CN117704303A - 背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种背光模块，包含面光源、结构膜套组、以及分光膜套组。面光源包含光源出光面。结构膜套组设置于面光源的一侧且与光源出光面平行，包含第一膜片。第一膜片的出光面均匀分布有多个微结构。分光膜套组设置于结构膜套组相对于面光源的另一侧且与光源出光面平行，包含第一分光膜以及第二分光膜。第一分光膜的一面设置有多个沿第一方向延伸的棱镜条。第二分光膜与第一分光膜平行，一面设置有多个沿第二方向延伸的棱镜条，其中第一方向与第二方向实质上正交。

Description

背光模块

技术领域

本发明是关于一种背光模块；具体而言，本发明是关于有微结构膜以及正交的双分光膜的LED阵列发光模块。

背景技术

现有发光模块中将发光二极管点光源以阵列方式设置成为面光源，大都会再叠放扩散板或光学膜叠放使光均匀化，藉以减少直接看到各个发光二极管点光源，即显示器亮度不均匀造成各种痕迹的现象(mura)。然而，使用上述的膜片堆叠方式，通常会有较大的发光视角，造成在区域调光(local dimming)的情况下，观测在侧视角的画面，可能看到在亮部与暗部交接处有漏光现象而形成光晕，即为晕轮效应(Halo effect)，造成使用者的观看感受不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背光模块，可减少漏光现象，同时提升观看感受。

本发明的背光模块包含面光源、结构膜套组、以及分光膜套组。面光源包含光源出光面。结构膜套组设置于面光源的一侧且与光源出光面平行，包含第一膜片。第一膜片具有朝向光源出光面的第一膜片入光面及位于相反侧的第一膜片出光面，第一膜片出光面均匀分布有多个第一微结构。第一微结构由所在的第一膜片入光面或第一膜片出光面凸出或凹入。分光膜套组设置于结构膜套组相对于面光源的另一侧且与光源出光面平行，包含第一分光膜以及第二分光膜。第一分光膜的一面设置有多个沿第一方向延伸的棱镜条。第二分光膜与第一分光膜平行，一面设置有多个沿第二方向延伸的棱镜条，其中第一方向与第二方向实质上正交。

在本发明的实施例中，第一微结构在第一膜片出光面的垂直投影具有投影长轴，且具有基面及中央曲线。其中，各第一微结构的投影长轴互相平行，基面的周缘具有位于相反侧且分别与投影长轴的两端连接的两端角，中央曲线相对于该基面的垂直距离在中央曲线的中心点为最大。

在本发明的实施例中，结构膜套组进一步包含另一第一膜片，平行设置于面光源及分光膜组合之间，其中二个第一膜片其中之一的第一微结构的投影长轴实质上平行于二个第一膜片其中之另一的第一微结构的投影长轴。

在本发明的实施例中，结构膜套组进一步包含另一第一膜片，平行设置于面光源及分光膜组合之间，其中二个第一膜片其中之一的第一微结构的投影长轴实质上正交于二个第一膜片其中之另一的第一微结构的投影长轴。

在本发明的实施例中，结构膜套组进一步包含第二膜片，平行设置于面光源及分光膜组合之间，包含朝向光源出光面的第二膜片入光面及位于相反侧的第二膜片出光面，第二膜片入光面及第二膜片出光面至少其中之一均匀分布有多个第二微结构，第二微结构由所在的第二膜片入光面或第二膜片出光面凸出或凹入。

在本发明的实施例中，面光源包含电路基板以及多个发光二极管。电路基板包含面朝结构膜套组的第一面。多个发光二极管发射蓝光，并且以板上晶片封装(Chip onBoard，COB)方式设置于第一面。并且，背光模块进一步包含蓝光穿透(Blue LightTransmission，BLT)膜以及量子点(Quantum Dot，QD)膜，设置在面光源及结构膜套组之间。

在本发明的实施例中，面光源包含电路基板以及多个发光二极管。电路基板包含面朝结构膜套组的第一面。多个发光二极管发射蓝光，并且以晶片级封装(Chip ScalePackage)方式设置于第一面。并且，背光模块进一步包含蓝光穿透(Blue LightTransmission，BLT)膜以及量子点(Quantum Dot，QD)膜，设置在面光源及结构膜套组之间。

