CN101349778A - 导光板及背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于背光模块中的导光板，其具有上平面、下平面以及至少一入光侧面。其中上平面与下平面相对且二者实际上相平行，入光侧面和下平面形成一夹角其角度为β1且90°－sin^－1(sinθ×(n_a/n_m))≤β1＜90°，其中θ为光线的入射角，n_a为入射介质的折射率且n_m为该导光板的折射率。如此一来，当光线由入光侧面进入导光板时，会被导引至下平面，而下平面上的扩散点可扩散性地反射光线，使得光线可由上平面射出。

Description

导光板及背光模块

技术领域

本发明涉及一种导光板，且特别是涉及一种用于背光模块的导光板。

背景技术

背光模块可作为液晶显示器的照明设备，其可由液晶面板的侧面或背面提供适当的光线。将背光模块运用于小型液晶显示器中，可改善其在低亮度周边环境中的显示能力；将背光模块运用于电脑显示器以及液晶电视中，可产生类似阴极射线管(cathode ray tube，CRT)显示器的显示效果。

常见的背光模块光源有白炽光灯泡、发光二极管(light-emitting diode，LED)、电场发光面板(Electroluminescent panel，ELP)、冷阴极射线管(coldcathode fluorescent lamp，CCFL)或热阴极射线管(hot cathode fluorescentlamps，HCFL)等。目前为止，使用最广泛的背光模块光源为CCFL。然而近年来，市场对于显示装置薄形化的需求日益增高，由于LED元件尺寸小于CCFL元件尺寸，因此LED背光模块的前景看好，主要国际大厂的笔记型电脑皆纷纷采用LED作为液晶显示器的背光模块光源。

然而，LED是一种点光源，所发出的光线具有很强的指向性，因此如何将LED发出的光线均匀化，以提供高品质的照明效果，是LED背光模块所面临的重要课题。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种用于背光模块的导光板，用以将LED光源发出的光线均匀化，以提升显示装置的效能与品质。

本发明一态样提出一种用于背光模块中的导光板。根据一实施例，上述导光板包含上平面、下平面以及至少一入光侧面。其中上平面与下平面相对且二者实际上相平行，入光侧面和下平面形成一夹角β1且

其中θ为光线的入射角，n_a为入射介质的折射率且n_m为该导光板的折射率。如此，当光线由入光侧面进入导光板时，会被导引至下平面，而下平面上由多个扩散点形成的扩散图样可扩散性地反射光线，使得光线可由上平面射出。

本发明另一态样提出一种背光模块。根据一实施例，背光模块包含上述本发明实施例的导光板及至少一光源。上述光源包含至少一发光二极管，设于入光侧面上。如此，当光源发出的光线由入光侧面进入导光板时，会被导引至下平面，而下平面上由多个扩散点形成的扩散图样可扩散性地反射光线，使得光线可由上平面射出。

根据本发明又一态样提出一种液晶显示装置，其包含上述实施例的背光模块。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：

图1绘示依照本发明一实施例的背光模块的立体图；

图2绘示图1的背光模块的导光板的示意图；

图3绘示图1的背光模块的剖面示意图；

图4绘示依照本发明另一实施例的背光模块的剖面示意图。

主要元件符号说明

100、200：背光模块         110、210：导光板

102、202：上平面           120、220、222：光源

104、204：下平面           130、230、232：软性电路板

106、206、207：入光侧面    140、240、242：外罩

108、208：扩散点

具体实施方式

如前所述，由于LED的指向性极强，当将LED背光模块用于液晶显示装置时，会在液晶面板的入光侧出现热点(hot spot)。为了改善此一问题，在LED背光模块中需加入扩散装置或导光板，以将LED发出的光线导向液晶面板。

另一方面，用于薄型化显示装置的小尺寸LED背光模块通常采用侧光式(side view type)白光LED并搭配上述导光板。导光板的结构会使得光线能量过于集中，因此会在液晶面板的出光侧形成亮带。

有鉴于此，本发明的一方面提供一种适用于背光模块的导光板，可有效地避免在液晶面板的出光侧形成亮带，使得LED光源发出的光线均匀地导向液晶面板，以提升显示装置的效能与品质。

请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的背光模块的立体图。在本实施例中，背光模块100包含导光板110以及光源120。上述导光板100具有上平面102可用以射出光线；下平面104与上平面102相对且二者实际上互相平行；由多个扩散点构成的扩散图样(未绘示)配置于下平面104之上；以及第一入光侧面106。光源120可为LED光源，其位于第一入光侧面106之上。第一入光侧面106和下平面104之间具有一夹角其角度为β1，而使得光源120发出的光线可由第一入光侧面106入射至导光板110之中，接着入射光线经折射后到达下平面104上，且此扩散图样可扩散性地反射入射光线并由上平面102射出此光线。

