发明内容
本发明提供了一种能够执行偏振变换和偏振提取的导光板。
本发明还提供了一种能够通过有效地利用偏振分量来提高光效率的背光模组。
本发明还提供了一种具有所述背光模组的显示装置。
根据本发明的示例性实施例,导光板包括:导光板主体;偏振变换层,位于所述导光板主体的表面上,用于变换通过所述导光板出射的光的偏振分量;偏振提取层,位于所述偏振变换层上。
根据本发明的另一示例性实施例,背光模组包括光源和用于引导从所述光源发射的光的导光板,其中,所述导光板包括:导光板主体;偏振变换层,位于所述导光板主体的表面上,用于变换通过所述导光板出射的光的偏振分量;偏振提取层,位于所述偏振变换层上。
根据本发明的另一示例性实施例,显示装置包括:面板单元,用于显示图像;光源,用于对所述面板单元供应光;和导光板,用于引导从所述光源发射的光,其中,所述导光板包括:导光板主体;偏振变换层,位于所述导光板主体的表面上,用于变换通过所述导光板出射的光的偏振分量;偏振提取层,位于所述偏振变换层上。
在前面提到的本发明的示例性实施例中,所述偏振变换层可将P偏振分量变换成P偏振分量和S偏振分量的和。
此外,所述偏振变换层可使得光发生双折射。
此外,所述偏振变换层可以是延迟膜。
此外,所述延迟膜可包括从从由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸二乙酯(PEN)组成的组中选择的至少一种树脂。
此外,多个折射元件可位于所述导光板主体的所述表面上,相互分离并在预定的方向上延伸。
此外,所述折射元件的每个的高度可在从大约5μm至大约12μm的范围内。
此外,所述折射元件的顶角可在从大约30度到大约70度的范围内。
此外,所述折射构件的节距可在从大约10μm至大约100μm的范围内。
此外,所述折射构件的每个的高度可大于所述偏振提取层的厚度。
此外,可放置所述光源和所述多个折射元件使它们在相同的方向延伸。
此外,所述偏振变换层可具有多个根据方向而改变的折射系数。
此外,在所述折射系数中的第一折射系数和第二折射系数之间的差可在从大约0.01至大约0.50的范围内。
此外,所述第一折射系数可在从大约1.0至大约2.0的范围内。
此外,所述第二折射系数可在从大约1.0至大约2.5的范围内。
此外,所述偏振提取层可包括多个液晶聚合物(LCP)。
此外,所述偏振变换层可仅使S偏振分量穿过。
此外,所述的背光模组还可包括保护层,所述保护层在所述偏振提取层上以保护所述偏振提取层。
此外,多个棱镜可位于与所述导光板主体的所述表面相对的表面上。
此外,所述光源是灯。
此外,所述光源可是包括发光二极管的线性光源。
此外,所述偏振变换层可仅使S偏振分量穿过。
此外,所述导光板还可包括保护层,所述保护层位于所述偏振提取层上以保护所述偏振提取层。
此外,所述面板单元可以是液晶显示面板。
此外,所述面板单元可被直接面向所述导光板放置。
具体实施方式
图1是示出根据本发明的背光模组70的示例性实施例的分解透视图。在图1中,放大的圆圈示出了导光板74的下边缘的放大视图。
如图1所示,背光模组70包括光源77、光源盖78、导光板74和反射片79等。背光模组还可包括所需要的其它组件。上述列举的组件包含在底框75中。分别对背光模组70的上部和下部设置了上模制框73和下模制框65。上模制框73和下模制框65的设计目的在于它们相对于彼此固定背光模组70的组件。
光源77发射光。还参照图1,在示例性实施例中,使用灯作为光源77,而本发明并不限于此。可选择地,可使用其它类型的光源。
光源77与逆变器(未示出)电连接,以对光源77施加来自逆变器的驱动电压。逆变器将外部电压转换成预定的驱动电压电平并将该驱动电压施加到光源77以驱动光源77。
光源盖78保护光源77。光源盖78的内部涂覆有反光材料以将从光源77发射的光的损失最小化。
从光源77发射的光进入导光板74。通常,导光板74由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。可选择地,可使用其它材料。进入导光板74的光被均匀地漫射以在向上的方向(Z轴方向)发射光。即,光通过导光板74的光出射表面74a出射。进入导光板74的光的一部分在反射片79上被反射,因此,将光的损失最小化。
