TWI604238B - 可消除熱點現象之導光板及其背光模組 - Google Patents

Description

可消除熱點現象之導光板及其背光模組

本發明係與導光板領域相關，尤其是一種可消除熱點現象之導光板及其背光模組。

導光板為用以導引光線形成面光源之光學元件，並被廣泛地應用於背光模組或燈具等裝置中。以背光模組為例，早期視光源與導光板之相對位置而可分為直下式與側入式兩種，近年來鑒於電子裝置漸趨輕薄，背光模組也被要求朝該方向設計，因此厚重的直下式背光模組漸被側入式背光模組取代。在側入式背光模組中，作為光源之發光二極體(下稱LED)一般係間隔設置於導光板側邊，使各LED的光線分別由導光板之一入光側進入內部，並於導光板形成面光源出光。

由於LED具有限展光角度，因此導光板靠近LED且落於展光範圍內的區域會形成亮區，非位於展光範圍內的區域則相對形成暗區。該些亮區與暗區造成的交錯出光現象，即為熱點或稱亮點(Hot Spot)現象。為了消除熱點現象，相關業者係針對導光板設計多種結構以求增大各LED的入射角度，以降低暗區面積。例如在導光板入光側另增設傾斜狀導光元件，以調整光線的行進路線解決亮暗區的問題，或於入光側表面設置與LED光源呈交錯設置之展光微結構，以藉展光微結構調整LED光源入射至導光 板的角度，有效減少暗區面積而消除熱點現象。惟前述結構雖似可緩解熱點現象問題，但卻仍具展光效果不佳，或是加工不易等不妥之處。而後遂有採取透過在入光側表面設置表面粗糙度為0.5~0.7微米之霧面擴散結構，以求有效地促進光線均勻分布之方式，但仍成效不彰。

因此如何更有效消除LED光源於導光板形成之熱點現象，而提供更佳的出光效果甚或減縮電子裝置的邊框寬度，仍為當前業者需投入諸多心力探究之課題。

本發明之一目的，旨在提供一種可消除熱點現象之導光板及其背光模組，透過導光板入光面之結構設計，而可有效消除亮暗不均的出光現象，提高導光板之光學品味。

為達上述目的，本發明於一實施方式中揭露一種可消除熱點現象之導光板，其包括一入光面，供以接收至少一點光源之光線；及複數展光齒，呈接續排列形成於該入光面，該點光源係對應至少任三相鄰之該些展光齒，使該點光源於該入光面之投影面積涵蓋所述至少三相鄰之該些展光齒；其中，各該展光齒之表面粗糙度大於0.9μm，該點光源之光線係先投射到對應的至少任三相鄰之該些展光齒，通過該些展光齒的結構而散射，並同時通過其表面粗糙度大於0.9μm的結構而漫射，以提升進入該入光面之光線入射展角，進而消除熱點現象。藉此，導光板透過展光齒及其表面粗糙度大於0.9μm之結構，有效調整入射光線路徑，同時限定點光源至少需對應三個相鄰展光齒以確保前述結構相對點光源光線之調整效果，進而達到消除熱點現象之成效。

於另一實施方式中，各該展光齒之軸線相對該入光面短邊具有一偏斜角度θ，且θ≦15度。受加工方式影響或因應調光需求，各展光齒可為傾斜態樣，並在前述偏斜角度θ≦15度時，可獲得最佳之出光均勻效果。

展光齒可採用各種加工方式製成，於一實施方式中係揭露該等展光齒為拋銑加工展光齒，以使導光板可快速量產且具高良率。

此外，於再一實施方式中，該等展光齒分別為V形柱體並於該入光面排列形成鋸齒狀，而可有效地調整來自點光源之入射光線。

或於另一實施方式中，該等展光齒分別為弧形柱體並於該入光面排列形成波浪狀，亦可達到極佳之展光效果。

本發明於亦一實施方式中揭示一種可消除熱點現象之背光模組，其包括：至少一點光源；及一導光板，具有一入光面，供以接收該點光源之光線，且該入光面具有呈接續排列設置之複數展光齒，該點光源係對應至少任三相鄰之該些展光齒，使該點光源於該入光面之投影面積涵蓋所述至少三相鄰之該些展光齒；其中，各該展光齒之表面粗糙度大於0.9μm，該點光源之光線係先投射到對應的至少任三相鄰之該些展光齒，通過該些展光齒的結構而散射，並同時通過其表面粗糙度大於0.9μm的結構而漫射，以提升進入該入光面之光線入射展角，進而消除熱點現象。藉由展光齒與其表面粗糙度大於0.9μm之結構，係可有效地調整點光源入射至導光板的光線路徑，並限定點光源需對應至少相鄰之三個展光齒，以確保展光齒結構可有效地增加入射光展角。

