TWI386725B

TWI386725B - 具有混光機制的背光裝置

Info

Publication number: TWI386725B
Application number: TW97121853A
Authority: TW
Inventors: Chia Liang Hsu
Original assignee: Epistar Corp
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2013-02-21
Also published as: TW200951571A

Description

具有混光機制的背光裝置

本發明係關於一種背光裝置，尤其關於一種具有混光單元的背光裝置。

以發光二極體作為光源之面發光背光裝置已廣汎地應用於具液晶顯示器的各種電子裝置。一般而言，光源所產生的原色光不會是純原色光。例如發出紅色光之光源，也會同時發出品紅色(magenta)光；發出綠色光的之光源，也會同時發出青綠色(cyan)的光。因此，直接混合三原色光源來產生白光的背光裝置容易有顏色不均的問題。

習知已有利用分光鏡來濾光，以解決顏色不均問題的背光裝置，如圖4所示，習知背光裝置40乃將三原色光源41R、41G、41B分別透過分光鏡44R、44G、44B將不純色光濾除，以產生白光L_W 。然而，由於這種習知裝置係將三原色光源41R、41G、41B設置於同一側面，雖有製造便利的優點，卻容易產生設計空間受限且分光鏡數量需求較高的問題。舉例而言，如果為了增強亮度，而欲增加每一原色光LED晶片的顆數，則可能因為同一側面之面積有限而侷限所能增加的顆數。而且，由於習知三原色光源41R、41G、41B係設置於同一側面，其所發出之光乃朝同一方向射出，為使某些光源的入射光轉向以便交會混光，需設置更多額外的分光鏡。這些額外的分光鏡皆會增加成本。

由此可知，需要更能節省空間、更有彈性的方法，來解決習知的問題。

本發明係提供一種具有混光機制的背光裝置，包含複數個光源、一導光板及一混光單元。混光單元包含一殼體及至少一分光鏡設於殼體中。殼體具有複數個入光側面及一出光側面，出光側面連接導光板。複數個光源係選擇性地設置於複數個入光側面之至少兩個側面上，其所發出之光經混光單元形成一混光進入導光板。

本發明將複數個光源選擇性地設置於複數個入光側面之至少兩個側面上，相較於習知將有更多空間可以容納更多的光源數量以加強背光裝置之亮度。本發明並使用數量較習知精簡的分光鏡，所以成本也可大幅下降。

於一實施例，本發明提供一種背光裝置，包含一導光板；一混光單元，包含一殼體，具有彼此相對的一第一側面及一第二側面，及彼此相對的一第三側面及一第四側面於另外相對兩端，第四側面連接導光板；一第一分光鏡設置於殼體中，第一分光鏡可反射一第一原色光；一第二分光鏡設置於殼體中，且與第一分光鏡相互交叉，其中第二分光鏡可反射一第二原色光；一第一光源設置於第一側面，產生第一原色光而受到第一分光鏡反射；一第二光源設置於第二側面，產生第二原色光而受到第二分光鏡反射；及一第三光源設置於第三側面，產生一第三原色光穿透第一分光鏡及第二分光鏡；其中，第一光源、第二光源及第三光源所發出之光係經過混光單元形成一混光進入導光板。

於另一實施例，本發明提供一種背光裝置，包含一導光板；一混光單元，包含一殼體，具有彼此相對的一第一側面及一第二側面，及彼此相對的一第三側面及一第四側面，第四側面連接導光板；一分光鏡設置於殼體中，分光鏡可反射一第一原色光及一第二原色光；一第一光源設置於第一側面，產生第一原色光及第二原色光而受到分光鏡反射；及一第二光源設置於第三側面，產生一第三原色光穿透分光鏡；其中，第一光源及第二光源所發出之光係經過混光單元而形成一混光進入導光板。

