TWI671491B - 背光源組件以及背光模組 - Google Patents

Abstract

一種背光源組件，包含一基板、一發光元件、一透鏡以及至少一吸光元件。發光元件設置於基板，以在基板上進行發光。透鏡設置於基板上，且覆蓋於發光元件，透鏡具有一主軸、一入光側以及一出光側，主軸通過入光側以及出光側的中心，且主軸通過發光元件，入光側朝向基板，以接收發光元件發出的光線。吸光元件至少於表面部分為吸光材料，吸光元件以主軸為依據，輻射對稱地設置於發光元件的周圍，且吸光元件位於透鏡於基板上的投影範圍之內。

Description

背光源組件以及背光模組

本發明有關於用於液晶面板的直下式背光設計，特別是關於一種背光源組件以及背光模組。

用於液晶面板背光的直下式背光模組中，是以發光二極體(LED)最為點光源，佈置排列反射片上投射光線。點光源會上進一步設置光學透鏡，以改變光路而將點光源轉換為均勻的背光。然而，透鏡設置往往會在透鏡外側或透鏡上方造成光圈或暗紋，而形成亮度不均。

現有改善方式是在透鏡下方的基板上印刷黑點或變更透鏡設計，以改善光圈或暗紋。但印刷黑點或變更透鏡設計的效果，仍有需改善的空間。

在直下式背光模組中，透鏡外側或透鏡上方會形成光圈或暗紋，而造成亮度不均。

鑑於上述問題，本發明提出一種背光源組件，可有效改善光圈或暗紋。

本發明至少一實施例提出一種背光源組件，包含一基板、一發光元件、一透鏡以及至少一發光元件。

發光元件設置於基板，以在基板上進行發光。透鏡覆蓋於發光元件，透鏡具有一主軸、一入光側以及一出光側，主軸通過入光側以及出光側的中心，且主軸通過發光元件，入光側朝向基板，以接收發光元件發出的光線。吸光元件至少於表面部分為吸光材料，吸光元件以主軸為依據，輻射對稱地設置於發光元件的周圍，且吸光元件位於透鏡於基板上的投影範圍之內。

