TWI428647B - 導光板及背光模組 - Google Patents

Description

導光板及背光模組

本發明是有關於一種光學元件及光源模組，且特別是有關於一種導光板(light guide plate)及背光模組(backlight module)。

背光模組通常包括導光板，而導光板之作用在於引導光源產生之光束的散射方向，用來提高面板的輝度，並確保面板亮度的均勻性，以將背光模組中的點光源或線光源轉換成面光源而提供給液晶顯示面板。詳細來說，當光束進入導光板後，由於導光板本體是透光清澈，不會造成光束的偏折及散射，故光束會依循全反射的方式傳遞至導光板外或藉由導光板表面的微結構破壞全反射以產生偏折，進而傳遞至導光板外。

一般而言，藉由調整微結構的疏密度可控制出光量的大小，進而可控制導光板之出光輝度及均勻度。微結構的製作例如可採用噴墨、印刷或蝕刻的方式製作，其中由於一般的噴墨頭的噴嘴為陣列式排列，故在最大密度上常無法與其它製程相較。在利用噴墨方式製作微結構的過程中，若噴墨點在未固化前彼此過於靠近，易造成相鄰噴墨點的彼此相連，而導致微結構的瑕疵。除此之外，由於噴墨點為規律性的凸球狀，一致性高，且缺乏散射能力及足夠的出光能力，如此一來，便會使得導光板的瑕疵無法藉 由局部散射而達成霧化結果。

圖1為習知之背光模組的示意圖。請參照圖1，習知之背光模組100包括一發光元件110、一導光板120以及一反射單元130。發光元件110適於發出一光束L1。導光板120配置於發光元件110旁，且適於導引光束L1。導光板120包括一透光基板122以及複數個光學微結構124。

如圖1所示，當光束L1碰到導光板120的表面S2上的光學微結構124時，光學微結構124會破壞導光板120的全反射，從而使得光束L1穿透導光板120的表面S1並傳遞至背光模組100外。然而，發光元件110發出的另一光束L2係直接傳遞至導光板120的表面S4，幾乎不會在透光基板122內部發生碰撞。因此，於習知之背光模組100中，經由表面S1傳遞至透光基板122外的光束便會減少，而造成背光模組100的整體出光能力不足。

中華民國專利號I287135與中華民國專利公開號200732785分別揭露利用噴墨方式於導光板製作微結構的技術。另一方面，中華民國專利號M314346與M299866、美國專利公開號20030210222、大陸專利公開號101078836以及大陸專利號1260583亦揭露幾種關於導光板的結構。

本發明提供一種導光板，其具有良好的光使用效率。

本發明提供一種背光模組，其可提供均勻度較高的面光源。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種導光板。導光板適於導引一發光元件發出之一光束。導光板包括一透光基板、複數個光學微結構以及複數個擴散粒子。透光基板具有一第一表面、一第二表面以及一入光面。第二表面與第一表面相對。入光面連接第一表面與第二表面，其中光束經由入光面進入透光基板中。光學微結構配置於第二表面上。擴散粒子分布於透光基板中，且導光板之霧度值的範圍為大於等於0.4%至小於等於80%。

本發明之另一實施例更提出一種背光模組，其包括一第一發光元件以及一導光板。第一發光元件適於發出一光束。導光板配置於第一發光元件旁，且適於導引光束。導光板包括一透光基板、上述之光學微結構以及上述之擴散粒子。透光基板具有上述之第一表面、上述之第二表面與一連接第一表面與第二表面的第一入光面。光束適於經由第一入光面進入透光基板中。

基於上述，本發明之實施例可達到下列優點或功效之至少其一。本發明之實施例之導光板採用了擴散粒子使光束有效地散射，以提升導光板的光使用效率。因此，採用此導光板之背光模組可提供均勻度較高的面光源。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第一實施例

圖2為本發明第一實施例之背光模組的示意圖。請參照圖2，本實施例之背光模組200包括一發光元件210以及一導光板220。發光元件210適於發出一光束L3。導光板220配置於發光元件210旁，且適於導引光束L3。在本實施例中，發光元件210例如為一發光二極體(light emitting diode,LED)。導光板220包括一透光基板222、複數個光學微結構224以及複數個擴散粒子226。

