CN113359352A - 直下式背光模组及其显示器 - Google Patents

Abstract

本发明系一种直下式背光模组及其显示器，显示器系包括层叠的液晶面板及直下式背光模组，直下式背光模组包括灯板、复数个发光单元、复数个反射结构体，各发光单元系分布设置在灯板上，各反射结构体系分别设在其中一个发光单元的周围，各反射结构体包括立体四边形单元及立体曲面单元，其中各立体曲面单元底部设有开口，各发光单元容纳在开口之内，并各立体曲面单元的曲线之焦点都需要通过各发光单元向上方向的中心在线，且各立体曲面单元顶部形成四边形，而各立体四边形单元系设在各反射结构体的顶部，使得各反射结构体可以支撑导光层、提升发光效益及发光均齐性、减少光晕效应。

Description

直下式背光模组及其显示器

技术领域

本发明系有关于背光模组，尤其一种直下式背光模组及其显示器。

背景技术

液晶显示技术乃现今显示技术中非常重要的部分，以其技术为基础所制成的产品亦囊括广泛的应用，例如：计算机、电视及手机等。而液晶显示设备主要由背光模组以及液晶面板所组成；背光模组用于提供光源，并透过光学组件(例如：导光组件)将光线转变均匀，进而提供液晶面板利用。

背光模组的类型，可依据光源的设置位置区分为直下式以及侧光式的背光模组。直下式背光模组系将光源设置在模组底部的设计，直下式背光模组包括光学材料层、直下式灯板，其中光学材料层进一步依序由上至下包括上扩散片、上增亮片、下增亮片、下扩散片。

藉由光学材料层的作用，使得直下式灯板的光源会均匀分布在液晶面板后方，因此可以获得较侧光式要更好的透光均匀度，较佳的颜色对比以及更多的明暗部细节。此外，直下式背光模组可进一步搭配局部调光(local dimming)技术设计。局部调光技术主要系将光源矩阵式地排列在背板上，并个别地调整光源电流，进一步针对小区块的辉度调整；藉此可以令直下式背光模组达到在不同区域，不同程度地调整辉度变化的效果。

然而，目前的直下式背光模组有下列几点问题：

1、直下式背光模组搭配局部调光(local dimming)技术，可以提升画面对比对，但是此类产品的单一光源的亮暗交界处时常会产生光晕效应(halo effect)，进而影响观看体验。

2、直下式背光模组为了增加反射光的效能，提高整体的辉度(或称亮度，单位：cd/m2)，请参阅图1所示，直下式背光模组1系包括边框10、胶框12、光学材料层14、导光层16(或称混光层)及直下式灯板18，其中胶框12设置在边框10的周围，直下式灯板18设在边框10的底部于胶框12的内侧周围内，而光学材料层14及导光层16则由上往下依序叠设胶框12的顶部周围，但是光学材料层14及导光层16是横跨在胶框12的顶部周围，光学材料层14及导光层16在胶框12中间并无其他支撑点，使得光学材料层14及导光层16受力(地心引力)变形，导致直下式灯板18到导光层16之间的混光距离OD不足，为了解决此问题，请参阅图2所示，藉由增加胶框12及边框10的高度，使得直下式灯板18与导光层16之间有足够的混光距离OD。意即，直下式背光模组1整体厚度需增加，这种做法有悖于液晶显示设备的薄型化设计趋势。

3、请参阅图3所示，直下式灯板18上设有复数个发光单元180(通常为发光二极管)，但是各发光单元180的光源分散，使得光的利用率不佳。为了解决光利用率不佳的问题，请参阅图4、5所示，在直下式灯板18的各发光单元180周围设置立体反射结构19，各光源的光线经由立体反射结构19集中向上，达到增加发光效率的目的。

