CN112987395A

CN112987395A - 背光模块

Info

Publication number: CN112987395A
Application number: CN202010668051.7A
Authority: CN
Inventors: 简宏达
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2040-07-13
Also published as: JP7445579B2; JP2021097035A; TWI743897B; TW202127123A; CN112987395B

Abstract

一种背光模块，包括导光板、第一光源以及第一光学膜片。导光板具有入光面、出光面以及底面，其中入光面连接于出光面及底面之间，出光面相对于底面，且底面具有多个呈同心环状的第一V型微结构。第一光源设置在导光板的入光面的一侧，其中这些第一V型微结构的圆心对准第一光源。第一光学膜片设置在导光板的出光面的一侧。第一光学膜片具有多个呈同心环状的第二V型微结构。本发明的背光模块具有高准直的出光光形。

Description

背光模块

技术领域

本发明是有关于一种光学模块，且特别是有关于一种背光模块。

背景技术

高准直度的平面光源将其发光角限制在一个较小的范围内，可提高正向辉度并抑制大角度的光线，对特定影像装置而言可减低功耗并避免杂散光产生。一般来说，高准直度的平面光源通常有以下应用。

(1)高准直度的平面光源因光源的光锥角较小，使得人眼必需落在发光光锥角内才可清楚地看见显示器所显示的影像，因此适于应用在具隐私功能的显示器。当人眼相对显示器的角度不同时，必需切换发光光锥角的方向使光锥角可朝向使用者眼睛，而在远离使用者方向的旁观者则无法看清楚所显示的影像。

(2)应用至具可依人眼位置切换背光光锥方向的近眼显示器。由于采用具有呈同心圆分布的V型微结构的导光板较难实现大面积，但却非常适合搭配小型需背光的显示器(如液晶显示器)，因此，高准直度的平面光源适合作为虚拟实境、头戴式显示器、近眼显示器的背光模块。在这些系统中，若照明系统的NA值大于成像所需，易造成杂光。另一方面，缩小发光光锥可减低功耗，且进一步可减轻重量。而若照明系统的NA值小于成像所需，则可使用多个不同方向的光锥迭加达到成像所需的NA值。此时可进一步依据人眼位置与影像内容调整迭加后的光锥方向与大小。如此一来可减低杂光、增加对比与降低功耗。

(3)光场显示器是由子影像以及微透镜阵列所构成的光场显示器，其成像需要的NA值相对较小，因此可避免杂光与鬼影的产生。借由改变发光光锥的方向，可在不同的可视区域中进行能量的转移，如此可依据人眼的位置，将影像光集中于人眼，以增大眼睛可移动范围。

然而，市场上具高准直度的平面光源通常有发光光锥不对称的问题。若要达到对称的光形，需要额外的光学膜片的辅助，例如柱状透镜膜(lenticular film)。然而，设置越多的光学膜片也使成本进一步提高。

另外，市场上也有使用全息而非V型微结构来将光线导出导光板的背光模块。虽然其全息图形为同心圆且搭配点状光源，可得到较为均匀的光锥，但其全息的色散特性使之不易应用在白光。

因此，平面光源如何可同时控制发光光锥的大小与形状，同时产生均匀的光锥，并能进一步切换发光光锥的方向，成为急需克服的问题。

发明内容

本发明提供一种背光模块，其能在产生均匀光锥的情况下，同时使发光光锥的方向可切换。

本发明的一实施例提供一种背光模块，其包括一导光板、一第一光源以及一第一光学膜片。导光板具有一入光面、一出光面以及一底面，其中入光面连接于出光面及底面之间，出光面相对于底面，且底面具有多个呈同心环状的第一V型微结构。第一光源设置在导光板的入光面的一侧，其中这些第一V型微结构的圆心对准第一光源。第一光学膜片设置在导光板的出光面的一侧。第一光学膜片具有多个呈同心环状的第二V型微结构。

基于上述，在本发明的实施例的背光模块中，由于导光板的底面具有多个呈同心环状的第一V型微结构，第一V型微结构的圆心对准第一光源，且设置了具有多个呈同心环状的第二V型微结构的第一光学膜片，因此，背光模块可具有高准直的出光光形。

