TWI282445B - Light guide plate and backlight device using the same - Google Patents

Description

1282445 發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種導光 種具光柵結構之導光板及採 【先前技術】 板及背光模組，尤其係關於一 用該導光板之背光模組。

先刚技術液晶顯示器中之背光模組包括光源及導光 U:相對導光板之入光面設置，該導光板引導自光 1、二光ί之傳輸方向’將線光源或點光源轉換成面光源 、該‘光板之底面分佈複數網點，用以散射於導光板 内部傳輸之光束，以提高導光板出射光束之均勻性。為改 善=光板出光均勻度不佳問題，近來，衍射光桃技術被用 於‘光板以提高導光板出光均勻度。 一種採用衍射光栅技術之背光模組可參閱公告於丨g g 7 χ/年12月30日之美國專利第5, 7〇3, 66 7號。請參閱第一圖， 該背光模組1包括一導光板2、一鄰近導光板2入光面以設 置之螢光燈4、一鄰近導光板2底面2b設置之反射板5、一 設置於導光板2出光面2a —側之擴散板6及棱鏡板7。該導 光板2底面2b具一單一方向排列且平行於螢光燈4之光柵區 域3，且沿遠離螢光燈4方向改變單位長度内之光柵區域3 與非光柵區域3之比率·，藉由衍射光柵結構對光束之衍射 效應提高該導光板2出光均勻度。然，該專利技術存在不 足0 首先，該導光板2出光面2 a出光輝度較低。原因係該 光柵結.構3之光柵為單一排列結構，其主要對入射方向垂 直於光栅排列方向之光束產生衍射，則光源利用率降低，

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且出光面2a出光輝度較低。 一 其次，該導光板2底面2 b對光線衍射效率不足，即導 光板2底面2b之光栅區域3並非連續分佈，非光柵區域3,不 會使^射之光線發生衍射，則發生衍射之光柵區域3與不 發生何射之非光栅區域3，的分佈，勢必導致導光板出光面 2 a的出光均勻度受到影響。 有鑑於此，提供一種出光均勻且光線利用率高之導光 板及背光模組實為必要。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種出光均勻之導光板。 本發明之目的還在於提供一種採用上述導光板之背光 本發明之導光板，用以 一出光面、一底面及至少一 相對设置’該入光面與該出 面設置複數透射型衍射光栅 排列方向相垂直之二區域， 直於光束入射方向，第二區 栅排列方向。 配合至少一發光光源，其包括 入光面’其中該出光面與底面 光面及該底.面相接，且該出光 單元，每一衍射光柵單元包括 其中第一區域光柵排列方向垂 域排列方向垂直於第一區域光

上述導光板底面進一步塗覆一螢光塗層。 、本發明背光模組包括一上述之導光板與一光源 源設置於該之導光板入光面一側。 /、 /N 該光 與先前技術相比， 衍射光栅單元由於具排 本發明導光板出光面之複數透射型 列方向相互垂直之二光柵區域，該 1282445

五、發明說明（3) 二光拇區域可使不同方向之入射光發生衍射， 光輝度較高，·該導光板底面之螢光塗層對光波 作用，使得衍射後之衍射角度較大，及該衍射單：分 佈並覆蓋整個出光面，可使得導光板出氺 、只刀 、丁〒尤敬出先面各處輝唐一 致，即有足夠高之出光均勻度。 夂 【實施方式】 請一併參閱第二圖與第三圖，本發明第一實施方式背 光模組10包括一線光源11、一導光板12及一反射片13二二 中，該線光源11係一冷陰極螢光燈（cold CathQde ’、

