TWI557453B - Light guide plate - Google Patents

Description

導光板

本發明是有關於一種導光板，特別是指一種出光效率最佳化的導光板。

液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD)因具有高畫質、體積小、重量輕、低驅動電壓、與低消耗功率等優點，所以被廣泛應用於個人數位助理(Personal Digital Assistant；PDA)、行動電話、攝錄放影機、筆記型電腦、桌上型顯示器、車用顯示器、及投影電視等消費性通訊或電子產品。目前市場上常見之液晶顯示器大部分為背光型液晶顯示器，其主要是由位於前端之液晶顯示面板以及位於後端之背光模組所組成，而背光模組依照入光方式不同可區分為側光式入光(Edge Lighting)與直下式入光(Bottom Lighting)兩種。以側向入光式的背光模組而言，通常包含一導光板及多數位於導光板旁側處之發光二極體，該等發光二極體所產生的點狀光線，透過導光板轉換成為均勻的面狀發光，藉以作為液晶顯示器所需的平面光源。

目前液晶顯示器已經逐漸朝向窄邊框設計發展，若要符合窄邊框的設計需求，導光板所能提供給發光二極體元件的混光距離勢必較為不足，而容易在導光板鄰 近發光二極體元件處出現亮暗交替之光斑(hot spot)或噴射狀光斑。為了改善所述光斑問題，在習知設計中有些是如圖1、2所示在導光板1的入光面11或出光面12分別設置一導光結構13，每一導光結構13具有多數連續鄰接的半圓弧形體131。另有些習知設計則是如圖3所示，在導光板2的入光面21設置由多數連續鄰接的半圓弧形體231所構成之導光結構23，另於出光面22設置由多數連續鄰接的三角形體241所構成之導光結構24。

然而上述習知設計，經顯微觀察，光均勻度及各角度之出光效率仍未達最佳化，存在需要再精進之空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種光均勻度及各角度之出光效率仍可達最佳化的導光板。

於是，本發明導光板，包含一入光面、一連接該入光面且與該入光面朝向不同方向的出光面、一設置於該入光面的第一導光結構，及一設置於該出光面的第二導光結構。該第一導光結構設置於該入光面，並包括複數第一條狀元件，每一第一條狀元件具有一平行該入光面的第一延伸軸，及一呈圓弧狀且橫向於該第一延伸軸的橫截面。該第二導光結構設置於該出光面，並包括複數第二條狀元件，每一第二條狀元件具有一平行該出光面的第二延伸軸，及一呈圓弧狀的橫截面。

