专利名称：背光模块、平面显示器及其定位元件的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种背光模块，尤其涉及一种可提升辉度均匀度的背光模块、平面显
示器及其定位元件的设计方法。
背景技术：
随着显示器技术快速的进步与演进，传统的阴极射线管(cathode ray tube,CRT) 因存在空间利用不佳与消耗大量能源等问题，已逐渐被淘汰，取而代之的是轻、薄、短、小的 液晶显示器(liquid crystal display,LCD)。而由于液晶显示器具备有高显示质量、低能 源消耗及无辐射线等优点，使得液晶显示器大量地被应用于笔记型计算机、计算机屏幕、行 动电话、个人数为助理(PDA)、数字摄影机、数字相机以及液晶电视等通讯、信息或消费性电 子产品之中。 液晶显示器主要是利用液晶面板进行显示，由于液晶面板属于非自发光性的显示 面板，因此必须藉助背光模块供应辉度充足与分布均匀的光源，才能使液晶面板正常显示 影像。如图l所示，为一种以发光二极管作为光源的现有背光模块结构，其是于金属材质制 成的外框Al内设置导光板A2与多个发光二极管A3，其中，多个发光二极管A3紧靠于导光 板A2，使发光二极管A3射出的光线Ll、 L2、 L3直接进入导光板A2，并以塑料材质或金属材 质制成的固定框A5以紧配合的方式夹住并固定导光板A2，以确保光源的稳定性。在理想 的状态下，光线L1在导光板A2内部因空气与导光板A2的折射率的差异性进行全反射。然 而，塑料、金属或其它机构材料对于导光板A2的折射率差异过小，导致光线L2、L3的全反射 被破坏，而使得光线L2由接触面穿透折射漏出，并沿着多个发光二极管A3的排列位置产生 明显的热点(hot spot)，也会导致光线L3经由固定框A5与导光板A2的接触面时，会产生 不规则反射导致辉度不均，并显示于可视区内形成内漏光或亮带。 因此，如何固定框与导光板的接触面破坏光线全反射的问题，避免在可视区内产 生辉度不均的现象，借此提升产品的质量，为本申请的发明人以及本领域技术人员亟欲改 善的课题。
发明内容
本发明提供一种背光模块、平面显示器及其定位元件的设计方法，以克服现有技 术在可视区内产生辉度不均的现象的缺陷。 本发明提出一种背光模块，包含导光板，包含入光面及上表面相交于入光面；多 个发光元件，分别具有发光角度，多个发光元件在多个发光角度的范围内，分别朝向入光面 投射光线，光线于发光角度的范围外的导光板处形成多个暗区；及定位元件，包含多个凸 部，其凸出方向朝向上表面，并分别抵持于多个暗区。 本发明也提出一种背光模块，包含导光板，包含入光面及上表面相交于入光面； 多个发光元件，分别朝向入光面投射光线，光线具有最大辉度，且待光线进入导光板内部 后，可于导光板内部形成亮区与多个暗区，亮区的辉度高于预定辉度，多个暗区的辉度则低于或等于预定辉度，且预定辉度小于最大辉度；及定位元件，包含多个凸部，其凸出方向朝 向上表面，并分别抵持多个暗区。 本发明也提出一种背光模块，包含导光板，包含入光面及上表面相交于入光面； 多个发光元件，分别朝向导光板的入光面投射一光线；介质，位于导光板的上表面上，且也 位于入光面与光线于导光板内的全反射角处的位置之间；及定位元件，对应于上表面配置。
本发明也提出一种平面显示器，包含上述的背光模块；显示面板，对应于导光板 的上表面配置，且由定位元件所承载；以及前框，对应于背光模块与显示面板设置，并具有 显示开口 ，用以曝露出显示面板的一部分。 本发明也提出一种背光模块的定位元件的设计方法，包含下列步骤提供导光板， 包含入光面及上表面相交于入光面；提供多个发光元件，分别朝向入光面投射光线；提供 仿真定位元件，包含多个突部，其突出方向朝向上表面，并分别抵持于上表面的多个抵持位 置；调整仿真定位元件或多个突部的位置，即改变仿真定位元件的多个抵持位置，直至光线 能均匀地自导光板射出，而不会产生辉度不均的现象为止；纪录当导光板不会产生辉度不 均的现象时的多个抵持位置，并定义多个抵持位置为多个暗区；以及提供定位元件，包含多 个凸部，其凸出方向朝向上表面，并分别抵持于多个暗区。 本发明以发光元件的发光角度或辉度决定导光板在其上表面的暗区位置，并以定 位元件抵持暗区，或是以定位抵持位置在全反射角外的适当位置处，使得定位元件与导光 板的接触面不会影响光线反射，也不会破坏光线的全反射，有效解决现有结构因定位元件 的材质对于导光板的折射率差异过小，因而破坏光线全反射的问题，进而提升平面显示器