Flu〇recent Lamp，CCFL)，該導光板12包括一設置複數透 射型光橋單元125之出光面123、一與該出光面123相對設 置，且具有複數網點124及螢光塗層（圖未示）之底面122， 一與該出光面123及該底面122相接之入光面12ι :該線光 源11鄰近該導光板12入光面121設置，反射片13相對導光 板1 2之底面1 2 2設置。 該導光板12係平板型，以透明材料，如丙烯酸樹脂、 聚石反酸醋、聚乙稀樹脂或玻璃等製成，其底面1 2 2之網點 1 2 4大小及密度根據距線光源1 Γ之距離而有所不同，其愈 遠離光源愈大愈密，該複數網點1 2 4可為微透鏡狀，圓柱 狀，立方體、或球狀等。該底面1 2 2塗覆之螢光塗層採用 螢光製得，亦可為磷光材料或鹼土鋁酸鹽材料等，該塗層 可將通過其中之光束之波長變長。該導光板12之出光面 123上設置與導光板12 —體成型之複數透射型光柵單元125 (如第三圖中虛線所示），該複數光柵單元1 2 5覆蓋整個導

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光板1 2之出光面1 2 3，係採用模鑄技術與該導光板丨2 一體 成型’其與衍射光柵單元1 25對應之模仁表面之圖案之製 2採用電子束蝕刻、電鑄等一系列半導體製程製得。每一 仿射光栅單元1 2 5包括光柵排列方向相互垂直之二區域， =第一區域&及第二區域A，第一區域3位於每一衍射光栅 單兀125之一角。其中第一區域a光柵排列方向垂直於光束 入射方向，第二區域A排列方向垂直於第一區域a光柵排列 方向。 凊參閱第三圖，對光栅單元1 2 5之光柵排列方向進行 说明。根據線光源11之發光特性，沿線光源丨丨之縱向，其 發光強度基本相當，故各衍射單元125之第一區域a之光柵 排列方向均與入光面1 2 1平行，而第二區域a之光柵排列方 向均與入光面1 2 1相垂直，而沿垂直於線光源之橫向，愈 运離線光源1 1發光強度逐漸減弱，故垂直光栅排列方向入 射之光束起到較大作用之第一區域a之面積逐漸增大。則 第一區域a之面積Sa與第二區域A之面積SA之比值沿橫向逐 漸變化，若沿橫向將導光板分為等長之四段區域I、I I、 111、IV，則其比值範圍可依次·為〇 . 〇 1〜〇. 1、〇. 1〜〇. 2、 〇·2〜0·3、0.3〜0.4。該衍射光柵單元125之光栅截面為 矩形，其光柵常數為2〜1 0 // m，最好係3 // m。 在該背光模組1 0中，自線光源11發出之光束自導光板 入光面121入射進入導光板12，部分光束經底面122之複數 網點124散射後射向出光面123，而另一部分光涑經底面 122之螢光塗層並被反射板13反射回導光板12，由於螢光

1282445 五、發明說明（5) 塗層之作用，光束之波長變長，於出光面123複數透射型 衍射光栅單元1 2 5處部分發生衍射效應，自出光面1 2 3出 射’部分光束由於入射角度大於全反射臨界角而繼續向遠 處反射傳播，直至自出光面123出射。由於該衍射光柵單 元125具有光柵排列方向不同之二區域，該二光柵區域可 使不同方向之入射光發生衍射，則光利用率較高，出光輝 度較南；且導光板12之底面122具有螢光塗層，則穿過該 螢光塗層之光束變長，其在出光面123發生衍射效應之衍 射角較大，及該衍射光柵單元連續分佈並覆蓋整個出光面 123 ’可使得導光板出光面123各處輝度一致，即有足夠高 之出光均勻度。 請一併參閱第四圖及第五圖，係本發明背光模組之第 二實施方式。該背光模組20包括二點光源21，一導光板22 及一反射片23。其中該點光源為發光二極體（Light Emitting Diode，LED)，該導光板22包括一設置複數透射 型光柵單元225之出光面223、一與該出光面223相對設 置，且具有複數網點224及榮光塗層（圖未示）之底面222， 一與該出光面2 23及該底面222相接之入光面221。該二點 光源2 1鄰近該導光板2 2入光面2 2 1之中間設置，反射片2 3 相對導光板22之底面222設置。 該導光板2 2呈楔形，其底面2 2 2之複數網點2 2 4之大小 及密度根據距光源之距離而有所不同，其愈遠離光源愈大 愈密。設置於底面2 2 2之螢光塗層，係採用螢光材料製 得，亦可為磷光材料或鹼土鋁酸鹽材料。該導光板2 2之出

