TWI487958B - 導光板與具有導光板之導光裝置 - Google Patents

Description

導光板與具有導光板之導光裝置

本揭露係關於一種導光板與具有導光板之導光裝置。

這些年來，隨著3C(電腦、通訊及消費性電子)產業之不斷發展，應用於3C產品之顯示裝置顯得亦愈加重要。目前3C產品之顯示面板的發光光源大多採用背光模組或是前光模組，其可將外部光源所發出之光束導向顯示面板，以實現顯示的功能。而液晶顯示器為一種非自發光顯示裝置，其顯示主要藉由控制外部光源所發出光束之通過或者不通過來實現，因此需要相應之背光模組或是前光模組以使外部光源所發出之光束導向顯示面板，進而實現顯示功能。目前，隨著大尺寸液晶顯示器背光模組或是前光模組需求之日趨增長，對液晶顯示器的背光模組或是前光模組之出光均勻度的要求亦越來越高。

一般而言，前光源式液晶顯示器係利用特殊的導光板以使外圍環境光穿透至液晶面板，亦可將位於導光板旁側的光源所發出的光線導引並反射至液晶面板。但由於導光板之效率不高，使得所產生的光線能量損失，造成浪費，此將造成電池需要時常充電的困擾。另一方面，因光線在經過導光板的反射與折射後，不易被傳送至導光板遠離光源的一端，因而造成顯示器在遠離光源處的亮度降低，容易有暗區的現象產生，而導致顯示器發光的均勻性不佳而有所問題。此外，大多數導光板之導光結構的設計造成顯示螢幕上所呈現的影像有不明確之現象，例如字體變形或是模糊不清等，亦導致導光結構存有許多問題。

根據本揭露之一實施例，一種導光板包含一第一表面、一第二表面及一第三表面。第二表面相對於第一表面，且第二表面包含多個導光單元。每一導光單元包含一全反射凹部以及一出光凸部。出光凸部圍繞全反射凹部。第三表面相鄰於第一表面與第二表面，且第三表面用以提供光線穿透此第三表面，而光線係因第一表面與第二表面之全反射而於平行於第一表面與第二表面之方向行進。此全反射凹部係使80%以上之光線於全反射凹部全反射，且此出光凸部係使80%以上之光線於出光凸部穿透。

根據本揭露之一實施例，一種導光裝置包含一側光源以及如上述的導光板。側光源用以產生一光線。其中，光線透過導光板的第三表面進入導光板中。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。

10、200‧‧‧導光板

100‧‧‧側光源

102、150‧‧‧光線

110、210‧‧‧第一表面

120、220‧‧‧第二表面

122、222‧‧‧全反射凹部

124、224‧‧‧出光凸部

126、226‧‧‧導光單元

130、230‧‧‧第三表面

20‧‧‧導光裝置

第1A圖係為根據本揭露之第一實施例之一種導光板之側視示意圖。

第1B圖係為根據本揭露之第一實施例之一種導光板之上視示意圖。

第1C圖係為根據本揭露之第二實施例之一種導光板之上視示意圖。

第1D圖係為根據本揭露之第三實施例之一種導光板之上視示意圖。

第1E圖係為根據本揭露之第四實施例之一種導光板之上視示意圖。

第2圖係為根據本揭露之第五實施例之一種導光裝置之示 意圖。

第3A圖與第3B圖係為根據第2圖之一種導光裝置之實際應用示意。

以下在實施方式中詳細敘述本揭露之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本揭露之觀點，但非以任何觀點限制本揭露之範疇。

請參照『第1A圖』，係為根據本揭露之第一實施例之一種導光板10之側視示意圖，由於多數用於顯示影像之液晶顯示器為一種非自發光的顯示裝置，因此需要相應之背光模組或是前光模組以使外部光源所發出之光線150導向顯示面板，進而實現顯示功能。本揭露之導光板10可將外部光源所發出之光線150導向顯示面板。此導光板10可應用於導引從側面(即圖式的左右側)來的光線150，且導光板10可使光線150藉全反射原理在平行於主平面(即圖式的水平面)的方向上行進，進而將外部光源所發出之光線150導引向顯示面板。

導光板10包含一第一表面110、一第二表面120及一第三表面130。第二表面120相對於第一表面110，且第二表面120包含多個導光單元126。每一導光單元126包含一全反射凹部122以及一出光凸部124，此出光凸部124係圍繞全反射凹部122。其中，導光板10的材質可以為軟性或是可撓式的材質。在本實施例中，每一導光單元126之全反射凹部122與出光凸部124是透過例如雷射之高能量的光束照射而形成，利用雷射光的不同強度以蝕刻出不同高度，亦即全反射凹部122與出光凸部124，以形成每一導光單元126。

