權利要求1所述的用于液晶顯示器光學模塊的壓束片，其特征在于所述的大 凸透鏡設置在所述的入射面上，所述的小透鏡設置在所述的出射面上。
3、 如權利要求1或2所述的用于液晶顯示器光學模塊的壓束片，其特征在于所述 的小透鏡為小凸透鏡。
4、 如權利要求1或2所述的用于液晶顯示器光學模塊的壓束片，其特征在于所述 的小透鏡為小凹透鏡。
5、 一種使用權利要求1所述的壓束片的光學模塊，包括壓束片和分色片，其特征 在于所述的壓束片由沿與入射光垂直方向重疊設置的多個壓束單元組成，所述的壓束單 元包括相互平行的入射面和出射面，所述的入射面與所述的出射面之間設置有至少一組 第一反射單元和數量等于所述的第一反射單元數量或等于所述的第一反射單元數量減1 的與所述的第一反射單元鏡面對稱的第二反射單元，所述的第一反射單元與所述的第二 反射單元沿入射光方向間隔排列，所述的第一反射單元包括與入射面呈45°角的第一反 射面和與所述的第一反射面平行的第二反射面，所述的第二反射單元包括與所述的第二 反射面垂直的第三反射面和與所述的第三反射面平行的第四反射面，所述的入射面前設 置有大凸透鏡，所述的出射面后設置有小透鏡，所述的大凸透鏡與所述的小透鏡的光軸 相互重合，且焦點重疊形成望遠鏡系統(tǒng)。
6、 如權利要求5所述的光學模塊，其特征在于所述的分色片包括干涉濾光片組， 所述的干涉波光片組由紅、綠、藍三種干涉濾光片重復排列組成，所述的干涉濾光片沿 著與入射光束相垂直的方向排列。
7、如權利要求5所述的光學模塊，其特征在于所述的壓束片與所述的分色片之間 設置有分束片，所述的分束片包括兩塊基板及設置在所述的基板間的空間定位液晶分 子，所述的液晶分子沿著與入射光束成大于O。、小于90°的夾角方向排列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于液晶顯示器光學模塊的壓束片及光學模塊，壓束片由沿與入射光垂直方向重疊設置的多個包括相互平行的入射面和出射面的壓束單元組成，入、出射面之間設置有至少一組第一反射單元和與之數量相等或等于其數量減1的與之鏡面對稱的第二反射單元，第一反射單元與第二反射單元沿入射光方向間隔排列，第一反射單元包括與入射面呈45°角的第一反射面和與之平行的第二反射面，第二反射單元包括與第二反射面垂直的第三反射面和與之平行的第四反射面，入射面前設置有大凸透鏡，出射面后設置有小透鏡，大凸透鏡與小透鏡的光軸相互重合且焦點重疊形成望遠鏡系統(tǒng)，優(yōu)點在于利用反射面改變光束傳播方向，使光學模塊的厚度得到了顯著的減小。
文檔編號G02F1/1335GK101276097SQ20081006107
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權日2008年4月29日
發(fā)明者同 李 申請人:寧波思達利光電科技有限公司