TWI807623B - 顯示模組、背光模組及其高增益導光板 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種導光板，導光板具有底面，底面具有入光端、近光區及可視區，且近光區較可視區接近入光端。近光區包含複數個第一微結構，至少部分的第一微結構內凹於底面，並具有內凹面。內凹面上具有複數個內凹或外凸之環狀結構，環狀結構於內凹面上相互套疊分佈。

Description

顯示模組、背光模組及其高增益導光板

本發明涉及一種導光板，具體而言，本發明是有關於一種高增益導光板，以及包含其高增益導光板的背光模組及顯示模組。

背光模組已廣泛地運用於各種顯示模組中，以作為此些裝置的背光源。為了促進或改善出光效率或光學性質，背光模組可以選擇性的包含各種光學構件或光學膜片。在這些光學構件或光學膜片中，主要用於將光線有效傳導分佈以形成面光源之導光板為背光模組不可或缺的核心構件，並且導光板的性質可以很大程度的決定了背光模組的輝度及出光效率。

為了有效引導光線從導光板發射以產生高輝度的光源，可以在導光板中形成複數個光學微結構。然而，習知的高輝度導光板在靠近光源的近光區會使得光源過度集中，造成亮暗對比強烈的現象，稱為熱點(hotspot)。換句話說，即是光源入射至導光板的近光區時，導光板上的光學微結構會產生反射角度較小且較集中的反射光，使得導光板左右兩側的暗區有較嚴重的熱點。此外，部分傳統導光板上的光學微結構所具有的內凹結構，可能會使得導光板與其接觸的反射片較易產生靜電吸附而形成亮暗差異。

解決問題之技術手段

為解決上述問題，本發明的實施例提供一種導光板，導光板的底面具有入光端、近光區及可視區，且近光區較可視區接近入光端。近光區包含複數個第一微結構，至少部分的第一微結構內凹於底面，並具有內凹面。內凹面上具有複數個內凹或外凸之環狀結構，環狀結構於內凹面上相互套疊分佈。

本發明的實施例也提供一種背光模組，包含前述的導光板。

本發明的實施例也提供一種顯示模組，包含前述的背光模組以產生背光源，以及包含與背光模組相對設置的顯示面板以接收背光源。

對照先前技術的功效

依據本發明的實施例所提供的導光板，可以藉由第一微結構中的環狀結構將入射至導光板的光源均勻反射，降低導光板在近光區的亮暗對比明顯的現象。並且，藉由導光板上的第一微結構，可以減少導光板與反射片之間的接觸面積，降低靜電吸附造成的亮暗差異的現象。

本說明書中將描述各種實施例，且所屬技術領域中具有通常知識者在參照說明搭配圖式下，應可輕易理解本發明之精神與原則。在此，各圖式中所繪示之各元件或部分可為了清晰起見而誇大或變化。因此，所屬技術領域中具有通常知識者應明瞭的是，在圖式中所繪示之各元件或部分之尺寸及相對比例並非實際該元件或部分之真實尺寸及相對比例。另外，雖然在文中會具體說明一些特定實施例，這些實施例僅作為例示性，且於各方面而言皆非視為限制性或窮盡性意義。因此，對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，在不脫離本發明之精神與原則下，對於本發明之各種變化及修改應為顯而易見且可輕易達成的。

參照圖1A，其為根據本發明的實施例的具有第一微結構及第二微結構的背光模組之剖面示意圖。如圖所示，背光模組10中的導光板100之底面105(即圖中+Z方向靠近反射片200之一面)，具有複數個第一微結構110及複數個第二微結構120位於底面105所定義的近光區300。並且，底面105具有入光端106以接收光源500產生的光，亦即，光源產生的光從導光板100之底面105入射後，依序通過入光端106、近光區300，再到達底面所定義的可視區400(即近光區300較可視區400接近入光端106)。

另請參照圖1B及圖1C，圖1B為根據本發明的實施例的第一微結構之俯視示意圖，圖1C為根據本發明的實施例的第一微結構之剖面示意圖。。如圖1A至1C所示，每一第一微結構110至少部分內凹於底面105，且具有內凹面111。導光板100的底面上的第一微結構110，在內凹面111中具有複數個內凹或外凸之環狀結構113，這些環狀結構113於內凹面111上相互套疊分佈。應注意的是，圖1A屬於剖面示意圖，環狀結構113僅以示例性的圓點表示，以下描述環狀結構113。

