CN111025743A - 光源模块及显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种光源模块与显示装置。显示装置包含光源模块以及相对光源模块设置的显示面板。光源模块包含基板、多个发光晶粒、封装层以及多个反射图案。基板具有承载面，发光晶粒配置于基板的承载面上，封装层覆盖承载面及多个发光晶粒。封装层具有远离承载面的出光面，且出光面具有分别与多个发光晶粒相对设置的多个反射槽，而多个反射槽并分别包含相对出光面倾斜的环绕侧面。多个反射图案分别配置于多个反射槽中。本发明提供的光源模块在有效的降低背光厚度下仍可提供均匀的面光源。本发明提供的显示装置具有较低厚度且可提供均匀面光源的光源模块。

Description

光源模块及显示装置
技术领域
本发明是有关于一种光源模块及显示装置，尤其是有关于一种直下式的光源模块以及具有直下式光源模块的显示装置。
背景技术
液晶显示器中主要包括有背光模块、显示面板、外框等组件。按照光源方向的不同，背光模块又可以分为侧光式背光模块与直下式背光模块。目前市售以发光二极管(LED)为背光模块光源的中大尺寸液晶显示器，为了具有可显示高动态范围(HDR)以及高对比度需求，多使用具备区域调光(local dimming)功能的直下式背光模块。发光二极管的特性是具有较强的正向光线，因此直下式背光模块的结构设计是将发光二极管的光线转化为均匀的面光源后再照射到显示面板。
液晶显示器的背光模块具有一个背光腔室。多个发光二极管可位于背光腔室底部，且背光腔室上方可配置扩散板。在背光腔室的厚度足够下，发光二极管的光线可在背光腔室中充分扩散来得到均匀的面光源，而若要缩减整体背光模块的厚度而减少背光腔室的厚度，则必须将更多的发光二极管配置在背光腔室底部，以缩小发光二极管之间的间距，提升面光源的均匀性，但也造成了成本的提高。
除了在背光腔室配置更多的发光二极管以外，另一种可缩减背光腔室厚度以及保持甚至提高光均匀扩散效果的方法是在背光腔室中先扩散发光二极管的光线。然而，由于发光二极管具有较强正向光线，因此即使以光学透镜将发光二极管光线的发散角扩散，实测时仍然会在发光二极管上方发现亮点。此外，发光二极管的光线在背光腔室中的扩散距离有限，因此也限制所能降低的背光腔室的厚度。
本“背景技术”部分只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”中所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光源模块，其在有效的降低背光厚度下仍可提供均匀的面光源。
本发明的又一目的在于提供一种显示装置，其具有较低厚度且可提供均匀面光源的光源模块。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述的一个或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的光源模块包含：基板、多个发光晶粒、封装层以及多个反射图案。基板具有承载面，发光晶粒配置于基板的承载面上，封装层覆盖承载面及多个发光晶粒。封装层具有远离承载面的出光面，且出光面具有分别与多个发光晶粒相对设置的多个反射槽，而多个反射槽并分别包含相对出光面倾斜的环绕侧面。多个反射图案分别配置于多个反射槽中。
为达上述的一个或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的显示装置包含光源模块以及相对光源模块设置的显示面板。
本发明的光源模块及显示装置因封装层的出光面具有多个反射槽以及分别配置于多个反射槽中的多个反射图案，相对于反射槽设置的多个发光晶粒所发出的角度较小的光线(与承载面的法线之间的夹角较小的光线)可被反射槽中的反射图案所反射，以避免如已知技术一般，即使在发光晶粒上配置光学透镜，发光晶粒上方还是可检测到亮点的问题。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是显示本发明的光源模块一实施例的剖面示意图。
图2A是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。
图2B是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。
图3是显示本发明光源模块与已知技术光源模块的出光效果比较图。
图4是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。
图5是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。
图6是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。
