CN103398313A - 直下式背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直下式背光模块，包含：一透光板体，包含相对的出光面与入光面；至少一个圆锥形凹部，设于该出光面上，包含:一尖端底部；以及一凸曲面内壁，连接于该尖端底部与该出光面之间，且围绕该尖端底部；至少一发光二极管组件，抵接该入光面，其中该尖端底部向该入光面的一正投影落在该发光二极管组件上；以及至少一光反射部，抵接该入光面，倾斜地伸向该发光二极管组件，用以反射光线回该透光板体内，其中该光反射部与该入光面的夹角为：tan-1T/（Φ-W），其中，T为该发光二极管组件的厚度，Φ为该圆锥形凹部的最大孔径，W为该发光二极管组件的宽度。该直下式背光模块能够消除暗带的现象，进而提高出光面之均匀亮度。

Description

直下式背光模块

技术领域

本发明是有关一种背光模块，特别是有关于一种直下式背光模块。

背景技术

传统的液晶显示器的背光模块系配置于液晶面板背面，以提供液晶面板所需的显示光源。背光模块依光源位置可分为“侧光式”及“直下式”设计，其中“直下式”设计的背光模块渐渐地采用多个发光二极管作为光源，以取代传统的白热灯管或荧光灯管。当发光二极管作为光源时，通常是预留一段展光距离，再设置于液晶面板的下方，以提供液晶面板均匀的出光源。所以“直下式”设计的背光模块会很厚。

“侧光式”背光模块的架构是从侧面入光，所以会比较薄；但是要使用的发光二极管颗数至少是同尺寸的“直下式”背光模块的2.5倍。

因此，若能直接将发光二极管贴合在匀光板的背面，就可以兼前述两者的优势而有之。但实作上，直接贴合时，光线的强度在正视角方向（也就是发光二极管发光面的法线方向）上会最强，若以匀光板上的展光结构将发光二极管正视角方向的光线朝侧面反射，则又会在展光结构边缘形成一圈暗带，俗称光学品味不良。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的直下式背光模块存在着展光结构边缘形成一圈暗带而导致光学品味不良的缺陷，提供一种直下式背光模块，其能消除暗带的现象，进而提高出光面之均匀亮度并解决面光源亮暗不匀的问题。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种直下式背光模块，其特点在于，包含：

一透光板体，包含相对的出光面与入光面；

至少一个圆锥形凹部，设于该出光面上，包含:

一尖端底部；以及

一凸曲面内壁，连接于该尖端底部与该出光面之间，且围绕该尖端底部；

至少一发光二极管组件，抵接该入光面，其中该尖端底部向该入光面的一正投影落在该发光二极管组件上；以及

至少一光反射部，抵接该入光面，倾斜地伸向该发光二极管组件，用以反射光线回该透光板体内，

其中该光反射部与该入光面的夹角为：

tanx^-1(T/(Φ-W))

