WO2019029380A1 - 导光组件及其制备方法、背光模组以及显示装置 - Google Patents

导光组件及其制备方法、背光模组以及显示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019029380A1
WO2019029380A1 PCT/CN2018/097259 CN2018097259W WO2019029380A1 WO 2019029380 A1 WO2019029380 A1 WO 2019029380A1 CN 2018097259 W CN2018097259 W CN 2018097259W WO 2019029380 A1 WO2019029380 A1 WO 2019029380A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grating
light
waveguide
layer
disposed
Prior art date
Application number
PCT/CN2018/097259
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孟宪东
王维
谭纪风
陈小川
高健
孟宪芹
Original Assignee
京东方科技集团股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京东方科技集团股份有限公司 filed Critical 京东方科技集团股份有限公司
Priority to US16/340,314 priority Critical patent/US11237429B2/en
Publication of WO2019029380A1 publication Critical patent/WO2019029380A1/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0016—Grooves, prisms, gratings, scattering particles or rough surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0026—Wavelength selective element, sheet or layer, e.g. filter or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133603—Direct backlight with LEDs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/13362—Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • Liquid crystal display device is a kind of display device which is widely used at present, mainly relies on liquid crystal molecules to deflect under the action of electric field, change the transmission of backlight, and combine color filter and other structures to realize color display.
  • the backlight module provides a uniform backlight for the liquid crystal display device, and currently uses a light emitting diode (LED) as a light source. According to different LED setting positions, the backlight module mainly includes a side-in backlight module and a direct-lit backlight module.
  • At least a portion of the diffraction orders of the first diffracted light and the second diffracted light include a +/- 2nd order and above.
  • the first waveguide sub-layer, the second waveguide sub-layer, and the third waveguide sub-layer have the same refractive index.
  • the light guiding assembly further includes a light guiding dot layer disposed on a light incident side and/or a light exiting side of the waveguide layer.
  • forming the waveguide layer and disposing the coupling grating structure includes: disposing a first waveguide sub-layer; disposing a first grating, the first grating being disposed at the first waveguide sub-layer a second grating disposed on a side of the first waveguide sub-layer away from the first grating; a second waveguide sub-layer disposed, the second waveguide sub-layer being disposed on the side a surface of the first waveguide sublayer away from the side of the first grating, and the second waveguide sublayer has a cavity structure configured to receive the second grating; and a third waveguide sublayer is disposed The third waveguide sublayer is disposed on a side of the second waveguide sublayer away from the first waveguide sublayer.
  • FIG. 2 is a schematic structural view of a light guiding component of the related art
  • FIG. 3 shows a schematic structural view of a light guiding assembly according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6A shows a schematic diagram of a first grating and a second grating having evenly spaced annular gate lines in accordance with an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 9 is a schematic structural view of a backlight module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a schematic structural view of a backlight module according to an embodiment of the present disclosure.
  • the reflectivity of the inner wall of the backlight cavity is as high as 95%, at least 25% of the light energy is still lost during the reflection process in the backlight cavity.
  • the light energy utilization efficiency of the light guide plate can be improved by adding components such as nano gratings, the nano grating layer used is usually a non-equal line width and a non-equal height structure, and the processing process is cumbersome and cost-effective. high.
  • the light guiding assembly may include a first waveguide sub-layer 110, a second waveguide sub-layer 120, and a third waveguide sub-layer 130 that are stacked.
  • the coupled grating structure 200 can include two gratings, namely a first grating 210 and a second grating 220.
  • the first grating 210 is located on a side of the first waveguide sub-layer 110 that is remote from the second waveguide sub-layer 120.
  • the second waveguide sub-layer 120 has a cavity structure 10 configured to receive the second grating 220.
  • a second grating 220 is located in the cavity structure 10.
  • the second grating can further couple light that cannot be coupled by the first grating such that more light can be coupled into the waveguide layer to propagate in a total reflection manner in the waveguide layer, Therefore, it is advantageous to improve the coupling efficiency of light.
  • the second grating 220 may be located on a side of the third waveguide sub-layer 130 adjacent to the second waveguide sub-layer 120.
  • the specific type of the coupling grating structure such as the first grating and the second grating is not particularly limited.
  • the grating described above may be a two-dimensional grating.
  • the first grating and the second grating may be two-dimensional nano-gratings.
  • the first grating 210 may be configured to diffract incident light to form first diffracted light such that at least a portion of the diffraction order of the first diffracted light satisfies a total reflection condition in the waveguide;
  • the two gratings are configured to further diffract light from the first grating to form second diffracted light such that at least a portion of the diffraction order of the first diffracted light satisfies the total reflection condition in the waveguide layer.
  • the diffraction orders of the first diffracted light and the second diffracted light capable of satisfying the total reflection condition in the waveguide layer may include the +/- 2nd order and above.
  • the +/-2th order means the second diffraction order on the left and right sides with respect to the center diffraction order (level 0) in the diffraction spectrum diffracted by the grating.
  • the diffraction orders of the first diffracted light and the second diffracted light that can satisfy the total reflection condition in the waveguide layer may also include the +/-1st order.
  • the energy of the 0th order and the +/-2th order of the first diffracted light and the second diffracted light is greater than the energy of the other diffraction orders.
  • the 0th order diffracted light of the first diffracted light can be further diffracted by the second grating, and the +/- 2nd order diffracted light having the higher energy can be coupled into the waveguide layer.
  • the energy of the diffracted ray having a diffraction spectrum order of 0 is higher, and the diffraction ray of the total number of diffraction orders (for example, the diffraction spectrum level is +/- 2) in the waveguide layer can be generated. Also higher.
  • the energy of the 0th order diffracted light and the +/- 2nd order diffracted light diffracted by the first grating 210 may account for at least 80% of the total energy of the diffracted light.
  • n 1 is the refractive index of the medium where the incident ray is located
  • n 2 is the refractive index of the medium where the ray is diffracted
  • ⁇ 1 is the incident angle
  • ⁇ 2 is the diffraction angle
  • m is the diffraction order
  • ⁇ is the wavelength
  • d is the period.
  • the grating thickness can be determined based on the fitting optimization.
  • the number of layers of the waveguide sublayer and the number of gratings included in the coupling grating are not particularly limited as long as the grating can be diffracted by the grating of the coupled grating structure to achieve the desired Coupling efficiency is sufficient.
  • the grating is sensitive to the incident angle of the light.
  • the grating of the same structure produces different diffraction effects on the light of different incident angles, and the energy of the light emitted by the backlight of the liquid crystal display (such as the light emitting diode) is usually concentrated at +/- 60. °. Therefore, in order to enhance the diffraction effect, the first grating and the second grating may be designed to include a plurality of sub-gratings 21, 22, 23, 24 arranged in a plurality of concentric circles. As shown in FIG. 6B, the first grating and the second grating may include a first sub-grating having a circular cross section and a plurality of concentric circular second sub-gratings having a circular cross section.
