TWI504993B

TWI504993B - 背光單元及包含該背光單元的顯示裝置

Info

Publication number: TWI504993B
Application number: TW102121132A
Authority: TW
Inventors: Chien Ming Wan; Wen Hung Lee; Che Ming Chang; Cheng Tai Chang; Chin Tu Tsai
Original assignee: Innolux Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-10-21
Also published as: US20140369028A1; TW201447436A

Description

背光單元及包含該背光單元的顯示裝置

本發明係關於一種背光單元及包含該背光單元的顯示裝置。

平面顯示器常利用導光板而將線光源導引成為面光源，以提供顯示器面板亮度均勻的背光源。上述的線光源通常可以是冷陰極燈管(cold cathode fluorescent lamp，簡稱CCFL)或是發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)直線排列的光條(light bar)。近年來由於平面顯示器的薄型化，後者的發光二極體光條已逐漸成為背光源的主流，其係多個發光二極體排列於長條形金屬基板上而形成。

現行發光二極體光條的組裝於背光源上，常將上述長條形金屬基板鑽孔並藉由螺絲而將發光二極體光條固定於一散熱模組(heat sink)上。然而，未來平面顯示器將持續地薄型化，當光條寬度將持續縮小，上述使用鑽孔及螺絲的光帶光條固定方式將不再適用，此因穿孔或挖洞而易造成鑽孔方式易使光條產生結構缺陷或斷裂，且因為光帶光條經過鑽孔後，鋪設電路或走線時需要避開孔洞區域，導致可使用的區域縮小，所以光條上的電路佈局方式易受到該孔洞的限制；加上螺絲固定方式易使發光二極體光條之熱量流動分布集中螺絲孔區附近、而影響其散熱效果。因此，有必要發展新的光源模組及背光技術以對治及改善之。

為達成此目的，根據本發明的一方面，一實施例提供一種顯示裝置，其包括一顯示面板以及一背光單元，該背光單元包括：一導光板；以及一光源模組，鄰設於該導光板，該光源模組包括一基板；一印刷電路板層，包含一金屬走線並設置於該基板上；複數個光源，具有一第一高度，設置於該印刷電路板層上，並電性連接該金屬走線；及至少一突起元件，具有一第二高度，設置於該印刷電路板層及該金屬走線上，且該第二高度大於該第一高度並小於或等於該第一高度的2倍。

在一實施例中，該基板具有一第一寬度，該至少一突起元件具有一第二寬度，該第二寬度可大於或等於該第一寬度的0.6倍並小於或等於該第一寬度的0.8倍。

在一實施例中，該基板及該至少一突起元件可由導熱性材質組成。

在一實施例中，該光源模組可進一步包含一絕緣層，其設置於該印刷電路板層與該等光源之間。

在一實施例中，該光源可為表面黏著元件型發光二極體。

根據本發明的另一方面，另一實施例提供一種背光單元，其包括一導光板以及一光源模組，該光源模組鄰設於該導光板，並包括：一基板；一印刷電路板層，包含一金屬走線並設置於該基板上；複數個光源，具有一第一高度，設置於該印刷電路板層上，並電性連接該金屬走線；及至少一突起元件，具有一第二高度，設置於該印刷電路板層及該金屬走線上，且該第二高度大於該第一高度並小於或等於該第一高度的2倍。

在一實施例中，該背光單元更包括一支持座，其中，該支持座係由金屬材質組成，並具有互相垂直的第一表面及第二表面，該導光板設置於該第一表面上，該光源模組黏貼於該第二表面上。

在一實施例中，該光源模組可藉由一導熱膠而黏貼於該支持座上。

在一實施例中，該基板及該至少一突起元件可由導熱性材質組成，且該至少一突起元件的硬度大於該導光板的硬度。

在一實施例中，該光源可為表面黏著元件型發光二極體。

10‧‧‧顯示裝置

20‧‧‧顯示面板

100、230‧‧‧光源模組

110‧‧‧基板

120‧‧‧印刷電路板層

130‧‧‧光源

140‧‧‧突起元件

200‧‧‧背光單元

210‧‧‧支持座

211‧‧‧第一表面

212‧‧‧第二表面

220‧‧‧導光板

圖1為本發明實施例的光源模組之剖面示意圖。

圖2A及2B為本發明實施例的光源模組之上視圖。

圖3為本發明另一實施例的背光單元之剖面示意圖。

圖4為本發明另一實施例的背光單元之側視圖。

圖5為根據本發明實施例的顯示裝置之結構示意圖，該顯示裝置包含前述實施例之背光單元。

為對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本發明的實施例如後。在所有的說明書及圖示中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。

