一種背光透鏡及其直下式背光模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種背光透鏡及其直下式背光模塊。該直下式背光模塊包括：背光透鏡，包括第一球形表面、第二球形表面和一底面，其中第一球形表面為背光透鏡的入光面，第二球形表面為背光透鏡的出光面；發(fā)光二極管，設(shè)置于第一球形表面的下方；以及反射微結(jié)構(gòu)，布設(shè)于第二球形表面的內(nèi)壁。反射微結(jié)構(gòu)為網(wǎng)點(diǎn)分布，以控制背光透鏡的出光能量。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)背光透鏡出光面內(nèi)壁的反射微結(jié)構(gòu)，可有效降低中間區(qū)域的出光能量，從而改善整個(gè)屏幕的亮度均勻性。
【專利說(shuō)明】一種背光透鏡及其直下式背光模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種背光透鏡以及包含該背光透鏡的直下式背光模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著消費(fèi)電子的蓬勃發(fā)展，各個(gè)尺寸的顯示設(shè)備的市場(chǎng)需求越來(lái)越大，其中，液晶顯示器以輕薄、低成本、高畫質(zhì)等多種優(yōu)勢(shì)占據(jù)了平板顯示的絕對(duì)主導(dǎo)地位。液晶是一種被動(dòng)發(fā)光器件，需要背光源發(fā)出的光線來(lái)顯示圖像內(nèi)容，常見(jiàn)的背光源包括冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)和發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)等。其中LED以高流明效率、高顯色能力、低壓驅(qū)動(dòng)、不含易碎部件、不含重金屬材料等優(yōu)點(diǎn)正迅速取代CCFL成為背光源的主流技術(shù)。
[0003]從結(jié)構(gòu)上區(qū)分，LED背光可分為側(cè)面入光式和直下式(底發(fā)光式)。對(duì)于側(cè)面入光式，LED燈條布置在面板的一側(cè)，導(dǎo)光板通過(guò)導(dǎo)光顆粒的散射作用將側(cè)面方向的線光源轉(zhuǎn)換為面向面板方向的面光源，擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)薄膜將面光源再轉(zhuǎn)換為可用作面板背光的均勻的且具有一定發(fā)散角度的背光源。對(duì)于直下式，LED陣列直接布置在面板下方，同樣需要擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)薄膜將LED陣列發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換為品質(zhì)符合要求的背光源。
[0004]一般來(lái)說(shuō)，側(cè)入光式LED背光模塊的厚度較小，技術(shù)成熟，適用于中小尺寸液晶顯示屏，如移動(dòng)電話、平板電腦、電子相框、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)等。直下式LED背光模塊的超薄性能略遜，但是不受屏幕尺寸限制，特別適合于超大尺寸屏眷，諸如液晶電視。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)直下式LED背光源通常以相鄰兩LED燈進(jìn)行等間距行列排布，利用模擬光學(xué)均勻性予以實(shí)現(xiàn)。然而，該等間距均勻排列會(huì)導(dǎo)致中間區(qū)域的亮度是周圍其他區(qū)域亮度的疊加。此外，由于LED是點(diǎn)光源，亮度分布隨著距離的增加而衰減很快，邊緣區(qū)域疊加的亮度分布很小，導(dǎo)致LED背光源邊緣的亮度明顯小于中間區(qū)域的亮度，造成整個(gè)屏幕的亮度均勻性較差。雖然可通過(guò)同步縮小LED燈間距、改變擴(kuò)散板(DiffuserPlate)與LED陣列之間的高度等方式改善亮度的均勻性，但這些方案往往以增加背光功耗和犧牲液晶顯示模塊的厚度為代價(jià)。
[0006]有鑒于此，如何設(shè)計(jì)一種直下式背光模塊或?qū)ΜF(xiàn)有的直下式背光模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以減少中間區(qū)域的出光能量，降低LED背光源邊緣的亮度與中間區(qū)域的亮度之間的亮度差異，是業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員亟待解決的一項(xiàng)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的直下式背光模塊在改善整個(gè)屏幕的亮度均勻性所存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種背光透鏡以及包含該背光透鏡的直下式背光模塊。
