TWI386693B

TWI386693B - 導光板與背光模組

Info

Publication number: TWI386693B
Application number: TW97108496A
Authority: TW
Inventors: Ching Hua Su; Ming Dah Liu
Original assignee: Young Lighting Technology Inc
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2013-02-21
Also published as: TW200938889A

Description

導光元件與背光模組

本發明是有關於一種光源模組及其光學元件，且特別是有關於一種背光模組(backlight module)及其導光元件(light guide device)。

隨著現代視訊技術的進步，液晶顯示器已被大量地使用於手機(mobile phone)、筆記型電腦(notebook computer)、個人電腦(personal computer,PC)及個人數位助理(personal digital assistant)等消費性電子產品的顯示螢幕上。然而，由於液晶顯示器之液晶顯示面板(LCD panel)本身並不具有發光的功能，因此需要於液晶顯示面板下方配置背光模組以提供液晶顯示面板所需要之光源，進而使液晶顯示面板達到顯示的效果。

一種習知側邊入光式背光模組包括一導光板、一配置於導光板旁的冷陰極螢光燈管以及一配置於導光板下方的反射片。冷陰極螢光燈管所發出的光束會由導光板的入光面進入導光板中，然後被反射片反射至導光板的出光面，並由出光面傳遞至導光板外。如此一來，導光板及反射片便能夠將冷陰極螢光燈管所提供的線光源轉換為由出光面出射的面光源。由於液晶顯示面板對於面光源的均勻性及亮度有較高的要求，因此發展出許多種位於導光板的表面之光學微結構，以提升背光模組所提供的面光源之均勻性及亮度。

本發明提供一種導光元件，其所導引出的光束較為集中。

本發明提供一種背光模組，其能提供較為集中的光源。

本發明之一實施例提出一種導光元件，其包括一導光本體及至少一光學微結構。導光本體具有一第一表面、相對於該第一表面的一第二表面以及連接第一表面與第二表面之一入光面。光學微結構突出於第二表面，並具有一第三表面、一第四表面及一第五表面。第四表面與第三表面位於第二表面的同一側。第三表面的一第三法向量(normal vector)與第四表面的一第四法向量之夾角落在從90度至100度的範圍內。第五表面與第三表面位於第二表面的同一側，且第四表面位於第三表面與第五表面之間。第五表面的一第五法向量與第一表面的一第一法向量之夾角落在從120度至135度的範圍內。

在本發明之一實施例中導光元件的折射率實質上等於1.49。此外，第三法向量、第四法向量及第五法向量實質上共平面。此外，第三法向量、第四法向量、第五法向量及第一法向量可實質上共平面。另外，第三法向量、第四法向量、第五法向量及入光面的一法向量可實質上共平面。

在本發明之一實施例中，第一法向量與第三法向量的夾角落在從130度至135度的範圍內。此外，第一法向量與第四法向量的夾角可落在從130度至135度的範圍內。光學微結構可更具有一第六表面，其與第三表面位於第二表面的同一側，且第三表面是位於第六表面與第四表面之間。光學微結構可更具有一第一連接面，其連接第六表面與第三表面，且第一連接面為一平面或一曲面。光學微結構可更具有一第二連接面，其連接第四表面與第五表面，且第二連接面為一平面或一曲面。

本發明之一實施例更提出一種背光模組，其包括至少一發光元件及上述導光元件。發光元件適於發出一光束，而光束會從入光面進入導光元件中。來自入光面的至少部分光束會依序經由第三表面傳遞至導光元件外、經由第四表面進入導光元件中，被第五表面反射至第一表面，並經由第一表面傳遞至導光元件外。

