TWI420169B

TWI420169B - 導光板及背光模組

Info

Publication number: TWI420169B
Application number: TW98143541A
Authority: TW
Inventors: Jun Zhu; Yan Zhao; He Zhang; Guo-Fan Jin
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2013-12-21
Also published as: TW201122583A

Description

導光板及背光模組

本發明涉及一種導光板以及背光模組，尤其涉及一種適用於直下式背光模組的導光板以及直下式背光模組。

近年來，平面顯示器發展迅速，已被廣泛應用於個人電腦、電視、移動通訊及消費性電子產品等領域。同時，電子產品對平面顯示裝置(如液晶顯示裝置)的要求不斷提高。背光模組為顯示裝置中的重要元件，其將點光源或線光源發出的光通過導光板的散射後形成一面光源，所以設計各種背光模組成為目前的研究熱點。

背光模組通常包括光源與導光板，導光板引導從光源發出的光束之傳輸方向，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。直下式背光模組係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的側面，光線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線。因此，導光板的結構對背光模組之出光效果有重要的影響。

先前技術提供一種背光模組，該背光模組包括一導光板，一反射膜和一發光二極體，該導光板包括一底面，一與該底面相對之出光面。該發光二極體設置於所述導光板底面一側。所述出光面對應發光二極體設置有微結構，該底面上設置有複數散射網點。該反射膜設置於所述導光板底面一側。由該發光二極體出射之光線入射導光板內部之後在出光面的表面具有不同之入射角度，一部份光線於出光面之表面折射後由該出光面射出，另一部份光線於出光面的表面反射後經由反射膜及所述底面上之複數散射網點再由出光面射出，即該微結構會消弱所述導光板出光面之與發光二極體對應區域的光線分佈。

然而，發光二極體光源為點光源，所述出光面上與該發光二極體對應區域較其他區域光照射強度強，並且照射在與該發光二極體對應區域即微結構表面強度較強之光線產生折射後直接由此出射，即出光面的微結構的部份區域還有較強光出射，光線分佈還係較集中，所以導光板與發光二極體對應的區域出射光之均勻性較差，無法實現直下式背光模組整體均勻出光。

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，以解決上述技術問題實為必要。

一種導光板，其包括：一底面，一與該底面相對之出光面及連接所述底面和所述出光面之側面，所述出光面包括至少一凹面，該至少一凹面包括光線入射角度大於導光板全反射臨界角之第一區域與光線入射角度小於導光板全反射臨界角之第二區域，該第二區域設置有反射結構。

一種背光模組，其包括：一導光板，該導光板包括一底面、一與該底面相對之出光面及連接所述底面和所述出光面之側面，所述出光面包括至少一凹面；以及至少一光源，所述光源設置於所述導光板底面一側，並與出光面之凹面相對，該光源與凹面一對一或複數個對一對應，其中，該至少一凹面包括光線入射角度大於導光板全反射臨界角之第一區域與光線入射角度小於導光板全反射臨界角之第二區域，該第二區域設置有反射結構。

相對於先前技術，所述導光板出光面對應光源設置有凹面，且由入射角度之大小將所述凹面分為二區域，即光線入射角度大於導光板全反射臨界角之第一區域與光線入射角度小於導光板全反射臨界角之第二區域，並僅於入射角度小於導光板全反射臨界角之第二區域設置反射結構，即凹面上沒有強光直接出射。所以，更有效地削弱出光面之與光源對應的區域之光線分佈，同時更有效地增加出光面與光源相對應之區域的週邊區域之光線分佈，使由導光板出射之光線更加均勻，進而背光模組具有較為均一的發光亮度。另外，節省設置反射結構之製造工藝及材料。

20、30‧‧‧背光模組

214、314‧‧‧出光面

200、300‧‧‧光源

216‧‧‧側面

202、302‧‧‧導光板

218‧‧‧底面中心

204、304‧‧‧反射板

220、320‧‧‧散射網點

206、306‧‧‧微棱鏡系統

222、322‧‧‧凹面

208、308‧‧‧偏振轉換系統

224‧‧‧第一區域

212、312‧‧‧底面

210、310‧‧‧散射板

226‧‧‧第二區域

228‧‧‧反射結構

318‧‧‧光源容置部

圖1為本發明背光模組之第一實施方式的結構示意圖。

圖2為本發明背光模組之第二實施方式的結構示意圖。

圖3至圖7為本發明背光模組之第二實施方式採用的不同結構的導光板之結構示意圖。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施方式提供的背光模組以及液晶顯示器。

