專利名稱：Lcd背光源產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)背光源，尤其是一種利用透鏡體曲率的設計，并配合發(fā)光二極管(LED)光源，使LED光源出射光線所涵蓋的角度范圍更為廣闊的LCD背光源產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器由于具有重量輕，體積小的特性，因此由過去筆記本型計算機等小型設備的顯示裝置，逐步應用并已有取代傳統(tǒng)CRT屏幕或電視的趨勢，其也隨著零器件的性能提高，使得LCD面板尺寸、亮度、對比等規(guī)格，也一直在進步提升當中。LCD依照光源產(chǎn)生影像的方式，可分為反射型與穿透型兩類，早期的LCD多以反射型為主，目前則主要以穿透型LCD為市場大宗。而穿透型LCD則依照光源設置的位置可分作側(cè)光式(side-edge)與直下式(direct type)背光模式，側(cè)光式LCD的光源設置于導光板(light guide)二左右側(cè)邊或四側(cè)邊處，使光線經(jīng)由導光板的全反射作用以及導光板下方的擴散片所設的擴散點，將光線均勻地從導光板表面射出，進而再透過液晶面板，呈現(xiàn)出影像。
然而，在大型LCD的發(fā)展需求下，足夠的顯像亮度、寬廣的觀看視角、鮮明的影像對比以及較長的使用壽命，已成為研發(fā)最主要的重點，因而在此種標準要求下，直下式的背光模塊形態(tài)便成為大型LCD發(fā)展的技術(shù)主流。已知直下式的背光模塊請參閱圖1，一般LCD是由上半部的液晶面板10與下半部提供光源的背光模塊20所構(gòu)成。背光模塊20主要包括一棱鏡片21、一擴散膜22、一導光板23、一反射罩24與一光源25。目前所利用于直下式背光模塊的光源24包括電激發(fā)光(EL)、冷陰極熒光燈(CCFL)、陰極發(fā)射燈(CCL)或金屬鹵化燈等，其中以冷陰極熒光燈應用最廣。光源24所發(fā)射的光線是直接穿透導光板23以及與具有配光效果的棱鏡片21與擴散膜22，而能均勻的由背光模塊10表面射出，并透射進入液晶面板10中。
以一般使用冷陰極熒光燈的直下式背光模塊與側(cè)光式背光模塊相比較，因前者設有較多的燈管數(shù)，且光線可直接穿透導光板(有些甚至并未設有導光板)，可避免一些側(cè)光的漏失，而使整體的輝度與發(fā)光效能大幅提升。然而，燈管數(shù)目增多時，其所產(chǎn)生的熱能也較多，所造成的溫度升高也會對液晶分子或是彩色光阻產(chǎn)生影響，而有色彩異變的現(xiàn)象，通常必須將背光模塊的厚度增加，以減低此種干擾，因而不得不加大LCD的厚度體積。除此之外，燈管間的分布排列，相當容易產(chǎn)生明暗條紋的情況，并對齊度產(chǎn)生一定的影響。
因此曾有利用LED光源取代冷陰極熒光燈的背光模塊產(chǎn)生，由于LED光源具有體積小、產(chǎn)熱性低、耗電量低、使用壽命長的特性，加上近來制造技術(shù)的進步，其發(fā)光亮度不斷提升，且其制造成本也逐漸降低，目前已逐步應用于各種照明設備中，未來，LED光源更可能取代目前燈泡或日光燈源，而成為照明設備中最重要的發(fā)光組件，但是以LED光源作為LCD背光源仍有其存在之問題。請參閱圖2，現(xiàn)以2θ1/2為120度的表面粘著型(SMD)LED光源30為例(θ1/2是指LED發(fā)光強度值為軸向強度值一半時該方向與軸向的夾角，2倍θ1/2即為視角)，其與照射表面在距離為X的情況下，若以其照射所能涵蓋直徑為X長度的圓周范圍內(nèi)的照度計算，只能達成65％的均勻度。請同時參閱并比較圖3，該圖是LED光源發(fā)光強度與發(fā)光角度的關(guān)系圖，從圖中可知，發(fā)光角度為軸向而為0度時，LED的發(fā)光強度最高，但隨著偏離軸向的角度逐漸增大，其發(fā)光強度則等比降低。