TWI564630B - 具發光模式切換設計之背光模組及使用其之顯示模組 - Google Patents

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Description

具發光模式切換設計之背光模組及使用其之顯示模組
本發明係關於一種背光模組及使用其之顯示模組；具體而言，本發明係關於一種具發光模式切換設計之背光模組及使用其之顯示模組。
隨著顯示器技術的進步，有許多產品能提供高畫質的影像。就背光模組而言，過去以螢光燈管作為背光源的方式已逐漸由發光二極體取代。發光二極體具有高發光效率及使用壽命長等優點，以發光二極體作為背光源的顯示器在相同尺寸下可減少整體體積，達到輕量化的效果。
以發光方式來說，一般常用的發光二極體背光模組係使用藍光發光二極體，藉由藍光發光二極體晶片發出之藍光激發螢光粉而產生白光。然而，藍光發光二極體晶片發出之藍光的強度相當高。
此外，由於藍光為能量較強的可見光，其穿透角膜的能力較強，藍光在穿透角膜後大部分能量為視網膜所吸收，對視網膜造成光化學損害。近年陸續有研究指出，長期接觸顯示器中的高能量波段，對使用者眼睛容易產生不適症狀，甚至造成損害，例如白內障或黃斑部病變。人眼 長時間接觸此波長範圍之光線，會對視網膜產生光化學損傷。由上述可知，為減少背光模組發出光線對健康的影響，現有的顯示器仍有待改進。
本發明之一目的在於提供一種背光模組及使用其之顯示模組，可減少藍光對眼睛的傷害。
本發明之另一目的在於提供一種顯示模組，可提高顯示色彩飽和度。
背光模組包含第一光源、第二光源及控制模組。第一光源所產生之光線具有第一發射頻譜。第一發射頻譜具有第一藍光波峰以及第一非藍光波峰。第二光源所產生之光線具有第二發射頻譜，其中，第二發射頻譜具有第二藍光波峰以及第二非藍光波峰，第一藍光波峰之強度峰值大於第二藍光波峰之強度峰值。控制模組依照第一模式及第二模式之設定而控制第一光源及第二光源。在第一模式下，控制模組控制點亮第一光源作為背光源；在第二模式下，控制模組控制第一光源及第二光源依時序交替被點亮而作為背光源。
顯示模組包含顯示面板及背光模組。背光模組係設置於顯示面板的背側，並提供顯示面板顯示所需的背光。背光模組包含第一光源、第二光源、控制模組。第一光源所產生之光線具有第一發射頻譜。第二光源所產生之光線具有與第一發射頻譜不同之第二發射頻譜。控制模組係控制第一光源及第二光源依時序交替被點亮而作為背光源。顯示面板在顯示為白畫面時具有穿透頻譜，穿透頻譜在波長430nm至480nm間具有第一波峰，在波長500nm至580nm間具有第二波峰。第一波峰的強度峰值與第二波峰的強度峰值之比值介於1.4至2.6之間。
顯示模組包含顯示面板及背光模組。顯示面板包含有紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片。背光模組係設置於顯示面板的背側，並提供顯示面板顯示所需的背光。背光模組包含第一光源、第二光源、控制模組。第一光源所產生之光線具有第一發射頻譜。第二光源所產生之光線具有與第一發射頻譜不同之第二發射頻譜。控制模組依照第一模式、第二模式及第三模式之設定而控制光源是否通過濾光片。顯示面板在顯示為白畫面時具有以波長λ為自變量之穿透頻譜T(λ)，並定義有以波長λ為自變量之指標函數A(λ)：A(λ)=T(λ)*B(λ)*CMF(λ)，其中：B(λ)為藍害函數(Blue Hazard Function)，CMF(λ)為人眼視覺亮度配色函數。指標函數A(λ)在波長430nm至480nm間具有第一指標波峰，在波長500nm至580nm間具有第二指標波峰。第一指標波峰的峰值與第二指標波峰的峰值之比值介於1.78至2.37之間。藉由切換背光之發光模式，可減少藍光強度，避免藍光對眼睛的傷害。
100‧‧‧顯示模組
110‧‧‧顯示面板
111‧‧‧第一基板
112‧‧‧第二基板
114‧‧‧彩色濾光片
114b‧‧‧藍色濾光片
114g‧‧‧綠色濾光片
114r‧‧‧紅色濾光片
116‧‧‧液晶層
130‧‧‧背光模組
132‧‧‧第一光源
134‧‧‧第二光源
136‧‧‧控制模組
