TWI284775B - Illumination system and illumination module thereof - Google Patents

Description

1284775 七、指定代表圖： 八 、本案若有化學式時，請_最_示發明特徵 的化學式： (一）本案指定代表圖為：第 1 HI (一）本代表圖之元件符號簡單說明 1 :光源模組 σ 100 101 第一發光二極體 102 103 第二發光二極體 104 105 第三發光二極體 106 107 控制電路 109 111 第一側 113 115 第三側 117 ： 光光光線件 色色色光元側側 ~ 二三定光二四 第第第特導第第 益 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種光源系統及其光源模組 -種利用發光二極體之光源系統及其光源模組。特別-關於 【先前技術】 點H 的液晶顯示器係利用大量的發光單元所產生的光 .，‘占，來構成一個欲顯示的畫面。每個發光 體，用來發出-特定的色光。 極 液 美國專利第6,536,914號揭露一種照明系統，係用於 1284775 • 晶顯示器上，其包含一光發射面板，此面板具有一光發射視窗 及至少一用以搞合光線至光發射面板之邊緣表a面（edge surface)。此照明系統更包含一混光室，係緊鄰邊緣表面，用以 提供一光源。此光源包含多組具有不同光發射波長之發光二極 ‘ 體，例如包含一藍色、一綠色、一紅色或甚至一琥珀^之發光 一極體，以提供均勻的光分佈。 此種照明系統雖然較傳統陰極射線管式顯示器省電，但每 組發光二極體應用於中大型顯示器時，因使用期間持續發光， φ 其耗電依舊驚人，且每組發光二極體持續發光亦會造成顯示器 過熱，影響其壽命，因此一個低耗電之光源模組仍是業界亟待 解決的問題。 【發明内容】 本發明之一目的在於提供一種光源模組，包含一第一發光 二極體、一第二發光二極體、一第三發光二極體及一控制電 路，其中第一發光二極體用以產生一第一色光，第二發光二極 體用以產生一第二色光，第三發光二極體用以產生一第三色 • 光。控制電路係電連接至第一、第二及第三發光二極體，並以 一切換速率與一切換順序週期性切換第一、第二及第三發光二 極體發光，藉此第一、第二及第三色光混合成一特定光線，並 達到省電、低發熱且高光效能之目的。 其切換順序可以為（1)第一發光二極體發光；（2)第二發光二 極體發光；（3)第三發光二極體發光；以及（4)第一、第二及第三 發光 >一極體同時發光。 此光源模組更可包含一第四發光二極體，用以產生一第四 1284775 ' ^光’第…第二、第三及第四色光混合成該特定光線。其切 換順序可，為⑴第-發光二極體發光；⑺第二發光二極體發 光’（3)第二發光二極體發光；（4)第四發光二極體發光；以及（5) 第一、第二、第三及第四發光二極體同時發光。 、+本發明的另一目的在於提供一種光源系統，包含複數個光 • 源模組及一控制電路。每一個光源模組包含一第一發光二極 體、一第二發光二極體及一第三發光二極體。第一發光二極體 用以產生一第一色光，第二發光二極體用以產生一第二色光， φ 第三發光二極體用以產生一第三色光，其中第一、第二及第三 色光混合成一特定光線。控制電路係電連接至上述複數個光源 模組，並以一切換速率與一切換順序週期性切換光源模組發 光，進而造成視覺上感覺有如一整體大型光源發光，以達到省 電、低發熱與視覺上大面積均勻發光效果之目的。 在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，該技術領域具有通 常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段 及實施態樣。

【實施方式】 本發明之一實施例如第1圖所示，係為一種光源模組J， 用於液晶顯示器之背光模組。更詳細來說，背光模組包含多個 光源模組1所組成之陣列，每一個光源模組1會產生一個光 點，即一個照明像素（lighting pixel)，這些像素陣列便會形成_ 畫面。 光源模組1包含一第一發光二極體101用以產生一第一色 光100、一第二發光二極體103用以產生一第二色光1〇2、一

