CN101276095A - 背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背光模组，其适用于液晶显示器。背光模组包括一导光板、一发光单元以及一棱镜片。导光板具有一底面、一与底面相对的出光面以及一连接于出光面与底面之间的入光面。导光板具有多个位于出光面上的弧形光扩散元件。这些弧形光扩散元件平行排列，且各条弧形光扩散元件具有一弧面。发光单元配置于入光面旁，而棱镜片配置于这些弧形光扩散元件的上方。棱镜片具有多个朝导光板突出的线性棱镜单元，而这些线性棱镜单元平行排列。这些线性棱镜单元的延伸方向与这些弧形光扩散元件的延伸方向垂直。弧形光扩散元件可控制光线于单方向扩散，如此可改善入光面附近光线分布不均问题，并可扩大特定方向视角。

Description

背光模组

技术领域

本发明是有关于一种背光模组，且特别是有关于一种具有导光板(lightguide plate，LGP)的背光模组。

背景技术

随着光电产业的蓬勃发展，液晶显示器(liquid crystal display，LCD)已广泛地应用在各种电器产品中，而液晶显示器的画面需要借由内部的背光模组(back light module)所提供的面光源才能得以显现。因此，背光模组可说是液晶显示器内的重要元件。

图1是现有一种背光模组的剖面示意图。请参阅图1，现有的背光模组100包括一灯源110、一导光板120以及一配置于导光板120的上方的棱镜片130。导光板120具有一入光面120a、一出光面120b、一底面120c以及多个位在底面120c上的网点122，而灯源110通常是冷阴极灯管(cold cathodefluorescence lamp，CCFL)，其配置于入光面120a处用以向入光面120a发出光线，使得光线进入导光板120。光线经由网点122可于导光板120内传递，当光线与出光面120b的法线N的夹角小于全反射角时便由出光面120b离开导光板120。

受到折射定律(Snall’s law)的影响，当光线离开导光板120时，光线的行进方向会偏离出光面120b的法线N。然而，位在导光板120上方的棱镜片130能将光线折射与反射，使得光线在通过棱镜片130之后的行进方向改变，接近法线N，如图1所示。如此，当背光模组100使用在液晶显示器时，液晶显示器的亮度会随着视角变大而降低，造成使用者必须正视液晶显示器的萤幕才能看见清晰的影像，进而导致液晶显示器的视角太小。

发明内容

本发明为解决上述问题而提供一种背光模组，其适用于液晶显示器，改善背光模组在入光面附近光线分布不均问题，并使光线均匀扩散至特定方向，使视角扩大。

本发明提出一种背光模组，其包括一导光板、一发光单元以及一棱镜片。导光板具有一底面、一与此底面相对的出光面以及一连接于出光面与底面之间的入光面，其中导光板具有多个位于出光面上的弧形光扩散元件。这些弧形光扩散元件平行排列，且各条弧形光扩散元件具有一弧面。发光单元配置于入光面旁，而棱镜片配置于这些弧形光扩散元件的上方。棱镜片具有多个朝导光板突出的线性棱镜单元(linear prisms)，其中这些线性棱镜单元平行排列，且这些线性棱镜单元的延伸方向与这些弧形光扩散元件的延伸方向垂直。

在上述背光模组中，上述的各弧形光扩散元件的弧面所对应的一第一弧角介于39～140度。

在上述背光模组中，上述的各条弧形光扩散元件的宽度介于0.01至0.2mm。

在上述背光模组中，上述的各条弧形光扩散元件的宽度为W，而各该弧形光扩散元件的高度为H，而W/H的值介于2.8至11.7之间。在本发明的一实施例中，上述的入光面与这些弧形光扩散元件的延伸方向垂直。

在上述背光模组中，上述的入光面包括多个曲面。

在上述背光模组中，上述这些弧形光扩散元件的一端连接该些曲面。

在上述背光模组中，上述的各个曲面为内凹弧面或外凸弧面。

在上述背光模组中，上述的各个内凹弧面所对应的一第二弧角范围为62度～164度。

在上述背光模组中，上述的发光单元包括多个发光二极管。

在上述背光模组中，上述的这些发光二极管以等间距D1分布，且这些发光二极管所发出的光线于导光板的出光面上产生一有效区域，此有效区域的边缘与入光面的距离为D2，且满足关系式D2≥P＊D1，其中P为一系数，且P随着该第二弧角增加而减小。