在各個實施例的說明中，當一元素被描述是在另一元素之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元素之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元素；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元素。「上方/上」或「下方/下」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。所謂的「第一」、「第二」、及「第三」係用以描述不同的元素，這些元素並不因為此類謂辭而受到限制。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。

圖1為本發明實施例的光源模組100之剖面示意圖，且其上視平面圖可如圖2A或2B所示。該光源模組100包含一基板110、一印刷電路板層120、複數個光源130以及至少一突起元件140，其可用於顯示器面板的背光源。該基板110可製作成長條形並具有一長條形軸線方向，以便該等光源130可沿著平行該長條形軸線的方向而排列於該基板110上。該印刷電路板層120可設置於該基板110上，用以提供適當的電路或線路來驅動該等光源130。該等光源130可設置於該印刷電路板層120上，並電性連接該印刷電路板層120。圖1以三個突起元件140為例，該等突起元件140設置於該印刷電路板層120上，並與該等光源130的佔用區域互相錯開。於其他實施例中，該等突起元件140可設置於光源模組100之兩端區域，也就是設置於基板110長條形的兩側尾端。於另一實施例中，該等突起元件140可僅設置於光源模組100之中間區域，於此並不限制。且不限制該等突起元件是否須與該等光源130同位於軸線上設置，突起元件140可任意設置於光源模組100之基板110上。

該基板110用以承載該印刷電路板層120、該等光源130、及該等突起元件140。由於該等光源130的發光過程可能會產生大量的熱，因此該基板110的組成材質可為導熱性材料，例如鋁片或其他金屬板，藉以將該等光源130所產生的熱量傳導至外部，而達到使該光源模組100散熱的效果。又，由於平面顯示器的逐漸薄型化，使得用於顯示面板背光源的光源模組須製作成長條形，以跟得上平面顯示器薄型化的趨勢。因此，該基板110可製作成長條形，且該等光源130可沿著平行該長條形軸線的方向而排列於該基板110上，以形成線形的背光源。

如圖2A或2B所示，該基板110的長條形具有一寬度W1，在本實施例中例如約為4 mm；但上述的基板未來可能因顯示器薄型化趨勢而採用更小的寬度。在該寬度W1接近或小於4 mm的情況，將該基板110鑽孔並藉由螺絲釘來固定該基板110於一散熱模組(heat sink)上之方式將不再適用；其原因包括：鑽孔方式易使基板寬度接近或小於4 mm的光源模組產生結構缺陷或斷裂；基板經過鑽孔後，設置於其上的該印刷電路板層120的電路佈局方式易受到該孔洞的限制、而影響其電路操作特性；螺絲釘固定方式易使光源模組的基板之熱量流動分布集中螺絲孔區附近、而影響其散熱效果。

如圖1所示，該印刷電路板層120設置於該基板110上，用以提供適當的電路或線路來驅動該等光源130。該印刷電路板層120可包含一金屬走線(圖未示)，用以連接該等光源130與其驅動電源。該印刷電路板層120可以印刷電路板(PCB)的形式而形成於該基板110上，因此上述的金屬走線並未觸及或電性連接該基板 110。一絕緣層(圖未示)可形成於該金屬走線與該基板110之間，以防止二者之間的電性連接或短路。此外，一絕緣材料組成的保護層(圖未示)亦可形成於該金屬走線上，以保護該金屬走線不受外部的傷害。

如圖1及圖2A或2B所示，該基板110為長條形基板，且該等光源130可沿著平行該長條形軸線的方向而直線排列於該基板110上，以形成直線形的背光源。該等光源130可設置於該印刷電路板層120上，並電性連接該印刷電路板層120。倘若該印刷電路板層120的金屬走線上方形成有如上所述的保護層，則該等光源130可貫穿該保護層而電性連接該金屬走線。該等光源130可以是表面黏著型(surface-mount)發光二極體，其具有一高度H1，可藉由表面黏著技術而銲接(solding)於該印刷電路板層120上。在本實施例中，所採用表面黏著型發光二極體的高度H1約為0.6 mm。該等光源130沿著該長條形基板110軸線方向而設置的疏密程度，則依所欲形成背光源的實際亮度需求而定。倘若背光源的亮度需求較高，則我們可在固定長度的基板110上設置數量較多的該等光源130，使其設置密度較高；反之，倘若背光源的亮度需求較低，則我們可在固定長度的基板110上設置數量較少的該等光源130，使其設置密度較低。此外，該等光源130沿著該長條形基板110軸線方向而設置的分布均勻與否，本發明對此不加以限制，端視其所欲形成背光源的實際出光亮度分布需求而定。

