TWI382245B - 背光模組 - Google Patents

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Description

背光模組
本發明係關於一種背光模組，尤指一種具有擴散粒結構之背光模組。
由於液晶本身不發光，為了能使其能正常顯示影像，現今所使用之方法係為利用背光模組以提供充足亮度與分佈均勻的面光源至液晶顯示器，進而使液晶顯示器顯示出相對應之影像，由此可知，背光模組係為液晶顯示器面板的關鍵元件之一。目前背光模組所使用之光源主要有冷陰極射線管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)以及發光二極體(Light Emitting Diode,LED)兩種，其係分別具有不同的優缺點，舉例來說，冷陰極射線管係具有高亮度之優點，但是僅有4800K左右的色溫表現，因此就限制了液晶顯示器的色彩表現，而發光二極體則是具有色彩飽和度高、色域廣以及壽命長等優點，然而發光二極體在混成自然光的控制上卻一直存在有調整困難的問題，另外，亦存在有因發光二極體之發光角度所引起的亮點(Hot Spot)的顯示問題。由上述可知，冷陰極射線管與發光二極體在作為提供光線的光源上均有其各自的應用限制，因此，就出現了利用雷射光源取代上述兩種光源之方法，也就是利用雷射光源所產生之雷射光束的同調性以及單色性來達到超高色彩飽和度與超廣色域之效果，藉以增進液晶顯示器在顯示色彩上的表現。
於先前技術中，背光模組內雷射光源的應用方法通常係利用光纖來傳導雷射光源所產生的雷射光束，請參閱第1圖，第1圖為先前技術具有雷射光源之一背光模組10之示意圖。背光模組10包含有一雷射光源12、一光纖14、一螢光體層16，以及一導光板18。由第1圖可知，光纖14內係形成有凹槽結構20，如此一來，雷射光源所產生之雷射光束就可以藉由與光纖內壁之間的全反射以及與如第1圖所示光纖後端之凹槽結構20之間的反射來入射至螢光體層16中，在經過螢光體層16後，即可產生相對應之雷射光束至導光板18中，藉以進行後續光源處理流程，然而由於雷射光束在經由凹槽結構20的反射過程中，會同時產生散射的現象，因此會造成額外光線散失的問題，故在整個雷射光束傳導至導光板18的過程中，一直存在有雷射光束的光均勻度以及出光效率不佳之問題。
因此，本發明係提供一種具有擴散粒結構之背光模組，其係將摻雜有一特定濃度之擴散粒的擴散件配置於導光板之一側，藉由光線與擴散粒之間的散射以及與框架之間的反射來提高光線入射至導光板的光均勻度以及出光效率，藉以解決上述之問題。
本發明係提供一種背光模組，包含有一框架；一擴散件，設置於該框架內，該擴散件具有一第一入光面以及一出光面；複數個 擴散粒，摻雜於該擴散件內，該複數個擴散粒之折射率係小於該擴散件之折射率；一第一光源，設置於該擴散件之一長軸方向上且位於該第一入光面之一側；以及一導光板，設置於該出光面之一側。
請同時參閱第2圖以及第3圖，第2圖為本發明第一實施例一背光模組50之爆炸示意圖，第3圖為第2圖背光模組50之組合示意圖。背光模組50包含有一框架52、一擴散件54、複數個擴散粒56、一第一光源58以及一導光板60。框架52之內壁係為一反射面，其係可用來反射入射到框架52內壁之光線。擴散件54係設置於框架52內，擴散件54係由壓克力系材質所組成，而擴散件54之折射率係實質上介於1.49至1.6，擴散件54具有一第一入光面62以及一出光面64(如第2圖所示)，第一入光面62之一法線方向係實質上平行於擴散件54之一長軸方向(即第2圖中之Y軸方向)，且出光面64之一法線方向(即第2圖中之X軸方向)係實質上垂直於擴散件54之該長軸方向。複數個擴散粒56係摻雜於擴散件54內，其摻雜成型之方法係採用一般常見之製程，如紫外線固化(UV curing)製程、熱固化(thermal curing)製程，或射出成型製程等。在此實施例中，摻雜於擴散件54內之擴散粒56之濃度係實質上較佳地為0.1%，而每一擴散粒56之直徑係可不須完全相同，每一擴散粒56之直徑係實質上介於3 μm至12 μm，如此即可增加複數個擴散粒56摻雜於擴散件54中之亂度，進 而提高自擴散件54所射出之光線色彩及輝度的均勻度。另外，複數個擴散粒56亦是由壓克力系材質所組成，其折射率係實質上介於1.41至1.49，當擴散件54之折射率為1.49時，複數個擴散粒56之折射率係較佳地為1.41，而當擴散件54之折射率為1.6時，則複數個擴散粒56之折射率係較佳地為1.49，意即擴散粒56與擴散件54搭配時，擴散粒56之折射率小於擴散件54之折射率。