CN101149522B - 背光模块 - Google Patents

Abstract

一种背光模块，其具有一导光板及数个光源，该导光板包含有一出光面、数个环绕于出光面的入光面及数组设置于与出光面相对的底面的导光部，该数组导光部是对应一虚拟圆心形成一同心圆弧状导光部组，且各导光部组的虚拟圆心是位于所述入光面的外侧，该数个光源是分别对应于各导光部组，而由各导光部组的虚拟圆心朝向数个入光面其中之一投射一光线，使各光源投射的光线被其所对应的导光部组导引至出光面，其中各光源所投射的光线的波长，是不等于其它光源所投射的光线的波长。

Description

背光模块 

技术领域

本发明是有关于一种背光模块，特别是关于一种应用发光二极管以提高液晶显示器的色彩饱和度的背光模块。 

背景技术

随着科技发展的大幅进步以及因特网，多媒体技术，影像数据传输的高度发展，人们对多媒体显示器的需求越来越大。近年来由于液晶显示器具有厚度薄、质量轻及携带方便，且相较于传统的映像管(Cathode Ray Tube；CRT)显示器有低辐射的优点，使得需求快速的增加，并广泛应用于监视器，笔记型计算机，数码相机等消费性电子产业。已逐渐成为显示器产品的主流。 

背光模块(Backlight Module)为液晶显示器模块(LCD Module)的关键零组件之一，由于液晶本身不发光，背光模块的导光功能即在于供应充足的亮度与分布均匀的光源，使其能正常显示影像，而市场上对于目前液晶显示器的亮度需求与影像的色彩饱和度的需求也越来越高。 

背光模块所使用的光源主要有冷阴极荧光灯管(Cold CathodeFluorescent Lamp；CCFL)、热阴极荧光灯管、发光二极管(Light EmittingDiode；LED)及电激发光组件(Electro-Luminescence；EL)等。由于发光二极管具有尺寸小，操作电流小，低耗电量及使用时间长等优点，因此发光二极管为将来应用于背光模块的主要光源。 

已知技术中，有一些应用发光二极管为背光模块光源的技术，仍然呈现不少待解决的问题。其中的一个问题是在已知技术中，应用三个发光二极管，其分别为红光，蓝光，绿光，为光的三原色，此三色光可相互混合成白光， 然而，已知技术是将此三色发光二极管，封装在一胶囊状壳体内，再分别控制此三色发光二极管的开关与强度，因此在控制上相当不易，且此三色光源，尚须配合导光板上的导光部设计，如传统上以网版印刷技术在导光板底面制造若干导光部，所述导光部为导光板底面的粗糙面设计，利用散射原理使入射光通过导光部而产生散射后，继而穿透出导光板表面，不过，由于光色的不同代表其波长亦不同，使得导光板对不同波长的光线将产生不同的折射率及散射能力，因此，倘若导光板的导光结构是针对红光的辉度均匀度而设计，势必影响蓝光及绿光的辉度均匀效果，故当同时点亮红、蓝、绿三色发光二极管时，将使三色光无法均匀混合而产生白光。 

为了使背光模块的光源为均匀混合的白光，如美国专利第2006/0072339号「Backlight Module」所述的背光模块，具有一蓝光发光二极管为光源及一导光板，并在光源与导光板之间放置荧光物质，此荧光物质经蓝光照射，受到激发而产生黄光射出，因此，蓝光与黄光两色光比前述的三色光容易均匀混合成白光，以形成背光模块的平面光源。此时，由于黄光并非光的三原色，是为红光与绿光的混合，因此黄光频谱中所含有的红光频谱与绿光频谱的色纯度不高，无法达到提高显示器色彩饱和度的要求。 

欲解决以上所述的问题，即可使用高纯度的彩色滤光片，使上述色光通过，而通过高纯度的彩色滤光片的色光便具有较高光频谱的色纯度。相对的，由于高纯度的彩色滤光片滤掉大部分非所需频谱的光线，因而大大的降低了光线穿透量，造成液晶显示器辉度不足的问题。 

