CN101718417B - 液晶显示器及其导光板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶显示器及其导光板。所述导光板具有出光面与入光面，于出光面上正对于入光面的方向，配置有微结构模块，为多个彼此交替排列的锥状微结构，每一微结构的一端的宽度小于另一端的宽度。且该些微结构的一端端点的连线为一曲线，而另一端端点的连线为一直线或一曲线。

Description

液晶显示器及其导光板

技术领域

本发明是有关于一种导光板，特别是有关于一种适用于液晶显示面板的导光板。

背景技术

液晶显示器并非一能自发光源的显示装置，其主要利用外部光源所发出的光线通过显示面板，来照亮液晶显示器，因此通常需要外部光源及相应的导光装置，如背光模块，以将外部光源所发出的光线导向显示面板。

目前，由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有低工作电压、高发光辉度、响应速度快、寿命长的特点，因此多用作液晶显示器的背光模块的光源。但发光二极管所发出的出射光，具有较强的光学指向性，即出射光具有一定的发散角度，当其直接涉入背光模块的导光板时，使导光板的入光面一侧容易出现光学暗区，不易获得较佳的入光均匀度。

侧光式LED背光架构的光源，是由发光二极管所发出的出射光自导光板外侧入光面的空气层，入射至导光板，再从导光板的出光面散射至液晶显示板上。但因导光板的折射率较空气层的折射率大，在光线折射效果的影响之下，使得LED光线进入导光板后，邻近于导光板的入光面的区域，LED的光线将被收集至较小的角度范围，因此容易于两两LED之间出现光线较弱的暗区，而在液晶显示板上产生光线的暗点，而位于LED正前方的导光板区域却产生亮点，使得邻近于导光板入光面的区域部分的光线分布不均匀，而必须缩减液晶显示板上可用的显示区。

因此，已知的液晶显示器的LED背光架构的导光板，仍具有改善空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种导光板，是于导光板接近入光面的上表面附近，设置多个微结构，使光线经过此微结构，进而填补LED之间的暗带。并考虑LED发光特性，设计适当的微结构长度来达到均匀配光的效果。

本发明的所提出的一种导光板，至少包括一主体及一微结构模块，主体具有一出光面与一入光面相接于出光面；微结构模块包括多个微结构，为彼此交替排列的锥状微结构，以正对于入光面的方向，配置于导光板的出光面上，每一微结构包括一第一端，相对于第一端的一第二端，以及一顶端或底端，第二端的宽度小于第一端的宽度，所述微结构为凸设于所述出光面上的具有顶端的锥状凸体或凹入于所述出光面的具有底端的锥状凹槽，顶端或底端到第一端的距离小于顶端或底端到第二端的距离。其中，微结构的该些第一端的连线为一曲线，而微结构的第二端的连线为一直线或一曲线。

本发明的导光板上的多个微结构均为锥状微结构，可分为主要锥状微结构与次要锥状微结构。主要锥状微结构与次要锥状微结构彼此交替排列，而主要锥状微结构的顶端圆角的夹角与次要锥状微结构的顶端圆角的夹角为相异。每一微结构均为狭长锥体，但其宽度是沿着第一端向第二端的方向逐渐缩减。

因此，通过本发明的导光板的构造，由于该些微结构在靠近导光板的入光面的第一端的连线为一周期性函数曲线，故将入射进入导光板入光面的光线的光源，设于正对于周期性函数曲线的波峰的位置，使得入射进导光板入光面的光线，经由该些微结构的折射与反射，于导光板的出光面上呈现出均匀光线分布。

