CN109696775A

CN109696775A - 背光模块

Info

Publication number: CN109696775A
Application number: CN201910176191.XA
Authority: CN
Inventors: 王仕铭; 黄建历; 黄欣怡; 薛芷苓
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-04-30
Also published as: TWI686651B; TW202020526A

Abstract

本发明提供一种背光模块，包含有底板、多个光源、光学调控元件及/或多个微结构。多个光源分别设置于底板上；光学调控元件则设置覆盖多个光源。光学调控元件布设有多个出光孔，且光学调控元件包含顶板及两个侧板，两个侧板分别自顶板的两个相对侧弯折伸出。多个微结构对应各多个光源设置于光学调控元件的顶板。其中多个微结构或顶板将以第一角度入射至顶板的光线主要以第二角度反射，且第二角度大于第一角度。

Description

背光模块

技术领域

本发明涉及一种背光模块；具体而言，尤其涉及一种具有光调控装置且于其上设置有光学膜片的背光模块。

背景技术

平面及曲面显示装置已被广泛地应用于各式的电子装置之中，例如行动电话、个人穿戴装置、电视、交通工具用主机、个人电脑、数字相机、掌上型电玩等。然而随着解析度、窄边框、薄型化等规格要求的不断提高，显示装置内的光学设计也随之受到考验。

以液晶显示装置为例，其光学表现通常与设置于显示面板后方的背光模块息息相关。以传统的直下式背光模块为例，如图1所示，为了在有限的厚度范围达到较佳的光混合效果，会在光源10上方加设光调控膜片30，以将光源发出的光部分反射至不同位置再行经由出光孔31出光。此外，为了更加强背光模块产生背光的品质，在光调控膜片30上方亦会再加设扩散片50，以进一步达到使光均匀分布的效果。

然而随着对背光模块厚度减少的要求日渐严格，光调控膜片与光源间的距离也逐渐缩小。此时光源10发出的光线可能需要经过较多次反射后才能累积足够的横向移动距离以分布至较角落的部位。此状况将增加光的损耗，降低光的使用效率，甚至使光分布的均匀性也受到影响。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种背光模块，可提高光线能量的使用效率。

本发明的目的之一在于提供一种背光模块，可增加光线分布的均匀度。

本发明的一种背光模块，包含有底板、多个光源、光学调控元件及多个微结构。多个光源分别设置于底板上；光学调控元件则设置覆盖多个光源。光学调控元件布设有多个出光孔，且光学调控元件包含顶板及两个侧板，两个侧板分别自顶板的两个相对侧弯折伸出。多个微结构对应每一光源并设置于光学调控元件的顶板。其中多个微结构主要将以第一角度入射至顶板的光线，并以第二角度再次反射，且第二角度大于第一角度。

本发明的另一种背光模块，包含有底板、多个光源、光学调控元件及多个微结构。多个光源分别设置于底板上；光学调控元件则设置覆盖多个光源。光学调控元件布设有多个出光孔，且光学调控元件包含顶板。顶板包含第一顶板部及第二顶板部，第一顶板部及第二顶板部中至少其一朝光源倾斜并与另一个连接形成转折处。第一顶板部及第二顶板部符合下列关系式：

tan^-1(b/h)≦θ₃≦90°；以及

tan^-1(b/h)≦θ₄≦90°，

其中，θ₃：第一顶板部相对于对应的光源的法线方向的夹角；

θ₄：第二顶板部相对于对应的光源的法线方向的夹角；

h：第一顶板部及第二顶板部远离转折处的顶点与底板的垂直距离中的较小垂直距离；

b:转折处至第一顶板部及第二顶板部中具有较小垂直距离的顶点的垂直距离。

本发明的另一种背光模块，包含有底板、多个光源、光学调控元件及多个微结构。多个光源分别设置于底板上；光学调控元件则设置覆盖多个光源。光学调控元件布设有多个出光孔，且光学调控元件包含顶板及两个侧板。顶板为弧形板；弧形板具有朝多个光源中对应的光源凸出的弧形截面，两个侧板分别自弧形截面的两个相对端弯折伸出。

