CN102287690B - 背光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种背光模块，其包含光源、导光板、光发散元件、高反射率微结构，与高扩散率微结构。导光板具有相对的第一表面与第二表面，第一表面面对光源。光发散元件设置于光源与导光板之间。高反射率微结构设置于第二表面。高扩散率微结构设置于第一表面。

Description

背光模块
技术领域
本发明涉及一种背光模块，且特别是涉及一种直下式光源背光模块。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)具有高画质、体积小、重量轻、低电压驱动、低消耗功率及应用范围广等优点，故已广泛的应用于可携式电视、移动电话、摄录放影机、笔记型电脑、以及桌上型显示器等消费性电子或电脑产品中，成为显示器的主流。
液晶显示器中主要包含有液晶面板与背光模块两大部分，其中背光模块用以提供稳定的面光源。以光源放置的位置来分类，背光模块可分为侧光式(Side-lighting)以及直下式(Bottom-lighting)两种。侧光式背光模块中，光源位于模块的侧边，通过导光板将光导向前方让面板发光，常用于小尺寸液晶荧幕；而直下式背光模块中，光源位于模块的正后方直接向前发光至面板，通常应用于大尺寸液晶显示器。
由于现今产品的取向多为轻薄设计，直下式背光模块的厚度便成为极欲改善的问题。因此，如何有效地提升直下式背光模块的光学效率，且减少直下式背光模块的厚度，便成为一个重要的课题。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种薄型直下式背光模块，用以减少液晶显示器的厚度。
依照本发明一实施例，提出一种背光模块，包含多个光源、导光板、光发散元件、高反射率微结构，与高扩散率微结构。导光板具有相对的第一表面与第二表面，第一表面面对光源。光发散元件设置于光源与导光板之间。高反射率微结构设置于第二表面。高扩散率微结构设置于第一表面。
高反射率微结构的图案密度由每一光源起向外渐减。高反射率微结构在对应光源处的覆盖率大于70％。高反射率微结构在对应相邻两光源的中点处的覆盖率为30％。高反射率微结构的反射率大于70％。
高扩散率微结构的图案密度由每一光源起向外渐增。高扩散率微结构在对应相邻两光源的中点处的覆盖率为70％。高扩散率微结构在邻近光源处的覆盖率趋近于零。高扩散率微结构可为外凸结构或是内凹结构。
光发散元件可以为设置于第一表面上的非球面凹洞，光源位于非球面凹洞之中。非球面凹洞可为子弹形凹洞，背光模块还包含多个透镜，设置于光源上，其中每一透镜为中心内凹的透镜。或者，非球面凹洞具有平坦顶面，背光模块还包含菲涅耳透镜，形成于平坦顶面上。
背光模块的第二表面可为平坦表面，光发散元件为设置于平坦表面上的菲涅尔透镜。背光模块还包含至少一反射片，反射片具有开口，光源位于开口中。其中光源与第一表面的间距小于反射片与第一表面的间距。
背光模块还包含背板，背板具有凹槽，光源放置于凹槽中。反射片包含斜面，用以定义开口。
背光模块还包含高扩散率板材，设置于高反射率微结构上。高扩散率板材的穿透率小于70％。
本发明通过形成在导光板上的高反射率微结构与高扩散率微结构，可以有效抑制正向出光并使光源所发出的光线横向发散地更广，使得背光模块的面光源更为均匀化。背光模块中更具有光发散元件使得光源发散的光线答成大角度的折射，以进一步抑制正向出光，并通过高扩散率板材均匀化光源通过导光板所发出的光线。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：
图1为本发明的背光模块第一实施例的剖视图；
图2为高反射率微结构的局部上视图；
图3为图1的局部放大图；
图4为本发明的背光模块第二实施例的剖视图；
图5为本发明的背光模块第三实施例的剖视图；
图6为本发明的背光模块第四实施例的剖视图；
图7为本发明的背光模块第五实施例的剖视图。
主要元件符号说明
100：背光模块
110：光源
112：发光面
114：定义点
120：导光板
122：第一表面
124：第二表面
130：光发散元件
130a：光发散元件
130b：光发散元件
132：平坦顶面
134：菲涅尔透镜
140：高反射率微结构
150：高扩散率微结构
160：透镜
170：基板
180：反射片
181：第一开口
182：反射片
183：第二开口
184：开口
186：斜面
190：高扩散率板材
192：背板
194：凹槽
200a：光线
200b：光线
200c：光线
具体实施方式
以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
