TWI429989B - 背光模組及其集光元件 - Google Patents

Description

背光模組及其集光元件

本發明係關於一種背光模組與其集光元件，尤其是可有效分佈光能量於背光模組及其集光元件。

在傳統的單一影像顯示裝置中，使用者無論在哪一個視角，所看到的都是相同的影像，而雙視像顯示技術(Dual View Technology)，卻可在一面板上提供兩個不同影像畫面。舉例而言，當雙視像顯示器應用在車內時，左方的駕駛者可觀看導航指示內容，而右方的乘客則可觀賞娛樂節目。

然而一般的雙視像顯示裝置係沿用習知單一影像顯示裝置之背光模組設計，因此其背光模組的光能量分佈係呈0度視角較亮之單峰形狀，如圖1所示。由圖1可知，習知背光模組之單峰光能量分佈使得在0度視角時具有最亮的輝度，然而在雙視像顯示裝置一般係在約+/-30度視角觀看面板。因此，當雙視像顯示裝置運用習知單峰光能量之背光模組設計時，使得正向觀看之視角(0度視角)輝度過高反而在兩側觀看之視角(例如+/-30度視角)無法有效利用光能量，造成設計上的缺失。

此外，當雙視像顯示裝置運用習知單峰光能量設計之背光模組時，為了使得各視角之輝度達到預設規格，通常必須藉由提升背光模組單峰的輝度進而同時提升於所需各視角的輝度 至預設規格。因此，於應用上造成光能量設計的浪費亦導致成本的增加。

因此，有必要提供一種可以有效提供所需光能量分佈的背光模組及其集光元件，以有效將光能量集中在多個角度上，以形成多峰的能量分佈，而提供多視角顯示，也就是針對單一面板兩個以上的視角上，提供有效的光能量分布，以達到適宜使用者的觀賞輝度。

鑑於上述先前技術的不足，本發明之一技術樣態係為一種集光元件，其可形成多峰的光能量分佈，有效提昇相應於不同視角之輝度。

本發明提供一種集光元件，包括基板以及微結構。微結構係設置於基板上，且具有複數個稜鏡部與複數個平坦部，使得在與基板平行之一投影平面上，該等稜鏡部與該等平坦部係呈條狀且平行配置。

本發明另提供一種背光模組，包括光源與集光元件。集光元件係包括基板以及微結構。微結構設置於基板上。微結構具有複數個稜鏡部與複數個平坦部。在與基板平行之投影平面上，該等稜鏡部與該等平坦部係呈條狀且平行配置。

此外，於另一實施例，本發明提供之背光模組包含另一集光元件，而此另一集光元件具有複數個鄰接排列的稜鏡結構，使得在投影平面上，另一集光元件之稜鏡結構與集光元件之稜鏡部係呈條狀且垂直配置。另一集光元件可以稜鏡結構係朝向導光板或背向導光板之方式設置，且可置於集光元件之上方或下方。

本發明揭露一種背光模組及其集光元件，係能形成多峰的光能量分佈，以有效利用光能量於多個視角，進而以較低成本提升每一視角所觀賞到影像畫面的輝度。光能量分布於多個視角並不限於兩個視角，位置也不限於顯示裝置的左右兩側，可依實際觀賞角度、位置來調整光能量分布的位置、強度與分布。本發明可應用於雙視像顯示裝置或單一影像顯示裝置，依影像顯示裝置的實際需求調整。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，本發明之上述及其他技術樣態、特徵及優勢將在以下各種更特定之範例實施例的詳述及伴隨圖式下更易明瞭，其中相同的參考編號通常表示本發明之範例實施例中的相同構件。本發明並不限於特定實施例的細節描述。

圖2為根據本發明之一實施例而繪示的背光模組之示意圖。以側向式發光之背光模組為例，背光模組10包括集光元件100、光源110及導光板120。依實際需求，背光模組10 另可包含擴散元件130、另一集光元件140或反射元件150，而光學元件的數目、位置與排列，並不限於此，可依實際需求調整。本發明提供之集光元件100可使入射之光束經由集光元件100之作用以及依據預設的多峰光能量分佈而由集光元件100射出，進而可在相應的兩側觀察視角，例如大約+/-30度視角，具有較高的輝度，如圖3所示。本發明並不限於雙視像顯示裝置，亦可用於單一影像顯示裝置，只要著重於面板局部視角的輝度，亦屬本發明之應用範疇，例如顯示同樣影像的車用面板等。以下將詳細描述本發明集光元件之結構。

參考圖4A及圖4B，圖4A係為集光元件100之立體圖，圖4B係為沿A-A'線之截面圖。如圖所示，集光元件100包括基板101以及設置於基板101上之微結構103。微結構103包含複數個稜鏡部1030與複數個平坦部1032。在與基板101平行之投影平面上，稜鏡部1030與平坦部1032係呈條狀且平行配置。微結構103可為複數個條狀稜鏡結構，且彼此平行相隔地設置於基板101上，以界定複數個稜鏡部1030，而在基板101上，扣除稜鏡部1030以外的部分係為平坦部1032。換言之，各稜鏡部1030並非鄰接設置，而是稜鏡部1030與平坦部1032交錯配置。

