CN111061091A - 一种光学模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光学模组及显示装置，包括：衬底基板，多个光源，所述光源设置在所述衬底基板上并与所述衬底基板电连接；多个三维反射器，所述三维反射器设置在所述衬底基板上，在垂直于所述衬底基板的方向上，每个所述三维反射器包围至少一个所述光源；光栅膜片，所述光栅膜片包括至少两个轴向相交的不透明光栅,所述光栅膜片位于所述三维反射器的远离所述衬底基板的一侧。本发明通过在光学模组中设置光栅，控制光线发散的角度，从而消除背光光源的大光晕现象，实现区域调光的作用，并将光线控制在三维反射器对应的范围内，不会在相邻区域产生混光；大大提高光学模组和显示装置的对比度。

Description

一种光学模组及显示装置

技术领域

本发明属于显示装置控制技术领域，具体涉及一种光学模组及显示装置。

背景技术

液晶显示面板是通过薄膜晶体管驱动电极来显示图像，其本身并不发光，所以为液晶显示面板提供所有光源的背光源扮演着十分重要的角色。根据背光源放置的位置的不同，背光模组可分为直下式背光和侧入式背光两种，当大尺寸的液晶显示器使用侧入式背光源时，导光板的成本和尺寸、重量成正比，并且面光源的均匀性和到达液晶屏的亮度等指标会下降，而直下式背光模组由于光源直接垂直向上，光损失小，与侧入式背光模组相比在节省电力及增加亮度以及降低成本上占有优势，因此直下式背光模组已成为大尺寸液晶显示面板的背光源发展的主流。

目前的直下式背光液晶模组中，如图1所示，通过LED发光角度控制光晕大小(halosize)，常规发光角度的光晕较大，而通过优化发光角度，可以获得更小的光晕，从而提高对比度，实现高对比度背光。如图2所示的一种光学模组示意图，通过设计三维反射器(3Dreflector)来控制光晕大小50，光学模组包括基板10、LED光源20、三维反射器30、光学膜片40，其中光学膜片包括增亮片、棱镜片等。

现有技术具有如下缺点：

无论是控制LED发光角度还是三维反射器设计都无法将光线控制在相对较小的一个范围内，因此会导致大角度的光线会进入周围的光源发光区域。如图2中，LED的光线50会发散到周围LED光源区域，影响周围区域发光亮度。

发明内容

为解决上述问题，第一方面，本发明实施例提供了一种光学模组，包括：衬底基板，多个光源，所述光源设置在所述衬底基板上并与所述衬底基板电连接；

多个三维反射器，所述三维反射器设置在所述衬底基板上，在垂直于所述衬底基板的方向上，每个所述三维反射器包围至少一个所述光源；

光栅膜片，所述光栅膜片包括至少两个轴向相交的不透明光栅,所述光栅膜片位于所述三维反射器远离所述衬底基板一侧。

第二方面，本发明实施例提供了一种显示装置，其特征在于，包括根据第一方面所述的光学模组，还包括显示面板，所述光学模组设置在所述显示面板的入光面。

本发明的优点在于：通过在光学模组中设置交叉光栅，控制光线发散的角度，从而消除背光LED的大光晕现象，实现区域调光的作用，并将光线控制在至少一颗光源所辐射的范围内，不会在膜层内相邻区域产生混光；获得高对比度的显示装置；本发明的结构紧凑，易于实现生产上的薄型化，使用户获得更好的使用体验。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了现有技术的通过LED发光角度控制光晕大小示意图；

附图2示出了现有技术中一种光学模组结构示意图；

附图3是本发明实施例提供的一种光学模组的结构示意图；

附图4是本发明实施例提供的一种光学模组中三维反射器的俯视图；

附图5是本发明实施例提供的另一种种光学模组的结构示意图；附图5是本发明实施例提供的XY双轴向光栅膜片结构俯视图；

附图6是本发明实施例提供的两张光栅互相垂直的光栅膜片结构俯视图；

附图7是本发明实施例提供的三轴向光栅膜片结构俯视图；

附图8是本发明实施例提供的另一种种光学模组的结构示意图

附图9是本发明实施例提供的另一种种光学模组的结构示意图；

附图10是本发明实施例提供的一种显示装置示意图；

附图11是本发明和现有技术中背光归一亮度模拟图；

附图12是本发明实施例点亮一个三维反射器区域对应亮度示意图；

附图13是现有技术点亮一个三维反射器区域对应亮度示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要理解的是，在本申请实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本申请实施例的描述中“多个”，是指两个或两个以上。

