CN111010878B - 导光板、背光模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

一种导光板、背光模组及显示装置。导光板包含本体及多个光学结构。本体具有入光面、反入光面及光学面。入光面与反入光面相对，光学面连接入光面与反入光面，且入光面面向光源。光学结构设置在光学面上。每一个光学结构包含朝向入光面的第一光作用面及朝向反入光面的第二光作用面。第一光作用面与第二光作用面为相异倾斜方向的斜面且形成非对称状。第一光作用面相对于光学面具有第一夹角，第二光作用面相对于光学面具有第二夹角。第一夹角大于第二夹角，且第二夹角大于0度。导光板的出光角随着第一夹角的增大呈指数递减。

Description

导光板、背光模组及显示装置

技术领域

本发明涉及一种导光元件及其应用，且特别涉及导光板、背光模组及显示装置。

背景技术

请先参照图1A所示，其是绘示习知背光模组的装置示意图。习知背光模组100主要包含光源110以及导光板120。导光板120具有入光面121、反入光面122以及反射面123，其中入光面121与反入光面122相对，且反射面123连接入光面121与反入光面122。

为了达到反射光线的目的，反射面123上设有多个微结构124，且微结构124从侧面看起来是非对称三角形，微结构124具有第一表面124a以及第二表面124b。第一表面124a相对于反射面123具有第一夹角α1，第二表面124b相对于反射面123具有第二夹角β1。其中，第一夹角α1通常会设计在40～60度的范围内，并增加第二表面124b的面积，以增加光源110所射出的光线L1的反射量。

然而，当部分光线行进到反入光面122时，会被反入光面122反射而朝入光面121的方向行进(例如光线L2)。当光线L2射向微结构124的第一表面124a时，就会形成漫射光射出。另请一并参照图1B，其为习知背光模组所产生的出光角与能量的关系示意图。由图1B可知，光源110所产生的部分光线L1朝向反入光面122的方向行进时，会被微结构124的第二表面124b反射而从导光板120的出光面出光，从而形成+Y方向的60～90度出光角的光线。相反地，被反入光面122反射的光线L2射向微结构124的第一表面124a后，导光板120的出光面并未显示出有效的-Y方向的出光角的能量，这表示光线L2在射向第一表面124a后，可能直接穿出导光板120，由此导致丧失了部分可利用的光线。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供导光板、背光模组及显示装置，其中导光板的光学结构设计可增加光的利用效率。

根据本发明的上述目的，提出一种导光板。此导光板适用于将光源所产生的光线导出。导光板主要包含本体以及多个光学结构。本体具有入光面、反入光面以及光学面。其中，入光面与反入光面相对，光学面连接入光面与反入光面，且入光面面向光源。光学结构设置在光学面上。每一个光学结构包含第一光作用面以及第二光作用面，第一光作用面朝向入光面，第二光作用面朝向反入光面，第一光作用面与第二光作用面为相异倾斜方向的斜面且形成非对称状。第一光作用面相对于光学面具有第一夹角，第二光作用面相对于光学面具有第二夹角。其中，第一夹角大于第二夹角，第二夹角大于0度，且导光板导出光线的出光角随着第一夹角的增大呈指数递减。

依据本发明的实施例，上述的第一夹角小于或等于10度且大于或等于2度，第一夹角大于或等于2倍的第二夹角。

依据本发明的实施例，上述的第一夹角等于2倍至小于8倍的第二夹角。

依据本发明的实施例，上述的出光角与第一夹角的关系式为：

其中

为出光角，α为第一夹角，62≤A≤65，85≤B+A≤90，2≤C≤3。

根据本发明的上述目的，另提出一种背光模组。此背光模组包含光源、导光板以及棱镜片。导光板适用于将光源所产生的光线导出。导光板主要包含本体以及多个光学结构。本体具有入光面、反入光面以及光学面。其中，入光面与反入光面相对，光学面连接入光面与反入光面，且入光面面向光源。光学结构设置在光学面上。每一个光学结构包含第一光作用面以及第二光作用面，第一光作用面朝向入光面，第二光作用面朝向反入光面，第一光作用面与第二光作用面为相异倾斜方向的斜面且形成非对称状。第一光作用面相对于光学面具有第一夹角，第二光作用面相对于光学面具有第二夹角。其中，第一夹角大于第二夹角，第二夹角大于0度，且导光板导出光线的第一出光角随着第一夹角的增大呈指数递减。棱镜片设置在导光板前方。

