TWI454798B - 直下式背光模組及應用其之顯示裝置 - Google Patents

Description

直下式背光模組及應用其之顯示裝置

本發明是有關於一種直下式背光模組及應用其之顯示裝置，且特別是有關於一種具有透鏡片組及稜鏡片組之直下式背光模組及應用其之顯示裝置。

擴散膜功能為提供液晶顯示器均勻的面光源。一般傳統的擴散膜主要是在擴散膜基材中加入化學顆粒，作為散射粒子。然而，於此架構下，由於化學顆粒的光學特性，導致化學顆粒吸光而造成較高的亮度損失。

此外，為了縮小直下式背光模組的厚度，直下式背光模組之擴散膜與發光二極體(light-emitting diode,LED)光源之間的間距(空腔高度)通常無法太大。然而，當空腔高度小的情況下，光經過擴散膜後的擴光性不佳，且容易產生像差問題。

本發明係有關於一種直下式背光模組及應用其之顯示裝置，直下式背光模組可增加擴光效率且減少或避免像差問題，以提升顯示品質。

根據本發明之一方面，提出一種直下式背光模組。直下式背光模組包括數個發光二極體、一第一透鏡片、一第二透鏡片、一第一稜鏡片及一第二稜鏡片。相鄰二發光二極體係沿一第一軸向相距一第一間距S1，且相鄰二發光二極體係沿一第二軸向相距一第二間距S2。第一透鏡片鄰近發光二極體配置且具有數個第一柱狀凸出結構。第二透鏡片鄰近第一透鏡片配置且具有數個第二柱狀凸出結構。第一稜鏡片鄰近第二透鏡片配置；以及，第二稜鏡片鄰近第一稜鏡片配置。其中，第一柱狀凸出結構之延伸方向與第二柱狀凸出結構之延伸方向之間夾一第一角度A1。其中，第二間距S2與第一間距S1的比值S2/S1=sin(A1)/(1+cos(A1))。

根據本發明之另一方面，提出一種顯示裝置。顯示裝置包括一顯示面板及一直下式背光模組。直下式背光模組鄰近顯示面板配置。直下式背光模組包括數個發光二極體、一第一透鏡片、一第二透鏡片、一第一稜鏡片及一第二稜鏡片。相鄰二發光二極體係沿一第一軸向相距一第一間距S1，且相鄰二發光二極體係沿一第二軸向相距一第二間距S2。第一透鏡片鄰近發光二極體配置且具有數個第一柱狀凸出結構。第二透鏡片鄰近第一透鏡片配置且具有數個第二柱狀凸出結構。第一稜鏡片鄰近第二透鏡片配置；以及，第二稜鏡片鄰近第一稜鏡片配置。其中，第一柱狀凸出結構之延伸方向與第二柱狀凸出結構之延伸方向之間夾一第一角度A1。其中，第二間距S2與第一間距S1的比值S2/S1=sin(A1)/(1+cos(A1))。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本文所用的”鄰近”表示接近或連接在一起。相鄰的元件可以互相分開或直接互相連接。

請參照第1及2圖，第1圖繪示依照本發明一實施例之直下式背光模組的剖視圖，第2圖繪示第1圖之第一透鏡片的立體圖。直下式背光模組100包括數個發光二極體102、第一透鏡片104、第二透鏡片106、第一稜鏡片108及第二稜鏡片110。第二透鏡片106鄰近第一透鏡片104配置、第一稜鏡片108鄰近第二透鏡片106配置，而第二稜鏡片110鄰近第一稜鏡片108配置。

藉由第一透鏡片104及第二透鏡片106上下疊加之設計，可增加出光擴散範圍，而藉由第一稜鏡片108及第二稜鏡片110上下疊加之設計，可增加出光均勻度、消除空間條紋以及避免像差現象產生，也就是說，利用二片透鏡片拉大光源之光線的出光擴光面積，再以二片稜鏡片利用虛像重疊方式提昇其出光均勻性。如此一來，即使空腔高度H1(發光二極體102與第一透鏡片104之間距)甚低，例如低至15公分或低於15公分的情況下，仍可提供均勻度甚佳的出光。

請參照第3圖，其繪示第1圖之發光二極體的俯視圖。相鄰二發光二極體係沿第一軸向L1相距第一間距S1，且相鄰二發光二極體係沿第二軸向L2係相距第二間距S2。

如第3圖所示，該些發光二極體102可排列成長方形。然其它實施態樣中，該些發光二極體102亦可排列成正方形、多邊形、不規則形或其它任意外形。

該些發光二極體102可排列成陣列狀，然亦可錯開排列，以下係以第4圖說明。

請參照第4圖，其繪示另一實施例之發光二極體的排列圖。相鄰二排沿第一軸向L1排列的發光二極體102係沿第一軸向L1錯開排列，其它實施態樣中，相鄰二排沿第二軸向L2排列的發光二極體102亦可沿第二軸向L2錯開排列。

