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TWI393927B - 用於液晶顯示器之包含非對稱的前稜鏡的導光面板 - Google Patents

用於液晶顯示器之包含非對稱的前稜鏡的導光面板 Download PDF

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Description

用於液晶顯示器之包含非對稱的前稜鏡的導光面板
本發明係有關於一種液晶顯示器(LCD)的背光單元之導光面板，且更特別地係有關於一種具有非對稱前稜鏡且可經由控制導光面板之前稜鏡的截面形狀調整在特定位置之視角及亮度的LCD背光單元的導光面板。
通常，液晶顯示器(LCD)係指通過將電場施加至液晶，其係在液體及固體之間的中間相材料，且其係被排列在做為電極的二玻璃基板之間，以顯示數字或影像的裝置。
因為LCD裝置不是自發光裝置，其必須具有一背光單元以做為發射光的光源。然後，影像等被顯示在液晶面板上，其具有被排列成預定圖案的液晶並且調整從背光單元發射的光之透射率的數量。
圖1係傳統LCD背光單元的爆炸透視圖。
根據發射光的光源之位置，液晶顯示器的背光單元10可被分類成直下型背光單元，其中，光源係直接被置於LCD面板100之後側，及邊緣型背光單元，其中，光源係被置於LCD面板100之側邊。圖1顯示一邊緣型背光單元10。
參閱圖1，傳統的LCD背光單元包括一光源105、一導光面板110、一反射板115、一擴散片120、稜鏡片125、及一保護片130。
光源105用以在液晶顯示器中開始發出光。雖然不同 類型的光源可被使用，不過，LCD通常採用冷陰極螢光燈(CCFL)，其經歷非常低的功率消耗並且發射非常高亮度的白光。
導光面板110被設置於在LCD面板100下面的光源105之一側邊並且用以在將光源105的聚光轉換成平面光之後將光投射至導光面板的前面。
反射板115被設置在導光面板110的後側上並用以將從光源105發出的光反射向被放置在反射板前方的LCD面板100。
擴散片120被設置在導光面板110的上側並用以提供通過導光面板110的均勻光。
稜鏡片125用以經由折射及收集光，其傾向由於通過擴散片120時在二方向(亦即水平及垂直方向)上的擴散快速降低亮度，而改善亮度。
保護片130被配置在稜鏡片上，並用以保護稜鏡片125免於被刮傷且當使用以水平及垂直方向被堆疊成二層的稜鏡片125時防止莫瑞(Moire)現象的發生。
雖然未顯示於圖1，背光單元10更包括：一模框或外殼，其用以固定背光單元10的各組件，使得背光單元10可成為整體的組件；及一背罩或燈罩，其用以在維持背光單元10的強度時保護及支撐背光單元10。
圖2及3係導光面板110的擴大截面圖，繪示從光源105發射並通過導光面板110的光之進展。
如圖2所示，光源105通常被配置在接近背光單元10 的一邊緣(對於LCD TV，就在LCD面板的後面)。因此，從光源105發射的光沒有均勻地透射通過背光單元的整個表面，且背光單元的邊緣傾向比其他部分亮。導光面板110被用以防止此種問題。導光面板110通常係由透明的丙烯酸樹脂製成，其確保導光面板的高強度。因此，導光面板110不大可能破裂或變形並且具有輕的重量及高的透射率。
導光面板110用以導引從光源105發射的光以在導光面板的前面均勻地前進。不過，實際上，當光從靠近卸下背光單元10的導光面板被配置之光源發射時，可觀察到導光面板沒有展現均勻的亮度，且光被集中在導光面板的相對端。這是因為導光面板110在相反的方向上引導來自光源105的光。
因此，如圖3所示，在導光面板110的後側執行特別的處理以從該處導致散射反射，使得整個導光面板均勻地透射光。具體而言，各自具有考慮與光源105的距離被設計的預定形狀之凸出及凹陷113被形成在後側。以形成凸出及凹陷113的此種圖案處理，可在LCD面板上獲得具有較高亮度及均勻度的平面光。
