TWI388890B - 導光板及背光模組 - Google Patents

Description

導光板及背光模組

本發明涉及一種導光板以及使用該導光板之背光模組，尤其涉及一種適用於直下式背光模組之導光板以及直下式背光模組。

近年來，平面顯示裝置發展迅速，已被廣泛應用於移動通訊及消費性電子產品等領域，例如，數位相機、攝像機及帶有攝像功能之手機等(請參見Capturing images with digital still cameras,Micro,IEEE Volume：18,issue：6,Nov.－Dec.1998 Page(s)：14－19)。同時，電子產品對平面顯示裝置(如液晶顯示裝置)之要求不斷提高。背光模組為顯示裝置中之重要元件，其將點光源或線光源發出之光藉由導光板之散射後形成一面光源，故，設計各種背光模組成為目前之研究熱點。

背光模組通常包括光源與導光板，且光源相對於導光板之入光面設置。導光板引導從光源發出之光束之傳輸方向，將線光源或點光源轉換成面光源。按照光源放置位置之不同，背光模組可分為直下式及側置式兩類。直下式背光模組是指將光源置於導光板正下方，直接照明。而側置式背光模組一般將光源置於導光板之側面，光束由側面耦合入導光板，於導光板內形成全反射並不斷向前傳播。藉由對全反射條件之破壞，實現導光板出光面均勻射出光 束。由此可見，導光板之結構對背光模組之出光效果有著重要之影響。

如圖1所示，2006年6月21日公開之第1790129號大陸專利申請揭示一種直下式點光源背光元件10，其包括複數點光源11、一反射板12、一擴散板13以及多層之光學膜。

所述反射板12具有複數反射板開孔120，每一個反射板開孔120對應於相對應之點光源11，以使點光源11之光線得以完全穿越上述反射板開孔120而照射擴散板13。該擴散板13相對於該反射板12之表面設置有複數輻射狀隨機網點130，光線照射至該擴散板13，一部分光線透過該擴散板13出射，一部分光線經設置於該擴散板13之輻射狀隨機網點130反射至反射板12，該反射光經反射板12之再反射至擴散板13，再重新利用。

然而，擴散板13為方形或長方形，由於該擴散板13之複數網點130呈輻射狀隨機分佈，所以，於該擴散板13邊緣出射光之均勻性較差，無法實現直下式點光源背光組件10之整體均勻出光。

有鑒於此，提供一種可提高直下式背光模組出光均勻性之導光板及直下式背光模組實為必要。

一種導光板，包括一底面，該底面設置有散射網點；一出光面，該出光面與該底面相對；以及一側面，該側面 連接該底面與該出光面。該導光板之出光面設置有一反射部，該反射部設置於該導光板之出光面與底面中心相對應之位置，且凹入該導光板內部。該散射網點分佈於以該導光板底面之中心為圓心之複數圓環上，且各個圓環上之散射網點均勻分佈，每個圓環上之散射網點數量滿足以下關係式：e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|，其中，e為散射網點之數量；r為圓環之半徑，且r4毫米；a1、a2和a3為常數，且0.05a10.1，a26，a312。

一種背光模組，包括一發光裝置以及一導光板。該導光板包括一底面，該底面設置有散射網點；一出光面，該出光面與該底面相對；一側面，該側面連接該底面與該出光面。該發光裝置設置於該導光板底面一側之與該底面中心相對之位置，該導光板之出光面設置有一反射部，該反射部設置於該導光板之出光面與底面中心相對應之位置，且凹入該導光板內部。該散射網點分佈於以該導光板底面之中心為圓心之複數圓環上，且各個圓環上之散射網點均勻分佈，每個圓環上之散射網點數量滿足以下關係式：e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|，其中，e為散射網點數量；r為圓環之半徑，且r4毫米；a1、a2和a3為常數，且0.05a10.1，a26，a312。

