TWI686651B - 背光模組 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種背光模組，包含有底板、複數光源、光學調控元件及/或複數微結構。複數光源分別設置於底板上；光學調控元件則設置覆蓋複數光源。光學調控元件布設有複數出光孔，且光學調控元件包含頂板及兩側板，兩側板分別自頂板的二相對側彎折伸出。複數微結構對應各複數光源設置於光學調控元件之頂板。其中複數微結構或頂板將以第一角度入射至頂板的光線主要以第二角度反射，且第二角度大於第一角度。

Description

背光模組

本發明係關於一種背光模組；具體而言，本發明係關於一種具有光調控裝置且於其上設置有光學膜片之背光模組。

平面及曲面顯示裝置已被廣泛地應用於各式的電子裝置之中，例如行動電話、個人穿戴裝置、電視、交通工具用主機、個人電腦、數位相機、掌上型電玩等。然而隨著解析度、窄邊框、薄型化等規格要求的不斷提高，顯示裝置內的光學設計也隨之受到考驗。

以液晶顯示裝置為例，其光學表現通常與設置於顯示面板後方的背光模組息息相關。以傳統的直下式背光模組為例，如圖1所示，為了在有限的厚度範圍達到較佳的光混合效果，會在光源10上方加設光調控膜片30，以將光源發出的光部分反射至不同位置再行經由出光孔31來出光。此外，為了更加強背光模組產生背光的品質，在光調控膜片30上方亦會再加設擴散片50，以進一步達到使光均勻分佈的效果。

然而隨著對背光模組厚度減少的要求日漸嚴格，光調控膜片與光源間的距離也逐漸縮小。此時光源10發出的光線可能需要經過較多次反射後才能累積足夠的橫向移動距離以分佈至較角落的部位。此一狀況將增加光的損耗，降低光的使用效率，甚至使光分佈的均勻性也受到影響。

本發明之目的之一在於提供一種背光模組，可提高光線能量的使用效率。

本發明之目的之一在於提供一種背光模組，可增加光線分佈的均勻度。

本發明之一種背光模組，包含有底板、複數光源、光學調控元件及複數微結構。複數光源分別設置於底板上；光學調控元件則設置覆蓋複數光源。光學調控元件布設有複數出光孔，且光學調控元件包含頂板及兩側板，兩側板分別自頂板的二相對側彎折伸出。複數微結構對應每一光源並設置於光學調控元件之頂板。其中複數微結構主要將以第一角度入射至頂板的光線，並以第二角度再次反射，且第二角度大於第一角度。

本發明之另一種背光模組，包含有底板、複數光源、光學調控元件及複數微結構。複數光源分別設置於底板上；光學調控元件則設置覆蓋複數光源。光學調控元件布設有複數出光孔，且光學調控元件包含頂板。頂板包含第一頂板部及第二頂板部，第一頂板部及第二頂板部中至少其一朝光源傾斜並與另一者連接形成轉折處。第一頂板部及第二頂板部符合下列關係式：tan^-1(b/h)≦θ 3≦90°；以及tan^-1(b/h)≦θ 4≦90°，其中，θ 3：第一頂板部相對於對應的光源之法線方向的夾角；θ 4：第二頂板部相對於對應的光源之法線方向的夾角；h：第一頂板部及第二頂板部遠離轉折處之頂點與底板之垂直距 離中的較小垂直距離；b：轉折處至第一頂板部及第二頂板部中具有較小垂直距離之頂點的垂直距離。

本發明之另一種背光模組，包含有底板、複數光源、光學調控元件及複數微結構。複數光源分別設置於底板上；光學調控元件則設置覆蓋複數光源。光學調控元件布設有複數出光孔，且光學調控元件包含頂板及兩側板。頂板為弧形板；弧形板具有朝複數光源中對應的光源凸出的弧形截面，兩側板分別自弧形截面的二相對端彎折伸出。

