TWI587052B - 光源模組及顯示裝置 - Google Patents

Description

光源模組及顯示裝置

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種光源模組以及顯示裝置。

一般而言，背光模組可區分成直下式背光模組以及側入式背光模組。側入式背光模組通常包括光源以及導光板，其中光源設置在導光板的側邊。自光源射出的光束從導光板的側邊入射進導光板後可於導光板中傳遞，並且由導光板的出光面發出。相較於直下式背光模組，側入式背光模組可減少光源中發光元件的使用量，從而具有低耗電的優勢。

應用於側入式背光模組的導光板主要由聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材質製作，這類材質會在信賴性測試過程中經常產生色變或是澎潤。因此，開發出玻璃材質的導光板來克服上述問題。並且，玻璃導光板上可為了增強擴散效果而設置網點。反射片或光學膜材料使用光學膠(OCA)貼合在玻璃導光板上時，會因光學膠填補網點而使得入射光無法在導光板內進行全反射，這造成入射光無法有效率的在導光板中傳遞，導致導光板上遠離入射光源的區域有著較低的亮度及亮度分散不平均的問題。

本發明提供一種光源模組，其有助於提升光線在導光板中傳遞的效率、整體厚度降低並且可減少信賴性測試造成的導光板變異。

本發明提供一種顯示裝置，其具有良好的顯示品質。

本發明的實施例的一種光源模組，其包括導光板、光學膠層、反射片、低折射率膜層及發光元件。導光板具有出光面、與出光面相對的底面以及連接出光面與底面的入光面。光學膠層與底面接觸。反射片具有一反射面，且反射面面向導光板的底面。低折射率膜層形成於反射面與光學膠層之間，其中導光板的折射率為n1、光學膠層的折射率為n2且低折射率膜層的折射率為n3。n1大於n3而n2不大於n1。發光元件設置於導光板的一側，其中發光元件朝入光面發光。

本發明的實施例的一種顯示裝置，其包括上述的光源模組以及顯示面板，其中顯示面板配置於出光面上。

在本發明的一實施例中，n2大於n3。

在本發明的一實施例中，n1等於n2。

在本發明的一實施例中，n1大於n2。

在本發明的一實施例中，n2等於n3。

在本發明的一實施例中，1.5≦n1≦1.7。

在本發明的一實施例中，1.3≦n2≦1.7。

在本發明的一實施例中，1.1≦n3≦1.3。

在本發明的一實施例中，上述的導光板為玻璃材質導光板。

在本發明的一實施例中，上述的導光板為塑膠材質導光板。

在本發明的一實施例中，上述的反射片為白色反射片或金屬反射片。

在本發明的一實施例中，上述的低折射率膜層的厚度落在1μm至50μm的範圍。

在本發明的一實施例中，上述的低折射率膜層的材質包括有機絕緣材料、無機絕緣材料、導電氧化物或其組合。

在本發明的一實施例中，上述的光學膠層的厚度落在5μm至250μm的範圍。

在本發明的一實施例中，上述的光學膠層的厚度落在5μm至50μm的範圍。

在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置更包括至少一光學膜片配置於導光板與顯示面板之間。

基於上述，在本發明的實施例的光源模組中，導光板、光學膠層與反射片上的低折射率膜層的折射率間的匹配，有助於在導光板、光學膠層與低折射率膜層中相鄰兩者的交界處形成全反射，以更可以有效提高光源模組的光利用率以及出光均勻性。在至少部分實施例中，反射片透過光學膠與導光板貼合，使反射片不需使用額外的基材或外殼體來固定，從而使整體厚度降低。此外，導光板上的光學膜可用貼合的方式固定在導光板上，不易因信賴性測試的熱風影響而浮起並導致捲曲。另外，本發明的實施例的顯示裝置應用上述光源模組而可具有良好的顯示品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的第一實施例的一種光源模組的剖面示意圖。請先參照圖1，光源模組100包括導光板110、光學膠層120、反射片130、低折射率膜層140以及發光元件150。導光板110具有出光面SE、底面SB以及入光面SI，其中底面SB與出光面SE相對，且入光面SI連接出光面SE與底面SB。導光板110的材質包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。導光板110的出光面SE以及底面SB的其中至少一者上可以形成有多個導光微結構或多個網點，但不以此為限。