参照图1，其为绘示本发明的背光模块第一实施例的剖视图。背光模块100包含有多个光源110、导光板120、光发散元件130、高反射率微结构140以及高扩散率微结构150。其中导光板120具有相对的第一表面122以及第二表面124，第一表面122为面对光源110的一面。光发散元件130设置于光源110与导光板120之间。高反射率微结构140设置于导光板120的第二表面124，高扩散率微结构150设置于导光板120的第一表面122。
高扩散率微结构150可以通过注塑成形、热压、蚀刻、印刷等制作工艺形成在导光板120上，高反射率微结构140可以通过印刷等制作工艺形成在导光板120上。高反射率微结构140为突出于第二表面124的外凸结构。根据不同制作工艺与设计的考量，高扩散率微结构150可以为突出于第一表面122且位于导光板120外侧的外凸结构，或者，高扩散率微结构150可以为凹陷于第一表面122且位于导光板120内的内凹结构。高反射率微结构140与高扩散率微结构150可为圆点结构，或者在其他实施例中，高反射率微结构140与高扩散率微结构150的形状可以为椭圆形、多边形、或是不规则状。
高反射率微结构140的反射率大于70％，较佳地为大于90％。本实施例中，高反射率微结构140通过印刷制作工艺形成在导光板120的第二表面124上，高反射率微结构140的材料为二氧化钛(TiO2)墨水。
同时参照图1与图2，图2为高反射率微结构140的局部上视图。高反射率微结构140的图案密度由每一个光源110起向外递减，换言之，高反射率微结构140在对应于光源110的发光面112的覆盖率为最高值，而在相邻两光源110的中点处的覆盖率为最低值。前述的覆盖率的定义为单位面积中，高反射率微结构140所占的比例，如单位面积内全覆盖有高反射率微结构140，则视为覆盖率100％，若是单位面积中完全没有高反射率微结构140，则视为覆盖率0％。高反射率微结构140在对应于光源110之处的覆盖率需大于70％，即光源110投影到导光板120的范围处上方的高反射率微结构140的覆盖率需大于70％。为避免因周期性微结构分布造成局部暗点(localdimming)，导光板120的第二表面124上的高反射率微结构140在相邻两光源110的中点处的覆盖率仍需大于30％。
回到图1，高扩散率微结构150可以通过蚀刻制作工艺形成在导光板120的第一表面122上。高扩散率微结构150的材料可以为二氧化硅(SiO2)。相对于高反射率微结构140的图案分布，高扩散率微结构150的图案分布则是从每一个光源110向外渐增。换言之，高扩散率微结构150的覆盖率在邻近光源110之处为最小值，高扩散率微结构150的覆盖率在相邻两光源110之间为最大值。同样地，前述的覆盖率的定义为单位面积中，高扩散率微结构150所占的比例，如单位面积内全覆盖有高扩散率微结构150，则视为覆盖率100％，若是单位面积中完全没有高扩散率微结构150，则视为覆盖率0％。其中高扩散率微结构150在邻近光源110处的覆盖率趋近于零，高扩散率微结构150在相邻两光源110的中点处的的覆盖率为70％。
参照图3，其为绘示图1的局部放大图。光发散元件130为多个非球面凹洞。光发散元件130设置于导光板120的第一表面122上，光源110则是位于非球面凹洞的光发散元件130之中。此些非球面凹洞为子弹型凹洞。如以光源110的发光面112的中心点作为定义点114，则非球面凹洞的剖面轮廓的分布是由定义点114至非球面凹洞的顶端(0°)的距离到定义点114到非球面凹洞的侧端(90°)的距离为逐渐减小，用以抑制正向出光的作用。非球面凹洞的分布定义如下：
R1(0°)-R1(θ)＞0，90°＞θ＞0°
其中R1为定义点114到非球面凹洞的距离，θ为定义点114到非球面内凹洞的距离与定义点114到非球面内凹洞正上方的顶端的夹角。
背光模块100中可还包含有多个透镜160，分别设置在光源110上，位于光发散元件130内。透镜160较佳地为远场光场型中心强度下降的透镜，用以降低导光板120上因周期性微结构分布而产生的局部暗点(localdimming)。透镜160具有中心内凹的轮廓剖面，用以抑制光源110的中心强度。透镜160的分布定义如下：
R2(0°)-R2(θ)＜0；且
R2(θ1)-R2(θ2)＜0，其中θ1＜θ2
其中，R2为定义点114到透镜160上表面的距离，θ为定义点114到透镜160上表面与定义点114到透镜160之内凹洞中心的夹角。
背光模块100还包含有基板170以及反射片180，反射片180位于基板170以及导光板120之间，光源110设置于基板170上并与基板170电性导通，以通过基板170控制光源110。反射片180上具有开口184，以露出设置于基板170上的光源110。基板170可以为印刷电路板、软性印刷电路板或是铝基板。
光源110向第二表面124所发出的光线可以通过高反射率微结构140反射以及高扩散率微结构150的扩散，而可以在导光板120横向地传递的较广一点，使得背光模块100提供均匀的面光源。
