CN116259233A - 光学板、前光模组及显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学板、前光模组及显示器，显示器包含前光模组及与光学板的底侧间隔设置的显示面板，前光模组包含光学板及对入光面投光的发光单元，光学板界定有相对的顶侧及底侧，并具有位于光学板的一端的入光面、位于光学板的顶侧并连接于入光面的出光面、设于出光面的多个导光结构以及连接入光面及光学板的底侧的斜面结构，发光单元对光学板投射的大角度光线藉由斜面结构的反射来改变角度，并通过导光结构而以较佳的角度朝光学板的底侧反射，再藉由显示面板反射及导光结构的折射引导，而以较小的出射角自出光面出光，由此光线的利用率及显示器出光辉度得以提升。

Description

光学板、前光模组及显示器

本申请要求享有于2021年12月9日提交的申请号为202111501461.3、发明名称为“光学板、前光模组及显示器”的中国专利申请的优先权，在此通过引用将其全部内容结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及光学板，尤其涉及能够提升出光辉度的光学板，应用有该光学板的前光模组及应用有该前光模组的显示器。

背景技术

现今，为了让使用者于无光或强光的环境中皆能清晰地看见电子书阅读器呈现的内容，电子书阅读器中会采用前光式显示器，前光式显示器包含前光模组及显示面板，前光模组包含相邻设置的前光板及发光单元，前光板具有出光面，发光单元发出的光线会入射前光板的一端，并透过前光板的折射而发射至显示面板，显示面板再将光线自该出光面射出至使用者的眼中，前光式显示器藉由反射光线成像，而能避免强光环境中的光线对显示成像的干扰。

发光单元朝前光板发射光线时，若光线的入射角度与光轴之间的夹角较小，例如10度以下，则光线可从前光板的出光面以正视角正负15度的范围内出光，使光线顺利地入射使用者的眼睛。然而，当光线的入光夹角较大时，例如10度以上，光线的出光夹角会加大，则光线无法被使用者的眼睛接收，也就是说，出光面的出光角度较趋发散，因此光线无法贡献于正视角正负15度的范围内而被有效利用，造成前光式显示器的出光辉度较低，因此，习知前光式显示器仍有改善的空间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供光学板，希藉此改善现今的前光式显示器的出光辉度较低的问题。

为了达成前揭目的，本发明光学板界定有相对的顶侧及底侧，并具有：

入光面，其位于该光学板的一端；出光面，其位于该光学板的顶侧，并连接于该入光面；多个导光结构，其设于该光学板的出光面，每一导光结构具有迎光面及反迎光面，该反迎光面连接于该迎光面远离该入光面的一侧；以及斜面结构，其连接该入光面及该光学板的底侧。

为了达成前揭目的，本发明另提供一种前光模组，其包含：如前所述的光学板；及发光单元，其对该入光面投光。

为了达成前揭目的，本发明另提供一种显示器，其包含：如前述的前光模组；及显示面板，其与该光学板的底侧间隔设置。

藉由本发明光学板的斜面结构，可将入射角大于10度的大角度光线有效地传递至后方，该发光单元对该光学板投射的大角度光线被该斜面结构反射后，其投射到该迎光面的角度会发生改变，由此该迎光面能以较佳的角度将光线朝该光学板的底侧反射，再藉由该显示面板的反射及该出光面的导光结构引导，而使该大角度光线以较小的出射角自该出光面出光，藉此有效提升对入射角度较大的光线的利用率，提高整体模组于观看需求视角的出光辉度，特别是介于该出光面正视角正负15度之间的出光辉度，并提升本发明显示器的出光辉度。

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1为本发明光学板的第一种较佳实施例的局部放大的平面示意图；

