CN106547045B - 导光板、背光模组与光学微结构加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导光板、背光模组与光学微结构加工方法，其公开了该导光板布设有具有接续若干弧形凹陷部的光学微结构，所述光学微结构的剖面呈若干弧形线段接续状，且相邻的弧形凹陷部的最大深度不相等，由此使光学微结构具有一长轴。通过所述光学微结构，即可使入射至导光板的光线沿长轴方向行进，达到填补导光板暗区的功效，提升整体出光均匀度。此外，所述光学微结构可通过雷射加工，以满足大尺寸导光板的需求，进而提供具高良率的导光板。

Description

导光板、背光模组与光学微结构加工方法

技术领域

本发明涉及光学组件领域，特别涉及一种导光板、背光模组与光学微结构加工方法。

背景技术

鉴于导光板的优异光学特性，近年来大量作为显示器中背光模组主要导光组件使用，以使入射光线形成均匀面光源而提供予面板。

为破坏光线入射至导光板产生的全反射现象，导光板上会设计微结构来调整出光均匀度或改变光线路径等。微结构除了用以使光线于导光板形成面光源出光外，由于现今的背光模组已多采用发光二极管(下称LED)作为光线来源，因LED的出光角度有所限制，所以，导光板会受LED影响而产生亮暗分布现象，在这方面也可以通过微结构设计来改善亮暗分布状态。

针对具有较复杂与特殊微结构的导光板，基于技术发展现况，该种导光板目前仅能通过射出成型而于其上形成微结构，或是通过刀具直接针对导光板或通过用于射出成型导光板的模仁进行加工，逐一刻画形成各微结构。然而，刀具雕刻极易在加工过程中产生断刀情况，一但发生断刀，除了会在导光板施作面产生瑕疵，换刀后的重新定位的加工程序也难以操作，该些状况都会大幅影响整体微结构布设的精准度以及形态，相对产出的导光板也就无法驱使光线依循预期状态进行出光。

另一方面，为了满足使用需求，目前的显示器渐朝向大尺寸发展，也就是说，其搭配使用的导光板尺寸随之增大。上述的射出成型与刀具雕刻仅适用于制成小尺寸导光板，其原因在于当导光板尺寸变大，其上布设的微结构数量也随之增加，倘若以射出方式制成大尺寸导光板，对应的模仁体积将会大幅提升，在生产上根本不可能实行。而若使用刀具直接在导光板刻划微结构的方式，除了因微结构数量而增加施作时间外，相较于小尺寸导光板，断刀的加工情况更容易发生，对于断刀后重新加工的刀具的复归精准度影响也就无可避免了。

所以，为满足市场需求，并提升具有复杂微结构的大尺寸导光板的产出质量与速度，本发明人提出一种导光板、背光模组与光学微结构加工方法，希冀有效改善并符合当前市场需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中导光板加工过程中整体微结构布设的精准度受到模仁以及断刀影响的缺陷，提供一种导光板、背光模组与光学微结构加工方法，其通过控制光径进而有效提升导光板的出光均匀度，并消除热点现象以及进一步均匀化导光板各区域的出光强度。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种导光板，其特点在于，其包括：

一入光面，用于接收一光源的光线；

一出光面，垂直邻接该入光面；

一底面，相对该出光面设置且与该入光面垂直邻接；及

若干个光学微结构，形成于该出光面或该底面，任一该些光学微结构具有若干弧形凹陷部且剖面呈若干弧形线段接续状，相邻的该些弧形凹陷部的最大深度不相等，各该弧形凹陷部接续排列设置使该光学微结构具有一长轴，用以导引光线沿该长轴方向行进。

由此，通过具有若干弧形凹陷部的光学微结构，即可使由入光面进入导光板内的光线依循长轴方向行进，而可将其导引至所需补亮区域，或是提升入射光线展角，使导光板具有极佳出光均匀度。

较佳地，任两相邻的该些弧形凹陷部的圆心与该出光面的距离相等。由此可使光学微结构具较佳的光线导引效能以及提升加工成型的施作便利性。

较佳地，该些弧形凹陷部的排列使该光学微结构俯视呈十字状。这样，使光线接触光学微结构后，即可沿十字的长轴方向行进，并部分光线接触短轴向的弧形凹陷部时可因应光学原理同样朝向长轴行进。

