CN1313874C

CN1313874C - Led背光模块

Info

Publication number: CN1313874C
Application number: CNB2004100546820A
Authority: CN
Inventors: 许时嘉; 周信宏
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: CN1588201A

Abstract

一种LED背光模块，包括一底板、复数个LED、一反射片、一辅助扩散板及一扩散片。复数个LED设置在底板之上。辅助扩散板则设置于所述LED上方，其表面具有复数个光学微结构，扩散片以一预定高度而设置于辅助扩散板上方。其中，LED所产生的光线可在辅助扩散板与扩散片产生全反射，而在LED背光模块中充分地混光，光线由扩散片上表面离开LED背光模块，至于辅助扩散板表面的光学微结构用以将光线导向扩散片。

Description

LED背光模块

技术领域

本发明关于一种LED(Light emitting diode)背光模块，特别是关于一种具有辅助扩散板的LED背光模块，及其中的辅助扩散板。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源对液晶显示产品将有突破性的帮助，主要原因是LED的发光效能已经获得大幅改善，一般认为现阶段的LED，技术上已经具备冷阴极灯管一半左右的效能，甚至到了2005年LED的发光效能可望与冷阴极灯管并驾齐驱，当然，这仅仅是就LED的亮度方面而言。若是将LED高反应速度的特性予以应用，使红、蓝、绿三种LED光源依序高速切换点灯，则不但可以取代液晶面板中高单价的彩色滤光片，更可增加液晶显示产品的细腻度与亮度。由此看来，LED光源对液晶显示产品未来发展趋势的影响将是全面且彻底的。而除了应用于液晶显示产品之外，一旦LED的发光效能可等同于(或超过)冷阴极灯管，则其应用层面势必将更为扩展，例如，LED灯目前已经应用于不少信号灯源上，诸如交通标志的红绿灯以及汔车的方向灯等，若其发光效能有所进展，最有可能的应用是将其推展至照明灯源上，而LED所具有的低耗电以及低发热特性，将对目前所有的照明灯源带来不小的威胁。

请参照图1，图1为公知LED背光模块侧剖面视图。LED背光模块10包括一框架12、复数个LED14、一反射片16以及一扩散片18。图1所示的LED背光模块10因为其中的LED14置于底部，而以其上方的扩散片18的上表面为LED背光模块10的出光面，藉此提供光线予液晶面板，因此通常称为直下式(direct-type)背光模块。

其中，复数个LED14设置于框架12的底板上，以作为LED背光模块10之中的光源。如图1所示，LED14可区分为上半部的发光区141以及下半部的底座143。

反射片16则可将来自LED14的发光区141的光线向上方反射，使光线能充分地被运用。反射片16利用其边缘部分架设于框架12上，而其中并设置有复数个LED孔，以使LED14的发光区141穿过而位于反射片16之上；底座143则在反射片16的下方，在部分的公知技术中底座143可用以支撑反射片16。

透光的扩散片18亦利用其边缘部分架设于框架12上，藉由扩散片18材质折射率与空气的不同，可使得部分入射扩散片18的光线产生全反射。如图1所示，光线在扩散片18与反射片16之间多次地反射或全反射，可增进LED14所发出的各色光线的混光效果，使光线的色度及亮度更为均匀后，再由扩散片18的上表面离开LED背光模块10。

一般而言，LED背光模块10特别需要强调各色光线的混光效果的原因是在于：个别的LED14可产生红、绿、蓝等不同颜色的光线，但是LED背光模块10提供予液晶面板的光线需要有均匀的色度及亮度，否则会成为后续液晶面板成像时的不利因素。因此，在LED背光模块10中需要有良好的混光机制，使得射出LED背光模块10的光线具有均匀的亮度与色度。

值得注意的是，由于LED14为侧面发光(side emitting)，因此无论是图1背光模块10其中LED14所产生的光线大部分并不会直接向上方的出光面发射，而是向LED14侧面的方向发射光线，并在反射片16与扩散片18之间多次反射(或全反射)后，当入射扩散片18的光线的入射角大于全反射的临界角(critical angle)时，光线才射出LED背光模块10。请参照图2，图2显示LED发光强度较强的角度范围。与图2法线L夹角80度左右的光路径(如箭头a)，为LED14发光亮度最强的位置，介于其正负20度的夹角内，则为LED14主要的发光范围。由此图可知，LED产生光线的大部份确实是朝向其侧面发光。

