CN101059580A - 导光板、导光单元排列结构及面光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导光板、导光单元排列结构及面光源装置，所述导光板包含一基板及形成于基板表面上的多个导光单元。导光单元是以基板表面的两坐标轴方向为基础排列，且沿其中之一坐标轴方向排列产生的导光单元列同时具有朝另一坐标轴方向偏置的分布。

Description

导光板、导光单元排列结构及面光源装置

技术领域

本发明是关于一种导光板及其导光单元排列结构，尤其是有关一种可运用于具点光源或线光源的导光板及其导光单元排列结构。

背景技术

图1为示意图，显示一具点光源的公知导光板设计。该点光源例如为一发光二极管(light emitting diode；LED)102。如图1所示，因点光源的辐射光波为一球状波阵面，故公知设计搭配点光源的光辐射方向，将基板106上的导光单元104沿极坐标的r、θ方向配置成一环环规则排列的同心圆，以使该导光板100获得较佳的导光效率(light output efficiency)，且每个导光单元104配置成使其长轴方向M(longitudinal direction；即一个导光单元的两个平面尺寸中较长尺寸的指向)与该导光单元至发光二极管的连线方向N(发光二极管的光辐射方向)实质垂直(δ＝90°)。

再者，因发光二极管102发出的光线，其于空间中的光强度角分布并不均匀，所以为了获得良好的辉度(luminance)均匀性，该公知设计依点光源的光辐射方向将导光板100划分成多个导光区块，各个区块为图1中两相邻虚线所夹弧角α的扇形区块。如此即可依各个导光区块所接收的实际光强度调整各个导光区块内的导光单元104分布密度，以获得良好的辉度均匀性。

然而，上述的公知导光板设计明显有如下缺点。

首先，因为导光单元104的维度极小，若导光单元104呈现如图1所示的多环规则排列时，容易与液晶显示装置中其它规则排列的构件如液晶胞(liquid-crystal cell)、滤色片(color filter)或薄膜晶体管阵列(TFT array)等叠合而产生叠纹(moire)。

再者，基于该多环规则排列的配置，当公知设计再依点光源的光辐射方向将导光板100划分成多个导光区块时，会导致如图1所示于两相邻导光区块间的边界上(即虚线周遭)完全不存在导光单元104。如此行经该边界区域的光线不会遭遇微散射元件104而难以被导出导光板100，使导光板100上形成暗纹(对应图1虚线所示位置形成)，影响视觉效果。

另外，请再参考图1，公知导光单元104其长轴方向M与发光二极管光辐射方向N实质垂直(δ＝90°)的设计，会导致经由导光单元104散射出的光束过于集中，使导光单元104本身的亮度和周围相比过高而形成明显亮点，影响视觉效果。再者，当上述垂直配置运用于导光板100划分成多个导光区块的设计时，靠近发光二极管102附近的导光区块其导光单元104密度将过高，导致整体辉度均匀性的调整受到限制。

发明内容

本发明的目的在提供一种导光板、导光单元排列结构及面光源装置，其能避免上述公知设计的种种问题。

依本发明的设计，一种用以将发光体沿一辐射方向发出的光线闭合并扩散成面状的导光板，包含一基板及形成于基板表面上的多个导光单元。导光单元是以基板表面的两坐标轴方向为基础排列，且沿其中的一坐标轴方向排列产生的导光单元列同时具有朝另一坐标轴方向偏置的分布。

通过本发明的设计，因沿一坐标轴方向排列的导光单元，具有同时朝另一坐标轴方向的正或负端偏移的分布位置而产生波浪形的不规则排列，如此即可获得破坏导光单元排列规则性的效果，避免叠纹产生。

再者，若导光板划分成多个导光区块使各个导光区块内的导光单元密度可随该区块接收的光强度调整时，通过本发明破坏导光单元排列规则性效果，可使行经边界区域的光线有效被导出导光板，完全避免暗纹产生。