较佳地，该些弧形凹陷部的排列使该光学微结构俯视呈三角状。如上所述，这样设置，可使光线因应光学原理而朝向长轴前进。

本发明还提供一种背光模组，其特点在于，其包括：

一如上所述的导光板；及

一LED灯条，设置于该入光面，并界定该出光面具有一近光区域；

其中，该些光学微结构，排列于该近光区域内，以导引光线行进方向，进而填补该近光区域的暗带，达到均匀出光功效。这样，通过导光板的光学微结构，可有效导引光线前往暗带区域，以提升导光板的出光均匀度。

较佳地，该些光学微结构于该近光区域内排列成一锯齿状条纹，且该锯齿状条纹的延伸方向平行该LED灯条。由此，可使光线沿各光学微结构的长轴行进，进而提升LED灯条上，各LED相对入光面的入射展角，达到展光功效。

本发明还提供一种光学微结构的加工方法，其特点在于，其包括以下步骤：

提供一基材，该基材具有一加工面；

利用具有一第一功率的激光束轰击该加工面而形成一第一凹穴；及

利用具有一第二功率的激光束轰击该加工面而形成一第二凹穴，且该第二凹穴与该第一凹穴相交而组成一光学微结构；

其中，该光学微结构至少具有该第一凹穴提供的一第一弧形凹陷部及该第二凹穴提供的一第二弧形凹陷部，该第一弧形凹陷部及该第二弧形凹陷部接续排列设置，使该光学微结构剖面由至少两弧形线段接续形成并具有一长轴，且相邻的该第一弧形凹陷部与该第二弧形凹陷部的最大深度不相等。通过以不同功率的激光束轰击加工面，可快速于加工面形成至少具有第一弧形凹陷部及该第二弧形凹陷部的光学微结构，并且通过雷射加工方式，可大幅提升光学微结构的成形精准度与良率，尤其是生产大尺寸的导光板时，利用上述方式更可有效减缩加工时间。

较佳地，该加工方法还包括利用具有一第三功率的激光束轰击该加工面而形成一第三凹穴，且该第三凹穴与该第一凹穴相交而组成该光学微结构，通过此加工步骤则可让光学微结构于俯视呈十字状或三角状。

较佳地，该加工方法还包括控制具有该第二功率的激光束的焦点与该加工面的距离，使其等于具有该第一功率的激光束的焦点与该加工面的距离，通过该参数的控制调整，则可使第一弧形凹陷部及第二弧形凹陷部的圆心与加工面具有相等距离。

较佳地，该加工方法还包括将该基材制作成一导光板生产模具。上述各实施方式的加工方法，除了可直接使基材即为一导光板而通过激光束于其上加工光学微结构外，于其他实施方式中，还包括将该基材制作成一导光板生产模具的技术特征，例如使基材为金属材料，则依循上述各实施方式的步骤执行加工方法后，即可使基材形成具有光学微结构的射出成型模具，或是包覆于滚轮以针对导光板进行压辗的金属板。

本发明的积极进步效果在于：

本发明揭示的导光板及其衍生应用的背光模组，以及光学微结构的加工方法，可有效地导引光线通过光学微结构的长轴方向行进，提升导光板的出光均匀度，例如补强于出光面邻近入光面区域的暗区或是减缩及消除其余原先已存在于出光面的暗区。此外，各实施方式所提及的光学微结构，其可通过雷射加工制成，且该加工方法可应用于加工导光板或制成导光板生产模具的范畴，由此制作具极佳均匀出光效能的导光板或是用于生产导光板的相关模具，且在生产方面，尤其对于大尺寸导光板需求，通过上述方法更可提升制程效率与精准度。

