CN114242704A - 显示装置 - Google Patents

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CN114242704A CN202111563906.0A CN202111563906A CN114242704A CN 114242704 A CN114242704 A CN 114242704A CN 202111563906 A CN202111563906 A CN 202111563906A CN 114242704 A CN114242704 A CN 114242704A
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江宇涵
林上强
田堃正
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AU Optronics Corp
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Abstract

本发明提供一种显示装置。显示装置包含基板及设置于基板上的光源阵列。光源阵列包含有多个布设于基板上的发光单元，每一发光单元包含有光源及光学构件。光源设置于基板上，并于相反于基板的一侧具有光源发光面。光学构件设置于光源上；每一光学构件具有入光面与出光面，且入光面与该光源发光面连接。光学构件具有连接于入光面与出光面之间的侧面，侧面与入光面在光学构件内形成一夹角，其介于100至130度之间。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及一显示装置；具体而言，本发明尤其涉及一种增加出光效率的光源的显示装置。
背景技术
随着显示面板技术的精进，面板产业的发展转而朝向以呈现更高水准的面板画质为目标。目前面板的技术逐渐由背光发光转成主动式发光的趋势，因为主动式发光的面板具有轻薄、可挠曲性、广色域、广视角、高对比、高HDR等优点，可以呈现出绝佳的显示面板画质以及搭配更多元化的产品应用。
主动式发光的显示装置可使用多种发光光源来制成，例如迷你发光二极管(又称次毫米发光二极管，Mini LED)或微发光二极管(Micro LED)。以Mini LED为例，其发光效率可分为内在发光效率和外在发光效率。内在发光效率视发光二极管的成长材料与结晶完整度而定。虽然目前外延法技术已相当成熟，但光却在结构中因表面的反射及材料本身的吸收，以致从发光二极管发出的光能被外界接受者仅达百分之十以下。因此提升发光二极管之外在发光效率，实为一重要课题。
另外，由于LED显示装置由多层金属堆叠而成，使整体反射率偏高而导致可视性不佳，因此需设计低反射结构来克服上述的技术问题。
发明内容
因此，本发明的一目的在于提供一种显示装置，可提高光源的出光效率。
本发明的另一目的在于提供一种显示装置，可减少光反射或折射等损耗问题。
显示装置包含有基板及光源阵列，其中光源阵列包含有多个布设于基板上的发光单元。每一发光单元包含有光源及光学构件；光源设置于基板上，并于相反于基板的一侧具有光源发光面。光学构件设置于光源上；每一光学构件具有入光面与出光面，且入光面与该光源发光面连接。光学构件具有连接于入光面与出光面之间的侧面，侧面与入光面在光学构件内形成一夹角，其介于100至130度之间。
通过上述的技术手段，可有效提升显示装置中发光单元的出光量，以提高整体的发光效率。
附图说明
图1A为本发明一实施例显示装置的立体示意图；
图1B为图1A所示实施例的剖面示意图；
图2为本发明另一实施例的剖面示意图。
图3A为本发明另一实施例显示装置的立体示意图；
图3B为图3A所示实施例的剖面示意图；
图4为图3B所示实施例的变化实施例示意图；
图5为本发明另一实施例显示装置的立体示意图；
图6为图5所示实施例的剖面示意图；
图7为本发明另一实施例显示装置的示意图；
图8A为本发明一实施例显示装置的立体示意图；
图8B为图8A所示实施例的剖面示意图；
图9为图8B所示实施例的变化实施例示意图；
图10为图8B所示实施例的变化实施例示意图。
附图标记如下：
100 发光二极管显示装置
1 基板
2 底座组
3 光源阵列
31 光源
4 光学构件
41 出光面
411 顶部边缘
412 底部边缘
