CN103453393A - 视角切换模块及其背光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种视角切换模块及其背光系统。其揭露一种可调控出光角度的视角切换模块，其包含有一侧入式光学基板，一光源组，设置于该侧入式光学基板的一端，以及一光学调制元件，设置于该光源组与该侧入式光学基板之间。该侧入式光学基板包含有一出光面。该光源组具有多个发光单元，各发光单元是依据一预设角度输出一光线至该侧入式光学基板。该光学调制元件调制各发光单元所输出的该光线的张角，以使该光线可依据该预设角度自该出光面导出该侧入式光学基板。

Description

视角切换模块及其背光系统

技术领域

本发明涉及一种视角切换模块及其相关背光系统，尤其是涉及一种可调控出光角度的视角切换模块及其相关背光系统。 

背景技术

传统的背光模块包含有一导光基板及多个发光单元。发光单元可视背光模块的类型，例如侧入式背光模块或直下式背光模块，而设置于导光基板的旁侧或底部。以侧入式背光模块为例，其导光基板的底部可设置有多个反射单元，以将自发光单元自导光基板的侧边所输入的光线由导光基板的出光面反射出去，提供均匀的背光光源。一般来说，反射单元可以油墨印刷方式、微结构方式、或微粒子结构方式以产生反射光线的效果。由于传统背光模块的导光基板用来完整接收发光单元所输出的光线，并透过其底部的反射单元将其均匀自出光面导出，以提供均匀的背光光源，因此传统的背光模块无法调整其背光光源除了光强度变化以外的输出参数，降低了相关产品的实用价值。故，如何设计出一种可调整背光光源的张角、出光角度、或分区出光等功能的背光模块，即为现今面板产业的重点发展课题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调控出光角度的视角切换模块及其相关背光系统，以解决上述的问题。 

为达上述目的，本发明的一方面揭露一种可调控出光角度的视角切换模块，其包含有一侧入式光学基板，一光源组，设置于侧入式光学基板的一端，以及一光学调制元件，设置于光源组与侧入式光学基板之间。侧入式光学基板包含有一出光面。该光源组具有多个发光单元，各发光单元依据一预设角度输出一光线至侧入式光学基板。光学调制元件调制各发光单元所输出的光线的张角，以使光线可依据预设角度自出光面导出侧入式光学基板。 

本发明的另一方面揭露一种可调控出光角度的背光系统，其包含有多个视角切换模块。各视角切换模块包含有一侧入式光学基板，一光源组，设置于侧入式光学基板的一端，以及一光学调制元件，设置于光源组与侧入式光学基板之间。侧入式光学基板包含有一出光面。光源组具有多个发光单元，各发光单元依据一预设角度输出一光线至侧入式光学基板。光学调制元件调制各发光单元所输出的光线的张角，以使光线可依据预设角度自该出光面导出侧入式光学基板。 

本发明的视角切换模块及其相关背光系统可利用视角切换的特性来节省能源，还可利用视角调变功能满足二维影像与三维影像的显示切换。本发明具有制作简易、成本低廉与高光学利用率的优点，并通过简化系统架构与可调式参数提高产品的设计及应用弹性。 