再回到图1，更具体地说，光源110发出的发散角度较小的光线200a会直接照射向光源110上方覆盖率较高的高反射率微结构140，而再一次地被高反射率微结构140反射回光源110，由于入射光与反射光之间些微的角度差，光线200a会朝向光源110两侧发散，由于光源110两侧的高扩散率微结构150的覆盖率较低，因此大部分的光线200a会照射到反射片180上，并通过反射片180再一次地将光线200a反射向高反射率微结构140。光线200a被重复在高反射率微结构140与反射片180之间进行多次反射。在光线200a行进的过程中陆续有部分的光线200a会自第二表面124射出，且此过程中通过高扩散率微结构150的作用，使得光线200a可以在导光板120内扩散地更为均匀。当光线200a行进至两光源110的中点处，即高反射率微结构140的覆盖率较低处，光线200a便可轻易地由此处穿出。
而光源110所发出的发散角度较大的光线200b、200c则会射向两光源110中间的覆盖率较低的高反射率微结构140处。如光线200b有较高的机率不会碰到高反射率微结构140，光线200b便可轻易地从两光源110中间射出。或是，当另一发散角度的光线200c遇到高反射率微结构140时，会由此再一次反射，由于具有较大的入射角，使得光线200c在导光板120中横向行进的距离变大。
综上所述，可以得知发散角度越小的光线，如光线200a，会在导光板120中进行较多次的反射，并有较低的机率从光源110正上方射出，而是倾向于在多次反射后由光源110的中间的位置射出。发散角度较大的光线较为容易在光源110中间处射出如光线200b，或是在导光板120中进行横向前进，如光线200c。由此，可以有效避免光源110正上方的局部亮点的产生，并增加光线在导光板120中的横向行进距离，使得光线扩散地更均匀。光线可以轻易地自两光源110中点处穿出，且不易直接由光源110正上方射出，同样使背光模块的100的亮度更为均匀。
背光模块100通过光发散元件130、高反射率微结构140、高扩散率微结构150，以及透镜160的分布，可以有效地抑制正向出光的中心强度，使得背光模块100的出光更为均匀。另外，由于光源110为埋设在非球面凹洞的光发散元件130，光源110位于导光板120的内部，因此，可以有效地减少直下式背光模块100的厚度。
应了解到，在以下叙述中，包含高反射率微结构140与高扩散率微结构150的布局等已经在上述实施例中叙述过的内容，将不再重复赘述，合先叙明。
参照图4，其为绘示本发明的背光模块第二实施例的剖视图。背光模块100还包含有高扩散率板材190，设置于高反射率微结构140上，其中高扩散率板材190的穿透率小于70％。高扩散率板材190可以用以模糊化导光板120第二表面124上的高反射率微结构140，使光源110的光线混合得更为均匀。
参照图5，其为绘示本发明的背光模块第三实施例的剖视图。背光模块100的光发散元件130a为非球面凹洞，非球面凹洞具有平坦顶面132，背光模块100还包含有菲涅尔透镜(Fresnel lens)134，形成于平坦顶面132上。其中菲涅尔透镜134的范围至少涵盖光源110的发光面112向上投影至导光板120的面积。菲涅尔透镜134可以进一步扩散光源110所发出的光线，以均匀化背光模块100所发出的面光源。
参照图6，其为绘示本发明的背光模块第四实施例的剖视图。背光模块100的导光板120的第一表面122为平坦表面，光发散元件130b为菲涅尔透镜，光发散元件130b设置于第一表面122上。其中光发散元件130b的菲涅尔透镜的范围至少涵盖光源110的发光面112向上投影至导光板120的面积，以进一步扩散光源110所发出的光线，进而均匀化背光模块100所发出的面光源。
为了有效地相对定位导光板120以及光源110，并维持光源110的发光面112与导光板120之间的相对高度，本实施例的包含有两反射片180、182，光源110设置于基板170上，双层的反射片180、182位于基板170与导光板120之间，反射片180较为靠近基板170，而另一反射片182则是较为靠近导光板120。其中光源110的发光面112的高度小于较靠近导光板120的反射片182的高度。光源110与第一表面122之间的间距较佳地为小于反射片182与第一表面122之间的间距。反射片180具有第一开口181，而另一反射片182具有第二开口183，光源110设置于基板170上并第一开口181与第二开口183之中。其中第二开口183的尺寸可以大于第一开口181的尺寸，使得光源110具有较大的光线发散角度以及避免局布光圈现象产生于光源周围。
