TWI832309B - 光調整元件以及光源模組 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種光調整元件以及光源模組，光調整元件包括光調整層以及多個電極。光調整元件具有多個光調整區域，且光調整層包括多個液晶分子。電極包括多個邊界電極，分別對應光調整區域的邊界設置且彼此分離。當光調整區域中的第一光調整區域的邊界電極具有電位差時，位於第一光調整區域的液晶分子的排列發生變化，以使通過第一光調整區域的光束具有第一行進方向。當第一光調整區域的邊界電極不具有電位差時，通過第一光調整區域的光束具有第二行進方向。本發明提出的光調整元件以及光源模組具有個別進行光形調整的功效。

Description

光調整元件以及光源模組

本發明是有關於一種光學元件以及光學模組，且特別是有關於一種光調整元件以及光源模組。

微型發光二極體顯示器具有與有機發光二極體顯示技術相當的光學表現，例如高色彩飽和度、應答速度快及高對比，且具有低耗能及材料使用壽命長的優勢。一般來說，採用微型發光二極體作為發光元件的顯示器，在出廠時的光源模組的輸出光形是已被決定的。然而，為了滿足使用上的不同需求，光源模組的輸出光形需要具有可動態調整的功能。

具體而言，目前微型發光二極體顯示器的光形調變技術主要以波導(Waveguide)與光學機件為大宗，也有利用類稜鏡結構(prism-like structure)來實現光導向的調整。然而，通過光學機件所實現的光形調變技術，其整體系統體積較大，需求零件較多且易受環境干擾，使用上較受限制。而內建稜鏡的光導向技術，由於多了稜鏡結構的設置，使得整體光學效率會因此下降，且稜 鏡結構的偏向角度是固定的，無法實現光形的動態調變與連續角度導向。並且，現行的微型發光二極體顯示器的光形調變技術皆無法針對微型發光二極體顯示器的畫素區域進行個別地動態調變，如此將造成色散現象。

“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種光調整元件以及光源模組，能夠對應顯示裝置的畫素區域個別地進行光形分布的動態調整。

為達上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出光調整元件。光調整元件包括一光調整層以及多個電極。光調整層具有多個光調整區域，且光調整層包括多個液晶分子。這些電極包括多個邊界電極，這些邊界電極分別對應這些光調整區域的邊界設置，這些邊界電極彼此分離，且各光調整區域內包含這些邊界電極中的至少兩個邊界電極。當這些光調整區域中的一第一光調整區域的這些邊界電極具有電位差時，位於第一光調整區域的這些液晶分子的排列發生變化，以使通過第一 光調整區域的光束具有一第一行進方向，當第一光調整區域的這些邊界電極不具有電位差時，通過第一光調整區域的光束具有一第二行進方向，第一行進方向不同於第二行進方向。

在本發明的一實施例中，當上述的第一光調整區域的這些邊界電極具有電位差時，對應第一光調整區域的光調整層的折射率分布呈漸變分布。

在本發明的一實施例中，上述的電極更包括多個中央電極，且這些中央電極設置於這些邊界電極之間，且這些邊界電極與這些中央電極彼此分離。

在本發明的一實施例中，上述的邊界電極分別連接交流電壓或接地，這些中央電極為浮接狀態。

在本發明的一實施例中，上述的邊界電極的電壓的值介於0與15V之間。

在本發明的一實施例中，上述的各電極沿著一延伸方向延伸，各電極的長度介於10μm與1000μm之間，在與該延伸方向正交的寬度方向上的寬度介於0.5μm與3μm之間，相鄰的這些電極之間的間距介於1μm與3μm之間。

在本發明的一實施例中，上述的各光調整區域的寬度介於5μm與25μm之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一行進方向與第二行進方向之間具有一偏轉角度，偏轉角度的範圍介於-30度與30度之間。

在本發明的一實施例中，上述的液晶分子的雙軸折射率的差值大於0.1。

為達上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種光源模組，包括上述的光調整元件以及一發光面板。發光面板具有多個畫素區域以及多個微型發光元件，其中這些微型發光元件對應這些畫素區域設置，且用於提供主發光波長不同的多個光束，且各光調整區域分別對應於各畫素區域設置。

在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件包括一第一微型發光元件與一第二微型發光元件，分別提供具有一第一色光與一第二色光，且第一色光通過這些光調整區域的第一光調整區域，第二色光通過這些光調整區域的一第二光調整區域，且位於第一光調整區域的光調整層的折射率分布曲線與位於第二光調整區域的光調整層的折射率分布曲線彼此不同。

