專利名稱：光的偏振裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光源偏振領域中的光的偏振裝置，具體涉及一種制造諸如液晶顯 示設備所需要的偏振光源的結構和方法。
背景技術：
目前應用在平板顯示中的光源，首先要通過導光裝置分布，照亮整個顯示區 域。然后，光線穿過與顯示面積相等的偏振薄膜。例如如圖1所示，反射裝 置102將光源101反射至導光板103。結構104安裝在導光板103的一面，并且 在這一表面后放置一個反射層，引導光線通過導光板朝向導光板的相反面，光 線從這里發射并且照亮整個顯示屏幕。如圖1所示，通過導光板射出的光線111 和112并不是相同的偏振光。 一張與圖像顯示屏幕同樣大小的偏振薄膜被放置 在導光裝置與圖像顯示屏幕之間，從而產生線性偏振光照亮整個圖像顯示屏幕。 這樣的結構需要一個與顯示區域大小相同的偏振薄膜。而且，每張偏振薄膜阻 擋了射入光線的50%的非偏振光部分。通常情況下，偏振薄膜允許偏振方向111 的光線通過，并且阻擋了與111正交的112部分。被阻擋的部分基本上以熱能的 形式被吸收或者發散出去。為了改進光利用率，特殊的材料和結構被用于偏振 薄膜的反射以及光的直角正交化，而不是吸收。反射光線經再處理與重導向之 后重新進入系統。 一個典型薄膜的例子就是DBEF (增亮膜)。圖l右面部分所 示結構為使用此類偏光原理的典型結構。在這里，105是一張DBEF,它允許偏 振光線113通過，并且反射直角偏振光線114。這種薄膜特殊的材料和結構增加 了成本。它的最大的缺點就是成本隨著顯示尺寸的增加而增加。
而且，再處理過程中，被反射的光在反射板106與DBEF之間有很多光來回 通道，光線要經過如結構104的發散和吸收裝置若干次。即使在這樣傳統的再 處理結構中，光的利用率仍然是很有限。
此項發明能夠提供一種結構與方法來改善這兩個因素。
發明內容
本發明目的提供一種光的偏振裝置，特別是在平板顯示中，能夠使光在進 入大面積導光裝置之前就已經發生光的偏振的裝置，從而提高光材料的利用率。 為達到上述目的，本發明具體技術方案是 一種發光裝置，包括 一個光源； 一個導光板；
所述導光板包含一種由導光材料制成的平板；
所述發光裝置包含有至少兩個設置于光源與導光板之間的偏振裝置；所述 每個偏振裝置將從所述光源射出的光束空間上的光束分為兩束正交偏振的光 束。
上述技術方案中，所述導光板包含一個大面積表面與一個小面積表面；從 所述光源射出的光束通過所述小面積表面進入所述導光板，然后從所述大面積 表面離開所述導光板。
所述導光板維持入射光與輸出光之間的固定偏振角度。
上述技術方案中，所述兩束正交偏振的光束中的正交偏振的狀態是線性偏 振并且互相垂直。
所述光源是由至少兩個發光元件一維陣列排列組成的。
所述光源包含LED發光元件。或者，所述光源包含至少兩個有機發光元件。 上述技術方案中，在所述偏振裝置與所述導光板之間的光路中，至少設置
了一個偏振轉換裝置；所述偏振轉換裝置改變了所述兩束正交偏振的光束中的
至少一束光束的偏振狀態。
經所述偏振轉換裝置作用后，兩束出射光的偏振狀態相同。 所述導光板包含有光重導向結構；所述光重導向結構將光束導向至所述導
光板的大面積表面。
所述光重導向結構是，在所述導光板的一個平面上設有V形槽。 所述偏振裝置包含至少一個偏光分束器，所述偏光分束器透射一種偏振方
向的光，同時反射與其正交的另一個偏振方向的光。
所述偏光分束器至少包含了兩個以上不同折射率的層。所述偏光分束器包含復數個重復單元；每個重復單元至少有兩個層；兩層 中的一層是光學各向異性的；所述兩層在一個偏振方向上擁有實質上相同的折 射率，在另一個偏振方向上擁有不同的折射率。 所述偏光分束器包含平行的金屬線柵格。 在所述導光板大面積平面上平行安置了一個二維圖像裝置。 由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點.-本發明在將光導入進行分布來照亮一個區域之前，偏振過程就巳經在一個 相對封閉的區域內進行了，該過程中產生了兩個互相正交的偏振光，并且被導 向不同的路徑；優選的技術方案中，將兩個互相正交的偏振光中的一束在進入 與另一束偏振光的光路之前，重新導向至一個光學元件來進行偏振修正，從而 使得偏振修正后的偏正光與另一束偏振光相同。
