背光光源与发光装置转让专利
申请号 : CN200710088496.2
文献号 : CN100582895C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : 陈志光 , 彭赐光
申请人 : 友达光电股份有限公司
摘要 :
一种背光光源与发光装置，该背光光源包括多个发光装置，每个发光装置具有一发光单元及一透镜表面。在至少部分发光装置中，透镜表面上一方向的曲率半径不同于另一方向的曲率半径，例如是透镜上其中之一的曲率半径大于另一个曲率半径，或是一个曲率半径等于或小于该装置长度的一半，另一个曲率半径等于或大于该装置长度的一半，因此，透镜在不同的方向具有不同的焦距，发光单元可具有多个单色或不同颜色的发光光源。
权利要求 :
1.一种背光光源，包括：
多个发光装置，其中至少部分发光装置具有一光学轴，沿着该光学轴的 第一端设置的一发光单元，以及沿着该光学轴的第二端设置的一光导引表 面，该光导引表面用作导引由该发光单元所发射出的光，且其中该光导引表 面具有在不同方向的不同曲率半径，且在第一方向上的曲率半径大于在第二 方向上的曲率半径，该第一方向与该第二方向垂直于该光学轴，其中在该第 二方向和该第一方向上的曲率半径比率的范围从0.95至0.05。
2.如权利要求1所述的背光光源，其中所述第一端和所述第二端之间定 义沿着该光学轴的长度，且该第二方向的曲率半径等于或小于该长度的一 半。
3.如权利要求1所述的背光光源，其中所述第一端和所述第二端之间定 义沿着该光学轴的长度，且该第一方向的曲率半径等于或大于该长度的一 半。
4.如权利要求3所述的背光光源，其中该第二方向的曲率半径小于该长 度的一半。
5.如权利要求1所述的背光光源，其中至少部分该发光装置连结成一族 群。
6.一种发光装置，包括：
一光学轴；
一第一端及一相对的第二端，定义沿着该光学轴的长度；
一发光单元，设置于该第一端上；以及
一光导引表面，设置于该第二端，其中该光导引表面具有在不同方向的 不同曲率半径，且在第一方向的曲率半径大于在第二方向的曲率半径，该第 一方向与该第二方向垂直于该光学轴，其中在该第二方向和该第一方向上的 曲率半径比率的范围从0.95至0.05。
7.如权利要求6所述的发光装置，其中该第二方向的曲率半径等于或小 于该长度的一半。
8.如权利要求6所述的发光装置，其中该第一方向的曲率半径等于或大 于该长度的一半。
9.如权利要求8所述的发光装置，其中该第二方向的曲率半径小于该长 度的一半。
10.如权利要求6所述的发光装置，其中该发光单元具有小于该长度的宽 度，且在该第二方向上的曲率半径介于该宽度的一半及该长度的一半之间。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种发光装置，特别涉及一种用于液晶面板的发光装置。
背景技术
穿透式显示器，例如：穿透式或半穿透反射液晶显示面板，需要一背光 光源用以照明。而背光光源经常被使用的形式，例如为：荧光灯面板或发光 二极管面板，此外，为了增加提供背光照明的效率，透镜或聚焦工具也被使 用于导引从背光光源发出的光束并将光束导向显示面板的背部。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种导引组件，以导引由发光装置产生的光束。 一背光光源包括多个发光装置，其中每个发光装置的一端具有一发光单元， 且另一端具有一透镜表面被使用作导引从发光单元发出的光束穿过透镜表 面。假如透镜表面实质上是一球面，那么焦点实质上会位于发光单元上面， 或是焦距实质上等于透镜表面与发光单元间的距离。根据本发明，透镜表面 不是球面的是由于在透镜表面的一方向上的曲率半径与在另一方向上的曲 率半径相异。透镜的其中之一曲率半径大于另一曲率半径，详细地说，一曲 率半径实质上等于或小于透镜表面与发光单元之间距离的一半，另一曲率半 径实质上等于或大于透镜表面与发光单元之间距离的一半。就其本身而论， 透镜实际上具有两个焦距，其中之一焦距大于另一焦距导致在一方向聚焦于 发光单元上或聚焦于发光单元的背后，以及在另一方向聚焦于发光单元上或 聚焦于发光单元的前面，例如，发光单元可能具有多个单色或三原色(RGB， 红、绿、蓝)中的不同色的发光光源。
