CN102109130A - 背光模块 - Google Patents

Abstract

一种背光模块在此公开，其包括一导光板与多个光耦合单元。这些光耦合单元设置于导光板下方，其中每一光耦合单元包括一光耦合材、一光学胶与多个发光元件。光耦合材的上表面面向导光板，光学胶贴附于光耦合材的上表面与导光板之间，发光元件设置于光耦合材的侧面。本发明可利用光耦合材，将发光元件所发出的光线高效率地导入；以及于传递距离内，通过散射结构将光导出导光板，以利于区域控制亮度的表现。

Description

背光模块

技术领域

本发明涉及一种背光技术，且特别涉及一种背光模块。

背景技术

随着液晶显示装置制作技术快速的进步，以及其具备有轻薄、省电及无辐射线等优点，使得液晶显示装置大量地被应用于个人数字助理器、笔记本电脑、数码相机、数字摄录影机、移动电话、计算机屏幕及液晶电视等各式电子产品中。再加上业界积极的投入研发以及采用大型化的生产设备，使液晶显示装置的品质不断提升，且价格持续下降。因此，使得液晶显示装置的应用领域迅速扩大。但，由于液晶显示装置中的液晶显示面板为非自发光性的显示面板，需要藉助背光模块所提供的光线才能产生显示画面的功能。

参照图1，图1是一种直下式背光模块的剖面图。如图1所示，直下式背光模块包括光源110与扩散板120，于使用时，光源110朝向扩散板120发出光112。为了减少所需的混光距离114，可通过外加的透镜130来改变光源110发光112的场形(如图2所示)，以进一步降低混光距离。

然而，前述所提的两种直下式背光模块，其混光距离仍需10～15mm。此外，使用额外的透镜130将增加背光模块的整体成本及组装复杂度。

发明内容

因此，本发明的一态样是在提供一种背光模块，有效薄型化并兼具区域控制的特性，以提升提图像的品质，并降低整体成本及组装复杂度。

依据本发明一实施例，一种背光模块包括一导光板与多个光耦合单元。这些光耦合单元设置于导光板下方，其中每一光耦合单元包括一光耦合材、一光学胶与多个发光元件。光耦合材的上表面面向导光板，光学胶贴附于光耦合材的上表面与导光板之间，发光元件设置于光耦合材的侧面。

再者，导光板具有一表面面向多个光耦合单元，此表面的部分区域直接接触这些光耦合单元，而此表面未接触这些光耦合单元的区域则设有散射结构(scatter)。

综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1.利用光耦合材，将发光元件所发出的光线高效率地导入；以及

2.于传递距离内，通过散射结构将光导出导光板，以利于区域控制亮度的表现。

以下将以实施例对上述的说明以及接下来的实施方式做详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：

图1是一种直下式背光模块的剖面图；

图2是另一种直下式背光模块的剖面图；

图3是依照本发明一实施例的一种背光模块的剖面图与局部放大图；

图4是依照本发明一实施例所示出的图3的光耦合材与发光元件的俯视图；

图5是依照本发明另一实施例所示出的图3的光耦合材与发光元件的俯视图；

图6是依照本发明又一实施例所示出的图3的光耦合材与发光元件的俯视图；

图7是依照本发明一实施例所示出的图3的光耦合材、发光元件结合遮光罩的立体示意图；以及

图8是依照本发明一实施例所示出的图3的光耦合单元的排列形式。

其中，附图标记说明如下：

110：光源                    331：第一区

112：光                      332：第二区

114：混光距离                333：反射层

120：扩散板                  410：光耦合材

130：透镜                    412：凹槽

310：导光板                  420：光学胶

312：散射结构                430：发光元件

320：光耦合单元              432：光线

322：光线                    440：遮光罩

330：电路板                  A：区域

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的图式及以下所述各种实施例，图式中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。于实施方式中若无特别说明，则代表以“约”、“大约”或“大致”所修饰的数值的误差范围一般是容许在百分之二十以内，较佳地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分五之以内。

参照图3，图3是依照本发明一实施例的一种背光模块的剖面图与局部放大图。如图3所示，背光模块包括一导光板310与多个光耦合单元320。这些光耦合单元320设置于导光板310下方，光耦合单元320可发出光线322并耦合入导光板310内，导光板310可将光导出板外。

