TWI494660B - Side light type backlight module - Google Patents

Description

側光式背光模組

本發明係有關顯示器背光模組之領域相關，特別是關於一種無導光板結構之側光式背光模組，以直接將發光二極體之光源於一出光面上呈現均勻光強度分佈之出光效果。

由於液晶顯示器係為一種不具有自發光功能之被動式顯示裝置，故需加裝背光模組以提供顯示面板所需之顯示光源，如此，背光模組產生之面光源是否具足夠且均勻之亮度即直接影響液晶顯示器的顯示品質。目前，背光模組依其結構可分為側光式(Edge Lighting)及直下式兩種，其中，側光式背光模組採側邊入光之光源設計而具有輕量、窄框化及低耗電等特色而廣泛應用於18”以下之中小尺寸液晶顯示器中。

又，LED具有發光效率高、壽命長及耗電量低等特性而成為背光模組之應用光源首選，如此，習知側光式背光模組係透過矩陣排列的方式將複數個LED光源裝設於一背板之相對兩側上，且覆蓋一導光板於該背板上而引導並改變出光路徑，使該LED光源之發射光均勻射出而解決其高指向性特性的問題。然，該導光板作為光導引媒介的同時，會吸收不少的光能量而影響發光效率，且為因應大尺寸顯示器的需求，導光板將隨之大面積化而增加重量與成本，又利用較薄結構之導光板將因製程上的困難而造成製程成本提高。

有鑑於此，如何改善背板之設計結構而省略或取代導光板設置的條件下仍能達到平面式均勻出光效果，即為本發明所亟欲改善之課題。

有鑑於習知技藝之問題，本發明之目的在於提供一種低製程成本之側光式背光模組，以利用背板之反光微結構將不同能量強度之光線導向不同路徑方式而呈現均勻之光照效果。

根據本發明之目的，該側光式背光模組係設有呈矩型設置之一背板、複數個發光二極體及一面板，該等發光二極體對稱排列於該背板相對兩側，該面板罩覆該背板及該等發光二極體，且各該發光二極體發射光之光徑與一法線夾角0°~90°而依序區分為一第一角度區、一第二角度區及一第三角度區，使該等發光二極體所射出之光經直接照射及經該背板反射後於該面板呈光強度均勻分佈之出光效果，其特徵在於：該背板自中央處朝設有該等發光二極體之兩側方向分別依序設有一第一光部、一第二光部及一第三光部，該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別呈傾斜平面或弧面設置，以供分別反射該第一角度區、該第二角度區及該第三角度區內之光。

並且，當該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別為傾斜平面而依序具有一第一斜率m1、一第二斜率m2及一第三斜率m3時，該第一斜率m1之絕對值滿足0.01~1.00斜率單位而反射該第一角度區內之光，該第二斜率m2之絕對值滿足0.01~0.50斜率單位而反射該 第二角度區內之光，且該第三斜率m3之絕對值滿足0.01~1.20斜率單位而反射該第三角度區內之光。

當該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別為圓型弧面而依序具有一第一半徑r1、一第二半徑r2及一第三半徑r3時，該第一半徑r1滿足5~70mm而反射該第一角度區內之光，該第二半徑r2滿足10~80mm斜率單位而反射該第二角度區內之光，且該第三半徑r3滿足20~125mm斜率單位而反射該第三角度區內之光。

當該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別為拋物線型弧面而依序具有一第一焦距c1、一第二焦距c2及一第三焦距c3時，該第一焦距c1滿足3699~1304mm而反射該第一角度區內之光，該第二焦距c2滿足3699~1635mm而反射該第二角度區內之光，且該第三焦距c3滿足3699~847.5mm而反射該第三角度區內之光。

