CN101149523A - 具直下式导光板的背光模块及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种背光模块，包括印刷电路板、多个发光二极管以及导光板，其中多个发光二极管可以阵列方式或是以任意排列方式，设置在印刷电路板上，以提供背光模块所需要的发光光源。具有入光面及出光面的导光板，设置在多个发光二极管上，其中导光板的入光面可为平坦、或具有任意曲率的曲面，导光板的出光面具有多个凹槽，这些凹槽可让发光二极管所提供的光源有效的在导光板内达到全反射，且让这些光源由导光板的出光面发射出去之前，可以在导光板内均匀的混光，使得由导光板的出光面所发射出去是具有高亮度以及均匀能量的光源。

Description

具直下式导光板的背光模块及灯具

技术领域

本发明关于一种背光模块，特别是一种具有直下式导光板的背光模块，借由导光板的光源入射结构让发光二极管组件所提供的光源，在导光板内产生全反射，而均匀混光，以得到具有高亮度及均匀能量的光源。

背景技术

传统背光模块都以侧向导光方式，将光源由导光板(light guide plate，LGP)侧向导入，以求光源的均匀化。但是此种方式无法将大角度的光线能量有效应用，且模块侧向所能排列光源的空间易受到限制，以致于使得背光模块的亮度无法提升。

随着液晶显示技术的发展，液晶显示面板应用的范围愈来愈广，例如，数字相机、数字个人助理(PDA)、计算机屏幕、手机显示屏幕以平面电视等等。而背光模块(back light module)则是液晶显示屏幕产生的关键零件之一。

根据背光模块的发光光源的位置，背光模块多半为侧边式(edge type)。侧边式背光模块的光源，是采取单侧或是双侧设置，并且透过导光板引导光源的散射方向以提供面光源。传统的侧边式背光模块，包括发光二极管、导光板以及反射板。当发光二极管提供光源之后，经由导光板的混光及反射板的反射之后，可以将光源均匀的扩散。然而侧边式背光模块虽然具有较薄的厚度，但是会有亮度较低的缺点产生。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，传统的侧向式导光板的背光模块所产生的诸多缺点，因此本发明提供一种可产生高亮度及均匀能量的具有直下式导光板的背光模块。

本发明的目的在于提供一种具有光源入射结构的导光板，借由此光源入射结构，将发光二极管所提供的光源在导光板内产生全反射，以产生具有高亮度及均匀能量的光源。

本发明的再一目的，在于提供一种具有光源入射结构出光面，以及入光面为具有任意曲率的曲面的导光板，借由此曲面配合光源入射结构的出光面，使得由发光二极管所提供的光源在导光板内可以产生全反射，以形成混光均匀的具有高亮度及能量均匀的光源。

本发明的再一目的，是在导光板的入光面内设置多个网点、微透镜(Microlens)或是在出光面设置V切割(V-cut)结构。当发光二极管提供光源进入导光板之后，这些光源会在导光板内进行全反射，当光源反射到这些网点、微透镜(Microlens)或是V切割(V-cut)结构时，这些网点、微透镜(Microlens)或是V切割型(V-cut)结构会改变光源在导光板内的折射方向以及反射角度，使得光源可以在适当的位置，由导光板的出光面发射出去。

根据以上所述的目的，本发明公开一种具有直下式导光板的背光模块，包括印刷电路板、多个发光二极管以及导光板，其中，多个发光二极管可以阵列或是以任意排列方式，设置在印刷电路板上，以提供背光光源所需要的发光光源。导光板设置在多个发光二极管上，其中，导光板的入光面可为平坦的表面，或是不平坦表面，导光板的出光面具有由多个凹槽所构成的光源入射结构，光源入射结构可让发光二极管所提供的光源，让光源产生全反射地导入导光板内，让这些光源由导光板的出光面发射出去之前，可以在导光板内产生均匀的混光，使得由导光板的出光面所发射出去是具有高亮度以及均匀能量的光源。

附图说明

图1是根据本发明所公开的技术，具有直下式导光板的发光二极管组件的俯视图；

图2A至图2C是根据本发明所公开的第一、第二及第三优选实施例，表示具有直下式导光板的发光二极管组件的示意图；

图3A及图3B是根据本发明所公开的第四及第五优选实施例，表示本发明所公开的具有直下式导光板的发光二极管组件的示意图；及

图4A及图4B是根据本发明所公开的第六及第七优选实施例，表示具有直下式导光板的发光二极管组件的示意图。

主要组件符号说明

10具有直下式导光板的背光模块

20印刷电路板

30导光板

301第一表面(入光面)

302第二表面(出光面)

