CN103411167B - 直下式背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直下式背光模块，所述直下式背光模块包含一透光板体、一圆锥形凹部和一发光二极管封装元件；该透光板体包含相对的一出光面和一入光面；该圆锥形凹部设于该出光面上；该发光二极管封装元件抵接该入光面，且对应该尖端底部，包含至少一发光二极管晶粒，该尖端底部对该发光二极管封装元件的一正投影与该发光二极管晶粒的该出光区域不相互重叠。所述直下式背光模块可降低发光二极管封装元件的光线垂直地由尖端底部穿出透光板体的出光面的机会，避免于出光面上产生以各光学微结构为中心的亮点，进而解决面光源亮点缺陷的问题。

Description

直下式背光模块

技术领域

本发明涉及一种背光模块，特别是涉及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，就可以具有前述两者的优势。但实际上，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，则又会在展光结构中心点形成一个亮点，俗称光学缺陷。

因此，如何研发出一种背光模块，同时改善上述所带来的缺失及不便，是相关业者目前刻不容缓的一重要课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有的直下式背光模块很厚且在发光二极管直接贴合在匀光板的背面存在面光源亮点缺陷的不足，提供一种直下式背光模块。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种直下式背光模块，其特点是，其包含：

一透光板体，包含一出光面和一与该出光面相对的入光面；

一圆锥形凹部，设于该出光面上，该圆锥形凹部包含：

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；以及

一发光二极管封装元件，抵接该入光面且对应该尖端底部，该发光二极管封装元件包含至少一发光二极管晶粒，该发光二极管晶粒表面具有一出光区域，

其中该尖端底部对该发光二极管封装元件的一正投影与该发光二极管晶粒的该出光区域不相互重叠。较佳地，该发光二极管晶粒的一顶面由该出光区域与一非出光区域所组成，该出光区域围绕该非出光区域，且该正投影重叠于该非出光区域上。

较佳地，该发光二极管晶粒包含：

一芯片基板；

一第一半导体层，形成于该芯片基板上；

一第二半导体层，叠设于该第一半导体层与该芯片基板之间；以及

一无掺杂部，贯穿该第一半导体层与该第二半导体层，其中该无掺杂部为该非出光区域。

较佳地，该发光二极管晶粒包含：

一芯片基板；

一第一半导体层形成于该芯片基板上；

一第二半导体层叠设于该第一半导体层与该芯片基板之间；以及

一无掺杂部位于该第一半导体层，其中该无掺杂部为该非出光区域。

较佳地，该发光二极管晶粒包含：

一芯片基板；

一第一半导体层，形成于该芯片基板上；

一第二半导体层，叠设于该第一半导体层与该芯片基板之间；以及

一无掺杂部，位于该第二半导体层，其中该无掺杂部为该非出光区域。

较佳地，该发光二极管晶粒的数量为两个，该正投影介于这两个发光二极管晶粒之间。

较佳地，该发光二极管晶粒的数量为大于两个，该些发光二极管晶粒间隔地围绕该正投影。

较佳地，该发光二极管封装元件包含：

一导线架；

一隆起部，位于该导线架上，其中该隆起部的一横截面具有一顶部与两个相对面，该顶部连接于这两个相对面之间，且该正投影重叠于该顶部上。该相对面可为平面或弧面。

较佳地，该发光二极管晶粒的数量为多个，任两个发光二极管晶粒分别固设于该两个相对面上，并电性连接该隆起部。

本发明的积极进步效果在于：该直下式背光模块可降低发光二极管封装元件的光线垂直地由尖端底部穿出透光板体的出光面的机会，避免于出光面上产生以各光学微结构为中心的亮点，进而解决面光源亮点缺陷的问题。

附图说明

图1为本发明直下式背光模块的实施例1的分解图。

图2A为图1沿2-2的剖面图与光路示意图。

图2B为图2A的透光板体的出光面的局部俯视图。

图3A为本发明直下式背光模块的实施例2的剖视图与光路示意图。

图3B为图3A的发光二极管封装元件的俯视图。

图4A～图4C为发光二极管封装元件的多个实施方式的俯视图。

图5为本发明直下式背光模块的实施例3的剖视图与光路示意图。

图6A为本发明直下式背光模块的实施例4的剖视图与光路示意图。

图6B为图6A的发光二极管封装元件的俯视图。

图6C为图6B的发光二极管晶粒的剖视图。

图7为本发明的一显示装置的示意图。

附图标记说明：

100、101、102、103 直下式背光模块

110   透光板体

111   出光面

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   基板

220A～220G 发光二极管封装元件

220T 顶面

221  导线架

222  隆起部

222T 顶部

222S 相对面

223  封装体

224、225、226  发光二极管晶粒

224A、225A、226A 出光区域

226B 非出光区域

226T 顶面

300   芯片基板

310   第一半导体层

320   第二半导体层

330   出光界面

340   无掺杂部

350   第一电极

360   第二电极

400   显示装置

410   显示面板

P     正投影

L1    第一光线

L2    第二光线

X、Y、Z 轴向

θ1、θ2  出光角度

2-2   剖面线

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

图1为本发明直下式背光模块100的实施例1的分解图。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包含一出光面111和一与该出光面111相对的入光面114。这些圆锥形凹部120间隔地排列于出光面111上。光源200包含一基板210与多个发光二极管封装元件220A。这些发光二极管封装元件220A分别间隔地排列于基板210上，且分别一一对齐这些圆锥形凹部120。每个发光二极管封装元件220A夹设于基板210与入光面114之间，用以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产生一面光源。

