TW201339668A - 具有假二維圖案之光導板 - Google Patents

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    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors

Abstract

本發明提供一種光導板，包括下列光導板，該光導板包括：用於接收來自複數個分立光源之光的輸入表面，用於發射光的輸出表面，以及相對於輸出表面之底部表面。輸出表面及底部表面之其中至少一者具有微圖案(micro-pattern)，該微圖案包括分布於與長度方向平行之第一方向y軸以及與寬度方向平行之第二方向x軸的微透鏡(micro-lense)。此外，該微透鏡具有在第一區域內僅隨y值變化的面積密度函數DI(y)、在第二區域內僅隨y值變化的面積密度函數DII(y)，以及在第三區域內隨x值和y值一起變化的面積密度函數DIII(x,y)，面積密度函數DI(y)和DII(y)在第一相同y值處分別具有最小值DImin和DIImin，並且在第二相同y值處分別具有最大值DImax和DIImax；其中，1.08≧DIImin/DImin≧1.02，DIImax/DImax≧1.20，以及對於給定之x值，DII(y)＞DIII(x,y)＞DI(y)。

Description

具有假二維圖案之光導板
本發明一般係關於一種光導板，更具體而言，係關於具有二維微圖案以改良背光源整體亮度均勻性的光導板。
液晶顯示器(LCD)在成本和性能上持續改進，成為許多電腦、儀表、和娛樂應用之顯示器的較佳顯示器類型。一般基於液晶顯示器的手機，筆記型電腦，和螢幕包含接收來自光源之光的光導板(LGP)並重新分配光使之均勻橫跨該光導板之光輸出表面。光源，以往是一個長的、直線的冷陰極螢光燈管，其己發展成複數個分立的光源，如發光二極體(LEDs)。為了達成發光二極體背光亮度均勻性的增加，必須解決光導板之角落和側面附近的亮度變化。
目前已經提出某些光導板，其藉由增加角落附近之光反射或提取特徵的密度而抑制該角落附近的亮度變化，但幾乎很少(若有的話)也會抑制光導板側面附近的亮度變化。那些抑制角落附近亮度變化的光導板通常具有兩個或更多不同尺寸的小圓點，如在美國專利號7478942 (Kim等人)所揭露者。
儘管先前技術的光導板能夠在一定程度上抑制角落附近的亮度變化，因為製造這些光導板的複雜性，該抑制效果仍然不能令人滿意。因此，仍然需要一種光導板，其可被輕易製造，並且能夠抑制角落附近和側面之亮度變化。
本發明提供了一種光導板，其包括：用於接收來自複數個分立光源之光的輸入表面，用於發射光的輸出表面，以及相對於輸出表面之底部表面，其中，輸出表面及底部表面之其中至少一者具有微圖案，該微圖案包括分布於與長度方向平行之第一方向y軸以及與寬度方向平行之第二方向x軸的微透鏡；並且其中，該微透鏡具有在第一區域內僅隨y值變化的密度函數DI(y)、在第二區域內僅隨y值變化的面積密度函數DII(y)，以及在第三區域內隨x值和y值一起變化的面積密度函數DIII(x,y)，面積密度函數DI(y)和DII(y)在第一相同y值處分別具有最小值DImin和DIImin，並且在第二相同y值處分別具有最大值DImax和DIImax；其中，1.08DIImin/DImin 1.02，DIImax/DImax 1.20，以及對於給定之x值，DII(y)>DIII(x,y)>DI(y)。
10,10a,10b‧‧‧光導板(LGP)
14‧‧‧終端表面
15a,15b‧‧‧側表面
16‧‧‧輸出表面
17‧‧‧底部表面
18‧‧‧輸入表面
20,20a‧‧‧棱鏡膜
22‧‧‧(底部)反射膜
24,24a‧‧‧擴散膜
25‧‧‧LCD面板
26‧‧‧頂部反射膜
26a‧‧‧內表面
26b‧‧‧外表面
28‧‧‧背光單元
30‧‧‧液晶顯示裝置
60‧‧‧單位面積
100,100a至100i‧‧‧微透鏡
101a至101f‧‧‧微透鏡
110‧‧‧第一區域
112a,112b‧‧‧次區域
114a,114b‧‧‧次區域
120a,120b‧‧‧角落
200‧‧‧中央線
212‧‧‧光源
第1圖示出含包括本發明之光導板的複數光學元件之常見液晶顯示器的側視圖； 第2A圖示出數個微透鏡，其中某些是本質上相同，並且可用於本發明；第2B圖示出數個微透鏡以解釋面積密度；第3A圖示出根據比較例的具有一維密度函數之光導板的頂視圖；第3B圖示出在第3A圖中所示出的光導板上實施之y軸密度函數；第3C圖示出在第3A圖中示出的光導板上實施之x軸密度函數；第3D圖示出由第3A圖中示出的光導板所測量之在軸亮度的等值線標繪圖；第3E圖示出從第3D圖中獲得之在x軸上的亮度圖；第4A圖示出具有根據本發明的假二維密度函數之光導板的頂視圖；第4B圖示出在第4A圖中所示出的光導板上實施之y軸密度函數；第4C圖示出在第4A圖中所示出的光導板上實施之x軸密度函數；第4D圖示出由第4A圖中示出光導板所測量之在軸亮度的等值線標繪圖；以及，第4E圖示出從第4D圖中獲得之在x軸上的亮度圖。