但是，导光层16覆盖在各立体反射结构19的上方，导致发光单元180周围的光线形成漫反射光(如图6所示)，使得光线无法集中向上输出，尤其是各立体反射结构19周围(如图7的-12、-4、4及12毫米的位置)的光线亮度下降许多(如图8所示)。因此，如何让各立体反射结构19可以支撑导光层16，并降低厚度，同时提升发光效益，减少光晕效应等，乃是目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于先前技术的问题，本发明之一目的系设计直下式灯板中的立体反射结构，减少导光层形成漫反射光的问题，而且调整光线集中向上输出，同时使得各立体反射结构可以支撑导光层，并降低整体厚度，且提升发光效益，也可以减少光晕效应等问题。

根据本发明之一目的，系提供一种直下式背光模组，包括灯板、复数个发光单元、复数个反射结构体，各发光单元系分布设置在灯板上，各反射结构体系分别设在其中一个发光单元的周围，各反射结构体包括立体四边形单元及立体曲面单元，其中各立体曲面单元底部设有开口，各发光单元容纳在开口中央位置，各立体曲面单元顶部形成四边形，且各立体曲面单元的所有曲线之焦点都通过各发光单元中心线，且各立体四边形单元系设在各立体曲面单元的顶部。

其中，各立体曲面单元由各自的发光单元的中心点到顶部的四边形之各侧边之间分别设有第一曲面，各立体曲面单元由各自的发光单元的中心点到于顶部的四边形之各边角于任二相邻的第一曲面之间分别设有第二曲面，而各第一曲面以发光单元的中心点到顶部的四边形之各侧边之中间点沿第一方向与第二方向对称，且第一方向与第二方向在灯板设置发光单元的一面呈平面正交，而各第二曲面以发光单元的中心点到顶部的四边形之各边角之对角线对称。

其中，各第一曲面为立体曲线或拋物线所构成。

其中，各第二曲面为立体曲线或拋物线所构成。

其中，各立体曲面单元的顶部的四边形的宽度，系等于任二两个发光单元的中心点的距离。

其中，立体四边形单元由底部到顶部之间的距离为第一高度。又，发光单元的中心点沿着第一方向或第二方向其中之一向外延伸到四边形的宽度的1/2距离的位置的法线，与发光单元的最大发光角度的延伸线相交的位置为第一相交点，从第一相交点沿法线到灯板设置发光单元的一面之间的距离，亦即为各立体曲面单元之底面到顶面的距离，各立体曲面单元之底面到顶面的距离为第二高度，第一高度系小于第二高度。

其中，发光单元的中心点沿着到各边角的位置的法线，与各立体曲面单元的的高度的水平线的相交点为第二相交点。

其中，各立体曲面单元顶部的四边形之各侧边到距离各边角的一修饰距离之间，系与第一相交点同一水平的任一点到发光单元的中心点所构成第一曲面的所有立体曲线或拋物线之焦点都落在发光单元的中心在线。

其中，各立体曲面单元顶部的四边形之各边角延伸到修饰距离之间与第二相交点同一水平的任一点到发光单元的中心点所构成的第二曲面的所有立体曲线或拋物线之焦点都落在发光单元的中心在线。

其中，修饰距离为大于或等于0.1毫米(mm)。

其中，开口系配合发光单元的外型，且开口的大小系为发光单元的边缘向外0.1毫米(mm)。

根据本发明之一目的，另提供一种显示器，包括由上至下依序迭构的液晶面板、光学材料层、导光层及前述的直下式背光模组。

据上所述，各反射结构体可以支撑导光层，且藉由第一曲面及第二曲面的形状设计，让个反射结构体可以将发光单元的光线集中向上发射出去，此外，各反射结构体利用各立体四边形单元系将各立体曲面单元向外扩散的光线回收到各立体曲面单元内，提升发光效益及发光均齐性、减少光晕效应。

