TWI457659B - 背光模組 - Google Patents

Description

背光模組

本發明係關於一種背光模組，特別是一種能消除暗帶的背光模組。

隨著科技發展，液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)的價格逐漸下降，因此在這幾年已被製造業者及消費者所認同及接受，而成為市場之主流。液晶顯示器主要係由一液晶面板(LCD panel)及一背光模組(backlight Module)所組成；其中液晶顯示器本身不發光，須借助背光模組所提供的光源。由於發光二極體(light-emitting diode，LED)具有高耐震性、壽命長、體積小、高亮度且不含汞污染問題等等優勢因此常被作為背光模組的發光源。

側光式的背光模組係將一列LED配置於一導光板的一側，以提供光線給液晶顯示器的一主動區域(active area，又稱為有效區域或AA區)。但為了降低成本，或是改使用發光功率較高的LED，會減少LED的數量，而使得LED之間的間距變大。但是如此一來，在導光板的一出光面會有部分區域無法得到充分的光線，而形成暗帶或熱點(hot spot)。暗帶會嚴重影響主動區域的出光均勻性，並使得整個液晶顯示器的品質大為降低。

為了解決上述暗帶的問題，本發明提出一種背光模組，其包括一導光板、一第一光源模組以及一第二光源模組。

根據一實施範例，導光板具有相鄰的一第一邊與一第二邊，以及一出光區域。第一光源模組設置於鄰近導光板之第一邊，並用以產生複數個主要光束，這些主要光束於導光板之出光區域形成至少一第一亮區以及至少一第二亮區；其中第一亮區的亮度大於第二亮區的亮度。而第二光源模組用以產生一輔助光束，其中第一光源模組所產生之主要光束與第二光源模組所產生之輔助光束在第二亮區產生交疊。第二光源模組係為一發光二極體，設置於鄰近導光板之第二邊，輔助光束直接從第二邊射入導光板。較佳的是，第二光源模組的一半輝度照射範圍涵蓋所有的第二亮區。

根據另一實施範例，導光板具有相鄰的第一邊與第二邊，以及出光區域，其中第二邊具有一反射結構。第一光源模組設置於鄰近導光板之第一邊，並用以產生複數個主要光束，這些主要光束於導光板之出光區域形成至少一第一亮區以及至少一第二亮區；其中第一亮區的亮度大於第二亮區的亮度。而第二光源模組用以產生輔助光束，其中第一光源模組所產生之主要光束與第二光源模組所產生之輔助光束在第二亮區產生交疊。第二光源模組包括設置於導光板之第一邊之一發光單元，且導光板之第一邊之發光單元對應於反射結構之至少一反射面設置。

其中發光單元可以是一發光二極體，且發光二極體可以設置在第一邊對應於出光區域以外之處。較佳的是，輔助光束的一半輝度照射範圍經由反射結構反射後與所有的第二亮區產生交疊。此外，發光單元與導光板之第一邊之間可夾有一傾斜角度。

為了均勻化第一光源模組所產生之主要光束與第二光源模組所產生之輔助光束，導光板可具有一微結構。出光區域可形成多個第二亮區，導 光板則具有相對的一出光面以及一底面，且出光面以及底面相鄰於第一邊。導光板的底面可具有此微結構，其中距離第二光源模組較近的第二亮區所對應之微結構的一網點密度小於距離第二光源模組較遠的第二亮區所對應之微結構的網點密度。

為了增加第二亮區的亮度，背光模組另可包括一第三光源模組。導光板具有與第二邊相對的一第四邊，而第三光源模組可設置於鄰近導光板之第四邊。第三光源模組用以產生一第二輔助光束，其中第一光源模組所產生之主要光束、第二光源模組所產生之輔助光束以及第三光源模組所產生之第二輔助光束在第二亮區產生交疊。

為了均勻化上述主要光束、輔助光束以及第二輔助光束，底面可具有微結構；且距離第二邊或第四邊較近的第二亮區對應之微結構的網點密度，小於距離第二邊或第四邊較遠的第二亮區對應之微結構的網點密度。

