CN102943974B - 背光模块及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种背光模块及显示装置。显示装置包括此背光模块和显示面板。此背光模块包括集光器、光纤、光纤出光基板、导光板及耦光元件。光纤连接于集光器与光纤出光基板之间，导光板设置于光纤出光基板的一侧，耦光元件设置于光纤出光基板与导光板之间，耦光元件的散光凹部是面对于光纤出光基板的出光口。本发明可利用外界光线来形成背光源，并通过耦光元件的散光凹部来混光。

Description

背光模块及显示装置
【技术领域】
本发明涉及一种背光模块及显示装置，特别是涉及一种使用外界光线的背光模块及显示装置。
【背景技术】
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)已被广泛应用于各种电子产品中，液晶显示器大部分为背光型液晶显示器，其是由液晶显示面板及背光模块(backlight module)所组成。背光模块可依照光源入射位置的不同分成侧向式入光(Side-light type)与直下式入光(Direct-light type)两种，以便提供背光源至液晶显示面板。
一般，背光模块的光源为发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)或冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)，其需通过荧光粉的混光来发出白光，因而具有较弱的色彩表现能力及较窄的色域，而难以提供影像的真实色彩。再者，背光模块的光源会耗费较多的电力，特别是用于大尺寸的液晶显示器。
故，有必要提供一种背光模块及显示装置，以解决现有技术所存在的问题。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种背光模块，所述背光模块包括：
集光器，用于收集外界光线；
至少一条光纤，连接于所述集光器；
光纤出光基板，连接于所述光纤，其中所述光纤出光基板具有多个出光口，用于发出由所述光纤所传来的光线；以及
导光板，设置于所述光纤出光基板的一侧；以及
耦光元件，设置于所述光纤出光基板与所述导光板之间，其中所述耦光元件包括多个散光凹部，所述散光凹部是面对于所述光纤出光基板的所述出光口，每一所述散光凹部具有第一开口长度及第二开口长度，所述第一开口长度大于所述第二开口长度。
本发明的另一目的在于提供一种显示装置，所述显示装置包括：
显示面板；以及
背光模块，包括：
集光器，用于收集外界光线；
至少一条光纤，连接于所述集光器；
光纤出光基板，连接于所述光纤，其中所述光纤出光基板具有多个出光口，用于发出由所述光纤所传来的光线；以及
导光板，设置于所述光纤出光基板的一侧；以及
耦光元件，设置于所述光纤出光基板与所述导光板之间，其中所述耦光元件包括多个散光凹部，所述散光凹部是面对于所述光纤出光基板的所述出光口，每一所述散光凹部具有第一开口长度及第二开口长度，所述第一开口长度大于所述第二开口长度。
在本发明的一实施例中，所述第一开口长度是平行于所述散光凹部的长轴方向，且平行于所述导光板的侧入光面的长轴方向。
在本发明的一实施例中，所述散光凹部的截面形状为圆弧形、三角形或多边形。
在本发明的一实施例中，所述第一开口长度是介于3公厘与5公分之间。
在本发明的一实施例中，所述第二开口长度垂直于所述第一开口长度。
在本发明的一实施例中，所述第二开口长度是介于3公厘与2公分之间。
在本发明的一实施例中，所述每一所述散光凹部与所述耦光元件的入光面之间具有一角度，所述角度大于90度。
在本发明的一实施例中，所述角度为105度~175度。
在本发明的一实施例中，所述光纤的出光端是对位于所述散光凹部的最大深度处。
相较于现有的背光模块的问题，本发明的背光模块和显示装置可有效地利用外界光线来形成背光源，因而可大幅地减少光源的电力耗费，且由于外界的光线一般可具有较宽的色域，故使用本发明背光模块的显示装置可提供具有真实色彩的影像，大幅地改善影像显示质量。又，由光纤所传来的光线可通过耦光元件的散光凹部来进行横向扩散，以达到混光的效果，缩短导光板的混光距离, 并可减少导光板入光侧的不均匀光斑问题。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
【附图说明】
图1为本发明显示装置的一实施例的示意图；
图2为本发明背光模块的一实施例的示意图；
图3为本发明光纤的一实施例的示意图；
图4为本发明耦光元件的散光凹部的一实施例的示意图；
图5A至图5C为本发明耦光元件的凹部的一实施例的上视图；以及
图6为本发明背光模块的另一实施例的示意图。
【具体实施方式】
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
