TW201740143A - 兼具高入光展角及均勻出光之導光板與其製造方法及加工機構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板與其製造方法及加工機構，導光板包括一入光面、一透鏡陣列、一出光面、一底面及複數導光槽。透鏡陣列形成於入光面以提高入射光線之展角，藉此減低亮暗分布不均之情況，出光面與底面相對設置並分別鄰接於入光面，導光槽則成形於出光面或底面，以提升出光面之出光亮度，且各導光槽深度由鄰近入光面之端朝相對端漸增，而可進一步均勻導光板整體出光效果。導光板於製造上則透過加工機構以輾壓方式形成漸變導光槽，以達快速量產之功效，進而相對降低製造成本。

Description

兼具高入光展角及均勻出光之導光板與其製造方法及加工機構

本發明係與導光板領域相關，尤其是一種具有高入光展角、高輝度且可均勻出光之導光板及其製造方法與加工機構。

導光板為一種供以將點光源如發光二極體(LED)轉換為面光源輸出之光學板材，並常被使用於背光模組及照明燈具等。導光板視光源設置可區分為直下式導光板或側入式導光板，以側入式導光板為例，其係將光源設置於導光板側邊形成側入式投射光線，再使光線自導光板出光面形成出光。

側入式導光板之設計取向，除為優化整體出光品質外，部份情況會因應導光板使用範疇或是特殊需求而進行結構設計與變更。例如改善導光板受LED影響而形成之熱點或稱亮點(Hot Spot)現象，或是應用於顯示器背光模組內而須具高輝度呈現，以及利用微結構佈設態樣調整出光均勻度及分布等要求，導光板廠商於開發時即會依據需求進行結構設計。

以熱點現象為例，其係指受LED有限展光角度之特性影響，導光板靠近LED且落於展光範圍內的區域會形成亮區，非位於展光範圍內的區域則會形成暗區，該些亮區與暗區會使導光板出光不均，形成亮暗交錯的出光狀態。為了解決該現象，可行的實施方案為在導光板入光側設置展光微結構藉以擴大入光角度，使暗區面積相對減少進而提升出光均 勻度。

而針對應用在顯示器背光模組之導光板，其主要需求則為提供高輝度的出光效果，以保障顯示器之顯示品質，故該種導光板即以產生高亮度出光為目的進行設計。其實施方案為在導光板出光面設置溝槽，以藉其折射部分光線達到增強出光亮度之目的。

如前述，目前針對單一光學呈現缺失，導光板已具有一定之發展基礎，惟隨市場變化，業界中對於更高階級的導光板與更多元的光學處理需求已漸趨明顯，然而現今仍未有可同時符合至少上述二種光學需求，而可廣泛應用於各領域之產品。鑒於需求的演變，本發明人於此即提出一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板及其製造方法與加工機構，以提供更高品質之導光板。

本發明之一目的，旨在提供一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板及其製造方法與加工機構，透過導光板之漸變導光槽與透鏡陣列實現同時提高入光展角與出光輝度之功效，並具有極佳之出光均勻度，以提升導光板的光學品質。

為達上述目的，本發明於一實施方式中揭示一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板，包括：一入光面，供以接收光線；一透鏡陣列，成形於該入光面，供以提高光線入射展角；一出光面，鄰接於該入光面並供以出光；一底面，鄰接於該入光面並相對該出光面設置；及複數導光槽，成形於該出光面或該底面，且各該導光槽深度由鄰近該入光面之端朝相對端漸增，以提升該出光面之出光亮度。藉此，透過漸變之導光槽搭配透鏡 陣列，係可有效增加入射光線展角，同時提高導光板整體出光輝度並獲得均勻出光效果。

於一實施方式中，導光板具有以該入光面為起點依序相鄰設置之一過渡區與一作用區，該等導光槽設於該出光面或該底面對應該作用區之區域範圍內。其中，過渡區係指當導光板應用於顯示裝置時，受邊框遮蔽之區域，作用區則為應用於顯示裝置時之可視區域，並導光槽之深度由過渡區朝作用區漸增，以因應光線強度適當將光線折射至出光面。

