TWI464461B - 彩色濾光片以及其側光式背光模組 - Google Patents

Description

彩色濾光片以及其側光式背光模組

本發明是有關一種彩色濾光片以及其側光式背光模組，特別是一種反射式之彩色濾光片以及其側光式背光模組。

液晶顯示器已成為平面顯示器之主流技術。然而，習知之彩色濾波技術大多是以吸收式之彩色染料製成陣列式RGB(紅光/綠光/藍光)畫素分佈為主，因此能量大部分被彩色濾光片吸收，導致能量穿透效率降低，造成彩色濾光片為液晶顯示器中對光損耗最大的元件之一。有鑑於此，如何提升彩色濾光片之能量效率便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種彩色濾光片以及其側光式背光模組，其由多層濾光元件所組成。每一濾光元件包含多個陣列配置之濾光區域，其僅通過特定光譜組成之光線，而將其它光譜組成之光線加以反射。被反射之光線經由適當之光學設計再反射至相對應之濾光區域而通過彩色濾光片並形成一彩色陣列。藉由回收其它光譜組成之光線可提升彩色濾光片之能量效率。

本發明一實施例之彩色濾光片包含一第一濾光元件以及一第二濾光元件。第一濾光元件包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中第一濾光元件之濾光區域用以透射一入射光之一第一光譜組成並反射入射光之其它光譜組成。第二濾光元件設置於第一濾光元件上，並包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中第二濾光元件之濾光區域用以透射入射光之一第二光譜組成並反射入射光之其它光譜組成，且第二濾光元件之濾光區域之中心偏離第一濾光元件之濾光區域之中心。第一濾光元件以及第二濾光元件之透光區域則透射入射光。

本發明另一實施例之側光式背光模組包含一導光板、一發光模組以及一彩色濾光片。導光板具有一出光面、一相對之底面以及至少一入光面，其連接出光面以及底面。發光模組設置於導光板之入光面側，用以提供一光源。彩色濾光片設置於導光板之出光面側，用以將光源轉換為一彩色陣列。彩色濾光片包含一第一濾光元件以及一第二濾光元件。第一濾光元件包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中第一濾光元件之濾光區域用以透射一入射光之一第一光譜組成並反射入射光之其它光譜組成。第二濾光元件設置於第一濾光元件上，並包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中第二濾光元件之濾光區域用以透射入射光之一第二光譜組成並反射入射光之其它光譜組成，且第二濾光元件之濾光區域之中心偏離第一濾光元件之濾光區域之中心。第一濾光元件以及第二濾光元件之透光區域則透射入射光。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參照圖1以及圖2，本發明之一實施例之彩色濾光片10包含一第一濾光元件11以及設置於第一濾光元件11上之一第二濾光元件12。於一實施例中，本發明之彩色濾光片10更包含一第三濾光元件13，其設置於第二濾光元件12上。第一濾光元件11、第二濾光元件12以及第三濾光元件13分別包含多個陣列排列之濾光區域11a、12a、13a以及一透光區域11b、12b、13b。透光區域11b、12b、13b可透射入射光(例如白光LW)之全部光譜組成。需注意者，圖1以及圖2所示之實施例包含三層濾光元件僅為例示性說明，但不限於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠以二層或三層以上濾光元件來實現本發明。

第一濾光元件11之濾光區域11a可透射一入射光之一第一光譜組成(例如紅光LR)並反射入射光之其它光譜組成；第二濾光元件12之濾光區域12a可透射入射光之一第二光譜組成(例如綠光LG)並反射入射光之其它光譜組成；第三濾光元件13之濾光區域13a可透射入射光之一第三光譜組成(例如藍光LB)並反射入射光之其它光譜組成。

此外，第一濾光元件11、第二濾光元件12以及第三濾光元件13之濾光區域11a、12a、13a彼此偏移設置，亦即第二濾光元件12之濾光區域12a之中心偏離第一濾光元件11之濾光區域11a之中心，而第三濾光元件13之濾光區域13a之中心偏離第一濾光元件11之濾光區域11a以及第二濾光元件12之濾光區域12a之中心。依據此結構，第一濾光元件11、第二濾光元件12以及第三濾光元件13之濾光區域11a、12a、13a皆可受到入射光照射並使相對應光譜組成之光線通過。如此，陣列排列之濾光區域11a、12a、13a可分別透射紅光LR、綠光LG以及藍光LB而形成一RGB彩色陣列。在液晶顯示器的應用中，每一紅光、綠光以及藍光濾光區域可對應一畫素P。

