WO2020164315A1 - 前置光源和显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种前置光源和显示装置，前置光源设置在显示面板的出光侧，前置光源包括：导光部件和设置在导光部件入光侧的发光部件，导光部件设置为将发光部件发射的光线导出至显示面板上；发光部件包括：同层设置的光源元件和量子点元件，光源元件设置为发射第一颜色的光线，量子点元件设置为在光源元件发射的光线的激发下，发射包括三原色三种颜色的光线，其中，第一颜色为三原色中的一种颜色。

Description

前置光源和显示装置 技术领域
本申请实施例涉及但不限于显示技术领域，具体涉及一种前置光源和显示装置。
背景技术
反射式显示装置能够利用周围的环境光作为照明源以显示画面，与传统的透射式显示装置相比，反射式显示装置具有光线柔和、省电、在户外具有更好的显示效果等优点，因此越来越受到关注。
为了在环境光较弱或暗室环境下也获得较好的显示效果，一般在反射式显示装置中增加前置光源以辅助显示装置进行显示，但是，前置光源的光学性质不佳，进而导致显示效果较差。
发明概述
以下是对本申请详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
一方面，本申请提供了一种前置光源，设置在显示面板的出光侧，所述前置光源包括：导光部件和设置在导光部件入光侧的发光部件，所述导光部件设置为将发光部件发射的光线导出至所述显示面板上；所述发光部件包括：同层设置的光源元件和量子点元件，所述光源元件设置为发射第一颜色的光线，所述量子点元件设置为在光源元件发射的光线的激发下，发射包括三原色三种颜色的光线，其中，第一颜色为三原色中的一种颜色。
在一些可能的实现方式中，所述量子点元件位于所述光源元件靠近所述导光部件的一侧。
在一些可能的实现方式中，所述光源元件包括：光源；所述光源包括：发光二极管或者微发光二极管。
在一些可能的实现方式中，所述光源元件还可包括：反射层；所述反射 层设置为反射所述光源未射向所述量子点元件的光线。
在一些可能的实现方式中，所述量子点元件包括：第一量子点和第二量子点；
其中，所述第一量子点设置为在第一颜色的光线的激发下发射第二颜色的光线，所述第二量子点设置为在第一颜色的光线的激发下发射第三颜色的光线，第二颜色和第三颜色分别为三原色中除第一颜色之外的颜色。
在一些可能的实现方式中，所述发光部件还包括：光子晶体元件；所述光子晶体元件设置为半透射半反射第一颜色的光线，还设置为透射第二颜色和第三颜色的光线。
在一些可能的实现方式中，所述光子晶体元件与所述量子点元件同层设置，且位于所述量子点元件靠近所述导光部件的一侧。
在一些可能的实现方式中，所述光子晶体元件包括：透明基底和阵列排列的光子晶体层；所述光子晶体层位于透明基底远离所述导光部件的一侧。
在一些可能的实现方式中，所述光子晶体层的制作材料的折射率高于透明基底的制作材料的折射率。
在一些可能的实现方式中，所述导光部件靠近显示面板的一侧设置有阵列排列的凹槽；所述凹槽设置为将导光部件传导的光线取出，以射向所述显示面板。
在一些可能的实现方式中，所述显示面板包括：阵列排列的子像素，所述凹槽与所述子像素一一对应；所述凹槽设置为取出与对应的子像素颜色相同的光线，并将取出的光线发射至对应的子像素。
在一些可能的实现方式中，不同颜色的子像素对应的凹槽的厚度、宽度、周期中的至少一项不同。
另一方面，本申请还提供了一种显示装置，包括：显示面板和上述前置光源。
在一些可能的实现方式中，显示装置还可包括：光源胶层；所述光源胶层设置为粘合所述显示面板和所述前置光源。
在阅读理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图概述
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请的技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的前置光源的一个结构示意图；
图2A为光源元件的一个结构示意图；
图2B为光源元件的另一结构示意图；
图2C为光源元件的又一结构示意图；
图3为光线波长与量子点吸收率的对应关系的示意图；
图4为本申请实施例提供的前置光源的另一结构示意图；
图5为本申请实施例提供的光子晶体元件的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的光子晶体元件对蓝光的反射率随着光线波长的变化示意图；
图7为本申请实施例提供的前置光源的又一结构示意图；
图8为本申请实施例提供的导光部件的仰视图；
图9为本申请实施例提供的显示装置的结构示意图。
详述
下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
