TWM552672U - 發光二極體模組及其背光裝置 - Google Patents

Description

發光二極體模組及其背光裝置

本創作為一種光學元件設計的技術，特別是指一種可以降低直下式背光裝置之亮帶問題的一種發光二極體模組及其背光裝置。

隨著科技發展的進步，傳統的陰極射線管的電視因為體積過於龐大已經被市場淘汰，取而代之的是薄型的電視，例如：液晶顯示器。而液晶顯示器由於並非主動發光，因此需要有發光裝置來作為顯示所需的光源，此為一般統稱的背光裝置。在背光裝置的設計中，大致分成兩種，一種為側光式，一種為直下式。以發光二極體作為光源為例，雖然側光式的背光裝置具有薄型以及成本低廉的優點，不過卻具有亮度不均，例如：中間主要顯示區域較暗，邊緣反而比較亮，的問題。而直下式背光裝置則是將發光二極體設置於液晶面板下方以構成一面光源。雖然需要使用相較於側光式背光裝置數量更多的發光二極體，但是由於直下式背光裝置光利用效率相較於側光式背光裝置佳，因此目前受到廣泛的使用，例如：在大尺寸液晶顯示器上。

請參閱圖1所示，該圖為習用之直下式背光模組結構剖面示意圖，該直下式背光模組1主要有一殼體10，殼體10的周圍具有斜面11，其上具有反射結構，在殼體10內部具有一容置空間100，內具有複數個發光二極體模組12，每一個發光二極體模組12具有一發光二極體120以及一光學元件121，其係為一透鏡。由於直下式背光模組1需要安裝相當數量的發光二極體120，才能夠產生足夠的背光，但是如此必然會增加成本。爲了解決這個問題，透過發光二極體120上方的光學元件121(透鏡)可以擴大的光線發散角度，例如：±150度左右，進而可以減少發光二極體120的設置數量。雖然圖1所示的方式可以擴大直下式背光模組1的發光範圍，但是由於使用之發光二極體120皆朝向高功率設計，再加上光學元件121之擴散後，圖1中的光路A會使得背光模組1上下左右邊緣穿透反射纸13的能量太强，導致會有明顯亮帶產生。因此，如何在不影響背光的均勻度之下，要消除光路A造成的亮團問題，是後續有待解決的問題。

雖然在習用技術中，或有在圖1中的斜面11上設置吸附材，用以吸附光線或者是穿孔，讓光通過，以降低周圍亮帶的問題，但如此也會減少光的使用效率。綜合上述，因此亟需一種發光二極體模組及其背光裝置，來解決習用技術所產生的問題。

本創作提供一種發光二極體模組及其背光裝置，其係利用設置於反射斜面與發光二極體之間的光學元件，透過其光學特性將超過一特定角度（θ）之光束進行擴展，以降低在發光二極體模組邊緣的亮帶。

在一實施例中，本創作提供一種發光二極體模組，包括有一發光二極體元件以及一第一光學元件。該發光二極體元件，具有一光軸，該發光二極體元件具有以該光軸為中心的一第一發光範圍。該第一光學元件，設置於該發光二極體元件之一側，用以接收該第一發光範圍中以該光軸為中心超過一特定角度（θ）之光束，並將該光束擴展成一第二發光範圍。

在一實施例中，本創作提供一種背光裝置，包括有一殼體以及至少一發光二極體模組。該殼體，其具有一容置空間，該容置空間之周圍具有至少一斜面。該至少一發光二極體模組，設置於該容置空間內，與該至少一斜面相鄰，每一發光二極體模組更具有一發光二極體元件以及一第一光學元件。該發光二極體元件，具有一光軸，該發光二極體元件具有以該光軸為中心的一第一發光範圍。該第一光學元件，設置於該發光二極體元件之一側，用以接收該第一發光範圍中以該光軸為中心超過一特定角度（θ）之光束，並將該光束擴展成一第二發光範圍。

在一實施例中，該發光二極體元件更包括有一發光二極體以及一第二光學元件。該發光二極體，用以產生以該光軸為中心之一初始發光範圍。該第二光學元件，罩覆於該發光二極體之上方，用以接收該初始發光範圍，並將其擴展成該第一發光範圍。

在一實施例中，該第一光學元件與該光軸之間具有一距離，該距離小於等於20 mm。該第一光學元件具有一高度h，其中h小於等於tan(90-θ)與該距離的乘積。

在一實施例中，該第一光學元件具有一受光面以及一出光面，該受光面接收該超過一特定角度之光束，經由該第一光學元件擴展成該第二發光範圍之後由該出光面離開該第一光學元件。其中，該入光面為一平面或一凹面。該出光面為一凸面，其中該凸面上更具有複數個以陣列方式排列的微結構面，在一實施例中，該微結構面為凸面。