當該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別為楕圓型弧面而依序具有一第一長軸a1與短軸b1、一第二長軸a2與短軸b2及一第三長軸a3與短軸b3時，該第一長軸a1為3.9mm與該第一短軸b1滿足0.18~1.27mm而反射該第一角度區內之光，該第二長軸a2為10mm與該第二短軸b2滿足0.01~0.18mm而反射該第二角度區內之光，且該第三長軸a3為20mm與該第三短軸b3滿足0.01~10mm而反射該第三角度區內之光。

其中，當該背板自中心線對切視之成左右兩側時，單一側內之該第一光部與該第二光部係為相同傾斜方向而相反於該第三光部之傾斜方向。該面板相對兩側分別覆設有一擋板，該擋板可由塑膠材料、黑漆顏料、吸光 膠帶或金屬材料所製成，且該擋板朝該背板方向垂直延伸形成一遮阻部，以遮阻該發光二極體直接照射於該面板之發射光。

該背板係貼合有一反射片，且該反射片由聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)材料或金屬材料所製成，或者，該背板利用金屬進行蒸鍍而形成一反射層，以供提升該等光部之反射率而加強反射該等發光二極體之發射光，達大幅改善發光率之功效。

該側光式背光模組更設有一導光膜，罩覆該背板而置於該面板下，且其上表面設有複數個圓柱微結構，而下表面設有複數個三角錐微結構，以供加強引導該等發光二極體之發射光光徑而進一步均勻光強度之分佈。又，該導光膜由層疊之四光學膜片所構成，且該等光學膜片為增亮膜片(Brightness Enhancement Film,BEF)及擴散膜片(Diffusion Film)之其中至少之一或其組合

如此，各該發光二極體發出之光源經直接照射或經該背板之反光微結構反射後，將使不同強度之光線呈現不同距離之光軌跡路徑，以於該出光面上呈現均勻光強度分佈之出光效果，取代傳統於背光模組或平面發光源中使用導光板、增亮膜等光學膜結構之方式，徹底降低製程成本，有效提升發光效率。

為使 貴審查委員能清楚了解本發明之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

請參閱第1、2圖，其係分別為本發明較佳實施例之發光二極體輻射場型示意圖及立體結構示意圖。如圖所 示，該側光式背光模組1設有呈矩型設置之一面板10、一背板11、複數個發光二極體12及複數個透鏡13，該等發光二極體11對稱排列於該背板11相對兩側，且該等透鏡13對應該等發光二極體12設置，該面板10罩覆該背板11及該等發光二極體12。該背板11自其中央處朝設有該等發光二極體12之兩側方向分別依序設有呈傾斜平面或弧面設置之一第一光部110、一第二光部111及一第三光部112而形成一反光結構，使該等發光二極體12所射出之光經直接照射及經該反光結構反射後於該面板10呈光強度均勻分佈之出光效果。由於各該發光二極體12發射光之光徑與其中心處一法線120係形成0°~90°之一夾角θ，故由0°至90°可依序區分為一第一角度區θ_zone1 、一第二角度區θ_zone2 及一第三角度區θ_zone3 ，且依該發光二極體11高指向性之特性可知，其發射於該第一角度區θ_zone1 內之光相對具有較高能量，該第二角度區θ_zone2 內之光次之，而該第三角度區θ_zone3 內之光再次之。

以該背板11長寬高尺寸為228mm×150mm×1.5mm且兩側分設有24顆6015發光二極體12之該側光式背光模組1為例。該第一光部110、該第二光部111及該第三光部112係如圖3所示之呈傾斜平面設置而依序具有一第一斜率m1、一第二斜率m2及一第三斜率m3，且將該背板11自中心線對切而視之對稱左右兩側時，該等第一光部110相接並因傾斜方向相反而形成一曲點，各該第二光部111與各該第一光部110之傾斜方向相同但相反於各該第三光部112之傾斜方向。該第一斜率m1 之絕對值滿足0.01~1.00斜率單位，以供反射該發光二極體12發射於該第一角度區θ_zone1 內之光；該第二斜率m2之絕對值滿足0.01~0.50斜率單位，以供反射該第二角度區θ_zone2 內之光；該第三斜率m3之絕對值滿足0.01~1.20斜率單位，以供反射該第三角度區θ_zone3 內之光。如此，透過不同傾斜角度之該等光部110、111、112即可使分別載有高中低能量之該發光二極體12發射光均勻投射至該面板10各處而改善出光平面之均光度，且無需提升各該發光二極體12之發光功率即可實現預期之光亮強度，達降低製程成本之功效。