210‧‧‧第一發射頻譜
220‧‧‧第二發射頻譜
211‧‧‧第一藍光波峰
221‧‧‧第二藍光波峰
212‧‧‧第一非藍光波峰
222‧‧‧第二非藍光波峰
213‧‧‧第一紅光波峰
310‧‧‧第一藍光波峰
320‧‧‧第一綠光波峰
330‧‧‧第一紅光波峰
410‧‧‧第一藍光波峰
420‧‧‧第二綠光波峰
430‧‧‧第一紅光波峰
510‧‧‧第二藍光波峰
520‧‧‧第一綠光波峰
530‧‧‧第一紅光波峰
600,610,620‧‧‧曲線
601,611,621‧‧‧第一波峰
602,612,622‧‧‧第二波峰
700,710,720‧‧‧指標函數
701,711,721‧‧‧第一指標波峰
702,712,722‧‧‧第二指標波峰
T1‧‧‧第一子視格期間
T2‧‧‧第二子視格期間
圖1為本發明背光模組之一實施例示意圖；圖2為第一光源與第二光源之發射頻譜分布示意圖；圖3A為本發明顯示模組之一實施例示意圖；圖3B為第一模式時穿透頻譜之示意圖；圖4A為第二模式時光源點亮之實施例示意圖；圖4B及圖4C為第二模式下於不同子視格期間的出光示意圖；圖4D為對應圖4A之穿透頻譜示意圖；圖5A為第三模式時光源點亮之實施例示意圖； 圖5B及圖5C為第三模式下於不同子視格期間的出光示意圖；圖5D為對應圖5A之穿透頻譜示意圖；圖6為本發明顯示模組之穿透頻譜分布示意圖；圖7為藍害函數及人眼視覺亮度配色函數之示意圖；圖8為指標函數之分布示意圖。
本發明係提供一種顯示模組，具有可切換發光模式之設計。本發明之顯示模組較佳為液晶顯示器。於一實施例，背光模組之光源係採用白光發光二極體搭配青色發光二極體，利用交替點亮的方式切換於不同的顯示模式，以提供使用者可依所需而調整為不同的發光模式。
圖1為本發明背光模組130之一實施例示意圖。如圖1所示，背光模組130包含第一光源132、第二光源134及控制模組136。第一光源132所產生之光線具有第一發射頻譜，而第二光源134所產生之光線具有第二發射頻譜。請參見圖2之第一光源與第二光源之發射頻譜分布示意圖。如圖2所示，第一發射頻譜210具有第一藍光波峰211、第一非藍光波峰212以及第一紅光波峰213。第二發射頻譜220具有第二藍光波峰221以及第二非藍光波峰222。第一藍光波峰211之強度峰值係大於第二藍光波峰221之強度峰值。第一非藍光波峰212至少涵蓋黃光波長區間，且第二非藍光波峰222係落入綠光波長區間。此外，第二非藍光波峰222之半高寬較第一非藍光波峰212之半高寬來得窄。如圖2所示，相較於第一光源，第二光源之發射頻譜於對應綠光波長區間具有較窄的半高寬。回到圖1，控制模組136係依照第一模式及第二模式之設定而控制第一光源132及第二光源134。控制模組136係可依不同模式之設定控制第一光源132及/或第 二光源134點亮。藉此，背光模組130可分別在第一模式或第二模式下產生背光進入顯示面板。
圖3A為本發明顯示模組100之一實施例示意圖。如圖3A所示，顯示模組100包含顯示面板110及背光模組130。顯示面板110包含第一基板111及第二基板112。在第二基板112朝第一基板111之一側設置有彩色濾光片114，包含紅色濾光片114r、綠色濾光片114g和藍色濾光片114b。第一基板111與第二基板112間夾設有液晶層116。背光模組130係設置於顯示面板110的背側，包含第一光源132、第二光源134及控制模組136。控制模組136依照第一模式、第二模式及第三模式之設定而控制光源是否通過濾光片。換言之，控制模組136係可依不同模式之設定控制全部或部份的濾光片可透光。藉此，背光模組130可分別在第一模式及第二模式下產生背光進入顯示面板。
在第一模式下，控制模組136控制點亮第一光源132作為背光源，且控制紅色濾光片114r、綠色濾光片114g和藍色濾光片114b為透光。如圖3A所示，光線穿過背光模組130後經顯示面板110而從第二基板112出光。請參考圖3B所繪示第一模式時穿透頻譜之示意圖。在圖3B中，不同的曲線代表第一光源的不同色光分布。如圖3B所示，第一光源通過背光模組的光線具有第一藍光波峰310、第一綠光波峰320以及第一紅光波峰330。依前述第一模式之設定作為一般使用模式，其係僅以第一光源為背光源而達成全彩之顯示，藉此可達到節能效果。依前述第一模式之設定作為一般使用模式，其係僅以第一光源132為背光源而達成全彩之顯示，藉此可達到節能效果。
