TWI394991B - 用於ｌｃｄ背光單元之具有對稱前稜柱及不對稱前稜柱之導光板 - Google Patents

用於ｌｃｄ背光單元之具有對稱前稜柱及不對稱前稜柱之導光板 Download PDF

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Description

用於LCD背光單元之具有對稱前稜柱及不對稱前稜柱之導光板
本發明係關於一種用於LCD背光單元之導光板，尤其係關於一種用於LCD背光單元之導光板，其可藉由控制該導光板之前稜柱之斷面形狀以於一特定位置調整顯示視角和亮度。
一般來說，一液晶顯示裝置(liquid crystal display,以下簡稱LCD)係指一種施加電場於液晶上以顯示數字或影像之裝置。LCD之液晶係一種介於液體和固體狀態之間的材料，且其被配置於上下兩片被用來當作電極之玻璃基板之間。
由於LCD不會自行發光，因此必須利用背光單元作為光源。而LCD顯示的影像等即係藉由調整背光單元所發出之光線，使其通過液晶所預先排列成的圖案而形成。
第1圖係一傳統LCD背光單元之爆炸圖。
根據光源之發光位置，若一光源係被設置於LCD面板100之後方，則LCD之背光單元係被歸類為直下式背光單元。若一光源係被設置於LCD面板100之側面，則LCD之背光單元係被歸類為側光式背光單元。第1圖顯示的背光單元即係一側光式背光單元10。
請參考第1圖，傳統LCD背光單元包含一光源105、一導光板110、一反射片115、一擴散片120、複數個稜柱片 125、以及一保護片130。
光源105係用來發出光線至LCD面板100。雖然有各種型式的發光體可以用來當做光源，但LCD通常係使用冷陰極燈管(cold cathode fluorescence lamp,CCFL)作為光源。冷陰極燈管只需要消耗少量電力即可發出非常亮的白光。
導光板110係設置於光源105之一側以及LCD面板100之下方。導光板110係用來將光源105發出之點狀光線轉換為平面狀之光線後，再將光線投射於其前方。
反射片115係設置於導光板110之後方。反射片115係用來將光源105發出之光線反射至LCD面板100。
擴散片120係設置於導光板110之上側。擴散片120係用來均勻分佈通過導光板110之光線。
稜柱片125係用來增加亮度，其係藉由折射並聚集光線以防止光線從水平及垂直方向散失，例如當光線通過擴散片120時，光線容易快速地從水平及垂直方向散失。
保護片130係設置於稜柱片125上，其係用來保護稜柱片125，使稜柱片125避免被刮傷，以及防止波紋(Moire)現象。波紋現象係發生於兩張稜柱片125分別疊放於水平和垂直方向的時候。
雖然第1圖並未顯示，但背光單元10另包含一框架或一殼體，以及一後蓋或一燈蓋。框架或殼體係用來保護背光單元10之各個元件，並使背光單元10更具有整體性。而後 蓋或燈蓋係用來保護、支撐並強化背光單元10。
LCD根據液晶的排列方式可分為兩種型式，一種係扭轉向列型(twisted nematic,TN)，一種係橫向電場驅動型(in-plane switching,IPS)。扭轉向列型LCD相較於橫向電場驅動型LCD在顯示視角上有較差的表現。然而，扭轉向列型LCD具有優異的透光性，適合需要在前方觀賞的LCD。另一方面，雖然橫向電場驅動型LCD相較於扭轉向列型LCD在顯示視角上有較佳的表現，但橫向電場驅動型LCD之透光性較差，進而降低了整體亮度。
因此，根據操作環境(例如LCD之液晶排列方式或其他外在因素)於一特定視角增強亮度，或於一特定位置補償亮度之LCD係有其需要的。
在傳統方式中，一雙重增亮膜(dual brightness enhancement film,DBEF)和一擴散反射偏光膜(diffusive reflective polarization film,DRPF)被用來補償亮度或改善顯示視角。然而，這些光學膜片會增加背光單元之整體厚度以及製造成本，進而使採用這些光學膜片之LCD產品降低競爭力。
