CN101339972B - 背光模块及其发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种背光模块以及发光二极管。发光二极管至少包括封装体和发光芯片，发光芯片设置于封装体中。封装体大致上为半个椭球体，其具有一个椭圆形底面和一个椭球曲面。椭圆形底面有一相对半长轴和一相对半短轴。椭球曲面环绕且邻接椭圆形底面的边缘，且椭球曲面与底面的最大垂直间距介于相对半长轴以及相对半短轴之间。利用该发光二极管，可以使得沿着相对半长轴的方向，光场具有大角度发散的效果，如此可降低暗带发生的机率。并且，沿着相对半短轴的方向上，光场具有收敛的现象，进而减少光照射到导光板的外缘所导致的漏光现象。

Description

背光模块及其发光二极管

技术领域

本发明涉及一种背光模块，且特别是涉及一种发光二极管。

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，因此需利用背光模块来供应光源，由此使液晶面板能够提供正常且亮度匀称的影像。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，是一极为理想的新时代照明光源。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，由此取代以往耗电量较大的其它发光组件。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。

随着科技的发展，发光二极管的发光效率逐渐提高，亮度也越来越亮。换句话说，一个背光模块所需的亮度可由越来越少颗的发光二极管实现。发光二极管的数量越少，成本也就越低。

然而，发光二极管的数量减少，发光二极管之间的间距随之增加。须知，当发光二极管间隔排列时，发光二极管所发出的光必须照射到间隔中，否则将会在导光板上形成暗带，进而使得显示器的画面上产生明暗交错的现象。若是发光二极管出光的张角无法随着间隔的增加而张大，则发光二极管所发出的光将无法有效地照射到其相邻的间隔中，则导光板中的暗带会越趋明显，画面亮度不均匀的现象亦趋显著。换句话说，面板制造商必须在发光二极管的数量与显示画面的质量上取舍。

另一方面，为了符合电子产品薄型化的趋势，显示器及其背光模块的厚度逐渐变小。其中，导光板的厚度也逐渐缩小。当导光板的厚度缩小到接近于发光二极管的封装厚度时，由于现今的发光二极管在垂直方向的发散角度大，将会导致发光二极管部分角度的光线无法传送到导光板中，而形成漏光的现象，也会降低光的使用效率。

有鉴于此，需要一种新的背光模块及其发光二极管，其水平方向具有光场大角度发散的效果，以降低暗带发生的机率，并且其垂直方向具有使光场收敛的作用，使得所有光线都能进入导光板的内部。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背光模块及其发光二极管，使得沿着相对半长轴的方向，光场具有大角度发散的效果，如此可降低暗带发生的机率。并且，沿着相对半短轴的方向上，光场具有收敛的现象，进而减少光照射到导光板的外缘所导致的漏光现象。

本发明一方面提供一种发光二极管，其结构的设置可使得水平和垂直方向出光的光场分布不同。发光二极管至少包含封装体和发光芯片，发光芯片设置于封装体中。封装体基本上为半个椭圆球体，其具有一个椭圆形底面和一个椭球曲面。椭圆形底面有一相对半长轴和一相对半短轴，两轴相互垂直。椭球曲面环绕且邻接椭圆形底面的边缘，且椭球曲面与底面的最大垂直间距介于相对半长轴以及相对半短轴之间。

由上述实施例可知，发光二极管的出光光场的分布与封装体的结构有关，沿着椭圆形底面的相对半长轴方向的光场可形成较大角度的分布，而沿着相对半短轴方向的光场则会收敛成较小角度的分布。

本发明另一方面在于提供一种发光二极管，发光二极管的发光芯片设置于封装体中。利用封装体的结构，使得发光二极管所发出的光在水平方向上有较大的张角，而在垂直方向上则有较小的张角。

发光二极管的封装体具有一个底面、一对互相相对应设置的平面和一个曲面。该底面具有一相对半长轴和一相对半短轴，其中，两平面均分别邻接底面，曲面邻接两平面。并且，将曲面沿着垂直于底面的方向剖下后，曲面的剖面为椭圆曲线，该曲面与该底面的一最大垂直间距介于该相对半长轴以及该相对半短轴之间。另外，发光二极管尚包括多个反射结构，分别设置于两平面上。有此可知，利用椭圆形的曲面设置使得光场随着不同的方向而有不同的分布，可符合不同的出光张角的需求。