第1圖示意性地示出包括LCD面板25和背光單元28之液晶顯示裝置30的側視圖。背光單元28包括 複數光學元件，其包含一個或兩個棱鏡膜20、20a，一層或兩層擴散膜24、24a，底部反射膜22，頂部反射膜26，和光導板(LGP)10。光導板10與其他光學元件之不同處係在於光導板經其輸入表面18接收由一個或多個光源212所發射的光，並經由光導板底部表面17、終端表面14、輸出表面16、側表面15a及15b(未圖示)和反射膜22將該光重新導向，並可在最後提供較其他光學元件相對均勻的光。目標亮度均勻性係藉由控制在底部表面17及/或輸出表面16上之微透鏡100(有時被稱為分立元件，或光提取器)的密度，尺寸，及/或取向所達成。頂部反射膜26通常從光輸入表面算起以大約2至5毫米覆蓋光導板10以允許光混合之改良。該頂部反射膜26有一個高反射率內表面26a。頂部反射膜26可具有黑色外表面26b，並因此被稱為“黑色膠帶”。通常情況下，背光模組之亮度由點A開始評估，點A係位於頂部反射膜26的末端，並通過可視區到光導板末端而繼續評估。
根據本發明之光導板10具有二維的微圖案，其視需要地由複數本質上相同的微透鏡100組成，且該微透鏡密度一般係在二維空間中變化。在下文中，將對“本質上相同的微透鏡”和該微透鏡的密度進行說明。
雖然沒有兩個微透鏡是完全一樣的，如果它們具有相同的形狀和相同的取向，則該些微透鏡被視為“本質上相同”。更具體而言，其長度，寬度和深度的變化係較佳地在+/- 3微米內(或對56μm尺寸的微透鏡為 5.4%)，及更佳地在+/- 1微米內(或對56μm尺寸的微透鏡為1.8%)；以及該些微透鏡之方向角變化是在+/- 5度內，並且更佳地在+/- 2度內。
現在參照第2A圖，微透鏡100a、100b、100c、100d被認為是本質上相同的，因為它們都具有相同的形狀和取向角。它們具有相同形狀係因為它們都具有相同的寬度w，長度l，和深度(未圖示)。微透鏡100e、100f、100g相對於微透鏡100a非本質上相同的，因為它們和微透鏡100a具有不同的取向角，即便它們具有與微透鏡100a相同的形狀。微透鏡100h非本質上相同於微透鏡100a，因為微透鏡100h的形狀是圓形，而微透鏡100a是橢圓形。微透鏡100i非本質上相同於微透鏡100a，因為微透鏡100i本質上係大於微透鏡100a，即便他們都是橢圓形。
“本質上相同”的微透鏡係由本質上相同的工具藉由相同的製程製成。假設該些工具係藉由具有相同之目標尺寸和形狀的相同製程製成，或者其差異僅在於正常磨損而彼此不同，則該些工具係被認為是本質上相同的。
使用本質上相同微透鏡之優點在於它們係為容易製成的，因為僅需要有一個工具或複數個相同工具。作為比較，當兩組或更多組具有不同尺寸的微透鏡被用於光導板時，將需要兩組或更多組的工具，或需要不同的製造程序。然而，根據本發明，該光導板也可使用不同尺寸的微透鏡。
數值密度ND係被定義為每單位面積之微透 鏡數量，且該面積密度D係被定義為每單位面積中微透鏡的總面積，其中單位面積在實際使用上通常係依0.5至1.5mm2之級別所選擇。如第2B圖所示，單位面積60係藉由寬度△W 0和長度△L 0所定義。單位面積60係包含6個微透鏡101a-101f，其各具有寬度w 0和長度l 0。該數值密度ND係等於6/(△W 0△L 0)，而該面積密度D係等於6(w 0 l 0)/(△W 0△L 0)。當一個或更多透鏡跨越所選單位面積的邊界時，該數值密度可能為分數。在下文中，二維或一維的密度指的是該微透鏡的面積密度D。並且，密度和密度函數將可互換使用。
第3A圖示出了根據比較例中具有一維密度函數之光導板10a的頂視圖。光導板10a接收由分立光源212發射出的光。具體而言，光源212係為36個LED。光導板10a具有寬度WLGP，其中WLGP係為大約160毫米(mm)和長度LLGP，其中LLGP係為大約200毫米，並且在其底表面17上具有微圖案。寬度方向係平行於該光源212，而長度方向係垂直於該光源212。該微圖案包括具有隨y值變化而不隨x值變化之一維密度函數D(y)的微透鏡，其中x軸係平行於寬度方向且y軸係平行於長度方向。該數值y=0係對應於該微圖案的開始，而y=1係對應於該微圖案的終端。該密度函數D(y)當y值相同時，從側表面15a至側表面15b係保持為相同。沿不同方向之密度函數D(y)係繪製在第3B和3C圖中。在第3B圖中，密度函數D(y)係作為y之函數而作圖。在第3C圖中，密度函數D(y) 係作為x之函數(x軸就各該36個發光二極體之位置表示之)並在y=0.18，y=0.5，和y=0.82作圖。
第3D圖係表示在根據第3A圖所定義之y=0.09和y=0.91間所測得之在軸(on-axis)亮度的等值線標繪圖。其表示出沿著對應於y=0.18、y=0.5和y=0.82的三個水平線之大變化量。該三個水平線中之每一個的亮度細節都被表示在第3E圖，其中在軸亮度係作為x之函數，x軸係由該各36個LED中之每一個位置表示。可以清楚看出，靠近兩側表面的亮度係較中心為低。更具體而言，在y=0.18時，該最小和最大亮度值之間的比值只有約75%。這個比例限制光導板10a可達到的最大均勻度。
理想的情況下，第3D圖中所示之在軸亮度的等值線標繪圖應該對中央線200對稱。然而，由於該光導板製造流程中的固有變異性，常常可觀察到非對稱性之亮度分布。
