CN101191942B

CN101191942B - 背光模块及液晶显示器

Info

Publication number: CN101191942B
Application number: CN200610148661A
Authority: CN
Inventors: 白维铭; 蓝文锦
Original assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Current assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: CN101191942A

Abstract

本发明公开了一种背光模块及液晶显示器。所述背光模块包含光学膜片、多个用来发射光线至该光学膜片上的同色系光源、以及多个透镜装置，每一透镜装置均用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的光源的中间位置的位置。

Description

背光模块及液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种背光模块及液晶显示器，尤指一种具有均匀亮度分布的背光模块和液晶显示器。

背景技术

现今的液晶显示器背光系统，大多采用冷阴极管(CCFL)作为其光源，由于兼具价格便宜与发展成熟等优点，所以，冷阴极管被广泛地应用于现今的液晶显示器市场中。然而，冷阴极管有演色性不佳(仅达65-75％)、需高驱动电压、含汞(Hg)、发光频谱含紫外光(UV)波段、启动速度慢、灯管易破裂、及色度控制不易等诸多缺点，因此，新光源的寻觅也就成为开发新一代液晶显示器背光系统中最重要的课题了。

发光二极管(light emitting diode，LED)的发光效率在近十年来有着突破性的进步，由于具有高演色性、低驱动电压、不含汞、不放射紫外光、快速点灯启动、固态封装不易破裂、可动态调控色度等诸多优点，因而被视为新世代光源的最佳选择。为了获得液晶显示器背光系统所需要的白色光源，大多利用白光LED或多色LED，例如红(R)、绿(G)、及蓝(B)三原色混光等方法。然而，这些利用LED为光源的背光系统容易发生亮度均匀性、或是色彩均匀性不佳等问题，也就是在液晶面板显示端的相异区域易产生亮度差或色差。一旦缺乏优良的混光系统，这种亮度差或色差问题将严重地影响到液晶显示器的表现。

LED于各个角度的光强度分布是影响背光源混光效果的决定性因素，尤其是直下式背光系统，因为直下式背光系统中的光源不经导光板散射，而直接地导出至显示端，所以，LED本身各个角度的光强度分布直接地左右着背光系统的亮度均匀性与混色效果。尤其是利用三原色混光的背光系统中，各个原色不佳的亮度均匀性更代表着不佳的混色效果。

请参阅图1及图2，图1为现有技术的LED 10的示意图，图2为LED晶片12的光强度分布图。LED 10包含用来发射光线18的LED晶片12、以及罩设于LED晶片12上的透镜14，用来反折射LED晶片12所发射的光线18。如图1所示，LED晶片12所发射的光线18，在经过透镜14的反折射后，其光线18大多集中在中央轴16附近。这样的LED 10若被置于如图3所示的液晶显示器26中，会在液晶显示器26的液晶显示面板23上产生严重的亮度集中问题，而造成其显示品质下降。

为了改善亮度均匀性不佳的问题，液晶显示器26的光学膜片22及LED10间需设置混光距离足够的混光空间24，并配合多层的光学膜片22，例如是多层扩散板与扩散片，以均匀化LED 10所发射的光线18。然而，如此一来，背光系统20的厚度势必会随着混光空间24的厚度而增加，另一方面，由于混光空间24的混光距离增加，加上需要使用较多数目的光学膜片22，进而造成背光系统20的LED 10的使用效率不佳。

为了改善图3所示的亮度不均的问题，侧光式LED 30被提出并应用，如图4所示。特殊设计的透镜34被设置于LED晶片12上，用来将原本集中于中央轴16的光线18，先导引至LED 30的侧面，利用光线18相对于中央轴16的大角度出射，使得光线18在经过背光模块反射片的多重反射后，才均匀地导出于背光系统，以避免亮度过于集中，以改善亮度的均匀度。然而，这样的设计，会在多重反射的过程中，大幅度地消耗光能，削减光的利用率，并进而产生亮度不足的问题。

