TWI688805B - 背光模組 - Google Patents

Abstract

本發明背光模組包含光源、多層膜、波長轉換層。多層膜設置於光源上。波長轉換層設置於多層膜相反於光源的一面。波長轉換層將來自光源的部分光線轉換為多個色光，包含第一色光及第二色光。第一色光的強度峰值對應的波長值小於第二色光的強度峰值對應的波長值。多層膜具有關於波長之反射範圍，多層膜將波長落於反射範圍內的光線反射，且反射範圍的下限的波長值不大於第一色光強度峰值對應的波長值。

Description

背光模組

本發明係關於一種背光模組；具體而言，本發明係關於一種應用於顯示裝置之背光模組。

發光二極體搭配受光激發材料(如螢光粉)提供背光的方式為現有顯示裝置主要採用的背光產生作法。一般而言，受光激發材料會製成一光學膜片，並設置在發光二極體上方。當發光二極體發出的光線抵達光學膜片時，即可激發光學膜片中的粒子(例如螢光粉粒子)以產生不同顏色的光線。然而，被激發所產生的光線中，有些光線並不是朝著出光方向前進的，這將造成光線利用率下降。因此現有的顯示裝置仍有待改進。

本發明之一目的在於提供一種背光模組，可提高光利用率。

背光模組包含光源、多層膜、波長轉換層。多層膜設置於光源上。波長轉換層設置於多層膜相反於光源的一面。波長轉換層將來自光源的部分光線轉換為多個色光，包含第一色光及第二色光。第一色光的強度峰值對應的波長值小於第二色光的強度峰值對應的波長值。多層膜具有 關於波長之反射範圍，多層膜將波長落於反射範圍內的光線反射，且反射範圍的下限的波長值不大於第一色光強度峰值對應的波長值。藉由多層膜將特定波長範圍的光線反射，使非朝著出光方向前進的光線改為沿出光方向出射，以提高光線利用率。

1‧‧‧背光模組

10‧‧‧光源

20‧‧‧多層膜

21‧‧‧第一面

22‧‧‧第二面

30‧‧‧波長轉換層

32,32B,32G,32R‧‧‧粒子

34,34G,34R‧‧‧粒子

40‧‧‧基材

41‧‧‧第三面

42‧‧‧第四面

C11,C12‧‧‧色光

C21,C22,C23‧‧‧色光

C3,C31,C32,C33‧‧‧色光

C4‧‧‧色光

P1,P2,P3‧‧‧峰值

R1,R2‧‧‧反射範圍

圖1為本發明背光模組的一實施例示意圖。

圖2為背光模組的放大示意圖。

圖3為多層膜反射頻譜與波長轉換層發光強度的示意圖。

圖4為多層膜穿透頻譜的示意圖。

圖5為背光模組的另一實施例放大示意圖。

圖6為背光模組的另一實施例放大示意圖。

圖7為多層膜反射頻譜與波長轉換層發光強度的示意圖。

圖8為背光模組發光強度的示意圖。

應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件”上”或”連接到”另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為”直接在另一元件上”或”直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。

應當理解，儘管術語”第一”、”第二”、”第三”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此， 下面討論的”第一元件”、”部件”、”區域”、”層”或”色光”可以被稱為第二元件、部件、區域、層或色光而不脫離本文的教導。

本文使用的”約”、”近似”、或”實質上”包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量(即，測量系統的限制)。例如，”約”可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30%、±20%、±10%、±5%內。再者，本文使用的“約”、”近似”或“實質上”可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

圖1為本發明背光模組1的一實施例示意圖。如圖1所示，背光模組1包含光源10、多層膜20、波長轉換層30。多層膜20設置於光源10上方，較佳與光源10之出光面間夾有一間距，但不以此為限。波長轉換層30設置於多層膜20相反於光源10的一面，並將來自光源10的部分光線轉換為多個色光。多層膜20允許光源10的光線穿透，穿透的光線中部分經波長轉換層30轉換後折返多層膜20，並經多層膜20至少部分反射後出射於背光模組1。所述多層膜20較佳是由具有不同折射率的多個介質所組成的光學膜片，可反射特定波長範圍的光線。

具體而言，請參考圖2的示意圖。如圖2所示，光源10的光線穿透多層膜20抵達波長轉換層30。波長轉換層30內填充有粒子32，當粒子32受到來自光源10的光線激發後，可轉換為不同色光。在圖2的例子中，光源10的光線一部分維持原來的顏色，另一部分經由粒子32轉為不同顏色。詳言之，來自光源10的部分光線藉由粒子32G和粒子32R分別轉換為色光(C11,C12)及色光(C21,C22,C23)。來自光源10的另一部分光線為光源所產生的色光C3。如圖2所示，色光C3穿透多層膜20及波長轉 換層30後直接出射，色光C12經粒子32G產生後出射，色光(C21,C22)經粒子32R產生後出射，而色光C11和色光C23被多層膜20反射後出射。