在較佳實施例中，第一光源132具有第一藍光晶片，且第一光源132所發出光線是利用第一藍光晶片激發黃色及紅色的螢光粉而產生 如圖2之第一發射頻譜210。於第一模式下，開啟第一光源132並控制濾光片114r,114g,114b皆透光，而達成具有如圖3B所示的穿透頻譜。
在第二模式下，控制模組136控制第一光源132及第二光源134依時序交替被點亮而作為背光源。換言之，在第二模式下，控制模組136控制第一光源132及第二光源134依序在視格期間內之第一子視格期間及第二子視格期間分別被點亮。請參考圖4A。圖4A為第二模式時光源點亮之實施例示意圖。如圖4A所示，第一光源及第二光源分別在第一子視格期間T1及第二子視格期間T2交替被點亮。
在第二模式下，控制模組136控制第一光源132及第二光源134依序在視格期間內之第一子視格期間及第二子視格期間分別被點亮，且控制紅色濾光片114r和藍色濾光片114b在第一子視格期間為透光，綠色濾光片114g在第二子視格期間為透光。請參考圖4B及圖4C繪示之第二模式下於不同子視格期間的出光示意圖。如圖4B所示，在第一子視格期間，光線穿過背光模組130後經顯示面板110於對應紅色濾光片114r和藍色濾光片114b的位置出光，且藉由操控液晶層116內液晶分子使光線於對應綠色濾光片114g的位置不出光，此時為非綠光子視格期間。如圖4C所示，在第二子視格期間，光線穿過背光模組130後經顯示面板110於對應綠色濾光片114g的位置出光，且藉由操控液晶層116內液晶分子使光線於對應紅色濾光片114r和藍色濾光片114b的位置不出光，此時為綠光子視格期間。由於第二光源於對應綠光波長區間具有較窄的半高寬，通過綠色濾光片的穿透率較高。藉此交替發光方式，可使顯示色彩範圍增加，以提供較佳的色彩表現能力。
接著參考圖4D繪示之穿透頻譜示意圖。如圖4D所示，第一光源通過背光模組的光線具有第一藍光波峰410及第一紅光波峰430，而 第二光源通過背光模組的光線具有第二綠光波峰420。值得注意的是，第二綠光波峰420之半高寬較圖3B所示之第一綠光波峰320之半高寬來得窄。藉此設計，半高寬較窄的第二綠光波峰具有較高的色純度，且可提高綠光波段的穿透率。依前述第二模式之設定作為色彩飽和模式，其係以第二光源中的綠光成份取代第一光源中的綠光成份。藉此可使顯示色彩範圍增加，以提供較佳的色彩表現能力。
在較佳實施例中，第一光源132具有第一藍光晶片，且第一光源132所發出光線是利用第一藍光晶片激發黃色及紅色的螢光粉而產生。第二光源134具有第二藍光晶片，且第二光源134所發出光線是利用第二藍光晶片激發綠色的螢光粉而產生。藉此，在第二模式下，在第一子視格期間T1點亮第一光源，在第二子視格期間T2點亮第二光源，並依上述方式控制濾光片於不同子視格期間交替透光的方式，而達成具有如圖3D所示的穿透頻譜。
此外，另可設定與前述切換方式不同的第三模式，使第一、第二光源通過不同成分的光。圖5A為第三模式時光源點亮之不同實施例示意圖。類似地，在圖5A中，第一光源及第二光源分別在第一子視格期間T1及第二子視格期間T2交替被點亮。
在第三模式下，控制模組136控制第一光源132及第二光源134依序在視格期間內之第一子視格期間及第二子視格期間分別被點亮，且控制紅色濾光片114r和綠色濾光片114g在第一子視格期間為透光，藍色濾光片114b在第二子視格期間為透光。請參考圖5B及圖5C繪示之第三模式下於不同子視格期間的出光示意圖。如圖5B所示，在第一子視格期間，光線穿過背光模組130後經顯示面板110於對應紅色濾光片114r和綠色濾光片114g的位置出光，且藉由操控液晶層116內液晶分子使光線於對應藍色 濾光片114b的位置不出光，此時為非藍光子視格期間。如圖5C所示，在第二子視格期間，光線穿過背光模組130後經顯示面板110於對應藍色濾光片114b的位置出光，且藉由操控液晶層116內液晶分子使光線於對應紅色濾光片114r和綠色濾光片114g的位置不出光，此時為藍光子視格期間。由於第二光源134具有強度峰值較小的第二藍光波峰，可減少背光之藍光強度。藉此交替發光方式，可減少藍光對眼睛的傷害。
