TW573143B - Lighting device with point-shaped light sources - Google Patents

Description

573143 五 、發明説明（ ； 發明之技術領域 本發明係與一種發光裝置有關，該種發光裝置包含一發 光表面以及多個大體上呈點狀佈設之光源，諸如各式發光 二極體（LED)。該發光裝置特別適用於液晶顯示器（LCD)(例 如各式圖像屏幕）中，或可當做一種平面光線輻器使用。 發明之背景說明 如眾所週知，各種LCD需要在其整片表面範圍内具有背後 發光且整片發光表發光強度儘可能均勻分佈之特性俾可提 供一清晰可見的影像。但為達成上述特性要求，卻會時常 發生若干問題’特別是在大型發光裝置中更為明顯，因為 設置於顯示屏幕後面之整個發光表面上無法產生令人滿意 之均等發光強度特性。因而導致圖像顯示效果欠佳之現象 。而且，在許多應用情況下，這些發光裝置的結構深度必 須愈小愈好。 以德國弟DE-297 07 964號專利所發表之一種發光裝置為 例而言’其發光裝置係利用許多發光二極體排列在一機件 罩内一塊印刷電路板上，該等發光二極體所組成的發光表 面上有一擴散碟。且該印刷電路塗有一層光線擴散反射物 質。其目的旨在使該發光表面上能提供一種分佈均勻且發 光度特強之特性。但是此種所謂之直接背後發光設計卻^ 一項缺點，亦即，如果要維持光線均勻分佈的特性，就必 須在該等發光二極體和上述光線擴散碟之間保持一個相當 大的間隔距離。因而該裝置的結構深度亦相對變大。同時 由於使用兩種光線散射層會產生光線強度損失之事實，亦 573143 A7 ____B7 五、發明説明（2 )

J 形成另一缺點，因而，該種背後發光系統之效能（亦即··在 該發光表面上實際可供利用之原由:該等發光光源所產生之 光線的比例)最多約為50p 發明之概述 1 因此，本發明目的之一係提供如本說明書發明摘要中所 說明的那種發光狀置，該發光裝置特別適用於大型液晶圖 像顯TF屏幕做為其背後發光單元，並可使該等圖像顯示屏 幕具有照明度均勻超強之特性，且該發光裝置之結構深度 亦不大。 依照本說明書所載申請專利範圍第1項之說明，為達成上 述設計目的，本發明揭示之發光裝置包含一發光表面以及 多個大體上為點狀佈設的光源，該發光裝置之特點係採用 一種設有若干空腔之光波導引板，其中之每一空腔各自容 納一個光源，而每一空腔各有一面對前述發光表面之上端 部份以及圍繞各該空腔之側壁，後上端部份塗有一層第一 反射層’而光線則係透過該等側壁的方式射入該光波導引 板内。 本項解決辦法之最主要優點乃係每一個別光源放射的光 線大致上均可均勻分佈在整個光波導引板上，而且當光線 自各光源射出後並不會直接投射到上述發光表面，因此， 出現在該發光表面的光線對所有各米源之個別特性因素， 例如光度波動特性並無任何顯見之相依性。然而，由‘採 用此種光線耦合方法，每一光源所產生的光線中有極大部 <刀均可出現在上述發光表面上，又因無須使用光線擴散碟 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐） 573143 A7 B7 五、發明説明（3 ) ’故不致發生與該等光線擴散碟有關之損耗，因此，此種 設計可使光線損耗降低，並提南各光源之效率。 藉由上述設計，可達成高發光強度和光線均勻分佈之目 的，同時亦可藉由光源數目的適當選擇，決定所需要的發 光強度。並於最後階段將以上設計製成一具有非常平坦結 構之發光裝置。 茲將本發明各種具體實例所展現之本發明申請專利事項 各種優點臚列如下以供參考·· 利用申請專利範圍第2項及第9至11各項說明之各項具體 實例可達成發光表面上高度光線均等性之目的，因為由各 光源射出的光線均不會直接到達上述發光表面。 利用申請專利範圍第3項，第7項及第8項說明之各項具體 實例可提高各光源之工作效率，而第4項和第5項說明之各 種具體實例則特別容易製造。 依據申請專利範圍第6項說明的光源選擇方法可製造出 成本低廉且重量較輕之發光裝置。此外，利用一種適當的 調節裝置調節各光源供電電壓的調節方式達成調整發光表 面上光線亮度之目的。 參閱下列各附圖以及理想具體實例之詳細說明，讀者將 可進一步明瞭本發明之其他各種特點，特性，及優點： 附圖簡略說明 圖1所示係該理想具體實例之透視圖， 圖2所示係圖1所示發光裝置之橫截面圖。 