TWI534487B - 導光板圖案設計方法及用於提升整體均光性的導光板加工系統 - Google Patents

Description

導光板圖案設計方法及用於提升整體均光性的導光板加工系 統

本發明有關於一種背光模組，且特別是有關於一種導光板。

隨著平板液晶顯示器向大型化發展，作為液晶顯示器光源系統重要元件之導光板已越來越受到重視。導光板通常由具有高透光性之材料製成，其用以引導自光源發出光束之傳輸方向，將線光源或點光源轉換成面光源出射。

為了增加導光板之整體出光亮度，目前業界已使用一種設置有微結構之導光板，其是在導光板的出光面設置一特殊形狀之微結構，例如三角柱狀透鏡(prism lens)、弧形柱狀透鏡(lenticular lens)等，上述微結構設計的目的在於破壞全反射條件而使光線導出。但此種微結構導光板用於背光模組中往往因為均勻度不佳，導致顯示器各區域的亮度不一致，造成觀看者的不舒服。故，如何藉由結構設計方法和裝置系統的改良，來克服上述的缺失，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。

鑒於以上之問題，本發明提供一種導光板圖案設計方法及用於提升整體均光性的導光板加工系統，其可藉由設計手段於導光板劃分之各區域配置適當的微結構數量，以達到導光板整體均勻度提升，符合產品規格。

本發明一實施例提供一種導光板圖案設計方法，包括下列步驟：(a)取一第一導光板，沿著一預定加工方向，將第一導光板的其中一表面劃分成多個待加工區域，其中預定加工方向為遠離一設置在第一導光板的其中一側邊旁的光源的方向；(b)使用一加工設備，對最靠近光源的待加工區域進行微結構加工，並記錄一第一區加工參數；(c)使用一輝度計，量測從最靠近光源的待加工區域投射而出的一均勻光束所產生的輝度是否落在一預定輝度範圍內，其中如果均勻光束所產生的輝度沒有落在預定輝度範圍內，則重覆執行步驟(b)及(c)，並改寫第一區加工參數；(d)如果均勻光束所產生的輝度是落在預定輝度範圍內，則定義最靠近光源的待加工區域為一微結構加工完成區域，並將第一區加工參數填入一整體參數曲線表之一第一數位位置，再以第一區加工參數作為一第二區加工參數之起始值；(e)使用加工設備，以第二區加工參數，對緊鄰微結構加工完成區域的另一個待加工區域進行微結構加工；(f)使用輝度計，量測從另一個待加工區域投射而出的另一均勻光束所產生的輝度是否落在預定輝度範圍內，其中如果另一均勻光束所產生的輝度沒有落在預定輝度範圍內，則重覆執行步驟(e)及(f)，並改寫第二區加工參數；(g)如果另一均勻光束所產生的輝度是落在預定輝度範圍內，則定義另一個待加工區域為一微結構加工完成區域，並將第二區加工參數填入一整體參數曲線表之一第二數位位置，再以第二區加工參數作為一第三區加工參數之起始值；以及，(h)針對其餘的待加工區域執行步驟(e)、(f)及(g)，直到其餘的待加工區域都被定義為微結構加工完成區域，並完成該整體參數曲線表。

較佳地，所述預定輝度範圍的平均值符合下列公式：L=(S×P%)/N，其中L為所述預定輝度範圍的平均值，S為所述光源所產生的總輝度，P%所述光源所產生的總輝度通過所述第一導光板後所剩下的百分比，N為多個所述待加工區域的數量。

較佳地，所述導光板圖案設計方法，更包括於步驟a、b、c中將最靠近所述光源的所述待加工區域分成多個子區域，並測量各子區域的輝度，且於若輝度達到目標值，記錄到達目標值輝度所對應之加工參數；取一第二導光板，用到達所述目標值輝度對應之所述加工參數，加工靠近中央的子區域；以及從靠近中央的子區域逐步朝上側和下側進行微結構加工，建立與所述預定加工方向垂直方向之參數。

本發明一實施例提供一種用於提升整體均光性的導光板加工系統，其包括：一光源，設置在一導光板的其中一側邊旁，其中導光板的其中一表面沿著一遠離光源的預定加工方向劃分成多個待加工區域；一加工設備依序對多個待加工區域進行微結構加工；以及一輝度計與加工設備彼此鄰近，其中輝度計用於量測從相對應的待加工區域投射而出的一均勻光束所產生的輝度是否落在一預定輝度範圍內；其中，如果從相對應的待加工區域所投射出的均勻光束所產生的輝度沒有落在預定輝度範圍內，則使用加工設備對相對應的待加工區域再次進行微結構加工。如果從相對應的待加工區域所投射出的均勻光束所產生的輝度是落在預定輝度範圍內，則定義相對應的待加工區域為一微結構加工完成區域。