因此，上述的技术中，为了生产高色彩饱和度及高辉度的液晶显示器，则需使用高纯度的彩色滤光片及高亮度的发光二极管或增加发光二极管使用数量，相对增加背光模块的制造成本。但若改善光源的色纯度的问题，采用高纯度的色光且配合导光板上导光部的设计，使色光可均匀混合成白光，即可提高液晶显示器的色彩饱和度，同时不致降低液晶显示器的辉度，可解决先前技术所遇见的问题。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明所要解决的技术问题在于，在提高背光模块光源色纯度以及液晶显示器色彩饱和度时，减少背光模块的制造成本。 

为达到上述的目的，本发明揭露一种背光模块，其具有一导光板及数个光源，该导光板包含有一出光面、数个环绕于出光面的入光面及数组设置于与出光面相对的底面的导光部，该数组导光部是对应一虚拟圆心形成一同心圆弧状导光部组，且各该导光部组的虚拟圆心是位于所述入光面的外侧，其中，所述各导光部组的密度分布相异于其它导光部组的密度分布，各导光部组的密度分布是沿着远离对应的光源的方向由疏到密；该数个光源是分别对应于各导光部组，而由各导光部组的虚拟圆心朝向数个入光面其中之一投射一光线，使各光源投射的光线被其所对应的导光部组导引至出光面法线方向，其中各光源所投射的光线的波长，是不等于其它光源所投射的光线的波长。 

本发明的功效在于利用三种不同波长的色光为背光光源，并配合光路精确设计的导光部，以提高光源的色彩饱和度，使不同色光可均匀混合成白光，并且V字形导光部可以使射出出光面的光线有较佳的方向性，以提高背光模块正面的辉度，即可以解决先前技术中所遇见的问题。本发明亦可以减少在制程上因需使用高纯度彩色滤光片及高亮度发光二极管或增加发光二极管使用数量而附加的生产成本，使产品与价格更符合市场需求。 

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技术者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何熟悉相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。 

附图说明

图1A为本发明背光模块的第一实施例的单一光源侧视图； 

图1B为本发明背光模块的第一实施例的导光板结构立体图； 

图1C为本发明背光模块的第一实施例的光线导引图； 

图2A为本发明背光模块的第一实施例的直线排列的三种光源底视图； 

图2B为本发明背光模块的第一实施例的不同光源位置底视图； 

图2C为本发明背光模块的第一实施例的另一不同光源配置底视图； 

图2D为本发明背光模块的第一实施例的多种光源配置底视图； 

图3A为本发明背光模块的第二实施例的导光板结构立体图； 

图3B为本发明背光模块的第二实施例的三种光源底视图； 

图4A为本发明背光模块的第三实施例的单一光源侧视图； 

图4B为本发明背光模块的第三实施例的导光板结构立体图； 

图4C为本发明背光模块的第三实施例的光线导引图；及 

图5为本发明背光模块的第四实施例的导光板结构立体图。 

符号说明 

100、200、300、400、500、600...........背光模块 

110....................................红光光源 

112....................................绿光光源 

114....................................蓝光光源 

116....................................青光光源 

120....................................导光板 

122....................................出光面 

124....................................入光面 

126....................................连续延伸倒V字形导光部 

127....................................非连续延伸倒V字形导光部 

128....................................连续延伸V字形导光部 

129....................................非连续延伸V字形导光部 

130....................................光源 

L、L′、L″............................光线 

P......................................区域 

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，现配合实施例详细说明如下。 

请参阅图1A及图1B，分别为本发明背光模块的第一实施例的单一光源侧视图及本发明背光模块的第一实施例的导光板结构立体图。如图1A及图1B所示，背光模块100包含有一导光板120以及数个光源130。导光板120具有一出光面122及一入光面124，且在相对于出光面122的一底面上，形成数个倒V字形导光部126，倒V字形导光部126是于导光板120底面朝向出光面122的沟槽，且各倒V字形导光部126皆对应一虚拟圆心而形成一同心圆弧状的导光部组，对应不同的虚拟圆心则形成不同的导光部组；而数个光源130则设置于各导光部组所对应的虚拟圆心位置，由光源130所发射的光线L则 通过入光面124射入导光板120中。 

