TWI661251B - 背光模組 - Google Patents

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TWI661251B TW107120216A TW107120216A TWI661251B TW I661251 B TWI661251 B TW I661251B TW 107120216 A TW107120216 A TW 107120216A TW 107120216 A TW107120216 A TW 107120216A TW I661251 B TWI661251 B TW I661251B
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Abstract

一種背光模組，包括導光腔、發光區以及波長轉換層。發光區以及覆蓋其上的波長轉換層設置於導光腔的一端，且導光腔自此端沿著一方向延伸。導光腔的最大厚度為第一數值；在導光腔延伸的方向上，發光區以及波長轉換層的寬度的比值為一第二數值。當第一數值沒有超過40毫米時，第二數值落在0.5至1的範圍。

Description

背光模組
本發明有關一種背光模組，特別是一種具有導光腔的背光模組。
平面及曲面顯示技術已經廣泛地應用於例如是行動電話、個人穿戴裝置、電視、電腦等電子裝置中。然而隨著解析度、窄邊框等規格要求的不斷提高，顯示裝置內的光學設計也不斷地受到考驗。
以液晶顯示技術為例，此類的非自發光型顯示裝置的畫素本身需要以外部光源照射，而以控制畫素對發光能量的穿透率或反射率來決定其亮暗程度。因此液晶顯示裝置的光學表現與作為外部光源的背光模組息息相關。
現今所用的背光模組又還可以大致分為側光式以及直下式兩大類型；其中側光式背光模組設計中，部分會採取無導光板之設計，此種設計形式會利用位於螢幕側邊以及背面的反射面來反射位於側邊的光源所發出的光，作為液晶畫素所需的光源。同時，這些反射面之間所形成的空間可作為混光空間(導光腔)，提供這些光進行均勻的混光。然而，在顯示裝置薄型化的趨勢帶動下，顯示裝置的厚度隨著不斷降低時，上述之混光空間亦隨之壓縮，對於光提供的混光效果相對不足，因此這類側光式背光模組所提供的背光容易產生色偏的現象。因此，如何提供具有良好畫面品 質的背光模組成為現在薄型化顯示科技中需要解決的問題之一。
本發明之目的在於提供一種背光模組，其可以減少顯示畫面上的色偏現象。
本發明的背光模組包括光源裝置以及導光腔，光源裝置設置於導光腔的入光部。光源裝置包括發光區以及波長轉換層，波長轉換層設置於發光區上。發光區發出的光經過波長轉換層進行波長轉換後形成照明光，導光腔的入光部接收此照明光。
導光腔包括出光面、反射面以及上述的入光部，其中入光部和出光面沿著一第一方向排列，且入光部位於出光面的一端以及反射面的一端之間。光源裝置自入光部往反射面發出照明光，被反射面反射的照明光自出光面離開導光腔。
在出光面的法線方向上，出光面與反射面之間的最大距離的數值為第一數值。在平行於出光面之虛擬參考面上，發光區的投影範圍在第一方向上具有第一寬度；波長轉換層的投影範圍在第二方向上具有第二寬度，且第一寬度和第二寬度的比值為第二數值。本發明的實施例的背光模組符合以下規則：
當第一數值沒有超過40毫米時，第二數值落在0.5至1的範圍。
由上述可知，本發明的背光模組中的波長轉換層與發光區的設置可以與導光腔的厚度搭配，所以背光模組可以再不同厚度提供良好的面光源。
C‧‧‧混光空間
d1、d2‧‧‧方向
w1、w2、w3‧‧‧寬度
100‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧顯示面板
200‧‧‧背光模組
210‧‧‧光源裝置
210P‧‧‧投影區域
211‧‧‧發光單元
211A‧‧‧發光區
212‧‧‧波長轉換層
213‧‧‧準直器
214‧‧‧承載台
220‧‧‧導光腔
221‧‧‧入光端
222‧‧‧光學膜片
222F‧‧‧參考面
222P、222Q‧‧‧投影區域
222S‧‧‧出光面
223‧‧‧背板
223S‧‧‧反射面