图2为本发明光学板的第二种较佳实施例的局部放大的平面示意图；

图3为本发明前光模组的局部平面示意图；以及

图4为本发明显示器的光路的示意图。

具体实施方式

现在配合附图将本发明实施例详细说明如下，其中，附图主要为简化示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此在附图中仅标示与本发明有关的组件，且所显示的组件并非以实施时的数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时的规格尺寸实为一种选择性的设计，且其组件布局形态可能更为复杂。

请参阅图1及图2，为本发明光学板1的多种较佳实施例，其界定有相对的顶侧及底侧，并具有入光面10、出光面20、多个导光结构30及斜面结构40。

如图1及图2所示，入光面10位于光学板1的一端；出光面20位于光学板1的顶侧，并连接于入光面10，光线能自入光面10入射到光学板1中，并自出光面20射出。

如图1至图4所示，多个导光结构30设于光学板1的出光面20，并具有迎光面31及反迎光面32，反迎光面32连接于迎光面31远离入光面10的一侧，当光线被投射向迎光面31时，会被迎光面31反射而朝光学板1的底侧射出，当光线自光学板1的底侧射向反迎光面32时会被折射，藉此控制自光学板1的出光面20射出的光线的路径。

如图1及图2所示，斜面结构40连接入光面10及光学板1的底侧，斜面结构40用以控制入射光学板1的光线的路径，使光线能射向导光结构30的迎光面31，以藉此提升光线的利用率。

再者，如图1所示，于本发明光学板1的第一种较佳实施例中，斜面结构40包含第一斜面41，第一斜面41与光学板1的底侧之间形成有一第一夹角θ1(又称斜面夾角)，第一夹角θ1为外角，第一夹角θ1的角度大于0度且小于或等于8度，即0°<θ1≤8°，其中，当光线投射向第一斜面41时会被反射。

多个导光结构30的迎光面31与出光面20之间形成有第四夹角θ4(又称迎光面夾角)，第四夹角θ4为外角，第四夹角θ4的角度大于42度且小于或等于46度，即42°<θ4≤46°，其中，藉由第四夹角θ4的角度设计，使迎光面31能接受第一斜面41反射的光线，并将光线朝光学板1的底侧反射，而于本发明的较佳实施例中，第四夹角θ4的度数为第一夹角θ1的度数的一半再加上42度，即θ4＝0.5×θ1+42°，通过第四夹角θ4随第一斜面41的第一夹角θ1而变化的设计，使迎光面31能以较佳的角度将光线朝光学板1的底侧反射，进而提升光线的利用率。

请参阅图3，为本发明前光模组的一种较佳实施例，其包含光学板1及发光单元50，发光单元50对入光面10投光。

其中，发光单元50具有中心光轴51，中心光轴51对应光学板1的顶侧至底侧的厚度中心，如图4所示，发光单元50朝光学板1投射的光线与中心光轴51之间形成有入射角α。其中，自发光单元50朝光学板1投射的、入射角α大于10度的光线(即大角度光线)被斜面结构40反射后，会改变大角度光线投射到迎光面31的角度，使迎光面31能以较佳的角度将光线朝光学板1的底侧反射，进而提升光线的利用率。更佳的是，通过第一斜面41的调整，可有效地使入射角α介于10度至35度之间的大角度光线，从光学板1的出光面20正视角正负15度的范围内出光，进而提升出光面20的整体辉度，正视角垂直于出光面20，本实施例正视角可参考图4中的两点链线。

再者，如图3所示，光学板1的顶侧至底侧界定有第一方向D1，正视角平行于第一方向D1，斜面结构40在平行于第一方向D1上具有高度h，高度h小于光学板1的顶侧至底侧的厚度T_B减去发光单元50在平行于第一方向D1上的厚度T_L的一半，即h<(T_B-T_L)/2，藉由斜面结构40的高度h的设计，使发光单元50发出的光线投射至光学板1的入光面10，而不会从斜面结构40的位置提早出光，藉此避免因光线的利用率受影响及出光面20靠近光源的位置较亮所造成的出光不均匀的问题。