於另一實施方式中，係揭露該透鏡陣列可透過雷射加工成形，以達快速量產目的，並維持透鏡陣列結構之精準度。

次一實施方式中，本發明進一步揭露該等導光槽為V型溝槽，以獲得更佳之光線導引效果。

本發明於一實施方式中，亦揭示一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板製造方法，包括以下步驟：提供一導光板，且該導光板具有一出光面、一底面及一入光面，該出光面及該底面相對設置並分別與該入光面鄰接；於該出光面或該底面透過一加工機構輾壓形成複數導光槽，且該等導光槽深度由鄰近該入光面之端朝相對端漸增；及於該入光面加工形成一透鏡陣列。透過輾壓導光板形成漸變之導光槽，係可有效提升製程速度，後續於入光面施作透鏡陣列後獲得之導光板，即可利用漸變導光槽與透鏡陣列有效提高導光板入光展角以及出光輝度，並使整體出光具有極佳均勻度。

基於前述實施方式，於再一實施方式中，該導光板定義有以該入光面為起點依序相鄰設置之一過渡區與一作用區，該等導光槽設於該 出光面或該底面對應該作用區之區域範圍內。

於一實施方式中，該加工機構為一輾壓輪，並具有相對設置之一第一端及一第二端，該加工機構表面佈設有複數凸柱，且該等凸柱高度係由該第一端朝向該第二端漸增，以於輾壓導光板時形成非等深之該等導光槽。並為使導光槽形成由入光面端朝向另端漸深之態樣，加工時使第一端對應入光面方向設置，藉此加工機構即可透過旋轉壓印方式於導光板形成由入光面端朝向另端漸深之導光槽。

凸柱之形狀可依據欲成形之導光槽進行設定，於一實施方式中係揭示該等凸柱之截面為三角形，利用該態樣的凸柱即可於導光板壓印形成V型之各導光槽。

此外，於另一實施方式中係揭示該透鏡陣列透過雷射加工成形，藉此達到快速大量生產功效，且可維持透鏡陣列結構之精準度。

本發明亦於一實施方式中揭露一種兼具高亮度及入光展角之導光板加工機構，供以針對一導光板進行預處理，其特徵在於：該加工機構為一輾壓輪，並具有相對設置之一第一端及一第二端，該加工機構表面佈設有複數凸柱，且該等凸柱高度係由該第一端朝向該第二端漸增，以於該導光板之一出光面或一底面壓印形成非等深之複數導光槽；藉此，該加工機構於該導光板上壓印形成漸變之該些導光槽後，當複數個用以提高入光展角之透鏡陣列被施作於該導光板之一入光面時，該等導光槽因其由淺至深之漸變結構，讓光線經過陣列透鏡提高展角後可先由深度較淺之導光槽微量被折射出，後續再由該漸深之導光槽於將光線折射集中亮度之後並將光線傳遞至遠光側以提高導光板出光時之整體均勻度，藉此可避免光 線在該出光面形成亮暗對比的段差紋，或交錯排列的光學干涉紋。

綜上所述，本發明提供之導光板，實可利用透鏡陣列與漸變之導光槽，提升入光展角及出光輝度，並同時具有極佳之輝度均勻性。透鏡陣列有效提升光線的入射展角，以解決入光側的亮暗分布不均現象，而導光槽則導引進入導光板之光線並使其透過折射方式提高出光亮度，且深度漸變之導光槽可消除光線受透鏡陣列與導光槽相互干涉而產生的段差紋或干涉紋，以獲得更為優越的出光品質。本發明一併揭示供以製成該導光板之加工機構與方法，透過加工機構上之凸柱而於導光板壓印形成漸變之導光槽，於導光槽成形後再透過如雷射加工方式於入光面施作透鏡陣列，即可快速生產大量導光板，提高生產效率。

