TWI764775B

TWI764775B - 背光模組及顯示裝置

Info

Publication number: TWI764775B
Application number: TW110124642A
Authority: TW
Inventors: 張䕒尹; 黃柏菖; 林坤政; 黃建智
Original assignee: 瑞儀光電股份有限公司
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2022-05-11
Also published as: TW202303034A

Abstract

一種背光模組及顯示裝置，該背光模組包含一導光板，一下方光源鄰設在該導光板的一側邊；一集光元件鄰設於該導光板的上方，該集光元件的該底面設有複數集光結構，且該些集光結構係朝向該導光板；及一上方光源鄰設在該集光元件的入光側。該背光模組及該顯示裝置透過只開啟該下方光源實現窄視角防窺模式，或該下方光源與該上方光源皆開啟實現廣視角分享模式。

Description

背光模組及顯示裝置

本發明涉及顯示技術領域，特別是涉及一種可視角切換的背光模組和顯示裝置。

隨着科技進步，搭載有液晶顯示器的電子裝置設備已成為現代人生活中不可或缺的物品。然而，在不同場合下人們對顯示裝置視角的要求不同。例如，若您想與大家分享資訊時，可多人在不同角度均可見顯示畫面內容時，需顯示裝置具有寬視角，即分享模式；若在處理個人資料欲保有隱私性時，需對顯示畫面內容保密，僅使用者自身可見時，要求顯示產品具有窄視角功能，即防窺模式。

為了解決前述問題，已有業者提供一種雙光源背光模組的顯示裝置，如圖1所示，該顯示裝置10由上往下包括一顯示面板11、一第一層導光板12、一遮光片13、一逆稜鏡片14、一第二層導光板15與一反射片16，以及分別鄰設在該第一層導光板12與第二層導光板15入光側的一第一光源17與一第二光源18。

在防窺模式下，該顯示裝置10只開啟在下方的第二光源18，光經過該第二層導光板15導光後，經過該逆稜鏡片14及遮光片13的集光與限制光徑，使光由該顯示面板11的出光角度為較窄，顯示畫面僅使用者自身可見，具有窄視角功能。在分享模式下，該顯示裝置10同時開放第一光源17及第二光源18，光線除了前述經過該第二層導光板15導光後的光，加上該第一光源17的光經由第一層導光板12導出，使更多的光至該顯示面板11，且出光角度為較寬，在不同角度均可見顯示畫面內容，具有寬視角功能。

然而，前述視角切換技術採用二個導光板，技術上實際利用二組背光模組組成及遮光技術達到視角切換的目的，如此的做法使用較多層光學板或光學膜片，使整體背光模組厚度與成本都居高不下。

本發明的目的在於提供一種整合導光板與轉向板的背光模組技術，技術只需一組背光模組組成，即可達到切換視角的功能，使整體背光模組厚度減薄，也可降低成本。

為了達成上述目的，本發明提供一種背光模組，包含：一導光板，該導光板的底面作為反射面，在反射面形成有多個導光結構；一下方光源鄰設在該導光板的一側邊；一集光元件包含一入光側及一底面，該集光元件鄰設於該導光板的上方，該集光元件的該底面設有複數集光結構，且該些集光結構係朝向該導光板；及一上方光源鄰設在該集光元件的該入光側；其中，每一該些導光結構具有互相連接的一迎光面及一非迎光面，該迎光面是面向該下方光源的光行進方向，該迎光面與該反射面之間形成一第一夾角，該非迎光面與該反射面之間形成一第二夾角，該第一夾角為銳角且小於該第二夾角。

作為優選方式，該集光元件包含互相連接的一第一側邊與一第二側邊，該第一側邊與一第一方向平行，該第二側邊與一第二方向平行，且該第一方向垂直於該第二方向，該下方光源包含多數個發光二極體，所述發光二極體沿著該第一方向排列設置在該導光板的該側邊。