本發明之功效在於光均勻度及各角度之出光效 率可達最佳化，因而能減少作為光源之發光二極體的使用數量，也能適用於較窄的背光模組之邊框，避免發生光斑問題。

3‧‧‧導光板

31‧‧‧入光面

311‧‧‧第一導光單元

32‧‧‧出光面

321‧‧‧第二導光單元

33‧‧‧第一導光結構

331‧‧‧第一條狀元件

34‧‧‧第二導光結構

341‧‧‧第二條狀元件

5‧‧‧光源

P‧‧‧光源位置

P1‧‧‧峰值

P2‧‧‧峰值

R1‧‧‧加工比

R2‧‧‧加工比

R₃₁₁‧‧‧加工比

R₃₂₁‧‧‧加工比

r1‧‧‧距離

r2‧‧‧距離

r3‧‧‧距離

r4‧‧‧距離

φ‧‧‧圓心角

φ1‧‧‧接觸角

φ2‧‧‧接觸角

I‧‧‧第一方向

II‧‧‧第二方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體示意圖，說明一種習知導光板；圖2是一立體示意圖，說明另一種習知導光板；圖3是一立體示意圖，說明又一種習知導光板；圖4是一立體示意圖，說明本發明導光板之第一實施例；圖5A為一局部放大俯視圖，輔助說明一第一條狀元件的接觸角；圖5B為一局部放大側視圖，輔助說明一第二條狀元件的接觸角；圖6是一立體示意圖，說明本發明導光板之第二實施例；圖7是一立體示意圖，說明本發明導光板之第三實施例；圖8是一立體示意圖，說明本發明導光板之第四實施例；圖9是一示意圖，說明圖6所示之一第一導光結構之加工比；圖10是一示意圖，說明圖6所示之一第二導光結構之 加工比；圖11至20皆是示意圖，說明本發明之導光板於側向入光實驗中，不同參數搭配下於出光面所呈現的光場態樣；圖21是一示意圖，說明一條狀元件的參數；圖22是一立體示意圖，說明該第一導光結構與第二導光結構的變化態樣；圖23為一局部放大俯視圖，說明該等第一條狀元件的排列變化態樣；圖24為一局部放大側視圖，說明該等第一條狀元件的排列變化態樣；及圖25是一立體示意圖，說明該第一導光結構與第二導光結構的變化態樣。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖4、5A與5B，本發明導光板3之第一實施例包含一入光面31、一連接該入光面31且與該入光面31朝向不同方向的出光面32、一設置於該入光面31的第一導光結構33，及一設置於該出光面32的第二導光結構34。該第一導光結構33包括複數設置於該入光面31且連續排列的第一條狀元件331。每一第一條狀元件331具有一沿一第一方向I延伸且平行該入光面31的第一延伸軸，及一呈圓弧狀並具有一接觸角φ1且橫向於該第一延伸軸的橫截面。該第二導光結構34包括複數設置於該出光面32 且連續排列的第二條狀元件341。每一第二條狀元件341具有一沿一第二方向II延伸且平行該出光面32的第二延伸軸，及一呈圓弧狀並具有一接觸角φ2且橫向於該第二延伸軸的橫截面。

該入光面31具有複數第一導光單元311，每一第一導光單元311具有一橫向於該第一延伸軸的第一寬度。在本實施例中，每一第一導光單元311上設置有多數前述的第一條狀元件331。該出光面32具有複數第二導光單元321，每一第二導光單元321具有一橫向於該第二延伸軸的第二寬度。在本實施例中，每一第二導光單元321上僅設置有一個前述的第二條狀元件341。每一第一導光單元311的第一寬度與每一第二導光單元321的第二寬度相對應。

當該導光板3應用於一液晶顯示器(圖未示)，會設置一或多個點狀光源5朝該入光面31發光，因此由前述點狀光源5散發之光線會由該入光面31進入該導光板3，並經由該出光面32出光。因此，前述點狀光源5經由該導光板3可轉換成面狀光源5，使得前述點狀光源5與該導光板3的組合能作為液晶顯示器的背光模組。

參閱圖6，本發明導光板3之第二實施例，與該第一實施例之差異在於：每一第一導光單元311上的該等第一條狀元件331為連續排列設置，但與相鄰第一導光單元311上的第一條狀元件331，是沿著橫向於該第一延伸軸的方向相間隔。相鄰的第二條狀元件341是彼此間隔設 置，且是沿著橫向於該第二延伸軸的方向相間隔。

參閱圖7，本發明導光板3之第三實施例，與該第一實施例之差異在於：每一第一導光單元311僅設置一個第一條狀元件331，而每一第二導光單元321設置多個第二條狀元件341。

參閱圖8，本發明導光板3之第四實施例，與該第三實施例之差異在於：相鄰的第一條狀元件331是彼此間隔設置，且是沿著橫向於該第一延伸軸的方向相間隔。每一第二導光單元321上的第二條狀元件341是連續排列設置於該出光面32上，但與相鄰第二導光單元321上的第二條狀元件341，是沿著橫向於該第二延伸軸的方向相間隔。

