TWI440906B - 導光板及具有導光板之背光單元 - Google Patents

Description

導光板及具有導光板之背光單元

本發明涉及一種導光板，該導光板將從位於其角落的光源照射的光轉換為平面光，以及包括該導光板的背光單元。

由於資訊技術的發展，用於可視表示包括資訊的電子信號的顯示裝置已快速發展。根據顯示裝置的發展，各種具有如薄輪廓、重量輕以及低電消耗的良好特性的平板顯示裝置已發展並正取代傳統陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)。

平板顯示裝置的具體實例包括液晶顯示(Liquid Crystal Display，LCD)裝置，有機發光顯示(Organic Light Emitting Display，OLED)裝置、電子紙顯示(electrophoretic E-paper Display，EPD)裝置、電漿顯示面板(Plasma Display Panel，PDP)裝置、場發射顯示(Field Emission Display，FED)裝置、電致發光顯示(Elecro-Luminescent Display，ELD)裝置以及電潤濕顯示(Electro-Wetting Display，EWD)裝置。所有上述平板顯示裝置通常包括用於顯示影像的平板顯示面板，作為基本元件。平板顯示面板被配置使得基板對連接以相互面對具有插入其間的特定發光材料或極性材料層。

上述平板顯示裝置，液晶顯示裝置藉由調整由位於其下的背光單元(BLU)發出的光的密度而顯示影像。具體地，液晶顯示裝置包括液晶顯示面板以調整光的密度，但是液晶顯示面板為不發光元件。因此，需要在液晶顯示面板之下安置背光單元以將光照亮液晶顯示面板。

根據光供應源的位置，將背光單元分為直下式背光單元和側光式背光單元。在直下式背光單元中，複數個光源利用預定間距在液晶顯示面板的下表面上彼此隔開。包括直下式背光單元的液晶顯示裝置可具有需要在對應顯示區域的位置處安置複數個光源的厚輪廓，但可能適用於高亮度顯示。在側光式背光單元中，至少一光源位於液晶顯示面板的下表面的至少一邊緣上。包括側光式背光單元的液晶顯示裝置，由於在非顯示區域內光源的排列可具有薄輪廓，但可能不適用於高亮度顯示，因為能位於非顯示區域內的光源的數量被限制了。

同時，背光單元通常還包括導光板，其將從光源發出的光轉換為適用於平面顯示區域的平面光。在直下式背光單元的情況下，複數個光源平行排列在顯示區域之下，使得導光板和複數個光源的每一個之間的距離相對恒定，因此供應至導光板的光的數量係相對地恒定。另一方面，在側光式背光單元的情況下，光源排列在顯示區域的邊緣，使得導光板的部分區域係接近光源且另一部分區域係遠離光源。因此，接近光源的導光板的部分區域接收大量光，但是遠離光源的另一部分區域接收少量的光。這使得導光板不可能從其整個表面均勻地發光，且導光板的部分區域可能要比其他區域亮或暗，造成暗區的產生。

為了解決上述問題，已提出在傳統導光板的背面上形成突出圖案，以均勻地將光供應至甚至遠離光源的部分區域。

第1圖為具有突出圖案的傳統導光板的發光圖，且第2圖為第1圖所示之導光板的發光的影像。

如第1圖所示，自光源10發出的光藉由穿過導光板11的內部行進至遠離光源10的導光板的區域。在這情況下，在導光板11的背面處形成的突出圖案12作為用來改變穿過導光板11內部的光的反射角，使得在導光板11內完全反射的至少一部分光射向外面。這減小了在導光板11內所限制的光的量。此外，藉由控制突出圖案12的密度可控制在每一光發射表面區域基礎上由導光板11發出的光的量，且因此降低因光源10和不同光發射表面區域之間的距離差而導致的暗區的產生。然而，由於利用遮罩形成突出圖案12且必須具有預定面積，利用圖案的大小和間隔僅可調整突出圖案12的密度，藉以限制了突出圖案12的密度調整。即不可能提高對應接近光源10的部分區域的突出圖案12和對應遠離光源10的另一部分區域的突出圖案12之間的密度差。據此，在包括突出圖案12的傳統導光板11的情況下，如第2圖所示，遠離光源10的導光板11的右側明顯地較接近光源10的導光板11的左邊暗。所產生的暗區可能劣化背光單元的亮度同時也劣化顯示裝置的對比率。

