CN100552507C - 侧光型背光模件的导光板构型及液晶显示器 - Google Patents

Abstract

一种侧光型背光模件的导光板构型。本发明的导光板构型包括一导光板主体，其具有光输入用的至少一入射端面、一背面及光输出用的一出射面，其中此入射端面相对于入射光束呈非垂直面，及此背面具有一光散射图案，供导引导光板内的反射光从此出射面输出。透过导光板呈非垂直面的入射端面，使光投射至导光板内部的角度大于导光板的全反射临界角，以提高光束在导光板内的光路延长性，进而增加导光板内反射光投射在光散射图案的机会，以提高导光板的光出射效率。

Description

侧光型背光模件的导光板构型及液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种背光模件的导光板构型；特别是涉及一种侧光型背光模件的导光板构型和具有该侧光型背光模件的液晶显示器。

背景技术

近几年来，液晶显示面板的需求大为增加，高辉度与高对比以及短反应时间为目前选购液晶显示面板必备的条件。一般的液晶显示面板使用背光模件做为光源系统，如图1所示，一现有技术背光模件的截面示意图，其包括一光源11、一导光板12、一反光罩13及一反光片14。导光板12具有一光输出用的出射面121、一背面122及一光输入用的入射端面123，相对于入射光束呈垂直平面，并位于光源11一侧。导光板背面122内部具有多个圆凸点124。光源11的发射光经投射至入射端面123，进入导光板12内部进行多次全反射，如光束B。当导光板12内部的反射光束A投射至此些圆凸点124时，被散射导引至出射面121输出，如光束A1，成为背光模件的发光来源。反光罩13包围光源11，以使光源11背面发射的光束经反光罩13反射，以投射在导光板12的入射端面123。反光片14设于导光板12背面122外部，以反射从导光板12背面122穿透的光束。

如上所述，光束在导光板12内部的出射方式利用反射光束投射在导光板12背面122内部的圆凸点124上，破坏其在导光板12内部的全反射能力，使光束能由出射面121出射。现有技术导光板12的材质为压克力，其全反射临界角为41.8°，光源11发射的光束，大都以平行光束从空气投射至导光板12呈垂直平面的入射端面123，其在导光板12内部的入射角往往无法大于全反射临界角。因此光束进入导光板12内部后，大都以一次光程方式行进，极容易从导光板相对入射端面123的一端出射，造成光源的损失。

据此，亟待提供一种改进的导光板结构造型，以克服现有技术中导光板的缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种侧光型背光模件的导光板构型，通过导光板不同构型的光输入用的入射端面，使入射光以大于导光板全反射临界角的角度投射至导光板内部，以提高光束在导光板内部的光路延长性，增加光投射在导光板背面光散射图案的机会，进而使导光板的光出射效率提高。

本发明的另一目的在于提供一种侧光型背光模件的导光板构型，通过导光板不同构型的光输入用的入射端面，增加投射光在导光板内的光路延长性，以使导光板的光利用率及光输出均匀度提高，进而使结合本发明背光模件的显示面板辉度增加。

根据以上所述的目的，本发明提供一种侧光型背光模件的导光板构型，其包括一导光板主体，具有光输入用的至少一入射端面、一背面及光输出用的一出射面，其中此入射端面相对于入射光束呈非垂直面，及此背面具有一光散射图案，供导引导光板内的反射光从此出射面输出，透过导光板呈非垂直面的入射端面，使光投射至导光板内部的角度大于导光板的全反射临界角，平行光束入射至导光板主体内部的入射角在41.8°＜θ＜48.2°之间，使光束在导光板内能执行多次全反射，以提高光束在导光板内的光路延长性，进而增加导光板内反射光投射在光散射图案的机会，以提高导光板的光出射效率。

通过本发明导光板不同形状的入射端面结构造型，可改善导光板的光利用率及其光输出均匀度，进而能提高结合本发明背光模件的显示面板辉度。再者，本发明以提供不同构型变化的导光板应用于背光模件，可在不增加背光模件组件的情况下，提高背光模件的光利用率及光输出均匀度，使显示面板辉度提高。因此，本发明背光模件制造简单，同时不增加制造成本。

