TWI504988B - 背光模組及液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI504988B TW101144429A TW101144429A TWI504988B TW I504988 B TWI504988 B TW I504988B TW 101144429 A TW101144429 A TW 101144429A TW 101144429 A TW101144429 A TW 101144429A TW I504988 B TWI504988 B TW I504988B
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Description

背光模組及液晶顯示裝置
本發明係關於一種液晶顯示裝置及其背光模組，特別係關於一種可切換操作於2D/3D顯示之液晶顯示裝置及其背光模組。
傳統裸眼立體顯示裝置中利用光柵(lenticular)以及視差屏障(parallax barrier)之技術以達成立體顯示器之功能，其中視差屏障技術乃係藉由顯示器中的光學元件(例如：屏障裝置)，使觀看者左眼看到影像與右眼看到的影像兩者之間在視角上有所差異，以產生立體的視覺。
習知之屏障式立體顯示器之背光模組包括一2D背光模組以及一設置於2D背光模組前方的3D背光模組。在顯示器於2D顯示操作時，關閉3D背光模組僅開啟2D背光模組，顯示面板利用2D背光模組所提供之光源呈現影像。在顯示器於3D顯示操作時，關閉2D背光模組僅開啟3D背光模組，顯示面板利用3D背光模組所提供之光源呈現影像。然而，3D背光模組容易產生漏光的現象，使得部份3D背光模組光源可能往位於後方的2D背光模組投射，進而導致3D影像成像失敗。
業界解決上述問題的方法包括在3D背光模組與2D背光模組之間設置一個壓克力板製成的光學衰減器，以阻擋來自3D背光模組的漏光。然而，上述光學衰減器的效果 有限，自2D背光模組反射回來的光線仍然會增加3D影像的Cross-talk。另外，光學衰減器也會產生降低2D背光模組光利用率的問題。
因此，提供一種能防止光利用效率下降並在2D顯示及3D顯示之間切換而不使顯示品質退化之立體顯示器係高度需要的。
為了克服上述習知技術之液晶顯示裝置之缺點，本發明提供一種背光模組，使應用該背光模組之液晶顯示裝置具有較佳的成像品質。
根據本發明一實施例，一種可切換操作於一第一模式與一第二模式背光模組，包括：一第一光源、一第二光源、及一光調變單元。第一光源在第一模式時產生第一光束，且第二光源在第二模式時產生第二光束。導光板，包括：一入光面，接收第二光源之第二光束；兩相對之側面，與入光面連接；以及複數導光元件，可反射可見光，設置於兩相對之側面其中之一。光調變單元具有一第一表面與一相對於第一表面之第二表面。當背光模組操作於第一模式時，光調變單元對應於自第一表面入射之第一光束具有一第一穿透率。當背光模組操作於第二模式時，光調變單元對應於自第二表面入射之第二光束具有一第二穿透率，其中第一穿透率大於上述第二穿透率。本發明亦提供一種應用上述背光模組之液晶顯示裝置。
在上述實施例中，第一穿透率係介於60%到90%之間。第二穿透率係介於3%到50%之間。
在上述實施例中，背光模組更包括一設置於第一光源與光調變單元之間的反射增亮膜，且光調變單元與一偏光片，其中偏光片之偏振方向與反射偏光片之偏振方向相同。
在上述實施例中，光調單元括電致變色村料，當背光模組於第一模式時，光調變單元具有第一穿透率，當背光模組自第一模式切換至第二模式，電致變色材料受一電壓所驅動，使光調變單元具有第二穿透率。
在上述實施例中，背光模組的導光板的兩相對側面包括一前出光面及一後出光面。入光面接收第二光源之第二光束。前出光面相鄰入光面，後出光面相對前出光面。複數導光元件設置於後出光面，包括複數個凹槽朝導光板內部凹陷。部份第二光束反射於凹槽，且部份第二光束經後出光面射向光調變單元。另外，導光板之後出光面與光調變單元之間具有一空隙。
本發明更提供一種應用上述之背光模組之液晶顯示裝置，其中一液晶面板配置用於接收來自上述背光模組之第一光束以及/或者第二光束以提供一影像。
