TWI635338B - 側光式背光模組、顯示裝置及其背光控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種側光式背光模組、顯示裝置及其背光控制方法。此側光式背光模組中的各導光板區分成以相同方向延伸的縱向區域。這些導光板以堆疊方式排列，位於上層的導光板之底面完全與其下層的相鄰導光板中的縱向區域重疊。與其上層的相鄰導光板重疊的縱向區域定義為反射區域。未與其上層的相鄰導光板重疊的縱向區域定義為出光區域，且各導光板具有一出光區域。反射層夾設於上下相鄰的導光板之反射區域之間。發光件的光源自對應導光板的出光區域射出。搭配橫向分區發光控制，即能形成矩陣區域。更設有高色飽發光體，從而達成高動態高色飽的效果。

Description

側光式背光模組、顯示裝置及其背光控制方法
本發明是有關於一種顯示技術，且特別是有關於一種側光式背光模組、顯示裝置及其背光控制方法。
為了提升觀賞者的視覺感受，顯示技術相關業者積極開發研究，使顯示裝置能呈現更加逼真的圖像畫面。而高動態範圍(High Dynamic Range，HDR)技術便是其中一種可展現逼真圖像、更大範圍對比度、更高色彩深度及更大色彩空間的技術。目前業界會採用有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)來實現HDR。而由於OLED的良率低、熱度高且價格昂貴，因此部分業者會採用液晶顯示器模組(Liquid Crystal Display Module，LCM)的解決方案，以達到相同高對比、高色飽和度、便宜且無產能限制的功效。
現有LCM要達到高對比效果會搭配相關演算法及直下式(direct)背光模組，但恐造成LCM整體變厚，且發光二極體(LED)矩陣的多寡亦影響區域對比關鍵。而為了承載LED矩陣，LCM通常會設計成全背板設計，但卻加重LCM整體重量。上述缺點使得直下式背光模組較不適用於具薄型化設計的筆記型電腦。
而另一部分的業者會採用側光式(Edge)背光模組以減少厚度。為了呈現高色飽畫面，側光式背光模組內會放有量子點的薄膜(film)材或量子點燈管，並使藍光LED激發量子點來達到高色飽效果(例如，Adobe 100%)。然而，此薄膜通常會有下述缺點：價格昂貴；在高溫及高濕度環境下，會產生無作用區；LCM的活動區(active area)形成漏藍光區。雖然可藉由加大LCM板(board)的尺寸來避免漏藍光區的形成，但卻因此無法達成窄板(narrow board)的設計。
有鑑於此，本發明提供一種側光式背光模組、顯示裝置及其背光控制方法，藉由導光板堆疊結構及分區控制發光以形成矩陣區域，從而達到高動態高色飽之效果。
本發明的側光式背光模組包括數個導光板、至少一個反射層及數個發光件。每個導光板區分成以相同方向延伸的縱向區域。而這些導光板以堆疊方式排列，而每一位於上層的導光板之底面完全與位於其下層的相鄰導光板中的至少一個縱向區域重疊。每個導光板中與位於其上層的相鄰導光板重疊的縱向區域定義為反射區域。每個導光板中未與位於其上層的相鄰導光板重疊的縱向區域定義為出光區域，且每個導光板具有一個出光區域。反射層夾設於每二上下相鄰的導光板之反射區域之間。而發光件分別設於每個導光板的一側。每個發光件朝對應導光板發出至少一個光源，且這些光源在對應導光板的反射區域反射並自對應導光板的出光區域射出。
本發明的顯示裝置包括上述的側光式背光模組及液晶顯示面板。而此液晶顯示面板設於上述側光式背光模組上方。
本發明的背光控制方法，適用於顯示裝置。此背光控制方法包括下列步驟。提供如上述的側光式背光模組，這些導光板區分成 矩陣的子區域，M、N係大於1的正整數，且每個發光件包括白光發光體及高色飽發光體。將顯示裝置所欲顯示的畫面切割成 矩陣的子畫面，而這些子畫面分別對應於那些子區域。基於子畫面的內容分別控制每個子區域所對應的白光發光體及高色飽發光體之開關。