本申请实施例中的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参见图3和图4,在本发明提供了一种光学模组，包括衬底基板8，多个光源2，光源2设置在衬底基板8上并与衬底基板8电连接，可选的，衬底基板8为柔性电路板(FPC)，光源2可以是发光二极管(LED)或者min-LED或者微发光二极管(micro-LED)中的一种；多个三维反射器3，三维反射器3设置在衬底基板8上，在垂直于衬底基板8的方向上，每个三维反射器3包围至少一个光源2；光栅膜片7，光栅膜片7包括至少两个轴向相交的不透明光栅,光栅膜片7位于三维反射器3远离衬底基板8一侧。

本发明通过在光学模组中设置至少两个轴向相交的不透明光栅，控制光线发散的角度在很小的范围内，保证光线仅仅在一个三维反射器垂直于衬底基板对应的区域，或者超出一个三维反射器对应的区域，有少部分光发散到相邻的三维发射器对应的区域，但并不影响周围光源的发光。因此光栅的设置可以消除背光LED的大光晕现象，不会三维反射器相邻区域产生混光，实现区域调光的作用。

需要说明的是，附图中仅仅示意了每个三维3包围一个光源2的示意图，也可以包围多个光源，来提高每个三维反射器3对应区域的亮度，在此不做限定。本发明中三维反射器3是对光源2的光线进行反射的部件，可由反射材料或者表面涂布反射材料形成，附图中每个三维反射器3包括四个反射部件，当然并不限于4个，可以根据实际需求设定，在此不做限定。继续参见图3，三维反射器3的上端部可与光栅膜片7直接接触，可以对光栅膜片7起到支撑作用。

光栅膜片7位于三维反射器3之上，包括至少两个轴向相交的不透明光栅。轴向相交的角度可以根据实际需要选择，例如90度、45度、30度等。如图5所示，光栅膜片包括两个轴向垂直的不透明光栅，可选的，光栅膜片为单张双轴向光栅膜片。或者如图6所示，光栅膜片7包括两个轴向垂直的不透明光栅，但是光栅膜片为两张叠加光栅膜片，其中每张光栅膜片由沿着一个方向延伸的光栅构成。本发明提供的光学模组中设置了至少两个轴向相交的不透明光栅光栅，可以控制光线发散的角度，消除背光光源的大光晕现象。

光栅的材料为金属材料或黑色非金属材料，例如采用纳米银制作金属光栅，除此之外还可采用金属铝等其它金属材料，也可以再用黑矩阵材料或者其他黑色的非金属材料制备光栅的各参数(栅宽、栅厚、X pitch、Y pitch)可根据具体需要设计优化。本发明实施例提供的上述金属光栅可采用纳米压印或者镀膜刻蚀法进行制作，可以在制作的金属光栅的基板设置的沟槽，然后将光栅设置在沟槽内，再进行平面抛光，使得光栅膜片的表面平整。

可选的，如图7所示，本发明的光栅膜片的光栅还可以包括三条甚至更多条相交的光栅。轴向相交的角度可以根据实际需要选择，例如90度、45度、30度等。如图7所示，光栅膜片7包括三个轴向相交的不透明光栅，可选的，光栅膜片7为单张三轴向光栅膜片或者栅膜片7为三张叠加光栅膜片，其中每张光栅膜片由沿着一个方向延伸的光栅构成。通过在光学模组中设置更多条的光栅，可以将光线的发光角度控制在更小的范围，能够进一步缩小光线发散的角度，当然也不能不限量的增加相交的光栅条数，一方面是工艺难度会增加，另一方面，由于光栅是不透明的材料，会减小最终出光的面积。

本发明还提供的光学模组还包括扩散板和光学膜片，参见图8，扩散板4设置在光栅膜片7背离所述衬底基板8一侧，扩散板8包含有多个扩散网点；还包括光学膜片5，光学膜片5设置在扩散板4远离光栅膜片7一侧。其中扩散板8能够将从光栅膜片7中出射的光线进一步分散均匀化，可选的，扩散网点还可以是气泡或者扩散离子。光学膜片5可以是扩散片、棱镜片、增亮片的一种或几种。

继续参见图8，本发明设计的光栅满足如下公式：

P1/T3＝[(W1-W2+W3)/2]/(T1+T2)，其中，

P1为光栅的间距；T3为光栅膜片的厚度；W1为光晕尺寸，即经过光栅膜片、扩散片和光学膜片后在不影响相邻区域光线出射的情况下，光晕的大小；W2为所述三维反射器的分区大小；W3为三维反射器的肩宽，即三维反射器在背离衬底基板一侧起支撑作用面的宽度；T1为光学膜片总厚度，T2为扩散板的厚度。

