CN101329018A - 发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示器的背光模块，其中发光装置的壳体与电路板连接而形成一个封闭空间，光源设置于封闭空间内且电性连接电路板，用以产生具有一第一波长范围的光。移动模块连接光源，用以移动光源，使其选择性地照射于壳体上的第一出光面或第二出光面。光波长转换元件设置于光源与第二出光面之间。当光照射于第二出光面时，光波长转换元件会将第一波长范围的光转换为第二波长范围的光。本发明使得一种光源产生多种不同的色光，取代传统以多种光源产生多种色光的作法，进而减少光源的数量。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种显示器的背光模块，且特别涉及一种应用于背光模块中的发光装置。

背景技术

背光模块为液晶显示面板的关键零部件之一。由于液晶本身并不会发光，因此需借助背光模块来供应光源，以使液晶面板能够提供正常且亮度匀称的图像。在背光模块中有多个光学片，例如导光板、扩散片与棱镜片，用来使光源发出的光均匀地分布于液晶面板上，进而提高液晶面板的亮度。

应用于背光模块的光源有冷阴极荧光灯或发光二极管。其中，由于发光二极管具备了高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等特性，是一极为理想的新世代照明光源。尤其在目前能源费用逐渐高涨的状况下，发光二极管更为受到产业界的重视及利用，以取代以往耗电量较大的其他发光元件。此外，发光二极管种类繁多、用途广泛，早已成为现代生活中不可或缺的重要工具。

目前，显示器的高画面品质、广显示色域、色彩饱和度和高解析度为产业界所追求的目标。一般而言，为了提升显示器的系统色域及饱和度，背光模块中通常会通过装设多种颜色的发光二极管或者通过白光发光二极管搭配彩色滤光片进行分光，来产生彩色化的效果。

当利用彩色滤光片进行分光时，发光二极管所发出的光仅有部分可通过彩色滤光片，例如将白光分为R、G、B三种色光，每一种色光的强度仅为原来白光的三分之一。因此，彩色滤光片会导致光的使用效率不好。同时，背光模块中除了原有的导光板、扩散片和光源等各种元件外，还要再添加多种彩色滤光片等光学结构，不仅增加结构复杂度，也大大地增加制作成本。

有鉴于彩色滤光片所导致的光使用效率低的问题，产业界已开始积极研发另一种多色彩显示方式，即采用多种不同颜色的发光二极管来进行多色彩的显示。

传统的作法为将画面分为R、G、B三个子画面，每个子画面通过一个驱动电路调控其对应色彩的发光二极管来加以显示。换句话说，画面中每一个点像素均包含R、G、B三个子像素，一个子像素可能对应一个颜色的发光二极管，三种颜色的发光二极管则分别受三个驱动电路控制。如此一来，制造业者必须在背光模块中塞入三套发光二极管、三套驱动电路及其控制系统，对于背光模块构件的复杂度和成本均有增无减。

现行作法为将传统多色发光二极管背光模块的结构加以改良，而提出一种色序式(color sequential)背光模块的结构。其运作方法是将一个画面先区分为R、G、B三种信号，通过R、G、B三色发光二极管依时间顺序分别送出，通过人眼的混光机制达到显示彩色的目的。因为三种信号之间的时间差远小于人眼可辨别的最短时间，所以人所感受到的画面将会是组合的全彩画面。由于色序式结构不需将一个点像素切为三个子像素，所以解析度可较传统作法高。同时，因为不需要同时提供三种信号，故可仅利用一个驱动电路作为所有发光二极管的驱动。

色序式背光模块能提升系统色域及饱和度、降低材料成本等，甚至能大幅提高电光转换效能约40％，对于追求广色域、高解析度和低耗电的平面显示技术而言，可说是相当具有竞争力的技术。

