CN201044028Y - 使用led光源的背光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种使用LED光源的背光模块，其中包括由具有至少一出光面所形成的导光片，以及由该导光片的其中一侧延伸一导光棒，导光片的厚度小于导光棒的直径，其中，该导光棒具有至少一入光口，对应于入光口处设置一高功率发光二极管模块：藉由单一的发光二极管的光源由入光口进入而在导光棒内部全反射的路径，其中一部份光源被先导入导光片内，其它部份则以螺旋旋转方式前进，逐渐将光导入导光片内，形成整个导光棒在Z轴方向皆有光导入导光片内，因而形成一均匀度极佳的超薄型背光模块。

Description

使用LED光源的背光模块

技术领域

本实用新型有关于一种背光模块，特别是关于一种应用特别是在导光棒入光口设置对应单一发光二极管，有效率的将光源耦合到超薄型导光片内，以构成液晶显示器的背光装置。

背景技术

最初的液晶显示器(LCD)的背光装置皆利用冷阴极管(CCFL)由侧面入射到导光片的一端面以形成导光片。近年来，由于笔记型日趋轻薄，且要求省电，因此有部分厂商，利用LED作为光源，以取代CCFL，达到省电且轻薄的目的。由于超薄型笔记型计算机的背光模块内的导光片厚度已经达到1mm以内，甚至0.5mm左右，为了将LED光源耦合进入如此超薄的导光片内，其LED的尺寸的发光面也必须下降到1mm以下的宽度，如此小的发光面，皆不适合大功率的LED(尤其1瓦以上的LED)的构造。因此目前此类超薄型导光片，皆利用多数颗的小功率LED组成线状排列，构成所谓的“光棒”(lightbat)，再由导光片的一个端面入射，以形成导光片。其结构如图1所示。

如图1所示，所谓的光棒11，其由多颗LED13所组成，其中包含LED的推动电路、控制电路及散热装置。

利用多颗的边射型(edged-emitting)LED13构成类似线形光源射入导光片12。目前的边射型LED其结构如图2所示。

其中LED13本体结构中具备芯片131、发光窗口132。其中发光窗口132的大小尺寸决定耦合到导光片12的光耦合效率。如果导光片12的厚度为0.5mm，表示发光窗口22的宽度不能大于0.5mm，否则光耦合效率不高。因此LED芯片大小也必须远小于0.5mm以内。也因此在目前技术只能用小功率(0.1W)左右的芯片，其尺寸大小约0.2mm左右。一个大功率LED(1W以上)的芯片约在1mm，无法在小窗口中发光。

故，目前的超薄型的导光板内，皆使用多颗的小功率LED来形成。例如以一个14英寸的笔记型计算机屏幕为例，需要使用约64颗小功率白光LED。不过，利用多颗的LED为光源，容易产生下列问题：一、LED色泽不一，将使背光均匀度不佳。二、各LED亮度不一，将使背光均匀度不佳。三、经过一段时间使用以后，色度及亮度其衰减不一致，形成均匀度劣化的问题。四、LED数量多，只要任一颗损坏，即形成不均匀现象，使用寿命缩短。五、必须将LED分类使用，增加成本。六、制造过程中，必须逐颗加以检验LED，耗时耗工。

另外一种已知的背光模块如图3分解图所示，是利用LED23为光源，并在导光片22外侧加上一导光棒21，并在导光棒21处包覆一全反射片24。在此方式中，导光棒21的某一侧面或某二侧面必须设置有散射沟槽211，由LED 23入射的光源在导光棒21中经由散射沟槽211将光源导向全反射片24的位置，经过全反射片24的结构设计将光源反向射入到导光片22的入射面221。在考虑高光效率情形下，此全反射片24的结构的厚度往往必须大于导光棒21的厚度，因此这些效线性光源的出光截面的厚度将远大于导光棒21的厚度。在实际运作上，如：利用高功率LED，则导光棒的厚度将需要在5mm以上，因此全反射片的结构厚度亦将至少在5mm，若反之要求导光片的厚度在1mm之内的话，其光耦合效率将非常低。

实用新型内容

本实用新型将针对以上的缺点，提出一个新光学结构背光模块。

利用本技术所形成的背光模块，以利用一颗或两颗的高功率LED，即可产生前述的多颗小功率LED的效果。也因为使用一或两颗LED，因此没有亮度及色度不均匀的问题。也不会有时间劣化不均匀的现象更不需分类使用。因使用数量少，其损坏机率降低，可以延长使用寿命。