光學膠層120接觸底面SB設置，且光學膠層120位於低折射率膜層140與導光板110之間。在本實施例中，光學膠層120可塗佈或設置在導光板110的底面SB上，使得底面SB位於光學膠層120與出光面SE之間。以本實施例來說，光學膠層120是用以將導光板110與其上設置有低折射率膜層140的反射片130貼附在一起。

光學膠層120的材質可包括一般折射率光學膠或低折射率光學膠，其中一般折射率光學膠的折射率與玻璃材料接近，而低折射率光學膠則是折射率低於玻璃材料。光學膠(optical clear adhesive, OCA)此類材料具有無色透明、光穿透率高及膠聯強度良好的特性，能夠使導光板110與反射片130貼合。因此，光源模組100不需使用額外基材或外殼體來固定導光板110與反射片130，而有助於降低整體厚度。在一實施例中，一般折射率光學膠的材質例如為壓克力系化合物，而低折射率光學膠的材質包括例如鐵氟龍系化合物、氟系化合物或其他具有類似性質的材料。另外，光學膠層120的厚度H1可以藉由需要的條件來調整。若厚度H1不足，會降低光學膠層120的黏合性質，使導光板110與反射片130不易牢固地貼合在一起或黏合效果不能持久。反之，厚度H1過厚時，會對光造成損耗，而使光能損耗。本實施例的光學膠層120的厚度H1例如落在5μm至250μm的範圍。在部分實施例中，光學膠層120的厚度H1可以落在5μm至50μm的範圍，這樣的厚度設計可以兼具足夠的黏合牢固性及降低光損耗的效果。

反射片130具有一反射面SR，且反射面SR面向導光板110的底面SB。反射片130設置在光學膠層120遠離導光板110的一側，其適於反射自底面SB射出導光板110的光，使光有機會再次回到導光板110中，進而提升光的利用率。舉例而言，反射片130可以是白色反射片或金屬反射片。金屬反射片例如是銀反射片或鋁反射片，但不以此為限。

低折射率膜層140形成於反射片130上，且表面形成有低折射率膜層140的反射片130以低折射率膜層140位於反射片130與導光板110之間的方式藉由光學膠層120貼附於導光板110上。在本實施例中，低折射率膜層140形成在反射片130的反射面SR上，使得光學膠層120位於低折射率膜層140與導光板110的底面SB之間。

低折射率膜層140的材質可包括有機絕緣材料、無機絕緣材料、導電氧化物或其組合。在其他實施例中，低折射率膜層140的材質也可為具有奈米孔洞結構的氧化矽、氧化銦錫或高分子材料。低折射率膜層140可透過濺鍍或塗佈等方式形成於反射面SR上，且低折射率膜層140是由折射率小於導光板110、光學膠層120或兩者的折射率的材質所形成。舉例而言，低折射率膜層140的材質例如包括聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, Teflon)。當低折射率膜層140的厚度H2過薄時，可能發生薄膜干涉現象，而薄膜干涉會破壞光源模組100的出光效果而與預期不符。厚度H2過厚時，介質的穿透性會對光造成損耗，因而減低亮度。本實施例的低折射率膜層140的厚度H2可以落在1μm至50μm的範圍，這有助於兼具減少薄膜干涉現象及降低光損耗的效果。在部分實施例中，低折射率膜層140的厚度H2可以落在5μm至25μm，1μm至5μm或是5μm至10μm的範圍內，以達到需要的出光效果。

發光元件150配置在入光面SI旁，其適於提供光束L0，且光束L0自入光面SI進入導光板110。導光板110的底面SB可設置有導光微結構或網點(未繪示)以提供散射作用，從而讓光束L0進入導光板110後可自導光板110的出光面SE射出，並形成照明所需的面光源。具體而言，發光元件150可包括一燈管或是一或多個發光二極體，其中燈管的延伸方向或發光二極體的排列方向可以平行於入光面SI的延伸方向。

依據不同的設計需求，光源模組100可進一步包括其他元件。舉例而言，光源模組100可進一步包括至少一光學膜片(未繪示)。光學膜片可用貼合方式固定於導光板110的出光面SE的上方且可包括擴散片以及稜鏡片的其中至少一者，但不以此為限。

