CN108845460B - 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，包括光源以及设置于光源出光侧的多个出光口；在各出光口内均设有聚光光栅；聚光光栅包括：位于中心的圆形的第一光栅部，以及包围第一光栅部且依次向外扩张分布的多个环形的第二光栅部；第一光栅部以及第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝。在背光模组的每个出光口内设置聚光光栅，第一光栅部和第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝，可将对应的出光口出射的光线由各个角度会聚到某指定位置。因此在不增大遮光层面积的前提下可以增大出光口的尺寸，使得更多的光线由背光模组中取出，由此有效提高光能利用率，增加显示亮度。

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
新型液晶显示(Liquid Crystal Display，简称LCD)技术中，有一种基于液晶透镜(LC LENS)的灰阶显示技术，基本结构如图1所示，由背光模组11，背光模组出光侧的液晶盒12，以及液晶盒上侧的彩膜层13构成。背光模组11出射的光线通过液晶盒12之后向彩膜层13入射。当液晶盒12不施加电信号时，从背光模组中出射的光线经过液晶盒之后入射至其上方的彩膜层的遮光区域上，被遮光材料完全吸收，此时呈现暗态；当液晶盒施加电信号时，可以驱动液晶层形成液晶透镜，从而改变原本入射到遮光区域的光线的出射方向，使其向遮光区域以外的区域出射，此时呈现亮态。对液晶层施加不同的电信号可实现多灰阶显示。
背光模组11的出光口的大小受限于其对应的遮光区域的大小，遮光区域设置尺寸过大则会影响显示装置的开口率，因此现有的显示装置的光效受限于遮光区域的尺寸，显示装置的光能利用率有待提高。
发明内容
本发明提供了一种背光模组及显示装置，用以提高光能利用率。
第一方面，本发明提供一种背光模组，包括：光源以及设置于所述光源出光侧的多个出光口；在各所述出光口内均设有聚光光栅；
所述聚光光栅包括：位于中心的圆形的第一光栅部，以及包围所述第一光栅部且依次向外扩张分布的多个环形的第二光栅部；
所述第一光栅部以及所述第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝；
所述聚光光栅，用于将对应的所述出光口出射的光线会聚到指定位置。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述背光模组中，所述光源包括多个点光源，所述背光模组还包括：位于各所述点光源出光侧的光学膜片；
多个所述出光口为所述光学膜片上设置的与各所述点光源一一对应的出光口。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述背光模组中，第一光栅部的光栅周期固定，每个所述第二光栅部的光栅周期固定，各所述第二光栅部的光栅周期不相等；
所述第一光栅部的光栅周期大于任一所述第二光栅部的光栅周期；各所述第二光栅部的光栅周期随着各所述第二光栅部与所述第一光栅部之间的距离的增大而减小。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述背光模组中，所述第一光栅部的光栅周期沿着圆形半径方向由中心到边缘逐渐减小；
每个所述第二光栅部的光栅周期均随着与所述第一光栅部之间的距离的增大而减小。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述背光模组中，所述背光模组包还括导光板，所述光源位于所述导光板的侧面；
多个所述出光口为所述导光板出光面上设置的多个出光口。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述背光模组中，所述第一光栅部的光栅周期随着与所述光源之间的距离的增大而减小；
每个所述第二光栅部的光栅周期均随着与所述光源之间的距离的增大而减小。
第二方面，本发明提供一种显示装置，包括上述任一背光模组，以及位于所述背光模组出光侧的显示面板；
所述显示面板包括：多个像素单元，各所述像素单元与所述背光模组的各出光口一一对应；
所述像素单元包括：第一公共电极层，位于所述第一公共电极层背离所述背光模组一侧的第一电极层，位于所述第一电极层背离所述第一公共电极层一侧的第二电极层，位于所述第一电极层和所述第二电极层之间的液晶层，位于所述第二电极层背离所述液晶层一侧的第二公共电极层，位于所述第二公共电极层背离所述第二电极层一侧的彩膜层，以及位于所述彩膜层背离所述第二公共电极层一侧的基板；其中，
