偏光装置、偏振光源系统及液晶显示装置 【技术领域】
本发明是涉及一种偏光装置，以及使用该偏光装置的偏振光源系统与液晶显示装置。
【背景技术】
近年来，随着液晶显示器的彩色化，其应用领域越来越广，如手机、PDA、笔记本电脑等。因液晶显示器本身不能发光，因而要利用一光源系统作为液晶显示器的光源，如背光系统。现有技术中的背光系统包括导光板、反射板、光扩散板、光源及光源罩。从背光系统出射的光线进入液晶单元时必须为偏振光，因此在液晶单元两侧贴上、下偏光膜以组合液晶的偏振态，但从背光系统出射的光线经过下偏光膜时有50％被吸收，因此入射光线的利用率较低；另，从光源出射的光线经过导光板、反射板、光扩散板时部分光线被其吸收，且在光学元件的界面处发生多次反射而产生损耗，因此背光系统的发光效率极低，进而影响液晶显示的亮度。
1998年9月15日公告的美国专利第5,808,709号揭示一改进光源发光效率的偏振光源系统，如图1所示，该偏振光源系统包括光源71、光源罩72、反射板73、各向异性层(Anisotropic Layer)74、导光板75、第一延迟片76、第二延迟片77。工作时，从光源71出射的光线一部分经过各向异性层74，该各向异性层74传输第一偏振光(偏振方向垂直于纸面的偏振光)而反射与该第一偏振光垂直的第二偏振光(偏振方向平行于纸面的偏振光)，其中，第一偏振光被反射板73反射后从导光板75出射；而第二偏振光被导光板75反射后进入各向异性层74，其被反射板73反射后经过导光板75、第一延迟片76及第二延迟片77后变成偏振方向与第一偏振光相同的偏振光后入射到液晶面板78中，因此提高光源71的发光效率。
然而，从光源71出射的光线经光源罩72后会有部分光线经过光源罩72与反射板73直接出射，从而损失部分光线，还有从光源71出射的部分光线直接经过导光板75入射到第一延迟片76而被其吸收，因而降低光源71的发光效率；此外，该偏振光源系统中具有导光板75与反射板73，因其制造工艺复杂、成本较高，增加该偏振光源系统地成本。另外，光线在该偏振光源系统中发生多次反射，也会产生损耗，影响该偏振光源系统的整体性能。
【发明内容】
为了克服第一技术问题中光源发出光线的利用率低的缺陷，本发明提供一种可将光源发出的光线完全转化为线偏振光以提高光线的利用率的偏光装置。
为了克服第二技术问题中光源系统的发光效率低、成本高的缺陷，本发明提供一种高效输出线偏振光、低成本的偏振光源系统。
为了克服第三技术问题中液晶显示的低亮度、高成本的缺陷，本发明提供一种高亮度、低成本的液晶显示装置。
本发明解决第一技术问题所采用的技术方案是：该偏光装置包括一第一微透镜阵列、一双折射晶体、一置于第一微透镜阵列与双折射晶体之间的第二微透镜阵列及至少一粘于双折射晶体一侧的半波片，其中该半波片延迟从双折射晶体出射的一种偏振态的偏折光线以与另一种偏折光线的偏振态相同。
本发明解决第二技术问题所采用的技术方案是：一种包括一发光装置与偏光装置的偏振光源系统，其中该发光装置包括至少一凹镜与至少一位于对应凹镜的焦点处的光源；该偏光装置包括一第一微透镜阵列、一双折射晶体、一置于第一微透镜阵列与双折射晶体之间的第二微透镜阵列及至少一粘于双折射晶体一侧的半波片，该偏光装置将发光装置出射的平行光线转化为线偏振光输出。
本发明解决第三技术问题所采用的技术方案是：一种液晶显示装置，其包括一偏振光源系统、一偏光元件、一位于该偏振光源系统与偏光元件之间的液晶单元，其中该偏振光源系统包括一发光装置与一偏光装置，该发光装置输出平行光线，该偏光装置包括一第一微透镜阵列、一双折射晶体、一置于第一微透镜阵列与双折射晶体之间的第二微透镜阵列及至少一粘于双折射晶体一侧的半波片，该偏光装置将平行光线转化为线偏振光输出。