附图说明

图1为本发明实施例1的导光板立体示意图。

图2为本发明实施例1的光学微结构剖面示意图。

图3为本发明实施例1的导光板平面示意图(一)。

图4为本发明实施例1的导光板平面示意图(二)。

图5为本发明实施例1的光学微结构布设示意图(一)。

图6为本发明实施例1的光学微结构布设示意图(二)。

图7为本发明实施例1的光学微结构布设示意图(三)。

图8为本发明实施例2的步骤示意图。

图9a为本发明实施例2的光学微结构剖面示意图(一)。

图9b为本发明实施例2的光学微结构剖面示意图(二)。

图10为本发明实施例3的步骤流程图。

图11为本发明实施例3的光学微结构示意图。

附图标记说明

1：导光板

10：入光面

11：出光面

111：近光区域

12：底面

13：光学微结构

131：弧形凹陷部

2：LED灯条

20：LED

3：背光模组

4：基材

40：加工面

401：第一凹穴

4011：第一弧形凹陷部

402：第二凹穴

4021：第二弧形凹陷部

403：第三凹穴

41：光学微结构

A：长轴

B：弧形线段

C：弧形凹陷部的圆心

d₁：弧形凹陷部圆心与出光面的距离

D：锯齿状条纹

S₁：具第一功率的激光束

P₁：具第一功率激光束的焦点

S₂：具第二功率的激光束

P₂：具第二功率激光束的焦点

d₂：具第二功率激光束的焦点与加工面距离

d₃：具第一功率激光束的焦点与加工面距离

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

导光板的出光要求，视其应用的范畴而有所变化，当其作为背光模组中的光学组件时，其主要需求在于出光的均匀度呈现，同时也是当前相关厂商致力改善的部分。特别在须满足各种调光需求而致使导光板上的微结构形态渐趋复杂与特殊，同时目前市场需求也逐渐朝向大尺寸发展，在上述情况下，如何生产与设计可具极佳出光均匀度的大尺寸导光板实属不易。所以，本发明人经过多重考虑与实验，进而提出如本发明所揭露的内容，除可有效提高导光板整体出光均匀性外，也具有极佳的生产良率与效率。

实施例1

请结合图1至4予以理解，其为本发明实施例1的导光板立体示意图、光学微结构剖面示意图及各导光板平面示意图。本发明揭示一种导光板1，包括一入光面10、一出光面11、一底面12及若干光学微结构13。

入光面10用于接收一光源(图中未示)的光线，出光面11及底面12彼此相对设置且分别与入光面10垂直邻接。光学微结构13形成于导光板1的出光面11或底面12，于此以该些光学微结构13形成于出光面11为例。任一光学微结构13具有若干弧形凹陷部131且剖面呈若干弧形线段B接续状，并且相邻的弧形凹陷部131的最大深度互不相等，同时各弧形凹陷部131接续排列设置使光学微结构13具有一长轴A，用以导引光线沿长轴A方向行进。这样，通过上述光学微结构13，可有效调整入射光线的行进路径，入光面10接收光源的光线时，部分光线受光学微结构13作用而可沿长轴A方向行进，通过调整长轴A指向，即可让入射光线达到填补出光面较暗区域或提高光源入光展角等功效。也就是说，该些光学微结构13乃通过接续的弧形凹陷部131特征，而使光学微结构13为具有长轴A的结构形态，以有效地导引光线朝向所需区域行进出光。除了利用长轴A进行导光外，当光源的光线进入导光板1，原先平行入射的各光线接触弧形凹陷部131时，平行光线受弧形凹陷部13的弧面影响而使得各光线呈发散形态，进而达到散光的功效，也即可提升光源入光展角，如图2所示，但是，图2中的光线仅用于说明示意上述弧面可散开光线特征，并不是指实际的光线行进路径。

