本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種光源器件及顯示裝置。

背景技術：

隨著顯示技術的不斷發展，各種各樣的顯示裝置層出不窮，當顯示裝置的顯示效果不好時，可以通過增加前置光源或背光源輔助顯示裝置進行顯示。背光源是指從顯示裝置的側邊或是背后照射，被用來增加在低光源環境中的照明度和電腦顯示器、液晶屏幕上的亮度，以提高顯示效果。前置光源技術是指光源從上而下沿電子墨屏或者液晶屏均勻導光，不直接照射眼睛，以提高顯示效果。

但是，現有的背光源或者前置光源都是兩側均出光，這樣會導致出光的效率較低，影響顯示裝置的顯示效果。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例提供了一種光源器件及顯示裝置，用以實現光源器件完全的單側出光，提高顯示效果。

因此，本發明實施例提供了一種光源器件，包括：相對而置的第一基板和第二基板；設置于所述第一基板與所述第二基板之間的波導層，以及設置于所述波導層側面的側入式準直光源；其中，

所述波導層的折射率分別大于所述第一基板的折射率和所述第二基板的折射率；

所述側入式準直光源的光以預設角度從所述波導層的側面入射，且入射光僅在所述第一基板與所述波導層的界面處發生全反射。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述第二基板的折射率大于所述第一基板的折射率。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述第一基板的折射率與所述第二基板的折射率相等，所述光源器件還包括：設置于所述波導層與所述第一基板之間的光柵耦合結構；其中

所述光柵耦合結構包括多個間隔設置的光柵條，以及存在于相鄰兩個所述光柵條之間的光柵間隙，所述光柵條的折射率大于所述第一基板的折射率；

且所述第一基板覆蓋所述光柵間隙。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述光柵耦合結構的材料與所述波導層的材料相同。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述光柵耦合結構與所述波導層為一體結構。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述光柵耦合結構的光柵周期大于1000nm，占空比為0.1～0.9。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述光柵耦合結構的厚度為100nm～1.5μm。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述波導層的材料包括樹脂、玻璃、ITO或者Si₃N₄中的至少一個。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述波導層的厚度為100nm～100μm。

在一種可能的實施方式中，在本發明實施例提供的上述光源器件中，所述側入式準直光源為至少三種單色激光器芯片發出的單色光的混光；或，所述側入式準直光源為至少三種單色發光二極管芯片發出的單色光經過準直結構后的混光；或，所述側入式準直光源為白光發光二極管芯片經過準直結構后的白光；或，條狀的冷陰極熒光燈管發出的光經過準直結構后的準直光。

相應地，本發明實施例還提供了一種顯示裝置，包括顯示面板以及位于所述顯示面板出光側的前置光源，所述前置光源為本發明實施例提供的光源器件；其中，

所述光源器件的第二基板位于靠近所述顯示面板的一側。

相應地，本發明實施例還提供了一種顯示裝置，包括液晶顯示面板以及為所述液晶顯示面板提供光源的背光源，所述背光源為本發明實施例提供的光源器件；其中，

所述光源器件的第二基板位于靠近所述液晶顯示面板的一側。

本發明實施例的有益效果包括：

本發明實施例提供的一種光源器件及顯示裝置，該光源器件包括：相對而置的第一基板和第二基板；設置于第一基板與第二基板之間的波導層，以及設置于波導層側面的側入式準直光源；其中，波導層的折射率分別大于第一基板的折射率和第二基板的折射率；側入式準直光源的光以預設角度從波導層的側面入射，且入射光僅在第一基板與波導層的界面處發生全反射。本發明實施例通過利用全反射的原理實現使側入式準直光源的光在波導層與第一基板的界面發生全反射，在波導層與第二基板的界面發生折射，即從第二基板的表面輻射出光，從而實現了光源器件超高的單側出光的效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的光源器件的結構示意圖之一；

