CN111367118B - 光源模块与分光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源模块，包括基板、发光元件及分光元件。发光元件配置于基板上。分光元件对应发光元件而配置于基板上。分光元件具有入光端以及从入光端朝入光端的周围延伸出的多个导光部。每一导光部具有与入光端面向相反方向的出光端，导光部的出光端彼此分离。分光元件的入光端面向发光元件。本发明的光源模块将单一点光源出射的光线分光至多个分离的出光端出射来达到多个点光源的效果，并在维持亮度的同时，能改善色度偏移的情况。

Description

光源模块与分光元件
技术领域
本发明关于一种光源模块，且特别是关于一种分光元件以及使用此分光元件的光源模块。
背景技术
液晶显示装置的液晶显示面板不发光，所以需藉由背光模块提供面光源。背光模块包括直下式背光模块与侧入式背光模块。目前常见的侧入式背光模块是将发光二极管灯条配置在导光板的侧边，导光板内部设有网点，发光二极管灯条提供的光线进入导光板后，藉由网点使光线从导光板的出光面出射。然而，因发光二极管灯条是配置在导光板的侧边，容易有亮度不均的问题，且不利于区域调光(local dimming)。
目前常见的直下式背光模块是将呈二维阵列排列的多个发光二极管配置于扩散板下方，为了达到厚度薄且亮度均匀性佳的优点，发光二极管与扩散板之间的距离需缩短，而发光二极管之间的间距需缩短，如此将增加发光二极管的数量。然而，增加发光二极管的数量后，由于每个发光二极管仅需以较低的电流驱动即可使直下式背光模块整体达到需求亮度，反而使得发光二极管会有色度偏移的情况。
本「背景技术」段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在「背景技术」中所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的习知技术。此外，在「背景技术」中所公开的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种分光元件，将单一点光源出射的光线分光至多个分离的出光端出射来达到多个点光源的效果，并在维持亮度的同时，能改善色度偏移的情况。
本发明提供一种光源模块，将单一点光源出射的光线分光至多个分离的出光端出射来达到多个点光源的效果，并在维持亮度的同时，能改善色度偏移的情况。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的分光元件包括入光端以及从入光端朝入光端的周围延伸出的多个导光部，每一导光部具有与入光端面向相反方向的出光端，且导光部的出光端彼此分离。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的光源模块包括基板、发光元件及上述的分光元件。发光元件配置于基板上。分光元件的入光端面向发光元件。
本发明实施例的分光元件包括多个导光部，且导光部的出光端彼此分离，使光线从入光端入射进分光元件后分别进入多个导光部，并再从彼此分离的出光端出射，用以将单一点光源出射的光线分光至多个分离的出光端出射来达到多个点光源的效果。当此分光元件使用于光源模块时，各出光端的位置可对应于习知技术之发光二极管设置的位置，因此可以减少本发明实施例的光源模块的发光元件的使用数量。在整体亮度相同的情况下，相较于习知的光源模块需使用大量的发光二极管，本发明实施例的光源模块所使用的发光元件的数量可以减少，各发光元件的驱动电流可以较高，所以能改善习知技术因驱动电流较低，而造成色度偏移的情况。
为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的光源模块的剖面示意图。
图2是本发明一实施例的分光元件的立体示意图。
图3A及图3B是本发明另二实施例的分光元件的立体示意图。
图4A是图1的区域A的放大示意图。
图4B是本发明另一实施例的光源模块的部分剖面示意图。
图5是图2的导光部正投影于通过且平行入光端的参考平面的示意图。
图6是本发明另一实施例的分光元件的立体示意图。
图7是图6的导光部的出光端正投影于通过且平行入光端的参考平面的示意图。
图8是本发明另一实施例的分光元件的立体示意图。