本發明導光板圖案設計方法及其相關系統是將導光板分成數個區域(及/或子區域)進行對應的加工和檢測，並且針對導光板採用局部區域加工、輝度量測和再局部區域加工之模式，因此可以確保導光板整體有良好的均勻性。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

S12~S24‧‧‧步驟

S410‧‧‧步驟

S412‧‧‧步驟

S414‧‧‧步驟

S416‧‧‧步驟

S418‧‧‧步驟

S420‧‧‧步驟

S52‧‧‧步驟

S54‧‧‧步驟

S56‧‧‧步驟

102‧‧‧微結構

104‧‧‧輝度計

106‧‧‧光源

108‧‧‧第一導光板

X₁~X₅‧‧‧待加工區域

Y₁~Y₈‧‧‧子區域

601‧‧‧光源

602‧‧‧第一導光板

圖1顯示本發明一實施例導光板圖案設計方法之方塊圖。

圖2顯示本發明一實施例導光板之剖面示意圖。

圖3顯示本發明一實施例導光板之上視示意圖。

圖4顯示本發明一實施例導光板圖案設計方法之方塊圖。

圖5顯示本發明另一實施例導光板圖案設計方法之方塊圖。

圖6顯示本發明另一實施例導光板之上視示意圖。

圖7顯示本發明一實施例導光板之微結構數量與X軸方向距離的曲線圖。

圖8顯示本發明一實施例導光板之微結構數量與Y軸方向距離的曲線圖。

圖9顯示本發明一實施例導光板之微結構數量與X軸和Y軸方向距離的曲線圖。

以下是藉由特定的具體實例來說明本發明所揭露有關“導光板圖案設計方法”的實施方式，以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所揭示的內容並非用以限制本發明的技術範疇。

〔第一實施例〕

圖1為本實施例導光板圖案設計方法之方塊圖，圖2為本實施例導光板之剖面示意圖，圖3為本實施例導光板之上視示意圖。以下請參照圖1、圖2和圖3描述本實施例導光板圖案設計方法，首先，進行步驟S12，提供一第一導光板108，具有沿著一預定加工方向(即圖2和圖3之X方向)，將第一導光板108的其中一表面劃分成多個待加工區域(X₁~X₅)，其中預定加工方向為遠離一設置在導光板的其中一側邊旁的光源106的方向。圖2和圖3之實施例中將第一導光板分成5個待加工區域(對應於X₁~X₅)，然而，本發明不限於此，待加工區域之數量可依產品的規格和製程的條件改變，本發明不限定於特定的待加工區域之數量，例如待加工區域可以為X₁~X_n)。

後續，進行步驟S14，使用一加工設備(未繪示)，對最靠近光 源的待加工區域(即圖2和圖3對應於X₁之區域)進行微結構加工(即形成圖2和圖3之數個微結構102)，並記錄一第一區加工參數。加工設備可以例如為一雷射加工機台，第一區加工參數可以為雷射之能量、製程的時間、待加工區域之微結構的密度等。當然，加工設備亦可以例如為一電腦數值控制工具機(CNC)加工機台。

接著，進行步驟S16，使用一輝度計104，量測從最靠近光源的待加工區域X₁投射而出的一均勻光束所產生的輝度是否落在一預定輝度範圍內。上述預定輝度範圍的平均值是符合下列公式：L=(S×P%)/N，其中L為所述預定輝度範圍的平均值，S為所述光源所產生的總輝度，P%所述光源所產生的總輝度通過所述導光板後所剩下的百分比，N為多個所述待加工區域的數量。如果均勻光束所產生的輝度沒有落在所述預定輝度範圍內，則重覆執行步驟14及步驟S16，並且每次進行步驟14及步驟S16均改寫第一區加工參數。

如果從最靠近光源的待加工區域X₁投射而出的一均勻光束所產生的輝度被輝度計104檢測出落在一預定輝度範圍內，則進行步驟S18，定義最靠近光源的待加工區域X₁為一微結構加工完成區域，並將第一區加工參數填入一整體參數曲線表之一第一數位位置，再以所述第一區加工參數作為一第二區加工參數之起始值。