TCO’03標準之亮度均勻度視角關係之項目指出亮度均勻度之等級相對於一般顯示裝置於水平和垂直之視角應該落於一特定範圍內。
第2圖顯示TCO’03標準所定義之一般顯示裝置之特性評估之測量位置。第3圖和第4圖顯示TCO’03標準之亮度均勻度視角相依性(brightness uniformity-viewing angle dependency)之關係式。
在TCO’03標準中，水平和垂直視角之亮度均勻度等級分別用LH 和LV 代表，並規定必須等於或小於1.7。TCO’03標準對於扭轉向列型LCD這種於顯示視角上有較大限制之LCD係一嚴格的門檻。因此，一種在LCD背光單元中用來於一特定角度控制顯示視角以及用來於一特定位置控制亮度之元件或技術係有其需要的。
為了解決先前技術之問題，本發明之主要目的係在提供一種LCD背光單元之導光板，其可於一特定位置調整可視度、以及於一特定角度調整顯示角度，以在顯示螢幕之整個表面提供具有均勻亮度之影像，無論使用者是從顯示螢幕之前方、左方或右方來觀看。
為達成上述目的，本發明LCD背光單元之導光板包含一主體、一主稜柱部、以及一副稜柱部。該主體具有一側端用來接收入射光、一前端用來射出光線、以及一後端。該主稜柱部包含複數個設置於該前端之對稱稜柱，每一對稱稜柱之間間隔有分隔之平面。該副稜柱部包含複數個不對稱稜柱，每一不對稱稜柱係分別設置於該分隔之平面。
在本發明中，LCD背光單元之導光板將水平視角的分布表現最佳化，進而使背光單元之光源更有效率。
另外，本發明導光板具有優異的顯示視角特性，以在顯示螢幕之整個表面提供具有均勻亮度之影像，無論使用者是 從顯示螢幕之前方、左方或右方來觀看。尤其係本發明導光板能達到TCO’03標準所要求之光學特性。
第5圖係本發明LCD背光單元之導光板之第一實施例的示意圖。
請參考第5圖，本發明LCD背光單元之導光板30之主體300包含用來接收入射光之一側端301、連接於側端301並面向一LCD面板(未圖示)之一前端303、以及連接於側端301並面向前端303之一後端305。
側端301於語意上係指一物體之一側，但於此係指光源306所發出之光線進入導光板30時之表面。在第5圖中，側端301係相鄰於光源306之兩個相對面。
前端303係由一主稜柱部320以及一副稜柱部340所組成，上述兩部分320、340皆具有預先設計好之斷面形狀，以用來使通過主體300之光線能均勻地衍射、折射以及散射。
後端305係由複數個後稜柱360所組成。後稜柱360係垂直於形成於前端之主稜柱部320之對稱稜柱322。後稜柱360可以係如第5圖所示之點狀樣式，或係條狀樣式。由於本發明主要係關於前端303之主稜柱部320和副稜柱部340之結構，因此後稜柱360之細節將省略。
主稜柱部320包含複數個對稱稜柱322，每一對稱稜柱322之間間隔有分隔之平面325，而副稜柱部340包含設置於分隔平面325上之不對稱稜柱342。
主稜柱部320相對於導光板之中心線CL具有一雙面對稱之斷面。
對稱稜柱322和不對稱稜柱342係於縱向方向平行於一Q方向，亦即第5圖中光源之光線所入射之方向。
介於對稱稜柱322之間之分隔平面325係用於改善光線之均勻度和可視度。也就是說，當對稱稜柱322將從主體300射出之光線衍射、折射和散射至一面向導光板30之LCD面板(未圖示)時，介於對稱稜柱322之間之分隔平面325用來使光線行進於垂直於LCD面板(未圖示)之方向，進而改善射向LCD面板(未圖示)之光線之均勻度。
分隔平面325上之不對稱稜柱342係用於改善光線於水平和垂直視角之均勻度。由於對稱稜柱322和分隔平面325能調整直視視角之光線的均勻度，雙面不對稱之稜柱342係用來改善光線於水平和垂直視角之均勻度，進而達到TCO’03標準所規定之視角特性。