当背光光源用来提供背光照明至一穿透式或一半穿透反射式显示面板 且显示面板位于一直立方向时，发光装置以较大的曲率半径实质上朝向一垂 直方向以及较小的曲率半径实质上朝向一水平方向的方式排列设置。
因此，本发明的第一目的是提供一种具有透镜的发光装置，该透镜被使 用于导引从一发光单元来的光，其中透镜具有一透镜表面，该透镜表面沿着 光学轴具有不同的曲率半径，其中之一曲率半径大于另一曲率半径导致透镜 在一方向上聚焦于发光单元上或聚焦于发光单元的背后，以及导致透镜在另 一方向聚焦于发光单元上或是聚焦于发光单元的前面。
本发明的第二目的是提供具有二维度数组发光装置的一背光光源，其中 至少部分发光装置具有一透镜表面，该透镜表面沿着其光学轴具有不同的曲 率半径。一曲率半径大于另一曲率半径，当光源朝直立方向设置时，发光装 置以较大的曲率半径实质上朝向一垂直方向，而较小的曲率半径实质上朝向 一水平方向的方式排列设置。
本发明的第三目的为提供一显示装置及一如上所述的背光光源，其中显 示装置具有一显示面板，而背光光源位于邻近显示面板的背面，该背光光源 用以提供显示面板的照明。
为了实现上述目的，本发明提供一种背光光源，包括：多个发光装置， 其中至少部分发光装置具有一光学轴，沿着该光学轴的第一端设置的一发光 单元，以及沿着该光学轴的第二端设置的一光导引表面，该光导引表面用作 导引由该发光单元所发射出的光，且其中该光导引表面具有在不同方向的不 同曲率半径，且在第一方向上的曲率半径大于在第二方向上的曲率半径，该 第一方向与该第二方向实质上垂直于该光学轴。
如上所述的背光光源中所述第一端和所述第二端之间定义沿着该光学 轴的长度，且该第二方向的曲率半径实质上等于或小于该长度的一半。
如上所述的背光光源中所述第一端和所述第二端之间定义沿着该光学 轴的长度，且该第一方向的曲率半径实质上等于或大于该长度的一半。
如上所述的背光光源中该第二方向的曲率半径小于该长度的一半。
如上所述的背光光源中至少部分该发光装置连结成一族群。
如上所述的背光光源中在该第二方向和该第一方向上的曲率半径比率 的范围实质上从0.95至0.05。
为了实现上述目的本发明还提供一种发光装置，包括一光学轴；一第一 端及一相对的第二端，定义沿着该光学轴的长度；一发光单元，设置于该第 一端上；以及一光导引表面，设置于该第二端，其中该光导引表面具有在不 同方向的不同曲率半径，且在第一方向的曲率半径大于在第二方向的曲率半 径，该第一方向与该第二方向实质上垂直于该光学轴。
如上所述的发光装置中该第二方向的曲率半径实质上等于或小于该长 度的一半。
如上所述的发光装置中该第一方向的曲率半径实质上等于或大于该长 度的一半。
如上所述的发光装置中该第二方向的曲率半径小于该长度的一半。
如上所述的发光装置中该发光单元具有小于该长度的宽度，且在该第二 方向上的曲率半径介于该宽度的一半及该长度的一半之间。
如上所述的发光装置中在该第二方向和该第一方向上的曲率半径比率 的范围实质上从0.95至0.05。
为使本发明的上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一 具体的较佳实施例，并配合附图图1至图7b做详细说明。
当背光光源用来提供背光照明至一穿透式或一半穿透反射式显示面板 且显示面板位于一直立方向时，发光装置以较大的曲率半径实质上朝向一垂 直方向以及较小的曲率半径实质上朝向一水平方向的方式排列设置。