圖2為本發明實施例提供的光源器件的結構示意圖之二；

圖3為現有技術中光波導耦合的原理示意圖；

圖4a和圖4b分別為具體實施例中一體結構的一種制備方法執行各步驟后的剖面結構示意圖；

圖5a和圖5b分別為具體實施例中一體結構的另一種制備方法執行各步驟后的剖面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明實施例提供的顯示裝置的具體實施方式進行詳細地說明。

附圖中各部件的形狀和大小不反映顯示裝置的真實比例，目的只是示意說明本發明內容。

具體地，本發明實施例提供了一種光源器件，如圖1和圖2所示，包括：相對而置的第一基板01和第二基板02；設置于第一基板01與第二基板02之間的波導層03，以及設置于波導層03側面的側入式準直光源04(圖1中以波導層03兩側均設置側入式準直光源04為例)；其中，

波導層03的折射率分別大于第一基板01的折射率和第二基板02的折射率；

側入式準直光源04的光以預設角度從波導層03的側面入射，且入射光僅在第一基板01與波導層03的界面處發生全反射。

本發明實施例提供的上述光源器件，包括：相對而置的第一基板和第二基板；設置于第一基板與第二基板之間的波導層，以及設置于波導層側面的側入式準直光源；其中，波導層的折射率分別大于第一基板的折射率和第二基板的折射率；側入式準直光源的光以預設角度從波導層的側面入射，且入射光僅在第一基板與波導層的界面處發生全反射。本發明實施例通過利用全反射的原理實現使側入式準直光源的光在波導層與第一基板的界面發生全反射，在波導層與第二基板的界面發生折射，即從第二基板的表面輻射出光，從而實現了光源器件超高的單側出光的效率。

可以理解的是，側入式準直光源04是設置在波導層03在厚度方向上的側邊。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，可以在波導層的一側設置側入式準直光源，也可以在波導層的兩側均設置側入式準直光源，在此不作限定。

較佳地，在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，在波導層的兩側均設置側入式準直光源，這樣可以增強入射至波導層的光，從而可以實現大面積顯示器件均勻出光的需求。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，準直光源可以為至少三種單色激光器芯片發出的單色光的混光，例如：紅(R)、綠(G)、藍(B)三色的半導體激光器芯片經過混光后制成該準直光源006。或者，準直光源也可以為至少三種單色發光二極管(Light Emitting Diode，LED)芯片發出的單色光經過準直結構后的混光，例如：R、G、B三色的LED芯片經過準直、混光后制成該準直光源。或者，準直光源還可以為白色LED芯片發出的經過準直結構后的白光，例如：白光LED芯片經過準直后制成該準直光源。或者，該準直光源也可以為由條狀的冷陰極熒光管(CCFL燈管)發出的光線經過準直結構后制成的準直光，準直光源不限于上述類型。

并且，在具體實施時，為了使準直光源可以有效從波導層的側邊入射至波導層中傳播，在本發明實施例提供的上述光源器件中的準直光源一般與波導層的側邊寬度匹配，具體地，可以使用和波導層寬度一致的激光器芯片或LED芯片條，或者在較稀的激光器芯片或LED芯片條前加一些擴束結構。

眾所周知，光的全反射的原理是光從光密介質射向光疏介質時，當入射角超過某一角度(臨界角)時，折射光完全消失，只剩下反射光線的現象。本發明正是通過利用全反射的原理來實現光源器件單側出光的，即通過合理設置第一基板、第二基板以及波導層的折射率，以及設置側入式準直光源的光以預設角度從波導層的側面入射，使入射光僅在波導層與第一基板的界面處發生全反射，而在波導層與第二基板的界面處發生折射，從而實現了光源器件的單側出光，且能滿足大面積均勻透射出光的顯示需求。

