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CN103411160B - 背光模组及显示装置 - Google Patents

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CN103411160B
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Abstract

本发明提供一种背光模组及显示装置。所述背光模组包括光源和导光板，还包括：光准直元件，用于将所述光源发出的发散光线转换为平行光线；偏振分光元件，用于将所述平行光线转换为振动方向相垂直的第一偏振光线和第二偏振光线；相位延迟元件，用于使第一偏振光线和第二偏振光线之间产生相位偏移，第二偏振光线的振动方向转换为与所述第一偏振光线的振动方向相同，形成为第三偏振光线；其中第一偏振光线和第三偏振光线形成为进入所述导光板的入射偏振光；所述导光板用于接收所述入射偏振光。本发明所述背光模组能够产生线偏振光，使得光源所发出自然光全部被转换为能够透过液晶盒的线偏振光，以使光源所发出自然光被充分利用。

Description

背光模组及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是指一种背光模组及显示装置。
背景技术
随着显示器技术的迅速发展，作为显示设备的一种的液晶显示器(LCD，LiquidCrystalDisplay)已经成为平板显示领域的主流。LCD是通过两片导电玻璃形成的电场驱动其间的液晶来实现显示的，由于液晶本身并不发光，因此LCD需要通过外部光源实现透射或反射显示。现有的LCD大多数是透射型的，对于透射型LCD，背光模组是不可或缺的组成部分。
现有技术LCD的背光模组通常为提供自然光，没有特定的振动方向，在应用于液晶显示器时，需要在液晶盒的上下两侧分别贴设偏振片，以使从背光模组发出入射至偏振片的自然光转换为偏振光，并允许一定振动方向的偏振光通过。因此，基于现有技术背光模组所提供光，仅有一部分被LCD所利用，也即背光模组所提供自然光中只有一个方向的线偏振光通过LCD用于图像显示，而另一个方向的线偏光被屏蔽，因此产生光损失。
发明内容
基于以上，本发明技术方案的目的是提供一种背光模组及显示装置，所述背光模组能够产生线偏振光，使得光源所发出自然光全部被转换为能够透过液晶盒的线偏振光，以使光源所发出自然光被充分利用。
本发明提供一种背光模组，包括光源和导光板，其中，所述背光模组还包括：
光准直元件，用于将所述光源发出的发散光线转换为平行光线；
偏振分光元件，用于将所述平行光线转换为振动方向相垂直的第一偏振光线和第二偏振光线；
相位延迟元件，用于使所述第一偏振光线和所述第二偏振光线之间产生相位偏移，所述第二偏振光线的振动方向转换为与所述第一偏振光线的振动方向相同，形成为第三偏振光线；其中所述第一偏振光线和所述第三偏振光线形成为进入所述导光板的入射偏振光；所述导光板用于接收所述入射偏振光。
优选地，上述所述的背光模组，还包括：
导光管，包括与所述平行光线的传输方向平行的中空管体，用于接收所述平行光线，使所述平行光线在所述中空管体内传输；
其中，所述偏振分光元件和所述相位延迟元件设置于所述中空管体内部。
优选地，上述所述的背光模组，还包括：
第一反射元件，与所述导光管相平行，且与所述偏振分光元件相组合沿所述中空管体的横向截面或斜向截面设置，用于使所述导光管内相较于所述平行光线发生扩散的光线反射至所述偏振分光元件上。
优选地，上述所述的背光模组，所述偏振分光元件至少为两个，分别设置于多个所述第一反射元件之间。
优选地，上述所述的背光模组，还包括：
隔光元件，设置于所述中空管体内，用于阻挡所述入射偏振光向所述中空管体的外部传输。
优选地，上述所述的背光模组，还包括：
第二反射元件，设置于所述隔光元件上，用于使传输至所述隔光元件处的所述入射偏振光朝所述导光板反射。
优选地，上述所述的背光模组，所述导光板包括：
反向棱镜层，设置于所述导光板的出光面，用于使所述入射偏振光经过所述导光板后以垂直于所述出光面的方向出射；
反射棱镜层，设置于所述导光板的第一表面，用于使在所述导光板内传输且入射至所述第一表面的所述入射偏振光朝所述出光面反射，其中所述第一表面与所述出光面相平行。