图7是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。
图8是显示本发明的显示装置一实施例的剖面示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
请参阅图1，是显示本发明的光源模块一实施例的剖面示意图。本实施例光源模块100包含基板102、多个发光晶粒104、封装层106以及多个反射图案110。基板102具有承载面102a，而多个发光晶粒104配置于基板102的承载面102a上。封装层106覆盖承载面102a及多个发光晶粒104，且封装层106具有远离承载面102a的出光面106a，而出光面106a具有分别与多个发光晶粒104相对设置的多个反射槽108，而多个反射槽108分别包含相对出光面106a倾斜的环绕侧面108a。多个反射图案110则分别配置于多个反射槽108中，以反射多个发光晶粒104所发出与承载面102a的法线之间的夹角较小的光线。
在本实施例中，基板102可为电路板，而承载面102a可为反射面且在部分区域配置有多个导电图案(图未示出)以电性连接多个发光晶粒104，可在承载面102a配置具有扩散反射特性的白漆反射片或涂料，或具有镜面反射特性的银漆反射片或涂料，以将承载面102a配置为反射面。在实施例中，基板102亦可包含具有上述承载面102a的透明板及配置于透明板与承载面102a相对的基底面102b的底反射层(图未示出)，且同样地在承载面102a的部分区域配置有多个导电图案，以电性连接多个发光晶粒104。透明板的材料可包含玻璃或塑化材料，底反射层可配置为具有扩散反射特性的白漆反射片或涂料或具有镜面反射特性的银漆反射片或涂料。
在本实施例中，发光晶粒104可为直接自一片晶圆切割出且未经封装的晶粒。发光晶粒104可为发光二极管晶粒，具体而言，例如是主波长发出蓝光的晶粒级氮化物发光二极管晶粒。多个发光晶粒104在承载面102上可呈阵列排列。本实施例的光源模块100可为直下式的光源模块，而各发光晶粒104的主要出光表面是面向出光面106a并远离于承载面102a。
在本实施例中，封装层106的材料可为折射率是1.41的硅胶封装树脂(Silicone)，但封装层106的材料亦可为环氧树脂(Epoxy)、UV固化树脂或其他可用于封装发光晶粒104的封装材料。封装层106的出光面106a在未配置多个反射槽108的区域可配置多个凹陷部及/或多个凸出部(图未示出)或借由例如喷砂或蚀刻成为粗化的表面(图未示出)，使得发光晶粒104所发出的光线可在由出光表面106a出光时可扩散得更均匀。
在本实施例中，光源模块100还可包含扩散板101。扩散板101是以一个间隔配置于封装层106上方，扩散板101与承载面102a的距离可定义为一个背光厚度(OpticalDistance,OD)OD。扩散板101上或扩散板101与封装层106之间可配置一片波长转换膜105，使得扩散板101与波长转换膜105可包含于一个叠层结构形式的光学结构，而在另一实施例中，一片光学板亦可包含扩散粒子以及波长转换粒子而具有光扩散以及波长转换的功能。波长转换膜105可包含量子点或荧光粉等波长转换材料，以对发光晶粒104所发出的部分光线进行波长转换，例如当发光晶粒104是主波长发出蓝光的发光二极管晶粒时，波长转换膜105受激发后可将部分的蓝光转换为黄光，并与蓝光混和成白光，然而波长转换膜105亦可视需求包含不同的波长转换材料以将发光晶粒104的光线转换成一或多种颜色的光线。光学结构可还包含其他光学膜，例如增亮膜。
请参阅图2A，是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。在本实施例中，反射图案110覆盖反射槽108的底部，且并未填满反射槽108，反射图案110所具远离于反射槽108底部的顶面110a与反射槽108底部的距离，即反射图案110的厚度Hm，是小于反射槽108的深度H，较佳地反射图案110的厚度Hm与反射槽108的深度H的比值Hm/H可介于0.6到0.8之间。在本实施例中，反射槽108于出光面106a具有开口108b，且配置在基板102的承载面102a上的发光晶粒104包含面向开口108b的发光面104a，而开口108b的面积大于发光面104a的面积。发光晶粒104朝向反射槽108发出的部分光线L1会在覆盖有反射图案110的环绕侧面108a被反射，而部分的光线L1则有机会可在未被反射图案110所覆盖的环绕侧面108a折射到反射图案110的上方。在本实施例中，反射图案110可包含单层的反射层，反射层的材料可为具有扩散反射特性的白漆或具有镜面反射特性的银漆。在本实施例中，反射槽108的底部是环绕侧面108a所渐缩成的一尖端且大致相对配置于发光晶粒104的中心，且环绕侧面108a是具有单一斜率的斜面，使得反射槽108于通过相对应的对发光晶粒104中心与反射槽108中心并垂直于出光面106a的剖视图中具有接近于等腰三角形的剖面形状。然而环绕侧面108a亦可具有多段不同斜率的斜面或不同曲率的凹面或凸面，或环绕侧面108a可配置为阶梯状，使得反射槽108具有半球形、半椭球形、拋物线形或多边形的剖面形状。