100‧‧‧底板

300‧‧‧光源

500‧‧‧光學調控元件

501‧‧‧出光孔

510‧‧‧頂板

511‧‧‧內頂面

513‧‧‧外頂面

530‧‧‧側板

531‧‧‧頂端

533‧‧‧底端

551‧‧‧第一頂板部

552‧‧‧第二頂板部

553‧‧‧轉折處

570‧‧‧最凸點

600‧‧‧光源對應區

700‧‧‧微結構

710‧‧‧範圍

800‧‧‧光學膜片

圖1為習知背光模組之示意圖；圖2為背光模組之實施例元件爆炸圖；圖3為背光模組之實施例剖視圖；圖4A為微結構之另一實施例示意圖；圖4B為微結構之另一實施例示意圖；圖5為背光模組之實施例俯視圖；圖6為背光模組之又一實施例俯視圖；圖7A為光學調控元件之另一實施例剖視圖；圖7B為光學調控元件之另一實施例剖視圖；圖8為微結構之實施例剖視圖；圖9為背光模組之另一實施例剖視圖；圖10為具有變折頂板之背光模組實施例元件爆炸圖； 圖11為圖10所示背光模組之剖面示意圖；圖12為圖11所示實施例之變化實施例示意圖；圖13為具有弧形頂板之背光模組實施例剖面示意圖；圖14為圖13所示實施例之變化實施例示意圖；圖15為圖11所示實施例之變化實施例示意圖；圖16為圖13所示實施例之變化實施例示意圖。

本發明提供一種背光模組，其較佳可應用於顯示裝置上。顯示裝置較佳包含液晶顯示面板或電泳顯示面板等非自發性顯示面板；且較佳可應用於電腦顯示器、電視、監視器、車用主機上。此外，顯示裝置亦可運用於其他電子裝置上，例如作為手機、數位相機、掌上型遊樂器等的顯示屏幕。

如圖2及圖3所示，背光模組包含有底板100、複數個光源300、光學調控元件500及複數個微結構700。光源300係設置於底板100上，且較佳可為發光二極體、微發光二極體或其他發光元件。底板100設置光源300的表面較佳可為反射面，或者於底板100設置光源300的表面上設置圍繞光源300的反射層。在圖2所示之實施例中，光源300係依行列方向排列；然而在不同實施例中，光源300亦可以其他方式來排列設置。光學調控元件500設置覆蓋該些光源300之至少部分，並具有多個出光孔501；當光源300產生光線時，光線即可直接或經反射後自出光孔501射出，以達到均勻光線的效果。如圖2所示，背光模組較佳可具有多個光學調控元件500分別覆蓋各行或各列的該些光源300，但不以此為限。

如圖2所示，在此實施例中，光學調控元件500較佳形成為長條狀，且包含有頂板510及兩個相對的側板530。頂板510形成為長條矩形而沿光源300排列形成的行或列延伸，而兩個側板530則分別自頂板510的相對二長端彎折伸出。頂板510上較佳形成有複數個出光孔501，以允許光線穿透。每一側板530具有連接頂板510的頂端531及遠離頂板510的底端533，光調控元件500則藉由底端533而設置於底板100上，並覆蓋於一行、半行、一列或半列的光源300上。

如圖3所示，微結構700係分別對應各光源300而設置於光學調控元件500的頂板510上。頂板510具有內頂面511及外頂面513，其中內頂面511係鄰近/朝向光源300，而外頂面513則背向光源300。在本實施例中，微結構700係設置於內頂面511上。較佳而言，微結構700為具外突弧面或多角形剖面且凸向底板100之突點，而以矩陣或其他散佈方式排列設置於光源300發光面的上方。然而在不同的實施例中，微結構700亦可為具有外突弧面或多角形剖面之長條柱體，沿著頂板510的長方向延伸並與相鄰的微結構700並排設置。

具體而言，如圖3所示，內頂面511上具有一光源對應區600供設置微結構700，光源對應區600與頂板510的二長邊端緣(亦即頂板510連接於側板530頂端531之位置)之間均具有間距作為出光孔501的主要佈設區域。光源對應區600內較佳不佈設有出光孔501，但不以此為限；例如亦可於微結構700間之空隙處安排設置出光孔501。所對應的光源300於內頂面511上的垂直投影範圍即會落於光源對應區600內。當光源300產生光線以第一角度θ₁入射至頂板510，則承接光線的微結構700即主要會以第二角度θ₂ 來產生反射光線，其中第二角度θ₂大於第一角度θ₁。較佳而言，第一角度θ₁及第二角度θ₂均為相對於內頂面511而言。此外，上述之「主要」較佳係指超過一半的光線會被以第二角度θ₂反射，但不以此為限。藉由此一設置，可使光源300發出的光線得到較大的反射角度，以減少所需達到均勻化的反射次數，進而減少光的損耗。

