CN106597755A - 一种背光模组及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背光模组及显示装置，包括至少一个发光单元；发光单元包括：基板，设置在基板上的点光源，散射透镜以及准直部件；其中，准直部件的出光面为平面结构，入光面为向内凹陷的曲面结构；准直部件与基板之间形成中空区域，点光源位于中空区域内；散射透镜位于点光源与准直部件之间。散射透镜可以将发光单元所发射的光线向出光面的各方向偏折，使得在出光的各方向的光线能量基本相等。准直部件的入光面为向内凹陷的曲面结构，可以使光线在入射到准直部件上时的入射角减小，从而使光线透过准直部件向空气等低折射率介质中入射时不会发生全反射，而使绝大部分光均准直出射，有效提高了发光单元的光利用率。

Description

一种背光模组及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种背光模组及显示装置。
背景技术
现阶段的液晶显示装置通常采用背光模组与液晶显示面板组合的方式进行画面显示。背光模组作为液晶显示装置的关键组件为液晶显示面板供应充足的亮度与分布均匀的光源，使其能正常显示影像。
随着可穿戴显示设备的兴起，液晶显示装置已经不仅仅用于平板显示。例如头盔悬浮显示通过微缩的显示技术，可将显示器件集成于头盔上，经过双目视觉融合，使用者可以观看到悬浮的显示画面。将头盔悬浮显示技术应用到飞行员的头盔中，可以将虚拟图像、路况信息、瞄准标记、飞行系统和战场态势等信息直接显示于飞行员眼前，辅助飞行跟踪系统的使用有效提高指向目标瞄准精度。
然而，应用于头盔悬浮显示中的液晶显示装置尺寸较小，在其内部设置的光源数量有限，然而目前所使用的背光模组的光利用率不高，因此需要光源具有较大的发光功率所提供的亮度仍然不理想，与此同时由于功耗较大还会使背光模组工作状态下发热，缩短使用寿命。
发明内容
本发明实施例提供了一种背光模组及显示装置，可以有效提高光源的光利用率。
第一方面，本发明实施例提供一种背光模组，包括：至少一个发光单元；
所述发光单元包括：基板，设置在所述基板上的点光源，散射透镜以及准直部件；其中，
所述准直部件的出光面为平面结构，入光面为向内凹陷的曲面结构；
所述准直部件与所述基板之间形成中空区域，所述点光源位于所述中空区域内；所述散射透镜位于所述点光源与所述准直部件之间。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述散射透镜为发散透镜。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述准直部件为菲涅尔透镜；
所述菲涅尔透镜的曲面结构包括多个同心凸起圆环；所述凸起圆环面向圆心一侧的表面涂覆有反光材料。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述点光源位于所述菲涅尔透镜的焦点处。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述点光源具有封装结构；所述封装结构的侧壁内部涂覆有反光材料。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述封装结构的侧壁在所述基板的正投影为正多边形。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述背光模组中，还包括：用于驱动各所述点光源发光的驱动电路板，所述驱动电路板位于各所述发光单元与基板之间。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述背光模组中，还包括：位于所述驱动电路板与所述基板之间的导热板；
所述导热板背离所述驱动电路板的表面为锯齿形或波浪形。
第二方面，本发明实施例提供一种显示装置，包括上述任一背光模组。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述显示装置为头盔悬浮显示装置。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的背光模组及显示装置，包括至少一个发光单元；发光单元包括：基板，设置在基板上的点光源，散射透镜以及准直部件；其中，准直部件的出光面为平面结构，入光面为向内凹陷的曲面结构；准直部件与基板之间形成中空区域，点光源位于中空区域内；散射透镜位于点光源与准直部件之间。散射透镜可以将发光单元所发射的光线向出光面的各方向偏折，使得在出光的各方向的光线能量基本相等。准直部件的入光面为向内凹陷的曲面结构，可以使光线在入射到准直部件上时的入射角减小，从而使光线透过准直部件向空气等低折射率介质中入射时不会发生全反射，而使绝大部分光均准直出射，有效提高了发光单元的光利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的背光模组的发光单元的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的散射透镜的结构示意图；
图3a为本发明实施例提供的菲涅尔透镜的侧视结构示意图；
图3b为本发明实施例提供的菲涅尔透镜的仰视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的背光模组的发光单元的结构示意图之二；