相對於先前技術，本發明提供之背光模組之發光裝置發出之光束入射至該導光板出光面之反射部，一部分光束透過該反射部後直接射出，另一部分光束則經該反射部反射到該導光板內部。由於該導光板底面之散射網點分佈於 以該導光板底面之中心為圓心之複數圓環上，且各個圓環之散射網點均勻分佈，每個圓環之散射網點數量滿足以下關係式：e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|，距離該導光板之邊緣越近，該圓環上之散射網點之數量越多，該散射網點之密度越大。該種結構可將該導光板出光面反射之光束以及由反射部反射之光束再經過散射網點之散射，均勻射向出光面，使得出光面與發光裝置相對應之區域之週邊區域的光束分佈會相應增加，這樣從導光板出光面射出之光束分佈比較均勻，可提高背光模組之出光均勻性。

下面將結合附圖對本發明提供之導光板以及使用該導光板之背光模組作進一步之詳細說明。

請參閱圖2，本發明第一實施例提供一種背光模組20，該背光模組20包括發光裝置200、導光板202、反射板204、微棱鏡系統206，偏振轉換系統208及散射板210。

該導光板202包括一底面212，一與該底面212相對之出光面214及連接該底面212和出光面214之側面216，且該底面212包括一中心218。該發光裝置200設置於該導光板202之底面212一側之正下方與底面212中心218相對的位置。該反射板204設置於該發光裝置200與導光板202之底面212之間。該微棱鏡系統206、偏振轉換系統208及散射板210依次設置於導光板202之出光面214一側。

請一併參閱圖4，該發光裝置200包括一光源228與一 準直裝置230。該光源228為一點光源，於本實施例中，該光源228為單色之發光二極體。該準直裝置230之材料選用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，該準直裝置230具有一出射面2301以及與該出射面2301相連之反射面2302，該反射面2302為一非球面曲面。於該反射面2302與出射面2301正對之位置形成有向該準直裝置230內部凹陷之光源收容腔2303，該光源收容腔2303用於收容光源228。該光源收容腔2303與該光源228發光面相對之表面為折射面2304，該折射面2304為一凸向光源228之非球面曲面。該光源228發出之光束經過折射面2304之折射進入該準直裝置230，進入該準直裝置230之光束經反射面2302反射後變成平行光束從該準直裝置230之出射面2301出射。因此，該發光裝置200發出之光束為圓柱形之平行光束232，該光束232垂直地入射到該導光板202之底面212之中心218的周邊區域。優選地，該發光裝置200發出之光束232之直徑為6毫米至8毫米。

該導光板202為一圓形、方形、矩形或其他多邊形之透明基板。該透明基板之材料可為聚碳酸酯、PMMA或玻璃等。該導光板202之厚度不限，可根據實際情況選擇。於本實施例中，該導光板202是邊長為40毫米之正方形之PMMA基板，且該導光板202之厚度為3毫米。

該導光板202之出光面214設置有一反射部222，該反射部222設置於與底面中心218相對應之位置，且該反射部222為一凹入導光板202內部之倒置圓錐體、倒置類圓 錐體或倒置多棱錐體。於本實施例中，該反射部222優選為一倒置圓錐體，該倒置圓錐體之頂部與該導光板222之底面中心218正相對。該倒置圓錐體之底面直徑為8.5毫米至9.2毫米，高度為1.4毫米至1.6毫米。於本實施例中，該倒置圓錐體之底面直徑為8.8毫米，高度為1.6毫米。該反射部222具有一反光面224，該反光面224為該倒置圓錐體之圓錐面，可以理解，由於導光板202之出光面214上設置有一反射部222，反射部222之反光面224可使得發光裝置200發出之部分光束232到達反光面224後，經該反光面224之反射進入該導光板202內部，經過該導光板底面212反射後，大部分光線自該導光板出光面214與發光裝置200相對應之區域之週邊區域出射。因而，使得該導光板出光面214與發光裝置200相對應之區域之出射光光強被削弱，與發光裝置200相對應之區域的週邊區域之出射光光強被增強。

