TWI400531B - 背光模組及其光學板 - Google Patents

Description

背光模組及其光學板

本發明涉及一種背光模組及其光學板，尤其涉及一種用於液晶顯示之背光模組及其光學板。

請參見圖1，所示為一種習知之直下式背光模組100，其包括框架11、設置於該框架11內部之複數光源12及設置於光源12上方之擴散板13。

使用時，由複數光源12產生之光線進入擴散板13後可被擴散。然，於經擴散板13擴散後，光線從擴散板13之出射角度變得較為雜亂，使得其於特定視角範圍內之亮度不高；並且由於光源12朝其正上方傳輸之光線較多，擴散板13常難以直接將來自光源12光線擴散均勻，使得從擴散板13出射之光線容易產生光源殘影，即出現光強強弱不同之區域。

為提高背光模組100於特定視角範圍內之亮度，以及避免光源殘影之產生，從而提高背光模組100出射光之均勻性，通常於擴散板13上方還設置有一光學板10與一上擴散片14。如圖2所示，光學板10包括透明基板101及形成於透明基板101上之稜鏡層103。稜鏡層103上具有複數長條形V形凸起105。光學板10之長 條形V形凸起105可使出射光線發生一定程度之聚集，從而提高背光模組100於特定視角範圍內之亮度。上擴散片14可對從光學板10出射之光線作進一步擴散。

然，光線於光學板10與上擴散片14中傳輸時，部分光線會被吸收而造成光線損失；並且於光學板10與上擴散片14之間有空氣層，其會增加光線於傳輸過程中之介面數量，增加光線傳輸之介面損失，降低出光亮度。

鑒於上述狀況，有必要提供一種出光亮度較高的背光模組及其光學板。

一種背光模組，其包括框架、光源及光學板。光源位於該框架內，光學板位於該光源上方。光學板包括第一表面及與該第一表面相對之第二表面。第一表面上形成有複數微結構。微結構於第一表面上之輪廓線圍成一橄欖形，以橄欖形之長軸與短軸分別為X軸及Y軸建立X-Y-Z三維直角坐標系，則輪廓線上任一點之y座標值及x座標值滿足如下關係： 凸起於X-Z面上之投影為一條脊線與X軸圍成之封閉圖形，其中該脊線上任意一點之z座標值及x座標值滿足如下關係： 其中，S、y₀ 、A、x_c 、w₁ 、w₂ 、w₃ 及θ 均為常數，其範圍分別為-13.549<y₀ <-9.549，-1.0<x_c <1.0，62.754<A<72.754，45.72<w₁ <280.2，8.01<w₂ <53.03，8.01<w₃ <53.03，45°<θ <175°，0.1<S<3，該第二表面為平面。

一種光學板，其包括第一表面及與該第一表面相對之第二表面。第一表面上形成有複數微結構。微結構於第一表面上之輪廓線圍成一橄欖形，以橄欖形之長軸與短軸分別為X軸及Y軸建立X-Y-Z三維直角坐標系，則輪廓線上任一點之y座標值及x座標值滿足如下關係： 該凸起於X-Z面上之投影為一條脊線與X軸圍成之封閉圖形，其中該脊線上任意一點之z座標值及x座標值滿足如下關係： 其中，S、y0、A、xc、w1、w2、w3及θ 均為常數，其範圍分別為-13.549<y0<-9.549，-1.0<xc<1.0，62.754<A<72.754，45.72<w1<280.2，8.01<w2<53.03，8.01<w3<53.03，45°<θ<175°，0.1<S<3，該第二表面為平面。

上述光學板可使入射其中之光線發生折射、反射及繞射，進而發生特定之擴散，形成一均勻之出光面。第一表面上之凸起結構還可收斂出射光線之出光角度，增強出光亮度。

下面將結合附圖及實施方式對本發明之背光模組及其光學板作進一步之詳細說明。

請參見圖3，所示為本發明較佳實施方式之光學板20，其具有第一表面201及與第一表面201相對之第二表面203。其中，第一表面201上形成有複數陣列排佈之複數微結構2011。本實施方式中，微結構2011為從第一表面201上向外延伸之凸起，第二表面203為平面。

光學板20由透明材料製成。該透明材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中之一種或一種以上之混合物。