[0008]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種直下式背光模塊，包括:
[0009]一背光透鏡，包括一第一球形表面、一第二球形表面和一底面，其中，所述第一球形表面為所述背光透鏡的入光面，所述第二球形表面為所述背光透鏡的出光面，所述底面連接至所述第一球形表面和所述第二球形表面；
[0010]一發(fā)光二極管，設(shè)置于所述第一球形表面的下方；以及
[0011]—反射微結(jié)構(gòu),布設(shè)于所述第二球形表面的內(nèi)壁,所述反射微結(jié)構(gòu)為網(wǎng)點(diǎn)分布，以控制所述背光透鏡的出光能量。
[0012]在其中的一實(shí)施例，所述反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域小于所述背光透鏡的底面面積。
[0013]在其中的一實(shí)施例，所述反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域?yàn)閳A形。
[0014]在其中的一實(shí)施例，所述反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域?yàn)榉叫巍?br> [0015]在其中的一實(shí)施例，所述反射微結(jié)構(gòu)在水平方向上的布設(shè)長(zhǎng)度小于一預(yù)設(shè)距離，其中，所述預(yù)設(shè)距離由所述背光透鏡的空間角度分布最大值決定。
[0016]在其中的一實(shí)施例，所述第一球形表面、所述第二球形表面和所述底面均為光滑表面。
[0017]在其中的一實(shí)施例，所述反射微結(jié)構(gòu)為鍍膜材料，以便達(dá)到所述鍍膜材料表面的光線進(jìn)行全反射。
[0018]依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種背光透鏡，所述背光透鏡包括一第一球形表面、一第二球形表面和一底面，所述第一球形表面為所述背光透鏡的入光面，所述第二球形表面為所述背光透鏡的出光面，所述底面連接至所述第一球形表面和所述第二球形表面，其中，所述背光透鏡還包括一反射微結(jié)構(gòu)，布設(shè)于所述第二球形表面的內(nèi)壁，所述反射微結(jié)構(gòu)為網(wǎng)點(diǎn)分布，以控制所述背光透鏡的出光能量。
[0019]在其中的一實(shí)施例，該反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域?yàn)閳A形或方形。
[0020]在其中的一實(shí)施例，所述反射微結(jié)構(gòu)在水平方向上的布設(shè)長(zhǎng)度小于一預(yù)設(shè)距離，其中，所述預(yù)設(shè)距離由所述背光透鏡的空間角度分布最大值決定。
[0021]采用本發(fā)明的背光透鏡及其直下式背光模塊，將背光透鏡的第一球形表面作為其入光面，將背光透鏡的第二球形表面作為其出光面，發(fā)光二極管設(shè)置于第一球形表面的下方，并且在第二球形表面的內(nèi)壁布設(shè)一反射微結(jié)構(gòu)，通過(guò)該反射微結(jié)構(gòu)的網(wǎng)點(diǎn)分布特性，從而控制背光透鏡的出光能量。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)背光透鏡出光面內(nèi)壁的反射微結(jié)構(gòu)，可有效降低中間區(qū)域的出光能量，從而改善整個(gè)屏幕的亮度均勻性。此外，該反射微結(jié)構(gòu)可采用鍍膜材料實(shí)現(xiàn)全反射，以將到達(dá)其表面的光線反射回來(lái)，增加了 LED背光源邊緣的亮度疊加，從而降低LED背光源與擴(kuò)散板之間的高度(H)和相鄰LED背光的間距(P)的比值大小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以后，將會(huì)更清楚地了解本發(fā)明的各個(gè)方面。其中，
