CN1758074A - 导光板的微结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导光板的微结构，其中导光板包括入光面、出光面、底面，微结构设于导光板底面，且该微结构往导光板内凹的凹陷与导光板相交构成，其包括一光反射面，该光反射面介于入光面与出光面之间，并与导光板的底面夹一角度θ，而光反射面的形状由出光面俯视为弧形四边形或扇形，该弧形四边形具有二平行的弧线边，且该二弧线边的弧线为同圆心，借由光反射面改变光的路径，可提高导光板的辉度。

Description

导光板的微结构

技术领域

本发明涉及一种导光板的微结构，其应用于液晶显示器的背光模块上。

背景技术

请参考图1，为习知导光板1微结构2的示意图，其以蚀刻方式在光滑的导光板1的底面12上产生具有粗糙表面的微结构2，入射光线50射入微结构2的表面即产生散射的反射光线51或折射光线52。当反射光线51入射导光板1的出光面11的入射角度小于临界角时，则射出导光板1的出光面11；若入射角度大于临界角度，则反射光线51作全反射回导光板1内并继续传递。

图2系解释图3a的坐标，图3a为从习知导光板1的出光面11的出光强度雷达图。横坐标表示水平角度(HarizOntal angle，HA)，角度的移动从出光面11的法线方向13，转向与光源4垂直方向14；纵坐标表示垂直角度(Vertical angle，VA)，角度的移动从出光面11的法线方向13，转向与光源4平行方向15。图3a中，每个封闭曲线代表出光强度(intensity)值，其定义为单位立体角的光通量，此图有10条封闭曲线，代表10个等级的出光强度。由图3a可知，从习知导光板1出光的出光强度分布近似蓝勃逊分布(LambertiandistributiOn)，亦即在图3a上产生圆形的封闭曲线，出光强度呈现余弦函数分布。将出光强度换算成辉度值，即辉度在各方向上均为等值。

请参阅图3b，系习知导光板1出光面11的出光强度立体图。此出光强度分布近似球状，亦即接近蓝勃逊分布，此图可观视出光强度在各角度或方向上的变化。

另，中国台湾专利公告第575759号、美国专利第6629764号与第6755545号的导光板皆搭配线形光源而实施，而后两者的出光面均为波浪状，且三者揭露的微结构均为自导光板底面内凹的角锥形，其中台湾专利公告第575759号为半圆锥或三角锥形，侧剖视为三角形，而美国专利第6629764号的微结构侧剖视为二连续的三角形，形状类似大写M，且揭露的实例包括底面为斜面，另美国专利第6755545号则为单一的角锥状。

整体而言，角锥状内空构造反射光线较易散射而不集中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导光板的微结构，其可提升光线向导光板的出光面射出，以增进导光板的辉度。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种导光板的微结构，该导光板包括入光面、出光面、底面，光源的光由入光面进入导光板，并由出光面射出导光板，其底面则位于出光面的相对面，该微结构设置在底面上，该微结构系往导光板内凹的凹陷与导光板相交构成，其包括：一光反射面，介于入光面与出光面之间，并与导光板的底面夹一角度θ；而该光反射面的形状由出光面俯视为弧形四边形，该弧形四边形具有二平行的弧线边，且该二弧线边的弧线为同圆心。该光反射面的形状由出光面俯视也可为扇形。

所述导光板的微结构进一步包括：一后透光面，邻接于光反射面，且相对光反射面离导光板的入光面较远，并与导光板的底面垂直；二侧透光面，邻接于光反射面的二侧，并与导光板底面垂直；以及一镂空面，系导光板底面的内凹处。

所述光反射面由一上宽下窄的截面圆锥取出，该截面圆锥的中心点靠近入光面，切割范围从截面圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

所述光反射面由一上宽下窄的截面椭圆锥取出，该截面椭圆锥的中心点靠近入光面，切割范围从截面圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

所述光反射面由一上窄下宽的截面圆锥取出，该截面圆锥的中心点靠近后透光面，切割范围从截面圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

所述光反射面由一上窄下宽的截面椭圆锥取出，该截面椭圆锥的中心点靠近后透光面，切割范围从截面椭圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

