CN111812766A - 前光显示器 - Google Patents

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CN111812766A CN201910289379.5A CN201910289379A CN111812766A CN 111812766 A CN111812766 A CN 111812766A CN 201910289379 A CN201910289379 A CN 201910289379A CN 111812766 A CN111812766 A CN 111812766A
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李悦荣
范姜冠旭
蔡宪彰
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Lijing Photoelectric Co ltd
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Abstract

一种前光显示器，包括一光源、一耦合透镜、一第一与一第二偏振器、一导光板以及一反射显示器面板。导光板具有一第一表面、一第二表面、连接第一与第二表面的一侧表面以及位于第一与第二表面之间的导光微结构。第一偏振器、耦合透镜以及光源依序设置在侧表面的一侧处。发射不同颜色的光束的光源的发光元件沿着一第一方向而非一第二方向排列。第一方向平行于侧表面以及第一表面，且第二方向平行于侧表面并垂直于第一表面。耦合透镜包括沿着第一方向排列并分别沿着第二方向延伸的垂直柱状结构。

Description

前光显示器
技术领域
本发明涉及一种显示器，尤其涉及一种前光显示器。
背景技术
在配备有背光模块的显示器中，经由提供扩散器与以水平方式放置相同颜色的发光元件或以三角形方式放置不同颜色的发光元件改善了背光模块的光均匀性。然而，对于前光显示器来说，需要可控制的光线路径来保持偏振与小的集光率。在前光显示器中，上述发光元件的配置不仅增大了水平方向上的集光率，并使得光线路径控制设计更加困难，而且还导致颜色不均匀的问题。此外，扩散器不仅散射了来自光源的光束，破坏偏振方向，导致光效率与对比度的降低，而且还扩大了水平方向上的集光率，并使得光线路径控制设计更加困难。
发明内容
本发明提供一种前光显示器，其具有良好的光均匀性、光效率以及对比度。
本发明的一实施例提供一种前光显示器，其包括一光源、一耦合透镜、一第一偏振器、一导光板、一第二偏振器以及一反射显示器面板。光源适于输出不同颜色的光束。耦合透镜设置在来自光源的光束的传递路径上。第一偏振器设置在来自耦合透镜的光束的传递路径上。导光板设置在来自第一偏振器的光束的传递路径上。导光板具有一第一表面、相对于第一表面的一第二表面、连接第一表面与第二表面的一侧表面以及位于第一表面与第二表面之间的多个导光微结构，其中来自第一偏振器的光束通过侧表面进入导光板。第二偏振器设置在导光板的第一表面上。反射显示器面板设置在导光板的第二表面下方。光源包括多个发光元件，且发射不同颜色的光束的这些发光元件沿着一第一方向而非一第二方向排列。第一方向平行于侧表面以及第一表面，且第二方向平行于侧表面并垂直于第一表面。耦合透镜包括沿着第一方向排列并分别沿着第二方向延伸的多个垂直柱状结构。
基于上述，在根据本发明实施例的前光显示器中，由于发射不同颜色的光束的发光元件沿着第一方向(垂直方向)而不是第二方向(水平方向)排列，因此在水平方向上取得了较小的集光率，且光线路径控制设计较不困难。此外，经由在发光元件前放置垂直柱状结构，而不是扩散器，改善了水平方向上的光均匀性，因此在没有增加水平方向上的集光率与光线路径控制设计的难度的情况下改善了光均匀性，且没有降低光效率与对比度。因此，根据本发明实施例的前光显示器具有良好的光均匀性、光效率以及对比度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的一种前光显示器的示意性剖面图。
图2A与2B分别示出图1中的光源的两个实施例的两个示意性主视图。
图3是图1中的光源与耦合透镜的局部示意性剖面图。