[0023]圖1A示出現(xiàn)有技術(shù)中的一種直下式背光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖1B示出現(xiàn)有技術(shù)中的另一直下式背光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2示出依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的直下式背光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3 (a)和圖3 (b)示出圖2的直下式背光模塊中的背光透鏡的反射微結(jié)構(gòu)的兩種示意性形狀分布圖；[0027]圖4示出圖2的直下式背光模塊的反射微結(jié)構(gòu)的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0028]圖5示出不同的Η/P數(shù)值條件下，空間角度分布最大值與出射光線的均勻度之間的關(guān)系曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本申請(qǐng)所揭示的技術(shù)內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發(fā)明的下述各種具體實(shí)施例，附圖中相同的標(biāo)記代表相同或相似的組件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下文中所提供的實(shí)施例并非用來(lái)限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說(shuō)明，并未依照其原尺寸進(jìn)行繪制。
[0030]下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明各個(gè)方面的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0031]圖1A示出現(xiàn)有技術(shù)中的一種直下式背光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1B示出現(xiàn)有技術(shù)中的另一種直下式背光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]參照?qǐng)D1A、1B，直下式背光模塊包括一擴(kuò)散板100 (Diffuser Plate，DP)和一印刷電路板102。擴(kuò)散板100與一印刷電路板102相對(duì)設(shè)置。印刷電路板102安裝有多個(gè)LED背光源，諸如LED背光源104和108。并且，LED背光源104外圍罩設(shè)有二次透鏡106(secondLens)，LED背光源108外圍罩設(shè)有二次透鏡110，它們分別用以控制來(lái)自LED背光源的出射光線的出光能量和空間分布屬性。
[0033]如圖1A所示，LED背光源所在的印刷電路板102與擴(kuò)散板100之間的高度為H1，LED背光源104與LED背光源108之間的排列間距為Pl。在確保LED背光亮度均勻的前提下，為了實(shí)現(xiàn)直下式背光模塊的薄型化設(shè)計(jì)，若H1/P1的比值固定，由于LED背光源與擴(kuò)散板100之間的高度Hl較小，因此Pl也相應(yīng)地變小。亦即，此時(shí)必須增加LED背光源的排列密度，會(huì)導(dǎo)致LED的數(shù)量上升，造成模塊的成本較高。
[0034]如圖1B所示，LED背光源所在的印刷電路板102與擴(kuò)散板100之間的高度為H2，LED背光源104與LED背光源108之間的排列間距為P2。為了降低直下式背光模塊的設(shè)計(jì)成本，須減小LED的數(shù)量，則LED背光源的排列密度相應(yīng)地降低，當(dāng)高度H2固定時(shí)，H2/P2的比值減小，這將影響LED背光亮度均勻性。換句話說(shuō)，為了降低直下式背光模塊的設(shè)計(jì)成本且H2/P2的比值固定時(shí)，需增大LED背光源與擴(kuò)散板100之間的高度H2，這卻又會(huì)導(dǎo)致直下式背光模塊的厚度增大，不利于薄型化趨勢(shì)。由上述可知，LED排列越密，亮度均勻性越好。當(dāng)LED排列間距固定時(shí)，LED背光源與擴(kuò)散板之間的高度越大，亮度均勻性越好。也就是說(shuō)，若LED排列間距P為常數(shù)時(shí)，Η/P的比值越大，亮度均勻性越好，然而現(xiàn)有的設(shè)計(jì)同時(shí)也帶來(lái)了薄型化和成本較高等諸多問(wèn)題。
[0035]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，圖2示出依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的直下式背光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 (a)和圖3 (b)示出圖2的直下式背光模塊中的背光透鏡的反射微結(jié)構(gòu)的兩種示意性形狀分布圖。