如图1中的放大的圆圈所示,多个棱镜741b位于导光板74的表面74b上,该表面74b与导光板74的光出射表面74a相对并面向反射片79。棱镜741b具有提高光聚焦效率的功能。即,棱镜741b将从光源77发射的光聚焦,从而提高光聚焦效率。出于这个原因,棱镜741b位于与光源77的纵向相交叉的方向上。在棱镜741b上可能会形成雾气。
尽管多个棱镜741b位于导光板74的表面74b上,但是这仅是说明本发明,并且本发明不限于此。可选择地,棱镜741b可不位于表面74b上。
图2示出了图1中示出的背光模组的装配状态。如图2所示,上模制框73插入到下模制框65中,使得背光模组70被装配。背光模组70的导光板74被暴露以从表面74a向外发射光。
图3示出了沿图2的线A-A截取的背光模组70的局部放大剖视图。
参照图3,导光板74包括导光板主体741、偏振变换层743和偏振提取层745。如图3所示,如果需要,导光板74还可包括保护层747,用于保护偏振提取层745。
作为导光板74的主要元件,导光板主体741由PMMA制成。可选择地,导光板主体741可由其它材料制成。
偏振变换层743堆叠在导光板主体741的表面上。偏振变换层743使通过导光板74出射的光的偏振分量发生变换。偏振变换层743具有根据方向变化的多个折射系数。即,偏振变换层743具有各向异性。
优选地,折射系数中的第一折射系数和第二折射系数的差的范围为从大约0.01到大约0.50。如果第一折射系数和第二折射系数的差小于大约0.01,则不易发生双折射,从而难以使光的偏振分量变换。如果第一折射系数和第二折射系数之间的差大于大约0.50,则由于折射系数的差较大导致光的损失过大。优选地,第一折射系数的范围为大约1.0至大约2.0,第二折射系数的范围为大约1.0至大约2.5。在第一折射系数和第二折射系数的范围内,能够使偏振变换效率最大化。
入射在偏振变换层743上的光发生双折射。在双折射过程中,偏振分量发生变换。可使用延迟膜作为偏振变换层743。延迟膜可包括从由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸二乙酯(PEN)组成的组中选择的至少一种树脂。由于这些树脂具有各向异性,所以这些树脂适用于双折射。
多个折射构件7411形成在导光板74的表面中,以有效地促成偏振变换层743的偏振变换。折射构件7411彼此分离并在一个方向上突出。放置折射构件7411使它们平行于光源77的纵向延伸。穿过折射构件7411的光在不同的方向发生双折射。结果,可易于执行偏振变换层743的偏振变换。
偏振提取层745堆叠在偏振变换层743上以只提取在预定方向偏振的光。即,偏振提取层745使在预定方向偏振的光穿过,在其它方向偏振的光被全反射。在偏振提取层745中,光发生双折射,使得在预定方向的偏振可易于被提取。由于偏振提取层745具有各向异性,所以可易于提取在预定方向的偏振。偏振提取层745可包括多个液晶聚合物(LCP),进一步有助于在预定方向的偏振的提取。
保护层747堆叠在偏振提取层745上以保护偏振提取层745。在偏振提取层745包括液晶聚合物的情况下,保护层747可用于固定液晶聚合物。
图4示出了图3中的上部的局部放大图,其中,光传播方向如箭头所示。
优选地,折射构件7411的高度h1的范围为从大约5μm到大约12μm。如果折射构件7411的高度h1小于5μm,则不易发生光的双折射。因此难以使偏振发生变换。另一方面,用高度h1大于大约12μm的折射构件7411不能实现导光板74。
优选地,折射构件7411的顶角α的范围在从大约30度到大约70度。如果折射构件7411的顶角α小于30度,则光基本上无角度差地入射到折射构件7411上,发生的光折射非常少。如果折射构件7411的顶角α大于70度,则由于在折射构件7411上全反射导致穿过导光板主体741的光减少。