發明之詳細說明 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 573143 A7 _B7 五、發明説明（4 ) 圖1所示係利用一種透光材料製成之一塊長方形光波引 導板1。該光波導引板之上側表面為一發光表面丨丨，光線係 以一已知方式自該發光表面導出，該導光板1另有一下側表 面12’以及兩側長邊表面13與14,和兩端短邊表面15及16 。光波導引板1下側表面上設有可供光源使用之許多圓筒形 空腔20 (如圖1中之略圖），此等空腔均向上述發光表面丨丨之 方向延伸。 該等圓筒形空腔之數目及彼此間之間隔距離，無關重要 ，可依該發光裝置之大小，發光表面需要之發光強度，以 及各光源之性質等條件選定之。為達成光線均勻分佈之效 果，應將該等空腔儘可能以均句佈設方式配置於該光波導 板1上。 光波導引板1 ’特別是其發光表面11，並無必要一定為長 方形。也可設計成其他形狀，例如，正方形、圓形、或橢 圓形。該等空腔的橫截面除圓形橫截面外，可選用例如： 長方形或多邊形等形狀。 圖2所示係圖1所示光波導引板1中延A-A法線所示兩個空 腔20區域内之該光波導引板1部份切面圖，每一空腔之邊牆 以201標示，空腔之上側表面以203標示。每一空腔内各有 一點狀光源21，該光源可能是一發光二極體。各空腔的邊 牆201大體上係與光波導引板1之發光表面11形成垂直關， 也係以該光波導引板1之相同材料形成；空腔之上端表面 203則大致上與該發光表面11形成平行關係，其上設有具有 兩側高度反光特性之第一反光層204。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 573143 A7 _ ___B7 __— ——— 五、發明説明（5 ) 設置上述第一反光層204之可採用方式有兩種。第一種方 式係在空腔20的上側表面203上直接設置該第一反光層204 ，此種方法不會在光波導引板i和該第一反光層之間留有任 何間隙或空間。此種方法會在該反光層204和該光波導引板 1之間形成一光學接觸關係，因此該第一反光層必須儘可能 具有鏡面反映特性。另一可採用之反光層設置方式係在距 離上述空腔上側表面20 3朝向空腔内部空間方向之表面一 定距離處設置該第一反光層204，使二者之間形成一段間隙 ，並可使該第一反射層204面向光源之一側形成略微凹陷的 形狀。此種方式不會在該第一反射層204和上述光波導引板 1之間形成光學接觸之關係，而且來自光波導引板1的光線 則係藉由已在空腔上側表面203上。或在該光波導引板材料 和上述瞬間之間的轉移表面上之全部反射光線反射回至該 光波導引板。由於此種光線反射作用所產生之光線損耗度 甚低’故一般設計時，多喜採用將第一反射層204和空腔上 側表面2 0 3分離設置之方式行之。 每一空腔20的下面一側，最後係以一種具有反光性之第 二反射層121覆蓋之。此一反射層可設置在該空腔之底部表 面上，或設置在上述光波導引板1外圍之外罩内壁上，如此 β又片可使該弟一反射層121將光波導引板1之底側表面12以 及各邊側表面13至16完全覆蓋起來，亦即被覆蓋之各該表 面與外界之間並無任何光學接觸。 最後，在發光表面11上設置許多（光線）抽取元件3，用以 藉由一種已知方式將光線自上述光波導引板1上引出。 -8- ---- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐） 573143 A7 B7 五、發明説明（6 ) 各光源最好固定在該發光裝置組合件外罩之底部内壁上 。隨後’再將含有於各正確位置上設有空腔2〇之光波導引 板1***該外罩内，俾使每一光源21分別位於相對應之空腔 内。此外，在光波導引板各側邊表面13至16和相對應之上 述外罩底部内壁之間，以及在該光波導引板底部表面12和 該外罩底部内壁之間設置若干間隔物，使該第二反射層 121 (在上述外罩之内壁上）和上述光波導引板1隔離，因而 在第一反射層121和該光波導引板底部表面a和各側邊壁 13至16之間保留一段空隙π。 由母一光源2 1發射之光線僅可透過每一空腔2 〇之側壁 201進入上述光波導引板1之材料内。這些光線分別藉由實 質上並無損耗之完全反射作用對準該光波導引板丨之各側 邊壁13至16和底部表面12,或對準各該側壁及該底部表面 上覆蓋之第一反射層121照射而散佈於該光波導引板1之内 ’並被轉合至上述發光表面11上為止。