TWI757935B - 背光模組及其發光二極體的佈局方法 - Google Patents

背光模組及其發光二極體的佈局方法 Download PDF

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Abstract

本發明係一種背光模組及其發光二極體的佈局方法，包括基板、複數發光二極體及複數電源單元，複數發光二極體分為複數光源群組，且複數光源群組再分為至少一個子光源群組，每一光源群組係皆以圍繞基板中心方式佈設在基板上，又越接近基板中心的光源群組的子光源群組的數量越少，且越接近基板中心的子光源群組中的發光二極體的數量越少，而各電源單元分別連接其中一個光源群組，以提供驅動或調整各光源群組發出光源所需的電源。

Description

背光模組及其發光二極體的佈局方法
本發明有關於液晶顯示器的背光模組，尤指一種背光模組以使用者觀看習慣，將發光二極體分成複數光源群組，並將各光源群組以基板中央位置為中心逐漸向基板外圍排列所有發光二極體的背光模組及其佈局方法。
傳統液晶顯示器的背光模組依照背光模組設置在液晶顯示器的位置，可分為直下式(Direct-Type)與側光式(Edge-Type)兩種，側光式背光模組將複數發光二極體排列在基板上，並且安裝在液晶顯示器的邊框的左右兩側或者是上下兩側的位置，經過若干個光學元件(例如：導光板)形成發光面，並朝向液晶顯示器的液晶面板的方向發出光源。而直下式背光模組係在將複數發光二極體以陣列型式排列散布在基板上，並且設在液晶面板的正下方，同樣藉由若干個光學元件形成發光面，並朝向液晶顯示器的液晶面板的方向發出光源。
然而，側光式背光模組並不適合大尺寸的液晶顯示器，而且無法分劃分別進行明暗調節，導致液晶顯示器的對比度和色彩飽和度會被犧牲，因此，為了提高液晶顯示器的對比度和色彩飽和度，許多的液晶顯示器採用直下式背光模組，直下式背光模組利用將發光二極體分區控制的方式，對整個背光模組的不同位置依照輸出畫面的亮度需求進行控制，使得輸出畫面的明暗更為明顯，達到提高對比度及色彩飽和度的目的。
請參閱圖1所示，傳統的直下式背光模組是將佈設在基板1上的發光二極體2劃分成複數光源群組3，每個光源群組3採用規則矩陣排列，此種排列方式是依照各光源群組3以均勻發光條件下，使得發光二極體2採用此種排列方式，以便計算混光效果。然而採用此種排列方式控制發光二極體2仍有如下所述的缺點。
以使用者觀看液晶顯示器的使用狀況而言，通常使用者是以觀察液晶顯示器的中央區域為使用率最高的位置，而傳統的光源群組採用規則矩陣排列，此種排列方式太過僵化，並無法因應前述的使用習慣，而且也無法針對使用習慣進行控制，因此實有必要針對此一問題進行改善。
有鑑於先前技術的問題，本發明的目的在於，將背光模組的基板上的發光二極體，以針對使用者的使用習慣佈局，藉以提供較多的光源群組，利用更精緻化的控制方式，進而達到因應使用習慣之目的。
根據本發明之目的，係提供一種背光模組，包括基板、複數發光二極體及複數電源單元，複數發光二極體分為複數光源群組，且複數光源群組再將所屬的發光二極體分為至少一個子光源群組，每一光源群組係皆以圍繞基板中心方式佈設各自所屬的子光源群組在基板上，又越接近基板中心的光源群組的子光源群組的數量越少，且越接近基板中心的子光源群組被分配的發光二極體的數量越少，而各電源單元分別連接其中一個光源群組，而各電源單元分別其中一個連接光源群組，各電源單元分別提供驅動或調整發光二極體發出光源所需的電源。
其中，複數個發光二極體依照指定條件分配到複數個光源群組及各光源群組所屬的各子光源群組，指定條件的定義為發光二極體的總數量與各光源群組的關係為1 3+2 3+3 3+…+m 3，其中m為從基板中央到其外圍的各光源群組的數量，而1 3、2 3、3 3、…、m 3為各光源群組被分配的發光二極體的數量，又從基板中央到其外圍的各光源群組與其所屬的各子光源群組總數量關係1 2+2 2+3 2+…+n 2，其中從基板中央到基板外圍的各光源群組所屬的各子光源群組的數量依序為1 2、2 2、3 2、…、n 2，而從基板中央到其外圍的各光源群組所屬的其中一個子光源群組的發光二極體的數量分別為1、2、3、…、n。