透光基板222具有一表面S1、一相對表面S1的表面S2、一連接表面S1與表面S2的入光面S3、以及一相對入光面S3的表面S4，其中光束L3經由入光面S3進入透光基板222中。透光基板222例如為一平板式基板。光學微結構224配置於表面S2上。擴散粒子226分布於透光基板222中，其中擴散粒子226的大小例如為大於等於100奈米至小於等於30微米。導光板220之霧度值(Haze value)的範圍為大於等於0.4%至小於等於80%。其中導光板220之霧度值是採用NIPPON DENSHOKU公司的霧度計(型號NDH 5000)所量測而得。一般而言，霧度值越高代表 導光板220的散射能力越好，進而能夠有越好的遮瑕效果。擴散粒子226的添加能提升導光板220的散射能力，並降低導光板220的透明度，以達到淡化瑕疵的效果。上述瑕疵例如是因製程或其他因素造成透光基板222的刮痕，導致從透光基板222的表面S1可看出刮痕或光學微結構224的紋路。另外，霧度值的量測例如是由透光基板222的表面S1往表面S2的方向量測，或是由透光基板222的表面S2往表面S1的方向量測。

在本實施例中，光學微結構224係利用噴墨(ink jet)的方式製作於表面S2上，以產生微小的光學微結構224，進而有利於背光模組200的薄型化。進一步而言，在使用噴墨方式製作光學微結構224的過程中，藉由移動噴墨頭或透光基板222，便能依序在透光基板222上製作出不同尺寸或間距不等的光學微結構224。如圖2所示，光學微結構224的配置採取不等間隔的佈點設計。詳細而言，本實施例之光學微結構224在靠近發光元件210處的數量密度小於光學微結構224在遠離發光元件210處的數量密度。一般而言，噴墨頭的噴嘴係以陣列方式排列，且噴嘴與噴嘴之間的距離彼此固定，故若要形成密度不均的光學微結構224，係藉由控制噴墨頭的噴嘴噴墨或不噴墨來達成。舉例來說，當噴墨頭移動到表面S2上靠近發光元件210附近時，可控制噴墨頭的噴嘴每移動幾個間隔點便停止噴墨以於表面S2上形成數量密度較低的光學微結構224。反之，當噴墨頭移動到表面S2上遠離發光元件210 附近時，則控制噴墨頭的噴嘴於每個間隔點皆執行噴墨的動作以於表面S2上形成數量密度較高的光學微結構224。另一方面，光學微結構224例如為凸點，且凸點的大小例如是透過油墨的滴數來控制。

另外，導光板220之霧度值在靠近發光元件210處的範圍為大於等於0.4%至小於等於30%，且導光板220之霧度值在遠離發光元件210處的範圍為大於等於12%至小於等於80%。由於本實施例之導光板220之霧度值在靠近發光元件210處的範圍與遠離發光元件210處之霧度值的範圍不同，故能提供均勻的面光源。

除此之外，本實施例的背光模組200更包括一反射單元230。反射單元230配置於透光基板222之表面S2的一側，且光學微結構224位於表面S2與反射單元230之間。反射單元230例如是一反射片或一反射膜，而反射片又例如是白反射片或銀反射片。反射單元230能提高背光模組200的輝度。

如圖2所示，發光元件210所發出的光束L4於透光基板222內經過幾次全反射後會從表面S1傳遞至透光基板222外，其中表面S1例如為出光面。當光束L4碰到表面S2上的光學微結構224時，光學微結構224會破壞全反射，從而使得光束L4穿透表面S1並傳遞至背光模組200外。

