专利名称：平面光源装置及液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其是一种平面光源装置及液晶显示器。
背景技术：
如图1所示，其显示习用液晶显示器(LCD)装置的结构。一般而言，该液晶显示器装置包括一液晶显示器面板10，其包括两基板中间设有液晶材料、一背光模组20配置于该液晶显示器面板IO的下方、以及外壳11及12。
该背光模组20将一光源所发出的光线，均匀的分配至该液晶面板10的表面上。用于液晶显示器的背光模组20一般可分为直下光源型式以及边缘光源型式。
请参考图2，其显示一种直下式背光模组21，沿着图1中剖面线2-2的剖面视图。该直下式背光模组21包括一外壳70，其具有一反射片60配置于其底部表面，以及诸如冷阴极管之类的灯管50，位于其底部、一扩散片40位于该外壳70上、以及棱镜片30配置于该扩散片40上。因为该灯管50间隔地配置于该液晶显示器面板10的显示区域内，故该液晶显示器面板的照度的分布不均匀。又，该液晶面板10的开关元件(switchingelement)亦有可能因该背光源的热能而损坏。
因此，于该灯管50与该扩散片40间便需要存在某一距离或间隔。此一距离或间隔一般通过该外壳20中的支撑柱55所提供。典型地，该灯管50的中心至其照射面的距离需要大于该灯管间距的一半。由于这些结构上的需求，便十分难以降低直下式背光模组21的厚度。再者，灯管50本身亦会吸收其他灯管所放射的光线，而降低光学的效能。
请参考图3，其显示一种侧边式背光模组22，沿着图1中剖面线2-2的剖面视图。该侧边式背光模组22包括一导光板80、一灯管50加装于该导光板80的至少一侧边、以及一U形反射器61环绕该灯管50。该反射器61的一开口部分固定于该导光板80的侧边，一反射片60固定于该导光板80的底部，一扩散片40固定于该导光板80上，且棱镜片30固定于该扩散片40上。因为该灯管50配置于该导光板80的边缘，故该LCD的厚度便得以降低。
该导光板80具有一印刷的点状或V形凹槽的图案，位于它的至少一表面上，且一般以PMMA模造成形。该扩散片40配置于该导光板80上，通常以半透明的PET或聚碳酸酯(polycarbonate；PC)、聚对苯二甲酸二乙酯塑胶(PET)所制造，用以使由该导光板射出的光线更加均匀化。该棱镜片30配置于该扩散片40上，用以将该扩散片40所射出的光线，聚集在重直于该棱镜片30的方向上。
因为该液晶显示器面板10的照度通过该导光板80所射出的光线所提供，故该导光板80必须要均匀的照亮该液晶显示器面板10。然而，尤其是在大尺寸显示器的情况下，导光板经常不能提供良好的均匀照度。再者，导光板80及其上的图案的制造成本非常昂贵。
对于先前技术液晶显示器的背光模组而言，已有许多努力试图提高液晶显示器的亮度、提供均匀的照度、降低电能消耗、降低制造成本、并同时减小体积。举例而言，诸如2000年12片26日颁予Lee的美国专利第6,164,790号、1995年12片19日颁予Hooker等人的美国专利第5,477,422号、以及1996年1片16日颁予Ciupke等人的美国专利第5,485,354号。然而，前述专利及先前技术所提供的背光模组仍旧无法满足上述对于背光模组的要求。
现再参考第4a及4b图，其揭示先前技术的一种发光二极管(LED)光源的背光模组23，沿着图1中剖面线2-2的剖面视图。该发光二极管的背光模组23包括一导光板80、多个发光二极管51位于该导光板80的两侧边、及反射片60、62分别配置于该背光模组23的底部以及侧面。该发光二极管背光模组23亦无法满足上述需求，特别是对于大尺寸的液晶显示器，更加无法提供均匀的光线，因为该发光二极管为大体上为一点光源而非线光源，且仅位于该背光模组23的侧边。
有鉴于此，便有需要提供一种背光模组，用于液晶显示器中，能够克服前述的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种平面光源装置，其具有均匀的照度、更加精巧、以及较低的制造成本。