如4B圖所示，每一稜鏡部1030係包括至少一三角形截面，使得經由平坦部1032射出之光束與經由稜鏡部1030射出之光束具有不同的角度，以達到多峰之光能量形狀設計。在較 佳實施例中，稜鏡部1030之三角形截面具有一頂角θ，此頂角大致介於30至60度，但本發明不限於此，相關技藝人士亦可依實際需求調整所需之角度。在此需注意，依不同設計需求，微結構103與基板101可具有相同或不同材質。在較佳實施例中，微結構103與基板101係為一體成型，但不限於此，亦可依實際需求而採用蝕刻、印刷、黏著、融接等其他技術形成。

參考圖5A至5E，其為集光元件之多個變形實施例之截面示意圖。每一稜鏡部1030係包括至少一三角形截面(例如包括兩個三角形截面，如圖5A所示)，此三角形截面可為等腰三角形(如圖4B所示)、直角三角形(如圖5B及5C所示)等，另可依實際需求調整三角形截面數目、形狀與角度。等腰三角形係包含正三角形。直角三角形截面的直角係可垂直於基板101。如圖5D及圖5E所示，稜鏡部1030為包含兩個直角三角形截面之稜鏡結構，且直角三角形設置的方向亦可依據所需光能量分佈而有不同變化，因此不限於圖中所示之單一方向排列設計。換言之，集光元件100之微結構103可設計成具有兩直角三角形相對或相背的配置方式，另可依實際需求調整。

稜鏡部1030係包括至少一三角形截面，如圖4B所示，各稜鏡部1030可包括一個三角形截面。如圖5A、5D與5E所示，各稜鏡部1030可包含兩個三角形截面之稜鏡結構，亦即微結構103係以一個稜鏡部1030與一個平坦部1032交錯之 方式配置，且每一稜鏡部1030可具有兩個三角形截面。依實際需求調整，每一稜鏡部1030亦可調整為具有三個或三個以上的三角形截面。在此需注意，依不同之設計需求，只要能均勻呈現預設的多峰光能量分佈(例如圖3所示)，每一稜鏡部1030的截面形狀與截面數目可依實際需求調整，不以實施例所述為限。

在基板101之投影平面上，稜鏡部1030與平坦部1032寬度可為一致或不一致，在較佳實施例中，於基板101之投影平面上，稜鏡部1030與平坦部1032之寬度比例大致介於1:2至1:4。在此需注意，平坦部1032係為在基板101上扣除稜鏡部1030以外的部分。依不同之設計需求，只要能均勻呈現預設的多峰光能量分佈(例如圖3所示)，稜鏡部1030與平坦部1032交錯配置之方式不以實施例所述為限。

在另一實施例中，微結構103係可設計為具有梯形截面，每一梯形截面係由一三角形截面與一矩形截面一體成型地構成。參考圖5F，微結構103包含平坦部1032以及稜鏡部1030'，平坦部1032係為在基板101上扣除稜鏡部1030'以外的部分。詳言之，稜鏡部1030'係定義為條狀的稜鏡結構，平坦部1032另包含基板上之平坦區1032A以及矩形截面1032B。如前所述，依據不同設計需求(例如多峰之數目及多視角之角度)，微結構103之形狀、稜鏡部1030'、平坦區1032A以及矩形截面1032B之配置方式、寬度比例、以及稜鏡部1030' 之頂角角度可有不同之變化，而不以實施例所述為限。

再次參考圖2與圖4A，以下將詳細說明本發明應用集光元件100之背光模組10之配置。光源110係設置於導光板120之一側，而集光元件100係設置於導光板120上方。光源110係為條狀結構之發光裝置。光源110可為條狀之螢光燈管或配置成條狀之多個發光二極體裝置。在基板101之投影平面上，光源110係與稜鏡部1030延伸的方向平行設置。集光元件100的微結構103係可位於基板101朝向或背向導光板120的一面；在較佳的實施例中，集光元件100的微結構103係可位於基板101朝向導光板120的一面。以此方式配置，可使得光源110所發出的光束經由導光板120的導引而向上入射至集光元件100。然後，經由本發明提供之集光元件100，可使得自導光板120導引入射之光束依據預設之多峰光能量分佈由集光元件100射出，而可在相應的多視角，例如約+/-30度視角，具有較高的輝度。

此外，為進一步集中光束，背光模組10可選用另一集光元件140。另一集光元件140具有複數個鄰接排列之稜鏡，且另一集光元件140與集光元件100之配置方式係使得在基板101的投影平面上，另一集光元件140之稜鏡結構與集光元件100之稜鏡部1030係呈條狀，且兩者條狀結構的延伸方向係垂直配置。另一集光元件140的稜鏡結構係可朝向導光板120或背向導光板120設置。另外，另一集光元件140可配置於集 光元件100之上，即集光元件100較另一集光元件140接近導光板120，但本發明不限於此，亦可依實際需求調整，例如將集光元件100配置於另一集光元件140之上，使另一集光元件140較集光元件100接近導光板120。

