TWI526744B - 透鏡結構及其背光模組 - Google Patents

透鏡結構及其背光模組 Download PDF

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王偉祥
賴清坤
劉孟佳
吳限嘉
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透鏡結構及其背光模組
本發明關於一種透鏡結構及其背光模組，尤指一種具有圓錐主體且在圓錐主體上向內延伸形成有圓錐凹槽結構的透鏡結構及其背光模組。
由於液晶本身不發光，為了能使其能正常顯示影像，現今所使用之方法係為利用背光模組以提供充足亮度且分佈均勻的面光源至液晶顯示器，進而使液晶顯示器顯示出相對應之影像，由此可知，背光模組係為液晶顯示器面板的關鍵元件之一，其常見配置之方式係可分為直下式與側光式兩種設計，其中由於直下式背光模組係將發光二極體位於顯示面板的正下方，因此適用於較高亮度需求或較大尺寸的顯示面板，例如液晶電視等。
請參閱第1圖，其為先前技術之直下式背光模組10的部分剖面示意圖。直下式背光模組10係位於顯示面板12的下方，直下式背光模組10可包含擴散板14、電路板16以及複數個發光二極體18，藉此，發光二極體18所發射之光線即可經由擴散板14散射成均勻分佈之光線，從而提供亮度充足的面光源至顯示面板12。然而，由於受到發光二極體18具有高指向特性的限制，因此往往會導致直下式背光模組10所提供之面光源出現亮度不均以及暗帶的問題。在此情況下，直下式背光模組10就會需要配置更多的發光二極體來改善出光均勻度，但此方式又會造成直下式背光模組10之製造成本提高以及耗電等問題，故如何增加發光二極體之發光角度以在不需額外增設發光二極體之情況下改善背光模組之出光均勻度即為目前直下式背光模組在發光設計上之重要考量之一。
本發明之目的之一在於提供一種具有圓錐主體且在圓錐主體上向內延伸形成有圓錐凹槽結構的透鏡結構及其背光模組，以解決上述之問題。
本發明提供一種透鏡結構用來設置於一發光二極體之上方，該透鏡結構包含一圓錐主體以及一圓錐凹槽結構。該圓錐主體具有一入射錐面以及一出射頂面，該入射錐面具有一第一頂點，該第一頂點指向該發光二極體。該圓錐凹槽結構自該出射頂面向內延伸形成且具有一反射錐面，該反射錐面用來反射該發光二極體入射至該入射錐面而進入該圓錐主體中之光線，以使該光線從該出射頂面射出。
本發明另提供一種背光模組，其包含一電路板、至少一發光二極體，以及一透鏡結構。該至少一發光二極體設置於該電路板上，用來發射光線。該透鏡結構設置於該至少一發光二極體之上方，該透鏡結構包含一圓錐主體以及一圓錐凹槽結構。該圓錐主體具有一入射錐面以及一出射頂面，該入射錐面具有一第一頂點，該第一頂點指向該至少一發光二極體。該圓錐凹槽結構自該出射頂面向內延伸形成且具有一反射錐面，該反射錐面用來反射該至少一發光二極體入射至該入射錐面而進入該圓錐主體中之光線，以使該光線從該出射頂面射出。
綜上所述，本發明係採用將其圓錐主體上具有相對向內延伸形成之圓錐凹槽結構的透鏡結構設置於發光二極體之上方的設計，以使發光二極體所發射之光線在通過透鏡結構時會產生二次折射以及一次全反射，從而產生增加發光二極體之發光角度的功效。如此一來，本發明所提供之透鏡結構即可不需額外增設發光二極體之情況下增加發光二極體之發光角度，藉以改善背光模組之出光均勻度，從而有效地解決先前技術中所提到之直下式背光 模組所提供之面光源會因發光二極體之高指向特性而出現亮度不均以及暗帶的問題。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的實施方式及所附圖式得到進一步的瞭解。
10‧‧‧直下式背光模組
12‧‧‧顯示面板
14‧‧‧擴散板
16、102‧‧‧電路板
100‧‧‧背光模組
18、104‧‧‧發光二極體
106‧‧‧透鏡結構
108‧‧‧支撐腳
110‧‧‧圓錐主體
112‧‧‧圓錐凹槽結構
114‧‧‧入射錐面
116‧‧‧出射頂面
118‧‧‧反射錐面
P1‧‧‧第一頂點
P2‧‧‧第二頂點
N‧‧‧中心軸線
θ1‧‧‧第一傾斜角度
θ2‧‧‧第二傾斜角度
D‧‧‧間距
ER‧‧‧最小發光直徑
R‧‧‧最大直徑
L‧‧‧光線