本发明的另一目的是提供一种液晶显示器的背光模组，其具有均匀的照度、更加精巧、以及较低的制造成本。
为达上述目的，本发明提供一种平面光源装置，包括至少一个线状光源或点状光源；一导光板，界定一下表面及一上表面，且具有至少一凹槽位于该下表面，用以容纳该至少一个的光源、以及至少一对第一倾斜表面位于该上表面与该凹槽相对应，用以与该凹槽共同作用，将该至少一个的光源的光线导入该导光板中；以及一反射器，位于该导光板的下表面，并覆盖该光源。
本发明还提出一种液晶显示器，包括一液晶显示器面板，以及一个上述的平面光源装置。
综前所述，该平面光源装置可避免灯管相互照射所损失的光学能量，而增加亮度，并降低该平面光源装置的厚度。由于该背光模组亮度的增加，故可减少棱镜片的使用，不仅降低成本并且使该背光模组的视角不致缩小。再者，根据本发明的平面光源装置，光源嵌于该导光板中，故可将低背光模组的尺寸。
为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。
图1为根据先前技术的液晶显示器的立体透视展开示意图；图2为根据先前技术的直下式背光模组的剖面示意图；图3为根据先前技术的侧边式背光模组的剖面示意图；图4a为根据先前技术的发光二极管背光模组的上平面示意图；图4b为图4a中的该发光二极管背光模组的剖面示意图；图5根据本发明的实施例的液晶显示器的剖面示意图；图6根据本发明的另一实施例的背光模组导光板的局部放大剖面示意图；图7为根据本发明的实施例的背光模组导光板的尺寸示意图；图8a为根据本发明的又一实施例的发光二极管背光模组的上平面示意图；图8b为图8a中的该发光二极管背光模组的剖面示意图。
具体实施例方式
请参考图5，其显示根据本发明的液晶显示器100。该液晶显示器100包括一液晶显示器面板110以及一背光模组120。该液晶显示器面板110具有两透明基板112、114，以及液晶材料116配置于其中。该液晶显示器面板110的透明基板112、114上具有开关元件(switching element)，用以改变液晶分子的排列而产生影像。
该背光模组120作用为一平面光源装置，用以于整个显示区域中，均匀的发射光线并照亮该液晶显示器面板110。该背光模组包括多个线状光源，诸如灯管150、一导光板180、以及多层的光学膜，诸如扩散片140及棱镜片130。该灯管150可为冷阴极射线管(cold cathode fluorescentlamp；CCFL)。
该导光板180具有多个凹槽210位于其底部，用以容纳该灯管150，以及多个切口220位于其顶部。该切口220的位置与该凹槽210的位置相对应，且该切口220的外形与该凹槽210共同作用，如此使得该灯管150所发射的光线，能够进入该导光板180中，并通过全反射(total internalreflection)于其中扩散。如此，由该灯管150所发射的光线能够经由该导光板180，均匀的由该导光板180的上表面(出射面)226射出，且均匀的照亮该液晶显示器面板110。该背光模组120另包括四个侧面反射板182及一底部反射板184。该侧面反射板182配置于该导光板180的四周，用以将射至该导光板180的侧壁的光线反射回到该导光板180中。该底部反射板184配置于该导光板180的底部表面，用以将射至该导光板180的底部表面的光线反射回该导光板。又，该底部反射板184另具有复数个凸脊186，配置相对应于该灯管150下方，用以进一步将该灯管150射出的光线，导入该导光板180中。
该导光板180一般以透明的材料，诸如压克力树脂(Acrylic Resin；PMMA)所制造。该导光板180可一体成形，如图5中所示。然而，根据本发明的另一实施例，如图6所示，该导光板180亦可由一连串模组化的互相啮合的导光件180’所组合。该导光件180’具有卡合口192，以及卡合栓190用以啮合该卡合口192，而形成整个的该导光板180。
