TWI518416B - 背光模組以及包含其之透明液晶顯示裝置 - Google Patents

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Description

背光模組以及包含其之透明液晶顯示裝置
本發明係關於一種背光模組以及包含其之液晶顯示裝置，尤指一種適用於透明液晶顯示裝置之背光模組，以及包含其之透明液晶顯示裝置。
隨著現代人對於資訊媒體的需求增加，各種輕量化之平面顯示器被大量地使用，而其中，由於液晶顯示器具有具有低電壓操作，無輻射線散射、重量輕、以及體積小等優勢，成為近年來的主流產品。
另一方面，透明顯示器之需求逐漸興起，此種顯示器可讓使用者同時看見顯示器所顯現之影像以及於顯示器後方之物體，可應用於車輛之前擋玻璃、房屋玻璃、或廣告板等處，提供使用者更方便的資訊獲得方式。
液晶顯示裝置通常包括一液晶面板以及一背光模組，其背光模組係提供液晶面板所需之光源，使得液晶顯示裝置達到顯示的功能。目前常用之背光模組通常於底部存在一層反射板，將自底面漏出的光反射回導光板中，以增加光源的使用效率。然而，若需應用於透明液晶 顯示器上，則傳統之背光模組所使用之背光光源或其反射板將阻礙液晶顯示器之透明度，並降低透視功能。
因此，目前亟需一種適用於透明液晶顯示裝置之背光模組，具有良好的透明度，使得透明液晶顯示裝置後方之自然光源可平均地穿透該背光模組以及該液晶顯示面板，使得顯示面板所顯示之影像以及顯示裝置後方之物體影像皆可清楚地呈現給使用者。
本發明之一目的係於提供一種背光模組，包括：一半波板，具有一設置平面；一導光板，具有堆疊之複數個導光單元，該些導光單元係相鄰排列於該設置平面上；以及一光源，係以垂直該設置平面之法線的方向將一入射光入射該導光板；其中，該導光單元包括：一光學元件，具有一供該光線入射的光入射面；一第一透明板材，係設置於該光學元件上，且該第一透明板材具有一與該光入射面之夾角小於90度的第一表面；一分光膜，設置於該第一表面上，用以將部分光線反射至該半波板；以及一第二透明板材，設置於該分光膜上，且該第二透明板材具有一與該光入射面平行的光穿透面。
於本發明之一實施態樣中，當該導光板係由n個導光單元層疊而成時，該導光板係具有依序層疊之H1至Hn之導光單元，以及，由導光單元H1至Hn所反射之反射光強度係各自為S1至Sn；其中，S1=S2=S3=....=Sn=P0/n； 而其中，P0為該光線之光強度。
而於本發明之一實施態樣中，當該些導光單元中之該光學元件為一半波板時，該些導光單元H1至Hn中之該些半波板，係朝相同方向各自旋轉θ1至θn之角度。
本發明之一實施態樣中，當該導光板係由n個導光單元層疊而成，且該些導光單元中之該光學元件為半波板時，該導光板係具有依序層疊之H1至Hn之導光單元，其中，由該些導光單元H1至Hn所反射之反射光強度係各自為S1至Sn；通過該些導光單元H1至Hn之穿透光係各自偏轉2 θ1至2 θn度；以及其穿透光強度係各自為P1至Pn，其中，S1至Sn、2 θ1至2 θn、以及P1至Pn須滿足下列方程式(I)：Sm=Pm-1×sin2(2 θm)=P0/n (I)
其中，Pm=Pm-1×cos2(2 θm)；以及m為1至n之整數。
本發明之另一目的係在於提供一種液晶顯式裝置，包括：一液晶顯示面板；一背光模組，係設置於該液晶顯示面板之一側，其包括一半波板，具有一設置平面；一導光板，具有堆疊之複數個導光單元，該些導光單元係相鄰排列於該設置平面上；以及一光源，係以垂直該設置平面之法線的方向將光線入射該導光板；其中，該導光單元包括一光學元件，該光學元件具有一供該光線入射的光入射面；一第一透明板材，係設置於該光學元件上，且該第一透明板材具有一與該光入射面之夾角小於90度的第一表面；一分光膜，設置於該第一表面上，用以將部分光線 反射至該半波板，以及；一第二透明板材，設置於該分光膜上，且該第二透明板材具有一與該光入射面平行的光穿透面。
10‧‧‧導光板
11‧‧‧玻璃板
A,B‧‧‧框線
12,121~12n‧‧‧分光膜
101~10n‧‧‧光學元件
1111‧‧‧第一表面
111‧‧‧第一透明板材
1121‧‧‧光穿透面
112‧‧‧第二透明板材
1011~10n1‧‧‧光入射面
20‧‧‧背光模組
H1~H n‧‧‧導光單元
21‧‧‧半波板
211‧‧‧出光面
22‧‧‧偏光板
212‧‧‧設置平面
30‧‧‧顯示面板
圖1~圖4係本發明一較佳實施例中，導光板之製備方法示意圖。
圖5及圖6係本發明一較佳實施例之導光板結構示意圖。
圖7~圖8係本發明一較佳實施例中之背光模組結構示意圖。
圖9係本發明另一較佳實施例之背光模組結構示意圖。
圖10係本發明又一較佳實施例之透明顯示面板結構示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
[實施例1]
