CN107357084A

CN107357084A - 一种液晶显示装置

Info

Publication number: CN107357084A
Application number: CN201710675428.XA
Authority: CN
Inventors: 李富琳; 宋志成; 李�浩
Original assignee: Qingdao Hisense Electronics Co Ltd
Current assignee: Qingdao Hisense Electronics Co Ltd
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2017-11-17

Abstract

本发明申请提供的一种液晶显示装置，包括液晶面板，所述液晶面板包括依次层叠设置的量子点彩色像素层、上偏振片、液晶开关单元和下偏振片，所述量子点彩色像素层包括红色子像素单元、绿色子像素单元与蓝色子像素单元。该显示装置还包括设置在所述液晶面板下方的背光模组，所述背光模组包括背板与设置在所述背板上的发光器件，所述发光器件包括LED发光器件与设置在所述LED发光器件上方的光学准直器件。根据拉赫不变量，通过在LED发光器件上方设置光学准直器件，使光线出射孔径增大，从而背光的出光角度减小，光线实现了一定程度的准直出射，进而改善了液晶面板在对画面显示时因背光出光角度较大带来的像素间颜色串扰问题。

Description

一种液晶显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种液晶显示装置。

背景技术

目前一种液晶电视新型的显示方式中，采用量子点彩色像素层直接替换传统液晶面板中的滤色片，主要包括红色子像素单元、绿色子像素单元与蓝色子像素单元，其中，红色子像素单元设置红色量子点材料；绿色子像素单元设置绿色量子点材料；蓝色子像素单元不设置量子点材料或设置蓝色量子点材料。当蓝色背光照射在红、绿和蓝三种像素单元上时，蓝色子像素单元中蓝色背光直接透过发射蓝光；绿色子像素单元中的量子点材料吸收蓝光转换成绿光，红色子像素单元中的量子点材料吸收蓝光转换成红光。

由于量子点材料在受激发发射荧光时，会改变光线的物理传导性质和偏振方向，尤其是采用偏振蓝光进行激发时，量子点材料发射的荧光为非偏振状态，由此，使得量子点材料制备的液晶面板与传统的彩色滤光片制备的液晶面板结构不同，需要进行偏振片位置的调整，使液晶面板依次层叠设置为量子点彩色像素层、上偏振片、液晶层与下偏振片。

其中，上偏振片、液晶层、下偏振片三层贴合在一起主要用于控制所透过光的光强，量子点彩色像素层接收到不同强度光的激发，产生不同亮度的颜色显示。本发明人在实现上述液晶面板过程中发现，由于背光出光有一定发散角度，且将上偏振片置于在量子点彩色像素层与液晶层之间的新型量子点面板结构，由于其结构发生改变，会带来量子点液晶面板中不同像素间颜色的串扰严重问题。

像素间颜色串扰具体可参照图1所示，以显示绿色子像素为例，绿色子像素单元122 对应于液晶层111的液晶开关单元处于开的状态，红色子像素单元121和蓝色子像素单元 123对应的液晶开关单元处于关闭状态，然而，背光发光器件100提供的背光出光角度较大，蓝色背光经过下偏振片110、液晶层111与上偏振片112处理后，发散角度较大光线仍可照射到相邻的红色子像素单元121与蓝色子像素单元123处，以致使红色子像素单元 121也会受到通过蓝色背光激发产生红光，以及经过蓝色子像素单元123的光线直接透过，从而使用于显示绿色像素的激发光线会进入相邻其他颜色子像素单元中，显示绿色时掺杂有红色与蓝色，进而降低了色纯度。同理，红色子像素和子蓝色像素也会存在颜色串扰的问题。

针对上述像素间颜色串扰问题，主要利用各个子像素间黑色矩阵(即BM区)以阻止相邻子像素之间光线串扰。为了提高黑色矩阵的阻止效率，常规可选择两种方法解决：1、直接增加各个子像素间黑色矩阵的宽度，扩大黑色矩阵对发散光线阻止范围；2、减少量子点彩色像素层与液晶层之间的上偏振片以及其他基板层等厚度，以缩小发散光线在水平方向偏移距离，使得偏移距离在该黑色矩阵阻止范围内，这样，更有利于黑色矩阵以阻止相邻子像素之间光线串扰。

