TW201350941A - 導光板及應用其之背光模組 - Google Patents

Abstract

一種導光板，包括複數個導引結構(guiding structure)分佈於導光板之底表面，且沿著導光板之一入光面之方向延伸，導引結構係為倒梯形，並具有一底部、一開口部及分別連接該底部與該開口部之一第一斜面和一第二斜面，其中，該些導引結構之底部係外凸於導光板之底表面，或是在兩相鄰導引結構之間具有一圖案結構，該些圖案結構係內凹於底表面。一種背光模組包括如上述之導光板及設置於導光板側邊之至少一光源。

Description

導光板及應用其之背光模組

本發明是有關於一種導光板及應用其之背光模組，且特別是有關於一種可控制出光方向和提升其發光效率的側入式導光板設計，及應用此導光板設計之背光模組。

目前市面上最常見且技術發展也十分成熟的顯示器產品是液晶顯示器，作為主要組成的液晶面板具備省電、輕薄等優點，但是由於液晶面板本身非自發光，故必須搭配具有均勻面光源的背光模組來作為輔助顯示。背光模組依光源入射位置可分為直下式與側入式兩大類。直下式背光模組是將光源設置於液晶面板正下方，側入式背光模組則是將光源設置於導光板側邊。

第1A圖為一種具側入式背光模組之液晶顯示器之示意圖。目前液晶顯示器1主要由一液晶面板11和設置於液晶面板11下方之背光模組13組成。液晶面板11(上下各貼附偏光板)包括上基板112、下基板114和夾置於兩者之間之一液晶層113。背光模組13包括一導光板(light guide plate，LGP)131、設置於導光板131側邊之光源(如設置有多個LED點光源之一燈條或是CCFL)132、設置於導光板131上方之若干層光學膜片135，和設置於導光板131下方之一反射片137。導光板131目的是將側向進入導光板131之光線朝液晶面板11之方向導出，而光學膜 片135主要目的就是將點光源或線光源在導入液晶面板方向之前可以成為面光源，並且追求整體的均勻性發光。一般平面顯示器用之背光模組所使用的增亮膜片(如光學膜片135)，最常被使用的架構例如是擴散片(diffuser sheet)135a、稜鏡增亮膜(prism sheet)135b和反射式增亮偏光膜(dual brightness enhancement film，DBEF)135c。其它可使用的增亮膜片還有諸如微透鏡增亮膜(micro-lens)或柱狀鏡膜(lenticular lens film)等類似具備集光或是均光功能的增亮膜片，在光學上的考量會有不同的組合及數量搭配。

另外，如第1B圖之一種習知導光板進行導光之示意圖所示，目前既有導光板131產品的導光方式主要是利用印刷網點圖案1312，將撞擊到印刷網點圖案1312之光線打散的方式來改變導光板131中光線行進的方向，此種方式對於光線方向的控制能力有限。

既有的側入式背光模組設計方式多數是採用反覆的散光、循環光等方式來調整出光角度，讓光線可以導引到應用所需的角度與方向。然而，在多次的光學折射、反射的循環過程中雖然可以將光線引導到LCD需求正視的角度，但是也會造成光能量不斷的被損耗。常用的BEF只有不到40%的光線可正常出光，而有超過50%不符合希望出光角度的光線會被反射後再循環。使用BEF而循環超過50%的光線、或是以印刷網點圖案散光、或是擴散片透過散射來拉抬光線角度等方式，都是造成光能量損耗的主 因。因此，盡可能減少這些因子的次數是提高光學效能的機會。

有鑑於上述課題，本發明係提供一種導光板及應用其之背光模組，利用具導引結構之側入式導光板設計，達到控制出光方向和提升其發光效率。應用本發明之導光板可減少增亮膜材的數量，甚至無需使用增亮膜材。

根據本發明，係提出一種導光板，包括複數個導引結構(guiding structure)分佈於導光板之底表面，且沿著導光板之一入光面之方向延伸，導引結構係為倒梯形，並具有一底部、一開口部及分別連接該底部與該開口部之一第一斜面和一第二斜面，其中，該些導引結構之底部係外凸於導光板之底表面，或是在兩相鄰導引結構之間具有一圖案結構，該些圖案結構係內凹於底表面。

根據本發明，係提出一種背光模組，包括如上述之導光板及設置於導光板側邊之至少一光源。：為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下實施例係提出一種可控制出光方向和提升其光利用效率的側入式導光板設計，及應用此導光板設計之背光模組。藉由實施例揭露之導引結構設計，以對進入導光 板光線做行進路線的調整和控制，讓光線從導光板正面出射後所需要依賴的增亮膜材數量減少，甚至是不需要增亮膜材，就可達到既有設計需要3~4張膜材才能達到的出光設計。

