TW202024763A - 光源模組與分光元件 - Google Patents

Abstract

一種光源模組，包括基板、發光元件及分光元件。發光元件配置於基板上。分光元件對應發光元件而配置於基板上。分光元件具有入光端以及從入光端朝入光端的周圍延伸出的多個導光部。每一導光部具有與入光端面向相反方向的出光端，導光部的出光端彼此分離。分光元件的入光端面向發光元件。

Description

光源模組與分光元件

本發明是有關於一種光源模組，且特別是有關於一種分光元件以及使用此分光元件的光源模組。

液晶顯示裝置的液晶顯示面板不發光，所以需藉由背光模組提供面光源。背光模組包括直下式背光模組與側入式背光模組。目前常見的側入式背光模組是將發光二極體燈條配置在導光板的側邊，導光板內部設有網點，發光二極體燈條提供的光線進入導光板後，藉由網點使光線從導光板的出光面出射。然而，因發光二極體燈條是配置在導光板的側邊，容易有亮度不均的問題，且不利於區域調光（local dimming）。

目前常見的直下式背光模組是將呈二維陣列排列的多個發光二極體配置於擴散板下方，為了達到厚度薄且亮度均勻性佳的優點，發光二極體與擴散板之間的距離需縮短，而發光二極體之間的間距需縮短，如此將增加發光二極體的數量。然而，增加發光二極體的數量後，由於每個發光二極體僅需以較低的電流驅動即可使直下式背光模組整體達到需求亮度，反而使得發光二極體會有色度偏移的情況。

本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種分光元件，將單一點光源出射的光線分光至多個分離的出光端出射來達到多個點光源的效果，並在維持亮度的同時，能改善色度偏移的情況。

本發明提供一種光源模組，將單一點光源出射的光線分光至多個分離的出光端出射來達到多個點光源的效果，並在維持亮度的同時，能改善色度偏移的情況。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明一實施例所提供的分光元件包括入光端以及從入光端朝入光端的周圍延伸出的多個導光部，每一導光部具有與入光端面向相反方向的出光端，且導光部的出光端彼此分離。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明一實施例所提供的光源模組包括基板、發光元件及上述的分光元件。發光元件配置於基板上。分光元件的入光端面向發光元件。

在本發明的一實施例中，上述之分光元件的入光端具有容置槽，容置發光元件。

在本發明的一實施例中，上述之每一導光部從入光端彎折延伸至出光端。

在本發明的一實施例中，上述之每一導光部從入光端沿預定路徑朝入光端的周圍延伸出，預定路徑是先朝遠離基板的方向後，彎折朝向接近基板的方向，再彎折朝向遠離基板的方向。

在本發明的一實施例中，上述之每一導光部具有朝遠離基板的方向凸起的凸曲部及朝接近基板的方向凹陷的凹曲部。

在本發明的一實施例中，上述之導光部的凸曲部彼此相連。

在本發明的一實施例中，上述之導光部正投影於通過且平行入光端的參考平面時，每一導光部的寬度從導光部彼此分離處至出光端是逐漸變窄。

在本發明的一實施例中，在垂直出光端且通過預定路徑的截面中上述之每一導光部的厚度從凸曲部的頂端至出光端是逐漸變薄。

在本發明的一實施例中，在垂直該出光端且通過該預定路徑的截面的面積從該凸曲部的一頂端至該出光端是逐漸變小。

在本發明的一實施例中，上述之凸曲部的頂端與基板之間相隔第一距離，出光端與基板之間相隔第二距離，第一距離大於第二距離。

在本發明的一實施例中，上述之發光元件具有頂面，頂面與基板之間相隔第三距離，出光端與基板之間相隔第二距離，第二距離大於第三距離。

在本發明的一實施例中，上述之凹曲部與基板之間存有空氣間隙。

在本發明的一實施例中，上述之導光部的出光端正投影於通過且平行入光端的參考平面時，出光端的中心至入光端的中心的距離為相同或不同。

在本發明的一實施例中，上述之導光部的出光端正投影於通過且平行入光端的參考平面時，出光端的中心至入光端的中心的多條連線之間的夾角為相同或不同。

在本發明的一實施例中，上述之導光部的出光端位於同一參考平面上，且平行於入光端。

在本發明的一實施例中，上述之出光端為平面、球面或自由曲面。

在本發明的一實施例中，上述之出光端為光滑面或霧面。

在本發明的一實施例中，上述之分光元件更包括反射層，配置於導光部的外表面。

在本發明的一實施例中，上述之每一導光部從入光端彎折延伸至出光端，適於使發光元件所發出的光線經由入光端進入分光元件後，在每一導光部內經至少二次全反射後由出光端出射。