参照图7，其为绘示本发明的背光模块第五实施例的剖视图。背光模块100还包含有背板192。基板170、反射片180、导光板120为依序叠放在背板192上。本实施例采用背板192深抽的方式以维持光源110的发光面112与导光板120之间的相对高度。背板192上具有凹槽194，基板170设置于凹槽194之中，光源110再设置在位于凹槽194中的基板170上。反射片180则是设置在背板192上，反射片180在对应于凹槽194之处具有开口184，以露出光源110。反射片180在靠近光源110的部分具有斜面186，用以定义开口184，使得光源110位于杯状的反射片180之中。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。本发明通过形成在导光板上的高反射率微结构与高扩散率微结构，可以有效抑制正向出光并使光源所发出的光线横向发散地更广，使得背光模块的面光源更为均匀化。背光模块中更具有光发散元件使得光源发散的光线答成大角度的折射，以进一步抑制正向出光，并通过高扩散率板材均匀化光源通过导光板所发出的光线。
虽然结合以上一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (21)

1.一种背光模块，包含：
多个光源；
导光板，具有相对的第一表面与第二表面，该第一表面面对该些光源；
光发散元件，设置于该些光源与该导光板之间；
高反射率微结构，设置于该第二表面；
所述背光模块的特征在于，该高反射率微结构在对应相邻两该些光源的中点处的一覆盖率为大于30％，其中该覆盖率为单位面积中该高反射率微结构所占的比例；以及所述背光模块还包括高扩散率微结构，设置于该第一表面。
2.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该高反射率微结构的一图案密度由每一该些光源起向外渐减。
3.如权利要求2所述的背光模块，其特征在于，该高反射率微结构在对应该些光源处的一覆盖率大于70％。
4.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该高反射率微结构的一反射率大于70％。
5.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该高扩散率微结构的一图案密度由每一光源起向外渐增。
6.如权利要求5所述的背光模块，其特征在于，该高扩散率微结构在对应相邻两该些光源的中点处的一覆盖率为大于70％。
7.如权利要求5所述的背光模块，其特征在于，该高扩散率微结构在邻近该些光源处的一覆盖率趋近于零或小于10％。
8.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，高扩散率微结构为一外凸结构。
9.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该高扩散率微结构为一内凹结构。
10.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该光发散元件为多个非球面凹洞，设置于该第一表面上，该些光源位于该些非球面凹洞之中。
11.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该些非球面凹洞为多个子弹形凹洞。
12.如权利要求11所述的背光模块，其特征在于，还包含多个透镜，设置于该些光源上。
13.如权利要求12所述的背光模块，其特征在于，每一该些透镜为中心内凹的透镜。
14.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该非球面凹洞具有平坦顶面，该背光模块还包含菲涅耳透镜，形成于该平坦顶面。
15.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该第一表面为一平坦表面，该光发散元件为设置于该平坦表面的一菲涅尔透镜。
16.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，还包含至少一反射片，该至少一反射片具有多个开口，该些光源位于该些开口中。
17.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，该些光源与该第一表面的间距小于该至少一反射片与该第一表面的间距。
18.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，还包含一背板，该背板具有多个凹槽，该些光源放置于该些凹槽中。
19.如权利要求18所述的背光模块，其特征在于，该反射片包含一斜面，以定义该开口。
20.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，还包含一高扩散率板材，设置于该高反射率微结构上。
21.如权利要求20所述的背光模块，其特征在于，该高扩散率板材的一穿透率小于70％。
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