CN103912822A - 侧光式背光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种侧光式背光模块，于呈矩型设置的一背板设置反光微结构，以利用呈倾斜平面或弧面设置的一第一光部反射复数个发光二极管所发射与一法线夹角相对较小的光线、一第二光部反射夹角相对稍大的光线，及利用一第三光部反射夹角相对最大的光线，以将不同能量强度的光线导向不同路径方式而投射于一面板各处，如此，该复数个发光二极管所射出的光经直接照射及经该背板反射后即可于该面板上呈光强度均匀分布的出光效果。

Description

侧光式背光模块
技术领域
本发明涉及显示器背光模块的领域，特别是关于一种无导光板结构的侧光式背光模块，以直接将发光二极管的光源于一出光面上呈现均匀光强度分布的出光效果。
背景技术
由于液晶显示器是一种不具有自发光功能的被动式显示装置，故需加装背光模块以提供显示面板所需的显示光源，如此，背光模块产生的面光源是否具足够且均匀的亮度即直接影响液晶显示器的显示品质。目前，背光模块依其结构可分为侧光式（Edge Lighting）及直下式两种，其中，侧光式背光模块采侧边入光的光源设计而具有轻量、窄框化及低耗电等特色而广泛应用于18”以下的中小尺寸液晶显示器中。
又，LED具有发光效率高、寿命长及耗电量低等特性而成为背光模块的应用光源首选，如此，现有侧光式背光模块通过矩阵排列的方式将复数个LED光源装设于一背板的相对两侧上，且覆盖一导光板于该背板上而引导并改变出光路径，使该LED光源的发射光均匀射出而解决其高指向性特性的问题。然，该导光板作为光导引媒介的同时，会吸收不少的光能量而影响发光效率，且为因应大尺寸显示器的需求，导光板将随之大面积化而增加重量与成本，又利用较薄结构的导光板将因制程上的困难而造成制程成本提高。
有鉴于此，如何改善背板的设计结构而省略或取代导光板设置的条件下仍能达到平面式均匀出光效果，即为本发明所亟欲改善的课题。
发明内容
有鉴于现有技艺的问题，本发明的目的在于提供一种低制程成本的侧光式背光模块，以利用背板的反光微结构将不同能量强度的光线导向不同路径方式而呈现均匀的光照效果。
根据本发明的目的，该侧光式背光模块设有呈矩型设置的一背板、复数个发光二极管及一面板，该复数个发光二极管对称排列于该背板相对两侧，该面板罩覆该背板及该复数个发光二极管，且各该发光二极管发射光的光径与一法线夹角0°～90°而依序区分为一第一角度区、一第二角度区及一第三角度区，使该复数个发光二极管所射出的光经直接照射及经该背板反射后于该面板呈光强度均匀分布的出光效果，其特征在于：该背板自中央处朝设有该复数个发光二极管的两侧方向分别依序设有一第一光部、一第二光部及一第三光部，该第一光部、该第二光部及该第三光部分别呈倾斜平面或弧面设置，以供分别反射该第一角度区、该第二角度区及该第三角度区内的光。
并且，当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为倾斜平面而依序具有一第一斜率m1、一第二斜率m2及一第三斜率m3时，该第一斜率m1的绝对值满足0.01～1.00斜率单位而反射该第一角度区内的光，该第二斜率m2的绝对值满足0.01～0.50斜率单位而反射该第二角度区内的光，且该第三斜率m3的绝对值满足0.01～1.20斜率单位而反射该第三角度区内的光。
当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为圆型弧面而依序具有一第一半径r1、一第二半径r2及一第三半径r3时，该第一半径r1满足5～70mm而反射该第一角度区内的光，该第二半径r2满足10～80mm斜率单位而反射该第二角度区内的光，且该第三半径r3满足20～125mm斜率单位而反射该第三角度区内的光。
当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为抛物线型弧面而依序具有一第一焦距c1、一第二焦距c2及一第三焦距c3时，该第一焦距c1满足3699～1304mm而反射该第一角度区内的光，该第二焦距c2满足3699～1635mm而反射该第二角度区内的光，且该第三焦距c3满足3699～847.5mm而反射该第三角度区内的光。
当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为楕圆型弧面而依序具有一第一长轴a1与短轴b1、一第二长轴a2与短轴b2及一第三长轴a3与短轴b3时，该第一长轴a1为3.9mm与该第一短轴b1满足0.18～1.27mm而反射该第一角度区内的光，该第二长轴a2为10mm与该第二短轴b2满足0.01～0.18mm而反射该第二角度区内的光，且该第三长轴a3为20mm与该第三短轴b3满足0.01～10mm而反射该第三角度区内的光。
