TWI689759B

TWI689759B - 前光模組

Info

Publication number: TWI689759B
Application number: TW108139948A
Authority: TW
Inventors: 李文妤
Original assignee: 茂林光電科技股份有限公司
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2020-04-01
Also published as: TW202119068A

Abstract

本發明提供一種前光模組，供以鋪設於反射式顯示屏上，前光模組具有一導光板本體，導光板本體具有一入光面，且入光面供與一LED燈條對應設置以接收側入式光線，前光模組之特徵在於導光板本體由偏藍材料製成且其黃化指數為3~3.7，導光板本體之入光面佈設有複數展光微結構，該些展光微結構為連續排列設置，且各展光微結構為外凸結構並呈頂部具一彎弧段，底部兩側分別具一斜直段之形狀，其中，各展光微結構底部任二相鄰之斜直段夾角為45~55度。藉此，偏藍性質之導光板可有效地透過展光微結構消除熱點現象，提升應用時的出光均勻度。

Description

前光模組

本發明係與導光產品領域相關，尤其是一種前光模組。

導光板憑藉其優異之光線導引效能，目前係普遍地應用於各類顯示裝置或是照明燈具之中。而導光板大多係配合點光源如LED予以使用，導光板可將點光源入射至其內的光線，以破壞全反射之方式導引形成均勻之面光源出光，進而可達到照明或是提供顯示裝置光線以利於顯示畫面之功效。

導光板於顯示裝置之應用領域中，又可依據顯示屏種類而區分為設置於顯示屏底側之背光模組，或是顯示屏頂側的前光模組。而基於導光板相對顯示屏設置位置的不同，導光板的結構開發重點亦有所不同。

又當導光板搭配點光源使用時，由於點光源之出光角度限制，導光板於鄰近入光側區域會產生亮暗不均的出光現象，而大幅影響導光板之出光均勻度，此現象業界一般稱之為熱點現象(Hot Spot)。為了解決熱點現象，本發明人於先前提出中華民國專利證書號第I668476號所載之技術內容，透過在入光面設計特定尺規的展光微結構，以利於改善鋪設於顯示屏前側之導光板出光均勻度，並提升導光板之加工良率。

然而，基於市場產品需求以及為讓導光板具備更佳之應用效能，部分導光板之材料選擇已從大眾所知的透明材料，轉變為使用參雜有其他化學成分之非純透明材料製成。但使用非純透明材料製成之導光板，由於本身對光線之調控已不同於透明導光板，如本發明人先前提出申請之專利技術內容，亦不盡然能夠完全適用於非純透明材料製成之導光板，因此必須重新予以設計。據此，本發明人係集結相關行業之豐富技術經驗，遂而提出一種前光模組，以解決非純透明導光板於應用時產生的亮暗不均出光現象。

本發明之一目的，旨在提供一種前光模組，透過特殊設計之光學微結構，消除偏藍導光板於應用上因為點光源特性所產生之熱點現象。

為達上述目的，本發明於一實施方式中係揭示一種前光模組，供以鋪設於一反射式顯示屏上，該前光模組具有一導光板本體，該導光板本體具有一入光面，且該入光面係供與一LED燈條對應設置以接收側入式光線，該前光模組之特徵在於：該導光板本體由偏藍材料製成且其黃化指數係為3~3.7，該導光板本體之該入光面係佈設有複數展光微結構，該等展光微結構為連續排列設置，且各該展光微結構為外凸結構並呈頂部具一彎弧段，底部兩側分別具一斜直段之形狀，其中，各該展光微結構底部任二相鄰之該等斜直段之夾角為45~55度。藉此，針對具有偏藍性質導光板之應用，透過特殊夾角設計之展光微結構，即可有效調整入射光線狀態，消除亮暗不均之熱點現象。

