CN111610594B - 背光模组以及显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种背光模组以及显示装置。该背光模组包括背光源、导光板和设置在导光板上的光学器件，将光学器件划分为多个预设子区域，从导光板入射至显示面板的第一光线经光学器件的对应子区域形成偏转目标角度的第二光线。根据本申请实施例提供的技术方案，通过在导光板上设置光学器件，将光学器件划分为多个预设子区域，导光板发射的入射至显示面板的第一光线经光学器件的对应子区域的形成偏转对应目标角度的目标光线，能够解决带有透镜的VR显示装置的显示亮度不均衡问题。

Description

背光模组以及显示装置

技术领域

本公开一般涉及显示技术领域，尤其涉及背光模组以及显示装置。

背景技术

LCD背光模组特性表现为正视角亮度最高，亮度随视角增大逐渐降低，且此特性与PPI相关，PPI越高的模组，亮度随视角的衰减表现越明显。

尤其，在VR显示领域，LCD显示屏的光线通过透镜进入人眼。此时，LCD背光模组不同区域用于成像的主要光线的光强将不同。如图1所示，屏幕中心位置，是垂直于导光板的光强较强的光线作为成像的主要光线，而屏幕边缘并不是垂直于导光板的光强较强的光线作为成像的主要光线，从而导致中心视场亮，边缘视场暗的显示问题，影响VR显示的真实感和沉浸感。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种出射光具有预设偏转角度的背光模组以及显示装置。

第一方面，提供一种背光模组，背光模组包括背光源、导光板和设置在导光板上的光学器件，将光学器件划分为多个预设子区域，从导光板入射至显示面板的第一光线经光学器件的对应子区域形成偏转目标角度的第二光线。

在一些实施例中，光学器件包括第一光学器件，第一光学器件包括第一表面和第二表面，第二表面远离导光板，第一表面靠近导光板；

第一表面为自由曲面，第二表面为平面，第一表面与导光板之间为空气夹层。

在一些实施例中，根据入射至第一表面的第一光线的入射角、第一光学器件的折射率、以及从第二表面出射的第二光线的出射角，确定每个子区域对应的第一表面的曲率，以确定第一表面形状，出射角与目标角度的大小相等。

在一些实施例中，第一光学器件采用聚碳酸酯材料。

在一些实施例中，光学器件包括依次设置在导光板之上的第二光学器件和第三光学器件，第三光学器件的折射率大于第二光学器件的折射率，

第二光学器件包括第三表面和第四表面，第三表面为平面，与导光板相邻，第四表面为自由曲面，远离导光板；

第三光学器件包括第第五表面和第六表面，第五表面与第四表面贴合且两者形状相同，第六表面为平面。

在一些实施例中，根据入射至第五表面的第一光线的入射角、第二光学器件和第三光学器件的折射率、以及从第六表面出射的第二光线的出射角，确定每个子区域对应的第三光学器件的第五表面的曲率，以确定第五表面形状，出射角与目标角度的大小相等。

在一些实施例中，第二光学器件采用聚碳酸酯材料，第三光学器件采用聚甲基丙烯酸甲酯材料。

在一些实施例中，导光板的一端为梯形凸台，凸台靠近显示面板的上表面与光学器件的第二表面持平、第三光学器件的第四表面持平；

导光板的另一端设置有限位凹陷，第一光学器件或第三光学器件的一端设置有限位凸起，限位凸起位于限位凹陷内。

第二方面、提供一种显示装置，包括本申请各实施例所提供的背光模组、显示面板和透镜，显示面板位于背光模组和透镜之间。

在一些实施例中，第一光学器件的第一表面向第二表面方向凸起，或者

第三光学器件的第五表面向第六表面凸起。

在一些实施例中，第一光学器件的第一表面向导光板方向凹陷，或者

第三光学器件的第五表面向导光板方向凹陷。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过在导光板上设置光学器件，将光学器件划分为多个预设子区域，导光板发射的入射至显示面板的第一光线经光学器件的对应子区域的形成偏转对应目标角度的第二光线，能够解决带有透镜的VR显示装置的显示亮度不均衡问题。进一步的，根据本申请的某些实施例，通过在导光板的一端设置有限位凹陷，第一光学器件或第三光学器件的一端设置有限位凸起，限位凸起位于限位凹陷内，还能解决导光板与光学器件之间移动造成的摩擦和光线分布的偏差问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了一种背光模组出射的光线示意图；