附图和说明被认为在本质上是示出性的，而不是限制性的。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。另外，为了理解和便于描述，附图中示出的每个元件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本发明不限于此。
在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。在附图中，为了理解和便于描述，夸大了一些层和区域的厚度。将理解的是，当例如层、膜、区域或基底的元件被称作“在”另一元件“上”时，所述元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。
另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。此外，在说明书中，“在......上”意指位于目标元件上方或者下方，而不意指必须位于基于重力方向的顶部上。
请参照图1及图2，图1为本发明显示装置的一实施例的示意图，图2为本发明背光模块的一实施例的示意图。在本实施例中，背光模块100是相对于一显示面板101(例如液晶显示面板)来设置，而形成一显示装置(例如液晶显示装置)。背光模块100包括有至少一条光纤111、光纤出光基板120、耦光元件102、导光板130、集光器140、背板150、反射层160及光学膜片170。光纤111是连接于集光器140与光纤出光基板120之间，用于传送光线。光纤出光基板120是设置于光纤111与导光板130之间，用于固定光纤111，并允许光纤111所传送的光线可进入导光板130。耦光元件102是设置于光纤出光基板120与导光板130之间，用于扩散由光纤出光基板120进入导光板130的光线。集光器140是连接于光纤111，用于收集外界光线，例如太阳光或室内光线，以提供光线至光纤111。导光板130可承载于背板150上，反射层160是形成于背板150与导光板130之间，用以反射光线。光学膜片170设置于导光板130上，以改善光学效果。
如图2所示，本实施例的多条光纤111可被一外皮所包覆，而形成光纤束110，以方便于连接于集光器140。光纤束110的一端是连接于集光器140，分离的光纤111是连接于光纤出光板120上。
请参照图3，其为本发明光纤的一实施例的示意图。本实施例的光纤111可具有光纤芯113、包层114及缓冲层115。光纤芯(core)113可由例如石英或PMMA所制成，用于传导光线。包层114是可由硬聚合物(hardpolymer)所制成，用于包覆住光纤芯113。缓冲层115可由例如四氟乙烯所制成，用于避免光纤111受到损伤。
如图1及图2所示，本实施例的光纤出光基板120是设置于光纤111与导光板130之间，用于固定光纤111。光纤出光基板120具有多个出光口121，用于露出光纤111的出光端112，使得光纤111所传送的光线可由光纤出光基板120的出光口121发出，并进入导光板130。其中，出光口121的排列间隔(pitch)可小于等于16毫米(mm)，以确保光线可分散地进入导光板130，而形成均匀的面光源。每一出光口121的直径(或宽度)可小于或等于2.5mm，使得光纤111所传送的光线可充分地由出光口121发出。
如图1所示，本实施例的导光板130是设置于光纤出光基板120的一侧。导光板130可利用射出成型(Injection Molding)的方式来制成，其材料为光硬化型树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)，用以导引光纤111所传送的光线至液晶显示面板101。导光板130具有出光面131、光反射面132及侧入光面133。出光面131形成于导光板130的一侧，并面对液晶显示面板101，出光面131可具有雾面处理或散射点设计，以便均匀化导光板130的出光，减少出光不均(Mura)的现象。在另一实施例中，出光面131更可设有若干个突出结构(未绘示)，以便进一步修正光线的方向，来增加聚光效果，并提高正面辉度。其中此些突出结构可例如为：棱形或半圆形的凸起或凹陷结构等。光反射面132是形成导光板130相对出光面131的另一侧，用以反射光线至出光面131。在本实施例中，导光板130的光反射面132平行于出光面131。光反射面132可设有导光结构(未绘示)，以反射导引光线由出光面131射出。光反射面132的导光结构例如是呈连续性的V形结构，亦即V-Cut结构、雾面结构、散射点结构，以便导引光源120的光线充分的由出光面131射出。侧入光面133形成于导光板130的一侧或相对两侧，其面对于光纤出光基板120的出光口121，用以允许光纤111所传送的光线可进入导光板130内。且此侧入光面133可具有例如V形结构(V-Cut)、S形波浪结构或表面粗糙化处理(未绘示)，以此提升光线的入射效率和光耦合效率。