前述展光齒可為平行入光面短邊之態樣，亦可如一實施方式 中所揭露，各該展光齒之軸線相對該入光面短邊具有一偏斜角度θ，且θ≦15度而為傾斜態樣，透過偏斜角度θ之限定係可避免展光齒過於傾斜而影響光學效果。

同樣地，展光齒可視需求透過各種加工方式製成，本發明於一實施方式中則揭露該等展光齒係為拋銑加工展光齒，以使導光板獲得較佳良率及可達快速量產目的。

此外，於再一實施方式中，該等展光齒分別為V形柱體並於該入光面排列形成鋸齒狀，以獲得較佳之調光效果。

或於次一實施方式，該等展光齒分別為弧形柱體並於該入光面排列形成波浪狀，亦可達到極佳之展光效果。

綜上所述，本發明所揭示之可消除熱點現象之導光板及其背光模組，係透過形成於入光面之展光齒與其具表面粗糙度的結構設置，有效利用光學特性調整入射光線角度，達到增加光線展角效果進而消除亮暗不均之熱點現象。本發明亦限制點光源需對應至少三個相鄰之展光齒，以利展光齒對點光源達到確實且有效的調光效果。此外，該些展光齒之態樣可為V形柱體或弧形柱體等並可為傾斜設置，並經實驗後限定展光齒偏斜角度需小於等於15度，以防止展光齒過於傾斜而影響光學效果。

1‧‧‧導光板

10‧‧‧入光面

11‧‧‧展光齒

12‧‧‧出光面

2‧‧‧點光源

3‧‧‧背光模組

θ‧‧‧偏斜角度

第1圖，為本發明一實施方式之導光板示意圖。

第2圖，為本發明一實施方式之導光板前視圖。

第3圖，為本發明一實施方式之點光源及導光板示意圖。

第4圖，為本發明一實施方式之導光板應用示意圖。

第5圖，為本發明一實施方式另一實施態樣之導光板示意圖。

光線具有極為敏銳之物理特性，些微的結構變更皆有可能使其發散角度導向與預期完全相反之結果，因此在設計導光板時須注意諸多結構細節。本發明人於開發導光板初期，為可得知入光側表面之展光微結構與粗糙面對於入射光線展角的影響，遂以四組不同的導光板進行實驗比對，第一組為入光側表面不具展光微結構且為拋光鏡面之導光板；第二組為入光側表面不具展光齒但為粗糙霧面之導光板；第三組為入光側表面具有展光微結構但為拋光鏡面之導光板；最後第四組為入光側表面具有展光微結構且為粗糙霧面之導光板。配合光源進行分析比對後得知，第一組導光板會產生菱格紋的亮暗嚴重熱點現象；第二組導光板則會產生亮暗相間之熱點現象；第三組導光板相較之下具有較輕微之熱點現象；而第四組導光板幾乎無熱點現象產生。此結果即驗證具有展光微結構且其為平整鏡面之導光板，相較具有展光微結構其為粗糙霧面之導光板展光效果較差，而具較低的光學品味。證實入光側表面若為霧面時，確可減緩熱點現象，並依據前述結果，本發明人續以構思並提出對於消除熱點現象具有最佳效果之導光板結構。

請參閱第1、2、3及4圖，其係為本發明一實施方式之導光板示意圖、導光板前視圖、點光源及導光板示意圖及導光板應用示意圖。本發明於此揭示一種可消除熱點現象之導光板1，其包括一入光面10、複數展光齒11及一出光面12。入光面10供以接收至少一點光源2之光線， 於本實施方式中點光源2係為複數間隔設置並可分別為一發光二極體。展光齒11呈接續排列形成於入光面10，點光源係對應至少三相鄰之展光齒11，使點光源2於入光面10之投影面積涵蓋前述至少三個相鄰之展光齒11，避免展光齒11無法有效增展進入導光板1之入射角度。其中，各該展光齒11的表面粗糙度大於0.9μm，點光源2之光線係先投射到對應的至少任三相鄰之該些展光齒11，通過展光齒11的結構而散射，並同時通過展光齒11表面粗糙度大於0.9μm之結構而漫射，以提升進入入光面10之光線入射展角，進而消除熱點現象。其中，於此表面粗糙度之定義係指展光齒11表面具有不規則設置之凸出顆粒，並凸出顆粒之高度係大於0.9μm，而使各展光齒11表面呈現非平滑狀態。光通過不均勻介質時產生部分光線偏離原行進方向之情況，稱之為散射現象，而光照射至物體粗糙表面時無序的向四周反射之現象則稱之為漫射。因此當點光源2之光線投射至入光面10時，其上之展光齒11則會造成部分光線偏離原行進方向而更加向外擴展，部分光線通過展光齒11表面時則受其粗糙表面而無序地向四周反射，而可達到均勻混光之效。出光面12鄰接於入光面10並與其相互垂直，且在出光面12上係可佈設網點結構(圖中未示)，以使通過展光齒11進入導光板1之光線於出光面12形成出光，例如可使網點結構的佈設密度由臨近入光面10側朝另側漸增，惟網點結構之佈設已為習知技術，於此即不再贅述。