此一光線傳導之操 作程序，將於下文中詳加說明。 當一束光線在該光波導引板中傳播進行中碰到某一空腔 20之側壁201時，立即進入該空腔内，並對準光源以及/或 前述高反光度第一或第二反射層2〇4或121照射而散佈於該 S腔内’並進而透過該等側壁2〇1離開該空腔。 在光波導引板1内傳播進行中的光線碰到某一空腔上端 表面203外側時，倘若該空腔上端表面2〇3和第一反射層2〇4 有光學接觸之情形，該光線於撞擊到第一反射層2〇4後即被 反射回來，而若孩芝腔上端表面2〇 3和第一反射層2 〇4之間 9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

573143 A7 ___ B7 五、發明説明（7 ) 並無光學接觸時，該光線則會被該空腔上端表面203完全反 射回來；因而無論在上述任一情形下，光線均會受到反射 作用之導引而透過該空腔20。 此種光線轉合以及光線傳導方式可導致光線以非常均勻 的方式散佈在整片光波導板1上的效果，特別是可使各該光 源（亦即各發光二極體）發射的光線以非常均勻散佈的方式 出現在前述之發光表面11上。因為每一電源發射的光線都 會散佈在整塊光波導引板上，因而，由任一個別光源亮度 波動或任何缺點所造成之影響將會降低到微不足道的程度 〇 光源數目增加時，這些特性也會按比例改進《為達到儘 可能增加每單位面積内所含光源數目之目的，最好採用體 積小且製造成本低廉之發光二極體做為光源。同時，發光 二極體數目增多後，相對地也會增強發光表面之發光強度。 光線可藉由各抽取元件3以一種已知方式自光波導引板1 之發光表面11上引出，俾可照明裝設於該光波導引板上之 一個液晶顯示器或一 LCD圖像顯示屏幕。調整各抽取元件之 體積及該置方式（可採用不規則設置方式）即可改進發光均 勻度。 最好將光波導引板1裝設於一周圍有護壁之外罩（圖中未 顯示）内，該等護壁上塗有第二反射層121，覆蓋在該導光 板下側表面12以及各邊側表面13至16上，如圖2所示，因而 ，在各受覆蓋表面和外界之間並無光學接觸關係^第二反 射層121應具有透光及散光反射特性。 -10- 本紙張尺度適财S S家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) ~ 一 573143 A7 B7 五、發明説明（8 ) 亦可將該第二反射層1 21直接附著於各相關侧邊1 3至16 表面和上述底侧表面12上，此種設計可省略圖2中所示之間 隙17。但此種設計確有其缺點，因為部份入射光線可能會 於前述各邊側直接反射到發光表面11上，特別是如果第二 反射層具有散光反射特性時，就會產生負面效果。如果第 二反射層採用透光反射特性的材料製成，即會顯著避免此 等負面效果，但是該種反射層價格較高，因為僅可使用反 射性較高的材料製造，且成本較高，因為僅使用反射性較 高的材料製造，且成本較高，製造程序較難。 令人驚異的發現乃是，如果不將第二反射層121直接塗敷 在導光板1之相關側邊表面13至16以及下側表面12上，而在 第二反射層121和該導光板1之間預留一段間隔距離，例如 0. 1輕，則二者之間因有該間隔空隙而不致發生光學接觸， 故可解決前述之問題。圖2所示之間隔空隙17即係依本原理 而設。 當光波導引板1發射的光線穿透側邊表面13至16中任一 側邊表面（或底側表面12)時，先在該側邊表面上發生繞射 ，然後橫貫該間隔空隙再被第二反射層121以完美的擴散方 式反射回來。光線再次橫貫該間隔空隙後即以完全反射方 式一次次地進入該光波導引板1，但以該塊光波導引板之折 射指數不得低於1. 41為先決條件。 結果，原先離開該光波導板並穿透各側邊表面或底側表 面之那些光線成份又被反射回至該光波導引板中。一般商 用之白色錫箔紙或白色油漆（其反射率須在95%至98%之間 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 573143 A7 B7 發明説明（9 者）均可用以製作該第二反射層丨21。顯然地，也可採用具 有反映特性之第二反射層121。不過，具有散射特性的反射 層之優點乃係，光線經其反射後，散佈在光波導引板表面 上的效果更佳，而且可製造成一種比上述反映（鏡面）式反 射層的反射度更高且成本低廉的反射層。 採用此種設計結構可使多光源發射之光線以非常有效且 實際上無任何光線損耗的方式被耦合至該光波導引板内。 