CN106547048B - 导光装置及其制造方法、背光模组和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导光装置，包括光波导层和反射层，反射层的一个表面与光波导层相接，所述一个表面包括多个凸起，每个凸起包括第一表面，第一表面相对于光波导层的表面成第一角度，且光波导层的表面所在的平面与第一表面所在的平面之间的第一交线与光波导层的导光方向垂直。本发明同时公开了导光装置的制造方法以及包括该导光装置的背光模组和显示装置。通过使用本发明公开的技术方案，能够提供一种出光率高且控制方式简单的准直面光源。

Description

导光装置及其制造方法、背光模组和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种导光装置及其制造方法、背光模组和显示装置。
背景技术
准直面光源一般通过将点光源或线光源转换为面光源来实现。例如图1所示为一种现有技术的用于实现准直面光源的导光装置的示意性截面图，导光装置包括依次层叠的上基板10、液晶层15、波导层12、缓冲层13和下基板14，液晶层15的侧边固定有封框胶12，液晶层15构成透射式光栅。来自准直点/线光源16的准直光线入射到波导层12、缓冲层13和下基板14，从波导层12出射的光进入液晶层15，利用透射式光栅的周期性实现光栅的衍射，并控制光栅的周期和占空比来实现其出光方向。
然而，如图1所示，由于该装置采用了金属电极17与光栅叠置的结构，降低了导出光的出光率。而且，该装置需要设置液晶盒来控制光栅，其控制方式较为复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种出光率高且控制方式简单的准直面光源。
为此，本发明实施例提供了一种导光装置，包括光波导层和反射层，反射层的一个表面与光波导层相接，所述一个表面包括多个凸起，每个凸起包括第一表面，第一表面相对于光波导层的表面成第一角度，且光波导层的表面所在的平面与第一表面所在的平面之间的第一交线与光波导层的导光方向垂直。
作为优选，多个凸起连续排布排布为预定图案。
作为优选，相邻的凸起之间填充有透光材料，光波导层的折射率大于透光材料的折射率。
作为优选，光波导层的与反射层相接的表面的相对表面设置有覆盖层，光波导层的折射率大于覆盖层的折射率。
作为优选，每个凸起的第一表面沿所述第一交线的方向从反射层的一端延伸至另一端。
作为优选，每个凸起的至少第一表面上覆盖有反射材料。
作为优选，每个凸起还包括第二表面，第二表面相对于光波导层的表面成第二角度，且光波导层的表面所在的平面与第二表面所在的平面之间的第二交线与光波导层的导光方向垂直，其中，对于每个凸起，第一交线与第二交线平行、重合或垂直。
作为优选，反射层包括基板,多个凸起形成于基板表面，基板的材料与多个凸起的材料相同或不同，基板的材料和/或多个凸起的材料选自金属材料、非金属材料或类金属材料。
本发明实施例还提供了一种背光模组，包括准直入射光源和上述导光装置，所述准直入射光源的光以预定角度入射到所述光波导层的入射端面。
本发明实施例还提供了一种显示装置，包括准直入射光源、光调制装置和上述导光装置，所述准直入射光源的光以预定角度入射到所述光波导层的入射端面，光调制装置联接到所述光波导层的与反射层相接的表面的相对表面。
本发明实施例同时提供了一种导光装置的制造方法，包括：在基板的一个表面制成多个凸起，使得每个凸起包括与基板的表面成第一角度的第一表面，从而制成反射层；以使得第一表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线垂直于光波导层的导光方向的方式将光波导层与反射层对准，并使得反射层的包括所述多个凸起的表面与光波导层相接。
作为优选，在基板的一个表面制成多个凸起包括：在基板的所述一个表面制成连续排布的多个凸起；或在基板的所述一个表面制成排布为预定图案的多个凸起。
作为优选，在基板的一个表面制成多个凸起后还包括：在相邻的凸起之间填充透光材料；和/或在每个凸起的第一表面上覆盖反射材料。
作为优选，在基板的一个表面制成多个凸起包括：使得每个凸起还包括与基板的表面成第二角度的第二表面，第二表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线同第一表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线平行、重合或垂直。
作为优选，通过在基板的所述一个表面上刻槽的方法制成多个凸起；或通过在基板的所述一个表面上形成金属膜后对金属膜刻槽的方法制成多个凸起；或使用透过率渐变的掩膜在基板的所述一个表面上制成多个凸起。