除非另外定义，本申请中使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件，“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理 的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述的对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
图1为本申请实施例提供的前置光源的结构示意图。如图1所示，本申请实施例提供的前置光源10，设置在显示面板20的出光侧，前置光源10包括：导光部件11和设置在导光部件11的入光侧的发光部件12，导光部件11设置为将发光部件12发射的光线导出至显示面板20上。
发光部件12可包括：同层设置的光源元件13和量子点元件14，光源元件13设置为发射第一颜色的光线，量子点元件14设置为在光源元件13发射的光线的激发下，发射包括三原色三种颜色的光线。
第一颜色为三原色中的一种颜色，即第一颜色可以为红色、蓝色和绿色中的其中一种。
同层设置的光源元件和量子点元件指的是光源元件和量子点元件直接与显示面板接触，且光源元件在显示面板上的正投影与量子点元件在显示面板上的正投影并无重叠区域。
本实施例中的显示面板为反射式显示面板，其中，反射式显示面板可以为：反射式液晶显示面板、电子墨水屏E-ink显示面板或者透明油墨Clear-ink显示面板，或者可以为其他反射式显示面板，本申请实施例对此不作任何限定。
反射式显示面板中可设置有反射部件，设置为反射环境光或者前置光源发射的光线。
导光部件11可以为导光板，导光条或者其他可以导光的部件，本申请实施例对此不作任何限定。
导光部件11的折射率可以为1.3至1.7，例如导光部件11的折射率可以为1.5。
导光部件11的厚度可以为50微米至800微米。
导光部件11的制作材料可以为：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、二氧化硅SiO 2、环氧树脂、亚克力或硅胶等光学透明材料，本申请实施例对此不作任 何限定。导光部件11是透明的，且可以将发光部件发射的光线导出至显示面板整个表面。
本申请实施例中，导光部件11的折射率、制作材料以及厚度等设计用于更好地保证大部分光线进入显示面板，从而提高显示面板的显示效果。
本申请实施例中的前置光源可采用单色光源、量子点和导光板相结合的发光方案。量子点(Quantum dots，简称QDs)一般指直径在1纳米至10纳米范围内的半导体纳米晶体管，通常是由II-VI族或III-V族元素组成的半导体纳米颗粒。由于存在量子限域效应，量子点通常表现出异于相应体相材料和其他分子材料的独特物理和化学性质。量子点在收到一定的能量的光激发后可发出荧光，波长可以通过改变量子点的尺寸来进行调节，并且具有宽且连续的吸收光谱、窄而对称的发射光谱、优良的光稳定性、高发光效率等优良的光学性质。
光源元件13可以发射蓝光，或者可以发射红光或者绿光。在一种示例性实施方式中，当光源元件发射蓝光时，量子点元件在蓝光的激发下，发出红光、绿光和蓝光；当光源元件发射红光时，量子点元件在红光的激发下，发出红光、绿光和蓝光；当光源元件发射绿光时，量子点元件在绿光的激发下，发出红光、绿光和蓝光。当光源元件发射蓝光量子点元件在蓝光的激发下，发出红光、绿光和蓝光时，前置光源可以实现高色域出射。
发光部件12可以绑定到导光部件11的入光侧，例如可以通过粘结剂将发光部件12粘贴到导光部件11的入光侧。
本申请实施例提供的前置光源设置在显示面板的出光侧，前置光源包括：导光部件和设置在导光部件入光侧的发光部件，导光部件设置为将发光部件发射的光线导出至显示面板上；发光部件包括：同层设置的光源元件和量子点元件，光源元件设置为发射第一颜色的光线，量子点元件设置为在光源元件发射的光线的激发下，发射包括三原色三种颜色的光线，其中，第一颜色为三原色中的一种颜色。本申请提供的技术方案通过导光部件、光源元件和量子点元件的结合，提高了前置光源的光学性质，从而实现了更好的显示效果。
为了保证前置光源正常发光，如图1所示，在一种示例性实施方式中， 量子点元件14位于光源元件13靠近导光部件11的一侧。
图2A为光源元件的一个结构示意图，图2B为光源元件的另一结构示意图，图2C为光源元件的又一结构示意图。如图2A至图2C所示，本申请实施例提供的前置光源中的光源元件13包括：光源130。
本实施例中的光源130可以为单色光源，其中，光源130包括：发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)或者微发光二极管。
光源130可以为条状光源、或者可以为沿列方向排布的多个单颗光源，或者可以为单颗光源与导光条的组合。图2A是以条状光源为例进行说明的，图2B是以沿列方向排布的多个单颗光源为例进行说明的，图2C是以单颗光源与导光条132的组合为例进行说明的。本申请实施例光源元件可以为其他形式的发出单色光的光源，本申请实施例对此不作任何限定。