然而，不论是传统式或色序式，在显示器中所使用的发光二极管的数量及种类众多，不仅提高材料成本，同时也因为数量多而导致散热难，会有热效应的问题，对颜色稳定性影响大。

有鉴于此，需要一种新的发光结构，可产生多种不同颜色的色光，使得背光模块中发光二极管的数量得以减少，进而解决发光二极管数量过多而产生的散热及成本等问题。

发明内容

本发明一方面在于提供一种发光装置，使得一种光源产生多种不同的色光，取代传统以多种光源产生多种色光的作法，进而减少光源的数量。

发光装置的壳体上设有第一出光面和第二出光面。壳体与一电路板连接，且与其形成一个封闭空间。光源设置于封闭空间内且电性连接电路板，用以产生具有一第一波长范围的光。移动模块连接光源，用以移动光源使其选择性地照射于第一出光面或第二出光面。光波长转换元件设置于光源与第二出光面之间。当光源照射于第二出光面时，光波长转换元件会将具有第一波长范围的光转换为具有第二波长范围的光，其中第一波长范围不同于第二波长范围，例如荧光粉。

换句话说，发光装置有两种操作模式。第一种操作模式为操作移动模块使得光源所发出的光照射于第一出光面，当第一出光面上没有设置可转换光波长或可滤光的光学结构时，发光装置会传出第一波长范围的色光。第二种操作模式为操作移动模块使得光源的光照射光波长转换元件且传送到第二出光面，使得发光装置传出具有第二波长范围的色光。

只要通过移动模块和光波长转换元件的设置，便可使单一色光的光源产生出多种不同的色光。由于光波长转换元件如荧光粉或磷光体等材料的转换效率几乎为百分之百，光的使用效率并无减损。因此，本发明所提出的发光装置可用来取代传统多种光源的配置，进而免除传统配置下光源数量过多而造成的散热问题。

本发明另一方面在于提供一种发光装置，通过移动光源的空间位置，使其所发出的光直接传出或者先照射到光波长转换元件而改变其波长后传出，而达到产生两种以上的色光的效果。

发光装置的电路板上设置有至少一轨道。壳体上有第一出光面和第二出光面，第二出光面设置有磷光体，其中磷光体用来将光源所发出的色光转换成不同颜色的色光。设置于壳体内的移动模块通过连接器连接且电性连接轨道，以沿着轨道相对于电路板水平移动。光源固定于移动模块上且电性连接电路板。

当移动模块载着光源沿着轨道相对于电路板水平移动时，光源的光选择性地照射于第一出光面上或第二出光面的磷光体上。如同前述，当光源的光照射于第一出光面，而第一出光面上没有设置荧光粉或滤光板等光学材料时，发光装置会传出光源所产生的色光。另一方面，当光源的光照射到第二出光面上的磷光体时，磷光体会将光源所产生的色光转换成别的颜色的色光并传出发光装置。

本发明另一方面提出一种发光装置，通过变换光源的所发出的光的角度，使光直接传出或者先照射到光波长转换元件而改变其波长后传出，而达到产生两种以上的色光的效果。

发光装置的壳体有第一出光面和第二出光面，第二出光面上设置磷光体。设置于壳体内的光源通过转轴连接基板。基板上设置有导光元件，用以偏折光源的光的行进方向。一对致动器分别固定于壳体和基板，用来使基板以转轴为中心相对于光源转动，由此将经光偏折元件偏折后的光选择性地照射于第一出光面或第二出光面上的磷光体。

当光源的光照射于第一出光面，而第一出光面上没有设置荧光粉或滤光板等光学材料时，发光装置会传出光源所产生的色光。当光源的光照射到第二出光面上的磷光体时，磷光体会将光源色光转换成别的色光并传出发光装置。

由上述本发明所提出的各个实施例可知，发光装置通过一种光源搭配移动模块和光波长转换元件如磷光体的设置，通过改变光源的空间位置或出光角度，使光直接传出或经转后颜色后再传出，便可将一种光源产生出多种不同的色光。将本发明所提出的发光装置应用于背光模块时，不仅取代从彩色滤光片的配置，也可减少多色光源的配置数量，进而免除光源数量过多而造成的散热问题，简化光学结构的复杂度，更可减少制作成本，增进产业发展。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，对附图作详细说明如下：

