一種用于實現(xiàn)偏振準直面光源的導光結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及照明光學領域，尤其適合于需要偏振準直面光源的應用，并有利于系 統(tǒng)結構的高集成化設計。特別地，可以運用于液晶顯示的背光模組上。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著照明需求的進一步擴大，社會各個領域對于照明質(zhì)量和照明系統(tǒng)結 構的要求越來越苛刻，能夠實現(xiàn)多元化目標的照明光學器件具有更加廣闊的應用前景。以 液晶顯示器為例，液晶面板本身是被動發(fā)光的，需要設計特殊的結構為其提供偏振入射的 面光源，背光模組作為一種光的引導分布模塊，協(xié)助液晶面板實現(xiàn)最終的勾光顯不。常見于 液晶顯示的背光模組主要包括光源、反射片、導光板、擴散膜、增光膜等部件。背光模組按其 規(guī)模主要有側光式結構與直下式結構兩種。側光式結構具有輕薄化的特點，該結構將光源 放置于模組的邊緣，通過導光板表面微結構的設計將光均勻的從正面導出，并由擴散膜和 增光片將光線控制在選擇的視角范圍內(nèi)。直下式結構不需要導光板，LED陣列直接布置在背 光體的底部，通過一定高度的混光，各顆LED發(fā)出的光線也能在背光體的頂部形成一個均勻 的光能量分布，實現(xiàn)均勻出射?？偨Y這兩種傳統(tǒng)結構不難發(fā)現(xiàn)，盡管它們都能夠實現(xiàn)均勻的 面光源出光，然而系統(tǒng)中都包括了多層獨立膜片，這并不利于系統(tǒng)的集成化和薄型化的實 現(xiàn)，例如，反射片可以將從導光板下表面透出的光線反射回導光板中，提高光能的利用率； 擴散膜的作用在于柔和光線分布，盡量減小亮暗區(qū)的差異，使光的分布更加均勻;棱鏡片則 是將散射的光束會聚，通常還貼上增光膜，以提高視角范圍內(nèi)的正面亮度。
[0003] 為了提高光能利用率且向集成化、薄型化方向發(fā)展，研究者展開了許多工作。在 US6443583中研究者利用有相互垂直的微棱鏡結構的棱鏡片，使出射光集中到導光板的出 光面法線附近正負25度的范圍內(nèi)，該背光系統(tǒng)包括光源、導光板、反射片、擴散片和棱鏡片。 光源所發(fā)出的光線經(jīng)過導光板的入光面進入導光板內(nèi)部，由設置在導光板的底面下方的反 射片反射并經(jīng)導光板的出光面輸出，導光板底面設有一定披覆率的調(diào)光網(wǎng)點，用來破壞導 光板內(nèi)部的全反射作用，實現(xiàn)面光源輸出。但該裝置中包含兩片獨立于主體外的棱鏡片，不 利于背光模組的集成化、薄型化設計，制造成本和裝配誤差也隨之增加。在TW200745654中 研究者利用光控制薄膜當做一遮蔽屏障貼附于液晶顯示器前，以達到限制出射光源角度的 目的。光控制薄膜具有緊密排列的黑色超微細百葉窗，其作用在于控制光線通過薄膜的傳 播方向，使得光線僅能透過薄膜上的透明區(qū)域。然而，光控制薄膜上黑色超微細百葉窗材料 會吸收光線，使得光線透過率下降，光能利用率大幅下降，造成照明亮度不足的問題。綜上， 現(xiàn)有的照明裝置都難以兼顧光學性能和集成度高的問題，而一些照明需求例如液晶顯示背 光模組還對準直性、偏振性有所要求，為了解決這一問題，有必要提供一種結構功能完整、 工藝易于實現(xiàn)、成本低廉的面光源結構。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種以偏振光出射的準直型面光源照明裝置，用于實現(xiàn)如液晶顯 示中的照明要求。該結構能夠實現(xiàn)較高純度的偏振光，并且出射光具有高準直性，且結構緊 湊，加工工藝易于實現(xiàn)，相對于其他導光結構設計，集成度更高，結構功能更完整，由于出射 光具有偏振性和準直特性，特別適合于需要偏振準直面光源的照明應用，并有利于系統(tǒng)結 構的薄型化設計。