[發明專利]一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構及其實現方法

有效

• 申請號: 201610104744.7
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105676340B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 陳恩果;徐勝;葉蕓;郭太良;林金堂;林志賢;黃佳敏
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G02B6/00
• 分類號: G02B6/00
• 代理公司: 35100 福州元創專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

本發明提供一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構及其實現方法，該導光結構包括復用光源模組、導光結構主體、微透鏡陣列組，導光主體為側入光式，復用光源模組用于獲取沿單一方向振動的線偏振光進入導光結構主體，導光結構主體中的凹形調光網點位于拋物反射微準直透鏡的等效焦點處，光線經微透鏡陣列組的準直在出光面形成偏振度較高的均勻面光源。該導光結構集成了復用光源模組提升了偏振光利用率，同時，構建了微透鏡陣列組限制了出射光束擴散角、控制了出光均勻性，其優勢在于集成度高，結構功能完整，加工工藝易于實現，由于出射光兼具偏振性和準直性，特別適合于需要高光效的偏振準直面光源的應用，并有利于整體系統的薄型化設計。

技術領域

本發明涉及照明光學領域，具體涉及一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構及其實現方法。

背景技術

近年來，隨著照明需求的進一步擴大，社會各個領域對于照明質量和照明系統結構的要求越來越苛刻，能夠實現多元化目標的照明光學器件具有更加廣闊的應用前景。以液晶顯示器為例，液晶顯示器是被動發光器件，需要設計特殊的結構為其提供光源，背光模組作為一種光的引導分布模塊，本身并不能發光，需要借助光源為液晶顯示器件提供光源，實現最終的均光照明。以LED模組為例，主要包括光源LED、反射片、導光板、擴散膜、增光膜等部件。背光模組按其規模主要有側光式結構與直下式結構兩種。側光式結構具有輕薄化的特點，且光源選擇較為靈活。將光源放置于模組的邊緣，通過導光板將光均勻的從正面導出，并由擴散膜和增光片將光線控制在選擇的視角范圍內。當光線從側面進入導光板內后，由于全反射原理光線將在導光板內向前傳播而不能從正面出射，而導光板的作用即改變LED入射光的方向，將從側面入射的線光源改變傳播方向，轉變為正面出射的均勻面光源，通過表面微結構的設計，破壞原有的全反射，使光線在其中發生反射與折射，達到出射時的均勻亮度；反射片可以將從導光板下表面透出的光線反射回導光板中，提高光能的利用率；擴散膜的作用在于柔和光線分布，盡量減小亮暗區的差異，使光的分布更加均勻；棱鏡片則是將散射的光束會聚，通常還貼上增光膜，以提高視角范圍內的正面亮度。直下式結構不需要導光板，LED陣列直接布置在背光體的底部，通過一定高度的混光，各顆LED發出的光線也能在背光體的頂部形成一個均勻的光能量分布，實現均勻出射。

許多應用中要求均勻面光源，例如液晶顯示的背光源，在傳統的側入式導光板結構設計中，入射光源為LED燈條，即為線光源，為了將點光源轉變為面光源，則需要導光板的加入。為了實現液晶對光的調制作用，須在液晶盒上下表面貼合兩個偏振片，分別用于起偏和檢偏。下偏振片用于起偏，允許某一方向的偏振光通過，與光源相比，會產生50％的光能損失，所以液晶顯示器對光能的利用率很低，成為一直困擾很多設計者的問題，為了提高光能利用率，研究者展開了許多工作。在US20020176165中研究者在傳統導光模組出光側加入反射偏振器，在調光網點的下側采用脊狀表面和獨立的相位延遲薄膜，將被反射偏振器反射的偏振光線加以利用，在脊狀槽中與相位延遲片兩次接觸后，得到可以透過反射偏振器的偏振光，達到偏振光復用的目的。該設計雖然能夠提高光能利用率，但由于該結構尚無法實現對出射光擴散角度的控制，容易造成液晶發生色偏問題，且系統需要采用幾個獨立組件的集合，難以實現集成化。在CN102454915中研究者利用偏振分光棱鏡將入射光源分為振動方向相互垂直的兩束偏振光，再利用光轉換器將其中一束偏振狀態的光進行調制，使得背光光源出射的自然光完全轉化為某一方向的線偏振光，該偏振光的振動方向與下偏振片相匹配，最終進入到液晶顯示器中，提高了光能利用率。然而，該設計也存在液晶盒模塊調制作用受到大角度入射光的限制，容易發生色偏的問題，且系統結構不利于薄型化。綜上，現有的照明裝置都難以兼顧光學性能和集成度高的問題，而一些照明需求例如液晶顯示背光模組還對準直性、偏振性有所要求，而對偏振光學模組而言，偏振復用對于提升光能利用率顯得更為重要，為了解決這一問題，有必要提供一種結構功能完整、工藝易于實現、成本低廉的偏振復用準直面光源結構。

發明內容