作為優選方式，該集光元件的該入光側是位於該第一側邊，該上方光源包含多數個發光二極體，所述發光二極體沿著該第一方向排列設置在該集光元件的該第一側邊。或該集光元件的該入光側是位於該第二側邊，該上方光源包含多數個發光二極體，所述發光二極體沿著該第二方向排列設置在該集光元件的該第二側邊。

作為優選方式，該些集光結構為條狀微結構，其延伸方向實質上與該第一方向平行，與第二方向垂直。

作為優選方式，該集光元件係為一逆稜鏡片，其該些集光結構各具有一稜鏡角，且其尖端朝向該導光板。

作為優選方式，該集光元件內設有均勻分布的擴散粒子。或該集光元件與其底面相對的上表面具有一擴散粒子層。

作為優選方式，該背光模組進一步包括一反射片，該反射片設置在該導光板的下方。

本發明的另一目的在於提供一種顯示裝置，利用一種整合導光板與轉向板的背光模組技術，技術只需一組背光模組組成，即可達到切換視角的功能，使整體顯示裝置厚度減薄，也可降低成本。

為達成上述目的，本發明提供一種顯示裝置，其結構包含：前述之背光模組以及鄰設於所述背光模組的上方一顯示面板。

相較於先前技術，本發明具有下列特點，本發明之背光模組利用一導光板及其上方的一集光元件，分別設置光源，在下方光源開啟時且該上方光源關閉時，該導光板射出的光線經該集光元件轉折集中為正向出光，實現所述背光模組的窄視角防窺模式；在下方光源與上方光源皆開啟時，該導光板射出的光線經該集光元件轉折正向出光，且該集光元件內的光線轉折分散出光，實現所述背光模組的廣視角分享模式。本發明所需要的光學板或光學膜片的數量較少，使整體背光模組厚度減薄，也可降低成本。

(習知)

10:顯示裝置

11:顯示面板

12:第一層導光板

13:遮光片

14:逆稜鏡片

15:第二層導光板

16:反射片

17:第一光源

18:第二光源

(本案)

100:背光模組

200:導光板

210:側邊

230:反射面

240:導光結構

241:迎光面

242:非迎光面

300:集光元件

301:擴散粒子

310:第一側邊

320:第二側邊

311、321:入光側

340:底面

350:集光結構

351:稜鏡角

360:上表面

370:擴散粒子層

400:下方光源

410、510:發光二極體

500:上方光源

600:反射片

700:顯示面板

1000:顯示裝置

D1:第一方向

D2:第二方向

α:第一夾角

β:第二夾角

L1、L2:光線

[圖1]為傳統視角切換背光模組之顯示裝置的側視示意圖。

[圖2]為本案一實施例的背光模組的示意圖。

[圖3]為本案另一實施例的背光模組的示意圖。

[圖4]為應用圖3實施例的顯示裝置的側視示意圖。

[圖5]為本案實施例中集光元件的實施示意圖一。

[圖6]為本案實施例中集光元件的實施示意圖二。

[圖7]為本案實施例中光線路徑示意圖一。

[圖8]為本案實施例中光線路徑示意圖二。

[圖9]為應用圖3實施例的顯示裝置的視角對輝度的曲線圖。

[圖10]為應用圖2實施例的顯示裝置的側視示意圖。

[圖11]為應用圖2實施例的顯示裝置的視角對輝度的曲線圖。

茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。

以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本申請，而非用以限制本申請。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。

請參照圖2及圖3，為本發明實施例的背光模組的示意圖。一背光模組100，該背光模組100包含：一導光板200；一下方光源400鄰設在該導光板200的一側邊210；一集光元件300包含一入光側311(如圖2所示)或321(如圖3所示)及一底面340，該集光元件300鄰設於該導光板200的上方，該集光元件300的該底面340設有複數集光結構350，且該些集光結構350係朝向該導光板200；及一上方光源500鄰設在該集光元件300的該入光側311(如圖2所示)或321(如圖3所示)。

