CN104765095A - 导光板及光源模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导光板及光源模块，所述导光板包括入光面、侧面、出光面、底面以及多个凹陷。侧面相对于入光面。出光面连接入光面与侧面。底面相对于出光面，且底面连接入光面与侧面。这些凹陷分别由底面凹入导光板，且各凹陷包括第一面以及第二面。第一面相对于底面倾斜，而第二面为球状弧面，其中第一面位于入光面与至少部分第二面之间。本发明的导光板能够有效地控制光束的指向性及扩散性，本发明的光源模块具有良好的光利用率以及辉度。

Description

导光板及光源模块
技术领域
本发明关于一种光学元件及应用其的光源，且特别关于一种导光板及应用其的光源模块。
背景技术
现有的光源模块依光源设置的位置而主要区分为直下式光源模块及侧边入光式光源模块。以侧边入光式光源模块为例，通常包括导光板以及配置于导光板的入光面的光源。导光板可将光源所发出的光束导引至导光板的出光面，以形成均匀的面光源。在光束进入导光板后，光束在导光板的出光面及底面的入射角通常会大于临界角，使得光束来回地在出光面与底面之间进行全反射，而被局限在导光板中。为了使光束顺利地从导光板的出光面射出，现有技术通常会在导光板的底面上设置多个微结构，使光束因这些微结构而产生漫射，进而破坏光束的全反射现象。
现有技术主要是针对光源模块出光的均匀度进行改良，而鲜少对光源模块中光利用率进行优化。因此，若欲提升光源模块的辉度，通常需采用增加光源中发光元件的数量或是采用高功率的发光元件等较为耗费成本的方法。另外，在光源模块的导光板的出光面上设置光学膜片，由于光学膜片对于光的穿透率并非100%，因此光源模块的辉度会进一步降低。特别是光学膜片为棱镜片时，由于正向入射至棱镜片的光束易因全反射而被导回导光板，在光束因来回传递于导光板与棱镜片之间而造成能量损耗下，部分的光束将无法有效地被利用，使得光源模块的辉度难以提升。中华人民共和国专利第202870336U号揭露导光板具有柱状弧面的微结构，由于光束在传递至斜切面后，一部分正向入射至棱镜片造成能量损耗，另一部分则容易直接穿透柱状弧面，因此采用柱状弧面设计的导光板并无法有效地扩散光束，而容易有均匀性不佳的问题，导致应用此类导光板的显示器所显示的画面品质下降。日本专利第2008027757A、3338800号以及中国台湾专利第I301920号均揭露导光板的底面具有多个凹陷的微结构或凸起的微结构。
发明内容
本发明提供一种导光板，能够有效地控制光束的指向性及扩散性。
本发明提供一种光源模块，具有良好的光利用率以及辉度。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提供一种导光板，包括入光面、侧面、出光面、底面以及多个凹陷。侧面相对于入光面。出光面连接入光面与侧面。底面相对于出光面，且底面连接入光面与侧面。这些凹陷分别由底面凹入导光板，且各凹陷包括第一面以及第二面。第一面相对于底面倾斜，而第二面为球状弧面，其中第一面位于入光面与至少部分第二面之间。
在本发明的一实施例中，上述的每一凹陷的第一面与底面在导光板内的第一夹角大于或等于140度且小于180度。
在本发明的一实施例中，上述的这些凹陷所对应的这些第一夹角彼此相同。
在本发明的一实施例中，上述邻近入光面的这些凹陷所对应的这些第一夹角大于远离入光面的这些凹陷的这些第一夹角。
在本发明的一实施例中，上述的凹陷在沿着垂直于入光面且垂直于出光面的方向切开所得到的截线包括弧线以及直线。
在本发明的一实施例中，上述的第二面与底面在导光板内的第二夹角大于90度。
在本发明的一实施例中，当以垂直于底面的方向视之，凹陷的轮廓呈圆形、椭圆形、截断的圆形或是截断的椭圆形。
为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提供一种光源模块，包括导光板以及光源。导光板包括入光面、侧面、出光面、底面以及多个凹陷。侧面相对于入光面。出光面连接入光面与侧面。底面相对于出光面，且底面连接入光面与侧面。这些凹陷分别由底面凹入导光板，且各凹陷包括第一面以及第二面。第一面相对于底面倾斜，而第二面为球状弧面，其中第一面位于入光面与至少部分第二面之间。光源设置在导光板的入光面旁。
在本发明的一实施例中，上述的每一凹陷的第一面与底面在导光板内的第一夹角大于或等于140度且小于180度。
在本发明的一实施例中，上述的这些凹陷所对应的这些第一夹角彼此相同。
