本發明涉及一種光學增強單元，特別涉及具有量子點的背光模塊。

背景技術：

隨著顯示科技不斷的發展，就量產規模與產品應用普及性而言，液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display,LCD)為平面顯示技術的主流。于液晶顯示裝置中，提供液晶顯示裝置所需的背光源的背光模塊扮演著相當重要的角色。

一般而言，液晶顯示裝置的背光模塊內是設置有多個發光二極管所組成的發光二極管光條(LED light-bar)，用以提供液晶顯示裝置所需的背光源。由于液晶顯示裝置的面板模塊本身不具有發光的能力，背光模塊的功能即在于供應充足的亮度與分布均勻的光源，使液晶顯示裝置能正常顯示影像。目前液晶顯示裝置已廣泛應用于監視器、筆記本電腦、數字相機及投影機等具有成長潛力的電子產品，因此帶動背光模塊及其相關零組件的需求持續成長。

隨著量子點技術逐漸成熟，其具有高色域的特性應用于液晶顯示裝置，增加液晶顯示裝置的色彩飽和度，使得影像有更豐富的顯示效果。然而，一般量子點顯示裝置的量子點容易受熱影響造成發光效率下降。

因此，如何有效率的使用量子點技術以達到高色彩顯示裝置，同時還能維持背光模塊的發光亮度及顯示畫面的均勻度實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域極需改進的目標。

技術實現要素：

本發明在于提供一種背光模塊，借以進一步提升顯示裝置的高色彩與亮度，且又可兼顧顯示畫面的均勻度。

依照本發明的一實施例公開一種背光模塊具有導光部、光源、反射部、光柵、棱鏡片、擴散膜、光增益材料與反射層，導光部的入光面位于底面與出光面之間的側邊；光源設置于入光面的一側；反射部沿著導光部的底面設置；光柵沿導光部的出光面設置，具有多個等間距設置的亮區及暗區；棱鏡片鄰近光柵的表面具有多個微結構，微結構的水平剖面的第一側面與該第二側面夾出一角度；擴散膜具有凹陷部以使光增益材料容置于凹陷部及反射層形成于擴散膜的平坦部。

依照本發明的一實施例公開一種背光模塊，該背光模塊包括一導光部、一光源、一反射部、一光柵、一棱鏡片、一擴散膜、一光增益材料及一反射層；所述導光部包括一入光面、一底面及一出光面，其中該出光面與該底面為該導光部的相對表面，該入光面位于該底面與該出光面之間的側邊；所述光源設置于該入光面的一側，用以發出一光線；所述反射部沿著該導光部的該底面設置；所述光柵沿該導光部的該出光面設置，包括多個亮區及多個暗區，且所述多個亮區為等間距設置；所述棱鏡片沿著該光柵的平面設置，其中該棱鏡片具有相對的兩個表面，鄰近該光柵的一表面包括多個第一微結構，其中每一第一微結構的一水平剖面包括一第一側面及一第二側面，另一表面為一平面；所述擴散膜具有一第一表面及一第二表面，其中：該第一表面包括一凹陷部；該第二表面包括對應該凹陷部所形成的一凸起部及一平坦部；所述光增益材料容置于該擴散膜的該凹陷部；所述反射層形成于該第二表面的平坦部。

依照本發明的另一實施例公開一種光學增強單元及制造方法，借以提升顯示裝置的光線轉換效率，進一步提升影像色彩飽和度。

依照本發明的另一實施例公開一種光學增強單元，該光學增強單元包括一擴散膜、一光增益材料、一反射層及一棱鏡片；所述擴散膜具有一第一表面及一第二表面，其中：該第一表面包括一凹陷部；該第二表面包括對應該凹陷部所形成的一凸起部及一平坦部；所述光增益材料容置于該擴散膜的該凹陷部；所述反射層形成于該第二表面的平坦部；所述棱鏡片具有相對的兩個表面，其中一表面為平面并貼附于該擴散膜的第一表面，其中多個第一微結構形成于另一表面，所述多個第一微結構的水平剖面為一三角形，每一第一微結構的水平剖面包括一第一側面及一第二側面。

依照本發明的又一實施例公開一種光學增強單元的制造方法，適用于如所述的該光學增強單元，該制造方法包括：于該擴散膜的該第一表面，通過模壓或熱塑方式以形成該凹陷部，以使得對應該凹陷部的該第二表面形成該凸起部及該平坦部；于該擴散膜的該第二表面的該平坦部涂布一反射材料以形成該反射層；于該凹陷部充填一光增益材料；將該擴散膜與該棱鏡片貼合，以得到該光學增強單元。

