CN110596808B - 背光模组、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了背光模组、显示装置。该背光模组包括：导光板，具有出光面和入光面；光源，设置在入光面；多个取光结构，设置在出光面上，且光源发出的光束在导光板内发生全反射，并从暗态显示状态下的取光结构会聚出射，或从灰阶显示状态下的取光结构发散出射。本发明所提出的背光模组，其导光板出光面上的取光结构，可以使光源发出的光束在导光板内发生全反射后会聚出射或者发散出射，从而使含有该背光模组的显示装置的透明度更高、对比度更高且出光率更高。

Description

背光模组、显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体的，本发明涉及背光模组、显示装置。
背景技术
现阶段的显示器件，可以通过自由曲面反射镜将发光二极管(LED)光源发出的朗伯体光线进行调制，并以一定的角度耦合进入导光板，光线在导光板内全反射传输并从导光板的上面或下面设置的取出光栅出射。其中，取出光栅的作用是将在导光板中全反射传播的大角度光线以准直角度取出，可以实现较高透过率的准直光源。
但是，目前的背光模组结构设计的透明度、出光率和对比度都较低。
发明内容
本发明是基于下列发现而完成的：
设计一种背光模组结构，其导光板出光面上的取光结构，可以使光源发出的光束在导光板内发生全反射后会聚出射，从而实现背光模组的会聚出光方式。如此，相对于准直出光方式的取光光栅，取光结构的会聚出光方式可以缩小遮光层的宽度，从而使显示装置的透明度更高，并且，取光结构还可以抑制衍射杂散光，从而提高显示装置的对比度。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种背光模组。
根据本发明的实施例，所述背光模组包括：导光板，所述导光板具有出光面和入光面；光源，所述光源设置在所述入光面；多个取光结构，所述多个取光结构设置在所述出光面上，且所述光源发出的光束在所述导光板内发生全反射，并从暗态显示状态下的所述取光结构会聚出射，或从灰阶显示状态下的所述取光结构发散出射。
发明人经过研究发现，本发明实施例的背光模组，其导光板出光面上的取光结构，可以使光源发出的光束在导光板内发生全反射后会聚出射或者发散出射，从而使含有该背光模组的显示装置的透明度更高、对比度更高且出光率更高。
另外，根据本发明上述实施例的背光模组，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，每个所述取光结构包括：取光光栅，所述取光光栅设置在所述出光面上；偏振转换元件，所述偏振转换元件设置在所述取光光栅远离所述出光面的一侧，且具有所述暗态显示状态和所述灰阶显示状态；双折射微透镜，所述双折射微透镜设置在所述偏振转换元件远离所述出光面的一侧；填充层，所述填充层覆盖所述双折射微透镜远离所述偏振转换元件的表面。
根据本发明的实施例，所述光源与所述导光板之间设置有起偏器，且所述起偏器使所述光源发出的光线变成线偏振光。
根据本发明的实施例，所述线偏振光为p偏振光，且所述双折射微透镜为凸透镜且由双折射材料形成，并且，形成填充层的材料的折射率小于所述双折射材料的寻常光折射率且不大于所述双折射材料的非常光折射率。
根据本发明的实施例，所述偏振转换元件包括层叠设置的第一电极、第一取向层、第一液晶层、第二取向层和第二电极。
根据本发明的实施例，所述第一电极和所述第二电极由透明导电材料形成。
根据本发明的实施例，所述取光光栅在所述出光面上的正投影与所述偏振转换元件在所述出光面上的正投影完全重合。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种背光模组。
根据本发明的实施例，所述取光结构为全息光学元件。
发明人经过研究发现，本发明实施例的背光模组，其导光板出光面上的取光结构选择全息光学元件，不仅能实现会聚出光方式，而且，全息光学元件对入射光角度的高选择性也能抑制杂散光，从而使含有该背光模组的显示装置的透明度和对比度都更高。
根据本发明的实施例，所述全息光学元件由感光材料形成且靠近所述出光面的表面形成有干涉条纹。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种显示装置。
根据本发明的实施例，所述显示装置包括显示模组和上述的背光模组，所述显示模组设置在所述背光模组的所述出光面上。
