TW201508394A - 背光模組及液晶顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種背光模組包括複數雷射單元、複數繞射單元及複數發散單元。每個雷射單元包括沿第一方向排列成一條直線的三個雷射光源。該三個雷射光源分別發出準直的紅光、綠光和藍光。每個繞射單元對應一個雷射單元並位於該雷射單元的出光光路上。每個繞射單元包括三個繞射元件，每個繞射元件對應該三個雷射光源並分別將該準直的紅光、綠光及藍光沿該第一方向發散為線型光場分佈。該發散單元呈長條形柱狀，其長度方向為該第一方向。該發散單元用於將經過該繞射單元的紅光、綠光及藍光沿第二方向發散為平面光場分佈，該第二方向垂直於該第一方向。

Description

背光模組及液晶顯示裝置

本發明係關於一種背光模組及一種包括該背光模組的液晶顯示裝置。

隨著科技的發展，液晶顯示裝置越來越多地採用直下式背光模組來發光。直下式背光模組一般利用白光LED點陣或冷陰極管等作為光源，白光LED點陣或冷陰極管係藉由激發螢光粉後並混合而發出白光。然而，上述形式的直下式背光模組會使使用該直下式背光模組的液晶顯示裝置有顯示色域不足以及顯示色彩不鮮豔等缺陷。

有鑒於此，本發明提供一種能使液晶顯示裝置顯示色域較廣且使顯示色彩鮮豔的背光模組及一種包括該背光模組的液晶顯示裝置。

一種背光模組包括複數雷射單元、複數繞射單元以及複數發散單元。每個雷射單元包括一個第一雷射光源、一個第二雷射光源及一個第三雷射光源。該第一雷射光源用於發出準直的紅光。該第二雷射光源用於發出準直的綠光。該第三雷射光源用於發出準直的藍光。該第一雷射光源、該第二雷射光源及該第三雷射光源沿第一方向排列。每個繞射單元對應一個雷射單元，該繞射單元位於該雷射單元的出光光路上，每個繞射單元包括對應於該第一雷射光源的一個第一繞射元件、對應於該第二雷射光源的一個第二繞射元件及對應於該第三雷射光源的一個第三繞射元件。該第一繞射元件用於將該準直的紅光沿該第一方向發散而形成線型光場分佈。該第二繞射元件用於將該準直的綠光沿該第一方向發散而形成線型光場分佈。該第三繞射元件用於將該準直的藍光沿該第一方向發散而形成線型光場分佈。每個發散單元對應一個繞射單元。該發散單元呈與該線型光場相匹配的長條形柱狀，該發散單元的長度方向平行於該第一方向。該發散單元用於將經過該繞射單元的紅光、綠光及藍光沿第二方向發散而形成平面光場分佈，該第二方向垂直於該第一方向。

一種液晶顯示裝置包括如上所述之背光模組以及一個液晶面板。該液晶面板與該複數發散單元相對以接收從該複數發散單元發出的光。該第一雷射光源、該第二雷射光源及該第三雷射光源能夠根據控制所需依序交替並循環地開啟或關閉。

相較於先前技術，本發明中該液晶顯示裝置包括的該背光模組對應第一雷射光源、第二雷射光源以及第三雷射光源分別設置第一繞射元件、第二繞射元件以及第三繞射元件，使得從該雷射單元發出的準直的紅光、綠光以及藍光均能被發散為線型光場分佈，再利用與每個繞射單元對應的發散單元將線型光場分佈的光發散為平面光場分佈。如此，單位面積的顯示區域便可以使用較少數量的雷射光源來提供背光，使用紅、綠、藍三原色的雷射光也能夠使液晶顯示裝置顯示色域較廣、顯示色彩更鮮豔。