因此，本发明的第一目的是提供一种具有透镜的发光装置，该透镜被使 用于导引从一发光单元来的光，其中透镜具有一透镜表面，该透镜表面沿着 光学轴具有不同的曲率半径，其中之一曲率半径大于另一曲率半径导致透镜 在一方向上聚焦于发光单元上或聚焦于发光单元的背后，以及导致透镜在另 一方向聚焦于发光单元上或是聚焦于发光单元的前面。
本发明的第二目的是提供具有二维度数组发光装置的一背光光源，其中 至少部分发光装置具有一透镜表面，该透镜表面沿着其光学轴具有不同的曲 率半径。一曲率半径大于另一曲率半径，当光源朝直立方向设置时，发光装 置以较大的曲率半径实质上朝向一垂直方向，而较小的曲率半径实质上朝向 一水平方向的方式排列设置。
本发明的第三目的为提供一显示装置及一如上所述的背光光源，其中显 示装置具有一显示面板，而背光光源位于邻近显示面板的背面，该背光光源 用以提供显示面板的照明。
为了实现上述目的，本发明提供一种背光光源，包括：多个发光装置， 其中至少部分发光装置具有一光学轴，沿着该光学轴的第一端设置的一发光 单元，以及沿着该光学轴的第二端设置的一光导引表面，该光导引表面用作 导引由该发光单元所发射出的光，且其中该光导引表面具有在不同方向的不 同曲率半径，且在第一方向上的曲率半径大于在第二方向上的曲率半径，该 第一方向与该第二方向实质上垂直于该光学轴。
如上所述的背光光源中所述第一端和所述第二端之间定义沿着该光学 轴的长度，且该第二方向的曲率半径实质上等于或小于该长度的一半。
如上所述的背光光源中所述第一端和所述第二端之间定义沿着该光学 轴的长度，且该第一方向的曲率半径实质上等于或大于该长度的一半。
如上所述的背光光源中该第二方向的曲率半径小于该长度的一半。
如上所述的背光光源中至少部分该发光装置连结成一族群。
如上所述的背光光源中在该第二方向和该第一方向上的曲率半径比率 的范围实质上从0.95至0.05。
为了实现上述目的本发明还提供一种发光装置，包括一光学轴；一第一 端及一相对的第二端，定义沿着该光学轴的长度；一发光单元，设置于该第 一端上；以及一光导引表面，设置于该第二端，其中该光导引表面具有在不 同方向的不同曲率半径，且在第一方向的曲率半径大于在第二方向的曲率半 径，该第一方向与该第二方向实质上垂直于该光学轴。
如上所述的发光装置中该第二方向的曲率半径实质上等于或小于该长 度的一半。
如上所述的发光装置中该第一方向的曲率半径实质上等于或大于该长 度的一半。
如上所述的发光装置中该第二方向的曲率半径小于该长度的一半。
如上所述的发光装置中该发光单元具有小于该长度的宽度，且在该第二 方向上的曲率半径介于该宽度的一半及该长度的一半之间。
如上所述的发光装置中在该第二方向和该第一方向上的曲率半径比率 的范围实质上从0.95至0.05。
为使本发明的上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一 具体的较佳实施例，并配合附图图1至图7b做详细说明。
附图说明
图1为本发明的一穿透式或半穿透反射式显示器及一背光光源代表示意 图，其中背光光源包括多个发光装置；
图2为本发明的多个发光装置的剖面图，其中至少部分发光装置具有透 镜表面特性；
图3a为本发明一实施例的多个发光装置的代表示意图；
图3b为本发明另一实施例的多个发光装置的代表示意图；
图4a为本发明一实施例的一发光装置的剖面图；
图4b为本发明另一实施例的一发光装置的代表示意图；
图4c为本发明的一不同实施例在发光装置中的透镜排列方式的代表示 意图；
图4d为本发明的另一不同实施例在发光装置中的透镜排列方式的代表 示意图；
图5显示本发明的一实施例中的聚焦透镜的曲率半径与一发光装置高度 之间的关系；
图6显示在一发光单元中的多个发光二极管；
