CN101004512A - 背光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种背光模块，其包括有一具有一入光面与一出光面的导光板以及至少一发光二极管混光元件，设于该入光面附近，以作为该背光模块的光源。其中，该发光二极管混光元件包括有至少一第一色光LED芯片与至少一相对应的第一色补偿膜，设置于该导光板的入光面表面，以及至少一第二色光LED芯片与至少一相对应的第二色补偿膜，设置于该导光板的入光面表面。此外，该背光模块又包括有至少一光谱(spectrum)感应器设置于该出光面上。

Description

背光模块
技术领域
本发明提供一种背光模块，特别是涉及一种具有能产生白光的发光二极管混光元件的背光模块。
背景技术
由于发光二极管(light emitting diode，LED)具有寿命长、体积小、高耐震性、发热度小及耗电量低等优点，故发光二极管已被广泛地应用于家电制品及各式仪器的指示灯或光源。而且近年来，更由于发光二极管朝向多色彩及高亮度化发展，因此其应用范围已拓展至各种携带式或大型电子产品中，用以作为显示器的背光源、灯具、警示号志以及户外多媒体彩色看板等，成为兼具省电和环保概念的新照明光源。
请参阅图1，图1为现有一发光二极管封装元件10的剖面示意图。现有发光二极管封装元件10包括有一封装基底12以及一发光二极管芯片14，发光二极管芯片14上有一N型电极16以及一P型电极18，而封装基底12上也有二相对的电极20、22。在芯片式发光二极管封装元件10的制作工艺中，是先将发光二极管芯片14以银胶(图未示)黏着固定于封装基底12上。当发光二极管芯片14被固定于封装基底12上后即进行打线步骤，将发光二极管芯片14上的N型电极16与P型电极18分别以导线24与26连接至封装基底12上的二电极20与22。打线完成后再进行封胶制作工艺，即将整个发光二极管封装元件10置于一模具中(图末示)，并利用环氧树脂(epoxy)或其它防水抗热的耐久透明材料填充的并待其硬化后取出，最后发光二极管芯片14、封装基底12以及各电极与各导线，便都被包覆在一由环氧树脂所充填形成的封胶28中。
由于一般信息产品的平面显示器所需的背光源都以白光为主，因此应用作为背光源的LED也需能产生白光。然而，与目前普及的照明器具白炽钨丝灯泡或日光灯相比，虽然白光LED有体积小、反应速度快、发热量低、低耗电量、寿命长、可平面封装、低污染及高防震性等优点，但因白光LED成本高、发光效率低，因此白光LED目前商品化的产品不多。在现有技术中，业界一般产生白光的方式包括有：
(1).使用蓝光LED芯片加黄绿光荧光粉而形成白光，此方法成本及效率皆较低，为大部分业界所采用，但其有一明显缺点为所产生的白光缺少红光部分，故其色彩表现不佳；
(2).使用红、蓝、绿光三颗LED芯片，利用调整通过三颗LED芯片的电流来产生白光，此法效率最高，但生产成本亦最高；
(3).使用紫外光(UV)芯片加上红、绿、蓝光荧光粉，但此法效率较低，而且UV光易造成环氧树脂老化；以及
(4).蓝色LED芯片加上红、绿光荧光粉，然此法效率偏低。
所以目前业界另研发出将红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片同时封装在一封装元件内，并用传统的环氧树脂加以封装保护，以使同一发光二极管封装元件能同时产生红光、蓝光以及绿光。然而，一般环氧树脂的混光效果不佳，因此，为了提高混光效果以得到所需的白光，必须在导光板与发光二极管封装元件之间另设一混光机构，或是增加导光板尺寸以及显示器显示区域(viewing area)至发光二极管封装元件的距离，以改善混光效果。