請參閱圖3，該導光板202之底面212設置有複數散射網點220，該散射網點220包括凸向該導光板202外部之部分球形、棱錐、棱臺或凹向該導光板202內部之部分球形或V型凹槽等。於本實施例中，該散射網點220為凹向該導光形板202內部之半球凹槽。

該散射網點220分佈於圍繞該底面中心218之複數圓環上，且各個圓環上之散射網點均勻分佈。該複數圓環以中心218為圓心同心設置，各個相鄰之兩個圓環之間的間距相等。或者，每兩個相鄰之圓環之間的間距沿著遠離底 面中心218之方向逐漸遞減，有利於增強靠近導光板202邊緣出射光之光強，使整個導光板202出光均勻。優選地，相鄰兩個圓環之間的間距為0.7毫米至1.5毫米。

於該複數圓環中，每個圓環上之散射網點220之數量e與該圓環之半徑r滿足以下關係：e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|，符號[ ]表示取整數，符號| |表示取絕對值。由於該發光裝置200發出之光束為圓柱形平行光束232，且該圓柱形光束232之直徑為6毫米至8毫米，該圓柱形光束232直接入射至該導光板202之底面212，因此，於該導光板202之底面212，以中心218為圓心，半徑r小於4毫米之區域無需設置散射網點。所以，於上述散射網點數量e之設置公式中，該圓環半徑r4毫米；a1、a2和a3為常數，且0.05a10.1，a26，a312。

於本實施例中，該a1＝0.1，a2＝6，a3＝8，不同半徑r之圓環上散射網點數量e之設置如表1所示。

由於在該導光板202之出光面214設置有反射部222，發光裝置200發出之光束232經該反射部222之反射面224反射後進入該導光板202之內部，入射至該導光板202之底面212，使於該導光板202之底面212以該底面中心218為圓心之一定區域內光強較強。所以，於該導光板202之 底面212以該底面中心218為圓心，於半徑r10毫米之區域內可不設置散射網點，於半徑11r20毫米之區域內，設置有散射網點220，該散射網點220呈圓環狀分佈，且相鄰圓環之間間隔1毫米，每一個圓環上之散射網點220之數量如表1所示。於半徑r21毫米之區域內，受導光板形狀之限制，散射網點220分佈於該導光板202之四個角落內，該散射網點220分佈於部分圓環上，呈圓弧狀分佈，且相鄰圓弧之間間隔1毫米，每一個圓環上之散射網點220之數量如表1所示。根據圓弧占整個圓環之長度比例即可計算出不同半徑r之一段圓弧上散射網點220之數量。距離該導光板202之邊緣越近，圓環上之散射網點220之數量越多，散射網點220之密度越大。

上述結構可將該導光板出光面214反射之光束以及由反射部222反射之光束再經過散射網點220之散射，均勻射向出光面214，使得出光面214與發光裝置200相對應之區域之週邊區域的光束分佈相應增加，這樣從導光板出光面214射出之光束分佈比較均勻，從而提高背光模組20之出光均勻性。

該導光板202之底面212及四個側面216進一步可設置有增反膜，用以增強底面212及側面216之反射功效。導光板202之出光面214可設置有增亮膜、散射膜等光學膜。

可以理解，本實施例所提供之導光板202並不限應用於本實施例所提供之背光模組20中，即該導光板202可根 據實際需要應用於不同結構之背光模組20中，以提高背光模組20之出光均勻性。