請參閱圖1，本發明第一實施方式提供一種背光模組20，其包括光源200、導光板202、反射膜204、微棱鏡系統206、偏振轉換系統208以及散射板210。該反射膜204、導光板202、微棱鏡系統206、偏振轉換系統208以及散射板210依次層疊設置。所述光源200設置於所述導光板202一側，由該光源200出射之光線經由導光板202、微棱鏡系統206、偏振轉換系統208以及散射板210直接出射或由該光源200出射之光線於導光板202內部產生反射後再被反射膜204反射經由導光板202、微棱鏡系統206、偏振轉換系統208以及散射板210後出射。

所述導光板202包括一底面212，一與該底面212相對的出光面214以及連接所述底面212和出光面214之側面216，且所述底面212包括一中心218及圍繞該中心設置的複數散射網點220，所述出光面214具有一凹面222。所述導光板202為一圓形、方形、矩形或其他多邊形之透明基板。所述透明基板之材料可為工程塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或玻璃等。該導光板202的厚度不限，可根據實際情況選擇。本實施方式中，導光板202係邊長為50毫米之方形PMMA基板，其具一垂直於該出光面之中心軸。

所述光源200為一點光源，如：螢光燈或發光二極體(LED)等。本實施方式中，所述光源200為單色發光二極體。

該微棱鏡系統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射出之光線在整體上具一定集中度，從而調整導光板202射出光線之整體亮度。所述偏振轉換系統208設置於微棱鏡系統206上，且設置於微棱鏡系統206之遠離出光面214的一側。該偏振轉換系統208根據光線之偏振方向用於控制、調整光線之傳播。所述散射板210設置於偏振轉換系統208上，且設置於偏振轉換系統208之遠離出光面214的一側。該散射板210用於將從出光面214射出之光線進一步分散和均勻化。可以理解，該微棱鏡系統206、偏振轉換系統208以及散射板210為一可選擇結構。

所述光源200設置於該導光板202正下方之與底面中心218相對的位置。所述反射膜204設置於該導光板202之底面212，其與該光源200對應之處具有光穿透部(未標示)，即所述光穿透部可為反射膜204上形成之空心或透明膜。所述微棱鏡系統206、偏振轉換系統208以及散射板210依次設置於導光板202之出光面214一側。

所述導光板202的散射網點220可為凸點、凹槽或凸點與凹槽之組合。所述散射網點220之形狀包括錐體、長方體、立方體、橢球、圓球及半圓球中之一種或複數種。所述散射網點220的粒徑可為0.1毫米~0.5毫米。所述散射網點220的材料為油墨、鈦系化合物或矽系化合物。

所述凹面222設置於導光板202出光面214之與底面212中心218相對應之位置，且凹入導光板202內部。該凹面222可為一半球面、圓錐面或類圓錐面等。所述凹面222包括一第一區域224及一第二區域226。於所述第一區域224上光線入射角度大於全反射臨界角度，於所述第二區域226上光線入射角度小於全反射臨界角度。該第二區域226設置有反射結構228，所述反射結構228可為反射膜、通過腐蝕形成的複數微結構或反射填充物。所述凹面222係通過將導光板202之出光面214挖去一繞導光板202中心軸旋轉而形成之旋轉體形成。該旋轉體包括一底圓盤(未標示)及一頂點(未標示)，其具有垂直於所述底圓盤且貫穿所述頂點之中心線，所述底圓盤半徑若設定為R，則其最優選的滿足以下關係式：R=H＊tanθ_c，H為導光板202厚度，θ_c係導光板202的全反射臨界角度。其中，如上所述導光板202選用PMMA材料時，所述導光板202之全反射臨界角度θ_c已定，即42度。所述導光板202厚度H優選的為5mm。即可計算出所述凹面222於該出光面214上之底圓盤半徑R值為4.5mm。可以理解，所述凹面222於該出光面214上之底圓盤半徑R滿足關係式R=H＊tanθ_c時，所述出光面214的除凹面222以外之區域上，由光源200出射之光線的入射角度大於全反射臨界角度。

本實施方式中，所述凹面222為圓錐面，其所述中心線與所述導光板202之中心軸相重疊。該圓錐形凹面222之第一區域224及第二區域226的個數分別為一，並且所述第一區域224及第二區域226之連接處形成一圓環形全反射臨界帶(未標示)。該圓環形全反射臨界帶之半徑若設定為R_f，則其滿足以下關係式：R_f=(h-H)＊(sinα/cosθ)＊cos(α+θ_c)，其中，h為圓錐形凹面222於所述中心線上之深度，α係圓錐形凹面222的錐角。所述圓錐形凹面222之深度h應該滿足以下條件：0<h<H；所述圓錐形凹面222之錐角α滿足以下關係式：α=tan^-1(R/h)。圓錐形凹面222之深度h優選的為2mm，此時可計算得到Rf=1.247mm。

