TWI417483B - 光源裝置及包含該光源裝置之背光模組 - Google Patents

Description

光源裝置及包含該光源裝置之背光模組

本發明係關於一種光源裝置及包含該光源裝置之背光模組，特別是一種具有透鏡之光源裝置及包含該光源裝置之背光模組。

參考圖1，其顯示習知背光模組中之習知發光二極體之分佈示意圖。在該習知背光模組10中，該等習知發光二極體1係陣列排列。分別於位置P₁ 、P₂ 、P₃ 、P₄ 上方相對位置進行輝度之量測，其結果如下，由位置P₁ 所測得之輝度為12944nit；由位置P₂ 所測得之輝度為10963nit；由位置P₃ 所測得之輝度為11567nit；由位置P₄ 所測得之輝度為11539nit。其中，上述該等位置所量測之最大輝度值(位於位置P₁ )與最小輝度值(位於位置P₂ )之差高達1981nit。

另外，參考圖2，其顯示習知發光二極體之徑向位置-發光輝度之關係圖。圖2中曲線之中間部分極度突出，與曲線二側間具有極大之落差，此即代表在習知發光二極體1(圖1)之整個發光區域範圍內，中間區域(11mm至21mm之間)具有極大之輝度而二側區域(小於11mm及大於21mm之處)具有極小之輝度，使得每一位置之發光輝度極不均勻。

由圖1及圖2之結果顯示，該習知發光二極體1之光線無法妥善分配，故在該習知背光模組10之亮區的範圍內之光線極為不均。因此，該習知背光模組10中必需增加光學膜片之數目，用以與該等習知發光二極體1配合，以改善發光輝度不均勻之問題。如此，增加光學膜片之數目不僅增加了該習知背光模組10之製程複雜度，更增加了該習知背光模組10之製造成本。

因此，有必要提供一創新且具進步性之光源裝置及包含該光源裝置之背光模組，以解決上述問題。

本發明提供一種光源裝置，其包括一透鏡及一發光二極體。該透鏡具有一底面、一上表面及一側表面，該上表面係為發散面，該側表面係為聚光面，該側表面鄰接該底面及該上表面。該發光二極體面對該透鏡。

本發明另提供一種背光模組，其包括一背板、複數個上述之光源裝置及一光學層。該等光源裝置設置於該背板之上。該光學層具有一入光面，該入光面面對該等光源裝置。

藉此，本發明之光源裝置可將光線作妥善的分配，以達到在發光二極體背光模組(LED BLU)之亮區的範圍內均勻化之功效。並且，本發明之光源裝置配合擴散板上的網點設計，可將發光二極體背光模組的亮區均勻化。再者，利用本發明之光源裝置，可減少發光二極體背光模組中之光學膜片之數目，故簡化發光二極體背光模組之製程且降低了發光二極體背光模組之製造成本。

圖3顯示本發明之光源裝置之立體圖；圖4顯示本發明之光源裝置之剖面圖。配合參考圖3及圖4，該光源裝置3包括一透鏡31及一發光二極體32。較佳地，該透鏡31之材質可為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)，但不以此為限，舉凡可透光或導光之材質，皆可運用於本發明所述透鏡之材質。該透鏡31具有一底面33、一上表面34及一側表面35，該上表面34係為發散面，該側表面35係為聚光面，該側表面35鄰接該底面33及該上表面34，以本實施例而言，該側表面35係直接連接該上表面33。此外，該側表面35與該上表面34間可具有一間隔面(圖未示)，該間隔面可具有至少一V溝、凹槽、網點等微結構(圖未示)，或該間隔面可貼附至少一遮光結構(圖未示)。

在本實施例中，該透鏡31係為圓對稱結構，且具有一中心軸A，其中該中心軸A係通過該底面33之中心且垂直該底面33。該上表面34位於該中心軸A位置具有一凹部341，使得該透鏡31之剖面(圖4)中該上表面34係為對稱雙凸之形狀。整體觀之，該上表面34係為環狀突起。

