專利名稱：背光模塊、平面顯示器及其定位元件的設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種背光模塊，尤其涉及一種可提升輝度均勻度的背光模塊、平面顯
示器及其定位元件的設計方法。
背景技術：
隨著顯示器技術快速的進步與演進，傳統(tǒng)的陰極射線管(cathode ray tube,CRT) 因存在空間利用不佳與消耗大量能源等問題，已逐漸被淘汰，取而代之的是輕、薄、短、小的 液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)。而由于液晶顯示器具備有高顯示質量、低能 源消耗及無輻射線等優(yōu)點，使得液晶顯示器大量地被應用于筆記型計算機、計算機屏幕、行 動電話、個人數(shù)為助理(PDA)、數(shù)字攝影機、數(shù)字相機以及液晶電視等通訊、信息或消費性電 子產(chǎn)品之中。 液晶顯示器主要是利用液晶面板進行顯示，由于液晶面板屬于非自發(fā)光性的顯示 面板，因此必須藉助背光模塊供應輝度充足與分布均勻的光源，才能使液晶面板正常顯示 影像。如圖l所示，為一種以發(fā)光二極管作為光源的現(xiàn)有背光模塊結構，其是于金屬材質制 成的外框Al內設置導光板A2與多個發(fā)光二極管A3，其中，多個發(fā)光二極管A3緊靠于導光 板A2，使發(fā)光二極管A3射出的光線Ll、 L2、 L3直接進入導光板A2，并以塑料材質或金屬材 質制成的固定框A5以緊配合的方式夾住并固定導光板A2，以確保光源的穩(wěn)定性。在理想 的狀態(tài)下，光線L1在導光板A2內部因空氣與導光板A2的折射率的差異性進行全反射。然 而，塑料、金屬或其它機構材料對于導光板A2的折射率差異過小，導致光線L2、L3的全反射 被破壞，而使得光線L2由接觸面穿透折射漏出，并沿著多個發(fā)光二極管A3的排列位置產(chǎn)生 明顯的熱點(hot spot)，也會導致光線L3經(jīng)由固定框A5與導光板A2的接觸面時，會產(chǎn)生 不規(guī)則反射導致輝度不均，并顯示于可視區(qū)內形成內漏光或亮帶。 因此，如何固定框與導光板的接觸面破壞光線全反射的問題，避免在可視區(qū)內產(chǎn) 生輝度不均的現(xiàn)象，借此提升產(chǎn)品的質量，為本申請的發(fā)明人以及本領域技術人員亟欲改 善的課題。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種背光模塊、平面顯示器及其定位元件的設計方法，以克服現(xiàn)有技 術在可視區(qū)內產(chǎn)生輝度不均的現(xiàn)象的缺陷。 本發(fā)明提出一種背光模塊，包含導光板，包含入光面及上表面相交于入光面；多 個發(fā)光元件，分別具有發(fā)光角度，多個發(fā)光元件在多個發(fā)光角度的范圍內，分別朝向入光面 投射光線，光線于發(fā)光角度的范圍外的導光板處形成多個暗區(qū)；及定位元件，包含多個凸 部，其凸出方向朝向上表面，并分別抵持于多個暗區(qū)。 本發(fā)明也提出一種背光模塊，包含導光板，包含入光面及上表面相交于入光面； 多個發(fā)光元件，分別朝向入光面投射光線，光線具有最大輝度，且待光線進入導光板內部 后，可于導光板內部形成亮區(qū)與多個暗區(qū)，亮區(qū)的輝度高于預定輝度，多個暗區(qū)的輝度則低于或等于預定輝度，且預定輝度小于最大輝度；及定位元件，包含多個凸部，其凸出方向朝 向上表面，并分別抵持多個暗區(qū)。 本發(fā)明也提出一種背光模塊，包含導光板，包含入光面及上表面相交于入光面； 多個發(fā)光元件，分別朝向導光板的入光面投射一光線；介質，位于導光板的上表面上，且也 位于入光面與光線于導光板內的全反射角處的位置之間；及定位元件，對應于上表面配置。