又，形成于基板上的导光单元，其长轴方向可与该发光体的光辐射方向实质平行，如此可增加单位面积下的导光单元数量，并降低单位面积下两相邻导光单元的间距，以避免导光单元本身形成明显亮点而影响视觉效果。

附图说明

图1为示意图，显示以点光源为背光的一公知导光板设计。

图2A及2B为说明导光单元排列规则的示意图。

图3为一示意图，显示本发明运用于一具点光源的导光板的设计例。

图4为示意图，显示本发明运用于一具点光源的导光板的另一设计例。

图5为示意图，显示本发明运用于一具线光源的导光板的设计例。

图6为示意图，显示本发明的导光板搭配多个点光源的设计。

图7A为示意图，显示本发明包含导光板元件的一面光源装置。

图7B为显示本发明导光单元设计例的放大示意图。

图8为显示本发明另一导光单元设计例的放大示意图。

图9为显示本发明另一导光单元设计例的放大示意图。

图10为一示意图，显示本发明额外扰动设计的一实施例。

图11为显示于一额外扰动设计下的常态分布规则示意图。

附图标记说明：

10  导光板                        12  基板

12a 导光板底面                    12b 导光板顶面

14、14a、14b、14c、14a’、14b’、14c’导光单元

16  发光二极管                     18  冷阴极萤光灯

20  面光源装置                     22  反射板

I1、I2、I3  光束

M  长轴方向                        N   光辐射方向

P1、P2、P3、P4、P5  导光单元

Q1、Q2、Q3、Q4、Q5  导光单元

V  凹槽结构

具体实施方式

在说明本发明的设计之前，如下先清楚定义导光单元于平面上的排列规则。

如图2A所示，当导光单元于一极坐标(polar coordinate)平面上分布时，如导光单元P1、P2、P3实质呈一直线排列方式定义为沿极坐标的r方向排列，而如导光单元P3、P4、P5于相对原点的同一同心圆周上，随角度θ变化排列定义为沿极坐标的θ方向排列。另一方面，如图2B所示，若导光单元于一直角坐标(Cartesian coordinate)平面上分布，导光单元Q1、Q2、Q3实质呈一直线排列方式定义为沿直角坐标的X轴方向排列，导光单元Q3、Q4、Q5实质呈一直线排列方式定义为沿直角坐标的Y轴方向排列。

图3为一示意图，显示本发明运用于一具点光源的导光板10的设计例。点光源例如可为一发光二极管(lightemitting diode；LED)16，其辐射光波为一球状波阵面。如图3所示，于一点光源环境下，本发明首先将导光单元14以极坐标的两坐标轴为基础，亦即实质上沿极坐标的r、θ方向排列于基板12平面上，获得较佳的导光效果。接着，由图3可清楚看出，本实施例沿θ方向排列所产生的导光单元列中的各个导光单元14，并非位于以点光源为圆心的同一同心圆周上，而是其分布位置会朝r方向的正端或负端偏移，而产生波浪形的不规则排列。由图3上另外描绘出的波浪形实线，可更清楚看出导光单元14沿θ方向的波浪形不规则排列。须注意此些波浪形实线仅为辅助示意导光单元14沿θ方向排列的虚拟线，而非导光板10上的任何实体结构，且其后的实施例及图示亦同。

如先前所述，规则排列的导光单元14，容易与液晶显示装置中其它规则排列的构件叠合而产生叠纹(moire)。通过本发明的设计，因沿θ方向排列的导光单元其分布位置会朝r方向的正端或负端偏移，而产生波浪形的不规则排列配置，如此即可获得破坏导光单元14排列规则性的效果，避免叠纹产生。

再者，依本实施例的设计，沿θ方向排列的导光单元列中的各个导光单元14，其朝r方向的正端或负端偏移的距离，以不超过点光源至导光板10离点光源16最远端距离的1/20较佳。