要說明的是，該等第一條狀元件331與第二條狀元件341的排列方式不應侷限於本發明所揭露的態樣。例如，相鄰的該等第一條狀元件331可以彼此間隔、相鄰的該等第二條狀元件341可以彼此間隔，或者是該等第一條狀元件331能分別與該等第二條狀元件341相對應。除此之外，本發明亦不侷限於如圖4至8所示，僅有一個第一條狀元件331/第二條狀元件341設置於每一第一導光單元311/第二導光單元321上的態樣。如圖25所示，每一第一導光單元311上設置有多個第一條狀元件331，每一第二導光單元321上設置多個第二條狀元件341。

參閱圖21，一呈圓弧狀的橫截面具有一圓心角φ，而接觸角的角度等於一半的圓心角φ，也就是φ/2。該 橫截面具有一峰值P，P=1-cos(φ/2)。另外，該第一至第四實施例的導光板3滿足下列關係式：1.25×10^-4<R1×P1×R2×P2<2.5×10^-2…………(1)

其中，R1代表該入光面31上設置該等第一條狀元件331的總面積與該入光面31之總面積的比值(或稱為加工比)，P1代表每一第一條狀元件331的峰值，R2代表該出光面32上設置該等第二條狀元件341的總面積與該出光面32之總面積的比值(或稱為加工比)，P2代表每一第二條狀元件341的峰值。較佳地，2.5×10^-1<R1×P1<1，以及5×10^-4<R2×P2<2.5×10^-2。以下內容以第二實施例(圖6)為例說明R1與R2。

參閱圖9，為圖6之實施例中第一導光結構33的示意圖，用以表示該入光面31的R1。每一第一導光單元311的第一寬度是等同於前述之第一導光單元311中的所有第一條狀元件331之寬度的總和，亦即定義為r1，另外，每一第一導光單元311的第二寬度是等同於前述之第一導光單元311中，未被該等第一條狀元件331所佔據之寬度的總和，亦即定義為r2。比值R₃₁₁代表每一第一導光單元311上，該等第一條狀元件331的總寬度與該第一導光單元311之總寬度的比值：R₃₁₁=r1/(r1+r2)。特別說明的是，r1指該等第一條狀元件331接觸該入光面31的寬度。在該第二實施例中，所有第一導光單元311的第一條狀元件331的排列方式皆相同，因此R1的值等於R₃₁₁的值。例如，假設r1=0.8而r2=0.2，則R1=0.8。在第一與第三實施 例(見圖4及圖7)中，所有的第一條狀元件331連續排列設置於該入光面31上，此時r2=0，則R1=1。如圖23所示，在其他實施例中，至少一個第一導光單元311上之第一條狀元件331的排列與其他第一導光單元311上的不同。其中，該入光面31鄰近該光源5的位置定義為第一入光部，如圖23中對應該第一入光部的該等第一導光單元311有三個第一條狀元件331設置於其上。該等第一入光部以外的區域定義為第二入光部，如圖23中對應該等第二入光部的該第一導光單元311有四個第一條狀元件331設置於其上。較佳地，該第一入光部上設置該等第一條狀元件331的總面積與第一入光部之總面積的比值，小於該第二入光部上設置該等第一條狀元件331的總面積與第二入光部之總面積的比值。由於該等第一條狀元件331可以加強該導光板3的亮度，而該等第一入光部比該等第二入光部更接近該等光源5，因此設置該等第一條狀元件331的密度低於該等第二入光部，可減少該導光板3亮度不均勻的問題。

參閱圖10，為圖6之實施例中第二導光結構34的示意圖，用以表示該出光面32的R2。每一第二導光單元321的第二寬度是等同於前述之第二導光單元321中的所有第二條狀元件341之寬度的總和，亦即定義為r3，另外，每一第二導光單元321的第二寬度是等同於前述之第二導光單元321中，未被該等第二條狀元件341所佔據之寬度的總和，亦即定義為r4。R₃₂₁代表每一第二導光單元 321上，該等第二條狀元件341的總寬度與該第二導光單元321之總寬度的比值：R₃₂₁=r3/(r3+r4)。

