CN110346862B - 显示装置及其背光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示装置及其使用的背光模块。背光模块包含有准直光源及导光板。导光板具有相对的底面及顶面，并具有分别连接于底面及顶面端部的入光面以接收来自准直光源的准直光。底面自与入光面连接的端部往顶面倾斜。底面上布设有多条并排且沿入光面延伸的第一凹槽。第一凹槽具有第一受光面，其具有朝向顶面并同时远离入光面斜向延伸的第一端。相较于较接近入光面的第一受光面，较远离入光面的第一受光面的第一端在入光面垂直投影位置更接近于顶面。

Description

显示装置及其背光模块
技术领域
本发明系关于一种背光模块及使用其的显示装置；具体而言，本发明系关于一种可提供准直背光的背光模块及使用其的显示装置。
背景技术
平面及曲面显示装置已被广泛地应用于各式的电子装置之中，例如移动电话、个人穿戴装置、电视、交通工具用主机、个人电脑、数码相机、掌上型电玩等。然而随着解析度、窄边框、薄型化等规格要求的不断提高，显示装置内的光学设计也随之受到考验。
以液晶显示装置为例，其光学表现通常与设置于显示面板后方的背光模块息息相关。在某些设计中，需要使用较为准直的背光源来配合前方的显示面板，以达成预计的光学效果。传统中准直背光的设计均采用直下式的背光模块设计，在于光源上方设置光学膜片以调整出光的准直度。然而此一方式往往会增加模块厚度，或需设计较多数量的光源来达成，因此均有需要改善的空间。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种背光模块及显示装置，具有准直或近似准直的背光。
本发明的另一目的在于提供一种背光模块，可以较少的光源数量产生准直或近似准直的背光。
本发明的另一目的在于以侧入光的设计产生准直的背光。
显示装置包含背光模块及显示面板，其中显示面板设置于背光模块输出背光的一侧。背光模块包含有准直光源及导光板。准直光源提供准直光。导光板具有相对的底面及顶面，并具有分别连接于底面及顶面端部的入光面。入光面朝向准直光源设置，以接收来自准直光源的准直光。底面相对于顶面倾斜，且自与入光面连接的端部往顶面倾斜。
底面上布设有多条第一凹槽，这些第一凹槽系相互并排设置，且分别沿着入光面的长方向延伸。第一凹槽具有较靠近入光面的第一受光面。第一受光面于朝向顶面延伸且向远离入光面的方向倾斜，且第一受光面具有朝向该顶面的第一端。相较于较接近入光面的第一受光面的第一端，较远离入光面的第一受光面的第一端在入光面垂直投影位置更接近于顶面。当准直光自入光面进入导光板后，即可由不同的第一受光面靠近第一端的位置加以反射经过顶面离开导光板而形成准直背光。
附图说明
图1为背光模块的实施例元件爆炸图；
图2为导光板的实施例剖视图；
图3为图2所示实施例的局部放大图；
图4为图2所示实施例的局部放大图；
图5为另一导光板的实施例剖视图；
图6为另一导光板的实施例剖视图；
图7为另一导光板的实施例剖视图；
图8为在顶面加设凹槽的另一导光板的实施例剖视图；
图9为在顶面加设凹槽的另一导光板的实施例剖视图；
图10为准直光源的实施例剖视图；
图11为另一准直光源的实施例示意图；
图12为显示装置的实施例剖视图。
其中，附图标记：
10 背光模块
30 显示面板
50 量子点彩色膜层
100 准直光源
110 光源
111 发光面
130 准直透镜
150 隔板
300 导光板
301 底面
303 顶面
305 入光面
3051 长方向
310 第一凹槽
311、3111、3113 第一受光面
313 第一壁面
320 第二凹槽
321 第二受光面
323 第二壁面
330 第三凹槽
331 第三受光面
333 第三壁面
350 连接面
400 反射材料
510、511、513 第一端
520 第二端
600 壳体
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例并配合图式以说明本发明所公开的连接组件的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。然而，以下所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围，在不悖离本发明构思精神的原则下，本领域技术人员可基于不同观点与应用以其他不同实施例实现本发明。在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”或“耦合”系可为二元件间存在其它元件。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本文的教导。
