CN100590466C - 导光板及具有该导光板的背光模块 - Google Patents

Abstract

一种导光板，是应用于分区时序性扫描的背光模块，并由区分为多个区域的透光基板、设于各区域入光面的光栅结构、及设于各区域用于接收入射光的光学面的散光结构所构成，由于该透光基板可供进行分区时序性扫描，该光栅结构可缩短混光距离，而该散光结构则可将光线均匀地散射出该导光板，因此可解决现有技术的缺陷。本发明并提供具有该导光板的背光模块。

Description

导光板及具有该导光板的背光模块

技术领域

本发明涉及一种光学技术，尤指一种应用于背光模块的导光板及具有该导光板的背光模块。

背景技术

近年来由于技术的不断改进，新一代数字产品不仅可整体来自资讯、消费及通讯三大领域的技术，更同时具备多媒体效能的特性。而在此特性中，影像处理技术也随着各种零部件技术的成熟及日益增加的应用面，逐渐成为受消费者注目的发展领域。在影像应用需求大幅提高的推波助澜下，各种整体显示功能的数字产品也越来越多，相对使得显示器的需求也随之大幅度增长，当中最受瞩目的，即属液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。

由于LCD本身并非自发光的平面显示器，因此必须借助一关键零部件来提供背光源，即背光模块(Back Light Unit)。目前的背光模块中，主要的关键零部件包括光源(例如灯管、LED)、导光板(Lightguide)、扩散板(Diffusion sheet)、反射片(Reflector sheet)、以及增光膜(Brightness Enhancement Film，BEF)或偏极转换片(DBEF)等光学膜片。前述背光模块的结构当中，尤其以导光板是影响中、小尺寸背光模块质量的关键所在。

一般而言，背光模块可分为前光式(Front light)与背光式(Backlight)两种，背光式中例如有发光源为摆在侧边的侧光式(Edgelighting)背光模块。侧光式背光模块一般常用于18英寸以下中、小尺寸的背光模块，拥有轻量、薄型、窄框化、低耗电的特色，目前也有大尺寸背光模块采用侧光式结构，而LCD配合LED背光做时序扫描则为近年来解决液晶显示器残影(Image persistence)现象、以及提高光使用率与显示色域(Color gamut)的其中一种方式。相关的专利技术例如有美国专利第4,043,636号、美国专利第5,396,350号、美国专利第6,679,613号、美国专利第6,671,013号、美国专利第6,700,634号、美国专利第6,867,828号、美国专利第6,979,112号、美国专利第6,971,782号、美国专利第6,981,792号、美国专利第6,981,791号、美国专利第6,991,358号、以及美国专利第6,883,934号等。

以使用微反射结构的导光板及背光模块而言，美国专利第4,043,636号揭露一种表面具锥型结构的导光板，以扩大发光范围。美国专利第5,396,350号揭露一种表面具有倒锥型结构的导光板，各该倒锥型结构是作为微棱镜，且每一倒锥型结构是对应于微透镜。美国专利第6,679,613号是于扩散板下方设置遮光板(Light-shieldingsheet)，以通过该遮光板将光线入射至该扩散板。美国专利第6,671,013号是于导光板背面设置呈三维(3-dimensional)立体结构的多微反射结构，各该微反射结构分别具有四个倾斜面，其中两个倾斜面是用于导引入射光线，另外两个倾斜面则可分别反射来自该两个倾斜面的光线，以发散前述光线。美国专利第6,700,634号是于导光板正面设置斜面型结构，以扩大发光范围。美国专利第6,867,828号于导光板背面设置斜面型结构，以令光线经多次反射与折射之后入射至导光板内部。美国专利第6,979,112号于导光板表面设置多阵列微透镜结构。美国专利第6,971,782号于导光板表面设置多凹面结构，且该凹面结构内的倾斜角度是限制于正18度至负18度的范围中。美国专利第6,981,792号是于导光板的发光面设置光线方向调整片(Light directivity adjusting sheet)，且该光线方向调整片表面设有金字塔型结构，各该金字塔型结构的尖端部份较佳是相距约50至80μm。美国专利第6,981,791号是于导光板表面设置锯齿状结构，并于该导光板两侧分别设置反射偏光板(Reflection polarizing plat)。

