TWI490608B - 側光式背光模組及導光板 - Google Patents

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Chun Liang Kuo
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Description

側光式背光模組及導光板
本發明是有關於提供一種側光式背光模組及一種導光板，該導光板具有聚光效果及較佳的收光比例，該導光板使用於該側光式背光模組時，具有最佳的背光源區域控制效果。
目前用於液晶顯示裝置(LCD)之背光源的發光體可使用平面光源、冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，簡稱CCFL)或發光二極體(LED)等發光體，使用LED做為LCD背光源的發光體可降低耗電量，因環保節能意識抬頭，LED為未來LCD背光源之發光體主流，尤其用於下一波LCD TV上主力發展之背光源。
使用LED做為LCD背光源之發光體搭配光源區域控制(Local dimming)技術可提升畫面動態對比，所謂光源區域控制係指背光源可作到不同區域、不同程度輝度明暗變化的技術，而發光二極體各別的單元劃分出較小區塊來進行背光源的點滅控制，而且LED具有耗電量低、可快速點滅等優點，其做為背光源可使光源區域控制技術有較大的發揮。
但由於LED產生的光線為一立體廣角度而非平行角度，使得能射入導光板的光線既不完全也不均勻。
參閱圖1、2，已知用於液晶顯示裝置的側光式背光模組包含導光板7、數個發光二極體8、一設置於導光板7 下方的反射板(圖未示)，以及一設置於導光板7上方的稜鏡片(圖未示)。所述發光二極體8所發出的光線由導光板7之入光面71入射，並在導光板7內部歷經反射或界面折射後，由導光板7之出光面72出射而發亮。另外，發光二極體8可藉由一驅動裝置(圖未示)的控制由前而後依序進行點亮及點滅的動作，以進行區域背光控制。當顯示畫面中的A區塊需要為亮畫面，而B區塊為暗畫面時，驅動裝置僅令該A區塊之相鄰導光板7所對應側邊之發光二極體8為點亮的狀態，使光線入射進入導光板7後，由A區塊所對應之導光板7之出光面72射出而發亮，而B區塊所對應之側邊發光二極體8為全暗的狀態。
然而，對於已知的背光模組，光線自A區塊的出光面72出射後，因為導光板7本身沒有任何特殊結構設計以產生集光功效，因此，光線仍有可能擴散到B區塊，使原本欲形成的暗區域發亮。如此一來，在靜態畫面中，若明暗交界處有漏光便會產生光暈的現象；而在動態移動的畫面或是3D立體畫面中的左右眼影像的更替顯示過程中，若前畫面與後畫面的亮暗控制不佳便會發生模糊或殘影的現象。
因此，本發明之目的即在提供一種側光式背光模組及一種導光板，該導光板具有聚光效果及較佳的收光比例，該導光板使用於上述側光式背光模組時，具有最佳的背光源區域控制效果。
於是，本發明之側光式背光模組，包含：一導光板、數個發光二極體，以及一反射板。
該導光板包括一出光面、一位於該出光面的相反側的內面，以及一連接於該出光面與內面之間的入光面，該出光面或該內面具有數個長向延伸的微結構，每一微結構包括一個具有一弧面的第一結構部。所述導光板的厚度為T，第一結構部的該弧面的曲率半徑為R，且R/T為0.04~0.15，微結構的高度為20~300μ m；且該導光板的收光比例為1%~40%。
所述發光二極體彼此相鄰地沿著該導光板的入光面的一側排列，每一個發光二極體之發光方向朝向微結構之長度方向。該反射板位於該導光板的內面的下方。
其中，本發明之導光板可由一熱可塑性樹脂所形成，該熱可塑性樹脂選自：(甲基)丙烯酸酯系樹酯、聚苯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物，以及聚對苯二甲酸乙二酯。上述所謂的(甲基)丙烯酸酯系樹脂，表示丙烯酸酯系樹脂及/或甲基丙烯酸酯系樹脂，是由(甲基)丙烯酸酯系單體所形成的聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacerylate，簡稱PMMA)，上述(甲基)丙烯酸酯系單體，是表示丙烯酸酯系單體及/或甲基丙烯酸酯系單體，包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異丙酯、正-丙烯酸丁酯，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丙酯等單體，其中以甲基丙烯酸甲酯單體及丙烯酸甲酯單 體為佳。