由於第一濾光元件11、第二濾光元件12以及第三濾光元件13之濾光區域11a、12a、13a是將特定光譜組成以外之光線反射，而不是將其吸收，因此，被一濾光區域反射的光線可經過適當之光學設計與其它模組或元件搭配，例如反射元件，即可從另一相對應之濾光區域透射出去。請參照圖2，舉例而言，第一濾光元件11之濾光區域11a可讓紅光LR通過，而將綠光LG以及藍光LB反射。被反射的綠光LG以及藍光LB可再反射回彩色濾光片10，而分別從第二濾光元件12之濾光區域12a以及第三濾光元件13之濾光區域13a透射出去。因此，相較於習知之吸收式彩色濾光片，本發明之彩色濾光片具有較佳的能量效率。

請參照圖3，第一濾光元件11、第二濾光元件12以及第三濾光元件13可包含一基板111、121、131以及多個對應於濾光區域設置的濾光結構。舉例而言，濾光結構可為一光柵結構112、122、132。藉由控制光柵之週期PR、PG、PB以及光柵之高度以及寬度可以調整濾光區域之光學特性。於一實施例中，光柵結構112、122、132可為單層之金屬光柵，或者為兩層以上之複合金屬光柵或金屬-介電質光柵，如圖3所示。需注意者，光柵結構亦可達到使光線偏極化的效果，亦即使特定偏極方向之光線通過，而將其它偏極方向之光線反射回來。因此，類似於回收特定光譜以外之光線的方式，其它偏極方向之光線可經擴散結構反射後再產生特定偏極方向之光線，如此即可通過濾光元件。於一較佳實施例中，經由適當之設計，本發明之彩色濾光片甚至可取代液晶顯示器中之吸收式偏極片。

請參照圖4，於一實施例中，濾光結構可為多層鍍膜113、123、133。舉例而言，藉由鍍上一層或多層不同折射率之鍍層n1、n2、n3以及控制鍍膜的厚度HR、HG、HB等參數即可調整濾光區域之光學特性。

於一實施例中，第一濾光元件11、第二濾光元件12以及第三濾光元件13中之任二者之濾光區域在出光方向上可以部分重疊。請參照圖5，舉例而言，對應畫素P1之邊界之濾光區域與另一畫素P2之邊界之濾光區域彼此在出光方向上形成重疊區域S。由於通過第一濾光元件11之濾光區域的紅光無法通過第三濾光元件13之濾光區域，因此重疊區域即形成一暗區，藉此無需其它遮光元件(例如黑矩陣)即可定義出一畫素位置。此外，適當設計之重疊區域S亦可使第一濾光元件11、第二濾光元件12以及第三濾光元件13在疊合時有較大之操作公差而易於製作。

請參照圖6，本發明之一實施例之側光式背光模組包含一導光板20、一發光模組30以及一彩色濾光片10。導光板20具有一出光面21、一相對之底面22以及至少一入光面23。入光面23連接出光面21以及底面22。發光模組30設置於導光板20的入光面23側。發光模組30可包含至少一發光元件31，用以提供一光源。舉例而言，發光元件31發光二極體或冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)。於一實施例中，發光模組30可包含一反射元件32，其與導光板20的入光面23相對設置。反射元件32可用以將發光元件31所產生之光源反射至導光板20的入光面23，以提高光之利用率。需注意者，依據實際需求，發光模組30可設置於導光板20之單側或多側。彩色濾光片10則設置於導光板20的出光面21側，用以將發光模組30所產生之光源轉換為一彩色陣列。彩色濾光片10之詳細結構如前所述，在此不再贅述。

