CN101354482B - 混光器和包含所述混光器的背光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混光器和包含所述混光器的背光模块，所述背光模块包括多个混光器和一扩散层。每一混光器包括混掺有多个扩散粒子的混光板、多个发光源、多个上反射层、一下反射层和一半穿透层。所述混光板具有上表面、下表面、外围面和多个容置孔，且所述混光板的材质具有第一折射率。所述扩散粒子具有第二折射率，所述第二折射率与所述第一折射率的差为0.01到2.00。所述发光源分别位于所述容置孔内。所述上反射层分别位于所述发光源的正上方。所述下反射层位于所述混光板的下表面上。所述半穿透层包覆所述混光板的外围面。所述扩散层位于所述混光器的上方。藉此，所述背光模块的工艺较简单、制造成本低且维修简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种混光器和包含所述混光器的背光模块，特别是一种模块化的混光器和包含所述混光器的背光模块。
背景技术
参考图1，其显示美国专利US2005/0259195A1所揭示的常规背光模块在忽略扩散层的情况下的俯视示意图。参考图2，其显示图1的剖视示意图。常规背光模块包括扩散层(Diffuser)(未图示)、反射板(Reflector)10和多个封装导光块(Packaged Light GuideBlock)20。
所述导光块20以阵列方式排列且固设于所述反射板10上，所述导光块20彼此间具有适当间隔。每一所述导光块20包括导光本体21、容置空间22和四个LED 23、24、25、26。所述导光本体21的材质为可供光线穿透的丙烯酸酯树脂，且所述导光本体21为圆柱环状而在其内形成所述容置空间22。所述容置空间22为空气层，其容置所述LED 23、24、25、26。所述LED 23是红光LED，用以发出红光；所述LED 24是绿光LED，用以发出绿光；所述LED 25是绿光LED，用以发出绿光；所述LED 26是蓝光LED，用以发出蓝光。
通过上述结构，所述LED 23、24、25、26所发出的光线可以在所述容置空间22的空气层内混合成白光后向外发射出去。然而由于所述LED 23、24、25、26在空气中自然混光，因此混光效率不高，而使所述常规背光模块整体的厚度无法有效降低；此外，所述常规背光模块所需的LED的数量无法有效减少，其不仅耗电而且制造成本无法有效减少。
因此，有必要提供一种创新且具有进步性的混光器和包含所述混光器的背光模块，以解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种背光模块，其包括多个混光器和一扩散层。所述混光器以阵列方式排列于一平面上，每一混光器包括混掺有多个扩散粒子的混光板、多个发光源、多个上反射层、一下反射层和一半穿透层。所述混光板具有上表面、下表面、外围面和多个容置孔，所述混光板具有第一折射率。所述扩散粒子具有第二折射率，所述第二折射率与所述第一折射率的差为0.01到2.00。所述发光源分别位于所述容置孔内。所述上反射层分别位于所述发光源的正上方。所述下反射层位于所述混光板的下表面。所述半穿透层包覆所述混光板的外围面。所述扩散层位于所述混光器的上方。
所述背光模块由所述模块化的混光器构成，而不需要传统上的大片导光板，所以其制造方便，工艺较简单、制造成本低且维修简便。再者，通过所述混光器的特殊设计和掺杂扩散粒子，可提高亮度与均齐度，如果使所述混光板的面积达到50mm×50mm以上，那么所述背光模块中可减少所述混光器的数量，进而减少所述发光源的数量。
附图说明
图1显示美国专利US2005/0259195A1所揭示的常规背光模块在忽略扩散层的情况下的俯视示意图；
图2显示图1的剖视示意图；
图3显示本发明第一实施例的背光模块的剖视示意图；
图4显示本发明第一实施例的背光模块在忽略扩散层的情况下的俯视示意图；
图5显示本发明第一实施例的混光器的剖视示意图；
图6显示本发明第二实施例的混光器的剖视示意图；
图7显示本发明第三实施例的混光器的剖视示意图；
图8显示本发明第四实施例的混光器的剖视示意图；
图9显示本发明第五实施例的混光器的剖视示意图；
图10显示本发明第六实施例的混光器的剖视示意图；和
图11显示本发明第七实施例的混光器的俯视示意图。
具体实施方式
