CN102537761A - 直下式发光二极管光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直下式发光二极管光源，其混光腔体具有水平底部及倾斜侧壁，且倾斜侧壁与水平面具有小于90°的夹角。位于混光腔体水平底部的正向大角度发光二极管的最强发光角度小于90°，且夹角与最强发光角度的总和介于80°至100°之间。

Description

直下式发光二极管光源

技术领域

本发明是关于正向大角度发光二极管，更特别关于采用其的直下式光源的设计。

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是不经导光板打散，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LED 10的示意图，图2为LED芯片12的光强度分布图。LED 10包含一用来发射光线18的LED芯片12、以及一罩设于LED芯片12上的透镜14，用来反折射LED芯片12所发射的光线18。如图1所示，LED芯片12所发射的光线18，在经过透镜14的反折射后，其光线18大多集中在一中央轴16附近。这样的LED 10若被置于如图3所示的液晶显示器26下，会在液晶显示器26产生严重的亮度集中问题，而造成其显示品质下降。

为改善上述问题，申请人稍早申请的中国台湾专利公告号I323809中，披露了一种正向大角度LED。这种LED的特征在于其最强发光方向与中央轴线夹有一最强发光角度。虽然此案已改善亮度集中的问题，但位于混光腔体边缘部分的正向大角度LED所发出的光将会有部分被混光腔体的垂直侧壁吸收。此外，为了让整个面板的可视区具有较佳亮度均齐度，其载有LED的印刷电路板的面积必需大于或等于面板可视区的底部面积。

综上所述，目前亟需新的设计增加LED阵列光源的可视区域。

发明内容

为解决上述的问题，本发明一实施例提供一种直下式发光二极管光源，包括混光腔体，具有水平底部及倾斜侧壁，且倾斜侧壁与水平面具有夹角；反射层，位于倾斜侧壁上；印刷电路板，位于水平底部上；多个正向大角度发光二极管，位于印刷电路板上，且正向大角度发光二极管具有最强发光角度；其中夹角与最强发光角度的总和介于80°至100°之间。

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是已知技艺中，发光二极管的发光示意图；

图2为图1所显示的LED芯片于不同角度的发光强度分布图；

图3为含有图1所示的LED的液晶显示器的示意图；

图4本发明一实施例中，直下式发光二极管光源的示意图；

图5A、6A、及7A是本发明的实施例中，正向大角度发光二极管于印刷电路板上的排列方式；

图5B、6B、及7B是本发明的比较实施例中，垂直发光式发光二极管于印刷电路板上的排列方式；

图8A是图5A的印刷电路板置于混光腔体的水平底部的上视图；

图8B是第5B图的印刷电路板置于混光腔体的水平底部的上视图；

图9A是对应图8A的上视图结构的剖视图；

图9B是对应图8B的上视图结构的剖视图；以及

图10是本发明的正向大角度发光二极管于不同角度的发光强度分布图。

主要元件符号说明：

α～倾斜侧壁与水平面的夹角；

β～发光二极管的最强发光角度；

A、A’、C、C’、E、E’～印刷电路板的长度；

B、B’、D、D’、F、F’～印刷电路板的宽度；10～发光二极管；

12～LED芯片；

14～透镜；

16～中央轴；

18～光线；

26～液晶显示器；

40～直下式发光二极管背光架构；

41～混光腔体；

43～水平底部；

45～倾斜侧壁；

46～光学膜；

47～反射层；

48～支撑部；

49～外框；

51～印刷电路板；

53～正向大角度发光二极管；

55～垂直发光式发光二极管；

81～可视区域。

具体实施方式

如图4所示，本发明一实施例提供一种直下式发光二极管背光架构40。混光腔体41具有水平底部43及倾斜侧壁45，且倾斜侧壁43与水平面具有夹角α。在水平底部43上设置有印刷电路板51，在倾斜侧壁45及印刷电路板51上设有反射层47，可反射后述的正向大角度发光二极管所发出的光线。反射层47的组成可为金属或合金，且可具有平滑或周期性结构的表面。

多个正向大角度发光二极管53是位于印刷电路板51上。多个正向大角度发光二极管53的排列方式可为图5A所示的阵列式，或图6A及7A所示的交错阵列式。如其名所示，正向大角度发光二极管53的最强发光方向并非中央轴线，其最强发光方向与中央轴线夹射有一β角，如图10所示。虽然在图10中，最强发光角度β约为65°，但最强发光角度β可介于20°至80°之间。若正向大角度发光二极管53最强发光角度β过大，则效率变低。若正向大角度发光二极管53的最强发光角度β过小，则无法拉开LED间距。