此外，反射結構可包括一斐涅爾透鏡(Fresnel Lens)。反射結構亦可包括一反射面，其中反射面可以是一反射曲面；而反射面或反射曲面可具有一反光層。再者，第一光源模組可包括多個第一光源。且導光板可包括至少一底部反射結構，此底部反射結構可以配置於這些第一光源之間。

100‧‧‧背光模組

20‧‧‧導光板

21‧‧‧第一邊

22‧‧‧第二邊

23‧‧‧第三邊

24‧‧‧第四邊

25‧‧‧出光區域

252‧‧‧第一亮區

254，254a，254b‧‧‧第二亮區

256‧‧‧投射範圍

26‧‧‧反射結構

262‧‧‧反射面

264‧‧‧反光層

266‧‧‧反射曲面

268a，268b，268c‧‧‧反射平面

269‧‧‧斐涅爾透鏡

27‧‧‧出光面

28‧‧‧底面

29‧‧‧微結構

30‧‧‧第一光源模組

31‧‧‧第一光源

32‧‧‧主要光束

33‧‧‧指向特性曲線

34‧‧‧底部反射結構

40‧‧‧第二光源模組

41‧‧‧發光單元

42‧‧‧輔助光束

43a，43b，43c‧‧‧入射光

44a，44b，44c‧‧‧反射光

50‧‧‧第三光源模組

51‧‧‧第二發光單元

52‧‧‧第二輔助光束

第1圖係為一實施範例之背光模組之示意圖。

第2圖係為一實施範例之LED之指向特性示意圖。

第3圖係為另一實施範例之背光模組之示意圖。

第4圖係為一實施範例之背光模組之示意圖。

第5圖係為一實施範例之反射曲面之示意圖。

第6圖係為一實施範例之反射曲面之示意圖。

第7圖係為一實施範例之虛像光源之示意圖。

第8圖係為一實施範例之反射曲面之示意圖。

第9圖係為一實施範例之底部反射結構之示意圖。

第10圖係為一實施範例之斐涅爾透鏡之示意圖。

第11圖係為一實施範例之微結構之示意圖。

第12圖係為一實施範例之微結構之示意圖。

第13圖係為一實施範例之背光模組之示意圖。

第14圖係為一實施範例之背光模組之示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

本發明提供一種背光模組，其可應用於各種液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)。請參照第1圖，其係為一實施範例之背光模組之示意圖。

背光模組100包括一導光板20、一第一光源模組30以及一第二光源模組40。導光板20具有相鄰的一第一邊21與一第二邊22，並具有一出光區域25。更詳細地說，導光板20可以依順時鐘方向具有兩兩相鄰的第一邊21、第二邊22、一第三邊23以及一第四邊24。出光區域25則對應於LCD的一主動區域(active area，又稱為有效區域或AA區)，出光區域25的大小與主動區 域相同，且位置互相重疊。此外，出光區域25具有相鄰之二臨界邊緣25a、25b。二臨界邊緣25a、25b分別對應第一邊21及第二邊22，並分別與第一邊21與第二邊22平行。

第一光源模組30設置於鄰近導光板20之第一邊21。第一光源模組30可包括多個第一光源31，其中第一光源31可以是發光二極體(light-emitting diode，LED)。第一光源模組30的第一光源31被驅動時產生複數個主要光束32，且主要光束32係由第一邊21射入導光板20。這些主要光束32於出光區域25形成至少一第一亮區252以及一第二亮區254，其中第一亮區252的亮度高於第二亮區254的亮度。換句話說，第二亮區254是出光區域25中較暗的部分，一般稱之為暗帶或熱點(hot spot或LED mura)。

第二光源模組40係用以產生一輔助光束42，且第一光源模組30所產生的主要光束32與第二光源模組40產生的輔助光束42在第二亮區254產生交疊。這些主要光束之中心光軸與輔助光束之中心光軸彼此相互垂直。

根據第1圖的實施範例，第二光源模組40可以是配置於鄰近導光板20之第二邊22的一個LED，且第二光源模組40發出的輔助光束42直接從第二邊22射入導光板20，再被導光板20傳遞至第二亮區254。較佳的是，第二光源模組40的一半輝度照射範圍涵蓋所有的第二亮區254。