本發明實施例的分光元件包括多個導光部，且導光部的出光端彼此分離，使光線從入光端入射進分光元件後分別進入多個導光部，並再從彼此分離的出光端出射，用以將單一點光源出射的光線分光至多個分離的出光端出射來達到多個點光源的效果。當此分光元件使用於光源模組時，各出光端的位置可對應於習知技術之發光二極體設置的位置，因此可以減少本發明實施例的光源模組的發光元件的使用數量。在整體亮度相同的情況下，相較於習知的光源模組需使用大量的發光二極體，本發明實施例的光源模組所使用的發光元件的數量可以減少，各發光元件的驅動電流可以較高，所以能改善習知技術因驅動電流較低，而造成色度偏移的情況。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1是本發明一實施例的光源模組的剖面示意圖。圖2是本發明一實施例的分光元件的立體示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的光源模組10包括基板11、發光元件12及分光元件100。發光元件12配置於基板11上。分光元件100對應發光元件12而配置於基板11上。基板11例如是印刷電路板，可為硬板或軟板，用來承載發光元件12，並透過基板11來驅使發光元件12發光。硬板例如為金屬基印刷電路板（metal core printed circuit board, MCPCB）或銅箔基板（如FR4基板）。發光元件12例如是發光二極體（light emitting diode, LED），但不以此為限。分光元件100的材質例如是塑膠（PC）、壓克力（PMMA）、玻璃或其他能導光的材質。關於分光元件100的結構，以下將詳細說明。

本實施例的分光元件100具有入光端110以及從入光端110朝入光端110的周圍延伸出的多個導光部120。圖2中導光部120的數量是以4個為例，但不以此為限。在其他實施例中，導光部120的數量可以依據設計需求調整，例如圖3A具有六個導光部120，圖3B具有八個導光部120。

請再參考圖1及圖2，每一導光部120具有與入光端110面向相反方向的出光端130，多個導光部120的多個出光端130彼此分離。多個導光部120的多個出光端130例如位於同一參考平面P1上，且平行於入光端110，但不以此為限。分光元件100的入光端110面向發光元件12。分光元件100的入光端110例如具有容置槽111，以容置發光元件12，但不以此為限。在另一實施例中，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，以容置發光元件12。在另一實施例，分光元件100的入光端110可以不具有容置槽，其中發光元件12配置於基板11上，分光元件100配置於發光元件12上。此外，雖然本實施例的光源模組10是以一個發光元件12及一個分光元件100為例，但本發明不以此為限。例如，發光元件12的數量為多個，而分光元件100的數量也是多個，這些發光元件12分別對應於這些分光元件100。

上述的出光端130例如為平面、球面或自由曲面(free form)，但不以此為限。此外，出光端130例如可為光滑面或霧面，也不以此為限。圖2中的出光端130是以圓形的平面示意，但本發明並不特別限制出光端130的形狀。

圖4A是圖1的區域A的放大示意圖。請參考圖1、圖2及圖4A，上述的導光部120例如從入光端110彎折延伸至出光端130，適於使發光元件12所發出的光線L經由入光端110進入分光元件100後，在導光部120內經至少二次全反射後由出光端130出射。本發明並無特別限制導光部120彎折的形狀，可以依據不同設計的需求（如全反射需要考量導光部120內外折射率、入射角等）以達到使光線L在導光部120內經至少二次全反射的效果。以本實施例而言，每一導光部120從入光端110沿預定路徑Ph朝入光端110的周圍延伸出，預定路徑Ph是先朝遠離基板11的方向後，彎折朝向接近基板11的方向，再彎折朝向遠離基板11的方向，如圖1及圖4A所示。導光部120的彎折處例如為曲面以使光線L能達到全反射。換言之，每一導光部120具有朝遠離基板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，並且多個導光部120的多個凸曲部121彼此相連。其中，凹曲部122與基板11之間存有空氣間隙G，由於在設計導光部120的具體形狀時，光線在導光部120內能否產生全反射是以分光元件100的折射率與空氣的折射率來計算，若凹曲部122與基板11接觸，即不存在空氣間隙G，則接觸的部分會使全反射受到影響，進而影響光傳遞的效率。

除了彎折的形狀之外，上述的每一導光部120正投影於通過且平行入光端110的參考平面P2時，每一導光部120的寬度從導光部120彼此分離處至出光端130是逐漸變窄，如圖5中寬度W1大於寬度W2，寬度W2大於寬度W3。此外，在垂直出光端130且通過預定路徑Ph的截面中（如圖4A所示），每一導光部120的厚度從凸曲部121的頂端T至出光端130是逐漸變薄或著每一導光部120的截面的面積從凸曲部121的頂端T至出光端130是逐漸變小，如圖4A中厚度H1大於厚度H2，厚度H2大於厚度H3。相較於入光端110，較窄又較薄的出光端130可以使光線集中，以避免亮度的下降。

