专利名称：背光模块及液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种背光模块及液晶显示器，尤指一种具有均匀亮度分布的 背光模块和液晶显示器。
背景技术：
现今的液晶显示器背光系统，大多采用冷阴极管(CCFL)作为其光源，由 于兼具价格便宜与发展成熟等优点，所以，冷阴极管被广泛地应用于现今的 液晶显示器市场中。然而，冷阴极管有演色性不佳(仅达65-75%)、需高驱动 电压、含汞(Hg)、发光频谱含紫外光(UV)波段、启动速度慢、灯管易破裂、 及色度控制不易等诸多缺点，因此，新光源的寻觅也就成为开发新一代液晶 显示器背光系统中最重要的课题了。
发光二极管(light emitting diode, LED)的发光效率在近十年来有着突破 性的进步，由于具有高演色性、低驱动电压、不含汞、不放射紫外光、快速 点灯启动、固态封装不易破裂、可动态调控色度等诸多优点，因而被视为新 世代光源的最佳选择。为了获得液晶显示器背光系统所需要的白色光源，大 多利用白光LED或多色LED，例如红(R)、绿(G)、及蓝(B)三原色混光等方 法。然而，这些利用LED为光源的背光系统容易发生亮度均匀性、或是色 彩均匀性不佳等问题，也就是在液晶面板显示端的相异区域易产生亮度差或 色差。 一旦缺乏优良的混光系统，这种亮度差或色差问题将严重地影响到液 晶显示器的表现。
LED于各个角度的光强度分布是影响背光源混光效果的决定性因素，尤 其是直下式背光系统，因为直下式背光系统中的光源不经导光板散射，而直 接地导出至显示端，所以，LED本身各个角度的光强度分布直接地左右着背 光系统的亮度均匀性与混色效果。尤其是利用三原色混光的背光系统中，各 个原色不佳的亮度均匀性更代表着不佳的混色效果。
请参阅图1及图2，图1为现有技术的LED IO的示意图，图2为LED 晶片12的光强度分布图。LED 10包含用来发射光线18的LED晶片12、以
及罩设于LED晶片12上的透镜14,用来反折射LED晶片12所发射的光线 18。如图1所示，LED晶片12所发射的光线18,在经过透镜14的反折射 后，其光线18大多集中在中央轴16附近。这样的LED 10若被置于如图3 所示的液晶显示器26中，会在液晶显示器26的液晶显示面板23上产生严 重的亮度集中问题，而造成其显示品质下降。
为了改善亮度均匀性不佳的问题，液晶显示器26的光学膜片22及LED 10间需设置混光距离足够的混光空间24，并配合多层的光学膜片22，例如 是多层扩散板与扩散片，以均匀化LED IO所发射的光线18。然而，如此一 来，背光系统20的厚度势必会随着混光空间24的厚度而增加，另一方面， 由于混光空间24的混光距离增加，加上需要使用较多数目的光学膜片22， 进而造成背光系统20的LED 10的使用效率不佳。
为了改善图3所示的亮度不均的问题，侧光式LED30被提出并应用， 如图4所示。特殊^没计的透镜34被设置于LED晶片12上，用来将原本集 中于中央轴16的光线18,先导引至LED30的侧面，利用光线18相对于中 央轴16的大角度出射，使得光线18在经过背光模块反射片的多重反射后， 才均匀地导出于背光系统，以避免亮度过于集中，以改善亮度的均匀度。然 而，这样的设计，会在多重反射的过程中，大幅度地消耗光能，削减光的利 用率，并进而产生亮度不足的问题。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种具有均勻亮度分布的背光模块，以 解决现有技术的缺点。
本发明的背光模块包含至少一光学膜片、多个用来发射光线至该光学膜 片上的同色系光源、以及多个光强度调变装置，其中每一光强度调变装置均 用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片 上对应于该光源及与其相邻的同色系光源的中间位置的位置。
本发明另提供一种背光模块，其包含光学膜片，具有光入射面、多个同 色系光源，用来发射光线至该光学膜片上、以及多个光强度调变装置，设置 于该多个光源上，以改变该光线的光强度，其中，该光线经该光强度调变装 置后实质上朝向该光学膜片的方向，并且该光学膜片的该光入射面上的最大 亮度与最小亮度的比值小于16。
