专利名称：用于液晶显示器光学模块的压束片及光学模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器的光学模块，尤其是涉及一种用于液晶显示器光学模块 的压束片及光学模块。
背景技术：
液晶显示器面板中的液晶本身不具有发光特性，其利用背光模组提供光源，达到显 示器显示效果。目前主流的TFT (薄膜晶体管)型的液晶显示器主要是由荧光管、导光 板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄膜式晶体管等等构成。TFT液 晶显示器具备背光源荧光管，其光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶，这时液晶分 子的排列方式就会改变穿透液晶的光束的偏振状态，然后这些光线还必须经过前方的彩 色滤光膜与另一块偏光板。但其背光源光能的利用率并不高，使得液晶显示屏的亮度及 对比度呈现远远不如传统的显像管显示。为解决这个问题，可以在TFT液晶显示器中使 用亮度很高的背光源，但背光源大量未被利用的光能以及由此引起的热量滞留在TFT液 晶显示器中，将严重影响液晶显示器中器件的寿命，从而縮短液晶显示器的使用寿命。 2006年11月15日中国公开的发明专利"用于液晶显示器的光学模块及液晶显示器" (CN1862337)公开了一种用于液晶显示器的光学模块及液晶显示器。这种用于液晶显 示器的光学模块及液晶显示器，它包括置于液晶显示屏背光源前的压束片和置于压束片 前的分色片。压束片将一束扩展光束分成一组细小光束列，分色片将白光分为红、绿、 蓝三原色，并根据颜色顺序折射到不同的位置。由于引入了分色片，背光源可见光频谱 内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。串联此两模板，则可使背光 源的总体光能利用率提高六倍以上，液晶显示屏的亮度及对比度得到显著提高，能耗显 著降低，实现真正意义上的高亮度、低能耗的液晶显示器。但是这种用于液晶显示器的 光学模块中的如图1中所示的压束片ll，采用直径不同的大直径凸透镜阵列和小直径凸 透镜阵列，大直径凸透镜和小直径凸透镜的焦点重叠于光学介质(玻璃或塑料)中。如 图2所示，来自于背光源的白色、非偏振、扩展光束经大直径凸透镜阵列入射，因两凸 透镜的焦点重叠于光学介质中，入射光均会聚于焦点处，在焦点处形成较高的温度，很容易损坏光学介质，从而影响液晶显示器的使用寿命。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种较薄的、光学损耗小的压束片及能够提高液 晶显示器高背光源光能利用率及液晶显示屏的亮度和对比度的光学模块。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种用于液晶显示器光学模块的压 束片，包括入射面和出射面，所述的入射面为凸透镜阵列，所述的出射面为凹透镜阵列， 所述的凸透镜阵列和所述的凹透镜阵列相互对齐，所述的凸透镜阵列的凸透镜与对应的 所述的凹透镜阵列的凹透镜焦点重叠形成望远镜系统。所述的入射面和所述的出射面间以光学玻璃或塑料为材料。所述的凸透镜阵列各凸透镜无间隙连续排列。一种使用上述的压束片的光学模块，所述的压束片前设置有分色片，所述的压束片 将一束扩展光束分成一组细小光束列，所述的分色片将白光分为红、绿、蓝三原色，并 根据颜色顺序折射到不同位置。所述的压束片与所述的分色片之间设置有分束片，所述的分束片将所述的细小光束 列分成二组相互正交的线性偏振细小光束列。所述的分束片包括两块基板及基板间夹着的空间定位液晶分子，所述的空间定位液 晶分子沿着与入射光束成大于0° 、小于卯。的夹角方向排列。所述的分色片包括干涉滤光片组，所述的干涉波光片组包括三种干涉滤光片，所述 的干涉滤光片沿着与入射光束相垂直的方向排列。与现有技术相比，本发明的优点在于扩展光束通过本发明的压束片入射，在保证背 光源可见光频谱内所有的光能能被有效利用，提高液晶显示屏亮度和对比度的同时，本 发明的压束片大大缩减了现有技术压束片的厚度，从而减小了液晶显示器的厚度，更好 地满足了用户的需求。另一方面，由于凸透镜与凹透镜焦点重叠于光学介质(光学玻璃 或塑料)夕卜，有效地保护了光学介质(光学玻璃或塑料)。