附图说明

图1是依据本发明的一实施例的背光模块的剖面示意图。

图2是依据本发明的一实施例的背光模块的导光板的仰视图。

图3是依据本发明的一实施例的背光模块的第一光学膜片的仰视图。

图4是依据本发明的一实施例的背光模块的第二光学膜片的俯视图。

图5A至图5C分别是依据本发明的一实施例的背光模块的出光光形的不同的示例。

图6是依据本发明的一实施例的背光模块的出光亮度相对于视角曲线图。

图7A至图7C分别是依据本发明的一实施例的背光模块的导光板于入光面具有扩散结构的不同的示例。

图7D是依据图7A的扩散结构的光束传播的示例。

图8是当导光板于入光面具有扩散结构时，本发明实施例的背光模块的出光强度相对于角度的曲线图。

具体实施方式

图1是依据本发明的一实施例的背光模块的剖面示意图。请参考图1，本发明的一实施例提供一种背光模块100，其包括一导光板120、一第一光源110以及一第一光学膜片130，其中导光板120与第一光学膜片130沿一排列方向(如图1的Z轴方向)排列。

图2是依据本发明的一实施例的背光模块的导光板的仰视图。请同时参考图1与图2，在本实施例中，导光板120的材质可为塑胶、玻璃或其他合适的材质，用于让光束穿透，但本发明不局限于此。导光板120具有一入光面120S1、一底面120S23以及一出光面120S3，其中入光面120S1连接于出光面120S3及底面120S2之间，出光面120S3相对于底面120S2。在本实施例中，导光板120还具有多个侧面120S4。侧面120S4可与入光面120S1、底面120S2以及出光面120S3相连接，或侧面120S4可与底面120S2以及出光面120S3相连接。

在本实施例中，导光板120的底面120S2具有多个呈同心环状的第一V型微结构122。也就是说，多个第一V型微结构122具有相同的圆心122C位于相同的位置。在本实施例中，导光板120的底面120S2还具有在入光面120S2与第一V型微结构122A之间的一平坦区，其中第一V型微结构122A为多个第一V型微结构122中最靠近圆心122C的那一个。平坦区邻近导光板120的入光面120S1，且平坦区不设置第一V型微结构122。在一实施例中，平坦区的半径r例如为10毫米。但本发明不局限于此，平坦区的半径r，或是平坦区的面积与设有第一V型微结构122的区域的面积之间的比例应以设计需求而定。在本发明的实施例的背光模块100中，由于导光板120可包括平坦区，因此，背光模块100的出光光型于入光面120S1的一侧的mura热点(hot spot)的问题能有效被改善。

此外，在本实施中，第一光源110可为发光二极管(Light-emitting diode,LED)或其他合适的光源。第一光源110较佳是选择具有高流明(Lumen)数值的光源。第一光源110设置在导光板120的入光面120S1的一侧，导光板120具有一中心轴线(未显示)的方向(如图1的Y轴方向)，且第一光源110设置在导光板120的中心轴线方向上且中心轴线方向垂直于排列方向，其中第一V型微结构122的圆心122C对准且对应第一光源110。

在一实施例中，背光模块100还包括至少一第二光源112A、112B、114A、114B。第二光源112A、112B、114A、114B可为发光二极管(Light-emitting diode,LED)或其他合适的光源。第二光源112A、112B、114A、114B较佳是选择具有高流明(Lumen)数值的光源。再者，第二光源112A、112B、114A、114B设置在导光板120的入光面120S1的一侧。第二光源112A、112B、114A、114B在入光面120S1垂直于排列方向上与第一光源110以节距P为间隔而间隔排列。也就是第一光源110与第二光源112A、112B、114A、114B以X轴方向排列。

在本实施例中，第一光源110以及第二光源112A、112B、114A、114B用以发出光束B。在穿透导光板120的入光面120S1后，光束B于导光板120中以全反射的方式传递。当光束B传递至第一V型微结构122时，第一V型微结构122破坏光束B的全反射，并使得光束B穿透出光面120S3而朝向第一光学膜片130传递。

在一实施例中，第二光源112A、112B、114A、114B的数量可为偶数，且第二光源112A、112B、114A、114B以第一光源110为中心间隔排列。此外，图1示意了四个第二光源112A、112B、114A、114B。但本发明不局限于此，背光模块100的第二光源112A、112B、114A、114B所应设置的数量应以背光模块100的出光光形的设计需求而定。

