TWI485483B - 導光板、發光模組及顯示裝置 - Google Patents

導光板、發光模組及顯示裝置 Download PDF

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TWI485483B
TWI485483B TW101138069A TW101138069A TWI485483B TW I485483 B TWI485483 B TW I485483B TW 101138069 A TW101138069 A TW 101138069A TW 101138069 A TW101138069 A TW 101138069A TW I485483 B TWI485483 B TW I485483B
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Cheng Cheng Pan
Ta Chin Huang
Chou Yu Kang
Pu Chun Chu
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Description

導光板、發光模組及顯示裝置
本發明係關於一種導光板、發光模組及顯示裝置。
近年來，由於發光二極體(Light Emitting Diode,LED)在製程與材料方面的不斷改良，使得發光二極體的發光效率大幅提升。不同於一般的日光燈或省電燈泡，發光二極體具有低耗電量、使用壽命長、安全性高、發光響應時間短及體積小等特性，因此也逐漸地應用於照明設備或發光模組中。其中，照明設備例如是室內、外燈具、手電筒、汽機車的頭、尾燈或其他的照明裝置，而發光模組例如可應用而成為顯示裝置之背光模組或其它用途。
請參照圖1所示，其為習知一種顯示裝置9之側視示意圖。
顯示裝置9包括一顯示面板T以及一發光模組1。於此，發光模組1係為顯示裝置9之背光模組，並可發出光線穿過顯示面板T，使顯示裝置9可顯示影像畫面。
發光模組1包括兩側光源121、一個平板狀之導光板122及複數導光元件123。兩側光源121係分別以發光二極體光條為例，並分別設置於導光板122相對之兩側邊，以分別發出光線由導光板122之一入光面I入射至導光板122內。該等導光元件123係為一微結構(凹槽)，並位於導光板122之一底面B1上，且俯視形狀實質上分別為一 直線，並分別與入光面I平行。其中，導光板122係藉由全反射引導光線由兩側傳遞至中央。另外，導光元件123的功能在於破壞光線的全反射，以導引光線由導光板122之出光面O射出並射向顯示面板11，以顯示影像畫面。
當光線由光源121射向導光板122，並藉由該等導光元件123而由出光面O射出時，該等導光元件123會使射出出光面O之光線形成一光線出射區域A(即光線L1與光線L2之間的出射光所形成之區域)，且此區域A之光線由於導光元件123之內壁具有不同反射角度之緣故，會使得出光呈現不均勻的狀況，造成整體發光模組1、甚至顯示裝置9之出光也不均勻。
因此，如何提供一種導光板、發光模組及顯示裝置，可改變出光光形而具有均勻的出光，以提升顯示品質，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可改變出光光形而具有均勻出光，以提升顯示品質之導光板、發光模組及顯示裝置。
為達上述目的，依據本發明之一種發光模組包括一導光板、複數導光元件以及一發光單元。導光板可導引光線方向，並具有至少一入光面及兩相對之側面。該等導光元件設置於導光板之該等側面其中之一，各導光元件分別具有一粗糙表面，粗糙表面之一最大粗糙度係大於0微米， 且小於或等於20微米。發光單元設置於導光板之入光面，發光單元所發出之光線進入導光板後，藉由導光板及該等導光元件之導引，可將光線以亮暗交錯排列之形式由導光板之該等側面的其中之一導出。
在一實施例中，任意兩相鄰導光元件之間距係介於0與該等導光元件設置之側面之寬度之間。
在一實施例中，各導光元件之中心線相對於該等導光元件設置之側面之短邊具有一夾角，夾角係大於0度且小於或等於90度。
在一實施例中，由平行入光面方向觀察，各導光元件之剖面形狀係為凹槽狀或為凸起狀。
在一實施例中，該等導光元件上分別設置一反射材料。
在一實施例中，各導光元件的剖面形狀實質為弧形、多邊形或不規則形。
在一實施例中，由垂直該等導光元件設置之側面方向觀察，各導光元件短邊之寬度係介於50微米與150微米之間。