图1为CN1862337中液晶显示器的光学模块结构图，其中11为压束片； 图2为图1中压束片的望远镜系统的光学工作原理图，B,和B2分别为凸透镜两侧 的光束宽度；图3a为本发明的压束片的截面图；图3b为图3a压束片的望远镜系统的光学工作原理图，B,为凸透镜的光束宽度，B2 为凹透镜的光束宽度；图4a为使用图3a压束片的光学模块简化结构截面示意图一； 图4b为使用图3a压束片的光学模块简化结构截面示意图二； 图4c为使用图3a压束片的光学模块简化结构截面示意图三； 图5为图4a中分束片的截面图；图6为图4a或图4b或图4c中分色片的光学工作原理图； 图7为图4a光学模块与液晶显示屏配合的结构图； 图8为图4b光学模块与液晶显示屏配合的结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。如图3a所示，本发明的以光学玻璃或光学塑料为材料的压束片11主要包括入射面 111和出射面112。其中，入射面lll为凸透镜阵列，出射面112为凹透镜阵列。凸透镜 阵列和凹透镜阵列相互对齐，凸透镜阵列各凸透镜半径大于凹透镜阵列各凹透镜半径。 凸透镜阵列各凸透镜无间隙连续排列。凸透镜与对应的凹透镜焦点重叠形成望远镜系 统，焦点重叠于光学玻璃或光学塑料外，如图3b所示，其中B,为凸透镜的宽度，B2为 凹透镜宽度。来自于液晶显示器背光源的一束白色、非偏振、扩展光束经压束片11入 射面lll的凸透镜阵列入射，由出射面112的凹透镜阵列分成一组细小光束列，若扩展 光束的宽度为Bi，则经过压束片ll，根据系统压縮比，被压縮为宽度为B2的细小光束， 该压束片11的压縮比为凸透镜宽度与凹透镜宽度之比，即为B1:B2。细小光束的宽度 B2等于液晶显示器显示屏的像素宽度，在不计通光率因素情况下，因需将两个(黑白液 晶显示屏)像素或六个(彩色液晶显示屏)像素压縮成一个像素，所以，压束片11的 压縮比为2:1 (黑白液晶显示屏)或6:1 (彩色液晶显示屏)。可以通过调整压束片11 的压縮比提高像素的通光率，若计入像素通光率，则压束片11的压縮比远大于2:1 (黑 白液晶显示屏)或6:1 (彩色液晶显示屏)。该压束片11的优点在于有效地减低了压束片的厚度，同时因入射面111的凸透镜 阵列的各凸透镜与对应的出射面112的凹透镜阵列的各凹透镜的焦点重叠于光学玻璃或 光学塑料外，避免了因焦点处温度太高而损坏光学介质。图4a为使用图3a所示的压束片11的光学模块，它主要包括置于液晶显示器背光源前的压束片11、置于压束片11前的分色片13和置于压束片11与分色片13之间的分 束片12。分束片12如图5所示包括两块以光学玻璃或光学塑料为材料的基板121及122和 基板121与基板122之间设置的空间定位的液晶分子(SF-PDLC) 123。非偏振细小光 束列在该分束片12内被分离为二组相互正交的线性偏振光o光(寻常光)和e光(非 寻常光)，分束片12中的高双折射率的液晶分子123沿着能产生o光和e光最大分离角 的方向排列并被空间定位。其中，分离角大小由晶体的晶向及材料的双折射率决定。而 分束片12的分离距离则由分离角和晶体的厚度决定，分离距离与晶体的厚度成正比， 若己知分离角，则可通过控制晶体的厚度来确定分离距离。对于彩色液晶显示屏在不计 通光率因素情况下，由于经过分束片12的每一束白色细小平行光束将被分色片13在不 同的位置上分离为红、绿和蓝三原色，所以分束片12的厚度必须保证其分离距离大于 或等于细小平行光束宽度的三倍。图4a中分色片13由以光学玻璃或光学塑料134为基片的一组红干涉滤光片131、 绿干涉滤光片132和蓝干涉滤光片133构成，干涉滤光片组与经分束片12分束后出射 的白色偏振光方向垂直，白色偏振光在干涉滤光片面的入射角为45。。分色片13的工 作原理为起始干涉滤光片透射需要的频谱、反射不需要的频谱，而第二、第三干涉滤光 片则反射需要的频谱、透射不需要的频谱。如图6所示，若起始干涉滤光片为红色滤光 片131，则该滤光片透射红色频谱到液晶显示屏像素中，同时反射绿色和蓝色频谱至下 一个单元；绿色干涉滤光片132反射绿色频谱，同时透射蓝色和红色频谱，即被第一个 干涉滤光片反射的绿色在绿色干涉滤光片132中被反射到液晶显示屏像素中，而蓝色频 谱则透射此干涉滤光片继续前进；当剩下的频谱到达蓝色干涉滤光片133时，蓝色频谱 被蓝色干涉滤光片133反射到液晶显示屏像素中。经过上述的干涉滤光片透射或反射， 红、绿和蓝三原色被完全分离并定位，根据分色片13的工作原理，三种干涉滤光片任 意两种干涉滤光片的串联组合同样可实现三原色的分离与定位。因分色片13中的起始 干涉滤光片透射频谱，其他干涉滤光片反射频谱，所以压束片11与分色片13需精确对 齐，从压束片11来的光束需与起始干涉滤光片重叠，否则会造成色度的不纯。图7给出了使用图4a所示的光学模块设置在背光源14和彩色液晶显示屏15之间 的结构图。其工作原理如下压束片11接收来自背光源14的一束白色、非偏振的扩展 光束，经压束片ll入射面lll的凸透镜阵列入射，入射光束经压束片11出射面112的 凹透镜阵列被压縮成一组1/6原宽度的细小光束列，细小光束列宽度与像素宽度相等。 