特別說明的是，r3指該等第二條狀元件341接觸該出光面32的寬度。在該第二實施例中，所有第二導光單元321的第二條狀元件341的排列方式皆相同，因此R2的值等於R₃₂₁的值。例如，假設r3=0.7而r2=0.3，則R2=0.7。在第一與第三實施例(見圖4及圖7)中，所有的第二條狀元件341連續排列設置於該出光面32上，此時r4=0，則R2=1。如圖24所示，在其他實施例中，至少一個第二導光單元321上之第二條狀元件341的排列與其他第二導光單元321上的不同。其中，該出光面32鄰近該光源5的位置定義為第一出光部，如圖24中對應該第一出光部的該等第二導光單元321有三個第二條狀元件341設置於其上。該等第一出光部以外的區域定義為第二出光部，如圖中對應該等第二出光部的該第二導光單元321有四個第二條狀元件341設置於其上。較佳地，該第一出光部上設置該等第二條狀元件341的總面積與第一出光部之總面積的比值，小於該第二出光部上設置該等第二條狀元件341的總面積與第二出光部之總面積的比值。由於該等第二條狀元件341可以加強該導光板3的亮度，而該等第一出光部比該等第二出光部更接近該等光源5，因此設置該等第二條狀元件341的密度低於該等第二出光部，可緩解該導光板3亮度不均勻的問題。

在圖22中，R1及R2的其中之一者等於1，另 一者則小於1。然而，在圖4、7、25中，R1及R2都可以等於1，在圖6或8中，R1及R2都可以小於1。

圖11至20顯示滿足關係式(1)中各種R1、R2及圓心角φ的組合所產生之光場態樣，圖式順序是依照R1×P1×R2×P2的值接近1.25×10^-4排列至接近2.5×10^-2，即由小到大排列，其中P代表光源位置。

當R1×P1×R2×P2的值接近1.25×10^-4，對應的光場如圖11及圖12所示漸趨於點狀光源5態樣，光均勻度不佳。當R1×P1×R2×P2的值介於上、下限值之間時，光場形態如圖13至圖18所示呈現光場擴散漸層態樣，光均勻度佳。又若R1×P1×R2×P2的值趨近於2.5×10^-2，光場形態如圖19及圖20所示呈現向外噴射態樣，光均勻度不佳。

綜上所述，藉由該第一、第二導光結構33、34的設計，光均勻度及各角度之出光效率可達最佳化，因而能減少作為光源5之發光二極體的使用數量，也能適用於較窄的背光模組之邊框，避免發生光斑問題，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧導光板

31‧‧‧入光面

32‧‧‧出光面

33‧‧‧第一導光結構

331‧‧‧第一條狀元件

34‧‧‧第二導光結構

341‧‧‧第二條狀元件

5‧‧‧光源

I‧‧‧第一方向

II‧‧‧第二方向

Claims (20)