然而，一方面，实际上提升显示亮度是显示技术普遍要求，尤其分辨率在不断提高情况下，显示像素面积占可视区域的比例不断降低，导致显示亮度进一步降低，因而，为提高显示亮度则需要增加液晶面板有效显示面积占比，相应地需要尽量减小像素间黑色矩阵的占比，这样，行业普遍做法却是需要改进技术以减少黑色矩阵大小来提升显示亮度；另一方面，偏振片通常为一种复合膜层结构，其厚度一般大于100微米，一般通过改进制备工艺及材料进一步减小其厚度，但其改进难度极大。通常情况下，现有常规BM区的宽度已可达到20微米或以下，相对在现有液晶显示设备中已知厚度的偏振片来讲，其已有宽度的BM区对相邻像素光线的隔离作用有限，即使突破偏振片的结构形态或制备工艺来降低其厚度，也很难有效解决偏振片厚度带来颜色串扰问题的影响。

发明内容

为了改善现有技术中液晶面板在对画面显示时，由于背光发光角较大带来的像素间颜色串扰问题，本发明申请提供一种液晶显示装置。

本发明提供一种液晶显示装置，包括液晶面板和背光模组，其中，所述液晶面板包括：液晶层，在所述液晶层上侧和下侧对应配置上偏振片和下偏振片，以及量子点彩色像素层，所述量子点彩色像素层配置在所述上偏振片上方，且所述量子点彩色像素层包括若干个相间排列的多种颜色子像素单元以及在所述子像素单元之间黑色矩阵；

所述背光模组包括发光器件、扩束镜以及其他背光组件，其中，所述发光器件用于提供所述液晶面板显示图像所需光线，所述扩束镜对所述发光器件出射光线进行扩束和准直处理。

与现有技术相比，本申请实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

本发明申请提供的一种液晶显示装置，所述背光模组包括发光器件、扩束镜以及其他背光组件，其中，所述发光器件用于提供所述液晶面板显示图像所需光线，所述扩束镜对所述发光器件出射光线进行扩束和准直处理。由于输入负透镜的光线扩散作用和输出正透镜的光线准直作用，发光器件数量较少的情况下，首先通过输入负透镜将光线扩散以增加激光光线的出射范围，然后在通过输入负透镜对光线扩散后的散射光线进行准直，保证光线平行出射，进而解决了液晶面板出现的颜色串扰问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术，描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中像素间颜色串扰示意图；

图2为本申请一个实施例中提供一种液晶显示装置的结构示意图；

图3为本申请一个实施例中液晶显示装置的光学显示原理示意图；

图4为本申请一个实施例中的均匀性光学原理示意图；

图5为本申请另一个实施例中提供一种液晶显示装置；

图6为本申请另一个实施例中提供一种发光器件的结构示意图；

图7为本申请中另一个实施例中发光器件的光路分布示意图；

图8为本申请另一个实施例中液晶显示装置的光学改善效果示意图；

图9为本申请另一个实施例中发光器件提供一种变形例的结构示意图；

图10为本申请另一个实施例中一种发光器件变形例的光路分布示意图；

图11为申请中再一个实施例中提供一种液晶显示装置的背光模组结构示意图；

图12为本申请再一个实施例中提供一种扩束板实施例的结构示意图；

图13为本申请再一个实施例中提供一种准直板实施例的结构示意图；

图14为图11中一种液晶显示装置的一种变形例。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的，“上”、“下”、“水平”、“竖直”等指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位进行构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明或者隐含的包括一个或者更多个该技术特征。

如图2所示，液晶显示装置200，包括液晶面板和背光模组。

液晶面板包括：液晶层210，在液晶层210上侧和下侧对应配置上偏振片211和下偏振片212，以及量子点彩色像素层220。

其中，液晶层210中通过TFT驱动电路控制每个像素对应液晶开关单元中液晶分子的扭转方向，配合上偏振片211和下偏振片212以控制透射每个像素的光量。

以及在上偏振片211上表面配置有量子点彩色像素层220，量子点彩色像素层220包括若干个相间排列的多种颜色子像素单元以及各个子像素单元之间黑色矩阵224，其中，黑色矩阵224用于吸收光线，以阻止各个相邻子像素单元之间光线串扰，各子像素单元分别可由透射的激发光线激发产生荧光或直接透射，产生所需对应颜色的光线。

多种颜色子像素单元包括红色子像素单元221、绿色子像素单元222和蓝色子像素单元223。当然，为提高显示效果需要，也可以设置其他颜色子像素单元，如：白色子像素单元(图2中未示出)。

示例的，采用蓝色发光器件时，根据量子点激发发光原理，绿色子像素单元222中封装有绿色量子点材料，以及红色子像素单元221中封装有红色量子点材料，蓝色子像素单元223可以让蓝色激发光直接透射，也可按照需要封装其他蓝色量子点材料。当然，可以采用波长更短和能量更强的其他激发光作为发光器件，如：紫外光等。