值得注意的是，由於透光基板222內部添加擴散粒子226，故光束L3會因碰撞到擴散粒子226，而改變行進軌 跡，進而直接經由表面S1傳遞至透光基板222外。如此一來，藉由擴散粒子226的添加，光束L3可提早由透光基板222的表面S1出射，進而提升背光模組200的輝度。換句話說，雖然本實施例之光學微結構224是利用噴墨佈點的技術製作，但導光板220卻不會有因光學微結構224佈點密度不足所造成的整體出光度不足的問題。除此之外，也因各向性的光束(例如光束L3)會受到擴散粒子226的散射作用，故導光板220遮瑕性也變得更好。在本實施例中，擴散粒子226例如是二氧化矽(SiO₂)、二氧化鈦(TiO₂)或具有不同折射率的樹脂類。簡言之，擴散粒子226的添加有利於光束(例如光束L3)的散射，進而增加出光的均勻度與輝度。

除此之外，本實施例之背光模組200更包括至少一光學膜片240，其中光學膜片240例如為一下擴散片。另外，背光模組200還可包括光學膜片250、260與270，且光學膜片250、260與270例如分別為一下稜鏡片、一上稜鏡片與一反射式偏光增亮膜(dual brightness enhancement film,DBEF)。如圖2所示，光束L3被擴散粒子226散射後而從導光板220之表面S1出射的出光角度θ 1例如為55度~75度，此出光角度θ 1的範圍在與其他光學膜片搭配時，能使光束L3達到一次出光的效果，進而產生較佳的輝度與均勻度。在本實施例中，角度θ 1為被擴散粒子226散射後而從導光板220之表面S1出射之光束L3與導光板220之法線方向N1之間的夾角。進一步而言，通過含有擴 散粒子226之透光基板222的光束L3，在經過光學膜片240後，會以較小的角度θ 2出射，進而提升背光模組200的整體輝度。在本實施例中，角度θ 2為經過光學膜片240後出射之光束L3與光學膜片240之法線方向N2之間的夾角。其中角度θ 2例如為15度~45度，但本發明不受限於此。簡言之，本實施例藉由含有擴散粒子226的透光基板222來搭配其它的光學膜片，能有效提升背光模組200的整體輝度與均勻度。

圖3A為圖2之導光板220的出光角度分布圖，其中圖3A的縱軸與橫軸分別為輝度比例與出光角度，且-90度至90度為導光板220之表面S1的視角。詳細來說，本實施例將表面S1的法線方向N1定義為0度，平行表面S1且指向發光元件210的方向定義為-90度，而平行表面S1且指離發光元件210的方向定義為90度。另外，出光角度的量測點為導光板220靠近發光元件210之表面S1處、導光板220之表面S1中央處以及導光板220遠離發光元件210之表面S1處。

在圖3A中，曲線C1代表透光基板222內未添加擴散粒子226時的出光分布，曲線C2~C4代表透光基板222內含有擴散粒子226時的出光分布。詳細來說，曲線C2對應導光板220在靠近發光元件210處之霧度值小於0.4%以及導光板220在遠離發光元件210處之霧度值小於12%的出光分布範圍。曲線C3對應導光板220在靠近發光元件210處之霧度值大於30%以及導光板220在遠離發光元件 210處之霧度值大於80%的出光分布。另外，曲線C4對應導光板220在靠近發光元件210處之霧度值大於等於0.4%至小於等於30%，以及導光板220在遠離發光元件210處之霧度值大於等於12%至小於等於80%的出光分布。

如圖3A所示，在區域A中，曲線C2、C4、C3的輝度比例皆高於曲線C1的輝度比例，其中區域A的曲線C4所對應的出光角度例如為圖2之出光角度θ 1，其範圍例如為55度~75度。進一步而言，藉著添加擴散粒子226而使導光板220在靠近發光元件210處之霧度值大於等於0.4%至小於等於30%，以及導光板220在遠離發光元件210處之霧度值大於等於12%至小於等於80%，會使得有較多的光束L3以55度~75度的角度從導光板220出射。如前所述，此角度範圍能配合其它光學膜片，而產生一次出光的效果，進而有效提升背光模組200的整體輝度與均勻度。除此之外，區域B的曲線C4也較曲線C1與C2來得平滑。