在這原因下，需要具有圖案的導光板以最小化因光源和不同光發射表面區域之間的距離差而導致的暗區。

因此，本發明旨在提供一種導光板以及包括該導光板的背光單元，實質上避免了由現有技術的侷限和缺陷而導致的一個或一個以上的問題。

本發明的目的為提供一種能最小化暗區的導光板，以及包括該導光板的背光單元。

對於本發明額外的優點、目的和特點將在隨後的描述中闡明，部分內容將對於此領域具有技術者將在審視隨後的描述，或者可以藉由實施本發明瞭解到而顯而易見。本發明的目的和其他優點將藉由特別在描述中指出的結構和在此的申請專利範圍以及所附附圖說明實現和獲得。

為了實現上述目標和其他優點並依據本發明的目的，此處具體並大體描述，一種導光板，具有光發射表面以發出由位於其側面的光源所提供的光，該導光板包括一凹版圖案，其由複數個凹槽組成，在相對於光發射表面的導光板背面形成，以具有一長軸直徑、一短軸直徑及一深度的截面，該等凹槽係在第一方向以第一距離並且在第二方向以第二距離彼此隔開，其中該凹版圖案的密度與長軸直徑、短軸直徑和深度成正比，並且與第一距離和第二距離成反比，該凹版圖案在鄰近光源的背面的第一區域具有最小密度，且在最大遠離光源的背面的第二區域具有最大密度，且該最大密度與最小密度的密度比為900。

根據本發明的另一方面，一種導光板，該導光板具有光發射表面以發出由位於其側面的光源所提供的光，該導光板包括一凹版圖案，其由複數個凹槽組成，在相對於光發射表面的導光板背面形成，以具有一長軸直徑、一短軸直徑以及一深度的截面，該等凹槽在第一方向以第一距離並且在第二方向以第二距離彼此隔開，其中該凹版圖案的密度與長軸直徑、短軸直徑和深度成正比，並且與第一距離和第二距離成反比，該凹版圖案在鄰近光源的背面的第一區域具有最小密度，且在最大遠離光源的背面的第二區域具有最大密度，且最大密度與最小密度之間的密度差為107.88。

根據本發明的又一方面，一種背光單元，用以將光照射到顯示面板，該背光單元包括一光源，用以提供光；一導光板，具有光發射表面以發出由位於其側面的光源提供的光；以及一光學片，排列在該導光板的光發射表面上以執行光的擴散或會聚，其中該導光板包括一凹版圖案，該凹版圖案由複數個凹槽組成，在相對光發射表面的導光板背面形成，以具有一長軸直徑、一短軸直徑以及一深度的截面，該等凹槽在第一方向以第一距離並且在第二方向以第二距離彼此隔開，該凹版圖案的密度與長軸直徑、短軸直徑和深度成正比，並且與第一距離和第二距離成反比，且該凹版圖案在鄰近光源的背面的第一區域具有最小密度，且該最小密度為0.12。