请参照图2及图4，图4为本发明耦光元件的散光凹部的一实施例的示意图。耦光元件102可为长条形的透光元件，耦光元件102的材料可为光硬化型树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)，其可相同或不同于导光板130的材料。耦光元件102包括入光面103及散光凹部104，耦光元件102的入光面103是面对于光纤出光基板120的出光口121，散光凹部104是形成于入光面103上，且散光凹部104的开口(例如楕圆形开口)是分别对应地面对于光纤出光基板120的出光口121，使得由出光口121所发出的光线可经过耦光元件102的散光凹部104来进入导光板130内。散光凹部104可通过激光加工、注塑成型(Injection)、热压成型(Hotpress)、压印(Imprinting)或机械加工来形成于耦光元件102的入光面103上。其中，散光凹部104的内侧表面可为光滑表面或粗糙表面。每一散光凹部104具有第一开口长度L1及第二开口长度L2，其中第一开口长度L1是大于第二开口长度L2。第一开口长度L1为散光凹部104的最大开口长度，例如介于3公厘(mm)与5公分(cm)之间，或介于3 mm与3 cm之间。第一开口长度L1是平行于散光凹部104的长轴方向，且平行于导光板130的侧入光面133的长轴方向。第二开口长度L2可为散光凹部104的最短开口长度，第二开口长度L2可垂直于第一开口长度L1，例如介于3 mm与2 cm之间，或介于3 mm与1 cm之间。
请参照图5A至图5C，其为本发明耦光元件的凹部的一实施例的上视图。散光凹部104的截面形状可为圆弧形(如图5A所示)、三角形(如图5B所示)或多边形(如图5C所示)。在散光凹部104的第一开口长度L1方向上，耦光元件102的每一散光凹部104与其入光面103之间具有一角度θ，此角度θ大于90度，例如为105度~175度，使得由出光口121所发出的光线可被散光凹部104所扩散。且为确保散光凹部104的光扩散效果，光纤111的出光端112优选是对位于散光凹部104的最大深度处(亦即散光凹部104的最底端)。
耦光元件102的散光凹部104可作为凹透镜(concave lens)，以横向扩散由出光口121所发出的光线。当光纤111的出光端112发出光线时，通过耦光元件102的散光凹部104，由出光口121所发出的光线可预先被横向扩散且均匀化，而达到混光的效果，以缩短导光板130的混光距离，而达到窄边框效果。其中，相较于第二开口长度L2，由于散光凹部104在第一开口长度L1上(长轴方向上)具有较长的光扩散长度，因而具有较佳的侧向扩散效果。因此，通过具有不同长度的散光凹部104，可横向扩散由光纤111所传来的光线，以达到混光的效果，缩短导光板130所需的混光距离, 并可减少导光板130入光侧的不均匀光斑(hotspot)问题。
如图2所示，在本实施例中，光纤111的出光端112与耦光元件102的入光面103之间具有距离C，为确保散光凹部104的横向散光效果，此距离C与第一开口长度L1可满足如下公式：
L1≥2C。
如图2所示，本实施例的集光器140可设置于显示装置的外部(例如户外或室内)，并连接于光纤111的一端，用于收集外界光线，例如太阳光。集光器140可包括基座141、光学透镜142、光传感器143及外罩144。光学透镜142及光传感器143可设置于基座141上，光学透镜142用于收集外界光线，并提供所收集的光线于光纤111的入光端116。光传感器143可用于感测光线，以控制基座141对应于外界光源(如太阳)来转动，而提高光收集效率。外罩144是用于包覆光学透镜142及光传感器143，且外罩144可具有紫外线过滤层(未显示)，以过滤光线中的紫外线。
如图1所示，在本实施例中，背板150是由不透光材质所制成，例如：塑胶材料、金属材料或上述材料的组合，用于承载光纤出光基板120及导光板130。反射层160(或反射片)优选可形成导光板130的光反射面132的表面，而仅暴露出用以允许光线进入的侧入光面133以及用以发出光线的出光面131。反射层160可由高反射率材料所制成，例如银、铝、金、铬、铜、铟、铱、镍、铂、铼、铑、锡、钽、钨、锰、上述任意组合的合金、耐黄化且耐热的白色反射漆料或上述材料的任意组合，以反射光线。光学膜片170例如为：扩散片、棱镜片、逆棱镜片(Turning Prism Sheet)、增亮膜(Brightness Enhancement Film，BEF)、反射式增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film，DBEF)、非多层膜式反射偏光片(Diffused Reflective Polarizer Film，DRPF)或上述的任意组合，其设置于导光板130上，用以改善由导光板130出光的光学效果。