参考图3，其显示本发明第一实施例的背光模块的剖视示意图。参考图4，其显示本发明第一实施例的背光模块在忽略扩散层的情况下的俯视示意图。所述背光模块3包括多个混光器4和扩散层(Diffuser)31。所述混光器4以阵列方式排列且紧接于一平面上。所述扩散层31位于所述混光器4上方。优选地，所述混光器4与所述扩散层31之间具有适当距离，且所述扩散层31上贴附有多层光学膜(未图示)，以增加光学效果。
请同时参考图5，其显示本发明第一实施例的混光器的剖视示意图。所述混光器4包括混掺有多个扩散粒子(未图示)的混光板41、多个发光源、多个上反射层42、一下反射层43、一半穿透层44。所述混光板41具有上表面411、下表面412、外围面413和多个容置孔414。所述混光板41的材质选自由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其共聚物、聚碳酸酯(PC)及其共聚物、环烯烃共聚合物(COC)、茂金属环烯烃共聚物(mCOC)、聚苯乙烯(PS)及其共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)及其共聚物、玻璃及其混合物所组成的群组，其具有第一折射率。优选地，所述混光板41是导光板。在本实施例中，所述混光板41是具有均匀的厚度的四方体结构，其上表面411和下表面412均为平面且彼此平行，其中所述上表面411是出光面。所述混光板41的外围面413包括四个面。可以理解的是，以俯视方式来看，所述混光板41也可以是三角形或五角形等其它多边形。
在本实施例中，所述混光板41的下表面412具有破坏全反射的结构，所述结构例如是印刷图案或是微结构415。所述微结构415是周期性或非周期性的重复性高低起伏，用以折射扩散所述混光板41内的光线，以增加混光效果。所述微结构415的型式包括(但不限于)多条平行排列或彼此交叉的凹槽或凸出物，所述凹槽或凸出物的外形为圆弧形、方形、梯形、三角形或其它外形。在其它应用中，所述混光板41的下表面412具有印刷图案，所述印刷图案可以具有与所述微结构415相同的功能。此外，所述混光板41的上表面411也可以具有所述微结构415或所述印刷图案。
掺杂于所述混光板41内的所述扩散粒子用以扩散所述混光板41内的光线，以提高亮度(Brightness)和均齐度(Uniformity)。所述扩散粒子具有第二折射率，所述第二折射率与所述第一折射率的差为0.01到2.00。所述扩散粒子的材质选自由聚酯类树脂、丙烯酸类树脂、聚烯类树脂和无机粒子所组成的群组。在本实施例中，所述扩散粒子的第二折射率为0.01到2.00。所述扩散粒子的粒径为0.1μm到100μm，其浓度为相对于所述混光板41的0.5到50重量百分比。
在本实施例中，所述容置孔414是盲孔(Blind Hole)，所述发光源是四个LED 45、46、47、48，每一LED分别位于每一容置孔414内。所述LED 45、46、47、48位于基座49上。所述LED 45是红光LED，用以发出红光；所述LED 46是绿光LED，用以发出绿光；所述LED 47是绿光LED，用以发出绿光；所述LED 48是蓝光LED，用以发出蓝光。然而在其它应用中，所述LED的数量可以是三个或五个。本发明的LED不限其型式，也就是说，侧向放射式(Side-emitting)LED、蝙蝠翼(Batwing)LED和朗伯逊(Lambertian)LED均可适用。
所述上反射层42分别位于所述发光源的正上方。在本实施例中，所述上反射层42位于所述容置孔414的孔壁内，且分别位于每一LED的正上方，所述上反射层42用以将所述LED 45、46、47、48朝上方的光线反射到所述混光板41内进行混光。可以理解的是，所述上反射层42也可以位于所述混光板41的上表面411上相对于所述容置孔414的位置处。此外，优选地，所述混光器4进一步包括多个光学材料，其分别位于每一LED和每一所述上反射层42之间，也就是说，所述光学材料填充于所述容置孔414所剩的空间，以增加光学性质。
所述下反射层43位于所述混光板41的下表面412上，用以将所述LED 45、46、47、48所发出的光线反射到所述混光板41内进行混光。所述半穿透层44包覆所述混光板41的外围面413，用以将所述LED 45、46、47、48所发出的部分光线反射到所述混光板41内进行混光。所述半穿透层44的穿透率为30％到100％，优选地，为35％到99％，如此可供部分光线穿过，以消除两个混光器4间暗带的影像(Mura)，使所述混光器4所发出的光线更均匀。优选地，所述半穿透层44进一步包括多个透孔。
