TWI460503B - 背光單元 - Google Patents

Description

背光單元

本發明實施例關於一種背光單元，尤其關於一種重量易於減輕的背光單元。

由於液晶顯示器小型化、外形薄和耗能低的優點，已經用於筆記型個人電腦、自動化辦公設備和音頻/視頻設備等。

液晶顯示器包含液晶顯示模組和背光單元。背光單元依照光源的位置被分為直下式背光單元和側光式背光單元。

側光式背光單元包含光源單元、導光板、反射板和光學膜。

光源單元包含光源和光源反射板，光源例如是至少一個冷陰極螢光燈管(CCFL)和至少一個外部電極螢光燈管(EEFL)，光源位於光源反射板上。

光源產生具有預設波長的光線，例如白光。光源反射板反射光源產生的光線。

導光板位於光源單元的一側，以獲得均勻的光線。導光板使光源發出的光朝向液晶顯示模組照射。

導光板由臨界角度約為42°且折射率約為1.5的丙烯酸材料製成。導光板為平板形，具有上表面、下表面以及四個側面。

因此，在經過朝向光源單元的導光板側面(也就是入射表面)的光線中，方位角小於臨界角的光線透過導光板上表面出射，方位角大於或等於臨界角的光線在導光板的整個表面上被全反射 並被擴散。

反射板位於導光板的下表面上，以反射導光板內部空間洩漏的光線。導光板下表面具有散射圖案。

光學膜包含擴散板、稜鏡片和保護板。擴散板位於導光板上並包含下擴散板、擴散板支撐單元和上擴散板。

擴散板利用其內的珠粒擴散經過導光板的光線。

稜鏡片位於擴散板上，並包含基膜和稜鏡。稜鏡片用於將擴散板擴散的光線聚攏。

保護板擴散稜鏡片聚攏的光線以向液晶顯示模組提供擴散後的光線。

除了上述的光學膜結構，光學膜還可使用各種膜類的組合以擴散和聚攏經過導光板的光線。

在直下式背光單元中，導光板利用射出成型方法或擠製成形方法形成。尤其是導光板的形成可透過射出成型方法或擠製成形方法形成基座，然後在基座的下表面透過固化製程如熱固化方法形成散射圖案。導光板的重量幾乎佔據了直下式背光單元的總重量。

因此，需要降低導光板的厚度以減輕背光單元和液晶顯示器的重量。然而，由於光線利用效率的原因使降低導光板厚度受到限制。因此減輕背光單元重量成為需要面對的技術局限。

鑒於上述問題，本發明的主要目的在於提供一種易於減輕重量的的背光單元。

關於本發明之其它特徵及優點將於接下來的內容中提出，有些於內容敘述中即可明顯得知，而有些可於本發明之實施例中得知。本發明之目的以及其它優點，可藉由揭露之結構以及方法而實現，也可從揭露之圖式而得知。

因此，為達上述目的，本發明所揭露之一種背光單元，包含有：光源單元，用於產生光線；光束輪廓改變器，包含與光源單元相對之入射表面和與入射表面平行之出射表面；反射板，位於光束輪廓改變器下方，反射板包含第一反射表面和第二反射表面，第一反射表面具有第一反射區域，第二反射表面具有第二反射區域，第二反射表面從第一反射表面之末端向上傾斜；以及光學膜，位於光束輪廓改變器和反射板上。

光束輪廓改變器沿光源單元之縱向延伸，並在寬度方向具有楔狀剖面。

光束輪廓改變器包含上全反射表面和下全反射表面，從入射表面之末端延伸至光束輪廓改變器之厚度中線的第一條線與連接入射表面之末端和出射表面之末端的第二條線之間的角度滿足4°至20°。上全反射表面和下全反射表面由彎曲半徑在50mm至300mm之間的曲面形成。

上全反射表面和下全反射表面的彎曲半徑的增加或減少與入 射表面厚度成比例。上全反射表面和下全反射表面在上下方向相對於光束輪廓改變器的厚度中線對稱。當然，上全反射表面和下全反射表面也可在上下方向相對於光束輪廓改變器的厚度中線不對稱。