值得注意的是，本实施例中，第一入光侧面106和下平面104之间的特定角度(β1)，可改变由光源120发出的光线进入导光板110的入射角度以及在导光板110中行进的路径。改变光线路径有两个优点。首先，光线可朝向下表面104行进，以通过下表面104上的扩散图样的多个扩散点将光线均匀化，以减少入光侧热点的形成。再者，此种配置使得原本直接朝向导光板110出光侧(也就是上表面102)的光线路径改变，可改善出光侧产生亮点的缺陷。

请参照图2，其绘示图1中导光板的示意图。本实施例详细说明β1角度的决定方法。图2中，导光板110的上表面102长度为L，上表面102距离下表面104的高度为t，入光侧面106和下表面104的夹角角度为β1，且下表面104上有多个扩散点108所形成的扩散图样。此外，图2中以箭号表示光线行进路径，虚线为过入射点的法线，入射角为θ以及折射角为θ’。

为了使导光板110达到最佳的导光效果，由光源120进入导光板110的光线，经过折射后必须覆盖全部下表面104才能保证所需的发光效果。换言之，由A点入射的光线至少须到达B点，因此可得到下述方程式(一)：

$\tan ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\γ})\≥\frac{L}{t}$ 方程式(一)

又，已知β1＝γ，且在导光板110中，L通常远大于t，故可将方程式(一)简化成下述方程式(二)：

β1之90°-θ′    方程式(二)

若导光板110的折射率为n_m，且入射介质的折射率为n_a，则可将θ’表示为下述方程式(三)：

${\sin \mathrm{\θ}}^{,}=\sin \mathrm{\θ}\×\frac{n_a}{n_m}$ 方程式(三)

将方程式(三)代入方程式(二)可得到下述方程式(四)：

方程式(四)

此外，如上所述，由于光线行进路径需朝向下表面104，因此β1＜90°，故可得到下述方程式(五)，以计算本实施例中β1的较佳范围：

方程式(五)

根据本发明一实施例，导光板的材质可为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)，其折射率约为1.48。且由于光源紧邻入光侧面106，故可将入射介质的折射率n_a视为1。现有的LED由于其发光的强指向性，光能量几乎全部集中在发光轴±55°内，故θ最大角度约为55°。将上述条件代入方程式(五)可得到56.4°≤β1＜90°。

根据本发明另一实施例，导光板的材质可为聚碳酸酯(polycarbonate，PC)，其折射率约为1.59。且由于光源紧邻入光侧面106，故可将入射介质的折射率n_a视为1。θ最大角度约为55°。将上述条件代入方程式(五)则可得到60.5°≤β1＜90°。

根据上述实施例，在设计导光板110时，可针对不同的导光板材质，利用上述方程式计算出适当的β1范围。另一方面，在上述β1范围中，也可通过选择特定β1角度，并根据需要合理配置下表面104上的扩散点108的大小及密度，以改变LED背光模块100的光学效果。举例而言，当β1越大时，在入光侧经扩散点扩散的光线也就越少，因而热点的区域相对较大。

此外，图2中绘示的导光板110具有多个扩散点108所形成的扩散图样。当光线遇到下表面104上的扩散点108时，扩散点108能够扩散性地反射该光线，以进一步改变光线的行进方向，且将光线均匀化。

扩散点的制造方法主要有印刷法以及化学蚀刻法两种。印刷法将具有高度光散射特性的印刷涂料(如SiO₂或TiO₂)，以网点印刷的方式形成于导光板110的下表面104上。化学蚀刻法则是将扩散点以感光性油墨转印在模具上，再进行曝光显影并利用蚀刻液蚀刻。

在侧光式背光模块的导光板中，在邻近光源处，扩散点108的密度较疏且通常直径较小；在远离光源处，扩散点108的密度较密且通常直径较大。如此，入射光线经折射后可均匀地由上表面102射出。

图3绘示背光模块100的剖面示意图。背光模块100包含导光板110、光源120、软性电路板130以及外罩140。导光板110的下表面104上有多个扩散点108。光源120设于软性电路板130上，且光源120紧邻入光侧面106。外罩140覆盖整个光源120(以及软性电路板130)，且覆盖部分的上表面102及下表面104。