在本發明的一實施例中，當上述的第二光調整區域的這些邊界電極具有電位差時，通過第二光調整區域的第二色光具有一第三行進方向，第一行進方向不同於第三行進方向。

在本發明的一實施例中，上述的對應第一光調整區域的這些邊界電極的施加電壓與對應第二光調整區域的這些邊界電極的施加電壓彼此不同。

基於上述，在本發明的一實施例的光源模組的光調整元件通過對應光調整區域而獨立配置的多個電極之間的電位差的控 制，能夠由此獨立地控制不同的光調整區域的光調整層的折射率分布曲線，進而針對通過不同光調整區域的色光的特性設計其光調整層的折射率分布曲線的變化，進而在應用在顯示裝置時，可針對各畫素區域個別地實現光形分布的動態調整。

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。

100:光調整元件

110:光調整層

120:電極

121:中央電極

122:邊界電極

200:光源模組

210:發光面板

211:微型發光元件

211R:第一微型發光元件

211G:第二微型發光元件

211B:第三微型發光元件

212:波長轉換層

212R:第一波長轉換層

212G:第二波長轉換層

212B:透光層

DE:延伸方向

MD:微型發光二極體元件

OB:邊界區域

OC:中央區域

OR:光調整區域

OR1:第一光調整區域

OR2:第二光調整區域

PX:畫素區域

圖1是本發明的一實施例的光源模組的架構示意圖。

圖2是圖1的光調整元件的上視示意圖。

圖3是圖1的光調整元件的放大示意圖。

圖4是圖3的光調整區域的位置與折射率分布曲線關係圖。

圖5是圖1的光調整層的不同光調整區域的位置與折射率分布曲線關係圖。

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1是本發明的一實施例的光源模組的架構示意圖。圖2是圖1的光調整元件的上視示意圖。圖3是圖1的光調整元件的放大示意圖。圖4是圖3的光調整區域的位置與折射率分布曲線關係圖。圖5是圖1的光調整層的不同光調整區域的位置與折射率分布曲線關係圖。

請參照圖1，圖1為光源模組的側視示意圖，在本實施例中，光源模組200包括光調整元件100以及發光面板210，光調整元件100例如成型在透光基板上，透光基板例如與發光面板210連接。發光面板210具有多個畫素區域PX以及多個微型發光元件211，其中這些微型發光元件211對應這些畫素區域PX設置，且用於提供主發光波長不同的多個光束。舉例而言，在本實施例中，各微型發光元件211可分別包括微型發光二極體元件MD以及對應於不同畫素區域PX而選擇性設置的光學層212，光學層212例如為波長轉換層或透光層其中之一。各微型發光元件211的微型發光二極體元件MD陣列排列於發光面板210的基板(圖未示)上，分別用以提供發光光束。並且，在本實施例中，對應於部分的畫素區域PX而選擇性設置的光學層212的波長轉換層的材料例如是量子點(quantum dot)材料或奈米級螢光粉(nanophosphor)，而適於吸收部分的發光光束並由此激發出多道轉換光束(即多個光束的其中一部分光束)，其中轉換光束與發光光束的主發光波長彼此不同，以對應地在不同畫素區域PX中提供不同的色光。

進一步而言，在本實施例中，微型發光元件211包括第 一微型發光元件211R、第二微型發光元件211G以及第三微型發光元件211B，其中微型發光二極體元件MD例如為藍光微型發光二極體元件，在第一微型發光元件211R與第二微型發光元件211G中，光學層212分別為第一波長轉換層212R與第二波長轉換層212G，而在第三微型發光元件211B，光學層212則為透光層212B。如此，第一微型發光元件211R、第二微型發光元件211G以及第三微型發光元件211B可分別用以提供第一色光、第二色光以及第三色光。在本實施例中，第一色光例如為紅光，第二色光例如為綠光，第三色光例如為藍光。

另一方面，如圖1所示，光調整元件100包括光調整層110以及多個電極120。光調整層110具有多個光調整區域OR，且各光調整區域OR分別對應於各畫素區域PX設置，其中光調整層110包括多個液晶分子，均勻分佈於光調整層110中。舉例而言，在本實施例中，液晶分子的雙軸折射率的差值大於0.1，其種類可為扭曲向列型(Twisted Nematic mode,TN mode)液晶分子，但本實施例不以此為限。特別說明的是，在本發明中，多個電極120例如設置於光調整層110的同一側，意即在各光調整區域OR範圍內，光調整元件100的所有電極在光調整層110上的投影區域彼此不重疊。