图2示出了根据本申请实施例的背光模组的示例性结构框图；

图3示出了根据本申请实施例的光学器件区域划分示意图；

图4示出了图2的背光模组的光路示意图；

图5示出了根据本申请另一实施例的背光模组的示例性结构框图；

图6示出了图5的背光模组的光路示意图；

图7示出了根据本申请实施例的显示装置的示例性结构框图；

图8示出了根据本申请另一实施例的背光模组的示例性结构框图；

图9示出了图8的背光模组的光路示意图；

图10示出了根据本申请又一实施例的背光模组的示例性结构框图；

图11示出了图10的背光模组的光路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，给出一种LCD背光模组，该背光模组的亮度具有随视角衰减的特性，即中心视场亮，边缘视场暗，造成VR显示装置显示的图像中心亮度大于边缘亮度，影响VR的真实感和沉浸感。其中，背光模组包括背光源和光学组件，常见的背光模组由背光源和导光板组成。

具体地，如图1所示，L1至L5分别表示D1至D5区所对应的背光模组发射的垂直于出光面的主光线，每个区域垂直于出光面的光线强度最强且各区域的主光线的光强均等。例如，对于位于D3区的光线而言，垂直于出光面的主光线L3的光线强度最大，而与光线L3形成一定偏移角度β的光线光强随着与角度β的增加而减弱。在VR显示装置，图像形成中起主要作用的光线是L1、L2-1、L3-1、L4-1以及L5-1并不是主光线L1至L5，且其光强以L1、L2-1(与L4-1的光强相同)、L3-1(与L5-1的光强相同)的顺序依次减弱，因此VR显示装置显示的图像的中心亮度高于边缘亮度。为了说明的便利，光强最强的出光方向的光线称为主光线。

为了解决上述问题，本申请提出一种背光模组。如图2、图5所示，背光模组包括背光源E、导光板B和设置在导光板上的光学器件，将光学器件划分为多个预设子区域，从导光板入射至显示面板的第一光线经光学器件的对应子区域形成偏转目标角度的第二光线。

该第一光线为在图像形成中起到主要作用的光线。通过该光学器件可将图1中光强最强的垂直于出光面的主光线L1、L2、L3、L4、L5分别偏转至L1、L2-1、L3-1、L4-1以及L5-1光线所在位置，使得VR显示装置中获得亮度均匀的图像。其中，各光线偏转的目标角度的大小根据需要设定，这里不做限定。

另外，光学器件根据需要划分为多个预设子区域，可以划分为如图3所示的从里到外的圆环形子区域102和103，中心子区域为圆形101。还可以划分为条形区域或矩阵式区域，子区域形状和子区域的数量这里不做限定。

该光学器件可以是单个光学器件也可以是组合的光学器件。

图2给出该光学器件为单个光学器件的背光模组，此时，光学器件包括第一光学器件A，第一光学器件A包括第一表面A1和第二表面A2，第二表面A2远离导光板B，第一表面A1靠近导光板；

第一表面A1为自由曲面，第二表面A2为平面，第一表面A1与导光板B之间为空气夹层G。

如图2所示，导光板的一端为梯形凸台B1，凸台B1的靠近显示面板的上表面B2与光学器件的第二表面A2持平；

导光板的另一端设置有限位凹陷，第一光学器件A的一端设置有限位凸起F，限位凸起F位于限位凹陷内。

在一些实施例中，根据入射至第一表面A1的第一光线201的入射角α3、光学器件的折射率n、以及从光学器件的第二表面出射的第二光线202的出射角θ，确定每个子区域对应的第一表面A1的曲率，以确定第一表面形状，出射角θ与目标角度大小相等。