此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”或“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下面”或“下面”可以包括上方和下方的取向。
本文使用的“约”、“近似”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”或“实质上”可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。
本发明提供一种背光模块，其较佳可应用于显示装置上。本发明亦提供使用上述背光模块的显示装置，较佳包含液晶显示面板或电泳显示面板等非自发性显示面板；且较佳可应用于电脑显示器、电视、监视器、车用主机上。此外，显示装置亦可运用于其他电子装置上，例如作为手机、数码相机、掌上型游乐器等的显示屏幕。
图1所示为背光模块的一实施例立体爆炸图。如图1所示，背光模块10包含有准直光源100及导光板300。准直光源100提供准直光，并入射至导光板300之内。较佳而言，准直光的光线行进方向实质上为平行或近似平行，其光线可由发光二极管或其他光源产生，再经透镜或其他装置调校以使其准直化。导光板300具有相对的底面301及顶面303，并具有分别连接于底面301及顶面303端部的入光面305。入光面305面朝向准直光源100输出光线的一侧，以接收来自准直光源100的准直光进入导光板300内。准直光自入光面305进入导光板300后，至少部分因底面301的反射而自顶面303出射以离开导光板300。在一实施例中，背光模块也可包含有壳体600，而导光板300则设置于壳体600内，其中壳体600例如为吸光材质，以吸收方向偏斜的杂散光线，增加光线的准直度。
图2所示为图1所示背光模块实施例的导光板300的剖面示意图。如图2所示，顶面303例如为一平面且实质上垂直入光面305。此外，底面301相对于顶面303倾斜，且自与入光面305连接的端部往顶面303倾斜；换言之，底面301较远离入光面305的部分会与顶面303较为靠近。底面301与顶面303的延伸方向夹有第一角度θ1，于一实施例中，第一角度θ1不大于5度，例如可以介于1度及2度之间。上述底面301的延伸方向较佳可以底面301两端连线的延伸作为代表。
如图2所示，底面301上布设有多条第一凹槽310，这些第一凹槽310系相互并排设置，且分别沿着入光面305的长方向(即图2中进入纸面方向)延伸。换言之，由于底面301相对于顶面303倾斜，因此越靠近入光面305的第一凹槽310与顶面303的距离越远。第一凹槽310系可以滚压、印刷、切削、蚀刻或其他不同的物理性或化学性制程形成于底面301上。
图3所示为图2所示剖面的局部放大图。如图3所示，第一凹槽310可具有较靠近入光面305的第一受光面311及较远离入光面305的第一壁面313。第一受光面311朝向顶面303并同时远离入光面305方向延伸，第一受光面311具有朝向顶面303的第一端510，因此第一受光面311相对于入光面305倾斜，且越接近第一凹槽310凹陷底部时越远离入光面305。第一受光面311例如为平面，但不以此为限；此外，第一受光面311长方向(进入纸面方向)的长边平行于入光面305的长方向。
如图3所示，在此实施例中，第一壁面313的端部与第一端510连接，因此第一壁面313与第一受光面311例如共同夹成为V形剖面的沟槽，第一壁面313端部与第一端510连接处即为V形剖面沟槽的谷底位置，且沿着入光面305的长方向(进入纸面的方向)延伸。此外，在此实施例中，第一受光面311具有与第一端510相对的第二端520。至少部分第二端520与相邻的另一第一凹槽310的第一壁面313端部相连接，而形成突棱线。在本实施例中，由于每一第一凹槽310均与相邻第一凹槽310紧连，因此除了设于边缘的第一凹槽310中的第一受光面311外，其余第一受光面311的第二端520均与相邻的第一凹槽310的第一壁面313相连接。然而在不同的实施例中，部分的相邻第一凹槽310之间亦可能夹有其他例如平面的结构而未紧密相连，则第一受光面311的第二端520亦不会与相邻第一凹槽310的第一壁面313相连接，因此会有其他部分第二端520与相邻的另一第一凹槽310的第一壁面313端部相连接，而形成突棱线。相对应地，第一壁面313的端部亦同于上述理由，而可能有至少部分会与相邻第一凹槽310中第一受光面311的第二端520相连接。在图3所示的剖面上，同一第一凹槽310的第一受光面311与第一壁面313不一定需要具有相同的长度；此外，两者与顶面303或底面301所夹的角度亦不需相互对称。