另一方面，本发明披露一种背光模块，其至少包含发光芯片、导光板和封装体。利用封装体的结构配置来改变光在不同角度中的强度分布。

具体而言，封装体介于发光芯片和封装体之间，且将发光芯片所发出的光传导至导光板上。封装体近似呈半椭球状，意即封装体具有至少两个面：一个近似呈椭圆形状的底面以及一个椭球曲面。近似呈椭圆形状的底面上有相对半长轴和相对半短轴。椭球曲面邻接底面，且椭球曲面与底面的最大垂直间距介于相对半长轴及相对半短轴之间。在本发明的实施例中，封装体包覆发光芯片，且封装体的椭球曲面抵接导光板。

发光芯片所发出的光通过封装体的配向后，其光场分布会随着出光方向而有所不同。其中，沿着相对半长轴的方向，光场具有大角度发散的效果，如此可降低暗带发生的机率。并且，沿着相对半短轴的方向上，光场具有收敛的现象，进而减少光照射到导光板的外缘所导致的漏光现象。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：

图1为本发明一实施例的背光模块的立体图。

图2为图1所示的封装体的立体图。

图3为图2所示的封装体的光场强度分布图，表示封装体所导出的光的强度对应角度的分布。

图4为根据本发明另一实施例的发光二极管的立体图。

图5为图4所示的封装体的立体图。

图6为根据本发明另一实施例的背光模块的立体图。

图7为图6的背光模块的剖面图。

其中，附图标记说明如下：

100：背光模块                110：发光二极管

112：发光芯片                114：封装体

116：反射结构                120：导光板

122：入光面                  124：长边

126：短边                    202：半长轴

204：半短轴                  206：高

208：间距                    210：底面

220：曲面                  230：平面

300：光场强度分布图        310：横轴

320：纵轴                  330：数据曲线

340：数据曲线

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明一实施例的背光模块100的立体图。如前所述，背光模块100主要是用来提供液晶显示其充分且均匀的光。在本发明的实施例中，背光模块100中至少设置有发光二极管110和导光板120，导光板120负责将发光二极管110所发出的光均匀地传导到面板(未绘示)上。发光二极管110可细分为发光芯片112和封装体114，其中发光芯片112包覆在封装体114之中。封装体114可将发光芯片112所发出的光传导到导光板120上，且利用封装体114的结构上的配置，使得光的张角沿着垂直和平行导光板120的方向不同。

请同时参考图1和图2，其中图2为封装体114的立体图。发光二极管110邻接或抵接导光板120，其中封装体114介于发光芯片112和导光板120之间。

封装体114的形状近似呈半个椭球体，其具有一个椭圆形底面210和一个椭球曲面220。在本发明的实施例中，封装体114的曲面220邻接或抵接导光板120。发光芯片112设置于封装体114中，邻近底面210之处。具体而言，发光芯片112被包裹在封装体114之中，且设置于底面210的中心。

一般而言，椭圆形可由互相垂直的长轴和短轴来定义其曲率。在本发明的实施例中，底面210上有一相对半长轴202和一相对半短轴204，半长轴202比半短轴204长。其中，半长轴202的长度介于半短轴204的长度的一倍到四倍之间。

曲面220环绕椭圆形底面210的边缘，且曲面220的边缘邻接底面210的边缘，而曲面220的中心和底面210的中心相隔一段距离。换句话说，曲面220为凸面，而非凹面。另一方面，将曲面220沿着垂直底面210的方向剖下后，所得的曲面220的剖面为椭圆曲线。

曲面220与底面210之间的最大垂直间距称为高206，高206的长度介于半长轴202的长度和半短轴204的长度之间。更详细地说，高206的长度大于或等于半短轴204的两倍，并且高206的长度可小于或等于半长轴202的长度。在本发明的实施例中，半长轴202的长度介于高206的长度的一倍到两倍之间。

在本发明的实施例中，曲面220的曲率中心位于底面210的中心。换句话说，半长轴202、半短轴204和高206可用来定义曲面220的曲率。

导光板120约为一扁平的长方体，其与发光二极管110邻接的端面称为入光面122。入光面122的形状为一长方形，具有长边124和短边126。其中，长边124的方向即为导光板120的延伸方向，而短边126代表导光板120的厚度。发光二极管110的封装体114以曲面220抵接或邻接导光板120的入光面122。封装体114的高206大约垂直于入光面122，半长轴202的方向平行入光面122的长边124，而半短轴204的方向平行于入光面122的短边126。

多个发光二极管110沿着入光面122的长边124间隔排列。如前所述，任两个发光二极管110之间的间隔需由其两侧的发光二极管110来提供光线。因此，在水平方向，即沿着半长轴202方向和沿着长边124方向上，发光二极管110出光的张角必须足够大以照射到间隔之处，以免在间隔之处产生暗带，导致不均匀的现象。另一方面，在垂直方向，即沿着半短轴204方向和沿着短边126的方向上，随着导光板120薄型化的趋势，短边126将逐渐缩短，因此发光二极管110的垂直方向的光场必须收敛，使得所有光线都能进入导光板120内部，以免发生漏光。

