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CN203337950U - 一种光学结构和液晶显示装置 - Google Patents

一种光学结构和液晶显示装置 Download PDF

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CN203337950U CN2013204445289U CN201320444528U CN203337950U CN 203337950 U CN203337950 U CN 203337950U CN 2013204445289 U CN2013204445289 U CN 2013204445289U CN 201320444528 U CN201320444528 U CN 201320444528U CN 203337950 U CN203337950 U CN 203337950U
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刘方兴
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Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种光学结构和液晶显示装置,所述光学结构,包括由入光侧至出光侧依次形成的第一棱镜层和第二棱镜层;所述第一棱镜层包括平行间隔设置的多个第一棱镜,所述第一棱镜用于将出光侧的与出射光反方向的光线反射至所述第二棱镜层;所述第二棱镜层包括多个棱镜组,所述棱镜组的位置与所述第一棱镜的位置交错,所述棱镜组用于将所述第一棱镜反射的光线折射至出光侧。根据本实用新型的光学结构,当入射光由第一棱镜出射并被出光侧的物体反射回第一棱镜时,使该反射光最终由棱镜组出射,并与出射光方向相同,提高入射光的利用率。用于显示装置时,能够提高入射光的利用率,从而提高透过率。

Description

一种光学结构和液晶显示装置
技术领域
本实用新型涉及液晶显示领域,尤其涉及一种光学结构和液晶显示装置。
背景技术
TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display,薄膜场效应晶体管液晶显示器)是目前应用最广泛的平板显示技术,由于其具有体积小、功耗低、无辐射等优点,深受人们的青睐。透过率是TFT-LCD的一个重要的技术指标,在TFT-LCD的设计中,背光源发出的光线通过液晶层后,一部分入射光被黑矩阵(Black Matrix,BM)遮挡,另一部分入射光透过R/G/B色阻出射,形成出射光。而入射光到达到BM后会被反射,这部分被反射的入射光显示无法对液晶显示装置的显示做出贡献,造成背光源发出的光利用率低,进而会造成透过率的下降。
为了克服上述问题,现有的提高TFT-LCD透过率的方法主要是提高TFT的像素开口率,或者选取更好的摩擦(Rubbing)角度,或者改进背光源的内部结构。但是,现有技术的这些改进方法,都无法解决BM反射所造成的背光源发出的光利用率低的问题,束缚了TFT-LCD透过率提高的能力。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种光学结构和液晶显示装置,用于提高液晶显示器的透过率。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
本实用新型实施例提供一种光学结构,包括由入光侧至出光侧依次形成的第一棱镜层和第二棱镜层;
所述第一棱镜层包括平行间隔设置的多个第一棱镜,所述第一棱镜用于将出光侧的与出射光反方向的光线反射至所述第二棱镜层;
所述第二棱镜层包括多个棱镜组,所述棱镜组的位置与所述第一棱镜的位置交错,所述棱镜组用于将所述第一棱镜反射的光线折射至出光侧。