其中，当该背板自中心线对切视的成左右两侧时，单一侧内的该第一光部与该第二光部是相同倾斜方向而相反于该第三光部的倾斜方向。该面板相对两侧分别覆设有一挡板，该挡板可由塑胶材料、黑漆颜料、吸光胶带或金属材料所制成，且该挡板朝该背板方向垂直延伸形成一遮阻部，以遮阻该发光二极管直接照射于该面板的发射光。
该背板贴合有一反射片，且该反射片由聚对苯二甲酸乙二酯（PolyethyleneTerephthalate,PET）材料或金属材料所制成，或者，该背板利用金属进行蒸镀而形成一反射层，以供提升该复数个光部的反射率而加强反射该复数个发光二极管的发射光，达大幅改善发光率的功效。
该侧光式背光模块更设有一导光膜，罩覆该背板而置于该面板下，且其上表面设有复数个圆柱微结构，而下表面设有复数个三角锥微结构，以供加强引导该复数个发光二极管的发射光光径而进一步均匀光强度的分布。又，该导光膜由层叠的四光学膜片所构成，且该复数个光学膜片为增亮膜片（BrightnessEnhancement Film,BEF）及扩散膜片（Diffusion Film）的其中至少之一或其组合
如此，各该发光二极管发出的光源经直接照射或经该背板的反光微结构反射后，将使不同强度的光线呈现不同距离的光轨迹路径，以于该出光面上呈现均匀光强度分布的出光效果，取代传统于背光模块或平面发光源中使用导光板、增亮膜等光学膜结构的方式，彻底降低制程成本，有效提升发光效率。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的发光二极管辐射场型示意图；
图2是本发明较佳实施例的第一实施态样的立体结构示意图；
图3是本发明较佳实施例的第二实施态样的剖面结构示意图；
图4是本发明较佳实施例的第三实施态样的剖面结构示意图；
图5是本发明较佳实施例的第四实施态样的剖面结构示意图；
图6是本发明较佳实施例的第五实施态样的剖面结构示意图；
图7是VESA FPDM2.0照度测量示意图；
图8是本发明较佳实施例的第六实施态样的剖面结构示意图。
附图标记说明：1-侧光式背光模块；10-面板；11-背板；110-第一光部；111-第二光部；112-第三光部；12-发光二极管；120-法线；13-透镜；14-导光膜；15-挡板；150-遮阻部；2-测量器。
具体实施方式
为使贵审查委员能清楚了解本发明的内容，谨以下列说明搭配图式，敬请参阅。
请参阅图1、图2，其分别为本发明较佳实施例的发光二极管辐射场型示意图及立体结构示意图。如图所示，该侧光式背光模块1设有呈矩型设置的一面板10、一背板11、复数个发光二极管12及复数个透镜13，该复数个发光二极管11对称排列于该背板11相对两侧，且该复数个透镜13对应该复数个发光二极管12设置，该面板10罩覆该背板11及该复数个发光二极管12。该背板11自其中央处朝设有该复数个发光二极管12的两侧方向分别依序设有呈倾斜平面或弧面设置的一第一光部110、一第二光部111及一第三光部112而形成一反光结构，使该复数个发光二极管12所射出的光经直接照射及经该反光结构反射后于该面板10呈光强度均匀分布的出光效果。由于各该发光二极管12发射光的光径与其中心处一法线120形成0°～90°的一夹角θ，故由0°至90°可依序区分为一第一角度区θzone1、一第二角度区θzone2及一第三角度区θzone3，且依该发光二极管11高指向性的特性可知，其发射于该第一角度区θzone1内的光相对具有较高能量，该第二角度区θzone2内的光次之，而该第三角度区θzone3内的光再次之。
以该背板11长宽高尺寸为228mm×150mm×1.5mm且两侧分设有24颗6015发光二极管12的该侧光式背光模块1为例。该第一光部110、该第二光部111及该第三光部112如图3所示的呈倾斜平面设置而依序具有一第一斜率m1、一第二斜率m2及一第三斜率m3，且将该背板11自中心线对切而视的对称左右两侧时，该复数个第一光部110相接并因倾斜方向相反而形成一曲点，各该第二光部111与各该第一光部110的倾斜方向相同但相反于各该第三光部112的倾斜方向。该第一斜率m1的绝对值满足0.01～1.00斜率单位，以供反射该发光二极管12发射于该第一角度区θzone1内的光；该第二斜率m2的绝对值满足0.01～0.50斜率单位，以供反射该第二角度区θzone2内的光；该第三斜率m3的绝对值满足0.01～1.20斜率单位，以供反射该第三角度区θzone3内的光。如此，通过不同倾斜角度的该复数个光部110、111、112即可使分别载有高中低能量的该发光二极管12发射光均匀投射至该面板10各处而改善出光平面的均光度，且无需提升各该发光二极管12的发光功率即可实现预期的光亮强度，达降低制程成本的功效。
