专利名称：高可视性发光二极管面型光源调制装置与模块的制作方法
技术领域：
本实用新型系统提供一种可视性发光二极管面型光源调制装置与模块，尤指一种利用光可调制性微型结构透镜对光源进行放大成像作用的光源调制装置与模块。
背景技术：
在技术成熟及面板成本逐渐逐渐下降的影响下，薄膜晶体管液晶(TFTLCD)相关产品已成为电子产品中的热销商品，而背光源模块在液晶架构中扮演着主要照明来源的重要角色，其中，又以冷阴极管(CCFL)为目前应用最多的光源组件，但因其存在易碎及含汞等缺点，因此利用发光二极管开发新型背光源模块已是大势所趋。
目前市面上的液晶显示产品，如液晶屏幕(LCD Screen)、蜂巢式电话(Cellular phone)、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机(NB)中的光源提供装置，除了5英时以下的小尺寸可携式产品外，主要皆是建立在冷阴极管(CCFL)这种“线光源”下，此种侧光源装置必须搭配导光版、扩散片及增益片等光学组件，方能获得一“面光源”照明目的，然而，组件越多对光能的损耗越大，因此如何能同时解决提高面板亮度、缩减模块厚度、节省电耗、系统散热和降低成本等问题，是采用冷阴极管(CCFL)光源的背光源模块始终难以完全克服的难题。
请参阅图1A的图1B所示现有一种背光源模块结构，“LED STAGGEREDBACK LIGHYTING PANEL FOR LCD MODULE”(美国专利第4,573,766号)，该背光源模块10是将多个发光二极管11埋入具有扩散效果的板材12相对两侧的框体13、14内，发光二极管11以侧光方式将光线射入，通过该具有扩散效果的板材12上的扩散粒子将光线导向与该发光二极管11排列方向垂直的显示面15上，受限于发光二级管11的排列方式，该背光源模块10仅适用于小尺寸显示装置，否则会在显示面15中间部位产生光分布不均现象，再者，该板材12的透光性不佳，导致光亮度降低。
再请参阅图2所示现有另一种背光源模块结构，“LIGHT GUIDE PLAE FORPOINT SOURCE”(美国专利第6,196,691B1号)，该背光源模块20是将发光二极管21设置于一楔形导光板22的较厚处221，在该导光板22的顶面222设有绕射光栅23，其发光二极管21仅设置在导光板22的一侧，虽有绕射光栅23辅助光线扩散，然其作用毕竟有限，仍不适用于大尺寸显示装置。
再请参阅图3所示现有另一种背光源模块结构，“LIGHT SOURCE FORBACKLIGHTING”(美国专利第6,007,209号)，该背光源模块30主要应用于笔记型计算机的液晶显示屏幕，其是将间隔排列的多个R、G、B三色发光二极管31分别设置于框体32的周缘凹槽321以及设置于框体32内侧面上的反光屏蔽33内，光线再经由光强化组织34透出液晶面板35，借此达到形成面光源的目的，此光源使用方式需考虑R、G、B三色发光二极管31的排列混色问题，需通过适当的排列与三原色发光二极管间的适当匹配，方能调配出白色光源，因此除了模块中的架构复杂外，光源的安排也增加了此背光模块架构的复杂度，且当这些三原色发光二极管31其中某一颜色的二极管损毁后，将使模块的发光颜色出现变调的情形；此背光系统架构复杂，以其提的例子而言，对角线10英时的面板而言，共需43颗经特殊排列的R、G、B三原色发光二极管31配合反光屏蔽33和框体32的周缘凹槽的架构，达成白光背光源照明目的。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种高可视性发光二极管面型光源调制装置与模块，利用可调制性微型结构透镜对光源进行放大成像，通过各个放大后的后光分布影像的调整排列，可将原为离散的点光源均匀扩散为连续化的面化光墙分布在液晶面板上，提供一结构简单、亮度高、均匀化的液晶显示器用的背光源模块，尤适用于大尺寸液晶显示器。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高可视性发光二极管面型光源调制装置，其特点在于包括至少一微型平/球面透镜，具有多个同心环状凹凸结构；至少一发光二极管，设置在所述微型平/球面透镜的一侧；该发光二极管与微型平/球面透镜之间具有一定距离，所述发光二极管发出的光线通过所述微型平/球面透镜后放大。