图5a为本发明实施例提供的点光源的封装结构示意图；
图5b为本发明实施例提供的点光源的封装结构内部的光路原理图；
图6a为本发明实施例提供的点光源的俯视结构示意图之一；
图6b为本发明实施例提供的点光源的俯视结构示意图之二；
图6c为本发明实施例提供的点光源的俯视结构示意图之三；
图7为本发明实施例提供的背光模组的发光单元的结构示意图之三；
图8为本发明实施例提供的背光模组的电路调制原理图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种背光模组及显示装置，用以有效提高光源的光利用率。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的背光模组及显示装置。
如图1所示，本发明实施例提供的背光模组，包括：至少一个发光单元100。
具体地，发光单元100包括：基板11，设置在基板11上的点光源12，散射透镜13以及准直部件14；其中，准直部件14的出光面为平面结构，入光面为向内凹陷的曲面结构；准直部件14与基板11之间形成中空区域，点光源12位于中空区域内；散射透镜13位于点光源12与准直部件14之间。
在具体应用时，由于点光源12所出射的光线的能量分布并不均匀，一般情况下光线会集中于中心位置，边缘所出射的光线较少。因此，本发明实施例提供的上述背光模组中，在点光源12的出光侧设置散射透镜13，可将点光源12所出射的光线发散，使得透过散射透镜13后，光线在出光面的各方向上均有分布，且各方向光线能量分布基本相等。而本发明实施例提供的上述背光模组中，还在散射透镜13的出光侧设置准直部件，且准直部件的入光面为一向内凹陷的曲面，采用曲面入光面的设计，与平面的入光面相比，可以使来自于各方向的光线在入射到准直部件14的入光面时的入射角减小，从而光线透过准直部件14向折射率相对较低的空气等介质中出射时不会在界面发生全反射，而使绝大部分光均准直出射，有效提高了发光单元的光利用率。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图2所示，散射透镜13为具有发散作用的负性透镜，且该发散透镜(散射透镜13)的入光面以及出光面的曲率以及厚度的变化的，这样根据折射定律，在已知点光源12的光线的出射角度的前提下，可以使光线透过散射透镜13之后向偏离法线的方向有所发散，从而达到各出光角度的光线基本均等目的。理想状态下本发明实施例提供的上述散射透镜可以实现0-90度内光光能量均匀分布。在具体制作过程中，散射透镜13可以采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等树脂或玻璃材料来制作，本发明实施例不对透镜所作用的材料进行具体限定。
进一步地，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图3a所示，准直部件14可为菲涅尔透镜。如图3a所示，菲涅尔透镜(作为准直部件14)的入光面仍为曲面结构，且该曲面结构包括多个同心凸起圆环141，其俯视图参见图3b；凸起圆环141面向圆心一侧的表面1411涂覆有反光材料。由于光线再经过上述的散射透镜13后向各方向发射，将凸起圆环141的内侧表面1411涂覆反光材料，可以使大角度入射到菲涅尔透镜内侧表面1411的光线向内侧反射，可选地，可将各凸起圆环的带有反光材料的侧壁设置为竖直方向，从而最终光线只能以准直出射而不会有大角度出射的光线，提高了光线的利用率。
作为一种优选的实施方式，在本发明实施例提供的上述背光模组中，所述点光源12位于菲涅尔透镜(作为准直部件14)的焦点处。由透镜的基本性质可知，由焦点处发出的光线经过菲涅尔透镜之后准直出射，准直效果最佳。
由此，在本发明实施例提供的上述背光模组中，每个发光单元采用如图2所示的发散透镜(作为散射透镜13)以及如图3a所示的菲涅尔透镜(作为准直部件14)的结构如图4所示。点光源12、发散透镜(作为散射透镜13)以及菲涅尔透镜(作为准直部件14)的底部可通过胶体粘合在基板11上。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图5a所示，点光源12具有封装结构；封装结构的侧壁121内部涂覆有反光材料。封装结构的侧壁可垂直于点光源所在的平面下互连接围成封闭形状，封装结构的上侧为向外侧凸出的透光性材料。如图5b所示，当点光源12出射的大角度的光线向封装结构中涂覆有反光材料的侧壁121出射时，会被侧壁121反射回来，再次向相反的方向出射，在经过封装结构内部的有限次反射后，点光源12所发射的光线只能以发散程度较小的光束向上出射，提高光效。
在实际应用中，上述的点光源12封装结构的侧壁可至少为三个，例如，可为3个、4个或6个等，为了便于制作，可将封装结构的侧壁设置为垂直于基板11，那么带有封装结构的点光源在基板11的正投影可为正多边形结构。