图7a显示在一方向的一光导引元件的曲率半径；以及
图7b显示在另一方向的一光导引元件的曲率半径。
其中，附图标记说明如下：
10发光装置
20发光单元
24发光二极管
30光导引元件
31透镜部分
32中间部分
100显示面板
200显示模块
300背光光源
H高度
W1宽度
C、C1、C2曲率半径
f焦点
O光学轴
图2为本发明的多个发光装置的剖面图，其中至少部分发光装置具有透 镜表面特性；
图3a为本发明一实施例的多个发光装置的代表示意图；
图3b为本发明另一实施例的多个发光装置的代表示意图；
图4a为本发明一实施例的一发光装置的剖面图；
图4b为本发明另一实施例的一发光装置的代表示意图；
图4c为本发明的一不同实施例在发光装置中的透镜排列方式的代表示 意图；
图4d为本发明的另一不同实施例在发光装置中的透镜排列方式的代表 示意图；
图5显示本发明的一实施例中的聚焦透镜的曲率半径与一发光装置高度 之间的关系；
图6显示在一发光单元中的多个发光二极管；
图7a显示在一方向的一光导引元件的曲率半径；以及
图7b显示在另一方向的一光导引元件的曲率半径。
其中，附图标记说明如下：
10发光装置
20发光单元
24发光二极管
30光导引元件
31透镜部分
32中间部分
100显示面板
200显示模块
300背光光源
H高度
W1宽度
C、C1、C2曲率半径
f焦点
O光学轴
具体实施方式
为了提供显示面板的照明使得观看者得以在面板上看到显示的影像，而 将一背光光源设置于一穿透式显示面板或一半穿透反射式显示面板的后方， 例如图1所示，一显示面板100包括一显示模块200及一背光光源300。当 显示面板100设置在一直立方向，以使得观看者得以依照一般方式看到一显 示影像，显示面板100的垂直轴大约平行于Y轴，且显示面板100的水平轴 大约平行于X轴(参阅图3a及图3b)。如图2所示，根据本发明的背光光源 300包括一个二维数组发光装置10(发光装置连结成一族群)。发光装置10可 能具有如图3a所示的一长方形本体，或是如图3b所示的一圆柱形本体，其 中该圆柱形本体具有一圆形或一椭圆形的截面。如图4a至4c所示，每个发 光装置10具有一发光单元20和与该发光单元20连结的一光导引元件30， 如图4a的实施例所示，光导引元件30可以由一具有弯曲表面的光学材料制 成，而该弯曲表面可通过折射导引从发光单元20发出的光束，形成一光导 引表面。另外，在图4b所示的实施例中，光导引元件30包括由光学材料制 成的一透镜部分31，以及由另一光学材料制成的一中间部分32。而在图4c 所示的实施例中，透镜部分31可以是具有二维度透镜部分的一透镜薄板的 一部分，在图4b所示的中间部分32可以是一空气间隔。此外，如图4c所 示的透镜部分，每个透镜部分31的平表面面对发光单元20，在其它不同的 实施例中，透镜薄板以每一个透镜部分的弯曲表面面对发光单元20的方式 设置，如图4d所示。
因为显示面板100的视觉排列与人类眼睛的视觉特性，优选为光导引元 件30在光学上不对称于Z轴，因此，在一方向的光导引元件30的曲率半径 不同于另一方向的曲率半径。举例来说，X方向上的曲率半径C不同于Y方 向上的曲率半径(参阅图3a、3b及图5)。如图5所示，发光装置10具有与发 光装置10的聚焦特性相关的高度H以及宽度W1，如果高度H与光导引元 件30的焦距相等且光导引元件30的折射率大约为1.5时，那么光导引元件 30的曲率半径大约等于H/2。发光单元20可能包括设置于一基板22上的多 个发光二极管24，如图6所示，举例来说，发光二极管24可为在三原色(RGB， 红、绿、蓝)中的不同颜色的光源。或者，发光单元20亦可为具有一个或多 个白色发光二极管或模块。