前述色光(C11,C12)和色光(C21,C22,C23)為不同波長的色光。色光(C11,C12)的強度峰值對應的波長值小於色光(C21,C22,C23)的強度峰值對應的波長值。舉例而言，光源10為藍光發光二極體，且多層膜20允許藍光穿透。波長轉換層30為直接塗佈在多層膜20上的螢光膠，其內部填充的粒子32G和粒子32R分別為綠色及紅色螢光粉，而可分別產生綠光和紅光。以圖2為例，色光(C11,C12)為綠光，色光(C21,C22,C23)為紅光。多層膜20例如為二向色濾光片(Dichroic filter)

，可將綠光和紅光反射。換言之，多層膜20具有關於波長之反射範圍，波長落於反射範圍內的光線會被多層膜20反射。在前述例子中，多層膜20的反射範圍包含綠光和紅光的波段。於一實施例，多層膜20於反射範圍的反射率較佳大於80%，以確保提高光利用率的效果。如圖2所示，對於轉換後的色光(C11,C12)及色光(C21,C22,C23)，其中色光C11和色光C23原本朝相反於出光方向前進，藉由多層膜20，將色光C11和色光C23反射後改為沿出光方向出射，使得光線利用率提升。上述之出光方向較佳係指光線可自波長轉換層30之出光側離開波長轉換層30之方向，而不以垂直於波長轉換層30表面之方向為限。

圖3為多層膜反射頻譜與波長轉換層發光強度的示意圖。在圖3中，曲線L1為波長轉換層發光頻譜，曲線L2為多層膜反射頻譜。如曲線L1所示，波長轉換層轉換後的色光包含綠光及紅光。綠光的強度峰值P1對應的波長值(約530nm)小於紅光的強度峰值P2對應的波長值(約655nm)。換言之，綠光為轉換後的色光中，色光峰值對應最短波長的色光。

如曲線L2所示，多層膜對不同波長光線有不同反射率，並 具有關於波長之反射範圍R1。在圖3的例子中，反射範圍R1對應的反射率大致為或接近於100%。由於反射範圍R1中各波長的反射率可能些微差異，前述反射率數值是指反射範圍R1中的平均反射率。如圖3所示，綠光及紅光的波段落於多層膜的反射範圍R1內，因此多層膜將綠光及紅光反射。

進一步而言，反射範圍R1較佳有波長之上下限。在一實施例，反射範圍R1的上限的波長值不大於780nm。另一方面，反射範圍R1的下限的波長值不大於轉換後最短波段的色光的強度峰值所對應的波長值。換言之，反射範圍R1的下限可根據最短波長的色光的強度峰值(即P1)所對應的波長值來界定。以圖3為例，最短波長的色光為綠光，反射範圍R1的下限的波長值(約510nm)不大於綠光強度峰值P1所對應的波長值。換言之，多層膜將轉換後的色光的波長值中，大於或等於綠光強度峰值P1對應波長值的色光反射。

前述反射範圍R1的下限例如以多層膜反射率曲線上升緣的最低點為準。如圖3所示，曲線L2在波長480nm及530nm之間從平均較低的反射率沿上升緣爬升至平均較高的反射率，反射範圍R1以上升緣的最低點所對應的波長值作為其下限值。

於較佳實施例，反射範圍R1的下限的波長值不大於轉換後最短波段的色光於強度峰值的20%對應的波長值。以圖3為例，最短波長的色光為綠光，反射範圍R1的下限的波長值不大於綠光強度峰值P1的20%所對應的波長值。換言之，多層膜將轉換後的色光的波長值中，大於或等於綠光強度峰值P1的20%對應波長值的色光反射。需補充的是，前述反射範圍R1的下限係對應於轉換後最短波段的色光強度隨波長值遞減而遞減的一側，亦即，強度峰值的20%對應的波長值是位於短波長的一側。

請參考圖4繪示多層膜的穿透頻譜。如前所述，多層膜讓光源的光線穿透。以藍光光源為例，多層膜於藍光範圍(450nm至495nm)的穿透率較佳大於50%，甚至可達80%左右。於一實施例，多層膜於光線波長範圍介於380nm至500nm的穿透率大於50%。藉此設計，確保光源的光線提供至波長轉換層，以提高光利用率。