於一實施例中，本發明之側光式背光模組可包含一第一反射元件40，其設置於導光板20的底面22側。第一反射元件40可將來自發光元件31之光源反射至導光板20的出光面21。此外，第一反射元件40亦可將來自彩色濾光片10的反射光線反射至導光板20的出光面21再入射至彩色濾光片10，達到回收光源的效果。舉例而言，第一反射元件40可為容置背光模組之背板的一部分，或是設置於導光板20之底面之反射層。

於一實施例中，彩色濾光片10可與導光板20整合為一體。依據此結構，被彩色濾光片10所反射之光線可直接回到導光板20，再經過導光板20或第一反射元件40反射後從彩色濾光片之相對應濾光區域透射出去，以減少能量被其它元件吸收的機會。

於一實施例中，導光板20包含一擴散結構24，其設置於底面22側。舉例而言，擴散結構24可為底面22之粗糙化結構、微結構或設置於底面22之擴散膜。擴散結構24除了可使光線均勻化之外，擴散結構24亦具有使單一偏極方向之光線轉換為多種偏極方向之光線的效果。

於一實施例中，本發明之側光式背光模組可包含一擴散元件50，其設置於導光板20的出光面21側。於圖6所示之實施例中，擴散元件50設置於彩色濾光片10之出光側。擴散元件50可使光源射出導光板20之光線較為均勻。

綜合上述，本發明之彩色濾光片以及側光式背光模組採用一反射式濾光技術，其是由多層濾光元件所組成，且包含多個陣列配置之濾光區域之濾光元件僅讓特定光譜組成之光線通過，而將其它光譜組成之光線加以反射。被反射之光線經由適當之光學設計可再反射至相對應之濾光區域而通過彩色濾光片並形成一彩色陣列。藉由回收其它光譜組成之光線可提升彩色濾光片之能量效率。此外，本發明之彩色濾光片可先分別製作單一濾光元件再加以整合，因此其結構簡單且製作容易。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10．．．彩色濾光片

11．．．第一濾光元件

111、121、131．．．基板

112、122、132．．．光柵結構

113、123、133．．．鍍膜

11a、12a、13a．．．濾光區域

11b、12b、13b．．．透光區域

12．．．第二濾光元件

13．．．第三濾光元件

20．．．導光板

21．．．出光面

22．．．底面

23．．．入光面

24．．．擴散結構

30．．．發光模組

31．．．發光元件

32．．．反射元件

40．．．第一反射元件

50．．．擴散元件

HB、HG、HR．．．鍍膜厚度

LB．．．藍光

LG．．．綠光

LR．．．紅光

LW．．．白光

n1、n2、n3．．．鍍層

P、P1、P2．．．畫素

PB、PG、PR．．．光柵週期

S．．．重疊區域

圖1為一示意圖，顯示本發明一實施例之彩色濾光片。

圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之彩色濾光片之分解結構。

圖3為一示意圖，顯示本發明一實施例之彩色濾光片之光柵結構。

圖4為一示意圖，顯示本發明一實施例之彩色濾光片之鍍膜結構。

圖5為一示意圖，顯示本發明另一實施例之彩色濾光片。

圖6為一示意圖，顯示本發明一實施例之側光式背光模組。

11．．．第一濾光元件

11a、12a、13a．．．濾光區域

11b、12b、13b．．．透光區域

12．．．第二濾光元件

13．．．第三濾光元件

LB．．．藍光

LG．．．綠光

LR．．．紅光

LW．．．白光

Claims (20)