為了提升分光的效果，本實施例的分光元件100例如還具有以下任一設計：（1）凸曲部121的頂端T與基板11之間相隔第一距離D1，出光端130與基板11之間相隔第二距離D2，第一距離D1大於第二距離D2；（2）發光元件12具有頂面S，頂面S與基板11之間相隔第三距離D3，第二距離D2大於第三距離D3。於另一實施例中，第一距離D1可以等於或小於第二距離D2。

本實施例的分光元件100包括多個導光部120，且導光部120的出光端130彼此分離，使光線L從入光端110入射進分光元件100後分別進入多個導光部120，並再從彼此分離的出光端130出射，用以將單一點光源出射的光線分光至多個分離的出光端出射來達到多個點光源的效果。當此分光元件100使用於光源模組10時，各出光端130的位置可對應於習知技術之發光二極體設置的位置，因此可以減少本發明實施例的光源模組10的發光元件12的使用數量。在整體亮度相同的情況下，相較於習知的光源模組需使用大量的發光二極體，本發明實施例的光源模組10所使用的發光元件12的數量可以減少，各發光元件12的驅動電流可以較高，所以能改善習知技術因驅動電流較低，而造成色度偏移的情況。

圖4B是本發明另一實施例的光源模組的部分剖面示意圖。請參考圖4B，本實施例的光源模組10a與上述的光源模組10相似，差異處在於本實施例的光源模組10a的分光元件100c還包括反射層140，配置於導光部120的外表面，但並不配置於入光端110及出光端130。如前所述，產生全反射的條件需要考量導光部120及相鄰介質的折射率、入射角等因素，且難免會有漏光的情形，而藉由反射層140的配置，可以避免無法產生全反射的光線L漏光，進而提升光利用率。

圖6是本發明另一實施例的分光元件的立體示意圖。圖7是圖6的導光部的出光端正投影於通過且平行入光端的參考平面的示意圖。請參考圖6及圖7，本實施例的分光元件100a與上述的分光元件100結構及優點相似，以下僅針對其結構的主要差異處進行說明。本實施例的分光元件100a是以8個導光部120a為例。導光部120a正投影於通過且平行入光端110的參考平面P2時，出光端130的中心C1至入光端110的中心C2的距離可為相同或不同。如圖7所示，距離D4與距離D6相同，但與距離D5不同，可依據設計需求調整。

圖8是本發明另一實施例的分光元件的立體示意圖。圖9是圖8的導光部的出光端正投影於通過且平行入光端的參考平面的示意圖。請參考圖8及圖9，本實施例的分光元件100b與上述的分光元件100結構及優點相似，以下僅針對其結構的主要差異處進行說明。本實施例的分光元件100b是以3個導光部120b為例，但不以此為限。導光部120b正投影於通過且平行入光端110的參考平面P2時，出光端130的中心C1至入光端110的中心C2的多條連線之間的夾角為相同或不同。如圖9所示，夾角θ1與夾角θ2相同，但與夾角θ3不同，可依據設計需求調整。

上述的分光元件100a、100b亦可使用於光源模組10、10a，可以依據不同設計需求而選用不同的分光元件。

綜上所述，本實施例的分光元件包括多個導光部，且導光部的出光端彼此分離，使光線從入光端入射進分光元件後分別進入多個導光部，並再從彼此分離的出光端出射，用以將單一點光源出射的光線分光至多個分離的出光端出射來達到多個點光源的效果。當此分光元件使用於光源模組時，各出光端的位置可對應於習知技術之發光二極體設置的位置，因此可以減少本發明實施例的光源模組的發光元件的使用數量。在整體亮度相同的情況下，相較於習知的光源模組需使用大量的發光二極體，本發明實施例的光源模組所使用的發光元件的數量可以減少，各發光元件的驅動電流可以較高，所以能改善習知技術因驅動電流較低，而造成色度偏移的情況。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件（element）的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

10、10a:光源模組11:基板12:發光元件100、100a、100b、100c:分光元件110:入光端111:容置槽120、120a、120b:導光部121:凸曲部122:凹曲部130:出光端140:反射層A:區域C1、C2:中心D1:第一距離D2:第二距離D3:第三距離D4、D5、D6:距離G:空氣間隙H1、H2、H3:厚度L:光線P1、P2:參考平面Ph:預定路徑S:頂面T:頂端W1、W2、W3:寬度θ1、θ2、θ3:夾角