後續進行步驟S20，使用上述加工設備，以第二區加工參數，對緊鄰微結構加工完成區域X₁的另一個待加工區域X₂進行微結構加工。

進行步驟S22，使用上述輝度計104，量測從另一個待加工區域X₂投射而出的另一均勻光束所產生的輝度是否落在預定輝度範圍內，如果另一均勻光束所產生的輝度沒有落在預定輝度範圍內，則重覆執行步驟S20及S22，並改寫所述第二區加工參數。

進行步驟S24，如果另一均勻光束所產生的輝度是落在預定輝度範圍內，則定義另一個待加工區域X₂為一微結構加工完成區 域，並將第二區加工參數填入一整體參數曲線表之一第二數位位置，再以上述第二區加工參數作為一第三區加工參數之起始值。

針對其餘的待加工區域(即X₃~X₅，或當有更多的待加工區域為X₃~X_n)執行步驟S20、S22及S24，直到其餘的待加工區域都被定義為微結構加工完成區域，並完成上述整體參數曲線表。

當然，從量產的角度來看，當完成上述整體參數曲線表的同時，我們也取得了一個已被加工完畢且能符合所要求規格之平均輝度與均勻度的導光板樣品。藉此，在確認完樣品符合需求後，包括但不限於將樣品組裝在特定背光模組，再針對定位柱等光學干涉元件進行局部修正，即可利用上述整體參數曲線表設計射出成型模具或壓出成型滾輪，進而開始量產。

我們再重新檢視目前導光板的設計流程，請參照圖4，一般而言，各家導光板光學設計廠商對導光板的設計流程不外如是，首先進行步驟S410，取得產品規格，產品規格包括但不限於導光板外觀尺寸、導光板厚度、光源配置位置、光源之發光二極體數量及其位置、個別發光二極體發光亮度與總亮度、周邊機構固定件(光學干涉件)、需求總面輝度及均勻度。產品規格可能視實際需要更動。後續，進行步驟S412，依據產品規格於一資料庫中選取資料，其中資料庫中可包括物料性質、近規參數和微結構圖案佈點趨勢曲線，近規參數包括導光板之形狀、大小和厚度。然而，各家廠商的資料庫都是經過大量的試誤學習所建立起來的商業機密；而建立資料庫內容之方式其實極不科學，因而導致有些廠商擅長於設計小尺寸導光板，有些廠商擅長於設計大尺寸導光板，更有廠商或專精於曲面設計，或非方形外觀之導光板設計，不一而足。但是，每次設計、驗證、修改導光板的成本從數千到數萬美金不等，足見所費不貲。申言之，利用資料庫與建立資料庫的方式不外乎進行S414之光學模擬、進行S416之測試步驟、進行S418之修正步驟，並重覆執行步驟S414之模擬步驟及S416之測 試步驟，直到進入步驟S420之量產階段。其中，每次執行步驟S418之修正程序皆須耗費數千到數萬美金不等的改版費用。

因此，本發明於一實施例中，結合上述圖1之方法與圖4之步驟。更詳細來說，圖4之步驟S412整合上述圖1之S12步驟，將導光板的其中一表面劃分成多個待加工區域。然後，進行S414之光學模擬、進行S416之測試步驟。S416之測試步驟可整合上述圖1之S14步驟~S16步驟和S20步驟~S22步驟，使用一加工設備，對最靠近光源的待加工區域進行微結構加工，並記錄一第一區加工參數(S14步驟)，使用一輝度計，量測從最靠近光源的待加工區域投射而出的一均勻光束所產生的輝度是否落在一預定輝度範圍內(S16步驟)。若是待加工區域之測試通過規範，使用上述加工設備，以第二區加工參數，對緊鄰微結構加工完成區域的另一個待加工區域進行微結構加工(S20步驟)。使用上述輝度計，量測從另一個待加工區域投射而出的另一均勻光束所產生的輝度是否落在預定輝度範圍內(S22步驟)。如果另一均勻光束所產生的輝度沒有落在預定輝度範圍內，則進行S418之修正步驟，並重覆執行步驟S414之模擬步驟及S416之測試步驟。一直到所有的待加工區域都進行過加工和通過測試，才進行步驟S420將設計出之產品進行量產步驟。