圖5為背光模組1的另一實施例放大示意圖。如圖5所示，背光模組1包含光源10、多層膜20、波長轉換層30、基材40。多層膜20設置於光源10上。波長轉換層30位於多層膜20相反於光源10的一側。波長轉換層30及多層膜20設置在基材40的相對兩面上。波長轉換層30將來自光源10的部分光線轉換為多個色光。多層膜20讓光源10的光線穿透並且將波長轉換層30轉換後的光線反射。波長轉換層30內填充有粒子34，當粒子34受到來自光源10的光線激發後，可轉換為不同色光。舉例而言，光源10為藍光發光二極體，且多層膜20允許藍光穿透。波長轉換層30為藉由基材40設置在多層膜20上的量子點膜片或膜層，其內部填充的粒子34G和粒子34R可分別產生綠光和紅光。需補充的是，對於採用基材構成如圖5所示的背光模組(即光線需經過多層膜20、基材40，然後抵達波長轉換層30的結構)，基材之折射率範圍較佳為1.35至1.65，確保來自光源10的光線提供至波長轉換層。

圖6為背光模組1的另一實施例放大示意圖。如圖6所示，光源10的光線穿透多層膜20抵達波長轉換層30。波長轉換層30內填充有粒子32，當粒子32受到來自光源10的光線激發後，可轉換為不同色光。在圖6的例子中，光源10的光線一部分維持原來的顏色，另一部分經由粒子32轉為不同顏色。詳言之，來自光源10的部分光線藉由粒子32B、粒子32G和粒子32R分別轉換為色光(C11,C12)、色光(C21,C22)及色光 (C31,C32,C33)。來自光源10的另一部分光線為光源10所產生的色光C4。如圖6所示，色光C12經粒子32B產生後出射，色光C21經粒子32G產生後出射，色光(C32,C33)經粒子32R產生後出射，而色光C11、色光C22和色光C31被多層膜20反射後出射。

前述色光(C11,C12)、色光(C21,C22)和色光(C31,C32,C33)為不同波長的色光。色光(C11,C12)的強度峰值對應的波長值小於色光(C21,C22)的強度峰值對應的波長值和色光(C31,C32,C33)的強度峰值對應的波長值。舉例而言，光源10為紫外光發光二極體，且多層膜20允許紫外光穿透。波長轉換層30為直接塗佈在多層膜20上的螢光膠，其內部填充的粒子32B、粒子32G和粒子32R分別為藍色、綠色及紅色螢光粉，而可分別產生藍光、綠光和紅光。以圖6為例，色光(C11,C12)為藍光，色光(C21,C22)為綠光，色光(C31,C32,C33)為紅光。多層膜20可將藍光、綠光和紅光反射。換言之，多層膜20具有關於波長之反射範圍，波長落於反射範圍內的光線會被多層膜20反射。在前述例子中，多層膜20的反射範圍包含藍光、綠光和紅光的波段。

於一實施例，多層膜20於反射範圍的反射率較佳大於80%，以確保提高光利用率的效果。如圖6所示，對於轉換後的色光(C11,C12)、色光(C21,C22)和色光(C31,C32,C33)，其中色光C11、色光C22和色光C31原本朝相反於出光方向前進，藉由多層膜20將色光C11、色光C22和色光C31反射後改為沿出光方向出射，使得光線利用率提升。上述之出光方向較佳係指光線可自波長轉換層30之出光側離開波長轉換層30之方向，而不以垂直於波長轉換層30表面之方向為限。

圖7為多層膜反射頻譜與波長轉換層發光強度的示意圖。在圖7中，曲線L4為波長轉換層發光頻譜，曲線L5為多層膜反射頻譜。如 曲線L4所示，波長轉換層轉換後的色光包含藍光、綠光及紅光，各具有強度峰值P1、P2、P3。藍光的強度峰值P1對應的波長值(約445nm)小於綠光的強度峰值P2對應的波長值(約530nm)，亦小於紅光的強度峰值P3對應的波長值(約655nm)。換言之，藍光為轉換後的色光中，色光峰值對應最短波長的色光。

如曲線L5所示，多層膜對不同波長光線有不同反射率，並具有關於波長之反射範圍R2。在圖7的例子中，反射範圍R2對應的反射率大致為或接近於100%。由於反射範圍R2中各波長的反射率可能些微差異，前述反射率數值是指反射範圍R2中的平均反射率。如圖7所示，藍光、綠光及紅光的波段落於多層膜的反射範圍R2內，因此多層膜將藍光、綠光及紅光反射。

