CN111465895B - 发光机构及背光模块 - Google Patents

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Abstract

一种发光机构及一种包括发光机构的背光模块。该发光机构包括至少一个发光二极管(4)、位于发光二极管(4)上的光学单元(5)，及至少一个设置于该光学单元(5)且与该发光二极管(4)对应的调光单元(7)。该调光单元(7)包括位于相对应的发光二极管(4)正上方的遮光组件(71)，该遮光组件(71)的尺寸大于或等于其正下方的发光二极管的(4)尺寸，且相邻的遮光组件(71)不互相接触。

Description

发光机构及背光模块
技术领域
本发明涉及一种光学设备，特别是涉及一种发光机构及背光模块。
背景技术
传统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，通常是在上方预留一段展光距离后设置扩散板或导光板，再设置于液晶面板的下方，以提供液晶面板均匀的出光源。
但实作上，发光二极管的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，所以在发光二极管直接贴合导光板位置的正投影区域，仍然会形成一个亮点，造成面光源表面亮度不均匀。
发明内容
因此，本发明目的是提供一种能提升匀度的发光机构。
本发明发光机构包括至少一个发光二极管、位于所述发光二极管上的光学单元，及至少一个设置于该光学单元且与该发光二极管对应的调光单元。该调光单元包括位于相对应的所述发光二极管正上方的遮光组件，该遮光组件的尺寸大于或等于其正下方的发光二极管的尺寸，且相邻的遮光组件不互相接触。
本发明的另一技术手段，在于该遮光组件的尺寸大于其正下方的发光二极管的尺寸，且符合以下公式：2×H×tanθ≤A，其中，H为该光学单元与该发光二极管之间的距离，θ为该发光二极管的放射角度，A为该遮光组件的尺寸。
本发明的另一技术手段，在于该调光单元设置在该光学单元的面向该发光二极管的一侧。
本发明的另一技术手段，在于该调光单元设置在该光学单元的背向该发光二极管的一侧，该遮光组件的尺寸大于其正下方的发光二极管的尺寸，且符合以下公式：2×(H+T1)×tanθ≤A，其中，T1为该光学单元位于该发光二极管正上方的厚度，H为该光学单元与该发光二极管之间的距离，θ为该发光二极管的放射角度，A为该遮光组件的尺寸。
本发明的另一技术手段，在于该光学单元具有上表面及下表面，该下表面具有至少一个凹槽，该光学单元以该凹槽覆盖于所述发光二极管上且不与所述发光二极管接触，该发光二极管的底面低于该光学单元的底面，该调光单元设置在该光学单元的该上表面，H为该光学单元的凹槽表面与该发光二极管的表面之间的距离。
本发明的另一技术手段，在于该光学单元覆盖于所述发光二极管上，且该发光二极管的底面齐平于该光学单元的底面，该调光单元设置在该光学单元的背向该发光二极管的一侧，该遮光组件的尺寸符合以下公式：2×(T1-T2)×tanθ≤A，其中，T1为该光学单元的厚度，T2为该发光二极管的厚度，θ1为该发光二极管的放射角度，A为该遮光组件的尺寸。
本发明的另一技术手段，在于该光学单元直接贴覆且接触于所述发光二极管上。
本发明的另一技术手段，在于定义A为该遮光组件的尺寸，P为相邻发光二极管的间距，W为该发光二极管的宽度，满足下列关系式：0.45×P×W×10-3≤A＜5×P×W×10-3。
本发明的另一技术手段，在于定义A为该遮光组件的尺寸，P为相邻发光二极管的间距，W为该发光二极管的宽度，更进一步满足下列关系式：1×P×W×10-3≤A≤2.7×P×W×10-3。
本发明的另一技术手段，在于该光学单元具有上表面及下表面，该下表面具有至少一个凹槽，该光学单元以该凹槽覆盖于所述发光二极管上且不与所述发光二极管接触。