在上述實施例中，液晶顯示裝置更包括一上偏光片、及一下偏光片分別配置於液晶面板之二個相對表面上，其中光調變單元之偏振方向與下偏光片之偏振方向相同。
本發明之背光模組之光調變單元在不同模式切換時具有不同的光學表現，使得液晶顯示裝置在2D/3D顯示下皆 具有良好的成像品質。
為了讓本發明之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示第1圖至第4圖，做詳細之說明。本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。
請參照第1A圖，本發明之液晶顯示裝置1包括一背光模組10、及一液晶面板模組20。背光模組10包括複數個第一光源110、一對應於第一光源110之第一導光板120、一反射板130、一光學膜片組140、一光調變單元150、複數個第二光源160、及一對應於第二光源160之第二導光板170。
複數個第一光源110分別為一發光二極體，可發出一第一光束L1 。第一導光板120包括一第一入光面121、一第一後出光面123、及一第一前出光面125。第一後出光面123相鄰第一入光面121且相對於第一前出光面125。第一入光面121面對第一光源110，以接收第一光源110所提供之第一光束L1 。反射板130面對第一導光板120之第一後出光面123並配置用於反射光線，以增加光線均勻度。
光學膜片組140設置於第一導光板120與光調變單元 150之間。更明確而言，光學膜片組140係設置於第一導光板120之第一前出光面125上。在一不限定之實施例中，光學膜片組140包括一第一擴散片141、增亮膜(Brightness Enhancement Film；BEF)143、第二擴散片145、及反射增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film；DBEF)147。光學膜片組140之配置可依照需求增加或減少，並不受限於上述實施例。
在此實施例中，光調變單元150為一偏光片，具有一第一表面150a、及一相對於第一表面150a之第二表面150b，其中第一表面150a面對光學膜片組140，且第二表面150b面對第二導光板170。在此實施例中，偏光片150之偏振方向與反射增亮膜147之偏振方向相同，且偏光片150與反射增亮膜147所透射之光線皆為線形極光。
複數個第二光源160分別為一發光二極體，可發出一第二光束L2 。第二導光板170包括一第二入光面171、一第二後出光面173、及一第二前出光面175。第二後出光面173相鄰第二入光面171且相對於第二前出光面175。第二入光面171面對第二光源160，以接收第二光源160所提供之第二光束L2 。第二後出光面173面對光調變單元150且包括複數個凹槽177朝第二導光板170內部凹陷，凹槽177之內緣塗佈有高反射率之油墨(未圖式)，以反射來自第二光源160之第二光束L2 。
液晶面板模組20面對第二導光板170之第二前出光面 175且包括一液晶面板21、一下偏光片23、及一上偏光片25。下偏光片23與上偏光片25分別配置於液晶面板21之二個相對表面上，其中下偏光片23之偏振方向與偏光片150之偏振方向相同。液晶面板21包括複數個像素單元(未圖式)，且每一像素單元分別包括一左次像素單元及一右次像素單元，其中每一像素單元分別對應於第二導光板170之凹槽177。值得注意的是，第二導光板170之第二後出光面173與偏光片150之間具有一間隔G1 ，彼此未相互連結，以增加第二導光板170之出光效率。
本實施例之液晶顯示裝置1之作動方式說明如下。請參照第1A、1B圖，第1A圖顯示液晶顯示裝置1於2D顯示之示意圖，其中背光模組10於一第一模式下操作；第1B圖顯示液晶顯示裝置1於3D顯示之示意圖，其中背光模組10於一第二模式下操作。