在本发明的实施例中，面光源包含电路基板以及多个发光二极管。电路基板包含面朝结构膜套组的第一面。多个发光二极管发射白光，并且以晶片级封装(Chip ScalePackage)方式设置于第一面。

在本发明的实施例中，面光源进一步包含一反射片，设置于第一面上，其中发光二极管分别穿过反射片。

在本发明的实施例中，反射片为白色或银色。

在本发明的实施例中，面光源进一步包含反射涂层，涂布于第一面的发光二极管以外的位置。

附图说明

图1为本发明背光模块的实施例示意图。

图2A至2C为本发明背光模块中第一微结构的实施例示意图。

图3A至5B为本发明发光模块中微结构由多个V形沟切形成的实施例示意图。

图6A至6C为现有背光模块的模拟测试结果。

图7A至8C为本发明背光模块的实施例模拟测试结果。

图9A至13C为不同实施例背光模块的模拟测试结果。

图14A至14C为本发明背光模块的不同实施例示意图。

其中，附图标记：

100…面光源

101…电路基板

101a…第一面

110…光源出光面

120…光源

130…封装层

131…封装层

140…导光板

150…反射片

160…反射涂层

210…第一方向

220…第二方向

230…第三方向

300…结构膜套组

310…第一膜片

310’…第一膜片

310a…第一膜片入光面

310b…第一膜片出光面

311…第一微结构

311a…第一微结构

311b…第一微结构

311c…第一微结构

311h…距离

311w…微结构宽度

311x…节距

313a…V形沟切

313b…V形沟切

313c…V形沟切

314…基面

316a…端角

316b…端角

316c…第一弧边

316d…第二弧边

316e、316f交会处

317…中央截面

320…中央曲线

320c…中心点

321…投影长轴

410…蓝光穿透膜

420…量子点膜

500…分光膜套组

510…第一分光膜

511…面

511a…棱镜条

520…第二分光膜

521…面

521a…棱镜条

900…背光模块

θ1…第一夹角

θ2…第二夹角

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例并配合图式以说明本发明所公开的连接组件的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。然而，以下所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围，在不悖离本发明构思精神的原则下，本领域技术人员可基于不同观点与应用以其他不同实施例实现本发明。在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”或“耦合”系可为二元件间存在其它元件。

应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本文的教导。

此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的”下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”或“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下面”或“下面”可以包括上方和下方的取向。

本文使用的“约”、“近似”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”或“实质上”可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。

如图1所示的实施例，本发明的背光模块900包含面光源100、结构膜套组300、以及分光膜套组500。面光源100包含光源出光面110。在一实施例中，至少一光源120设置于电路基板101，封装层130接触且包覆光源120。进一步而言，电路基板101包含印刷电路板，光源120较佳为发射白光的发光二极管(LED)光源或次毫米发光二极管(Mini LED)光源，以晶片级封装(Chip Scale Package)方式设置在电路基板101的第一面101a上。其中，光源120侧边可设置有导光板140以将光源120发出的光线导出形成面光源，或可以阵列方式设置多个光源120而实质上形成面光源。封装层130可由硅树脂、环氧树脂、玻璃、塑胶或其它材料制成，可以是例如透明的、半透明的、或发萤光的，而且可以混入例如磷光物质等的波长转换材料。

结构膜套组300设置于面光源100的一侧且与光源出光面110平行，包含第一膜片310。第一膜片310具有朝向光源出光面110的第一膜片入光面310a及位于相反侧的第一膜片出光面310b。在此实施例中，第一膜片出光面310b均匀分布有多个第一微结构311，且第一微结构311是由所在的第一膜片出光面310b向内凹入。然而在不同实施例中，多个第一微结构311可均匀分布在第一膜片入光面310a，且可由所在的面向外凸出。其中，第一微结构311可在使用射出成形技术形成第一膜片310时同时形成，亦可在形成第一膜片310后另外形成，例如以机械加工、蚀刻、转印、喷砂等方式去除部分的第一膜片310，或是使用化学气相沉积法沉积与第一膜片310相同的材料。

