TWI578036B - 光導板及含該光導板之背光單元 - Google Patents

光導板及含該光導板之背光單元 Download PDF

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Description

光導板及含該光導板之背光單元
本發明是關於具有增進之直進特性(下文中簡稱為「直度」)與發光亮度(概稱為「光度」)的光導板、以及包含該光導板之背光單元。
近年來，由於影像顯示裝置(最大部分是傳統的CRT顯示器)技術係已大量發展，變得更寬、更輕、且甚至具可撓性而可彎曲的影像顯示裝置(例如液晶顯示器(LCDs)、有機發光二極體(OLEDs)、電子紙)已經被大量導入。此外，現已具競爭性地開發出具有大面積的影像顯示裝置，作為這類影像顯示裝置主動研究的結果。
影像顯示裝置的發展是針對延伸裝置的顯示螢幕。然而近來，顯示螢幕已經延伸至超過人類視野的程度，因此達到了其限制。為此理由，本研究係注重於影像品質的提升，亦即解析度、對比度、色彩重現性等。
在目前導入的技術中，關於影像品質的提升，現有一種螢幕分割驅動方法(「局部調暗」)，其將一背光單元分割為多個區段，並將一光源的亮度與一影像訊號作連結，以降低影像的暗色部分的亮度，但增加亮色部分的亮度，因而明顯提昇對比度，並且同時增加清晰度。
為了有效率地進行這種螢幕分割驅動，需要一光導板以於高亮度下進行具直度之光源均勻發光。
就此方面，韓國專利公開號第2011-50270號提出一種光導板，該光導板在光導板底部上具有一雷射凹面線性圖案，且在光導板頂部上具有一稜鏡圖案；然而，其仍不適於增進一表面光源的直度。
因此，本發明之目的之一在於提供一光導板，其具有絕佳 的直度與光之亮度。
本發明的另一目的在於提供一種背光單元，其包含上述之光導板。
為了完成上述目的，本發明提供下述內容。
(1)一種光導板，其包含設置在其一頂部表面上之一稜鏡圖案，該光導板之特徵在於：該稜鏡在一垂直截面中具有一弧形形狀之上頂部；該垂直截面之一基部長度P係介於50微米至100微米；該弧形的一扇形中心角度θ係介於2°至95°；以及該垂直截面的一基部角度A係介於30°至50°。
(2)根據上述(1)之光導板，其中該扇形中心角度θ對該基部角度A的比例係介於1：0.32至1：25。
(3)根據上述(1)之光導板，其中該扇形中心角度θ對該基部角度A的比例係介於1：0.5至1：2.5。
(4)根據上述(1)之光導板，其中該基部長度P係介於60微米至80微米。
(5)根據上述(1)之光導板，其中該扇形中心角度θ係介於15°至70°。
(6)根據上述(1)之光導板，其中該扇形中心角度θ係介於16.5°至54.5°。
(7)根據上述(1)之光導板，其中該基部角度A係介於35°至50°。
(8)根據上述(1)之光導板，其中該底部表面包含一光散射圖案。
(9)根據上述(8)之光導板，其中該光散射圖案具有一凹面或凸面形狀。
(10)根據上述(8)之光導板，其中該光散射圖案係一凸面線性圖案，其上方具有複數個油墨印刷之圖案；且該等油墨印刷之圖案在其變得更遠離該光源所配置之一位置時係變得更為緻密。
(11)根據上述(8)之光導板，其中該光散射圖案為一凸面線性圖案，其上方具有複數個溝部；且該等溝部在其變得更遠離該光源 所配置之一位置時係變得更為緻密。
(12)一種背光單元，其包含根據上述(1)至(11)中任一者所述之光導板。
(13)一種影像顯示裝置，其包含根據上述(12)所述之背光單元。
本發明之光導板在一頂部表面上具有一圓形稜鏡圖案以增進發光之直度，因而可有用地用以執行螢幕分割驅動，亦即局部調暗。
具有本發明之光導板的影像顯示裝置可均勻發光而無熱點。
此外，具有本發明之光導板的影像顯示裝置具有絕佳的螢幕分割驅動性能，因而可使螢幕顯示器具有絕佳的對比度與清晰度。
θ‧‧‧扇形中心角度
A‧‧‧底部內角
LED‧‧‧發光二極體
O‧‧‧原點
P‧‧‧基部長度
R‧‧‧半徑
100‧‧‧光導板
101‧‧‧基板
102‧‧‧凸面線性圖案
103‧‧‧油墨印刷圖案
104‧‧‧溝部
130‧‧‧圓形稜鏡圖案
200‧‧‧光源
300‧‧‧反射片
