CN103335246A - 光源以及具有该光源的背光模块 - Google Patents

光源以及具有该光源的背光模块 Download PDF

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Abstract

一种光源，其包括一承载器、多个固态发光元件、一光耦合板、一第一反射器以及多个第二反射器。固态发光元件与光耦合板配置于承载器上，而光耦合板具有一底表面、一顶表面、多个与底表面及顶表面邻接的侧表面以及一从底表面延伸至顶表面的贯孔，且固态发光元件位于贯孔内。第一反射器覆盖贯孔，第二反射器配置于侧表面上，其中固态发光元件所发出的光线从贯孔的侧壁进入光耦合板，并从顶表面离开光耦合板。

Description

光源以及具有该光源的背光模块
本申请为分案申请，其母案申请的申请号为201110271376.2，申请日为2011年09月06日，发明名称为“光源以及具有该光源的背光模块”。
技术领域
本发明是有关于一种背光模块(backlight module)，且特别是有关于一种背光模块中的光源设计。
背景技术
由于液晶显示器具有低电压操作、无辐射线散射、重量轻以及体积小等传统阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)所制造的显示器无法达到的优点，因此液晶显示器已成为近年来显示器研究的主要课题，且不断地朝向彩色化发展。由于液晶显示器为非自发光型显示器，因此需要背光模块提供所需的光线，方可达到显示的功能。近年来，随着环保意识的提升，背光模块中所使用的发光元件已逐渐从冷阴极萤光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)转换成更为环保的发光二极管元件。
图1为公知的背光模块的剖面示意图。请参照图1，公知的背光模块100包括一导光板110、多个光源120以及多个光学胶130。导光板110具有入光面110a以及与入光面110a相对的出光面110b，而各个光源120分别通过对应的光学胶130粘着于导光板110的入光面110a上。
从图1可知，各个光源120包括承载器120a、多个发光二极管元件120b、光耦合板120c以及环形反射器120d。发光二极管元件120b与光耦合板120c配置于承载器120a上，且发光二极管元件120b所发出的光线是从光耦合板120c的侧表面S进入光耦合板120c，并从光耦合板120c的顶表面T离开光耦合板120c。环形反射器120d是覆盖发光二极管元件120b以及顶表面T的边缘。此外，光耦合板120c的顶表面T是通过光学胶130粘着于导光板110的入光面110a上。
图1所绘示的光源120会有光线过于集中在光耦合板120c上方的问题，如图1中的X区域所示。此外，各个发光二极管元件120b所发出的部分光线在穿过光学胶130的后，会被环形反射器120d的侧壁反射，进而造成漏光的问题，如图1中的Y区域所示。承上述，公知的背光模块100面临了光学均匀性(uniformity)不佳的问题，且亟需解决。
发明内容
本发明提供一种光源以及背光模块，其具有良好的光学特性(opticalcharacteristics)。
本发明提供一种光源，其包括一承载器、多个固态发光元件、一光耦合板、一第一反射器以及多个第二反射器。固态发光元件与光耦合板配置于承载器上，而光耦合板具有一底表面、一顶表面、多个与底表面及顶表面邻接(adjoin)的侧表面以及一从底表面延伸至顶表面的贯孔，且固态发光元件位于贯孔内。第一反射器覆盖贯孔，第二反射器配置于侧表面上，其中固态发光元件所发出的光线从贯孔的侧壁进入光耦合板，并从顶表面离开光耦合板。
在本发明的一实施例中，前述的承载器例如为一线路板。
在本发明的一实施例中，前述的固态发光元件例如为侧面发光型态的发光二极管封装元件(side-view LED package)。
在本发明的一实施例中，前述的各固态发光元件具有一发光面，且各发光面是面向贯孔的侧壁。
在本发明的一实施例中，前述的第一反射器的形状与贯孔的形状实质上相同。
