CN205299279U - 背光模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种背光模组及显示装置，其中，背光模组包括设置有若干个发光元件的光源阵列板；对应于每一所述发光元件，沿所述背光模组的厚度方向依次设有准直透镜、偏振转换器和匀光结构；其中，所述发光元件发出的光线经所述准直透镜的准直后以偏振角入射至所述偏振转换器的分光界面，以形成透射的第一偏振光和反射的第二偏振光；所述第一偏振光始终沿所述背光模组的厚度方向传播，直至到达所述匀光结构；所述第二偏振光经所述偏振转换器内的反光界面反射、透过所述偏振转换器内的半波片，并沿所述背光模组的厚度方向到达所述匀光结构。本实用新型能够有效地提高光源的光能利用率。

Description

背光模组及显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种背光模组及显示装置。

背景技术

由于液晶显示面板中的液晶本身并不发光，所以为达到足够亮度的显示效果，须在背光侧设置一种结构给液晶显示面板提供面光源，称其为背光模组。背光模组依光源的实际位置分为侧入式与直下式两种。直下式背光模组在照明亮度与均匀性上较侧入式有更大的优势，因此在对照明效果要求较高液晶显示器中有着更多的应用。

液晶显示器亮度受限的固有问题与其使用输出非偏振光的发光二极管光源以及对照明光源的偏振依赖性有关。传统的液晶显示面板中液晶层的上下两侧分别具有一片吸收性的偏振片，其吸收从背光模组中发出的约一半的非偏振光，因而即使大幅提高背光源的光亮度，也将有近乎一半的光能量会被浪费掉。

现有技术中解决背光模组光能量浪费的有效方法是使用反射式偏振器。这种偏振器仅透射对液晶显示器有用的线偏振光，而反射振动方向与有用线偏振光垂直的光线，该垂直振动的线偏振光被位于背光模组底部的反射板反射并经过特定光学元件改变其振动方向而最终得以利用。然而，该反射式偏振器仅对特定方向的光线有较好的作用，而对那些从光源发射出的发散的光则作用不佳。另外，目前该技术仅见于侧入式背光模组。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种背光模组及显示装置，可以解决现有技术中直下式背光模组中LED光源发射出的发散光不能得到有效利用的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种背光模组，包括设置有若干个发光元件的光源阵列板；对应于每一所述发光元件，沿所述背光模组的厚度方向依次设有准直透镜、偏振转换器和匀光结构；其中，

所述发光元件发出的光线经所述准直透镜的准直后以偏振角入射至所述偏振转换器的分光界面，以形成透射的第一偏振光和反射的第二偏振光；

所述第一偏振光始终沿所述背光模组的厚度方向传播，直至到达所述匀光结构；

所述第二偏振光经所述偏振转换器内的反光界面反射、透过所述偏振转换器内的半波片，并沿所述背光模组的厚度方向到达所述匀光结构。

优选地，所述偏振转换器还包括：菱形棱镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜以及半波片；其中，

