TWI572952B - 發光二極體元件及應用該發光二極體元件的背光模組 - Google Patents

發光二極體元件及應用該發光二極體元件的背光模組 Download PDF

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Description

發光二極體元件及應用該發光二極體元件的背光模組
本發明涉及一種發光二極體(LED)元件及應用該LED元件的背光模組。
目前，LED已廣泛地用於製作LED電視的背光模組，LED直下式背光模組上方通常會使用擴散板使背光模組射出光變得均勻，而擴散板與光源之間需維持一定的空間使熱斑（hot spot）分佈得不那麼集中，但如此電視的厚度會增加。LED直下式電視，在色澤的調配及亮度雖然都比較好，但在薄型化的要求下，使用擴散板若不增加LED的數量就必須犧牲厚度而增加擴散板與LED之間的距離。因此有使用多個透鏡針對每顆LED做散光的方式來減少LED的使用數量及節省佔用的空間。而直下式背光模組一般使用的LED為光形對稱的方形LED，側入式背光模組一般使用的LED為光形非對稱的長條形LED，而長條形LED不能用於生產直下式背光模組，使LED電視在LED物料上的購買成本增加並且也增加了產線物料管理上的難度。
有鑒於此，有必要提供一種出光光形對稱的LED元件及使用該LED元件的背光模組。
一種LED元件，其包括一長條形LED及位於該LED正上方的一透鏡，該LED具有一長方形出光面，該透鏡包括一入光面及一出光面，LED發出的光線從透鏡的入光面入射，從透鏡的出光面出射，該透鏡的出光面包括第一出光部及位於第一出光部相對兩側的二第二出光部，第一出光部為一向外凸出的曲面，每一第二出光部為一向內凹陷的曲面，第一出光部對LED沿該長方形出光面的長邊方向出射的光線起會聚作用，第二出光部對LED沿該長方形出光面的短邊方向出射的光線起發散作用，使LED發出的光線經過透鏡後，光線沿長方形出光面的長邊方向的能量分佈與沿長方形出光面的短邊方向的能量分佈相同。
一種背光模組，包括多個上述LED元件及置於該多個LED元件上方的一擴散板。
本發明的LED元件藉由專門設計的透鏡，使長條形LED發出的光經過該透鏡後形成對稱的光形，這樣長條形LED可用於生產直下式背光模組的物料，LED電視廠僅需使用同一種長條形LED即可同時生產採用直下式LED背光模組和側入式LED背光模組的電視，使LED電視廠在LED物料上的購買成本降低，同時使用單一LED物料也使LED電視廠在產線物料管理上更為容易。
100‧‧‧背光模組
10‧‧‧LED元件
12‧‧‧LED
122‧‧‧出光面
14‧‧‧透鏡
142‧‧‧入光面
144‧‧‧出光面
146‧‧‧第一出光部
148‧‧‧第二出光部
145‧‧‧第一部分
147‧‧‧第二部分
20‧‧‧擴散板
圖1為本發明一實施例提供的LED元件的結構示意圖。
圖2為圖1中的LED元件的倒置圖。
圖3為圖1中LED元件的LED發出的光線的能量分佈圖。
圖4為圖1中LED元件出射的光線的能量分佈圖。
圖5為應用圖1中的LED元件製成的直下式背光模組的示意圖。
請參見圖1及圖2，本發明一實施例的LED元件10包括一長條形LED12及位於該LED12正上方的一透鏡14。
該LED12具有一長方形的出光面122。為便於描述，將該LED12置於空間直角坐標系中，該LED12的出光面122位於X軸和Y軸界定的平面內（XOY面），LED12的出光面122的中心與直角坐標系的原點O重合，LED12的出光面122的一對短邊沿Y軸方向延伸，LED12的出光面122的一對長邊沿X軸方向延伸。
如圖3所示為LED12發出的光線的能量分佈圖，該能量分佈圖的橫坐標代表LED12發出的光線的照射角度，縱坐標代表LED12發出的光線的能量分佈率。由於該LED12的長邊比短邊長，光線沿X軸方向的照射角度範圍大於光線沿Y軸方向的照射角度範圍。也就是說，光線沿X軸方向的能量分佈比光線沿Y軸方向的能量分佈更為擴散，使LED12發出的光線形成一非對稱的光形。
該透鏡14包括一入光面142及一出光面144。LED12發出的光線從透鏡14的入光面142入射，然後從透鏡14的出光面144出射。該透鏡14的外周緣為圓形。
該入光面142為一向內凹陷的曲面，其面向LED12的出光面122，使LED12發出的光線在進入該入光面142時作大角度的發散。該入光面142可以是非球面或球面。在本實施例中，該入光面142為一非球面。
該出光面144整體上為一非對稱的自由曲面，其表面積遠大於該入光面142的表面積。該出光面144包括第一出光部146及位於第一出光部146相對兩側的二第二出光部148。第一出光部146為一向外凸出（即背向LED12凸出）的曲面，對光線起會聚作用。每一第二出光部148為一向內凹陷（即朝向LED12凸出）的曲面，對光線起發散作用。該第一出光部146包括位於透鏡14正中央的一圓形的第一部分145及自該第一部分145相對兩側傾斜向下延伸的二第二部分147。該第一出光部146在XOY面上的投影既關於X軸對稱，也關於Y軸對稱。該第一部分145正對透鏡14底部的LED12。該第一出光部146的每一第二部分147在XOY面上的投影為一扇形，每一第二部分147在XOY面上的投影關於X軸對稱，且該二第二部分147在XOY面上的投影關於Y軸對稱。每一第二出光部148在XOY面上的投影為一扇形，每一第二出光部148在XOY面上的投影關於Y軸對稱，且該二第二出光部148在XOY面上的投影關於X軸對稱。該第二部分147在XOY面上投影的扇形的圓心角小於第二出光部148在XOY面上投影的扇形的圓心角。
如圖4所示為LED12發出的光線經過透鏡14之後的能量分佈圖。由於透鏡14的第一出光部146對LED12沿X軸出射的光線起會聚作用，使LED12發出的光線沿X軸方向的照射角度範圍變小；透鏡14的第二出光部148對LED12沿Y軸出射的光線起發散作用，使LED12發出的光線沿Y軸方向的照射角度範圍變大。從而透鏡14對LED12發出的光線形成的非對稱的光形沿X軸方向和Y軸方向分別進行修正，使LED12發出的光線經過透鏡14後，光線沿X軸方向的能量分佈與沿Y軸方向的能量分佈相同。這樣，從圖4中可以看到：光線沿X軸方向的能量分佈曲線與光線沿Y軸方向的能量分佈曲線重合。LED12發出的光線經過透鏡14後形成一圓形的對稱的光形。
如圖5所示，一直下式背光模組100包括多個LED元件10及置於該多個LED元件10上方的一擴散板20。該擴散板20用於將從多個LED元件10出射的光線均勻化。
本發明的LED元件10藉由專門設計的透鏡14，使長條形LED12發出的光經過該透鏡14後形成對稱的光形，這樣長條形LED可用於生產直下式背光模組的物料，LED電視廠僅需使用同一種長條形LED即可同時生產採用直下式LED背光模組和側入式LED背光模組的電視，使LED電視廠在LED物料上的購買成本降低，同時使用單一LED物料也使LED電視廠在產線物料管理上更為容易。
可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
無
10‧‧‧LED元件
14‧‧‧透鏡
144‧‧‧出光面
146‧‧‧第一出光部
148‧‧‧第二出光部
145‧‧‧第一部分
147‧‧‧第二部分