附图说明

图1为公知背光模块的示意图；

图2为背光模块的实施例元件爆炸图；

图3为背光模块的实施例剖视图；

图4A为微结构的另一实施例示意图；

图4B为微结构的另一实施例示意图；

图5为背光模块的实施例俯视图；

图6为背光模块的又一实施例俯视图；

图7A为光学调控元件的另一实施例剖视图；

图7B为光学调控元件的另一实施例剖视图；

图8为微结构的实施例剖视图；

图9为背光模块的另一实施例剖视图；

图10为具有变折顶板的背光模块实施例元件爆炸图；

图11为图10所示背光模块的剖面示意图；

图12为图11所示实施例的变化实施例示意图；

图13为具有弧形顶板的背光模块实施例剖面示意图；

图14为图13所示实施例的变化实施例示意图；

图15为图11所示实施例的变化实施例示意图；

图16为图13所示实施例的变化实施例示意图。

附图标记如下：

100 底板

300 光源

500 光学调控元件

501 出光孔

510 顶板

511 内顶面

513 外顶面

530 侧板

531 顶端

533 底端

551 第一顶板部

552 第二顶板部

553 转折处

570 最凸点

600 光源对应区

700 微结构

710 范围

800 光学膜片

具体实施方式

本发明提供一种背光模块，其较佳可应用于显示装置上。显示装置较佳包含液晶显示面板或电泳显示面板等非自发性显示面板；且较佳可应用于电脑显示器、电视、监视器、车用主机上。此外，显示装置亦可运用于其他电子装置上，例如作为手机、数字相机、掌上型游乐器等的显示屏幕。

如图2及图3所示，背光模块包含有底板100、多个光源300、光学调控元件500及多个微结构700。光源300设置于底板100上，且较佳可为发光二极管、微发光二极管或其他发光元件。底板100设置光源300的表面较佳可为反射面，或者于底板100设置光源300的表面上设置围绕光源300的反射层。在图2所示的实施例中，光源300依行列方向排列；然而在不同实施例中，光源300亦可以其他方式来排列设置。光学调控元件500设置覆盖多个所述光源300的至少部分，并具有多个出光孔501；当光源300产生光线时，光线即可直接或经反射后自出光孔501射出，以达到均匀光线的效果。如图2所示，背光模块较佳可具有多个光学调控元件500分别覆盖各行或各列的多个所述光源300，但不以此为限。

如图2所示，在此实施例中，光学调控元件500较佳形成为长条状，且包含有顶板510及两个相对的侧板530。顶板510形成为长条矩形而沿光源300排列形成的行或列延伸，而两个侧板530则分别自顶板510的相对二长端弯折伸出。顶板510上较佳形成有多个出光孔501，以允许光线穿透。每一侧板530具有连接顶板510的顶端531及远离顶板510的底端533，光调控元件500则通过底端533而设置于底板100上，并覆盖于一行、半行、一列或半列的光源300上。

如图3所示，微结构700分别对应各光源300而设置于光学调控元件500的顶板510上。顶板510具有内顶面511及外顶面513，其中内顶面511邻近/朝向光源300，而外顶面513则背向光源300。在本实施例中，微结构700设置于内顶面511上。较佳而言，微结构700为具外突弧面或多角形剖面且凸向底板100的突点，而以矩阵或其他散布方式排列设置于光源300发光面的上方。然而在不同的实施例中，微结构700亦可为具有外突弧面或多角形剖面的长条柱体，沿着顶板510的长方向延伸并与相邻的微结构700并排设置。

具体而言，如图3所示，内顶面511上具有一光源对应区600供设置微结构700，光源对应区600与顶板510的二长边端缘(亦即顶板510连接于侧板530顶端531的位置)之间均具有间距作为出光孔501的主要布设区域。光源对应区600内较佳不布设有出光孔501，但不以此为限；例如亦可于微结构700间的空隙处安排设置出光孔501。所对应的光源300于内顶面511上的垂直投影范围即会落于光源对应区600内。当光源300产生光线以第一角度θ₁入射至顶板510，则承接光线的微结构700即主要会以第二角度θ₂来产生反射光线，其中第二角度θ₂大于第一角度θ₁。较佳而言，第一角度θ₁及第二角度θ₂均为相对于内顶面511而言。此外，上述的“主要”较佳指超过一半的光线会被以第二角度θ₂反射，但不以此为限。通过此一设置，可使光源300发出的光线得到较大的反射角度，以减少所需达到均匀化的反射次数，进而减少光的损耗。

在图3所示的实施例中，微结构700以一体成型方式形成于内顶面511上，例如可以冲压、压印等方式制成。然而在不同实施例中，如图4A所示，亦可以贴附、涂布或光固化等工艺来外加透光胶体结构于内顶面511上以形成微结构700。透光胶体则可使用例如光固化胶等材质工艺。另在如图4B所示的实施例中，是以贴附、涂布或光固化等工艺来外加多个散射粒子于内顶面511上以形成微结构700。散射粒子的材质较佳可为BaSO₄、TiO₂或其他材质。

