CN101285964A - 具有放射状沟槽的光学基板以及应用其的背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有放射状沟槽的光学基板以及应用其的背光模块，该光学基板包含一出光面以及一入光面，该入光面设置于该光学基板的一侧面，该出光面设置于该光学基板的一表面，一光源产生的光线射入该入光面，并自该出光面射出该光学基板。该光学基板包含多个第一导光沟槽，设置于该出光面上，用来导引自该入光面射入的光线，所述多个第一导光沟槽以该光源为中心呈放射状排列，分布于该光学基板的一第一边和一第二边之间，其中该第一边与该第二边的中心对称轴线为该光源的发光面中心的法线，光线强度于该中心对称轴线为1，而于该第一边与该第二边上的光线强度为1/2。

Description

具有放射状沟槽的光学基板以及应用其的背光模块

技术领域

本发明涉及一种使用于液晶显示装置的光学基板以及应用其的背光模块，且特别涉及一种具有放射状排列导光沟槽的光学基板以及应用其的背光模块。

背景技术

背光模块(Back light module)为液晶显示器(Liquid crystal display，LCD)的关键零组件之一。由于液晶本身不发光，背光模块的功能即在于供应充足的亮度与分布均匀的光源，通过简洁有效的光机构转化成高亮度且均一辉度的面光源，以提供液晶显示面板背光光源。液晶显示面板现已广泛应用于监视器、笔记本电脑、数码相机及投影机等具有成长潜力的电子产品，尤以笔记本电脑及LCD监视器等大尺寸用面板需求最大，也因此对于背光模块需求成长也日趋强烈。

背光模块主要由光源(例如冷阴极荧光管、热阴极荧光管、发光二极管)、反射板(reflector)、导光板(light guide plate)、扩散板(diffusion sheet)及棱镜片(Brightness Enhancement Film，BEF)等元件组装而成。光源射出的光线进入导光板后，导光板会导引进入的光线，将其均匀分布成一面光源，位于导光板底侧的反射板会将射向反射板方向的光反射回导光板中，防止光源外漏，以增加光的使用效率。由导光板射出的光线再经扩散板的均光作用与棱镜片的集光作用，提高光源的亮度与均匀度后，再将光线射入液晶面板内。棱镜片为规则条状排列的三角形棱镜，其主要功能在通过折射与内部全反射，将自导光板发出至四面八方的散乱光线的光向上折射并集中至角度约±35度的正视角(On-axis)方向，以提高正面亮度。

近几年来，随着发光二极管(Light Emitting Diode，LED)技术的成熟，使用LED作为光源的背光模块也逐渐应用于中小尺寸的液晶显示器。请参阅图1A、图1B、图2A和图2B。图1A是现有技术的导光板12与LED光源10的相对位置图，图1B是图1A的LED光源10射出的光线经过导光板12上导光沟槽14的光线路径图。图2A是现有技术的导光板22与LED光源20的相对位置图，图2B是图2A的LED光源20射出的光线经过导光板22上导光沟槽24的光线路径图。如图1A所示，LED光源10通常设计在导光板12的长边或是短边上，而导光板12的出光面通常会设计有用来集光的V形导光沟槽14，使得光尽量往正向出光的方向偏移出光以增加亮度。与光行进方向平行的V形导光沟槽一般会搭配两个以上LED光源10。或者是如图2A所示，圆弧状的V形沟槽24则搭配单颗LED光源20。