如图4所示，主光线偏移的目标角度为θ，第一光学器件A的折射率为n，空气折射率为1；第一光线在第一表面A2与空气的交界面的入射角为α3，出射角为α2；第二表面A1的交界面与空气交界面的入射角为α1，出射角为θ；第一表面A1的切线与水平方向的夹角为γ。其中θ、n为已知项。

根据折射定律，可得：

n×sinα1＝sinθ——(1)

sinα3＝n×sinα2——(2)

根据几何关系：

(90°-α1)+α2+α3＝90°——(3)

γ＝α3——(4)

整理可得：

α2＝arcsin(sinγ/n)——(5)

α1＝arcsin(sinθ/n)——(6)

将公式(5)，(6)代入(3)中得：

arcsin(sinγ/n)+arcsin(sinθ/n)＝γ——(7)

通过解方程(7)可得γ值，以确定第一表面的各部分的曲率，进而确定第一表面的形状。一个曲线的曲率是曲线上某一点的切线方向角度对弧长的转动率，因此曲率可以表示出曲线在某一点的弯曲程度。可见，垂直于导光板的第一光线201经过第一光学器件后，形成偏转目标角度θ的第二光线202。

图5给出该光学器件为组合光学器件的背光模组，光学器件包括依次设置在导光板之上的第二光学器件C和第三光学器件A，第三光学器件A的折射率大于第二光学器件C的折射率，

第二光学器件C包括第三表面C1和第四表面C2，第三表面C1为平面，与导光板B相邻，第四表面C2为自由曲面，远离导光板B；

第三光学器件A包括第第五表面A5和第六表面A6，第五表面A5与第四表面C2贴合且两者形状相同，第六表面A6为平面。

可以理解的是，类似图2的背光模组，图5的导光板的一端为梯形凸台，凸台的上表面与第三光学器件A的第六表面A6持平；

导光板的另一端设置有限位凹陷(图5中并未标出)，光学器件或第三光学器件的一端设置有限位凸起(图5中并未标出)，限位凸起位于限位凹陷内。

如图6所示，在一些实施例中，根据入射至第五表面A5的第一光线201的入射角α3、第二光学器件的折射率n1和第三光学器件的折射率n2、以及从第六表面A6出射的第二光线202的出射角θ，确定每个子区域对应的第五表面A5的曲率，以确定第五表面A5形状，出射角θ与目标角度的大小相同。可以理解的是，因第四表面与第五表面形状相同，因此确定了第五表面的形状就可以确定第四表面形状了。

主光线偏移的目标角度为θ，第三光学器件A折射率为n1，第二光学器件C的折射率为n2；第一光线在第五表面A5与第二光学器件的交界面的入射角为α3，出射角为α2；在第六表面A6与空气交界面的入射角为α1，出射角为θ；第五表面A5的切线与水平方向夹角为γ。其中θ、n1、n2为已知项。

根据折射定律，可得：

n1×sinα1＝sinθ——(1)

n2×sinα3＝n1×sinα2——(2)

根据几何关系：

(90°-α1)+α2+α3＝90°——(3)

γ＝α3——(4)

整理可得：

α2＝arcsin(n2×sinγ/n1)——(5)

α1＝arcsin(sinθ/n1)——(6)

将公式(5)，(6)代入(3)中得：

arcsin(n2×sinγ/n1)+arcsin(sinθ/n1)＝γ——(7)

通过解方程(7)可得γ值，确定第一表面的各部分的曲率，进而确定第三光学器件A的第五表面A5的形状。第二光学器件C的第四表面C2与第五表面A5形状相同。可见，垂直于导光板的第一光线201经过第一光学器件后，形成偏转目标角度θ的第二光线202。

