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CN106772764B - 背光模组以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种背光模组以及显示装置，该背光模组包括：一个导光板和一个点光源；导光板包括第一部和第二部，第一部包括第一入光面和与第一入光面相交的第一出光面，第二部包括第二入光面和与第二入光面相交的第二出光面，第一入光面与第二出光面相交，第一出光面与第二入光面相对设置，第一出光面和第二出光面均设置为光栅结构；点光源设置于导光板的第一入光面处，以使点光源发出的光线以第一设定角度进入到第一部中，并在第一部内发生多次全反射，反射光经过第一出光面以及第二入光面，进入到第二部，并在第二部内发生多次全反射，最终从第二出光面射出。本发明实施例提供了一种可适用于全息三维显示的背光模组。

Description

背光模组以及显示装置
技术领域
本发明实施例涉及背光模组制作技术，尤其涉及一种背光模组以及显示装置。
背景技术
全息三维显示由于能够完全重现场景的深度信息,从而实现真三维显示,被认为是实现三维显示的最佳方案。目前能够实现动态全息三维显示的系统，大多依赖于空间光调制器对入射的光场加载信息，从而实现所需显示场景的三维再现。
作为全息三维显示，其所需的光源有别于传统的二维显示系统，需要使用相干光源才能利用空间光调制器加载信息。而传统的二维显示系统中的背光模组出射的光为非相干光，不能被空间光调制器利用。另外，现有的相干光源绝大部分由激光器产生的，一般其出射面积都非常小，不适合需求大面积光源的场合，同样不适用于对发光面积要求甚高的全息三维显示。
发明内容
本发明提供一种背光模组以及显示装置，以实现提供一种可适用于全息三维显示的背光模组的目的。
本发明实施例的一方面提供了一种背光模组，该背光模组包括：一个导光板和一个点光源；
所述导光板包括第一部和第二部，所述第一部包括第一入光面和与所述第一入光面相交的第一出光面，所述第二部包括第二入光面和与所述第二入光面相交的第二出光面，所述第一入光面与所述第二出光面相交，所述第一出光面与所述第二入光面相对设置，所述第一出光面和所述第二出光面均设置为光栅结构；
所述点光源设置于所述导光板的所述第一入光面处，以使所述点光源发出的光线以第一设定角度进入到所述第一部中，并在所述第一部内发生多次全反射，反射光经过所述第一出光面以及第二入光面，进入到所述第二部，并在所述第二部内发生多次全反射，最终从所述第二出光面射出。
本发明实施例的另一方面还提供了一种显示装置，该显示装置包括：本发明实施例提供的任意一种背光模组。
本发明实施例通过设置具有特定结构的导光板，可以使得从背光模组中点光源出射的光经一系列折射、全反射以及衍射后形成大面积相干光，解决了现有的背光模组中出射的光不适用于全息三维显示的问题，实现了提供一种可适用于全息三维显示的背光模组的目的。
附图说明
图1a为本发明实施例提供的一种背光模组的结构示意图；
图1b为图1a中背光模组的分解图；
图1c为沿图1b中A1-A2的剖面结构示意；
图1d为光线在图1a中背光模组中的传播路径的示意图；
图2为光线在第一部中传播的光路图；
图3为光线在第二部中传播的光路图；
图4a和图4b为光线在导光板中传播的等效光路图；
图5为本发明实施例提供的另一种导光板的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1a为本发明实施例提供的一种背光模组的结构示意图，图1b为图1a中背光模组的分解图，图1c为沿图1b中A1-A2的剖面结构示意，图1d为光线在图1a中背光模组中总的传播路径示意图。参见图1a-图1d，该背光模组包括：一个导光板10和一个点光源20。导光板10包括第一部11和第二部12，第一部11包括第一入光面111和与第一入光面111相交的第一出光面112，第二部12包括第二入光面121和与第二入光面121相交的第二出光面122，第一入光面111与第二出光面122相交，第一出光面112与第二入光面121相对设置，第一出光面112和第二出光面122均设置为光栅结构。点光源20设置于导光板10的第一入光面111处，以使点光源20发出的光线以第一设定角度进入到第一部11中，并在第一部11内发生多次全反射，反射光经过第一出光面112以及第二入光面121，进入到第二部12，并在第二部12内发生多次全反射，最终从第二出光面122射出。其中，第一部11和第二部12为透明材料。