附图说明

图1为本发明的实施例的背光系统的示意图； 

图2为本发明的第一实施例的视角切换模块的示意图； 

图3为本发明的第一实施例的视角切换模块的侧视图； 

图4为本发明的第二实施例的视角切换模块的示意图； 

图5为本发明的第三实施例的视角切换模块的示意图； 

图6与图7分别为本发明的不同实施例的光源组的结构示意图； 

图8为图6与图7所示的视角切换模块的侧视图。 

主要元件符号说明 

10     背光系统        12       视角切换模块 

12A    视角切换模块    12B      视角切换模块 

12C    视角切换模块    13       反射单元 

14     侧入式光学基板  141      出光面 

143    反光结构        16       光源组 

161    发光单元        18、18'  光学调制元件 

20     处理器          22       光耦合元件 

24     光控制元件      A        光线 

B      光线            C        光线 

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明的实施例的一背光系统10的示意图。背光系统10可包含有多个视角切换模块12，利用不同的排列方式，例如四方型排列、菱形排列或其他几何形状排列，多个视角切换模块12可组合成一阵列样式，以提供均匀的光源予背光系统10。由于各个视角切换模块12可独立于其他视角切换模块12来操控其发光强度与明暗变化，因此背光系统10可应用于调整不同区域、不同程度的辉度明暗变化的区域控制技术(Local Dimming)，具有降低耗电量、提高画面对比值与灰阶数、及渐少画面残影等优点。背光系统10另可包含有多个反射单元13，各反射单元可设置于两相邻的视角切换模块12之间。反射单元13用来将各视角切换模块12外漏的光线反射回视角切换模块12内部，以加强背光系统10的显示品质。 

于此针对各视角切换模块12的结构详细说明。请参阅图2，图2为本发明的一第一实施例的视角切换模块12A的示意图。视角切换模块12A包含有一侧入式光学基板14、一光源组16以及一光学调制元件18。光源组16由多个发光单元161所组成，其设置于侧入式光学基板14的一端。发光单元161可相对于侧入式光学基板14的此端的中点作对称排列或非对称排列。在此实施例中，发光单元161相对于侧入式光是学基板14的此端的中点作对称排列作说明，但不限于此。各发光单元161是依据各自的预设角度输出一光线进入侧入式光学基板14，以利用全反射原理传递至侧入式光学基板14的远端。光学调制元件18则设置在光源组16与侧入式光学基板14之间。由于发光单元161所输出的光线具有较大的发散角，光学调制元件18可用来调制各发光单元161所输出光线的张角，收敛其出光角度将张角变窄，以使光线可依据其预设角度进入侧入式光学基板14，并沿着相同的预设角度自其出光面141导出侧入式光学基板14。 

值得一提的是，由于侧入式光学基板14具有将光线依据其预设角度导离出光面141的功能，因此侧入式光学基板14可包含有一V型(V-cut)反光结构143，设置在侧入式光学基板14的底部。请参阅图3，图3为本发明的第一实施例的视角切换模块12A的侧视图。相较于其他油墨网点印刷技术将光线均匀发散透出导光板的特性，本发明的视角切换模块12是利用V型反光结构反射光线，以使各发光单元161输出的光线可依据初始的预设角度导 出侧入式光学基板14。光学调制元件18的结构可对应于一预设的曲率函数，此曲率函数也根据光源组16的发光单元161的配置数量、排列方式与光入射角度而设计，因此光学调制元件18具有收敛各发光单元161的出光角度的功能。视角切换模块12A另可包含有一处理器20，电连接于光源组16。背光系统10可透过各处理器20来驱动其相对应视角切换模块12的发光强度与明暗变化，以达到前述区域控制技术的目的。 

其中侧入式光学基板14的侧面形状可以为矩形、椭圆形、多边形或任意不规则图形的柱状几何结构；侧入式光学基板14的底部的反光结构除了前述的V型反光结构143，另可设计为半球型反光结构、角锥状反光结构、具有斜角的光发散切面结构或任意形状可稳定反射光线的微光学结构。本发明的各结构件的实施态样可不限于前述实施例所述，凡具有相同功效的结构件皆涵盖于本发明的视角切换模块的设计范畴，故于此不再叙明。 

请参阅图4，图4为本发明的一第二实施例的视角切换模块12B的示意图。第二实施例中，与第一实施例相同编号的元件具有相同的结构与功能，于此不再详述。第二实施例与第一实施例的差异在于，除了侧入式光学基板14、光源组16、光学调制元件18与处理器20外，视角切换模块12B另可包含有一光耦合元件22。第二实施例的光源组16设置在侧入式光学基板14的该端的底部外侧，多个发光单元161沿着X轴相邻排列；光耦合元件22设置在侧入式光学基板14相对光源组16的另一端，各发光单元161沿着Y轴输出光线以传递至另一端的光耦合元件22；光学调制元件18则设置在侧入式光学基板14的底面外侧，且位于光源组16及光耦合元件22之间；当光线依序经由光学调制元件18及光耦合元件22进入侧入式光学基板14，沿着Z轴透出出光面141。在第二实施例中，光学调制元件18为具有聚光效果的一凸透镜。 