本實施例將導光板分成數個區域進行對應的加工和檢測，並且本實施例針對導光板採用局部區域加工、輝度量測和再局部區域加工之模式，因此可以確保導光板整體有良好的均勻性。

〔第二實施例〕

本案以上第一實施例僅考慮設計使得導光板依一維(X方向)的輝度達到產品規格之方法，但沒有考量到二維方向(亦即Y方向)亮度的均勻度。以下根據圖5描述本第二實施例導光板圖案設計方法。圖5顯示本實施例導光板圖案設計方法之方塊圖。圖6顯示本實施例導光板之上視示意圖。以下根據圖5和圖6描述本實 施例導光板圖案設計方法：進行步驟S52，提供一第一導光板602，具有沿著一預定加工方向(即圖6之X方向)和與預定加工方向垂直之垂直加工方向(即圖6之Y方向)，根據第一實施例，其已將導第一光板602的其中一表面依預定加工方向劃分成多個待加工區域X₁~X₅，其中所述預定加工方向為遠離一設置在導光板的其中一側邊旁的光源601的方向，本實施例進一步將各待加工區域分成數個子區域X₁Y₁~X₁Y₈(本發明不限於圖6之5個待加工區域和8個子區域，待加工區域和子區域之數量可依產品的規格和製程的條件改變，例如可以為X₁Y₁~X₁Y_n)。進行步驟S54，於各子區域X₁Y₁~X₁Y₈中進行微結構加工，並使用上述輝度計測量各子區域X₁Y₁~X₁Y₈的輝度，若上述子區域中有任一子區域的輝度均符合規範，記錄符合規範所對應之加工參數。

後續，進行步驟S56，提供一第二導光板，用之前記錄的達到預設輝度的對應之加工參數，對靠近中央的子區域進行微結構加工，並由靠近中央之區域逐步遠離中央之區域進行微結構加工，建立垂直加工方向(即圖6之Y軸)之加工參數。其中建立垂直加工方向參數可以為建立圖7之微結構加工數量對應於Y軸方向距離的曲線圖，並可將此曲線圖應用於後續的導光板。請參照圖7之Y方向微結構加工數量對應於Y軸方向距離的曲線圖，本實施例的微結構加工數量沿Y軸方向呈現一中間低兩側高之拋物線狀的二次曲線，特別是在中央處所需的微結構加工數量最少(a₁個)，而向Y軸方向兩側的微結構加工數量逐漸增加，其原因是對導光板靠近光源位置的出光表面而言，Y軸方向之中央處所接收到之光源的強度最強，而向上側及下側逐漸遞減。因此，Y軸方向之中央處所需要的微結構數量最少，而微結構加工數量向上側及下側逐漸增加，且微結構加工數量在上側方向和下側方向大體上呈現對稱的樣態。由於此特性，在進行垂直加工方向之導光板的微 結構設計時，可僅由一待加工區之中央的子區域向上或向下之一半數量的子區域進行量測即可，得到的加工參數可套用於相反方向的子區域。但是，此一現象在導光板遠離光源位置的出光表面並不適用，甚至可能因為導光板側面貼附反射條的設計而翻轉。

另外，請參照圖8之一實施例沿預定加工方向(即X方向)之微結構加工數量對應於X軸方向距離的曲線圖，如圖8所示，此曲線為沿X軸方向微結構加工數量逐漸增加之二次曲線，換言之，隨著與光源的距離增加，由於導光板接收的光線強度漸減，所需的微結構加工數量逐漸增加，但離光源最近的待加工區的微結構加工數量a₂必定比圖7之待加工區在中央處子區域所需的微結構加工數量a₁大，原因是待加工區在中央處子區域所收到的光線強度最強，該子區域所需的微結構加工數量較整體待加工區之平均微結構加工數少。

根據圖7和圖8之曲線圖，可得到圖9之三維曲線，其可由公式z=ay²+b來實現沿垂直加工方向之導光板從中央依往兩相反側方向遞增(亦即，如圖7所示，從中間之子區域開始往兩上側和下側漸漸升高)的拋物線軌跡，其中z為微結構數量，y為離子區域中央處的垂直距離，x為離子區域中央處的水平距離，a>0，b為常數。

除了上述導光板圖案設計方法，本發明另提供一種用於提升整體均光性的導光板加工系統，以下參照圖2和圖3描述此系統：一光源106設置在一導光板108的其中一側邊旁，其中導光板108的其中一表面沿著一遠離光源106的預定加工方向劃分成多個待加工區域(X₁~X₅，但本發明不限於此，可以為X₁~X_n)。一加工設備(未繪示)依序對多個待加工區域進行微結構加工。一輝度計104與加工設備彼此鄰近，其中輝度計104用於量測從相對應的待加工區域X₁投射而出的一均勻光束所產生的輝度是否落在一預定輝度範圍內。如果從相對應的待加工區域X₁所投射出的均勻光束所 產生的輝度沒有落在預定輝度範圍內，則使用加工設備對相對應的待加工區域X₁再次進行微結構加工。如果從相對應的待加工區域X₁所投射出的均勻光束所產生的輝度是落在預定輝度範圍內，則定義相對應的待加工區域X₁為一微結構加工完成區域。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明的有益效果可以在於，本發明導光板圖案設計方法將導光板分成數個區域進行對應的加工和檢測，並且針對導光板採用局部區域加工、輝度量測和再局部區域加工之模式，因此可以確保導光板整體有良好的均勻性。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