圖1為顯示裝置之實施例元件爆炸圖；圖2A為發光區以及波長轉換層之實施例仰視圖；圖2B為顯示裝置之實施例剖視圖；圖3A及圖3B為第一實驗範例的數據圖；圖4A及圖4B為第二實驗範例的數據圖；圖5A及圖5B為第三實驗範例的數據圖；圖6A及圖6B為第四實驗範例的數據圖。
本發明提出的背光模組可以提供一個面光源，其可以應用在例如是液晶顯示(Liquid Crystal Display,LCD)或電泳顯示(Electrophoresis Display,EPD)等非自發光顯示裝置中，在此類裝置中提供背光源(Backlight)；這些裝置較佳可應用在電腦顯示器、電視、監視器上。此外，顯示裝置亦可應用在其他電子裝置上，例如作為手機、數位相機、平板電腦或掌上型遊樂器等的顯示屏幕。
圖1為本發明第一實施例中顯示裝置之實施例元件爆炸圖。請參照圖1，本發明的第一實施例的顯示裝置100包括背光模組200以及顯示面板110。顯示面板110例如是包含多個顯示像素的液晶面板，且顯示面板110配置於背光模組200上並具有多個畫素(PIXEL)。
背光模組200包括光源裝置210以及導光腔220，光源裝置210配置於導光腔220的入光端221°導光腔220還包括出光面222S和反射面 223S，入光端221位於出光面222S之一端以及反射面223S之一端之間。在本實施例中，反射面223S例如是白色的表面，較佳為白色的曲面；出光面222S例如是可以透光的表面，較佳為一擴散板的表面。在本實施例中，導光腔220的厚度沿著至少一方向變化，導光腔220較佳在靠近入光端221的位置具有較大的厚度，在此位置的出光面222S和反射面223S之間的距離較大；導光腔較佳在遠離入光端221的位置具有較小的厚度，在此位置的出光面222S和反射面223S之間的距離較小。
具體而言，本實施例的背光模組包括光學膜片222以及背板223，形成具有一混光空間C的導光腔220。混光空間C位於光學膜片222所提供的出光面222S以及背板223所提供的反射面223S之間。光學膜片222和背板223都自入光端221延伸，光學膜片222實質上為水平延伸並提供水平的出光面222S；背板223和光學膜片222之間的距離可以沿著至少一方向改變。舉例而言，在方向d1上，背板223和光學膜片222之間的距離逐漸降低，反射面223S也逐漸向出光面222S彎曲。
光學膜片222可以是透明玻璃，較佳為擴散板或其他能使光均勻化的透光面板；背板223可以是由反射片形成，亦可以是經加工處理之帶有反射表面的殼體，較佳是由可以散射出白色光的散射片形成。
光源裝置210提供的光自導光腔220的入光端221進入混光空間C中。光源裝置210包括發光單元211以及波長轉換層212，發光區211A形成在發光單元211的表面。波長轉換層212例如是螢光粉(fluorescent powder)，發光單元211例如是發光二極體(LED)，發光區211A較佳為發光單元211發出光的表面。波長轉換層212配置在發光單元211上，並覆蓋於發 光區211A，至少一部分發光單元221發出的光會經由波長轉換層212轉換後而形成另一波長的光。本發明的波長轉換層212的材料並不限於上述的螢光粉，在其他實施例中可以是奈米粒子，較佳為長寬高在100奈米以下的量子點(Quantum dot)。
本實施例的光源裝置210提供光至導光腔220，且較佳為發散角較低的光。舉例而言，光源裝置210較佳可包含準直器213以及承載台214，配置於承載台214的發光單元211發出的光被準直器213反射至導光腔220，使進入導光腔220的光的發散角較低，甚至以實質上平行光或接近平行光的形態經入光端221進入混光空間C。準直器213例如是一反射凹面，發光單元211藉由承載台214來調整出光角度並搭配準直器213來調整發散角度，本發明不限於光源裝置210的準直器213及其類型。
請參照圖1，在平行於出光面222的虛擬參考面222F上，光源裝置210有投影區域210P；光學膜片222有投影區域222P，且光學膜片222連接入光端221的一邊的投影區域222Q沿著方向d2延伸。此處參照元件的相對位置以虛擬的參考面敘述各元件的相對關係，藉以清楚說明各元件的特徵，並非用以限定本發明。在平行於出光面222S的參考面上，光源裝置210的投影區域210P和光學膜片222的投影區域222P沿著方向d1排列。以下將對應這些方向d1、d2進一步說明本發明的背光模組200中各個元件的細部特徵。