本发明的另一技术手段，在于该遮光组件具有至少一个贯穿孔，以使下方的发光二极管的光线能由该贯穿孔向上出光。
本发明的另一技术手段，在于该遮光组件具有位于相对应的所述发光二极管正上方的中心，及复数个环绕该中心间隔排列的贯穿孔。
本发明的另一技术手段，在于该遮光组件具有位于相对应的所述发光二极管正上方的中心，所述贯穿孔位于该中心位置。
本发明的另一技术手段，在于该调光单元还包括至少一个设置于相对应的所述遮光组件上方且覆盖该贯穿孔的透光组件，且该透光组件的光线穿透效率大于该遮光组件的光线穿透效率。
本发明的另一技术手段，在于该光学单元的上表面及下表面形成有微结构。
本发明的另一技术手段，在于所述微结构以所述发光二极管为中心呈同心圆排列，且所述微结构以所述发光二极管为中心呈同心圆排列，且所述微结构于邻近所述发光二极管的分布较疏，而远离所述发光二极管的分布较密。
本发明的另一目的是提供一种包括前述发光机构的背光模块。
本发明背光模块包括前述多个发光机构，及扩散板，该扩散板位于所述发光机构的光学单元的上方。
本发明的另一技术手段，在于该背光模块还包括电路板，及设置于该电路板上的反射片，该反射片具有间隔的贯穿槽，所述发光二极管经由所述贯穿槽而呈矩阵式排列于该电路板上，所述光学单元呈矩阵式排列于该反射片上。
本发明的另一技术手段，在于所述发光机构的各个光学单元为连续连接而呈一体式。
本发明的另一技术手段，是在于所述发光机构的各个光学单元彼此不接触。
本发明的功效在于，借由上述结构设计，可以有效改善面光源亮度不均匀的问题。
附图说明
图1是侧视示意图，说明本发明背光模块的第一较佳实施例；
图2是立体图，辅助说明图1，为了便于说明，于图中省略扩散板而未绘出；
图3至图6皆是示意图，说明该较佳实施例中调光单元的遮光组件的各种态样；
图7是侧视示意图，说明本发明显示设备的较佳实施例；
图8是侧视示意图，说明本发明背光模块的第二较佳实施例；
图9是立体图，辅助说明图8，为了便于说明，于图中省略扩散板而未绘出；
图10是侧视示意图，为图8中框示处的放大态样；
图11是曲线图，说明该第二较佳实施例降低暗区百分比的结构；
图12至14皆是侧视示意图，说明该调光单元不同的配置情形。
具体实施方式
有关本发明的相关申请专利特色与技术内容，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在进行详细说明前应注意的是，类似的组件以相同的编号来作表示。
参阅图1及图2，为本发明背光模块的第一较佳实施例，包括电路板2、设置于该电路板2上的反射片3、复数个呈矩阵式排列的发光二极管4、复数个呈矩阵式排列且彼此不接触的光学单元5、设置于所述光学单元5上方的扩散板6，及复数个分别设置于所述光学单元5与该扩散板6之间的调光单元7。该反射片3具有复数个间隔的贯穿槽31，所述发光二极管4经由所述贯穿槽31而呈矩阵式排列于该电路板2上，所述光学单元5呈矩阵式排列于该反射片3上。在其他实施例中，所述发光二极管4也可以不采用矩阵式排列，而是以灯条方式条状排列，所述光学单元5也可以因应而同样以条状排列。
于本实施例中，所述光学单元5为导光板，且每一个光学单元5具有上表面51及下表面52，该下表面52具有凹槽521，所述光学单元5以该凹槽521覆盖于相对应的发光二极管4上，且该发光二极管4不与该光学单元5接触。每一个光学单元5的上表面51及下表面52皆形成有微结构53，且所述微结构53以该发光二极管4为中心C呈同心圆排列，且所述微结构53于邻近该发光二极管4的分布较疏，而远离该发光二极管4的分布较密。要说明的是，位于该下表面52的微结构53用于破坏全反射，位于该上表面51的微结构53用于控制出光效果，两者互相配合能使出光效果更为均匀。另外，所述微结构53于邻近该发光二极管4的分布较疏，而远离该发光二极管4的分布较密，是因为在邻近该发光二极管4的位置光线较强，而远离该发光二极管4的位置光线相对较弱，前述设计将有助调整出光强度，进而达成整面出光强度均匀的目的。