  • the first grating in order to improve the overall coupling efficiency of incident light, may be configured to have a higher coupling efficiency to the first polarized light than to the second polarized light, and a second The grating is configured to have a higher coupling efficiency to the second polarized light than the first polarized light.
  • the first grating in the case where the second diffraction order of the diffracted light can be totally reflected in the waveguide layer and the light of the 0th diffraction order and the first diffraction order cannot be totally reflected, the first grating can be configured as the first diffracted light.
  • the structure corresponding to the section 212 of the second grating 220 along the Y direction has less reflection of light having the same polarization direction as the direction of the double arrow (ie, the second direction), and therefore, the second polarization coupling efficiency for the polarization in the second direction. Higher.
  • the coupled grating structure has a high coupling efficiency for both the first polarized light and the second polarized light.
  • a backlight module in another aspect of the disclosure, is presented.
  • the backlight module can include a light source 20 and a light directing assembly as previously described, such as at least one light directing assembly of one or more embodiments disclosed in detail above.
  • the light guiding component is disposed in a light emitting direction of the light source 20, and the coupling grating structure is in one-to-one correspondence with the light source 20.
  • the backlight module has all of the advantages of the light guide assembly previously described. In general, the backlight module has the advantages of high backlight coupling efficiency, slim size, and simple preparation process.
  • the backlight module may further include at least one of the following structures: a reflective sheet 600, a light guiding halftone layer 30, a fluorescent film layer 40, a prism film 50, and a diffusion sheet 60.
  • the reflective sheet 600 is configured to reflect light toward the direction of the light guide assembly.
  • a light source can be disposed between the reflective sheet 600 and the light directing assembly (as shown in Figure 9).
  • the light guiding component can be disposed between the light source and the reflective sheet 600 (as shown in FIG. 10). Thereby, the performance of the backlight module can be further improved.
  • the light guiding dot layer 30 may be disposed on a side of the light guiding component remote from the light source 20.
  • a coupling grating structure is provided.
  • the coupled grating structure can comprise at least two gratings, and at least one grating is disposed in the waveguide sub-layer described above, and the orthographic projections of the at least two gratings at the surface of the waveguide layer at least partially overlap.
  • the coupled grating structure enables light to propagate through the grating and propagate through the waveguide layer.
  • the coupling grating structure may specifically include a first grating and a second grating disposed opposite to each other.
  • the period and thickness of the first grating may be determined according to the wavelength of the incident light incident to the first grating and the incident angle, so that the light passing through the first grating is concentrated at the 0th order and the number of stages capable of transmitting total reflection (such as diffraction)
  • the spectral order is on the +/- 2nd level).