第1圖為先前技術之直下式背光模組的部分剖面示意圖。
第2圖為根據本發明之實施例所提出之背光模組之部分剖面示意圖。
第3圖為第2圖之透鏡結構之立體示意圖。
請參閱第2圖以及第3圖，第2圖為根據本發明之實施例所提出之背光模組100之部分剖面示意圖，第3圖為第2圖之透鏡結構106之立體示意圖，如第2圖所示，背光模組100包含電路板102、至少一發光二極體104(於第2圖中顯示一個，但不受此限)，以及透鏡結構106，至於針對背光模組100之其他元件(如擴散板、導光板等)的相關描述，其係常見於先前技術中，故於此不再贅述。發光二極體104係設置於電路板102上，用來發射光線至透鏡結構106。在此實施例中，透鏡結構106包含至少一支撐腳108(於第2圖中顯示二個，但不受此限)、圓錐主體110，以及圓錐凹槽結構112，其中透鏡結構106係可較佳地由玻璃、壓克力、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或透明材質所組成。支撐腳108係自圓錐主體110向下延伸以用來支撐圓錐主體110於發光二極體104之上方。圓錐主體110具有入射錐面114以及出射頂面116，入射錐面114具有第一頂點P1，第一頂點P1係指向發光二極體104之中心，以確保發光二極體104所發射之光線可入射至圓錐主體110之入射錐面114。圓錐凹槽結構112係位於圓錐主體110內，並自出射頂面116向內延伸形成且具有反射錐面118，反射錐面118與出射頂面116鄰 接，藉此，反射錐面118係可用來反射發光二極體104入射至入射錐面114而進入圓錐主體110中之光線，以使光線從出射頂面116射出。
除此之外，為了提升圓錐凹槽結構112之反射錐面118的光線反射效果，在此實施例中，由第2圖可知，反射錐面118具有第二頂點P2，入射錐面114之第一頂點P1與反射錐面118之第二頂點P2係可位於圓錐主體110之中心軸線N上，且入射錐面114以及反射錐面118係可與圓錐主體110之中心軸線N分別夾第一傾斜角度θ1以及第二傾斜角度θ2，在實際應用中，若是透鏡結構106採用第一傾斜角度θ1係大於15°且小於30°之設計，則第一傾斜角度θ1與第二傾斜角度θ2之和係可較佳地等於45°，藉以使發光二極體104之光線可在入射至反射錐面118時產生全反射，從而確保光線可從出射頂面116射出；另一方面，若是透鏡結構106採用第一傾斜角度θ1大於30°之設計，則第一傾斜角度θ1與第二傾斜角度θ2之和係可較佳地介於65°至70°之間，藉以使發光二極體104之光線可在入射至反射錐面118時產生全反射，從而確保光線可從出射頂面116射出。至於採用何種設計，其端視背光模組100之實際應用而定。
另外，在此實施例中，圓錐主體110之第一頂點P1以及發光二極體104之間的間距D與發光二極體104之最小發光直徑ER的比值係可較佳地介於0.1至5之間，且圓錐主體110之最大直徑R與發光二極體104之最小發光直徑ER之比值係介於2至16之間，如此一來，背光模組100係可利用上述適當地調整透鏡結構106與發光二極體104之間的幾何比例關係的設計，從而更進一步地提升透鏡結構106之光線使用效率。
透過上述配置，背光模組100即可利用設置於發光二極體104之上方的透鏡結構106有效地增加發光二極體104之發光角度，舉例來說，由 第2圖可知，當發光二極體104發射光線L時，光線L係可在入射至入射錐面114上且折射進入圓錐主體110中，並接著入射至圓錐凹槽結構112之反射錐面118上，此時，光線L就會在反射錐面118上產生全反射而反射至出射頂面116，以使光線L在出射頂面116產生折射而射出，如此一來，如第2圖所示，在經過於透鏡結構106內所產生之二次折射以及一次全反射後，光線L相對於中心軸線N而從出射頂面116射出之出射角度即可大於光線L相對於中心軸線N而入射至入射錐面114之入射角度，從而產生增加發光二極體104之發光角度的功效。
值得一提的是，透鏡結構106之支撐設計係可不限於上述實施例，也就是說，只要是可用來支撐圓錐主體110於發光二極體104之上方的支撐設計，其均可為本發明所採用之，例如可改使用環形支撐塊以支撐住圓錐主體110或是改將透鏡結構106貼附在位於發光二極體104之上方的背光結構件上等，至於採用何種設計，其端視背光模組100之實際應用而定。
