TWI475291B - 視角切換模組及其背光系統 - Google Patents

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TWI475291B
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hui chen Lin
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Description

視角切換模組及其背光系統
本發明係提供一種視角切換模組及其相關背光系統,尤指一種可調控出光角度的視角切換模組及其相關背光系統。
傳統的背光模組係包含有一導光基板及複數個發光單元。發光單元可視背光模組之類型,例如側入式背光模組或直下式背光模組,而設置於導光基板的旁側或底部。以側入式背光模組為例,其導光基板之底部可設置有多個反射單元,以將自發光單元自導光基板之側邊所輸入之光線由導光基板的出光面反射出去,提供均勻的背光光源。一般來說,反射單元可以油墨印刷方式、微結構方式、或微粒子結構方式以產生反射光線之效果。由於傳統背光模組的導光基板係用來完整接收發光單元所輸出之光線,並透過其底部的反射單元將其均勻自出光面導出,以提供均勻的背光光源,因此傳統的背光模組無法調整其背光光源除了光強度變化以外的輸出參數,降低了相關產品的實用價值。故,如何設計出一種可調整背光光源之張角、出光角度、或分區出光等功能的背光模組,即為現今面板產業的重點發展課題。
本發明係提供一種可調控出光角度的視角切換模組及其相關背光系統,以解決上述之問題。
本發明之一方面揭露一種可調控出光角度的視角切換模組,其包含有一側入式光學基板,一光源組,設置於側入式光學基板之一端,以及一光學調制元件,設置於光源組與側入式光學基板之間。側入式光學基板包含有一出光面。該光源組具有複數個發光單元,各發光單元係依據一預設角度輸出一光線至側入式光學基板。光學調制元件係調制各發光單元所輸出之光線的張角,以使光線可依據預設角度自出光面導出側入式光學基板。
本發明之另一方面揭露一種可調控出光角度的背光系統,其包含有複數個視角切換模組。各視角切換模組包含有一側入式光學基板,一光源組,設置於側入式光學基板之一端,以及一光學調制元件,設置於光源組與側入式光學基板之間。側入式光學基板包含有一出光面。光源組具有複數個發光單元,各發光單元係依據一預設角度輸出一光線至側入式光學基板。光學調制元件係調制各發光單元所輸出之光線的張角,以使光線可依據預設角度自該出光面導出側入式光學基板。
本發明之視角切換模組及其相關背光系統可利用視角切換的特性來節省能源,還可利用視角調變功能滿足二維影像與三維影像的顯示切換。本發明具有製作簡易、成本低廉與高光學利用率之優點,並藉由簡化系統架構與可調式參數提高產品的設計及應用彈性。
請參閱第1圖,第1圖為本發明之實施例之一背光系統10之示意圖。背光系統10可包含有複數個視角切換模組12,利用不同的排列方式,例如四方型排列、菱形排列或其他幾何形狀排列,複數個視角切換模組12可組合成一陣列樣式,以提供均勻的光源予背光系統10。由於各個視角切換模組12可獨立於其他視角切換模組12來操控其發光強度與明暗變化,因此背光系統10可應用於調整不同區域、不同程度的輝度明暗變化的區域控制技術(Local Dimming),具有降低耗電量、提高畫面對比值與灰階數、及漸少畫面殘影等優點。背光系統10另可包含有複數個反射單元13,各反射單元可設置於兩相鄰的視角切換模組12之間。反射單元13係用來將各視角切換模組12外漏之光線反射回視角切換模組12內部,以加強背光系統10的顯示品質。