所述光反射面侧剖视的形状可为直线、内凹曲线或外凸曲线。

采用上述方案后，由于本发明导光板底面的微结构，其形状系从导光板底面向内凹的弧形四边形或扇形凹陷，该光反射面可改变光的路径，借此可以有效反射及局部集中光线，而提升光线向导光板的出光面射出，增进导光板的辉度。

附图说明

图1为习知导光板微结构的示意图；

图2习知导光板的出光面出光示意图(亦说明图3的坐标轴)；

图3a习知导光板的出光面出光强度雷达图；

图3b习知导光板的出光面出光强度立体图；

图4为本发明微结构第一实例布设于导光板的示意图；

图5a为本发明微结构第一实例构造图；

图5b为本发明微结构第一实例上视图；

图5c为本发明微结构第一实例剖面图；

图6a为本发明辅助说明光反射面取于截面圆锥面的示意图；

图6b为本发明辅助说明光反射面取于截面圆锥面的侧视图；

图7为本发明辅助说明后透光面取于圆柱面的示意图；

图8a为光线在微结构传递行为的示意图；

图8b为光线在微结构传递行为一的侧视图；

图8c为光线在微结构传递行为二的侧视图；

图8d为光线在微结构传递行为三的示意图；

图8e为光线在微结构传递行为三的前视图；

图9a为本发明微结构第一实例导光板出光的出光强度雷达图；

图9b为本发明微结构第一实例导光板出光的出光强度立体图；

图10为本发明微结构第二实例构造图；

图11为本发明微结构第三实例构造图；

图12为本发明微结构第四实例构造图；

图13为本发明微结构第五实例微结构分布的上视图；

图14为本发明微结构第六实例微结构分布的侧视图；

图15为本发明微结构第七实例微结构分布的侧视图；

图16～图21系以本发明第一实例为例，本发明微结构分布于导光板的上视图。

主要组件符号说明

1、1A、1A1、1A2、1A3、1A4、1A5、1C、1D    导光板

10A        入光面              11、11A    出光面

12、12A    底面                13         出光面的法线方向

14         与灯源垂直方向      15         与灯源平行方向

2          微结构              3          反射片

4          线性光源            50         入射光线

51         反射光线            52         折射光线

6、61、6A、6B、6C、6D、6E、6F       微结构

601、601A、601B、601C、601D、601E、601F    光反射面

602、602A、602B    后透光面

603、604、603A、604A、603B、604B、603C、604C、603D、604D    侧透光面

605、605A、605B、605C    镂空面

701    中心线

702、703、702A、703A、702D、703D    切割线

704    圆锥中心至入射点的连线方向

705    光反射面的法线方向

8      指向                 β      圆心角

θ     仰角                 h       高度

rl     弧形半径             r2      弧形半径

α     入射角

具体实施方式

请参阅图4，其系本发明第一实例的微结构6布列于导光板1A的示意图。其中光线由光源4射入导光板1A的入光面10A，而微结构6设置在导光板1A的底面12A且为向内凹的弧形凹陷，并可使光线射出出光面11A，以增进导光板1A的辉度。

请参阅图5，其系微结构6的构造图、上视图与剖面图。该微结构6系一弧形凹陷，其包括光反射面601、后透光面602、侧透光面603、604与镂空面605。该光反射面601系一扇形曲面，另请参阅图6说明，光反射面601为在一截面圆锥面上沿两虚线702、703切割后取出的弧状曲面，而此截面圆锥的半径分别为r1，r2，高为h。请参阅图5b，其切割范围从截面圆锥中心O点切割一角度β，切割线702、703对称于微结构6的中心线701，即切割角度β被中心线701对分。中心线701往光反射面601方向被称为微结构6的指向8。所述侧透光面603、604为被切割线702、703切割的截面。所述后透光面602为一弧状曲面，请参阅图7说明，该后透光面602系在一半径为r2、高度为h的圆柱面上沿两处虚线702、703切割后取出的弧形曲面，圆柱中心与上述圆锥中心的位置相同。所述镂空面605系一弧形，系该微结构6在导光板1A的底面12A上产生的凹口处。请参阅图5b，无论从a-a切面、a’-a’切面或a”-a”切面观察，都可看到图5c的微结构6剖面图，这是因为该光反射面601是从截面圆锥面取出的一部分，后透光面602是从圆柱面取出的一部分，因此三处剖面图均相同，光反射面601与导光板1A的底面12A(图中为镂空面605)夹一角度θ，该角度θ可控制光反射面601的变化，影响光线在微结构6的传递行为。