本发明实施例的导光装置出光效率高，只需调整准直线/点光源入射光波导层的方向即可实现准直面光源，与现有的准直面光源的导光装置相比，控制方式简单，易于实现。而且本发明实施例的背光模组和显示装置能够实现防窥显示。
附图说明
图1为现有技术的用于实现准直面光源的导光装置的示意性截面图；
图2为本发明实施例的用于实现准直面光源的导光装置的示意性截面图；
图3为图2中的凸起的一部分的放大图；
图4为示出本发明实施例的导光装置中多个凸起的一种排布结构的示意性俯视图；
图5为本发明实施例的显示装置的示意性截面图；
图6为本发明实施例的导光装置的制造方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明多个实施例进行详细说明。
图2为本发明实施例的用于实现准直面光源的导光装置的示意性截面图。图3为图2中的凸起的一部分的放大图。
如图2和图3所示，本发明实施例的导光装置包括光波导层100和反射层110，反射层110的一个表面(图中所示为反射层的上表面)与光波导层100相接。反射层的该表面包括多个凸起113，每个凸起113包括在本实施例中用作反射表面的第一表面114。如图3所示，第一表面114相对于光波导层100的下表面成第一角度θ1，相邻凸起之间的间距为d。光波导层100的导光方向如图2中光波导层100内部的示意性箭头所示，光波导层100的下表面所在的平面与每个凸起113的第一表面114所在的平面之间的第一交线116(参见图4所示)与光波导层100的导光方向垂直，第一交线垂直于图2纸面。
图2所示的应用于上述导光装置的光源130为准直线光源或由多个准直点光源构成。光源130发出的光以预定角度入射到光波导层100中，光线在光波导层100内以全反射的形式进行传播，当传播中的光线在下表面存在凸起之处反射时，由于下面的凸起113的用作反射表面的第一表面114的存在，其中一少部分光会以耦合的方式被导出到凸起的第一表面114进行向上方反射。通过在每个凸起处导出一小部分光，从而将光波导层100内传播的大部分光线导出到凸起的第一表面114进行上述反射。
光线经过凸起的第一表面114的反射而朝向图2中的上方出射时，由于光的干涉和衍射效应，在光路的反射方向上存在中央极大级次，其他级次的光强要远小于该中央极大级次的光强。
需要说明的是，图2中为了便于图示，将从光波导层100内向反射层110出射的光路示为直线，实际应用中该光路并不一定为直线。
在光线在光波导层100内的反射角度确定的情况下，也就是光源130的入射角度固定的情况下，可以在制造导光装置时通过调节凸起113的第一表面114相对于光波导层100的下表面所倾斜的第一角度θ1、或相邻凸起之间的间距d、或同时调整θ1和d使得只有光栅衍射后的中央极大级次向上方以特定角度(例如图2中的正上方，也可以是其他角度)出射，而其他级次不向上方出射。具体制造时，d的取值可以在0.2μm～5μm的范围内，θ1的取值可以在10度～70度的范围内。
在光源130的入射角度可调的情况下，可以在制造导光装置时对于θ1和d统一取固定值，并通过在组装背光模组时，通过人工或机械的方式调整光源130向光波导层100的入射角度，在光波导层100的出光面出射的与出光面成特定角度(例如垂直于出光面，或成其他角度)的光达到最强时将光源130的入射角度进行固定。确定该特定角度的光达到最强可通过人工确定或由光学***来测定，例如由校准人员在调整光源130入射角度的同时，正对光波导层100的出射面，通过反复在一定角度范围内调整光源入射角来判断光源130处于哪个入射角时看到的出射光最强，这通常为利用导光装置作为显示器背光的情况，因此导光装置的出射光一般为人眼能够承受的强度，可以通过人眼来判断何时出射光为最强。该情况下不需要精确地设计导光装置中各个凸起的θ1和d的值，只需要对θ1和d统一取值，并调整光源130的方向，即可实现基本准直的面光源。同时，在利用导光装置作为具有防窥视功能的显示器背光时，对于出射光的出射角度不要求很高的精度，即不要求绝对垂直于出射面，因此容易通过人工调整来实现。另外，当对出射光的角度要求较高的精度时，可借助光学***或光学感测装置对出射光的角度进行测定，配合机械的方式来精密地调整光源130的入射角度。
本发明实施例的上述导光装置出光效率高，只需调整准直线/点光源入射光波导层的方向即可实现准直面光源，与现有的准直面光源的导光装置相比，控制方式简单，易于实现。
在本发明的一种实施方式中，反射层110的多个凸起113可以连续排布在反射层110表面(图2中反射层110的上表面)。多个凸起113连续排布的方式例如可以是在该反射层110表面的部分区域中连续排布，或者也可以是在该反射层110表面的整个区域连续排布。通过本发明的该实施方式的导光装置，能够提供一种用作背光的准直面光源。