其中，基板的所有發光二極體的佈局方式係為
Figure 02_image001
的矩陣。
其中，各電源單元的數量與各光源群組的數量相等，且同一組光源群組的發光二極體連接到同一個電源單元。
其中，各電源單元的數量與各子光源群組的數量相等，且同一組子光源群的發光二極體連接到同一個電源單元。
其中，同一光源群組內的各發光二極體之順向偏壓落在同一範圍之內。
其中，同一組的光源群組的發光二極體以一預定範圍內的色度座標分類，並依照色度座標平均化的方式，將各個不同色度座標的發光二極體設在基板上。
其中，同一組的子光源群組的發光二極體以預定範圍內的色度座標，在分類至少一個子分類範圍，並依照色度座標平均化的方式，將各個不同色度座標的發光二極體設在基板上。
根據本發明之目的，係提供一種背光模組的發光二極體的佈局方法，包括下列步驟：接收基板所要佈局的面積計算所需的複數發光二極體的數量，依據複數發光二極體的數量以指定條件劃分為複數光源群組，以及每一個光源群組所屬的發光二極體的數量再分成複數子光源群組，判斷各光源群組是否適合將各自所屬的各子光源群組分別以圍繞基板中心的方式佈設於基板上，若是則將各光源群組分別組配合適的電源單元，否則進重新制定指定條件劃分複數光源群組的數量，及每一光源群組所劃分的複數子光源群組的數量，直到複數光源群組能夠將各自所屬的複數子光源群組以圍繞基板中心的方式佈設於基板上為止。
其中，指定條件係為複數光源群組的數量可以整除所需發光二極體的數量，而且各光源群組所分配的發光二極體的數量，係足夠被各自的複數子光源群組的數量整除。
其中，各光源群組是否適合將各自所屬的各子光源群組以分別圍繞基板中心的方式佈設於基板上的定義，係各光源群組係分別以圍繞該基板中心的方式佈設在基板上，且又越接近基板中心的各光源群組的所屬的子光源群組的數量越少，且越接近基板中心的子光源群組分配的發光二極體的數量越少。
其中，所有的發光二極體分為m個光源群組，各光源群組被分配的發光二極體的數量，係從基板的中央到基板的外圍分別依序為1 3、2 3、3 3、…、m 3，而從基板中央到基板的各光源群組所屬的各子光源群組的數量依序為1 2、2 2、3 2、…、n 2，其中從基板中央到基板外圍的各光源群組所屬的每一個子光源群組的被分配到的發光二極體的數量分別依序為1、2、3、…、n。
據上所述，背光模組因應使用者觀看液晶顯示器的使用習性，而劃分不同發光二極體數量的光源群組，進而提高控制發光的細緻度。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。
請參閱圖2所示，本發明係一種背光模組，包括基板4、複數發光二極體500及複數電源單元6，基板4係為印刷電路板(Printed Circuit Board；簡稱：PCB)、金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board；簡稱：MCPCB)，例如：鋁基板，或者是陶瓷基板…等。
在本發明中，複數發光二極體500劃分成複數光源群組5，每一光源群組5所屬的複數發光二極體500分別再劃分為至少一個子光源群組50，每一光源群組5係皆以圍繞基板4中心的方式佈設在基板4上，又越接近基板4中心的光源群組5的子光源群組50的數量越少，且越接近基板4中心的子光源群組50中的發光二極體500的數量越少，發光二極體500係可以為多色發光二極體(RGB LED)、次毫米發光二極體(Mini LED)或微發光二極體(Micro LED)。
請參閱圖3所示，而各電源單元6連接光源群組5，各電源單元6分別提供驅動或調整發光二極體500發出光源所需的電源。進一步而言，各電源單元6與其連接的光源群組5之間分別設有一迴授控制單元60，各迴授控制單元60分別接收匹配的光源群組5的發光二極體500的電氣訊號(例如：電壓或電流)，各迴授控制單元60根據各電氣訊號分別產生一迴授控制訊號，各迴授控制單元60根據各迴授控制訊號分別調整所匹配的光源群組5的發光二極體500發出光源所需的電源。