本领域技术人员可以理解，本发明实施例技术方案实质是利用光栅将点光源发出的光线进行扩束，形成面光源，这个过程并不会改变光的频率。
另外，对于结构确定的导光板，第一部11和第二部12的厚度确定，从第二出光面122不同位置出射的光线具有确定的光程差(该光程差与第一部11和第二部12的厚度相关)，也即有确定的相位差。
本领域技术人员可以理解，光线可以分解为p光和s光，其中p光是指偏振方向垂直于入射面的光，s光是指偏振方向平行于入射面的光。当一束偏振光在界面上折射(或反射)时，入射角不同，s光和p光的反射率及折射率不同，进而会使得该偏振光的偏振方向发送变化。但在本发明实施例中，由于在第一部11和第二部12内采取了全反射的设计，在全反射过程中s光和p光的折射率为0，反射率为1，所以本申请上述技术方案不改变光的偏振状态。而光线在第一入光面111、第一出光面112、第二入光面121以及第二出光面122的折射过程中，虽然光线的偏振态会发生变化，但单就整个导光板而言，由第二出光面122出射的所有的光线的偏振态都会发生相同的改变，即由第二出光面122出射的所有的光线的偏振方向保持一致。
综上，从本发明实施例提供的背光模组出射的光线具有相同的频率、恒定的相位差，相同的偏振态，彼此构成相干光。
本发明上述实施例通过设置具有特定结构的导光板，可以使得从背光模组中点光源出射的光经一系列折射、全反射以及衍射后形成大面积相干光，解决了现有的背光模组中出射的光不适用于全息三维显示的问题，实现了提供一个可适用于全息三维显示的背光模组的目的。
在具体设置时，为了使得从第一出光面112出射的光线能够尽可能多地从第二入光面121进入到第二部12中，可选地，如图1a所示，第一出光面112与第二入光面121无缝贴合，这样可以减少光线经过空气中间层时发生额外的出射和入射的现象，提高点光源20发出的光线的利用率，进而提高背光模组的性能。在此基础上，可选地，第一部11的折射率大于第二部12的折射率。这样设置的好处，是确保光线在经过第一出光面112的光栅结构时形成的零级光无法出射，进而提高背光模组的性能。
在制作时，可选地，利用刻缝、压印、全息或粘结周期性金属片工艺设置第一出光面112和第二出光面122为光栅结构，这样制造有利于降低光栅结构的制作成本。参见图1d，该光栅结构包括多个依次排列的刻缝。
参见图1d，第一设定角度α是指，点光源20发出的光线入射到第一部11这个过程中，点光源20发出的光线与第一部11的第一入光面111之间的夹角。在设计时，第一设定角度α可以取任意值，本申请对此不作限定。
参见图1d，第一出光面112与第二出光面122之间呈第二设定角度δ。这样设置的目的是使从第二部12出射的光线能够沿垂直于第二出光面122的方向出射。若第一出光面112与第二入光面121无缝贴合，第二设定角度δ等于第二入光面121和第二出光面122的夹角γ。在具体设置时，第二设定角度δ可以取任意值，本申请对此不作限定。
继续参见图1d，本领域技术人员可以理解，该第一设定角度α、第一部11第一入光面111和第一出光面112的夹角β，第二入光面121和第二出光面122的夹角γ、第一部11的折射率、第二部12的折射率、第一部11第一出光面112光栅结构的光栅常数和构成光栅的刻缝的延伸方向、第二部12第二出光面122光栅结构的光栅常数和构成光栅的刻缝的延伸方向等共同决定了最终从第二部12第二出光面122出射的光线与第二出光面122的夹角(即从第二出光面122出射的光线的传播方向)。其中光栅常数包括构成光栅的刻缝的宽度以及相邻两个刻缝之间的距离。
在设计时，为了确保进入到第一部11内的光线能够在除第一入光面111和第一出光面112外的其余表面均发生全反射，可选地，第一部11中除第一入光面111和第一出光面112外，其它各面均为反射面。示例性地，参见图1d，第一部11为柱形，横截面为平行四边形，第一入光面111为第一部11的一个底面，第一出光面112为第一部11的一个侧面。可选地，设置第一部11中，与第一入光面111相对的另一个底面113、与第一出光面112相对的侧面114、与x轴和y轴所确定的平面平行的两个侧面均为反射面。进一步地，若在第一部11内，光线仅在x轴和y轴所确定的平面内传播，可以仅设置第一部11中，与第一入光面111相对的另一个底面113以及与第一出光面112相对的侧面114为反射面。
