CN107329318B - 一种背光模组及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供两种背光模组及对应的液晶显示装置。背光模组中均设有光线准直结构，光线准直结构均包括收敛转向部件和设置于收敛转向部件四周的反射部件，其中，收敛转向部件两个相对的面分别设置为凸面和反射面；反射部件包括一个用于反射背光的抛物面。背光单元发出的背光光线经过凸面的汇聚作用后，能够集中在抛物面的焦点附近，并在反射面的反射作用下发射至反射部件。根据抛物面的准直原理和光路可逆原理，在抛物面焦点附近发出的背光光线经过反射部件的反射作用后，能够以较小的发射角度射出。该小角度背光能够完全进入对应的量子点单元中，可以解决背光的颜色纯度下降，以及三原色背光之间颜色串扰的问题。

Description

一种背光模组及液晶显示装置

技术领域

本申请涉及液晶显示领域，尤其涉及一种背光模组及液晶显示装置。

背景技术

液晶显示器通常包括顺序设置的背光模组和液晶面板。液晶面板是一种被动发光元件，其本身并不发光，需要背光模组提供亮度充分的背光，以实现液晶显示装置的显示功能。

图1是一种液晶显示器的结构示意图。如图1所示，液晶显示器包括背光模组10和液晶面板20。背光模组包括均匀分布的多个LED蓝色背光源11，液晶面板20包括液晶层21和量子点颜色转换层22，液晶层21包括依次排布的多个液晶单元211，量子点颜色转换层22包括依次排布的多个量子点转换组221，每一个量子点转换组221由顺序排布的一个红色量子点单元、一个绿色量子点单元和一个空白量子点单元组成，其中，每一个量子点转换单元均与一个液晶单元211对应设置。当液晶显示器显示图像时，蓝色背光进入液晶层21，液晶层21中各个液晶单元211内的液晶可以根据显示需求重新排列，从而改变蓝色背光透过各液晶单元211的光通量，经过液晶层21的蓝色背光进入量子点颜色转换层22，量子点颜色转换层22中每一个量子点转换组221均可将蓝色背光转化为与各个量子点转换单元对应的三原色背光，光通量不同的三原色背光经过调和后即可获得一个对应像素的颜色，显示屏幕上各个不同颜色的像素即可共同构成需要显示的图像。

目前，LED背光源的发射角度通常较大，经过液晶单元的背光容易进入到除对应量子点转换单元以外的其他量子点转换单元中。比如，当开启图1中的一个绿色量子点单元对应的液晶单元时，大角度的蓝色背光可以经过该液晶单元进入到相邻的红色量子点单元和空白量子点单元中，相应的得到少量的红色背光和蓝色背光，导致绿色量子点单元对应的绿色背光的颜色纯度下降，以及三原色背光之间的颜色串扰，影响液晶显示器的显示效果。

发明内容

本申请提供了一种背光模组及液晶显示装置，以解决背光的颜色纯度下降，以及三原色背光之间颜色串扰的问题。

第一方面，本申请提供了一种背光模组，所述背光模组包括：

多个排布方向相同的单元模块，所述单元模块包括背光单元和与所述背光单元对应设置的光线准直结构，所述背光单元包括至少一个背光光源，所述光线准直结构包括收敛转向部件和反射部件，其中，

收敛转向部件包括高透射材质的部件本体，所述部件本体的一个面上设有一凹槽，所述背光单元位于所述凹槽内，所述凹槽的底面为凸面，所述部件本体与所述凹槽底面相对的面为用于将背光反射至反射部件的反射面；

所述反射部件设置于所述收敛转向部件的四周，所述反射部件包括一个用于反射背光的抛物面。

第二方面，本申请提供了一种液晶显示装置，所述液晶显示装置包括如权利要求1-7任意一项所述的背光模组和液晶面板，其中，

所述液晶面板包括液晶层和量子点颜色转换层，所述液晶层设置于所述背光模组和所述量子点颜色转换层之间；

所述液晶层包括依次排布的多个液晶单元，所述量子点颜色转换层包括依次排布的多个量子点转换组，所述量子点转换组包括可将背光对应转换为三原色的量子点单元，所述量子点单元与所述液晶单元对应设置。