以下係參照所附圖式詳細敘述本發明之實施例。需注意的是，實施例所提出的細部結構僅為舉例說明之用，並非對本發明欲保護之範圍做限縮。且圖式係已簡化以利清楚說明實施例之內容，圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製，因此並非作為限縮本發明保護範圍之用。

請參照第2A圖，其為實施例之背光模組之一種導光板與光源之示意圖。第2A圖中，實施例之導光板23設置於光源21(例如設置有多個LED點光源之一燈條或是CCFL)之一側，導光板23具有一出光面23a、一底表面23b和一入光面23c。導光板23包括複數個導引結構(guiding structure)23g分佈於底表面23b處，且沿著入光面23c之方向(即x方向)延伸。各導引結構23g例如是倒梯形結構，光源21射出之光線自入光面23c進入導光板23後，透過該些導引結構23g之倒梯形結構面產生二次反射的效果而調整或控制光線路徑，提升出光效率。

第2B圖為實施例之背光模組之另一種導光板與光源之示意圖。相較於第2A圖，第2B圖中導光板23的上方(出光面23a上)可更形成複數個柱狀結構如柱狀透鏡25，且其延伸方向(即y方向)係垂直於該些導引結構23g之延 伸方向。柱狀透鏡25可用來侷限光線行進方向，使光線可如L1方向行進而無法如L2方向行進(導光板23中行進的光線盡可能保持與柱狀透鏡25平行的方向)，以確保光線方向可以更為接近結構設計的理想值，而更有利於光線效率。除了柱狀透鏡25，導光板23上方結構並沒有特別限制，也可以是平板或是具V型凹溝的結構面。

以下實施例係以倒梯形之導引結構為例並配合圖示做說明。其中，每個導引結構具有一底部、一開口部及分別連接底部與開口部之第一斜面和第二斜面，而導引結構之底部依實施態樣又可分為外凸於導光板之底表面(如第3A-3C圖所示)；或是導引結構之底部構成導光板之底表面(如第4A-4C圖所示)，即兩相鄰導引結構間具有內凹之圖案如梯形或三角形。

第3A圖繪示實施例之導光板之第一種導引結構之示意圖。圖面方向為YZ軸。位於光源31側邊之導光板32包括有複數個導引結構32g，分佈於導光板32之底表面32b，導引結構32g例如是倒梯形。其中，導引結構32g具有一底部321、一開口部323及分別連接底部321與開口部323之一第一斜面325和一第二斜面326，第二斜面326較第一斜面325遠離第二光源31。此實施例之導引結構係外凸於導光板32之底表面32b，因此開口部323係與導光板32之底表面32b相接。

其中，底部321至開口部323之一垂直距離係定義為各導引結構32g之一深度H，開口部323在一光線之行進 方向(y-方向)上具有一長度L，第一斜面325和第二斜面326之外角分別定義為一第一結構角度φ’和一第二結構角度φ。此實施例中，主要參數包括H、L、φ，參考參數為光源31之入射角θ、結構反射角θ r、結構出射角θ i以及導光板32之出射角θ o。此實施例主要是利用倒梯形的底部321以及斜邊結構(第二斜面326)讓入射光線可進行二次反射。例如，當光線進入導引結構32g後於底部321和第二斜面326分別產生反射，光線經過如此的二次反射後往液晶面板之方向出光。利用主要設計參數的最佳化，讓出射角θ o盡可能接近所欲達到之角度(如接近垂直角度)。

實施例中，導光板32上的所有導引結構的第二結構角度φ可以相同或不完全相同。第一結構角度φ’可以相同或不完全相同。

若光線沒有透過斜邊結構進行二次反射，多數的情況則會以平行入射角在導光板32內行進，直到碰撞下一個設計的導引結構進行二次反射達到近於垂直的出射角度。

再者，導光板32上的所有分佈的導引結構也並不限定在一定要完全相同的設計參數，例如導引結構的H/L比值可以相同或不完全相同。第3B圖繪示實施例之導光板之第二種導引結構之示意圖。H/L比例或第二結構角度φ可以根據與光源31的距離或是導光板32尺寸來做改變，藉以調整光學均齊度或取光角度。如第3B圖所示，入光側可擷取的光線角度較大，此實施例中離入光側較近的導 引結構32g-1可採用較大的H/L比例搭配第二結構角度φ控制取光效率，離入光側較遠則的導引結構32g-2採用較小的H/L比例(例如L相同，H’<H)。或者是不同比例交叉變化來提高光源入射光角θ較小時的光線提取率。