图4为示意图，显示本发明运用于一具点光源的导光板10的另一设计例。当导光板10搭配点光源背光时，本发明的设计为将沿极坐标的一坐标轴方向排列的导光单元14，具有同时朝另一坐标轴方向的正或负端偏移的分布位置以产生不规则排列，至于沿何坐标轴方向排列的分布位置被偏置则完全不限定。如图4所显示的另一实施例，不仅原本应沿θ方向排列于同一同心圆周上的导光单元14，具有朝r方向的正或负端偏移的波浪形分布位置；且同时原本应沿r方向排列成一直线的导光单元14，其排列位置亦同时朝θ方向的正或负端偏移而形成波浪形的弧线排列(由图4示意的导光单元14沿r方向排列的虚拟实线可清楚看出)。

由此可知，相较图1所示的公知排列方式，本发明若搭配将导光板划分成多个导光区块，使各个导光区块内的导光单元的密度可随该区块接收的光强度调整的设计时，通过本实施例破坏原本沿r方向的规则排列设计所产生的弧形边界，可使发光二极管16发出的光线在行经边界区域时必定会遭遇导光单元14。如此行经边界区域的光线即可有效被导出导光板10，完全避免暗纹产生。

再者，依本实施例的设计，于沿r方向排列成一直线的导光单元14，其朝θ方向的正或负端偏移的角度以不超过5度(±5度范围内)较佳。

图5为示意图，显示本发明运用于一具线光源的导光板10的设计例。线光源例如可为一冷阴极萤光灯18(cold-cathode fluorescent lamp；CCFL)。如图5所示，当背光选择为线光源时，本发明首先以直角坐标的两坐标轴为基础，亦即实质上沿直角坐标的X、Y轴方向排列于基板12平面上，获得较佳的导光效果。接着，由图5可清楚看出，原本应沿X轴方向排列成一直线的导光单元14，其分布位置朝Y轴方向的正或负端偏移；且原本应沿Y轴方向排列成一直线的导光单元14，其分布位置亦同时朝X轴方向的正或负端偏移。如此X、Y轴方向上的导光单元14均形成波浪形的不规则排列，达到完全破坏排列规则性以避免叠纹产生的效果。再者，依本实施例的设计，于沿X轴或Y轴方向排列成一直线的导光单元14，其朝Y轴或X轴方向的正或负端偏移的距离，以不超过导光板10于Y轴或X轴方向上的长度的1/20较佳。

图6为示意图，显示本发明的导光板10搭配多个点光源的设计。与本发明导光板10搭配的点光源数量及形式并不限定，而可视实际需求决定。如图6所示，亦可将三个发光二极管16a、16b及16c排成一列形成一线光源以提高亮度，而导光单元14则沿直角坐标的X、Y轴方向不规则排列于基板12平面上。

图7A为示意图，显示本发明包含导光板元件的一面光源装置。图7B为显示本发明导光单元设计的放大示意图。

面光源装置20包含一导光板10，一反射板22及一发光体。该发光体例如可为发光二极管16之类的点光源或例如冷阴极萤光灯18之类的线光源。导光板10可由一基板12及于其底面12a形成的多个凹槽结构所构成，该凹槽即作为本发明的导光单元14。反射板22设置于导光板10的下侧，例如可由一具高反射率的树脂片所构成。如图7A所示，由发光二极管16发出且被引导至导光板10的光线，被闭合在导光板10内并朝向远离发光二极管16的方向传输。入射至导光单元14的光束I2，被导光单元14反射扩散后由导光板的顶面12b射出；另一方面，未遭遇导光单元14的光束有两种可能行进路径，分别如图7A的光束I1及光束I3所示。光束I1由导光板的底面12a射出后，由反射板22反射回导光板10内部，再度被闭合于导光板10内。光束I3则被导光板12的底面12a全反射，仍被闭合于导光板10内。由此，该面光源装置20可将发光体辐射出的光线闭合并扩散成面状，最后光线再由导光板的光出射面(即顶面12b)发出。另外，由图7A可看出本发明设计使该导光单元14于导光板底面的分布密度，随着与发光体间的距离增加而提高，从而维持该导光板10的辉度均匀性。