在本發明之一實施例中，第五表面係產生全反射作用。此外，背光模組可更包括一反射單元，其配置於第二表面的一側，其中光學微結構是位於第二表面與反射單元之間。

在本發明一實施例之導光元件中，由於第三表面的第三法向量與第四表面的第四法向量之夾角是落在從90度至100度的範圍內，且第五表面的第五法向量與第一表面的第一法向量之夾角是落在從120度至135度的範圍內，因此經由入光面進入導光元件中、經由光學微結構的作用且經由第一表面傳遞至導光元件外的光束可以較為集中。如此一來，本發明一實施例之背光模組便能提供較為集中的光源。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。

在本說明書中，一物體之一表面的法向量定義為從該物體內部指向該物體外部，且與該表面垂直的向量。

圖1A為本發明一實施例之背光模組的立體示意圖，而圖1B為圖1A之背光模組沿著A－A線的剖面示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例之背光模組100包括一發光元件110及一導光元件120。發光元件110適於發出一光束112(如圖1B所繪示)。在本實施例中，發光元件110例如為一冷陰極螢光燈管(cold cathode fluorescent lamp,CCFL)。然而，在其他實施例中，發光元件亦可是發光二極體(light－emitting diode,LED)或其他適當的發光元件。導光元件120包括一導光本體122及多個光學微結構124。在本實施例中，導光元件120的材質例如是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)，其折射率例如約為1.49。然而，在其他實施例中，導光元件的材質亦可以是其他壓克力塑膠(acrylic plastic)、其他塑膠、玻璃或其他透光材質。導光本體122具有一第一表面S1、一第二表面S2以及連接第一表面S1與第二表面S2之一入光面I。在本實施例中，第一表面S1相對於第二表面S2，而導光元件120為一導光板。

光學微結構124突出於第二表面S2，且每一光學微結構124具有一第三表面S3、一第四表面S4及一第五表面S5。第四表面S4與第三表面S3位於第二表面S2的同一側。第三表面S3的一第三法向量N3與第四表面S4的一第四法向量N4之夾角θ₃₄ 落在從90度至100度的範圍內。第五表面S5與第三表面S3位於第二表面S2的同一側，且第四表面S4位於第三表面S3與第五表面S5之間。第五表面S5的一第五法向量N5與第一表面S1的一第一法向量N1之夾角θ₁₅ 落在從120度至135度的範圍內。

發光元件110所發出的光束112會從入光面I進入導光元件120中。來自入光面I的至少部分光束112會依序經由第三表面S3傳遞至導光元件120外，經由第四表面S4進入導光元件120中，被第五表面S5反射至第一表面S1，並經由第一表面S1傳遞至導光元件120外。在本實施例中，由於夾角θ₃₄ 是落在從90度至100度的範圍內，且夾角θ₁₅ 是落在從120度至135度的範圍內，因此大部分的光束112會以大於臨界角的入射角入射第五表面S5，且因而被第五表面S5全反射至第一表面S1。此外，由於夾角θ₃₄ 與夾角θ₁₅ 是落在上述範圍內，因此大部分的光束112在經由第一表面S1傳遞至導光元件120外時，其從第一表面S1出射的出射角θ_e 會落在20度以下的範圍內。所以，本實施例之導光元件120便能夠導引出較為集中的光束112，進而使本實施例之背光模組100能夠提供較為集中的光源。如此一來，應用背光模組100的液晶顯示裝置(未繪示)便能夠提供較高亮度的顯示畫面。

另外，在本實施例中，由於出射角θ_e 是落在20度以下的範圍內，因此背光模組100可以不需搭配稜鏡片使用，就能夠提供較為集中的光源。由於背光模組100相較習知背光模組少了一片稜鏡片，因此背光模組100的重量較輕、組裝製程較簡易且成本較低。再者，由於每一光學微結構124上方均有集中的光束112從第一表面S1出射，因此導光元件120可以將光束112均勻地從第一表面S1導出，而不會在第一表面S1的部分區域產生暗線區。除此之外，第二表面S2上之光學微結構124的密度亦可視需求而調整，例如可使某區域的密度較高，而另一區域的密度較低，如此便能夠控制由第一表面S1出射的光束112之均勻度。