圖1C為圖1B沿第一方向114橫切的一個剖面圖，在圖1C中的橫向虛線的箭頭所標示的方向，可以對應圖1B中的第一方向114。舉例來說，在圖1B中所標示的最內圈的環狀結構113的位置，即對應到圖1C中的橫向虛線的箭頭指向環狀結構1131的兩個位置。

為了說明上的方便，第一微結構110之內凹面111在圖1C中所標示的內凹方向，與圖1A中的內凹面111之內凹方向相反，即圖1C為導光板100之上下翻轉後的示意圖。導光板100之底面的第一微結構110中的內凹面111的深度尺寸，可以遠大於第一微結構110中的環狀結構113所內凹或外凸的深度尺寸，即是環狀結構1131、1132、1133、1134，以及1135在內凹面111中的內凹或外凸的高度遠小於整個內凹面111的深度尺寸(例如內凹或外凸的深度尺寸僅為整個內凹面111的數十分之一至百分之一)。

根據本發明的實施例，環狀結構113的外觀或形狀等幾何特性，舉例來說，若環狀結構113為圓形，則環狀結構113可以是同心對稱分佈，但並不限制於此種幾何結構，可以根據導光板100在近光區300所產生的亮暗對比的改善程度作調整。或者，環狀結構113也可以是橢圓形、橄欖球形甚或不規則形狀，則環狀結構113中越內部的環狀結構113所包圍的面積較小，而越外部的環狀結構113所包圍的面積較大且以具有間距的分佈方式，將較內部的環狀結構113套疊在其內部。

根據本發明的實施例，各個環狀結構113在內凹面111中的間距分佈等特性，也可以根據導光板100在近光區300所產生的亮暗對比的改善程度作調整，舉例來說，越內部的環狀結構113的間距可以較大，而越外部的環狀結構113的間距較小，例如變動範圍在數微米之間，但並不限制於此種分佈方式。同樣的，環狀結構113的圈數，也是近光區300所產生的亮暗對比的改善程度之調整參數之一，並不對環狀結構113的圈數作特別限制。

根據本發明的實施例，環狀結構113在內凹面111中的間距，也可以根據第一微結構110在近光區300的不同區域時作調整，例如，環狀結構113在近光區300中，越靠近入光端106的位置，平均的間距可以漸漸變小。換句話說，環狀結構113的平均間距在遠離入光端106時較大，且在靠近入光端106時較小。

再搭配參照圖1A至圖1C，第一微結構110的邊緣處，還可以包含凸部115，即第一微結構110的邊緣處如圖1A，在導光板100之底面上沿著+Z方向凸出。第一微結構110可以用不同的間距(即不同密度)設置在導光板100的底面，而相鄰的第一微結構110之間還可以如圖1A所示設置第二微結構120。第二微結構120可以是在導光板100之底面上沿著圖1A中的+Z方向凸出的外凸面，且第二微結構120可以用不同的分佈密度設置在第一微結構110之間。

接著參照圖2，其為根據本發明的實施例的背光模組之入射光源的光路示意圖。如圖所示，當光源500產生的光從入光端106入射至導光板100時，光線會在導光板100的底面105所定義的近光區300，被導光板100中的第一微結構110及第二微結構120反射至導光板100的頂面107。亦即，光線入射至導光板100後，會因為第一微結構110中的環狀結構113、第一微結構110邊緣處的凸部115，以及第二微結構120的外凸面，產生各種不同的反射角度。由於前述各種結構並不是均勻結構，光源500發出的光入射至這些微結構時，會包含各種不同的入射角，所以反射出前述各種結構時，也會以各種角度反射至導光板100的頂面107，如圖2所示。因此，反射至頂面107的光，不會集中在特定區域上，較不會有亮暗對比的現象產生。