附图说明

图1为传统的直下式背光模组的剖面示意图。

图2为传统的另一直下式背光模组的剖面示意图。

图3为传统的直下式背光模组的光线投射示意图。

图4为另一传统的直下式背光模组的光线投射示意图。

图5为图4的立体反射结构的外观示意图。

图6为图5的光线投射示意图。

图7为图5的直下式背光模组的量测位置示意图。

图8为图7的直下式背光模组的亮度示意图。

图9为本发明的立体外观分解示意图。

图10为本发明的反射结构体的光线投射示意图。

图11为本发明的反射结构体立体外观示意图。

图12为本发明的反射结构体分解示意图。

图13为本发明的反射结构体俯视示意图。

图14为系本发明的第一曲面的一曲线示意图。

图15为本发明的发光单元的最大发光角度的示意图。

图16为本发明的第二曲面的一曲线示意图。

图17为传统直下式背光模组的量测位置示意图。

图18为图17的传统直下式背光模组的发光强度分布示意图。

图19为本发明的直下式背光模组的量测位置示意图。

图20为图18的传统直下式背光模组的发光强度分布示意图。

图21为本发明的液晶显示器的层叠示意图。

附图标记

1：直下式背光模组

10：边框

12：胶框

14：光学材料层

16：导光层

18：直下式灯板

180：发光单元

19：立体反射结构

OD：混光距离

2：灯板

3：发光单元

4：反射结构体

40：立体四边形单元

42：立体曲面单元

420：开口

P：焦点

CL：中心线

O：中心点

422：第一曲面

4220：第一棱线

424：第二曲面

4240：第二棱线

L：线条

D：宽度

对角线宽度

H1：第一高度

H2：第二高度

CP1：第一相交点

CP2：第二相交点

5：直下式背光模组

6：导光层

7：光学材料层

8：液晶面板

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

请参阅图9所示，本发明系一种直下式背光模组，包括灯板2、复数个发光单元3、复数个反射结构体4，各发光单元3系分布设置在灯板2上，各反射结构体4系分别设在其中一个发光单元3的周围，各反射结构体4包括立体四边形单元40及立体曲面单元42(如图10及图11所示)，其中各立体曲面单元42底部设有开口420，各发光单元3容纳在开口420中央位置，各立体曲面单元42顶部形成四边形，且各立体曲面单元42的所有曲线之焦点P都通过各发光单元3中心线CL，且各立体四边形单元40系设在各立体曲面单元42的顶部，各立体四边形单元40系将各立体曲面单元42向外扩散的光线回收到各立体曲面单元42内(如图12所示)，使得各反射结构体4可以支撑导光层、提升发光效益及发光均齐性、减少光晕效应。

在本发明中，请参阅图13所示，各立体曲面单元42由各自的发光单元3的中心点O到顶部的四边形之各侧边之间分别设有第一曲面422。任二第一曲面422之间介接的第一棱线4220系位于各立体曲面单元42的对角线的位置上，此时，各第一曲面422之间将形成90度的夹角，对于入射到任二第一曲面422的介接位置的光线会产生阴影与线条，因此，为了尽量使任二第一曲面422的介接位置尽可能缓慢渐变，进而增加反射光源总体的漫射程度，而不会因为直角处导致光源过度集中，各立体曲面单元42由各自的发光单元3的中心点O到于顶部的四边形之各边角于任二相邻的第一曲面422之间分别设有第二曲面424，而各第一曲面422以发光单元3的中心点O到顶部的四边形之各侧边之中间点沿第一方向与第二方向对称，且第一方向与第二方向在灯板2设置发光单元3的一面呈平面正交，而各第二曲面424以发光单元3的中心点O到顶部的四边形之各边角之对角线对称。

在此需要特别陈明的是，在本发明图9在任二第一曲面422之间介接位置所绘制的第一棱线4220，以及图13在任一第二曲面424与相邻的第一曲面422介接位置所绘制的第二棱线4240，系为了表现各第一曲面422与各第二曲面424于立体曲面单元42的位置，本发明在实际实施时，并不会存在第一棱线4220与第二棱线4240，其原因是构成第二曲面424的所有曲线，系为了让各第一曲面422与各第二曲面424介接的所有位置呈平滑状，另外图13由立体曲面单元42顶部的四边形之各侧边的中间点到发光单元3的中心点O的位置所绘制的线条L，系为了用来说明各立体曲面单元42的几何关系，实际上没有此线条L。

在本发明中，请参阅图14所示，各第一曲面422为立体曲线或拋物线所构成者。请参阅图15所示，而各第二曲面424为立体曲线或拋物线所构成者。且各立体曲面单元42的顶部的四边形的宽度D，系等于任二个发光单元3的中心点O的距离，各立体曲面单元42的顶部的四边形的对角线则为