以下透過圖1說明導光板110、光學膠層120以及低折射率膜層140的折射率的關係。由圖1可知，發光元件150發出的光束L0進入導光板110後，可能朝各種方向行進。導光板110內朝向底面SB行進的光束L1如果未被反射回導光板110，將無法射出出光面SE而導致光源模組100的光利用率不佳。同時，導光板110內朝向底面SB行進的光束L1被反射回導光板110可有助於光束L1在導光板110內遠離發光元件150行進而達到在光源模組100需要的出光效果(即導光板110的整個出光面SE都有光發出且均勻地發出。

一般來說，當光從光密介質(較高折射率的介質)進入到光疏介質(較低折射率的介質)，且入射角大於臨界角時會發生內部全反射。此時，理論上光的反射率可以接近100%。進一步而言，當光從折射率高的第一介質進入折射率低且相鄰的第二介質，若入射角小於臨界角，光線同時發生向第二介質中的折射，以及向第一介質中的反射。

在圖1的架構下，導光板110的折射率為n1、光學膠層120的折射率為n2、低折射率膜層140的折射率為n3，且n1＞n2＞n3。舉例來說，1.5≦n1≦1.7、1.3≦n2≦1.7且1.1≦n3≦1.3。在部分實施例中，光學膠層120的折射率可以為1.3≦n2≦1.5。不過，本實施例不以上述數值為限。在此，低折射率膜層140的折射率低於光學膠層120的折射率，且光學膠層120的折射率低於導光板110的折射率。導光板110與光學膠層120之間的交界處以及光學膠層120及低折射率膜層140的交界處都可能發生全反射。

具體來說，光束L1在光學膠層120與導光板110之交界處的入射角大於臨界角時，光束L1可反射回導光板110。反射回來的光束L2可以繼續在導光板110中行進。光束L1在光學膠層120與導光板110之交界處的入射角小於臨界角時，光束L1可進入光學膠層120。進入光學膠層120的光束L3朝向低折射率膜層140行進時，若光束L3在光學膠層120與低折射率膜層140之交界處的入射角大於臨界角，則會被反射回光學膠層120。在光學膠層120內的光束L4可以由底面SB再進入導光板110。因此，在n1＞n2＞n3的設置下，可減少光從導光板110中射入低折射率的光學膠層120及低折射率膜層140，並讓光容易從低折射率的光學膠層120及低折射率膜層140入射回導光板110，使光源模組100具有良好的光利用效率。同時，由於反射回來的光束L2與光束L4都是朝向遠離發光元件150的方向行進，這有助於提升光源裝置100在遠離發光元件150處的發光亮度而達到更均勻的面光源出光效果。

另外，當相鄰的兩個介質的折射率差值越大的時候，根據司乃耳定律(Snell’s Law)，臨界角的角度會越小，使得越多角度的光可以被全反射。因此，在一實施例中，除了n1＞n2＞n3外，n1與n2的差值以及n2與n3之間的差值可以根據需要的全反射效果來調整。

以下藉由圖2至圖3說明光源模組的其他實施型態，其中相同或相似的元件以相同或相似的標號表示，於下便不再贅述。圖2至圖3分別是依照本發明的第二實施例至第三實施例的光源模組的剖面示意圖。請參照圖2，光源模組200相似於圖1的光源模組100，且光源模組200包括導光板210、光學膠層220、反射片230、低折射率膜層240以及發光元件250。導光板210、光學膠層220、反射片230、低折射率膜層240以及發光元件250彼此的配置關係可以參照圖1的實施例中導光板110、光學膠層120、反射片130、低折射率膜層140以及發光元件150的配置關係，而不另贅述。不過，圖1與圖2的實施例兩者的主要差異在於，在本實施例的光源模組200中導光板210的折射率約等於光學膠層220的折射率，且光學膠層220的折射率大於低折射率膜層的折射率。也就是說，導光板210的折射率為n1、光學膠層220的折射率為n2、低折射率膜層240的折射率為n3，其關係可表示為n1=n2＞n3，或是n1≈n2＞n3。本實施例的光學膠層220材質可為一般光學膠，且折射率落在1.4≦n2≦1.5的範圍。光學膠層220的折射率與導光板210的折射率近似，使光可從導光板210進入光學膠層220，然而光在由光學膠層220進入折射率較小的低折射率膜層240時容易形成全反射，而引導光返回導光板210中，藉此提升光的分散性及光的利用率。