上述熱可塑性樹脂中可添加各種添加劑例如：光擴散劑、螢光劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑等。上述光擴散劑具體例為無機微粒子及有機微粒子；無機微粒子例如：硫酸鋇(BaSO4 )、二氧化鈦(TiO2 )等微粒子；而有機微粒子例如：聚苯乙烯樹脂、(甲基)丙烯酸樹脂、有機矽氧烷樹脂微粒子等。
上述導光板之出光面或內面之微結構可為弧形柱狀透鏡(lenticular lens)或菲涅耳透鏡(Fresnel lens)。微結構的材質可如同前述之熱可塑性樹脂所形成。
上述導光板的出光面或內面上具有微結構可使光線往正面視野方向凝聚、避免光線往較大的折射角度出射，以縮小該導光板的收光比例。
本發明導光板之出光面或內面之微結構的製作，係以壓模(Stamper)或滾輪等轉寫方式在導光板之出光面或內面上一體成型出微結構，上述壓模轉寫方式是在一基板及其表面上的表層，並以一成型壓模加溫壓於表層上，使表層形成一微結構形狀；而滾輪轉寫方式係以一種樹脂押出形成單層體後或不同的兩種樹脂共押出形成積層體後，在一定的溫度下以轉寫滾輪將欲成型的形狀轉寫於該單層體或該積層體，使該單層體或該積層體表面成型成微結構形狀。
而導光板的厚度是指由微結構面(突出的微結構的最頂端)到另一側不具微結構的表面之間的距離，本發明導光 板的厚度較佳地為0.1mm~5mm，最佳地為1.0mm~3mm。
本發明較佳地該導光板的出光面或內面還可具有一網點陣列結構，網點陣列結構按照工藝流程不同又可分為印刷式及非印刷式。印刷式是在樹脂平板上使用具有高反射率且不吸光的材料，在導光板內面用網版印刷印上圓形或方形的擴散點，印刷式網點陣列結構可例如：白色二氧化鈦(TiO2 )粉末與透明的接著劑等溶液之混合物、預定的網點圖案(pattern)印刷形成。而非印刷式網點陣列結構則是利用精密模具使導光板在射出成型時，在丙烯材料中加入少量不同折射率的顆粒狀材質，直接形成密布的微小凸點，其作用有如網點。
本發明之數個發光二極體，沿著該導光板的入光面側相間隔地排列，並使每一個發光二極體之發光方向朝向且平行於微結構之長度方向，每個發光二極體可視為一個光源區域控制，當發光二極體射出的光線經導光板的特殊微結構設計而射出後，可縮小收光角度，配合發光二極體快速點滅的特性及點光源分區配置的自由度，即可藉由發光二極體的背光模組的循序掃描發光的方式，降低人眼視覺暫留的影響，有效解決LCD拖影問題。
本發明之反射板置於該導光板的內面的下方，該反射板將光源由導光板內面發散的光線重新反射回導光板內、增加光線自導光板之出光面射出的機會，該反射板之反射面較佳地呈傾斜狀，上述反射面較佳地為由兩側向中間並且向上凸起傾斜或者僅單獨向其中一側傾斜的設計，所述 反射面之傾斜角度較佳小於30°，更佳小於20°，最佳小於10°。該反射板較佳是選自霧面式反射板或全像技術之反射板。霧面式反射板是在反射板的反射面上作霧化處理，而全像技術之反射板則可利用雷射或壓印式全像片圖案製成。
本發明較佳地還可在該導光板之出光面上方設置一擴散膜。較佳地還可在擴散膜的上方設置一稜鏡片以進一步聚光。
本發明之功效在於：藉由導光板之出光面或內面之特殊的微結構設計，限定該導光板的厚度為T，微結構的第一結構部的該弧面的曲率半徑為R，且R/T為0.04~0.15，微結構的高度為20~300μm；且該導光板的收光比例為1%~40%，使該導光板具有良好聚光效果並能有效控制該導光板的收光比例，當使用於上述側光式背光模組時，達到最佳的背光源區域控制。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例與數個具體的實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖3、4、5，本發明側光式背光模組之較佳實施例包含：一導光板1、數個發光二極體2、一擴散膜3、一反射板5，以及一稜鏡片4。
該導光板1包括一個朝上的出光面12、一位於該出光面12的相反側的內面13，以及一連接於該出光面12與內 面13之間的入光面11。該出光面12或該內面13具有數個微結構6，本實施例的微結構6是以設置在該出光面12為例，所述微結構6為弧形柱狀透鏡(lenticular lens)，並且呈左右向長向延伸。每一微結構6包括上下設置的一個第一結構部61與一個第二結構部62。所述第一結構部61具有一個朝上且弧曲的弧面611，所述第二結構部62具有兩個位於相反側並且自該弧面611朝下斜向且平直延伸的直面621。當然，所述第二結構部62並非必要，因為當微結構6只具有弧曲表面而不具前述平直的表面時，此時微結構6上只形成有所述第一結構部61。