参阅图1，所述调光单元7分别对应位于所述发光二极管4的正上方，其中，每一个调光单元7包括一片遮光组件71，及设置于该遮光组件71上方的透光组件72，且该透光组件72的光线穿透效率大于该遮光组件71的光线穿透效率。该遮光组件71具有至少一个贯穿孔711，以使下方的发光二极管4的光线能由该贯穿孔711向上发散，再穿过该透光组件72进行出光。
其中，该遮光组件71可以如图3所示，具有位于该发光二极管4正上方的中心C，而所述贯穿孔711位于该中心C。该遮光组件71也可以如图4至图6所示，具有位于该发光二极管4正上方的中心C，及复数个间隔排列的贯穿孔711，而所述贯穿孔711围绕于该中心C呈环状排列。通过改变所述贯穿孔711的孔径大小、数量，及排列方式，能进行光线的调节。
参阅图7，于该背光模块上设置显示面板8，即成为显示设备。由于本发明为直下式背光模块的型态，而在整体结构薄型化的趋势下，该显示面板与发光二极管4之间的距离会缩小，因此在发光二极管4的正上方会有很高的能量密度，容易于该显示面板上产生亮点问题。本发明的发光二极管4为五面发光的发光二极管4，因此，在本较佳实施例中，将该调光单元7设置于每一个发光二极管4的上方出光面的正上方，每一个发光二极管4的侧边四个发光面所发散的光线，会直接经由该光学单元5出光，或者是经由下方的反射片3进行反射之后再经由该光学单元5出光。而经由每一个发光二极管4的上方出光面发散的光线，利用该遮光组件71上的贯穿孔711形成几何图案的排列，使部分光线可以从图3的中心C位置的一个贯穿孔711出光，或是从图4围绕该中心C位置的多个贯穿孔711出光，且图3、4的贯穿孔711大小相同，借此让所述发光二极管4的正上方仍有较高辉度，以搭配能量较低的发光二极管4。另外也可以使部分光线可以从图5、6围绕该中心C位置的多个贯穿孔711出光，且图5、6的贯穿孔711小于图3、4的贯穿孔711，借此让所述发光二极管4的正上方降低辉度，以搭配能量较高的发光二极管4。
因此，该遮光组件71的不同区域可以分别具有反射或吸光功能，再配合该透光组件72的设置，借以调整所述发光二极管4上方的能量分布，以达到出光均匀，改善外观的功效。另外，所述光学单元5之间存在有间距而彼此不接触，因此相邻光学单元5之间的光线不会互相干扰，且可以直接针对特定区域的光线进行调节。
参阅图8及图9，为本发明背光模块的第二较佳实施例，包括电路板2a、设置于该电路板2a上的反射片3a、复数个呈矩阵式排列的发光二极管4a、复数个呈矩阵式排列且彼此不接触的光学单元5a、设置于所述光学单元5a上方的扩散板6a，及复数个分别设置于所述光学单元5a与该扩散板6a之间的调光单元7a。该反射片3a具有复数个间隔的贯穿槽31a，所述发光二极管4a经由所述贯穿槽31a而呈矩阵式排列于该电路板2a上，所述光学单元5a呈矩阵式排列于该反射片3a上。
其中，所述光学单元5a为导光板，且每一个光学单元5a具有上表面51a及下表面52a，该下表面52a具有凹槽521a，所述光学单元5a以该凹槽521a覆盖于相对应的发光二极管4a上，且该发光二极管4a不与该光学单元5a接触。每一个光学单元5a的上表面51a及下表面52a皆形成有微结构53a，且所述微结构53a以该发光二极管4a为中心C呈同心圆排列，且所述微结构53a于邻近该发光二极管4a的分布较疏，而远离该发光二极管4a的分布较密。