于背光模块中，由于无混光距离，可大幅降低背光模块的厚度，有效薄型化。另，无须采用透镜，可降低整体成本及组装复杂度。实作上，背光模块的厚度可缩小至约5mm以下，例如约为3～5mm，其中导光板310的厚度约为2mm，光耦合单元320的厚度约为1mm。

另外，导光板310的下表面面向多个光耦合单元320，其中导光板310的下表面的部分区域直接接触光耦合单元320，而下表面未接触光耦合单元320的区域则设有散射结构312。实作上，可形成光散射图案于导光板310的下表面的未接触光耦合单元320的区域以作为散射结构312，通过散射结构312可将光导出导光板310，以提供较均匀与辉度较高的出光。另外，虽图未示，除于导光板310的下表面形成光散射图案外，可更于导光板310的上表面形成光散射图案。

在结构上，导光板310是一体成型，而非由数个较小的导光板组合而成。利用一体成型的导光板310，可以使得光线分布均匀，避免明暗不均的现象，从而提升图像的品质。于对照实验中，倘若以数个较小的导光板拼接成导光板310，在小导光板之间的接合处则会有明暗不均的现象，降低了图像的品质。

关于光耦合单元320的结构，如图3中区域A的放大图所示，每一光耦合单元320包括一光耦合材410、一光学胶420与多个发光元件430。在结构上，光耦合材410的上表面面向导光板310，光学胶420贴附于光耦合材410的上表面与导光板310之间，发光元件430设置于光耦合材410的侧面。

藉此，利用光学胶420将光耦合材410与导光板310之间的空气隙填满，以形成光接触(optical contact)。因此，由发光元件430所发出的光线432将由光耦合材410的侧面导入，随后可穿过此光接触介面而导入导光板310内，并且在导光板310内可通过全反射(Total Internal Reflection)扩散开来。在导光板310内传导的光线可通过具散射特性的微结构(亦即，散射结构312)，均匀地将光导出导光板310外。

在材料方面，光耦合材410的材质例如可为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、或其它合适材质、或上述的衍生物、或上述的组合。光学胶420可具有无色透明、透光率在90％以上、胶结强度良好，可在室温或中温下固化，且有固化收缩小等特点。举例来说，光学胶420的材质可为有机硅橡胶、丙烯酸型树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、环氧树脂、或其它合适材质、或上述的衍生物、或上述的组合。

于一实施例中，导光板310的折射率、光学胶420的折射率与光耦合材410的折射率均相同，藉以提升光传导的效率。或者，于另一实施例中，光耦合材410的折射率与导光板310的折射率可不同，举例来说，若光耦合材410的折射率大于导光板310的折射率，则可让光线进入导光板310的范围相对集中，在区域控制(Local Dimming)光耦合单元320的明暗度时，可使得图像的对比度较为显著；若光耦合材410的折射率小于导光板310的折射率，则可让光线进入导光板310的范围相对扩张，使得光线分布较为均匀。本领域技术人员可以视当时设计需要弹性选择导光板310、光学胶420及光耦合材410的折射率关系。

另外，若光耦合材410的折射率与导光板310的折射率不同，则光耦合材410的折射率或导光板310的折射率可等于光学胶420的折射率，以减少光损失。

如图3所示，背光模块亦可包括一电路板330。电路板330设置于多个光耦合单元320的下方，以承载这些光耦合单元320。电路板330上的线路可电性连接发光元件430及外部的驱动电路(未示出)，驱动电路可经由电路板330的线路控制各个发光元件430的明灭及亮度。

如区域A的放大图所示，电路板330设置于光耦合材410的下方，电路板330表面可包括第一区331以及第二区332，第一区331设置发光元件430，第二区332则设置一反射层333，光耦合材410的下表面接触反射层333，以提升光反射效率。

实作上，发光元件430可为发光二极管元件、电激发光元件或类似发光装置。由于发光元件430封装特性，其所发出的光亦可能由非发光面所漏出，进而在光接触面上方形成亮点(Hot Spot)。因此可在光耦合材410的外部，加上一个遮光罩440(Cover)，遮光罩440遮蔽光耦合材410的侧面及发光元件430的上方和外侧，即可有效降低漏光的问题。根据此入光及遮光架构，进入导光板310的耦合效率可达95％以上，同时漏光可降低至2％左右。

参照图4，图4是依照本发明一实施例所示出的图3的光耦合材410与发光元件430的俯视图。如图4所示，光耦合材410的形状为八边形，四个发光元件430等间距地包围在光耦合材410的侧面，以避免暗带(dark area)的发生，确保光进入导光板后能涵盖360度的角度分布。

