TWI528087B - 側入式背光模組及側入式導光板 - Google Patents

Description

側入式背光模組及側入式導光板

本發明是關於一種導光板及背光模組，且特別是有關於側入式導光板及側入式背光模組。

液晶顯示(Liquid crystal Display,LCD)裝置具備了體積小、重量輕、省電及低輻射線等優點，因而被大量地應用於筆記型電腦、數位攝錄影機、行動電話、電腦螢幕以及液晶電視等各種電子產品中。加上製程技術快速地發展，使得液晶顯示裝置不論在畫質、反應速率以及面板尺寸上均有大幅的進步。

液晶顯示裝置並非自發光性的顯示裝置，必須藉助外部光源達到顯示效果。一般的液晶顯示裝置幾乎採用背光模組作為提供液晶面板均勻、高亮度的光源來源，其基本原理係將常用的點或線光源，透過簡潔有效光轉化成高亮度且均勻的面光源產品。

目前多數應用於液晶顯示裝置的背光模組是使用發光元件搭配導光板所構成，其中導光板上設置有取光圖案以引導光線，使背光模組得以均勻出光。傳統的大尺寸導光板所使用的取光圖案多由複數相同尺寸且形狀對稱的微結構所構成，例如光學油墨印刷，並對應所接受到的光強度以調整微結構的排列密度來實現均勻發光。針對取光圖案形狀變化的設計與研究，則多見於傳統的小尺寸導光板。相關文獻例如台灣專利TW-I225954、TW-201133078等。

惟，目前所有的背光模組都會在導光板上，再配置一層稜鏡片， 以調整出光角度，加強正向出光的能量。由此顯見，現有取光圖案形狀變化的設計與研究，仍僅思及如何將光線自導光板板體內，克服距光源遠近的差異而均勻地無定向取出。

鑒於先前技術所述，本發明之一目的，即在於提供一種側入式導光板及應用前述側入式導光板的側入式背光模組，其可有效地導正出射光線的角度，使出射之光線的角度大致垂直於光源的光軸。

本發明於一實施方式中，提出一種側入式導光板，包含一透光板體及一取光圖案。透光板體具有一第一側面、一出光表面，及一與第一側面相對應之第二側面，出光表面分別鄰接第一側面與第二側面，且介於兩者之間；取光圖案由複數個取光微結構所構成，取光微結構形成於出光表面，以側剖面觀之，每個取光微結構為由一較接近第一側面之第一側壁及一較接近第二側面之第二側壁所構成之凹孔；這些第一側壁與出光表面之夾角，隨距離第一側面之距離增加而逐漸變小，且這些第二側壁與出光表面之夾角，隨距離第二側面之距離增加而逐漸變小。

側入式導光板用以引導入射於其內的光線，其中第一側壁可以反射部分傳遞於其上的光線，使光線能夠傳遞至遠光側；第二側壁可以反射透射第一側壁的光線，使光線朝向相反於側入式導光板的方向出射，僅而提高正向出光量。

在本發明的其他實施方式中，取光微結構在平行出光表面的法線方向之長度小於其在垂直出光表面的法線方向之長度，且取光微結構之形狀以正剖面觀之，為一橢圓形。

本發明於另一實施方式中，提供一種側入式背光模組，包含一側入式導光板及一第一光源。側入式導光板包含一透光板體及一取光圖案。透光板體具有一第一側面、一出光表面，及一與第一側面相對應之第二側面，出光表面分別鄰接第一側面與第二側面，且介於兩者之間。取光圖案由複數個取光微結構所構成，形成於出光表面，以側剖面觀之，取光微結構為由一較接 近第一側面之第一側壁及一較接近第二側面之第二側壁所構成之凹孔。第一光源位於第一側面。

該些第一側壁與出光表面之夾角，隨距離第一側面之距離增加而逐漸變小，且該些第二側壁與出光表面之夾角，隨距離第二側面之距離增加而逐漸變小。

藉由第一側壁與出光表面之夾角隨距離第一側面之距離增加而逐漸變小，可以避免過多的光線直接通過第一側面而射出側入式導光板；同時透過第二側壁與出光表面之夾角隨距離第二側面之距離增加而逐漸變小，可以反射通過第一側壁朝向第二側壁的光線，使光線的向上傳遞。

