TWI280445B - Light guide apparatus for enhancing light source utilization efficiency - Google Patents

Description

1280445 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種提升光源利用率之導光裝置，尤 才曰一種可應用於直下式背光模組中之一種導光裝置。 【先前技術】 數年刖大型液晶顯示器（Liquid Crystal Display， 產品主要應用於筆記型電腦及LCD監視器1，該顯示器本 身並不會發光，因此必需借助外部光源，而其所利用之背 光模組特性主要在於重量輕、體積小、厚度薄，相對地現 今在開叙大型面板，如液晶顯示器電視（LCD τν)所用背光 源時，其考慮要項則在於必須具有足夠之顯像亮度、寬廣 之觀看視角、鮮明之影像對比度、以及合乎標準之使用壽 命。因此，在以上需求之考量情況下，直下式背光模組 (Direct Type Backlight)便成為目前搭配大型面板的技術主 流，而其設計的主要概念，即在於為能因應更高亮度的需 求，將原本為能減輕模組重量及厚度考量的側面光源藉由 直下式線光源，將光線打散均勻後使之轉變為平面光源 後’再進入液晶面板的技術模式。 另’液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD)，尤其 是穿透式TFT(Thin Film Transistor)彩色液晶顯示器通常 會使用背光（back light)作為照明光源。而背光照明模組的 光線來源則為冷陰極燈管（Cold Cath〇de Flu〇rescenu Ump， CCFL)或是發光二極體（L】ght Emitting Diode，LED)。其中 冷陰極燈管具有高輝度、高效率、壽命長、高演色性等特 17605 5 1280445 性，加上圓柱狀外形因此很容易與光反射元件組合成薄板 狀照明器，廣被應用於平面顯示器（Flat Panel Dispiay， FPD)。 ， 在直下式背光源模組中，冷陰極燈管是以並排方式直 接依序置放在液晶面板下方處，因此燈管的輪廓極易在 LCD畫面上造成輝度不均與陰影，亦即，因使用直下式產 品通常為考量高亮度需求，因此燈管數變多，而較易呈現 出明暗條紋之情況，甚而影響乙(：：1)晝面亮度之均齊程度。 4a 此美國專利弟 5253151 號’’luminaire for use in backlighting a liquid display matrix”，揭露一種用於 背光模組之光源模組，如第i圖所示，該光源模組i〇包含有 或夕根之燈官11及一反射板i 2，該反射板丨3具有特殊之 形狀結構可將燈管丨丨之光線向前導引至液晶顯示模組，並 將燈管11後方之散射光向外導出，俾得以利用整體燈管之 亮光。· 惟該方式中所使用之反射板其特殊之形狀結構極為複 雜，必須經過詳加計算、設計，因此，造成實際製作之困 難’相對也導致成本的提升與組裝問題的產生。 另，美國專利第 640778 1 號，，LCD device having electronic formed within concave portion of a reflector" ^ 揭4出一種液晶顯示裝置，如第2圖所示，該液晶顯示裳置 2 〇係包括有一液晶顯示面板2 1，一置放在面板2 1後方之背 光板22 ’其背光板之反射罩23於背面上係具有一波浪型結 構’用以將燈管24之光源藉由此波浪型反射罩反射出去。 17605 6 1280445 然此一技術中所使用之光源反射裝置僅對光線達到反 射作用，對於光線再度進人燈管之能量損耗問㈣無法有 效解決，同時亦無法對光源產生導引分佈等作帛，因此其 在調整光亮度分佈及提升光源利用率上並無顯著功效。/' 此外，由於直下式冷陰極管背光源中持續存著燈管損 害時之亮度品質及替換問題，然目前之燈箱架構中並無有 效=解決方案，因此’當燈箱中某一燈管不堪使用時，將 於知壞燈管處造成明顯陰暗現象與亮度分配不均等問題， 嚴重影響該直下式背光模組產品之使用壽命。