為降低鄰近入光面區域的光線反射而造成部分區域過亮之情況，於一實施方式中係揭示該導光板本體與該入光面垂直鄰接之一底面設有一吸光材，且該吸光材係鄰接該入光面設置。

進一步地，於另一實施方式中係揭露該吸光材之寬度為1~10mm，藉此係可具有更好的吸光與調光效果。

考量吸光效果、製程難易度以及產品成本，於再一實施方式中係揭露該吸光材為黑色膠帶，以兼具優異吸光效果以及易於製造等優點。

於一實施方式中，係揭露各該展光微結構之一凸出長度係為19.5~24μm，藉此係可讓LED燈條之光線可具有更好的入射展角調整效果。

於再一實施方式中則揭示任二相鄰之該等彎弧段之中點間距為62~72μm，以提升對於入射光線之展角調控效能。

於次一實施方式中則揭示各該展光微結構之該彎弧段之曲率半徑為30~40μm，以增進相對入射光線展角之調整效能。

此外，於一實施方式中係揭露該導光板本體之厚度為0.25~0.6mm，以符合現今市場之薄型化需求。

另於再一實施方式中則揭示，該LED燈條之任二相鄰之LED間距為P；該導光板本體以該入光面為起點朝相對側方向定義有一過渡區，該過渡區之長度為A，且符合

之關係式，以適用於具較大

比例之顯示機種。

綜上所述，本發明所揭露之前光模組，透過特定形狀與夾角條件，以和本發明人所申請前案截然不同之尺規，有效解決偏藍材料的導光板於應用時所遭遇的亮暗不均出光現象，大幅提升整體出光均勻度。進一步地，為可更提升前光模組整體應用上的效能，係可於導光板本體增設吸光材，或是對展光微結構之各結構尺規予以限制，以提供具有更佳展光效果之導光產品。

1:導光板本體

10:入光面

101:展光微結構

1011:彎弧段

1012:斜直段

11:過渡區

12:底面

2:反射式顯示屏

3:LED燈條

30:LED

4:吸光材

θ:任二相鄰斜直段之夾角

D:展光微結構之凸出長度

C:任二相鄰彎弧段之中點間距

R:彎弧段之曲率半徑

T:導光板本體之厚度

第1圖，為本發明一實施方式搭配反射式顯示屏之立體示意圖。

第2圖，為本發明一實施方式導光板本體與LED燈條之平面示意圖。

第3圖，為偏藍導光板未具備展光微結構且搭配LED使用時之光形分布狀態圖。

第4圖，為本發明之展光微結構底部任二相鄰斜直段之夾角為各種角度時之光形分布狀態圖。

第5圖，為本發明與先前技術於搭配LED應用時之光形分布狀態圖。

第6圖，為本發明另一實施方式之側面示意圖。

如前所述，本發明人係針對偏藍材料之導光板的入光面側展光微結構尺規予以重新設計，以消除熱點現象、研發符合市場需求之光學產品。

請參閱第1及2圖，其係為本發明一實施方式搭配反射式顯示屏之立體示意圖與導光板本體與LED燈條之平面示意圖。本實施方式所揭示之前光模組，係供以鋪設於一反射式顯示屏2上，前光模組具有一導光板本體1，且導光板本體1具有一入光面10，入光面10係供與一LED燈條3對應設置以接收側入式光線。其中，為利於光線出光，以提供反射式顯示屏2均勻之光線，於導光板本體1之底面或頂面係可設置網點微結構，以利於導引光線形成出光，惟此係為本技術領域之習用技術，於此即不再贅述。而LED燈條3係設有複數個LED30，且該些LED30為間隔排列設置。

前光模組之特徵在於導光板本體1由偏藍材料製成，且其黃化指數(Yellow Index,YI)為3~3.7，導光板本體1之入光面10佈設有複數展光微結構101，該些展光微結構101為連續排列設置，且各展光微結構101為外凸結構並呈頂部具一彎弧段1011，底部兩側分別具一斜直段1012之形狀。其中，各展光微結構101底部任二相鄰之斜直段1012夾角θ為45~55度。本發明所揭示之導光板本體1係屬於非純透明之導光板種類，而如前述為黃化指數為3~3.7之偏藍導光板，具體實施上係為在PC材料中添加化學成分而形成較具抗黃化功效之板體，透過入光面10上展光微結構101之特定形狀與夾角限制，即可有效地調整LED燈條3入射至入光面10的光線分布狀態，讓鄰近入光面10區域的光線能量分布更為平均，進而消除亮暗不均的熱點現象。