本发明的另一目的是提出一种具有前述导光板所设计的液晶显示器，另外包括多个光源及一液晶面板。多个光源配置在对应于导光板的入光面，可为多个发光二极管，该些光源是设于正对于该些微结构的一端连线所排列出的周期性函数曲线的波峰的位置，以使得该些光源的光线入射进导光板的入光面后，经由该些微结构的折射与反射，而于出光面上呈现出均匀光线分布。而液晶面板是对应于导光板的出光面配置，液晶面板具有一显示区与一非显示区相邻于显示区。显示区靠近该入光面的边界，对应于该些微结构于该导光板上的位置，使得液晶面板的显示区的边缘恰位于导光板上的该些微结构上方，使得整个显示区的范围皆能利用到导光板的出光面上透射出的均匀光线分布。

根据本发明提供的技术方案，通过利用导光板的微结构的折射与反射，使得导光板的出光面上呈现出均匀光线分布。

附图说明

图1所示为本发明的实施方式一的导光板的俯视图；

图2为本发明的实施方式一的导光板的局部立体图；

图3为沿着如图1的方向V1的侧视图；

图4为沿着如图1的方向V2的侧视图；

图5为本发明的实施方式二的导光板的局部立体图；

图6为沿着如图1的方向V1的侧视图；

图7为沿着如图1的方向V2的侧视图；

图8所示为本发明的实施方式三的导光板的局部俯视图；

图9所示为本发明的实施方式四的导光板的局部俯视图；

图10所示为本发明的实施方式五的导光板的俯视图；

图11为沿着如图10的方向V1的侧视图；

图12所示为根据本发明的一实施方式的液晶显示器的局部分解立体图；

图13所示为根据本发明的另一实施方式的液晶显示器的局部分解立体图；以及

图14是通过具有如图4的不同顶端圆角夹角的微结构的导光板所测量出的光强度分布图。

附图标号

10：导光板              3521：次曲线线段

100：主体               3522：直线线段

110：出光面             354：第二端连线

120：入光面             40：导光板

130：微结构             400：导光板主体

130a：主要锥状微结构    410：出光面

130b：次要锥状微结构    420：入光面

132：第一端             430：微结构

134：第二端             432：第一端

136：顶端               434：第二端

138a：顶端圆角          452：第一端连线

138b：顶端圆角          454：第二端连线

150：微结构模块         50：导光板

152：第一端连线         500：主体

154：第二端连线         510：出光面

156：波峰               520：入光面

20：导光板              530：微结构

200：主体               532：第一端

210：出光面             534：第二端

220：入光面             536：顶端

230：微结构             550：微结构模块

230a：主要锥状微结构    552：第一端连线

230b：次要锥状微结构    554：第二端连线

232：第一端                556：波峰

234：第二端                600：液晶显示器

236：顶端                  610：光源

238a：顶端圆角             620：液晶面板

238b：顶端圆角             621：非显示区

30：导光板                 622：显示区

300：导光板主体            6221：边界

310：出光面                D、D1、D2、D3、D4、D5、D6、

320：入光面                D7、D8、D9、D10：长度

330：微结构                L：距离

332：第一端                V1、V2：方向

334：第二端                W1、W2、W3、W4：宽度

352：第一端连线

具体实施方式

请配合参照图1，是根据本发明的一实施方式的导光板的俯视图。如图1所示，本发明的导光板10至少包括主体100及微结构模块150，主体100具有出光面110与入光面120，入光面120是相接于出光面110，例如：入光面120是与出光面110直角相交。微结构模块150是由多个微结构130组成，例如：锥状微结构、半圆柱状维结构、半椭圆球状微结构、或者棱柱状维结构等等，配置于出光面110上，并邻近于入光面120。多个微结构130在靠近入光面120的第一端132端点的连线152为一周期性函数曲线，较佳可为正弦函数或余弦函数的曲线，或者为正弦或余弦的指数型函数曲线。而多个微结构130在远离入光面120的第二端134的连线154为一直线。其中，微结构130在靠近入光面120的一端与入光面120之间的距离D(见图12)，通常是定义为导光板空白区，其用途在于使光源的光线，例如：发光二极管的光线进入导光板10碰到微结构130前，具有较大的横向宽度，亦即减少光线的指向性，使得光线碰到导光板上微结构130而出光时，可减少亮暗带的差异，此距离理论上愈大愈好；但不可进入液晶面板620的显示区622内(见图12)，或者与液晶面板620的显示区622重迭，且需预留调整亮暗差异时的结构变化空间，例如：结构大小、深度等等。因此，距离D会因两相邻的光源之间的距离，例如：两相邻的发光二极管之间的距离(LED Pitch)B(见图12)，或者入光面120至显示区622之间的距离而有最小(例如：大于0毫米)及最大(例如：小于等于7毫米)的限制，其较佳者则介于3毫米(mm)与4.5毫米(mm)之间。在本实施例中，对应的两相邻的发光二极管之间的距离B为8.8毫米(mm)，请配合参照图12。