当使用背光模块来提供背光源时，光纤111可将集光器140所收集的外界光线(如太阳光)传送至导光板130。更具体地，集光器140所收集的光线可经由光纤111来进行传送，并通过光纤出光基板120的出光口121来发出至导光板130。由于背光模块100是使用外部的光线来作为侧光源，因而可大幅地减少光源的电力耗费。且外界的光线(如太阳光)一般可具有较宽的色域，故使用背光模块100的显示装置可提供具有真实色彩的影像，大幅地改善显示装置的影像显示质量。又，由光纤111所传来的光线可通过耦光元件102的散光凹部104来预先进行横向扩散，以达到混光的效果，缩短混光距离, 并可减少导光板130入光侧的不均匀光斑问题。
请参照图6，其为本发明背光模块的另一实施例的示意图。在另一实施例中，光纤出光基板120更可包括多个光源122，例如为发光二极管(LED)或有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)。光源122可排列于出光口121之间，并面对于耦光元件102的入光面103。当集光器140所收集的光线不足以提供来形成面光源时，光源122可提供额外的光线，以确保背光模块100所形成的背光源具有足够的亮度。此时，光源122可对位于耦光元件102的散光凹部104之间，且每一光源122与相邻散光凹部104之间优选可具有预设间隙S，以有效地混合光纤111所传送的光线与光源122的光线。
由上述可知，本发明的背光模块和显示装置可收集外界光线来形成背光源，因而可大幅地减少光源的电力耗费，且可改善显示装置的影像色彩表现，以改善显示装置的影像显示质量。由光纤所传来的光线可通过耦光元件的散光凹部来进行横向扩散，以达到混光的效果，缩短混光距离, 并可减少导光板入光侧的不均匀光斑问题。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种背光模块，其特征在于：所述背光模块包括：
集光器，用于收集外界光线；
至少一条光纤，连接于所述集光器；
光纤出光基板，连接于所述光纤，其中所述光纤出光基板具有多个出光口，用于发出由所述光纤所传来的光线；以及
导光板，设置于所述光纤出光基板的一侧；以及
耦光元件，设置于所述光纤出光基板与所述导光板之间，其中所述耦光元件包括多个散光凹部，所述散光凹部是面对于所述光纤出光基板的所述出光口，每一所述散光凹部具有第一开口长度及第二开口长度，所述第一开口长度大于所述第二开口长度，在散光凹部的第一开口长度方向上，所述每一所述散光凹部与所述耦光元件的入光面之间具有一角度，所述角度为105度。
2.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述第一开口长度是平行于所述散光凹部的长轴方向，且平行于所述导光板的侧入光面的长轴方向。
3.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述散光凹部的截面形状为圆弧形、三角形或多边形。
4.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述第一开口长度是介于3公厘与5公分之间。
5.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述第二开口长度垂直于所述第一开口长度。
6.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述第二开口长度是介于3公厘与2公分之间。
7.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述光纤的出光端是对位于所述散光凹部的最大深度处。
8.一种显示装置，其特征在于：所述显示装置包括：
显示面板；以及
背光模块，包括：
集光器，用于收集外界光线；
至少一条光纤，连接于所述集光器；
光纤出光基板，连接于所述光纤，其中所述光纤出光基板具有多个出光口，用于发出由所述光纤所传来的光线；以及
导光板，设置于所述光纤出光基板的一侧；以及
耦光元件，设置于所述光纤出光基板与所述导光板之间，其中所述耦光元件包括多个散光凹部，所述散光凹部是面对于所述光纤出光基板的所述出光口，每一所述散光凹部具有第一开口长度及第二开口长度，所述第一开口长度大于所述第二开口长度，在散光凹部的第一开口长度方向上，所述每一所述散光凹部与所述耦光元件的入光面之间具有一角度，所述角度为105度。
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