如图2所示，图2为现有为改善混光效果的导光板与发光二极管封装元件的配置图。现有发光二极管封装元件30同时封装三种红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片，当发光二极管封装元件30应用于一侧光式背光模块时，会设置于一导光板32的一侧面32a。然而，由于发光二极管封装元件30的混光效果不佳，因此必须增加发光二极管封装元件30至导光板32的显示区域34间的距离，以提高混光效果，故导光板32的尺寸必须加大，以提供一混光区域36，使得从发光二极管封装元件30产生的光线能在混光区域36充分混光而产生白光，进入显示区域34中。因此，不论是利用增加导光板长度或是在导光板或发光二极管封装元件之间加设混光机构，都有必须增加整体背光模块的尺寸以及提高背光模块的制作成本等缺点。
由上述可知，如何提供成本低廉、发光效率高而能产生白光的发光二极管封装元件，仍为业界亟待研究的方向。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种包括有不同色LED芯片与相对应各色LED芯片的补偿膜的发光二极管混光元件，以使多色发光二极管所产生的多色光能在背光模块中充分混光而产生白光，以解决现有发光二极管因需产生白光而导致背光模块体积增大的问题。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种背光模块，其包括有一具有一入光面与一出光面的导光板以及至少一发光二极管混光元件设于该入光面附近，以作为该背光模块的光源。其中，该发光二极管混光元件包括有至少一第一色光LED芯片与至少一相对应的第一色补偿膜设置于该导光板的入光面表面，以及至少一第二色光LED芯片与至少一相对应的第二色补偿膜设置于该导光板的入光面表面。此外，该背光模块又包括有至少一光谱(spectrum)感应器设置于该出光面上。
由于本发明是将红光LED芯片、蓝光LED芯片及绿光LED芯片配合相对应红光LED芯片的青色补偿膜、相对应绿光LED芯片的紫色补偿膜以及相对应蓝光LED芯片的黄色补偿膜形成一发光二极管混光元件，因此可以更短的距离来达成混光的效果，进而改善现有利用发光二极管产生白光需加大导光板尺寸的问题。此外，本发明的背光模块又可同时放置至少一感应器于导光板的出光面表面来测量发光二极管混光元件所投射出的光谱，然后根据感应器所测量出的光谱参数来适时调整背光模块的电压或电流，以维持显示区域中色彩的均匀性。其次，由于本发明背光模块的混光元件可混合出六种颜色，故在整个模块所包括的色饱和度(NTSC)较以往三色LED含盖更广的区域，因此NTSC值会相对的提高。然后通过分别调控三LED的电流及电压值来改变每个区碱的色度值及进一步调整模块的色度分布状态。换言之，所含盖的NTSC值会因此旋转，由此挑选出最适宜的颜色输出。
附图说明
图1为现有一芯片式发光二极管封装元件的剖面示意图；
图2为现有为改善混光效果的导光板与发光二极管封装元件的配置图；
图3为本发明一背光模块的剖面示意图；
图4为图3所示导光板与发光二极管混光元件的示意图；
图5为本发明的导光板、发光二极管混光元件与感应器的示意图；
图6为本发明利用回路方式调整背光模块色度分布的方块示意图；
图7为本发明背光模块于CIE坐标上调整色饱和度的示意图。
主要元件符号说明
10    发光二极管元件      12    封装基底
14    发光二极管芯片      16    N型电极
18    P型电极             20    电极
22    电极                24    导线
26    导线                28    封胶
30    发光二极管封装元件  32    导光板
32a   导光板侧面          34    显示区域
36    混光区域            50    发光二极管混光元件
64    背光模块            66    导光板
68    光学膜片            70    光学膜片
72    入光面              73    出光面
74    红光LED芯片         76    绿光LED芯片
78    蓝光LED芯片         84    青色补偿膜
86    紫色补偿膜          88    黄色补偿膜
90    感应器              92    混光区
