CN100386681C

CN100386681C - Led背光模块

Info

Publication number: CN100386681C
Application number: CNB2005100842570A
Authority: CN
Inventors: 吕英宗; 杨政霖; 黎邦; 伍清钦
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2008-05-07
Anticipated expiration: 2025-07-15
Also published as: CN1896833A

Abstract

本发明的一种LED背光模块包括扩散板、至少一个光学元件、至少一个发光二极管以及反射片，该光学元件设在该扩散板下方，并且具有高反射率的反射面，该发光二极管设在该光学元件下方，该反射片则设在该发光二极管下方以及整个模块的侧边，控制LED配光曲线的光学元件，将LED发出的光线引导到特定的方向，不是直接从LED的正面出光，进而达到混色及均匀化的效果；本发明的LED背光模块在达到混色及均匀发光效果的同时，提供一种结构简单、制造容易的LED背光模块，可降低制造成本、提高产业利用价值，解决了现有技术所衍生的种种问题。

Description

LED背光模块

技术领域

本发明是关于一种背光模块，特别是关于一种以发光二极管(Lightemitting diode，LED)作为光源的背光模块。

背景技术

根据显示技术研究(Display Search)报告，未来几年市场对液晶电视(LCD TV)有着强劲的需求，估计2006年至少达到1624万台的需求数量，这使得LCD关键零部件产业上游材料与元件出现了巨大的商机，其中背光模块更是重点发展的项目之一。在背光模块中的背光源基于环保、轻薄的趋势下，它逐渐由阴极管(Cold cathode fluorescent lamp，CCFL)替换为发光二极管(Light emitting diode，LED)，发光源特性也由阴极管的线光源形式转成LED类似点光源的形式。

因此，在下一代背光源的发展上，由于使用LED光源的背光模块具备高细腻度、高辉度、无水银、高色再现性等特点，能够赋予液晶面板更高的附加价值，而过去LED始终给人们的印象是省空间。因此，一般认为今后LED背光模块的应用将跨越便携电子产品的门槛，迅速延伸到例如汽车、广告灯箱、显示器、电视等视频、信息、通信、家电及消费性等产业领域。同时，目前以LED作为背光源面临的最大挑战就是如何将单点、单色发光的LED均匀地扩散到整个画面，达到彩色及亮度均匀化的效果。相关专利技术例如美国专利第5,499,120号以及美国专利公开第2005/0001537号等案。

以美国专利第5,499,120号案来说，该专利是利用发光角度较大的LED作矩阵式的排列，用于LCD的背光源。然而，由于这种背光模块的LED是呈规则性的排列，且不包括任何光学元件控制LED的配光曲线，所以无法进行混色。因此，此专利技术仅适用于单一颜色的光源使用，无法达到彩色化的效果。

再就美国专利公开第2005/0001537号案来看，该专利是提出在LED上利用全反射(Total Internal Reflection，TIR)原理的技术，设计满足全反射角的特殊光学元件结构，将不同颜色的LED晶粒发出的光源引导到侧边出光(Side Emitter)，以此达到混色及均匀化的效果。

但是，此专利使用的光学元件结构必须满足TIR原理的临界角条件，所以设计上过于复杂，且这种光学元件结构仅容许极小的公差；因此，不仅开模结构复杂，制作上较为困难，更因必须开多个模具进行制造，令成本居高不下。

同时，满足TIR原理的条件相当苛刻，只要LED晶粒的位置与TIR面的相对位置稍有误差，光就会从正面散出。因此，此专利技术实际实施时制成的产品并不能将光全部引导到侧面发光，导致出光均匀度不佳的现象。

此外，由于应用此专利技术结构下的LED仍会有些许的光会从正面露出，所以在整个模块的设计上需要设置两片扩散板改善出光均匀度，并且必须在LED正上方额外加上小区域的反射片(Spot Reflectors)作完全的遮挡，以满足临界角条件，进行全反射；换言之，此专利必须借由堆栈相当多层的构件才能改善出光均匀度不佳的问题。因此，应用此专利技术的LED背光模块有着结构复杂、难以制造以及成本较高等问题，不利于产业利用，仍存在需要改进之处。

由于上述现有技术存在无法彩色化、出光均匀度不佳、结构复杂、制造困难、成本较高以及不具有产业利用价值等问题，因此，如何生产出结构简单、易于制造、低成本的背光模块，并具有较佳的混色及均匀化的效果，解决现有技术衍生的问题，成目前需要解决的课题。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种提高混色及均匀化的效果的LED背光模块。

本发明的另一目的在于提供一种结构简单、制造容易的LED背光模块。

本发明的再一目的在于提供一种可降低制造成本的LED背光模块。

本发明的又一目的在于提供一种可提高产业利用价值的LED背光模块。

为达到上述以及其它目的，本发明提供一种LED背光模块，该LED背光模块包括扩散板、至少一个设在该扩散板下方具有高反射率的反射面的光学元件、至少一个对应设在该光学元件下方的发光二极管以及设在该发光二极管下方以及整个模块侧边的反射片。