背光模组包括发光器件230和其他背光组件，其中，发光器件用于提供液晶面板显示图像所需光线。在本申请中实施例中仅示出本申请发明相关的结构部件，以说明本申请具体实施过程，本领域技术人员可以根据需要设置其他光学组件等背光组件，如：光学基板以及其他光学膜片等；以及本申请其他实施例中具体设置的光学准直器件、或扩散部件等。

为了保证各个颜色子像素单元之间不会发生颜色串扰问题，即是要尽量避免透射各子像素单元对应的液晶开关单元后光线进入其相邻的子像素单元中，防止各子像素间光线相互串扰。如图3所示，为防止红色子像素单元221对应液晶开关单元所控制的光线进入蓝色子像素单元223或绿色子像素单元222中，使得从红色子像素单元221对应液晶开关单元中以最大角度出射光线不得进入相邻的绿色子像素222中。

因此，为了减少各个子像素之间光线串扰可能，则从液晶层出射光线的发散角度φ1 需要满足公式要求：φ1≤arctan(L/H1)，如图3所示，L为各子像素单元之间黑矩阵的宽度，H1为液晶层的上表面至量子点彩色像素层下表面的高度。其中，当黑色矩阵的宽度不同时，L为各子像素单元间的黑色矩阵的最小宽度。

如上述公式可知，为了尽量扩大出射光线的发散角度φ1的最大有效取值范围，根据上述公式可知，可增大各子像素单元之间黑色矩阵的宽度L，或减小液晶层的上表面至量子点彩色像素层下表面的高度H1。但是，发明人发现，尤其4K或8K等更高分辨率的液晶面板中，黑色矩阵的面积占比已经成为影响上述高分辨率液晶面板的显示效率关键因素，尤其显示亮度为需要突破的技术瓶颈，必须将黑色矩阵的宽度控制在100um以下，甚至追求至20um以下制备工艺。

进一步的，为了减小液晶层上表面至量子点彩色像素层下表面的高度H1，受已有偏振片制备工艺和材料的瓶颈限制，通常H1为100～900um。若制备厚度为100um以下的偏振片，需要突破已有偏振片的制备材料及工艺的技术瓶颈，即便其制备材料和工艺、甚至结构有重大突破，相对于继续改进黑色矩阵以缩小宽度而言，对扩大出射光线的发散角度φ1的最大值取值范围作用也是有限的，因此，将从液晶层出射光线的发散角度限制在较小范围为一种有效解决方案。

因此，本发明人经过大量研发实验，来寻求有效减小从液晶层出射光线的发散角度φ 1的有效解决方案。其中，在实验过程中，发明人发现显示分辨率、显示亮度以及光线出射发散角度φ1三者之间关系，对颜色串扰产生影响非常复杂，不是经过简单推理可获知一种线性关系。如当液晶面板分辨率提高时，其显示亮度会由于黑色矩阵面积占比相对提高会导致显示亮度降低，在该条件下，按照常规逻辑推理上述L和H1未发生不变，因此，φ1的最大可能取值也不会发生变化，进而串扰率不会变化。然而，实际实验中发明人发现，在显示分辨率提高一定程度时，颜色串扰问题会加重，说明出射光线的发散角度φ1 最大取值范围却相对减小了。

进一步的，在采用减小从液晶层出射光线的发散角度φ1一些解决方案中，然而，在实验过程中发明人发现，当液晶层出射光线的发散角度φ1减小时，显示亮度均匀性会出现明显恶化现象。因此，发明人实验过程中，又面临保持液晶面板的显示亮度均匀性与提高从液晶层出射光线的发散角度φ1之间矛盾，成为需要解决又一技术难题。

如图3所示，以点阵式发光器件作为发光器件230的直下式背光模组为例，其中，发光器件230布设在液晶面板下方，如LED发光器件。为了达到背光照射至液晶层为均匀的目的，则需要多个LED发光器件照射至液晶层有较好的混光特性。

如图3所示，当LED发光器件的光线入射至液晶面板下表面时，该光线发散角度φ2，则需要满足φ2≥arctan(0.5*D/H2)，其中，D为相邻两个发光器件发光面的中心间距，H2为任一发光器件发光面至液晶面板下表面的距离。

综上所述，一方面，为了减轻各种颜色子像素之间颜色串扰，则需减小从液晶层上表面出射光线的发散角度，另一方面，又要保持射向液晶面板下表面上光照度均匀性，则需要提高发光器件出射光线的发散角度。因此，为了解决两方面之间技术矛盾，突破该技术瓶颈，发光器件的光线入射至液晶面板时发散角度φ2，则需要满足arctan(0.5*D/H2)≤φ2≤arctan(L/H1)。