优选地，上述所述的背光模组，所述导光板还包括：
第三反射元件，设置于所述第一表面的外表面，用于使经过所述第一表面透出的所述入射偏振光反射至所述导光板的内部。
优选地，上述所述的背光模组，还包括：
扩束元件，设置于所述导光板的入光侧，用于使所述入射偏振光进入所述导光板的入射角增大。
优选地，上述所述的背光模组，所述偏振分光元件包括一反射型增亮膜片。
优选地，上述所述的背光模组，所述相位延迟元件包括一个二分之一波片或者包括两个四分之一波片。
本发明还提供一种显示装置，包括显示面板，其中，所述显示装置还包括如上任一项所述的背光模组。
本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：
采用本发明实施例所述背光模组，光源所发出自然光依次通过光准直元件、偏振分光元件和相位延迟元件，使得光源所发出自然光全部转换为与显示面板上偏光片的透过轴一致的偏振光，因此光源所发出自然光得到充分利用，不存在现有技术背光源所发出自然光有部分光被损失，不能充分被利用的情况，显示装置的整机光能量利用率得到很大的提高。
附图说明
图1为本发明实施例一的背光模组的平面结构示意图；
图2为本发明实施例二的背光模组的平面结构示意图；
图3为本发明图2所示背光模组剖面结构示意图；
图4为本发明图2所示背光模组，从后视方向观察(图2为主视方向)导光管时光线偏振态的转换过程剖面示意图；
图5为本发明所采用相位延迟元件的工作原理示意图。
其中：1-光源、2-光准直元件、3-导光管、4-偏振分光元件、5-相位延迟元件、41-第一反射元件、6-隔光元件、7-第二反射元件、9-导光板、8-扩束元件、12-反向棱镜层、11-反射棱镜层、10-第三反射元件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的结构和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释和说明本发明保护范围，并非以此限定本发明保护范围。
实施例1
实施例1所述背光模组，如图1所示，包括光源1和导光板9，其中，所述背光模组还包括：
光准直元件2，用于将所述光源1所发出的发散光线转换为平行光线；
偏振分光元件4，用于将所述平行光线转换为振动方向相垂直的第一偏振光线和第二偏振光线；
相位延迟元件5，用于使所述第一偏振光线和所述第二偏振光线之间产生相位偏移，所述第二偏振光线的振动方向转换为与所述第一偏振光线的振动方向相同，形成为第三偏振光线；其中所述第一偏振光线和第三偏振光线形成为进入所述导光板的入射偏振光；所述导光板用于接收所述入射偏振光。
利用本发明实施例所述背光模组，光源所发出自然光依次通过光准直元件、偏振分光元件和相位延迟元件，使得光源所发出自然光全部转换为与显示面板上偏光片的透过轴一致的偏振光，因此背光模组所发出自然光得到充分利用，显示装置的整机光能量利用率得到很大的提高。
优选地，本发明实施例1所述背光模组中，还包括第二反射元件7，用于将经过相位延迟元件5转换振动方向获得的第三偏振光线朝导光板9反射，以进入导光板9。
实施例2
如图2与图3所示，实施例2与实施例1相比区别在于，增加了导光管3，该导光管3包括与所述平行光线的传输方向平行的中空管体，用于接收所述平行光线，使所述平行光线在所述中空管体内传输，以上所述的光准直元件2、偏振分光元件4、相位延迟元件5和第二反射元件7设置于导光管的中空管体内。本发明所述背光模组进一步利用导光管约束光线，避免光源所发出光线向外扩散而不能被完全利用。
最佳地，本发明实施例2所述背光模组中，所述导光板9包括：
反向棱镜层12，设置于所述导光板9的出光面，用于使所述入射偏振光经过所述导光板9后以垂直于所述出光面的方向出射；
反射棱镜层11，设置于所述导光板9的第一表面，用于使在所述导光板9内传输且入射至所述第一表面的所述入射偏振光向所述出光面反射，其中所述第一表面与所述出光面相平行，且第一表面与出光面分别为与导光板9的入光面相垂直的面。
所述导光板9利用分设于出光面和第一表面的反向棱镜层12和反射棱镜层11，使进入导光板9的入射偏振光可以很好的保持光线的偏振态，并以垂直于出光面的方向从导光板射出。
实施例3
本实施例所述背光模组，其中所述偏振分光元件4包括反射型偏光增亮膜片(DBEF，Dual-BrightnessEnhancementFilm)，所述相位延迟元件5包括二分之一波片。以下结合图2至图4对本发明实施例3所述背光模组各部分的具体结构进行详细描述。