  • the energy of the 0th order diffracted light and the +/-2nd order diffracted light passing through the first grating 210 may account for at least 80% of the total energy of the diffracted light.
  • the light guiding component prepared by the method may be the light guiding component described above. Therefore, according to a specific embodiment of the present disclosure, the method may specifically include the steps of: forming a first waveguide sub-layer; disposing the first grating on one side of the first waveguide sub-layer; forming a second waveguide sub-layer; a second waveguide sub-layer corresponding to the first grating forms a cavity structure; the second grating is disposed in the cavity structure; and the second waveguide sub-layer and the second grating are disposed at a distance from the first waveguide sub-layer One side of a grating layer, and the second grating is disposed adjacent to the first grating; and a third waveguide sub-layer is disposed on a side of the second waveguide sub-layer away from the first waveguide sub-layer.
  • the arrangement of the above structure can be easily realized, and the prepared light guiding component can improve the utilization efficiency of the backlight.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

导光组件及制备方法、背光模组以及显示装置。导光组件包括：波导层（100）；以及耦合光栅结构（200），耦合光栅结构（200）包括至少两个光栅（210，220），至少两个光栅（210，220）中的至少一个位于波导层（100）内部，并且至少两个光栅（210，220）在波导层（100）表面的正投影至少部分重叠，耦合光栅结构（200）被配置为使得入射光在波导层（100）中传播。

Description

导光组件及其制备方法、背光模组以及显示装置
相关申请的交叉引用
本公开涉及显示领域，具体地，涉及导光组件及制备方法、背光模组以及显示装置。
技术领域
本公开涉及显示领域，具体地，涉及导光组件及制备方法、背光模组以及显示装置。
背景技术
随着显示技术以及半导体技术的不断发展，显示装置也日趋向多功能化、轻薄化发展，以满足用户的需求。液晶显示装置(LCD)是目前应用较为广泛的一类显示器件，主要依靠液晶分子在电场作用下发生偏转，改变背光的透射情况，并结合滤光片等结构，实现彩色显示。背光模组为液晶显示装置提供均匀的背光，目前主要采用发光二极管(LED)为光源。根据LED设置位置的不同，背光模组主要包括侧入式背光模组和直下式背光模组。
发明内容
本公开的实施例提供一种导光组件及其制备方法、背光模组和显示装置
在本公开的一个方面，提出了一种导光组件。根据本公开的实施例，该导光组件包括：波导层；以及耦合光栅结构，所述耦合光栅结构包括至少两个光栅，所述至少两个光栅中的至少一个位于所述波导层内部，并且所述至少两个光栅在所述波导层表面的正投影至少部分重叠，所述耦合光栅结构被配置为使得入射光在所述波导层中传播。。
根据本公开的实施例，所述波导层包括层叠设置的第一波导亚层、第二波导亚层和第三波导亚层，所述耦合光栅结构包括第一光栅和第二光栅， 其中，所述第一光栅位于所述第一波导亚层的远离所述第二波导亚层的一侧，并且所述第二波导亚层具有被配置为容纳所述第二光栅的空腔结构。
根据本公开的实施例，所述第一光栅被配置为衍射所述入射光以形成第一衍射光，使得所述第一衍射光的至少一部分衍射级的光在所述波导层中满足全反射条件，所述第二光栅被配置为衍射来自所述第一光栅的光以形成第二衍射光，使得所述第二衍射光的至少一部分衍射级的光在所述波导层中满足全反射条件。
根据本公开的实施例，所述第一衍射光和所述第二衍射光的至少一部分衍射级包括第+/-2级及以上。
根据本公开的实施例，所述第一衍射光的第0级和第+/-2级的能量大于其他衍射级的能量。
根据本公开的实施例，所述第二衍射光的第+/-2级的能量大于其他衍射级的能量。
根据本公开的实施例，所述第一光栅以及所述第二光栅包括多个均匀间隔的且具有相等宽度以及相等厚度的环形栅线。
根据本公开的实施例，所述第一光栅和所述第二光栅包括同心圆布置的多个子光栅，每个子光栅包括多个均匀间隔的且具有相等宽度以及相等厚度的环形栅线，而不同的子光栅具有不同的光栅周期。
根据本公开的实施例，所述耦合光栅结构的折射率大于所述波导层的折射率。
根据本公开的实施例，所述第一波导亚层、所述第二波导亚层和所述第三波导亚层的折射率相同。
根据本公开的实施例，所述入射光分为沿第一方向偏振的第一偏振光和沿与所述第一方向垂直的第二方向偏振的第二偏振光，所述第一光栅被配置为对所述第一偏振光的耦合效率高于对所述第二偏振光的耦合效率，所述第二光栅被配置为对所述第二偏振光的耦合效率高于对所述第一偏振光的耦合效率。
根据本公开的实施例，该导光组件进一步包括导光网点层，所述导光 网点层设置在所述波导层的入光侧和/或出光侧。
在本公开的另一方面，本公开提出了一种背光模组。根据本公开的实施例，该背光模组包括：光源；以及前面所述的任一种导光组件，所述导光组件设置在所述光源的出光方向上，所述耦合光栅结构与所述光源一一对应。
根据本公开的实施例，该背光模组进一步包括以下结构的至少之一：反射片，所述光源设置在所述反射片以及所述导光组件之间，或者，所述导光组件设置在所述光源以及所述反射片之间；荧光膜层，所述荧光膜层设置在所述导光组件的出光方向上；扩散片，所述扩散片设置在所述导光组件的出光方向上；以及棱镜膜，所述棱镜膜设置在所述导光组件的出光方向上。
在本公开的另一方面，本公开提出了一种显示装置。根据本公开的实施例，该显示装置包括前面所述的任一种背光模组。
在本公开的另一方面，本公开提出了一种制备导光组件的方法。根据本公开的实施例，该方法包括：形成波导层；设置耦合光栅结构，所述耦合光栅结构包括至少两个光栅，所述至少两个光栅中的至少一个位于所述波导层内部，并且所述至少两个光栅在所述波导层表面的正投影至少部分重叠，所述耦合光栅结构被配置为使得入射光在所述波导层中传播。
根据本公开的一些实施例，形成所述波导层和设置所述耦合光栅结构包括：设置第一波导亚层；设置第一光栅，所述第一光栅设置在所述第一波导亚层一侧；设置第二波导亚层，所述第二波导亚层设置在所述第一波导亚层的远离所述第一光栅一侧的表面上，且在所述第二波导亚层的与所述第一光栅相对的位置处，形成空腔结构；在所述空腔结构中设置第二光栅；以及设置第三波导亚层，所述第三波导亚层设置在所述第二波导亚层的远离所述第一波导亚层的一侧。
根据本公开的另一些实施例，形成所述波导层和设置所述耦合光栅结构包括：设置第一波导亚层；设置第一光栅，所述第一光栅设置在所述第一波导亚层一侧；设置第二光栅，所述第二光栅设置在所述第一波导亚层 的远离所述第一光栅的一侧；设置第二波导亚层，所述第二波导亚层设置在所述第一波导亚层的远离所述第一光栅一侧的表面上，且所述第二波导亚层具有被配置为容纳所述第二光栅的空腔结构；以及设置第三波导亚层，所述第三波导亚层设置在所述第二波导亚层的远离所述第一波导亚层的一侧。