光束輪廓改變器的出射表面由與光束輪廓改變器的厚度中線垂直的平面形成，或者由彎曲半徑等於或小於100mm的曲面形成

在出射表面由平面形成的情況下，反射板之第一反射表面由與光束輪廓改變器的厚度中線平行的平面形成，或與光束輪廓改變器的下全反射表面相同的曲面形成。

在出射表面由彎曲半徑等於或小於100mm的曲面形成的情況下，反射板的第一反射表面由與光束輪廓改變器的厚度中線平行的平面形成。

第一反射區域的尺寸增加或降低與光束輪廓改變器的厚度成比例。第二反射表面之傾斜角度被確定使第二反射表面之末端位於光束輪廓改變器的厚度範圍內。

在具有上述結構的背光單元中，由於光束輪廓改變器可用於作為導光板，因此背光單元即使沒有導光板也可獲得均勻亮度。因此背光單元的重量顯著減輕。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

以下將結合附圖描述本發明實施例，使此處的揭露能夠使本發明的概念完全被本領域技術人員瞭解。然而，本發明還可以有許多不同的表現形式並不限於此處描述的實施例。

在附圖中，各層和區域的厚度被放大以清楚識別。為了便於理解，附圖中相似的標號代表相似的元件。應該理解的是當一層位於另一層或基板上時，它可以直接位於另一層或基板上，或者也可以是中間層。

<第一實施例>

本發明第一實施例的液晶顯示器將結合「第1圖」至「第4圖」詳細描述。

「第1圖」所示為本發明第一實施例包含側光式背光單元的液晶顯示器結構的剖面圖，「第2圖」所示為背光單元使用的光束輪廓改變器的示意圖。

「第3圖」所示為光束輪廓改變器的準直和方向性的概念圖，「第4圖」所示為光束輪廓改變器的準直和方向性的圖表。

第一實施例描述了使用線形光源如冷陰極螢光燈管(CCFL)或外部電極螢光燈管(EEFL)的側光式背光單元。當然，點光源如發光二極體(LED)也可用於替代線形光源。

如「第1圖」所示，第一實施例的側光式背光單元包含光源單元110。

光源單元110包含產生預設波長光線如白光的線形光源112以及反射線形光源112發出的光線的光源反射板114。

光源單元110被安裝固定在作為底蓋的反射板120的一個末端。盡管「第1圖」圖示了光源單元110安裝在反射板120一個末端的情況，但光源單元110還可安裝在反射板120的兩個末端。

光束輪廓改變器130安裝在光源112的一側。

光束輪廓改變器130由折射率為1.49的聚甲基丙烯酸甲酯形成，並沿著光源112的縱向延伸，在與縱向垂直的寬度方向上具有楔狀剖面。當然，光束輪廓改變器130也可由除了聚甲基丙烯酸甲酯之外的各種材料形成。

光束輪廓改變器130安裝在反射板120的部份內部空間內。在光束輪廓改變器130內，與光源112相對的入射表面132和發射經過入射表面132的光線的出射表面134彼此平行，如「第3圖」所示。

尤其是盡管圖未示，但單獨的固定單元可於光束輪廓改變器130的縱向方向形成在光束輪廓改變器130的末端，以對齊入射表面132和光源112。

除入射表面132和出射表面134外，光束輪廓改變器130還具有上全反射表面136和下全反射表面138。上全反射表面136和下全反射表面138調整經過入射表面132的入射光的全反射角 度以調準透過出射表面134出射的光線。

為此，上全反射表面136和下全反射表面138由具有恆定彎曲半徑的曲面形成。

依照本發明的發明人的實驗結果，光束輪廓改變器130的上全反射表面136和下全反射表面138最好由彎曲半徑在50mm至300mm之間的曲面形成，而平行於光束輪廓改變器130厚度的中線L1的線L2與連接入射表面132末端至出射表面134末端的線L3之間的角度θ1滿足4°至20°，最好是6°至10°。