如图2A至图2C所示，本申请实施例中的光源元件13还可包括：反射层131，反射层131设置为反射光源130未射向量子点元件14的光线。
反射层131的制作材料可以为银、铝或其他可以反射光线的材料，只要具有较高反射率即可，本申请实施例对此不作任何限定。
本实施例中通过在光源元件13中设置反射层131提高了光源元件的光线利用率，进一步地提高了前置光源的显示效果。
本实施例中，量子点元件14可包括：第一量子点和第二量子点，其中，第一量子点设置为在第一颜色的光线的激发下发出第二颜色的光线，第二量子点设置为在第一颜色的光线的激发下发出第三颜色的光线。
第二颜色和第三颜色分别为三原色中除第一颜色之外的颜色。
在一种示例性实施方式中，若光源元件发出蓝光，则第一量子点的制作材料为在蓝光的激发下发出红光的量子点材料，第二量子点的制作材料为在蓝光的激发下发出绿光的量子点材料；若光源元件发出红光，则第一量子点的制作材料为在红光的激发下发出蓝光的量子点材料，第二量子点的制作材料为在红光的激发下发出绿光的量子点材料；若光源元件发出绿光，则第一量子点的制作材料为在绿光的激发下发出蓝光的量子点材料，第二量子点的制作材料为在绿光的激发下发出红光的量子点材料。
本实施例中，第一量子点和第二量子点可以按照一定比例混合，分布在量子点元件中。
本实施例中，以光源元件发出蓝光为例，由于第一量子点和第二量子点对蓝光的转化效率仅有40％，若不对蓝光进行处理，量子点元件14发射的光线直接进入导光部件11中，则会导致导光部件11中的蓝光与红绿光的比例不符。图3为光线波长与量子点对蓝光的吸收率的对应关系的示意图。在量子点的厚度为2um时，在波长为450nm处的量子点对蓝光的吸收率为52.4％，此时出射的红绿光为21.0％，透过的蓝光为47.6％，导致进入导光部件的三种颜色的光线不均匀。
为了保证进入导光部件的三种颜色的光线均匀，本申请实施例中，可以在前置光源中设置光子晶体元件。图4为本申请实施例提供的前置光源的另一结构示意图，如图4所示，本申请实施例提供的前置光源中的发光部件12还包括：光子晶体元件15。
光子晶体元件15设置为半透射半反射第一颜色的光线，还设置为透射第二颜色和第三颜色的光线。
如图4所示，光子晶体元件15可以与量子点元件14同层设置，且位于量子点元件14靠近导光部件11的一侧。
光子晶体元件和量子点元件同层设置指的是光子晶体元件和量子点元件直接与显示面板接触，且光子晶体元件在显示面板上的正投影与量子点元件在显示面板上的正投影并无重叠区域。
图5为本申请实施例提供的光子晶体元件的结构示意图，如图5所示，光子晶体元件包括：透明基底150和阵列排列的光子晶体结构151，光子晶体结构151位于透明基底150远离导光部件的一侧。
光子晶体结构151的制作材料的折射率可以高于透明基底150的制作材料的折射率。
光子晶体结构151的制作材料可以为硅，其周期L、高度H和宽度W可以根据实际情况确定，本申请实施例对此不作具体限定。
图6为本申请实施例提供的光子晶体元件对蓝光的反射率随着光线波长 的变化示意图，图6是以光子晶体结构的周期L为220纳米、宽度W为90纳米，高度为80纳米，且材料为硅为例提供的光子晶体元件对蓝光的反射率随着光线波长的变化示意图，如图6所示，在450纳米处，光子晶体元件对蓝光的反射率为61.5％。经过计算，此时，蓝光的透过率为18.3％，红绿光的透过率为27.1％，通过上述分析可知，本申请实施例提供的光子晶体元件可以实现红绿蓝的均衡出射。
本申请实施例通过设置光子晶体元件实现半透射半反射第一颜色的光线，还设置为透射第二颜色和第三颜色的光线，可以均衡射入导光部件的光线，进而实现红绿蓝光的均匀出射，还可以实现光线的循环利用，增加了量子点的利用率。
图7为本申请实施例提供的前置光源的又一结构示意图，如图7所示，本申请实施例提供的导光部件11靠近显示面板20的一侧设置有阵列排列的凹槽110。
凹槽110设置为将导光部件11传导的光线取出，以射向显示面板。
本实施例中，设置在导光部件11靠近显示面板20的一侧的阵列排列的凹槽原理上相当于衍射光栅，以实现三原色取出。
凹槽的宽度、厚度以及周期决定了出光的颜色以及准直度，本申请实施例并不具体限定凹槽的尺寸，其可以根据实际情况确定。
本实施例中，由于从发光部件发射的光线具有良好的单色性，因此，本实施例在导光部件中设置相当于光栅的凹槽，可以实现对红绿蓝三色的分别取光。
图8为本申请实施例提供的导光部件的仰视图，如图8所示，显示面板包括：阵列排列的子像素，凹槽110与子像素一一对应。
凹槽110设置为取出与对应的子像素颜色相同的光线，并将取出的光线发射至对应的子像素。不同颜色的子像素对应的凹槽的厚度、宽度、周期中的至少一项不同。
本申请实施例中利用衍射光栅的1级衍射特性，构建亚波长光栅，设置三种类型的凹槽，进而取出三种类型的光线。另外，由于在光线传播过程中， 取光的效率保持不变，会导致均一性问题，为此，本实施例中通过非均匀设置凹槽，从而实现均匀取光。