在本實施例中，第三法向量N3、第四法向量N4及第五法向量N5實質上共平面。此外，在本實施例中，第三法向量N3、第四法向量N4、第五法向量N5及第一法向量N1可實質上共平面。另外，在本實施例中，第三法向量N3、第四法向量N4、第五法向量N5及入光面I的一法向量NI可實質上共平面。如此一來，來自入光面I的光束112便能夠有更多比例是依序經由第三表面S3、第四表面S4、第五表面S5及第一表面S1而傳遞至導光元件120外，並能夠使由第一表面S1出射的光束112有更多的比例具有20度以下的出射角θ_e 。

在本實施例中，第一法向量N1與第三法向量N3的夾角θ₁₃ 落在從130度至135度的範圍內。此外，第一法向量N1與第四法向量N4的夾角θ₁₄ 可落在從130度至135度的範圍內。換言之，在本實施例中，第三表面S3與第四表面S4可以是互相對稱的。另外，在本實施例中，第三表面S3與第四表面S4可互相連接。

在本實施例中，光學微結構124更具有一第六表面S6，其與第三表面S3位於第二表面S2的同一側，且第三表面S3是位於第六表面S6與第四表面S4之間。在本實施例中，光學微結構124可更具有一第一連接面C1，其連接第六表面S6與第三表面S3，且第一連接面C1例如為一平面。此外，光學微結構124可更具有一第二連接面C2，其連接第四表面S4與第五表面S5，且第二連接面C2例如為一平面。第一連接面C1與第六表面S6及第三表面S3的夾角可皆為鈍角，而第二連接面C2與第四表面S4及第五表面S5的夾角亦可皆為鈍角，如此可使光學微結構124易於以射出成型製成，且在組裝時不易刮傷其他元件。另外，在本實施例中，導光本體122與光學微結構124可為一體成型。舉例而言，導光本體122與光學微結構124可以同一組模具一起經由射出成型而製成。

在本實施例中，背光模組100可更包括一反射單元130，其配置於第二表面S2的一側，其中光學微結構124是位於第二表面S2與反射單元130之間。反射單元130例如為一反射片或反射板，其可反射未經由上述光路傳遞至第一表面S1的其他部分之光束122，進而提升背光模組100所提供之光源的亮度。

在本實施例中，光學微結構124可以呈長條狀，每一光學微結構124沿著一與入光面I平行的第一方向D1延伸，且這些光學微結構124沿著一與入光面I垂直的第二方向D2排列。

值得注意的是，本發明並不限定背光模組100所具有之發光元件110的數量僅為一個。在其他實施例中，背光模組亦可以具有多個配置於入光面旁的發光元件。舉例而言，入光面旁可配置有一發光條(light bar)，而發光條具有多個沿第一方向D1排列之發光二極體。此外，本發明並不限定導光元件120的導光本體122僅具有一入光面I。在其他實施例中，導光本體亦可以具有多個連接第一表面與第二表面的入光面，而每一入光面旁配置有至少一發光元件。舉例而言，在一實施例中，導光本體可具有兩相對之入光面，而光學微結構則是左右對稱的，亦即其第六表面的法向量與第一法向量的夾角實質上等於夾角θ₁₅ 。

圖2為本發明另一實施例之背光模組的導光元件之立體示意圖。請參照圖2，本實施例之背光模組的導光元件120a與上述導光元件120(請參照圖1A)類似，兩者的差異如下所述。在本實施例之導光元件120a中，光學微結構124a呈塊狀。此外，這些光學微結構124a除了沿著第二方向D2排列之外，亦沿著第一方向D1排列。

值得注意的是，本發明並不限定光學微結構124a是沿著第一方向D1與第二方向D2排列，在其他實施例中，光學微結構亦可以是沿著相對第一方向D1或第二方向D2傾斜的其他方向排列。或者，光學微結構可以呈其他規則或呈不規則排列。或者，光學微結構可以視實際需求以各種不同的方式排列，以使由第一表面S1出射的光束之均勻度能夠符合需求。