参阅图2所示，本发明实施例3所述背光模组包括光源1、光准直元件2、导光管3、导光板9及设置于导光管3内的偏振分光元件4及相位延迟元件5。
其中，本发明实施例中，所述光源1可以包括至少一个发光二极管LED灯，并不限于此，只要能够发出自然白光即可。所述导光管3平行于导光板9的其中一侧面设置，该其中一侧面为导光管3的入光面，光源1与导光管3之间设置有光准直元件2，通过该光准直元件2，对光源1所发出光线进行准直，使所发出的发散光线转换为平行光线。优选地，该光准直元件2为一准直透镜，且最佳地为一全反射(TotalInternalReflection，TIR)准直透镜，可以同时利用全反射和折射原理对光线进行准直处理，具有很好的准直效果。本领域技术人员应该能够了解能够将发散光转换为平行光的准直透镜的具体结构及原理，在此不详细描述。
所述光源1所发出光线经过光准直元件2后形成传输方向一致的平行光线，平行光线传输进入导光管3。该导光管3与该平行光线的传输方向相平行设置，且包括与该平行光线的传输方向平行的中空管体，使从光准直元件2所发出的平行光线能够沿中空管体传输，进一步实现对光线的约束作用，避免光线向外扩散而不能被完全利用。所述偏振分光元件4及所述相位延迟元件5沿平行光线的传输方向依次排列设置，通过偏振分光元件4将进入导光管3的所述平行光线转换为振动方向相垂直的第一偏振光线和第二偏振光线，通过相位延迟元件5使第一偏振光线和第二偏振光线之间产生相位偏移，所述第二偏振光线的振动方向转换为与第一偏振光线的振动方向相同，形成第三偏振光线。
所述偏振分光元件4包括一反射型偏光增亮膜片DBEF(Dual-BrightnessEnhanceFilm)，能够将自然光转换为两个振动方向相互垂直的线偏振光。通常DBEF采用多层棱镜膜构成，所设置的棱镜膜能够使沿第一方向振动的线偏振光通过，使沿第二方向(与第一方向垂直)振动的线偏振光被反射，从而能够将光线转换为振动方向相垂直的第一偏振光和第二偏振光。自然光经过光准直元件2后进入导光管3，在导光管3内沿与导光管3平行的方向向前传输，经过偏振分光元件4后，使振动方向平行于DBEF透光轴的偏振光(第二偏振光线)通过而继续传输，而振动方向垂直于DBEF透光轴的偏振光(第一偏振光线)则被DBEF的棱镜膜反射至导光板9的入光面。结合图4所示，其中图4为图2所示背光模组从后视方向观察导光管时光线偏振态的转换过程剖面示意图。具体的，以平行于导光管3传输的偏振光振动方向垂直于DBEF透光轴，垂直于导光管3传输的偏振光振动方向平行于DBEF透光轴为例，与导光管3相平行的平行线偏振光经过偏振分光元件4后被反射，而与导光管3相垂直的垂直线偏振光透过偏振分光元件4后继续传输，但垂直于DBEF透光轴和平行于DBEF透光轴的传输方向仅以此举例说明，并不限上述方式，例如垂直于DBEF透光轴的偏振光线也可以为垂直于导光管3，而平行于DBEF透光轴的偏振光线也可以为平行于导光管3。
本领域技术人员应该能够了解DBEF将自然光转换为振动方向相互垂直的线偏振光的原理与设置结构，在此不作详细描述。
本发明实施例3中，如图2所示，为避免导光管3内的平行光线发生扩散未能全部经过偏振分光元件4进行光线转换即传输至相位延迟元件5，在导光管3内，与所述导光管相平行设置有第一反射元件41，且与偏振分光元件4相组合沿所述中空管体的横向截面或斜向截面设置，第一反射元件41使得导光管3内发生扩散的光线在第一反射元件41上反射后反射至偏振分光元件4上，以保证导光管3内所有光线能够传输到偏振分光元件4。
最佳地，所述偏振分光元件4至少为两个，在导光管3中空管体的横切截面或斜切截面上分设于多个第一反射元件41之间。如图2所示，在导光管3的横切截面或斜切截面上，多个第一反射元件41在导光管3内形成阶梯状。
本发明实施例3中，所述相位延迟元件5包括一个二分之一波片或者包括两个四分之一波片。通过波片的两个互相正交的偏振分量产生相位偏移，可用来调整光束的偏振状态。以采用二分之一波片为例，线偏振光通过二分之一波片后，仍为线偏振光，但是，其合振动的振动面与入射线偏振光的振动面转过2θ角度，如图4所示。若θ＝45°，则出射光的振动面与原入射光的振动面垂直，也就是说，当θ＝45度时，二分之一波片可以使偏振态旋转90°。
