TWI444721B - 背光模組 - Google Patents

Description

背光模組

本發明是有關於一種背光模組，且特別是有關於一種直下式光源背光模組。

液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD)具有高畫質、體積小、重量輕、低電壓驅動、低消耗功率及應用範圍廣等優點，故已廣泛的應用於可攜式電視、行動電話、攝錄放影機、筆記型電腦、以及桌上型顯示器等消費性電子或電腦產品中，成為顯示器的主流。

液晶顯示器中主要包含有液晶面板與背光模組兩大部分，其中背光模組用以提供穩定的面光源。以光源放置的位置來分類，背光模組可分為側光式(Side-lighting)以及直下式(Bottom-lighting)兩種。側光式背光模組中，光源位於模組的側邊，透過導光板將光導向前方讓面板發光，常用於小尺寸液晶螢幕；而直下式背光模組中，光源位於模組的正後方直接向前發光至面板，通常應用於大尺寸液晶顯示器。

由於現今產品的取向多為輕薄設計，直下式背光模組的厚度便成為極欲改善的問題。因此，如何有效地提升直下式背光模組的光學效率，且減少直下式背光模組的厚度，便成為一個重要的課題。

因此本發明的目的就是在提供一種薄型直下式背光模組，用以減少液晶顯示器之厚度。

依照本發明一實施例，提出一種背光模組，包含複數個光源、導光板、光發散元件、高反射率微結構，與高擴散率微結構。導光板具有相對之第一表面與第二表面，第一表面面對光源。光發散元件設置於光源與導光板之間。高反射率微結構設置於第二表面。高擴散率微結構設置於第一表面。

高反射率微結構之圖案密度由每一光源起向外漸減。高反射率微結構在對應光源處之覆蓋率大於70%。高反射率微結構在對應相鄰兩光源之中點處之覆蓋率為30%。高反射率微結構之反射率大於70%。

高擴散率微結構之圖案密度由每一光源起向外漸增。高擴散率微結構在對應相鄰兩光源之中點處之覆蓋率為70%。高擴散率微結構在鄰近光源處之覆蓋率趨近於零。高擴散率微結構可為外凸結構或是內凹結構。

光發散元件可以為設置於第一表面上的非球面凹洞，光源位於非球面凹洞之中。非球面凹洞可為子彈形凹洞，背光模組更包含複數個透鏡，設置於光源上，其中每一透鏡為中心內凹之透鏡。或者，非球面凹洞具有平坦頂面，背光模組更包含菲涅耳透鏡，形成於平坦頂面上。

背光模組之第二表面可為平坦表面，光發散元件為設置於平坦表面上之菲涅爾透鏡。背光模組更包含至少一反射片，反射片具有開口，光源位於開口中。其中光源與第一表面之間距小於反射片與第一表面之間距。

背光模組更包含背板，背板具有凹槽，光源放置於凹槽中。反射片包含斜面，用以定義開口。

背光模組更包含高擴散率板材，設置於高反射率微結構上。高擴散率板材之穿透率小於70%。

本發明透過形成在導光板上之高反射率微結構與高擴散率微結構，可以有效抑制正向出光並使光源所發出之光線橫向發散地更廣，使得背光模組之面光源更為均勻化。背光模組中更具有光發散元件使得光源發散之光線答成大角度的折射，以進一步抑制正向出光，並透過高擴散率板材均勻化光源通過導光板所發出之光線。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

參照第1圖，其係繪示本發明之背光模組第一實施例的剖面圖。背光模組100包含有多個光源110、導光板120、光發散元件130、高反射率微結構140以及高擴散率微結構150。其中導光板120具有相對的第一表面122以及第二表面124，第一表面122為面對光源110的一面。光發散元件130設置於光源110與導光板120之間。高反射率微結構140設置於導光板120的第二表面124，高擴散率微結構150設置於導光板120的第一表面122。

高擴散率微結構150可以透過射出成形、熱壓、蝕刻、印刷等製程形成在導光板120上，高反射率微結構140可以透過印刷等製程形成在導光板120上。高反射率微結構140為突出於第二表面124的外凸結構。根據不同製程與設計的考量，高擴散率微結構150可以為突出於第一表面122且位於導光板120外側的外凸結構，或者，高擴散率微結構150可以為凹陷於第一表面122且位於導光板120內的內凹結構。高反射率微結構140與高擴散率微結構150可為圓點結構，或者在其他實施例中，高反射率微結構140與高擴散率微結構150之形狀可以為橢圓形、多邊形、或是不規則狀。