所述彩膜层包括：位于中心的遮光区域以及包围所述遮光区域的透光区域；
所述聚光光栅，用于将所述出光口出射的光线会聚到对应的所述彩膜层的遮光区域；
所述第一公共电极层、所述第一电极层、所述第二公共电极层和所述第二电极层，用于被施加电信号，使所述液晶层等效为微透镜结构，使经过所述聚光光栅的光向对应的所述彩膜层的透光区域入射。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述显示装置中，所述第一电极层包括多个平行排列的条状的第一透明电极；所述第二电极层包括多个平行排列的条状的第二透明电极；
所述第一透明电极的延伸方向与所述第二透明电极的延伸方向相互垂直；
所述像素单元还包括：位于所述第一电极层与所述液晶层之间的第一配向层以及位于所述第二电极层与所述液晶层之间的第二配向层；
所述第一配向层的沟槽延伸方向与所述第一透明电极的延伸方向相互垂直；
所述第二配向层的沟槽延伸方向与所述第二透明电极的延伸方向相互垂直。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述显示装置中，所述液晶层的厚度大于相邻两个所述第一透明电极之间的间距；所述液晶层的厚度大于相邻两个所述第二透明电极之间的间距。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述显示装置中，所述像素单元还包括：位于所述背光模组与所述第一公共电极层之间的保护层，以及位于所述第二公共电极层与所述彩膜层之间的平坦化层。
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：光源以及设置于光源出光侧的多个出光口；在各出光口内均设有聚光光栅；聚光光栅包括：位于中心的圆形的第一光栅部，以及包围第一光栅部且依次向外扩张分布的多个环形的第二光栅部；第一光栅部以及第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝；聚光光栅，用于将对应的出光口出射的光线会聚到指定位置。在背光模组的每个出光口内设置聚光光栅，该聚光光栅由位于中心的圆形第一光栅部和多个包围第一光栅部的环形第二光栅部构成。第一光栅部和第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝，可将对应的出光口出射的光线由各个角度会聚到某指定位置。因此在不增大遮光层面积的前提下可以增大出光口的尺寸，使得更多的光线由背光模组中取出，由此有效提高光能利用率，增加显示亮度。
附图说明
图1为现有技术中显示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的背光模组的截面结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的聚光光栅的俯视结构示意图之一；
图4为本发明实施例提供的聚光光栅的俯视结构示意图之二；
图5为本发明实施例提供的背光模组的截面结构示意图之二；
图6为本发明实施例提供的聚光光栅的俯视结构示意图之三；
图7为本发明实施例提供的显示装置的截面结构示意图之一；
图8为本发明实施例提供的第一电极层和第二电极层的俯视结构示意图；
图9为本发明实施例提供的显示装置的截面结构示意图之二。
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，用以提高光能利用率。
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2所示，本发明具体实施例提供了一种背光模组，包括：光源21以及设置于光源出光侧的多个出光口22；在各出光口22内均设有聚光光栅23。
具体地，如图3所示，聚光光栅23包括：位于中心的圆形的第一光栅部231，以及包围第一光栅部231且依次向外扩张分布的多个环形的第二光栅部232；第一光栅部231以及第二光栅部232的透光狭缝均为环形透光狭缝。在具体实施时，聚光光栅23，用于将对应的出光口22出射的光线会聚到指定位置。
本发明实施例提供的上述背光模组适用于指向型的液晶显示装置。在背光模组的每个出光口内设置聚光光栅，该聚光光栅由位于中心的圆形第一光栅部和多个包围第一光栅部的环形第二光栅部构成。第一光栅部和第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝，可将对应的出光口22出射的光线由各个角度会聚到某指定位置。那么在液晶盒在不施加电信号时，各出光口22的出射光线被会聚到显示面板的遮光层所在区域，此时显示装置呈现暗态；在液晶盒实施电信号的情况下，液晶层中的液晶分子在电场作用下翻转使得液晶层等效为微透镜结构，从而使得原本会聚到遮光层的光线向透光区出射，此时显示装置呈现亮态；而通过施加不同的电信号，可以使原本会聚到遮光层的光线不同程度地向透光区出射，从而实现不同的灰阶显示。由于聚光光栅23可以将出光口出射的光线进行会聚，因此在不增大遮光层面积的前提下可以增大出光口的尺寸，使得更多的光线由背光模组中取出，由此有效提高光能利用率，增加显示亮度。