於本發明至少一實施例中，入光側具有一凹陷區，主軸通過凹陷區，且發光元件於基板上的投影，位於凹陷區於基板上的投影範圍之內。

於本發明至少一實施例中，吸光元件不位於凹陷區於基板上的投影範圍內。

於本發明至少一實施例中，透鏡具有多個支撐腳，突出於入光側，並固定於基板。

於本發明至少一實施例中，吸光元件不重疊於支撐腳。

於本發明至少一實施例中，吸光元件是以吸光塗料塗佈於基板上的塗佈標記。

於本發明至少一實施例中，吸光元件為一環。

於本發明至少一實施例中，環為實心環或虛線環。

於本發明至少一實施例中，環的寬度大於0.05mm而小於0.5mm，且環的半徑需小於或等於透鏡半徑。

於本發明至少一實施例中，環的半徑不小於透鏡半徑的0.5倍。

於本發明至少一實施例中，背光源組件具有多個吸光元件，輻射對稱地設置而均勻地分配於發光元件的周圍。

於本發明至少一實施例中，各吸光元件為直線型，以主軸為中心而沿一延伸方向向外延伸。

於本發明至少一實施例中，透鏡相對於主軸具有一透鏡半徑，在延伸方向上，各吸光元件的長度，小於透鏡半徑，而大於1mm。

於本發明至少一實施例中，在垂直於延伸方向的一切線方向上，吸光元件的寬度大於1mm，而小於透鏡的圓周長的0.15倍。

於本發明至少一實施例中，基板表面塗佈高反射係數材料。

於本發明至少一實施例中，各吸光元件為扇形、等腰三角形、弧形或弦月形。

於本發明至少一實施例中，吸光元件的吸光材料為光致發光材料。

於本發明至少一實施例中，背光源組件更包含一背板，基板設置於背板上；以及一反射片，設置於基板之上，且反射片具有至少一開孔，以容置發光元件。

本發明又一實施例提出一種背光模組，包含一基板、多個發光元件、多個透鏡以及多組吸光元件。

多個發光元件以陣列型態設置於基板上，以在基板上進行發光。每一透鏡對應於發光元件其中之一，而覆蓋於對應的發光元件；其中，各透鏡具有一主軸、一入光側以及一出光側，主軸通過入光側以及出光側的中心，且主軸通過發光元件，入光側朝向基板，以接收發光元件發 出的光線。各吸光元件至少於表面部分為吸光材料，每一發光元件對應於一組吸光元件，且每一組吸光元件以主軸為依據，輻射對稱地設置於對應發光元件的周圍，且吸光元件位於對應的透鏡於基板上的投影範圍之內。

於本發明至少一實施例中，相鄰的兩組吸光元件之間，吸光元件採取錯位配置。

於本發明至少一實施例中，在兩個相鄰的發光元件之間定義一假想線段，在假想線段上具有不超過一個吸光元件。

於本發明至少一實施例中，背光模組更包含一背板，基板設置於反射片上；以及一反射片，設置於基板之上，且反射片具有多個開孔，以容置各發光元件。

本發明透過吸光元件輻射對稱地設置於發光元件的周圍，可改善光圈或暗紋。同時，輻射對稱地設置的發光元件，需考量的參數相對較少，主要為相對於主軸的距離及長度，以及相對於切線方向的寬度，較有利於找出吸光元件的最佳化配置。

10‧‧‧背光源組件

100‧‧‧背光模組

110‧‧‧基板

120‧‧‧發光元件

130‧‧‧透鏡

132‧‧‧入光側

134‧‧‧出光側

136‧‧‧凹陷區

138‧‧‧支撐腳

140‧‧‧吸光元件

150‧‧‧背板

160‧‧‧反射片

162‧‧‧開孔

B‧‧‧假想線段

L‧‧‧長度

R‧‧‧透鏡半徑

C‧‧‧虛線

E‧‧‧延伸方向

W‧‧‧寬度

X‧‧‧主軸

圖1為本發明第一實施例中，背光源組件的剖面圖。

圖2為本發明第一實施例中，背光源組件的俯視圖。

圖3為本發明第一實施例中，局部元件的俯視圖。

圖4為本發明第一實施例中，發光元件、吸光元件以及透鏡的俯視圖，揭示相對尺寸關係。

圖5至圖8為本發明第一實施例中，發光元件、吸光元件以及透鏡的俯視圖，揭示不同型態的吸光元件。

圖9與圖10為本發明第一實施例中，發光元件、吸光元件以及透鏡的俯視圖，揭示不同環型態的吸光元件。

圖11為本發明第二實施例中，背光源組件的剖面圖。

圖12為本發明第三實施例中，背光模組的俯視圖。

圖13與圖14為本發明第三實施例中，發光元件、吸光元件以及透鏡的俯視圖，揭示相鄰發光元件之間的吸光元件配置。

在圖式中，為了清楚起見，放大了部分元件、區域等的寬度。在整份說明書中相同的元件符號表示相同的元件。應當理解，當諸如元件被稱為在另一個元件「上」或「連接到」另一個元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件也可以存在。相反地，當元件被稱為「直接在另一個元件上」或「直接連接到」另一個元件時，不存在中間元件。

應當理解，儘管術語「第一」、「第二」、「第三」等在整份說明書中可以用於敘述各種元件、部件、區域或部分。但是這些元件、部件、區域、及/或部分不應受到這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此，下面討論的「第一元件」、「部件」、「區域」或「部分」可以被稱為第二元件、部件、區域或部分而不脫離本文的教示。

此外，諸如「下」或「底板」和「上」或「頂面」的相對術語可以在本文用於敘述一個元件與另一個元件的關係，如圖所示。應當理解，相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。例如，如果一個圖式中的裝置翻轉，則被敘述為在其他元件的「下」側的元件將被定向在其他元件的「上」側。因此，例示性用語「下」可以包括「下」和「上」的取向，取決於圖式的特定取向。