為達上述目的，依據本發明之一種顯示裝置包括一顯示面板以及一發光模組。發光模組與顯示面板相對而設，並包含一導光板、複數導光元件及一發光單元，導光板可導引光線方向，並具有至少一入光面及兩相對之側面，該等導光元件設置於導光板之該等側面其中之一，各導光元件分別具有一粗糙表面，粗糙表面之一最大粗糙度係大於 之入光面，其中發光單元所發出之光線進入導光板後，藉由導光板及該等導光元件之導引，可將光線以亮暗交錯排列之形式由導光板之該等側面的其中之一導出。
為達上述目的，依據本發明之一種導光板包括至少一入光面、兩相對之側面以及複數導光元件，該等導光元件係設置於導光板之該等側面其中之一，各導光元件分別具有一粗糙表面，粗糙表面之一最大粗糙度係大於0微米，且小於或等於20微米。
承上所述，因依據本發明之導光板、發光模組及顯示裝置中，複數導光元件係設置於導光板之該等側面其中之一，各導光元件分別具有一粗糙表面，粗糙表面之一最大粗糙度係大於0微米，且小於或等於20微米。藉此，當光線由發光模組之導光板的側面射向顯示面板時，藉由複數導光元件的設置，可於側面形成亮暗交錯排列之形式，且藉由各導光元件之粗糙表面，可使反射出之光線呈現均勻出光的狀況，進而可使整體發光模組、顯示裝置具有均勻的出光。因此，本發明之導光板、發光模組及顯示裝置可改變出光光形而具有均勻的出光，以提升顯示品質。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種導光板、發光模組及顯示裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖2A至圖2C所示，其分別為本發明較佳實施 例之一種顯示裝置3之立體示意圖、側視示意圖及放大示意圖。於此，圖2A至圖2C只是示意，並未顯示真實的物件比例。
顯示裝置3具有一顯示面板T以及一發光模組2。先說明的是，本發明之發光模組2除了應用於顯示裝置3之背光模組外，也可應用而成為一立體顯示裝置之一視差屏障(parallax barrier)元件或為一視差稜鏡元件，或可應用而成為於一照明裝置。
發光模組2與顯示面板T相對而設，並包含一導光板21、複數導光元件211及一發光單元。
導光板21可導引光線方向，並具有至少一入光面I及兩相對之側面。在本實施例中，如圖2B所示，導光板21係具有兩相對之側面S1、S2。其中，導光板21(light-guiding plate)係用以引導光線行進方向，並以透光材料製成，而透光材料例如可為丙烯酸樹脂、聚碳酸酯、聚乙烯樹脂或玻璃，並不加以限制。透光材料之折射率係大於週邊物質(例如空氣，折射率約為1)，具有特定角度之光線於導光板21與週邊物質之交界可形成全反射效應，並可將由導光板21側邊入光之光線引導至中央部分，形成較為均勻分佈之出光形式。另外，導光板21於平行側面S1的方向來看，其剖面形狀可例如為平板狀或楔形。於此，係以平板狀的導光板21為例。
兩側面S1、S2相對設置，於此，兩側面S1、S2係指導光板21之面積較大的表面，且側面S1係為導光板21 之下表面(也可稱為底面)，而側面S2係為導光板21之上表面(也可稱為出光面)。其中，入光面I與二側面S1、S2係正交設置。入光面I之數量係對應發光單元22之數量，並至少為一，也可為複數個。另外，觀察者一般係位於垂直側面S2(即俯視導光板21)之方向觀察發光模組2。
該等導光元件211係至少設置於導光板21之該等側面S1、S2的其中一個側面，其中，可藉由機械加工方式(例加切割)或化學加工方式(例如蝕刻)使側面上具有該等導光元件211，並使用散射或反射等方式引導或改變光路徑，以提供所需之出光形式。其中，該等導光元件211可位於導光板21中除入光面I之外之其他位置，例如導光板21除入光面I之外的所有側面皆可設有導光元件211，甚至導光板21內部中間非表面之部分亦可設置導光元件211。於此，如圖2A、2B所示，該等導光元件211係設置於導光板21之側面S1(下表面)為例。其中，導光元件211由平行於入光面I的方向(或平行側面S1的方向，即圖2A的前側)上觀察實際上係可呈凹槽狀或凸起狀之微結構(microstructures)，且由垂直側面S2觀察(俯視)導光板21時，導光元件211實質上與入光面I係具有一夾角。在本實施例中，各導光元件211實際上係分別為朝向側面S2凹陷之微結構，故其剖面的寬度相當小，同時由垂直側面S2的方向觀察(俯視)各導光元件211，如圖2A所示，導光元件211實質上可具有一中心線，且該中心線為不平行一方向X及一方向Y之斜直線(方向Y可以 是側面S1短邊或入光面I短邊之方向；方向X係與方向Y實質上正交，並可以是側面S1長邊之方向)。其中，各導光元件211之中心線與方向Y或方向X可分別具有一夾角(銳角)，該夾角介於0至90度之間。因此，於俯視導光板21時，各導光元件211實質上可分別視為一斜直線。