在本发明的一实施例中，上述邻近入光面的这些凹陷所对应的这些第一夹角大于远离入光面的这些凹陷的这些第一夹角。
在本发明的一实施例中，上述的凹陷在沿着垂直于入光面且垂直于出光面的方向切开所得到的截线包括弧线以及直线。
在本发明的一实施例中，上述的第二面与底面在导光板内的第二夹角大于90度。
在本发明的一实施例中，当以垂直于底面的方向视之，凹陷的轮廓呈圆形、椭圆形、截断的圆形或是截断的椭圆形。
在本发明的一实施例中，上述的光源模块还包括至少一光学膜片。光学膜片配置于出光面上，其中光学膜片包括棱镜片、扩散片的至少其中之一。
在本发明的一实施例中，上述的光源模块还包括配置于出光面上的第一棱镜片以及配置于第一棱镜片上的第二棱镜片。第一棱镜片具有多个彼此平行的第一棱镜柱。第二棱镜片具有多个彼此平行的第二棱镜柱，其中这些第一棱镜柱的纵长方向垂直于这些第二棱镜柱的纵长方向。
在本发明的一实施例中，上述的各第一棱镜柱的顶角以及各第二棱镜柱的顶角指向远离导光板的方向。
在本发明的一实施例中，上述的各第一棱镜柱的顶角以及各第二棱镜柱的顶角指向导光板。
在本发明的一实施例中，上述的光源模块还包括反射片，且反射片配置于导光板的底面的下方。
基于上述，本发明上述实施例的导光板的凹陷包括第一面及第二面，其中第一面的倾斜的设计用于控制光束的出光方向，且第二面的球状弧面的设计用于提高光束的扩散性。因此，本发明上述实施例的导光板能够有效地控制光束的指向性及扩散性。再者，本发明上述实施例的光源模块可利用第一面将光束导向有利于光学膜片正向出光的角度范围，以降低光束因来回传递于导光板与光学膜片之间而造成的能量损耗。因此，本发明上述实施例的光源模块可具有良好的光利用率以及辉度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明的第一实施例的一种光源模块的剖面示意图。
图1B是图1A的局部俯视示意图。
图1C是图1A中凹陷的立体示意图。
图2A是依照本发明的第二实施例的一种凹陷的立体示意图。
图2B是图2A的俯视示意图。
图3是现有技术与本发明第一、第二实施例的导光板的角度-光强度曲线图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的多个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
图1A是依照本发明的第一实施例的一种光源模块的剖面示意图，图1B是图1A的局部俯视示意图，而图1C是图1A中凹陷的立体示意图，其中为清楚示出导光板的凹陷，图1B中省略示出设置于导光板上的光学膜片。
请参照图1A、图1B及图1C，本实施例的光源模块100包括导光板110以及光源120，其中光源120可包括一个或多个发光元件122。所述发光元件122例如是，但不限于，发光二极管(Light Emitting Diode,LED)。
导光板110包括入光面110a、侧面110b、出光面110c、底面110d以及多个凹陷RA，其中侧面110b相对于入光面110a，出光面110c连接入光面110a与侧面110b，而底面110d相对于出光面110c，且底面110d连接入光面110a与侧面110b。并且，光源120设置在导光板110的入光面110旁。
这些凹陷RA分布于导光板110的底部，并分别由底面110d凹入导光板110。各凹陷RA包括第一面S1A以及第二面S2A，其中第一面S1A与第二面S2A连接，且第一面S1A位于入光面110a与至少部分第二面S2A之间。
在本实施例中，第一面S1A例如相对邻近入光面110a，且第一面S1A例如为相对于底面110d倾斜的平面，而第二面S2A例如为球状弧面。此处球状弧面所指的球状可以是圆球状或椭圆球状，且球状弧面为圆球或椭圆球的部分弧面。具体地，当以垂直于底面110d的方向视之，各个凹陷RA的轮廓可以呈圆形、椭圆形、截断的圆形或是截断的椭圆形。
如图1B所示，本实施例的各个凹陷RA的轮廓例如呈截断的圆形，也就是非完整的圆形，或称作半月形，但所述半月形并不局限于圆形的50%。另外，此处球状弧面是指非柱状的弧面。换言之，各个凹陷RA在沿着垂直于入光面110a且垂直于出光面110c的方向切开所得到的截线，如图1A所示，可包括对应第二面S2A的弧线以及对应第一面S1A的直线。
在本实施例中，第一面S1A相对于底面110d倾斜的设计，以及第一面S1A相对邻近入光面110a的设置，有助于控制来自入光面110a的光束L的出光方向。因此，诸如透过调变每一凹陷RA的第一面S1A与底面110d在导光板110内的第一夹角θ1，可控制来自入光面110a的光束L的出光方向，提高光束L的出光指向性。