相邻的该些弧型凹陷部131的圆心可为等高或非等高，进一步搭配弧形凹陷部131的半径参数调整，使相邻的弧型凹陷部131具不同的深度。较佳地，于本实施例，使任意二相邻的弧形凹陷部131圆心C与出光面11的距离d₁相等，如图2所示，也就是任意二相邻的弧形凹陷部131具有等高的圆心C，相异的半径，而使相邻的弧形凹陷部131具有不等的最大深度，通过该结构特征而可使光线接触弧形凹陷部131后更易达到散光与沿长轴A前进等导光效能。并于本实施例中，使弧形凹陷部131的最大深度与最大半径由光学微结构13的边侧朝中央渐增，弧形线段B的最大投影长度也由光学微结构13剖面边侧朝中央渐增。此外，该些弧形凹陷部131的排列，可使光学微结构13由导光板1俯视呈十字状如图3所示，或可为三角状如图4所示，以达到更佳的光径调整效果，且可根据应用时的出光需求提供符合的导光效能。其中，图3与图4所示的长轴A仅为一较佳示意说明，实际操作时，要视各弧型凹陷部131的半径、深度等数值与排列状态，长轴A的位置也可以不是位于图中标示处。

进一步地，如图5、6及7所示，其为本发明实施例1的各光学微结构布设示意图，并请再次参阅图1-4。上述各种形态的导光板1，搭配一LED灯条2即可做为一背光模组3使用，LED灯条2对应入光面10设置，且界定出光面11具有一近光区域111。其中，导光板1的光学微结构13排列于近光区域111内，以导引光线行进方向，进而填补近光区域111的暗带或暗区，达到均匀出光功效。举例说明，如图5所示，部分的光学微结构13于近光区域111内排列成一锯齿状条纹D，且锯齿状条纹D的延伸方向平行于LED灯条2。由此，LED灯条2的光线入射至导光板1后，受该些光学微结构13调整，即可使近光区域111具有足够的光线能量，同时也可有效提高LED灯条2上，间隔设置的各LED20的入光展角。

或如图6所示，该些光学微结构13可设置于近光区域111内，并对应LED20呈辐射状排列设置，且使出光面11邻近相邻LED20间的区域具有较密集的光学微结构13。由于LED灯条2上的各LED20为间隔设置，受LED20的出光展角影响，出光面11对应相邻LED20间的区域会形成暗区，这样，即可利用导光板1上的光学微结构13将光线导往暗区，进而消除亮度不均的情况。除此之外，通过上述光学微结构13，也可使LED灯条2的光线由入光面10入射至导光板1后，各LED20的光线受光学微结构13的长轴A导引，进而增大各LED20的入光展角，相对地即可消除上述出光面11对应相邻LED20间区域易生成的暗区。但是，此仅为一种光学微结构13的布设示意而已，并不局限于该种设置形态。

又在LED灯条2与导光板1的普遍对应设置关系下，近光区域111内邻近导光板1边侧位置，也常见有暗区生成，通过上述的光学微结构13，同样可使部分入射光线受长轴A导引而行进至该处，使近光区域111具有极佳的光线均匀度。为消除上述导光板1边侧位置的暗区，该些光学微结构13较佳可为密集对应布设于边侧暗区，如图7所示，由此可导引较多光线至该处并形成出光，进而达到均匀出光功效。除了上述的各种布设形态，光学微结构13也可依据与入光面10的距离呈不等疏密的布设，例如其布设密度可由入光面10朝相对侧渐增。

实施例2

如图8、9a和9b所示，其为本发明实施例2的步骤示意图及光学微结构局部剖面示意图。本发明还揭示一种光学微结构的加工方法，包括以下步骤：

步骤S01：提供一基材4，且基材4具有一加工面40。

步骤S02：利用具有一第一功率的激光束S₁轰击加工面40而形成一第一凹穴401，如图9a所示。

步骤S03：利用具有一第二功率的激光束S₂轰击加工面40而形成一第二凹穴402，且第一凹穴401与第二凹穴402相交而组成一光学微结构41，如图9b所示，但是，图中所示的具第一功率的激光束S₁与具第二功率的激光束S₂仅用于示意。具体地，在形成第一凹穴401及第二凹穴402的过程中，可于加工面40先以第一功率的激光束S₁形成多个第一凹穴401，再利用第二功率的激光束S₂于加工面形成多个分别与第一凹穴401相交的第二凹穴402。也可在通过具第一功率的激光束S₁轰击加工面40形成第一凹穴401时，切换使用具第二功率的激光束S₂而于加工面40轰击形成与第一凹穴401相交的第二凹穴402。