依据本发明的实施例，上述的棱镜片具有多个棱镜，且每一个棱镜具有棱镜角，棱镜角朝向导光板。其中，从导光板出光的光线经过棱镜而以第二出光角从棱镜片射出，其中棱镜角、第一出光角及第二出光角的关系式为：

其中Δ为棱镜角，

为第一出光角，θ为第二出光角，n₁为空气的折射率，n₂为棱镜片的折射率。

依据本发明的实施例，上述的第一夹角小于或等于10度且大于或等于2度，第一夹角大于或等于2倍的第二夹角。

依据本发明的实施例，上述的第一夹角等于2倍至小于8倍的第二夹角。

依据本发明的实施例，上述的棱镜角的角度为50～80度。

依据本发明的实施例，上述的出光角与第一夹角的关系式为：

其中

为第一出光角，α为第一夹角，62≤A≤65，85≤B+A≤90，2≤C≤3。

根据本发明的上述目的，另提出一种显示装置。此显示装置包含前述的背光模组以及显示面板。其中，显示面板设置在背光模组的导光板的前方。

由上述可知，本发明主要通过改变导光板上的光学结构的角度设计，来增加光线的可利用率以及出光均匀度。此外，通过导光板的光学结构角度设计搭配棱镜片的棱镜角设计，亦可有效地引导光线以正视角出光。

附图说明

为了更完整地了解实施例及其优点，现在参照附图做出下列描述，其中：

图1A是绘示习知种背光模组的装置示意图；

图1B为习知背光模组所产生的出光角与能量的关系示意图；

图2A是绘示依照本发明的实施方式的背光模组的装置示意图；

图2B是绘示图2A的光学结构的部分放大示意图；

图3为本发明的第一夹角与反射光利用率的关系示意图；

图4为第一夹角α与出光角的关系示意图；

图5为本发明的实施方式的背光模组所产生的出光角与能量的关系示意图；

图6为本发明的实施方式的第一夹角与第二夹角在不同角度关系的条件下个别产生的导光板均匀度外观示意图；

图7为在不同A值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系示意图；

图8为在不同B值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系示意图；

图9为在不同C值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系示意图；

图10为在不同棱镜角Δ的条件下，第一夹角α与棱镜片出光角θ的关系示意图；以及

图11是绘示依照本发明的实施方式的显示装置的装置示意图。

具体实施方式

请参照图2A及图2B，其中图2A是绘示依照本发明的实施方式的背光模组的装置示意图，图2B是绘示图2A的光学结构的部分放大示意图。本实施方式的背光模组200主要包含光源210、导光板300以及棱镜片400。导光板300包含本体310以及多个光学结构320。本体310具有入光面311、反入光面312、光学面313以及光学面314。其中，入光面311与反入光面312相对，光学面313连接入光面311以及反入光面312。在一些实施例中，光学面313为反射面。光学面314与光学面313相对，且连接入光面311以及反入光面312。在一些实施例中，光学面314为出光面。光源210邻设于入光面311。

请继续参照图2A及图2B，多个光学结构320设置在光学面313上。每一个光学结构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与第二光作用面322为倾斜方向相异的斜面，且形成非对称状。第一光作用面321朝向入光面311，且相对于入光面311倾斜，其中第一光作用面321相对于光学面313具有第一夹角α。第二光作用面322朝向反入光面312，且相对于入光面311倾斜，其中第二光作用面322相对于光学面313具有第二夹角β。第一夹角α大于第二夹角β，且第二夹角β的角度大于0度。

请同时参照图2A、图2B及图3，其中图3为本发明的第一夹角与反射光利用率的关系示意图。在本实施例中，第一夹角α与第二夹角β的设计可改变第一光作用面321与第二光作用面322的倾斜程度。如图3所示，当第一夹角α的角度越小时，被反入光面312所反射的光线的可利用率越高。具体而言，当第一夹角α越小时，被反入光面312所反射的光线(例如光线L4)被第一光作用面321反射而从导光板300的出光面(光学面314)射出的-Y方向光线越集中，且强度越强，故可供棱镜片400进一步使用。因此，在本实施例中，第一夹角α可选择小于或等于10度且大于或等于2度的设计，以获得20％以上的光线L4利用率。而且，另请一并参照图4所示的第一夹角与出光角的关系示意图，当第一夹角α小于或等于10度且大于或等于2度时，导光板的出光角