适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。
附图说明
本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：
图1显示了根据本公开的一个实施例的导光组件的结构示意图；
图2显示了相关技术的导光组件结构示意图；
图3显示了根据本公开的一个实施例的导光组件的结构示意图；
图4显示了根据本公开的一个实施例的导光组件的耦合光栅结构耦合光的示意图；
图5显示了根据本公开的一个实施例的导光组件的将第+/-2级衍射光耦合的示意图；
图6A显示了根据本公开的一个实施例具有均匀间隔的环形栅线的第一光栅和第二光栅的示意图；
图6B显示了根据本公开的一个实施例的具有多个子光栅的第一光栅和第二光栅的示意图；
图7显示了根据本公开的一个实施例的导光组件的第一光栅和第二光栅的子光栅与光源的对应关系的示意图；
图8显示了根据本公开的一个实施例的耦合光栅对入射光的偏振状态的影响的示意图；
图9显示了根据本公开的一个实施例的背光模组的结构示意图；
图10显示了根据本公开的一个实施例的背光模组的结构示意图；
图11显示了根据本公开的一个实施例的显示装置的示意性方块图；以及
图12显示了根据本公开的一个实施例的制备导光组件的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
本公开是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
发明人发现，目前的背光模组，尤其是直下式背光模组，普遍存在厚度过厚、导光板光线耦合效率较差等问题。该问题一方面导致显示装置整体难以轻薄化、小型化，另一方面，由于光线耦合效率较差，因此如需实现较好的显示效果，则需大幅提高背光亮度，进而造成显示装置功耗过高。发明人经过深入研究以及大量实验发现，这主要是由于目前的导光板等导光组件的结构设计不够合理而导致的。目前的LCD，尤其是大尺寸LCD的直下式背光结构中，通常具有多个LED。但是导光板通常仅具有导光功能，无法实现多个LED发光的混光。结果，在背光结构中相邻的LED光源之间需要一定的纵向混光距离(例如，2-22mm)，并且LED之间的水平间距很小，因此LED的使用数目(约几万颗)是非常庞大的，进而造成现有的LED背光技术存在背光结构整体厚度过厚及背光成本过高等问题。另外，光源发出的光线在传播过程中，在背光模组中经历多次反射，光能损耗较为严重。虽然背光腔内壁反射率高达95％，但仍有至少25％的光能量在背光腔中的反射过程中被损耗。为了提高对背光的利用率，虽然可以通过增加纳米光栅等组件提高导光板的光能利用效率，然而所使用的纳米光栅层通常为非等 线宽并且非等高结构，加工工艺繁琐且成本较高。
在本公开的一个方面，提出了一种导光组件。参考图1，该导光组件包括：波导层100以及耦合光栅结构200。根据本公开的实施例，耦合光栅结构200包括至少两个光栅(如图中所示出的210以及220)。该至少两个光栅中的至少一个设置在波导层100内部，并且该至少两个光栅在波导层的表面(出光面)的正投影至少部分重叠。在本公开的实施例中，该耦合光栅结构200被配置为使得入射光在波导层中传播。
在本公开的实施例中，包含至少两个光栅的耦合光栅结构可以以较高的耦合效率将入射光耦合到波导层中，以使入射光在波导层中传播。另外，根据本公开的实施例提供的导光组件有利于减小背光模组厚度、简化制备工艺等。
在本公开的一些实施例中，耦合光栅结构200可以包含多个相对设置的光栅，例如，三个、四个或更多个。
根据本公开的示例的实施例，参考图3，该导光组件可以包括：层叠设置的第一波导亚层110、第二波导亚层120以及第三波导亚层130。耦合光栅结构200可以包括两个光栅，即，第一光栅210以及第二光栅220。第一光栅210位于第一波导亚层110的远离第二波导亚层120的一侧。第二波导亚层120具有被配置为容纳第二光栅220的空腔结构10。第二光栅220位于该空腔结构10中。在该示例的实施例中，第二光栅可以对不能被第一光栅耦合的光进一步耦合，使的更多的光能够被耦合到波导层中，以在波导层中以全反射的方式传播，因此，有利于提高光的耦合效率。
可选的，第二光栅220可以位于第三波导亚层130的靠近第二波导亚层120的一侧。
在本公开的实施例中，耦合光栅结构(如第一光栅以及第二光栅)的具体类型不受特别限制。上述光栅可以为二维光栅。示例地，第一光栅以及第二光栅可以为二维纳米光栅。
在本公开的示例的实施例中，第一光栅210可以被配置为衍射入射光以形成第一衍射光，使得第一衍射光的至少一部分衍射级的光在波导成中 满足全反射条件；第二光栅被配置为进一步衍射来自第一光栅的光以形成第二衍射光，使得第一衍射光的至少一部分衍射级的光在波导层中满足全反射条件。通过第一光栅和第二光栅的逐级衍射，可以使更多的光耦合到波导层中，因此可以提高入射光的衍射效率。
在示例的实施例中，能够在波导层中满足全反射条件的第一衍射光和第二衍射光的至少一部分衍射级可以包括第+/-2级及以上。需要说明的是，在本公开的实施例中，“第+/-2级”是指由光栅衍射的衍射光谱中相对于中心衍射级(0级)左右两侧的第二个衍射级。示例地，在衍射光谱包括多个平行谱线的情况下，第+2级是指中心衍射级左侧的第二个衍射级，而第-2级是指中心衍射级右侧的第二个衍射级。在衍射光谱包括多个环形谱线的情况下，第+/-2级实际上是指同一条衍射谱线对应的衍射级，即从中心到边缘的第二条谱线对应的衍射级。“第+/-2级及以上”可以包括第+/-3级、+/-4级、+/-5级……。
还需要说明的是，通过设置合理的光栅的结构参数，也可以使得能够在波导层中满足全反射条件的第一衍射光和第二衍射光的衍射级可以包括第+/-1级。
为了进一步提高衍射效率，第一衍射光和第二衍射光的0级和第+/-2级的能量大于其他衍射级的能量。通过该方式，使得第一衍射光的0级衍射光能够进一步由第二光栅衍射，而具有较高能量的+/-2级衍射光能够被耦合到波导层中。
下面，以图3中所示出的导光组件为例，并结合图4和图5，对根据本公开实施例的示例的导光组件的导光原理进行详细介绍。
如前所述，参考图2，在相关的技术中，LCD，尤其是大尺寸LCD的直下式背光结构中，通常需要多个发光二极管(LED)。在背光结构中发光二极管和导光组件之间需要一定的纵向混光距离(如图中所示出的D)，并且相邻发光二极管20之间需具有一定的水平距离(如图中所示出的P)，然后经导光板500进行匀光。这种LED背光技术存在背光结构整体厚度过厚、背光成本过高以及耦合效率低等问题。
在本公开的实施例中，参考图4以及图5，在导光组件中设置耦合光栅结构200，并第一光栅210的结构参数，例如，周期(如图5中所示出的d)、厚度(如图5中所示出的h)和占空比可以被配置为使得由光源(发光二极管)发出的光经过第一光栅210后的衍射光的能量集中在0级以及能够在波导层中发生全反射的级数上。也就是说，衍射光谱级数为0级的衍射光线的能量较高，且能够在波导层中发生全反射的衍射级数(如衍射光谱级数为+/-2级)的衍射光线的能量也较高。作为示例，经第一光栅210衍射后的0级衍射光以及+/-2级衍射光的能量可以占衍射光总能量的至少80％。通过该配置，可以使得衍射光谱级数包括但不限于+/-2级的衍射光在波导层(如图3-5中所示出的第一波导亚层110、第二波导亚层120以及第三波导亚层130)中全反射，从而将这部分光耦合到波导层中。衍射级数为0级的光线入射到第二光栅，并由第二光栅进一步衍射。类似地，第二光栅220的结构参数，例如周期、厚度和占空比可以被配置为对没有被第一光栅210耦合到层中的光线(例如，0级光线)进行再次耦合。具体地，经第一光栅210的衍射光中的0级光线不能在波导层中全反射，而是入射至第二光栅220。该部分光线经第二光栅220衍射后，大部分可在波导层内进行全反射，从而被耦合到波导层中。例如，经第二光栅220后，能够发生全反射的级次(如衍射光谱级数为+/-2级)的衍射光的能量大于其他衍射级数的衍射光的能量。由此，可以进一步提高该导光组件对背光的耦合效率。