图4与5分别是一比较的前光显示器与根据本发明实施例的前光显示器示意性俯视图。
图6是根据本发明另一实施例的前光显示器的局部示意性剖面图。
图7是图6中的光源与耦合透镜的局部示意性剖面图。
图8至图10分别是根据本发明其他实施例的前光显示器的示意性俯视图。
附图标记如下：
1、1A、2、3、4、5：前光显示器
10：光源
11、11A：耦合透镜
12：第一偏振器
13：导光板
14：第二偏振器
15：反射显示器面板
100、101、102：发光元件
103：电路板
110：垂直柱状结构
111：透明基板
112：水平柱状结构
130：第一表面
131：第二表面
132、132A、134、134A：侧表面
133：导光微结构
BB：蓝色光束
BR：红色光束
BG、BG1、BG2：绿色光束
D、DA：距离
D1：第一方向
D2：第二方向
D3：第三方向
IRB、IRG、IRR：照射范围
P、PA：节距
P1：第一部分
P2：第二部分
P11、P22：凸部
P12、P21：凹部
W、W’：宽度
具体实施方式
图1是根据本发明一实施例的一种前光显示器1的示意性剖面图。请参照图1，前光显示器1包括光源10、耦合透镜11、第一偏振器12、导光板13、第二偏振器14以及反射显示器面板15。
光源10适于输出不同颜色的光束，例如，红色光束、绿色光束(绿色光束BG1与BG2在图1中示意性的示出)以及蓝色光束，但经由光源10所输出的光束的颜色并不以此为限。耦合透镜11设置在来自光源10的光束的传递路径上。第一偏振器12设置在来自耦合透镜11的光束的传递路径上。导光板13设置在来自第一偏振器12的光束的传递路径上。导光板13具有一第一表面130、相对于第一表面130的一第二表面131、连接第一表面130与第二表面131的一侧表面132以及位于第一表面130与第二表面131之间的多个导光微结构133，其中来自第一偏振器12的光束通过侧表面132进入导光板13。第二偏振器14设置在导光板13的第一表面130上。反射显示器面板15设置在导光板13的第二表面131下方。
图2A与2B分别示出图1中的光源10的两个实施例的两个示意性主视图。请参照图1至2B，光源10包括多个发光元件，例如，能够输出红色光束的多个发光元件100、能够输出绿色光束的多个发光元件101以及能够输出蓝色光束的多个发光元件102。换句话说，发光元件100、发光元件101以及发光元件102分别是红色发光元件、绿色发光元件以及蓝色发光元件。然而，在其他实施例中，光源10可包括能够输出其它颜色的光束的多个发光元件。
发光元件(例如，发光元件100、101、102)可为微发光二极管或发光二极管，但不以此为限。与利用荧光粉产生不同颜色的光束的光源相比，利用发光元件(例如，微发光二极管或发光二极管)产生不同颜色的光束的光源10具有更好的色域。此外，光源10可使用微发光二极管作为发光元件，以缩短发光元件的混光距离(将不同颜色的光混合成白光所需的距离)。另一方面，光源10可使用发光二极管作为发光元件，以减少光源10所需的发光元件的数量，并简化电路设计。
发射不同颜色的光束的发光元件(例如，发光元件100、101、102)沿着一第一方向D1而非一第二方向D2排列。第一方向D1平行于侧表面132以及第一表面130；在此，第一方向D1可以称为水平方向。另一方面，第二方向D2平行于侧表面132但垂直于第一表面130；在此，第二方向D2可以称为垂直方向。换句话说，发射不同颜色的光束的发光元件不沿着第二方向D2(垂直方向)排列。由于发射不同颜色的光束的发光元件沿着第一方向D1(水平方向)而不是第二方向D2(垂直方向)排列，因此在水平方向上保持了不同颜色的光束的较小集光率，且光线路径控制设计较不困难。
如图2A所示，发光元件(例如，发光元件100、101、102)可为微发光二极管，并且发射不同颜色的光束的发光元件可沿着第一方向D1交替排列。此外，发射相同颜色的光束的发光元件可沿着第二方向D2排列，使得沿着第二方向D2排列的发光元件的数量多于一个。