再者，導引結構本身亦可做變化，例如是導入複合型的梯形架構。使導引結構的斜面處可包括至少一階梯或其他階梯狀的變化，或是俯視呈一圓柱體或多邊柱體，可以有助於提取較低入光角度的能量、方便調整大小與疏密程度或方便製作。第3C圖繪示實施例之導光板之第三種導引結構之示意圖。其中導引結構35具有一第一底部351、一第一斜面355、一第二斜面356、一第二底部357和一第三斜面358。此設計相當於一個導引結構中包括有兩個單位可進行二次反射，第一單位由第一底部351、第一斜面355和第二斜面356構成，並具有第一深度h1；第二單位由第二底部357和第三斜面358構成，並具有第二深度h2。光線可以利用第一底部351和第二斜面356進行二次反射，也可以利用第二底部357和第三斜面358進行二次反射。其中H=第一深度h1+第二深度h2。

除了上述實施例之導引結構外凸於導光板之底表面的實施態樣外，本揭露亦可修飾與變化實施態樣，於導光板之底表面形成多個/條內凹之圖案(其截面如梯形或三角形)而形成倒梯形之導引結構。此種作法也是藉由二次反射將光線引導到正面出光的做法，因此與外凸之導引結構在控制光線行進方向與提升出光效率是具有類似的原理 與效果的。

第4A圖繪示實施例之導光板之第四種導引結構之示意圖。與前述如第3A-3C圖所示之外凸倒梯形結構作為引導光線結構的方式相比，第4A圖是在導光板42的底表面上製作出內凹圖案45而形成倒梯形的導引結構42g。第4A圖中，內凹圖案45為梯形，光源41側邊之導光板42底表面處具有數個導引結構42g，導引結構42例如是倒梯形，同樣具有一底部421、一開口部423及分別連接底部421與開口部423之一第一斜面425和一第二斜面426，第二斜面426較第一斜面425遠離光源41。其中，底部421至開口部423之一垂直距離亦定義為各導引結構42g之一深度H，開口部423在一光線之行進方向(y方向)上具有一長度L，第一斜面425和第二斜面426之外角亦分別定義為第一結構角度φ’和第二結構角度φ。此外參考參數如光源41之入射角θ、結構反射角θ r、結構出射角θ i以及導光板42之出射角θ o。此實施例之導引結構42g也是利用倒梯形的底部421以及斜邊結構(第二斜面426)讓入射光線可進行二次反射，之後往液晶面板之方向出光。利用設計參數L、H、φ和φ’的最佳化，讓出射角θ o盡可能接近所欲達到之角度(如接近垂直角度)。

第4B圖繪示實施例之導光板之第五種導引結構之示意圖。第4C圖繪示實施例之導光板之第六種導引結構之示意圖。與第4A圖類似的，第4B、4C圖之導引結構43g、44g是在導光板42的底表面上製作出內凹圖案46、46’ 而形成。第4A圖之內凹圖案45為梯形，第4B、4C圖之內凹圖案46、46’為三角形。

如第4B圖所示，為了使第一斜面435達到更平緩的斜率而採用了不對稱三角形的內凹圖案46，使光線進入導引結構43g後，於第一斜面435、底部431和第二斜面436分別產生反射，光線經過如此的三次反射後往液晶面板之方向出光，進而增加了導引結構43g對於引導光線的效率。但是在設計參數上除了第二結構角度φ，也需考慮對向的第一結構角度φ’而較為複雜。

應用時亦可將第4B圖之第一結構角度φ’調整為較大的情況。如第4C圖所示，導引結構44g的第一斜面445和第二斜面446亦可呈對稱，即內凹圖案46’單純成為對稱三角結構，其主要目的在於有機會可直接拉回透過第二斜面446的光線，減少光線接觸到導光板42下方的散射型反射片(未顯示)造成散射，而導致破壞光源效率和光線行進方向的可能性。

又或者，如第4D圖(實施例之導光板之第七種導引結構之局部示意圖)所示，亦可將導引結構的第一斜面455角度調整到趨近於垂直，可以將更多可能接觸到導光板42下方的散射型反射片(未顯示)的光線拉回導光板42，如第4D圖中如果是將三角結構(虛線)角度調整為垂直(黑色實線)，則原本應該會出射到反射片方向的光線(虛線箭號指示線)會被拉回導光板42內(實線導光板42)，但此設計會讓原有拉回光線角度變的較平直(與第4C圖比較)導致光 線傳輸距離較遠，適合較大尺寸的背光模組設計。