請參照第5圖，其繪示第1圖之第一透鏡片及第二透鏡片的俯視圖。第一透鏡片104，鄰近該些發光二極體102配置且具有數個第一柱狀凸出結構112，該些第一柱狀凸出結構112係沿第一方向D1延伸。第二透鏡片106具有數個第二柱狀凸出結構114，該些第二柱狀凸出結構114係沿第二方向D2延伸，第一方向D1與第二方向D2之間夾第一角度A1。其中，第一角度A1、第一間距S1及第二間距S2的關係滿足下式(1)，以擴散從發光二極體102之出光。

如第5圖所示，第二透鏡片106繞逆時針方向與第一透鏡片104錯開第一角度A1。於另一實施例中，第二透鏡片106亦可繞順時針方向與第一透鏡片104錯開第一角度A1。

此外，該些發光二極體中至少一些的位置係對應於第一柱狀凸出結構與第二柱狀凸出結構之數個重疊區域。例如，如第5圖所示，發光二極體102(未繪示於第5圖)的位置可對應於第一柱狀凸出結構112與第二柱狀凸出結構114之重疊區域P，然此非用以限制本發明。於一實施態樣中，即使發光二極體102之位置係與第一柱狀凸出結構112或第二柱狀凸出結構114之間無對應限制，仍不影響發光二極體102之光線自第一柱狀凸出結構112及第二柱狀凸出結構114出光後產生二維擴光的效果。

第一透鏡片104及第二透鏡片106係透鏡結構。第一透鏡片104與第二透鏡片106中至少一者可不含有擴散粒子，在此情況下，可減少光線經過透鏡結構的損失，以增加光源效率。此外，第一透鏡片104及第二透鏡片106之材質包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚碳酸酯(Poly Carbonate,PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)。另外，第一透鏡片104之結構或材質可相同或不同於第二透鏡片106之結構或材質，本實施例之第一透鏡片104之結構及材質係以相同於第二透鏡片106之結構及材質為例。

請參照第6圖，其繪示第1圖之第一稜鏡片及第二稜鏡片的俯視圖。透過第一稜鏡片108及第二稜鏡片110的疊加設計，除了可增加從第一稜鏡片108及第二稜鏡片110之出光的亮度外，亦可均勻化從第一透鏡片104及第二透鏡片106的出光。進一步地說，第一稜鏡片108具有數個第三柱狀凸出結構116，該些第三柱狀凸出結構116係沿第三方向D3延伸，而第二稜鏡片110具有數個第四柱狀凸出結構118，該些第四柱狀凸出結構118係沿第四方向D4延伸，第三方向D3與第四方向D4之間夾第二角度A2。其中，第二角度A2、第一間距S1及第二間距S2的關係滿足下式(2)，以均勻化從第一透鏡片104及第二透鏡片106的出光。

一般而言，在使用點光源作為直下式背光模組之光源的情況下，搭配單片透鏡片通常會導致像差問題。本實施例中，雖然直下式背光模組採用點光源搭配透鏡片，然透過多片稜鏡片交疊一角度的設計，可減少或甚至避免像差問題發生，且可增加出光亮度。

如第6圖所示，第二稜鏡片110繞逆時針方向與第一稜鏡片108錯開第二角度A2。於另一實施例中，第二稜鏡片110亦可繞順時針方向與第一稜鏡片108錯開第一角度A1。

第一稜鏡片108及第二稜鏡片110之材質包括聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。此外，第一稜鏡片108之結構或材質可相同或不同於第二稜鏡片110之結構或材質，本實施例之第一稜鏡片108之結構及材質係以相同於第二稜鏡片110之結構及材質為例。

此外，第一稜鏡片108之第三柱狀凸出結構116的延伸方向D3與第一透鏡片104之第一柱狀凸出結構112的延伸方向D1實質上同向；或者，於另一實施態樣中，第一稜鏡片108之第三柱狀凸出結構116的延伸方向D3可繞著垂直紙面的方向與第一柱狀凸出結構112的延伸方向D1錯開一角度。

此外，第一透鏡片、第二透鏡片、第一稜鏡片及第二稜鏡片中至少一者的柱狀凸出結構的剖面輪廓係圓形的至少一部分、梯形的至少一部分或三角形的至少一部分。以下係以第7至10圖為例說明。