约为64～73度(-Y方向)，此范围内的出光角

符合棱镜片400可接受的入光角度范围，能够将斜向入射的光线转化为正视方向的光线射出，故从导光板300射出的光线在通过棱镜片400后，可从正视角的角度出光。

另请同时参照图2A、图2B及图5，图5为本发明的实施方式的背光模组所产生的出光角与能量的关系示意图。图5显示在第一夹角α小于或等于10度且大于或等于2度的条件下，第一夹角α与第二夹角β的角度关系与出光能量的变化。从图5可知，当α＝β、α＝2β、α＝3β、α＝4β、α＝8β及α＝16β时，光源210射出的部分光线(例如光线L3)进入导光板300而射向光学结构320的第二光作用面322，且被第二光作用面322反射后再从导光板300的出光面(光学面314)射出的光线在出光角约为60～90度(+Y方向)时的出光能量较高，此为棱镜片400可利用的角度。而且，被反入光面312反射的光线射向第一光作用面321，且被第一光作用面321反射再从导光板300的出光面(光学面314)射出的光线在出光角约为60～90度(-Y方向)时也显示有出光能量，这表示被反入光面312反射的光线，在经第一光作用面321的作用下，能够更集中出光，进而可被棱镜片400使用。

另请一并参照图6，图6为本发明的实施方式的第一夹角与第二夹角在不同角度关系的条件下个别产生的导光板均匀度外观示意图。在第一夹角α小于或等于10度且大于或等于2度的条件下，且当α＝β、α＝2β、α＝3β、α＝4β、α＝8β及α＝16β时，虽然第一光作用面321与第二光作用面322均能够有效地反射光线，但从均匀度来看，当α＝β、α＝8β及α＝16β时所产生的外观看起来较不均匀。因此，在本实施例中，第一夹角α与第二夹角β的角度关系，应限制在第一夹角α等于2倍至小于8倍的第二夹角β的范围内。

基于前述实施例，发明人进一步归纳得到导光板300的出光角

与第一夹角α的关系式为：出光角

其中，前述关系式的常数A、B及C的界定范围如下：62≤A≤65、85≤B+A≤90以及2≤C≤3。此外，从这个关系式亦可看出，导光板300导出光线的出光角

随着第一夹角α的增大呈指数递减。

另请同时参照下表1及图7，表1及图7分别表示在不同A值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系表及示意图。当62≤A≤65时，出光角

约为62～72度。

表1 在不同A值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系表

亦请同时参照下表2及图8，表2及图8分别表示在不同B值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系表及示意图。当85≤B+A≤90时，出光角

约为64～76度。

表2 在不同B值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系表

再请同时参照下表3及图9，表3及图9分别表示在不同C值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系表及示意图。当2≤C≤3时，出光角

约为63～77度。

表3 在不同C值的条件下，第一夹角α与导光板出光角φ的关系表

由前述可知，当第一夹角α小于或等于10度且大于或等于2度，且第一夹角α等于2倍至小于8倍的第二夹角β时，利用前述关系式：出光角

62≤A≤65、85≤B+A≤90以及2≤C≤3可得知，导光板出光角

约为62～77度。此外，如图2A所示，从导光板300射出的光线，在通过棱镜片400后，若要以正视角(棱镜片出光角θ约为±30度)出光的话，则需要设计棱镜片400的棱镜410的角度。在本实施例中，棱镜410的棱镜角Δ、导光板300的出光角

与棱镜片400的出光角θ的关系式为：

其中，n₁为空气的折射率，n₂为棱镜片的折射率。

另请参照图10，图10为在不同棱镜角Δ的条件下，第一夹角α与棱镜片出光角θ的关系示意图。如图10所示，当棱镜角Δ分别50度、60度、66度、70度以及80度时，棱镜片出光角θ约在-30至30度之间，符合正视角的需求。此外，由图10可知，当第一夹角α在小于或等于10度且大于或等于2度的范围内时，第一夹角α的改变都不会影响棱镜片出光角θ。但是，当棱镜角Δ为40度时，棱镜片出光角θ为-60度，这不符合正视角的需求。因此，棱镜角Δ的角度设计可选择50～80度。

请参照图11，其是绘示依照本发明的实施方式的显示装置的装置示意图。本实施方式的显示装置500包含如图2A所示的背光模组200以及显示面板510。如图11所示，显示面板510设置在背光模组200的导光板300的出光侧。显示装置500通过导光板300上的光学结构320的设计，同样增加被反入光面312反射的光线的利用率，故在此不再赘述。