第三表面130相鄰於第一表面110與第二表面120。此第三表面130用以提供一光線150穿透第三表面130，此光線150係因第一表面 110與第二表面120之全反射而於平行於第一表面110與第二表面120之方向行進。在部份實施例中，此光線150例如可為白光發光二極體所發出的光線150，但不以此為限。在本實施例中，前述之全反射凹部122係定義為使80%以上之光線150於全反射凹部122全反射。同理，前述之出光凸部124係定義為使80%以上之光線150於出光凸部124穿透。其中，光線150於全反射凹部122的反射率高於光線150於出光凸部124的反射率，而光線150於全反射凹部122的穿透率低於光線150於出光凸部124的穿透率。

在本實施例中，每一全反射凹部122與每一出光凸部124各別具有一第一曲率半徑與一第二曲率半徑，且第一曲率半徑與第二曲率半徑係位於相連的曲面。亦即於相連曲面中各別區分位於每一全反射凹部122的第一曲率半徑以及位於每一出光凸部124的第二曲率半徑，惟此曲面排除平面或是斜面在外。舉例而言，每一全反射凹部122可以切分成多個區段，位於這些區段的每一曲率半徑皆在一基準值之上，因此這些區段的每一曲率半徑稱之為第一曲率半徑。同理，每一出光凸部124亦可以切分成多個區段，位於這些區段的每一曲率半徑皆在一基準值之下，因此這些區段的每一曲率半徑稱之為第二曲率半徑。

在部份實施例中，第一曲率半徑介於250μm至2500μm，而第二曲率半徑介於0.5μm至5μm。此外，每一導光單元126的週期可介於1至50μm或是1至100μm，且每一導光單元126的深度(即每一出光凸部124的最高點與每一全反射凹部122的最低點之高低差)與寬度(每一出光凸部124的寬度與每一全反射凹部122的寬度之和)之比值小於十分之一。其中，每一出光凸部124的最高點與每一全反射凹部122的最低點之高低差介於0.1μm至5μm或是0.1μm至10μm，且每一出光凸部124與每一全反射凹部122投影在水平面上的面積比值範圍為0.1至0.25之間。在另一實施例中，每一全反射凹部122投影在水平面上的面積大於每一出光凸部124投影在水平面上的面積，且每一出光凸部124投影在水平面上的面積會小於每一導光單元126投影在水平面上之面積的1/2。而每一出光凸部124 的霧度(Haze)範圍為>1，且每一全反射凹部122的霧度範圍為<0.5。在部份實施例中，每一導光單元126可為四方蜂巢最密堆積(如第1D圖所示)或是六方蜂巢最密堆積的結構(如第1B圖所示)，但不以此為限。

在此導光板10的運作上，舉例來說，光線150於穿透第三表面130後，光線150會因第一表面110與第二表面120之全反射而於平行於第一表面110與第二表面120之方向行進。當部份比例的光線150入射至全反射凹部122時，此部份比例的光線150會被全反射凹部122所反射。此時，可藉由配置於第一表面110的一光反射片(圖未示出)，以使被全反射凹部122所反射之部份比例的光線150透過此光反射片而再被反射至導光板10內。如此不斷的反射直到此部份比例的光線150傳遞至出光凸部124，再藉由出光凸部124以使此部份比例的光線150穿透出導光板10。經過前述之光線150的行進路程後，可導引光線150穿透出導光板10。

前述實施例是以全反射凹部122與出光凸部124配置於第二表面120上來說明。在另一實施例中，全反射凹部122與出光凸部124亦可配置於第一表面110上。此時，再搭配前述配置於第一表面110的光反射片，亦可導引光線150穿透出導光板10，故在此不再贅述。

請參照『第1B圖』，係為根據本揭露之第一實施例之一種導光板10之上視示意圖，其繪示位於第二表面120的多個導光單元126。其中，每一導光單元126包含一全反射凹部122以及一出光凸部124，此出光凸部124係圍繞全反射凹部122。並且，每一導光單元126可為六方蜂巢最密堆積的結構。此外，如『第1B圖』所示，在此導光板10的部份區域中，每一全反射凹部122彼此之間可為不相連(非重疊)結構。在另一實施例中，每一全反射凹部122彼此之間亦可為相連(重疊)結構，如『第1C圖』所示，請參照『第1C圖』為根據本揭露之第二實施例之一種導光板10之上視示意圖。