高反射率微結構140之反射率大於70%，較佳地為大於90%。本實施例中，高反射率微結構140透過印刷製程形成在導光板120的第二表面124上，高反射率微結構140的材料為二氧化鈦(TiO₂ )墨水。

同時參照第1圖與第2圖，第2圖為高反射率微結構140的局部上視圖。高反射率微結構140的圖案密度由每一個光源110起向外遞減，換言之，高反射率微結構140在對應於光源110之發光面112的覆蓋率為最高值，而在相鄰兩光源110之中點處的覆蓋率為最低值。前述之覆蓋率之定義為單位面積中，高反射率微結構140所佔的比例，如單位面積內全覆蓋有高反射率微結構140，則視為覆蓋率100%，若是單位面積中完全沒有高反射率微結構140，則視為覆蓋率0%。高反射率微結構140在對應於光源110之處的覆蓋率需大於70%，即光源110投影到導光板120的範圍處上方之高反射率微結構140的覆蓋率需大於70%。為避免因周期性微結構分布造成局部暗點(local dimming)，導光板120之第二表面124上的高反射率微結構140在相鄰兩光源110之中點處的覆蓋率仍需大於30%。

回到第1圖，高擴散率微結構150可以透過蝕刻製程形成在導光板120的第一表面122上。高擴散率微結構150的材料可以為二氧化矽(SiO2)。相對於高反射率微結構140的圖案分布，高擴散率微結構150的圖案分布則是從每一個光源110向外漸增。換言之，高擴散率微結構150的覆蓋率在鄰近光源110之處為最小值，高擴散率微結構150的覆蓋率在相鄰兩光源110之間為最大值。同樣地，前述之覆蓋率之定義為單位面積中，高擴散率微結構150所佔的比例，如單位面積內全覆蓋有高擴散率微結構150，則視為覆蓋率100%，若是單位面積中完全沒有高擴散率微結構150，則視為覆蓋率0%。其中高擴散率微結構150在鄰近光源110處之覆蓋率趨近於零，高擴散率微結構150在相鄰兩光源110之中點處的的覆蓋率為70%。

參照第3圖，其係繪示第1圖的局部放大圖。光發散元件130為複數個非球面凹洞。光發散元件130設置於導光板120的第一表面122上，光源110則是位於非球面凹洞的光發散元件130之中。此些非球面凹洞為子彈型凹洞。如以光源110之發光面112的中心點作為定義點114，則非球面凹洞的剖面輪廓的分布是由定義點114至非球面凹洞的頂端(0°)的距離到定義點114到非球面凹洞的側端(90°)的距離為逐漸減小，用以抑制正向出光的作用。非球面凹洞的分布定義如下：

R₁ (0°)-R₁ (θ)>0,90°>θ>0°

其中R₁ 為定義點114到非球面凹洞的距離，θ為定義點114到非球面內凹洞的距離與定義點114到非球面內凹洞正上方之頂端的夾角。

背光模組100中可更包含有多個透鏡160，分別設置在光源110上，位於光發散元件130內。透鏡160較佳地為遠場光場型中心強度下降的透鏡，用以降低導光板120上因周期性微結構分布而產生的局部暗點(local dimming)。透鏡160具有中心內凹的輪廓剖面，用以抑制光源110的中心強度。透鏡160的分布定義如下：

R₂ (0°)-R₂ (θ)<0；且

R₂ (θ₁ )-R₂ (θ₂ )<0，其中θ₁ <θ₂

其中，R₂ 為定義點114到透鏡160上表面的距離，θ為定義點114到透鏡160上表面與定義點114到透鏡160之內凹洞中心的夾角。

背光模組100更包含有基板170以及反射片180，反射片180位於基板170以及導光板120之間，光源110設置於基板170上並與基板170電性導通，以透過基板170控制光源110。反射片180上具有開口184，以露出設置於基板170上之光源110。基板170可以為印刷電路板、軟性印刷電路板或是鋁基板。

光源110向第二表面124所發出的光線可以藉由高反射率微結構140反射以及高擴散率微結構150的擴散，而可以在導光板120橫向地傳遞的較廣一點，使得背光模組100提供均勻之面光源。