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種用于實現(xiàn)偏振準直面光源的 導光結構，其特征在于:包括導光結構主體、入射偏振光源及微透鏡陣列組;所述入射偏振 光源位于導光結構主體側面;微透鏡陣列組包括拋物面反射型準直微透鏡、四分之一波片、 凹形調(diào)光網(wǎng)點及反射偏振器；凹形調(diào)光網(wǎng)點位于導光結構主體的出光面處;所述反射偏振 器填充于凹形調(diào)光網(wǎng)點中，反射偏振器的偏振光透過方向與入射偏振光源的偏振方向相垂 直;所述四分之一波片內(nèi)側緊貼于導光結構主體中與凹形調(diào)光網(wǎng)點相對的一側;所述拋物 面反射透鏡設置在四分之一波片的外側;拋物面反射型準直微透鏡位于凹形調(diào)光網(wǎng)點的正 下方，且凹形調(diào)光網(wǎng)點位于拋物面反射型準直微透鏡的焦點上，形成唯一的對應關系;入射 線偏振光由側邊入射，光振動沿著單一方向，入射光進入導光結構主體后將滿足全反射條 件在導光結構主體中傳播，當光線遇到凹形調(diào)光網(wǎng)點和反射偏振器時，將在導光結構主體 中改變傳播方向，即向底面射去，再經(jīng)由四分之一波片和拋物面反射型準直微透鏡的共同 作用，使出射線偏振光變?yōu)檎駝臃较虼怪庇谠€偏振光的準直光，最終形成了具有較高偏 振度的準直面光源。
[0006] 在本發(fā)明一實施例中，入射偏振光源包括起偏器件及普通入射光源，起偏器件放 置于普通入射光源和導光結構主體之間的入光處;對于導光結構而言，入射光源為線光源 形式，或點光源按線狀排列的集合。
[0007] 在本發(fā)明一實施例中，入射偏振光源為直接出射偏振光的LED光源，該LED光源的 集合按直線排列，形成側入式線光源的形式。
[0008] 在本發(fā)明一實施例中，四分之一波片和拋物面反射型準直微透鏡采用先成型后膠 合、絲網(wǎng)印刷或增材制造的方式依次附著在導光結構主體上。
[0009] 在本發(fā)明一實施例中，所述四分之一波片的快軸與入射偏振光方向呈45°夾角，原 偏振光將經(jīng)過四分之一波片兩次，轉換為垂直于原偏振光振動方向的出射線偏振光。
[0010] 在本發(fā)明一實施例中，導光主體的折射率范圍在1.4~1.9之間，導光結構主體材料 的折射率大于四分之一波片的折射率；四分之一波片的折射率大于拋物面反射型微透鏡的 折射率，即拋物反射透鏡的折射率與四分之一波片的折射率相匹配;拋物面反射型微透鏡 的實際焦點位于所述凹形調(diào)光網(wǎng)點處，且拋物面反射型準直微透鏡與空氣接觸的拋物型界 面上鍍有一層反射膜，使從調(diào)光網(wǎng)點入射至拋物面的光線經(jīng)反射后平行地由出光側出射， 而不由拋物面直接射出導光主體。
[0011] 在本發(fā)明一實施例中，所述的反射型微透鏡的形狀為拋物面型，每個組合的口徑 相同，每一個拋物面反射型微透鏡都對應著唯一的凹形調(diào)光網(wǎng)點，且凹形調(diào)光網(wǎng)點位于拋 物面反射型微透鏡的焦點上;拋物面反射型微透鏡的焦距f、拋物面方程由以下公式得到：

其中，點(x，y，z)是拋物曲面上任意一點，坐標系的確定是以各拋物面反射型微透鏡的 頂點為原點，沿導光板長邊方向為X方向，沿導光板短邊方向為y方向，原點指向調(diào)光網(wǎng)點面 的方向定義為Z軸正方向，x、y、z三軸的正方向呈右手螺旋定則；0^02分別是導光板介質(zhì)層 入射光線夾角、拋物面反射型微透鏡介質(zhì)層出射光線夾角，hhh分別是導光主體的厚度、拋 物面反射型微透鏡的厚度;拋物面反射型微透鏡的