所述第一直角棱镜的斜面与所述菱形棱镜的第一棱镜面之间设有偏振分光膜，以形成分光界面；

所述第二直角棱镜的斜面与所述菱形棱镜的第二棱镜面贴合，以形成反光界面；所述第一棱镜面与所述第二棱镜面相对；

所述菱形棱镜的第三棱镜面朝向所述准直透镜，第四棱镜面朝向所述半波片。

优选地，所述菱形棱镜和所述第一直角棱镜的折射率相同。

优选地，所述匀光结构包括第一负透镜、第二负透镜和扩散板；其中，

所述第一偏振光经所述第一负透镜发散后，由所述扩散板进一步发散；

所述第二偏振光经所述第二负透镜发散后，由所述扩散板进一步发散。

优选地，与每一所述发光元件对应的第一负透镜和第二负透镜均设置在负透镜阵列板中；

所述扩散板设置在所述负透镜阵列板之上，以形成所述背光模组的出光面。

优选地，下述任意一种或多种的透镜为非球面镜：

所述准直透镜；

所述第一负透镜；

所述第二负透镜。

优选地，下述任意一种或多种的透镜包括消色差透镜组：

所述准直透镜；

所述第一负透镜；

所述第二负透镜。

优选地，与每一所述发光元件对应的准直透镜均设置在所述光源阵列板上的准直透镜阵列板中；

与每一所述发光元件对应的偏振转换器均设置在所述准直透镜阵列板上的偏振转换器阵列板中。

优选地，所述若干个发光元件在所述光源阵列板中排列成明暗交替的条形图案。

优选地，下述任意一种或多种的光学界面处设有减反膜：

所述准直透镜的入射界面；

所述准直透镜的出射界面；

所述偏振转换器的入射界面；

所述偏振转换器的出射界面；

所述匀光结构的入射界面；

所述匀光结构的出射界面。

第二方面，本实用新型提供了一种显示装置，包括上述任意一种的背光模组。

由上述技术方案可知，本实用新型通过准直透镜对光学元件发出的光线进行准直，并通过偏振转换器的分光界面将准直后的光线分为透射的第一偏振光及反射的第二偏振光，第一偏振光出射至匀光结构进行光线发射，而第二偏振光则通过反光界面反射至半波片，并进一步传播至匀光结构进行光线发散，以使背光模组输出的光线足够均匀。由此，本实用新型中的准直透镜阵列板将发散的光束转换为互相平行的光束，增大了偏振转换器的转换效率，而偏振转换器则进一步将发光元件输出的包括多个振动方向的偏振光转换为振动方向相同的偏振光，如此有效地提高了光源的光能利用率。

相对于现有技术来说，本实用新型不仅可以应用于侧入式背光模组，还可应用于直下式背光模组。而且在特定光照度的需求下，本实用新型中的背光模组可使用更少的发光元件获得所需的光照度，从而降低了包括该背光模组的显示装置的工作温度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的一种背光模组的局部剖面示意图；

图2是本实用新型另一实施例提供的偏振转换器的剖面示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的匀光结构的剖面示意图；

图4是本实用新型另一实施例提供的一种背光模组的结构示意图；

图5是本实用新型另一实施例提供的负透镜阵列板的下表面的截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型一实施例中的一种背光模组的部分剖面示意图，该背光模组包括设置有若干个发光元件1的光源阵列板(未在图中示出，即主表面上设置有若干个可以向外发光的发光元件1的板状结构，其中若干个发光元件的排列方式本实用新型不做限制)。如图1所示，对应于每一所述发光元件1，沿所述背光模组的厚度方向依次设有准直透镜2、偏振转换器3和匀光结构4。

其中，所述发光元件1发出的光线经所述准直透镜2的准直后以偏振角入射(即入射角为布儒斯特角)至所述偏振转换器3的分光界面，以形成透射的第一偏振光和反射的第二偏振光。所述第一偏振光始终沿所述背光模组的厚度方向传播，直至到达所述匀光结构4；所述第二偏振光经所述偏振转换器3内的反光界面反射、透过所述偏振转换器3内的半波片，并沿所述背光模组的厚度方向到达所述匀光结构4。可以理解的是，上述发光元件1、准直透镜2、偏振转换器3和匀光结构4需要具备如图1所示的组成光路的基本位置关系条件，例如光束对准元件的光轴，不改变透射光束传播方向的平面尽可能与光束的传播方向垂直等等。

如图1所示，偏振转换器3中包括两个界面：分光界面及反光界面。则第一偏振光为准直后的光线经分光界面透射的偏振光；而第二偏振光为准直后的光线经分光界面反射的偏振光。而经反光界面反射后的第二偏振光与第一偏振光的传播方向相同，均到达匀光结构4，以通过匀光结构4将偏振光进一步发散，使得从背光模组输出的光能量足够均匀。需要说明的是，本实施例中发光元件可使用例如LED光源或者其他单色性良好的点光源，而根据发光元件的发光角度范围和发光元件的排列间距，可以设置准直透镜的透镜直径、透镜排列间距以及其与发光元件之间的距离。而对于偏振转换器而言，由于其需要将一束光线转换为两束光线，并且出于背光模组出光均匀性的考虑这两束光线还需要尽可能地在出光平面上均匀分布且亮度接近，因此偏振转换器的出光表面可以包括对应于第一偏振光的第一出光区域和对应于第二偏振光的第二出光区域，并且优选条件下：第一出光区域的面积与第二出光区域的面积相等，和/或，所有的第一出光区域和所有的第二出光区域在出光平面上的投影均匀排布。此外，上述匀光结构具体指的是可以将光束的能量分布在出光平面上匀化的光学元件或其组合，可以使用的光学元件例如是透镜和匀光板等等，本实用新型对此不做限制。可以理解的是，本实用新型实施例中的偏振转换器在需要包含满足相应要求的分光界面、反光界面和半波片的基础上可以通过任意的光学元件或其组合来实现，本实用新型对此不做限制。