在上述背光模组中，当第二弧角为62度时，满足关系式D2≥0.59D1。当第二弧角为164度时，满足关系式D2≥0.3D1。

在上述背光模组中，上述的底面具有多个导光元件。这些导光元件平行排列，且这些导光元件的延伸方向与这些弧形光扩散元件的延伸方向实质上垂直。在上述背光模组中，上述的各个导光元件是凹入导光板的一条状凹槽，其较佳地是一V形沟槽(V-groove)。各个条状凹槽具有一导光面，且导光面与底面所延伸的一参考平面的夹角介于1～7度。

在上述背光模组中，其中各个导光元件为外凸于导光板的一底部棱镜单元，且各个底部棱镜单元具有一导光面。导光面与底面所延伸的一参考平面的夹角介于1～7度。

上述的背光模组还包括一扩散片，其中扩散片配置于棱镜片之上。

本发明由于采用具有多个弧形光扩散元件的导光板以及具有这些朝导光板突出的线性棱镜单元的棱镜片，其中这些线性棱镜单元的延伸方向与这些弧形光扩散元件的延伸方向垂直。因此，当发光单元所发出的光线依序经由弧形光扩散元件与线性棱镜单元而出射时，可使光线于特定方向均匀地发散。有别于现有技术，本发明的背光模组的亮度不易随着视角变大而减弱，所以能改善现有液晶显示器视角太小的缺点。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是现有一种背光模组的剖面示意图。

图2A是本发明第一实施例的背光模组的立体示意图。

图2B是图2A的背光模组沿线I-I的剖面示意图。

图2C是图2A的背光模组沿线J-J的剖面示意图。

图2D是图2A的背光模组在移除棱镜片以及发光单元发出光线之后的局部俯视示意图。

图2E是本发明第一实施例的另一种背光模组在移除棱镜片以及发光单元发出光线之后的局部俯视示意图。

图3是本发明第二实施例的背光模组的立体示意图。

图4A是本发明第三实施例的背光模组的立体示意图。

图4B是图4A的背光模组沿线K-K的剖面示意图。

具体实施方式

第一实施例

图2A是本发明第一实施例的背光模组的立体示意图。请参阅图2A，背光模组200包括一导光板210、一发光单元220以及一棱镜片230，其中导光板210具有一底面210a、一与底面210a相对的出光面210b、一连接于出光面210b与底面210a之间的入光面210c以及多个位在出光面210b上的长条状的弧形光扩散元件212。这些弧形光扩散元件212平行排列，且每一个弧形光扩散元件212具有一弧面212a。

发光单元220以耦接(couple)、紧密接触或邻近的方式配置于入光面210c，且向入光面210c发出光线。棱镜片230配置于这些弧形光扩散元件212的上方，且棱镜片230具有多个朝导光板210突出的线性棱镜单元(linearprism)232。这些线性棱镜单元232彼此之间相互平行排列，且这些线性棱镜单元232的延伸方向S2与这些弧形光扩散元件212的延伸方向S1垂直。

值得注意的是，上述的线性棱镜单元232的延伸方向S2与弧形光扩散元件212的延伸方向S1垂直乃是指实质上的垂直。在非刻意的情况下，这些线性棱镜单元232的延伸方向S2会与弧形光扩散元件212的延伸方向S1不垂直，例如制造背光模组200时所产生的误差会导致线性棱镜单元232与弧形光扩散元件212两者的延伸方向出现些微的不垂直。然而，在此强调，这种制造上的误差并不会影响背光模组200的整体功能，因此上述的误差亦属于本发明的范畴。

图2B是图2A的背光模组沿线I-I的剖面示意图。请同时参阅图2A与图2B，在本实施例中，导光板210具有多个位在底面210a的导光元件，例如是条状凹槽214(如图2A、2B所示)，而这些条状凹槽214可以是多个V形沟槽(V-groove)，且这些条状凹槽214可以平行排列。此外，这些条状凹槽214的延伸方向可以与这些弧形光扩散元件212的延伸方向S1垂直，即条状凹槽214的延伸方向等于这些线性棱镜单元232的延伸方向S2，且每条条状凹槽214具有一导光面214a。在本实施例中，这些条状凹槽214之间的间距可以会随着条状凹槽214与入光面210c的距离增加而缩短，如图2B所示。

请参阅图2B，当发光单元220向入光面210c发出光线时，光线经入光面210c后于导光板210内均匀扩散，接着光线会再经由底面210a上的这些条状凹槽214的导光面214a反射或散射，而从这些弧形光扩散元件212离开导光板210。在本实施例中，导光面214a与底面210a所延伸的一参考平面210a’之间存有一夹角T1，而夹角T1的较佳角度值介于1～7度。另外，导光板210的多个弧形光扩散元件212，其所具有的弧面212a(请参照图2A)能使光线在离开导光板210后沿着方向S2发散，以使光线均匀化。

