一种用于实现偏振准直面光源的导光结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于实现偏振准直面光源的导光结构，该导光结构由导光结构主体、入射偏振光源及微透镜阵列组构成。入射偏振光源发出的光线经过在出光面处设置的凹形调光网点的作用，反向入射至四分之一波片经过两次调制及抛物面反射型微透镜的准直后，最终在出光面形成偏振状态垂直于原偏振状态的高偏振度准直面光源。该导光结构能够实现高效率的偏振准直面光源，且集成度高，结构紧凑，加工工艺易于实现，特别适合于需要面光源的应用，并有利于系统结构的薄型化设计。

Light guide structure for realizing polarization quasi face light source

The invention discloses a light guiding structure for realizing a polarization quasi face light source, which is composed of a light guiding structure main body, an incident polarized light source and a microlens array group. A light source after the incident polarization in a smooth set of concave dot dimming effect, collimation reverse incident to the four points after the two wave plate modulation and parabolic micro lens, the final state of polarization perpendicular to the polarization state of the original high polarization light source formed in a quasi smooth face. The light guide structure can achieve high efficiency quasi polarization face light source, and high integration, compact structure, easy processing, especially suitable for application to surface light source, and is conducive to the light-weight design of system structure.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及照明光学领域，尤其适合于需要偏振准直面光源的应用，并有利于系统结构的高集成化设计。特别地，可以运用于液晶显示的背光模组上。
技术介绍
近年来，随着照明需求的进一步扩大，社会各个领域对于照明质量和照明系统结构的要求越来越苛刻，能够实现多元化目标的照明光学器件具有更加广阔的应用前景。以液晶显示器为例，液晶面板本身是被动发光的，需要设计特殊的结构为其提供偏振入射的面光源，背光模组作为一种光的引导分布模块，协助液晶面板实现最终的匀光显示。常见于液晶显示的背光模组主要包括光源、反射片、导光板、扩散膜、增光膜等部件。背光模组按其规模主要有侧光式结构与直下式结构两种。侧光式结构具有轻薄化的特点，该结构将光源放置于模组的边缘，通过导光板表面微结构的设计将光均匀的从正面导出，并由扩散膜和增光片将光线控制在选择的视角范围内。直下式结构不需要导光板，LED阵列直接布置在背光体的底部，通过一定高度的混光，各颗LED发出的光线也能在背光体的顶部形成一个均匀的光能量分布，实现均匀出射。总结这两种传统结构不难发现，尽管它们都能够实现均匀的面光源出光，然而系统中都包括了多层独立膜片，这并不利于系统的集成化和薄型化的实现，例如，反射片可以将从导光板下表面透出的光线反射回导光板中，提高光能的利用率；扩散膜的作用在于柔和光线分布，尽量减小亮暗区的差异，使光的分布更加均匀；棱镜片则是将散射的光束会聚，通常还贴上增光膜，以提高视角范围内的正面亮度。为了提高光能利用率且向集成化、薄型化方向发展，研究者展开了许多工作。