发明人经过研究发现，本发明实施例的显示装置，其背光模组的会聚出光方式，可使显示装置的透明度和对比度都更高，从而使该显示装置的透明显示效果更好。本领域技术人员能够理解的是，前面针对背光模组所描述的特征和优点，仍适用于该显示装置，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：
图1是本发明一个实施例的背光模组的截面结构和出光路线示意图；
图2是本发明一个实施例的背光模组的会聚出光实现显示装置不同显示的示意图；
图3是本发明另一个实施例的背光模组的会聚出光实现显示装置不同显示的示意图；
图4是本发明另一个实施例的双折射微透镜和填充层对P偏振光(a)和S偏振光(b)的光效示意图；
图5是本发明一个实施例的偏振转换元件的结构示意图；
图6是本发明一个实施例的全息光学元件的制作过程示意图(a)和出光效果示意图(b)。
附图标记
100 导光板
110 出光面
101 入光面
200 光源
210 起偏器
220 自由曲面反射镜
300 取光结构
310 取光光栅
320 偏振转换元件
321 第一电极
322 第一取向层
233 第一液晶层
234 第二取向层
235 第二电极
330 双折射微透镜
340 填充层
10 背光模组
21 公共电极
22 像素电极
23 第二液晶层
24 黑矩阵
25 开口
26 盖板
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种背光模组。
根据本发明的实施例，参考图1，背光模组包括导光板100、光源200和多个取光结构300；其中，导光板100具有出光面110和入光面101；光源200设置在入光面101；多个取光结构300设置在出光面110上。并且，参考图2，光源200(例如单色LED、micro-LED或micro-OLED等)可以设置在入光面101的自由曲面反射镜220上，其发出的光束a在导光板100内发生全反射，并从暗态显示状态下的取光结构300会聚出射光束b，或者从灰阶显示状态下的取光结构300发散出射光束；如此，当设置在背光模组出光面(即出光面110)的第二液晶层23呈透明态，光束b穿过第二液晶层23而被黑矩阵24遮挡而实现暗态(L0)；当公共电极与像素电极之间施加不同的电压信号而使第二液晶层23呈光栅状态，从而可实现液晶光栅对光束b的不同衍射效率，进而使光束c从黑矩阵24之间的开口25出射，并穿过彩膜层(例如图2中的红色色阻R、绿色色组G或蓝色色阻B)，也实现多种灰阶的彩色显示状态。
发明人在研究过程中发现，现有的背光模组在导光板的上表面或下表面设置的取光光栅，只能实现准直出光的方式，为了避免出光发散角度导致的漏光问题，所以需要显示模组中的黑矩阵的宽度宽于取光光栅的宽度，同时，为了提高显示装置的出光率需要较宽的取光光栅，也就造成黑矩阵的尺寸较大而导致显示装置的透明度最多达到60％。所以，发明人设计一种取光结构300，可实现背光模组的会聚出光方式，如此，可有效地减小黑矩阵24宽度且增大开口25宽度，从而有效地提高显示装置的透明度，并且，取光结构300还可抑制衍射杂散光，从而还能提高显示装置的对比度。
在本发明的一些实施例中，参考图3，每个取光结构300(图3中未标出)可以包括取光光栅310、偏振转换元件320、双折射微透镜330和填充层340；其中，取光光栅310可以设置在出光面110上；偏振转换元件320可以设置在取光光栅310远离出光面110的一侧，且偏振转换元件320具有暗态显示状态和灰阶显示状态；双折射微透镜330可以设置在偏振转换元件320远离出光面110的一侧；而填充层340可以覆盖双折射微透镜330远离偏振转换元件320的表面。如此，多个取光光栅310在出光面110上呈点阵列排布，且被取光光栅310取出的准直光线，通过偏振转换元件320可使光线变为偏振光，再经过双折射微透镜330和填充层340的界面之后，可以形成会聚光。具体的，取光光栅310和偏振转换元件320可以被平坦化层覆盖，且取光光栅310与偏振转换元件320之间也可以设置平坦化层，从而使两者之间保留一定厚度的间隔。
