TWI700842B - 光學透鏡、背光模組及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種光學透鏡及包括該光學透鏡之背光模組及顯示裝置，其中光學透鏡包括第一表面及與第一表面相對之第二表面，所述第一表面設有第一凹槽以容置發光二極管，所述光學透鏡之第一表面側之至少部分外邊緣被去除，以形成有至少一個相對於第一表面朝所述第二表面側傾斜之斜面，本發明提供之背光模組包括容置於所述光學透鏡之第一凹槽之發光二極管以及包括與所述發光二極管對應之通孔之反射片，所述光學透鏡穿過所述通孔固定於印刷電路板上，所述反射片部分嵌入所述光學透鏡之斜面與所述印刷電路板形成之開口內。

Description

光學透鏡、背光模組及顯示裝置

本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種光學透鏡、背光模組及顯示裝置。

直下式背光模組之背光目前常藉由二次光學透鏡配合發光二極管(Light Emitting Diode，LED)來對LED進行二次配光，用於根據應用場合之不同重新分配光場分佈，在低成本之同時能夠減少光能損失，提高背光之利用效率。

二次光學透鏡設計目前有二方向，一種是折射式透鏡，一種是全反射式透鏡，折射式透鏡理論上最大角度接近於180度，全反射式透鏡發光角度可以超過180度。故全反射式透鏡能夠獲得更大之發光角度，惟全反射式在同LED之匹配度上要求更高，LED之封裝過程對透鏡之作用影響過大導致產品良率低；而折射式透鏡在設計上更加靈活更加通用。

具體地，直下式背光模組包括背板，所述背板上依次設置複數發光二極管(Light Emitting Diode，LED)燈條以及反射片。具體之，所述發光二極管燈條由印刷電路板(即PCB板)及電連接在所述PCB板上之LED燈構成。

為了減小混光距離，每個LED燈上均設置有二次光學透鏡，藉由二次光學透鏡配合LED來對LED進行二次配光，用於根據應用場合之不同重新分配光場分佈，在低成本之同時能夠減少光能損失，提高背光之利用效率。所述二次光學透鏡為一特殊之凹透鏡，可以將LED燈發出之光線進行擴散，避免顯示螢幕上出現燈影及亮斑。

在現有技術中，為了提高輝度及節約能耗，在擴散板下還設置有反射片。在安裝過程中，將發光二極管燈條固定在所述背板上，然後在背板上鋪設反射片，所述反射片上設置有與所述LED燈相對應之通孔，以保證所述LED燈及LED燈上設置之二次光學透鏡從所述通孔露出。

具體結構中，所述發光二極管燈條及所述反射片均固定在所述背板上。所述發光二極管燈條固定在所述背板之凹槽之底部，可以藉由卡合固定或者螺絲固定。

通常所述背板之周緣設置有定位件，所述反射片設置有掛耳，所述掛耳設置有掛孔，所述掛孔掛在所述定位件上，實現初步之固定。同時，由於所述反射片之掛耳僅僅可以實現初步之固定，為了保證反射片定位之可靠性，將反射片黏接在所述背板或二次光學透鏡之印刷電路板(即PCB板)上。由於通孔要保證所述二次光學透鏡從中露出，是以所述反射片之尺寸要稍稍大於所述二次光學透鏡之尺寸，是以整個反射片在安裝過程中之初步定位只能依靠所述掛耳及定位件。

惟在實際之生產過程中，由於反射片是藉由彎折到所述翹起之背光邊緣與所述定位件掛靠之，其尺寸為了保證彎折之易實現性，不能設計得十分精準，因而不能實現精確定位。隨著產品精細化之要求逐漸提高，每一個內部組件均要求可以實現較為精確之固定。是以在背板及反射片膠黏之前，需要反復移動所述反射片至精確位置，導致整個程式耗費過多之工時，組裝效率較低。同時，在移動過程中，背板及反射片之間之黏膠很容易被接觸，導致黏接性降低，影響背光模組之可靠性。

當任意一個發光二極管或相應位置之印刷電路板出現故障時，需要先將反射片從背板或印刷電路板撕離並解除反射片與背板之初步固定，再拆除二次光學透鏡與印刷電路板之連接方可對發光二極管或電路板進行置換，維修效率低。

本發明第一方面提供一種光學透鏡，包括：第一表面及與第一表面相對之第二表面，所述第一表面設有第一凹槽以容置發光二極管；所述光學透鏡之第一表面側之至少部分外邊緣被去除，以形成有至少一個相對於第一表面朝所述第二表面側傾斜之斜面。