以上提出的實施例架構中(如第3A-3C和4A-4D圖中)，導光板32上的所有導引結構並不一定要左右對稱，可以採用不對稱斜面以利取光效率的調整，也不特別限制第一結構角度φ’與第二結構角度φ角度，兩者可以相同或不相同，主要也是取決於與光線平行的剖面結構以及實際應用時希望出光的角度。一實施例中，導引結構的第一結構角度φ’範圍為30度-45度，第二結構角度φ範圍為45度-60度。

再者，以上提出的實施例，不論是外凸於導光板底表面外的導引結構(如第3A-3C圖所示)或是在導光板底表面上製作內凹圖案而形成的導引結構(如第4A-4C圖所示)，在導光板底表面的整體分佈上，可以因應用需要而做相應變化與改變。如第5圖(實施例之一導光板之局部示意圖)所示，導光板52底表面52b上所分佈的該些導引結構52g(由內凹圖案56所形成)，例如是呈延伸的長條柱狀，且根據需要提取出光效率的差異改變長度L，例如離光源越近的導引結構具有越長的長度，離光源越遠的導引結構具有越短的長度。又或者是如第6圖(實施例之另一導光板之局部示意圖)所示，導光板62底表面62b上所分佈的該些導引結構62g可以做不連續的截斷設計，如圖中不連續式地陣列分佈於底表面62b。又或者是如第7圖(實施例之再一導光板之局部示意圖)所示，導光板72底表面72b上外凸的導引結構72g，係根據與入光面/光源之相應距離 呈現由疏到密之分佈，距離入光面/光源越遠導引結構72g分佈越密。又或者是如第8圖(實施例之又一導光板之局部示意圖)所示，導光板82底表面82b上外凸的導引結構82g，其H/L比例係根據與入光面/光源之相應距離呈現由大到小之變化，距離入光面/光源越遠的導引結構82g其H/L比值越小(如L值固定，H值漸減)。

因此，實施例之導引結構在導光板底表面之整體分佈上，可以垂直於LGP邊緣的延伸長柱狀、可以做不連續的截斷設計、亂數排列，交錯地或是規律地排列，又或者是根據需要提取出光效率的差異(ex.出光側and入光側距離變化)改變間距、深度或是結構角度等等，主要是依光學均齊度的調整而決定個別結構和分佈密度、分佈方式等設計，進而達到整體出光效率的最佳化。

另外，雖然上述是以單側入光(一光源位於導光板側邊)，但本發明並不以此為限，光源也可以是雙側邊入光，此時需考慮雙側光源因素與應用條件所需而作導引結構的個別設計與整體安排而做。再者，導引結構的形成方式可以是印刷、噴墨、射出、滾壓、機械加工或是雷射加工等等任何方法。再者，在不影響讓入射光線可二次反射的前提下，圖中梯形轉角處可以是銳角、圓角或是導角。一實施例中，導引結構之轉角處為銳角。

因此，此領域技術者當知，導引結構設計可視實際應用所需和應用條件而作參數值最適之調整與變化，而不侷限於上述提出之導引結構態樣。

<導引結構之設計參數>

請再參照第4A圖。主要參數包括H、L、φ、φ’：深度H：底部421至開口部423之一垂直距離長度L：開口部423在光線行進方向上之長度第二結構角度φ：第二斜面426之外角第一結構角度φ’：第一斜面425之外角

參考參數為光源41之入射角θ、結構反射角θ r、結構出射角θ i以及導光板42之出射角θ o。以下計算最終目標是出射角θ o，希望出射角θ o盡可能接近垂直的角度(越接近0°越好)。

根據=θ+θ _r =>θ _r =-θ sinθ _i ×n _i =sinθ _o ×n _o θ i越接近0°也就意味著θ o會越接近0°。當光源入射角的情況下光能量無法藉由結構出射。因此當，光線可自導光板出射。

假設使用光源為Lambertian發光二極體。根據折射定律，進入導光板後的入射角θ主要在0°到42.1°之間。若導光板材料為PMMA，折射率1.49，出射臨界角(全反射角)為42.2°。以下係在0° θ 42°區間內計算θ _i 或θ _o 。

