TWM435622U - Reflection-type LCD backlight plate - Google Patents

Description

M435622 4 ' 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係有關背光板裝置’尤其係指一種應用於液晶 顯示器之背光板裝置。 【先前技術】 * 隨著家電產品電腦化的趨勢，為符合顯示器在重量要 . 輕、尺寸要薄、輻射要低等需求、具有尺寸薄、高解析度、 • 低輻射的液晶顯示器（LCD)，由於其製造成本下降，近年 來成為顯示器市場的主流。 然而’液晶本身不發光所以LCD必須借由外來光源 以提供光能如背光板。背光板係為液晶顯示器之關鍵零組 件’其壳度充份且均勻之光源’使液晶面板顯示影像。 而現一般習知之背光板依光源位置大致可分為「側光 式」及「直下式」設計，其中側光式設計係將燈管之光源 # 設置於液晶面板侧邊’再利用導光板控製光束行進方向， 1 使光束投射至面板下方之擴散板而提供液晶面板均句光 束如請參閱圖1。 一般而言’現存背光板照明機構實施時有缺點如下： 1.當發先二極體側（LED)向射入導光板時，光線經 由折射進入再進入導光板，使發光二極體光源（LED)未能 充份發揮，造成光能的浪費。 3 2·現存背光板照明機構如圖一屬於多層結構製造組 裒’程序較煩，製作成本高。 &基於習用背光板的缺點，本案創作人提出一種背光板 。構’ m板運用光學元件產生扇形光束，而扇形光束 在掠射反射面上反射至液晶面板，使光源得充份有效的到 用並產生均勻的平面光源。 【新型内容】 本創作之一目的，係提供一種背光板結構利用光學 _牛之叹置，以減少照明損失，而達到高光效率背光照明。 創作之另目的，係提供一種背光板結構，利用反 射光學元件之設置’而達到高度簡化的薄型結。 本創作之又目的，係提供一種背光板結構，可利用 不同光學元件之組合之設置，而達到高機構穩定性。 為達上述目的本創作之背光板裝置包括至少一個照 月光源陣列，它由至少一個光源和相應的光束整形光學組 成，光源發出發散光照明光經整形光學變為扇形薄光束、 一微小反射光學元件陣列組成的掠射反射面，它將貼近該 面入射的扇形薄光束反射到基本與之垂直的方向上、一光 學漫射面，它是一個微型光學結構的表面，將掠射之入射 光轉憂成向各個方向漫射的’均勻的液晶屏照明光。 【實施方式] M4356.22

- 為使能對本創作之目的’形狀構造裝置特徵及功效作 更進一步的認識與瞭解，茲舉實施例配合圖示，詳細說明 如下： 請參閱圖7所示本創作一實施例之放大示意圖其係 一種「反射型液晶顯示器背光板」，其裝置包括有： 至少一個照明光源，由至少一個光源所組成的照明光 源陣列E。、一光束整形光學元件1 〇丨，其光源發出發散 _ 光照明光經光束整形光學元件1 0 1變為扇形薄光束、一微 小反射光學元件陣列200組成的掠射反射面20丨，它將貼 近該面入射的扇形薄光束反射到基本與之垂直的方向 上、一光學漫射板300’它是一個微型光學結構的表面， 將掠射之入射光轉變成向各個方向漫射的，均勻的液晶屏 照明光。上述之光學元件亦可以組合成成更簡單，更堅 固’可靠的單一背景光光學組合體。 ® 本創作反射型液晶顯示器背光板之細節在下文有更 詳細說明。 照明光汲陣别 本創作中其照明光源陣列E可以方便地使用冷陰極 皆光燈（C C F L)光源或發光二極體（l e D)照明陣列。請參閱 圖2c中照明光源陣列E是由El、E2、…En組成的LED 線性陣列。線性陣列中的照明光源陣列E亦可是LED照 5

