CN101349406B

CN101349406B - 背光模块

Info

Publication number: CN101349406B
Application number: CN2008102128555A
Authority: CN
Inventors: 范富诚; 蓝翊瑄
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: CN101349406A

Abstract

一种背光模块包含有一框架、一扩散件、一第一光源以及一导光板，其中该扩散件设置于该框架内，且该扩散件内掺杂有多个扩散粒，所述多个扩散粒的折射率小于该扩散件的折射率，此外，该扩散件具有一第一入光面以及一出光面，该第一光源设置于该扩散件的一长轴方向上且位于该第一入光面的一侧，该导光板则设置于该出光面的一侧。由此，该背光模块若是使用发光二极管作为光源，则可通过光线与扩散粒之间的散射来改善发光二极管在色彩混合上所出现的低均匀度问题，而若是使用激光作为光源，则可利用激光光束的光线特性来达到超高色彩饱和度与超广色域的效果，从而增进液晶显示器在显示色彩上的表现。

Description

背光模块

技术领域

本发明涉及一种背光模块，特别涉及一种具有扩散粒结构的背光模块。

背景技术

由于液晶本身不发光，为了能使其能正常显示影像，现今所使用的方法为利用背光模块以提供充足亮度与分布均匀的面光源至液晶显示器，进而使液晶显示器显示出相对应的影像，由此可知，背光模块为液晶显示器面板的关键元件之一。目前背光模块所使用的光源主要有冷阴极射线管(ColdCathode Fluorescent Lamp，CCFL)以及发光二极管(Light Emitting Diode，LED)两种，其分别具有不同的优缺点，举例来说，冷阴极射线管具有高亮度的优点，但是仅有4800K左右的色温表现，因此就限制了液晶显示器的色彩表现，而发光二极管则具有色彩饱和度高、色域广以及寿命长等优点，然而发光二极管在混成自然光的控制上却一直存在有调整困难的问题，另外，也存在有因发光二极管的发光角度所引起的亮点(Hot Spot)的显示问题。由上述可知，冷阴极射线管与发光二极管在作为提供光线的光源上均有其各自的应用限制，因此，就出现了利用激光光源取代上述两种光源的方法，也就是利用激光光源所产生的激光光束的同调性以及单色性来达到超高色彩饱和度与超广色域的效果，从而增进液晶显示器在显示色彩上的表现。

于现有技术中，背光模块内激光光源的应用方法通常利用光纤来传导激光光源所产生的激光光束，请参阅图1，图1为现有技术具有激光光源的一背光模块10的示意图。背光模块10包含有一激光光源12、一光纤14、一荧光体层16，以及一导光板18。由图1可知，光纤14内形成有凹槽结构20，如此一来，激光光源所产生的激光光束就可以通过与光纤内壁之间的全反射以及与如图1所示光纤后端的凹槽结构20之间的反射来入射至荧光体层16中，在经过荧光体层16后，即可产生相对应的激光光束至导光板18中，从而进行后续光源处理流程，然而由于激光光束在经由凹槽结构20的反射过程中，会同时产生散射的现象，因此会造成额外光线散失的问题，故在整个激光光束传导至导光板18的过程中，一直存在有激光光束的光均匀度以及出光效率不佳的问题。

发明内容

因此，本发明提供一种具有扩散粒结构的背光模块，其将掺杂有一特定浓度的扩散粒的扩散件配置于导光板的一侧，通过光线与扩散粒之间的散射以及与框架之间的反射来提高光线入射至导光板的光均匀度以及出光效率，从而解决上述的问题。

本发明提供一种背光模块，包含有一框架；一扩散件，设置于该框架内，该扩散件具有一第一入光面以及一出光面；多个扩散粒，掺杂于该扩散件内，所述多个扩散粒的折射率小于该扩散件的折射率，其中掺杂于该扩散件内的所述多个扩散粒的体积百分比浓度实质上介于0.001％至0.1％；一第一光源，设置于该扩散件的一长轴方向上且位于该第一入光面的一侧；以及一导光板，设置于该出光面的一侧，其中，该第一光源为激光光源。

相对于现有技术使用冷阴极射线管或发光二极管作为背光模块的光源的方式或是使用光纤传导激光光束至导光板的设计，本发明所提供的背光模块将掺杂有一特定浓度的扩散粒的扩散件配置于导光板的一侧，通过光线与扩散粒之间的散射以及与框架之间的反射来提高光源所产生的光线入射至导光板的出光效率以及光均匀度，如此一来，本发明所提供的背光模块若是使用发光二极管(如红绿蓝发光二极管)作为光源，则可通过光线与扩散粒之间的散射来改善发光二极管在色彩混合上所出现的低均匀度问题，而若是本发明所提供的背光模块使用激光作为光源，则可利用激光光束的同调性以及单色性的光线特性来达到超高色彩饱和度与超广色域的效果，从而增进液晶显示器在显示色彩上的表现，除此之外，也可同时避免激光光源在使用光纤传导上常见的出光效率以及光均匀度的低效能表现。