在本發明的其他實施方式中，每個取光微結構在平行出光表面的法線方向之長度小於其在垂直出光表面的法線方向之長度，且由每個取光微結構之形狀以正剖面觀之，為一橢圓形。

另外，當導光板之側剖面的厚度為第一光源之厚度的2至3倍，並搭配一反光材反射傳遞至側入式導光板第二側面的光線，以提高光線利用率。

又，側入式背光模組的第二側面更包含一第二光源，位於該第二側面，以透成雙側入光的側光是背光模組。

本發明於又一實施方式中，提供一種側入式背光模組，包含一側入式導光板及一第一光源。側入式導光板包含一透光板體及一取光圖案。透光板體具有一第一側面、一出光表面，及一與第一側面相對應之第二側面，出光表面分別鄰接第一側面與第二側面，且介於兩者之間。取光圖案由複數個取光微結構所構成，形成於出光表面，以側剖面觀之，取光微結構為由一較接近第一側面之第一側壁及一較接近第二側面之第二側壁所構成之凹孔。第一光源位於第一側面。

其中，該些第一側壁與該出光表面之夾角，隨接受到之光強度減少而逐漸變小，且該些第二側壁與該出光表面之夾角，隨接受到之光強度增加而逐漸變小。

在本發明的其他實施方式中，每個取光微結構在平行出光表面 方向之長度小於其在垂直出光表面方向之長度，且由每個取光微結構之形狀以正剖面觀之，為一橢圓形。

另外，當導光板之側剖面的厚度為第一光源之厚度的2至3倍，並搭配一反光材反射傳遞至側入式導光板第二側面的光線，以提高光線利用率。

又，側入式背光模組的第二側面更包含一第二光源，位於該第二側面，以構成雙側入光的側光式背光模組。

1、1a‧‧‧側入式背光模組

10‧‧‧第一光源

11‧‧‧第二光源

12‧‧‧側入式導光板

120‧‧‧透光板體

1202‧‧‧第一側面

1204‧‧‧出光表面

1206‧‧‧第二側面

122‧‧‧光萃取圖案

1222‧‧‧取光微結構、取光凹孔

1224‧‧‧第一側壁

1226‧‧‧第二側壁

13‧‧‧反射片

I‧‧‧光軸

圖1繪示本發明第一實施方式之側入式背光模組之立體圖。

圖2繪示本發明第一實施方式之側入式導光板之局部俯視圖。

圖3繪示本發明第一實施方式之側入式導光板之局部剖視圖。

圖4繪示本發明第二實施方式之側入式背光模組之立體圖。

圖5繪示本發明第三實施方式之側入式背光模組之立體圖。

圖6繪示本發明第三實施方式之側入式背光模組之剖視圖。

圖7繪示發明第四實施方式之側入式背光模組之剖視圖。

圖8繪示本發明之取光微結構之製作示意圖(I)。

圖9繪示本發明之取光微結構之製作示意圖(II)

請參考隨附圖示，本發明之以上及額外目的、特徵及優點將透過諸較佳實施方式之以下闡釋性及非限制性詳細描敘予以更好地理解。

配合參閱圖1，為本發明第一實施方式之側入式背光模組之立體圖。圖1所示的側入式背光模組1應用於液晶顯示器，用以提供液晶顯示器使用時的光源。實際使用時，側入式背光模組1是設置在液晶顯示器之液晶面板後方，以照亮液晶面板。

側入式背光模組1包含至少一第一光源10及一側入式導光板12。第一光源10為點光源，並可由發光二極體實現之，但亦不排除其他可能；第一光源10具有光軸I，其為第一光源10發出之光線在空間中光強度分布的對稱軸。此外，側入式導光板12 的底面1208可以設置有一反射片13，用以反射由底面洩漏而出的光線，以提高光線利用效率。