1V1H-JJ0ZZ 明的導光光學纖維束（F1、F2、

• hn)清參閱圖2e。導光 光學纖維束（FI、 F2 ^ Fn W ••Fn)的-端相互緊靠成-面和 高功率發光二極體H]接觸。 &刀開作為發光陣列的 發光點（Ε1、Ε2、..Εη)。 光毛整形光學;照明糸通 其中扇形光束發生3| β 益102疋由至少—個照明光源陣 列Ε和相應的光束整形光學元件ι〇ι所組成。 扇形光束發生器1 〇2盆實雜茔你丨4 Α 八只她案例凊參閱圖2a使用的 光束整形光學元件是一個f曲柱形透鏡丨…在γ光轴方 向y上_有光干+焦性能，而在於之垂直X光軸方向上 沒有聚焦性能。從照明光源陣列發出的發散光束引經過 彎曲柱形透鏡1〇13在γ_光軸方向聚焦；而在X光軸方向 發散形成扇形光束Β"扇形光束發散角決定于照明光源 陣列Ε在該方向上的發散角。如果照明光源陣列£放置 在聚焦面的焦點上，該扇形光束呈平面型。 扇形光束發生器再一實施案例請參閱圖2b使用的光 束整形光學元件是一個彎曲反射鏡101b在一個Y-光軸方 向上具有光學聚焦性能；而在於之垂直χ_光軸方向上沒 有聚焦性能。扇形光束發散角決定于照明光源陣列Ε在 該方向上的發散角。如果光源Ε放置在聚焦面的焦點上’ 該扇形光束呈平面型。 6 M435622 扇形光束發生器又一實施案例請參閱圖2c圖表示的 光束整形光學元件是一個是使用透射塑柱型光學元件 101c的扇形光束發生器。如圖2ζ1柱面鏡的光束入射面na 可以是光學平面，它與LED陣列可以貼合。它的另一面 柱面鏡的光束聚光面1丨b是沿LED陣列的聚光面《不同 LED產生的扇形光Btl、Bt2、…Btn，相互重疊形成更強 的’更均勻的薄光束。

使用的光束整形光學元件1〇1亦可是一個光學元件 在兩個相互垂直光軸方向上具有不同曲率的光學元件它 們可以形成指定發散角的扇形光束。不同曲率的扇形光束 發生器一實施案例請參閱圖3a使用的透射型柱型光學元 件丨Old在一個γ_光軸方向上具有光學聚焦性能；而在於 之垂直X-光軸方向上具有不同的聚焦性能。從照明光源 陣列Ε發出的發散光Bi經過透射型柱型光學元件 在Y-光軸方向聚焦；而在X_光軸方向發散形成扇形光束

Bt。扇形光束發散角決定於透射型柱型光學元件“Μ在 X-光軸方向上的會聚或發散能力。士〇果照明光源陣列£ 放置在Y-光軸方向聚焦的焦點上，該扇形光束呈平面型。 不同曲率的扇形光束發生器再—實施案例請參閱圖 3b使用的反射型柱型光學元件1〇le在—個γ光軸方向上 具有光學聚焦性能；而在於之垂4 χ•光軸方向上具有: 7 M435622 同的聚焦性能。從照明光源陣列E發出的發散光B i經過 反射型柱型光學元件在Y-光軸方向會聚或發散；而 在X -光軸方向發散形成反射型扇形光束B r。扇形光束發 散角決定於反射型柱型光學元件101e在X-光軸方向上的 聚光能力。如果照明光源陣列E放置在Y-光轴方向的焦 點上’該扇形光束呈平面型◦改變照明光源陣列E的取 向’平行扇形光束會指向掠射反射面。其上述之光束整形 光學元件為相應功能的菲涅耳片或全相光學元件。 扇形光束發生器又一實施案例其光束整形光學元件 是一個特殊的透鏡陣列3丨。它由正對LED的一組入射面 32組成。和LED正對的反面33可以是平面。在LED陣 列方向上’ LED來的光繼續發散。發散角取決於折射面 在χ-光軸方向上的曲率。入射面32在與LED陣列垂直 Y光細方向具有聚光性能。當光源入射光垂直射向光束整 干几件折射面時’為該面反射的光最小’也就是入射 取向。為此’在LED方向上，即圖中X-光軸方向上， 入射面3 9 1 # 可為以LED為中心的半圓Y-光軸方向上入射 面备緣曲飞 2a請參閱圖3c。LED發射的發散光。在該方向 上的傳；/ 播方向沒有改變。在γ_光軸方向上入射面级 32b。在贫+ 方向上LED發射的光匯被折射為會聚光如 3c 中 b 5 k b的剖面圖，請參閱圖3e。當光點置於雙曲面 8 财356.22 «