42 入光面
43 侧面
5 光学胶层
51 面
58 胶块
6 渐进折射层
61 第一层
62 第二层
63 中间折射层
64 渐进折射单元
7 发光单元
8 光吸收材
L1 第一方向
L2 第二方向
θ 夹角
ne 光学胶层折射
no 光学折射率
P 空隙
N1 第一折射率
N2 第二折射率
N3 第三折射率
N4 第四折射率
N5 第五折射率
L 出光方向
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例并配合图1A至图10以说明本发明所公开的发光二极管显示装置的实施方式，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。
附图中，为了清楚说明，所示者均为简化示意图，用以示意本发明的基本架构。因此，附图中所显示结构并非依实际实施的形状与尺寸比例会至。例如，为方便说明，放大了特定元件的尺寸。此外，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。
以下配合图1A至图1B说明本发明第一实施例的显示装置100。其包含基板1、多个底座组2、光源阵列3以及多个光学构件4。
首先，请参阅图1A和图1B，基板1具有第一方向L1及第二方向L2。第一方向L1与第二方向L2彼此不平行且较佳相互垂直，但亦可彼此以非直角的角度相交。多个底座组2分别沿基板1的第一方向L1及第二方向L2排列，使多个底座组2设置于基板1上。光源阵列3包括多个光源31。光源31分别沿基板的第一方向L1及第二方向L2排列，并使每一个光源31设置于底座组2上。本实施例中，光源31例如为迷你发光二极管(Mini LED)，基板1上布设有控制电路，例如薄膜晶体管控制电路，然而，本发明不限于此。此外，图1A所示的光源阵列3中包含的光源3数量为例示之用，实际应用时的光源3数量不以此为限。
光学构件4具有入光面与出光面41。于光学构件4顶部边缘411所围设出的面积即是出光面41，则底部边缘412所围设出的面积即是入光面42。本实施例中，每一光学构件4分别设置于光源31上，使光学构件4的入光面42与光源31顶部的发光面贴合，形成如图1所示的光学构件4位于光源31上。光源31顶部(即相反于基板1的一侧)的发光面为射出光线的一面，其所射出的光线即经由入光面42而进入光学构件4。本实施例中，光学构件4为倒置的六面体柱体呈现上宽下窄而具有梯形的剖面，且光学构件4的入光面的面积与光源31顶部面积近似或相同，以使光学构件的底部边缘412光源31顶部边缘能吻合地贴合。
光学构件4具有透光性，因此当光源31的光线经由入光面42进入光学构件4，即可经光学构件4的传递而抵达出光面41进行出光，亦可经由与出光面41相连的四个斜面出光。在本实施例中，光学构件4为光源31在工艺时外延的基材，再经切割或其他工艺方式而制成。之后再将制成的光源31及光学构件4转移至基板1上。然而在不同实施例中，光学构件4亦不以此为限。光学构件4较佳由透明的材质形成，例如氧化铝(Al2O3)或碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)等材质；然而在不同实施例中，光学构件4亦可依不同设计需求而包含不同种类的粒子等内含物。举例而言，光学构件4可为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等高折射率及透光率高的材质，使得从光源31所发出的光折射或反射可通过光学构件4提升出光率。
接着参阅图2，图2为发光二极管显示装置100第一实施例侧视图。其中，光学构件4具有侧面43。侧面43连接于光学构件4的入光面42与光学构件4出光面41之间；换言之，在本实施例中，每个光学构件4可具有四个侧面43。侧面43与光学构件4的入光面42在光学构件4内呈一夹角θ，夹角θ介于100至130度。通过将夹角θ限定在上述角度范围，在单纯只有光学构件4及光源31的状况下，相对于夹角θ在90度的对照组而言，可有效增加37％到70％左右的出光量。在另一实施例中，当夹角θ进一步介于105度至125度时，相对于夹角θ在90度的对照组而言，可有效增加51％到70％左右的出光量。在另一实施例中，当夹角θ进一步介于115度至120度时，相对于夹角θ在90度的对照组而言，可有效增加60％到70％左右的出光量。