請參閱圖4至圖7，微結構2011由底面2012及二側面2013圍成，二側面2013相交於微結構2011之頂部形成一條脊線2014。底面2012大致為橄欖形，其為微結構2011於第一表面201上之兩條輪廓線2015圍成，底面2012具有一長軸2016及一短軸2017。以長軸2016為X軸，短軸2017為Y軸，長軸2016與短軸之交點為原點建立三維直角坐標系，Z軸之方向指向微結構2011之延伸方向，則微結構2011自身相對於X-Z平面及Y-Z平面均為對稱圖形。於上述三維直角坐標系內，輪廓線2015之軌跡可用如下方程描述： 。

上述方程式中，y為輪廓線2015上任一點於Y軸上之座標值，x為該點於X軸上之座標值。其餘為常數，其中，x及各常數之優選範圍如下：-13.549<y0<-9.549，-213.5<x<213.5，-1.0<xc<1.0，62.754<A<72.754，45.72<w1<280.2，8.01<w2<53.03，8.01<w3<53.03，0.1<S<3。

由於微結構2011關於X-Z軸對稱，故脊線2014於X-Z平面內延伸，脊線2014於X-Z平面上之投影即為自身。微結構2011被任意平行Y-Z平面之平面所截之截面為三角形(圖5)，將該三角形之頂角記為θ ，則對於微結構2011脊線2014上任意一點之Z軸座標值z與其Y軸座標值y有如下關係：

上式即為脊線2014上任意一點之Z座標與X座標之關係，即脊線2014於X-Z平面投影之曲線軌跡(圖6)。

其中，上式中x及各常數之優選範圍如下：-13.549<y0<-9.549，-213.5<x<213.5，-1.0<xc<1.0，62.754<A<72.754，45.72<w1<280.2，8.01<w2<53.03，8.01<w3<53.03，45°<θ<175°，0.1<S<3。

微結構2011之頂部至少部分平面化，或者弧形化，以增強光學板20之整體強度。此時，脊線2014於X-Z平面上之投影滿足上述脊線2014之軌跡方程。

光學板20上之微結構2011可採用與透明材料形成於第一表面201，亦可於母模刻設相應之凹槽，藉由注塑一體成型。

使用時，光學板20之第二表面203靠近光源作為入光面，而第一表面201遠離光源作為出光面，光源發出之光從第二表面203進入後，於微結構2011內發生特定之折射、繞射與全反射，收斂光線之出光角度，使出光亮度增加。

當然，微結構2011於Y-Z兩端之脊線2014相對於X軸之傾斜角度亦可不相同，使微結構2011相對於Y-Z平面呈非對稱形狀。

微結構2011之結構不限於凸起，其亦可為相同形狀、自第一表面201向光學板20內部延伸之凹槽。此時，微結構2011於第一表面201上之輪廓線與其為凸起時相同，微結構2011之脊線2014將位於第一表面201下方，Z軸指向第二表面203。微結構2011為凹槽時，光學板20之效果與微結構2011為凸起時效果基本相同。

請參見圖8，所示為本發明較佳實施例之背光模組200，其包括上述光學板20、框架21及光源22，該光源22位於該框架21內，該光學板20位於該光源22上方。

框架21可由具有高反射率之金屬或塑膠製成，或塗附有高反射率塗層之金屬或塑膠製成。

光源22可為複數線光源或複數點光源，本實施方式中為複數線光源，該複數線光源緊密排佈，優選該複數線光源為複數冷陰極螢光燈。

上述背光模組200中之光學板20之第二表面203面向光源22作為入光面而第一表面201遠離光源22作為出光面。複數冷陰極螢光燈緊密排佈，其發出之光線射入光學板20之後發生特定之折射、散射、反射與繞射等光學作用，進而可使從光學板20出射之光線發生特定之擴散，從而形成亮度較均勻之出射面。其中， 第一表面201上之微結構2011結構可收斂光之出射角度，使出射光於特定範圍內之亮度增加。由此可見，上述背光模組200可提高背光模組之出光均勻性，增強出光亮度。當然，當光源22為複數點光源時，將該複數點光源緊密排佈成陣列，可同樣達到使用複數線光源之效果，優選該複數點光源為複數發光二極體。

為進一步驗證光學板20之效果，於背光模組100及背光模組200之出光面上各取九測試點於相同之光源下做出光亮度對比測試，測試結果如下表。

從上表可看出，於每一測試點上，背光模組200之出光亮度都比背光模組100之出光亮度大，亮度提高至少14%，效果明顯。

當光源22之間之間距較大時，可於本發明之背光模組200之光學板20與光源22之間增設一擴散板，從而可進一步將光線擴散均勻，提升整體背光模組之出光均勻性。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100、200‧‧‧背光模組