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高可视性发光二极管面型光源调制模块，其特点在于包括至少一微型平/球面透镜，具有多个同心环状凹凸结构；至少一发光二极管，设置于所述微型平/球面透镜的一侧；一液晶面板，设置于所述微型平/球面透镜的上方；一框体，具有一容置空间，所述微型平/球面透镜、发光二极管、液晶面板收纳于所述容置空间内；所述发光二极管与所述微型平/球面透镜之间具有一定距离，由所述发光二极管发出的光线通过所述微型平/球面透镜放大，再由所述液晶面板透出。
本实用新型采用的背光源模块结构简单、亮度高，尤适用于大尺寸液晶显示器，同时，可降低材料及制造成本，减轻背光源模块重量。
为了更好理解本实用新型的特征、目的及功能，下面进一步结合附图说明本实用新型的具体实施例。
图1A及图1B是一种现有背光源模块结构的结构示意图。
图2及图3是另两种现有背光源模块结构的结构示竟图。
图4A是本实用新型的光源调制装置的俯视图。
图4B是图4A中4B-4B处剖视图。
图5是本实用新型的成像原理示意图。
图6是本实用新型的光源调制模块的剖面结构示意图。
图7是本实用新型的光源调制模块的另一实施例的剖面结构示意图。
图8是本实用新型的光源调制模块的另一实施例的剖面结构示意图。
图9A至图9E是本实用新型的光源调制装置的其它实施例的剖视图。
图10A是本实用新型的光源调制置的另一较佳实施的俯视图。
图10B是图10A中10B-10B处剖视图。
图11A是本实用新型的光源调制装置的另一较佳实施的俯视图。
图11B是图11A中11B-11B处剖视图。
图12是图11A的光源调制装置所构成的光源调制模块的剖面结构示意图。
图13是图11A的光源调制装置所构成的光源调制模块的另一实施例的剖面结构示意图。
图14是图11A的光源调制装置所构成的光源调制模块的另一实施例的剖面结构示意图。
图15A至图1 5E是图11A的光源调制装置的其它实施例的剖视图。
其中，附图标号说明10-背光源模块，11-发光二极管，12-板材，13、14-框体，15-显示面；20-背光源模块，21-发光二极管，22-导光板，221-较厚处，222-顶面23-绕射光栅；30-背光源模块，31-发光二极管，32-框体，321-周缘凹槽，33-屏蔽，34-光强化组织，35-液晶面板；40、40A、40B、40C-调制装置，41-微型平面透镜，411-同心环状凹凸结构，42-基板，421-顶面，422-底面，43-发光二极管，44-液晶面板，45-框体，451-容置空间，46-片材，47-反射罩，471-内凹凸弧面结构，141-微型平面透镜，1411-同心环状凹凸结构，142-基板，1422-底面，143-发光二极管，241-微型平面透镜，2411-同心环状凹凸结构，242-基板，2421-顶面，243-发光二极管；341-微型平面透镜，3411-同心环状凹凸结构，342-基板，3421-顶面，3422-底面，343-发光二极管，440-调制装置，441-微型平面透镜，4411-椭圆型同心环状凹凸结构，442-基板，4421-顶面，4422-底面，443-发光二极管；50、50A、50B、50C-调制装置，51-微型球面透镜，511-凸出球面，52-基板，521-顶面，522-底面，53-发光二极管，54-液晶面板，55-框体，551-容置空间，56-片材，57-反射罩，571-内凹弧面结构；151-微型球面透镜，1511-凸出球面，152-基板，1522-底面，153-发光二极管，251-微型球面透镜，2511-凸出球面，252-基板，2521-顶面，2522-底面，351-微型球面透镜，3511-凸出球面，352-基板，353-发光二极管，3521-顶面，3522-底面；A-物件，A’-虚像，D、D2、D3、D4、D5-距离，D1-间距，d1-直径，D11-环间距，d2-长径，d3-短径，F-焦距，L-透镜，ΔD1、ΔD2、ΔD3、ΔD4-错位量。
具体实施方式