S12、S14、S16、S18、S20、S22、S24‧‧‧步驟

Claims (5)

1. 一種導光板圖案設計方法，包括下列步驟：(a)取一第一導光板，沿著一預定加工方向，將所述第一導光板的其中一表面劃分成多個待加工區域，其中所述預定加工方向為遠離一設置在所述第一導光板的其中一側邊旁的光源的方向；(b)使用一加工設備，對最靠近所述光源的所述待加工區域進行微結構加工，並記錄一第一區加工參數；(c)使用一輝度計，量測從最靠近所述光源的所述待加工區域投射而出的一均勻光束所產生的輝度是否落在一預定輝度範圍內，其中如果所述均勻光束所產生的輝度沒有落在所述預定輝度範圍內，則重覆執行步驟(b)及(c)，並改寫所述第一區加工參數；(d)如果所述均勻光束所產生的輝度是落在所述預定輝度範圍內，則定義最靠近所述光源的所述待加工區域為一微結構加工完成區域，並將所述第一區加工參數填入一整體參數曲線表之一第一數位位置，再以所述第一區加工參數作為一第二區加工參數之起始值；(e)使用所述加工設備，以所述第二區加工參數，對緊鄰所述微結構加工完成區域的另一個所述待加工區域進行微結構加工；(f)使用所述輝度計，量測從另一個所述待加工區域投射而出的另一均勻光束所產生的輝度是否落在所述預定輝度範圍內，其中如果另一所述均勻光束所產生的輝度沒有落在所述預定輝度範圍內，則重覆執行步驟(e)及(f)，並改寫所述第二區加工參數；(g)如果另一所述均勻光束所產生的輝度是落在所述預定輝度 範圍內，則定義另一個所述待加工區域為一微結構加工完成區域，並將所述第二區加工參數填入一整體參數曲線表之一第二數位位置，再以所述第二區加工參數作為一第三區加工參數之起始值；以及(h)針對其餘的所述待加工區域執行步驟(e)、(f)及(g)，直到其餘的所述待加工區域都被定義為微結構加工完成區域，並完成該整體參數曲線表。
2. 如請求項1的導光板圖案設計方法，其中所述預定輝度範圍的平均值符合下列公式：L=(S×P%)/N，其中L為所述預定輝度範圍的平均值，S為所述光源所產生的總輝度，P%所述光源所產生的總輝度通過所述第一導光板後所剩下的百分比，N為多個所述待加工區域的數量。
3. 如請求項1的導光板圖案設計方法，更進一步包括：於步驟(a)、(b)及(c)中將最靠近所述光源的所述待加工區域分成多個子區域，並測量各子區域的輝度，且於當輝度達到目標值時，記錄到達目標值輝度所對應之加工參數；取一第二導光板，用到達所述目標值輝度對應之所述加工參數，對靠近中央的子區域進行微結構加工；以及從靠近中央的子區域逐步朝上側和下側進行微結構加工，建立與所述預定加工方向垂直方向之參數。
4. 一種用於提升整體均光性的導光板加工系統，其包括：一光源，所述光源設置在一導光板的其中一側邊旁，其中所述導光板的其中一表面沿著一遠離所述光源的預定加工方向劃分成多個待加工區域；一加工設備，所述加工設備依序對多個所述待加工區域進行微結構加工；以及一輝度計，所述輝度計與所述加工設備彼此鄰近，其中所述輝度計用於量測從相對應的所述待加工區域投射而出的一均 勻光束所產生的輝度是否落在一預定輝度範圍內；其中，如果從相對應的所述待加工區域所投射出的所述均勻光束所產生的輝度沒有落在所述預定輝度範圍內，則使用所述加工設備對相對應的所述待加工區域再次進行微結構加工；其中，如果從相對應的所述待加工區域所投射出的所述均勻光束所產生的輝度是落在所述預定輝度範圍內，則定義相對應的所述待加工區域為一微結構加工完成區域。
5. 如請求項4的用於提升整體均光性的導光板加工系統，其中所述預定輝度範圍的平均值符合下列公式：L=(S×P%)/N，其中L為所述預定輝度範圍的平均值，S為所述光源所產生的總輝度，P%所述光源所產生的總輝度通過所述導光板後所剩下的百分比，N為多個所述待加工區域的數量。