TWI499815B - 背光模組 - Google Patents

Description

背光模組

本發明是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種背光模組。

背光模組通常包括光源以及導光板，導光板用於引導光源所產生的光線的散射方向，以將背光模組中的點光源或線光源轉換成面光源而提供給配置於背光模組上方的顯示面板或廣告看板等。

目前市面上的背光模組，依據出光的光場形可大致分成高輝度準直模式背光模組以及廣視角模式背光模組。圖1A是高輝度準直模式背光模組的光場形示意圖，而圖1B是廣視角模式背光模組的光場形示意圖。請參照圖1A，高輝度準直模式背光模組具有相對集中的光場形，能夠將能量集中於一使用者，因此其發光效率比一般非集中光場形的背光模組的效率來的高。此外，由於其能量集中，旁邊的人無法接收到能量，因此有防窺的效果，而被廣泛應用於個人化產品，如手機、比電等。然而，其優點亦是 其缺點，應用高輝度準直模式背光模組的面板較無法讓不同角度方向的人同時觀看影像畫面。

請參照圖1B，廣視角模式背光模組具有相對發散的光場形，能夠讓不同角度方向的人都能接收到能量，因此被廣泛應用於共享式產品，如電視機、廣告看板等。然而，其缺點是能量過於分散，導致相對高的能量耗損，為維持每一位使用者平均分到的能量，需使用高功率的光源以提供所需的輝度。此外，廣視角模式背光模組並無法達到防窺的功能。故，如何能提供一種隨使用者的需求而切換模式的雙模式(包括高輝度準直模式以及廣視角模式)背光模組，實為未來的趨勢。

本發明提供一種背光模組，其能夠提供相對集中以及相對發散的光場形。

本發明的一種背光模組包括導光模組、多個第一光源以及多個第二光源。導光模組包括第一導光板、第二導光板、多個第一微結構以及多個第二微結構。第一導光板具有第一底面以及第一頂面。第一微結構位於第一底面上，並由第一底面向外突出。第二導光板具有第二底面、第二頂面以及連接第二底面與第二頂面的連接面，且第二底面位於第一頂面與第二頂面之間。第二微結構位於第二頂面上，並由第二頂面向外突出。第二導光板包括多個聚光部。各聚光部具有入光面以及出光面，出光面連接連接 面，且出光面的寬度大於入光面的寬度。第一光源位於入光面旁。第二光源位於連接面旁。

基於上述，本發明的背光模組利用聚光部匯聚來自第一光源的光束，以提供相對集中的光場形，從而能夠達到高輝度準直模式背光模組的聚光效果。此外，透過將第二光源設置於連接面旁，使來自第二光源的光束直接入射至第二導光板內，以提供相對發散的光場形，從而能夠達到廣視角模式背光模組的廣角效果。另外，透過第一導光板以及第二導光板的設置，本發明的背光模組能夠較佳地控制由該第二頂面或該第二微結構出射的光束的角度，從而提升背光模組的發光效率。

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。

100、200、300‧‧‧背光模組

110、110a‧‧‧導光模組

120‧‧‧第一光源

130‧‧‧第二光源

112‧‧‧第一導光板

114‧‧‧第二導光板

116‧‧‧第三導光板

B1‧‧‧第一底面

B2‧‧‧第二底面

C‧‧‧連接面

D、d‧‧‧距離

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

H‧‧‧鏤空部

L‧‧‧光束

LCP‧‧‧聚光部

M1‧‧‧第一微結構

M2、M2a‧‧‧第二微結構

P1、P2‧‧‧截距

S‧‧‧表面

S1‧‧‧入光面

S2‧‧‧出光面

T1‧‧‧第一頂面

T2‧‧‧第二頂面

W1、W2‧‧‧寬度

θ1‧‧‧第一底角

θ2‧‧‧第二底角

A-A’‧‧‧線段

圖1A是高輝度準直模式背光模組的光場形示意圖。

圖1B是廣視角模式背光模組的光場形示意圖。

圖2A是依照本發明的第一實施例的一種背光模組的示意圖。

圖2B是圖2A的側面示意圖。

圖3A及圖3B是圖2A的局部上視示意圖。

圖4A及圖4B分別是圖3A及圖3B的光場形分布圖。

圖5A至圖5C是對應第二光源的連接面的多種實施型態。

圖6是依照本發明的第二實施例的一種背光模組的示意圖。

圖7是依照本發明的第三實施例的一種背光模組的示意圖。

圖2A是依照本發明的第一實施例的一種背光模組的示意圖。圖2B是圖2A的側面示意圖。請參照圖2A及圖2B，本實施例的背光模組100包括導光模組110、多個第一光源120以及多個第二光源130。