请参阅图8，此图系光线在微结构6传递的示意图。光线在微结构6的前方以任意方向传递，因该微结构6形成弧形的原因，各方向的光线经过微结构后，其出射光的光路大致变化不大。请参考图8a与图8b，当入射光线50的方向与从圆锥中心O点到入射点的连线方向704相近时，入射光线50射至微结构6的光反射面601，其入射角α大于导光板1A的临界角42°(导光板的折射率为1.49)，则反射至上方，从而增加往法线方向13的出光强度。参考图8c，当入射光线50的入射角α小于导光板1A的临界角42°时，则光线会穿射第一个微结构6，经过后透光面602到第二个微结构61，在第二个微结构61上作反射(反射光线51)或穿射的动作。上述两个光线传递行为可增加在HA方向的出光强度。

请参考图8d与图8e，当入射光线50的方向与从圆锥中心O点到入射点的连线方向704相远时，入射光线50到达光反射面601后往侧方反弹(反射光线51)，此光线传递行为可增加在VA方向的出光强度。

请参考图9，系具有本发明第一实例微结构6的导光板1A出光的出光强度分布图。该图表示光线从光源4进入具有微结构6的导光板1A后，接触微结构6往出光方向13传递，出光角度主要集中在HA＝25°、VA＝3°处，可知微结构6的仰角θ可改变光线在HA方向上的出光角度与出光分布，圆心角β可控制在VA方向上的出光分布。

请参考图10，其系本发明第二实例微结构6A的构造图。该微结构6A系一扇形构造，其仍包括光反射面601A、后透光面602A、侧透光面603A、604A与镂空面605A，光反射面601A系从尖角圆锥取出的扇形曲面。

请参考图11，其系本发明第三实例微结构6B的构造图。该微结构6B系一弧形凹陷，该弧形凹陷构成的空间包括光反射面601B、后透光面602B、侧透光面603B、604B与镂空面605B，该光反射面601B系一弧形曲面，且该实例微结构6B的光反射面601B系往导光板1C突出。从导光板1C往镂空面605B观看，此实例微结构的光反射面601B由上窄下宽的截面圆锥面取出，而第一实例微结构6的光反射面601系由上宽下窄的截面圆锥面取出。

请参考图12，其系本发明第四实例微结构6C的构造图。该微结构6C系一扇形构造，包括光反射面601C、侧透光面603C、604C与镂空面605C，该光反射面601C系一扇形曲面，且该实例微结构6C的光反射面601C往导光板1D突出。该实例的微结构6C取自尖角圆锥，因此没有后透光面。

请参考图13，其系本发明第五实例微结构6D上视图。从上方观察光反射面601D系椭圆形的弧状或扇状。切割线702D、703D从椭圆的焦点往外画出侧透光面603D、604D，并与椭圆线的切线相垂直。

请参考图14，其系本发明第六实例微结构6E侧视图，从侧面观察光反射面601E系外凸的曲线。请参考图15，其系本发明第七实例微结构6F侧视图，从侧面观察光反射面601F系内凹的曲线。

上述第二～第七实例与第一实例相比，各实例因光反射面601与601A～601F取出的曲面不同而产生不同光线传递分布，但整体而言，光线在各实例的微结构6与6A～6F的传递行为类似，即都是增加导光板的辉度与均匀度。

请参考图16～图21，其系以本发明第一实例为例，说明微结构分布于导光板的上视图。图16系图4的上视图，该微结构6在导光板1A上呈现规则分布，所有微结构6的指向8均朝同一方向，且朝向线性光源4的方向，以利光线射入微结构产生增亮现象。

请参考图17，所述微结构6在导光板1A1上呈现规则分布，但所有微结构6的指向8非朝同一方向，但整体来讲，微结构6有倾向朝线性光源4的方向的趋势，以利光线射入微结构产生增亮现象。