第一光源58係設置於上述擴散件54之該長軸方向上且位於第一入光面62之一側，第一光源58係可較佳地為一雷射光源或是一紅綠藍發光二極體(RGB LED)光源。導光板60係設置於出光面64之一側。另外，請參閱第4圖，第4圖為本發明第二實施例一背光模組100之內部結構之俯視放大示意圖，第二實施例中所述之元件與第一實施例所示之元件編號相同者，表示其具有相似之功能或相對位置，於此不再贅述。背光模組100與背光模組50不同之處在於稜柱折射結構之設計。由第4圖可知，擴散件54之出光面64上係形成有一連續稜柱折射結構102，藉以增加第一光源58對導光板60的出光效率，連續稜柱折射結構102之稜柱頂角係實質上介於140∘至160∘。此外，上述擴散件54係可以射出成型之方式與導光板60一體成型，或是擴散件54與導光板60係可在各自成型後再進行後續相關之配置，至於選用何種方式，端視製程需求與實際應用而定。
接下來係針對背光模組100之導光原理進行詳細之介紹。請參閱第4圖，在第一光源58所產生之光線沿著擴散件54之該長軸 方向(即第4圖中之Y軸方向)進入擴散件54之後，當第一光源58所產生之光線入射至摻雜在擴散件54內的擴散粒56時，光線即會因擴散件54與擴散粒56的折射率不同之緣故而發生折射與反射之現象，進而產生散射的效果，而在經過不斷地與摻雜於擴散件54內之複數個擴散粒56產生散射現象以及與框架52內壁之反射後，絕大部分的光線即可入射至出光面64處，接著經過上述連續稜柱折射結構102(可降低光線全反射發生之機率)後，第一光源58射入擴散件54之光線即可以極高的出光效率(約86%)以及光均勻度(約78%)射入導光板60中，以利背光模組100後續光源處理流程。此外，上述使光線在擴散件54內產生散射效果之機制係可不限於利用擴散件54與擴散粒56間的折射率差異來完成，舉例來說，複數個擴散粒56亦可為紅綠螢光粉粒，其作用機制為吸收藍光並激發出紅光與綠光，由於其所發出的紅光與綠光並無方向性可言，因此亦可同樣使光線在擴散件54內產生上述散射的效果。
值得一提的是，上述擴散件54之出光面64之結構並不限於上述之連續稜柱折射結構102之設計，其亦可改採用其他用來降低光線全反射現象的折射結構設計，舉例來說，請參閱第5圖，第5圖為本發明第三實施例一背光模組150之內部結構之俯視放大示意圖，第三實施例中所述之元件與第二實施例中所述之元件編號相同者，表示其具有相同之功能或相對位置，於此不再贅述。背光模組150與第一實施例之背光模組100不同之處在於折射結構 之設計。由第5圖可知，擴散件54之出光面64上係形成有一不連續稜柱折射結構152，不連續稜柱折射結構152之稜柱頂角係實質上介於90∘至120∘，而透過不連續稜柱折射結構152之設計，同樣亦可降低光線經過出光面64時會產生全反射之機率，進而提高第一光源58對導光板60之出光效率。此外，上述出光面64上折射結構之增設及改變亦會造成摻雜於擴散件54內之擴散粒56之濃度的改變，也就是說，隨著出光面64上折射結構的改變，摻雜於擴散件54內之擴散粒56之濃度係約在0.005%至0.1%之範圍內變動，舉例來說，若是出光面64上係形成有如第4圖所示之連續稜柱折射結構102，則摻雜於擴散件54內之擴散粒56之濃度係可較佳地為0.01%~0.05%；再者，若是在此條件下，連續稜柱折射結構102與導光板60之間又形成有一空氣折射層104時(如第6圖所示)，則摻雜於擴散件54內之複數個擴散粒56之濃度係可再往下調降而較佳地為0.001%~0.005%。而若是出光面64上係形成有如第5圖所示之不連續稜柱折射結構152，則摻雜於擴散件54內之擴散粒56之濃度係較佳地為0.05%~0.1%；同理，若是在此條件下，不連續稜柱折射結構152與導光板60之間又形成有一空氣折射層154(如第7圖所示)，則摻雜於擴散件54內之複數個擴散粒56之濃度係可再往下調降而較佳地為0.005%~0.01%。上述連續稜柱折射結構102與不連續稜柱折射結構152係在導光特性上有所差異，連續稜柱折射結構102係能將較多的光線導入導光板60中，但光輝度均勻度會需要經由導光板60做調整，而不連續稜柱折射結構152的光耦合效率較差，但在光輝度均勻度的 表現上係較連續稜柱折射結構102為佳。上述折射結構之選用端視背光模組之尺寸決定，舉例來說，若是背光模組之尺寸小於5吋以下，則可選用連續稜柱折射結構102，而若是背光模組之尺寸大於8吋以上，則是選用不連續稜柱折射結構152。另外，上述擴散粒56之濃度亦取決於背光模組之長軸尺寸，藉以使第一光源58所產生之光線能均勻地分佈於擴散件54內，本發明所提供之背光模組的長軸尺寸係較佳地為11公分，然而由於擴散柱54單位長度之擴散強度係與擴散粒56之濃度成正比且實際進入導光板60之光量係與擴散距離成正比，因此當根據實際應用需求而須增加背光模組的長軸尺寸時(如20公分)，擴散粒56之濃度亦須隨之降低。
