TWI654449B - 背光模組及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學透鏡、背光模組及顯示裝置。光學透鏡包含平台部以及複數個透鏡部。平台部具有出光面以及下表面相對出光面。透鏡部設置在平台部之下表面。每一個透鏡部具有本體、入光面以及反射側面。入光面位於本體之底面。反射側面連接入光面以及平台部之下表面。每一個本體之厚度是從本體靠近入光面之一端朝向本體靠近平台部之下表面之另一端漸增。

Description

背光模組及顯示裝置

本發明是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種光學透鏡與光學透鏡在背光模組及顯示裝置的應用。

一般的直下式背光模組主要包含發光二極體以及光學膜片組。由於發光二極體為點光源，且出光角度有限，故當發光二極體應用在直下式背光模組時通常會需要搭配二次透鏡來控制其照射範圍。

二次透鏡主要包含折射式透鏡以及反射式透鏡。折射式透鏡的出光角度有限，故當發光二極體間的間距改變時，將導致出光均勻度不佳的問題。另一方面，反射式透鏡通常會做成空心錐形，且其內表面需要利用鍍膜的方式製作，以形成反射表面，故此種反射式透鏡的製作方式較困難且成本較高。而且，反射式透鏡本身也容易因為製造難度高而導致成型精度不佳，進而影響出光效果。

再者，在一般的背光模組中，二次透鏡的數量與發光二極體數量相同，且需要由組裝人員將二次透鏡一對一地對應設置在每一個發光二極體上。因此，二次透鏡在組 裝上也具有困難及費時的缺點。

因此，本發明之一目的是在提供一種光學透鏡，其具有容易組裝以及可產生均勻的出光效果之優點，藉以使光學透鏡應用至背光模組及顯示裝置時，可使背光模組以及顯示裝置具有良好的出光品質。

根據本發明之上述目的，提出一種光學透鏡。此光學透鏡包含平台部以及複數個透鏡部。平台部具有出光面以及下表面相對出光面。透鏡部設置在平台部之下表面。其中，每一個透鏡部具有本體、入光面以及反射側面。入光面位於本體之底面，反射側面連接入光面以及平台部之下表面，且每一個本體之厚度是從本體靠近入光面之一端朝向本體靠近平台部之下表面之另一端漸增。

依據本發明之一實施例，上述之光學透鏡更包含複數個出光結構，設置在平台部之出光面上對應透鏡部的位置。

依據本發明之另一實施例，上述之每一透鏡部之入光面為凹面，且入光面上設有複數個入光微結構。

依據本發明之又一實施例，上述之每一個反射側面為斜面、弧面或是多個斜面所構成之一表面。

依據本發明之再一實施例，上述之透鏡部是間隔而非連續地設置在平台部之下表面。

根據本發明之上述目的，另提出一種背光模 組。此背光模組包含光源、前述之光學透鏡以及光學膜片。光源包含電路板以及複數個發光二極體陣列於電路板上。光學透鏡設置在電路板上，其中每一個光學透鏡之入光面是分別對應設置於每一個發光二極體上方。光學膜片設置在光源之上方。

依據本發明之一實施例，上述之背光模組更包含複數個定位柱設置在電路板上且位於任二相鄰之發光二極體之間，其中光學透鏡是對應卡合於定位柱上。

依據本發明之另一實施例，上述之任兩相鄰的透鏡部之間是界定出一縫隙，且每一個定位柱是嵌設於每一個光學透鏡之透鏡部之間的縫隙之中。

依據本發明之又一實施例，上述之定位柱為十字形定位柱。每一個光學透鏡具有四個透鏡部，並以任兩相鄰的透鏡部來界定出一個十字形縫隙。當光學透鏡卡合於定位柱上時，十字形定位柱是嵌合於透鏡部之間的十字形縫隙之中。

依據本發明之再一實施例，上述之背光模組更包含複數組固定組件，每一組固定組件包含第一固定件設置在定位柱與光學透鏡之間，且第一固定件設置在定位柱與光學透鏡之間，且第一固定件是配置以將光學透鏡固定在定位柱上。

依據本發明之再一實施例，上述之第一固定件具有第一結合部及第二結合部。第一結合部位於平台部的下表面，且介於透鏡部之間而位於縫隙之中。第二結合部是位 於定位柱且與第一結合部互相結合。