此外，在該導光板1的出光面12或內面13還具有一網點陣列結構14，本實施例的網點陣列結構14是以設置在該內面13為例。
該導光板1的厚度為T，較佳地T為0.1mm~5mm，最佳地為1.0mm~3mm。所述微結構6的第一結構部61的弧面611的曲率半徑為R，且R/T為0.04~0.15。微結構6的高度H為20~300μm；且該導光板1的收光比例為1%~40%(收光比例容後定義)，藉此達到良好的區域光源控制的效果。
理論上該弧面611可製作成一圓弧，而圓弧的曲率半徑的測量，可於圓弧上定義任意兩個切點，並於該等切點上分別繪製一切線及一垂直該切線的法線，分別通過此兩切點的兩條法線的相交處即為圓心，切點至圓心的距離即為曲率半徑。但由於實際製作該弧面611時會有些許誤 差，導致該弧面611實際上可能是由數個不同的圓弧所連接構成，而雖然各圓弧的曲率半徑略有不同，但差異不大。
參閱圖5，將每一微結構6的第一結構部61的弧面611的底緣612分成八等份，需要說明的是，圖5是為了方便示意，因而以一條水平線標出該底緣612的位置，實際上在本發明的結構中，並無該底緣線的存在。在該底緣612上定義出七個等份點613、614，其中，該位於中央的等份點613定義為一個中心點613，另外在該第一結構部61的弧面611上定義數個依照垂直於該底緣線各別與所述等份點613、614上下對應的節點601、602。在本實施例中，在該第一結構部61的弧面611上取一段通過該節點602的圓弧，該段圓弧具有兩個分別位於該節點602的兩側的端點603，每一端點603位於該節點602和與該節點602最鄰近的該節點601的中間，且該圓弧之曲率半徑設為R，亦即該圓弧的圓心與該節點602之間的距離即為本發明所述的R。任一個節點601、602到該圓弧的圓心的距離，與該任一個節點601、602的相鄰另一節點601、602到該圓弧的圓心的距離的差值，恆小於10μ m，換句話說，任兩相鄰節點601、602到該圓弧的圓心的距離的差值恆小於10μ m。具體說明如下，該圓弧的圓心與其它各節點601之間的距離分別為R1、R2、R3，而且| R-R1 |<10μ m，| R1-R2 |<10μ m，| R2-R3 |<10μ m。
參閱圖3、4，所述發光二極體2彼此相鄰地沿著導光板1的入光面11的一側排列，每一個發光二極體2之一發 光面21朝向該入光面11，且發光二極體2的發光方向朝向所述微結構6的長度方向。
該擴散膜3設置於導光板1之出光面12上方，具有將光線擴散霧化，使光線均勻的功效。該稜鏡片4設置於擴散膜3的上方，具有聚光效果。該反射板5設置在導光板1的內面13下方。
本發明使用時，發光二極體2的光線由該入光面11進入該導光板1內部，並可受到該導光板1上的網點陣列結構14及下方的反射板5反射，以將光線朝該出光面12反射而向上射出，由於該導光板1的R/T與高度H等特殊設計，使該導光板1具有良好的聚光效果，使光線以較集中的角度射出，收光比例佳，從而達到良好的區域光源控制效果。
參閱圖6，本發明的「收光比例」的定義如下：假設有數個光源7、7’左右排列且發光方向朝上，當其中一光源7’被點亮時，測量該光源7’的中央光強度(luminance intensity)為LC ，測量該光源7’的左側光強度與右側光強度分別為LL 與LR ，所述光強度的單位為：燭光(cd)/m2 。收光比例={[(LL +LR )/2]/LC }×100%。
所述LC 、LL 、LR 的測量位置如圖6所示，LC 的測量位置是在距離該光源7’的中央位置上方距離d處，LL 的測量位置在該光源7’左側的光源7的中央位置上方距離d處，LR 的測量位置在該光源7’右側的光源7的中央位置上方距離d處。在本實施例中，d約為1.5~2公尺左右，但 不限於此。
收光比例的值愈小，表示聚光效果愈好、光線愈往中央集中，如此可以達到良好的區域光源控制，避免相鄰區域之間的光線產生干擾。參閱圖3、4，以本實施例而言，由於發光二極體2是由導光板1的側向發光，光線會被網點陣列結構14及反射板5朝上反射，因此要測量LC 、LR 、LL 時，是測量被反射後朝上射出的光線。
以下透過具體的實施例與比較例證明本發明的效果。參閱表一，為本發明實施例1~5與比較例1的收光比例測試結果，及實施例6~10與比較例2的收光比例測試結果，實施例1~5的結構參數皆落在本發明限定的數值範圍內，即R/T為0.04~0.15，高度H為20~300μm，而實施例1的收光比例為36%，隨著高度H的增加與R/T的降低，實施例5的收光比例降低到9%，具有良好的聚光效果，可達到背光源區域控制目的；反觀比較例1，未設置任何微結構(高度H=0)，因此沒有聚光效果，其收光比例高達69%，相鄰區域間的光線會有較嚴重的干擾。本發明實施例6~10與比較例2的收光比例測試結果，同樣顯示在本發明限定的數值範圍內，可以降低收光比例，從而達到有效地聚光的目的；而比較例2未設置微結構(高度H=0)，造成聚光效果不佳。