或者，如圖4所示，該第一光部110、該第二光部111及該第三光部112分別為圓型弧面而依序具有一第一半徑r1、一第二半徑r2及一第三半徑r3時，該第一半徑r1滿足5~70mm而反射該第一角度區θ_zone1 內之光，該第二半徑r2滿足10~80mm而反射該第二角度區θ_zone2 內之光，且該第三半徑r3滿足20~125mm而反射該第三角度區θ_zone3 內之光。甚或，當該第一光部110、該第二光部111及該第三光部112分別為圖5所示之拋物線型弧面而依序具有一第一焦距c1、一第二焦距c2及一第三焦距c3時，該第一焦距c1滿足3699~1304mm而反射該第一角度區θ_zone1 內之光，該第二焦距c2滿足3699~1635mm而反射該第二角度區θ_zone2 內之光，且該第三焦距c3滿足3699~847.5mm而反射該第三角度區θ_zone3 內之光。

又，如圖6所示，當該第一光部110、該第二光部111及該第三光部112分別為楕圓型弧面而依序具有一 第一長軸a1與短軸b1、一第二長軸a2與短軸b2及一第三長軸a3與短軸b3時，該第一長軸a1為3.9mm與該第一短軸b1滿足0.18~1.27mm而反射該第一角度區θ_zone1 內之光，該第二長軸a2為10mm與該第二短軸b2滿足0.01~0.18mm而反射該第二角度區θ_zone2 內之光，且該第三長軸a3為20mm與該第三短軸b3滿足0.01~10mm而反射該第三角度區θ_zone3 內之光。

該背板11可貼合有一反射片，其由聚對苯二甲酸乙二酯材料或如銀之金屬材料所製成，或者，該背板11可利用如鋁之金屬材料進行蒸鍍而形成一反射層，以供加強反射該等發光二極體12之發射光而進一步提升發光效率。並且，考量該側光式背光模組1設有該等發光二極體12之兩側可能因該等發光二極體12之發射光直接照射而導致光強度過強的情況，該面板10相對兩側係分別覆設有一擋板15，其可由塑膠材料、黑漆顏料、吸光膠帶或如銀之金屬材料所製成。

實際依據視訊電子標準協會(VESA)之平面顯示器測量標準(Flat Panel Display Measurement Standard,FPDM)2.0進行照度量測，其係如圖7所示，使該面板10與一量測器2距離0.5m而檢測該面板10上9點位置，再利用1°立體角所照射到的面積及中間亮度推算獲得平均照度(Uniformity)。相較習知最高亮度300尼特(nit)、裝設36顆6015LED且功率2.3W之一10”背光模組於第5點測點20具有亮度4,100cd/m₂ 及均光度65%而言，本發明之該側光式背光模組1於兩側金屬製之該等擋板15為25mm且功率7.1W時，第5點測點20將 如表1所示具有7,000cd/m₂ 之亮度值且均光度64%。該側光式背光模組1所呈現之均光度相同於習知之該10”背光模組，但亮度卻大幅高過實際需求，而降低功率至3.6W後即獲得相同於習知之亮度及均光度量測，如此，切實達提高發光效率的同時降低功耗之功效，進而降低產品成本。

