TWI475297B - 背光模組及其散熱設計 - Google Patents

Description

背光模組及其散熱設計

本發明係有關於一種背光模組及其散熱設計。

背光模組廣泛使用於包含筆記型電腦、平板電腦、電視或手機等各式顯示裝置上。筆記型電腦及平板電腦皆為可攜式電腦產品；然而，相較於筆記型電腦，平板電腦更有隨身使用與方便使用之訴求，配合以觸控介面，因此形式上更為簡約。簡約的形式搭配操作上靈活的特性，讓使用者更可以隨時隨地使用平板電腦一類的產品；換句話說，平板電腦及具有同樣特性的產品不限於在室內或特定地點使用，而可於室外或變化的環境中使用。

然而，如圖1A所示，一般背光模組，如用於筆記型電腦之背光模組提供的亮度，雖足夠供使用者於室內環境工作，但在室外環境中，環境光則造成顯示裝置亮度的不足。為提高顯示裝置可產生的亮度以使顯示裝置適用於戶外，方法之一係增加背光模組的光源密度；然而，增加光源密度產生之熱能卻可能造成光源模組溫度升高、或使光學膜片受熱翹曲，或者影響液晶分子的旋轉。

因此，習知係於背光模組使用熱傳導效果較好的支撐框，並進一步增加支撐框面積以幫助散熱。然而，增加支撐框面積將提高生產成本，並增加支撐框重量而影響可攜式電腦產品輕便靈活的特性。另一方面，如圖1B所示，在習知背光模組9中，光源模組3係透過單面膠5固定於支撐框4；然而，光源模組3與支撐框4之間無法緊密鄰接因此存在著空氣層A。由於空氣的熱傳導係數低，因此習知的背光模組9係不利於光源模組3的傳熱與散熱。

本發明之另一目的在於提供一種背光模組，能疏導高光源密度產生之熱能。

本發明之另一目的在於提供一種背光模組，具有較大光源模組與支撐框的接觸面積。

本發明之另一目的在於提供一種電子裝置，能疏導高光源密度產生之熱能。

本發明之背光模組包含導光板、光源模組，以及支撐框與導熱膠層。導光板具有入光端；光源模組設置對應入光端，包含軟性電路板與複數光源，其中軟性電路板沿入光端延伸，並自入光端延伸至導光板之背側；該些光源沿入光端分佈設置於軟性電路板。

軟性電路板具有光源承載區域及散熱區域，其中光源承載區域上設置該些光源，散熱區域包含第一散熱部及第二散熱部。散熱區域在垂直入光端的方向上的寬度不小於光源承載區的寬度；或者，若視光源承載區域為散熱區域的一部分，則光源承載區域在垂直入光端的方向上的寬度小於等於散熱區域寬度的二分之一。此外，散熱區域包含基材及金屬層，且軟性電路板並於該區域形成複數個穿孔，穿孔中填充有導熱材料。金屬層進一步包含第一與第二金屬層，其中第一金屬層設置於基材上朝向該些光源的一面，且面積係占該面之面積的80%以上；金屬層的第二金屬層設置於基材上相對於第一金屬層之一面而朝向支撐框。

本發明之支撐框具有夾持端，對應導光板之入光端，其中夾持端係彎折而具有頂板、底板，以及連接頂板及底板之側壁；彎折之夾持端並圍成半開放之容置空間。光源模組及入光端係至少部分容納於容置空間，並位於頂板及底板之間；其中光源模組可與底板、頂板，或側壁連接而固定於支撐框。再者，導熱膠層設置於軟性電路板及夾持端之內面間，固定光源模組於夾持端，並使軟性電路板的光源承載區域及/或至少部分之散熱區域藉由導熱膠層貼附於夾持端的內面。

散熱區域之第一散熱部及第二散熱部可將光源承載區域夾設其間，其中第一散熱部位於光源朝向入光端之一側，藉由導熱膠層與夾持端之底板連接，第二散熱部則相對於第一散熱部彎折且藉由導熱膠層與側壁及頂板中之至少其一連接；光源承載區域係藉由導熱膠層連接夾持端之底板或側壁。