其中，T为该发光二极管组件的厚度，Φ为该圆锥形凹部的最大孔径，W为该发光二极管组件的宽度。

较佳地，该光反射部设置于一电路板上，该电路板承载并电性连接该发光二极管组件，且该发光二极管组件夹设于该电路板与该入光面之间。

较佳地，该发光二极管组件的一出光面与该电路板的一面皆抵接该入光面，以致一凹陷部形成于该电路板与该入光面之间，该发光二极管组件位于该凹陷部内。

较佳地，该光反射部为该凹陷部的至少一内壁。该光反射部可以为可挠式片体上之金属镀膜。

较佳地，该光反射部设置于该凹陷部的至少一内壁上。

较佳地，该直下式背光模块还包含：

一光学透镜，包含：

一本体，位于该电路板与该入光面之间，包含相对的第一面与第二面，且该第一面抵接该入光面，该第二面抵接电路板；

一凹槽，形成于该本体的该第一面；以及

一贯穿孔，位于该凹槽内，且贯穿该本体的该第二面，且该发光二极管组件位于该凹槽与该贯穿孔内。

较佳地，该光反射部为该凹槽的至少一内壁。

较佳地，该光反射部设置于该凹槽的至少一内壁上。

较佳地，该光反射部为一光反射片或一光反射物涂层。

较佳地，该直下式背光模块还包括一光反射图案，该光反射图案位于该光反射部。

本发明的积极进步效果在于：光反射部可让光线反射回透光板体内，以补偿出光面于圆锥形凹部之周围区域之亮度，而消除暗带的现象，进而提高出光面之均匀亮度并解决面光源亮暗不匀的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的直下式背光模块的分解图。

图2为图1中的A-A剖面图。

图3A为本发明实施例2的直下式背光模块的剖视图与光路示意图。

图3B为图3A中的直下式背光模块的尺寸关系图。

图4A为本发明实施例3的直下式背光模块的剖视图。

图4B为图4A中的光学透镜的俯视图。

图5为本发明实施例4的直下式背光模块的剖视图。

图6为本发明实施例5的直下式背光模块的剖视图。

图7为本发明实施例1的显示设备的示意图。

附图标记说明：

100、101、102、103、104  直下式背光模块

110  透光板体

111  出光面

111J  交接处

112  环形区域

112R  环形区域最外缘

113  光学微结构

114  入光面

120  圆锥形凹部

121  尖端底部

122  凸曲面内壁

200  光源

210  电路板

211  可挠式片体

211U  上表面

211L  下表面

212  凹陷部

212S  内壁表面

220  发光二极管组件

221  发光面

222  连接脚位

230、231、232  光反射部

235  光学图案

240  发光二极管组件

241  导线架

242  发光二极管晶粒

243  封装体

244  内腔

244L  假想延伸线

250  光学透镜

251  本体

251U  第一面

251L  第二面

252  凹槽

252S  内壁表面

253  贯穿孔

300  显示设备

310  显示面板

D、K、M、R、S  线段

W  宽度

T  厚度

α  入射角、反射角

θ  夹角

Φ  最大孔径

P  正投影

L1  第一光线

L2  第二光线

L3  补偿光线

2-2  剖面线

X、Y、Z  轴向

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例的直下式背光模块100包含一透光板体110、多个圆锥形凹部120与一光源200。透光板体110包含相对的出光面111与入光面114。这些圆锥形凹部120间隔地排列于出光面111上。光源200包含一电路板210与多个发光二极管组件220。这些发光二极管组件220为发光二极管封装结构，并分别间隔地排列于电路板210上，且分别一一对齐这些圆锥形凹部120，用来提供光线经由入光面114进入透光板体110，以便光线于出光面111产生面光源。

图2为图1中的2-2剖面图，为方便解释，图2也绘示发光二极管组件220及其周边相关结构。每个发光二极管组件220夹设于电路板210与入光面114之间，更具体地，发光二极管组件220的顶面具有一发光面221，发光面221平贴入光面114，发光二极管组件220的底面具有连接脚位222，连接脚位222电性连接于电路板210的表面。

如图2所示，每一个圆锥形凹部120包含一尖端底部121与一凸曲面内壁122。在俯视出光面111时，圆锥形凹部120于出光面111上呈圆形，圆锥形凹部120的中心点即为尖端底部121。

尖端底部121在入光面114的一正投影P落于发光二极管组件220的发光面221上，甚至可精准地落于发光二极管组件220的发光面221的一中心上。凸曲面内壁122分别连接尖端底部121与出光面111，介于尖端底部121与出光面111之间，且完整地围绕尖端底部121。换言之，圆锥形凹部120的凸曲面内壁122的剖面系为二弧线，这两个弧线分别由圆锥形凹部120两个相对侧的出光面111对称且弯弧地向下延伸，最终彼此相交并共同指向发光二极管组件220的末端形成尖端底部121。各弧线系为由复数个不同斜率的线条所组成的曲线。