在本实施例中，每一凹陷RA的第一面S1A与底面110d在导光板110内的第一夹角θ1可大于或等于140度且小于180度。此外，本实施例的这些凹陷RA所对应的这些第一夹角θ1例如是彼此相同，但本发明不限于此。在其它未示出的实施例中，邻近入光面110a的这些凹陷RA所对应的这些第一夹角θ1也可以大于远离入光面110a的这些凹陷RA的这些第一夹角θ1。或者，这些凹陷RA的这些第一夹角θ1可随着凹陷RA与入光面110a的距离的增加而逐渐地变小。
再者，本实施例第二面S2A的球状弧面的设计及其与第一面S1A的连接关系，有助于在前述的高指向性下进一步提升光束L的扩散性，使光束L被导出导光板110，或者传递至别的凹陷RA而再次被利用。因此，本实施例的光源模块100除了具有均匀性之外，还具有相对高的光利用率以及辉度。
凹陷RA的第二面S2A与底面110d在导光板110内的第二夹角θ2的大小可视设计需求而定。在实际应用中，第二夹角θ2大于90度时可使光束L具有较佳的扩散性(参考图1B)。须说明的是，本实施例并不限定导光板110中所有凹陷RA的第二夹角θ2需相同，第二夹角θ2也可依据凹陷RA与入光面110a的距离改变而逐渐变化。此外，这些凹陷RA于导光板110中的分布位置以及分布密度也可视设计需求而定。举例而言，这些凹陷RA可以是以阵列或随机的方式设置于导光板110中。或者，这些凹陷RA的分布密度可随着凹陷RA与入光面110a的距离的改变而改变。
在光源模块实际的应用中，例如是应用于显示器中，光源模块若能够提供均匀的面光源，将有助于提升显示器所显示的画面品质。本实施例利用第一面S1A及第二面S2A的设计，例如是调变第一夹角θ1或第二夹角θ2的夹角范围、或是调整第一面S1A及第二面S2A的形状或是面积比，可在高指向性下实现所需的辉度及均匀性，而有助于提升应用本实施例的光源模块100的显示器所显示的画面品质。举例来说，第一面S1A用于提升光束的指向性，第二面S2A用于提升光束的扩散性，因此，当第一面S1A的面积较大时，凹陷RA可提供较为指向性的光束，当第二面S2A的面积较大时，凹陷RA可提供较为扩散性的光束，通过调整第一面S1A及第二面S2A的面积比可调整光束的指向性与扩散性，进而实现控制光源模块100的均匀性。
本实施例的光源模块100可进一步包括配置于出光面110c上的至少一光学膜片。具体地，光源模块100可进一步包括配置于出光面110c上的第一棱镜片130以及配置于第一棱镜片130上的第二棱镜片140。第一棱镜片130具有多个彼此平行的第一棱镜柱132(图1A中的剖面方向仅看的到一条第一棱镜柱132)。第二棱镜片140具有多个彼此平行的第二棱镜柱142，其中这些第一棱镜柱132的纵长方向D2垂直于这些第二棱镜柱142的纵长方向D1。并且，这些第一棱镜柱132例如分别沿这些第二棱镜柱142的纵长方向D1排列，而这些第二棱镜柱142例如分别沿这些第一棱镜柱132的纵长方向D2排列。
在本实施例中，由于各凹陷RA的第一面S1A的设置有助于控制来自入光面110a的光束L的出光方向，因此，本实施例能够透过第一面S1A将光束L导向有利于第二棱镜片140正向出光的角度范围，以避免光束L因正向入射第二棱镜柱142而被全反射回导光板110。在上述设计下，本实施例能够降低光束L因来回传递于导光板110与光学膜片之间而造成的能量损耗，而更有效地利用光源120所发出的光束L，进而使光源模块100的辉度得以提升。
在本实施例中，各第一棱镜柱132的顶角132a以及各第二棱镜柱142的顶角142a指向远离导光板110的方向，但本发明不限于此。各第一棱镜柱132的顶角132a以及各第二棱镜柱142的顶角142a的指向可视设计需求而定。举例而言，当每一凹陷RA的第一面S1A与底面110d在导光板110内的第一夹角θ1接近180度时，各第一棱镜柱132的顶角122a以及各第二棱镜柱142的顶角132a指向导光板110，使经由第一面S1A导引的光束L朝向有利于第一棱镜片130与第二棱镜片140正向出光的角度范围，以有效利用光源120所发出的光束L，进而使光源模块100的辉度得以提升。
另外，本实施例的光源模块100还可包括反射片150、第一扩散片160以及第二扩散片170，其中反射片150配置于导光板110的底面110d的下方，第一扩散片160配置于导光板110与第一棱镜片130之间，而第二扩散片170配置于第二棱镜片140上。
