TWI705272B

TWI705272B - 導光板、背光模組、以及顯示裝置

Info

Publication number: TWI705272B
Application number: TW108127782A
Authority: TW
Inventors: 鐘翌菁; 陳昊; 翁巾婷; 張尹
Original assignee: 瑞儀光電股份有限公司
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2020-09-21
Also published as: TW202107131A

Abstract

一種導光板、背光模組、以及顯示裝置，其中導光板包含本體以及入光結構。本體具有入光側面。入光結構設置在入光側面上。入光結構包含至少二層狀結構。層狀結構的折射率均小於本體之折射率，且較靠近本體的層狀結構的折射率大於遠離本體的層狀結構的折射率。

Description

導光板、背光模組、以及顯示裝置

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及使用此導光板的背光模組以及顯示裝置。

請參照圖1，其係繪示習知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，且光源110鄰設導光板120的入光面121。由於光源110與導光板120之間具有空氣層，且空氣的折射率與導光板120的折射率的落差大。因此，當光線從光源110射出後經過空氣層而進入導光板時，具有較大入射角的光線容易被反射，而造成能量損失。

因此，本發明之一目的是在提供一種導光板、背光模組、以及顯示裝置，其中導光板可充分利用光源所提供之光線，並可減少光線之能量損失。

根據本發明之上述目的，提出一種導光板。此導光板包含本體以及入光結構。本體具有入光側面。入光結構設置在入光側面上，其中入光結構包含至少二層狀結構。其中，層狀結構的折射率均小於本體之折射率，且較靠近本體的層狀結構的折射率大於遠離本體的層狀結構的折射率。

依據本發明之一實施例，上述之層狀結構的折射率介於空氣與本體之材料的折射率之間。

依據本發明之一實施例，上述之每一層層狀結構為鍍膜結構。

依據本發明之一實施例，上述之層狀結構的折射率範圍從1到1.59。

依據本發明之一實施例，上述之本體的入光側面具有法線，且層狀結構是沿法線層疊。

依據本發明之一實施例，上述之層狀結構包含第一層狀結構、第二層狀結構、第三層狀結構以及第四層狀結構。其中，第一層狀結構的折射率小於第二層狀結構的折射率，第二層狀結構的折射率小於第三層狀結構的折射率，第三層狀結構的折射率小於第四層狀結構的折射率。

依據本發明之一實施例，上述之本體為平板結構，且入光結構的厚度等於平板結構的厚度。

依據本發明之一實施例，上述之本體包含漸縮部以及平板部。漸縮部連接平板部且具有一端部。端部的厚度大於平板部的厚度，入光側面是定義在端部的側面。入光結構的厚度等於端部的厚度。

依據本發明之一實施例，上述之入光結構為漸縮部。其中，遠離本體的層狀結構的厚度大於靠近本體的層狀結構的厚度。

根據本發明之上述目的，提出一種背光模組。此背光模組包含前述之導光板以及光源。光源鄰設於導光板之入光結構。

依據本發明之一實施例，上述之光源與導光板之間具有間隙，間隙的尺寸為50um以下。

根據本發明之上述目的，提出一種顯示裝置。此顯示裝置包含前述之導光板、光源以及顯示面板。光源鄰設於導光板之入光結構。顯示面板設置在導光板之前方。

由上述可知，本發明之導光板是在其本體的入光側面上設置入光結構，以作為銜接空氣層與本體之間的介質。透過入光結構的折射率變化來引導光源所產生之大角度光線進入本體中，可達到減少光能量的損失與提升光線的利用效率之功效。