於更一實施例，本發明係提供一種背光裝置，包含：一導光板；一混光單元，包含：一殼體，具有彼此相對的一第一側面及一第二側面；彼此相對的一第三側面及一第四側面，第四側面連接導光板；及一第五側面及一第六側面，第一側面、第二側面、第三側面及第四側面係位在第五側面及第六側面之間，其中第二側面與第四側面係形成一第一夾角；一分光鏡設置於殼體中，此分光鏡具有平行於第六側面的一橫軸，此橫軸與第一夾角之一平分線形成大於0度小於45度的一第二夾角，其中此橫軸係與第一側面形成小於90度的夾角以反射一第一原色光，且分光鏡與第六側面形成小於90度的夾角以反射一第三原色光；一第一光源設置於第一側面，產生第一原色光而受到分光鏡反射；一第二光源設置於第三側面，產生一第二原色光穿透分光鏡；及一第三光源設置於第六側面，產生第三原色光而受到分光鏡反射，其中，第一光源、第二光源及第三光源所發出之光經過混光單元而形成一混光進入導光板。

以下將參考所附圖式示範本發明之較佳實施例。所附圖式中相似元件係採用相同的元件符號。應注意為清楚呈現本發明，所附圖式中之各元件並非按照實物之比例繪製，而且為避免模糊本發明之內容，以下說明亦省略習知之零組件、相關材料、及其相關處理技術。

圖1A及1B例示本發明之一第一實施例。如圖1A所示，本發明之一背光裝置100包含一導光板110、一擴散板120、一增亮膜130、一混光單元140及複數個光源150R、150G及150B。導光板110具有一上表面111、一下表面112及一側面113。混光單元140係連接於導光板110之側面113，而擴散板120設置於導光板110之上表面111上方。擴散板120是一種由聚碳酸酯所製成的光學薄膜，其可使來自導光板110的光更均勻化。增亮膜130係進一步地堆疊於擴散板120上方。增亮膜130有聚光效果，可使來自擴散板120的光聚集於如圖1A所示之一液晶面板190的視角範圍。除了上述之擴散板120、增亮膜130外，可視需要增加任何其他光學薄膜以提昇背光裝置100之面發光效果。

圖1B為第一實施例所示背光裝置100之混光單元140連結複數個光源150R、150G及150B之俯視圖。同時參考圖1A及圖1B，混光單元140包含一殼體147，其具有彼此相對之一第一側面141及一第二側面142；彼此相對之一第三側面143及一第四側面144；及彼此相對之一第五側面145及一第六側面146，其中除了第四側面144為出光面外，其餘側面皆可作為入光面。本發明之第一實施例以立方狀的殼體147作示範說明，所以兩個相對的側面(例如第一側面141及第二側面142)係垂直於之其他各側面。然應瞭解其他具多個入光面及一個出光面的多面體也適用於本發明。

除了殼體147外，混光單元140更包含一第一分光鏡148及一第二分光鏡149。第一分光鏡148及一第二分光鏡149係交叉地設置於殼體147中。更詳言之，如圖1A及1B所示，第一分光鏡148係一端連接第三側面143與第一側面141的連接處，另一端連接的第四側面144與第二側面142的連接處；而第二分光鏡149則一端連接第四側面144與第一側面141的連接處，另一端連接的第三側面143與第二側面142的連接處。第一分光鏡148及一第二分光鏡149之鏡面垂直於第五側面145及第六側面146。第一分光鏡148用以反射一第一原色光而使其他光通過。第二分光鏡149用以反射一第二原色光而使其他光通過。較佳而言，第一分光鏡148與第二分光鏡149相互交叉之夾角約90度，且殼體147中除第一分光鏡148與第二分光鏡149外不含任何其他分光鏡。經由上述應可瞭解，第一側面141與第一分光鏡148係形成小於90度的夾角。

第一實施例之複數個光源150B、150G及150R係分別設置在第一側面141、第二側面142及第三側面143上。第四側面144連接導光板110。光源的種類並無限制，可為發光二極體(LED)、冷陰極管(CCFL)或其他合適光源。本發明係以複數個發光二極體作示範說明。第一光源150B為一種主要可以產生第一原色光(例如藍光L_B )的光源；第二光源150G為一種主要可以產生第二原色光(例如綠光L_G )的光源；而第三光源150R為一種主要可以產生一第三原色光(例如紅光L_R )的光源。每個光源也可產生除上述之其他原色的光。各光源之發光晶片可為一個或多個。