本发明的导光板10材料并不限定，例如可由具高折射率(high index ofrefraction)的透明树脂(transparent resin)所构成，且导光板10的形成方式并不限定。举例而言，可先以曝光、显影、镀膜、电铸翻模等步骤形成一具凸出微细结构的导光板母模(未图示)，再以热压或射出方式在导光板母模上直接成型出导光板10，如此导光单元14是与该基板12一体成型。

如图7B的导光单元14放大示意图所示，可知其是由导光板底面12a向内凹入的V型凹槽结构V。于决定导光单元14于基板12上的配置方向时，本发明可设计将凹槽结构V的长轴方向(两个平面尺寸W及L中较长尺寸L的指向)与该导光单元14至发光体的连线方向(发光二极管16的光辐射方向)实质平行，如此可增加单位面积下的导光单元数量、并降低单位面积下两相邻导光单元的间距，同时避免导光单元本身形成明显亮点而影响视觉效果。再者，如于图4显示的各个导光区块内的导光单元密度，可随该区块光强度调整的设计环境下，凹槽结构V的长轴方向与发光二极管16光辐射方向实质平行的设计，可使靠近发光二极管16的导光区块仍可容纳大量凹槽结构，如此辉度均匀性的调整将较不受限制。依本发明的设计，凹槽结构V沿长轴方向的尺寸L长度的一较佳范围为0.1um-500um。

另外，凹槽结构V的设计并不限定为V字型，亦可为圆柱形等外观，仅需能获得良好的光线扩散效果即可。如图8显示的另一凹槽结构V形成方式，亦可将多个整合于同一基底的V型微凹槽构成一导光单元14，因将多个V型微凹槽整合在于同一基底的设计，于同一尺寸的条件下可产生凹入面较浅的导光单元14，使观察者较不易发觉导光单元14本身形成的亮点，获得更细致的视觉效果。再者，V型微凹槽于同一基底上的分布方式并不限定，例如可如图8所示的连续排列，或如图9所示各个V型微凹槽间隔一间隙的不连续排列均可，且该V型微凹槽沿长轴方向长度的一较佳范围为0.01um-250um。

如下说明一增强本发明避免叠纹及暗纹产生效果的设计。如图10所示，当沿一坐标轴方向排列的导光单元14a、14b及14c已依前述设计朝另一坐标轴方向偏置而形成不规则排列配置后，可于此偏置分布再施加一定程度的位置扰动，如此可进一步提高导光单元排列的不规则性而增强避免叠纹及暗纹产生的本发明效果。然而，该扰动设计需受到图11所示的常态分布规则限制，以避免该位置扰动导致一过于杂乱的分布型态。详言之，于进行该扰动设计时，各个导光单元14偏离原位置的位移值是呈一常态分布；换言之，扰动后的位置与原位置距离较远的机率较小而与原位置距离较近的机率较大。如以图10所示为例，于已朝另一坐标轴方向偏置的导光单元14a、14b及14c再进行扰动设计，使其分别偏移R1、R2及R3的距离至14a’、14b’及14c’的位置，因距离R1＞R2＞R3，故可知于该扰动设计下由导光单元14a偏置至导光单元14a’的发生机率最小，而由导光单元14c偏置至导光单元14c’的发生机率最大。如此在进一步提高导光单元排列的不规则性同时，仍能保有原先的排列基础，避免该额外扰动导致一过于杂乱的分布型态。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求书中，而非限定于上述的实施例。

Claims (19)

1.一种导光单元排列结构，其特征是，包含：

多个导光单元，形成于一基板上，该些导光单元是以一平面的两坐标轴方向为基础排列，且沿其中之一坐标轴方向排列产生的每一导光单元列同时具有朝另一坐标轴方向偏置的分布。

2.如权利要求1所述的导光单元排列结构，其特征是，该导光单元列朝另一坐标轴方向偏置的分布形成一波浪形的不规则排列。

3.如权利要求1所述的导光单元排列结构，其特征是，经该偏置分布的各该导光单元列中的导光单元其偏离原位置的位移值是呈一常态分布。

4.如权利要求1所述的导光单元排列结构，其特征是，该两坐标轴方向是一极坐标平面的r方向及θ方向、或一直角坐标平面的X轴方向及Y轴方向。

5.如权利要求1所述的导光单元排列结构，其特征是，各该导光单元是由一凹槽结构所构成，且该凹槽结构沿其长轴方向的长度范围为0.1um-500um。

6.如权利要求5所述的导光单元排列结构，其特征是，该凹槽结构是由多个整合于同一基底的导光微结构所构成，且该导光微结构沿其长轴方向的长度范围为0.01um-250um。