的前焦點時，折射後發散光轉為平行光。入射面32可以 是以LED為中心的旋轉雙曲面。人射面32在過led並 和LED陣列垂直的剖面内，是以LED為焦點的雙曲線3几 和32a。這樣’從LED來的發散光束經過雙曲線η和 32a入射面32的折射則形成薄片形扇形光，請參閱圖 改變曲線32b的取向，平行扇形光束會指向掠射反射面， 請參閱3f。上述之光束整形光學元件可為相應功能的 菲涅耳片 < 全相光學元件。扇丨&束發i器發㈣發散光 整形為薄扇形光束後’幾乎是平行射向（掠射）掠射反射 面’被它所反射的光基本上垂直於該面。 邀-小反射光聲元棹陣列 從扇形光束發生器丨02發出的平行扇形光束射向微 小反射光學元件陣列200形成的掠射反射面2〇丨。掠射反 射面20 1可以是相互平行的微小反射鍥形槽2〇 1 &組成。 請參閱圖4a圖展示的掠射反射面2〇丨中的微小反射鍥形 槽201a疋單平面反射鍥形槽，它將入射光反射到指定的 方向上。该圖只使用一個扇形光束發生器i 〇2。由於前後 錢形槽的遮撞作用’它們所反射的光，在光學漫射板3〇〇 上的投影並不連續。為此，在它的上方放置一與反射鍥形 槽500平行的柱面鏡陣列5〇丨（圖4b )，藉以將光束擴散 成光。柱面鏡陣列50!的曲率選擇得使從前後連接的反射 9 M435622 面來的光束，有交集，形成均勻的照明光。 掠射反射面201可以是由相互平行的圓柱面光學反 射元件2 0 1 b組成，它將入射到其上的入射光發散成來自 前後反射面反射而來的不同光束可以重疊，而形成均勻的 照明光。此曲面柱面可以是平行的圓柱面 2 0 1 b，請參閱 圖5a。從扇形光束發生器I 〇2發出的扇形光束為圓柱面 反射並擴散。在光學漫射板300上，前後柱面反射來的光 有交集。 對於平行微小反射柱形面組成的掠光反射面20 1，扇 形光束可以從相對的兩面入射，形成更明亮，更均勻的照 明光。圖5b顯示的是雙光源扇形光發生器i〇2a和i〇2b 從兩個相反的方向照射的平行圓柱面掠射反射面2 〇 1 b的 情況。 為了得到更明亮’更均勻的照明，可以從兩個以上的 方向上射向掠光反射面2 0 1。以下，從四個方向照射為例 介紹本創作的照明光學。依此為例’可以推廣到其他多方 向照明的情況。 請參閱圖6是四個扇形光發生器102a ' 1〇2b、丨 和1 02d從四個方向射向四傾面錐型微小反射光學元件 202組成的掠射反射面201。入射的扇形光束被微小光學 反射錐體的四個傾面202分別反射到基本與掠射反射面 10 M435622 • 201。同樣由於前後錐面的遮擋作用，一般來講，不同的 微小錐面反射而來的光沒有重合部分。射向液晶屏的光照 明在空間是不連續的。為此’加入附加的由微小光擴束元 件301 ’如凹球面透鏡，組成的擴散板3〇2。將前後光錐 來的光束在光學漫射板300有交集，從而在該面内形成明 亮的連續照明面。上述之微小反射光學元件可為具有相應 光學性能的菲涅耳平面鏡。將微小錐體的反射面可改為曲 • 面’它不但將入射光Bt反射而且進一步擴束。 請參閱圖7中使用的是由微小球面光學反射元件 組成的掠光反射面20 1。四個扇形光發生器陣列丨〇2a、 WU、1〇2(^和102d從四個方向射向掠射反射面2〇ι。