CN101806975B - 子像素匹配型光子晶体导光板 - Google Patents
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Abstract
一种液晶显示技术领域的子像素匹配型光子晶体导光板，所述导光板为多面体结构，包括：出光面、底面以及至少一个入光面和侧面，其中：出光面与底面相对设置，入光面的两侧分别与出光面和底面相接，所述的出光面上设有与液晶显示器面板子像素相对应的二维光子晶体阵列。所述的二维光子晶体阵列是指若干个呈队列形依次排列且与液晶显示器面板的每一个子像素对应，对应于红、绿、蓝三种不同的子像素的二维光子晶体单元的两个基矢方向有特定的周期，以匹配此子像素的出光要求。本发明实现液晶面板中彩色滤光片的功能，可以精确控制导光板出光面上各单元的出光强度以实现更高的均匀度，更灵活地控制各区域的出光效率、出光波段和出光偏振态。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种液晶显示技术领域的装置，具体是一种子像素匹配型光子晶体导光板。
背景技术
由于液晶显示面板中的液晶本身不具有发光特性，因此需要给液晶显示面板提供背光模组，其作用在于向液晶显示面板提供亮度充分且分布均匀的面光源。为了达到亮度及分布的要求，在导光板底部反射层存在散射网点来破坏导光板中光的全反射，同时出光面外还会有扩散膜、增亮膜等结构。
目前背光模组的主要作用是提供亮度充分且分布均匀的面光源，并没有考虑背光模组的出光及颜色与液晶屏面板上的像素进行匹配。由于液晶显示面板中存在一个彩色滤光片，它会把不属于本子像素颜色的光吸收掉，如红色子像素对应的滤光片会把蓝、绿光吸收掉。因此，背光模组出射的光的利用率较低，会损失约三分之二的光。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN101086577记载了一种“LED照明的LCD背光源结构”，对于背光模组的概念有一定的改进。该技术提出将一荧光粉层制作在光学膜组上。此荧光粉层包括一个衬底，衬底上刻有栅槽，栅槽是条状的或是点阵的，对应于LCD像素。栅槽中荧光粉的选择是根据背光源所用的LED灯来确定的：如果是大功率紫外线LED，则栅槽中依次添入红、绿、蓝三种颜色的荧光粉；如果是大功率蓝色LED，则栅槽中间隔依次添充红、绿荧光粉。该技术提到使用荧光粉被激发出的光来对应液晶显示屏面板上的子像素。但是对荧光粉来说，转换效率与稳定性是一个挑战，目前对于红、绿、蓝三色的荧光粉还没有转换效率高同时稳定性也好的产品，这限制了光利用率的提升。同时面板对于显示色域及白光纯度的要求，对于荧光粉的配比也提出了很高的挑战。
所以，目前还没有一种很好的导光板设计方案，可以在从导光板出光面出光时，便分成与面板中子像素相对的红、绿、蓝三色光，以实现最终显示面板的高效率、高亮度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种子像素匹配型光子晶体导光板，其出光面上分布的二维光子晶体单元与液晶显示器面板中子像素的位置相对应，通过控制二维光子晶体单元的周期来选择衍射光的特征波段，这样可以实现面板中彩色滤光片的功能。考虑到子像素间衍射光可能发生串扰及面板上ITO导线对液晶造成的不可预知的影响，要在各个单元间涂敷高反射率的材料，可以是金属镀膜。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述导光板为多面体结构，包括：一个出光面、一个底面以及至少一个入光面和至少一个侧面，其中：出光面与底面相对设置，入光面的两侧分别与出光面和底面相接。所述的导光板出光面上设有与液晶显示器面板子像素相对应的光栅阵列，导光板底面设有反射层。
所述的光栅阵列是指若干个呈队列形依次排列且与液晶显示器面板的每一个子像素位置一一对应的二维光子晶体单元，根据对应红、绿、蓝不同的子像素，二维光子晶体阵列的基矢方向的周期分别为两个基矢方向的周期，两个基矢方向的周期各不相同。
所述的呈队列形依次排列是指：若干个二维光子晶体单元沿入光面至侧面方向以平行队列方式正对排列或交错排列，队列之间的间距相同或满足贝塞尔函数分布，队列内的二维光子晶体单元间距相等并顺序排列。
所述的顺序排列是指：队列内各个二维光子晶体单元以其两个基矢方向的周期中沿入光面至侧面方向的入射晶格周期a的升序或降序循环排列。
所述的二维光子晶体单元是指具有相同周期的透射型二维光子晶体，该透射型二维光子晶体的两个基矢方向的周期为沿入光面至侧面方向的入射晶格周期a和与之相垂直的垂直晶格周期b，其中：(b/a)＞2。
所述的二维光子晶体单元为矩形形状，其特征尺寸，即宽度在2μm-200μm。
所述的光栅阵列内每三个相邻二维光子晶体单元分别实现滤出红、绿、蓝三原色光，其中：滤出红光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在560~690nm之间，滤出绿光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在440~550nm之间，滤出蓝光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在350~440nm之间。
所述的二维光子晶体单元的高度为h，h的范围为0.1μm-10μm，通过调整高度h实现对衍射效率的控制。
与现有技术对比，本发明的优点是：二维光子晶体点阵对应于面板中子像素，通过控制光子晶体的周期来选择子像素中出射的光，可以实现液晶面板中彩色滤光片的功能。通过对点阵中二维光子晶体单元特征波段、高度及面积的选择，可以精确控制导光板出光面上各单元的出光强度，以实现更高的均匀度，由此可以实现扩散膜、增亮膜等结构的功能。通过调整点阵中二维光子晶体单元的两个基矢方向的周期可以实现对于出光偏振态的控制，从而可以实现液晶面板中底层偏振片的功能。二维光子晶体单元的晶格角度，两个基矢方向的周期以及单元的高度都可控，因此可以更灵活地控制各区域的出光效率，出光波段，出光偏振态。另外二维光子晶体的制备简单，集成度高，对于不同形状和分布的点阵只需制作相应的版图掩模就可以大规模生产。