所述背光模块3由于是由所述模块化的混光器4所构成，而不需要传统上的大片导光板，所以其制造方便，工艺较简单且制造成本低。此外，由于模块化的设计，所述背光模块3在维修上也较为简便。再者，由于本发明的混光器4的特殊设计，可提高亮度，而使所述混光板41的面积达到50mm×50mm以上，如此所述背光模块3中可减少所述混光器4的数量，进而减少LED的数量。另外，可以理解的是，当所述混光器4以阵列方式排列成所述背光模块3时，所述混光器4可以不需要所述半穿透层44，原因是所述混光器4之间会有空气层，光线由所述混光板41进入所述空气层时会产生折射和全反射作用，可增加混光效果。
参考图6，其显示本发明第二实施例的混光器的剖视示意图。本实施例的混光器5与所述第一实施例的混光器4(图5)大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。本实施例的混光器5与所述第一实施例的混光器4的不同之处仅在于，在本实施例中，所述混光板41具有不均匀的厚度，其上表面411为平面，而下表面412为自由曲面(Free FormSurface)。可以理解的是，所述混光板41的下表面412也可以是曲面或是斜面，也就是说，所述下表面412与所述上表面411不平行，而形成锥面。
参考图7，其显示本发明第三实施例的混光器的剖视示意图。本实施例的混光器6与所述第一实施例的混光器4(图5)大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。本实施例的混光器6与所述第一实施例的混光器4的不同之处仅在于，在本实施例中，所述混光板41具有不均匀的厚度，其上表面411为自由曲面，而下表面412为平面。
参考图8，其显示本发明第四实施例的混光器的剖视示意图。本实施例的混光器7与所述第一实施例的混光器4(图5)大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。本实施例的混光器7与所述第一实施例的混光器4的不同之处仅在于，在本实施例中，所述混光板41的上表面411相对于每一所述容置孔414的位置处具有凹洞61，所述凹洞61用以将所述LED 45、46、47、48朝上方的光线反射到所述混光板41内进行混光。
参考图9，其显示本发明第五实施例的混光器的剖视示意图。本实施例的混光器8与所述第四实施例的混光器7(图8)大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。本实施例的混光器8与所述第四实施例的混光器7的不同之处仅在于，在所述第四实施例的混光器7中所述容置孔414的上方为弧状，在本实施例的混光器8中，所述容置孔414的上方为平直状，也就是说，所述容置孔414的剖面为长方形。
参考图10，其显示本发明第六实施例的混光器的剖视示意图。本实施例的混光器9与所述第一实施例的混光器4(图5)大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。本实施例的混光器9与所述第一实施例的混光器4的不同之处仅在于，在本实施例中，所述容置孔414为透孔，而所述上反射层42则位于所述混光板41的上表面411上相对于所述容置孔414的位置处。
参考图11，其显示本发明第七实施例的混光器的俯视示意图。本实施例的混光器10A与所述第一实施例的混光器4(图5)大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。本实施例的混光器10A与所述第一实施例的混光器4的不同之处仅在于，在本实施例中，所述混光板41进一步包括多个散射孔81，其位于所述容置孔414的外围。所述散射孔81可以是透孔或盲孔，且优选地，其为不规则形状，用以扩散或散射所述LED 45、46、47、48所发出的光线。
现以下列实例详细说明本发明，然而并不意味着本发明仅局限于这些实例所揭示的内容。
实例1：