本發明第二方面提供一種背光模組，包括：發光二極管，電連接於印刷電路板上，用於發出背光； 上述光學透鏡，設置於所述印刷電路板上，所述發光二極管容置於所述光學透鏡之第一凹槽；以及反射片，設置於所述印刷電路板上，所述反射片包括與所述發光二極管對應之通孔，所述光學透鏡穿過所述通孔固定於所述印刷電路板上，所述反射片部分嵌入所述光學透鏡之斜面與所述印刷電路板形成之開口內。

本發明第三方面提供一種顯示裝置，包括：顯示模組；及上述背光模組，所述背光模組為顯示模組提供圖像顯示所需之背光。

本發明提供之背光模組及顯示裝置中之光學透鏡之斜面與印刷電路板形成之開口可使反射片嵌入，當任意一個發光二極管或相應位置之電路板出現故障時，只需單獨對相應位置之光學透鏡進行拆解即可，提高了組裝及維修之效率。

本發明提供之光學透鏡之第一表面側形成之斜面，與背光模組及顯示裝置中之反射片形成能夠使反射片之通孔邊緣嵌入之開口，以將反射片卡持於所述光學透鏡及印刷電路板之間，相比傳統技術免除了反射片分別與印刷電路板及背板固定之步驟，簡化了組裝及維修之流程，提高了背光模組及顯示裝置之結構可靠性。

10:顯示裝置

100:背光模組

110:發光二極管

120:印刷電路板

130、230:光學透鏡

130a，230a:本體部

130b，230b:基座

131、231:第一表面

131a、231a:第一凹槽

132、232:第二表面

132a、232a:第二凹槽

133、233:連接面

133a:第一部分

133b:第二部分

134、234:斜面

230c:突伸部

135、235:柱腳

140、240:反射片

141、241:通孔

150:背板

160:擴散板

200:顯示模組

圖1為本發明第一實施例提供之顯示裝置之結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供之背光模組之結構爆炸圖。

圖3為本發明第一實施例提供之背光模組之結構俯視圖。

圖4在圖3在I-I線處之剖視圖。

圖5為本發明第一實施例提供之光學透鏡之側視圖。

圖6為本發明一種實施例提供之光學透鏡之側視圖。

圖7及圖8為本發明第一實施例提供之光學透鏡之立體圖。

圖9為本發明第一實施例提供之光學透鏡之俯視圖。

圖10為本發明第一實施例提供之光學透鏡之仰視圖。

圖11為本發明第二實施例提供之光學透鏡之側視圖。

圖12為本發明第二實施例提供之光學透鏡之俯視圖。

圖13為本發明第二實施例提供之光學透鏡之仰視圖。

圖14為本發明第二實施例提供之光學透鏡與反射片組裝之示意圖。

本發明提供之光學透鏡之第一表面側形成之斜面，與背光模組及顯示裝置中之反射片形成能夠使反射片之通孔邊緣嵌入之開口，以將反射片卡持於所述光學透鏡及印刷電路板之間，相比傳統技術免除了反射片分別與印刷電路板及背板固定之步驟，簡化了組裝及維修之流程，提高了背光模組及顯示裝置之結構可靠性。

第一實施例

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種顯示裝置10，包括顯示模組200、擴散板160及背光模組100。擴散板160設置於顯示模組200與背光模組100之間，背光模組100出射之背光入射至擴散板160上，擴散板160對入射之背光進行擴散後將均勻之背光提供給顯示模組200用於圖像顯示。

請參閱圖2，本發明第一實施例提供之背光模組100包括發光二極管110、光學透鏡130、反射片140、印刷電路板120以及背板150。反射片140包括與發光二極管110對應之通孔141，光學透鏡130穿過通孔141設置於印刷電路板120上。

本實施例中，印刷電路板120呈條形，每條印刷電路板120上安裝有複數發光二極管110，每個發光二極管110上蓋設一個光學透鏡130，在形成電視、電腦等顯示裝置之背光模組時，該背光模組可包括複數條形之印刷電路板120。

請一併參閱圖3及圖4，發光二極管110電連接於印刷電路板120(Printed Circuit Board，PCB)上，用於發出背光；光學透鏡130，設置於印刷電路板120上，用於對發光二極管110發出之背光進行發散，發光二極管110容置於光學透鏡130之第一凹槽131a；反射片140，設置於印刷電路板120上，用於反射所述光學透鏡130出射之背光，使入射至反射片140之背光向背光模組100之出光方向出射。