本发明另提供一种液晶显示器，其包含光学模块以及液晶显示面板，用 来接收该光学模块中该多个同色系光源发射的光线。该光学模块包含有光学 膜片、多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上、以及多个光强度调 变装置，其中每一光强度调变装置均用来将其所对应的光源所发出的光强度 最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的同色系光 源的中间位置的位置。
本发明另提供一种液晶显示器，其包含背光模块，以及液晶显示面板， 用来接收该背光模块中该多个同色系光源发射的光线。该背光模块包含光学 膜片，具有光入射面、多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上、以 及多个光强度调变装置，设置于该多个光源上，以改变该光线的光强度，其 中，该光线经该光强度调变装置后实质上朝向该光学膜片的方向，并且该光
学膜片的该光入射面上的最大亮度与最小亮度的比值小于16。
图1为现有技术的LED的示意图。
图2为图1所显示的LED晶片的光强度分布图。
图3为内含图1所显示的LED的液晶显示器的示意图。
图4为现有技术中的侧光式LED的示意图。
图5为本发明的第一实施例中的背光模块的示意图。
图6为图5所显示的背光模块中的LED所发射的光线的相对光强度与 该光线入射至光学膜片的入射角的关系图。
图7为图6所显示的LED的光强度分布图。
图8为本发明的第二实施例中的背光才莫块的示意图。
图9为图8所显示的背光模块中的LED的光强度分布图。
图IO为图6所显示的LED的示意图。
图11为相对亮度与入射角的比较关系图。
图12为本发明所揭露具有均匀亮度分布的背光模块的液晶显示器的示 意图。
附图标记说明
10 发光二极管 12 发光二极管晶片 14,34,70 透镜16中央轴
18,66,68,72,74光线20背光系统
22，58 光学膜片22A,58A光入射面
23，123 液晶显示面板24,60,160混光空间
26,126 液晶显示器30側光式发光二极管
50,150 背光模块52基板
54,56,154,156 同色系LED62,64表面
82 第一曲线84第二曲线
86 第三曲线88第四曲线
170 光强度调变装置d，h距离
具体实施例方式
请参阅图5，图5为本发明的第一实施例中的背光模块50的示意图。背 光模块50包含基板52、多个设置于基板52上的同色系LED 54、 56、至少 一光学膜片58,其中该光学膜片58包含光入射面58A、以及设置于同色系 LED 54、 56及光学膜片58间的混光空间60，其中，LED 54、 56与光学膜 片58间的距离h实质上相等。
同色系LED 54、 56均用来发射光线66、 68，光线66、 68在经过混光 空间60后，到达光学膜片58上，并经由光学膜片58的调变后入射到图3 所显示的液晶显示器26的液晶显示面板23上。
请参阅图6及图7，图6为LED 54(LED 56亦同)所发射的光线66、 68 的相对光强度I与光线66、 68入射至光学膜片58的入射角e的关系图，图 7为LED 54(LED 56亦同)的光强度分布图。
在本发明的第一实施例中，LED 54(LED 56亦同)所发射的光线66、 68 的光强度I随着入射角e的增加而递增，具体而言，光强度I sec"e，其中， Kn<5，换言之，直接入射至光学膜片58上的光线66具有最小的光强度I， 而倾斜入射至光学膜片58上光线68则具有较大的光强度I，如此一来，虽 然光线68具有较大的光强度I，但因以较大角度入射于光学膜片58,到达 光学膜片58的光入射面58A上的光线68的照度已和到达光学膜片58上的 光线66的照度相去不远，所以，光学膜片58上光线68所照射到的表面62 的亮度，便会约略等于光线66所照射到的表面64的亮度。整体而言，背光
模块50的设置，可解决现有技术中亮度不均的问题。
由于背光模块50中除了包含LED54夕卜，另包含有LED56，因此，LED 54所发射的光线66、 68只需照射至其上方的光学膜片58即可，具体而言， LED 54所发射的光线的光强度I的最大值Imax约略发生于入射至光学膜片 58的入射角9等于tan-1 [LED 54、 56间的距离d/(2 x LED 54(或LED 56)至 光学膜片58的距离h)]。如图5及图6所示，背光模块50的LED 54(LED 56 亦同)所发射的光线的光强度I的最大值Imax发生于入射至光学膜片58的入 射角e约略等于30度。当然，本发明的背光模块的LED所发射的光线的光 强度I的最大值Im^也可随着这些LED间的距离，与这些LED至光学膜片 58的距离的不同而作更改。举例来说，如图8及图9所示，本发明的第二实 施例中的背光才莫块150的同色系LED 154、 156间的距离d等于2 x LED 156(或LED 156)至光学膜片58的距离h，所以，LED 154所发射的光线的