本發明藉由背光模組之軟性電路板、導熱膠層，以及夾持端，建立背光模組之至少一散熱路徑。其中第一散熱部、導熱膠層，以及底板間之連結形成本發明背光模組之第一散熱路徑；第二散熱部、導熱膠層，以及頂板及/或側壁間之連結形成本發明背光模組之第二散熱路徑；光源承載區域、導熱膠層，以及底板/側壁間的連結形成本發明背光模組之第三散熱路徑。

本發明之電子裝置包含前述之背光模組及系統殼體，其中軟性電路板之第一散熱部及第二散熱部可將光源承載區域夾設其間，或者第一散熱部及第二散熱部可相鄰而皆位於光源朝向入光端之一側。與第二散熱部相鄰的第一散熱部藉由導熱膠層與夾持端之底板連接；第二散熱部則突伸底板外，與位在背光模組背側之系統殼體連接。

本發明藉由系統殼體，以及軟性電路板、導熱膠層，與夾持端建立背光模組及/或電子裝置之至少一散熱路徑。其中第一散熱部、導熱膠層，以及底板間之連結形成第一散熱路徑；第二散熱部、輔助導熱膠層，以及系統殼體間之連結形成本發明背光模組之第二散熱路徑；光源承載區域、導熱膠層，以及底板/側壁間間的連結形成第三散熱路徑。

如圖2A及圖2B所示之實施例，本發明之背光模組10包含導光板100與光源模組300，並進一步包含支撐框400及導熱膠層500。導光板100具有入光端110；光源模組300設置對應入光端110，包含軟性電路板330與複數光源360，其中軟性電路板330沿入光端110延伸，該些光源360沿入光端110分佈設置於軟性電路板330。在較佳實施例中，光源360為發光二極體(LED)；其中，當在光源模組300中設置時60顆LED時，約可產生400 nits以上的亮度。

如圖2B之側視示意圖及圖2C之光源模組300俯視圖(軟性電路板展開成平面)所示，軟性電路板330係自導光板100之入光端110延伸至導光板100之背側，或者延伸經過導光板100之入光端110而至導光板100之背側，且具有光源承載區域330a及散熱區域330b。光源承載區域330a上設置該些光源360，並較佳包含足夠承載線路的最小區域；散熱區域330b可包含部分承載線路的區域，然較佳為軟性電路板330上承載有光源360及線路以外的區域；換言之，可將習知軟性電路板視為僅有光源承載區域，然本發明之背光模組10的軟性電路板330則在光源承載區域330a以外更包含散熱區域330b。散熱區域330b在垂直入光端110的方向D上的寬度(W1+W2)不小於光源承載區330a的寬度W3；此外，光源承載區域330a亦可視為散熱區域330b的一部分，此時光源承載區域330a在垂直入光端110的方向D上的寬度W3小於等於散熱區域330b寬度(W1+W2+W3)的二分之一。

軟性電路板330包含由例如聚酯樹酯(polyester，PET)或聚亞醯胺(polyimide，PI)等材料構成之基材以及金屬層如銅層，並進一步包含以環氧樹脂(Epoxy)、聚酯樹脂(Polyester)、壓克力樹脂(Acrylic)等材料之接著劑構成的接著層。如圖2B之局部剖視示意圖2D所示，軟性電路板330之散熱區域330b或光源承載區域330a亦包含基材340及金屬層350，其中散熱區域330b之金屬層350的第一金屬層351設置於基材350上朝向該些光源360的一面，且第一金屬層351面積係占該面之面積的80%以上；光源承載區域330a亦有第一金屬層作為線路傳遞訊號，但與散熱區域330b內之第一金屬層351互不連接。散熱區域330b之金屬層350的第二金屬層352則設置於基材340上相對於第一金屬層351之一面而朝向支撐框400。此外，如圖2E所示，第一或第二金屬層351或352外可再設置絕緣層353，覆蓋全部或部分之金屬層350。

軟性電路板330並於散熱區域330b形成複數個穿孔333，該些穿孔333內有填充物，該填充物具有高於基材340之熱傳導係數，且較佳為導熱材料3330；此外，該些穿孔333較佳開口於如圖2D所示實施例之第一及第二金屬層351與352，或開口於如圖2E所示實施例之覆蓋第一或第二金屬層之絕緣層353，此時，第一金屬層351、穿孔333內導熱材料3330，以及第二金屬層352間係建立一良好的熱傳導路徑。散熱區域330b藉由第一金屬層351、第二金屬層352，以及穿孔333內導熱材料3330之設置，得有效疏導光源模組300，尤其是光源360產生的熱能。