在本发明的一些实施例中，参考图3，光源200与导光板100之间还可以设置有起偏器210，如此，线偏振膜等起偏器210可以使光源200发出的光线变成线偏振光。在一些具体事例中，通过起偏器210的线偏振光可以为p偏振光，且双折射微透镜330可以为凸透镜且由双折射材料形成，并且，形成填充层340的材料的折射率n小于双折射材料的寻常光no折射率且不大于双折射材料的非常光折射率ne，即no＞n≥ne。如此，在导光板100中引入线偏振光，并在取光光栅310的一侧引入偏振转换元件320，并通过双折射微透镜330和填充层340的共同作用；这样设计，当需要显示黑态(L0)时，通过偏振转换元件320将光线的偏振态转换到预定的偏振态(例如p偏振光)，使得在此时双折射微透镜330的折射率大于填充层340的折射率，双折射微透镜是凸透镜的作用而对光线产生会聚作用；当需要显示各灰阶时，通过偏振转换元件320将偏振态转换到另一预定的偏振态(例如s偏振光)，使得在此时双折射微透镜330的折射率小于填充层340的折射率，这时双折射微透镜是凹透镜的作用对光线产生发散作用，此时液晶光栅起作用，结合液晶光栅的打散作用，呈现所需的各种灰阶。
具体的，参考图4的(a)，对于P偏振光，双折射材料的折射率为no，由于no＞n所以双折射微透镜表现为凸透镜而对光线有会聚作用，如此，会聚后的光线被黑矩阵所吸收，并且，由于光线的会聚作用，会减小L0黑态时由于取光光栅及其他微小孔径(如液晶光栅的电极层)的衍射产生的杂散光不能有效被BM遮挡而导致的对比度低下的问题，能减少杂散光对黑态(L0)的影响，从而提高显示装置的对比度，同时还可以黑矩阵的宽度，从而提高透明显示的透明度；参考图4的(b)，对于S偏振光，双折射材料的折射率为ne，由于n＞ne，双折射微透镜表现为凹透镜而对光线有发散作用，如此，发散的光线通过液晶光栅后可被进一步打散，从而形成各种灰阶的显示，由于取光光栅和偏振转换元件组成的双折射微透镜阵列的发散作用，可以让更多的光线通过液晶光栅打散而不被黑矩阵所遮挡，这样也提高了透明显示的光效，从而进一步提高显示装置的光效。
在本发明的一些实施例中，参考图5，偏振转换元件320可以包括层叠设置的第一电极321、第一取向层322、第一液晶层323、第二取向层324和第二电极325。如此，通过电控制第一液晶层323中的液晶状态可以实现对光线偏振态的转换，具体例如，P偏振光穿过不加电压或施加电压的透明状态的第一液晶层323后仍为P偏振光，但是，P偏振光穿过施加电压的第一液晶层323后可以转换成S偏振光，从而经过转换的偏振光可被双折射微透镜阵列会聚或发散。在一些具体事例中，第一电极321和第二电极325可以由透明导电材料形成，如此，透明的电极在实现电控制光线的偏振态的同时，还不会大幅降低光线的透过率，从而使背光模组的出光率更高。
在一些具体事例中，参考图3，取光光栅310在出光面110上的正投影可以与偏振转换元件320在出光面110上的正投影完全重合，如此，可使取光光栅310取出的准直光线全部被偏振转换元件320调制。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种背光模组，其导光板出光面上的取光结构，可以使光源发出的光束在导光板内发生全反射后会聚出射或者发散出射，从而使含有该背光模组的显示装置的透明度更高、对比度更高且出光率更高。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种背光模组。
根据本发明的实施例，背光模组包括导光板100、光源200和多个取光结构300；其中，导光板100具有出光面110和入光面101；光源200设置在入光面101；多个取光结构300设置在出光面110上。并且，参考图2，取光结构300也可以为全息光学元件(HOE)，如此，只需在感光薄膜材料上记录媒质处理后的形变、再现时的波长的改变及复位的精度，就可以简化取光结构300的结构，并利用HOE对于入射光角度的选择性(通常预定的入射角度精度为±0.1°)，且取光HOE可以允许一定入射角度的光通过取光HOE且光线能以会聚的方式出射，而其他角度的光线不能通过，同样可以很好地抑制杂散光；而且，HOE对光束的会聚性，不仅可以减小由于微孔结构衍射造成的杂散光，还可以缩小黑矩阵的尺寸，从而提高显示装置的透明度和对比度。