示例的，当L＝20um，H1＝100um时，arctan(L/H1)＝11.3°，那么，使发光器件光线从液晶层上表面出射时的最大发散角度，需要在0≤φ1≤11.3°范围内取值。以及为了提高面板显示均匀性，较佳的，则φ2取φ1取值范围中最大值，这样，φ2取值可以为 11.3°，即：使得arctan(0.5*D/H2)＝11.3°，则D/H2最大可取值为0.4，其可为设计背光模组的混光距离以及灯间距参数提供依据。设计人员可在D/H2≤0.4范围内，选择合适LED发光器件的亮度规格以满足亮度设计需求，以及选择合适的LED发光器件的发散角度，或合适背光结构以限制出射光线的发散角度，在上述选择基础上合理设计LED发光器件间的灯间距D和该发光器件至液晶面板下表面之间的混光距离H2，以实现最大可能优化产品显示性能。

进一步的，发明人发现在产品设计过程中，当选择一种液晶面板时，如何为液晶面板设计满足性能需求的背光模组，通常为一种需要实际解决的技术问题。

第一步：需要通过液晶面板参数，确定从液晶层出射光线的最大可能发散角度φ1max，即：满足φ1max＝arctan(L/H1)关系。

第二步：使得发光器件光线入射至液晶层的发散角度φ2≤φ1max，即满足φ2≤arctan(L/H1)。

第三步：由于φ2最小取值是由arctan(0.5*D/H2)确定的，这样，需要满足arctan(0.5*D/H2)≤arctan(L/H1)，即：D/H2≤2*L/H1。

在本实施例中，L为各子像素之间黑矩阵的宽度，H1为液晶层上表面至量子点彩色像素层下表面的高度,通过液晶面板可以确定的参数L和H1，以公式D/H2≤2*L/H1来确定背光模组的混光特性，混光特性即为参数D和H2关系，其中，D为相邻两个发光器件发光面的中心间距，H2为任一发光器件的发光面至液晶面板下表面的距离。

进一步的，如图4所示，为了保证接收面照度的均匀性，相邻的两个发光器件在接收面的照射范围必须有一定的交叠范围，如图中B区域。

以图4为例进行说明如下：单个发光器件直接照射到液晶面板上时，在该液晶面板上某一目标点光照度与该发光器件的发光强度成正比，与该发光器件表面至该目标点之间距离的平方成反比，以及与该发光器件发光表面的法线和该目标点照射光束所形成夹角的余弦成正比，即：该目标点光照度E(φ)满足公式：E(φ)＝I(φ)*cosφ/d²,其中,I(φ) 为发光器件的光强分布，φ为与该发光器件发光表面的法线和该目标点照射光束所形成夹角，d为该发光器件发光表面至该目标点之间距离。

如图4中，示例的，区域A中一点光学照度：E(φ)＝I(φ)*cosφ/d²，其中，d＝H/cos φ,H为该发光器件发光面与该液晶面板下表面之间的距离，因此，可得E(φ)＝I(φ)*cosφ/d²＝I(φ)*cos³φ/H²。

以显示均匀性要求达到70％以上为例进行说明如下，若整个光接收面的均匀性要满足 70％以上要求。

一方面，若两个发光器件之间的连线中心位置正对的光接收面位置处为光线较暗区域，则其接收到的单个发光器件的光照度，需要达到发光器件0°出射光线对应光接收面的照度E0的35％以上，这样，两个发光器件在连线处的中心位置处的叠加光照度则可以达到E0的70％以上。

则需要满足以下条件：E(φ)≥0.5*70％*E(0°)，即：I(φ)*cos3φ/H≥0.35*I(0°)/H2，简化得：I(φ)*cos³φ≥0.35*I(0°)，根据上述式可求得φ的最大值φ max，则I(φmax)*cos³φmax＝0.35*I(0°)。

另一方面，两个发光器件的连线中心位置正对的光接收面位置处为光线较亮区域时，则发光器件0°出射光线对应接收面的照度E0，要达到两个发光器件的连线中心位置正对的接收面位置处的照度70％以上。

则需要满足以下条件：E(φ)≤0.71*E(0°),即:I(φ)*cos3φ/H2≤0.71*I (0°)/H2，简化得：I(φ)*cos3φ≤0.71*I(0°)，根据上述式可求得φ的最小值φ min，则I(φmin)*cos3φmin＝0.71*I(0°)。

综上所述，若发光器件的光强分布为I(φ)，以及显示均匀性要求a％以上时，则两个发光器件在连线处的中心位置处对应在一元面的接收面上目标点处光束发射角为φ，则满足公式：I(φmax)*cos³φmax＝0.5*a％*I(0°)，以及I(φmin)*cos³φmin＝0.5/a％*I(0°)。

