TW201447433A - 背光模組 - Google Patents

Abstract

一種背光模組包含雷射光源、導光板、至少一反射層與至少一光發散結構。雷射光源用以提供雷射光束。導光板具有出光面、背光面與至少一側面。背光面相對出光面設置，且側面連接出光面與背光面。反射層至少部分包覆背光面與側面。反射層用以將到達反射層之雷射光束反射至出光面。光發散結構設置於導光板上。光發散結構用以發散雷射光束，其中雷射光束由光發散結構進入導光板，而被反射層反射至出光面。

Description

背光模組

本發明是有關於一種背光模組。

目前的側入式背光模組之光源多採用燈管或發光二極體。燈管或發光二極體所發出的光由導光板側面入射，因此導光板的亮度會隨著與發光元件的橫向距離增加而減少，光的使用效率不高，故不適用於大尺寸面板的背光源。另一方面，因燈管或發光二極體所發出之光，具有一定的頻寬範圍，因此背光模組所混合之光的色彩飽合度會有所限制，背光模組的品質無法提升。再加上燈管或發光二極體所發出之光具有大發散角度，因此背光模組的厚度也必須跟著增加，以避免漏光的問題。

一種背光模組包含雷射光源、導光板、至少一反射層與至少一光發散結構。雷射光源用以提供雷射光束。導光板具有出光面、背光面與至少一側面。背光面相對出光面設置，且側面連接出光面與背光面。反射層至少部分包覆背光面與側面。反射層用以將到達反射層之雷射光束反 射至出光面。光發散結構設置於導光板上。光發散結構用以發散雷射光束，其中雷射光束由光發散結構進入導光板，而被反射層反射至出光面。

在一或多個實施方式中，光發散結構位於導光板之側面，且光發散結構為凹槽。

在一或多個實施方式中，凹槽具有發散面，且發散面為曲面。

在一或多個實施方式中，光發散結構為繞射元件。

在一或多個實施方式中，繞射元件位於導光板之側面。

在一或多個實施方式中，出光面與側面相夾有一銳角。繞射元件設置於出光面鄰接側面之一端，雷射光源之雷射光束通過繞射元件進入導光板後，由設置於側面之反射層反射而在導光板中行進。

在一或多個實施方式中，出光面與側面相夾有一銳角。繞射元件設置於出光面鄰接側面之一端，且反射層暴露部分之側面。雷射光源之雷射光束通過繞射元件進入導光板後，於暴露之側面反射而在導光板中行進。

在一或多個實施方式中，背光面與側面相夾有一銳角。背光面鄰接側面之一端被反射層暴露，且繞射元件設置於背光面鄰接側面之該端。雷射光源之雷射光束通過繞射元件進入導光板後由設置於側面之反射層反射而在導光板中行進。

在一或多個實施方式中，背光面與側面相夾有一銳 角。背光面鄰接側面之一端與部分之側面暴露於反射層，且繞射元件設置於背光面鄰接側面之該端。雷射光源之雷射光束通過繞射元件進入導光板後，於暴露之側面反射而在導光板中行進。

在一或多個實施方式中，繞射元件包含複數個微結構。

在一或多個實施方式中，微結構呈週期排列。

在一或多個實施方式中，上述之背光模組更包含至少一導引介質，置於雷射光源與光發散結構之間。導引介質用以將雷射光束導引至光發散結構。

上述之背光模組利用雷射作為光源，且使用光發散結構以發散雷射光，因此可達成降低耗能、提高色彩飽和度、提升光板面積與減小光板厚度的好處。另一方面，利用導引介質分隔發光區(即導光板)與雷射光源可加強背光模組之電路安全。