请参阅图3以及图4，图3示出了当LED光源10摆设于导光板12的角落时，导光板12的聚光区域的示意图，图4示出了当LED光源20摆设于导光板22的角落时，导光板22的聚光区域的示意图。随着LED发光强度增加及成本降低考虑下，未来趋势均希望能够以单颗LED作为背光模块的光源。此外为了让整个出光画面能够均匀化，LED光源摆放的位置则是改至背光模块的角落，但这样会导致传统的与光行进方向平行的V形沟槽14与圆弧状的V形沟槽24不仅不能达到集光作用，而且会有拦光效果。如图3以及图4所示，位于角落的LED光源10、20分别射入导光板12、22的光线，会分别在导光板12、22的前缘出光，所以造成导光板12、22靠近光源10、20的一端会出现亮区16、26，反之末端会有暗区18、28的现象，这会造成视觉效果的不均匀。除此之外，当导光单元的排列方向与搭配运用的液晶显示面板的液晶阵列平行度过高时，也极易产生因光干涉所导致的叠纹现象(morie)。再者，传统的线状曲线状的导光单元只能反射垂直方向的光线，使得非垂直方向光线因发散而无法被有效利用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的为开发出一种光学基板，该光学基板上设置放射状排列的导光沟槽，以解决上述现有技术的视觉效果不均匀、极易产生因光干涉所导致的叠纹现象等问题。本发明的导光沟槽的剖面夹角是依据使用光源的发光角度决定的，而放射状导光沟槽圆点可由光源的发光面中心点为圆心位置放射出去。

本发明的另一目的在于提供一种背光模块，其包含一光源以及一光学基板。该光源设置于该背光模块的一角落，用来产生一光线，其中该光源具有一发光面。该光学基板包含一出光面以及一入光面，该入光面设置于该光学基板的一侧面，用以接收该光源产生的该光线，该出光面设置于与一液晶显示面板相对应的该光学基板的平面，用以将该光线射出该光学基板，该出光面上具有多个第一导光沟槽，用来引导该入光面所接收的光线。所述多个第一导光沟槽以一圆心呈放射状排列，分布于该光学基板的一第一边和一第二边之间，其中该第一边与该第二边的中心对称轴线为该光源的发光面中心的法线，光线强度于该中心对称轴线为1，而于该第一边与该第二边上的光线强度为1/2。

依据本发明的实施例，该圆心为该光源的该发光面中心点，或是该圆心为该光学基板的入光面与该中心对称轴线的交点，或是该圆心可从该光源的该发光面中心点至该光学基板的该入光面与该中心对称轴线的交点之间在该中心对称轴线上自由的移动。

本发明的光学基板的出光面具有第一边和第二边，其中多个第一导光沟槽排列于第一边和第二边之间，并以一圆心呈放射状排列。由第二边开始至光学基板的一边缘设有多个第二导光沟槽，用来导引自该入光面射入的光线，所述多个第二导光沟槽平行位于第二边的该第一导光沟槽，且不设于该第一边以及该第二边之间。其中多个第二导光槽的沟槽深度以及沟槽间距为可调整。本发明的光学基板包含导光板或是扩散板。

本发明的另一目的在于提供一种光学基板，包含一出光面以及一入光面，该入光面设置于该光学基板的一侧面，用以接收一光源产生的光线，该出光面设置于与一液晶显示面板相对应该光学基板的平面，用以将该光线射出该光学基板，该光学基板包含：多个第一导光沟槽，设置于该出光面上，用来导引自该入光面所接收的光线，所述多个第一导光沟槽以一圆心呈放射状排列，分布于该光学基板的一第一边和一第二边之间，其中该第一边与该第二边的中心对称轴线为该光源的发光面中心的法线，光线强度于该中心对称轴线为1，而于该第一边与该第二边上的光线强度为1/2。

在一实施例中，该光学基板包含一出光面以及一入光面，该入光面设置于该光学基板的一侧，该出光面设置于该光学基板的顶侧，一光源产生的光线射入该入光面，并自该出光面射出该光学基板。该光学基板包含多个第一导光沟槽，设置于该出光面上，用来导引自该入光面射入的光线，所述多个第一导光沟槽以该光源为中心呈放射状排列，且每一个第一导光沟槽的剖面的夹角以及宽度依据该光源的发光角度而调整。

