TWI679454B - 導光板、背光模組及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種導光板、背光模組及顯示裝置。導光板包含本體及數個光學結構。本體具有入光面、反入光面、及光學面。入光面相對反入光面，光學面連接入光面與反入光面，且入光面面向光源。光學結構設在光學面上。每一光學結構包含第一光作用面朝向入光面、及第二光作用面朝向反入光面。第一光作用面與第二光作用面為相異傾斜方向的斜面且形成非對稱狀。第一光作用面相對於光學面具有第一夾角，第二光作用面相對於光學面具有第二夾角。第一夾角大於第二夾角，且第二夾角大於0度。導光板的出光角是隨著第一夾角的角度呈指數遞減。

Description

導光板、背光模組及顯示裝置

本發明是有關於一種導光元件及其應用，且特別是有關於一種導光板、背光模組及顯示裝置。

請先參照圖1A所示，其係繪示依照習知之一種背光模組之裝置示意圖。習知背光模組100主要包含光源110以及導光板120。導光板120具有入光面121、反入光面122以及反射面123，其中入光面121相對反入光面122，且反射面123連接入光面121與反入光面122。

為了達到反射光線之目的，反射面123上設有數個微結構124，且微結構124從側面看起來是非對稱三角形，微結構124具有第一表面124a以及第二表面124b。第一表面124a相對反射面123具有第一夾角α1，第二表面124b相對反射面123具有第二夾角β1。其中，第一夾角α1通常會設計在40~60度之間，並增加第二表面124b的面積，以增加光源110所射出之光線L1的反射量。

然而，當部分光線行進到反入光面122時，會被反入光面122反射，而朝著入光面121的方向行進(例如光 線L2)。當光線L2射向微結構124的第一表面124a時，就會形成漫射光射出。另請一併參照圖1B，其係繪示習知背光模組所產生之出光角與能量的關係示意圖。由圖1B可知，光源110所產生的部分光線L1朝向反入光面122的方向行進時，可被微結構124的第二表面124b反射而從導光板120的出光面出光，而形成+Y方向之60~90度出光角的光線。相反地，被反入光面122反射的光線L2射向微結構124的第一表面124a後，導光板120的出光面並未顯示出有效之-Y方向之出光角的能量，這表示光線L2射向第一表面124a後，可能直接穿出導光板120，導致喪失部分可利用之光線。

因此，本發明之一目的是在提供一種導光板、背光模組及顯示裝置，其中導光板的光學結構設計可增加光的利用效率。

根據本發明之上述目的，提出一種導光板。此導光板適用以將光源所產生之光線導出。導光板主要包含本體以及複數個光學結構。本體具有入光面、反入光面、以及光學面。其中，入光面相對反入光面，光學面連接入光面與反入光面，且入光面面向光源。光學結構設置在光學面上。每一個光學結構包含第一光作用面以及第二光作用面，第一光作用面是朝向入光面，第二光作用面是朝向反入光面，第一光作用面與第二光作用面為相異傾斜方向的斜面且形成非對稱狀。第一光作用面相對於光學面具有第一夾角，第二 光作用面相對於光學面具有第二夾角。其中，第一夾角大於第二夾角，第二夾角大於0度，且導光板導出光線之出光角是隨著第一夾角的角度呈指數遞減。

依據本發明之一實施例，上述之第一夾角小於或等於10度，且大於或等於2度，第一夾角大於或等於2倍之第二夾角。

依據本發明之一實施例，上述之第一夾角等於2倍至小於8倍之第二夾角。

依據本發明之一實施例，上述之出光角與第一夾角的關係式為：φ=A+B×Exp(-α/C)；其中φ為出光角，α為第一夾角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。

