CN2788226Y

CN2788226Y - Lcd背光源光学组件

Info

Publication number: CN2788226Y
Application number: CN 200520108524
Authority: CN
Inventors: 谢启堂; 林长青; 黄博亮
Original assignee: JUHONG ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: Artled Technology Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2015-06-01

Abstract

本实用新型涉及一种能够使LED光源出射光线所涵盖的角度范围更为广阔的LCD背光源光学组件。本实用新型包括一透镜体，该透镜体呈半球体圆弧状，并设有一入光面与一出光面，该入光面呈圆弧凸面状，其曲率由中心轴向外侧逐渐变小，而该出光面则呈弧凹面状，其曲率则由中心轴向外侧逐渐变大。

Description

LCD背光源光学组件

技术领域

本实用新型涉及一种液晶显示器(liquid crystal display，LCD)背光源，尤其是涉及一种能够使LED光源出射光线所涵盖的角度范围更为广阔的LCD背光源光学组件。

背景技术

液晶显示器由于具有重量轻，体积小的特性，因此由过去笔记型计算机等小型设备的显示装置，逐步应用并已有取代传统CRT屏幕或电视的趋势，其也随着零组件的性能提高，使得LCD面板尺寸、亮度、对比等规格，亦一直在进步提升当中。其中，在大型LCD的发展需求下，足够的显像亮度、宽广的观看视角、鲜明的影像对比以及较长的使用寿命，已成为研发最主要的重点，因而在此种标准要求下，直下式的背光模块形态便成为大型LCD发展的技术主流。

现有直下式的背光模块请参阅图1，一般LCD由上半部的液晶面板10与下半部提供光源的背光模块20所构成。背光模块20主要包括一棱镜片21、一扩散膜22、一导光板23、一反射罩24与一光源25。目前所利用于直下式背光模块的光源24包括电激发光(EL)、冷阴极荧光灯(CCFL)、阴极发射灯(CCL)或金属卤化灯等，其中以冷阴极荧光灯应用最广。光源24所发射的光线直接穿透导光板23以及具有配光效果的棱镜片21与扩散膜22，而能均匀的由背光模块10表面射出，并透射进入液晶面板10中。

以一般使用冷阴极荧光灯的直下式背光模块与侧光式背光模块相比较，因前者设有较多的灯管数，且光线可直接穿透导光板(有些甚至并未设有导光板)，可避免一些侧光的漏失，而使整体的辉度与发光效能大幅提升。然而，灯管数目增多时，其所产生的热能亦较多，所造成的温度升高亦会对液晶分子或是彩色光阻产生影响，而有色彩异变的现象，通常必须将背光模块的厚度增加，以减低此种干扰，因而不得不加大LCD之厚度体积。除此之外，灯管间的分布排列，相当容易产生明暗条纹的情况，并对齐度产生一定的影响。

因此曾有利用LED光源取代冷阴极荧光灯的背光模块产生，由于LED光源具有体积小、产热性低、耗电量低、使用寿命长的特性，加上近来制造技术的进步，其发光亮度不断提升，且其制造成本亦逐渐降低，目前已逐步应用于各种照明设备中，未来，LED光源更可能取代目前灯泡或日光灯源，而成为照明设备中最重要的发光组件，但是以LED光源作为LCD背光源仍有其存在的问题。请参阅图2，兹以2θ_1/2为120度的表面粘着型(SMD)LED光源30为例(θ_1/2系指LED发光强度值为轴向强度值一半时该方向与轴向的夹角，2倍θ_1/2即为视角)，其与照射表面在距离为X之情况下，若以其照射所能涵盖直径为X长度的圆周范围内的照度计算，只能达成65％的均匀度。因此，在一定均匀度的需求下，其所能涵盖的面积较窄，若欲使其光照区域满布并能均匀，其在大尺寸面板上就必须设置相当多的LED光源，此将耗费相当的成本；若设置数目不足，则将无法克服前述明暗相间隔且光照不均的缺失，而影响到显像的品质。

实用新型内容

为改善已知LCD背光源利用冷阴极荧光灯的高产热以及齐度较差的缺点，本实用新型将提供一种配合LED光源的透镜体，作为LCD背光源的背光源光学组件，使LED光源在一定均匀度条件下的照射范围增加，甚至在该范围内提升其照射均匀度，并同时能够减少背光模块中LED设置的数目，以降低背光模块的制作成本。