由於本實施例的光源模組100主要應用於顯示面板的背光源(或稱為背光單元(backlight unit))，該背光單元通常在光源模組之外又另包含一導光板，且上述光源模組的出光面鄰近且面對上述導光板的入光面，以使光源模組的發出光能高效率地射入導光板中。於另一實施例中，光源模組的出光面亦可不用垂直於導光板的入光面，可以其他方式將光導向導光板的入光面即可，端視設計之需求。然而，導光板的組成材質通常是會因吸溼或受熱而膨脹的聚合物材料，例如，聚甲基丙烯酸酯(polymethylmethacrylate,PMMA)或聚碳酸酯(polycarbonate,PC)，且又鄰近光源模組。當導光板因吸溼及受熱而膨脹時，可能會觸及到光源模組上的光源元件，甚至擠壓這些光源元件，而造成光源元件損壞或背光單元發光異常。因此，在本實施例中，該印刷電路板層120上亦設置有如圖1及圖2A或2B所示的該等突起元件140，用以作為導光板因膨脹而觸及或擠壓到該光源模組100之該等光源130的緩衝及保護功能。

為了達成上述目的，該等突起元件140亦可沿著該長條形基板110軸線方向而設置於該基板110上，且其與該等光源130的佔用區域互相錯開。該等突起元件140組成材質的硬度可大於導光板組成材質的硬度，以緩衝或阻礙導光板因膨脹而觸及或擠壓到該等光源130。此外，該基板110不具有穿孔，因此不需要對該印刷電路板層120挖洞或穿孔，所以該等突起元件140下方可配置金屬走線，使走線無須再避開孔洞，且有較多的走線區域，而可得到較佳的佈線配置。

再者，如圖1及圖2A所示，該突起元件140可為方形柱體，其具有一寬度W2及一高度H2，該寬度W2約為該基板110寬度W1的0.6~0.8倍(也就是W2約介於0.6×W1與0.8×W1之間的寬度範圍)，且該高度H2大於該等光源130的高度H1、並小於或等於該高度H1的2倍(也就是H2的高度範圍為2×H1≧H2>H1)，以使該等突起元件140達到較佳的緩衝或阻擋效果。例如，倘若該基板110的寬度W1約為4 mm，則該等突起元件140的寬度W2可設計為2.8 mm(即W2=0.7×W1)。又例如，倘若該等光源130的高度H1約為0.6 mm，則該等突起元件140的高度H2可設計為0.9 mm(即H2=1.5×H1)。此處僅舉例說明，並非用以限制本發明。

又如圖1及圖2B所示，該突起元件140可為圓形柱體，其具有一直徑D3及一高度H2，該直徑D3約為該基板110寬度W1的0.6~0.8倍，且該高度H2大於該等光源130的高度H1、並小於或等於該高度H1的2倍，以使該等突起元件140達到較佳的緩衝或阻擋效果。例如，倘若該基板110的寬度W1約為4 mm，則該等突起元件140的直徑D3可設計為3 mm(即W2=0.75×W1)。又例如，倘若該等光源130的高度H1約為0.6 mm，則該等突起元件140的高度H2可設計為1.2 mm(即H2=2×H1)。此處僅舉例說明，並非用以限制本發明。

在如圖2A及2B所示的實施例中，該等突起元件140可設置於該長條形基板110的中央區域及邊緣區域，以能有效地緩衝或阻礙導光板因膨脹而觸及或擠壓到該等光源130。該等突起元件140亦可製作成表面黏著型元件的形式，則可以與表面黏著型發光二極體形式的該等光源130共同利用表面黏著技術而銲接於該印刷電路板層120上。該等突起元件140沿著該長條形基板110軸線方向而設置的數量多寡，可依導光板因吸溼或受熱而膨脹影響到光條上光源的的狀況而設計，本發明對此不加以限制。

又，為了使該光源模組100內所產生或累積的熱量可更進一步地消散，我們可使用金屬或陶瓷等導熱性材料來製作該等突起元件140；例如，該突起元件140可以是做成方形柱體或圓形柱體的銅柱，如圖2A或2B所示，使該等光源130所產生的熱量亦可透過該等突起元件140而傳導至該基板110，以增加該光源模組100的散熱效果；但本發明對該等突起元件140的形狀並不加以限制。

圖3為本發明另一實施例的背光單元200之剖面示意圖，且其側視圖可如圖4所示。該背光單元200包含一支持座210、一導光板220、及一光源模組230，其可用於顯示器面板的背光源。該支持座210為L型座架，用以承載及固定該導光板220及該光源模組230，並具有對該光源模組230所產生熱量的散熱功能。該光源模組230可設置於該支持座210上，用以提供一線光源，作為顯示器面板的背光源。該導光板220亦可設置於該支持座210上，用以導引該光源模組230所發出的線光源而成為面光源，可提高顯示器面板的亮度及其均勻性。