另如图5所示，以垂直顶板510的方向观之，多个微结构700在顶板510上的分布相对于所对应的光源300呈圆形分布。具体而言，微结构700分布的范围710实质上为圆形或近似圆形，且光源300于顶板510上的投影范围较佳与微结构700分布的范围710至少部分重叠，甚至落于微结构700分布范围710的中心。通过此一设计，可使光源300发出的光线第一次抵达顶板510的入射点大部分落于微结构700所分布的范围710内。

在前述的实施例中，所有的微结构700均具有相同的几何构造，但并不以此为限。此外，多个微结构700相对于所对应的光源300具有相同的分布密度；换言之，在图5所示的实施例中，在范围710内微结构700的分布密度均相同。然而在另一实施例中，如图6所示，多个微结构700相对于所对应光源300的分布密度会随着与光源300最大光强度位置间距离增加而减少。较佳而言，光源300的最大光强度位置为发光面中心垂直射出的光线的抵达位置，亦即光源300于顶板510上投影范围的中心。当距离此位置越近时，则微结构700的分布密度较大；当距离此位置越远时，则微结构700的分布密度较小。由于接近最大光强度位置的光线强度较大，因此布设较密集的微结构700可使较多的光线以较大的角度被反射，提高光的使用效率。

在前述的实施例中，两个侧板530均相互平行，然而在不同实施例中两个侧板530亦可相对于顶板510向外张开，或向内缩，而使二侧板530的底端533间的距离不等于顶端531间的距离。如图7A所示；二底端533分别相对于顶板510朝外侧延伸，使二侧板530分别向外张开。因此二底端533间的距离D即大于顶端531间的距离W。在另一实施例中，如图7B所示，二底端533分别相对于顶板510朝内侧延伸，使二侧板530分别向内缩入。因此二底端533间的距离D即小于顶端531间的距离W。

图8所示为单一微结构700的实施例剖面示意图。如图8所示，微结构700具有宽度P及高度H。较佳而言，宽度p是指微结构700平行于顶板510方向上的最大宽度；而高度h则是垂直于顶板510方向上的最大高度。在此实施例中，宽度P及高度H满足下最的关系式：

tan^-1(2H/P)>0

通过此一设置，可提高光源300发出的光线中以较大角度被反射的比例，进而提升光线的利用效率。此外，较佳而言，多个微结构700中较为接近前述光源300最大强度位置者，其tan^-1(2H/P)的数值越大；较为远离光源300最大强度位置者，其tan^-1(2H/P)的数值则越小。在本实施例中，是以具外突弧面的微结构700做为例示；然而在不同实施例中，上述关系亦可以应用于具有例如为三角形剖面的微结构700上。

图9所示为背光模块的另一实施例示意图。在此实施例中，微结构700设置于顶板510的外顶面513上。此外，在外顶面513的上方另设有光学膜片800。较佳而言，微结构700为具外突弧面或多角形剖面且凸向光学膜片800的突点，而以矩阵或其他散布方式排列设置于光源300发光面的上方。然而在不同的实施例中，微结构700亦可为具有外突弧面或多角形剖面的长条柱体，沿着顶板510的长方向延伸并与相邻的微结构700并排设置。在此实施例中，微结构700的分布亦可参考前述微结构700设置于内顶面511上的实施例，但不以此为限。

光学膜片800较佳可为扩散片、量子点膜片或其他具不同光学效果的膜片。当光线自出光孔501离开光学调控元件500后，即会入射至光学膜片800。然光线可能部分被光学膜片800反射，或因激发量子点等粒子而产生散射的光线。上述的反射或散射光线可能返回抵达顶板510，再经由微结构700作大于入射角的反射后再进入光学膜片800而再利用。具体而言，当被光学膜片800反射或因散射而产生的光线以第一角度θ₁入射至顶板510，则承接光线的微结构700即会以第二角度θ₂来产生反射光线再次抵达光学膜片800，其中第二角度θ₂大于第一角度θ₁。较佳而言，第一角度θ₁及第二角度θ₂均为相对于外顶面513而言。通过此一设置，可使得被微结构700反射而再次抵达光学膜片800的光线分布更为均匀，以提高光学的表现。