优选地,多个折射构件7411的节距p的范围为从大约10μm到大约100μm。如果折射构件7411的节距p小于10μm,则折射构件7411中的光折射过多使得光的损失变大。如果折射构件7411的节距p大于大约100μm,则折射构件7411中的双折射少。此外,通过调整节距p,也能够提高亮度。
折射构件7411的高度h1被设计为大于偏振提取层745的高度h2。结果,折射构件7411中的双折射被最大化。优选地,偏振提取层745的高度h2为光的波长的大约0.25倍。
在图4中,箭头表示光的传播方向L1。光的传播方向是一个示例性方向,本发明并不限于此。因此,可使用光的其它传播方向。此外,当不存在折射构件7411时,当只利用偏振转换层743和偏振提取层745时,只有在预定方向的偏振可射出。
尽管在图4中未示出,但是从光源发射的光进入导光板74。进入导光板74的光在导光板74中被漫射以向表面74a在向上的方向上传播。位于与导光板74的光出射表面74a相对的表面74b上的棱镜将所述光聚焦并且向光出射表面74a发射所述光。因此,光L1在图4中示出的方向上传播。
从光源77发射的光L1穿过导光板主体741,然后入射在偏振变换层743上。由于偏振变换层743具有各向异性,所以将光L1分为两束光L11和L12。由于光L1的双折射,所以相位差改变,从而偏振分量发生变换。
由于光L11仅具有S偏振分量,所以实际上光L11穿过偏振变换层743,从而在向上的方向出射。另一方面,光L12具有P偏振分量和S偏振分量。光L12在偏振变换层743中被折射,因此光L12的偏振分量发生变换。更具体地讲,P偏振分量旋转,被转换成S偏振分量,从而发生偏振变换。由于偏振变换,P偏振分量变为P偏振分量和S偏振分量的和。
在偏振变换的光中具有P偏振分量的光L122在偏振提取层745上被全反射,然后再次进入导光板74。另一方面,在偏振变换的光中具有S偏振分量的光L121穿过偏振提取层745,然后在向上的方向发射偏振变换的光。通过利用偏振提取层745,只有S偏振分量可在向上的方向上出射。
如上所述,P偏振分量全部变换为S偏振分量后,所述光出射。因此,由于可以提取在传统背光模组中不能被利用的偏振分量(例如,P偏振分量),所以可以极大地提高光效率。
图5示出了根据本发明的背光模组80的另一示例性实施例的分解透视图。根据图5中示出的本发明的这个示例性实施例的背光模组80与图1中示出的示例性背光模组相似。相同的标号表示相同的元件,因此将省略对其的详细描述。
在根据本发明的图5中的背光模组80的示例性实施例中,包括发光二极管的线性光源87被用作光源。通过在金属芯印刷电路板(MCPCB)873上安装多个红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)发光二极管871来构造线性光源87。在线性光源87中使用的发光二极管释放的热的量相对较少,因此光源87的寿命增长。
另外,背光模组80还可包括用于保护偏振变换层和偏振提取层的保护板72。保护板72具有保护导光板74免受外部冲击的功能。
图6示出了根据本发明的背光模组的另一示例性实施例的分解透视图。根据图6中示出的本发明的示例性实施例的背光模组90与根据图1中示出的示例性实施例的背光模组相似。相同的标号表示相同的元件,因此将省略对其的详细描述。
背光模组90是楔型,其中,导光板94具有倾斜或锥形的结构。在这种结构中,光源77仅设置在导光板94的一侧以发射将入射在导光板94的一侧上的光。
如图6中上面和下面的放大圆圈所示,导光板94的光出射表面(上面的放大圆圈)和相对的表面(下面的放大圆圈)的结构分别与图1和图4中示出的导光板的光出射表面和相对表面的结构相同。因此,通过利用导光板94,可以极大地提高光效率。
多个棱镜741b位于导光板94的下表面上以使光聚焦。如果具有多个棱镜741b的导光板94的聚焦的光分布用图表示,则该图将反映出在水平角度分布中半角(half width angle)为83度,在垂直角度分布中半角为27度。因此,在垂直方向的聚焦可有效地实现。