参阅图10，于本实施例中，该调光单元7a设置在该光学单元5a的背向该发光二极管4a的一侧，且位于该发光二极管4a的正上方，并包括遮光组件71a，该遮光组件71a的尺寸大于其正下方的发光二极管4a的尺寸，且符合以下公式：2×(H+T1)×tanθ≤A。于本实施例中，由于该光学单元5a形成有所述凹槽521a，因此T1是指该光学单元5a位于该发光二极管4a正上方的厚度，更详细地说，是该光学单元5a的厚度D1扣除所述凹槽521a深度D2后的厚度(所述微结构53a的厚度极小可以忽略不计)，H为该光学单元5a的凹槽521a表面与该发光二极管4a的表面之间的距离，θ为该发光二极管4a的放射角度(Radiation angle)，A为该遮光组件71a的尺寸。要特别说明的是，在其他实施例中，若该光学单元5a为不具有凹槽521a的形态，则T1为该光学单元5a的厚度，也就是该光学单元5a位于该发光二极管4a正上方的厚度，H为该光学单元5a的下表面52a与该发光二极管4a之间的距离。要进一步说明的是，依据发光二极管4a的规格，一般的指向性角度(Directivity)为120度，放射角度(Radiationangle)则是指向性角度的一半，为60度。
另外，该遮光组件71a的尺寸，除了满足以上公式之外，在其他实施例中，也可以设计为该遮光组件71a的尺寸大于或等于其正下方的发光二极管4a的尺寸，且相邻的遮光组件71a不互相接触。或者也可以满足下列关系式：0.45×P×W×10-3≤A＜5×P×W×10-3，其中，P为相邻发光二极管4a的间距，W为该发光二极管4a的宽度。亦即，0.45×P×W×10-3可以代表所述发光二极管4a的尺寸，5×P×W×10-3则代表相邻的遮光组件71a不互相接触。
要进一步说明的是，由于本发明为直下式背光模块的型态，在整体结构薄型化的趋势下，显示面板(图未示)与发光二极管4a之间的距离会缩小，因此在发光二极管4a的正上方会有很高的能量密度，容易于显示面板上产生亮度不均的问题。也就是说，在所述发光二极管4a的正上方的辉度较高，相邻发光二极管4a之间的辉度较低，造成亮度不均而形成暗区(Dark area)。因此，本实施例主要是该遮光组件71a采用具有高反射系数的白色油墨，或是其他种类具有高反射性的材料。如此一来，可以将指向性高的发光二极管4a正上方的区域遮蔽并将光线反射至发光二极管4a的周围区域。由于相邻的所述遮光组件71a不互相接触而留有空隙，前述被反射的光线可以经由空隙处穿出透过，能同时将发光二极管4a之间的暗区补亮，降低GMI(Grid mura index)数值。
在本实施例中，定义当一个区域的亮度小于最大亮度的35％即为暗区，并通过前述配置方式，测试是否能将暗区占总面积的比例减少，也就是暗区百分比是否下降。因此，如果依据暗区百分比是否能够明显下降来判断上述该遮光组件71a的尺寸的较佳范围，该遮光组件71a的尺寸便满足下列关系式：1×P×W×10-3≤A≤2.7×P×W×10-3。其数值1与2.7的决定，则如下详述。
参阅图11，于本实施例中，设定暗区百分比在12％以下为合格值，由该曲线图的结果可知，当该遮光组件的尺寸满足下列关系式：1×P×W×10-3≤A≤2.7×P×W×10-3，在数值1与2.7的常数范围内，都可以将暗区百分比控制在12％以下，此效果优于未设置该遮光组件71a的情况(也就是数值为0×P×W×10-3)下的暗区百分比13.66％。
另外要说明的是，除了前述的配置方式之外，参阅图12，在某些实施例中，所述发光机构的各个光学单元5b为连续连接而呈一体式，而所述发光二极管4b及相对应的调光单元7b仍然呈矩阵式排列，其中，所述发光二极管4b为矩形，而由于所述发光二极管4b的发光形态为指向性角度(Directivity)120度的圆形放射范围，所以所述调光单元7b随之设计为圆形。
参阅图13，在另一些实施例中，该调光单元7c的该遮光组件71c设置在该光学单元5c的面向该发光二极管4c的一侧，且该遮光组件71c的尺寸大于其正下方的发光二极管4c的尺寸，且符合以下公式：2×H×tanθ≤A，其中，H为该光学单元5c与该发光二极管4c之间的距离，θ为该发光二极管4c的放射角度，A为该遮光组件71c的尺寸。