的质量。有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合图式说明如后。
图1为现有背光模块的示意图；图2为本发明背光模块的局部上视图；图3A为本发明第一、二实施例于第2图的A-A剖面的示意3B为本发明第一、二实施例于第2图的B-B剖面的示意4A为本发明第一实施例的背光模块的光学特性示意图；图4B为本发明第二实施例的背光模块的光学特性示意图；图5A为本发明第三实施例于图2的A-A剖面的示意图；图5B为本发明第三实施例于图2的B-B剖面的示意图。其中，附图标记Al :外框 A2 :导光板A3:发光二极管 A5:固定框Ll/L2/L3/L4/L5 :光线 1 :背光模块ll:导光板 lla:入光面llb:上表面 llc:周边区域lld:中间区域 lle:抵持区域llf:全反射区域111 :暗区
112 :亮区12 :发光元件13:介质14 :定位元件141 :本体142 :凸部16 :背板161 :底部板体162 :侧边板体17 :反射片18 :光学膜片组2 :平面显示器21 :显示面板22 :前框3:全反射角的位置a :发光角度S :接触面
具体实施例方式
图2与图3A、图3B及图4A绘示本发明的第一实施例。背光模块1包含导光板 11 、多个发光元件12、定位元件14。图3A为图2的A-A剖面图，图3B为图2的B-B剖面图， 图4A则为本实施例的光学表现示意图。其中，为了方便说明与表现本申请的技术特征，图 2仅保留导光板11与发光元件12，而省略其它的元件。 导光板11概呈平行四边形体，包含入光面lla及上表面llb，其中，上表面llb相 交于入光面lla。 多个发光元件12，每一个发光元件12较佳地具有相同的发光角度a ，发光角度a 是指发光元件12在平行于导光板11的上表面lib的发光范围，多个发光元件12在多个发 光角度a的范围内，分别朝向导光板ll的入光面lla投射光线L4，光线L4于发光角度a 的范围外的导光板11处形成多个暗区lll，且多个发光元件12与多个暗区111交错排列， 也即发光元件12位于相邻两暗区111之间，或暗区111位于相邻两发光元件12之间。
定位元件14，设置于导光板11靠近入光面1 la侧的上表面1 lb的周边区域1 lc上， 在此，定位元件14具有长条形组成或框架形的本体141，并于本体141沿发光元件12的排 列方向上配置有多个凸部142，且多个凸部142凸出方向朝向上表面llb，并分别抵持于导 光板11的多个暗区111上(如图2与图3B)，而不会抵持于导光板11的暗区111以外的区 域(如图2与图3A)。在此，定位元件14可由塑料、金属或其它机构材料所制成，且其较佳 地可为胶框，但本发明非以此为限。 在本实施例中，背光模块1更可包含背板16、反射片17、光学膜片组18。其中，背
板16具有概呈矩形的底部板体161与侧边板体162，用以容置导光板11、多个发光元件12
及定位元件14，并于背板16与导光板11之间配置反射片17，而光学膜片组18对应于导光
板11的上表面lib的中间区域lid配置，且定位元件14可环绕光学膜片组18。在其它实
施例中，导光板11于靠近背板16的一面可涂布反射层以取代反射片17。 由于发光元件12的光线L4在发光角度a的范围外的导光板11处形成多个暗区
111，且定位元件14的多个凸部142抵持于多个暗区111上，因此，多个凸部142与导光板
11的接触面S于发光元件12的发光角度a的范围外，可防止光线L4在其接触面S处的全