然而，以实际上的制作技术而言，前述专利案中诸如以散射点、透镜阵列或金字塔结构等多面型微结构的设计有着结构复杂的缺陷，造成加工难度高，并不适合批量生产，且更因制作不易而令成本居高不下。同时，前述各专利案所使用的微反射结构必须满足特定设计条件，故而设计上过于复杂，且此种微反射结构仅允许极小的公差。此外，满足此种设计的条件相当严格，只要LED的位置与微反射结构的相对位置稍微有误差，就无法全面导光。而且，当光线必须经多次反射与折射后才入射至导光板内部时，会造成能量的大幅损失，导致光能量下降。而且，由于当发光范围过大，而无法集中于所需的导光范围中时，易造成漏光效应。因此，不仅令其开模结构复杂，造成制作上较为困难，更因难以控制制造误差，而导致出光均匀度不佳的现象。

美国专利第6,991,358号揭露一种导光板，该导光板具有设于一侧的入光面及邻接该入光面的出光面，该入光面是呈平坦的表面，相对于该出光面的表面(导光板底面)则具V形沟槽结构。但是当光源由导光板的侧面入光时，难免在V形沟槽结构的侧面上发生全反射现象，则许多光线将直接从V形沟槽结构的正上方出光，因而造成导光板的亮纹现象。

美国专利第6,883,934号则于入光处设置诸如单一圆弧形、单一锥形、或多锯齿型的透镜。但是，当应用此专利技术时，必须额外提出光源对位设计；而且，此种设计亦存在制作不易及难以控制制造误差的问题，从而导致出光均匀度不佳的现象。

再者，传统LCD在显示动态画面时常会发现拖着模糊的残影，就前述所有专利技术的设计来看，大多是以快速液晶加上特殊驱动技术来解决动态画面的残影问题；然而，在整个画面同时闪烁之时仍会有明显的闪烁及虹彩(Color breaking)现象。如此，除了造成整体观感的不适，也使光使用效率低落、画面解析度不佳，且更因耗电量较高而相对提高使用显示器的成本。

因此，如何有效解决前述背景技术所存在的问题，乃成为目前业界亟待克服的课题。

发明内容

本发明目的在提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，可应用于进行分区时序性扫描。

本发明的另一目的在于提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，以缩短混光距离。

本发明的再一目的在于提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，无须进行光源对位设计。

本发明的又一目的在于提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，减少不适性。

本发明的又另一目的在于提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，以提升光使用效率。

本发明的又再一目的在于提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，以达到省电的功效。

本发明的再另一目的在于提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，以在简化导光板结构的同时达到均匀化的效果。

为达到上述及其它目的，本发明提供一种导光板及具有该导光板的背光模块，该导光板是应用于分区时序性扫描的背光模块。

在一个实施例中，该导光板包括：透光基板，具有区分该透光基板为多个区域的时序间隔部，每一区域设有入光面、第一光学面、以及相对该第一光学面的第二光学面，其中，所述时序间隔部是呈倒V字型；光栅结构，是设于该入光面，可供光线进入；混光区，是设于所述第二光学而且接近所述入光面的边缘；以及散光结构，是凸设于该第二光学面，可供分散该光线，从而使该光线自该第一光学面均匀散射出该透光基板，而所述散光结构之高度变化及排列变化满足公式：H(x)＝A+(B-A)(EXP(x-L)^P-1)/(e-1)，其中A为该散光结构的结构起始高度，B为该散光结构的结构终止高度，e为自然对数(naturallog)，L为所述透光基板的长度，P为次幂(power)，x为该散光结构的所在位置，H(x)为在位置x的高度。优选为，该时序间隔部是凹设于该第二光学面且邻近于该第一光学面，且各该时序间隔部是可选择为相互等比例间隔并列。

