本公開的實(shí)施例涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種背光模組及顯示裝置。

背景技術(shù)：

液晶顯示裝置是一種主要的平板顯示裝置。因其具有體積小、功耗低、無輻射以及制作成本相對(duì)較低等特點(diǎn)，而越來越多地應(yīng)用于高性能顯示領(lǐng)域當(dāng)中。對(duì)于液晶顯示裝置來說，由于液晶本身不發(fā)光，因此需要在液晶顯示面板的背側(cè)設(shè)置發(fā)光單元，例如背光模組，才能實(shí)現(xiàn)液晶顯示裝置的顯示功能。背光模組的作用在于為顯示面板提供亮度高且顯示均勻的面光源，以使顯示面板能夠正常顯示影像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的實(shí)施例提供了一種背光模組及顯示裝置，其能夠提高光能的利用率。

在本公開的一個(gè)方面，提供一種背光模組，包括：導(dǎo)光板；設(shè)置在鄰近所述導(dǎo)光板的光入射側(cè)的光源；以及設(shè)置在所述導(dǎo)光板和所述光源之間的聚光元件，用于使從所述光源的入射到所述導(dǎo)光板的與所述導(dǎo)光板的出光面相對(duì)的表面上的光在所述表面處滿足全反射條件。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述聚光元件設(shè)置在所述導(dǎo)光板的所述光入射側(cè)的表面上。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述聚光元件和所述導(dǎo)光板由相同材料形成。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述聚光元件和所述導(dǎo)光板包括玻璃材料或樹脂材料。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述聚光元件包括聚光棱鏡、聚光透鏡或其組合。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述聚光元件包括半球形凸透鏡。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述半球形凸透鏡的最大半徑r根據(jù)以下等式計(jì)算：

d+r·(1-cosθ)＝r·sinθ/tan(α/2)

其中，所述光源設(shè)置在所述半球形凸透鏡的對(duì)稱軸上，且所述半球形凸透鏡和所述導(dǎo)光板的折射率相同；d為所述光源與所述半球形凸透鏡的最靠近所述光源的點(diǎn)之間的距離；θ為在所述光源發(fā)出的光的邊緣光線與所述半球形凸透鏡的半球形表面的交點(diǎn)處所述半球形凸透鏡的法線與所述對(duì)稱軸的夾角，其通過以下等式計(jì)算：

n₂sin(α/2+θ)＝n₁sin(90°-arcsin(n₃/n₁)+θ)；

其中，n₁為所述導(dǎo)光板和所述半球形凸透鏡的折射率；n₂為環(huán)境氣體的折射率；n₃為與所述導(dǎo)光板的出光面相對(duì)一側(cè)接觸的介質(zhì)的折射率；α為所述光源的發(fā)光角度。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述聚光元件包括等腰三棱鏡。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述等腰三棱鏡具有根據(jù)以下等式計(jì)算的最小底角β：

n₂sin(α/2+β)＝n₁sin(90°-arcsin(n₃/n₁)+β)

其中，所述光源設(shè)置在所述等腰三棱鏡的對(duì)稱軸上，且所述等腰三棱鏡和所述導(dǎo)光板的折射率相同；n₁為所述導(dǎo)光板和所述等腰三棱鏡的折射率；n₂為環(huán)境氣體的折射率；n₃為與所述導(dǎo)光板的出光面相對(duì)一側(cè)接觸的介質(zhì)的折射率；α為所述光源的發(fā)光角度。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述光源包括LED，其發(fā)光角度具有110°至120°的范圍。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)光板和所述聚光元件的折射率具有1.45至1.60的范圍。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述光源與所述聚光元件之間的距離位于0.1mm至0.3mm之間。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，還包括設(shè)置在所述導(dǎo)光板的與所述導(dǎo)光板的出光面相對(duì)的表面上的反射元件和用于將所述反射元件粘合到所述導(dǎo)光板上的粘合層。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述粘合層的折射率具有大于1并且小于或等于1.35的范圍。