反射片150用于将传递至导光板110底面110d的光束以及穿透第一面S1A并传递至反射片150的光束反射回导光板110中，而有助于提升光利用率。第一扩散片160以及第二扩散片170的设置则有助于提升光源模块100出光的均匀性。
以下以图2A及图2B说明图1A中凹陷的另一实施形状。图2A是依照本发明的第二实施例的一种凹陷的立体示意图，而图2B是图2A的俯视示意图。请参照图2A及图2B，本实施例的凹陷RB于导光板中的配置关系例如是相同或相似于图1A至图1C中凹陷RA于导光板中的配置关系。因此，相应的内容，如第一夹角θ1、第二夹角θ2、分布位置以及分布密度等，可参阅前述，于此便不再赘述。
两者的主要差异在于，本实施例的凹陷RB的第一面S1B为完整的圆形，而第二面S2B环设于第一面S1B，且当以垂直于导光板的底面(未示出)的方向视之，各个凹陷RB的轮廓呈圆形。
在本实施例中，第一面S1B为相对于导光板的底面倾斜的平面，而第二面S2B为球状弧面。因此，本实施例透过上述设计，可在高指向性下进一步提升光束的扩散性，使应用此凹陷RB的导光板能够提供均匀的面光源。并且，使应用这个导光板的光源模块除了具有均匀性之外，还能够将光束导向有利于光学膜片(如棱镜片)正向出光的角度范围，以降低光束因来回传递于导光板与光学膜片之间而造成的能量损耗，进而具有相对高的光利用率以及辉度。如此一来，将有助于提升应用这个光源模块的显示器所显示的画面品质。
以下以图3比较上述实施例与现有技术的导光板的差异。图3是现有技术与本发明第一、第二实施例的导光板的角度-光强度曲线图。请参见图3，图3中的横座标所指的角度为ψ角。如图1所示，所述ψ角为从导光板110出射的光束L与纵长方向D2的夹角，其中ψ=0度的方向为纵长方向D2。ψ=90度的方向为导光板110正向出光的方向，即出光面110c的法线方向D3。ψ=180度的方向即纵长方向D2的反方向。
曲线L1至L3分别为现有技术、本发明第一、第二实施例的导光板的光强度曲线。进一步而言，曲线L2是采用第一实施例的设计以及下述规格所量测到的结果，其中导光板110(示出于图1A)的各个凹陷RA的粒径R约为50微米，且第一面S1A正投影于反射片150的长度LS约为16.3微米，而凹陷RA的最大深度D约为6微米。另外，曲线L3是采用第二实施例的设计以及下述规格所量测到的结果，其中各个凹陷RB的粒径R约为40微米，且第一面S1B正投影于反射片150的长度LS约为20微米，而凹陷RB的最大深度D约为6.5微米。
从图3可以得知，相较于现有技术的导光板，本发明第一、第二实施例的导光板能够将光束集中在非90度出光的角度范围，且在有利于光学膜片(例如棱镜片)正向出光的角度范围内具有相对高的光强度。也就是，本发明的实施例可将光束导向有利于光学膜片(例如棱镜片)正向出光的角度范围，以降低光束因全反射而来回传递于导光板与光学膜片之间所造成的能量损耗。并且，通过调变第一面与第二面的形状或面积比、或是调整第一夹角θ1或第二夹角θ2的夹角范围，除了可在有利于光学膜片(例如棱镜片)正向出光的角度范围维持光强度之外，还可进一步提升光束的扩散性，使大角度的光强度也得以提升(如曲线L2、L3所示)。经实际测量，本发明实施例的导光板的平均辉度可较现有技术的导光板的平均辉度高约9%。
综上所述，本发明的实施例的导光板与光源模块至少具有下列其中一个优点：导光板透过对凹陷的第一面的倾斜设计，来提升光束的指向性，并且透过对第二面的球状弧面设计，来提升光束的扩散性。此外，利用第一面将光束导向有利于棱镜片正向出光的角度范围，本发明的光源模块可降低光束因来回传递于导光板与光学膜片之间而造成的能量损耗，进而具有相对高的光利用率以及辉度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，所有依本发明权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利覆盖的范围。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
符号说明
100：光源模块
110：导光板
110a：入光面
110b：侧面
110c：出光面
110d：底面
120：光源
122：发光元件
130：第一棱镜片
132：第一棱镜柱
132a、142a：顶角
140：第二棱镜片
142：第二棱镜柱
150：反射片
160：第一扩散片
170：第二扩散片
RA、RB：凹陷
S1A、S1B：第一面
S2A、S2B：第二面
D：最大深度
D1、D2：纵长方向
D3：法线方向
LS：长度