94    混光区              96    混光区
102   控制IC              104   电源
106   发光二极管          108   输出端
110   感应器
具体实施方式
请参照图3，图3为本发明一背光模块64的剖面示意图。如图3所示，本发明的背光模块64包括有一透明的导光板66、多个光学膜片68、70，以及至少一发光二极管混光元件50，作为侧光源。
如图3所示。导光板66的一侧面为一入光面72，用来接受侧光源所产生的光线。此外，导光板66另包括有一出光面73，设于导光板66的上表面，而入光面72与出光面73外的导光板66的其它表面上都分别设置有一反射层(图未示)，使得从入光面72进入导光板66的光线仅能从出光面73离开导光板66，以提高光利用率。另一方面，光学膜片68、70设置于导光板66的出光面73上，用来提高光线的辉度和均匀性。一般而言，光学膜片68、70可为扩散片或棱镜片，由于此技术为熟于此技者所现有，故不在此赘述。
根据本发明的较佳实施例，背光模块64为一侧光式背光模块，其侧光源为发光二极管混光元件50。然而，不局限于此侧光模式，本发明的背光模块64也可为一直下式背光模块，且当背光模块64为一直下式背光模块时，该背光模块的入光面(图未示)则设于导光板的底面。其中，导光板66的形状可为一楔形板或平板。
请参照图4，其为图3所示导光板66与发光二极管混光元件50的示意图。如图4所示，发光二极管混光元件50作为本发明的背光模块64的光源，且设于导光板66入光面72附近。其中，发光二极管混光元件50包括有至少一红光LED芯片74、至少一绿光LED芯片76以及至少一蓝光LED芯片78，其中，红光LED芯片74、绿光LED芯片76以及蓝光LED芯片78分别用来产生出红光、绿光以及蓝光。此外，各红光LED芯片74、绿光LED芯片76以及蓝光LED芯片78分别通过导线(图未示)连接于背光模块66上的电极(图末示)，并可藉由背光模块66与外界导线电连接。其次，发光二极管混光元件50另包括有至少一相对应红光LED芯片74的青色补偿膜84、至少一相对应绿光LED芯片76的紫色补偿膜86以及至少一相对应蓝光LED芯片78的黄色补偿膜88设置于导光板66的入光面72表面。根据本发明的较佳实施例，青色补偿膜84、紫色补偿膜86以及黄色补偿膜88可为全透式补偿膜或半透式补偿膜。
值得注意的是，本发明先利用至少一红光LED芯片、蓝光LED芯片76以及绿光LED芯片并配合相对应的互补色系的补偿膜，进而利用补偿混光的方式来产生白光，并将混合的白光投射进导光板66的入光面72，因此能有效减短发光二极管的混光距离，以改善现有发光二极管芯片产生白光时需加大导光板66的问题。
根据本发明的较佳实施例，本发明的背光模块64又可设置至少一感应器90，例如一光谱感应器(spectrum sensor)于导光板66表面，来配合先前所述的发光二极管混光元件50调整背光模块64的输入电流与混光后的颜色与辉度。请参照图5，其为本发明的导光板66、发光二极管混光元件50与数个感应器90的示意图。如图5所示，由于红光LED芯片74、绿光LED芯片76以及蓝光LED芯片78与相对应的青色补偿膜84、紫色补偿膜86以及黄色补偿膜88于混光后会形成不同的混光区92、94、96，因此本发明又可设置至少一感应器90于导光板66的出光面73表面，或是分别于各混光区92、94、96均设置一感应器90，如图中所示，然后通过感应器90来侦测不同混光区92、94、96于背光模块64表面所形成的光谱(spectrum)。接着将所侦测的结果通过回授(feedback)的方式来个别调整各色发光二极管芯片的输入电流或电压值，以保持显示区域中色彩的均匀性，进而能调整混光后的颜色及辉度变化。
