TW201835655A - 具有2d局部調光之背光單元 - Google Patents

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Abstract

本文揭示背光單元，背光單元包括導光板、光源及光學層，該導光板具有孔之陣列及複數個光提取特徵，該光源定位於該孔之陣列中的至少一個孔中，該光學層定位於該導光板之發光主表面上，該光學層具有不同光學性質的至少兩個區域。進一步揭示包括上述背光單元的顯示及照明裝置。

Description

具有2D局部調光之背光單元
此申請案根據專利法主張於2017年1月31日申請之美國臨時申請案序號第62/452,470號之優先權之權益，如同以下完整記載般，依據該案之內容且將該案之內容以其全文引用方式併入本文。
本揭示案大致上關於背光單元及包括上述背光單元的顯示或照明裝置，並且更具體而言關於包括定位於具有孔之陣列的導光板中的光源的背光單元。
液晶顯示器(LCD)常用於各種電子裝置，例如手機、筆記型電腦、電子平板電腦、電視機及電腦顯示器。液晶顯示器可包括用於產生光的背光單元(BLU)，光然後可經轉換、濾波及/或偏振以產生期望的影像。背光單元可為側光式(edge-lit)，例如，包括耦接至導光板(LGP)之邊緣的光源，或者為直下式(back-lit)，例如，包括設置於液晶顯示器面板後面的光源之二維陣列。
與側光式背光單元相比，直下式背光單元可具有改善的動態對比度(dynamic contrast)之優點。舉例而言，具有直下式背光單元的顯示器可獨立地調整每個LED之亮度，以優化影像各處亮度之動態範圍。此為熟知的局部調光(local dimming)。然而，為了實現期望的光均勻度及/或避免直下式背光單元中的熱點(hot spot)，一或更多個光源可能定位於與導光板及/或擴散膜相距一定距離處，因此使整體顯示器厚度大於側光式背光單元之顯示器厚度。儘管側光式背光單元可能較薄，來自每個LED的光可散佈在導光板之大區域各處，使得關閉單獨的LED或LED群組可能對動態對比度僅有最小的影響。
因此，提供具有改善的局部調光效率而不會不利地影響由背光單元發射的光之均勻度的薄背光單元將為有利的。提供具有類似於側光式背光單元般薄的背光，同時亦提供類似於直下式背光單元的局部調光能力亦將為有利的。
在各種實施例中，本揭示案關於背光單元，包括：導光板，具有孔之陣列及複數個光提取特徵；光源，定位於該孔之陣列中的至少一個孔中；及光學層，定位於該導光板之發光主表面上。光學層可包括第一區域及第二區域，該第一區域設置於該至少一個孔上方，該第二區域設置於導光板之鄰近該至少一個孔的一部分上方，且該光學層之該第一及第二區域可具有不同光學性質，例如不同擴散反射率(diffuse reflectance)或擴散穿透率(diffuse transmittance)。本文亦揭示包括上述背光單元的顯示及照明裝置。
根據各種實施例，光學層之第一區域之第一擴散反射率大於光學層之第二區域之第二擴散反射率。在其他實施例中，光學層之第一區域之第一擴散穿透率小於光學層之第二區域之第二擴散穿透率。根據進一步實施例，經由光學層之第一區域穿透的光之第一強度在經由第二區域穿透的光之第二強度的約5%內。
在某些實施例中，導光板可包括玻璃。舉例而言，光源可選自側發光(side-emitting) LED。根據非限制實施例，導光板之至少一個主表面可經圖案化而具有複數個光提取特徵或導光板基質(matrix)可包括複數個光提取特徵。舉例而言，光提取特徵可包含光散射顆粒、雷射損傷部位及/或粗糙化表面特徵。在某些實施例中，複數個光提取特徵可包括梯度或網格圖案。
本揭示案之附加特徵及優點將於以下的實施方式中記載，並且部分地對於本領域熟知技術者而言從該實施方式將為顯而易見的，或藉由實踐本文所述的方法而認知，本文包含以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。
應瞭解，前述一般性描述及以下實施方式兩者呈現本揭示案之各種實施例，且欲提供用以瞭解申請專利範圍之本質及特性的概要或架構。本文包含附圖以提供進一步瞭解本揭示案，且附圖併入此說明書中且構成此說明書之一部分。圖式繪示本揭示案之各種實施例，且圖式與說明一起用以解釋本揭示案之原理及操作。
本文揭示背光單元，包括：導光板，具有孔之陣列及複數個光提取特徵；光源，定位於該孔之陣列中之至少一個孔中；及光學層，定位於該導光板之發光主表面上。光學層可包括第一區域及第二區域，該第一區域設置於該至少一個孔上方，該第二區域設置於導光板之鄰近該至少一個孔的一部分上方，且該光學層之該第一及第二區域可具有不同光學性質，例如不同擴散反射率或擴散穿透率。
