CN114609719A - 显示模块、背光模块及其高增益导光板 - Google Patents

显示模块、背光模块及其高增益导光板 Download PDF

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Abstract

本发明揭露一种导光板，导光板具有底面，底面具有入光端、近光区及可视区，且近光区较可视区接近入光端。近光区包含多个第一微结构，至少部分的第一微结构内凹于底面，并具有内凹面。内凹面上具有多个内凹或外凸的环状结构，环状结构于内凹面上相互套叠分布。

Description

显示模块、背光模块及其高增益导光板
技术领域
本发明涉及一种导光板，具体而言，本发明是有关于一种高增益导光板，以及包含其高增益导光板的背光模块及显示模块。
背景技术
背光模块已广泛地运用于各种显示模块中，以作为此些装置的背光源。为了促进或改善出光效率或光学性质，背光模块可以选择性的包含各种光学构件或光学膜片。在这些光学构件或光学膜片中，主要用于将光线有效传导分布以形成面光源的导光板为背光模块不可或缺的核心构件，并且导光板的性质可以很大程度的决定了背光模块的辉度及出光效率。
为了有效引导光线从导光板发射以产生高辉度的光源，可以在导光板中形成多个光学微结构。然而，现有的高辉度导光板在靠近光源的近光区会使得光源过度集中，造成亮暗对比强烈的现象，称为热点(hotspot)。换句话说，即是光源入射至导光板的近光区时，导光板上的光学微结构会产生反射角度较小且较集中的反射光，使得导光板左右两侧的暗区有较严重的热点。此外，部分传统导光板上的光学微结构所具有的内凹结构，可能会使得导光板与其接触的反射片较易产生静电吸附而形成亮暗差异。
发明内容
为解决上述问题，本发明的实施例提供一种导光板，导光板的底面具有入光端、近光区及可视区，且近光区较可视区接近入光端。近光区包含多个第一微结构，至少部分的第一微结构内凹于底面，并具有内凹面。内凹面上具有多个内凹或外凸的环状结构，环状结构于内凹面上相互套叠分布。
本发明的实施例也提供一种背光模块，包含前述的导光板。
本发明的实施例也提供一种显示模块，包含前述的背光模块以产生背光源，以及包含与背光模块相对设置的显示面板以接收背光源。
依据本发明的实施例所提供的导光板，可以藉由第一微结构中的环状结构将入射至导光板的光源均匀反射，降低导光板在近光区的亮暗对比明显的现象。并且，藉由导光板上的第一微结构，可以减少导光板与反射片之间的接触面积，降低静电吸附造成的亮暗差异的现象。
附图说明
为了让本发明的上述及其他目的、特征优点与实施例更明显易懂，所附的图式说明如下：
图1A为根据本发明的实施例的具有第一微结构及第二微结构的背光模块的剖面示意图。
图1B为根据本发明的实施例的第一微结构的俯视示意图。
图1C为根据本发明的实施例的第一微结构的剖面示意图。
图2为根据本发明的实施例的背光模块的入射光源的光路剖面示意图。
图3A为根据本发明的实施例的第二微结构的俯视示意图。
图3B为根据本发明的实施例的第二微结构的剖面示意图。
图4A为根据本发明的实施例的第一微结构的第一排列俯视示意图。
图4B为根据本发明的实施例的第一微结构的第二排列俯视示意图。
图5A为根据本发明的实施例的第二微结构的角落补点分布示意图。
图5B为根据本发明的实施例的第二微结构的局部补点分布示意图。
图5C为根据本发明的实施例的第二微结构的均匀补点分布示意图。
图6为根据本发明的实施例的包含第一微结构及第二微结构的背光模块的显示模块的示意图。
图7A为根据本发明的实施例的不包含第一微结构及第二微结构的辉度值的对照组示意图。
图7B为根据本发明的实施例的包含第一微结构及第二微结构的辉度值的实验组示意图。
其中，附图标记：
10：背光模块
100：导光板
105：底面
106：入光端
107：顶面
110：第一微结构
111：内凹面
1131、1132、1133、1134、1135、113：环状结构
115：凸部
120：第二微结构