该光学元件是高透光率的材料制成的结构，其中，该高透光率的材料是塑料或玻璃。该光学元件的反射面可选择具有金属层或介电层，其中，该金属层可例如是蒸镀处理或溅镀处理构成的结构，该介电层则可例如是由堆栈多层介电材料构成的结构。该金属层是在塑料上溅镀银或铝所制成的光学元件的反射面构成的结构；该介电层可以是借由在玻璃上堆栈例如TiO₂所制成的光学元件的反射面上构成的结构。

同时，该反射面呈几何图形断面，其中，该反射面例如是由V形、弧状、正圆、椭圆状或锯齿状断面组成的一种组合。该呈V形断面的反射面与该发光二极管是好是呈1至60度的夹角。此外，本发明的LED背光模块可包括多个相对数量的光学元件及发光二极管，且该发光二极管可例如是红、绿、蓝色LED的任意排列组合，该发光二极管还可以是白光的发光二极管。

此外，该LED背光模块还可包括设在该扩散板上方的增亮膜(Brightness Enhancement Film，BEF)，该增亮膜例如是多元脂(Polyester)或聚碳酸脂(Polycarbonate)的材料制成的薄膜或薄片，用于凝聚光线与提高辉度。

本发明可提供一种直下式LED背光模块，将包括红、蓝、绿等多色彩的LED以交错的排列方式排列在液晶面板的正下方，背光模块的下方及侧边的反射片则可将光源反射入液晶面板中，且每颗LED都有一个可以控制LED配光曲线的光学元件。因此，由于该光学元件的反射面的高反射率的特性，可将LED晶粒直接发出的光线引导到特定的方向，不是直接从正面出光。这样，便可消除现有技术中使用单一颜色的光源造成的无法混色的缺点，也不会如现有技术那样，必须借由堆栈相当多层的构件才能改善出光均匀度不佳的问题，相对可达到背光模块的混色及均匀化的效果。

同时，本发明应用的光学元件结构简单、易于制造，可解决现有技术中因结构复杂且必须堆栈相当多层的构件造成的制造困难、成本过高且不利于产业利用的问题。

本发明的LED背光模块在达到混色及均匀发光效果的同时，提供一种结构简单、制造容易的LED背光模块，可降低制造成本、提高产业利用价值，解决了现有技术所衍生的种种问题。

附图说明

图1是本发明的实施例1的LED背光模块的结构示意图；

图2是本发明的实施例1的光学元件的结构示意图；

图3是本发明的实施例1的LED的排列结构示意图；以及

图4是本发明的实施例2的LED背光模块中的光学元件的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的观点，并非以任何观点限制本发明的范畴。

实施例1

图1至图3是根据本发明的发光二极管(Light emitting diode，LED)背光模块的实施例1绘制的。如图1所示，该LED背光模块1包括扩散板(Diffusion late)11、多个光学元件13、多个发光二极管15以及反射片(Reflection Sheet)17。

该扩散板11设于液晶面板12下方，使光线形成漫射，进行均匀扩散。由于液晶面板12的构造及作用原理均为现有技术，故不再赘述。

该光学元件13分别设在该扩散板11下方，各该光学元件13较佳是由高透光率材料制成的结构，其中该高透光率的材料可选择为塑料、玻璃或其它适当材料。而且如图2所示，各该光学元件13分别具有高反射率的反射面131。其中，各该光学元件13的反射面131具有金属层、介电层或其它例如呈镜面的等效膜层，且该反射面131与该发光二极管15呈1至60度的夹角。其中，该金属层是可借由蒸镀处理或溅镀处理形成的结构，例如，可溅镀银、铝在例如塑料制成的光学元件13的反射面131上；该介电层则可以是堆栈多层介电材料构成的结构，例如，可在例如玻璃制成的光学元件13的反射面131上堆栈TiO₂。该反射面131表面呈镜面的处理，所需材质可根据需要加以变化，而非以本实施例所述为限。

各该发光二极管15分别设在各该光学元件13下方。如图3所示，该发光二极管15可分别是红R、绿G、蓝B发光二极管以交错的排列方式和任意的排列组合，排列在液晶面板的正下方。这样，各该发光二极管15都含有一个可以控制LED配光曲线的光学元件13，此光学元件13具有一个高反射率的反射面131，可将该发光二极管15直接发出的光反射到特定的方向，而不是从正面出光。当然，所属技术领域中具有通常知识的人员皆知，该发光二极管15也可选择为白光的发光二极管。

该反射片17则设在该发光二极管15下方以及整个模块的侧边，将该发光二极管15发出的未散射光源再反射入该液晶面板12中，增加光的使用效率。由于扩散板11以及该反射片17等构建均为所属技术领域中具有通常知识的人员熟知，所以不再赘述。