本發明提供了較高的光利用率，小范圍的處理改進了能量與材料的利用率。
圖1是現有技術中光源偏振裝置的原理圖； 圖2是本發明實施例一的光的偏振裝置原理示意圖； 圖3是本發明實施例二的光的偏振裝置原理示意圖； 圖4是本發明實施例三的光的偏振裝置原理示意圖； 圖5是本發明實施例四的光的偏振裝置原理示意圖 圖6是本發明實施例四的光分布結構原理示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述 實施例一
如圖2所示，圖中包括光源201,導光板203，在光源與導光板之間還有 一個偏光器。光在進入導光板小面積表面之前，就已經通過偏光分束器202 進行了偏振過程，因此，減小了偏光分束器的尺寸。
導光板203在導光板大面積表面2032A上有光重導向結構。這種結構維 持了光的偏振性，并且對通過的光線進行導向使光通過大面積表面2032B離開導光板。
此外，光源可以有諸如反射器2010或者瞄準器的結構，使光能夠朝向導 光板。
實施例二
圖3為本發明優化實施例的提供了進一步的說明。圖3中，301為光源， 303為導光板，302為由多個偏光分束器如3021， 3022等組成的偏振裝置。偏 振裝置被安放在光源301與導光板303之間。從光源301發射的光經過偏振裝 置302偏振后進入導光板。
在一個優化實施例中，偏振裝置302還可以在偏光分束器3022與導光板 303之間放置一個光學活動元件3023。
在一個優化實施例中，上述導光板303包括小面積表面3031和大面積表 面3032。光從偏光分束器中射出，從面3031進入導光板，然后從面3032離 開導光板。
在一個優化實施例中，偏振裝置302有一個封閉裝置3024。這個封閉裝 置的作用是為偏光分束器3021和3022提供機械支撐。
在一個替換的實施例中，偏光分束器3021和3022在3024中為平行面， 并且集成后的偏振裝置302為一個厚片結構，或者是薄膜結構。
實施例三
圖4對一個優化實施例提供了更多的細節，并且為本發明提供了一個優化 操作。光源至少包含一個發光元件4011。偏振裝置有多個偏光分束器4021和 4022，還有一個光學元件4023。從發光元件4011輸出的光407被導向至一個 偏光分束器4021。偏光分束器4021將光束407分為兩束互相正交的光束408 和409。此時，光束408以一種偏振的狀態發射，光束409被4021反射并且 與408正交偏振。偏光分束器4021被放置在此的作用時將光束409反射到第 二個偏光分束器4022,使得偏光分束器4022能夠反射光束409。光束409經 過偏光分束器4022的反射后與光束410偏振狀態相同。在光束410進入光束 408方向之前，光束410經過一個光學元件4023。光學元件4023將光束410 的偏振方向改為與光束408偏振方向相同。所以光束408與410融合后為同一 方向偏振。在一個優化實施例中，光學元件需要能夠通過角度從而旋轉出一個偏振角 度。實施例中這樣的光學元件材料包括石英、方解石和有某些有機材料組成的 聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯纖維。這樣的設備是為了能夠將光束410偏轉一定的 偏振角度消除兩束偏振光之間的角度差，從而使從裝置4023中發射出來的光 束410能夠與光束408有相同的傳播方向。
在一個優化實施例中，偏光分束器由數個擁有不同折射率的轉換層組成， 所以能夠允許一個偏振光通過，同時反射正交偏振光。
在另一個優化實施例中，上述的偏光分束器包含了數個相同的結構。在這 個結構中至少有兩層，并且兩層中有一層是光學各向異性的。上述結構的兩層 在某一個偏振方向上，有完全相同的折射率；在其他的偏振方向上折射率不相 同。
在另一個優化實施例中，上述光學元件由平行金屬線組成光柵。 在一個優化實施例中，光源可以被進一步分為如圖4所示的多個光學元件 4011和4011A組成的結構。每一個光學元件將光線傳輸至在偏振裝置中的一 個偏光分束器，如圖4所示。光在結構4012中分離，這種結構相當于平行光 管設備或者是隔離反射器。這種結構將光束407導向至對應的偏光分束器
實施例四
圖5所示的是一個偏振裝置與導光板位置放置的優化實施例。導光板503 包括小面積表面5031和大面積表面5032。光束通過偏振裝置，然后被導向至 小面積表面5031。光束穿過導光板內部并且被導向通過大面積表面5032離開 導光板。