第4A圖表示出根據本發明之具有假二維密度函數之光導板10b的頂視圖。光導板10b具有如光導板10a之相同寬度WLGP和長度LLGP，並且由相同的36個光源212接收光。然而，光導板10b底表面17上之該微圖案係包括具有假二維密度函數的微透鏡。該假二維密度函數包括分別在三個區域的密度函數DI(y)、DII(y)和DIII(x,y)。密度函數DI(y)是一維的並且分佈在第一區域110，其位於沿x軸之光導板10b的中央部份。密度函數DII(y)是一維的並且分佈在第二區域，其包括兩個位於靠近該光導板10b之 兩個側表面15a和15b的次區域112a和112b。密度函數DIII(x,y)是二維的並且分佈在第三區域，其包括兩個次區域114a和114b。次區域114a和114b分別位於次區域112a及第一區域110間和次區域112b及第一區域110間。
對相同y值，密度函數DII(y)總是大於DI(y)。此外，DII(y)和DI(y)係在第一相同y值處分別具有最小值DImin和DIImin，並在第二相同y值處分別具有最大值DImax和DIImax。此外，比值DIImin/DImin和DIImax/DImax必須滿足下列條件：1.08DIImin/DImin 1.02，且DIImax/DImax 1.20.
此外，對於任何給定的x，DII(y)>DIII(x,y)>DI(y)。
若DIImin/DImin小於1.02，在該角落120的亮度仍然會太低。然而，若DIImin/DImin是大於1.08時，無論多高的DIImax，在側面15a附近的一些部分與角落120的亮度仍然會太低，因為DIImax不可超過1.00。
第4B圖表示出沿y軸之密度函數DI(y)、DII(y)，和DIII(x,y)。根據一個發明例，在相同的y=0.95時，DI(y)和DII(y)分別具有最大值DImax=0.553，和DIImax=0.697。在相同的y=0.01時，DI(y)和DII(y)分別具有最小值DImin=0.058和DIImin=0.060。因此，DIImin/DImin=1.034，DIImax/DImax=1.26。DIII(x,y)在給定x值下也具有在y=0.95的最大值和在y=0.1的最小值。
第4C圖表示出了根據相同發明例之經由沿x軸之該各36個光源之每一個位置所表示的密度函數DI(y)、DII(y)，和DIII(x,y)。四個密度曲線被繪製成對應y=0.18、y=0.5、y=0.82、和y=0.95。在這個例子中，具有密度函數DI(y)之第一區域之面積與同區域微圖案面積的面積比約為72%，具有密度函數DII(y)之第二區域之面積與同區域微圖案面積的面積比約為11%(包括兩個次區域)，以及具有密度函數DIII(x,y)之第三區域之面積與同區域微圖案面積的面積比約為17%(包括兩個次區域)。
第4D圖表示出了從本發明之該光導板10b測量到的在軸亮度之等值線標繪圖。相較於第3D圖中所示之由比較性光導板10a所量測到的在軸亮度之等值線標繪圖，沿對應y=0.18、y=0.5和y=0.82之三個水平線的變化係小得許多。第4E圖表示出作為x之函數的在軸亮度圖，x軸係由該36個光源之每一個位置表示。對本發明光導板10b之第4E圖和該比較性光導板10a之第3E圖間的比較清楚地表示出本案當測量點於兩個側表面間移動時有較微小變化。具體而言，根據本發明的該光導板10b，最小和最大亮度值之間的比值對於y=0.18、y=0.5和y=0.82而言分別是約92%，92%，和89%。相反地，根據比較性光導板10a，該最小和最大亮度值之間對於y=0.18、y=0.5和y=0.82的比值分別是約75%，80%和86%。
應當強調的是本發明光導板10b上之微透鏡較佳地係為如上所討論之本質上相同的。然而，該導光板 10b上的微透鏡，也可以具有不同的尺寸和取向角。
雖然在上述本發明的例子中，具有密度函數DI(y)、DII(y)，和DIII(x,y)之該第一區域、第二區域和第三區域的面積與該微圖案面積之比分別為約72%，11%，和17%，應當理解，這些比對於具有不同寬度和長度之光導板而言可以是更廣闊的範圍。具體而言，具有密度函數DI(y)的第一區域面積與該微圖案面積之比可在60%和80%之間。具有密度函數DII(y)的第二區域面積與該微圖案面積之比可在5%和20%之間。以及具有密度函數DI(y)的第三區域面積與該微圖案面積之比可在10%和30%之間。
可以選擇許多聚合物材料以實施本發明。該選定之材料必須具有足夠的剛性和堅韌度，以將實際使用過程中的斷裂和變形最小化。但是，最重要的是，該所選擇的材料必須於可視光譜區具高透射度及低度色彩。在本發明中有用的材料係包括但不受限於：聚(甲基丙烯酸甲脂)(PMMA)、經衝擊改質PMMA及其它丙烯酸系聚合物、聚碳酸脂、聚環烯烴、環狀嵌段共聚物，聚醯胺，苯乙烯系化合物，聚碸，聚酯，聚酯-碳酸酯，及其各種可混溶的摻混物。
10b‧‧‧光導板
15a,15b‧‧‧側表面
110‧‧‧第一區域
112a,112b‧‧‧次區域
114a,114b‧‧‧次區域
120a,120b‧‧‧角落
212‧‧‧光源