7.一种导光板，用以将发光体沿一辐射方向发出的光线闭合并扩散成面状，该导光板包含：

一基板；及

多个导光单元，形成于该基板的一表面上，该些导光单元是以该基板表面的两坐标轴方向为基础排列，且沿其中的一坐标轴方向排列产生的每一导光单元列同时具有朝另一坐标轴方向偏置的分布。

8.如权利要求7所述的导光板，其特征是，各该导光单元的长轴方向与该辐射方向实质平行。

9.如权利要求7所述的导光板，其特征是，该些导光单元于该导光板上的分布密度是随该些导光单元与该发光体间的距离增加而提高。

10.如权利要求7所述的导光板，其特征是，经该偏置分布的该导光单元列中的各个导光单元其偏离原位置的位移值是呈一常态分布。

11.如权利要求7所述的导光板，其特征是，该基板表面的两坐标轴方向是一极坐标平面的r方向及θ方向，沿该r方向排列所定义的该导光单元列同时具有朝该θ方向的正或负端偏置的分布，且朝该θ方向的正或负端偏置的角度不超过5度。

12.如权利要求7所述的导光板，其特征是，该基板表面的两坐标轴方向是一极坐标平面的r方向及θ方向，沿该θ方向排列所定义的该导光单元列同时具有朝该r方向的正或负端偏置的分布，且朝该r方向的正端或负端偏置的距离，不超过该发光体至该导光板离该发光体最远程的距离的1/20。

13.如权利要求7所述的导光板，其特征是，该发光体是至少一发光二极管构成的点光源，且该导光单元于该导光板上的分布区域划分成多个导光区块，各该导光区块内的导光单元密度是由该导光区块接收的光强度决定。

14.如权利要求7所述的导光板，其特征是，该基板平面的两坐标轴方向是一直角坐标平面的X轴方向及Y轴方向，沿该X轴方向排列所定义的该导光单元列同时具有朝该Y轴方向的正或负端偏置的分布，且该导光单元列朝该Y轴方向的偏置距离不超过该导光板于该Y轴方向上的长度的1/20。

15.如权利要求7所述的导光板，其特征是，该基板平面的两坐标轴方向是一直角坐标平面的X轴方向及Y轴方向，沿该Y轴方向排列所定义的该导光单元列同时具有朝该X轴方向的正或负端偏置的分布，且该导光单元列朝该X轴方向的偏置距离不超过该导光板于该X轴方向上的长度的1/20。

16.一导光板，用以将发光体沿一辐射方向发出的光线闭合并扩散成面状，该导光板包含：

一基板；及

多个导光单元，形成于该基板上，其中各该导光单元的长轴方向是与该发光体的该光辐射方向实质平行。

17.如权利要求16所述的导光板，其特征是，该导光单元于该导光板上的分布区域划分成多个导光区块，且各该导光区块内的导光单元密度是由该导光区块接收的光强度决定。

18.一种面光源装置，包含：

一光源；

一导光板，用以将该光源发出的光线闭合并扩散成面状再由该导光板的一光出射面发出，该导光板上形成有以一平面的两坐标轴方向为基础排列的多个导光单元，且沿其中的一坐标轴方向排列产生的导光单元列同时具有朝另一坐标轴方向偏置的分布；及

一反射板，设置于该导光板相对该光出射面的一另侧，以将漏出该导光板的光线反射回该导光板内部。

19.如权利要求18所述的面光源装置，其特征是，该平面两坐标轴方向是一极坐标平面的r方向及θ方向、或一直角坐标平面的X轴方向及Y轴方向。

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