如图3所示，第一受光面3111较另一第一受光面3113远离入光面305。第一受光面3111的第一端511在入光面305上具有垂直投影P1，而第一受光面3113的第一端513在入光面305上具有垂直投影P2，垂直投影P1较垂直投影P2的位置更接近于顶面303。具体而言，垂直投影P1及垂直投影P2分别为入光面305上的两条投影线，而垂直投影P1与顶面303间的距离较垂直投影P2为短。藉由此一设置，相对于来自入光面305的准直光L而言，后方的第一受光面3111会高于前方的第一受光面3113。当准直光L自入光面305进入导光面300后，即可由不同的第一受光面311靠近第一端510的位置加以反射朝向顶面303前进。换言之，当部分光线越过前方的第一受光面3113第一端513上方时，仍可为后方的第一受光面3111所反射。因此入射的准直光得以在导光板300的不同位置被反射出光，以达到光线均匀化同时维持准直特性的效果。藉由此一设置，可在不需采直下式背光设计的状况下产生准直背光，以达到减少光源使用量的功效。
如图4所示，在此剖面上，第一受光面311的延伸方向与入光面305的延伸方向间夹有第一锐角φ1。较佳而言，第一锐角φ1系等于45度。然而在不同实施例中，第一锐角φ1亦可大于或小于45度，例如介于30度至60度之间。
图5所示为导光板300的另一实施例。在此实施例中，第一受光面311上可设置有反射材料400。反射材料400可以为金属或其他材质，且可以涂布、贴附或其他方式设置于第一受光面311上。此外，反射材料400可布设于第一受光面311的部分或全部表面上。如图5所示，反射材料400系布设于第一受光面311的部分，其覆盖了第一端510但未延伸至第二端520。于此实施例中，相对于入射的准直光而言，反射材料400至少覆盖了第一受光面311突出于在前第一受光面311第一端510的部分。藉由此一设置，可进一步加强第一受光面311对光线的反射效果，且第一锐角φ1较不受导光板300材质临界角的限制。
图6所示为导光板的另一实施例。在此实施例中，相邻的二第一凹槽310间夹设有连接面350。换言之，第一受光面311的第二端520不会直接连接到前一第一凹槽310的第一壁面313端部，而是由连接面350分别连接第二端520与第一壁面313的端部。于一实施例中，多个连接面350系相互平行。此外，多个连接面350亦可以为共面，以形成底面301。在不同实施例中，不同的连接面350亦可以具有不同的宽度，例如在较远离入光面305时可以具有较小的连接面350宽度，以增加第一凹槽310分布的密度。
图7所示为导光板300的另一实施例。在此实施例中，第一壁面313实质上与入光面305垂直或与顶面303为平行。第一壁面313的两端分别与在前(相对于入光面305)的第一受光面311的第一端510及在后的第一受光面311的第二端520连接。由于第一壁面313实质垂直于入光面305，因此其与第一受光面311所夹成的V形剖面的底角为大于90度的钝角。藉由调整第一壁面313的长度，即可较佳地改变第一凹槽310的分布密度。
图8所示为导光板300的另一实施例。在此实施例中，第一受光面311与入光面305所夹的第一锐角φ1大于45度。此外，在顶面303上布设有多条第二凹槽320，这些第二凹槽320系相互并排设置，且分别沿着入光面305的长方向(即图8中进入纸面方向)延伸。第二凹槽320系可以滚压、印刷、切削、蚀刻或其他不同的物理性或化学性制程形成于顶面303上。如图8所示，第二凹槽320具有较靠近入光面305的第二受光面321。第二受光面321以朝向底面301延伸并同时远离入光面305的方向倾斜，因此越接近第二凹槽320凹陷底部时越远离入光面305。第二受光面321例如为平面，但不以此为限；此外，第二受光面321长方向(进入纸面方向)的长边平行于入光面305的长方向。另外，上述顶面303的延伸方向较佳可以顶面303两端连线的延伸作为代表。
在此实施例中，当准直光线L经第一受光面311反射后，其行进方向较佳在朝顶面303前进时同时偏向远离入光面305的方向。当光线抵达第二受光面321后，则可因第二受光面321的倾斜角度而产生折射被导向较接近垂直顶面303的方向出光。