附图说明

图1为现有技术具有激光光源的背光模块的示意图。

图2为本发明第一实施例背光模块的分解示意图。

图3为图1背光模块的组合示意图。

图4为本发明第二实施例背光模块的内部结构的俯视放大示意图。

图5为本发明第三实施例背光模块的内部结构的俯视放大示意图。

图6为图4背光模块加入空气折射层后的内部结构的俯视放大示意图。

图7为图5背光模块加入空气折射层后的内部结构的俯视放大示意图。

图8为本发明第四实施例背光模块的内部结构的侧面示意图。

图9为本发明第五实施例背光模块内部结构的俯视示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、50、100、150、200背光模块 12激光光源

14光纤 16荧光体层

18导光板 20凹槽结构

52框架 54扩散件

56扩散粒 58第一光源

60导光板 62第一入光面

64出光面 66、102连续棱柱折射结构

68、104、154空气折射层 152不连续棱柱折射结构

202反射延伸部 252发光二极管光源

254第二光源 256第二入光面

具体实施方式

请同时参阅图2以及图3，图2为本发明第一实施例一背光模块50的分解示意图，图3为图2背光模块50的组合示意图。背光模块50包含有一框架52、一扩散件54、多个扩散粒56、一第一光源58以及一导光板60。框架52的内壁为一反射面，其可用来反射入射到框架52内壁的光线。扩散件54设置于框架52内，扩散件54由压克力系材质所组成，而扩散件54的折射率实质上介于1.49至1.6，扩散件54具有一第一入光面62以及一出光面64(如图2所示)，第一入光面62的一法线方向实质上平行于扩散件54的一长轴方向(即图2中的Y轴方向)，且出光面64的一法线方向(即图2中的X轴方向)实质上垂直于扩散件54的该长轴方向。多个扩散粒56掺杂于扩散件54内，其掺杂成型的方法采用一般常见的工艺，如紫外线固化(UVcuring)工艺、热固化(thermal curing)工艺，或射出成型工艺等。在此实施例中，掺杂于扩散件54内的扩散粒56的浓度实质上较佳地为0.1％，而每一扩散粒56的直径可不必完全相同，每一扩散粒56的直径实质上介于3μm至12μm，如此即可增加多个扩散粒56掺杂于扩散件54中的乱度，进而提高自扩散件54所射出的光线色彩及辉度的均匀度。另外，多个扩散粒56也是由压克力系材质所组成，其折射率实质上介于1.41至1.49，当扩散件54的折射率为1.49时，多个扩散粒56的折射率较佳地为1.41，而当扩散件54的折射率为1.6时，则多个扩散粒56的折射率较佳地为1.49，意即扩散粒56与扩散件54搭配时，扩散粒56的折射率小于扩散件54的折射率。第一光源58设置于上述扩散件54的该长轴方向上且位于第一入光面62的一侧，第一光源58可较佳地为一激光光源或是一红绿蓝发光二极管(RGB LED)光源。导光板60设置于出光面64的一侧。另外，请参阅图4，图4为本发明第二实施例一背光模块100的内部结构的俯视放大示意图，第二实施例中与第一实施例所示的元件附图标记相同的元件，表示其具有相似的功能或相对应的位置，于此不再赘述。背光模块100与背光模块50不同之处在于棱柱折射结构的设计。由图4可知，扩散件54的出光面64上形成有一连续棱柱折射结构102，从而增加第一光源58对导光板60的出光效率，连续棱柱折射结构102的棱柱顶角实质上介于140°至160°。此外，上述扩散件54可以射出成型的方式与导光板60一体成型，或是扩散件54与导光板60可在各自成型后再进行后续相关的配置，至于选用何种方式，根据工艺需求与实际应用而定。

接下来针对背光模块100的导光原理进行详细的介绍。请参阅图4，在第一光源58所产生的光线沿着扩散件54的长轴方向(即图4中的Y轴方向)进入扩散件54之后，当第一光源58所产生的光线入射至掺杂在扩散件54内的扩散粒56时，光线即会因扩散件54与扩散粒56的折射率不同的缘故而发生折射与反射的现象，进而产生散射的效果，而在经过不断地与掺杂于扩散件54内的多个扩散粒56产生散射现象以及与框架52内壁的反射后，绝大部分的光线即可入射至出光面64处，接着经过上述连续棱柱折射结构102(可降低光线全反射发生的机率)后，第一光源58射入扩散件54的光线即可以极高的出光效率(约86％)以及光均匀度(约78％)射入导光板60中，以利背光模块100后续光源处理流程。此外，上述使光线在扩散件54内产生散射效果的机制可不限于利用扩散件54与扩散粒56间的折射率差异来完成，举例来说，多个扩散粒56也可为红绿荧光粉粒，其作用机制为吸收蓝光并激发出红光与绿光，由于其所发出的红光与绿光并无方向性可言，因此也可同样使光线在扩散件54内产生上述散射的效果。