在本发明的一实施例中，前述的贯孔包括圆形贯孔、椭圆形贯孔或多边形贯孔。
在本发明的一实施例中，前述的贯孔的侧壁是由多个曲面所构成。
在本发明的一实施例中，前述的第一反射器为一反射片(reflectiveplate)，且第一反射器与顶表面实质上位在同一平面上。
在本发明的一实施例中，前述的第一反射器与固态发光元件之间保有一间隙(gap)。
在本发明的一实施例中，前述的第二反射器包括多个反射片或多个反射镀层(reflective coating)。
在本发明的一实施例中，前述的光源可进一步包括一光学填充材料(optical filler)，填于贯孔内以包覆固态发光元件，其中光学填充材料的折射率与光耦合板的折射率不同。
在本发明一实施例中，前述的光源可进一步包括一第三反射层，此第三反射层配置于承载器与光耦合板的底表面之间。举例而言，第三反射层例如为一白色反射片(white sheet)。
本发明另提供一种背光模块，其包括至少一个上述的光源、一导光板以及至少一光学胶。导光板具有一入光面以及一与入光面相对的出光面，而光源的第一反射器以及光耦合板的顶表面是通过光学胶粘着于导光板的入光面上。
在本发明的一实施例中，前述的导光板的顶表面具有多个光学微结构(optical micro-structures)，而这些光学微结构例如为网点、V型槽(V-cut)或其他适于使光线散射的光学微结构。
本发明另提供一种平面光源，其包括一第一反射器、多个条状光源(lightbars)、一导光板以及多个第二反射器。条状光源配置于第一反射器上，导光板配置于第一反射器上以覆盖条状光源，导光板具有一第一表面、一与第一表面相对的第二表面以及多个位于第二表面上且彼此分离的凸状光耦合部(convex couplers)，各个凸状光耦合部为一条状结构，其中各个条状光源分别位于相邻二凸状光耦合部之间，各个条状光源所发出的光线从至少一凸状光耦合部的至少一侧壁进入导光板，并从第一表面离开导光板。此外，第二反射器配置于未有凸状光耦合部分布的第二表面上。
在本发明的一实施例中，前述的各个条状光源包括一承载器以及多个固态发光元件。固态发光元件配置于承载器上，且固态发光元件所发出的光线从至少一凸状光耦合部的侧壁进入导光板，并从第一表面离开导光板。
在本发明的一实施例中，前述的承载器包括一线路板。
在本发明的一实施例中，前述的固态发光元件包括侧面发光型态的发光二极管封装元件。
在本发明的一实施例中，前述的各个条状光源中的固态发光元件排列成两列，且各个条状光源中的两列固态发光元件所发出的光线分别从二相邻的凸状光耦合部的侧壁进入导光板。
在本发明的一实施例中，前述的各个条状光源中的固态发光元件排列成一列，各个条状光源中的固态发光元件所发出的光线从对应的凸状光耦合部的其中一侧壁进入导光板，而各个凸状光耦合部的另一侧壁被第二反射器所覆盖。
在本发明的一实施例中，前述的各个凸状光耦合部的侧壁的倾斜角为θ。举例而言，θ是介于0度至68度之间。
在本发明的一实施例中，前述的各个凸状光耦合部的侧壁上具有一光学微结构。
在本发明的一实施例中，前述的第二反射器包括多个反射片或多个反射镀层。
在本发明的一实施例中，前述的平面光源可进一步包括多个漏光抑制层，其中各个漏光抑制层分别配置于各个凸状光耦合部与第一反射层之间。
在本发明的部分实施例的光源与背光模块中，由于固态发光元件是设置于光耦合板的贯孔内，且第二反射器是覆盖于上贯孔的第一反射器以及配置于光耦合板的侧表面上以使光线能够均匀地从光耦合板的顶表面被导出，因此该实施例的光源以及背光模块具有良好的光学特性。在本发明的另一实施例的平面光源中，由于导光板具有多个彼此分离的凸状光耦合部以使光线能够均匀地从导光板的第一表面被导出，因此该实施例的平面光源具有良好的光学特性。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为公知的背光模块的剖面示意图。
图2A为本发明第一实施例的背光模块的底视示意图。
图2B为本发明第一实施例的背光模块的剖面示意图。
