TW202001956A - 背光模組及發光鍵盤 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種背光模組及發光鍵盤。背光模組用於照亮複數個按鍵，其背光模組包含：複數個發光單元以及導光板。複數個發光單元各別對應設置在複數個按鍵下方。導光板包括入光面、出光面以及複數個光擴散單元。每一光擴散單元分別對應於複數個發光單元其中之一，且每一光擴散單元位於對應的發光單元的上方。每一光擴散單元包括至少一擴散結構，至少一擴散結構設置於入光面以及出光面的至少其中之一。每一擴散結構包括複數個同心設置的曲面環，且複數個曲面環具有位於對應的發光單元的中心的共同焦點。

Description

背光模組及發光鍵盤

本發明係關於一種背光模組及發光鍵盤，尤其是關於一種具有擴散結構的背光模組及使用該背光模組的發光鍵盤。

導光板的應用範圍越來越廣泛，如面板、發光鍵盤、廣告看板等均使用導光板技術。由於應用層面越來越廣，在需求提高的前提下，業者也不斷精進導光板的光學效果，以期在不同領域提高使用者的使用經驗。

越來越多的導光板應用領域存在光線出射角度及在導光板出光面上的出光位置的控制需求。例如，部分發光鍵盤因其中的導光板不易控制出光方向，容易在按鍵邊緣的縫隙產生漏光，降低鍵盤美觀度且造成光源的浪費。

習知的直下式光源導光板一般含有擴散粒子，用以散射光線，以使入射光線能均勻地從出光面射出。然而，由於擴散粒子在導光板中的散布位置及密度難以精確控制，且光線以不同角度入射擴散粒子時會有不同的出射方向，因此習知的導光板尚難以達到出射光線方向及位置的控制。緣此，現有技術的導光板仍有不足而有改進的空間。

承上述，本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術 的不足提供一種背光模組及使用該背光模組的發光鍵盤。背光模組中的導光板具有可提高光擴散率並增加光出射角度的光擴散單元，藉此以提升發光鍵盤的照明效果並節省光源。

本發明之實施例所採用的其中一技術方案是提供一種用於照亮複數個按鍵的背光模組，背光模組包含複數個發光單元以及一導光板。複數個發光單元各別對應設置在複數個按鍵下方。導光板設置於複數個發光單元上方。導光板包括一入光面、一出光面以及複數個光擴散單元。每一光擴散單元分別對應於複數個發光單元的其中之一，且每一光擴散單元係位於對應的發光單元的上方。每一光擴散單元包括至少一擴散結構，至少一擴散結構設置於入光面以及出光面的至少其中之一。每一擴散結構包括複數個同心設置的曲面環，且複數個曲面環具有一共同焦點。共同焦點位於對應的發光單元的中心。

本發明實施例之所採用的另外一技術方案是提供一種用於照亮複數個按鍵的背光模組，背光模組包含複數個發光單元以及一導光板。複數個發光單元各別對應設置在複數個按鍵下方。導光板設置於複數個發光單元上方。導光板包括一入光面、一出光面以及複數個光擴散單元。每一光擴散單元分別對應於複數個發光單元的其中之一，且每一光擴散單元係位於對應發光單元的上方。每一光擴散單元包括至少一擴散結構，至少一擴散結構設置於入光面以及出光面的至少其中之一。每一擴散結構包括複數個同心設置的曲面環，每一曲面環具有一第一表面與一第二表面，各第一表面為一曲面，且各第一表面係選自於由球面曲面與非球面曲面所組成之群組，其中，各第一表面具有一共同焦點，且各第一表面背向焦點，各第二表面連接於相鄰兩個第一表面之間。

本發明實施例之所採用的另外一技術方案是提供一種用於 照亮複數個按鍵的背光模組，背光模組包含複數個發光單元以及一導光板。複數個發光單元，各別對應設置在複數個按鍵下方。導光板設置於複數個發光單元上方。導光板包括一透光板材以及複數個光擴散單元。透光板材係由一第一材料所構成。每一光擴散單元分別對應於複數個發光單元其中之一，且每一光擴散單元係位於對應發光單元的上方。每一光擴散單元包括至少一擴散結構，擴散結構係由一第二材料所構成，第二材料光擴散率大於第一材料光擴散率，每一光擴散單元通過一二次射出成型步驟而形成在透光板材中。