當角度θ1在4°至20°的範圍之外時，上全反射表面136和下全反射表面138全反射的光線的折射率降低。

上全反射表面136和下全反射表面138的彎曲半徑增加或降低與入射表面132的厚度成比例。依照本發明的發明人的實驗結果，入射表面132的厚度約為3mm時，上全反射表面136和下全反射表面138最好具有彎曲半徑約為120mm的曲面。當入射表面132的厚度超過3mm時，上全反射表面136和下全反射表面138最好具有彎曲半徑約為120mm至300mm的曲面。當入射表面132的厚度不足3mm時，上全反射表面136和下全反射表面138最好具有彎曲半徑約為50mm至120mm的曲面。

在第一實施例中，上全反射表面136和下全反射表面138在上下方向相對於中線L1對稱，但不限於此。上全反射表面136和下全反射表面138也可在上下方向相對於中線L1不對稱。

然而，考慮到易於設計和製造以及入射光方向性和準直，上全反射表面136和下全反射表面138最好在上下方向相對於厚度的中線L1對稱。

經過入射表面132的光線被從上全反射表面136和下全反射表面138全反射，然後透過出射表面134出射。出射表面134與入射表面132由相同平面形成。

「第4圖」所示為視角與光強度圖表。如「第3圖」和「第4圖」所示，當從所有角度均勻發射的朗伯光(lambertian light)透過光束輪廓改變器130的出射表面134出射時，出射光在預設視角範圍內具有高強度。

因此，光束輪廓改變器130可有效調準並發送光源內產生的光線。

視角是假定觀眾眼睛位置在厚度的中線L1上時的視角。從「第4圖」可以看出，光束輪廓改變器130的出射表面134出射的光線強度在－20°至20°視角之間較強。

在「第4圖」中，正視角表示厚度的中線L1的上部，而負視角表示厚度的中線L1的下部。因此光束輪廓改變器130發出的光線可以分別在20°和－20°視角對準和朝向厚度的中線L1的上部和下部。

反射板120具有第一反射表面122和第二反射表面124。第一反射表面122具有第一反射區域R1，第二反射表面124具有 第二反射區域R2。第二反射表面124從第一反射表面122的末端以恆定角度朝向上方傾斜。

第一反射區域R1尺寸的增加和減少與光束輪廓改變器130的厚度T成比例。第二反射表面124的傾斜角度θ2被確定使第二反射表面124的末端位於光束輪廓改變器130的厚度T的範圍內。

附加圖案如散射圖案可形成在第一反射表面122和/或第二反射表面124的表面上以提高反射特性。

光學膜140位於光束輪廓改變器130和反射板120上，液晶顯示模組150位於光學膜140上。

光學膜140可使用各種光學膜的組合，如稜鏡片、擴散板和保護板。

在具有上述結構的液晶顯示器中，光源112內產生的光線被光束輪廓改變器130調準和定位，並被反射板120的第一反射表面122和第二反射表面124反射，朝向光學膜140照射。光學膜140擴散並聚攏光線，以在液晶顯示模組150上顯示影像。

在液晶顯示器的驅動中，第一反射表面122僅反射第一反射區域R1內的光線。

<第二實施例>

以下將結合「第5圖」描述本發明第二實施例。由於第二實施例的結構和元件除反射板之外與第一實施例相似，因此相關描 述將簡短進行或省略。

在第二實施例中，反射板220的第一反射表面222與光束輪廓改變器130的下全反射表面由相同曲面形成。

在具有上述結構的反射板220中，在第一反射表面222的第一反射區域R1和第二反射表面224的第二反射區域R2均可獲得均勻的亮度。

<第三實施例>

以下將結合「第6圖」描述本發明第三實施例。由於第三實施例的結構和元件除光束輪廓改變器之外與第一實施例相似，因此相關描述將簡短進行或省略。

在第三實施例中，光束輪廓改變器230包含出射表面234，其具有曲面以調整出射表面234出射的光線行進路徑。依照本發明的發明人的實驗結果，當出射表面234的曲面的彎曲半徑等於或小於100mm時，整個區域均將獲得均勻的亮度。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