如图2B所示，发光元件(例如，发光元件100、101、102)可为发光二极管，例如发光二极管芯片或发光二极管封装，并且发射不同颜色的光束的发光元件可沿着第一方向D1交替排列。此外，每个发光元件的形状可为矩形，并且每个发光元件的长轴可沿着第二方向D2延伸。如此，沿着第二方向D2排列的发光元件的数量可仅为一个。或者，沿着第二方向D2排列的发光元件的数量可多于一个。
光源10更可根据需求包括其他元件。例如，光源10更可包括用于承载发光元件与信号传输的电路板103。在其他实施例中，用于控制发光元件的开启或关闭状态的控制器(未示出)也可设置在电路板103上。
耦合透镜11位于光源10与第一偏振器12之间。图3是图1中的光源10与耦合透镜11的局部示意性剖面图。请参照图1与3，耦合透镜11包括沿着第一方向D1排列并分别沿着第二方向D2延伸的多个垂直柱状结构110。
耦合透镜11的垂直柱状结构110适于沿着第一方向D1扩张每个颜色的光束(例如，红色光束BR、绿色光束BG以及蓝色光束BB)的照射范围。例如，垂直柱状结构110可包括多个柱状棱镜(或称为三角柱)。此外，柱状棱镜可包括多个非等腰柱状棱镜。具体地，由第一方向D1与第三方向D3所形成的参考平面上的至少一些状棱镜的剖面的形状不是等腰三角形，其中第三方向D3垂直于第一方向D1与第二方向D2。垂直柱状结构110可经由加热或照射光所固化的光学胶而形成在透明基板(例如，玻璃基板)111上。再者，这些发光元件(例如，发光元件100、101、102)的每一个对应于这些垂直柱状结构110中的多个(多于一个)垂直柱状结构110而设置，且这多个垂直柱状结构110的节距P随着与所对应的发光元件沿着第一方向D1的距离D增加而减少。如此，可将大角度的光束引导向导光板13(参照图1)，因此扩展了沿着第一方向D1的每个颜色的光束的照射范围。
注意，图3示意性地示出了垂直柱状结构110的示例以及发光元件与垂直柱状结构110之间的相对设置关系；然而，垂直柱状结构110的数量、排列、形状与制造方法以及发光元件与垂直柱状结构110之间的相对设置关系不限于图3所示的那些以及上述的说明。
图4与图5分别是一比较的前光显示器2与根据本发明实施例的前光显示器1示意性俯视图，其中比较的前光显示器2与前光显示器1之间的差异在于，比较的前光显示器2不包括在根据本实施例的前光显示器1中的耦合透镜11
在图4与图5中，为了便于辨识不同颜色的光束，红色光束BR及其照射范围IRR以粗实线表示，绿色光束BG及其照射范围IRG以细实线表示，并且蓝色光束BB及其照射范围IRB以细虚线表示。
从图4与图5中可看出，在根据本实施例的前光显示器1中沿着第一方向D1的每一照射范围IRR、IRG与IRB的宽度W’大于在比较的前光显示器2中沿着第一方向D1的每一照射范围IRR、IRG与IRB的宽度W。由于不同颜色的光束的照射范围沿着第一方向D1重叠，因此改善了在第一方向D1(水平方向)上的光均匀性。此外，由于经由在发光元件前放置了垂直柱状结构110而不是扩散器而改善了水平方向上的光均匀性，所以不在垂直方向上增加集光率就改善了光均匀性，因此光线路径控制设计较不困难，且可保持光效率与对比度。因此，前光显示器1可具有良好的光均匀性、光效率以及对比度。
请再参照图1，导光板13设置在第二偏振器14以及反射显示器面板15之间，且导光板13的侧表面132面对第一偏振器12。在导光板13内的导光微结构133适于将光束引导至反射显示器面板15，且允许来自反射显示器面板15的光束通过。注意，图1示意性地示出了导光板13及其导光微结构133的示例；然而，导光板13及其导光微结构133的数量、排列以及形状不限于图1所示的那些。
如图1所示，导光板13包括第一部分P1以及第二部分P2，其中第一部分P1位于第二部分P2与第二偏振器14之间。第一部分P1以及第二部分P2在两者之间的界面处具有多个互补的柱状楞镜，且这些导光微结构133包括这些互补的柱状棱镜。具体地，第一部分P1具有在第三方向D3上交替排列的多个凸部P11以及多个凹部P12，并且第二部分P2具有在第三方向D3上交替排列的多个凹部P21以及多个凸部P22，其中第一部分P1的凸部P11与第二部分P2的凹部P21在形状上互补且连接在一起，并且第一部分P1的凹部P12与第二部分P2的凸部P22在形状上互补且连接在一起。凸部P11、凹部P12、凹部P21以及凸部P22形成互补的柱状棱镜。此外，第一部分P1与第二部分P2具有相同的折射率，以避免重像。为了达到PBS效果(以反射S偏振光并允许P偏振光通过)，可在第一部分P1与第二部分P2之间的界面处形成多层涂层。