本文亦揭示包括上述背光的裝置，例如顯示、照明及電子裝置，例如僅舉幾例，電視機、電腦、電話、平板電腦及其他顯示面板、照明器具、固態照明器、廣告牌及其他建築元件。
現將參照第 1 圖 ~ 第 5 圖 討論本揭示案之各種實施例，第 1 圖 ~ 第 5 圖 繪示本文揭示的背光單元之示例性部件。以下一般性描述欲提供對所主張的裝置之概述，並且將參照非限制描繪的實施例在整個揭示案中更具體地討論各種態樣，這些實施例在本揭示案之上下文內可彼此互換。
第 1 圖 繪示包括孔105 之陣列的示例性導光板(LGP)100 。至少一個光源110 可定位於孔105 之陣列中的至少一個孔中。儘管繪示的實施例在每個孔中包括光源110 ，考量其中只有某些孔包括光源的其他實施例。此外，替代的導光板配置欲落入本揭示案之範疇內，包含不同的孔位置、尺寸、形狀及/或間隔。舉例而言，儘管描繪的實施例包含具有相同尺寸、形狀及間隔的週期性或規則的孔之陣列，但可考量其中陣列為不規則的或非週期性的其他實施例。此外，孔之陣列中的每個孔可具有適當的任何尺寸及/或形狀以適應期望的光源及/或光輸出，包含但不限於，圓孔、方孔、矩形孔及其他多邊形或曲線形狀，其可為規則的或不規則的。位於孔之間的導光板100 之部分115 可類似地在尺寸及/或形狀上變化。
導光板100 可具有任何尺寸，例如長度L 及寬度W ，其可根據顯示或照明應用而變化。在一些實施例中，長度L 可於從約0.01 m至約10 m的範圍中，例如從約0.1 m至約5 m、從約0.5 m至約2.5 m或從約1 m至約2 m，包含介於其間的所有範圍及子範圍。類似地，寬度W 可於從約0.01 m至約10 m的範圍中，例如從約0.1 m至約5 m、從約0.5 m至約2.5 m或從約1 m至約2 m，包含介於其間的所有範圍及子範圍。孔105 之陣列中的每個孔亦可界定單位區塊（由虛線表示），該單位區塊具有關聯的單位長度L0 及單位寬度W0 ，其可根據導光板100 之尺寸以及沿著導光板100 的孔105 之數量及/或間隔而變化。在一些實施例中，導光板之長度L 及寬度W 可實質上相等或他們可不同。類似地，單位長度L0 及單位寬度W0 可實質上相等或他們可不同。
當然，儘管第 1 圖 中繪示矩形導光板100 ，應理解，導光板可具有適當的任何規則的或不規則的形狀，以產生用於所選應用的期望的光分佈。如第 1 圖 中繪示導光板100 可包括四個邊緣，或可包括多於四個的邊緣，例如多邊的多邊形。在其他實施例中，導光板100 可包括少於四個邊緣，例如三角形。作為非限制實例，導光板可包括具有四個邊緣的矩形、正方形或菱形片，但其他形狀及配置也欲落入本揭示案之範疇內，包含具有一或更多個曲線部分或邊緣的形狀及配置。
根據各種實施例，導光板可包括本領域中使用的用於照明及顯示應用的任何透明的材料。如本文所使用的，用語「透明的」欲表示導光板在光譜之可見光區域（約420 nm~750 nm）中在500 mm的長度上具有大於約80%的光學穿透率。舉例而言，示例性透明材料可在可見光範圍中在500 mm的長度上具有大於約85%的穿透率，例如大於約90%、大於約95%或大於約99%的穿透率，包含介於其間的所有範圍及子範圍。在某些實施例中，示例性透明材料可在紫外光(UV)區域（約100 nm~400 nm）中在500 mm的長度上具有大於約50%的光學穿透率，例如大於約55%、大於約60%、大於約65%、大於約70%、大於約75%、大於約80%、大於約85%、大於約90%、大於約95%或大於約99%的穿透率，包含介於其間的所有範圍及子範圍。
導光板之光學性質可能受透明材料之折射率影響。根據各種實施例，導光板可具有於從約1.3至約1.8的範圍中的折射率，例如從約1.35至約1.7、從約1.4至約1.65、從約1.45至約1.6或從約1.5至約1.55，包含介於其間的所有範圍及子範圍。在其他實施例中，導光板可具有相對低水平的光衰減（例如，由於吸收及/或散射）。舉例而言，對於從約420 nm~750 nm的範圍中的波長，導光板之光衰減(α)可小於約5 dB/m。舉例而言，α可小於約4 dB/m、小於約3 dB/m、小於約2 dB/m、小於約1 dB/m、小於約0.5 dB/m、小於約0.2 dB/m或甚至更小，包含介於其間的所有範圍及子範圍，例如從約0.2 dB/m至約5 dB/m。
