TWI735313B - 光源結構、背光模組及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種光源結構、背光模組及顯示裝置。光源結構包含基板、複數個發光單元、以及封裝體。發光單元陣列於基板上。封裝體覆蓋在發光單元上。封裝體之出光面上設有複數個凹陷結構。這些凹陷結構一對一對應發光單元，且每一個凹陷結構朝向與其對應之發光單元凹入形成一光射出表面。每一個光射出表面為聚光表面。

Description

光源結構、背光模組及顯示裝置

本發明是有關於一種光源元件，且特別是有關於一種光源結構、背光模組及顯示裝置。

一般直下式的背光模組主要是利用多個發光二極體陣列，並利用二次透鏡或是光學膜片的設計來混合相鄰之發光二極體所產生之光線，藉以形成光線均勻的面光源。

目前有一種使用Mini LED之背光源。Mini LED 比傳統 LED 更小，故可結合區域調光( Local Dimming) 技術，來實現光源更加精細化控制，以提升顯示效果。由於Mini LED的尺寸較小，故需要的數量與排列密度都大幅增加，而排列密集的Mini LED若要達到區域調光之效果的話，則相鄰的LED所產生的光線則須盡量避免互相干擾。因此，如何加強區域調光的品質以及精細化的控制，已成為相關業者努力之目標。

因此，本揭露之一目的是在提供一種光源結構、背光模組及顯示裝置，透過光源結構產生具有指向性的出光效果，可使得光源結構應用於背光模組或顯示裝置中時，能夠加強局部調光(Local dimming)的效果。

根據本揭露之上述目的，提出一種光源結構。此光源結構包含基板、複數個發光單元、以及封裝體。發光單元陣列於基板上。封裝體覆蓋在發光單元上。封裝體之出光面上設有複數個凹陷結構，這些凹陷結構一對一對應發光單元，且每一個凹陷結構朝向與其對應之發光單元凹入形成一光射出表面。每一個光射出表面為聚光表面。

依據本揭露之一實施例，其中上述之每一個凹陷結構具有深度D，封裝體具有厚度T，每一個發光單元具有高度H。其中，深度D、厚度T與高度H滿足第一關係式，第一關係式為：D＜T-H。

依據本揭露之一實施例，其中上述之每一個凹陷結構之光射出表面為弧面，且凹陷結構具有寬度W。其中，寬度W與深度D的比值落於1至4之間，且包含端點值

依據本揭露之一實施例，其中上述之每一個凹陷結構的寬度W與深度D的比值為2。

依據本揭露之一實施例，其中上述之每一個發光單元所發出之光線經所對應之凹陷結構後之光開角為發光單元原本的光開角的70%。

依據本揭露之一實施例，其中上述之封裝體是一體地覆蓋在發光單元上。

依據本揭露之一實施例，其中上述之每一個發光單元之發光面是完全接觸封裝體。

依據本揭露之一實施例，其中上述之凹陷結構的寬度W至少為發光單元之邊長的一半，且相鄰的凹陷結構的光射出表面之間不互相接觸。

根據本揭露之上述目的，提出一種背光模組。此背光模組包含前述之光源結構以及至少一光學膜片。光學膜片設置在光源結構之上方。

根據本揭露之上述目的，提出一種顯示裝置。此顯示裝置包含前述之光源結構、至少一光學膜片以及顯示面板。光學膜片設置在光源結構之上方。顯示面板設置在光學膜片之上方。

由上述可知，本發明主要是在發光單元上的封裝體設置具有對應發光單元之凹陷結構，透過凹陷結構的聚光表面來使得發光單元所產生的光線在通過凹陷結構時能夠產生聚光的光學效果。藉此，每一個發光單元所產生之光線都不會影響其相鄰之發光單元所產生之光線，藉以達到精準地控制顯示面板的每一個像素區塊的亮度與色彩之目的。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種顯示裝置的裝置示意圖。本實施方式之顯示裝置100主要包含背光模組200以及顯示面板300，其中背光模組200包含光源結構210以及至少一光學膜片220。光學膜片220設置在光源結構210之上方，且顯示面板300設置在光學膜片220之上方。藉此，光源結構210所產生的光線可經過光學膜片220後，再從顯示面板300出光。

請繼續參照圖1，光源結構210包含基板211、複數個發光單元212以及封裝體213。發光單元212陣列於基板211上。封裝體213覆蓋在發光單元212上。在本實施例中，光源結構210為使用mini LED背光源或micro LED背光源，封裝體213是一體地覆蓋在發光單元212上，且每一個發光單元212的發光面是完全地接觸封裝體213。在一例子中，封裝體213可為在發光單元212上塗佈光學膠所形成之一體結構。

