TWI416179B - 導光結構及應用其之背光模組 - Google Patents

Description

導光結構及應用其之背光模組

本發明是有關於一種導光結構及應用其之背光模組，且特別是有關於一種在表面上具有微結構之導光結構及應用其之背光模組。

液晶顯示面板係利用背光模組來作為光源，以顯示影像。背光模組係包括光源、導光板、反射片與光學膜。光源投射出的光線係藉由導光板與反射片的導引來投射至光學膜中，以改善光學表現。目前市面上背光模組中的光學膜大多以包括相互堆疊之兩片增亮膜及一片擴散膜來調整光視角以提升輝度，並改善光的均勻性。

然而，同時設置擴散片與增亮膜在背光模組中往往對應地增加了背光模組的製造成本。因此，如何在減少背光模組的製造成本的前提下，更同時有效地提升背光模組的光學表現，乃為相關業者努力之課題之一。

本發明係有關於一種導光結構及應用其之背光模組，其藉由在上下兩表面上的微結構來集中光視角、提升光均勻性與光繞射效率。

根據本發明，提出一種導光結構，包括一主體、一底部結構及一頂部結構。主體具有一底面與一頂面。底面相對於頂面。底部結構設置於底面上，且具有數個第一突出部。各第一突出部突出於底面，且各第一突出部的延伸方向實質上平行於一入射之第一光線的一入射方向。第一突出部用以導引第一光線成為一朝向頂面投射之第二光線。頂部結構設置於頂面上，且具有數個第二突出部。各第二突出部突出於頂面，且各第二突出部的延伸方向實質上垂直於各第一突出部的延伸方向。第二突出部用以利用繞射原理導引第二光線。本發明之導光結構可設置於一背光模組中，以對應地提升背光模組之光學表現。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請同時參照第1A圖及第1B圖，背光模組10對應一顯示面板20之位置設置，以提供顯示面板20顯示用的光線。背光模組10包括一光源組110、一反射片120、一導光結構130及一擴散片140。

反射片120、導光結構130及擴散片140係依序設置。光源組110包括數個發光二極體，設置於導光結構130的一側。光源組110用以投射出光線至導光結構130中。導光結構130係將射入之光線往擴散片140的方向導引，以藉由擴散片140之表面結構來均勻化通過其的光線。另外，背光模組10中可設置反射片120來減少可能從導光結構130中漏出的光線，以提升光的利用率。

此處係以光源組110沿著一入射方向，也就是正x軸方向，投射出一光線L1為例來作進一步的說明。導光結構130包括一主體131、一底部結構132及一頂部結構133。主體131具有一底面131b與一頂面131t，且底面131b相對於頂面131t。底部結構132設置於底面131b上，且頂部結構133設置於頂面131t上。如第1A圖所示，底部結構132具有數個突出於底面131b之第一突出部p1。各第一突出部p1的延伸方向(x軸方向)實質上平行於入射之光線L1的入射方向(正x軸方向)。如第1B圖所示，頂部結構133具有數個突出於頂面131t之第二突出部p2。各第二突出部p2的延伸方向(y軸方向)實質上垂直於各第一突出部p1的延伸方向(x軸方向)。

第一突出部p1用以導引光線L1成為一朝向頂面投射之光線L2，且第二突出部p2用以導引光線L2往擴散片140之方向投射，以透過擴散片140來均勻化通過其之光線。

一般來說，光源組110之發光二極體為近似於朗伯(lambertian)輻射型式之光源。若發光二極體所發出之光線射入頂部結構133，且方位角未收斂時，頂部結構133的繞射效率往往不佳。透過第一突出部p1的設置，發光二極體所發出之光線的方位角可被收斂，以提升頂部結構133的繞射效率。

此處以光線L1通過第2A及2B圖之第一突出部p1為例說明。第2A及2B圖分別繪示光線投射至第一突出部的側視圖及俯視圖。第一突出部p1的截面形狀為三角形，且位於頂邊P的頂角為125°。假設光線L1投射到第一突出部p1的位置S處。光線L1投射至第一突出部p1的方向與第一突出部p1的延伸方向的夾角以角度φ1標示。另外，請參照第3圖，其繪示朝向頂面131t投射之光線L2的示意圖。為了清楚地表示出角度φ2與角度φ3，第3圖中並未繪示出第1A與1B圖中之底部結構132，且主體131係以虛線表示。如第3圖所示，光線L1經由第一突出部p1全反射後的光線L2投影至底面131b與第一突出部p1的延伸方向(也就是x軸方向)的夾角以角度φ2標示。再者，光線L2的投射方向與頂面131t的法線方向N的夾角以角度φ3標示。

角度φ1、角度φ2與角度φ3的關係如下所述。當角度φ1介於-58°~58°的入射光線L1藉由第一突出部p1來作全反射時，係可形成角度φ2介於-41°~41°且角度φ3介於47°~90°的反射光線L2。如此一來，反射光線L2的角度φ2係位在可提升頂部結構133的繞射效率之範圍內。