請參照第2圖，其係為一實施範例之LED之指向特性示意圖。LED射出的光線在其光軸方向(放射角度0度)最亮；且隨著放射角度增加，射出的光線的亮度(亦稱為輝度)便隨之衰減。以第二光源模組40的一指向特性曲線33來看，當放射角度為偏離光軸57度時，此方向所能測得的亮度只剩下最大亮度的一半；因此第二光源模組40的LED的一半輝角為57度。然第二 光源模組40亦可以是具有其他指向特性曲線33以及半輝角的LED，在此並不限制。

而上述之半輝度照射範圍，係指LED發出之亮度大於或等於最大亮度的一半的光線所能照射的範圍。為了確保輔助光束42能提供足夠亮度給第二亮區254，因此可調整第二光源模組40的位置以及光軸方向，以使得第二光源模組40的半輝度照射範圍能夠涵蓋所有的第二亮區254。

請參照第3圖，其係為另一實施範例之背光模組之示意圖。

根據第3圖的實施範例，第二邊22具有一反射結構26。第二光源模組40可以包括設置於第一邊21的一發光單元41，設置於第一邊21的發光單元41可對應於反射結構26之至少一反射面262設置。其中發光單元41可以是LED，並設置在第一邊21上對應於出光區域25以外之處。將出光區域25投射到第一邊21時可獲得一投射範圍256，一般係將第一光源模組30的第一光源31配置於投射範圍256之中，以有效率地利用從第一光源31射出的主要光束32。而第二光源模組40另外在投射範圍256之外的第一邊21上配置發光單元41。

且發光單元41與導光板20之第一邊21之間夾有一傾斜角度，使得發光單元41的光軸朝向反射結構26。如此一來，發光單元41從第一邊21將輔助光束42射入導光板20；輔助光束42自第一邊21射入導光板20後，經由反射結構26反射再被傳遞至第二亮區254。較佳的是，發光單元41發出的輔助光線42經由反射結構26反射之後，輔助光線42的半輝度照射範圍與所有的第二亮區254產生交疊，以確保輔助光束42能提供足夠亮度給第二亮區254。

此外，如第4圖所示，反射結構26可包括至少一個反射面262。 而反射面262可具有一反光層264，以將輔助光束42從第二邊22反射到第二亮區254。背光模組100中可配合最遠的第二亮區254a的範圍，配置反射結構26在第二邊22上的位置、反射面262與第二邊22之間的角度、發光單元41在第一邊21上的位置以及發光單元41的光軸方向。

請參照第5圖，其係為一實施範例之反射曲面之示意圖。根據第5圖的實施範例，反射結構26可以是一反射曲面266，且反射曲面266則可包括多個連續的反射平面268a、268b以及268c(統稱為反射平面268)。這些反射平面268不一定是同角度之共線關係；也就是說，反射平面268可為相互獨立之不同平面。且這些反射平面268上也可具有反光層264。

接下來藉由第5圖到第8圖解釋如何配置反射結構26的反射曲面266以及發光單元41，使得輔助光束42的半輝度照射範圍與所有的第二亮區254產生交疊。

發光單元41發出的輔助光束42形成多個對應於反射曲面266的入射光43a、43b以及43c。以下定義入射光43a係為沿著光源投射方向(也就是光軸方向)射出，具有最大亮度的光線。入射光43b以及43c則是放射角度為半輝度角，而具有最大亮度的一半的光線。入射光43a、43b以及43c與水平方向的夾角分別是θ 1、θ 2以及θ 3。入射光43a、43b以及43c個別被反射平面268a、268b以及268c反射後形成反射光44a、44b以及44c。

於本實施範例之中，假設入射光43a、43b以及43c分別照射在反射平面268a、268b以及268c；但實際上沿著光軸射出的光線以及以半輝度角射出的光線可能不是照設在正好連續的三個反射平面268。

