TWI574085B - 具光均勻化設計之背光模組 - Google Patents

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Description

具光均勻化設計之背光模組
本發明係關於一種用於顯示裝置的背光模組；具體而言，本發明係關於一種用於顯示裝置且具光均勻化設計的背光模組。
近年來，液晶顯示裝置的技術漸趨成熟。隨著消費者的喜好及要求增加，液晶顯示裝置也逐漸走向薄型化。為求達到薄型化的目的，液晶顯示裝置的各組成部分均需進行厚度的縮減，例如顯示面板、光學膜片及背光模組。其中背光模組因需要混光空間，所需要的厚度通常較大，因此也成了主要進行厚度縮減的目標。
圖1A所示為一種較薄型的直下型背光模組。如圖1A所示，係於底板10上設置複數個發光二極體光源13。接著在發光二極體光源13的上方設置反射膜片30。反射膜片30上開設有複數個穿孔31。發光二極體光源13產生的光線經由在反射膜片30及底板100間的來回反射，而由不同的穿孔31射出，來達到光源分散的目的。此外，在反射膜片30上方另設有擴散板50。擴散板50係由設置於底板10上之支撐件11穿過穿孔31來支撐，離開反射膜片30的光線經由通過擴散板50，即可產生均勻化的背光。
圖1B則為反射膜片30之上視圖；如圖1B所示，反射膜片30包含多個區塊33，每一區塊33中的穿孔31排列係為重複。在反射膜片30中央的部分，各區塊33鄰接的位置由於均可藉由相鄰的區塊33共同補充光量，因此仍可維持光分佈的均勻性。然而在接近反射膜片30邊緣的部分，由於沒有相互補充光量的相鄰區塊33，因此會有較明顯的亮帶35及暗帶37分佈。
本發明之目的在於提供一種背光模組，具有較佳的背光均勻度。
本發明之另一目的在於提供一種背光模組，可減少漏光的狀況。
背光模組包含載板、複數個光源、至少一低反射部及光學調控膜。載板具有承載面供承載光源；其中承載面具有第一反射率。光源中包含複數個外側光源設置於最接近承載面側邊的位置，並沿側邊分佈排列。低反射部係形成於承載面上，並分別對應於外側光源與側邊之間。低反射部具有第二反射率，且第二反射率小於前述之第一反射率。光學調控膜設置於光源上方，亦即設置對應於光源發出光線的一面。光學調控膜係可分配光源產生的光線自光學調控膜的不同位置穿射而出。每一低反射部在光學調控膜上分別具有投影範圍；在平行側邊延伸的方向上，投影範圍較相鄰的位置具有較低的單位出光穿透比率。
110‧‧‧載板
111‧‧‧承載面
112‧‧‧側邊
113‧‧‧載板本體
115‧‧‧反射片
117‧‧‧孔洞
119‧‧‧光源孔
130‧‧‧光源
131‧‧‧外側光源
150‧‧‧低反射部
151‧‧‧薄片元件
153‧‧‧鎖附裝置
161‧‧‧第一反射區
162‧‧‧第二反射區
181‧‧‧底板
183‧‧‧側壁
300‧‧‧光學調控膜
301‧‧‧反射面
305‧‧‧投影範圍
306、307‧‧‧前後範圍
308‧‧‧帶狀區域
309‧‧‧邊緣
310‧‧‧出光結構
311‧‧‧區塊
312‧‧‧外側區塊
313‧‧‧預設區域
600‧‧‧擴散板
810‧‧‧底面區
811‧‧‧端緣
830‧‧‧斜面區
圖1A為薄型化背光模組之示意圖；圖1B為光學調控膜之示意圖；圖2為本發明背光模組之實施例元件爆炸圖；圖3為載板之實施例示意圖；圖4為背光模組之實施例剖視圖；圖5為光學調控膜之實施例示意圖；圖6為低反射部設置之實施例剖視圖；圖7A為外側區塊之實施例示意圖；圖7B為帶狀區域中各位置的單位出光穿透比率分佈示意圖；圖8A為低反射部之實施例剖視圖；圖8B為低反射部之另一實施例剖視圖；圖9A為低反射部吸收光線之光路示意圖；圖9B為背光模組之另一實施例剖視圖；圖10A及圖10B為載板具有斜面之實施例示意圖；圖11為光學調控膜之實施例示意圖；圖12為具有預設區域之光學調控膜實施例示意圖。
本發明係提供一種供顯示裝置使用之背光模組。在較佳實施例中，顯示裝置係使用的液晶顯示面板與背光模組配合以產生影像，然而在不同實施例中，顯示裝置亦可配合其他需要背光模組之顯示面板。