110‧‧‧雷射光源

112‧‧‧雷射光束

114‧‧‧繞射光

120‧‧‧導光板

122‧‧‧出光面

124‧‧‧背光面

126‧‧‧側面

130‧‧‧反射層

140‧‧‧凹槽

142‧‧‧發散面

150‧‧‧導引介質

160‧‧‧繞射元件

162‧‧‧微結構

170‧‧‧黏合介質

A-A、B-B‧‧‧線段

θ‧‧‧角度

第1A圖繪示依照本發明第一實施方式之背光模組的俯視圖。

第1B圖繪示沿第1A圖之線段A-A的剖面圖。

第2A圖繪示依照本發明第二實施方式之背光模組的局部立體圖。

第2B圖繪示第2A圖之背光模組的俯視圖。

第2C圖繪示沿第2B圖之線段B-B的剖面圖。

第3A圖繪示本發明第三實施方式之背光模組的俯視圖。

第3B圖繪示本發明第四實施方式之背光模組的俯視圖。

第4圖繪示本發明第五實施方式之背光模組的俯視圖。

第5A圖繪示本發明第六實施方式之背光模組的俯視圖。

第5B圖繪示第5A圖之繞射光的空間分佈與強度分佈圖。

第6A圖繪示第5A圖之繞射元件的一實施方式的示意圖。

第6B圖繪示第5A圖之繞射元件的另一實施方式的示意圖。

第7A圖與第7B圖分別繪示本發明第七實施方式與第八實施方式之背光模組的俯視圖。

第8圖繪示本發明第九實施方式之背光模組的俯視圖。

第9圖繪示本發明第十實施方式之背光模組的側視剖面圖。

第10圖繪示本發明第十一實施方式之背光模組的側視剖面圖。

以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明 確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請同時參照第1A圖與第1B圖，其中第1A圖繪示依照本發明第一實施方式之背光模組的俯視圖，第1B圖繪示沿第1A圖之線段A-A的剖面圖。背光模組包含雷射光源110、導光板120、至少一反射層130與至少一光發散結構(在本實施方式為凹槽140)。雷射光源110用以提供雷射光束112。導光板120具有出光面122、背光面124與至少一側面126。背光面124相對出光面122設置，且側面126連接出光面122與背光面124。反射層130至少部分包覆背光面124與側面126，例如在本實施方式中，反射層130全面包覆背光面124與側面126。反射層130用以將到達反射層130之雷射光束112反射至出光面122。凹槽140設置於導光板120上，且凹槽140用以發散雷射光束112，其中雷射光束112由凹槽140進入導光板120，而被反射層130反射至出光面122。如此一來，因本實施方式之背光模組使用雷射光源110，且利用凹槽140以發散雷射光束112，因此可達成降低耗能、提高色彩飽和度、提升光板面積與減小光板厚度的好處。

詳細而言，因雷射光源110(例如為雷射二極體)的發光效率遠大於發光二極體或燈管，因此使用雷射光源 110可降低背光模組之耗能。再加上雷射具有高度的準直性，雷射光束112可傳播的距離遠大於發光二極體，且光發散程度遠小於發光二極體，因此可應用於較大尺寸且較小厚度的背光模組。當雷射光束112經過凹槽140後，雷射光束112可依照凹槽140的設計而具有特定的發散方向，因此雷射光束112可較有效率地均勻分佈於導光板120中。換言之，經由雷射光源110與凹槽140的結合，本實施方式之背光模組能夠以較少數量的雷射光源110來達到光均勻分佈的目的。另一方面，因雷射光束112為單頻(或為極窄頻)，其色彩純度高，因此使用多種顏色(如紅綠藍三原色)的雷射當作雷射光源110以進行混光可達成色彩飽和度較高之背光模組。

在本實施方式中，凹槽140位於導光板120的側面126，且凹槽140具有二發散面142。雖然雷射光束112具有高度的準直性，然而實際的雷射光束112仍然具有微小的發散角度和光束截面大小(如第1A圖所繪示)，因此雷射光束112可同時打至二發散面142上。雷射光束112自凹槽140之發散面142進入導光板120，因發散面142的角度與折射的關係，雷射光束112在通過發散面142後會更加發散開來。換言之，在導光板120中，雷射光束112可以較大的發散角度前進，以達成光均勻分佈的目的。

在一或多個實施方式中，為了幫助光束的散射，導光板120可包含複數個微粒結構，其中微粒結構可以刻製或塗(貼)的方式置於導光板120的背光面124上。而當 導光板120具有微粒結構時，為了增加雷射光束112的散射，發散面142可設計為將雷射光束112導引至背光面124。例如第1B圖之發散面142可選擇往下傾斜，使得雷射光束112可進一步往背光面124方向傳播，然而本發明不以此為限。

在一或多個實施方式中，導光板120的材質可為透明或半透明的材質，例如為玻璃、塑膠或壓克力(PMMA)。另外雖然第1A圖之導光板120為矩形，然而在其他的實施方式中，導光板120可依照背光模組的實際需求而選擇其外形，如圓形或多邊形，本發明不以此為限。

接著請同時參照第2A圖與第2B圖，其中第2A圖繪示依照本發明第二實施方式之背光模組的局部立體圖，第2B圖繪示第2A圖之背光模組的俯視圖。第二實施方式與第一實施方式的不同處在於凹槽140之發散面142的數量與形狀。在本實施方式中，發散面142為曲面。

