TW591250B - Light guiding plate for front light - Google Patents

Description

591250 *111 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明） (一）發明所屬之技術領域 本發明係有關一種裝置在反射式顯示單位上之前光源的 導光板。 (二）先前技術 爲了降低電力消耗，某些習知顯示單位具有前光源。當 外部光源充足時，這種型式的顯示單位會使用諸如太陽光 及房間照明之類的外部光源。當外部光源不足時，該顯示 單位會使用前光源。這類顯示單位包含具有前光源的反射 式顯示單位。 第5 (a)圖顯示是一種具有前光源53的習知反射式液晶 顯示單位5 1。該前光源5 3係面朝液晶面板5 2。該前光源 5 3係包含：一導光板5 4 ;以及一光源5 5，係面朝該導光 板5 4的一個端點（入射平面）5 4 a。該導光板5 4具有呈實質 均勻的厚度。該導光板5 4的射出平面5 4 b則面朝液晶面板 5 2。在與射出平面5 4 b相對的射出光反射平面5 4 d上，形 成有凹槽（未標示）以便將來自光源55的光反射到射出平面 54b上。透過導光板54引導從光源55穿透入射平面54a 進入導光板54的光而使之受到全反射。然後透過射出平面 5 4b使光照射到液晶面板5 2上。 第5 (b)圖顯示的是另一種習知反射式液晶顯示單位1 5 1 。該顯示單位151係包含一楔板型導光板154。該導光板 1 5 4具有從入射平面1 5 4 a到相反端平面1 5 4 c逐漸減小的 591250 厚度。除了導光板154之外，顯示單位151具有與如第5(a) 圖所示之顯示單位5 1相同的結構。 爲了改良液晶面板5 2的可見度，而設計出導光板5 4和 1 54以保證其亮度。較之如第5(a)圖所示之平板型導光板 5 4，會有量額更少的入射光穿透與入射平面1 5 4 a呈相對的 相反端平面154c脫離該楔板型導光板154。較之平板型導 光板54，該楔板型導光板154具有比較均勻的亮度（參見 曰本公開專利申請案第1 1 - 2 4 2 2 2 0號文件）。 可藉由加深凹槽改良該平板型導光板54的亮度。不過， 過深的深度會使凹槽變得可見而降低顯示單位的可見度。 另一方面，較之平板型導光板54該楔板型導光板154能夠 很容易地改良其亮度。不過，假如導光板154在入射平面 154a和相反端平面154c上的厚度有明顯的差異，也就是 說由射出光反射平面15 4d和射出平面154b定義出的角度 Θ很大則會產生視差。這會造成雙影現象。穿透射出平面 1 5 4b脫離導光板1 5 4的光線L 1會受到液晶面板5 2的反射 。於是光線L 1會重新進入導光板1 5 4並穿透該射出光反 射平面1 5 4 d而射出。部分光線L 1會爲該射出光反射平面 1 54d所反射。光線L1的反射部分會受到射出平面1 54b的 反射並穿透該射出光反射平面154d自導光板154射出。 這部分的光線L 1係由第6圖中的L2表出。結果，顯示器 52上的影像變成兩個。 假如傾斜角Θ不適當，則亮度將會不均勻。日本公開專 利申請案第1 1 - 2 4 2 2 2 0號文件中揭示了一種能夠改良亮度 591250 均勻度的楔板型導光板1 5 4。不過，該文件並未揭示該傾 斜角Θ相對於視差及均勻亮度分布的關係。 (三）發明內容 據此，本發明的目的是提供一種前光源用導光板，而能 夠使視差最小化達不可見的位準以改良可見度同時改良其 亮度分布的均勻度。 爲了達成前述及其他目的且根據本發明之目的提供的一 種前光源用導光板係裝設於具有顯示部分的反射式顯示部 分上。該導光板會引導來自光源的光並使該光照射在顯示 部分之上。