视角切换模块12B的光耦合元件22的尺寸可涵盖侧入式光学基板14及光源组16的叠合面积，光源组16所输出的光线可经由光学调制元件18进行聚光而后传递至光耦合元件22，接着光耦合元件22再将光线以反向转折方式自侧入式光学基板14的另一端导入侧入式光学基板14，再利用反光结构143自出光面141导出侧入式光学基板14。详细来说，第二实施例使用光耦合元件22来延长视角切换模块12B的光路，例如相较第一实施例可延长近一倍的光路，以提高背光系统10的背光均匀性。此外，第二实施例的 光源组16与光学调制元件18放置在侧入式光学基板14的底部，因此可有效缩小相邻视角切换模块12B的间隙，使得背光系统10可提供较美观的显示影像。 

其中，光耦合元件22的结构可依据不同背光光源需求而设计，例如全反射型光耦合元件或镜反射型光耦合元件。全反射型光耦合元件22的结构可为一菱镜，通过制作材料差异所造成折射系数的变化，使光线产生全反射而自侧入式光学基板14的底部外侧导入上层的侧入式光学基板14内。镜反射型光耦合元件22可为一球面镜、一平面镜组或任意可通过反射原理将光线由侧入式光学基板14的底部外侧导入上层的侧入式光学基板14内的光学元件。反射镜面可选择由铝、银、水银等高反射率材质所组成。本发明的光耦合元件22的实施态样可不限于前述实施例所述，端视设计需求而定。 

请参阅图5，图5为本发明的一第三实施例的视角切换模块12C的示意图。第三实施例中，与前述实施例相同编号的元件具有相同的结构与功能，于此不再详述。第三实施例与第前述实施例的差异在于，第三实施例的光学调制元件18’可设计为具有内嵌式聚光槽181的一导光板。光学调制元件18’的内嵌式聚光槽内部可填塞空气或其他透光材料作为光传递介质，基于空气与导光板的材质折射率差异，内嵌式聚光槽可设计为一凹透镜形式，以使光学调制元件18’可为具有聚光效果的导光板，有助于改善光线传递的稳定性。第三实施例中，光学调制元件18’可较佳地紧密贴附在侧入式光学基板14的底部，光耦合元件22的尺寸实质上相同于侧入式光学基板14及光学调制元件18’的侧表面积的总和。第三实施例的光线传递路径实质上相同于第二实施例所述，于此不再叙明。光学调制元件为了有效辨识出形成于侧入式光学基板14内部的内嵌式聚光槽，图5所示的光学调制元件18’与侧入式光学基板14略微分离，然不以此为限。 

请参阅图6与图7，图6与图7分别为本发明的不同实施例的光源组16的结构示意图。如图6所示，视角切换模块12另可包含有多个光控制元件24，分别设置在光源组16的各相对应发光单元161的前端。一般来说，光源组16大都设计为竖直式灯条的形式，意即各发光单元161笔直输出其光线。因此各光控制元件24可用来将相对应发光单元161所输出的光线调整至预设角度，以使本发明的视角切换模块12可具有光线分区的角度控制功能。另一方面，如图7所示，此实施例可不配置光控制元件，其视角切换模 块12另可于初始制作光源组16时便将多个发光单元161沿着一弧形曲线分布配置，弧形曲线的函数依据预设角度而设计，如此侧入式光学基板14可具有多段的出光视角，视角切换模块12也可利用此视角的可调变特性来节省耗电量，及依据不同显示需求切换为二维显示或三维显示。 