请配合参照图2至图4。图2为本发明的一实施方式的导光板10的局部立体图，而图3与图4分别为如图1沿着方向V1的侧视图及沿着方向V2的侧视图。如图2与图4所示，配置于出光面110上的多个微结构130均为凸出于出光面110的锥状凸体，可分为主要微结构130a与次要微结构130b，其中主要微结构130a的顶端圆角的夹角138a的角度异于次要微结构130b的顶端圆角的夹角138b的角度，例如：夹角138a小于夹角138b，分别用以提供光源前方的出光面与光源之间的出光面的亮度。而主要微结构130a与次要微结构130b彼此交替并排，则用以互补其不足，以减少亮暗带的产生。在本实施例中，是以主要微结构130a、次要微结构130b、主要微结构130a、次要微结构130b……的方式，以1∶1的比例交替并排，但主要微结构130a与次要微结构130b也可以1∶2或3∶2等比例交替并排，本发明并不以此为限。但每一微结构130的宽度，是沿着远离入光面120的方向递减，即自第一端132的宽度W1缩减至第二端134的宽度W2，用以逐步减缓出光量，并衔接至无微结构的区块，使得第二端134与相邻的无微结构的区块的光学差异缩小，可再进一步均匀化光线，在微结构130为锥状凸体的实施例中，宽度W2为0，使得第二端134与相邻的无微结构的区块的光学差异缩减至最小，达到较佳的光学效果。如图3所示，每个微结构130凸出于出光面110的顶端136到微结构130靠近入光面120的第一端132的距离D1，小于顶端136到微结构130远离入光面120的第二端134的距离D2，用以使距离D2对应处的微结构130斜率或是坡度较缓，亦即光线入射结构面的深度渐渐变浅，而逐步减少在距离D2对应处的出光量。此外，上述的多个微结构130，如图2所示，其中主要微结构130a与次要微结构130b，其靠近入光面120的最大横向宽度W1的范围较佳介于39.5微米(μm)与48.5微米(μm)之间，是基于成形的因素考量，可用以提供较高的微结构高度。又如图4所示，其中主要微结构130a的顶端圆角138a的角度范围介于90°与110°之间，用以提供光源正前方出光面的亮度，且顶端圆角138a的曲率半径范围介于16微米(μm)与20微米(μm)之间，用以减缓微结构可能会造成的光指向性过强的现象；主要微结构130a的顶端圆角138a到出光面110的距离D3范围介于11.5微米(μm)与14.5微米(μm)之间，用以提供较高的微结构高度，如图4所示。

而次要微结构130b顶端圆角138b的角度范围介于126°与155°之间，用以补强光源与光源之间出光面的亮度，且顶端圆角138b的曲率半径范围介于22.5微米(μm)与27.5微米(μm)之间，用以减缓微结构可能会造成的光指向性过强的现象；次要微结构130b的顶端圆角138b到出光面110的距离D4范围介于5.5微米(μm)与7微米(μm)之间，用以提供较低的微结构高度。