在一实施例中，背光模块100还包括一反射片150。反射片150设置于导光板120的底面120S2的一侧。由于光束B的一部份在经由导光板120传递的过程中会从导光板120的底面120S2出射而造成光能损耗。因此，透过反射片150的设置，可将从导光板120的底面120S2出射的光束B反射而传递回导光板120，以提高光能利用率。反射片150、导光板120以及第一光学膜片130沿一排列方向(如图1的Z轴方向)排列。

图3是依据本发明的一实施例的背光模块的第一光学膜片的仰视图。请同时参考图1与图3，在本实施例中，第一光学膜片130设置在导光板120的出光面120S3的一侧。第一光学膜片130例如是光学逆棱镜(Turning Film)。此外，第一光学膜片130具有多个呈同心环状的第二V型微结构132，且第二V型微结构132设置在靠近导光板120的出光面120S3的表面上。第二V型微结构132的圆心130C对准且对应第一光源110。

图4是依据本发明的一实施例的背光模块的第二光学膜片的俯视图。请同时参考图1与图4，在一实施例中，背光模块100还包括第二光学膜片140。第二光学膜片140例如是光学增亮膜(Brightness Enhancement Film,BEF)。再者，第二光学膜片140设置在导光板120与第一光学膜片130之间，且具有多个呈同心环状的第三V型微结构142。第二光学膜片140的第三V型微结构142设置在远离导光板120的出光面120S3的表面上，且第三V型微结构142的圆心140C对准且对应第一光源110。

图5A至图5C分别是依据本发明的一实施例的背光模块的出光光形的不同的示例。图5A例如是只开启第一光源110后，背光模块100的出光光形，图5B例如是只开启第二光源112A后，背光模块100的出光光形，且图5C例如是只开启第二光源114A后，背光模块100的出光光形。图6是依据本发明的一实施例的背光模块的出光亮度相对于视角曲线图。

请参考图5A至图6，当只有第一光源110被开启时，第一光源110用以使背光模块100的出光光形对称地落在以垂直于出光面120S3为中心的一特定视角范围内。例如在图6中，以视角0度为中心，以及小于等于2.5度且大于等于-2.5度的视角范围。也就是说，在上述本发明实施例的第一光源110设置在入光面120S1垂直于排列方向的方向的中心上，第一V型微结构122的圆心122C对准第一光源110，以及第二V型微结构132的圆心130C对准第一光源110的条件下，背光模块100的出光光形以视角0度为中心。但本发明不局限于此，第一光源110所设置的位置应以背光模块100的出光光形的设计而定。

请参考图2、图5A至图6，在图2中，当第一光源110以及第二光源112A、112B、114A、114B都被开启时，背光模块100的出光光形可对称地落在以垂直于出光面120S3为中心的另一特定视角范围内。例如在图6中，以视角0度为中心，以及小于等于10度且大于等于-10度的视角范围。也就是说，相较于只开启第一光源110，当所有的光源都被开启时，背光模块100的出光光形落在更大的视角范围内。

在另一实施例中，第一光源110与第二光源112A、112B、114A、114B的至少其中之一被开启，使背光模块100的出光光形落在另一特定视角范围内。也就是说，根据背光模块100与使用者的视线之间相对位置或角度，使用者可经由调整哪些光源需要被开启而使背光模块100的出光光形落在使用者所需的视角范围内。因此，本发明实施例的背光模块100使使用者的体验更佳。

图7A至图7C分别是依据本发明的一实施例的背光模块的导光板于入光面具有扩散结构的不同的示例。图7D是依据图7A的扩散结构的光束传播的示例。如图7D所示，当第一光源110投射的光束B经由入光面120S1进入导光板120A(具有扩散结构124A)时，因光束B的折射是遵守斯涅尔法则(Snell’s law)，光束B进入导光板120后的光锥角变大，使得光束B的传播距离(代表入光面120S1至有效区域W的边界的距离L)缩短，以增大导光板120A的有效出光区域W。相对于没有设置扩散结构的导光板而言，过小的光锥角将需要更长的光束B传播距离，将缩小有效区域W的大小。