在本實施例中，該上表面34之整個表面可皆為發散面，及/或該側表面35之整個表面可皆為聚光面，該側表面35及該上表面34之連接處係為不連續，而形成一轉角，亦即，該透鏡31之剖面中該上表面34之曲線與該側表面35之曲線係為一非連續曲線。其中，該側表面35及該上表面34之連接處B相對於該底面33之中心位置C，較佳係具有一約30度之仰角θ。此外，此仰角θ值會因透鏡材質不同、LED晶粒種類不同等而有所差異，而以本發明設計而言，其仰角值可介於20~40度之間。

該發光二極體32係面對該透鏡31，其具有一晶粒36。在本實施例中，該底面33包括一開口38，以容納該發光二極體32之晶粒36，其中該開口38之形狀係配合該發光二極體32之晶粒36之形狀。可以理解的是，如果該底面33沒有任何開口，則該發光二極體32係面對該底面33。

在本實施例中，該開口38包括一第一部分381及一第二部分382，該第一部分381靠近該發光二極體32，該第二部分382遠離該發光二極體32，該第一部分381之形狀係配合該發光二極體32之晶粒36之形狀，用以容納該發光二極體32之晶粒36。其中，該第一部分381之形狀係為矩形，該第二部分382之形狀係為半球形或U形，但上述該第一部份381以及該第二部份382不限定為該等形狀。

要強調的是，該開口38之形狀可與該晶粒36之形狀相同，且該開口38之尺寸係稍大於該晶粒36之尺寸，以利於容納該晶粒36，且該開口38與該晶粒36接觸(如圖5及圖6所示)，或者該開口38之形狀可與該晶粒36之形狀不同，且該開口38之尺寸大於該晶粒36之尺寸，使得該晶粒36不與該開口38接觸，且與該開口38之表面間隔一距離(如圖7所示)。

再參考圖4，在使用時，該發光二極體32發出至少一第一光線L1及一第二光線L2，其中該第一光線L1穿透該上表面34後以遠離該透鏡31之中心軸A進行折射(擴光)，該第二光線L2穿透該側表面35後以靠近該透鏡31之該中心軸A進行折射(聚光)。

參考圖8，其顯示本發明光源裝置之徑向位置-發光輝度關係圖。其中，圖8中顯示之曲線高低落差較小，可知在本發明光源裝置3(圖4)之整個發光區域範圍內，每一位置之輝度值相當接近，並沒有如習知發光二極體1(圖1)中間區域之輝度極大而二側區域之輝度極小(如圖2所示)之不均勻問題產生。

參考圖9，其顯示本發明光源裝置應用於一發光二極體背光模組之分佈示意圖。在該發光二極體背光模組30中，該等光源裝置3係陣列排列。在本實施例中係分別於位置P₅ 、P₆ 、P₇ 、P₈ 上方相對位置進行輝度之量測。其中，由位置P₅ 所測得之輝度為10870nit；由位置P₆ 所測得之輝度為9899nit；由位置P₇ 所測得之輝度為9465nit；由位置P₈ 所測得之輝度為9860nit。

由相對於位置P₅ 、P₆ 、P₇ 、P₈ 所量測之輝度值可得知，本發明之光源裝置3可將光線作妥善的分配，使得該發光二極體背光模組30中各區域位置之輝度差異達到最小。並且，上述各位置之最大輝度值(位於位置P₅ )與最小輝度值(位於位置P₇ )之差為1405，相較於圖1習知背光模組10中最大輝度值與最小輝度值之差為1981，本發明之光源裝置3可將該發光二極體背光模組30之亮區範圍內的光線均勻化。再者，本發明之光源裝置3配合擴散板上的網點設計，更可將該發光二極體背光模組30的亮區均勻化。

另外，因本發明之光源裝置3可將亮區範圍內的光線均勻化，因此，在該發光二極體背光模組30中可減少光學膜片之數目，故不僅可簡化該發光二極體背光模組30之製程，更降低了該發光二極體背光模組30之製造成本。

圖10顯示本發明較佳實施例之背光模組之剖面圖；圖11顯示本發明較佳實施例之背光模組之俯視圖。配合參考圖10及圖11，該背光模組40包括一背板41、複數個光源裝置3及一光學層42。在本實施例中，該等光源裝置3係為圖4所示之光源裝置3(在圖10中僅以矩形體示意，詳細結構請參考圖4)。可理解的是，該等光源裝置3亦可為圖5、圖6或圖7所示之光源裝置3。

