TWI725687B - 光源模組、背光模組及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種光源模組、背光模組及顯示裝置。此光源模組包含背板及數個發光單元。背板包含底板及側牆。側牆之外側面與底板所在之水平面間具有夾角，夾角為銳角。側牆頂端與水平面間具有光學距離。發光單元排列於背板中，且最靠近側牆的發光單元為目標發光單元，其具有發光角度。目標發光單元與側牆具有距離。距離為目標發光單元與側牆的預定位置間的第一水平距離及側牆的底緣與側牆的預定位置間的第二水平距離的差值。第一水平距離取決於發光角度的互餘角的正切函數。第二水平距離取決於夾角的正切函數。

Description

光源模組、背光模組及顯示裝置

本揭露是有關於一種光源模組，且特別是有關於一種可產生均勻光線之光源模組、以及此光源模組在背光模組與顯示裝置之應用。

一般用於直下式背光模組的光源模組主要包含基板以及數個等間距陣列於基板上的發光單元，這些發光單元所產生的光線可進一步透過光學膜片混光而形成面光源。

然而，為了降低成本與整體光源模組的重量，通常會減少發光單元的數量，以致於靠近背板之側牆的發光單元距離側牆太遠時，則發光單元所產生之光線不足以均勻地被背板的側牆反射至背光模組出光面，而導致出光面在靠近側牆邊緣的地方產生嚴重的暗影。相反地，若為了解決側牆邊緣或角落的暗影問題，而增加發光單元的數量，這會導致整體的光源模組的重量增加且成本提高。

因此，本揭露之實施例之一目的是在提供一種 光源模組具有較佳出光均齊度，進而可提高背光模組與顯示裝置的光學品味。

根據本揭露之實施例之上述目的，提出一種光源模組。此光源模組包含背板以及複數個發光單元。背板包含底板以及立設於底板上之側牆。其中，側牆之外側面與底板所在之水平面之間具有夾角θ_slope，此夾角θ_slope為銳角。側牆之頂端與水平面之間具有光學距離OD。發光單元排列於背板中。其中，發光單元中最靠近側牆的發光單元為目標發光單元，目標發光單元具有發光角度θ_LED，且目標發光單元與側牆具有距離d。其中，距離d為目標發光單元與側牆的預定位置之間的第一水平距離以及側牆的底緣與側牆的預定位置之間的第二水平距離的差值。第一水平距離d1是根據第一函數F1計算而得，且第一函數F1取決於發光角度θ_LED的互餘角的正切函數。第二水平距離d2是根據第二函數F2計算而得，且第二函數F2取決於夾角θ_slope的正切函數。

依據本揭露之一實施例，上述之發光角度θ_LED為目標發光單元的半開角(half viewing angle)或半光強度發射角(half light-intensity angle)。目標發光單元以發光角度θ_LED發出的光線，是會指向到側牆的預定位置。

依據本揭露之一實施例，其中側牆之靠近預定位置至側牆之頂緣的部分表面能夠反射50%以上之目標發 光單元產生之光線。

依據本揭露之一實施例，上述之預定位置係由目標發光單元的半開角或半光強度發射角出射的光線所能到達之側牆中點或比中點更低的位置。

依據本揭露之一實施例，上述之第一函數F1滿 足以下關係式：

；第二函數F2滿足以下 關係式：

；其中，P為該水平面與該側牆 之該預定位置之間的垂直距離。

依據本揭露之一實施例，上述之水平面與側牆之預定位置之間的垂直距離P介於光學距離OD的20%至50%之間，包含端點值。

依據本揭露之一實施例，上述之夾角θslope與發光角度θ_LED的關係為：(90-θ_LED)<θ_slope≦90。

依據本揭露之一實施例，上述之夾角θ_slope與該 發光角度θ_LED的關係為：

。

依據本揭露之一實施例，上述之距離d為第一水平距離與第二水平距離差值再進一步減去第三水平距離。第三水平距離為目標發光單元的中心與目標發光單元之邊緣之間的距離，其中第三水平距離是根據第三函數F3計算而 得，且第三函數F3取決於發光角度θ_LED的互餘角的正切函數。