導光模組110包括第一導光板112、第二導光板114、多個第一微結構M1以及多個第二微結構M2。第一導光板112具有第一底面B1以及相對於第一底面B1的第一頂面T1。第一微結構M1位於第一底面B1上，並由第一底面B1向外突出。在本實施例中，第一導光板112與第一微結構M1例如是，但不限於，一體成形。

本實施例的第一微結構M1例如分別沿第一方向D1延伸，且沿第二方向D2排列，其中第二方向D2例如垂直於第一方向D1。在本實施例中，各第一微結構M1例如是角柱體。亦即是，各第一微結構M1具有一90度的底角以及一小於90度的第一底角。此外，第一微結構M1尺寸相同且呈一連續的分布。舉例而言，各第一微結構M1的截距P1例如是50微米。

第二導光板114位於第一導光板112上，且第二導光板114具有第二底面B2、第二頂面T2以及連接第二底面B2與第二 頂面T2的連接面C，其中第二底面B2位於第一頂面T1與第二頂面T2之間。第二微結構M2位於第二頂面T2上，並由第二頂面T2向外突出。在本實施例中，第二導光板114與第二微結構M2例如是，但不限於，一體成形。

本實施例的第二微結構M2例如平行第一微結構M1設置。具體地，第二微結構M2分別沿第一方向D1延伸，且沿第二方向D2排列。在本實施例中，各第二微結構M2亦例如是角柱體。亦即是，各第二微結構M2具有一90度的底角以及一小於90度的第二底角。另外，第二微結構M2尺寸相同。舉例而言，各第二微結構M2的截距P2例如是50微米。再者，第二微結構M2於第二頂面T2的分布密度例如隨著與連接面C的距離的增加而增加。

另外，第二導光板114包括多個聚光部LCP。各聚光部LCP具有入光面S1以及連接連接面C的出光面S2。在本實施例中，入光面S1的寬度W1設計成小於出光面S2的寬度W2，以提升聚光部LCP匯聚光束的效果。

第一光源120位於入光面S1旁。第二光源130位於連接面C旁。這些第一光源120以及這些第二光源130例如為多個發光二極體或其他合適的光源。此外，第一光源120以及第二光源130例如沿第一方向D1排列。在本實施例中，第一光源120以及第二光源130例如是交替地沿第一方向D1排列。詳言之，第二光源130例如是位於聚光部LCP的兩側且朝向連接面C。然而，本發明的第一光源120以及第二光源130的排列方式並不限於上 述，所屬技術領域中具有通常知識者當可依其設計需求而改變第一光源120以及第二光源130的排列方式。

在本實施例中，背光模組100也可進一步包括位於第一導光板112與第二導光板114之間的第三導光板116，其中第一導光板112與第二導光板114的折射率大於第三導光板116的折射率。此外，第一導光板112與第二導光板114的折射率可以相同或相異。舉例而言，第一導光板112與第二導光板114的材質例如是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)，其折射率例如為1.49，而第三導光板116的材質例如是鐵氟龍(Teflon)，其折射率例如為1.35。

當第一光源120或第二光源130發出光束L時，若光束L入射至第二頂面T2及第二底面B2的入射角超過臨界角時，光束L會以全反射的方式傳遞於第二導光板114內。然而，當光束L傳遞至第二微結構M2時，會改變光束L的反射角，從而改變光束L入射至第二底面B2的入射角。當光束L入射至第二底面B2的入射角小於臨界角時，光束L會折射進第三導光板116並傳遞至第一導光板112。傳遞至第一導光板112內的光束L會傳遞至第一微結構M1而再次改變其反射角，從而改變其入射至第一頂面T1的入射角。透過使光束L入射至第一頂面T1的入射角小於臨界角則可令光束L再次通過第三導光板116並傳遞至第二導光板114，且自第二導光板114出射。在本實施例中，可進一步令第一微結構M1未與第一底面B1連接的表面為反射面，例如於第一微 結構M1未與第一底面B1連接的表面S形成高反射物質，以將光束L較佳地向上傳遞。