本發明實施例之所採用的另外一技術方案是提供一種發光鍵盤，其包含：一底板、複數個按鍵以及如上文所述的背光模組，其中複數個按鍵設置於底板上，複數個發光單元設置於底板下且各別對應複數個按鍵，導光板設置於複數個發光單元與複數個按鍵之間。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

Z‧‧‧背光模組

1‧‧‧導光板

101‧‧‧入光面

102‧‧‧出光面

11‧‧‧光擴散單元

12‧‧‧透光板材

111‧‧‧擴散結構

112‧‧‧輔助散光結構

R‧‧‧曲面環

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

F‧‧‧焦點

A‧‧‧光軸

2‧‧‧發光單元

C‧‧‧發光單元中心

L‧‧‧光線

3‧‧‧基板

U‧‧‧發光鍵盤

3‧‧‧按鍵

30‧‧‧鍵帽

31‧‧‧致動組件

4‧‧‧底板

41‧‧‧支撐膜層

42‧‧‧導通膜層

421‧‧‧導通點

H‧‧‧開孔

5‧‧‧薄膜層

圖1為本發明第一實施例的背光模組的示意圖。

圖2為圖1的局部放大示意圖。

圖3為本發明第一實施例的一變化實施例的背光模組的局部放大示意圖。

圖4為本發明第一實施例的另一變化實施例的背光模組的局部放大示意圖。

圖5為本發明第一實施例的另一變化實施例的背光模組的局部放大示意圖。

圖6為本發明第一實施例的發光鍵盤的立體示意圖。

圖7為本發明第一實施例的發光鍵盤中其中一按鍵的剖面側視圖。

圖8為圖7所示按鍵的俯視示意圖。

圖9為本發明第二實施例的背光模組的局部放大示意圖。

圖10為本發明第二實施例的一變化實施例的背光模組的局部放大示意圖。

圖11為本發明第二實施例的發光鍵盤的局部剖面側視圖。

以下通過特定的具體實施例並配合圖1至圖11以說明本發明所公開的背光模組及發光鍵盤的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。然而，以下所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍，在不悖離本發明構思精神的原則下，本領域技術人員可基於不同觀點與應用以其他不同實施例實現本發明。另外，需事先聲明的是，本發明的附圖僅為示意說明，並非依實際尺寸的描繪。此外，雖本文中可能使用第一、第二、第三等用語來描述各種元件，但該些元件不應受該些用語的限制。這些用語主要是用以區分元件。

第一實施例

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種背光模組Z，其包括複數個發光單元2以及導光板1。導光板1設置於複數個發光單元2上方，且具有入光面101、出光面102以及複數個光擴散單元11。明確而言，複數個發光單元2設置於一基板3，每一光擴散單元11分別對應於複數個發光單元2的其中之一，且如圖1所示，各光擴散單元11位於對應的發光單元2上方。

本實施例中，導光板1的材料較佳為聚碳酸酯(PC)、壓克力(PMMA)或玻璃。發光單元2具體可為發光二極體。然而，上述僅為舉例說明，本發明不以導光板1的材質種類或發光單元2的選用為限。

請配合參閱圖1及圖2。進一步來說，每一光擴散單元11包括至少一擴散結構111，各擴散結構111設置於入光面101以及出光面102的至少其中之一。亦即，擴散結構111可設置於入光面101、出光面102，或者入光面101與出光面102皆設置擴散結構111。如圖2所示，擴散結構111包括複數個同心設置的曲面環R，且複數個曲面環R具有一共同焦點F，其位於對應的發光單元2的中心C。更進一步來說，如圖2所示，本實施例中，發光單元2對稱於曲面環R的光軸A。