請參閱圖2A至圖2D所示，該圖為本創作之直下式背光裝置之俯視、局部放大以及BB剖面示意圖。在本實施例中，該背光裝置2具有一殼體20以及至少一發光二極體模組21。該殼體20內具有一容置空間200，殼體20的周圍由至少一斜面22相連接而成。該斜面22可以為反射面，但不以此為限制。每一個發光二極體模組21更包括有一發光二極體元件210以及一第一光學元件211。該發光二極體元件210具有一光軸90。在本實施例中，該發光二極體元件210更具有一發光二極體212與第二光學元件213。該發光二極體212產生的光場具有以該光軸90為中心的一初始發光範圍900，其為發光二極體212原本的發光範圍。在一實施例中，該初始發光範圍約在±110~±120度之間，但不以此為限制。該第二光學元件213，罩覆於該發光二極體212之上方，在本實施例中，該發光二極體212設置在第二光學元件213內部的腔室之內，用以接收該初始發光範圍900，並將其擴展成該第一發光範圍901。在一實施例中，該第二光學元件213為一透鏡。該發光二極體212與該第二光學元件213之間的位置關係，可以根據實際需求而定，也為本領域技術之人所熟知，因此不以圖中所示的內容為限制。該第一發光範圍901可以在±70~±80度之間。在一實施例中，該第一發光範圍901約在±75度之間。

該第一光學元件211，設置於該發光二極體元件210與相應之斜面22之間，用以接收該第一發光範圍901中以該光軸90為中心超過一特定角度（θ）之光束，並將該光束擴展成一第二發光範圍902。該特定角度（θ）約在70度~85度之間，在一實施例中，該特定角度為78度。大於該特定角度（θ）的光束，再經由該斜面22的反射之後，會在背光裝置2的出光面邊緣產生亮帶。本實施例透過第一光學元件211的設置用以消除或減緩亮帶的問題。

在圖2B中可以看出來第一發光範圍901中，光路為大於該特定角度，例如：78度的光束通過了該第一光學元件211之後，進入該第一發光元件211之後，進一步再被該第一光學元件211擴展，形成第二發光範圍902。在本創作中，由於超過該特定角度（θ）的光路不會直接投射到斜面22產生反射，而是先透過第一光學元件211進行光學調制而擴光之後，再投射到斜面22。因此每一道投射至斜面22的光束的能量相較於原先沒有經過第一光學元件211而直接投射到斜面22的能量來的弱，因此，即使再從斜面22反射，由於光強度已經降低，因此可以降低習用具有二次透鏡的直下式背光裝置從斜面22反射出光所造成的亮帶問題。要說明的是，該第一發光元件211可以根據需要設置在殼體20的四周圍91~94其中之一，或者是任意的組合，在本實施例中，該第一光學元件211係設置在殼體的四周圍91~94。

如圖2B與2D所示，該圖為本創作之第一光學元件示意圖，在本實施例中，該第一光學元件211具有一受光面2110以及一出光面2111，該受光面2110接收該超過一特定角度（θ）之光束，經由該第一光學元件211擴展成該第二發光範圍902之後由該出光面2111離開該第一光學元件211。在一實施例中，該入光面2110為平面，該出光面2111為凸面結構。在另一實施例中，該入光面2110可以為凹面結構。請參閱圖3所示，該圖為本創作之第一光學元件另一實施例立體示意圖。在本實施例中，該第一光學元件211的出光面為一凸面214，且該凸面214的表面更具有複數個以陣列方式排列的微結構面215，例如：子凸面，以構成具有複數個子凸面的第一光學元件211，透過這樣的設計，每一個子凸面都可以對相應的光束進行擴光，因此可以增加進入該第一光學元件211之光束的擴光效果。

接下來說明本創作之第一光學元件與該發光二極體之間的位置關係。如圖2D所示，該第一光學元件211中心軸91與該光軸90之間具有一距離d。第一光學元件211的透鏡的高度h會受限於該特定角度θ以及距離d而決定。在一實施例中，該高度h受限於特定角度θ小於等於78度時以及距離d而決定。在本創作的一實施例中，該高度h小於等於tan(90-θ)與該距離d的乘積，其中θ為該特定角度值，該距離d小於等於20mm。在一實施例中，該第一光學元件211為薄件，厚度t介於3~5mm的範圍之間。透過上述的參數設計而得到的第一光學元件211，將其放置在具有二次透鏡(第二光學元件213)的直下背光裝置內而應用顯示器時，能夠有效消除因大角度二次光學透鏡所產生的四周亮團的問題。