在图1A及图1B所示的实施例中，显示装置100进一步包含光学胶层5，光学胶层5包覆于光学构件4的侧面43。在本实施例中，光学胶层5为高反射率的材料，例如具有大于50％的反射率，反射率越高，出光效果越好。此外，若光学胶层5具有一部分的扩散反射，出光的效果将更好，例如占总反射率的60％的扩散反射，然而，本发明不限于此。此外，在不同实施例中，光学胶层5具有光学胶层折射率ne，光学构件4具有光学折射率no，且光学胶层折射率ne小于光学折射率no。本发明较佳实施例中，光学胶层折射率ne较佳为1.5到1.6左右，而光学构件4的光学折射率no可为1.78到1.8左右。通过上述对于光学胶层5在光学上的设定，可进一步提升光学构件4中的光线由出光面41出射的出光量。上述发光二极管显示装置100的效果依据光学胶层5的构造及材质等特性相应变化，因此在这并不限定于特定数值。
在搭配光学胶层5的状况下，当夹角θ介于100至130度时，相对于夹角θ在90度的对照组而言，仍可有效增加8％到16％左右的出光量。在另一实施例中，当夹角θ进一步介于105度至125度时，相对于夹角θ在90度的对照组而言，可有效增加11％到16％左右的出光量。在另一实施例中，当具有倾角的光学构件4的夹角θ进一步介于115度至120度时，相对于夹角θ在90度的对照组而言，可有效增加15％到16％左右的出光量。
从另一方面来看，本实施例中光源31与光学构件4的连接组合可视为发光单元7。发光单元7沿着基板的第一方向L1及第二方向L2排列成阵列而布设于基板1上，且每一发光单元7设置于光学胶层5内。本实施例中，光学胶层5分布于每一发光单元7之间，也就是说，光学胶层5通过每一发光单元7之间相邻的空间来进行填充，使光学胶层5完全包覆于每一发光单元7的侧边43。除此之外，在图1A及图1B所示的实施例中，光学胶层5顶面与光学构件4的出光面41齐平，因此自光学构件4出光面41离开的光线会向外射出。然而在不同实施例中，光学胶层5亦可延伸覆盖于光学构件4的出光面41上，使自光学构件4出光面41离开的光线会经过光学胶层5后再向外射出。
图3A及图3B所示为显示装置的另一实施例。在本实施例中，相较于图1A及图1B所示的实施例，还包含有渐进折射层6设置于光学构件4的出光面41上。如图3B所示，渐进折射层6布设于光学胶层5相反于基板1的一侧，光学胶层5与出光面41齐平，以及渐进折射层6延伸设置于出光面41与光学胶层5之上。然而在不同实施例中，光学胶层5亦可延伸分布与出光面41及渐进折射层6之间。渐进折射层6中较接近光学构件4出光面41处具有第一折射率N1，渐进折射层6中较远离出光面41处具有第二折射率N2，第一折射率N1介于第二折射率N2与光学构件4的折射率no之间。具体而言，在本实施例中，第一折射率N1介于第二折射率N2与光学胶层5的折射率ne之间。例如当光学胶层5的折射率ne为1.58时，渐进折射层6的折射率即在光学胶层5的折射率ne(即1.58)与外侧介质(例如空气)的折射率(例如1)之间渐进变化。亦即第一折射率N1会介于光学胶层5的折射率ne(即1.58)与第二折射率N2之间；而第二折射率N2会介于第一折射率N1及外侧介质的折射率之间。在此例中，第一折射率N1可能为1.45，而第二折射率N2可能为1.3，因此在光学胶层5及外侧介质之间作为界接减少反射量的桥梁。
通过此一设置，相较于采用平坦胶层且光学构件4侧面43未倾斜的状况，本实施例以侧面43与入光面42间夹角为115度搭配整片的渐进折射层6，可至少提高24％左右出光量。
此外，渐进折射层6靠近光学胶层远离基板1的面的部分可形成为第一层61，第一层61具有第一折射率N1；渐进折射层6远离光学胶层远离基板1的面的部分可形成第二层62，第二层62具有第二折射率N2，且第一折射率N1不小于第二折射率N2。再者，渐进折射层6的第一层61及第二层62之间的折射率为沿光学胶层5的虚拟出光方向L上，如图3B所示的剖面，渐进折射层6的折射率从第二折射率N2到第一折射率N1呈现递减。在另一实施例中，如图4所示，渐进折射层6的第一层61与第二层62之间也能另设有中间层63。中间层63具有第三折射率N3，按上述第一层61至第二层62之间的折射率呈现递减的概念套设于新增的中间层63，使第一折射率N1不小于第三折射率N3不小于第二折射率N2。依上所述，通过上述设计将发光单元7所发出的光线可直接或间接(例如中间经过光学胶层5)通过渐进折射层6后再进入到下一个介质中，可减少反射的光量而提高出光效率。此外，中间层63的数量不限于一层而可为多层，特此说明。