现请参考图7，其显示根据本发明的第一实施例的该导光板180的尺寸。参考图7，于临界状态下，该灯管150的光线(如图中虚线所示)垂直该凹槽210的水平面212入射进入该导光板180，当照射到该切口220的一对第一倾斜表面222时，会发生全反射，故该角度θ1应大于2*(90-θc)，θc为导光板的村料的临界角，亦即对于压克力树脂(Acrylic Resin；折射率(index of refraction)＝1.49)而言，临界角θc＝42.9度，θ1应大于94.2度。该凹槽210的水平面212的宽度W1应大体上等于该切口220的该两第一倾斜表面222的宽度W2。
根据本发明的较佳实施例，该凹槽210另具有一对斜面214，且该切口220另具有一对第二倾斜表面224。该凹槽210的斜面214与水平面212间的夹角θ3与该切口220的该第二倾斜表面224与该导光板180的该上表面226间的夹角θ2的和，小于约90度。该切口220的该第二倾斜表面224的宽度W3，大于该灯管150与该导光板180的上表面226间的高度H1，且较佳大于该高度H1的两倍。
该凹槽210的宽度(该两垂直壁216间的距离)W4略大于该灯管150直径，以便于提供该灯管150足够的散热空间，以减少直接接触热传导降低光学膜片热变形的可能性，此一间隙典型上的为0.5mm。故该宽度W4大于灯管150直径加1.0mm。该凸脊186的角度θ4小于180度。该灯管150与该导光板180的下表面间的高度H2大于该凸脊186的高度，亦即H2＞tan(θ4/2)。依照本发明的几何形状设计，该凹槽210可满足全反射(totalinterna1 reflection)的要求，并分散光源，而避免灯管上方的亮带的产生。
其中，该导光板180的上表面226与该第二倾斜表面224间，以及该第二倾斜表面224与该第一倾斜表面222间的接合处，具有圆角，以避免光线于该接合处形成不均匀的照度。然而，该两第一倾斜面222间为锐利的结合(不具有倒角或圆角)，且该凹槽210的斜面214与该水平面212及该重直壁216间的接合处亦为锐利的结合。
现请参考第8a及8b，其显示根据本发明的第三实施例的背光模组520。该背光模组520大体上类似于该背光模组120。该背光模组520具有一导光板580、以及多个点状光源，诸如发光二极管(LED)光源550。该导光板580具有多个凹处610用以容纳该光源550，以及多个凹部620与该凹处610相对应。精于本技艺者将可了解，该凹处510与该凹部620的剖面的外形，与该第一实施例的该凹槽210及该切口220的外形相一致，因此如前所述，该导光板580可将该光源550所发射出的光线导入该导光板580中。更明确而言，该凹处610具有大体上截圆锥的外形，界定一水平面612、一截圆锥面614、以及一垂直壁616，而该凹部620界定一第一圆锥面622及一第一圆锥面624。
对于该LED光源550而言，该光源550嵌在该导光板580的凹处610中，并通过该导光板580均匀的散布该光源550所射出的光线。因此，根据本发明的背光模组520仅需增加该LED光源550的数量，便能够提供大面积的平面光源，而适用于大尺寸的用途。
综前所述，根据本发明的背光模组或平面光源，具有一导光板，其具有凹陷的部分用以容纳线状光源(灯管)或点状光源(LED光源)，以及切口可与该凹陷部分共同作用，而将该光源所发射的光线导入该导光板中。
由于该导光板，该背光模组或平面光源可避免灯管相互照射所损失的光学能量，而增加亮度，并降低该背光模组的厚度。由于该背光模组亮度的增加，故可减少棱镜片的使用，不仅降低成本并且使该背光模组的视角不致缩小。再者，根据本发明的背光模组，光源嵌于该导光板中，故可将低背光模组的尺寸。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书范围所界定者为准。
权利要求
