TWI384291B - 放射狀溝槽之光學基板以及應用其之背光模組 - Google Patents

Description

放射狀溝槽之光學基板以及應用其之背光模組

本發明係有關於一種使用於液晶顯示裝置之光學基板以及應用其之背光模組，且特別是一種具有放射狀排列導光溝槽的光學基板以及應用其之背光模組。

背光模組(Back light module)為液晶顯示器(Liquid crystal display,LCD)的關鍵零組件之一。由於液晶本身不發光，背光模組之功能即在於供應充足的亮度與分佈均勻的光源，透過簡潔有效光機構轉化成高亮度且均一輝度的面光源，以提供液晶顯示面板背光光源。液晶顯示面板現已廣泛應用於監視器、筆記型電腦、數位相機及投影機等具成長潛力之電子產品，尤以筆記型電腦及LCD監視器等大尺寸用面板需求最大，也因此對於背光模組需求成長也日趨強烈。

背光模組主要由光源(例如冷陰極螢光管、熱陰極螢光管、發光二極體)、反射板(reflector)、導光板(light guide plate)、擴散板(diffusion sheet)及稜鏡片(Brightness Enhancement Film，BEF)等組件組裝而成。光源射出的光線進入導光板後，導光板會導引進入的光線將其均勻分佈成一面光源，位於導光板底側之反射板會將射向反射板方向的光反射回導光板中，防止光源外漏，以增加光的使用效率。由導光板射出的光線再經擴散板的均光作用與稜鏡片的集光作用，提高光源的亮度與均勻度後，再將光線射入液晶面板內。稜鏡片係規則條狀排列的三角形稜鏡，其主要功能在藉由折射與 內部全反射，將自導光板發出至四面八方之散亂光線的光向上折射並集中至角度約±35度的正視角(On－axis)方向，以提高正面亮度。

近幾年來，隨著發光二極體(Light Emitting Diode，LED)技術的成熟，使用LED作為光源的背光模組也逐漸應用於中小尺寸的液晶顯示器。請參閱第1A圖、第1B圖、第2A圖和第2B圖。第1A圖是先前技術的導光板12與LED光源10的相對位置圖，第1B圖是第1A圖的LED光源10射出的光線經過導光板12上導光溝槽14的光線路徑圖。第2A圖是先前技術的導光板22與LED光源20的相對位置圖，第2B圖是第2A圖的LED光源20射出的光線經過導光板22上導光溝槽24的光線路徑圖。如第1A圖所示，LED光源10通常是設計在導光板12的長邊或是短邊上，而導光板12的出光面通常會設計用來集光的V型導光溝槽14，使得光盡量往正向出光的方向偏移出光以增加亮度。與光行進方向平行的V型導光溝槽一般會搭配兩個以上LED光源20。或者是如第2A圖所示，圓弧狀的V型溝槽24則搭配單顆LED光源20。

請參閱第3圖以及第4圖，第3圖繪示出當LED光源10擺設於導光板12的角落時，導光板12的聚光區域的示意圖，第4圖繪示出當LED光源20擺設於導光板22的角落時，導光板22的聚光區域的示意圖。隨著LED發光強度增加及成本降低考量下，未來趨勢均希望能夠以單顆LED作為背光模組之光源。此外為了讓整個出光畫面能夠均勻化，LED光源擺放的位置則是改至背光模組的角落，但這樣會導致傳統的與光行進方向平行的V型溝槽14與圓弧狀的V型溝槽24不僅不能達到集光作用，反倒會有攔光 效果。如第3圖以及第4圖所示，位於角落的LED光源10、20射入導光板12、22的光線，會在導光板12、22的前緣即出光，所以造成導光板12、22靠近光源10、20的一端會出現亮區16、26，反之末端會有暗區18、28的現象，這會造成視覺效果的不均勻。除此之外，當導光單元的排列方向與搭配運用的液晶顯示面板的液晶陣列平行度過高時，也極易產生因光干涉所導致的疊紋現象(morie)。再者，傳統的線狀曲線狀的導光單元只能反射垂直方向的光線，使得非垂直方向光線因發散而無法有效利用。

有鑑於此，本發明之主要目的為開發出一種光學基板，該光學基板上設置放射狀排列的導光溝槽，以解決上述先前技術的問題。本發明的導光溝槽的剖面夾角是依據使用光源的發光角度決定之，而放射狀導光溝槽圓點可由光源的發光面中心點為圓心位置放射出去。