LCD面板可取決於液晶的排列被分類成扭轉向列(TN)型及同平面切換(IPS)型。TN型LCD提供比IPS型LCD差的視角。不過，因為其具有優秀的透射率，TN型LCD適於需要正面能見度的LCD。另一方面，雖然IPS型LCD提供比TN型LCD優良的視角，它具有較低的透射率，其使得整體的亮度變差。
取決於操作環境、與液晶排列有關的LCD面板的種類、及其他外部因素，通常需要改善在特定角度或在特定位置之LCD的亮度。
傳統上，反射式偏光增亮膜(DBEF)及非多層膜式反射偏光增亮膜(DRPF)已被用以改善亮度或視角。不過，這些膜導致背光單元的總厚度增加以及製造成本增加，從而降低包含此種膜的LCD產品的競爭力。
TCO’03中的亮度均勻性－視角依存性的項目控制相對於一般的視覺顯示單元的水平及垂直視野之亮度均勻性的程度應該被管理以落在特定範圍內。圖4顯示對於一般的視覺顯示單元的特徵評估之在TCO’03標準中被定義的測定位置。
圖5及6顯示關於亮度均勻性－視角依存性的TCO’03標準，其中，關於水平及垂直視野的亮度均勻性的程度係分別被定義為LH 及LV ，且被控制以具有1.7或更小。TCO’03標準係在顯示器的視角中具有較大限制的TN模液晶顯示器(LCDs)的發展中的一項嚴重的障礙，且控制特定位置的視角及LCDs的背光單元中的角度之組件或技術已被發展。
因此，需要不使用薄膜而改善LCD的亮度及視角的技術。
有鑑於上述問題，本發明之一目的在於提供一種LCD背光單元的導光面板，其不僅可調整在特定位置的可視性 及在特定角度的視角，也滿足TCO’03標準。
根據本發明之一特徵，LCD背光單元的導光面板包括一主體，具有用於接收入射光的一外側、用於發射光的一前側、及一後側，其中，前側係由具有三角截面的非對稱的前稜鏡形成，其一傾斜側邊被處理以具有光滑鏡射表面，且另一傾斜側邊被處理以具有粗糙的擴散表面。
根據本發明之另一特徵，LCD背光單元的導光面板包括一主體，具有用於接收入射光的一外側、用於發射光的一前側、及一後側，其中，前側係由具有梯形截面的非對稱的前稜鏡形成，其一傾斜側邊被處理以具有光滑鏡射表面，且另一傾斜側邊被處理以具有粗糙的擴散表面。
根據本發明，LCD背光單元的導光面板將對應於顯示器的要求之視角的分佈最佳化，從而可有效地使用背光單元的光源。此外，根據本發明，經由消除被用於傳統導光面板的DBEF及DRPF，導光面板可被形成以具有纖細的厚度及低製造成本，且特別滿足在TCO’03標準之下的光學特徵，同時確保高亮度及良好的視角特徵。
根據本發明之一特徵，LCD背光單元的導光面板包括一主體，具有用於接收入射光的一外側、用於發射光的一前側、及一後側，其中，前側係由具有三角截面的非對稱的前稜鏡形成，前稜鏡的一傾斜側邊被處理以具有光滑鏡射表面，且另一傾斜側邊被處理以具有粗糙的擴散表面。
根據本發明之另一特徵，LCD背光單元的導光面板包括一主體，具有用於接收入射光的一外側、用於發射光的一前側、及一後側，其中，前側係由具有梯形截面的非對稱的前稜鏡形成，前稜鏡的一傾斜側邊被處理以具有光滑鏡射表面，且另一傾斜側邊被處理以具有粗糙的擴散表面。
圖7係根據本發明之一實施例的LCD背光單元的導光面板之立體圖。
參閱圖7，本發明之一實施例的LCD背光單元的導光面板30通常係由透明的丙烯酸材料製成，其具有高強度而不易破裂或變形，且係重量輕，並展現可見光之高透射率。導光面板30包括一主體300、非對稱的前稜鏡310、及後稜鏡320。
主體300包括：一外側301，用於接收入射光；一前側303，其被連接至外側301並面對LCD面板(未顯示)；及一後側305，其被連接至外側301並面對前側303。
名詞”外側301”詞彙上表示物體的一側，但在此被定義為一表面，從光源306發射的光通過其進入導光面板。在圖7中，外側301表示鄰接光源306的二相對側邊。
預定形狀的後稜鏡320被形成在後側305上且具有垂直於來自光源306的光之入射方向(Q方向)的一縱向方向。也就是，當後稜鏡320被設置垂直於從光源306發射的光之入射方向(Q)時，它們可導致光之有效的繞射、折射、及擴散。後稜鏡320的集合可構成一預定的點狀圖案或條紋圖案。