進一步而言，反射範圍R2較佳有波長之上下限。在一實施例，反射範圍R2的上限的波長值不大於780nm。另一方面，反射範圍R2的下限的波長值不大於轉換後最短波段的色光的強度峰值(即P1)所對應的波長值。換言之，反射範圍R2的下限可根據最短波長的色光的強度峰值所對應的波長值來界定。以圖7為例，最短波長的色光為藍光，反射範圍R2的下限的波長值(約405nm)不大於藍光強度峰值P1所對應的波長值。換言之，多層膜將轉換後的色光的波長值中，大於或等於藍光強度峰值P1對應波長值的色光反射。前述反射範圍R2的下限例如以多層膜反射率曲線上升緣的最低點為準。如圖7所示，曲線L5在波長380nm及430nm之間從平均較低的反射率沿上升緣爬升至平均較高的反射率，反射範圍R2以上升緣的最低點所對應的波長值作為其下限值。

於較佳實施例，反射範圍R2的下限的波長值不大於轉換後最短波段的色光於強度峰值的20%對應的波長值。以圖7為例，最短波長 的色光為藍光，反射範圍R2的下限的波長值不大於藍光強度峰值P1的20%所對應的波長值。換言之，多層膜將轉換後的色光的波長值中，大於或等於藍光強度峰值P1的20%對應波長值的色光反射。需補充的是，前述反射範圍R2的下限係對應於轉換後最短波段的色光強度隨波長值遞減而遞減的一側，亦即，強度峰值的20%對應的波長值是位於短波長的一側。

圖8為背光模組發光強度的示意圖。在圖8中，曲線L6(實線)為本發明實施例背光模組的發光頻譜，背光模組具有前述之多層膜並採用的螢光層作為波長轉換層，以藍光發光二極體作為光源。曲線L7(虛線)為作為對照實驗組的背光模組的發光頻譜，對照的背光模組僅具有螢光層而無多層膜之設置。如圖8所示，藉由多層膜之設置，曲線L6在波長500nm以上的強度較曲線L7有明顯提升。

進一步如表一所示，分別列出本發明實施例背光模組與對照實驗組的背光模組的結構、亮度、亮度百分比之關係。亮度為曲線L6(或L7)下面積的積分值。亮度百分比以對照實驗組的背光模組的亮度為基準，因此對照實驗組的背光模組的亮度百分比定為100%。如表一所示，本發明實施例背光模組亮度增加超過80%，由此可知採用本發明背光模組可有效提高光利用率。

此外，選取不同設置方式觀察亮度變化。在表二中，樣本A為本發明實施例之背光模組，背光模組具有多層膜並採用的螢光層作為波長轉換層，以藍光發光二極體作為光源。樣本B為對照的背光模組，其與樣本A採用相同組成但不同的設置方式。在樣本B，多層膜改為設置於螢光層相反於光源的一面。如表二所示，以樣本A背光模組亮度為基準(100%)，樣本B的亮度僅剩13%。由此可知由於多層膜會反射螢光層轉換後的光線，當螢光層較多層膜設置更接近光源，螢光層會先將部分光源的光線轉換為不同色光，接著螢光層轉換後的光線幾乎都被多層膜反射，因此顯然採用樣本A能有效提高光利用率。

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。

1‧‧‧背光模組

10‧‧‧光源

20‧‧‧多層膜

21‧‧‧第一面

22‧‧‧第二面

30‧‧‧波長轉換層

Claims (9)

1. 一種背光模組，包含：一光源；一多層膜，設置於該光源上；一波長轉換層，設置於該多層膜相反於該光源的一面，其中該波長轉換層將穿透該多層膜的來自該光源的部分光線轉換為多個色光，包含一第一色光及一第二色光，該第一色光的強度峰值對應的波長值小於該第二色光的強度峰值對應的波長值；其中，該多層膜具有關於波長之一反射範圍，該多層膜將波長落於該反射範圍內的光線反射，且該反射範圍的下限的波長值不大於該第一色光強度峰值對應的波長值。
2. 如請求項1所述之背光模組，其中，該反射範圍的下限位於該第一色光強度隨波長值遞減而遞減的一側，該反射範圍的下限的波長值不大於該第一色光於強度峰值的20%對應的波長值。
3. 如請求項1所述之背光模組，其中該波長轉換層為螢光膠，且該波長轉換層直接塗佈在該多層膜上。
4. 如請求項1所述之背光模組，其中該波長轉換層為量子點膜片，該背光模組更包含一基材，且該波長轉換層及該多層膜設置在該基材的相對兩面上。
5. 如請求項1所述之背光模組，其中該多層膜於該反射範圍的反射率大於80%。
6. 如請求項1所述之背光模組，其中該反射範圍的上限的波長值不大於 780nm。
7. 如請求項1所述之背光模組，其中該光源為藍光發光二極體，該第一色光為綠光，且該多層膜允許藍光穿透。
8. 如請求項1所述之背光模組，其中該光源的光線於波長範圍介於380nm至500nm的穿透率大於50%。
9. 如請求項1所述之背光模組，其中該光源為紫外光發光二極體，該第一色光為藍光，且該多層膜允許紫外光穿透。

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