可以理解的是，上文的概括說明和下文的詳細說明都具有示例性和解釋性，並意圖在於為本發明所提出的申請專利範圍作進一步的解釋說明。

參考所附圖式描述實施例，將描述本發明的具體實施例。在任何可能的情況下，貫穿附圖使用相同的附圖標記代表相同或相似的部分。

以下，參考所附圖式詳細描述根據本發明實施例的導光板及包括該導光板的背光單元。

首先，參考第3圖至第5圖將描述根據本發明實施例的背光單元。

第3圖為根據本發明實施例的背光單元的截面圖，第4圖為第3圖所示之背光單元的發光圖，以及第5圖為第3圖所示之背光單元的導光板的發光的影像。

如第3圖所示，根據本發明實施例的背光單元100包括光源110、導光板120、反射板130、以及至少一個光學片140。光源110位於非顯示區域並提供光。導光板120用來將自光源110提供的光轉換為對應顯示區域的平面光。反射板130係排列在導光板120的背面並用於反射進入導光板120背面的光。光學片140係排列在導光板120的前面並執行自導光板120發出的光的擴散和聚集。這裡，導光板120的背面，相對於導光板120的前面用於發光(以下，稱為“光發射表面”並對應於第3圖中導光板120的上表面)，係提供有凹版圖案，使得凹版圖案的密度按自光源110的距離成比例增加。凹版圖案可由具有半圓或半橢圓截面的半球形凹槽或具有多邊形截面的錐形凹槽組成。又，凹版圖案的密度可在適當範圍內逐步改變。以下將參考第7圖、第8圖以及第9A圖至第9E圖描述在導光板120中形成的凹版圖案。

光源110可選自熱陰極螢光燈(Hot Cathode Fluorescent Lamp，HCFL)，冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、外置電極螢光燈(External Electrode Fluorescent Lamp，FEFL)、發光二極體(Light Emitting Diode，LED)等。儘管未顯示，背光單元100進一步包括電源以將驅動電壓供應至光源110。

反射板130由薄反射金屬薄膜製成。

如第4圖說明，配置背光單元100使得自光源110發出的光照射至導光板120的側面以通過導光板120的內部(在第4圖中，所述光由實線箭頭表示並且以下稱為“內部光”)。內部光的一部分，入射角為特定臨界角或更大，被控制在導光板120內，並且內部光的其他部分自導光板120的光發射表面發射至外面。(在第4圖中，所述光由虛線箭頭表示並且以下稱為“發射光”)。即內部光的一部分(實線箭頭表示)，其具有等於或大於引起全反射的特定臨界角的入射角，在導光板120內全部反射並且控制在導光板120內，而內部光的另一部分(由虛線表示)，其具有小於特定臨界角的入射角，在導光板120的光發射表面和大氣之間的介面被折射並被發射至外面。

在此期間，在導光板120的背面形成的凹版圖案引起內部光的不規則反射。該凹版圖案增加了提供具有入射角小於特定臨界角的內部光的可能性，藉以增加了發光量。

以下，參考第6圖至第8圖將描述根據本發明實施例的導光板。

第6圖為根據本發明一實施例的導光板的背面透視圖，第7圖為根據本發明另一實施例的導光板的背面透視圖，以及第8圖為根據本發明又一實施例的導光板的背面透視圖。

如第6圖至第8圖所示，於導光板120、121或122的背面所形成的凹版圖案可由具有橢圓截面的半球形凹槽組成。儘管未說明，該凹版圖案可由截頭圓錐形或錐形凹槽或者具有圓形或多邊形截面的柱狀凹槽組成。

如第6圖所示，根據本發明的導光板120的光發射表面(對應第6圖的導光板120的下表面)可為平的及平滑表面。或者，為了阻止光會聚在光發射表面的任意特定位置上，也就是，引起光發射表面的光擴散或散射，導光板的光發射表面可具有凸的或凹的圖案。具體地，如第7圖所示，根據本發明另一實施例的導光板121的光發射表面(對應第7圖中導光板121的下表面)可被圖案化，使得具有半圓形或半橢圓形截面的複數個柱係彼此平行排列。或者，如第8圖所示，導光板122的光發射表面(對應第8圖導光板122的下表面)可被圖案化，使得複數個三角錐彼此平行排列。

如第6圖至第8圖所示，基於導光板120、121或122的背面，參考字元“L”表示凹版圖案截面的長軸直徑，參考字元“W”表示凹版圖案截面的短軸直徑，參考字元“D”表示凹版圖案的最大深度，參考字元“P1”表示短軸方向凹版圖案的兩個相鄰凹槽之間的距離(以下稱為短軸基礎上的距離)，以及參考字元“P2”表示長軸方向凹版圖案的兩個相鄰凹槽之間的距離(以下稱為長軸基礎上的距離)。在這情況下，凹版圖案的密度可由以下方程式1定義。