該等光源裝置3設置於該背板41之上。該光學層42具有一入光面421，該入光面421面對該等光源裝置3。在本實施例中，該光學層42具有複數個微結構422，該等微結構422係相對於相鄰光源裝置3間之位置。亦即，該等微結構422並非位於該等光源裝置3正上方之位置。較佳地，該等微結構422係相對於四個相鄰光源裝置3間之中央位置(參考圖11)。

在本實施例中，該等微結構422係位於該入光面421，在其他應用中，該等微結構422係可位於該光學層42之一出光面423。要強調的是，該等微結構422係可為形成該光學層42時一體成型，亦可以其他方式(例如網印、貼附等方式)另外設置於該入光面421或該出光面423。

該光學層42係包括導光板、擴散膜、偏光膜、廣視角膜、相位差膜及增亮膜至少其中之一，可理解的是，該光學層42亦可更包括其他功能之光學膜層。在本實施例中，該光學層42係包括二擴散膜424及一增亮膜425，該增亮膜425係位於該等擴散膜424之間。在其他應用中，該光學層42可包括一導光板以及擴散膜、偏光膜、廣視角膜、相位差膜及增亮膜至少其中之一，且該等膜層可選擇性地設置於該導光板之其中一側面或相對二側面。

該背光模組40在多個相鄰光源裝置3間之光線匯集區域具有較高之輝度，該等微結構422可將該等較亮區域之光線再進行折光動作，使該背光模組40的亮區更加的均勻化。

如先前所述，本發明之光源裝置3可將光線作妥善的分配，使得該背光模組40中各區域位置之輝度差異達到最小，如此可將該背光模組40的亮區均勻化，並且可減少光學膜片之數目，簡化該背光模組40之製程及降低了該背光模組40之製造成本。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．習知發光二極體

3．．．本發明之光源裝置

10．．．習知背光模組

30．．．本發明之背光模組

31．．．透鏡

32．．．發光二極體

33．．．底面

34．．．上表面

35．．．側表面

36．．．晶粒

38．．．開口

40．．．本發明較佳實施例之背光模組

41．．．背板

42．．．光學層

341．．．凹部

381．．．開口之第一部分

382．．．開口之第二部分

421．．．入光面

422．．．微結構

423．．．出光面

424．．．擴散膜

425．．．增亮膜

L1．．．第一光線

L2．．．第二光線

θ．．．仰角

A．．．中心軸

B．．．連接處

C．．．中心位置

圖1顯示習知背光模組中之習知發光二極體之分佈示意圖；

圖2顯示習知發光二極體之徑向位置-發光輝度之關係圖；

圖3顯示本發明之光源裝置之立體圖；

圖4顯示本發明之光源裝置之剖面圖；

圖5至圖7分別顯示本發明具有不同開口結構之透鏡之光源裝置示意圖；

圖8顯示本發明光源裝置之徑向位置-發光輝度關係圖；

圖9顯示本發明光源裝置應用於一發光二極體背光模組之分佈示意圖；

圖10顯示本發明較佳實施例之背光模組之剖面圖；及

圖11顯示本發明較佳實施例之背光模組之俯視圖。

3．．．本發明之光源裝置

31．．．透鏡

32．．．發光二極體

33．．．底面

34．．．上表面

35．．．側表面

36．．．晶粒

38．．．開口

341．．．凹部

381．．．開口之第一部分

382．．．開口之第二部分

L1．．．第一光線

L2．．．第二光線

θ．．．仰角

A．．．中心軸

B．．．連接處

C．．．中心位置

Claims (32)