在另一实施例中，该导光板包括：透光基板，是由间隔排列的多个区域所构成，每一区域设有入光面、第一光学面、以及相对该第一光学面的第二光学面，其中，各所述区域是呈梯形；光栅结构，是设于该入光面，可供光线进入；混光区，是设于所述第二光学面且接近所述入光面的边缘；以及散光结构，是设于该第二光学面，可供分散该光线，从而使该光线自该第一光学面均匀散射出该透光基板。

优选为，该透光基板是透明基板。该光栅结构为正弦波光栅(Sinusoidal grating)结构可例如呈波浪状。当该光栅结构呈波浪状时，该光栅结构的延伸方向是垂直于该第一光学面与该第二光学面。该散光结构是凸设于该第二光学面的透镜阵列微结构及桶型阵列微结构的至少其中一者，其中，该散光结构凸设于该第二光学面的高度变化及排列变化满足公式：H(x)＝A+(B-A)(EXP(x-L)^P-1)/(e-1)，其中A为该散光结构的结构起始高度，B为该散光结构的结构终止高度，e为自然对数(natural log)，L为该透光基板的长度，P为次幂(power)，x为该散光结构的所在位置，H(x)为在位置x的高度。

同时，本发明也提供一种背光模块，是使用前述的导光板。

附图说明

图1A及图1B是显示本发明导光板的第一实施例的构造示意图，其中图1B为图1A的侧视图；

图2是显示局部仰视图1A的导光板的示意图；

图3A及图3B是显示图1A的导光板的局部放大示意图；

图4是显示应用本发明第一实施例的导光板的背光模块的构造示意图；

图5A及图5B是显示本发明导光板的第二实施例的构造示意图，其中图5B为图5A的侧视图；

图6是显示图5A的导光板的局部放大示意图；以及

图7是显示应用本发明第二实施例的导光板的背光模块的构造示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，所属技术领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明。

第一实施例

图1A至图3B是依据本发明导光板的第一实施例所绘制的附图，图4是显示应用本发明第一实施例的导光板的背光模块的构造示意图。

请参阅图1A、图1B及图2，它们是显示本实施例的导光板的构造示意图，其中图1A及图1B是显示本发明导光板的第一实施例的构造示意图，图1B为图1A的侧视图，图2则是显示局部仰视图1A的导光板的示意图，如图所示的导光板1是包括透光基板11、光栅结构13、以及散光结构15。

该透光基板11具有区分该透光基板11为多个区域111的时序间隔部113，每一区域111设有入光面1111、第一光学面1113、以及相对该第一光学面1113的第二光学面1115。在本实施例中，该透光基板11可为一透明基板、透明膜片或其他等效的透明元件。该时序间隔部113是凹设于该第二光学面1115且邻近于该第一光学面1113，其中，该时序间隔部113是呈倒V字型，且各该时序间隔部113是相互等比例间隔并列。该入光面1111是可用于接收入射光线(未图示)。该第一光学面1113是设于该透光基板11顶面，并可为光出射面。该第二光学面1115则设于该透光基板11底面，并可为例如光扩散面。由于该透光基板11设计为已分割区域的结构，故可进行分区分时扫描背光应用，以避免画面有明显的闪烁及虹彩现象。

应注意的是，虽然本实施例中该透光基板11是由该时序间隔部113区分为五个区域111，且各该区域111为相互等比例间隔并列者；但，本发明并非局限于此，在其他实施例中，亦可提供区分为其他数量区域的透光基板11，且各该区域111是可选择为相互非等比例间隔并列者，而可有多种搭配变化。

该光栅结构13是设于该入光面1111，可供光线进入。请参阅图3A，在本实施例中，该光栅结构13为例如正弦波光栅(Sinusoidalgrating)结构。该光栅结构13可缩短混光距离，诸如LED的光源(未图示)是可对应该光栅结构13而设置，只要可令该光源所发出的光线(未图示)经该光栅结构13进入该透光基板11即可，且无需提出特殊的光源对位设计。

该散光结构15则是设于该第二光学面1115，可供分散该光线，从而使该光线自该第一光学面1113均匀散射出该透光基板11。请参阅图3B，在本实施例中，该散光结构15是凸设于该第二光学面1115，且可为桶型阵列微结构或其他可供散光的等效微结构。同时，该散光结构15凸设于该第二光学面1115的高度变化及排列变化满足下列公式：