於此針對各視角切換模組12的結構詳細說明。請參閱第2圖,第2圖為本發明之一第一實施例之視角切換模組12A的示意圖。視角切換模組12A包含有一側入式光學基板14、一光源組16以及一光學調制元件18。光源組16由複數個發光單元161所組成,其係設置於側入式光學基板14之一端。發光單元161係可相對於側入式光學基板14之此端之中點作對稱排列或非對稱排列。在此實施例中,發光單元161相對於側入式光係學基板14之此端之中點作對稱排列作說明,但不限於此。各發光單元161係依據各自的預設角度輸出一光線進入側入式光學基板14,以利用全反射原理傳遞至 側入式光學基板14的遠端。光學調制元件18則設置在光源組16與側入式光學基板14之間。由於發光單元161所輸出之光線具有較大的發散角,光學調制元件18可用來調制各發光單元161所輸出光線的張角,收斂其出光角度將張角變窄,以使光線可依據其預設角度進入側入式光學基板14,並沿著相同的預設角度自其出光面141導出側入式光學基板14。
值得一提的是,由於側入式光學基板14具有將光線依據其預設角度導離出光面141之功能,因此側入式光學基板14可包含有一V型(V-cut)反光結構143,設置在側入式光學基板14的底部。請參閱第3圖,第3圖為本發明之第一實施例之視角切換模組12A的側視圖。相較於其他油墨網點印刷技術將光線均勻發散透出導光板的特性,本發明之視角切換模組12係利用V型反光結構反射光線,以使各發光單元161輸出之光線可依據初始的預設角度導出側入式光學基板14。光學調制元件18之結構可對應於一預設的曲率函數,此曲率函數亦根據光源組16之發光單元161的配置數量、排列方式與光入射角度而設計,因此光學調制元件18具有收斂各發光單元161之出光角度的功能。視角切換模組12A另可包含有一處理器20,電連接於光源組16。背光系統10可透過各處理器20來驅動其相對應視角切換模組12的發光強度與明暗變化,以達到前述區域控制技術之目的。
其中側入式光學基板14的側面形狀可以為矩形、橢圓 形、多邊形或任意不規則圖形的柱狀幾何結構;側入式光學基板14之底部的反光結構除了前述的V型反光結構143,另可設計為半球型反光結構、角錐狀反光結構、具有斜角的光發散切面結構或任意形狀可穩定反射光線的微光學結構。本發明之各結構件的實施態樣可不限於前述實施例所述,凡具有相同功效之結構件皆涵蓋於本發明之視角切換模組的設計範疇,故於此不再敘明。
請參閱第4圖,第4圖為本發明之一第二實施例之視角切換模組12B的示意圖。第二實施例中,與第一實施例相同編號之元件具有相同的結構與功能,於此不再詳述。第二實施例與第一實施例之差異在於,除了側入式光學基板14、光源組16、光學調制元件18與處理器20外,視角切換模組12B另可包含有一光耦合元件22。第二實施例之光源組16係設置在側入式光學基板14之該端的底部外側,複數個發光單元161沿著X軸相鄰排列;光耦合元件22設置在側入式光學基板14相對光源組16的另一端,各發光單元161沿著Y軸輸出光線以傳遞至另一端的光耦合元件22;光學調制元件18則設置在側入式光學基板14的底面外側,且位於光源組16及光耦合元件22之間;當光線依序經由光學調制元件18及光耦合元件22進入側入式光學基板14,係沿著Z軸透出出光面141。在第二實施例中,光學調制元件18係為具有聚光效果的一凸透鏡。
視角切換模組12B之光耦合元件22的尺寸可涵蓋側入 式光學基板14及光源組16的疊合面積,光源組16所輸出之光線可經由光學調制元件18進行聚光而後傳遞至光耦合元件22,接著光耦合元件22再將光線以反向轉折方式自側入式光學基板14的另一端導入側入式光學基板14,再利用反光結構143自出光面141導出側入式光學基板14。詳細來說,第二實施例係使用光耦合元件22來延長視角切換模組12B之光路,例如相較第一實施例可延長近一倍的光路,以提高背光系統10之背光均勻性。此外,第二實施例的光源組16與光學調制元件18係放置在側入式光學基板14的底部,因此可有效縮小相鄰視角切換模組12B的間隙,使得背光系統10可提供較美觀的顯示影像。