发明内容

因此本发明的主要目的在于提供一种具有均匀亮度分布的背光模块，以解决现有技术的缺点。

本发明的背光模块包含至少一光学膜片、多个用来发射光线至该光学膜片上的同色系光源、以及多个光强度调变装置，其中每一光强度调变装置均用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的同色系光源的中间位置的位置，其中该多个光强度调变装置用来使其所对应的该光源所发出的光线在预定区间中光强度实质上正比于secⁿθ，其中θ为该光源所发出的光线入射至该光学膜片的入射角，而该预定区间介于该光学膜片上对应于该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于该光源位置之间所形成的区间。

根据本发明的上述背光模块，其中n介于1至5之间。

根据本发明的上述背光模块，其中该多个同色系光源为发光二极管。

本发明另提供一种背光模块，其包含光学膜片，具有光入射面、多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上、以及多个光强度调变装置，设置于该多个光源上，以改变该光线的光强度，其中，该光线经该光强度调变装置后实质上朝向该光学膜片的方向，并且该光学膜片的该光入射面上的最大亮度与最小亮度的比值小于16。

本发明另提供一种液晶显示器，其包含光学模块以及液晶显示面板，用来接收该光学模块中该多个同色系光源发射的光线。该光学模块包含有光学膜片、多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上、以及多个光强度调变装置，其中每一光强度调变装置均用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的同色系光源的中间位置的位置，其中每一光强度调变装置均用来使其所对应的该光源所发出的光线在预定区间中光强度实质上正比于secⁿθ，其中θ为该光源所发出的光线入射至该光学膜片的入射角，而该预定区间介于该光学膜片上对应于该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于该光源位置之间所形成的区间。

根据本发明的上述液晶显示器，其中n介于1至5之间。

根据本发明的上述液晶显示器，其中该多个同色系光源为发光二极管。

本发明另提供一种液晶显示器，其包含背光模块，以及液晶显示面板，用来接收该背光模块中该多个同色系光源发射的光线。该背光模块包含光学膜片，具有光入射面、多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上、以及多个光强度调变装置，设置于该多个光源上，以改变该光线的光强度，其中，该光线经该光强度调变装置后实质上朝向该光学膜片的方向，并且该光学膜片的该光入射面上的最大亮度与最小亮度的比值小于16。

附图说明

图1为现有技术的LED的示意图。

图2为图1所显示的LED晶片的光强度分布图。

图3为内含图1所显示的LED的液晶显示器的示意图。

图4为现有技术中的侧光式LED的示意图。

图5为本发明的第一实施例中的背光模块的示意图。

图6为图5所显示的背光模块中的LED所发射的光线的相对光强度与该光线入射至光学膜片的入射角的关系图。

图7为图6所显示的LED的光强度分布图。

图8为本发明的第二实施例中的背光模块的示意图。

图9为图8所显示的背光模块中的LED的光强度分布图。

图10为图6所显示的LED的示意图。

图11为相对亮度与入射角的比较关系图。

图12为本发明所揭露具有均匀亮度分布的背光模块的液晶显示器的示意图。

附图标记说明

10 发光二极管 12 发光二极管晶片

14，34，70 透镜 16 中央轴

18，66，68，72，74 光线 20 背光系统

22，58 光学膜片 22A，58A 光入射面

23，123 液晶显示面板 24，60，160 混光空间

26，126 液晶显示器 30 侧光式发光二极管

50，150 背光模块 52 基板

54，56，154，156 同色系LED 62，64 表面

82 第一曲线 84 第二曲线

86 第三曲线 88 第四曲线

170 光强度调变装置 d，h 距离

具体实施方式

请参阅图5，图5为本发明的第一实施例中的背光模块50的示意图。背光模块50包含基板52、多个设置于基板52上的同色系LED 54、56、至少一光学膜片58，其中该光学膜片58包含光入射面58A、以及设置于同色系LED 54、56及光学膜片58间的混光空间60，其中，LED 54、56与光学膜片58间的距离h实质上相等。