然而，應注意的是，如曲線C3所示，當透光基板222添加過多的擴散粒子226而使導光板220在靠近發光元件210處之霧度值大於30%以及導光板220在遠離發光元件210處之霧度值大於80%，會使過多的光束以-90度~0度的角度出射。由於上述之角度範圍(-90度~0度)無助於配合其他光學膜片的一次出光，故無法有效提升光使用效率。因此，由上述可知，導光板220之霧度值的範圍係以大於等於0.4%至小於等於80%為較佳(對應曲線C4)。

圖3B為圖2之導光板220的出光分布圖，其中橫軸 對應導光板220自靠近發光元件210的位置到遠離發光元件210的位置，亦即橫軸對應導光板220自靠近入光面S3的位置到遠離入光面S3的位置，且縱軸為這些位置的輝度比例。在圖3B中，曲線D1代表導光板220包括光學微結構224但未添加擴散粒子226時的出光分布。曲線D2~D3代表導光板220包括擴散粒子226但未設置光學微結構224時的出光分布。曲線D4代表導光板220包括擴散粒子226以及光學微結構224時的出光分布。由圖3B可明顯看出，曲線D4的輝度比例大於曲線D1、D2及D3的輝度比例。換句話說，包括擴散粒子226以及光學微結構224的導光板220確實有助於出光輝度的提升。

另外，曲線D2對應導光板220之霧度值小於0.4%的出光分布，而曲線D3對應導光板220之霧度值大於30%的出光分布。如曲線D2與D3所示，隨著擴散粒子226之濃度的增加，導光板220的整體輝度比例亦上升。然而，應注意的是，如曲線D3所示，當導光板220之霧度值大於30%時，對應導光板220入光面S3附近之區域E的輝度比例亦比導光板220之其他位置的輝度比例高出許多。因此，在導光板220包括擴散粒子226但未設置光學微結構224時，當導光板220之霧度值大於30%時，會使導光板220靠近入光面S3處產生亮暈現象。

由圖3A與圖3B可知，圖2之實施例的背光模組200因添加擴散粒子226而能提供較均勻且輝度高的面光源。在本實施例中，當霧度值小於0.4%時，會導光板220有輝度不足的問題，而當霧度值大於80%時，則導光板220靠 近入光面S3處又有亮暈現象。因此，當導光板220包括擴散粒子226及光學微結構224，而使導光板220之霧度值在大於等於0.4%至小於等於80%的範圍時，背光模組200能提供較均勻且輝度高的面光源。

第二實施例

圖4為本發明第二實施例之背光模組的示意圖。如圖4所示，背光模組300與圖2之背光模組200類似，惟二者主要差異之處在於：背光模組300的光學微結構224係配置於表面S1上。由於本實施例的背光模組300可以由圖2~圖3B的實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

第三實施例

圖5為本發明第三實施例之背光模組的示意圖。如圖5所示，背光模組400與圖2之背光模組200類似，惟二者主要差異之處在於：背光模組400更包括一發光元件280，且透光基板222’更具有一相對於入光面S3的入光面S4’，其中發光元件280配置於入光面S4’旁。

如圖5所示，發光元件280適於發出光束L5，且由於透光基板222’內部添加擴散粒子226，故光束L5會因碰撞到擴散粒子226，而改變行進軌跡，進而直接經由表面S1傳遞至透光基板222’外。如此一來，藉由擴散粒子226的添加，光束L5可提早由透光基板222’的表面S1出射，進而提升背光模組400的輝度。由於本實施例的背光模組400 可以由圖2~圖3B的實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

第四實施例

圖6為本發明第四實施例之背光模組的示意圖。如圖6所示，背光模組500與圖5之背光模組400類似，惟二者主要差異之處在於：背光模組500的光學微結構224係配置於表面S1上。由於本實施例的背光模組500可以由圖2~圖3B與圖5的實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

綜上所述，本發明之實施例可達到下列優點或功效之至少其一。本發明之實施例之導光板採用擴散粒子來改變自導光板之入光面的光束之傳遞路徑，並使光束有效地散射，以提升導光板的光使用效率，故採用此導光板之背光模組可提供均勻度與輝度較高的面光源。除此之外，由於導光板之霧度值的範圍為大於等於0.4%至小於等於80%，故導光板具有良好的遮瑕效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，故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。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100、200、300、400、500‧‧‧背光模組