由以上數據，對於導引結構對光學可能產生的行進入 線做進一步的研究與計算，主要有三種不同情況：

<情況一、結構底部平面撞擊後二次反射>

請參照第4A圖。光線進入導引結構後撞擊底部421以及斜邊結構(第二斜面426)進行二次反射後出光。但是當光源入射角時不會發生此考慮情況(光能量無法藉由結構出射)。

情況一可以透過sinθ _o =sin(90+θ-(2×φ))×1.49，由光源入射角θ推算得到出射光角度θ o，表1列出其中幾個計算範例如下：

這會是主要取光的方式，其中出射光角度範圍θ o是決定的關鍵。以表1中第四列數字來說，這樣的設計在以模擬軟體計算所有可能的光線後，所取得出射光角度範圍θ o會落在-27°~27°間，若主要較佳的出射光角度認為 最好是落在-45°~45°，則此參數是可以被列入考慮的。第9A圖繪示光線於導引結構之底部和斜面撞擊後二次反射，出射光角度在-27°~27°間之示意圖。

若將這樣的計算方式曲線化，以第9B圖做出射光角度範圍說明。假設應用之背光模組採單側入光。第9B圖為導引結構H/L比例為0.05之主光線分部範圍曲線，其中係以出射光角度-45°和45°判定第二結構角度φ。如圖若把出射光角度極端的範圍分別成為兩條曲線，曲線(1)是接近臨界角入射光能量，和曲線(2)是接近平行入射光能量，也就是主要出光能量會落在曲線(1)和(2)之間，若我們所需求的出射光角度θ o是希望落在-45°~45°間，此兩個角度和曲線(1)和(2)可形成一個符合設計需求的範圍(如圖中網點區域之範圍)。其中線D1和曲線(1)之交點為45°之出射光角度，線D2和曲線(2)之交點為-45°之出射光角度。由第9B圖可以得到：在導引結構H/L比例為0.05時，應用在單側入光之情況下，較佳的第二結構角度φ會在50°~62°，考慮到平衡性第二結構角度φ可為56°。當然，不同的H/L比例會有不同的結果(主光線分部範圍曲線會不同)，但透過這樣的方式可以推算出接近需求的設計參數。

若應用之背光模組採雙側入光時，也就是入射光可能從兩個相對方向入射的時候，則必須考慮到可以互補的可能性(導引結構的相對兩斜面可分別提供兩側入射光進行反射)，此時可以不考慮上述的平衡問題，而是把出射光角 度範圍θ o單一方向範圍定在0°~-20°，另外一邊則不需特別設限。同樣的，請參考第9C圖，其為導引結構H/L比例為0.05之主光線分部範圍曲線，其中係以出射光角度0°和-20°判定第二結構角度φ。第9C圖的曲線(1)和(2)同第9B圖。所需求的出射光角度θ o是希望落在0°和-20°間，此兩個角度和曲線(1)和(2)亦形成一符合設計需求的範圍(如圖中網點區域之範圍)。其中線D3和曲線(1)之交點為0°之出射光角度，線D4和曲線(2)之交點為-20°之出射光角度。由第9C圖可以得到：在導引結構H/L比例為0.05時，應用在雙側入光之情況下，較佳的第二結構角度φ會在46.5°~53.5°。

考慮到取光效益以及應用的可能性，根據如上述許多計算和判定的範例結果，一實施例中，倒梯形的導引結構其第二結構角度φ範圍係為45°~65°。

<情況二、由第二結構角度φ的第二斜面出射>

請參照第4C圖。光線進入導引結構由第二斜面446出射。這種情況有兩種可能性：(a)直接出射後依賴導光板下方的反射片將光線導回，或是(b)內凹的梯形或三角形結構距離夠近的情況下，會發生將光線透過折射再循環進入導光板。

由於可能性(a)以反射片取回光線是一種散射的方式，所以無法單純以物理公式進行運算，所以在此不計算，但是在內凹結構夠小(接近三角形)的情況下，自模擬 結果估計，可能性(a)所出現總能量的比例不會超過情況二總能量的30%。

可能性(b)可透過θ ^'=90-φ'-sin^-1(sin(180-sin^-1(sin(90-φ-θ)×1.49)-φ-φ')/1.49)計算出再循環入射光的角度，表2列出其中幾個計算範例如下：