请参阅图4A及图4B，本实用新型揭示了一种高可视性发光二极管面型光源调制装置40，其具有多个以间距D1数组于一基板42上的微型平面透镜(Fresnel lens)41，该微型平面透镜(Fresnel lens)41是为一种极为精密的超薄型放大透镜，如图4A所示，该类微型平面透镜41具有多个同心环状凹凸结构411，借助该同心环状凹凸结构411可对对象产生放大成像作用，在本实施例中，该同心环状凹凸结构411是为正圆同心环且设置于该基板42的顶面421，该基板42的底面422是为一平面，于该基板42的底面422的相对应于各微型平面透镜41的轴心处各设有一发光二极管43，该发光二极管43是朝向该微型平面透镜41发光，该基板42的材质可为透明材质或具有偏极或扩散特性化学镀膜。
请参阅图5，本实用新型是利用透镜放大虚像成像原理，对象A位于透镜L的一侧的焦距F内，当物件A与透镜L的距离越近时，可得越大的虚像A’，换言之，若该物件A为一光点时，可经由透镜L将光点放大而形成一光斑，据此，请参阅图4B图，本实用新型的发光二极管43距离该微型平面透镜41一定距离D，该距离D应不超出该微型平面透镜41的焦距，借助该微型平面透镜41可将由发光二极管43产生的光点加以放大扩散为较大的光斑。
必须说明的是，该微型平面透镜41的直径d1、同心环状凹凸结构411的环间距d11、各微型平面透镜41的数组间距D1、发光二极管43的亮度，以及该发光二极管43与该微型平面诱镜41的距离D，是依据实际状况所需而可调整，以达到最佳的光扩散效果。
请参阅图6，在具有微型平面透镜41的基板42上方设置一液晶面板44，并将液晶面板44、具有微型平面透镜41的基板42、发光二极管43由上而下依序设置于一框体45的容置空间451内，借此形成一调制模块40A，由微型平面透镜41对发光二极管43的光线产生放大作用，再经由液晶面板44透出，借此可将原为离散的光点光源均匀扩散为连续化的面化光墙分布于液晶面板44上，提供一结构简单、亮度高、均匀化的液晶显示器用的背光源模块。
请参阅图7的实施例，该调制模块40B于具有微型平面透镜41的基板42上方设置一液晶面板44，并将液晶面板44、具有微型平面透镜41的基板42、发光二极管43由上而下依序设置于一框体45的容置空间451内，本实施例的特点在于具有微型平面透镜41的基板42与液晶面板44的间再设置有一片材46，该片材46可为一透明片材以隔开具有微型平面透镜41的基板42与液晶面板44，该片材46亦可为具有偏极或扩散特性的片材，以提高发光二极管43的光分布均匀度。
请参阅图8的实施例，在该调制模块40C于具有微型平面透镜41的基板42上方设置一液晶面板44，并将液晶面板44、具有微型平面透镜41的基板42、发光二极管43由上而下依序设置于一框体45的容置空间451内，本实施例的特点在于该发光二极管43下方设有一反射罩47，该反射罩47具有一内凹弧面结构471，该内凹弧面结构471的内侧辟具有反射特性，该凹弧面结构471可为圆球面、椭圆球面或抛物球面，将发光二极管43设置于该内凹弧面结构471内，借此强化发光二极管43光线的方向性，使光线可集中并准直的投向该微型平面透镜41。
请参阅图9A至图9C，本实用新型的微型平面透镜的设置方式有多种，如第九A图所示，该微型平面透镜141的同心环状凹凸结构1411是设置于基板142的底面1422，亦即，该同心环状凹凸结构1411是朝向发光二极管143；亦可如图9B所示，于基板242的顶面2421及底面2422均设有微型平面透镜241，该微型平面透镜241的同心环状凹凸结构2441是相对应镜射设置于该基板242两侧或中心具有一错位量ΔD1(如图9C所示)，发光二极管243则设置于基板242其中一侧面的同心环状凹凸结构2411的轴向侧；亦可如图9D图所示，将具有微型平面透镜341的基板342层层相迭，各微型平面透镜341的轴心相互对应或中心具有一借位量ΔD2(如图9E所示)，将发光二极管343设置于底层的基板342的下方，同样地，该微型平面透镜341的同心环状凹凸结构3411亦可分别或同时设置于基板342的顶面3421或底面3422，其属于相同技术手段的转换，在此不予赘述。