在圖2所示之實施例中，背光模組包含載板110、複數個光源130、至少一低反射部150及光學調控膜300。載板110具有承載面111供承載光源130；其中承載面111具有第一反射率，且第一反射率較佳介於50%到100%之間。其中較佳設計為材質為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)含硫酸鋇粒子之反射片構成之承載面。載板110較佳為金屬材質，例如鋁板；然而在不同實施例中，載板110亦可為塑料材質所製成。承載面111較佳可由載板110本體的表面所形成，但當載板110本身的材質反射率不足時，則可於載板110本體上加設其他反射材質來形成具有第一反射率的承載面111。
光源130係設置於承載面111上，且較佳採行列矩陣方式分佈。在較佳實施例中，光源130係為發光二極體；然不限於此。此外，如圖2及圖3所示，光源130中包含複數個外側光源131設置於最接近承載面111側邊112的位置，並沿側邊112分佈排列。在較佳實施例中，承載面111係為矩形而具有四個側邊112；相對地，外側光源131亦形成框型的分佈將其他非外側的光源130包圍在中間。此外，外側光源131較佳係沿側邊112呈直線型分佈。
如圖2及圖3所示，低反射部150係形成於承載面111上，並分別對應於外側光源131與側邊112之間。在較佳實施例中，低反射部150係設置於通過外側光源131之側邊112法線路徑上，但不限於此。低反射部150的形成方式包含但不限於外加低反射材質或於承載面111上形成孔洞以減少承載面111上相對位置所以反射的光線。低反射部150具有第二反射率，且第二反射率小於前述之第一反射率。在較佳實施例中，當使用深色或具低反射性的膠質材料，例如橡膠或聚乙烯(PE)材質的薄膜，或者低反射油墨等 低反射材料作為低反射部150時，第二反射率不大於60%。若採用具散射效果的材料作為低反射部150時，則第二反射率較佳可大於60%，但低反射部150之光澤度(Gloss Rate)需不大於30%。
如圖2及圖4所示，光學調控膜300設置於光源130上方，亦即設置對應於光源130發出光線的一面。光學調控膜300係可分配光源130產生的光線自光學調控膜300的不同位置穿射而出；以較佳實施例而言，光學調控膜300朝向光源130之一面具有反射面301，且光學調控膜300包含反射面與複數出光結構310；出光結構310結構可為貫穿孔或非貫穿孔。在圖2所示之實施例中，出光結構310較佳係組合成多個區塊311分別對應於不同光源130的上方。光源130產生之光線可經反射面301及承載面111來回反射，並自出光結構310處穿出光學調控膜300，如此即可藉由調整出光結構310在光學調控膜300上不同位置的密度及大小以改變不同位置上的單位穿透率，來分配光源130產生的光線。此外，在光學調控膜300上方可設置擴散板600，以進一步將自光學調控膜300射出的光線作進一步的均勻化。
如圖4及圖5所示，每一低反射部150在光學調控膜300上分別具有投影範圍305。在平行側邊112延伸的方向X上，投影範圍305較相鄰的位置(例如前後的範圍306及307)具有較低的單位出光穿透比率。以單一的區塊311而言，若以投影範圍305所在位置沿方向X標出一帶狀區域308，則投影範圍305較佳具有此帶狀區域308中最低的單位出光穿透比率。若帶狀區域308中各位置的單位出光穿透比率沿方向X而呈具有波峰及波谷的曲線分佈，則投影範圍305較佳落於產生曲線波谷的位置。在較佳實施例中，單位出光穿透比率係指在一單位面積之內，出光結構310所佔的面積比率。換 言之，單位出光穿透比率較佳係為一標準化的比率值，而不具有單位。但在不同實施例中，除了出光結構310的面積比率，亦可考慮不同位置所分佈的出光結構310特性。例如相較於為非貫穿孔的出光結構310，為貫穿孔的出光結構310在同面積下將具有較高的出光穿透比率。
由於單位出光穿透比率較低的位置通常對應於接收較多光源130產生光線之處，特別是在靠近側邊112的位置處。藉由此一設計，低反射部150得以吸收部分的光線，以減少光學調控膜300上對應低反射部150位置產生的漏光現象。
如圖6所示，外側光源131在垂直於側邊112的方向Y上與最接近的光源130間具有間距P。在方向Y上，低反射部150與所對應的外側光源131間之距離D較佳大於間距P的1/6。在較佳實施例中，距離D較佳係為外側光源131中央至低反射部150朝向外側光源131的邊緣間距離；然而在不同實施例中，距離D亦可以為外側光源131及低反射部150在方向Y上的中心間距。此外，低反射部150在方向Y上之寬度W較佳小於間距P的1/3。藉由此一設計，即可增加整體亮度的均勻性，且降低因低反射部150過度吸收光線而造成亮度不足的機會。