下面通過兩個實施例對本發明實施例提供的上述光源器件利用全反射實現單側出光的原理進行詳細說明。

實施例一：

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，如圖2所示，第一基板01的折射率與第二基板02的折射率相等，該光源器件還包括：設置于波導層03與第一基板01之間的光柵耦合結構05。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，由于第一基板和第二基板的折射率相等，當側入式準直光源以大于臨界角的角度入射至波導層時，就形成了波導模式，即入射光會在第一基板的界面板和第二基板的界面均發生全反射。但是，當在波導層與第一基板之間設置光柵耦合結構時，第一基板的界面的波導模式被破壞，即光柵耦合結構的設置可以使波導層與第一基板界面發生衍射，當衍射光以m(m＝0,±1,±2…)級衍射角輻照到波導層與第二基板的界面，m級衍射的衍射角不全大于臨界角，使得照射到波導層與第二基板的界面的光不能完全達到全反射條件，使得衍射光折射出第二界面，從而可以實現光源器件的單側出光。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，如圖2所示，光柵耦合結構05包括多個間隔設置的光柵條，以及存在于相鄰兩個光柵條之間的光柵間隙，光柵條的折射率大于第一基板01的折射率；

且第一基板01覆蓋光柵間隙。

在光通信以及集成光學中，光波導是一種比較常用的基本元器件。為了將光束有效地耦合進光波導或將光從光波導中耦合出來，一種比較常用的方法就是使用光柵耦合結構。如圖3所示，當入射光束或出射光束滿足公式：β_q＝β_m–qK(q＝0,±1,±2,…)的位相匹配關系時，入射光即可在波導中激發m階導模，或者m階導模即可在給定方向上耦合出去。上式中，β_m為m階導模的傳播常數β_m＝k₀N_m，N_m為m階導模的有效折射率，K為光柵矢量，K＝2π/Λ，Λ為光柵周期。

在一個光柵耦合結構中，光柵周期是由一光柵條和相鄰的一光柵間隙組成的。

假設入射光(或出射光)波矢方向與豎直方向夾角為θ，則以上位相匹配關系可進一步表示為：k₀n_csinθ＝k₀N_m–q2π/Λ(q＝0,±1,±2,…)。

若波導層為透明介質，還可從波導層一側進行輸入輸出耦合，此時位相匹配關系可表示為：k₀n_ssinθ＝k₀N_m–q2π/Λ(q＝0,±1,±2,…)。

基于此，在具體實施時，本發明實施例提供的上述光源器件中，設置于波導層與第一基板之間的光柵耦合結構的作用為：從波導層中傳播的光線中，選擇給定顏色光線(光波長λ)在給定方向(與波導層表面法線的夾角θ)上的出射。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，光柵耦合結構從波導層耦合出的光方向可控的光波長λ與光柵耦合結構的光柵周期Λ滿足如下公式：

n*Λ(sinθ_i+sinθ_d)＝m*λ，(m＝0,±1,±2,…)

其中，n為所述波導層傳播導模的有效折射率，θ_i為入射角，θ_d為衍射角即耦合出光方向與波導層表面法線的夾角，m為衍射級次。

在具體實施時，在某些特定的應用場景中，需要本發明實施例提供的上述光源器件在某一位置的出光方向是固定的，即上式中出光方向θ_d角是固定的，因此，可以通過調節各光柵耦合結構05的光柵周期Λ，實現選擇給定顏色光線(光波長λ)在給定方向(與波導層03表面法線的夾角θ_d)上的出射，即光柵周期由所需的出光方向以及入射光顏色決定的。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，波導層的材料包括樹脂、玻璃、ITO或者Si₃N₄中的至少一個，在此不作限定。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，一般光柵耦合結構的材料為透明介質材料，如SiO₂，樹脂材料等。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，光柵耦合結構的材料可以與波導層的材料相同，也可以不同，在此不作限定。

較佳地，具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，光柵耦合結構與波導層可以制作為一體結構，在此不作限定。