圖2A是本發明第一實施例的發光區及波長轉換層的仰視示意圖。請參照圖2A，本實施例的光源裝置210例如包括多個沿著方向d2排列的發光單元211，這些發光單元211配置在承載台214並被波長轉換層212覆 蓋，且這些發光單元211的發光區211A以及波長轉換層212的分布區域在垂直於排列方向d2的方向上的寬度的比值相近。舉例而言，發光區211在上述參考面222F(請參照圖1)的投影區域在方向d1上具有寬度w1；波長轉換層212在上述參考面222F(請參照圖1)的投影區域在方向d1上具有寬度w2。
詳細而言，在本實施例中，發光區211A的分布區域在方向d1上的中心點(例如形心)鄰近波長轉換層212的分布區域在方向d1上的中心點(例如形心)，在方向d1上發光區211A實質上是以置中的方式配置於波長轉換層212中，藉以使自發光區211A經波長轉換層212發出的光的出光角度在方向d1上不會偏移。然而，本發明並不限於此，在其他實施例中，發光區211A的分布區域以及波長轉換層212的分布區域在方向d1上的安排亦可隨需求調整。
圖2B是本發明第一實施例的顯示裝置的局部剖面示意圖。請參照圖2B，光源裝置210的發光單元211自發光區211A發出光後經波長轉換層212轉換後形成照明光L。照明光L經準直器213反射後進入導光腔220的混光空間C。混光空間C的厚度隨著背板223的彎曲逐漸降低。由於準直器213例如是一個反射凹面，自準直器213反射至混光空間C的光束的發散角較小，且背板223的彎曲反射面223S在遠離光源裝置210的區域的彎曲程度較大，照明光L在遠離光源裝置210的區域可以有較多的光被背板223的反射面223S反射往出光面222S，以增加光學膜片222提供的面光源的均勻度。換句話說，經由準直器213反射並降低照明光L的發散角後，背光模組200所提供給顯示面板110的面光源可以藉由背板223的反射面223S調整。
本實施例的波長轉換層212和發光區211A在空間上分布的 比例較佳與導光腔220的厚度相互搭配，因此背光模組200可以提供良好的光源。出光面222S和反射面223S在出光面222S的法線方向上的最大距離為寬度w3；波長轉換層212在方向d1上的寬度為w2；發光區211A在方向d1上的寬度為w1，則本實施例的背光模組200符合以下規則：當第一數值沒有超過40毫米時，第二數值落在0.5至1的範圍；其中第一數值為寬度w3，第二數值為寬度w1和寬度w2的比值，即。藉由具有上述特徵的背光模組200，發光區211A搭配波長轉換層212可以提供的照明光L顏色較均勻，可以避免照明光L自出光面222S發出時因為照明光L的顏色不均勻而導致在出光面222S上形成色偏或黃色光比例較高的黃帶，而顯示裝置100可以顯示良好的畫面。
舉例而言，本實施例的發光單元211例如是短波長光源的發光二極體，較佳為藍光發光二極體，而波長轉換層212較佳為可以被藍光激發出黃色光的螢光粉。當光源裝置210符合上述的規則時，進入混光空間C的照明光L中黃光以及藍光的比例可以在混光空間C中混合為適當的白光，藉以使顯示裝置100不會有色偏的現象，尤其在方向d1上不會有嚴重的顏色變化量。
本實施例的發光單元211例如可以發出波長落在350奈米至500奈米的光，而波長轉換層212例如可以吸收來自發光單元211的光並發出波長落在450奈米至850奈米的光，藉由上述這些光的混合來提供適當的白色光。
以下將列舉數個實驗範例來一併說明，其中個實驗範例的實 施方式與上述實施例類似，以下將一併參照上述實施例的元件以及標號來詳細說明。
在一第一實驗範例中，上述背光模組200中反射面223S和出光面222S之間的第一數值為40毫米，並在此背光模組200中分別以第二數值為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7及0.8的發光區211A以及波長轉換層212來測試，並沿著方向d1記錄黃光以及藍光在出光面222S的比例以及變異量。