其中，压束片11的压縮比为6:1 (彩色液晶显示屏)，因为分布于p偏振态和s偏振态的红、绿、蓝三原色的光能必须从一个像素宽度通过，只有当压縮比大于或等于6:1时 才能将六个像素的光能压縮在一个像素宽度内。细小光束列照射到由双折射材料构成的 分束片12上，在特定角度下，该分束片12将非偏振细小光束列分离成二组相互正交等 宽的线性偏振光束o光和e光。接着o光和e光照射到分色片13上，分色片13上的红、 绿、蓝干涉滤光片将这些细小白色偏振光束分离为等宽度的红、绿、蓝三原色并进行定 位形成细小有色偏振平行光束。细小有色偏振光束经液晶显示屏15的有源基板151入 射液晶显示屏15。需要指出的是，压束片11、分色片13与液晶显示屏15像素之间需 要精确对齐以最大限度地利用光能并保证色度的高纯度，而分束片12不需要对齐。图4a的光学模块也可以采用如图4b所示的结构，压束片11和分色片13结合。图 8给出了使用图4b所示的光学模块与液晶显示屏15配合工作结构图，其工作原理为 背光源14出射的一束白色、扩展光束经过压縮比为3:1的压束片11，入射光束被压縮 成一组原宽度1/3宽度的细小光束列。细小光束列入射到分色片13上，被分离成等宽度 的红、绿、蓝三原色并被定位，分色片13出射面出射细小有色光束列。细小有色光束 列作为光源入射液晶显示屏15。在此结构中，压束片11、分色片13与液晶显示屏15 像素之间需要精确对齐以最大限度地利用光能并保证色度的高纯度。图4a的光学模块还可以采用如图4c所示的结构，其与图4b结构类似，不同之处 在于图4b中的分色片13包括以光学玻璃或光学塑料为材料的基片134，而图4c中分色 片13的基片134被压束片11所替代。g卩，分色片13 —侧与压束片11的一侧紧贴，这 种结构不仅减少了光学模块的整体厚度，而且还节省了材料。需要指出的是以压束片为 基片的胶合结构在以凸-凸结构(入射面为凸透镜阵列，出射面为凸透镜阵列)为基础 的压束片中难以实现，因为第一，压束片与分色片间的接触为线接触面；第二，压束片 与分色片间的接触线/面为光学面。相反在凸-凹结构(入射面为凸透镜阵列，出射面为 凹透镜阵列)为基础的压束片中，压束片为基片的胶合结构得以实现，因为第一，压束 片与分色片间的接触变成(大)面积接触，第二，压束片与分色片间的接触面为非光学 面。
权利要求
1. 一种用于液晶显示器光学模块的压束片，包括入射面和出射面，其特征在于所述的入射面为凸透镜阵列，所述的出射面为凹透镜阵列，所述的凸透镜阵列和所述的凹透镜阵列相互对齐，所述的凸透镜阵列的凸透镜与对应的所述的凹透镜阵列的凹透镜焦点重叠形成望远镜系统。
2、 如权利要求1所述的用于液晶显示器光学模块的压束片，其特征在于所述的入 射面和所述的出射面间以光学玻璃或塑料为材料。
3、 如权利要求1或2所述的用于液晶显示器光学模块的压束片，其特征在于所述 的凸透镜阵列各凸透镜无间隙连续排列。
4、 一种使用权利要求1所述的压束片的光学模块，其特征在于所述的压束片前设 置有分色片，所述的压束片将一束扩展光束分成一组细小光束列，所述的分色片将白光 分为红、绿、蓝三原色，并根据颜色顺序折射到不同位置。
5、 如权利要求4所述的光学模块，其特征在于所述的压束片与所述的分色片之间 设置有分束片，所述的分束片将所述的细小光束列分成二组相互正交的线性偏振细小光 束列。
6、 如权利要求5所述的光学模块，其特征在于所述的分束片包括两块基板及基板 间夹着的空间定位液晶分子，所述的空间定位液晶分子沿着与入射光束成大于0° 、小 于90°的夹角方向排列。
7、 如权利要求4或5所述的光学模块，其特征在于所述的分色片包括干涉滤光片组， 所述的干涉波光片组包括三种干涉滤光片，所述的干涉滤光片沿着与入射光束相垂直的 方向排列。
全文摘要
本发明公开了一种用于液晶显示器光学模块的压束片，包括入射面和出射面，入射面为凸透镜阵列，出射面为凹透镜阵列，凸透镜阵列和凹透镜阵列相互对齐，凸透镜阵列的凸透镜与对应的凹透镜阵列的凹透镜焦点重叠形成望远镜系统，使用这种压束片的光学模块，在压束片前设置有分色片，压束片将一束扩展光束分成一组细小光束列；分色片将白光分为红、绿、蓝三原色，并根据颜色顺序折射到不同位置，优点在于本发明的压束片大大缩减了现有技术压束片的厚度，从而减小了液晶显示器的厚度，更好地满足了用户的需求，另一方面，由于凸透镜与凹透镜焦点重叠于光学介质外，有效地保护了光学介质。
文档编号G02F1/13GK101276096SQ20081006107
公开日2008年10月1日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者同 李 申请人:宁波思达利光电科技有限公司