CN100476545C - 平面显示装置用的背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种平面显示装置用的背光模组，包括：一具有至少一沟槽的导光板；至少一容置于沟槽的柱状光学元件，此柱状光学元件至少具有一全反射面、一底面与一第一侧面，且全反射面与第一侧面对应(adjacent)于沟槽的槽壁，底面连接全反射面；以及复数个位于柱状光学元件底面的光源。并且，可由调整柱状光学元件的可调整变数，例如曲率、形状、厚度、位置、或材质等，适当地改变与最佳化，使背光模组得到最佳的出光效果。

Description

平面显示装置用的背光模组

技术领域

本发明是关于一种背光模组，尤指一种适用于液晶显示装置的背光模组。

背景技术

部分本身不发光的平面显示器，需要额外的光源以提供足够的光源供显示之用，一般多与光学模组结合使用。

例如液晶显示装置，多使用包含光源的背光模组提供均匀的面光源供显示之用。而一般与液晶显示面板结合使用的背光模组，多为包含光源及导光板的结合。

目前，背光模组使用的光源多为冷阴极荧光管(ColdCathode Fluorescent Lamp；CCFL)或发光二极管(LightEmitting Diode；LED)。冷阴极荧光管因其使用寿命短、耗电量大、且灯管中含有汞金属易对环境造成污染，使其应用范围受到限制。而发光二极管为一种高效率的主动发光源，具有低功率消耗、高亮度输出、以及体积小等优点，故成为一种优良的光源。

一般LED背光模组10，如图1a所示，是将LED光源12贴附于导光板14的一侧边，使光线直接由导光板14侧边导入。由于LED光源12无经过特殊设计直接将光源朝导光板14侧边导入，造成在光源12进入导光板14的界面处或界面处附近容易出现一段无法克服的亮带。此外，一般导光板的结构参数只能针对单一尺寸的面板作设计，不同尺寸的导光板必须有不同的结构参数设计。因此，每增加一次液晶显示面板的尺寸，就需要再重新设计导光板，如此一来，不但费时而且费力。

因此，目前亟需一种能均匀导光，且不受面板尺寸限制的导光板结构，以满足各种不同尺寸的液晶显示装置的需求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种平面显示装置用的背光模组，其是针对背光模组的导光板结构做设计，使光源所发出的光更均匀的导入导光板中。并且，使背光模组拥有在长度轴与宽度轴的“延伸能力”，亦即采用相同的背光模组设计即可应用于各尺寸的平面显示装置。

本发明所提供的平面显示装置用背光模组，包括：

-具有一侧边的导光板；

-邻接于导光板侧边的柱状光学元件，此柱状光学元件至少具有一全反射面、一连接于全反射面的第一侧面与一连接于第一侧面的底面，且此第一侧面邻接于导光板；以及多个位于柱状光学元件底面的光源。由此，将光源所发出的光均匀的导入导光板中。

此外，本发明提供另一背光模组，包括：一具有至少一沟槽的导光板；至少一容置于导光板沟槽的柱状光学元件，此柱状光学元件至少具有一全反射面、一连接于此全反射面的第一侧面与一连接于此第一侧面的底面，且全反射面与第一侧面对应(adjacent)于导光板沟槽的槽壁；

以及多个位于柱状光学元件底面的光源。

由此结构，若将本发明所提供的背光模组尺寸视为一个或多个区块，不论往长度轴与宽度轴做延伸的动作，都不会影响背光模组的光学特性。

此外，由于柱状光学元件的可调整变数非常多样，例如有曲率、形状、厚度、位置、或材质等，由对上述变数适当地改变与最佳化，可使背光模组得到最佳的出光效果。

因此，本发明所述的背光模组中，柱状光学元件的全反射面可为任何形状，较佳为一曲面，以将光源所发出的光更均匀的导入导光板中。另一方面，导光板的沟槽亦可为任何形状，较佳为曲面，更佳为沟槽的曲率半径大于全反射面的曲率半径，以减少导光板出现亮线。

本发明所述的背光模组中，柱状光学元件的材料与导光板的材料可以相同亦可以不相同，较佳为柱状光学元件与导光板的材料相同。柱状光学元件的材料可为任何透光材料，较佳为丙烯酸树脂(acrylic resin)或聚碳酸树脂(poly carbonateresin)。

另外，本发明所述的背光模组中，柱状光学元件可以选择性的包括有一分别连接全反射面与底面的第二侧面，以减少光源所提供的光线在柱状光学元件内振荡。此第二侧面的形状不限制，较佳形状为平面，更佳为此第二侧面平行于第一侧面。此第二侧面的另一较佳形状为曲面，更佳为四分之一的圆曲面。