前側303係由非對稱的前稜鏡310形成，其具有一預定的截面形狀並用以導致通過主體300發射的光之繞射、折射、及擴散。
非對稱的前稜鏡310係在前側303上以一定的間隔被形成，且具有被設置平行於從光源發射的光之入射方向的縱向方向，亦即，在圖7中的Q方向。
不像傳統的前稜鏡，各非對稱的前稜鏡310具有一個傾斜側邊，被處理以具有粗糙的擴散表面307，及另一傾斜側邊，被處理以具有光滑鏡射表面308(雖然名詞”鏡射表面”通常表示一鏡面或光滑平面，非對稱的前稜鏡之”鏡射表面”在此指後者)。
鏡射表面308最好具有0.2 μm或更小的Ra值，其係對應於韓國標準(KS)下的研磨處理之表面粗糙度，且擴散表面307最好具有6.3 μm或更大的Ra值，其係對應於在KS下的一般處理之表面粗糙度。
在此實施例中，參考在KS下的表面粗糙度的規則，鏡射表面308及擴散表面307係被建議以分別具有0.2 μm及6.3 μm的Ra值。在此點上，在本發明之實驗測試中，當鏡射表面308及擴散表面307均具有約0.2 μm的Ra值時，TCO’03標準的LH 係約1.9。再者，當擴散表面307均具有約5 μm的Ra值時，TCO’03標準的LH 係約1.7，且當擴散表面307均具有約10 μm的Ra值時，TCO’03標準的LH 係約1.4。也就是，在擴散表面307為約5 μm或更小的Ra值的情況中，考慮到TCO’03標準的亮度均勻性－視角 依存性，雖然導光面板未展現顯著的改善效果，此導光面板也滿足TCO’03標準。不過，為了獲得進一步的改善效果，最好擴散表面307具有盡可能低的Ra值。
圖8係根據本發明之實施例的LCD背光單元的導光面板之側視剖面圖。
參閱圖8，非對稱的前稜鏡310被設置在前側上，使得當前稜鏡310的鏡射表面308面對導光面板的右及左側且前稜鏡310的擴散表面面對導光面板的中央。此排列被設計以通過增強側邊可視性而改善視角特徵及滿足TCO’03標準。
換言之，非對稱的前稜鏡310之右及左傾斜側邊具有光學上不同的表面特徵，使得前稜鏡310的鏡射表面308可提供一般稜鏡的光學功能且擴散表面307可提供擴散功能以及一般稜鏡的光學功能。因此，當非對稱的前稜鏡310在向面對導光面板30的LCD面板(未顯示)傾斜的方向上導致從主體300發射的光之繞射、折射及擴散時，非對稱的前稜鏡310的結構可進一步改善到達LCD面板(未顯示)的光之均勻性。
在圖8中，非對稱的前稜鏡310具有非對稱三角形的垂直截面，且鏡射表面308被設置以在相反的方向上面對導光面板30的右及左側。不過，此非對稱的前稜鏡310的結構係滿足在TCO’03標準下之最適合的觀看分佈(viewing distribution)，且可被修改以具有被設置以面對導光面板30的右及左側之擴散表面307。
圖9係根據本發明之另一實施例的LCD背光單元的導光面板之側視剖面圖。
相較於圖8的實施例，圖9的鏡射表面308被設置以面對導光面板的中央。此一鏡射表面308的配置改善顯示器的前側之可視性。換言之，外側的可視性之改善或前側的可視性之改善可經由取決於顯示器的種類排列如圖8或圖9所示的鏡射表面被選擇。
圖10係根據本發明之再一實施例的LCD背光單元的導光面板之側視剖面圖。
參閱圖10，分離空間在稜鏡間被定義以形成分離面315，光可由其被導向垂直於LCD面板(未顯示)以進一步改善到達LCD單元(未顯示)的光之均勻性。
如上所述，非對稱的前稜鏡310的垂直截面在圖7至10的實施例中具有非對稱三角形。不過，應注意本發明並非限定於此結構。例如，非對稱的前稜鏡310的垂直截面可具有梯形，或是在各側邊具有一尖頭頂點及預定的曲率半徑的倒槽形。
圖11至14係非對稱的前稜鏡之不同例子的剖面圖。
參閱圖11及12，非對稱的前稜鏡310具有三角形，及在40~140度的範圍中之稜鏡角(θ 1＋θ 2)。在圖11的非對稱前稜鏡中，θ 1及θ 2係不同值，且對於圖12的非對稱前稜鏡，θ 1及θ 2係相同的值。
