CN110488535B - 光源组件及使用其的背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光源组件，应用于直下式背光模块。光源组件包含发光二极管以及透镜。透镜设置于该发光二极管上方，并包括本体及多个脚柱。本体具有上表面及下表面，其中上表面为曲面，而下表面中央处向上凹设有凹槽。凹槽系对应位于发光二极管的上方。脚柱设置于本体的下表面，且此些脚柱使发光二极管的发光面与本体的下表面于垂直发光面的方向产生间距。

Description

光源组件及使用其的背光模块

技术领域

本发明系有关于一种背光模块显示技术，特别是一种能改变分光角度的光源组件。

背景技术

近年来，随着显示技术的发展，发光二极管(light emitting diodes，LED)于液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的背光模块(backlight module)上的应用也逐渐受到重视。

目前常见的背光模块的类型包含直下式背光模块及侧光式背光模块。常见的直下式背光模块系以发光二极管作为光源，并将其均匀地配置在反射板上，使光源可以通过上方扩散板等其他组件均匀地传递到整个显示器面板上。

直下式背光模块相较于侧光式背光模块应用在显示器上，具有较佳的区域调光、透光均匀度、明暗细节佳，以及对比度等优势，但其缺点为需要较高密度的光源组件(如发光二极管)，因此相较于侧光式背光模块，直下式背光模块需要较高的成本以及耗电量，其应用的显示器体积较厚。

为了将低成本，可利用透镜的外型改变发光二极管出光的张角达到均匀混光的效果，进而去拉开发光二极管之间的节距，以减少发光二极管所需的设置数量。

但当发光二极管的数量过少时，会因为背光源分割不够细致，导致调光画面的边缘会有光晕现象(Halo effect)，而背光模块的角落边缘也会因为光源无法有效传递，造成暗角暗边的现象。

发明内容

在一实施例中，一种应用于直下式背光模块的光源组件，包含发光二极管以及透镜。此透镜系设置于该发光二极管上方。此透镜包括本体及多个脚柱。本体具有上表面及下表面，其中，上表面为曲面，且下表面中央处向上凹设有凹槽。此凹槽系对应位于发光二极管位置的上方。多个脚柱设置于本体的下表面，这些脚柱使发光二极管的发光面与本体的下表面于垂直发光面的方向产生间距。

在一实施例中，一种背光模块包含反射板、多个光源组件以及扩散板。多个光源组件设置于该反射板上。此些光源模块包含发光二极管以及透镜，其中透镜设置于发光二极管上方。此透镜包括本体及多个脚柱。此本体具有上表面及下表面，其中，上表面为曲面，且下表面中央处向上凹设有凹槽。此凹槽系对应位于发光二极管位置的上方。脚柱设置于本体的下表面，这些脚柱使发光二极管的发光面与本体的下表面于垂直发光面的方向产生间距。扩散板设置于此些光源模块上方，其中，位于反射板的中心区的各光源组件的间距不同于与位于反射板的边缘区的各光源组件的间距。

有鉴于此，本发明提供一种光源组件和一种背光模块，依据发光二极管的发光面与透镜本体的下表面垂直于发光面的方向产生的间距的不同能够使发光二极管的光源射入透镜凹槽后，折射出的出光角度有所差异，进而去降低减少光源组件数量后造成的光晕现象和背光模块的暗角暗边问题。

附图说明

图1为本发明一实施例的光源组件剖视图。

图2为本发明一实施例的透镜立体图。

图3为本发明一实施例的背光模块的光源组件使用状态示意图。

图4为本发明另一实施例的脚柱立体图。

图5为本发明另一实施例的背光模块的光源组件放置示意图。

其中，附图标记：

100 光源组件 110 透镜

120 本体 121 上表面

122 下表面 130 脚柱

130A 阶梯状脚柱 131 第一阶梯

132 第二阶梯 140 凹槽

150 发光二极管 160 发光面

200 背光模块 210 反射板

211 孔洞 220 扩散板

L 脚柱高度 H 间距

P 发光二极管底部至发光面高度

R 凹槽开口半径

r 发光面半径

E 边缘区(Edge area)

C 中央区(Central area)

D1 边缘区光源组件节距

D2 中央区光源组件节距

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

请参阅图1以及图2，在本实施例中，光源组件100包括透镜110以及发光二极管150。透镜110包括本体120和多个脚柱130。本体120具有上表面121及下表面122。在本实施例中，本体120的上表面121为曲面，以使得发光二极管150射入透镜110的光线，可以在穿过本体120后由上表面121射出时，可以因折射效果而得到较大的出光角度。但上表面121的曲面形式不特别限制，可如本实施例中所示的曲面，亦或是中心内凹的曲面等，因应光路需求而做改变。且如图1所示，本体120的下表面122中央处向上凹设有凹槽140。当透镜110对应组设于发光二极管150上方时，凹槽140将会对应位于发光二极管150的正上方。