所發現的另一優點乃係，可將設置於各空腔2〇上側部份 203處之向反射性第一反射層204循水平方向朝向該光波導 引板1内部延伸出一部份2〇4a (如圖2中虛線所示部份）（為 達此目的，該光波導板必須製作成雙層板）；或如該第一反 射層係以蒸汽沉積法製成者，則可將該第一反射層循垂直 方向沿該空腔内側圓壁向下延伸出數董米長度之一部份 204b (如圖2中虛線所示部份）。如此設計（二者任選其一）可 避免在空腔的邊緣部份產生不必要的散射光線。 為達上述目的，可在該光波導引板1與各空腔2〇下方邊緣 田比連之各側壁2〇1區域處沿該區域設置一第三反射層2〇5( 上述任一方案皆可適用此一措施）。 倘若由不同顏色的許多光源（特別是發光二極體光源）發 射的光線在光波導引板内混合後以合成顏色的光線呈現在 發光表面上诗，將可使上述本發明所揭示發光裝置的各種 特性發揮更佳的效果。為達成提供等質均勻顏色的合成光 線之目的，可以適當方式排列各個光源，以使相互毗連之 各光源各自產生不同顏色的光線。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

Claims (1)

1. 573143公管 + f 01990號專利申請案 中文申 請專利範圍替換本(92年8月） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種發光裝置’包含一發光表面和許多大體上呈點狀之 光源’其特點為該裝置有一光波導引板（1)，其中設有 許多空腔（20)，每一空腔（2〇)内各有一光源（21)，每一 2腔之上端部份（203)面對該發光表面（Π)，另有空腔各 側之邊壁（201)，該上端部份（203)上覆蓋有第一反射層 (204)，光線係以穿透空腔各側邊壁（2〇1)的方式進入該 光波導引板内。 2·如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為，各空腔 (20)之各側邊壁（2〇1)大致上係與發光表面（11)垂直而 立，而各空腔（20)之上端部份（203)實際上係與該發光面 (11)平行。 3 ·如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為該等空腔 (20)與上部份（203)相對的底邊部份各有一第二反射層 (121)覆蓋其上。 4 ·如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為該等空腔 (20)大體上為圓筒形。 5 ·如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為該等空腔 (20)係裝設於光波導引板（1)之底邊部份（12)。 6.如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為各光源（2 j) 係採用發光二極體。 7 ·如申請專利範圍第3項之發光裝置，其特點為其中之第 二反射層（12 1)係延伸覆蓋於該光波導引板（1)的各側邊 壁表面（13至16)上，以及其底端一邊（12)之表面上。 8 ·如申請專利範圍第7項之發光裝置，其特點為該第二反 -1- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 8 8 8 8 A B c D 573143 六、申請專利軏圍 射層（1 2 1)係與該光波導引板（1)之間有一段間隔距離， 該間隔距離構成一空隙。 9. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為該第一反 射層（204)有一第一部份（204a)循水平方向延伸入光波 導引板（1)内。 10. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為該第一反 射層（204)之第二部份（204b)循上述空腔（20)各側邊壁 (20 1)之方向延伸。 11 ·如申請專利範圍第1項之發光裝置，其特點為該空腔 (20)本身與其頂端部份（203)相對應之各邊緣圍有一第 三反射層（205)。 12· —種液晶顯示裝置，其係使用如申請專利範圍第1、2 、3、4、5、6、7、8、9、10或11項之發光裝置。 -2- 本紙張尺度適财8 g|轉準(CNS) A4規格（210X297公釐）