再回到第1圖，更具體地說，光源110發出之發散角度較小的光線200a會直接照射向光源110上方覆蓋率較高的高反射率微結構140，而再一次地被高反射率微結構140反射回光源110，由於入射光與反射光之間些微的角度差，光線200a會朝向光源110兩側發散，由於光源110兩側之高擴散率微結構150的覆蓋率較低，因此大部分的光線200a會照射到反射片180上，並藉由反射片180再一次地將光線200a反射向高反射率微結構140。光線200a被重複在高反射率微結構140與反射片180之間進行多次反射。在光線200a行進的過程中陸續有部分的光線200a會自第二表面124射出，且此過程中藉由高擴散率微結構150之作用，使得光線200a可以在導光板120內擴散地更為均勻。當光線200a行進至兩光源110之中點處，即高反射率微結構140之覆蓋率較低處，光線200a便可輕易地由此處穿出。

而光源110所發出之發散角度較大的光線200b、200c則會射向兩光源110中間之覆蓋率較低的高反射率微結構140處。如光線200b有較高的機率不會碰到高反射率微結構140，光線200b便可輕易地從兩光源110中間射出。或是，當另一發散角度之光線200c遇到高反射率微結構140時，會藉此再一次反射，由於具有較大的入射角，使得光線200c在導光板120中橫向行進的距離變大。

綜上所述，可以得知發散角度越小的光線，如光線200a，會在導光板120中進行較多次的反射，並有較低的機率從光源110正上方射出，而是傾向於在多次反射後由光源110之中間的位置射出。發散角度較大的光線較為容易在光源110中間處射出如光線200b，或是在導光板120中進行橫向前進，如光線200c。藉此，可以有效避免光源110正上方之局部亮點的產生，並增加光線在導光板120中的橫向行進距離，使得光線擴散地更均勻。光線可以輕易地自兩光源110中點處穿出，且不易直接由光源110正上方射出，同樣使背光模組的100的亮度更為均勻。

背光模組100透過光發散元件130、高反射率微結構140、高擴散率微結構150，以及透鏡160的分布，可以有效地抑制正向出光的中心強度，使得背光模組100的出光更為均勻。另外，由於光源110為埋設在非球面凹洞的光發散元件130，光源110位於導光板120的內部，因此，可以有效地減少直下式背光模組100的厚度。

應瞭解到，在以下敘述中，包含高反射率微結構140與高擴散率微結構150之佈局等已經在上述實施例中敘述過的內容，將不再重複贅述，合先敘明。

參照第4圖，其係繪示本發明之背光模組第二實施例的剖面圖。背光模組100更包含有高擴散率板材190，設置於高反射率微結構140上，其中高擴散率板材190的穿透率小於70%。高擴散率板材190可以用以模糊化導光板120第二表面124上的高反射率微結構140，使光源110之光線混合得更為均勻。

參照第5圖，其係繪示本發明之背光模組第三實施例的剖面圖。背光模組100之光發散元件130a為非球面凹洞，非球面凹洞具有平坦頂面132，背光模組100更包含有菲涅爾透鏡(Fresnel lens)134，形成於平坦頂面132上。其中菲涅爾透鏡134的範圍至少涵蓋光源110之發光面112向上投影至導光板120的面積。菲涅爾透鏡134可以進一步擴散光源110所發出之光線，以均勻化背光模組100所發出的面光源。

參照第6圖，其係繪示本發明之背光模組第四實施例的剖面圖。背光模組100之導光板120的第一表面122為平坦表面，光發散元件130b為菲涅爾透鏡，光發散元件130b設置於第一表面122上。其中光發散元件130b之菲涅爾透鏡的範圍至少涵蓋光源110之發光面112向上投影至導光板120的面積，以進一步擴散光源110所發出之光線，進而均勻化背光模組100所發出的面光源。

為了有效地相對定位導光板120以及光源110，並維持光源110之發光面112與導光板120之間的相對高度，本實施例之包含有兩反射片180、182，光源110設置於基板170上，雙層的反射片180、182位於基板170與導光板120之間，反射片180較為靠近基板170，而另一反射片182則是較為靠近導光板120。其中光源110之發光面112的高度小於較靠近導光板120之反射片182之高度。光源110與第一表面122之間的間距較佳地為小於反射片182與第一表面122之間的間距。反射片180具有第一開口181，而另一反射片182具有第二開口183，光源110設置於基板170上並第一開口181與第二開口183之中。其中第二開口183的尺寸可以大於第一開口181的尺寸，使得光源110具有較大的光線發散角度以及避免局佈光圈現象產生於光源周圍。