1.一种平面光源装置，其特征是包括至少一个线状光源；一导光板，界定一下表面及一上表面，且具有至少一凹槽位于该下表面，用以容纳该至少一个的光源、以及至少一对第一倾斜表面位于该上表面与该凹槽相对应，用以与该凹槽共同作用，将该至少一个的光源的光线导入该导光板中；以及一反射器，位于该导光板的下表面，并覆盖该光源。
2.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该凹槽界定一水平面平行于该下表面及一对垂直壁垂直于该下表面，且该一对第一倾斜表面的宽度大于或等于该水平面的宽度。
3.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征是该导光板的村料的临界角为θc，且该一对第一倾斜表面问的夹角大于2*(90-θc)。
4.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该凹槽界定一水平面平行于该下表面及一对垂直壁垂直于该下表面，并另具有一对斜面，连接该垂直壁及该水平面，藉以进一步将该光源的光线导入该导光板中。
5.如权利要求4所述的平面光源装置，其特征是该导光板另具有至少一对第二倾斜表面，连接该导光板的上表面及该第一倾斜表面。
6.如权利要求5所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该第二倾斜表面与该导光板的上表面间的夹角，以及该凹槽的该斜面与该水平面间的夹角的总和，小于90度，且该对第二倾斜表面问的距离大于该光源中心至该导光板的上表面的距离。
7.如权利要求1所述的平面光源装置，其特征是该反射器另具有至少一个凸脊，位于该导光板的该凹槽的下方，相对于该光源，该凸脊界定两表面，该两表面的夹角小于180度，并伸入该导光板的该至少一个的凹槽。
8.一种平面光源装置，其特征是包括至少一个点状光源；一导光板，界定一下表面及一上表面，且具有至少一凹处位于该下表面，用以容纳该至少一个的光源、及至少一个第一圆锥面位于该上表面与该凹处相对应，用以与该凹处共同作用，将该至少一个的光源的光线导入该导光板中；以及一反射器，位于该导光板的下表面，并覆盖该光源。
9.如权利要求8所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该凹处界定一水平面平行于该下表面及一对垂直壁垂直于该下表面，且该第一圆锥面的直径大于或等于该水平面的直径。
10.如权利要求8所述的平面光源装置，其特征是该导光板材料的临界角为θc，且该第一圆锥面的夹角大于2*(90-θc)度。
11.如权利要求8所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该凹处界定一水平面平行于该下表面及一对垂直壁垂直于该下表面，并另具有一截圆锥面，连接该垂直壁及该水平面，籍以进一步将该光源的光线导入该导光板中。
12.如权利要求11所述的平面光源装置，其特征是该导光板另具有至少一第二圆锥面，连接该导光板的上表面及该第一圆锥面。
13.如权利要求12所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该第二圆锥面与该导光板的上表面间的夹角，以及该凹槽的该截圆锥面与该水平面间的夹角的总和，小于90度，且该对第二圆锥面的直径大于该光源中心至该导光板的上表面的距离。
14.如权利要求8所述的平面光源装置，其特征是该反射器另具有至少一个凸脊，他于该导光板的该凹槽的下方，相对于该光源，该凸脊界定另一圆锥面，该圆锥面的夹角小于180度，并伸入该导光板的该至少一个的凹槽。
15.一种平面光源装置，其特征是包括至少一个光源；一导光板，界定一下表面及一上表面，且具有至少一凹处位于该下表面，用以容纳该光源、以及至少一第一倾斜表面位于该上表面与该凹槽相对应，用以与该凹槽共同作用，将该光源的光线导入该导光板中；以及一反射器，位于该导光板的下表面，并覆盖该光源。