在本發明之一實施例中，復請參閱圖2所示，若在基板4上需要依照面積及相關發光需求條件(例如：亮度)，在基板4上需要佈設100個發光二極體500，此時，首先將100個發光二極體500依照指定條件規劃需要分成多少個光源群組5，在此實施例中，發光二極體500依照指定條件劃分各光源群組5及其子光源群組50的定義為：發光二極體500的總數量與從基板4中央到其外圍的各光源群組5的關係為1 3+2 3+3 3+…+m 3，其中m為各光源群組5的數量，1 3、2 3、3 3、…、m 3為各光源群組5被分配的發光二極體的數量，並且將各光源群組5的各子光源群組50的總數量關係為1 2+2 2+3 2+…+n 2，其中從基板中央到基板外圍的各光源群組所屬的子光源群組的數量依序為1 2、2 2、3 2、…、n 2，從基板中央到基板外圍的各光源群組所屬的每一個子光源群組被分配到的發光二極體的數量依序為1、2、3、…、n，其中m=n。
換言之，100個發光二極體500可以劃分成四個光源群組5，從基板4中央到其外圍的各光源群組5的發光二極體的數量分別為1、8、27、64個，並且四個光源群組5各自所屬的子光源群組50的數量分別為1、4、9及16個，各子光源群組50的被分配的發光二極體的數量分別為1、2、3及4個。
承上所述，從基板4中央到其外圍依序為第一個光源群組5~第四個光源群組5，第一個光源群組5的子光源群組50數量為1，發光二極體500的數量為1個，第二個光源群組5的子光源群組50數量為4個，每個子光源群組50的發光二極體500的數量為2個，共計為8個發光二極體500，第三個光源群組5的子光源群組50數量為9個，每個子光源群組50的發光二極體500的數量為3個，共計為27個發光二極體500，第四個光源群組5的子光源群組50數量為16個，每個子光源群組50的發光二極體500的數量為4個，共計為64個發光二極體500，所以從基板1中央到基板1外圍的各光源群組5的發光二極體500的數量依序為1、8、27、64，共計為100個發光二極體500，從基板1中央到基板1外圍的各光源群組5所屬的子光源群組50的數量依序為1、4、9、16，共計為30個子光源群組50。
在本發明中，可以進一步將上述的規則的整倍數數量的發光二極體500佈局在基板4上，請參閱圖4所示，例如：
Figure 02_image003
個發光二極體500，此時，基板4可以劃分成25個佈局分區72，並且每個佈局分區72的發光二極體500數量為100個，又每個佈局分區72以上述的實施例設置發光二極體500在基板4上。
再者，若以m=5而言，發光二極體500的數量為225個，子光源群組50的數量為55個，而且所有的發光二極體500係以其數量的二次方根號的矩陣(
Figure 02_image005
)排列在基板4上。又以m=6而言，發光二極體500的數量為441個，子光源群組50的數量為91個，而且所有的發光二極體500係以其數量的二次方根號的矩陣(
Figure 02_image007
)排列在基板4上，並依此類推，意即，所有的發光二極體500佈局在基板4的方式係為
Figure 02_image001
的矩陣。
在本發明中，請參閱圖3所示，為了分別控制各個光源群組5的發光方式，各電源單元6及各迴授控制單元60的數量與各光源群組5的數量相等。或者，為了更精準地控制各個光源群組5的各子光源群組50的發光方式，請參閱圖5所示，各電源單元6及各迴授控制單元60的數量與各子光源群組50的數量相等。又，同一光源群組5內的各發光二極體500之順向偏壓落在同一範圍之內，使得各電源單元6可以分別使用對應順向偏壓的電源來控制各發光二極體500，將可進一步達到減少電源損耗的問題。
在本發明中，同一組的光源群組5的發光二極體500以一預定範圍內的色度座標分類，並依照色度座標平均化的方式，將各個不同色度座標的發光二極體500設在基板4上。或者更進一步，同一組的子光源群組50的發光二極體500以該預定範圍內的色度座標，再分類成至少一個子分類範圍，並依照色度座標平均化的方式，將各個子分類的色度座標的發光二極體500設在基板4上。藉此使得背光模組的發光均勻度更加的提高。
請參閱圖6所示，係將本發明的背光模組安裝在液晶顯示器，背光模組7設在液晶面板8之下，其中背光模組7更包括光學單元70，光學單元70係設在背光模組7的基板4與液晶面板8之間。