图10及图11所示为背光模块的另一实施例。在本实施例中，光学调控元件500的顶板510包含有第一顶板部551及第二顶板部552。第一顶板部551及第二顶板部552中至少其一朝光源300倾斜而与另一者连接以形成转折处553。较佳而言，第一顶板部551及第二顶板部552分别形成为长板状且并排设置。两者相邻的内侧长边均较外侧长边靠近于底板100而分别向内倾斜，且此二内侧长边彼此连接而形成突向底板100的转折处553。如图10所示，转折处553较佳形成为直线，而多个光源300则沿着此直线排列。在图11所示的剖面上，第一顶板部551与第二顶板部552的关系符合下列关系式：

tan^-1(b/h)≦θ₃≦90°；以及

tan^-1(b/h)≦θ₄≦90°，

其中，θ₃：第一顶板部551相对于对应的光源300发光面的法线方向的夹角；

θ₄：第二顶板部552相对于对应的光源300发光面的法线方向的夹角；

h：第一顶板部551及第二顶板部552远离转折处553的顶点与底板100的垂直距离中的较小垂直距离；

b:转折处553至第一顶板部551及第二顶板部552中具有较小垂直距离的顶点的垂直距离

较佳而言，θ₃和θ₄介于60度及90度之间。

通过上述设置，由于第一顶板部551及第二顶板部552朝向底板100的一面均呈内低外高的倾斜，因此可使光源300发出的光线得到较大的反射角度，以减少所需达到均匀化的反射次数，进而减少光的损耗。此外，光源300产生的光线，特别是较大出射角的光线，可优先抵达顶板510，而不会因为第一顶板部551及第二顶板部552倾斜的关系而在抵达顶板510前先抵达侧板530。

另如图11所示，相对于所对应的光源300而言，转折处553较佳对应于此光源300最大光强度的位置。换言之，转折处553位于光源300发光面中心的法线上，或说在发光面中心的正上方。此外，第一顶板部551及第二顶板部552的倾斜角度、两个侧板530的高度及倾斜度均为相同，亦即相对于发光面中心法线而言，光学调控元件500为左右对称的结构。然而在不同实施例中，转折处553亦可偏离于上述最大光强度位置，而对应于其他位置，例如光源300发光面的侧边，如图12所示。此外，在图12所示的实施例中，第一顶板部551及第二顶板部552的倾斜角度各有不同而非对称，且两个侧板530的高度及倾斜度亦有所不同。例如在图12所示的实施例中，第二顶板部552较第一顶板部551的倾斜角度大，亦即θ₃大于θ₄；此外，左侧侧板530的高度小于右侧侧板530的高度，因此以左侧侧板530的垂直高度作为前述关系式中的高度h。通过此一设置，设计者可自由调配光线达到希望的位置及具有希望的强度。

图13所示为背光模块的另一实施例。在本实施例中，光学调控元件500的顶板510为弧形板。以图13所示的截面而言，顶板510具有向所对应光源300凸出的弧形截面，而两个侧板530则分别自弧形截面的二相对弯折伸出。通过上述设置，由于顶板510可提供凸面反射效果，因此可使光源300发出的光线得到较大的反射角度，以减少所需达到均匀化的反射次数，进而减少光的损耗。

在图13所示的实施例中，弧形截面具有朝向底板100的最凸点570。较佳而言，最凸点570即为弧形截面上与底板100的垂直距离最近的一点。相对于所对应的光源300而言，最凸点570较佳对应于此光源300最大光强度的位置。换言之，最凸点570位于光源300发光面中心的法线上，或说在光源300发光面中心的正上方。此外，相对于发光面中心法线而言，光学调控元件500为左右对称的结构。然而在不同实施例中，最凸点570亦可偏离于上述最大光强度位置，而对应于其他位置，例如光源300发光面的侧边，如

图14所示。此外，在图14所示的实施例中，弧形截面在最凸点570两侧各有不同的曲率变化而非对称，且两个侧板530的高度及倾斜度亦有所不同。通过此一设置，设计者可自由调配光线达到希望的位置及具有希望的强度。

此外，前述实施例中的微结构700亦可与弯折或弧曲的顶板510搭配使用。如图15所示，微结构700可设置于第一顶板部551及第二顶板部552的内面，其布设范围并覆盖转折处553，以对光线的反射角度作进一步的调配。但在不同实施例中，微结构700亦可仅设置于第一顶板部551或第二顶板部552其中之一上。另在图16所示的实施例中，微结构700设置于形成为弧形板的顶板510内面，其布设范围较佳覆盖最凸点570，以对光线的反射角度作进一步的调配。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。

Claims

1.一种背光模块，包含：

一底板；

多个光源，分别设置于该底板上；

一光学调控元件，设置覆盖于多个所述光源，该光学调控元件布设有多个出光孔，且该光学调控元件包含一顶板及两个侧板，该两个侧板分别自该顶板的两个相对侧弯折伸出；以及

多个微结构，对应各多个所述光源设置于该光学调控元件的该顶板，

其中多个所述微结构将以一第一角度入射至该顶板的光线主要以一第二角度反射，且该第二角度大于该第一角度。

2.如权利要求1所述的背光模块，其中该顶板具有一内顶面及一外顶面，该内顶面朝向多个所述光源，该外顶面背向多个所述光源，多个所述微结构设置于该内顶面及该外顶面至少其一上。