另在較佳實施例中，在平行側邊112延伸的方向X上，投影範圍305內的單位出光穿透比率不大於投影範圍在平行方向X上延伸範圍中所具有最大單位出光穿透比率的2/3。如圖7A所示，以單一的區塊311而言，可以投影範圍305所在位置沿方向X的延伸範圍而標出一帶狀區域308。若帶狀區域308中各位置所具有最大的單位出光穿透比率為A，而投影範圍305內的單位出光穿透比率為a，則較佳符合下式的關係： 投影範圍305內的單位出光穿透比率a較佳係指投影範圍305內各不同位置分別的單位出光穿透比率。換言之，即投影範圍305內各位置之單位出光穿透比率均小於最大單位出光穿透比率A的2/3。若帶狀區域308中各位置的單位出光穿透比率沿方向X而呈如圖7B所示的曲線分佈，最大的單位出光穿透比率A發生於帶狀區域308的兩端x1及x2，則投影範圍305的兩端則分別位於單位出光穿透比率為A的位置。藉由此一設計，即可決定投影範圍305及低反射區150的寬度。然而在不同實施例中，投影範圍305內的單位出光穿透比率a亦可為投影範圍305內的平均單位出光穿透比率，以配合不同單位出光穿透比率曲線分佈的特性。必需說明的是，帶狀區域308具有在垂直側邊112方向Y上的寬度，本實施例係基於假設方向Y上的寬度極小的狀況下，先決定方向X上的長度，再視實際漏光狀況、單位出光穿透比率分佈曲線及前述方向Y上寬度的實施例來實際決定低反射區150在方向Y上的寬度。
如圖8A所示，低反射部150係為薄片狀的結構，且貼附於承載面111上。在此實施例中，低反射部150可為深色或具低反射性的膠質材料，例如橡膠或聚乙烯(PE)材質的薄膜。此外，低反射部150亦可以油墨印刷形成網點的方式來設置。另在圖8B所示的實施例中，低反射部150亦可為鎖固於承載面111上的薄片元件151；換言之，低反射部150可以自薄片元件151下向伸出的或附加的螺絲或鉚釘等鎖附裝置153直接鎖附於承載面111上。
圖9A所示為背光模組之另一實施例。如圖9A所示，載板110 係由載板本體113及反射片115所組成。反射片115係疊合設置於載板本體113上，且反射片115背向載板本體113之一面形成為前述之承載面111。在此實施例中，載板本體113朝向反射片115之一面所具有的反射率係小於反射片115所形成之承載面111反射率。如圖9A所示，反射片115上形成至少一孔洞117；孔洞117即會曝露下方具有較低反射率的載板本體113表面。藉由此一設置，孔洞117即與所曝露之載板本體113部分共同形成低反射部150以吸收光線。相較於前述的實施例，此一實施例僅需於反射片115上開孔，而不需以額外工序來加裝低反射部150，較節省工時及成本。
另在圖9B所示的實施例中，載板110同樣由載板本體113及反射片115所組成，且反射片115上亦可形成複數個光源孔119以容納光源130。光源孔119所容納的光源130包含但不限於外側光源131，但容納外側光源131之光源孔119較容納其他光源130之光源孔具有較大的面積，以曝露部分的載板本體113。在較佳實施例中，外側光源131之光源孔119之直徑介於外側光源131直徑的1.5倍到4倍之間，以提供較適當的光吸收比例。藉由此一設置，被曝露的部分載板本體113係圍繞著外側光源131分佈，且吸收部分外側光源131所產生的光線，因此可降低在一區塊中的亮度，進而減少漏光現象。
如圖10A所示，在另一實施例中，載板110可包含中間平面的底板181及自底板181側邊彎折而形成的側壁183，因此承載面111亦可對應分為底板181上的底面區810及側壁上的斜面區830。底面區810具有端緣811，端緣811較佳係平行於側邊112。外側光源131係設置於底面區810上且鄰近於端緣811；較佳而言，外側光源131係沿著端緣811而分佈且為所有光 源130中最接近端緣811的部分。斜面區830自端緣811向外並偏向光學調控膜300而斜向延伸；換言之，斜面區830係相對於底面區810而向光學調控膜300彎折。此外，斜面區830亦沿側邊112分佈。在此實施例中，如圖10A所示，低反射區150係形成於斜面區830上，以吸收部分外側光源131產生之光線，以減低所對應部分產生漏光的情形。然而在另一實施例中，如圖10B所示，低反射區150可分為第一反射區161及第二反射區162。第一反射區161及第二反射區162分別形成於底面區810及斜面區830上，以提供更均勻的出光效果。