[0036]如我們所知曉的，LED背光源具有兩項(xiàng)重要的指標(biāo)，S卩，照度和亮度。其中，照度是指單位面積上受到的光通量(light flux),亮度是指特定方向在單位立體角內(nèi)的光通量，并且照度相等的點(diǎn)其亮度未必相等。亮度與所指定的方向、光線的入射方向及透射性有關(guān)。例如，LED背光源的正上方的光線以正入射為主，則該點(diǎn)的正視方向亮度較大；兩個(gè)LED中間的正上方的光線以斜入射為主，則該點(diǎn)的正視方向亮度較小，如此一來(lái)，將入射光線的出射方向重新分配，使透射光在各個(gè)方向的光通量盡量相等，進(jìn)而正視方向的亮度相等以便實(shí)現(xiàn)亮度均勻化。
[0037]參照?qǐng)D2,本發(fā)明的直下式背光模塊包括一發(fā)光二極管10、一背光透鏡20和一反射微結(jié)構(gòu)30。由于發(fā)光二極管10出射的光線會(huì)通過(guò)背光透鏡20的兩個(gè)表面，因此背光透鏡20也可稱為二次透鏡。詳細(xì)地，背光透鏡20包括一第一球形表面202、一第二球形表面204和一底面206。其中，第一球形表面202為背光透鏡20的入光面。第二球形表面204為背光透鏡20的出光面。背光透鏡20的底面206連接第一球形表面202和第二球形表面204。發(fā)光二極管10設(shè)置于第一球形表面202的下方。
[0038]反射微結(jié)構(gòu)30 (如圖3中的虛線所示)布設(shè)于第二球形表面204的內(nèi)壁。反射微結(jié)構(gòu)30為網(wǎng)點(diǎn)分布，從而控制背光透鏡的出光能量。例如，反射微結(jié)構(gòu)30的網(wǎng)點(diǎn)分布區(qū)域?yàn)閳A形，如圖3 (a)所示。或者，反射微結(jié)構(gòu)30的網(wǎng)點(diǎn)分布區(qū)域也可為方形，如圖3 (b)所
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[0039]在一具體實(shí)施例中，反射微結(jié)構(gòu)30的布設(shè)區(qū)域小于背光透鏡20的底面面積。較佳地，背光透鏡20的第一球形表面202、第二球形表面204和底面206均為光滑表面。此夕卜，背光透鏡20的頂部(圖中未示)可為一平面。
[0040]在一具體實(shí)施例中，反射微結(jié)構(gòu)30為鍍膜材料。本發(fā)明的直下式背光模塊通過(guò)在背光透鏡20的第二球形表面204的內(nèi)壁進(jìn)行鍍膜，從而使到達(dá)鍍膜材料表面的光線進(jìn)行全反射，以將來(lái)自第一球形表面202的光線的出射方向重新分配，使透射光在各個(gè)方向的光通量盡量相等以實(shí)現(xiàn)亮度均勻化。
[0041]圖4示出圖2的直下式背光模塊的反射微結(jié)構(gòu)的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5示出不同的Η/P數(shù)值條件下，空間角度分布最大值與出射光線的均勻度之間的關(guān)系曲線示意圖。
[0042]參照?qǐng)D4,以X軸表不背光透鏡的水平方向，y軸表不背光透鏡的豎直方向，a表不背光透鏡的空間角度分布最大值。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，反射微結(jié)構(gòu)30在X軸方向上的布設(shè)長(zhǎng)度小于一預(yù)設(shè)距離D。在此，預(yù)設(shè)距離D由背光透鏡20的空間角度分布最大值a決定。并且，從圖5的關(guān)系曲線來(lái)看，不同的Η/P數(shù)值所對(duì)應(yīng)曲線的空間角度數(shù)值是不同的，例如，當(dāng)Η/P等于0.5時(shí)，空間角度最大值a約為55度，其對(duì)應(yīng)的均勻度最好；當(dāng)Η/P等于
0.25時(shí)，空間角度最大值a約為75度，其對(duì)應(yīng)的均勻度最好；當(dāng)Η/P等于0.11時(shí)，空間角度最大值a約為85度，其對(duì)應(yīng)的均勻度最好。因此，本發(fā)明設(shè)置反射微結(jié)構(gòu)于背光透鏡的第二球形表面內(nèi)壁，且反射微結(jié)構(gòu)在X軸方向上的布設(shè)長(zhǎng)度小于一預(yù)設(shè)距離時(shí)，可增加LED背光源邊緣的亮度疊加，使亮度更加均勻。此外，還可設(shè)置較大的空間角度最大值，諸如85度，從而使Η/P的比值更小。