本實施方式的背光模組20工作時，點光源200發出之光束到達出光面214後，入射角度大於全反射臨界角度之一部份光線於出光面214的凹面222以外之其他區域及凹面222之第一區域224上產生反射後進入導光板202內部，入射角度小於全反射臨界角度之另一部份光線被所述凹面222第二區域226上設置之反射結構228反射後進入導光板202內部，如上所述，於出光面214反射後之光束部份經底面212上設置的反射膜204及散射網點220反射並散射後再於出光面214產生折射後由該出光面214射出。即出光面214的與光源200對應之區域的光線分佈會被削弱，出光面214與光源200相對應之區域的週邊區域的光線分佈會相應增加，這樣從導光板202射出之光線分佈比較均勻，從而背光模組20具有較為均一的發光亮度。

可以理解，本實施方式所提供之導光板202並不限應用於本實施方式所提供之背光模組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。

所述導光板202之出光面214對應光源200設置有凹面222，且利用光全反射原理確定凹面222之底圓盤半徑及凹面222上應設置反射結構228的區域之截止半徑。所以，更有效地削弱出光面214的與光源200對應之區域的光線分佈，同時更有效地增加出光面214與光源200相對應的區域之週邊區域的光線分佈，使由導光板202出射之光線更加均勻，進而背光模組20具有較為均一的發光亮度。另外，節省設置反射結構228之製造工藝及材料。

請參閱圖2，本發明第二實施方式提供一種背光模組30，其包括光源300、導光板302、反射膜304、微棱鏡系統306，偏振轉換系統308以及散射板310。所述導光板302包括一底面312，一與該底面312相對的出光面314以及連接所述底面312和出光面314之側面(圖未標)，所述底面312上設有複數散射網點320，所述出光面314具有一凹面322。

所述背光模組30與本發明第一實施方式提供一種背光模組20之結構基本相同，其區別在於，所述導光板302底面312具有一光源容置部318。所述光源300設置於該光源容置部318內部。所述反射膜304設置於導光板底面312一側，且與所述光源容置部318一併形成收容腔體收容所述光源300。

所述光源容置部318為一凹槽，且該凹槽之內表面可為一球面、圓錐面或類圓錐面等。所述光源容置部318之形狀與所述凹面322的形狀可相同或不同。若光源容置部318之於所述凹面322中心線上之深度設定為h₀，則所述圓錐形凹面322之深度h應該滿足以下條件：0<h<(H-h₀)。所述光源容置部318藉由將導光板底面312挖去一繞導光板302之中心軸旋轉而形成的旋轉體形成。

請參閱圖3，所述光源容置部318與凹面322均可為一挖去一個由三角形繞導光板302之中心軸旋轉而形成的旋轉體後形成之結構。

請參閱圖4，所述凹面322可為一挖去一個由三角形繞導光板302之中心軸旋轉而形成的旋轉體後形成之結構，所述光源容置部 318可為一挖去一個由任意曲線繞導光板302的中心軸旋轉形成之旋轉體後形成的結構。

請參閱圖5，所述凹面322可為一挖去一個由三角形繞導光板302之中心軸旋轉而形成的旋轉體後形成之結構，所述光源容置部318可為一挖去一個由梯形繞導光板302之中心軸旋轉形成的旋轉體後形成之結構。

請參閱圖6，所述光源容置部318與凹面322均可為一挖去一個半球體後形成之結構。

請參閱圖7，所述凹面322可為一挖去一個半球體後形成之結構，所述光源容置部318可為一挖去一個由任意曲線繞導光板302之中心軸旋轉形成的旋轉體後形成之結構。

本實施方式中，所述光源容置部318為一挖去一個半球體後所形成的結構，所述凹面322為一挖去一個由三角形繞導光板302的中心軸旋轉而形成之旋轉體後形成的結構。

可以理解，本實施方式中將所述光源300設置於該光源容置部318內部可進一步減小背光模組30之厚度。

本發明所提供之背光模組並不限於上述實施方式所述，如圖2至7所示之導光板的所述散射網點可均勻分佈或隨機分佈。另外，如圖2至7所示之導光板可為僅於出光面上設置所述散射網點，還可為出光面及底面均設置所述散射網點。當於所述導光板底面與出光面上均設置所述散射網點時，光束於導光板之底面與出光面之間可複數次被散射網點反射和散射，從而使得出光面射出的光更加均勻。還有，如圖2至7所示之導光板可均勻區分為複數區域，於每一區域之中心處設置有如第一、二實施方式所述之凹面等。

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例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知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。