本發(fā)明也提出一種平面顯示器，包含上述的背光模塊；顯示面板，對應于導光板 的上表面配置，且由定位元件所承載；以及前框，對應于背光模塊與顯示面板設置，并具有 顯示開口 ，用以曝露出顯示面板的一部分。 本發(fā)明也提出一種背光模塊的定位元件的設計方法，包含下列步驟提供導光板， 包含入光面及上表面相交于入光面；提供多個發(fā)光元件，分別朝向入光面投射光線；提供 仿真定位元件，包含多個突部，其突出方向朝向上表面，并分別抵持于上表面的多個抵持位 置；調整仿真定位元件或多個突部的位置，即改變仿真定位元件的多個抵持位置，直至光線 能均勻地自導光板射出，而不會產(chǎn)生輝度不均的現(xiàn)象為止；紀錄當導光板不會產(chǎn)生輝度不 均的現(xiàn)象時的多個抵持位置，并定義多個抵持位置為多個暗區(qū)；以及提供定位元件，包含多 個凸部，其凸出方向朝向上表面，并分別抵持于多個暗區(qū)。 本發(fā)明以發(fā)光元件的發(fā)光角度或輝度決定導光板在其上表面的暗區(qū)位置，并以定 位元件抵持暗區(qū)，或是以定位抵持位置在全反射角外的適當位置處，使得定位元件與導光 板的接觸面不會影響光線反射，也不會破壞光線的全反射，有效解決現(xiàn)有結構因定位元件 的材質對于導光板的折射率差異過小，因而破壞光線全反射的問題，進而提升平面顯示器
的質量。有關本發(fā)明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如后。
圖1為現(xiàn)有背光模塊的示意圖；圖2為本發(fā)明背光模塊的局部上視圖；圖3A為本發(fā)明第一、二實施例于第2圖的A-A剖面的示意3B為本發(fā)明第一、二實施例于第2圖的B-B剖面的示意4A為本發(fā)明第一實施例的背光模塊的光學特性示意圖；圖4B為本發(fā)明第二實施例的背光模塊的光學特性示意圖；圖5A為本發(fā)明第三實施例于圖2的A-A剖面的示意圖；圖5B為本發(fā)明第三實施例于圖2的B-B剖面的示意圖。其中，附圖標記Al :外框 A2 :導光板A3:發(fā)光二極管 A5:固定框Ll/L2/L3/L4/L5 :光線 1 :背光模塊ll:導光板 lla:入光面llb:上表面 llc:周邊區(qū)域lld:中間區(qū)域 lle:抵持區(qū)域llf:全反射區(qū)域111 :暗區(qū)
112 :亮區(qū)12 :發(fā)光元件13:介質14 :定位元件141 :本體142 :凸部16 :背板161 :底部板體162 :側邊板體17 :反射片18 :光學膜片組2 :平面顯示器21 :顯示面板22 :前框3:全反射角的位置a :發(fā)光角度S :接觸面
具體實施例方式
圖2與圖3A、圖3B及圖4A繪示本發(fā)明的第一實施例。背光模塊1包含導光板 11 、多個發(fā)光元件12、定位元件14。圖3A為圖2的A-A剖面圖，圖3B為圖2的B-B剖面圖， 圖4A則為本實施例的光學表現(xiàn)示意圖。其中，為了方便說明與表現(xiàn)本申請的技術特征，圖 2僅保留導光板11與發(fā)光元件12，而省略其它的元件。 導光板11概呈平行四邊形體，包含入光面lla及上表面llb，其中，上表面llb相 交于入光面lla。 多個發(fā)光元件12，每一個發(fā)光元件12較佳地具有相同的發(fā)光角度a ，發(fā)光角度a 是指發(fā)光元件12在平行于導光板11的上表面lib的發(fā)光范圍，多個發(fā)光元件12在多個發(fā) 光角度a的范圍內，分別朝向導光板ll的入光面lla投射光線L4，光線L4于發(fā)光角度a 的范圍外的導光板11處形成多個暗區(qū)lll，且多個發(fā)光元件12與多個暗區(qū)111交錯排列， 也即發(fā)光元件12位于相鄰兩暗區(qū)111之間，或暗區(qū)111位于相鄰兩發(fā)光元件12之間。