多个脚柱130分别耦接于下表面122。在本实施例中，脚柱130的数量虽以二为例示做说明，但并不以此为限。脚柱130至少为二个是为了保持透镜110左右平衡，其数量可为2、3、4或5以上，以达平衡的目的。脚柱130将使得发光二极管150的发光面160与下表面122间于垂直发光面160的方向上产生间距H。

在本实施例中，当脚柱130的高度较发光二极管150的高度来得高，则此时间距H即为正值。但在一些实施态样中，间距H也可以小于零，即间距H为负值。当间距H小于零时，即表示脚柱130的高度较发光二极管150的高度来得矮，此时发光二极管150将会部份容设于凹槽140中。

藉此，可以利用例如调整光源组件100中的脚柱130的长度来改变光源组件100中透镜110和发光二极管150之间的间距H大小，进而去影响发光二极管150光源通过透镜110折射出的出光角度。因此，举例来说，当为了可以降低光晕现象和角落边缘的暗角暗边问题，而要使用较大出光角度的光源组件100时，即可藉由调整脚柱130的高度来达成，而不需要制作或开发具有不同折射率的透镜110。如此，也可以简化制造工序或开发时程。

再请参阅图1，在本实施例中，透镜110的脚柱高度为L，而发光二极管150的底面至发光面160的高度为P，则脚柱高度L、高度P以及间距H之间，需符合L＝H+P，且L>0。并且，为了使得发光二极管150所发出的光能够全部有效入射至凹槽140中，以经过透镜110折射出去，因此，当发光面160为圆形且半径为r，位于本体120下表面122处的凹槽140开口为圆形且半径为R时，需满足下列公式：

H<(R-r)/tan 30°…(1)。

由于发光二极管150的发光面160所发出的光源会射入凹槽140，且经透镜110的本体120折射后由透镜110的上表面121射出。因此，一旦间距H过大，则在发光面160左右二侧所发出的光线将不会直接射入至凹槽140中，而是会射入到本体120的下表面122而造成部份反射。也就是说，上述脚柱130高度L将因间距H而有一定的限制，即L<P+(R-r)/tan 30°。当脚柱过高时，发光二极管150的光源发射路径超出凹槽140半径R，会造成光源从透镜110下侧漏光影响光源表现。如此，将造成发光二极管150所发出的光线的浪费。所以，间距H的高度若能满足上述式(1)的限制为佳。当间距H较大时，光源从本体120射出的出光角度大于当间距H较小时的出光角度。

请参阅图3，图3所示为使用本实施例上述的背光模块200的光源组件100的使用状态示意图。背光模块200包括多个光源组件100、反射板210以及扩散板220。本实施例的光源组件100可以是直接排列设置于反射板210上，或是将多个光源组件100先组成多条光条的方式，再将光条一一排列设置于反射板210上。另外，反射板210亦并非一定要为板状，也可以是在电路板上再镀上白漆而形成具反射效果的反射层，进而形成反射板210。另外，图3中为清楚说明，系简化长度而直接示意中央区C的单一光源组件100与左右边缘区E的单一光源组件100。

光源组件100设置于反射板210上。扩散板220在光源组件100以及反射板210上方。发光二极管150将直接耦接于反射板210，而透镜110的脚柱130则直接设置于反射板210上。整个反射板210上可以分为靠近中央部位的中央区C(Central area)以及靠近侧边或边角的边缘区E(Edge area)。而在本实施例中，位于中央区C的光源组件100，其间距H会不同于位于边缘区E的光源组件100的间距H。

为使得画面的中央区C所呈现的影像更为清晰，在中央区C需要以较小的出光角度的光源折射至扩散板220，此时，需要将间距H调整为较小的值，以使得出光角度可以较小。除了前述可以通过直接改变脚柱130的高度L外，也可以如图3所示，在反射板210上具有多个孔洞211，此些孔洞211的数量可以是对应上述脚柱130的数量，或是仅于需要的位置设置所需数量的孔洞211。而光源组件100的透镜110的脚柱130则是设置于反射板210表面(如图3设置于边缘区E的光源组件100)或分别穿射于孔洞211中(如图3设置于中央区C的光源组件100)。

藉由将位于中央区C的透镜110的脚柱130穿设于孔洞211中，即可以使得本体120的下表面122更靠近发光面160，即缩小间距H。也就是说，当需要改变间距H时，只需要改变孔洞211的深度即可。如此，将可以使用统一规格的光源组件100组设于整个背光模块200的任意位置，而不需要依据光源组件100的设置位置而制作各种具有不同脚柱高度L的透镜110，以减少元件制造的数量。