請接著參照『第1D圖』，係為根據本揭露之第三實施例之一種導光板10之上視示意圖，其繪示位於第二表面120的多個導光單元 126。其中，每一導光單元126包含一全反射凹部122以及一出光凸部124，此出光凸部124係圍繞全反射凹部122。並且，每一導光單元126可為四方蜂巢最密堆積的結構。此外，如『第1D圖』所示，在此導光板10的部份區域中，每一全反射凹部122彼此之間可為不相連(非重疊)結構。在另一實施例中，每一全反射凹部122彼此之間亦可為相連(重疊)結構，如『第1E圖』所示，請參照『第1E圖』為根據本揭露之第四實施例之一種導光板10之上視示意圖。

請接著參閱『第2圖』，係為根據本揭露之第五實施例之一種導光裝置20之示意圖。此導光裝置20包含一側光源100以及一導光板200(即上述的導光板10)。側光源100用以產生一光線102，而導光板200包含一第一表面210、一第二表面220、及一第三表面230，其中光線102透過第三表面230進入導光板200中。在部份實施例中，側光源100例如可為白光發光二極體，但不以此為限。其中，導光板200的材質例如可以為軟性或是可撓式的材質。

如『第2圖』所示，第二表面220相對於第一表面210，且第二表面220包含多個導光單元226。每一導光單元226包含一全反射凹部222以及一出光凸部224，此出光凸部224係圍繞全反射凹部222。第三表面230則相鄰於第一表面210與第二表面220，且第三表面230用以提供光線102穿透此第三表面230，而光線102係因第一表面210與第二表面220之全反射而於平行於第一表面210與第二表面220之方向行進。在部份實施例中，此光線102例如可為白光發光二極體所發出的光線102，但不以此為限。如同第一實施例所述，全反射凹部222係定義為使80%之光線102於全反射凹部222全反射，且出光凸部224係定義為使80%之光線102於出光凸部224穿透。其中，光線102於全反射凹部222的反射率高於光線102於出光凸部224的反射率，而光線102於全反射凹部222的穿透率低於光線102於出光凸部224的穿透率。

在本實施例中，每一全反射凹部222與每一出光凸部224 各別具有一第一曲率半徑與一第二曲率半徑，且第一曲率半徑與第二曲率半徑係位於相連的曲面。亦即於相連曲面中各別區分位於每一全反射凹部222的第一曲率半徑以及位於每一出光凸部224的第二曲率半徑，惟此曲面排除平面或是斜面在外。舉例而言，每一全反射凹部222可以切分成多個區段，位於這些區段的每一曲率半徑皆在一基準值之上，因此這些區段的每一曲率半徑稱之為第一曲率半徑。同理，每一出光凸部224亦可以切分成多個區段，位於這些區段的每一曲率半徑皆在一基準值之下，因此這些區段的每一曲率半徑稱之為第二曲率半徑。

在部份實施例中，第一曲率半徑介於250μm至2500μm，而第二曲率半徑介於0.5μm至5μm。此外，每一導光單元226的週期可介於1至50μm或是1至100μm，且每一導光單元226的深度(每一出光凸部224的最高點與每一全反射凹部222的最低點之高低差)與寬度(每一出光凸部224的寬度與每一全反射凹部222的寬度之和)之比值小於十分之一。其中，每一出光凸部224的最高點與每一全反射凹部222的最低點之高低差介於0.1μm至5μm或是0.1μm至10μm，且每一出光凸部224與每一全反射凹部222投影在水平面上的面積比值範圍為0.1至0.25之間。在另一實施例中，每一全反射凹部222投影在水平面上的面積大於每一出光凸部224投影在水平面上的面積，且每一出光凸部224投影在水平面上的面積會小於每一導光單元226投影在水平面上之面積的1/2。而每一出光凸部224的霧度範圍為>1，且每一全反射凹部222的霧度範圍為<0.5。在部份實施例中，每一導光單元226可為四方蜂巢最密堆積(如第1D圖所示)或是六方蜂巢最密堆積的結構(如第1B圖所示)，但不以此為限。

在此導光裝置20的運作上，舉例來說，可藉由側光源100以產生光線102至導光板200，而其他相關的元件配置及其運作關係，可參考如『第1A圖』實施例的實施方式，亦可導引光線102穿透出導光板200，故在此不再贅述。