明確來說，本實施例中，複數個曲面環R形成一菲涅爾透鏡，其中該菲涅爾透鏡的中心即為各曲面環R的共同焦點F。如圖2所示，每一曲面環R具有第一表面S1及第二表面S2，每一擴散結構111的所有第一表面S1由一共同球面曲面所形成，各第二表面S2連接於相鄰的兩第一表面S1之間，以使每一擴散結構111的所有第一表面S1具有一共同焦點F。明確來說，各第一表面S1分別是一共同球面曲面所分割而成的連續片段，且如圖2所示，本實施例中，共同焦點F與發光單元2的中心重合。藉此，發光單元2所發出的光線L通過擴散結構111時的散光效果如同在一球面凹透鏡的焦點設置一光源所產生的散光效果，相較習知的導光板1能提高散光效果及光擴散的均勻度。然而，本發明不限於上述；在其他中，發光單元2的中心也可與共同焦點F錯開，而同樣能藉由擴散結構111的各第一曲面S1將入射光束發散，使入射光以較大的出射角度射出導光板1。

菲涅爾透鏡的原理是藉由將透鏡分割成複數個同心圓，並將內部材料去除僅保留曲面結構部分，以達到跟透鏡相同的聚光或散光效 果，同時節省透鏡材料的使用。本實施例係將球面的凹透鏡所形成的菲涅爾透鏡整合於導光板1出光面102，並將菲涅爾透鏡的中心(即曲面環R的共同焦點F)設置在發光單元2的中心C，藉此使導光板1具有如同球面凹透鏡的散光能力。

進一步來說，本發明不限制同一擴散結構111的所有第一曲面S1為由一共同球面曲面形成，在一變化實施例中，如圖3所示，擴散結構111的第一表面S1也可由一共同非球面曲面所形成。非球面透鏡相較球面透鏡具有較高的控制光線方向的能力。這是因為球面透鏡的出光面必須為球面，受到此限制，球面透鏡能根據需求調整的參數有限；相較於球面透鏡，非球面透鏡可根據應用需求而有不同的出光曲面設計。例如，若將非球面透鏡設計成接近光軸的部分曲率半徑較小、遠離光軸的部分曲率較大，則可提高光軸附近的光量。因此，如圖3所示的本實施例的背光模組Z中，非球面透鏡形成的擴散結構111可達到光線擴散方向的控制。

請參閱圖4及圖5。本實施例的其他變化實施例中，導光板1的入光面101與出光面均設置擴散結構111。圖4繪示入光面101及出光面102皆設置球面菲涅爾透鏡的實施例，其中設置於入光面101的擴散結構111的第一表面S1是由具有第一曲面半徑的第一球面曲面形成，設置於出光面102的擴散結構111是由具有第一曲面半徑的第一球面曲面形成，且由圖4可看出，第一球面曲面不同於第二球面曲面，亦即第一曲面半徑與第二曲面半徑不同。

圖5繪示入光面101及出光面102皆設置非球面菲涅爾透鏡的實施例，其中設置於入光面101的擴散結構111的第一表面S1是由第一非球面曲面形成，設置於出光面102的擴散結構111是由第二非球面曲面形成，且由圖4可看出，第一非球面曲面不同於第二非球面曲面。由圖5可看出， 第一非球面曲面不同於第二非球面曲面。

藉由在導光板1的入光面101與出光面102分別設置不同曲率半徑的球面曲面形成的菲涅爾透鏡，可以通過曲率半徑的搭配得到需要的出光位置及方向。同樣地，藉由在導光板1的入光面101與出光面102分別設置不同的非球面曲面形成的菲涅爾透鏡，可以藉由曲面形狀的設計來達到需要的出光位置及方向。

此外，需要說明的是，本實施例中，曲面環R的間距不限於圖式中所繪示。曲面環R的間距、高度、寬度等皆可根據實際需求而有相應的設計。明確來說，曲面環R的間距、高度、寬度的選擇可與球面或非球面菲涅爾透鏡的曲率半徑或曲面形狀作搭配，以達到入射光線在導光板1出光面102上特定的出射的位置及出射角度。