图4为示出本发明实施例的导光装置中多个凸起的一种排布结构的示意性俯视图，如图4所示，每个凸起113的第一表面114沿第一交线116的方向从反射层110的一端延伸至另一端。通过本实施例的导光装置，能够实现较高的出光效率。需要说明的是，图4中示出的凸起113的第一表面114的宽度为了便于图示说明而放大了许多倍，实际制造的导光装置中的凸起的表面宽度并无法由肉眼分辨。
在本发明另一种实施方式中，反射层110中的多个凸起113可以在反射层110表面排布为预定图案，该预定图案例如可以是商标图案、警示图样/字样、公司名称等特定文字的图案等，用于例如标记、展示等用途。通过本实施例的导光装置，能够实现具有特定出光图案的准直面光源。
在本发明一些实施例中，相邻的凸起113之间可以填充透光材料，光波导层100的折射率应大于该透光材料的折射率，以利于光波导层100内进行的全反射。本实施例可以使得在不影响反射光路的情况下令反射层110的待与光波导层100相接的表面平坦化，以利于反射层110与光波导层100之间进行层叠固定。本发明不限于在相邻凸起之间填充透光材料的情况，例如，可以通过施加偏置力的方式将反射层110与光波导层100相互压紧固定。
作为一种实施方式，图2中光波导层100的上表面可以设置有覆盖层120，用于光波导层100更好地进行全反射，从而提高光利用率，进而提高出光效率。其中，光波导层100的折射率应大于覆盖层120的折射率。
在本发明实施例中，每个凸起113的第一表面114上可以涂覆反射材料，例如可以涂覆一层金属银，以提高反射强度，进而极大地提高出光效率。所涂覆的反射材料不限于金属银，还可以是铝或镁等反光能力较强的材料。
在本发明的一种实施方式中，如图2-3所示，每个凸起113除了包括用于反射的第一表面114之外，还可以包括同样用于反射的第二表面115，第二表面115相对于光波导层100的下表面成第二角度θ2，且光波导层100的下表面所在的平面与第二表面115所在的平面之间的第二交线也与光波导层100的导光方向垂直。
在本发明上述实施方式中，第一角度θ1和第二角度θ2可以相同或不同。当第一角度θ1和第二角度θ2不同时，例如图2-3中所示的那样，同一个导光装置可对应于光源130的两种不同的入射角度，提高了导光装置的适用范围。当第一角度θ1和第二角度θ2相同时，例如均为45度时，则可以将光源设置在导光装置的光波导层的一侧入射端或另一侧入射端，而不需要特别标记哪个入射端处需要设置光源，提高了使用本发明的导光装置组装背光模组时的便利性。
在本发明上述实施方式中，对于每个凸起，第一交线116可以与第二交线平行、重合或垂直，各适用于根据不同需求而不同的场合。
图2和4中示出的是第一交线116和第二交线重合的例子，即每个凸起的截面为三角形。在第一交线116和第二交线平行时，每个凸起的截面为梯形。其中，第一交线116和第二交线重合的实施例可实现较高的出光率。
在第一交线116和第二交线垂直时，第一表面114与第二表面之间的位置关系类似于金字塔的相邻两个侧面之间的关系。每个凸起113除了具有这两个表面之外还可以具有更多表面，例如可以具有类似于金字塔那样的四个侧表面。第一交线116和第二交线垂直的实施例适用于对光线的反射率要求不高或者特别要求较低反射率的情况。
在本发明实施例中，类似于第一表面114，每个凸起的第二表面115上也可以覆盖有反射材料，例如可以涂覆一层金属银，以提高反射强度，进而极大地提高出光效率。所涂覆的反射材料不限于金属银，还可以是铝或镁等反光能力较强的材料。
如图2所示，在本发明一些实施方式中，反射层110可以包括基板112和凸起形成层111,后者包括多个凸起113并形成于基板112的上表面。基板112的材料可以不同于多个凸起113的材料，即，在已经制备好的基板112上用另一材料形成多个凸起113而制成凸起形成层111，通过这种方式，便于形成排布为预定图案的多个凸起113。或者基板112可以与多个凸起113形成为一体，即，通过对基板112的上表面进行刻槽等处理而形成多个凸起113，通过这种方式，便于形成连续排布的多个凸起113。
本发明各实施例中，基板112的材料和多个凸起113的材料可以分别选自金属材料、非金属材料或类金属材料。例如，基板112可以是铝基板、玻璃基板或硅基板，凸起113可以是形成在玻璃基板上的以树脂制成的凸起或以金属制成的凸起，或者也可以是通过在铝基板或硅基板上刻槽形成的凸起，等等。
