TWI666479B - 光源組件及使用其之背光模組 - Google Patents

Abstract

一種光源組件，應用於直下式背光模組。光源組件包含發光二極體以及透鏡。透鏡設置於該發光二極體上方，並包括本體及複數腳柱。本體具有上表面及下表面，其中上表面為曲面，而下表面中央處向上凹設有凹槽。凹槽係對應位於發光二極體的上方。腳柱設置於本體之下表面，且此些腳柱使發光二極體之發光面與本體之下表面於垂直發光面的方向產生間距。

Description

光源組件及使用其之背光模組

本發明係有關於一種背光模組顯示技術，特別是一種能改變分光角度的光源組件。

近年來，隨著顯示技術的發展，發光二極體（light emitting diodes，LED）於液晶顯示器（liquid crystal display，LCD）的背光模組（backlight module）上的應用也逐漸受到重視。

目前常見的背光模組的類型包含直下式背光模組及側光式背光模組。常見的直下式背光模組係以發光二極體作為光源，並將其均勻地配置在反射板上，使光源可以透過上方擴散板等其他組件均勻地傳遞到整個顯示器面板上。

直下式背光模組相較於側光式背光模組應用在顯示器上，具有較佳的區域調光、透光均勻度、明暗細節佳，以及對比度等優勢，但其缺點為需要較高密度的光源組件（如發光二極體），因此相較於側光式背光模組，直下式背光模組需要較高的成本以及耗電量，其應用的顯示器體積較厚。

為了將低成本，可利用透鏡的外型改變發光二極體出光的張角達到均勻混光的效果，進而去拉開發光二極體之間的節距，以減少發光二極體所需的設置數量。

但當發光二極體的數量過少時，會因為背光源分割不夠細緻，導致調光畫面的邊緣會有光暈現象（Halo effect），而背光模組的角落邊緣也會因為光源無法有效傳遞，造成暗角暗邊的現象。

在一實施例中，一種應用於直下式背光模組的光源組件，包含發光二極體以及透鏡。此透鏡係設置於該發光二極體上方。此透鏡包括本體及複數腳柱。本體具有上表面及下表面，其中，上表面為曲面，且下表面中央處向上凹設有凹槽。此凹槽係對應位於發光二極體位置的上方。複數腳柱設置於本體之下表面，這些腳柱使發光二極體之發光面與本體之下表面於垂直發光面的方向產生間距。

在一實施例中，一種背光模組包含反射板、複數光源組件以及擴散板。複數光源組件設置於該反射板上。此些光源模組包含發光二極體以及透鏡，其中透鏡設置於發光二極體上方。此透鏡包括本體及複數腳柱。此本體具有上表面及下表面，其中，上表面為曲面，且下表面中央處向上凹設有凹槽。此凹槽係對應位於發光二極體位置的上方。腳柱設置於本體之下表面，這些腳柱使發光二極體之發光面與本體之下表面於垂直發光面的方向產生間距。擴散板設置於此些光源模組上方，其中，位於反射板之中心區的各光源組件的間距不同於與位於反射板之邊緣區的各光源組件的間距。

有鑑於此，本發明提供一種光源組件和一種背光模組，依據發光二極體之發光面與透鏡本體的下表面垂直於發光面的方向產生的間距的不同能夠使發光二極體之光源射入透鏡凹槽後，折射出的出光角度有所差異，進而去降低減少光源組件數量後造成的光暈現象和背光模組的暗角暗邊問題。

請參閱圖1以及圖2，在本實施例中，光源組件100包括透鏡110以及發光二極體150。透鏡110包括本體120和複數個腳柱130。本體120具有上表面121及下表面122。在本實施例中，本體120之上表面121為曲面，以使得發光二極體150射入透鏡110的光線，可以在穿過本體120後由上表面121射出時，可以因折射效果而得到較大的出光角度。但上表面121的曲面形式不特別限制，可如本實施例中所示的曲面，亦或是中心內凹的曲面等，因應光路需求而做改變。且如圖1所示，本體120的下表面122中央處向上凹設有凹槽140。當透鏡110對應組設於發光二極體150上方時，凹槽140將會對應位於發光二極體150的正上方。