之後，光線L2係投射至頂面結構133中。通過頂部結構133的第二突出部p2之光線L2可藉由繞射原理來控制出光視角，並同時改善色偏的情況。

以導光結構132之材料為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)，且其折射率為1.49來舉例說明。當投射至頂面之光線的角度φ2大於41度或小於-41度時係無法產生繞射效應，而可能散射到他處或損耗掉。因此，藉由通過本實施例之底部結構132，具有第二角度φ2大於41度或小於-41度的光線係可調整至可產生繞射效應之角度範圍內，以收斂光線的視角，且進一步提升光線的利用率與繞射效率。

如第1A圖所示之各第一突出部p1為一體成形的長條狀結構，然而，各第一突出部p1亦可由第4圖所示之數個子突出部p11所組成，以藉由子突出部之數量與位置的配置來提高光的均勻性。此外，各第一突出部p1的截面形狀除了可為圖中所示之三角形外，亦可為弧形或多邊形。當第一突出部p1之截面形狀為弧形時，第一突出部p1之立體形狀可為微鏡(micro lens)形、雷射圓點(laser dot)或半圓形。當第一突出部p1之截面形狀為多邊形時，第一突出部p1之立體形狀可為第5A或5B圖中之形狀。只要是截面形狀的寬度從底面朝外逐漸減少，以收斂光線之方位角的形狀，皆可作為第一突出部p1的形狀。各第一突出部p1亦可依第6圖所示之各子突出部p12依照平行於入射之光線L1的入射方向排列所組成，其中各子突出部p12之受光面的寬度從底面131b朝外逐漸減少，且受光面朝向光源組110。也就是說，各子突出部p12係對應於光源組110的位置旋轉其設置位置，以藉由子突出部p12之位置的配置來提高光的均勻性。

另外，於本實施例中，頂部結構133以一個第二突出部p2為一單位來組成一等週期性結構，且等週期性結構的形狀係為方波。等週期性結構的週期的範圍為0.001~1微米(μm)，且各第二突出部p2之高度的範圍為0.001~1微米。較佳地，等週期性結構之週期的範圍為0.1~0.5微米，且各第二突出部p2之高度的範圍為0.1~0.5微米。當然，頂部結構133亦可以至少兩個第二突出部p2為一單位來組成一等週期性結構，或者，頂部結構133可為一不等週期結構。此外，週期性結構的形狀亦可為弦波、三角波、階梯波或鋸齒波。各個第二突出部p2的高度與形狀亦可彼此相異，且可為一連續結構或一非連續結構，以進一步改善色偏與控制通過其之光線L2的出光視角。

目前，市面上的背光模組大多包括兩片增亮膜及一擴散片，造成通過其之光線損失，且總光通量(total flux)約略為0.49流明(1m)。相較之下，讓具有同樣條件之光線通過背光模組10之後的總光通量可達到2.407流明。因此，光線在通過具有兩片增亮膜及一擴散片的背光模組的外部偶合效率較通過背光模組10的外部偶合效率約低了79%。換言之，背光模組10具有較高之光利用率。

另外，第7圖繪示另一個背光模組10’之示意圖。與第1B圖中之背光模組10相較，第7圖中之背光模組10’更包括一1/2波片151以及一1/4波片152。1/2波片151與1/4波片152依序設置於導光結構130之底面131b側。如此，光線因繞射而產生色偏的情況係可減輕。

本發明上述實施例所揭露之導光結構及應用其之背光模組，其以底部結構與頂部結構為實質上垂直的結構設計來集中光線的視角，使得光線之均勻度與繞射效率可對應地提升。

綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧背光模組

20‧‧‧顯示面板

110‧‧‧光源組

120‧‧‧反射片

130‧‧‧導光結構

131‧‧‧主體

131b‧‧‧底面

131t‧‧‧頂面

132‧‧‧底部結構

133‧‧‧頂部結構

140‧‧‧擴散片

151‧‧‧1/2波片

152‧‧‧1/4波片

L1、L2‧‧‧光線

N‧‧‧法線方向

P‧‧‧頂邊

p1‧‧‧第一突出部

p11、p12‧‧‧子突出部

p2‧‧‧第二突出部

S‧‧‧位置

φ1、φ2、φ3‧‧‧角度

第1A圖繪示根據本發明一較佳實施例之背光模組之爆炸圖。

第1B圖繪示第1A圖中之背光模組的另一視角之爆炸圖。

第2A及2B圖分別繪示光線投射至第一突出部的側視圖及俯視圖。

第3圖繪示朝向頂面投射之光線的示意圖。

第4圖繪示第一突出部包括數個子突出部之示意圖之一例。

第5A圖繪示第一突出部之立體示意圖之一例。

第5B圖繪示第一突出部之立體示意圖之另一例。

第6圖繪示第一突出部包括數個子突出部配置之俯視圖之另一例。

第7圖繪示另一個背光模組之示意圖。

10．．．背光模組

131t．．．頂面

20．．．顯示面板

132．．．底部結構

110．．．光源組

133．．．頂部結構

120．．．反射片

140．．．擴散片

130．．．導光結構

L1、L2．．．光線

131．．．主體

p1．．．第一突出部

131b．．．底面

p2．．．第二突出部

Claims (25)