本实用新型的LCD背光源光学组件，包括：一透镜体，该透镜体呈半球体圆弧状，并设有一入光面与一出光面，该入光面呈圆弧凸面状，其曲率由中心轴向外侧逐渐变小，而该出光面则呈弧凹面状，其曲率则由中心轴向外侧逐渐变大。其中，该透镜体的出光面可设有多个呈同心圆排列的配光镜条，各该配光镜条的曲率可为零、正或为负。其亦可在出光面表面上以钻石面的排列方式，布满多个小配光镜面，这些小配光镜面的曲率也可为零、正或为负，而每一小配光镜面其水平与垂直轴像的曲率亦可为相同或相异。

根据本实用新型LCD背光源光学组件，可使LED光源所发散的光线，经过该透镜体的折射，改变原光线出射的角度，从而使整体出射光线的角度变大，而能够涵盖更大的面积。另一方面，则同时改变出射光线强度的分布，使原本轴向中央光线强度较强的区域，往与轴向较大角度的二端偏移，使出射角度较大光线的强度加强，并降低中央轴向的光线强度，以使LED光源所发出的光线能够在穿透该透镜体内部一段距离后，照射到较***且较远距离的表面时，不但不会使均匀度降低，反而可增加其均匀度。因此，利用本实用新型的方法，可使LED光源在作为LCD的背光源时，能够维持在较高均匀度的水准下，照射涵盖较已知LED光源所能照射涵盖面积4倍至49倍的区域，一方面使被照射表面的均匀度提高，另一方面则因照射面积的大幅扩增，能够配置较少的LED光源，因而亦有大幅降低设备成本的优点。

以下将配合附图进一步说明本实用新型的实施方式，下述所列举的实施例用以阐明本实用新型，并非用以限定本实用新型的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的权力要求书所界定者为准。

附图说明

图1为已知LCD背光模块的示意图。

图2为已知LED光照的示意图。

图3为本实用新型实施例LCD的示意图。

图4为本实用新型实施例LCD的剖视图。

图5为本实用新型实施例LCD背光源的光径示意图。

图6为本实用新型第二实施例的示意图

图7为本实用新型第二实施例的剖视图。

图8为本实用新型第三实施例的示意图。

图9为本实用新型第三实施例的剖视图。

图10为本实用新型第四实施例的示意图。

图11为本实用新型第四实施例的剖视图。

图12为本实用新型第五实施例的示意图。

图13为本实用新型第六实施例的剖视图。

图14为本实用新型第七实施例的示意图。

图15为本实用新型第八实施例的示意图。

图16为本实用新型第八实施例的剖视图。

图17为本实用新型实施例与LED光源组设的示意图。

图18为本实用新型实施例光照示意图。

图中

10液晶面板

20背光模块

21棱镜片 22扩散片

23导光板 24反射罩

25光源

30LED光源

40透镜体

41入光面 42出光面

43出光面 430配光镜条

431斜面体 432弧凹体

433弧凸体 44出光面

440小配光镜面 441小斜面块

442小弧凹块 443小弧凸块

50基座

60中心轴

70透镜体 71入光面

72出光面 721垂直切面

X 距离

Y 直径

Z 光学膜片

具体实施方式

请同时参阅图3与图4，图3是本实用新型实施例LCD背光源光学组件的示意图，而图4则为LCD背光源光学组件的剖视图。本实用新型实施例LCD背光源光学组件为一透镜体40，该透镜体40为一半球体圆弧状镜体，其具有一入光面41以及一出光面42。入光面41为一圆弧凹面，而出光面42则为一圆弧凸面。

请继续参阅图4，入光面41的弧凹面以中心轴60为中心点，其曲率由中心轴60向外侧，由大逐渐变小。亦即，如附图中所示，镜面切线与中心轴60的夹角，由a角度向b角度，再向c角度逐渐变小。而出光面42的弧凸面曲率则由中心轴60向外侧由小变大，亦如附图，镜面切线与中心轴60的夹角，由A角度向B角度，再向C角度逐渐变大。