下面介紹一下本發明實施例提供的上述光柵耦合結構與波導層為一體結構的制作方法。具體地，可以包括以下步驟：

(1)在第二基板02上形成波導膜層11，如圖4a所示；

(2)對波導膜層11的上表面進行構圖工藝形成均勻的多個凹槽結構，如圖4b所示；即形成了光柵耦合結構05與波導層03的一體結構。

或者，

(1)對第一基板01的下表面進行構圖工藝形成均勻的多個凹槽結構，如圖5a所示；

(2)將波導膜層11覆蓋第一基板01的下表面，如圖5b所示；即形成了光柵耦合結構05與波導層03的一體結構。

需要說明的是，在本發明實施例提供的上述一體結構的制作方法中，構圖工藝可只包括光刻工藝，或，可以包括光刻工藝以及刻蝕步驟，同時還可以包括納米壓印、紫外曝光、電子束曝光等其他用于形成預定圖形的工藝；光刻工藝是指包括成膜、曝光、顯影等工藝過程的利用光刻膠、掩模板、曝光機等形成圖形的工藝。在具體實施時，可根據本發明中所形成的結構選擇相應的構圖工藝。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，波導層的厚度一般控制在100nm～100μm之間，當側入式準直光源的準直性比較好或可以對耦合入波導層中模式進行有效控制時，波導層的厚度可以適當增厚，以增加入光效率，比如500nm～100μm之間即可；當準直光源的準直性比較差時，為了便于光柵耦合結構對出光方向和顏色的控制，波導層的厚度需要足夠薄，最好為單模波導，例如波導層的厚度為100nm，在此不作限定。

具體實施時，為了實現單側出光，在本發明實施例提供的上述光源器件中，光柵耦合結構的光柵周期一般大于1000nm，占空比為0.1～0.9，即光柵條寬度和光柵間隙寬度的比例。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，在光柵耦合結構中的占空比為0.5時效果較佳，當然，在實際產品設計中根據所需出光強度，平衡顯示面板不同位置亮度的差異、工藝條件等因素的考慮，占空比可以偏離該數值。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，光柵耦合結構的厚度一般控制在100nm～1.5μm之間，在此不做限定。

較佳地，考慮到光柵耦合結構的厚度對波導光柵耦合的單側光損失的能量較敏感，在本發明實施例提供的上述光源器件中，光柵耦合結構的厚度設置為500nm左右。

具體地，為了便于采用刻蝕的方式制作出光柵耦合結構，在具體實施時，一般要求光柵耦合結構的厚度不大于一個光柵條的寬度，在此不作限定。

較佳地，具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，光柵耦合結構中的所有光柵條的厚度相同，即為光柵耦合結構的厚度，光柵耦合結構中的所有光柵條的寬度都相同。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，如圖2所示，例如，第一基板01和第二基板02均采用折射率為1.52的玻璃，波導層03采用折射率為2.0的玻璃，此時側入式準直光源04以大于臨界角的角度入射至波導層03時，由于第一基板01和第二基板02的折射率相同，就形成了波導模式，即入射光則會在第一基板01的界面板和第二基板02的界面均發生全反射。但是，當在波導層03與第一基板01之間設置光柵耦合結構05時，第一基板01的界面的波導模式被破壞，即光柵耦合結構05的設置可以使波導層03與第一基板01界面發生全反射的條件和波導層03與第二基板02界面發生全反射的條件不同，當側入式準直光源04通過以預設角度的入射角入射波導層03時，使入射光在波導層03與第一基板01界面發生全反射，而在波導層03與第二基板02界面發生折射，從而可以實現光源器件的單側出光。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，可以通過時域有限差分法軟件FDTD Solutions在時域和頻域求解麥克斯韋方程，來優化光柵耦合結構的幾何參數，以及優化各組成材料的折射率，用來提高第一基板和第二基板出光效率的對比度。例如，當波導層和光柵耦合結構使用不同的材料時，如選擇光柵耦合結構是折射率為1.56的透明的樹脂材料或玻璃材料，波導層選擇折射率為1.63的玻璃時，可以使第一基板和第二基板出光效率的比值提高1～2個數量級。