在一实施例中，发光单元50的厚度T_L为0.3mm，选用厚度T_B为0.5mm的光学板1，则斜面结构40的高度h小于0.1mm，配合斜面结构40的第一夹角θ1不大于8度的条件，则第一斜面41的长度不小于0.7185mm。又，当第一夹角θ1为1度时，第一斜面41的长度为5.80mm。

在另一实施例中，发光单元50的厚度T_L为0.3mm，选用厚度T_B为0.6mm的光学板1，则斜面结构40的高度h为小于0.15mm，配合斜面结构40的第一夹角θ1不大于8度的条件，则第一斜面41的长度不小于1.0778mm。又，当第一夹角θ1为1度时，第一斜面41的长度为8.5948mm。也就是说，斜面结构40长度为厘米等级(millimeter)的尺度，与习知光学板上形成于底面且用以破坏光线全反射的微结构是微米等级(micrometer)或奈米等级(nanometer)的尺度不同。

请参阅图4，为本发明显示器的一种较佳实施例，其包含前光模组及显示面板60，显示面板60与光学板1的底侧间隔设置。

其中，自光学板1的出光面20射出的光线与第一方向D1之间形成有出射角β。

当发光单元50对光学板1的入光面10投射光线时，若光线的入射角α的角度较小，即入射角α的角度介于0度至10度之间，包含端点值，则光线会射向多个导光结构30的迎光面31，并被反射向位于光学板1的底侧的显示面板60，显示面板60将光线反射向光学板1的出光面20，使光线通过多个导光结构30的反迎光面32而被折射，并以较小的出射角β射出出光面20，较佳地，出射角β介于0度至15度之间，包含端点值。

而当光线的入射角α的角度较大，即入射角α的角度介于10度至35度之间，且光线偏向光学板1的底侧时，如图4所示，以光学板1的第一种较佳实施例应用于显示器为例，光线以入射角α投向第一斜面41时，光线的反射方向为光线的入射方向以第一斜面41的法线方向镜射，而使得自第一斜面41反射的光线与中心光轴51之间形成一次入射角α’，次入射角α’的角度为入射角α的角度减去两倍的第一夹角θ1的角度，即α’＝α–2×θ1，藉由将光线的入射角α的角度缩小为次入射角α’的角度，使光线能射向导光结构30的迎光面31，再通过导光结构30的迎光面31的第四夹角θ4的角度设计，使光线被投射至显示面板60并被反射，最后经由导光结构30的反迎光面32折射，而能被有效利用，并以较佳的出射角β射出出光面20，藉此有效提升本发明显示器的辉度，使光线的出射角β朝正视角接近，也就是说，光线的视角可以往中央收敛，由此可提高正视角的出光效率。

请参阅表格一，为斜面结构40对于显示器出光能量影响的比较，以出光面20上具有同样微结构的前提，有斜面结构40的光学板1能使显示器的出光能量提高17％至69％。由此可知，光学板1的斜面结构40能有效地提升本发明显示器的出光辉度。

表格一：

再请参阅表格二，为光学板1的第一斜面41的第一夹角θ1及多个导光结构30的迎光面31的第四夹角θ4的角度变化对本发明显示器的出光辉度的影响。以无斜面结构的显示器的出光辉度为基准，比较不同第一夹角θ1及第四夹角θ4的角度搭配，由表格二可得知，相较于第一夹角θ1为0度(即无斜面结构)时显示器的出光辉度比值为100％的情况，或者第一夹角θ1为9度时显示器的出光辉度比值为90％的情况，第一夹角θ1的角度大于0度并小于或等于8度时显示器的出光辉度比值可以更为有效地提升至112％至116％。

表格二：

第一夹角θ1	第四夹角θ4	出光辉度比值
			0	42	100％
1	42.5	112％
			3	43.5	116％
8	46	112％
			9	46.5	90％