114：第一方向
300：近光区
400：可视区
410：第一区域
420：第二区域
200：反射片
500：光源
20：显示模块
600：显示面板
具体实施方式
本说明书中将描述各种实施例，且所属技术领域中具有通常知识者在参照说明搭配图式下，应可轻易理解本发明的精神与原则。在此，各图式中所绘示的各元件或部分可为了清晰起见而夸大或变化。因此，所属技术领域中具有通常知识者应明了的是，在图式中所绘示的各元件或部分的尺寸及相对比例并非实际该元件或部分的真实尺寸及相对比例。另外，虽然在文中会具体说明一些特定实施例，这些实施例仅作为例示性，且于各方面而言皆非视为限制性或穷尽性意义。因此，对于所属技术领域中具有通常知识者而言，在不脱离本发明的精神与原则下，对于本发明的各种变化及修改应为显而易见且可轻易达成的。
参照图1A，其为根据本发明的实施例的具有第一微结构及第二微结构的背光模块的剖面示意图。如图所示，背光模块10中的导光板100的底面105(即图中+Z方向靠近反射片200的一面)，具有多个第一微结构110及多个第二微结构120位于底面105所定义的近光区300。并且，底面105具有入光端106以接收光源500产生的光，亦即，光源产生的光从导光板100的底面105入射后，依序通过入光端106、近光区300，再到达底面所定义的可视区400(即近光区300较可视区400接近入光端106)。
另请参照图1B及图1C，图1B为根据本发明的实施例的第一微结构的俯视示意图，图1C为根据本发明的实施例的第一微结构的剖面示意图。如图1A至1C所示，每一第一微结构110至少部分内凹于底面105，且具有内凹面111。导光板100的底面上的第一微结构110，在内凹面111中具有多个内凹或外凸的环状结构113，这些环状结构113于内凹面111上相互套叠分布。应注意的是，图1A属于剖面示意图，环状结构113仅以示例性的圆点表示，以下描述环状结构113。
图1C为图1B沿第一方向114横切的一个剖面图，在图1C中的横向虚线的箭头所标示的方向，可以对应图1B中的第一方向114。举例来说，在图1B中所标示的最内圈的环状结构113的位置，即对应到图1C中的横向虚线的箭头指向环状结构1131的两个位置。
为了说明上的方便，第一微结构110的内凹面111在图1C中所标示的内凹方向，与图1A中的内凹面111的内凹方向相反，即图1C为导光板100的上下翻转后的示意图。导光板100的底面的第一微结构110中的内凹面111的深度尺寸，可以远大于第一微结构110中的环状结构113所内凹或外凸的深度尺寸，即是环状结构1131、1132、1133、1134，以及1135在内凹面111中的内凹或外凸的高度远小于整个内凹面111的深度尺寸(例如内凹或外凸的深度尺寸仅为整个内凹面111的数十分之一至百分之一)。
根据本发明的实施例，环状结构113的外观或形状等几何特性，举例来说，若环状结构113为圆形，则环状结构113可以是同心对称分布，但并不限制于此种几何结构，可以根据导光板100在近光区300所产生的亮暗对比的改善程度作调整。或者，环状结构113也可以是椭圆形、橄榄球形甚或不规则形状，则环状结构113中越内部的环状结构113所包围的面积较小，而越外部的环状结构113所包围的面积较大且以具有间距的分布方式，将较内部的环状结构113套叠在其内部。
根据本发明的实施例，各个环状结构113在内凹面111中的间距分布等特性，也可以根据导光板100在近光区300所产生的亮暗对比的改善程度作调整，举例来说，越内部的环状结构113的间距可以较大，而越外部的环状结构113的间距较小，例如变动范围在数微米之间，但并不限制于此种分布方式。同样的，环状结构113的圈数，也是近光区300所产生的亮暗对比的改善程度的调整参数之一，并不对环状结构113的圈数作特别限制。
根据本发明的实施例，环状结构113在内凹面111中的间距，也可以根据第一微结构110在近光区300的不同区域时作调整，例如，环状结构113在近光区300中，越靠近入光端106的位置，平均的间距可以渐渐变小。换句话说，环状结构113的平均间距在远离入光端106时较大，且在靠近入光端106时较小。