藉由以上描述，可以使得光源500入射至導光板100時，在導光板100的頂面107產生均勻的分佈，使得從導光板100的頂面107發出的光適合作為均勻的背光源，不會因為導光板100的結構特性而在頂面107產生亮暗對比強烈的現象。並且，由於第一微結構110邊緣處的凸部115，以及第二微結構120的外凸面等結構，使得導光板100與設置在導光板100之底面的一側的光學元件(例如反射片200)的接觸面積減少，進一步的降低了導光板100與反射片200之間的靜電吸附現象。因此，導光板100與反射片200之間的靜電吸附現象的改善，同樣降低了導光板100在近光區300的亮暗對比現象，得到較佳的視覺效果。

以下進一步描述第二微結構120的實施方式。

參照圖3A及圖3B，其中圖3A為為根據本發明的實施例的第二微結構之俯視示意圖，且圖3B為根據本發明的實施例的第二微結構之剖面示意圖。第二微結構120，較佳可作為散光結構，可以如圖3A及圖3B所示，具有不規則的外凸面。在圖3A中，以較密集的斜線表示的區域為相對外凸程度較大的區域，較疏的斜線表示的區域為相對外凸程度較小的區域。當光源500抵達至第二微結構120時，可經第二微結構120反射產生各種不同的反射角的反射光，使得導光板100之頂面107產生較均勻的反射光而不至於有明顯的亮暗對比現象。並且，由於第二微結構120的不規則形狀，光源500入射到第二微結構120時，也會發生光線先反射到反射片200，再經過二次反射到導光板100之頂面107的情形，再更進一步的改善近光區300的亮暗對比現象。

參照圖4A，其為根據本發明的實施例的第一微結構之第一排列俯視示意圖。關於第一微結構110在導光板100之底面上的排列方式，可以有各種排列方式，例如可以將第一微結構110中的環狀結構113，以第一方向114平行於光源500入射之方向排列(即如圖4A)。舉例來說，第一方向114可以如圖1B所示，為橢圓形或橄欖球形環狀結構113尺寸較長的方向，亦即定義成長軸方向。當光源500產生的光以平行第一方向114的方向，從入光端106入射至第一微結構110時，需要較多的時間通過第一微結構110，因此有更高的機率將光源500所發出的光以各種不同角度反射到導光板100的頂面107。

參照圖4B，其為根據本發明的實施例的第一微結構之第二排列俯視示意圖。相對的，若將橢圓形或橄欖球形第一微結構110中的環狀結構113，以第一方向114垂直於光源500入射之方向排列(即如圖4B)。當光源500以垂直第一方向114的方向，從入光端106入射至第一微結構110時，需要較少的時間通過第一微結構110，因此有較小的機率將光源500所發出的光以各種不同角度反射至導光板100的頂面107。由此可知，不同的第一微結構110的排列方式，也是頂面107所產生的亮暗對比的改善程度之調整參數之一。

參照圖5A至圖5C，圖5A為根據本發明的實施例的第二微結構之角落補點分佈示意圖，圖5B為根據本發明的實施例的第二微結構之局部補點分佈示意圖，圖5C為根據本發明的實施例的第二微結構之均勻補點分佈示意圖。如圖所示，前述的第一微結構110及第二微結構120，除了可以設置於導光板100之近光區300的底面，也可以用不同方式設置在可視區400中。前述第一微結構110邊緣處的凸部115(如圖1B)，與第二微結構120的外凸面的邊緣處(如圖3A及3B)可以有重疊區域，特別是第二微結構120以較高的密度分佈在相鄰的第一微結構110之間或以較高的密度分佈在近光區300時，如圖5A至5C的示意圖所示。

舉例來說，第一微結構110可以如圖5A及圖5B，在可視區400中靠近近光區300的第一區域410中，以較低密度的方式分佈，且在可視區400中相對遠離近光區300的第二區域420中，以較高密度的方式分佈。或者，第一微結構110可以如圖5C，以均勻的密度在可視區400中分佈。如此一來，導光板100在可視區400中的亮暗對比，也能藉由第一微結構110作調整，得到較均勻的背光源。