該導光板係含有：一入射平面；一相反端平面 ;一面朝顯示部分的射出平面；以及一射出光反射平面。 該入射平面會允許進入該導光板。該相反端平面會相對地 遠離該入射平面。穿透該入射平面進入該導光板的光會穿 透該射出平面朝向該顯示部分的射出。該射出光反射平面 會相對地遠離該射出平面。在該顯示部分上受到反射的光 會通過該射出平面及射出光反射平面。該射出光反射平面 則含有一和該入射平面相交的第一端點以及與相反端平面 相交的第二端點。由入射平面與含有第一端點和第二端點 的線段定義出的傾斜角係大於〇 . 2 °且小於0.7 5 °。該射出光 反射平面係包含用以使穿透該入射平面進入或是反射自該 入射平面的光反射到該射出平面上的光進入部分。 本發明的其他槪念及優點將會因爲以下參照各附圖對用 以顯示本發明原理之實例的詳細說明而變得更明顯。 591250 (四）實施方式 現在參照第1(a)圖和第1(b)圖說明一種根據本發明某一 實施例之反射式液晶顯示單位1 1。第1(a)圖係用以顯示該 顯示單位1 1之液晶面板1 2及前光源1 3配置的示意圖。第 1 ( b )圖係用以顯示如第1 ( a )圖所示之顯示單位的局部放大 圖示。 如第1(a)圖所示，該顯示單位1 1包含一顯示部分及前光 源1 3。此實施例中，該顯示部分指的是液晶面板1 2。該前 光源1 3會覆蓋住該液晶面板1 2的正面表面（如第1圖所示 的上邊表面）。該前光源13係包含：一導光板14; 一光源 1 5 ;及一反射器1 6。該導光板1 4可將光引導到液晶面板 1 2上。該反射器1 6可將來自光源1 5的光朝導光板1 4反 射。 例如，可使用冷陰極射線管（螢光燈管）當作光源1 5。可 使用例如矩形壓克力薄片之類高透明性材料當作導光板 1 4。該導光板1 4實質上係塑造成像楔形的形狀。該導光板 14具有面朝光源15的入射平面14a，以及落在與入射平面 14a相對處的相反端平面14b。該入射平面14a的長度dl 比該相反端平面1 4b的長度d2更長。也就是說，導光板 1 4的厚度會從入射平面1 4a朝向相反端平面1 4b逐漸減小 。該入射平面14a係沿著垂直於圖示之薄片表面的方向延 伸。該導光板1 4上面朝液晶面板1 2的射出平面1 4 c係垂 直於入射平面14a。射出光反射平面14d上與入射平面14a 相交的一個端點係稱作第一端點。該射出光反射平面1 4 d 591250 上與相反端平面1 4b相交的另一端點則稱作第二端點。由 射出平面1 4 c與含有第一端點和第二端點的線段定義出的 角度係落在〇.2°<θ<0.75°的範圍內。 如第1 (b )圖所示，在與射出平面1 4 c相對的射出光反射 平面14d上形成數個凹槽17。各凹槽17會反射穿透該入 射平面1 4 a進入導光板1 4的光並將光從入射平面1 4 a朝射 出平面14c引導。每一個凹槽17都是平行於該入射平面 1 4 a而延伸。每一個凹槽1 7都具有第一傾斜面1 7 a和第二 傾斜面1 7 b。該第二傾斜面1 7 b扮演著光進入平面的角色 。該第一傾斜面1 7 a的傾斜方式，係使射出平面1 4c與射 出光反射平面1 4 d之間的距離，從比較靠近入射平面1 4 a 的端點朝比較靠近相反端平面14b的端點增加。該第二傾 斜面1 7b的傾斜方式，係使射出平面1 4 c與射出光反射平 面1 4d之間的距離，從比較靠近入射平面1 4a的端點朝比 較靠近相反端平面1 4b的端點減小。第一傾斜面1 7a和第 二傾斜面1 7 b係呈交替配置。也就是說，本實施例中各凹 槽1 7都具有鋸齒狀截面。 第二傾斜面1 7 b之角度訂定方式，係令每一個第二傾斜 面17b都能使穿透入射平面14a或在其上受到反射而進入 的光以相對於射出平面1 4 c接近直角的角度朝該射出平面 14c發生全反射。