除此之外，請參閱第8圖，第8圖為本發明第四實施例一背光模組200之內部結構之側面示意圖。第四實施例中所述之元件與第一實施例中所述之元件編號相同者，表示其具有相同之功能或相對位置，於此不再贅述。背光模組200與第一實施例之背光模組50不同之處在於框架之設計。在此實施例中，摻雜於擴散件54內之擴散粒56之濃度係較佳地為0.1%，另外，框架52具有一反射延伸部202，連接於導光板60之一側，用來反射導光板60自擴散件54所接收之光線。
接下來，請參閱第9圖，第9圖為本發明第五實施例一背光模組250內部結構之俯視示意圖。第五實施例中所述之元件與第二 實施例中所述之元件編號相同者，表示其具有相同之功能或相對位置，於此不再贅述。背光模組250與第二實施例之背光模組100不同之處在於光源之配置。由第9圖可知，背光模組250可另包含有一發光二極體光源252，發光二極體光源252係設置於擴散件54之一短軸方向(即第9圖中之X軸方向)上且位於框架52以及擴散件54之間，而在此實施例中，第一光源58係可較佳地為一綠光雷射光源，其波長約為546.1nm，且發光二極體光源202係可相對應地為一紅藍發光二極體光源，如此一來，背光模組250即可利用第一光源58與發光二極體光源252在擴散件54內交互的混光作用以提供一高出光效率以及高色彩均勻度與高輝度均勻度之白光予導光板60，上述第一光源58與發光二極體光源202亦可採用其他形式的混光配合，舉例來說，第一光源58係可為一藍光雷射光源，其波長約為435.8nm，且發光二極體光源202係可相對應地為一紅綠發光二極體光源；或是第一光源58係可為一紅光雷射光源，其波長約為700nm，且發光二極體光源202係可相對應地為一綠藍發光二極體光源。此外，由第9圖可知，背光模組250可另包含有對應第一光源58之一第二光源254，第二光源254係設置於擴散件54之該長軸方向上(即第9圖中之Y軸方向)且位於擴散件54之一第二入光面256之一側，第二入光面256之一法線方向係實質上平行於擴散件54之該長軸方向(即第9圖中之Y軸方向)，在此實施例中，第二光源254亦同樣地較佳為一綠光雷射光源，也就是說，第二光源254係用來與第一光源58共同提供光線分別從第一入光面62以及第二入光面256入射至擴散件 54中，藉以提高入射至導光板60之光線之亮度。上述實施例中所提及之結構之變化均可應用於第五實施例中。
相較於先前技術使用冷陰極射線管或發光二極體作為背光模組之光源的方式或是使用光纖傳導雷射光束至導光板的設計，本發明所提供之背光模組係將摻雜有一特定濃度之擴散粒的擴散件配置於導光板之一側，藉由光線與擴散粒之間的散射以及與框架之間的反射來提高光源所產生之光線入射至導光板的出光效率以及光均勻度，如此一來，本發明所提供之背光模組若是使用發光二極體(如紅綠藍發光二極體)作為光源，則可藉由光線與擴散粒之間的散射來改善發光二極體在色彩混合上所出現的低均勻度問題，而若是本發明所提供之背光模組係使用雷射作為光源，則可利用雷射光束之同調性以及單色性的光線特性來達到超高色彩飽和度與超廣色域之效果，藉以增進液晶顯示器在顯示色彩上的表現，除此之外，亦可同時避免雷射光源在使用光纖傳導上常見之出光效率以及光均勻度的低效能表現。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、50、100、150、200‧‧‧ 背光模組
12‧‧‧雷射光源
14‧‧‧光纖
16‧‧‧螢光體層
18‧‧‧導光板
20‧‧‧凹槽結構
52‧‧‧框架
54‧‧‧擴散件
56‧‧‧擴散粒
58‧‧‧第一光源
60‧‧‧導光板
62‧‧‧第一入光面
64‧‧‧出光面
66‧‧‧連續稜柱折射結構
68、104‧‧‧空氣折射層
102‧‧‧不連續稜柱折射結構
152‧‧‧延伸反射部
202‧‧‧發光二極體光源
204‧‧‧第二光源