° 、’ 」者’傳統直下式冷陰極管燈箱中主要乃是由數根冷 山反射底板所組成’反射底板主要用以反射燈管下半 之光源使其朝向液晶面板處人射，以達成提 但傳統反射板對光源除了執行反射和擴 線会再A、…、他调制功用，造成許多遵循反射定律之光 的;降乂進人燈管而損纟，這—部分造成整體光源利用率 重要課題決此—缺點也成了提升背光源亮度的一門 如何有效解決上述習知背光模組存在問題，而 ;，:提升背光源亮度之光源利用率提升之導光裝 风為目刚亟欲解決之課題。 【發明内容】 於提知技術之缺點’本發明之主要目的在 線再度進入燈管戶“ 置俾可有效避免光 B所k成之能量損耗問題。 17605 7 1280445 本發明之再_ s aA a # ^ ^ w 後 、；美供一種提升光源利用率之導 域，藉以提并! 出之光線導引至適當出光區 褙以扣升光源利用率。 本發明之又一目的在於提供_ 光裝置，俾可诘W、止浪 種釦升先源利用率之導 果。 夕、/'、之使用數量，間接獲得降低成本效 光穿目的在於提供一種提升光源利用率之導 先▲置，料有效相光源^均 Τ 以避免造成光源上呈現明…“从主U補作用，错 知壞處所造成之陰暗現象。 〃（V低先源 為達成上揭及丄 /、他目的，本發明揭 用率之導光裝置，#访罢认L 裡徒升先源利 π兀衣置係放置於光源一側，1 一設置在導光板表面，且盥 /、 有一 V光板、 及一設置在導光板上，可盘 尤锅…構、以 J，、先耦合結構同側，亦 側之出光結構，俾利用来-μ 』孓另一 π用光耦合結構將光源之光引入 板，再配合出光結構，均勾 V九 背射之光線。 勺將先引出，猎以有效應用光源 進:步者，該提升光源利用率之導光裝置可為一 上、下表面之透明導㈣板所組成，該透明 二有 射率係大於光源所在外部環 存板之折 中鄰近光源處（通常為燈管） 尤衣置 S )形成有沿著燈管形成延伸傲 化之溝槽結構，該溝槽結構t交 ϋ偁之形狀、凍度與結構變化 依所使用之燈官管徑與結構形能 ，、可 再小L之不同而加以變化，— 由該溝槽結構使燈管光線由外部環境進人導光裝置中^ Π605 8 1280445 使光線在該導光裝置之透明導光薄板 以將燈管光源之光能量作一均句卩王反射傳播， 夬梦詈夕矣；山 刀佈，接著再配合該導 先衣置之表面出光處或底部等 以將在該導光穿t φ、隹—入c ώ 、、、口構故计與为佈， f h - Φ 仃王反射之光線導引至預設之出光 位置上進仃出射，俾獲得一均勻出光效果。 先 因此，藉由本發明之提升光源 近光源處形成有—純合結構 ^以衣置在鄰 時，夢由搞合結構進人導光裝置内部 播，：由二入理而使該光線在該導光裝置内進行傳 番亦由於全反射作用下，在該 士 無法再反射至光源中，位 ☆ ㈣之光線即 夕丄4 原中俾可達到降低光再度進人光源中所 k成之光知耗問題，藉此竑 t旦 亮度與利用率，此外，透去：里之貝失並提南光源之 ::播行為，可對入射至該導光裝置中之光源能量達到： 二：：果，同時配合設置在該導光裝置之出光結構上 勾導引出… 中全反射傳播之光線均 ㈣’亦即’藉由本發明之導光裝置將可使相鄰光 源間之光此里透過導光機制的光分佈導引作用而達到光 彼此間光能量的彌補作用，目此，即便當中有某中光源無 法作用％，即可透過此―彌補作用以降低無光源處之陰炉 狀況X及正冗度不均等問題’俾達到有效調整光源之光 亮度分佈效果以及提升光源利用率等目的，且毋需如同羽 知技#般在光源後做複雜之反射板結構設計。 白 【實施方式】 17605 9 1280445 以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施 式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之内容輕 瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦:地 ^ —田具他不 的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項系〜 可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進:亦 種修飾與變更。 仃各 請參閱第3及第4圖，係為本發明之提升光源利用 導光裝置示意圖。