[0043]采用本發(fā)明的背光透鏡及其直下式背光模塊，將背光透鏡的第一球形表面作為其入光面，將背光透鏡的第二球形表面作為其出光面，發(fā)光二極管設(shè)置于第一球形表面的下方，并且在第二球形表面的內(nèi)壁布設(shè)一反射微結(jié)構(gòu)，通過(guò)該反射微結(jié)構(gòu)的網(wǎng)點(diǎn)分布特性，從而控制背光透鏡的出光能量。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)背光透鏡出光面內(nèi)壁的反射微結(jié)構(gòu)，可有效降低中間區(qū)域的出光能量，從而改善整個(gè)屏幕的亮度均勻性。此外，該反射微結(jié)構(gòu)可采用鍍膜材料實(shí)現(xiàn)全反射，以將到達(dá)其表面的光線反射回來(lái)，增加了 LED背光源邊緣的亮度疊加，從而降低LED背光源與擴(kuò)散板之間的高度和相鄰LED背光間距間的比例的目的。
[0044]上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種直下式背光模塊，其特征在于，所述直下式背光模塊包括: 一背光透鏡，包括一第一球形表面、一第二球形表面和一底面，其中，所述第一球形表面為所述背光透鏡的入光面，所述第二球形表面為所述背光透鏡的出光面，所述底面連接至所述第一球形表面和所述第二球形表面； 一發(fā)光二極管，設(shè)置于所述第一球形表面的下方；以及 一反射微結(jié)構(gòu)，布設(shè)于所述第二球形表面的內(nèi)壁，所述反射微結(jié)構(gòu)為網(wǎng)點(diǎn)分布，以控制所述背光透鏡的出光能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模塊，其特征在于，所述反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域小于所述背光透鏡的底面面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直下式背光模塊，其特征在于，所述反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域?yàn)閳A形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直下式背光模塊，其特征在于，所述反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域?yàn)榉叫巍?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模塊，其特征在于，所述反射微結(jié)構(gòu)在水平方向上的布設(shè)長(zhǎng)度小于一預(yù)設(shè)距離，其中，所述預(yù)設(shè)距離由所述背光透鏡的空間角度分布最大值決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模塊，其特征在于，所述第一球形表面、所述第二球形表面和所述底面均為光滑表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模塊，其特征在于，所述反射微結(jié)構(gòu)為鍍膜材料，以便達(dá)到所述鍍膜材料表面的光線進(jìn)行全反射。
8.一種背光透鏡，其特征在于，所述背光透鏡包括一第一球形表面、一第二球形表面和一底面，所述第一球形表面為所述背光透鏡的入光面，所述第二球形表面為所述背光透鏡的出光面，所述底面連接至所述第一球形表面和所述第二球形表面， 其中，所述背光透鏡還包括一反射微結(jié)構(gòu)，布設(shè)于所述第二球形表面的內(nèi)壁，所述反射微結(jié)構(gòu)為網(wǎng)點(diǎn)分布，以控制所述背光透鏡的出光能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光透鏡，其特征在于，所述反射微結(jié)構(gòu)的布設(shè)區(qū)域?yàn)閳A形或方形。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光透鏡，其特征在于，所述反射微結(jié)構(gòu)在水平方向上的布設(shè)長(zhǎng)度小于一預(yù)設(shè)距離，其中，所述預(yù)設(shè)距離由所述背光透鏡的空間角度分布最大值決定。
【文檔編號(hào)】F21V13/00GK103912846SQ201410138795
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】王炯翰, 劉勇鑫, 吳修賢, 陳明倫 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司