本申请的有益效果如下：

本申请提供两种背光模组及对应的液晶显示装置。背光模组中均设有光线准直结构，光线准直结构均包括收敛转向部件和设置于收敛转向部件四周的反射部件，其中，收敛转向部件两个相对的面分别设置为凸面和反射面；反射部件包括一个用于反射背光的抛物面。背光单元发出的背光光线经过凸面的汇聚作用后，能够集中在抛物面的焦点附近，并在反射面的反射作用下发射至反射部件。根据抛物面的准直原理和光路可逆原理，在抛物面焦点附近发出的背光光线经过反射部件的反射作用后，能够以较小的发射角度射出。该小角度背光能够完全进入对应的量子点单元中，可以解决背光的颜色纯度下降，以及三原色背光之间颜色串扰的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种液晶显示器的结构示意图；

图2为本申请提供的背光光源发射的背光光线的分布示意图；

图3为本申请实施例一提供的一种背光模组的结构示意图；

图4为本申请实施例一提供的一种单元模块的结构示意图；

图5为本申请提供的抛物面的反射原理示意图；

图6为本申请实施例一提供的背光的光路示意图；

图7本申请实施例二提供的一种单元模块的结构示意图；

图8为本申请实施例二提供的背光的光路示意图；

图9为本申请实施例三提供的一种液晶显示装置的结构示意图。

具体实施方式

请参考图2，为本申请提供的背光光源发射的背光光线的分布示意图。由图2可见，背光光线的出射角度分布范围很大，在以背光光源中心线为中心的±90°之间均有背光光线射出。可见，背光光线不具备较好的准直效果，其中发射角度较大的背光光线容易进入到除对应量子点转换单元以外的其他量子点转换单元中，导致像素颜色纯度下降，以及三原色背光之间的颜色串扰，影响液晶显示器的显示效果。

参见图3和图4，分别为本申请实施例一提供的一种背光模组的结构示意图和本申请实施例一提供的一种单元模块的结构示意图。由图3和图4可见，本申请背光模组包括：

多个排布方向相同的单元模块100，其中，每一个所述单元模块100均包括背光单元200，以及，与所述背光单元200对应设置的光线准直结构300。背光单元200包括至少一个背光光源210。为了避免多个背光光源210发射的光线之间产生干扰，背光单元200内通常仅包括一个背光光源210。背光单元200用于提供亮度充足的背光，以实现液晶显示装置的显示功能。

每一个光线准直结构300均包括收敛转向部件310和两个反射部件320，其中，反射部件320设置于收敛转向部件310的四周。整个光线准直结构300可以为圆周对称结构，也可以为方形结构。

具体的，收敛转向部件310包括高透射材质的部件本体311，部件本体311的一个面上设有一凹槽312，所述背光单元200位于所述凹槽312内，本申请将设置凹槽的面设定为收敛转向部件310的底面，其他部件的上、下位置关系均以此为准；部件本体311与所述凹槽312相对的面(顶面)为一个用于反射背光的反射面313。本实施例中，部件本体311可以为直四棱柱体或圆柱体等规则体，以便凹槽312和反射面313的设置以及收敛转向部件310的稳定。当然，部件本体311也可以是不规则体，只要能够在部件本体311相对的两个面上分别设置凹槽312和反射面313即可。

本实施例对凹槽312的侧面形状不做限定，可以是竖直面，也可以是斜面或者不规则的曲面，凹槽312的底面(即当凹槽内放置背光单元后，与背光单元相对的面)为凸面314，优选的，凸面314为平滑凸面，所述凸面314上任意两点所连的开线段均在其内部。根据凸透镜原理，凸面314对背光单元200发射的背光光线具有汇聚作用，可将发射角度较大的背光光线汇聚于反射面313的顶点附近。