圖3A是第一實驗範例的黃光、藍光比例沿著上述方向d1記錄的實驗結果。請參照圖3A，橫座標的y值為出光面222S上沿著方向d1與光源裝置210(亦即入光端)之間的距離(單位為公釐)；縱座標為黃光強度對藍光強度的比例；實驗數據各自表示為：數據S13為第二數值為0.3的光源裝置的實驗結果；數據S14為第二數值為0.4的光源裝置的實驗結果；數據S15為第二數值為0.5的光源裝置的實驗結果；數據S16為第二數值為0.6的光源裝置的實驗結果；數據S17為第二數值為0.7的光源裝置的實驗結果；數據S18為第二數值為0.8的光源裝置的實驗結果。
由圖3A的實驗結果可知，當第二數值落在0.5至1的範圍時黃光強度與藍光強度的比例分布較均勻，亦即數據S15、S16、S17、S18的數值分布都較數據S13、S14平緩，不會形成因黃光的比例過大而產生的色偏。
另一方面，圖3B是第一實驗範例的黃光、藍光的變異度沿著上述方向d1紀錄的實驗結果。請參照圖3B，橫座標的y值為出光面222S上沿著方向d1與光源裝置210(亦即入光端)間的距離(單位為公釐)；縱 座標為黃光與藍光的變異度；實驗數據各自表示為：數據V13為第二數值為0.3的光源裝置的實驗結果；數據V14為第二數值為0.4的光源裝置的實驗結果；數據V15為第二數值為0.5的光源裝置的實驗結果；數據V16為第二數值為0.6的光源裝置的實驗結果；數據V17為第二數值為0.7的光源裝置的實驗結果；數據V18為第二數值為0.8的光源裝置的實驗結果。
由圖3B的實驗結果可知，當第二數值落在0.5至1的範圍時(亦即數據V15、V16、V17、V18)，黃光強度與藍光強度的變異度落在範圍R1內，此範圍內的變異度的絕對值較低，不會形成因黃光的變異度過大而產生的黃帶及色偏。
本發明實施例的波長轉換層212和發光區211A在空間上分布的比例可以進一步搭配較薄的導光腔220，因此背光模組200可以提供良好的光源。背光模組200可以進一步符合以下規則：當第一數值沒有超過30毫米時，第二數值落在0.6至1的範圍；其中第一數值為寬度w3，第二數值為寬度w1和寬度w2的比值。藉由具有上述特徵的背光模組200，照明光L自出光面222S發出時形成的色偏或黃色光比例較高的黃帶亦可在較薄的背光模組200中解決，使顯示裝置100可以顯示良好的畫面。
在一第二實驗範例中，上述背光模組200中反射面223S和出光面222S之間的第一數值為30毫米，並在此背光模組200中分別以第二數值為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7及0.8的發光區211A以及波長轉換層212來測試， 並沿著方向d1記錄黃光以及藍光在出光面222S的比例以及變異量。
圖4A是第二實驗範例的黃光、藍光比例沿著上述方向d1記錄的實驗結果。請參照圖4A，橫座標的y值為出光面222S上沿著方向d1與光源裝置210(亦即入光端)之間的距離(單位為公釐)；縱座標為黃光強度對藍光強度的比例；實驗數據各自表示為：數據S23為第二數值為0.3的光源裝置的實驗結果；數據S24為第二數值為0.4的光源裝置的實驗結果；數據S25為第二數值為0.5的光源裝置的實驗結果；數據S26為第二數值為0.6的光源裝置的實驗結果；數據S27為第二數值為0.7的光源裝置的實驗結果；數據S28為第二數值為0.8的光源裝置的實驗結果。
由圖4A的實驗結果可知，當第二數值落在0.6至1的範圍時黃光強度與藍光強度的比例分布較均勻，亦即數據S26、S27、S28的數值分布都較數據S23、S24、S25平緩，不會形成因黃光的比例過大而產生的色偏。
另一方面，圖4B是第二實驗範例的黃光、藍光的變異度沿著上述方向d1紀錄的實驗結果。請參照圖4B，橫座標的y值為出光面222S上沿著方向d1與光源裝置210(亦即入光端)間的距離(單位為公釐)；縱座標為黃光與藍光的變異度；實驗數據各自表示為：數據V23為第二數值為0.3的光源裝置的實驗結果；數據V24為第二數值為0.4的光源裝置的實驗結果；數據V25為第二數值為0.5的光源裝置的實驗結果；數據V26為第二數值為0.6的光源裝置的實驗結果； 數據V27為第二數值為0.7的光源裝置的實驗結果；數據V28為第二數值為0.8的光源裝置的實驗結果。