请参阅图2B，是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。在本实施例中，于通过相对应的对发光晶粒104中心与反射槽108中心并垂直于出光面106a的剖视图中，开口108b的两端距离为D，发光面104a的两端距离为L，发光面104a与承载面102a的距离即发光晶粒104的厚度为Dl，承载面102a与出光面106a的距离为De，反射槽108的深度为H，且H＜De-Dl，封装层106的折射率为Nm，空气的折射率为Na，由发光面104a的一端发出朝向出光面106a的光线L1的全反射临界角θ＝Sin-1(Na/Nm)，开口108b的宽度D满足关系式：D≧2×[(De-Dl)×tan(Sin-1(Na/Nm))+L/2]。借此使得由发光晶粒104直接射到反射槽108的开口108b以外的出光面106a的光线L1产生全反射。
本实施例的光源模块100因封装层106的出光面106a具有多个反射槽108以及分别配置于多个反射槽108中的多个反射图案110，相对于反射槽108设置的多个发光晶粒104所发出的角度较小的光线L1(与承载面102a的法线之间的夹角较小的光线L1)可被反射图案110所反射，以避免如已知技术一般，即使在发光晶粒上配置光学透镜，发光晶粒上方还是可检测到亮点的问题。
本实施例的光源模块100的封装层106的多个反射槽108分别的开口108b宽度D满足上述D≧2×[(De-Dl)×tan(Sin-1(Na/Nm))+L/2]的关系式，因此由发光晶粒104直接射到反射槽108的开口108b以外的出光面106a的光线L1会被全反射回封装层106中，且在封装层106中借由多次的全反射而充分地往整个出光面106a的方向扩散，因此可在不增加发光晶粒104的配置数量下降低背光厚度OD，并改进已知技术中，发光晶粒的光线在背光腔室中的扩散距离有限的问题。
本实施例的光源模块100的反射图案110未完全填满反射槽108，由于封装层106的材料折射率大于空气折射率，因此发光晶粒104的部分光线L1可由未被反射图案110覆盖的环绕侧面108a折射到反射图案110的上方，加上反射图案110上方也会有其他发光晶粒104提供的光线，以对反射图案110上方的暗区做光补偿。
请参阅图3，是显示本发明实施例的光源模块与已知技术光源模块的出光效果模拟比较图，以进一步验证本发明的效益。此模拟比较图是以本发明揭露于图2A实施例的光源模块与仅用未具有反射槽的封装层覆盖发光晶粒的已知光源模块进行比较。两者都是使用4颗正向出光的发光晶粒，其设置于具扩散反射特性的白色电路板表面，并以折射率为1.41且厚度为1毫米的硅胶封装树脂作为封装层。如图3中的比较1栏位所示，是显示在封装层上方的出光效果，可明显看出本发明的光源模块的四颗发光晶粒的亮点较已知技术模糊。如图3中的比较2栏位所示，是显示将一片扩散板以及两片增亮膜配置在封装层上方的出光效果，已知技术仍可清楚判断出四颗发光晶粒的亮点，而本发明的四颗发光晶粒亮点已进一步的模糊化。
请参阅图4，是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。于本实施例中，反射槽108包含底面108c，而环绕侧面108a的底部是连接于底面108c的边缘。底面108c可包含弧面或平行于承载面102a的平面。于通过相对应的对发光晶粒104中心与反射槽108中心并垂直于出光面106a的剖视图中，底面108c沿着承载面102a的法线方向在发光晶粒104的发光面104a的投影可涵盖发光晶粒104的中心，以在封装层106形成反射槽108的制程中，可在一个可容许的误差范围内将多个反射槽108相对配置于多个发光晶粒104，以降低反射槽108对位于发光晶粒104的难度。于本实施例中，反射槽108于通过相对应的对发光晶粒104中心与反射槽108中心并垂直于出光面106a的剖视图中，可具有接近于梯形的剖面形状。本实施例除了反射槽108具有底面108c以外，与前述实施例大致相同。
请参阅图5，是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。于本实施例中，反射图案110包含覆盖反射槽108的底部的光扩散层110d以及覆盖光扩散层110d的反射层110b，其中光扩散层110d的折射率低于封装层106的折射率。在本实施例中，反射层110b的材料可为具有扩散反射特性的白漆或具有镜面反射特性的银漆。在本实施例中，反射槽108的底部是底面108c，然而底部是环绕侧面108a所渐缩成的尖端的反射槽108亦可具有本实施例的反射图案110。由于光扩散层110d的折射率低于封装层106，因此发光晶粒104所发出的光线L1由封装层106进入光扩散层110d时会产生偏折，从而促进光线L1扩散。本实施例除了反射图案110包含光扩散层110d以及反射层110b以外，与前述实施例大致相同。