這裡主要就是將無法成為情況一主要被利用光線成為再循環光線，進而有機會成為情況一的出射光線，將範圍再推算回情況一就可以推測出實際的出光分佈區域。

若以同樣希望出光角度可落在-45°~45°和以表2中最後一欄數據：結構角度φ/φ’=57°/45°為例。第10圖為導引結構之結構角度φ/φ’=57°/45°之實際光循環曲線分佈圖。從第10圖中可看到再循環入射光之再入射光角度θ’會落在2.8°~29.4°。而且可以預期最高能量的收斂角度會落在約14.2°(曲線與對角線D5之交點)，再將這樣的數據推回情況一則可以知道這部分的出光能 量範圍會落在-32°~8°。

同樣針對不同的結構角度φ/φ’可以透過這樣的計算方式搭配情況一來推算出較符合需要的設計參數。考慮到取光效益以及應用的可能性，根據如上述許多計算和判定的範例結果，一實施例中，倒梯形的導引結構其第一結構角度φ’範圍係為30°~45°。

<情況三、由第一結構角度φ’的第一斜面反射後再行進>

情況三的光線路徑有幾種可能性：(a)光線碰到第一結構角度φ’的第一斜面再經過底面反射後直接成為角度再入射光角度θ’的循環入射光線(如第4B圖所示)；或(b)光線碰到第一結構角度φ’的第一斜面反射後再經過第二結構角度φ的第二斜面反射出光；或(c)光線碰到第一結構角度φ’的第一斜面反射後直接成為再入射光角度θ’的循環入射光線。

計算基本條件是<θ。其中，在可能性(a)的情況下，再循環入射光線角度θ'=2-θ；在可能性(b)的情況下，出射光為θ _o =sin^-1(sin(90+2-2-θ)×1.49)；在可能性(c)的情況下，2<θ就會成立，再循環入射光線角度θ'=θ-2。

其中，可能性(c)必須在第一結構角度φ’<20°的時候才有考慮的必要。

情況三設計的效益如果要結合情況二，主要角度會落在約30°~40°，如果小於這個範圍就必須犧牲情況二的回收效益，但是光限縮情況會更為明顯，對於光傳遞距離 會比較遠。

所以大致上可以推斷以此架構下，一實施例中應用的第一結構角度φ’範圍仍為30°~45°。

其中，情況一由於的光線不會被取出，但是可能透過情況二的方式再循環，而情況三是增加光改變角度的機會，最好的設計是需要將三種情況一併列入考慮。

綜上，一實施例中，倒梯形的導引結構其第二結構角度φ範圍係為45°~65°，其第一結構角度φ’範圍係為30°~45°。在參數設計上，結構長度L以及結構深度H其結構功能主要是調整出光比例，第二結構角度φ之結構功能主要是調整主要出光角度，而第一結構角度φ’之結構功能主要是增加循環光和微調入光角度。再者，在單側入光設計之一實施例中，各導引結構之第一結構角度φ’不等於第二結構角度φ(即導引結構設計左右不對稱)。在雙側入光設計之一實施例中，各導引結構之第一結構角度φ’可與第二結構角度φ相等(即導引結構設計左右對稱)或不相等(即導引結構設計左右不對稱)，其中在左右對稱的情況下，設計參數計算以前述情況一為主(即以第二結構角度φ設計參數為主，再令第一結構角度φ’=φ)。但本發明對此並不作限制。

另外，考量結構長度L以及結構深度H的關係，由於的光能量無法藉由結構出射，因此H/L 的數值越小損失的光能量就越小。但是H/L數值過小的話每個導引結構能夠提出的光能量也相對越低。若以H/L比例數值變化作為變數，嘗試找出較佳第二結構角度φ，讓被導引結構二次反射提取的入射光在出射後可獲得較佳角度，大致得到的結果如表3： 上述表3的計算方式是以雙側邊入射光源，以需求光能量最強角度在導光板正面為0°的計算方式。但實際應用時其最適H/L比例則必須搭配背光模組設計才能找出最佳參數(如導光板長寬尺寸、導引結構分佈)。可依實際應用和整面分佈來變化適合的H/L比例。一實施例中，H/L比例數值例如是低於0.2以避免過高的損失取光角度。一實施例中，H/L比值約為0.05-0.2。另一實施例中，H/L比值約為0.1-0.15，結構長度L例如約100um以及結構深度H例如約10~15um。但本發明並不僅限制於此H/L比例。

實際應用時，結構長度L以及結構深度H可以被應用於輝度均齊度的調整，例如結構長度L靠近光源處較大、遠離光源處較小；結構深度H一般固定會較好，但是 在結構長度L變化不足以達成調整光學均齊度目標的時候，則可透過結構深度H的改變來作調整，例如靠近光源處結構深度H較小、遠離光源處結構深度H較大。

