TWI302619B - - Google Patents

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1302619 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種液晶顯示器（liquid crystal display，LCD)背光源，尤其是一種利用透鏡體曲率之設， 並計配合發光二極體(LED)光源，使LED光源出射光線所 涵盖之角度範圍更為廣闊之LCD背光源產生方法。 【先前技術】 液晶顯示器由於具有重量輕，體積小的特性，因此由 過去筆記型電腦等小型設備之顯示裝置，逐步應用並已有 取代傳統CRT螢幕或電視之趨勢，其也隨著零組件之性能 提高，使得LCD面板尺寸、亮度、對比等規格，亦一直 在進步提升當中。LCD依照光源產生影像之方式，可分為 反射型與牙透型一類，早期的LCD多以反射型為主，目 前則主要以穿透型LCD為市場大宗。而穿透型LCD則依 照光源設置的位置可分作侧光式（side_edge)與直下式 (direct type)背光模式，側光式LCD的光源設置於導光 板（light guide)二左右侧邊或四側邊處，使光線藉由導光 板之全反射作用以及導光板下方之擴散片所設之擴散 點’將光線均勻地從導光板表面射出，進而再透過液晶面 板，呈現出影像。 細，在大型LCD之發展需求下，足夠的顯像亮度、 見廣的觀看視角、鮮明的影像對比以及較長的使用壽命， 已成為研發最主要的重點，因而在此種標準要求下可:下 1302619 式的背光模組形態便成為大型LCD發展的技術主流。習 知直下式的背光模組請參閱第一圖，一般LCD係由上半 部的液晶面板10與下半部提供光源之背光模組2〇所構 成。背光模組20主要包括一稜鏡片21、一擴散膜22、一 導光板23、一反射罩24與一光源25。目前所利用於直下 式背光模組之之光源24包括電激發光（EL)、冷陰極螢光 燈（CCFL)、陰極發射燈（CCL)或金屬鹵化燈等，其中

以冷陰極螢光燈應用最廣。光源24所發射之光線係直接 穿透導光板23以及與具有配光效果之稜鏡片21與擴散膜 22，而此均勻的由背光模組表面射出，並透射進入液 晶面板10中。 以一般使用冷陰極螢光燈之直下式背光模組與側光 式背光模組相比較，因前者設有較多的燈管數，且光線可 直接穿透導紐（杨甚至絲設有導光板），可避免一 些侧光的漏失，而使整體之輝度與發光效能大幅提升。然 而，燈官數目增多時，其所產生的熱能亦較多，所造成之 /皿度升n亦會對液晶分子或是彩色光喊生影響，而有色 彩異變的現象，通常必須將#光模_厚度增加，以減低 此^重干擾，因而不得不加大LCD之厚度體積。除此之外， 燈官間之分佈排列，相#容錢生明暗條紋之情況 齊度產生一定的影響。 1对 四此曰頁利用LED光源取代冷陰極螢光燈之背$ 、、、產生纟於LED S源具有體積小、產熱性低、耗^ 低、使用壽命長的特性，加上近來製造技術之進步，^ 1302619 光亮度不斷提升，且其製造成本亦逐漸降低，目前已逐步 應用於各種照明設備中，未來，led光源更可能取代目前 燈泡或曰光燈源，而成為照明設備中最重要之發光元件， 但是以LED光源作為LCD背光源仍有其存在之問題。請 麥閱第二圖，茲以20 1/s為120度之表面黏著型（SMD) LED光源30為例係指LED發光強度值為轴向強度 值一半時該方向與軸向之夾角，2倍01/2即為視角），其與 照射表面在距離為X之情況下，若以其照射所能涵蓋直徑 為X長度的圓周範圍内之照度計算，只能達成65%之均勻 度。請同時參閱並味第三®，該®係LED光源發光強 度與發光角度之關係圖’從圖中可知，發光角度為抽向而 為〇度時，LED之發光強度最高，但隨著偏離轴向之角度 逐漸增大，其發光強度則等比降低。因此led中央最亮， 愈旁邊貞彳等比變暗。LED光源發散紐後，卿到被照射 表面時’在等轉，顧上驗光、㈣度相似之 比例分佈，但因LED觸、係照射於—平面上，其所發散 較大角度的光線’與被歸表面的距離較遠，且 較大，使其照度相對上降低許多。因此無法依原、、咖光 源強度比例分佈，並在餘長度為乂彖 形成僅有圓財央照度65%之均 2需ίΓ其所能涵蓋之面積較窄’若欲使其光照區域 均勾，其在大尺寸面板上就必須設置相當多的 益法克服前費相當的成本；若設置數目不足，則將 '、、、克服則迷明暗相間隔且光照不均之缺失，而影響到顯