1. 一種光源裝置，包括：一透鏡，具有一底面、一上表面及一側表面，該上表面係為發散面，該側表面係為聚光面，該側表面鄰接該底面及該上表面，且該側表面及該上表面之連接處相對於該底面之中心位置具有一約20~40度間之仰角；及一發光二極體，面對該透鏡。
2. 如請求項1之光源裝置，其中該透鏡係為圓對稱結構，且具有一中心軸，該中心軸係通過該底面之中心且垂直該底面。
3. 如請求項2之光源裝置，其中該上表面位於該中心軸位置具有一凹部，使得該透鏡之剖面中該上表面係為對稱雙凸之形狀。
4. 如請求項1之光源裝置，其中該上表面係為環狀突起。
5. 如請求項1之光源裝置，其中該側表面連接該上表面，而該側表面連接該上表面之連接處係為不連續，而形成一轉角。
6. 如請求項1之光源裝置，其中該上表面之整個表面皆為發散面。
7. 如請求項1之光源裝置，其中該側表面之整個表面皆為聚光面。
8. 如請求項1之光源裝置，其中該底面更包括一開口，以容納該發光二極體之晶粒。
9. 如請求項8之光源裝置，其中該開口之形狀係配合該發 光二極體之晶粒之形狀。
10. 如請求項8之光源裝置，其中該開口包括一第一部分及一第二部分，該第一部分靠近該發光二極體，該第二部分遠離該發光二極體，該第一部分之形狀係配合該發光二極體之晶粒之形狀，用以容納該發光二極體之晶粒。
11. 如請求項10之光源裝置，其中該第一部分之形狀係為矩形，該第二部分之形狀係為半球形或U形。
12. 如請求項1之光源裝置，其中該透鏡之材質係為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)。
13. 如請求項1之光源裝置，其中該發光二極體發出至少一第一光線及一第二光線，該第一光線穿透該上表面後以遠離該透鏡之一中心軸進行折射，該第二光線穿透該側表面後以靠近該透鏡之該中心軸進行折射。
14. 一種背光模組，包括：一背板；複數個光源裝置，設置於該背板之上，每一光源裝置包括：一透鏡，具有一底面、一上表面及一側表面，該上表面係為發散面，該側表面係為聚光面，該側表面鄰接該底面及該上表面，且該側表面及該上表面之連接處相對於該底面之中心位置具有一約20~40度間之仰角；及一發光二極體，面對該透鏡；及一光學層，具有一入光面，該入光面面對該等光源裝 置。
15. 如請求項14之背光模組，其中該透鏡係為圓對稱結構，且具有一中心軸，該中心軸係通過該底面之中心且垂直該底面。
16. 如請求項15之背光模組，其中該上表面位於該中心軸位置具有一凹部，使得該透鏡之剖面中該上表面係為對稱雙凸之形狀。
17. 如請求項14之背光模組，其中該上表面係為環狀突起。
18. 如請求項14之背光模組，其中該側表面連接該上表面，而該側表面連接該上表面之連接處係為不連續，而形成一轉角。
19. 如請求項14之背光模組，其中該上表面之整個表面皆為發散面。
20. 如請求項14之光源裝置，其中該側表面之整個表面皆為聚光面。
21. 如請求項14之背光模組，其中該底面更包括一開口，以容納該發光二極體之晶粒。
22. 如請求項21之背光模組，其中該開口之形狀係配合該發光二極體之晶粒之形狀。
23. 如請求項21之背光模組，其中該開口包括一第一部分及一第二部分，該第一部分靠近該發光二極體，該第二部分遠離該發光二極體，該第一部分之形狀係配合該發光二極體之晶粒之形狀，用以容納該發光二極體之晶粒。
24. 如請求項23之背光模組，其中該第一部分之形狀係為矩 形，該第二部分之形狀係為半球形或U形。
25. 如請求項14之背光模組，其中該透鏡之材質係為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)。
26. 如請求項14之背光模組，其中該發光二極體發出至少一第一光線及一第二光線，該第一光線穿透該上表面後以遠離該透鏡之一中心軸進行折射，該第二光線穿透該側表面後以靠近該透鏡之該中心軸進行折射。
27. 如請求項14之背光模組，其中該光學層更包括複數個微結構，該等微結構係相對於相鄰光源裝置間之位置。
28. 如請求項27之背光模組，其中該等微結構係相對於四個相鄰光源裝置間之中央位置。
29. 如請求項27之背光模組，其中該光學層更包括一出光面，該等微結構係位於該入光面或該出光面。
30. 如請求項14之背光模組，其中該光學層係包括導光板、擴散膜、偏光膜、廣視角膜、相位差膜及增亮膜至少其中之一。
31. 如請求項14之背光模組，其中該光學層係包括二擴散膜及一增亮膜，該增亮膜係位於該等擴散膜之間。
32. 如請求項14之背光模組，其中該光學層係包括一導光板以及擴散膜、偏光膜、廣視角膜、相位差膜及增亮膜至少其中之一。