由第一傾斜面17a與平行於射出平面14c 之平面所定義出的角度α係設定在例如1 °與5 °之間。由第 二傾斜面1 7 b與平行於射出平面1 4 c之平面所定義出的角 度β係設定在例如4 1 °與4 7 °之間。 -10- 591250 各凹槽1 7的節距P係設定爲等於該液晶面板1 2的畫素 節距。如第1 (b)圖所示，各凹槽1 7的節距P指的是各凹 槽1 7之一的底部與相鄰凹槽1 7底部之間的距離。各凹槽 1 7的深度會隨著離開該入射平面1 4 a之距離的增加而增加 。本實施例中，各凹槽1 7的底部都是以等間距間隔開的。 各凹槽17的節距P事實上都不會大於1毫米且凹槽17 的數目是重要的。不過，第1(a)圖中並未標示出各凹槽17 。第1 (b)圖中係依簡略方式標示出較少數目的凹槽1 7。爲 求易於顯示，故於第1(a)和第1(b)圖中以不同的比例顯示 出光源1 5、導光板1 4和液晶面板1 2。 以下將要說明顯示單位1 1的作業。當外部光源充足時， 顯示單位1 1會使用諸如太陽光及房間照明之類的外部光 源。當外部光源不足時，顯示單位1 1會使用光源。外來光 會穿透射出光反射平面14d進入導光板14。然後外來光會 穿透射出平面1 4 c自導光板1 4射出並照射到液晶面板1 2 之上。 當使用光源15時，光會行進而穿透如第1(b)圖所示的導 光板1 4。抵達每一個第二傾斜面1 7b的光都會以相對於射 出平面14c接近直角的角度受到反射並穿透射出平面14c 而射出。照射到液晶面板1 2上的光都會受到面板1 2的反 射並重新進入導光板14。然後光會通過導光板14並穿透 射出光反射平面14d自導光板14射出。於是使光變爲可 見的。 在宏觀觀點下，導光板1 4的厚度會從入射平面1 4 a朝相 -11- 591250 反端平面1 4b減小。因此，較之具有均句厚度的平板型導 光板，穿透入射平面i4a進入導光板14的光中有較少的比 例會穿透相反端平面I4b自導光板14射出。隨著離開光 源1 5之距離的增加，凹槽1 7深度相對於導光板1 4厚度的 比例也會增加。因此，即使當各凹槽17都顯得非常淺時’ 該顯示單位i i的亮度也會增加。即使在將射出光反射平面 內所形成各凹槽1 7的深度設定得比具有均句厚度的平板 型導光板例子裡的凹槽深度更淺時’也能夠獲致足夠量額 的亮度。隨著傾斜角Θ的增加’其売度也會增加。不過假 如其傾斜角Θ過大，則遠離光源1 5之區域的亮度也會過度 減小而使亮度變得不均勻。因此’使傾斜角㊀具有適當範圍 〇 亮度均勻度指的是代表亮度分布的指數。該亮度均勻度 係依下列方式計算出的。首先’藉由三條平行線以及另外 三條垂直於第一組三條線的平行線將導光板1 4的表面分 割成十六個區段。量測九個交點中每一個交點上的亮度。 然後，將其最小亮度除以最大亮度。所得結果代表的即是 其亮度均勻度。其數値愈接近1則其最小亮度與最大亮度 之間的差異愈小，也就是說其亮度分布愈均勻。 本發明的發明人搜尋的是傾斜角Θ的適當範圍。第3和 4圖顯示的是其搜尋結果。第3圖顯示的是亮度均勻度與 傾斜角Θ之間的關係，其中係將傾斜角0爲〇·4。時的亮度 均勻度設定爲1。第4圖顯示的是亮度與傾斜角θ之間的 關係，其中係將傾斜角θ爲〇4。時的亮度均勻度設定爲！。 -12- 591250 如第3圖所示，其亮度均勻度在相對於傾斜角θ的關係 上具有一最大値。因此在不均勻的亮度分布上存在最佳化 的傾斜角Θ數値。如第4圖所示，其亮度會隨著傾斜角Θ 的增加而增加。設定傾斜角θ的範圍以滿足不等式 0·2°<θ<0·75°，可增加其亮度同時保持其亮度分布的均勻度 。特別是當傾斜角θ爲〇.4。（0==〇·4。）時其亮度均勻度具有 最大値且具有最佳化之亮度分布的均勻度。