圖3為本發明又一實施例之背光模組的導光元件之剖面示意圖。請參照圖3，本實施例之背光模組的導光元件120b與上述導光元件120(如圖1B所繪示)類似，兩者的差異如下所述。在本實施例之導光元件120b中，光學微結構124b之第一連接面C1’與第一連接面C2’各為一曲面，例如為一往遠離導光本體122的方向凸起之曲面，如此可使導光元件120b易於以射出成型製成，且在組裝時不易刮傷其他元件。

圖4為本發明再一實施例之背光模組的導光元件之剖面示意圖。請參照圖4，本實施例之背光模組的導光元件120c與上述導光元件120(如圖1B所繪示)類似，兩者的差異如下所述。在本實施例中，導光元件120c之光學微結構124c不具有第一連接面C1與第二連接面C2(如圖1B所繪示)，取而代之的是，第六表面S6’與第三表面S3’互相連接，且第四表面S4’與第五表面S5’互相連接。

綜上所述，在本發明一實施例之導光元件中，由於第三法向量與第四法向量夾角是落在從90度至100度的範圍內，且第一法向量與第五法向量的夾角是落在從120度至135度的範圍內，因此大部分來自入光面的光束會以大於臨界角的入射角入射第五表面，且因而被第五表面全反射至第一表面。此外，大部分的光束在經由第一表面傳遞至導光元件外時，其從第一表面出射的出射角會落在20度以下的範圍內，所以導光元件能夠導引出較為集中的光束，進而使本發明一實施例之背光模組能夠提供較為集中的光源。如此一來，應用此背光模組的液晶顯示裝置便能夠提供較高亮度的顯示畫面。

另外，由於上述出射角是落在20度以下的範圍內，因此本發明一實施例之背光模組可要不需搭配稜鏡片使用，就能夠提供較為集中的光源。由於此背光模組相較習知背光模組少了一片稜鏡片，因此此背光模組的重量較輕、組裝製程較簡易且成本較低。再者，由於每一光學微結構上方均有集中的光束從第一表面出射，因此本發明一實施例之導光元件可以將光束均勻地從第一表面導出，而不會在第一表面的部分區域產生暗線區。除此之外，第二表面上之光學微結構的密度亦可視需求而調整，如此便能夠控制由第一表面出射的光束之均勻度。

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，任何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，當可作些許之更動與潤飾，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。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100．．．背光模組