如圖3及4所示，該支持座210為L型座架，其具有互相垂直的第一表面211及第二表面212，該導光板220設置於該第一表面211上，且該光源模組230設置於該第二表面212上。該支持座210可用以承載及固定該導光板220及該光源模組230，其可以是顯示器面板的散熱模組(heat sink)，由金屬材質組成，例如，鋁，具有散熱功能，藉以將該光源模組230所產生的熱量向外部傳導。

該導光板220可設置於該支持座210的第二表面212上，用以將該光源模組230所發出的線光源轉變成面光源。因此，該光源模組230的出光面鄰近且面對該導光板220的入光面，以使該光源模組230的發光能高效率地進入該導光板220中。該導光板220可由聚合物材料組成，例如，PMMA，其常因吸溼或受熱而膨脹。由於該導光板220鄰近該光源模組230，當該導光板220因吸溼及受熱而膨脹時，可能會觸及、甚至擠壓到該光源模組230上的光源130，而造成該等光源130損壞或該背光單元200發光異常。因此，我們增設突起元件以對此進行改善。

該光源模組230可設置於該支持座210的第一表面211上，用以提供一線光源，作為顯示器面板的背光源。該光源模組230基本上為如圖1及圖2A或2B所示實施例的光源模組100，包含一長條形基板110、一印刷電路板層120、複數個光源130以及至少一突起元件140，其相關描述或說明已如前文所述，請讀者自行參閱，在此不再贅述。在本實施例中，如圖3係以三個突起元件140為例，該印刷電路板層120上亦設置有該等突起元件140，用以作為該導光板220因膨脹而觸及或擠壓到該光源模組230之該等光源130的緩衝及保護功能。

如圖2A或2B所示，該基板110的長條形具有一寬度W1，在本實施例中約為4 mm。而在該寬度W1接近或小於4 mm的情況，將該基板110鑽孔並藉由螺絲釘來固定該基板110於該支持座210上之現行方式將不再適用，其原因已如前所述。在本實施例中，該基板110係不具有穿孔且不採用以螺絲而固定至該支持座210的方式；該基板110的背面可藉由一導熱膠(thermal paste，圖未示)而黏貼於該支持座210上，例如，導熱雙面膠帶。此外，該等光源130可以是表面黏著型發光二極體，其具有一高度H1，可藉由表面黏著技術而銲接於該印刷電路板層120上。

為了達成緩衝及保護該光源模組230不因該導光板220膨脹而受到擠壓的目的，該等突起元件140可沿著該基板110的長條形軸線方向而設置於該印刷電路板層120上。該等突起元件140組成材質的硬度必須大於該導光板220組成材質在吸溼或受熱後的硬度，以緩衝或阻礙導光板因膨脹而觸及或擠壓到該等光源130。如圖3及圖2A所示，該突起元件140可為方形柱體，其具有一寬度W2及一高度H2，該寬度W2約為該基板110寬度W1的0.6~0.8倍(也就是W2約介於0.6×W1與0.8×W1之間的寬度範圍)，且該高度H2大於該等光源130的高度H1、並小於或等於該高度H1的2倍(也就是H2的高度範圍為2×H1≧H2>H1)，以使該等突起元件140達到較佳的緩衝或阻擋效果。又如圖3及圖2B所示，該突起元件140可為圓形柱體，其具有一直徑D3及一高度H2，該直徑D3約為該基板110寬度W1的0.6~0.8倍，且該高度H2大於該等光源130的高度H1、並小於或等於該高度H1的2倍，以使該等突起元件140達到較佳的緩衝或阻擋效果。

如圖2A及2B所示，該等突起元件140可設置於該長條形基板110的中央區域及邊緣區域，以能有效地緩衝或阻礙導光板因膨脹而觸及或擠壓到該等光源130。又，為了使該光源模組100內所產生或累積的熱量可更進一步地消散，我們可使用金屬或陶瓷等導熱性材料來製作該等突起元件140；例如，該突起元件140可以是做成方形柱體或圓形柱體的銅柱，使該等光源130所產生的熱量亦可透過該等突起元件140而傳導至該基板110，以增加該光源模組100的散熱效果。此外，該基板110不具有穿孔，因此不需要對該印刷電路板層120挖洞或穿孔，所以該等突起元件140下方可配置金屬走線，使得走線具有較佳的配置。

此外，圖5為根據本發明實施例的顯示裝置10之結構示意圖，該顯示裝置10包含一顯示面板20及前述實施例之背光單元。該顯示裝置10可以是含有顯示面板作為螢幕的電腦設備、行動電話、平板電腦、或數位相框等，但本發明並不對此加以限制。該背光單元的構造已於上述的實施例詳細說明，而該顯示面板20可以是液晶面板，藉由液晶分子排列會受到外部電壓或電場的影響而造成光極化的變化，以達成影像的顯示。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。