本发明的光学基板的出光面具有第一边和第二边，其中多个第一导光沟槽排列于第一边和第二边之间，并以一圆心呈放射状排列。由第二边开始至光学基板的一边缘以及由第一边开始至光学基板的另一边缘皆设有多个第二导光沟槽，用来导引自该入光面射入的光线，所述多个第二导光沟槽平行位于第二边及第一边的该第一导光沟槽。其中多个第二导光槽的沟槽深度以及沟槽间距为可调整。

本发明的光学基板包含导光板或是扩散板。

本发明的有益技术效果在于，相较于现有技术，本发明的光学基板上设置放射状排列的第一导光沟槽，以便于应用于单颗光源角落入光的背光模块。其不仅可以发挥导光沟槽原本的集光特性，增加背光模块的辉度，更由于放射状第一导光沟槽的位置设计与光源的发射位置相同，让光源射出的光线可以顺着第一导光沟槽射入至背光模块的最末端，以解决亮暗区的问题并达到出光均匀性的要求。同时，成功地开发符合辉度及均匀性要求的单颗光源的背光模块，更可以有效地降低成本。

附图说明

图1A是现有技术的导光板与LED光源的相对位置图。

图1B是图1A的LED光源射出的光线经过导光板上导光沟槽的光线路径图。

图2A是现有技术的导光板与LED光源的相对位置图。

图2B是图2A的LED光源射出的光线经过导光板上导光沟槽的光线路径图。

图3示出了当LED光源摆设于导光板的角落时，导光板的聚光区域的示意图。

图4示出了当LED光源摆设于导光板的角落时，导光板的聚光区域的示意图。

图5为本发明液晶显示装置的结构示意图。

图6A为本发明第一实施例的导光板与光源的相对位置图。

图6B为本发明第二实施例的导光板与光源的相对位置图。

图7为本发明的光源的发光强度与发光角度的关系图。

图8是本发明的第一导光沟槽间距与发光角度的关系图。

图9为本发明第三实施例的导光板与光源的相对位置图。

其中，附图标记说明如下：

10、20LED光源          12、22导光板

14、24导光沟槽         16、26亮区

18、28音区             100显示装置

102背光模块            104液晶显示面板

52光源                 54反射板

56导光板               58扩散板

60、62棱镜片           522轴线

561第二边              563第一边

562入光面              524、524’圆点

564出光面              566导光沟槽

82第一导光沟槽

82a-82c第一导光沟槽    84、84a-84b第二导光沟槽

具体实施方式

请参阅图5，图5为本发明显示装置100的结构示意图。显示装置100可为一液晶显示装置，其包含背光模块102以及液晶显示面板104。背光模块102包含光源52、反射板54以及导光板56。背光模块102主要由光源(例如发光二极管)52、反射板54、光学基板(在本实施例为导光板56)、扩散板58及棱镜片60和62等元件组装而成。光源52射出的光线进入导光板56后，导光板56会导引进入的光线，将其均匀分布成一面光源，反射板54会将射向反射板54方向的光反射回导光板56中，防止光源外漏，以增加光的使用效率。由导光板56射出的光线再经扩散板58的均光作用与棱镜片60和62的集光作用，提高光源的亮度与均匀度后，再将光线射入液晶显示面板104内。在较佳实施例中，棱镜片60和62为规则条状排列的三角形棱镜，其主要功能在于通过折射与内部全反射，将自导光板56发出至四面八方的散乱光线的光向上折射并集中至角度约±35度的正视角方向，以提高正面亮度。液晶显示面板104包含一液晶分子层(图未示)，依据导光板56射出的光线以及该液晶分子层内的液晶分子转动方向产生一影像。导光板56包含入光面562以及出光面564，其出光面564设置于与液晶显示面板104相对应的导光板56的平面，出光面564上具有多个导光沟槽566。入光面562位于紧邻光源的导光板56的侧面，以用来接收光源52产生的光线。光源52发射的光线由入光面562进入导光板56内部后，再经由出光面564将光线射出导光板56。