詳細而言，請先參照第2B圖，以俯視方向觀看，發散面142為面向導光板120彎曲的曲面，因此發散面142與導光板120的組合可視為凹透鏡的結構。當雷射光束112在通過發散面142後，發散面142的曲面結構以及折射的關係，使得雷射光束112的發散角度增加，因此發散面142能將雷射光束112更有效率地均勻分佈於導光板120中。

接著請參照第2C圖，其繪示第2B圖沿線段B-B之剖面圖。承上所述，雷射光束112在垂直方向(定義為與出光面122垂直的方向)亦具有微小的發散角度。為了 減少導光板120的厚度，以側視方向觀看，發散面142可為面向雷射光源110彎曲的曲面，因此發散面142與導光板120的組合可視為凸透鏡的結構。當雷射光束112在通過發散面142後，發散面142的曲面結構以及折射的關係，雷射光束112的發散角度會被收斂，以達成減少導光板120厚度的目的。

同樣的，在一或多個實施方式中，當導光板120之背光面124具有微粒結構時，為了增加雷射光束112的散射，發散面142亦可設計為將雷射光束112導引至背光面124的曲面。例如發散面142並非為以出光面122與背光面124之中心面對稱的曲面(如第2C圖所繪示)，而是發散面142之曲面中心較靠近出光面122，因此雷射光束112可進一步往背光面124方向傳播。至於第二實施方式的其餘細節因與第一實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第3A圖，其繪示本發明第三實施方式之背光模組的俯視圖。第三實施方式與第一實施方式的不同處在於雷射光源110與凹槽140的數量。在本實施方式中，為了增加背光模組的光強度，雷射光源110與凹槽140的數量皆可大於一個。例如當導光板120為矩形時，雷射光源110與凹槽140可分佈於導光板120的四個側面126。因此雷射光束112可分邊自四個側面126通過凹槽140而進入導光板120，因此本實施方式之背光模組的強度，相較於第一實施方式之背光模組可增強為四倍。至於第三實施方式的其餘細節因與第一實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第3B圖，其繪示本發明第四實施方式之背光模組的俯視圖。第四實施方式與第三實施方式的不同處在於雷射光源110與凹槽140的位置。在本實施方式中，導光板120為矩形，而雷射光源110與凹槽140則分佈於導光板120的四個角落。因此雷射光束112可分邊自四個角落通過凹槽140而進入導光板120。至於第四實施方式的其餘細節因與第三實施方式相同，因此便不再贅述。

應注意的是，第三實施方式與第四實施方式之雷射光源110與凹槽140的數量與位置皆僅為例示，並非用以限制本發明。本發明所屬領域具通常知識者，應視實際需要，彈性設計雷射光源110與凹槽140的數量與位置。

接著請參照第4圖，其繪示本發明第五實施方式之背光模組的俯視圖。第五實施方式與第一實施方式的不同處在於凹槽140的數量以及導引介質150的存在。在本實施方式中，背光模組更包含二導引介質150，置於雷射光源110與凹槽140之間，導引介質150例如為光纖或光導管，用以將雷射光束112導引至凹槽140。具體而言，在本實施方式中，一個雷射光源110可藉由導引介質150而將雷射光束112分別導引至四個凹槽140。此種設計可應用於雷射光源110與導光板120之間為遠距時的情況，例如紅綠燈之導光板120可置於紅綠燈號誌後方，而雷射光源110則可置於燈柱中以方便更換，且因雷射光源110(具有電源)與導光板120(為發光區)之間以導引介質150分隔，因此可減少電路漏電或老化而影響發光區的機會，藉以加強背光模 組的安全性。至於第五實施方式的其餘細節因與第一實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第5A圖，其繪示本發明第六實施方式之背光模組的俯視圖。第六實施方式與第一實施方式的不同處在於光發散結構的類型。在本實施方式中，光發散結構為繞射元件(Diffractive Optical Element；DOE)160，且繞射元件160位於導光板120之側面126。繞射元件160主要藉由改變光束的波前而產生建設性(Constructive)干涉與破壞性(Destructive)干涉的組合以調節光束。因此當雷射光束112經過繞射元件160後，雷射光束112的波前即被改變，例如在本實施方式中，雷射光束112被分成複數條繞射光114，這些繞射光114分別以不同的方向傳播，以達到光束發散的目的。應注意的是，第5A圖中之實線箭頭表示繞射光114之光束中心，而虛線箭頭則表示繞射光114之光束邊緣。