導光板100 可包括聚合物材料，例如塑膠，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate; PMMA)、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯(methylmethacrylate styrene; MS)、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane; PDMS)或其他類似材料。導光板100 亦可包括玻璃材料，例如鋁矽酸鹽(aluminosilicate)、鹼金屬鋁矽酸鹽(alkali-aluminosilicate)、硼矽酸鹽(borosilicate)、鹼金屬硼矽酸鹽(alkali-borosilicate)、鋁硼矽酸鹽(aluminoborosilicate)、鹼金屬鋁硼矽酸鹽(alkali-aluminoborosilicate)、鹼石灰(soda lime)或其他適合的玻璃。適合用作玻璃導光件的市售玻璃之非限制實例包含例如來自康寧公司的EAGLE XG® 、LotusTM 、Willow® 、IrisTM 及Gorilla® 玻璃。
一些非限制玻璃組成物可包含約50 mol%至約90 mol%之間的SiO2 、0 mol%至約20 mol%之間的Al2 O3 、0 mol%至約20 mol%之間的B2 O3 以及0 mol%至約25 mol%之間的Rx O，其中R為Li、Na、K、Rb、Cs中之任何一或更多者且x為2，或Zn、Mg、Ca、Sr或Ba並且x為1。在一些實施例中，Rx O – Al2 O3 ＞ 0；0 ＜ Rx O – Al2 O3 ＜ 15；x = 2且R2 O – Al2 O3 ＜ 15；R2 O – Al2 O3 ＜ 2；x=2且R2 O – Al2 O3 – MgO ＞ -15；0 ＜ (Rx O – Al2 O3 ) ＜ 25、-11 ＜ (R2 O – Al2 O3 ) ＜ 11及-15 ＜ (R2 O – Al2 O3 – MgO) ＜ 11；及/或-1 ＜ (R2 O – Al2 O3 ) ＜ 2及-6 ＜ (R2 O – Al2 O3 – MgO) ＜ 1。在一些實施例中，玻璃包括各自小於1 ppm的Co、Ni及Cr。在一些實施例中，Fe之濃度為 ＜ 約50 ppm、 ＜ 約20 ppm 或 ＜ 約 10 ppm。在其他實施例中，Fe + 30Cr + 35Ni ＜ 約60 ppm、Fe + 30Cr + 35Ni ＜ 約40 ppm、Fe + 30Cr + 35Ni ＜ 約20 ppm 或 Fe + 30Cr + 35Ni ＜ 約10 ppm。在其他實施例中，玻璃包括約60 mol%至約80 mol%之間的SiO2 、約0.1 mol%至約15 mol%之間的Al2 O3 、0 mol%至約12 mol%之間的B2 O3 及約0.1 mol%至約15 mol%之間的Rx O，其中R為Li、Na、K、Rb、Cs中之任何一或更多者且x為2，或Zn、Mg、Ca、Sr或Ba並且x為1。
在其他實施例中，玻璃組成物可包括約65.79 mol%至約78.17 mol%之間的SiO2 、約2.94 mol%至約12.12 mol%之間的Al2 O3 、約0 mol%至約11.16 mol%之間的B2 O3 、約0 mol%至約2.06 mol%之間的Li2 O、約3.52 mol%至約13.25 mol%之間的Na2 O、約0 mol%至約4.83 mol%之間的K2 O、約0 mol%至約3.01 mol%之間的ZnO、約0 mol%至約8.72 mol%之間的MgO、約0 mol%至約4.24 mol%之間的CaO、約0 mol%至約6.17 mol%之間的SrO、約0 mol%至約4.3 mol%之間的BaO以及約0.07 mol%至約0.11 mol%之間的SnO2 。
在另外的實施例中，玻璃可包括在0.95與3.23之間的Rx O/Al2 O3 比率，其中R為Li、Na、K、Rb、Cs中之任何一或更多者且x為2。在進一步實施例中，玻璃可包括在1.18與5.68之間的Rx O/Al2 O3 比率，其中R為Li、Na、K、Rb、Cs中之任何一或更多者且x為2，或R為Zn、Mg、Ca、Sr或Ba且x為1。在更進一步實施例中，玻璃可包括在-4.25與4.0之間的Rx O – Al2 O3 – MgO，其中R為Li、Na、K、Rb、Cs中之任何一或更多者且x為2。在仍進一步實施例中，玻璃可包括在約66 mol%至約78 mol%之間的SiO2 、在約4 mol%至約11 mol%之間的Al2 O3 、在約4 mol%至約11 mol%之間的B2 O3 、在約0 mol%至約2 mol%之間的Li2 O、在約4 mol%至約12 mol%之間的Na2 O、在約0 mol%至約2 mol%之間的K2 O、在約0 mol%至約2 mol%之間的ZnO、在約0 mol%至約5 mol%之間的MgO、在約0 mol%至約2 mol%之間的CaO、在約0 mol%至約5 mol%之間的SrO、在約0 mol%至約2 mol%之間的BaO以及在約0 mol%至約2 mol%之間的SnO2 。