值得一提的是，在發光單元2與導光板1之間的間距固定的前提下，球面曲面形成的第一表面S1的曲率半徑可依據球面透鏡成像公式而得：

同樣地，非球面曲面形成的第一表面S1的曲率半徑可依據非球面透鏡成像公式而得：

相對而言，若第一表面S1的曲率半徑已依實際應用需求而具有一較佳預定值，則可依據上述公式而使發光單元2與擴散結構111中心的距離符合上列公式所得出的焦距。

需要說明的是，本實施例中，擴散結構111的各第一表面S1是由一共同球面曲面或一共同非球面曲面分割形成的片段曲面，然而，本 發明不限於此。例如，在其他實施例中，各第一表面S1可各自是一球面曲面的片段，且形成各第一表面S1的各球面曲面彼此相異。在該些實施例中，每一曲面環R有一各自的焦點，且該擴散結構111不會有共同焦點。

此外，本實施例中，擴散結構111是通過一熱壓製程形成於導光板1。明確而言，可先通過電腦數值控制(CNC)技術、雷射雕刻或熱轉印技術加工於滾輪、鋼板或鎳板，再通過滾輪對滾輪(Roll-to-roll)的方式轉印形成在導光板1上。然而，以上僅為舉例說明，本發明不限制擴散結構111形成於導光板1的方式。

請配合參閱圖6及圖7，本實施例進一步提供一種發光鍵盤U，其包括底板4、複數個按鍵3以及如上文所述的背光模組Z。圖7顯示圖6中其中一按鍵3的剖面側視圖，其中，發光單元2設置於底板4下方且對應一按鍵3，按鍵3具有一可透光鍵帽30，以供發光單元2產生的光線L通過。 發光單元2設置於基板3，且本實施例中，基板3與導光板1之間具有一薄膜層5。如圖7所示，薄膜層5具有可容納發光單元的通孔，且薄膜層5的厚度可根據實際需求計算，以使發光單元2與擴散結構111之間間隔為擴散結構111的第一表面S1的焦距。

請配合參閱圖7及圖8，圖8為圖7所示按鍵3的俯視圖。如圖8所示，本實施例中，底板4具有開孔H，開孔H的位置對應發光單元2及擴散結構111，以使發光單元2產生的光線L通過擴散結構111、開孔H後從透光鍵帽30射出發光鍵盤U。

請繼續參閱圖7及圖8，進一步來說，按鍵3還包括致動組件31，底板4包括支撐膜層41以及導通膜層42，其中導通膜層42具有導通點421。當按鍵3被下壓至一觸發位置時，致動組件31會觸發導通點421，使導通膜層42中的電路導通而輸出按鍵訊號。如圖8所示，本實施例中，擴 散結構111設置在導通點421的兩側，以使擴散結構111各自對應的發光單元2所發出的光可均勻擴散至鍵帽30的四個角落，以照亮鍵帽30上所示的四個字符。習知的發光鍵盤中通常在一個鍵帽下需對應設有與鍵帽上字符數量相等的發光單元，例如一個鍵帽若顯示四種字符，需使用四個發光單元分別對應該四個字符的位置，以使每個字符都能均勻發光。相較於習知的發光鍵盤，本實施例使用如上文所述的背光模組Z，並將擴散結構111設置在導通點421兩側，如此僅需使用兩個發光單元2即可使光線L擴散至鍵帽30的四個角落，節省了發光單元2的用量與發光單元2所需的耗電量。

通過上述技術手段，本發明實施例提供一種背光模組Z與發光鍵盤U，將菲涅爾透鏡形成的擴散結構111整合於背光模組Z的導光板1的入光面101及/或出光面102，且發光單元2對應擴散結構111，發光單元2的中心對應擴散結構111菲涅爾透鏡的焦點F，藉此，可利用菲涅爾透鏡的散光效果提高導光板的光擴散能力。此外，藉由調整擴散結構111的曲面環R，如調整其間距、位於入光面101與出光面102所搭配的曲率半徑等，可達到光線L在出光面102特定的出光方向及出光位置。