再者，如图2所示，于本发明光学板1的第二种较佳实施例中，斜面结构40包含相连的第二斜面42及一第三斜面43，第二斜面42连接于入光面10，第三斜面43连接于光学板1的底侧，第二斜面42与平行于光学板1的底侧的假想平面之间形成有第二夹角θ2，第三斜面43与光学板1的底侧之间形成有第三夹角θ3，较佳地，第二夹角θ2的角度大于3度且小于或等于8度，即3°<θ2≤8°，第三夹角θ3的角度大于0度且小于或等于3度，即0°<θ3≤3°。由于第二斜面42相较于第三斜面43更靠近入光面10，故第二斜面42又称前倾斜面42，第三斜面43又称后倾斜面43，第二夹角θ2又称前斜面夹角，第三夹角θ3又称后斜面夹角。

其中，当光线的入射角α介于22度至35度之间时，光线会射向斜面结构40的第二斜面42；而当光线的入射角α介于10度至22度之间时，光线会射向斜面结构40的第三斜面43，藉由第二斜面42的第二夹角θ2与第三斜面43的第三夹角θ3的角度不同的设计，斜面结构40能更精确地控制入射到光学板1上的光线的路径，使得入射角α较大或较小的光线皆能被精确地控制并以较佳的角度射向导光结构30的迎光面31，从而能够提升出光辉度。

较佳地，第二斜面42的面积与第三斜面43的面积的比值大于0且小于或等于1，即0<A_A/A_B≤1，前式中，A_A为第二斜面42的面积，A_B为第三斜面43的面积，由于第二斜面42的面积为第二斜面42的长度L_A乘以光学板1的宽度，第三斜面43的面积为第三斜面43的长度L_B乘以光学板1的宽度，因此，如图2所示，第二斜面42的长度L_A与第三斜面43的长度L_B的比值满足大于0且小于或等于1，即0<L_A/L_B≤1，当光线的入射角α较大时，光线于光学板1中沿平行于中心光轴51的方向前进较短的距离即会接触斜面结构40，而会落到第二斜面42的区段中，而当光线的入射角α较小时，光线于光学板1中沿平行于中心光轴51的方向会前进较长的距离，并会落到第三斜面43的区段中，因此，较靠近发光单元50的第二斜面42的面积可以小于第三斜面43的面积，藉由第二斜面42及第三斜面43的面积比，能使斜面结构40较佳地配合发光单元50发出的光线，藉此提升光线的利用率。换言之，由于在发光单元50发出的整体光线中，入射角α大于22度的光线的比例较小且强度较弱，并仅会投射至较靠近发光单元50的第二斜面42，故第二斜面42面积可以小于第三斜面43的面积，即由第三斜面43来调整入射角α介于10度至22度之间的光线为主要提升出光辉度的手段。综上，本实施例藉由第二夹角θ2大于第三夹角θ3及第三斜面43的面积大于第二斜面42的面积的设计，可使斜面结构40利用第三斜面43有效地调整入射角α介于10度至22度之间的光线，并利用第二斜面42有效地调整入射角α介于22度至35度之间的光线，因此有助于提升本发明显示器的辉度。

综上，当前光模组的发光单元50对光学板1投射光线时，入射角α较小的光线能够经由光学板1的导光结构30反射至显示面板60并再被反射，而自光学板1的出光面20以较小的出射角β出光，当入射角α较大的光线进入光学板1时，藉由斜面结构40的反射，能使光线的入射角α缩小，藉此使光线同样能够以较小的出射角β出光，也就是说，光线的视角可以往中央收敛，以提高正视角的出光效率，进而有效提升光线的利用率，并提升本发明显示器的出光辉度。

上述揭示的实施形态仅例示性说明本发明的原理、特点及其功效，并非用以限制本发明的可实施范畴，任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。任何运用本发明所揭示内容完成的等效改变及修饰，均仍应属于所附权利要求书的涵盖范围。