6 1284775 • 第二發光二極體105用以產生一第三色光104、以及一控制電 路107。控制電路1〇7係電連接至第一發光二極體ι〇1、第二 發光二極體103及第三發光二極體105，並以一切換速率與一 切換順序週期性切換第一、第二及第三發光二極體1 〇丨、1 〇3 及105發光。 • 光源模組1更包含一導光元件109，第一色光100、第二 色光102及第三色光1〇4在導光元件1〇9中混合成一特定光線 106。導光元件1 〇9包含一第一側111、一第二側丨13、一第三 φ 側115及一第四側1Π。第一、第二及第三發光二極體HH、103 及105係位於第一側ill。第二側113及第三側115為一鏡面， 用以反射第一色光100、第二色光102及第三色光1〇4，即反 射特定光線106。第四側117為此光源模組1之出光口。特定 光線106經第二側113及第三側115反射後，會經由第四側117 發射出去，以形成上述之光點。 在此一實施例中，第一色光100為紅色，第二色光1〇2為 綠色，第三色光104為藍色。控制電路1 07所控制之切換順序 為：（1)第一發光二極體101發光、（2)第二發光二極體1 〇3發光、 • (3)第三發光二極體1〇5發光、（4)第一發光二極體1〇1、第二發 光二極體103及第三發光二極體105同時發光。如此每個發光 二極體並非隨時都處於發光狀態，因此可達到省電的目的。假 設每個發光二極體的切換發光時間都相同，則在同一段時間 内，此實施例比不切換發光之背光模組省電50%左右。由於光 源模組1係由半導體材料製成，過高的溫度會影響半導體材料 之工作效率，因此每個發光二極體切換發光可使其半導體材料 維持高效能，因此除了省電之外，此一實施例更具有低發熱與 高光效能的優點。 1284775 若此光源模組1欲產生一白光之特定光線106，則第一 ΐ二發光二極體103及第三發光二極體10” 分辨之;口//先°但若切換速率太慢，即不超出肉眼所能 ㈣二：率，則以上述切換順序切換時，肉眼在-個切換 週期内所看到的色光為⑴紅光、⑺綠光、（3)藍光、⑷白光， 合成白光之目的。彳因此’切換速率需快於肉眼所能 120 I估，^，較佳為不慢於而秒’也就是切換速率最慢為1 心，使侍肉眼在一個切換週期内所看到的色光恆為白光。