请参阅图10A及图10B，本实施例中，该调制装置440，其具有多个以距离D2、D3数组于一基板442顶面4421的微型平面透镜(Fresnel lens)441，该微型平面透镜441具有多个椭圆型同心环状凹凸结构4411，该基板442的底面4422是为一平面，于该基板442的底面442的底面4422的相对应于各微型平面透镜441的轴心处各设有一发光二极管443，该发光二极管443是朝向该微型平面透镜441发光，该基板442的材质可为透明材质或具有偏极或扩散特性化学镀膜，在与图4A及图4B所示的实施例对比之下，该微型平面透镜441的长径d2与该微型平面透镜41的直径d1相同，而该微型平面透镜441的短径d3则短于该微型平面透镜41的直径d1，然其扩散光点的原理相同，借由该微型平面透镜441可将由发光二极管443产生的光点加以放大扩散为较大的光图像，本实施例采用椭圆型的同心环凹凸结构4411，可适用于宽度较宽而高度较矮的扁长型液晶屏幕。
请参阅图11A及图11B，本实施例揭露另一种高可视性发光二极管面型光源调制装置50，其具有多个以距离D4、D5数组于一基板52上的微型球面透镜51，其具有凸出球面511，在本实施例中，该凸出球面511是设置于该基板52的顶面521，该基板52的底面522是为一平面，于该基板52的底面522的相对应于各微型球面透镜51的轴心处各设有一发光二极管53，该发光二极管53是朝向该微型球面透镜51发光，该基板52的材质可为透明材质或具有偏极或扩散特性化学镀膜，与图4A及图4B的实施例扩散光点的原理相同，本实施例借助该微型球面透镜51的凸出球面511可将由发光二极管53产生的光点加以放大扩散为较大的光图样。
请参阅图12，在具有球面微透镜51的基板52上方设置一液晶面板54，并将液晶面板54、具有球面微透镜51的基板52、发光二极管53由上而下依序设置于一框体55的容置空间551内，借助形成一调制模块50A，由球面微透镜51对发光二极管53的光线产生放大作用，再经由液晶面板54透出，借此可将原为离散的点光源均匀扩散为连续化的面化光墙分布于液晶面板54上，从而提供一结构简单、亮度高、均匀化的液晶显示器用的背光源模块。
请参阅图13的实施例，该调制模块50B在具有球面微透镜51的基板52上方设置一液晶面板54，并将液晶面板54、具有球面微透镜51的基板52、发光二极管53由上而下依序设置于一框体55的容置空间551内，本实施例的特点在于具有球面微透镜51的基板52与液晶面板54之间再设置有一片材56，该片材56可为一透明片材以隔开具有球面微透镜51的基板52与液晶面板54，该片材56亦可为具有偏极或扩散特性的片材，以提高发光二极管53的光分布均匀度。
请参阅图14的实施例，在该调制模块50C在具有球面微透镜51的基板52上方设置一液晶面板54，并将液晶面板54、具有球面微透镜51的基板52、发光二极管53由上而下依序设置于一框体55的容置空间551内，本实施例的特点在于该发光二极管53下方设有一反射罩57，该反射罩57具有一内凹弧面结构571，该内凹弧面结构571的内侧壁具有反射特性，该凹弧面结构571可为圆球面、椭圆球面或抛物球面，将发光二极管53设置于该内凹弧面结构571内，借此强化发光二极管53光线的方向性，使光线可集中并准直的投向该微型平面透镜51。
请参阅图15A至图15C，该球面微透镜的设置方式有多种，如图15A所示，该微型球面透镜151的凸出球面1511是设置于基板152的底面1522，亦即，该凸出球面1511是朝向发光二极管153；亦可如图15B所示，在基板252的顶面2521及底面2522均设有微型球面透镜251，该微型球面透镜251的凸出球面2511是相对应镜射设置于该基板252两侧或中心具有一错位量ΔD3(如图15C图所示)，发光二极管253则设置于基板252其中一侧面的凸出球面2511的轴向侧；亦可如图15D所示，将具有微型球面透镜351的基板352层层相迭，各微型球面透镜351的轴心相互对应或中心具有一错位量ΔD4(如图9E图所示)，将发光二极管353设置于底层的基板352的下方，同样地，该微型球面透镜351的凸出球面3511亦可分别或同时设置于基板352的顶面3521或底面3522，其属于相同技术手段的替换，在此不必一一赘述。