根據本發明之上述目的，另提出一種背光模組。此背光模組包含光源、導光板、以及稜鏡片。導光板適用以將光源所產生之光線導出。導光板主要包含本體以及複數個光學結構。本體具有入光面、反入光面、以及光學面。其中，入光面相對反入光面，光學面連接入光面與反入光面，且入光面面向光源。光學結構設置在光學面上。每一個光學結構包含第一光作用面以及第二光作用面，第一光作用面是朝向入光面，第二光作用面是朝向反入光面，第一光作用面與第二光作用面為相異傾斜方向的斜面且形成非對稱狀。第一光作用面相對於光學面具有第一夾角，第二光作用面相對於光學面具有第二夾角。其中，第一夾角大於第二夾角，第二夾角大於0度，且導光板導出光線之第一出光角是隨著第一夾角的角度呈指數遞減。稜鏡片設置在導光板前 方。

依據本發明之一實施例，上述之稜鏡片具有複數個稜鏡，且每一個稜鏡具有稜鏡角，朝向導光板。其中，從導光板出光之光線經過稜鏡而以第二出光角射出稜鏡片，其中稜鏡角、第一出光角、及第二出光角之關係式為：

；其 中△為稜鏡角，φ為第一出光角，θ為第二出光角，n₁為空氣的折射率，n₂為稜鏡片的折射率。

依據本發明之一實施例，上述之第一夾角小於或等於10度，且大於或等於2度，第一夾角大於或等於2倍之第二夾角。

依據本發明之一實施例，上述之第一夾角等於2倍至小於8倍之第二夾角。

依據本發明之一實施例，上述之稜鏡角的角度為50~80度。

依據本發明之一實施例，上述之出光角與第一夾角的關係式為：φ=A+B×Exp(-α/C)；其中φ為出光角，α為第一夾角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。

根據本發明之上述目的，另提出一種顯示裝置。此顯示裝置包含前述之背光模組以及顯示面板。其中，顯示面板設置在背光模組之導光板的前方。

由上述可知，本發明主要是改變導光板上的光學結構的角度設計，來增加光線的可利用率以及出光均勻 度。此外，透過導光板之光學結構角度設計搭配稜鏡片的稜鏡角設計，亦可有效地引導光線以正視角出光。

100‧‧‧背光模組

110‧‧‧光源

120‧‧‧導光板

121‧‧‧入光面

122‧‧‧反入光面

123‧‧‧反射面

124‧‧‧微結構

124a‧‧‧第一表面

124b‧‧‧第二表面

200‧‧‧背光模組

210‧‧‧光源

300‧‧‧導光板

310‧‧‧本體

311‧‧‧入光面

312‧‧‧反入光面

313‧‧‧光學面

314‧‧‧光學面

320‧‧‧光學結構

321‧‧‧第一光作用面

322‧‧‧第二光作用面

400‧‧‧稜鏡片

410‧‧‧稜鏡角

500‧‧‧顯示裝置

510‧‧‧顯示面板

α‧‧‧第一夾角

β‧‧‧第二夾角

α1‧‧‧第一夾角

β1‧‧‧第二夾角

φ‧‧‧出光角

θ‧‧‧出光角

△‧‧‧稜鏡角

L1‧‧‧光線

L2‧‧‧光線

L3‧‧‧光線

L4‧‧‧光線

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1A〕係繪示依照習知之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖1B〕為習知背光模組所產生之出光角與能量的關係示意圖；〔圖2A〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖2B〕係繪示圖2A之光學結構的部分放大示意圖；〔圖3〕為本發明之第一夾角與反射光利用率的關係示意圖；〔圖4〕為第一夾角α與出光角的關係示意圖；〔圖5〕為本發明之一實施方式之一種背光模組所產生之出光角與能量的關係示意圖；〔圖6〕為本發明之一實施方式之第一夾角與第二夾角在不同角度關係的條件下個別產生之導光板均勻度外觀示意圖；〔圖7〕為在不同A值的條件下，第一夾角α與導光板出光角φ的關係示意圖； 〔圖8〕為在不同B值的條件下，第一夾角α與導光板出光角φ的關係示意圖；〔圖9〕為在不同C值的條件下，第一夾角α與導光板出光角φ的關係示意圖；〔圖10〕為在不同稜鏡角△的條件下，第一夾角α與稜鏡片出光角θ的關係示意圖；以及〔圖11〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。