依据本发明第五实施例的混光器8(图9)设计，在混光板41材质中掺杂粒径为1.8μm的丙烯酸酯(Acrylate)共聚合物的扩散粒子，且其浓度为相对于所述混光板41的5重量百分比(wt％)。所述混光器8的所述混光板41的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其第一折射率为1.49。所述扩散粒子的第二折射率为1.50。所述混光器8中LED的排列方式如下：LED45为红光LED，LED 46为绿光LED，LED 47为绿光LED，LED 48为蓝光LED。
经过测量仪器的测量结果如下：最大亮度为3490cd/m2，最小亮度为2963cd/m2，平均亮度为3193cd/m2，均齐度为84.92％。
所述第五实施例的混光器8如果没有掺杂任何扩散粒子，那么其测量结果如下：最大亮度为3213cd/m2，最小亮度为2480cd/m2，平均亮度为2752cd/m2，均齐度为77.18％。
因此可知本实例在掺杂扩散粒子后，亮度提高约20％，且均齐度也提高。
实例2：
依据本发明第六实施例的混光器9(图10)设计，在混光板41材质中掺杂粒径为1.8μm丙烯酸酯(Acrylate)共聚合物的扩散粒子，且其浓度为相对于所述混光板41的5重量百分比(wt％)。所述混光器9的所述混光板41的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其第一折射率为1.49。所述扩散粒子的第二折射率为1.50。所述混光器9中LED的排列方式如下：LED45为红光LED，LED 46为绿光LED，LED 47为绿光LED，LED 48为蓝光LED。
经过测量仪器的测量结果如下：最大亮度为3462cd/m2，最小亮度为2794cd/m2，平均亮度为3233cd/m2，均齐度为80.70％。
所述第六实施例的混光器9如果没有掺杂任何扩散粒子，那么其测量结果如下：最大亮度为2998cd/m2，最小亮度为2317cd/m2，平均亮度为2643cd/m2，均齐度为77.29％。
因此可知本实例在掺杂扩散粒子后，亮度提高约20％，且均齐度也提高。
实例3：
依据本发明第六实施例的混光器9(图10)设计，在混光板41材质中掺杂粒径为8μm苯乙烯与丙烯酸酯共聚物(PS-Acrylate)的扩散粒子，且其浓度为相对于所述混光板41的5重量百分比(wt％)。所述混光器9的所述混光板41的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其第一折射率为1.49。所述扩散粒子的第二折射率为1.53。所述混光器9中LED的排列方式如下：LED45为红光LED，LED 46为绿光LED，LED 47为绿光LED，LED 48为蓝光LED。
经过测量仪器的测量结果如下：最大亮度为3471cd/m2，最小亮度为2900cd/m2，平均亮度为3220cd/m2，均齐度为83.55％。
所述第六实施例的混光器9如果没有掺杂任何扩散粒子，那么其测量结果如下：最大亮度为2998cd/m2，最小亮度为2317cd/m2，平均亮度为2643cd/m2，均齐度为77.29％。
因此可知本实例在掺杂扩散粒子后，亮度提高约20％，且均齐度也提高。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此所属领域的技术人员对上述实施例进行修改和变化仍不脱离本发明的精神。本发明的权利范围应如所附权利要求书所列。
Claims (30)
1.一种混光器，其包括：
掺杂有多个扩散粒子的混光板，其具有上表面、下表面、外围面和多个容置孔，所述混光板具有第一折射率，所述扩散粒子用以扩散所述混光板内的光线，所述扩散粒子具有第二折射率，所述第二折射率与所述第一折射率的差为0.01到2.00，所述容置孔是盲孔，所述上表面相对于每一所述容置孔的位置处具有凹洞；
多个发光源，其中每个发光源分别位于每一容置孔内；
下反射层，其位于所述混光板的下表面上；和
半穿透层，其包覆所述混光板的外围面。
2.根据权利要求1所述的混光器，其中所述混光板进一步包括多个散射孔，其位于所述容置孔的外围。
3.根据权利要求1所述的混光器，其中所述半穿透层进一步包括多个透孔，以供部分光线穿过。
4.根据权利要求1所述的混光器，其中所述半穿透层的穿透率为35％到99％。
5.根据权利要求1所述的混光器，其进一步包括多个上反射层，其分别位于所述发光源的正上方。
6.根据权利要求5所述的混光器，其进一步包括多个光学材料，其分别位于每一所述发光源与每一所述上反射层之间。