因此LED中央最亮，愈旁邊則等比變暗。LED光源發(fā)散光線后，照射到被照射表面時，在等距離的情況下，原則上應依光線強度相似的比例分布，但因LED光源系照射于一平面上，其所發(fā)散較大角度的光線，與被照射表面的距離較遠，且照射面積較大，使其照度相對上降低許多。因此無法依原LED光源強度比例分布，并在直徑長度為X的圓周區(qū)域邊緣處，形成僅有圓周中央照度65％之均勻度。因此，在一定均勻度的需求下，其所能涵蓋的面積較窄，若欲使其光照區(qū)域滿布并能均勻，其在大尺寸面板上就必須設置相當多的LED光源，此將耗費相當?shù)某杀荆蝗粼O置數(shù)目不足，則將無法克服前述明暗相間隔且光照不均之缺失，而影響到顯像的品質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容
為改善已知LCD背光源利用冷陰極熒光燈的高產(chǎn)熱以及齊度較差的缺點，本發(fā)明將提供一種利用透鏡體曲率的設計，并配合LED光源，以作為LCD背光源來源的LCD背光源產(chǎn)生方法，使LED光源在一定均勻度條件下的照射范圍增加，甚至在該范圍內(nèi)提升其照射均勻度，并同時能夠減少背光模塊中LED設置的數(shù)目，以降低背光模塊的制作成本。
本發(fā)明的LCD背光源產(chǎn)生方法，包括提供一透鏡體，該透鏡體設有一入光面與一出光面；提供一LED光源；將該透鏡體套蓋于該LED光源上；以及使LED光源散射的光線從弧面曲率系由中心軸向外側(cè)由大變小的該入光面入射，其后再從弧面曲率系由中心軸向外側(cè)由小變大的該出光面射出該透鏡體。
根據(jù)本發(fā)明LCD背光源產(chǎn)生方法，可使LED光源所發(fā)散的光線，經(jīng)過該透鏡體的折射，改變原光線出射的角度，從而使整體出射光線的角度變大，而能夠涵蓋更大的面積。另一方面，則同時改變出射光線強度的分布，使原本軸向中央光線強度較強的區(qū)域，往與軸向較大角度的兩端偏移，使出射角度較大光線的強度加強，并降低中央軸向的光線強度，以使LED光源所發(fā)出的光線能夠在穿透該透鏡體內(nèi)部一段距離后，照射到較外圍且較遠距離的表面時，不但不會使均勻度降低，反而可增加均勻度至75％以上。因此，利用本發(fā)明方法，可使LED光源在作為LCD的背光源時，能夠維持在較高均勻度的水準下，照射涵蓋較已知LED光源所能照射涵蓋面積4倍至49倍的區(qū)域，一方面使被照射表面的均勻度提高，另一方面則因照射面積的大幅擴增，能夠配置較少的LED光源，因而亦有大幅降低設備成本的優(yōu)點。
以下將配合圖式進一步說明本發(fā)明的實施方式，下述所列舉的實施例是用以闡明本發(fā)明，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應當可做少許變動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
圖1是已知LCD背光模塊的示意圖；圖2是已知LED光照的示意圖；
圖3是已知LED光源發(fā)光強度與發(fā)光角度的關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明實施例LCD背光源的分解立體示意圖；圖5是本發(fā)明實施例透鏡體的剖視圖；圖6是本發(fā)明實施例LCD背光源的光徑示意圖；圖7是本發(fā)明實施例LCD背光源發(fā)光強度與發(fā)光角度的關(guān)系圖；圖8是本發(fā)明實施例LCD背光源光照的示意圖。
圖中10 液晶面板 40 透鏡體20 背光模塊 41 入光面21 棱鏡片42 出光面22 擴散片50 基座23 導光板60 中心軸24 反射罩X 距離25 光源 Y 直徑30 LED光源 Z 光學膜片40 透鏡體42 出光面41 入光面60 中心軸具體實施方式