側入式導光板12包含一透光板體120及一取光圖案122。透光板體120呈平板狀，可透光，通常由壓克力(PMMA)或塑膠(PC)組成，但亦不排除其他均等物；例如：丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)或矽膠(Silicone)所構成材料族群中之至少一種材料或其它可代替之材料。

透光板體120包含第一側面1202、出光表面1204及第二側面1206，第二側面1206相對於第一側面1202，出光表面1202介於第一側面1202及第二側面1206之間，且鄰接於第一側面1202及第二側面1206。

第一光源10安裝於第一側面1202，且較佳地，第一光源10的光軸I垂直於第一側面1202設置。透光板體120還可以包含一底面1208，相對於出光表面1204，並鄰接第一側面1202及第二側面1206。

取光圖案122形成於出光表面，並由複數取光微結構1222所構成。取光圖案122用以引導進入側入式導光板12的光線，使光線能夠由出光表面1204均勻地出射。在此要特別說明的是：取光圖案122也可以形成在導光板120的底面1208，如圖4的側入式背光模組1a所示；形成在底面1208的取光圖案122同樣也可以引導進入側入導光板12的光線，使光線由出光表面1204均勻地出射。

配合參閱圖2及圖3，分別為本發明第一實施方式之側入式導光板的局部俯視圖及局部剖視圖。由側入式導光板12的俯視角度觀之，每個取光微結構1222的外型呈橢圓形。由側入式導光板12的側剖面觀之，每個取光微結構1222為由一較接近第一側面1202之第一側壁1224及一較接近第二側面1206之第二側壁1226所構成之凹孔。

在本實施方式中，第一側壁1224與出光表面1204之夾角小於第二側壁1226與出光表面1204與出光表面1204之夾角；換言之，由側入式導光板12的側剖面觀之，每個取光微結構1222均呈非對稱形式。

第一側壁1224可以反射傳遞於其上的部分光線，藉以避免過多光線在鄰近於第一光源10設置處(近光處)射出側入式導光板12，而使得遠離第一光源10設置處(遠光處)無法有效地點亮之情況產生。第一側壁1224亦可供部分光線穿透，穿透第一側壁1224的光線係通過空氣介質傳遞至第二側壁1226，並由第二側壁1226反射後朝向相反於側入式導光板12的方向傳遞。

如圖2所示，凹孔在平行第一側面1202的剖面結構長度小於其在垂直第一側面1202的剖面結構長度，且凹孔在平行出光表面1204的法線方向之長度小於其在垂直出光表面1204的法線方向之長度。換言之，取光圖案122是由複數橢圓形凹孔所構成，每個橢圓形凹孔之短軸方向平行於第一側面1202，長軸方向垂直於第一側面1202，且凹孔的深度小於其短軸之長度。當然，本發明之設計理念並不以此為限，只是在考量到大尺寸導光板適合的加工方案時，自然會衍生出此一結構特徵，且容後再表。

若取光微結構1222在平行於第一側面1202方向的長度大於其垂直於第一側面1202方向的長度，則可能會攔截到過多的光線，這會讓側入式導光板12在遠離第一光源10之一側(即遠光側)無法有效地被照亮，而產生非均勻的面光源，如此一來，也就無法均勻的照亮擺設在側入式背光模組1上方的顯示器。但是，此一特徵在背光模組上是缺點，應用於電子書或透明顯示器等導光板作為前光板使用時的場合，卻有其優勢。具體論之，當側入式導光板12作為前光板使用時，光源提供的光強度會很弱，需要的取光圖案122密度也會下降，以減少霧度；此時，採取光微結構1222在平行於第一側面1202方向的長度大於其垂直於第一側面1202方向長度的設計，可盡可能地攔截到足夠的光線。

如圖3所示，第一側壁1224與出光表面1204之夾角，隨距離第一側面1202之距離增加而逐漸變小，藉以控制光線在每個第一側面1224的反射量。第二側壁1226與出光表面1204之夾角，隨距離第二側面1206之距離增加而逐漸變小，如此一來，可以使近光側及遠光側的光線都能夠朝向大致垂直於光軸I的方向傳遞。從本實施方式之光學設計理念的角度來看，第一側壁1224的主要作用在於將光線往後方傳送，而第二側壁1226的主要作用則在於將從第一側壁1224出射的光線，反射並調整其反射角度，進而取得較垂直於出光表面1204的整體光學表現。