图1显示依照本发明一实施例的发光装置的侧视图。

图2A到图2C显示依照图1所显示的发光装置的各种使用状态的示意图。

图3显示依照本发明另一实施例的发光装置的侧视图。

图4A到图4C显示依照图3所显示的发光装置的各种使用状态的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：发光装置       110：壳体

112～116：出光面    120：光源

130：移动模块          132：导光元件

134：载台              136：连接器

140：光波长转换元件    150：转动器

152：基板              154：转轴

156：致动器            158：致动器

160：电路板            170：轨道

172：定位点            200～250：方向

400～450：方向

具体实施方式

请参考图1，其显示依照本发明一实施例的一种发光装置100的侧视图。发光装置100的壳体110和电路板160互相连接而形成一个封闭空间。壳体110上设有出光面112、出光面114和出光面116。

光源120设置于封闭空间内且电性连接电路板160。光源120可为发光二极管或发光芯片等体积小的发光材料。在本发明的实施例中，光源120为发光二极管的晶粒。

光源120可产生第一色光，其具有第一波长范围。举例来说，第一色光可为蓝光或紫外光，其波长范围介于250内米到480内米。

光波长转换元件140设置于光源120与出光面112或出光面116之间。当光照射于光波长转换元件140时，光波长转换元件140会将光源120所产生的第一色光转换为其他色光。本领域普通技术人员应知在光的行径路径设置光学元件的方法有很多种，举凡涂布或镀膜可转换光波长的光学材料于壳体110上、注入光学材料于壳体110中或将光波长转换元件140插在光源120和壳体110之间。在本发明的实施例中，光波长转换元件140是设置在出光面112和出光面116上。

具体而言，设置于出光面112上的光波长转换元件140可将第一色光转换为不同于第一色光的第二色光，如红光。设置于出光面116上的光波长转换元件140可将第一色光转换为不同于第一色光和第二色光的第三色光，如绿光。其中第一色光、第二色光和第三色光的波长范围均不相同。

光波长转换元件140可为荧光粉等材质。在本发明的实施例中，光波长转换元件140具有磷光体，其发光波长范围介于350纳米到800纳米之间。以上述例子而言，设置于出光面112上的磷光体吸收第一色光并将其转换成红光，故此磷光体的发光波长约为650纳米。而设置在出光面116上的磷光体发出绿光，故其发光波长约为550内米。

移动模块130连接光源120，通过移动光源120的空间位置或改变光源120出光的角度，而使光源120所发出的光选择性地照射于出光面112、出光面114或出光面116上。

请同时参考图1到图2C，其中图2A到图2C显示依照图1所显示的发光装置100的各种使用状态的示意图。在本发明的实施例中，移动模块130操作来变换光源120所发出的光的角度，即偏折第一色光的行进方向。

移动模块130主要包含导光元件132和转动器150，两者互相连接。导光元件132设置在壳体110内，介于光源120和出光面112、出光面114及出光面116之间，用来偏折光的行进方向。导光元件132可以是各种具有改变光的方向的光学元件，例如导光元件132可为折射元件像透镜、双折射材料或液晶。另外，导光元件132也可为其他光学元件像光栅或狭缝等。本领域普通技术人员均知各种可用来改变光的行进方向的光学元件，在此便不再多加赘述。

另一方面，光源120可设置于导光元件132和出光面112、出光面114及出光面116之间，利用反射的方式改变光的方向。导光元件132可为反射材料像面镜，用来将光源120的光反射到出光面112、出光面114或出光面116。