反射显示器面板15设置在来自导光板13的光束的传递路径上，以将来自导光板13的光束(照射光束)转换为图像光束。例如，反射显示器面板15为硅显示器上的液晶，但不以此为限。
第一偏振器12与第二偏振器14具有相反的偏振方向。例如，第一偏振器12适于允许s偏振光束通过并过滤(例如吸收)p偏振光束，而第二偏振器14适于允许p偏振光束通过并过滤(例如吸收)s偏振光束。反射显示器面板15将s偏振光束转换为p偏振光束，且将p偏振光束反射回导光板13，并且在依序通过导光板13与第二偏振器14之后，从前光显示器1输出p偏振光束。
图6是根据本发明另一实施例的前光显示器1A的局部示意性剖面图。图7是图6中的光源10与耦合透镜11A的局部示意性剖面图。请参照图6与7，前光显示器1A与图1的前光显示器1之间的主要差异在于，前光显示器1A的耦合透镜11A与图1的前光显示器1的耦合透镜11不同。
具体地，耦合透镜11A还包括沿着第二方向D2排列并分别沿着第一方向D1延伸的多个水平柱状结构112，并且水平柱状结构112与垂直柱状结构110沿着第三方向D3重叠。例如，经由加热或照射光依序固化具有不同折射率的光学胶，而在透明基板111上形成水平柱状结构112与垂直柱状结构110。然而，水平柱状结构112与垂直柱状结构110的相对设置关系、制造顺序以及制造方法不限于图6与7所示的那些以及上述的说明。在其他实施例中，垂直柱状结构110可以在形成水平柱状结构112之前形成。此外，水平柱状结构112与垂直柱状结构110可分别在透明基板111的两个相对的表面上形成。或者，水平柱状结构112与垂直柱状结构110可在两个透明基板上形成。
水平柱状结构112适于沿着第二方向D2扩展每个颜色的光束(在图6示例性地示出的红色光束BR)的照射范围，并允许更多的光束被传输至导光板13远离侧表面132的一侧。例如，水平柱状结构112可采用图3中所示的垂直柱状结构110的相同的状态；然而，水平柱状结构112与垂直柱状结构110之间的排列方向与延伸方向是相反的。在其他实施例中，水平柱状结构112可采用与垂直柱状结构110不同的状态。
图6示意性地示出了在第二方向D2上排列的发射相同颜色的光束(例如，红色光束BR)的发光元件(例如，发光元件100)的数量为三个，其中这些发光元件的每一个对应于这些水平柱状结构112中的多个(多于一个)水平柱状结构112而设置，并且这多个水平柱状结构112的节距PA随着与所对应的发光元件沿着第二方向D2的距离DA增加而减少。然而，水平柱状结构112的数量、排列、形状与制造方法以及发光元件与水平柱状结构112之间的相对设置关系不限于图6与7所示的那些以及上述的说明。
图8至10分别是根据本发明其他实施例的前光显示器3、4与5的示意性俯视图。请参照图8，前光显示器3与图5的前光显示器1之间的主要差异在于光源10、耦合透镜11以及第一偏振器12相对于导光板13的相对设置关系。具体地，如图8所示，导光板13具有两个短侧表面(侧表面132与132A)以及两个长侧表面(侧表面134与134A)。在图5中，光源10、耦合透镜11以及第一偏振器12设置在导光板13的短侧表面的其中一处(例如侧表面132)，而在图8中，光源10、耦合透镜11以及第一偏振器12设置在导光板13的长侧表面的其中一处(例如侧表面134)。
请参照图9，前光显示器4与图5的前光显示器1之间的主要差异如下。前光显示器4包括两个光源10、两个耦合透镜11以及两个第一偏振器12。两个耦合透镜11中的每一个对应于两个光源10的其中一个而设置，并且两个第一偏振器12中的每一个对应于两个耦合透镜11的其中一个而设置。导光板13具有多个侧表面132、132A、134与134A，并且两个光源10对应于这些侧表面132、132A、134与134A中的两个相对的侧表面(例如，侧表面132与132A)而设置。