再者，為加強引導該等發光二極體12之發射光光徑，該面板10下可設置0.3mm之一導光膜14而罩覆該背板11，且該導光膜14上表面設有複數個圓柱微結構，而下表面設有複數個三角錐微結構，使利用該等三角錐微結構產生全反射的效果將各角度之光反射至上方後經 該等圓柱微結構均勻散出，使該側光式背光模組1於第5點測點20呈現4,500cd/m₂ 之亮度值且均光度77%，大幅提升光強度分佈之均勻度。

另一方面，搭配該導光膜14之使用且為盡可能擴大該面板10之出光面積而縮短該等擋板15至12.5mm時，該側光式背光模組1將呈現4,500cd/m₂ 之亮度值及68%均光度，由此可知，該等發光二極體12直接照射至該面板10之發射光造成該面板10兩側具有相對強之光亮度而不利於出光面整體均光度。為解決此問題可如圖8所示，使該擋板15朝該背板11方向垂直延伸形成一遮阻部150，或者，該透鏡13上半部塗佈黑漆，以遮阻該等發光二極體12透過該透鏡13上半部直接照射至該面板10之發射光。

順帶一提的是，該導光膜14可由層疊之四光學膜片所構成，該等光學膜片為增亮膜片及擴散膜片之其中至少之一或其組合，且為改善中心照度過強的現象，該導光膜14中心處可去除該等圓柱微結構之設置並降低該等三角錐微結構之高度。又依據點光源原理而選用較小尺寸之該等發光二極體12，並轉動該透鏡13角度而增加投射到該導光膜14之能量，即可提升均光度的同時減少該發光二極體12之使用顆數。

以上所述僅為舉例性之較佳實施例，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧側光式背光模組

10‧‧‧面板

11‧‧‧背板

110‧‧‧第一光部

111‧‧‧第二光部

112‧‧‧第三光部

12‧‧‧發光二極體

120‧‧‧法線

13‧‧‧透鏡

14‧‧‧導光膜

15‧‧‧擋板

150‧‧‧遮阻部

2‧‧‧量測器

20‧‧‧第5點測點

第1圖 係為本發明較佳實施例之發光二極體輻射場型示意圖。

第2圖 係為本發明較佳實施例之第一實施態樣之立體結構示意圖。

第3圖 係為本發明較佳實施例之第二實施態樣之剖面結構示意圖。

第4圖 係為本發明較佳實施例之第三實施態樣之剖面結構示意圖。

第5圖 係為本發明較佳實施例之第四實施態樣之剖面結構示意圖。

第6圖 係為本發明較佳實施例之第五實施態樣之剖面結構示意圖。

第7圖 係為VESA FPDM 2.0照度量測示意圖。

第8圖 係為本發明較佳實施例之第六實施態樣之剖面結構示意圖。

1‧‧‧側光式背光模組

10‧‧‧面板

11‧‧‧背板

110‧‧‧第一光部

111‧‧‧第二光部

112‧‧‧第三光部

12‧‧‧發光二極體

13‧‧‧透鏡

14‧‧‧導光膜

Claims (12)