值得一提的是，上述扩散件54的出光面64的结构并不限于上述的连续棱柱折射结构102的设计，其也可采用其他用来降低光线全反射现象的折射结构设计，举例来说，请参阅图5，图5为本发明第三实施例一背光模块150的内部结构的俯视放大示意图，第三实施例中与第二实施例中所述的元件附图标记相同的元件，表示其具有相同的功能或相对应的位置，于此不再赘述。背光模块150与第一实施例的背光模块100不同之处在于折射结构的设计。由图5可知，扩散件54的出光面64上形成有一不连续棱柱折射结构152，不连续棱柱折射结构152的棱柱顶角实质上介于90°至120°，而透过不连续棱柱折射结构152的设计，同样也可降低光线经过出光面64时会产生全反射的机率，进而提高第一光源58对导光板60的出光效率。此外，上述出光面64上折射结构的增加及改变也会造成掺杂于扩散件54内的扩散粒56的浓度的改变，也就是说，随着出光面64上折射结构的改变，掺杂于扩散件54内的扩散粒56的浓度约在0.001％至0.1％的范围内变动，举例来说，若是出光面64上形成有如图4所示的连续棱柱折射结构102，则掺杂于扩散件54内的扩散粒56的浓度可较佳地为0.01％～0.05％；而且，若是在此条件下，连续棱柱折射结构102与导光板60之间又形成有一空气折射层104时(如图6所示)，则掺杂于扩散件54内的多个扩散粒56的浓度可再下降而较佳地为0.001％～0.005％。而若是出光面64上形成有如图5所示的不连续棱柱折射结构152，则掺杂于扩散件54内的扩散粒56的浓度较佳地为0.05％～0.1％；同理，若是在此条件下，不连续棱柱折射结构152与导光板60之间又形成有一空气折射层154(如图7所示)，则掺杂于扩散件54内的多个扩散粒56的浓度可再下降而较佳地为0.005％～0.01％。上述连续棱柱折射结构102与不连续棱柱折射结构152在导光特性上有所差异，连续棱柱折射结构102能将较多的光线导入导光板60中，但光的辉度均匀度需要经由导光板60做调整，而不连续棱柱折射结构152的光耦合效率较差，但在光辉度均匀度的表现上比连续棱柱折射结构102好。上述折射结构的选用根据背光模块的尺寸决定，举例来说，若是背光模块的尺寸小于5英寸以下，则可选用连续棱柱折射结构102，而若是背光模块的尺寸大于8英寸以上，则是选用不连续棱柱折射结构152。另外，上述扩散粒56的浓度也取决于背光模块的长轴尺寸，从而使第一光源58所产生的光线能均匀地分布于扩散件54内，本发明所提供的背光模块的长轴尺寸较佳地为11公分，然而由于扩散柱54单位长度的扩散强度与扩散粒56的浓度成正比且实际进入导光板60的光量与扩散距离成正比，因此当根据实际应用需求必须增加背光模块的长轴尺寸时(如20公分)，扩散粒56的浓度也必须随之降低。

除此之外，请参阅图8，图8为本发明第四实施例一背光模块200的内部结构的侧面示意图。第四实施例中与第一实施例中所述的元件附图标记相同的元件，表示其具有相同的功能或相对应的位置，于此不再赘述。背光模块200与第一实施例的背光模块50不同之处在于框架的设计。在此实施例中，掺杂于扩散件54内的扩散粒56的浓度较佳地为0.1％，另外，框架52具有一反射延伸部202，连接于导光板60的一侧，用来反射导光板60自扩散件54所接收的光线。