其中,光耦合元件22之結構可依據不同背光光源需求而設計,例如全反射型光耦合元件或鏡反射型光耦合元件。全反射型光耦合元件22的結構可為一菱鏡,藉由製作材料差異所造成折射係數的變化,使光線產生全反射而自側入式光學基板14之底部外側導入上層的側入式光學基板14內。鏡反射型光耦合元件22可為一球面鏡、一平面鏡組或任意可藉由反射原理將光線由側入式光學基板14之底部外側導入上層的側入式光學基板14內的光學元件。反射鏡面可選擇由鋁、銀、水銀等高反射率材質所組成。本發明之光耦合元件22的實施態樣可不限於前述實施例所述,端視設計需求而定。
請參閱第5圖,第5圖為本發明之一第三實施例之視角 切換模組12C的示意圖。第三實施例中,與前述實施例相同編號之元件具有相同的結構與功能,於此不再詳述。第三實施例與第前述實施例之差異在於,第三實施例之光學調制元件18’可設計為具有內嵌式聚光槽181的一導光板。光學調制元件18’之內嵌式聚光槽內部可填塞空氣或其他透光材料作為光傳遞介質,基於空氣與導光板的材質折射率差異,內嵌式聚光槽可設計為一凹透鏡形式,以使光學調制元件18’可為具有聚光效果的導光板,有助於改善光線傳遞的穩定性。第三實施例中,光學調制元件18’可較佳地緊密貼附在側入式光學基板14的底部,光耦合元件22之尺寸實質上相同於側入式光學基板14及光學調制元件18’之側表面積的總和。第三實施例之光線傳遞路徑係實質上相同於第二實施例所述,於此不再敘明。光學調制元件為了有效辨識出形成於側入式光學基板14內部的內嵌式聚光槽,第5圖所示之光學調制元件18’係與側入式光學基板14略微分離,然不以此為限。
請參閱第6圖與第7圖,第6圖與第7圖分別為本發明之不同實施例之光源組16的結構示意圖。如第6圖所示,視角切換模組12另可包含有複數個光控制元件24,分別設置在光源組16之各相對應發光單元161的前端。一般來說,光源組16大都設計為豎直式燈條的形式,意即各發光單元161係筆直輸出其光線。因此各光控制元件24可用來將相對應發光單元161所輸出之光線調整至預設角度,以使本發明 之視角切換模組12可具有光線分區的角度控制功能。另一方面,如第7圖所示,此實施例可不配置光控制元件,其視角切換模組12另可於初始製作光源組16時便將複數個發光單元161沿著一弧形曲線分佈配置,弧形曲線的函數係依據預設角度而設計,如此側入式光學基板14可具有多段的出光視角,視角切換模組12亦可利用此視角的可調變特性來節省耗電量,及依據不同顯示需求切換為二維顯示或三維顯示。
舉例來說,如第6圖所示,光源組16之中央的發光單元161係將光線筆直朝前輸出,其可選擇不配置光控制元件24;光源組16之左側(或右側)的發光單元161可利用其對應的光控制元件24,將光線自側入式光學基板14外部的左端(或右端)導入並指向側入式光學基板14內部的右端(或左端)。如第7圖所示,光源組16的置中發光單元161、及右側與左側的發光單元161可依據其製作時的配線分佈,各自沿著不同方向將光線透過光學調制元件18輸入側入式光學基板14。一般來說,發光單元161係為一發光二極體,其輸出光線具有較大的發散角。因此發光單元161的輸出光線需藉由光學調制元件18來收斂,以使光線在進入側入式光學基板14前可被收束至較小的發散角,達到準直的設計。本發明之視角切換模組12可於側入式光學基板14內輸入相對應發光單元161之數量的複數道光線,並藉由處理器20之調控,依據使用需求同時啟動所有的發光單元161、或選擇 性啟動部份的發光單元161。