图7示出了具有根据本发明的图1中的背光模组70的显示装置100。尽管图7示出了图1中示出的背光模组70,但是该背光模组是本发明的一个示例性背光模组,并且本发明并不限于此。因此,根据本发明的其它示例性实施例的背光模组可被用于该显示装置。
面板单元50可采用液晶显示面板。液晶显示面板是本发明的一个示例性面板,本发明并不限于此。如果需要也可以使用其它面板。
显示装置100包括面板单元50和背光模组70。通过使用顶框60,面板单元50被稳固地固定在背光模组70上。面板单元组件40包括面板单元50、驱动器集成电路(IC)封装41和42以及印刷电路板(PCB)44。作为驱动器IC封装的示例,可使用薄膜覆晶(COF)和载带封装(TCP)等。PCB 44可被顶框60的侧表面密封。
面板单元50包括:薄膜晶体管(TFT)面板51,包括多个TFT;滤色器面板53,位于TFT面板51的上方;液晶分子(未示出),注入在面板51和面板53之间。偏振板附于滤色器面板53的上部和TFT面板51的下部,用于使穿过面板单元50的光偏振。
TFT面板51是透明的玻璃基底,其中,TFT基本上以矩阵排列。每个TFT的源端口连接到数据线,每个TFT的栅端口连接到栅极线。每个TFT的漏端口连接到像素电极,该像素电极由透明的导电材料如氧化铟锡(ITO)制成。
当PCB 44的电信号被输入到面板单元50的栅极线和数据线时,电信号被传输到TFT的栅端口和源端口。根据电信号的输入,TFT导通或截止,从而用于形成图像的电信号被输出到TFT的漏端口。
另一方面,放置滤色器面板53使其面向TFT面板51。滤色器面板53是在其上通过利用薄膜形成工艺来形成RGB滤色器的面板。当光穿过RGB滤色器时,所述滤色器表现预定的颜色。由ITO制成的共电极位于滤色器面板53的整个表面上。当电源被供应到栅端口和源端口以导通TFT时,在TFT面板51的像素电极和滤色器面板53的共电极之间产生电场。由于该电场,注入在TFT面板51和滤色器面板53之间的液晶分子的排列角度发生改变,从而穿过面板51和面板53的光的透射率发生改变。结果,可获得期望的图像。
印刷电路板44接收外部图像信号并将驱动信号施加到栅极线和数据线,并且印刷电路板44与附于面板单元50的驱动器IC封装41和42连接。为了驱动显示装置100,PCB 44传输栅极驱动信号和数据驱动信号。即,栅极驱动信号和数据驱动信号通过驱动器IC封装41和42被分别施加到面板单元50的栅极线和数据线。控制板(未示出)位于背光模组70的后表面上。控制板与PCB 44连接以将模拟数据信号转换成数字数据信号,并将该数字数据信号施加到面板单元50。
现在,将参照图8和图9来描述面板单元50的操作。
TFT面板71包括多条显示信号线G1-Gn和D1-Dm。TFT面板71还包括多个像素PX,所述多个像素PX连接到多条显示信号线G1-Gm和D1-Dm并基本上以矩阵排列。
显示信号线G1-Gn和D1-Dm包括用于传输栅极信号(有时被称作“扫描信号”)的多条栅极线G1-Gn和用于传输数据信号的多条数据线D1-Dm。栅极线G1-Gn基本上在行方向上基本相互平行地延伸,数据线D1-Dm基本上在列方向上基本相互平行地延伸。
每个像素PX包括连接到显示信号线G1-Gn和D1-Dm的开关器件Q、连接到开关器件Q的液晶电容器CLC和存储电容器CST。如果需要,存储电容器CST可被省略。
开关器件Q是三端口器件,如位于TFT面板71上的TFT,并具有与栅极线G1-Gn之一连接的控制端、与数据线D1-Dm连接的输入端以及与液晶电容器CLC和存储电容器CST连接的输出端。
液晶电容器CLC的两端口是TFT面板71上的像素电极190和滤色器面板73上的共电极270。液晶层3介于两个电极190和270之间并作为介电元件。像素电极190与开关元件Q连接,共电极270位于滤色器面板73的整个表面上,用于接收共电压Vcom。可选择地,共电极270可位于TFT面板71上,在这种情况下,两个电极190和270中的至少一个可以线形或条形形成。