Claims (9)

  1. 一種LED元件，其包括一長條形LED及位於該LED正上方的一透鏡，該LED具有一長方形出光面，該透鏡包括一入光面及一出光面，LED發出的光線從透鏡的入光面入射，從透鏡的出光面出射，其改良在於，該透鏡的出光面包括第一出光部及位於第一出光部相對兩側的二第二出光部，第一出光部為一向外凸出的曲面，每一第二出光部為一向內凹陷的曲面，第一出光部對LED沿該長方形出光面的長邊方向出射的光線起會聚作用，第二出光部對LED沿該長方形出光面的短邊方向出射的光線起發散作用，使LED發出的光線經過透鏡後，光線沿長方形出光面的長邊方向的能量分佈與沿長方形出光面的短邊方向的能量分佈相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的LED元件，其中，該透鏡的外周緣為圓形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的LED元件，其中，該透鏡的入光面為一向內凹陷的曲面，其面向LED的出光面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的LED元件，其中，該入光面為非球面或球面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的LED元件，其中，該第一出光部包括位於透鏡正中央的一圓形的第一部分及自該第一部分相對兩側傾斜向下延伸的二第二部分，該第一部分正對透鏡底部的LED，每一第二部分在水平面上的投影為一扇形，該二第二部分在水平面上的投影關於軸對稱。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的LED元件，其中，每一第二出光部在水平面上的投影為一扇形，且該二第二出光部在水平面上的投影關於軸對稱。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的LED元件，其中，該第二部分在水平面上投影的扇形的圓心角小於第二出光部在水平面上投影的扇形的圓心角。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的LED元件，其中，LED發出的光線經過透鏡後形成一圓形的對稱光形。
  9. 一種背光模組，其中，包括多個如申請專利範圍第1-8項中任一項所述的LED元件及置於該多個LED元件上方的一擴散板。
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