1. 一種側光式背光模組，係設有呈矩型設置之一背板、複數個發光二極體及一面板，該等發光二極體對稱排列於該背板相對兩側，該面板罩覆該背板及該等發光二極體，且各該發光二極體發射光之光徑與一法線夾角0°~90°而依序區分為一第一角度區、一第二角度區及一第三角度區，使該等發光二極體所射出之光經直接照射及經該背板反射後於該面板呈光強度均勻分佈之出光效果，其特徵在於：該背板自中央處朝設有該等發光二極體之兩側方向分別依序設有一第一光部、一第二光部及一第三光部，該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別呈傾斜平面或弧面設置，以供分別反射該第一角度區、該第二角度區及該第三角度區內之光，其中，當該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別為傾斜平面而依序具有一第一斜率m1、一第二斜率m2及一第三斜率m3時，該第一斜率m1之絕對值滿足0.01~1.00斜率單位而反射該第一角度區內之光，該第二斜率m2之絕對值滿足0.01~0.50斜率單位而反射該第二角度區內之光，且該第三斜率m3之絕對值滿足0.01~1.20斜率單位而反射該第三角度區內之光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，其中，當該背板自中心線對切視之成左右兩側時，單一側內之該第一光部與該第二光部係為相同傾斜 方向而相反於該第三光部之傾斜方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，其中該背板係貼合有一反射片，且該反射片由聚對苯二甲酸乙二酯材料或金屬材料所製成，或者，該背板利用金屬材料進行蒸鍍而形成一反射層，以供加強反射該等發光二極體之發射光。
4. 如申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，其中該面板相對兩側係分別覆設有一擋板，且該擋板可由塑膠材料、黑漆顏料、吸光膠帶或金屬材料所製成。
5. 如申請專利範圍第4項所述之側光式背光模組，其中該擋板係朝該背板方向垂直延伸形成一遮阻部，以遮阻該發光二極體直接照射於該面板之發射光。
6. 如申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，更設有一導光膜，係罩覆該背板而置於該面板下，以供加強引導該等發光二極體之發射光光徑而進一步均勻光強度之分佈，且該導光膜上表面設有複數個圓柱微結構而下表面設有複數個三角錐微結構，該導光膜由層疊之四光學膜片所構成，該等光學膜片為增亮膜片及擴散膜片之其中至少之一或其組合。
7. 一種側光式背光模組，係設有呈矩型設置之一背板、複數個發光二極體及一面板，該等發光二極體對稱排列於該背板相對兩側，該面板罩覆該背板及該等發光二極體，且各該發光二極體發射光之光徑 與一法線夾角0°~90°而依序區分為一第一角度區、一第二角度區及一第三角度區，使該等發光二極體所射出之光經直接照射及經該背板反射後於該面板呈光強度均勻分佈之出光效果，其特徵在於：該背板自中央處朝設有該等發光二極體之兩側方向分別依序設有一第一光部、一第二光部及一第三光部，該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別呈傾斜平面或弧面設置，以供分別反射該第一角度區、該第二角度區及該第三角度區內之光，其中，當該第一光部、該第二光部及該第三光部係分別為拋物線型弧面而依序具有一第一焦距c1、一第二焦距c2及一第三焦距c3時，該第一焦距c1滿足3699~1304mm而反射該第一角度區內之光，該第二焦距c2滿足3699~1635mm而反射該第二角度區內之光，且該第三焦距c3滿足3699~847.5mm而反射該第三角度區內之光。
8. 如申請專利範圍第7項所述之側光式背光模組，其中，當該背板自中心線對切視之成左右兩側時，單一側內之該第一光部與該第二光部係為相同傾斜方向而相反於該第三光部之傾斜方向。
9. 如申請專利範圍第7項所述之側光式背光模組，其中該背板係貼合有一反射片，且該反射片由聚對苯二甲酸乙二酯材料或金屬材料所製成，或者，該背板利用金屬材料進行蒸鍍而形成一反射層，以供加強反射該等發光二極體之發射光。
10. 如申請專利範圍第7項所述之側光式背光模組， 其中該面板相對兩側係分別覆設有一擋板，且該擋板可由塑膠材料、黑漆顏料、吸光膠帶或金屬材料所製成。
11. 如申請專利範圍第10項所述之側光式背光模組，其中該擋板係朝該背板方向垂直延伸形成一遮阻部，以遮阻該發光二極體直接照射於該面板之發射光。
12. 如申請專利範圍第7項所述之側光式背光模組，更設有一導光膜，係罩覆該背板而置於該面板下，以供加強引導該等發光二極體之發射光光徑而進一步均勻光強度之分佈，且該導光膜上表面設有複數個圓柱微結構而下表面設有複數個三角錐微結構，該導光膜由層疊之四光學膜片所構成，該等光學膜片為增亮膜片及擴散膜片之其中至少之一或其組合。