优选的,包括设置于所述第一棱镜层与所述第二棱镜层之间的导光层,所述导光层覆盖所述第一棱镜层。导光层能够使入射的光线更均匀的到达第二棱镜层。
优选的,所述第一棱镜具有单向透过性,可使由入光侧的光线进入第一棱镜,而与出射光反方向的光线无法进入第一棱镜。
优选的,所述导光层具有高反射率且不吸光,使得光线可以无阻的通过,不会损失。
第一棱镜的截面、棱镜组中棱镜的截面可以为任意图形,例如棱形、矩形、梯形或六角形,当然这需要更多的计算和调校。因此,基于易于实现的考虑,优选的,所述第一棱镜为三棱镜,所述棱镜组为三棱镜组。
本实用新型有益效果如下:其一,通过由入光侧至出光侧依次形成第一棱镜层和第二棱镜层,第一棱镜层的多个第一棱镜反射与出射光方向相反的光线,第一棱镜反射后的光线到达第二棱镜层之后,被棱镜组折射形成与出射光相同方向的光线,从而增加出射光的强度;其二,当入射光由第一棱镜出射并被出光侧的物体反射回第一棱镜时,经其一中的过程使该反射光最终由棱镜组出射,并与出射光方向相同,提高入射光的利用率。
本实用新型实施例提供一种液晶显示装置,包括彩膜基板和阵列基板,所述彩膜基板包括于基板上平行交错设置的黑矩阵和色阻,以及设置于所述彩膜基板和所述阵列基板之间的光学结构,所述光学结构包括由入光侧至出光侧依次形成的第一棱镜层和第二棱镜层;
所述第一棱镜层包括平行间隔设置的多个第一棱镜,所述第一棱镜用于将出光侧的与出射光反方向的光线反射至所述第二棱镜层;
所述第二棱镜层包括多个棱镜组,所述棱镜组的位置与所述第一棱镜的位置交错,所述棱镜组用于将所述第一棱镜反射的光线折射至出光侧,折射后的光线与所述出射光方向相同。
优选的,所述光学结构的每一所述第一棱镜与一行/列黑矩阵位置对应,每一所述棱镜组与一行/列所述色阻位置对应。
优选的,所述第一棱镜的宽度小于所述黑矩阵的宽度。
由于第一棱镜的宽度小于黑矩阵的宽度,因此第一棱镜必然不会影响到像素开口区,这能够保证开口区的有效性。
优选的,所述棱镜组的宽度大于所述色阻的宽度。棱镜组具有比色阻较宽的宽度,使得由棱镜组折射出的光线到达色阻开口区时,能够覆盖整个开口区,使入射开口区的光线均匀。
优选的,包括设置于所述第一棱镜层与所述第二棱镜层之间的导光层,所述导光层覆盖所述第一棱镜层。导光层能够使入射的光线更均匀的到达第二棱镜层。
优选的,所述第一棱镜具有单向透过性,可使由入光侧的光线进入第一棱镜,而与出射光反方向的光线无法进入第一棱镜。
本实用新型实施例有益效果如下:显示装置内设置一光学结构,光学结构通过由入光侧至出光侧依次形成第一棱镜层和第二棱镜层,第一棱镜层的每一所述第一棱镜与一行/列黑矩阵位置对应,第二棱镜层的每一所述棱镜组与一行/列所述色阻位置对应;当黑矩阵反射的光线到达第一棱镜时被第一棱镜反射至第二棱镜层,由棱镜组折射形成与出射光相同方向的光线后出射,提高了背光源所发出光线的利用率,从而提高透过率。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述光学结构的结构示意图;
图2为本实用新型实施例所述光学结构的第一棱镜层的结构示意图;
图3为本实用新型实施例所述光学结构的第二棱镜层的结构示意图;
图4为本实用新型实施例所述光学结构的导光层的结示意图;
图5为本实用新型实施例所述光学结构第二种可能的结构示意图;
图6为本实用新型实施例所述光学结构第三种可能的结构示意图;
图7为本实用新型实施例所述显示装置的结构示意图;
图8为本实用新型实施例入射光入射所述显示装置的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型实施例的实现过程进行详细说明。需要注意的是,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,仅用于解释本实用新型,而不应该理解为对本实用新型的限制。
参见图1,本实用新型实施例提供一种光学结构,包括由入光侧至出光侧依次形成的第一棱镜层1和第二棱镜层2;