關於偏藍導光板對入射光線的影響，可參閱第3圖所示，因應材料特性，LED之光線入射至偏藍導光板後，其光線分布亦即光形會朝兩側擴展偏移，當導光板接收多個間隔排列設置之LED的入射光線時，對應各LED之光形相互重疊，此時因為朝兩側偏移之光線分布狀態，會導致交疊區域過亮情況更趨嚴重，因此相較於透明導光板，偏藍導光板所帶來的光線偏移問題，會造成更嚴重的熱點現象，是以為了有效地解決熱點現象，首先必須針對偏移的光線作處理。針對此問題，本發明人係構思調整入光面10處展光微結構101之尺規，並針對任二相鄰斜直段1012夾角θ為各種角度之情況下予以模擬驗證，其驗證結果可參閱第4圖所示。由第4圖可知，當任二相鄰斜直段1012夾角θ為30度及35度時，入射光線之分布仍呈現向兩側外拉之偏移狀態，並無法有效解決偏藍材料對於入射光線之影響，且角度越小外移現象越嚴重。而當任二相鄰斜直段1012夾角θ為40度時，向兩端偏移之光線僅略朝中間集中，尚不足以解決偏移光線疊加造成的過亮問題。而當任二相鄰斜直段1012夾角θ為45度及55度時，則可見原先往兩端偏移的光線係確實地朝中央收斂，而形成一個不會過於往前或過於往兩側偏移之光線分布狀態，在此種情況下，入射至為偏藍材料製成之導光板本體1的光線，即不會因為重疊問題而產生亮暗不均的熱點現象，達到有效均勻化出光狀態之功效。而當任二相鄰斜直段1012夾角θ為60度時，兩側的光線則過於朝中央區域集中，反而造成LED正前方區域會產生亮包問題，形成另種亮暗不均的熱點現象。據此，本發明係限制各展光微結構101底部任二相鄰斜直段1012之夾角θ需為45~55度，同時藉由第4圖之驗證結果亦可佐證，當任二相鄰斜直段1012之夾角θ小於45度時，確實無法改善偏藍導光板致使之入射光形偏移以及後續應用上之熱點現象。

而進一步地，為了提升展光微結構101對於入射光線之調整效能，係可針對展光微結構101之一凸出長度D予以限制，使各展光微結構101之凸出長度D為19.5~24μm。前述凸出長度D係指斜直段1012與彎弧段1011之最大垂直距離，當凸出長度D為上述範圍時，係可增進展光微結構101對於入射光線之調整功效，讓光線分布可更為均勻而不會產生局部過亮、局部過暗之現象。

此外，本發明之一個實施狀態中係可限定任二相鄰之彎弧段1011之中點間距C為62~72μm，在此尺規範圍下，該些展光微結構101係可相對入射光線形成更好的展光效果。並於本實施方式中，係以任二相鄰之彎弧段1011之中點間距C為67μm為例。

另一方面，關於各展光微結構101之彎弧段1011曲率半徑R，亦可使其為30~40μm之尺規限制，據此，當LED燈條3之光線由入光面10進入導光板本體1時，即可因應該些展光微結構101而具有較佳的展光狀態，於本實施方式中係以彎弧段1011之曲率半徑R為35μm為例。

進一步地，因應現今的薄型化市場需求，導光板本體1之厚度T可設定為0.25~0.6mm，以讓前光模組之整體厚度保持薄型狀態，進而降低組配於反射式顯示屏2而形成顯示裝置後之厚度。

此外，於本發明之一實施方式中，揭露LED燈條3之任二相鄰之LED30間距為P，導光板本體1以入光面10為起點朝相對側方向定義有一過渡區 11，過渡區11長度為A，且符合