【本發明實驗例】

1‧‧‧導光板

10‧‧‧入光側

11‧‧‧透鏡陣列

12‧‧‧出光面

13‧‧‧底面

14‧‧‧溝槽

【本發明實施方式】

2‧‧‧導光板

2’‧‧‧導光板

20‧‧‧入光面

21‧‧‧透鏡陣列

22‧‧‧出光面

23‧‧‧底面

24‧‧‧導光槽

25‧‧‧過渡區

26‧‧‧作用區

3‧‧‧加工機構

30‧‧‧第一端

31‧‧‧第二端

32‧‧‧凸柱

4‧‧‧承載機構

第1圖，為本發明實驗例之導光板立體示意圖。

第2圖，為本發明實施方式之導光板立體示意圖。

第3圖，為本發明實施方式之導光板剖面示意圖。

第4圖，為本發明實施方式之加工機構立體示意圖。

第5圖，為本發明實施方式之加工機構側視圖。

第6圖，為本發明實施方式之製造方法步驟流程示意圖。

第7圖，為本發明實施方式之加工示意圖(一)。

第8圖，為本發明實施方式之加工示意圖(二)。

第9圖，為本發明實施方式之加工示意圖(三)。

如前述，隨時間演進，對於導光板光學效能之要求亦越趨嚴謹與多元，如何有效解決當前導光板的不足之處，並進一步提升各項效能，實為相關廠商致力改善之處。在目前的導光板技術下，僅能針對前述的熱點現象與出光輝度問題單獨改善，且由於兩種導光板的開發與需求取向迴異，因此並無可同時解決該些問題的方案。本發明人即針對該些缺失構思及設計導光板結構，以一併消除習用導光板問題，並獲得更優越的光學效果，遂而提出如下所述之實驗例。請參閱第1圖，其係為本發明實驗例之導光板立體示意圖。於本實驗例中，係於一導光板1之一入光側10設置一透鏡陣列11，以增加光線自入光側10進入導光板1時之展角，並於導光板1之一出光面12或一底面13設置平行排列之複數溝槽14，供以提高出光輝度。其中，該些溝槽14皆為等深並與入光側10相互垂直，以調整光徑使導光板1於出光面12出光時之亮度得以提升。藉此希冀改善導光板1鄰近入光側10區域之熱點現象，以及提高導光板1整體亮度。然實際進行測試，光線經入光側10進入導光板1時，受透鏡陣列11結構而使入射展角擴大，光線展角擴大同時即相對變更了原始光徑，當光線繼續前行接觸溝槽14後，雖整體出光輝度得以被提升，卻使出光面12部分區域出現交錯排列之光線干涉紋，或是亮暗對比之段差紋，反而降低了出光均勻度。

故為解決不均勻之出光現象，本發明人續以構思如何解決光線同時受透鏡陣列與溝槽影響而產生之亮暗紋路，遂提出本發明所揭露之兼具高入光展角及均勻出光之導光板。請參閱第2及3圖，其係為本發明實施方式之導光板立體示意圖與導光板剖面示意圖。本發明係揭示一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板2，其包括一入光面20、一透鏡陣列21、 一出光面22、一底面23及複數導光槽24，且該導光板2係為側入式之導光板。

入光面20供以接收側入光線，透鏡陣列21則成形於入光面20，以改變入射光之光場分布提高入射光之展角。出光面22與底面23係相對設置並分別垂直鄰接於入光面20，光線自入光面20進入導光板2後係於出光面22形成出光。導光槽24成形於出光面22或底面23，以提升出光面22之整體出光亮度，且各導光槽24深度由鄰近入光面20之端朝相對端漸增，於本實施方式中則以導光槽24設置於出光面22為例。透過漸變之導光槽24，使鄰近陣列透鏡21之導光槽24深度呈現較淺之態樣並朝相對端漸增，由於側入光線為設置於透鏡陣列21側方，因此導光板2越靠近透鏡陣列21側其光線強度相對較高，當光線經過陣列透鏡21提高展角後可經由深度較淺之導光槽24適量被折射出，後續再由該漸深之導光槽24配合光線之強度適量的將光線折射至出光面22，以提高導光板2出光時之整體均勻度，藉此即可有效消除光線於導光板2同時受透鏡陣列21及導光槽24結構影響產生之干涉現象，亦即前述之交錯干涉紋，或是亮暗排列之段差紋，藉此使導光板2兼具高入光展角及出光輝度，同時亦有極佳之出光均勻度。其中，於本實施方式中，該些導光槽24係分別為一V型溝槽，以提供更佳之控光效能，惟該些導光槽24之形狀亦可依據光學要求設計與變化，例如亦可為U型之溝槽。