110、210、280‧‧‧發光元件

120、220、220’‧‧‧導光板

122、222、222’‧‧‧透光基板

124、224‧‧‧光學微結構

126、226‧‧‧擴散粒子

130、230‧‧‧反射單元

L1~L5‧‧‧光束

S1、S2、S4‧‧‧表面

S3、S4’‧‧‧入光面

θ 1、θ 2‧‧‧角度

C1~C4、D1~D4‧‧‧曲線

A、B、E‧‧‧區域

N1、N2‧‧‧法線方向

圖1為習知之背光模組的示意圖。

圖2為本發明第一實施例之背光模組的示意圖。

圖3A為圖2之導光板的出光角度分布圖。

圖3B為圖2之導光板的出光分布圖。

圖4為本發明第二實施例之背光模組的示意圖。

圖5為本發明第三實施例之背光模組的示意圖。

圖6為本發明第四實施例之背光模組的示意圖。

200‧‧‧背光模組

210‧‧‧發光元件

220‧‧‧導光板

222‧‧‧透光基板

224‧‧‧光學微結構

226‧‧‧擴散粒子

230‧‧‧反射單元

240、250、260、270‧‧‧光學膜片

L3、L4‧‧‧光束

S1、S2、S4‧‧‧表面

S3‧‧‧入光面

θ 1、θ 2‧‧‧角度

N1、N2‧‧‧法線方向

Claims (11)

1. 一種導光板，適於導引一發光元件發出之一光束，該導光板包括：一透光基板，該透光基板具有：一第一表面；一第二表面，與該第一表面相對；以及一入光面，連接該第一表面與該第二表面，其中該光束適於經由該入光面進入該透光基板中；複數個光學微結構，配置於該第二表面上；以及複數個擴散粒子，分布於該透光基板中，且該導光板之霧度值的範圍為大於等於0.4%至小於等於80%，其中該些光學微結構在靠近該發光元件處的數量密度小於該些光學微結構在遠離該發光元件處的數量密度，該導光板之霧度值在靠近該發光元件處的範圍為大於等於0.4%至小於等於30%，且該導光板之霧度值在遠離該發光元件處的範圍為大於等於12%至小於等於80%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該些光學微結構係利用噴墨的方式製作於該第二表面上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該光束適於經由該第一表面傳遞至該透光基板外。
4. 如申請專利範圍第1項所述之導光板，其中該透光基板為一平板式基板。
5. 一種背光模組，包括一第一發光元件，適於發出一光束；以及 一導光板，配置於該第一發光元件旁，且適於導引該光束，該導光板包括：一透光基板，具有一第一表面、一相對該第一表面的第二表面與一連接該第一表面與該第二表面的第一入光面，其中該光束適於經由該第一入光面進入該透光基板中；複數個光學微結構，配置於該第二表面上；以及複數個擴散粒子，分布於該透光基板中，且該導光板之霧度值的範圍為大於等於0.4%至小於等於80%，其中該些光學微結構在靠近該第一發光元件處的數量密度小於該些光學微結構在遠離該第一發光元件處的數量密度，該導光板之霧度值在靠近該第一發光元件處的範圍為大於等於0.4%至小於等於30%，且該導光板之霧度值在遠離該第一發光元件處的範圍為大於等於12%至小於等於80%。
6. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該些光學微結構係利用噴墨的方式製作於該第二表面上。
7. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該光束適於經由該第一表面傳遞至該透光基板之外。
8. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，更包括一反射單元，配置於該透光基板之該第二表面的一側，且該些光學微結構位於該第二表面與該反射單元之間。
9. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，其中該透 光基板為一平板式基板。
10. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，更包括一第二發光元件，且該透光基板更具有一相對於該第一入光面的第二入光面，其中該第二發光元件配置於該第二入光面旁。
11. 如申請專利範圍第5項所述之背光模組，更包括至少一光學膜片。