本發明之另一目的係提供一種背光模組，其包含一光源以及一光學基板。該光源設置於該背光模組之一角落，用來產生一光線，其中該光源具有一發光面。該光學基板包含一出光面以及一入光面，該入光面設置於該光學基板之一側面用以接收該光源產生之該光線，該出光面係設置於與一液晶顯示面板相對應之該光學基板的平面，用以將該光線射出該光學基板，該出光面上具有複數個第一導光溝槽，用來引導該入光面所接收之光線。該複數個第一導光溝槽係以一圓心呈放射狀排列，分佈於該光學基板的一第一邊和一第二邊之間，其中該第一邊與該第二邊的中心對稱軸線係為該光源之發光面中心的法線，光線強度於該中心對稱軸線上係為1而於 該第一邊與該第二邊上的光線強度係為1/2。

依據本發明之實施例，該圓心係為該光源之該發光面中心點，或是該圓心係為該光學基板之入光面與該中心對稱軸線的交點。或是該圓心係可從該光源之該發光面中心點至該光學基板之該入光面與該中心對稱軸線的交點之間在該中心對稱軸線上自由的移動。

本發明之光學基板之出光面具有第一邊和第二邊，其中複數個第一導光溝槽排列於第一邊和第二邊之間，並以一圓心呈放射狀排列。由第二邊開始至光學基板之一邊緣設有複數個第二導光溝槽，用來導引自該入光面射入之光線，該複數個第二導光溝槽平行位於第二邊之該第一導光溝槽，且不設於該第一邊以及該第二邊之間。其中複數個第二導光槽之溝槽深度以及溝槽間距為可調整。本發明之光學基板包含導光板或是擴散板。

本發明之另一目的係提供一種光學基板，包含一出光面以及一入光面，該入光面設置於該光學基板之一側，該出光面設置於該光學基板之頂側，一光源產生之光線射入該入光面，並自該出光面射出該光學基板。該光學基板包含複數個第一導光溝槽，設置於該出光面上，用來導引自該入光面射入之光線，該複數個第一導光溝槽係以該光源為中心呈放射狀排列，且每一第一導光溝槽之剖面之夾角以及寬度係依據該光源的發光角度而調整。

本發明之光學基板之出光面具有第一邊和第二邊，其中複數個第一導光溝槽排列於第一邊和第二邊之間，並以一圓心呈放射狀排列。由第二邊開始至光學基板之一邊緣以及由第一邊開始至光學基板之另一邊緣皆設有 複數個第二導光溝槽，用來導引自該入光面射入之光線，該複數個第二導光溝槽平行位於第二邊及第一邊之該第一導光溝槽。其中複數個第二導光槽之溝槽深度以及溝槽間距為可調整。

本發明之光學基板包含導光板或是擴散板。

請參閱第5圖，第5圖係本發明顯示裝置100之結構示意圖。顯示裝置100可為一液晶顯示裝置，其包含背光模組102以及液晶顯示面板104。背光模組102包含光源52、反射板54以及導光板56。背光模組102主要由光源(例如發光二極體)52、反射板54、光學基板(在本實施例為導光板56)、擴散板58及稜鏡片60和62等組件組裝而成。光源52射出的光線進入導光板56後，導光板56會導引進入的光線將其均勻分佈成一面光源，反射板54會將射向反射板54方向的光反射回導光板56中，防止光源外漏，以增加光的使用效率。由導光板56射出的光線再經擴散板58的均光作用與稜鏡片60和62的集光作用，提高光源的亮度與均勻度後，再將光線射入液晶顯示面板104內。在較佳實施例中，稜鏡片60和62係規則條狀排列的三角形稜鏡，其主要功能在藉由折射與內部全反射，將自導光板56發出至四面八方之散亂光線的光向上折射並集中至角度約±35度的正視角(On－axis)方向，以提高正面亮度。液晶顯示面板104包含一液晶分子層(未繪示)，依據導光板56射出之光線以及該液晶分子層內的液晶分子轉動方向產生一影像。導光板56包含入光面562以及出光面564，其出光面564係設置於與液晶顯示面板104相對應之導光板56的平面，出光面564上具有 複數個導光溝槽566。入光面562係位於緊鄰光源之導光板56側面以用來接收光源52產生之光線。光源52發射之光線係由入光面562進入導光板56內部後，再經由出光面564將光線射出導光板56。