光线在离开导光板210后会经过这些线性棱镜单元232，而从棱镜片230的出光面230a出射。当光线进入棱镜片230时，这些线性棱镜单元232能改变沿着方向S1发散的光线的行进方向，使其接近或等于出光面230a的法线P的方向。也就是说，线性棱镜单元232可将沿着方向S1发散的光线收敛，以提高出光面230a在法线P方向上的亮度。

这些线性棱镜单元232因为其延伸方向S2与这些弧形光扩散元件212的延伸方向S1垂直，所以棱镜片230较不会影响沿着方向S2发散的光线。也就是说，从棱镜片230的出光面230a离开的光线仍会沿着方向S2发散。因此，利用光线沿着方向S2发散的特征，可以使液晶显示器的亮度不易随着视角变大而降低，故能改善现有视角过小的缺点。

图2C是图2A的背光模组沿线J-J的剖面示意图。请参阅图2C，在本实施例中，每一个弧形光扩散元件212的弧面212a会对应一第一弧角θ1。详言之，从图2C来看，每一个弧面212a呈现为一圆弧，而此圆弧(即弧面212a)所对应的角度为第一弧角θ1，且各个弧面212a会对应一半径R。这些第一弧角θ1的角度在大于零度与小于/等于180度的范围之间。另外，每一个弧形光扩散元件212具有一宽度W，借由第一弧角θ1以及宽度W可以决定这些弧形光扩散元件212的外形。在较佳实施例中，这些弧面212a的第一弧角θ1的角度介于39至140度之间，而宽度W则是在0.01至0.2mm之间。

各个弧形光扩散元件212的外形除了可以用同一个弧形光扩散元件212的第一弧角θ1与宽度W来决定之外，也可以由同一个弧形光扩散元件212的高度H与宽度W来决定。如图2C所示，在同一个弧形光扩散元件212中，高度H、宽度W、半径R以及第一弧角θ1满足下列方程式：

$\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2}=\frac{R-H}{R}............\left(1\right)$

$\sin \frac{\mathrm{\θ}1}{2}=\frac{W}{2R}............\left(2\right)$

其中，公式(2)可以改写成公式(3)，如下列所示：

$\frac{1}{R}=\frac{2\sin \frac{\mathrm{\θ}1}{2}}{W}............\left(3\right)$

将公式(3)代入公式(1)中之后，可以求出公式(4)，其如下列所示：

$\frac{W}{H}=\frac{2\sin \frac{\mathrm{\θ}1}{2}}{1-\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2}}............\left(4\right)$

将公式(4)的分子与分母分别乘上

并经由简单的数学运算，可以得到公式(5)。公式(5)及其数学运算过程如下列所示：

$\frac{W}{H}=\frac{2\sin \frac{\mathrm{\θ}1}{2}(1+\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2})}{(1-\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2})(1+\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2})}=\frac{2\sin \frac{\mathrm{\θ}1}{2}(1+\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2})}{1-{\cos }^2\frac{\mathrm{\θ}1}{2}}=\frac{2\sin \frac{\mathrm{\θ}1}{2}(1+\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2})}{{\sin }^2\frac{\mathrm{\θ}1}{2}}=\frac{2(1+\cos \frac{\mathrm{\θ}1}{2})}{\sin \frac{\mathrm{\θ}1}{2}}............\left(5\right)$

由公式(5)来看，由于第一弧角θ1的范围在大于零度与小于/等于180度之间，所以当第一弧角θ1渐增时，公式(5)的分母

亦会递增，而分子却会递减。

因此，宽度W与高度H的比值(即W/H)会随着第一弧角θ1的增加而减少。由于第一弧角θ1的角度在较佳实施例中是介于39至140度之间，因此令公式(5)的θ1为39度时，可以求出W/H的值约为11.7，而令公式(5)中的θ1为140度时，W/H的值则约为2.8。由此可知，在较佳实施例中，W/H的值是介于2.8至11.7之间。

请再次参阅图2A，在本实施例中，发光单元220可以是冷阴极灯管，或者是包括多个发光二极管(light emitting diode，LED)222(如图2A所示)。在图2A所示的实施例中，这些发光二极管222可以等间距分布，且相邻二个发光二极管222之间的中心距离为D1，其中距离D1的较佳值介于2至15毫米(mm)之间。此外，入光面210c可以与这些弧形光扩散元件212的延伸方向S1垂直，且入光面210c可以包括多个曲面。这些弧形光扩散元件212的一端与入光面210c的这些曲面连接，且每个曲面可以为一内凹弧面216a(如图2A所示)。