當滿足不等式 0·2°<θ<0·75°時，其亮度均勻度是當傾斜角Θ爲0.4°時之亮 度均勻度的8 5 %且足以提供實際應用的需求。假如設定傾 斜角Θ的範圍以滿足不等式〇 · 3 θ< 〇 · 6 °，則其亮度均勻度 會超過適當傾斜角Θ爲0.4。時之亮度均勻度的93%。因此 ，使其亮度變得更均勻。 製備一樣品當作導光板1 4。該樣品係一種楔板型導光板 ，其長度爲65毫米、寬度爲80毫米、最大厚度Id爲1 毫米、最小厚度d2爲0.7毫米、節距P爲〇·24毫米、凹 槽深度爲5·5到11微米且其傾斜角万爲44°。同時製備除 了厚度爲1毫米之外與第一樣品相同的另一樣品。對兩個 樣品進行亮度及亮度均勻度的測試。在將該楔板型導光板 I4之亮度設定爲1時，該平板型導光板的亮度爲0.76。也 就是說，該楔板型導光板1 4已明顯地改良了其亮度。在將 該楔板型導光板14之亮度均勻度設定爲1時，該平板型導 光板的亮度均勻度爲0.68。也就是說，該楔板型導光板14 已明顯地改良了其亮度均勻度。同時，確定的是已使該楔 板型導光板1 4的視差最小化達的可見位準且改良了其可 591250 見度。 本實施例提供了下列優點： (1) 在宏觀觀點下，形成楔板型導光板1 4 使之具有從 入射平面1 4 a到相反端平面1 4b逐漸減小的厚度。因此， 即使在將射出光反射平面內所形成各凹槽1 7的深度設定 得比具有均勻厚度的平板型導光板例子裡的凹槽深度更淺 時，也能夠在未使各凹槽1 7變得可見下獲致足夠量額的亮 度。 (2) 由射出平面14b.與含有射出光反射平面14d之第一 端點和第二端點的線段定義出的傾斜角Θ係大於0.2 °且小 於0.7 5 °。因此，可使視差最小化達不可辨認的位準以改良 顯示單位11的可見度。這改良了亮度以及其均勻度。 (3 )由於係將各凹槽1 7的節距P設定爲等於該液晶面板 1 2的畫素節距，故其干涉圖案是不可見的。 (4)射出平面14c與每一個凹槽17上傾斜面17a和17b 交點之間距離係從入射平面1 4a —側朝相反端平面1 4b減 小。抵達一遠離光源1 5區域的光量額會小於抵達一靠近光 源1 5區域的光量額。不過，肇因於各凹槽1 7的結構，落 在遠離光源1 5區域內的第二傾斜面1 7b面積是很大的。因 此，相當大量額的光會受到反射，並以幾乎垂直於射出平 面14c的角度被引導到該射出平面14c上。因此，在未將 導光板1 4之厚度改變到會產生視差的位準下，可保證遠離 光源15的區域具有足夠亮度及亮度均勻度。 對熟悉習用技術的人而言，很淸楚地應該在不偏離本發 -14- 591250 明所附申請專利範圍之精神及架構下以其他特定形式實施 本發明。特別是，吾人應該了解的是可依下列形式實施本 發明。 至於光進入部分，可在如第2圖所示之導光板14上形成 具有V -形截面的凹槽1 8以取代鋸齒狀凹槽。每一個凹槽 1 8都是由第一傾斜面1 8b和第二傾斜面1 8 a定義出的。各 傾斜面1 8 b和1 8 a都扮演著光進入平面的功能。每一個凹 槽1 8內，比較靠近入射平面1 4 a的第二傾斜面1 8 a會使穿 透入射平面14a或在其上受到反射而進入的光發生反射並 朝該射出平面1 4 c引導此光。經反射的光會沿著實質上垂 直於射出平面14c的方向行進而通過該射出平面14c。每 一個凹槽18內，離入射平面14a比較遠的第一傾斜面18b 會使已因相反端平面1 4b受到反射的光發生全反射並朝該 射出平面1 4 c引導此光。經反射的光會沿著實質上垂直於 射出平面14c的方向行進而通過該射出平面14c。因此。 可應用因相反端平面1 4 b受到反射的光。換句話說，可使 進入導光板1 4的光有效地從射出平面1 4 c射出而改良其 亮度。 