該反射板204設置於該發光裝置200與導光板202之底面212之間。該反射板204之形狀及面積與該導光板202之形狀及面積相對應。該反射板204之厚度不限，為減小背光模組20之厚度，該反射板204之厚度應儘量小。該反射板204與發光裝置200相對應之位置可為空心或透明，以使發光裝置200發出之光可直接到達導光板202。該反射板204與導光板202之底面212相對之表面設有一層反射膜226。該反射膜226可有效地將從導光板202之底面212射出之光束反射回導光板202內，從而提高背光模組20之亮度。可以理解，於發光裝置200與導光板202之底面212之間也可不設置反射板204，而是於該導光板202之底面212設置一層反射膜，當然，該底面散射網點220之表面也要設置有反射膜。該種結構可有效減小背光模組20之厚度。

所述微棱鏡系統206、偏振轉換系統208及散射板210依次設置於導光板202之出光面214一側，用於將導光板202射出之光束進一步之分散化、均勻化。該微棱鏡系統206、偏振轉換系統208及散射板210均為先前技術中背光模組結構中所常用之元件。該散射板210設置於導光板202之出光面214一側，且與導光板202之出光面214間隔一定距離設置，用於將從出光面214射出之光束進一步分散及均勻化。該偏振轉換系統208設置於散射板210上，且設置於散射板210與出光面214相對之一側。偏振轉換系 統208根據光束之偏振方向用於控制、調整光束之傳播。該微棱鏡系統206設置於偏振轉換系統208上，且設置於偏振轉換系統208與出光面214相對之一側。微棱鏡系統206可為透射式增光膜或反射式增光膜，用以將從導光板202射出之光進行有效調整，使得導光板202射出之光束於整體上具有一定之集中度，從而調整導光板202射出光束之整體亮度。可以理解，該微棱鏡系統206、偏振轉換系統208及散射板210為一可選擇結構。

本發明第二實施例提供一種背光模組，該背光模組與第一實施例之背光模組20結構基本相同，其區別在於：該背光模組中導光板底面之散射網點於每一圓環之分佈數量不同於表1所示，可於上述公式中選取a1＝0.1，a2＝6，a3＝12，不同半徑r之圓環上散射網點數量e之設置如表2所示。

本發明第三實施例提供一種背光模組，該背光模組與第一實施例之背光模組20結構基本相同，其區別在於：該背光模組中導光板底面之散射網點於每一圓環之分佈數量不同於表1、表2所示，可於上述公式中選取a1＝0.08，a2＝10，a3＝10，不同半徑r之圓環散射網點數量e之設置如表3所示。

本發明第四實施例提供一種背光模組，該背光模組與第一實施例之背光模組20結構基本相同，其區別在於：該背光模組中導光板底面之散射網點於每一圓環之分佈數量不同於表1、表2以及表3所示，可於上述公式中選取a1＝0.05，a2＝6，a3＝12，不同半徑r之圓環散射網點數量e之設置如表4所示。

可以理解，每個圓環散射網點之數量e之設置與該圓環之半徑r滿足e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|即可，其中，該圓環半徑r4；a1、a2和a3為常數，且0.05a10.1，a26，a312。另外，各個相鄰圓環之間的間距隨著靠近該導光板之邊緣也可越來越小，只要確定該散射網點所分佈之圓環之半徑，即可依據上述公式計算出該圓環散射網點之數量。

本發明提供之背光模組使用時，發光裝置發出之光形成一圓柱形光束。該圓柱形光束透過反射板之空心部分進入到導光板內，且到達反射部。一部分光透過反射部後由出光面射出。另一部分光則經反光面反射到達導光板內 部。由於本發明之導光板底面之散射網點分佈於以該導光板底面之中心為圓心之複數圓環，且各個圓環之散射網點均勻分佈，每個圓環之散射網點數量e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|，距離該導光板之邊緣越近，該圓環散射網點之數量越多，該散射網點之密度越大。該種結構可將該導光板出光面反射之光束以及由反射部反射之光束再經過散射網點之散射，均勻射向出光面，使得出光面與發光裝置相對應之區域之週邊區域之光束分佈會相應增加，這樣從導光板出光面射出之光束分佈比較均勻，可提高背光模組之出光均勻性。本發明提供之背光模組可廣泛應用於液晶顯示器之等平面顯示裝置中。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