由于衍射光栅调制光场的光谱分布中的零级光波(直流项，按几何光学方向直线传输)是不可能消除的，其能量占整个衍射光能的比重相对较大，因此入射光束被耦合光栅调制后的零级光不能被耦合(即，不能以全反射形式在波导层内传输)，致使耦合效率低。根据本公开的实施例，通过优化光栅结构，使得由第一光栅衍射的衍射光中能够满足在波导层中全反射条件的衍射级具有较高的能量，以将这部分光耦合到波导层中，而对于不能发生全反射的衍射级(例如0级)的光可以进一步被第二光栅衍射，使得更多的光被耦合，因此可以大幅提高衍射效率。根据本公开实施例的导 光组件，光效可以达到例如80％以上。
在示例的实施例中，可以根据以下公式，确定上述光栅的周期：
n 1sinθ 1+n 2sinθ 2＝mλ/d
其中，n 1为入射光线所在介质折射率，n 2为衍射光线所在介质折射率，θ 1为入射角，θ 2为衍射角，m为衍射级次，λ为波长，d为周期。光栅厚度可以根据拟合优化确定。
发明人发现，在直下式的背光处理中，可以通过Local diming技术达到减少功耗，提高成像对比度，增加灰阶数的目的。Local diming实现的主要原理为：将LCD的背光分成多个小区域(Block)，工作时，根据相应小区域对应液晶显示内容的灰度来调整背光的明暗对比度。在显示时需要背光提供所需要的亮度。然而，由于大部分液晶显示器通常为常亮的显示器，在背光的光效不佳的情况下，将导致Local diming技术在应用时，会出现不同程度的漏光等问题，从而会影响暗细节的表现以及对比度。根据本公开实施例提供的导光组件，由于具有较高的背光耦合效率，可以具有足够高的光效，因此可以较好的实现Local diming技术，而避免由于漏光等问题而导致的显示不良。
需要说明的是，在本公开的实施例中，波导亚层的层数、耦合光栅所包括的光栅数量均不受特别限制，只要能够经过耦合光栅结构的光栅逐级衍射之后能够达到所需的耦合效率即可。
根据本公开的实施例，形成波导层以及耦合光栅结构的材料的具体类型不受限制，只要能够获得如前所述的衍射效果即可。具体地，波导层材料的折射率，可以高于波导层上、下介质的折射率，以利于入射到波导层中的光在波导层内形成全反射。作为示例，波导层的折射率可以大于设置在波导层下方的背光腔中介质(例如，空气)的折射率，且大于设置在波导层上方的结构(如导光网点、增亮膜、棱镜膜等)的折射率。作为示例，波导层以及耦合光栅结构可以选用透明且折射率较高(高于空气介质或导光组件上、下方介质)的材料形成。波导层的各个亚层，可以采用折射率相同的材料形成。作为示例，形成波导层的各个亚层的材料的折射率可以 为1.5-2，并且形成耦合光栅结构(如包括第一光栅以及第二光栅)的材料的折射率可以为1.5-2。用于形成耦合光栅结构的材料的折射率，可以大于用于形成波导层的材料的折射率。在示例的实施例中，波导层可以由ITO或者Si 3N 4等材料形成。
在示例的实施例中，第一波导亚层110、第二波导亚层120以及第三波导亚层130的厚度可以为例如2μm甚至更厚到几十微米，但不限于此。
在本公开的一些实施例中，为了降低生产成本，第一光栅以及第二光栅可以包括多个均匀间隔的且具有相等宽度以及相等厚度的环形栅线601(如图6A)。也即是说，第一光栅和第二光栅可以是栅线均匀分布的圆形光栅。通过将第一光栅和第二光栅设置为圆形，可以使得第一光栅和第二光栅的形状与液晶显示器的光源的发散角相适配，从而能够具有更好的耦合效率。
通常，光栅对光线的入射角度比较敏感，相同结构的光栅对不同入射角度的光产生的衍射效果不同，而液晶显示器的背光源(例如发光二极管)发出的光的能量通常集中在+/-60°。因此，为了提高衍射效果，可以将第一光栅和第二光栅设计为包括多个同心圆布置的多个子光栅21、22、23、24。如图6B所示，第一光栅和第二光栅可以包括横截面为圆形的第一子光栅以及多个同心圆设置的横截面为环形的第二子光栅。环形的第二子光栅环绕圆形的第一子光栅设置，环形第二子光栅的圆心与圆形第一子光栅的圆心重合。每个子光栅可以具有多个均匀间隔且具有相等宽度以及相等厚度的环形栅线。不同子光栅可以具有不同的光栅周期。不同的第二子光栅对应的入射光的入射角区间不同。
作为示例，如图7所示，可以将光源发出的光线的投影面积分割成N份，每一份对应于特定的发光角度范围。针对每一份投影面积内的主光线，可以设计一个子耦合光栅结构(包括第一光栅的子光栅和第二光栅的子光栅)，使得该子耦合光栅结构对该特定发光角度范围内的光具有较高的耦合效率。
此外，在本公开的实施例中，第二波导亚层中的“空腔结构”，是为了 为第二光栅提供设置的空间。为了能够使得第二光栅与第一光栅相配合以提高耦合效率，“空腔结构”在第二波导亚层中位置与第一光栅的位置相对应。而空腔结构的形状、高度均不受特别限制，只要能够容纳第二光栅即可。作为示例，第二波导亚层可以包括间隔设置的多个分段结构，分段结构之间的间隔可以作为用于容纳第二光栅的空腔结构。作为又一示例，可以将空腔结构的高度设计为小于第二波导亚层的厚度。或者，空腔结构可以为设置在第二波导亚层的靠近第一波导亚层一侧表面上的槽型结构，也可以为靠近第三波导亚层一侧表面上的槽型结构。作为另一实施例，在空腔结构中放置第二光栅之后，还可以使用其它材料对所述空腔结构进行填充，填充材料的折射率可以和第一波导亚层、第二波导亚层和第三波导亚层至少之一的折射率相同。
入射到耦合光栅结构中的入射光可以分为沿第一方向偏振的第一偏振光和沿与第一方向垂直的第二方向偏振的第二偏振光。通常，光栅对入射光的不同方向的偏振光具有不同的耦合效率。示例地，光栅可能对第一偏振光具有较高的耦合效率，而对第二偏振光的耦合效率较低。因此，在本公开的一些实施例中，为了提高入射光的整体耦合效率，可以将第一光栅配置为对第一偏振光的耦合效率高于对第二偏振光的耦合效率，并且将第二光栅配置为对第二偏振光的耦合效率高于第一偏振光的耦合效率。作为示例，在衍射光中第2衍射级能够在波导层中发生全反射而第0衍射级和第1衍射级的光不能发生全反射情况下，第一光栅可以被配置为第一衍射光中第2衍射级的光的第一偏振分量大于第2衍射级的光的第二偏振分量，第二光栅可以被通过衍射来自第一光栅的第0和1衍射级的光形成的第二衍射光中第2衍射级的光的第二偏振分量大于第一偏振分量。由此，第一偏振光和第二偏振光都可以具有较高的耦合效率。
示例地，参考图8，第一方向垂直于第二方向，如图中所示出的双箭头方向以及实心圆点，其中，双向箭头代表平行于纸面的第二方向，实心圆点代表垂直于纸面的第一方向。第一光栅210沿Y方向的截面211对应的结构对于偏振方向与实心圆点的方向(即第一方向)一致的光的反射较 少，因此，对第一方向上偏振的第一偏振光耦合效率较高。而第二光栅220沿Y方向的截面212对应的结构对于偏振方向与双箭头方向(即第二方向)一致的光的反射较少，因此，对第二方向上偏振的第二偏振光耦合效率较高。通过这种配置，耦合光栅结构对第一偏振光和第二偏振光都具有较高的耦合效率。
根据本公开的实施例，由于通常背光模组中需要设置多个发光二极管，因此，该导光组件可以进一步包括多个耦合光栅结构。耦合光栅结构可以与发光二极管一一对应设置，从而可以提高对背光的利用效率。
根据本公开的实施例，该导光组件可以进一步包括导光网点层。导光网点层可以设置在波导层的入光侧和/或出光侧。根据本公开的实施例，该导光网点层可以为用于LCD的背光模组中的常用网点(典型尺寸0.1-1mm)，也可以为特定的光栅结构(可针对当前的LED以及耦合光栅结构的出光情况进行设计)，以实现背光的均匀分布。由此，可以进一步提高该导光组件的导光性能。
如上所述，衍射光栅调制光场的光谱分布中的零级光波(直流项，按几何光学方向直线传输)是不可能消除的，即使第二光栅可以将没有被第一光栅耦合的光进行进一步耦合，依然存在一些光(如0衍射级的光)不能被耦合，这部分光可以直接射出波导层以作为液晶显示器的背光。因此，在与耦合光栅结构对应的位置处，可以不设置导光网点。
综上所述，根据本公开实施例的导光结构，可以至少具有以下优点：
1)使用双层光栅结构耦合入射光，可以大幅提升耦合效率，光效可达80％以上；
2)可以大幅减小导光组件的厚度，进而可以大大降低背光模组厚度；3)该导光结构对LED间距没有要求，因此在满足整体亮度的前提下，可以降低LED灯的使用数量，从而降低成本；
4)通过优化设计网点层结构，在达到均匀出光的前提下，还可以实现动态局部调光，满足技术市场需求。