通过将单独的信号线(未示出)和设置在TFT面板71上的像素电极190叠置,并将绝缘元件置于它们之间来构造对液晶电容器CLC具有辅助功能的存储电容器CST,预定的电压如共电压Vcom被施加到单独的信号线。然而,可选择地可通过将像素电极190和就在其上方的前栅极线叠置并将绝缘元件置于它们之间来构造存储电容器CST。
信号控制器600从外部图形控制器(未示出)接收输入图像信号R、G、B和用于控制图像信号R、G、B的显示的输入控制信号。作为输入控制信号的示例,可以是垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK和数据使能信号DE。基于输入控制信号和输入图像信号R、G、B,信号控制器600根据面板单元50(见图8)的操作条件来处理图像信号R、G、B以产生栅极控制信号CONT1、数据控制信号CONT2等。接着,信号控制器600将产生的栅极控制信号CONT1发送到栅极驱动器400,将产生的数据控制信号CONT2和处理的图像信号DAT发送到数据驱动器500。
栅极控制信号CONT1包括:扫描起始信号STV,用于指示栅极导通电压Von的输出开始;至少一个时钟信号,用于控制栅极导通电压Von的输出周期和输出电压。
数据控制信号CONT2包括:水平同步起始信号STH,用于指示图像数据DAT的传输开始;加载信号LOAD,用于命令将相关的数据电压施加到数据线D1-Dm;数据时钟信号HCLK。数据控制信号CONT2还包括用于将数据信号相对于共电压Vcom的电压极性(以下,将“数字信号相对于共电压Vcom的电压极性”缩写为“数据信号极性”)反转的反转信号RVS。
为了控制背光模组70的操作,除了控制信号CONT1和CONT2之外,信号控制器600可将其它控制信号和时钟信号发送到背光模组70。
响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2,对于一个像素行,数据驱动器500顺序地接收并转换数字图像数据DAT,然后从由灰阶电压发生器800供给的灰阶电压中选择与数字图像数据DAT对应的灰阶电压,从而图像数据DAT被转换成相关的数据电压。然后,该数据电压被施加到相关的数据线D1-Dm。
栅极驱动器400根据来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1将栅极导通电压Von施加到栅极线G1-Gn,以导通与栅极线G1-Gn连接的开关元件Q。结果,通过导通的开关元件Q,将施加到数据线D1-Dm的数据电压施加到相关的像素PX。
施加到像素PX的数据电压和共电压Vcom之间的差为液晶电容器CLC的充电电压,即,像素电压。液晶分子的排列根据像素电压的强度改变。
以一个水平周期(1H),即,水平同步信号Hsync的一个周期为单位,数据驱动器500和栅极驱动器400对于下一像素重复执行上述操作。照这样,在一个帧期间,栅极导通电压Von被施加到所有栅极线G1-Gn,从而数据电压被施加到所有像素。当一帧结束时,下一帧开始,控制施加到数据驱动器500的反转信号RVS的状态,使得施加到每个像素的数据信号的极性与前一帧中的所述极性相反(帧反转)。此时,即使在一个帧中,根据反转信号RVS的特性,流经一条数据线的数据信号的极性也可被反转(行反转和点反转)。此外,施加到一个像素行的数据信号的极性可相互不同(列反转和点反转)。
在根据本发明的背光模组中,由于导光板包括偏振变换层和偏振提取层,所以可利用100%的偏振分量来发光,从而能够极大地提高光效率。
此外,由于多个折射元件从导光板主体的表面突出,所以可容易实现光的双折射。
此外,由于偏振变换层具有根据方向而变化的多个折射系数,所以可容易实现偏振变换。
此外,由于偏振变换层具有许多液晶聚合物,所以只有S偏振分量可穿过,因此能够提高光效率。
尽管已经描述了本发明的示例性实施例和修改的示例,但是本发明不限于在此的示例性实施例和示例,而且在不脱离本发明的权利要求书、详细的说明书和附图的范围的情况下,可以以各种形式作出修改。因此,自然这些修改也属于本发明的范围。