附图说明
图1为本发明剖面示意图。
图2a为实施例1俯视图。
图2b为实施例2俯视图。
图3为实施例1点阵单元的二维光子晶体示意图。
图4为实施例3光子晶体导光板及线光源俯视图示意。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，实施例1中光子晶体导光板1包括一出光面1、一底面2以及一个入光面3和3个侧面4，其中所述的出光面1与底面2相对设置，所述的入光面3的上下两侧分别与所述的出光面1及底面2相接。
所述的出光面1上设有与液晶显示器面板子像素相对应的光栅阵列5。
所述的导光板是大小为30mm×40mm的平板，材料为透明的压克力(PMMA)。底面2和侧面4上涂有高反射率的材料白色聚乙烯对苯二酸酯。
如图2a所示，所述的光栅阵列5是指若干个呈队列形依次排列且与液晶显示器面板的每一个子像素位置一一对应的二维光子晶体单元6，根据对应红、绿、蓝不同的子像素，二维光子晶体阵列的两个基矢方向的周期各不相同；其中：若干个二维光子晶体单元6沿入光面至侧面方向以平行队列方式正对排列，队列之间的间距相同，队列内的二维光子晶体单元6间距相等并顺序排列。
所述的光栅阵列5内每三个相邻二维光子晶体单元6分别实现滤出红、绿、蓝三原色光，其中：滤出红光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在560~690nm之间，滤出绿光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在440~550nm之间，滤出蓝光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在350~440nm之间。
所述的二维光子晶体单元为矩形形状，其长宽比为3∶1，特征尺寸为100μm，间距为10μm。
如图3所示，所述的二维光子晶体单元是指具有相同周期的透射型二维光子晶体，该阵列内的透射型二维光子晶体两个基矢方向的周期为：沿入光面至侧面方向的入射晶格周期a和与之相垂直的垂直晶格周期b，其中：(b/a)＞2。
所述的二维光子晶体单元的高度为h，h的范围为0.1μm-10μm，通过调整高度h以控制衍射效率。
实施例2
如图2b所示，为了实现更好的空间混色，若干个二维光子晶体单元6沿入光面至侧面方向以平行队列方式交错排列，不同队列的二维光子晶体单元6错开1.5个单元间隔，队列之间的间距满足贝塞尔函数分布，队列内的二维光子晶体单元6间距相等并顺序排列；使得在列方向上红、绿、蓝三个出光单元依次相连，行方向上红、绿、蓝三个出光单元两两相邻。
实施例3
如图4所示，实施例3中的二维光子晶体单元6沿入光面至侧面方向以平行队列方式正对排列，队列之间的间距满足贝塞尔函数分布，队列内的二维光子晶体单元6间距相等并顺序排列；光源9为线光源冷阴极荧光灯(CCFL)，该导光板除了二维光子晶体的长度与实施例1中不一样外，其余参数都和实施例1中一样。在靠近光源2区域的光子晶体单元6的长度稍短，即子像素面积上光子晶体的面积较小，此时子像素面积上光子晶体的平均衍射效率较低。随着离光源越来越远，光子晶体长度逐渐变长，即子像素面积上光子晶体的面积变大，直到与子像素的面积一样大，此时子像素面积上光子晶体的平均衍射效率最高。从而使得随着入射光的逐渐由强变弱，平均衍射效率由小变大，从而控制出光均匀度。
Claims (5)
1.一种子像素匹配型光子晶体导光板，导光板为多面体结构，包括：一个出光面、一个底面以及至少一个入光面和至少一个侧面，其中：出光面与底面相对设置，入光面的两侧分别与出光面和底面相接，导光板出光面上设有与液晶显示器面板子像素相对应的光栅阵列，导光板底面设有反射层，其特征在于：
所述的光栅阵列是指若干个呈队列形依次排列且与液晶显示器面板的每一个子像素位置一一对应的二维光子晶体单元，根据对应红、绿、蓝的子像素，二维光子晶体阵列的基矢方向的周期分别为两个基矢方向的周期；
所述的二维光子晶体单元是指具有相同周期的透射型二维光子晶体，该透射型二维光子晶体的两个基矢方向的周期为沿入光面至侧面方向的入射晶格周期a和与之相垂直的垂直晶格周期b，其中：(b/a)＞2。
2.根据权利要求1所述的子像素匹配型光子晶体导光板，其特征是，所述的呈队列形依次排列是指：若干个二维光子晶体单元沿入光面至侧面方向以平行队列方式正对排列或交错排列，队列之间的间距相同或满足贝塞尔函数分布，队列内的二维光子晶体单元间距相等并顺序排列。
3.根据权利要求2所述的子像素匹配型光子晶体导光板，其特征是，所述的顺序排列是指：队列内各个二维光子晶体单元以其两个基矢方向的周期中沿入光面至侧面方向的入射晶格周期a的升序或降序循环排列。
4.根据权利要求1或2所述的子像素匹配型光子晶体导光板，其特征是，所述的光栅阵列内每三个相邻二维光子晶体单元分别实现滤出红、绿、蓝三原色光，其中：滤出红光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在560～690nm之间，滤出绿光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在440～550nm之间，滤出蓝光的二维光子晶体单元的入射晶格周期a在350～440nm之间。
5.根据权利要求1或2所述的子像素匹配型光子晶体导光板，其特征是，所述的二维光子晶体单元的高度为h，h的范围为0.1μm-10μm，通过调整高度h实现对衍射效率的控制。
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