100‧‧‧背光模組

110‧‧‧光源

120‧‧‧導光板

121‧‧‧入光面

200‧‧‧顯示裝置

210‧‧‧顯示面板

300‧‧‧背光模組

310‧‧‧光源

320‧‧‧導光板

321‧‧‧本體

321a‧‧‧入光側面

322‧‧‧入光結構

322a‧‧‧第一層狀結構

322b‧‧‧第二層狀結構

322c‧‧‧第三層狀結構

322d‧‧‧第四層狀結構

400‧‧‧背光模組

410‧‧‧光源

420‧‧‧導光板

421‧‧‧本體

422‧‧‧入光結構

422a‧‧‧第一層狀結構

422b‧‧‧第二層狀結構

422c‧‧‧第三層狀結構

422d‧‧‧第四層狀結構

421a‧‧‧漸縮部

421b‧‧‧平板部

421c‧‧‧端部

422‧‧‧入光結構

500‧‧‧背光模組

510‧‧‧光源

520‧‧‧導光板

521‧‧‧本體

522‧‧‧入光結構

522a‧‧‧第一層狀結構

522b‧‧‧第二層狀結構

522c‧‧‧第三層狀結構

522d‧‧‧第四層狀結構

A1‧‧‧入光側面

A2‧‧‧反入光側面

G1‧‧‧間隙

R1‧‧‧第一光接收器

R2‧‧‧第二光接收器

R3‧‧‧第三光接收器

R4‧‧‧第一光接收器

R5‧‧‧第二光接收器

R6‧‧‧第三光接收器

S1‧‧‧法線

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1〕係繪示習知背光模組之裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖；〔圖3〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖4〕係繪示依照本發明之第二實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；以及〔圖5〕係繪示依照本發明之第三實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。

請參照圖2，其係繪示依照本發明之第一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。在本實施方式中，顯示裝置200包含背光模組300及顯示面板210。背光模組300包含光源310及導光板320。光源310主要是用來提供光線至導光板320中，以使光線通過導光板320後形成面光源。其中，顯示面板210設置在導光板320的前方。在一些例子中，光源310與導光板320之間具有間隙G1，此間隙G1通常是機構組裝時自然形成的間隙，通常要求間隙尺寸為50um以下。

請繼續參照圖2，本實施方式之導光板320包含本體321以及入光結構322。本體321為平板結構，且入光結構322的厚度等於本體321的厚度。其中，本體321具有入光側面321a，本體321的入光側面321a具有法線S1，入光結構322設置在入光側面321a上。在本實施例中，入光結構322包含至少二層狀結構，其中這些層狀結構的折射率均小於本體321之折射率，且較靠近本體321的層狀結構的折射率大於遠離本體321的層狀結構的折射率。其中，這些層狀結構的折射率介於空氣與本體321之材料的折射率之間。藉此，光源310射出之具有大入射角的光線從空氣層依序進入較遠離本體321的層狀結構與較靠近本體321之層狀結構的過程中會產生折射，且光線折射過程中會逐漸朝向入光側面321a的法線方向偏折。因此，隨著層狀結構的層數愈多，往法線方向的偏折程度就愈多，如此一來，光線就能夠以更為貼近法線或甚至以法線的方向順利進入本體321中。由此可知，入光結構322可達到避免如圖1所示之習知導光板120容易反射大入射角之光線而造成能量損失的問題。

在一些實施例中，本體321的折射率範圍約為1.49~1.59。本體321的材料可例如為聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在一些實施例中，每一層層狀結構均為鍍膜結構，且層狀結構的數量不限。在一些實施例中，層狀結構是沿法線S1層疊，以使光源310所提供之光線能夠依序通過每一層層狀結構。

請再次參照圖2，在圖2的例子中，入光結構322包含依序排列之第一層狀結構322a、第二層狀結構322b、第三層狀結構322c以及第四層狀結構322d。其中，第一層狀結構322a較靠近光源310且較遠離本體321，且第四層狀結構322d較靠近本體321。而且，第一層狀結構322a的折射率小於第二層狀結構322b，第二層狀結構322b的折射率小於第三層狀結構322c的折射率，第三層狀結構322c的折射率小於第四層狀結構322d的折射率。也就是說，入光結構322的折射率變化是從較靠近光源310的一側往靠近本體321的另一側逐漸增加。藉此，當光源310所產生的具有大入射角光線依序通過第一層狀結構322a、第二層狀結構322b、第三層狀結構322c以及第四層狀結構322d時，會逐漸朝向法線S1方向產生偏折而集中進入本體321中，進而減少光反射而產生的能量損失。