如圖1、圖2以及圖3所示，為本發明第一實施例所揭露的一種背光源組件10，包含一基板110、一發光元件120、一透鏡130以及一或多個吸光元件140。

參閱圖1、圖2及圖3所示。圖3中虛線所示部分為透鏡130，預計設置於基板110上以覆蓋發光元件120以及吸光元件140。如圖所示，基板110是用於作為承載基礎，並且提供必要的電性連結。於一具體實施例中，基板110為印刷電路板，具有印刷銅箔電路，以供電至發光元件120。供電手段不限定於印刷銅箔電路，也可以是其他電連接方式，亦即，基板110不限定於印刷電路板，亦可為一般板體。

如圖1、圖2以及圖3所示，發光元件120可為但不限定於發光二極體芯片(LED)，用以作為一點光源。發光元件120設置於基板110上，以在基板110上進行發光。透鏡130設置於基板110上，且覆蓋於發光元件120。

如圖1所示，透鏡130具有一主軸X、一入光側132以及一出光側134。主軸X通過入光側132以及出光側134的中心，且主軸X通過發光元件120。入光側132朝向基板110，用以接收發光元件120發出的光線， 而對光線進行一次折射。光線被出光側134二次折射後，離開透鏡130，並且行進方向朝向主軸X收斂。

如圖1、圖2與圖3所示，入光側132上具有一凹陷區136，且主軸X通過凹陷區136。發光元件120於基板110上的投影，位於凹陷區136於基板110上的投影範圍之內。凹陷區136內部形成內凹的一次曲面，以進行一次折射。此外，透鏡130更具有多個支撐腳138，突出於入光側132，並且以主軸X為依據，輻射對稱地(in a radial symmetry manner)設置，用以固定於基板10。以透鏡130具有三個支撐腳138為例，每一支撐腳138距離主軸X的距離相等，並且每一支撐腳138至主軸X之間可定義一延伸線，相鄰的各延伸線之間的夾角相等(夾角為120度)。

如圖1、圖2與圖3所示，吸光元件140至少於表面部分為吸光材料，使得吸光元件140表面呈現黑色或其他較深的顏色。吸光元件140是以主軸X為依據，輻射對稱地設置於發光元件120的周圍，適度地進行吸光，而改善透鏡130邊緣或外部的光圈或暗紋。

需注意的是，圖1所繪示的吸光元件140，所呈現的厚度僅為例示，並非用以限定其厚度的比例。於一具體實施例中，吸光元件140是以吸光塗料塗佈於基板110上的塗佈標記，其厚度相對於其他元件的厚度相對小。所稱塗佈不限定於以筆、刷進行，還包含網印、噴墨列印、轉印等以塗料製作標記的方式。於背光源組件10只有一個吸光元件140的場合，所稱輻射對稱地設置即為吸光元件140為一實心線所形成的封閉圖形，例如一環。於背光源組件10具有多個吸光元件140的場合，所稱輻射對稱地設置可使多個吸光元件140均勻地分配於發光元件120的周圍。此 外，為了避免基板110其他部分吸光，基板110表面具有較高的反射係數(高於吸光元件140的反射係數)，例如於基板110表面塗佈白色或其他淺色的高反射係數材料，使基板110表面呈現白色。

如圖3所示，原則上，吸光元件140位於透鏡130於基板110上的投影範圍之內，且不位於透鏡130的凹陷區136於基板110上的投影範圍內。此外，吸光元件140也不重疊於透鏡130的支撐腳138。以圖3為例，背光源組件10具有三個吸光元件140，且透鏡130具有三個支撐腳138。由基板110上方觀察之，各吸光元件140皆通過相鄰的支撐腳138之間，而不重疊於支撐腳138。同時，吸光元件140是由凹陷區136的外側輻射狀地向透鏡130的邊緣延伸，但是不超過透鏡130的邊緣。