複數個腳柱130分別耦接於下表面122。在本實施例中，腳柱130的數量雖以二為例示做說明，但並不以此為限。腳柱130至少為二個是為了保持透鏡110左右平衡，其數量可為2、3、4或5以上，以達平衡之目的。腳柱130將使得發光二極體150的發光面160與下表面122間於垂直發光面160的方向上產生間距H。

在本實施例中，當腳柱130的高度較發光二極體150的高度來得高，則此時間距H即為正值。但在一些實施態樣中，間距H也可以小於零，即間距H為負值。當間距H小於零時，即表示腳柱130的高度較發光二極體150的高度來得矮，此時發光二極體150將會部份容設於凹槽140中。

藉此，可以利用例如調整光源組件100中的腳柱130的長度來改變光源組件100中透鏡110和發光二極體150之間的間距H大小，進而去影響發光二極體150光源透過透鏡110折射出的出光角度。因此，舉例來說，當為了可以降低光暈現象和角落邊緣的暗角暗邊問題，而要使用較大出光角度的光源組件100時，即可藉由調整腳柱130的高度來達成，而不需要製作或開發具有不同折射率的透鏡110。如此，也可以簡化製造工序或開發時程。

再請參閱圖1，在本實施例中，透鏡110的腳柱高度為L，而發光二極體150的底面至發光面160的高度為P，則腳柱高度L、高度P以及間距H之間，需符合L=H+P，且 L ＞ 0。並且，為了使得發光二極體150所發出的光能夠全部有效入射至凹槽140中，以經過透鏡110折射出去，因此，當發光面160為圓形且半徑為r，位於本體120下表面122處的凹槽140開口為圓形且半徑為R時，需滿足下列公式：
H ＜ （R-r）/ tan 30° …（1）。

由於發光二極體150的發光面160所發出之光源會射入凹槽140，且經透鏡110之本體120折射後由透鏡110之上表面121射出。因此，一旦間距H過大，則在發光面160左右二側所發出的光線將不會直接射入至凹槽140中，而是會射入到本體120的下表面122而造成部份反射。也就是說，上述腳柱130高度L將因間距H而有一定的限制，即 L ＜ P +（R-r）/ tan 30°。當腳柱過高時，發光二極體150之光源發射路徑超出凹槽140半徑R，會造成光源從透鏡110下側漏光影響光源表現。如此，將造成發光二極體150所發出之光線的浪費。所以，間距H的高度若能滿足上述式（1）的限制為佳。當間距H較大時，光源從本體120射出的出光角度大於當間距H較小時的出光角度。

請參閱圖3，圖3所示為使用本實施例上述之背光模組200的光源組件100的使用狀態示意圖。背光模組200包括複數個光源組件100、反射板210以及擴散板220。本實施例之光源組件100可以是直接排列設置於反射板210上，或是將複數個光源組件100先組成複數條光條的方式，再將光條一一排列設置於反射板210上。另外，反射板210亦並非一定要為板狀，也可以是在電路板上再鍍上白漆而形成具反射效果的反射層，進而形成反射板210。另外，圖3中為清楚說明，係簡化長度而直接示意中央區C的單一光源組件100與左右邊緣區E的單一光源組件100。

光源組件100設置於反射板210上。擴散板220在光源組件100以及反射板210上方。發光二極體150將直接耦接於反射板210，而透鏡110的腳柱130則直接設置於反射板210上。整個反射板210上可以分為靠近中央部位的中央區C（Central area）以及靠近側邊或邊角的邊緣區E（Edge area）。而在本實施例中，位於中央區C的光源組件100，其間距H會不同於位於邊緣區E的光源組件100的間距H。