100‧‧‧背光模組

10‧‧‧雷射單元

20‧‧‧繞射單元

30‧‧‧反射單元

40‧‧‧底反射片

50‧‧‧發散單元

60‧‧‧擴散板

12‧‧‧第一雷射光源

14‧‧‧第二雷射光源

16‧‧‧三雷射光源

22‧‧‧第一繞射元件

24‧‧‧第二繞射元件

26‧‧‧第三繞射元件

42‧‧‧底面

44‧‧‧反射面

45‧‧‧長條形開口

52‧‧‧入光面

54‧‧‧出光面

900‧‧‧液晶顯示裝置

200‧‧‧液晶面板

70‧‧‧陣列基板

80‧‧‧對置基板

90‧‧‧液晶層

72‧‧‧第一透明基材

74‧‧‧畫素電極

82‧‧‧第二透明基材

84‧‧‧公共電極

210‧‧‧畫素區域

212‧‧‧畫素

圖1為本發明第一實施方式提供的背光模組的平面示意圖。

圖2為圖1中背光模組另一視角的部份平面示意圖。

圖3為本發明第二實施方式提供的液晶顯示裝置的平面示意圖。

圖4為圖3中液晶顯示裝置顯示圖像的示意圖。

下面結合附圖將對本發明實施方式作進一步的詳細說明。

如圖1-2所示，本發明第一實施方式提供的背光模組100包括複數雷射單元10、複數繞射單元20、複數反射單元30、一個底反射片40、複數發散單元50以及一個擴散板60。本實施方式圖示中，雷射單元10、繞射單元20、反射單元30以及發散單元50均為三個，且雷射單元10、繞射單元20、反射單元30以及發散單元50一一對應。

每個雷射單元10包括一個第一雷射光源12、一個第二雷射光源14以及一個第三雷射光源16。該第一雷射光源12用於發出準直的紅光。該第二雷射光源14用於發出準直的綠光。該第三雷射光源16用於發出準直的藍光。該第一雷射光源12、該第二雷射光源14及該第三雷射光源16沿著第一方向X（第一方向X在圖1中為垂直於紙面的方向，在圖2中為平行於紙面的方向）排列成一條直線。

該每個繞射單元20位於對應的雷射單元10的出光光路上。每個繞射單元20包括一個第一繞射元件22、一個第二繞射元件24以及一個第三繞射元件26。該第一繞射元件22與該第一雷射光源12相對以將該第一雷射光源12發出之準直的紅光沿該第一方向X發散而形成線型光場分佈，即該準直的紅光在經過該第一繞射元件22後沿該第一方向X一維發散。該第二繞射元件24與該第二雷射光源14對應以將該第二雷射光源14發出之準直的綠光沿該第一方向X發散而形成線型光場分佈，即該準直的綠光在經過該第二繞射元件24後沿該第一方向X一維發散。該第三繞射元件26與該第三雷射光源16相對以將該第三雷射光源16發出之準直的藍光沿該第一方向X發散而形成線型光場分佈，即該準直的藍光在經過該第三繞射元件26後沿該第一方向X一維發散。

該反射單元30位於對應的繞射單元20背離對應的雷射單元10的一側。該反射單元30將由對應的雷射單元10發出並經過對應的繞射單元20的光反射至該對應的發散單元50。該反射單元30可為反射鏡或其他反射元件。在其它實施方式中，亦可不採用該複數反射單元30將經過該繞射單元20之後的光反射，而使經過該繞射單元20的光直接入射至該對應的發散單元50。

該底反射片40包括一個底面42以及一個反射面44。該底面42與該反射面44位於該底反射片40相背的兩側。該雷射單元10、該繞射單元20及該反射單元30位於該底面42所在的一側。該底反射片40上開設有複數長條形開口45。該長條形開口45的長度方向平行於該第一方向X。該反射單元30與該長條形開口45相對設置。

該複數發散單元50為二次透鏡。該發散單元50呈與該線型光場相匹配的長條形柱狀並與該長條形開口45對應。該發散單元50的長度方向平行於該第一方向X。本實施方式中，該發散單元50的橫截面大致為一個半圓形。該發散單元50包括一個入光面52以及一個出光面54。該入光面52為一個平面，該出光面54為一個中心凸起的弧面。該發散單元50承載於該反射面44上並覆蓋該長條形開口45。具體地，該入光面52與該反射面44抵觸。