从光学设计的角度观之，发光二极管组件220的50%强度展光角度会落在圆锥形凹部120内；换句话说，发光二极管组件220产生的光线，大部分落在凸曲面内壁122；极少部分落在圆锥形凹部120外，也就是直接大角度的射向出光面111，这些都可称之为一次光学。受出光面111及凸曲面内壁122反射的光线，则相应的称之为二次光学。

当发光二极管组件220的多个光线分别抵达这个凸曲面内壁122不同斜率的线条时，会在凸曲面内壁122上产生全反射，形成所绘示的第一光线L1，这些第一光线L1是被反射成水平方向（如X轴）运动，而与出光面111或入光面114平行，有效成为可受控的二次光学，这些二次光学将随光程路径发散，最终被出光面111或入光面114上设计的光学微结构（pattern）引导出来，以便成为均匀出光面。

然而，当发光二极管组件220的一次光学光线落点超出圆锥形凹部120时，会形成大角度全反射且不受控制的二次光学，如图所绘示的第二光线L2。这些第二光线L2是因为一次光学并非抵达这个凸曲面内壁122而是抵达出光面111，例如，抵达凸曲面内壁122与出光面111的交接处111J（或称转折点）。第二光线L2在交接处111J产生全反射，所以会弹向入光面114；展光角度大于第二光线L2的其他不受控制的二次光学也都会在交接处111J的外产生全反射。因此，从出光面111正上方观之，就会形成一段相对阴暗的环形区域112，造成光学品味不良。

实施例2

为了克服光学品味不良的现象，解决前述的环形区域112暗带问题。如图3A所示，光源200更包含多个光反射部230。光反射部230位于电路板210与入光面114之间，其一侧抵接入光面114，另侧倾斜地伸向发光二极管组件220，因此，光反射部230与入光面114不相互平行。

参考图3A予以理解，由于光反射部230与入光面114不相互平行，相比于入光面114为倾斜状，光反射部230可将发光二极管组件220侧向所漏出的微光反射至透光板体110内，以便让多个补偿光线L3从所述环形区域112出光，补偿所述环形区域112不足的亮度，进而让所述环形区域112的亮度较接近圆锥形凹部120的凸曲面内壁122的亮度，改善面光源亮暗不匀的问题。

再参考图2予以理解，由于图2的电路板210的表面与入光面114表面彼此大致平行，因此，发光二极管组件220侧向所露出的微光无法被利用至透光板体110内，进而无法有效地补充所述环形区域112的亮度。

在其它实施方式中，若光反射部230的尺寸有限而无法对应到被所述环形区域112反射而来的第二光线L2，将无法提供补偿光线L3回出光面111上，为此，如图3A所示，光反射部230朝远离发光二极管组件220的方向（如X轴），可至少侧向延伸至所述环形区域112最外缘112R所垂直对应至入光面114的区域，以便让这个光反射部230得以反射被所述环形区域112反射而来的第二光线L2。

如图3B所示，圆锥形凹部120具有一最大孔径Φ，最大孔径Φ为圆锥形凹部120两相对侧的出光面111与凸曲面内壁122的交接处111J（或称转折点）彼此间的最小直线距离。线段R为尖端底部121与上述转折点处于同一高度时的水平间距，即为最大孔径Φ的半径（Φ/2）。发光二极管组件220具有一厚度T与一宽度W。厚度T为发光二极管组件220的顶面至底面（如Z轴）的一最小长度。宽度W为发光二极管组件220的顶面沿剖面方向（如X轴）延伸的一最小长度。由于尖端底部121在入光面114的正投影P落于发光二极管组件220的发光面221的中心上，因此，线段D为W/2，则线段K为线段R与线段D的相差值，即（Φ/2-W/2）。由于第二光线L2抵达出光面111的入射角α等于反射角α，因此，线段M为线段K的2倍值，即为（Φ-W）。如此，当光反射部230与入光面114之间的夹角为θ时，线段S，的直线距离，至少为tanθ=厚度T/（最大孔径Φ-宽度W），才能让光反射部230得以反射发光二极管组件220的光线至所述环形区域112。换句话说，光反射部230与入光面114的夹角θ为tan-1T/（Φ-W），调整夹角θ也可让光反射部230得以反射发光二极管组件220的光线至所述环形区域112。