為使得畫面的中央區C所呈現的影像更為清晰，在中央區C需要以較小的出光角度的光源折射至擴散板220，此時，需要將間距H調整為較小的值，以使得出光角度可以較小。除了前述可以透過直接改變腳柱130的高度L外，也可以如圖3所示，在反射板210上具有複數孔洞211，此些孔洞211的數量可以是對應上述腳柱130的數量，或是僅於需要的位置設置所需數量的孔洞211。而光源組件100的透鏡110的腳柱130則是設置於反射板210表面（如圖3設置於邊緣區E的光源組件100）或分別穿射於孔洞211中（如圖3設置於中央區C的光源組件100）。

藉由將位於中央區C的透鏡110的腳柱130穿設於孔洞211中，即可以使得本體120的下表面122更靠近發光面160，即縮小間距H。也就是說，當需要改變間距H時，只需要改變孔洞211的深度即可。如此，將可以使用統一規格的光源組件100組設於整個背光模組200的任意位置，而不需要依據光源組件100的設置位置而製作各種具有不同腳柱高度L的透鏡110，以減少元件製造的數量。

另外，由於在邊緣區E需要以較大的出光角度折射至擴散板220，以將光源較有效地傳達給背光模組200角落，進而減少暗角暗邊的現象。因此，相較於中央區C，位於邊緣區E的光源組件100的透鏡110和發光二極體150之間的間距H需為較大值，進而放大光源的出光角度。在本實施例中，即是利用在反射板210的邊緣區E不設置孔洞211，而是直接以具有腳柱130設置於邊緣區E處的反射板210表面上，以使得間距H較位於中央區C的間距H來得大。

另外，為了可以為滿足前述的式（1），也可以將腳柱130直接組設於反射板210上時符合上述式（1）的腳柱高度L作為預設的腳柱高度L。隨後再依據所需於反射板210上設置相同或不同深度的孔洞211，以滿足在中央區C或邊緣區E所需要的光源組件100設置模式。

再者，在本實施例中，上述孔洞211除了可以用以調整間距H外，也可以幫助光源組件100定位，提高擺放位置的精準度，避免偏心問題。

為了降低光暈現象和角落邊緣的暗角暗邊問題，除了如上述調整腳柱130的高度或改變孔洞211的深度以調整上述間距H（請參閱圖1）的大小之外，在另一實施例中，腳柱130的形狀為階梯狀，此階梯狀腳柱130A可以包含複數個階梯。

請參閱圖4，圖4所示為本發明另一實施例的腳柱立體圖。本實施例與前一實施例相同之結構及元件將不再重複贅述。不同之處在於腳柱之形狀。為清楚說明，圖4為階梯狀腳柱130A的示意圖，以最小數量二階梯呈現，但並不以此為限，亦可依需求使用三階、四階或更多。階梯狀腳柱130A包含第一階梯131、第二階梯132由上而下依序設置，其中第一階梯131寬度大於第二階梯寬度132。

在另一實施例中，上述階梯狀腳柱130A除了可以設置在反射板210上，亦可對應反射板210之孔洞211，此些孔洞211可依據所需，將孔徑寬度設置為大於第二階梯132的寬度並小於第一階梯131的寬度，且孔徑的深度也可以依照階梯狀腳柱130A的對應的階梯高度設置，使階梯狀腳柱130A的不同階梯穿設在不同的孔徑的孔洞211中。

如此，透過上述階梯狀腳柱130A的各個階梯的寬度以及高度的設定，可以達到與前述腳柱130同樣的效果，且相較於柱狀腳柱（如圖2所示，但腳柱130不受限於圓柱狀），階梯狀腳柱130A有更廣泛的應用與優勢。例如，當使用具有更多階梯的腳柱時，可依所要設置的腳柱，調整對應的孔洞211的孔徑，當腳柱放入後，即會被擋止於所需要的階梯處，而不需要顧慮到孔洞211的深度是否過深，或因公差可能造成深度不一的問題。或者，當面對具有相同孔徑寬度的孔洞211，階梯狀腳柱130A具有利用不同階梯寬度調整光源組件100的高度。

