TWI479211B - 導光板及其背光模組 - Google Patents

Description

導光板及其背光模組

本發明係提供一種導光板及其背光模組，尤指一種具有光學微結構的導光板及其背光模組，以提高出光亮度及均勻度。

目前常用導光板的主要作用是將點光源導向成面光源。發光單元設置在導光板的入光側，光線進入導光板後會由出光面透出導光板而形成面光源。為了使面光源的出光更均勻柔和，通常會在導光板的下表面、或導光板的內部、或導光板的上表面、或導光板的入光側設置光學微結構，用來破壞導光板的內部全反射以引導光線從出光面射出。傳統的光學微結構包含半球形結構、V型結構與R型結構，但這些傳統光學微結構具有出光不均、亮度較低及邊緣漏光等缺點。

本發明係提供一種具有光學微結構的導光板及其背光模組，可有效提高出光亮度及均勻度以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種導光板，其包含有一板體、一稜鏡元件以及至少一光學微結構。該稜鏡元件設置於該板體之至少一表面。該至少一光學微結構設置於該稜鏡元件之上稜。該光學微結構包含一第一導光單元以及至少二第二導光單元。該第一導光單元之二斜面形成一第一夾角，且該第一夾角實質介於45度至60度之間。兩個第二導光單元對稱地分設在該第一導光單元之相對 側。各第二導光單元之一斜面與一底面形成一第二夾角，且該第二夾角實質介於10度至60度之間。

本發明之申請專利範圍另揭露該稜鏡元件設置於該板體之一上表面、一下表面或一入光側表面。

本發明之申請專利範圍另揭露各第二導光單元之二斜面之夾角實質等於90度。

本發明之申請專利範圍另揭露各第二導光單元具有一長斜面及一短斜面，且該短斜面鄰近該第一導光單元。

本發明之申請專利範圍另揭露該光學微結構另包含至少二第三導光單元，對稱分設在該第一導光單元之該相對側。各第三導光單元位於該第一導光單元和該相對應第二導光單元之間。

本發明之申請專利範圍另揭露各第三導光單元之二斜面形成一第三夾角，且該第三夾角實質等於90度。

本發明之申請專利範圍另揭露各第三導光單元之二斜面以無轉折連接方式形成一圓弧部。

本發明之申請專利範圍另揭露該板體為一矩形體。該稜鏡元件以縱向排列、橫向排列、對角線排列、直線型排列或折線型排列設置在該板體上。

本發明之申請專利範圍另揭露一種背光模組，其包含有一光源以及一導光板。該導光板包含一板體、一稜鏡元件以及至少一光學微結構。該板體具有一上表面、一下表面及一入光側表面。該光源設置在該入光側表面。該稜鏡元件設置於該板體之至少一表面。該至少一光學微結構設置於該稜鏡元件之上稜。該光學微結構包含一第一導光單元以及至少二第二導光單元。該第一導光單元之二斜面形成一第一夾角，且該第一夾角實質介於45度至60度之間。兩個第二導光單元對稱地分設在該第一導光單元之相對側。各第二 導光單元之一斜面與一底面形成一第二夾角，且該第二夾角實質介於10度至60度之間。

本發明的每一個光學微結構是數種導光單元的對稱組合，光學微結構的材質可選擇由聚酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯、或聚碳酸酯等光學級聚合物。不同形狀的導光單元提供不同的聚光和散光作用，使用者可根據不同的設計需求選擇不同形狀的導光單元及其組合，以形成適合的光學微結構。再者，光學微結構係設置在稜鏡元件的上稜，且稜鏡元件較佳可設置在板體的上表面或入光側表面。稜鏡元件和板體可以一體成型，或者透過機械加工或熱貼合成型方式設置在板體上。具有光學微結構的稜鏡元件設置在入光側表面時，可用來取代傳統的V型導光結構與R型導光結構，解決傳統導光板的側邊漏光缺陷。具有光學微結構的稜鏡元件設置在上表面時，可根據導光板的實際需求進行聚光和調光，使得出光亮度更均勻柔和。因此，本發明之導光板及其背光模組具有增加亮度、遮掩瑕疵及改善亮線等光學現象的優點。