本实施例中，通过准直透镜2对发光元件1发出的光线进行准直，并通过偏振转换器3的分光界面将准直后的光线分为透射的第一偏振光及反射的第二偏振光，第一偏振光出射至匀光结构4进行光线发射，而第二偏振光则通过反光界面反射至半波片，并进一步传播至匀光结构4进行光线发散，以使背光模组输出的光线足够均匀。由此，本实用新型中的准直透镜2将发散的光束转换为互相平行的光束，增大了偏振转换器3的转换效率，而偏振转换器3则进一步将发光元件1输出的包括多个振动方向的偏振光转换为振动方向相同的偏振光，如此可以有效地提高光源的光能利用率。

作为一种偏振转换器的具体结构示例，图2是本实用新型另一实施例提供的偏振转换器的剖面示意图。本实施例中，如图2所示的偏振转换器的具体结构，所述偏振转换器3具体包括：菱形棱镜33、第一直角棱镜31、第二直角棱镜32以及半波片34。

其中，所述第一直角棱镜31的斜面与所述菱形棱镜33的第一棱镜面之间设有偏振分光膜，以形成分光界面301；所述第二直角棱镜32的斜面与所述菱形棱镜33的第二棱镜面贴合，以形成反光界面302。所述第一棱镜面与所述第二棱镜面相对。所述菱形棱镜33的第三棱镜面朝向所述准直透镜2，第四棱镜面朝向所述半波片34；所述第三棱镜面与所述第四棱镜面相对。

具体来说，如图2所示，准直后的光线根据振动方向不同可分为与入射面平行的p光以及与入射面垂直的s光，而基于偏振分光膜的作用分光界面301将准直后的光线转换为透射的p光及发射的s光，实际分光比例与光线的偏振度则视偏振分光膜的性能而定。进一步地，反射的s光传输至反光界面302时由偏振分光膜再次反射并从菱形棱镜33的第四棱镜面透射而出，s光经半波片34转换成p光出射至匀光结构。

需要说明的是，偏振分光膜只在入射光角度为布儒斯特角及其附近较小的范围内有明显的效果，则入射光角度越大则偏振分光膜的效果越差，因此本实施例通过该准直透镜2对发光元件1发出的发射光进行准直，使得准直后的光线更能满足入射光角度的要求。

其中，所述菱形棱镜33和所述第一直角棱镜31的折射率相同。从而使得光线在分光界面透射后传播方向保持不变。

作为一种匀光结构的具体结构示例，图3是本实用新型另一实施例提供的匀光结构的剖面示意图。如图3所示，匀光结构4包括第一负透镜41、第二负透镜42和扩散板43。

其中，所述第一偏振光经所述第一负透镜41发散后，由所述扩散板43进一步发散；所述第二偏振光经所述第二负透镜42发散后，由所述扩散板43进一步发散。

本实施例中，经偏振转换器3转换得到的p光经第一负透镜41和第二负透镜42转换为发散光束，从而能够在一定距离外的扩散板43上填补光束之间的缝隙，使最终输出的光能量在出光平面上足够均匀。

作为一种背光模组的整体结构的示例，图4是本实用新型一实施例中的一种背光模组的结构示意图。参见图4，该背光模组包括：沿背光模组厚度方向依次设置的包括若干个发光元件21的光源阵列板11、包括若干个准直透镜22的准直透镜阵列板12、包括若干个偏振转换器23的偏振转换器阵列板13、包括若干个负透镜24的负透镜阵列板14，以及扩散板15。可以看出，在背光模组厚度方向上与每一发光元件21对应的包括：一个准直透镜22、一个偏振转换器23、两个负透镜24及扩散板15。其中，所述扩散板15设置在所述负透镜阵列板14之上，以形成所述背光模组的出光面。

具体来说，第一负透镜和第二负透镜均设置在负透镜阵列板14中，与每一所述发光元件21对应的准直透镜22均设置在所述光源阵列板11之上的准直透镜阵列板12中，与每一所述发光元件21对应的偏振转换器23均设置在所述准直透镜阵列板12之上的偏振转换器阵列板13中。可以理解的是，本实用新型实施例中每一发光元件21设置区域与该设置区域邻近的一面积等大的空白区域形成背光模组主平面上的最小重复单元，而将该最小重复单元以不同于图4所示的方式进行排布，就可以得到不同的背光模组的结构，本实用新型对此不做限制。