請參閱圖5，圖5為另一實施例之背光模組200的光源組件100的放置示意圖，其中光源組件100具有另一實施例所述之腳柱130A。背光模組200包括複數個光源組件100、反射板210以及擴散板220。其中光源組件100設置於反射板210上，而擴散板220在光源組件100以及反射板210上方。光源組件100可以如前述是直接排列設置於反射板210上，或是將複數個光源組件100先組成複數條光條，再將光條排列於反射板210上。反射板210、擴散板220以及光源組件100除腳柱為階梯狀腳柱130A外，皆具有前述特徵。另外，圖5中為清楚說明，亦係簡化長度而直接示意右邊為中央區C的二光源組件100與左邊為邊緣區E的二光源組件100間的節距（D1與D2）。

在另一實施例中，位於中央區C的光源組件100藉由將階梯狀腳柱130A的第二階梯132穿設在反射板210上改變腳柱的高度以降低前述間距H，並射出較小出光角度的光源以集中光源至中央區C。而邊緣區E藉由不設置孔洞211使光源組件100具有較高的間距H，並射出較大出光角度的光源至邊緣以減少暗角暗邊的現象。

再參閱圖5，中央區C的光源組件100以較小的出光角度的光源折射至擴散板220上，因出光角度較小需要較多數量的光源組件100以達到均勻混光的效果，所以光源組件100間分布較密集，其中光源組件100彼此的節距為D2。而邊緣區E的光源組件100具有出光角度較大，所需的數量較少即可達到均勻混光的效果，因此光源組件100分布較稀疏，其中光源組件100彼此的節距為D1。當中央區C的光源組件100的分布密度大於邊緣區E的分布密度時，D2 ＜ D1。

因此，不須製作具有不同高度的孔洞211的背光模組200，在製作時僅需要考量統一規格的光源組件100的不同階梯寬度的階梯狀腳柱130A，改變鑽孔孔徑，即可針對不同需求的背光模組200設置具有不同間距H的光源組件100，並降低製作成本。此外，另一實施例亦可如上述實施例一樣，利用鑽孔幫助光源組件100定位，提高擺放位置的精準度，避免偏心問題，同時降低鑽孔對於反射板210的影響。

綜上所述，根據本發明實施例之所提供的光源組件100及背光模組200，可以利用光源組件100中的腳柱130的長度、形狀搭配背光模組200的反射板210上的孔洞211影響光源組件100中透鏡110和發光二極體150之間的間距H大小，進而影響發光二極體150光源透過透鏡110折射出的出光角度。也就是說，可根據背光模組不同位置的需求去調整透鏡的高低，進而去改變出光角度。因此，當邊緣區E使用較大出光角度的光源組件100時，可以降低光暈現象和角落邊緣的暗角暗邊問題。

此外，圖式中元件之形狀、尺寸、比例以及元件間的配置與相對距離等僅為示意，其位置或順序可上下調整或同時存在，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，而非對本發明之實施範圍加以限制。

本發明之技術內容已以較佳實施例揭示如上述，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所做些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明之範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧光源組件

110‧‧‧透鏡

120‧‧‧本體

121‧‧‧上表面

122‧‧‧下表面

130‧‧‧腳柱

130A‧‧‧階梯狀腳柱

131‧‧‧第一階梯

132‧‧‧第二階梯

140‧‧‧凹槽

150‧‧‧發光二極體

160‧‧‧發光面

200‧‧‧背光模組

210‧‧‧反射板

211‧‧‧孔洞

220‧‧‧擴散板

L‧‧‧腳柱高度

H‧‧‧間距

P‧‧‧發光二極體底部至發光面高度

R‧‧‧凹槽開口半徑

r‧‧‧發光面半徑

E‧‧‧邊緣區（Edge area）

C‧‧‧中央區（Central area）

D1‧‧‧邊緣區光源組件節距

D2‧‧‧中央區光源組件節距

圖1為本發明一實施例的光源組件剖視圖。
圖2為本發明一實施例的透鏡立體圖。
圖3為本發明一實施例之背光模組的光源組件使用狀態示意圖。
圖4為本發明另一實施例的腳柱立體圖。
圖5為本發明另一實施例之背光模組的光源組件放置示意圖。