请参考图18，其微结构6在导光板1A2上呈现随机数分布，而所有微结构6的指向8均朝同一方向，且朝向线性光源4的方向，以利光线射入微结构产生增亮现象。

请参考图19，其微结构6在导光板1A3上呈现随机数分布，但所有微结构6的指向8非朝同一方向，但整体来讲，微结构6有倾向朝线性光源4的方向的趋势，以利光线射入微结构产生增亮现象。

请参考图20，其微结构6在导光板1A4上呈现规则分布，所有微结构6指向8有全部或部分朝向点光源41的方向，以利光线射入微结构产生增亮现象。

请参考图21，其微结构6在导光板1A5上呈现随机数分布，所有微结构6的指向8有全部或部分朝向点光源41的方向，以利光线射入微结构产生增亮现象。

图16～图21中，微结构6可采用上述实例中的其中一种，或混合两种以上实例的微结构。而上述实例的微结构分布，有利光线射入微结构产生增亮现象而提升辉度，且使导光板产生高均匀性面型出光。

如上所述，根据本发明，可提高导光板的辉度与均匀度，改善液晶显示器的显示效能，与节省显示器的电量消耗。惟本发明已经被详细说明，应明了的是各种改变、代替与更替可以被进行，而不背离由附呈权利要求所界定的本发明的精神与范围。

Claims (18)

1、一种导光板的微结构，该导光板包括入光面、出光面、底面，光源的光由入光面进入导光板，并由出光面射出导光板，其底面则位于出光面的相对面，该微结构设置在底面上，其特征在于该微结构系往导光板内凹的凹陷与导光板相交构成，其包括：

一光反射面，介于入光面与出光面之间，并与导光板的底面夹一角度θ；而该光反射面的形状由出光面俯视为弧形四边形，该弧形四边形具有二平行的弧线边，且该二弧线边的弧线为同圆心。

2、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于它进一步包括：一后透光面，邻接于光反射面，且相对光反射面离导光板的入光面较远，并与导光板的底面垂直；二侧透光面，邻接于光反射面的二侧，并与导光板底面垂直；以及一镂空面，系导光板底面的内凹处。

3、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上宽下窄的截面圆锥取出，该截面圆锥的中心点靠近入光面，切割范围从截面圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

4、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上宽下窄的截面椭圆锥取出，该截面椭圆锥的中心点靠近入光面，切割范围从截面圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

5、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上窄下宽的截面圆锥取出，该截面圆锥的中心点靠近后透光面，切割范围从截面圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

6、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上窄下宽的截面椭圆锥取出，该截面椭圆锥的中心点靠近后透光面，切割范围从截面椭圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

7、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面侧剖视的形状为直线。

8、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面侧剖视的形状为内凹的曲线。

9、如权利要求1所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面侧视视的形状为外凸的曲线。

10、一种导光板的微结构，该导光板包括入光面、出光面、底面，光源的光由入光面进入导光板，并由出光面射出导光板，其底面则位于出光面的相对面，该微结构设置在底面上，其特征在于该微结构系往导光板内凹的凹陷与导光板相交构成，其包括：

一光反射面，介于入光面与出光面之间，并与导光板的底面夹一角度θ；而该光反射面的形状由出光面俯视为扇形。

11、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于它进一步包括：一后透光面，邻接于光反射面，且相对光反射面离导光板的入光面较远，并与导光板的底面垂直；二侧透光面，邻接于光反射面的二侧，并与导光板底面垂直；以及一镂空面，系导光板底面的内凹处。

12、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上宽下窄的圆锥取出，该圆锥的中心点靠近入光面，切割范围从圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

13、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上宽下窄的椭圆锥取出，椭圆锥的中心点靠近入光面，切割范围从圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

14、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上窄下宽的圆锥取出，该圆锥的中心点靠近后透光面，切割范围从圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

15、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面由一上窄下宽的椭圆锥取出，该椭圆锥的中心点靠近后透光面，切割范围从椭圆锥中心点切割一角度β，而切出圆心角为β的光反射面。

16、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面侧剖视的形状为直线。

17、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面侧剖视的形状为内凹的曲线。

18、如权利要求10所述导光板的微结构，其特征在于：所述光反射面侧剖视的形状为外凸的曲线。

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