由圖4B的實驗結果可知，當第二數值落在0.6至1的範圍時(亦即數據V26、V27、V28)黃光強度與藍光強度的變異度落在範圍R2內，此範圍內的變異度的絕對值較低，不會形成因黃光的變異度過大而產生的黃帶及色偏。
本發明實施例的波長轉換層212和發光區211A在空間上分布的比例可以進一步搭配更薄的導光腔220，因此背光模組200可以提供良好的光源。背光模組200可以進一步符合以下規則：當第一數值沒有超過20毫米時，第二數值落在0.7至1的範圍；其中第一數值為寬度w3，第二數值為寬度w1和寬度w2的比值。藉由具有上述特徵的背光模組200，照明光L自出光面222S發出時形成的色偏或黃色光比例較高的黃帶亦可在更薄的背光模組200中解決，使顯示裝置100可以顯示良好的畫面。
在一第三實驗範例中，上述背光模組200中反射面223S和出光面222S之間的第一數值為20毫米，並在此背光模組200中分別以第二數值為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7及0.8的發光區211A以及波長轉換層212來測試，並沿著方向d1記錄黃光以及藍光在出光面222S的比例以及變異量。
圖5A是第三實驗範例的黃光、藍光比例沿著上述方向d1記錄的實驗結果。請參照圖5A，橫座標的y值為出光面222S上沿著方向d1與光源裝置210(亦即入光端)之間的距離(單位為公釐)；縱座標為黃光強度對藍光強度的比例；實驗數據各自表示為：數據S33為第二數值為0.3的光源裝置的實驗結果； 數據S34為第二數值為0.4的光源裝置的實驗結果；數據S35為第二數值為0.5的光源裝置的實驗結果；數據S36為第二數值為0.6的光源裝置的實驗結果；數據S37為第二數值為0.7的光源裝置的實驗結果；數據S38為第二數值為0.8的光源裝置的實驗結果。
由圖5A的實驗結果可知，當第二數值落在0.7至1的範圍時黃光強度與藍光強度的比例分布較均勻，亦即數據S37、S38的數值分布都較數據S33、S34、S35、S36平緩，不會形成因黃光的比例過大而產生的色偏。
另一方面，圖5B是第三實驗範例的黃光、藍光的變異度沿著上述方向d1紀錄的實驗結果。請參照圖5B，橫座標的y值為出光面222S上沿著方向d1與光源裝置210(亦即入光端)間的距離(單位為公釐)；縱座標為黃光與藍光的變異度；實驗數據各自表示為：數據V33為第二數值為0.3的光源裝置的實驗結果；數據V34為第二數值為0.4的光源裝置的實驗結果；數據V35為第二數值為0.5的光源裝置的實驗結果；數據V36為第二數值為0.6的光源裝置的實驗結果；數據V37為第二數值為0.7的光源裝置的實驗結果；數據V38為第二數值為0.8的光源裝置的實驗結果。
由圖5B的實驗結果可知，當第二數值落在0.7至1的範圍時(亦即數據S37、S38)黃光強度與藍光強度的變異度落在範圍R3內，此範圍內的變異度的絕對值較低，不會形成因黃光的變異度過大而產生的黃帶及色偏。
以下將進一步藉由色度圖來說明本發明的背光模組的效 果。此處參考CIE 1931色彩空間來測試背光模組200在沿著方向d1上在出光面222S發出的光的顏色差異，並將這些光的顏色對應至CIE xy色度圖上的座標來表示。
以下以相同厚度(第一數值為30毫米)的導光腔220對多個市售的具有不同第二數值的發光二極體作為發光單元211的光源裝置210作測試。在一第五實驗範例中，背光模組200分別以第二數值為0.53、0.66以及0.89的光源裝置210作測試，其中第二數值為0.53的發光單元的參考型號為7016 PCT；第二數值為0.66的發光單元的參考型號為4014 EMC；第二數值為0.89的發光單元的參考型號為1313 CSP。