或者，如图4所示，该第一光部110、该第二光部111及该第三光部112分别为圆型弧面而依序具有一第一半径r1、一第二半径r2及一第三半径r3时，该第一半径r1满足5～70mm而反射该第一角度区θzone1内的光，该第二半径r2满足10～80mm而反射该第二角度区θzone2内的光，且该第三半径r3满足20～125mm而反射该第三角度区θzone3内的光。甚或，当该第一光部110、该第二光部111及该第三光部112分别为图5所示的抛物线型弧面而依序具有一第一焦距c1、一第二焦距c2及一第三焦距c3时，该第一焦距c1满足3699～1304mm而反射该第一角度区θzone1内的光，该第二焦距c2满足3699～1635mm而反射该第二角度区θzone2内的光，且该第三焦距c3满足3699～847.5mm而反射该第三角度区θzone3内的光。
又，如图6所示，当该第一光部110、该第二光部111及该第三光部112分别为楕圆型弧面而依序具有一第一长轴a1与短轴b1、一第二长轴a2与短轴b2及一第三长轴a3与短轴b3时，该第一长轴a1为3.9mm与该第一短轴b1满足0.18～1.27mm而反射该第一角度区θzone1内的光，该第二长轴a2为10mm与该第二短轴b2满足0.01～0.18mm而反射该第二角度区θzone2内的光，且该第三长轴a3为20mm与该第三短轴b3满足0.01～10mm而反射该第三角度区θzone3内的光。
该背板11可贴合有一反射片，其由聚对苯二甲酸乙二酯材料或如银的金属材料所制成，或者，该背板11可利用如铝的金属材料进行蒸镀而形成一反射层，以供加强反射该复数个发光二极管12的发射光而进一步提升发光效率。并且，考虑该侧光式背光模块1设有该复数个发光二极管12的两侧可能因该复数个发光二极管12的发射光直接照射而导致光强度过强的情况，该面板10相对两侧分别覆设有一挡板15，其可由塑胶材料、黑漆颜料、吸光胶带或如银的金属材料所制成。
实际依据视讯电子标准协会（VESA）的平面显示器测量标准（Flat PanelDisplay Measurement Standard,FPDM）2.0进行照度测量，其如图7所示，使该面板10与一测量器2距离0.5m而检测该面板10上9点位置，再利用1°立体角所照射到的面积及中间亮度推算获得平均照度（Uniformity）。相较现有最高亮度300尼特（nit）、装设36颗6015LED且功率2.3W的一10”背光模块于第5点测点具有亮度4,100cd/m2及均光度65%而言，本发明的该侧光式背光模块1于两侧金属制的该复数个挡板15为25mm且功率7.1W时，第5点测点将如表1所示具有7,000cd/m2的亮度值且均光度64%。该侧光式背光模块1所呈现的均光度相同于现有的该10”背光模块，但亮度却大幅高过实际需求，而降低功率至3.6W后即获得相同于现有的亮度及均光度测量，如此，切实达提高发光效率的同时降低功耗的功效，进而降低产品成本。
表1
注：1)S,Series circuit（串联电路）
2)P,Parallel circuit（并联电路）
再者，为加强引导该复数个发光二极管12的发射光光径，该面板10下可设置0.3mm的一导光膜14而罩覆该背板11，且该导光膜14上表面设有复数个圆柱微结构，而下表面设有复数个三角锥微结构，使利用该复数个三角锥微结构产生全反射的效果将各角度的光反射至上方后经该复数个圆柱微结构均匀散出，使该侧光式背光模块1于第5点测点呈现4,500cd/m2的亮度值且均光度77%，大幅提升光强度分布的均匀度。
另一方面，搭配该导光膜14的使用且为尽可能扩大该面板10的出光面积而缩短该复数个挡板15至12.5mm时，该侧光式背光模块1将呈现4,500cd/m2的亮度值及68%均光度，由此可知，该复数个发光二极管12直接照射至该面板10的发射光造成该面板10两侧具有相对强的光亮度而不利于出光面整体均光度。为解决此问题可如图8所示，使该挡板15朝该背板11方向垂直延伸形成一遮阻部150，或者，该透镜13上半部涂布黑漆，以遮阻该复数个发光二极管12通过该透镜13上半部直接照射至该面板10的发射光。