該導光裝置3〇係可應用於液晶顯示裝： 之直下式背光模組中，纟主要係接置在該背光模福 燈管31底部。 吸数 料先裳置30係由一具上、下表面之透明導光薄板所 構成’其折射率係大於燈管光源所在之外部環$ “列如* 氣）之折射率’且該導光裝置30係包括有光耦合結構3〇广 尽出光結構302部分’該導光薄板材質可由透明之高分子材 料所構成’例如聚碳酸g旨（pGlyearb_te，PC )，係為折射 率較高的熱塑性樹脂’且耐熱性、耐撞擊性佳，吸達性小 «可使用對苯二甲酸乙二_(PET)、^克力（pMMA) 專且均為透明狀恶藉以降低光線之吸收效果。 。亥V光叙置30之光耦合結構3〇1係設置於該導光裝置 3〇之鄰近燈管31處位置，最佳係設置在該燈管31光源：正 下方位置’且該導光裝置3〇於光叙合結構3〇1處係形成有一 溝槽結構32，該溝槽結構32之形式係為沿燈管⑽伸之圓 弧形溝槽’藉以提供燈f31之光_合進人該導光裝置 ”中°亥導光裝置3〇之光耦合結構301之圓弧溝槽結構 17605 10 1280445 32f殊度與直徑係可依所使用之燈管31管徑而加以變化， 溝槽結構32之曲率半徑可相等或不同於燈管31 ，當然，該溝槽結構32之形式並非以前述之圓 ==所限制’或該燈管非以圓形所限，而該溝槽結構 另可為-三角形結構、多邊形結構、亦或其餘曲面結構（如 兮二斤丁）’亦同樣可達到光線耦合之效果，惟最佳係將 31之中心處安置在導光裝置30之圓弧形溝槽結構32 =圓。上’亦即#該燈f 3 i與該圓弧形溝槽結構^係屬同 :圓（即共用-圓心）關係時’該燈管31之光線耦合進入 導光裝置30中之耦光量將為最大。 、=一步者，透過本發明上述導光裝置3〇之溝槽結構32 /、、且& 3 1間之相對位置、距離與結構設計，將可依據不同 耦光量需求而加以調整。 人當燈管3 1光源由外部環境進入至該導光裝置3 〇之光耦 口…構301日守，由於該導光裝置3〇之折射率大於燈管η光源 户f ^ t外部環境，因此在該導光裝置3〇内之光線射往外部 娘i兄時’當入射角增大到一定的角度（臨界角）時，折射 光就會全部消失而全數以反射的狀態（全反射）射回該導 光衣置30内，造成光線不易射出該導光裝置川外，而會一 直因王反射而傳播於該導光裝置3 〇内。 4 ^光裝置30之出光結構3〇2係可設置於該導光裝置 W中光耦合結構301以外之區域，配合在該導光裝置3〇之出 光…構3 02上預設有微結構33或參雜微粒子，以便將在該導 光旋置3 0中進行全反射之光線會往各個角度擴散，藉以破 11 17605 1280445 壞全反射條件而自該導光裝置3q之表面射出。其中，該微 結構33或微粒子係可藉由超精密加工於該導光裝置3〇之上 表面、下表面，亦或兩者相互配置，以設計光線最佳出射 位置及方向；而該微結構33形式可為菱形微結構、圓形散 射點結構或不規則形狀之結構。 進一步者，係可藉由該微結構33之分佈位置、疏密程 度及各式形狀結構，藉以達到有效控制光強度之分佈。此 外，本發明之導光裝置30下方復可搭配一反射面“，以址 合數根冷陰極燈管31的使用而提供-高亮度之照明裳置， 而應用在各種尺寸之液晶顯示面板所需之背光模組中。 综上所述，本發明之提升光源利用率之導光裝置，主 ^利用在該裝置中鄰近光源處，形成有沿著光源形式延 伸文化之溝槽結構，且該溝槽結構之形狀 可依所使用之光源結構之不同而加以變化，以藉由^ = 結，使燈管光線由外部環境進人導光裝置中，俾使光線^ 该導光裝置之透明導光板門 " 为之…钕 行全反射傳播，以將燈管光 源^先月匕！作一均句化分佈，接著再配合該導光装置之出 光處形成之微結構設計斑分 全反射之光線導:在f :=，以將在該導光裳置中進行 一均句出光效果。^丨光位置上進行出射，俾獲得 ，過本發明之提升光源利用率之導光褒置在鄰近光源 處形成有一光耦合結構（溝 ’、 之光線由外部产择〆/ 〜、、口構6又6十），以使光源所發出 衣兄、左光耦合結構進入導光裝置時，藉由全 反射原理而使該光線在該導光裝置中進行傳播，亦 17605 12 1280445 反射作用下，在該導光裝置内傳播之光線即無法再 光源中，俾可達到降低光再度進入光源中所造成。 