圖2所示為一較佳實施例，集光元件100的微結構103位於基板101朝向導光板120的一面，而另一集光元件140係設置於集光元件100之上方，且集光元件140的稜鏡結構係背向導光板120設置，但本發明不限於此，亦可依實際需求調整。

反射元件150可設置於導光板120下方，用以將光束反射避免逸漏而可更有效提昇光利用率。再者，為均勻散佈光束，背光模組10可選用擴散元件130。如圖2所示，擴散元件130可分別設置於導光板120上方或集光元件100(或另一集光元件140)上方，用以均勻光源，以具有更均勻多峰光能量分佈，而達到有效利用背光模組10以較低成本提升多視角輝度之功效。光學元件的數目、位置與排列，並不限於此，可依實際需求調整。

在此需注意，本發明實施例雖以側向式發光之背光模組為例，然本發明並不限於此；亦即依據不同之應用，本發明亦可應用於直下式發光之背光模組。舉例而言，當本發明之集光元件應用於直下式發光之背光模組時，可省略導光板而將集光元 件置於光源之上，使得光源所發出之光束經由集光元件而形成具有預設多峰之光能量分佈光形，而可於多視角有效提升輝度，達到如上所述之功效。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10‧‧‧背光模組

100‧‧‧集光元件

101‧‧‧基板

103‧‧‧微結構

1030、1030'‧‧‧稜鏡部

1032‧‧‧平坦部

1032A‧‧‧平坦區

1032B‧‧‧矩形截面

110‧‧‧光源

120‧‧‧導光板

130‧‧‧擴散元件

140‧‧‧另一集光元件

150‧‧‧反射板

圖1係習知單峰光能量分佈之示意圖。

圖2係本發明一實施例之背光模組之示意圖。

圖3係本發明雙峰光能量分佈之示意圖。

圖4A及4B係本發明一實施例之集光元件之立體圖及沿A-A'線之截面圖。

圖5A至圖5F係本發明集光元件之多個變形實施例之截面示意圖。

10‧‧‧背光模組

100‧‧‧集光元件

110‧‧‧光源

120‧‧‧導光板

130‧‧‧擴散元件

140‧‧‧另一集光元件

150‧‧‧反射板

Claims (15)

1. 一種背光模組，包括：一光源；一集光元件，係包括一基板以及一微結構，該微結構設置於該基板上，該微結構具有複數個稜鏡部與複數個平坦部，其中在與該基板平行之一投影平面上，該等稜鏡部與該等平坦部係呈條狀且平行配置；以及一導光板，設置於該光源之一側，而該集光元件設置於該導光板上方；其中該光源係為條狀結構之發光裝置，且在該投影平面上該光源係與該等稜鏡部平行設置，及其中在該投影平面上，每一該等稜鏡部與每一該等平坦部之寬度比例係介於約1：2至約1：4。
2. 如請求項1所述之背光模組，其中該微結構係位於該基板朝向該導光板的一面。
3. 如請求項1所述之背光模組，其中該微結構係位於該基板背向該導光板的一面。
4. 如請求項2或請求項3所述之背光模組，另包括另一集光元件，該另一集光元件具有複數個稜鏡結構且該等稜鏡結構係鄰接排列，在該投影平面上，該等稜鏡結構與該等稜鏡部係呈條狀且延伸方向垂直配置。
5. 如請求項4所述之背光模組，其中該另一集光元件的該稜鏡結構係朝向導光板。
6. 如請求項4所述之背光模組，其中該另一集光元件的該稜鏡結構係背向導光板。
7. 如請求項4所述之背光模組，其中該另一集光元件係設置於該集光元件之上方。
8. 如請求項4所述之背光模組，其中該另一集光元件係設置於該集光元件之下方。
9. 如請求項1所述之背光模組，其中每一該等稜鏡部及每一該等平坦部係交錯配置。
10. 如請求項1所述之背光模組，其中每一該等稜鏡部係包括至少一三角形截面。
11. 如請求項10所述之背光模組，其中該三角形截面具有一頂角，該頂角係介於約30至約60度。
12. 如請求項10所述之背光模組，其中該三角形截面係為一等腰三角形。
13. 如請求項10所述之背光模組，其中該三角形截面係一直角三角形，具有一直角係垂直於該基板。
14. 如請求項13所述之背光模組，其中每一該等平坦部包括一矩形截面，該矩形截面係為每一該等平坦部之至少一部份。
15. 如請求項14所述之背光模組，其中該直角三角形截面之高度與該矩形截面之高度相同，將該直角三角形截面之垂直面與該矩形截面組合而形成一梯形截面。