本發明的有益效果在于，本發明所公開的背光模塊，通過光學設計以達到提升光強度、光均勻性同時兼顧背光模塊輕薄化的需求。

以上的關于本公開內容的說明及以下的實施例的說明是用以示范與解釋本發明的精神與原理，并且提供本發明的專利申請范圍更進一步的解釋。

附圖說明

圖1為根據本發明的一實施例所繪示的背光模塊的立體示意圖。

圖2為根據本發明的一實施例所繪示的背光模塊的剖面圖。

圖3A為根據本發明的一實施例所繪示的局部示意圖。

圖3B為根據本發明的一實施例所繪示的局部示意圖。

圖4A為根據本發明的一實施例所繪示的光柵的剖面圖。

圖4B為根據圖4A所繪示的光跡示意圖。

圖5為根據本發明的一實施例所繪示的光跡示意圖。

圖6A為根據本發明的一實施例所繪示的棱鏡片的局部光跡示意圖。

圖6B為根據本發明的一實施例所繪示的棱鏡片的局部光跡示意圖。

圖7為根據本發明另一實施例所繪示的背光模塊的剖面圖。

圖8為本發明的一實施例所述的光學增強單元的制造方法示意圖。

其中，附圖標記說明如下：

背光模塊：100

顯示面板：200

制造方法：300

光源：120

導光部：110

入光面：111

入光面：112底面：113

反射部：130

反射面：131光柵：140

亮區：143

暗區：145

棱鏡片：150

微結構：141、151

擴散膜：160

凹陷部：161

平坦部：163

凸起部：165

光增益材料：170

反射層：180

光路徑：L1～L5

距離：D

角度：θ、φ、θ1

波長：γ、λ

具體實施方式

下文是舉實施例配合所附附圖作詳細說明，但所提供的實施例并非用以限制本發明所涵蓋的范圍，而結構操作的描述非用以限制其執行的順序，任何由元件重新組合的結構，所產生具有均等技術效果的裝置，皆為本發明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅以說明為目的，并未依照原尺寸作圖。為使便于理解，下述說明中相同元件將以相同的符號標示來說明。

關于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

關于本文中所引用的附圖，若說明書或附圖未特別說明其比例關系，則附圖并非用以限定本發明的比例關系，其僅僅是為了簡單示意。

請同時參考圖1及圖2，圖1為根據本發明的一實施例所繪示的背光模塊的立體示意圖；圖2為根據本發明的一實施例所繪示的背光模塊的剖面示意圖。背光模塊100包含導光部(light guide part)110、光源120、反射部(reflection part)130、光柵(grating)140、棱鏡片(prism sheet)150及擴散膜(diffuser)160。導光部110具有入光面(incident surface)111、出光面(top surface)112及底面(bottom surface)113。底面113相對于出光面112，且入光面111介于出光面112與底面113之間。導光部110內的導光介質(medium)可以包括有空氣、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、或者是可用來導光的材質。光源120沿著入光面111設置，用以發出一光線使得光源120的光線可以通過入光面111，光線自入光面111朝導光部110入射，光源120可以是單頻光(monochromatic light)，舉例而言可以是藍光或紫外光，于一較佳實施例中，光源120的波長可以為450納米(nm，nanometer)。

反射部130鄰近于導光部110的底面113，反射部130具有反射面131，用以將光線反射以增加光線的散射路徑(scattering path)，達到增加光的均勻性的技術效果。其中反射部130可包括有多個微結構(micro structure)133凸起或凹陷以形成反射面131。光柵140(Grating)沿導光部110的出光面112設置，其中鄰近導光部110的表面包括多個微結構141，微結構141可以與光柵140表面具有角度以形成于光柵140的表面，微結構141包括多個亮區(bright zone)143及多個暗區(dark zone)145，且每個暗區145具有大體上相等的間距(pitch)D，以使得射入光柵140的光線經由繞射路徑通過光柵140，由于入射光柵140的光線來自不同角度，因此光柵140的暗區145角度可以包含多種角度，已使得出射的光源達到均勻的功效。所述的反射部130可以是多層膜反射片、白反射片或者表面涂布反射材料如金、銀、鋁或合金等，本發明并不以此為限。

棱鏡片150(prism sheet)沿著光柵140的平面設置，其中棱鏡片150具有相對的兩個表面，鄰近光柵140的表面包括多個微結構151，其中每個微結構151的水平剖面(cross-section)包括第一側面(wall)及第二側面，該第一側面與該第二側面夾出小于90度的角度φ、另一相對的表面為平面。微結構151可以是多個金字塔形也可以是多個三角柱形的結構，只要是兩相對側面所夾出的角度φ固定即為本發明所涵蓋的范圍，以使得通過棱鏡片150的光線可以朝垂直平面(亦及棱鏡片的法線方向)的方向出射。本發明的一較佳實施例兩相對側面所夾出的角度φ可以為68度。然而本發明并不以此為限，可依使用者需求設計適合的角度φ。