图9是图8的导光部的出光端正投影于通过且平行入光端的参考平面的示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1是本发明一实施例的光源模块的剖面示意图。图2是本发明一实施例的分光元件的立体示意图。请参考图1及图2，本实施例的光源模块10包括基板11、发光元件12及分光元件100。发光元件12配置于基板11上。分光元件100对应发光元件12而配置于基板11上。基板11例如是印刷电路板，可为硬板或软板，用来承载发光元件12，并透过基板11来驱使发光元件12发光。硬板例如为金属基印刷电路板(metal core printed circuit board,MCPCB)或铜箔基板(如FR4基板)。发光元件12例如是发光二极管(light emitting diode,LED)，但不以此为限。分光元件100的材质例如是塑胶(PC)、压克力(PMMA)、玻璃或其他能导光的材质。关于分光元件100的结构，以下将详细说明。
本实施例的分光元件100具有入光端110以及从入光端110朝入光端110的周围延伸出的多个导光部120。图2中导光部120的数量是以4个为例，但不以此为限。在其他实施例中，导光部120的数量可以依据设计需求调整，例如图3A具有六个导光部120，图3B具有八个导光部120。
请再参考图1及图2，每一导光部120具有与入光端110面向相反方向的出光端130，多个导光部120的多个出光端130彼此分离。多个导光部120的多个出光端130例如位于同一参考平面P1上，且平行于入光端110，但不以此为限。分光元件100的入光端110面向发光元件12。分光元件100的入光端110例如具有容置槽111，以容置发光元件12，但不以此为限。在另一实施例中，分光元件100的入光端110可以不具有容置槽，而基板11例如具有容置槽，以容置发光元件12。在另一实施例，分光元件100的入光端110可以不具有容置槽，其中发光元件12配置于基板11上，分光元件100配置于发光元件12上。此外，虽然本实施例的光源模块10是以一个发光元件12及一个分光元件100为例，但本发明不以此为限。例如，发光元件12的数量为多个，而分光元件100的数量也是多个，这些发光元件12分别对应于这些分光元件100。
上述的出光端130例如为平面、球面或自由曲面(free form)，但不以此为限。此外，出光端130例如可为光滑面或雾面，也不以此为限。图2中的出光端130是以圆形的平面示意，但本发明并不特别限制出光端130的形状。
图4A是图1的区域A的放大示意图。请参考图1、图2及图4A，上述的导光部120例如从入光端110弯折延伸至出光端130，适于使发光元件12所发出的光线L经由入光端110进入分光元件100后，在导光部120内经至少二次全反射后由出光端130出射。本发明并无特别限制导光部120弯折的形状，可以依据不同设计的需求(如全反射需要考量导光部120内外折射率、入射角等)以达到使光线L在导光部120内经至少二次全反射的效果。以本实施例而言，每一导光部120从入光端110沿预定路径Ph朝入光端110的周围延伸出，预定路径Ph是先朝远离基板11的方向后，弯折朝向接近基板11的方向，再弯折朝向远离基板11的方向，如图1及图4A所示。导光部120的弯折处例如为曲面以使光线L能达到全反射。换言之，每一导光部120具有朝远离基板11的方向凸起的凸曲部121及朝接近基板11的方向凹陷的凹曲部122，并且多个导光部120的多个凸曲部121彼此相连。其中，凹曲部122与基板11之间存有空气间隙G，由于在设计导光部120的具体形状时，光线在导光部120内能否产生全反射是以分光元件100的折射率与空气的折射率来计算，若凹曲部122与基板11接触，即不存在空气间隙G，则接触的部分会使全反射受到影响，进而影响光传递的效率。
除了弯折的形状之外，上述的每一导光部120正投影于通过且平行入光端110的参考平面P2时，每一导光部120的宽度从导光部120彼此分离处至出光端130是逐渐变窄，如图5中宽度W1大于宽度W2，宽度W2大于宽度W3。此外，在垂直出光端130且通过预定路径Ph的截面中(如图4A所示)，每一导光部120的厚度从凸曲部121的顶端T至出光端130是逐渐变薄或着每一导光部120的截面的面积从凸曲部121的顶端T至出光端130是逐渐变小，如图4A中厚度H1大于厚度H2，厚度H2大于厚度H3。相较于入光端110，较窄又较薄的出光端130可以使光线集中，以避免亮度的下降。
为了提升分光的效果，本实施例的分光元件100例如还具有以下任一设计：(1)凸曲部121的顶端T与基板11之间相隔第一距离D1，出光端130与基板11之间相隔第二距离D2，第一距离D1大于第二距离D2；(2)发光元件12具有顶面S，顶面S与基板11之间相隔第三距离D3，第二距离D2大于第三距离D3。于另一实施例中，第一距离D1可以等于或小于第二距离D2。