在另外的實施例中，玻璃可包括在約72 mol %至約80 mol%之間的SiO2 、在約3 mol%至約7 mol%之間的Al2 O3 、在約0 mol%至約2 mol%之間的B2 O3 、在約0 mol%至約2 mol%之間的Li2 O、在約6 mol%至約15 mol%之間的Na2 O、在約0 mol%至約2 mol%之間的K2 O、在約0 mol%至約2 mol%之間的ZnO、在約2 mol%至約10 mol%之間的MgO、在約0 mol%至約2 mol%之間的CaO、在約0 mol%至約2 mol%之間的SrO、在約0 mol%至約2 mol%之間的BaO以及在約0 mol%至約2 mol%之間的SnO2 。在某些實施例中，玻璃可包括在約60 mol %至約80 mol%之間的SiO2 、在約0 mol%至約15 mol%之間的Al2 O3 、在約0 mol%至約15 mol%之間的B2 O3 以及在約2 mol%至約50 mol%之間的Rx O，其中R為Li、Na、K、Rb、Cs中之任何一或更多者且x為2，或R為Zn、Mg、Ca、Sr或Ba且x為1，且其中Fe + 30Cr + 35Ni ＜ 約 60 ppm。
在一些實施例中，導光板100 可包括小於0.015的色偏(color shift) ∆y，例如於從約0.005至約0.015的範圍中（例如，約0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.011、0.012、0.013、0.014或0.015）。在其他實施例中，導光板可包括小於0.008的色偏。色偏可藉由以下來表徵：使用用於色彩量測的CIE 1931標準，量測沿著長度L的x及y色度座標的變化。針對導光板色偏Δy可報告為Δy = y(L2 )-y(L1 )，其中L2 及L1 為沿遠離源發射的面板或基板方向的Z位置，並且其中L2 -L1 =0.5公尺。示例的導光板具有Δy＜ 0.01、Δy＜ 0.005、Δy ＜ 0.003或Δy ＜ 0.001。根據某些實施例，針對從約420 nm~約750 nm的波長，導光板可具有小於約4 dB/m的光衰減α1 （例如，由於吸收及/或散射損失），例如小於約3 dB/m、小於約2 dB/m、小於約1 dB/m、小於約0.5 dB/m、小於約0.2 dB/m或甚至更小，例如，於從約0.2 dB/m至約4 dB/m的範圍中。
在一些實施例中，導光板100 可包括例如藉由離子交換而經化學強化的玻璃。在離子交換處理期間，玻璃片之表面處或靠近表面處的玻璃片內的離子可被交換成例如來自鹽浴的較大的金屬離子。將較大的離子併入玻璃中可藉由在靠近表面區域中產生壓縮應力來強化玻璃片。可在玻璃片之中心區域內引起相應的拉伸應力以平衡壓縮應力。
舉例而言，可藉由將玻璃浸入熔融鹽浴中歷時預定的時間來執行離子交換。示例性鹽浴包含但不限於KNO3 、LiNO3 、NaNO3 、RbNO3 及上述之組合。熔融鹽浴之溫度及處理時間可變化。本領域熟知技術者具有能力根據期望的應用決定時間及溫度。藉由非限制實例，熔融鹽浴之溫度可於從約400ºC至約800ºC的範圍中，例如從約400ºC至約500ºC，並且預定的時間可於從約4小時至約24小時的範圍中，例如從約4小時至約10小時，儘管可預想其他溫度及時間組合。藉由非限制實例，可將玻璃浸沒於KNO3 浴中，舉例而言，於約450o C下歷時約6小時，以獲得賦予表面壓縮應力的富含K的層。
參照第 2 圖 ，其描繪示例的光學層120 ，該光學層可具有不同光學性質的至少兩個區域。舉例而言，第一區域125 可對應於導光板100 之孔105 之陣列中的至少一個孔，如第 1 圖 所繪示。第二區域130 可對應於孔105 之間的導光板100 之部分115 ，如第 1 圖 所繪示。在組裝時，如第 3 圖 所描繪，第一區域125 可設置於至少一個孔上方，並且第二區域130 可設置於鄰近孔或介於孔之間的導光板部分上方。光學層120 可包括任何能夠至少部分地修改自導光板100 的光輸出的材料。在一些實施例中，光學層120 可包括擴散膜。在這種情況下，光學層120 之第一區域125 與第二區域130 可具有不同的擴散反射率。在其他實施例中，光學層120 可調整由導光板100 穿透的光量。舉例而言，光學層120 之第一區域125 與第二區域130 可具有不同的擴散穿透率。