本申请实施例还提供一种显示装置，包括：显示面板和前置光源。
前置光源为前述实施例提供的前置光源，其实现原理和实现效果在此不再赘述。
本实施例中的显示面板为反射式显示面板，反射式显示面板可以为：反射式液晶显示面板、电子墨水屏E-ink显示面板或者透明油墨Clear-ink显示面板，或者可以是其他反射式显示面板，本申请实施例对此不作任何限定。
显示面板中设置有反射部件，设置为反射环境光或者前置光源发射的光线。反射部件可以包括：反射表面或反射片，反射部件可以与显示面板一体成型，或者该反射部件可以独立于显示面板形成，通过粘合等方式结合至显示面板上，本申请实施例对此不作任何限定。
图9为本申请实施例提供的显示装置的结构示意图，图9中的显示面板是以反射式液晶显示面板为例进行说明的，如图9所示，显示面板包括：第一基底21、设置在第一基底21上的反射部件22、设置在反射部件22上的薄膜晶体管阵列23、液晶层24、彩色滤光片25、黑矩阵层26、第二基底27、圆偏光片28和扩散片29，其中，前置光源包括：同层设置的导光部件11、光源元件13、量子点元件14和光子晶体元件15。
该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。对于该显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本申请的限制。
本申请实施例提供的显示装置还可包括：光源胶层，该光源胶层设置为粘合显示面板和前置光源。
光源胶层可以由透明的光学胶材料形成。
本申请中的附图只涉及本申请实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。在不冲突的情况下，本申请的实施例即实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求的范围当中。

Claims (14)

  1. 一种前置光源，设置在显示面板的出光侧，所述前置光源包括：导光部件和设置在导光部件的入光侧的发光部件，
    所述导光部件设置为将发光部件发射的光线导出至所述显示面板上；
    所述发光部件包括：同层设置的光源元件和量子点元件，所述光源元件设置为发射第一颜色的光线，所述量子点元件设置为在光源元件发射的光线的激发下，发射包括三原色三种颜色的光线，其中，第一颜色为三原色中的一种颜色。
  2. 根据权利要求1所述的前置光源，其中，所述量子点元件位于所述光源元件靠近所述导光部件的一侧。
  3. 根据权利要求1所述的前置光源，其中，所述光源元件包括：光源；
    所述光源包括：发光二极管或者微发光二极管。
  4. 根据权利要求3所述的前置光源，其中，所述光源元件还包括：反射层；
    所述反射层设置为反射所述光源未射向所述量子点元件的光线。
  5. 根据权利要求3所述的前置光源，其中，所述量子点元件包括：第一量子点和第二量子点；
    其中，所述第一量子点设置为在第一颜色的光线的激发下发射第二颜色的光线，所述第二量子点设置为在第一颜色的光线的激发下发射第三颜色的光线，第二颜色和第三颜色分别为三原色中除第一颜色之外的颜色。
  6. 根据权利要求5所述的前置光源，其中，所述发光部件还包括：光子晶体元件；
    所述光子晶体元件设置为半透射半反射第一颜色的光线，还设置为透射第二颜色和第三颜色的光线。
  7. 根据权利要求6所述的前置光源，其中，所述光子晶体元件与所述量子点元件同层设置，且位于所述量子点元件靠近所述导光部件的一侧。
  8. 根据权利要求7所述的前置光源，其中，所述光子晶体元件包括：透 明基底和阵列排列的光子晶体层；
    所述光子晶体层位于透明基底远离所述导光部件的一侧。
  9. 根据权利要求8所述的前置光源，其中，所述光子晶体层的制作材料的折射率高于透明基底的制作材料的折射率。
  10. 根据权利要求1所述的前置光源，其中，所述导光部件靠近显示面板的一侧设置有阵列排列的凹槽；
    所述凹槽设置为将导光部件传导的光线取出，以射向所述显示面板。
  11. 根据权利要求10所述的前置光源，其中，所述显示面板包括：阵列排列的子像素，所述凹槽与所述子像素一一对应；
    所述凹槽设置为取出与对应的子像素颜色相同的光线，并将取出的光线发射至对应的子像素。
  12. 根据权利要求11所述的前置光源，其中，不同颜色的子像素对应的凹槽的厚度、宽度、周期中的至少一项不同。
  13. 一种显示装置，包括：显示面板和如权利要求1至12任一项所述的前置光源。
  14. 根据权利要求13所述的显示装置，其中，所述显示装置还包括：光源胶层；
    所述光源胶层设置为粘合所述显示面板和所述前置光源。
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