因此，所述相位延迟元件5为二分之一波片时，二分之一波片的光轴与DBEF平行，使得导光管3内传输的平行光发生在垂直的两个方向的电场振幅变化出现相位延迟，从而能够将入射至二分之一波片上的入射线偏振光和从二分之一波片射出的出射线偏振光出现90度的偏振方向的变化。本发明实施例中，通过相位延迟元件5的二分之一波片，将振动方向平行于DBEF透光轴的偏振光线(第二偏振光线)转换为垂直于DBEF透光轴的偏振光线(第一偏振光线)。以图4所示光线传输形式为例，相位延迟元件5的二分之一波片将垂直于导光管传输的偏振光转换为平行于导光管传输的偏振光。
所述相位延迟元件5为两个四分之一波片时，工作原理与为一个二分之一波片相同，在此不再赘述。参阅图2，本发明实施例所述背光模组，还包括：
隔光元件6，设置于导光管3的中空管体内，沿平行光线的传输方向设置于相位延迟元件5的后方，用于阻挡经过相位延迟元件5转换所形成的入射偏振光向中空管体的外部传输；
第二反射元件7，设置于所述隔光元件6上，用于使传输至所述隔光元件6上的所述入射偏振光朝所述导光板9的入光面反射。
通过所述隔光元件6和第二反射元件7以进一步保证光源1所发出的光能够完全传输至导光板9的内部而被充分利用。
本发明具体实施例所述背光模组，通过导光管3内所设置的上述偏振分光元件4、相位延迟元件5、隔光元件6及第二反射元件7后，使得光源1所发出的自然光全部转换为具有一个振动方向的线偏光(第一偏振光线，本发明实施例中为平行于DBEF透光轴的偏振光，当DBEF的透光轴出现90度变化时，第一偏振光和第二偏振光也会出现90度的变化)，之后传输进入导光板9，经过导光板9均匀传输后，进入显示装置的下偏振片，能够透过显示装置的下偏振片传输至液晶层用于图像显示。
参阅图2与图3所示，导光管3设置于导光板9的一侧，最佳地，在该导光板9接收导光管3所发出光线的该入光侧，还设置有一扩束元件8，用于使所述入射偏振光进入所述导光板的入射角增大。其中，该扩束元件8可以包括多个半球形扩束棱镜，形成为一半球形扩束棱镜阵列结构，通过该半球形扩束棱镜来达到增大入射光的入射角度的目的，使得入射偏振光能够充分在导光板9内传输，以使导光板9上的光线更加均匀。本领域技术人员应该能够了解具有上述扩束元件8的具体结构，且该部分并非为本发明的重点，在此不详细描述。
进一步地，为了使进入导光板9的入射偏振光可以很好的保持光线的偏振态，本发明实施例所述背光模组中，参阅图3所示，所述导光板9包括：
反向棱镜层12，设置于所述导光板9的出光面(如图3所示为上表面，形成为垂直于导光板9入光面的表面)，用于使所述入射偏振光经过所述导光板9后以垂直于所述出光面的方向出射；
反射棱镜层11，设置于所述导光板9的第一表面(如图3所示为下表面，形成为垂直于导光板9入光侧面，且与出光面平行的表面)，用于使在所述导光板9内传输且入射至所述第一表面的所述入射偏振光朝所述出光面反射，其中所述出光面与所述第一表面相平行；
第三反射元件10，设置于所述第一表面的外表面，用于使经过所述第一表面透出的所述入射偏振光反射至所述导光板10的内部。
其中所述反向棱镜层12和所述反射棱镜层11上的棱镜结构沿平行于导光管3的方向(与导光板9内的光线传播方向基本保持垂直)设置，这样可以很好的保持光线的偏振态；另外，导光板9的上下表面分别用反向棱镜层12和全反射棱镜层11对导光板9中的光线进行方向控制，并且在导光板的下部安装第三反射元件10，这种结构可以保证从导光板9发射的光线沿垂直于第一表面的方向发出，以及防止漏光。
所述反向棱镜层12和所述反射棱镜层11可以分别形成为膜状，采用贴附的形式分别设置于导光板9的出光面和第一表面上，也可以采用加工方式制成于出光面和第一表面上。
本领域技术人员可以理解，所述反向棱镜层12和所述反射棱镜层11上的棱镜倾斜角度、棱镜结构的布局密度等会影响入射光在棱镜上的反射及透射情况，为实现入射偏振光在导光板9上的均匀传输，及保证入射偏振光可以沿垂直于第一表面的方向从导光板9上发出，本领域技术人员根据实际经验，应该了解实现上述效果的具体形式，在此不详细描述。
实施例4
本实施例提供一种显示装置，包括显示面板及上述结构的背光模组，其中背光模组的结构可以结合图2至图4参阅以上的具体描述，在此不再赘述。
其中，所述显示装置可以为：液晶面板、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框和导航仪等任何利用背光模组实现显示功能的产品或部件。