請參閱第8圖,第8圖為第6圖與第7圖所示之視角切換模組12的側視圖。本說明書之光源組16皆以包含有三個發光單元161為例,然實際應用並不以此為限。如第6圖至第8圖所示,光源組16透過光學調制元件18輸入側入式光學基板14的三道光線,可依據各自的預設角度於出光面141透出。舉例來說,光線A自垂直於出光面141的角度透出,光線B與光線C以相對光線A分別夾持正、負四十五度角的方向透出出光面141。當使用者的觀察點面對光線A時,視角切換模組12可選擇開啟光源組16的所有發光單元161,使用者可觀察到較大的顯示亮度。當使用者的觀察點在側入式光學基板14的旁側,如面對光線C時,視角切換模組12可選擇關閉光線B的來源。此時視角切換模組12仍持續沿著三方向輸出光源A、B與C,但可降低側入式光學基板14的背光亮度,以減少視角切換模組12的耗電量,達到節省能源之目的。另一方面,光源組16另可沿著不同的出光角度(例如沿著光線B及光線C的方向)發出兩相異色差或兩相異偏振態之光線,使用者的雙眼可分別接收到來自光線B及光線C方向的相異光線而形成視差,以使視角切換模組12具有可產生三維影像之功能。
綜上所述,本發明之背光系統由多個視角切換模組所組成,各視角切換模組係由其處理器獨立控制。視角切換模組可依據欲減少背光系統之厚度、或欲藉由延長傳遞光路來提 高光均勻性之需求,選擇將光源組與光學調製元件放在側入式光學基板的旁側或底部。本發明之光源組可利用光控制元件調整其發光單元的出光角度,或選擇於製作光源組時便以預設函數配置多個發光單元的分佈,提供光線分區之角度控制的功能。此外,光學調製元件之設計需依照發光單元的分佈及側入式光學基板之結構參數而設計,以有效收斂各發光單元的光發散角。
相較於先前技術,本發明之視角切換模組及其相關背光系統可利用視角切換的特性來節省能源,還可利用視角調變功能滿足二維影像與三維影像的顯示切換。本發明具有製作簡易、成本低廉與高光學利用率之優點,並藉由簡化系統架構與可調式參數提高產品的設計及應用彈性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧背光系統
12‧‧‧視角切換模組
12A‧‧‧視角切換模組
12B‧‧‧視角切換模組
12C‧‧‧視角切換模組
13‧‧‧反射單元
14‧‧‧側入式光學基板
141‧‧‧出光面
143‧‧‧反光結構
16‧‧‧光源組
161‧‧‧發光單元
18、18'‧‧‧光學調制元件
20‧‧‧處理器
22‧‧‧光耦合元件
24‧‧‧光控制元件
A‧‧‧光線
B‧‧‧光線
C‧‧‧光線
第1圖為本發明之實施例之背光系統之示意圖。
第2圖為本發明之第一實施例之視角切換模組的示意圖。
第3圖為本發明之第一實施例之視角切換模組的側視圖。
第4圖為本發明之第二實施例之視角切換模組的示意圖。
第5圖為本發明之第三實施例之視角切換模組的示意圖。
第6圖與第7圖分別為本發明之不同實施例之光源組的結構示意圖。
第8圖為第6圖與第7圖所示之視角切換模組的側視圖。
12A‧‧‧視角切換模組
14‧‧‧側入式光學基板
141‧‧‧出光面
16‧‧‧光源組
161‧‧‧發光單元
18‧‧‧光學調制元件
20‧‧‧處理器

Claims (21)

  1. 一種可調控出光角度的視角切換模組,其包含有:一側入式光學基板,其包含有一出光面;一光源組,設置於該側入式光學基板之一端,該光源組具有複數個發光單元,各發光單元係依據一預設角度輸出一光線至該側入式光學基板;一光學調制元件,設置於該光源組與該側入式光學基板之間,該光學調制元件係調制各發光單元所輸出之該光線的張角,以使該光線可依據該預設角度自該出光面導出該側入式光學基板;以及至少一光控制元件,設置於該相對應發光單元上,用來將該發光單元所輸出之該光線調整至該預設角度。
  2. 如請求項1所述之視角切換模組,其另包含有:一光耦合元件,設置於該側入式光學基板相對該光源組之另一端,該光源組所輸出之該光線係經由該光學調制元件與該光耦合元件而導入該側入式光學基板。