背光模組‧‧‧20

發光裝置‧‧‧200

導光板‧‧‧202

反射板‧‧‧204

微棱鏡系統‧‧‧206

偏振轉換系統‧‧‧208

散射板‧‧‧210

底面‧‧‧212

出光面‧‧‧214

側面‧‧‧216

中心‧‧‧218

散射網點‧‧‧220

反射部‧‧‧222

反光面‧‧‧224

反射膜‧‧‧226

光源‧‧‧228

準直裝置‧‧‧230

平行光束‧‧‧232

出射面‧‧‧2301

反射面‧‧‧2302

收容腔‧‧‧2303

折射面‧‧‧2304

圖1為先前技術之直下式點光源背光組件之主視示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供之背光模組之主視示意圖。

圖3為本發明第一實施例提供之背光模組中導光板之仰視示意圖。

圖4為本發明第一實施例提供之背光模組中發光裝置 之放大示意圖。

導光板‧‧‧202

底面‧‧‧212

中心‧‧‧218

散射網點‧‧‧220

Claims (13)

1. 一種導光板，其包括：一底面，該底面設置有散射網點；一出光面，該出光面與該底面相對；以及一側面，該側面連接所述底面與所述出光面；其改良在於：所述之導光板之出光面設置有一反射部，該反射部設置於該導光板之出光面與底面中心相對應之位置，且凹入該導光板內部，所述之散射網點分佈於以該導光板底面之中心為圓心之複數圓環上，且各個圓環上之散射網點均勻分佈，每個圓環上之散射網點數量滿足以下關係式：e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|，其中，e為散射網點之數量；r為圓環之半徑，且r4毫米；a1、a2和a3為常數，且0.05a10.1，a26，a312。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中，該反射部為凹入導光板內部之倒置圓錐體、倒置類圓錐體或倒置多棱錐體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之導光板，其中，該倒置圓錐體之底面直徑為8.5毫米至9.2毫米，該倒置圓錐體之高度為1.4毫米至1.6毫米。
4. 如申請專利範圍第3項所述之導光板，其中，該a1為0.1，a2為6，a3為8。
5. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中，該各個相鄰之圓環之間的間距相等。
6. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中，隨著遠離 導光板底面之中心，各個相鄰圓環之間的間距越來越小。
7. 一種背光模組，其包括：一發光裝置，以及一導光板，該導光板包括一底面，該底面設置有散射網點；一出光面，該出光面與該底面相對；一側面，該側面連接所述底面與所述出光面，所述發光裝置設置於所述導光板底面一側之與該底面中心相對之位置，其改良在於：所述之導光板之出光面設置有一反射部，該反射部設置於該導光板之出光面與底面中心相對應之位置，且凹入該導光板內部，該散射網點分佈於以該導光板底面之中心為圓心之複數圓環上，且各個圓環上之散射網點均勻分佈，每個圓環上之散射網點數量滿足以下關係式：e＝| 4[a1×(r－a2)×(r－a3)]|，其中，e為散射網點之數量；r為圓環之半徑，且r4毫米；a1、a2和a3為常數，且0.05a10.1，a26，a312。
8. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中，該反射部為凹入導光板內部之倒置圓錐體、倒置類圓錐體或倒置多棱錐體。
9. 如申請專利範圍第8項所述之背光模組，其中，該倒置圓錐體之底面直徑為8.5毫米至9.2毫米，該倒置圓錐體之高度為1.4毫米至1.6毫米。
10. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中，該發光裝置包括一光源與一準直裝置，該準直裝置將該光源發 出之光束準直成圓柱形之平行光束。
11. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中，該a1為0.1，a2為6，a3為8。
12. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中，該各個相鄰之圓環之間的間距相等。
13. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中，隨著遠離導光板底面之中心，各個相鄰圓環之間的間距越來越小。