本实施例中，反射面313为倒置的圆锥面，所述圆锥面上粘附有反射涂层315，经过凸面314射出的背光光线能够在反射面313上发生反射而达到反射部件320。反射涂层315由反射涂料涂覆而成，反射涂料通常是由基料、热反射颜料、填料和助剂组成，本实施例中不对反射涂料的种类和性质做具体限定，可以是现有的任何一种能够高效反射太阳光的涂料。另外，本实施例所述圆锥面的对称中心与所述反射部件的对称中心相同，即均以收敛转向部件310的在垂直方向的中心面为对称中心。

本实施例中，反射部件320还包括一个用于反射背光的抛物面321，抛物面321可以为白色反射材料，比如PC(聚碳酸酯)材料；或者表面有反射涂层的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料。以抛物面的顶点为原点，则抛物面满足以下关系式：

x²＝2py (1-1)

式(1-1)中，p>0，此抛物面焦点位置为：y＝1/2p。p值越大，则抛物面的开口越大，焦点的位置越靠上。本发明设置抛物面顶点位置与背光光源210的出光面(即上表面)重合，则u+v＝1/2p。

本实施例中，抛物面321的焦点与反射面313的顶点重合。如图4所示，所述抛物面321焦点的位置满足如下关系式：

y＝u+v (1-2)

式中(1-2)，u为所述背光光源210靠近凸面314的表面到所述凸面314顶点的距离，v为所述凸面314顶点到所述反射面313顶点的距离，y为抛物面321焦点在竖直方向的位置。

请参考图5，为本申请提供的抛物面的反射原理示意图。如图5所示，根据抛物面的准直原理，平行轴线入射的光线经过抛物面反射以后，会汇聚于抛物面的焦点上。根据光路可逆原理，抛物面焦点发出的光线照射在抛物面上发生反射以后，光线将以平行于轴线的形式射出。

请参考图6，为本申请实施例一提供的背光的光路示意图。如图6所示，背光单元200发出的背光光线经过凸面314的汇聚作用后，能够集中在反射面313的顶点附近(如图中的虚线圆框所示)。由于本实施例中，抛物面321的焦点与反射面313的顶点重合，即背光光线能够在凸面314的汇聚作用下集中在抛物面321的焦点附近。焦点附近的背光光线在反射面313的反射下发射至反射部件320。根据以上抛物面的准直原理，在抛物面321焦点附近发出的背光光线经过反射部件320的反射作用后，能够以较小的发射角度射出。该小角度背光能够完全进入对应的量子点单元中，可以解决背光的颜色纯度下降，以及三原色背光之间颜色串扰的问题。

由以上抛物面的准直原理以及光路可逆原理可见，背光光线越靠近抛物面321的焦点，则经过抛物面321的反射后，背光光线越接近平行光线，越满足准直要求。因此，本申请的某些优选实施例中，将凸面314设置为球面，且凸面314的曲率半径满足单球面折射定律，具体关系式如下：

式(1-3)中，u为所述背光光源靠近凸面314的表面到所述凸面顶点的距离，n为收敛转向部件310的折射率，v为所述凸面314顶点到所述反射面313顶点的距离，r为所述凸面314的曲率半径。

按照单球面折射定律设置以上各个参数，能够提高凸面314对背光光线的汇聚作用，使得经过凸面314的背光光线最大程度的靠近抛物面321的焦点，从而获得准直度更高的背光光线。

参见图7，为本申请实施例二提供的一种单元模块的结构示意图。由图7可见，实施例二与实施例一不同之处在于，实施例二中的反射面313为自由曲面，所述自由曲面一侧的表面切线的斜率为负值，另一侧的表面切线的斜率均为正值。本实施例中，反射面313的表面无需粘附有反射涂层，所述自由曲面上任意两点所连的开线段均在其内部。实施例二的其余结构与实施例一类似，这里不再赘述。

由于凸面314对背光光线具有汇聚作用，使得经过凸面314的背光光线集中在反射面的顶点附近。在此情况下，如果背光光线的发射角度相同，则实施例二中的自由曲面结构较实施例一中的平面结构，容易获得更大的入射角度，使得照射在反射面313上的大部分背光光线会以反射的形式射出，因此，不需要在反射面313的表面粘附反射涂层即可实现背光光线的反射。另外，凸面314对背光光线的汇聚作用越强，则背光光线越靠近反射面的顶点，反射面的斜率越大，背光光线就越容易发生反射作用而到达反射部件320。因此，可根据以上单球面折射定律设置距离、收敛转向部件310的折射率以及凸面314的曲率半径等参数，以最大限度的提高凸面314对背光光线的汇聚作用。