为了使直下式发光二极管背光架构40具有最大可视区，正向大角度发光二极管53的最强发光角度β与夹角α的总和介于80°至100°之间，更佳为90°。若最强发光角度β与夹角α的总和过大，则亮度均齐度变差。若最强发光角度β与夹角α的总和过小，则亮度均齐度变差。

与已知的垂直发光式发光二极管相较，正向大角度发光二极管53之间的距离较大。在本发明一实施例中，正向大角度发光二极管53之间的距离介于30至60mm之间，远大于传统垂直发光式发光二极管之间的距离(10mm至30mm)。若正向大角度发光二极管53之间的距离过小，则将增加背光架构中二极管的使用数，而增加无谓的制造成本。若正向大角度发光二极管53之间的距离过大，则产生亮暗区块。

以图5A所示的正向大角度发光二极管为例，水平底部43上载有正向大角度发光二极管53的印刷电路板51的总面积小于可视区域81的面积，如图8A所示。图9A是对应图8A(上视图)的剖视图，可知可视区域81大于印刷电路板51所占的面积。与图5A、6A、及7A的正向大角度发光二极管不同，图5B、6B、及7B的发光二极管为垂直发光式发光二极管。以图5B所示的垂直发光式发光二极管为例，水平底部43上载有垂直发光式发光二极管55的印刷电路板51的总面积大于可视区域81的面积，如图8B所示。图9B是对应图8B(上视图)的剖视图，可知印刷电路板51所占的面积大于可视区域81。

如图5A、6A、及7A所示，本发明实施例中载有正向大角度发光二极管53的印刷电路板51的长宽(A’、B’、E’、F’、C’、D’)较小，正向大角度发光二极管53的间距较大，且直下式光源所需的正向大角度发光二极管53的数目较少。如图5B、6B、及7B所示，已知载有垂直发光式发光二极管55的印刷电路板51的长宽(A、B、E、F、C、D)较大，垂直发光式发光二极管55的间距较小，且直下式光源所需的垂直发光式发光二极管的数目较多。综上所述，本发明采用正向大角度发光二极管53搭配具有倾斜侧壁45的混光腔体41的设计，可大幅节省印刷电路板51的面积与发光二极管的数目，进而降低成本。

在这必需注意的是，若采用正向大角度发光二极管53搭配已知技艺所述的垂直侧壁，将无法避免印刷电路板面积51较大的问题。请参考图8B及9B，即使将垂直发光式发光二极管55置换为间距较大的正向大角度发光二极管53，载有正向大角度发光二极管53的印刷电路板51的面积仍需大于可视面积81。如此一来，具有垂直侧壁的直下式光源所需的正向大角度发光二极管53的数目将大于具有倾斜侧壁45的直下式光源。

最后，上述的混光腔体41顶部上可设有光学膜46，如图4所示。虽然图4的光学膜46为双层结构，但亦可为单层结构或其他多层结构，端视需要而定。在光学膜46两侧设置有支撑部48，再以外框49封装光学膜46。上述结构可进一步搭配液晶显示器面板于外框49上，此时直下式发光二极管光源背光架构40将作为液晶显示器的背光源。在其他实施例中，可直接在混光腔体41顶部覆盖透光板(未图示)。此时直下式发光二极管光源背光架构40可作为交通号志灯、汽车煞车灯、尾灯、或其他照明设施。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种直下式发光二极管光源，包括：

一混光腔体，具有一底部及一倾斜侧壁，且该倾斜侧壁与水平面具有一夹角；

一反射层，位于该倾斜侧壁上；

一印刷电路板，位于该水平底部上；

多个正向大角度发光二极管，位于该印刷电路板上，且所述正向大角度发光二极管具有一最强发光角度；

其中该夹角与该最强发光角度的总和介于80°至100°之间。

2.如权利要求1所述的直下式发光二极管光源，其特征在于，该夹角与该最强发强角度的总和为90°。

3.如权利要求1所述的直下式发光二极管光源，其特征在于，该最强发光角度介于20°至80°之间。

4.如权利要求1所述的直下式发光二极管光源，其特征在于，所述正向大角度发光二极管之间的距离介于30至60mm之间。

5.如权利要求1所述的直下式发光二极管光源，其特征在于，该印刷电路板的面积小于该直下式发光二极管光源的可视面积。

6.如权利要求1所述的直下式发光二极管光源，其特征在于，更包括一透光板，封装该混光腔体的顶部。

7.如权利要求1所述的直下式发光二极管光源，其特征在于，是作为一液晶显示器的背光模块。

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