本实用新型的导光片模块，包括：包括由至少具有一出光面所形成的导光片，以及由该导光片的其中一侧延伸有一导光棒，导光片的厚度为小于导光棒的直径，其中，该导光棒具有至少一入光口，对应于入光口处设置一高功率发光二极管模块；藉由单一的发光二极管的光源由入光口进入而在导光棒内部全反射的行径，其中一部份光源被先导入导光片内，其它部份则以螺旋旋转方式前进，逐渐将光导入导光片内，形成整个导光棒在z轴方向皆有光导入导光片内，因而形成一均匀度极佳的超薄型背光模块。

附图说明

图1示出了已知的背光模块；

图2示出了边射型LED的结构；

图3示出了另一种已知的背光模块；

图4示出了本实用新型的背光模组的其一种实施例架构；

图4A为沿图4的A-A’的剖面视图；

图5示出了本实用新型的背光模组的导光棒变化实施例；

图6示出了本实用新型的背光模组的应用多个光源实施例；

图7示出了本实用新型的背光模组的导光棒变化实施例；

图8示出了以图7架构所得光效率曲线图；

图9示出了本实用新型的背光模组的另一实施例架构；

图10示出了以图9实施例并列所成的应用例。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其它技术内容、特点与功效，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。

请参阅图4及图4A所示，图4为本实用新型的一个实施例立体图，图4A为图4的A-A’的剖面图。其中光源LED33，可由白光LED或红、绿、蓝组成的LED皆可，至少包括一出光面321所形成的导光片32，以及由高透明透光材料形成的导光棒31，该导光片32之一侧面是竖立在导光10棒31的Z轴方向，其衔接部分紧密结合或为一体成形。

导光棒31与导光片32皆为高透明的透光材料，其折射率需尽量接近，最好为一样。导光棒31与导光片32可以利用高精密模具一体成型，也可以利用融合技术，将两个独立、相同折射率的透明塑料部件中间涂以透明接着剂，再利用紫外光干燥后融合。导光片32的厚度为小于导光棒31的直径。举例来说：1-3瓦的LED，其出光面大小约5mm，因此可以选择导光棒的直径大小约为5mm，然而导光片的厚度可以仅为0.5mm即可。导光片32出光面321及背面322可另外设置有微结构，该微结构泛指散射点、微透镜结构或经加工形成的V型沟槽，于背面322外侧另设置一全反射面34，以将由微结构所导出的光线反射回出光面321。

导光棒31的结构，其截面形状可以为圆柱型，或多边柱形，其表面需为全光滑面，不设置有任何散射沟槽，光线将由导光棒31内部完全导入至导光片32中。该导光棒31具有至少一入光311，对应于入光E1311处设置的LED 33将为一高功率发光二极管模块。在本图标中，导光棒31的左边(LED入光口311)为全透射面，另一边的末端面312可以镀上全射面或贴上全反射膜，以将未完全导入导光片的剩余光线再反射回到导光棒31内重新使用。由LED33入射的光线，在导光棒31内以内部全反射(totaIinternalrefIection)的行径前进，将有一部份光被导入导光片32内，其它部份则以螺旋旋转方式前进，在行进中逐渐将光导入导光片32内，如此形成整个导光棒31朝z轴方向皆有光导入导光片32内。因为导光棒31为表面全光滑面，所以光线在整个导光棒31中，除了朝向导光片32的可将光导入外，其它光线在导光棒31皆被反射回来，并不会出射到其它部分，因而形成一个非常有效率的光耦合结构。

导光片32的出光面321及背面322降可进一步设置有微结构，该微结构泛指散射点、微透镜结构或经加工形成的V型沟槽，导光片32的背面322外侧或其它四面外围可另设置全反射片。光线经由导光棒31进入导光片32后，将会在导光片32内进行全反射，其中一部分光线抵达出光面321或背面322所设置的微结构，此光线将由出光面321导出或经由全反射片反射至出光面321，而另一部分光将碰到边界将全反射返回导光片32内再使用，而有部分光线将再导回导光棒31内、再经过导光棒31导回导光片32内，如此可形成一个导光棒31与导光片32的共振腔体。

此结构经过利用计算机光学仿真其光均匀性及光的使用效率将再为提升，同时也可以达到将高功率LED的较大发光面积导入到非常薄的导光片内。

图4中的导光棒31的结构，可以为在Z轴方向为均匀的圆柱棒或多边形棒。但这种结构的光输出在z轴方向会递减，也就是说在导光片32内的光输入会由左边(光输入端)到右边递减，因此必须配合导光片32上面的微结构密度由左向右递增，已使得整个导光片32的整面光输出均匀化。另一种方式是改变导光棒31的直径大小，使其由左(光输入端)向右递减，如此可以使得在z轴的光输出均匀化。其示意图如图5所示。

如图5所示，LED33设置在导光棒31a的入光口311a处，此导光棒31a的直径大小由入光口311a处逐渐向另一端面缩小。若其在左面的直径大小D1，在右边的直径大小为D2，其中D2＜D1，如果适当的设计D2与D1的关系，则导入导光片32内的光强度I(z)在z方向可以达到适当的均匀化。利用以上的结构，可以有效的把高功率LED的光以非常高的效率(可以达到90％)耦合到导光片32内部。