参照图5，图5是依照本发明另一实施例所示出的图3的光耦合材410与发光元件430的俯视图。如图5所示，光耦合材410的形状为六边形，六个发光元件430等间距地包围在光耦合材410的侧面，以避免暗带的发生，确保光进入光耦合材410后能涵盖360度的角度分布。

参照图6，图6是依照本发明又一实施例所示出的图3的光耦合材410与发光元件430的俯视图。如图6所示，光耦合材410的侧面等间距地设有多个凹槽412，多个发光元件430分别设置于这些凹槽412中，以提升光入射至光耦合材410的效率。

综上所述，光耦合材410的形状可为多边形，其具体的几何形状可根据使用发光元件430的数目作调整，并可在光耦合材410内形成挖槽以供发光元件430的摆放。实作上，一光耦合单元320中的发光元件430摆放的方式可以采间距地排列，且发光二极管430的数量大于或等于四个，以避免暗带的发生，确保光进入导光板后能涵盖360度的角度分布。于对照实验中，倘若发光二极管430的数量小于四个，则易有暗带的发生。

图7是依照本发明一实施例所示出的图3的光耦合材410、发光元件430结合遮光罩440的立体示意图。如图7所示，遮光罩440遮蔽光耦合材410的侧面及发光元件430的上方和外侧，即可有效降低漏光的问题。在材料方面，遮光罩440的材质例如可为金属、不透明塑胶、或其它合适材质、或上述的衍生物、或上述的组合，而遮光罩440较佳可为反射材料，例如为铝、银等具反射性的金属，或者如聚碳酸酯(polycarbonate，PC)等，但不限于上述，亦可于遮光罩440内侧设置反射材，例如为铝、银等具反射性的金属，或者如聚碳酸酯等，藉利用遮光罩440反射回收漏光，以更提高发光元件430的光利用率。

参照图8，图8是依照本发明一实施例所示出的多个光耦合单元320的排列形式。如图8所示，这些光耦合单元320设置于导光板310下方，并呈阵列排列，其中每一个光耦合单元320可区域控制所在虚线方框内的亮度，使得背光模块有效薄型化并兼具区域控制的特性，进而提升提图像的品质。

另外，除了图8所示出的矩形阵列以外，于其他实施例中，多个光耦合单元320可分布成一个交错阵列或其他阵列，本领域技术人员当视当时需要弹性选择之。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种背光模块，至少包含：

一导光板；以及

多个光耦合单元，设置于该导光板下方，其中每一所述光耦合单元包含：

一光耦合材，其上表面面向该导光板；

一光学胶，贴附于该上表面与该导光板之间；以及

多个发光元件，设置于该光耦合材的侧面。

2.如权利要求1所述的背光模块，其中每一所述光耦合单元还包含：

一遮光罩，遮蔽该光耦合材的侧面及所述多个发光元件的上方和外侧。

3.如权利要求1所述的背光模块，其中该导光板具有一表面面向所述多个光耦合单元，该表面的部分区域直接接触所述多个光耦合单元，而该表面未接触所述多个光耦合单元的区域则设有散射结构。

4.如权利要求3所述的背光模块，其中每一所述光耦合单元中的所述多个发光元件等间距地包围在该光耦合材的侧面。

5.如权利要求4所述的背光模块，其中该光耦合材的侧面等间距地设有多个凹槽，所述多个发光元件设置于所述多个凹槽中。

6.如权利要求4所述的背光模块，其中该发光元件为发光二极管，每一所述光耦合单元中的所述多个发光二极管的数量大于或等于四个。

7.如权利要求1所述的背光模块，其中该光耦合材的形状为多边形。

8.如权利要求1所述的背光模块，其中该导光板是一体成型。

9.如权利要求1所述的背光模块，其中该光耦合材的折射率与该导光板的折射率不同。

10.如权利要求9所述的背光模块，其中该光耦合材的折射率或该导光板的折射率等于该光学胶的折射率。

11.如权利要求1所述的背光模块，其中该导光板的折射率、该光学胶的折射率与该光耦合材的折射率均相同。

12.如权利要求1所述的背光模块，还包含一电路板，设置于该光耦合材的下方，该电路板表面包括一第一区以及一第二区，该第一区设置所述多个发光元件，该第二区则设置一反射层，所述光耦合材的下表面接触该反射层。

13.如权利要求1所述的背光模块，其中所述多个光耦合单元呈阵列排列。

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