本实用新型的有益效果是：该偏光装置将发光装置输出的平行光线完全转化为线偏振光输出，因此提高光源发出光线的利用率；利用该偏光装置的偏振光源系统，不但可提高光源的发光效率，且该偏振光源系统不需导光板、反射板等光学元件，不但降低光线在光学元件之间的多次反射所引起的损耗，且降低整个偏振光源系统的成本；而采用该偏振光源系统的液晶显示装置具有高亮度、低成本的优点。
【附图说明】
图1是现有技术偏振光源系统的结构示意图。
图2是本发明偏光装置的结构示意图。
图3是图2所示偏光装置的光路原理图。
图4是本发明偏光装置的另一实施例的光路原理图。
图5是本发明偏振光源系统的结构示意图。
图6是本发明液晶显示装置的结构示意图。
【具体实施方式】
如图2所示，该偏光装置2包括第一微透镜阵列21、双折射晶体23、位于第一微透镜阵列21与双折射晶体23之间的第二微透镜阵列22及多个半波片24，其中第一微透镜阵列21可为凸透镜阵列，第二微透镜阵列22可为凹透镜阵列，该第一微透镜阵列21、第二微透镜阵列22可采用微机电精密加工技术，如LIGA(德文为Lithographie Gavanoformung Abformung)技术制得直径为10至300μm具有良好光学性能的微透镜阵列；双折射晶体23为钒酸钇(YVO4)、铌酸锂(LiNbO3)等光束偏移晶体(Walk-off Crystal)，以使出射后的两束线偏折光线分离一较大距离；半波片24是采用环氧树脂粘在双折射晶体23的一侧，该半波片24的高度h等于相邻两半波片24间的距离。
图3为偏光装置2的光路原理图。其中，平行光线25、26、27经过第一微透镜阵列21后会聚到第二微透镜阵列22，第二微透镜阵列22位于第一微透镜阵列21的焦距之内，调整第二微透镜阵列22的位置使其出射的平行光线25、26、27的光束宽度为d，其中d等于半波片的高度h；平行光线25、26、27在双折射晶体23内分成两束偏折光线o光与e光，其中o光称为寻常光，e光称为非寻常光，o光经过双折射晶体直接出射，而e光经过半波片24其相位延迟90度变成o光出射，因半波片24的高度h与第二微透镜阵列22中每一微透镜出射的平行光线的光束宽度d相同，因此精确调整半波片24的位置使其将从双折射晶体23内传输的e光完全转化为o光并从半波片24输出。
另，半波片24也可位于图4所示的位置。其中，o光经过半波片24其相位延迟90度变成e光，而e光经过双折射晶体23直接出射，因此精确调整半波片24的位置可使入射的平行光线全部转化为e光，如此可将经过偏光装置2的光线全部转化为线偏振光输出。
如图5所示，本发明偏振光源系统10包括发光装置1与偏光装置2，其中发光装置1包括至少一个凹镜11及与其对应的至少一个光源12(图仅示其一)，该凹镜11相对于光源12的凹面121镀反射率大于98％的反射膜；该光源12为LED(发光二极管)阵列或CCFL(冷阴极荧光灯管)，光源12位于对应凹镜11的焦点位置，因此从光源12发出的光线经凹镜11反射后可平行的传输到偏光装置2中。因该偏光装置2可将平行光线完全转化为线偏振光输出，因而可提高偏振光源系统的发光效率。另外，从发光装置1出射的光线直接入射到偏光装置2，如此可省去现有技术的导光板、反射板等光学元件，不但减少光学元件、降低光能量损耗、提高发光效率，而且降低成本。
图6是本发明液晶显示装置的结构示意图。该液晶显示装置30包括一偏振光源系统10、一液晶单元3及一偏振元件4。其中，该液晶单元3包括液晶层32及上、下基底电极33、31，该液晶层32上下内侧面配有配向膜(图未示)，该基底电极33、31可为铟锡氧化物，其具有良好的导电性能。该偏振元件4可为PVA(聚乙烯基乙醇高分子)偏光膜，其偏光方向与偏振光源系统10出射的偏折光线的偏振方向垂直，以匹配液晶显示装置30的明暗显示。