請參閱第6A圖以及第6B圖，第6A圖係本發明第一實施例的導光板與光源的相對位置圖，第6B圖係本發明第二實施例的導光板與光源的相對位置圖。其出光面上之複數個導光溝槽566至少包含複數個第一導光溝槽82以及複數個第二導光溝槽84，用來引導射入導光板56之光線使其該光線的亮度均勻分布於導光板56。複數個第一導光溝槽82係以圓點524為圓心呈放射狀排列，其中該圓點524係為光源發光面的中心點，其在導光板出光面的分佈範圍是從第一邊563至第二邊561，並且軸線522為第一邊563與第二邊561的中心對稱軸線，其中，軸線522係為光源52之發光面中心的法線，光線強度於此軸線522上係為1而第一邊563與第二邊561上的光線強度係為1/2，且每一第一導光溝槽82之剖面之夾角以及寬度係依據光源52的發光角度α而調整。而複數個第二導光溝槽84則是相互平行於第二邊561上的第一導光溝槽82b，且複數個第二導光溝槽84之間的間距係為等距的。值得注意的是於此第一實施例中第一導光溝槽82之第一邊563係與導光板56之一邊緣重疊，而第一導光溝槽82之第二邊561亦有可能與導光板56之另一邊緣重疊，如此導光板56上即無第二導光溝槽84的分佈(圖未示)，然而，第一導光溝槽82之第一邊563亦有可能不會與導光板56之一邊緣重疊，落於導光板56之內請參閱第6B圖，其實際狀況視光源52之光線強度而定，未被第一導光溝槽82所覆蓋之處，則是分別 以平行位於第一邊563的第一導光溝槽82c為準來佈滿複數第二導光溝槽84b。

請參閱第7圖以及第8圖，第7圖係本發明之光源的發光強度與發光角度的關係圖，第8圖是本發明之第一導光溝槽間距與發光角度的關係圖，從第7圖中可以發現光源的發光角度範圍較佳為0度~60度，最佳為0度~20度，其第一導光溝槽間距範圍較佳為0.01~0.1公釐，最佳為0.05~0.04公釐。如前所述，每一第一導光溝槽82的剖面係呈V字型，根據光源52的不同發光角度α會有不同的發光強度去設計第一導光溝槽82的間距變化。最後，如第6圖所示，而未被第一導光溝槽82所覆蓋之處，則是以平行位於第二邊561的第一導光溝槽82b為準來佈滿複數第二導光溝槽84，以達到背光模組102開發所需的輝度及均勻性要求。其中複數個第二導光溝槽84以可變之間距以及可變之溝槽深度排列。

請同時參閱第6A圖以及第9圖，第9圖係本發明第三實施例的導光板與光源的相對位置圖。參閱第9圖，圓點524’的位置係位於導光板之入光面562與軸線522的交點，其第一導光溝槽82放射狀排列之圓心，即圓點524 or 524’，係可以從光源的發光面的中心點至導光板入光面562與軸線522上的交點之間在其軸線522上自由的移動，相較於第6A圖的圓點524，當第一導光溝槽84’的圓點524’距離導光板56越近,則整個第一導光溝槽82在導光板56所佔的角度及面積就越大，而第二導光溝槽84所佔的面積就越小。因此對於整體光學表現上會有不同的影響效應。而未被第一導光溝槽82所覆蓋之處，則是分別以平行位於第二邊561的第一導光溝槽82b為準來佈滿複數第 二導光溝槽84a，與以平行位於第一邊563的第一導光溝槽82c為準來佈滿複數第二導光溝槽84b，以達到背光模組102開發所需的輝度及均勻性要求。其中複數個第二導光溝槽84a、84b以可變之間距以及可變之溝槽深度排列。

在本發明之導光溝槽的設計並不限於導光板，亦可應用於擴散板58或是其它用來導引光線之光學基板。

相較於先前技術，本發明的光學基板上設置放射狀排列的第一導光溝槽，以便於應用於單顆光源角落入光的背光模組。不僅可以發揮導光溝槽原本的集光特性，增加背光模組的輝度，更由於放射狀第一導光溝槽位置設計與光源的發射位置相同。讓光源射出的光線可以順著第一導光溝槽射入至背光模組的最末端，以解決亮暗區的問題並達到出光均勻性的要求。同時，成功地開發符合輝度及均勻性要求的單顆光源的背光模組，更可以有效地降低成本。

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，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20‧‧‧LED光源