反射被破坏，并可避免光线L4不规则反射所造成的辉度不均，以及热点等问题。 本发明所使用的发光元件12可为一种发光二极管(LED)，且包含白光、红光、绿
光、蓝光或其它色的发光二极管。本实施例所使用的发光二极管，其光学特性如图4A所示。
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在光线L4出射角0。时，具有最大的相对辉度，经常态化后定义为l.O埃(a.u.)，在出射角介于80。与90°之间时，则几乎没有光线L4射出，故经常态化后的相对辉度趋近于O埃。 理论上，定位元件14的凸部142应设置在对应于光线L4出射角80。与90°之间的位置，然而若再进一步考虑到定位元件14与导光板11的组装与固定问题，则将凸部142设置在对应于光线L4出射角54。与66°之间的位置较佳。也即每一个发光元件12的发光角度a的范围介于54。与66°之间，其中又以发光角度a为60°为最佳，但本发明非以此为限。其中，本发明所指的发光角度a，并非发光元件12所射出的光线L4的实际角度，而是指可接受的光线L4的射出角度的临界值，其通常会与机构的强度以及预定辉度有关。在其它实施例中，也可以预定辉度作为实施本发明的切入点。 请参阅图2、图3A、图3B及图4B所示，同样绘示本发明的第二实施例。图3A为图2的A-A剖面图，图3B为图2的B-B剖面图，图4B则为本实施例的光学表现示意图。本实施例以多个发光元件12所投射光线L4的辉度决定多个凸部142所抵持的位置。在本实施例中，多个发光元件12分别朝向导光板11的入光面lla投射光线L4，每一个发光元件12所投射的光线L4较佳地具有相同的最大辉度Kmax，经常态化后定义为1. 0埃(a. u.)。当多个发光元件12所投射的光线L4，进入导光板11内部后，其辉度K低于预定辉度Kp的区域即定义形成多个暗区111，辉度K高于预定辉度Kp的区域则定义形成亮区112，且多个发光元件12与多个暗区111交错排列，也即发光元件12位于相邻两暗区111之间，或暗区111位于相邻两发光元件12之间，再以定位元件14的多个凸部142分别抵持于导光板11的多个暗区111上，即可固定导光板11于背板16上。在此，预定辉度Kp小于发光元件12所投射的光线L4的最大辉度Kmax，且预定辉度Kp与最大辉度Kmax的比值的范围介于0. 75与0. 25之间，即预定辉度Kp的范围介于0. 75埃与0. 25埃之间，其中又以预定辉度Kp与最大辉度Kmax的比值为0. 5为最佳，即预定辉度Kp的值为0. 5埃，但本发明非以此为限。
请参阅图5A与图5B所示，为本发明的第三实施例，图5A为图2的A_A剖面图，图5B为图2的B-B剖面图。本实施例以光线L5的全反射角的位置3决定定位元件14的多个凸部142所抵持的位置。在本实施例中，多个发光元件12分别朝向导光板11的入光面1 la投射光线L5，而导光板11于上表面1 lb上配置有介质13，且其位于入光面1 la与经可涂布反射层或反射片17—次反射的光线L5于导光板11内的全反射角的位置3之间，介质13可为空气或透明填充物，例如硅胶，其折射率较佳地可为l，导光板11的折射率范围则可介于1. 34与1. 60之间，其中又以导光板的折射率为1. 49为最佳，但本发明非以此为限。
定位元件14则对应于导光板11的上表面lib的周边区域lie配置，且定位元件14的凸部142抵持于介质13侧边的上表面lib的抵持区域lie上，即其抵持位置在全反射角的位置3外的适当位置处，抵持区域lie为周边区域11c的一部分，并位于中间区域lid或光学膜片组18与介质13之间。因此，定位元件14与导光板11的接触面S不会影响光线L5反射，也不会破坏光线L5的全反射。 其次，定位元件14的凸部142也可抵持在自发光元件12直接射出的光线L4的全反射区域llf之外。由于以光线L4作为设计的依据，故凸部142在上表面lib的抵持区域lle，会位于介质13与发光元件12之间，且抵持区域lie也为周边区域11c的一部分。
此外，本实施例的定位元件14可与前二个实施例相同，以多个凸部142分别抵持