依據本揭露之一實施例，上述之第三函數F3滿 足以下關係式：

；其中，H為目標發光單元的 高度。

依據本揭露之一實施例，上述之目標發光單元的高度H、光學距離OD、夾角θ_slope、與發光角度θ_LED係滿 足一不等式，此不等式為：

。

依據本揭露之一實施例，上述之目標發光單元的高度H、光學距離OD、夾角θ_slope、與發光角度θ_LED係滿 足一不等式，此不等式為：

。

依據本揭露之一實施例，上述之目標發光單元的高度H的範圍從0.5mm至1.5mm。

依據本揭露之一實施例，上述之光學距離OD的範圍從3mm至10mm。

根據本揭露之實施例之上述目的，提出一種背光模組。此背光模組包含前述之光源模組以及至少一光學膜片，光學膜片設置在光源模組上方。

根據本揭露之實施例之上述目的，提出一種顯 示裝置。此顯示裝置包含前述之光源模組、至少一光學膜片以及顯示面板。光學膜片設置在光源模組上方。顯示面板設置在光學膜片上方。

由上述可知，本揭露是根據發光單元的發光角度來定義背板之側牆的傾斜角度，並進一步利用發光單元的出光量、發光角度以第一函數與第二函數來計算發光單元與背板之側牆的距離，以使得發光單元所產生的光線能夠被背板之側牆反射後直上出光，進而使背光模組出光量滿足使用需求，且靠近側牆的部分區域出光均勻。

100:顯示裝置

200:光源模組

210:背板

211:底板

212:側牆

220:發光單元

220’:目標發光單元

300:光學膜片

400:顯示面板

500:顯示裝置

600:光源模組

610:背板

611:底板

612:側牆

620:發光單元

620’:目標發光單元

A1:預定位置

d:距離

d1:第一水平距離

d2:第二水平距離

D:距離

D1:第一水平距離

D2:第二水平距離

D3:第三水平距離

H:高度

HP:水平面

OD:光學距離

P:距離

θ_LED:發光角度

θ_slope:夾角

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〕係繪示依照本揭露之第一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖；〔圖2A〕為使用第一實施例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖；〔圖2B〕為使用第一實施例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線圖；〔圖3A〕為使用第二實施例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖；〔圖3B〕為使用第二實施例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線圖； 〔圖4A〕為使用第一比較例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖；〔圖4B〕為使用第一比較例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線圖；〔圖5A〕為使用第二比較例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖；〔圖5B〕為使用第二比較例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線圖；〔圖6〕係繪示依照本揭露之第二實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖；

請參照圖1，其係繪示依照本揭露之第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100主要包含光源模組200、設置在光源模組200上方之至少一光學膜片300、以及設置在光學膜片300上方之顯示面板400。也就是說，光源模組200與光學膜片300共同構成背光模組，且顯示面板400設置在背光模組上方。光源模組200包含背板210以及複數個發光單元220。背板210包含底板211以及立設於底板211上之側牆212，且發光單元220是排列在背板210中。藉此，發光單元220所產生的光線可進一步通過光學膜片300混光而形成面光源後，再從顯示面板400出光。其中，在這些發光單元220中，最靠近側牆212 的發光單元220定義為目標發光單元220’。目標發光單元220’所產生的光線在射向側牆212時，會被側牆212反射而往光學膜片300的方向出光。為了避免從靠近側牆212邊緣的出光的光線過多或過少，需要設計目標發光單元220’與側牆212底緣之間的距離d。