类似地，在设计时，为了确保进入到第二部12内的光线能够在除第二入光面121第二出光面122外的其余表面均发生全反射，可选地，第二部12除第二入光面121和第二出光面122外，其它各面均为反射面。示例性地，如图1d所示，第二部12为柱形，横截面为直角梯形，第二入光面121为第二部12的一个侧面，第二出光面122为第二部12的另一个侧面。设置第二部12中，与第二入光面121相对的侧面123、以及与第二出光面122相对的侧面124，与x轴和z轴所确定的平面平行的两个底面均为反射面。进一步地，若在第二部12内，光线仅在x轴和z轴所确定的平面内传播，可选地，设置第二部12中，与第二入光面121相对的侧面123以及与第二出光面122相对的侧面124均为反射面。
图2为光线在第一部11中传播的光路图。参见图2，点光源20发出的光线以第一设定角度进入到第一部11中，并在第一部11内发生多次全反射，反射光经过第一出光面112出射。换言之，第一出光面112上的光栅将点光源转化为宽度很窄的线光源。
图3为光线在第二部中传播的光路图。参见图3，从第一出光面出射的光线入射到第二入光面121，进而进入到第二部12，并在第二部12内发生多次全反射，最终从第二出光面122射出。换言之，第二出光面122上的光栅将线光源转化为面光源。
图4a和图4b为光线在导光板内传播的两种可能的传播路径示意图。图4a和图4b省略了光线在第一部11和第二部12中多次全反射的过程。参见图4a和图4b，从点光源发出的光线在与x轴和z轴所确定的平面的投影与第一部11第一出光面112的法线的夹角为θ0。光线在第一部11第一出光面112出射。从第一出光面112出射的光线与第一出光面112的法线的夹角为θ1，显然，θ0与θ1满足三维的空间光栅方程。光线从第二入光面121进入到第二部12中并在与第二出光面122相对的侧面124处发生全反射。在发生全反射的过程中，光线与与第二出光面122相对的侧面124的法线的夹角为θ2。参见图4a，根据几何关系，可知，
进而得到，θ2＝γ-θ1。或者，参见图4b，根据几何关系，可知，
进而得到，θ2＝γ+θ1。即θ2＝γ±θ1。经过全反射的光线最终从第二部12第二出光面122出射。从第二出光面122出射的光线与第二出光面122的法线的夹角为θ3，显然，θ2与θ3满足三维的空间光栅方程。
综上，对于任一结构确定的导光板，从第二出光面122出射的光线与第二出光面122的法线的夹角θ3由从点光源发出的光线在与x轴和z轴所确定的平面的投影与第一部11第一出光面112的法线的夹角θ0决定，而θ0的大小由点光源发出的光线与第一入射面111之间的夹角(即第一设定角度α)决定。换言之，对于任一结构确定的导光板，从第二出光面122出射的光线的传播方向由从第一入射面111入射的光线的传播方向决定。在实际设计时，为了使得背光源具有较佳的发光效果，可以选取特定的第一设定角度α，以使光线能够沿垂直于第二出光面122的方向出射。
考虑在制作时，设置从点光源发出的光线沿垂直于第一入光面111的方向入射到第一部11的第一入光面111比光线沿其他方向入射到第一部11的第一入光面111更容易实现，且从点光源发出的光线沿垂直于第一入光面111的方向入射时，光线在第一入光面111处全反射效率最低，入射效率最高，可选地，对第一部11的第一入光面111进行切割，使得第一入光面111与x轴和z轴所确定的平面相交，以使从点光源发出的光线沿垂直于第一入光面111的方向入射。
图5为本发明实施例提供的另一种导光板的结构示意图。参见图5，与上述技术方案相比，该导光板还包括第三部13。具体地，第三部13位于第一部11背离第二部12的一侧，第一部11、第二部12以及第三部13共同拼合成长方体结构。这样设置的好处是，在将导光板20安装于背光模组后，第三部13可以起到支撑作用，确保导光板被牢固、稳定地固定于背光模组中。
进一步地，考虑光线从光密介质射向光疏介质时，若光线入射角大于全反射临界角，光线会发生全反射现象。可选地，设置第一部11的折射率大于第三部13的折射率，这样可以通过调整光线入射第一入射面111的方向，使得光线在第一部11和第三部13之间界面上发生全反射。这样，不需要将第一部11中与第三部13接触的侧面(即与第一出光面112相对的侧面)设置为反射面，就能够实现光线在第一部11与第一出光面112相对的侧面发生全反射的效果，可以减少导光板的制程，简化导光板的制作工艺。典型地，第二部12的折射率等于第三部13的折射率，这样在具体制作时，可以利用同种材料(如玻璃)制作第二部12和第三部13，减少了用于制作导光板的材料的种类。