在本發明中，光學單元70係在背光模組7與液晶面板8之間依序設有導光層700、第一擴散層702、第一增亮層704、第二增亮層706及第二擴散層708，導光層700、第一擴散層702、第一增亮層704、第二增亮層706及第二擴散層708係為微結構的薄膜，用以增加背光模組7的發光效率。
請參閱圖7所示，本發明係一種背光模組的發光二極體的佈局方法，包括下列步驟： (S701)接收基板4所要佈局的面積計算所需的複數發光二極體500的數量； (S702)依據複數發光二極體500的數量以指定條件劃分為複數光源群組5，以及每一個光源群組5再分成複數子光源群組50； (S703)判斷各光源群組5是否適合將各自所屬的各子光源群組50以分別圍繞基板4中心的方式佈設於基板4上，若是進行步驟(S704)，否則進行步驟(S705)； (S704)依照各光源群組5分別組配合適的電源單元6； (S705)重新制定指定條件劃分為複數光源群組5的數量，及每一光源群組5所劃分的複數子光源群組50的數量，直到複數光源群組5能夠將各自所屬的複數子光源群組50以圍繞基板4中心的方式佈設於基板4上為止。
在本發明中，步驟(S702)的指定條件，係為複數光源群組5所分配的發出二極體500的數量可以被複數光源群組5的數量整除，而且各光源群組5所分配的發光二極體500的數量，係可以被各自的複數子光源群組50的數量整除。另外，步驟(S703)每一光源群組係分別以圍繞基板中心的方式佈設在基板上，又越接近基板中心的光源群組的子光源群組的數量越少，且越接近基板中心的子光源群組中的發光二極體的數量越少。
進一步而言，複數個發光二極體、複數個光源群組及其所屬的子光源群組的關係如下所述：複數個發光二極體分為m個光源群組5，各光源群組5被分配的發光二極體的數量，從基板4中央到基板4外圍分別為1 3、2 3、3 3、…、m 3。從基板4中央到基板4的各光源群組5所屬的各子光源群組50的數量關係為1 2、2 2、3 2、…、n 2，其中從基板中央到基板外圍的各光源群組所屬的各子光源群組的被分配到的發光二極體的數量分別為1、2、3、…、n。
綜上所述，本發明的背光模組7係依使用者觀看液晶顯示器的使用習慣，將複數發光二極體500分成複數光源群組5及複數子光源群組50，並且依使用者觀看液晶顯示器的使用習慣佈局在基板4上，而且以電源單元6分別控制各光源群組5，解決了傳統背光模組以矩陣分區控制，而非因應使用者習慣排列的問題，而且進一步依照順向偏壓的大小分群可以節省電源，並更進一步依照色度座標更可以提高發光均勻度。
上列詳細說明係針對本發明的可行實施例之具體說明，惟前述的實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
1、4:基板 3、5:光源群組 50:子光源群組 2、500:發光二極體 6:電源單元 60:迴授控制單元 7:背光模組 70:光學單元 72:佈局分區 700:導光層 702:第一擴散層 704:第一增亮層 706:第二增亮層 708:第二擴散層 8:液晶面板 S701~S705:流程步驟
圖1係傳統的直下式背光模組的基板上的發光二極體之佈局示意圖。 圖2係本發明之一實施例的基板上的發光二極體之佈局示意圖。 圖3係本發明之光源群組與電源單元連接示意圖。 圖4係本發明之另一實施例的基板上的發光二極體之佈局示意圖。 圖5係本發明之子光源群組與電源單元連接示意圖。 圖6係本發明之液晶顯示器之架構示意圖。 圖7係本發明之背光模組的發光二極體的佈局方法的流程示意圖。
4:基板
5:光源群組
50:子光源群組
500:發光二極體

Claims (13)

  1. 一種背光模組，包括：一基板；複數發光二極體，該複數發光二極體分成複數光源群組，每一該光源群組分別設有至少一個子光源群組，每一該光源群組係皆以圍繞該基板中心方式佈設在該基板上，又越接近該基板中心的該光源群組的該子光源群組的數量越少，且越接近該基板中心的該子光源群組中的該發光二極體的數量越少；以及複數電源單元，各該電源單元連接各該光源群組，各該電源單元分別提供驅動或調整該光源群組發出光源所需的電源。
