TWM597885U

TWM597885U - 光源模組與背光模組

Info

Publication number: TWM597885U
Application number: TW109201935U
Authority: TW
Inventors: 劉瀚元; 林輝侃; 李俊葦; 鄭勢嚴
Original assignee: 中強光電股份有限公司
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-07-01
Also published as: CN211294505U; JP3231471U

Abstract

一種光源模組，包括多個發光元件、混光元件以及光學透鏡。多個發光元件分別用以發出光束。混光元件罩覆這些發光元件且位於這些光束的光路上。混光元件具有至少一出光開口。光學透鏡設置於這些光束的光路上，且混光元件位於這些發光元件與光學透鏡之間。另，一種背光模組亦被提供。

Description

光源模組與背光模組

本新型創作是有關於一種光源模組與背光模組。

在一般的照明產品中，通常會對其內的發光元件進行兩次光學設計。首先，當發光元件封裝完成後，會對發光元件封裝體以不同的光學參數（例如是光強度、光通量大小、色溫範圍與分佈）進行一次光學設計，確保每一個發光元件封裝體的出光品質。接著，若要再進一步滿足不同照明需求，通常的作法是會先將一光學透鏡進行二次光學設計後，再把此光學透鏡配置於發光元件封裝體上，以實現照明功能。換言之，上述的二次光學設計就是將經過一次光學設計的光再通過一個光學透鏡改變的光學性能。

但是，上述的光學透鏡通常只針對單一顆的發光元件進行二次光學設計，且單一個發光元件所發出的色溫是固定的，難以調整，其應用性受限。

為了解決上述的問題，一種直接的解決方式是於照明產品內採用多個發光元件，並將經過二次光學設計的光學透鏡配置於這些發光元件的光路上。但是，上述的光學透鏡是針對單一顆發光元件的考量下而進行的二次光學設計，若將光學透鏡設置於多個發光元件的光路上其出光效果亦會不佳。

“先前技術”段落只是用來幫助了解本新型創作內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表所述內容或者本新型創作一個或多個實施例所要解決的問題，在本新型創作申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本新型創作的一實施例提供一種光源模組，其具有良好的光學品質以及良好的光學可調性。

本新型創作的一實施例提供一種背光模組，其具有良好的光學品質以及良好的光學可調性。

本新型創作的其他目的和優點可以從本新型創作所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

本新型創作的一實施例中提供一種光源模組，包括多個發光元件、混光元件以及光學透鏡。多個發光元件分別用以發出光束。混光元件罩覆這些發光元件且位於這些光束的光路上。混光元件具有至少一出光開口。光學透鏡設置於這些光束的光路上，且混光元件位於這些發光元件與光學透鏡之間。

本新型創作的一實施例中提供一種背光模組，包括多個上述的光源模組以及基板。這些光源模組設置於基板上。

在本新型創作的一實施例中，上述的各光源模組更包括光源模組控制器，選擇性地控制這些發光元件的任一者發光與否。

在本新型創作的一實施例中，上述的背光模組更包括背光模組控制器。背光模組控制器耦接於這些光源模組控制器。背光模組控制器藉由這些光源模組控制器選擇性地控制這些光源模組內的這些發光元件的任一者發光與否。

在本新型創作的一實施例中，上述的背光模組控制器藉由這些光源模組控制器控制這些光源模組中的一部分發光，且控制這些光源模組中的另一部分不發光。

在本新型創作的一實施例中，在各光源模組中，這些發光元件包括第一發光元件與第二發光元件。第一發光元件用以發出第一色光束，且第二發光元件用以發出第二色光束。第一色光束的色溫高於第二色光束的色溫。