光强度i的最大值imax约略发生于入射至光学膜片58的入射角e等于
tan"(l"45度时。
为了使LED 54所发射的光线66、 68均遵守I ~ sec116 (Kn<5), LED 54 必需包含适当的光强度调变装置，例如是经过特别设计的透镜、经过特别设 计的光栅，或具有特殊形状的LED外延晶片等，以将LED 54中的LED晶 片所发射的光线反折射成遵守I ~ secne的光线。该些遵守I ~ secne的光线投 射至光学膜片58上的一预定区间，而该预定区间介于光学膜片58上对应于 该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于该光源位置之间所形成 的区间。请参阅图10,图10为LED 54(LED 56、 LED 154、及LED 156亦 同)的示意图。LED 54包含LED晶片12、以及罩设于LED晶片12上的透 镜70，用来将LED晶片12所发射的光线72、 74分别反折射成遵守I ~ secne 的光线66、 68。
请参阅图11，图11为照射至现有技术的背光系统20的光学膜片22上 与照射至本发明的背光模块50的光学膜片58上的光线的亮度与入射角e的 比较关系图，其中，第一曲线82代表照射至现有技术的背光系统20的光学 膜片22的光入射面22A上的亮度与入射角e间的关系，第二曲线84代表当 背光模块50内的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线遵守I ~ sec0时，照射 至本发明的背光模块50的光学膜片58的光入射面58A上的光线的亮度与入 射角e间的关系，第三曲线86代表当背光模块50内的LED 54(LED 56亦同) 所发射的光线遵守I-sec5e时，照射至本发明的背光模块50的光学膜片58 的光入射面58A上的亮度与入射角e间的关系，而第四曲线88代表当背光 模块50内的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线遵守图6的光强度分布时， 照射至本发明的背光模块50的光学膜片58的光入射面58A上的光线的亮度 与入射角e间的关系。由图ll可明显地看出，本发明的背光模块50的光学 膜片58的亮度非常均匀，并且在入射角e在60。的范围内，照射至光学膜片 58的光入射面58A上的光线的最大亮度与最小亮度间的比值均不大于4，另 外，当背光模块50内的LED 54(LED 56亦同)所发射的光线遵守图6的光强 度分布时，照射至背光模块50的光学膜片58的光入射面58A上的亮度无关 于入射角9，也就是说，不管入射角e为何，光学膜片58上所有位置的亮度 均相同，光学膜片58上的亮度分布非常均匀，反观，在现有技术的光学系 统20中，照射至光学膜片22的光入射面22A上的光线的最大亮度与最小亮 度间的比值却有可能高达16以上，其亮度分布非常不均匀。
本发明的第一实施例的背光模块50包含多个同色系LED 54、 56，然而， 本发明的背光模块也可包含多个并非全然同色系的LED，只要这些LED中 的同色系LED所发出的光线遵守I~secne,该背光模块仍可呈现相当均匀且 完美的亮度。
请参考图12。图12为本发明所披露具有均匀亮度分布的背光模块50 的液晶显示器126的示意图。液晶显示器126包含有背光模块50以及液晶 显示面板123。背光模块50包含有光学膜片58,其具有光入射面58A、多 个同色系光源54、混光空间160以及多个光强度调变装置170。混光空间160 设置于多个光源54及光学膜片58之间、液晶显示面板123则用来接收背光 模块50中多个同色系光源54发射的光线。其中背光模块50的工作原理如 上所述，在此不再赘述。