图2C为本发明第一实施例的光源的上视示意图。
图3为本发明第一实施例中另一种光耦合板的示意图。
图4为本发明第一实施例中另一种背光模块的剖面示意图。
图5为公知技术与第一实施例的光学特性比较。
图6A为本发明第二实施例的平面光源的上视示意图。
图6B为本发明第二实施例的平面光源的剖面示意图。
图7为本发明第二实施例的导光板的局部放大示意图。
图8为本发明第三实施例的平面光源的剖面示意图。
附图标记说明
100：背光模块         110：导光板
110a：入光面         110b：出光面
120：光源            120a：承载器
120b：发光二极管元件 120c：光耦合板
120d：环形反射器     130：光学胶
X、Y：区域           200、200’：背光模块
210：导光板          210a：入光面
210b：出光面         220、220’：光源
220a：承载器         220b：固态发光元件
220c：光耦合板       220d：第一反射器
220e：第二反射器     220f：第三反射器
230：光学胶          300、300’：平面光源
310：第一反射器      320、320’：条状光源
322：承载器          324：固态发光元件
330：导光板          330a：第一表面
330b：第二表面       332：凸状光耦合部
332a：侧壁           340、340’：第二反射器
B：底表面            T：顶表面
S：侧表面            H：贯孔
E：发光面
具体实施方式
【第一实施例】
图2A为本发明第一实施例的背光模块的底视示意图，图2B为本发明第一实施例的背光模块的剖面示意图，而图2C为本发明第一实施例的光源的上视示意图。请同时参照图2A至图2C，本实施例的背光模块200包括导光板210、一个或多个光源220以及光学胶230。导光板210具有入光面210a以及与入光面210a相对的出光面210b，而光源220通过光学胶230粘着于导光板210的入光面210a上。在本实施例中，背光模块200中的光源220的数量可依据产品需求而作适度的更动，举例而言，当背光模块200是应用于小尺寸的液晶面板时，可采用单一光源220，反的，当背光模块200是应用于中、大尺寸的液晶面板时，可采用多个阵列排列的光源220。如图2A所示，光源220是等距排列于导光板210下方，而每一个光源220是对应于导光板210上的其中一个子照明区域L。在本实施例中，二相邻光源220之间距与光源220内部的光学设计相关，此领域具有通常知识者可根据光源220内部的光学设计而调整光源220的排列间距，故本实施例不限定光源220的排列间距。
请参照图2B与图2C，本实施例的光源220包括承载器220a、多个固态发光元件220b、光耦合板220c、第一反射器220d以及多个第二反射器220，其中固态发光元件220b与光耦合板220c皆配置于承载器220a上，而光耦合板220c具有底表面B、顶表面T、多个与底表面B及顶表面T邻接的侧表面S以及从底表面B延伸至顶表面B的贯孔H，且固态发光元件220a位于贯孔H内。第一反射器220d覆盖贯孔H，第二反射器220e则配置于光耦合板220c的侧表面S上，其中固态发光元件220b所发出的光线从贯孔H的侧壁SW进入光耦合板220c，并从顶表面T离开光耦合板220c。此外，第一反射器220e以及光耦合板220c的顶表面T是通过光学胶230粘着于导光板210的入光面210a上。
在本实施例中，承载器220a例如为一线路板。举例而言，前述的线路板例如为一般常见的FR-4印刷电路板、FR-5印刷电路板、金属核心印刷电路板(Metal Core Printed Circuit Board，MCPCB)。此外，前述的线路板亦可以是可挠性印刷线路(Flexible Printed Circuit，FPC)。
