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TWI530740B - 面光源模組 - Google Patents

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TWI530740B
TWI530740B TW104119626A TW104119626A TWI530740B TW I530740 B TWI530740 B TW I530740B TW 104119626 A TW104119626 A TW 104119626A TW 104119626 A TW104119626 A TW 104119626A TW I530740 B TWI530740 B TW I530740B
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Taiwan
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light
guide plate
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light source
light guide
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TW104119626A
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TW201701035A (zh
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張容瑋
蔡宜育
李信宏
楊喬智
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揚昇照明股份有限公司
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Priority to CN201610229878.1A priority patent/CN106257327A/zh
Priority to US15/099,953 priority patent/US20160370527A1/en
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Description

面光源模組
本發明是有關於一種光源，且特別是有關於一種面光源模組。
液晶顯示裝置包括液晶顯示面板與背光模組，由於液晶顯示面板本身不發光，故需藉由背光模組來提供顯示光源，以達到顯示影像的目的。因此，背光模組所提供的顯示光源的品質將會影響影像品質。
背光模組包括直下式背光模組與側光式背光模組，相較於直下式背光模組，側光式背光模組因具有厚度較薄的優勢，所以目前較被廣泛使用於薄型化液晶顯示裝置中。習知的側光式背光模組中，光線從導光板的入光面進入導光板後會在導光板內全反射，並藉由適當設置的微結構來破壞全反射，以使光線能均勻地從導光板的出光面出射。導光板的底面設置有反射片，以將從底面出射的光線反射回導光板中。反射片是藉由膠材黏合於導光板的底面。然而，膠材容易使光線於導光板的底面無法產生全反射，導致光利用效率變差。
本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明提出一種面光源模組，以提升光利用效率。
本發明提出一種面光源模組，以提升光利用效率，且達到薄型化的優點。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明一實施例提出一種面光源模組，其包括導光板、反射片、膠材以及發光組件。導光板具有相鄰的入光面與底面，反射片配置於底面，膠材黏著於底面與反射片之間，而發光組件配置於入光面旁。膠材的折射率為N1，導光板的折射率為N2，且63%≦N1/N2≦95%。發光組件包括多個發光元件，各發光元件的配光曲線符合下列條件：(1)光強度50%處之配光角的絕對值小於或等於55°；(2)絕對值70。以上的配光角的光能量總和小於或等於發光元件的總流明值的10%。
在本發明之一實施例中，上述之膠材的折射率介於1.3至1.5之間。
在本發明之一實施例中，上述之導光板的底面之黏著有膠材的總面積大於或等於底面之總面積的10%。
在本發明之一實施例中，上述之膠材局部黏著於導光板的底面，且膠材於底面的黏著處鄰近於發光組件。
在本發明之一實施例中，上述之面光源模組更包括背板，而反射片承載於背板上，且反射片位於膠材與背板之間。
在本發明之一實施例中，上述之各發光元件包括發光元件封裝結構。
在本發明之一實施例中，上述之各發光元件更包括二次光學透鏡(secondary optical lens)，配置於發光元件封裝結構與入光面之間。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明另一實施例提出一種面光源模組，其包括導光板、背板、膠材以及發光組件。導光板具有相鄰的入光面與底面，背板承載導光板，其中背板具有用以承載導光板的底壁，且底壁具有面向導光板的反射面。膠材黏著於底面與反射面之間，其中膠材的折射率為N1，導光板的折射率為N2，且63%≦N1/N2≦95%。發光組件配置於入光面旁，且發光組件包括多個發光元件。各發光元件的配光曲線符合下列條件：(1)光強度50%處之配光角的絕對值小於或等於55°；(2)絕對值70°以上的配光角的光能量總和小於或等於發光元件的總流明值的10%。