7在导光板11的上表面lib的周边区域lc上，或可直接以本体141上的长条形凸部142抵 持在表面lib的周边区域11c上，如图5A所示，此处的长条形凸部142的延伸方向，是指平 行于发光元件12排列方向的方向。 在本发明的各实施例中，光线L4、 L5是指由发光元件12的正中央处所投射的光 线，且光线L4是指尚未经可涂布反射层或反射片17反射的光线，而光线L5则指经可涂布 反射层或反射片17 —次反射的光线。 本发明的背光模块1可应用于平面显示器2，且其对应前述导光板11的上表面 lib配置有显示面板21，并由前述定位元件14所承载，且背光模块1与显示面板对应配置 具有显示开口的前框22，使显示面板21的一部分可曝露出前框22。在此，平面显示器2较 佳地为液晶显示面板，依照栅极类型，则液晶显示面板包含底栅型、顶栅型、多栅极、或其它 类型的栅极。且依液晶显示面板的不同结构包含穿透型显示面板、半穿透型显示面板、反 射型显示面板、彩色滤光片于主动层上(color filter on array)的显示面板、主动层于彩 色滤光片上(array on color filter)的显示面板、垂直配向型(VA)显示面板、水平切换 型(IPS)显示面板、多域垂直配向型(MVA)显示面板、扭曲向列型(TN)显示面板、超扭曲向 列型(STN)显示面板、图案垂直配向型(PVA)显示面板、超级图案垂直配向型(S-PVA)显示 面板、先进大视角型(ASV)显示面板、边缘电场切换型(FFS)显示面板、连续焰火状排列型 (CPA)显示面板、轴对称排列微胞型(ASM)显示面板、光学补偿弯曲排列型(0CB)显示面板、 超级水平切换型(S-IPS)显示面板、先进超级水平切换型(AS-IPS)显示面板、极端边缘电 场切换型(UFFS)显示面板、高分子稳定配向型显示面板、双视角型(dual-view)显示面板、 三视角型(triple-view)显示面板、三维显示面板(three-dimensional)、同时具有不同显 示介质的显示面板(hybrid type)、或其它型面板、或上述的组合。
背光模块1的定位元件的设计方法，包含下列步骤
步骤1 :提供导光板ll，包含入光面lla及上表面llb。
导光板11概呈平行四边形体，且其上表面lib相交于入光面lla。
步骤2 :提供多个发光元件12，分别朝向入光面lla投射光线。
步骤3 :提供仿真定位元件，包含多个突部，其突出方向朝向上表面llb，并分别抵 持于上表面lib的多个抵持位置。 仿真定位元件具有长条形组成或框架形的本体，并可依实际设计需求而于本体上 延伸有多个突部，其中，多个突部凸出方向朝向上表面llb。
步骤4 :调整仿真定位元件或多个突部的位置，即改变仿真定位元件的多个抵持
位置，直至光线能均匀地自导光板11射出，而不会产生辉度不均的现象为止。
步骤5 :纪录当导光板11不会产生辉度不均的现象时的多个抵持位置，并定义多
个抵持位置为多个暗区。 移动仿真定位元件或多个突部抵持上表面lib的位置，使其与导光板11的接触面 S不会影响光线反射，也不会破坏光线的全反射，使得光线能均匀地自导光板11射出。当导 光板11不会产生辉度不均的现象时，纪录仿真定位元件或多个突部的抵持位置，并将此时 的多个抵持位置定义为多个暗区111。 在本步骤中，仿真定位元件或多个突部可朝发光元件12的发光角度的范围外移 动，或是朝向光线辉度较低的区域移动，抑或是朝向全反射角外的位置移动。
步骤6 :提供定位元件14，包含多个凸部142，其凸出方向朝向上表面llb，并分别 抵持于多个暗区111。 定位元件14的结构与前述仿真定位元件的结构相同，并具有长条形或框架形的
本体141，并可依实际设计需求而于本体上延伸有多个凸部142，其中，多个凸部142凸出方
向朝向上表面llb，并分别抵持于导光板11上的多个暗区111。在此，定位元件14可由塑
料、金属或其它机构材料所制成，且其较佳地可为胶框，但本发明非以此为限。 本发明以发光元件的发光角度或辉度决定导光板在其上表面的暗区位置，并以定