10‧‧‧背光模組

12‧‧‧光源

14‧‧‧導光板

16‧‧‧板體

18‧‧‧稜鏡元件

181‧‧‧上稜

20、20A、20B、20C、20D‧‧‧光學微結構

22‧‧‧上表面

24‧‧‧下表面

26‧‧‧入光側表面

28‧‧‧第一導光單元

281‧‧‧斜面

30‧‧‧第二導光單元

301‧‧‧斜面

301a‧‧‧長斜面

301b‧‧‧短斜面

303‧‧‧底面

32‧‧‧第三導光單元

321‧‧‧斜面

323‧‧‧圓弧部

θ1‧‧‧第一夾角

θ2‧‧‧第二夾角

θ3‧‧‧第三夾角

第1圖為本發明實施例之背光模組之示意圖。

第2圖為本發明第一實施例之光學微結構之部份剖視圖。

第3圖為本發明第二實施例之光學微結構之部份剖視圖。

第4圖為本發明第三實施例之光學微結構之部份剖視圖。

第5圖為本發明第四實施例之光學微結構之部份剖視圖。

第6圖與第7圖分別為本發明不同實施例之稜鏡元件之部份剖視圖。

請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例之一背光模組10之示意圖。背光模組10包含一光源12以及一導光板14。光源12 輸出的光線由側面進入導光板14，藉由全反射現象擴散到導光板14整體，再由出光面透出導光板14而形成面光源。導光板14包含一板體16、至少一個稜鏡元件18以及至少一個光學微結構20。板體16具有上表面22、下表面24與入光側表面26。光源12係設置在入光側表面26。稜鏡元件18可選擇性設置在上表面22、下表面24及/或入光側表面26。稜鏡元件18用來破壞板體16的內部全反射，以導引光線從上表面22(出光面)離開導光板14。一般來說，板體16為矩形體，稜鏡元件18可以縱向排列、橫向排列、對角線排列、直線型排列或折線型排列方式設置在板體16上，然不限於此。每一個稜鏡元件18的上稜181可設置一個或多個光學微結構20。光學微結構20由數個導光單元組成，用以改善導光板14的出光亮度及均勻度。

請參閱第2圖，第2圖為本發明第一實施例之光學微結構20A之部份剖視圖。光學微結構20A包含一第一導光單元28、至少二第二導光單元30及至少二第三導光單元32。第一導光單元28的兩斜面281形成第一夾角θ1，且第一夾角θ1較佳地實質等於60度。兩個第二導光單元30對稱地分設在第一導光單元28的左右相對側。第二導光單元30的斜面301與底面303形成第二夾角θ2，且第二夾角θ2較佳地實質等於30度。兩個第三導光單元32亦對稱地分設在第一導光單元28的左右相對側，且各第三導光單元32位於第一導光單元28和相對應第二導光單元30之間。第三導光單元32的兩斜面321形成第三夾角θ3，且第三夾角θ3較佳地實質等於90度。

如第2圖所示的第一實施例，第一導光單元28、第二導光單元30和第三導光單元32可連續地或不連續地排列設置在稜鏡元件18上。第二導光單元30的兩斜面301的夾角實質等於90度。 此外，第二導光單元30的斜面301還可進一步區分為長斜面301a以及短斜面301b，第二導光單元30的短斜面301b鄰近第一導光單元28，意即長斜面301a位於光學微結構20A的外側。第二導光單元30可使得通過光學微結構20A的側邊光線向中間聚攏，藉此增加光線的利用效率及改善兩側的亮線問題。相較於沒有光學微結構的傳統稜鏡，第一實施例的光學微結構20A可大幅提昇導光板14之輝度增益達230%。

請參閱第3圖，第3圖為本發明第二實施例之光學微結構20B之部份剖視圖。第二實施例中，與第一實施例具有相同編號的元件具有相同的結構及功能，於此不再重複說明。如第3圖所示，第一導光單元28的第一夾角θ1較佳實質等於60度。第二導光單元30的第二夾角θ2較佳地實質等於60度，且第二導光單元30以長斜面301a鄰近第一導光單元28的方式設置在上稜181。第三導光單元32的第三夾角θ3較佳地實質等於90度。相較沒有光學微結構的傳統稜鏡，第二實施例的光學微結構20B可明顯提昇導光板14之輝度增益達40%。