在本實施例中，如圖1所示，目標發光單元220’與側牆212底緣之間的距離d為第一水平距離d1與第二水平距離d2的差值。其中，第一水平距離d1為目標發光單元220’與側牆212的預定位置A1之間水平距離。第二水平距離d2為側牆212的底緣與側牆212的預定位置A1之間的水平距離。在本實施例中，預定位置A1可根據發光單元所射出光線的反射量或者發光單元的半開角(half viewing angle)或半光強度發射角(half light-intensity angle)而定。其中，在此所指的預定位置A1，是指側牆212斜邊上的任意位置，且射向預定位置A1的光線可被側牆212反射，而從靠近側牆212邊緣的位置出光。因此，目標發光單元220’與側牆212底緣的距離d的設計，是以目標發光單元220’所產生之光線能夠射向預定位置A1為目的。舉例而言，背板210除了具有支撐發光單元220與光源模組200中所需的元件的功能外，背板210的側牆212亦具有反射光線的功能。故，基於提高整體顯示裝置的發光效率而言，以側牆212的頂緣為基準，側牆212靠近預定位置A1至側牆頂緣的部分表面至少能 反射50%以上(較佳為90%以上)發光單元220所產生的光線進而向上出光。由此可知，只要能達到反射所需光線量的需求，即可定義本揭露所指的預定位置A1。另一方面，基於發光單元所發出光線的利用效率而言，只要由發光單元的半開角或半光強度發射角出射的光線，至少要能夠到達側牆212中點或比中點更低的位置，進而向上出光。

在一些實施例中，第一水平距離d1是根據第一函數F1計算而得，第二水平距離d2是根據第二函數F2計算而得。其中，第一函數F1是取決於目標發光單元220’之發光角度θ_LED的互餘角的正切函數。在一些例子中，第一函數F1滿足以下關係式(1)：

其中P為底板211所在之水平面HP與側牆212之預定位置A1之間的垂直距離P，發光角度θ_LED為目標發光單元220’的半開角或半光強度發射角。在本實施例中，目標發光單元220’以發光角度θ_LED發出的光線，是會指向到側牆212的預定位置A1。

在本實施例中，側牆212之外側面與底板211所在之水平面HP之間具有夾角θ_slope，此夾角θ_slope為銳角。在本實施例中，第二函數F2取決於該夾角θ_slope的正切函數。在一些例子中，第二函數F2滿足以下關係式(2)：

藉此，在已知側牆212與水平面HP之間的夾角θ_slope、水平面HP與側牆212之預定位置A1之間的垂直距離P、及目標發光單元220’之發光角度θ_LED，可以透過前述之關係式(1)及關係式(2)的差值來計算以獲得目標發光單元220’與側牆212底緣的距離d。

如圖1所示，側牆212之頂端與底板211所在水平面HP之間具有光學距離OD。在此所指的光學距離OD可為發光單元220的混光距離。在一些實施例中，第一函數F1與第二函數F2中的垂直距離P是介於光學距離OD的20%至50%之間，包含端點值。舉例而言，基於發光單元所發出光線的利用效率而言，目標發光單元220’到側牆212底緣的距離是根據目標發光單元能被側牆反射的光量而定，發光單元的半開角或半光強度發射角出射的光線，能夠到達側牆212的預定位置A1後朝外射出，所述光線是至少要能夠到達側牆212中點或比中點更低的位置。換言之，以側牆212底緣為基準，所述光線可到達側牆212的預定位置A1與側牆212底緣的垂直距離P為光學距離OD的20%~50%。

請同時參照圖1、圖2A及圖2B，其中圖2A為使用第一實施例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖，圖2B為使用第一實施例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線 圖。需特別說明的是，本揭露之所示之光學趨勢模擬圖(例如圖2A、圖4A、及圖5A)之原圖為彩色圖，當光學趨勢模擬圖以灰階圖呈現時，其灰階度由淺至深是代表數值由小到大的趨勢變化。在第一實施例中，光學距離OD為10mm，且垂直距離P為20%的光學距離OD時，目標發光單元220’與側牆212底緣的距離d為1.4mm。由圖2B的曲線圖可知，光源模組200在靠近背板210的中心的輝度與背板210靠近側牆212的輝度差，此外，圖2B的輝度曲線是較為平滑變化的曲線，是符合一般的背光模組需求。