如圖1B所示，由第一光源150B所產生的藍光L_B 係以垂直第一側面141方式進入混光裝置140。由於第一分光鏡148用以反射一第一原色光(即藍光L_B )而使其他光通過且第一側面141與第一分光鏡148係形成小於90度的夾角，因此第一光源150B所產生的藍光L_B 受到第一分光鏡148反射將轉向至第四側面144。第一光源150B也可能產生的其他色光，其將穿透第二分光鏡149。同樣地，第二光源150G所產生的綠光L_G 係以垂直第二側面142方式進入混光裝置140，此綠光L_G 將受到第二分光鏡149反射而轉向至第四側面144。第二光源150G也可產生其他色光，其將穿透第一分光鏡148。設置於第三側面143的第三光源150R則產生紅光L_R ，並以垂直第三側面143方式進入混光裝置140，穿透第一分光鏡148及第二分光鏡149而朝第四側面141射出。由此可知，第一光源150B、第二光源150G及第三光源150R所發出之光可經由上述之混光機制進行混光而形成一白色混光L_W 進入導光板110。

除此以外，為了防止入射至混光單元140的光再從非出光面的各側面逃離，於殼體147之非出光側面(即除了第四側面144以外)的表面上設置一反射層170。反射層170之反射面朝向殼體147內部。應注意反射層170不覆蓋第四側面144，也不覆蓋各光源與殼體147的界面140A。

圖2A至2C例示本發明之一第二實施例。如圖2A所示，第二實施例之一背光裝置200包含一導光板210、一擴散板220、一增亮膜230、一混光單元240及複數個光源250B及250Y。導光板210具有一上表面211、一下表面212及一側面213。混光單元240係連接於導光板210之側面213，而擴散板220設置於導光板210之上表面211上方。增亮膜230係進一步地堆疊於擴散板220上方。如同於第一實施例中所述，可視需要增加任何其他光學薄膜以提昇背光裝置200之面發光效果。

圖2B及2C為第二實施例所示背光裝置200之混光單元240連結複數個光源250B及250Y之俯視圖及立體透視圖。參考圖2A至圖2C，混光單元240包含一殼體247，其具有彼此相對之一第一側面241及一第二側面242；彼此相對之一第三側面243及一第四側面244；及彼此相對之一第五側面245及一第六側面246，其中除了第四側面244為出光面外，其餘側面皆可作為入光面。本發明之第二實施例以立方狀的殼體247作示範說明，然應瞭解其他具多個入光面及一個出光面的多面體也適用於本發明。

除了殼體247外，混光單元240更包含一分光鏡248設於殼體247中。較佳而言，分光鏡248之鏡面係以垂直於第五側面245及第六側面246置放，並與第一側面241形成一夾角α；夾角α較佳係小於90度，以大約45度為更佳。當夾角α以45度為例時，分光鏡248係與第四側面244及第二側面242所構成夾角的平分線重疊。殼體247中除分光鏡248外較佳不含任何其他分光鏡。分光鏡248用以反射一第一原色光及一第二原色光而使其他光通過。

第二實施例之複數個光源250Y及250B係分別設置在第一側面241及第三側面243上。第四側面244連接導光板210。光源的種類並無限制，可為發光二極體(LED)、冷陰極管(CCFL)或其他合適光源。本發明係以複數個發光二極體作示範說明。第一光源250Y為一種主要可以產生一第一原色光(例如綠光L_G )與一第二原色光(例如紅光L_R )的光源。換言之，第一光源250Y可為發出黃光，或品紅光(藍光結合紅光)或青綠光(綠光結合藍光)之光源；第二光源250B為一種主要可以產生一第三原色光(例如藍光L_B )的光源。每個光源也可產生除上述之其他原色的光。舉例而言，第一光源250Y可為習知之螢光轉化發光二極體(Phosphor Converted Light Emitting Device)，例如以藍光激發黃光螢光粉所製成之黃光發光二極體。各光源之發光晶片可為一個或多個。