一般來說，紅、綠、藍三色光可混合成任何一種顏色的光 線’但以目前的技術而言’綠光及藍光發光二極體所產生的亮 度會大於紅光發光二極體，如此的差異會造成欲產生之特定顏 色的光線發生偏差。為了彌補紅色發光二極體亮度的不足，本 發明之另一實施例如第2圖所示，與光源模組丨不同處在於光 源模組2(控制電路1〇7未緣示）更包含一第四發光二極體2〇1， 用以產生一第四色光200，因而第一色光1〇〇、第二色光1〇2、 第三色光104及第四色光可混合成特定光線2()2。第四色 光200為黃色，可彌補第一發光二極體1〇1亮度之不足。 在此實施例中，其發光二極體之切換順序為⑴第一發光二 極體101 S光、（2)第二發光二極體1〇3發光、⑶第三發光二極 體105發光、（4)第四發光二極體2〇1發光、以及（5)第一發光二 極體ιοί、第二發光二極體103、第三發光二極體1〇5及第四 發光二極體201同時發光。如此每個發光二極體並非隨時都處 於發光狀態’因此可達到省電的目的。假設每個發光二極體的 切換發光時間都相同，則在同—段時間内，此實施例比不切換 發光之背光模組省f 60%左右。同樣的，Λ實施例亦具有低發 熱之優點。 1284775 但本例，出光口皆位於導光元件109之第四側H7, 示，本發明之d:::際需要改變出光方向。如第3圖所 -發光二極ml 為一光源模組，光源模組3包含第 _ ^ ^ . J 、 一發光二極體103、第三發光二極體105、 光一^ ιηΤ極體2〇1及—控制電路（未繪示），如上所述，發 二色光102、第三色★ 104f用：產生第-色光100、第 光線300。—色先104及—第四色光細，以混合成特定 一 ^ s導先兀件3〇卜其包含一第一側303、 貝05、一第二側3〇7及一第四側309，苴中發光二極 105、201亦位於第一側303。與光源模組二 先心牛109不同的是，光源模組3之出光口位於第三側 射即出特去定。光線遍在導光元件3G1中被傳導至第三側—3〇7 為了將特定光線300由第三側3〇7發射出去，導光元件3〇1 ，第二，305具有一凹凸表面(未㈣），其凹凸表面可以利用 W (etch)、劃、.（scribe)或喷砂（sandMast)等方 ==射向第二側305之色光1〇〇、1〇2、1〇4及2〇〇反射 至導光兀件301之第三側307。 除了利用凹凸表面的方式，光源模組3可如第4圖所示， ϋ繞射it件4(H，係位於導光元件3G1之第二側3〇5 可將第-色光刚、第二色光⑽、第三〇4 及一第四色光200反射至第三側3〇7。 由於繞射元件401之材質可能無法將色光1〇〇、ι〇2、ι〇4 1284775 200元全反射至第三側3〇7，目此有部分色光會折射穿 射το件401。為增加反射效率，光源模組3可包含一反射元件 403，—係位於繞射元件4〇1相對於導光元件3〇ι之另一側， 繞射το件401之下方。反射元件彻能將穿透繞射元件 色光100、102、104及200再反射回導光元件3〇1之第三側％?。 繞射元件401及反射元件4〇3可以是一光柵或是其他具有繞射 功能之元件。 光源模組3亦可如第5圖所示，於第三側3〇7安排一稜鏡 φ 陣列5〇1，用以控制特定光線300之發散角。 上述實施例之出光口雖然僅位於一側（第三側或第四側）， 但本發明並不限制出光口之方向，例如出光口可以同時為第三 側和第四側，如此光源模組便具有2個出光口，故本發明亦具 有多面出光之優點，以配合實際運用之需要。 本發明亦提供一種光源系統，係為一液晶顯示器，此液晶 顯示器具有一背光模組，包含多個光源模組所組成之陣列，每 一個光源模組會產生一個照明像素，這些像素陣列便會形成一 瞻晝面。本發明之一實施例如第6圖所示，為說明方便，圖中僅 繪示2個光源模組601及603。光源模組601及603分別包含 一第一發光二極體605用以產生一第一色光600、一第二發光 二極體607用以產生一第二色光602、以及一第三發光二極體 609用以產生一第三色光604,其中第一、第二及第三色光6〇〇、 602及604混合成一特定光線606。此實施例更包含一控制電 路ό 11，係電連接至光源模組6〇 1及603，並以一切換速率與一 切換順序週期性切換光源模組601及603發光，以達到省電及 低發熱之目的。光源模組601及603可以是第1圖至第5圖所 示之光源模組。 1284775 若切換速率太慢，即不超出肉眼所能分辨之最快速率時， 肉眼在一個切換週期内將可辨識光源模組依序發光，無法達到 將單一光源模組所產生之點光源形成一線光源或面光源之目 的。1因此，切換速率需快於肉眼所能分辨的速度，較佳為不慢 於巧秒’即切換速率最慢為&秒。 雖然第6圖之實施例僅以2個光源模組說明之，但熟悉該 技術領域者可輕易推及至超過2個光源模組之實施態樣。例 如 液曰曰顯示器可將每8個光源模組視為一個單位，每個單 位由一個控制電路控制其發光順序。 ^在實務上，由於生產光源模組之模具較生產一大型光源之 模具為小，因此本發明之光源系統（大型光源）藉由多個光源模 組所組成之特點，避免了製作大型模具之需要，故可以達到節 省成本之目的。 上述之實施例雖皆以液晶顯示器為例，然本發明並未限制 僅能應用於此。例如，熟悉此項技術者能根據以上之揭示將本 發明之光源模組應用於投影器（包含前投影式及背投影式）或其 他顯示裝置。換言之，本發明之光源系統亦可為投影器或其他 顯示裝置。 綜上所述，雖然本發明以一較佳實施例揭露如上，然其並 非用以限定本發明之實施方式，任何熟習此技藝者，在不脫離 本，明之精神和如下申請專利範圍所界定的内容及其均等技 術範圍下，當可作各種更動與修改。 【圖式簡單說明】 1284775 第1圖係顯示第一光源模組實施例之示意圖； 第2圖係顯示第二光源模組實施例之示意圖； 第3圖係顯示第三光源模組實施例之示意圖； 第4圖係顯示第三光源模組實施例之另一實施態樣之示意 圖； 第5圖係顯示第三光源模組實施例之另一實施態樣之示意 圖；以及 第6圖係顯示一光源系統實施例之示意圖。 【主要元件符號說明】

1 ： 光源模組 100 ： 第一色光 101 ••第 一發光二 極 體 102 第二色光 103 :第 二發光二 極 體 104 第三色光 105 :第 三發光二 極 體 106 特定光線 107 :控制電路 109 導光元件 111 :第 一側 113 第二側 115 :第 三側 117 第四側 2 ： 光源模組 200 第四色光 201 :第 四發光二 極 體 202 特定光線 3 ： 光源模組 300 特定光線 301 :導光元件 303 第一側 305 :第 二側 307 第三側 309 ••第 四側 401 繞射元件 403 :反射元件 501 稜鏡陣列 600 :第 一色光 601 光源模組 602 ••第 '一色光 603 光源模組 604 :第 三色光 605 第一發光二極體 12 1284775 606 :特定光線 607 ： 609 :第三發光二極體 611 ： 第二發光二極體 控制電路