在本實施例中，各導光元件211係分別為往左側傾斜的斜直線，當然於其它的實施態樣中，各導光元件211也可分別為往右側傾斜的直線，或是部分往右、部分往右，或可為傾斜之曲線，本發明並不限制。另外，如圖2B所示，由垂直該等導光元件211設置之側面S1方向觀察(即仰視)，各導光元件211短邊之寬度係分別為一開口，開口具有一寬度P，且寬度P係可介於50微米與150微米之間。其中，任意兩條導光元件211之間距係介於0與該等導光元件211設置之側面S1之寬度之間，且任意兩條導光元件211之間係不接觸也不相通。
如圖2C所示，各導光元件211分別具有一粗糙表面。於此，係各導光元件211之一內壁W為粗糙表面。另外，由平行入光面I的方向觀察(即前視)，各導光元件211的剖面形狀實質上可分別為弧形、多邊形(可包含三角形、正方形、長方形、梯形、正多邊形)或不規則形。於此，各導光元件211的剖面形狀係分別以弧形(半圓形)為例。其中，各導光元件211的剖面形狀可為相同或不相同。在本實施例中，係以所有的導光元件211的剖面形狀、兩條導光元件211之間的間隔及其斜率均相同為例。
發光單元22、23設置於導光板21之一入光面I。在本實施例中，係以兩發光單元22、23分別鄰設於導光板21之相對二側的入光面I為例。其中，發光單元22、23所發出的光線係分別由入光面I進入導光板21，且由與側面S1相對之一側面S2(也可稱為出光面)射出。發光單元22、23可例如包含至少一發光二極體、至少一有機發光二極體(organic light-emitting diode,OLED)、至少一冷陰極螢光燈管(cold cathode fluorescent lamp,CCFL)、或至少一熱陰極螢光燈管(hot cathode fluorescent lamp,HCFL)，以分別作為發光單元22、23中的光源。於此，發光單元22、23係分別以一發光二極體光條(LED light bar)為例，且其分別具有複數發光二極體221、231並分別設置於一電路板222、232上。在其它的實施態樣中，也可只設置一組發光單元22，並由導光板21之一側之入光面I入射至導光板21。
反射材料24分別設置於該等導光元件211上，並可反射發光單元22、23所發出的光線。反射材料24可分別設置於該等導光元件211凹槽之內壁W或凸起結構之外壁上，或者可分別填滿該等導光元件211之凹槽。於此，反射材料24係以分別填滿該等導光元件211之凹槽為例。於此，反射材料24係以分別填滿該等導光元件211之凹槽為例。在本實施例中，位於導光元件211內的反射材料24可破壞光線L的全反射，並使光線L由導光板21之側面S2射出(若反射材料24位於凸起之外壁上，則反射材 料24可阻擋光線的行進，使光線L由側面反射後再利用)。其中，反射材料24可包含氧化物，並例如可為白色之二氧化矽(SiO2 )、二氧化鈦(TiO2 )或其它高反射率的物質。值得一提的是，導光元件211可選擇不具有反射材料24，僅依靠散射效應導引光線L由其中一個側面射出，就可造成射出之光線為亮暗交錯排列的形式。
以下請同時參照圖2C及圖2D所示，以說明本發明導光元件211具有粗糙表面之內壁W的最大粗糙度(Rmax)的定義。其中，圖2D係為圖2C中，將導光元件211之內壁W以一虛擬方式拉伸而顯示於一平面之示意圖(即將圖2C之點C與點D之間延伸於一平面，以將內壁W的粗糙表面顯示於平面上)。另外，圖2D只是為了說明最大粗糙度(Rmax)的定義，並沒有實際反應導光元件211之內壁W的形狀。
在本發明中，導光元件211內壁W之粗糙表面的最大粗糙度(Rmax)大於0微米，且小於或等於20微米。於此，最大粗糙度(Rmax)的定義係自點C及點D之距離內，於粗糙表面之曲線的一最高點(即點E)與一最低點(即點F)分別畫出一條與一參考線R(參考線R為粗糙表面之曲線高度的平均線)平行之直線L5、L6時，該等直線L5、L6之間距即為最大粗糙度Rmax。換言之，最大粗糙度Rmax就是量測點C及點D之距離內，沿垂直參考線R之方向的最高點E與最低點F之間的距離，亦即最大粗糙度Rmax=D1+D2。具體而言，本實施例之內壁W之 粗糙表面的最高點E與參考線R的垂直距離D1係可等於10微米，而粗糙表面的最低點F與參考線R的垂直距離D2係可等於10微米(即分別介於±10微米之間)。不過，於其它的實施態樣中，最高點E及最低點F與參考線R的垂直距離D1、D2也可分別小於10微米。