请参阅图6A以及图6B，图6A为本发明第一实施例的导光板与光源的相对位置图，图6B为本发明第二实施例的导光板与光源的相对位置图。其出光面上的多个导光沟槽566至少包含多个第一导光沟槽82以及多个第二导光沟槽84，用来引导射入导光板56的光线，使该光线的亮度均匀分布于导光板56。多个第一导光沟槽82以圆点524为圆心呈放射状排列，其中该圆点524为光源发光面的中心点，其在导光板出光面的分布范围是从第一边563至第二边561，并且轴线522为第一边563与第二边561的中心对称轴线，其中，轴线522为光源52的发光面中心的法线，光线强度于此轴线522上为1，而第一边563与第二边561上的光线强度为1/2，且每一个第一导光沟槽82的剖面的夹角以及宽度依据光源52的发光角度α而调整。而多个第二导光沟槽84则是相互平行于第二边561上的第一导光沟槽82b，且多个第二导光沟槽84之间的间距为等距的。值得注意的是，于此第一实施例中第一导光沟槽82的第一边563与导光板56一边缘重叠，而第一导光沟槽82的第二边561亦有可能与导光板56的另一边缘重叠，如此导光板56上即无第二导光沟槽84的分布(图未示)，然而，第一导光沟槽82的第一边563亦有可能不会与导光板56的一边缘重叠，而落于导光板56之内，请参阅图6B，其实际状况视光源52的光线强度而定，未被第一导光沟槽82所覆盖之处，则是分别以平行位于第一边563的第一导光沟槽82c为准来布满多个第二导光沟槽84b。

请参阅图7以及图8，图7为本发明的光源的发光强度与发光角度的关系图，图8是本发明的第一导光沟槽间距与发光角度的关系图，从图7中可以发现光源的发光角度范围较佳为0度～60度，最佳为0度～20度，其第一导光沟槽间距范围较佳为0.01～0.1毫米，最佳为0.05～0.04毫米。如前所述，每一个第一导光沟槽82的剖面呈V字形，根据光源52的不同发光角度α会有不同的发光强度去设计第一导光沟槽82的间距变化。最后，如图6所示，未被第一导光沟槽82所覆盖之处，则是以平行位于第二边561的第一导光沟槽82b为准来布满多个第二导光沟槽84，以达到背光模块102开发所需的辉度及均匀性要求。其中多个第二导光沟槽84以可变的间距以及可变的沟槽深度排列。

请同时参阅图6A以及图9，图9为本发明第三实施例的导光板与光源的相对位置图。参阅图9，圆点524’的位置为位于导光板的入光面562与轴线522的交点，第一导光沟槽82放射状排列的圆心，即圆点524或524’，可以从光源的发光面的中心点至导光板的入光面562与轴线522上的交点之间在其轴线522上自由的移动，相较于图6A的圆点524，当第一导光沟槽82的圆点524’距离导光板56越近，则整个第一导光沟槽82在导光板56所占的角度及面积就越大，而第二导光沟槽84所占的面积就越小。因此对于整体光学表现上会有不同的影响效应。而未被第一导光沟槽82所覆盖之处，则是分别以平行位于第二边561的第一导光沟槽82b为准来布满多个第二导光沟槽84a，与以平行位于第一边563的第一导光沟槽82c为准来布满多个第二导光沟槽84b，以达到背光模块102开发所需的辉度及均匀性要求。其中多个第二导光沟槽84a、84b以可变的间距以及可变的沟槽深度排列。

在本发明的导光沟槽的设计并不限于导光板，亦可应用于扩散板58或是其它用来导引光线的光学基板。

相较于现有技术，本发明的光学基板上设置放射状排列的第一导光沟槽，以便于应用于单颗光源角落入光的背光模块。不仅可以发挥导光沟槽原本的集光特性，增加背光模块的辉度，更由于放射状第一导光沟槽的位置设计与光源的发射位置相同，让光源射出的光线可以顺着第一导光沟槽射入至背光模块的最末端，以解决亮暗区的问题并达到出光均匀性的要求。同时，成功地开发符合辉度及均匀性要求的单颗光源的背光模块，更可以有效地降低成本。