首先，依序層疊光學元件101以及玻璃板11以形成如圖1及圖2所示之層疊結構，於本製備例中，其圖1所繪示之光學元件101係旋轉θ1角度之半波板。然而於其他實施例中，光學元件可為偏光板，接著，如圖3所示，沿著框線A切割該層疊結構，其中，框線A之長軸係與光學元件101以及玻璃板呈45度角。切割後所得之片狀 結構中，光學元件101係以45度角傾斜排列。於其他實施態樣中，框線A之長軸與光學元件101之夾角可為90度以下，而較佳可為30至60度之間，最佳為45度。接者，重複上述之步驟，以製備n個片狀結構(圖未示)，而該些片狀結構中之光學元件102~10n，係分別為旋轉θ2至θn角度之半波板。然而於其他實施態樣中，該些片狀結構中之光學元件可為偏光板；於其他實施態樣中，可依照顯示面板之大小或外觀上的設計，進而重複製備不同數量之片狀結構，舉例來說，當所製備之片狀結構為10個時，該些片狀結構之光學元件係分別為旋轉θ1至θ10角度之半波板，而其中，該些半波板之旋轉角度θ1至θ10須滿足下文中所記載之條件。接者，如圖4所示，依序層疊前一步驟所製得之該些片狀結構，並於相鄰之片狀結構之間設置分光膜12，於本實施例中，所使用之分光膜12係重複層疊之SiO2以及HfO2薄膜所構成之多層結構。然而於其他實施態樣中，可使用本領域中習知之分光膜，而較佳為使用本領域中習知之偏振分光膜。
接者，如圖4所示，沿著框線B切割，以得到導光板10，其中，框線B之長軸與分光膜12之夾角為45度，而於其他實施態樣中，該夾角可為小於90度之夾角，而較佳可為30至60度之間之夾角，最佳為45度之夾角。
由上述步驟所製成之導光板10係如圖5及圖6所示，其中包括n個導光單元H1~Hn，其中，導光單元H1~Hn各自獨立包括光學元件101~10n，其係旋轉θ1~θn之半波 板，且各自包括供光線入射之光入射面1011~10n1；複數個第一透明板材111，係各自設置於光學元件101~10n上，第一透明板材111之第一表面1111係與光學元件101~10n之光入射面1011~10n1間之夾角為45度，其中，第一透明板材111係由玻璃所製成；複數個分光膜121~12n，依序分別設置於第一透明板材111之第一表面1111上，以及；複數個第二透明板材112，各自設置於分光膜121~12n上，且每一第二透明板材112之光穿透面1121係與光學元件101~10n之光入射面1011~10n1平行，其中第二透明板材121係由玻璃所製成。然而於其他實施態樣中，第一透明板材111或第二透明板材121則可使用本領域中習知之透明材料，如透明塑膠材料等。另外，於其他實施態樣中，每一第一透明板材111之第一表面1111與光學元件101~10n之光入射面1011~10n1間之夾角可為小於90度之角度，其中，較佳之角度為30至60度之間。
接者，將所完成之導光板10設置於半波板21之設置平面212上，以形成背光模組20。請一併參照圖7以及圖8，一光源S0以垂直該設置平面212之法線的方向將一入射光L0入射該導光板10，入射光L0為一偏振光，其偏振方向係如圖8所示，且其光強度係以P0表示。當入射光L0穿透第一導光單元H1之光學元件101後，入射光L0透過旋轉θ1之半波板，其偏振方向係偏轉2 θ1。接者，請參照圖7，當入射光L0經過分光膜121時，其部分入射光係穿透分光膜121，穿透光L1之光強度係以P1表示；部分入射光 L0則由分光膜121反射至該半波板21，且反射光R1之光強度以S1表示，其中，P1=P0×cos2(2 θ1)，S1=P0×sin2(2 θ1)。接者，當穿透光L1繼續前進而穿透導光單元H2之光學元件102後，由於光學元件102為旋轉θ2之半波板，穿透光L1之偏振方向則會旋轉2 θ2(如圖8所示)，接者，當穿透光L1經過分光膜122時，其部分係穿透分光膜122，為穿透光L2，其光強度係以P2表示；部分穿透光L1則由分光膜122反射至該半波板21，其反射光R2之光強度以S2表示，其中，P2=P1×cos2(2 θ2)，S2=P1×sin2(2 θ2)。以此類推，當光到達導光單元Hn時，其經過導光單元Hn之分光膜12n之穿透光Ln，其光強度Pn=Pn-1×cos2(2 θn)，而反射光R1之光強度S1=Pn-1×sin2(2 θn)。
為了達到均勻導光的特性，由導光單元H1~Hn之分光膜121~12n所反射出之反射光R1~Rn，其光強度S1~Sn應彼此相等，因此，應滿足以下方程式：S1=S2=S3=....=Sn=P0/n。由於Sm=Pm-1×sin2(2 θm)，其中，m為1至n之整數，故推得Pm-1×sin2(2 θm)=P0/n，而本實施例中每一光學元件101~10n，即導光板中，每一半波板之旋轉角度(θ1~θn)係須滿足上述之方程式，藉此平均的將入射光L0分散至該半波板21。