該擴散板60位於該複數發散單元50的上方並與該反射面44及該出光面54均相對。該擴散板60使經過該擴散板60的光均勻柔和，即該擴散板60將從該複數發散單元50出射的光擴散均勻。

工作時，該雷射單元10發出的準直的光（準直的紅光、準直的綠光或準直的藍光）經過該繞射單元20後沿該第一方向X首次發散，該首次發散的光被該反射單元30反射並穿過該長條形開口45由該入光面52進入至該發散單元50，該發散單元50將該首次發散的光沿第二方向Y再次發散並從該出光面54出射，從該出光面54出射的光呈平面光場分佈，即光在經過該發散單元50之後發散成為面光源。其中，該第二方向Y垂直於該第一方向X。

本實施方式中的該背光模組100利用該繞射單元20以及該發散單元50將雷射單元10發出的光發散成為面光源，使得單位面積的顯示區域可以使用較少數量的雷射光源來提供背光。同時該背光模組使用紅、綠、藍三原色的雷射光也能夠使顯示色域較廣、顯示色彩更鮮豔。

請參閱圖3，本發明第二實施方式提供的液晶顯示裝置900包括第一實施方式的該背光模組100以及一個液晶面板200。第一實施方式的該背光模組100在此不再贅述。

該液晶面板200位於該擴散板60的上方，即該液晶面板200位於該擴散板60背離該發散單元50的一側，該背光模組100為該液晶面板200提供背光。該液晶面板200自該擴散板60往上依次包括一個陣列基板70、一層液晶層90以及一個對置基板80。即，該陣列基板70與該對置基板80相對設置，該液晶層90位於該陣列基板70與該對置基板80之間。

該陣列基板70包括一個第一透明基材72、設置於該第一透明基材72上的複數開關（圖未示）以及複數畫素電極74。該複數畫素電極74為透明的。該畫素電極74分別與該複數開關連接，該複數開關及該複數畫素電極74均設置在該第一透明基材72朝向該液晶層90的一側。該複數開關及該複數畫素電極74分別呈陣列式排布。本實施方式中，該複數開關為低溫多晶矽薄膜晶體管，如此，該複數開關能夠快速地開啟和關閉。該複數畫素電極74由銦錫氧化物（ITO）或其它透明導電材料製作而成。

該對置基板80包括一個第二透明基材82以及設置於該第二透明基材82上的一個公共電極84。該公共電極84直接形成於該第二透明基材82朝向該液晶層90的一側。該公共電極84為透明的。該公共電極84由銦錫氧化物（ITO）或其他透明導電材料製作而成。

該液晶層90位於該複數畫素電極74與該公共電極84之間。該公共電極84連接一個參考電壓。該複數開關分別開啟，該複數開關開啟的程度分別決定與之連接的畫素電極74上的電壓大小。位於該畫素電極74與該公共電極84之間的液晶根據畫素電極74與該公共電極84之間的壓差而進行不同程度的旋轉，以控制該畫素電極74對應的區域的光穿透量。

請結合圖4，該液晶面板200分為複數畫素區域210。每個畫素區域210對應一個發散單元50，即與該發散單元50對應的該雷射單元10發出的光經過該擴散板60後為對應的畫素區域210提供背光。每個畫素區域210包含複數畫素212。每個畫素212對應一個畫素電極74以及連接該畫素電極74的開關。每個畫素212根據對應的畫素電極74與該公共電極84之間的壓差控制該畫素212的光穿透量，從而控制穿過該畫素212的光的灰度等級。

工作時，該第一雷射光源12、該第二雷射光源14以及該第三雷射光源16能夠根據控制所需依序交替並循環地開啟或關閉，即該雷射單元10依序交替並循環地為對應的畫素區域210提供紅光、綠光及藍光背光。同一時刻，同一畫素區域210內的所有畫素212均使相同顏色的光穿過。在人眼不易覺察的情況下，即在較短的時間內，每個畫素212單獨使從該雷射單元10依序發出的紅光、綠光及藍光依序按照各自預定的灰度等級穿過，從而使每個畫素212在人眼看來顯示出特定的畫面色彩，即每個畫素212單獨作為一個顯示畫素。