32光源入射结构

321凹槽

331网点

34不平坦表面

361不平坦表面

362不平坦表面

401发光二极管

402发光二极管封装组件

50反射膜层

具体实施方式

本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以权利要求书为准。

请参阅图1，表示本发明所公开的具有直下式导光板的背光模块的俯视图。背光模块10包括印刷电路板20、多个发光二极管401及具有光源入射结构32的导光板(light guide plate)30。其中多个发光二极管401可以以阵列(array)方式、或是以任意(random)排列方式，设置在印刷电路板20上，用以提供所需要各种波长的发光光源。在此，光源入射结构32对应多个发光二极管组件401而设置，这些发光二极管组件401内包括多个发光二极管芯片，其可以是具有不同波长的发光二极管芯片，如白光发光二极管芯片或者是RGB发光二极管芯片，其波长范围由420nm到680nm，其色温范围由2200K至10000K。

另外，导光板30具有一入光面301及一出光面302，其中光源入射结构32设置在出光面302，光源入射结构32的表面为一倾斜表面，其可以是弧面或是具有任意曲率的曲面，只要该倾斜表面的形状，足以使得发光二极管401所提供背光模块的发光光源，在导光板30内可以产生全反射，而产生混光均匀的光源都是可以适用在本发明所公开的每一个实施例中。然后，经光源入射结构32导入的光源在导光板30内产生全反射，再经由导光板30的出光面302，将这些具有高亮度、且均匀能量的光源发射出去。在本发明所公开的实施例中，导光板30的材料可以是玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯聚合物(COC)、PET或是其它高分子材料。

接着图2A、图2B及图2C表示本发明所公开的具有直下式导光板的背光模块的第一、第二及第三优选实施例。首先，请参阅图2A，在本实施例中，背光模块10包括：印刷电路板20、多个发光二极管401以阵列(array)或是以任意(random)排列方式，设置在印刷电路板20上。接着，具有第一表面301及第二表面302的导光板30设置在多个发光二极管401上。其中，导光板30的第一表面301为光源入光面，且可为一平坦表面，而导光板30的第二表面302为光源出光面，且具有由多个凹槽321构成的光源入射结构32。光源入射结构32的目的是为了让发光二极管401所提供的光源，经由光源入射结构32以全反射方式导入导光板30，然后在导光板30内产生全反射，使得光源可以在导光板30内混合均匀、且可以有高亮度。最后，再经由导光板30的出光面302发射出去。

另外，在本实施例中，每一个发光二极管401的位置对应于导光板30的每一个凹槽321，这是为了让发光二极管401所提供的光源，可以有效的导入导光板30内，然后借由这些凹槽321的下表面(未显示于图2A及图2B中)在导光板30内产生全反射。

在此，要特别说明的是，在本发明所公开的每一个实施例中，多个发光二极管401在印刷电路板20上的排列方式，是以阵列排列方式来描述。同时，在本发明所公开的附图中，也以阵列排列方式来表示，然而，在本发明中，多个发光二极管401不限制以阵列方式排列，也可以任意方式排列于印刷电路板20上。

因此，当发光二极管401提供光源时，这些光源会借由这些导光板30的入光面(第一表面)301进入导光板30内，借由在导光板30的出光面(第二表面)302的多个凹槽321产生全反射，使得这些光源在导光板30内可以产生全反射，而混光均匀，然后，再经由导光板30的第二表面(出光面)302将光源发射出去。

同样地，请参阅图2B，表示本发明所公开的具有直下式导光板的背光模块的另一优选实施例的示意图。在图2B中所使用的组件名称、材料以及功能均与图2A所公开的结构相同，因此不再赘述。在此，要说明的是，图2B与图2A的差异在于，为了让发光二极管401所提供的光源在导入导光板30前可以产生全反射，并且为了使得在导光板30内的大多数的光源，因此，在本实施例中，于导光板30第二表面的多个凹槽321的倾斜面(向内凹的部分)，镀上一层反射膜层50，此反射膜层50的材料可以是介电材料或是金属，其形成的方式可以以涂布(coating)或是溅镀(sputtering)。由发光二极管401所提供的光源，引导进入导光板30之后，再打到反射膜层50，而产生反射/折射，而可以得到混光均匀且具有高亮度的光源，然后由导光板30的出光面302，未被金属膜层50所覆盖的部分发射出去。在此需注意，当凹槽321设计成可使光源全反射时，可省略此反射膜层50。然而，由于制作工艺的误差，凹槽321无法确保光源全反射时，可利用反射膜层50的设置，使得光源以全反射方式导入导光板30。因此，反射膜层50的设置是以使光源以全反射方式导入导光板30为目的，其形状、大小、位置不以实施例为限。