在本公开的另一方面，提出了一种背光模组。根据本公开的实施例， 参考图9以及图10，该背光模组可以包括光源20以及前面所述的导光组件，诸如上面详细公开的一个或多个实施例的至少一个导光组件。导光组件设置在光源20的出光方向上，所述耦合光栅结构与所述光源20一一对应。由此，对于该背光模组的可选实施例，可以参考导光组件的实施例。该背光模组具有前面描述的导光组件所具有的全部优点。总的来说，该背光模组具有背光耦合效率高、尺寸较为纤薄、制备工艺简单等优点。
根据本公开的实施例，该背光模组可以进一步包括以下结构的至少之一：反射片600、导光网点层30、荧光膜层40、棱镜膜50以及扩散片60。反射片600被配置为将光朝向导光组件的方向反射。在示例的实施例中，可以将光源设置在反射片600以及导光组件之间(如图9所示)。可选地，可以将导光组件设置在光源以及反射片600之间(如图10所示)。由此，可以进一步提高该背光模组的性能。导光网点层30可以设置在导光组件的远离光源20的一侧。本领域技术人员能够理解的是，在设置有耦合光栅结构的位置处，可以不设置导光网点。荧光膜层40、棱镜膜50以及扩散片60可以依次设置在导光组件的出光方向上。此处的“出光方向”，是指背光的出光方向，即由背光模组入射至液晶模组的方向。
根据本公开的示例的实施例，荧光膜层40可以用于将单色LED混成白光出射。作为示例，LED与荧光膜层40的匹配可以形成蓝色LED配合YAG层(B+YAG)、紫色LED配合RGB层(紫+RGB)、蓝色LED配合量子点层(B+量子点层)等。
扩散片60可以由一个高透光率的聚合物(如聚碳酸醋、聚甲基丙稀酸甲酷、聚对苯二甲酸乙二醇酷等)基板和掺杂在其中的散射颗粒(如二氧化钛等)组成，也可以为多层膜的叠层结构。穿过扩散片60的光线会被其中的散射颗粒散射,位于扩散片60上方的观察者就会观察不到扩散片60下方的物体，如LED颗粒、电路板等，而只会感知到由背光源在扩散片60上表面产生的亮度分布。
棱镜膜50的数目可以为一至两层(又称增亮膜，Brightness enhancement films)。根据本公开的具体实施例，棱镜膜50可以由一个具 有尖角微棱镜结构的棱镜层和一个基板层贴合而成。
在本公开的另一方面，本公开提出了一种显示装置。根据本公开的实施例，如图11所示，该显示装置包括前面所述的背光模组。由此，该显示装置具有前面描述的背光模组所具有的全部优点。总的来说，该显示装置具有背光耦合效率高、尺寸较为纤薄、制备工艺简单等优点。
在本公开的另一方面，本公开提出了一种制备导光组件的方法。根据本公开的实施例，该导光组件可以为前面描述的导光组件。如图12所示，该方法可以包括步骤S1101和S1102.
在步骤S1101，形成波导层。关于波导层的材料、折射率等参数，前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。具体的，波导层可以由一层材料形成，并在需要设置第二光栅的位置处，预先形成空腔结构。替代地，波导层可以包括多个波导亚层，在需要设置第二光栅的波导亚层中，预先形成空腔结构。
在步骤S1102，设置耦合光栅结构。如前所述，耦合光栅结构可以包括至少两个光栅，且至少一个光栅设置在上述波导亚层中，并且至少两个光栅在波导层表面的正投影至少部分重叠。耦合光栅结构能够令光经过上述光栅衍射后，在波导层中传播。
根据本公开的实施例，上述耦合光栅结构可以具体包括相对设置的第一光栅以及第二光栅。可以首先根据入射至第一光栅的入射光的波长以及入射角，确定第一光栅的周期以及厚度，以便令经过第一光栅的光，集中在0级以及能够发射全反射的级数(如衍射光谱级数为第+/-2级)上。例如，经第一光栅210的0级衍射光以及第+/-2级衍射光的能量，可以占衍射光总能量的至少80％。由此，可以使得衍射光谱级数包括但不限于第+/-2级的衍射光在波导层(包括例如第一波导亚层110、第二波导亚层120以及第三波导亚层130)中形成全反射。通过对第二光栅220的周期、厚度进行设置，可以对经第一光栅210的0级光线进行再次耦合利用。经第一光栅210的0级光线入射至第二光栅220并经第二光栅220的衍射后，大部分可在波导层内进行全反射(如集中在衍射光谱级数为级上)。由此，可 以利用第二光栅，对第一光栅的0级衍射光线进行二次利用，进而可以进一步提高对背光的耦合效率。
如前所述，该方法制备的导光组件，可以为前面描述的导光组件。因此，根据本公开的一个具体实施例，该方法可以具体包括以下步骤：形成第一波导亚层；将第一光栅设置在第一波导亚层的一侧；形成第二波导亚层；在第二波导亚层与第一光栅对应的位置处，形成空腔结构；将第二光栅设置在空腔结构中；将第二波导亚层以及第二光栅，设置在第一波导亚层的远离第一光栅层的一侧，且第二光栅靠近第一光栅设置；以及在第二波导亚层的远离第一波导亚层的一侧设置第三波导亚层。由此，可以简便地实现上述结构的设置，且制备的导光组件，可以提高对背光的利用效率。
在替代的实施例中，可以首先在第一波导亚层的两侧，分别设置第一光栅以及第二光栅，并使第一光栅以及第二光栅相对设置；随后，在形成的第二波导亚层中形成空腔结构使得空腔结构的位置与第二光栅的位置相对应；再将具有空腔结构的第二波导亚层设置在第一波导亚层的具有第二光栅的一侧以使第二光栅位于空腔结构中；最后，在第二波导亚层的远离第一波导亚层的一侧，设置第三波导亚层。
在该方法中，波导层所包括的具体亚层的数目不受限制，只要能够满足前面描述的全反射，以及对0级光线的再次耦合利用即可。例如，当第二波导亚层的厚度足够，且空腔结构的高度小于第二波导亚层的厚度时，可以不设置第三波导亚层，而利用第二光栅上方的剩余第二波导亚层进行衍射光的全反射。
下面通过具体的实施例对本公开进行说明，本领域技术人员能够理解的是，下面的具体的实施例仅仅是为了说明的目的，而不以任何方式限制本公开的范围。另外，在下面的实施例中，除非特别说明，所采用的材料和设备均是市售可得的。如果在后面的实施例中，未对具体的处理条件和处理方法进行明确描述，则可以采用本领域中公知的条件和方法进行处理。
以光栅包括圆形子光栅以及环形子光栅的光栅结构为例，对入射角为0度(垂直光线入射)的子光栅结构的出光效率进行模拟测试。参考图5， 第一波导亚层、第二波导亚层以及第三波导亚层的折射率为1.5，第一光栅以及第二光栅的折射率为2.0，空气的折射率为1.0。子光栅周期d为0.9微米，厚度h为0.5微米，占空比为0.5。测试结果如表1所示：
表1
Figure PCTCN2018097259-appb-000001
由表1可见，光栅的总体衍射效率包含0级光线和+/-2级光线的衍射效率，约为94％。+/-2级衍射效率约为54％，其余衍射光线的能量基本上都集中在0级上。零级即为原来光线的直流项，相对与原入射光线方向不变，只是能量有所削弱。由于衍射光线0级能量与+/-1级能量所占比例成反方向关系，因此只有增大0级光线能量，才能充分减少+/-1级上能量的比重，进而减少耦合光线的损失。
当波导层的折射率为1.5，空气的折射率为1.0时，在波导层中发生全反射的临界角约为41度，而经过光栅衍射后的+/-2级光线的角度约为51度，大于波导层的全反射临界角。上述设计可以令大部分光线在波导层中发生全反射，或是被后续光栅结构(如第二光栅)进行二次耦合利用。
在本公开的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开而不是要求本公开必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

  1. 一种导光组件，包括：
    波导层；以及
    耦合光栅结构，所述耦合光栅结构包括至少两个光栅，所述至少两个光栅中的至少一个位于所述波导层内部，并且所述至少两个光栅在所述波导层表面的正投影至少部分重叠，
    所述耦合光栅结构被配置为使得入射光在所述波导层中传播。
  2. 根据权利要求1所述的导光组件，其中，所述波导层包括层叠设置的第一波导亚层、第二波导亚层和第三波导亚层，所述耦合光栅结构包括第一光栅和第二光栅，以及
    其中，所述第一光栅位于所述第一波导亚层的远离所述第二波导亚层的一侧，并且
    所述第二波导亚层具有被配置为容纳所述第二光栅的空腔结构。
  3. 根据权利要求2所述的导光组件，其中，所述第一光栅被配置为衍射所述入射光以形成第一衍射光，使得所述第一衍射光的至少一部分衍射级的光在所述波导层中满足全反射条件，所述第二光栅被配置为衍射来自所述第一光栅的光以形成第二衍射光，使得所述第二衍射光的至少一部分衍射级的光在所述波导层中满足全反射条件。