固态发光元件220b例如为侧面发光型态的发光二极管封装元件(side-view LED package)，且固态发光元件220b例如是以表面粘着技术(Surface Mount Technology，SMT)设置于承载器220a上，并与承载器220a电性连接。此外，本实施例的各固态发光元件220b具有发光面E，且各发光面E是面向贯孔H的侧壁SW。
在本实施例中，光耦合板220c例如为正方形的光耦合板，其边长例如是10毫米至20毫米之间，且光耦合板220c的贯孔H例如为圆形贯孔（绘示于图2C中，其直径例如是5毫米至8毫米之间）、椭圆形贯孔（未绘示）或多边形贯孔（未绘示）。在其他可行的实施例中，贯孔H的侧壁SW亦可以是由多个曲面所构成，如图3所示。当贯孔H的侧壁SW是由多个曲面所构成时，此贯孔H设计将有助于光线分布的均匀性。在本实施例中第一反射器220d的形状可随着贯孔H的形状变化，换言的，第一反射器220d的形状是与贯孔H的形状实质上相同，然本实施例并不限定第一反射器220d的形状。
值得注意的是，第一反射器220d主要的功能是遮蔽及/或反射固态发光元件220b所发出的光线，以使绝大部分的光线能够从贯孔H的侧壁SW进入光耦合板220c，并从顶表面T离开光耦合板220c。由于第一反射器220d可以避免固态发光元件220b所发出的部份光线直接往上传递而穿过光学胶230以及导光板210，故第一反射器220d可以改善发生在固态发光元件220b上方的光线强度过大的问题。在本实施例中，第一反射器220d为一反射片(reflectiveplate)，且第一反射器220d与光耦合板220c的顶表面T实质上是位在同一平面上。然而，本发明不限定第一反射器220d所在的水平位置，第一反射器220d亦可以略高于或是略低于光耦合板220c的顶表面T。
由图2B可清楚得知，第一反射器220d与固态发光元件220b之间保有一间隙(gap)，换言的，用以容纳固态发光元件220b的贯孔H内并未进一步填充其他材料。由于贯孔内的介质（例如：空气）与光耦合板220c分别具由不同的折射率，故固态发光元件220b所发出的光线在经过贯孔H的侧壁SW时，会产生折射现象，有助于光线的发散。值得注意的是，在本发明的其他实施例中，可将光学填充材料(optical filler)填于贯孔H内以包覆固态发光元件220b，使固态发光元件220b获得进一步的保护。前述的光学填充材料的折射率需与光耦合板220c的折射率不同，已确保光线在经过贯孔H的侧壁SW时会产生折射现象。
在本实施例中，配置于侧表面S上的第二反射器220e例如为多个反射片或多个反射镀层(reflective coating)。第二反射器220e的主要功能在于将进入光耦合板220c内的部分光线反射至第一反射器220d与固态发光元件220b上方。详言的，从贯孔H的侧壁SW进入光耦合板220c内的光线分以大致上区分为两种，其一为直接穿过光耦合板220c的顶表面T、光学胶230以及导光板210的光线，另一为经过第二反射器220e反射后才穿过光耦合板220c的顶表面T、光学胶230以及导光板210的光线，这两种光线的比例若控制得宜，本实施例将可以获得均匀度良好的面光源。举例而言，此领域具有通常知识者可以选择性地在导光板210的顶表面210b制作一些光学微结构(optical micro-structures)，以调整导光板210的顶表面210b上光线分布的均匀性。这些光学微结构例如为网点、V型槽(V-cut)或其他适于使光线散射的光学微结构。
图4为本发明第一实施例中另一种背光模块的剖面示意图。请参照图4，本实施例的背光模块200’与图2B中的背光模块200类似，惟二者主要差异的处在于：本实施例的背光模块200’中的光源220’可进一步包括第三反射层220f，此第三反射层220f配置于承载器220a与光耦合板220c的底表面B之间。举例而言，第三反射层220f例如为一白色反射片(white sheet)或其他适合的反射片。
在本发明第一实施例的光源与背光模块中，由于固态发光元件是设置于光耦合板的贯孔内，且第二反射器是覆盖于上贯孔的第一反射器以及配置于光耦合板的侧表面上以使光线能够均匀地从光耦合板的顶表面被导出，因此该实施例的光源以及背光模块具有良好的光学特性。