根據各種實施例，第一區域125 之第一擴散反射率可為約50%或更大並且第二區域130 之第二擴散反射率可為約20%或更小。舉例而言，第一擴散反射率可為至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%或至少約90%，例如於從約50%至100%的範圍中，包含介於其間的所有範圍及子範圍。第二擴散反射率可為約20%或更小、約15%或更小、約10%或更小或約5%或更小，例如於從0%至約20%的範圍中，包含介於其間的所有範圍及子範圍。在一些實施例中，第一擴散反射率可比第二擴散反射率大至少約2.5倍，例如，大約3倍、大約4倍、大約5倍、大約10倍、大約15倍或大約20倍，例如大約2.5倍至約20倍，包含介於其間的所有範圍及子範圍。舉例而言，可藉由可從Perkin Elmer獲得的紫外光/可見光分光光譜儀(UV/Vis spectrometer)來量測光學層120 之擴散反射率。
在另外的非限制實施例中，第一區域125 之第一擴散穿透率可為約50%或更小並且第二區域130 之第二擴散穿透率可為約80%或更大。舉例而言，第一擴散穿透率可為約50%或更小、約40%或更小、約30%或更小、約20%或更小或約10%或更小，例如於從0%至約50%的範圍中，包含介於其間的所有範圍及子範圍。第二擴散穿透率可為80%或更大、約85%或更大、約90%或更大、或約95%或更大，例如從約80%至100%，包含介於其間的所有範圍及子範圍。在一些實施例中，第二擴散穿透率可比第一擴散穿透率大至少約1.5倍，例如，大約2倍、大約3倍、大約4倍、大約5倍、大約10倍、大約15倍或大約20倍，例如大約1.5倍至約20倍，包含介於其間的所有範圍及子範圍。舉例而言，可藉由可從Perkin Elmer獲得的紫外光/可見光分光光譜儀(UV/Vis spectrometer)來量測光學層120 之擴散穿透率。
儘管第 2 圖 繪示離散的第一區域125 及第二區域130 ，但亦應理解，在這兩個區域之間可能存在梯度，例如，從第二區域至第一區域的增加的擴散反射率梯度，或從第一區域至第二區域的增加的擴散穿透率梯度等等。
儘管第 2 圖 繪示單一光學膜，但應理解，光學層120 可包括多個片、膜或層。舉例而言，可首先將對應於第一區域125 的光學層之部分定位於導光板100 之孔105 上方，並且隨後可將對應於第二區域130 的光學層之部分定位於導光板之其餘部分上方，例如，在孔之間的部分115 ，反之亦然。或者，可將具有第一光學性質的第一膜或層之部分定位於導光板100 之孔105 上方，並且可覆蓋具有第二光學性質的第二膜或層以實質上覆蓋全部導光板100 （包含第一區域125 ），反之亦然。在如此的實施例中，多層光學層之第一區域125 可具有第一膜及第二膜之聚集光學性質，而第二區域130 可僅具有單獨第二膜的光學性質，反之亦然。因此，光學層120 可適當地包括單一膜或複合膜、單一層或多個層，以產生期望的光學效應。
在一些實施例中，光學層之第一區域125 僅定位於導光板100 之孔105 上方，並且第二區域130 僅定位於孔105 之間的導光板100 之部分115 上方。無論光學層配置為何，應理解，本文揭示的實施例可包括具有至少一種光學性質的光學層，該至少一種光學性質與對應於孔之間的部分115 的第二區域相比（例如，較低的擴散反射率及/或較高的擴散穿透率）在對應於導光板之孔105 的第一區域中不同（例如，較高的擴散反射率及/或較低的擴散穿透率）。此外，本文揭示的背光單元之實施例可產生實質上均勻的光，例如，從對應於導光板之孔的區域發出的光之亮度可實質上等於從導光板之孔之間的區域發出的光之亮度。
在各種實施例中，經由光學層120 之第一區域125 量測的光之亮度可與經由光學層120 之第二區域130 量測的光之亮度實質上相同。舉例而言，第一區域125 之第一亮度可在第二區域130 之第二亮度的約10%內，例如在約0.01%至約10%內、在約0.1%至約5%內、在約1%至約4%內或在約2%至約3%內，包含介於其間的所有範圍及子範圍。光強度可藉由任何亮度計(luminance meter)來量測，例如可從Photo Research獲得的PR650。
第 3 圖 繪示非限制導光組件之剖面圖，該導光組件包括定位於導光板100 上的光學層120 ，導光板100 包括孔105 之陣列（繪示一個孔）。導光板100 可包括發光第一主表面140 及相對的第二主表面150 。在某些實施例中，主表面可為平面的或實質上平面的及/或平行的或實質上平行的。在某些實施例中，導光板100 可具有在第一主表面與第二主表面之間延伸的厚度t ，厚度t 小於或等於約3 mm，例如，於從約0.1 mm至約2.5 mm的範圍中、於從約0.3 mm至約2 mm的範圍中、於從約0.5 mm至約1.5 mm的範圍中或於從約0.7 mm至約1 mm的範圍中，包含介於其間的所有範圍及子範圍。