依據本發明之再一實施例，上述之每一組固定組件還包含一第二固定件，配置以將定位柱固定在電路板上之任二相鄰之發光二極體之間。

依據本發明之再一實施例，上述之第二固定件具有第三結合部及第四結合部，第三結合部位於電路板且介於發光二極體之間，第四結合部是位於定位柱上，且與第三結合部互相結合。

根據本發明之上述目的，另提出一種顯示裝置，包含前述之背光模組以及顯示面板。顯示面板設置在光學膜片的上方。

上述可知，本發明之光學透鏡包含一個平台部以及多個透鏡部，其中透鏡部的厚度是從靠近入光面之一端往靠近出光面之另一端漸增，藉以控制光線之行徑方向。此外，個別從不同透鏡部射出之光線在通過平台部後，可互相混合而形成一均勻化之面光源。藉此，透過使用單一光學透鏡對應多個發光二極體的方式，可達到均勻混合光線以及提升光線之使用效率之目的。此外，透過將多個透鏡部整合於一平台部上的方式，亦可減少組裝人員在將光學透鏡予以組裝在電路板上時所花費的時間。

100‧‧‧背光模組

110‧‧‧光源

111‧‧‧電路板

111a‧‧‧散熱件

112‧‧‧發光二極體

120‧‧‧光學膜片

130‧‧‧定位柱

200‧‧‧光學透鏡

210‧‧‧平台部

211‧‧‧出光面

212‧‧‧下表面

220‧‧‧透鏡部

220a‧‧‧縫隙

221‧‧‧本體

222‧‧‧入光面

223‧‧‧反射側面

310‧‧‧第一固定件

311‧‧‧第一結合部

312‧‧‧第二結合部

320‧‧‧第二固定件

321‧‧‧第三結合部

322‧‧‧第四結合部

400‧‧‧光學透鏡

400a‧‧‧光學透鏡

410‧‧‧出光結構

410a‧‧‧出光結構

500‧‧‧光學透鏡

510‧‧‧凹面

511‧‧‧入光微結構

600‧‧‧光學透鏡

610‧‧‧反射側面

700‧‧‧光學透鏡

710‧‧‧反射側面

800‧‧‧光學透鏡

810‧‧‧平台部

820‧‧‧透鏡部

830‧‧‧定位柱

900‧‧‧顯示裝置

910‧‧‧顯示面板

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡設置在電路板上之立體示意圖；〔圖3A〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡與電路板之分解示意圖；〔圖3B〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡與電路板之另一分解示意圖；〔圖4〕係繪示依照本發明之光學透鏡所產生之光場示意圖；〔圖5A〕係繪示依照本發明之第二實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖5B〕係繪示依照本發明之第二實施方式之另一種光學透鏡之側視圖；〔圖6〕係繪示依照本發明之第三實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖7〕係繪示依照本發明之第四實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖8A〕及〔圖8B〕係繪示光線經由不同斜率的反射側面反射後之出光情形；〔圖9〕係繪示依照本發明之第五實施方式之一種光學透鏡之側視圖； 〔圖10A〕及〔圖10B〕係繪示光線經由不同弧度的反射側面反射後之出光情形；〔圖11〕係繪示依照本發明之第六實施方式之一種光學透鏡設置在電路板上之立體示意圖；以及〔圖12〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。

請參照圖1及圖2，其中圖1係繪示依照本發明之第一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖，圖2係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡設置在電路板上之立體示意圖。本實施方式之背光模組100主要包含光源110、複數個光學透鏡200以及光學膜片120。如圖1所示，光源110包含電路板111以及複數個陣列於電路板111之發光二極體112。光學透鏡200是設置在電路板111上，且對應設置在發光二極體112上方，光學透鏡200與發光二極體112之間存在有一距離。光學透鏡200用以調整每一顆發光二極體112的出光光形，並可均勻化任兩相鄰之發光二極體112之間的光線，進而提高背光模組100的出光均勻度。欲陳明者，清楚表示本實施方式之光學透鏡200的結構，圖2僅繪示單一光學透鏡200設置在電路板111上，此數量並非用以限制本發明。

請繼續參照圖1及圖2所示，光學透鏡200主要包含平台部210以及複數個透鏡部220。平台部210具有出 光面211以及與出光面211相對之下表面212。透鏡部220是間隔而非連續地設置在平台部210之下表面212。也就是說，單一平台部210的下方可設置多個透鏡部220，用以霧化各個從多個透鏡部220射出之光線。