1. 一種彩色濾光片，包含：一第一濾光元件，其包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中該第一濾光元件之該濾光區域用以透射一入射光之一第一光譜組成並反射該入射光之其它光譜組成，該透光區域用以透射該入射光；以及一第二濾光元件，其設置於該第一濾光元件上，並包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中該第二濾光元件之該濾光區域用以透射該入射光之一第二光譜組成並反射該入射光之其它光譜組成，該透光區域用以透射該入射光，且該第二濾光元件之該濾光區域之中心偏離該第一濾光元件之該濾光區域之中心。
2. 如請求項1所述之彩色濾光片，更包含：一第三濾光元件，其設置於該第二濾光元件上，並包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中該第三濾光元件之該濾光區域用以透射該入射光之一第三光譜組成並反射該入射光之其它光譜組成，該透光區域用以透射該入射光，且該第三濾光元件之該濾光區域之中心偏離該第一濾光元件之該濾光區域以及該第二濾光元件之該濾光區域之中心。
3. 如請求項2所述之彩色濾光片，其中該第一濾光元件、該第二濾光元件或該第三濾光元件包含一基板以及多個設置於該濾光區域之濾光結構。
4. 如請求項3所述之彩色濾光片，其中該濾光結構包含一光柵結構或多層鍍膜。
5. 如請求項4所述之彩色濾光片，其中該光柵結構為金屬光柵、複合金屬光柵或金屬-介電質光柵。
6. 如請求項2所述之彩色濾光片，其中該第一濾光元件、該第二濾光元件以及該第三濾光元件中之任二者之該濾光區域在出光方向上部分重疊。
7. 如請求項2所述之彩色濾光片，其中該第一光譜組成、該第二光譜組成以及該第三光譜組成彼此相異，且為紅光光譜、綠光光譜以及藍光光譜其中之一。
8. 一種側光式背光模組，包含：一導光板，其具有一出光面、一相對之底面以及至少一入光面，其連接該出光面以及該底面；一發光模組，其設置於該導光板之該入光面側，用以提供一光源；以及一彩色濾光片，其設置於該導光板之該出光面側，用以將該光源轉換為一彩色陣列，該彩色濾光片包含：一第一濾光元件，其包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中該第一濾光元件之該濾光區域用以透射一入射光之一第一光譜組成並反射該入射光之其它光譜組成，該透光區域用以透射該入射光；以及一第二濾光元件，其設置於該第一濾光元件上，並包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中該第二濾光元件之該濾光區域用以透射該入射光之一第二光譜組成並反射該入射光之其它光譜組成，該透光區域用以透射該入射光，且該第二濾光元件之該濾光區域之中心偏離該第一濾光元件之該濾光區域之中心。
9. 如請求項8所述之側光式背光模組，更包含：一第一反射元件，其設置於該導光板之該底面側，該第一反射元件用以反射該光源以及來自該彩色濾光片之一反射光線至該出光面。
10. 如請求項8所述之側光式背光模組，其中該發光模組包含：一第二反射元件，其與該導光板之該入光面相對設置，該第二反射元件用以反射該光源至該入光面。
11. 如請求項8所述之側光式背光模組，更包含：一第三濾光元件，其設置於該第二濾光元件上，並包含多個陣列排列之濾光區域以及一透光區域，其中該第三濾光元件之該濾光區域用以透射該入射光之一第三光譜組成並反射該入射光之其它光譜組成，該透光區域用以透射該入射光，且該第三濾光元件之該濾光區域之中心偏離該第一濾光元件之該濾光區域以及該第二濾光元件之該濾光區域之中心。
12. 如請求項11所述之側光式背光模組，其中該第一濾光元件、該第二濾光元件或該第三濾光元件包含一基板以及多個設置於該濾光區域之濾光結構。
13. 如請求項12所述之側光式背光模組，其中該濾光結構包含一光柵結構或多層鍍膜。
14. 如請求項13所述之側光式背光模組，其中該光柵結構為金屬光柵、複合金屬光柵或金屬-介電質光柵。
15. 如請求項11所述之側光式背光模組，其中該第一濾光元件、該第二濾光元件以及該第三濾光元件中之任二者之該濾光區域在出光方向上部分重疊。
16. 如請求項11所述之側光式背光模組，其中該第一光譜組成、該第二光譜組成以及該第三光譜組成彼此相異，且為紅光光譜、綠光光譜以及藍光光譜其中之一。
17. 如請求項8所述之側光式背光模組，其中該彩色濾光片以及該導光板整合為一體。
18. 如請求項8所述之側光式背光模組，其中該導光板包含一擴散結構，其設置於該導光板之該底面。
19. 如請求項8所述之側光式背光模組，更包含：一擴散元件，其設置於該導光板之該出光面側。
20. 如請求項8所述之側光式背光模組，其中該發光模組包含至少一發光二極體或冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)。