第9頁 1282445 五、發明說明（6) 光面223之複數透射型光柵單元225覆蓋整個導光板22之出 光面2 2 3 ’係與該導光板22 —體成型。每一衍射光拇單元 225包括光柵排列方向相互垂直之二區域，即第一區域a與 第二區域A，第一區域a位於每一衍射光柵單元225之一 角，其中第一區域a光柵排列方向垂直於光束入射方向， 第二區域A排列方向垂直於第一區域a光柵排列方向。 請參閱第五圖，對光柵單元2 2 5之光柵排列方向進行 說明。根據點光源2 1具有一定發散角度之發光特性，則相 對點光源2 1光束基本垂直入射導光板2 2入光面2 2 1之區域 部分，衍射光柵單元之二區域由光柵排列平行於入光面 221之第一區域a及光柵排列垂直於入光面221之第二區域a 組成，且越遠離點光源2 1，能對相對垂直光柵排列方向之 入射光束起到較大衍射作用之第一區域a之面積越大，而 位於點光源21之光束傾斜入射導光板22入光面221之區域 部分’付射光站單70之二區域採用二相互垂直之傾斜光柵 排列方式，即第一區域a之光栅排佈方向垂直於傾斜之入 射光束方向，而第二區域A之光栅排佈方向則垂直於第一 區域a之光柵排佈方向，且越遠♦離點光源21，第一區域&之 面積越大。若沿橫向將導光板分為等長之四段區域t、 II、III、IV，則其比值範圍可依次為〇. 〇1〜〇. i、〇· i〜 〇品2、〇,2〜0.3、0.3〜0.4。該衍射光栅單元225之光栅戴 =為矩形，其光栅常數為2~1G _，最好係3 _。當缺 Γ; ϊ ί柵f元2 25中光柵排列方向亦可根據點光源所處 置不同及數目不同而有不同之設計。

1282445 五、發明說明（7) 該月光模組2 0亦如背光模組1 〇，可達成較高之出光均 勻度及輝度。為使出光均勻度更好，可沿橫向改變各衍射 光柵單元2 2 5之第二區域A之光栅排列方向，使越遠離光源 第一區域A之光柵排列方向越傾斜，越接近光.束入射方 向。還可於導光板22底面222設置複數複數反射型衍射光 柵單元。

另，該背光模組1 0、2 0亦有其他變化設計，可改變各 衍射光栅單元1 2 5、2 5 5之光柵常數，從而改變各衍射光柵 單兀1 2 5、2 2 5之衍射效率以達到均勻出光之目的，如改變 光栅常數使其越遠離光源32越小；改變衍射光柵單元 1 2 5、2 2 5中之第一區域a之位置，使位於每一衍射光柵單 兀125、225之中心；改變衍射光柵單元125、225之光柵截 面為截面為互相垂直含斜線之方形或矩形，其光柵常數為 2〜10 ，最好係3 。

綜上所述，本發明確已符合發明專利要件，爰依法提 出專利申清。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方 式’舉凡熟悉本案技藝之人士，在援依本案發明精神所作 之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍内。

1282445 圖式簡單說明 第一圖係先前技術背光模組之示意圖。 第二圖係本發明背光模組第——實施方式之結構示意圖。 第三圖係本發明背光模組第一實施方式之俯視圖 第四圖係本發明背光模組第二實施方式之結構示意圖。 第五圖係本發明背光模組第二實施方式之俯視圖。 【元件符號說明】 背光模組 10、2 0 導光板 12、2 2 光源 11、21 入光面 121、221 122 、 222 出光面 123 、 223 底面 網點 1 2 4、2 2 4 第一區域 a 反射板 1 3、2 3