206‧‧‧第二入光面
第1圖為先前技術具有雷射光源之背光模組之示意圖。
第2圖為本發明第一實施例背光模組之爆炸示意圖。
第3圖為第1圖背光模組之組合示意圖。
第4圖為本發明第二實施例背光模組之內部結構之俯視放大示意圖。
第5圖為本發明第三實施例背光模組之內部結構之俯視放大示意圖。
第6圖為第4圖背光模組加入空氣折射層後之內部結構之俯視放大示意圖。
第7圖為第5圖背光模組加入空氣折射層後之內部結構之俯視放大示意圖。
第8圖為本發明第四實施例背光模組之內部結構之側面示意圖。
第9圖為本發明第五實施例背光模組內部結構之俯視示意圖。
50‧‧‧背光模組
52‧‧‧框架
54‧‧‧擴散件
56‧‧‧擴散粒
58‧‧‧第一光源
60‧‧‧導光板
62‧‧‧第一入光面
64‧‧‧出光面

Claims (26)

  1. 一種背光模組，包含有：一框架；一擴散件，設置於該框架內，該擴散件具有一第一入光面以及一出光面，該出光面上形成有複數個稜柱折射結構；複數個擴散粒，摻雜於該擴散件內，該複數個擴散粒之折射率係小於該擴散件之折射率；一第一光源，設置於該擴散件之一長軸方向上且位於該第一入光面之一側；以及一導光板，設置於該出光面之一側。
  2. 如請求項1所述之背光模組，其中該第一入光面之一法線方向係實質上平行於該擴散件之該長軸方向，且該出光面之一法線方向係實質上垂直於該擴散件之該長軸方向。
  3. 如請求項1所述之背光模組，其另包含有對應該第一光源之一第二光源，設置於該擴散件之該長軸方向上且位於該擴散件之一第二入光面之一側，該第二入光面之一法線方向係實質上平行於該擴散件之該長軸方向。
  4. 如請求項1所述之背光模組，其中該複數個擴散粒係由壓克力系材質所組成。
  5. 如請求項4所述之背光模組，其中該複數個擴散粒之折射率係實質上介於1.41至1.49。
  6. 如請求項1所述之背光模組，其中該擴散件係由壓克力系材質所組成。
  7. 如請求項6所述之背光模組，其中該擴散件之折射率係實質上介於1.49至1.6。
  8. 如請求項1所述之背光模組，其中摻雜於該擴散件內之該複數個擴散粒之濃度係實質上介於0.005%至0.1%。
  9. 如請求項1所述之背光模組，其中該導光板係與該擴散件一體成形。
  10. 如請求項9所述之背光模組，其中該導光板係以射出成型之方式與該擴散件一體成形。
  11. 如請求項1所述之背光模組，其中該複數個稜柱折射結構中之相鄰稜柱折射結構係連續形成。
  12. 如請求項11所述之背光模組，其中每一稜柱折射結構之稜柱頂角係實質上介於140°至160°。
  13. 如請求項11所述之背光模組，其中摻雜於該擴散件內之該複數個擴散粒之濃度係實質上介於0.01%至0.05%。
  14. 如請求項11所述之背光模組，其中該複數個稜柱折射結構與該導光板之間係形成有一空氣折射層。
  15. 如請求項14所述之背光模組，其中摻雜於該擴散件內之該複數個擴散粒之濃度係實質上介於0.001%至0.005%。
  16. 如請求項1所述之背光模組，其中該複數個稜柱折射結構中之相鄰稜柱折射結構係不連續形成。
  17. 如請求項16所述之背光模組，其中每一稜柱折射結構之稜柱頂角係實質上介於90°至120°。
  18. 如請求項16所述之背光模組，其中摻雜於該擴散件內之該複數個擴散粒之濃度係實質上介於0.05%至0.1%。
  19. 如請求項16所述之背光模組，其中該複數個稜柱折射結構與該導光板之間係形成有一空氣折射層。
  20. 如請求項19所述之背光模組，其中該擴散件內所摻雜之該複數個擴散粒之濃度係實質上介於0.005%至0.01%。
  21. 如請求項1所述之背光模組，其中該框架具有一反射延伸部，連接於該導光板之一側，用來反射該導光板自該擴散件所接收之光線。
  22. 如請求項1所述之背光模組，其中該框架之內壁係為一反射面。
  23. 如請求項1所述之背光模組，其中該第一光源係為一雷射光源。
  24. 如請求項23所述之背光模組，其另包含有一發光二極體光源，設置於該擴散件之一短軸方向上且位於該擴散件以及該框架之間。
  25. 如請求項1所述之背光模組，其中該第一光源係為一紅綠藍發光二極體(RGB LED)光源。
  26. 如請求項1所述之背光模組，其中每一擴散粒之直徑係介於3μm至12μm。
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