請參閱圖4，圖4是本發(fā)明實施例LCD背光源的分解立體示意圖。本發(fā)明的LCD背光源產(chǎn)生方法，首先提供一透鏡體40，再提供一LED光源30，而后將透鏡體40套蓋于所述LED光源30上，該LED光源30則可進一步可藕接于一基座50上，用以電性連結(jié)，并提供電源。
請參閱圖5，該圖是本發(fā)明實施例透鏡體的剖視圖。透鏡體40是一半球體圓弧狀鏡體，其具有一入光面41以及一出光面42。入光面41是一圓弧凹面，其與前述的LED光源30相接設(請參閱圖4)，而出光面42則是一圓弧凸面，該弧凸面則面向背光模塊中最接近LED背光源光學膜片的該端。
請繼續(xù)參閱圖5，入光面41的弧凹面以中心軸60為中心點，其曲率由中心軸60向外側(cè)，由大逐漸變小。亦即，如圖示中所示，鏡面切線與中心軸60的夾角，由a角度向b角度，再向c角度逐漸變小。而出光面42的弧凸面曲率則由中心軸60向外側(cè)由小變大，亦即如圖示中，鏡面切線與中心軸60的夾角，由A角度向B角度，再向C角度逐漸變大。
因此，請參閱圖6，由LED光源30所發(fā)射出的光線，由入光面41進入透鏡體30時經(jīng)過第一次折射，該些光線再由出光面42經(jīng)過第二次折射后，射出該透鏡體30。由于入光面41越接近中心軸60之曲率越大，因此由該處入射的光線折射角也越大，使其越容易往兩側(cè)分散射出，而遠離中心軸60的外側(cè)區(qū)域，則因為曲率小，產(chǎn)生的折射角小，因此在兩側(cè)方向的光線并未有較大的偏折。這些光線接觸到出光面42時，則由于越靠近中心軸60的曲率愈小，其折射角度也越小，原本出射的光線角度偏折不大，但遠離中心軸60的外側(cè)區(qū)域，則因曲率變大，折射角度也增大，進一步使這些出射光往中心軸60兩側(cè)偏移，使得LED光源30的出射光線，大幅增加其照射的區(qū)域。
本發(fā)明實施例的LCD背光源產(chǎn)生方法其同時也由于將光線往兩側(cè)偏移折射，將使得兩側(cè)的光線強度較中心軸方線的光線強，如此可補強由中心軸外兩側(cè)所發(fā)射出更遠且分布更廣的光線強度，使其照射在LCD背光源的光學膜片時，能夠維持相當?shù)恼斩?，而使整體照射區(qū)域的均勻度提高。請參閱圖7，該圖是本發(fā)明實施例LCD背光源其發(fā)光強度與發(fā)光角度的關(guān)系圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)光角度為軸向方向而為0度時，本發(fā)明LED光源的發(fā)光強度已由前述(請參閱圖3)的最高強度降低至幾乎為最低強度，且隨著偏離軸向角度的逐漸增大，其發(fā)光強度約在70度時達到最高峰，角度再繼續(xù)增加時，其發(fā)光強度則迅速降低。
需注意的是，此處是本發(fā)明實施例LCD光源30套蓋透鏡體40后，發(fā)光“強度”與發(fā)光角度的分布關(guān)系。由透鏡體40射出的光線仍要進一步照射到背光模塊的光學膜片Z(請先參閱圖8)上，因此這些光線照射分布到光學膜片Z上時，由于距離以及照射面積的差異，將使其照度發(fā)生變化，而不會依照光線強度的比例分布。雖然本發(fā)明中接近軸向而角度較小得出射光線其強度較低，但其照射距離短，所擴散的面積小，所以照度將略微降低；而出射角度較大的光線，其與被照射表面的距離較遠，且擴散的區(qū)域較大，因此會使分布在每一單位面積上的光束照度降低，原本會造成發(fā)光角度較大得出射光照度驟降，但在本發(fā)明中，由于發(fā)光角度較大的出射光其強度因透鏡體40的折射而大幅增加，因此其邊緣處的照度均勻度仍能維持相當程度。