在US6443583中研究者利用有相互垂直的微棱镜结构的棱镜片，使出射光集中到导光板的出光面法线附近正负25度的范围内，该背光系统包括光源、导光板、反射片、扩散片和棱镜片。光源所发出的光线经过导光板的入光面进入导光板内部，由设置在导光板的底面下方的反射片反射并经导光板的出光面输出，导光板底面设有一定披覆率的调光网点，用来破坏导光板内部的全反射作用，实现面光源输出。但该装置中包含两片独立于主体外的棱镜片，不利于背光模组的集成化、薄型化设计，制造成本和装配误差也随之增加。在TW200745654中研究者利用光控制薄膜当做一遮蔽屏障贴附于液晶显示器前，以达到限制出射光源角度的目的。光控制薄膜具有紧密排列的黑色超微细百叶窗，其作用在于控制光线通过薄膜的传播方向，使得光线仅能透过薄膜上的透明区域。然而，光控制薄膜上黑色超微细百叶窗材料会吸收光线，使得光线透过率下降，光能利用率大幅下降，造成照明亮度不足的问题。综上，现有的照明装置都难以兼顾光学性能和集成度高的问题，而一些照明需求例如液晶显示背光模组还对准直性、偏振性有所要求，为了解决这一问题，有必要提供一种结构功能完整、工艺易于实现、成本低廉的面光源结构。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种以偏振光出射的准直型面光源照明装置，用于实现如液晶显示中的照明要求。该结构能够实现较高纯度的偏振光，并且出射光具有高准直性，且结构紧凑，加工工艺易于实现，相对于其他导光结构设计，集成度更高，结构功能更完整，由于出射光具有偏振性和准直特性，特别适合于需要偏振准直面光源的照明应用，并有利于系统结构的薄型化设计。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：包括导光结构主体、入射偏振光源及微透镜阵列组；所述入射偏振光源位于导光结构主体侧面；微透镜阵列组包括抛物面反射型准直微透镜、四分之一波片、凹形调光网点及反射偏振器；凹形调光网点位于导光结构主体的出光面处；所述反射偏振器填充于凹形调光网点中，反射偏振器的偏振光透过方向与入射偏振光源的偏振方向相垂直；所述四分之一波片内侧紧贴于导光结构主体中与凹形调光网点相对的一侧；所述抛物面反射透镜设置在四分之一波片的外侧；抛物面反射型准直微透镜位于凹形调光网点的正下方，且凹形调光网点位于抛物面反射型准直微透镜的焦点上，形成唯一的对应关系；入射线偏振光由侧边入射，光振动沿着单一方向，入射光进入导光结构主体后将满足全反射条件在导光结构主体中传播，当光线遇到凹形调光网点和反射偏振器时，将在导光结构主体中改变传播方向，即向底面射去，再经由四分之一波片和抛物面反射型准直微透镜的共同作用，使出射线偏振光变为振动方向垂直于原线偏振光的准直光，最终形成了具有较高偏振度的准直面光源。在本专利技术一实施例中，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导光结构主体之间的入光处；对于导光结构而言，入射光源为线光源形式，或点光源按线状排列的集合。在本专利技术一实施例中，入射偏振光源为直接出射偏振光的LED光源，该LED光源的集合按直线排列，形成侧入式线光源的形式。在本专利技术一实施例中，四分之一波片和抛物面反射型准直微透镜采用先成型后胶合、丝网印刷或增材制造的方式依次附着在导光结构主体上。在本专利技术一实施例中，所述四分之一波片的快轴与入射偏振光方向呈45°夹角，原偏振光将经过四分之一波片两次，转换为垂直于原偏振光振动方向的出射线偏振光。在本专利技术一实施例中，导光主体的折射率范围在1.4~1.9之间，导光结构主体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抛物面反射型微透镜的折射率，即抛物反射透镜的折射率与四分之一波片的折射率相匹配；抛物面反射型微透镜的实际焦点位于所述凹形调光网点处，且抛物面反射型准直微透镜与空气接触的抛物型界面上镀有一层反射膜，使从调光网点入射至抛物面的光线经反射后平行地由出光侧出射，而不由抛物面直接射出导光主体。在本专利技术一实施例中，所述的反射型微透镜的形状为抛物面型，每个组合的口径相同，每一个抛物面反射型微透镜都对应着唯一的凹形调光网点，且凹形调光网点位于抛物面反射型微透镜的焦点上；抛物面反射型微透镜的焦距f、抛物面方程由以下公式得到：其中，点(x，y，z)是抛物曲面上任意一点，坐标系的确定是以各抛物面反射型微透镜的顶点为原点，沿导光板长边方向为x方向，沿导光板短边方向为y方向，原点指向调光网点面的方向定义为z轴正方向，x、y、z三轴的正方向呈右手螺旋定则；θ1、θ2分别是导光板介质层入射光线夹角、抛物面反射型微透镜介质层出射光线夹角，h1、h3分别是导光主体的厚度、抛物面反射型微透镜的厚度；抛物面反射型微透镜的有效作用口径根据以下公式确定：，其中，θ即调光网点与相应抛物面反射型准直微透镜边缘连线和法线之间的夹角。