位元件抵持暗区，或是以定位抵持位置在全反射角外的适当位置处，使得定位元件与导光
板的接触面不会影响光线反射，也不会破坏光线的全反射，有效解决现有结构因定位元件
的材质对于导光板的折射率差异过小，因而破坏光线全反射的问题，进而提升平面显示器
的质量。 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
一种背光模块，其特征在于，包含一导光板，包含一入光面及一上表面相交于该入光面；多个发光元件，分别具有一发光角度，该些发光元件在该些发光角度的范围内，分别朝向该入光面投射一光线，该些光线于该些发光角度的范围外的该导光板处形成多个暗区；及一定位元件，包含多个凸部，该些凸部的凸出方向朝向该上表面，并分别抵持于该些暗区。
2. 根据权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该发光角度的范围介于54。与66° 之间。
3. —种背光模块，其特征在于，包含 一导光板，包含一入光面及一上表面相交于该入光面；多个发光元件，分别朝向该入光面投射一光线，该些光线具有一最大辉度，且待该些光 线进入该导光板内部后，可于该导光板内部形成一亮区与多个暗区，该亮区的辉度高于一 预定辉度，该些暗区的辉度低于或等于该预定辉度，且该预定辉度小于该最大辉度；及一定位元件，包含多个凸部，该些凸部的凸出方向朝向该上表面，并分别抵持该些暗区。
4. 根据权利要求3所述的背光模块，其特征在于，该预定辉度与该最大辉度的比值的 范围介于O. 75与0. 25之间。
5. —种背光模块，其特征在于，包含 一导光板，包含一入光面及一上表面相交于该入光面； 多个发光元件，分别由其正中央处朝向该导光板的该入光面投射一光线；一介质，位于该导光板的该上表面上，且也位于该入光面与该些光线于该导光板内的 全反射角处的位置之间；及一定位元件，对应于该上表面配置。
6. 根据权利要求5所述的背光模块，其特征在于，该介质的折射率为1。
7. 根据权利要求5所述的背光模块，其特征在于，该导光板的折射率范围介于1. 34与 1.60之间。
8. —种平面显示器，其特征在于，包含一权利要求1至7中的任一项所述的背光模块；一显示面板，对应于该导光板的该上表面配置，且由该定位元件所承载；及一前框，对应于该背光模块与该显示面板设置，并具有一显示开口 ，用以曝露出该显示面板的一部分。
9. 根据权利要求8所述的平面显示器，其特征在于，该背光模块另包含 一背板，用以容置该导光板、该些发光元件与该定位元件； 一反射片，配置于该背板与该导光板之间；及一光学膜片组，对应于该导光板的该上表面配置，且该定位元件环绕该光学膜片组。
10. —种背光模块的定位元件的设计方法，其特征在于，包含下列步骤 提供一导光板，包含一入光面及一上表面相交于该入光面； 提供多个发光元件，分别朝向该入光面投射一光线；提供一仿真定位元件，包含多个突部，该些突部的突出方向朝向该上表面，并分别抵持 于该上表面的多个抵持位置；调整该仿真定位元件或该些突部的位置，即改变该仿真定位元件的该些抵持位置，直 至该些光线能均匀地自该导光板射出，而不会产生辉度不均的现象为止；纪录当该导光板不会产生辉度不均的现象时的该些抵持位置，并定义该些抵持位置为 多个暗区；及提供一定位元件，包含多个凸部，该些凸部的凸出方向朝向该上表面，并分别抵持于该 些暗区。
全文摘要
本发明公开了一种背光模块，包含导光板，包含入光面及上表面相交于入光面；多个发光元件，分别具有发光角度，多个发光元件在多个发光角度的范围内，分别朝向入光面投射光线，光线于发光角度的范围外的导光板处形成多个暗区；及定位元件，包含多个凸部，其凸出方向朝向上表面，并分别抵持于多个暗区。一种平面显示器及其定位元件的设计方法也在此揭露。
文档编号F21V8/00GK101696780SQ20091017388
公开日2010年4月21日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者王景辉, 简叶恩, 邱继锋 申请人:友达光电股份有限公司;