掠 射反射板20丨是由鍍有反光骐層的微小球面2〇3a組成。 入射的扇形光束被掠射反射面2 〇丨反射到與之基本垂直 的方向上在光學漫射板3〇〇上形成均勻的，明亮的連續照 W 日月。w 上述之掠射反射面，可由—系列排成直列式或蜂窩式 排列的三維微小反射光學元件陣列組成，其曲面形狀度取 决於掠射反射光3c的擴散立體角度和其對稱軸相對於入 射的扇形光束的角度或由一系列排成直列式或蜂窩式排 列的半球面光學反射元件402組成。 入射的扇形光束Βι經由掠射反射面2〇1反射到液晶 M435622 屏的光在空間是不連續的所以為此加入光學漫身 形成均勾…明亮的連續照明。光學漫射面為凹球 所組成的光學漫射面可為凹;求面透鏡，面透鏡、 學漫射面、朗伯特光學漫射面或高斯光學漫射面 將上述光源陣列，掠射反光面和漫射面組和， 液晶屏照明背光板。光源陣列中的整形光學，掠射 和漫射面可以是分離元件，也可以是整體成形的一 件。 i景光光學组合艚 請參閱圖8中’照明光源陣列£，掠射反射板 光學漫射面300都是分離元件。它們的光學功能可 成成更簡單’更堅固’可靠的單一元件。請參閱圖 一個光學集成化的一個例子。圖8表示的顯示器背 四個扇形光束發生器l〇3a、l〇3b' l〇3c和i〇3d。 束發生器，掠射反射面和光學漫射板的功能集成到 謂的背景光光學組合體800。它是一透明光學平板 四周5 1 Oa-d是聚光光學陣列，底面20 1是掠射反 上面300疋光學漫射板。圖9是其一個戴面，用以 光學原理。正對照明光源陣列是光束整形光學元卡 它的聚光原理如。圖3 f所示。照明光源陣列發出 光Bi為扇形光束成形面1 02e作用後，成為扇形光 (面 3 0 0 面透鏡 全息光 > 即形成 反光面 體化元 201和 以組合 8就是 光板有 扇形光 一個所 。它的 射面； 描述其 卜 5 10。 的發散 束射向 12 M435622 掠射反射面20 I。被掠射反射面20 1反射並擴束後’投向 光學漫射板300。透過該光學漫射板3 00後，就形成液晶 屏的照明光。 請參閱圖8或圖9中的照明光源陣列可以使用不同的 聚光’而底面的微型反射體可以是球面或非球面。 我們展不了不同的能產生扇形薄光束的扇形光束發 生器和掠射反射面以及它們的組合.但無法將所有熟悉該 技術者此達成的修改案例完全介紹。但所有這些變化沒 有逾越我們專利要求範圍。 【圖式簡單說明】 圖1現存多層背光照明機構 圖2a透射型柱型光學元件 圖2b反射型柱型光學元件 圖2c柱形發光陣列 圖2 d柱形發光陣列剖面圖 圖2e光學纖維束 圖3a彎曲透射型光學元件 圖3b彎曲反射型光學元件 圖3c扇形光發光陣列 圖3d聚光面平行戴面 圖3e聚光面垂直截面 13 M435622 圖3 f傾斜聚光面垂直戴面 圖4a微小平行平面光學反射槽 圖4b帶擴散柱面的微小平行平面光學反射槽 圖5a微小平行圓柱面光學反射槽 圖5b雙向照明系統 圖6傾面錐體微小反射光學元件 圖7分離元件背光照明機構 圖8集成元件背光照明機構 圖9集成元件背光照明機構剖面圖 【主要元件符號說明】 L 1 底反射板 L3 冷陰極燈管 L4 導光板 L5 擴散片 L6 集光片 E 照明光源陣列 E1…En 高功率發光二極體