透過本揭露之概念，如上述多種實施例可以將光線行進路線導引到與導光板之出光平面近垂直，依前述導引結構之設計參數所說明之方式可以確實計算和判定其結構設計。例如：若將設計參數定義為結構H/L比例為0.15，第二結構角度φ為49.9°的情況下，由光源入射角度θ在9.8°的光線在透過導引結構二次反射後會被導引到完全垂直於導光板出光面的方向，而其他所有的入射光源只要透過導引結構二次反射後會均勻的分佈在垂直於導光板出光面約0°~52°的角度出射。

綜合上述，透過實施例所揭露之側入式導光板設計，可藉由導引結構對進入導光板光線做限制性的行進路線調整，而控制出光方向和提升發光效率，讓光線從導光板正面出射後僅需要依賴1~2張增亮光學膜材，甚至在不需要膜材的情況下達成既有背光模組設計需要3~4張光學膜材才能達到的出光設計。至於光線欲出光之方向(即出射光角度範圍)，則視應用情況所需而對導引結構如其斜面角度作調整。例如是否欲將光盡可能的導向垂直於導光板平面的法線方向、或是欲將光線朝向某特定傾斜角度範圍、或是需快速或延遲取出光線等種種狀況，都可以透過如實施例所述之模擬計算和變化全部或部份導引結構的設計參 數如調整導引結構的結構角度(φ和φ’)等而達到。

另外，實施例所揭露之側入式導光板設計，可應用在許多不同型態的2D顯示器或3D顯示器，包括需要令光線自導光板出光角度控制在某種特定方向或範圍的2D或3D顯示器，皆可透過實施例所揭露之導引結構個別設技與整體分佈之結果而達成；例如可應用在指向光源式(Directional Backlight)之裸視3D顯示器，其利用兩組光源快速交替投射之方式而分別朝左右眼顯示不同畫面，右側的背光光源朝左眼投射左眼畫面，左側的背光光源朝右眼投射右眼畫面，應用實施例所揭露之導光板設計概念可製作出能搭配指向光源式3D顯示器的導引結構且在導光板上不需要設置指向式的3D薄膜，即可使雙眼在兩側的光源快速交替投射下，也能分別接收到動態的畫面，藉此產生雙眼視差產生立體感。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧液晶顯示器