請參閱圖8，本發(fā)明實施例可進一步將套蓋有透鏡體40的LED光源30，設置于LCD背光模塊中最接近LED光源的光學膜片Z下方處，而光學膜片Z至套蓋有透鏡體40的LED光源30的距離為X；并使LED光源30射出的光線經(jīng)由透鏡體40的折射后，照射到光學膜片Z上直徑為Y長度的圓周區(qū)域內(nèi)。其中，LED光源可為SMD型的LED，或其它形式的LED，而其發(fā)光顏色則可為白光或其它依需要的其它色光。于本實施例中，直徑Y(jié)的長度可達X長度的2～7倍，且該圓周區(qū)域內(nèi)的光均勻度可達到75％以上。亦即，當LED光源軸向0度射出至光學膜片Z的光線照度以100計算時，該等在直徑為Y長度的圓周邊緣的光線照度則有75以上。
因此，通過本發(fā)明的LCD背光源產(chǎn)生方法，利用一透鏡體40的重新配光作用，可使LED背光源其照射的區(qū)域范圍在均勻度75％以上的條件下，較已知LED光源所照射涵蓋的面積增加4倍至49倍之多，一方面使被照射表面之均勻度提高，另一方面則因照射面積的大幅擴增，LCD的背光模塊中能夠配置較少的LED光源，因而亦能夠大幅降低設備所需的成本。
本發(fā)明也可于透鏡體的出光面42表面設置數(shù)個呈同心圓分布的配光鏡條，這些配光鏡條的曲率可為零、正或為負。其也可在出光面42表面上以鉆石面排列方式，布滿多個小配光鏡面，而這些小配光鏡面的曲率也可為零、正或為負，其中，每一小配光鏡面其水平與垂直軸像的曲率也可為相同或相異。通過配光鏡條與小配光鏡面的設置可使本發(fā)明出射光產(chǎn)生交集混光的效果，使射出的光線更加均勻，而能夠提升顯像的品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種LCD背光源產(chǎn)生方法，包括提供一透鏡體，該透鏡體設有一入光面與一出光面；提供一LED光源；將該透鏡體套蓋于該LED光源上；以及使LED光源散射的光線從弧面曲率是由中心軸向外側(cè)由大變小的該入光面入射，其后再從弧面曲率是由中心軸向外側(cè)由小變大的該出光面射出該透鏡體。
2.如權(quán)利要求1所述的LCD背光源產(chǎn)生方法，可進一步將套蓋有該透鏡體的該LED光源設置于LCD背光模塊中最接近LED光源的光學膜片下方X距離處，并使LED光源射出的光線經(jīng)由透鏡體的折射后，照射到該光學膜片上直徑為2X～7X長度的圓周區(qū)域內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的LCD背光源產(chǎn)生方法，其特征在于，其中該直徑為2X～7X長度的圓周區(qū)域內(nèi)其光均勻度在75％以上。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的LCD背光源產(chǎn)生方法，其特征在于，其中該LED光源是一白光LED。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的LCD背光源產(chǎn)生方法，其特征在于，其中該LED光源是一表面粘著型LED。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種利用透鏡體曲率的設計，并配合發(fā)光二極管光源，使LED射出光線所涵蓋的角度范圍更為廣闊的LCD背光源產(chǎn)生方法。本發(fā)明LCD背光源產(chǎn)生方法，包括提供一透鏡體，該透鏡體設有一入光面與一出光面；提供一LED光源；將該透鏡體套蓋于該LED光源上；以及使LED光源散射的光線從弧面曲率是由中心軸向外側(cè)由大變小的該入光面入射，其后再從弧面曲率系由中心軸向外側(cè)由小變大的該出光面射出該透鏡體。
文檔編號G02F1/1335GK1858635SQ20051006949
公開日2006年11月8日 申請日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者謝啟堂, 林長青, 黃博亮 申請人:巨虹電子股份有限公司