請參照圖3，光源模組300相似於圖1的光源模組100，且光源模組300包括導光板310、光學膠層320、反射片330、低折射率膜層340以及發光元件350。導光板310、光學膠層320、反射片330、低折射率膜層340以及發光元件350彼此的配置關係可以參照圖1的實施例中導光板110、光學膠層120、反射片130、低折射率膜層140以及發光元件150的配置關係，而不另贅述。不過，圖1與圖3的實施例兩者的主要差異在於，在本實施例的光源模組300中光學膠層320的折射率約等於低折射率膜層340的折射率，且導光板210的折射率大於光學膠層320的折射率。也就是說，導光板310的折射率為n1、光學膠層320的折射率為n2、低折射率膜層340的折射率為n3，其關係可表示為n1＞n2=n3，或是n1＞n2≈n3。本實施例的光學膠層320材質可為低折射率光學膠，且折射率落在1.3≦n2≦1.5的範圍。光學膠層320的折射率與低折射率膜層340的折射率近似且導光板310的折射率大於光學膠層320的折射率。如此，光從導光板310中朝向折射率較小的光學膠層320及低折射率膜層340行進時，在導光板310與被全反射的機率較大，因而更有效率的在導光板310內傳遞。此外，折射進入光學膠層320的光可透過反射片330被反射回導光板310，進而引導光在導光板310中行進，藉此提升光的分散性及光的利用率。

圖4呈現在相同發光元件下，光在具有低折射率膜層與不具有低折射率膜層的光源模組的傳遞效果的示意圖。請參照圖1及圖4，範例光源模組EX與對比光源模組CEX具有相同的發光元件、導光板、反射片與光學膠層的設置關係，且圖4呈現出發光元件的設置方位以及光的行進方向D1。具體而言，範例光源模組EX與對比光源模組CEX中，發光元件、導光板、反射片與光學膠層的設置關係可參照圖1中發光元件150、導光板110、反射片130與光學膠層120的設置關係。同時，在範例光源模組EX與對比光源模組CEX中，光學膠層的設置厚度皆為50μm。另外，範例光源模組EX具有圖1中的低折射率膜層140，而對比光源模組CEX則無。

由圖4可知，在相同光源下，在未設置低折射率膜層的對比光源模組CEX下，除了整體的出光亮度較低外，離光源較遠處的亮度也有偏低的現象，且出光亮度的分布不平均。在設置低折射率膜層的範例光源模組EX下，整體的出亮度較明亮外，出光亮度的分布也較平均，且明亮的面積明顯較為大而呈現較為均勻一致的反射率。

圖5是依照本發明第四實施例的顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖5，上述光源模組100、200、300可應用於顯示裝置400中。具體地，顯示裝置400可包括導光板410、光學膠層420、反射片430、低折射率膜層440、發光元件450以及顯示面板460。導光板410、光學膠層420、反射片430、低折射率膜層440以及發光元件450彼此的配置關係可以參照圖1的實施例中導光板110、光學膠層120、反射片130、低折射率膜層140以及發光元件150的配置關係，而不另贅述。在部分實施例中，顯示裝置400可更包括配置於導光板410與顯示面板460之間的光學膜片470。光學膜片470於顯示面板460鄰近出光面SE設置，例如顯示面板460位於出光面SE上方。光學膜片470可包括擴散片、增亮片(DBEF)以及稜鏡片的其中至少一者，但不以此為限。光學膜片470配置在導光板410上具有調整出光波長、出光角度或光行進的方向，進而改善出光的效果，使得導光板410、光學膠層420、反射片430、低折射率膜層440以及發光元件450構成的光源模組具有均勻的出光亮度或出光顏色。