請同時參照圖1、圖3A及圖3B，其中圖3A為使用第二實施例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖，圖3B為使用第二實施例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線圖。在第二實施例中，光學距離OD為10mm，且垂直距離P為50%的光學距離OD時，目標發光單元220’與側牆212底緣的距離d為4.9mm。由圖3B的曲線圖可知，光源模組200在靠近背板210的中心的輝度與背板210靠近側牆212的輝度差，此外，圖3B的輝度曲線是較為平滑變化的曲線，符合一般背光模組需求。

另請參照圖1、圖4A及圖4B，其中圖4A為使用第一比較例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖，圖4B為使用第一比較例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線圖。在第一比較例中，光學距離OD為10mm，且垂直距離P為10% 的光學距離OD時，目標發光單元220’與側牆212底緣的距離d為0.3mm。然而，圖4B的曲線圖可知，光源模組200在靠近側牆212的輝度有一部分突亮，這並不符合一般背光模組需求。

另請參照圖1、圖5A及圖5B，其中圖5A為使用第二比較例之一種光源模組之光學趨勢模擬圖，圖5B為使用第二比較例所產生之輝度與X軸向位置的關係曲線圖。在第二比較例中，光學距離OD為10mm，且垂直距離P為80%的光學距離OD時，目標發光單元220’與側牆212底緣的距離d為6.1mm。然而，圖5B的曲線圖可知，光源模組200在靠近側牆212的輝度則過暗，這也不符合一般背光模組需求。因此，發光單元220以半開角或半光強度發射角出射的光線至預定位置A1到側牆212底緣的垂直距離P定在光學距離OD的20%至50%之間，包含端點值，可使得光源模組能夠產生輝度較均勻之光線。在一些例子中，光學距離OD的範圍從3mm至10mm。

請再次參照圖1，在一實施例中，側牆212與水平面HP之間具有夾角θ_slope。夾角θ_slope與目標發光單元220’之發光角度θ_LED的角度關係可利用關係式(3)或關係式(4)表示：(90-θ_LED)<θ_slope≦90...(3)；

藉此，在已知發光角度θ_LED的條件下，可先利用關係式(3)或關係式(4)可來計算側牆212的傾斜角度(即夾角θ_slope)。

欲陳明者，圖1所示之光源模組200中的發光單元220，是假設為點光源的形態，因此，不需要考慮發光單元220之高度。在其他實施例中，光源模組的發光單元亦可使用具有一定高度的發光單元，而非前述的點光源的形態。請參照圖6，其係繪示依照本揭露之第二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500的結構大致上與圖1所示之顯示裝置100相同，差異僅在於顯示裝置500的光源模組600具有不同的設計。圖6所示的光源模組600主要包含背板610以及發光單元620。背板610包含底板611以及立設於底板611上之側牆612，且發光單元620是排列在背板610中。藉此，發光單元620所產生的光線可進一步通過光學膜片300混光而形成面光源後，再從顯示面板400出光。在這些發光單元620中，最靠近側牆612的發光單元620定義為目標發光單元620’。目標發光單元620’與側牆612底緣之間具有距離D。