H(x)＝A+(B-A)(EXP(x-L)^P-1)/(e-1)

其中，A为该散光结构15的结构起始高度，B为该散光结构15的结构终止高度，e为自然对数(natural log)，L为该透光基板11的长度，P为次幂(power)，x为该散光结构15的所在位置，H(x)为在位置x的高度。

应注意的是，通过适当选择该散光结构15的高度变化及排列变化，可依不同的产品需求来调整该散光结构15所表现出的扩散度。当然，此等变化应为所属技术领域技术人员可轻易想到且可予以修改的，故于此不再赘述。

由上可知，该散光结构15对光线具有扩散的效果，通过该散光结构15可对入射的光线产生模糊化的效果(即，均匀的功效)。

同时，再请参阅图2，在本实施例的导光板1中，又包括设于该第二光学面1115的混光区17。在本实施例中，该混光区17是可例如设于该第二光学面1115接近该入光面1111的边缘，且该混光区17具有部分的散光结构15。

此外，该导光板1是可利用超精密加工技术例如以成形单晶钻石刀加工于金属模具上，并搭配滚压成形技术进行紫外线固化(UVcuring)，以将模具上的微结构转写于光学基材上，而具有实际批量生产上的生产优势。当然，也可应用其他超精密加工技术或等效的成形技术。由于相关的加工原理与技术均为所属技术领域技术人员所熟知，在此不再详加赘述。

请参阅图4，是显示应用本发明第一实施例的导光板的背光模块的侧视图，本发明也提供一使用前述导光板1的背光模块3。该背光模块3为可进行分区时序性扫描的背光模块，且该背光模块3是可例如包括该导光板1、一位于该导光板1下的反射片31、至少一位于该导光板1一侧的光源33。应注意的是，本实施例中是例示性说明该背光模块3的结构，但该背光模块3的结构并不限于此，其他侧向式背光的LCD的背光模块结构皆适用于本发明，诸如美国专利第6,648,485号、我国发明专利证号第I255566号、及我国发明专利公告第594076号。同时，由于相关背光模块的结构与作用原理均为所属技术领域技术人员所熟知，在此不再多作说明。

相比于现有技术，本发明利用区域独立式导光板设计来达到区域分割时序性扫描背光应用，可改善现有技术中整个画面同时闪烁却会有明显的闪烁及虹彩现象所造成的不适性。同时，每个独立区域的入光面是设有正弦波光栅结构。相对可缩短混光距离，且无须提出光源对位设计。而且，于导光板背面设有散光结构，该散光结构具有加工容易的优点，且通过该散光结构可达成散光目的，以将光线均匀地散射出导光板。

同时，应用本发明时，可利用RGB三色LED光源搭配液晶显示面板做分时及分区快速扫瞄；而且，当背光使用分时扫瞄则液晶面板可不必使用彩色滤光片(color filter)，且不需以RGB三个画素来组成混光，因此可以提高光使用率及达到省电效果，并大幅提高画面解析度及降低显示器成本。另外，配合液晶做背光光源快速开关的效果可以消除液晶反应慢所造成的残影现象，提高画面质量，而分区扫描复可分区搭配液晶调制各区域的光源亮度，以达省电功能。此外，此种导光板可应用于背光模块中，以提高光使用效率、简化模块架构、降低模块成本、并达到省电的效。

因此，本发明提供的导光板及具有该导光板的背光模块除了可解决导光元件上常见的结构复杂问题外，更可应用于进行分区时序性扫描，兼具结构简单与混光距离短的效果，并可搭配分区扫瞄驱动以达成高质量省电背光，由此解决背景技术所存在的问题。

另外，本发明提供的具有该导光板的背光模块也可与光学膜片搭配使用。举例来说，可于该背光模块3上增设保护膜或扩散膜。如此一来，更可增加该背光模块的出光亮度与均匀性。

第二实施例

图5A至图7为依照本发明的导光板及具有该导光板的背光模块的第二实施例所绘制的附图。其中，与第一实施例相同或近似的元件是以相同或近似的元件符号表示，并省略详细的叙述，以使本案的说明更清楚易懂。