之關係式。換言之，本發明係可適用於

比例大於0.73之機種中。本發明之技術特徵乃是為了消除偏藍導光板應用時產生的熱點現象，而針對具有上述尺規特徵之展光微結構101之導光板本體1，本發明人亦對其進行在不同

比例下的出光驗證，並得知在

比例為0.73、0.876及1.08時，皆可有效地消除熱點現象。

於此再請參閱第5圖，其係為本發明與先前技術於搭配LED應用時之光線分布狀態圖。為說明本發明與本發明人先前提出用以消除熱點現象之技術特徵應用於偏藍導光板時之差異，於此係提出以中華民國專利證書號第I668476號之文獻所載技術(下稱先前技術)所揭示之尺規結構應用於偏藍導光板時光線分布狀態，與本發明所揭示之前光模組進行測試的光線分布狀態。第5圖中之A線段係為本發明之前光模組於應用時之光線分布，B線段為先前技術之尺規應用於偏藍導光板時之光線分布，由圖可知本發明的光線分布遠較先前技術之光線分布更為朝向中央內縮，呈現一較為適切的展光狀態，而先前技術之光線分布則呈現往兩端偏移，確實有造成熱點現象之疑慮。是以，由此亦可佐證本發明之尺規技術乃特別為偏藍材料之導光板設計。

請續搭配參閱第6圖，其係為本發明另一實施方式之側面示意圖，為了提升前光模組於應用上的出光效能，於本實施方式中係揭示導光板本體1與入光面10垂直鄰接之一底面12設有一吸光材4，且吸光材4係鄰接入光面10設置。透過吸光材4使得導光板本體1係形成一吸光區域，使部分光線行進至吸光材4設置處時即可被吸收，以避免光線因折射或反射反而導致局部過亮之出光現象。其中，吸光材4而於實際應用上，係可使吸光材4之寬度為1~10mm，以界定出較佳之吸光範圍，避免過窄而無法有效地吸收光線，或是過寬導致太多光線能量被吸收而影響出光亮度。

此外，考量製程與產品成本、吸光效果等因素，吸光材4係可選用黑色膠帶，而可快速且簡易地以貼附方式設置於導光板本體1上，且黑色膠帶具有自黏特性，因此也無須先行塗覆固定材料，因此在製程上亦可大幅減少所需時間與工序。申言之，光線在偏藍材料中，光形較易被拉長，經一次反射後，容易造成出光亮包，本發明提出對策包括：除了設計展光結構，控制光形角度外，亦可於鄰近入光側底部加設吸光區域，以抑制亮包。

綜上所述，本發明所揭示之前光模組，係可有效解決偏藍材料導光板於應用上所造成之熱點現象，透過有別於前案的特殊尺規展光微結構，使得自LED燈條入射至為偏藍材料之導光板本體之光線狀態，得以呈現不至於過度朝兩側偏移擴展之光形，藉此消除局部過亮、局部過暗之出光不均現象。並為了進一步提升前光模組之應用效能，係可於導光板本體之底面設置吸光材，以避免部分光線於導光過程中因應折反射行為而影響整體出光均勻度，以及可進一步地限定展光微結構之各項尺規參數，藉此使得展光微結構相對入射光線之展角調整效能更為提升。於此重述，現今於導光板入光面設置微結構之方式，確實已為普遍常見之通用技術方案，因此，如何於已發展至成熟之導光板技術領域中，找尋到新的有利解決方案，著實難上加難。反向論之，若是能夠在如此成熟的技術下，致力研發出新的尺規限制，即使表面上看起來僅為尺規的改變，但卻是發明人努力在幾近飽和之開發領域中因應各項環境條件與需求，逐步構思與設計之成果，是以若認定本發明僅是在尺規上進行簡易變更而可輕易思及，尤其是在前案所揭露之尺規範圍與本發明截然無關，甚或為反向教示之情況下，仍是認定本發明之尺規限制可由前案輕易思及的話，恐有抹煞發明人心血之虞。