如图8所示，第二凹槽320并具有较远离入光面305的第二壁面323。第二壁面323系与第二受光面321的一端相连接例如以形成V形剖面凹槽。于一实施例中，第二壁面323系例如平行于入光面305，以减少反射光线接触到第二壁面323的机会，但不以此为限，第二壁面323与入光面305所夹的角度亦可经过设计而减少反射光线接触第二壁面323的机会。
此外，于一实施例中，第二壁面323与第二受光面321的夹角α1例如为：
90度-abs(atan(n*sin(θ)/(1–n*cos(θ))))
其中：
n：导光板的折射率
θ＝((第一锐角φ1)*2-90度)
藉由上述设计，可使反射光线被导回接近垂直于顶面303的出光角度。此外，亦可藉由减少光线抵达第二壁面323的机会而提高光线使用的效率。
图9所示为导光板300的另一实施例。在此实施例中，第一受光面311与入光面305所夹的第一锐角小于45度。此外，在顶面303上布设有多条第三凹槽330，这些第三凹槽330系相互并排设置，且分别沿着入光面305的长方向(即图9中进入纸面方向)延伸。第三凹槽330系可以滚压、印刷、切削、蚀刻或其他不同的物理性或化学性制程形成于顶面303上。如图9所示，第三凹槽330具有较远离入光面305的第三受光面331。第三受光面331以朝向底面301延伸并同时接近入光面305的方向倾斜，因此越接近第三凹槽330凹陷底部时越接近入光面305。第三受光面331较佳为平面，但不以此为限；此外，第三受光面331长方向(进入纸面方向)的长边平行于入光面305的长方向。
在此实施例中，当准直光线经第一受光面311反射后，其行进方向较佳在朝顶面303前进时同时偏向靠近入光面305的方向。当光线抵达第三受光面331后，则可因第三受光面331的倾斜角度而产生折射被导向较接近垂直顶面303的方向出光。
如图9所示，第三凹槽330并具有较接近入光面305的第三壁面333。第三壁面333系与第三受光面331的一端相连接例如以形成V形剖面凹槽。于一实施例中，第三壁面333系例如平行于入光面305，以减少反射光线接触到第三壁面333的机会，但不以此为限，第三壁面333与入光面305所夹的角度亦可经过设计而减少反射光线接触第三壁面333的机会。
此外，于一实施例中，第三壁面333与第三受光面331的夹角α2例如为：
90度-abs(atan(n*sin(θ)/(1–n*cos(θ))))
其中：
n：导光板的折射率
θ＝(90度-(第一锐角φ1)*2)
藉由上述设计，可使反射光线被导回接近垂直于顶面303的出光角度。此外，亦可藉由减少光线抵达第三壁面333的机会而提高光线使用的效率。
图10所示为准直光源的实施例。在此实施例中，准直光源100包含光源110及准直透镜130。光源110较佳为发光二极管晶片，但不以此为限。此外，也可以多个光源110设置于长条状电路板上以形成光条。每一光源110具有一发光面111，准直透镜130则设置于发光面111与导光板300的入光面305之间。准直透镜130较佳为菲涅耳透镜(Fresnel Lens)，但不以此为限。光源110自发光面111产生的光线例如具有锥形光场，亦即光场形状会向外张开，而光线在经过准直透镜130后，其行进方向则导向接近于平行，而产生近于准直的效果。
图11所示为准直光源的另一实施例。在此实施例中，准直光源100包含多个光源110及多个隔板150。多个光源110系沿着入光面305的长方向3051分布，例如可设置于平行入光面305的长条状电路板上以形成光条。多个隔板150较佳系平行并排设置，因此可形成多个长条形的隔间，而多个光源110则分别位于这些隔间的一端。换言之，每个隔板150系设置于相邻的二光源110之间，且延伸在光源110的发光面111与导光板300的入光面305之间。隔板150系由吸光材质形成，因此当离开发光面111的光线接触隔板150时，其部分或全部会被隔板150吸收而不会反射。换言之，最后离开这些长条形隔间而抵达入光面305的光线将大部分或全部为准直光。此外，也可与前一实施例并用，而将图10中的准直透镜130设置于每一隔间中，以进一步提升准直的效果。
图12为包含上述背光模块的显示装置。如图12所示，显示装置包含有背光模块10及显示面板30。显示面板30系设置在导光板300的顶面303上。在一实施例中，当准直光进入导光板300后经由第一受光面311反射穿过顶面303后即直接进入显示面板30。换言之，在顶面303与显示面板30之间将不再加设其他属于背光模块的光学膜片，例如扩散膜或增亮膜等。然而显示面板30为控制影像显示所需的膜片则仍有可能附属于显示面板30上，例如偏光片等。此外，在此实施例中，显示面板30中例如设有量子点彩色膜层50，当准直光进入量子点彩色膜层50后，即会激发其中的量子点而产生不同的色光以达到彩色显示的需求。由于准直光具有较佳的准直性，其相较于杂散光源而言较不易产生漏光，因此可减少因漏光打到非预期区域中的量子点而产生非预期色光的可能性，以提升各像素显示颜色的纯度。