  3. 如請求項2所述之視角切換模組,其中該光源組設置於該側入式光學基板之該端的底部,該光耦合元件係將該光源組所輸出之該光線以反向轉折方式自該側入式光學基板的另一端導入該側入式光學基板。
  4. 如請求項1或2所述之視角切換模組,其中該光源組之 該些複數個發光單元沿著一弧形曲線分佈排列,以使各發光單元可依據該預設角度輸出該光線。
  5. 如請求項1所述之視角切換模組,其中該光學調制元件係為一聚光透鏡或一具有內嵌式聚光槽之導光板。
  6. 如請求項1所述之視角切換模組,其中該光學調制元件之結構對應一預設的曲率函數,用以收斂各發光單元之該光線的出光角度。
  7. 如請求項6所述之視角切換模組,其中該光學調制元件之該曲率函數對應於該些複數個發光單元之各光線的入射角度。
  8. 如請求項1所述之視角切換模組,其另包含有:一處理器,電連接於該光源組,該處理器係分批或同時啟動該些複數個發光單元,以切換該側入式光學基板之分區背光的角度控制。
  9. 如請求項1所述之視角切換模組,其中該側入式光學基板具有一V型反光結構,設置於該側入式光學基板之一底部,該V型反光結構係將該光線依據其預設角度自該出光面導出該側入式光學基板。
  10. 如請求項1所述之視角切換模組,其中該些複數個發光單元相對於該側入式光學基板之該端之中點作對稱排列。
  11. 一種背光系統,其包含有:複數個視角切換模組,各視角切換模組包含有: 一側入式光學基板,其包含有一出光面;一光源組,設置於該側入式光學基板之一端,該光源組具有複數個發光單元,各發光單元係依據一預設角度輸出一光線至該側入式光學基板;一光學調制元件,設置於該光源組與該側入式光學基板之間,該光學調制元件係調制各發光單元所輸出之該光線的張角,以使該光線可依據該預設角度自該出光面導出該側入式光學基板;以及至少一光控制元件,設置於該相對應發光單元上,用來將該發光單元所輸出之該光線調整至該預設角度。
  12. 如請求項11所述之背光系統,其中該視角切換模組另包含有:一光耦合元件,設置於該側入式光學基板相對該光源組之另一端,該光源組所輸出之該光線係經由該光學調制元件與該光耦合元件而導入該側入式光學基板。
  13. 如請求項12所述之背光系統,其中該光源組設置於該側入式光學基板之該端的底部,該光耦合元件係將該光源組所輸出之該光線以反向轉折方式自該側入式光學基板的另一端導入該側入式光學基板。
  14. 如請求項11或12所述之背光系統,其中該光源組之該 些複數個發光單元係沿著一弧形曲線分佈排列,以使各發光單元可依據該預設角度輸出該光線。
  15. 如請求項11所述之背光系統,其中該光學調制元件係為一聚光透鏡或一具有內嵌式聚光槽之導光板。
  16. 如請求項11所述之背光系統,其中該光學調制元件之結構對應一預設的曲率函數,用以收斂各發光單元之該光線的出光角度。
  17. 如請求項16所述之背光系統,其中該光學調制元件之該曲率函數對應於該些複數個發光單元之各光線的入射角度。
  18. 如請求項11所述之背光系統,其中該視角切換模組另包含有:一處理器,電連接於該光源組,該處理器係分批或同時啟動該些複數個發光單元,以切換該側入式光學基板之分區背光的角度控制。
  19. 如請求項11所述之背光系統,其中該側入式光學基板具有一V型反光結構,設置於該側入式光學基板之一底部,該V型反光結構係將該光線依據其預設角度自該出光面導出該側入式光學基板。
  20. 如請求項11所述之背光系統,其另包含有:至少一反射單元,設置於相鄰的視角切換模組之間,用來將各視角切換模組外漏之該光線反射回該視角切換模組內部。
  21. 如請求項11所述之背光系統,其中該些複數個發光單元相對於該側入式光學基板之該端之中點作對稱排列。
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