请参阅图6并参考图1，图6是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。在本实施例中，反射图案110包含覆盖反射槽108的底部的光扩散层110d以及覆盖光扩散层110d的反射层110b，其中光扩散层110d的折射率低于封装层106的折射率，且光扩散层110d包含波长转换材料103。在本实施例中，反射层110b的材料可为具有扩散反射特性的白漆或具有镜面反射特性的银漆。在本实施例中，反射槽108的底部是底面108c，然而底部是环绕侧面108a所渐缩成的尖端的反射槽108亦可具有本实施例的反射图案110。波长转换材料103可为量子点(Quantum Dot)或荧光粉。由于光扩散层110d已包含波长转换材料103，因此如图1所示，应用本实施例的反射图案110的光源模块100的光学结构可仅配置扩散板101并视需要配置其他光学膜，例如增亮膜。本实施例除了光扩散层110d包含波长转换材料103以外，与前述实施例大致相同。
请参阅图7并参考图1，图7是显示本发明的光源模块一实施例的局部剖面放大示意图。在本实施例中，反射图案110包含覆盖反射槽108的底部的波长转换层110c以及覆盖波长转换层110c的反射层110b。波长转换层110c的材料可包含量子点(Quantum Dot)或荧光粉。本实施例与图6的实施例大致相同，惟波长转换层110c可不具有折射率低于封装层106的特性。由于反射图案110已包含波长转换层110c，因此如图1所示，应用本实施例的反射图案110的光源模块100的光学结构可仅配置扩散板101并视需要配置其他光学膜例如增亮膜。
请参阅图8，是显示本发明的显示装置一实施例的剖面示意图。本发明的显示装置200包含显示面板202以及上述任一实施例的光源模块，在图8中是以光源模块100为例，光源模块100所包含的光学结构包含扩散板101及波长转换膜105。然而当本发明的显示装置包含本发明不同实施例的光源模块时，光学结构可选择性地配置或不配置波长转换膜105。例如，当本发明的显示装置200包含图4、图5的实施例的光源模块时，光学结构可包含扩散板101及波长转换膜105，而当本发明的显示装置200包含图6、图7的实施例的光源模块时，因反射槽108中已具有可进行波长转换的材料，因此光学结构可省略波长转换膜105。
本发明的显示装置因具有可提供均匀光源的光源模块，在搭配控制模块下，本发明实施例的光源模块可还具有区域调光(local dimming)功能，使得本发明的显示装置成为可提供高解析度及高对比度的装置。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。
附图标记说明：
100 光源模块
101 扩散板
102 基板
102a 承载面
102b 基底面
103 波长转换材料
104 发光晶粒
104a 发光面
105 波长转换膜
106 封装层
106a 出光面
108 反射槽
108c 底面
108a 环绕侧面
108b 开口
110 反射图案
110a 顶面
110b 反射层
110c 波长转换层
110d 光扩散层
200 显示装置
202 显示面板
H 反射槽的深度
Hm 反射图案的厚度
OD 背光厚度
L 发光面的两端距离
L1 光线
D 开口的两端距离
D1 发光面与承载面的距离
De 承载面与出光面的距离
θ 全反射临界角。

Claims (22)

1.一种光源模块，其特征在于，包含基板、多个发光晶粒、封装层以及多个反射图案，其中：
所述基板具有承载面；
所述多个发光晶粒配置于所述基板的所述承载面上；
所述封装层覆盖所述承载面及所述多个发光晶粒，所述封装层具有远离所述承载面的出光面，且所述出光面具有多个反射槽，所述多个反射槽分别与所述多个发光晶粒相对设置，所述多个反射槽并分别包含相对所述出光面倾斜的环绕侧面；以及
所述多个反射图案分别配置于所述多个反射槽中。
2.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述反射槽于所述出光面具有开口，且所述多个发光晶粒分别包含面向所述开口的发光面，所述开口的面积大于所述发光面的面积。
3.如权利要求2所述的光源模块，其特征在于，于通过相对应的一对所述发光晶粒中心与所述反射槽中心并垂直于所述出光面的剖视图中，所述开口的两端距离为D，所述发光面的两端距离为L，所述发光面与所述承载面的距离为Dl，所述承载面与所述出光面的距离为De，所述反射槽的深度为H，且H＜De-Dl，所述封装层的折射率为Nm，空气的折射率为Na，由所述发光面的一端发出朝向所述出光面的光线的全反射临界角θ＝Sin-1(Na/Nm)，所述开口的宽度D满足关系式：D≧2×[(De-Dl)×tan(Sin-1(Na/Nm))+L/2] 。