进一步的，若LED发光器件为例进行说明，则LED发光器件发光能量为朗伯分布，则I(φ)＝I₀*cosφ，其中，I₀为发光的0°方向光线光强值,其为一固定值,则接收面接收到单个LED发光器件的照度分布为E(φ)＝I(φ)*cos³φ/H＝I₀*cos⁴φ/H。

以图3为例进行说明，若实现接收面均匀性达到70％以上，则需要满足：

E(φ1)≥35％*E(0°)，即：cos4φ1≥0.35，求得φ1max≈39.5°，那么0.5*D/H2 ≤tan39.5°≈0.82，即D/H2≤1.64。

以及E(φ1)≤0.71％*E(0°)即cos4φ1≤0.71，求得φ1min≈23.5°，那么0.5*D/H2 ≥tan23.5°≈0.43，即D/H2≥0.86。

因此，若发光器件发光能量为朗伯分布时，则背光模组的混光特性需要满足：0.86≤D/H2≤1.64，其中D为相邻两个发光器件发光面的中心间距，H2为任一发光器件的发光面至液晶面板下表面的距离。

如图2中，为了进一步提高发光器件230照射到液晶面板上照度均匀性，以及尽可能减小入射至该液晶层上光线的入射角度，以减轻像素间颜色相互串扰问题，本申请实施例的液晶显示装置中，设置对发光器件出射光线进行准直预处理的光学准直器件，以及对从该光学准直器件中出射光线能量实现扩散匀化，可使在光线接收面上的照度更加均匀分布，以使D/H₂值会增加2～3倍以上，因此，在采用光学准直器件的液晶显示装置中，可满足1.72≤D/H₂≤4.92。

该光学准直器件用于将发散光线变成接近平行光线的一种光学器件，如凸透镜等。

需要说明的是，在增加对发光器件出射光线准直处理的液晶显示设备中，一方面，可以使发光器件设计上有更大可设计空间，对发光器件出射光线的能量分布进行扩散匀化，提高液晶显示装置的显示均匀性，另一方面，由于对发光器件出射光线进行准直处理，使得从液晶层出射光线发散角度变小，可以减小各个像素之间颜色串扰问题。

为了进一步规范本实施例中光学准直器件的参数要求，如图3所示，要求从发光器件光线经光学准直器件进行准直处理后，光线出射角度φ3需要满足：φ3≤arctan(L/H1)，其中，L为各子像素之间黑矩阵的宽度，H1为液晶层的上表面至量子点彩色像素层下表面的高度。

更进一步的，如图5所示，显示装置包括液晶面板500和用于提供背光的背光模组400，液晶面板500与背光模组400相对，且液晶面板500设置在背光模组400上方。

液晶面板500包括依次层叠设置的量子点彩色像素层520、上偏振片512、液晶层511 和下偏振片510，量子点彩色像素层520包括若干个相间排列的多种颜色子像素单元和各个颜色子像素之间黑色矩阵，其中，多种颜色子像素单元包括红色子像素单元521、绿色子像素单元522与蓝色子像素523单元，其中，红色子像素单元521设置红色量子点材料，绿色子像素单元522设置绿色量子点材料，蓝色子像素单元523不设置量子点材料或设置蓝色量子点材料。

若采用蓝色背发光器件，则蓝色背光经过下偏振片510处理后，通过液晶层511中每个液晶开关单元开关控制处理，再透过上偏振片512照射在红、绿和蓝三种像素单元上，红色子像素单元521中的红色量子点材料吸收蓝光能够转换成红光，绿色子像素单元522中的绿色量子点材料吸收蓝光能够转换成绿光，蓝色子像素单元523中蓝色背光可以直接透过发射蓝光。上偏振片512、液晶层511、下偏振片510三层贴合在一起主要用于控制所透过光的光强，量子点彩色像素层接收到不同强度光的激发，会产生不同亮度的颜色显示。

背光模组400包括背板420和设置在背板上方的多个发光器件410，其中，本实施例中发光器件410的具体结构可参照图6所示，包括LED发光器件200和光学准直器件300，光学准直器件300设置在LED发光器件200上方。

本实施例中光学准直器件300包括支撑架310和位于支撑架间的准直器320，准直器 320包括入光面321和出光面322。其中，入光面321与出光面322分别呈圆周对称。

