[发明专利]一种嵌有衍射元件的导光板

说明书

技术领域

本发明涉及液晶背光显示领域，尤其涉及一种无需滤色片的内部嵌有新型衍射元件的导光板。

背景技术

导光板在液晶背光系统中应用广泛，传统的液晶背光系统由光源、导光板、反射板和棱镜片等组成，为了减少背光系统的体积和重量，前人利用波动光学的特性，将衍射光栅平铺至导光板中，对液晶面板形成均匀的背光照明。图1是一种已公布专利中，衍射光栅背光系统的实例。该系统采用透射式的矩形锯齿光栅，通过改变光栅周期与锯齿深度来改变衍射方向与效率，使得RGB三基色通过光栅的一级衍射，再经过准直微镜组后垂直于波导面出射。

图1的理想效果是，随着光束的全反射前进，一级透射效率会逐渐增加，使得衍射能量保持均匀。但是该技术的问题在于，由于矩形锯齿光栅无法抑制高级的衍射级次，在光束透射光栅时，不仅产生一级衍射级次，而且会产生高级的衍射级次。高级的衍射级次与一级衍射级次的出射方向不同，不仅损失了入射能量，而且影响均匀光场的设计。

发明内容

本发明的目的是，解决现有的衍射背光系统中，采用矩形锯齿光栅无法抑制高级的衍射级次问题，提供一种嵌有衍射元件的导光板，使衍射光栅仅仅产生一级衍射级次，从而最高效率的利用入射能量，并保证光场的均匀性。

本发明采用新型衍射元件替代矩形锯齿光栅，并运用于相匹配的导光板结构中，可以抑制高级的衍射级次，仅产生一级衍射级次，提高导光板的衍射效率与光场均匀性。

本发明提供的嵌有衍射元件的导光板，包括三个叠加的子导光板，三个子导光板分别用于传播R、G、B三基色光束，三个子导光板间相互独立，每个子导光板均包括一个入光面、一个底面和一个出光面，底面与出光面平行，入光面与出光面之间为一个楔形斜角，楔形斜角为锐角。该楔形斜角能使垂直入光面的入射光在子导光板内发生全发射，三个子导光板的入光面分别设置R、G、B光源，光源经过准直后，透射入光面进入子导光板内；子导光板的出光面上设置有n条衍射区域，每条衍射区域的长度为子导光板的长度，每条衍射区域的宽度为导光板照明的液晶显示面板的像素直径，n的值为导光板的宽度除以衍射区域的宽度（例如，导光板的宽度为10mm，衍射区域的宽度为100um，则n=10mm/100um=100）；每条衍射区域内存在光栅区域与空白区域（即无光栅区域）两种区域，光栅区域与空白区域间隔放置即光栅区域和空白区域首尾相接，光栅区域的结束位置是空白区域的起始位置，或者空白区域的结束是光栅区域的起始位置。空白区域的长度与光栅区域的长度相等，每条衍射区域内存在一个光栅区域，两个空白区域；当三个子导光板重叠时，各自的光栅区域在任一子导光板上的投影交错布置，互不重叠，各子导光板的光栅区域内嵌有衍射元件。所述的三个子导光板，会分别在光栅区域衍射R、G、B三基色光束，衍射的光束分别透射三个子导光板的空白区域，穿越液晶面板的R、G、B像素，从而实现对液晶面板的三基色照明。

在所述衍射区域内，光栅区域与空白区域自左向右的排列次序有以下三种情况：光栅区域，空白区域，空白区域；空白区域，光栅区域，空白区域；空白区域，空白区域，光栅区域。光栅区域和空白区域的排列准则为，当三个子导光板重叠时，将三个子导光板上所有的光栅区域，向任一子导光板做投影，投影产生的光栅区域均不重叠。当入射光由光源出射，经过准直后透射楔形入光面，进入子导光板后，光束在光栅区域发生衍射，在空白区域不发生衍射。

当三个子导光板重叠时，光栅区域衍射的光束，仅仅透射其余子导光板的空白区域，而不会透射其余子导光板的光栅区域。子导光板中与楔形入光面相对的另一侧，有吸收光能的材料。光束经过光栅区域后，依然有剩余能量时，会到达子导光板中与入光面相对的另一侧，被吸收材料所吸收。

光栅区域内所包含的衍射元件为闪耀面镀膜光栅。所述的闪耀面镀膜光栅是，在子导光板中刻蚀出浮雕状的闪耀光栅，然后在闪耀光栅的斜面上镀膜层，最后在膜层上方粘合光学胶，使膜层与子导光板粘合，光学胶的折射率与子导光板的材料相同。所述三个子导光板的光栅区域包括的闪耀面镀膜光栅，随着入射光R、G、B的不同，光栅的周期并不相同；周期不同的特征表现在：当入射光为R光时，光栅的周期是540nm；当入射光为G光时，光栅的周期是421nm；当入射光为B光时，光栅的周期是336nm。