参阅图14，在另一些实施例中，该光学单元5d是类似胶体的型态，并直接涂布覆盖于所述发光二极管4d上，因此，该发光二极管4d的底面齐平于该光学单元5d的底面。另外，该调光单元7d设置在该光学单元5d的背向该发光二极管4d的一侧，该遮光组件71d的尺寸符合以下公式：2×(T1-T2)×tanθ≤A，其中，T1为该光学单元5d的厚度，T2为该发光二极管4d的厚度，θ为该发光二极管4d的放射角度，A为该遮光组件71d的尺寸。
依据图10、13、14所揭露的各种形态，无论该遮光组件71a、71c、71d是设计在该光学单元5a、5c、5d的上表面、下表面、凹槽底面，都可以利用该光学单元5a位于该发光二极管4a正上方的厚度T1、该光学单元5a的下表面52a与该发光二极管4a之间的距离H(或是该光学单元5a的凹槽521a表面与该发光二极管4a的表面之间的距离H)、该发光二极管4d的厚度T2、该发光二极管4a的放射角度θ(Radiation angle)等参数，来优化设计该遮光组件71a、71c、71d的尺寸大小，将发光二极管4a之间的暗区补亮，降低GMI(Grid mura index)数值。
除此之外，也能够依据暗区百分比是否能够明显下降来判断上述该遮光组件71a的尺寸，利用P为相邻发光二极管4a的间距，W为该发光二极管4a的宽度，P×W×10-3的常数最大值、最小值的决定，来优化设计该遮光组件71a的尺寸大小，将发光二极管4a之间的暗区补亮，降低GMI(Grid mura index)数值。此亦为本发明所提供的另一种设计方式。
综上所述，本发明通过所述于每一发光二极管的上方出光面的正上方设置有该调光单元，并配合将该调光单元设置在不同位置，以及调整其与相对应的发光二极管之间的距离，以多种手段同时进行以达成最佳的出光调整效果，有效改善面光源亮度不均匀的问题，而且也能优化设计该遮光组件的尺寸大小，将发光二极管之间的暗区补亮，降低GMI(Grid mura index)数值，故确实可以达成本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的权利要求涵盖的范围内。
符号说明
2、2a 电路板
3、3a 反射片
31、31a 贯穿槽
4、4a、4b、4c、4d 发光二极管
5、5a、5b、5c、5d 导光板
51、51a 上表面
52、52a 下表面
521、521a 凹槽
53、53a 微结构
6、6a 扩散板
7、7a、7b、7c、7d 调光单元
71、71a、71b、71c、71d 遮光组件
711 贯穿孔
72 透光组件
8 显示面板
A 尺寸
C 中心
H 距离
T1、T2、T3、D1 厚度
D2 深度

Claims (19)

1.一种发光机构，其特征在于包括：
至少一个发光二极管，其具有上方出光面及侧边发光面；
光学单元，位于所述发光二极管上；及
至少一个调光单元，设置于所述光学单元上且与所述发光二极管对应设置，所述调光单元包括位于相对应的所述发光二极管的所述上方出光面的正上方的遮光组件，所述遮光组件的尺寸大于或等于其正下方的发光二极管的尺寸，且相邻的遮光组件不互相接触，其中
所述遮光组件的尺寸满足下列关系式：0.45×P×W×10-3≤ A＜5×P×W×10-3，其中，定义A为所述遮光组件的尺寸，P为相邻发光二极管的间距，W为所述发光二极管的宽度，
所述发光二极管的所述侧边发光面所发散的光线，会直接经由所述光学单元出光。
2.根据权利要求1所述的发光机构，其特征在于，所述遮光组件的尺寸大于其正下方的发光二极管的尺寸，且符合以下公式：2×H×tanθ≤ A，其中，H为所述光学单元与所述发光二极管之间的距离，θ为所述发光二极管的放射角度，A为所述遮光组件的尺寸。
3.根据权利要求2所述的发光机构，其特征在于，所述调光单元设置在所述光学单元的面向所述发光二极管的一侧。