同樣的，第二微結構120可以如圖5A，在可視區400中遠離近光區300的第二區域420中的角落位置設置，且在可視區400中靠近近光區300的第一區域410中不設置。或者，可以如圖5B，在可視區400中遠離近光區300的第二區域420中均勻設置，且在可視區400中靠近近光區300的第一區域410中不設置。又或者，第二微結構120可以如圖5C，以均勻的密度在可視區400中分佈。如此一來，導光板100在可視區400中的亮暗對比，也能藉由第二微結構120作調整，得到較均勻的背光源。

接著參照圖6，其為根據本發明的實施例的包含第一微結構及第二微結構之背光模組的顯示模組之示意圖。如圖所示，具有前述的第一微結構110及第二微結構120的導光板100，除了可以結合反射片200以形成背光模組10之外，還可以結合顯示面板600，形成包含顯示面板600及背光模組10，得到具有均勻背光源的顯示模組20。

關於前述的第一微結構110及第二微結構120，可以利用各類製程來形成，例如印刷製程、紫外光壓印(UV imprinting)製程、蝕刻製程，以及鐳射製程等等方法在導光板100上加工得到。

以下附上光學模擬之結果，以表示導光板100在是否有第一微結構110及第二微結構120的情形下，相對的光學特性的結果：

	對照組	條件一	條件二	條件三	條件四
第一微結構	X	X	X	X	○
第二微結構	X	○	○	○	○
第二微結構密度	X	10%	5%	3%	3%
平均亮度	3352	3161	3292	3416	3392
亮度比例	100%	94%	98%	102%	101%

由上述表格的條件一至三得知，第二微結構120的分佈密度增加，會使得整體的平均亮度降低，而由條件四得知，添加第一微結構110沒有讓平均亮度產生明顯影響，仍然可以維持光線利用率。

以下再附上實際的實驗結果，並且將導光板100分成25個區域(5x5)，並且以相對座標(x=-2~2,y=-2~2)表示，分別量測其輝度並且以相對數值作比較。

參閱圖7A，為根據本發明的實施例的不包含第一微結構及第二微結構之輝度值的對照組示意圖。如圖所示，在圖7A中各個相對座標點的數值，代表不包含第一微結構110及第二微結構120的導光板100實際量測到的輝度實驗值，所量測到的25個輝度值的平均為7141單位，由其分佈可以得知導光板100在越角落的位置(即越接近(-2,2)、(-2,-2)、(2,2)及(2,-2)的區域，或者可對應到近光區300)，相對數值較低，即代表亮度較低，有較明顯的亮暗對比現象。

接著參閱圖7B，其為根據本發明的實施例的包含第一微結構及第二微結構之輝度值的實驗組示意圖。如圖所示，在圖7B中各個相對座標點的數值，代表包含第一微結構110及第二微結構120的導光板100實際量測到的輝度實驗值，所量測到的25個輝度值的平均為7171單位。並且，把不包含第一微結構110及第二微結構120的結構實際量測到的25個輝度值，以1作為相對輝度差異的比較值。

亦即，加入第一微結構110及第二微結構120的導光板100所量測到的25個輝度值，與不包含第一微結構110及第二微結構120的導光板100所量測到的25個輝度值，依據對應位置作比較，若量測到的輝度值較高，則在代表輝度差異的區域的數值大於1。反之，若量測到的輝度值較低，則在代表輝度差異的欄位的數值小於1。

由上述圖式得知，導光板100在增加第一微結構110及第二微結構120之後，平均輝度未發生衰減，並且導光板100在角落處(即越接近(-2,2)、(-2,-2)、(2,2)及(2,-2)的區域，或者可對應到近光區300)明顯改善其亮暗對比的現象。

上文中所述僅為本發明之一些較佳實施例。應注意的是，在不脫離本發明之精神與原則下，本發明可進行各種變化及修改。所屬技術領域中具有通常知識者應明瞭的是，本發明由所附申請專利範圍所界定，且在符合本發明之意旨下，各種可能置換、組合、修飾及轉用等變化皆不超出本發明由所附申請專利範圍所界定之範疇。