請參照圖2A及圖2B，其中圖2A係繪示依照本發明之一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖，圖2B係繪示圖2A之光學結構的部分放大示意圖。本實施方式之背光模組200主要包含光源210、導光板300以及稜鏡片400。導光板300包含本體310以及複數個光學結構320。本體310具有入光面311、反入光面312、光學面313以及光學面314。其中，入光面311相對反入光面312，光學面313連接入光面311以及反入光面312。在一實施例中，光學面313為反射面。光學面314相對光學面313，且連接入光面311以及反入光面312。在一實施例中，光學面314為出光面。光源210鄰設入光面311。

請繼續參照圖2A及圖2B，複數個光學結構320設置在光學面313上。每一個光學結構320包含第一光作用面321以及第二光作用面322。其中，第一光作用面321與 第二光作用面322為傾斜方向相異的斜面，且形成非對稱狀。第一光作用面321是朝向入光面311，且相對入光面311傾斜，其中第一光作用面321相對於光學面313具有第一夾角α。第二光作用面322是朝向反入光面312，且相對入光面311傾斜，其中第二光作用面322相對於光學面313具有第二夾角β。第一夾角α大於第二夾角β，且第二夾角β的角度大於0度。

請同時參照圖2A、圖2B及圖3，其中圖3為本發明之第一夾角與反射光利用率的關係示意圖。在本實施例中，第一夾角α與第二夾角β的設計可改變第一光作用面321與第二光作用面322的傾斜程度。如圖3所示，當第一夾角α的角度越小時，被反入光面312所反射之光線的可利用率越高。具體而言，當第一夾角α越小時，被反入光面312所反射之光線(例如光線L4)被第一光作用面321反射而從導光板300的出光面(光學面314)射出的-Y方向光線越集中，且強度越強，故可供稜鏡片400進一步使用。因此，在本實施例中，第一夾角α可選擇小於或等於10度，且大於或等於2度之設計，以獲得20%以上的光線L4利用率。而且，另請一併參照圖4所示之第一夾角與出光角的關係示意圖，當第一夾角α小於或等於10度且大於或等於2度時，導光板之出光角φ約為64~73度(-Y方向)，此範圍內的出光角φ符合稜鏡片400可接受的入光角度範圍，能夠將斜向入射的光線轉化為正視方向的光線射出，故從導光板300射出之光線在通過稜鏡片400後，可由正視角的角度出光。

另請同時參照圖2A、圖2B及圖5，圖5為本發明之一實施方式之一種背光模組所產生之出光角與能量的關係示意圖。圖5顯示在第一夾角α小於或等於10度，且大於或等於2度的條件下，第一夾角α與第二夾角β的角度關係與出光能量的變化。從圖5可知，當α=β、α=2 β、α=3 β、α=4 β、α=8 β、及α=16 β時，光源210射出之部分光線(例如光線L3)進入導光板300而射向光學結構320的第二光作用面322，且被第二光作用面322反射後再從導光板300的出光面(光學面314)射出的光線在出光角約60~90度(+Y方向)的出光能量較高，此為稜鏡片400可利用之角度。而且，被反入光面312反射的光線射向第一光作用面321，且被第一光作用面321反射從導光板300的出光面(光學面314)射出的光線在出光角約為60~90度(-Y方向)也顯示有出光能量，這表示被反入光面312反射的光線，在經第一光作用面321的作用下，能夠更集中出光，進而可被稜鏡片400使用。

另請一併參照圖6，圖6為本發明之一實施方式之第一夾角與第二夾角在不同角度關係的條件下個別產生之導光板均勻度外觀示意圖。在第一夾角α小於或等於10度，且大於或等於2度的條件下，且當α=β、α=2 β、α=3 β、α=4 β、α=8 β、及α=16 β時，雖然第一光作用面321與第二光作用面322均能夠有效反射光線，但從均勻度來看，當α=β、α=8 β、及α=16 β時所產生之外觀看起來較不均勻。因此，因此，在本實施例中，第一夾角α與 第二夾角β的角度關係，應限制在第一夾角α等於2倍至小於8倍之第二夾角β的範圍內。