接下来，请参阅图9，图9为本发明第五实施例一背光模块250内部结构的俯视示意图。第五实施例中与第二实施例中所述的元件附图标记相同的元件，表示其具有相同的功能或相对应的位置，于此不再赘述。背光模块250与第二实施例的背光模块100不同之处在于光源的配置。由图9可知，背光模块250可另包含有一发光二极管光源252，发光二极管光源252设置于扩散件54的一短轴方向(即图9中的X轴方向)上且位于框架52以及扩散件54之间，而在此实施例中，第一光源58可较佳地为一绿光激光光源，其波长约为546.1nm，且发光二极管光源252可相对应地为一红蓝发光二极管光源，如此一来，背光模块250即可利用第一光源58与发光二极管光源252在扩散件54内交互的混光作用而提供一高出光效率以及高色彩均匀度与高辉度均匀度的白光给导光板60，上述第一光源58与发光二极管光源252也可采用其他形式的混光配合，举例来说，第一光源58可为一蓝光激光光源，其波长约为435.8nm，且发光二极管光源252可相对应地为一红绿发光二极管光源；或是第一光源58可为一红光激光光源，其波长约为700nm，且发光二极管光源252可相对应地为一绿蓝发光二极管光源。此外，由图9可知，背光模块250可另包含有对应第一光源58的一第二光源254，第二光源254设置于扩散件54的该长轴方向上(即图9中的Y轴方向)且位于扩散件54的一第二入光面256的一侧，第二入光面256的一法线方向实质上平行于扩散件54的该长轴方向(即图9中的Y轴方向)，在此实施例中，第二光源254也同样地较佳为一绿光激光光源，也就是说，第二光源254用来与第一光源58共同提供光线分别从第一入光面62以及第二入光面256入射至扩散件54中，从而提高入射至导光板60的光线的亮度。上述实施例中所提及的结构的变化均可应用于第五实施例中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明所申请的专利保护范围所做的等同性变化与修饰，皆应包括在本发明所附权利要求书所要求保护的范围内。

Claims

1.一种背光模块，包含有：

一框架；

一扩散件，设置于该框架内，该扩散件具有一第一入光面以及一出光面；

多个扩散粒，掺杂于该扩散件内，所述多个扩散粒的折射率小于该扩散件的折射率，其中掺杂于该扩散件内的所述多个扩散粒的体积百分比浓度实质上介于0.001％至0.1％；

一第一光源，设置于该扩散件的一长轴方向上且位于该第一入光面的一侧；以及

一导光板，设置于该出光面的一侧，

其中，该第一光源为激光光源。

2.如权利要求1所述的背光模块，其中该第一入光面的一法线方向实质上平行于该扩散件的该长轴方向，且该出光面的一法线方向实质上垂直于该扩散件的该长轴方向。

3.如权利要求1所述的背光模块，还包含有对应该第一光源的一第二光源，该第二光源设置于该扩散件的该长轴方向上且位于该扩散件的一第二入光面的一侧，该第二入光面的一法线方向实质上平行于该扩散件的该长轴方向。

4.如权利要求1所述的背光模块，其中所述多个扩散粒由压克力系材质所组成。

5.如权利要求4所述的背光模块，其中所述多个扩散粒的折射率实质上介于1.41至1.49。

6.如权利要求1所述的背光模块，其中该扩散件由压克力系材质所组成。

7.如权利要求6所述的背光模块，其中该扩散件的折射率实质上介于1.49至1.6。

8.如权利要求1所述的背光模块，其中掺杂于该扩散件内的所述多个扩散粒的体积百分比浓度实质上介于0.005％至0.1％。

9.如权利要求1所述的背光模块，其中该导光板与该扩散件一体成形。

10.如权利要求9所述的背光模块，其中该导光板以射出成型的方式与该扩散件一体成形。

11.如权利要求1所述的背光模块，其中该扩散件的该出光面上形成有一连续棱柱折射结构。

12.如权利要求11所述的背光模块，其中该连续棱柱结构的棱柱顶角实质上介于140°至160°。

13.如权利要求11所述的背光模块，其中掺杂于该扩散件内的所述多个扩散粒的体积百分比浓度实质上介于0.01％至0.05％。

14.如权利要求11所述的背光模块，其中该连续棱柱折射结构与该导光板之间形成有一空气折射层。

15.如权利要求14所述的背光模块，其中掺杂于该扩散件内的所述多个扩散粒的体积百分比浓度实质上介于0.001％至0.005％。

16.如权利要求1所述的背光模块，其中该扩散件的该出光面上形成有一不连续棱柱折射结构。

17.如权利要求16所述的背光模块，其中该不连续棱柱结构的棱柱顶角实质上介于90°至120°。

18.如权利要求16所述的背光模块，其中掺杂于该扩散件内的所述多个扩散粒的体积百分比浓度实质上介于0.05％至0.1％。

19.如权利要求16所述的背光模块，其中该不连续棱柱折射结构与该导光板之间形成有一空气折射层。

20.如权利要求19所述的背光模块，其中该扩散件内所掺杂的所述多个扩散粒的体积百分比浓度实质上介于0.005％至0.01％。

21.如权利要求1所述的背光模块，其中该框架具有一反射延伸部，该反射延伸部连接于该导光板的一侧，用来反射该导光板自该扩散件所接收的光线。

22.如权利要求1所述的背光模块，其中该框架的内壁为一反射面。

23.如权利要求1所述的背光模块，还包含有一发光二极管光源，设置于该扩散件的一短轴方向上且位于该扩散件以及该框架之间。

24.如权利要求1所述的背光模块，其中该第一光源为一红绿蓝发光二极管光源。

25.如权利要求1所述的背光模块，其中每一扩散粒的直径介于3μm至12μm。