其中，准直器320的入光面321上的斜率不同，为凸面。

优选的，入光面321分三段设计，顺序包括斜率为负的第一子入光面321a、斜率为零的第二子入光面321b和斜率为正的第三子入光面321c，出光面322设置为平面。

如图7所示，第一子入光面321a与支撑架310内表面间的夹角为∠0，第三子入光面321c与第一子入光面321a相互对称。

具体地，经第一子入光面321a，入射角最大的光线与入射角最小的光线所成的夹角为 ∠A；第二子入光面321b两端的入射光线所成的夹角为∠B；经第三子入光面321c，入射角最大的光线与入射角最小的光线所成的夹角为∠C。

示例地，某一条入射光线经第一子入光面321a入射，该入射光线与竖直方向的夹角为∠1，与第一子入光面321a法线之间的夹角为∠2；经折射后，折射光线与第一子入光面321a法线之间的夹角为∠3，与出光面322法线之间的夹角为∠4；经出光面出射后，出射光线与出光面法线间的夹角为出射角∠5。

图7中∠6为另一条入射光线经第一子入光面321a入射，然后经出光面322出射后，出射光线与出光面法线所成的出射角。

进一步地，已知折射率n与∠1，假设已知∠0，则：

∠2＝∠1+90°-∠0

进一步地，根据折射定律：sin∠2＝n*sin∠3

进一步地，∠3＝arcsin(sin∠2/n)＝arcsin[sin(∠1+90°-∠0)/n]

进一步地，∠4＝∠3-(90°-∠0)＝arcsin[sin(∠1+90°-∠0)/n]-90°+∠0

进一步地，根据折射定律：sin∠5＝n*sin∠4

进一步地，

∠5＝arcsin(n*sin∠4)＝arcsin{n*sin{arcsin[sin(∠1+90°-∠0)/n]-90°+∠0}}

示例地，对于另一条入射光线，∠1发生变化，同理可推出∠6与∠0的关系：

∠6＝arcsin{n*sin{arcsin[sin(∠1+90°-∠0)/n]-90°+∠0}}

具体地，以上所述公式中∠1为给定值，当∠1＝(∠A+∠B+∠C)/2时，光线入射角最大，该角度入射的光线，经过本实施例中的准直结构出射后，出射角∠5为负斜率方向上的最大角；当∠1＝∠B/2时，光线入射角最小，该角度入射的光线，经过本实施例中的准直结构出射后，出射角∠6为正斜率方向上的最大角。

进一步优选的，本实施例中的光学准直器件，给定第二子入光面两端入射光线所成的夹角∠B，准直器第一子入光面与支撑架内表面间的夹角∠0满足：上述经第一子入光面入射，经出光面出射，负斜率方向上的最大出射角∠5的大小与正斜率方向上的最大出射角∠6的大小相等，均等于∠B的一半。

关于本领域液晶面板与背光模组的其他组成部分已为本领域的技术人员所熟知，可参考本领域的现有技术，在此不做详细的说明。

与现有技术相比，本实施例提供的液晶显示装置，通过在LED发光器件上方设置光学准直器件，该准直结构的准直器出光面为平面，入光面顺序设置负斜率入光面、平面、正斜率入光面三段，从而增大了光线的出射孔径，根据光学中的拉赫不变量，出射孔径增大，光线的出光角度必然减小，从而光线实现了一定程度上的准直出射，进而改善了液晶面板在对画面显示时因背光出光角度太大导致的不同像素单元间颜色串扰问题，改善颜色串扰问题的示意图如图8所示。

进一步的，参照图9所示，光学准直器件300包括支撑架310和设置在支撑架间的准直器320，准直器320包括入光面321和出光面322，且入光面321与出光面322分别呈圆周对称，另外本实施例提供的发光器件入光面321的结构和第一子入光面321a与支撑架310内表面间的夹角所满足的条件推导过程已在实施例一中详细描述，此处不再赘述。

进一步地，出光面322顺序包括第一正斜率出光面322a、第一负斜率出光面322b、平面322c、第二正斜率出光面322d和第二负斜率出光面322e。

具体地，第一正斜率出光面322a与第一负斜率出光面322b的分界点一设置在光线经过第一子入光面321a折射后，与竖直方向夹角为零的折射光线所对应的出光面位置；第一负斜率出光面322b与平面322c的分界点二设置在光线经过第二子入光面321b折射后，与竖直方向夹角最大的负斜率方向上的折射光线所对应的出光面位置；平面322c与第二正斜率出光面322d的分界点三设置在光线经过第二子入光面321b折射后，与竖直方向夹角最大的正斜率方向上的折射光线所对应的出光面位置；第二正斜率出光面322d与第二负斜率出光面322e的分界点四设置在光线经过第三子入光面321c折射后，与竖直方向夹角为零的折射光线所对应的出光面位置。分界点一和分界点二分别与分界点四和分界点三相互对称。