接著請參照第5B圖，其繪示第5A圖之繞射光114的空間分佈與光強度分佈圖，其中光強度分佈圖繪示Y=0處之繞射光114沿X軸的光強度。本實施方式之繞射光114的光強度於空間上的分佈並不均勻，例如為高斯分佈。具體而言，繞射光114之光束中心具有較強的光強度，其光強度隨者遠離光束中心而減弱。為了補足其強度，相鄰之兩條繞射光114之間可部分互相重疊，使得繞射光114中光強度稍弱的部分可互相補足，以達到導光板120之光均勻的目的。

接著請回到第5A圖。在一或多個實施方式中，背光模組更可包含黏合介質170，置於繞射元件160與導光板120之間。黏合介質170例如為透明膠，用以將繞射元件160貼附於導光板120上。然而在其他的實施方式中，繞射元件160亦可與導光板120一體成型，例如繞射元件160以刻製或壓印的方式印於導光板120上，本發明不以此為限。

接著請參照第6A圖，其繪示第5A圖之繞射元件160的一實施方式的示意圖。為了達到上述之分光的目的，繞射元件160具有複數個微結構162，且微結構162呈週期排列，以形成相位光柵。利用微結構162所形成的高度差異，使得通過的光束改變其波前而產生繞射。因此當第5A圖之雷射光束112通過相位光柵後，雷射光束112會沿不同角度而產生複數個繞射階的繞射光114(如第5A圖所繪示)。

然而繞射元件160並不以第6A圖的結構為限。接著請參照第6B圖，其繪示第5A圖之繞射元件160的另一實施方式的示意圖。在本實施方式中，微結構162不呈週期排列。繞射元件160可依照實際應用而設計繞射光的傳播方向與角度，例如當導光板120之背光面124(如第1B圖所繪示)具有微粒結構時，可設計繞射元件160將繞射光往背光面124方向導引。因此繞射元件160可依照特定繞射光的傳播方向與角度而設計其微結構162的分佈方式，如第6B圖所繪示。應注意的是，第6B圖之微結構162 的分佈方式僅為例示，並非用以限制本發明。本發明所屬領域具通常知識者，應視實際需要，彈性設計微結構162的分佈方式。至於第六實施方式之其餘細節因與第一實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請同時參照第7A圖與第7B圖，其分別繪示本發明第七實施方式與第八實施方式之背光模組的俯視圖。此二實施方式與第六實施方式的不同處在於雷射光源110與繞射元件160的數量。在此二實施方式中，為了增加背光模組的光強度，雷射光源110與繞射元件160的數量皆可大於一個。例如當導光板120為矩形時，雷射光源110與繞射元件160可分佈於導光板120的四個側面126，如第7A圖所示。因此雷射光束112可分邊自四個側面126通過繞射元件160而進入導光板120。另外，如第7B圖所示，雷射光源110與繞射元件160分佈於導光板120的四個角落。因此雷射光束112可分邊自四個角落通過繞射元件160而進入導光板120。因此第七實施方式與第八實施方式之背光模組的強度，相較於第六實施方式之背光模組可增強為四倍。至於第七實施方式與第八實施方式的其餘細節因與第六實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第8圖，其繪示本發明第九實施方式之背光模組的俯視圖。第九實施方式與第五實施方式的不同處在於光發散結構的類型。在本實施方式中，光發散結構為繞射元件160。同樣的，當雷射光源110與導光板120之間為遠距時，導引介質150可置於雷射光源110與繞射 元件160之間，以將雷射光束112分別導引至四個繞射元件160。另外雖然本實施方式之繞射元件160皆在導光板120之側面126，然而本發明並不以此為限。在其他的實施方式中，繞射元件160亦可置於導光板120的角落。至於第九實施方式的其餘細節因與第五實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第9圖，其繪示本發明第十實施方式之背光模組的側視剖面圖。第十實施方式與第六實施方式的不同處在於繞射元件160的位置。在本實施方式中，出光面122與側面126相夾一銳角θ。繞射元件160設置於出光面122鄰接側面126之一端。雷射光束112通過繞射元件160而進入導光板120後，由設置於側面126之反射層130反射而在導光板120中行進。然而在其他的實施方式中，反射層130可暴露部分之側面126，使得用以反射雷射光束112之部分側面126的外側不具有反射層130。雷射光束112可藉由導光板120與外在介質(在本實施方式中為空氣)之間所具有的全反射角以進行反射，本發明不以此為限。