相较于现有技术，本发明的背光模块，因其内的LED可发出遵守I - secne 的光线，所以可呈现非常均匀且完美的亮度。此外，由于本发明的背光模块 50、 150中的光学膜片58上的亮度均匀地分布，所以，背光模块50、 150 内便可设置较薄的混光空间160及数量较少的光学膜片58，如此一来，在不 影响发光品质的情形下，本发明的背光模块具有较薄的尺寸及较便宜的制造 成本，并且由于使用较薄的混光空间160及数量较少的光学膜片58，也可进 一步降低光强度的衰减而提升光源的使用效率。再者，本发明的背光模块， 其光线实质上直接向光学膜片的方向投射，相较于现有技术需经多重反射的 方式，可避免光能消耗，进而提升光利用效率。最后，本发明的背光模块不
仅可用于直下式背光系统中，也可用于侧光式背光系统中，而其中的LED 也可以其他光源加以取代，只要其为同色系光源即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变 化与修饰，均应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种背光模块，包括光学膜片；多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上；以及多个光强度调变装置，其中该多个光强度调变装置用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的同色系光源的中间位置的位置。
2. 如权利要求1所述的背光模块，其中该多个光强度调变装置用来使其 所对应的该光源所发出的光线在预定区间中光强度实质上正比于secn6 ，其中e为该光源所发出的光线入射至该光学膜片的入射角，而该预定区间介于该光学膜片上对应于该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于该 光源位置之间所形成的区间。
3. 如权利要求2所述的背光模块，其中n介于l至5之间。
4. 如权利要求1所述的背光模块，其中该多个同色系光源为发光二极管。
5. —种背光模块，包括 光学膜片，具有光入射面；多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上；以及 多个光强度调变装置，设置于该多个光源上，以改变该光线的光强度； 其中，该光线经该光强度调变装置后实质上朝向该光学膜片的方向，并 且该光学膜片的该光入射面上的最大亮度与最小亮度的比值小于16。
6. —种液晶显示器，包括 光学模块，包括 光学膜片；多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上；以及多个光强度调变装置，其中该多个光强度调变装置用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的同色系光源的中间位置的位置；以及液晶显示面板，用来接收该光学模块中该多个同色系光源发射的光线。
7. 如权利要求6所述的液晶显示器，其中每一光强度调变装置均用来使 其所对应的该光源所发出的光线在预定区间中光强度实质上正比于secne ,其中e为该光源所发出的光线入射至该光学膜片的入射角，而该预定区间介 于该光学膜片上对应于该光源与其相邻的同色系光源的中间位置至对应于 该光源位置之间所形成的区间。
8. 如权利要求7所述的液晶显示器，其中n介于1至5之间。
9. 如权利要求6所述的液晶显示器，其中该多个同色系光源为发光二极管。
10. —种液晶显示器，包括 背光才莫块，包括 光学膜片，具有光入射面；多个同色系光源，用来发射光线至该光学膜片上；以及 多个光强度调变装置，设置于该多个光源上，以改变该光线的光强度； 其中，该光线经该光强度调变装置后实质上朝向该光学膜片的方向，并 且该光学膜片的该光入射面上的最大亮度与最小亮度的比值小于16;以及 液晶显示面板，用来接收该背光模块中该多个同色系光源发射的光线。
全文摘要
本发明公开了一种背光模块及液晶显示器。所述背光模块包含光学膜片、多个用来发射光线至该光学膜片上的同色系光源、以及多个透镜装置，每一透镜装置均用来将其所对应的光源所发出的光强度最大的光线约略投射至该光学膜片上对应于该光源及与其相邻的光源的中间位置的位置。
文档编号G02F1/13GK101191942SQ20061014866
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者白维铭, 蓝文锦 申请人:奇美电子股份有限公司