如图10所示，第一正斜率出光面322a、第一负斜率出光面322b、第二正斜率出光面322d与第二负斜率出光面322e设计的原则为，保证经过入光面折射后折射角最大的折射光线，在经出光面出射时，出射光线能够与出光面垂直，从而保证光线从光密介质进入光疏介质时折射角不会变大。

与现有技术相比，本实施例提供的一种用于提供背光的发光器件，一方面根据光学中的拉赫不变量，通过在LED发光器件上方设置准直结构，该准直结构的准直器入光面设置负斜率入光面、平面、正斜率入光面三部分，从而增大了光线的出射孔径，减小了光线的出光角度；另一方面出光面通过在特定位置处设置正斜率出光面和负斜率出光面，使经过入光面折射后折射角最大的折射光线，在经过出光面出射时，出射光线与出光面垂直，从而保证了光线从光密介质进入光疏介质时折射角不会变大，进而实现了背光的小角度出光，实现了光线一定程度上的准直出射。

本申请中一个实施例中，为了提高显示均匀性，或者增大混光特性D/H2的取值，可以对发光器件的光线预先进行扩散处理，在发光器件上置光线扩散透镜，如凹透镜等。以及光线准直透镜，对扩散光线进行准直处理，其中，光线准直透镜的准直角度φ3，需要满足公式φ3≤arctan(L/H1)要求，L为所述黑矩阵的宽度，H1为液晶层的上表面至量子点彩色像素层下表面的高度。

本申请中一个实施例提供另一种液晶显示装置，其中，该实施例中液晶显示装置中液晶面板部分与上述实施例相同，不再赘述。此外，在该实施例中另提供一种将发光器件进行扩散的背光模组，如图11所示，本实施例中发光器件可是发散角很小、准直度比较高特点，如：激光发光器件，或在LED上方设置准直透镜的发光器件，该背光模组具体包括发光器件21、扩束镜，扩束镜对所述发光器件出射光线进行扩束和准直处理。发光器件 21为间隔布设的多个，用于为背光模组提供背光发光器件。

扩束镜包括输入负透镜和输出正透镜。其中，输入负透镜如凹透镜、输出正透镜如凸透镜。

其中，扩束镜中输入负透镜可对发光器件的光线进行扩束处理，提高点光源发光器件的光束的光斑直径，增加多个点光源的发光器件的光线交叉重叠可能性，以提升显示均匀性。

具体的，如图12所示，本实施例中可以在发光器件21的上方设置有扩束板22，以及，如图13所示，在扩束板22上方设置有准直板23。其中，扩束板22上与多个发光器件对应设置有多个输入负透镜221，以及准直板23上与多个发光器件对应设置有多个输出正透镜231。

优选的，若使得输入负透镜221的像方焦点、输出正透镜231的物方焦点以及发光器件21的中心三者重合，使发光器件21的出射光线依次经过扩束板22上的输入负透镜221和准直板23上的输出正透镜231，实现对发光器件21出射光线的扩散以及进一步的准直。根据原理可知，位于透镜焦点发出的光，经过透镜后光线平行出射，根据此原理以及光路可逆的原理，若凹平透镜的像方焦点与平凸透镜的物方焦点重合，那么，平行光经过凹平透镜发散后，再经过平凸透镜后仍然平行出射，本领域技术人员可以根据有关透镜的工作原理理解，在本实施例不再赘述。

为实现本发明的最佳效果，本实施例中提供一些优选实施方案。

进一步地，依据透镜的工作原理以及发光器件21的出射光线近似平行的特点，输入负透镜221设计为凹透镜，既输入负透镜221包括入光面一侧为凹面的第一子入光面，出光面一侧为平面的第一出光面；输出正透镜231设计为凸透镜，既输出正透镜231包括入光面一侧为平面的第二子入光面，出光面一侧为凸面的第二出光面。

发光器件21的出射光线依次经过为凹面的第一子入光面和为平面的第一出光面，实现发光器件21的发散，在发光器件21数量较少的情况下，有效的增大了发光器件21出射光线的范围，然后经发散后的发光器件21光线依次经过为平面的第二子入光面和为凸面的第二出光面，实现对发光器件21的准直。

进一步地，为高效利用发光器件21，发光器件21的大小、输入负透镜221的大小和输出正透镜231的大小依次增大，使发光器件21的出射光线全部通过扩束板22上的输入负透镜221结构，既在设置扩束板22第一子入光面上的凹面时，应保证发光器件21光线出射范围小于第一子入光面上凹面的大小。