為提升導光板2之出光品質，於導光板2更具有以入光面20為起點依序相鄰設置之一過渡區25及一作用區26，並使該些導光槽24設置於出光面22或底面23對應作用區26之區域範圍內。其中，過渡區25 係指當導光板2應用於顯示器時受邊框所遮蓋之區域，而作用區26所指的是當導光板2應用於顯示器時受邊框所遮蓋後之可視區域。且於較佳實施態樣下，導光槽24於過渡區25中之深度極淺，避免光線造成干涉，且導光槽24自過渡區25朝作用區25漸增，以依據光線強度適當將光線折射至出光面22。

透鏡陣列21之態樣係可因應導光板2材質、所需光學要求或搭配使用的光源進行調整與設計，例如可為連續V型結構而於入光面20形成鋸齒狀態樣，或為R型結構由多個凹槽平行排列形成於入光面20，亦可為多個弧形凹槽與弧形凸柱交錯連接排列之態樣等，且除藉由刀具加工外亦可透過雷射加工成形於入光面20，以達到快速量產之功效。本實施方式中之透鏡陣列21則以多個弧形凹槽與弧形凸柱交錯連接排列為例示意，惟本發明不侷限於此；其中，V形結構，從加工的角度來看，是以尖銳之刀具或刀模使溝槽底部形成較尖銳的接面，而R型結構即為溝槽底部形成圓弧狀接面，且以圓弧底面之曲率半徑(R)定義之。

請續參閱第4、5及7圖，其係為本發明實施方式之加工機構立體示意圖及加工機構側視圖與加工示意圖，並請復參閱第2圖。本發明亦揭示一種兼具高亮度及入光展角之導光板加工機構3，供以針對一導光板2’進行預處理，於此之導光板2’係指尚未進行加工之導光板材。該加工機構3之特徵在於其係為一輾壓輪，並具有相對設置之一第一端30及一第二端31，於加工機構3表面佈設有複數凸柱32，且各凸柱32之高度由第一端30朝向第二端31漸增，以於導光板2’之一出光面22或一底面23壓印形成非等深之複數導光槽24，於此可參考第7圖。藉此，加工機構3於 導光板2’上壓印形成漸變之導光槽24後，當複數個用以提高入光展角之透鏡陣列21被施作於導光板2’之一入光面20時，該些導光槽24因其漸變之結構，於鄰近入光面20端產生深度極淺之壓印，因此當透鏡陣列21將光線展角擴大進入導光板2’後，藉該深度由淺漸深之導光槽24配合光線之強度適量的將光線折射出，進而避免光線在出光面22形成亮暗對比段差紋，或交錯排列之光學干涉紋，最後製成兼具高入光展角及均勻出光之導光板2態樣則可參照第2圖。

該加工機構3之凸柱32係可依據欲成形之導光槽24型態對應設計，例如欲使導光槽24為U型或V型溝槽時，凸柱32則對應為具有弧形或三角形截面之柱體結構。於本實施方式中，係使凸柱32之截面為三角形，以於導光板2’形成漸變之V型導光槽24。另一方面，為使加工機構3可泛用於各尺寸之導光板2’以避免開發過多模具增加製造成本，加工機構3表面之凸柱32為呈等距環設，藉此使加工機構3於壓印不同尺寸之導光板2’時，僅需控制加工機構3之旋轉圈數即可反覆壓印出所需導光槽24之成形範圍。換句話說，大尺寸導光板的網點板輪可為一次轉動成形一片導光板，而對應地，加工機構3需要多轉幾次。反之，小尺寸導光板的網點板輪一樣是一次轉動成形一片導光板，但加工機構3可以少轉幾次。