根据上述公知技术的说明可知，LED背光模块之中需要具有良好的混光机制，以使得LED背光模块提供的光线具有均匀的色度及亮度。然而，如图1所示的公知LED背光模块所提供的混光机制仍然具有需要改进的空间。此外，在提供LED背光模块更好的混光机制时，仍需考虑到LED侧面发光的特性，以避免在达到良好混光效果的同时，反而牺牲了LED背光模块整体的发光效率。

公知技术中仍然缺乏一种可以兼顾发光效率与混光效果的LED背光模块，以改善公知技术中混光效果不尽完美的缺点。且期待所开发出的新技术不但能在混光效果上有显著的提升，且能快速且轻易地融入现有的LED背光模块制程之中，以利于产业在成本与其它各方面的竞争力。

因此，对于从事LED背光模块相关领域的研发人员而言，莫不致力于解决公知技术所仍然具有的缺点，以期能够更进一步提高LED背光模块产品的品质。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是：提供一种可以兼顾发光效率与混光效果的LED背光模块。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种LED背光模块，能够快速且轻易地融入现有的LED背光模块制程之中。

为此，本发明的技术解决方案是：一种LED背光模块，包括一底板；复数个LED，设置在该底板之上；一辅助扩散板，设置于上述LED上方，该辅助扩散板表面具有复数个光学微结构；以及一扩散片，以一预定高度而设置于该辅助扩散板上方，该LED背光模块以该扩散片的上表面为一出光面。

本发明的特点和优点是：本发明提供的LED背光模块包括一底板、复数个LED、一反射片、一扩散片以及一辅助扩散板。底板属于LED背光模块的框架的一部份。框架可承载LED背光模块中的所述LED、反射片、扩散片以及辅助扩散板。

复数个LED设置在框架底板之上，每一个LED包括一发光区以及一底座。个别的LED可产生红、绿、蓝三种色光。

反射片架设在框架上，其具有复数个LED孔，可套合于LED的外侧，以使LED的发光区位于该反射片上，而LED的底座位于反射片下，并承载反射片。

辅助扩散板架设在框架上，且设置于LED上方；辅助扩散板表面具有复数个光学微结构。扩散片架设在框架上，且以一预定高度而设置于辅助扩散板上方，LED背光模块以扩散片的上表面为出光面。

其中，扩散片与辅助扩散板可透光。而藉由扩散片及辅助扩散板材质折射率不同于空气折射率的结果，所述LED所产生的光线可藉由在辅助扩散板与扩散片表面产生全反射，以及在反射片表面产生反射，而在LED背光模块中充分地混光，并由上述出光面离开LED背光模块。而其中辅助扩散板表面的所述光学微结构，用以将LED背光模块内部的光线导向其上方的扩散片及上述出光面。

本发明提供了一种兼顾发光效率与混光效果的LED背光模块。本发明不但提供了一种同时具有扩散片与辅助扩散板的LED背光模块，而具有良好的混光效果，且藉由对辅助扩散板的改良，改善了公知技术中此种LED背光模块发光效率不彰的缺点。并且，本发明所开发的新技术在制造上有极佳的便利性，可快速且轻易地融入现有的LED背光模块制程之中。同时，本发明的辅助扩散板更带给了LED背光模块提高其辉度的效果。如此说来，本发明不但符合产业在成本与制造上的考量，并且具有长足的进步性，而有利提升产业竞争力。

附图说明

图1为公知LED背光模块侧剖面视图；

图2显示LED发光强度较强的角度范围；

图3为本发明LED背光模块侧剖面视图；

图4为本发明另一实施例侧剖面视图；

图5为本发明另一实施例侧剖面视图；及

图6则显示图5的辅助扩散板立体图。

附图标号说明：

10、20、40、50、60、LED背光模块 12、42、框架

14、44、LED 141、441、发光区 143、443、底座

16、46、反射片 18、48、扩散片 421、底板

461、LED孔 52、辅助扩散板 a、a’、箭头

521、521a、521b、光学微结构 L、法线 523、镜面反射片

具体实施方式

藉由以下详细的描述并结合附图，将可轻易的了解上述内容及此项发明的诸多优点。

请参照图3，图3为本发明LED背光模块侧剖面视图。LED背光模块40包括一框架42，其中具有一底板421、复数个LED44、一反射片46、一扩散片48以及一辅助扩散板52。