原則上，當物體表面越粗糙，對於光線造成的漫射現象越明顯，但物體仍須在一定的表面粗糙度下，方可確切地使光線產生漫射。為取得適切的表面粗糙度數值，本發明人分別針對具不同具表面粗糙度展光齒之導光板進行測試。用以實驗之各導光板厚度為0.6mm，展光調整距離(A) 與點光源間距(P)之比值係為0.8。其中展光調整距離(A)與點光源間距(P)之比值係為導光板開發中常被使用的設計要件，導光板配合使用之點光源一般多為複數且間隔設置，受限於點光源自身的發光角度，各點光源之間距會進一步影響入射光在導光板的亮暗分布狀態。而展光調整所需距離係指導光板於鄰近入光面處，產生熱點現象之區域邊界至入光面邊緣的距離值，一般稱該區為過渡區。當前述比值關係(AP ratio)越小，在導光板後續應用至顯示裝置或照明燈具時，其所需的邊框寬度則可越為減縮，在設計導光板時，會希望前述比值越小越好，亦即使導光板產生熱點現象之區域越小越好，以更利於達到大面積顯示之需求。

由實驗結果得知，當展光齒11的表面粗糙度在0.9μm以下時，其調光效果係近似鏡面展光齒，仍會產生熱點現象。當展光齒11的表面粗糙度在0.9μm以上時，始出現較佳的均勻出光效果，證明可有效地使光線產生漫射現象進而增加展光角度，故本發明係將展光齒之表面粗糙度限制於0.9μm以上。本發明透過多重光學實驗，係得到相反於以往技術揭露之粗糙度數值，相較於先前技術而言，本發明屬反向教示，進而得出具展光齒11及其0.9μm以上的表面粗糙度之導光板1，係可有效地消除熱點現象帶來的出光不均。

此外，欲於入光面10形成該些展光齒11，可透過多種加工方式達成，於本實施方式中，展光齒11係屬拋銑加工展光齒。而各展光齒11軸線除可與入光面10短邊相互平行外，亦可使各展光齒11之軸線相對入光面10短邊形成一偏斜角度θ，並θ≦15度，如第2圖所示。如前述，光線極為敏感，因此當展光齒11為傾斜態樣時，於不同的偏斜角度θ下， 可能都會對光線造成極大影響而無法消除熱點現象，甚或造成反效果導致亮暗更為明顯。因此對於偏斜角度θ，本發明亦透過反覆實驗以獲得可容許之最大值。並由實驗結果得知，倘若偏斜角度θ大於15度，則調光效果會受到大幅影響，故限定偏斜角度θ須小於或等於15度。

此外，本實施方式中，該些展光齒11分別為V形柱體並於入光面排列形成鋸齒狀，如第1圖所示。透過V形柱體之展光齒11，可有效地使點光源2之光線透過該些展光齒11結構而散射，擴大各點光源2的入光展角。

請續參閱第5圖，其係為本發明一實施方式另一實施態樣之導光板示意圖。導光板1之展光齒11除了可為V形柱體接續排列設置於入光面10外，亦可如第4圖所示，而分別為弧形柱體且於入光面10排列形成波浪狀，此態樣之展光齒11亦可使入射光線受弧形柱體之展光齒11而產生散射現象，增大光線入射展角。