光學層120 可定位於導光板100 之發光表面140 上。用語「定位於……上」及其變化欲表示部件或層位於所列部件之特定表面上，但未必與該表面直接實體接觸。舉例而言，第 3 圖 中描繪光學層120 與發光表面140 直接實體接觸；然而，在一些實施例中，在這兩個部件之間可存在其他層或膜。因此，定位於部件B之表面上的部件A可或可不與部件B直接實體接觸。
如第 3 圖 所示，光學層120 之第一區域125 對應於導光板中的至少一個孔105 ，並且第二區域130 對應於孔105 之間的導光板之部分115 。背光單元可包括一或更多個另外的膜或部件，例如反射膜160 及/或至少一個輔助光學膜170 。反射膜160 可定位於導光板100 之相對的第二主表面150 上，直接實體接觸或具有定位於其間的其他膜或層，例如，黏合劑層。示例性反射膜160 包含但不限於金屬箔，例如銀、鉑、金、銅及類似者。一或更多個輔助光學膜170 可定位於導光板100 之發光第一主表面140 上，例如，在導光板100 與一或更多個輔助光學膜170 之間具有光學層120 ，反之亦然。示例性輔助光學膜170 可包含但不限於擴散膜、稜狀膜（例如，增亮膜(BEF)）或反射偏振膜（例如，雙增亮膜(DBEF)），僅舉幾例。儘管在第 3 圖 中未繪示，本文揭示的背光單元可包括典型地存在於顯示及照明裝置中的其他部件或可與典型地存在於顯示及照明裝置中的其他部件組合，僅舉幾例示例性部件，例如薄膜電晶體(TFT)陣列、液晶(LC)層及濾光片。
如第 3 圖 所繪示，光源110 定位於孔105 中。在某些實施例中，光源110 可包括具有非朗伯特(non-Lambertian)分佈的發光二極體。舉例而言，可使用側發光LED，其相對於LED之法線以大角度導引大部分光。作為非限制實例，側發光LED可相對於LED之法線以60o 或更大的角度導引至少3倍的光，例如4倍、5倍、10倍或更大，例如，於從約3倍至約10倍的範圍中，包含介於其間的所有範圍及子範圍。第 4 圖 呈現示例性側發光LED的角度發射強度分佈之圖形。LED以較高角度（例如接近70o ）發射大部分光，這與典型LED提供的朗伯特分佈不同。根據某些實施例，如第 4 圖 所繪示，角度發射強度分佈可關於LED之法線對稱。在各種實施例中，LED可發射藍光、UV光或近UV光，例如，具有於從約100 nm至約500 nm的範圍中的波長的光。
至少一個光源110 可經由孔105 光耦合至導光板100 。如本文所使用的，用語「光耦合」欲表示光源定位於導光板之表面處以便將光引入導光板。即使光源不與導光板直接實體接觸，光源仍可光耦合至導光板。
在第 3 圖 中由實線箭頭描繪自光源110 的大致光發射方向。注入導光板100 的光可由於全內反射(TIR)而在導光板內傳播，直到光以小於臨界角的入射角照射界面。全內反射(TIR)為在包括第一折射率的第一材料（例如，玻璃、塑膠等）中傳播的光可在與包括比第一折射率低的第二折射率的第二材料（例如，空氣等）的界面處被全反射的現象。可使用司乃爾定律(Snell’s law)來解釋全內反射：其描述在不同折射率的兩種材料之間的界面處的光折射。根據司乃爾定律，n1 為第一材料之折射率，n2 為第二材料之折射率，Θi 為在界面處入射的光相對於界面之法線的角度（入射角），及Θr 為折射光相對於法線的折射角。當折射角(Θr )為90o 時，例如，sin(Θr ) = 1，司乃爾定律可表示為：在這些條件下的入射角Θi 亦可被稱為臨界角Θc 。具有大於臨界角的入射角（Θi ＞ Θc ）的光將在第一材料內被全內反射，而具有等於或小於臨界角的入射角（Θi ≤ Θc ）的光將被第一材料穿透。
在空氣（n1 =1）與玻璃（n2 =1.5）之間的示例性界面之情況下，臨界角（Θc ）可經計算為41o 。因此，若在玻璃中傳播的光以大於41o 的入射角照射空氣─玻璃界面，則所有的入射光將以等於入射角的角度從界面反射。若反射光遇到包括與第一界面相同折射率關係的第二界面，則入射至第二界面上的光將再次以等於入射角的反射角反射。
根據各種實施例，導光板100 之第一及/或第二主表面140 、150 可經圖案化而具有複數個光提取特徵。如本文所使用的，用語「圖案化」欲表示複數個光提取特徵以任何給定的圖案或設計存在於導光板之表面之上或之下，其舉例而言可為隨機的或經安置的、重複的或不重複的、均勻的或不均勻的。在其他實施例中，光提取特徵可位於鄰近表面的導光板之基質內，例如位於表面下方。舉例而言，光提取特徵可分佈在整個表面上，例如，作為構成粗糙化表面或凸起表面的紋理特徵，或可分佈在導光板或其部分內並貫穿整個導光板或其部分，例如作為雷射損傷的部位或特徵。用於產生上述光提取特徵的適合的方法可包含印刷（例如噴墨印刷(inkjet printing)、絲網印刷(screen printing)、縮印刷(microprinting)及類似者）、紋理化、機械粗糙化、蝕刻、射出成型、塗佈、雷射損傷或上述之任何組合。上述方法之非限制實例包含，舉例而言，將表面酸蝕刻，由TiO2 塗佈表面，以及藉由將雷射聚焦於表面上或在基板基質內使基板雷射損傷。