在本公開的另一個(gè)方面，提供一種顯示裝置，包括本文描述的實(shí)施例中的任一種背光模組以及顯示面板。

在本公開的實(shí)施例中，聚光元件可以將光源發(fā)出的光進(jìn)行適當(dāng)會(huì)聚，以減少光束的擴(kuò)散角度，從而至少增大光到導(dǎo)光板的下表面的入射角度。這至少使得入射到導(dǎo)光板的下表面的光更容易在下表面發(fā)生全反射，因此可以使更多的光經(jīng)由全反射傳播到導(dǎo)光板的遠(yuǎn)光側(cè)，使得光在導(dǎo)光板板內(nèi)傳播的過程中相對(duì)均勻地從導(dǎo)光板的出光面射出，而不是較多地從導(dǎo)光板的光入射側(cè)附近射出，從而提高從導(dǎo)光板的出光點(diǎn)出射的光的均勻性。

適應(yīng)性的進(jìn)一步的方面和范圍從本文中提供的描述變得明顯。應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)的各個(gè)方面或?qū)嵤├梢詥为?dú)或者與一個(gè)或多個(gè)其他方面或?qū)嵤├M合實(shí)施。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中的描述和特定實(shí)施例旨在僅說明的目的并不旨在限制本申請(qǐng)的范圍。

附圖說明

本文中描述的附圖用于僅對(duì)所選擇的實(shí)施例的說明的目的，并不是所有可能的實(shí)施方式，并且不旨在限制本申請(qǐng)的范圍，其中：

圖1示出一種背光模組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出在本公開的實(shí)施例中的背光模組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出在本公開的實(shí)施例中在聚光元件為半球形凸透鏡的情況下背光模組的各部件的幾何參數(shù)的示意性表示；

圖4示出在本公開的實(shí)施例中在聚光元件為等腰三棱鏡的情況下背光模組的各組件的幾何參數(shù)的示意性表示。

貫穿這些附圖的各個(gè)視圖，相應(yīng)的參考編號(hào)指示相應(yīng)的部件或特征。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將參照附圖更全面地描述示例性的實(shí)施例。其作為本公開的示例性示例而提供，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本公開。值得注意的是，以下附圖和示例并不意味著限制本公開的范圍。在使用已知的組件可以部分或全部實(shí)現(xiàn)本公開的特定元件的情況下，將僅描述對(duì)理解本公開所需要的這種已知組件的那些部分，并且這種已知組件的其它部分的詳細(xì)描述將被省略以便不會(huì)混淆本公開。進(jìn)一步地，各種實(shí)施例通過說明的方式包含與在此涉及的組件等同的現(xiàn)在和未來已知的等同物。

在本公開的描述中，術(shù)語“上”、“之上”、“下”、“之下”、“之間”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本公開和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本公開的限制。此外，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為在另一元件或?qū)印吧稀睍r(shí)，它可以直接在該另一元件或?qū)由希蛘呖梢源嬖谥虚g的元件或?qū)?；同樣，?dāng)元件或?qū)颖环Q為在另一元件或?qū)印跋隆睍r(shí)，它可以直接在該另一元件或?qū)酉?，或者可以存在至少一個(gè)中間的元件或?qū)樱划?dāng)元件或?qū)颖环Q為在兩元件或兩層“之間”時(shí)，其可以為該兩元件或兩層之間的唯一的元件或?qū)?，或者可以存在一個(gè)以上的中間元件或?qū)印?/p>

除非上下文中另外明確地指出，否則當(dāng)介紹本申請(qǐng)的元素及其實(shí)施例時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”旨在表示存在一個(gè)或者多個(gè)要素；除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；用語“包含”、“包括”、“含有”和“具有”旨在包括性的并且表示可以存在除所列要素之外的另外的要素。

圖1示出一種背光模組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，背光模組可以包括導(dǎo)光板101；以及設(shè)置在導(dǎo)光板101的一個(gè)光入射側(cè)附近的光源102。由光源發(fā)出的至少一部分光從導(dǎo)光板的光入射側(cè)進(jìn)入導(dǎo)光板，并由導(dǎo)光板引導(dǎo)到導(dǎo)光板的各個(gè)出光點(diǎn)，以便光從導(dǎo)光板的出光點(diǎn)射出并被位于導(dǎo)光板上方的顯示面板利用。