底板421属于LED背光模块40的框架42的一部份，其可利用金属材料(如铝、镁)或是PC材料制作。框架42可承载LED背光模块40中的所述LED44、反射片46、扩散片48以及辅助扩散板52。

复数个LED44设置在底板421之上，每一个LED44包括一发光区441以及一底座443。单个的LED44可产生红、绿、蓝三种色光。

反射片46架设在框架42上，其具有复数个LED孔461，可套合于LED44的外侧，以使LED44的发光区441位于该反射片46上，而LED44的底座443位于反射片46下，并承载反射片46。

值得注意的是，在反射片46上方，并设置了本发明所提供的辅助扩散板52，其架设在框架42上，且设置于LED44上方；辅助扩散板52表面具有复数个光学微结构521。如图3所示，在本发明一实施例中，上述光学微结构521形成于辅助扩散板52上表面。

扩散片48架设在框架42上，且以一预定高度而设置于辅助扩散板52上方，LED背光模块40以扩散片48的上表面为出光面。在本发明一实施例中，上述预定高度介于25mm～35mm，而辅助扩散板52的厚度约为1cm。

根据图3所示本发明LED背光模块40，其中，扩散片48与辅助扩散板52可透光。而藉由扩散片48及辅助扩散板52材质的折射率不同于空气折射率的结果，所述LED44所产生的光线可藉由在辅助扩散板52与扩散片48表面产生的全反射，以及在反射片46表面产生的反射，而在LED背光模块40中充分地混光，并由上述出光面(扩散片48上表面)离开LED背光模块40。而其中辅助扩散板52表面的所述光学微结构521，用以使LED背光模块40内部的光线容易出光而被导向其上方的扩散片48及上述出光面，如图3所示，光线(如箭头a)在辅助扩散板52上表面的光学微结构521可改变其光路，而射向上方的扩散片48(如箭头a’)。

实施上，在框架42的侧壁与反射片46的上表面可铺设一层反射膜(图中未示)，例如Toray公司所生产的E60L银反射膜，以降低光线在多次反射过程中所产生的损失。

此外，进一步考量LED背光模块40整体的光学均匀性，则可在辅助扩散板52的下表面，且对应于每一个LED44正上方的位置，形成一镜面反射片(ESR dot，enhanced specular reflector)523，用以防止LED44直接向上方发射的光线破坏LED背光模块40整体的光学均匀性。

由于公知LED背光模块中，存在着发光效率与混光效果不能两全的困境，然而在重视光线色度及亮度均匀性的液晶显示产品而言，又希望采用如图2所示的LED背光模块，以满足光线充分混光的需求。

因此，本发明提供的LED背光模块40，具有辅助扩散板52，且辅助扩散板52表面的所述光学微结构521，可增加辅助扩散板52的表面积，增加出光机会；且藉由将辅助扩散板52上表面形成所述光学微结构521，而非一平坦面的设计方式，会使得光线在辅助扩散板52上表面的入射角与平坦面时有所不同，较不容易产生全反射且容易出光，藉此以将LED背光模块40内部的光线导向其上方的扩散片48。

由于造成公知LED背光模块发光效率不彰的原因之一为LED属于侧面发光(side emitting)，其所产生的光线大部分并不会直接向上方的出光面发射，而如图2所示，LED主要的发光角度介于与法线L夹角80度，且正负20度的范围内。

所以，本发明在辅助扩散板52表面的所述光学微结构521，可有助于LED44侧面发光的光线、与部份在辅助扩散板52与反射片46之间来回反射(或全反射)的光线修正其光路，而被导向扩散片48。藉此可使得辅助扩散板52可增进整体的色度与亮度均匀度，却不致于使LED背光模块的发光效率低落。

在实施上，辅助扩散板52的材质可选自压克力材料(PMMA)、聚碳酸脂材料(PC材)或环烯烃聚合材料(COPs，Zeonor)，而关于所述光学微结构521的形成，可预先在制作辅助扩散板52的模具上设置与光学微结构521相对应的结构，以使光学微结构521在辅助扩散板52的射出成型制程中一体成型地制出。

在另一实施例中，光学微结构521可为V-cut结构，利用V-cut刮刀则可在原先平整的压克力材料(PMMA)、聚碳酸脂材料(PC材)或环烯烃聚合材料(COPs，Zeonor)表面形成所需的光学微结构521，以制作出本发明的辅助扩散板52。如此说来，本发明所提供的辅助扩散板在制造上有极佳的便利性。