在各種實施例中，任選地存在於導光板之第一或第二表面上的光提取特徵可包括光散射位置。根據各種實施例，提取特徵可以適合的密度來圖案化，以便改善在導光板之發光表面各處光強度輸出之均勻度。在某些實施例中，靠近光源的光提取特徵之密度可低於從光源進一步遠離的點處的光提取特徵之密度，反之亦然，以適當地在導光板各處產生期望的光輸出分佈。
參照第 5 圖 ，針對第 1 圖 中描繪的個別單位區塊（具有單位長度L0 及單位寬度W0 ）提供示例性光提取圖案。所描繪的單位區塊之中心X 代表可放置光源的孔。一般而言，光提取特徵之密度隨著距離孔或中心X 的距離而增加。在一些實施例中，光提取特徵可經圖案化以形成網格，其中中心區域X 及從中心正交延伸的區域Y 具有更稀疏的光提取特徵，而角落區域Z 具有更密集的光提取特徵。因此，參照第 1 圖 ，可藉由沿著導光板100 之長度L 及寬度W 在每個孔之中心處正交相交的畫線來形成代表性網格。鄰近每個孔的中心區域可包括最少的光提取特徵，而接近網格線的區域可具有稀疏的光提取特徵，並且離網格線最遠的區域可具有更密集的光提取特徵。當然，第 1 圖 中描繪的配置為非限制的，並且具有不同間距、數量、形狀等的不同孔之陣列可與不同的網格形狀一起使用。在第 5 圖 中描繪的配置同樣為非限制的，並且可適當地使用不同的光提取特徵圖案來產生期望的光輸出分佈。
可根據本領域已知的任何方法，例如在共同審理中及共同擁有的國際專利申請號PCT/US2013/063622及PCT/US2014/070771（將各申請案之內容以其全文引用方式併入本文）中揭示的方法，來處理導光板以產生光提取特徵。舉例而言，導光板之表面可經研磨及/或拋光以實現期望的厚度及/或表面品質。然後可任選地清潔表面及/或可將待蝕刻的表面進行移除污染的製程，例如使表面暴露於臭氧。藉由非限制實施例，待蝕刻的表面可暴露於酸浴，例如，以例如於從約1:1至約9:1的範圍中的比例的冰醋酸(GAA)及氟化銨(NH4 F)之混合物。蝕刻時間可於例如從約30秒至約15分鐘的範圍中，並且蝕刻可在室溫下或在提高的溫度下進行。製程參數例如酸濃度/比例、溫度及/或時間可影響所造成的提取特徵之尺寸、形狀及分佈。本領域熟知技術者具有能力變化這些參數以實現期望的表面提取特徵。
儘管光提取特徵圖案可經選擇來改善沿著導光板100 之長度及寬度的光提取之均勻度，但對應於個別光源的導光板之區域可發射具有較高強度的光，例如，導光板之整體光輸出可能不均勻。因此，光學層120 可設計成具有不同光學性質的區域以進一步使光輸出均勻化。舉例而言，光學層120 之第一區域可進一步在對應於光源的區域中擴散光及/或限制在那些區域中穿透過光學層的光量。上述配置可允許擴散膜或其他光學膜相關於導光板中的光源更緊密地放置，並且因此，允許更薄的整體背光單元及所造成的照明或顯示裝置，而不會不利地影響由背光單元或裝置產生的光之均勻度。
本文揭示的背光單元可用於各種顯示裝置中，包含但不限於，電視機、電腦、電話、手持裝置、廣告牌或其他顯示螢幕。本文揭示的背光單元亦可用於各種照明裝置，例如照明器具或固態照明裝置。
應理解，各種揭示的實施例可涉及結合該特定實施例描述的特定特徵、元件或步驟。亦將理解，儘管關於一個特定實施例進行描述，但特定特徵、元件或步驟可與各種未繪示的組合或置換中的替換實施例互換或組合。
亦應理解，如本文所使用的用語「該(the)」、「一(a)」或「一(an)」意謂「至少一個」，除非明確指出相反的情況，否則不應限於「僅一個」。因此，舉例而言，除非上下文另有明確指示，否則對「光源」的參照包含具有兩個或多於兩個上述光源的實例。類似地，「複數個」或「陣列」欲表示「多於一個」。因此，「複數個光散射特徵」包含兩個或多於兩個上述特徵，例如三個或多於三個上述特徵等等，「孔之陣列」包含兩個或多於兩個上述孔，例如三個或多於三個上述孔等等。
在本文中可將範圍表示為從「約」一個特定值，及/或至「約」另一個特定值。當表示如此的範圍時，實例包含從該特定值及/或至該另一個特定值。類似地，當將數值表示為近似值時，藉由使用先行詞「約」，將理解該特定值形成另一個態樣。將進一步理解，每個範圍之端點關於另一個端點皆為有意義的並且獨立於該另一個端點。
如本文所使用的用語「實質」、「實質上」及其變化欲指出描述的特徵等於或大約等於值或描述。舉例而言，「實質上平面的」表面欲表示為平面或近似平面的表面。再者，「實質上類似」欲表示兩個值相等或近似相等。在一些實施例中，「實質上類似」可表示在彼此的約10%內的值，例如在彼此的約5%內的值，或在彼此的約2%內的值。