如圖2B及2C所示，由第一光源250Y所產生的黃光L_Y 係以垂直第一側面241方式進入混光裝置240，並受到第一分光鏡248反射而轉向至第四側面244。設置於第三側面243的第二光源250B則產生藍光L_B ，並以垂直第三側面243方式進入混光裝置240，穿透分光鏡248而朝第四側面244射出。第一光源250Y及第二光源250B所發出之光可經由上述之混光機制進行混光而形成一白色混光L_W 進入導光板210。

藉由以上敘述應可瞭解，本發明之第一實施例及第二實施例皆具有將複數個光源形成在不同的平面之特點。而且，第二實施例係使用更少的分光鏡，如此將可使製造成本更低。

除此以外，為了防止入射至混光單元240的光再從非出光面的各側面逃離，背光裝置200同樣也包含一反射層270設置於殼體247之非出光側面(即除了第四側面244以外)的表面上。應注意反射層270不覆蓋第四側面244，也不覆蓋各光源與殼體247的入光界面240A。

圖3A及3B例示本發明之一第三實施例。本發明之第三實施例與第二實施例之差異在於兩者分光鏡的置放位置不同，而且第三實施例選擇三個側面放置光源，第二實施例只有選擇兩個側面。如圖3A所示，本發明之一背光裝置300包含一導光板310、一擴散板320、一增亮膜330、一混光單元340及複數個光源350R、350G及350B。導光板310具有一上表面311、一下表面312及一側面313。混光單元340連接於導光板310之側面313，而擴散板320設置於導光板310之上表面311上方。增亮膜330係進一步地堆疊於擴散板320上方。除了上述之擴散板320、增亮膜330外，可視需要增加任何其他光學薄膜以提昇背光裝置300之面發光效果。

圖3B為第三實施例所示背光裝置300之混光單元340連結複數個光源350R、350G及350B之立體透視圖。參考圖3A及圖3B，混光單元340包含一殼體347，其具有彼此相對之一第一側面341及一第二側面342；彼此相對之一第三側面343及一第四側面344；及彼此相對之一第五側面345及一第六側面346，其中第二側面342與第四側面344係形成一第一夾角δ。在此實施例中，第一夾角δ為90度。除了第四側面344為出光面外，其餘側面皆可作為入光面。本發明之第三實施例以立方狀的殼體347作示範說明，然應瞭解其他具多個入光面及一個出光面的多面體也適用於本發明。

混光單元340更包含一分光鏡348設於殼體347中。如同第二實施例之殼體247中只有一個分光鏡248，第三實施例之殼體347中也是只有一個分光鏡348。以下詳細說明第二實施例之分光鏡248與第三實施例之分光鏡348之差異。為使第三實施例更容易被理解，在此重覆描述第二實施例，以引導出第三實施例之內容。於第二實施例(參考圖2C)，分光鏡248之鏡面係垂直於第五側面245及第六側面246置放，意即分光鏡248之鏡面與第五側面245及第六側面246成90度夾角。而且，分光鏡248係與第四側面244及第二側面242所構成夾角的平分線重疊，故分光鏡248之鏡面與第一側面241形成45度夾角。所以，藉由分光鏡248，來自第一側面241的光L_Y 將反射至第四側面344。至於第三實施例(參考圖3A及3C)，分光鏡348則於分光鏡248所處之位置(如前述，與第四側面244及第二側面242所構成夾角的平分線重疊的位置)進行兩階段位置變化。於第一階段，分光鏡348先於分光鏡248所處之位置以平分第一夾角δ的平分線X(圖中以細虛線表示)為軸心，向第六側面346的方向順時鐘傾斜一小於90度角度β。因此，原本在第二實施例中，分光鏡248之鏡面與第六側面成90度夾角，在第三實施例中，經過上述之傾斜角度β，分光鏡348之鏡面將與第六側面346形成小於90度夾角γ，其中β加γ等於90度。在此實施例中，角度β為45度。

接著進行第二階段變化，即將分光鏡348於上述所處之位置向第二側面342的方向逆時鐘轉一第二夾角Ψ。換言之，經過第二階段變化之分光鏡348具有平行於第六側面的一橫軸348A(圖中以粗虛線表示)。橫軸348A與平分線X形成一第二夾角Ψ。第二夾角Ψ係大於10度小於等於40度，較佳係介於15度與30度之間。