並且，如圖2所示，在本實施例中，每一電極120的輪廓例如為矩形，且這些電極120包括多個中央電極121以及多個邊界電極122。如圖2與圖3所示，在本實施例中，每一光調整區 域OR內的中央電極121例如為一個且邊界電極122例如為兩個，中央電極121設置於邊界電極122之間，邊界電極122與中央電極121彼此分離，且邊界電極122也彼此分離。此外，在本實施例中，邊界電極122分別對應光調整區域OR的邊界設置，且各光調整區域OR內包含邊界電極122中的至少兩個邊界電極122。特別說明的是，在本實施例中，相鄰的光調整區域OR之間可設置介電層(如圖2所繪示有網底的元件)，如此可減少相鄰邊界電極122的電場影響，但在其他實施例中，可不設有介電層，即光調整層110可為相互連接在一起的。在另一實施例中，光調整元件100例如可不包括中央電極121。

具體而言，在本實施例中，各光調整區域OR內的兩個邊界電極122分別連接交流電壓或接地，中央電極121為未與其他導線連接的浮接狀態。如此，在各光調整區域OR內的兩個邊界電極122之間的電位差會隨著位置的不同而有所不同，並且，由於液晶分子的排列會隨著其所在位置的電場分布而發生不同程度的變化，因此，隨著遠離或接近邊界電極122，其液晶分子的排列變化的程度也隨之改變，而使位於不同位置的光調整層110的折射率也對應液晶分子的排列而變化。如此，如圖4所示，當任一光調整區域OR的邊界電極122具有電位差時，對應該光調整區域OR的光調整層110(兩個邊界電極122之間)的折射率分布呈漸變分布(例如由光調整區域OR的一邊界電極122朝向另一邊界電極122的方向呈漸增或漸減分布)。詳細來說，光調整層110的厚 度相同時，邊界電極122的電位差，使光調整層110的折射率分布呈現線性變化，在光程上看來，光線就像進入稜鏡一樣，也因此光線主要會朝一特定方向前進，如此折射率分布的線性程度也決定了光線的行進方向以及出射光的能量分布。更具體而言，在本實施例中，對應各光調整區域OR的邊界電極122以及中央電極121於光調整層110上的投影區域分別為多個邊界區域OB與一中央區域OC，當電極120被施加電壓時，位於邊界區域OB的光調整層110的折射率的最小值小於位於中央區域OC的光調整層110的折射率的最小值。另一方面，當任一光調整區域OR的邊界電極122與中央電極121不具有電位差時，由於此時液晶分子的排列不會由於所處位置的不同而有所差異，因此對應該光調整區域OR的光調整層110則可保持大致相同的折射率，例如折射率的差異小於5%。

如此一來，當光調整區域OR中的任一光調整區域OR的邊界電極122具有電位差時，通過該光調整區域OR的光束容易會基於其通過光調整區域OR的位置的不同而致的折射率的變化，而使此時的光束的行進方向相較於未被施加電壓時的行進方向發生偏轉。特別說明的是，由於光束的偏轉方向會受到液晶分子的所在位置的電場分布的影響，因此，可能不是通過光調整區域OR的全部光束的行進方向皆會發生偏轉，因此此處所指的光束是指通過光調整區域OR的大部分光束(例如通過光調整區域OR的全部光束的80%以上且95%以下)，而不限於通過光調整區域OR的 全部光束。

更進一步而言，由於各光調整區域OR具有各自獨立的邊界電極122，因此可分別獨立地控制不同的光調整區域OR的光調整層110的折射率分布曲線，進而針對通過不同光調整區域OR的色光特性設計其光調整層110的折射率分布曲線的變化，進而可針對各畫素區域PX實現光形分布的動態調整。