請參照第7圖，其繪示一實施例之第一柱狀凸出結構的剖視圖。以第一透鏡片604之第一柱狀凸出結構112的剖面輪廓係半圓形的一部分。

請參照第8圖，其繪示另一實施例之第一柱狀凸出結構的剖視圖。第一柱狀凸出結構212的剖面輪廓包括圓形的一部分212a及相對二直線212b，該部分212a與直線212b係相切(tangent)。其中，該部分212a之寬度W1與二直線212b間的下緣寬度W2的比值較佳地係大於或實質上等於0.7，然其它實施態樣中亦可小於0.7。藉由調整此寬度比值，可得到適當的光學特性，例如是得到一適當或預期的擴光範圍。

請參照第9圖，其繪示又一實施例之第一柱狀凸出結構的剖視圖。第一柱狀凸出結構412的剖面輪廓係半圓形。

請參照第10圖，其繪示第6圖中沿方向10-10’的剖視圖。以第一稜鏡片108之第三柱狀凸出結構116為例，第三柱狀凸出結構116的剖面輪廓係梯形的至少一部分。其中，梯形之短邊312a之寬度W3與底部(長邊部)312b之寬度W4的比值較佳地係大於或實質上等於0.7，然其它實施態樣中亦可小於0.7。當寬度比值縮小至0時，第三柱狀凸出結構116的剖面輪廓係三角形。藉由調整此寬度比值，可得到適當或預期的光學特性，例如是得到一適當或預期的擴光範圍。

此外，該些第一柱狀凸出結構之群組、該些第二柱狀凸出結構之群組、該些第三柱狀凸出結構之群組與該些第四柱狀凸出結構之群組中至少一群組的該些柱狀凸出結構係相鄰配置。此處之”相鄰配置”指的是：二柱狀凸出結構係彼此接觸或錯開一距離而不接觸。舉例來說，相鄰二第一柱狀凸出結構112(繪示於第2圖)係接觸；又例如，相鄰二第一柱狀凸出結構312(繪示於第10圖)係彼此接觸；再例如，相鄰二第一柱狀凸出結構112(如第7圖所示)係錯開一距離S3而不接觸且定義出縫隙120；又例如，第一透鏡片404(繪示於第9圖)具有數個凹部404r。該些凹部404r之一者位於相鄰二第一柱狀凸出結構412之間，使得相鄰二第一柱狀凸出結構412係不接觸。此外，第二透鏡片、第一稜鏡片與第二稜鏡片中至少一者亦可具有數個凹部(未繪示)，其結構可相似於第一透鏡片404之凹部404r，容此不再贅述。對於相鄰二柱狀凸出結構錯開一距離而不接觸的設計來說，其在製造上係簡單，可節省製造成本、工時以及提升產品良率。

參照第11圖，其繪示依照本發明一實施例之顯示裝置的立體圖。顯示裝置500包括顯示面板502及直下式背光模組100，直下式背光模組100鄰近顯示面板502配置。顯示面板502例如是液晶顯示面板。

本發明上述實施例所揭露之直下式背光模組及應用其之顯示裝置，直下式背光模組中，藉由第一透鏡片及第二透鏡片疊加之設計，可增加出光擴散範圍，而藉由第一稜鏡片及第二稜鏡片疊加之設計，可增加出光均勻度、消除空間條紋以及避免像差現象產生。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．直下式背光模組