在圖3所示的實施例中，微結構700係以一體成型方式形成於內頂面511上，例如可以沖壓、壓印等方式製成。然而在不同實施例中，如圖4A所示，亦可以貼附、塗佈或光固化等製程來外加透光膠體結構於內頂面511上以形成微結構700。透光膠體則可使用例如光固化膠等材質製程。另在如圖4B所示之實施例中，係以貼附、塗佈或光固化等製程來外加複數散射粒子於內頂面511上以形成微結構700。散射粒子的材質較佳可為BaSO₄、TiO₂或其他材質。

另如圖5所示，以垂直頂板510的方向觀之，複數微結構700在頂板510上之分佈相對於所對應之光源300係呈圓形分佈。具體而言，微結構700分佈之範圍710實質上為圓形或近似圓形，且光源300於頂板510上之投影範圍較佳與微結構700分佈之範圍710至少部分重疊，甚至落於微結構700分佈範圍710之中心。藉由此一設計，可使光源300發出之光線第一次抵達頂板510之入射點大部分落於微結構700所分佈之範圍710內。

在前述之實施例中，所有的微結構700均具有相同的幾何構造，但並不以此為限。此外，複數微結構700相對於所對應的光源300具有相同的分佈密度；換言之，在圖5所示之實施例中，在範圍710內微結構700之分佈密度均相同。然而在另一實施例中，如圖6所示，複數微結構700相 對於所對應光源300的分佈密度會隨著與光源300最大光強度位置間距離增加而減少。較佳而言，光源300的最大光強度位置為發光面中心垂直射出的光線的抵達位置，亦即光源300於頂板510上投影範圍之中心。當距離此位置越近時，則微結構700之分佈密度較大；當距離此位置越遠時，則微結構700之分佈密度較小。由於接近最大光強度位置的光線強度較大，因此佈設較密集的微結構700可使較多的光線以較大的角度被反射，提高光的使用效率。

在前述之實施例中，兩個側板530均係相互平行，然而在不同實施例中兩個側板530亦可相對於頂板510向外張開，或向內縮，而使二側板530的底端533間之距離不等於頂端531間之距離。如圖7A所示；二底端533分別相對於頂板510朝外側延伸，使二側板530分別向外張開。因此二底端533間之距離D即大於頂端531間之距離W。在另一實施例中，如圖7B所示，二底端533分別相對於頂板510朝內側延伸，使二側板530分別向內縮入。因此二底端533間之距離D即小於頂端531間之距離W。

圖8所示為單一微結構700之實施例剖面示意圖。如圖8所示，微結構700具有寬度P及高度H。較佳而言，寬度p係指微結構700平行於頂板510方向上之最大寬度；而高度h則是垂直於頂板510方向上之最大高度。在此實施例中，寬度P及高度H滿足下最之關係式：tan^-1(2H/P)>0

藉由此一設置，可提高光源300發出的光線中以較大角度被反射的比例，進而提升光線的利用效率。此外，較佳而言，複數微結構700中較為接近前述光源300最大強度位置者，其tan^-1(2H/P)的數值越大；較為遠離光源 300最大強度位置者，其tan^-1(2H/P)的數值則越小。在本實施例中，係以具外突弧面之微結構700做為例示；然而在不同實施例中，上述關係亦可以應用於具有例如為三角形剖面之微結構700上。

圖9所示為背光模組之另一實施例示意圖。在此實施例中，微結構700係設置於頂板510的外頂面513上。此外，在外頂面513的上方另設有光學膜片800。較佳而言，微結構700為具外突弧面或多角形剖面且凸向光學膜片800之突點，而以矩陣或其他散佈方式排列設置於光源300發光面的上方。然而在不同的實施例中，微結構700亦可為具有外突弧面或多角形剖面之長條柱體，沿著頂板510的長方向延伸並與相鄰的微結構700並排設置。在此實施例中，微結構700的分佈亦可參考前述微結構700設置於內頂面511上之實施例，但不以此為限。

光學膜片800較佳可為擴散片、量子點膜片或其他具不同光學效果之膜片。當光線自出光孔501離開光學調控元件500後，即會入射至光學膜片800。然光線可能部分被光學膜片800反射，或因激發量子點等粒子而產生散射的光線。上述的反射或散射光線可能返回抵達頂板510，再經由微結構700作大於入射角的反射後再進入光學膜片800而再利用。具體而言，當被光學膜片800反射或因散射而產生的光線以第一角度θ₁入射至頂板510，則承接光線的微結構700即會以第二角度θ₂來產生反射光線再次抵達光學膜片800，其中第二角度θ₂大於第一角度θ₁。較佳而言，第一角度θ₁及第二角度θ₂均為相對於外頂面513而言。藉由此一設置，可使得被微結構700反射而再次抵達光學膜片800的光線分佈更為均勻，以提高光學的表現。