接著參考圖5D繪示之穿透頻譜示意圖。如圖5D所示，第一光源通過背光模組的光線具有第一綠光波峰520及第一紅光波峰530，而第二光源通過背光模組的光線具有第二藍光波峰510。值得注意的是，第二藍光波峰510之強度峰值較圖3B所示之第一藍光波峰310之強度峰值來得小。藉此設計，強度峰值較小的第二藍光波峰具有較小的藍光強度。依前述第三模式之設定作為健康模式，其係以第二光源中的藍光成份取代第一光源中的藍光成份。藉由減少背光之藍光強度，可減少藍光對眼睛的傷害。由量測結果發現，第一光源及第二光源採用發射頻譜之第一藍光波峰強度峰值與第二藍光波峰強度峰值，且第二藍光波峰強度峰值與第一藍光波峰強度峰值之比值較佳介於0.69和1之間(即圖2中第二藍光波峰221之強度峰值與第一藍光波峰211之強度峰值的比值介於0.69和1之間)，在切換為健康模式時可提供人眼較佳的保護。
圖6為本發明顯示模組之穿透頻譜分布示意圖。在圖6中，不同的曲線代表背光模組在顯示為白畫面時採用不同發光模式的穿透頻譜。其中，曲線600為一般使用模式下的穿透頻譜(即點亮第一光源)。曲線610、620為健康模式下的穿透頻譜。不同曲線具有不同的強度峰值之比值。如圖6所示，曲線(600,610,620)在波長430nm至480nm間具有第一波峰(601,611,621)，在波長500nm至580nm間具有第二波峰(602,612,622)。如前 所述，在健康模式下可提供較小的藍光強度，以減少藍光對眼睛的傷害。相對於一般使用模式下的曲線600的第一波峰601，曲線(610,620)具有強度峰值較小的第一波峰(611,621)。由量測結果進一步發現，以較佳實施例而言，在不影響顯示效果下，第一波峰的強度峰值與第二波峰的強度峰值之比值介於1.4至2.6之間可提供人眼較佳的保護。
此外，根據國際電工委員會(International Electrotechnical Commission,IEC)針對光源中的藍光對人體的影響所制定有關光生物安全性之安全標準IEC62471，其提出與人眼健康有密切關係的藍害函數(Blue Hazard Function)。如圖7所示，B(λ)為藍害函數，波長範圍介於380nm與540nm之間的光線，對視網膜具有不同程度的刺激值。另外，根據國際照明委員會(International Commission on Illumination,CIE)所制定的人眼視覺亮度配色函數(color matching function,CMF)，其提出波長範圍介於380nm與780nm之間的光線，對視網膜的三色刺激值。如圖7所示，CMF(λ)為人眼視覺亮度配色函數對應綠色波段部分，波長範圍介於430nm與680nm之間的曲線。申請人發現，利用藍害函數與人眼視覺亮度配色函數的綠色波段部分作為本發明穿透頻譜的加權參數，採用本發明之顯示模組具有若干特徵，於以下內容進一步說明。
圖8為指標函數之分布示意圖。在圖8中之各曲線係表示不同背光模組之指標函數，其係前述之穿透頻譜與藍害函數及人眼視覺亮度配色函數之乘積，藉此凸顯不同背光模組於波長範圍介於380nm與540nm之間，以及波長範圍介於430nm與680nm之間發出的背光，對視網膜的刺激程度。詳言之，指標函數定義為以波長λ為自變量之一函數A(λ)，具有以下關係：A(λ)=T(λ)*B(λ)*CMF(λ) 其中，T(λ)為顯示面板在顯示為白畫面時的穿透頻譜，B(λ)為藍害函數(Blue Hazard Function)，CMF(λ)為人眼視覺亮度配色函數。在圖8中，虛線繪示之曲線係對應一般使用模式下的指標函數700，而實線繪示之曲線係對應健康模式下的指標函數(710,720)。如圖8所示，採用本發明之背光模組在對應藍光波段的相對刺激強度較一般使用模式明顯降低。