顺带一提的是，该导光膜14可由层叠的四光学膜片所构成，该复数个光学膜片为增亮膜片及扩散膜片的其中至少之一或其组合，且为改善中心照度过强的现象，该导光膜14中心处可去除该复数个圆柱微结构的设置并降低该复数个三角锥微结构的高度。又依据点光源原理而选用较小尺寸的该复数个发光二极管12，并转动该透镜13角度而增加投射到该导光膜14的能量，即可提升均光度的同时减少该发光二极管12的使用颗数。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种侧光式背光模块，设有呈矩型设置的一背板、复数个发光二极管及一面板，该复数个发光二极管对称排列于该背板相对两侧，该面板罩覆该背板及该复数个发光二极管，且各该发光二极管发射光的光径与一法线夹角0°～90°而依序区分为一第一角度区、一第二角度区及一第三角度区，使该复数个发光二极管所射出的光经直接照射及经该背板反射后于该面板呈光强度均匀分布的出光效果，其特征在于：
该背板自中央处朝设有该复数个发光二极管的两侧方向分别依序设有一第一光部、一第二光部及一第三光部，该第一光部、该第二光部及该第三光部分别呈倾斜平面或弧面设置，以供分别反射该第一角度区、该第二角度区及该第三角度区内的光。
2.根据权利要求1所述的侧光式背光模块，其特征在于：当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为倾斜平面而依序具有一第一斜率m1、一第二斜率m2及一第三斜率m3时，该第一斜率m1的绝对值满足0.01～1.00斜率单位而反射该第一角度区内的光，该第二斜率m2的绝对值满足0.01～0.50斜率单位而反射该第二角度区内的光，且该第三斜率m3的绝对值满足0.01～1.20斜率单位而反射该第三角度区内的光。
3.根据权利要求1所述的侧光式背光模块，其特征在于：当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为圆型弧面而依序具有一第一半径r1、一第二半径r2及一第三半径r3时，该第一半径r1满足5～70mm而反射该第一角度区内的光，该第二半径r2满足10～80mm而反射该第二角度区内的光，且该第三半径r3满足20～125mm而反射该第三角度区内的光。
4.根据权利要求1所述的侧光式背光模块，其特征在于：当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为抛物线型弧面而依序具有一第一焦距c1、一第二焦距c2及一第三焦距c3时，该第一焦距c1满足3699～1304mm而反射该第一角度区内的光，该第二焦距c2满足3699～1635mm而反射该第二角度区内的光，且该第三焦距c3满足3699～847.5mm而反射该第三角度区内的光。
5.根据权利要求1所述的侧光式背光模块，其特征在于：当该第一光部、该第二光部及该第三光部分别为楕圆型弧面而依序具有一第一长轴a1与短轴b1、一第二长轴a2与短轴b2及一第三长轴a3与短轴b3时，该第一长轴a1为3.9mm与该第一短轴b1满足0.18～1.27mm而反射该第一角度区内的光，该第二长轴a2为10mm与该第二短轴b2满足0.01～0.18mm而反射该第二角度区内的光，且该第三长轴a3为20mm与该第三短轴b3满足0.01～10mm而反射该第三角度区内的光。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的侧光式背光模块，其特征在于：当该背板自中心线对切视的成左右两侧时，单一侧内的该第一光部与该第二光部是相同倾斜方向而相反于该第三光部的倾斜方向。
7.根据权利要求1所述的侧光式背光模块，其特征在于：该背板贴合有一反射片，且该反射片由聚对苯二甲酸乙二酯材料或金属材料所制成，或者，该背板利用金属材料进行蒸镀而形成一反射层，以供加强反射该复数个发光二极管的发射光。
8.根据权利要求1所述的侧光式背光模块，其特征在于：该面板相对两侧分别覆设有一挡板，且该挡板可由塑胶材料、黑漆颜料、吸光胶带或金属材料所制成。
9.根据权利要求8所述的侧光式背光模块，其特征在于：该挡板朝该背板方向垂直延伸形成一遮阻部，以遮阻该发光二极管直接照射于该面板的发射光。
10.根据权利要求1所述的侧光式背光模块，其特征在于：还设有一导光膜，罩覆该背板而置于该面板下，以供加强引导该复数个发光二极管的发射光光径而进一步均匀光强度的分布，且该导光膜上表面设有复数个圆柱微结构而下表面设有复数个三角锥微结构，该导光膜由层叠的四光学膜片所构成，该复数个光学膜片为增亮膜片及扩散膜片的其中至少之一或其组合。
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