因此，當發光單元22、23所發出之光線L由入光面I入射至導光板21之後，可於導光板21內進行全反射時，且由於各導光元件211之內壁W係為粗糙表面，而粗糙表面的最大粗糙度(Rmax)係小於或等於20微米。藉此，當光線由發光模組2之導光板21的側面S2射向顯示面板T時，藉由複數導光元件211的設置，可於側面S2形成亮暗交錯排列之形式，且藉由各導光元件211之粗糙表面，可使反射出之光線呈現均勻出光的光線出射區域B(即圖2C之光線L3與光線L4之間的出射光所形成之區域)，不僅可改變出光光形而使各導光元件211反射出的光線呈現均勻出光的狀況，更可使整體發光模組2及顯示裝置3具有均勻的出光，以提升顯示品質。
另外，請參照圖3A所示，其為本發明另一實施態樣之顯示裝置3a的側視示意圖。
與顯示裝置3主要的不同在於，在本實施態樣之顯示裝置3a中，導光板21a上之該等導光元件211a係分別為不規則形，並為位於側面S2上(導光板21a之上表面)之凹槽，且反射材料24位於凹槽內。
另外，請參照圖3B所示，其為本發明又一實施態樣 之顯示裝置3b的側視示意圖。
與顯示裝置3主要的不同在於，在本實施態樣之顯示裝置3b中，導光板21b上之該等導光元件211b係設置於側面S1上(導光板21b之下表面)之凸起的微結構，且反射材料24係設置於凸起微結構的外壁上。
另外，請參照圖3C所示，其為本發明又一實施態樣之顯示裝置3c的側視示意圖。
與顯示裝置3b主要的不同在於，在本實施態樣之顯示裝置3c中，導光板21c上之該等導光元件211c係設置於側面S2上(導光板21c之上表面)之凸起的微結構，且反射材料24係設置於凸起微結構的外壁上。
此外，發光裝置3a~3c的其它技術特徵可參照圖2B之顯示裝置3，於此不再贅述。
綜上所述，因依據本發明之導光板、發光模組及顯示裝置中，複數導光元件係設置於導光板之該等側面其中之一，各導光元件分別具有一粗糙表面，粗糙表面之一最大粗糙度係大於0微米，且小於或等於20微米。藉此，當光線由發光模組之導光板的側面射向顯示面板時，藉由複數導光元件的設置，可於側面形成亮暗交錯排列之形式，且藉由各導光元件之粗糙表面，可使反射出之光線呈現均勻出光的狀況，進而可使整體發光模組、顯示裝置具有均勻的出光。因此，本發明之導光板、發光模組及顯示裝置可改變出光光形而具有均勻的出光，以提升顯示品質。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、2、2a~2c‧‧‧發光模組
121‧‧‧光源
122、21、21a~21c‧‧‧導光板
123、211、211a~211c‧‧‧導光元件
22、23‧‧‧發光單元
221、231‧‧‧發光二極體
222、232‧‧‧電路板
24‧‧‧反射材料
3、3a~3c、9‧‧‧顯示裝置
A、B‧‧‧光線出射區域
B1‧‧‧底面
C、D、E、F‧‧‧點
D1、D2‧‧‧距離
I‧‧‧入光面
L1~L4‧‧‧光線
L5、L6‧‧‧直線
O‧‧‧出光面
P‧‧‧寬度
R‧‧‧參考線
Rmax‧‧‧最大粗糙度
S1、S2‧‧‧側面
T‧‧‧顯示面板
W‧‧‧內壁
X、Y‧‧‧方向
圖1為習知一種顯示裝置之側視示意圖；圖2A至圖2C分別為本發明較佳實施例之一種顯示裝置的立體示意圖、側視示意圖及放大示意圖；圖2D係為圖2C中，將導光元件之粗糙表面以一虛擬方式拉伸而顯示於一平面之示意圖；以及圖3A至圖3C分別為本發明不同實施態樣之顯示裝置的側視示意圖。
2‧‧‧發光模組
21‧‧‧導光板
211‧‧‧導光元件
23‧‧‧發光單元
231‧‧‧發光二極體
232‧‧‧電路板
24‧‧‧反射材料
3‧‧‧顯示裝置
B‧‧‧光線出射區域
C、D‧‧‧點
I‧‧‧入光面
L3、L4‧‧‧光線
S1、S2‧‧‧側面
T‧‧‧顯示面板
W‧‧‧內壁
X、Y‧‧‧方向

Claims (17)