如图2A至2C所示的实施例，其中，图2A为多个第一微结构311的俯视图，图2B及2C分别为第一微结构311的单元的俯视图及立体图。如图2A所示，在一实施例中，第一微结构311在第一膜片出光面310b的垂直投影具有投影长轴321，且具有基面314及中央曲线320。其中，基面314是第一微结构311的边缘围成的平面。中央曲线320可为圆、椭圆或拋物线。各第一微结构311的投影长轴321互相平行，基面314的周缘具有位于相反侧且分别与投影长轴321的两端连接的两端角316a、316b，中央曲线320相对于基面314的垂直距离311h在中央曲线的中心点320c为最大。基面314的两端角316a、316b以外的周缘相对于中央曲线320分别形成第一弧边316c以及第二弧边316d。其中，垂直于第一表面101及平行于中央曲线320且通过中央曲线320的中心点320c的平面，在与第一弧边316c以及第二弧边316d交会处316e、316f及中央曲线320的中心点320c间定义有三角形的中央截面317，中央截面317在与第一弧边316c以及第二弧边316d交会处具有第一夹角θ1及第二夹角θ2。

以不同角度观之，在图2A至2C所示的实施例中，第一微结构311具有类似船形的外观，第一弧边316c以及第二弧边316d共同形成基面314的周缘316，并且于端角316a、316b相接，中央截面317是与中央曲线320相对于基面314的中心点320c即最高点相切的截面。实际制程中，可使用微型圆形挖杓在第一膜片310的表面上相对于投影长轴321旋转挖除部分而形成。

在一实施例中，第一夹角θ1为20～40°，第二夹角θ2为20～40°。第一弧边316c与中央截面314的交会处316e以及第二弧边316d与中央截面314的交会处316f之间在基面314上具有微结构宽度311w，微结构宽度311w为50～200μm。中央曲线320相对于基面314的垂直距离311h在中央曲线315的中心点320c为5～30μm。换言之，第一微结构311的高/深度为5～30μm。如图2A所示的实施例，两相邻第一微结构311的投影长轴321的距离为节距311x，节距311x为50～300μm。第一微结构311的排列不限于直线对齐，可调整以使整体获得较佳的光均匀效果。

第一微结构的尺寸及形状可根据使用、制造等考量加以变化。例如在图3A、4A及5A所示的实施例中，第一微结构是由多个V形沟切形成，其中各V形沟切的角度为θ，30°≦θ≦150°。更具体而言，如图3A所示的实施例，第一微结构311a是由3组V形沟切313a形成，相邻的V形沟切313a的夹角为45°。如图3B所示的实施例，第一微结构311a为三角锥形，亦即在此实施例中，第一微结构311a的预定义形状为三角锥形。进一步而言，实际制作时，可在第一膜片310’的表面上直接以工具刻出V形沟切313a，从而形成第一微结构311a。亦可先在模具上制出V形沟切313a的对应形状，然后再以热压等方式在第一膜片310’的表面上形成V形沟切313a以及第一微结构311a。其中，还可藉由模具上与V形沟切313a对应形状的正反来控制第一微结构311a是凹入或者凸出。

在如图4A及4B所示的实施例中，第一微结构311b是由2组V形沟切313b形成，相邻的V形沟切313b的夹角为90°。如图4B所示的实施例，第一微结构311b为四角锥形，亦即在此实施例中，第一微结构311b的预定义形状为四角锥形。在如图5A及5B所示的实施例中，第一微结构311c是由4组V形沟切313c形成，相邻的V形沟切313c的夹角为45°。如图5B所示的实施例，第一微结构311c为四芒星形，亦即在此实施例中，第一微结构311c的预定义形状为四芒星形。进一步而言，如图1所示的实施例，结构膜套组300可包含多个膜片，每一膜片的至少其中一面分布有前述的船形、三角锥形、四角锥形、四芒星形等的微结构，每一膜片上分布的微结构可为相同或不同。具有相同微结构的膜片在重叠设置时，其上的微结构的投影长轴可实质上相互平行或正交。