從下述詳細說明並結合如附圖式，即可更清楚了解本發明之上述與其他目的、特徵及其他優點，其中：第1圖為一垂直截面圖，其示意說明了根據本發明之一圓形稜鏡的一具體實施例；第2圖為一透視圖，其示意說明了根據本發明之一背光單元的一具體實施例；第3圖為一垂直截面圖，其示意說明了根據本發明之一背光單元的一具體實施例；第4圖為說明根據本發明之亮度評估方法的圖式；第5圖為一圖表，其說明在根據本發明之實驗實例1的每一位置處之亮度；第6圖為一圖表，其說明根據本發明之實驗實例1的直度與平均亮度；第7圖為一圖表，其說明在根據本發明之實驗實例2的每一位置處之亮度； 第8圖為一圖表，其說明根據本發明之實驗實例2的直度與平均亮度；第9圖為一圖表，其說明在根據本發明之實驗實例3的每一位置處之亮度；第10圖為一圖表，其說明根據本發明之實驗實例3的直度與平均亮度；第11圖為一透視圖，其說明根據本發明之光導板的一底部表面圖案之一實例；以及第12圖為一透視圖，其說明根據本發明之光導板的一底部表面圖案之另一實例。
本發明與一種光導板有關，該光導板包含包含設置在其一頂部表面上之一稜鏡圖案，其中該稜鏡在一垂直截面中具有一弧形形狀之上頂部；該垂直截面之一基部長度P係介於50微米至100微米；該弧形的一扇形中心角度θ係介於2°至95°；以及該垂直截面的一基部角度A係介於30°至50°。因此可提供一種具有絕佳的直度與光亮度之光導板，以及一種具有上述光導板之背光單元。在下文中，將參照如附圖式來詳細說明本發明。
稜鏡圖案包含一種圖案，其中稜鏡在垂直截面中具有弧形形狀之上頂部，亦即，一圓形稜鏡係重複地形成為一直線脊部形狀。相較於具有三角形形狀(亦即，正三角形、等腰三角形等)之垂直截面的傳統稜鏡，這種圓形稜鏡具有一垂直截面，其中一上頂部係彎曲為一弧形形狀。
具有一稜鏡圖案之圓形稜鏡應滿足下列需求。
如上所述，圓形稜鏡在其垂直截面中具有一弧形形狀之上頂部。該垂直截面之一基部長度P係介於50微米至100微米；該弧形的一扇形中心角度θ係介於2°至95°；以及該垂直截面的一基部角度A係介於30°至50°。
第1圖說明根據本發明之一具體實施例的圓形稜鏡的垂直截面之示意形態。
第1圖所示之圓形稜鏡的垂直截面具有一雙側向對稱性，其中該稜鏡的一上頂部具有一弧形形狀。然而，根據本發明之圓形稜鏡的垂直截面並非必須要具有雙側向對稱性。
根據本發明之圓形稜鏡的垂直截面之基部長度P係介於50微米至100微米，較佳為60微米至80微米。從直度與自光導板發出光線的亮度之觀點而言，介於50微米至100微米之間的基部長度P是有利的。
關於本發明之圓形稜鏡，其垂直截面的上頂部具有一弧形形狀，其中該弧形的一扇形中心角度θ係介於2°至95°。扇形中心角度θ較佳是介於15°至70°之間，且更佳地是介於介於16.5°至54.5°之間。若是弧形的扇形中心角度小於2°或是大於95°，則從光導板所發出的光的直度與亮度都會明顯劣化。
根據本發明，圓形稜鏡的垂直截面的基部角度A是介於30°至50°之間，且較佳為介於35°至50°之間。若圓形稜鏡的垂直截面的基部角度A小於30°或大於50°，則會有發光直度與亮度明顯劣化的問題。
關於本發明之圓形稜鏡，將基部的兩個端點連接至上弧形的兩個端點的每一條線都是一實質直線。更具體而言，當在基部的兩個端點與上弧形的兩個端點之間畫一條平行於基部的虛擬線時，該虛擬線以及將基部的一個端點連接至該上弧形的一個端點之一線之間所形成的角度係實質上等於基部角度A。
根據本發明，當在圓形稜形的垂直截面底部處之基部長度P、圓形稜鏡的弧形之扇形中心角度θ、以及圓形稜鏡圖案的垂直截面的底部內角(亦即基部角度)A皆落於上述定義範圍內時，即可同時提升從光導板發出的光的直度與亮度。
特別是，當該扇形中心角度θ對該基部角度A的比例介於1：0.32至1：25之間時，即可較佳地增進從光導板發出的光的直度與亮度。
較佳地，當該扇形中心角度θ對該基部角度A的比例(θ：A)介於1：0.5至1：2.5之間時，即可進一步增進光的直度與亮度。舉例而言，當圓形稜鏡的兩個基部角度A都分別設定為40°時，該扇形中心角度θ係介於16°至80°之間。
參閱第1圖，其說明本發明之一具體實施例，如果上述三 個參數都具有落於上述每一個具體範圍內之數值時，則包含根據本發明之圓形稜鏡的上弧形之圓形的中心(原點O)係設置在底部基部上方、或圓形稜鏡外部。因此，包含圓形稜鏡上弧形的一扇形之半徑R具有不同的數值。