  1. 一種發光模組，包括：一導光板，其可導引光線之方向，並具有至少一入光面與兩相對之側面；複數導光元件，其係設置於該導光板之該等側面其中之一，各該導光元件分別具有一粗糙表面，該粗糙表面之一最大粗糙度係大於0微米，且小於或等於20微米；以及一發光單元，其係設置於該導光板之該入光面，其中，該發光單元所發出之光線進入該導光板後，藉由該導光板及該等導光元件之導引，可將光線以亮暗交錯排列之形式由該導光板之該等側面的其中之一導出，其中各該導光元件為斜向排列，該導光元件之中心線與該導光板之該入光面之間具有一夾角，且該夾角為銳角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中任意兩相鄰導光元件之間距係介於0與該等導光元件設置之該側面之寬度之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中由平行該入光面方向觀察，各該導光元件之剖面形狀係為凹槽狀或為凸起狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中該等導光元件之剖面形狀係為凹槽狀，其中一反射材料係設置於該導光元件之該凹槽內。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光模組，其中各導光元件的剖面形狀實質為弧形、多邊形或不規則形。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中由垂直該等導光元件設置之該側面方向觀察，各該導光元件短邊之寬度係介於50微米與150微米之間。
  7. 一種顯示裝置，包括：一顯示面板；以及一發光模組，與該顯示面板相對而設，並包含一導光板、複數導光元件及一發光單元，該導光板可導引光線方向，並具有至少一入光面及兩相對之側面，該等導光元件設置於該導光板之該等側面其中之一，各該導光元件分別具有一粗糙表面，該粗糙表面之一最大粗糙度係大於0微米，且小於或等於20微米，該發光單元係設置於該導光板之該入光面，其中該發光單元所發出之光線進入該導光板後，藉由該導光板及該等導光元件之導引，可將光線以亮暗交錯排列之形式由該導光板之該等側面的其中之一導出，其中各該導光元件為斜向排列，該導光元件之中心線與該導光板之該入光面之間具有一夾角，且該夾角為銳角。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中任意兩相鄰導光元件之間距係介於0與該等導光元件設置之該側面之寬度之間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中由平行 該入光面方向觀察，各該導光元件之剖面形狀係為凹槽狀或為凸起狀。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中該等導光元件之剖面形狀係為凹槽狀，其中一反射材料係設置於該導光元件之該凹槽內。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之顯示裝置，其中各導光元件的剖面形狀實質為弧形、多邊形或不規則形。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中由垂直該等導光元件設置之該側面方向觀察，各該導光元件短邊之寬度係介於50微米與150微米之間。
  13. 一種導光板，包括：至少一入光面；兩相對之側面；以及複數導光元件，其係設置於該導光板之該等側面其中之一，各該導光元件分別具有一粗糙表面，該粗糙表面之一最大粗糙度係大於0微米，且小於或等於20微米，其中各該導光元件為斜向排列，該導光元件之中心線與該導光板之該入光面之間具有一夾角，且該夾角為銳角。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之導光板，其中任意兩相鄰導光元件之間距係介於0與該等導光元件設置之該側面之寬度之間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之導光板，其中由平行該入光面方向觀察，各該導光元件之剖面形狀係為凹 槽狀或為凸起狀。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之導光板，其中該等導光元件之剖面形狀係為凹槽狀，其中一反射材料係設置於該導光元件之該凹槽內。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之導光板，其中由垂直該等導光元件設置之該側面方向觀察，各該導光元件短邊之寬度係介於50微米與150微米之間。
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