图4绘示本发明另一实施例的背光模块的剖面示意图。根据图4，背光模块200为双侧入光的形式，其结构大致上与图3的背光模块100类似。详言之，背光模块200包含导光板210、第一光源220及第二光源222、第一软性电路板230及第二软性电路板232、以及第一外罩240及第二外罩242。导光板210的下表面204上有多个扩散点208。第一光源220及第二光源222分别设于第一软性电路板230及第二软性电路板232上，且第一光源220及第二光源222分别紧邻第一入光侧面206及第二入光侧面207。第一外罩240及第二外罩242分别覆盖整个第一光源220及第二光源222(以及软性电路板230及232)，且分别覆盖部分的上表面202及下表面204。

根据本发明另一实施例，在邻近第一光源220及第二光源222处，扩散点208的密度较疏；且在远离第一光源220及第二光源222处，扩散点208的密度较密。

以上实施例中所述的背光模块可适用于液晶显示装置。由于此背光模块采用特殊的结构，可有效地防止亮带及热点产生。在实际运中，此背光模块可提供更均匀的光线导向液晶面板，由此大幅提升显示装置的效能与品质。

虽然已结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以所附的权利要求所界定的为准。

Claims (17)

1、一种导光板，适用于一背光模块中，该导光板包含：

上平面，用以射出该光线；

下平面，与该上平面相对；

扩散图样位于该下平面之上，其中该扩散图样由多个扩散点所组成；以及

第一入光侧面，其和该下平面形成一夹角角度β1且

其中θ为光线的入射角，n_a为入射介质的折射率且n_m为该导光板的折射率，而使得由该第一入光侧面入射的光线经折射而到达该下平面上，且该扩散点扩散性地反射该入射光线并由该上平面射出该光线。

2、如权利要求1所述的导光板，其中该上平面实质平行于该下平面。

3、如权利要求1所述的导光板，还包含一第二入光侧面和该第一入光侧面相对，且和该下平面形成一夹角角度β2且

而使得由该第一入光侧面入射的光线经折射而到达该下平面上，且该扩散点扩散性地反射该入射光线并由该上平面射出该光线。

4、如权利要求1所述的导光板，其材质为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

5、如权利要求1或3所述的导光板，其中当该导光板的折射率为约1.48时，β1及β2的范围分别为56.4°≤β1＜90°以及56.4°≤β2＜90°。

6、如权利要求1或3所述的导光板，其中当该导光板的折射率为约1.59时，β1及β2的范围分别为60.5°≤β1＜90°以及60.5°≤β2＜90°。

7、如权利要求1所述的导光板，其中该扩散点在邻近该背光模块的一光源处的密度较疏且直径较小，以及该扩散点在远离该光源处的密度较密且直径较大。

8、一种背光模块，包含：

导光板，包含：

上平面，用以射出该光线；

下平面，与该上平面相对；

扩散图样位于该下平面之上，其中该扩散图样由多个扩散点所组成；以及

第一入光侧面，其和该下平面形成一夹角角度β1且

其中θ为光线的入射角，n_a为入射介质的折射率且n_m为该导光板的折射率；以及

第一光源，设于该第一入光侧面之上，其中该第一光源包含至少一个发光二极管，

其中，第一光源发出的光线由该第一入光侧面入射至导光板中后经折射而到达该下平面上，且该扩散点扩散性地反射该入射光线并由该上平面射出该光线。

9、如权利要求8所述的背光模块，其中该上平面实质平行于该下平面。

10、如权利要求8所述的背光模块，其中该发光二极管设于一软性电路板上。

11、如权利要求8所述的背光模块，还包含：

第二入光侧面，与该第一入光侧面相对，且和该下平面形成一夹角角度β2且

以及

第二光源，设于该第二入光侧面之上，其中该第二光源包含至少一个发光二极管，

其中，第一光源发出的光线由该第一入光侧面入射至导光板中后经折射而到达该下平面上，且该扩散点扩散性地反射该入射光线并由该上平面射出该光线。

12、如权利要求8所述的背光模块，其中该发光二极管设于一软性电路板上。

13、如权利要求8所述的背光模块，其材质为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

14、如权利要求8或11所述的背光模块，其中当该导光板的折射率为约1.48时，β1及β2的范围分别为56.4°≤β1＜90°以及56.4°≤β2＜90°。

15、如权利要求8或11所述的背光模块，其中当该导光板的折射率为约1.59时，β1及β2的范围分别为60.5°≤β1＜90°以及60.5°≤β2＜90°。

16、如权利要求8或11所述的背光模块，其中该扩散点在邻近该第一光源和/或该第二光源处的密度较疏且直径较小，以及该扩散点在远离该第一光源和/或该第二光源处的密度较密且直径较大。

17、一种液晶显示装置，包含一种如权利要求8或11所述的背光模块。

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