如果需要的話，本發明之光導板可視需要而包含在其底部表面上之一光散射圖案(見第3圖、第11圖與第12圖)。藉由此一光散射圖案，通過光導板的頂部表面而發出的光可具有進一步提升之均勻性。
在底部表面上的光散射圖案的形態可包含、但不特定限制於相關領域中用於光散射圖案的任何一種。
底部表面圖案可為一凸面或凹面線性圖案。圖案的形態可包含一透鏡、陣列透鏡、稜鏡、或多邊形等。陣列透鏡形狀可具有半圓形或半橢圓形形狀之截面。或者是，散射圖案密度可隨著該圖案遠離光源配置之位置而增加，或是該密度可與距離無關而維持固定。
底部表面圖案可包含例如一凸面線性圖案。此圖案可由與基板相同或不同材料所形成。舉例而言，該圖案可包含一透光樹脂。透光樹脂可包含甲基丙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、苯乙烯樹脂、脂族烯樹脂、聚酯樹脂等。
形成在底部表面上的線性圖案可具有、但不限制於不同圖案之截面。舉例而言，可使用一圓形稜鏡圖案、三角形稜鏡圖案或透鏡陣列圖案。
就形成在底部表面上的圖案而言，圓形稜鏡圖案是指具有三角形截面之圖案，其中一上頂部係形成為弧形。三角形稜鏡圖案是指具有一三角形截面之圖案。此外，透鏡陣列圖案表示一種具有半圓形或半橢圓形截面之圖案。
第11圖為一透視圖，其說明根據本發明之光導板的底部表面圖案之一實例。如第11圖所示，本發明之一光導板100包含一基板101、形成於基板101的一底部表面上之凸面線性圖案102、以及形成在凸面線性圖案102的交界面上之複數個油墨印刷圖案103。
形成油墨印刷圖案的位置並沒有特別限制。第11圖說明了根據本發明一具體實施例之一底部表面圖案的實例，其中複數個油墨印刷 圖案103係僅形成在一線性圖案的交界面上，然而其他的具體實施例亦可包含形成在一線性圖案的峰部上之油墨印刷圖案。在另一具體實施例中，該油墨印刷圖案係形成在一線性圖案的斜面上。此外，在另一具體實施例中，該等油墨印刷圖案係可形成在一大面積上方，以覆蓋複數個線性圖案。
油墨印刷圖案的形態並無特別限制。舉例而言，可使用一點狀類型，如第11圖所示。
一種油墨印刷圖案之形成方法係包含、但不限於：例如網版印刷、平版印刷、噴墨印刷等。為了快速形成一精確且均勻的印刷圖案，較佳是採用網版印刷。
本發明之光導板包含在板的底部表面上為一凸面線性圖案之複數個油墨印刷圖案，該等油墨印刷圖案之間具有可變化間距，藉此進一步提升發光之亮度與直度。
或者是，如第12圖所示，凸面線性圖案102係形成在根據本發明之光導板100的基板101的一底部表面上，且在該凸面線性圖案102上更進一步形成複數個溝部104，其中該等溝部104隨其漸遠離光源配置的位置而以減少之間距緊密配置。
形成溝部104的位置並沒有特別限定。第12圖說明了根據本發明之一具體實施例之一底部表面圖案的另一實例，其中所述複數個溝部104係僅形成在圖案的峰部上，但本發明之另一具體實施例係可包含形成在圖案的一谷部上之溝部，同時本發明的另外一個具體實施例則包含形成在圖案的斜面上之溝部。
可藉由任何一種在圖案上形成溝部的方法來形成溝部，其並無特別限制；然而，為了形成精確且均勻的溝部，較佳是使用雷射輻射。
本發明之光導板包含以變化之間距設於凸面線性圖案上的複數個溝部，因此其進一步可觀地增進發光之亮度與直度。
根據本發明之光導板的基部樹脂可包含該領域中所使用之任何材料。舉例而言，可使用選自丙烯樹脂、苯乙烯-丙烯共聚物樹脂、苯乙烯樹脂、苯乙烯-丙烯腈樹脂、以及聚碳酸酯樹脂之樹脂中的至少其中一種來作為基部樹脂。光導板也可進一步包含一UV吸收劑、膨脹劑、抗氧化劑或離型劑以及基部樹脂至少其中之一。
類似於傳統的光導板，本發明之光導板可進一步包含一功能層，其係設置在底部或頂部表面上，或可形成為具有功能性之光導板。功能層的基部樹脂可包含例示為光導板中基板的基部樹脂之樹脂、或可與光導板的基部樹脂為相同樹脂。否則，也可使用其他樹脂。此一功能層可進一步包含一UV吸收劑、熱穩定劑、抗氧化劑、抗靜電劑、螢光白化劑與離型劑中至少其中一種，且或者是，可將這些功能性材料添加至基部樹脂中。
光導板之製備方法並不受特別限制，而可包含各種製程，例如擠出成形、真空成形、熱壓成形、拉引成形、薄膜層積、溶劑接合、表面塗佈、UV固化、熱固化等。然而，考量到生產的簡易性，較佳係使用擠出成形或UV固化。考量生產成本與產量，較佳係使用擠出成形。