其中，第二光学器件采用聚碳酸酯材料，第三光学器件采用聚甲基丙烯酸甲酯材料。第二光学器件的折射率小于第三光学器件的折射率。

本申请还提供一种显示装置，如图7所示，显示装置包括本申请各实施例所提供的背光模组10、显示面板30和透镜40，显示面板30位于背光模组10和透镜40之间。显示面板30的图像经透镜放后，看到放大的虚像50。该透镜40可以是单个透镜，也可以是包括至少两个透镜的透镜组合，该透镜组合中可以包括凸透镜、菲涅尔透镜等。可见，具有凸透镜的显示装置中，参与成像的导光板的主要光线的特点如图1所示，详见图1相关描述。将形成从中心向边缘方向亮度逐渐衰减的的图像。

为了获得亮度均匀的图像，需要将导光板的边缘发射的主光线偏转一定角度，使其作为透镜成像的主要光线。

此时，通过在导光板上面设置光学器件，获得所需的光线。该光学器件可以是如图2所示的单个的光学器件，还可以是如图5所示的组合光学器件。其中，单个光学器件的第一表面向第二表面方向凸起，如图2所示；或者，组合光学器件中的第三光学器件的第五表面向第六表面凸起，如图5所示。导光板发射的垂直于导光板的主光线的光路分别参考图3和图6，其中主光线经光学器件后光路发生了所需的偏转。

针对采用圆形透镜40的显示装置而言，光学器件也可采用圆形，并划分为多个环形子区域，如图3所示，并分别确定各个子区域的曲率。

又如图8至11所示，在一些实施例中，光学器件还可以采用如下结构：

光学器件的第一表面向导光板方向凹陷，或者

第三光学器件的第五表面向导光板方向凹陷。

具体地，图8给出该光学器件为单个光学器件的背光模组，此时，光学器件包括第一表面A1和第二表面A2，第二表面A2远离导光板B，第一表面A1靠近导光板；

第一表面A1为自由曲面，第二表面A2为平面，第一表面A1与导光板B之间为空气夹层G。图8与图2的光学器件区别在于，图2的光学器件的第一表面采用向导光板方向凸起的光学器件，而图8光学器件的第一表面采用向第二表面凹陷的光学器件。

在一些实施例中，根据入射至第一表面的第一光线的入射角α3、光学器件的折射率n、以及从第二表面出射的第二光线的出射角θ，确定每个子区域对应的第一表面的曲率，以确定第一表面形状，出射角θ与目标角度大小相同。

如图9所示，主光线偏移的目标角度为θ，第一光学器件A的折射率为n，空气折射率为1；第一光线201在第一表面A2与空气的交界面的入射角为α3，出射角为α2；第二表面A1的交界面与空气交界面的入射角为α1，出射角为θ；第一表面A1的切线与水平方向的夹角为γ。其中θ、n为已知项。

根据折射定律，可得：

n×sinα1＝sinθ——(1)

sinα3＝n×sinα2——(2)

根据几何关系：

(90°-α1)+α2+α3＝90°——(3)

γ＝α3——(4)

整理可得：

α2＝arcsin(sinγ/n)——(5)

α1＝arcsin(sinθ/n)——(6)

将公式(5)，(6)代入(3)中得：

arcsin(sinγ/n)+arcsin(sinθ/n)＝γ——(7)

通过解方程(7)可得γ值，确定第一表面的各部分的曲率，进而确定第一表面的形状。可见，垂直于导光板的第一光线201经过第一光学器件后，形成偏转目标角度θ的第二光线202。

图10给出该光学器件为组合光学器件的背光模组，光学器件包括依次设置在导光板之上的第二光学器件C和第三光学器件A，第三光学器件A的折射率大于第二光学器件C的折射率，

第二光学器件C包括第三表面C1和第四表面C2，第三表面C1为平面，与导光板B相邻，第四表面C2为自由曲面，远离导光板B；

第三光学器件A包括第第五表面A5和第六表面A6，第五表面A5与第四表面C2贴合且两者形状相同，第六表面A6为平面。图10与图5的光学器件的区别在于，图5的光学器件的第五表面采用向导光板方向凸起的光学器件，而图10光学器件的第五表面采用向第六表面凹陷的光学器件。