本发明的目的及诸多优点通过以下具体实施例的详细说明，并参照所示附图，将趋于明了。

附图说明

图1为一传统的背光模件截面示意图；

图2为根据本发明一具体实施例的背光模件截面示意图；

图3A至第三G为本发明导光板构型的各种变化实例；

图4为光束在图3A至图3G的各种导光板构型内部的全反射次数及被接受到的光能量的关系图；

图5A至图5J为显示本发明导光板入射端面构型的各种变化实例；

图6A至图6J为显示本发明导光板入射端面构型的各种变化实例；

图7A至图7J为显示本发明导光板入射端面构型的各种变化实例；

图8A至图8F为本发明导光板构型的各种变化实例；

图9A至图9F为本发明导光板构型的各种变化实例；

图10为使用本发明一背光模件的一液晶显示器截面示意图；

图11为一结合本发明背光模件的液晶显示器分解示意图；及

图12为具有图11的液晶显示器的一液晶显示装置的分解示意图。

图中符号说明

11    光源

12    导光板

13    反光罩

14    反光片

121    出射面

122    背面

123    入射端面

124    圆凸点

20    导光板主体

21、22入射端面

23    背面

24    出射面

25    光源

26    反光罩

27    反光片

28    扩散片

29    液晶面板

30    防护片

31    棱镜片

200   第一框体

201a  螺孔

210   第二框体

211a  螺孔

220   螺栓

300   液晶显示器

500   背面框体

501a  螺孔

512   螺栓

520   正面框体

具体实施方式

本发明提供的一种侧光型背光模件的导光板构型，是利用将导光板光输入用的至少一入射端面设计成相对于入射光束呈非垂直面的不同构型，让光束投射至入射端面后入射至导光板内部的入射角大于导光板的全反射临界角，以使光束在导光板内能执行多次全反射，延长光束在导光板内的光路，以增加反射光投射至本发明导光板背面一光散射图案的机会，使反射光经由光散射图案散射导引输出至导光板的一出射面的机率增加，进而提高导光板对光源的利用率及光输出的均匀度。

本发明的侧光型背光模件的导光板构型主要包括一导光板主体，具有光输入用的至少一入射端面、一背面及光输出用的一出射面，其中此入射端面相对于入射光束呈非垂直面，及此背面具有一光散射图案，供导引导光板主体内的反射光从此出射面输出。

以下通过图2说明本发明侧光型背光模件的导光板构型能提高导光板对光源的利用率及光输出的均匀度的原理。图2为本发明侧光型背光模件的导光板构型的一具体实施例，其包括一矩形的导光板主体20，具有光输入用的两个入射端面21及22、一背面23及光输出用的一出射面24。导光板主体20的入射端面21及22呈互为对称的凸圆面，及导光板背面23内部具有一光散射图案，由复数个凸状物231组成，此些凸状物231用以破坏导光板内的反射光的全反射能力，使导光板内的反射光经由凸状物231散射导引输出至出射面24。导光板主体20使用的材质具有高透光性，例如丙烯酸树脂(acrylic resin)如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)(PMMA)(俗称压克力)、聚碳酸树脂(polycarbonate resin)及玻璃。以压克力材质的导光板主体20为例，其光折射率为1.414，可得到其全反射临界角为41.8°，当光束经由入射端面21及22入射至导光板主体20的入射角θ控制在41.8°＜θ＜48.2°，则可使光束在导光板主体20内部执行全反射，使其光路延长性较好，进而提高反射光束投射至凸状物231的机率，而增加反射光束经由出射面24输出的机会，进而提高导光板对光源的利用率及其光输出均匀度。本发明以导光板主体20的入射端面21及22呈凸圆面，可控制大多数平行光束入射至导光板主体20内部的入射角在41.8°＜θ＜48.2°，使光束在导光板主体20内部可执行全反射，具有较佳的光路延长性，而增加反射光束投射至凸状物231的机率。再者，入射端面21及22呈互为对称的凸圆面，光束在导光板主体20内部行进时，亦可通过投射至两入射端面21及22的凸圆面内部反射回来，而不至从入射端面21及22出射。

图3A至图3G为显示各种具不同入射端面构型的矩形导光板截面示意图，其入射端面相对于投射光束依次呈垂直平面、斜平面、凸圆面、凹圆面、八角面、连续小圆面(连续凸曲面)、四分的一圆面(四分的一凸曲面)。图4为显示出光束在图3A至图3G的各种导光板内部的全反射次数及投射至导光板后被接受到的光能量大小，其中以入射端面呈凹圆面时，能接受到较多的光能量，即入射到较多的光束，而入射端面呈凸圆面时，光束在导光板内部能执行较多次的全反射。另一方面，导光板的入射端面呈垂直平面时，光束在导光板内部的全反射次数最少，而光束在呈非垂直面入射端面的导光板内部的全反射次数皆大于呈垂直平面入射端面的导光板。基于上述结果，本发明即利用各种呈非垂直面的不同构型的入射端面，使大多数平行光束投射至导光板入射端面后，其光束入射至导光板内部的入射角会大于导光板的全反射临界角，以能执行全反射，增加光束在导光板内部的全反射次数，延长光束在导光板内部的光路，而提高光束投射至光散射图案的机率，进而提高导光板的光源利用率及其光输出均匀度。如此一来，可使结合本发明背光模件的显示面板辉度增加。