Claims (6)

  1. 一種光導板，係包括：輸入表面，係用於接收來自複數分立的光源之光；輸出表面，係用於發射光；以及底部表面，係相對於該輸出表面；其中，該輸出表面及該底部表面之其中至少一者具有微圖案，該微圖案係包括分布於與長度方向平行之第一方向y軸以及與寬度方向平行之第二方向x軸的微透鏡；以及其中，該微透鏡具有在第一區域內僅隨y值變化的面積密度函數DI(y)、在第二區域內僅隨y值變化的面積密度函數DII(y)，以及在第三區域內隨x值和y值一起變化的面積密度函數DIII(x,y)，面積密度函數DI(y)和DII(y)係在第一相同y值處分別具有最小值DImin和DIImin，並且在第二相同y值處分別具有最大值DImax和DIImax；其中1.08DIImin/DImin 1.02，DIImax/DImax 1.20，以及對於給定之x，DII(y)>DIII(x,y)>DI(y)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該第一區域面積與該微圖案區域面積之比，係在60%到80%之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該 第二區域面積與該微圖案區域面積之比，係在5%到20%之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該第三區域面積與該微圖案區域面積之比，係在10%到30%之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該複數個微透鏡在寬度，長度和深度的變化，係在1.8%之內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該複數個微透鏡在取向角的變化，係在2度之內。
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