接着请参阅图2C，表示本发明所公开的具有直下式导光板的背光模块的再一优选实施例的示意图。同样地，在图2C中所使用的组件名称、材料以及功能均与图2A及图2B所公开的结构相同，因此不再赘述。在此，要说明的是，在图2C与图2B的差异在于，在图2C中的导光板30的下方具有多个网点331、微透镜(未在图中表示)，这些网点331是为了让发光二极管401所提供的光源导入导光板30之后，导光板30的光源入射结构32会使得这些光源产生全反射，当这些光源反射至这些网点331时，这些网点331会改变光源原本在导光板30内的反射路径及反射角度，使得这些光源可以在导光板30的出光面302所预设的位置发射出去。在此，要说明的是，位于导光板30下方除了网点331之外，还可以是微透镜(microlens)(未在图上表示)。在本发明中及实施例所相对应的附图中虽以网点做为应用，但是不限于此。举例而言，V切割型结构(未在图上表示)亦可设置在出光面302的预设位置，当光源在导光板30中全反射至V切割型结构的侧缘时，将改变光源折射角度而从导光板30发射出去。

另外，为了增加发光二极管光源的亮度以能量均匀度，在光源入射结构32的凹面部分(向内凹的表面)还包括一层金属镀膜层50。因此，在导光板30内借由光源入射结构32及反射膜层50，由发光二极管401所提供的光源，引导进入导光板30之后，再打到反射膜层50，而产生反射/折射，而可以得到混光均匀且具有高亮度的光源，然后可借由导光板30内的这些网点331、微透镜或是V切割型结构来改变光源的反射/折射路径，然后由导光板30的出光面302上，未被金属膜层50所覆盖的部分发射出去。

接着，图3A及图3B表示本发明所公开的具有直下式导光板的背光模块的第四及第五优选实施例。首先，请参阅图3A，具有直下式导光板的背光模块10包括：印刷电路板20、多个发光二极管401及导光板30，其中多个发光二极管401以阵列方式排列于印刷电路板20上，且位于导光板30的第一表面301下方。另外，导光板30的第一表面301为一不平坦表面361，此不平坦表面361可以是球型或是非球型的表面，其形状可以是碗状、U型、或是具有任意曲率的曲面。而在导光板30的第二表面302则是具有由多个凹槽321所构成的光源入射结构32。在本实施例中，导光板30的第一表面301设计为不平坦表面361，这是为了让发光二极管401所提供的光源，可以借由此不平坦表面361在导光板30内产生全反射，使得光源可以在导光板30内混光均匀。

因此，在本实施例中，当发光二极管401提供光源，这些光源会借由这些不平坦表面361以不同角度、由不平坦表面361的上表面34入射进入导光板30内，然后借由在导光板30的第二表面302的光源射结构32将这些光源全反射，使得在导光板30内可以形成混光均匀的光源，然后再经由位于导光板30的第二表面(出光面)302发射出去。

因此，可以根据以上所述，可以知道本实施例的优点在于，由发光二极管401所提供的光源可以借由导光板30的不平坦表面361，及配合光源入射结构32，在导光板30内产生全反射路径，使得这些光源在导光板30内混合均匀，而产生具有高亮度以及均匀能量的光源，然后再经由导光板30的第二表面(出光面)302发射出去。

接着，请参阅图3B表示本发明所公开的发光二极管组件的另一优选实施例的示意图。在图3B中所使用的组件名称、材料以及功能均与图3A所公开的结构相同，因此不再赘述。在此，要说明的是，图3B与图3A的差异在于，为了让发光二极管401所提供的光源在导光板30内可以产生全反射。因此，在本实施例中，在导光板30表面的多个凹槽32的倾斜表面(向内凹的部分)镀上一层反射膜层50，此反射膜层50的材料可以是介电材料或是金属。

因此，当发光二极管401提供光源，并经由导光板30的入光面301进入导光板30时，借由这些光源在导光板30的第二表面302的光源入射结构32的产生反射，而产生混光均匀的光源，同时也将发光二极管401所提供的光源，引导进入导光板30之后，再打到反射膜层50，而产生反射/折射，而可以得到混光均匀且具有高亮度的光源，让这些光源可以进行全反射，而不会有光源散失，然后再经由位于导光板30的第二表面(出光面)302发射出去。

接着，图4A及图4B，表示本发明所公开的具有直下式导光板的发光二极管组件的第六及第七实施例的示意图。首先，请参阅图4A，具有直下式导光板的背光模块10包括印刷电路板20、多个发光二极管封装组件402，及具有第一表面301及第二表面302的导光板30，其中多个发光二极管封装组件402以阵列方式设置在印刷电路板20上，其中多个发光二极管封装组件402也可以是多个发光二极管芯片，或是单一发光二极管芯片。另外，导光板30的第一表面301具有由多个凹槽321所构成的光源入射结构32，第二表面302为一不平坦表面362，此不平坦表面362的形状可以是倒碗状、倒U型或是具有任意曲率的曲面，其中多个凹槽321的曲率与具有不平坦表面362的第二表面302的曲率可以相同或是不同。