再参考图3A予以理解，电路板210，例如为可挠式电路板或可挠式金属芯印刷电路板。电路板210包含相对的上表面211U与下表面211L。发光二极管组件220与光反射部230都设于上表面211U上。此实施方式中，光反射部230为电路板210的上表面211U的部份，例如树脂亮光漆或金属镀面。

当发光二极管组件220的出光面111与电路板210的上表面211U都抵接入光面114时，电路板210被弯曲而形成一凹陷部212于电路板210与入光面114之间，且发光二极管组件220位于凹陷部212内。凹陷部212的一或多个内壁表面212S即为光反射部230，且光反射部230环绕这个发光二极管组件220。

实施例3

由于图3A所示的电路板210每次都要精准地被弯曲后才会形成凹陷部212，才能让光反射部230产生倾斜，才能让光反射部230对位到正确的位置，以达成上述补偿光线L3的功效。因此，如图4A与图4B图所示，这个直下式背光模块102中，具有一透光的光学透镜250或不透光的外盖。以光学透镜250为例，光学透镜250包含一本体251、一凹槽252与一贯穿孔253。本实施方式中，本体251包含相对的第一面251U与第二面251L。第一面251U抵接入光面114，第二面251L抵接电路板210。凹槽252形成于本体251的第一面251U，使得第一面251U围绕凹槽252。贯穿孔253位于凹槽252内，且自凹槽252底部贯穿至本体251的第二面251L。发光二极管组件220恰位于贯穿孔253内。光反射部231为凹槽252内壁表面252S，例如为光学透镜250的一部分，并环绕发光二极管组件220。由俯视观之，贯穿孔253为内壁表面252S的中心点（图4B），且内壁表面252S的剖面为两条直线，各直线对称地自入光面114向下延伸至贯穿孔253（图4A）。

安装时，先将光学透镜250放置于电路板210上，使得发光二极管组件220进入贯穿孔253与凹槽252内，再将光学透镜250与发光二极管组件220紧靠入光面114，使得光学透镜250的第一面251U与发光二极管组件220的发光面221都抵靠入光面114，且光学透镜250与发光二极管组件220都被夹设于入光面114与电路板210之间。本实施方式中，电路板210不限为硬式电路板或可挠式电路板。

实施例4

图5的直下式背光模块103与图4A的直下式背光模块102相似，只是光反射部232为另外形成于凹槽252之一或多个内壁表面252S上，让光反射部232依附于凹槽252的内壁上，且环绕发光二极管组件220。举例来说，光反射部232为光反射片（例如塑料片）或光反射物涂层（例如金属镀膜）。

此外，由图5可知，本领域研发人员还是可以视情况需要，选择光反射部为平面、全平面、弧面或其组合。

此外，为了让光反射部230提高光学性能，光反射部230具有光学图案235间隔地形成于光反射部上。光学图案235可以是光反射图案、光扩散图案或者两者的结合（图中未示）。光学图案235也可以采用均匀或不均匀地分布方式。

本发明不限光反射部的颜色与材质。光反射部的颜色例如可为白色、银色或其他合适的颜色。光反射部可为一具有亮色涂层的塑料或为一高反光系数的金属（例如银、铝、金、铬、铜、钯、钛或其他金属及合金），但不仅限于此。

此外，再参考图3A予以理解，为确保透光板体110提供更好的出光效率，透光板体110还包含多个扩散用或反射用的光学微结构113。光学微结构113间隔地形成在出光面111上，光学微结构113仅形成在出光面111的环形区域112上，使得光学微结构113可更强化补偿光线L3朝所述环形区域112出光的亮度。当然，本领域研发人员还是可以视情况需要选择将光学微结构113形成在出光面111与入光面114上。