如圖2B所示，本發明之背光模組10並包含支撐框400；支撐框400具有夾持端440對應導光板100之入光端110。詳細來說，支撐框400具有彎折的夾持端440，因此於夾持端440圍成半開放之容置空間P；光源模組300及入光端110容納於容置空間P，或者大部份容納於容置空間P。進一步而言，彎折之夾持端440具有頂板441、底板442，以及連接頂板441及底板442之側壁443，光源模組300及導光板100之入光端110即位於頂板441及底板442之間，且光源模組300可與底板442、頂板441，或側壁443連接而固定於支撐框400。光源模組300與支撐框400連接而形成的接觸面積，視軟性電路板330大小而決定，其中該接觸可為軟性電路板330與支撐框400之夾持端440的直接或間接接觸。

本發明之背光模組10並包含導熱膠層500，設置於軟性電路板330與夾持端440之內面間，固定光源模組300於夾持端440並使軟性電路板330與夾持端440間在膠層分布處不形成空氣層；此外，依據軟性電路板330之大小，導熱膠層500亦可分布於支撐框400之夾持端440以外的部分。導熱膠層500可為雙面膠或導熱膠所組成，其中雙面膠或導熱膠可含有金屬粒子，進而提高導熱膠層500之導熱能力。由於雙面膠或導熱膠具有高於空氣(約0.024~0.026 W/m‧K)之熱傳導係數，因此導熱膠層500的設置更能將光源模組300產生的熱由軟性電路板330向夾持端440，即支撐框400的方向傳導。另一方面，支撐框400之材質較佳亦為導熱能力佳之金屬或複合材質。

進一步而言，軟性電路板330之光源承載區域330a及/或至少部分之散熱區域330b與夾持端440的內面間設置有導熱膠層500，使光源承載區域330a及/或至少部分之散熱區域330b藉由導熱膠層500貼附於夾持端440的內面。就光源承載區域330a來說，如圖2B所示，光源承載區域330a之底面可藉由導熱膠層500與夾持端440的底板442內面連接，即光源360為側發光而固定於夾持端440的底板442。在其他實施例中，如圖3所示，光源承載區域330a之底面或可藉由導熱膠層500與夾持端440的側壁443內面連接；換言之，光源360為頂發光而固定於夾持端440的側壁443。就散熱區域330b而言，其可藉由導熱膠層500與夾持端440之頂板441、底板442，或側壁443連接；此外，如前述，散熱區域330b具有第一金屬層351、第二金屬層352，及填充有導熱材料3330之穿孔333，得有效疏導光源模組300產生的熱能。在較佳實施例中，如圖2D-2E所示，朝向支撐框400的第二金屬層352並藉由導熱膠層500與夾持端440的內面連接，因此，藉由接觸傳導，散熱區域330b與夾持端440內面間的導熱膠層500更將熱能疏導離開軟性電路板330或光源模組300。另一方面，由於光源承載區域330a亦可視為散熱區域330b的一部分，光源承載區域330a與夾持端440內面間的導熱膠層500亦將熱能疏導離開軟性電路板330或光源模組300。

如圖2B-2C所示，散熱區域330b包含第一散熱部3301及第二散熱部3302，並將光源承載區域330a夾設其間，其中第一散熱部3301位於光源360朝向入光端110之一側，具有寬度W1，第二散熱部3302位於光源360背向入光端110之一側，具有寬度W2且相對於第一散熱部3301彎折。此外，第一散熱部3301藉由導熱膠層500與夾持端440之底板442連接；第二散熱部3302則在軟性電路板330彎折之下，藉由導熱膠層500與夾持端440之側壁443或頂板441連接。第一散熱部3301之寬度W1與第二散熱部3302之寬度W2的和大於等於光源承載區330a的寬度W3。