举例来说，如图6所示，光源组16的中央的发光单元161将光线笔直朝前输出，其可选择不配置光控制元件24；光源组16的左侧(或右侧)的发光单元161可利用其对应的光控制元件24，将光线自侧入式光学基板14外部的左端(或右端)导入并指向侧入式光学基板14内部的右端(或左端)。如图7所示，光源组16的置中发光单元161、及右侧与左侧的发光单元161可依据其制作时的配线分布，各自沿着不同方向将光线透过光学调制元件18输入侧入式光学基板14。一般来说，发光单元161为一发光二极管，其输出光线具有较大的发散角。因此发光单元161的输出光线需通过光学调制元件18来收敛，以使光线在进入侧入式光学基板14前可被收束至较小的发散角，达到准直的设计。本发明的视角切换模块12可于侧入式光学基板14内输入相对应发光单元161的数量的多道光线，并通过处理器20的调控，依据使用需求同时启动所有的发光单元161、或选择性启动部分的发光单元161。 

请参阅图8，图8为图6与图7所示的视角切换模块12的侧视图。本说明书的光源组16都以包含有三个发光单元161为例，然而实际应用并不以此为限。如图6至图8所示，光源组16透过光学调制元件18输入侧入式光学基板14的三道光线，可依据各自的预设角度于出光面141透出。举例来说，光线A自垂直于出光面141的角度透出，光线B与光线C以相对光线A分别夹持正、负四十五度角的方向透出出光面141。当使用者的观察点面对光线A时，视角切换模块12可选择开启光源组16的所有发光单元161，使用者可观察到较大的显示亮度。当使用者的观察点在侧入式光学基板14的旁侧，如面对光线C时，视角切换模块12可选择关闭光线B的来源。此时视角切换模块12仍持续沿着三方向输出光源A、B与C，但可降低侧入式光学基板14的背光亮度，以减少视角切换模块12的耗电量，达到节省能源的目的。另一方面，光源组16另可沿着不同的出光角度(例如沿着光线B及光线C的方向)发出两相异色差或两相异偏振态的光线，使用者的双眼可分别接收到来自光线B及光线C方向的相异光线而形成视差，以使视角切换模块12具有可产生三维影像的功能。 

综上所述，本发明的背光系统由多个视角切换模块所组成，各视角切换模块由其处理器独立控制。视角切换模块可依据欲减少背光系统的厚度、或欲通过延长传递光路来提高光均匀性的需求，选择将光源组与光学调制元件放在侧入式光学基板的旁侧或底部。本发明的光源组可利用光控制元件调整其发光单元的出光角度，或选择于制作光源组时便以预设函数配置多个发光单元的分布，提供光线分区的角度控制的功能。此外，光学调制元件的设计需依照发光单元的分布及侧入式光学基板的结构参数而设计，以有效收敛各发光单元的光发散角。 

相比较于现有技术，本发明的视角切换模块及其相关背光系统可利用视角切换的特性来节省能源，还可利用视角调变功能满足二维影像与三维影像的显示切换。本发明具有制作简易、成本低廉与高光学利用率的优点，并通过简化系统架构与可调式参数提高产品的设计及应用弹性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (23)

1.一种可调控出光角度的视角切换模块，其包含有：

侧入式光学基板，其包含有出光面；

光源组，设置于该侧入式光学基板的一端，该光源组具有多个发光单元，各发光单元依据一预设角度输出一光线至该侧入式光学基板；以及

光学调制元件，设置于该光源组与该侧入式光学基板之间，该光学调制元件调制各发光单元所输出的该光线的张角，以使该光线可依据该预设角度自该出光面导出该侧入式光学基板。

2.如权利要求1所述的视角切换模块，其另包含有：

光耦合元件，设置于该侧入式光学基板相对该光源组的另一端，该光源组所输出的该光线经由该光学调制元件与该光耦合元件而导入该侧入式光学基板。

3.如权利要求2所述的视角切换模块，其中该光源组设置于该侧入式光学基板的该端的底部，该光耦合元件将该光源组所输出的该光线以反向转折方式自该侧入式光学基板的另一端导入该侧入式光学基板。