一般來說，對於中小型面板而言，其背光模組的厚度較薄，因此不易將繞射元件160貼附或刻製於導光板120的側面126。而在本實施方式中，因出光面122的面積較側面126大，因此繞射元件160可較輕易地貼附或刻製於導光板120的出光面122，使得雷射光束112在導光板120中行進與發散較有較好的效果。至於第十實施方式的其餘細節因與第六實施方式相同，因此便不再贅述。

接著請參照第10圖，其繪示本發明第十一實施方式之背光模組的側視剖面圖。第十一實施方式與第十實施方式的不同處在於繞射元件160的位置。在本實施方式中，背光面124與側面126相夾一銳角θ。背光面124鄰接側面126之一端暴露於反射層130，且繞射元件160設置於背光面124鄰接側面126之該端，即設置於暴露於反射層130之部分背光面124。雷射光束112通過繞射元件160而進入導光板120後，由設置於側面126之反射層130反射而在導光板120中行進。而在其他的實施方式中，反射層130可暴露部分之側面126，使得用以反射雷射光束112之部分側面126的外側不具有反射層130。雷射光束112可藉由導光板120與外在介質(在本實施方式中為空氣)之間所具有的全反射角以進行反射，本發明不以此為限。

與第十實施方式相似地，本實施方式之背光模組亦適合應用於中小型面板上。且因在本實施方式中，雷射光源110置於背光面124外側，因此不會影響到背光模組的出光。至於第十一實施方式的其餘細節因與第十實施方式相同，因此便不再贅述。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧雷射光源

112‧‧‧雷射光束

120‧‧‧導光板

126‧‧‧側面

130‧‧‧反射層

140‧‧‧凹槽

142‧‧‧發散面

A-A‧‧‧線段

Claims (12)

1. 一種背光模組，包含：一雷射光源，用以提供一雷射光束；一導光板，具有一出光面、一背光面與至少一側面，該背光面相對該出光面設置，且該側面連接該出光面與該背光面：至少一反射層，至少部分包覆該背光面與該側面，該反射層用以將到達該反射層之該雷射光束反射至該出光面；以及至少一光發散結構用以發散該雷射光束，其中該雷射光束由該光發散結構進入該導光板，而被該反射層反射至該出光面。
2. 如請求項1所述的背光模組，其中該光發散結構位於該導光板之該側面，且該光發散結構為一凹槽。
3. 如請求項2所述的背光模組，其中該凹槽具有一發散面，且該發散面為一曲面。
4. 如請求項1所述的背光模組，其中該光發散結構為一繞射元件。
5. 如請求項4所述的背光模組，其中該繞射元件位於該導光板之該側面。
6. 如請求項4所述的背光模組，其中該出光面與該側面相夾有一銳角，該繞射元件設置於該出光面鄰接該側面之一端，該雷射光源之該雷射光束通過該繞射元件進入該導光板後由設置於該側面之該反射層反射而在該導光板中行進。
7. 如請求項4所述的背光模組，其中該出光面與該側面相夾有一銳角，該繞射元件設置於該出光面鄰接該側面之一端，且該反射層暴露部分之該側面，該雷射光源之該雷射光束通過該繞射元件進入該導光板後，於暴露之該側面反射而在該導光板中行進。
8. 如請求項4所述的背光模組，其中該背光面與該側面相夾有一銳角，該背光面鄰接該側面之一端暴露於該反射層，且該繞射元件設置於該背光面鄰接該側面之該端，該雷射光源之該雷射光束通過該繞射元件進入該導光板後由設置於該側面之該反射層反射而在該導光板中行進。
9. 如請求項4所述的背光模組，其中該背光面與該側面相夾有一銳角，該背光面鄰接該側面之一端與部分之該側面暴露於該反射層，且該繞射元件設置於該背光面鄰接該側面之該端，該雷射光源之該雷射光束通過該繞射元件進入該導光板後，於暴露之該側面反射而在該導光板中行 進。
10. 如請求項4所述的背光模組，其中該繞射元件包含複數個微結構。
11. 如請求項10所述的背光模組，其中該些微結構呈週期排列。
12. 如請求項1所述的背光模組，更包含至少一導引介質，置於該雷射光源與該光發散結構之間，該導引介質用以將該雷射光束導引至該光發散結構。