經由上述之兩階段變化可知，分光鏡348與第六側面346形成小於90度的夾角γ；而分光鏡348之橫軸348A則與第一側面341形成小於90度的夾角(Ψ+(1/2)δ)，亦即此夾角係大於55度小於85度，較佳係介於60度與75度之間。分光鏡348的大小及形狀可視殼體347可容納之空間進行調整，意即分光鏡348可為各種形狀並不限於平行四邊形。

第三實施例之複數個光源350B、350R及350G係設置在第一側面341、第三側面343及第六側面346。第四側面344連接導光板310。光源的種類並無限制，可為發光二極體(LED)、冷陰極管(CCFL)或其他合適光源。本發明係以複數個發光二極體作示範說明。第一光源350B為一種主要可以產生一第一原色光(例如藍光L_B )的光源；第二光源350R為一種主要可以產生一第二原色光(例如紅光L_R )的光源；而第三光源350G為一種主要可以產生一第三原色光(例如紅光L_G )的光源。每個光源也可產生除上述之其他原色的光。各光源之發光晶片可為一個或多個，第三實施例係以每個光源一個晶片作為示範。

如圖3B所示，由第一光源350B所產生的藍光L_B 以垂直第一側面341方式進入混光裝置340。此時，有一部分藍光L_B 會受到分光鏡348之橫軸348A反射而轉至第四側面344。應注意，由於分光鏡348之鏡面橫軸348A相較於第二實施例中所在位置係往第二側面342方向轉第二夾角Ψ，所以此部分藍光L_B 經分光鏡348之橫軸348A反射而轉至第四側面344時也會往第二側面342方向偏折。第二光源350R所產生的紅光L_R 係以垂直第三側面343方式進入混光裝置340，並穿透分光鏡348而朝第四側面344射出。設置於第六側面346的第三光源350G則產生綠光L_G ，並以垂直第六側面346方式進入混光裝置340。由於分光鏡348之鏡面與第六側面346形成小於90度夾角γ，且分光鏡348之鏡面橫軸348A相較於第二實施例中所在位置係往第二側面342方向轉第二夾角Ψ，所以第三光源350G之紅光L_G 會受到分光鏡348的反射而轉向第四側面344射出，如圖3B所示。由此可知，第一光源350B、第二光源350R及第三光源350G所發出之光可經由上述之混光機制進行混光而形成一白色混光進入導光板310。

藉由上述應可明瞭，本發明之第三實施例也可將複數個光源形成在不同的平面上。而且，第三實施例更具有使用一分光鏡同時反射來自兩個不同方向之光線的特點。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100, 200, 300, 40‧‧‧背光裝置