在本新型創作的一實施例中，上述的背光模組控制器藉由各光源模組控制器以對對應的第一發光元件與第二發光元件提供不同的電流，以使第一色光束與第二色光束的光強度不同。

在本新型創作的一實施例中，上述的光源模組更包括反射側牆，圍繞這些發光元件、混光元件以及光學透鏡。

在本新型創作的一實施例中，上述的反射側牆的高度大於光學透鏡的高度。

在本新型創作的一實施例中，上述的各混光元件更包括反射殼。

在本新型創作的一實施例中，上述的背光模組更包括至少一光學膜層，設置於這些光學透鏡的光路下游。

基於上述，在本新型創作的光源模組與背光模組中，由於混光元件設置於多個發光元件與光學透鏡之間，因此這些發光元件所發出的多個光束可在混光元件內進行混光後，再藉由混光元件的出光開口出光並傳遞至光學透鏡。在光學設計上來說，藉由混光元件出光的光束近似於單一個發光元件所發出的光束，而可與光學透鏡的設計相符，因此具有良好的光學品質。並且，光源模組與背光模組可再調整這些發光元件的不同光學參數，以實現不同的光學變化，因此光源模組與背光模組具有良好的光學可調性。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本新型創作的一實施例的背光模組的立體示意圖。圖2為圖1的背光模組的爆炸示意圖。圖3為圖1、圖2背光模組中的一光源模組的剖面示意圖。圖4是背光模組控制器、光源模組控制器、第一、第二發光元件之間的耦接關係。圖5為背光模組與光源模組內的多個發光元件的上視示意圖。

請參照圖1至圖3，背光模組200包括多個光源模組100、基板210、背光模組控制器220與至少一光學膜層230，其中光源模組100的數量例如是4個，但不以此為限。光源模組100包括多個發光元件110、混光元件120、光學透鏡130、光源模組控制器140與反射側牆150，但不以此為限。於以下的段落中會詳細說明上述各元件。

首先，先介紹光源模組100內的各元件。

發光元件110例如是具有發光功能的元件，且其種類可為發光二極體（Light Emitting Diode, LED）、微發光二極體（Mini LED）、微型發光二極體（Micro LED）、有機發光二極體（Organic LED）或其他合適的發光元件，本新型創作並不以此為限。發光元件110例如是可發出光束L，光束L的顏色可為藍光、綠光、紅光、白光或其他合適的顏色，本新型創作並不以此為限。請參照圖3，在各光源模組100中，這些發光元件110更可包括第一、第二發光元件112、114。第一、第二發光元件112、114分別用以發出第一、第二色光束L1、L2，其中第一色光束L1的色溫高於第二色光束L2的色溫，但不以此為限。於另一實施例中，第一、第二色光束L1、L2彼此的發光顏色亦可不同，本新型創作並不以此為限。

混光元件120具有混光功能的光學元件，其可將多道光束進行混合。於本實施例中，混光元件120例如是具有至少一出光開口EO的反射殼。

光學透鏡130例如是具有屈光度的光學元件，且其具有相對的入光面IS與出光面ES，其中入光面IS用以接收來自混光元件120的光束，而光束則藉由出光面ES出射於光學透鏡130。所屬技術領域中具有通常知識者可依據照明需求而對應設計入光面IS與出光面ES的面型。於一實施例中，光學透鏡130的光學設計可以是用以擴散來自混光元件120的光束的發光角度，但不以此為限。

光源模組控制器140（示於圖3、圖4）與在光源模組100內的這些發光元件110耦接，且其功能上用以選擇性地控制光源模組100內的這些發光元件110的任一者發光與否。

反射側牆150例如是具有反射功能的側壁牆。

接著，介紹背光模組200中除了光源模組100以外的各元件。

基板210例如是用以承載與提供這些光源模組100電力的基體，例如是印刷電路板（Printed circuit board）等。於一實施例，基板210更可以是具有反射功能的反射基板，例如是白色印刷電路板或是於印刷電路板上塗佈或設置反射層等。

背光模組控制器220（示於圖2、圖4）與這些光源模組控制器140耦接，其功能上藉由對這些光源模組控制器140發出控制訊號以選擇性地控制這些光源模組100內的所對應的這些發光元件110的任一者發光與否。

光學膜層230例如是具有不同光學功能的材料層，其種類例如是增亮膜（Brightness Enhancement Film, BEF)、反射式偏光增光片（Dual Brightness Enhancement Film, DBEF）、擴散片或其他合適的光學膜層。所屬技術領域中具有通常知識者可依據照明需求而採用不同光學功能的光學膜層230，本新型創作並不以此為限。