请参阅图1C，是为本发明背光模块的第一实施例的光线导引示意图。如图1C所示，背光模块100具有一导光板120及一光源130。导光板120包含一入光面124、一出光面122以及数个向导光板内部凹陷的倒V字形导光部126。其中，入光面124为导光板120邻近光源130处以容许光线L′及L″射入的侧面，出光面122是邻接于入光面124以供光线L′及L″射出的顶面，倒V字形导光部126是位于出光面122所对应的底面上，且为连续延伸沟槽结构，可将入射光线L′及L″导向出光面122法线方向。每一个倒V字形导光部126皆对应一虚拟圆心，且对应同一个虚拟圆心的多个倒V字形导光部126组成一同心圆弧状的导光部组。另外，光源130设置于各导光部组所对应的虚拟圆心位置，且可为具有各种不同波长的光源。 

当一自导光部组虚拟圆心位置的光源130投射的光线L′及L″穿过入光面124时，会于导光板120中进行全反射传递，通过圆弧状排列的连续倒V字形导光部126结构及特定的斜面角度设计，使光线L′及L″经过一至数次的全反射后，透过倒V字形导光部126的斜面，再以全反射的方式将光线L′及L″由出光面122的法线方向射出。例如，通过出光面122的光线L′是以一次全反射而由出光面122的法线方向射出；而通过出光面122的光线L″则是经过二次全反射再由出光面122的法线方向射出，其它光线导向情形以此类推。由于自出光面122射出的光线，其光线分布集中在出光面122的法线方向附近，因此在导光板120的出光面122上可获得最大辉度。此外，针对不同波长的光源130，倒V字形导光部126的斜面角度设计亦不相同，且当光源130所发出的光线L入射非对应于光源130的倒V字形导光部126时，光线L被倒V字形导光部126全反射时，将不会以出光面122的法线方向射 出出光面122。因此，通过上述背光模块100设计，不同波长的光源130可搭配不同的圆弧状倒V字形导光部126结构，以使各倒V字形导光部126结构只能将所对应的各种不同波长的光源130导至出光面122法线方向射出，以提升背光模块100所提供光源的混光均匀性。 

请参阅图2A，是为本发明背光模块的第一实施例的三种光源底视图。如图2A所示，三种不同波长色光的发光二极管光源排列成一直线，是分别为红光光源110，绿光光源112及蓝光光源114，其中红光波长介于630-780nm，绿光波长介于500-570nm，蓝光波长介于420-470nm，且分别对应于三组由倒V字形导光部126所组成的圆弧状导光部组，其中每一个倒V字形导光部126为连续延伸的沟槽结构。由于导光板120中各不同位置至各色光光源110、112及114的距离不同，因此，在已知技术中会因偏重某一色光的导光效果而导致其它色光的导光效果不佳，以致自出光面122某一位置射出的各色光强度不均而无法获致混色均匀的白光表现。为解决上述的问题，本发明通过以各色光光源110、112及114为虚拟圆心的圆弧状倒V字形导光部126结构，使各倒V字形导光部126结构只能将所对应的各种不同波长的光线导至出光面122法线方向射出，以加强各色光光源110、112及114自出光面122射出的光线强度。因此，依据导光板120中各位置与各光源的距离程度，使各色光光源110、112及114所对应的各同心圆弧状倒V字形导光部126具有不同的密度分布，即各导光部组的密度分布相异于其它导光部组的密度分布，且其分布方式是沿着远离所对应的色光光源110、112及114方向，由疏到密排列，以调整各色光光源110、112及114于出光面122各位置的射出强度。 

通过上述适当的调整设计，可使自出光面122任何位置射出的各色光线具有相同强度，以使三种不同波长的光线可自出光面122任何位置射出而均 匀混合成白光，以解决先前技术中，运用高纯度色光却造成混光效果不佳的问题。例如图2A上的出光面122上一区域P，区域P距离红光光源110最远，距离蓝光光源114最近，因此，一般来说，自出光面122区域P射出的红光的强度会小于蓝光的强度，而使混合的光线偏向蓝光。而在本实施例中，通过调整设计每一层倒V字形导光部126依距离而有不同的疏密分布，即可使导光板120中区域P具有相同强度的红光、绿光及蓝光，以使三种不同波长的光线可自出光面122上区域P均匀射出而混合成白光。本实施例中的不同波长的色光光源并不仅限于三种光源，且入射光线L不限由同一入光面124投射进入导光板120中，又光源设置的位置亦不以本实施例为限。 