图2A为图1沿2-2的剖面图与光路示意图。图2B为图2A的透光板体110的出光面111的局部俯视图。如图2A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。若俯视出光面111时（图2B），圆锥形凹部120在出光面111上为圆形，圆锥形凹部120的中心点即为尖端底部121。尖端底部121对齐发光二极管封装元件220A的顶面220T。

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的横截面为两个弧线，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封装元件220A的末端形成上述的尖端底部121。

参见图2A所示，如此，由于各弧线是由复数个不同斜率的线条所组成的曲线，当发光二极管封装元件220A的第一光线L1分别抵达这个凸曲面内壁122不同斜率的线条时，这些第一光线L1将于凸曲面内壁122上产生全反射，并被反射成水平方向（如X轴）而与出光面111或入光面114平行，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，藉以成为均匀出光面。

然而，另一方面，当发光二极管封装元件220A的第二光线L2并非抵达这个凸曲面内壁122而是大致上垂直地从尖端底部121射出透光板体110的出光面111时，俯视出光面111（图2B），圆锥形凹部120内对应尖端底部121的区域将呈现出较显明的亮点，进而明显于此面光源上存在亮点缺陷的现象。

此外，如图2A，由于在透光板体110上实际上在制作圆锥形凹部120时，圆锥形凹部120的尖端底部121无法制作出绝对的尖锐状，因此，尖端底部121将让更多的第二光线L2从出光面111的圆锥形凹部120射出，以致于圆锥形凹部120内呈现出更显明的亮点（图2B）。

实施例2

图3A为本发明直下式背光模块101的实施例2的剖视图与光路示意图，图3B为图3A的发光二极管封装元件220B的俯视图。为了避免或降低发光二极管封装元件220B的第二光线L2垂直地从尖端底部121射出透光板体110的出光面111（图2A），本实施例中，如图3A与图3B，发光二极管封装元件220B包含导线架221、封装体223与两个发光二极管晶粒224（die）。每一个发光二极管晶粒224的顶面具有出光区域224A。这两个发光二极管晶粒224电性连接导线架221，且发光二极管晶粒224与导线架221都被包覆于封装体223内。尖端底部121朝发光二极管封装元件220B（如导线架221）的一正投影P落于这二个发光二极管晶粒224之间，所以发光二极管封装元件220B内没有发光二极管晶粒224是垂直地对齐圆锥形凹部120的尖端底部121，发光二极管晶粒224表面的出光区域224A不与这个正投影P相互重叠。

如此可知，由于没有发光二极管晶粒224是垂直地对齐圆锥形凹部120的尖端底部121，因此可降低发光二极管晶粒224的光线垂直地从尖端底部121射出透光板体110的出光面111的总光量，以消除圆锥形凹部120内的亮点（图2B）。另外，图3A还在出光面111上显示了前述的光学微结构113以资参考。

另一方面，如图4A～图4C，当发光二极管封装元件220C～220E内的发光二极管晶粒224的数量为大于2个时，这些发光二极管晶粒224可间隔地排列于导线架221上，以围绕尖端底部121朝发光二极管封装元件220C～220E（如导线架221）的正投影P。

值得注意的是，本发明并非限制发光二极管晶粒的数量（如3个、4个或8个），本发明所属技术领域中具有通常知识者可依实际需要或限制，选择发光二极管晶粒的数量与排列方式。

尽管这些发光二极管晶粒224的排列方式都不与尖端底部121朝发光二极管封装元件220B～220E（导线架221）的正投影P重叠，但是，如图3A所示，由于这些发光二极管晶粒224的发光区域224A的出光角度θ1仍涵盖到尖端底部121，这两个发光二极管晶粒224的光线仍有机会大量地从尖端底部121射出透光板体110的出光面111。

实施例3

如图5所示，5图为直下式背光模块102的实施例3的剖视图与光路示意图。在本实施例，发光二极管封装元件220F的导线架221还包含一隆起部222。隆起部222位于导线架221上，可为导线架221的一部分。隆起部222具有一顶部222T与两个相对面222S。这两个相对面222S为弧面。顶部222T连接于这两个相对面222S之间，且上述尖端底部121的正投影P重叠于顶部222T。任两个发光二极管晶粒225分别固设于这两个相对面222S上，并电性连接隆起部222。如此，因为这两个发光二极管晶粒225的发光区域225A非正向面对出光面111，使得这两个发光二极管晶粒225的发光区域225A的出光角度θ2都不涵盖到尖端底部121，可更降低光线从尖端底部121射出透光板体110的出光面111的机会。当然，本发明所属技术领域中具有通常知识者可依实际需要或限制，使这两个相对面222S形成平面。