其中，光学微结构41至少具有第一凹穴401提供的一第一弧形凹陷部4011，以及第二凹穴402所提供的一第二弧形凹陷部4021，第一弧形凹陷部4011及第二弧形凹陷部4021接续排列设置，使光学微结构41剖面由至少二弧形线段接续形成并具有一长轴，且相邻的第一弧形凹陷部4011与第二弧形凹陷部4021的最大深度不相等。特别一提的是，上述加工方法通过使用不同功率的激光束轰击加工面40，而形成由若干不等深的凹穴相交形成的特殊光学微结构，突破雷射加工成形结构上局限，有效地制成具极佳导光效果的特殊结构，相较于传统的刀具雕刻，其输出产品的速度与精准度大幅提升。

此外，进一步，上述方法更可包括控制具有第二功率的激光束S₂焦点P₂与加工面40的距离d₂，使其等于具有第一功率的激光束S₁焦点P₁与加工面40的距离d₃，由此以使第一弧形凹陷部4011与第二弧形凹陷部4021的圆心与加工面40的距离相等。在制作方面，固定异次轰击的焦点与加工面40距离，仅需调整功率参数使成形的第一弧形凹陷部4011及第二弧形凹陷部4021具有相异的半径形成具不等深度的结构形态，可较为快速且精准地进行加工。且通过上述的激光束控制，可使第一弧形凹陷部4011与第二弧形凹陷部4021的最大深度与最大半径由光学微结构41的边侧朝中央渐增，其剖面形成的弧形线段的最大投影长度也由光学微结构41剖面边侧朝中央渐增。相关结构特征可进一步再参阅图2，于本实施例中，第一弧形凹陷部4011与第二弧形凹陷部4021可分别等同于图2所示的弧形凹陷部131，其余细节特征已如前所述，在此不再赘述。

实施例3

如图10及11所示，其为本发明实施例3的步骤流程图与光学微结构示意图。于本实施方式中，在通过具第一功率的激光束S₁轰击加工面40或通过具第二功率的激光束S₂轰击加工面40后，还包括步骤S04：利用具有一第三功率的激光束轰击加工面40形成一第三凹穴403，且第三凹穴403与第一凹穴401相交而组成光学微结构41，在此以利用具有第二功率的激光束S₂轰击加工面40后，接着再使用具有第三功率的激光束轰击加工面40为例说明。这样，加工面40成形的光学微结构41俯视形态可组成十字状或三角状，如图11所示，图中即以光学微结构41为十字状为例，但是，图中的第一凹穴401、第二凹穴402及第三凹穴403仅为示意，非代表实际凹穴形态与排列位置。此外，第三凹穴403除可与第一凹穴401相交外，其也可与第二凹穴402成相交形态，以排列成所需的光学微结构41形态。

此外，上述加工方法可应用于将基材4制作成一导光板生产模具，例如，基材4的材料为金属时，通过上述方法加工后即可形成导光板的射出成型模具。或基材4为一金属板时，于加工形成该些光学微结构41后可包覆于一滚轮，通过压辗导光板而于导光板的出光面或底面形成光学微结构。又或者，基材4本身即可为一导光板，此时基材4更具有一相对加工面40的底面，通过上述加工方法使光学微结构41于加工面40成形后，进入基材4的光线受光学微结构41作用而自加工面40或底面12形成出光。通过上述方法制成的导光板如图1所示，于此所述的基材40即可对应至图1内的导光板1，加工面40则可对应至图1内的出光面11，而光学微结构41则对应于图1的光学微结构13。简单来说，于本实施例所揭示的加工方法，其应用范畴可已是针对金属材料的基材进行光学微结构41加工而制成导光板生产模具，如射出成型的模仁或可包覆于滚轮以对导光板进行压辗的金属板，或是直接针对导光板表面进行雷射加工而形成光学微结构的制程应用。

此外，如上所述，视导光需求，于加工面40成形的光学微结构41可邻近基材4一侧边设置，且可为锯齿状线条排列、辐射状排列或是于加工面40两边侧区域布设较为密集的光学微结构41等，而使后续制成的导光板在应用时，有效利用光学微结构进行导光，进而获得预期的出光均匀度。而光学微结构41的排布形态则可再参阅图5、6及7，本实施例所述的光学微结构41即同于图5、6及7中的光学微结构13。