請參閱第4圖，第4圖為本發明第三實施例之光學微結構20C之部份剖視圖。第三實施例中，與前述實施例具有相同編號的元件具有相同的結構及功能，於此不再重複說明。如第4圖所示，第一導光單元28的第一夾角θ1較佳實質等於60度。第二導光單元30的第二夾角θ2較佳地實質等於30度，且第二導光單元30的短斜面301b鄰近第一導光單元28。第三實施例之特徵在於，第三導光單元32的兩斜面321以無轉折的連接方式形成圓弧部323。圓弧部323可由具有擴散作用的有機物或無機物材質組成。第三導光單元32係利用圓弧部323將透射光均勻化，達到遮蔽網點的效果。

請參閱第5圖，第5圖為本發明第四實施例之光學微結構 20D之部份剖視圖。第四實施例中，與前述實施例具有相同編號的元件具有相同的結構及功能，於此不再重複說明。如第5圖所示，第一導光單元28的第一夾角θ1較佳實質等於60度。第二導光單元30的第二夾角θ2較佳地實質等於30度，且第二導光單元30的短斜面301b鄰近第一導光單元28。相較於第三實施例，第四實施例的第三導光單元32進一步將斜面與圓弧部結合形成半球型圓弧部323。半球型圓弧部323的材質選用如第三實施例所述，於此不再重複敘明。半球型圓弧部323可霧化部份光線，使穿透第一導光單元28與第二導光單元30的不會產生明顯的網點。相較於沒有光學微結構的傳統稜鏡，第三實施例與第四實施例的光學微結構20C及20D可有效提昇導光板14之輝度增益達17~18%。

本發明提出一種在上稜181設置光學微結構20的稜鏡元件18，第一導光單元28的第一夾角θ1的設計範圍係介於45度至60度之間，第二導光單元30的第二夾角θ2的設計範圍介於10度至60度之間(或是實質等於60度及介於10~45度之間)，視斜面301的位置變化而定。於前述多個實施例可知，第一夾角θ1的最佳實施態樣為60度，第二夾角θ2的最佳實施態樣為30度。再者，第三導光單元32的第三夾角θ3的設計範圍係介於45度至90度之間，而最佳實施態樣為90度；或者第三導光單元32可另利用部份圓弧部323或半球型圓弧部323取代第三夾角。其中，上述夾角參數具有10~15%的容許誤差值。

請參閱第6圖與第7圖，第6圖與第7圖分別為本發明不同實施例之稜鏡元件18之部份剖視圖。如第6圖所示，稜鏡元件18的上稜181可同時設置多個光學微結構20，例如兩個光學微結構20A與一個光學微結構20B。光學微結構20B位於光學微結構20A之間。光學微結構20A的特性在於可使側邊光線向中間折射靠攏， 故設置在上稜181的兩旁以提高稜鏡元件18的光線利用效率。各光學微結構20A的內側第二導光單元30會將光線(如圖式箭頭指向)向內折射，為了避免光學微結構20A與光學微結構20B交界處的亮度不均，光學微結構20B的第二導光單元30則可向外折射光線(如圖式箭頭指向)，以改善輝度及均勻度。如第7圖所示，光學微結構20D設置在兩個光學微結構20A之間。光學微結構20A和光學微結構20D的第二導光單元30將側邊光線向中間靠攏，光學微結構20D的第三導光單元32具有擴散光線作用，可有效均勻化穿透稜鏡元件18的光線，達到遮蔽網點的功能。

綜合來說，每一個光學微結構是數種導光單元的對稱組合，光學微結構的材質可選擇由聚酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、或聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)等光學級聚合物。不同形狀的導光單元提供不同的聚光和散光作用，使用者可根據不同的設計需求選擇不同形狀的導光單元及其組合，以形成適合的光學微結構。再者，光學微結構係設置在稜鏡元件的上稜，且稜鏡元件較佳可設置在板體的上表面或入光側表面。稜鏡元件和板體可以一體成型，或者透過機械加工或熱貼合成型方式設置在板體上。具有光學微結構的稜鏡元件設置在入光側表面時，可用來取代傳統的V型導光結構與R型導光結構，解決傳統導光板的側邊漏光缺陷。具有光學微結構的稜鏡元件設置在上表面時，可根據導光板的實際需求進行聚光和調光，使得出光亮度更均勻柔和。因此，本發明之導光板及其背光模組具有增加亮度、遮掩瑕疵及改善亮線等光學現象的優點。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