依据本发明，更好是在一方向上的光导引元件30的曲率半径(图4a)或透 镜部分31的曲率半径小于H/2。举例来说，在图7a中，X方向的曲率半径 C1小于H/2(当显示面板100设置在相对于一垂直墙的直立方向时为水平方 向)，意思是说，焦点f连结曲率半径C1的长度比高度H短，就其本身而论， 在光导引元件30的较低表面上的一点光源将产生一收敛光束。曲率半径C1 的尺寸介于H/2与W1/2之间，或是曲率半径C1的意思是指在X方向上宽 度的一半。在某些极端的状况下，例如，曲率半径C1与高度H的比值等于 0.05。
更佳地，在Y方向上的曲率半径C2等于或大于H/2，意思是说，焦点f 连结曲率半径C2的位置位于装置末端之后，如图7b所示。就其本身而论， 在光导引元件30的较低表面上的一点光源将产生一发散光束。
综上所述，本发明使用于一穿透式与一半穿透反射式显示面板的一背光 光源300，至少部分光导引元件在光学上不对称，该部分光导引元件用以导 引从发光单元提供的光束。当显示面板设置于相对于一垂直墙的一直立位置 时，例如，在一垂直方向上的部分光导引元件的曲率半径大于在水平方向上 的曲率半径。光导引元件可以由个别光学元件合并至发光单元而制成，光导 引元件也可以由一薄板形的光学材料制成，其中该薄板形的光学材料可与发 光单元分开。光导引元件30可以由一平凸透镜制成，如图4a至图4d，然而， 光导引元件30可以由一对凸透镜、一凹凸透镜、或两者的组合所制成。
此外，在一大型显示面板中，在背光光源中央的光导引元件并不需要与 在背光光源左右部分的光导引元件相同，举例来说，位于边缘部分的光导引 元件30相对于位于中央部分的光导引元件30具有一较大散射角，意思是说， 在边缘部分的光导引元件30的曲率半径C1可能大于位于背光光源300中央 部分的光导引元件30的曲率半径C1，而且，在背光光源中央部分的光导引 元件30的透镜表面有可能为球面状的或对称于光导引元件的光学轴O。另 外，例如：依照光导引元件的位置相对应于显示面板的中央，其比值C1/C2 的范围从0.95至0.05。
简言之，本发明提供一背光光源包括多个发光装置，其中每个发光装置 在一端具有一发光单元，以及另一端具有一透镜表面，该透镜表面可导引从 发光单元发射的光束穿过透镜表面。如果透镜表面实质上为球面状，则焦点 实质上位于发光单元上，或焦距实质上等于透镜表面与发光单元间的距离。 根据本发明，由于透镜表面不是球面状，使得在发光元件的一方向上的曲率 半径不同于另一方向上的曲率半径。透镜上其中之一曲率半径大于另一曲率 半径，特别地，一曲率半径实质上等于或小于介于透镜表面与发光单元间的 距离的一半。另一曲率半径实质上等于或大于介于透镜表面与发光单元间的 距离的一半。就本身而论，透镜实际上具有两个焦距，一曲率半径大于另一 曲率半径导致透镜聚焦于一方向的发光单元上或聚焦于发光单元的背后，以 及导致透镜聚焦在另一方向的发光单元上或是在发光单元的前面。
当背光光源用来提供背光照明至一穿透式或半穿透反射式显示面板且 显示面板位于一直立方向时，发光装置以较大的曲率半径实质上在一垂直方 向且较小的曲率半径实质上在一水平方向的方式被排列。
虽然本发明已以较佳实施例公开于上，然而并非用以限制本发明，任何 所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与 润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
因为显示面板100的视觉排列与人类眼睛的视觉特性，优选为光导引元 件30在光学上不对称于Z轴，因此，在一方向的光导引元件30的曲率半径 不同于另一方向的曲率半径。举例来说，X方向上的曲率半径C不同于Y方 向上的曲率半径(参阅图3a、3b及图5)。如图5所示，发光装置10具有与发 光装置10的聚焦特性相关的高度H以及宽度W1，如果高度H与光导引元 件30的焦距相等且光导引元件30的折射率大约为1.5时，那么光导引元件 30的曲率半径大约等于H/2。发光单元20可能包括设置于一基板22上的多 个发光二极管24，如图6所示，举例来说，发光二极管24可为在三原色(RGB， 红、绿、蓝)中的不同颜色的光源。或者，发光单元20亦可为具有一个或多 个白色发光二极管或模块。