  2. 如請求項1所述的背光模組，其中該複數個發光二極體依照一指定條件劃分該複數個光源群組及所屬的各該子光源群組的數量，該指定條件的定義為：該基板中央到該基板外圍的各該光源群組與該發光二極體的總數量的關係為13+23+33+...+m3，其中m為各該光源群組的數量，且為正整數，13、23、33、...、m3為該基板中央到該基板外圍的各該光源群組被分配的該發光二極體的數量；以及該基板中央到該基板外圍的各該光源群組與其所屬的各該子光源群組的總數量關係為12+22+32+...+n2，其中12、22、32、...、n2係為該基板中央到該基板外圍的各該光源群組的所屬的該複數子光源群組的數量，而1、2、3、...、n係為該基板中央到該基板外圍的各該光源群組的所屬的各該子光源群組的被分配的發光二極體的數量。
  3. 如請求項2所述的背光模組，其中該基板的所有該發光二極體的佈局方式係為
    Figure 109137340-A0305-02-0015-2
    的矩陣。
  4. 如請求項1所述的背光模組，其中各該電源單元的數量與各該光源群組的數量相等，且同一組該光源群組的該發光二極體連接到同一個該電源單元。
  5. 如請求項1所述的背光模組，其中各該電源單元的數量與各該子光源群組的數量相等，且同一組該子光源群的該發光二極體連接到同一個該電源單元。
  6. 如請求項1所述的背光模組，其中同一該光源群組內的各該發光二極體之順向偏壓落在同一範圍之內。
  7. 如請求項1所述的背光模組，其中同一該光源群組的發光二極體以一預定範圍內的色度座標分類，並依照色度座標平均化的方式，將各個不同色度座標的該發光二極體設在該基板上。
  8. 如請求項7所述的背光模組，其中同一該子光源群組的該發光二極體以該預定範圍內的色度座標，再分類成至少一個子分類，再依照色度座標平均化的方式，將各該子分類的色度座標的該發光二極體設在該基板上。
  9. 如請求項1所述的背光模組，其中各該電源單元與其連接的該光源群組之間分別設有一迴授控制單元，各該迴授控制單元分別接收匹配的該光源群組的該發光二極體的電氣訊號，各該迴授控制單元根據各該電氣訊號分別產生一迴授控制訊號，各該迴授控制單元根據各該迴授控制訊號分別調整所匹配的該光源群組發出光源所需的電源。
  10. 一種背光模組的發光二極體的佈局方法，包括下列步驟： 接收一基板所要佈局的面積計算所需的複數發光二極體的數量；依據該複數發光二極體的數量以指定條件劃分為複數光源群組，以及每一該光源群組再分成複數子光源群組；判斷該複數光源群組是否適合將各自所屬的該複數子光源群組以分別圍繞基板中心的方式佈設於基板上；若是，則結束；以及當該複數光源群組無法將各自所屬的該複數子光源群組以分別圍繞基板中心的方式佈設於基板上，重新制定指定條件劃分為複數光源群組的數量，及每一該光源群組所劃分的該複數子光源群組的數量，直到該複數光源群組能夠將各自所屬的該複數子光源群組以圍繞基板中心的方式佈設於基板上為止；其中該複數光源群組是否適合將各自所屬的該複數子光源群組以分別圍繞該基板中心的方式佈設於該基板上的定義，係每一該光源群組係分別以圍繞該基板中心的方式佈設在該基板上，且又越接近該基板中心的該光源群組的所屬的該子光源群組的數量越少，且越接近該基板中心的該子光源群組分配的該發光二極體的數量越少。
  11. 如請求項10所述的背光模組的發光二極體的佈局方法，其中當該複數光源群組將各自所屬的該複數子光源群組以分別圍繞基板中心的方式佈設於基板上後，依照各光源群組分別組配合適的電源單元。
  12. 如請求項10所述的背光模組的發光二極體的佈局方法，其中該指定條件係為該複數光源群組的數量可以整除所需發光二極體的數量，而且各 該光源群組所分配的該複數發光二極體的數量，係足夠被各自的該複數子光源群組的數量整除。
  13. 如請求項10所述的背光模組的發光二極體的佈局方法，其中該複數個發光二極體分為m個光源群組，各該光源群組被分配的該發光二極體的數量，係從該基板中央到該基板外圍分別依序為13、23、33、...、m3，而從該基板中央到該基板的各該光源群組所屬的各該子光源群組的數量關係依序為12、22、32、...、n2，其中從該基板中央到該基板外圍的各該光源群組所屬的各該子光源群組的被分配到的該發光二極體的數量分別為1、2、3、...、n。
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