10:背光模組

100:導光板

105:底面

106:入光端

107:頂面

110:第一微結構

111:內凹面

1131、1132、1133、1134、1135、113:環狀結構

115:凸部

120:第二微結構

114:第一方向

300:近光區

400:可視區

410:第一區域

420:第二區域

200:反射片

500:光源

20:顯示模組

600:顯示面板

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵優點與實施例更明顯易懂，所附之圖式說明如下：

圖1A為根據本發明的實施例的具有第一微結構及第二微結構的背光模組之剖面示意圖。

圖1B為根據本發明的實施例的第一微結構之俯視示意圖。

圖1C為根據本發明的實施例的第一微結構之剖面示意圖。

圖2為根據本發明的實施例的背光模組之入射光源的光路剖面示意圖。

圖3A為根據本發明的實施例的第二微結構之俯視示意圖。

圖3B為根據本發明的實施例的第二微結構之剖面示意圖。

圖4A為根據本發明的實施例的第一微結構之第一排列俯視示意圖。

圖4B為根據本發明的實施例的第一微結構之第二排列俯視示意圖。

圖5A為根據本發明的實施例的第二微結構之角落補點分佈示意圖。

圖5B為根據本發明的實施例的第二微結構之局部補點分佈示意圖。

圖5C為根據本發明的實施例的第二微結構之均勻補點分佈示意圖。

圖6為根據本發明的實施例的包含第一微結構及第二微結構之背光模組的顯示模組之示意圖。

圖7A為根據本發明的實施例的不包含第一微結構及第二微結構之輝度值的對照組示意圖。

圖7B為根據本發明的實施例的包含第一微結構及第二微結構之輝度值的實驗組示意圖。

10:背光模組

100:導光板

105:底面

106:入光端

107:頂面

110:第一微結構

111:內凹面

115:凸部

120:第二微結構

300:近光區

400:可視區

500:光源

200:反射片

Claims (15)

1. 一種導光板，包含：一底面，該底面具有一入光端、一近光區及一可視區，其中該近光區較該可視區接近該入光端；該近光區包含：複數個第一微結構，每一該第一微結構至少部分內凹於該底面，並具有一內凹面；其中該內凹面上具有複數個內凹或外凸之環狀結構，該些環狀結構係於該內凹面上相互套疊分佈，且該些環狀結構具有一長軸方向，該長軸方向平行一光源之入射方向。
2. 一種導光板，包含：一底面，該底面具有一入光端、一近光區及一可視區，其中該近光區較該可視區接近該入光端；該近光區包含：複數個第一微結構，每一該第一微結構至少部分內凹於該底面，並具有一內凹面；其中該內凹面上具有複數個內凹或外凸之環狀結構，該些環狀結構係於該內凹面上相互套疊分佈，且該些環狀結構具有一短軸方向，該短軸方向平行一光源之入射方向。
3. 如請求項1或2所述的導光板，進一步包含：複數個第二微結構，設置於該導光板之該底面，且每一第二微結構為一外凸面。
4. 如請求項1或2所述的導光板，其中每一該第一微結構之邊緣處進一步包含一凸部，該凸部突出於該底面且至少部分圍繞該內凹面。
5. 如請求項1或2所述的導光板，其中每一該環狀結構之高度小於該內凹面之深度。
6. 如請求項1或2所述的導光板，其中該些環狀結構為同心對稱分佈。
7. 如請求項1或2所述的導光板，其中該些環狀結構之間距為非等距分佈。
8. 如請求項3所述的導光板，其中該些第一微結構之邊緣處及該些第二微結構具有重疊區域。
9. 如請求項3所述的導光板，其中該些第一微結構及該些第二微結構進一步設置於該可視區，其中該可視區包含相鄰該近光區之一第一區域，以及遠離該近光區之一第二區域。
10. 如請求項9所述的導光板，其中該些第二微結構分佈在該第二區域。
11. 如請求項10所述的導光板，其中該些第二微結構分佈在該第二區域靠近該底面角落之部分。
12. 如請求項9所述的導光板，其中該些第二微結構在該可視區中均勻分佈。
13. 如請求項9所述的導光板，其中該些第一微結構在該第二區域的分佈密度大於在該第一區域的分佈密度。
14. 一種背光模組，包含如請求項1或2所述之導光板。
15. 一種顯示模組，包含：一背光模組，包含如請求項1或2所述之導光板，供產生一背光；以及一顯示面板，設置與該背光模組相對以接收該背光。