請同時參照圖1及圖3A所示，其中圖3A係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡與電路板之分解示意圖。每一個透鏡部220具有本體221、入光面222以及反射側面223。入光面222位於本體221之底面，反射側面223連接入光面222以及平台部210之下表面212。當光學透鏡200設置在電路板111上時，光學透鏡200之入光面222是分別對應設置於每一個發光二極體112上方。在本實施例中，每一個透鏡部220為厚度漸變的結構。進一步而言，每一個透鏡部220之本體221的厚度是從本體221靠近入光面222之一端朝向本體靠近平台部210之下表面212之另一端漸增。藉此，發光二極體112所產生的部分光線可從入光面222進入本體221中，再進入平台部210中而從出光面211出光。發光二極體112所產生的另一部分光線從入光面222進入本體221而射向反射側面223的光線後，此時因為本體221是光密介質，其臨界角較空氣的臨界角還要小，可以讓光線在碰撞到反射側面223時，更容易產生全反射。況且，由於本體221的厚度是朝向平台部210之下表面212漸增，光線在本體221中產生全反射的過程的同時其反射角也會增加，故可使光線從平台部210的出光面211出光時的角度可以更為垂直正向，產生如圖4所示的極窄光場。如圖4所 示，利用本發明之光學透鏡200可產生半峰全寬(Full width at half maximum,FWHM)小於25度的成果，故應用在具有區域調光(Local Dimming)功能的直下式背光模組架構，便能同時產生有窄視角的效果。在本實施例中，反射側面223為多個斜面所構成之一表面。藉此，當光線射向反射側面223時，這些表面可個別反射光線，而使光線在出光時具有不同的行徑方向，進而使進入平台部210後的光線能夠再次被均勻化。

另請參照圖3A及圖3B，圖3B係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡與電路板之另一分解示意圖。在本實施例中，光學透鏡200是透過定位柱130來定位在電路板111上。在本實施例中，定位柱130是設置在電路板111上，且位於任二相鄰之發光二極體112之間。光學透鏡200是對應卡合於定位柱130上。在一實施例中，任兩相鄰的透鏡部220之間可界定出一縫隙220a，此縫隙220a主要可供定位柱130嵌設於其中，進而使光學透鏡200定位在定位柱130上。在一些實施例中，當光學透鏡200嵌設在定位柱130上時，光學透鏡200的透鏡部220與發光二極體112之間具有一距離。也就是說，透鏡部220的入光面222不會直接接觸到發光二極體112，故可避免發光二極體112所產生的熱破壞入光面222。在一些實施例中，光源110之電路板111的底面亦可加裝如圖1所示之散熱件111a(例如：散熱鰭片)，以增加電路板111之散熱效果。

請繼續參照圖3A及圖3B，在一實施例中，定 位柱130為十字形定位柱。每一個光學透鏡200具有四個透鏡部220，且任兩相鄰的透鏡部220所界定出之縫隙220a為十字形縫隙。因此，當光學透鏡220卡合於定位柱130上時，十字形定位柱是嵌合於透鏡部220之間的十字形縫隙之中。

如圖3A及圖3B所示，在一些實施例中，定位柱130可透過固定組件固定在電路板111上，光學透鏡200同樣可透過固定組件固定在定位柱130上。在一實施例中，固定組件可包含第一固定件310以及第二固定件320。如圖3B所示，第一固定件310是設置在定位柱130與光學透鏡200之間，且第一固定件310是配置以將光學透鏡200固定在定位柱130上。進一步而言，第一固定件310具有第一結合部311及第二結合部312。第一結合部311位於平台部210的下表面212，且位於透鏡部220之間的縫隙220a之中，第二結合部312則是位於定位柱130上，且與第一結合部311互相結合。在一例子中，第一結合部311可為凸柱，第二結合部312可為位於定位柱130之上表面之定位孔，故透過將凸柱插入定位孔的方式，可將光學透鏡200固定在定位柱130上。在一些例子中，凸柱與定位孔的數量以及設置位置均可依據需求而定。在其他例子中，第一結合部311亦可為定位孔，第二結合部312則為凸柱。

如圖3A所示，第二固定件320主要是用來將定位柱130可透過固定在電路板111上之任二相鄰之發光二極體112之間。進一步而言，第二固定件320具有第三結合部321及第四結合部322。第三結合部321位於電路板111上， 且位於發光二極體112之間，第四結合部322是位於定位柱130上，且與第三結合部321互相結合。在一例子中，第三結合部321可為凸柱，第四結合部322可為位於定位柱130之底面之定位孔，故透過將凸柱插入定位孔的方式，可將定位柱130固定在電路板111上。在一些例子中，凸柱與定位孔的數量以及設置位置均可依據需求而定。在其他例子中，第三結合部321亦可為定位孔，第四結合部322則為凸柱。