於以下的段落中會詳細說明上述各元件之間的配置關係。

請參照圖2、圖3與圖4，這些光源模組100例如是以2x2的陣列排列的方式設置於基板210上。混光元件120罩覆各光源模組100中的這些發光元件110，且配置於這些光束L的光路上。光學透鏡130設置於光束L的光路上，且混光元件120位於這些發光元件110與光學透鏡130之間。光源模組控制器140（示於圖3）例如埋設於基板210內，且與光源模組100內的這些發光元件110耦接（示於圖4）。反射側牆150例如是立設於基板210，且圍繞這些發光元件110、混光元件120以及光學透鏡130。背光模組控制器220（示於圖2）例如亦埋設於基板210，且其與這些光源模組控制器140耦接（示於圖4）。光學膜層230設置於這些光學透鏡130的光路下游，其中，光是從光路的上游往下游傳遞。因此，一元件的光路下游可理解為光通過該元件後的光路部份，例如，光學膜層230的光路下游，為光從光學膜層230發出後的光路都稱為光學膜層230的光路下游，或由另一觀點觀之，其中所謂的A元件位於B元件的光路下游係指經過B元件的光束會傳遞至A元件。應注意的是，於本實施例中，光學膜層230的數量例如是一個。於其他的實施例中，所屬技術領域中具有通常知識者可以依據光學設計需求而選用多個光學膜層，本新型創作並不以此為限。

於以下的段落中會詳細說明上述光源模組100與背光模組200的光學效果。

請參照圖3，在本實施例的光源模組100與背光模組200中，由於混光元件120設置於多個發光元件110與光學透鏡130之間，因此這些發光元件110所發出的多個光束L可在混光元件120內進行混光後，再藉由混光元件120的出光開口EO出光並傳遞至光學透鏡130。

詳言之，大部分的光束L會被混光元件120的內表面反射一至多次後，而由混光元件120的出光開口EO出光，少部分的光束L則會直接從混光元件120的出光開口EO出光。換言之，在混光元件120中，由於出光開口EO的位置是固定的，這些光束L會從同樣的位置出光。在光學設計上來說，藉由混光元件120混光後而出光的光束L可近似於單一個發光元件所發出的光束，而可與其後端的光學透鏡130的二次光學設計相符，因此光源模組100與背光模組200具有良好的光學品質。

接著，由混光元件120混光後而出光的光束L則會由入光面IS進入光學透鏡130，並由出光面ES出射於光學透鏡130，最後，再穿透光學膜層230以輸出光束於背光模組200。

請參照圖3與圖4，在背光模組200中，背光模組控制器220可藉由發出控制訊號至光源模組控制器140可選擇性地控制在光源模組100中的這些發光元件110發光與否。於上述的實施方式中，光源模組控制器140例如是同時提供電流以驅動第一、第二發光元件112、114，以發出第一、第二色光束L1、L2。於其他的實施方式中，光源模組控制器140亦可以僅提供電流以驅動第一、第二發光元件112、114中的一者。由於無論只有第一或第二發光元件112、114發光的狀態下，第一或第二色光束L1、L2都是由位置固定的出光開口EO出光，因此經混光元件120混光後而出光的光束L可近似於單一個發光元件所發出的光束，而可符合後端光學透鏡130的二次光學設計。

於以下的段落中會詳細說明上述光源模組100與背光模組200的不同應用。為了方便說明，於圖5中示出四個光源模組100，位於左上角、右上角、左下角、右下角的光源模組100分別標為100a、100b、100c、100d，其所分別具有的元件標號後方亦對應標示對應的英文字母。

請參照圖4與圖5，在背光模組200中，背光模組控制器220藉由這些光源模組控制器140控制這些光源模組100中的一部分發光，且控制這些光源模組100中的另一部分不發光，以實現區域背光控制（Local dimming）。舉例來說，在一實施例中，背光模組控制器220可控制位於左上角、右下角的光源模組100a、100d發光，且控制位於左下角、右上角的光源模組100c、100b不發光，上述所欲發光的光源模組100的位置僅為舉例說明，本新型創作並不以此為限。也就是說，背光模組控制器220可選擇性地控制位於不同區域的光源模組100中對應的光源模組控制器140，以使對應的區域發光。

承上述，請參照圖3，於本實施例中，反射側牆150的高度H _R被設計為大於光學透鏡130的高度H _L。由於光學透鏡130的作用例如是可以擴散來自混光元件130的光束的發光角度的效果，倘若採取上述高度設計，可將經光學透鏡130擴散後的光束侷限在反射側牆130圍繞的範圍內來達到區域背光控制的效果，反之，若光學透鏡130的高度H _L高於反射側牆150的高度H _R，光束則會溢散到反射側牆150的區域外，而無法達到區域背光控制的效果。