本案該背光模組100藉由該導光板200及其上方的該集光元件300分別設置光源(400及500)，在該下方光源400開啟時且該上方光源500關閉時，經過該導光板200射出的光線經該集光元件300轉折集中為正向出光，實現該背光模組100的窄視角防窺模式；在該下方光源400與該上方光源500皆開啟時，該下方光源400的光經過該導光板200射出的光線經該集光元件300轉折正向出光，且該上方光源500的光經過該集光元件300內的光線轉折分散出光，實現所述背光模組100的廣視角分享模式。相較於習用技術，本案實施上所需要的光學板或光學膜片的數量較少，且整體結構厚度可減薄，也可降低成本。

實施應用上，該背光模組100進一步包括一反射片600，該反射片600設置在該導光板200的下方。

請再參照圖4，為應用圖3實施例的顯示裝置的側視示意圖。前述背光模組100應用於一顯示裝置1000，其結構至少包含一顯示面板700及前述背光模組100，該顯示面板700鄰設於所述背光模組100的上方。

實施應用上，該集光元件300包含互相連接的一第一側邊310與一第二側邊320，該第一側邊310與一第一方向D1平行，該第二側邊 320與一第二方向D2平行，且該第一方向D1垂直於該第二方向D2。實施上，該下方光源400的組成包含多數個發光二極體410，所述發光二極體410沿著該第一方向D1排列設置在該導光板200的該側邊210，實質上該側邊210作為該導光板200的入光側。

實施應用上，該集光元件300的該入光側311可以位於該第一側邊310，該上方光源500的組成包含多數個發光二極體510，所述發光二極體510沿著該第一方向D1排列設置在該集光元件300的該第一側邊310(如圖2所示)。或實施應用上，該集光元件300的該入光側321是位於該第二側邊320，該上方光源500的組成包含多數個發光二極體510，所述發光二極體510沿著該第二方向D2排列設置在該集光元件300的該第二側邊320(如圖3所示)。

實施應用上，該集光元件300的底面340設有複數集光結構350，該些集光結構350為條狀微結構，條狀微結構的延伸方向實質上與該第一方向D1平行，與第二方向D2垂直。作為優選實施方式，該集光元件300係為一逆稜鏡片，該些集光結構350各具有一稜鏡角351，為具有稜鏡角351的條狀微結構，且該稜鏡角351尖端朝向該導光板200。

實施應用上，如圖7所示，由於該集光元件300需要一個特定的入光角度範圍，才能夠將該導光板200所產生的斜向光線，入射進到該集光元件300轉化為正視方向的光線射出。因此，為了提高該導光板200的指向性，以該導光板200的底面作為反射面230，在反射面230形成有多個導光結構240。每一該些導光結構240具有互相連接的一迎光面241及一非迎光面242，該迎光面241是面向該下方光源400的光行進方向，該迎光面241與該反射面230之間形成一第一夾角α，該非迎光面242與該反射面230之間形成一第二夾角β，且該第一夾角α與該第二夾角β皆為銳角，該第一夾角α小於該第二夾角β(如圖4所示)。第一夾角α與第二夾角β的設計可改變該迎光面241與該非迎光面242的傾斜程度，以控制從該導光板200的出光面射出光線的方向與集中程度，可供該集光元件300進一步使用，以可有效地引導光線以正視角出光。

本案在應用上，如果只有該下方光源400開啟，該顯示裝置1000只由下方的該導光板200提供光，該集光元件300的導光結構240是用來轉化為正向出光，實現該背光模組100的窄視角防窺模式。在該下方光源400與該上方光源500皆開啟時，除了該下方光源400的光經過該導光板200射出的光線經該集光元件300轉折正向出光，該上方光源500的光經過該集光元件300內的光線轉折分散出光，實現所述背光模組100的廣視角分享模式。

進一步來說，該集光元件300可以使用擴散粒子幫助分享模式側視角能量，提供寬視角分布。實施上，可在製備該集光元件300時，使該集光元件300內設有均勻分布的擴散粒子301(如圖5所示)，使經過該集光元件300內的光線具更好的轉折分散，提供寬視角分布。或該集光元件300與其底面340相對的上表面360具有一擴散粒子層370(如圖6所示)，藉由該擴散粒子層370使經過該集光元件300上表面360的光線具更好的轉折分散，提供寬視角分布。