第6圖係本發明第一實施例之導光板單獨具有主稜柱部之剖面示意圖。
請參考第6圖，主稜柱部320包含複數個對稱稜柱322，在每一對稱稜柱322之固定間隔內具有分隔之平面325。每一對稱稜柱322具有一對互相對稱且向內凹之傾斜面，且其斷面係一頂點朝下之三角形。
分隔平面325係位於對稱稜柱322之間，而不對稱稜柱342(見於第7圖)係於分隔平面325上向內刻劃而成。
此時，單一對稱稜柱322之開口寬度P相對於單一分隔 平面325之平面寬度D之比例最好係在4：6至6：4之範圍之間。單一對稱稜柱322之開口寬度P相對於單一分隔平面325之平面寬度D之比例可以是導光板之所有對稱稜柱322之開口面積相對於導光板之所有分隔平面325之總面積之面積比例。
如果分隔平面325之總面積比例較高，則中央亮度會增加；反之，如果對稱稜柱322之開口面積比例較高，則外側亮度會增加。因此，本發明可藉由調整上述比例來控制亮度之均勻度。
雖然本發明可利用對稱稜柱322和分隔平面325來控制亮度之均勻度，但若要達到TCO’03標準所規定之視角特性仍有其限制。因此，本發明形成於分隔平面325上之不對稱稜柱342可用來於一特定位置和角度調整顯示視角。
第7圖係本發明第一實施例之導光板具有主稜柱部和副稜柱部之剖面示意圖。
副稜柱部340係由分隔平面325上刻劃形成之不對稱稜柱342所組成。如第7圖所示，單一分隔平面325上可形成單一不對稱稜柱342，或如第8圖所示，單一分隔平面325上亦可形成複數個不對稱稜柱342。每一不對稱稜柱342面對導光板中心線CL之內側342a之傾斜角度係不同於面對導光板外緣之外側342b之傾斜角度。
分隔平面325上之不對稱稜柱342係以導光板中心線CL為對稱中心，導光板中心線CL兩邊之不對稱稜柱342係相互對稱的，因此本發明能使顯示器之左右兩邊皆能具有均勻之亮度。
如第7圖所示，在導光板中心線CL左邊之不對稱稜柱342，其右側係為內側342a，其左側係為外側342b。而在導光板中心線CL右邊之不對稱稜柱342，其左側變為內側342a，其右側變為外側342b。
不對稱稜柱342之內側342a和外側342b之傾斜角度最好係等於或小於90o 。另外，面對導光板中心線CL之內側342a之傾斜角度θ2較佳係小於面對導光板外緣之外側342b之傾斜角度θ1(θ1>θ2)。
在較佳的情況下，內側342a之傾斜角度θ2係介於35o 至55o 之間，而外側342b之傾斜角度θ1係介於70o 至90o 之間。
在上述條件下之不對稱稜柱342即可用來達成TCO’03之標準，並使得即使從側邊觀看顯示器螢幕上之畫面時，其整體影像依然具有均勻之亮度。
再者，離中心線CL越遠之不對稱稜柱342最好具有較深之深度，亦即h1<h2。在上述情況下，離中心線CL越近之分隔平面325有較多之數目，而離中心線CL越遠之分隔平面325有較少之數目。如果離中心線CL較近之不對稱稜柱342具有較深之深度，則會在中心線CL造成光線之干涉進而形成干涉圖案，此係由於不對稱稜柱342之雙面對稱配置。
第8圖係本發明LCD背光單元之導光板之第二實施例的剖面示意圖。
請參考第8圖，單一分隔平面325上可形成有複數個不對稱稜柱342。如上述實施例所示，每一不對稱稜柱342面 對導光板中心線CL之內側342a之傾斜角度θ1係大於外側342b之傾斜角度θ2(θ1>θ2)。再者，離中心線CL較近之不對稱稜柱342具有較淺之深度(h1<h2)。
第9圖係本發明第一實施例之導光板被修改後之剖面示意圖。
請參考第9圖，對稱稜柱322和不對稱稜柱342具有圓形之底端。上述修改亦可應用於第二實施例之單一分隔平面325上的複數個不對稱稜柱342。圓形底端之修改可避免干涉圖形的產生。
10‧‧‧背光單元