基於上述，這些導光板經堆疊後在每層都形成互不重疊的出光區域，結合發光件的分區(橫向區域)控制便能形成矩陣排列的子區域，即可對特定子區域進行分區調光。此外，對畫面內容進行分析，並藉以控制對應於各子區域之白光發光體及高色飽發光體，即能達到高動態對比與高色飽和之效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A及1B係依據本發明第一實施例的側光式背光模組100的示意圖。請先參照圖1A，側光式背光模組100至少包括但不僅於光學膜片組110、M個導光板130、反射層150、單面反射片160、發光件170及導光結構190。M係大於1的正整數。
於本實施例中，光學膜片組110包括反射式偏光增亮膜(Dual brightness enhancement film，DBEF)111、稜鏡膜(prism film)112及擴散膜(diffuser)113，然於其他實施例的光學膜片組110可能有其他配置。
請同時參照圖1A及1B，每個導光板130可區分成以相同方向(定義為X方向，與入射面IS平行)延伸的一或更多個縱向區域131。例如，位於最底層的導光板130A具有M個縱向區域131，而位於最上層的導光板130M具有1個縱向區域131。假設每個縱向區域131的頂面積相等，且定義導光板130A的總寬度為1個單位，則每個縱向區域131的寬度為1/M個單位。每個導光板130可再區分成以垂直於那些縱向區域131之方向(定義為Y方向，與入射面IS垂直)延伸的N個橫向區域133，N係正整數。假設每個橫向區域133的頂面積相等，則那些縱向區域131及橫向區域133交錯即形成 矩陣的子區域135，且每個子區域135大小相等。
需說明的是，本實施例中的每個子區域135大小相等，然於其他實施例中，縱向區域131的頂面積可能不同且/或橫向區域133可能不同，使子區域135大小不相等，端視應用本發明實施例者依需求自行調整。
這些導光板130以堆疊方式排列，且這些導光板130的入射面IS齊平，而射出面ES皆朝向圖面上方。每個位於上層的導光板130之底面完全與位於其下層的相鄰導光板130中的一或更多個縱向區域131重疊。例如，導光板130C具有2個縱向區域131，因此導光板130C的底面完全與導光板130B中的2個縱向區域131重疊，且每個導光板130僅有一個縱向區域131未重疊，其餘依此類推，使這些導光板130呈倒三角階梯狀。於本發明實施例中，每個導光板130中與位於其上層的相鄰導光板130重疊的一個縱向區域131定義為反射區域RA，且每個導光板130中未與位於其上層的相鄰導光板130重疊的一個縱向區域131定義為出光區域EA。而每個導光板130僅具有一個出光區域EA。
為了避免堆疊過厚，這些導光板130的入射面IS可視需求沿二側邊對齊，即於一側堆疊成I層導光板130並於另一側堆疊成J層導光板130，I及J係正整數並滿足 。
舉例而言，圖2A係一範例說明 (即M為2)配置的對疊方式。請參照圖2A，導光板130B’具有1個縱向區域131，而導光板130A’具有2個縱向區域131，即導光板130B’的大小為導光板130A’的一半。這兩個導光板130’於圖面左側堆疊成1層並於圖面右側堆疊成2層。
圖2B係另一範例說明 (即M為3)配置的對疊方式。請參照圖2B，導光板130B’’, 130M’’具有1個縱向區域131，而導光板130A’’具有2個縱向區域131，即導光板130B’’, 130M’’的大小為導光板130A’’的1/3。這些導光板130’’於圖面左側堆疊成2層並於圖面右側堆疊成2層。
需說明的是，於其他實施例中，圖1A中的那些導光板130的入射面IS亦可能沿一側邊對齊，即M個導光板130堆疊成M層，但須考量厚度。
請參照圖1A，每個反射層150可以係雙面反射片，亦可能係反射面朝相背方向的兩個單面反射片之組合。反射層150夾設於每二個上下相鄰導光板130之反射區域RA之間。側光式背光模組100另具有一個單面反射片160設於位於最底層的導光板130A之底面。此外，每個導光板130相對於其入射面IS的一側設有反射塗層137。