3.如权利要求1所述的背光模块，其中多个所述微结构相对于多个所述光源中所对应者呈一圆形分布。

4.如权利要求1至3任一项所述的背光模块，其中多个所述微结构为多个透光胶体结构、多个散射粒子结构或一体成型形成于该顶板上的多个几何微结构。

5.如权利要求1所述的背光模块，其中多个所述微结构各具有一宽度(P)及一高度(H)，且多个所述微结构各符合下列关系式：tan^-1(2H/P)>0。

6.如权利要求5所述的背光模块，其中多个所述微结构中距离对应的该光源的最大光强度位置越远，则对应的tan^-1(2H/P)的值越小。

7.如权利要求1所述的背光模块，其中多个所述微结构具有相同的结构，且多个所述微结构相对于对应的该光源具有相同的分布密度。

8.如权利要求1所述的背光模块，其中多个所述微结构相对于对应的该光源的分布密度随着与对应的该光源的最大光强度位置的距离增加而减少。

9.如权利要求1所述的背光模块，其中该两个侧板具有相对的顶端及底端，该两个侧板的顶端连接该顶板，且该两个侧板的底端相对于该顶板朝外侧或内侧延伸，使得该两个侧板的底端之间的距离不等于该两个侧板的顶端之间的距离。

10.如权利要求1至3任一项所述的背光模块，其中该顶板包含一第一顶板部及一第二顶板部，该第一顶板部及该第二顶板部中至少其一朝多个所述光源倾斜并与另一者连接形成一转折处，且该第一顶板部及该第二顶板部符合下列关系式：

tan^-1(b/h)≦θ₃≦90°；以及

tan^-1(b/h)≦θ₄≦90°，

其中，θ₃：该第一顶板部相对于对应的该光源的法线方向的夹角；

θ₄：该第二顶板部相对于对应的该光源的法线方向的夹角；

h：该第一顶板部及该第二顶板部远离该转折处的顶点与该底板的垂直距离中的较小垂直距离；

b:该转折处至该第一顶板部及该第二顶板部中具有该较小垂直距离的顶点的垂直距离。

11.如权利要求10所述的背光模块，其中θ₃及θ₄分别界于60°与90°之间。

12.如权利要求10所述的背光模块，其中该转折处为对应多个所述光源中对应的该光源的最大光强度的位置。

13.如权利要求10所述的背光模块，其中该转折处为一直线，多个所述光源沿该直线设置。

14.如权利要求1所述的背光模块，其中该顶板为一弧形板，该弧形板具有朝多个所述光源中对应的该光源凸出的一弧形截面，该两个侧板分别自该弧形截面的两个相对端弯折伸出。

15.如权利要求14所述的背光模块，其中该弧形截面具有一凸点，该凸点为对应多个所述光源中对应的该光源的最大光强度的位置。

16.一种背光模块，包含：

一底板；

多个光源，分别设置于该底板上；

一光学调控元件，设置覆盖于多个所述光源，该光学调控元件布设有多个出光孔，且该光学调控元件包含一顶板，该顶板包含一第一顶板部及一第二顶板部，该第一顶板部及该第二顶板部中至少其一朝多个所述光源倾斜并与另一者连接形成一转折处，且该第一顶板部及该第二顶板部符合下列关系式：

tan^-1(b/h)≦θ₃≦90°；以及

tan^-1(b/h)≦θ₄≦90°，

17.如权利要求16所述的背光模块，其中θ₃及θ₄分别界于60°与90°之间。

18.如权利要求16所述的背光模块，其中该转折处为对应多个所述光源中对应的该光源的最大光强度的位置。

19.如权利要求16所述的背光模块，其中该转折处为一直线，多个所述光源沿该直线设置。

20.一种背光模块，包含：

一底板；

多个光源，分别设置于该底板上；

一光学调控元件，设置覆盖于多个所述光源，该光学调控元件布设有多个出光孔，且该光学调控元件包含一顶板及两侧板，该顶板为一弧形板，该弧形板具有朝多个所述光源中对应的该光源凸出的一弧形截面，该两侧板分别自该弧形截面的两个相对端弯折伸出。

21.如权利要求20所述的背光模块，其中该弧形截面具有朝向该底板的一最凸点，该最凸点为对应多个所述光源中对应的该光源的最大光强度的位置。