综上所述，本实用新型利用可调制性微结构透镜对光源进行放大成像，通过各个放大后的光分布影像的调整排列，可将原为离散的点光源均匀扩散为连续化的面化光墙分布于液晶面板上，提供一结构简单、亮度高、均匀化的液晶显示器用的背光源模块，尤适于大型液晶显示器，经实验证明，以传统七英寸背光模块而言，其必须设置约80颗发光二极管方能达到光均匀的效果，然经由本实用新型的光扩散结构，则仅需50颗发光二极管即可达到相同功效，不仅结构简单，可降低材料及制造成本，同时可减轻背光源模块重量。
以上所述内容，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的保护范围，凡依本实用新型的主要构思所做的均等变化及修饰，均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种高可视性发光二极管面型光源调制装置，其特征在于包括至少一微型平/球面透镜，具有多个同心环状凹凸结构；至少一发光二极管，设置在所述微型平/球面透镜的一侧；该发光二极管与微型平/球面透镜之间具有一定距离，所述发光二极管发出的光线通过所述微型平/球面透镜后放大。
2.如权利要求1所述的高可视性发光二极管面型光源调制装置，其特征在于，该微型平面透镜设置在透明材质的基板上。
3.如权利要求2所述的高可视性发光二极管面型光源调制装置，其特征在于，该基板下方设置有一具有偏极或扩散特性的化学镀膜层。
4.如权利要求1所述的高可视性发光二极管面型光源调制装置，其特征在于，所述微型球面透镜由多组微型球面透镜组成，所述多组微型球面透镜设置于一基板上，该基板下方设置一具有偏极或扩散特性的化学镀膜层。
5.如权利要求1、2、3或4所述的高可视性发光二极管面型光源调制装置，其特征在于，该发光二极管下方设有一反射罩，该反射罩具有一内凹弧面结构，该内凹弧面结构的内侧壁设置有反射层，该发光二极管设置于该内凹弧面结构内。
6.一种高可视性发光二极管面型光源调制模块，其特征在于包括至少一微型平/球面透镜，具有多个同心环状凹凸结构；至少一发光二极管，设置于所述微型平/球面透镜的一侧；一液晶面板，设置于所述微型平/球面透镜的上方；一框体，具有一容置空间，所述微型平/球面透镜、发光二极管、液晶面板收纳于所述容置空间内；所述发光二极管与所述微型平/球面透镜之间具有一定距离，由所述发光二极管发出的光线通过所述微型平/球面透镜放大，再由所述液晶面板透出。
7.如权利要求6所述的高可视性发光二极管面型光源调制模块，其特征在于，所述微型平面透镜与所述液晶面板之间设有一具有偏极或扩散特性的片材层。
8.如权利要求6所述的高可视性发光二极管面型光源调制模块，其特征在于，所述微型球面透镜由多组微型球面透镜组成，所述多组微型球面透镜设置于一基板上，该基板下方设置一具有偏极或扩散特性的化学镀膜层。
9.如权利要求6、7或8所述的高可视性发光二极管面型光源调制模块，其特征在于，所述发光二极管下方设有一反射罩，该反射罩具有一内凹弧面结构，该内凹弧面结构的内侧壁具有反射层，所述发光二极管设置于该内凹弧面结构内。
专利摘要本实用新型公开了一种高可视性发光二极管面型光源调制装置与模块，该调制装置是由数组化的多个具有放大成像作用的光可调制性微型结构透镜搭配发光二极管构成，该透镜可为微型平/球面透镜，该发光二极管设置于透镜轴向侧的透镜焦距内，将该调制装置设置于一框体的液晶面板下方，该发光二极管下方可再搭配一具有内凹弧面的反射罩，使构成一面光源模块，借助该反射罩强化发光二极管光线的方向性，由透镜对发光二极管的光线产生成像放大作用，再经由液晶面板透出，借此可将原为离散的点光源均匀扩散为连续化的面化光墙分布于液晶面板上，以提供一结构简单、亮度高、均匀的液晶显示器用的背光源模块。
文档编号G02F1/13357GK2665747SQ0326640
公开日2004年12月22日 申请日期2003年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者姚柏宏, 潘奕凯, 鲍友南, 林建宪 申请人:财团法人工业技术研究院