綜合以上實驗結果可知，在本發明限定的數值範圍內，若導光板的厚度固定，微結構的高度H愈高，且R/T愈小，收光比例愈小，表示微結構的聚光效果愈好，而表現於側光式背光模組的背光源區域控制效果就會愈好，並且有助於提升平均輝度，確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧導光板
11‧‧‧入光面
12‧‧‧出光面
13‧‧‧內面
14‧‧‧網點陣列結構
2‧‧‧發光二極體
21‧‧‧發光面
3‧‧‧擴散膜
4‧‧‧稜鏡片
5‧‧‧反射板
6‧‧‧微結構
601、602‧‧‧節點
603‧‧‧端點
61‧‧‧第一結構部
611‧‧‧弧面
612‧‧‧底緣
613‧‧‧中心點
614‧‧‧等份點
62‧‧‧第二結構部
621‧‧‧直面
7、7’‧‧‧光源
H‧‧‧微結構的高度
T‧‧‧導光板的厚度
R‧‧‧曲率半徑
圖1是一種已知側光式背光模組的俯視示意圖；圖2是取自圖1之一2-2線的剖視圖；圖3是本發明側光式背光模組之一較佳實施例的立體分解示意圖；圖4是該較佳實施例之一導光板的局部側視示意圖；圖5是該導光板的一個微結構的放大示意圖；及圖6是一示意圖，顯示數個光源左右排列，同時示意如何測量收光比例。
1‧‧‧導光板
11‧‧‧入光面
12‧‧‧出光面
13‧‧‧內面
14‧‧‧網點陣列結構
2‧‧‧發光二極體
21‧‧‧發光面
3‧‧‧擴散膜
4‧‧‧稜鏡片
5‧‧‧反射板
6‧‧‧微結構

Claims (11)

  1. 一種側光式背光模組，包含：一導光板，包括一出光面、一位於該出光面的相反側的內面，以及一連接於該出光面與內面之間的入光面，該出光面或該內面具有數個長向延伸的微結構，每一微結構包括一個具有一弧面的第一結構部；所述導光板的厚度為T，第一結構部的該弧面的曲率半徑為R，且R/T為0.051~0.148，微結構的高度為20~300μm；且該導光板的收光比例為1%~40%；數個發光二極體，彼此相鄰地沿著該導光板的入光面的一側排列，每一個發光二極體之發光方向朝向微結構之長度方向；及一反射板，位於該導光板的內面的下方。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，其中，該導光板的出光面或內面具有一網點陣列結構。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，還包含一設置在該導光板的出光面的上方的擴散膜。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之側光式背光模組，還包含一設置於該擴散膜的上方的稜鏡片。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，其中，該導光板的厚度為0.1mm~5mm。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，其中，該導光板由一熱可塑性樹脂所形成，該熱可塑性樹脂選自：丙烯酸酯系樹脂、甲基丙烯酸酯系樹脂、聚苯乙烯樹 脂、聚碳酸酯樹脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物，以及聚對苯二甲酸乙二酯。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述之側光式背光模組，其中，所述微結構為弧形柱狀透鏡或菲涅耳透鏡。
  8. 一種導光板，包含：一出光面、一位於該出光面的相反側的內面，以及一連接於該出光面與內面之間的入光面，該出光面或該內面具有數個長向延伸的微結構，每一微結構包括一個具有一弧面的第一結構部；所述導光板的厚度為T，第一結構部的該弧面的曲率半徑為R，且R/T為0.051~0.148，微結構的高度為20~300μm；且該導光板的收光比例為1%~40%。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述之導光板，其中，該出光面或該內面具有一網點陣列結構。
  10. 依據申請專利範圍第8項所述之導光板，其中，該導光板的厚度為0.1mm~5mm。
  11. 依據申請專利範圍第8項所述之導光板，其中，所述微結構為弧形柱狀透鏡或菲涅耳透鏡。
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