當背光模組10操作於第一模式時，如第1A圖所示，第一光源110發出之第一光束L1 經由第一導光板120之後射入光學膜片組140。光學膜片組140進一步提升第一光束L1 之均勻度，並藉由反射偏光膜147使第一光束L1 成為偏振態。通過光學膜片組140之第一光束L1 隨後射入偏光片150之第一表面150a，由於偏光片150與反射偏光膜147的偏振方向相同，大部分經過反射偏光膜147的第一光束L1 皆可通過偏光片150。在一具體實施例中，偏光片150對應於自第一表面150a入射之第一光束L1 具有83% 的第一穿透率。接著，第一光束L1 經導光板170後射入液晶面板模組20，以提供液晶面板模組20所需之光線。值得注意的是，偏光片150對應於自第一表面150a入射之第一光束L1 的第一穿透率可介於60%到90%之間。
藉由背光模組10之配置，來自第一光源110之第一光束L1 的光利用率可獲得提升。舉例而言，在一實驗數據中，對於自第一光源110射出之光線而言，第一導光板之穿透率為90%；第一擴散片141之穿透率為90%；增亮膜143之穿透率為120%；第二擴散片145之穿透率為90%；反射增亮膜147之穿透率為68%；偏光片150之穿透率為44%。因此，背光模組10之第一光源110之光利用率為25%。相反地，若利用碳粒子進行霧化之壓克力材料取代偏光片150，在其餘配置不變動的情況下，第一光源110之光利用率僅存18.6%。
另一方面，由於第一光束L1 無法通過第二導光板170之凹槽177，第二導光板170可能產生光線分布較不均勻的現象。為克服此問題，本實施例進一步提供以下方法。如第1A圖所示般，當背光模組10於第一模式操作時，第二光源160亦同時開啟，其中來自第二光源160之第二光束L2 自第二導光板170之第二入光面171射入第二導光板170之後經由凹槽177上的反射油墨(未圖式)反射至液晶面板模組20。應當理解的是，在液晶顯示裝置1於2D顯示下開啟第二光源160並非本實施例必要之特徵，第二 光源160所提供之第二光束L2 係用於增加光線均勻性。
請參照第1B圖，在液晶顯示裝置1於3D顯示下時，位於第二導光板170二個相對第二入光面171之第二光源160輪流開啟以產生第二光束L3 。部份第二光束L3 經由第二入光面171進入第二導光板170後遭凹槽177上的反射油墨(未圖式)反射後經由第二導光板170之第二前出光面175離開第二導光板170，以提供液晶面板21產生3D影像所需之指向背光(directional backlight)。
然而，少部份第二光束L3 可能自相鄰二個凹槽177之間的間隔178射向偏光片150之第二表面150b。由於第二光束L3 為未極化光，偏光片150僅允許具有特定偏振方向的第二光束L3 通過並吸收其餘光線，因此第二光束L3 通過偏光片150後將明顯減弱。在一具體實施例中，偏光片150對應於自第二表面150b入射之第二光束L3 具有44%的第二穿透率。接著，第二光束L3 依序通過光學膜片組140及導光板120並遭反射板130反射。受反射板130反射的第二光束L3 再依序通過第一導光板120、光學膜片組140、偏光片150後再回到第二導光板170。值得注意的是，偏光片150對應於自第二表面150b入射之第二光束L3 的第二穿透率可介於3%到50%之間。
藉由背光模組10之配置，液晶顯示裝置1的Cross-talk的現象可獲得改善。舉例而言，在一實驗數據中，對於經由間隔178射向反射板130之第二光束L3 而言偏光片150 之穿透率為44%；第一擴散片141之穿透率為90%；增亮膜143之穿透率為120%；第二擴散片145之穿透率為90%；反射增亮膜147之穿透率為68%；第一導光板120之穿透率為90%；反射板130之反射率為97%。
對於自反射板130反射並射入第二導光板170之第二光束L3 而言，第一導光板120之穿透率為90%；第一擴散片141之穿透率為90%；增亮膜143之穿透率為90%；第二擴散片145之穿透率為90%；反射增亮膜147之穿透率為68%；偏光片150之穿透率為44%。是以，第二光源之漏光率(第二光束L3 在第1B圖之節點B之位置之光強度除以第二光束L3 在第1B圖之節點A之位置之光強度的比值)僅為6.345%。相反地，若利用碳粒子進行霧化之壓克力材料取代偏光片150，在其餘配置不變動的情況下，第二光源110之漏光率為6.8475%。