转动器150用来转动导光元件132，使其与光源120之间的夹角改变，进而改变光的偏移角度。转动器150具有基板152、转轴154、致动器156和致动器158。基板152通过转轴154而与光源120连接。具体而言，转轴154可直接设置于光源120上，或设置于电路板160上而连接光源120。致动器156设置于基板152的至少一部分周围，致动器158设置在电路板160上对齐于致动器156之处。致动器156和致动器158可互相配合作用，使得基板152以转轴154为中心，相对于光源120而转动。接着就各个元件及其连接和作用关系逐一详述如下。

导光元件132固定在基板152上。在本发明的实施例中，导光元件132连同基板152设置介于光源120和出光面112、出光面114和出光面116之间，因此基板152须由透光性佳的材料所制成。在本实施例中，基板152为透明基板。

致动器156和致动器158为通过磁力来操作。具体而言，致动器156和致动器158可为电磁铁，或者致动器158为电磁铁而致动器156为磁性物质，例如磁铁。通过致动器156和致动器158互相吸引或排斥，可使基板152连同其上的导光元件132以转轴154为中心而转动，使得导光元件132与光源120之间的夹角改变，进而改变光的偏移角度。

请参考图2A，当右侧的致动器156与致动器158互相吸引且左侧的致动器156与致动器158互相排斥时，导光元件132将光源120所发出的第一色光的行进方向偏折到方向200，使其照射于出光面116上的光波长转换元件140，进而产生第三色光沿着方向210传出。

另一方面，请参考图2B，当右侧的致动器156与致动器158互相排斥且左侧的致动器156与致动器158互相吸引时，导光元件132将光源120所发出的第一色光的行进方向偏折到方向220，使其照射于出光面112上的光波长转换元件140，进而产生第二色光沿着方向230传出。

请参考图2C，当左侧和右侧的致动器156与致动器158均互相吸引或者左侧和右侧的致动器156与致动器158均互相排斥时，使得导光元件132将光源120所发出的第一色光的行进方向偏折到方向240，使其照射于出光面114而沿着方向250传出。

请同时参考图3到图4C，图3显示依照本发明另一实施例的发光装置100的侧视图，图4A到图4C显示依照图3所显示的发光装置100的各种使用状态的示意图。在本发明的实施例中，移动模块130操作来移动光源120的空间位置，进而改变光源120所发出的光，即第一色光的照射位置。

移动模块130具有载台134和连接器136。光源120固定于载台134上，连接器136固定于载台134且连接固定于电路板160中的轨道170上。载台134可承载着光源120，通过连接器136以沿着轨道170相对于电路板160水平移动。另外，载台134上的光源120也可通过连接器136电性连接到电路板160。

具体而言，移动模块130的载台134上装设有致动器156，而电路板160上装设有对应的致动器158。致动器156和致动器158可互相吸引或排斥，使得移动模块130受到致动器156和致动器158之间的吸引力或排斥力作用而移动。

如前所述，致动器156和致动器158通过磁力来操作。致动器156和致动器158可为电磁铁，或者致动器158为电磁铁而致动器156为磁性物质，例如磁铁。

当致动器156和致动器158互相吸引而靠近后，致动器156和致动器158会互相接触且电性连接，使得载台134上的光源120通过致动器156和致动器158而电性连接到电路板160。

换句话说，虽然在本发明的实施例中，光源120不是直接设置于电路板160上，而是固定于载台134上。但是光源120仍可电性连接到电路板160，以获得发光所需的电力。举例来说，当光源120为发光二极管或发光二极管的晶粒时，光源120的两个电极可分别通过两条独立的路径连接到电路板160上，第一条路径为经由连接器136电性连接电路板160，第二条路径为通过致动器156和致动器158而电性连接到电路板160。

致动器158是设置在电路板160上的轨道170四周。更仔细地界定其位置位于可使得光源120所发出的光照射于出光面112、出光面114或出光面116之处。具体而言，电路板160上设置有数个定位点172，每个定位点172个别垂直对齐于出光面112、出光面114或出光面116。致动器158设置于定位点172中。当致动器156和致动器158作动时，将使得移动模块130固定于定位点172上，或是在各个定位点172之间移动。