發光件170可以是LED光源條(light bar)或其他類型的光源。發光件170分別設於每個導光板130的一側(即，朝向入射面IS那側)。於本實施例中，每個導光板130的一側具有依序排列的N個發光件170，這N個發光件170分別對應於一個橫向區域133。圖3係發光件170的範例。請參照圖3，發光件170具有兩串白光發光體171及高色飽發光體173。白光發光體171係白光LED或其他發出白光的發光體，而高色飽發光體係KSF LED(在紅綠光的表現比白光LED更好)、紅藍綠LED之組合或其他具有高色飽螢光粉的發光體。請參照圖1A，每個發光件170朝對應導光板130的入射面IS發出光源L(白光及/或高色飽光)，且此光源L在對應二導光板130的反射區域RA反射並自對應導光板130的出光區域EA射出。藉由夾設雙面反射的反射層150，使得來自上層的光源不會漏到下層且會受反射層150導回相同導光板130，同理來自下層的光源亦不會漏到上層。藉此，任一發光件170的光源會自 矩陣中的特定子區塊135射出。
需說明的是，於其他實施例中，設於任一導光板130一側的發光件170的數量可能不是N個，只要係能分別控制N個橫向區域133的配置即可。此外，圖3中發光件170於其他實施例中僅需要至少一個白光發光體171及至少一個高色飽發光體173即可。
導光結構190可以係與導光板130相同或相似材質的光學結構，導光結構190並設於導光板130堆疊所形成的容置空間。藉由設置導光結構190，可方便組裝對位、供支撐位於上層的光學膜片組110、加強邊緣均光效果且維持結構強度。
圖4A至4C係依據本發明第二實施例的側光式背光模組200的示意圖。請先參照圖4A，側光式背光模組200至少包括但不僅於光學膜片組110、M’個導光板230、反射層150、單面反射片160、發光件170及導光結構190。側光式背光模組200中與第一實施例之側光式背光模組100相同符號或名稱的元件、區域及物件可參考前述圖1至圖3的說明，於此不再贅述。M’係大於3的正整數。
與第一實施例不同之處在於，為了進一步減少整體厚度，導光板230包括K個縱向導光板232及L個橫向導光板234。請參照圖4A，K個縱向導光板232於圖面左側堆疊成O層並於另圖面右側堆疊成P層。K、O及P係大於1的正整數並滿足 。位於兩側的縱向導光板232對稱設置，且位於最底層的兩個縱向導光板232並未相連接。請同時參照圖4A至4C，L個橫向導光板234位於堆疊成O層及堆疊成P層的縱向導光板232之間，且L個橫向導光板234於圖4B左側堆疊成Q層並於圖4B右側堆疊成R層。L、Q及R係大於1的正整數並滿足 。而橫向導光板234的縱向區域231係沿Y方向延伸，且其橫向區域233係沿X方向延伸。因此，當橫向導光板234的橫向區域233數量越多時，將能大幅減低堆疊高度。
舉例而言，圖5係一範例說明 配置的對疊方式。請參照圖5，位於最底層的二縱向導光板232分別具有3個縱向區域231，且橫向導光板234具有2個橫向區域233。相較於第一實施例形成 配置需要堆疊5層，第二實施例僅需堆疊3層。
圖6係依據本發明一實施例說明顯示裝置10的方塊示意圖。請參照圖6，顯示裝置10具有側光式背光模組300及液晶顯示面板400。側光式背光模組300可以係第一實施例或第二實施例的側光式背光模組100、200。而液晶顯示面板400(薄膜電晶體(Thin film transistor)或其他類型)設於側光式背光模組300上方，且其面積與側光式背光模組300大致相等。
而為了驅動側光式背光模組300，顯示裝置10的背光驅動單元(例如，晶片、微處理單元、特殊控制器等，可能只有一顆來分區控制，亦可能需要多顆)需要能夠用於控制 矩陣中所有子區域135的發光件170。另一方面，側光式背光模組300的驅動演算法可設置於顯示裝置10的時序控制器(timing controller，TCON)，並由TCON去控制前述背光驅動單元，或直接建置於系統端。無論背光控制方法的演算法是否設於系統或TCON，皆需要先初始化設定 矩陣並確認是否具有高色飽發光體173。
圖7係依據本發明一實施例說明顯示裝置10的背光控制方法的流程圖。請參照圖7，本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。下文中的背光控制方法將由前述TCON或系統端操作。