在一些实施例中，根据入射至第五表面A5的第一光线的入射角α3、第二光学器件的折射率n1和第三光学器件的折射率n2、以及从第六表面A6出射的第二光线的出射角θ，确定每个视场区域对应的第三光学器件的第五表面A5的曲率，以确定第五表面A5形状，出射角θ与目标角度的大小相同。其中，折射率n1小于折射率n2。

如图11所示，主光线偏移的目标角度为θ，第三光学器件A折射率为n1，第二光学器件C的折射率为n2；第一光线201在第五表面A5与第二光学器件的交界面的入射角为α3，出射角为α2；在第六表面A6与空气交界面的入射角为α1；第五表面A5的切线与水平方向夹角为γ。其中θ、n1、n2为已知项。

根据折射定律，可得：

n1×sinα1＝sinθ——(1)

n2×sinα3＝n1×sinα2——(2)

根据几何关系：

(90°-α1)+α2+α3＝90°——(3)

γ＝α3——(4)

整理可得：

α2＝arcsin(n2×sinγ/n1)——(5)

α1＝arcsin(sinθ/n1)——(6)

将公式(5)，(6)代入(3)中得：

arcsin(n2×sinγ/n1)+arcsin(sinθ/n1)＝γ——(7)

通过解方程(7)可得γ值，确定第一表面的各部分的曲率，进而确定第三光学器件A的第五表面A5的形状。第二光学器件C的第四表面C2与形状相同。可见，垂直于导光板的第一光线201经过第一光学器件后，形成偏转目标角度θ的第二光线202。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括背光源、导光板和设置在所述导光板上的光学器件，将所述光学器件划分为多个预设子区域，从所述导光板入射至显示面板的第一光线，经所述光学器件的对应子区域形成偏转目标角度的第二光线；

所述光学器件包括第一光学器件，所述第一光学器件包括第一表面和第二表面，所述第二表面远离所述导光板，所述第一表面靠近导光板；

所述第一表面为自由曲面，所述第二表面为平面，所述第一表面与所述导光板之间为空气夹层；或者，

所述光学器件包括依次设置在所述导光板之上的第二光学器件和第三光学器件，所述第三光学器件的折射率大于所述第二光学器件的折射率，

所述第二光学器件包括第三表面和第四表面，所述第三表面为平面与所述导光板相邻，所述第四表面为自由曲面远离所述导光板；

所述第三光学器件包括第五表面和第六表面，所述第五表面与所述第四表面贴合且两者形状相同，所述第六表面为平面；

所述导光板的一端为梯形凸台，所述凸台靠近显示面板的上表面与所述第一光学器件的第二表面持平、或与所述第三光学器件的第六表面持平；

所述导光板的另一端设置有限位凹陷，所述第一光学器件或所述第三光学器件的一端设置有限位凸起，所述限位凸起位于所述限位凹陷内。

2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，若所述光学器件包括第一光学器件；

根据入射至所述第一表面的所述第一光线的入射角、所述第一光学器件的折射率、以及从所述第二表面出射的所述第二光线的出射角，确定每个子区域对应的第一表面的曲率，以确定所述第一表面形状，所述出射角与所述目标角度的大小相等。

3.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一光学器件采用聚碳酸酯材料。

4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，若所述光学器件包括依次设置在所述导光板之上的第二光学器件和第三光学器件；

根据入射至所述第五表面的所述第一光线的入射角、所述第二光学器件和第三光学器件的折射率、以及从所述第六表面出射的所述第二光线的出射角，确定每个子区域对应的所述第五表面的曲率，以确定所述第五表面形状，所述出射角与所述目标角度的大小相等。

5.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述第二光学器件采用聚碳酸酯材料，所述第三光学器件采用聚甲基丙烯酸甲酯材料。

6.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的背光模组、显示面板和透镜，所述显示面板位于所述背光模组和透镜之间。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第一光学器件的第一表面向第二表面方向凸起，或者

所述第三光学器件的第五表面向第六表面凸起。

8.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第一光学器件的第一表面向导光板方向凹陷，或者

所述第三光学器件的第五表面向所述导光板方向凹陷。

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