7.根据权利要求1所述的混光器，其中所述扩散粒子的材质选自由聚酯类树脂、丙烯酸类树脂、聚烯类树脂和无机粒子所组成的群组。
8.根据权利要求1所述的混光器，其中所述扩散粒子的第二折射率为0.01到2.00。
9.根据权利要求1所述的混光器，其中所述扩散粒子的粒径为0.1μm到100μm。
10.根据权利要求1所述的混光器，其中所述扩散粒子的浓度为相对于所述混光板的0.5到50重量百分比。
11.一种背光模块，其包括：
多个混光器，其以阵列方式排列于平面上，每一混光器包括：
掺杂有多个扩散粒子的混光板，其具有上表面、下表面、外围面和多个容置孔，所述混光板具有第一折射率，所述扩散粒子用以扩散所述混光板内的光线，所述扩散粒子具有第二折射率，所述第二折射率与所述第一折射率的差为0.01到2.00，所述容置孔是盲孔，所述上表面相对于每一所述容置孔的位置处具有凹洞；
多个发光源，其中每个发光源分别位于每一容置孔内；和
下反射层，其位于所述混光板的下表面上；和扩散层，其位于所述混光器的上方。
12.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述混光器的混光板进一步包括多个散射孔，其位于所述容置孔的外围。
13.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述混光器进一步包括半穿透层，所述半穿透层包覆所述混光板的外围面，所述半穿透层包括多个透孔，以供部分光线穿过。
14.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述混光器进一步包括半穿透层，所述半穿透层包覆所述混光板的外围面，所述半穿透层的穿透率为35％到99％。
15.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述混光器进一步包括多个上反射层，其分别位于所述发光源的正上方。
16.根据权利要求15所述的背光模块，其中所述混光器进一步包括多个光学材料，其分别位于每一所述发光源与每一所述上反射层之间。
17.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述扩散粒子的材质选自由聚酯类树脂、丙烯酸类树脂、聚烯类树脂和无机粒子所组成的群组。
18.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述扩散粒子的第二折射率为0.01到2.00。
19.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述扩散粒子的粒径为0.1μm到100μm。
20.根据权利要求11所述的背光模块，其中所述扩散粒子的浓度为相对于所述混光板的0.5到50重量百分比。
21.一种混光器，其包括：
掺杂有多个扩散粒子的混光板，其具有上表面、下表面、外围面和多个容置孔，其中所述容置孔是盲孔，所述混光板的上表面相对于每一所述容置孔的位置处具有凹洞，所述混光板具有第一折射率；所述扩散粒子用以扩散所述混光板内的光线，所述扩散粒子具有第二折射率，所述第二折射率与所述第一折射率的差为0.01到2.00；
多个发光源，其中每个发光源分别位于每一容置孔内；和
下反射层，其位于所述混光板的下表面上。
22.根据权利要求21所述的混光器，其中所述混光板进一步包括多个散射孔，其位于所述容置孔的外围。
23.根据权利要求21所述的混光器，其进一步包括多个上反射层，其分别位于所述发光源的正上方。
24.根据权利要求21所述的混光器，其进一步包括半穿透层，其包覆所述混光板的外围面。
25.根据权利要求24所述的混光器，其中所述半穿透层进一步包括多个透孔，以供部分光线穿过。
26.根据权利要求24所述的混光器，其中所述半穿透层的穿透率为35％到99％。
27.根据权利要求21所述的混光器，其中所述扩散粒子的材质选自由聚酯类树脂、丙烯酸类树脂和聚烯类树脂所组成的群组。
28.根据权利要求21所述的混光器，其中所述扩散粒子的第二折射率为0.01到2.00。
29.根据权利要求21所述的混光器，其中所述扩散粒子的粒径为0.1μm到100μm。
30.根据权利要求21所述的混光器，其中所述扩散粒子的浓度为相对于所述混光板的0.5到50重量百分比。
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