定位元件14，設置于導光板11靠近入光面1 la側的上表面1 lb的周邊區(qū)域1 lc上， 在此，定位元件14具有長條形組成或框架形的本體141，并于本體141沿發(fā)光元件12的排 列方向上配置有多個凸部142，且多個凸部142凸出方向朝向上表面llb，并分別抵持于導 光板11的多個暗區(qū)111上(如圖2與圖3B)，而不會抵持于導光板11的暗區(qū)111以外的區(qū) 域(如圖2與圖3A)。在此，定位元件14可由塑料、金屬或其它機構材料所制成，且其較佳 地可為膠框，但本發(fā)明非以此為限。 在本實施例中，背光模塊1更可包含背板16、反射片17、光學膜片組18。其中，背
板16具有概呈矩形的底部板體161與側邊板體162，用以容置導光板11、多個發(fā)光元件12
及定位元件14，并于背板16與導光板11之間配置反射片17，而光學膜片組18對應于導光
板11的上表面lib的中間區(qū)域lid配置，且定位元件14可環(huán)繞光學膜片組18。在其它實
施例中，導光板11于靠近背板16的一面可涂布反射層以取代反射片17。 由于發(fā)光元件12的光線L4在發(fā)光角度a的范圍外的導光板11處形成多個暗區(qū)
111，且定位元件14的多個凸部142抵持于多個暗區(qū)111上，因此，多個凸部142與導光板
11的接觸面S于發(fā)光元件12的發(fā)光角度a的范圍外，可防止光線L4在其接觸面S處的全
反射被破壞，并可避免光線L4不規(guī)則反射所造成的輝度不均，以及熱點等問題。 本發(fā)明所使用的發(fā)光元件12可為一種發(fā)光二極管(LED)，且包含白光、紅光、綠
光、藍光或其它色的發(fā)光二極管。本實施例所使用的發(fā)光二極管，其光學特性如圖4A所示。
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在光線L4出射角0。時，具有最大的相對輝度，經(jīng)常態(tài)化后定義為l.O埃(a.u.)，在出射角介于80。與90°之間時，則幾乎沒有光線L4射出，故經(jīng)常態(tài)化后的相對輝度趨近于O埃。 理論上，定位元件14的凸部142應設置在對應于光線L4出射角80。與90°之間的位置，然而若再進一步考慮到定位元件14與導光板11的組裝與固定問題，則將凸部142設置在對應于光線L4出射角54。與66°之間的位置較佳。也即每一個發(fā)光元件12的發(fā)光角度a的范圍介于54。與66°之間，其中又以發(fā)光角度a為60°為最佳，但本發(fā)明非以此為限。其中，本發(fā)明所指的發(fā)光角度a，并非發(fā)光元件12所射出的光線L4的實際角度，而是指可接受的光線L4的射出角度的臨界值，其通常會與機構的強度以及預定輝度有關。在其它實施例中，也可以預定輝度作為實施本發(fā)明的切入點。 請參閱圖2、圖3A、圖3B及圖4B所示，同樣繪示本發(fā)明的第二實施例。圖3A為圖2的A-A剖面圖，圖3B為圖2的B-B剖面圖，圖4B則為本實施例的光學表現(xiàn)示意圖。本實施例以多個發(fā)光元件12所投射光線L4的輝度決定多個凸部142所抵持的位置。在本實施例中，多個發(fā)光元件12分別朝向導光板11的入光面lla投射光線L4，每一個發(fā)光元件12所投射的光線L4較佳地具有相同的最大輝度Kmax，經(jīng)常態(tài)化后定義為1. 0埃(a. u.)。