同色系LED 54、56均用来发射光线66、68，光线66、68在经过混光空间60后，到达光学膜片58上，并经由光学膜片58的调变后入射到图3所显示的液晶显示器26的液晶显示面板23上。

请参阅图6及图7，图6为LED 54(LED 56亦同)所发射的光线66、68的相对光强度I与光线66、68入射至光学膜片58的入射角θ的关系图，图7为LED 54(LED 56亦同)的光强度分布图。

在本发明的第一实施例中，LED 54(LED 56亦同)所发射的光线66、68的光强度I随着入射角θ的增加而递增，具体而言，光强度I～secⁿθ，其中，1＜n＜5，换言之，直接入射至光学膜片58上的光线66具有最小的光强度I，而倾斜入射至光学膜片58上光线68则具有较大的光强度I，如此一来，虽然光线68具有较大的光强度I，但因以较大角度入射于光学膜片58，到达光学膜片58的光入射面58A上的光线68的照度已和到达光学膜片58上的光线66的照度相去不远，所以，光学膜片58上光线68所照射到的表面62的亮度，便会约略等于光线66所照射到的表面64的亮度。整体而言，背光模块50的设置，可解决现有技术中亮度不均的问题。

由于背光模块50中除了包含LED 54外，另包含有LED 56，因此，LED54所发射的光线66、68只需照射至其上方的光学膜片58即可，具体而言，LED 54所发射的光线的光强度I的最大值Imax约略发生于入射至光学膜片58的入射角θ等于tan-1[LED 54、56间的距离d/(2×LED 54(或LED 56)至光学膜片58的距离h)]。如图5及图6所示，背光模块50的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线的光强度I的最大值Imax发生于入射至光学膜片58的入射角θ约略等于30度。当然，本发明的背光模块的LED所发射的光线的光强度I的最大值I_max也可随着这些LED间的距离，与这些LED至光学膜片58的距离的不同而作更改。举例来说，如图8及图9所示，本发明的第二实施例中的背光模块150的同色系LED 154、156间的距离d等于2×LED156(或LED 156)至光学膜片58的距离h，所以，LED 154所发射的光线的光强度I的最大值I_max约略发生于入射至光学膜片58的入射角θ等于tan^-1(1)＝45度时。

为了使LED 54所发射的光线66、68均遵守I～secⁿθ(1＜n＜5)，LED 54必需包含适当的光强度调变装置，例如是经过特别设计的透镜、经过特别设计的光栅，或具有特殊形状的LED外延晶片等，以将LED 54中的LED晶片所发射的光线反折射成遵守I～secⁿθ的光线。该些遵守I～secⁿθ的光线投射至光学膜片58上的一预定区间，而该预定区间介于光学膜片58上对应于该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于该光源位置之间所形成的区间。请参阅图10，图10为LED 54(LED 56、LED 154、及LED 156亦同)的示意图。LED 54包含LED晶片12、以及罩设于LED晶片12上的透镜70，用来将LED晶片12所发射的光线72、74分别反折射成遵守I～secⁿθ的光线66、68。