以及由于发光器件21的光线经输入负透镜221进行发散后，发光器件21的光线由原来的平行光线转变为自散射透镜出射的散射光线，因此散射光线的出射范围相较初始光线明显增大，同样，为增加该散射光线的利用率，保证该散射光线全部入射进准直板23上的输出正透镜231，第一子入光面上的凹面小于第二出光面上凸面的大小。

进一步地，在实现发光器件21与第一子入光面上的凹面以及第二出光面上的凸面一一对应的基础上，为保证背光模组提供的发光器件均匀且尽量减少使用发光器件21的布设数量，本实施例中的发光器件21为均匀间隔布设的多个，相应的，输入负透镜221和输出正透镜231为均匀间隔布设的多个，具体数量应根据液晶面板的大小，以及扩束板 22上第一子入光面上凹面的设置大小、准直板23上第二出光面上凸面的设置大小来设置，最终达到用尽量少的激光发光器件，实现为整个显示画面提供背光发光器件的目的。

可选地，同样也是为了减少发光器件21光线经扩束板22和准直板23后的光线损失，优选的，扩束板22和准直板23的材质包括光学透过率较高的亚克力(PMMA)材质、聚碳酸酯(PC)材质。

本实施例提供一种显示装置，包括液晶面板和背光模组，其中，背光模组包括发光器件、依次间隔设置在发光器件上方的扩束板和准直板，扩束板，由对应发光器件设置的输入负透镜构成，用于对发光器件进行扩散；准直板，由对应发光器件设置的输出正透镜构成，用于对发光器件进行准直；输入负透镜的像方焦点、输出正透镜的物方焦点以及发光器件的中心三者重合。本实施例提供的背光模组中，通过在发光器件上方依次设置具有扩散作用的扩束板和准直板，具体的，扩束板由具有光线散作用的输入负透镜构成，准直板由具有光线准直作用的输出正透镜构成。由于输入负透镜的光线扩散作用和输出正透镜的光线准直作用，发光器件数量较少的情况下，首先通过输入负透镜将光线扩散以增加激光光线的出射范围，然后在通过输入负透镜对光线扩散后的散射光线进行准直，保证光线平行出射，进而解决了液晶面板出现的颜色串扰问题。

综上所述，本发明申请提供的一种液晶显示装置，包括液晶面板，液晶面板包括依次层叠设置的量子点彩色像素层、上偏振片、液晶开关单元和下偏振片。其中，量子点彩色像素层包括红色子像素单元、绿色子像素单元与蓝色子像素单元。该显示装置还包括设置在所述液晶面板下方的背光模组，背光模组包括背板与设置在其上方的发光器件，该发光器件包括LED发光器件和设置在其上方的光学准直器件。根据拉赫不变量，通过在LED 发光器件上方设置光学准直器件，使光线出射孔径增大，从而背光的出光角度减小，光线实现了一定程度的准直出射，进而改善了液晶面板在对画面显示时因背光出光角度较大带来的像素间颜色串扰问题。

以及本申请中一个实施例提供另一种液晶显示装置的变形例，不同

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明汇总的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同的替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种液晶显示装置，包括液晶面板和背光模组，其中，所述液晶面板包括：液晶层，在所述液晶层上侧和下侧对应配置上偏振片和下偏振片，以及量子点彩色像素层，其特征在于，

所述量子点彩色像素层配置在所述上偏振片上方，且所述量子点彩色像素层包括若干个相间排列的多种颜色子像素单元以及在所述子像素单元之间黑色矩阵；

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述扩束镜进行准直处理后光线发散角度φ3，需要满足公式φ3≤arctan（L/H1）要求，L为所述黑矩阵的宽度，H1为液晶层的上表面至量子点彩色像素层下表面的高度。

3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述扩束镜包括与发光器件对应设置的多个输入负透镜和多个输出正透镜。

4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述输入负透镜的像方焦点、所述输出正透镜的物方焦点以及所述发光器件的中心在所需预设范围内。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述输入负透镜包括入光面一侧为凹面的第一子入光面，出光面一侧为平面的第一出光面；所述输出正透镜包括入光面一侧为平面的第二子入光面，出光面一侧为凸面的第二出光面。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述激光光源的大小、所述输入负透镜的大小和所述输出正透镜的大小依次增大。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，多个所述输入负透镜形成在一个扩束板上，多个所述输出正透镜形成在一个准直板上。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述扩束板和所述准直板的材质包括光学透过率较高的亚克力（PMMA）材质或聚碳酸酯（PC）材质。

9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，发光器件为激光发光芯片。

10.如权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于，所述激光发光芯片上方设置有准直透镜。