再配合参照图5至图7。图5为本发明的一实施方式的导光板20的局部立体图，而图6与图7分别为如图1沿着方向V1的侧视图及沿着方向V2的侧视图。如图5与图7所示，配置于出光面210上的多个微结构230均为凹入于出光面210的锥状凹槽，可分为主要微结构230a与次要微结构230b，其中主要微结构230a的底端圆角的夹角238a的角度异于次要微结构230b的底端圆角的夹角238b的角度，例如：夹角238a小于夹角238b，分别用以提供光源前方出光面与光源之间出光面的亮度，而主要微结构230a与次要微结构230b彼此交替并排，用以互补其不足而减少亮暗带的产生。在本实施例中，是以主要微结构230a、次要微结构230b、主要微结构230a、次要微结构230b……的方式，以1∶1的比例交替并排，但主要微结构230a与次要微结构230b亦可以2∶1或3∶5等比例交替并排，本发明并不以此为限。但每一微结构230的宽度，是沿着远离入光面220的方向递减，即自第一端232的宽度W3缩减至第二端234的宽度W4，用以减缓出光量，并衔接无微结构的区块，在微结构230为锥状凹槽的实施例中，宽度W4为0，用以达到较佳的光学效果。如图6所示，每个微结构230凹入于出光面210的底端236到微结构230靠近入光面220的第一端232的距离D5，小于底端236到微结构230远离入光面220的第二端234的距离D6，用以使光线入射结构面的深度渐渐变浅而减少出光量。

此外，上述的多个微结构230，如图5所示，其中主要微结构230a与次要微结构230b，其靠近入光面220的最大横向宽度W3的范围介于39.5微米(μm)与48.5微米(μm)之间，用以提供较深的微结构深度。又如图7所示，其中主要微结构230a的底端圆角238a的角度范围介于90°与110°之间，用以提供光源正前方出光面的亮度，且底端圆角238a的曲率半径范围介于16微米(μm)与20微米(μm)之间，用以减缓结构造成光指向性过强的现象；主要微结构230a的底端圆角238a到出光面210的距离D7范围介于11.5微米(μm)与14.5微米(μm)之间，用以提供较深的微结构深度。而次要微结构230b底端圆角238b的角度范围介于126°与155°之间，用以提供光源正前方出光面的亮度，且底端圆角238b的曲率半径范围介于22.5微米(μm)与27.5微米(μm)之间，用以减缓微结构可能会造成的光指向性过强的现象；次要微结构230b的底端圆角238b到出光面210的距离D8范围介于5.5微米(μm)与7微米(μm)之间，用以供较浅的微结构深度。

接着，再配合参照图8、图9，分别所示为根据本发明的不同实施方式的导光板30与导光板40的局部俯视图。如图8所示的实施例中，于导光板30上配置于出光面310上的多个微结构330，在靠近入光面320的第一端332的连线352为一周期性函数曲线，周期性函数曲线可再区为部分次曲线线段3521与直线线段3522的组合，次曲线线段3521与直线线段3522彼此交替排列且两两相连接，而多个微结构330在远离入光面320的第二端334的连线354为一直线，用以当此微结构延伸至显示区时，可减少左右亮暗不均的情形发生。

如图9所示的实施例中，于导光板40上配置于出光面410上的多个微结构430，在靠近入光面420的第一端432的连线452为一周期性函数曲线，而多个微结构430在远离入光面420的第二端434的连线454具有与第一端432的连线452的周期性函数曲线相反波相的另一周期性函数曲线，故可用以补强相邻光源之间的暗带，例如：相邻发光二极管之间所形成的暗带。

接着，请配合参照图10，所示为根据本发明的另一实施方式的导光板50的俯视图。此实施例亦可因光源之间出光面微结构长度较长，而增加光源之间对应的出光面的出光量，以减少出光面上亮暗带的产生。如图所示，本发明的导光板50至少包括主体500及微结构模块550，主体500具有出光面510与入光面520，入光面520相接于出光面510，例如：入光面520是与出光面510直角相交。微结构模块550是由多个微结构530组成，例如：锥状微结构、半圆柱状维结构、半椭圆球状微结构、或者棱柱状维结构等等。在本实施例中，微结构530均为配置于出光面510上如前述的锥状微结构，但每一个微结构530的宽度，是沿着远离入光面520的方向递减。多个微结构530在靠近入光面520的第一端532的连线552为一直线，而多个微结构530在远离入光面520的第二端534端点的连线554为一周期性函数曲线，较佳可为正弦函数或余弦函数的曲线，或者为正弦或余弦的指数型函数曲线。