另外，光柵的周期、厚度和波導層的厚度都需要根據實際出光效率的需求，在此參數上進行調整和優化。一般來說，光柵厚度越薄，出光效率對比度越大。

本發明實施例一中，通過選用折射率相同的第一基板和第二基板，并在波導層與第一基板或者波導層與第二基板之間設置一光柵耦合結構，光柵耦合結構的設置可以使波導層與第一基板界面發生全反射的條件和波導層與第二基板界面發生全反射的條件不同，通過控制側入式準直光有以預設角度的入射角入射波導層，從而實現光源器件的單側出光。并通過調節光柵的周期、厚度以及占空比，可以實現高的第二基板、第一基板出光效率比。但是上述實施例一中，光柵耦合結構的設置，可能會破壞波導層上表面的結構，由于空氣介質中會有漏光，會破壞波導層與第一基板的界面發生全反射的條件，因此會導致光源器件不能實現完全單側出光，并且漏光會影響光源器件的顯示對比度、亮度及顏色等。

實施例二：

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，如圖1所示，第二基板02的折射率大于第一基板01的折射率。

具體實施時，設第一基板的折射率為n1，第二基板的折射率為n2，波導層的折射率為n0，當側入式準直光入射波導層，在第一基板界面發生全反射的臨界角為θ1，在第二基板界面發生全反射的臨界角為θ2，側入式準直光源的光以預設角度θi(入射角)從波導層的側面入射時，隨著θi的變化，波導層內光路會發生變化。例如：(1)當入射角滿足θ1＜θ2＜θi＜90°時，入射光在波導層與第一基板的界面以及波導層與第二基板的界面均會發生全反射；(2)當入射角滿足θ1＜θi＜θ2時，波導層與第二基板的界面的全反射條件被破壞，光會從第二基板中輻射出去；(3)當入射角滿足θ2＜θi＜θ1時，波導層與第一基板的界面的全反射條件被破壞，光會從第一基板中輻射出去；(4)當入射角滿足θi＜θ1＜θ2時，波導層與第一基板的界面以及波導層與第二基板的界面的全反射條件均被破壞，光會從第一基板和第二基板中輻射出去。

本發明實施例提供的上述光源器件是利用上述原理(2)，使入射光在波導層與第一基板的界面發生全反射，在波導層與第二基板的界面發生折射，從而實現從第二基板的界面輻射出光，即實現了光源器件的單側出光。也可以利用上述原理(3)，使入射光在波導層與第二基板的界面發生全反射，在波導層與第一基板的界面發生折射，從而實現從第一基板的界面輻射出光，即也可以實現光源器件的單側出光。當然，也可以根據需要利用上述原理(4)，使入射光在波導層與第二基板的界面及波導層與第一基板的界面均發生折射，即光會從第一基板和第二基板中均輻射出去，從而可以實現光源器件的兩側均出光。

對本發明實施例利用上述原理(2)實現單側出光為例進行說明。例如，欲實現第二基板輻射出光，則需要入射光在波導層與第一基板的界面發生全反射，則入射角θi需滿足：

arcsin(n1/n0)＝θ1＜θi＜θ2＝arcsin(n2/n0)，即波導層的折射率需滿足：n0＞n2＞n1。

因此，本發明實施例提供的上述光源器件，通過調節波導層的厚度、波導層的折射率n0與第二基板的折射率n2的差值Δn就可以得到不同出光效率的光源器件，即可根據需要，通過選用適當的波導層的厚度以及Δn，就可以得到不同出光效率的光源器件。