如圖1所示，封裝體213之的出光面S1上設有複數個凹陷結構213a。這些凹陷結構213a一對一對應發光單元212，且每一個凹陷結構213a朝向與其對應之發光單元212凹入形成光射出表面S11。在本實施例中，凹陷結構213a的光射出表面S11為聚光表面，其不具有任何微結構之光滑表面。本發明藉由凹陷結構213a的聚光效果，可以提高每一個發光單元212的光線指向性，且每一個發光單元212所產生之光線都不會影響其相鄰之發光單元212所產生之光線，藉以達到精準地控制顯示面板的每一個像素區塊的亮度與色彩之功效。

請一併參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種光源結構之發光單元所發出之光線經過封裝體上之凹陷結構的出光示意圖。本發明之凹陷結構213a的寬度與其所對應發光單元212的邊長比值較佳是落於0.5至1.4之間，且包含端點值，如此才能將發光單元212的大多數光線射向其所對應的凹陷結構213a而達到聚光的效果。舉例而言，本發明之一實施方式的發光單元212可選用具有正面出光的LED，例如可產生之光場符合朗伯遜(Lambertian)光場的LED的光源。其中，本發明之一實施方式的凹陷結構213a具有寬度W、深度D及曲率半徑r，其中曲率半徑r可以為定值或非定值。本發明之一實施方式的凹陷結構213a的曲率半徑r為定值，而使其剖面形狀可符合半圓定義。然而，本發明之凹陷結構213a的剖面形狀並不以半圓形為限，只要凹陷結構213a具有聚光特性即可。另，在本發明中，每一個發光單元212所發出之光線經所對應之凹陷結構213a後之光開角為發光單元212原本的光開角的70%以下。如圖2所示，本實施例的發光單元212所發出的光線的光開角約為120度，所述光線在通過凹陷結構213a時，會被凹陷結構213a折射並匯聚成以80度以下的光開角出光。因此，每一個發光單元212所發出之光線在通過其對應的凹陷結構213a後，能夠被凹陷結構213a集中而產生聚光效果，故當每一個發光單元212對應至顯示面板300的像素區塊時，相鄰的發光單元212所發出之光線並不會互相干擾，藉此可精準地控制顯示面板300的每一個像素區塊的亮度與色彩。

請再次參照圖1，封裝體213具有厚度T，且每一個發光單元212具有高度H。其中，每一個凹陷結構213a的深度D、封裝體213的厚度T、與發光單元212的高度H滿足第一關係式，第一關係式為：D＜T-H。較佳的是，本發明之一實施例中，凹陷結構213a的光射出表面S11剖面形狀為弧面，且凹陷結構213a的深度D與寬度W滿足一第二關係式，且第二關係式為：1≦W/D≦4。換言之，凹陷結構213a的寬度W與深度D的比值落於1至4之間，且包含端點值。當本發明凹陷結構213a的寬度W與深度D的比值超過4時，則凹陷結構213a的弧度不夠明顯而導致聚光效果較差；當本發明凹陷結構213a的寬度W與深度D的比值不及1時，則凹陷結構213a呈深孔狀，而將發光單元212所發出光線被侷限在凹陷結構213a的底部，而導致hot spot的現象產生。

在一實施例中，本發明之凹陷結構213a的寬度W至少為發光單元212之邊長的一半，使得從發光單元212射出之前50%強度的光線可以落於凹陷結構213a的光射出表面S11所涵蓋的範圍內，進而確保從發光單元212出光的光線能夠被匯聚。一般而言，若凹陷結構的寬度W不及發光單元212邊長的一半，則可能發生無法匯聚光線的效果。再者，在一較佳例子中，相鄰的凹陷結構213a的光射出表面S11之間不互相接觸，以確保整體出光面S1的發光均勻度不會受到影響。也就是說，一旦相鄰的凹陷結構213a互相重疊，可能會影響到各自光射出表面S11的出光效果。

請同時參照圖1、圖3，其中圖3係繪示依照本發明之一實施方式之利用具有不同寬度與深度比例之凹陷結構所模擬之出光效果圖。如圖3所示，在比較例1中，光線在通過未設置凹陷結構的封裝體所產生的半高寬(FWHM)約為0.6mm。在實施例A至實施例D中，實施例A至實施例D之凹陷結構的曲率半徑r為定值，其中光線在通過實施例A與實施例B的凹陷結構時所產生的光線之半高寬為0.4mm，代表出光光線較聚集而具有較佳指向性，且由輝度曲線可知，實施例A與實施例B所產生的輝度又明顯高於比較例1的輝度。由此可知，當凹陷結構213a的寬度W與深度D的比值為2至3(包含端點值)時，可產生光線較集中且輝度較高的效果，且具有較佳的光指向性。另，在實施例C中，當凹陷結構213a的寬度W與深度D的比值為4時，雖然產生的光線之半高寬與比較例1差不多，但實施例C所產生的輝度卻高於比較例1所產生之輝度。這表示，藉由凹陷結構213a的設計可產生提升整體出光輝度的效果。至於實施例D，光線在通過實施例D所產生的半高寬與輝度的表現則與比較例1差不多，由此可知，當凹陷結構213a的寬度W與深度D的比值為10時，並無任何提升半高寬與輝度表現之效果。