又，本發明的取光微結構1222(或稱橢圓形凹孔)在出光表面1204的佈設密度隨著遠離第一側面1202而逐漸增加，如圖1所示；換言之，在靠近第一光源10安裝位置(近光處)的取光微結構1222的佈設密度小於遠離第一光源10安裝位置(遠光處)的取光微結構1222的佈設密度，藉此，可以避免因近光處的取光微結構1222攔截過多的光線而使得遠光處無法有效地點亮。申言之，透過使取光微結構1222在近光處的佈設密度低於遠光處的佈設密度，可以使側光式背光模組1產生均勻的面光源。

配合參閱圖5，為本發明第三實施方式之側入式背光模組之立體圖。側入式背光模組包含至少一第一光源10、一第二光源11及一側入式導光板12。

側入式導光板12包含一透光板體120及一取光圖案122。透光板體120包含第一側面1202、出光表面1204、第二側面1206及底面1208，第二側面1206相對應於第一側面1202，出光表面1202介於第一側面1202及第二側面1206之間，且分別鄰接於第一側面1202及第二側面1206，底面1208相對於出光表面1204並鄰接於第一側面1202及第二側面1206。第一光源10安裝於第一側面1202，且較佳地，第一光源10的光軸I垂直於第一側面1202設置。第二光源11安裝於第二側面，且較佳地，第二光源11的光軸I垂直於第二側面1202。

取光圖案122由複數取光微結構1222所構成，形成於出光表面 1204，取光圖案122用以引導進入側入式導光板12的光線，使所述光線由出光表面1204均勻地出射。由側入式導光板12的俯視角度觀之(如圖2)，每個取光微結構1222的外型呈橢圓形。另配合參閱圖6，由側入式導光板12的側剖面觀之，每個取光微結構1222為由一較接近第一側面1202之第一側壁1224及一較接近第二側面1206之第二側壁1226所構成之凹孔。

如圖6所示，第一側壁1224與出光表面1204之夾角，隨接受到之光強度減少而逐漸變小，且第二側壁1226與出光表面1204之夾角，隨接受到之光強度增加而逐漸變小。

配合參閱圖7，為本發明第四實施方式之側入式背光模組之剖視圖。側入式背光模組1包含至少一第一光源10及一側入式導光板12及一反光材14。易言之，第二側壁1226所接收的光線，可以是來自於第二光源11或用一反射片構成類似第二光源存在的效果。

側入式導光板12包含一透光板體120及一取光圖案122。透光板體120包含第一側面1202、出光表面1204、第二側面1206及底面1208，第二側面1206相對應於第一側面1202，出光表面1202介於第一側面1202及第二側面1206之間，且分別鄰接於第一側面1202及第二側面1206，底面1208相對於出光表面1204並鄰接於第一側面1202及第二側面1206。

第一光源10安裝於第一側面1202，且較佳地，第一光源10的光軸I垂直於第一側面1202設置。側入式導光板12之側剖面的厚度為第一光源10之厚度的2至3倍。反光材14位於第二側面1206。在厚度設計考量上，值得一提的是，當側入式導光板12的厚度是第一光源10之厚度的2倍以上時，通常較難讓光線在從入光處到側入式導光板12末端的一次光學行程中，被完整且均勻地取出；因此，利用反光材14例如反射片做類光源，並配合本實施方式之教式，讓光線從側入式導光板12末端回彈到原入光處的二次光學行程中，取出較垂直出光表面1204之光形，其功效便更加顯著。

取光圖案122由複數取光微結構1222所構成，形成於出光表面1204，取光圖案122用以引導進入側入式導光板12的光線，使所述光線由出光表面1204均勻地出射。由側入式導光板12的俯視角度觀之(如圖2)，每個取光微結構1222的外型呈橢圓形。