總地來說，本實施例之背光模組10除了有效改善液晶顯示裝置1於3D顯示下Cross-talk的現象，同時背光模組10亦可增加液晶顯示裝置1於2D顯示下的光利用率，其中背光模組第一光源110之光利用率(25%)與第二光源160之漏光率(9.4%)之間的比值為3.94。
請參照第2A圖，其顯示本發明另一實施例之液晶顯示裝置2之示意圖。液晶顯示裝置2與第1A圖之液晶顯示裝置1相同或相似之結構將以相同或相似之標號標示，且其特徵將不再說明。液晶顯示裝置2與液晶顯示裝置1相 比，液晶顯示裝置2以光調變單元180取代液晶顯示裝置之光調變單元150。光調變單元180具有一第一表面180a、及一相對於第一表面180a之第二表面180b，其中第一表面180a面對光學膜片組140，且第二表面180b面對第二導光板170，其中光調變單元180與第二導光板170之間距有一間隙G2 ，以加強第二導光板170之光學特性。光調變單元180包含電致變色材料及二個位於電致變色材料相對二側之電極(未圖示)，其中電極施加電壓於電致變色材料實，光調變單元180光穿透率降低。
本實施例之液晶顯示裝置2之作動方式說明如下。請參照第2A、2B圖，第2A圖顯示液晶顯示裝置2於2D顯示之示意圖，其中背光模組10a於一第一模式下操作；第2B圖顯示液晶顯示裝置2於3D顯示之示意圖，其中背光模組10a於一第二模式下操作。
當背光模組10a操作於第一模式時，如第2A圖所示，由第一光源220發出之第一光束L4 依序通過第一導光板120、及光學膜片組140之後射入光調變單元180。此時，光調變單元180中的電極未施加電壓於電致變色材料，光調變單元180具有高度穿透率。在一具體實施例中，光調變單元180對應於自第一表面180a入射之第一光束L4 具有67%的第一穿透率。因此，背光模組10a之第一光源110之光利用率為18.6%。值得注意的是，光調變單元180對應於自第一表面180a入射之第一光束L4 的第一穿透率可 介於60%到90%之間。
當背光模組10a操作於第二模式時，如第2B圖所示，少部分第二光束L5 可能自間隔178射向光調變單元180之第二表面180b。此時，光調變單元180中的電致變色材料受電壓驅動降低光調變單元180之光穿透率。在一具體實施例中，光調變單元180對應於自第二表面180b入射之第二光束L5 具有4%的第二穿透率。值得注意的是，光調變單元180對應於自第二表面180b入射之第二光束L5 的第一穿透率可介於3%到50%之間。接著，第二光束L5 依序通過光學膜片組140及第一導光板120並遭反射板130反射。受反射板130反射的第二光束L5 再依序通過第一導光板120、光學膜片組140、光調變單元180後再回到第二導光板170。在此實施例中，第二光源160之漏光率(第二光束L5 在第2B圖之節點D之位置之光強度除以第二光束L5 在第2B圖之節點C之位置之光強度的比值)僅為0.0256%。
總地來說，本實施例之背光模組10a除了有效改善液晶顯示裝置2於3D顯示下Cross-talk的現象，同時背光模組10a亦可增加液晶顯示裝置2於2D顯示下的光利用率，其中背光模組第一光源110之光利用率(18.6%)與第二光源160之漏光率(0.0256%)之間的比值為726.56。亦即，液晶顯示裝置2較液晶顯示裝置1具有更佳的成像品質。
請參照第3圖，其顯示本發明另一實施例之液晶顯示 裝置3之示意圖。液晶顯示裝置3與第2A圖之液晶顯示裝置2相同或相似之結構將以相同或相似之標號標示，且其特徵將不再說明。液晶顯示裝置3相較於液晶顯示裝置2減少了光學膜片組140之設置。因此，液晶顯示裝置3之第一光源110之光利用率將進一步提升。
請參照第4圖，其顯示本發明另一實施例之液晶顯示裝置4之示意圖。液晶顯示裝置4與第2A圖之液晶顯示裝置2相同或相似之結構將以相同或相似之標號標示，且其特徵將不再說明。液晶顯示裝置4與液晶顯示裝置3的差異在於液晶顯示裝置採用直下式背光，其中背光模組10c包含複數個第一光源30、基板40、複數個第二光源160、第二導光板170、及光調變單元180。