在本發明之一實施例中，上述之膠材的折射率介於1.3至1.5之間。
在本發明之一實施例中，背板的反射面為白反射面或銀反射面。
本發明各實施例的面光源模組因設定膠材及導光板的折射率的比例關係，且搭配使用具有特定配光曲線的發光元件，所以能有效避免膠材破壞光線於導光板內的全反射，進而提升光利用效率。此外，在一實施例中，由於面光源模組的背板具有反射面，所以能省略習知技術的反射片，進而使面光源模組的整體厚度變薄。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
100、100a、100b、100c、200‧‧‧面光源模組
110、210‧‧‧導光板
111、211‧‧‧入光面
112、212‧‧‧底面
113‧‧‧出光面
120‧‧‧反射片
130、130b、230‧‧‧膠材
140、240‧‧‧發光組件
141、141a、241‧‧‧發光元件
142‧‧‧電路板
150、250‧‧‧光學膜片
160、260‧‧‧背板
161、261‧‧‧底壁
162‧‧‧側壁
170‧‧‧膠材
263‧‧‧反射面
圖1是本發明一實施例之面光源模組的示意圖。
圖2是本發明一實施例之發光元件的配光曲線圖。
圖3是本發明另一實施例之面光源模組的示意圖。
圖4是本發明另一實施例之面光源模組的示意圖。
圖5是本發明另一實施例之面光源模組的示意圖。
圖6是本發明另一實施例之面光源模組的示意圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
本發明之面光源模組例如可用於非自發光顯示裝置(如液晶顯示裝置)，以提供顯示光源，但本發明並不限定面光源模組的用途。圖1是本發明一實施例之面光源模組的示意圖。請參照圖1，本實施例之面光源模組100包括導光板110、反射片120、膠材130以及發光組件140。導光板110具有相鄰的入光面111與底面112、以及與底面112相對的出光面113，且入光面111連接於底面112與出光面113之間。反射片120配置於底面112，膠材130黏著於底面112與反射片120之間，而發光組件140配置於入光面111旁。發光組件140包括多個發光元件141，而圖1僅繪示一個發光元件141作為示意。這些發光元件141沿著入光面111的延伸方向排列，以提供光線(圖未示)經由入光面111進入導光板110內。
在本實施例中，發光組件140例如更包括電路板142，而發光元件141是設置於電路板142上，並電性連接於電路板142，藉以透過電路板142驅使發光元件141發光。光線進入導光板110後可在導光板110的出光面113與底面112之間全反射，而朝向遠離發光元件141的方向前進。在出光面113或底面112的至少其中一面可設置用以破壞全反射的微結構(圖未示)，例如網點，以使光線能從出光面113及底面112出射，但本發明並不限定微結構的形狀。從底面112出射的光線可被反射片120反射回導光板110而從出光面113出射，使光線能再次被 利用，且可避免漏光。反射片120例如是白反射片或銀反射片，但不限於此。另外，微結構的分佈方式可依設計需求而定。舉例來說，在一實施例中，微結構分佈的疏密度例如是從靠近發光組件140側朝遠離發光組件140側逐漸變密。此外，面光源模組100可更包括光學膜片150，其配置於導光板110的出光面113上方，用以進一步使光線均勻化，並調整光線的行進方向。光學膜片150可例如為擴散膜、增亮膜(brightness enhancement film,BEF)等，數量可為一片或多片，圖1僅繪示一個片光學膜片150作為示意。
在本實施例中，由於反射片120是藉由膠材130黏合於導光板110的底面112，根據司乃耳定律(Snell’s Law)，傳遞至導光板110底面112的光線能否產生全反射與導光板110及膠材130的折射率以及光線的入射角相關。若光線並非因微結構的關係而是由於光線的入射角的關係(例如光線入射至入光面111的角度過大或光線入射至底面112的角度過小)，光線穿出導光板110的底面112，雖然光線會被反射片120反射回導光板110，但穿過膠材130及被反射片120反射時仍會有光損失。為了讓光線能夠在導光板110內全反射，本實施例設定膠材130與導光板110的折射率以及各發光元件141的配光曲線。具體而言，膠材130的折射率為N1，導光板110的折射率為N2，而折射率N1與N2符合不等式：63%≦N1/N2≦95%。各發光元件141的配光曲線符合下列條件：(1)光強度50%處之配光角的絕對值小於或等於55°；(2)絕對值70°以上的配光角的光能量總和小於或等於發光元件的總流明值的10%。所述發光元件141的配光曲線表示從發光元件141發出的光線的光強度分布曲線，以中心軸(配光角0度)往左右方向描繪其光強度。在一實施例中，發光元件141的配光曲線可如圖2所示，但本發明不以此為限，其中圖2的橫軸為配光角(度)，縱軸為光強度(%)。