請繼續參照圖6，在本實施例中，距離D的計算方式是將第一水平距離D1減去第二水平距離D2，再進一步 減去第三水平距離D3。其中，第一水平距離D1為目標發光單元620’與側牆612的預定位置A1之間的水平距離。第二水平距離D2為側牆612的底緣與側牆612的預定位置A1之間的水平距離。第三水平距離D3為目標發光單元620’的中心與目標發光單元620’之邊緣之間的距離。也就是說，在發光單元620’具有高度H的情況下，在計算目標發光單元620’與側牆212底緣的距離D時，尚須考量發光單元620’的高度。在一實施例中，第一水平距離D1是根據前述之第一函數F1計算而得，其中第一函數F1滿足前述之關係式(1)。此外，第二水平距離D2是根據前述之第二函數F2計算而得，其中第二函數F2滿足前述之關係式(2)。其中，關係式(1)中的P為底板611所在之水平面HP與側牆612之預定位置A1之間的垂直距離P，θ_LED為目標發光單元220’之發光角度θ_LED，例如目標發光單元220’的半開角或半光強度發射角。關係式(2)中的θ_slope為側牆612之外側面與底板611所在之水平面HP之間的夾角。

如圖6所示，第三水平距離D3為目標發光單元620’的中心與目標發光單元620’之邊緣之間的距離。在一例子中，第三水平距離D3可為目標發光單元620’之寬度的一半。第三水平距離D3是根據第三函數F3計算而得，第三水平距離D3是根據第三函數F3計算而得。其中，第三函數F3是取決於目標發光單元620’之發光角度θ_LED的互餘角的 正切函數。在一些例子中，第三函數F3滿足以下關係式(5)：

其中，H為目標發光單元620’的高度H。在一些實施例中，目標發光單元620’的高度H的範圍從0.5mm至1.5mm。

如圖6所示，側牆612之頂端與底板611所在水平面HP之間具有光學距離OD。在一些實施例中，目標發光單元620’的高度H、側牆612之頂端與底板611所在水平面HP之間的光學距離OD、側牆612之外側面與底板611所在之水平面HP之間的夾角θ_slope、與目標發光單元620’的發光角度θ_LED係滿足一不等式。不等式可以以下關係式(6)或關係式(7)來表示：

另請同時參照下表1及圖6，表1表示在目標發光單元620’的發光角度θ_LED為60度、目標發光單元620’的高度H為0.5mm、且側牆612之外側面與底板611所在之水平面HP之間的夾角θ_slope為60度的條件下，光學距離OD與目標發光單元620’與側牆212底緣的距離D的關係。

表1

另請同時參照下表2及圖6，表2表示在目標發光單元620’的發光角度θ_LED為60度、目標發光單元620’的高度H為0.2mm、且側牆612之外側面與底板611所在之水平面HP之間的夾角θ_slope為60度的條件下，光學距離OD與目標發光單元620’與側牆212底緣的距離D的關係。

另請同時參照下表3及圖6，表3表示在目標發光單元620’的發光角度θ_LED為75度、目標發光單元620’的高度H為0.5mm、且側牆612之外側面與底板611所在之水平面HP之間的夾角θ_slope為52.5度的條件下，光學距離OD與目標發光單元620’與側牆212底緣的距離D的關係。

另請同時參照下表4及圖6，表4表示在目標發光單元620’的發光角度θ_LED為75度、目標發光單元620’的高度H為1mm、且側牆612之外側面與底板611所在之水平面HP之間的夾角θ_slope為52.5度的條件下，光學距離OD與目標發光單元620’與側牆212底緣的距離D的關係。

由表1至表4可知，在已知側牆612與水平面HP之間的夾角θ_slope、目標發光單元220’之發光角度θ_LED、目標發光單元620’的高度H、及側牆612之頂端與底板611所在水平面HP之間的光學距離OD，可透過前述之關係式(1)、關係式(2)及關係式(5)來計算獲得目標發光單元620’與側牆612底緣的距離D。

由前述本揭露實施方式可知，本揭露是根據發光單元的發光角度來定義背板之側牆的傾斜角度，並進一步利用發光單元的出光量、發光角度以第一函數與第二函數來計算發光單元與背板之側牆的距離，以使得發光單元所產生的光線能夠被背板之側牆反射後直上出光，進而使背光模組出光量滿足使用需求，且靠近側牆的部分區域出光均勻。