16.如权利要求15所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该凹处界定一水平面平行于该下表面，且该第一倾斜表面在平行于该上表面的方向上的宽度大于或等于该水平面的宽度。
17.如权利要求15所述的平面光源装置，其特征是该导光板的村料的临界角为θc，且该第一倾斜表面于该上表面问的夹角小于θc度。
18.如权利要求15所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该凹处界定一水平面平行于该下表面，并另具有一斜面，连接于该水平面，藉以进一步将该光源的光线导入该导光板中。
19.如权利要求18所述的平面光源装置，其特征是该导光板另具有至少一第二倾斜表面，连接该导光板的上表面及该第一倾斜表面。
20.如权利要求19所述的平面光源装置，其特征是该导光板的该第二倾斜表面与该导光板的上表面间的夹角，以及该凹处的该斜面与该水平面问的夹角的总和，小于90度，且该第二倾斜表面在平行于该上表面的方向上的宽度大于该光源中心至该导光板的上表面的距离。
21.如权利要求15所述的平面光源装置，其特征是该反射器另具有至少一个凸脊，位于该导光板的该凹槽的下方，相对于该光源，并伸入该导光板的该至少一个的凹槽中。
22.一种液晶显示器，其特征是包括一液晶显示器面板；以及一背光模组，用以照亮该液晶显示器面板，包括至少一个光源；一导光板，界定一下表面及一上表面，且具有至少一凹处位于该下表面，用以容纳该光源、以及至少一第一倾斜表面他于该上表面与该凹槽相对应，用以与该凹槽共同作用，将该光源的光线导入该导光板中；以及一反射器，位于该导光板的下表面，并覆盖该灯管。
23.如权利要求22所述的液晶显示器，其特征是该背光模组的该光源为一线状光源。
24.如权利要求22所述的液晶显示器，其特征是该背光模组的该光源为一点状光源。
25.如权利要求22所述的液晶显示器，其特征是该导光板的该凹处界定一水平面平行于该下表面，且该第一倾斜表面在平行于该上表面的方向上的宽度大于或等于该水平面的宽度。
26.如权利要求22所述的液晶显示器，其特征是该导光板的材料的临界角为θc，且该第一倾斜表面于该上表面间的夹角小于θc度。
27.如权利要求22所述的液晶显示器，其特征是该导光板的该凹处界定一水平面平行于该下表面，且该导光板的凹处界定一水平面平行于该下表面，并另具有一斜面，连接于该水平面，藉以进一步将该光源的光线导入该导光板中。
28.如权利要求27所述的液晶显示器，其特征是该导光板另具有至少一第二倾斜表面，连接该导光板的上表面及该第一倾斜表面。
29.如权利要求28所述的液晶显示器，其特征是该导光板的该第二倾斜表面与该导光板的上表面间的夹角，以及该凹处的该斜面与该水平面间的夹角的总和，小于90度，且该第二倾斜表面在平行于该上表面的方向上的宽度大于该光源中心至该导光板的上表面的距离。
30.如权利要求22所述的液晶显示器，其特征是该反射器另具有至少一个凸脊，位于该导光板的该凹槽的下方，相对于该光源，并伸入该导光板的该至少一个的凹槽中。
全文摘要
一种平面光源装置及液晶显示器，该平面光源装置包括至少一个线状光源或点状光源；一导光板，界定一下表面及一上表面，且具有至少一凹槽位于该下表面，用以容纳该至少一个的光源、以及至少一对第一倾斜表面位于该上表面与该凹槽相对应，用以与该凹槽共同作用，将该至少一个的光源的光线导入该导光板中；以及一反射器，位于该导光板的下表面，并覆盖该光源；本发明的液晶显示器，包括一液晶显示器面板，以及一个上述的平面光源装置；本发明的平面光源装置可避免灯管相互照射所损失的光学能量，而增加亮度，并降低该平面光源装置的厚度；由于该背光模组亮度的增加，故可减少棱镜片的使用，不仅降低成本并且使该背光模组的视角不致缩小；另，本平面光源装置，光源嵌于该导光板中，故可将低背光模组的尺寸。
文档编号G02F1/1333GK1482497SQ0213165
公开日2004年3月17日 申请日期2002年9月12日 优先权日2002年9月12日
发明者谢志杰 申请人:瀚宇彩晶股份有限公司