例如，在本發明中，如圖1所示，第一基板01采用折射率n1為1.46的玻璃，第二基板02采用折射率n2為1.52的光學玻璃或者透明樹脂材料，當波導層03采用折射率n0為1.64的玻璃，且波導層03兩側的側入式準直光源04以64～69°之間的角度入射波導層時，均可實現光源器件的完全單側出光，且第二基板02界面與第一基板01界面輻射出光的效率比大于10⁸。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，第一基板可以采用一些折射率較低的光學玻璃、透明樹脂等材料，第二基板可以采用常用的LCD或OLED基板玻璃構成，也可以采用一些光學玻璃、透明樹脂材料等，在此不做限定。

較佳地，具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，第一基板采用折射率為1.46的光學玻璃，第二基板采用折射率為1.52的光學玻璃。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，第一基板和第二基板的厚度由具體的產品設計或工藝條件決定，在此不做限定。

具體實施時，在本發明實施例提供的上述光源器件中，第一基板的厚度為2um，第二基板的厚度為0.5mm。

具體實施時，為了使光可以從第一基板或第二基板的表面均勻有效的輻射出去，在本發明實施例提供的上述光源器件中，第一基板的下表面和第二基板的上表面，即與波導層相接觸的表面具有較好的平整度及平行度。

因此，本發明實施例提供的實施例二中，只需要合理設置三種不同折射率的材料就能夠形成單側出光的光源器件，不需加入光柵耦合結構，這樣波導層的表面不會被破壞，兩側側入式準直光源以預設角度入射至波導層，可以實現單側完全不出光，另一側出光效率可控，從而實現超高的第一基板和第二基板出光效率的對比度以及實現較大面積出光。

具體實施時，本發明實施例提供的上述光源器件既可以作為前置光源，也可以作為背光源，在此不作限定。

基于同一發明構思，本發明實施例還提供了一種顯示裝置，包括顯示面板以及位于顯示面板出光側的前置光源，前置光源為本發明實施例提供的光源器件；其中，光源器件的第二基板位于靠近顯示面板的一側。由于該顯示裝置解決問題的原理與前述一種光源器件相似，因此該顯示裝置的實施可以參見前述光源器件的實施，重復之處不再贅述。

在本發明實施例提供的上述光源器件中，側入式準直光源的光在波導層與第一基板的界面發生全反射、在波導層與第二基板的界面發生折射，即光源器件的第二基板輻射出光，實現了光源器件的單側出光，提高了光源器件的出光效率，因此當本發明實施例提供的光源器件作為顯示面板的前置光源時，可以提高顯示面板的顯示效果。

基于同一發明構思，本發明實施例還提供了一種顯示裝置，包括液晶顯示面板以及為液晶顯示面板提供光源的背光源，背光源為本發明實施例提供的光源器件；其中，光源器件的第二基板位于靠近液晶顯示面板的一側。由于該顯示裝置解決問題的原理與前述一種光源器件相似，因此該顯示裝置的實施可以參見前述光源器件的實施，重復之處不再贅述。

在本發明實施例提供的上述光源器件中，側入式準直光源的光在波導層與第一基板的界面發生全反射、在波導層與第二基板的界面發生折射，即光源器件的第二基板輻射出光，實現了光源器件的單側出光，提高了光源器件的出光效率。由于液晶顯示面板是被動發光，需要背光源透射出光，因此當本發明實施例提供的光源器件作為液晶顯示面板的背光源時，由于是完全單側出光，可以提高液晶顯示面板的顯示效果。

本發明實施例提供的上述光源器件及顯示裝置，該光源器件包括：相對而置的第一基板和第二基板；設置于第一基板與第二基板之間的波導層，以及設置于波導層側面的側入式準直光源；其中，波導層的折射率分別大于第一基板的折射率和第二基板的折射率；側入式準直光源的光以預設角度從波導層的側面入射，且入射光僅在第一基板與波導層的界面處發生全反射。本發明實施例通過利用全反射的原理實現使側入式準直光源的光在波導層與第一基板的界面發生全反射，在波導層與第二基板的界面發生折射，即從第二基板的表面輻射出光，從而實現了光源器件超高的單側出光的效率。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。