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

100‧‧‧顯示裝置

200‧‧‧光源模組

210‧‧‧背板

211‧‧‧底板

212‧‧‧側牆

220‧‧‧發光單元

220’‧‧‧目標發光單元

300‧‧‧光學膜片

400‧‧‧顯示面板

A1‧‧‧預定位置

d‧‧‧距離

d1‧‧‧第一水平距離

d2‧‧‧第二水平距離

HP‧‧‧水平面

OD‧‧‧光學距離

P‧‧‧距離

θ_LED‧‧‧發光角度

θ_slope‧‧‧夾角

Claims (14)

1. 一種光源模組，包含：一背板，包含一底板以及立設於該底板上之一側牆，其中該側牆之一外側面與該底板所在之一水平面之間具有一夾角θ_slope，該夾角θ_slope為銳角，且該側牆之一頂端與該水平面之間具有一光學距離OD；以及複數個發光單元，排列於該背板中，其中，該些發光單元中最靠近該側牆的發光單元為目標發光單元，該目標發光單元具有一發光角度θ_LED，且該目標發光單元與該側牆具有一距離d；其中，該距離d為該目標發光單元與該側牆的一預定位置之間的一第一水平距離以及該側牆的底緣與該側牆的該預定位置之間的一第二水平距離的差值，其中該第一水平距離是根據一第一函數F1計算而得，且該第一函數F1取決於該發光角度θ_LED的互餘角的正切函數，其中該第二水平距離是根據一第二函數F2計算而得，且該第二函數F2取決於該夾角θ_slope的正切函數；其中，該第一函數F1滿足以下關係式：

   

   其中，該第二函數F2滿足以下關係式：

   

   其中，P為該水平面與該側牆之該預定位置之間的垂 直距離；其中，該水平面與該側牆之該預定位置之間的一垂直距離P介於該光學距離OD的20%至50%之間，包含端點值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該發光角度θ_LED為該目標發光單元的半開角(half viewing angle)或半光強度發射角(half light-intensity angle)，該目標發光單元以該發光角度θ_LED發出的光線，是會指向到該側牆的該預定位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該側牆之靠近該預定位置至該側牆之頂緣的部分表面能夠反射50%以上之該目標發光單元產生之光線。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中，該預定位置係由該目標發光單元的半開角或半光強度發射角出射的光線所能到達之該側牆中點或比中點更低的位置。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之光源模組，其中該夾角θ_slope與該發光角度θ_LED的關係為：(90-θ_LED)<θ_slope≦90。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項項所述之光源模組，其中該夾角θ_slope與該發光角度θ_LED的關係為：

   
7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之光源模組，其中該距離d為該第一水平距離與該第二水平距離差值再進一步減去一第三水平距離；以及該第三水平距離為該目標發光單元的一中心與該目標發光單元之一邊緣之間的距離，其中該第三水平距離是根據一第三函數F3計算而得，且該第三函數F3取決於該發光角度θ_LED的互餘角的正切函數。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該第三函數F3滿足以下關係式：

   

   其中，H為該目標發光單元的高度。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該目標發光單元的高度H、該光學距離OD、該夾角 θ_slope、與該發光角度θ_LED係滿足一不等式，該不等式為：

   
10. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該目標發光單元的高度H、該光學距離OD、該夾角θ_slope、與該發光角度θ_LED係滿足一不等式，該不等式為：

    
11. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該目標發光單元的高度H的範圍從0.5mm至1.5mm。
12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之光源模組，其中該光學距離OD的範圍從3mm至10mm。
13. 一種背光模組，包含：一利用申請專利範圍第1項至12項中任一項所述之光源模組；以及至少一光學膜片，設置在該光源模組上方。
14. 一種顯示裝置，包含： 一利用申請專利範圍第1項至12項中任一項所述之光源模組；至少一光學膜片，設置在該光源模組上方；以及一顯示面板，設置在該光學膜片上方。

Images