如图1所示的实施例，分光膜套组500设置于结构膜套组300相对于面光源100的另一侧且与光源出光面110平行，包含第一分光膜510以及第二分光膜520。第一分光膜510的面511设置有多个沿第一方向210延伸的棱镜条511a。第二分光膜520与第一分光膜510平行，面521设置有多个沿第二方向220延伸的棱镜条521a，其中第一方向210、第二方向220以及垂直于光源出光面110的第三方向230实质上正交。换言之，第一方向210与第二方向220在光源出光面110的垂直投影的夹角实质上垂直，亦即大于80°且小于100°。棱镜条511a、521a可在使用射出成形技术形成第一分光膜510、第二分光膜520时同时形成，亦可在形成该等分光膜后另外形成，例如以机械加工、蚀刻、转印、喷砂等方式去除部分的分光膜，或是使用化学气相沉积法沉积与分光膜相同的材料。

具体而言，本发明藉由在面光源100上方设置具有至少一分布有船形的第一膜片310的结构膜套组300、以及包含两片具有在延伸方向上相互正交的棱镜条的分光片的分光膜套组500，达成集中面光源100发出的光线的效果，从而减少漏光现象。

进一步使用软件(LightTools，CYBERNET SYSTEMS TAIWAN CHINA，中国台湾)对不同实施例的背光模块与现有背光模块进行模拟测试，其中现有发光模块未包含结构膜套组，而是以穿透率为55％～70％的扩散板取代。结构膜套组参数设定及模拟测试结果分别如下表1所示。其中，各组别的面光源均为使用板上晶片封装方式设置蓝光晶片的阵列面光源，分光膜套组均为包含两具有在延伸方向上相互正交的棱镜条的分光片，两分光片同为透明PET基材，其菱镜pitch为50um，菱镜角度为90°。

表1

在上列模拟测试结果的图式中，虚线与实线分别代表水平与垂直轴向的模拟数据，图6A、7A、8A、9A、10A、11A、12A、13A之间可通过参考中心点上的数值来比较单位面积上的光强度。图6B、7B、8B、9B、10B、11B、12B、13B为极坐标，X、Y轴为辐射强度，并对应在360度的角度坐标，出光法线在-180度，图6B中可看出在一半辐射强度的视角约为±45度。而图7B、8B、9B在一半辐射强度的视角约为±30度。具有其视角收敛效果。图6C、7C、8C、9C、10C、11C、12C、13C之间可通过参考中心点上的数值来比较单位立体角上的辐射强度。据此，将图7A至7C以及图8A至8C所示的实施例1及实施例2模拟结果与图6A至6C所示的现有背光模块模拟结果相比可明显看出，包含至少一片设置船形微结构的第一膜片的本发明具有较佳的亮度与视角集中控制效果，而包含二片具有船形微结构的第一膜片的实施例一的上述效果又优于包含一片具有船形微结构的第一膜片及一片具有金字塔形微结构的第二膜片的实施例二的效果。另一方面，将图7A至7C以及图8A至8C所示的实施例1及实施例2模拟结果与实施例3至7模拟结果相比可明显看出，包含至少一片设置船形微结构的第一膜片的本发明，其亮度与视角集中控制效果优于设置非船形微结构的实施例。据此，可知本发明的背光模块具有较佳的亮度与视角集中控制效果，可减少漏光现象，藉以提升观看感受。

面光源可根据使用、制造等考量加以变化。如图14A所示的实施例，面光源100进一步包含反射片150，设置于第一面101a上，用以增加对发光二极管120的反射效果，进而提升亮度。其中，发光二极管120分别穿过反射片150。反射片150可为白色或银色。如图14A-1所示，在不同实施例中，面光源100可包含反射涂层160，涂布于第一面101a的发光二极管120以外的位置，用以取代反射片并达到相同效果。反射涂层可为白色或银色。

如图14B所示的实施例，发光二极管120发射蓝光，并且以晶片级封装(Chip ScalePackage)方式设置于第一面101a。并且，背光模块900进一步包含蓝光穿透(Blue LightTransmission，BLT)膜410以及量子点(Quantum Dot，QD)膜420，设置在面光源及结构膜套组之间。更具体而言，在此实施例中，面光源100为晶片级封装(Chip Scale Package)型蓝光发光二极管灯板。量子点膜420具有将发光二极管120发射的蓝光与绿光、红光量子点相结合以形成白光的颜色转换机制。进一步而言，发光二极管120发射的蓝光部分被量子点吸收转变成绿光和红光，利用RGB原理与剩余蓝光复合形成白光。