根據入射角等於反射角之光學定律，能夠計算得到反射光44b 與水平方向的夾角θ 4以及反射光44c與水平方向的夾角θ 5。假設反射光44b與反射光44c的延伸直線相交於一點P，則點P即為發光單元41與反射結構26所形成的一虛像光源，且虛像光源的張角θ 6=θ 5-θ 4。

為了計算方便，於本實施範例中以最遠的第二亮區254a的一中心點Q點以及最近的第二亮區254b的一中心點R點個別代表最遠的第二亮區254a以及最近的第二亮區254a。假設點P與點Q的水平與垂直距離分別為a與b，且點P與點R的水平與垂直距離分別為c與d。則即當θ 4tan-1(b/a)且θ 5tan-1(d/c)時，輔助光束42的半輝度照射範圍可完全含蓋顯示區內的暗區。如此一來，便可根據點Q以及點R的位置依據上述θ 4以及θ 5的關係式計算點P的位置；再利用點P的位置、虛像光源的張角θ 6以及發光單元41的半輝度角計算得到發光單元41以及反射結構26之反射曲面266的位置。

接著便可根據入射角等於反射角之光學定律，利用θ 4以及θ 5計算反射平面268b以及268c個別與水平方向之間的夾角α以及β。其中夾角α=θ 3/2-θ 4/2，β=θ 2/2-θ 5/2。由於反射平面268b以及268c係為反射曲面266中分別被半輝度的入射光43b以及43c照射到的兩端點平面，因此得到夾角α以及β後便可據以配置反射結構26的整個反射曲面266。此外，亦可根據上述計算虛像光原位置的方式計算做為第二光源模組40的LED的位置。

除了上述各實施範例之外，背光模組100亦可具有其他不同的實施樣態。

於第9圖之實施範例中，導光板20另可包括至少一底部反射結構34，而底部反射結構34可以配置於第一光源31之間。如此一來，更可提高主要光束32以及輔助光束42的光利用率，而助於提供更多的光線予第二亮區 254。

於第10圖之實施範例中，反射結構26可包括一斐涅爾透鏡(Fresnel Lens)269。背光模組100可利用斐涅爾透鏡269之等效透鏡的原理，在導光板20的第二邊22上形成反射面262或反射曲面266。

為了均勻化第一光源模組30所產生之主要光束32與第二光源模組40所產生之輔助光束42，導光板20可具有一微結構29，如第11圖以及第12圖所示。第11圖係為一實施範例之微結構之示意圖，其亦為沿著第12圖之剖面線側剖的側剖圖。導光板20具有相對的一出光面27以及一底面28，且出光面27以及底面28都與第一邊21、第二邊22、第三邊23以及第四邊24相鄰。底面28具有微結構29，且距離第二光源模組40較近的第二亮區254所對應之微結構29的一網點密度小於距離第二光源模組40較遠的第二亮區254所對應之微結構29的網點密度。舉例來說，最近的第二亮區254b對應的單位面積中之網點密度小於最遠的第二亮區254a對應的單位面積中之網點密度。

由於微結構29的網點密度與出光亮度成正相關，因此可配合第二光源模組40的位置配置微結構29的網點密度。例如當第二光源模組40是配置於第二邊22的LED時，可降低靠近第二邊22的網點密度，並提高靠近第四邊24的網點密度，以使得輔助光束42提供的光線能夠均勻地從出光區域25被射出。

請參照第13圖以及第14圖，其分別為不同實施範例之背光模組之示意圖。

除了第二光源模組40之外，亦可在背光模組100的鄰近導光板20之第四邊24設置輔助用的一第三光源模組50。第三光源模組50用以產生一 第二輔助光束52，其中第一光源模組30所產生之主要光束32、第二光源模組40所產生之輔助光束42以及第三光源模組50所產生之第二輔助光束52在第二亮區254產生交疊。其中第三光源模組50可以是一個LED，如「第13圖」。第三光源模組50亦可包括一第二發光單元51，且可對應於及配置於第四邊24的反射結構26之至少一個反射面262設置，如「第14圖」。第三光源模組50的特性類似於第二光源模組40，在此不多做贅述。