儘管可使用連接詞「包括」來揭示特定實施例之各種特徵、元件或步驟，但應理解，隱含了替代實施例，包含可使用連接詞「由……組成」或「基本上由……組成」來描述的實施例。因此，舉例而言，對於包括A+B+C的裝置的暗示的替代實施例包含其中裝置由A+B+C組成的實施例以及其中裝置基本上由A+B+C組成的實施例。
對於本領域熟知技術者而言將為顯而易見的是，可在不脫離本揭示案之精神及範疇的情況下對本揭示案作各種修改及變異。由於併入本揭示案之精神及實質的揭示的實施例之修改組合、子組合及變化對於本領域熟知技術者而言可能發生，因此本揭示案應解釋為包含在所附申請專利範圍及其均等物之範疇內的所有內容。
100‧‧‧導光板
105‧‧‧孔
110‧‧‧光源
115‧‧‧導光板之部分
120‧‧‧光學層
125‧‧‧第一區域
130‧‧‧第二區域
140‧‧‧第一主表面/發光表面
150‧‧‧第二主表面
160‧‧‧反射膜
170‧‧‧輔助光學膜
L‧‧‧長度
L0‧‧‧單位長度
t‧‧‧厚度
W‧‧‧寬度
W0‧‧‧單位寬度
X‧‧‧區域
Y‧‧‧區域
Z‧‧‧區域
當結合以下圖式閱讀時可進一步理解以下實施方式。
第 1 圖 繪示包括孔之陣列的導光板及定位於該等孔中的光源；
第 2 圖 繪示根據本揭示案之某些實施例的示例性光學層；
第 3 圖 繪示根據本揭示案之各種實施例的導光組件之剖面圖；
第 4 圖 為示例性LED之角度發射強度分佈(angular emission intensity distribution)之圖形描繪；及
第 5 圖 為根據本揭示案之實施例的光提取特徵密度之圖形。
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Claims (18)

  1. 一種背光單元，包括： 一導光板，該導光板包括一孔之陣列及複數個光提取特徵；一光源，該光源定位於該孔之陣列中的至少一個孔中；及一光學層，該光學層定位於該導光板之一發光主表面上，該光學層包括一第一區域及一第二區域，該第一區域設置於該至少一個孔上方，該第二區域設置於該導光板之鄰近該至少一個孔的一部分上方；其中以下中之至少一者：該光學層之該第一區域之一第一擴散反射率大於該光學層之該第二區域之一第二擴散反射率；及該光學層之該第一區域之一第一擴散穿透率小於該光學層之該第二區域之一第二擴散穿透率。
  2. 如請求項1所述之背光單元，其中該導光板包括玻璃。
  3. 如請求項2所述之背光單元，其中該玻璃包括以mol%氧化物為基準的以下組成物： 50~90 mol%的SiO2 、0~20 mol%的Al2 O3 、0~20 mol%的B2 O3 及0~25 mol%的Rx O，其中x為2且R為選自Li、Na、K、Rb、Cs及上述之組合物，或其中x為1且R為選自Zn、Mg、Ca、Sr、Ba及上述之組合物。
  4. 如請求項1所述之背光單元，其中該導光板包括小於約0.015的一色偏∆y。
  5. 如請求項1所述之背光單元，其中該光源為一側發光LED。
  6. 如請求項5所述之背光單元，其中該側發光LED包括一角度發射強度分佈，該角度發射強度分佈關於該LED之一法線對稱。
  7. 如請求項1所述之背光單元，其中該複數個光提取特徵包括一梯度圖案。
  8. 如請求項1所述之背光單元，其中該複數個光提取特徵包括一網格圖案。
  9. 如請求項1所述之背光單元，其中該等光提取特徵包括光散射顆粒、雷射損傷部位、粗糙化表面特徵或上述之組合。
  10. 如請求項1所述之背光單元，其中該等光提取特徵存在於該導光板之該發光主表面上、於該導光板之一相對主表面上、於該導光板之一基質內或上述之組合。
  11. 如請求項1所述之背光單元，其中該光學層包括從該第一區域至該第二區域的一擴散反射率或擴散穿透率之一梯度。
  12. 如請求項1所述之背光單元，其中該第一擴散反射率比該第二擴散反射率大至少約5%。
  13. 如請求項1所述之背光單元，其中該第一擴散穿透率比該第二擴散穿透率小至少約5%。
  14. 如請求項1所述之背光單元，其中經由該光學層之該第一區域穿透的光之一強度在經由該光學層之該第二區域穿透的光之一強度的約5%內。
  15. 如請求項1所述之背光單元，其中該光學層包括一單一層或一複合層。
  16. 如請求項1所述之背光單元，進一步包括一反射膜，該反射膜在該導光板之與該發光表面相對的一主表面上。
  17. 如請求項1所述之背光單元，進一步包括一擴散膜、一稜狀膜及一反射偏振膜中之至少一者。
  18. 一種包括請求項1所述之背光單元的顯示或照明裝置。
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