本实施例的分光元件100包括多个导光部120，且导光部120的出光端130彼此分离，使光线L从入光端110入射进分光元件100后分别进入多个导光部120，并再从彼此分离的出光端130出射，用以将单一点光源出射的光线分光至多个分离的出光端出射来达到多个点光源的效果。当此分光元件100使用于光源模块10时，各出光端130的位置可对应于习知技术之发光二极管设置的位置，因此可以减少本发明实施例的光源模块10的发光元件12的使用数量。在整体亮度相同的情况下，相较于习知的光源模块需使用大量的发光二极管，本发明实施例的光源模块10所使用的发光元件12的数量可以减少，各发光元件12的驱动电流可以较高，所以能改善习知技术因驱动电流较低，而造成色度偏移的情况。
图4B是本发明另一实施例的光源模块的部分剖面示意图。请参考图4B，本实施例的光源模块10a与上述的光源模块10相似，差异处在于本实施例的光源模块10a的分光元件100c还包括反射层140，配置于导光部120的外表面，但并不配置于入光端110及出光端130。如前所述，产生全反射的条件需要考量导光部120及相邻介质的折射率、入射角等因素，且难免会有漏光的情形，而藉由反射层140的配置，可以避免无法产生全反射的光线L漏光，进而提升光利用率。
图6是本发明另一实施例的分光元件的立体示意图。图7是图6的导光部的出光端正投影于通过且平行入光端的参考平面的示意图。请参考图6及图7，本实施例的分光元件100a与上述的分光元件100结构及优点相似，以下仅针对其结构的主要差异处进行说明。本实施例的分光元件100a是以8个导光部120a为例。导光部120a正投影于通过且平行入光端110的参考平面P2时，出光端130的中心C1至入光端110的中心C2的距离可为相同或不同。如图7所示，距离D4与距离D6相同，但与距离D5不同，可依据设计需求调整。
图8是本发明另一实施例的分光元件的立体示意图。图9是图8的导光部的出光端正投影于通过且平行入光端的参考平面的示意图。请参考图8及图9，本实施例的分光元件100b与上述的分光元件100结构及优点相似，以下仅针对其结构的主要差异处进行说明。本实施例的分光元件100b是以3个导光部120b为例，但不以此为限。导光部120b正投影于通过且平行入光端110的参考平面P2时，出光端130的中心C1至入光端110的中心C2的多条连线之间的夹角为相同或不同。如图9所示，夹角θ1与夹角θ2相同，但与夹角θ3不同，可依据设计需求调整。
上述的分光元件100a、100b亦可使用于光源模块10、10a，可以依据不同设计需求而选用不同的分光元件。
综上所述，本实施例的分光元件包括多个导光部，且导光部的出光端彼此分离，使光线从入光端入射进分光元件后分别进入多个导光部，并再从彼此分离的出光端出射，用以将单一点光源出射的光线分光至多个分离的出光端出射来达到多个点光源的效果。当此分光元件使用于光源模块时，各出光端的位置可对应于习知技术之发光二极管设置的位置，因此可以减少本发明实施例的光源模块的发光元件的使用数量。在整体亮度相同的情况下，相较于习知的光源模块需使用大量的发光二极管，本发明实施例的光源模块所使用的发光元件的数量可以减少，各发光元件的驱动电流可以较高，所以能改善习知技术因驱动电流较低，而造成色度偏移的情况。
以上所述，仅为本发明之优选实施例而已，不能以此限定本发明实施之范围，即凡是依照本发明权利要求书及说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开之全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的「第一」、「第二」等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记列表
10、10a：光源模块
11：基板
12：发光元件
100、100a、100b、100c：分光元件
110：入光端
111：容置槽
120、120a、120b：导光部
121：凸曲部
122：凹曲部
130：出光端
140：反射层
A：区域
C1、C2：中心
D1：第一距离
D2：第二距离
D3：第三距离
D4、D5、D6：距离
G：空气间隙
H1、H2、H3：厚度
L：光线
P1、P2：参考平面
Ph：预定路径
S：顶面
T：顶端
W1、W2、W3：宽度
θ1、θ2、θ3：夹角。

Claims (18)

1.一种光源模块，其特征在于，包括基板、发光元件以及分光元件，其中：