本發明之光導板可與一光源一起使用，以製造一背光單元。從光源發出的光係射入至光導板的一側面中。光源係配置在側面附近或其他位置。
雖然是使用一種邊緣類型的背光單元(其具有之光源係配置為與光導板的側面相對)，光源也可配置在任何其他位置上，只要有一替代反射裝置可使光線射到光導板的側面上。
對於邊緣類型的背光單元而言，光源係設置在光導板的任一側或兩側上。
光源可為，例如一發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)、熱陰極螢光燈、或冷陰極螢光燈等，並無特別限制。
關於本發明之背光模組，如第3圖所示，若一光源200係配置在一光導板100的側面上，則一圓形稜鏡圖案130係配置在光導板100的頂部上，因此光源200是配置在圓形稜鏡圖案130的長度方向中的兩個端部處，否則，光源200則是配置在與上述方向垂直之橫向方向中的位置處。
較佳為，如第2圖中示意所示者，鑑於減少熱點與發光的均勻性，較佳為圓形稜鏡圖案130的方向係設置為使得光源200設置在圓形稜鏡圖案的長度方向中的兩端。
此外，一反射片300係進一步包含於光導板100的底部表 面上。反射片300係用以使光反射而朝向光導板100的底部發射，然後將反射光再次導入光導板100中，可採用相關領域中所使用之任何傳統反射片300，其並無特定限制。
同時，如果需要的話，光導板100係可於其頂部表面上進一步包含一擴散片、微透性片、稜鏡片、雙亮度增強薄膜(DBEF)、或保護片等。
本發明之光導板100可被包含於一影像顯示裝置中而作為其一構成構件。影像顯示裝置並沒有特別限制，只要該裝置需要一替代表面光源來顯示影像，且可包含例如一液晶顯示器(LCD)。此外，上述光導板100係可作為一構成構件使用，以對一一般發光裝置提供一表面光源。
在下文中，將參照實例與實驗實例來說明較佳具體實施例，以更具體了解本發明。然而，該領域技術人士明顯可知這類具體實施例的各種修飾例與替代例亦屬可行，且不應解釋為將本發明之範疇限制於下列具體實施例。
實例
實例1至6：改變基部
製備由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(折射率：1.49)所組成之光導板，並在光導板的頂部表面上形成具有如下表1中所列技術特徵之圓形稜鏡圖案。
實驗實例1
由一千萬束LED射線所組成之光源係配置在上述製備之光導板的側面上，在LED發光角度為120度、且LED發光亮度為35流明(lumens)的條件下，測量從光導板所發出之光的直度與相對亮度。
如第4圖所示意說明，當第N個區塊中的LED光源(其中每一個區塊都包含八個至十二個LED光源)都為開啟、並同時關閉其他區塊中的光源時，直度是計算為從連接第N+3個區塊中之光源的一直線部所發出的光的亮度與從連接光導板中第N個區塊中之光源的另一直線部所發出的光的亮度之相對比例。當上述比例降低時，光直度即得提升。亮度是利用亮度計來加以測量(型號：BM-7，日本TOPCON公司)。
測量結果係顯示於表2、第5圖(每一個位置的亮度)、以及第6圖(直度與平均亮度)中。
參閱表2與第5圖，可知從實例中所製備的每一個光導板發出的光係呈現出顯著增進之亮度或在光源附近之絕佳直度。同時，參閱表2與第6圖，可知從實例中所製備的每一個光導板發出的光都具有絕佳直度與高平均亮度。
實例7至11：改變底部內角
製備由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(折射率：1.49)所組成之光導板，並在光導板的頂部表面上形成具有如下表3中所列技術特徵之圓形稜鏡圖案。
[表3]
實驗實例2
由一千萬束LED射線所組成之光源係配置在上述製備之光導板的側面上，在LED發光角度為120度、且LED發光亮度為35流明(lumens)的條件下，測量從光導板所發出之光的直度與相對亮度。測量結果係顯示於表4、第7圖(每一個位置的亮度)、以及第8圖(直度與平均亮度)中。
參閱表4與第7圖，可知從實例中所製備的每一個光導板發出的光係呈現出顯著增進之亮度或在光源附近之絕佳直度。同時，參閱表4與第8圖，可知從實例中所製備的每一個光導板發出的光都具有絕佳直度與高平均亮度。
實驗實例3：改變圖案的截面