11‧‧‧液晶面板

112‧‧‧上基板

113‧‧‧液晶層

114‧‧‧下基板

13‧‧‧背光模組

131‧‧‧導光板

132‧‧‧光源

135‧‧‧光學膜片

135a‧‧‧擴散片

135b‧‧‧稜鏡增亮膜

135c‧‧‧反射式增亮偏光膜

137‧‧‧反射片

21、31、41‧‧‧光源

23、32、42、52、62、72、82‧‧‧導光板

23a、32a、52a‧‧‧出光面

23b、32b、52b、62b、72b、82b‧‧‧底表面

23c‧‧‧入光面

23g、32g、32g-1、32g-2、35、42g、43g、44g、52g、62g、72g、82g‧‧‧導引結構

321、421、431、441、451‧‧‧底部

351‧‧‧第一底部

357‧‧‧第二底部

323、423‧‧‧開口部

325、355、425、435、445、455‧‧‧第一斜面

326、356、426、436、446、456‧‧‧第二斜面

25‧‧‧柱狀透鏡

45、46、46’‧‧‧內凹圖案

H、H’、h1、h2‧‧‧深度

L‧‧‧長度

φ'‧‧‧第一結構角度

φ‧‧‧第二結構角度

θ‧‧‧入射角

θ’‧‧‧再入射光角

θ r‧‧‧結構反射角

θ i‧‧‧結構出射角

θ o‧‧‧出射角

L1、L2‧‧‧光線行進方向

第1A圖為一種具側入式背光模組之液晶顯示器之示意圖。

第1B圖為一種習知導光板進行導光之示意圖。

第2A圖，其為實施例之背光模組之一種導光板與光源之示意圖。

第2B圖為實施例之背光模組之另一種導光板與光源之示意圖。

第3A圖繪示實施例之導光板之第一種導引結構之示意圖。

第3B圖繪示實施例之導光板之第二種導引結構之示意圖。

第3C圖繪示實施例之導光板之第三種導引結構之示意圖。

第4A圖繪示實施例之導光板之第四種導引結構之示意圖。

第4B圖繪示實施例之導光板之第五種導引結構之示意圖。

第4C圖繪示實施例之導光板之第六種導引結構之示意圖。

第4D圖繪示實施例之導光板之第七種導引結構之局部示意圖。

第5圖繪示實施例之一導光板之局部示意圖。

第6圖繪示實施例之另一導光板之局部示意圖。

第7圖繪示實施例之再一導光板之局部示意圖。

第8圖繪示實施例之又一導光板之局部示意圖。

第9A圖繪示光線於導引結構之底部和斜面撞擊後二次反射，出射光角度在-27°~27°間之示意圖。

第9B圖為導引結構H/L比例為0.05之主光線分部範圍曲線，其中係以出射光角度-45°和45°判定第二結構角度φ。

第9C圖為導引結構H/L比例為0.05之主光線分部範圍曲線，其中係以出射光角度0°和-20°判定第二結構角度φ。

第10圖為導引結構之結構角度φ/φ’=57°/45°之實際光循環曲線分佈圖。

21‧‧‧光源

23‧‧‧導光板

23a‧‧‧出光面

23b‧‧‧底表面

23c‧‧‧入光面

23g‧‧‧導引結構

Claims (19)

1. 一種導光板，包括複數個導引結構(guiding structure)分佈於該導光板之一底表面，且沿著該導光板之一入光面之方向延伸，每該導引結構係為倒梯形，並具有一底部、一開口部及分別連接該底部與該開口部之一第一斜面和一第二斜面，其中，該些導引結構之該些底部係外凸於該導光板之該底表面，或是在兩相鄰之該些導引結構之間具有一圖案結構，該些圖案結構係內凹於該底表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該些圖案結構係為梯形或三角形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中分佈於該底表面之該些導引結構係呈複數個長條柱狀。
4. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該底部至該開口部之一垂直距離係定義為各該導引結構之一深度H，該開口部在一光線之行進方向上具有一長度L，該第一斜面和該第二斜面之外角分別定義為一第一結構角度φ’和一第二結構角度φ，若該光線之入射光角為θ，當，該光線可自該導光板出射。
5. 如申請專利範圍第4項所述之導光板，其中各該導引結構中該第一結構角度φ’不等於該第二結構角度φ。
6. 如申請專利範圍第4項所述之導光板，其中各該第一結構角度φ’範圍為30度-45度，各該第二結構角度φ範圍為45度-60度。
7. 如申請專利範圍第4項所述之導光板，其中該些導引結構的該些第一結構角度φ’不完全相同，該些第二結構角度φ不完全相同。
8. 如申請專利範圍第4項所述之導光板，其中H/L比值約為0.05-0.2°
9. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，更包括複數個柱狀透鏡於該導光板之一出光面，且該些柱狀透鏡之延伸方向係垂直於該些導引結構之延伸方向。
10. 一種背光模組，包括：一導光板，包括複數個導引結構(guiding structure)分佈於該導光板之一底表面，且沿著該導光板之一入光面之方向延伸，每該導引結構係為倒梯形，並具有一底部、一開口部及分別連接該底部與該開口部之一第一斜面和一第二斜面，該些導引結構之該些底部係外凸於該導光板之該底表面，或是在兩相鄰該些導引結構之間具有一圖案結構，該些圖案結構係內凹於該底表面；和一光源，設置於該導光板之一側邊。
11. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該些圖案結構係為梯形或三角形。
12. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中分佈於該底表面之該些導引結構係呈複數個長條柱狀。
13. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該底部至該開口部之一垂直距離係定義為各該導引結構之一深度H，該開口部在一光線行進方向上具有一長度 L，該第一斜面和該第二斜面之外角分別定義為一第一結構角度φ’和一第二結構角度φ，若該光線之入射光角為θ，當，該光線可自該導光板出射。
14. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中各該導引結構中該第一結構角度φ’不等於該第二結構角度φ。
15. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中各該第一結構角度φ’範圍為30度-45度，各該第二結構角度φ範圍為45度-60度。
16. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該些導引結構的該些第一結構角度φ’不完全相同，該些第二結構角度φ不完全相同。
17. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，係具有兩該個光源分別設置於該導光板之兩側邊，其中各該導引結構中該第一結構角度φ’與該第二結構角度φ相同或不同。
18. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中H/L比值約為0.05-0.2°
19. 如申請專利範圍第10項所述之背光模組，更包括複數個柱狀透鏡於該導光板之一出光面，且該些柱狀透鏡之延伸方向係垂直於該些導引結構之延伸方向。