在步驟S710中，將液晶顯示面板400所欲顯示的一個畫面切割成 矩陣的子畫面，使這些子畫面分別對應於那些子區域135。也就是說，那些子區域135的位置可分別對應到液晶顯示面板400特定區塊，某一子區域135射出光線L，即可使液晶顯示面板400上對應區塊呈現影像。
而取得畫面的最大灰階值(最亮)、最小灰階值(最暗)、灰階平均值及色飽和度之後，在步驟S730中，基於那些子畫面的內容分別控制每個子區域135所對應的白光發光體171及高色飽發光體173之開關。
舉例而言，若某一子畫面的灰階平均值落在全畫面的灰階平均值之正負百分之10內，則開啟對應子區域135的白光發光體171。若某一子畫面的灰階平均值落在全畫面的最大灰階值之正負百分之5內，則開啟對應子區域135的白光發光體171並加強亮度。而某一子畫面的灰階平均值落在全畫面的最小灰階值之正負百分之8內，則關閉對應子區域135的白光發光體171。
而搭配高色飽發光體173時，依據某一子畫面之色飽和度即可控制對應的子區域135的高色飽發光體開啟，且依據某一子畫面之亮度(需要高亮度及對比度)亦可控制對應的子區域135的高色飽發光體173及白光發光體171同時開啟。
圖8係一畫面的範例，而圖9係 矩陣的亮暗控制示意圖。請同時參照圖8及圖9，中間對應於導光板130或230之子區域C-3需要高亮度來凸顯花朵的亮，因此高色飽發光體173及白光發光體171同時開啟。子區域B-2~B-4、C-2、C-4、D-2~D-4、E-3對應的子畫面係需要高色飽的，因此高色飽發光體173開啟。子區域A-2~A-4、E-2、E-4對應的子畫面不需要高色飽，因此僅有白色發光體171開啟。而子區域A-1、B-1、C-1、D-1、E-1、A-5、B-5、C-5、D-5、E-5對應子畫面為黑色，因此高色飽發光體173及白光發光體171同時關閉。這些子區域相較於前述發光體全亮的子區域形成了高對比，而全部發光體關閉亦形成了純黑畫面，從而避免橫向電廠效應顯示技術(In-Plane-Switching Liquid Crystal，IPS)液晶因模組形變與外力的擠壓所造成暗室下可見漏光現象的問題。
需說明的是，前述控制高色飽發光體173及白光發光體171發光的演算法參數僅係用於範例說明，應用本發明實施例者可依實際需求而調整。
綜上所述，本發明側光式背光模組、顯示裝置及其背光控制方法，將不同大小之導光板以特定排列方式堆疊(形成縱向區域)並搭配設於各導光板一側的發光件分區控制(形成橫向區域)，從而形成 矩陣的子區域。此外，發光件設置高色飽發光體，並基於影像畫面控制白光及高色飽發光體之明暗，搭配分區域控制背光，即能使顯示裝置呈現高動態對比及高色飽和的畫面，從而提升觀賞者的視覺體驗。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧顯示裝置
100、200、300‧‧‧側光式背光模組
110‧‧‧光學膜片組
111‧‧‧反射式偏光增亮膜
112‧‧‧稜鏡膜
113‧‧‧擴散膜
130、130A~130M、130’、130A’~130B’、130’’、130A’’~130M’’、230‧‧‧導光板
131、231‧‧‧縱向區域
133、233‧‧‧橫向區域
135、A-1~E-5‧‧‧子區域
137‧‧‧反射塗層
150‧‧‧反射層
170‧‧‧發光件
171‧‧‧白光發光體
173‧‧‧高色飽發光體
190‧‧‧導光結構
232‧‧‧縱向導光板
234‧‧‧橫向導光板
400‧‧‧液晶顯示面板
S710~S730‧‧‧步驟
L‧‧‧光線
IS‧‧‧入射面
ES‧‧‧射出面
RA‧‧‧反射區域
EA‧‧‧出光區域
X、Y‧‧‧方向
圖1A及1B係依據本發明第一實施例的側光式背光模組的示意圖。 圖2A係一範例說明 配置的對疊方式。 圖2B係另一範例說明 配置的對疊方式。 圖3係發光件的範例。 圖4A至4C係依據本發明第二實施例的側光式背光模組的示意圖。 圖5係一範例說明 配置的對疊方式。 圖6係依據本發明一實施例說明顯示裝置的方塊示意圖。 圖7係依據本發明一實施例說明顯示裝置的背光控制方法的流程圖。 圖8係一畫面的範例。 圖9係 矩陣的亮暗控制示意圖。