具體地，請參閱圖5，光學透鏡130包括相對之第一表面131及第二表面132，第一表面131設有第一凹槽131a以容置發光二極管110，背光自第一凹槽131a之槽面進入光學透鏡130。光學透鏡130之第一表面131側之至少部分外邊緣被去除，以形成有至少一個相對於第一表面131朝所述第二表面132側傾斜之斜面134，即光學透鏡130形成該斜面134之邊緣處之厚度比其他之邊緣處之厚度變小了。進一步地，沿第一表面131到第二表面132之方向，斜面134上各點到第一表面131所在之平面之距離逐漸變大，其中斜面134上各點到第一表面131所在之平面之最大距離不小於反射片140之厚度。本實施例中，斜面134為平面，在其他實施例中斜面134亦可為曲面，例如呈內凹或外凸之弧面狀，或者為其他形狀之滿足斜面134上各點到第一表面131所在之平面之距離逐漸變大之自由曲面。請再參閱圖3及圖4，反射片140部分嵌入光學透鏡130之斜面134與印刷電路板120形成之開口內。換句話說，光學透鏡130形成有斜面134之部位延伸出通孔141以搭載在反射片140之遠離印刷電路板120之表面上，或者光學透鏡130形成有斜面134之部位延伸出通孔141位於反射片140之上方(即斜面134在反射片140之投影超出通孔141之外)。

光學透鏡130包括本體部130a，在一種實施例中，請參見圖7，第一表面131形成在本體部130a之底面，斜面134形成於光學透鏡130之底面側之邊緣部分。本實施例中，請一併參閱圖5、圖7及圖8，光學透鏡130包括本體部130a及與本體部130a連接之基座130b，第一表面131形成在基座130b遠離本體部130a之一側。基座130b之邊緣輪廓呈多邊形，其至少一個頂角處形成有斜面134。本實施例中基座130b之邊緣輪廓呈正方形，斜面134分別形成於基座相對之二頂角處。可以理解，在其他實施例中，斜面134之形狀及位置可以根據實際需要進行設計，只要保證當光學透鏡130固定於印刷電路板120後，反射片140之通孔141透過光學透鏡130可卡持於斜面134與印刷電路板120形成之開口處即可。

請一併參閱圖5及圖9，本體部130a包括第二表面132，本實施例中第二表面132為反射面，本體部130a還包括與第二表面132連接之連接面133，連接面133與基座130b遠離第一表面131之頂部連接。在一種實施例中，請再參閱圖6，連接面133與斜面134靠近第二表面132之一側連接。第二表面132形成第二凹槽132a，第一凹槽131a與第二凹槽132a分別關於光學透鏡130之 中心軸線中心對稱，藉此可使背光向四周均勻地進入光學透鏡130內部，且被反射面(第二表面132)反射之背光量向四周均勻地經連接面133出射，有利於提高光學透鏡130整體之發光均勻度。

請一併參閱圖8及圖10，光學透鏡130之第一表面131上設置有複數柱腳135，柱腳135用於支撐光學透鏡130於發光二極管110上方。可以理解，柱腳135之數量可根據實際情況進行調整，本發明對此不作限定。本實施例中，每個柱腳135之底部塗布有光學膠，使得光學透鏡130可黏接於印刷電路板120或背板150上。關於光學透鏡130固接到印刷電路板120或背板150上之方式可參照現有技術，本發明對此不作限定。

本實施例中，光學透鏡130之第一表面131之非凹面區域為平面，光學透鏡130之連接面133包括靠近第二表面132之第一部分133a及靠近開口之第二部分133b，第一部分133a設置成大致為圓柱狀，第二部分133b設置成向外拱出之弧形結構，弧形結構有利於出光時之折射角度從而增大光學透鏡130之發光角度。在一種實施例中，連接面133之第一部分133a可設置成斜坡結構，有利於進一步增加光學透鏡130之出光面積。

第一凹槽131a之槽底部分設有倒圓錐體狀之透射面，有利於引導發光二極管110發出之背光由複數角度進入光學透鏡130，進而提高光學透鏡130在各個方向之發光均勻度。在一種變更之實施例中，第二表面132及第一凹槽131a之槽底部分表面均可設置成倒喇叭狀。

本實施例中，第二凹槽132a呈倒圓錐體狀，背光從第一凹槽131a內之發光二極管110發出，經第一凹槽131a之槽面進入光學透鏡130內部，其中一部分背光入射至第二表面132(反射面)上，被第二表面132反射後射向連接面133(折射面)並透射連接面133；另一部分背光則直接被連接面133折射後出射。

發光二極管110發出之背光一部分透過光學透鏡130之連接面133出射並入射擴散板160，另一部分光光學透鏡經第二表面132反射後射向反射片140，進而反射進入擴散板160，從而使得直下式背光模組可以充分利用發光二極管110發出之射向各個方向之光線。