再搭配参照图1A至图1C，第一微结构110的边缘处，还可以包含凸部115，即第一微结构110的边缘处如图1A，在导光板100的底面上沿着+Z方向凸出。第一微结构110可以用不同的间距(即不同密度)设置在导光板100的底面，而相邻的第一微结构110之间还可以如图1A所示设置第二微结构120。第二微结构120可以是在导光板100的底面上沿着图1A中的+Z方向凸出的外凸面，且第二微结构120可以用不同的分布密度设置在第一微结构110之间。
接着参照图2，其为根据本发明的实施例的背光模块的入射光源的光路示意图。如图所示，当光源500产生的光从入光端106入射至导光板100时，光线会在导光板100的底面105所定义的近光区300，被导光板100中的第一微结构110及第二微结构120反射至导光板100的顶面107。亦即，光线入射至导光板100后，会因为第一微结构110中的环状结构113、第一微结构110边缘处的凸部115，以及第二微结构120的外凸面，产生各种不同的反射角度。由于前述各种结构并不是均匀结构，光源500发出的光入射至这些微结构时，会包含各种不同的入射角，所以反射出前述各种结构时，也会以各种角度反射至导光板100的顶面107，如图2所示。因此，反射至顶面107的光，不会集中在特定区域上，较不会有亮暗对比的现象产生。
藉由以上描述，可以使得光源500入射至导光板100时，在导光板100的顶面107产生均匀的分布，使得从导光板100的顶面107发出的光适合作为均匀的背光源，不会因为导光板100的结构特性而在顶面107产生亮暗对比强烈的现象。并且，由于第一微结构110边缘处的凸部115，以及第二微结构120的外凸面等结构，使得导光板100与设置在导光板100的底面的一侧的光学元件(例如反射片200)的接触面积减少，进一步的降低了导光板100与反射片200之间的静电吸附现象。因此，导光板100与反射片200之间的静电吸附现象的改善，同样降低了导光板100在近光区300的亮暗对比现象，得到较佳的视觉效果。
以下进一步描述第二微结构120的实施方式。
参照图3A及图3B，其中图3A为为根据本发明的实施例的第二微结构的俯视示意图，且图3B为根据本发明的实施例的第二微结构的剖面示意图。第二微结构120，较佳可作为散光结构，可以如图3A及图3B所示，具有不规则的外凸面。在图3A中，以较密集的斜线表示的区域为相对外凸程度较大的区域，较疏的斜线表示的区域为相对外凸程度较小的区域。当光源500抵达至第二微结构120时，可经第二微结构120反射产生各种不同的反射角的反射光，使得导光板100的顶面107产生较均匀的反射光而不至于有明显的亮暗对比现象。并且，由于第二微结构120的不规则形状，光源500入射到第二微结构120时，也会发生光线先反射到反射片200，再经过二次反射到导光板100的顶面107的情形，再更进一步的改善近光区300的亮暗对比现象。
参照图4A，其为根据本发明的实施例的第一微结构的第一排列俯视示意图。关于第一微结构110在导光板100的底面上的排列方式，可以有各种排列方式，例如可以将第一微结构110中的环状结构113，以第一方向114平行于光源500入射的方向排列(即如图4A)。举例来说，第一方向114可以如图1B所示，为椭圆形或橄榄球形环状结构113尺寸较长的方向，亦即定义成长轴方向。当光源500产生的光以平行第一方向114的方向，从入光端106入射至第一微结构110时，需要较多的时间通过第一微结构110，因此有更高的机率将光源500所发出的光以各种不同角度反射到导光板100的顶面107。