以V-cut结构的光学微结构521为例，如图3所示，平行排列的复数个V-cut结构(光学微结构521)除了可将光线导向上方的扩散片48之外，因为其结构类似棱镜，因此可具有集光的效果；而由于个别的V-cut结构非常微小，且每一个V-cut的分布相当均匀，所以其集光效果不但不会造成LED背光模块40亮度的不平整，且有助于整体辉度的提升。

值得一提的是，V-cut结构的设计与分布密度必须考量实际背光的出光情形，且可用于填补暗区与增加整体辉度。以本发明一实施例而言，V-cut结构中相邻二V-cut的距离可介于1-300μm；并且，可视实际LED背光模块40出光面是否有暗区产生，则可将暗区位置所对应的V-cut结构的间隔距离设定为较短(V-cut结构密度较高)，以增加该暗区的亮度，进而改善暗区所造成的出光不均。而个别V-cut结构的高度可为数十μm。

除了上述各点在实施本发明的考量之外，将本发明LED背光模块40应用于液晶显示产品时，可在扩散片48上利用公知的各种光学膜片来提升整体的光学表现，例如上、下棱镜片，上、下扩散片……等。

请参照图4，图4为本发明另一实施例侧剖面视图。除了图3所示的实施例之外，本发明中的光学微结构521亦可如图4所示，设置于辅助扩散板52的下表面。就提供光线的品质而言，图4LED背光模块50与图3LED背光模块40的差异相去不远。

图5则显示本发明另一实施例侧剖面视图。在LED背光模块60中，光学微结构521a设置于辅助扩散板52的上表面，以及，光学微结构521b设置于辅助扩散板52的下表面。

图6则显示图5的辅助扩散板52立体图，其中，光学微结构521a与光学微结构521b以互相垂直的方式设置。以V-cut结构为例，则可利用V-cut刮刀在辅助扩散板52上下表面以互相垂直的方向分别形成V-cut结构，以实现图6所示的辅助扩散板52。此种实施方式的好处在于：光学微结构所造成的LED背光模块集光效果，将不仅以细密的并行线方式均匀分布，而得以数组排列的网点方式均匀分布。

综合以上所述，本发明提供了一种可以兼顾发光效率与混光效果的LED背光模块，本发明不但提供了一种同时具有扩散片与辅助扩散板的LED背光模块，而具有良好的混光效果，且藉由辅助扩散板的光学微结构，避免在增进混光效果的同时牺牲了LED背光模块的发光效率。并且，本发明所开发的新技术在制造上有极佳的便利性，可快速且轻易地融入现有的LED背光模块制程之中。同时，本发明的辅助扩散板更带给了LED背光模块提高其辉度的效果，其中的光学微结构并可调整分布密度进而改善LED背光模块出光面的暗区，提升出光均匀度。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖之范畴。

Claims

1.一种LED背光模块，其特征在于，所述LED背光模块包括：

一底板；

复数个LED，设置在该底板之上；

一辅助扩散板，设置于上述LED上方，该辅助扩散板表面具有复数个光学微结构；以及

一扩散片，以一预定高度而设置于该辅助扩散板上方，该LED背光模块以该扩散片的上表面为一出光面。

2.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该辅助扩散板与该扩散片相距的该预定高度介于25mm～35mm。

3.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述光学微结构形成于该辅助扩散板上表面。

4.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述光学微结构形成于该辅助扩散板下表面。

5.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述光学微结构形成于该辅助扩散板上表面及下表面。

6.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述光学微结构为V-cut结构。

7.如权利要求5所述的LED背光模块，其特征在于，该辅助扩散板上表面的所述光学微结构垂直于该辅助扩散板下表面的所述光学微结构。

8.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该辅助扩散板的材质选自压克力材料、聚碳酸脂材料或环烯烃聚合材料。

9.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述LED所产生的光线藉由该光学微结构与该扩散片表面间产生全反射，而在该LED背光模块中充分地混光，并由该出光面离开该LED背光模块。

10.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述LED背光模块还具有反射片，该反射片架设在框架上，且具有复数个可套合于LED外侧的LED孔，以使LED的发光区位于该反射片上，而LED的底座位于反射片下，并承载反射片。