衍射光柵單元 1 2 5、2 2 5 第二區域 A

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Claims (1)

1282445 六、申請專利範圍 I 一種導光板，用以配合至少一發光光源，其包括： 一出光面； 一底面，其與該出光面相對設置； 至少一入光面，其與該出光面及該底面相接； 其中，該出光面設置複數透射型衍射光柵單元，每一 衍射光柵單元包括排列方向相垂直之二區域，其中第一 區域光栅排列方向垂直於光束入射方向，第二區域排列 方向垂直於第一區域光柵排列方向。 2·如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該導光板底 面設置複數網點，該網點越遠離光源越大越密。 3·如申請專利範圍第2項所述之導光板，其中該導光板底 面塗覆一螢光塗層。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之導光板，其中該螢光塗層 係採用螢光、碟光或驗土紹酸鹽材料製得。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該垂直於光 束入射方向之第一區域之面積越遠離光源越大。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該垂直於光 束入射方向之第一區域之光栅常數越遠離光源越小。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該複數衍射 光栅單元係與該導光板〆體成型。 8 ·如申請專利範圍第1項戶斤述之導光板，其中該衍射光栅 單元中之第一區域位於每/衍射光柵單元之/角。 9 ·如申請專利範圍第丨項所述之導光板，其中該衍射光柵 單元中之第一區域位於资，衍射光柵單元之中心。 1282445 六、申請專利範圍 I 〇 ·如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該衍射光柵 單元之光柵截面為矩形。 II ·如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該衍射光栅 單元之光栅截面為互相垂直含斜線之方形或矩形。 12·如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該導光板底 面進一步設置複數反射型衍射光柵單元。 1 3 · —種背光模組，其包括： 一光源， 一導光板，·該導光板包括： 一出光面； 一底面’其與該出光面相對設置； 至少一入光面，其與該出光面及該底面相接； 其中’該光源鄰近導光板入光面設置，該導光板出光 面設置複數透射型衍射光柵單元，每一衍射光柵單元包 括排列方向相垂直之二區域’其中第一區域光柵排列方 向垂直於光束入射方向，第二區域排列方向垂直於第一 區域光桃排列方向。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之背光模組，其中該導光 板底面設置複數網點，該網點越遠離光源越大越密。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之背光模組，其中該導光 板底面塗覆一螢光塗層。 1 6.如申請專利範圍第丨5項所述之背光模組，其中該螢光 塗層.係採用螢光、磷光戒鹼土紹^酸鹽材料製得。 1 7·如申請專利範圍第丨3項所述之背光模組，其中該垂直

1282445 六、申請專利範圍 * 於光束入射方向之第一區域之面積越遠離光源越大。 1 8 ·如申請專利範圍第1 3項所述之背光模組’其中該垂直 於光束入射方向之第一區城之光柵常數越遠離光源越 小 〇 1 9 ·如申請專利範圍第1 3項所述之背光模組’其中該袓數 衍射光柵單元係與該導光板/體成型。 2 0 ·如申請專利範圍第丨3項所述之背光模組，其中該衍射

光柵單元中之第一區域位於每一衍射光栅單元之一角。 2 1 ·如申請專利範圍第1 3項所述之背光模組，其中該衍射 光栅單元中之第一區域位於每一衍射光栅單元之中心。 2 2 ·如申請專利範圍第1 3項所述之背光模組，其中該街射 光栅單元之光柵截面為矩形。 2 3 ·如申請專利範圍第丨3項所述之背光模組，其中該衍射 光柵單元之光栅截面為互相垂直含斜線之方形或矩形。 2 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之背光模組，其中該導光 板底面進一步設置複數反射崔衍射光柵單元。

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