通常，人們期望進(jìn)入導(dǎo)光板的光能夠從導(dǎo)光板的出光面上的出光點(diǎn)均勻地射出，以便均勻地照射顯示面板。然而，在圖1所示出的背光模組用于液晶顯示裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)在靠近導(dǎo)光板的光入射側(cè)的亮度較高，而在導(dǎo)光板的遠(yuǎn)離光入射側(cè)的一側(cè)(遠(yuǎn)光側(cè))的亮度較低，即，存在亮度不均勻的問題。產(chǎn)生這種問題的一個(gè)原因是：市場上可得的用于照射導(dǎo)光板的光源通常具有較大的發(fā)光角度，使得從光源進(jìn)入導(dǎo)光板的光束的邊緣部分1在導(dǎo)光板的下表面或上表面處具有較小的入射角(小于全反射臨界角)，因此許多不期望的光在導(dǎo)光板的光入射側(cè)附近通過折射從導(dǎo)光板的上表面和/或下表面射出，而只有很少部分的光能夠通過全反射傳播到導(dǎo)光板的遠(yuǎn)光側(cè)，因此會(huì)出現(xiàn)光入射側(cè)附近亮度較高，而遠(yuǎn)光側(cè)亮度較低的現(xiàn)象。

所公開的內(nèi)容是一種背光模組，其包括導(dǎo)光板；設(shè)置在鄰近導(dǎo)光板的光入射側(cè)的光源；以及設(shè)置在導(dǎo)光板和光源之間的聚光元件，以使來自光源的入射到導(dǎo)光板的與導(dǎo)光板的出光面相對(duì)的表面上的光在該表面處滿足全反射條件。

可以理解，導(dǎo)光板的出光面是指光從導(dǎo)光板射出以供顯示面板所利用的表面。為了使得光能夠從導(dǎo)光板的出光面射出，通常在導(dǎo)光板的出光面上設(shè)置一些出光點(diǎn)，使得在導(dǎo)光板內(nèi)傳播的光在出光點(diǎn)處出射。在本實(shí)施例中，為了方便起見，在本文中可以將導(dǎo)光板的出光面表述為導(dǎo)光板的上表面，而將與出光面向?qū)Φ谋砻姹硎鰹閷?dǎo)光板的下表面。

在本公開的實(shí)施例中，聚光元件可以將光源發(fā)出的光進(jìn)行適當(dāng)會(huì)聚，以減少光束的擴(kuò)散角度，從而增大光到導(dǎo)光板的下表面的入射角度。這使得入射到導(dǎo)光板的下表面的光更容易在下表面發(fā)生全反射，因此可以使更多的光經(jīng)由全反射傳播到導(dǎo)光板的遠(yuǎn)光側(cè)，從而提高從導(dǎo)光板的出光點(diǎn)出射的光的均勻性。

可以理解，由于光源發(fā)出的是發(fā)散光束，從光源經(jīng)由聚光元件射向?qū)Ч獍宓墓庵械囊徊糠忠矔?huì)射向?qū)Ч獍宓纳媳砻妗Ｉ湎蛏媳砻娴墓庖部梢赃M(jìn)行全反射。但是，對(duì)于射到位于上表面上的出光點(diǎn)的光，其全反射將被破壞，以便從導(dǎo)光板射出。

圖2示出在本公開的一些實(shí)施例中的背光模組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該背光模組可以包括導(dǎo)光板101；設(shè)置在鄰近導(dǎo)光板101的光入射側(cè)的光源102；以及設(shè)置在導(dǎo)光板101和光源102之間的聚光元件201，以使來自于光源102的入射到導(dǎo)光板101的與導(dǎo)光板101的出光面(在圖2中所示的上表面)相對(duì)的表面(在圖2中所示的下表面)上的光在該表面處滿足全反射條件。

在這種配置中，來自光源102的具有較大發(fā)散角度的光經(jīng)過聚光元件會(huì)聚后進(jìn)入導(dǎo)光板，以便以較大的入射角入射到導(dǎo)光板的上表面和/或下表面。因此，進(jìn)入導(dǎo)光板的光在導(dǎo)光板內(nèi)一方面經(jīng)由全反射向遠(yuǎn)光側(cè)傳播，另一方面入射到導(dǎo)光板的出光點(diǎn)的光的一部分通過折射射出導(dǎo)光板，因此可以提高出射光的均勻性。