第二实施例与第一实施例最大不同之处在于，第一实施例是在透光基板设置多时序间隔部以区分该透光基板为多个区域，而第二实施例的导光板中，该透光基板则是由间隔排列的多个区域所构成。

如图5A所示的导光板1’是包括由五个区域111’所构成的透光基板11’。如图5B所示，各该区域111’是呈梯形，且各该区域111’是相互等比例间隔并列。当然，各该区域111’亦可呈其他可供分区扫描的等效形状，而非限于此。

同时，本实施例中的第一光学面1113’与第二光学面1115’的设置位置是相反于第一实施例的第一光学面1113与第二光学面1115的设置位置。换言之，可供分区扫描的配置可设于导光板顶面或底面的其中一者。

此外，在本实施例中，该光栅结构13’是呈波浪状，其中，该光栅结构13’的延伸方向是垂直于该第一光学面1113’与该第二光学面1115’。另外，如图5B所示，该散光结构15’是凸设于该第二光学面1115’，且可为例如透镜阵列微结构或其他可供散光的等效微结构；如此，通过具有透镜的像差效果的散光结构15’，便可对入射的光线产生模糊化的效果(即，均匀的功效)。

请参阅图7，是显示应用本发明第二实施例的导光板的背光模块的侧视图，本发明也提供一使用前述导光板1’的背光模块3’。该背光模块3’的结构至少包括该导光板1’，而其他组件(诸如位于该导光板1’一侧的光源33)则可与第一实施例的背光模块相同，故在此不再赘述。当然，该背光模块3’亦可为其他可进行分区时序性扫描的背光模块的等效结构，而不限于此。

当然，除了前述各实施例之外，本发明的导光板也可有其中结构上的变化。例如，第一实施例的散光结构也可呈例如柱状；所述变化是完全依照使用者依实际需要状况来进行设定，在此不再赘述。同时，在其他实施例中，也可令该导光板的结构可为前述实施例的不同结构者所组成，而不限于前述实施例中所述。

而且，在各别实施例中的变化可互相置换应用，而非以单一的实施例限制本发明。举例来说，可令第一实施例中的散光结构同时兼具透镜阵列微结构及桶型阵列微结构；此外，而所属技术领域技术人员也可选择在该背光模块中设置二个以上的彼此交错重迭的导光板，且此为本发明所属的技术领域技术人员均应能理解并推导出。

由于本实施例的导光板，是由区分为多个区域的透光基板、设于各该区域入光面的光栅结构、及设于各该区域用于接收入射光的光学面的散光结构所构成，该透光基板可供进行分区时序性扫描，该光栅结构可缩短混光距离，而该散光结构则可将光线均匀地散射出该导光板，故可解决现有技术的缺点。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而不用于限制本发明。任何所属技术领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改与变化。因此，本发明的权利保护范围，应由后述的申请的权利要求所限制。

【主要元件符号说明】

1、1’          导光板

11、11’        透光基板

111、111’      区域

1111、1111’    入光面

1113、1113’    第一光学面

1115、1115’    第二光学面

113             时序间隔部

13、13’        光栅结构

15、15’        散光结构

17              混光区

3、3’          背光模块

31              反射片

33              光源

Claims (19)

1.一种导光板，是应用于分区时序性扫描的背光模块，包括：

透光基板，具有区分该透光基板为多个区域的时序间隔部，每一区域设有入光面、第一光学面、以及相对该第一光学面的第二光学面，其中，所述时序间隔部是呈倒V字型；

光栅结构，是设于所述入光面，可供光线进入；

混光区，是设于所述第二光学面且接近所述入光面的边缘；以及

散光结构，是凸设于所述第二光学面，可供分散所述光线，从而使所述光线自第一光学面均匀散射出该透光基板，而所述散光结构的高度变化及排列变化满足公式：H(x)＝A+(B-A)(EXP(x-L)^P-1)/(e-1)，其中A为该散光结构的结构起始高度，B为该散光结构的结构终止高度，e为自然对数，L为所述透光基板的长度，P为次幂，x为该散光结构的所在位置，H(x)为在位置x的高度。