【实验例】
图5为公知技术与第一实施例的光学特性比较。请参照图5，从左上方以及右上方的两个照度(irradiance)分布图可知，与公知技术相较，本申请案的光源设计具有较佳的光线分布的均匀性。此外，从左下方以及右下方的两个漏光(Light Leakage)能量分布图可知，与公知技术相较，本申请案的光源设计的漏光现象较为轻微。
【第二实施例】
图6A为本发明第二实施例的平面光源的上视示意图，图6B为本发明第二实施例的平面光源的剖面示意图，而图7为本发明第二实施例的导光板的局部放大示意图。请参照图6A与图6B，本实施例的平面光源300包括一第一反射器310、多个条状光源320、一导光板330以及多个第二反射器340。条状光源320配置于第一反射器310上，导光板330配置于第一反射器310上以覆盖条状光源320，导光板330具有一第一表面（出光面）330a、一与第一表面330a相对的第二表面330b以及多个位于第二表面330b上且彼此分离的凸状光耦合部332，各个凸状光耦合部332为一条状结构，其中各个条状光源320分别位于相邻二凸状光耦合部332之间，各个条状光源320所发出的光线从至少一凸状光耦合部332的至少一侧壁332a进入导光板330，并从第一表面330a离开导光板330。此外，第二反射器340配置于未有凸状光耦合部332分布的第二表面330b上，且第二反射器340例如为多个反射片或多个反射镀层。
在本实施例中，第一反射器310例如为一反射片（如白色反射片）或是一具有反射镀层的基材。
如图6B所示，各个条状光源320包括一承载器322以及多个固态发光元件324。固态发光元件324配置于承载器322上，且固态发光元件324所发出的光线从至少一凸状光耦合部332的侧壁332a进入导光板330，并从第一表面330a离开导光板330。此外，承载器322例如为一线路板。举例而言，前述的线路板例如为一般常见的FR-4印刷电路板、FR-5印刷电路板、金属核心印刷电路板。此外，前述的线路板亦可以是可挠性印刷线路。
固态发光元件324例如为侧面发光型态的发光二极管封装元件，且固态发光元件324例如是以表面粘着技术设置于承载器322上，并与承载器322电性连接。此外，本实施例的各固态发光元件324具有发光面E，且各发光面E是面向至少一凸状光耦合部332的至少一侧壁332a。
值得注意的是，凸状光耦合部332的延伸方向例如是平行于条状光源320的延伸方向。举例而言，各个条状光源320中的固态发光元件324是排列成两列（此处，列方向平行于条状光源320的延伸方向），且各个条状光源320中的两列固态发光元件324所发出的光线分别从二相邻的凸状光耦合部332的侧壁332a进入导光板330。详言的，在各个条状光源320中，排列于其中一列（左侧）的固态发光元件324的发光面E皆面向左侧的凸状光耦合部332的侧壁332a，而排列于另一列（右侧）的固态发光元件324的发光面E皆面向右侧的凸状光耦合部332的侧壁332a。
承上述，从侧壁332a进入导光板330的后的部分光线会经过一次或多次的反射而改变其在导光板330内的传递方向，的后，这些光线会从第一表面（出光面）330a离开导光板330。本实施例可以通过调整侧壁332a的倾斜角θ来调整导光板330中光线的分布情况。倾斜角θ例如是介于0度至68度之间。值得注意的是，各个凸状光耦合部332的侧壁332a上可以选择性地具有一光学微结构，且光学微结构例如为微棱镜(micro-prism)或是其他能够降低光线全反射机率的微结构。此外，前述的第一表面330a上例如具有多个能够使光线散射的突起(protrusions)，本实施例可通过控制突起的尺寸与分布密度来调控平面光源300的均匀性。
如图6B所示，前述的平面光源可选择性地包括多个漏光抑制层350，其中各个漏光抑制层350分别配置于各个凸状光耦合部332与第一反射层310之间。在本实施例中，漏光抑制层350例如为一白色反射片(white sheet)或是其他能够反射或吸收漏光的反射材。