承上述，設定膠材130及導光板110的折射率N1、N2的關係可以設定臨界角(critical angle)，而設定各發光元件141的配光曲線可使大部分的光線 於導光板110底面112的入射角大於臨界角，以產生全反射。因此，當折射率N1、N2及各發光元件141的配光曲線符合上述條件時，可以有效改善膠材130導致光線於導光板110的底面112無法產生全反射的情形，進而提升光利用效率。
在本實施例中，導光板110的材質例如可為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或玻璃等，其中PMMA的折射率約為1.49，PC的折射率約為1.585，而玻璃的折射率約為1.52。此外，膠材130的折射率例如是介於1.3至1.5之間，例如1.4，但本發明並不以此為限。若膠材130折射率低於1.3，則膠材130的成本過高。為了成本考量，本實施例限定N1/N2≧63%，如此可不需選用折射率過低的膠材130即可滿足此條件。若折射率高於1.5，則不易符合N1/N2≦95%的條件。另外，膠材130可選用膠帶式的固態透明光學膠(Opticallly Clear Adhesive，OCA)，或是由液態膠材固化而成。固態透明光學膠的折射率約為1.45，液態膠材的折射率約介於1.315至1.38之間，液態膠材例如採用Norland型號NOA1315(折射率約為1.315)、NOA132(折射率約為1.32)、NOA133(折射率約為1.33)、NOA1327(折射率約為1.327)、NOA1328(折射率約為1.328)、NOA13685(折射率約為1.3685)、NOA1375(折射率約為1.375)或NOA138(折射率約為1.38)系列膠材。需說明的是，以上所列的導光板110及膠材130的材質僅為舉例之用，並非用以限定本發明。
在圖1中，各發光元件141例如是發光元件封裝結構，如發光二極體封裝結構(light emitting diode package structure，LED package structure)，但不限於此。發光元件141(或發光元件141的發光面，圖未示)與導光板110的入光面111之間的間距例如介於0.3毫米(mm)至0.5毫米之間。發光二極體封裝結構例如包括發光晶片(chip，圖未示)及用以調整光型的一次光學透鏡(first lens，圖未示)。然而，若發光二極體封裝結構本身的配光曲線無法符合上述條件，可另外 增設二次光學透鏡(second lens)來調整配光曲線，以符合上述條件。以圖3為例，在面光源模組100a中，各發光元件141a包括發光元件封裝結構143及二次光學透鏡144，其中二次光學透鏡144配置於發光元件封裝結構143與導光板110的入光面111之間。二次光學透鏡144並未與發光元件封裝結構143封裝為一體，而是與發光元件封裝結構143之間存有適當的間距。此外，在另一實施例中，各發光元件141也可例如是雷射二極體封裝結構(laser diode package structure，LD structure)，可提供符合上述條件的配光曲線。
請再參照圖1，上述之膠材130可黏著於導光板110的整個底面112，而膠材130可完全覆蓋底面112，或是形成分佈於底面112的多個膠塊，本發明不限於此。然而，若考量生產效率以及成本及效益，膠材130可局部黏著於導光板110的底面112之鄰近發光組件140的區域。以圖4的面光源模組100b為例，膠材130b於導光板110的底面112的黏著處例如是鄰近於發光組件140。在一實施例中，底面112之黏著有膠材130的總面積例如是大於或等於底面112之總面積的10%。所述底面112之黏著有膠材130的總面積，表示膠材130在平行底面112的方向上分佈於底面112的總面積量。因此，膠材130完全覆蓋底面112、局部黏著底面112或是形成分佈於底面112的多個膠塊都會符合上述條件。
在導光板110中，愈接近發光組件140的區域的光能量愈強，因此將膠材130局部黏著於導光板110的底面112之鄰近發光組件140的區域即可有效避免光損失，並防止在導光板110的出光面113之鄰近發光組件140的區域出現明顯的亮紋。
圖5是本發明另一實施例之面光源模組的示意圖。請參照圖5，本實施例之面光源模組100c與圖4之面光源模組100b相似，差異處在於面光源模組100c更包括背板160，而反射片120承載於背板160上，且反射片120位於膠材130b與背板160之間。本實施例之背板160例如具有位於發光組件140及導光板110之 入光面111下方的底壁161，且膠材130b的黏著處對應於底壁161。在一實施例中，膠材130b於底壁161的正投影位於底壁161的範圍內，並未超出底壁161的範圍。此外，背板160例如是由散熱性較佳的材質製成，例如鋁、鋁合金或其他金屬。面光源模組100c可更包括膠材170，以黏著背板160與反射片120，其中膠材170的黏性例如是高於膠材130的黏性。在其他實施例中，若反射片120為金屬材質，背板160與反射片120可用焊接或螺絲鎖附固定。此外，發光組件140例如是承載於背板160的側壁162。另外，上述之面光源模組100、100a也可包括此背板160。