请同时参考图2和图3，其中图3为封装体114的光场强度分布图300。光场强度分布图300是用来表示由封装体114的曲面220所传导出的光的强度对应角度的分布情形。同时，为了清楚说明，图2中标示出立体坐标，X坐标轴的方向等同半短轴204的方向，Y坐标轴的方向等同高206的方向，Z坐标轴的方向等同半长轴202的方向。

光场强度分布图300的横轴310表示角度，定义垂直于封装体114的底面210的方向为0度，向顺时针方向倾斜为正，直到平行于底面210时为90度。反之，逆时针为负，直到平行底面210时为-90度。请注意，在后续叙述中虽将角度以正数表示以进行说明，然而基于对称性，所述的角度应视为顺时针方向的角度及逆时针方向的角度。光场强度分布图300的纵轴320表示光强度的测量值归一化后的数值，意即各个光强度的测量值对应最大光强度的测量值的比值。

第一条数据曲线330表示沿着封装体114的半长轴202且垂直半短轴204方向的光场强度分布，意即在Y-Z平面上的光场强度对应角度的关系。由光场强度分布图300可知，当角度在0度到70度之间时，光场强度均可维持在0.8以上，即最大光强的80％以上。当角度为大约介于80到90度之间，尤其是约为85度时，所测得的光场强度约为0.5，即最大光强度的一半。由此可知，经由封装体114配向后的光线沿着半长轴202方向的张角显著地增加，使得光场在水平方向具有大角度发散的效果，以降低暗带发生的机率。

第二条数据曲线340表示沿着封装体114的半短轴204且垂直半长轴202方向的光场强度分布，意即在X-Y平面上的光场强度对应角度的关系。由光场强度分布图300可知，当角度在0度到25度之间时，光场强度均可维持在0.8以上。当角度为大于35度，尤其是约为40度时，所测得的光场强度约为0.5，即最大光强度的一半。由此可知，封装体114可使得沿着半短轴204方向的张角显著地收缩，将光场收敛，以减少漏光发生的机率。

请参考图4和图5。图4和图5分别为根据本发明另一实施例的发光二极管110及其封装体114的立体图。在本实施例中，封装体114上设置有两个互相对应的平面230，各平面230均邻接底面210和曲面220。就制作方法而言，可先将导光材料塑形成一个半椭球体，再将半椭球体的两侧切割而形成平面230。

平面230是设置于封装体114的曲面220邻接底面210的半短轴204之处，且大约垂直半短轴204。在本发明的实施例中，两平面230互相平行，且均平行于半长轴202，且垂直于半短轴204。显而易见地，平面230和底面210的中心之间的间距208小于半短轴204的长度，且大于发光芯片112的长度的一半。也就是说，两平面230的间距为两倍的间距208，其长度介于半短轴204的两倍和发光芯片112的长度之间。

为了提高垂直方向上光场收敛的程度，并提高光的使用效率，发光二极管110中设置有反射结构116，以将垂直方向中大角度的光反射。具体而言，反射结构116位于封装体114的曲面220上，且位于曲面220邻接底面210的半短轴204的区域上。在本发明的实施例中，反射结构116设置于平面230上。

以现行科技而言，反射结构116的种类有很多种，举例来说，可利用反射系数高的材料来进行反射，例如在平面230上镀上反射膜如金属镀膜或反射网点或多层膜。另外，也可利用结构变化使光反射或折射，例如在平面230上形成光栅或其它微型结构像是V形沟槽状微结构能将光线导到正面出光。

请参考图6和图7。图6为根据本发明另一实施例的背光模块100的立体图，图7为背光模块100沿着图6所示的Y-Z平面的剖面图。

在本发明的实施例中，发光二极管110呈柱状。具体而言，发光二极管110的封装体114为一长柱状，且由一底面210、两平面230和一个曲面220所构成。其中两平面230互相相对而不相接，且各平面230一侧邻接曲面220，另一侧邻接底面210。

两平面230和底面210的形状皆为长条状，其延伸方向平行X方向。将曲面220沿着Y-Z平面的方向，意即垂直于底面210的延伸方向剖下后，所得的曲面220的剖面为椭圆曲线，且椭圆曲线的曲率可由高206和半短轴204来定义。换句话说，椭圆曲线的相对半长轴垂直底面210，且等于曲面220到底面210的最大垂直间距，即为高206。如同前述，高206的长度大于半短轴204的长度的两倍。