請參照圖3、圖4與圖5，在背光模組200中，背光模組控制器220亦可以發出控制訊號至任一光源模組100（100a~100d）中的光源模組控制器140（140a~140d），以對第一、第二發光元件112、114（112a~112d、114a~114d）提供不同的驅動電流，以使第一色光束L1與第二色光束L2的光強度不同，進而調整由混光元件120出光的色溫，實現區域色溫調控，本新型創作並不以此為限。

請參照圖3、圖4與圖5，在背光模組200中，若要對不同區域的光源模組100進行色溫(或發光顏色)的切換，背光模組控制器220可以發出控制訊號至所欲進行色溫切換的光源模組100中的光源模組控制器140。接著，光源模組控制器140再根據控制訊號來控制第一、第二發光元件112、114發出具有不同色溫的第一、第二色光束L1、L2。舉例來說，假設在圖5中左上角的光源模組100a所發出的色溫較高需要切換成較低的色溫，此時背光模組控制器220針對光源模組100a的光源模組控制器140a發出控制訊號。當光源模組控制器140a接收到控制訊號後，其關閉能發出色溫較高的第一發光元件112a，且開啟色溫較低的第二發光元件114a，以進行色溫的切換，反之亦然。

承上述，本新型創作的實施例的背光模組200可提供給顯示器（未示出）光源，以使顯示器顯示影像畫面。舉例來說，在正常模式下，背光模組控制器220可發出控制訊號至所有的光源模組控制器140，以控制這些第一發光元件112發出色溫較高的第一色光束L1，且控制這些第二發光元件114不發出色溫較低第二色光束L2，以提供位於背光模組200後端的顯示器光源，使顯示器正常顯示（正常模式）。或者是，在護眼模式下，背光模組控制器220可發出控制訊號至所有的光源模組控制器140，以控制這些第二發光元件114發出色溫較低的第二色光束L2，且控制這些第一發光元件112不發出色溫較高的第一色光束L1，以提供位於背光模組200後端的顯示器光源。如此一來，背光模組200可以提供較為柔和的光源，避免使用者的眼睛因高色溫的關係過於刺激。由於現有的顯示裝置會藉由軟體以及演算法來過濾高色溫的光束（例如是藍光）的比例來實現正常模式或護眼模式，過濾的方式會導致發光效率的降低。相對而言，本新型創作實施例的光源模組100與背光模組200可藉由上述的方式切換，而避免了上述所提的過濾步驟，改進了現有技術中發光效率不佳的問題。

承上述，於另一實施例，本新型創作的實施例的背光模組200亦可作為夜視顯示器光源（未示出）。舉例來說，在日間模式中，背光模組控制器220可發出控制訊號至所有的光源模組控制器140，以控制這些第一發光元件112發出第一色光束L1（例如是白光），且控制這些第二發光元件114不發出第二色光束L2（例如是綠光），因此可在日間正常顯示。在夜間模式中，背光模組控制器220可發出控制訊號至所有的光源模組控制器140，以控制這些第二發光元件114發出第二色光束L2（例如是綠光），且控制這些第一發光元件112不發出第一色光束L1（例如是白光）。一般來說，人眼對綠光最為敏感，因此應用本實施例的背光模組200的夜視顯示器在夜間模式下可提供人眼較易觀看的影像畫面，同時亦可避免白光中的紅光波段影響到夜視顯示器接收紅外線。

由上述可知，背光模組200可藉由上述的調整方式以實現不同的應用，其具有良好的光學可調性。

綜上所述，在本新型創作的光源模組與背光模組中，由於混光元件設置於多個發光元件與光學透鏡之間，這些發光元件所發出的多個光束可在混光元件內進行混光後，再藉由混光元件的出光開口出光並傳遞至光學透鏡。在光學設計上來說，藉由混光元件出光的光束近似於單一個發光元件所發出的光束，而可與光學透鏡的設計相符，因此具有良好的光學品質。並且，光源模組與背光模組可再調整這些發光元件的不同光學參數，以實現不同的光學變化，因此光源模組與背光模組具有良好的光學可調性。