在一种可实施的方式中，如图2所示，在本发明实施例提供的上述背光模组中，光源21可包括多个点光源，背光模组还包括：位于各点光源出光侧的光学膜片24；上述多个出光口22为光学膜片24上设置的与各点光源一一对应的出光口。
出光口的出射光线呈中心对称式向外发散出射，位于中心位置的光线垂直入射聚光光栅23后垂直向外出射；而随着入射至聚光光栅23的入射角逐渐减小，若需要将这些光线均会聚到垂直入射的光线的出射位置，则需要针对每个入射角度的光线设置合适的光栅周期，从而使其能够以特定的衍射角度向外出射。
在具体实施时，可设置一个第一光栅部231和多个第二光栅部232；其中第一光栅部231可针对入射角为90度的光线，而第二光栅部232则针对由光源光线入射至最外圈第二光栅部边缘的入射角至90度的各角度的光线，而针对这区间内的每一度角可分别设置一个第二光栅部与之对应。例如，如果入射至第二光栅部的最小入射角为45度，则可针对45-89度的每一度设置一个第二光栅部与之对应，目的在于将每种入射角度的光线在入射聚光光栅后均能够向相同的设定位置会聚。
其中，如图3所示，第一光栅部231的光栅周期固定；每个第二光栅部232的光栅周期固定，各第二光栅部的光栅周期不相等；并且第一光栅部231的光栅周期大于任一第二光栅部232的光栅周期；各第二光栅部的光栅周期随着各第二光栅部与第一光栅部之间的距离的增大而减小。光栅周期的设置大小取决于光栅对于入射光线的角度的偏转角度大小，如果光栅需要对入射光线的角度偏转一较大的角度出射，则需要的光栅周期更小。在本发明实施例中，采用点光源入射到聚光光栅上的规律中心对称的趋势，且越入射到聚光光栅边缘位置的光线需要被偏折的角度越大，因此如果针对每种入射角度均设置第二光栅部，则需要越位于边缘的第二光栅部的光栅周期越小，越靠近中心的第二光栅部的光栅周期越大，而位于中心位置的第一光栅部的光栅周期大于任意一个第二光栅部的光栅周期。
除此之外，还可将聚光光栅设置为如图4所示的结构。第一光栅部231和第二光栅部232的光栅周期均采用渐变的形式以实现针对每种入射角度均可将入射光线会聚到指定位置。如图4所示，第一光栅部231的光栅周期沿着圆形半径方向由中心到边缘逐渐减小；每个第二光栅部232的光栅周期均随着与第一光栅部之间的距离的增大而减小。采用本发明实施例提供的上述渐变光栅的原理与上述采用如图3所示的聚光光栅的原理相同，不同之处在于，在采用如图3所示的聚光光栅结构时，需要针对每个关心的入射角度均设置一个第二光栅部与之对应；而采用如图4所示的聚光光栅结构时，则可针对若干入射角度区域设置少数几个第二光栅部，而在第一光栅部以及第二光栅部的内部通过改变光栅周期的方式来实现对各入射角度光线会聚到同一指定位置的技术效果。在实际应用中，可采用上述任一聚光光栅的结构，此处不做限定。
在另一种可实施的方式中，如图5所示，在本发明实施例提供的上述背光模组中，背光模组还包括：位于光源21出光侧的导光板25，光源21位于导光板25的侧面；上述多个出光口22为导光板25出光面上设置的多个出光口。
光源21出射的光线在导光板25内以设定的角度全反射，入射至每个出光口的光线的入射角度均为全反射角，因此出光口内的聚光光栅的作用为将光线以不同的衍射角向外出射，以使光线会聚到指定位置。当距离光源位置越近时，聚光光栅需要对入射光线进行偏转的角度越小，即衍射角越小；当距离光源位置越远时，聚光光栅需要对入射光线进行偏转的角度越大，即衍射角越大。因此，在具体实施时，本发明实施例提供的上述聚光光栅中，第一光栅部231的光栅周期随着与光源之间的距离的增大而减小；每个第二光栅部232的光栅周期均随着与光源之间的距离的增大而减小。以图5所示的情况为例，若光源21位于导光板的左侧，则光源21均位于各聚光光栅的左侧，则聚光光栅的俯视结构如图6所示，沿水平由左向右的方向，无论第一光栅部231还是第二光栅部232，各光栅的光栅周期逐渐变小。由此，可使入射到聚光光栅的光线均会聚至指定位置(对应的遮光层BM)。
基于同一发明构思，本发明实施列提供一种显示装置，如图7所示，该显示装置包括上述任一背光模组200，以及位于背光模组200出光侧的显示面板300。该显示装置可以为液晶面板、液晶显示器、液晶电视、手机、平板电脑、电子相册等显示装置。
具体地，如图7所示，显示面板300包括：多个像素单元P，各像素单元与背光模组200的各出光口22一一对应。