如图4所示，若干个发光元件21在所述光源阵列板11中排列成明暗交替的条形图案，相应地，在准直透镜阵列板12中每一列准直透镜22之间存在空隙，使得每个准直透镜22正好与每个发光元件21对应设置。但负透镜24在负透镜阵列板中却是等间距设置，使得每个发光元件21与两个负透镜24对应设置。

如图5所示的负透镜阵列板的下表面截面示意图，即转换完成的p光在负透镜阵列板下表面的分布形态，其中，每一个圆环表示一束p光在负透镜阵列板下表面的截面形状，相应地，每一个圆处设置有一个负透镜，以将p偏振态的准直光束转换为发散光束。

需要说明的是，与每一发光元件对应的准直透镜、偏振转换器、负透镜的个数是固定的，但每个元件阵列板中的实际光学元件的数量可视具体情况而定，本实施例对此不加以限制。

可理解地，所述准直透镜、所述第一负透镜及所述第二负透镜可为球面镜或非球面镜。优选地，所述准直透镜、所述第一负透镜及所述第二负透镜中的任意一种或多种的透镜为非球面镜，以增强准直透镜的准直效果，及负透镜的发散效果。

在本实用新型一个优选的实施例中，所述准直透镜、所述第一负透镜及所述第二负透镜中的任意一种或多种的透镜可包括消色差透镜组，以配合白光LED光源实现消除色差的目的。

在本实用新型一个优选的实施例中，上述实施例中的所有光学元件都可在透射的光学界面上设置减反膜以增加光能利用率。具体地，所述准直透镜的入射界面、所述准直透镜的出射界面、所述偏振转换器的入射界面、所述偏振转换器的出射界面、所述匀光结构的入射界面及所述匀光结构的出射界面中的任意一种或多种的光学界面处设有减反膜。

基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例提供一种包括上述任意一种背光模板的显示装置，该显示装置可以为：液晶显示面板、手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置由于包括上述任意一种阵列基板的显示装置，因而可以解决同样的技术问题，并取得相同的技术效果。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种背光模组，其特征在于，包括设置有若干个发光元件的光源阵列板；对应于每一所述发光元件，沿所述背光模组的厚度方向依次设有准直透镜、偏振转换器和匀光结构；其中，

所述发光元件发出的光线经所述准直透镜的准直后以偏振角入射至所述偏振转换器的分光界面，以形成透射的第一偏振光和反射的第二偏振光；

所述第一偏振光始终沿所述背光模组的厚度方向传播，直至到达所述匀光结构；

所述第二偏振光经所述偏振转换器内的反光界面反射、透过所述偏振转换器内的半波片，并沿所述背光模组的厚度方向到达所述匀光结构。

2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述偏振转换器还包括：菱形棱镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜以及半波片；其中，

所述第一直角棱镜的斜面与所述菱形棱镜的第一棱镜面之间设有偏振分光膜，以形成分光界面；

所述第二直角棱镜的斜面与所述菱形棱镜的第二棱镜面贴合，以形成反光界面；所述第一棱镜面与所述第二棱镜面相对；

所述菱形棱镜的第三棱镜面朝向所述准直透镜，第四棱镜面朝向所述半波片。

3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述菱形棱镜和所述第一直角棱镜的折射率相同。

4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述匀光结构包括第一负透镜、第二负透镜和扩散板；其中，

所述第一偏振光经所述第一负透镜发散后，由所述扩散板进一步发散；

所述第二偏振光经所述第二负透镜发散后，由所述扩散板进一步发散。

5.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，与每一所述发光元件对应的第一负透镜和第二负透镜均设置在负透镜阵列板中；

所述扩散板设置在所述负透镜阵列板之上，以形成所述背光模组的出光面。

6.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，下述任意一种或多种的透镜为非球面镜：

所述准直透镜；

所述第一负透镜；

所述第二负透镜。

7.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，下述任意一种或多种的透镜包括消色差透镜组：

所述准直透镜；

所述第一负透镜；

所述第二负透镜。

8.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，与每一所述发光元件对应的准直透镜均设置在所述光源阵列板上的准直透镜阵列板中；

与每一所述发光元件对应的偏振转换器均设置在所述准直透镜阵列板上的偏振转换器阵列板中。

9.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述若干个发光元件在所述光源阵列板中排列成明暗交替的条形图案。

10.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，下述任意一种或多种的光学界面处设有减反膜：

所述准直透镜的入射界面；

所述准直透镜的出射界面；

所述偏振转换器的入射界面；

所述偏振转换器的出射界面；

所述匀光结构的入射界面；

所述匀光结构的出射界面。

11.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的背光模组。