在本发明中，再请参阅图14，各立体四边形单元40由底部到顶部之间的距离为第一高度H1，发光单元3的中心点O沿着第一方向或第二方向其中之一向外延伸到四边形的宽度D的1/2距离的位置的法线，与发光单元3的最大发光角度(如图16所示)的延伸线相交的位置为第一相交点CP1，从第一相交点CP1沿法线到灯板2设置发光单元3的一面之间的距离，亦即为各立体曲面单元42之底面到顶面的距离，各立体曲面单元42之底面到顶面的距离为第二高度H2，且第一高度H1系小于第二高度H2。

在本发明中，各立体曲面单元42顶部的四边形之各侧边到距离各边角的一修饰距离MD之间，系与第一相交点CP1同一水平的任一点到发光单元3的中心点O所构成第一曲面422的所有立体曲线或拋物线之焦点P都落在发光单元3的中心线CL上，使得发光单元3发出的光线投射到第一曲面422的任一位置，光线会以平行发光单元3的中心线CL的方向投射出去。

在本发明中，再请参阅图15，发光单元3的中心点O沿着到各边角的位置的法线，与各立体曲面单元42的的高度的水平线的相交点为第二相交点CP2。而各立体曲面单元42顶部的四边形之各边角延伸到修饰距离MD之间与第二相交点CP2同一水平的任一点到发光单元3的中心点O所构成的第二曲面424的所有立体曲线或拋物线之焦点P都落在发光单元3的中心线CL上，使得发光单元3发出的光线投射到第二曲面424的任一位置，光线会以平行发光单元3的中心线CL的方向投射出去。

在本发明中，修饰距离MD为大于或等于0.1毫米(mm)。开口420系配合发光单元3的外型，且开口420的大小系为发光单元3的边缘向外0.1毫米(mm)。

为了让能更进一步地了解本发明确实能够提高各反射结构体4的周围之光线亮度，系以本发明的直下式背光模组与相同大小的传统直下式背光模组进行光学仿真，请参阅图17所示，其中传统直下式背光模组的各反射结构体4仅有第一曲面422，而且没有立体四边形单元40，传统的各反射结构体4在第一方向(灯板2的表面的X轴方向)的边缘大约位于15、48、81、114毫米的位置上，而传统的各反射结构体4在第二方向(灯板2的表面的Y轴方向)的边缘也大约位于15、48、81、114毫米的位置上，请参阅图18所示，各反射结构体4在第一方向与第二方向的边缘的亮度大约皆小于0.4的相对亮度，而整体的平均相对亮度为0.63。

请参阅图19所示，而本发明的的各反射结构体4在第一方向(灯板2的表面的X轴方向)的边缘同样大约位于15、48、81、114毫米的位置上，而各反射结构体4在第二方向(灯板2的表面的Y轴方向)的边缘也大约位于15、48、81、114毫米的位置上，请参阅图20所示，各反射结构体4在第一方向与第二方向的边缘的亮度大约皆大于0.4倍的相对亮度，而整体的平均相对亮度为0.69，较传统直下式背光模组提升约11％，换言之，本发明确实可以改善传统直下式背光模组的问题。

请参阅图21所示，本发明系一种显示器，包括直下式背光模组5、导光层6、光学材料层7及液晶面板8，其中，导光层6系设在直下式背光模组5的发光单元3投射出光线的一面，光学材料层7系层叠在该导光层6背对直下式背光模组5的一面，而液晶面板8系设在该光学材料层7背对该导光层6的一面。

在本发明中，光学材料层7如先前技术所述亦可为由上至下依序包括上扩散片、上增亮片、下增亮片、下扩散片，其中光线由导光层6的面对直下式背光模组5之一面入射至导光层6内，光线由导光层6均匀扩散后再从导光层6表面射出，再次由上扩散片、下扩散片都是再次的将光线均匀扩散出去。但是经由上、下扩散片射出后其光的指向性较差，而上增亮片、下增亮片光则是用来修正光的方向凝聚光线增加光线自扩散板射出后的使用效益，且上增亮片、下增亮片折射与反射光线的方向垂直，将光线集中增加亮度。