Ϊ302619 像的品質。 【發明内容】 為改善習知LCD背光源利用冷陰極勞光燈 以及齊度較差之缺點，本發縣提供—種彻 =設計，並配合LED光源，以作為LCD背光源來^之⑽ 背光源產生方法，使LED光源在一定均勻户株 射範圍增加’甚至在該範圍内提昇其照射均=， 光模組中LED設置的數目，以降低背光模^ 之製作成本。 本㈣之LCD背絲產生方法，包括：提供—透鏡 體，该透鏡體設有一入光面與一出光面；提供一 LEd 源；將該透鏡體套蓋於該LED光源上；以及使LED光源 散射之光線從弧面曲率係由中心軸向外側由大變小之該 入光面入射，其後再從弧面曲率係由中心軸向外側由小變 大之該出光面射出該透鏡體。 藉由本發明LCD背光源產生方法，可使LED光源所 發散之光線，經過該透鏡體之折射，改變原光線出射之角 度，從而使整體出射光線之角度變大，而能夠涵蓋更大的 面積。另一方面，則同時改變出射光線強度之分佈，使原 本轴向中央光線強度較強之區域，往與軸向較大角度之二 端偏移’使出射角度較大光線之強度加強，並降低中央轴 向之光線強度，以使LED光源所發出之光線能夠在穿透 該透鏡體内部一段距離後，照射到較外圍且較遠距離之表 8 1302619 面時，不但不會使均勻度降低，反而可增加均勻度至乃％ 以上。因此，利用本發明方法，可使led光源在作為LCI^ 之背光源時，能夠維持在較高均勻度之水準下，照射涵業 較習知LED光源所能照射涵蓋面積4倍至49倍的區域： . 一方面使被照射表面之均勻度提高，另一方面則因照射面 積之大幅擴增，能夠配置較少的LED光源，因而亦古| 幅降低設備成本之優點。 鲁 以下將配合圖式進一步說明本發明的實施方式，下述 所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明 之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範 圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【實施方式】 請參閱第四圖，第四圖係本發明實施例LCD背光源 •之分解立體示意圖。本發明之LCD背光源產生方法，首 先提供一透鏡體40，再提供一 LED光源30，而後將透鏡 ， 體40套蓋於所述LED光源30上，該LED光源30則可進 . 一步可耦接於一基座50上，用以電性連結，並提供電源。 請參閱第五圖，該圖係本發明實施例透鏡體之剖視 圖。透鏡體40係一半球體圓弧狀鏡體，其具有一入光面 41以及一出光面42。入光面41係一圓弧凹面，其於前述 之LED光源30相接設(請參閱第四圖），而出光面42則係 一圓弧凸面，該弧凸面則面向背光模組中最接近LED背 1302619 光源光學臈片之該端。 為中=續Γ、第五圖’入光面41之弧凹面以中心軸⑼

:即‘罔、曲率由中心軸60向外側，由大逐漸變小。 亦即，如圖式中所+，灶 〜…夂J 角度向、—切線與中心轴⑼之夾角，由a Λ ® # ill Γ σ C角度逐漸變小。而出光面42之弧 f面切細Φ中〜軸6G向外側由小變大，亦即如圖式中， =刀=中心轴60之失角，由A角度向B角度，再向