请参阅图6，为本实用新型的另一实施例。其中二LED 33分设于导光棒31b的两个入光口311b、311c，导光片32与导光棒31b在z方向部分面互相结合。由于左、右两边对称的光输入，因此导入导光片32内的光强度I(Z)也较均匀。为了达到较均匀的I(Z)，可以设计为由左边输入的光，在Z＝L/2的地方，其衰减量约为50％，因此左、右两边的光线的输出在Z＝L/2地方，其光线总合也5将为100％左右。但左边的LED33光源到达右边的B端面时，尚余有约25％的光亮度，此光强度的光线将射向右侧LED33而被吸收，形成一种浪费。因此可将结构设计为如图7所示。导光棒31c在中间L/2的直径D2位置较两端面入光口311d、311e的D1小，如此将使得由两边射入的光，耦合到导光片32内的光强度I1(Z)及I2(Z)，如图8所示。

其中I1(Z)在Z＜L/2较均匀，在中间Z＝L/2开始快速下降，到Z＝L处几乎为零。同样由右边射入的光，其耦合到导光片内的光强度为I2(Z)，其与I1(Z)为互相对称。其左、右两边输出光总合I(Z)在导光片内几乎为均匀。但各个LED在另一端面的剩余光强度已大为减小，因而达到更高的光耦合效率。导光片在X轴方向，必须以不同的微散射点密度的改变，以克服在x轴方向的不均匀度，此技术已为业界所熟悉，非为本专利的范围。

请继续参阅图9所示，为本实用新型利用导光棒与导光片的结合的另一种应用。导光片42平设在导光棒41周边上的某一部分，且互相结合在一起，LED43则设置在导光棒41的光入口411处。此结合部分可以将导光棒41内的行进光线导入导光片42内，其工作原理与前面竖立形结构与图4中一样。

利用这种结构，可以将多个这种结构组合成一个更大面积的导光板，其示意图为图10所示。其中由包括数个光源LED43、数个导光棒41以及数个导光片42，整个导光片45由多片导光片42组成。导光片42的上方出光面可以还有扩散片，以将各结合面的界面B均匀化。利用此结构，可以构成较大尺寸LCD的超薄背光装置。例如：一个42”的LCD电视，其可能由16片这种结构的导光片组成，其中各导光片的宽度为6.0cm，长度为52cm，其LED光1o源由导光棒两边射入，各颗LED为5瓦特白光。假设导光棒直径约5mm，导光片厚度约1mm。如此的导光板的总厚度可设计在1cm以内。因此利用此结构，可以形成非常薄的大尺寸导光片。而如果利用一般CCFL的结构，其厚度需要约6cm左右。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型的范围，举凡依本实用新型的申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (17)

1.一种使用LED光源的背光模块，其特征在于，包括：

一具有至少一出光面的导光片，平行于出光面的该导光片的任一表面形成有微结构；以及

由该导光片的一侧延伸有一表面光滑的导光棒；

其中，导光棒具有至少一入光口，对应于入光口处设置一发光二极管模块。

2.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该导光棒其截面形状可为圆柱型、多边柱形之任一。

3.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该导光棒与该导光片一体成型。

4.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该导光棒与导光片各自独立，之间以相近于两者折射率的透明胶接合。

5.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该导光棒由入光口处逐渐向另一端缩小。

6.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，平行于出光面的相对面外侧设置有全反射片。

7.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该导光棒的入光口为全透射面，另一末端面贴镀为全反射面，以将未完全导入导光片的剩余光线再反射回到导光棒内重新使用。

8.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该导光片的侧边设置有全反射片。

9.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该微结构可为散射点、微透镜结构、经加工形成的V型沟槽之任一。

10.一种使用LED光源的背光模块，其特征在于，包括：

一具有至少一出光面的导光片，平行于出光面的该导光片的任一表面设有微结构；以及

由该导光片的一侧延伸有一表面光滑的导光棒；

其中，导光棒具有二入光口，对应于各入光口处设置一发光二极管模块。

11.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该导光棒其截面形状可为圆柱型、多边柱形之任一。

12.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该导光棒与该导光片一体成型。

13.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该导光棒与导光片各自独立，之间以相近于两者折射率的透明胶接合。

14.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该导光棒由二入光口端处逐渐向中央缩小。

15.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，平行于出光面的相对面外侧设置有全反射片。

16.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该导光片的侧边设置有全反射片。

17.如权利要求10所述的背光模块，其特征在于，该微结构可为散射点、微透镜结构、经加工形成的V型沟槽之任一。

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