在一些具体事例中，参考图6的(b)，全息光学元件可以由感光材料形成，且全息光学元件靠近出光面110的表面301可以形成有干涉条纹。具体的，可以参考图6的(a)中的全息光学元件的制作方法示意图，物光z通过镜头y会聚后与参考光x在感光材料层201上发生双光束干涉，生成具有干涉条纹的全息光学元件200，其中，参考光x的入射角度要求与导光板100中光线a的取出角度一致，如此，才能使得全息光学元件只对该入射角度的光束进行取光。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种背光模组，其导光板出光面上的取光结构选择全息光学元件，不仅能实现会聚出光方式，而且，全息光学元件对入射光角度的高选择性也能抑制杂散光，从而使含有该背光模组的显示装置的透明度和对比度都更高。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种显示装置。
根据本发明的实施例，参考图2，显示装置可以包括显示模组和上述的背光模组，且显示模组设置在背光模组的出光面上。其中，显示模组可以包括公共电极21、像素电极22、液晶层23、黑矩阵24、开口25和盖板26，如此，采用ADS模式设置的电极可以利用边缘场效应实现液晶光栅的调控。
根据本发明的实施例，该显示装置的具体类型不受特别的限制，本领域内常用的显示装置的类型均可，具体例如显示屏、手机、电子白板、广告牌、可穿戴设备等，本领域技术人员可根据显示装置的具体使用要求进行相应地选择，在此不再赘述。需要说明的是，显示装置除了上述显示模组、背光模组以外，还包括其他必要的组件和结构，以透明显示器为例，具体例如电源和外壳等，本领域技术人员可根据显示装置的具体使用要求进行相应地补充，在此不再赘述。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种显示装置，其背光模组的会聚出光方式，可使显示装置的透明度和对比度都更高，从而使该显示装置的透明显示效果更好。本领域技术人员能够理解的是，前面针对背光模组所描述的特征和优点，仍适用于该显示装置，在此不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种背光模组，其特征在于，包括：
导光板，所述导光板具有出光面和入光面；
光源，所述光源设置在所述入光面；
多个取光结构，所述多个取光结构设置在所述出光面上，且所述光源发出的光束在所述导光板内发生全反射，并从暗态显示状态下的所述取光结构会聚出射，或从灰阶显示状态下的所述取光结构发散出射，
每个所述取光结构包括：
取光光栅，所述取光光栅设置在所述出光面上；
偏振转换元件，所述偏振转换元件设置在所述取光光栅远离所述出光面的一侧，且具有所述暗态显示状态和所述灰阶显示状态；
双折射微透镜，所述双折射微透镜设置在所述偏振转换元件远离所述出光面的一侧；
填充层，所述填充层覆盖所述双折射微透镜远离所述偏振转换元件的表面。
2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述光源与所述导光板之间设置有起偏器，且所述起偏器使所述光源发出的光线变成线偏振光。
3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述线偏振光为p偏振光，且所述双折射微透镜为凸透镜且由双折射材料形成，并且，形成填充层的材料的折射率小于所述双折射材料的寻常光折射率且不大于所述双折射材料的非常光折射率。
4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述偏振转换元件包括层叠设置的第一电极、第一取向层、第一液晶层、第二取向层和第二电极。
5.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极由透明导电材料形成。
6.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述取光光栅在所述出光面上的正投影与所述偏振转换元件在所述出光面上的正投影完全重合。
7.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，当所述光源发出的光束在所述导光板内发生全反射，并从暗态显示状态下的所述取光结构会聚出射时，所述取光结构为全息光学元件。
8.根据权利要求7所述的背光模组，其特征在于，所述全息光学元件由感光材料形成且靠近所述出光面的表面形成有干涉条纹。
9.一种显示装置，其特征在于，包括显示模组和权利要求1～8中任一项所述的背光模组，所述显示模组设置在所述背光模组的所述出光面上。
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