图5A至图5J及图6A至图6J以及图7A至图7J为显示本发明侧光型背光模件的导光板呈非垂直面的入射端面构型的各种变化实例，包括斜平面、锥形面、凸圆面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分的一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面等。须注意的是，本发明导光板呈非垂直面的入射端面构型并不受限于上述的各种变化实例，凡能使入射光在导光板内部的入射角大于导光板的全反射临界角的呈非垂直面的入射端面皆适合做为本发明导光板构型。此外，本发明的导光板主体除了矩形体外，亦可以是楔形体(wedge-type body)或梯形体(未示出)，如图8A至图8F所示，其中导光板主体只具有一呈非垂直面的入射端面，及可为对称的双楔形体，如图9A至图9F所示，其中两入射端面构型可互为对称。

另一方面，本发明导光板主体的光散射图案除了形成在导光板背面内部外，亦可形成于导光板背面外部。同时可将导光板的出射面表面设计成棱镜面，使出射光出射方向集中在结合的显示面板的视角范围内。本发明的侧光型背光模件适用于单边或双边侧光型背光源系统，其可供做发光键盘、行动电话显示面板、液晶显示面板、电视画面液晶显示面板、掌上型数字助理(PDA)显示面板及穿透式扫描仪等的背光源系统。例如，图10所示，使用本发明背光模件的一液晶显示器截面示意图，其包括一导光板主体20、一光源25、一反光罩26、一反光片27、一扩散片28及一液晶面板29。导光板主体20具有至少一入射端面21及/或22，一具有凸状物231组成的光散射图案的背面23及一出射面24。光源25设于至少一入射端面21及/或22的一侧，反光罩26包覆光源25周围，使光源25的一开口处朝向入射端21，及反光罩26将光源25背面的发射光束反射。反光片27设于导光板主体20下方，供将从导光板主体20的背面23出射的光反射回至导光板主体20内部。扩散片28将经出射面24发射的光束予以扩散，以使背光模件的发射光束具有均匀度，而液晶面板29设于扩散片28上方。又，图10所示的导光板主体20亦可为本发明图3A至图3G、图5A至图5J、图6A至图6J、图7A至图7J、第八A图至第八F图及图9A至图9F所示的各种变化实例。

图11，为使用本发明侧光型背光模件的一液晶显示器分解示意图，其中为使附图不过于繁复，侧光型背光模件的一些组成构件例如光源及包覆光源的反光罩经省略未示于图中，导光板主体20的背面23的光散射图案亦未示于图中。图11显示的液晶显示器(liquid crystaldisplay)结构包括从下至上依次叠合的一第一框体200、一反光片27、一入射端面21呈凸圆面的导光板20、一防护片(protection sheet)30、一棱镜片31、一扩散片28、一液晶面板(liquid crystal panel)29及一第二框体210。第一框体200的一侧边具有复数个螺孔201a，第二框体210的同一侧边同样具有复数个螺孔211a对齐于第一框体200的螺孔201a，通过固定件例如螺栓220穿经第二框体210的螺孔211a及第一框体200的螺孔201a，以将液晶显示器各构件组合一起。再者，棱镜片26用以将导光板20的发射光束集中于液晶显示器的视角范围内，以提高液晶显示器的发光亮度，扩散片28用以将导光板20的发射光束扩散，以提高液晶显示器的发光均匀度。图11所示的液晶显示器各构件重叠次序可互相调换，例如扩散片28可与防护片30的位置互换，棱镜片31上方也可加设另一棱镜片(未示出)，其中两棱镜片的棱镜排列方向互相垂直，亦可省略棱镜片31，而将导光板21的出射面24表面设计成棱镜面。

图12具有图11所示的液晶显示器300的一液晶显示装置分解示意图，其中液晶显示器300与一背面壳体500及一正面壳体520组合一起。背面壳体500的一侧边具有复数个螺孔501a对齐于第二框体210的侧边螺孔211a，通过固定件例如螺栓512穿经螺孔501a、211a，将液晶显示器300及背面壳体500组合一起。正面壳体520再通过卡合方式与背面壳体500接合，以将液晶显示器300容纳于两者间。又，图11所示的导光板主体20亦可为本发明图3A至图3G、图5A至图5J、图6A至图6J、图7A至图7J、第八A图至第八F图及图9A至图9F所示的各种变化实例。

本发明以提供不同构型变化的导光板应用于背光模件，可在不增加背光模件组件的情况下，提高背光模件的光利用率及光输出均匀度，使显示面板辉度提高。本发明背光模件制造简单，同时不增加制造成本。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的申请专利范围内。

Claims (27)