為了均勻化上述主要光束32、輔助光束42以及第二輔助光束52，微結構29的網點密度亦須配合改變。則距離第二邊22或第四邊24較近的第二亮區254對應之微結構29的網點密度，小於距離第二邊22或第四邊24較遠的第二亮區254對應之微結構29的網點密度。如此一來，可分別利用第二光源模組40以及第三光源模組50來對靠近第二邊22以及靠近第四邊24的第二亮區254進行補償。

綜上所述，背光模組的第二邊具有能提供輔助光束的第二光源模組，且輔助光束直接或被反射後照射到出光區域中較暗的第二亮區(暗帶)。因此第二光源模組能夠有效地增加第二亮區的亮度，而消除暗帶的現象。

以上較佳具體實施範例之詳述，是希望藉此更加清楚描述本發明之特徵與精神，並非以上述揭露的較佳具體實施範例對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望將各種改變及具相等性的安排涵蓋於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

100‧‧‧背光模組

20‧‧‧導光板

21‧‧‧第一邊

22‧‧‧第二邊

23‧‧‧第三邊

24‧‧‧第四邊

25‧‧‧出光區域

252‧‧‧第一亮區

254‧‧‧第二亮區

30‧‧‧第一光源模組

31‧‧‧第一光源

32‧‧‧主要光束

40‧‧‧第二光源模組

42‧‧‧輔助光束

Claims (9)

1. 一種背光模組，包括：一導光板，具有相鄰的一第一邊與一第二邊，以及一出光區域，該第一邊及該第二邊彼此相互垂直；一第一光源模組，設置於鄰近該導光板之該第一邊，用以產生複數個主要光束，該些主要光束於該導光板之該出光區域形成至少一第一亮區以及至少一第二亮區，其中該第一亮區的亮度大於該第二亮區的亮度；以及一第二光源模組，用以產生一輔助光束，其中該第一光源模組所產生之該些主要光束與該第二光源模組所產生之該輔助光束在該第二亮區產生交疊，該第二光源模組係為一發光二極體，設置於鄰近該導光板之該第二邊，使該輔助光束直接從該第二邊射入該導光板。
2. 如請求項第1項所述之背光模組，其中該第二光源模組的一半輝度照射範圍涵蓋所有的該第二亮區。
3. 如請求項第1項所述之背光模組，其中該出光區域形成多個該些第二亮區，該導光板具有相對的一出光面以及一底面，該出光面以及該底面相鄰於該第一邊，該底面具有一微結構，且距離該第二光源模組較近的該第二亮區所對應之該微結構的一網點密度小於距離該第二光源模組較遠的該第二亮區所對應之該微結構的該網點密度。
4. 如請求項第1項所述之背光模組，其中該導光板具有與該第二邊相對的一第四邊，且該背光模組另包括：一第三光源模組，設置於鄰近該導光板之該第四邊，用以產生一第二輔助光束，其中該第一光源模組所產生之該些主要光束、該第二光源模組所產 生之該輔助光束以及該第三光源模組所產生之該第二輔助光束在該第二亮區產生交疊。
5. 如請求項第4項所述之背光模組，其中該出光區域形成多個該些第二亮區，該導光板具有相對的一出光面以及一底面，該出光面以及該底面相鄰於該第一邊，該底面具有一微結構，且距離該第二邊或該第四邊較近的該第二亮區對應之該微結構的一網點密度，小於距離該第二邊或該第四邊較遠的該第二亮區對應之該微結構的該網點密度。
6. 如請求項第1項所述之背光模組，其中該第一光源模組包括多個第一光源。
7. 如請求項第6項所述之背光模組，其中該導光板包括至少一底部反射結構，該底部反射結構係配置於該些第一光源之間。
8. 如請求項第1項所述之背光模組，其中該出光區域具有相鄰之二臨界邊緣，該二臨界邊緣分別對應該第一邊及該第二邊，並分別與該第一邊與該第二邊平行。
9. 如請求項第1項所述之背光模組，其中該些主要光束之中心光軸與該輔助光束之中心光軸彼此相互垂直。