基於前述實施例，發明人進一步歸納而得到導光板300的出光角φ與第一夾角α的關係式為：出光角φ=A+B×Exp(-α/C)。其中，前述關係式之常數A、B及C的界定範圍如下：62≦A≦65、85≦B+A≦90、以及2≦C≦3。此外，從這個關係式亦可看出導光板300導出光線之出光角φ是隨著第一夾角α的角度呈指數遞減。

另請同時參照下表1及圖7，表1及圖7分別表示在不同A值的條件下，第一夾角α與導光板出光角φ的關係表及示意圖。當62≦A≦65時，出光角φ約為62~72度。

亦請同時參照下表2及圖8，表2及圖8分別表示在不同B值的條件下，第一夾角α與導光板出光角φ的關係表及示意圖。當85≦B+A≦90時，出光角φ約為64~76度。

表2、在不同B值的條件下，第一夾角α與導光板出光角φ的關係表。

再請同時參照下表3及圖9，表3及圖9分別表示在不同C值的條件下，第一夾角α與導光板出光角φ的關係表及示意圖。當2≦C≦3時，出光角φ約為63~77度。

由前述可知，當第一夾角α小於或等於10度，且大於或等於2度，且第一夾角α等於2倍至小於8倍之第二夾角β時，利用前述關係式：出光角φ=A+B×Exp(-α/C)；62≦A≦65、85≦B+A≦90、以及2≦C≦3可得知導光板的出光角φ約為62~77度。此外，如圖2A所示，從導光板300射出的光線，在通過稜鏡片400後，若要以正視角(出光角θ 約為±30度)出光的話，則需要設計稜鏡片400的稜鏡410的角度。在本實施例中，稜鏡410的稜鏡角△、導光板300的出光角φ、與稜鏡片400的出光角θ的關係式為：

；其 中，n₁為空氣的折射率，n₂為稜鏡片的折射率。

另請參照圖10，圖10為在不同稜鏡角△的條件下，第一夾角α與稜鏡片出光角θ的關係示意圖。如圖10所示，當稜鏡角△分別50度、60度、66度、70度、以及80度時，稜鏡片出光角θ約在-30至30度間，符合正視角的需求。此外，由圖10可知，當第一夾角α在小於或等於10度，且大於或等於2度的範圍內時，第一夾角α的改變都不會影響稜鏡片出光角θ。但是，當稜鏡角△為40度時，出光角θ為-60度，這不符合正視角的需求。因此，稜鏡角△的角度設計可選擇50~80度。

請參照圖11，其係繪示依照本發明之一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。本實施方式之顯示裝置500包含如圖2A所示之背光模組200以及顯示面板510。如圖11所示，顯示面板510係設置在背光模組200之導光板300的出光側。顯示裝置500透過導光板300上的光學結構320的設計，同樣增加被反入光面312反射之光線的利用率，故在此不再贅述。