請再次參照圖1，光學膜片120設置在光學透鏡200的上方，兩者之間存在有一距離，故從光學透鏡200射出的光線可通過光學膜片120，並從光學膜片120射出。在一實施例中，光學膜片120可為擴散板，藉此可使從光學透鏡200射出之光線分布更均勻。

在前述實施例中，光學透鏡的出光面為平面並非用以限制本發明。在其他實施例中，光學透鏡的出光面亦可依據使用需求而有不同的結構設計。請參照圖5A及圖5B，其係分別繪示依照本發明之第二實施方式之二種光學透鏡之側視圖。其中，圖5A所示之光學透鏡400的結構大致上與圖1至圖3B之光學透鏡200的結構相同，差異僅在於圖5A所示之光學透鏡400更包含複數個出光結構410。在一些例子中，出光結構410可為凸出之圓弧結構。如圖5A所示，出光結構410是設置在平台部210之出光面211上對應透鏡部220的位置。出光結構410為凸透鏡設計時，其主要可增加出射光線的收斂效果，讓光線更為集中。此外，如圖5B所示，圖5B所示之光學透鏡400a的結構大致上與圖5A之光 學透鏡400的結構相同，差異僅在於圖5B所示之光學透鏡400a的出光結構410a是R型微結構，其可用來增加出射光線的方向性，以達到提高出光均勻度的目的。

在前述實施例中，光學透鏡的入光面為平面並非用以限制本發明。在其他實施例中，光學透鏡的入光面亦可依據使用需求而有不同的結構設計。請參照圖6，其係繪示依照本發明之第三實施方式之一種光學透鏡之側視圖。圖6所示之光學透鏡500的結構大致上與圖1至圖3B之光學透鏡200的結構相同，差異僅在於圖6所示之光學透鏡500之入光面510為凹面，且具有數個入光微結構511。入光微結構511的設計主要可控制光線入光的角度，讓光線在入射時可以產生一定程度的發散效果，進而控制光線之行徑路徑以及出光效果。

在前述實施例中，光學透鏡的反射側面為多個斜面所構成之表面並非用以限制本發明。在其他實施例中，光學透鏡的反射側面亦可依據使用需求而有不同的結構設計。請參照圖7所示，其係繪示依照本發明之第四實施方式之一種光學透鏡之側視圖。圖7所示之光學透鏡600的結構大致上與圖1至圖3B之光學透鏡200的結構相同，差異僅在於圖7所示之光學透鏡600之反射側面610為斜面。在本實施例中，斜面的斜度可依據需求來設計，並藉由斜面之斜度的改變來達到控制光線的反射方向之目的，進而改變出光效果。請一併參閱圖8A及圖8B所示，圖8A及圖8B係繪示光線經由不同斜率的反射側面反射後之出光情形。舉例而言， 在光學透鏡600中，圖8A的反射側面610斜率大於圖8B的反射側面610的斜率。又如8A圖所示，當每一個透鏡部220的之反射側面610的斜率越大(也就是越為垂直於平台部210)時，部分光線經過反射側面610反射之後，就會更為朝向透鏡部220之中心偏斜，故可提高整體光學透鏡600之中心處的照度。

另請參照圖9所示，其係繪示依照本發明之第五實施方式之一種光學透鏡之側視圖。圖9所示之光學透鏡700的結構大致上與圖1至圖3B之光學透鏡200的結構相同，差異僅在於圖9所示之光學透鏡700之反射側面710為弧面。在本實施例中，弧面的斜度可依據需求來設計，並藉由弧面之弧度的改變來達到控制光線的反射方向之目的，進而改變出光效果。請一併參閱圖10A及圖10B所示，圖10A及圖10B係繪示光線經由不同弧度的反射側面反射後之出光情形。舉例而言，在光學透鏡700中，圖10A的透鏡部220的厚度等於圖10B的透鏡部220的厚度，且圖10A的反射側面710的弧度小於圖10B的反射側面710的弧度。當透鏡部220的厚度相同，且反射側面610的弧度較小(曲率半徑R值愈大)的情況下，部分光線經過反射側面610反射之後，其光線發散的角度會較大，可以藉此提高光學透鏡600之發光範圍。