110‧‧‧光源單元

112‧‧‧線形光源

114‧‧‧光源反射板

120、220‧‧‧反射板

122、222‧‧‧第一反射表面

124、224‧‧‧第二反射表面

130、230‧‧‧光束輪廓改變器

132‧‧‧入射表面

134、234‧‧‧出射表面

136‧‧‧上全反射表面

138‧‧‧下全反射表面

140‧‧‧光學膜

150‧‧‧液晶顯示模組

R1‧‧‧第一反射區域

R1‧‧‧第二反射區域

L1‧‧‧光束輪廓改變器厚度的中線

L2‧‧‧平行於L1的線

L3‧‧‧連接入射表面末端至出射表面末端的線

θ1‧‧‧L2與L3之間的角度

θ2‧‧‧第二反射表面的傾斜角度

T‧‧‧光束輪廓改變器的厚度

第1圖為本發明第一實施例包含側光式背光單元的液晶顯示器結構的剖面圖； 第2圖為背光單元中使用的光束輪廓改變器的示意圖；第3圖為光束輪廓改變器的準直和方向性的概念圖；第4圖為光束輪廓改變器的準直和方向性的圖表；第5圖為本發明第二實施例包含側光式背光單元的液晶顯示器結構的剖面圖；以及第6圖為本發明第三實施例包含側光式背光單元的液晶顯示器結構的剖面圖。

110‧‧‧光源單元

112‧‧‧線形光源

114‧‧‧光源反射板

120‧‧‧反射板

122‧‧‧第一反射表面

124‧‧‧第二反射表面

130‧‧‧光束輪廓改變器

140‧‧‧光學膜

150‧‧‧液晶顯示模組

R1‧‧‧第一反射區域

R1‧‧‧第二反射區域

θ2‧‧‧第二反射表面的傾斜角度

Claims (13)

1. 一種背光單元，包含有：一光源單元，用於產生光線；一光束輪廓改變器，位於該光源單元一側，該光束輪廓改變器包含與該光源單元相對之一入射表面和與該入射表面平行之一出射表面，其中該光束輪廓改變器沿該光源單元之縱向延伸，並在寬度方向具有楔狀剖面，其中該光束輪廓改變器包含一上全反射表面和一下全反射表面，其中該上全反射表面和該下全反射表面由彎曲半徑在50mm至300mm之間的曲面形成；一反射板，位於該光束輪廓改變器下方，該反射板包含一第一反射表面和一第二反射表面，該第一反射表面具有一第一反射區域，該第二反射表面具有一第二反射區域，該第二反射表面從該第一反射表面之一末端以一恆定角度朝向上方傾斜；以及一光學膜，位於該光束輪廓改變器和該反射板上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中平行於該光束輪廓改變器厚度的中線之第一條線與連接該入射表面至該出射表面之一末端的一第二條線之間的角度滿足4°至20°。
3. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該上全反射表面和該下全反射表面的彎曲半徑的增加或減少與該入射表面厚度成比例。
4. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該上全反射表面和該下全反射表面在上下方向相對於該光束輪廓改變器的該厚度中線對稱。
5. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該光束輪廓改變器的該出射表面由與該光束輪廓改變器的該厚度中線垂直的平面形成。
6. 如申請專利範圍第5項所述之背光單元，其中該反射板之該第一反射表面由與該光束輪廓改變器的該厚度中線平行的平面形成。
7. 如申請專利範圍第5項所述之背光單元，其中該反射板之該第一反射表面由與該光束輪廓改變器的該下全反射表面相同的曲面形成。
8. 如申請專利範圍第5項所述之背光單元，其中該第一反射區域的尺寸增加或降低與該光束輪廓改變器的厚度成比例。
9. 如申請專利範圍第5項所述之背光單元，其中該第二反射表面之傾斜角度被確定使該第二反射表面之一末端位於該光束輪廓改變器的厚度範圍內。
10. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該光束輪廓改變器的該出射表面由彎曲半徑等於或小於100mm的曲面形成。
11. 如申請專利範圍第10項所述之背光單元，其中該反射板之該第一反射表面由與該光束輪廓改變器的該厚度中線平行的平 面形成。
12. 如申請專利範圍第11項所述之背光單元，其中該第一反射區域的尺寸的增加或減少與該光束輪廓改變器的厚度成比例。
13. 如申請專利範圍第11項所述之背光單元，其中該第二反射表面之傾斜角度被確定使該第二反射表面之一末端定位在該光束輪廓改變器的厚度範圍內。