透過對第一微結構M1以及第二微結構M2進行角度設計，以及透過改變第一微結構M1於第一頂面T1的配置位置，則可控制光束L的行進方向，從而能夠較佳地控制由第二頂面T2或第二微結構M2出射的光束L的角度，例如是令光束L小角度出射。舉例而言，本實施例的各第一微結構M1的，第一底角θ1例如是落在50度至70度的範圍內，而各第二微結構M2的第二頂角θ2例如是落在1度至10度的範圍內。此外，各第一微結構M1的90度的底角比第一底角θ1更鄰近連接面C，而各第二微結構M2的90度的底角比第二頂角θ2更鄰近連接面C。

在現有的技術中，背光模組通常僅設置有一個導光板，且導光板的底部設置有微結構以透過散射的方式破壞全反射現象，從而使光束自出光面出射。然而，這種架構除了難以控制光束自導光板出射的角度之外，大部分的光束會以大角度自導光板出射，而降低背光模組整體的發光效率。相較之下，本實施例利用兩層以上的導光板的設置，且透過導光板的折射率以及頂角的設計，可有效地控制由第二頂面T2或第二微結構M2出射的光束L的角度，從而提升背光模組100的發光效率。

此外，透過適度地調變第一導光板112、第二導光板114以及第三導光板116的厚度，應用本實施例的背光模組100的電子產片亦可符合市場對於電子產片輕薄的訴求。詳言之，第一導 光板112、第二導光板114以及第三導光板116的厚度越薄，背光模組100的整體厚度則可越薄，惟第二導光板114鄰近第一光源120與第二光源130的一側需符合第一光源120與第二光源130的厚度，以涵蓋自第一光源120與第二光源130的光束L。舉例而言，第一導光板112的厚度例如落在0.1毫米(mm)至3mm的範圍內，第二導光板114的厚度例如落在1mm至3mm的範圍內，而第三導光板116的厚度例如落在0.1mm至3mm的範圍內。

圖3A及圖3B是圖2A的局部上視示意圖。圖4A及圖4B分別是圖3A及圖3B的光場形分布圖，其中線段A-A’的方向平行於圖3A中的第一方向D1。請先參照圖3A及圖4A，背光模組100的第一光源120與第二光源130例如非同時開啟。進一步而言，當背光模組100僅開啟第一光源120時，如圖3A所示，聚光部LCP可匯聚來自第一光源120的光束L，以提供相對集中的光場形，從而能夠達到高輝度準直模式背光模組的聚光效果(如圖4A所示)。

在本實施例中，聚光部LCP聚光部LCP的聚光效果可自調整各出光面S2在第一方向D1上的寬度W2與各入光面S1在第一方向D1上的寬度W1的比值來體現。舉例而言，寬度W2與寬度W1的比值例如落在1.1至6的範圍內。再者，本實施例亦可透過調變出光面S2至入光面S1在第二方向D2上的距離D與出光面S2在第一方向D1上的寬度W2的比值，來提升第一光源120的混光效果。舉例而言，距離D與寬度W2的比值例如落在0.1 至10的範圍內。

另一方面，如圖3B及圖4B所示，當背光模組100僅開啟第二光源130時，由於第二光源130設置於連接面C旁，使來自第二光源130的光束L直接入射至第二導光板114內，以提供相對發散的光場形，從而能夠達到廣視角模式背光模組的廣角效果(如圖4B所示)。在本實施例中，第二導光板114例如可進一步包括多個由連接面C向內凹陷的鏤空部H，以使光場形進一步發散。各鏤空部H的延伸方向例如垂直於第二光源120的排列方向(即第一方向D1)且垂直於第二微結構M2的排列方向(即第二方向D2)。此外，各第二光源130例如對應至少一鏤空部H設置。