因此，在本实施例中，当发光二极管402提供光源时，这些光源会借由这些不平坦表面362以不同角度、由不平坦表面362入射进入导光板30内，然后借由导光板30的第二表面302，配合多个凹槽321在导光板30内产生全反射，使得这些光源在导光板30内可以均匀混光，然后，再经由位于导光板30内的第二表面(出光面)302发射出去。

所以，可以根据以上所述，可以知道本实施例的优点在于，由发光二极管封装组件402所提供的光源可以借由导光板30的不平坦表面362及光源入射结构32，在导光板30内产生全反射，使得在导光板30内混合均匀，而产生具有高亮度以及均匀能量的光源，然后再经由导光板30的第二表面(出光面)302发射出去。

接着，请参阅图4B，表示本发明所公开的发光二极管组件的另一优选实施例的示意图。在图4B中所使用的组件名称、材料以及功能均与图4A所公开的结构相同，因此不再赘述。在此，要说明的是，图4B与图4A的差异在于，为了让发光二极管封装组件402所提供的所有光源在导光板30内可以产生全反射，因此在本实施例中，于导光板30内多个凹槽321的内侧(向内凹的部分)镀上一层反射膜层50，此反射膜层50可以是介电材料或是金属。

同样地，当发光二极管封装组件402提供光源，并经由导光板30的入光面301进入导光板30时，借由在导光板30的第二表面302的多个凹槽321，让光源产生全反射，而产生混光均匀的发光光源，也同时借由位于多个凹槽32倾斜表面上的反射膜层50，将所有的光源产生反射/折射，然后再经由导光板30的第二表面(出光面)302发射出去。

因此，根据以上所述，本发明所公开各个实施例的具有直下式导光板的背光模块10，都可以广泛的应用于灯具设备(未在图中显示)，是将具有直下式导光板30的背光模块，设置在灯具内，由于直下式导光板30的光源入射结构32，可以让发光二极管401或402所发射的光源以全反射方式导入导光板30，而产生全反射光源，最后经由导光板30的出光面发射出去的光源是具有高亮度且能量均匀，因此，更可以适用于具有良好发光效率的照明设备中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的范围；凡其它未脱离本发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种具有直下式导光板的背光模块，包括：

一导光板，具有一第一表面及一第二表面，该第一表面具有一光源入射结构；及

一发光光源，位于该导光板的该第二表面下方，每一该发光光源对应该光源入射结构的一下表面，

其中该光源入射结构将该发光光源以全反射方式导入该导光板。

2.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该光源入射结构为多个凹槽所构成。

3.根据权利要求2所述的背光模块，其特征在于，该些凹槽的一倾斜表面还包括一反射膜层。

4.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该第一表面为一平坦表面。

5.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该第一表面为具有任意曲率的一表面。

6.根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该发光光源为一发光二极管。

7.一种具有直下式导光板的背光模块，包括：

一导光板，具有一入光面及一出光面，该出光面具有一光源入射结构；及

多个发光二极管组件，设置在该导光板的该入光面下方，用以提供一光源，该光源经由该入光面导入该导光板内，使得该光源借由该光源入射结构，在该导光板内产生全反射，且由该出光面发射出该光源。

8.根据权利要求7所述的背光模块，其特征在于，该光源入射结构由多个凹槽构成。

9.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，该些凹槽的一倾斜表面具有一反射膜层。

10.根据权利要求7所述的背光模块，其特征在于，每一该些发光二极管对应该光源入射结构的一下表面。

11.根据权利要求7所述的背光模块，其特征在于，该入光面为一平坦表面。

12.根据权利要求7所述的背光模块，其特征在于，该入光面为具有任意曲率的一表面。

13.一种导光板，包括：

一第一表面；及

一第二表面，该第二表面具有一光源入射结构，借该光源入射结构可将导入该导光板的一光源产生全反射。

14.根据权利要求13所述的导光板，其特征在于，该第一表面可以是一平坦表面。

15.根据权利要求13所述的导光板，其特征在于，该第一表面可以是一不平坦表面。

16.根据权利要求15所述的导光板，其特征在于，该不平坦表面可以是碗状、U型或是具有曲率的一表面。

17.根据权利要求13所述的导光板，其特征在于，该光源入射结构包括多个凹槽。

18.根据权利要求17所述的导光板，其特征在于，还包括一反射膜层位于该些凹槽的一倾斜表面。

19.根据权利要求13所述的导光板，其特征在于，还包括一反射膜层位于该光源入射结构的该倾斜表面。

20.根据权利要求13所述的导光板，其特征在于，还包括多个网点、多个微透镜或是多个V切割型结构设置在该导光板，以改变该光源的折射角度，使该光源由该第二表面射出。

21.一种灯具，其特征在于，包括根据权利要求13所述的导光板。

22.一种灯具，其特征在于，包括根据权利要求1或7所述的背光模块。

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