12、22‧‧‧導光板

14、24‧‧‧導光溝槽

16、26‧‧‧亮區

18、28‧‧‧暗區

100‧‧‧顯示裝置

102‧‧‧背光模組

104‧‧‧液晶顯示面板

52‧‧‧光源

54‧‧‧反射板

56‧‧‧導光板

58‧‧‧擴散板

60、62‧‧‧稜鏡片

522‧‧‧軸線

561‧‧‧第二邊

563‧‧‧第一邊

562‧‧‧入光面

524、524’‧‧‧圓點

564‧‧‧出光面

82‧‧‧第一導光溝槽

82a－c‧‧‧第一導光溝槽

84、84a－b‧‧‧第二導光溝槽

第1A圖是先前技術的導光板與LED光源的相對位置圖。

第1B圖是第1A圖的LED光源射出的光線經過導光板上導光溝槽的光線路徑圖。

第2A圖是先前技術的導光板與LED光源的相對位置圖。

第2B圖是第2A圖的LED光源射出的光線經過導光板上導光溝槽的光線路徑圖。

第3圖繪示出當LED光源擺設於導光板的角落時，導光板的聚光區域的示意圖。

第4圖繪示出當LED光源擺設於導光板的角落時，導光板的聚光區域的示意圖。

第5圖係本發明液晶顯示裝置之結構示意圖。

第6A圖係本發明第一實施例的導光板與光源的相對位置圖。

第6B圖係本發明第二實施例的導光板與光源的相對位置圖。

第7圖係本發明之光源的發光強度與發光角度的關係圖。

第8圖是本發明之第一導光溝槽間距與發光角度的關係圖。

第9圖係本發明第三實施例的導光板與光源的相對位置圖。

52‧‧‧光源

56‧‧‧導光板

522‧‧‧軸線

524‧‧‧圓點

82‧‧‧第一導光溝槽

84a、84b‧‧‧第二導光溝槽

561‧‧‧第二邊

563‧‧‧第一邊

82a－c‧‧‧第一導光溝槽

Claims (18)

1. 一種背光模組，適用於一液晶顯示裝置，其包含：一光源，設置於該背光模組之一角落，用來產生一光線，其中該光源具有一發光面；以及一光學基板，包含一出光面以及一入光面，該入光面設置於該光學基板之一側面用以接收該光源產生之該光線，該出光面係設置於與一液晶顯示面板相對應之該光學基板的平面，用以將該光線射出該光學基板，該出光面上具有複數個第一導光溝槽，用來引導該入光面所接收之光線，其中該複數個第一導光溝槽係以一圓心呈放射狀排列，分佈於該光學基板的一第一邊和一第二邊之間，其中該第一邊與該第二邊的中心對稱軸線係為該光源之發光面中心的法線，光線強度於該中心對稱軸線上係為1而於該第一邊與該第二邊上的光線強度係為1/2，該圓心係可從該光源之該發光面中心點至該光學基板之該入光面與該中心對稱軸線的交點之間在該中心對稱軸線上自由的移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該光源係一發光二極體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該光學基板之出光面另設有複數個第二導光溝槽，用來引導該入光面所接收之光線，該複數個第二導光溝槽平行於該第一導光溝槽之該第一邊或該第二邊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之背光模組，其中該複數個第二導光溝槽以可變之間距以及可變之溝槽深度排列。
5. 如申請專利範圍1項所述之背光模組，其中每一第一導光溝槽之剖面之夾角以及寬度係依據該光源的發光角度而調整。
6. 如申請專利範圍1項所述之背光模組，其中該圓心係為該光源之該發光面中心點。
7. 如申請專利範圍1項所述之背光模組，其中該圓心係為該光學基板之入光面與該中心對稱軸線的交點。
8. 如申請專利範圍1項所述之背光模組，其中該光學基板包括導光板。
9. 如申請專利範圍1項所述之背光模組，其中該光學基板包括擴散板。
10. 一種光學基板，包含一出光面以及一入光面，該入光面設置於該光學基板之一側面用以接收一光源產生之光線，該出光面係設置於與一液晶顯示面板相對應之該光學基板的平面，用以將該光線射出該光學基板，該光學基板包含：複數個第一導光溝槽，設置於該出光面上，用來導引自該入光面所接收之光線，該複數個第一導光溝槽係以一圓心呈放射狀排列，分佈於該光學基板的一第一邊和一第二邊之間，其中該第一邊與該第二邊的中心對稱軸線係為該光源之發光面中心的法線，光線強度於該中心對稱軸線上係為1而於該第一邊與該第二邊上的光線強度係為1/2，該圓心係可從該光源之該發光面中心點至該光學基板之該入光面與該中心對稱軸線的交點之間在該中心對稱軸線上自由的移動。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學基板，該光源係一發光二極體。
12. 如申請專利範圍第10項所述之光學基板，其中該光學基板之出光面另 設有複數個第二導光溝槽，用來用來引導該入光面所接收之光線，該複數個第二導光溝槽平行於該第一導光溝槽之該第一邊或該第二邊。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學基板，其中該複數個第二導光溝槽以可變之間距以及可變之溝槽深度排列。
14. 如申請專利範圍第10項所述之光學基板，其係一導光板。
15. 如申請專利範圍第10項所述之光學基板，其係一擴散板。
16. 如申請專利範圍10項所述之光學基板，其中每一第一導光溝槽之剖面之夾角以及寬度係依據該光源的發光角度而調整。
17. 如申請專利範圍10項所述之光學基板，其中該圓心係為該光源之該發光面中心點。
18. 如申請專利範圍10項所述之光學基板，其中該圓心係為該光學基板之入光面與該中心對稱軸線的交點。