图2D是图2A的背光模组在移除棱镜片以及发光单元发出光线之后的局部俯视示意图。为了详细说明入光面210c的结构，请先参阅图2D，每个内凹弧面216a会对应一第二弧角θ2。详细而言，从图2D来看，每个内凹弧面216a会呈现为一圆弧，而此圆弧所对应的角度为第二弧角θ2。在较佳实施例中，第二弧角θ2的角度介于62度～164度之间。

当各个发光二极管222向导光板210发出光线时，光线会从出光面210b离开导光板210。此时，导光板210的出光面210b会因为有一部分区域出现多条暗纹B而形成一暗纹区域Z1，而出光面210b的另一部分区域则因为其亮度均匀而产生一有效区域Z2。在液晶显示器中，此有效区域Z2会对应液晶显示面板(LCD panel)，以使液晶显示器的画面的亮度均匀。

有效区域Z2的边缘与入光面210c之间的距离为D2。若距离D2越小，则有效区域Z2的面积会增加，而暗纹区域Z1的面积反而会缩小。也就是说，将距离D2缩小，可以增加有效区域Z2的面积，使导光板210的出光面210b能充分地应用在液晶显示器上。其中，影响距离D2的参数包括发光二极管222间距D1以及第二弧角θ2。

当发光单元220所发出的光线进入导光板210时，这些内凹弧面216a会增加光线在进入导光板210后的发散的角度，进而缩短距离D2。在较佳实施例中，第二弧角θ2介于62度～164度之间，D1与D2满足关系式：D2≥P*D1，其中P为一系数。当第二弧角θ2增加时，则系数P随之减小。当第二弧角θ2为下限值62度时，满足关系式D2≥0.59D1；当第二弧角θ2为上限值164度时，满足关系式D2≥0.3D1。

从此关系式可以得知，若这些发光二极管222的间距D1为5mm，且各个内凹弧面216a的第二弧角θ2为62度时，则有效区域Z2的边缘与入光面210c的距离D2可以控制在2.95mm左右。因此，借由控制间距D1以及第二弧角θ2可以有效地缩短有效区域Z2的边缘与入光面210c的距离D2，进而缩小暗纹区域Z1的面积。

图2E是本发明第一实施例的另一种背光模组在移除棱镜片以及发光单元发出光线之后的局部俯视示意图。请参阅图2E，图2E所示的导光板210’，其入光面210c’可以包括多个外凸弧面216b。这些外凸弧面216b同样也会增加光线在进入导光板210’后的发散的角度，进而缩短距离D2。因此，本实施的导光板的入光面可以包括多个内凹弧面(如图2D所示)或多个外凸弧面(如图2E所示)。

第二实施例

图3是本发明第二实施例的背光模组的立体示意图。请参阅图3，本实施例与第一实施例相似，因此不再重复赘述，只是二者主要差异之处在于：本实施例的背光模组300还包括一配置在棱镜片230之上的扩散片240，其中扩散片240可以选择性使用单方向扩散功能的扩散片或者是一般的多方向扩散功能的扩散片。单方向扩散功能的扩散片可将光线沿着这些弧形光扩散元件212的延伸方向S1加强发散，进而扩大S1方向的视角。多方向扩散功能的扩散片则可将光线同时在S1方向及S2方向扩散，亦即同时扩大S1、S2方向的视角。

具体而言，由于离开棱镜片230的光线会明显地向S2方向发散，因此，借由扩散片240能将光线沿着S1方向发散，可使离开扩散片240的光线均匀地发散，进而增加液晶显示器的视角的范围，以提升液晶显示器的画质。

第三实施例

图4A是本发明第三实施例的背光模组的立体示意图，而图4B是图4A的背光模组沿线K-K的剖面示意图。请同时参阅图4A与图4B，本实施例与第一实施例相似，因此不再重复赘述，只是二者主要差异之处在于：本实施例的背光模组400，其导光板410具有多个外凸于底面410a的底部棱镜单元414。具体而言，这些底部棱镜单元414虽然与第一实施例中的多个条状凹槽214(请参照图2A与2B)的结构不同，但同属功能相近的导光元件，都是用以改变光线的行进方向，并将光线导引至设计所需的特定方向。