实施例5

为解决面光源亮暗不匀的现象，直下式背光模块100也可以选择将发光组件本身的出光角度予以收敛，使得发光组件的光线都集中于圆锥形凹部120的凸曲面内壁122上。如图6所示，直下式背光模块104的透光板体110与多个圆锥形凹部120与上述相同，以下不再加以赘述。直下式背光模块104的发光二极管组件240包含导线架241、发光二极管晶粒242与封装体243。发光二极管晶粒242电性连接导线架241。封装体243包覆导线架241与发光二极管晶粒242，以形成一发光二极管封装芯片。封装体243内具有一内腔244，发光二极管晶粒242位于这个内腔244内，对齐其中一个圆锥形凹部120的尖端底部121。

由于封装体243的剖面具有二直线分别倾斜地向上延伸，由导线架241朝出光面111的方向（如Z轴）逐渐地相互远离，且这两个直线的假想延伸线244L分别恰通过凸曲面内壁122与出光面111的交接处111J。如此，通过封装体243内壁所形成的角度限制，发光二极管晶粒242本身的出光角度被限缩，使得发光二极管晶粒242大部分的光线都集中于圆锥形凹部120的凸曲面内壁122后，大大缩小环形区域112的暗带。

图7给出了本发明的显示设备300的示意图。如图7所示，显示设备300包含一显示面板310与上述直下式背光模块（例如101），直下式背光模块100位于显示面板310的一侧，以便提供显示面板310足够的发光亮度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直下式背光模块，其特征在于，包含：

一透光板体，包含相对的出光面与入光面；

至少一个圆锥形凹部，设于该出光面上，包含:

一尖端底部；以及

一凸曲面内壁，连接于该尖端底部与该出光面之间，且围绕该尖端底部；

至少一发光二极管组件，抵接该入光面，其中该尖端底部向该入光面的一正投影落在该发光二极管组件上；以及

至少一光反射部，抵接该入光面，倾斜地伸向该发光二极管组件，用以反射光线回该透光板体内，

其中该光反射部与该入光面的夹角为：

tanx^-1(T/(Φ-W))

其中，T为该发光二极管组件的厚度，Φ为该圆锥形凹部的最大孔径，W为该发光二极管组件的宽度。

2.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该光反射部设置于一电路板上，该电路板承载并电性连接该发光二极管组件，且该发光二极管组件夹设于该电路板与该入光面之间。

3.如权利要求2所述的直下式背光模块，其特征在于，该发光二极管组件的一出光面与该电路板的一面皆抵接该入光面，以致一凹陷部形成于该电路板与该入光面之间，该发光二极管组件位于该凹陷部内。

4.如权利要求3所述的直下式背光模块，其特征在于，该光反射部为该凹陷部的至少一内壁。

5.如权利要求3所述的直下式背光模块，其特征在于，该光反射部设置于该凹陷部的至少一内壁上。

6.如权利要求2所述的直下式背光模块，其特征在于，该直下式背光模块还包含：

一光学透镜，包含：

一本体，位于该电路板与该入光面之间，包含相对的第一面与第二面，且该第一面抵接该入光面，该第二面抵接电路板；

一凹槽，形成于该本体的该第一面；以及

一贯穿孔，位于该凹槽内，且贯穿该本体的该第二面，且该发光二极管组件位于该凹槽与该贯穿孔内。

7.如权利要求6所述的直下式背光模块，其特征在于，该光反射部为该凹槽的至少一内壁。

8.如权利要求6所述的直下式背光模块，其特征在于，该光反射部设置于该凹槽的至少一内壁上。

9.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该光反射部为一光反射片或一光反射物涂层。

10.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该直下式背光模块还包括一光反射图案，该光反射图案位于该光反射部。

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