藉由前述背光模組10之軟性電路板330、導熱膠層500，以及夾持端440，本發明建立背光模組10之至少一散熱路徑，如圖4A所示，疏導高光源密度產生的熱能。

圖4A為本發明圖2B所示實施例之散熱路徑示意圖。如圖2B-2C所示，散熱區域330b並藉由導熱膠層500使其第一散熱部3301貼附於底板442之內面；因此，第一散熱部3301、導熱膠層500，以及底板442間之連結係形成如圖4A所示本發明背光模組10之第一散熱路徑P1。依循第一散熱路徑P1，光源模組300產生的熱可自其產生處，通常為近光源處，有效離開熱產生處。以近光源360處為熱產生處為例，如圖4A所示，熱一方面由散熱區域330a疏導離開光源360；另一方面，熱並由導熱膠層500，或導熱膠層500與夾持端440之底板442一同疏導離開軟性電路板330或光源模組300。

在圖2B-2C所示之實施例中，在軟性電路板330彎折之下，散熱區域330b並藉由導熱膠層500使其第二散熱部3302貼附於夾持端440之側壁443或頂板441；因此，第二散熱部3302、導熱膠層500，以及頂板441及/或側壁443間之連結係形成如圖4A所示本發明背光模組10之第二散熱路徑P2。依循第二散熱路徑P2，光源模組300產生的熱可自其產生處，通常為近光源處，有效離開熱產生處及軟性電路板330，或進一步離開背光模組10。

除散熱區域330b以外，設置有光源360的光源承載區域330a亦可藉由導熱膠層500貼附於夾持端440的內面；如圖2B及圖3所示之實施例，光源承載區域330a可分別貼附於夾持端440之底板442或側壁443。因此，光源承載區域330a、導熱膠層500，以及底板442/側壁443間的連結係形成如圖4A所示本發明背光模組10之第三散熱路徑P3。在較佳實施例中，熱能依循第三散熱路徑P3直接離開軟性電路板330或光源模組300；或者，熱能係依循第三散熱路徑P3離開光源處，即熱產生處，接著再依第一或第二散熱路徑P1或P2離開軟性電路板330或光源模組300。此外，由於光源承載區域330a亦可視為散熱區域330b的一部分，因此，第三散熱路徑P3亦可視為散熱區域330b中與光源360接觸的部分與導熱膠層500及夾持端440形成的散熱路徑。

此外，如前述及圖2D-2E所示，軟性電路板330之散熱區域330b包含第一金屬層351、第二金屬層352，以及填充有導熱材料3330之穿孔333。在較佳實施例中，如圖4A-4B所示，依循上述之散熱路徑P1、P2，或P3，熱一方面由包含第一金屬層351、第二金屬層352以及填充有導熱材料3330之穿孔333的散熱區域330a疏導離開光源360；另一方面，熱並由導熱膠層500，或導熱膠層500與夾持端440一同疏導離開軟性電路板330或光源模組300，其中導熱材料3330及/或第二金屬層352更提高熱能疏導之效率。

本發明更藉由系統殼體60，以及軟性電路板330、導熱膠層500，與夾持端440建立背光模組10及/或電子裝置1之至少一散熱路徑，如圖6所示，疏導高光源密度產生的熱能。

在圖5A-5B所示之實施例中，第一散熱部3301及第二散熱部3302相鄰而皆位於光源360朝向入光端110之一側，其中第一散熱部3301藉由導熱膠層500與夾持端440之底板442連接，第二散熱部3302則突伸底板442外，可與位在背光模組10背側之系統殼體60等部位連接。在本發明較佳實施例中，系統殼體60可為電子裝置1例如平板電腦之外殼，或為背光模組10其他的支撐結構如背板；此外，導電膠層進一步設置於第二散熱部3302與系統殼體60之內面間。第二散熱部3302一方面藉由此輔助導熱膠層500貼附於系統殼體60的內面；第二散熱部3302之熱因此藉由輔助導熱膠層500傳導至系統殼體60。第一散熱部3301之寬度與第二散熱部3302之寬度的和大於等於光源承載區330a的寬度。