通过将图2所示的导光装置与光源130固定联接，可以制成本发明实施例的背光模组。具体而言，将准直入射光源130固定设置于上述任一实施例中的导光装置的光波导层100的入射端，并通过人工或机械的方式调整准直入射光源130的光以预定角度入射到光波导层100的入射端面，在光波导层100的出光面出射的与出光面成特定角度(例如垂直于出光面，或成其他角度)的光达到最强时将光源130的入射角度进行固定，从而制成本发明实施例的背光模组，实现出光率较高且控制方式简单的准直面光源。
图5为本发明实施例的显示装置的示意性截面图。
如图5所示，通过将光调制装置与上述准直入射光源130和各实施例的导光装置进行组装，可以制成本发明实施例的显示装置。在该显示装置中，准直入射光源130的光以预定角度入射到光波导层100的入射端面，光调制装置联接到光波导层100的上表面。
本实施例中的光调制装置为液晶面板200，液晶面板200包括依次层叠的上偏光片210、彩膜基板220、液晶层230、阵列基板240和下偏光片250。光波导层100上表面出射的光作为液晶面板200的准直背光进入下偏光片250，由液晶面板200进行一系列的光学调制。
本发明实施例的显示装置利用了通过本发明实施例的导光装置实现的准直面光源，可实现防窥显示，即显示装置发出的光线基本平行于同一方向，该方向一般朝向显示装置的用户本人，使得所处位置偏离于该方向的旁人基本无法看到显示装置上显示的内容。这样，例如用户查看手机上显示的个人信息或笔记本电脑上显示的商业资料等时，就不必担心被旁人有意或无意获知这些内容。
在本发明实施例的显示装置中，光调制装置还可以是液晶棱镜等，用于对从导光装置出射的准直光的方向进行进一步的调制。这适用于需要对光的方向进行控制的情况，这种情况下需要先有一个方向准直的面光源，才能进行下一步的光调制，比如当需要控制准直出射光进入人眼或不进入人眼时，就可以利用对液晶棱镜加电和不加电的状态实现对准直光方向的调制。
本发明实施例中的光调制装置不限于上述的液晶面板和液晶棱镜，而是还可以例如为液晶透镜等用于调制光线传播方向的装置。
图6为本发明实施例的导光装置的制造方法的示意性流程图。
如图6所示，本发明实施例的导光装置的制造方法包括：
S101、在基板的一个表面制成多个凸起，使得每个凸起包括与基板的表面成第一角度的第一表面，从而制成反射层；
S102、以使得第一表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线垂直于光波导层的导光方向的方式将光波导层与反射层对准；
S103、使得反射层的包括多个凸起的表面与光波导层相接。
参照图2-4中导光装置的结构，在根据本发明实施例的制造方法中，例如可以先制备玻璃基板112，然后在玻璃基板112上用树脂等材料制成周期性的斜坡状凸起113，使得每个凸起113包括与基板112的表面以第一角度θ1倾斜的第一表面114。
凸起113可以排布为预定图案，以实现具有预定出光图案的准直面光源，或者如图4所示那样排布为基本遍布基板112的整个表面以用作大面积的准直背光源。
如此，通过步骤S101制成包括基板112和凸起形成层111的反射层110。
其中，形成凸起113的方式不限于在玻璃基板上用树脂形成凸起113，还可以通过在硅基板或金属基板上刻槽的方式形成凸起113，或者不使用树脂而是先在玻璃基板上制成一层金属膜后再通过对金属膜刻斜面槽的方式制成凸起113，还可以是先在玻璃基板上形成树脂层或金属膜后利用透过率渐变的掩膜在其上制成多个凸起113。其中，对基板直接刻槽形成凸起的方式便于形成连续排布的多个凸起113，而在制备好的基板上用另一材料形成多个凸起的方式便于形成排布为预定图案的多个凸起113。
作为一种实施方式，在步骤101中，在基板112上表面制成的每个凸起113还可以包括与基板112的表面成第二角度的第二表面115，且第二表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线同第一表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线平行或垂直，具体参见前文描述。
在步骤101之后，还可以增加在每个凸起113的第一表面114上覆盖反射材料的步骤和/或在相邻的凸起113之间填充透光材料的步骤。
例如，可以在每个凸起的第一表面114上利用掩膜的方式，采用常规的曝光、显影、刻蚀方法做一层金属银(或其他反光性能较好的金属)，然后利用OC材料(例如环氧树脂)将相邻凸起之间的凹部填平，再在OC材料上面做一层光波导层100，光波导层可采用Si3N4、SiO2等材料。在光波导100的上面还可以选择性地再做一层覆盖层以增强光波导层100的全反射性能。其中光波导层100的折射率大于覆盖层和OC层及制造凸起所用树脂的折射率。