可以理解，從光源經(jīng)由聚光元件射向?qū)Ч獍宓南卤砻娴墓庠谙卤砻孢M(jìn)行一次全反射后，由于各種因素的影響，不可避免地會(huì)存在不再滿足全反射條件的光線，這些光線可能會(huì)從導(dǎo)光板的下表面射出而不能被顯示裝置利用，造成光能的浪費(fèi)。例如，如上所述，導(dǎo)光板上表面的出光點(diǎn)可破壞射到其上的光的全反射條件，其結(jié)果是，使得第一部分光通過折射從導(dǎo)光板的上表面射出，第二部分光通過全反射在導(dǎo)光板內(nèi)繼續(xù)傳播，第三部分光可能以小于全反射臨界角的角度射向?qū)Ч獍宓南卤砻娌⒔?jīng)折射從下表面射出，這將導(dǎo)致該部分光浪費(fèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，為了減少光從導(dǎo)光板的下表面出射而造成的浪費(fèi)，如圖2所示，可以在導(dǎo)光板的下表面布置反射元件202。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可以通過粘合層203將反射元件202與導(dǎo)光板101粘合。

在具有反射元件的配置中，由于粘合層的折射率通常大于空氣的折射率，光在導(dǎo)光板的下表面發(fā)生全反射的所需的臨界角更大，因此光更容易從導(dǎo)光板的下表面射出，并被反射元件在光入射側(cè)附近反射朝向?qū)Ч獍宓某龉饷妫谶@種情況下，上述的從導(dǎo)光板出射的光的不均勻問題更加明顯。因此，在具有反射元件的配置的實(shí)施例中，采用聚光元件對(duì)光源發(fā)出的發(fā)散光束的會(huì)聚來增大入射到導(dǎo)光板的下表面的入射角是非常有利的。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，聚光元件和導(dǎo)光板可以由相同的材料形成，在這種配置中，可以通過模制的方式將聚光元件和導(dǎo)光板一體成型，能夠大大簡化工藝。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，聚光元件和導(dǎo)光板可以由玻璃材料制成。通過這種配置，由于玻璃材料具有較高的強(qiáng)度，由該材料制成的導(dǎo)光板可以具有較小的厚度，并且不需要專門的背板來支撐，因此可以減小背光模組的厚度?？梢岳斫?，在本公開的實(shí)施例中，聚光元件和導(dǎo)光板也可以由樹脂材料形成，例如，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、MS(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)、PC(聚碳酸酯)等。聚光元件和導(dǎo)光板也可以由不同材料形成，例如聚光元件由玻璃材料制成，而導(dǎo)光板由樹脂材料制成。其他實(shí)施例也是可行的。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，聚光元件可以為聚光棱鏡、聚光透鏡或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，聚光元件可以為半球形凸透鏡。在另一個(gè)實(shí)施例中，聚光元件可以為等腰三棱鏡。可以理解，聚光元件的也可以具有能夠會(huì)聚光線以增大入射到導(dǎo)光板的下表面的光的入射角的其他幾何形狀。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，光源可以為LED(發(fā)光二極管)，其具有110°至120°的發(fā)光角度。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)光板和聚光元件具有1.45至1.60的折射率。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可以將聚光元件設(shè)置在導(dǎo)光板的光入射側(cè)的表面，并將光源設(shè)置在距離聚光元件0.1mm至0.3mm處。需要說明的是，光源到聚光元件的距離是指光源與聚光元件的最靠近光源的點(diǎn)之間的距離。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，粘合層具有大于1并且小于或等于1.35的折射率。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，聚光元件的幾何參數(shù)可以基于導(dǎo)光板的折射率、聚光元件的折射率、環(huán)境氣體(例如空氣)的折射率、與導(dǎo)光板的下表面接觸的介質(zhì)(空氣或粘合層)的折射率、以及光源的發(fā)光角度等參數(shù)來選擇。

圖3示出了在聚光元件為半球形凸透鏡的情況下背光模組的各部件的幾何參數(shù)的示意性表示。在圖3示出的背光模組中，光源102設(shè)置在半球形凸透鏡201的對(duì)稱軸上，且半球形凸透鏡201和導(dǎo)光板101具有相同的折射率(例如都由玻璃材料制成)。基于圖3中部件間的幾何關(guān)系以及折射定律可以得到等式(1)和(2)，基于等式(1)和(2)可以計(jì)算半球形凸透鏡的最大半徑：

d+r·(1-cosθ)＝r·sinθ/tan(α/2) (1)

n₂sin(α/2+θ)＝n₁sin(90°-arcsin(n₃/n₁)+θ) (2)