  4. 根据权利要求3所述的导光组件，其中，所述第一衍射光和所述第二衍射光的至少一部分衍射级包括第+/-2级及以上。
  5. 根据权利要求4所述的导光组件，其中，所述第一衍射光的第0级和第+/-2级的能量大于其他衍射级的能量。
  6. 根据权利要求4所述的导光组件，其中，所述第二衍射光的第+/-2级的能量大于其他衍射级的能量。
  7. 根据权利要求3至6中任一项所述的导光组件，其中，所述第一光栅以及所述第二光栅包括多个均匀间隔的且具有相等宽度以及相等厚度的环形栅线。
  8. 根据权利要求3至6中任一项所述的导光组件，其中，所述第一光 栅和所述第二光栅包括同心圆布置的多个子光栅，每个子光栅包括多个均匀间隔的且具有相等宽度以及相等厚度的环形栅线，而不同的子光栅具有不同的光栅周期。
  9. 根据权利要求1至8中任一项所述的导光组件，其中，所述耦合光栅结构的折射率大于所述波导层的折射率。
  10. 根据权利要求1至8中任一项所述的导光组件，其中，所述第一波导亚层、所述第二波导亚层和所述第三波导亚层的折射率相同。
  11. 根据权利要求2至6中任一项所述的导光组件，其中，所述入射光分为沿第一方向偏振的第一偏振光和沿与所述第一方向垂直的第二方向偏振的第二偏振光，所述第一光栅被配置为对所述第一偏振光的耦合效率高于对所述第二偏振光的耦合效率，所述第二光栅被配置为对所述第二偏振光的耦合效率高于对所述第一偏振光的耦合效率。
  12. 根据权利要求1至11中任一项所述的导光组件，进一步包括：
    导光网点层，所述导光网点层设置在所述波导层的入光侧和出光侧中的至少一者。
  13. 一种背光模组，包括：
    光源；以及
    权利要求1-12任一项所述的导光组件，所述导光组件设置在所述光源的出光方向上，所述耦合光栅结构与所述光源一一对应。
  14. 根据权利要求13所述的背光模组，还包括以下结构的至少之一：
    反射片，所述光源设置在所述反射片以及所述导光组件之间，或者，所述导光组件设置在所述光源以及所述反射片之间；
    荧光膜层，所述荧光膜层设置在所述导光组件的出光方向上；
    扩散片，所述扩散片设置在所述导光组件的出光方向上；以及
    棱镜膜，所述棱镜膜设置在所述导光组件的出光方向上。
  15. 一种显示装置，包括权利要求13或14所述的背光模组和显示面板。
  16. 一种制备导光组件的方法，包括：
    形成波导层；
    设置耦合光栅结构，所述耦合光栅结构包括至少两个光栅，所述至少两个光栅中的至少一个位于所述波导层内部，并且所述至少两个光栅在所述波导层表面的正投影至少部分重叠，
    所述耦合光栅结构被配置为使得入射光在所述波导层中传播。
  17. 根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述波导层和设置所述耦合光栅结构包括：
    设置第一波导亚层；
    设置第一光栅，所述第一光栅设置在所述第一波导亚层一侧；
    设置第二波导亚层，所述第二波导亚层设置在所述第一波导亚层的远离所述第一光栅一侧的表面上；
    在所述第二波导亚层的与所述第一光栅相对的位置处形成空腔结构；
    在所述空腔结构中设置第二光栅；以及
    设置第三波导亚层，所述第三波导亚层设置在所述第二波导亚层的远离所述第一波导亚层的一侧。
  18. 根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述波导层和设置所述耦合光栅结构包括：
    设置第一波导亚层；
    设置第一光栅，所述第一光栅设置在所述第一波导亚层一侧；
    设置第二光栅，所述第二光栅设置在所述第一波导亚层的远离所述第一光栅的一侧；
    设置第二波导亚层，所述第二波导亚层设置在所述第一波导亚层的远离所述第一光栅一侧的表面上，且所述第二波导亚层具有被配置为容纳所述第二光栅的空腔结构；以及
    设置第三波导亚层，所述第三波导亚层设置在所述第二波导亚层的远离所述第一波导亚层的一侧。
PCT/CN2018/097259 2017-08-11 2018-07-26 导光组件及其制备方法、背光模组以及显示装置 WO2019029380A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/340,314 US11237429B2 (en) 2017-08-11 2018-07-26 Light guiding assembly and fabricating method thereof, backlight module and display device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710686311.1 2017-08-11
CN201710686311.1A CN107238979B (zh) 2017-08-11 2017-08-11 导光组件及制备方法、背光模组以及显示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019029380A1 true WO2019029380A1 (zh) 2019-02-14

Family

ID=59989181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2018/097259 WO2019029380A1 (zh) 2017-08-11 2018-07-26 导光组件及其制备方法、背光模组以及显示装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11237429B2 (zh)
CN (1) CN107238979B (zh)
WO (1) WO2019029380A1 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107238979B (zh) * 2017-08-11 2020-04-10 京东方科技集团股份有限公司 导光组件及制备方法、背光模组以及显示装置
CN107608134B (zh) * 2017-09-27 2019-07-12 京东方科技集团股份有限公司 导光结构、直下式背光模组及显示面板
CN108562965B (zh) * 2018-01-10 2020-08-25 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及显示装置
CN110136592B (zh) * 2018-02-09 2020-07-24 京东方科技集团股份有限公司 像素结构、显示面板、显示装置及显示方法
JP2019149258A (ja) * 2018-02-26 2019-09-05 シャープ株式会社 発光装置、バックライト装置及び液晶表示装置
CN108398830B (zh) * 2018-03-07 2021-08-31 京东方科技集团股份有限公司 一种背光模组及液晶显示装置
CN110908125A (zh) * 2019-12-24 2020-03-24 杭州光粒科技有限公司 一种基于波导的显示装置
CN113724613B (zh) * 2021-08-31 2023-06-02 湖北长江新型显示产业创新中心有限公司 显示模组
CN114035375B (zh) * 2021-11-19 2023-09-26 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 背光模组
CN114002882B (zh) * 2021-11-26 2024-04-30 杭州英诺维科技有限公司 一种Mini LED背光源模组结构
WO2023102795A1 (zh) * 2021-12-09 2023-06-15 瑞仪(广州)光电子器件有限公司 光学元件、光源模组与显示装置
CN114200570B (zh) * 2021-12-31 2023-10-03 珠海莫界科技有限公司 一种多层衍射光波导器件及近眼显示装置
CN114966946B (zh) * 2022-06-02 2024-02-06 武汉华星光电技术有限公司 背光模组及移动终端