在上述技术方案基材上，可选地，点光源20可以为光纤激光光源、激光二极管或相干度较好的发光二极管。这样设置的原因是，光纤激光光源、激光二极管或相干度较好的发光二极管发出的光的相干性好，有利于进一步提高背光模组的性能。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置。图6为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图。参见图6，该显示装置包括上述实施例提供的任意一种背光模组200，该背光模组200用于为显示装置提供背光。需要说明的是，本发明实施例提供的显示装置还可以包括其他用于支持显示装置正常工作的电路及器件，上述的显示装置可以为手机、平板电脑、电子纸、电子相框中的一种。
本发明实施例提供的显示装置，通过设置具有特定结构的导光板，可以使得从背光模组中点光源出射的光经一系列折射、全反射以及衍射后形成大面积相干光，解决了现有的背光模组中出射的光不适用于全息三维显示的问题，实现了提供一个可适用于全息三维显示的背光模组的目的。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种背光模组，其特征在于，包括：一个导光板和一个点光源；
所述导光板包括第一部和第二部，所述第一部包括第一入光面和与所述第一入光面相交的第一出光面，所述第二部包括第二入光面和与所述第二入光面相交的第二出光面，所述第一入光面与所述第二出光面相交，所述第一出光面与所述第二入光面相对设置，所述第一出光面和所述第二出光面均设置为光栅结构；
所述点光源设置于所述导光板的所述第一入光面处，以使所述点光源发出的光线以第一设定角度进入到所述第一部中，并在所述第一部内发生多次全反射，反射光经过所述第一出光面以及第二入光面，进入到所述第二部，并在所述第二部内发生多次全反射，最终从所述第二出光面射出；
所述导光板还包括第三部，所述第三部位于所述第一部背离所述第二部的一侧，所述第一部、第二部和第三部共同拼合成长方体结构，所述第二部中，与所述第二入光面相对的侧面以及与所述第二出光面相对的侧面均为反射面，且所述第一部的折射率大于所述第三部的折射率，光线在所述第一部与所述第三部之间的界面发生全反射。
2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一出光面与所述第二入光面无缝贴合。
3.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一部的折射率大于所述第二部的折射率。
4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，利用刻缝、压印、全息或粘结周期性金属片工艺设置所述第一出光面和所述第二出光面为光栅结构。
5.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一出光面与所述第二出光面之间呈第二设定角度。
6.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一部中除所述第一入光面和所述第一出光面外，其它各面均为反射面。
7.根据权利要求6所述的背光模组，其特征在于，所述第一部为柱形，横截面为平行四边形，所述第一入光面为所述第一部的一个底面，所述第一出光面为所述第一部的一个侧面；
所述第一部中，与所述第一入光面相对的另一个底面以及与所述第一出光面相对的侧面均为反射面。
8.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第二部除所述第二入光面和所述第二出光面外，其它各面均为反射面。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述第二部为柱形，横截面为直角梯形，所述第二入光面为所述第二部的一个侧面，所述第二出光面为所述第二部的另一个侧面。
10.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第二部的折射率等于所述第三部的折射率。
11.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述点光源为光纤激光光源或激光二极管。
12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-11任一所述背光模组。
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