因此，请参阅图5，由LED光源30所发射出的光线，由入光面41进入透镜体40时经过第一次折射，这些光线再由出光面42经过第二次折射后，射出该透镜体40。由于入光面41愈接近中心轴60的曲率愈大，因此由该处入射之光线折射角也愈大，使其愈容易往两侧分散射出，而远离中心轴60的外侧区域，则因为曲率小，产生的折射角小，因此在两侧方向的光线并未有较大的偏折。该等光线接触到出光面42时，则由于愈靠近中心轴60的曲率愈小，其折射角度亦愈小，原本出射的光线角度偏折不大，但远离中心轴60之外侧区域，则因曲率变大，折射角度也增大，进一步使这些出射光往中心轴60两侧偏移，使得LED光源30的出射光线，大幅增加其照射的区域，其同时也由于将光线往两侧偏移折射，也使得两侧的光线强度较中心轴方线的光线强，如此可补强由中心轴外两侧所发射出更远且分布更广的光线强度，使其照射在LCD背光源的光学膜片时，能够维持相当的照度，而使整体照射区域的均匀度提高，以进一步提升LCD显像的品质。

本实用新型的第二实施例请参阅图6，本实用新型实施例的透镜体结构，亦可于前述透镜体的出光面43表面设置数个呈同心圆分布的配光镜条430，该配光镜条430可为曲率为零的斜面体431。每一斜面体431沿出光面43表面的切线，两两成一夹角变化，由中心轴60圆心处以同心圆方式，向外侧连接延伸。请同时参阅图7，该图为本实用新型第二实施例透镜体的剖视图。该透镜体入光面41的曲率变化同前所述，镜面切线与中心轴60的夹角，由a角度向b角度，再向c角度逐渐变小。而各斜面体431间的曲率变化亦与前述出光面42的变化相同，由中心轴60向外侧由小变大，由A角度向B角度，再向C角度逐渐变大。本实施例其出射的光线分布亦与前述透镜体的光线分布相当类似(请参阅图5)，同样具有将LED光源30所发散的光线加以配光，而呈现较大面积的照射范围。同时根据出射光线向两侧偏移的结果，使中心轴方向的出射光线强度较两侧为低，也根据中心轴外两侧光线强度的补强，提高中心轴外两侧出射光线照射区域的照度，进而提高整体面板上的均匀度，并能提升LCD显像品质。

本实用新型的第三实施例请同时参阅图8与图9，本实用新型实施例的透镜体，亦可于前述透镜体的出光面43表面，设置数个呈同心圆分布的配光镜条430，而该配光镜条430可为曲率为负的弧凹体432。其亦如前述，每一弧凹体432沿出光面43表面的切线，两两成一夹角变化，由中心轴60圆心处以同心圆方式，向外侧连接延伸。由于各弧凹体432其曲率为负，因此光线经过弧凹体432表面时，有散射的现象，透镜体从出光面43的中心轴延伸至外侧，皆有弧凹体432的色散效果，可使由弧凹体432出射的光线进行光线的交集混合，而能够使出射光线产生混光的效果，如此将可提升出射光线的均匀度，而进一步使整体的发光更为均匀，亦有改善LCD显示品质的效果。

本实用新型的第四实施例请同时参阅图10与图11，本实用新型实施例的透镜体，亦可于前述透镜体结构的出光面43表面，设置数个呈同心圆分布的配光镜条430，该配光镜条430亦可为曲率为正的弧凸体433。其中，每一弧凸体433沿出光面43表面的切线，两两成一夹角变化，由中心轴60圆心处以同心圆方式，向外侧连接延伸。由于各弧凸体433其曲率为正，因此光线经过弧凸体433表面后，会产生交集的混光效果，如此将可提升出射光线的均匀度，而进一步使整体的发光更为均匀，同时能够改善LCD的显示品质。

本实用新型的第五实施例请参阅图12，本实用新型实施例的透镜体，亦可于前述透镜体结构的出光面44表面，设置数个呈钻石面分布排列的小配光镜面440，且该小配光镜面440的曲率可为零。其与前述斜面体431的结构相当类似，而仅将呈同心圆排列的每一斜面体431再分隔出更小镜面面积的小斜面块441。因此，本实施例透镜体的整体结构仍与前述透镜体40的结构相同，而仅在出光面44表面有所差异。所以原本使LED光源向两侧折射并增加两侧光度强度的效果并未改变，只是，透过这些小斜面块441的折射作用，使出射光线间会增加彼此交集混光的机会，而具有使该射出光线更为均匀的效果。

另一方面，前述小配光镜面440的曲率亦可为负或正，而分别形成数个以钻石面方式排列的弧凹状或弧凸状小镜面集合。请参阅图13与图14，其所形成的弧凹状或弧凸状小镜面分别为小弧凹块442与小弧凸块443，而分别为本实用新型的第六与第七实施例。各该小配光镜面440，无论其为小弧凹块442或是小弧凸块443，其排列方式与小斜面块441相同，其差异仅在于小配光镜面440的曲率，但无论其曲率为何，二者皆有前述将出射光线加以交集混光的效果，亦能够大幅提升LED光源整体照射的均匀度。前述小弧凹块442或是小弧凸块443，其水平与垂直方向的曲率可为相同或相异。