每個取光微結構1222為由一較接近第一側面1202之第一側壁1224及一較接近第二側面1206之第二側壁1226所構成之凹孔。第一側壁1224與出光表面1204之夾角，隨接受到之光強度減少而逐漸變小，且第二側壁1226與出光表面1204之夾角，隨接受到之光強度增加而逐漸變小。

配合參閱圖8及圖9，分別為本發明之取光微結構之製作示意圖。如前所述，在小尺寸導光板的製造工藝上，實現前述形狀對應之模具，再以射出成型的方式製作導光板即可。然而，在欲於大尺寸導光板上形成前述之非對稱形式之取光微結構的側入式導光板時，便須考慮實際加工量產性的問題。此處是以雷射加工為例，說明如何使形狀對稱的凹孔(如圖8所示)，構成前述結構。

在以雷射加工形成一圓形凹孔之後，如圖9所示，可於凹孔第一側壁1224處再次進行雷射加工，且雷射聚焦較深或功率較大，構成一個深坑與一個淺坑相鄰連接的形狀，來逼近前述的第一側壁1224，以使第一側壁1224與出光表面1204之夾角小於第二側壁1226與出光表面1204之夾角，也即形成非對稱狀之凹孔。換句話說，我們可以用多發相連的雷射形成凹孔，來逼近我們需要的形狀；當然也可以用刀具加工來實作，皆取決於所欲加工之導光板的尺寸、被加工之凹孔的數量、加工成本與時間之綜效考量。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施方式，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

120‧‧‧透光板體

1202‧‧‧第一側面

1204‧‧‧出光表面

1206‧‧‧第二側面

1222‧‧‧取光微結構

1224‧‧‧第一側壁

1226‧‧‧第二側

θ 1、θ 2‧‧‧夾角

Claims (9)

1. 一種側入式導光板，包含：一透光板體，具有一第一側面、一出光表面，及一與該第一側面相對應之第二側面，該出光表面分別鄰接該第一側面與該第二側面，且介於兩者之間；以及一取光圖案，由複數個取光微結構所構成，形成於該出光表面，以側剖面觀之，各該取光微結構為由一較接近該第一側面之第一側壁及一較接近該第二側面之第二側壁所構成之凹孔；其中，該些第一側壁與該出光表面之夾角，隨距離該第一側面之距離增加而逐漸變小，且該些第二側壁與該出光表面之夾角，隨距離該第二側面之距離增加而逐漸變小。
2. 如請求項第1項所述之側入式導光板，其中各該取光微結構在平行該出光表面的法線方向之長度小於其在垂直該出光表面的法線方向之長度。
3. 如請求項第1項所述之側入式導光板，其中各該取光微結構之形狀以正剖面觀之，為一橢圓形。
4. 一種側入式背光模組，包含：一側入式導光板，包含：一透光板體，具有一第一側面、一出光表面，及一與該第一側面相對應之第二側面，該出光表面分別鄰接該第一側面與該第二側面，且介於兩者之間；以及一取光圖案，由複數個取光微結構所構成，形成於該出光表面，以側剖面觀之，各該取光微結構為由一較接近該第一側面之第一側壁及一較接近該第二側面之第二側壁所構成之凹孔；以及一第一光源，位於該第一側面；其中，該些第一側壁與該出光表面之夾角，隨距離該第一側面之距離增加而逐漸變小，且該些第二側壁與該出光表面之夾角，隨距離該第二側面之距離增加而逐漸變小。
5. 如請求項第4項所述之側入式背光模組，其中該側入式導光板 之側剖面的厚度為該第一光源之厚度的2至3倍。
6. 如請求項第5項所述之側入式背光模組，更包含一第二光源，位於該第二側面。
7. 如請求項第5項所述之側入式背光模組，更包含一反光材，位於該第二側面。
8. 如請求項第5項所述之側入式背光模組，其中各該取光微結構在平行該出光表面的法線方向之長度小於其在垂直該出光表面的法線方向之長度。
9. 如請求項第5項所述之側入式背光模組，其中各該取光微結構之形狀以正剖面觀之，為一橢圓形。