请再配合参照图11，为如图10所示的导光板50沿着方向V1的侧视图。如图所示，导光板50上的微结构530均如前述实施方式，不同仅在于出光面510上的多个微结构530的配置，微结构530为如图所示的凸出于出光面510的狭长锥状凸体，其微结构530的顶端536到微结构530靠近入光面520的第一端432的距离D9，小于顶端536到微结构530远离入光面520的第二端534的距离D10。藉此，可使得入射进导光板40的入光面420的光线的光源，经由多个微结构530的折射与反射，于出光面510上呈现出均匀光线分布。

接下来，请配合参照图12、图13，所示为根据本发明的二实施方式的液晶显示器的局部分解立体图。本发明的液晶显示器600、多个光源610、及液晶面板620，及包括前述任一实施例中的导光板10、导光板20、导光板30、导光板40或导光板50。如图12所示的实施方式，是以图1至图4所对应的导光板10为例。其中，导光板10上的多个微结构130的长度L最大介于4.5毫米(mm)与7毫米(mm)之间，用以调整因光源所产生的亮暗现象。导光板10的出光面110上的多个微结构130，其至少一端端点的连线为一曲线，且曲线至少一部份符合下列方程式：

$y=A\×\left[\frac{1+{\cos }^C(2\mathrm{\π}\×\frac{x}{B})}{2}\right]$ (式1)

x方向与y方向所定义的平面平行于出光面；

x：平行于入光面的延伸方向上的坐标值；

y：垂直于入光面的延伸方向上的坐标值；

A：曲线或复数条曲线的一的振幅，介于1.5毫米(mm)与4.5毫米(mm)之间，用以配合光源发光特性，而使光源的前方因微结构较短而出光量较少；反之，光源之间的出光量则会愈多，在本实施例中较佳为2毫米；

B：两相邻的光源之间的距离，例如：两相邻的发光二极管之间的距离(LED Pitch)，可介于7.5毫米(mm)与15毫米之间，可用以配合现有量产品的规格，并以未来发光二极管背光模块的两相邻的发光二极管之间的距离为发展目标，较佳则可7.5毫米(mm)与10毫米(mm)之间，而当两相邻的发光二极管之间的距离愈大时，发光二极管亮暗的现象就愈不易均匀化；以及

C：介于0.2与1.1之间的调整常数，用以配合发光二极管发光特性与两相邻的发光二极管之间的距离来做适当的出光调整，在本实施例中为0.4。

多个光源610配置在对应于导光板10的入光面120，且光源610是设于正对于多个微结构130的一端连线152所排列出的周期性函数曲线的波峰156的位置，以使得光源610的光线入射进导光板10的入光面120后，可经由多个微结构130的折射与反射。通过本发明的导光板10的构造，将入射进入导光板10入光面120的光线的光源，设于正对于周期性函数曲线的波峰156的位置，如图12所示，使得入射进导光板10入光面120的光线，经由多个微结构130的折射与反射，可于出光面110上呈现出均匀光线分布。而液晶面板620对应于导光板10的出光面110配置，液晶面板620具有显示区622与非显示区621相邻于显示区622。显示区622靠近入光面120的边界6221，对应于多个微结构130于导光板10上的位置，使得液晶面板620的显示区622的边缘恰位于导光板10上的微结构130上方，使得整个显示区622的范围皆能利用到导光板10的出光面110上透射出的均匀光线分布。此外，上述的光源610可为多个发光二极管，或者是其它具有高指向性的光源，例如：有机发光二极管或者激光二极管。