图7为本发明第二实施例的导光板的局部放大示意图。请参照图7，为了使侧壁332a的倾斜角θ最佳化，以下将搭配图7说明侧壁332a的倾斜角θ所需满足的条件：
2H1+(H1-LEDH/2-t)+P>Rh>(H1-LEDH/2-t)+P；
Rh=Rd*tan(θ-θ2)+P；以及
P=2n*(H1+H2)，且n为正整数，其中H1为凸状光耦合部332的厚度，H1为第一表面330a与第二表面330b的最短距离，LEDH为固态发光元件324的高度，t为承载器322的厚度，Rd为固态发光元件324的发光面E到相对的固态发光元件324的发光面E的水平距离，Rh为固态发光元件324的发光面E到相对的固态发光元件324的发光面E的垂直距离，θ1为入射角，θ2为折射角。
承上述，此领域具有通常知识者当在参照本申请案的揭露内容后，可根据实际设计需求而适度地更动前述倾斜角θ的数值范围。
【第三实施例】
图8为本发明第三实施例的平面光源的剖面示意图。请参照图8，本实施例的平面光源300’与第二实施例的平面光源300类似，惟二者主要差异的处在于：本实施例的各个条状光源320’中的固态发光元件324排列成单一列，各个条状光源320’中的固态发光元件324所发出的光线从对应的凸状光耦合部332的其中一侧壁332a进入导光板330，而各个凸状光耦合部332的另一侧壁332a被第二反射器340’所覆盖。
在本发明第二实施例的平面光源中，由于导光板具有多个彼此分离的凸状光耦合部以使光线能够均匀地从导光板的第一表面被导出，因此该实施例的平面光源具有良好的光学特性。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，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，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种平面光源，包括：
一第一反射器；
多个条状光源，配置于该第一反射器上；
一导光板，配置于该第一反射器上以覆盖所述条状光源，该导光板具有一第一表面、一与该第一表面相对的第二表面以及多个位于该第二表面上且彼此分离的凸状光耦合部，各该凸状光耦合部为一条状结构，其中各该条状光源分别位于相邻二凸状光耦合部之间，各该条状光源所发出的光线从至少一凸状光耦合部的至少一侧壁进入该导光板，并从该第一表面离开该导光板；以及
多个第二反射器，配置于未有所述凸状光耦合部分布的该第二表面上。
2.如权利要求1所述的平面光源，其特征在于，各该条状光源包括：
一承载器；以及
多个固态发光元件，配置于该承载器上，且所述固态发光元件所发出的光线从至少一凸状光耦合部的侧壁进入该导光板，并从该第一表面离开该导光板。
3.如权利要求2所述的平面光源，其特征在于，该承载器包括一线路板。
4.如权利要求2所述的平面光源，其特征在于，所述固态发光元件包括侧面发光型态的发光二极管封装元件。
5.如权利要求2所述的平面光源，其特征在于，各该条状光源中的所述固态发光元件排列成两列，且各该条状光源中的两列固态发光元件所发出的光线分别从二相邻的凸状光耦合部的侧壁进入该导光板。
6.如权利要求2所述的平面光源，其特征在于，各该条状光源中的所述固态发光元件排列成一列，各该条状光源中的该列固态发光元件所发出的光线从对应的凸状光耦合部的其中一侧壁进入该导光板，而各该凸状光耦合部的另一侧壁被该第二反射器所覆盖。
7.如权利要求1所述的平面光源，其特征在于，各该凸状光耦合部的侧壁的倾斜角为θ，θ介于0度至68度之间。
8.如权利要求1所述的平面光源，其特征在于，各该凸状光耦合部的侧壁上具有一光学微结构。
9.如权利要求1所述的平面光源，其特征在于，该第二反射器包括多个反射片或多个反射镀层。
10.如权利要求1所述的平面光源，其特征在于，进一步包括多个漏光抑制层，其中各该漏光抑制层分别配置于各该凸状光耦合部与该第一反射层之间。
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