这些底部棱镜单元414平行排列，而这些底部棱镜单元414的延伸方向与这些弧形光扩散元件212的延伸方向S1垂直，且底部棱镜单元414的延伸方向等于这些线性棱镜单元232的延伸方向S2。在本实施例中，这些底部棱镜单元414离入光面210c越远，则这些底部棱镜单元414的分布会越密集。

此外，各个底部棱镜单元414具有一导光面414a，其中导光面414a与底面410a所延伸的一参考平面410a’之间存有一夹角T2。在较佳实施例中，夹角T2的角度介于1至7度之间。

综上所述，本发明的背光模组采用具有多个弧形光扩散元件的导光板以及具有这些朝导光板突出的线性棱镜单元的棱镜片，其中这些线性棱镜单元的延伸方向与这些弧形光扩散元件的延伸方向垂直。当发光单元所发出的光线依序经由这些弧形光扩散元件与线性棱镜单元而出射时，可使光线均匀地发散。有别于现有技术而言，本发明的背光模组的亮度不易受视角变大而减弱，因而能改善现有液晶显示器视角太小的缺点。

此外，由于导光板的入光面可包括多个内凹弧面或外凸弧面，因此，当发光单元所发出的光线进入导光板时，这些弧面会增加光线在进入导光板后的发散的角度。如此，缩短有效区域的边缘与导光板的入光面的距离，进而增加有效区域的分布的面积。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习本发明所属领域的具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (18)

1. 一种背光模组，其特征在于，包括：

一导光板，具有一底面、一与该底面相对的出光面以及一连接于该出光面与该底面之间的入光面，其中该导光板具有多个位于该出光面上的条状的弧形光扩散元件，所述弧形光扩散元件平行排列，且各弧形光扩散元件具有一弧面；

一发光单元，配置于所述入光面旁；以及

一棱镜片，配置于所述弧形光扩散元件的上方，该棱镜片具有多个朝所述导光板突出的线性棱镜单元，其中所述线性棱镜单元平行排列，且所述线性棱镜单元的延伸方向与所述弧形光扩散元件的延伸方向垂直。

2. 如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，各所述弧形光扩散元件的弧面所对应的一第一弧角介于39～140度之间。

3. 如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，各所述弧形光扩散元件的宽度介于0.01至0.2mm之间。

4. 如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，各所述弧形光扩散元件的宽度为W，而各所述弧形光扩散元件的高度为H，而W/H的值介于2.8至11.7之间。

5. 如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述入光面与所述弧形光扩散元件的延伸方向垂直。

6. 如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述入光面包括多个曲面，且所述弧形光扩散元件的一端连接所述曲面。

7. 如权利要求6所述的背光模组，其特征在于，各所述曲面为外凸弧面。

8. 如权利要求6所述的背光模组，其特征在于，各所述曲面为内凹弧面。

9. 如权利要求8所述的背光模组，其特征在于，各所述内凹弧面所对应的一第二弧角介于62度与164度之间。

10. 如权利要求9所述的背光模组，其特征在于，所述发光单元包括多个发光二极管。

11. 如权利要求10所述的背光模组，其特征在于，所述发光二极管以等间距D1分布，且由所述发光二极管所发出的光线在所述导光板的出光面上产生一有效区域，该有效区域的边缘与该入光面的距离为D2，且满足关系式D2≥P*D1，其中P为一系数，且P随着所述第二弧角增加而减小。

12. 如权利要求11所述的背光模组，其特征在于，当所述第二弧角为62度时，则D1与D2满足关系式D2≥0.59D1。

13. 如权利要求11所述的背光模组，其特征在于，当所述第二弧角为164度时，则D1与D2满足关系式D2≥0.3D1。

14. 如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述底面具有多个导光元件，所述导光元件平行排列，且所述导光元件的延伸方向与所述弧形光扩散元件的延伸方向实质上垂直。

15. 如权利要求14所述的背光模组，其特征在于，各所述导光元件为凹入所述导光板的一条状凹槽，各所述条状凹槽具有一导光面，且所述导光面与所述底面所延伸的一参考平面的夹角介于1～7度之间。

16. 如权利要求15所述的背光模组，其特征在于，所述条状凹槽包括多个V形沟槽。

17. 如权利要求14所述的背光模组，其特征在于，各所述导光元件为外凸于所述导光板的一底部棱镜单元，各所述底部棱镜单元具有一导光面，且所述导光面与所述底面所延伸的一参考平面的夹角介于1～7度之间。

18. 如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，还包括一扩散片，所述扩散片配置于所述棱镜片之上。

Images