再以圖3及圖4為例，吸光元件140為直線型，例如印刷於基板110的黑色直線，以主軸X為中心向外沿一延伸方向E延伸，且透鏡130於基板110上的投影大致為圓形，使得透鏡130相對於主軸X具有一透鏡半徑R。在延伸方向E上，吸光元件140的長度L，小於透鏡半徑R，而大於1mm。在垂直於延伸方向E的一切線方向上，吸光元件140的寬度W大於1mm，而小於透鏡130的圓周長的0.15倍。

如圖5至圖8所示，直線型(黑色直線)的吸光元件140僅為一範例，吸光元件140也可以是其他型態。圖5所示的吸光元件140為扇形，扇形的尖端指向主軸X，且扇形是輻射對稱地設置於發光元件120的周圍。圖6所示的吸光元件140為一等腰三角形，等腰三角形的頂角指向主軸X，且等腰三角形是輻射對稱地設置於發光元件120的周圍。圖7與圖8 所示的吸光元件140為弧形或弦月形，等效半徑的延伸線通過主軸X，弧形或弦月形是輻射對稱地設置於發光元件120的周圍。

原則上，吸光元件140形狀並不限定，只需要吸光元件140形狀相同，同時輻射對稱地設置於發光元件120的周圍，使得吸光元件140均勻地環繞發光元件120即可。如此一來，多個吸光元件140的吸光效果會較為均勻，而不會使吸光效果具有特定的方向性。

如圖9及圖10所示，若將圖7中的弧形數量增加，並縮小弧長，就會形成一虛線環。此一虛線環可視為單一吸光元件140，或是多個吸光元件140的集合。若將圖7中的弧形進一步延伸弧長至互相連接，就會形成一實線環，以作為單一吸光元件140。原則上，圖9及圖10的環不重疊於透鏡130的支撐腳138，且環的圓心位於主軸X上。環的寬度大於0.05mm而小於0.5mm，環的半徑需小於或等於透鏡半徑R(使發光元件120在基板110上投影，位於透鏡130於基板110上的投影範圍之內)，而不小於透鏡半徑R的0.5倍，以確保作為吸光元件140的環可以有效吸光。

一般而言，環的寬度越大，則環的半徑越小。以圖10的實線環，以環寬度為0.35mm時，環的半徑在等於0.625倍的透鏡半徑R時有較佳的均光效果。當環寬度減少至0.15mm，則環的半徑需增加至0.75倍的透鏡半徑R。但當實線環置換為虛線環時，環的半徑則需要再加大，例如環寬度為0.2mm的虛線環，環的半徑需增加至0.8倍的透鏡半徑R。

吸光元件140的吸光材料，並不必然是全頻譜吸光的黑色，也可以是針對特定頻譜範圍吸光的其他顏色。例如，因折射率差異，發光組件周遭可能出現光源色不均所產生的黃環。此時，吸光元件140的吸光 材料可以改為藍色，例如將黑色直線、黑色虛線環或黑色實線環，改為藍色直線、藍色虛線環或藍色實線環，即可抑制藍光以外的顏色光，而改善光源色不均所產生的黃環。

此外，吸光元件140的吸光材料，不必然是單純吸光，也可以是吸光後受激發發出其他頻譜光線的材料。例如，於一具體實施例中，吸光元件140的吸光材料為光致發光材料，例如量子點材料(quantum dot material)、磷光材料(phosphor material)或螢光材料(fluorescent material)，可受藍光激發產生白光。此時，發光元件120只要挑選可發出單色光(藍光)的藍光光源，即可改善色亮度不均的光環。