第二實施例

圖9至圖11顯示本發明第二實施例所提供的背光模組及發光鍵盤。本實施例中與第一實施例相應的元件具有相同的標號，且元件結構與元件功能相同的部分於此不再贅述，以下針對本實施例與第一實施例的差異點說明本實施例所提供的背光模組及發光鍵盤。

本實施例與第一實施例主要的差異在於導光板1包括複數個光擴散單元11及透光板材12。每一光擴散單元11分別對應發光單元2的其中之一，且如圖9所示，光擴散單元11位於對應的發光單元2的上方。本實施例中，透光板材是由第一材料構成，光擴散單元11是由第二材料構成且 通過二次射出成形步驟形成在透光板材12中，其中第二材料的光擴散率大於第一材料的光擴散率。

詳細而言，本實施例中，光擴散單元11是參雜了高濃度擴散粒子的透光材料；然而，本發明不限於此，在其他變化實施例中，也可例如是具有內部散射結構的透光材料。此外，如圖9所示，本實施例中，光擴散單元11貫穿導光板1的入光面101與出光面102。藉此，光擴散單元11相較透光板材12的部份具有較大的散光效果，可使位於光擴散單元11正下方的發光單元2產生的光線L擴散，而以較大的出光角度射出光面102。

由於習知的導光板中是在透光材料中參雜擴散粒子，其中局部的濃度難以精確掌控，而相較於習知的導光板，本實施例的導光板1以二次射出成形的方式在導光板1中形成參雜高濃度擴散粒子的光擴散單元11，可使本實施例的導光板1具有較佳的光擴散效果。

進一步而言，請參閱圖10，在一變化實施例中，透光板材12在每一光擴散單元11的外週緣處具有輔助散光結構112，其中輔助散光結構112可設置於導光板1的入光面及出光面102的至少其中之一，且輔助散光結構具體可以V形切割(V-cut)結構、球面菲涅爾透鏡或非球面菲涅爾透鏡實現。圖10中，輔助散光結構112以設置於出光面102的球形菲涅爾透鏡示例，然而，本發明不限於此。

請參閱圖11，本發明第二實施例進一步提供使用本實施例所提供的背光模組的發光鍵盤，其中圖11顯示該發光鍵盤的局部放大側視圖。如圖11所示，按鍵3對應的光擴散單元11係由參雜高濃度擴散粒子的第二材料所實現。此外，本實施例與第一實施例另一不同點在於，第一實施例中，導光板1位於底板4的下方，而本實施例中，導光板1位於底板4的上方。明確而言，本發明不限制導光板1與底板4之間的相對位置，只要發 光單元2與光擴散單元11分別相對應，且光擴散單元11位於發光單元2的上方即可。

綜上所述，本發明實施例所提供的背光模組及使用該背光模組的發光鍵盤藉由「每一擴散結構包括複數個同心設置的曲面環」以及「該複數個曲面環具有一共同焦點」的技術方案，使本發明實施例的背光模組及發光鍵盤相對現有技術的背光模組與發光鍵盤具有較佳的光擴散效果。

進一步而言，本發明實施例中，藉由將發光單元2與曲面環R的共同焦點F重合，或在導光板1入光面101與出光面102搭配不同曲率的球面菲涅爾透鏡或非球面菲涅爾透鏡形成的擴散結構111，皆可進一步提高背光模組Z與發光鍵盤U的光擴散效果。此外，藉由調整曲面環R的間距、高度等參數，本發明實施例的背光模組與發光鍵盤還可達到出光方向及出光位置的控制。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均落入本發明的申請專利範圍內。

1‧‧‧導光板

101‧‧‧入光面

102‧‧‧出光面

11‧‧‧光擴散單元

111‧‧‧擴散結構

R‧‧‧曲面環

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

F‧‧‧焦點

A‧‧‧光軸

2‧‧‧發光單元

C‧‧‧發光單元中心

L‧‧‧光線

3‧‧‧基板

U‧‧‧發光鍵盤

Claims (12)