另一方面，参阅图5和图6，光学胶层包含有多个胶块58。胶块58较佳形成为方形柱体，并对应包覆每一发光单元7，并包覆光学构件4的侧面43。如图5及图6所示，胶块58彼此间均夹有空隙P，且彼此不相连接。然而在不同实施例中，胶块58彼此间均夹有空隙P时仍可于较接近基板1的位置有部分的连接；换言之，胶块58可形成为整片胶层中的各个突起部分。此外，胶块58亦可形成为六边形柱体或其他多边形柱体。相较于采用平坦胶层且光学构件4侧面43未倾斜的状况，本实施例以侧面43与入光面42间夹角为115度搭配独立的方形柱体胶块58，可至少提高50％左右出光量。
如图7所示的实施例，渐进折射层包含彼此独立的多个渐进折射单元64。每个渐进折射单元64分别设置于每个光学构件4的出光面41上，且光学胶层5顶面与光学构件4的出光面41齐平，以使渐进折射单元64突出于光学胶层5顶面上。通过此一设置，可使自光学构件4出光面41离开的光线直接进入渐进折射单元64内。然而在不同实施例中，光学胶层5亦可延伸覆盖于渐进折射单元64远离于光学构件4的一面上。在本实施例中，第一折射率N1介于第二折射率N2与光学构件4的折射率no之间。例如当光学构件4的折射率no为1.784时，渐进折射单元64的折射率即在光学构件4的折射率no(即1.784)与渐进折射单元64另一侧的光学胶层5的折射率ne(例如1.58)之间渐进变化。亦即第一折射率N1会介于光学构件4的折射率no(即1.784)与第二折射率N2之间；而第二折射率N2会介于第一折射率N1及光学胶层5的折射率ne(即1.58)之间。在此例中，第一折射率N1可能为1.7，而第二折射率N2可能为1.6，因此在光学构件4及光学胶层5之间作为界接减少反射量的桥梁。
通过此一设置，相较于采用平坦胶层且光学构件4侧面43未倾斜的状况，本实施例以侧面43与入光面42间夹角为115度搭配独立的渐进折射单元61，可至少提高43％左右出光量。
图8A及图8B所示为本发明另一实施例。在本实施例中，进一步包含光吸收材8，其设置于光学胶层5远离于基板1的一面51。本实施例中，光源31、与光源31连接的光学构件4以及设置于光学构件出光面41的渐进折射单元64可视为共同组成发光单元7，且发光单元7沿基板的第一方向L1及第二方向L2排列，使多个发光单元7以阵列形式设置在基板1上。光吸收材8设置于每一发光单元7之间的光学胶层5远离基板1的面51上，以吸收自面51射出的光线，以进一步提高显示效果，例如减少不需要的反射以提高对比度。本实施例中，光吸收材8可选用黑色油墨、碳粉以及高光学密度的黑胶以布设形成为黑矩阵，然而，本发明不受此限制。光吸收材8的颜料由各种带色颜料的适当混合而产生。
具体而言，如图8A及图8B所示，光吸收材8布设形成多个开口，而渐进折射单元64分别突伸出光学胶层5外并至少部分容置于开口内。在本实施例中，渐进折射单元64与光吸收材8齐平，但不以此为限，例如可略突出于光吸收材之外。通过此一设置，相较于采用平坦胶层且光学构件4侧面43未倾斜的状况，本实施例以侧面43与入光面42间夹角为115度搭配渐进折射单元64及光吸收材8，可至少提高90％左右出光量，同时减少60％左右的反光程度。
在图9所示的实施例中，部分光学构件4与渐进折射单元64未被光学胶层5包覆住。具体而言，光学构件4具有出光面41的一端突伸出光学胶层5外并至少部分容置于光吸收材8所形成的开口内，且渐进折射单元64至少部分突伸出光吸收材8外。通过此一设置，相较于采用平坦胶层且光学构件4侧面43未倾斜的状况，本实施例以侧面43与入光面42间夹角为115度搭配不同的光学胶层5反射率，可提高96％至143％左右出光量，同时减少60％左右的反光程度。
图10所示为图9所示实施例的变化实施例。相较于图9所示的实施例，本实施例未设置渐进折射单元64。具体而言，光学构件4具有出光面41的一端突伸出光学胶层5外并至少部分容置于光吸收材8所形成的开口内。在本实施例中，光学构件4的出光面41与光吸收材8齐平，但不以此为限，例如可略突出于光吸收材8之外。通过此一设置，相较于采用平坦胶层且光学构件4侧面43未倾斜的状况，本实施例以侧面43与入光面42间夹角为115度搭配以光吸收材8围绕光学构件4的出光面41，可提高45％左右出光量，同时减少60％左右的反光程度。