複數個第一光源30設置於基板40上，且每一第一光源30分別包括一發光二極體31及一罩設發光二極體31之光學透鏡33。發光二極體31發出之第一光束L6 受光學透鏡33均勻擴散並經由光調變單元180、及第二導光板170射向液晶面板模組20。在一些實施例中，基板40具有反射性質。在另一些實施例中，基板40不具有反射性質，來自導光板170之間隔178之漏光不自基板40反射，藉此進一步改善液晶顯示裝置4於3D顯示下Cross-talk的現象。
雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1、2、3、4‧‧‧液晶顯示裝置
10、10a、10b、10c‧‧‧背光模組
110‧‧‧第一光源
120‧‧‧第一導光板
121‧‧‧第一入光面
123‧‧‧第一後出光面
125‧‧‧第一前出光面
130‧‧‧反射板
140‧‧‧光學模片組
141‧‧‧第一擴散片
143‧‧‧增亮模
145‧‧‧第二擴散片
147‧‧‧反射增亮模
150‧‧‧光調變單元(偏光片)
150a‧‧‧第一表面
150b‧‧‧第二表面
160‧‧‧第二光源
170‧‧‧第二導光板
171‧‧‧第二入光面
173‧‧‧第二後出光面
175‧‧‧第二前出光面
177‧‧‧凹槽
178‧‧‧間隔
180‧‧‧光調變單元
20‧‧‧液晶面板模組
21‧‧‧液晶面板
23‧‧‧下偏光片
25‧‧‧上偏光片
30‧‧‧第一光源
31‧‧‧發光二極體
33‧‧‧光學透鏡
40‧‧‧基板
A、B、C、D‧‧‧節點
L1 、L4 、L6 ‧‧‧第一光束
L2 、L3 、L5 ‧‧‧第二光束
G1 、G2 ‧‧‧空隙
第1A圖顯示本發明之一實施例之液晶顯示裝置於2D顯示之示意圖，其中背光模組於一第一模式下操作；第1B圖顯示第1A圖之液晶顯示裝置於3D顯示之示意圖，其中背光模組於一第二模式下操作；第2A圖顯示本發明之一實施例之液晶顯示裝置於2D顯示之示意圖，其中背光模組於一第一模式下操作；第2B圖顯示第2A圖之液晶顯示裝置於3D顯示之示意圖，其中背光模組於一第二模式下操作；第3圖顯示本發明另一實施例之液晶顯示裝置於2D顯示之示意圖；以及第4圖顯示本發明另一實施例之液晶顯示裝置於2D顯示之示意圖。
1‧‧‧液晶顯示裝置
10‧‧‧背光模組
110‧‧‧第一光源
120‧‧‧第一導光板
121‧‧‧第一入光面
123‧‧‧第一後出光面
125‧‧‧第一前出光面
130‧‧‧反射板
140‧‧‧光學模片組
141‧‧‧第一擴散片
143‧‧‧增亮模
145‧‧‧第二擴散片
147‧‧‧反射增亮模
150‧‧‧光調變單元(偏光片)
150a‧‧‧第一表面
150b‧‧‧第二表面
160‧‧‧第二光源
170‧‧‧第二導光板
171‧‧‧第二入光面
173‧‧‧第二後出光面
175‧‧‧第二前出光面
177‧‧‧凹槽
178‧‧‧間隔
20‧‧‧液晶面板模組
21‧‧‧液晶面板
23‧‧‧下偏光片
25‧‧‧上偏光片
L1 ‧‧‧第一光束
L2 ‧‧‧第二光束
G1 ‧‧‧空隙

Claims (19)

  1. 一種背光模組，可切換操作於一第一模式與一第二模式，該背光模組包括：一第一光源，在該第一模式時產生一第一光束；一第二光源，在該第二模式時產生一第二光束；一導光板，包括：一入光面，接收該第二光源之第二光束；兩相對之側面，與該入光面連接；以及複數導光元件，設置於該等側面其中之一，配置用於反射可見光；以及一光調變單元，設置於該導光板下，具有一第一表面與一相對於該第一表面之第二表面，其中當該背光模組操作於第一模式時，該光調變單元對應於自該第一表面入射之第一光束具有一第一穿透率，當該背光模組操作於第二模式時，該光調變單元對應於自該第二表面入射之第二光束具有一第二穿透率，其中該第一穿透率大於該第二穿透率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該第一穿透率係介於60%到90%之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該第二穿透率係介於3%到50%之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，更包括一反射增亮膜，設置於該第一光源與該光調變單元之間，且該光調變單元為一偏光片，其中該偏光片之偏振方向與該反射增亮膜之偏振方向相同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該光調變單元包括一電致變色材料。