圖6為圖5A所示實施例之散熱路徑示意圖，其中該實施例之軟性電路板330之散熱區域330b包含如圖2D-2E所示實施例之第一金屬層351、第二金屬層352，以及設置有導熱材料3330之穿孔333，且如圖5A-5B所示，散熱區域330b並藉由導熱膠層500使其第一散熱部3301貼附於底板442之內面；因此，第一散熱部3301、導熱膠層500，以及底板442間之連結係形成如圖6所示本發明背光模組10之第一散熱路徑P1。另一方面，如圖5A-5B所示，散熱區域330b之第二散熱部3302則突伸底板442外，且進一步藉由輔助導熱膠層500貼附於背光模組10背側之系統殼體60的內面；因此，第二散熱部3302、輔助導熱膠層500，以及系統殼體60間之連結係形成如圖6所示本發明背光模組10之第二散熱路徑P2。由於系統殼體60如背板或外殼往往具有較大的面積之熱導體，因此第二散熱路徑P2提供熱能傳導之另一有效路徑。

在圖5A-5B所示之實施例中，光源承載區域330a、導熱膠層500，以及夾持端440內面間的連結亦形成第三散熱路徑P3，如圖6所示。熱能可依循第三散熱路徑P3直接離開軟性電路板330或光源模組300；或者，熱能係依距離熱產生處之近遠依序循第三散熱路徑P3、第一散熱路徑P1，以及第二散熱路徑P2離開軟性電路板330或光源模組300。此外，由於光源承載區域330a亦可視為散熱區域330b的一部分，因此，第三散熱路徑P3亦可視為散熱區域330b中與光源360接觸的部分與導熱膠層500及夾持端440形成的散熱路徑。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

1．．．電子裝置

10．．．背光模組

100．．．導光板

110．．．入光端

200．．．反射片

300．．．光源模組

330．．．軟性電路板

330a．．．光源承載區域

330b．．．散熱區域

3301．．．第一散熱部

3302．．．第二散熱部

333．．．穿孔

3330．．．導熱材料

340．．．基材

350．．．金屬層

351．．．第一金屬層

352．．．第二金屬層

353．．．絕緣層

360．．．光源

400．．．支撐框

440．．．夾持端

441．．．頂板

442．．．底板

443．．．側壁

500‧‧‧導熱膠層、輔助導熱膠層

60‧‧‧系統殼體

D‧‧‧方向

P‧‧‧容置空間

W1、W2、W3‧‧‧寬度

P1‧‧‧第一散熱路徑

P2‧‧‧第二散熱路徑

P3‧‧‧第三散熱路徑

9‧‧‧背光模組

3‧‧‧光源模組

33‧‧‧軟性電路板

36‧‧‧光源

4‧‧‧支撐框

5‧‧‧單面膠

A‧‧‧空氣層

圖1A-1B為傳統背光模組示意圖；

圖2A-2B為本發明背光模組實施例示意圖；

圖2C為本發明背光模組之光源模組實施例示意圖；

圖2D-2E為本發明背光模組實施例之剖視示意圖；

圖3為本發明背光模組之另一實施例示意圖；

圖4A為本發明背光模組實施例之散熱路徑示意圖；

圖4B為本發明背光模組實施例之局部散熱路徑示意圖；

圖5A為本發明背光模組之另一實施例示意圖；

圖5B為本發明背光模組之光源模組之另一實施例示意圖；以及

圖6為本發明背光模組實施例之另一散熱路徑示意圖。

10．．．背光模組

100．．．導光板

110．．．入光端

200．．．反射片

300．．．光源模組

330．．．軟性電路板

360．．．光源

400．．．支撐框

440．．．夾持端

441．．．頂板

442．．．底板

443．．．側壁

500．．．導熱膠層

P．．．容置空間

D．．．方向

Claims (18)