如方程式1所示，凹版圖案的密度ρ與截面的長軸直徑L、短軸直徑W和最大深度D成正比，並且與短軸基礎上的距離P1和長軸基礎上的距離P2成反比。

如上所述，通過導光板120的內部光可透過導光板120的凹版圖案以小於特定臨界角的角度反射，藉以從導光板120發射出。可以明白的是光的發射係由凹版圖案所引起，並且因此，發光量與凹版圖案的密度成比例。據此，如果調整凹版圖案的密度以確保自整個光發射表面的光的均勻發射，便可阻止光發射表面的特定區域暗於其他區域之暗區的產生，或阻止光發射表面的特定區域亮於其他區域之光的會聚。

特別是，光的會聚主要出現在鄰近光源110的區域(以下稱為“接近區域”)，以及暗區主要出現在最大範圍遠離光源110的區域(以下稱為“最大遠離區域”)。為了阻止光的會聚或暗區的產生，凹版圖案在導光板120、121或122的背面的接近區域具有最小密度，並且在導光板120、121或122的背面的最大遠離區域具有最大密度。於導光板120、121或122背面所有之不同區域形成的凹版圖案的密度，根據不同區域和光源之間的距離，在接近區域的最小密度和最大遠離區域的最大密度之間漸漸改變。

以下基於42”顯示區域將描述凹版圖案的最小密度和最大密度分別對應接近區域和最大遠離區域，以最小化光的會聚和暗區的產生。

鑒於具有凹版圖案的導光板，導光板的密度漸漸從最小密度變為最大密度，基於42”顯示區域，對應接近區域的凹版圖案的最小密度ρ_MIN 由下列方程式2計算為0.12，並且對應最大遠離區域的凹版圖案的最大密度ρ_MAX 由下列方程式3計算為108。

例如，基於42”顯示區域，假設最大密度ρ_MAX 與最小密度ρ_MIN 的比率(以下稱為“密度比”)為900，並且最大密度ρ_MAX 和最小密度ρ_MIN 之間的差(以下稱為“密度差”)為107.88，光的會聚以及暗區的產生可最小化。這可從第9A圖至第9E圖理解。

第9A圖至第9E圖為取決於凹版圖案之最小/最大密度的變化的導光板的發光的影像。

具體地，第9A圖所示導光板的發光的影像，在應用由方程式2和方程式3計算的凹版圖案的最小密度和最大密度的情況下，即，接近區域的最小密度為0.12且最大遠離區域的最大密度為108。第9B圖和第9C圖說明在接近區域的最小密度分別為0.11和0.13以及最大遠離區域的最大密度為108的情況下，導光板的發光的影像。同樣地，第9D圖和第9E圖說明在接近區域的最小密度為0.12以及最大遠離區域的最大密度分別為105和107的情況下，導光板的發光的影像。

第9A圖至第9E圖的對比結果在下列表1中總結。

如表1所示，對比在接近區域中形成的凹版圖案的最小密度分別為0.12和0.11的第9A圖和第9B圖的發光的影像，凹版圖案的最小密度為0.11的接近區域不發出所需數量的光，藉以產生暗區(見第9A圖和第9B圖的左邊)。因此，凹版圖案的最小密度必須大於0.12的預定值。

另一方面，對比接近區域中形成的凹版圖案的最小密度分別為0.12和0.13的第9A圖和第9C圖的發光的影像，凹版圖案的最小密度為0.13的接近區域發出光的量大於最大遠離區域。在這種情況下，暗區可出現在最大遠離區域。

如表1所示，對比在最大遠離區域中形成的凹版圖案的最大密度分別為108、105和107的第9A圖、第9D圖和第9E圖的發光的影像，凹版圖案的最大密度為105或107的最大遠離區域可能引起在中心區域光的會聚，因為在最大遠離區域中形成的凹版圖案將光反射至中心區域。