Claims (9)

  1. 一種側光式背光模組，包括：多個導光板，其中每一該導光板區分成以相同方向延伸的至少一縱向區域，該些導光板以堆疊方式排列，而每一位於上層的導光板之底面完全與位於其下層的相鄰導光板中的至少一縱向區域重疊，每一該導光板中與位於其上層的相鄰導光板重疊的一該縱向區域定義為反射區域，每一該導光板中未與位於其上層的相鄰導光板重疊的一該縱向區域定義為出光區域，且每一該導光板具有一該出光區域，該些導光板包括K個縱向導光板及L個橫向導光板，而該K個縱向導光板於一側堆疊成O層並於另一側堆疊成P層，該L個橫向導光板於一側堆疊成Q層並於另一側堆疊成R層，且該L個橫向導光板位於堆疊成O層及堆疊成P層的該K個縱向導光板之間，其中K、L、O、P、Q及R係大於1的正整數並滿足O+P=K及Q+R-1=L；至少一反射層，夾設於每二上下相鄰導光板之反射區域之間；以及多個發光件，分別設於每一該導光板的一側，每一該發光件朝對應導光板發出至少一光源，且該至少一光源在對應導光板的反射區域反射並自該對應導光板的出光區域射出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的側光式背光模組，其中每一該導光板區分成以垂直於該等縱向區域之方向延伸的至少一橫向區域，該至少一縱向區域及該至少一橫向區域交錯形成矩陣，而每一該發光件對應至少一該橫向區域，且每一該發光件包括至少一白光發光體及至少一高色飽發光體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的側光式背光模組，其中該些導光板的入射面齊平，其中每一該發光件朝向對應導光板的入射面，使發射的光源由該對應導光板之入射面進入。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的側光式背光模組，其中位於最底層的導光板具有M個該縱向區域及N個該橫向區域以形成M×N矩陣的子區域，其中M及N係正整數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的側光式背光模組，其中該至少一反射層包括至少一雙面反射片，且每一該雙面反射片與位於其下方相鄰導光板之反射區域完全重疊；而該側光式背光模組更包括至少一單面反射片設於位於最底層的導光板之底面；以及每一該導光板相對於一該發光件的一側設有反射塗層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的側光式背光模組，更包括：一導光結構，設於該些導光板堆疊所形成的容置空間。
  7. 一種顯示裝置，包括：如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的側光式背光模組；以及一液晶顯示面板，設於該側光式背光模組之上方。
  8. 一種背光控制方法，適用於一顯示裝置，包括：提供如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的側光式背光模組，其中該些導光板區分成M×N矩陣的子區域，M、N係大於1的正整數，且每一該發光件包括至少一白光發光體及至少一高色飽發光體；將該顯示裝置所欲顯示的一畫面切割成M×N矩陣的子畫面，其中該些子畫面分別對應於該些子區域；以及基於該些子畫面的內容分別控制每一該子區域所對應的白光發光體及高色飽發光體之開關。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的背光控制方法，其中基於該些子畫面的內容分別控制每一該子區域所對應的白光發光體及高色飽發光體之開關的步驟包括：依據一該子畫面之色飽和度控制對應的子區域的高色飽發光體開啟；以及依據一該子畫面之亮度控制對應的子區域的高色飽發光體及白光發光體同時開啟。
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