另外，由于在边缘区E需要以较大的出光角度折射至扩散板220，以将光源较有效地传达给背光模块200角落，进而减少暗角暗边的现象。因此，相较于中央区C，位于边缘区E的光源组件100的透镜110和发光二极管150之间的间距H需为较大值，进而放大光源的出光角度。在本实施例中，即是利用在反射板210的边缘区E不设置孔洞211，而是直接以具有脚柱130设置于边缘区E处的反射板210表面上，以使得间距H较位于中央区C的间距H来得大。

另外，为了可以为满足前述的式(1)，也可以将脚柱130直接组设于反射板210上时符合上述式(1)的脚柱高度L作为预设的脚柱高度L。随后再依据所需于反射板210上设置相同或不同深度的孔洞211，以满足在中央区C或边缘区E所需要的光源组件100设置模式。

再者，在本实施例中，上述孔洞211除了可以用以调整间距H外，也可以帮助光源组件100定位，提高摆放位置的精准度，避免偏心问题。

为了降低光晕现象和角落边缘的暗角暗边问题，除了如上述调整脚柱130的高度或改变孔洞211的深度以调整上述间距H(请参阅图1)的大小之外，在另一实施例中，脚柱130的形状为阶梯状，此阶梯状脚柱130A可以包含多个阶梯。

请参阅图4，图4所示为本发明另一实施例的脚柱立体图。本实施例与前一实施例相同的结构及元件将不再重复赘述。不同之处在于脚柱的形状。为清楚说明，图4为阶梯状脚柱130A的示意图，以最小数量二阶梯呈现，但并不以此为限，亦可依需求使用三阶、四阶或更多。阶梯状脚柱130A包含第一阶梯131、第二阶梯132由上而下依序设置，其中第一阶梯131的宽度大于第二阶梯132的宽度。

在另一实施例中，上述阶梯状脚柱130A除了可以设置在反射板210上，亦可对应反射板210的孔洞211，此些孔洞211可依据所需，将孔径宽度设置为大于第二阶梯132的宽度并小于第一阶梯131的宽度，且孔径的深度也可以依照阶梯状脚柱130A的对应的阶梯高度设置，使阶梯状脚柱130A的不同阶梯穿设在不同的孔径的孔洞211中。

如此，通过上述阶梯状脚柱130A的各个阶梯的宽度以及高度的设定，可以达到与前述脚柱130同样的效果，且相较于柱状脚柱(如图2所示，但脚柱130不受限于圆柱状)，阶梯状脚柱130A有更广泛的应用与优势。例如，当使用具有更多阶梯的脚柱时，可依所要设置的脚柱，调整对应的孔洞211的孔径，当脚柱放入后，即会被挡止于所需要的阶梯处，而不需要顾虑到孔洞211的深度是否过深，或因公差可能造成深度不一的问题。或者，当面对具有相同孔径宽度的孔洞211，阶梯状脚柱130A具有利用不同阶梯宽度调整光源组件100的高度。

请参阅图5，图5为另一实施例的背光模块200的光源组件100的放置示意图，其中光源组件100具有另一实施例所述的脚柱130A。背光模块200包括多个光源组件100、反射板210以及扩散板220。其中光源组件100设置于反射板210上，而扩散板220在光源组件100以及反射板210上方。光源组件100可以如前述是直接排列设置于反射板210上，或是将多个光源组件100先组成多条光条，再将光条排列于反射板210上。反射板210、扩散板220以及光源组件100除脚柱为阶梯状脚柱130A外，皆具有前述特征。另外，图5中为清楚说明，亦系简化长度而直接示意右边为中央区C的二光源组件100与左边为边缘区E的二光源组件100间的节距(D1与D2)。

在另一实施例中，位于中央区C的光源组件100藉由将阶梯状脚柱130A的第二阶梯132穿设在反射板210上改变脚柱的高度以降低前述间距H，并射出较小出光角度的光源以集中光源至中央区C。而边缘区E藉由不设置孔洞211使光源组件100具有较高的间距H，并射出较大出光角度的光源至边缘以减少暗角暗边的现象。

再参阅图5，中央区C的光源组件100以较小的出光角度的光源折射至扩散板220上，因出光角度较小需要较多数量的光源组件100以达到均匀混光的效果，所以光源组件100间分布较密集，其中光源组件100彼此的节距为D2。而边缘区E的光源组件100具有出光角度较大，所需的数量较少即可达到均匀混光的效果，因此光源组件100分布较稀疏，其中光源组件100彼此的节距为D1。当中央区C的光源组件100的分布密度大于边缘区E的分布密度时，D2<D1。