圖11所示為光學調控膜300之實施例。在此實施例中，光學調控膜300上包含有複數個區塊311分別對應於包含外側光源131在內的各光源130。以較佳實施例而言，每一區塊311內的出光結構310分佈均為相同、相似或有一定程度的關連性。區塊311中包含複數個外側區塊312對應於外側光源131上方，低反射部150於外側區塊312內之投影範圍305係介於所對應的光源131之投影位置及光學調控膜300平行於側邊112的邊緣309之間。在外側區塊312內，出光結構310的單位穿透比率係以所對應的光源131之投影位置為中心，而依預設函數之函數值朝外側區塊312的外側遞增變化。換言之，預設函數的函數值將隨著距離光源投影位置的距離增加而漸增。預設函數較佳為多項式函數，例如二次或三次多項式函數，但不以此為限。以預設函數為二次多項式函數為例，則預設函數可以為：f(x)=ax2+bx+c其中x為外側區塊312中各位置距離光源投影位置的距離，f(x)則可直接為該位置的單位穿透比率或著在乘以一個參數後成為單位穿透比率。藉由此一 設計，可使最終產生的背光較為均勻。
另在圖12所示的實施例中，外側區塊312內可包含有預設區域313分別與相鄰的外側區塊312及邊緣309鄰接。以此較佳實施例而言，預設區域313係為外側區塊312在邊緣309一側的兩個截角區域，因此每一外側區塊312會有一個預設區域313與相鄰外側區塊312中的預設區域313相鄰接，且共同形成頂角朝向光學調控膜內部的等腰三角形。此外，預設區域313本身亦可為形成為等腰三角形的截角區域。如圖12所示，形成預設區域313之截角區域若形成為等腰三角形時，其等腰的邊長較佳小於邊緣309的一半。然而在不同實施例中，預設區域313並不限於截角區域、三角形或等腰，亦可為其他的幾合形狀。
在預設區域313中，出光結構310的單位穿透比率較其他區域有所不同，較佳為較其他區域的單位穿透比率為大。以較佳實施例而言，預設區域313的單位穿透比率係以所對應的光源投影位置為中心，而依預設函數之函數值乘以一個加權值而朝外側區塊312的外側遞增變化；其中加權值介於1.1到1.3之間。藉由此一設計，可有效在外側區塊312中可能產生暗帶的區域增加出光量，以提高出光均勻度。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。
110‧‧‧載板
111‧‧‧承載面
112‧‧‧側邊
130‧‧‧光源
131‧‧‧外側光源
150‧‧‧低反射部
300‧‧‧光學調控膜
301‧‧‧反射面
305‧‧‧投影範圍
310‧‧‧出光結構
600‧‧‧擴散板

Claims (16)

  1. 一種背光模組，包含：一載板，具有一承載面；其中該承載面具有一第一反射率；複數個光源，分別設置於該載板上並為至少部分該承載面所圍繞；其中，該些光源中包含複數個外側光源沿該承載面之一側邊排列分佈；複數個低反射部，係形成於該承載面，並分別對應位於該些外側光源與該側邊之間，每一該低反射部與所對應之該外側光源間至少分佈有部分該承載面；其中，該低反射部具有一第二反射率，該第二反射率小於該第一反射率，使在自該外側光源之朝向該側邊之法線路徑上，反射率之分佈具有自該第一反射率降低至該第二反射率之變化；以及一光學調控膜，設置於該些光源上方並具有複數出光結構；其中，該光學調控膜分配該光源產生之光線於不同位置之該出光結構穿射而出；其中，每一該低反射部於該光學調控膜上分別具有一投影範圍；在平行該側邊延伸之方向上，該投影範圍較相鄰之位置具有較低之單位出光穿透比率。
  2. 如請求項1所述之背光模組，其中該外側光源在垂直該側邊之方向上與最接近之該光源間具有一間距，該低反射部與對應之該外側光源之距離大於該間距之1/6。
  3. 如請求項1所述之背光模組，其中該外側光源在垂直該側邊之方向上與最接近之該光源間具有一間距，該低反射部在垂直該側邊方向上之寬度小於該間距之1/3。