更具體而言，如圖5所示，在本實施例中，第一色光通過光調整區域OR的第一光調整區域OR1，第二色光通過光調整區域OR的第二光調整區域OR2，並且，對應第一光調整區域OR1的邊界電極122的施加電壓與對應第二光調整區域OR2的邊界電極122的施加電壓可被設定為彼此不同，由此，可使位於第一光調整區域OR1的光調整層110的折射率分布曲線與位於第二光調整區域OR2的光調整層110的折射率分布曲線彼此不同。在此，位於第一光調整區域OR1的光調整層110的折射率分布曲線與位於第二光調整區域OR2的光調整層110的折射率分布曲線可基於紅光的第一色光與綠光的第二色光的特性設計，以分別動態調整紅光與綠光的光形，進而可由此改善色散現象。

進一步而言，當光調整區域OR中的第一光調整區域OR1與第二光調整區域OR2的邊界電極122不具有電位差時，通過第一光調整區域OR1與第二光調整區域OR2的光束的行進方向為第二行進方向。當這些光調整區域OR中的第一光調整區域OR1的邊界電極122具有電位差時，位於第一光調整區域OR1的液晶分 子的排列發生變化，而可使通過第一光調整區域OR1的光束的行進方向為第一行進方向，當第二光調整區域OR2的邊界電極122具有與第一光調整區域OR1的邊界電極122的電位差不同的電位差時，通過第二光調整區域OR2的第二色光的行進方向則為第三行進方向。並且，在本實施例中，通過位於第一光調整區域OR1的光調整層110的折射率分布曲線與位於第二光調整區域OR2的光調整層110的折射率分布曲線的設計可使得第一行進方向、第二行進方向以及第三行進方向皆不相同。如此，可改善第一色光與第二色光的原本的色散現象。

並且，在本實施例中，由於光調整區域OR的邊界電極122的施加電壓是基於不同畫素區域PX提供的不同色光的光學特性所決定的，因此提供相同色光的畫素區域PX所對應的光調整區域OR的電極120(即中央電極121以及邊界電極122)可以共用，因此，如圖2所示，各光調整區域OR的電極120可沿著一延伸方向DE(例如與波長轉換層212R、212G排列方向正交的方向)延伸(各電極120沿同一延伸方向延伸)。舉例而言，在本實施例中，各光調整區域OR的寬度(例如與延伸方向DE正交的方向上)介於5μm與25μm之間，各電極120在延伸方向DE上的長度介於10μm與1000μm之間，在與延伸方向DE正交的方向上的寬度介於0.5μm與3μm之間，相鄰的電極120之間的間距介於1μm與3μm之間。並且，在本實施例中，邊界電極122的電壓(交流電壓)的值介於0與15V之間。如此，可以使第一行進方向或第三行進 方向與第二行進方向之間的偏轉角度的範圍介於-30度與30度之間。

更具體而言，以如圖5所示的結構為例，在本實施例中，中央電極121以及邊界電極122在與延伸方向DE正交的方向上的寬度分別為1μm與2μm，相鄰的電極120之間的間距為1.5μm，且第一光調整區域OR1的邊界電極122的電位差的值為交流電壓8V(例如一邊界電極122為8V交流電壓，另一邊界電極122為0V，可使光偏折6.1度)，而第二光調整區域OR2的邊界電極122的電位差的值為5V，上述交流電壓的頻率皆為1kHz。如此，第一行進方向與第二行進方向之間的偏轉角度的值為30度，而第三行進方向與第二行進方向之間的偏轉角度的值為-30度。以此實施例之概念，在適當的參數設計及驅動條件設定下，可改善不同波長光，如紅光的第一色光與綠光的第二色光的原本的色散現象。

此外，值得注意的是，在前述的實施例的各光調整區域OR中，是以一個中央電極121與兩個邊界電極122為一組來作為例示，但本發明不以此為限，在搭配計算與適當的電壓模擬數據來驅動液晶分子的情況下，可以計算出其他可行的電極120數目及其適宜的配線結構。舉例而言，在其他未繪示的實施例中，各光調整區域OR中的電極120的組合樣態亦可為雙電極120(例如不包括中央電極121)或四電極120。

綜上所述，在本發明的一實施例的光源模組的光調整元件通過對應光調整區域而獨立配置的多個電極之間的電位差的控 制，能夠由此獨立地控制不同的光調整區域的光調整層的折射率分布曲線，進而針對通過不同光調整區域的色光的特性設計其光調整層的折射率分布曲線的變化，進而在顯示影像畫面時，可針對各畫素區域個別地實現光形分布的動態調整。

惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明的權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100：光調整元件 110：光調整層 120：電極 121：中央電極 122：邊界電極 200：光源模組 210：發光面板 211：微型發光元件 211R：第一微型發光元件 211G：第二微型發光元件 211B：第三微型發光元件 212：波長轉換層 212R：第一波長轉換層 212G：第二波長轉換層 212B：透光層 MD：微型發光二極體元件 OR：光調整區域 OR1：第一光調整區域 OR2：第二光調整區域 PX：畫素區域

Claims (13)

1. 一種光調整元件，包括：一光調整層，具有多個光調整區域，且該光調整層包括多個液晶分子；以及多個電極，該些電極包括多個邊界電極，該些邊界電極分別對應該些光調整區域的邊界設置，該些邊界電極彼此分離，且各該些光調整區域內包含該些邊界電極中的至少兩個邊界電極，其中當該些光調整區域中的一第一光調整區域的該些邊界電極不具有電位差時，通過該第一光調整區域的光束具有一第二行進方向，當該些光調整區域中的該第一光調整區域的該些邊界電極具有電位差時，位於該第一光調整區域的該些液晶分子的排列發生變化，以使通過該第一光調整區域的光束由該第二行進方向偏轉至一第一行進方向，該第一行進方向不同於該第二行進方向。
2. 如請求項1所述的光調整元件，其中當該第一光調整區域的該些邊界電極具有電位差時，對應該第一光調整區域的該些邊界電極之間的該光調整層的折射率分布呈漸變分布。
3. 如請求項1所述的光調整元件，其中該些電極更包括多個中央電極，且該些中央電極設置於該些邊界電極之間，且該些邊界電極與該些中央電極彼此分離。
4. 如請求項3所述的光調整元件，其中該些邊界電極分別連接交流電壓或接地，該些中央電極為浮接狀態。
5. 如請求項3所述的光調整元件，其中該些邊界電極的電壓的值介於0與15V之間。
6. 如請求項1所述的光調整元件，其中各該些邊界電極沿著一延伸方向延伸，各該些邊界電極在該延伸方向上的長度介於10μm與1000μm之間，在與該延伸方向正交的寬度方向上的寬度介於0.5μm與3μm之間，相鄰的該些邊界電極之間的間距介於1μm與3μm之間。
7. 如請求項1所述的光調整元件，其中各該光調整區域的寬度介於5μm與25μm之間。
8. 如請求項1所述的光調整元件，其中該第一行進方向與該第二行進方向之間具有一偏轉角度，該偏轉角度的範圍介於-30度與30度之間。
9. 如請求項1所述的光調整元件，其中該些液晶分子的雙軸折射率的差值大於0.1。
10. 一種光源模組，包括：一光調整元件，包括：一光調整層，具有多個光調整區域，且該光調整層包括多個液晶分子；以及多個電極，該些電極包括多個邊界電極，該些邊界電極分別對應該些光調整區域的邊界設置，該些邊界電極彼此分離，且各該些光調整區域內包含該些邊界電極中的至少兩個邊界電極，其中當該些光調整區域中的一第一光調整區域的 該些邊界電極不具有電位差時，通過該第一光調整區域的光束具有一第二行進方向，當該些光調整區域中的該第一光調整區域的該些邊界電極具有電位差時，位於該第一光調整區域的該些液晶分子的排列發生變化，以使通過該第一光調整區域的光束由該第二行進方向偏轉至一第一行進方向，該第一行進方向不同於該第二行進方向；以及一發光面板，具有多個畫素區域以及多個微型發光元件，其中該些微型發光元件對應該些畫素區域設置，且用於提供主發光波長不同的多個光束，且各該光調整區域分別對應於各該畫素區域設置。
11. 如請求項10所述的光源模組，其中該些微型發光元件包括一第一微型發光元件與一第二微型發光元件，分別提供具有一第一色光與一第二色光，且該第一色光通過該些光調整區域的該第一光調整區域，該第二色光通過該些光調整區域的一第二光調整區域，且位於該第一光調整區域的該光調整層的折射率分布曲線與位於該第二光調整區域的該光調整層的折射率分布曲線彼此不同。
12. 如請求項11所述的光源模組，其中當該第二光調整區域的該些邊界電極具有電位差時，通過該第二光調整區域的該第二色光具有一第三行進方向，該第一行進方向不同於該第三行進方向。
13. 如請求項11所述的光源模組，其中對應該第一光調整區域的該些邊界電極的施加電壓與對應該第二光調整區域的該些邊界電極的施加電壓彼此不同。

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