请参阅图2B、图2C及图2D，分别为本发明背光模块的第一实施例的不同光源位置及多种光源的底视图。如图2B及图2C所示，背光模块200及300中大部分结构与上述图2A的背光模块100相同，其主要的差异在于各色光光源110、112、114可置于导光板120四周不同位置，使三种不同波长的色光光源110、112、114以不同角度的入光面124入射至导光板120中。如「第2B图」中各光源并非于同一直在线，红光光源110及蓝光光源114是位于导光板120两相邻角落，而绿光光源112则置于红光光源110及蓝光光源114之间，各色光光源110、112及114皆具有相应的入光面124；又如图2C中各色光光源110、112及114是分别位于导光板120的三个角落，且具有其对应的入光面124。因此，本发明的背光模块可配合模块外观的设计与体积的限制，而采用上述的设计，增加背光模块在设计上的自由度。再者，如图2D所示，背光模块400中大部分结构亦与上述图2C相同，其主要的差异在于导光板120周围的光源数目增加为四种色光，其分别为红光光源110、绿光光源112、蓝光光源114及青光(Cyan)光源116等四种不同波长的色光，其中红光波长介 于630-780nm，绿光波长介于500-570nm，蓝光波长介于420-470nm，青光波长介于500～470nm，且各光源位于导光板120周围的不同角落位置，而光线L可从不同的入光面124射入导光板120中，通过连续倒V字形导光部126反射，而形成均匀混合的白光。因此，通过四种高纯度且具有不同波长的色光，可以增加背光模块所提供的光源的色彩饱和度。 

上述本发明的背光模块，例如可配合场序法(Field Sequential)的驱动方式来操作，即将每一个显示画面结构分成数个子结构，例如分别为红光子结构、绿光子结构、蓝光子结构，且在个别的子结构时间内，只送出单一色光的光线经倒V字形导光部126反射导引而自出光面122射出以达于显示面板上，并且随着时间切换而转换不同颜色光源及其所对应的画面子结构，配合本发明的背光模块，借着快速切换使三色光因视觉暂留效果在人的眼睛中均匀混合成白光。此显示方法的优点在于不需要使用彩色滤光片，并且每一色光的点亮时间可减少2/3，可以降低制造上的成本，也节省能源的消耗。 

请参阅图3A及图3B，是为本发明背光模块的第二实施例的导光板结构立体图及底视图。本实施例的背光模块500中大部分结构与第一实施例的背光模块100相同，其主要的差异在于背光模块500中的导光板120除具有连续延伸结构的倒V字形导光部126的外，更包含分成多个区段的非连续延伸结构的倒V字形导光部127。由于导光板120底部对应不同的光源位置形成三组同心圆弧状的导光部组，此三组同心圆弧的圆弧面必定会有数个交会处，为增加制造上的简易度，因此，有些导光部可设计为非连续延伸结构。此种非连续延伸倒V字形导光部127的形成，可以简化导光部在交会处的设计，以降低在制造上的复杂性。当然，第二实施例的背光模块500的光源数量与相关位置配设亦可如图2B、图2C及图2D所述的情形，即所使用的光源并不仅 限于三种光源，且入射光线不限由同一入光面124投射进入导光板120中，又光源设置的位置亦不以本实施例为限。此外，本实施例的背光模块400亦可配合场序法(Field Sequential)的驱动方式来操作，将各色光光线以连续及非连续倒V字形导光部126及127反射导引而自出光面122射出以达于显示面板上，通过视觉暂留效果在人的眼睛中均匀混合成白光。 

请参阅图4A及图4B，分别为本发明背光模块的第三实施例的单一光源侧视图及本发明背光模块的第三实施例的导光板结构立体图。如图4A及图4B所示，背光模块600包含有一导光板120以及数个光源130。本实施例与第一及第二实施例所述的背光模块最大差异在于其导光部是为突出于导光板120外的V字形导光部128，其中每一个V字形导光部128为连续延伸的沟槽结构。本实施例的导光板120具有一出光面122及数个环绕于出光面122的入光面124，且在相对于出光面122的一底面上，形成数组V字形导光部128，V字形导光部128是突出于导光板120底面的结构，且各V字形导光部128皆对应一虚拟圆心，对应同一个虚拟圆心的多个V字形导光部128组成一同心圆弧状的导光部组；而数个光源130则设置于各导光部组所对应的虚拟圆心位置，分别为红光光源110、绿光光源112及蓝光光源114，光线L则通过入光面124射入导光板120中。 