圖6A是第四實驗範例的光顏色在CIE xy色度圖中x座標的分布，其中數據Cx3為第二數值為0.53的光源裝置的實驗結果，數據Cx4為第二數值為0.66的光源裝置的實驗結果，數據Cx5為第二數值為0.89的光源裝置的實驗結果；圖6B是第四實驗範例的光顏色在CIE xy色度圖中y座標的分布，其中數據Cy3為第二數值為0.53的光源裝置的實驗結果，數據Cy4為第二數值為0.66的光源裝置的實驗結果，其中數據Cy6為第二數值為0.89的光源裝置的實驗結果。
由圖6A及6B可以看出，當背光模組符合規則：當第一數值沒有超過40毫米時，第二數值落在0.5至1的範圍；且進一步符合：當第一數值沒有超過30毫米時，第二數值落在0.6至1的範圍；數據Cx4、Cx5的變化量比數據Cx3低，數據Cy4、Cy5的變化量比數據Cy3低，則背光模組200在出光面222S上的光的色偏現象可以降低。
綜上所述，本發明實施例的背光模組的厚度可以與發光區以及波長轉換層在空間上的分布比例作搭配，藉由提供均勻的照明光的光源裝置來改善背光模組作為背光光源的品質，解決色偏以及黃帶的問題。

Claims (9)

  1. 一種背光模組，包括：一光源裝置，包括：一發光區；一波長轉換層，配置於所述發光區上，自所述發光區發出的光經所述波長轉換層進行波長轉換後形成一照明光；以及一準直器；以及一導光腔，包括一出光面、一反射面以及一入光部，所述光源裝置配置於所述入光部，並位於所述出光面之一端以及所述反射面之一端之間；其中所述準直器接收來自所述波長轉換層的光，所述發光區發出的光經所述波長轉換層後形成所述照明光，所述準直器反射來自所述波長轉換層的所述照明光，所述導光腔的所述入光部接收來自所述準直器的所述照明光，所述光源裝置朝向所述反射面發出所述照明光，所述照明光經所述反射面反射後自所述出光面離開所述導光腔；在所述出光面的一法線方向上，所述出光面與所述反射面之間的最大距離的數值為一第一數值；在實質上平行於所述出光面之參考面上，所述出光面靠近所述光源裝置的一邊的投影區域實質上沿著一第一方向延伸，所述光源裝置與所述出光面的投影區域實質上沿著一第二方向排列，所述第一方向垂直於所述第二方向，所述發光區的投影區域在所述第二方向上具有一第一寬度，所述波長轉換層的投影區域在所述第二方向上具有一第二寬度，所述第一寬度以及所述第二寬度的比值為一第二數值；當所述第一數值沒有超過40毫米時，所述第二數值落在0.5至1的範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，當所述第一數值沒有超過30毫米時，所述第二數值落在0.6至1的範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，當所述第一數值沒有超過20毫米時，所述第二數值落在0.7至1的範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，所述發光區在所述第二方向上分布於一第一範圍，所述波長轉換層在所述第二方向上分布於一第二範圍，所述第一範圍的中心點鄰近所述第二範圍的中心點或彼此重疊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中所述導光腔在所述出光面以及所述反射面之間的厚度自所述入光部逐漸降低。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，還包括：一背板，設置於所述導光腔鄰近所述反射面的一側，所述反射面形成於所述背板朝向所述導光腔的一側。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中所述反射面為白色反射面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，還包括：一光學膜片，設置於所述導光腔鄰近所述出光面的一側，所述出光面形成於所述光學膜片朝向所述導光腔的一側，所述照明光自所述出光面進入所述光學膜片後自所述光學膜片遠離所述導光腔的一側發出。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中波長轉換層包括螢光粉或奈米粒子材料。
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