请参考图8，为本申请实施例二提供的背光的光路示意图。如图8所示，背光单元200发出的背光光线经过凸面314的汇聚作用后，能够集中在反射面313的顶点附近(如图中的虚线圆框所示)。由于本实施例中，抛物面321的焦点与反射面313的顶点重合，即背光光线能够在凸面314的汇聚作用下集中在抛物面321的焦点附近。焦点附近的背光光线在反射面313的反射下发射至反射部件320。根据以上抛物面的准直原理，在抛物面321焦点附近发出的背光光线经过反射部件320的反射作用后，能够以较小的发射角度射出。经过光线准直结构300的背光光线，能够达到所需的准直要求，从而避免像素颜色纯度的下降，以及三原色背光之间颜色串扰的问题。

另外，为了提高背光的利用率，反射面上入射的背光光线应尽可能的以发射形式射出，因此，本申请的优选实施例中，可通过调整反射面切面的斜率来改变背光光线在反射面上的入射角度，使得入射角度满足以下关系式：

式(2-1)中，θ为反射面上背光光线的入射角，n为收敛转向部件的折射率。满足以上入射角度的背光光线能够在反射面上发生全反射，使得反射面接收的背光全部反射至反射部件320，从而获得最大限度的光能利用率。

此外，本申请还提供了一种液晶显示装置。请参见图9，为本申请实施例三提供的一种液晶显示装置的结构示意图。由图9可见，本装置包括实施例一或二中任意一项所述的背光模组400和液晶面板500，其中，液晶面板500包括液晶层510和量子点颜色转换层520，所述液晶层510设置于所述背光模组400和所述量子点颜色转换层520之间；

所述液晶层510包括依次排布的多个液晶单元511，所述量子点颜色转换层520包括依次排布的多个量子点转换组521，所述量子点转换组521包括可将背光对应转换为三原色的量子点单元5211，所述量子点单元5211与所述液晶单元511对应设置。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括：

多个排布方向相同的单元模块，所述单元模块包括背光单元和与所述背光单元对应设置的光线准直结构，所述背光单元包括至少一个背光光源，所述光线准直结构包括收敛转向部件和反射部件，其中，

收敛转向部件包括高透射材质的部件本体，所述部件本体的一个面上设有一凹槽，所述背光单元位于所述凹槽内，所述凹槽的底面为凸面，用于汇聚所述背光单元发射的背光光线；所述部件本体与所述凹槽底面相对的面为用于将背光反射至反射部件的反射面，所述反射面为倒置的圆锥面；或，所述反射面为自由曲面，所述自由曲面一侧的表面切线的斜率为负值，另一侧的表面切线的斜率均为正值；

所述反射部件设置于所述收敛转向部件的四周，所述反射部件包括一个用于反射背光的抛物面，所述抛物面的焦点与所述反射面的顶点重合。

2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述圆锥面上粘附有反射涂层。

3.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述凸面为球面。

4.如权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述凸面的曲率半径满足以下关系式：

式中，u为所述背光光源靠近凸面的表面到所述凸面顶点的距离，n为收敛转向部件的折射率，v为所述凸面顶点到所述反射面顶点的距离，r为所述凸面的曲率半径。

5.如权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述反射面上背光光线的入射角满足以下关系式：

式中，θ为反射面上背光光线的入射角，n为收敛转向部件的折射率。

6.一种液晶显示装置，其特征在于，所述液晶显示装置包括如权利要求1-5任意一项所述的背光模组和液晶面板，其中，

所述液晶面板包括液晶层和量子点颜色转换层，所述液晶层设置于所述背光模组和所述量子点颜色转换层之间；

所述液晶层包括依次排布的多个液晶单元，所述量子点颜色转换层包括依次排布的多个量子点转换组，所述量子点转换组包括可将背光对应转换为三原色的量子点单元，所述量子点单元与所述液晶单元对应设置。

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