1. 一種導光結構，包括：一主體，具有一底面與一頂面，該底面相對於該頂面；一底部結構，設置於該底面上，且具有複數個第一突出部，各該第一突出部突出於該底面，且各該第一突出部的延伸方向實質上平行於一入射之第一光線的一入射方向，該些第一突出部用以導引該第一光線成為一朝向該頂面投射之第二光線；以及一頂部結構，設置於該頂面上，且具有複數個第二突出部，各該第二突出部突出於該頂面，且各該第二突出部的延伸方向實質上垂直於各該第一突出部的該延伸方向，該些第二突出部用以導引該第二光線；其中該底部結構及該頂部結構皆直接形成於該本體上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中各該第一突出部的寬度係從該底面朝外逐漸減少，該第一突出部之截面形狀包括弧形及多邊形之其中一者或混合上述結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中該第二光線的投射方向與該頂面的法線方向的夾角係為一第一角度，該第二光線的該投射方向在該底面上的投影與各該第一突出部之該延伸方向的夾角係為一第二角度，該第一角度的範圍為47°~90°，且該第二角度的範圍為-41°~41°。
4. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中各該第一突出部係由複數個子突出部所組成。
5. 如申請專利範圍第4項所述之導光結構，其中該些子突出部沿著實質上平行於該入射方向的方向排列，各該子突出部之受光面的寬度係從該底面朝外逐漸減少，且該受光面係朝向產生 該第一光線之光源。
6. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中該頂部結構係為一週期性結構，該週期性結構之週期的範圍為0.001~1微米(μm)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中該頂部結構係以至少二個該些第二突出部為一單位來組成一週期性結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中該頂部結構係為一週期性結構，該週期性結構的形狀包括弦波、方波、三角波、階梯波及鋸齒波之其中一者或混合上述結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中各該第二突出部之高度的範圍為0.001~1微米(μm)。
10. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中該頂部結構可為一等週期結構或一不等週期結構。
11. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中各該第二突出部可為一連續結構或一非連續結構。
12. 如申請專利範圍第1項所述之導光結構，其中該些第二突出部之高度可彼此相等或不等。
13. 一種背光模組，包括：一光源組，用以沿著一入射方向投射出一第一光線；以及一導光結構，該光源組至少設置於該導光結構之一側邊，該導光結構包括：一主體，具有一底面與一頂面，該底面相對於該頂面；一底部結構，設置於該底面上，且具有複數個第一突出部，各該第一突出部突出於該底面，且各該第一突出部的延伸方向實質上平行於該入射之第一光線的該入射方向，該些第一突 出部用以導引該第一光線成為一朝向該頂面投射之第二光線；以及一頂部結構，設置於該頂面上，且具有複數個第二突出部，各該第二突出部突出於該頂面，且各該第二突出部的延伸方向實質上垂直於各該第一突出部的該延伸方向，該些第二突出部用以導引該第二光線；其中該底部結構及該頂部結構皆直接形成於該本體上。
14. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中各該第一突出部的寬度係從該底面朝外逐漸減少，其中各該第一突出部之截面形狀包括弧形及多邊形之其中一者或混合上述結構。
15. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中該第二光線的投射方向與該頂面的法線方向的夾角係為一第一角度，該第二光線的該投射方向在該底面上的投影與各該第一突出部之該延伸方向的夾角係為一第二角度，該第一角度的範圍為47°~90°，且該第二角度的範圍為-41°~41°。
16. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中各該第一突出部係由複數個子突出部所組成。
17. 如申請專利範圍第16項所述之背光模組，其中該些子突出部沿著實質上平行於該入射方向的方向排列，各該子突出部之受光面的寬度係從該底面朝外逐漸減少，且該受光面係朝向該光源組。
18. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中該頂部結構係為一週期性結構，該週期性結構之週期的範圍為0.001~1微米(μm)。
19. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中該頂部 結構係以至少二個該些第二突出部為一單位來組成一週期性結構。
20. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中該頂部結構係為一週期性結構，該週期性結構的形狀包括弦波、方波、三角波、階梯波及鋸齒波之其中一者或混合上述結構。
21. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中各該第二突出部之高度的範圍為0.001~1微米(μm)。
22. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，更包括：一1/2波片；以及一1/4波片，該1/2波片與該1/4波片依序設置於該導光結構之該底面側。
23. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中該頂部結構可為一等週期結構或一不等週期結構。
24. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中各該第二突出部可為一連續結構或一非連續結構。
25. 如申請專利範圍第13項所述之背光模組，其中該些第二突出部之高度可彼此相等或不等。