相較於先前技術，本發明係採用將其圓錐主體上具有相對向內延伸形成之圓錐凹槽結構的透鏡結構設置於發光二極體之上方的設計，以使發光二極體所發射之光線在通過透鏡結構時會產生二次折射以及一次全反射，從而產生增加發光二極體之發光角度的功效。如此一來，本發明所提供之透鏡結構即可不需額外增設發光二極體之情況下增加發光二極體之發光角度，藉以改善背光模組之出光均勻度，從而有效地解決先前技術中所提到之直下式背光模組所提供之面光源會因發光二極體之高指向特性而出現亮度不均以及暗帶的問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧背光模組
102‧‧‧電路板
104‧‧‧發光二極體
106‧‧‧透鏡結構
108‧‧‧支撐腳
110‧‧‧圓錐主體
112‧‧‧圓錐凹槽結構
114‧‧‧入射錐面
116‧‧‧出射頂面
118‧‧‧反射錐面
P1‧‧‧第一頂點
P2‧‧‧第二頂點
N‧‧‧中心軸線
θ1‧‧‧第一傾斜角度
θ2‧‧‧第二傾斜角度
D‧‧‧間距
ER‧‧‧最小發光直徑
R‧‧‧最大直徑
L‧‧‧光線

Claims (10)

  1. 一種透鏡結構，其用來設置於一發光二極體之上方，該透鏡結構包含：一圓錐主體，其具有一入射錐面以及一出射頂面，該入射錐面具有一第一頂點，該第一頂點指向該發光二極體；以及一圓錐凹槽結構，其自該出射頂面向內延伸形成且具有一反射錐面，該反射錐面用來反射該發光二極體入射至該入射錐面而進入該圓錐主體中之光線，以使該光線從該出射頂面射出，該入射錐面以及該反射錐面係與該圓錐主體之一中心軸線分別夾一第一傾斜角度以及一第二傾斜角度，當該第一傾斜角度係大於15°且小於30°以及該第一傾斜角度與該第二傾斜角度之和係等於45°時，使該光線在入射至該反射錐面時產生全反射。
  2. 如請求項1所述之透鏡結構，其中該反射錐面具有一第二頂點，該入射錐面之該第一頂點與該反射錐面之該第二頂點位於該圓錐主體之一中心軸線上。
  3. 如請求項1所述之透鏡結構，其另包含：至少一支撐腳，其自該圓錐主體向下延伸，用來支撐該圓錐主體於該發光二極體之上方。
  4. 如請求項1所述之透鏡結構，其中當該第一傾斜角度係大於30°且該第一傾斜角度與該第二傾斜角度之和係介於65°至70°之間時，使該光線在入射至該反射錐面時產生全反射。
  5. 一種背光模組，其包含：一電路板； 至少一發光二極體，其設置於該電路板上，用來發射光線；以及一透鏡結構，其設置於該至少一發光二極體之上方，該透鏡結構包含：一圓錐主體，其具有一入射錐面以及一出射頂面，該入射錐面具有一第一頂點，該第一頂點指向該至少一發光二極體；以及一圓錐凹槽結構，其自該出射頂面向內延伸形成且具有一反射錐面，該反射錐面用來反射該至少一發光二極體入射至該入射錐面而進入該圓錐主體中之光線，以使該光線從該出射頂面射出，該入射錐面以及該反射錐面係與該圓錐主體之一中心軸線分別夾一第一傾斜角度以及一第二傾斜角度，當該第一傾斜角度係大於15°且小於30°以及該第一傾斜角度與該第二傾斜角度之和係等於45°時，使該光線在入射至該反射錐面時產生全反射。
  6. 如請求項5所述之背光模組，其中該透鏡結構另包含：至少一支撐腳，其自該圓錐主體向下延伸，用來支撐該圓錐主體於該發光二極體之上方。
  7. 如請求項5所述之背光模組，其中當該第一傾斜角度係大於30°且該第一傾斜角度與該第二傾斜角度之和係介於65°至70°之間時，使該光線在入射至該反射錐面時產生全反射。
  8. 如請求項5所述之背光模組，其中該第一頂點與該發光二極體間之一間距與該發光二極體之一最小發光直徑之比值係介於0.1至5之間。
  9. 如請求項5所述之背光模組，其中該圓錐主體之一最大直徑與該發光二極體之一最小發光直徑之比值係介於2至16之間。
  10. 如請求項5所述之背光模組，其中該透鏡結構係由透明或透光材料所組成，該透明或透光材料可為玻璃、壓克力、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯之其中之一材質。
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