關於在頂部表面上分別為沒有圖案(即平坦)、透鏡類型圖案(Lens)以及稜鏡類型圖案(prism)之光導板，製備由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(折射率：1.49)所組成之光導板。測量從這些光導板所發出 之光的直度與相對亮度，且其結果係與實例3中所製備之光導板的測量結果互相比較。測量結果係顯示於表5、第9圖(每一個位置的亮度)、以及第10圖(直度與平均亮度)中。
就稜鏡類型圖案而言，係以如實例3所述之相同程序來製備光導板，不同的是其上頂部係呈一銳角。就透鏡類型圖案而言，係以如實例3所述之相同程序來製備光導板，不同的是一透鏡係具有20微米之高度以及圓形形狀的基部(直徑為40微米)，且上述之這類透鏡係排列為一直線而形成圖案。
參閱表5與第9圖，可知從實例3中所製備的每一個光導板發出的光係呈現出顯著增進之亮度或在光源附近之絕佳直度；然而，發現到其他的光導板在每一位置處僅有小量的亮度差異。特別是，平坦類型與透鏡類型係呈現出非常部好的直度。同時，參閱表5與第10圖，可知實例3顯現出絕佳的直度與高平均亮度；然而，稜鏡類型之光導板係具有比本發明之光導板都更低的直度與亮度，而透鏡類型與平坦類型之光導板則具有最低的直度與亮度。
θ‧‧‧扇形中心角度
A‧‧‧底部內角
O‧‧‧原點
P‧‧‧基部長度
R‧‧‧半徑

Claims (13)

  1. 一種光導板，其包含：一基板，其具有一頂部表面與一底部表面；以及一稜鏡圖案，其係設於該基板的該頂部表面上，其中該稜鏡在一垂直截面中具有一弧形形狀之一上頂部；該垂直截面之一基部長度P係介於50微米至100微米；該弧形的一扇形中心角度θ係介於2°至95°；以及該垂直截面的一基部角度A係介於30°至50°，其中從該稜鏡的該垂直截面一上弧形的兩個端點分別連接於該稜鏡的該垂直截面一基部的兩個端點的一線為一直線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該扇形中心角度θ對該基部角度A的比例係介於1：0.32至1：25。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該扇形中心角度θ對該基部角度A的比例係介於1：0.5至1：2.5。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該基部長度P係介於60微米至80微米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該扇形中心角度θ係介於15°至70°。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該扇形中心角度θ係介於16.5°至54.5°。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該基部角度A係介於35°至50°。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該光導板在該光導板的該底部表面上包含一光散射圖案。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光導板，其中該光散射圖案具有一凹面或凸面形狀。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之光導板，其中該光散射圖案係一凸面線性圖案，其上方具有複數個油墨印刷之圖案；且該等油墨印刷之圖案在其變得更遠離該光源所配置之一位置時變得更為緻密。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之光導板，其中該光散射圖案為一凸面線性圖案，其上方具有複數個溝部；且該等溝部在其變得更遠離該光源所配置之一位置時變得更為緻密。
  12. 一種背光單元，其包含如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述之光導板。
  13. 一種影像顯示裝置，其包含如申請專利範圍第12項所述之背光單元。
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