因此，需決定凹版圖案的最小密度以確保接近區域的光的發射。又，為了提高最小密度和最大密度之間的密度比或密度差，考慮到顯示區域的大小，需決定凹版圖案的最大密度以具有最大值。特別是，基於42”顯示區域，最小密度優選為0.12，以及最小密度和最大密度之間的密度比和密度差分別優選為900和107.88。

如上所述，根據本發明的導光板被供應在其具有凹版圖案的背面，使得考慮到不同區域和光源之間的距離，凹版圖案的密度從對應於接近區域的0.12的最小密度改變至對應最大遠離區域的108的最大密度，藉以最小化暗區的產生或光的會聚。利用自包括導光板的背光單元發出的光，這導致導光板的光發射表面的亮度提高，且因此顯示影像的顯示裝置的對比率提高。

儘管描述並說明根據本發明實施例的導光板120當作接收來自提供在導光板120的一角落的光源110的光，可以理解的是複數個光源係可排列在一對相對角落或導光板的四個角落。在這情況下，類似地，對應鄰近光源110的接近區域的凹版圖案的最小密度優選為0.12，且優選地決定對應遠離光源110的最大遠離區域的凹版圖案的最大密度，使得凹版圖案的最小密度和最大密度之間的密度比和密度差分別為900和107.88。此外，儘管本發明實施例假設42”顯示區域為例，考慮到顯示區域的面積和自光源的距離，42”顯示區域的上述比率值可被應用至即使顯示區域的不同大小。

從上述描述顯而易見的是，根據本發明提供的導光板，在相對其光發射表面的背面，具有由複數個凹槽組成的凹版圖案。每個凹版圖案的凹槽具有一截面，該截面具有預定長軸直徑、預定短軸直徑以及預定深度。該等凹槽在第一方向以第一距離並且在第二方向以第二距離彼此隔開。在此，為了阻止暗區的產生，所述凹版圖案在鄰近光源的背面的第一區域具有最小密度，且在最大遠離光源的背面的第二區域具有最大密度。最小密度和最大密度之間的密度差為107.88，且最大密度與最小密度的密度比為900。即，根據本發明的導光板包括凹版圖案，該凹版圖案具有考慮到第一或第二區域與光源之間的距離而決定的最小密度和最大密度，藉以最小化暗區的產生或光的會聚。這提高了利用從包括導光板的背光單元發出的光來顯示影像的顯示裝置的對比率。

可以理解地是，對於本領域具有技術者能夠在不脫離本領域的精神及範疇而做出各種修飾及變更。因此，這表示本發明意圖涵蓋了落入本本發明申請專利範圍及其等效之發明的各種修飾及變更。

10．．．光源

11．．．導光板

12．．．突出圖案

100．．．背光單元

110．．．光源

120．．．導光板

130．．．反射板

140．．．光學片

121．．．導光板

122．．．導光板

D．．．最大深度

L．．．長軸直徑

W．．．短軸直徑

所附圖式其中提供關於本發明實施例的進一步理解並且結合與構成本說明書的一部份，說明本發明的實施例並且與描述一同提供對於本發明實施例之原則的解釋。圖式中：

第1圖為具有突出圖案的傳統導光板的發光圖；

第2圖為第1圖所示之導光板的發光的影像；

第3圖為根據本發明實施例之背光單元的截面圖；

第4圖為第3圖所示之背光單元的發光圖；

第5圖為第3圖所示之背光單元的導光板的發光的影像；

第6圖為根據本發明一實施例的導光板的背面透視圖；

第7圖為根據本發明另一實施例的導光板的背面透視圖；

第8圖為根據本發明又一實施例的導光板的背面透視圖；以及

第9A圖至第9E圖為取決於凹版圖案之最小/最大密度的變化的導光板的發光的影像。

100．．．背光單元

110．．．光源

120．．．導光板

130．．．反射板

140．．．光學片

Claims (10)