由上述本發明實施方式可知，本發明主要是改變導光板上的光學結構的角度設計，來增加光線的可利用率以及出光均勻度。此外，透過導光板之光學結構角度設計搭 配稜鏡片的稜鏡角設計，亦可有效地引導光線以正視角出光。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種導光板，適用以將一光源所產生之一光線導出，其中該導光板包含：一本體，具有一入光面、一反入光面、以及一光學面，其中該入光面相對該反入光面，該光學面連接該入光面與該反入光面，其中該入光面面向該光源；複數個光學結構，設置在該光學面上，其中每一該些光學結構包含一第一光作用面以及一第二光作用面，其中該第一光作用面是朝向該入光面，該第二光作用面是朝向該反入光面，該第一光作用面與該第二光作用面為相異傾斜方向的斜面且形成非對稱狀，且該第一光作用面相對於該光學面具有一第一夾角，該第二光作用面相對於該光學面具有一第二夾角；其中，該第一夾角大於該第二夾角，該第二夾角大於0度，其中該導光板導出該光線之一出光角是隨著該第一夾角的角度呈指數遞減；其中該第一夾角小於或等於10度，且大於或等於2度，該第一夾角大於或等於2倍之該第二夾角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該第一夾角等於2倍至小於8倍之該第二夾角。
3. 如申請專利範圍第1至2項中任一項所述之導光板，其中該出光角與該第一夾角的關係式為：φ=A+B×Exp(-α/C)；其中φ為該出光角，α為該第一夾角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。
4. 一種導光板，適用以將一光源所產生之一光線導出，其中該導光板包含：一本體，具有一入光面、一反入光面、以及一光學面，其中該入光面相對該反入光面，該光學面連接該入光面與該反入光面，其中該入光面面向該光源；以及複數個光學結構，設置在該光學面上，其中每一該些光學結構包含一第一光作用面以及一第二光作用面，其中該第一光作用面是朝向該入光面，該第二光作用面是朝向該反入光面，該第一光作用面與該第二光作用面為相異傾斜方向的斜面且形成非對稱狀，且該第一光作用面相對於該光學面具有一第一夾角，該第二光作用面相對於該光學面具有一第二夾角；其中，該第一夾角大於該第二夾角，該第二夾角大於0度，其中該導光板導出該光線之一出光角是隨著該第一夾角的角度呈指數遞減；其中該出光角與該第一夾角的關係式為：φ=A+B×Exp(-α/C)；其中φ為該出光角，α為該第一夾角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。
5. 一種背光模組，包含：一光源；一導光板，適用以將該光源所產生之一光線導出，其中該導光板包含：一本體，具有一入光面、一反入光面、以及一光學面，其中該入光面相對該反入光面，該光學面連接該入光面與該反入光面，其中該入光面面向該光源；複數個光學結構，設置在該光學面上，其中每一該些光學結構包含一第一光作用面以及一第二光作用面，其中該第一光作用面是朝向該入光面，該第二光作用面是朝向該反入光面，該第一光作用面與該第二光作用面為相異傾斜方向的斜面且形成非對稱狀，且該第一光作用面相對於該光學面具有一第一夾角，該第二光作用面相對於該光學面具有一第二夾角；其中，該第一夾角大於該第二夾角大於0度，其中該導光板導出該光線之一第一出光角是隨著該第一夾角的角度呈指數遞減；其中該第一夾角小於或等於10度，大於或等於2度，該第一夾角大於或等於2倍之該第二夾角；以及一稜鏡片，設置在該導光板前方。
6. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該稜鏡片具有複數個稜鏡，且每一該些稜鏡具有一稜鏡角，朝向該導光板，其中從該導光板出光之該光線經過該些稜鏡而以一第二出光角射出該稜鏡片，其中該稜鏡角、該第一出光角、及該第二出光角之關係式為：

   

   其中△為該稜鏡角，φ為該第一出光角，θ為該第二出光角，n₁為空氣的折射率，n₂為該稜鏡片的折射率。
7. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該第一夾角等於2倍至小於8倍之該第二夾角。
8. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該稜鏡角的角度為50~80度。
9. 如申請專利範圍第5至8項中任一項所述之背光模組，其中該第一出光角與該第一夾角的關係式為：φ=A+B×Exp(-α/C)；其中φ為該出光角，α為該第一夾角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。
10. 一種背光模組，包含：一光源；一導光板，適用以將該光源所產生之一光線導出，其中該導光板包含：一本體，具有一入光面、一反入光面、以及一光學面，其中該入光面相對該反入光面，該光學面連接該入光面與該反入光面，其中該入光面面向該光源；複數個光學結構，設置在該光學面上，其中每一該些光學結構包含一第一光作用面以及一第二光作用面，其中該第一光作用面是朝向該入光面，該第二光作用面是朝向該反入光面，該第一光作用面與該第二光作用面為相異傾斜方向的斜面且形成非對稱狀，且該第一光作用面相對於該光學面具有一第一夾角，該第二光作用面相對於該光學面具有一第二夾角；其中，該第一夾角大於該第二夾角大於0度，其中該導光板導出該光線之一第一出光角是隨著該第一夾角的角度呈指數遞減；以及一稜鏡片，設置在該導光板前方；其中該第一出光角與該第一夾角的關係式為：φ=A+B×Exp(-α/C)；其中φ為該出光角，α為該第一夾角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。
11. 一種顯示裝置，包含：一如申請專利範圍第5項至第10項中任一項所述之背光模組；一顯示面板，設置在該導光板前方。