根据上述公式计算设计的光栅结构，能够保证光源的发出的光线被束缚在一定角度内，收拢的光线在穿过扩散板和光学膜片后射出，将光线控制在一个三维反射器限定的区域内，或者即使光线有部分射入到周围的三维反射器对应的区域内，由于光线经光栅结构收拢后仅有小部分进入周围区域，不足以达到影响周围发光的效果，因此光栅的设置避免了相邻三维扩散器产生混光问题。另外根据本公式可以实现根据不同的设计需求设计光栅结构，设计上更多样化。

继续参见图8，光学模组还包括：背板1，背板1容纳并支撑衬底基板8、光源2、三维反射器3、光栅膜片7。背板1一般采用铝、镁材料制成，采用金属材料制备能够起到导出光源2发光时的热量，起到一定的散热作用。另外光学模组还包括胶框6，胶框起到固定、缓冲作用，当模组后期与显示面板组装到一起后，可以给现实面板一定的缓冲防止面板压碎的作用。

参见图9，本发明还提供的另一种光学模组，还包括透明板17，可选的，透明板是透明玻璃，透明板17设置在三维反射器13和光栅膜片14之间；还包括光学膜片15，光学膜片15设置在透明板17远离光栅膜片14一侧，光学膜片5可以是扩散片、棱镜片、增亮片的一种或几种。

设置的透明板17的目的是可以支撑光栅膜片14，因为当光栅膜片14较薄并且容易弯曲变形时，设置了透明板17支撑，防止光栅膜片14直接设置在三维反射器13上，光栅膜片会朝着衬底基板一侧凸起变形，影响光栅膜片收拢光线的作用。需要说明的是，在设置了透明板的光学模组结构中也可以进一步设置扩散板，扩散板设置在光学膜片和光栅膜片之间(图中未示出)，具体结构可根据实际需要设定，在此不做限定。

继续参见图9，光栅的设计公式满足：

P1/T3＝[(W1-W2+W3)/2]/T1，其中，

P1为光栅的间距；T3为透明板的厚度；W1为光晕尺寸，即经过透明板、光栅膜片和光学膜片后在不影响相邻区域光线出射的情况下，光晕的大小；W2为三维反射器的分区大小；W3为三维反射器的肩宽，即三维反射器在背离衬底基板一侧起支撑作用面的宽度；T1为光学膜片总厚度；T2为光栅膜片的厚度。

根据上述公式计算设计的光栅结构，能够保证光源的发出的光线被束缚在一定角度内，收拢的光线在穿过扩散板和光学膜片后射出，将光线控制在一个三维反射器限定的区域内，或者即使光线有部分射入到周围的三维反射器对应的区域内，由于光线经光栅结构收拢后仅有小部分进入周围区域，不足以达到影响周围发光的效果，因此光栅的设置避免了相邻三维扩散器产生混光问题。另外根据本公式可以实现根据不同的设计需求设计光栅结构，设计上更多样化。

继续参见图9，光学模组还包括：背板11，背板11容纳并支撑衬底基板18、光源12、三维反射器13。背板11一般采用铝、镁材料制成，采用金属材料制备能够起到导出光源2发光时的热量，起到一定的散热作用。另外光学模组还包括胶框6，胶框6起到固定、缓冲作用，可选的胶框为组合框或一体成型，安装在背板上，当模组后期与显示面板组装到一起后，可以给现实面板一定的缓冲防止面板压碎的作用。

参见图10，本发明还提供了一种显示装置，包括上述的光学模组，图10中仅仅以一种光学模组示例说明，还包括显示面板100，光学模组设置在显示面板100的入光面，可选的，显示面板为需要背光源的显示面板，如液晶显示面板，对于液晶显示面板而言，本发明提供的背光模组相当于是直下式背光模组，由于背光模组中设置了光栅膜片结构，使得为显示面板的提供的光源更准直，更聚拢，不容易在各个三维反射器对应的区域之间相互混光。

该显示装置可以为：手机、抬头显示器、平视显示器、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。

为了能更清晰的反映出本发明提供的光学模组对每个三维反射器对应区域的光的收拢作用，本发明提供了本发明和现有技术中背光的归一亮度模拟图，具体参见图11，图11中横坐标代表测试的坐标位置，纵坐标代表位置的亮度/最高亮度，即纵坐标代表亮度系数，附图11可以清晰的反映出，相比现有技术中光线发散，周围区域混光情况，本发明中三维反射器对应区域的光线更收拢、集中。因此本发明提供的光学模组对比度更高。