参照图4B，其为根据本发明的实施例的第一微结构的第二排列俯视示意图。相对的，若将椭圆形或橄榄球形第一微结构110中的环状结构113，以第一方向114垂直于光源500入射的方向排列(即如图4B)。当光源500以垂直第一方向114的方向，从入光端106入射至第一微结构110时，需要较少的时间通过第一微结构110，因此有较小的机率将光源500所发出的光以各种不同角度反射至导光板100的顶面107。由此可知，不同的第一微结构110的排列方式，也是顶面107所产生的亮暗对比的改善程度的调整参数之一。
参照图5A至图5C，图5A为根据本发明的实施例的第二微结构的角落补点分布示意图，图5B为根据本发明的实施例的第二微结构的局部补点分布示意图，图5C为根据本发明的实施例的第二微结构的均匀补点分布示意图。如图所示，前述的第一微结构110及第二微结构120，除了可以设置于导光板100的近光区300的底面，也可以用不同方式设置在可视区400中。前述第一微结构110边缘处的凸部115(如图1B)，与第二微结构120的外凸面的边缘处(如图3A及3B)可以有重叠区域，特别是第二微结构120以较高的密度分布在相邻的第一微结构110之间或以较高的密度分布在近光区300时，如图5A至5C的示意图所示。
举例来说，第一微结构110可以如图5A及图5B，在可视区400中靠近近光区300的第一区域410中，以较低密度的方式分布，且在可视区400中相对远离近光区300的第二区域420中，以较高密度的方式分布。或者，第一微结构110可以如图5C，以均匀的密度在可视区400中分布。如此一来，导光板100在可视区400中的亮暗对比，也能藉由第一微结构110作调整，得到较均匀的背光源。
同样的，第二微结构120可以如图5A，在可视区400中远离近光区300的第二区域420中的角落位置设置，且在可视区400中靠近近光区300的第一区域410中不设置。或者，可以如图5B，在可视区400中远离近光区300的第二区域420中均匀设置，且在可视区400中靠近近光区300的第一区域410中不设置。又或者，第二微结构120可以如图5C，以均匀的密度在可视区400中分布。如此一来，导光板100在可视区400中的亮暗对比，也能藉由第二微结构120作调整，得到较均匀的背光源。
接着参照图6，其为根据本发明的实施例的包含第一微结构及第二微结构的背光模块的显示模块的示意图。如图所示，具有前述的第一微结构110及第二微结构120的导光板100，除了可以结合反射片200以形成背光模块10之外，还可以结合显示面板600，形成包含显示面板600及背光模块10，得到具有均匀背光源的显示模块20。
关于前述的第一微结构110及第二微结构120，可以利用各类制程来形成，例如印刷制程、紫外光压印(UV imprinting)制程、蚀刻制程，以及激光制程等等方法在导光板100上加工得到。
以下附上光学模拟的结果，以表示导光板100在是否有第一微结构110及第二微结构120的情形下，相对的光学特性的结果：
Figure BDA0003571275370000081
由上述表格的条件一至三得知，第二微结构120的分布密度增加，会使得整体的平均亮度降低，而由条件四得知，添加第一微结构110没有让平均亮度产生明显影响，仍然可以维持光线利用率。
以下再附上实际的实验结果，并且将导光板100分成25个区域(5x5)，并且以相对坐标(x＝-2～2,y＝-2～2)表示，分别测量其辉度并且以相对数值作比较。
参阅图7A，为根据本发明的实施例的不包含第一微结构及第二微结构的辉度值的对照组示意图。如图所示，在图7A中各个相对坐标点的数值，代表不包含第一微结构110及第二微结构120的导光板100实际测量到的辉度实验值，所测量到的25个辉度值的平均为7141单位，由其分布可以得知导光板100在越角落的位置(即越接近(-2,2)、(-2,-2)、(2,2)及(2,-2)的区域，或者可对应到近光区300)，相对数值较低，即代表亮度较低，有较明显的亮暗对比现象。
接着参阅图7B，其为根据本发明的实施例的包含第一微结构及第二微结构的辉度值的实验组示意图。如图所示，在图7B中各个相对坐标点的数值，代表包含第一微结构110及第二微结构120的导光板100实际测量到的辉度实验值，所测量到的25个辉度值的平均为7171单位。并且，把不包含第一微结构110及第二微结构120的结构实际测量到的25个辉度值，以1作为相对辉度差异的比较值。