其中，d為光源與半球形凸透鏡的最靠近光源的點(diǎn)之間的距離；

θ為在光源發(fā)出的光束的最邊緣光線與半球形凸透鏡的半球形表面的交點(diǎn)處半球形凸透鏡的法線與半球形凸透鏡的對(duì)稱軸的夾角；

n₁為導(dǎo)光板和半球形凸透鏡的折射率；

n₂為環(huán)境氣體(空氣)的折射率，其值通常為1；

n₃為與導(dǎo)光板的出光面相對(duì)一側(cè)(圖3中導(dǎo)光板的下表面)接觸的介質(zhì)的折射率；

α為光源的發(fā)光角度。

在該實(shí)施例中，具有不大于根據(jù)以上等式(1)和(2)計(jì)算的半徑的半球形凸透鏡可以增大入射到導(dǎo)光板的下表面的光的入射角，以使光在導(dǎo)光板的下表面滿足全反射條件。

示例地，在與導(dǎo)光板的下表面接觸的介質(zhì)為用于粘合反射元件的粘合層的情況下，假定光源的發(fā)光角度α為120°；光源與半球形凸透鏡的最靠近光源的點(diǎn)之間的距離d為0.2mm；粘合層的折射率n₃為1.35；導(dǎo)光板和半球形凸透鏡的折射率n₁為1.5；環(huán)境氣體的折射率n₂為1，那么根據(jù)式(1)和式(2)可以計(jì)算出半球形凸透鏡的最小半徑r等于1.81mm。

可以理解，以上式(1)和式(2)是在假定導(dǎo)光板和半球形凸透鏡具有相同折射率的情況下得出的，當(dāng)它們具有不同的折射率時(shí)，同樣可以基于幾何關(guān)系和折射定律來計(jì)算半球形凸透鏡的最小半徑。

圖4示出了在聚光元件為等腰三棱鏡的情況下背光模組的各組件的幾何參數(shù)的示意性表示。在圖4示出的背光模組中，光源102設(shè)置在等腰三棱鏡201的對(duì)稱軸上，且等腰三棱鏡201和導(dǎo)光板101的折射率相同(例如都由玻璃材料制成)?；趫D4所示的幾何關(guān)系以及折射定律，可以通過以下等式計(jì)算等腰三棱鏡的最小底角β：

n₂sin(α/2+β)＝n₁sin(90°-arcsin(n₃/n₁)+β) (3)

其中，n₁為導(dǎo)光板和等腰三棱鏡的折射率；

n₂為環(huán)境氣體的折射率；

n₃為與導(dǎo)光板的出光面相對(duì)一側(cè)(圖4中導(dǎo)光板的下表面)接觸的介質(zhì)的折射率。

α為光源的發(fā)光角度。

在該實(shí)施例中，具有不大于根據(jù)以上等式(3)計(jì)算的底角的等腰三棱鏡可以增大入射到導(dǎo)光板的下表面的光的入射角，以使光在導(dǎo)光板的下表面滿足全反射條件。

在一個(gè)或?qū)€(gè)實(shí)施例中，為了使得光源發(fā)出的光得到充分利用，提高光能利用率，可以基于導(dǎo)光板的厚度選擇光源和聚光元件，其中，光源可以被選擇為其發(fā)出的光束在導(dǎo)光板的光入射表面所在的平面上的光斑不大于導(dǎo)光板的厚度方向上的尺寸；將聚光元件在導(dǎo)光板的厚度方向上的尺寸設(shè)置為不小于光源發(fā)出的光束在導(dǎo)光板的光入射表面處的光斑在導(dǎo)光板的厚度方向上的尺寸。也就是說，聚光元件在導(dǎo)光板的厚度方向上的尺寸可以被設(shè)置使得光源發(fā)出的所有光都能夠入射到聚光元件上，并透射通過聚光元件以進(jìn)入導(dǎo)光板。

以上為了說明和描述的目的提供了實(shí)施例的前述描述。其并不旨在是窮舉的或者限制本申請(qǐng)。特定實(shí)施例的各個(gè)元件或特征通常不限于特定的實(shí)施例，但是，在合適的情況下，這些元件和特征是可互換的并且可用在所選擇的實(shí)施例中，即使沒有具體示出或描述。同樣也可以以許多方式來改變。這種改變不能被認(rèn)為脫離了本申請(qǐng)，并且所有這些修改都包含在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。