本實施例雖以各第二光源130對應一三角柱狀的鏤空部H設置進行說明，但本發明不限於此。圖5A至圖5C是對應第二光源的連接面的多種實施型態。如圖5A所示，各第二光源130也可以對應多個鏤空部設置，且對應各第二光源130的這些鏤空部H例如呈一連續的分布。或者，如圖5B所示，這些鏤空部H也可以不是呈連續的分布，且對應各第二光源130的相鄰兩鏤空部H維持一距離d。再者，如圖5C所示，這些鏤空部H的形狀也可以為半圓柱狀，其中所述半圓柱並不限定為圓柱的一半。

由上述可知，本實施例的背光模組100可具有兩種光源模式，包括高輝度準直模式以及廣視角模式，並且，這兩種光源模式可視使用者的需求而做切換。具體地，當使用者獨自一人使 用應用背光模組100的電子產品時，其可將背光模組100切換為高輝度準直模式，以具備防窺的效果。由於在高輝度準直模式下，光束L具備較佳的匯聚效果，亦即是能量相對集中、能量耗損相對低，因此欲達到所需的輝度，第一光源120可以使用功率相對低的光源，如此，可符合全球對於節約能源的訴求。另一方面，當多人觀賞應用背光模組100的電子產品時，則可將背光模組100切換至廣視角模式，使不同視角的使用者皆能夠觀賞到影像畫面。

另外，本實施例的背光模組100可進一步包括擴散片(未繪示)，設置於導光模組110上，以降低第二微結構M2的可視性。

圖6是依照本發明的第二實施例的一種背光模組的示意圖。請參照圖6，本實施例的背光模組200大致相同於上述背光模組100，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。主要的差異在於，本實施例的導光模組110a的第二微結構M2a在第一方向D1上並非連續的結構。透過這種結構設計，可降低第二微結構M2a的可視性，從而可免去前述擴散片的設置。

圖7是依照本發明的第三實施例的一種背光模組的示意圖。請參照圖7，本實施例的背光模組300大致相同於上述背光模組100、200，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。主要的差異在於，本實施例的背光模組300省略上述第三導光板116的設置，且第二底面B2與第一頂面T1接觸。在雙層導光板的架構下，本實施例的背光模組300可具有相對薄的厚度。

在本實施例中，亦可在第一導光板112的折射率小於第 二導光板114的折射率的架構下，透過對第一微結構M1以及第二微結構M2進行角度設計，以及透過改變第一微結構M1於第一頂面T1的配置位置，以控制光束L的行進方向，從而能夠較佳地控制由第二頂面T2或第二微結構M2出射的光束L的角度，例如是令光束L小角度出射。舉例而言，本實施例的各第一微結構M1的第一底角θ1例如是落在30度至50度的範圍內，而各第二微結構M2的第二底角θ2例如是落在1度至10度的範圍內。

再者，本實施例亦可透過採用圖6中第二微結構M2的結構設計，以降低第二微結構M2a的可視性，從而可免去前述擴散片的設置。

綜上所述，本發明的背光模組利用聚光部匯聚來自第一光源的光束，以提供相對集中的光場形，從而能夠達到高輝度準直模式背光模組的聚光效果。此外，透過將第二光源設置於連接面旁，使來自第二光源的光束直接入射至第二導光板內，以提供相對發散的光場形，從而能夠達到廣視角模式背光模組的廣角效果。另外，透過第一導光板以及第二導光板的設置，本發明的背光模組能夠較佳地控制由該第二頂面或該第二微結構出射的光束的角度，從而提升背光模組的發光效率。

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‧‧‧背光模組

110‧‧‧導光模組

120‧‧‧第一光源

130‧‧‧第二光源

112‧‧‧第一導光板

114‧‧‧第二導光板

116‧‧‧第三導光板

B1‧‧‧第一底面

B2‧‧‧第二底面

C‧‧‧連接面

D‧‧‧距離

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

H‧‧‧鏤空部

LCP‧‧‧聚光部

M1‧‧‧第一微結構

M2‧‧‧第二微結構

P1、P2‧‧‧截距

T1‧‧‧第一頂面

T2‧‧‧第二頂面

W1、W2‧‧‧寬度

Claims (20)