請續參閱第6及7~9圖，其係為本發明實施方式之製造方法步驟流程示意圖及各加工示意圖。於此本發明揭示一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板製造方法，包括以下所述步驟。

首先提供一導光板2’，且導光板2’係具有一出光面22、一底面23及一入光面20，出光面22及底面23相對設置並分別與入光面20 鄰接(步驟S01)，於此之導光板2’係指尚未進行加工之導光板材。接續，於出光面22或底面23透過一加工機構3輾壓形成複數導光槽24，且各導光槽24之深度由鄰近入光面20朝相對端漸增(步驟S02)，其中，加工機構3係為一輾壓輪，並具有相對設置之一第一端30及一第二端31，於加工機構3表面佈設有複數凸柱32，且該些凸柱32之高度由第一端30朝向第二端31漸增，以於輾壓導光板2’時透過凸柱32於導光板2’形成非等深之導光槽24，加工機構3之態樣可復參照第4及5圖所示。各凸柱32並依據欲成形之導光槽24形狀設置，於本實施方式中，係以各凸柱32之截面呈三角形為例，是以於導光板2’對應形成之導光槽24即為V型溝槽。而後，再於入光面20加工形成一透鏡陣列21(步驟S03)，即可獲得兼具高入光展角及均勻出光之導光板。

詳細言，實際製造時，導光板2’係為塑料基材，並設置於一承載機構4上，以透過承載機構4帶動導光板2’水平移動。加工機構3則對應設置於導光板2’之出光面22或底面23，且加工機構3之第一端30係對應朝向導光板2’之入光面20方向，於本實施方式中係以加工機構3對應位於出光面22為例，如第7圖所示。加工時，承載機構4帶動導光板2’，並使加工機構3輾壓於出光面22以形成多個平行設置的導光槽24，且導光槽24之深度係由入光面20朝相對端漸增，其中，若欲調整導光槽24之深度時，可調整加工機構3之Z軸高度藉此控制加工機構3與導光板2’之間距，以獲得所需之成形深度，如第8圖所示。待導光槽24成形後，可先將導光板2’切割為預定尺寸再於入光面20加工形成透鏡陣列21，或直接於入光面20加工透鏡陣列21後再行切割亦可，如第9圖所示。其中， 透鏡陣列21之態樣同於前述，可依據需求設計與調整，於此亦以多個弧形凹槽與弧形凸柱交錯連接排列為例。較佳者，透鏡陣列21係透過雷射加工成形，以達快速量產之功效，並維持透鏡陣列21的結構精準度。且若採先將已具導光槽24之導光板2’切割至預定尺寸再進行雷射加工之方式，則可進一步將多個導光板2’堆疊並使各入光面20相互對齊，使雷射光束同時對各入光面20加工形成透鏡陣列21。

承上，於製造時若欲使導光板2’之出光面22及底面23為分別具導光槽24及網點(圖中未示)，可使其承載機構4為輾壓輪之態樣(圖中未示)，且該輾壓輪表面為佈設有複數預設之網點，藉此當承載機構4帶動導光板2’移動時，可同時藉由加工機構3及承載機構4於導光板2’之出光面22及底面23分別壓印形成導光槽24及網點。

其中，當導光板2應用於顯示器時，即對應具有一過渡區與25一作用區26，過渡區25指受顯示器邊框遮蓋之區域，作用區26則指應用於顯示器時之可視區域。於製造時則可先行於導光板2’定義有以入光面20為起點依序相鄰設置之過渡區25及作用區26，並使導光槽24設於出光面22或底面23對應作用區26之範圍內，其態樣可復參照第2及3圖所示。