當多個發(fā)光元件12所投射的光線L4，進入導光板11內部后，其輝度K低于預定輝度Kp的區(qū)域即定義形成多個暗區(qū)111，輝度K高于預定輝度Kp的區(qū)域則定義形成亮區(qū)112，且多個發(fā)光元件12與多個暗區(qū)111交錯排列，也即發(fā)光元件12位于相鄰兩暗區(qū)111之間，或暗區(qū)111位于相鄰兩發(fā)光元件12之間，再以定位元件14的多個凸部142分別抵持于導光板11的多個暗區(qū)111上，即可固定導光板11于背板16上。在此，預定輝度Kp小于發(fā)光元件12所投射的光線L4的最大輝度Kmax，且預定輝度Kp與最大輝度Kmax的比值的范圍介于0. 75與0. 25之間，即預定輝度Kp的范圍介于0. 75埃與0. 25埃之間，其中又以預定輝度Kp與最大輝度Kmax的比值為0. 5為最佳，即預定輝度Kp的值為0. 5埃，但本發(fā)明非以此為限。
請參閱圖5A與圖5B所示，為本發(fā)明的第三實施例，圖5A為圖2的A_A剖面圖，圖5B為圖2的B-B剖面圖。本實施例以光線L5的全反射角的位置3決定定位元件14的多個凸部142所抵持的位置。在本實施例中，多個發(fā)光元件12分別朝向導光板11的入光面1 la投射光線L5，而導光板11于上表面1 lb上配置有介質13，且其位于入光面1 la與經(jīng)可涂布反射層或反射片17—次反射的光線L5于導光板11內的全反射角的位置3之間，介質13可為空氣或透明填充物，例如硅膠，其折射率較佳地可為l，導光板11的折射率范圍則可介于1. 34與1. 60之間，其中又以導光板的折射率為1. 49為最佳，但本發(fā)明非以此為限。
定位元件14則對應于導光板11的上表面lib的周邊區(qū)域lie配置，且定位元件14的凸部142抵持于介質13側邊的上表面lib的抵持區(qū)域lie上，即其抵持位置在全反射角的位置3外的適當位置處，抵持區(qū)域lie為周邊區(qū)域11c的一部分，并位于中間區(qū)域lid或光學膜片組18與介質13之間。因此，定位元件14與導光板11的接觸面S不會影響光線L5反射，也不會破壞光線L5的全反射。 其次，定位元件14的凸部142也可抵持在自發(fā)光元件12直接射出的光線L4的全反射區(qū)域llf之外。由于以光線L4作為設計的依據(jù)，故凸部142在上表面lib的抵持區(qū)域lle，會位于介質13與發(fā)光元件12之間，且抵持區(qū)域lie也為周邊區(qū)域11c的一部分。
此外，本實施例的定位元件14可與前二個實施例相同，以多個凸部142分別抵持
7在導光板11的上表面lib的周邊區(qū)域lc上，或可直接以本體141上的長條形凸部142抵 持在表面lib的周邊區(qū)域11c上，如圖5A所示，此處的長條形凸部142的延伸方向，是指平 行于發(fā)光元件12排列方向的方向。 在本發(fā)明的各實施例中，光線L4、 L5是指由發(fā)光元件12的正中央處所投射的光 線，且光線L4是指尚未經(jīng)可涂布反射層或反射片17反射的光線，而光線L5則指經(jīng)可涂布 反射層或反射片17 —次反射的光線。 本發(fā)明的背光模塊1可應用于平面顯示器2，且其對應前述導光板11的上表面 lib配置有顯示面板21，并由前述定位元件14所承載，且背光模塊1與顯示面板對應配置 具有顯示開口的前框22，使顯示面板21的一部分可曝露出前框22。在此，平面顯示器2較 佳地為液晶顯示面板，依照柵極類型，則液晶顯示面板包含底柵型、頂柵型、多柵極、或其它 類型的柵極。