參照第7圖，其係繪示本發明之背光模組第五實施例的剖面圖。背光模組100更包含有背板192。基板170、反射片180、導光板120為依序疊放在背板192上。本實施例採用背板192深抽的方式以維持光源110之發光面112與導光板120之間的相對高度。背板192上具有凹槽194，基板170設置於凹槽194之中，光源110再設置在位於凹槽194中的基板170上。反射片180則是設置在背板192上，反射片180在對應於凹槽194之處具有開口184，以露出光源110。反射片180在靠近光源110的部分具有斜面186，用以定義開口184，使得光源110位於杯狀的反射片180之中。

由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點。本發明透過形成在導光板上之高反射率微結構與高擴散率微結構，可以有效抑制正向出光並使光源所發出之光線橫向發散地更廣，使得背光模組之面光源更為均勻化。背光模組中更具有光發散元件使得光源發散之光線答成大角度的折射，以進一步抑制正向出光，並透過高擴散率板材均勻化光源通過導光板所發出之光線。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，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。

100．．．背光模組

110．．．光源

112．．．發光面

114．．．定義點

120．．．導光板

122．．．第一表面

124．．．第二表面

130．．．光發散元件

130a．．．光發散元件

130b．．．光發散元件

132．．．平坦頂面

134．．．菲涅爾透鏡

140．．．高反射率微結構

150．．．高擴散率微結構

160．．．透鏡

170．．．基板

180．．．反射片

181．．．第一開口

182．．．反射片

183．．．第二開口

184．．．開口

186．．．斜面

190．．．高擴散率板材

192．．．背板

194．．．凹槽

200a．．．光線

200b．．．光線

200c．．．光線

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

第1圖繪示本發明之背光模組第一實施例的剖面圖。

第2圖為高反射率微結構的局部上視圖。

第3圖繪示第1圖的局部放大圖。

第4圖繪示本發明之背光模組第二實施例的剖面圖。

第5圖繪示本發明之背光模組第三實施例的剖面圖。

第6圖繪示本發明之背光模組第四實施例的剖面圖。

第7圖繪示本發明之背光模組第五實施例的剖面圖。

100．．．背光模組

110．．．光源

120．．．導光板

122．．．第一表面

124．．．第二表面

130．．．光發散元件

140．．．高反射率微結構

150．．．高擴散率微結構

200a．．．光線

200b．．．光線

200c．．．光線

Claims (21)

1. 一種背光模組，包含：複數個光源；一導光板，具有相對之一第一表面與一第二表面，該第一表面面對該些光源；一光發散元件，設置於該些光源與該導光板之間；一高反射率微結構，設置於該第二表面，其中該高反射率微結構之一圖案密度由每一該些光源起向外漸減；以及一高擴散率微結構，設置於該第一表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該高反射率微結構在對應該些光源處之一覆蓋率大於70%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該高反射率微結構在對應相鄰兩該些光源之中點處之一覆蓋率為大於30%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該高反射率微結構之一反射率大於70%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該高擴散率微結構之一圖案密度由每一光源起向外漸增。
6. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該高擴散率微結構在對應相鄰兩該些光源之中點處之一覆蓋率為大於70%。
7. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該高擴散率微結構在鄰近該些光源處之一覆蓋率趨近於零或小於10%。
8. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中高擴散率微結構為一外凸結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該高擴散率微結構為一內凹結構。
10. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該光發散元件為複數個非球面凹洞，設置於該第一表面上，該些光源位於該些非球面凹洞之中。
11. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該些非球面凹洞為複數個子彈形凹洞。
12. 如申請專利範圍第11項所述之背光模組，更包含複數個透鏡，設置於該些光源上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之背光模組，其中每一該些透鏡為中心內凹之透鏡。
14. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該非球面凹洞具有一平坦頂面，該背光模組更包含一菲涅耳透鏡，形成於該平坦頂面。
15. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該第一表面為一平坦表面，該光發散元件為設置於該平坦表面之一菲涅爾透鏡。
16. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，更包含至少一反射片，該至少一反射片具有複數個開口，該些光源位於該些開口中。
17. 如申請專利範圍第16項所述之背光模組，其中該些光源與該第一表面之間距小於該至少一反射片與該第一表面之間距。
18. 如申請專利範圍第16項所述之背光模組，更包含一背板，該背板具有複數個凹槽，該些光源放置於該些凹槽中。
19. 如申請專利範圍第18項所述之背光模組，其中該反射片包含一斜面，以定義該開口。
20. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，更包含一高擴散率板材，設置於該高反射率微結構上。
21. 如申請專利範圍第20項所述之背光模組，其中該高擴散率板材之一穿透率小於70%。