【附图标记列表】

1：光学板

10：入光面

20：出光面

30：导光结构

31：迎光面

32：反迎光面

40：斜面结构

41：第一斜面

42：第二斜面(前倾斜面)

43：第三斜面(后倾斜面)

50：发光单元

51：中心光轴

60：显示面板

D1：第一方向

h：高度

L_A：第二斜面(前倾斜面)的长度

L_B：第三斜面(后倾斜面)的长度

T_B：光学板的顶侧至底侧的厚度

T_L：发光单元在平行于第一方向上的厚度

θ1：第一夹角(斜面夹角)

θ2：第二夹角(前斜面夹角)

θ3：第三夹角(后斜面夹角)

θ4：第四夹角(迎光面夹角)

α：入射角

α’：次入射角

β：出射角。

Claims (10)

1.一种光学板，其界定有相对的顶侧及底侧，所述光学板具有：

入光面，其位于所述光学板的一端；

出光面，其位于所述光学板的顶侧，并连接于所述入光面；

多个导光结构，其设于所述光学板的出光面，每一所述导光结构具有迎光面及反迎光面，所述反迎光面连接于所述迎光面远离所述入光面的一侧；以及

斜面结构，其连接所述入光面及所述光学板的底侧。

2.根据权利要求1所述的光学板，其中，所述斜面结构包含第一斜面，所述第一斜面与所述光学板的底侧之间形成有斜面夹角，所述斜面夹角满足下列公式：

0°＜θ1≤8°

其中，θ1为所述斜面夹角。

3.根据权利要求1所述的光学板，其中，所述斜面结构包含彼此相连的前倾斜面及后倾斜面，所述前倾斜面连接于所述入光面，所述后倾斜面连接于所述光学板的底侧，所述前倾斜面与平行于所述光学板的底侧的假想平面之间形成有前斜面夹角，所述后倾斜面与所述光学板的底侧之间形成有后斜面夹角，其中，所述前斜面夹角满足下列公式：

3°＜θ2≤8°

其中，θ2为所述前斜面夹角；及

所述后斜面夹角满足下列公式：

0°＜θ3≤3°

上式中，θ3为所述后斜面夹角。

4.根据权利要求3所述的光学板，其中，所述前倾斜面的面积与所述后倾斜面的面积的比值满足下列公式：

0＜A_A/A_B≤1

其中，A_A为所述前倾斜面的面积，A_B为所述后倾斜面的面积。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学板，其中，每一所述导光结构的迎光面与所述出光面之间形成有迎光面夹角，所述迎光面夹角满足下列公式：

42°＜θ4≤46°

其中，θ4为所述迎光面夹角。

6.根据权利要求1所述的光学板，其中，所述斜面结构包含第一斜面，所述第一斜面与所述光学板的底侧之间形成有斜面夹角，所述多个导光结构的迎光面与所述出光面之间形成有迎光面夹角，所述斜面夹角与所述迎光面夹角满足下列公式：

θ4＝0.5×θ1+42°

其中，θ1为所述斜面夹角，θ4为所述迎光面夹角。

7.一种前光模组，其包含：

根据权利要求1至6中任一项所述的光学板；及

发光单元，其对所述入光面投光。

8.根据权利要求7所述的前光模组，其中，所述发光单元具有中心光轴，所述中心光轴对应于所述光学板的顶侧至底侧的厚度中心。

9.根据权利要求7所述的前光模组，其中，所述斜面结构在平行于所述光学板的顶侧至底侧的第一方向上具有高度，所述高度满足下列公式：

h＜(T_B-T_L)/2

其中，h为所述高度，T_B为所述光学板的顶侧至底侧的厚度，T_L为所述发光单元在平行于所述第一方向上的厚度。

10.一种显示器，包含：

根据权利要求7至9中任一项所述的前光模组；及

显示面板，其与所述光学板的底侧间隔设置。

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