由第二傾斜面1 8 a和射出平面1 4 c定義出的角度可能不 同於由第一傾斜面1 8 b和射出平面1 4 c定義出的角度。 如第2圖所示，可將反射器1 9定位在導光板1 4的相反 端平面14b上以反射抵達該相反端平面14b的光。該反射 器1 9可能係藉由將鋁或銀蒸鍍到該相反端平面1 4b上而形 成的。可替代地，該反射器1 9可能係藉由將一反射薄膜 -15- 591250 (例如白色的聚酯類薄膜）黏貼於該相反端平面1 4b上而形 成的。該反射器1 9可防止光脫離該相反端平面1 4b。因此 ，可有效地應用進入導光板1 4的光。該反射器1 9的優點 在各凹槽1 8具有V -形截面的結構下會變得更明顯。 取代將反射器1 9形成於導光板1 4上，可在用以收納該 導光板1 4之外殼上面朝該相反端平面1 4b的殼壁上形成一 反射性表面。 令導光板14的射出平面14c接受抗反射處理。該抗反射 處理係藉由諸如薄膜黏貼法、真空澱積法、浸漬法、或熱 轉移法之類習知方法而執行的。該抗反射處理改良了影像 在液晶面板1 2上的可觀測性。 取代諸如丙烯酸之類透明樹脂地，可使用透明的玻璃。 不過，較佳的是使用丙烯酸樹脂以減輕其重量並改良其工 作性。 導光板1 4的尺寸並不受限於接受如上所述測試的導光 板尺寸。明確地說，所形成的導光板1 4尺寸係對應於其對 應顯示單位（其對角度尺寸爲從1到1 0英吋）的尺寸。 取代扮演著光進入平面功能之各凹槽1 7或1 8的是，可 在射出平面14c及射出光反射平面14d內形成數個凸點或 凹陷。此例中，各凸點或凹陷都具有三角形截面。 光源1 5並不受限於冷陰極射線管。吾人可以使用諸如熱 陰極射線管之類螢光燈管或是發光二極體。可替代地，吾 人可以使用諸如日本公開專利申請案第2 0 0 0 - 1 1 7 2 3號文 件中所揭示的線性光源。該線性光源具有一諸如LED之類 -16- 591250 的點光源以及用以將來自該光源之光轉換成線性光源的光 導主體。 取代使射出光反射平面1 4 d呈傾斜地，吾人可以使射出 平面1 4 c呈傾斜。此例中，該射出光反射平面1 4 d會平行 於液晶面板1 2，而入射平面1 4 a則實質上垂直於該射出光 反射平面1 4 d。該射出平面1 4 c的傾斜方式是使射出平面 14c從面朝光源15的表面（入射平面14a)到相反端平面14b 逐步趨近該射出光反射平面14d。 因此，應該將本發明的各實例及實施例認定爲顯示用而 不是限制用的，且本發明並不受限於此中給定的細節，而 是可在不偏離本發明所附申請專利範圍之架構及其等效項 目下作各種修正。 (五）圖式簡單說明 本發明連同其目的及優點將會因爲以下參照各附圖對顯 示用實施例的說明獲致更淸楚的了解。 第1(a)圖係用以顯示一種根據本發明某一實施例之液晶 顯示單位的側視圖。 第1(b)圖係用以顯示如第1(a)圖所示之顯示單位的局部 放大圖示。 第2圖係用以顯示一種根據本發明另一實施例之液晶顯 示單位的側視圖。 第3圖係用以顯示亮度均勻度與傾斜角Θ之間關係的曲 線圖。 第4圖係用以顯示亮度與傾斜角Θ之間關係的曲線圖。 •17- 591250 第5(a)和（b)圖係用以顯示一種習知導光板的側視圖。 第6圖係用以顯示一種雙影機構的局部示意圖。 主要部分之代表符號說明 11 顯 示 單 位 12 液 晶 面 板 13 Λ,八 刖 光 源 14 導 光 板 14a 入 射 平 面 14b 相 反 端 平 面 14c 射 出 平 面 1 4d 射 出 光 反 射 平 面 15 光 源 16 反 射 器 17 凹 槽 17a 第 一 傾 斜 面 17b 第 二 傾 斜 面 18 凹 槽 18a 第 二 傾 斜 面 18b 第 一 傾 斜 面 19 反 射 器 5 1 習 知 反 射 式 液 晶顯示單位 5 2 反 射 式 液 晶 面 板 5 3 刖 光 源 5 4 導 光 板 -18- 591250 5 4a 入 射 平 面 5 4b 射 出 平 面 54c 相 反 端 平 面 5 4d 射 出 光 反 射 平 面 5 5 光 源 15 1 習 知 反 射 式 液 晶顯示單位 15 4 導 光 板 154a 入 射 平 面 15 4c 相 反 端 平 面 1 5 4d 射 出 光 反 射 平 面 L 1 , L2 光 線