惟以上所述者，僅為本新型創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型創作實施之範圍，即大凡依本新型創作申請專利範圍及說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型創作專利涵蓋之範圍內。另外本新型創作的任一實施例或申請專利範圍不須達成本新型創作所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本新型創作之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件（element）的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100、100a~100d:光源模組 110:發光元件 112、112a~112d:第一發光元件 114、114a~114d:第二發光元件 120:混光元件 130:光學透鏡 140、140a~140d:光源模組控制器 150:反射側牆 200:背光模組 210:基板 220:背光模組控制器 230:光學膜層 EO:出光開口 ES:出光面 IS:入光面 H_R、H_L:高度 L:光束 L1:第一色光束 L2:第二色光束

圖1為本新型創作的一實施例的背光模組的立體示意圖。圖2為圖1的背光模組的爆炸示意圖。圖3為圖1、圖2背光模組中的一光源模組的剖面示意圖。圖4是背光模組控制器、光源模組控制器、第一、第二發光元件之間的耦接關係。圖5為背光模組與光源膜組內的多個發光元件的配置示意圖。

200:背光模組

210:基板

230:光學膜層

100:光源模組

110:發光元件

112:第一發光元件

114:第二發光元件

120:混光元件

130:光學透鏡

140:光源模組控制器

150:反射側牆

ES:出光面

EO:出光開口

IS:入光面

H_R、H_L:高度

L:光束

L1:第一色光束

L2:第二色光束

Claims

一種光源模組，包括：多個發光元件，分別用以發出一光束；一混光元件，罩覆該些發光元件且位於該些光束的光路上，且該混光元件具有至少一出光開口；以及一光學透鏡，設置於該些光束的光路上，且該混光元件位於該些發光元件與該光學透鏡之間。
如申請專利範圍第1項所述的光源模組，更包括一光源模組控制器，選擇性地控制該些發光元件的任一者發光與否。
如申請專利範圍第2項所述的光源模組，其中該些發光元件包括一第一發光元件與一第二發光元件，該第一發光元件用以發出一第一色光束，且該第二發光元件用以發出一第二色光束，其中該第一色光束的色溫高於該第二色光束的色溫。
如申請專利範圍第3項所述的光源模組，其中該光源模組控制器對該第一發光元件與該第二發光元件提供不同的電流，以使該第一色光束與該第二色光束的光強度不同。
如申請專利範圍第1項所述的光源模組，更包括一反射側牆，圍繞該些發光元件、該混光元件以及該光學透鏡。
如申請專利範圍第5項所述的光源模組，其中該反射側牆的高度大於該光學透鏡的高度。
如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該混光元件更包括一反射殼。
一種背光模組，包括：多個光源模組，其中每一該光源模組包括：多個發光元件，分別用以發出一光束；一混光元件，罩覆該些發光元件且位於該些光束的光路上，且該混光元件具有至少一出光開口；以及一光學透鏡，設置於該些光束的光路上，且該混光元件位於該些發光元件與該光學透鏡之間；以及一基板，其中該些光源模組設置於該基板上。
如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中各該光源模組更包括一光源模組控制器，選擇性地控制該些發光元件的任一者發光與否。
如申請專利範圍第9項所述的背光模組，更包括一背光模組控制器，耦接於該些光源模組控制器，該背光模組控制器藉由該些光源模組控制器選擇性地控制該些光源模組內的該些發光元件的任一者發光與否。
如申請專利範圍第10項所述的背光模組，其中所述背光模組控制器藉由該些光源模組控制器控制該些光源模組中的一部分發光，且控制該些光源模組中的另一部分不發光。
如申請專利範圍第10項所述的背光模組，其中在各該光源模組中，該些發光元件包括一第一發光元件與一第二發光元件，該第一發光元件用以發出一第一色光束，且該第二發光元件用以發出一第二色光束，其中該第一色光束的色溫高於該第二色光束的色溫。
如申請專利範圍第12項所述的背光模組，其中該背光模組控制器藉由各該光源模組控制器以對對應的該第一發光元件與該第二發光元件提供不同的電流，以使該第一色光束與該第二色光束的光強度不同。
如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中該光源模組更包括一反射側牆，圍繞該些發光元件、該混光元件以及該光學透鏡。
如申請專利範圍第14項所述的背光模組，其中該反射側牆的高度大於該光學透鏡的高度。
如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中各該混光元件更包括一反射殼。
如申請專利範圍第8項所述的背光模組，更包括至少一光學膜層，設置於該些光學透鏡的光路下游。