再參閱圖1所示，背光源組件10還包含有背板150及反射片160。背板150用於作為一顯示裝置的一部分，基板110設置於其上，藉以使得背光源組件10結合於基板110而形成一背光模組100。背光模組100再進一步結合顯示介質(例如液晶面板)、驅動電路以及前框，即可組成顯示裝置。反射片160設置於基板110之上，且反射片160具有至少一開孔162，以容置發光元件120。於第一實施例中，開孔162的半徑大於透鏡半徑R。因此，透鏡130的支撐腳138固定於基板110上，且吸光元件140也是設置於基板110上。在這種情況下，基板110表面至少對應於開孔162的部份，必須塗上白色塗料或反射材料，以維持反射片160上有均勻的反射效果。

再參閱圖11所示，為第二實施例所揭露的一種發光源組件，開孔162的半徑小於透鏡130的半徑，僅大致能容置發光元件120。此時，透鏡130的支撐腳138是固定於反射片160或基板10，而吸光元件140 也是設置於反射片160上。於此實施例中，反射片160可以視為基板10的一部分，也就是基板10包含了基底層以及反射層，反射層設置開孔162以暴露出局部的基底層。

參閱圖12所示，為本發明第三實施例所揭露的一種背光模組100，包含一基板110、多個發光元件120、多個透鏡130以及多組吸光元件140。基板110、多個發光元件120、多個透鏡130以及多個吸光元件140的技術細節，大致與前述實施例相同，以下不再贅述。

如圖12所示，多個發光元件120以陣列型態設置於基板110上，特別是二維矩形陣列。每一透鏡130對應於一發光元件120，而覆蓋於對應的發光元件120上。

如圖12所示，每一發光元件120對應於一組吸光元件140，每一組吸光元件140的數量相同，且發光元件120型態相同。每一發光元件120於至少於表面部分為吸光材料，使得吸光元件140表面呈現黑色或其他較深的顏色。吸光元件140是以主軸X為依據，輻射對稱地設置於發光元件120的周圍。為了簡化圖式，圖12中的透鏡130已予以簡化，透鏡130的具體細節請參閱第一或第二實施例。

如圖12、圖13與圖14所示，為了避免吸光元件140的吸光效果集中加成，相鄰的兩組吸光元件140之間，吸光元件140採取錯位配置，以避免兩個吸光元件140直接相鄰，而在兩個發光元件120之間形成集中吸光的區塊。也就是說，在兩個相鄰的發光元件120之間定義一假想線段B，在假想線段B上具有不超過一個吸光元件140。如圖13所示，假想線段B上不設置任何發光元件120，如圖14所示，假想線段B上只有一個發光元 件120。此一假想線段B可以是連接在橫向上的兩個相鄰的發光元件120，也可以是在縱向上連接兩個相鄰的發光元件120。這樣就可以避免在假想線段B中點的周遭，例如虛線C所通過的區域，形成一集中吸光效果。

參閱圖1以及圖12所示，圖1、圖2及圖3的背光源組件10於以擴展為陣列後，即為圖12的背光模組100。亦即背光模組100還包含有背板150及反射片160。背板150用於作為一顯示裝置的一部分，基板110設置於其上，藉以使得背光源組件10結合於基板110而形成一背光模組100。背光模組100再進一步結合顯示介質(例如液晶面板)、驅動電路以及前框，即可組成顯示裝置。如前述實施例所示，反射片160設置於基板110之上，且反射片160具有多個開孔162，以容置發光元件120。開孔162的半徑可大於或小於大於透鏡半徑R。依據開孔162與透鏡半徑R的大小關係，可決定支撐腳138及吸光元件140設置於基板110或設置於反射片160上，相關技術手段請參閱第一實施例與第二實施例，以下不再贅述。

本發明透過吸光元件140輻射對稱地設置於發光元件120的周圍，可適度地進行吸光而改善光圈或暗紋。同時，輻射對稱地設置的發光元件120，需考量的參數相對較少，主要為相對於主軸的距離及長度，以及相對於切線方向的寬度，較有利於找出吸光元件140的最佳化配置。

Claims (21)