在本专利技术一实施例中，凹形调光网点的每一个调光网点均为半球形，且直径相同，沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：包括导光结构主体、入射偏振光源及微透镜阵列组；所述入射偏振光源位于导光结构主体侧面；微透镜阵列组包括抛物面反射型准直微透镜、四分之一波片、凹形调光网点及反射偏振器；凹形调光网点位于导光结构主体的出光面处；所述反射偏振器填充于凹形调光网点中，反射偏振器的偏振光透过方向与入射偏振光源的偏振方向相垂直；所述四分之一波片内侧紧贴于导光结构主体中与凹形调光网点相对的一侧；所述抛物面反射透镜设置在四分之一波片的外侧；抛物面反射型准直微透镜位于凹形调光网点的正下方，且凹形调光网点位于抛物面反射型准直微透镜的焦点上，形成唯一的对应关系；入射线偏振光由侧边入射，光振动沿着单一方向，入射光进入导光结构主体后将满足全反射条件在导光结构主体中传播，当光线遇到凹形调光网点和反射偏振器时，将在导光结构主体中改变传播方向，即向底面射去，再经由四分之一波片和抛物面反射型准直微透镜的共同作用，使出射线偏振光变为振动方向垂直于原线偏振光的准直光，最终形成了具有较高偏振度的准直面光源。

【技术特征摘要】
1.一种用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：包括导光结构主体、入射偏
振光源及微透镜阵列组；所述入射偏振光源位于导光结构主体侧面；
微透镜阵列组包括抛物面反射型准直微透镜、四分之一波片、凹形调光网点及反射偏
振器；
凹形调光网点位于导光结构主体的出光面处；所述反射偏振器填充于凹形调光网点
中，反射偏振器的偏振光透过方向与入射偏振光源的偏振方向相垂直；所述四分之一波片
内侧紧贴于导光结构主体中与凹形调光网点相对的一侧；所述抛物面反射透镜设置在四分
之一波片的外侧；抛物面反射型准直微透镜位于凹形调光网点的正下方，且凹形调光网点
位于抛物面反射型准直微透镜的焦点上，形成唯一的对应关系；
入射线偏振光由侧边入射，光振动沿着单一方向，入射光进入导光结构主体后将满足
全反射条件在导光结构主体中传播，当光线遇到凹形调光网点和反射偏振器时，将在导光
结构主体中改变传播方向，即向底面射去，再经由四分之一波片和抛物面反射型准直微透
镜的共同作用，使出射线偏振光变为振动方向垂直于原线偏振光的准直光，最终形成了具
有较高偏振度的准直面光源。
2.根据权利要求1所述的用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：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导光结构主体之间的
入光处；对于导光结构而言，入射光源为线光源形式或点光源按线状排列的集合。
3.根据权利要求1所述的用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：入射偏振
光源为直接出射偏振光的LED光源，该LED光源的集合按直线排列，形成侧入式线光源的形
式。
4.根据权利要求1所述的用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：四分之一
波片和抛物面反射型准直微透镜采用先成型后胶合、丝网印刷或增材制造的方式依次附着
在导光结构主体上。
5.根据权利要求1所述的用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：所述四分
之一波片的快轴与入射偏振光方向呈45°夹角，原偏振光将经过四分之一波片两次，转换为
垂直于原偏振光振动方向的出射线偏振光。
6.根据权利要求1所述的用于实现偏振准直面光源的导光结构，其特征在于：导光主体
的折射率范围在1.4~1.9之间，导光结构主体材料的折射率大于四分之一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈恩果，徐胜，叶芸，郭太良，林金堂，林志贤，黄佳敏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35