本实用新型的第八实施例请同时参阅图15与图16，本实用新型的透镜体结构，亦可为四边形半球体弧面镜体，该镜体四边设有四个垂直切面721。该透镜体70，亦具有一入光面71与一出光面72。入光面71的弧凹面曲率以中心轴60为中心点，由中心向外侧逐渐变小，而出光面72的弧凸面曲率则由中心轴60向外侧变大。因此，本实施例亦具有前述使LED光源向两侧折射并增加两侧光度强度的效果。而其出光面72，可如前述，设有多个呈同心圆排列的配光镜条，这些配光镜条的曲率可为零、正或为负。其亦可在出光面72表面上以钻石面排列方式，布满多个小配光镜面，这些小配光镜面之曲率亦可为零、正或为负，而每一小配光镜面其水平与垂直轴像的曲率亦可为相同或相异。

请参阅图17，透镜体40可套盖于一LED光源30上，而该LED光源30则可耦接于一基座50上，用以电性连结，并提供电源。请再参阅图18，当本实用新型的LCD背光源光学组件应用于背光模块中时，透镜体40的入光面41与前述的LED光源30相接设，而出光面42则面向背光模块中最接近LED背光源的光学膜片Z，而可置于光学膜片Z下方X距离处，则LED光源30射出的光线经由透镜体40的折射后，可照射到光学膜片Z上直径为Y长度的圆周区域内，而直径Y约为距离X之2倍至7倍长。前述所利用的LED光源可为SMD型的LED，或其它形式的LED，而其发光颜色则可为白光或其它依需要的其它色光。

根据本实用新型，由透镜体40射出的光线，其接近轴向而角度较小的出射光线其强度较低，但其照射距离短，所扩散的面积小，所以照度将略微降低；而出射角度较大的光线，其与被照射表面的距离较远，且扩散的区域较大，因此会使分布在每一单位面积上的光束照度降低，原本会造成发光角度较大的出射光照度骤降，但在本实用新型中，由于发光角度较大的出射光其强度大幅增加，因此其边缘处的照度均匀度仍能维持在75％以上。亦即，LED光源轴向0度射出至光学膜片Z的光线照度以100计算时，该等在直径为2X长度至7X长度的圆周边缘的光线照度则有75以上。

因此，通过本实用新型的LCD背光源光学组件，可使LED背光源其照射的区域范围在均匀度75％以上的条件下，较现有LED光源所照射涵盖面积增加约4倍至49倍之多，一方面使被照射表面的均匀度提高，另一方面则因照射面积的大幅扩增，LCD的背光模块中能够配置较少的LED光源，因而亦能够大幅降低设备所需的成本。

Claims

1.一种LCD背光源光学组件，其特征在于，包括：

一透镜体，该透镜体呈半球体圆弧状，并设有一入光面与一出光面，该入光面呈圆弧凸面状，其曲率由中心轴向外侧逐渐变小，而该出光面呈弧凹面状，其曲率由中心轴向外侧逐渐变大。

2.如权利要求1所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：该透镜体的出光面设有多个呈同心圆排列的配光镜条。

3.如权利要求2所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：这些配光镜条为曲率为零的斜面体。

4.如权利要求2所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：这些配光镜条为曲率为负的弧凹体。

5.如权利要求2所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：这些配光镜条为曲率为正的弧凸体。

6.如权利要求1所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：该透镜体的出光面设有多个以钻石面分布排列的小配光镜面。

7.如权利要求6所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：这些小配光镜面为曲率为正的小弧凸块。

8.如权利要求7所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：各该小弧凸块的垂直与水平曲率相同。

9.如权利要求7所述的LCD背光源光学组件，其特征在于：各该小弧凸块的垂直与水平曲率相异。

10.一种LCD背光源光学组件，其特征在于，包括：

一透镜体，该透镜体呈四边形半球体圆弧状，并设有一入光面与一出光面，该入光面呈圆弧凸面状，其曲率由中心轴向外侧逐渐变小，而该出光面呈弧凹面状，其曲率由中心轴向外侧逐渐变大，且该出光面的四边为一平行于中心轴的垂直切面。