擴散膜(diffuser)160具有第一表面及第二表面，第一表面貼附著棱鏡片150的平面設置，且第一表面具有多個凹陷部(cave)161，用以容納光增益材料(wavelength-transform material)170，其中光增益材料170可以是包括量子點(quantum dot)或者磷光材料(phosphor)等可以使光線通過光增益材料170而改變光線特性，更進一步解釋，此量子點或是磷光材料可以被封裝在真空玻璃管(vacuum glass tube)或是塑膠管中以起到保護技術效果；第二表面相對于第一表面，且第二表面對應第一表面的凹陷部161形成多個突起部165，其余的第二表面則形成平坦部163，涂布或覆蓋有反射層(reflection layer)180。擴散膜160可以由亞克力粒子、亞克力膠液與聚酯薄膜(Polyester Film,PET)等材料所組成。反射層180可以是金、銀、鋁或具有反射效果的金屬材料，顯示面板200設置于背光模塊100上，光線通過背光模塊100朝顯示面板200入射。

請搭配圖2參考圖3A，，圖3A為根據本發明的一實施例所繪示的反射部130的局部示意圖。如圖3A所示，反射部130可包括有多個相等間距、尺寸的微結構133或者不同間距、尺寸的微結構133凸起或凹陷于反射部130以形成反射面131。換句話說，微結構133的反射面133可以與反射部130的表面具有夾角以形成斜面。而微結構133的高度、寬度、角度與間距可以設計為不同或是隨著距離光源遠近，微結構133的角度可以與光源距離成相關漸變的調整，以增加光線散射路徑以及發光面均勻度。于本發明的另一實施例，反射部130也可以是相對于導光部110而具有一斜面的反射結構，只要是可以用來反射光線以增加光線散射路徑的反射結構，均為本發明所涵蓋的范圍。

請搭配圖2參考圖3B，圖3B為根據本發明的一實施例所繪示的棱鏡片150與擴散膜160的局部示意圖。如圖3B所示，棱鏡片150的微結構151主要設置于擴散膜160的凹陷部161開口之下，使得通過棱鏡片150的光線可以朝垂直平面(亦及棱鏡片的法線方向)的方向射入擴散膜160，進一步射入光增益材料170。

請搭配圖2參考圖4A，，圖4A為根據本發明的一實施例所繪示的光柵的剖面圖。如圖4A所示，光柵140的表面包括多個微結構141，微結構141可以與光柵140表面具有角度以形成于光柵140的表面，每個微結構141的角度可以是相等也可以不相等，由于光線由四面八方射向光柵140，通過設置多種角度的多個微結構141，可以達到充分利用散射后光線的目的。每個微結構141可包括多個亮區143及多個暗區145，亮區143可以是讓光線通過的區域，例如是多個狹縫(slit)以形成亮區143，且任兩相鄰狹縫的間距D大體上相等，亦即，多個亮區143或多個暗區145為等間距設置。

接著請搭配圖4A參考圖4B，圖4B為根據圖4A所繪示的光跡示意圖。光柵140供入射光(incident light)經過光線可根據布拉格定律(Bragg’s law)以使得射入光柵140的光線以繞射角θ(diffraction angle)經由繞射路徑(diffraction path)通過光柵140，使得光線朝垂直光柵140的出光面的方向射出。光柵140可以是繞射光柵使入射光的振幅或相位(或兩者同時)受到周期性空間調制，光柵140也可以是反射光柵(reflecting grating)或透射光柵(transparent grating)，本發明并不以此為限，只要光線可以經由相同的繞射角射出即為本發明所涵蓋的范圍。布拉格定律的方程式如下：

2Dsinθ＝nλ，其中n為正整數、入射光光線波長λ。由于光源120發出的光線為單頻光，因此波長λ為定值，但是入射角度非特定單一角度。而希望出射光柵的出射光為特定角度，所以可以通過調整間距D或是光柵傾斜的角度調整，進而決定光線與光柵140的出光光角度。

圖5為根據本發明的一實施例所繪示的光跡示意圖。以下將說明背光模塊100的光線路徑及背光模塊運作方法，在此先假設導光部110為空氣。如圖5所示，光源120發出光線L1與光線L2。光線L1是經過導光部110射向反射部130，再反射至導光部110，以增加光的散射路徑。光線L2是經過導光部110直接射向光柵140，以使得通過光柵140的光線經由繞射路徑射出具有繞射角θ1的光線L3或光線L4。以本發明的一實施例而言，光線L3與光柵140的平面所夾的角度為27度。然而本發明并不以此為限，可依使用者需求設計適合的繞射角θ。