Eel…Een發光陣列的發光點 F 1…F η 導光光學纖維束 101 光束整形光學元件 101a 彎曲柱形透鏡 14 M435622

1 0 1 b 彎 曲 反射 鏡 10 1c 柱 面 光學 元 件 lOld 透 射 型柱 型 光 學 元 件 1 0 1 e 反 射 型柱 型 光 學 元 件 102 扇 形 光束發 生 器 1 02a 扇 形 光發 生 器 其 一 1 02b 扇 形 光發 生 器 其 二 102c 扇 形 光發 生 器 其 二 1 02d 扇 形 光發 生 器 其 四 1 02e 扇 形 光束 成 形 面 200 反 射 光學 元 件 陣 列 20 1 掠 射 反射 面 201a 單 平 面掠 射 反 射 面 20 1 b 圓 柱 面掠 射 反 射 面 202 四 傾 面錐 型 微 小 反 射光學元件 203a 微 小 球面 300 光 學 漫射 板 301 微 小 光擴 束 元 件 302 擴 束 板 400 光 束 投影 402 半 球 面光 學 反 射 元 件 15 M435622

Bi 從照 明 光 源 陣 列發 出 的 發散光 束 Bt 扇形 光 束 Br 反射 型 扇 形 光 束 Be 掠射 反 射 光 1 la 柱面 鏡 的 光 束 入射 面 lib 柱面 鏡 的 光 束 聚光 面 3 1 透鏡陣 列 32 入射 面 32a X-方 向 的 曲 面 32b Y-方 向 的 曲 面 33 聚光 面 正 對 的 反面 500 反射 鍥 形 槽 501 柱面 鏡 陣 列 502 反射 鍥 形 槽 之 平行 的 柱 面鏡陣 列 51Oa-d 聚光 光 學 陣 列 600 光束 擴 散 光 800 背景 光 光 學 組 合體 y Y-光 軸 方 向 X X-光 軸 方 向 16

Claims (1)

1. 光軸方向上繼續發散的扇形光束，其扇形擴散角度 決於彎曲柱形透鏡在γ-光軸方向上的聚焦能力。 申π專利範圍第]項所述之反射型液晶顯示器背光 板，其中該光束整形光學元件為一透射型柱型光學元 件 5 ^ 11 匕在一個χ·光軸方向上不具有聚光能力。 申q專利範圍第1項所述之反射型液晶顯示器背光 ，其中該光束整形光學元件為一反射型柱型光學元 ^匕在X-光軸方向上不具有聚光能力。 申叫專利範圍第1項所述之反射型液晶顯示器背光 〃、中。亥光束整形光學元件為一特殊的透鏡陣列， 它在X-光軸方向和γ_光軸方向上有不同的入射面彎 : 曲。 j 3 ·如申請專利範圍第1項所述之反射型液晶顯示器背光 板，其中該光束整形光學元件為相應功能的菲涅耳片 或全相光學元件。 14·如申請專利範圍第1項所述之反射型液晶顯示器背光 板，其中該光束整形光學元件亦可改變γ_光輛方向的 入射面彎曲的取向，平行扇形光束會指向掠射反射 面0 1 5 ·如申請專利範圍第1項所述之反射型液晶顯示器背光 板’其中該掠射反射面是由一系列微小的相互平行的 19 M435622 16. 17. 18. 19. 20. 反射錢形槽組成微小反射光學元件陣列，其槽面形狀 度取決於反射光的擴散角度以及其對稱軸相對於扇 形入射光的角度。 如申請專利範園第1項所述之反射型液晶顯示器背光 板’其中該微小反射光學元件陣列之曲面為至少有一 面是平面》 如申睛專利範圍第1項所述之反射型液晶顯示器背光 板’其中該微小反射光學元件陣列之曲面為半圓柱 面D 如申請專利範圍第丨項所述之反射型液晶顯示器背光 板，其中該掠射反射面是由一系列排成直列式或蜂窩 式排列的二維微小反射光學元件組成，其曲面形狀度 取決於掠射反射光的擴散立體角度和其對稱軸相對 於入射的扇形光束的角度。 如申請專利範圍第丨項所述之反射型液晶顯示器背光 板，其中該微小反射光學元件為單平面反射鍥形槽。 如申請專利範圍第1項所述.之反射型液晶顯示器背光 板，其中該微小反射光學元件為半球面光學反射元 件。 如申請專利範圍第丨項所述之反射型液晶顯示器背光 板，其中該微小反射光學元件為圓桎面光學反射元 20 21.