1. 一種背光模組，包括：一導光模組，包括：一第一導光板，具有一第一底面以及一第一頂面；一第二導光板，具有一第二底面、一第二頂面以及一連接該第二底面與該第二頂面的連接面，且該第二底面位於該第一頂面與該第二頂面之間，該第二導光板包括多個聚光部，各該聚光部具有一入光面以及一出光面，該出光面連接該連接面，且該出光面的寬度大於該入光面的寬度；多個第一微結構，位於該第一底面上，並由該第一底面向外突出；以及多個第二微結構，位於該第二頂面上，並由該第二頂面向外突出；多個第一光源，位於該些入光面旁；以及多個第二光源，位於該連接面旁。
2. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中該些第一光源以及該些第二光源沿一第一方向排列，該些第一微結構沿一垂直於該第一方向的第二方向排列，且分別沿該第一方向延伸，該些第二微結構沿該第二方向排列，且分別沿該第一方向延伸。
3. 如申請專利範圍第2項所述的背光模組，其中該些第一光源以及該些第二光源交替地沿該第一方向排列。
4. 如申請專利範圍第2項所述的背光模組，其中各該出光面 在該第一方向上的寬度與各該入光面在該第一方向上的寬度的比值落在1.1至6的範圍內。
5. 如申請專利範圍第2項所述的背光模組，其中該出光面至該入光面在該第二方向上的距離與該出光面在該第一方向上的寬度的比值落在0.1至10的範圍內。
6. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中該些第一微結構尺寸相同且呈一連續的分布。
7. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中該些第二微結構尺寸相同，且該些第二微結構於該第二頂面的分布密度隨著與該連接面的距離的增加而增加。
8. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中該第二底面與該第一頂面接觸，且該第一導光板的折射率小於該第二導光板的折射率。
9. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中各該第一微結構以及各該第二微結構分別為角柱體，各該第一微結構具有一90度的底角以及一第一底角，該第一底角落在30度至50度的範圍內，各該第二微結構具有一90度的底角以及一第二底角，該第二底角落在1度至10度的範圍內。
10. 如申請專利範圍第9項所述的背光模組，其中各該第一微結構的90度的該底角比該第一底角更鄰近該連接面，且各該第二微結構的90度的該底角比該第二底角更鄰近該連接面。
11. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，更包括一第三 導光板，位於該第一導光板與該第二導光板之間，且該第一導光板與該第二導光板的折射率大於該第三導光板的折射率。
12. 如申請專利範圍第11項所述的背光模組，其中該第一導光板的折射率與該第二導光板的折射率相同。
13. 如申請專利範圍第11項所述的背光模組，其中各該第一微結構以及各該第二微結構分別為角柱體，各該第一微結構具有一90度的底角以及一第一底角，該第一底角落在50度至70度的範圍內，各該第二微結構具有一90度的底角以及一第二底角，該第二底角落在1度至10度的範圍內。
14. 如申請專利範圍第13項所述的背光模組，其中各該第一微結構的90度的該底角比該第一底角更鄰近該連接面，且各該第二微結構的90度的該底角比該第二底角更鄰近該連接面。
15. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中該些第一微結構未與該第一底面連接的表面為反射面。
16. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，其中該第二導光板更包括多個由該連接面向內凹陷的鏤空部，且各該第二光源對應至少一鏤空部設置。
17. 如申請專利範圍第16項所述的背光模組，其中各該鏤空部的延伸方向垂直於該些第二光源的排列方向且垂直於該些第二微結構的排列方向。
18. 如申請專利範圍第16項所述的背光模組，其中各該第二光源對應多個鏤空部設置，且對應各該第二光源的該些鏤空部呈 一連續的分布。
19. 如申請專利範圍第16項所述的背光模組，其中各該第二光源對應多個鏤空部設置，且對應各該第二光源的相鄰兩鏤空部維持一距離。
20. 如申請專利範圍第1項所述的背光模組，更包括一擴散片，位於該導光模組上。