而实际应用时，还需要根据显示装置的尺寸来设置点光源12个数，例如，在可穿戴显示设备中显示装置的尺寸一般较小，因此，可选用单个点光源12即可满足背光需求；而在显示装置尺寸较大，如液晶电视等情况时，将可将点光源阵列排布。如图6a所示，为4个具有4个封装侧壁的点光源(即图中的LED1-LED4)在基板的正投影的图形。此外，带有不同数量封装侧壁的点光源还可按照图6b和图6c所示的方式进行排布。如图6b所示，点光源具有3个封装侧壁构成正三角形，则10个点光源(LED1-LDE10)的侧壁相互贴合可形成如图6b所示的结构。当点光源具有6个封装侧壁构成正六边形时，7个点光源(LED1-LED7)可构成如图6c所示的图形。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述背光模组中，如图7所示，该背光模组还包括：用于驱动各点光源12发光的驱动电路板15，驱动电路板15位于各点光源12与基板11(图中未示出)之间。此外，背光模组还包括：位于驱动电路板15与所述基板11之间的导热板16；导热板16背离驱动电路板15的表面为锯齿形或波浪形。其中，驱动电路板15和导热板16可通过导热胶相互固定，且将导热板16的表面设置为锯齿形或波浪形可有利于驱动电极板15的散热。在具体制作过程中，可以采用石墨烯等高效热传输的材料来制作上述导热板，有利于热量的快速散失。
进一步地，可采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)控制电路来调节各发光单元的亮度。具体地，发光单元的亮度调节即为对点光源的亮度调节，以下以LED作为点光源为例，对亮度调节的过程进行简要说明。如图8所示，本发明实施例提供的上述背光模组的驱动电路板部分可包括：连接LED的驱动电路151，分别与驱动电路151连接的电源152以及PWM控制电路153，用于使用者操作的亮度调节开关154。PWM控制电路通过脉冲方波的占空比来控制施加到LED电流大小来实现亮度调节的。例如，当前LED的亮度为最大值，则此时脉冲方波的占空比为100％，如果这时使用者操作亮度调节开关154想到控制LED的亮度减弱时，则PWM控制电路则减小占空比，如减小到60％、50％等，连接LED的驱动电路则减小提供给LED的电流到与当前PWM占空比相对应的大小，从而实现LED亮度的减弱。亮度增强的调节过程与上述减弱过程类似，此处不再赘述。
本发明具体实施例还提供了一种显示装置，该显示装置包括上述任一背光模组以及位于背光模组出光面的液晶显示屏。该液晶显示屏可为液晶面板、液晶显示器、液晶电视等。
本发明实施例提供的上述显示装置还可应用于头盔悬浮显示设备等可穿戴显示设备。头盔悬浮显示设备一般尺寸较小，包括微型液晶显示面板、高亮度背光模组以及驱动控制电路三部件，在具体应用时采用单个发光单元即可作为背光模组提供光源。
本发明实施例提供的背光模组及显示装置，包括至少一个发光单元；发光单元包括：基板，设置在基板上的点光源，散射透镜以及准直部件；其中，准直部件的出光面为平面结构，入光面为向内凹陷的曲面结构；准直部件与基板之间形成中空区域，点光源位于中空区域内；散射透镜位于点光源与准直部件之间。散射透镜可以将发光单元所发射的光线向出光面的各方向偏折，使得在出光的各方向的光线能量基本相等。准直部件的入光面为向内凹陷的曲面结构，可以使光线在入射到准直部件上时的入射角减小，从而使光线透过准直部件向空气等低折射率介质中入射时不会发生全反射，而使绝大部分光均准直出射，有效提高了发光单元的光利用率。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种背光模组，其特征在于，包括：至少一个发光单元；
所述发光单元包括：基板，设置在所述基板上的点光源，散射透镜以及准直部件；其中，
所述准直部件的出光面为平面结构，入光面为向内凹陷的曲面结构；
所述准直部件与所述基板之间形成中空区域，所述点光源位于所述中空区域内；所述散射透镜位于所述点光源与所述准直部件之间。
2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述散射透镜为发散透镜。
3.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述准直部件为菲涅尔透镜；
所述菲涅尔透镜的曲面结构包括多个同心凸起圆环；所述凸起圆环面向圆心一侧的表面涂覆有反光材料。
4.如权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述点光源位于所述菲涅尔透镜的焦点处。
5.如权利要求1-4任一项所述的背光模组，其特征在于，所述点光源具有封装结构；所述封装结构的侧壁内部涂覆有反光材料。
6.如权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述封装结构的侧壁在所述基板的正投影为正多边形。
7.如权利要求1-4任一项所述的背光模组，其特征在于，还包括：用于驱动各所述点光源发光的驱动电路板，所述驱动电路板位于各所述发光单元与基板之间。
8.如权利要求7所述的背光模组，其特征在于，还包括：位于所述驱动电路板与所述基板之间的导热板；
所述导热板背离所述驱动电路板的表面为锯齿形或波浪形。
9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的背光模组。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为头盔悬浮显示装置。
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