4.根据权利要求1所述的发光机构，其特征在于，所述调光单元设置在所述光学单元的背向所述发光二极管的一侧，所述遮光组件的尺寸大于其正下方的发光二极管的尺寸，且符合以下公式：2×(H+T1)×tanθ≤ A，其中，T1为所述光学单元位于所述发光二极管正上方的厚度，H为所述光学单元与所述发光二极管之间的距离，θ为所述发光二极管的放射角度，A为所述遮光组件的尺寸。
5.根据权利要求4所述的发光机构，其特征在于，所述光学单元具有上表面及下表面，所述下表面具有至少一个凹槽，所述光学单元以所述凹槽覆盖于所述发光二极管上且不与所述发光二极管接触，所述发光二极管的底面低于所述光学单元的底面，所述调光单元设置在所述光学单元的所述上表面，H为所述光学单元的凹槽表面与所述发光二极管的表面之间的距离。
6.根据权利要求1所述的发光机构，其特征在于，所述光学单元覆盖于所述发光二极管上，且所述发光二极管的底面齐平于所述光学单元的底面，所述调光单元设置在所述光学单元的背向所述发光二极管的一侧，所述遮光组件的尺寸符合以下公式：2×(T1-T2)×tanθ≤ A，其中，T1为所述光学单元的厚度，T2为所述发光二极管的厚度，θ为所述发光二极管的放射角度，A为所述遮光组件的尺寸。
7.根据权利要求6所述的发光机构，其特征在于，所述光学单元直接贴覆且接触于所述发光二极管上。
8.根据权利要求1所述的发光机构，其特征在于，定义A为所述遮光组件的尺寸，P为相邻发光二极管的间距，W为所述发光二极管的宽度，更进一步满足下列关系式：1×P×W×10-3≤ A≤ 2.7×P×W×10-3。
9.根据权利要求1所述的发光机构，其特征在于，所述光学单元具有上表面及下表面，所述下表面具有至少一个凹槽，所述光学单元以所述凹槽覆盖于所述发光二极管上且不与所述发光二极管接触。
10.根据权利要求9所述的发光机构，其特征在于，所述遮光组件具有至少一个贯穿孔，以使下方的发光二极管的光线能由所述贯穿孔向上出光。
11.根据权利要求10所述的发光机构，其特征在于，所述遮光组件具有位于相对应的所述发光二极管正上方的中心，及复数个环绕所述中心间隔排列的贯穿孔。
12.根据权利要求10所述的发光机构，其特征在于，所述遮光组件具有位于相对应的所述发光二极管正上方的中心，所述贯穿孔位于所述中心位置。
13.根据权利要求10所述的发光机构，其特征在于，所述调光单元还包括至少一个设置于相对应的所述遮光组件上方且覆盖所述贯穿孔的透光组件，且所述透光组件的光线穿透效率大于所述遮光组件的光线穿透效率。
14.根据权利要求10所述的发光机构，其特征在于，所述光学单元的上表面及下表面形成有微结构。
15.根据权利要求14所述的发光机构，其特征在于，所述微结构以所述发光二极管为中心呈同心圆排列，且所述微结构于邻近所述发光二极管的分布较疏，而远离所述发光二极管的分布较密。
16.一种背光模块，其特征在于包括根据权利要求1至15中任一项所述的多个发光机构，及扩散板，所述扩散板位于所述发光机构的光学单元的上方。
17.根据权利要求16所述的背光模块，其特征在于还包括电路板，及设置于所述电路板上的反射片，所述反射片具有间隔的贯穿槽，所述发光二极管经由所述贯穿槽而呈矩阵式排列于所述电路板上，所述光学单元呈矩阵式排列于所述反射片上，所述发光二极管的所述侧边发光面所发散的光线，除了会直接经由所述光学单元出光之外，还会经由所述反射片进行反射之后再经由所述光学单元出光。
18.根据权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述发光机构的各个光学单元为连续连接而呈一体式。
19.根据权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述发光机构的各个光学单元彼此不接触。
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