1.一种侧光型背光模件的导光板构型，包括：

一导光板主体，具有光输入用的至少一入射端面、一背面及光输出用的一出射面，其中该入射端面相对于入射光束呈非垂直面，及该背面具有一光散射图案，供导引该导光板主体内的反射光从该出射面输出，其中，光束投射至入射端面后入射至导光板内部的入射角大于导光板的全反射临界角，使光束在导光板内能执行多次全反射，延长光束在导光板内的光路，增加反射光投射至导光板背面一光散射图案的机会。

2.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的导光板主体选自下列任一者：矩形体、楔形体、梯形体及对称双楔形体。

3.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的导光板主体具有两个该入射端面。

4.如权利要求3所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的两个对应的入射端面互为对称的非垂直面。

5.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的入射端面的该非垂直面选自下列任一者：斜平面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分之一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面。

6.如权利要求4所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的入射端面的该非垂直面选自下列任一者：斜平面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分之一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面。

7.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，所述平行光束入射至导光板主体内部的入射角θ在41.8°＜θ＜48.2°之间。

8.如权利要求2所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的入射端面的该非垂直面选自下列任一者：斜平面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分之一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面。

9.如权利要求2所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的导光板主体具有两个该入射端面。

10.如权利要求9所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的两个对应的入射端面互为对称的非垂直面。

11.如权利要求9所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的入射端面的该非垂直面选自下列任一者：斜平面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分之一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面。

12.如权利要求10所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的入射端面的该非垂直面选自下列任一者：斜平面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分之一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面。

13.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的光散射图案形成于该背面内部。

14.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的光散射图案形成于该背面外部。

15.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的光散射图案包含复数个凸状物。

16.如权利要求13所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的光散射图案包含复数个凸状物。

17.如权利要求14所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的光散射图案包含复数个凸状物。

18.如权利要求1所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的出射面的一表面呈一棱镜面。

19.如权利要求2所述的侧光型背光模件的导光板构型，其特征在于，上述的出射面的一表面呈一棱镜面。

20.一种侧光型背光模件，其特征在于，包括：

一导光板主体，具有光输入用的至少一入射端面、一背面及光输出用的一出射面，其中该入射端面相对于入射光束呈非垂直面，及该背面具有一光散射图案，供导引该导光板主体内的反射光从该出射面输出，其中，光束投射至入射端面后入射至导光板内部的入射角大于导光板的全反射临界角，使光束在导光板内能执行多次全反射，延长光束在导光板内的光路，增加反射光投射至导光板背面一光散射图案的机会；

至少一光源，位于该导光板的该入射端面一侧；

一反光罩，包覆于该光源周围，以使该光源的一开口处朝向该导光板主体的该入射端面；

一反光片，位于该导光板主体下方；及

一扩散片，位于该导光板主体上方。

21.如权利要求20所述的侧光型背光模件，其特征在于，上述的导光板主体选自下列任一者：矩形体、楔形体、梯形体及对称双楔形体。

22.如权利要求20所述的侧光型背光模件，其特征在于，上述的入射端面的该非垂直面选自下列任一者：斜平面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分之一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面。

23.如权利要求20所述的侧光型背光模件，其特征在于，平行光束入射至导光板主体内部的入射角θ在41.8°＜θ＜48.2°之间。

24.一种液晶显示器，其特征在于，包括：

一液晶面板；及

一侧光型背光模件，位于该液晶面板下方，该侧光型背光模件包括一导光板主体、至少一光源、一反光罩、一反光片及一扩散片，其中该导光板主体具有光输入用的至少一入射端面、一背面及光输出用的一出射面，其中该入射端面相对于入射光束呈非垂直面，及该背面具有一光散射图案，供导引该导光板主体内的反射光从该出射面输出，该光源位于该导光板主体的该入射端面一侧，该反光罩包覆于该光源的周围，以使该光源的一开口处朝向该导光板主体的该入射端面，及该反光片位于该导光板主体的下方，以及该扩散片位于该导光板主体上方，其中光束投射至入射端面后入射至导光板内部的入射角大于导光板的全反射临界角，使光束在导光板内能执行多次全反射，延长光束在导光板内的光路，增加反射光投射至导光板背面一光散射图案的机会。

25.如权利要求24所述的液晶显示器，其特征在于，上述的导光板主体选自下列任一者：矩形体、楔形体、梯形体及对称双楔形体。

26.如权利要求24所述的液晶显示器，其特征在于，上述的入射端面的该非垂直面自下列任一者：斜平面、凸曲面、凹曲面、连续凸曲面、连续凹曲面、多角形面、四分之一弧面、棱镜面、阶梯面、对称双阶梯面及凹凸不规则面。

27.如权利要求24所述的液晶显示器，其特征在于，平行光束入射至导光板主体内部的入射角θ在41.8°＜θ＜48.2°之间。

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