且依液晶顯示面板的不同結構包含穿透型顯示面板、半穿透型顯示面板、反 射型顯示面板、彩色濾光片于主動層上(color filter on array)的顯示面板、主動層于彩 色濾光片上(array on color filter)的顯示面板、垂直配向型(VA)顯示面板、水平切換 型(IPS)顯示面板、多域垂直配向型(MVA)顯示面板、扭曲向列型(TN)顯示面板、超扭曲向 列型(STN)顯示面板、圖案垂直配向型(PVA)顯示面板、超級圖案垂直配向型(S-PVA)顯示 面板、先進大視角型(ASV)顯示面板、邊緣電場切換型(FFS)顯示面板、連續(xù)焰火狀排列型 (CPA)顯示面板、軸對稱排列微胞型(ASM)顯示面板、光學補償彎曲排列型(0CB)顯示面板、 超級水平切換型(S-IPS)顯示面板、先進超級水平切換型(AS-IPS)顯示面板、極端邊緣電 場切換型(UFFS)顯示面板、高分子穩(wěn)定配向型顯示面板、雙視角型(dual-view)顯示面板、 三視角型(triple-view)顯示面板、三維顯示面板(three-dimensional)、同時具有不同顯 示介質的顯示面板(hybrid type)、或其它型面板、或上述的組合。
背光模塊1的定位元件的設計方法，包含下列步驟
步驟1 :提供導光板ll，包含入光面lla及上表面llb。
導光板11概呈平行四邊形體，且其上表面lib相交于入光面lla。
步驟2 :提供多個發(fā)光元件12，分別朝向入光面lla投射光線。
步驟3 :提供仿真定位元件，包含多個突部，其突出方向朝向上表面llb，并分別抵 持于上表面lib的多個抵持位置。 仿真定位元件具有長條形組成或框架形的本體，并可依實際設計需求而于本體上 延伸有多個突部，其中，多個突部凸出方向朝向上表面llb。
步驟4 :調整仿真定位元件或多個突部的位置，即改變仿真定位元件的多個抵持
位置，直至光線能均勻地自導光板11射出，而不會產(chǎn)生輝度不均的現(xiàn)象為止。
步驟5 :紀錄當導光板11不會產(chǎn)生輝度不均的現(xiàn)象時的多個抵持位置，并定義多
個抵持位置為多個暗區(qū)。 移動仿真定位元件或多個突部抵持上表面lib的位置，使其與導光板11的接觸面 S不會影響光線反射，也不會破壞光線的全反射，使得光線能均勻地自導光板11射出。當導 光板11不會產(chǎn)生輝度不均的現(xiàn)象時，紀錄仿真定位元件或多個突部的抵持位置，并將此時 的多個抵持位置定義為多個暗區(qū)111。 在本步驟中，仿真定位元件或多個突部可朝發(fā)光元件12的發(fā)光角度的范圍外移 動，或是朝向光線輝度較低的區(qū)域移動，抑或是朝向全反射角外的位置移動。
步驟6 :提供定位元件14，包含多個凸部142，其凸出方向朝向上表面llb，并分別 抵持于多個暗區(qū)111。 定位元件14的結構與前述仿真定位元件的結構相同，并具有長條形或框架形的
本體141，并可依實際設計需求而于本體上延伸有多個凸部142，其中，多個凸部142凸出方
向朝向上表面llb，并分別抵持于導光板11上的多個暗區(qū)111。在此，定位元件14可由塑
料、金屬或其它機構材料所制成，且其較佳地可為膠框，但本發(fā)明非以此為限。 本發(fā)明以發(fā)光元件的發(fā)光角度或輝度決定導光板在其上表面的暗區(qū)位置，并以定
位元件抵持暗區(qū)，或是以定位抵持位置在全反射角外的適當位置處，使得定位元件與導光
板的接觸面不會影響光線反射，也不會破壞光線的全反射，有效解決現(xiàn)有結構因定位元件
的材質對于導光板的折射率差異過小，因而破壞光線全反射的問題，進而提升平面顯示器
的質量。 當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
一種背光模塊，其特征在于，包含一導光板，包含一入光面及一上表面相交于該入光面；多個發(fā)光元件，分別具有一發(fā)光角度，該些發(fā)光元件在該些發(fā)光角度的范圍內，分別朝向該入光面投射一光線，該些光線于該些發(fā)光角度的范圍外的該導光板處形成多個暗區(qū)；及一定位元件，包含多個凸部，該些凸部的凸出方向朝向該上表面，并分別抵持于該些暗區(qū)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的背光模塊，其特征在于，該發(fā)光角度的范圍介于54。與66° 之間。