由上述本发明实施方式可知，本发明主要通过改变导光板上的光学结构的角度设计，来增加光线的可利用率以及出光均匀度。此外，通过导光板的光学结构角度设计搭配棱镜片的棱镜角设计，亦可有效地引导光线以正视角出光。

虽然本发明的实施例已进行了如上揭露，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以做出些许更动与润饰，故本发明的保护范围应当以所附的权利要求书为准。

【附图标记列表】

100 背光模组

110 光源

120 导光板

121 入光面

122 反入光面

123 反射面

124 微结构

124a 第一表面

124b 第二表面

200 背光模组

210 光源

300 导光板

310 本体

311 入光面

312 反入光面

313 光学面

314 光学面

320 光学结构

321 第一光作用面

322 第二光作用面

400 棱镜片

410 棱镜角

500 显示装置

510 显示面板

α 第一夹角

β 第二夹角

α1 第一夹角

β1 第二夹角

出光角

θ 出光角

Δ 棱镜角

L1 光线

L2 光线

L3 光线

L4 光线

Claims (9)

1.一种导光板，其适用于将光源所产生的光线导出，其中所述导光板包含：

本体，其具有入光面、反入光面以及光学面，其中所述入光面与所述反入光面相对，所述光学面连接所述入光面与所述反入光面，其中所述入光面面向所述光源；

多个光学结构，其设置在所述光学面上，其中每一个光学结构包含第一光作用面以及第二光作用面，其中所述第一光作用面朝向所述入光面，所述第二光作用面朝向所述反入光面，所述第一光作用面与所述第二光作用面为相异倾斜方向的斜面且形成非对称状，且所述第一光作用面相对于所述光学面具有第一夹角，所述第二光作用面相对于所述光学面具有第二夹角；

其中，所述第一夹角大于所述第二夹角，所述第二夹角大于0度，其中所述导光板导出所述光线的出光角随着所述第一夹角的增大呈指数递减，并且

其中所述出光角与所述第一夹角的关系式为：

其中

为所述出光角，α为所述第一夹角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。

2.根据权利要求1所述的导光板，其中所述第一夹角小于或等于10度且大于或等于2度，所述第一夹角大于或等于2倍的所述第二夹角。

3.根据权利要求2所述的导光板，其中所述第一夹角等于2倍至小于8倍的所述第二夹角。

4.一种背光模组，包含：

光源；

导光板，其适用于将所述光源所产生的光线导出，其中所述导光板包含：

本体，其具有入光面、反入光面以及光学面，其中所述入光面与所述反入光面相对，所述光学面连接所述入光面与所述反入光面，其中所述入光面面向所述光源；

多个光学结构，其设置在所述光学面上，其中每一个光学结构包含第一光作用面以及第二光作用面，其中所述第一光作用面朝向所述入光面，所述第二光作用面朝向所述反入光面，所述第一光作用面与所述第二光作用面为相异倾斜方向的斜面且形成非对称状，且所述第一光作用面相对于所述光学面具有第一夹角，所述第二光作用面相对于所述光学面具有第二夹角；

其中，所述第一夹角大于所述第二夹角大于0度，其中所述导光板导出所述光线的第一出光角随着所述第一夹角的增大呈指数递减；以及

棱镜片，设置在所述导光板前方，

其中所述出光角与所述第一夹角的关系式为：

其中

为所述出光角，α为所述第一夹角，62≦A≦65，85≦B+A≦90，2≦C≦3。

5.根据权利要求4所述的背光模组，其中所述棱镜片具有多个棱镜，且每一个棱镜具有棱镜角，所述棱镜角朝向所述导光板，其中从所述导光板出光的所述光线经过所述棱镜而以第二出光角从所述棱镜片射出，其中所述棱镜角、所述第一出光角及所述第二出光角的关系式为：

其中Δ为所述棱镜角，

为所述第一出光角，θ为所述第二出光角，n₁为空气的折射率，n₂为所述棱镜片的折射率。

6.根据权利要求4所述的背光模组，其中所述第一夹角小于或等于10度且大于或等于2度，所述第一夹角大于或等于2倍的所述第二夹角。

7.根据权利要求6所述的背光模组，其中所述第一夹角等于2倍至小于8倍的所述第二夹角。

8.根据权利要求5所述的背光模组，其中所述棱镜角的角度为50～80度。

9.一种显示装置，包含：

根据权利要求4至8中任一项所述的背光模组；

显示面板，其设置在所述导光板前方。

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