110．．．發光元件

112．．．光束

120、120a、120b、120c．．．導光元件

122．．．導光本體

124、124a、124b、124c．．．光學微結構

130．．．反射單元

C1、C1’．．．第一連接面

C2、C2’．．．第二連接面

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

I．．．入光面

N1．．．第一法向量

N3．．．第三法向量

N4．．．第四法向量

N5．．．第五法向量

NI．．．法向量

S1．．．第一表面

S2．．．第二表面

S3、S3’．．．第三表面

S4、S4’．．．第四表面

S5、S5’．．．第五表面

S6、S6’．．．第六表面

θ₁₃ 、θ₁₄ 、θ₁₅ 、θ₃₄ ．．．夾角

θ_e ．．．出射角

圖1A為本發明一實施例之背光模組的立體示意圖。

圖1B為圖1A之背光模組沿著A－A線的剖面示意圖。

圖2為本發明另一實施例之背光模組的導光元件之立體示意圖。

圖3為本發明又一實施例之背光模組的導光元件之剖面示意圖。

圖4為本發明再一實施例之背光模組的導光元件之剖面示意圖。

100．．．背光模組

110．．．發光元件

112．．．光束

120．．．導光元件

122．．．導光本體

124．．．光學微結構

130．．．反射單元

C1．．．第一連接面

C2．．．第二連接面

I．．．入光面

N1．．．第一法向量

N3．．．第三法向量

N4．．．第四法向量

N5．．．第五法向量

NI．．．法向量

S1．．．第一表面

S2．．．第二表面

S3．．．第三表面

S4．．．第四表面

S5．．．第五表面

S6．．．第六表面

θ₁₃ 、θ₁₄ 、θ₁₅ 、θ₃₄ ．．．夾角

θ_e ．．．出射角

Claims

一種導光板，包括：一導光本體，具有一第一表面、相對於該第一表面的一第二表面以及連接該第一表面與該第二表面之一入光面，其中該第一表面為一出光面；以及至少一光學微結構，突出於該第二表面，並具有：一第三表面；一第四表面，與該第三表面位於該第二表面的同一側，其中該第三表面的一第三法向量與該第四表面的一第四法向量之夾角落在從90度至100度的範圍內；以及一第五表面，與該第三表面位於該第二表面的同一側，其中該第四表面位於該第三表面與該第五表面之間，該第五表面的一第五法向量與該出光面的一第一法向量之夾角落在從120度至135度的範圍內。
如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該導光板的折射率實質上等於1.49。
如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該第三法向量、該第四法向量、該第五法向量及該第一法向量實質上共平面。
如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該第三法向量、該第四法向量、該第五法向量及該入光面的一法向量實質上共平面。
如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該第一法向量與該第三法向量的夾角落在從130度至135度的範圍內。
如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該第一法向量與該第四法向量的夾角落在從130度至135度的範圍內。
如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該光學微結構更具有一第六表面，與該第三表面位於該第二表面的同一側，且該第三表面是位於該第六表面與該第四表面之間。
如申請專利範圍第7項所述之導光板，其中該光學微結構更具有一第一連接面，連接該第六表面與該第三表面，且該第一連接面為一平面或一曲面。
如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該光學微結構更具有一第二連接面，連接該第四表面與該第五表面，且該第二連接面為一平面或一曲面。
一種背光模組，包括：至少一發光元件，適於發出一光束；以及一導光板，包括：一導光本體，具有一第一表面、相對於該第一表面的一第二表面以及連接該第一表面與該第二表面之一入光面，其中該光束會從該入光面進入該導光板中，且該第一表面為一出光面；以及至少一光學微結構，突出於該第二表面，並具有：一第三表面；一第四表面，與該第三表面位於該第二表面的同一側，其中該第三表面的一第三法向量與該第四表面的一第四法向量之夾角落在從90度至100度的範圍內；以及一第五表面，與該第三表面位於該第二表面的同一側，其中該第四表面位於該第三表面與該第五表面之間，該第五表面的一第五法向量與該出光面的一第一法向量之夾角落在從120度至135度的範圍內，其中，來自該入光面的至少部分該光束會依序經由該第三表面傳遞至該導光板外，經由該第四表面進入該導光板中，被該第五表面反射至該出光面，並經由該出光面傳遞至該導光板外。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該導光板的折射率實質上等於1.49。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該第三法向量、該第四法向量、該第五法向量及該第一法向量實質上共平面。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該第三法向量、該第四法向量、該第五法向量及該入光面的一法向量實質上共平面。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該第一法向量與該第三法向量的夾角落在從130度至135度的範圍內。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該第一法向量與該第四法向量的夾角落在從130度至135度的範圍內。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該光學微結構更具有一第六表面，與該第三表面位於該第二表面的同一側，且該第三表面是位於該第六表面與該第四表面之間。
如申請專利範圍第16項所述之背光模組，其中該光學微結構更具有一第一連接面，連接該第六表面與該第三表面，且該第一連接面為一平面或一曲面。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中該光學微結構更具有一第二連接面，連接該第四表面與該第五表面，且該第二連接面為一平面或一曲面。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，其中來自該入光面的該至少部分該光束係被該第五表面全反射至該出光面。
如申請專利範圍第10項所述之背光模組，更包括一反射單元，配置於該第二表面的一側，其中該光學微結構是位於該第二表面與該反射單元之間。