所述发光元件配置于所述基板上；
所述分光元件对应所述发光元件而配置于所述基板上，所述分光元件具有入光端以及从所述入光端朝所述入光端的周围延伸出的多个导光部，每一所述多个导光部具有与所述入光端面向相反方向的出光端，所述多个导光部的所述多个出光端彼此分离，所述分光元件的所述入光端面向所述发光元件，所述分光元件还包括反射层，配置于所述多个导光部的外表面，每一所述多个导光部具有朝远离所述基板的方向凸起的凸曲部及朝接近所述基板的方向凹陷的凹曲部。
2.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述分光元件的所述入光端具有容置槽，容置所述发光元件。
3.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，每一所述多个导光部从所述入光端弯折延伸至所述出光端。
4.根据权利要求3所述的光源模块，其特征在于，每一所述多个导光部从所述入光端沿预定路径朝所述入光端的周围延伸出，所述预定路径是先朝远离所述基板的方向后，弯折朝向接近所述基板的方向，再弯折朝向远离所述基板的方向。
5.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述多个导光部的所述多个凸曲部彼此相连。
6.根据权利要求5所述的光源模块，其特征在于，所述多个导光部正投影于通过且平行所述入光端的参考平面时，每一所述多个导光部的宽度从所述多个导光部彼此分离处至所述出光端是逐渐变窄。
7.根据权利要求4所述的光源模块，其特征在于，在垂直所述出光端且通过所述预定路径的截面中每一所述多个导光部的厚度从所述凸曲部的顶端至所述出光端是逐渐变薄。
8.根据权利要求4所述的光源模块，其特征在于，在垂直所述出光端且通过所述预定路径的截面的面积从所述凸曲部的顶端至所述出光端是逐渐变小。
9.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述凸曲部的顶端与所述基板之间相隔第一距离，所述出光端与所述基板之间相隔第二距离，所述第一距离大于所述第二距离。
10.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述发光元件具有顶面，所述顶面与所述基板之间相隔第三距离，所述出光端与所述基板之间相隔第二距离，所述第二距离大于所述第三距离。
11.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述凹曲部与所述基板之间存有空气间隙。
12.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述多个导光部的所述多个出光端正投影于通过且平行所述入光端的参考平面时，所述多个出光端的中心至所述入光端的中心的距离为相同或不同。
13.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述多个导光部的所述多个出光端正投影于通过且平行所述入光端的参考平面时，所述多个出光端的中心至所述入光端的中心的多条连线之间的夹角为相同或不同。
14.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述多个导光部的所述多个出光端位于同一参考平面上，且平行于所述入光端。
15.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述出光端为平面、球面或自由曲面。
16.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述出光端为光滑面或雾面。
17.根据权利要求3所述的光源模块，其特征在于，每一所述多个导光部从所述入光端弯折延伸至所述出光端，适于使所述发光元件所发出的光线经由所述入光端进入所述分光元件后，在每一所述多个导光部内经至少二次全反射后由所述出光端出射。
18.一种分光元件，其特征在于，包括入光端以及从所述入光端朝所述入光端的周围延伸出的多个导光部，每一所述多个导光部具有与所述入光端面向相反方向的出光端，且所述多个导光部的所述多个出光端彼此分离，所述分光元件还包括反射层，配置于所述多个导光部的外表面，每一所述多个导光部具有朝远离光源模块的基板的方向凸起的凸曲部及朝接近所述基板的方向凹陷的凹曲部。
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