举例说明发光装置100的作用模式。请参考图4A。当致动器156与电路板160右侧的致动器158互相吸引，且与电路板160中间和左侧的致动器158互相排斥时，移动模块130移动到电路板160右侧轨道170旁的定位点172上，使得第一色光的行进方向沿着方向400照射到出光面116上的光波长转换元件140，进而产生第三色光沿着方向410传出。

请参考图4B。当致动器156与电路板160左侧的致动器158互相吸引，且与电路板160中间和右侧的致动器158互相排斥时，移动模块130移动到电路板160左侧的定位点172上，使得第一色光沿着方向420照射到出光面112上的光波长转换元件140，进而产生第二色光沿着方向430传出。

请参考图4C。当致动器156与电路板160中间的致动器158互相吸引，且与电路板160右、左侧的致动器158互相排斥时，移动模块130移动到电路板160中间的定位点172上，使得第一色光沿着方向440照射到出光面114而沿着方向450传出。

由上述两个实施例的描述可知，发光装置100具有至少三种操作状态。第一种操作状态为操作移动模块130，使光源120照射于出光面112，接着设置于出光面112上的光波长转换元件140会将光源120所发出的光，即第一色光，转换为第二色光，再由出光面112传出。第二个操作状态为操作移动模块130使第一色光照射于出光面114，由于出光面114上没有设置可转换光波长或可滤光的光学结构，因此出光面114会传出第一色光。然而，出光面114上也可以设置光波长转换元件140，用来将第一色光转成第四色光，不同于第一、第二和第三色光。第三种操作模式为操作移动模块130使得第一色光照射于出光面116上，并通过出光面116上的光波长转换元件140将第一色光转换为第三色光后，再由出光面116传出。

另一方面，移动模块130也可以使光源120同时照射于出光面112和出光面114，使得最终由发光装置100传出的光为第一色光和第二色光的混合光。或者，使光源120同时照射于出光面114和出光面116，以产生第一色光和第三色光的混合光。两种色光的混合比例不同，所混合出的颜色便不相同。

由此可知，通过移动模块130、出光面112-116及其上的光波长转换元件140的设置，只要利用可发出单一色光的光源120便可以产生出多种不同的色光。可取代传统背光模块中一个像素中多个不同色光的光源120的配置。

虽然本发明已以多个实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (28)

1.一种发光装置，至少包含：

一壳体，具有一第一出光面和一第二出光面；

一电路板，连接该壳体，且与该壳体形成一封闭空间；

一光源，设置于该封闭空间内，且电性连接该电路板，用以产生具有一第一波长范围的光；

一移动模块，连接该光源，用以移动该光源以使得该光源选择性地照射于该第一出光面或该第二出光面；以及

一光波长转换元件，设置于该光源至该第二出光面之间，用以当该光源的光照射于该第二出光面时，将该具有该第一波长范围的光转换为一具有第二波长范围的光，其中该第一波长范围不同于该第二波长范围。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中该移动模块包含：

一导光元件，设置于该光源与该第一出光面之间，用以偏折光的行进方向；

一转动器，连接该导光元件，用以转动该导光元件。

3.如权利要求2所述的发光装置，其中该转动器包含：

一基板，通过一转轴连接该光源，其中该导光元件固定于该基板中；

一对致动器，分别固定于该电路板和该基板，选择性地互相吸引或排斥。

4.如权利要求3所述的发光装置，其中该对致动器包含一电磁铁。

5.如权利要求2所述的发光装置，其中该导光元件为一透镜或一光栅。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中该光源通过该移动模块连接且电性连接该电路板。