1. 一種導光板，包含：一入光面；一出光面，連接該入光面且與該入光面朝向不同方向；一第一導光結構，設置於該入光面，並包括複數第一條狀元件，每一第一條狀元件具有一平行該入光面的第一延伸軸，及一呈圓弧狀且橫向於該第一延伸軸的橫截面；及一第二導光結構，設置於該出光面，並包括複數第二條狀元件，每一第二條狀元件具有一平行該出光面的第二延伸軸，及一呈圓弧狀且橫向於該第二延伸軸的橫截面；關係式：1.25×10^-4<R1×P1×R2×P2<2.5×10^-2，其中，R1代表該入光面上設置該等第一條狀元件的總面積與該入光面之總面積的比值，P1代表每一第一條狀元件的峰值且等於1-cos(φ₁/2)，φ₁/2代表每一第一條狀元件的接觸角，R2代表該出光面上設置該等第二條狀元件的總面積與該出光面之總面積的比值，P2代表每一第二條狀元件的峰值且等於1-cos(φ₂/2)，φ₂/2代表每一第二條狀元件的接觸角。
2. 如請求項1所述的導光板，其中，該入光面具有複數第一導光單元，每一第一導光單元具有一第一寬度，該第一寬度是橫向於該第一延伸軸，該等第一 條狀元件排列在該入光面上，以使至少一個第一條狀元件設置在該第一導光單元上，該出光面具有複數第二導光單元，每一第二導光單元具有一第二寬度，該第二寬度是橫向於該第二延伸軸，該等第二條狀元件排列在該出光面上，以使至少一個第二條狀元件設置在該第二導光單元上。
3. 如請求項2所述的導光板，定義該入光面上設置該等第一條狀元件的總面積與該入光面之總面積的比值為R1，該出光面上設置該等第二條狀元件的總面積與該出光面之總面積的比值為R2，R1與R2中至少其中之一小於1。
4. 如請求項2所述的導光板，其中，該關係式滿足2.5×10^-1<R1×P1<1，以及5×10^-4<R2×P2<2.5×10^-2。
5. 如請求項2所述的導光板，其中，R1與R2中至少其中之一小於1。
6. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，每一第一導光單元的第一寬度與每一第二導光單元的第二寬度相對應，每一第一導光單元有一個前述之第一條狀元件設置於其上，而每一第二導光單元有多個前述之第二條狀元件設置於其上。
7. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，每一第一導光單元的第一寬度與每一第二導光單元的第二寬度相對應，每一第一導光單元有多個前述之第一條狀元件設置於其上，而每一第二導光單元有一 個前述之第二條狀元件設置於其上。
8. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，每一第一導光單元的第一寬度與每一第二導光單元的第二寬度相對應，每一第一導光單元有多個前述之第一條狀元件設置於其上，而每一第二導光單元有多個前述之第二條狀元件設置於其上。
9. 如請求項1至5中任一項所述的導光板，其中，該等第一條狀元件是連續排列設置於該入光面上。
10. 如請求項1至5中任一項所述的導光板，其中，該等第二條狀元件是連續排列設置於該出光面上。
11. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，在任一第一導光單元上的第一條狀元件，與相鄰第一導光單元上的第一條狀元件，是沿著橫向於該第一延伸軸的方向相間隔。
12. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，在任一第二導光單元上的第二條狀元件，與相鄰第二導光單元上的第二條狀元件，是沿著橫向於該第二延伸軸的方向相間隔。
13. 如請求項1至5中任一項所述的導光板，其中，相鄰的第一條狀元件是沿著橫向於該第一延伸軸的方向彼此相間隔。
14. 如請求項1至5中任一項所述的導光板，其中，相鄰的第二條狀元件是沿著橫向於該第二延伸軸的方向彼此相間隔。
15. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，所有第一導光單元上的第一條狀元件皆是相同的排列方式。
16. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，至少一個第一導光單元上的第一條狀元件的排列方式，與其他第一導光單元上的第一條狀元件的排列方式不同。
17. 如請求項1所述的導光板，其中，該入光面對應至少一光源設置而用以接收由該光源散發的光線，該入光面鄰近該光源的位置定義為一第一入光部，該第一入光部以外的區域定義為一第二入光部，該第一入光部上設置該等第一條狀元件的總面積與第一入光部之總面積的比值，小於該第二入光部上設置該等第一條狀元件的總面積與第二入光部之總面積的比值。
18. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，所有第二導光單元上的第二條狀元件皆是相同的排列方式。
19. 如請求項2至5中任一項所述的導光板，其中，至少一個第二導光單元上的第二條狀元件的排列方式，與其他第二導光單元上的第二條狀元件的排列方式不同。
20. 如請求項1所述的導光板，其中，該入光面對應至少一光源設置而用以接收由該光源散發的光線，該出 光面鄰近該光源的位置定義為一第一出光部，該第一出光部以外的區域定義為一第二出光部，該第一出光部上設置該等第二條狀元件的總面積與第一出光部之總面積的比值，小於該第二出光部上設置該等第二條狀元件的總面積與第二出光部之總面積的比值。