CN1959494B - 彩色分光元件与液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种彩色分光元件及应用该元件的液晶显示装置。本发明提供的彩色分光元件包括：一光栅，该光栅包括多个光栅单元组，该光栅单元组由至少一光栅单元组成，该光栅单元用以将入射的白光分成红光、绿光和蓝光出射，该光栅所用材料包括压电材料；多个驱动控制单元，其与该多个光栅单元组对应连接，该驱动控制单元使压电材料发生形变从而使得该光栅单元的光栅间距发生变化。本发明的彩色分光元件可以取代彩色滤光片，并实现液晶显示装置彩色化显示。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种彩色分光元件及采用该彩色分光元件的液晶显示装置。
【背景技术】
液晶显示装置是一种被动显示装置，为达到彩色显示的效果而需要提供一种彩色滤光装置，该彩色滤光装置可以与电极及液晶面板等其它元件配合，实现彩色化显示。
请参阅图1，一种现有技术的彩色滤光装置1包括：一基板10，多个黑色矩阵12周期性排布在该基板10上，以及红色滤光元件13、绿色滤光元件14、蓝色滤光元件15以及附着在三滤色元件13、14及15上的导电材料11。
上述彩色滤光装置1将在多个黑色矩阵12之间附着所需的红色滤光元件13、绿色滤光元件14及蓝色滤光元件15，继而在其上附着透明导电材料11，其中该滤光元件13、14及15是分别通过对具有红色、绿色及蓝色色素的树脂材料进行曝光等过程制得的。
光线照射到该彩色滤光装置1上，并通过红色滤光元件13、绿色滤光元件14及蓝色滤光元件15的色素作用，使相应位置出射光线分别为红光、绿光及蓝光，以达到滤光目的。只是，光线在通过红色滤光元件13、绿色滤光元件14及蓝色滤光元件15的色素作用时，会使光线的光分量有所减少，从而降低了显示的亮度。
另外，上述彩色滤光装置1在制作时无法保证上述滤色元件13、14及15依次整齐分布于该基板10表面，易使相邻滤光元件之间相互覆盖，产生交叠区域16，或是使相邻滤光元件之间间距过大，产生漏光的现象。另，在滤光元件13、14及15的表面产生的微小凸起或凹陷，使得光线通过该凸起或凹陷出射时颜色深浅不均。
彩色滤光装置产生的颜色深浅不均的情况，会严重影响液晶显示装置的显示品质。
【发明内容】
有鉴于此，提供一种出光颜色均匀度高，显示亮度高的彩色分光元件及液晶显示装置实为必要。
一种彩色分光元件，包括：一光栅，该光栅包括多个光栅单元组，该光栅单元组由至少一光栅单元组成，该光栅单元用以将入射的白光分成红光、绿光和蓝光出射，该光栅所用材料包括压电材料；多个驱动控制单元，其与该多个光栅单元组对应连接，该驱动控制单元使压电材料发生形变从而使得该光栅单元的光栅间距发生变化。
一种液晶显示装置，包括：一背光模块，其具有一出光部；至少一彩色分光元件，与该出光部相对设置；一液晶面板，设置在该彩色分光元件的上方。该彩色分光元件包括一光栅，该光栅包括多个由至少一光栅单元组成的光栅单元组，该光栅单元用以将入射的白光分成红光、绿光和蓝光出射，该光栅所用材料包括压电材料，多个用来调节该光栅单元的光栅间距的驱动控制单元与该多个光栅单元组对应连接。
和现有技术相比，所述彩色分光元件利用光栅原理，并采用压电材料制作的光栅结构可以将入射的白光分成所需的红光、绿光或蓝光，同时控制出射光为红光、绿光或蓝光的出射角及光量。由于可以控制出射光为红光、绿光或蓝光的出射角及光量，故不会使出射光颜色深浅不均，也不会出现红光、绿光和蓝光相互交叠影响的情况，从而提高了显示品质。另外，所述彩色分光元件对入射的白光进行分光，没有光分量的损失，从而提高了显示亮度。所述彩色分光元件是通过设计光栅结构以及调节光栅间距，来实现对入射光进行分光以及控制所分得光的出射角，完全取代现有技术的彩色滤光片，同时可以使液晶显示装置实现彩色化。
【附图说明】
图1是一种现有技术彩色滤光片的结构示意图。
图2是本发明彩色分光元件的结构示意图。
图3是本发明彩色分光元件的条状微结构截面为弧形的示意图。
图4是本发明彩色分光元件的条状微结构截面为梯形的示意图。
图5是本发明液晶显示装置第一实施例的结构示意图。
图6是本发明液晶显示装置第二实施例的结构示意图。
图7是本发明液晶显示装置第三实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图2，本发明的彩色分光元件2包括：一基板21，一设置在该基板21上的光栅22，该光栅22包括多个光栅单元组221，该光栅单元组221由至少一光栅单元221’组成；多个驱动控制单元组23中的驱动控制单元23’与该光栅单元组221对应连接，该驱动控制单元23’可以调节光栅单元221’的光栅间距。
上述基板21采用透明绝缘玻璃基板。
上述光栅22包括一压电薄膜，所用材料为压电材料，例如钛氧锆铅(PZT)。在此，光栅22可进一步包括一光栅基膜，其与压电薄膜紧密贴合，该光栅基膜可为聚氯乙烯(PVC)膜。
上述光栅22为相位光栅。