導光板410在進行信賴性測試的過程中如果發生質變或澎潤，將會導致設置於導光板410上的光學膜片470無法平貼在導光板410的表面上，而產生捲曲。因此，本實施例的顯示裝置400可以採用玻璃材質製作導光板410，並將光學膜片470用貼合方式固定於導光板410與顯示面板460之間。如此，光學膜片470在測試過程中能穩定地平貼於導光板410，而避免捲曲的現象。本實施例的顯示裝置400具有良好的光源模組，使得光可以均勻的由出光面SE發出，使顯示面板460可以平均的受到光照而有良好的顯示品質。

綜上所述，在本發明的實施例的光源模組中，導光板、光學膠層與反射片上的低折射率膜層的折射率間的匹配，搭配光學膠層與低折射率膜層的厚度，有助於在導光板、光學膠層與低折射率膜層中相鄰兩者的交界處形成全反射介面，以更可以有效提高光源模組的光利用率以及出光均勻性。在至少部分實施例中，反射片透過光學膠與導光板貼合，使反射片不需使用額外的基材或外殼體來固定，從而使整體厚度降低。此外，導光板上的光學膜可用貼合的方式固定在導光板上，不易因信賴性測試的熱風影響而浮起並導致捲曲。另外，本發明的實施例的顯示裝置應用上述光源模組而可具有良好的顯示品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300‧‧‧光源模組

110、210、310、410‧‧‧導光板

120、220、320、420‧‧‧光學膠層

130、230、330‧‧‧反射片

140、240、340‧‧‧低折射率膜層

150、250、350、450‧‧‧發光元件

400‧‧‧顯示裝置

460‧‧‧顯示面板

470‧‧‧光學膜片

CEX‧‧‧對比光源模組

D1‧‧‧光的行進方向

EX‧‧‧範例光源模組

H1、H2‧‧‧厚度

L0、L1、L2、L3、L4‧‧‧光束

SB‧‧‧底面

SE‧‧‧出光面

SI‧‧‧入光面

SR‧‧‧反射面

圖1是依照本發明的第一實施例的一種光源模組的剖面示意圖。 圖2是依照本發明的第二實施例的一種光源模組的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的第三實施例的一種光源模組的剖面示意圖。 圖4表示光源模組在相同光源下，光在設置有低折射率膜層以及無低折射率膜層的擴散效果的示意圖。 圖5是依照本發明的第四實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。

100‧‧‧光源模組

110‧‧‧導光板

120‧‧‧光學膠層

130‧‧‧反射片

140‧‧‧低折射率膜層

150‧‧‧發光元件

H1、H2‧‧‧厚度

L0、L1、L2、L3、L4‧‧‧光束

SB‧‧‧底面

SE‧‧‧出光面

SI‧‧‧入光面

SR‧‧‧反射面

Claims (15)

1. 一種光源模組，包括：一導光板，包括一出光面、與該出光面相對的一底面以及連接該出光面與該底面的一入光面；一光學膠層，與該底面接觸；一反射片，包括一反射面，該反射面面向該導光板的該底面；一低折射率膜層，形成於該反射面與該光學膠層之間，其中該導光板的折射率為n1、該光學膠層的折射率為n2、該低折射率膜層的折射率為n3，且n1大於n3而n1大於n2；以及一發光元件，設置於該導光板的一側，其中該發光元件朝該入光面發光。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中n2大於n3。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中n2等於n3。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中1.5≦n1≦1.7。
5. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中1.3≦n2<1.5。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中1.1≦n3≦1.3。
7. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該導光板為一玻璃材質導光板。
8. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該導光板為一塑膠材質導光板。
9. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該反射片為一白色反射片或一金屬反射片。
10. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該低折射率膜層的厚度落在1μm至50μm的範圍。
11. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該低折射率膜層的材質包括有機絕緣材料、無機絕緣材料、導電氧化物或其組合。
12. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該光學膠層的厚度落在5μm至250μm的範圍。
13. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該光學膠層的厚度落在5μm至50μm的範圍。
14. 一種顯示裝置，包括：如申請專利範圍第1至13項中任一項所述的光源模組；以及一顯示面板，配置於該出光面上。
15. 如申請專利範圍第14項所述的顯示裝置，更包括至少一光學膜片，配置於該導光板與該顯示面板之間。