問題，藉此減少光能量之損失並提高光源之亮度盘只耗 率’此外’透過該光線於該導光裝置中之全反射傳播 :對入射至該導光裝置中之光源能量達到一均句分佈： =，同時配合設置於該導光裝置之出光結構上 心以將在該導光裝置中傳播之光線導引出射，亦即構夢又 發明之導光裳置將可使相鄰光源間之光： 二 的光分佈導引作用，達到彼此光源間光能量的彌= 用，因此，即便當中有某一氺 補作 .. ’、 源…、法作用時，即可透過此 無光源處之陰暗狀況，同時整體亮度不 1問越，俾達到有效調整光源之光亮度分佈效果以及提 複，：：：广的…需如同習知技藝般在光源後做 禝雜之反射板結構設計。 1交1又 惟應注意者，以μ Μ 已，i斤以僅為本發明之較佳實施例而 二：= 以限定本發明之實質技術内容範圍，即如本發 、，非僅可侷限使用於背光模 要有效導号丨 八a U J貝轭於其它需 限於燈管光源:本t部光源等農置’且該光源型式亦非僅 述之申請專利明之實質技術内容係廣義地定義於下 ^ θ ^ 乾圍中，任何他人完成之技術實體或方法， ::Πί:申請專利範圍所定義者係完全相同丄 【圖式簡二：被視為涵蓋於此申請專利範圍中。 第1圖係習知美國專利第5253 15 1號案之背光模組之剖 17605 13 1280445 面示意圖； 第2圖係習知美國專利第6407781號案之液晶顯示裝置 之剖面示意圖； 第3圖係本發明之提升光源利用率之導光裝置之立體 不意圖， 第4圖係本發明之提升光源利用率之導光裝置之剖面 不意圖，以及 第5圖係本發明之提升光源利用率之導光裝置中光耦 合結構之溝槽結構剖面示意圖。 10 光源模組 11 燈管 12 反射板 20 液晶顯不裝置 21 面板 22 背光板 23 反射罩 24 燈管 30 導光裝置 301 光耦合結構 302 出光結構 3 1 燈管 32 溝槽結構 33 微結構 34 反身十面 14 17605

Claims (1)

128^445 拾、申請專利範圍： 1. -種提升光源利用率之導光裝置，係包括： 一導光板； 光耦合結構，係為一溝槽結構，設置在導光板表 面’與光源相對應；以及 -出光結構’係設置在導光板上，可與光耦合結構 同側’亦可於另—側；俾利用光叙合結構將光源之光引 入導光板，再配合出光結構，均句將光引出，以有效應 用光源背射之光線。 2·如申請專利範圍第1項之提升光源利用率之導光裝置， -中光板材質係為折射率大於光源所在環 率之透明材料。 3.如申請專利範圍第2項之提升光源利用率之導光裝置， ’、中-亥‘光裝置之高分子材質可為聚碳酸酯 (Ρ:—〇nate，PC)、對苯二甲酸乙 壓克力（PK1MA)之其中一者。 )反 4·如申請專利範圍第1項 、挺升光源利用率之導光裝置， 其中，該光耦合結構，蓋 一 & V °亥溝軋…構之剖面形態可為圓 t、二角形、多邊形及 結構之其中一者，以供 先源之先線耦合入該導光板中。 5.如申請專利範圍第1項 項之铨升先源利用率之導光裝置， 其中，该先耦合結構I 、儿 槽結構，以官形狀沿伸之圓弧形溝 ”光源之光線耦合入 ^ 弧同心。 / V先板中，燈官與圓 17605 15 1280445 •=申請專利範圍第4項之提升光源利用率之導光裝置， ，、中，該光源中心位於光耦合結構剖面幾何中心。 7.如申請專利範圍第！項之提升光源利用率之導光裝置， =中’該_合結構係“光源正下方，溝槽結構幾何 〜與先源中心間位置可依實際所需耦光 以調整。 士申》月專利|巳圍第1項之提升光源利用率之導光裝置， =中，該出光結構係位於導光板上與光耗合結構同面之 两、餘位置或另-面之—上面，設置微結構， 配設置。 』了 h 9.如申請專利範圍第8項之提升光源利用率之導光裳置， :中二:結構可為四邊（銳角）形微結構、圓形散射 ‘，·，占、可蒼雜微粒子，及不規則形狀所組群組之盆 所構成。 八Υ —者 如申》月專利砣圍第8項之提升光源利用率之導光裝置， 其中，該微結構之疏密距離可為等距離及變距離之 1者加以設置於該導光裝置之出光結構。 — U.如申請專利範圍第!項之提升光源利用率之 可應用於背光源模組中。 衣置， 1 2.如申請專利範圍第1項之提升光源利用率之導光裝置， :中’ 6亥導光裝置相對光源表面可設置一反射面 供一照明裝置。 句徒 17605 16