10、20‧‧‧光學板

101‧‧‧基板

103‧‧‧稜鏡層

105‧‧‧長條形V形凸起

11、21‧‧‧框架

12、22‧‧‧光源

13‧‧‧擴散板

201‧‧‧第一表面

2011‧‧‧微結構

2012‧‧‧底面

2014‧‧‧脊線

2015‧‧‧輪廓線

2016‧‧‧長軸

2017‧‧‧短軸

203‧‧‧第二表面

圖1係一種習知之背光模組之剖面示意圖。

圖2係圖1所示背光模組之光學板之立體圖。

圖3係本發明較佳實施方式光學板之立體示意圖。

圖4係圖3所示光學板之凸起之立體示意圖。

圖5係圖3所示光學板之凸起於Y-Z平面上之截面圖。

圖6係圖3所示光學板之凸起於X-Z平面上之投影圖。

圖7係圖3所示光學板之凸起於X-Y平面上之截面圖。

圖8係採用圖3所示光學板之背光模組之示意圖。

20‧‧‧光學板

201‧‧‧第一表面

2011‧‧‧微結構

203‧‧‧第二表面

Claims (13)

1. 一種背光模組，其包括框架、光源及光學板，該光源位於該框架內，該光學板位於該光源上方，該光學板包括第一表面及與該第一表面相對之第二表面，該第二表面面向光源，其改良在於：該第一表面上形成有複數微結構，該複數微結構於第一表面上之輪廓線圍成一橄欖形，以該橄欖形之長軸與短軸分別為X軸及Y軸建立X-Y-Z三維直角坐標系，該微結構沿Z軸方向延伸，則該輪廓線上任一點之y座標值及x座標值滿足如下關係： 該微結構於X-Z面上之投影為一條脊線與X軸圍成之封閉圖形，其中該脊線上任意一點之z座標值及x座標值滿足如下關係： 其中，S 、y ₀ 、A 、x_c 、w₁ 、w₂ 、w₃ 及θ 均為常數，其範圍分別為-13.549<y ₀ <-9.549,-1.0<x_c <1.0,62.754<A<72.754,45.72<w₁ <280.2,8.01<w₂ <53.03,8.01<w₃ <53.03,45°<θ <175°,0.1<S<3，該第二表面為平面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該微結 構為從第一表面向外凸出延伸之凸起，該微結構於第一表面之輪廓即為該凸起之底面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該微結構為從第一表面向光學板內延伸之凹槽。
4. 如申請專利範圍第3項所述之背光模組，其中該光源為複數線光源，且該複數線光源緊密排佈。
5. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該微結構被任意平行Y-Z平面之平面所截之截面為等腰三角形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中至少部分微結構頂部被平面化。
7. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中至少部分微結構頂部被圓角化。
8. 一種光學板，其包括第一表面及與該第一表面相對之第二表面，其改良在於：該第一表面上形成有複數微結構，該複數微結構於第一表面上之輪廓輪廓線之輪廓線圍成一橄欖形，以該橄欖形之長軸與短軸分別為X軸及Y軸建立X-Y-Z三維直角坐標系，該微結構沿Z軸方向延伸，則該輪廓線上任一點之y座標值及x座標值滿足如下關係： 該微結構於X-Z面上之投影為一條脊線與X軸圍成之封閉圖形，其中該脊線上任意一點之z座標值及x座標值滿足如下關係： 其中，S 、y ₀ 、A 、x_c 、w₁ 、w₂ 、w₃ 及θ 均為常數，其範圍分別為-13.549<y ₀ <-9.549,-1.0<x_c <1.0,62.754<A<72.754,45.72<w₁ <280.2,8.01<w₂ <53.03,8.01<w₃ <53.03,45°<θ <175°,0.1<S<3，該第二表面為平面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學板，其中該微結構為從第一表面向外凸出延伸之凸起，該微結構於第一表面之輪廓即為該凸起之底面。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光學板，其中該微結構為從第一表面向光學板內延伸之凹槽。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學板，其中該微結構被任意平行Y-Z平面之平面所截之截面為等腰三角形。
12. 如申請專利範圍第9項所述之光學板，其中至少部分微結構頂部被平面化。
13. 如申請專利範圍第9項所述之光學板，其中至少部分微結構頂部被圓角化。