具體地，該複數雷射單元10與一個控制系統連接，該控制系統使該第一雷射光源12、該第二雷射光源14以及該第三雷射光源16依序交替並循環地開啟或關閉。在該第一雷射光源12開啟並發出紅光時，該第二雷射光源14及該第三雷射光源16關閉，對應的畫素區域210內的所有畫素212都開啟並使紅光穿過，只是對應的畫素區域210內的每個畫素212藉由各自的開關分別控制各自的紅光穿透率。同樣地，當該第二雷射光源14開啟時，該第一雷射光源12及該第三雷射光源16關閉，對應的畫素區域210內的所有畫素212都再次開啟使綠光穿過，只是對應的畫素區域210內的每個畫素212分別藉由各自的開關控制各自的綠光穿透率。當該第三雷射光源16開啟時，該第一雷射光源12及該第二雷射光源14關閉，對應的畫素區域210內的所有畫素212都再次開啟使藍光穿過，只是對應的畫素區域210內的每個畫素212分別藉由各自的開關控制各自的藍光穿透率。如此，對應一個發散單元50的畫素區域210，即對應一個雷射單元10的畫素區域210中的每個畫素212都能夠依序使紅光、綠光以及藍光按照預定的灰度等級穿過從而在人眼看來顯示特定的畫面色彩。優選地，該複數雷射單元10可以按照相同的順序依序交替並循環的開啟第一雷射光源12、第二雷射光源14及第三雷射光源16。但可以理解的是，該複數雷射單元10亦可以按照各自不同的順序依序交替並循環的開啟第一雷射光源12、第二雷射光源14及第三雷射光源16，即其中一個雷射單元10先開啟第一雷射光源12，再開啟第二雷射光源14，最後開啟第三雷射光源16，那麼另外一個雷射單元10可以先開啟第三雷射光源16，再開啟第二雷射光源14，最後開啟第一雷射光源12。

本實施方式中，該液晶顯示裝置900中的背光模組100使該第一雷射光源12、第二雷射光源14以及該第三雷射光源16能夠根據控制所需依序交替並循環地開啟，並使紅光、綠光及藍光依序交替並循環地穿過每個畫素212，每個畫素212根據依序穿過的具有預定灰度等級的紅光、綠光以及藍光顯示出特定的畫面色彩。如此，該液晶顯示裝置900中的該液晶面板200不需要設置彩色濾光片。由於每個畫素212是在時間上依序使紅光、綠光以及藍光穿過，而不需要在空間上將每個畫素分為三個次畫素，即該陣列基板70上要設置的開關的數量為傳統液晶面板的三分之一，使得該液晶面板200的開口率也大幅提高。

在其它實施方式中，工作時，該控制系統亦能夠根據顯示需要使一個雷射單元10中的該第一雷射光源12、該第二雷射光源14以及該第三雷射光源16單獨或者混合地開啟或關閉，從而使對應的一個畫素區域210作為一個顯示畫素。例如，同一時刻，該第一雷射光源12及該第二雷射光源14開啟，而該第三雷射光源16關閉，該第一雷射光源12發出的紅光及該第二雷射光源14發出的綠光同時為與該雷射單元10對應的畫素區域210提供背光，此時，該對應的畫素區域210內的所有畫素212（在畫素212的開關開啟的情況下）在人眼看來顯示為黃色，如此，每個畫素區域210可作為一個顯示畫素，特別是在大尺寸液晶顯示裝置中。當然，每個畫素區域210作為一個顯示畫素時，可儘量將該畫素區域210的畫素212做的儘量大些，即減少該畫素區域210內畫素212的個數，如此也可以減少與畫素212對應的開關的數量。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

無

100‧‧‧背光模組

10‧‧‧雷射單元

20‧‧‧繞射單元

30‧‧‧反射單元

40‧‧‧底反射片

42‧‧‧底面

44‧‧‧反射面

45‧‧‧長條形開口

50‧‧‧發散單元

52‧‧‧入光面

54‧‧‧出光面

60‧‧‧擴散板

Claims (10)