圖6所示的是一個優化的導光板實施例。導光板包括小面積表面6031和 大面積表面6032。結構6033至少安放在大表面中的一個面上。這樣做的作用 是將光束重新導向至相反的大表面，這里也是光束離開導光板的地方。光束重 導向結構的實施例包括V形槽，將表面彎曲成球狀，圓柱狀突起或者是鋸齒 狀。這樣的結構能夠在不同折射率物質的分界面上重導向或者反射光束，并且 維持光的偏振性。
本發明采用了多種結構來實現偏振的功能。偏振裝置的詳細實施例說明了本發明的運作原理。然而，本發明的原理的應用范圍遠不止上述所舉的例子。 偏振裝置可以很方便的由多種結構和原料構成，并且本發明包含了所有的變 化。
雖然已在此詳細描述了采用本發明原理的多種實施例并提供了多種最佳 實施方式，但是所屬技術領域的技術人員可以容易地推導出許多變化、更改和 擴展而仍是本發明公開的原理的具體表現。本發明的范圍包括所有上述變化， 且不應解釋為受上述有源元件的數目、配線選擇或發光裝置的極性的限制。
權利要求
1.一種發光裝置包括一個光源；一個導光板；所述導光板包含一種由導光材料制成的平板；其特征在于所述發光裝置包含有至少兩個設置于光源與導光板之間的偏振裝置；所述每個偏振裝置將從所述光源射出的光束空間上的光束分為兩束正交偏振的光束。
2. 根據權利要求l所述的發光裝置，其特征在于所述導光板包含一個大 面積表面與一個小面積表面；從所述光源射出的光束通過所述小面積表面進入 所述導光板，然后從所述大面積表面離開所述導光板。
3. 根據權利要求2所述的發光裝置，其特征在于所述導光板維持入射光 與輸出光之間的固定偏振角度。
4. 根據權利要求1所述的發光裝置，其特征在于所述兩束正交偏振的光 束中的正交偏振的狀態是線性偏振并且互相垂直。
5. 根據權利要求l所述的發光裝置，其特征在于所述光源是由至少兩個 發光元件一維陣列排列組成的。
6. 根據權利要求1所述的發光裝置，其特征在于所述光源包含LED發 光元件。
7. 根據權利要求l所述的發光裝置，其特征在于在所述偏振裝置與所述 導光板之間的光路中，至少設置了一個偏振轉換裝置；所述偏振轉換裝置改變 了所述兩束正交偏振的光束中的至少一束光束的偏振狀態。
8. 根據權利要求l所述的發光裝置，其特征在于所述光源包含至少兩個 有機發光元件。
9. 根據權利要求7所述的發光裝置中，其特征在于經所述偏振轉換裝置 作用后，兩束出射光的偏振狀態相同。
10. 根據權利要求1所述的發光裝置，其特征在于所述導光板包含有光 重導向結構；所述光重導向結構將光束導向至所述導光板的大面積表面。
11. 根據權利要求IO所述的發光裝置，其特征在于所述光重導向結構是， 在所述導光板的一個平面上設有V形槽。
12. 根據權利要求1所述的發光裝置，其特征在于所述偏振裝置包含至 少一個偏光分束器，所述偏光分束器透射一種偏振方向的光，同時反射與其正 交的另一個偏振方向的光。
13. 根據權利要求12所述的發光裝置，其特征在于所述偏光分束器至少 包含了兩個以上不同折射率的層。
14. 根據權利要求12所述的發光裝置，其特征在于所述偏光分束器包含 復數個重復單元；每個重復單元至少有兩個層；兩層中的一層是光學各向異性 的；所述兩層在一個偏振方向上擁有實質上相同的折射率，在另一個偏振方向 上擁有不同的折射率。
15. 根據權利要求12所述的發光裝置中，其特征在于所述偏光分束器包 含平行的金屬線柵格。
16. —個包含權利要求1所述發光裝置的顯示裝置，其特征在于在所述 導光板大面積平面上平行安置了一個二維圖像裝置。
全文摘要
本發明公開了一種光的偏振裝置，包括一個光源；一個導光板；所述導光板包含一種由導光材料制成的平板；所述發光裝置包含有至少兩個設置于光源與導光板之間的偏振裝置；所述每個偏振裝置將從所述光源射出的光束空間上的光束分為兩束正交偏振的光束。特別是在平板顯示中，能夠使光在進入大面積導光裝置之前就已經發生光的偏振的裝置，從而提高光材料的利用率。
文檔編號F21Y101/02GK101581421SQ20091012741
公開日2009年11月18日 申請日期2009年3月2日 優先權日2008年3月2日
發明者剛 徐, 豐 李, 梁秉文 申請人:李 豐;徐 剛;梁秉文