請參照下表1，其係將前述第一實施方式之背光模組與多個比較例分別搭配不同折射率的層狀結構所產生的模擬比較表。另請參照圖3，其係繪示依照本發明之第一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。為了取得光線的使用效率，如圖3所示，在光源310與第一層狀結構322a之間設置第一光接收器R1，以量測光源310的光通量。此外，在導光板320之本體321靠近入光側面321a的位置設置第二光接收器R2，以取得經過入光結構322作用的光線進入本體321中的光通量。同時，在導光板320之本體321靠近反入光側面321b的位置設置第三光接收器R3，以取得光線傳遞到反入光側面321b的光通量。在比較例中，同樣是在本體的入光側面設置四層層狀結構，並在相同位置分別設置第一光接收器、第二光接收器以及第三光接收器。其中，在本次模擬中，本體的材料為PMMA，折射率為1.49，且導光板厚度為0.52mm。

請參照表1，比較例1為圖1的習知導光板120架構，導光板120與光源110之間沒有設置任何入光結構，故可視為光源110所提供之光線經過四層空氣層(折射率為1)而進入導光板120中所測得之光通量。從比較例1可知，光源310所產生的光線在進入導光板120而到達反入光側的光通量從74.99031降至66.50604流明，代表能量損失約11%。由比較例2~比較例6可知，當光線經過四層折射率固定(相同)的層狀結構時，能量損失約為6%~10%。由比較例7可知，當光線分別依序經過折射率大至折射率小的層狀結構時，能量損失約為11%。反觀本案的第一實施例，由表1可知，當光線分別依序經過折射率小至折射率大的層狀結構時，能量損失僅為約3.9%。由此可知，透過本發明之入光結構322的設計，可以減少光能量之損失。

另請參照圖4，其係繪示依照本發明之第二實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。在本實施例中，背光模組400包含光源410及導光板420。光源410主要可提供光線至導光板420中，以使光線通過導光板420形成面光源。在本實施例中，導光板420包含本體421及入光結構422。在本實施例中，本體421為漸縮式設計。如圖4所示，本體421包含漸縮部421a以及連接漸縮部421a的平板部421b。其中，漸縮部421a具有端部421c，其中端部421c的厚度大於平板部421b的厚度。端部421c的側面為入光側面A1。在本實施例中，入光結構422設置在入光側面A1上，且入光結構422的厚度等於端部421c的厚度。

請繼續參照圖4，在本實施例中，入光結構422包含至少二層狀結構，其中這些層狀結構的折射率均小於本體421之折射率，且較靠近本體421的層狀結構的折射率大於遠離本體421的層狀結構的折射率。其中，這些層狀結構的折射率介於空氣與本體421之材料的折射率之間。藉此，光源410射出之具有大入射角的光線從空氣層依序進入較遠離本體421的層狀結構與較靠近本體421之層狀結構的過程中會產生折射，而順利進入本體421中，以達到與前述相同之功效，故於此不再贅述。

如圖4所示，在圖4的例子中，入光結構422包含依序排列之第一層狀結構422a、第二層狀結構422b、第三層狀結構422c以及第四層狀結構422d。其中，第一層狀結構422a較靠近光源410且較遠離本體421，且第四層狀結構422d較靠近本體421。而且，第一層狀結構422a的折射率小於第二層狀結構422b，第二層狀結構422b的折射率小於第三層狀結構422c的折射率，第三層狀結構422c的折射率小於第四層狀結構422d的折射率。也就是說，入光結構422的折射率變化是從較靠近光源410的一側往靠近本體421的另一側逐漸增加。藉此，當光源410所產生的具有大入射角光線依序通過第一層狀結構422a、第二層狀結構422b、第三層狀結構422c以及第四層狀結構422d時，會逐漸產生偏折而進入本體421中，進而減少光反射而產生的能量損失。