§ -19-

Claims (1)

1. 591250

   ?申請專利範圍 1 . 一種前光源之導光板，係裝設在具有顯示部分（1 2)之反 射式顯示單位上，其中該導光板係用以引導來自光源（1 5 ) 的光並使該光照射到顯示部分（1 2 )上，該導光板具一允 許光進入的一入射平面（14a)、一與該入射平面（14a)相對 的相反端平面（14b)以及一面朝該顯示部分（12)的射出平 面（14c)，其中穿透該入射平面（14a)進入該導光板的光會 從該射出平面（1 4 c )朝向顯示部分（1 2 )射出，該導光板的 特徵爲： 一入射平面（14a)呈相對的射出光反射平面（14d)，其中 在該顯示部分（12)上反射的光會通過該射出平面（14〇及 射出光反射平面（14d)，其中該射出光反射平面（14d)具 有和入射平面（1 4a)相交的第一端點以及和相反端平面 (14b)相交的第二端點，其中由入射平面（14a)與含有第一 端點和第二端點的線段定義出的傾斜角係大於0.2且小 於0.75 ，且其中該射出光反射平面（14d)係包含用以使 穿透該入射平面（14a)進入或是反射自該入射平面（14a) 的光反射到該射出平面（1 4 c )上的光進入部分。 2 .如申請專利範圍第1項之導光板，其中在該射出光反射 平面（14d)上形成複數個具有鋸齒狀截面的凹槽（17)，其 中每一個凹槽（17)都是由第一傾斜面（17a)和第二傾斜面 (17b)定義出的，其中該第二傾斜面（17b)係扮演著光進入 平面的功能。 3 .如申請專利範圍第2項之導光板，其中該第二傾斜面 (17b)的傾斜方式，係使該第二傾斜面（17b)與射出平面 -20- 591250 (14c)之間的距離會朝向該相反端平面（14b)而減小。 4 .如申請專利範圍第2項之導光板，其中各凹槽（1 7 )都是 平行於該入射平面（14a)而延伸。 5 .如申請專利範圍第1項之導光板，其中在該射出光反射 平面（14d)上形成複數個具有V-形截面的凹槽（18)，其中 每一個凹槽（1 8)都是由第一傾斜面（1 8b)和第二傾斜面 (18a)定義出的，其中各傾斜面（18b，18a)都扮演著光進入 平面的功能。 6 .如申請專利範圍第5項之導光板，其中各凹槽（1 8 )都是

   平行於該入射平面（14a)而延伸。 7 .如申請專利範圍第5項之導光板，其中在該相反端平面 (14b)上形成反射部分（19)，其中該反射部分（19)會反射 穿透該入射平面（14a)進入導光板的光。 8 .如申請專利範圍第7項之導光板，其中每一個第一傾斜 面（18b)都會使因該反射部分（19)受到反射的光朝該射出 平面（14c)反射，每一個第二傾斜面（18a)都會使穿透該入 射平面（14a)進入或是反射自該入射平面（14a)的光朝該 射出平面（1 4 c )反射。 9 .如申請專利範圍第2項之導光板，其中該射出平面（1 4 c )

   與第一傾斜面（17a)和第二傾斜面（17b)相交之線段間的 距離會朝向該相反端平面（14b)而減小。 1 0 .如申請專利範圍第1到9項中任一項之導光板，其中至 少使該射出平面（14c)和射出光反射平面（14d)之一接受 抗反射處理。 -21-