1. 一種導光板，具有一光發射表面以發出由位於其側面的光源提供的光，該導光板包括：一凹版圖案，由複數個凹槽組成，在相對於該光發射表面的該導光板的背面形成，其中各該凹槽包括在第一方向具有一長軸直徑、在第二方向具有一短軸直徑及一深度的截面，以及在該第一方向以第一距離且在該第二方向以第二距離彼此隔開，其中該凹版圖案的密度定義為與該長軸直徑、該短軸直徑及該深度成正比，並且與該第一距離和該第二距離成反比，其中該凹版圖案之該密度在鄰近該光源的背面的第一區域係最小值，以及該凹版圖案之該密度在最大遠離該光源的背面的第二區域係最大值，其中該最大值與該最小值的比率為900，以及其中該長軸直徑、該短軸直徑及該深度之至少其中一者隨著遠離該第一區域至該第二區域逐步變大，使得該凹槽圖案之該密度在該最小值與該最大值之間逐步改變。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中該密度之最小值為0.12。
3. 依據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中該密度之最大值為108。
4. 依據申請專利範圍第1項所述的導光板，進一步包括：在該光發射表面上所形成且由複數個柱所組成的一圖案，以便彼此平行排列，並且具有多邊形、半圓形或半橢圓形截面。
5. 一種導光板，具有一光發射表面以發出由位於其側面的光源提供的光，該導光板包括：一凹版圖案，由複數個凹槽組成，在相對於該該光發射表面的該導光板的背面形成，其中各該凹槽包括在第一方向具有一長軸直徑、在第二方向具有一短軸直徑及一深度的截面，以及在該第一方向以第一距離並且在 該第二方向以第二距離彼此隔開，其中該凹版圖案的密度定義為與該長軸直徑、該短軸直徑及該深度成正比，並且與該第一距離和該第二距離成反比，其中該凹版圖案之該密度在鄰近該光源的背面的第一區域係最小值，以及該凹版圖案之該密度在最大遠離該光源的背面的第二區域係最大值，其中該最大值與該最小值之間的差值為107.88，以及其中該長軸直徑、該短軸直徑及該深度之至少其中一者隨著遠離該第一區域至該第二區域逐步變大，使得該凹槽圖案之該密度在該最小值與該最大值之間逐步改變。
6. 依據申請專利範圍第5項所述的導光板，其中該密度之最小值為0.12。
7. 依據申請專利範圍第5項所述的導光板，其中該密度之最大值為108。
8. 依據申請專利範圍第5項所述的導光板，進一步包括：在該光發射表面上所形成且由複數個柱所組成的一圖案，以便彼此平行排列，並且具有多邊形，半圓形或半橢圓形截面。
9. 一種背光單元，用以將光照射到一顯示面板，該背光單元包括：一光源，用以提供光；一導光板，具有一光發射表面以發出由位於其側面的光源提供的光；以及一光學片，排列在該導光板的該光發射表面上，用以執行光的擴散或會聚，其中該導光板包括一凹版圖案，該凹版圖案由複數個凹槽組成，在相對於該光發射表面的該導光板的背面形成，其中各該凹槽包括在第一方向具有一長軸直徑、在第二方向具有一短軸直徑以及一深度的截面，以及在該第一方向以第一距離並且在該第二方向以第二距離彼此隔開，其中該凹版圖案的密度定義為與該長軸直徑、該短軸直徑和該深度成 正比，且與該第一距離和該第二距離成反比，且其中該凹版圖案之該密度在鄰近該光源的背面的第一區域係最小值，以及該凹版圖案之該密度在最大遠離該光源的背面的第二區域係最大值，其中該最小值為0.12，且該最大值為108，以及其中該長軸直徑、該短軸直徑及該深度之至少其中一者隨著遠離該第一區域至該第二區域逐步變大，使得該凹槽圖案之該密度在該最小值與該最大值之間逐步改變。
10. 依據申請專利範圍第9項所述的背光單元，其中該導光板進一步包括在該光發射表面上所形成且由複數個柱所組成的一圖案，以便彼此平行排列，並且具有多邊形、半圓形或半橢圓形截面。