综上所述，藉由各立体曲面单元42的形状设计，让个反射结构体4可以将发光单元3的光线集中向上发射出去，且利用各立体四边形单元40将各立体曲面单元42边缘向外扩散的光线回收到各立体曲面单元42内，提升发光效益及发光均齐性、减少光晕效应，另外，各立体四边形单元40可以支撑导光层及光学材料层，不需要另外增加胶框及边框的高度，使得整体厚度不会增加，符合液晶显示器薄型化的要求。

上列详细说明系针对本发明的可行实施例之具体说明，惟前述的实施例并非用以限制本发明之专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案之专利范围中。

Claims (10)

1.一种直下式背光模组，其特征在于，包括：

灯板；

复数个发光单元，布设在所述灯板的一面；以及

复数个反射结构体，各所述反射结构体分别设在其中一个发光单元的周围，且各所述反射结构体分别包括：

立体曲面单元，所述立体曲面单元底部设有开口，各所述发光单元容纳在所述开口中央位置，各所述立体曲面单元顶部形成四边形，且各所述立体曲面单元的所有曲线的焦点都通过各所述发光单元中心线；以及

立体四边形单元，各所述立体四边形单元设在各所述立体曲面单元的顶部，各所述立体四边形单元将各所述立体曲面单元向外扩散的光线回收到各立体曲面单元内。

2.如权利要求1所述的直下式背光模组，其中各立体曲面单元由各自的发光单元的中心点到顶部的四边形的各侧边之间分别设有第一曲面，各立体曲面单元由各自的发光单元的中心点到于顶部的四边形的各边角于任二相邻的第一曲面之间分别设有第二曲面，而各第一曲面以发光单元的中心点到顶部的四边形的各侧边的中间点沿第一方向与第二方向对称，且第一方向与第二方向在灯板设置发光单元的一面呈平面正交，而各第二曲面以发光单元的中心点到顶部的四边形的各边角的对角线对称。

3.如权利要求2所述的直下式背光模组，其中各第一曲面为立体曲线或拋物线所构成。

4.如权利要求3所述的直下式背光模组，其中各第二曲面为立体曲线或拋物线所构成。

5.如权利要求3所述的直下式背光模组，其中各立体曲面单元的顶部的四边形的宽度，等于任二两个发光单元的中心点的距离。

6.如权利要求3所述的直下式背光模组，其中所述立体四边形单元由底部到顶部之间的距离为第一高度，发光单元的中心点沿着第一方向或第二方向其中之一向外延伸到四边形的宽度的1/2距离的位置的法线，与发光单元的最大发光角度的延伸线相交的位置为第一相交点，从第一相交点沿法线到灯板设置发光单元的一面之间的距离，亦即为各立体曲面单元的底面到顶面的距离，各立体曲面单元的底面到顶面的距离为第二高度，第一高度小于第二高度。

7.如权利要求3所述的直下式背光模组，其中发光单元的中心点沿着到各边角的位置的法线，与各立体曲面单元的的高度的水平线的相交点为第二相交点。

8.如权利要求3所述的直下式背光模组，其中各立体曲面单元顶部的四边形的各侧边到距离各边角的一修饰距离之间，与第一相交点同一水平的任一点到发光单元的中心点所构成第一曲面的所有立体曲线或拋物线的焦点都落在发光单元的中心在线。

9.如权利要求3所述的直下式背光模组，其中各立体曲面单元顶部的四边形的各边角延伸到修饰距离之间与第二相交点同一水平的任一点到发光单元的中心点所构成的第二曲面的所有立体曲线或拋物线的焦点都落在发光组件的中心在线。

10.一种显示器，其特征在于，包括：

如权利要求1～9项的任一项所述的直下式背光模组；

导光层，设在所述直下式背光模组的各发光单元投射出光线的一面；

光学材料层，层叠在所述导光层背对所述反射结构体的一面；

液晶面板，设在所述光学材料层背对所述导光层的一面。

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