  4. 如請求項2所述之背光模組，其中在平行該側邊延伸方向上，該投影範圍內之單位出光穿透比率不大於該投影範圍在平行該側邊方向上延伸範圍中所具有最大單位出光穿透比率之2/3。
  5. 如請求項1所述之背光模組，其中該第二反射率不大於60%。
  6. 如請求項1所述之背光模組，其中該第二反射率大於60%，且該低反射部之光澤度(Gloss Rate)不大於30%。
  7. 如請求項1所述之背光模組，其中該承載面包含：一底面區，具有一端緣；其中，該外側光源係設置於該底面區上且鄰近於該端緣；以及一斜面區，自該端緣向外並偏向該光學調控膜斜向延伸；其中，該斜面區係沿該側邊分佈；其中，該低反射部係形成於該斜面區上。
  8. 如請求項1所述之背光模組，其中該承載面包含：一底面區，具有一端緣；其中，該外側光源係設置於該底面區上且鄰近於該端緣；以及一斜面區，自該端緣向外並偏向該光學調控膜斜向延伸；其中，該斜面區係沿該側邊分佈；其中，該低反射部包含一第一低反射區及一第二低反射區；該第一低反射區形成於該底面區上，該第二低反射區形成於該斜面區上。
  9. 如請求項1所述之背光模組，其中該載板包含：一載板本體；以及一反射片，設置於該載板本體上；其中該反射片背向該載板本體之一面具有大於該載板本體之反射率；其中，該反射片上形成有複數孔洞，該孔洞曝露部分該載板本體，該孔洞及曝露之部分該載板本體共同形成該低反射部。
  10. 如請求項1所述之背光模組，其中該載板包含：一載板本體；以及 一反射片，設置於該載板本體上；其中該反射片背向該載板本體之一面具有大於該載板本體之反射率；其中，該反射片上形成有複數個光源孔，以供容納該些光源，並且容納該外側光源之該光源孔較容納其他該光源之光源孔具有較大的面積以曝露部分該載板本體。
  11. 如請求項1所述之背光模組，其中該光學調控膜具有複數個區塊分別對應於該些光源；該些區塊中包含複數個外側區塊位於該光學調控膜的最外側，並分別位於該些外側光源上方；每一該外側區塊內該些出光結構之單位出光穿透比率以所對應該外側光源之投影位置為中心依一多項式函數之函數值朝該外側區塊的外側遞增變化。
  12. 如請求項11所述之背光模組，其中每一該外側區塊包含一預設區域，該預設區域分別與相鄰外側區塊及該光學調控膜之邊緣鄰接；該預設區域之單位出光穿透比率係以最接近之該外側光源之投影位置為中心依該多項式函數之函數值乘以一加權值變化，該加權值係介於1.1至1.3之間。
  13. 如請求項12所述之背光模組，其中相鄰該外側區塊中之該預設區域係共同形成頂角朝向該光學調控膜內部之等腰三角形。
  14. 一種背光模組，包含：一載板，具有一承載面；其中該承載面具有一第一反射率；複數個光源，分別設置於該載板上並為至少部分該承載面所圍繞；其中，該些光源中包含複數個外側光源沿該承載面之一側邊排列分佈；一光學調控膜，設置於該些光源上方並具有複數出光結構；其中，該光學調控膜具有複數個區塊分別對應於該些光源；該些區塊中包含複數個外側區塊位於該光學調控膜的最外側，並分別位於該些外側光源上方；每一 該外側區塊內該些出光結構之單位出光穿透比率以所對應該光源投影位置為中心依一多項式函數之函數值朝該外側區塊的外側遞增變化；複數個低反射部，係形成於該承載面，並分別位於該些外側區塊的下方；該低反射部具有一第二反射率，該第二反射率小於該第一反射率；其中，每一該低反射部於該外側區塊內分別具有一投影範圍，該投影範圍係介於該外側區塊內之該外側光源之投影位置以及該光學調控膜平行該側邊之一邊緣之間；每一該低反射部與所對應之該外側光源間至少分佈有該承載面之部分；該承載面之部分於該外側區塊之投影位置之單位出光穿透比率小於該投影範圍之單位出光穿透比率。
  15. 如請求項14所述之背光模組，其中每一該外側區塊包含一預設區域，該預設區域分別與相鄰外側區塊及該光學調控膜之邊緣鄰接；該預設區域之單位出光穿透比率係以最接近之該外側光源之投影位置為中心依該多項式函數之函數值乘以一加權值變化，該加權值係介於1.1至1.3之間。
  16. 如請求項15所述之背光模組，其中相鄰該外側區塊中之該預設區域係共同形成頂角朝向該光學調控膜內部之等腰三角形。
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