該半波板21係可旋轉φ度，藉由該半波板21的旋轉角度，可調控自然光穿透背光模組後的光強度，以及調控背光穿透背光模組的光強度。其中，原始的自然光 強度為Ia0，而觀察者所觀測到之自然光光強度為Ia，其中，Ia=Ia0×cos2(2 φ)；原始的背光光強度為Ib0，而觀察者所觀測到之背光光強度為Ib，其中，Ib=Ib0×sin2(2 φ)。為了使透明顯示面板後方之物體能清楚的被看見，由顯示面板後方穿透透明顯示面板之自然光Ia較佳係佔觀察者所觀測到之整體光源之50%~90%。
在其他實施態樣中，當入射光L0為一非偏振光時，可設置一偏光板在入射光L0入射該導光單元H1中之光學元件101之前，如此一來，入射至導光單元H1之光線即為偏振光。或者，請參照圖9，可將整體導光板10位移，由於入射光L0穿透分光膜121(此為偏振分光膜)，使得進入導光單元H2之穿透光L1具有偏振方向。
[實施例2]
請參照圖10，圖10係示出一種透明顯示面板之結構示意圖，其製備方法係將顯示面板30設置於上述所完成之背光模組20之出光面211，以及將偏光板22設置於導光板10相對該設置平面212之一側，用以將自然光轉變為一偏振光。所完成之透明顯示面板係可同時顯示顯示面板所展示的影像，以及顯示面板後方之物體影像。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
12,121~12n‧‧‧分光膜
101~10n‧‧‧光學元件
111‧‧‧第一透明板材
112‧‧‧第二透明板材
20‧‧‧背光模組
21‧‧‧半波板
211‧‧‧出光面
H1~H n‧‧‧導光單元

Claims (9)

  1. 一種背光模組，包括：一半波板，具有一設置平面；一導光板，具有堆疊之複數個導光單元，該些導光單元係相鄰排列於該設置平面上；以及一光源，係以垂直該設置平面之法線的方向將光線入射該導光板；其中，該導光單元包括：一光學元件，具有一供該光線入射的光入射面；一第一透明板材，係設置於該光學元件上，且該第一透明板材具有一與該光入射面之夾角小於90度的第一表面；一分光膜，設置於該第一表面上，用以將部分光線反射至該半波板；以及一第二透明板材，設置於該分光膜上，且該第二透明板材具有一與該光入射面平行的光穿透面；其中，該導光單元之該光學元件係一半波板或一偏光膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中，該導光板係具有依序層疊之H1至Hn之導光單元，且由該些導光單元H1至Hn所反射之反射光強度係各自為S1至Sn；其中，S1=S2=S3=....=Sn=P0/n；其中，P0為該光線之光強度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中，該導光板係具有依序層疊之H1至Hn之導光單元，且由該些導光單元H1至Hn所反射之反射光強度係各自為S1至Sn；通過該些導光單元H1至Hn之穿透光係各自偏轉2θ1至2θn度；以及其穿透光 強度係各自為P1至Pn，其中，S1至Sn、2θ1至2θn、以及P1至Pn須滿足下列方程式(I)：Sm=Pm-1×sin2(2θm)=P0/n (I)其中，Pm=Pm-1×cos2(2θm)；以及m為1至n之整數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之背光模組，其中，該些導光單元中之該光學元件為一半波板，且該些導光單元H1至Hn中之該些半波板，係朝相同方向各自旋轉θ1至θn之角度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中，該透明板材係為玻璃板材。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中，該分光膜係一偏振分光膜。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中，該第一表面與該光入射面之夾角係30至60度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，更包括一偏光板，係設置於該導光板相對該設置平面之一側。
  9. 一種透明液晶顯示裝置，包括：一液晶顯示面板；一背光模組，係設置於該液晶顯示面板之一側，其包括一半波板，具有一設置平面；一導光板，具有堆疊之複數個導光單元，該些導光單元係相鄰排列於該設置平面上；以及一光源，係以垂直該設置平面之法線的方向將光線入射該導光板； 其中，該導光單元包括一光學元件，該光學元件具有一供該光線入射的光入射面；一第一透明板材，係設置於該光學元件上，且該第一透明板材具有一與該光入射面之夾角小於90度的第一表面；一分光膜，設置於該第一表面上，用以將部分光線反射至該半波板；以及一第二透明板材，設置於該分光膜上，且該第二透明板材具有一與該光入射面平行的光穿透面；其中，該導光單元之該光學元件係一半波板或一偏光膜。
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