请参阅图11，图11为照射至现有技术的背光系统20的光学膜片22上与照射至本发明的背光模块50的光学膜片58上的光线的亮度与入射角θ的比较关系图，其中，第一曲线82代表照射至现有技术的背光系统20的光学膜片22的光入射面22A上的亮度与入射角θ间的关系，第二曲线84代表当背光模块50内的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线遵守I～secθ时，照射至本发明的背光模块50的光学膜片58的光入射面58A上的光线的亮度与入射角θ间的关系，第三曲线86代表当背光模块50内的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线遵守I～sec⁵θ时，照射至本发明的背光模块50的光学膜片58的光入射面58A上的亮度与入射角θ间的关系，而第四曲线88代表当背光模块50内的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线遵守图6的光强度分布时，照射至本发明的背光模块50的光学膜片58的光入射面58A上的光线的亮度与入射角θ间的关系。由图11可明显地看出，本发明的背光模块50的光学膜片58的亮度非常均匀，并且在入射角θ在60°的范围内，照射至光学膜片58的光入射面58A上的光线的最大亮度与最小亮度间的比值均不大于4，另外，当背光模块50内的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线遵守图6的光强度分布时，照射至背光模块50的光学膜片58的光入射面58A上的亮度无关于入射角θ，也就是说，不管入射角θ为何，光学膜片58上所有位置的亮度均相同，光学膜片58上的亮度分布非常均匀，反观，在现有技术的光学系统20中，照射至光学膜片22的光入射面22A上的光线的最大亮度与最小亮度间的比值却有可能高达16以上，其亮度分布非常不均匀。

本发明的第一实施例的背光模块50包含多个同色系LED 54、56，然而，本发明的背光模块也可包含多个并非全然同色系的LED，只要这些LED中的同色系LED所发出的光线遵守I～secⁿθ，该背光模块仍可呈现相当均匀且完美的亮度。

请参考图12。图12为本发明所披露具有均匀亮度分布的背光模块50的液晶显示器126的示意图。液晶显示器126包含有背光模块50以及液晶显示面板123。背光模块50包含有光学膜片58，其具有光入射面58A、多个同色系光源54、混光空间160以及多个光强度调变装置170。混光空间160设置于多个光源54及光学膜片58之间、液晶显示面板123则用来接收背光模块50中多个同色系光源54发射的光线。其中背光模块50的工作原理如上所述，在此不再赘述。

相较于现有技术，本发明的背光模块，因其内的LED可发出遵守I～secⁿθ的光线，所以可呈现非常均匀且完美的亮度。此外，由于本发明的背光模块50、150中的光学膜片58上的亮度均匀地分布，所以，背光模块50、150内便可设置较薄的混光空间160及数量较少的光学膜片58，如此一来，在不影响发光品质的情形下，本发明的背光模块具有较薄的尺寸及较便宜的制造成本，并且由于使用较薄的混光空间160及数量较少的光学膜片58，也可进一步降低光强度的衰减而提升光源的使用效率。再者，本发明的背光模块，其光线实质上直接向光学膜片的方向投射，相较于现有技术需经多重反射的方式，可避免光能消耗，进而提升光利用效率。最后，本发明的背光模块不仅可用于直下式背光系统中，也可用于侧光式背光系统中，而其中的LED也可以其他光源加以取代，只要其为同色系光源即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，均应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种背光模块，包括：

光学膜片；

多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上；以及

多个光强度调变装置，其中该多个光强度调变装置用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的同色系光源的中间位置的位置，

其中该多个光强度调变装置用来使其所对应的该光源所发出的光线在预定区间中光强度实质上正比于secⁿθ，其中θ为该光源所发出的光线入射至该光学膜片的入射角，而该预定区间介于该光学膜片上对应于该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于该光源位置之间所形成的区间。

2.如权利要求1所述的背光模块，其中n介于1至5之间。

3.如权利要求1所述的背光模块，其中该多个同色系光源为发光二极管。

4.一种液晶显示器，包括：

光学模块，包括：

光学膜片；

多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上；以及

多个光强度调变装置，其中该多个光强度调变装置用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的同色系光源的中间位置的位置；以及

液晶显示面板，用来接收该光学模块中该多个同色系光源发射的光线，

其中每一光强度调变装置均用来使其所对应的该光源所发出的光线在预定区间中光强度实质上正比于secⁿθ，其中θ为该光源所发出的光线入射至该光学膜片的入射角，而该预定区间介于该光学膜片上对应于该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于该光源位置之间所形成的区间。

5.如权利要求4所述的液晶显示器，其中n介于1至5之间。

6.如权利要求4所述的液晶显示器，其中该多个同色系光源为发光二极管。