CN115201970B (zh) * 2022-07-13 2023-10-20 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 具有光栅耦合器的硅基光学芯片
CN116344572B (zh) * 2023-05-30 2023-08-11 季华实验室 Micro LED结构及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5703667A (en) * 1996-05-31 1997-12-30 Shimada Precision, Co., Ltd. Light guide plates and light guide plate assembly utilizing diffraction grating
CN101556356A (zh) * 2009-04-17 2009-10-14 北京大学 一种光栅耦合器及其在偏振和波长分束上的应用
CN102395909A (zh) * 2009-04-16 2012-03-28 皇家飞利浦电子股份有限公司 光导设备
CN107121824A (zh) * 2017-06-16 2017-09-01 北京灵犀微光科技有限公司 波导显示装置
CN107238979A (zh) * 2017-08-11 2017-10-10 京东方科技集团股份有限公司 导光组件及制备方法、背光模组以及显示装置
CN107315280A (zh) * 2017-07-28 2017-11-03 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及其制作方法、显示装置
CN108050439A (zh) * 2018-01-03 2018-05-18 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及显示装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103261933B (zh) * 2011-11-08 2016-04-06 松下知识产权经营株式会社 取光板和使用了它的光接收装置和发光装置
US8885997B2 (en) * 2012-08-31 2014-11-11 Microsoft Corporation NED polarization system for wavelength pass-through
KR102152353B1 (ko) * 2012-10-24 2020-09-07 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. 조명 디바이스
CN206096694U (zh) * 2016-10-24 2017-04-12 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板和装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5703667A (en) * 1996-05-31 1997-12-30 Shimada Precision, Co., Ltd. Light guide plates and light guide plate assembly utilizing diffraction grating
CN102395909A (zh) * 2009-04-16 2012-03-28 皇家飞利浦电子股份有限公司 光导设备
CN101556356A (zh) * 2009-04-17 2009-10-14 北京大学 一种光栅耦合器及其在偏振和波长分束上的应用
CN107121824A (zh) * 2017-06-16 2017-09-01 北京灵犀微光科技有限公司 波导显示装置
CN107315280A (zh) * 2017-07-28 2017-11-03 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及其制作方法、显示装置
CN107238979A (zh) * 2017-08-11 2017-10-10 京东方科技集团股份有限公司 导光组件及制备方法、背光模组以及显示装置
CN108050439A (zh) * 2018-01-03 2018-05-18 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200041841A1 (en) 2020-02-06
CN107238979A (zh) 2017-10-10
CN107238979B (zh) 2020-04-10
US11237429B2 (en) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11237429B2 (en) Light guiding assembly and fabricating method thereof, backlight module and display device
TWI428673B (zh) 背光模組
TWI637200B (zh) 用於液晶顯示器的發光裝置
EP3690530B1 (en) Light guide structure for a direct type backlight, direct backlight module and display panel
KR101270165B1 (ko) 반사 투과형 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이장치
US11391877B2 (en) Backlight source and manufacturing method thereof, and display device
US11150398B2 (en) Edge-lit type backlight module and display device
US20110134626A1 (en) Illumination system using phosphor remote form light source
CN101809359A (zh) 背光源装置和显示装置
CN107315280B (zh) 背光模组及其制作方法、显示装置
WO2018166154A1 (zh) 一种光源器件及显示装置
TW201915982A (zh) 拼接顯示裝置
TWM466278U (zh) 薄型化直下式ｌｅｄ背光模組
US11860476B2 (en) Diffusion plate and backlight module having the diffusion plate
CN105511012B (zh) 一种用于实现偏振准直面光源的导光结构
WO2020087779A1 (zh) 一种面光源显示模组
US9103955B2 (en) Backlight module with light guide plate with light sources, and liquid crystal display apparatus with such module
WO2021190399A1 (zh) 一种显示装置
US11874560B2 (en) Backlight for uniform illumination
US9182105B1 (en) Light source module
TWI437327B (zh) 背光模組
CN100419530C (zh) 面光源装置及液晶显示器
JP2011060455A (ja) 照明ユニット及び表示装置
JP2009026706A (ja) 導光板及びバックライトユニット並びに表示装置
JP2011164472A (ja) 液晶表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18843315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 15.07.2020)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18843315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1