圖6是本發明另一實施例之面光源模組的示意圖。請參照圖6，本實施例之面光源模組200包括導光板210、膠材230、發光組件240以及背板260。導光板210具有相鄰的入光面211與底面212，背板260承載導光板210，其中背板260具有用以承載導光板210的底壁261，且底壁261具有面向導光板210的反射面263。膠材230黏著於底面212與反射面263之間。本實施例之面光源模組200也可進一步包括配置於導光板210上方的光學膜片250。在本實施例中，導光板210、膠材230、發光組件240及光學膜片250與上述之導光板110、膠材130、發光組件140及光學膜片150相似。換言之，膠材230的折射率N1及導光板210的折射率N2也符合不等式：63%≦N1/N2≦95%。發光組件240的各發光元件241的配光曲線也符合下列條件：(1)光強度50%處之配光角的絕對值小於或等於55°；(2)絕對值70°以上的配光角的光能量總和小於或等於發光元件的總流明值的10%。有關於導光板210、膠材230、發光組件240及光學膜片250的其他細節說明，請參照上述之導光板110、膠材130、發光組件140及光學膜片150的說明，在此不再重述。此外，發光元件241也可替換成類似於圖3的之發光元件141a，即包含發光元件封裝結構以及配置於發光元件封裝結構與入光面211之間的二次光學透鏡。
本實施例之面光源模組200因符合上述之限制條件，所以也具有較佳的光利用效率。此外，由於背板260具有反射面263，用以反射光線，所以能省略上述實施例的反射片120，如此有助於降低面光源模組200的整體厚度，以符合薄型化的趨勢。本實施例之背板260的反射面263可為白反射面或銀反射面，但不以此為限。
綜上所述，本發明的實施例可達到下列優點或功效的至少其中之一。本發明各實施例的面光源模組因設定膠材及導光板的折射率的比例關係，且搭配使用具有特定配光曲線的發光元件，所以能有效避免膠材破壞光線於導光板內的全反射，進而提升光利用效率。此外，在一實施例中，由於面光源模組的背板具有反射面，所以能省略習知技術的反射片，進而使面光源模組的整體厚度變薄。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100‧‧‧面光源模組
110‧‧‧導光板
111‧‧‧入光面
112‧‧‧底面
113‧‧‧出光面
120‧‧‧反射片
130‧‧‧膠材
140‧‧‧發光組件
141‧‧‧發光元件
142‧‧‧電路板
150‧‧‧光學膜片

Claims (10)

  1. 一種面光源模組，包括：一導光板，具有相鄰的一入光面與一底面；一反射片，配置於該底面；一膠材，黏著於該底面與該反射片之間，其中該膠材的折射率為N1，該導光板的折射率為N2，且63%≦N1/N2≦95%；以及一發光組件，配置於該入光面旁，該發光組件包括多個發光元件，各該發光元件的配光曲線符合下列條件：(1)光強度50%處之配光角的絕對值小於或等於55°；(2)絕對值70°以上的配光角的光能量總和小於或等於該發光元件的總流明值的10%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之面光源模組，其中該膠材的折射率介於1.3至1.5之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之面光源模組，其中該導光板的該底面之黏著有該膠材的總面積大於或等於該底面之總面積的10%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之面光源模組，其中該膠材局部黏著於該導光板的該底面，且該膠材於該底面的黏著處鄰近於該發光組件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之面光源模組，更包括一背板，其中該反射片承載於該背板上，且該反射片位於該膠材與該背板之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之面光源模組，其中各該發光元件包括一發光元件封裝結構。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之面光源模組，其中各該發光元件更包括一二次光學透鏡，配置於該發光元件封裝結構與該入光面之間。
  8. 一種面光源模組，包括：一導光板，具有相鄰的一入光面與一底面；一背板，承載該導光板，其中該背板具有用以承載導光板的一底壁，且該底壁具有面向該導光板的一反射面；一膠材，黏著於該底面與該反射面之間，其中該膠材的折射率為N1，該導光板的折射率為N2，且63%≦N1/N2≦95%；以及一發光組件，配置於該入光面旁，該發光組件包括多個發光元件，各該發光元件的配光曲線符合下列條件：(1)光強度50%處之配光角的絕對值小於或等於55°；(2)絕對值70°以上的配光角的光能量總和小於或等於該發光元件的總流明值的10%。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之面光源模組，其中該膠材的折射率介於1.3至1.5之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之面光源模組，其中該背板的該反射面為一白反射面或一銀反射面。
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