θ1：第一夹角
θ2：第二夹角
ψ：夹角
R：粒径
L：光束
L1、L2、L3：曲线

Claims (19)

1.一种导光板，包括一入光面、一侧面、一出光面、一底面以及多个凹陷，
所述侧面相对于所述入光面，
所述出光面连接所述入光面及所述侧面，
所述底面相对于所述出光面，且连接所述入光面及所述侧面，
所述多个凹陷分别由所述底面凹入所述导光板，且各所述凹陷包括一第一面以及一第二面，所述第一面相对于所述底面倾斜，而所述第二面为球状弧面，其中所述第一面位于所述入光面与至少部分所述第二面之间。
2.如权利要求1项所述的导光板，其特征在于，每一所述凹陷的所述第一面与所述底面在所述导光板内的一第一夹角大于或等于140度且小于180度。
3.如权利要求2项所述的导光板，其特征在于，这些凹陷所对应的这些第一夹角彼此相同。
4.如权利要求2项所述的导光板，其特征在于，邻近所述入光面的这些凹陷所对应的这些第一夹角大于远离所述入光面的这些凹陷的这些第一夹角。
5.如权利要求1项所述的导光板，其特征在于，所述凹陷在沿着垂直于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所得到的截线包括一弧线以及一直线。
6.如权利要求1项所述的导光板，其特征在于，所述第二面与所述底面在所述导光板内的一第二夹角大于90度。
7.如权利要求1项所述的导光板，其特征在于，当以垂直于所述底面的方向视之，所述凹陷的轮廓呈圆形、椭圆形、截断的圆形或是截断的椭圆形。
8.一种光源模块，包括一导光板及一光源，
所述导光板包括一入光面、一侧面、一出光面、一底面以及多个凹陷，
所述侧面相对于所述入光面，
所述出光面连接所述入光面及所述侧面，
所述底面相对于所述出光面，且连接所述入光面及所述侧面，
所述多个凹陷分别由所述底面凹入所述导光板，且各所述凹陷包括一第一面以及一第二面，所述第一面相对于所述底面倾斜，而所述第二面为球状弧面，其中所述第一面位于所述入光面与至少部分所述第二面之间，
所述光源设置在所述导光板的所述入光面旁。
9.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，每一所述凹陷的所述第一面与所述底面在所述导光板内的第一夹角大于或等于140度且小于180度。
10.如权利要求9项所述的光源模块，其特征在于，这些凹陷所对应的这些第一夹角彼此相同。
11.如权利要求9项所述的光源模块，其特征在于，邻近所述入光面的这些凹陷所对应的这些第一夹角大于远离所述入光面的这些凹陷的这些第一夹角。
12.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，所述凹陷在沿着垂直于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所得到的截线包括一弧线以及一直线。
13.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，所述第二面与所述底面在所述导光板内的第二夹角大于90度。
14.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，当以垂直于所述底面的方向视之，所述凹陷的轮廓呈圆形、椭圆形、截断的圆形或是截断的椭圆形。
15.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，还包括：
至少一光学膜片，配置于所述出光面上，其中所述光学膜片包括棱镜片、扩散片的至少其中之一。
16.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，还包括：
一第一棱镜片，配置于所述出光面上，所述第一棱镜片具有多个彼此平行的第一棱镜柱；以及
一第二棱镜片，配置于所述第一棱镜片上，所述第二棱镜片具有多个彼此平行的第二棱镜柱，其中这些第一棱镜柱的一纵长方向垂直于这些第二棱镜柱的一纵长方向。
17.如权利要求16项所述的光源模块，其特征在于，各所述第一棱镜柱的顶角以及各所述第二棱镜柱的顶角指向远离所述导光板的方向。
18.如权利要求16项所述的光源模块，其特征在于，各所述第一棱镜柱的顶角以及各所述第二棱镜柱的顶角指向所述导光板。
19.如权利要求8项所述的光源模块，其特征在于，还包括：
一反射片，配置于所述导光板的所述底面的下方。
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