在本发明的实施例中，封装体114的平面230上设置有反射结构116。反射结构116可为金属镀膜、反射网点、光栅、破孔或微结构。

发光二极管110的发光芯片112设置于封装体114的底面210上，且沿着底面210的延伸方向间隔排列。封装体114的曲面220抵接或邻接导光板120。如同前述，封装体114的曲面220剖面呈现长形的椭圆曲线，可使得光场沿着半短轴204方向的张角显著地收缩，将光场收敛。如此一来，发光芯片112所发出的光便可几乎全部照射于导光板120上，以减少漏光发生的机率。

由上述本发明的各个实施例可知，发光二极管110的光场强度与角度分布与封装体114的结构有关。本发明披露多种封装体114的结构。利用将封装体114的出光面的形状构形为椭圆形或椭球形，使得传送出的光在水平方向和垂直方向上的强度与角度分布不同。

虽然本发明已以多个实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种发光二极管，至少包括：

一封装体，包括：

一椭圆形底面，具有一相对半长轴以及一相对半短轴；以及

一椭球曲面，环绕且邻接该椭圆形底面的边缘，且该椭球曲面与该底面的一最大垂直间距介于该相对半长轴以及该相对半短轴之间；以及

一发光芯片，设置于该封装体中。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其中该最大垂直间距大于该相对半短轴的两倍。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其中该相对半长轴小于该最大垂直间距的两倍。

4.如权利要求1所述的发光二极管，还包括至少一个反射结构，所述反射结构设置于该封装体上，且位于该椭球曲面邻接该底面和该相对半短轴之处。

5.如权利要求4所述的发光二极管，其中该反射结构为一金属镀膜、一光栅、多个破孔或多种微结构。

6.一发光二极管，至少包括：

一封装体，包括：

一底面，具有一相对半长轴和一相对半短轴；

两个平面，互相相对应设置，且分别邻接该底面；以及

一曲面，邻接所述平面，且垂直于该底面的该曲面的剖面为一椭圆曲线，该曲面与该底面的一最大垂直间距介于该相对半长轴以及该相对半短轴之间；

至少一个发光芯片，设置于该封装体中；以及

多个反射结构，分别设置于所述平面上。

7.如权利要求6所述的发光二极管，其中所述平面互相平行，且分别垂直该相对半短轴，且所述平面的间距介于该相对半短轴的两倍和该发光芯片的长度之间。

8.如权利要求6所述的发光二极管，其中该最大垂直间距大于该相对半短轴的两倍。

9.如权利要求6所述的发光二极管，其中该相对半长轴小于该最大垂直间距的两倍。

10.如权利要求6所述的发光二极管，其中该椭圆曲线的一相对半长轴垂直于该底面，且该相对半长轴大于该椭圆曲线的一相对半短轴的两倍。

11.如权利要求6所述的发光二极管，其中该底面呈一长条形，且延伸方向与该曲面的剖面垂直。

12.如权利要求6所述的发光二极管，其中每一所述反射结构为一金属镀膜、一光栅或多种微结构。

13.一种背光模块，至少包含：

一发光芯片；

一导光板；以及

一封装体，包覆该发光芯片，且介于该发光芯片和该封装体之间，用以将该发光芯片所发出的光传导至该导光板，该封装体包含：

一底面，近似成一椭圆形状且具有一相对半长轴和一相对半短轴；以及

一椭球曲面，抵接该导光板，且邻接该底面，该椭球曲面与该底面的一最大垂直间距介于该相对半长轴以及该相对半短轴之间。

14.如权利要求13所述的背光模块，其中该发光芯片设置于该底面的中心。

15.如权利要求14所述的背光模块，其中该椭球曲面抵接该导光板的一入光面，且该入光面的一相对长边平行该相对半长轴，该入光面的一相对短边平行该相对半短轴。

16.如权利要求15所述的背光模块，还包含一对平面，所述平面设置于该封装体上，且互相平行，且每一所述平面均垂直该相对半短轴且邻接该椭球曲面和该底面。

17.如权利要求16所述的背光模块，其中所述平面的间距小于该相对半短轴的两倍，且大于该发光芯片的长度。

18.如权利要求16所述的背光模块，还包含多个反射结构，所述反射结构设置于所述平面上，每一所述反射结构为一金属镀膜、一光栅、多个破孔或多种微结构。

19.如权利要求13所述的背光模块，其中该最大垂直间距大于该相对半短轴的两倍。

20.如权利要求13所述的背光模块，其中该相对半长轴小于该最大垂直间距的两倍。

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