請同時參照圖1及圖4，其中圖4係繪示依照本發明之一實施方式之利用寬度與深度比例相同而不同尺寸之凹陷結構所模擬之出光效果圖。如圖4所示，比較例2的凹陷結構213a呈長孔狀，故比較例2的光射出表面S11相較於實施例A更遠離出光面S1，導致其所對應的發光單元212所發出的光線會被呈長孔狀的凹陷結構213a所侷限，而使凹陷結構213a的光射出表面S11與出光面S1的亮暗差距變得更為明顯而發生hot spot現象，且整體出光面S1的輝度降低，導致整體背光模組的光學效果較差。在實施例E、F、G中，實施例E、F、G之發光單元的邊長均為200 μm，且凹陷結構213a之寬度W與深度D比值皆為2，而實施例E、F、G的凹陷結構213a之寬度W與其所對應的發光單元212的邊長比值分別為0.5、1、1.3及1.4。由此可知，當凹陷結構213a的寬度W與發光單元之邊長的比值落於0.5至1.4之間(包含端點值)時，其所對應發光單元212所發出的光線皆可藉由凹陷結構213a的聚光功能，提高每一個發光單元212的光線指向性，且每一個發光單元所產生之光線都不會影響其相鄰之發光單元所產生之光線，藉以達到精準地控制顯示面板的每一個像素區塊的亮度與色彩之功效。

由上述本發明實施方式可知，本發明主要是在發光單元上的封裝體設置具有對應發光單元之凹陷結構，透過凹陷結構的聚光表面來使得發光單元所產生的光線在通過凹陷結構時能夠產生聚光的光學效果。藉此，每一個發光單元所產生之光線都不會影響其相鄰之發光單元所產生之光線，藉以達到精準地控制顯示面板的每一個像素區塊的亮度與色彩之目的。

100:顯示裝置 200:背光模組 210:光源結構 211:基板 212:發光單元 213:封裝體 213a:凹陷結構 220:光學膜片 300:顯示面板 D:深度 H:高度 r:曲率半徑 S1:出光面 S11:光射出表面 T:厚度 W:寬度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 圖1係繪示依照本發明之一實施方式的一種顯示裝置的裝置示意圖； 圖2係繪示依照本發明之一實施方式的一種光源結構之發光單元所發出之光線經過封裝體上之凹陷結構的出光示意圖； 圖3係繪示依照本發明之一實施方式之利用具有不同寬度與深度比例之凹陷結構所模擬之出光效果圖；以及 圖4係繪示依照本發明之一實施方式之利用具有相同寬度與深度比例之不同尺寸之凹陷結構所模擬之出光效果圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:顯示裝置

200:背光模組

210:光源結構

211:基板

212:發光單元

213:封裝體

213a:凹陷結構

220:光學膜片

300:顯示面板

D:深度

H:高度

r:曲率半徑

S1:出光面

S11:光射出表面

T:厚度

W:寬度

Claims (8)

1. 一種光源結構，包含：一基板；複數個發光單元，陣列於該基板上，其中每一該些發光單元具有一高度H；以及一封裝體，覆蓋在該些發光單元上，其中該封裝體之一出光面上設有複數個凹陷結構，該些凹陷結構一對一對應該些發光單元，且每一該些凹陷結構朝向與其對應之該發光單元凹入形成一光射出表面，其中每一該些凹陷結構具有一深度D以及一寬度W，且該寬度W與該深度D的比值落於1至4之間，且包含端點值，其中該封裝體具有一厚度T，且該深度D、該厚度T與每一該些發光單元之該高度H滿足一第一關係式，該第一關係式為：D<T-H；其中，每一該些光射出表面為一聚光表面，且每一該些發光單元所發出之光線經所對應之該凹陷結構後之光開角小於發光單元原本的光開角。
2. 如請求項1所述之光源結構，其中每一該些凹陷結構的剖面為半圓形。
3. 如請求項1所述之光源結構，其中每一該些發光單元所發出之光線經所對應之該凹陷結構後之光開角為該些發光單元原本的光開角的70%以下。
4. 如請求項1所述之光源結構，其中該封裝體是一體地覆蓋在該些發光單元上。
5. 如請求項1所述之光源結構，其中每一該些發光單元之一發光面是完全接觸該封裝體。
6. 如請求項1所述之光源結構，其中凹陷結構的寬度W至少為該發光單元之邊長的一半，且相鄰的該些凹陷結構的光射出表面之間不互相接觸。
7. 一種背光模組，包含：一如請求項1至請求項6中任一項所述之光源結構；以及至少一光學膜片，設置在該光源結構之上方。
8. 一種顯示裝置，包含：一如請求項1至請求項6中任一項所述之光源結構；至少一光學膜片，設置在該光源結構之上方；以及一顯示面板，設置在該至少一光學膜片之上方。

Images