110, 210, 310‧‧‧導光板

111, 211, 311‧‧‧上表面

112, 212, 312‧‧‧下表面

113, 213, 313‧‧‧側面

120, 220, 320‧‧‧擴散板

130, 230, 330‧‧‧增亮膜

140, 240, 340‧‧‧混光單元

140A, 240A‧‧‧界面

141, 241, 341‧‧‧第一側面

142, 242, 342‧‧‧第二側面

143 ,243, 343‧‧‧第三側面

144 ,244, 344‧‧‧第四側面

145, 245, 345‧‧‧第五側面

146 ,246, 346‧‧‧第六側面

147, 247, 347‧‧‧殼體

248, 348, 44R, 44G, 44B‧‧‧分光鏡

148‧‧‧第一分光鏡

149‧‧‧第二分光鏡

150R, 150G, 150B‧‧‧光源

250Y, 250B‧‧‧光源

350R, 350G, 350B‧‧‧光源

41R, 41G, 41B‧‧‧光源

170, 270‧‧‧反射層

LR, LG, LB, LW‧‧‧光

γ、β、δ、Ψ‧‧‧夾角

圖1A至1B係本發明第一實施例之背光裝置示意圖。

圖2A至2C係本發明第二實施例之背光裝置示意圖。

圖3A及3B係本發明第三實施例之背光裝置示意圖。

圖4係習知技術的背光裝置示意圖。

100‧‧‧背光裝置

110‧‧‧導光板

111‧‧‧上表面

112‧‧‧下表面

113‧‧‧側面

120‧‧‧擴散板

130‧‧‧增亮膜

140‧‧‧混光單元

145‧‧‧第五側面

146‧‧‧第六側面

147‧‧‧殼體

148‧‧‧第一分光鏡

149‧‧‧第二分光鏡

150R, 150G, 150B‧‧‧光源

190‧‧‧液晶面板

Claims

一種背光裝置，包含：一導光板；以及一混光單元，包含：一殼體，具有彼此相對的一第一側面及一第二側面；彼此相對的一第三側面及一第四側面，該第四側面連接該導光板；及一第五側面及一第六側面，該第一側面、該第二側面、該第三側面及該第四側面係位在該第五側面及該第六側面之間，其中該第二側面與該第四側面係形成一第一夾角；一分光鏡，設置於該殼體中，該分光鏡具有平行於該第六側面且與該第一夾角之一平分線形成大於0度小於45度的一第二夾角的一橫軸，其中該橫軸係與該第一側面形成小於90度的夾角以反射一第一原色光；且該分光鏡更與該第六側面形成小於90度的夾角以反射一第三原色光；一第一光源，設置於該第一側面，該第一光源產生該第一原色光；一第二光源，設置於該第三側面，該第二光源產生一第二原色光穿透該分光鏡；及一第三光源，設置位於該第六側面，該第三光源產生該第三原色光，其中，該第一光源、該第二光源及該第三光源所發出之光係經過該混光單元而形成一混光進入該導光板。
如請求項1所述之背光裝置，其中該殼體中不含任何其他分光鏡。
如請求項1所述之背光裝置，其中該橫軸係與該第一側面形成60度至75度的夾角。
如請求項1所述之背光裝置，其中該分光鏡係與該第六側面形成45度的夾角。
如請求項1所述之背光裝置，更包含一反射層塗佈於該殼體之非第四側面的一表面上，該反射層用以防止入射至該混光單元的光逃離該混光單元，該反射層不覆蓋各該等光源與該殼體所形成的界面。
如請求項1所述之背光裝置，更包含一擴散板，其中該導光板具有一上表面、一下表面及一側面，該混光單元係連接於該側面，該擴散板設置於該上表面上方。
如請求項1所述之背光裝置，其中該混光係穿透該第四側面進入該導光板。
如請求項1所述之背光裝置，其中該等光源係為發光二極體。
一種混光裝置，包含：一殼體，具有彼此相對的一第一側面及一第二側面；彼此相對的一第三側面及一第四側面，該第四側面連接該導光板；及一第五側面及一第六側面，該第一側面、該第二側面、該第三側面及該第四側面係位在該第五側面及該第六側面之間，其中該第二側面與該第四側面形成一第一夾角；一分光鏡，設置於該殼體中，該分光鏡具有平行於該第六側面且與該第一夾角之一平分線形成大於0度小於45度的一第二夾角的一橫軸，其中，該橫軸係與該第一側面形成小於90度的夾角以反射一第一原色光；且該分光鏡更與該第六側面形成小於90度的夾角以反射一第三原色光；一第一光源，設置於該第一側面，該第一光源產生該第一原色光；一第二光源，設置於該第三側面，該第二光源產生一第二原色光穿透該分光鏡；及一第三光源，設置位於該第六側面，該第三光源產生該第三原色光，其中，該第一光源、該第二光源及該第三光源所發出之光係經過該殼體而形成朝向該第四側面的一混光。
如請求項9所述之混光裝置，其中該殼體中不含任何其他分光鏡。
如請求項9所述之混光裝置，其中該橫軸係與該第一側面形成60度至75度的夾角。
如請求項9所述之混光裝置，其中該分光鏡係與該第六側面形成45度的夾角。
如請求項9所述之混光裝置，更包含一反射層塗佈於該殼體之非第四側面的一表面上，該反射層用以防止入射至該殼體內部的光逃離該殼體，該反射層不覆蓋各該等光源與該殼體所形成的界面。
如請求項9所述之混光裝置，其中該等光源係為發光二極體。