另請一併參照下表2，其係將前述第二實施方式之背光模組與多個比較例分別搭配不同折射率的層狀結構所產生的光通量模擬比較表。為了取得光線的使用效率，如圖4所示，在光源410與第一層狀結構422a之間設置第一光接收器R4，以量測光源410的光通量。此外，在導光板420之本體421靠近入光側面S1的位置設置第二光接收器R5，以取得經過入光結構422作用的光線進入本體421中的光通量。同時，在導光板420之本體421靠近反入光側面A2的位置設置第三光接收器R6，以取得光線傳遞到反入光側面A2的光通量。在比較例中，同樣是在本體的入光側面設置四層層狀結構，並在相同位置分別設置第一光接收器、第二光接收器以及第三光接收器。其中，在本次模擬中，本體的材料為PMMA，折射率為1.49，且漸縮部421a的端部421c厚度為0.52mm，平板部421b的厚度為0.4mm。

請參照表2，比較例8為光源與導光板之間沒有設置任何入光結構之設計，故可視為光源所提供之光線經過四層空氣層(折射率為1)而進入導光板所測得的光通量。從比較例8可知，光源所產生的光線在進入導光板而到達反入光側的光通量從74.99031降至62.90283流明，代表能量損失約16%。由比較例9~比較例13可知，當光線經過四層折射率固定(相同)的層狀結構時，能量損失約為13%~16%。由比較例14可知，當光線分別依序經過折射率大至折射率小的層狀結構時，能量損失約為17%。反觀本案的第二實施例，由表1可知，當光線分別依序經過折射率小至折射率大的層狀結構時，能量損失僅為約10.4%。由此可知，透過本發明之入光結構422的設計，可以減少光能量之損失。

另請參照圖5，其係繪示依照本發明之第三實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。在本實施例中，背光模組500包含光源510及導光板520。在本實施例中，導光板520與圖4的導光板420類似，均為具有漸縮結構之導光板。在本實施例中，導光板520包含本體521及入光結構522。在本實施例中，本體521的側面為入光側面A1，且入光結構522設置在入光側面A1上。其中，本體521為具有均勻厚度的平板結構，入光結構522為漸縮式結構。而且，入光結構522靠近本體521的一端厚度小於遠離本體521之一端的厚度。

請繼續參照圖5，在本實施例中，入光結構522包含至少二層狀結構，其中這些層狀結構的折射率均小於本體521之折射率，且較靠近本體521的層狀結構的折射率大於遠離本體521的層狀結構的折射率。此外，較靠近本體521的層狀結構的厚度小於遠離本體521的層狀結構的厚度。

如圖5所示，入光結構522包含依序排列之第一層狀結構522a、第二層狀結構522b、第三層狀結構522c以及第四層狀結構522d。其中，第一層狀結構522a較靠近光源510且較遠離本體521，且第四層狀結構522d較靠近本體521。而且，入光結構522的折射率變化是從較靠近光源510的一側往靠近本體521的另一側逐漸增加。藉此，當光源510所產生的具有大入射角光線依序通過第一層狀結構522a、第二層狀結構522b、第三層狀結構522c以及第四層狀結構522d時，會逐漸產生偏折而進入本體521中，進而減少光反射而產生的能量損失。另一方面，利用層狀結構組合直接作為導光板的漸縮部，可避免導光板的長度過於增加，有利於窄邊框之設計需求。而且，導光板的漸縮部通常是位於發光面的無效區，故在無效區內設計能夠引導光源以使光線形成大角度光線進入本體中，也能達到對無效區作最佳化使用。

由上述本發明實施方式可知，本發明之導光板是在其本體的入光側面上設置入光結構，以作為銜接空氣層與本體之間的介質。透過入光結構的折射率變化來引導光源所產生之大角度光線進入本體中，可達到減少光能量的損失，及提升光線的利用效率之功效。

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。