上述光栅单元221’为条状微结构，众所周知，入射光为白光经过光栅后分成红光、绿光、蓝光，而三者间的能量分布决定于条纹微结构横截面的构造，所以，其横截面形状的设计可以决定所分得的光为红光、绿光或蓝光中的任意一种及其光量，同时可以控制所分得的光以外的光束的光量为最小值。条状微结构可以是任意形状的凸起或凹槽，如图3所示条状微结构的表面2211为弧面，条状微结构的横截面亦可为矩形、梯形、三角形等，如图4所示条状微结构的横截面为梯形，但条状微结构并不局限于上述情况，只要条状微结构截面的形状满足：能够得到所要分得的光束为红光、绿光或蓝光，以及能够得到所要分得光束的光量即可。此外，值得注意的是，该条状微结构亦可为折射率不同的压电材料所构成的。
压电材料具有因电场的作用而产生机械变形的特性，故利用压电材料制作的压电薄膜光栅，或压电薄膜与光栅基膜紧密贴合组成的光栅，因电场的作用而产生机械变形，同时可以通过控制电场的大小来控制光栅间距。所以，上述驱动控制单元23’通过对用压电材料制作的光栅单元221’施加电场，来控制与驱动控制单元23’相连的光栅单元221’的光栅间距。根据光栅公式d(sinθ-sinθ1)＝mλ，其中，d是光栅间距，θ是出射角，θ1是入射角，λ是光波长，m是整数，当白光入射角θ1一定且由红光、绿光、蓝光组成的白光的波长已知时，光栅间距d为自变量，则出射角θ就是应变量，所以当白光以一定角度入射到光栅单元221’上时，光栅单元221’对入射光进行分光，此时调节光栅单元221’的光栅间距来控制出射光的角度，即所分得的光的角度，从而控制所分得的光射到液晶显示装置的像素上。
驱动控制单元组23包括至少一驱动控制单元23’，值得注意的是，驱动控制单元23’与光栅单元221’可以是一一对应连接，亦可驱动控制单元23’与至少一光栅单元221’对应连接，只要能够控制所对应的光栅单元221’的光栅间距即可。
请参阅图5，是本发明液晶显示装置第一实施例的结构示意图。该液晶显示装置包括：一光源51，一彩色分光元件54，一液晶面板55，另外，本实施例中还采用了一反射片52，及一具有一出光面531的楔型导光板53，目的是提供一均匀面光源。其中，该彩色分光元件54的设计与上述彩色分光元件2一样。
在本实施例中，液晶面板55的一个像素对应一个光栅单元组，该光栅单元组包括三个相邻的光栅单元，即包括相邻的三个条状微结构，从出光面531出射的白光射到上述三个条状微结构上后，上述三个条状微结构将白光分别分出红光、绿光及蓝光，同时控制红光、绿光及蓝光的光量，其余不需要的光束通过条状微结构形状的设置来将其控制为最小值。通过调节光栅间距可以控制所分得的红光、绿光及蓝光出射到相应像素的固定位置上。
请参阅图6，是本发明液晶显示装置第二实施例的结构示意图。第二实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于，光栅单元组包括九个光栅单元，即包括九个条状微结构，光栅单元组只出射红光、绿光及蓝光三种光且必须由三个光栅出射同一种光，相邻的三个条状微结构出射红光、绿光及蓝光中的一种。在彩色分光元件64与液晶面板55之间设置一集光元件66，可将光栅单元所射出的红光、绿光及蓝光分别汇聚到一点，此点的大小应根据像素的大小设置。本实施例中光栅单元组所对应的像素中的红光、绿光及蓝光的光量得到有效的加强。
请参阅图7，是本发明液晶显示装置第三实施例的结构示意图。第三实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于，本实施例包括三个依次设置在出光面531上的彩色分光元件74、74’、74”，一个像素所对应的红光、绿光及蓝光的光量分别由彩色分光元件74、74’、74”上的一个光栅单元来提供。本实施例中光栅单元的设置可以实现更高像素显示要求。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种彩色分光元件，其特征在于包括：一光栅，该光栅包括多个光栅单元组，该光栅单元组由至少一光栅单元组成，该光栅单元用以将入射的白光分成红光、绿光和蓝光出射，该光栅所用材料包括压电材料；多个驱动控制单元，其与该多个光栅单元组对应连接，该驱动控制单元使压电材料发生形变从而使得所述光栅单元的光栅间距发生变化。
2.根据权利要求1所述的彩色分光元件，其特征在于：所述光栅为相位光栅。
3.根据权利要求1所述的彩色分光元件，其特征在于：所述光栅单元为条状微结构。
4.根据权利要求3所述的彩色分光元件，其特征在于：所述条状微结构为凹槽状或凸起状。
5.根据权利要求4所述的彩色分光元件，其特征在于：所述条状微结构的表面为弧面。
6.根据权利要求4所述的彩色分光元件，其特征在于：所述条状微结构的横截面为矩形、梯形或三角形。
7.一种液晶显示装置，包括：一背光模块，其具有一出光部；至少一彩色分光元件，与该出光部相对设置；一液晶面板，设置在该彩色分光元件的上方，其特征在于所述彩色分光元件包括权利要求1至6中任意一项所述的彩色分光元件。
8.一种液晶显示装置，包括：一背光模块，其具有一出光部；三个彩色分光元件，三者依次与该出光部相对设置；一液晶面板，设置在该三个彩色分光元件的上方，其特征在于所述彩色分光元件包括权利要求1至6中任意一项所述的彩色分光元件。
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