7.如权利要求6所述的发光装置，其中该移动模块包含：

一载台，用以将该光源固定于其上；

至少一轨道，设置于该电路板上；以及

至少一连接器，固定于该载台且连接该轨道，以沿着该轨道相对于该电路板水平移动。

8.如权利要求7所述的发光装置，其中该移动模块还包含：

一第一致动器，固定于该载台；以及

多个第二致动器，分隔设置于该电路板上，每一该第二致动器与该第一致动器选择性地互相吸引或排斥。

9.如权利要求8所述的发光装置，其中该第一致动器为一磁性物质，每一所述多个第二致动器为一电磁铁。

10.如权利要求9所述的发光装置，其中当该第一致动器与所述多个第二致动器其中之一互相吸引时，该光源的一电极通过该第一致动器电性连接该电路板。

11.如权利要求6所述的发光装置，其中该光源的一电极通过该连接器电性连接该电路板。

12.如权利要求1所述的发光装置，其中该第一波长范围介于250纳米到480纳米。

13.如权利要求1所述的发光装置，其中该光源为一发光二极管的晶粒。

14.如权利要求1所述的发光装置，其中该光波长转换元件包含至少一磷光体。

15.如权利要求13所述的发光装置，其中该磷光体的发光波长范围介于350纳米到800纳米。

16.一种发光装置，至少包含：

一电路板，具有至少一轨道设置于其中；

一壳体，具有一第一出光面和一第二出光面，该第二出光面上设置有一磷光体；

一移动模块，设置于该壳体内，通过一连接器连接且电性连接该轨道，以沿着该轨道相对于该电路板水平移动；以及

一光源，固定于该移动模块上，且电性连接该电路板，其中该移动模块沿着该轨道相对于该电路板水平移动，使得该光源选择性地照射于该第一出光面或该第二出光面的该磷光体。

17.如权利要求16所述的发光装置，其中该光源的光具有一第一波长范围，且该磷光体用以将该第一波长转换为一第二波长范围，该第一波长范围不同于该第二波长范围。

18.如权利要求16所述的发光装置，还包含多个定位点设置于该电路板上，且分别对齐于该第一出光面或该第二出光面，其中该移动模块选择性地固定于所述多个定位点其中之一上或在所述多个定位点之间移动。

19.如权利要求18所述的发光装置，其中该移动模块还包含：

一载台，以承载该光源；

一第一致动器，固定于该载台；以及

多个第二致动器，分别设置于所述多个定位点上，且电性连接该电路板，每一该第二致动器与该第一致动器选择性地互相吸引或排斥。

20.如权利要求19所述的发光装置，其中当该第一致动器与所述多个第二致动器其中之一互相吸引时，该第一致动器电性连接所述多个第二致动器。

21.如权利要求20所述的发光装置，其中该光源的一电极通过该第一致动器和所述多个第二致动器电性连接该电路板。

22.如权利要求20所述的发光装置，其中该第一致动器为一磁性物质，每一所述多个第二致动器为一电磁铁。

23.如权利要求16所述的发光装置，其中该光源的一电极通过该连接器电性连接该电路板。

24.一种发光装置，至少包含：

一壳体，具有一第一出光面和一第二出光面，其中该第二出光面上设置有一磷光体；

一光源，设置于该壳体内；

一基板，通过一转轴连接该光源上；

一光偏折元件，设置于该基板上，用以偏折该光源的光的行进方向；以及

一对致动器，分别固定于该壳体和该基板，使该基板以该转轴为中心相对于该光源转动，以使得经该光偏折元件偏折后的光选择性地照射于该第一出光面或该第二出光面上的该磷光体。

25.如权利要求24所述的发光装置，其中该对致动器包含一电磁铁和一磁性物质。

26.如权利要求24所述的发光装置，其中该基板设置于该光源和该第一出光面之间，且该基板为一透明基板。

27.如权利要求26所述的发光装置，其中该导光元件为一透镜或一光栅。

28.如权利要求24所述的发光装置，其中该导光元件反射该光源的光至该第一出光面或该第二出光面。

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