藉由上述的设计，可达到以较少光源数量而产生准直背光的效果。特别是当显示装置尺寸较大时，上述的设计有利于减少光源的使用量，同时达到节省能源的效果。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于申请专利范围的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种背光模块，其特征在于，包含：
一准直光源，产生一准直光；以及
一导光板，具有相对的一底面及一顶面，并具有一入光面分别连接该底面的端部及该顶面的端部，该入光面朝向该准直光源设置以接收该准直光；
其中，该底面自与该入光面连接的端部往该顶面倾斜，该底面的延伸方向与该顶面的延伸方向夹有一第一角度；该底面上具有并排设置且分别沿该入光面的一长方向延伸的多条第一凹槽，每一该第一凹槽具有较靠近该入光面的一第一受光面；每一该第一受光面于朝向该顶面延伸且向远离该入光面的方向倾斜，每一该第一受光面具有朝向该顶面的一第一端；其中，较远离该入光面的该第一受光面的该第一端于该入光面上的垂直投影，相较于较靠近该入光面的该第一受光面的该第一端于该入光面上的垂直投影，系较接近该顶面；
其中，每一该第一凹槽的该第一受光面的延伸方向与该入光面的延伸方向夹有一第一锐角，该第一锐角大于45度，该顶面上具有并排设置且分别沿该入光面的该长方向延伸的多条第二凹槽，每一该第二凹槽具有较接近该入光面的一第二受光面；每一该第二受光面于朝向该底面延伸且向远离该入光面的方向倾斜，每一该第二凹槽具有较远离该入光面的一第二壁面与该第二受光面相连接，该第二壁面平行于该入光面；
该第二壁面与该第二受光面夹的角度为
90度-abs(atan(n*sin(θ)/(1–n*cos(θ))))
(n:该导光板的折射率，θ＝((该第一锐角)*2-90度))。
2.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，每一该第一凹槽具有一第一壁面与该第一受光面相连接，该第一受光面的该第一端与该第一壁面的端部连接以夹成一V形剖面沟槽的谷底位置。
3.如权利要求2所述的背光模块，其特征在于，至少部分该些第二端与相邻的另一该第一凹槽的该第一壁面连接。
4.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，相邻的二该第一凹槽间夹设有一连接面。
5.如权利要求2所述的背光模块，其特征在于，每一该第一凹槽的该第一壁面系实质上垂直该入光面，每一该第一凹槽的该第一壁面的一端与该第一端连接，至少部分该些第一壁面的另一端则与相邻的另一该第一凹槽的该第一受光面的相对于该第一端的一第二端连接。
6.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，进一步包含一壳体，该导光板系设置于该壳体内；其中，该壳体系由吸光材质制成。
7.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该准直光源包含：
一光源，具有一发光面；以及
一准直透镜，设置于该发光面及该导光板的该入光面之间。
8.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该准直光源包含：
多个光源，每一该光源具有一发光面；以及
多个隔板，分别设置于二相邻的该些光源之间；其中，每一该隔板系延伸于该些发光面及该导光板的该入光面之间，该些隔板系由吸光材质制成。
9.一种显示装置，其特征在于，包含：
如权利要求1至权利要求8中任一所述的背光模块；以及
一显示面板，设置于该导光板的该顶面上。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，该准直光经该第一受光面反射再经过该顶面后直接进入该显示面板。
11.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，该显示面板包含一量子点彩色膜层。
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