请参照图10，前光显示器5与图9的前光显示器4之间的主要差异如下。在图9中，两个光源10、两个耦合透镜11以及两个第一偏振器12设置在导光板13的短侧表面(侧表面132与132A)处，而在图10中，两个光源10、两个耦合透镜11以及两个第一偏振器12设置在导光板13的长侧表面(侧表面134与134A)处。
综上所述，在根据本发明实施例的前光显示器中，由于发射不同颜色的光束的发光元件沿着第一方向(垂直方向)而不是第二方向(水平方向)排列，因此在水平方向上取得了较小的集光率，且光线路径控制设计较不困难。此外，经由在发光元件前放置垂直柱状结构，而不是扩散器，改善了水平方向上的光均匀性，因此在没有增加水平方向上的集光率与光线路径控制设计的难度的情况下改善了光均匀性，且没有降低光效率与对比度。因此，根据本发明实施例的前光显示器具有良好的光均匀性、光效率以及对比度。在一实施例中，可经由进一步将水平柱状结构放置在发光元件前面来改善垂直方向上的光均匀性。在另一实施例中，前光显示器可具有设置在导光板的相对的侧表面处的两个光源、两个耦合透镜以及两个第一偏振器。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种前光显示器，包括：
一光源，适于输出不同颜色的光束；
一耦合透镜，设置在来自该光源的该光束的传递路径上；
一第一偏振器，设置在来自该耦合透镜的该光束的传递路径上；
一导光板，设置在来自该第一偏振器的该光束的传递路径上，该导光板具有一第一表面、相对于该第一表面的一第二表面、连接该第一表面与该第二表面的一侧表面以及位于该第一表面与该第二表面之间的多个导光微结构，其中来自该第一偏振器的该光束通过该侧表面进入该导光板；
一第二偏振器，设置在该导光板的该第一表面上；以及
一反射显示器面板，设置在该导光板的该第二表面下方，
其中该光源包括多个发光元件，发射不同颜色的光束的多个所述发光元件沿着一第一方向而非一第二方向排列，该第一方向平行于该侧表面以及该第一表面，且该第二方向平行于该侧表面并垂直于该第一表面；以及
其中该耦合透镜包括沿着该第一方向排列并分别沿着该第二方向延伸的多个垂直柱状结构。
2.如权利要求1所述的前光显示器，其中多个所述发光元件为微发光二极管，且发射相同颜色的光束的多个所述发光元件沿着该第二方向排列。
3.如权利要求1所述的前光显示器，其中多个所述发光元件为发光二极管，输出不同颜色的光束的多个所述发光元件沿着该第一方向交替排列，且沿着该第二方向排列的多个所述发光元件的数量仅为一个。
4.如权利要求1所述的前光显示器，其中多个所述垂直柱状结构包括多个柱状棱镜。
5.如权利要求4所述的前光显示器，其中多个所述发光元件的每一个对应于多个所述垂直柱状结构中的多个垂直柱状结构而设置，且该多个垂直柱状结构的节距随着与所对应的发光元件沿着该第一方向的距离增加而减少。
6.如权利要求4所述的前光显示器，其中多个所述柱状棱镜包括多个非等腰柱状棱镜。
7.如权利要求1所述的前光显示器，其中该耦合透镜还包括沿着该第二方向排列并分别沿着该第一方向延伸的多个水平柱状结构，且多个所述水平柱状结构在沿着垂直于该第一方向与该第二方向的一第三方向上重叠于多个所述垂直柱状结构。
8.如权利要求1所述的前光显示器，其中该导光板包括一第一部分以及一第二部分，该第一部分位于该第二部分与该第二偏振器之间，该第一部分以及该第二部分在两者之间的界面处具有多个互补的柱状棱镜，且多个所述导光微结构包括多个所述互补的柱状棱镜。
9.如权利要求8所述的前光显示器，其中该第一部分与该第二部分具有相同的折射率。
10.如权利要求1所述的前光显示器，其中该反射显示器面板为硅显示器上的液晶，且该第一偏振器与该第二偏振器具有相反的偏振方向。
11.如权利要求1所述的前光显示器，其中该前光显示器包括两个光源、两个耦合透镜以及两个第一偏振器，该两个耦合透镜的每一个对应于该两个光源的其中一个而设置，且该两个第一偏振器的每一个对应于该两个耦合透镜的其中一个而设置，该导光板具有多个侧表面，且该两个光源对应于多个所述侧表面中的两个相对的侧表面而设置。
12.如权利要求1所述的前光显示器，其中该不同颜色的光束为不同波长的光束或不同色温的光束。
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