如图13所示的实施方式，是以图10至图11所对应的导光板50为例。其中，导光板50上的多个微结构530的长度L最大介于4.5毫米(mm)与7毫米(mm)之间。导光板50的出光面510上的多个微结构530，其至少一端端点的连线为一曲线，且曲线亦至少一部份符合前述的方程式(式1)。多个光源610配置在对应于导光板50的入光面520，且光源610设于正对于多个微结构530的一端连线554所排列出的周期性函数曲线的波峰556的位置，以使得光源610的光线入射进导光板50的入光面520后，可经由多个微结构530的折射与反射。通过本发明的导光板50的构造，将入射进入导光板50入光面520的光线的光源610，设于正对于周期性函数曲线的波峰556的位置，如图13所示，使得入射进导光板50入光面520的光线，经由多个微结构530的折射与反射，可于出光面510上呈现出均匀光线分布。而液晶面板620是对应于导光板50的出光面510配置，液晶面板620具有显示区622与非显示区621相邻于显示区622。显示区622靠近入光面520的边界6221，对应于多个微结构530于导光板50上的位置，使得液晶面板620的显示区622的边缘恰位于导光板50上的微结构530上方，使得整个显示区622的范围皆能利用到导光板50的出光面510上透射出的均匀光线分布。此外，上述的光源610可为多个发光二极管，或者是其它具有高指向性的光源。

最后，请配合参照图14，是通过具有如图4的不同顶端圆角夹角的微结构的导光板10所测量出的光强度分布图。如图14所显示，主要微结构130a的顶端圆角138a的角度范围介于90°与110°之间，即实测值在100°左右时；以及，次要微结构130b的顶端圆角138b的角度范围介于126°与155°之间，即实测值在140°左右时，可达到最佳的导光板10光照度的结合。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定范围为准。

Claims (14)

1.一种导光板，其特征在于，所述导光板包括：

一主体，具有一出光面与一入光面相接于所述出光面；以及

多个微结构，以正对于所述入光面的方向，配置于所述出光面上，包括彼此交替并排的多个主要微结构及多个次要微结构，其中每一个所述微结构具有：

一第一端，为所述微结构靠近所述入光面的一端；以及

一第二端，相对于所述第一端，为所述微结构远离所述入光面的一端，所述第二端的宽度小于所述第一端的宽度；

所述微结构为凸设于所述出光面上的具有顶端的锥状凸体或凹入于所述出光面的具有底端的锥状凹槽，所述顶端或底端到所述第一端的距离小于所述顶端或底端到所述第二端的距离。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述第一端的连线为一曲线，所述第二端的连线为一直线。

3.如权利要求2所述的导光板，其特征在于，所述曲线更包括复数条次曲线线段及复数条直线线段。

4.如权利要求3所述的导光板，其特征在于，所述直线线段与所述次曲线线段彼此交替排列并相接。

5.如权利要求2所述的导光板，其特征在于，所述曲线为一周期性函数曲线。

6.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述第一端的连线及所述第二端的连线分别为具有相反波相的一周期性函数曲线。

7.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述第一端的连线为一直线，所述第二端的连线为一曲线。

8.如权利要求7所述的导光板，其特征在于，所述曲线为一周期性函数曲线。

9.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一所述锥状凸体的宽度沿着远离所述入光面的方向递减。

10.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一所述锥状凹槽的宽度沿着远离所述入光面的方向递减。

11.一种液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器包括：

一如权利要求1至权利要求10中的任一项所述的导光板；多个光源，对应于所述导光板的所述入光面配置；以及

一液晶面板，对应于所述导光板的所述出光面配置。

12.如权利要求11所述的液晶显示器，其特征在于，所述光源为多个发光二极管。

13.如权利要求11所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶面板包括一显示区与相邻于所述显示区的一非显示区。

14.如权利要求13所述的液晶显示器，其特征在于，所述显示区靠近所述入光面的一边界，对应于所述微结构于所述导光板上的位置。

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