2.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述透光基板是一透明基板。

3.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述光栅结构为正弦波光栅结构。

4.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述光栅结构是呈波浪状。

5.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述光栅结构是呈波浪状，且其延伸方向是垂直于第一光学面与第二光学面。

6.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述散光结构是包括凸设于所述第二光学面的透镜阵列微结构及桶型阵列微结构的至少其中一种。

7.根据权利要求1所述的导光板，其中，时序间隔部是凹设于第二光学面且邻近于第一光学面。

8.根据权利要求1所述的导光板，其中，各所述时序间隔部是相互等比例间隔并列。

9.一种导光板，是应用于分区时序性扫描的背光模块，包括：

透光基板，具有区分该透光基板为多个区域的时序间隔部，每一区域设有入光面、第一光学面、以及相对该第一光学面的第二光学面；

光栅结构，是设于所述入光面，可供光线进入；以及

散光结构，是凸设于所述第二光学面，可供分散所述光线，从而使所述光线自第一光学面均匀散射出该透光基板，而所述散光结构的高度变化及排列变化满足公式：H(x)＝A+(B-A)(EXP(x-L)^P-1)/(e-1)，其中A为该散光结构的结构起始高度，B为该散光结构的结构终止高度，e为自然对数，L为所述透光基板的长度，P为次幂，x为该散光结构的所在位置，H(x)为在位置x的高度。

10.一种背光模块，是使用根据权利要求1或9所述的导光板。

11.一种导光板，是应用于分区时序性扫描的背光模块，包括：

透光基板，是由间隔排列的多个区域所构成，每一区域设有入光面、第一光学面、以及相对该第一光学面的第二光学面，其中，各所述区域是呈梯形；

光栅结构，是设于所述入光面，可供光线进入；

混光区，是设于所述第二光学面且接近所述入光面的边缘；以及

散光结构，是凸设于所述第二光学面，可供分散所述光线，从而使所述光线自所述第一光学面均匀散射出所述透光基板，而所述散光结构的高度变化及排列变化满足公式：

H(x)＝A+(B-A)(EXP(x-L)^P-1)/(e-1)，其中A为该散光结构的结构起始高度，B为该散光结构的结构终止高度，e为自然对数，L为所述透光基板的长度，P为次幂，x为该散光结构的所在位置，H(x)为在位置x的高度。

12.根据权利要求11所述的导光板，其中，所述透光基板是透明基板。

13.根据权利要求11所述的导光板，其中，各所述区域是相互等比例间隔并列。

14.根据权利要求11所述的导光板，其中，所述光栅结构是呈波浪状。

15.根据权利要求11所述的导光板，其中，所述光栅结构是呈波浪状，且其延伸方向是垂直于所述第一光学面与所述第二光学面。

16.根据权利要求11所述的导光板，其中，所述光栅结构为正弦波光栅结构。

17.根据权利要求11所述的导光板，其中，所述散光结构是包括凸设于所述第二光学面的透镜阵列微结构及桶型阵列微结构的至少其中一者。

18.一种导光板，是应用于分区时序性扫描的背光模块，包括：

透光基板，是由间隔排列的多个区域所构成，每一区域设有入光面、第一光学面、以及相对该第一光学面的第二光学面；

光栅结构，是设于所述入光面，可供光线进入；以及

散光结构，是凸设于所述第二光学面，可供分散所述光线，从而使所述光线自所述第一光学面均匀散射出所述透光基板，而所述散光结构的高度变化及排列变化满足公式：

H(x)＝A+(B-A)(EXP(x-L)^P-1)/(e-1)，其中A为该散光结构的结构起始高度，B为该散光结构的结构终止高度，e为自然对数，L为所述透光基板的长度，P为次幂，x为该散光结构的所在位置，H(x)为在位置x的高度。

19.一种背光模块，是使用根据权利要求11或18所述的导光板。

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