請參閱圖4所示，該圖爲在同一背光裝置下，利用本創作之發光二極體模組以及沒有利用本創作之發光二極體模組對邊緣所造成的量團比較示意圖。在圖4的A側區域設置本創作的發光二極體模組，而在B側區域則設置如圖1所示的習用發光二極體模組。根據發光亮度的效果測試，可以發現在A側區域的發光二極體模組21投射到斜面22時，在邊界所產生的亮帶區域相較於B側區域的習用發光二極體模組12所產生的亮帶區域來的和緩且範圍小；此外在A側中，也很明顯可以看出沒有亮度特別集中的位置，反觀B側靠近斜面22的區域則有明顯的亮帶區域C與D。因此透過本創作利用設置於反射斜面與發光二極體之間的光學元件，透過其光學特性將超過一特定角度（θ）之光束進行擴展，確實可以產生降低在發光二極體模組邊緣的亮帶的效果。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本創作之特點及功效，而非用於限定本創作之可實施範疇，於未脫離本創作上揭之精神與技術範疇下，任何運用本創作所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧直下式背光模組
10‧‧‧殼體
11‧‧‧斜面
100‧‧‧容置空間
12‧‧‧發光二極體模組
120‧‧‧發光二極體
121‧‧‧光學元件
2‧‧‧直下式背光裝置
20‧‧‧殼體
200‧‧‧容置空間
21‧‧‧發光二極體模組
210‧‧‧發光二極體元件
211‧‧‧第一光學元件
2110‧‧‧入光面
2111‧‧‧出光面
212‧‧‧發光二極體
213‧‧‧第二光學元件
214‧‧‧凸面
215‧‧‧微結構面
22‧‧‧斜面
90‧‧‧光軸
91~94‧‧‧殼體周圍
900‧‧‧初始發光範圍
901‧‧‧第一發光範圍
902‧‧‧第二發光範圍
θ‧‧‧特定角度
A、B‧‧‧側邊區域
C、D‧‧‧亮帶區域

圖1為習用之直下式背光裝置示意圖。 圖2A為本創作之直下式背光裝置俯視示意圖。 圖2B為本創作之直下式背光裝置局部區域中，發光二極體模組所產生之光錄通過第一光學元件之光路展開俯視示意圖。 圖2C為圖2A所示之本創作之直下式背光裝置之CC剖面示意圖。 圖2D為本創作之直下式背光裝置中的發光二極體模組與第一光學元件之位置關係示意圖。 圖3為本創作之第一光學元件另一實施例立體示意圖。 圖4爲在同一背光裝置下，利用本創作之發光二極體模組以及沒有利用本創作之發光二極體模組對邊緣所造成的量團比較示意圖。

20‧‧‧殼體

21‧‧‧發光二極體模組

210‧‧‧發光二極體元件

211‧‧‧第一光學元件

2110‧‧‧入光面

2111‧‧‧出光面

212‧‧‧發光二極體

213‧‧‧第二光學元件

22‧‧‧斜面

θ‧‧‧特定角度

Claims (16)

1. 一種發光二極體模組，包括： 一發光二極體元件，具有一光軸，該發光二極體元件具有以該光軸為中心的一第一發光範圍；以及 一第一光學元件，設置於該發光二極體元件之一側，用以接收該第一發光範圍中以該光軸為中心超過一特定角度之光束，並將該光束擴展成一第二發光範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該發光二極體元件更包括有： 一發光二極體，用以產生以該光軸為中心之一初始發光範圍；以及 一第二光學元件，罩覆於該發光二極體之上方，用以接收該初始發光範圍，並將其擴展成該第一發光範圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該第一光學元件與該光軸之間具有一距離，該距離小於等於20 mm。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體模組，其中該第一光學元件具有一高度h，其中h小於等於tan(90-θ)與該距離的乘積，其中該θ為該特定角度值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該第一光學元件具有一受光面以及一出光面，該受光面接收該超過一特定角度之光束，經由該第一光學元件擴展成該第二發光範圍之後由該出光面離開該第一光學元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體模組，其中該入光面為一平面或一凹面。
7. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體模組，其中該出光面為一凸面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體模組，其中該凸面上更具有複數個以陣列方式排列的微結構面。
9. 一種背光裝置，包括： 一殼體，其具有一容置空間，該容置空間之周圍具有至少一斜面；以及 至少一發光二極體模組，設置於該容置空間內，與該至少一斜面相鄰，每一發光二極體模組更具有： 一發光二極體元件，具有一光軸，該發光二極體元件具有以該光軸為中心的一第一發光範圍；以及 一第一光學元件，設置於該發光二極體元件與相應之斜面之間，用以接收該第一發光範圍中以該光軸為中心超過一特定角度之光束，並將該光束擴展成一第二發光範圍。
10. 如申請專利範圍第9項所述之背光裝置，其中該發光二極體元件更包括有： 一發光二極體，用以產生以該光軸為中心之一初始發光範圍；以及 一第二光學元件，罩覆於該發光二極體之上方，用以接收該初始發光範圍，並將其擴展成該第一發光範圍。
11. 如申請專利範圍第9項所述之背光裝置，其中該第一光學元件與該光軸之間具有一距離，該距離小於等於20 mm。
12. 如申請專利範圍第11項所述之背光裝置，其中該第一光學元件具有一高度h，其中h小於等於tan(90-θ)與該距離的乘積，其中該θ為該特定角度值。
13. 如申請專利範圍第9項所述之背光裝置，其中該第一光學元件具有一受光面以及一出光面，該受光面接收該超過一特定角度之光束，經由該第一光學元件擴展成該第二發光範圍之後由該出光面離開該第一光學元件。
14. 如申請專利範圍第13項所述之背光裝置，其中該入光面為一平面或一凹面。
15. 如申請專利範圍第13項所述之背光裝置，其中該出光面為一凸面。
16. 如申請專利範圍第15項所述之背光裝置，其中該凸面上更具有複數個以陣列方式排列的微結構面。