圖10及圖11所示為背光模組之另一實施例。在本實施例中， 光學調控元件500的頂板510包含有第一頂板部551及第二頂板部552。第一頂板部551及第二頂板部552中至少其一朝光源300傾斜而與另一者連接以形成轉折處553。較佳而言，第一頂板部551及第二頂板部552分別形成為長板狀且並排設置。兩者相鄰的內側長邊均較外側長邊靠近於底板100而分別向內傾斜，且此二內側長邊彼此連接而形成突向底板100的轉折處553。如圖10所示，轉折處553較佳形成為直線，而複數光源300則沿著此直線排列。在圖11所示之剖面上，第一頂板部551與第二頂板部552之關係符合下列關係式：tan^-1(b/h)≦θ₃≦90°；以及tan^-1(b/h)≦θ₄≦90°，其中，θ₃：第一頂板部551相對於對應的光源300發光面之法線方向的夾角；θ₄：第二頂板部552相對於對應的光源300發光面之法線方向的夾角；h：第一頂板部551及第二頂板部552遠離轉折處553之頂點與底板100之垂直距離中的較小垂直距離；b：轉折處553至第一頂板部551及第二頂板部552中具有較小垂直距離之頂點的垂直距離

較佳而言，θ₃和θ₄係介於60度及90度之間。

藉由上述設置，由於第一頂板部551及第二頂板部552朝向底板100之一面均呈內低外高的傾斜，因此可使光源300發出的光線得到較大的反射角度，以減少所需達到均勻化的反射次數，進而減少光的損耗。此外，光源300產生的光線，特別是較大出射角的光線，可優先抵達頂板510， 而不會因為第一頂板部551及第二頂板部552傾斜的關係而在抵達頂板510前先抵達側板530。

另如圖11所示，相對於所對應的光源300而言，轉折處553較佳係對應於此光源300最大光強度之位置。換言之，轉折處553係位於光源300發光面中心之法線上，或說在發光面中心的正上方。此外，第一頂板部551及第二頂板部552之傾斜角度、兩側板530之高度及傾斜度均為相同，亦即相對於發光面中心法線而言，光學調控元件500為左右對稱的結構。然而在不同實施例中，轉折處553亦可偏離於上述最大光強度位置，而對應於其他位置，例如光源300發光面之側邊，如圖12所示。此外，在圖12所示之實施例中，第一頂板部551及第二頂板部552之傾斜角度各有不同而非對稱，且兩側板530之高度及傾斜度亦有所不同。例如在圖12所示之實施例中，第二頂板部552較第一頂板部551的傾斜角度大，亦即θ₃大於θ₄；此外，左側側板530之高度小於右側側板530之高度，因此以左側側板530之垂直高度作為前述關係式中之高度h。藉由此一設置，設計者可自由調配光線達到希望的位置及具有希望的強度。

圖13所示為背光模組之另一實施例。在本實施例中，光學調控元件500的頂板510係為弧形板。以圖13所示之截面而言，頂板510具有向所對應光源300凸出的弧形截面，而兩個側板530則分別自弧形截面的二相對彎折伸出。藉由上述設置，由於頂板510可提供凸面反射效果，因此可使光源300發出的光線得到較大的反射角度，以減少所需達到均勻化的反射次數，進而減少光的損耗。

在圖13所示之實施例中，弧形截面具有朝向底板100之最凸 點570。較佳而言，最凸點570即為弧形截面上與底板100之垂直距離最近的一點。相對於所對應的光源300而言，最凸點570較佳係對應於此光源300最大光強度之位置。換言之，最凸點570係位於光源300發光面中心之法線上，或說在光源300發光面中心的正上方。此外，相對於發光面中心法線而言，光學調控元件500為左右對稱的結構。然而在不同實施例中，最凸點570亦可偏離於上述最大光強度位置，而對應於其他位置，例如光源300發光面之側邊，如圖14所示。此外，在圖14所示之實施例中，弧形截面在最凸點570兩側各有不同的曲率變化而非對稱，且兩側板530之高度及傾斜度亦有所不同。藉由此一設置，設計者可自由調配光線達到希望的位置及具有希望的強度。