圖1是本發明一實施例的光源模組的剖面示意圖。 圖2是本發明一實施例的分光元件的立體示意圖。 圖3A及圖3B是本發明另二實施例的分光元件的立體示意圖。 圖4A是圖1的區域A的放大示意圖。 圖4B是本發明另一實施例的光源模組的部分剖面示意圖。 圖5是圖2的導光部正投影於通過且平行入光端的參考平面的示意圖。 圖6是本發明另一實施例的分光元件的立體示意圖。 圖7是圖6的導光部的出光端正投影於通過且平行入光端的參考平面的示意圖。 圖8是本發明另一實施例的分光元件的立體示意圖。 圖9是圖8的導光部的出光端正投影於通過且平行入光端的參考平面的示意圖。

10:光源模組

11:基板

12:發光元件

100:分光元件

110:入光端

111:容置槽

120:導光部

121:凸曲部

122:凹曲部

130:出光端

A:區域

L:光線

P1:參考平面

Claims (20)

1. 一種光源模組，包括： 一基板； 一發光元件，配置於該基板上；以及 一分光元件，對應該發光元件而配置於該基板上，該分光元件具有一入光端以及從該入光端朝該入光端的周圍延伸出的多個導光部，每一該些導光部具有與該入光端面向相反方向的一出光端，該些導光部的該些出光端彼此分離，該分光元件的該入光端面向該發光元件。
2. 如請求項1所述的光源模組，其中該分光元件的該入光端具有一容置槽，容置該發光元件。
3. 如請求項1所述的光源模組，其中每一該些導光部從該入光端彎折延伸至該出光端。
4. 如請求項3所述的光源模組，其中每一該些導光部從該入光端沿一預定路徑朝該入光端的周圍延伸出，該預定路徑是先朝遠離該基板的方向後，彎折朝向接近該基板的方向，再彎折朝向遠離該基板的方向。
5. 如請求項4所述的光源模組，其中每一該些導光部具有朝遠離該基板的方向凸起的一凸曲部及朝接近該基板的方向凹陷的一凹曲部。
6. 如請求項5所述的光源模組，其中該些導光部的該些凸曲部彼此相連。
7. 如請求項6所述的光源模組，其中該些導光部正投影於一通過且平行該入光端的參考平面時，每一該些導光部的寬度從該些導光部彼此分離處至該出光端是逐漸變窄。
8. 如請求項5所述的光源模組，其中在垂直該出光端且通過該預定路徑的截面中每一該些導光部的厚度從該凸曲部的一頂端至該出光端是逐漸變薄。
9. 如請求項5所述的光源模組，其中在垂直該出光端且通過該預定路徑的截面的面積從該凸曲部的一頂端至該出光端是逐漸變小。
10. 如請求項5所述的光源模組，其中該凸曲部的一頂端與該基板之間相隔一第一距離，該出光端與該基板之間相隔一第二距離，該第一距離大於該第二距離。
11. 如請求項1所述的光源模組，其中該發光元件具有一頂面，該頂面與該基板之間相隔一第三距離，該出光端與該基板之間相隔一第二距離，該第二距離大於該第三距離。
12. 如請求項5所述的光源模組，其中該凹曲部與該基板之間存有一空氣間隙。
13. 如請求項1所述的光源模組，其中該些導光部的該些出光端正投影於一通過且平行該入光端的參考平面時，該些出光端的中心至該入光端的中心的距離為相同或不同。
14. 如請求項1所述的光源模組，其中該些導光部的該些出光端正投影於通過且平行該入光端的一參考平面時，該些出光端的中心至該入光端的中心的多條連線之間的夾角為相同或不同。
15. 如請求項1所述的光源模組，其中該些導光部的該些出光端位於同一參考平面上，且平行於該入光端。
16. 如請求項1所述的光源模組，其中該出光端為一平面、一球面或一自由曲面。
17. 如請求項1所述的光源模組，其中該出光端為一光滑面或一霧面。
18. 如請求項1所述的光源模組，其中該分光元件更包括一反射層，配置於該些導光部的外表面。
19. 如請求項3所述的光源模組，其中每一該些導光部從該入光端彎折延伸至該出光端，適於使該發光元件所發出的光線經由該入光端進入該分光元件後，在每一該些導光部內經至少二次全反射後由該出光端出射。
20. 一種分光元件，包括一入光端以及從該入光端朝該入光端的周圍延伸出的多個導光部，每一該些導光部具有與該入光端面向相反方向的一出光端，且該些導光部的該些出光端彼此分離。

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