欲陳明者，前述光學透鏡具有四個透鏡部並非用以限制本發明。在其他實施例中，光學透鏡之透鏡部的數量亦可依需求而設計。請參照圖11所示，其係繪示依照本 發明之第六實施方式之一種光學透鏡設置在電路板上之立體示意圖。圖11所示之光學透鏡800的結構大致上與圖1至圖3B之光學透鏡200的結構相同，差異僅在於光學透鏡800具有二個透鏡部820。在本實施例中，光學透鏡800同樣具有平台部810，且透鏡部820是設置在平台部810的下方。藉此，透過平台部810用以霧化各個從透鏡部820射出之光線。在本實施例中，光學透鏡800亦可透過定位柱830固定在電路板111上。同樣地，定位柱830的形狀係依據透鏡部820之間的縫隙來設計，以使光學透鏡800可嵌設於定位柱830上。

另請參照圖12，其係繪示依照本發明之一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。本實施方式之顯示裝置900包含背光模組100以及顯示面板910。如圖12所示，顯示面板910係設置在背光模組100之光學膜片120上方，且經由光學膜片120出光之光線可射入顯示面板910中，並可達到與前述相同之目的。欲陳明者，本實施例以圖1至圖3A所示之具有光學透鏡200之背光模組100應用於顯示裝置800中僅用來作為示範說明，並非用以限制本發明。前述其他實施例的光學透鏡，例如光學透鏡400、500、600、700及800亦可應用於顯示裝置中，以產生同樣之效果。

由上述本發明實施方式可知，本發明之光學透鏡包含一個平台部以及多個透鏡部，其中透鏡部的厚度是從靠近入光面之一端往靠近出光面之另一端漸增，藉以控制光線之行徑方向。此外，個別從不同透鏡部射出之光線在通過 平台部後，可互相混合而形成一均勻化之面光源。藉此，透過使用單一光學透鏡對應多個發光二極體的方式，可達到均勻混合光線以及提升光線之使用效率之目的。此外，透過將多個透鏡部整合於一平台部上的方式，亦可減少組裝人員在將光學透鏡予以組裝在電路板上時所花費的時間。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種背光模組，包含：一光源，包含一電路板以及複數個發光二極體陣列於該電路板上；複數個光學透鏡，設置在該電路板上，且每一該些光學透鏡包含：一平台部，具有一出光面以及一下表面相對該出光面；以及複數個透鏡部，設置在該平台部之該下表面，其中每一該些透鏡部具有一本體、一入光面以及一反射側面，其中該入光面位於該本體之底面，該反射側面連接該入光面以及該平台部之該下表面，且每一該些本體之厚度是從該本體靠近該入光面之一端朝向該本體靠近該平台部之該下表面之另一端漸增，其中每一該些光學透鏡之該些入光面是分別對應設置於每一該些發光二極體上方；一光學膜片，設置在該光源之上方；以及複數個定位柱，設置在該電路板上且位於任二相鄰之該些發光二極體之間，其中該些光學透鏡是對應卡合於該些定位柱上；其中任兩相鄰的該些透鏡部之間是界定出一縫隙，且每一該定位柱是嵌設於每一該些光學透鏡之該些透鏡部之間的縫隙之中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組， 更包含複數個出光結構，設置在該平台部之該出光面上對應該些透鏡部的位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中每一些該透鏡部之該入光面為一凹面，且該入光面上設有複數個入光微結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中每一該些反射側面為一斜面、一弧面或是多個斜面所構成之一表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該些透鏡部是間隔而非連續地設置在該平台部之該下表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中每一該些定位柱為一十字形定位柱；每一該些光學透鏡具有四個透鏡部，並以任兩相鄰的該些透鏡部來界定出一個十字形縫隙，當該光學透鏡卡合於該定位柱上時，該十字形定位柱是嵌合於該些透鏡部之間的該十字形縫隙之中。
7. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，更包含複數組固定組件，每一該些固定組件包含： 一第一固定件，設置在該定位柱與該光學透鏡之間，且配置以將該光學透鏡固定在該定位柱上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中該第一固定件具有一第一結合部及一第二結合部，該第一結合部位於該平台部的該下表面，且位於該些透鏡部之間的該縫隙之中，該第二結合部是位於該定位柱上，且與該第一結合部互相結合。
9. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中，每一該些固定組件還包含一第二固定件，配置以將該些定位柱固定在該電路板上之任二相鄰之該些發光二極體之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之背光模組，其中該第二固定件具有一第三結合部及一第四結合部，該第三結合部位於該電路板且介於該些發光二極體之間，該第四結合部是位於該定位柱上，且與該第三結合部互相結合。
11. 一種顯示裝置，包含：一如申請專利範圍第1項所述之背光模組；以及一顯示面板，設置在該光學膜片上方。