实施例4

图6A为本发明直下式背光模块103的实施例4的剖视图与光路示意图。图6B为图6A的发光二极管封装元件220G的俯视图。此外，为了避免或减少发光二极管封装元件220G的光线垂直地从尖端底部121射出透光板体110的出光面111，如图6B所示，本实施例的发光二极管封装元件220G包含一导线架221、至少一个发光二极管晶粒226（die）与一封装体223。发光二极管晶粒226电性连接导线架221。导线架221与发光二极管晶粒226被包覆于封装体223内。发光二极管晶粒226的顶面226T分为一出光区域226A与一非出光区域226B。这个出光区域226A围绕非出光区域226B。尖端底部121对发光二极管封装元件220G（导线架221）的一正投影P落于发光二极管晶粒226的顶面226T，特别是，重叠于非出光区域226B上，但不与发光二极管晶粒226的出光区域226A相互重叠。

如此可知，当发光二极管晶粒226的非出光区域226B垂直地对齐圆锥形凹部120的尖端底部121时，可降低发光二极管晶粒226的光线垂直地自尖端底部121射出透光板体110的出光面111，以消除圆锥形凹部120内的亮点（图2B），进而解决此面光源上存在亮暗不匀的现象。

图6C为图6B的发光二极管晶粒226的剖视图。如图6C所示，更具体来说，此实施例的发光二极管晶粒226包含一芯片基板300、一第一半导体层310、一第二半导体层320、一第一电极350与一第二电极360。第一半导体层310（例如P型半导体）形成于芯片基板300上。第二半导体层320（例如N型半导体）与第一半导体层310极性相反，叠设于第一半导体层310与芯片基板300之间，第一半导体层310与第二半导体层320之间的出光接口330反映至发光二极管晶粒226的顶面226T的图案区域，即为上述的出光区域226A。第一电极350位于第一半导体层310上；第二电极360位于第二半导体层320上，分别通过打线或焊球电性连接导线架221。发光二极管晶粒226还包含一无掺杂部（non-doping）340。无掺杂部340呈长条状，贯穿第一半导体层310与第二半导体层320，且露出部分的芯片基板300。无掺杂部340指未在半导体硅基质中参杂III-V族化学元素，所以仅为一般硅基板而没有通电后发光的能力。

综上，由于无掺杂部340形成于第一半导体层310与第二半导体层320中，减少了上述出光界面330的面积，所以，无掺杂部340于发光二极管晶粒226上的横截面为所述的非出光区域226B。然而，本发明所属技术领域中具有通常知识者，可以视情况需要，在发光二极管晶粒的形成过程中，选择方式只在第一半导体层310或第二半导体层320中形成无掺杂部340。

图7为本发明的一显示装置400的示意图。如图7所示，显示装置400包含一显示面板410与上述直下式背光模块，例如直下式背光模块101。直下式背光模块101位于显示面板410的一侧，以提供显示面板410足够的发光亮度。

综上所述，通过本发明的直下式背光模块的设计，可避免或至少降低光线垂直地进入入光面并从尖端底部穿出透光板体的出光面的机会，避免于出光面上产生以各光学微结构为中心的亮点，进而解决面光源亮点缺陷的问题。

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 (5)

1.一种直下式背光模块，其特征在于，其包含：

一透光板体，包含一出光面和一与该出光面相对的入光面；

一圆锥形凹部，设于该出光面上，该圆锥形凹部包含：

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；以及

一发光二极管封装元件，抵接该入光面且对应该尖端底部，该发光二极管封装元件包含至少一发光二极管晶粒，该发光二极管晶粒表面具有一出光区域，

其中该尖端底部对该发光二极管封装元件的一正投影与该发光二极管晶粒的该出光区域不相互重叠；

该发光二极管晶粒的数量为大于两个，该些发光二极管晶粒间隔地围绕该正投影。

2.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该发光二极管晶粒的一顶面由该出光区域与一非出光区域所组成，该出光区域围绕该非出光区域，且该正投影重叠于该非出光区域上。

3.如权利要求2所述的直下式背光模块，其特征在于，该发光二极管晶粒包含：

一芯片基板；

一第一半导体层，形成于该芯片基板上；

一第二半导体层，叠设于该第一半导体层与该芯片基板之间；以及

一无掺杂部，贯穿该第一半导体层与该第二半导体层，其中该无掺杂部为该非出光区域。

4.如权利要求2所述的直下式背光模块，其特征在于，该发光二极管晶粒包含：

一芯片基板；

一第一半导体层，形成于该芯片基板上；

一第二半导体层，叠设于该第一半导体层与该芯片基板之间；以及

一无掺杂部，位于该第一半导体层，其中该无掺杂部为该非出光区域。

5.如权利要求2所述的直下式背光模块，其特征在于，该发光二极管晶粒包含：

一芯片基板；

一第一半导体层，形成于该芯片基板上；

一第二半导体层，叠设于该第一半导体层与该芯片基板之间；以及

一无掺杂部，位于该第二半导体层，其中该无掺杂部为该非出光区域。