1. 一種背光源組件，包含：
   一基板；
   一發光元件，設置於該基板，以在該基板上進行發光；
   一透鏡，覆蓋於該發光元件，該透鏡具有一主軸、一入光側以及一出光側，該主軸通過該入光側以及該出光側的中心，且該主軸通過該發光元件，該入光側朝向該基板，以接收該發光元件發出的光線；以及
   至少一吸光元件，至少於表面部分為吸光材料，該吸光元件以該主軸為依據，輻射對稱地設置於該發光元件的周圍，且該吸光元件位於該透鏡於該基板上的投影範圍之內。
2. 如請求項1所述的背光源組件，其中，該入光側具有一凹陷區，該主軸通過該凹陷區，且該發光元件於該基板上的投影，位於該凹陷區於該基板上的投影範圍之內。
3. 如請求項1所述的背光源組件，其中，該吸光元件不位於該凹陷區於該基板上的投影範圍內。
4. 如請求項1所述的背光源組件，其中，該透鏡具有多個支撐腳，突出於該入光側，並固定於該基板。
5. 如請求項4所述的背光源組件，其中，該吸光元件不重疊於該些支撐腳。
6. 如請求項1所述的背光源組件，其中，該吸光元件是以吸光塗料塗佈於該基板上的塗佈標記。
7. 如請求項6所述的背光源組件，其中，該吸光元件為一環。
8. 如請求項7所述的背光源組件，其中，該環為實心環或虛線環。
9. 如請求項8所述的背光源組件，其中，該環的寬度大於0.05 mm而小於0.5 mm，且該環的半徑小於或等於一透鏡半徑。
10. 如請求項9所述的背光源組件，其中，該環的半徑不小於該透鏡半徑的0.5倍。
11. 如請求項6所述的背光源組件，其中，該背光源組件具有多個吸光元件，輻射對稱地設置而均勻地分配於該發光元件的周圍。
12. 如請求項11所述的背光源組件，其中，各該吸光元件為直線型，以該主軸為中心而沿一延伸方向向外延伸。
13. 如請求項12所述的背光源組件，其中，該透鏡相對於該主軸具有一透鏡半徑，在該延伸方向上，各該吸光元件的長度，小於該透鏡半徑，而大於1 mm。
14. 如請求項12所述的背光源組件，其中，在垂直於該延伸方向的一切線方向上，該吸光元件的寬度大於1 mm，而小於該透鏡的圓周長的0.15倍。
15. 如請求項10所述的背光源組件，其中，各該吸光元件為扇形、等腰三角形、弧形或弦月形。
16. 如請求項1所述的背光源組件，其中，該吸光元件的吸光材料為光致發光材料。
17. 如請求項1所述的背光源組件，更包含：
    一背板，該基板設置於該背板上；以及
    一反射片，設置於該基板之上，且該反射片具有至少一開孔，以容置該發光元件。
18. 一種背光模組，包含：
    一基板；
    多個發光元件，以陣列型態設置於該基板上，以在該基板上進行發光；
    多個透鏡，每一該透鏡對應於該些發光元件其中之一，而覆蓋於該對應的該發光元件；其中，各該透鏡具有一主軸、一入光側以及一出光側，該主軸通過該入光側以及該出光側的中心，且該主軸通過該發光元件，該入光側朝向該基板，以接收該發光元件發出的光線；以及
    多組吸光元件，各該吸光元件至少於表面部分為吸光材料，每一該發光元件對應於一組該吸光元件，且每一該組吸光元件以該主軸為依據，輻射對稱地設置於對應該發光元件的周圍，且該些吸光元件位於對應的該透鏡於該基板上的投影範圍之內。
19. 如請求項18所述的背光模組，其中，相鄰的兩組該吸光元件之間，該些吸光元件採取錯位配置。
20. 如請求項19所述的背光模組，其中，在兩個相鄰的該些發光元件之間定義一假想線段，在該假想線段上具有不超過一個吸光元件。
21. 如請求項18所述的背光模組，更包含：
    一背板，該基板設置於該反射片上；以及
    一反射片，設置於該基板之上，且該反射片具有多個開孔，以容置各該發光元件。