在本实施例中，该LED背光模块1还可包括设在该扩散板11上方的增亮膜(Brightness Enhancement Film，BEF)19，由该增亮膜19凝聚光线、提高辉度。该增亮膜19可例如是多元脂(Polyester)或聚碳酸脂(Polycarbonate)材料制成的薄膜或薄片，但并非以此为限。同时，在其它实施例中，也可将该增亮膜19整合到该液晶面板12中，降低成本与简化构造。但是，这乃是所属技术领域中具有通常知识者能够想到以及可轻易做到的变化，所以不再多作说明。

由于该各该光学元件具有反射面131，可令各该发光二极管15发出的光线接触到该反射面131的位置不同，使光线朝着下方的各方向反射的高反射率特性，可达到无方向性的均匀散光效果。这样，该发光二极管15发出的光源经过该光学元件13反射后，会再经由该反射片17将光反射入该液晶面板12内，该扩散板11则可遮挡向上(即正面)出光的极少数光源，达到混色及均匀化的效果。

现有技术中是使用特殊构造的光学元件，且其光学元件必须应用多块模具才能进行制造，成本较高且难以实现。与现有技术相比，本发明的光学元件仅需使用例如一个注射成型基板，加工容易。同时，应用本发明的LED背光模块不需要完全满足全反射(Total InternalReflection，TIR)的苛刻条件，可解决现有技术在实际实施时制成的产品不能将光全部引导到侧面发光的问题。

因此，应用本发明的LED背光模块可达到混色及均匀化的效果，不仅制造成本比现有技术低，且因为易于制造、没有现有技术的缺点，可提高产业利用价值。

实施例2

图4是根据本发明的LED背光模块的实施例2绘制的。其中，与实施例1相同或近似的组件是以相同或近似的组件符号表示，并省略详细的附图与叙述，使本案的说明更清楚易懂。

如图4所示，实施例2与实施例1最大不同之处在于，实施例1中的光学元件13具有例如呈V形断面的反射面131，实施例2的光学元件13′则提供一种具有例如呈弧状断面的反射面131′。

在本实施例中，借由该呈弧状断面的反射面131′的设计，可进一步减少从正面散出光线，提高光源扩散的均匀度。

当然，该反射面131、131′的断面形状设计，并非以上述实施例的V形与弧状为限，可利于脱模的各种几何或非几何图形设计均适用于本发明，例如正圆、椭圆状、锯齿状或其它多边形等，该反射面在两侧曲面的曲率值可由希望得到的光源反散角度来决定，且该反射面两侧曲面的曲率值可以不相同；换言之，上述例如LED的数目与设置位置、该反射面的形状以及镀膜材质与制程等，均可根据实际需要设计或改变，而非以上述实施例所述为限，且这些均为所属技术领域具有通常知识者易于思及的。

因此，本发明的LED背光模块不仅可由光学元件控制LED配光曲线，将LED晶粒直接发出的光线引导到特定的方向，不是直接从正面出光，达到混色及均匀化的效果，本发明制造简单、制造成本低，能够有效提高产业利用价值，可解决现有技术的种种缺点。

Claims

1.一种LED背光模块，其特征在于，该背光模块包括：

扩散板；

至少一个光学元件，设在该扩散板下方，具有高反射率且凹设的反射面；

至少一个发光二极管，对应设在该光学元件下方，所发出的光线是由该反射面向下反射；以及

反射片，设在该发光二极管下方以及整个模块的侧边。

2.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该光学元件是由高透光率的材料制成的结构。

3.如权利要求2所述的LED背光模块，其特征在于，该高透光率的材料是塑料或玻璃中的一种。

4.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该光学元件的反射面是具有金属层或介电层中的一种。

5.如权利要求4所述的LED背光模块，其特征在于，该反射面是具有金属层的反射面，该金属层是借由蒸镀处理或溅镀处理构成的结构。

6.如权利要求5所述的LED背光模块，其特征在于，该金属层是在塑料上溅镀银或铝制成的光学元件的反射面构成的结构。

7.如权利要求4所述的LED背光模块，其特征在于，该反射面是具有介电层的反射面，该介电层是堆栈多层介电材料构成的结构。

8.如权利要求7所述的LED背光模块，其特征在于，该介电层是在玻璃上堆栈TiO₂制成光学元件的反射面构成的结构。

9.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该反射面是呈几何图形断面。

10.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该反射面是选自V形、弧状、正圆、椭圆状或锯齿状断面组成组合中的一种。

11.如权利要求10所述的LED背光模块，其特征在于，该反射面是呈V形断面的反射面，该呈V形断面的反射面与该发光二极管呈介于1至60度之间的夹角。

12.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该背光模块包括多个相对数量的光学元件及发光二极管。

13.如权利要求12所述的LED背光模块，其特征在于，该发光二极管是红、绿、蓝色LED的任意排列组合。

14.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该发光二极管是白光的发光二极管。

15.如权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，该模块还包括设在该扩散板上方的增亮膜。