20‧‧‧背光模組

214‧‧‧出光面

200‧‧‧光源

216‧‧‧側面

202‧‧‧導光板

218‧‧‧底面中心

204‧‧‧反射板

220‧‧‧散射網點

206‧‧‧微棱鏡系統

222‧‧‧凹面

208‧‧‧偏振轉換系統

224‧‧‧第一區域

210‧‧‧散射板

226‧‧‧第二區域

212‧‧‧底面

228‧‧‧反射結構

Claims

一種導光板，其包括：底面；出光面，其與該底面相對；以及側面，其連接所述底面和所述出光面；其改進在於，所述出光面包括至少一凹面，該至少一凹面包括光線入射角度大於導光板全反射臨界角之第一區域與光線入射角度小於導光板全反射臨界角之第二區域，且僅於該第二區域設置有反射結構。
如請求項第1項所述的導光板，其中，所述反射結構為反射膜、藉由腐蝕形成之複數微結構或反射填充物。
如請求項第1項所述的導光板，其中，所述凹面為半圓球面、圓錐面或類圓錐面。
如請求項第3項所述的導光板，其中，所述凹面底圓盤半徑為R，其滿足以下關係式：R=H＊tanθ_c，其中，H為導光板厚度，θ_c係導光板之全反射角。
如請求項第4項所述的導光板，其中，所述導光板的材料為聚甲基丙烯酸甲酯，其全反射角θ_c為42°。
如請求項第5項所述的導光板，其中，所述導光板之厚度H為5毫米。
如請求項第6項所述的導光板，其中，所述凹面為圓錐面時，所述第一區域與第二區域的連接處形成一環形全反射臨界帶，所述環形全反射臨界帶的半徑R_f，其滿足以下關係式：R_f=(h-H)＊(sinα/cosθ)＊cos(α+θ_c)，其中，h為圓錐形凹面的深度，α係圓錐形凹面的錐角。
如請求項第7項所述的導光板，其中，所述圓錐形凹面的深度h應該滿足以下條件：0<h<H。
如請求項第8項所述的導光板，其中，所述底面具有一光源容置部，該圓錐形凹面具有垂直於圓錐形凹面的底圓盤且貫穿圓錐形凹面頂點之中心線，所述光源容置部為一通過將導光板底面挖去一繞所述中心線旋轉而形成之旋轉體形成的凹槽。
如請求項第9項所述的導光板，其中，所述光源容置部於所述中心線上之深度為h₀，所述圓錐形凹面的深度h應該滿足以下條件：0<h<(H-h₀)。
一種背光模組，其包括：一導光板，該導光板包括一底面、一與該底面相對之出光面以及連接所述底面和所述出光面之側面，所述出光面包括至少一凹面；以及至少一光源，所述光源設置於所述導光板底面一側，並與出光面的凹面相對，該光源與凹面一對一或多對一對應，其改進在於，該至少一凹面包括光線入射角度大於導光板全反射臨界角之第一區域與光線入射角度小於導光板全反射臨界角的之第二區域，且僅於該第二區域設置有反射結構。
如請求項第11項所述的背光模組，其中，所述光源為發光二極體。
如請求項第11項所述的背光模組，其中，所述反射結構為反射膜、藉由腐蝕形成之複數微結構或反射填充物。
如請求項第11項所述的背光模組，其中，所述凹面為半圓球面、圓錐面或類圓錐面。
如請求項第14項所述的背光模組，其中，所述凹面底圓盤半徑為R，其滿足關係式：R=H＊tanθ_c，其中，H為導光板厚度，θ_c係導光板之全反射角。
如請求項第15項所述的背光模組，其中，所述導光板的材料為聚甲基丙烯酸甲酯，其全反射角θ_c為42°。
如請求項第16項所述的背光模組，其中，所述導光板之厚度H為5毫米。
如請求項第17項所述的背光模組，其中，所述凹面為圓錐面時，所述第一區域與第二區域的連接處形成一環形全反射臨界帶，所述環形全反射臨界帶的半徑R_f，其滿足以下關係式：R_f=(h-H)＊(sinα/cosθ)＊cos(α+θ_c)，其中，h為圓錐形凹面的深度，α係圓錐形凹面的錐角。
如請求項第18項所述的背光模組，其中，所述圓錐形凹面的深度h應該滿足以下條件：0<h<H。
如請求項第19項所述的背光模組，其中，所述底面具有一光源容置部，該圓錐形凹面具有垂直於圓錐形凹面的底圓盤且貫穿圓錐形凹面頂點之中心線，所述光源容置部為一通過將導光板底面挖去一繞所述中心線旋轉而形成之旋轉體形成的凹槽。
如請求項第20項所述的背光模組，其中，所述光源容置部於所述中心線上之深度為h₀，所述圓錐形凹面的深度h應該滿足以下條件：0<h<(H-h₀)。