4.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述反射图案包含反射层，其覆盖所述反射槽的底部。
5.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述反射图案包含：
光扩散层，覆盖所述反射槽的底部，且所述光扩散层的折射率低于所述封装层的折射率；以及
反射层，覆盖所述光扩散层。
6.如权利要求5所述的光源模块，其特征在于，所述光扩散层包含波长转换材料。
7.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述反射图案包含：
波长转换层，覆盖所述反射槽的底部；以及
反射层，覆盖所述波长转换层。
8.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述反射槽中，所述反射图案具有远离所述反射槽的底部的顶面，所述顶面至所述底部的距离小于所述反射槽的深度。
9.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，所述顶面至所述底部的距离和所述反射槽的深度的比值介于0.6至0.8之间。
10.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述反射槽的底部是所述环绕侧面所渐缩成的尖端。
11.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述环绕侧面是具有单一斜率的斜面或包含多段不同斜率的斜面。
12.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述反射槽包含底面，所述环绕侧面的底部连接于所述底面的边缘。
13.如权利要求12所述的光源模块，其特征在于，所述底面包含弧面或平行于所述承载面的平面。
14.如权利要求12所述的光源模块，其特征在于，各所述反射槽于所述出光面具有开口，且各所述发光晶粒分别包含面向所述开口的发光面，所述开口的面积大于所述发光面的面积，且所述发光面的面积大于所述底面的面积。
15.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，于通过相对应的一对所述发光晶粒中心与所述反射槽中心并垂直于所述出光面的剖视图中，所述反射槽的剖面形状包含等腰三角形、半球形、半椭球形、拋物线形、梯形或多边形。
16.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述环绕侧面是具有单一曲率的凹面或凸面，或所述环绕侧面包含多段不同曲率的凹面或凸面。
17.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述环绕侧面具有阶梯状的结构。
18.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述承载面为反射面。
19.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述基板包含透明板及底反射层，所述透明板具有所述承载面，所述底反射层配置于所述透明板与所述承载面相对的底面，且所述承载面的部分区域配置有多个导电图案，以电性连接所述多个发光晶粒。
20.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述封装层的所述出光面在所述多个反射槽以外的区域包含多个凹陷部及/或多个凸出部或配置为粗化表面。
21.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，还包含：
扩散板，配置于所述封装层上方；以及
波长转换膜，配置于所述封装层与所述扩散板之间或是配置于所述扩散板上方。
22.一种显示装置，其特征在于，包含光源模块以及显示面板，其中：
所述光源模块包含基板、多个发光晶粒、封装层以及多个反射图案，其中：
所述基板具有承载面；
所述多个发光晶粒配置于所述基板的所述承载面上；
所述封装层覆盖所述承载面及所述多个发光晶粒，所述封装层具有远离所述承载面的出光面，且所述出光面具有多个反射槽，所述多个反射槽分别与所述多个发光晶粒相对设置，所述多个反射槽并分别包含相对所述出光面倾斜的环绕侧面；以及
所述多个反射图案分别配置于所述多个反射槽中；以及
所述显示面板相对于所述光源模块设置，并邻近所述出光面。
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