102．．．發光二極體

104、404、604．．．第一透鏡片

106．．．第二透鏡片

108．．．第一稜鏡片

110．．．第二稜鏡片

112、212、312、412．．．第一柱狀凸出結構

114．．．第二柱狀凸出結構

116．．．第三柱狀凸出結構

118．．．第四柱狀凸出結構

120．．．縫隙

212a．．．圓形的一部分

212b．．．直線

312a．．．短邊

312b．．．底部

404r．．．凹部

500．．．顯示裝置

502．．．顯示面板

A1．．．第一角度

A2．．．第二角度

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

D3．．．第三方向

D4．．．第四方向

H1．．．空腔高度

L1．．．第一軸向

L2．．．第二軸向

P．．．重疊區域

S1．．．第一間距

S2．．．第二間距

S3．．．距離

W1、W2、W3、W4．．．寬度

第1圖繪示依照本發明一實施例之直下式背光模組的剖視圖。

第2圖繪示第1圖之第一透鏡片的立體圖。

第3圖繪示第1圖之發光二極體的俯視圖。

第4圖繪示另一實施例之發光二極體的排列圖。

第5圖繪示第1圖之第一透鏡片及第二透鏡片的俯視圖。

第6圖繪示第1圖之第一稜鏡片及第二稜鏡片的俯視圖。

第7圖繪示一實施例之第一柱狀凸出結構的剖視圖。

第8圖繪示另一實施例之第一柱狀凸出結構的剖視圖。

第9圖繪示又一實施例之第一柱狀凸出結構的剖視圖。

第10圖繪示第6圖中沿方向10-10’的剖視圖。

第11圖繪示依照本發明一實施例之顯示裝置的立體圖。

100．．．直下式背光模組

102．．．發光二極體

104．．．第一透鏡片

106．．．第二透鏡片

108．．．第一稜鏡片

110．．．第二稜鏡片

H1．．．空腔高度

Claims (10)

1. 一種直下式背光模組，包括：複數個發光二極體，相鄰二該發光二極體係沿一第一軸向相距一第一間距S1，且相鄰二該發光二極體係沿一第二軸向相距一第二間距S2；一第一透鏡片，鄰近該些發光二極體配置且具有複數個第一柱狀凸出結構；一第二透鏡片，鄰近該第一透鏡片配置，且具有複數個第二柱狀凸出結構；一第一稜鏡片，鄰近該第二透鏡片配置；以及一第二稜鏡片，鄰近該第一稜鏡片配置；其中，該些第二柱狀凸出結構之延伸方向與該些第一柱狀凸出結構之延伸方向之間夾一第一角度A1，其中該第一角度A1不等於90度，而該第二間距S2與該第一間距S1的比值S2/S1=sin(A1)/(1+cos(A1))。
2. 如申請專利範圍第1項所述之直下式背光模組，其中該第一稜鏡片具有複數個第三柱狀凸出結構，而該第二稜鏡片具有複數個第四柱狀凸出結構；其中，該些第四柱狀凸出結構之延伸方向與該些第三柱狀凸出結構之延伸方向之間夾一第二角度A2，該第二角度A2、該第一間距S1及該第二間距S2的關係滿足：S2/S1=sin(A2)/(1+cos(A2))。
3. 如申請專利範圍第2項所述之直下式背光模組，其中該第一角度實質上等於該第二角度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之直下式背光模組，其 中該些第三柱狀凸出結構之群組與該些第四柱狀凸出結構之群組中至少一群組的該些柱狀凸出結構係相鄰配置。
5. 如申請專利範圍第2項所述之直下式背光模組，其中該些第三柱狀凸出結構與該些第四柱狀凸出結構中一者的剖面輪廓係圓形的至少一部分、梯形的至少一部分或三角形的至少一部分。
6. 如申請專利範圍第1項所述之直下式背光模組，其中該些第一柱狀凸出結構與該些第二柱狀凸出結構中一者的剖面輪廓係圓形的至少一部分、梯形的至少一部分或三角形的至少一部分。
7. 如申請專利範圍第1項所述之直下式背光模組，其中各該發光二極體的位置對應於該些第一柱狀凸出結構之一者與該些第二柱狀凸出結構之一者的重疊區域。
8. 如申請專利範圍第1項所述之直下式背光模組，其中該些第一柱狀凸出結構之群組與該些第二柱狀凸出結構之群組中至少一群組的該些柱狀凸出結構係相鄰配置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之直下式背光模組，其中該第一透鏡片、該第二透鏡片、該第一稜鏡片與該第二稜鏡片中至少一者具有複數個凹部，該些凹部之一者位於該第一透鏡片、該第二透鏡片、該第一稜鏡片與該第二稜鏡片中該至少一者之相鄰二該柱狀凸出結構之間。
10. 一種顯示裝置，包括：一顯示面板；以及一直下式背光模組，係鄰近該顯示面板配置，該直下式背光模組包括： 複數個發光二極體，相鄰二該發光二極體係沿一第一軸向相距一第一間距S1，且相鄰二該發光二極體係沿一第二軸向相距一第二間距S2；一第一透鏡片，鄰近該些發光二極體配置且具有複數個第一柱狀凸出結構；一第二透鏡片，鄰近該第一透鏡片配置，且具有複數個第二柱狀凸出結構；一第一稜鏡片，鄰近該第二透鏡片配置；及一第二稜鏡片，鄰近該第一稜鏡片配置；其中，該些第二柱狀凸出結構之延伸方向與該些第一柱狀凸出結構之延伸方向之間夾一第一角度A1，其中該第一角度A1不等於90度，而該第二間距S2與該第一間距S1的比值S2/S1=sin(A1)/(1+cos(A1))。