1. 一種背光模組，包含：一導光板，具有一入光端；一光源模組，設置對應於該入光端，包含：一軟性電路板，自該入光端延伸至該導光板之背側；其中該軟性電路板具有一光源承載區域及一散熱區域分別沿該入光端延伸，該散熱區域在垂直該入光端的方向上的寬度不小於該光源承載區域的寬度；以及複數光源，沿該入光端分佈設置於該光源承載區域；一支撐框，具有一夾持端對應該入光端；其中，該夾持端彎折圍成半開放之一容置空間，該光源模組及該入光端係容納於該容置空間；以及一導熱膠層，設置於該散熱區域及該夾持端之內面間，並將該散熱區域之熱傳導至該夾持端。
2. 如請求項1所述之背光模組，其中該夾持端具有一頂板、一底板及一側壁分別連接該頂板及該底板，該光源模組及該入光端均設置於該頂板及該底板之間，至少部分之該散熱區域藉由該導熱膠層貼附於該底板之內面。
3. 如請求項2所述之背光模組，其中該散熱區域包含一第一散熱部及一第二散熱部，該光源承載區域夾設於該第一散熱部及該第二散熱部之間，該第一散熱部係藉由該導熱膠層連接該底板，該第二散熱部相對於該第一散熱部彎折且藉由該導熱膠層連接該側壁及該頂板中至少其一。
4. 如請求項2所述之背光模組，其中該散熱區域包含一第一散熱 部及一第二散熱部，該第一散熱部藉由該導熱膠層連接該底板，該第二散熱部自該第一散熱部朝遠離該光源承載區域之方向延伸，且突伸出該底板之外。
5. 如請求項2所述之背光模組，其中該光源承載區域之底面藉由該導熱膠層連接至該底板或該側壁之內面。
6. 如請求項1所述之背光模組，其中該散熱區域包含：一基材；以及一第一金屬層，設置於該基材上朝向該些光源之一面；其中該第一金屬層之面積係佔該散熱區域面積之80%以上。
7. 如請求項6所述之背光模組，其中該散熱區域包含一第二金屬層設置於該基材上相對該第一金屬層之一面，該第二金屬層係藉由該導熱膠層直接連接該夾持端之內面。
8. 如請求項1所述之背光模組，其中該散熱區域包含複數穿孔，該些穿孔內填充有導熱材料。
9. 一種電子裝置，包含：如請求項4所述之背光模組；一系統殼體，設置於該背光模組之背側；以及一輔助導電膠層，設置於該第二散熱部及該系統殼體之內面間，並將該第二散熱部之熱傳導至該系統殼體。
10. 一種背光模組，包含：一導光板，具有一入光端；一光源模組，設置對應於該入光端，包含：一軟性電路板，自該入光端延伸至該導光板之背側；其中該軟性電路板具有一光源承載區域、一第一散熱部及一第二散 熱部分別沿該入光端延伸；以及複數光源，沿該入光端分佈設置於該光源承載區域；一支撐框，具有一夾持端對應該入光端；其中，該夾持端彎折圍成半開放之一容置空間，該光源模組及該入光端係容納於該容置空間；以及一導熱膠層，至少設置於該第一散熱部及該夾持端之內面間以建立一第一散熱路徑；該第二散熱部則提供與該第一散熱路徑分離之一第二散熱路徑。
11. 如請求項10所述之背光模組，其中該夾持端具有一頂板、一底板及一側壁分別連接該頂板及該底板，該光源模組及該入光端均設置於該頂板及該底板之間，該第一散熱部藉由該導熱膠層貼附於該底板之內面以形成該第一散熱路徑。
12. 如請求項11所述之背光模組，其中該光源承載區域夾設於該第一散熱部及該第二散熱部之間，該第二散熱部相對於該第一散熱部彎折且藉由該導熱膠層連接該側壁及該頂板中至少其一以形成該第二散熱路徑。
13. 如請求項11所述之背光模組，其中該第二散熱部自該第一散熱部朝遠離該光源承載區域之方向延伸，且突伸出該底板之外以形成該第二散熱路徑。
14. 如請求項11所述之背光模組，其中該光源承載區域之底面藉由該導熱膠層連接至該底板或該側壁之內面以形成一第三散熱路徑。
15. 如請求項10所述之背光模組，其中該散熱區域包含：一基材；以及一第一金屬層，設置於該基材上朝向該些光源之一面；其中該第一金屬層之面積係佔該散熱區域面積之80%以上。
16. 如請求項15所述之背光模組，其中該散熱區域包含一第二金屬層設置於該基材上相對該第一金屬層之一面，該第二金屬層係藉由該導熱膠層直接連接該夾持端之內面。
17. 如請求項10所述之背光模組，其中該散熱區域包含複數穿孔，該些穿孔內填充有導熱材料。
18. 一種電子裝置，包含：如請求項13所述之背光模組；一系統殼體，設置於該背光模組之背側；以及一輔助導電膠層，設置於該第二散熱部及該系統殼體之內面間，以形成該第二散熱路徑。