如图14C所示的实施例，发光二极管120发射蓝光，并且以板上晶片封装(Chip onBoard，COB)方式设置于第一面101a。并且，背光模块900进一步包含蓝光穿透(Blue LightTransmission，BLT)膜410以及量子点(Quantum Dot，QD)膜420，设置在面光源及结构膜套组之间。更具体而言，在此实施例中，面光源100为板上晶片封装(Chip on Board，COB)型蓝光发光二极管灯板。其中，封装层131覆盖发光二极管120。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于申请专利范围的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种背光模块，其特征在于，包含：

一面光源，包含一光源出光面；

一结构膜套组，设置于该面光源的一侧且与该光源出光面平行，包含一第一膜片，该第一膜片具有一朝向该光源出光面的第一膜片入光面及一位于相反侧的第一膜片出光面，该第一膜片出光面均匀分布有多个第一微结构，各该第一微结构由所在的该第一膜片入光面或该第一膜片出光面凸出或凹入；

一分光膜套组，设置于该结构膜套组相对于该面光源的另一侧且与该光源出光面平行，包含：

一第一分光膜，一面设置有多个沿一第一方向延伸的棱镜条；

一第二分光膜，与该第一分光膜平行，一面设置有多个沿一第二方向延伸的棱镜条，其中该第一方向与该第二方向实质上正交。

2.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，各该第一微结构在该第一膜片出光面的垂直投影具有一投影长轴，且具有一基面及一中央曲线，其中，各该第一微结构的该投影长轴互相平行，该基面的周缘具有位于相反侧且分别与该投影长轴的两端连接的两端角，该中央曲线相对于该基面的垂直距离在该中央曲线的中心点为最大。

3.如权利要求2所述的背光模块，其特征在于，其中该结构膜套组进一步包含另一第一膜片，平行设置于该面光源及该分光膜组合之间，其中该二个第一膜片其中之一的各该第一微结构的该投影长轴实质上平行于该二个第一膜片其中之另一的各该第一微结构的该投影长轴。

4.如权利要求2所述的背光模块，其特征在于，其中该结构膜套组进一步包含另一第一膜片，平行设置于该面光源及该分光膜组合之间，其中该二个第一膜片其中之一的各该第一微结构的该投影长轴实质上正交于该二个第一膜片其中之另一的各该第一微结构的该投影长轴。

5.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，其中该结构膜套组进一步包含一第二膜片，平行设置于该面光源及该分光膜组合之间，包含一朝向该光源出光面的第二膜片入光面及一位于相反侧的第二膜片出光面，该第二膜片入光面及该第二膜片出光面至少其中之一均匀分布有多个第二微结构，各该第二微结构由所在的该第二膜片入光面或该第二膜片出光面凸出或凹入。

6.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，其中该面光源包含：

一电路基板，包含一面朝该结构膜套组的第一面；

多个发光二极管，发射蓝光，并且以板上晶片封装方式设置于该第一面；

并且，该背光模块进一步包含一蓝光穿透膜以及一量子点膜，设置在该面光源及该结构膜套组之间。

7.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，其中该面光源包含：

一电路基板，包含一面朝该结构膜套组的第一面；

多个发光二极管，发射蓝光，并且以晶片级封装方式设置于该第一面；

并且，该背光模块进一步包含一蓝光穿透膜以及一量子点膜，设置在该面光源及该结构膜套组之间。

8.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，其中该面光源包含：

一电路基板，包含一面朝该结构膜套组的第一面；

多个发光二极管，发射白光，并且以晶片级封装方式设置于该第一面。

9.如权利要求6至8任一项所述的背光模块，其特征在于，其中该面光源进一步包含一反射片，设置于该第一面上，其中该些发光二极管分别穿过该反射片。

10.如权利要求9所述的背光模块，其特征在于，其中反射片为白色或银色。

11.如权利要求6至8任一项所述的背光模块，其特征在于，其中该面光源进一步包含一反射涂层，涂布于该第一面的该些发光二极管以外的位置。