綜上所述，本發明所揭露之導光板，除可提升入光展角及出光亮度外，亦具有極佳之出光均勻度。以在導光板同步設置透鏡陣列及導光槽之方式，有效解決習用導光板入光側普遍具有的亮暗分布現象，同時提高整體出光輝度，並透過深度漸變之導光槽消除光線受透鏡陣列與導光槽相互干涉而產生的段差紋或干涉紋，使導光板具有更優越之光學品質。此外，本發明一併揭示供以製成該導光板之加工機構與方法，漸變態樣之 導光槽係透過為輾壓輪之加工機構，利用其上之凸柱而於導光板壓印形成，並於導光槽成形後再透過如雷射加工方式於入光面施作透鏡陣列，透過上述製程方式與加工機構即可快速生產大量導光板，提高生產效率。

光學元件之複合並非同於一般機械結構單純結合即可輕易推得其複加後之功效，實際上仍須透過大量光學實驗，以證實變動後呈現之光學效果是否符合所需，此係基於光傳遞之特殊性使然。是以，為可獲得兼具高入光展角與均勻出光的導光板，本發明人亦針對導光板不斷反覆進行光學試驗並對其修正，遂以得到如本發明所述之導光板結構，實可供光線符合至所需效能。

惟，以上所述者，僅為本發明各較佳實施方式而已，並非用以限定本發明實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，如尺寸、材質或形狀之變更等，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

2‧‧‧導光板

20‧‧‧入光面

21‧‧‧透鏡陣列

22‧‧‧出光面

23‧‧‧底面

24‧‧‧導光槽

25‧‧‧過渡區

26‧‧‧作用區

Claims (10)

1. 一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板，包括：一入光面，供以接收光線；一透鏡陣列，成形於該入光面，供以提高光線入射展角；一出光面，鄰接於該入光面並供以出光；一底面，鄰接於該入光面並相對該出光面設置；及複數導光槽，成形於該出光面或該底面，且各該導光槽深度由鄰近該入光面之端朝相對端漸增，以提升該出光面之出光亮度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高入光展角及均勻出光之導光板，更具有以該入光面為起點依序相鄰設置之一過渡區與一作用區，該等導光槽設於該出光面或該底面對應該作用區之區域範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高入光展角及均勻出光之導光板，其中，該透鏡陣列透過雷射加工成形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高入光展角及均勻出光之導光板，其中，該等導光槽為V型溝槽。
5. 一種兼具高入光展角及均勻出光之導光板製造方法，包括以下步驟：提供一導光板，且該導光板具有一出光面、一底面及一入光面，該出光面及該底面相對設置並分別與該入光面鄰接；於該出光面或該底面透過一加工機構輾壓形成複數導光槽，且該等導光槽深度由鄰近該入光面之端朝相對端漸增；及於該入光面加工形成一透鏡陣列。
6. 如申請專利範圍第5項所述之兼具高入光展角及均勻出光之導光板製造 方法，其中，該導光板定義有以該入光面為起點依序相鄰設置之一過渡區與一作用區，該等導光槽設於該出光面或該底面對應該作用區之區域範圍內。
7. 如申請專利範圍第5項所述之兼具高入光展角及均勻出光之導光板製造方法，其中，該加工機構為一輾壓輪，並具有相對設置之一第一端及一第二端，該加工機構表面佈設有複數凸柱，且該等凸柱高度係由該第一端朝向該第二端漸增，以形成非等深之該等導光槽。
8. 如申請專利範圍第7項所述之兼具高入光展角及均勻出光之導光板製造方法，其中，該等凸柱之截面為三角形。
9. 如申請專利範圍第5項所述之兼具高入光展角及均勻出光之導光板製造方法，其中，該透鏡陣列透過雷射加工成形。
10. 一種兼具高亮度及入光展角之導光板加工機構，供以針對一導光板進行預處理，其特徵在於：該加工機構為一輾壓輪，並具有相對設置之一第一端及一第二端，該加工機構表面佈設有複數凸柱，且該等凸柱高度係由該第一端朝向該第二端漸增，以於該導光板之一出光面或一底面壓印形成非等深之複數導光槽；藉此，該加工機構於該導光板上壓印形成漸變之該些導光槽後，當複數個用以提高入光展角之透鏡陣列被施作於該導光板之一入光面時，該等導光槽因其漸變之結構，而可避免光線在該出光面形成亮暗對比的段差紋，或交錯排列的光學干涉紋。