本发明具体实施例所述背光模组及显示装置具有以下有益效果：
利用光准直元件、偏振分光元件和相位延迟元件，使得光源所发出自然光全部转换为具有一个振动方向的偏振光，使得光源所发出自然白光得到充分利用，显示装置的整机光能量利用率得到很大的提高；
利用分设于导光板出光面和第一表面的反向棱镜层和反射棱镜层相配合，使进入导光板的入射偏振光可以很好的保持光线的偏振态，并以垂直于出光面的方向从导光板射出，实现导光板上所传输光的方向控制，并保证导光板上光传输的均匀性；
利用第二反射元件和第三反射元件防止产生漏光，以实现光的充分利用；
偏振分光元件采用DBEF，相位延迟元件采用二分之一玻片，使得本发明所述结构简单，易于实现。
以上所述为本发明较佳实施例，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明保护范围的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种背光模组，包括光源和导光板，其特征在于，所述背光模组还包括：
光准直元件，用于将所述光源发出的发散光线转换为平行光线；
偏振分光元件，用于将所述平行光线转换为振动方向相垂直的第一偏振光线和第二偏振光线；
相位延迟元件，用于使所述第一偏振光线和所述第二偏振光线之间产生相位偏移，所述第二偏振光线的振动方向转换为与所述第一偏振光线的振动方向相同，形成为第三偏振光线；其中所述第一偏振光线和所述第三偏振光线形成为进入所述导光板的入射偏振光；所述导光板用于接收所述入射偏振光；
导光管，包括与所述平行光线的传输方向平行的中空管体，用于接收所述平行光线，使所述平行光线在所述中空管体内传输；其中，所述偏振分光元件和所述相位延迟元件设置于所述中空管体内部；以及
第一反射元件，与所述导光管相平行，且与所述偏振分光元件相组合沿所述中空管体的横向截面或斜向截面设置，用于使所述导光管内相较于所述平行光线发生扩散的光线反射至所述偏振分光元件上。
2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述偏振分光元件至少为两个，分别设置于多个所述第一反射元件之间。
3.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组还包括：
隔光元件，设置于所述中空管体内，用于阻挡所述入射偏振光向所述中空管体的外部传输。
4.如权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组还包括：
第二反射元件，设置于所述隔光元件上，用于使传输至所述隔光元件处的所述入射偏振光朝所述导光板反射。
5.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述导光板包括：
反向棱镜层，设置于所述导光板的出光面，用于使所述入射偏振光经过所述导光板后以垂直于所述出光面的方向出射；
反射棱镜层，设置于所述导光板的第一表面，用于使在所述导光板内传输且入射至所述第一表面的所述入射偏振光朝所述出光面反射，其中所述第一表面与所述出光面相平行。
6.如权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述导光板还包括：
第三反射元件，设置于所述第一表面的外表面，用于使经过所述第一表面透出的所述入射偏振光反射至所述导光板的内部。
7.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组还包括：
扩束元件，设置于所述导光板的入光侧，用于使所述入射偏振光进入所述导光板的入射角增大。
8.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述偏振分光元件包括一反射型偏光增亮膜片。
9.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述相位延迟元件包括一个二分之一波片或者包括两个四分之一波片。
10.一种显示装置，包括显示面板，其特征在于，所述显示装置还包括如上权1至权9任一项所述的背光模组。
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