Claims (14)

1. 一種光源組件，應用於一直下式背光模組，包含：一發光二極體；以及一透鏡，設置於該發光二極體上方，該透鏡包括一本體及複數腳柱，該本體具有一上表面及一下表面，該上表面為一曲面，該下表面中央處向上凹設有一凹槽，該凹槽係對應位於該發光二極體位置的上方，該些腳柱設置於該本體之該下表面，該些腳柱使該發光二極體之一發光面與該本體之該下表面於垂直該發光面的方向產生一間距；其中各該腳柱包含一第一階梯以及一第二階梯由上而下依序設置，且該第一階梯寬度大於該第二階梯寬度。
2. 如請求項1所述之光源組件，其中當各該腳柱的高度為L，該間距為H，且該發光二極體的底面至該發光面的高度為P時，需符合L=H+P，且L>0。
3. 如請求項2所述之光源組件，其中當該發光面為圓形且半徑為r，該凹槽於該本體的該下表面處之一開口為圓形且半徑為R時，需滿足下列公式：H<(R-r)/tan 30°。
4. 如請求項1所述之光源組件，其中當該間距小於零時，該發光二極體之該發光面容設於該凹槽中。
5. 如請求項1所述之光源組件，其中該發光二極體之光源射入該凹槽，且經該透鏡之該本體折射後由該透鏡之該本體射出。
6. 一種背光模組，包含：一反射板；複數光源組件，設置於該反射板上，各該光源組件包含：一發光二極體；以及一透鏡，設置於該發光二極體上方，該透鏡包括一本體及複數腳柱，該本體具有一上表面及一下表面，該上表面為一曲面，該下表面中央處向上凹設有一凹槽，該凹槽係對應位於該發光二極體位置的上方，該些腳柱設置於該本體之該下表面，該些腳柱使該發光二極體之一發光面與該本體之該下表面於垂直該發光面的方向產生一間距；以及一擴散板，設置於該些光源組件上方；其中，位於該反射板之中心區的各該光源組件的該間距不同於與位於該反射板之邊緣區的各該光源組件的該間距；各該腳柱包含一第一階梯以及一第二階梯由上而下依序設置，且該第一階梯寬度大於該第二階梯寬度。
7. 如請求項6所述之背光模組，其中該反射板上具有複數孔洞，該些孔洞的數量係對應該些腳柱的數量設置，使各該光源組件的該些腳柱設置於該反射板之表面或分別穿設於一該孔洞中。
8. 如請求項7所述之背光模組，其中各該腳柱對應之該孔洞的孔徑為大於該第二階梯的寬度並小於該第一階梯的寬度。
9. 如請求項6所述之背光模組，其中位於該反射板之中心區的該些光源組件之分布密度大於位於該反射板之邊緣區的該些光源組件之分布密度。
10. 如請求項6所述之背光模組，其中位於該反射板之中心區的該些光源組件之該間距小於位於該反射板之邊緣區的該些光源組件之該間距。
11. 如請求項6所述之背光模組，其中當各該腳柱的高度為L，該間距為H，且該發光二極體的底面至該發光面的高度為P時，需符合L=H+P，且L>0。
12. 如請求項11所述之背光模組，其中當該發光面為圓形且半徑為r，該凹槽於該本體的該下表面處之一開口為圓形且半徑為R時，需滿足下列公式：H<(R-r)/tan 30°。
13. 如請求項6所述之背光模組，其中當該間距小於零時，該發光二極體之該發光面容設於該凹槽中。
14. 如請求項6所述之背光模組，其中該發光二極體之光源射入該凹槽，且經該透鏡之該本體折射後由該透鏡之該本體射出。