图8是当导光板于入光面具有不同扩散结构时，光束B导入导光板120后的光锥角度的光强度分布。请参考图7A至图8，在一实施例中，导光板120A、120B、120C的入光面120S1具有一扩散结构124A、124B、124C，其中扩散结构124A为(半)空气柱，其中扩散结构124A指的是导光板120A所形成的一凹槽。扩散结构124B、124C为微结构阵列。再者，扩散结构124C的材料例如是具有高折射率的材料。

请参考图7A与图8，当本发明的实施例的导光板120A的入光面120S1具有(半)空气柱的扩散结构124A时，导入导光板120A的光锥较大。

请参考图7B与图8，当本发明的实施例的导光板120B的入光面120S1具有微结构阵列的扩散结构124B时，导入导光板120B的光锥较为集中。

请参考图7C与图8，当本发明的实施例的导光板120C的入光面120S1具有微结构阵列的扩散结构124C时，导入导光板120C的光锥较为均匀。

在另一实施例中，导光板100的入光面120S1可具有一散光结构，且散光结构为发散透镜。也就是说，当本发明实施例的背光模块100在导光板的入光面120S1具有扩散结构124A、124B、124C或散光结构，背光模块100以及导光板120的尺寸可有效缩小(相同有效区域大小的条件下，由于光锥变大，具有较短的传播距离L，如图7D所示)。

综上所述，在本发明的实施例的背光模块中，由于导光板的底面具有多个呈同心环状的第一V型微结构，第一V型微结构的圆心对准第一光源，且设置了具有多个呈同心环状的第二V型微结构的第一光学膜片，因此，背光模块的出光光形可对称地集中在以视角0度为中心的特定视角范围内。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作的简单等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

附图标记说明：

100:背光模块

110:第一光源

112A、112B、114A、114B:第二光源

120、120A、120B、120C:导光板

120S1:入光面

120S2:底面

120S3:出光面

120S4:侧面

122、122A:第一V型微结构

122C、130C、140C:圆心

130:第一光学膜片

132:第二V型微结构

140:第二光学膜片

142:第三V型微结构

150:反射片

B:光束

L:传播距离

P:节距

r:半径

W:有效区域

θ:视角。

Claims

1.一种背光模块，其特征在于，所述背光模块包括导光板、第一光源以及第一光学膜片，其中：

所述导光板具有入光面、出光面以及底面，其中所述入光面连接于所述出光面及所述底面之间，所述出光面相对于所述底面，且所述底面具有多个呈同心环状的第一V型微结构；

所述第一光源设置在所述导光板的所述入光面的一侧，其中所述多个第一V型微结构的圆心对准所述第一光源；以及

所述第一光学膜片设置在所述导光板的所述出光面的一侧，所述第一光学膜片具有多个呈同心环状的第二V型微结构。

2.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，所述导光板与所述第一光学膜片沿排列方向排列，所述导光板具有中心轴线的方向，且所述第一光源设置在所述导光板的所述中心轴线的方向上且所述中心轴线方向垂直于所述排列方向。

3.根据权利要求2所述的背光模块，其特征在于，还包括：

至少一第二光源，其设置在所述导光板的所述入光面的一侧，所述至少一第二光源在所述入光面垂直于所述排列方向上与所述第一光源间隔排列。

4.根据权利要求3所述的背光模块，其特征在于，所述第一光源与所述至少一第二光源的至少其中之一被开启，使所述背光模块的出光光形落在特定视角范围内。

5.根据权利要求3所述的背光模块，其特征在于，所述至少一第二光源的数量为偶数，且所述至少一第二光源以所述第一光源为中心间隔排列。

6.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，所述多个第二V型微结构的圆心对准所述第一光源。

7.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，所述第一光学膜片的所述多个第二V型微结构设置在靠近所述导光板的所述出光面的表面上。

8.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，还包括：

第二光学膜片，其设置在所述导光板与所述第一光学膜片之间，且具有多个呈同心环状的第三V型微结构。

9.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，所述多个第三V型微结构的圆心对准所述第一光源。

10.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，所述第二光学膜片的所述多个第三V型微结构设置在远离所述导光板的所述出光面的表面上。

11.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，所述导光板的所述入光面具有扩散结构，所述扩散结构为空气柱或微结构阵列。

12.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，所述导光板的所述入光面具有散光结构，所述散光结构为发散透镜。

13.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，所述导光板的所述底面还具有平坦区，所述平坦区位于最靠近所述多个第一V型微结构的所述圆心的所述第一V型微结构与所述入光面之间。