進一步而論，指標函數(710,720,730)具有兩個波峰，其中指標函數(710,720,730)在波長430nm至480nm間具有第一指標波峰(701,711,721)，其係對應背光中藍光部分。另外，指標函數(710,720,730)在波長500nm至580nm間具有第二指標波峰(702,712,722)，其係對應該背光中綠光部分。如圖8所示，第一指標波峰(711,721)之峰值約介於0.4至0.8之間，相較於一般使用模式的第一指標波峰701之峰值(接近1)，已明顯降低，可降低高能量之可見光對人眼的刺激。
此外，採用本發明之背光模組在第一、第二指標波峰之峰值比具有比值介於1.78至2.37之間的特徵，藉由調整背光對應之指標函數所具有強度比例關係介於此區間可兼顧人眼保護及色彩表現的效果。除此之外，採用本發明之背光模組除了可減少藍光對眼睛的傷害，還可維持既有的色彩表現。在量測其色彩表現結果如表1所示： 由表1的數據可知，在白點偏移為可接受範圍內，依NTSC的色域標準， 採用本發明之背光模組可維持既有的色彩表現。就指標函數A(λ)於藍光波段的強度峰值比較，相對於一般使用模式下，曲線610的強度峰值下降了29%，曲線620更是下降了47%。藉此，在不影響顯示效果下提供人眼保護，因而減少藍光對眼睛的傷害，同時改善傳統顯示模組僅提供單一發光模式的缺點。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。
130‧‧‧背光模組
132‧‧‧第一光源
134‧‧‧第二光源
136‧‧‧控制模組

Claims (8)

  1. 一種背光模組，包含：一第一光源，所產生之光線具有一第一發射頻譜；其中，該第一發射頻譜具有一第一藍光波峰以及一第一非藍光波峰；一第二光源，所產生之光線具有一第二發射頻譜；其中，該第二發射頻譜具有一第二藍光波峰以及一第二非藍光波峰，該第一藍光波峰之強度峰值大於該第二藍光波峰之強度峰值；以及一控制模組，依照一第一模式及一第三模式之設定而控制該第一光源及該第二光源；其中，在該第一模式下，該控制模組控制點亮該第一光源作為背光源；在該第三模式下，該控制模組控制該第一光源及該第二光源依時序在一視格期間內之一第一子視格期間及一第二子視格期間交替被點亮而作為背光源，且該第二子視格期間為一藍光子視格期間；該第一子視格期間為一非藍光子視格期間。
  2. 如請求項1所述之背光模組，其中該第二藍光波峰強度峰值與該第一藍光波峰強度峰值之比值介於0.69和1之間，且該第二光源之該第二藍光波峰強度峰值係大於該第二非藍光波峰強度峰值。
  3. 如請求項1所述之背光模組，其中該第二非藍光波峰之半高寬較該第一非藍光波峰之半高寬來得窄；該第一非藍光波峰至少涵蓋黃光波長區間，該第二非藍光波峰係落入綠光波長區間。
  4. 如請求項1所述之背光模組，其中該第一發射頻譜中另具有一第一紅光峰值。
  5. 一種顯示模組，包含：一顯示面板；以及 一如請求項1至4中任一所述之背光模組，設置於該顯示面板的背側，並分別在該第一模式或該第二模式下產生背光進入該顯示面板。
  6. 一種顯示模組，包含：一顯示面板；以及一背光模組，設置於該顯示面板的背側，並提供顯示面板顯示所需的背光，該背光模組包含：一第一光源，所產生之光線具有一第一發射頻譜；一第二光源，所產生之光線具有與該第一發射頻譜不同之一第二發射頻譜；以及一控制模組，控制該第一光源及該第二光源依時序在一視格期間內之一第一子視格期間及一第二子視格期間交替被點亮而作為背光源，且該第二子視格期間為一藍光子視格期間；該第一子視格期間為一非藍光子視格期間；其中，該顯示面板在顯示為白畫面時具有一穿透頻譜，該穿透頻譜在波長430nm至480nm間具有一第一波峰，在波長500nm至580nm間具有一第二波峰；該第一波峰的強度峰值與該第二波峰的強度峰值之比值介於1.4至2.6之間。
  7. 如請求項6所述之顯示模組，其中該第一發射頻譜具有一第一藍光波峰以及一第一非藍光波峰；該第二發射頻譜具有一第二藍光波峰以及一第二非藍光波峰，該第一藍光波峰之強度峰值大於該第二藍光波峰之強度峰值。
  8. 如請求項7所述之顯示模組，其中該第一發射頻譜中另具有一第一紅光峰值。
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