第一棱镜层1包括平行间隔设置的多个第一棱镜11,第一棱镜11用于将出光侧的与出射光反方向的光线反射至第二棱镜层2;
第二棱镜层2包括多个棱镜组21,棱镜组21的位置与第一棱镜11的位置交错,棱镜组21用于将第一棱镜11反射的光线折射至出光侧,折射后的光线与出射光方向相同。
优选的,还包括设置于第一棱镜层1与第二棱镜层2之间的导光层3,导光层3覆盖第一棱镜层1。
参见图2示出了第一棱镜层1,包括平行间隔设置的第一棱镜11;参见图3示出了第二棱镜层2,包括棱镜组21;参见图4,示出了导光层3。
根据不同的需要,本实施例的光学结构可以进行相应的改变,参见图5,示出了另一种光学结构,与图1所示的光学结构略有不同,如下:
图1所示的光学结构,每一棱镜组21设置于与之相邻的两个第一棱镜11之间区域的上方,即超出两侧的第一棱镜的区域上方不设置棱镜组。
图5所示的光学结构,每一第一棱镜11设置于与之相邻的两个棱镜组21之间区域的下方,即超出两侧的棱镜组的区域下方不设置第一棱镜11。
根据图1和图5所示的光学结构,具有多种变形,例如:参见图6,图6所示的光学结构与图1所示光学结构不同之处在于,光学结构一侧的上方的棱镜组21超出第一棱镜11,另一侧的下方的第一棱镜11超出棱镜组21,棱镜组21的位置与第一棱镜11的位置交错。当然,上述未示出的多种变形,均是本领域技术人员不通过创造性劳动即可以通过本实用新型想到的,其均在本实用新型的保护范围之内。
优选的,第一棱镜11的材料为具有单向透过性的聚酯类材料。
采用单向透过性的聚酯类材料,只允许入光侧的入射光通过,对于出光侧与出射光相反方向的光线则不允许通过,而是将其以法线对称的方向反射。
优选的,棱镜组21的材料为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate,PET)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymeric Methyl Methacrylate,PMMA)。
此外,还可以由PET和PMMA分别形成棱镜组21的一部分,其中PET形成棱镜组21的底部部分,PMMA形成棱镜组21的主体部分,在此不再举例。
优选的,导光层3的材料为高反射率且不吸光的材料。
优选的,高反射率的材料为光学级聚甲基丙烯酸甲酯材料或光学级聚碳酸酯材料。
需要说明的,本实用新型中提供的光学结构,可以采用任何能够实现本实用新型思想的棱镜作为第一棱镜11或形成棱镜组21。优选的,第一棱镜11为三棱镜,棱镜组21为三棱镜组。
进一步说明的是,由于针对不同的需求、不同的光源或形成第一棱镜11或棱镜组21的材料不同,因此,第一棱镜11、棱镜组21的大小(包括宽度和高度)以及第一棱镜11与棱镜组21所在层的相对距离均需要视情况而定,本领域技术人员根据本实用新型的思想可以通过反复试验得到准确的数据,从而应用于实际生产,在此不对以上数据进行一一举例。
本实用新型实施例的有益效果如下:其一,通过由入光侧至出光侧依次形成第一棱镜层和第二棱镜层,第一棱镜层的多个第一棱镜反射与出射光方向相反的光线,第一棱镜反射后的光线到达第二棱镜层之后,被棱镜组折射形成与出射光相同方向的光线,从而增加出射光的强度;其二,当入射光由第一棱镜出射并被出光侧的物体反射回第一棱镜时,经其一中的过程使该反射光最终由棱镜组出射,并与出射光方向相同,提高入射光的利用率。
参见图7,本实用新型实施例提供一种液晶显示装置,包括彩膜基板100和阵列基板200,彩膜基板100包括于基板101上平行交错设置的黑矩阵102和色阻103,显示装置还包括如上的光学结构,光学结构设置于彩膜基板100和阵列基板200之间。其中,光学结构包括由入光侧至出光侧依次形成的第一棱镜层1和第二棱镜层2;第一棱镜层1包括平行间隔设置的多个第一棱镜11,第一棱镜11用于将出光侧的与出射光反方向的光线反射至第二棱镜层2;第二棱镜层2包括多个棱镜组21,棱镜组21的位置与第一棱镜11的位置交错,棱镜组21用于将第一棱镜11反射的光线折射至出光侧,折射后的光线与出射光方向相同;还包括设置于第一棱镜层1与第二棱镜层2之间的导光层3,导光层3覆盖第一棱镜层1。