以下將更詳細的說明窄視角防窺模式與廣視角分享模式的原理，請參照圖7及圖8，為應用圖3的背光模組實施例結構來說明光路徑。該背光模組100藉由該導光板200及其上方的該集光元件300分別設置下方光源400及上方光源500，在該導光板200的下方光源400沿該第一方向D1排列，該集光元件300的上方光源500沿該第二方向D2排列，二個光源排列互相垂直。

當只有該下方光源400開啟時，該下方光源400發出的光線L1經過該導光板200高指向性的反射後，光線L1經過該集光元件300的導光結構240轉折集中為正向出光(如圖7所示的虛線朝上箭頭)，透過只由該導光板200提供光源給該顯示面板700，實現該背光模組100的出光方向為窄視角分布，即圖7的虛線朝上箭頭為正向出光，使該顯示裝置1000呈現窄視角防窺模式。

當該下方光源400與該上方光源500皆開啟時，除了前述該下方光源400的光線L1經過該導光板200及該集光元件300轉折的正向出光，也包含該上方光源500的光線L2由該集光元件300內轉折的分散出光(如圖8所示的虛線朝左上與朝右上的斜向箭頭)，透過同時由該導光板200及該集光元件300提供光源給該顯示面板700，實現該背光模組100的出光方向為廣視角分布，即圖8中除了圖7正向出光的虛線朝上箭頭之外，還增加了虛線朝左上或/及朝右上的斜向箭頭，使該顯示裝置1000呈現廣視角分享模式。且如前面所述，該集光元件300可以使用擴散粒子幫助光線L2具更好的轉折分散，提高分享模式側視角能量，提供寬視角分布。

除此之外，由於該上方光源500與該些集光結構350的延伸方向分別平行於互相垂直的該第二方向D2與該第一方向D1，該上方光源500是位在該集光元件300的某一側。因此，該些集光結構350在以第一方向D1觀察是如圖7所示的三角形，在以第二方向D2觀察是如圖8所示，相對於該上方光源500所發出的光線是容易產生全反射的平面，藉此進一步加強遠離該上方光源500方向的斜向出光的比例，所以斜向出光也可以產生左右不對稱的現象，即圖8中的虛線朝右上的斜向箭頭所代表的光線強度大於朝左上箭項所代表的光線強度，使該顯示裝置1000所呈現的廣視角分享模式，更適用於安裝於車子內部中央的車載顯示器機種，可供某一側的駕駛座或副座觀看。

由圖9可知，在圖3的背光模組100的架構下，當只開啟該下方光源400，出光輝度集中在視角範圍為-40度至40度間，但再藉由該上方光源500的開啟，在大於視角40度的出光輝度會有所提升，經過量測，在視角40與45度皆具增加視角能量的效果。

請再參照圖10為應用圖2實施例的顯示裝置的側視示意圖。該背光模組100藉由該導光板200及其上方的該集光元件300分別設置下方光源400及上方光源500，在該導光板200的下方光源400沿該第一方向D1排列，該集光元件300的上方光源500沿該第一方向D1排列，二個光源排列同方向。

由圖11可知，在圖2的背光模組100的架構下，當只開啟該下方光源400，出光輝度集中在視角範圍為-40度至40度間，但再藉由該上方光源500的開啟，在大於視角40度的出光輝度同樣也會有所提升。

綜上實施例可知，本案藉由導光板及其上方的集光元件分別設置光源，在下方光源開啟時且該上方光源關閉時，該導光板射出的光線經該集光元件轉折集中為正向出光，實現所述背光模組的窄視角防窺模式；在下方光源與上方光源皆開啟時，該導光板射出的光線經該集光元件轉折正向出光，且該集光元件內的光線轉折分散出光，實現所述背光模組的廣視角分享模式。本案不需使用遮光片，即可達到切換視角的功能，本發明所需要的光學板或光學膜片的數量較少，使整體背光模組厚度減薄，也可降低成本。

上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。