一般而言，现有三色LED芯片所使用的波长分别为红光(590-700nm)、绿光(500-560nm)以及蓝光(400-480nm)。然而，本发明所揭露的背光模块除了包括有现有三色LED芯片所具有之三种波长，亦因为各相对应补偿膜的设置，而同时更包括有相对应三色LED芯片的青色、紫色以及黄色等三种波长。因此，通过搭配红光LED芯片74、绿光LED芯片76以及蓝光LED芯片78与相对应的互补色系的青色补偿膜84、紫色补偿膜86以及黄色补偿膜88，本发明的背光模块64可调配出比现有仅利用三色LED芯片的背光模块更佳的色彩均匀性及更优的色彩饱和度，而且本发明也可以应用在双色或4色以上，例如红、绿、蓝与青色等多色系LED模块中，以调配出更广的色彩饱和度。
综上所述，相比较于现有技术，本发明是将红光LED芯片、蓝光LED芯片及绿光LED芯片配合相对应红光LED芯片的青色补偿膜、相对应绿光LED芯片的紫色补偿膜以及相对应蓝光LED芯片的黄色补偿膜形成一发光二极管混光元件，以利用更短的混光距离来改善现有利用发光二极管产生白光需加大导光板尺寸的问题。同时，本发明的各色LED芯片与相对应各LED芯片的补偿膜的数量、颜色以及配置方式并不限于前述实施例所揭露者，并可依产品需求制作工艺而设计，以有效提高混光效果。此外，本发明的背光模块也可同时放置至少一感应器于导光板的出光面表面来测量发光二极管混光元件所投射出的光谱，然后根据感应器所测量出的光谱参数来适时调整背光模块的电压或电流，以维持显示区域中色彩的均匀性。
进一步的探讨，由于本发明背光模块的发光二极管与对应的补偿膜可混合出六种颜色，故在整个模块所包括的NTSC较以往三色LED含盖更广的区域，也就是NTSC值会相对的提高。然后如图6所示，通过控制IC102与电源104来分别调控发光二极管106的电流及电压值，进而改变每个区碱的色度值，并通过上述的感应器110，利用回路(feedback)的方式来调整模块的色度分布状态，最后由输出端108输出。换言之，所含盖的色饱和度(NTSC)值会因此旋转，如图7所示，由此就可轻易挑选出最适宜的输出颜色。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种背光模块，其包括有：
一导光板，具有一入光面与一出光面；以及
至少一发光二极管混光元件，设于该入光面附近，用以作为该背光模块的光源，且该发光二极管混光元件另包括有：
至少一第一色光LED芯片与至少一相对应的第一色补偿膜设置于该导光板的入光面表面；以及
至少一第二色光LED芯片与至少一相对应的第二色补偿膜设置于该导光板的入光面表面；以及
至少一光谱(spectrum)感应器设置在该出光面上。
2.如权利要求1所述的背光模块，其中该光谱感应器用来测量该发光二极管混光元件所投射出的光谱。
3.如权利要求1所述的背光模块，其中该背光模块另包括有至少一第三色光LED芯片以及相对应第三色光LED芯片的第三色补偿膜。
4.如权利要求1所述的背光模块，其中该第一色光LED芯片包括红光LED芯片。
5.如权利要求4所述的背光模块，其中该第一色补偿膜包括青色补偿膜。
6.如权利要求1所述的背光模块，其中该第二色光LED芯片包括绿光LED芯片。
7.如权利要求6所述的背光模块，其中该第二色补偿膜包括紫色补偿膜。
8.如权利要求3所述的背光模块，其中该第三色光LED芯片包括蓝光LED芯片。
9.如权利要求8所述的背光模块，其中该第三色补偿膜包括黄色补偿膜。
10.如权利要求3所述的背光模块，其中该第一色补偿膜、该第二色补偿膜以及该第三色补偿膜为全透式补偿膜或半透式补偿膜。
11.如权利要求1所述的背光模块，其中该背光模块另包括至少一光学元件，设于该背光模块的出光面上。
12.如权利要求11所述的背光模块，其中该光学元件另包括有至少一扩散片(diffuser film)、至少一菱镜片或上述的组合。
13.如权利要求1所述的背光模块，其中该背光模块为一侧光式背光模块，而该入光面设于该导光板的一侧面。
14.如权利要求1所述的背光模块，其中该导光板为一楔形板或平板。
15.如权利要求1所述的背光模块，其中该背光模块为一直下式背光模块，而该入光面设于该导光板的底面且该出光面设于该导光板的顶面。
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