优选的,光学结构的每一第一棱镜11与一行/列黑矩阵102位置对应,每一棱镜组21与一行/列色阻103位置对应。
优选的,第一棱镜11的宽度小于黑矩阵102的宽度。
优选的,棱镜组21的宽度大于色阻103的宽度。
参见图8,结合图7示出了本实施例的背光源的光射入射液晶显示装置的示意图。其中,背光源发出入射光300,一部分入射光300经棱镜组21,形成出射光301的一部分,经色阻103后形成透过光400的一部分。另一部分入射光经第一棱镜11到达黑矩阵102,被黑矩阵102反射回第一棱镜11(如图8中反射光302),再经第一棱镜11反射至棱镜组21(如图8中反射光303),再经棱镜组21折射后形成出射光301的另一部分,经色阻103后形成透过光400的另一部分。从而实现对入射光300的充分利用。
本实用新型实施例有益效果如下:显示装置内设置一光学结构,光学结构通过由入光侧至出光侧依次形成第一棱镜层和第二棱镜层,第一棱镜层的每一所述第一棱镜与一行/列黑矩阵位置对应,第二棱镜层的每一所述棱镜组与一行/列所述色阻位置对应;当黑矩阵反射的光线到达第一棱镜时被第一棱镜反射至第二棱镜层,由棱镜组折射形成与出射光相同方向的光线后出射,提高了背光源所发出光线的利用率,从而提高透过率。
需要说明的是,图7或图8所示显示装置中,光学结构设置于阵列基板200一侧,也可以将光学结构设置于彩膜基板100一侧。此外,也可以调整第一棱镜11相对于黑矩阵102的位置、棱镜组21相对于色阻103的位置,从而适应不同的需要。
显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种光学结构,其特征在于,包括由入光侧至出光侧依次形成的第一棱镜层和第二棱镜层;
所述第一棱镜层包括平行间隔设置的多个第一棱镜,所述第一棱镜用于将出光侧的与出射光反方向的光线反射至所述第二棱镜层;
所述第二棱镜层包括多个棱镜组,所述棱镜组的位置与所述第一棱镜的位置交错,所述棱镜组用于将所述第一棱镜反射的光线折射至出光侧。
2.如权利要求1所述的光学结构,其特征在于,所述第一棱镜层与所述第二棱镜层之间设置有导光层,所述导光层覆盖所述第一棱镜层。
3.如权利要求1或2所述的光学结构,其特征在于,所述第一棱镜具有单向透过性。
4.如权利要求2所述的光学结构,其特征在于,所述导光层具有高反射率且不吸光。
5.如权利要求1所述的光学结构,其特征在于,所述第一棱镜为三棱镜,所述棱镜组为三棱镜组。
6.一种液晶显示装置,包括彩膜基板和阵列基板,所述彩膜基板包括于基板上平行交错设置的黑矩阵和色阻,其特征在于,包括设置于所述彩膜基板和所述阵列基板之间的光学结构,所述光学结构包括由入光侧至出光侧依次形成的第一棱镜层和第二棱镜层;
所述第一棱镜层包括平行间隔设置的多个第一棱镜,所述第一棱镜用于将出光侧的与出射光反方向的光线反射至所述第二棱镜层;
所述第二棱镜层包括多个棱镜组,所述棱镜组的位置与所述第一棱镜的位置交错,所述棱镜组用于将所述第一棱镜反射的光线折射至出光侧。
7.如权利要求6所述的液晶显示装置,其特征在于,所述光学结构的每一所述第一棱镜与一行/列黑矩阵位置对应,每一所述棱镜组与一行/列所述色阻位置对应。
8.如权利要求7所述的液晶显示装置,其特征在于,所述第一棱镜的宽度小于所述黑矩阵的宽度。
9.如权利要求7所述的液晶显示装置,其特征在于,所述棱镜组的整体宽度大于所述色阻的宽度。
10.如权利要求6至9任一项所述的液晶显示装置,其特征在于,所述第一棱镜层与所述第二棱镜层之间设置有导光层,所述导光层覆盖所述第一棱镜层;所述第一棱镜具有单向透过性。
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