依据本发明，更好是在一方向上的光导引元件30的曲率半径(图4a)或透 镜部分31的曲率半径小于H/2。举例来说，在图7a中，X方向的曲率半径 C1小于H/2(当显示面板100设置在相对于一垂直墙的直立方向时为水平方 向)，意思是说，焦点f连结曲率半径C1的长度比高度H短，就其本身而论， 在光导引元件30的较低表面上的一点光源将产生一收敛光束。曲率半径C1 的尺寸介于H/2与W1/2之间，或是曲率半径C1的意思是指在X方向上宽 度的一半。在某些极端的状况下，例如，曲率半径C1与高度H的比值等于 0.05。
更佳地，在Y方向上的曲率半径C2等于或大于H/2，意思是说，焦点f 连结曲率半径C2的位置位于装置末端之后，如图7b所示。就其本身而论， 在光导引元件30的较低表面上的一点光源将产生一发散光束。
综上所述，本发明使用于一穿透式与一半穿透反射式显示面板的一背光 光源300，至少部分光导引元件在光学上不对称，该部分光导引元件用以导 引从发光单元提供的光束。当显示面板设置于相对于一垂直墙的一直立位置 时，例如，在一垂直方向上的部分光导引元件的曲率半径大于在水平方向上 的曲率半径。光导引元件可以由个别光学元件合并至发光单元而制成，光导 引元件也可以由一薄板形的光学材料制成，其中该薄板形的光学材料可与发 光单元分开。光导引元件30可以由一平凸透镜制成，如图4a至图4d，然而， 光导引元件30可以由一对凸透镜、一凹凸透镜、或两者的组合所制成。
此外，在一大型显示面板中，在背光光源中央的光导引元件并不需要与 在背光光源左右部分的光导引元件相同，举例来说，位于边缘部分的光导引 元件30相对于位于中央部分的光导引元件30具有一较大散射角，意思是说， 在边缘部分的光导引元件30的曲率半径C1可能大于位于背光光源300中央 部分的光导引元件30的曲率半径C1，而且，在背光光源中央部分的光导引 元件30的透镜表面有可能为球面状的或对称于光导引元件的光学轴O。另 外，例如：依照光导引元件的位置相对应于显示面板的中央，其比值C1/C2 的范围从0.95至0.05。
简言之，本发明提供一背光光源包括多个发光装置，其中每个发光装置 在一端具有一发光单元，以及另一端具有一透镜表面，该透镜表面可导引从 发光单元发射的光束穿过透镜表面。如果透镜表面实质上为球面状，则焦点 实质上位于发光单元上，或焦距实质上等于透镜表面与发光单元间的距离。 根据本发明，由于透镜表面不是球面状，使得在发光元件的一方向上的曲率 半径不同于另一方向上的曲率半径。透镜上其中之一曲率半径大于另一曲率 半径，特别地，一曲率半径实质上等于或小于介于透镜表面与发光单元间的 距离的一半。另一曲率半径实质上等于或大于介于透镜表面与发光单元间的 距离的一半。就本身而论，透镜实际上具有两个焦距，一曲率半径大于另一 曲率半径导致透镜聚焦于一方向的发光单元上或聚焦于发光单元的背后，以 及导致透镜聚焦在另一方向的发光单元上或是在发光单元的前面。
当背光光源用来提供背光照明至一穿透式或半穿透反射式显示面板且 显示面板位于一直立方向时，发光装置以较大的曲率半径实质上在一垂直方 向且较小的曲率半径实质上在一水平方向的方式被排列。
虽然本发明已以较佳实施例公开于上，然而并非用以限制本发明，任何 所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与 润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。