接著，以下先說明光線L3的行經路線，請搭配圖6A參考圖5。圖6A為根據本發明的一實施例所繪示的棱鏡片的局部光跡示意圖。光線L3以垂直于棱鏡片150的微結構151側面的路徑垂直射入棱鏡片150，已使得光線L3射入微結構151的另一側面造成光線L3偏轉以根據一偏轉路徑(deflection path)使得光線L3沿著垂直平面的方向射入擴散膜160的凹陷部161，進一步射向光增益材料170，使得光線L3通過光增益材料170后造成光線特性改變。通過在光增益材料170貼附棱鏡片150使得光線L3根據偏轉路徑垂直射入光增益材料170，以提高光線轉換效率，并使得單頻光通過光增益材料造成光線波長和發光視角的特性改變，并降低背光模塊100的厚度。

再來說明光線L4的行經路線，請搭配圖6B參考圖5。圖6B為根據本發明的一實施例所繪示的棱鏡片的局部光跡示意圖。當光線L4射入擴散膜160的平坦部163時，由于平坦部163覆蓋著反射層180，因此光線L4可以通過反射路徑以射入微結構151的側面造成光線L4偏轉以根據偏轉路徑(deflection path)使得光線L4射入容置在擴散膜160的凹陷部161的光增益材料170，使得光線L3通過光增益材料170后造成光線特性改變。通過平坦部163覆蓋著反射層180的方式使得光線L4能夠反射再利用，增加光線的轉換效率。

所述的光線特性可以是例如光線L3射入含有量子點材料的光增益材料170使得光線L3在光增益材料170中激發射出具有波長γ的光線。也可以是光線L3射入含有磷光材料的光增益材料170使得光線L3在光增益材料170轉換以射出波長γ的光線。波長γ可以通過設計量子點材料能階(energy level)的能隙(band gap)而有不同的波長設計。如本發明的一較佳實施例，光線L5可以為白光。

請參考圖7，圖7為根據本發明另一實施例所繪示的背光模塊的剖面圖。本發明所公開的背光模塊100亦可應用在可撓式顯示裝置上，由于本發明所公開的背光模塊100通過光學元件的堆疊設計出適合的光線軌跡，以使背光模塊100不需過多膜層即可發出均勻的光線。且背光模塊100所使用的光學元件均可以是有彈性可彎折的材質，因而適合可撓式顯示裝置與小尺寸的顯示裝置。

圖8為本發明的一實施例所述的光學增強單元(optical enhanced unit)的制造方法示意圖。以下將說明光學增強單元的制作方法300，一種光學增強單元包括棱鏡片150、擴散膜160、光增益材料170及反射層180。步驟S310：于擴散膜160的一表面，通過模壓或熱塑方式以形成凹陷部161，以使得對應凹陷部161的另一表面形成凸起部165及平坦部163。其中擴散膜160的凸起部165的厚度與平坦部163的厚度可以為相等也可以為不相等。步驟S320：于擴散膜160的平坦部163涂布反射材料以形成反射層180。步驟S330：于凹陷部161充填光增益材料170。步驟S340：將擴散膜160與棱鏡片150貼合，以得到光學增強單元。其中所述的反射材料可以是金、銀、鋁或具有反射效果的金屬材料。光增益材料170內含有的量子點尺寸的長寬高三維空間任一維度空間可以是小于100納米以下的納米微晶粒。

本發明提供一種應用量子點的輕薄化背光模塊。在較佳實施例中，本發明的顯示裝置為液晶顯示裝置、等離子體顯示裝置、電濕潤顯示裝置等使用背光模塊的平面顯示裝置。然而在其他實施例中，本發明的顯示裝置亦可以為其他類型的顯示裝置。

本發明提供一種應用量子點的輕薄化背光模塊。在較佳實施例中，可以應用在具有可撓性基板的顯示裝置。

根據本發明所公開的背光模塊，通過設置光柵及光學增強單元于背光模塊，使得從導光部的射出的光線可通過光柵的以射出具有相同出射角的光線，以使得光線垂直射入棱鏡片的側面。再經過偏轉路徑以射入光增益材料中，進而使得光線能在光增益材料中改變光的特性以射出不同于光源特性的光線，并且通過設置反射部已使得光線均勻散射進一步地提升背光模塊的光均勻性及光強度。

此外，本發明所公開的背光模塊，導光部可以由空氣或者輕薄的導光介質所組成，進而在大幅提升背光模塊的均勻性與亮度之外，更進一步薄化背光模塊，以兼顧背光模塊的輕薄化需求。

綜上所述，本發明所公開的背光模塊，通過光學設計以達到提升光強度、光均勻性同時兼顧背光模塊輕薄化的需求。

雖然本發明以前述的實施例公開如上，然而其并非用以限定本發明。在不脫離本發明的精神和范圍內，所做的變動與潤飾，均屬本發明的專利保護范圍。關于本發明所界定的保護范圍請參考所附的權利要求書。