其中，像素单元P包括：第一公共电极层31，位于第一公共电极层31背离背光模组200一侧的第一电极层32，位于第一电极层32背离第一公共电极层31一侧的第二电极层33，位于第一电极层32和第二电极层33之间的液晶层34，位于第二电极层33背离液晶层34一侧的第二公共电极层35，位于第二公共电极层背离第二电极层一侧的彩膜层36，以及位于彩膜层36背离第二公共电极层35一侧的基板37。
其中，彩膜层36包括：位于中心的遮光区域361以及包围遮光区域361的透光区域362；聚光光栅23，用于将出光口出射的光线会聚到对应的彩膜层的遮光区域；第一公共电极层31、第一电极层32、第二电极层33和第二公共电极层35，用于被施加电信号，使液晶层34等效为微透镜结构，使经过聚光光栅25的光线对应的彩膜层35的透光区域352入射。
在具体实施时，液晶层34在不施加电信号时，聚光光栅23将出光口22的出射光线会聚至该出光口22对应像素单元的遮光区域361所在位置，此时显示装置呈现暗态；而当对第一公共电极层31、第一电极层32、第二电极层33和第二公共电极层35施加电信号后，第一电极层与第一公共电极层，第二电极层和第二公共电极层分别产生电场作用于液晶层34，使得液晶层34中的液晶分子在电场作用下发生不同程度地偏转，等效为微透镜结构，从而使得原本入射至遮光区域361的光线在微透镜的作用下向透光区域362入射，此时显示装置呈现亮态；通过对第一电极层32和第二电极层33施加不同的电信号，可实现不同灰阶的显示。
由于在背光模组的每个出光口内设置聚光光栅，该聚光光栅由位于中心的圆形第一光栅部和多个包围第一光栅部的环形第二光栅部构成。第一光栅部和第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝，可将对应的出光口出射的光线由各个角度会聚到某指定位置。因此在不增大遮光层面积的前提下可以增大出光口的尺寸，使得更多的光线由背光模组中取出，由此有效提高光能利用率，增加显示亮度。
在具体实施时，如图8所示的第一电极层32和第二电极层33的俯视结构示意图，第一电极层32包括多个平行排列的条状的第一透明电极321；第二电极层33包括多个平行排列的条状的第二透明电极331；第一透明电极321的延伸方向与第二透明电极331的延伸方向相互垂直。
此时，如图9所示，像素单元P还包括：位于第一电极层32与液晶层34之间的第一配向层38以及位于第二电极层33与液晶层34之间的第二配向层39；其中，第一配向层38的沟槽延伸方向与第一透明电极321的延伸方向相互垂直；第二配向层39的沟槽延伸方向与第二透明电极331的延伸方向相互垂直。
本发明实施例中的液晶层具有较大的厚度，且在实际应用中，对第一电极层32中的各第一透明电极321以及第一公共电极层31施加电信号，可以形成第一横向电场(如图9中的虚线表示电场方向)，对第二电极层33中的各第二透明电极331和第二公共电极层35施加电信号，可以形成第二横向电场(图中未示出)，这两个横向电场的方向相互垂直。由于液晶层34两侧的配向层的沟槽延伸方向相互垂直，则在第一横向电场和第二横向电场的作用下，液晶分子可以分成分别被两种横向电场所控制的两层液晶，由此，这两层液晶可以对相互垂直的两种偏振方向的光线均有所作用，那么在进行显示时，由聚光光栅取出的光线均可以被液晶层发散至透光区域，由此可以进一步地提高光能利用率，提高显示亮度。
为了避免两种方向相互垂直的横向电场对另一侧的液晶的干扰，可设置液晶层34的厚度远远大于相邻两个第一透明电极321之间的间距；液晶层34的厚度远远大于相邻两个第二透明电极331之间的间距。在实际应用中，当产生的纵向电场具有较大的压差时，位于液晶层中间位置的液晶分子将完全偏转以平行于纵向电场的方向，那么位于中间液晶层上侧的液晶分子可完全受控于上侧的横向电场，而位于中间液晶层下侧的液晶分子可完全受控于下侧的横向电场，避免两种横向电场的相互干扰。
在实际应用中，如图9所示，像素单元P还包括：位于背光模组200与第一公共电极层31之间的保护层41，以及位于第二公共电极层35与彩膜层36之间的平坦化层42。保护层41用于保护背光模组的聚光光栅结构，可采用透明绝缘性材料。平坦化层42可采用有机树脂材料，可将第二公共电极层35的表面平坦化，更易于彩膜层36的制作。