随后，在步骤S102中，将待层叠的光波导层100的方位进行调整，使得反射层110上每个凸起113的第一表面114或第二表面115朝向光波导层的入射端面，使第一表面或第二表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线垂直于光波导层的导光方向。
最后，在步骤S103中，将光波导层100的下表面与反射层110的上表面相接并层叠固定，从而制成本发明实施例的导光装置。
通过本发明实施例的制造方法制成的导光装置出光效率高，只需调整准直线/点光源入射光波导层的方向即可实现准直面光源，与现有的准直面光源的导光装置相比，控制方式简单，易于实现。
以上对本发明多个实施例进行了说明，但本发明并不限于这些实施例，本领域技术人员能够在不脱离本发明构思的前提下，对这些实施例进行各种修改或变型，这些修改或变型均落入本发明要求保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种导光装置，其特征在于，包括光波导层和反射层，反射层的一个表面与光波导层相接，所述一个表面包括多个凸起，每个凸起包括第一表面，第一表面相对于光波导层的表面成第一角度，且光波导层的表面所在的平面与第一表面所在的平面之间的第一交线与光波导层的导光方向垂直；
相邻的凸起之间填充有透光材料，光波导层的折射率大于透光材料的折射率。
2.如权利要求1所述的导光装置，其特征在于，
多个凸起连续排布；或
多个凸起排布为预定图案。
3.如权利要求1所述的导光装置，其特征在于，光波导层的与反射层相接的表面的相对表面设置有覆盖层，光波导层的折射率大于覆盖层的折射率。
4.如权利要求1所述的导光装置，其特征在于，每个凸起的第一表面沿所述第一交线的方向从反射层的一端延伸至另一端。
5.如权利要求1所述的导光装置，其特征在于，每个凸起的至少第一表面上覆盖有反射材料。
6.如权利要求1所述的导光装置，其特征在于，每个凸起还包括第二表面，第二表面相对于光波导层的表面成第二角度，且光波导层的表面所在的平面与第二表面所在的平面之间的第二交线与光波导层的导光方向垂直，其中，对于每个凸起，第一交线与第二交线平行、重合或垂直。
7.如权利要求1-6中任一项所述的导光装置，其特征在于，反射层包括基板,多个凸起形成于基板表面，基板的材料与多个凸起的材料相同或不同，基板的材料和/或多个凸起的材料选自金属材料、非金属材料或类金属材料。
8.一种背光模组，其特征在于，包括准直入射光源和如权利要求1-7中任一项所述的导光装置，所述准直入射光源的光以预定角度入射到所述光波导层的入射端面。
9.一种显示装置，其特征在于，包括准直入射光源、光调制装置和如权利要求1-7中任一项所述的导光装置，所述准直入射光源的光以预定角度入射到所述光波导层的入射端面，光调制装置联接到所述光波导层的与反射层相接的表面的相对表面。
10.一种导光装置的制造方法，其特征在于，包括：
在基板的一个表面制成多个凸起，使得每个凸起包括与基板的表面成第一角度的第一表面，从而制成反射层；
以使得第一表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线垂直于光波导层的导光方向的方式将光波导层与反射层对准，并使得反射层的包括所述多个凸起的表面与光波导层相接；
在基板的一个表面制成多个凸起后还包括：
在相邻的凸起之间填充透光材料，光波导层的折射率大于透光材料的折射率。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在基板的一个表面制成多个凸起包括：
在基板的所述一个表面制成连续排布的多个凸起；或
在基板的所述一个表面制成排布为预定图案的多个凸起。
12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在基板的一个表面制成多个凸起后还包括：
在每个凸起的第一表面上覆盖反射材料。
13.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在基板的一个表面制成多个凸起包括：使得每个凸起还包括与基板的表面成第二角度的第二表面，第二表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线同第一表面所在的平面与基板的表面所在的平面之间的交线平行、重合或垂直。
14.如权利要求10-13中任一项所述的制造方法，其特征在于，
通过在基板的所述一个表面上刻槽的方法制成多个凸起；或
通过在基板的所述一个表面上形成金属膜后对金属膜刻槽的方法制成多个凸起；或
使用透过率渐变的掩膜在基板的所述一个表面上制成多个凸起。
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