因此，不须制作具有不同高度的孔洞211的背光模块200，在制作时仅需要考量统一规格的光源组件100的不同阶梯宽度的阶梯状脚柱130A，改变钻孔孔径，即可针对不同需求的背光模块200设置具有不同间距H的光源组件100，并降低制作成本。此外，另一实施例亦可如上述实施例一样，利用钻孔帮助光源组件100定位，提高摆放位置的精准度，避免偏心问题，同时降低钻孔对于反射板210的影响。

综上所述，根据本发明实施例的所提供的光源组件100及背光模块200，可以利用光源组件100中的脚柱130的长度、形状搭配背光模块200的反射板210上的孔洞211影响光源组件100中透镜110和发光二极管150之间的间距H大小，进而影响发光二极管150光源通过透镜110折射出的出光角度。也就是说，可根据背光模块不同位置的需求去调整透镜的高低，进而去改变出光角度。因此，当边缘区E使用较大出光角度的光源组件100时，可以降低光晕现象和角落边缘的暗角暗边问题。

此外，图式中元件的形状、尺寸、比例以及元件间的配置与相对距离等仅为示意，其位置或顺序可上下调整或同时存在，系供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，而非对本发明的实施范围加以限制。

本发明的技术内容已以较佳实施例揭示如上述，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所做些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (11)

1.一种光源组件，其特征在于，应用于一直下式背光模块，包含：

一发光二极管；以及

一透镜，设置于该发光二极管上方，该透镜包括一本体及多个脚柱，该本体具有一上表面及一下表面，该上表面为一曲面，该下表面中央处向上凹设有一凹槽，该凹槽系对应位于该发光二极管位置的上方，该些脚柱设置于该本体的该下表面，该些脚柱使该发光二极管的一发光面与该本体的该下表面于垂直该发光面的方向产生一间距；

当各该脚柱的高度为L，该间距为H，且该发光二极管的底面至该发光面的高度为P时，需符合L＝H+P，且L>0；

当该发光面为圆形且半径为r，该凹槽于该本体的该下表面处的一开口为圆形且半径为R时，需满足下列公式：

H<(R-r)/tan 30°；

其中，间距H根据脚柱的高度L的变化而变化。

2.如权利要求1所述的光源组件，其特征在于，各该脚柱包含一第一阶梯以及一第二阶梯由上而下依序设置，且该第一阶梯宽度大于该第二阶梯宽度。

3.如权利要求1所述的光源组件，其特征在于，当该间距小于零时，该发光二极管的该发光面容设于该凹槽中。

4.如权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该发光二极管的光源射入该凹槽，且经该透镜的该本体折射后由该透镜的该本体射出。

5.一种背光模块，其特征在于，包含：

一反射板；

多个光源组件，设置于该反射板上，各该光源组件包含：

一发光二极管；以及

一透镜，设置于该发光二极管上方，该透镜包括一本体及多个脚柱，该本体具有一上表面及一下表面，该上表面为一曲面，该下表面中央处向上凹设有一凹槽，该凹槽系对应位于该发光二极管位置的上方，该些脚柱设置于该本体的该下表面，该些脚柱使该发光二极管的一发光面与该本体的该下表面于垂直该发光面的方向产生一间距；以及

一扩散板，设置于该些光源组件上方；

其中，位于该反射板的中心区的各该光源组件的该间距不同于与位于该反射板的边缘区的各该光源组件的该间距；

当各该脚柱的高度为L，该间距为H，且该发光二极管的底面至该发光面的高度为P时，需符合L＝H+P，且L>0；

当该发光面为圆形且半径为r，该凹槽于该本体的该下表面处的一开口为圆形且半径为R时，需满足下列公式：

H<(R-r)/tan 30°；

其中，间距H根据脚柱的高度L的变化而变化。

6.如权利要求5所述的背光模块，其特征在于，该反射板上具有多个孔洞，该些孔洞的数量系对应该些脚柱的数量设置，使各该光源组件的该些脚柱设置于该反射板的表面或分别穿设于一该孔洞中。

7.如权利要求6所述的背光模块，其特征在于，各该脚柱包含一第一阶梯以及一第二阶梯由上而下依序设置，且该第一阶梯的宽度大于该第二阶梯的宽度，与各该脚柱对应的该孔洞的孔径为大于该第二阶梯的宽度并小于该第一阶梯的宽度。

8.如权利要求5所述的背光模块，其特征在于，位于该反射板的中心区的该些光源组件的分布密度大于位于该反射板的边缘区的该些光源组件的分布密度。

9.如权利要求5所述的背光模块，其特征在于，位于该反射板的中心区的该些光源组件的该间距小于位于该反射板的边缘区的该些光源组件的该间距。

10.如权利要求5所述的背光模块，其特征在于，当该间距小于零时，该发光二极管的该发光面容设于该凹槽中。

11.如权利要求5所述的背光模块，其特征在于，该发光二极管的光源射入该凹槽，且经该透镜的该本体折射后由该透镜的该本体射出。

Images