3. —種背光模塊，其特征在于，包含 一導光板，包含一入光面及一上表面相交于該入光面；多個發(fā)光元件，分別朝向該入光面投射一光線，該些光線具有一最大輝度，且待該些光 線進入該導光板內部后，可于該導光板內部形成一亮區(qū)與多個暗區(qū)，該亮區(qū)的輝度高于一 預定輝度，該些暗區(qū)的輝度低于或等于該預定輝度，且該預定輝度小于該最大輝度；及一定位元件，包含多個凸部，該些凸部的凸出方向朝向該上表面，并分別抵持該些暗區(qū)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的背光模塊，其特征在于，該預定輝度與該最大輝度的比值的 范圍介于O. 75與0. 25之間。
5. —種背光模塊，其特征在于，包含 一導光板，包含一入光面及一上表面相交于該入光面； 多個發(fā)光元件，分別由其正中央處朝向該導光板的該入光面投射一光線；一介質，位于該導光板的該上表面上，且也位于該入光面與該些光線于該導光板內的 全反射角處的位置之間；及一定位元件，對應于該上表面配置。
6. 根據(jù)權利要求5所述的背光模塊，其特征在于，該介質的折射率為1。
7. 根據(jù)權利要求5所述的背光模塊，其特征在于，該導光板的折射率范圍介于1. 34與 1.60之間。
8. —種平面顯示器，其特征在于，包含一權利要求1至7中的任一項所述的背光模塊；一顯示面板，對應于該導光板的該上表面配置，且由該定位元件所承載；及一前框，對應于該背光模塊與該顯示面板設置，并具有一顯示開口 ，用以曝露出該顯示面板的一部分。
9. 根據(jù)權利要求8所述的平面顯示器，其特征在于，該背光模塊另包含 一背板，用以容置該導光板、該些發(fā)光元件與該定位元件； 一反射片，配置于該背板與該導光板之間；及一光學膜片組，對應于該導光板的該上表面配置，且該定位元件環(huán)繞該光學膜片組。
10. —種背光模塊的定位元件的設計方法，其特征在于，包含下列步驟 提供一導光板，包含一入光面及一上表面相交于該入光面； 提供多個發(fā)光元件，分別朝向該入光面投射一光線；提供一仿真定位元件，包含多個突部，該些突部的突出方向朝向該上表面，并分別抵持 于該上表面的多個抵持位置；調整該仿真定位元件或該些突部的位置，即改變該仿真定位元件的該些抵持位置，直 至該些光線能均勻地自該導光板射出，而不會產(chǎn)生輝度不均的現(xiàn)象為止；紀錄當該導光板不會產(chǎn)生輝度不均的現(xiàn)象時的該些抵持位置，并定義該些抵持位置為 多個暗區(qū)；及提供一定位元件，包含多個凸部，該些凸部的凸出方向朝向該上表面，并分別抵持于該 些暗區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背光模塊，包含導光板，包含入光面及上表面相交于入光面；多個發(fā)光元件，分別具有發(fā)光角度，多個發(fā)光元件在多個發(fā)光角度的范圍內，分別朝向入光面投射光線，光線于發(fā)光角度的范圍外的導光板處形成多個暗區(qū)；及定位元件，包含多個凸部，其凸出方向朝向上表面，并分別抵持于多個暗區(qū)。一種平面顯示器及其定位元件的設計方法也在此揭露。
文檔編號F21V8/00GK101696780SQ20091017388
公開日2010年4月21日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權日2009年9月18日
發(fā)明者王景輝, 簡葉恩, 邱繼鋒 申請人:友達光電股份有限公司;