而且，本发明所述的背光模组中，光源的种类不限制，较佳为发光二极管(LED)或激光二极管(LD)；光源的颜色也不限制，光源可为单色光源，或者由不同单色光源混光，均可以得到良好的出光效果。因此，本发明还可将多数光源排列组合而形成一个平面光源，并由红色、绿色、蓝色、或其他色光光源的组合，更能形成彩色平面光源或白色平面光源，以作为平面显示器的背光源。

附图说明

图1a是已知LED背光模组的立体图。

图1b是已知LED背光模组的模拟结果图。

图2a是本发明实施例一的背光模组立体图。

图2b是本发明实施例一的背光模组侧视图。

图2c是本发明一实施例一的模拟结果图。

图3a是本发明实施例二的背光模组立体图。

图3b是本发明实施例二的背光模组侧视图。

图3c是本发明实施例二的模拟结果图。

图4a是本发明实施例三的背光模组侧视图。

图4b是本发明实施例三的局部放大图。

图4c是本发明实施例三的模拟结果图。

图5a是本发明实施例四的背光模组侧视图。

图5b是本发明实施例四的局部放大图。

图5c是本发明一实施例四的模拟结果图。

具体实施方式

实施例一

请参阅图2a，为本发明背光模组的一较佳实施例的立体示意图。于图2a中，导光板22为一方形板，导光板22的一侧边邻接有一柱状光学元件24，此柱状光学元件24的底面241设置有多个发光二极管26。由此，发光二极管26所发出的光即可经由柱状光学元件24导入导光板22中。

请参阅图2b，为图2a的柱状光学元件24的剖面图。如图2b所示，柱状光学元件2包括有一全反射面242、一底面241、一第一侧面243与一第二侧面244。柱状光学元件24的第一侧面243衔接于导光板22的侧边，全反射面242与底面241分别连接于第一侧面243的两端，而第二侧面244则平行于第一侧面243并且连接于全反射面242与底面241，因此，发光二极管26发出的光会先在柱状光学元件24中混光，再由第一侧面243进入导光板22中，使将发光二极管26所发出的光均匀的导入导光板22中。

请同时参阅图2a和图2b。在本实施例中，导光板22的导光板尺寸为190mm×160mm×5mm，采用二十一颗发光二极管26作为光源平均排列在190mm长的轴上。柱状光学元件24的设计为：第一侧面243为衔接于导光板22的面，其高度(D)为4.666mm；全反射面242为一圆曲面，其曲率半径(R)为10mm；第二侧面244平行于第一侧面243，其高度(L)为2.666mm。发光二极管26尺寸大小(y)为2mm，其可为单色光源或RGB三色光源。此外，在本实施例中，导光板22的底面221可以选择性的设置有网点或反射层，使导入导光板22的光线更均匀，并且使导入的光线得到更有效的利用。柱状光学元件24未设置有发光二极管26的部分底面241亦可设有反射层，使发光二极管26的光线得到更有效的利用。

接着利用Trace Pro光学软件来模拟本实施例背光模组的出光状况。图2c为本实施例(无设置网点)的模拟结果，图1b则是不加柱状光学元件，直接将发光二极管贴附于导光板(无设置网点)的模拟结果。比较图3和图4，本实施例的背光模组不仅光线均匀度大幅提高，且亮线的情形明显消除。

实施例二

请参阅图3a，为本发明背光模组的另一较佳实施例的立体示意图。本实施例除了柱状光学元件24的结构与实施例一不同之外，其余均与实施例一相同。

图3b为图3a的柱状光学元件24的剖面图。于图3b中，柱状光学元件24包括有一全反射面242、一底面241、一第一侧面243与一第二侧面244。柱状光学元件24的第一侧面243衔接于导光板22的侧边，其高度(D)为4.666mm；全反射面242连接于第一侧面243，其曲率半径(R)为10mm；第二侧面244连接于全反射面242，且此第二侧面244为四分之一圆曲面，其曲率半径(r)为3mm；底面241连接于第二侧面244，其宽度至少要2mm以设置发光二极管26(2mm)。此外，在本实施例中，柱状光学元件24还包括有一第三侧面245，以连接第一侧面243与底面241。

利用Trace Pro光学软件来模拟本实施例背光模组(有设置网点)的出光状况。图3c为本实施例的模拟结果，其结果亦显示出均匀的出光状况。

实施例三

请参阅图4a，为本发明背光模组的又一较佳实施例的剖面图。本实施例是将实施例一的背光模组视为一个区块，然后往长度轴与宽度轴各做一倍延伸。因此，本实施例的导光板52的长度和宽度均为实施例一导光板22的两倍。

本实施例包括有两个柱状光学元件54、56，其中一个柱状光学元件54邻接导光板52的一侧边，另外一个柱状光学元件56容置于导光板52的沟槽62中。此两个柱状光学元件54、56的结构除了长度增加为原来的两倍之外，其余与实施例一的柱状光学元件24完全相同。