4.如权利要求1或2所述的视角切换模块，其中该光源组的该些多个发光单元沿着一弧形曲线分布排列，以使各发光单元可依据该预设角度输出该光线。

5.如权利要求1或2所述的视角切换模块，其另包含有：

至少一光控制元件，设置于该相对应发光单元上，用来将该发光单元所输出的该光线调整至该预设角度。

6.如权利要求1所述的视角切换模块，其中该光学调制元件为聚光透镜或具有内嵌式聚光槽的导光板。

7.如权利要求1所述的视角切换模块，其中该光学调制元件的结构对应一预设的曲率函数，用以收敛各发光单元的该光线的出光角度。

8.如权利要求7所述的视角切换模块，其中该光学调制元件的该曲率函数对应于该些多个发光单元的各光线的入射角度。

9.如权利要求1所述的视角切换模块，其另包含有：

处理器，电连接于该光源组，该处理器分批或同时启动该些多个发光单元，以切换该侧入式光学基板的分区背光的角度控制。

10.如权利要求1所述的视角切换模块，其中该侧入式光学基板具有V型反光结构，设置于该侧入式光学基板的一底部，该V型反光结构将该光线依据其预设角度自该出光面导出该侧入式光学基板。

11.如权利要求1所述的视角切换模块，其中该些多个发光单元相对于该侧入式光学基板的该端的中点作对称排列。

12.一种背光系统，其包含有：

多个视角切换模块，各视角切换模块包含有：

侧入式光学基板，其包含有出光面；

光源组，设置于该侧入式光学基板的一端，该光源组具有多个发光单元，各发光单元依据一预设角度输出一光线至该侧入式光学基板；以及

光学调制元件，设置于该光源组与该侧入式光学基板之间，该光学调制元件调制各发光单元所输出的该光线的张角，以使该光线可依据该预设角度自该出光面导出该侧入式光学基板。

13.如权利要求12所述的背光系统，其中该视角切换模块另包含有：

光耦合元件，设置于该侧入式光学基板相对该光源组的另一端，该光源组所输出的该光线经由该光学调制元件与该光耦合元件而导入该侧入式光学基板。

14.如权利要求13所述的背光系统，其中该光源组设置于该侧入式光学基板的该端的底部，该光耦合元件将该光源组所输出的该光线以反向转折方式自该侧入式光学基板的另一端导入该侧入式光学基板。

15.如权利要求12或13所述的背光系统，其中该光源组的该些多个发光单元沿着一弧形曲线分布排列，以使各发光单元可依据该预设角度输出该光线。

16.如权利要求12或13所述的背光系统，其中该视角切换模块另包含有：

至少一光控制元件，设置于该相对应发光单元上，用来将该发光单元所输出的该光线调整至该预设角度。

17.如权利要求12所述的背光系统，其中该光学调制元件为聚光透镜或具有内嵌式聚光槽的导光板。

18.如权利要求12所述的背光系统，其中该光学调制元件的结构对应一预设的曲率函数，用以收敛各发光单元的该光线的出光角度。

19.如权利要求18所述的背光系统，其中该光学调制元件的该曲率函数对应于该些多个发光单元的各光线的入射角度。

20.如权利要求12所述的背光系统，其中该视角切换模块另包含有：

处理器，电连接于该光源组，该处理器分批或同时启动该些多个发光单元，以切换该侧入式光学基板的分区背光的角度控制。

21.如权利要求12所述的背光系统，其中该侧入式光学基板具有V型反光结构，设置于该侧入式光学基板的底部，该V型反光结构将该光线依据其预设角度自该出光面导出该侧入式光学基板。

22.如权利要求12所述的背光系统，其另包含有：

至少一反射单元，设置于相邻的视角切换模块之间，用来将各视角切换模块外漏的该光线反射回该视角切换模块内部。

23.如权利要求12所述的背光系统，其中该些多个发光单元相对于该侧入式光学基板的该端的中点作对称排列。

Images