20A‧‧‧光學微結構

28‧‧‧第一導光單元

281‧‧‧斜面

30‧‧‧第二導光單元

301‧‧‧斜面

301a‧‧‧長斜面

301b‧‧‧短斜面

303‧‧‧底面

32‧‧‧第三導光單元

321‧‧‧斜面

θ1‧‧‧第一夾角

θ2‧‧‧第二夾角

θ3‧‧‧第三夾角

Claims (16)

1. 一種導光板，其包含有：一板體；一稜鏡元件，設置於該板體之至少一表面；以及至少一光學微結構，設置於該稜鏡元件之上稜，該光學微結構包含：一第一導光單元，該第一導光單元之二斜面形成一第一夾角，且該第一夾角實質介於45度至60度之間；以及至少二第二導光單元，對稱地分設在該第一導光單元之相對側，各第二導光單元之二斜面的其中一斜面與一底面形成一第二夾角，該第二夾角實質介於10度至60度之間。
2. 如請求項1所述之導光板，其中該至少一表面係為一上表面、一下表面或一入光側表面，該稜鏡元件設置於該板體之該上表面、該下表面或該入光側表面。
3. 如請求項1所述之導光板，其中各第二導光單元之該二斜面之夾角實質等於90度。
4. 如請求項3所述之導光板，其中各第二導光單元具有一長斜面及一短斜面，且該短斜面鄰近該第一導光單元。
5. 如請求項1所述之導光板，其中該光學微結構另包含：至少二第三導光單元，對稱分設在該第一導光單元之該相對側，且各第三導光單元位於該第一導光單元和該相對應第二導光單元之間。
6. 如請求項5所述之導光板，其中各第三導光單元之二斜面形成一第三夾角，且該第三夾角實質等於90度。
7. 如請求項5所述之導光板，其中各第三導光單元之二斜面以無轉折連接方式形成一圓弧部。
8. 如請求項1所述之導光板，其中該板體為一矩形體，該稜鏡元件以縱向排列、橫向排列、對角線排列、直線型排列或折線型排列設置在該板體上。
9. 一種背光模組，其包含有：一光源；以及一導光板，包含有一板體，該板體具有一上表面、一下表面及一入光側表面，該光源設置在該入光側表面；至少一稜鏡元件，設置於該板體之至少一表面；以及至少一光學微結構，設置於該稜鏡元件之上稜，該光學微結構包含：一第一導光單元，該第一導光單元之二斜面形成一第一夾角，且該第一夾角實質介於45度至60度之間；以及至少二第二導光單元，對稱地分設在該第一導光單元之相對側，各第二導光單元之二斜面的其中一斜面與一底面形成一第二夾角，該第二夾角實質介於10度至60度之間。
10. 如請求項9所述之背光模組，其中該至少一表面係為一上表面、一下表面或一入光側表面，該稜鏡元件設置於該上表面、該下表面或該入光側表面。
11. 如請求項9所述之背光模組，其中各第二導光單元之該二斜面之夾角實質等於90度。
12. 如請求項11所述之背光模組，其中各第二導光單元具有一長斜 面及一短斜面，且該短斜面鄰近該第一導光單元。
13. 如請求項9所述之背光模組，其中該光學微結構另包含：至少二第三導光單元，對稱分設在該第一導光單元之該相對側，且各第三導光單元位於該第一導光單元和該相對應第二導光單元之間。
14. 如請求項13所述之背光模組，其中各第三導光單元之二斜面形成一第三夾角，且該第三夾角實質等於90度。
15. 如請求項13所述之背光模組，其中各第三導光單元之二斜面以無轉折連接方式形成一圓弧部。
16. 如請求項9所述之背光模組，其中該板體為一矩形體，該稜鏡元件以縱向排列、橫向排列、對角線排列、直線型排列或折線型排列設置在該板體上。