请参阅图4b，为图4a的局部放大图。于图4b中，柱状光学元件56容置于导光板52的沟槽62中，因此其全反射面562、第一侧面563以及第二侧面564对应(adjacent)沟槽62的槽壁。发光二极管26则是置于柱状光学元件56的底面561。此外，沟槽62具有一曲率半径(R’)为135mm的曲面621，以减少导光板出现亮线或暗线。而且，在本实施例中，导光板52底面设置有网点72以及柱状光学元件56底面设有反射层74，以达到更佳均匀的出光情况。

接着利用TracePro光学软件来模拟本实施例背光模组的出光状况。图4c为本实施例的模拟结果，其结果亦显示出均匀的出光状况。

这也就表示，本实施例的背光模组拥有在长度轴与宽度轴的“延伸能力”，而不会影响背光模组的光学特性，亦即采用相同的背光模组设计即可应用于各尺寸的显示装置。

实施例四

请参阅图5a，为本发明背光模组的再一较佳实施例的剖面图。本实施例是将实施例二的背光模组视为一个区块，然后往长度轴做一倍延伸。

本实施例包括有两个柱状光学元件54、56，其中一个柱状光学元件54邻接导光板52的一侧边，另外一个柱状光学元件56容置于导光板52的沟槽62中。此两个柱状光学元件54，56的结构除了长度增加为原来的两倍之外，其余与实施例二的柱状光学元件24完全相同。

请参阅图5b，为图5a的局部放大图。于图5b中，柱状光学元件56容置于导光板52的沟槽62中，因此其全反射面562以及第一侧面563对应(adjacent)于沟槽62的槽壁。发光二极管26则是置于柱状光学元件56的底面561。此外，沟槽62具有一曲率半径(R’)为135mm的曲面621，以减少导光板出现亮线或暗线。在本实施例中，导光板52底面设置有网点72以及柱状光学元件56底面设有反射层74，以达到更佳均匀的出光情况。

接着利用Trace Pro光学软件来模拟本实施例背光模组的出光状况。图5c为本实施例的模拟结果，其结果亦显示出均匀的出光状况。

本实施例的背光模组也拥有在长度轴与宽度轴的“延伸能力”，而不会影响背光模组的光学特性，亦即采用相同的背光模组设计即可应用于各尺寸的显示装置。此外，由于柱状光学元件的可调整变数非常多样，例如有曲率、形状、厚度、位置、或材质等，由对上述变数适当地改变与最佳化，可使背光模组得到最佳的出光效果。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (18)

1.一种平面显示装置用的背光模组，其特征在于，包括：

一具有至少一沟槽的导光板；

至少一容置于该沟槽的柱状光学元件，该柱状光学元件至少具有一全反射面、一连接于该全反射面的第一侧面与一连接于该第一侧面的底面，且该全反射面与该第一侧面对应于该沟槽的槽壁，其中，该柱状光学元件还包括有一分别连接该全反射面与该底面的第二侧面；以及

多个位于该底面的光源。

2.如权利要求1所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该全反射面为一曲面。

3.如权利要求1所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该第二侧面为一平面。

4.如权利要求3所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该第二侧面平行于该第一侧面。

5.如权利要求1所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该柱状光学元件的该第二侧面为一曲面。

6.如权利要求5所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该曲面为四分之一圆曲面。

7.如权利要求2所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该沟槽具有一曲面。

8.如权利要求7所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该曲面的曲率半径大于该全反射面的曲率半径。

9.如权利要求1所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该柱状光学元件的材料与该导光板的材料相同。

10.如权利要求1所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该柱状光学元件的材料为丙烯酸树脂或聚碳酸树脂。

11.如权利要求1所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该光源为发光二极管或激光二极管。

12.一种平面显示装置用的背光模组，其特征在于，包括：

一具有一侧边的导光板；

一邻接于该侧边的柱状光学元件，该柱状光学元件至少具有一全反射面、一连接于该全反射面的第一侧面与一连接于该第一侧面的底面，且该第一侧面邻接于该导光板，其中，该柱状光学元件还包括有一第二侧面，其分别连接该全反射面与该底面；以及

多个位于该柱状光学元件底面的光源。

13.如权利要求12所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该全反射面为一曲面。

14.如权利要求12所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该第二侧面为一平面。

15.如权利要求14所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该第二侧面平行于该第一侧面。

16.如权利要求12所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该柱状光学元件的该第二侧面为一曲面。

17.如权利要求16所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该曲面为四分之一圆曲面。

18.如权利要求12所述的平面显示装置用的背光模组，其特征在于，其中，该柱状光学元件的材料为丙烯酸树脂或聚碳酸树脂。

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