參閱圖13及14，非對稱的前稜鏡310具有梯形，及在20~70度的範圍中之稜鏡角(θ 1＋θ 2)。在圖13的非對 稱前稜鏡中，θ 1及θ 2係不同值，且對於圖14的非對稱前稜鏡，θ 1及θ 2係相同的值。
如上所述，非對稱的前稜鏡310可被修改為不同的形狀。
換言之，當非對稱的前稜鏡310具有圖13及14所示的梯形時，彼此平行的短邊對長邊的比率最好係0.5或更小。若梯形的短邊對長邊的比率大於0.5，則整個形狀的平坦表面的面積比率變得過度地增加，而導致亮度劣化。
30‧‧‧導光面板
300‧‧‧主體
301‧‧‧外側
303‧‧‧前側
305‧‧‧後側
306‧‧‧光源
307‧‧‧擴散表面
308‧‧‧鏡射表面
310‧‧‧非對稱的前稜鏡
315‧‧‧分離面
320‧‧‧後稜鏡
圖1係一傳統LCD背光單元的爆炸透視圖；圖2及3係導光面板的擴大截面圖，繪示從光源發射並通過導光面板的光之進展；圖4顯示對於一般的視覺顯示單元的特徵評估之在TCO’03標準中被定義的測定位置；圖5及6顯示關於亮度均勻性－視角依存性的TCO’03標準；圖7係根據本發明之一實施例的LCD背光單元的導光面板之透視圖；圖8係根據本發明之實施例的LCD背光單元的導光面板之側視剖面圖；圖9係根據本發明之另一實施例的LCD背光單元的導光面板之側視剖面圖；圖10係根據本發明之再一實施例的LCD背光單元的導 光面板之側視剖面圖；圖11至14係非對稱的前稜鏡之不同例子的剖面圖。

Claims (10)

  1. 一種LCD背光單元的導光面板，包括一主體，具有用於接收入射光的一外側、用於發射光的一前側、及一後側，其中，前側係由具有三角截面的非對稱前稜鏡形成，各非對稱的前稜鏡的一傾斜側邊被處理以具有一光滑鏡射表面，且另一傾斜側邊被處理以具有一粗糙的擴散表面。
  2. 一種LCD背光單元的導光面板，包括一主體，具有用於接收入射光的一外側、用於發射光的一前側、及一後側，其中，前側係由具有梯形截面的非對稱前稜鏡形成，各非對稱的前稜鏡的一傾斜側邊被處理以具有一光滑鏡射表面，且另一傾斜側邊被處理以具有一粗糙的擴散表面。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡被配置以具有面對導光面板的中央之鏡射表面。
  4. 如申請專利範圍第1或2項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡被配置以具有面對導光面板的中央之擴散表面。
  5. 如申請專利範圍第1項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡中一傾斜側邊及垂直線間的夾角等於另一傾斜側邊及垂直線間的夾角。
  6. 如申請專利範圍第2項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡中一傾斜側邊及垂直線間的夾角等於另一傾斜側 邊及垂直線間的夾角。
  7. 如申請專利範圍第1或5項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡具有在40~140度之範圍中的頂角。
  8. 如申請專利範圍第2或6項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡具有被定義在各傾斜側邊及一垂直線間之20~70度的範圍中之角度。
  9. 如申請專利範圍第1或2項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡係彼此分開一預定的距離以在其間具有一分離面。
  10. 如申請專利範圍第2項的導光面板，其中，非對稱的前稜鏡之短邊(a)對長邊(b)的比率係0.5或更小。
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