請復參閱第2~5圖，本發明亦揭露一種可消除熱點現象之背光模組3，其包括至少一點光源2及一導光板1。點光源2可為發光二極體並為複數間隔設置，導光板1具有入光面10以接收點光源2之光線，且入光面10具有接續排列設置之展光齒11，點光源2並對應至少任三相鄰的展光齒11，使點光源2於入光面10的投影面積涵蓋前述的至少三個相鄰之展光齒11，防止展光齒11無法有效導引入射光線擴大其展角。其中，各展光齒11表面粗糙度係大於0.9μm，點光源2之光線投射至對應的至少任三相鄰之展光齒11，通過該些展光齒11結構而形成散射現象，同時通過展光齒11表面粗糙度大於0.9μm之結構而漫射，藉此提升進入入光面10的光 線入射展角，進而消除熱點現象。

關於導光板之設計與實驗過程已於前提及，於此即不再贅述。同樣地，入光面10之展光齒11可透過多種加工方式達成，例如於此揭露之展光齒11即屬拋銑加工展光齒。而各展光齒11軸線除可平行於入光面10短邊外，各展光齒11之軸線亦可相對入光面10短邊具有一偏斜角度θ，並θ≦15度。偏斜角度θ的最大值，係透過反覆實驗而取得，當偏斜角度θ大於15度時，導光板1之調光效果會受到大幅影響，故本實施方式係限定偏斜角度θ須小於或等於15度。

而該些展光齒11之態樣則可如第2及3圖所示，分別為V形柱體並於入光面10排列形成鋸齒狀。或如第4圖所示，各展光齒11係分別為弧形柱體且於入光面10排列形成波浪狀。V形柱體或弧形柱體之展光齒11皆可有效地使通過之入射光線產生散射，而進一步提升入射光展角。

綜上所述，本發明所揭示之可消除熱點現象之導光板及其背光模組，係透過形成於入光面之展光齒結構與其具表面粗糙度的數值限定，有效利用光學特性調整入射光線角度，達到增加光線展角效果進而消除亮暗不均之熱點現象。並點光源之投影面積需涵蓋至少三個相鄰之展光齒，以利展光齒可對點光源達到確實且有效地調光效果。此外倘若展光齒為傾斜設置時，透過實驗結果取得展光齒之偏斜角度需小於等於15度，以防止展光齒過於傾斜而影響光學效果。

惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

1‧‧‧導光板

10‧‧‧入光面

11‧‧‧展光齒

12‧‧‧出光面

Claims (8)

1. 一種可消除熱點現象之導光板，其包括：一入光面，供以接收至少一點光源之光線；及複數展光齒，呈接續排列形成於該入光面，該點光源係對應至少任三相鄰之該些展光齒，使該點光源於該入光面之投影面積涵蓋所述至少三相鄰之該些展光齒；其中，各該展光齒之表面粗糙度大於0.9μm，該點光源之光線係先投射到對應的至少任三相鄰之該些展光齒，通過該些展光齒的結構而散射，並同時通過其表面粗糙度大於0.9μm的結構而漫射，以提升進入該入光面之光線入射展角，進而消除熱點現象，其中，各該展光齒之軸線相對該入光面短邊具有一偏斜角度θ，且θ≦15度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可消除熱點現象之導光板，其中，該等展光齒係為拋銑加工展光齒。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可消除熱點現象之導光板，其中，該等展光齒分別為V形柱體並於該入光面排列形成鋸齒狀。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可消除熱點現象之導光板，其中，該等展光齒分別為弧形柱體並於該入光面排列形成波浪狀。
5. 一種可消除熱點現象之背光模組，其包括：至少一點光源；及一導光板，具有一入光面，供以接收該點光源之光線，且該入光面具有呈接續排列設置之複數展光齒，該點光源係對應至少任三相鄰之該些展光齒，使該點光源於該入光面之投影面積涵蓋所述至少三相鄰之該 些展光齒；其中，各該展光齒之表面粗糙度大於0.9μm，該點光源之光線係先投射到對應的至少任三相鄰之該些展光齒，通過該些展光齒的結構而散射，並同時通過其表面粗糙度大於0.9μm的結構而漫射，以提升進入該入光面之光線入射展角，進而消除熱點現象，其中，各該展光齒之軸線相對該入光面短邊具有一偏斜角度θ，且θ≦15度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之可消除熱點現象之背光模組，其中，該等展光齒係為拋銑加工展光齒。
7. 如申請專利範圍第5項所述之可消除熱點現象之背光模組，其中，該等展光齒分別為V形柱體並於該入光面排列形成鋸齒狀。
8. 如申請專利範圍第5項所述之可消除熱點現象之背光模組，其中，該等展光齒分別為弧形柱體並於該入光面排列形成波浪狀。