参见图12和图13，附图12是本发明实施例点亮一个三维反射器区域对应亮度示意图，附图13是现有技术点亮一个三维反射器区域对应亮度示意图。图12中，点亮背光区域A，即点亮一个三维反射器对应的区域-A区域，然后测得A区域的亮度和B区域的亮度比值，作为本发明光学模组对比度，经试验测得，对比度可达到333：1，即为两个相邻三维反射器的对比度；图13中，点亮背光区域C，即点亮一个三维反射器对应的区域-C区域，然后测得C区域的亮度和D区域的亮度比值，作为现有技术中光学模组对比度，经试验测得，对比度可达到1.2：1，即为两个相邻三维反射器的对比度，由此知，本发明加入了光栅结构会使背光的对比度大大增加。需要说明的是，三维反射器的A、B、C、D区域对应显示面板的区域包括至少一个子像素区域，其中一个子像素区域代表相邻两条栅极线和相邻两条数据线交叉限定的区域。

对于整个显示装置而言，本发明的设计还能大大提高显示装置中显示面板的对比度，继续参见图12，当显示面板是液晶显示面板时，测试显示面板相对于背光A区域和B区域对应的显示面板的出光亮度，首先将A区域和B区域对应的显示面板的像素区域通过调整液晶旋转使背光光线能够透过，然后测得A区域和B区域的亮度比值，试验测得，本发明搭载显示面板的对比度能够达到333000:1；同理，现有技术中，测试显示面板相对于背光C区域和D区域对应的显示面板的出光亮度，首先将C区域和D区域对应的显示面板的像素区域通过调整液晶旋转使背光光线能够透过，然后测得C区域和D区域的亮度比值，试验测得，现有技术中搭载显示面板的对比度能够达到1200:1，由此知，本发明能够大大提高显示装置中显示面板的对比度。

本发明提供了光学模组及显示装置，包括：衬底基板，多个光源，光源设置在所述衬底基板上并与衬底基板电连接；多个三维反射器，三维反射器设置在所述衬底基板上，在垂直于所述衬底基板的方向上，每个三维反射器包围至少一个所述光源；光栅膜片，栅膜片包括至少两个轴向相交的不透明光栅,所光栅膜片位于所述三维反射器的远离衬底基板的一侧。本发明通过在光学模组中设置至少两个轴向相交的不透明光栅，控制光线发散的角度，从而消除背光光源的大光晕现象，实现区域调光的作用，并将光线控制在三维反射器对应的范围内，不会在相邻区域产生混光；大大提高光学模组和显示装置的对比度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光学模组，其特征在于，包括：

衬底基板，多个光源，所述光源设置在所述衬底基板上并与所述衬底基板电连接；

多个三维反射器，所述三维反射器设置在所述衬底基板上，在垂直于所述衬底基板的方向上，每个所述三维反射器包围至少一个所述光源；

光栅膜片，所述光栅膜片包括至少两个轴向相交的不透明光栅,所述光栅膜片位于所述三维反射器远离所述衬底基板一侧。

2.根据权利要求1所述的一种光学模组，其特征在于，所述光栅膜片包括两个轴向垂直的不透明光栅。

3.根据权利要求2所述的一种光学模组，其特征在于，还包括扩散板，所述扩散板设置在所述光栅膜片背离所述衬底基板一侧，所述扩散板包含有多个扩散网点；还包括光学膜片，所述光学膜片设置在所述扩散板远离所述光栅膜片一侧。

4.根据权利要求3所述的一种光学模组，其特征在于，

所述光栅的设计公式满足：

P1/T3＝[(W1-W2+W3)/2]/(T1+T2)，其中，

P1为光栅的间距，T3为光栅膜片的厚度，W1为光晕尺寸，W2为所述三维反射器的分区大小，W3为三维反射器的肩宽，T1为光学膜片总厚度，T2为扩散板的厚度。

5.根据权利要求2所述的一种光学模组，其特征在于，还包括透明板，所述透明板设置在所述三维反射器和所述光栅膜片之间；还包括光学膜片，所述光学膜片设置在所述透明板远离所述光栅膜片一侧。

6.根据权利要求5所述的一种光学模组，其特征在于，

所述光栅的设计公式满足：

P1/T3＝[(W1-W2+W3)/2]/T1，其中，

P1为光栅的间距，T3为透明板的厚度，W1为光晕尺寸，W2为所述三维反射器的分区大小，W3为三维反射器的肩宽，T1为光学膜片总厚度，T2为光栅膜片的厚度。

7.根据权利要求1所述的一种光学模组，其特征在于，

所述光栅膜片为单张双轴向光栅膜片或多张叠加光栅膜片，其中每张光栅膜片由沿着一个方向延伸的光栅构成。

8.根据权利要求1所述的一种光学模组，其特征在于，

所述光栅的材料为金属材料或黑色非金属材料。

9.根据权利要求1所述的一种光学模组，其特征在于，

所述光学模组还包括背板，所述背板容纳并支撑所述衬底基板、所述光源、所述三维反射器、所述光栅膜片。

10.一种显示装置，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一所述的光学模组，还包括显示面板，所述光学模组设置在所述显示面板的入光面。

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