1. 一種用於照亮複數個按鍵的背光模組，該背光模組包含：複數個發光單元，各別對應設置在該複數個按鍵下方；以及一導光板，設置於該複數個發光單元上方，該導光板包括：一入光面；一出光面；以及複數個光擴散單元，每一該光擴散單元分別對應於該複數個發光單元的其中之一，且每一該光擴散單元係位於對應的該發光單元的上方；其中，每一該光擴散單元包括至少一擴散結構，該至少一擴散結構設置於該入光面以及該出光面的至少其中之一；其中，每一該擴散結構包括複數個同心設置的曲面環，且該複數個曲面環具有一共同焦點。
2. 如請求項1所述的背光模組，其中，每一該擴散結構為一菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)，該菲涅爾透鏡中心為該複數個曲面環的共同焦點。
3. 如請求項1所述的背光模組，其中，該共同焦點位於對應的該發光單元的中心。
4. 一種用於照亮複數個按鍵的背光模組，該背光模組包含：複數個發光單元，各別對應設置在該複數個按鍵下方；以及一導光板，設置於該複數個發光單元上方，該導光板包括：一入光面；一出光面；以及複數個光擴散單元，每一該光擴散單元分別對應於該複數個發光單元其中之一，且每一該光擴散單元係位於對應發光單元的上方； 其中，每一該光擴散單元包括至少一擴散結構，該至少一擴散結構設置於該入光面以及該出光面的至少其中之一；其中，每一該擴散結構包括複數個同心設置的曲面環，每一該曲面環具有一第一表面與一第二表面，各該第一表面為一曲面，且各該第一表面係選自於由球面曲面與非球面曲面所組成之群組，其中，各曲面環具有一焦點，且每一該曲面環的該第一表面背向該焦點，各該第二表面連接於相鄰兩個該第一表面之間。
5. 如請求項4所述的背光模組，其中，每一該光擴散單元具有兩個該擴散結構，分別設置於該導光板的該入光面與該出光面，設置於該入光面的該擴散結構中的各該第一表面為由一第一球面曲面形成且具有一第一曲率半徑，且設置於該出光面的該擴散結構中的各該第一表面為由一第二球面曲面形成且具有一第二曲率半徑，其中，該第一曲率半徑與該第二曲率半徑不相等。
6. 如請求項4所述的背光模組，其中，每一該光擴散單元具有兩個該擴散結構，分別設置於該導光板的該入光面與該出光面，設置於該入光面的該擴散結構中的各該第一表面為由一第一非球面曲面形成，且設置於該出光面的該擴散結構中的各該第一表面為由一第二非球面曲面形成，其中，該第一非球面曲面與該第二非球面曲面不相同。
7. 一種用於照亮複數個按鍵的背光模組，該背光模組包含：複數個發光單元，各別對應設置在該複數個按鍵下方；以及一導光板，設置於該複數個發光單元上方，該導光板包括：一透光板材，該透光板材係由一第一材料所構成；以及複數個光擴散單元，每一該光擴散單元分別對應於該複數個發光單元其中之一，且每一該光擴散單元係位於對應發光單元的上方； 其中，每一該光擴散單元係由一第二材料所構成，該第二材料的光擴散率大於該第一材料的光擴散率，每一該光擴散單元通過一二次射出成型步驟而形成在該透光板材中。
8. 如請求項7所述的背光模組，其中，該透光板材更包括至少一輔助散光結構、一入光面與一出光面，每一該輔助散光結構分別設置於鄰近每一該光擴散單元外週緣處，且每一該輔助散光結構設置於該透光板材的該入光面以及該出光面的至少其中之一。
9. 如請求項7所述的背光模組，其中，該輔助散光結構為V形切割(V-cut)結構球面透鏡形成的菲涅爾透鏡以及非球面透鏡形成的菲涅爾透鏡的其中之一。
10. 一種發光鍵盤，其包含：一底板；複數個按鍵，設置於該底板上；以及如請求項1至9中任一項所述的背光模組，其中，該複數個發光單元設置於該底板下且各別對應該複數個按鍵，該導光板設置於該複數個發光單元與該複數個按鍵之間。
11. 如請求項10所述的發光鍵盤，其中，該導光板設置於該底板上。
12. 如請求項10所述的發光鍵盤，其中，該導光板設置於該底板下。

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