此外，前述實施例中的微結構700亦可與彎折或弧曲的頂板510搭配使用。如圖15所示，微結構700可設置於第一頂板部551及第二頂板部552的內面，其佈設範圍並覆蓋轉折處553，以對光線的反射角度作進一步的調配。但在不同實施例中，微結構700亦可僅設置於第一頂板部551或第二頂板部552其中之一上。另在圖16所示之實施例中，微結構700係設置於形成為弧形板的頂板510內面，其佈設範圍較佳覆蓋最凸點570，以對光線的反射角度作進一步的調配。

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。

100‧‧‧底板

300‧‧‧光源

500‧‧‧光學調控元件

501‧‧‧出光孔

510‧‧‧頂板

511‧‧‧內頂面

513‧‧‧外頂面

530‧‧‧側板

531‧‧‧頂端

533‧‧‧底端

600‧‧‧光源對應區

700‧‧‧微結構

Claims (15)

1. 一種背光模組，包含：一底板；複數光源，分別設置於該底板上；一光學調控元件，設置覆蓋於該些光源，該光學調控元件布設有複數出光孔，且該光學調控元件包含一頂板及兩側板，該兩側板分別自該頂板的二相對側彎折伸出；以及複數微結構，對應各該些光源設置於該光學調控元件之該頂板，其中該些微結構將以一第一角度入射至該頂板的光線主要以一第二角度反射，且該第二角度大於該第一角度。
2. 如請求項1所述的背光模組，其中該頂板具有一內頂面及一外頂面，該內頂面朝向該些光源，該外頂面背向該些光源，該些微結構設置於該內頂面及該外頂面至少其一上。
3. 如請求項1所述的背光模組，其中該些微結構相對於該些光源中所對應者呈一圓形分布。
4. 如請求項1至3任一項所述的背光模組，其中該些微結構係為複數透光膠體結構、複數散射粒子結構或一體成型形成於該頂板上之複數幾何微結構。
5. 如請求項1所述的背光模組，其中該些微結構各具有一寬度(P)及一高度(H)，且該些微結構各符合下列關係式：tan^-1(2H/P)>0。
6. 如請求項5所述的背光模組，其中該些微結構中距離對應的該光源的最大光強度位置越遠，則對應的tan^-1(2H/P)的值越小。
7. 如請求項1所述的背光模組，其中該些微結構具有相同的結構，且該些微 結構相對於對應的該光源具有相同的分布密度。
8. 如請求項1所述的背光模組，其中該些微結構相對於對應的該光源的分布密度隨著與對應的該光源的最大光強度位置的距離增加而減少。
9. 如請求項1所述的背光模組，其中該兩側板具有相對的頂端及底端，該兩側板的頂端連接該頂板，且該兩側板的底端相對於該頂板朝外側或內側延伸，使得該兩側板的底端之間的距離不等於該兩側板的頂端之間的距離。
10. 如請求項1至3任一項所述的背光模組，其中該頂板包含一第一頂板部及一第二頂板部，該第一頂板部及該第二頂板部中至少其一朝該些光源傾斜並與另一者連接形成一轉折處，且該第一頂板部及該第二頂板部符合下列關係式：tan^-1(b/h)≦θ3≦90°；以及tan^-1(b/h)≦θ4≦90°「其中，θ3：該第一頂板部相對於對應的該光源之法線方向的夾角；θ4：該第二頂板部相對於對應的該光源之法線方向的夾角；h：該第一頂板部及該第二頂板部遠離該轉折處之頂點與該底板之垂直距離中的較小垂直距離；b：該轉折處至該第一頂板部及該第二頂板部中具有該較小垂直距離之頂點的垂直距離。
11. 如請求項10所述的背光模組，其中θ3及θ4分別界於60°與90°之間。
12. 如請求項10所述的背光模組，其中該轉折處為對應該些光源中對應的該光源之最大光強度的位置。
13. 如請求項10所述的背光模組，其中該轉折處為一直線，該些光源沿該直 線設置。
14. 如請求項1所述的背光模組，其中該頂板為一弧形板，該弧形板具有朝該些光源中對應的該光源凸出的一弧形截面，該兩側板分別自該弧形截面的二相對端彎折伸出。
15. 如請求項14所述的背光模組，其中該弧形截面具有一凸點，該凸點為對應該些光源中對應的該光源之最大光強度的位置。

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