亦即，加入第一微结构110及第二微结构120的导光板100所测量到的25个辉度值，与不包含第一微结构110及第二微结构120的导光板100所测量到的25个辉度值，依据对应位置作比较，若测量到的辉度值较高，则在代表辉度差异的区域的数值大于1。反之，若测量到的辉度值较低，则在代表辉度差异的栏位的数值小于1。
由上述图式得知，导光板100在增加第一微结构110及第二微结构120之后，平均辉度未发生衰减，并且导光板100在角落处(即越接近(-2,2)、(-2,-2)、(2,2)及(2,-2)的区域，或者可对应到近光区300)明显改善其亮暗对比的现象。
上文中所述仅为本发明的一些较佳实施例。应注意的是，在不脱离本发明的精神与原则下，本发明可进行各种变化及修改。所属技术领域中具有通常知识者应明了的是，本发明由所附申请专利范围所界定，且在符合本发明的意旨下，各种可能置换、组合、修饰及转用等变化皆不超出本发明由所附申请专利范围所界定的范畴。

Claims (16)

1.一种导光板，其特征在于，包含：
一底面，该底面具有一入光端、一近光区及一可视区，其中该近光区较该可视区接近该入光端；该近光区包含：
多个第一微结构，每一该第一微结构至少部分内凹于该底面，并具有一内凹面；其中该内凹面上具有多个内凹或外凸的环状结构，该些环状结构系于该内凹面上相互套叠分布。
2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，进一步包含：
多个第二微结构，设置于该导光板的该底面，且每一第二微结构为一外凸面。
3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该第一微结构的边缘处进一步包含一凸部，该凸部突出于该底面且至少部分围绕该内凹面。
4.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该环状结构的高度小于该内凹面的深度。
5.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些环状结构为同心对称分布。
6.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些环状结构的间距为非等距分布。
7.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些环状结构具有一长轴方向，该长轴方向平行一光源的入射方向。
8.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些环状结构具有一短轴方向，该短轴方向平行一光源的入射方向。
9.如权利要求2所述的导光板，其特征在于，该些第一微结构的边缘处及该些第二微结构具有重叠区域。
10.如权利要求2所述的导光板，其特征在于，该些第一微结构及该些第二微结构进一步设置于该可视区，其中该可视区包含相邻该近光区的一第一区域，以及远离该近光区的一第二区域。
11.如权利要求10所述的导光板，其特征在于，该些第二微结构分布在第二区域。
12.如权利要求11所述的导光板，其特征在于，该些第二微结构分布在该第二区域靠近该底面角落的部分。
13.如权利要求10所述的导光板，其特征在于，该些第二微结构在该可视区中均匀分布。
14.如权利要求10所述的导光板，其特征在于，该些第一微结构在该第二区域的分布密度大于在该第一区域的分布密度。
15.一种背光模块，其特征在于，包含权利要求1所述的导光板。
16.一种显示模块，其特征在于，包含：
如权利要求15所述的背光模块，供产生一背光，以及
一显示面板，设置与该背光模块相对以接收该背光。
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