傳統技術中反射片140及光學透鏡130需要單獨地與印刷電路板120及背板150連接，本案提供之背光模組100只需固定光學透鏡130於印刷電 路板120，進而將反射片140嵌入光學透鏡130之斜面134與印刷電路板120形成之開口內即可，無需再對反射片140進行反復移動至精確位置與背板150連接，簡化了組裝流程，縮短了組裝之工時，亦避免了在移動過程中背板150及反射片140之間之黏膠黏接性降低導致之背光模組之可靠性降低之現象，同時，解決了傳統技術中反射片140不能精確與背板150之定位件掛靠之問題，提高了背光模組之可靠性及穩定性。

另一方面，當任意一個發光二極管110或相應位置之印刷電路板120出現故障時，無需分別對反射片140及光學透鏡130進行拆除進行維修，由於反射片140嵌入所述光學透鏡130之斜面134與印刷電路板120形成之開口之深度實際上並不會很大，故而直接將反射片140從開口掀起即可進行維修或置換，有利於提高維修效率。

第二實施例

請一併參閱圖11至圖14，本發明第二實施例提供之光學透鏡230與光學透鏡130之主要區別在於：第二凹槽232a之槽面(第二表面232)為折射面，進入光學透鏡230內部之背光主要從連接面233及第二凹槽232a之槽面(第二表面232)透射後入射至擴散板160上。基座230b包括從本體部230a之部分邊緣間隔地突伸出之至少一個突伸部230c，每個突伸部230c遠離本體部230a之一端形成有斜面234。

本實施例中第一凹槽231a之槽面底部中央設置成圓弧狀，有利於引導背光自上方進入光學透鏡230。連接面233弧形凸狀之自由曲面，第二凹槽232a呈倒喇叭狀，且第二表面232為折射面，用於透射自第一凹槽231a之槽面入射之部分背光。光學透鏡230包括3個柱腳235，該3個柱腳235等間隔分佈於第一表面231之非凹面環形區域。本實施例中背光從第一凹槽231a內之發光二極管110發出，經第一凹槽231a之槽面進入光學透鏡230內部並被連接面233折射後出射。

第一實施例中背光向光學透鏡130四周側向出光，發光角度更大，例如適用於路燈或室內照明燈具；本實施例中使用之光學透鏡230主要向光學透鏡230上方出光，不容易受LED封裝之影響，更適用於小角度照明燈具，例如射燈或天花燈。可以理解，本發明提供之光學透鏡之具體形態不限制於本發明實施例提及之兩種，具體可根據實際需求進行調整。

100:背光模組

110:發光二極管

120:印刷電路板

131:第一表面

131a:第一凹槽

132:第二表面

133:連接面

133a:第一部分

133b:第二部分

134:斜面

135:柱腳

140:反射片

150:背板

Claims (8)

1. 一種光學透鏡，包括第一表面及與第一表面相對之第二表面，所述第一表面設有第一凹槽以容置發光二極管，其改良在於：所述光學透鏡之第一表面側之至少部分外邊緣被去除，以形成有至少一個相對於第一表面朝所述第二表面側傾斜之斜面，所述光學透鏡包括本體部及與本體部連接之基座，所述第一表面形成在所述基座遠離所述本體部之一側，所述基座之邊緣輪廓呈多邊形，其至少一個頂角處形成有所述斜面。
2. 如請求項1所述之光學透鏡，其中，沿所述第一表面到所述第二表面之方向，所述斜面上各點到第一表面所在之平面之距離逐漸變大。
3. 如請求項2所述之光學透鏡，其中，所述斜面為平面或曲面。
4. 如請求項1所述之光學透鏡，其中，所述基座包括從本體部之部分邊緣間隔地突伸出之至少一個突伸部，每個突伸部遠離本體部之一端形成有所述斜面。
5. 如請求項1所述之光學透鏡，其中，所述第二表面形成第二凹槽，所述第一凹槽與所述第二凹槽分別關於所述光學透鏡之中心軸線中心對稱。
6. 如請求項5所述之光學透鏡，其中，所述本體部包括與所述第二表面連接之連接面；所述連接面與基座遠離第一表面之頂部連接並位於第二表面與基座之間，或者，所述連接面直接與所述第二表面及所述斜面靠近所述第二表面之一側連接。
7. 一種背光模組，其改良在於，包括：發光二極管，電連接於印刷電路板上，用於發出背光；光學透鏡，設置於所述印刷電路板上，所述光學透鏡為如請求項1至請求項6任意一項所述之光學透鏡，所述發光二極管容置於所述光學透鏡之第一凹槽內；以及反射片，設置於所述印刷電路板上，所述反射片包括與所述發光二極管對應之通孔，所述光學透鏡穿過所述通孔固定於所述印刷電路板上，所述反射片部分嵌入所述光學透鏡之斜面與所述印刷電路板形成之開口內。
8. 一種顯示裝置，其改良在於，包括：顯示模組；及 如請求項7所述之背光模組，所述背光模組為顯示模組提供圖像顯示所需之背光。

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