1. 一種背光模組，包括：
   複數雷射單元，每個雷射單元包括：
   一個第一雷射光源，該第一雷射光源用於發出準直的紅光；
   一個第二雷射光源，該第二雷射光源用於發出準直的綠光；
   一個第三雷射光源，該第三雷射光源用於發出準直的藍光，該第一雷射光源、該第二雷射光源及該第三雷射光源沿第一方向排列在一條直線上；
   複數繞射單元，每個繞射單元對應一個雷射單元，該繞射單元位於該雷射單元的出光光路上，每個繞射單元包括：
   對應於該第一雷射光源的一個第一繞射元件，該第一繞射元件用於將該準直的紅光沿該第一方向發散而形成線型光場分佈；
   對應於該第二雷射光源的一個第二繞射元件，該第二繞射元件用於將該準直的綠光沿該第一方向發散而形成線型光場分佈；
   對應於該第三雷射光源的一個第三繞射元件，該第三繞射元件用於將該準直的藍光沿該第一方向發散而形成線型光場分佈；及
   複數發散單元，每個發散單元對應一個繞射單元，該發散單元呈與該線型光場相匹配的長條形柱狀，該發散單元的長度方向平行於該第一方向，該發散單元用於將經過該繞射單元的紅光、綠光及藍光沿第二方向發散而形成平面光場分佈，該第二方向垂直於該第一方向。
2. 如請求項1所述之背光模組，其中，該背光模組還包括複數反射單元，每個反射單元對應一個繞射單元，該反射單元位於該繞射單元背離該雷射單元的一側，該反射單元用於將由該雷射單元發出並經過該繞射單元的光反射至該對應的發散單元。
3. 如請求項1所述之背光模組，其中，該背光模組還包括一個底反射片，該底反射片包括一個底面以及一個反射面，該底面及該反射面位於該反射片相背的兩側，該底反射片上開設有複數與該複數發散單元對應的長條形開口，該複數發散單元承載於該反射面上並覆蓋該複數長條形開口，該複數雷射單元及該複數繞射單元位於該底面所在的一側。
4. 如請求項1所述之背光模組，其中，該背光模組還包括擴散板，該擴散板與該複數發散單元相對，用於將從該複數發散單元出射的光擴散均勻。
5. 一種液晶顯示裝置，包括如請求項1所述之背光模組以及一個液晶面板，該液晶面板與該複數發散單元相對以接收從該複數發散單元發出的光，該第一雷射光源、該第二雷射光源及該第三雷射光源能夠根據控制所需依序交替並循環地開啟或關閉。
6. 如請求項5所述之液晶顯示裝置，其中，該背光模組還包括複數反射單元，每個反射單元對應一個繞射單元，該反射單元位於該繞射單元背離該雷射單元的一側，該反射單元用於將由該雷射單元發出並經過該繞射單元的光反射至該對應的發散單元。
7. 如請求項5所述之液晶顯示裝置，其中，該背光模組還包括一個底反射片，該底反射片包括一個底面以及一個反射面，該底面及該反射面位於該反射片相背的兩側，該底反射片上開設有複數與該複數發散單元對應的長條形開口，該複數發散單元承載於該反射面上並覆蓋該複數長條形開口，該複數雷射單元及該複數繞射單元位於該底面所在的一側。
8. 如請求項5所述之液晶顯示裝置，其中，該背光模組還包括擴散板，該擴散板與該複數發散單元相對，用於將從該複數發散單元出射的光擴散均勻，該液晶面板位於該擴散板背離該發散單元的一側。
9. 如請求項5所述之液晶顯示裝置，其中，該液晶面板包括複數畫素區域，每個畫素區域對應一個發散單元，每個畫素區域內包括複數畫素，每個畫素決定穿過該畫素的光穿透量。
10. 如請求項5所述之液晶顯示裝置，其中，該液晶面板包括一個陣列基板、與該陣列基板相對設置的一個對置基板以及位於該陣列基板與該對置基板之間的液晶層。