综上所述，本发明揭示的导光板及其衍生应用的背光模组，以及光学微结构的加工方法，可有效地导引光线以指定方向行进，进一步使导光板可具有均匀的出光效能。例如针对LED灯条上各相邻的LED间隔在出光面形成的暗区，或导光板近光区域边侧的暗区等，皆可通过光学微结构的长轴导光特性消除。除了补强暗区之外，利用光学微结构也可有效提升LED灯条上各LED的入光展角，相对地达到减缩及消除原先存在于出光面的暗区，也是一种均光的功效。而该些由弧形凹陷部构成的光学微结构，可因应所需导光需求而呈对应LED的辐射状排列，或是特别以对应导光板边侧区域的形态进行布设。本发明于各实施方式所提及的光学微结构，其可通过雷射加工制成，且该加工方法可应用于加工导光板或制成导光板生产模具的范畴。其运用具相异功率的激光束分别于基材形成凹穴，并使光学微结构具有由各凹穴提供的各弧形凹陷部，而形成具有长轴的凹陷结构，以利于光线沿其长轴行进，同时，利用不同功率的激光束进行轰击可进一步使光学微结构的俯视形态形成十字状或三角状等，而可满足所需导光需求具有灵活的制程控制特性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种导光板，其特征在于，其包括：

一入光面，用于接收一光源的光线；

一出光面，垂直邻接该入光面；

一底面，相对该出光面设置且与该入光面垂直邻接；及

若干个光学微结构，形成于该出光面或该底面，任一该些光学微结构具有若干弧形凹陷部且剖面呈若干弧形线段接续状，相邻的该些弧形凹陷部的最大深度不相等，各该弧形凹陷部接续排列设置使该光学微结构具有一长轴，用以导引光线沿该长轴方向行进，任两相邻的该些弧形凹陷部的圆心与该出光面的距离相等。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些弧形凹陷部的排列使该光学微结构俯视呈十字状。

3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些弧形凹陷部的排列使该光学微结构俯视呈三角状。

4.一种背光模组，其特征在于，其包括：

一如权利要求1到3中任意一项所述的导光板；及

一LED灯条，设置于该入光面，并界定该出光面具有一近光区域；

其中，该些光学微结构，排列于该近光区域内，以导引光线行进方向，进而填补该近光区域的暗带，达到均匀出光功效。

5.如权利要求4所述的背光模组，其特征在于，该些光学微结构于该近光区域内排列成一锯齿状条纹，且该锯齿状条纹的延伸方向平行该LED灯条。

6.一种光学微结构的加工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

提供一基材，该基材具有一加工面，该加工面为出光面或相对该出光面设置且与入光面垂直邻接的底面；

利用具有一第一功率的激光束轰击该加工面而形成一第一凹穴；及

利用具有一第二功率的激光束轰击该加工面而形成一第二凹穴，且该第二凹穴与该第一凹穴相交而组成一光学微结构；

其中，该光学微结构至少具有该第一凹穴提供的一第一弧形凹陷部及该第二凹穴提供的一第二弧形凹陷部，该第一弧形凹陷部及该第二弧形凹陷部接续排列设置，使该光学微结构剖面由至少两弧形线段接续形成并具有一长轴，且相邻的该第一弧形凹陷部与该第二弧形凹陷部的最大深度不相等，任两相邻的该些弧形凹陷部的圆心与该出光面的距离相等。

7.如权利要求6所述的光学微结构的加工方法，其特征在于，该加工方法还包括利用具有一第三功率的激光束轰击该加工面而形成一第三凹穴，且该第三凹穴与该第一凹穴相交而组成该光学微结构。

8.如权利要求6所述的光学微结构的加工方法，其特征在于，该加工方法还包括控制具有该第二功率的激光束的焦点与该加工面的距离，使其等于具有该第一功率的激光束的焦点与该加工面的距离。

9.如权利要求6所述的光学微结构的加工方法，其特征在于，该加工方法还包括将该基材制作成一导光板生产模具。