虽然本发明已以实施例披露如上，然而其并非用以限定本发明，任何具有本发明所属技术领域的通常知识的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种背光模块，适用于一液晶显示装置，其包含：

一光源，设置于该背光模块的一角落，用来产生一光线，其中该光源具有一发光面；以及

一光学基板，包含一出光面以及一入光面，该入光面设置于该光学基板的一侧面，用以接收该光源产生的该光线，该出光面设置于与一液晶显示面板相对应的该光学基板的平面，用以将该光线射出该光学基板，该出光面上具有多个第一导光沟槽，用来引导该入光面所接收的光线，其中所述多个第一导光沟槽以一圆心呈放射状排列，分布于该光学基板的一第一边和一第二边之间，其中该第一边与该第二边的中心对称轴线为该光源的发光面中心的法线，光线强度于该中心对称轴线为1，而于该第一边与该第二边上的光线强度为1/2。

2.如权利要求1所述的背光模块，其中该光源为一发光二极管。

3.如权利要求1所述的背光模块，其中该光学基板的出光面另设有多个第二导光沟槽，所述多个第二导光沟槽用来引导该入光面所接收的光线，所述多个第二导光沟槽平行于该第一导光沟槽的该第一边或该第二边。

4.如权利要求3所述的背光模块，其中所述多个第二导光沟槽以可变的间距以及可变的沟槽深度排列。

5.如权利要求1所述的背光模块，其中每一个第一导光沟槽的剖面的夹角以及宽度依据该光源的发光角度而调整。

6.如权利要求1所述的背光模块，其中该圆心为该光源的该发光面的中心点。

7.如权利要求1所述的背光模块，其中该圆心为该光学基板的该入光面与该中心对称轴线的交点。

8.如权利要求1所述的背光模块，其中该圆心可从该光源的该发光面中心点至该光学基板的该入光面与该中心对称轴线的交点之间在该中心对称轴线上自由的移动。

9.如权利要求1所述的背光模块，其中该光学基板包括导光板。

10.如权利要求1所述的背光模块，其中该光学基板包括扩散板。

11.一种光学基板，包含一出光面以及一入光面，该入光面设置于该光学基板的一侧面，用以接收一光源产生的光线，该出光面设置于与一液晶显示面板相对应的该光学基板的平面，用以将该光线射出该光学基板，该光学基板包含：

多个第一导光沟槽，设置于该出光面上，用来导引自该入光面所接收的光线，所述多个第一导光沟槽以一圆心呈放射状排列，分布于该光学基板的第一边和一第二边之间，其中该第一边与该第二边的中心对称轴线为该光源的发光面中心的法线，光线强度于该中心对称轴线为1，而于该第一边与该第二边上的光线强度为1/2。

12.如权利要求11所述的光学基板，其中该光源为一发光二极管。

13.如权利要求11所述的光学基板，其中该光学基板的出光面另设有多个第二导光沟槽，所述多个第二导光沟槽用来引导该入光面所接收的光线，所述多个第二导光沟槽平行于该第一导光沟槽的该第一边或该第二边。

14.如权利要求13所述的光学基板，其中所述多个第二导光沟槽以可变的间距以及可变的沟槽深度排列。

15.如权利要求11所述的光学基板，其中该光学基板为一导光板。

16.如权利要求11所述的光学基板，其中该光学基板为一扩散板。

17.如权利要求11所述的光学基板，其中每一个第一导光沟槽的剖面的夹角以及宽度依据该光源的发光角度而调整。

18.如权利要求11所述的光学基板，其中该圆心为该光源的该发光面的中心点。

19.如权利要求11所述的光学基板，其中该圆心为该光学基板的入光面与该中心对称轴线的交点。

20.如权利要求11所述的光学基板，其中该圆心可从该光源的该发光面中心点至该光学基板的该入光面与该中心对称轴线的交点之间在该中心对称轴线上自由的移动。

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