c角度逐漸變大。 口此’ 4參閱第六®，由LED光源3G所發射出之光 線，由人光面41進入透鏡體3〇時經過第-次折射，該些 光線再由出光面42經過第二次折射後，射出該透鏡體3〇。 由於入光面41愈接近中心軸6〇之曲率愈大，因此由該處 入=之光線折射角也愈大，使其愈容易往兩側分散射出， 而遠離中心軸60之外側區域，則因為曲率小，產生之折 射角小，因此在兩側方向之光線並未有較大之偏折。該等 光線接觸到出光面42時，則由於愈靠近中心軸6〇之曲率 愈小，其折射角度亦愈小，原本出射之光線角度偏折不 大，但遠離中心軸60之外侧區域，則因曲率變大，折射 角度也增大，進一步使該些出射光往中心軸6〇兩側偏移， 使得LED光源30之出射光線，大幅增加其照射的區域。 本發明實施例之LCD背光源產生方法其同時也由於 將光線往兩側偏移折射，將使得兩側之光線強度較中心袖 方線之光線強，如此可補強由中心軸外兩側所發射出更遠 且分佈更廣之光線強度，使其照射在LCD背光源之光學 1302619 膜=2夠維持相當之照度’而使整體照射區域之均勻 度提同明茶閱第七圖，該圖係本發明實施例背光 源”毛光強度與發光角度之關係圖。從圖中可以發現，發 光角度為軸向方向而為〇度時，本發明LED光源之發光 T度已由4述（請相第三圖）之最高強度降低至幾乎為 最低強度’且隨著偏_向肖度之逐漸增大，其發光強度 約在7〇度時達到最高峰，角度再繼續增加時，其發光強 度則迅速降低。 需注意的是，此處係本發明實施例LCD光源3〇套蓋 透鏡體40後，發光「強度」與發光角度之分佈關係。由 透鏡體40射出之光線仍要進—步照光模組之光學 膜片Z(請先參閱第八圖）上，因此該等光線照射分佈到光 學膜片Z上時，由於距離以及照射面積之差異，將使其照 度發生變化，而不會依照光線強度之比例分佈。雖然本發 明中接近軸向而角度較小之出射光線其強度較低，但其照 射距離短，所擴散之面積小，所以照度將略微降低；而出 射角度較大之光線’其與被照射表面之距離較遠，且擴散 之區域較大，因此會使分佈在每一單位面積上之光束照度 降低’原本會造成發光角度較大之出射光照度驟降，但在 本發明中，由於發光角度較大之出射光其強度因透鏡體40 之折射而大幅增加，因此其邊緣處之照度均勻度仍能維持 相當程度。 凊參閱第八圖’本發明實施例可進一步將套蓋有透鏡 體40之LED光源30，設置於LCD背光模組中最接近led 1302619 光源之光學膜片z下方處，而光學膜片2至套蓋有透鏡體 4〇之LED光源30之距離為X ;並使LED光源3〇射出之 光線、纟二由透鏡體40之折射後，照射到光學膜片z上直庐 ' 為γ長度之圓周區域内。其中，led光源可為SMD型^ LED’或其他形式之LED，而其發光顏色則可為白光或其 他依萬要之其他色光。於本實施例中，直徑γ之長度可達 X長度之2〜7倍，且該圓周區域内之光均勻度可達^ 75% 以上。亦即，當I^D光源軸向〇度射出至光學膜片乙之0 攀 級照度以計算時，該等在直徑為Y長度之圓周邊緣 之光線照度則有75以上。 因此，透過本發明之LCD背光源產生方法，利用一 透，體40之重新配光作用，可使LED背光源其照射之區 域範圍在均勻度75%以上之條件下，較習知led光源所 照射涵蓋之面積增加4倍至49倍之多，一方面使被照射 表面之均勻度提尚，另一方面則因照射面積之大幅擴增， • LCD之背光模組中能夠配置較少的LED光源，因而亦能 夠大幅降低設備所需的成本。 本發明亦可於透鏡體之出光面42表面設置數個呈同 〜圓分佈之配光鏡條，該些配光鏡條之曲率可為零、正或 為負。其亦可在出光面42表面上以鑽石面排列方式，佈 滿複數個小配光鏡面，而該些小配光鏡面之曲率亦可為 零、正或為負，其中，每一小配光鏡面其水平與垂直軸像 之曲率亦可為相同或相異。藉由配光鏡條與小配光鏡面的 e又置可使本發明出射光產生交集混光之效果，使射出之光

12 1302619 線更加均勻，而能夠提升顯像之品質。 【圖式簡單說明】 第一圖係習知LCD背光模組之示意圖。 第二圖係習知LED光照之示意圖。 第二圖係習知LED光源發光強度與發光角度之關係圖。 第四圖係本發明實施例LCD背光源之分解立體示意圖。 第五圖係本發明實施例透鏡體之剖視圖。 第六圖係本發明實施例LCD背光源之光徑示意圖。 第七圖係本發明實施例LCD背光源發光強度與發光角度 之關係圖。 又 第八圖係本發明實施例LCD背光源光照之示意圖。 【主要元件符號說明】 1〇 液晶面板 20背光模組 21稜鏡片 22擴散片 23導光板 24 反射罩 25光源 3〇 LED光源 40透鏡體 ⑧ 13 1302619 出光面 41 入光面 42 50 基座 60 中心軸 X 距離 Y 直徑 Z 光學膜片

Claims (1)

1302619 十、申請專利範圍： 1、一種LCD背光源產生方法，包括·· 知:供一透鏡體，該透鏡體設有一入光面與一出光面； 提供一 LED光源； 將該透鏡體套蓋於該LED光源上；以及 使LED光源散射之光線從弧面曲率係由中心軸向外側由 _ 大變小之該入光面入射，其後再從弧面曲率係由中心軸向 外侧由小變大之該出光面射出該透鏡體。 2、如申請專利範圍第i項所述之LCD背光源產生方法，可進 一步將套蓋有該透鏡體之該led光源設置於LCD背光模 組中最接近LED光源之光學膜片下方χ距離處，並使LE〇 光源射出之光線經由透鏡體之折射後，照射到該光學膜片 上直徑為2X〜7X長度之圓周區域内。 • 3、如申請專利範圍第2項所述之LCD背光源產生方法，㈠ 5_為2X〜7X長度之_區_其光均勻度在黑以 4、 如申請專利範圍第1λ ^ 或3項所述之LCD背光源產生方 法’其中該LED光源係—白光咖。 5、 如申請專利範圍第1 法，盆中WED # vJ 所叙LCD f光源產生方 其中5亥LED切係—表面黏著型㈣。