文中所述仅为本发明的一些较佳实施例。应注意的是，在不脱离本发明的精神与原则下，本发明可进行各种变化及修改。所属技术领域中技术人员应明了的是，本发明由所附权利要求所界定，且在符合本发明的意旨下，各种可能置换、组合、修饰及转用等变化皆不超出本发明由所附权利要求所界定的范畴。

Claims (18)

1.一种显示装置，包含：
一基板；以及
一光源阵列，包括多个发光单元布设于该基板上，每一该发光单元包含：
一光源，设置于该基板上，并于相反于该基板的一侧具有一光源发光面；以及
一光学构件，设置于该光源上，每一该光学构件具有一入光面与一出光面，且该入光面与该光源发光面连接；
其中，该光学构件具有一侧面连接于该入光面与该出光面之间，该侧面与该入光面在该光学构件内形成一夹角，该夹角介于100至130度。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，该夹角进一步介于105度至125度。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中，该夹角进一步介于115度至120度。
4.如权利要求1所述的显示装置，进一步包含一光学胶层布设包覆多个所述光学构件的多个所述侧面，其中，该光学胶层具有一胶层折射率，该光学构件具有一光学构件折射率，且该胶层折射率小于该光学构件折射率。
5.如权利要求4所述的显示装置，其中，该光学胶层顶面与该光学构件的该出光面齐平，自该光学构件的该出光面离开的光线经由该光学胶层后再向外射出。
6.如权利要求4所述的显示装置，其中，该光学胶层包含多个胶块，每一该胶块对应包覆每一光学构件的该侧面，且多个所述胶块彼此之间均夹有空隙。
7.如权利要求6所述的显示装置，其中，该胶块彼此间不相连接。
8.如权利要求4所述的显示装置，其中，该光学胶层的反射率高于50％。
9.如权利要求1至8中任一项所述的显示装置，进一步包含一渐进折射层设置与该光学构件的该出光面相对；其中该渐进折射层中较接近该出光面处具有一第一折射率，该渐进折射层中较远离该出光面处具有一第二折射率，该第一折射率介于该第二折射率与该光学构件的折射率之间。
10.如权利要求9所述的显示装置，其中该渐进折射层具有相叠合的一第一层及一第二层，该第一层较该第二层靠近该出光面，该第一层具有该第一折射率；该第二层具有该第二折射率。
11.如权利要求10所述的显示装置，其中，该渐进折射层的该第一层与该第二层之间具有一中间层，该中间层具有一第三折射率，且该第三折射率介于该第一折射率及该第二折射率之间。
12.如权利要求9所述的显示装置，其中该光学胶层覆盖与该光学构件的该出光面齐平，以及该渐进折射层延伸设置于该出光面与该渐进折射层之上，该第一折射率介于该第二折射率与该光学胶层的折射率之间。
13.如权利要求9所述的显示装置，其中该渐进折射层包含有彼此独立的多个渐进折射单元分别设置于多个所述光学构件的多个所述出光面上。
14.如权利要求13所述的显示装置，其中该光学胶层顶面与该光学构件的该出光面齐平，以使该渐进折射单元突出于该光学胶层顶面上。
15.如权利要求14所述的显示装置，其中该第二折射率介于该第一折射率及该光学胶层的折射率之间。
16.如权利要求13所述的显示装置，进一步包含一光吸收材，设置于该光学胶层远离该基板的一面上，其中该光吸收材布设形成多个开口，多个所述渐进折射单元分别突伸出该光学胶层外并至少部分容置于该开口内。
17.如权利要求13所述的显示装置，进一步包含一光吸收材，设置于该光学胶层远离该基板的一面上，其中该光吸收材布设形成多个开口，多个所述光学构件具有该出光面的一端分别突伸出该光学胶层外并至少部分容置于该开口内，且多个所述渐进折射单元至少部分突伸出该光吸收材外。
18.如权利要求4或8中任一项所述的显示装置，进一步包含一光吸收材，设置于该光学胶层远离该基板的一面上，其中该光吸收材布设形成多个开口，多个所述光学构件具有该出光面的一端分别突伸出该光学胶层外并至少部分容置于该开口内。
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