30‧‧‧導光板
100‧‧‧LCD面板
105‧‧‧光源
110‧‧‧導光板
115‧‧‧反射片
120‧‧‧擴散片
125‧‧‧稜柱片
130‧‧‧保護片
300‧‧‧主體
301‧‧‧側端
303‧‧‧前端
305‧‧‧後端
306‧‧‧光源
320‧‧‧主稜柱部
322‧‧‧對稱稜柱
325‧‧‧分隔平面
340‧‧‧副稜柱部
342‧‧‧不對稱稜柱
342a‧‧‧不對稱稜柱內側
342b‧‧‧不對稱稜柱外側
360‧‧‧後稜柱
CL‧‧‧中心線
Q‧‧‧方向
P、D‧‧‧寬度
θ1、θ2‧‧‧傾斜角度
h1、h2‧‧‧深度
第1圖係一傳統LCD背光單元之爆炸圖。
第2圖係顯示TCO’03標準所定義之一般顯示裝置之特性評估之測量位置。
第3圖和第4圖係顯示TCO’03標準之亮度均勻度視角關係之關係式。
第5圖係本發明LCD背光單元之導光板之第一實施例的示意圖。
第6圖係本發明第一實施例之導光板單獨具有主稜柱部之剖面示意圖。
第7圖係本發明第一實施例之導光板具有主稜柱部和副稜柱部之剖面示意圖。
第8圖係本發明LCD背光單元之導光板之第二實施例的剖面示意圖。
第9圖係本發明第一實施例之導光板被修改後之剖面示意圖。
30‧‧‧導光板
300‧‧‧主體
301‧‧‧側端
303‧‧‧前端
305‧‧‧後端
306‧‧‧光源
320‧‧‧主稜柱部
322‧‧‧對稱稜柱
325‧‧‧分隔平面
340‧‧‧副稜柱部
342‧‧‧不對稱稜柱
360‧‧‧後稜柱
CL‧‧‧中心線
Q‧‧‧方向

Claims (10)

  1. 一種用於液晶顯示器(LCD)背光單元之導光板，包含：一主體，包含用來接收入射光之一側端、用來射出光線之一前端、以及一後端；一主稜柱部，包含複數個設置於該前端之對稱稜柱，每一對稱稜柱之間間隔有至少一分隔之平面；以及一副稜柱部，包含複數個不對稱稜柱，每一不對稱稜柱係分別設置於該分隔之平面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中單一對稱稜柱之開口寬度相對於單一分隔平面之平面寬度之比例係在4：6至6：4之範圍之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中每一分隔之平面上形成有複數個不對稱稜柱。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中每一分隔之平面上形成有單一個不對稱稜柱。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該不對稱稜柱任一側之傾斜角度等於或小於90°。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該等不對稱稜柱係以對於該導光板之中心線係雙面對稱的方式來設置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之導光板，其中每一不對稱稜柱面對該主體中心線之內側之傾斜角度係小於面對該主體外緣之外側之傾斜角度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之導光板，其中該內側之傾斜角度係介於35°至55°之間，而該外側之傾斜角度係介於70°至90°之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該副稜柱部包含離該導光板之中心線越遠而具有較深之深度之不對稱稜柱。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該對稱稜柱和該不對稱稜柱具有圓形之底端。
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