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Claims (1)

12.84775 十、申請專利範圍： 1 · 一種光源模組，包含： 一第一發光二極體，用以產生一第一色光； 一第二發光二極體，用以產生一第二色光； 第二發光二極體，用以產生一第三色光；以及 一控制電路，係電連接至該第一、第二及第三發光二極 體，並以一切換速率與一切換順序週期性切換該第一、第二 及第三發光二極體發光，藉此該第一、第二及第三色光混合 成一特定光線。 2·如請求項1所述之光源模組，其中該切換速率最慢為秒。 120 3.如請求項1所述之光源模組，其中該切換順序為·· (1) 該第一發光二極體發光； (2) 該第二發光二極體發光； (3) 該第三發光二極體發光；以及 (4) 该第一、第二及第三發光二極體同時發光。 汝明求項1所述之光源模組，其中該第一色光為紅色、該第 二色光為綠色、該第三色光為藍色。 5 ·如 請求項4所述之光源模組，其中該特定光線為一 白光 6·如請求項4所述之光源模組，更包含-第四發光二極體 以產生一第四色光，其中該第一、第二、第 人出4 ^ 及第四色光混 口烕4特定光線。 色 女明求項6所述之光源模組’其中該第四色光為々 14 1284775 ★明求項6所述之光源模組，其中該切換順序為· (1) 該第一發光二極體發光； (2) 該第二發光二極體發光； (3) 該第三發光二極體發光； (4) 該第四發光二極體發光；以及 (5) 該第一、第二、第三及第四發光二極體同時發光。 9·如請求項7所述之光源模組，其中該特定光線為一白光。 1〇·，請，項1所述之光源模組，更包含一導光元件，用以傳導 戎特定光線，該導光元件包含一第一側，該第一、第二及第 二發光二極體係位於該第一側。 11·如請求項10所述之光源模組，更包含一繞射元件及一反射 ，件σ亥導光元件更包含一第二側，其中該繞射元件係位於 °亥第一側’该反射元件係位於該繞射元件相對於該導光元件 之另~側。 12. 如明求項10所述之光源模組，其中該導光元件更包含一第 二側，該第二側具有一凹凸表面。 13. 如明求項10所述之光源模組，更包含一稜鏡陣列，該導光 兀件更包含一第三側，該棱鏡陣列係位於該第三側。 14 · 一種光源系統，包含： 複數個光源模組，每一個光源模組包含： 第 ^光一極體’用以產生一第一色光； 一第二發光二極體，用以產生一第二色光；以及 (S 15 1284775 一第三發光二極體，用以產生一第三色光，· 其中該第―、第二及第三色光混合成—特定光線； 从及 一控制電路，係電連接至該複數個光源模組，並以—切 . 、逮率與一切換順序週期性切換該複數個光源模組發光。 15.=睛求項14所述之光源系統，其中該切換速率最慢 秒。 &传120 • 16j請求項14所述之光源系統，其中該第一色光為紅色、咳 弟一色光為綠色、該第三色光為藍色。 / 17. 如請求項16所述之光源系統’其中該特定光線為—白光。 18. = ^求項16所述之光源系統，其中每一個光源模組更包含 四發光一極體，用以產生一第四色光，其中該第一、第 一、第三及第四色光混合成該特定光線。 _ 19·如請求項18所述之光源系統，其中該第四色光為黃色。 2〇.如請求項19所述之光源系統，其中該特定光線為_白光。 21. j求項Η所述之光源系統，其中每一個光源模組更包含 一導光元件，用以傳導該特定光線，該導光元件包含一第一 側’ 5亥第_、第二及第三發光二極體係位於該第一側。 22. j求項21所述之光源系統’其中每—個光源模組更包含 件及-反：元件，該導光元件更包含一第二側，該 繞射几件係位於該第二側，該反射元件係位於該

16 1284775 對於該導光元件之另一側。 23·如請求項21所述之光源系統，其中該導光元件更包含一第 二側，該第二側具有一凹凸表面。 24·如請求項21所述之光源系統，其中每一個光源模組更包含 一稜鏡陣列，該導光元件更包含一第三側，該稜鏡陣列係位 於該第三側。 25.如請求項14戶斤述之光源系統，其中該光源系統為一液晶顯 示器。 26·如請求項14所述之光源系統，其中該光源系统為一投影機。

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