如图4C所示，当一自导光部组虚拟圆心位置的光源130投射的光线L′及L″穿过入光面124时，会于导光板120中进行全反射传递，通过圆弧状排列的连续V字形导光部128结构及特定的斜面角度设计，使光线L′及L″经过一至数次的全反射后，透过连续V字形导光部128的斜面，再以全反射的方式将光线L′及L″由出光面122的法线方向射出。如通过出光面122的光线L′是以一次全反射而由出光面122的法线方向射出，而通过出光面122的 光线L″则是经过二次全反射再由出光面122的法线方向射出，其它光线导向情形以此类推。 

当然，第三实施例的背光模块600的光源数量与相关位置配设亦可如图2B、图2C及图2D所述的情形，即所使用的光源并不仅限于三种光源，且入射光线不限由同一入光面124投射进入导光板120中，又光源设置的位置亦不以本实施例为限。此外，本实施例的背光模块600亦可配合场序法(FieldSequential)的驱动方式来操作。 

请参阅图5所示，是为本发明背光模块的第四实施例的导光板结构立体图。本实施例的导光板大部分结构与第三实施例相同，其主要的差异在于导光板120除具有连续延伸结构的V字形导光部128的外，更包含非连续延伸结构的V字形导光部129。此种非连续延伸的V字形导光部129的形成，可以简化导光部在交会处的设计，以降低在制造上的复杂性。当然，第四实施例的背光模块的光源数量与相关位置配设亦可如图2B、图2C及图2D所述的情形，即所使用的光源并不仅限于三种光源，且入射光线不限由同一入光面124投射进入导光板120中，又光源设置的位置亦不以本实施例为限。此外，本实施例的背光模块亦可配合场序法(Field Sequential)的驱动方式来操作。 

因此，本发明可以解决先前技术中所遭遇的问题，在本发明所揭露的背光模块中，由于使用三种以上高纯度、不同波长的色光光源，有助于提升液晶显示器的色彩饱和度，并且配合背光模块的导光板上具有同心圆弧状的导光部结构，使得高纯度、不同波长的色光可均匀混合成白光，提高液晶显示器的光源均匀性。再者，通过本发明可以减少在制程上因需使用高色纯度彩色滤光片及高亮度发光二极管或增加发光二极管使用数量而附加的生产成本，使产品与价格更符合市场需求。 

虽然本发明的实施例揭露如上所述，然并非用以限定本发明，任何熟悉相关技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神当可做些许的变更，例如导光部结构的断面不限于V字形，可以是U字形、梯形……等，因此本发明的保护范围须视本说明书所附的权利要求所界定的为准。 

Claims (10)

1.一种背光模块，其特征在于：

一导光板，包含有一出光面、至少一入光面及数个导光部，所述导光部设置于与该出光面相对的底面，各所述导光部是分别具有对应的一虚拟圆心以形成一同心圆弧状导光部组，且各该虚拟圆心是位于该入光面的外侧，其中，所述各导光部组的密度分布相异于其它导光部组的密度分布，各导光部组的密度分布是沿着远离对应的光源的方向由疏到密；及

数个光源，分别设于各该虚拟圆心位置，所述光源所分别投射的可见光的光线波长互不相同。

2.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述光源是为发光二极管。

3.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述各导光部是为一朝向导光板内部凹陷的沟槽，所述各个导光部具有面向对应光源的一迎光面，入射光方向实质上垂直所述迎光面。

4.如权利要求3所述的背光模块，其特征在于：所述各导光部是为一倒V字形沟槽。

5.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述各导光部是为一朝向导光板外部突出的结构，所述各个导光部具有面向对应光源的一迎光面，入射光方向实质上垂直所述迎光面。

6.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述各导光部是为一V字形突出结构。

7.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述光源是为一红光光源、一蓝光光源及一绿光光源，其中红光波长介于630-780nm，蓝光波长介于420-470nm，绿光波长介于500-570nm。

8.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述光源是为一红光光源、一蓝光光源、一绿光光源及一青光光源，其中红光波长介于630-780nm，蓝光波长介于420-470nm，绿光波长介于500-570nm，青光波长介于500-470nm。

9.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述导光板具有单一个入光面，其中所述光源是位于该入光面的外侧。

10.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于：所述导光板具有数个入光面，其中所述光源是分布于所述入光面的外侧。

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