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該背光模組為第一模式時，該光調變單元具有該第一穿透率。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該背光模組自該第一模式切換至該第二模式時，該電致變色材料受一電壓所驅動，使該光調變單元具有該第二穿透率。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該導光板之該等側面，包括：一前出光面，相鄰該入光面；以及一後出光面，相對該前出光面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之背光模組，其中該等導光元件設置於該後出光面，包括：複數個凹槽朝該導光板內部凹陷，其中部份該第二光束反射於該等凹槽，且部份該第二光束經該後出光面射向該光調變單元。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之背光模組，其中該導光板之後出光面與該光調變單元之間具有一空隙。
  11. 一種液晶顯示裝置，包括：一背光模組可切換操作於一第一模式與一第二模式，該背光模組，包括：一第一光源，在該第一模式時產生一第一光束；一第二光源，在該第二模式時產生一第二光束；一導光板，包括： 一入光面，接收該第二光源之第二光束；兩相對之側面，與該入光面連接；以及複數導光元件，設置於該等側面其中之一，配置用於反射可見光；以及一光調變單元，設置於該導光板下，具有一第一表面與一相對於該第一表面之第二表面，其中當該背光模組操作於第一模式時，該光調變單元對應於自該第一表面入射之第一光束具有一第一穿透率，當該背光模組操作於第二模式時，該光調變單元對應於自該第二表面入射之第二光束具有一第二穿透率，其中該第一穿透率大於該第二穿透率；以及一液晶面板，接收來自該背光模組之該第一光束或該第二光束以提供一影像。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，其中該第一穿透率係介於60%到90%之間。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，其中該第二穿透率係介於3%到50%之間。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，更包括一上偏光片、及一下偏光片，配置於該液晶面板之二個相對表面上，且該光調變單元為一偏光片，其中該偏光片之偏振方向與該下偏光片之偏振方向相同。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，其中該光調變單元包括一電致變色材料。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示裝置，其 中該背光模組為第一模式時，該光調變單元具有該第一穿透率。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之液晶顯示裝置，其中該背光模組自該第一模式切換至該第二模式時，該電致變色材料受一電壓所驅動，使該光調變單元具有該第二穿透率。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，其中該導光板之該等側面，包括：一前出光面，相鄰該入光面；以及一後出光面，相對該前出光面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之液晶顯示裝置，其中該等導光元件設置於該後出光面，包括：複數個凹槽朝該導光板內部凹陷，其中部份該第二光束反射於該等凹槽，且部份該第二光束經該後出光面射向該光調變單元。
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