請接著參閱『第3A圖』與『第3B圖』，係為根據第2圖之 一種導光裝置20之實際應用示意。如『第3A圖』與『第3B圖』所示，將一外加光線102、150由『第1A圖』與『第2圖』之導光板10、200的第三表面130、230照射入後，可於環境背景燈開啟之明視野或是環境背景燈關閉之暗視野兩種不同情境下操作，甚至無論『第1A圖』與『第2圖』之導光板10、200處於彎曲或是平整的狀態下，『第1A圖』與『第2圖』之導光板10、200皆可以成功地導引此外加光線102、150，使欲顯示之圖像或是影像具有均勻性的發光分佈並進而呈現透明且清晰的圖像或是影像。

藉由前述的實施例，可利用聚碳酸酯(PC)依雷射曝光時間的不同來製作導光板，其分別稱為A、B、C及D，請參考以下四種導光板A、B、C及D的實驗量測結果。其中，在雷射能量150mJ的條件下，A的曝光時間為1s/mm，B的曝光時間為0.6s/mm，C的曝光時間為0.5s/mm，而D的曝光時間為0.3s/mm。經過實驗的量測結果可知，A的照度值為最高，且其粗糙度為0.645nm，而霧度為31.58%。並且，A、B、C及D的穿透率皆為83%至85%。據此，可得知『第1A圖』與『第2圖』之導光板10、200可以成功地導引此外加光線102、150，使欲顯示之圖像或是影像具有均勻性的發光分佈。

綜上所述，相較於習知技術，本揭露係為透過導光板具有出光凸部圍繞全反射凹部之導光單元的設計，以致使欲顯示之圖像或是影像具有均勻、透明、及清晰的發光分佈，並進而提升外加光線於導光板的穿透率。

雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100‧‧‧側光源

102‧‧‧光線

20‧‧‧導光裝置

200‧‧‧導光板

210‧‧‧第一表面

220‧‧‧第二表面

222‧‧‧全反射凹部

224‧‧‧出光凸部

226‧‧‧導光單元

230‧‧‧第三表面

Claims (14)

1. 一種導光板，包含：一第一表面；一第二表面，相對於該第一表面，該第二表面包含多個導光單元，每一該導光單元包含：一全反射凹部，係為形成於該第二表面的一曲面，且該曲面向該第一表面凹陷；以及一出光凸部，圍繞該全反射凹部；以及一第三表面，相鄰於該第一表面與該第二表面，用以提供一光線穿透該第三表面，該光線係因該第一表面與該第二表面之全反射而於平行於該第一表面與該第二表面之方向行進，該全反射凹部係使80%以上之該光線於該全反射凹部全反射，該出光凸部係使80%以上之該光線於該出光凸部穿透。
2. 如請求項1所述的導光板，其中該光線於該全反射凹部的反射率高於該光線於該出光凸部的反射率。
3. 如請求項2所述的導光板，其中該光線於該全反射凹部的穿透率低於該光線於該出光凸部的穿透率。
4. 如請求項1所述的導光板，其中該全反射凹部具有一第一曲率半徑，該出光凸部具有一第二曲率半徑，該第一曲率半徑與該第二曲率半徑係位於相連的曲面。
5. 如請求項4所述的導光板，其中該第一曲率半徑介於250μm至2500μm，該第二曲率半徑介於0.5μm至5μm。
6. 如請求項1所述的導光板，其中每一該導光單元的週期介於1至100μm。
7. 如請求項1所述的導光板，其中每一該導光單元的深度與寬度之比值小於十分之一。
8. 如請求項1所述的導光板，其中每一該出光凸部的最高點與每一該全反射凹部的最低點之高低差介於0.1μm至10μm。
9. 如請求項1所述的導光板，其中每一該出光凸部與每一該全反射凹部投影在水平面上的面積比值範圍為0.1至0.25之間。
10. 如請求項1所述的導光板，其中每一該全反射凹部投影在水平面上的面積大於每一該出光凸部投影在水平面上的面積，且每一該出光凸部投影在水平面上的面積會小於每一該導光單元投影在水平面上之面積的1/2。
11. 如請求項1所述的導光板，其中每一該出光凸部的霧度範圍為>1，且每一該全反射凹部的霧度範圍為<0.5。
12. 如請求項1所述的導光板，其中每一該導光單元為四方蜂巢最密堆積或是六方蜂巢最密堆積的結構。
13. 一種導光裝置，包含：一側光源，用以產生一光線；以及如請求項1至12其中之一所述的該導光板，其中該光線透過該導光板的該第三表面進入該導光板中。
14. 如請求項13所述的導光裝置，其中該側光源為白光發光二極體。