本发明实施例提供的背光模组及显示装置，包括：光源以及设置于光源出光侧的多个出光口；在各出光口内均设有聚光光栅；聚光光栅包括：位于中心的圆形的第一光栅部，以及包围第一光栅部且依次向外扩张分布的多个环形的第二光栅部；第一光栅部以及第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝；聚光光栅，用于将对应的出光口出射的光线会聚到指定位置。在背光模组的每个出光口内设置聚光光栅，该聚光光栅由位于中心的圆形第一光栅部和多个包围第一光栅部的环形第二光栅部构成。第一光栅部和第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝，可将对应的出光口出射的光线由各个角度会聚到某指定位置。因此在不增大遮光层面积的前提下可以增大出光口的尺寸，使得更多的光线由背光模组中取出，由此有效提高光能利用率，增加显示亮度。
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 (9)

1.一种背光模组，其特征在于，包括：光源以及设置于所述光源出光侧的多个出光口；在各所述出光口内均设有聚光光栅；
所述聚光光栅包括：位于中心的圆形的第一光栅部，以及包围所述第一光栅部且依次向外扩张分布的多个环形的第二光栅部；
所述第一光栅部以及所述第二光栅部的透光狭缝均为环形透光狭缝；
所述聚光光栅，用于将对应的所述出光口出射的光线会聚到指定位置；
所述光源包括多个点光源，所述背光模组还包括：位于各所述点光源出光侧的光学膜片；
多个所述出光口为所述光学膜片上设置的与各所述点光源一一对应的出光口。
2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一光栅部的光栅周期固定，每个所述第二光栅部的光栅周期固定，各所述第二光栅部的光栅周期不相等；
所述第一光栅部的光栅周期大于任一所述第二光栅部的光栅周期；各所述第二光栅部的光栅周期随着各所述第二光栅部与所述第一光栅部之间的距离的增大而减小。
3.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一光栅部的光栅周期沿着圆形半径方向由中心到边缘逐渐减小；
每个所述第二光栅部的光栅周期均随着与所述第一光栅部之间的距离的增大而减小。
4.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组还包括导光板，所述光源位于所述导光板的侧面；
多个所述出光口为所述导光板出光面上设置的多个出光口。
5.如权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述第一光栅部的光栅周期随着与所述光源之间的距离的增大而减小；
每个所述第二光栅部的光栅周期均随着与所述光源之间的距离的增大而减小。
6.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的背光模组，以及位于所述背光模组出光侧的显示面板；
所述显示面板包括：多个像素单元，各所述像素单元与所述背光模组的各出光口一一对应；
所述像素单元包括：第一公共电极层，位于所述第一公共电极层背离所述背光模组一侧的第一电极层，位于所述第一电极层背离所述第一公共电极层一侧的第二电极层，位于所述第一电极层和所述第二电极层之间的液晶层，位于所述第二电极层背离所述液晶层一侧的第二公共电极层，位于所述第二公共电极层背离所述第二电极层一侧的彩膜层，以及位于所述彩膜层背离所述第二公共电极层一侧的基板；其中，
所述彩膜层包括：位于中心的遮光区域以及包围所述遮光区域的透光区域；
所述聚光光栅，用于将所述出光口出射的光线会聚到对应的所述彩膜层的遮光区域；
所述第一公共电极层、所述第一电极层、所述第二公共电极层和所述第二电极层，用于被施加电信号，使所述液晶层等效为微透镜结构，使经过所述聚光光栅的光向对应的所述彩膜层的透光区域入射。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第一电极层包括多个平行排列的条状的第一透明电极；所述第二电极层包括多个平行排列的条状的第二透明电极；
所述第一透明电极的延伸方向与所述第二透明电极的延伸方向相互垂直；
所述像素单元还包括：位于所述第一电极层与所述液晶层之间的第一配向层以及位于所述第二电极层与所述液晶层之间的第二配向层；
所述第一配向层的沟槽延伸方向与所述第一透明电极的延伸方向相互垂直；
所述第二配向层的沟槽延伸方向与所述第二透明电极的延伸方向相互垂直。
8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述液晶层的厚度大于相邻两个所述第一透明电极之间的间距；所述液晶层的厚度大于相邻两个所述第二透明电极之间的间距。
9.如权利要求6-8任一项所述的显示装置，其特征在于，所述像素单元还包括：位于所述背光模组与所述第一公共电极层之间的保护层，以及位于所述第二公共电极层与所述彩膜层之间的平坦化层。
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