导光板及其入光结构

摘要

本发明公开了一种导光板，用以接收来自至少一点光源发出的光线并将其导出，该导光板具有一有效出光区及介于该有效出光区及该点光源间的一过渡区，该导光板包含：一入光面，邻近该点光源以接收该点光源发出的光线；与该入光面形成一夹角的一出光面，于该导光板内部行进的光线经由该出光面导出；一光反射面，该光反射面位于该出光面的对侧以将由该入光面进入该导光板的光线导向该出光面；及复数个入光结构，分布于该导光板的该过渡区，各该入光结构其遭遇入射光的正面为一柱体曲面，且该曲面具有至少一朝该曲面指向相反方向凹入的凹陷部。本发明的导光板及其入光结构具有良好的辉度分布均匀性且能提供较大面积的有效出光区域。

权利要求

1.一种导光板，用以接收来自至少一点光源发出的光线并将其导出，该导光板具有一有效出光区及介于该有效出光区及该点光源间的一过渡区，其特征在于，该导光板包含：一入光面，邻近该点光源以接收该点光源发出的光线；

与该入光面形成一夹角的一出光面，于该导光板内部行进的光线经由该出光面导出；

一光反射面，该光反射面位于该出光面的对侧以将由该入光面进入该导光板的光线导向该出光面；及复数个入光结构，分布于该导光板的该过渡区，该些入光结构的分布区域至少涵盖各该点光源于该过渡区上的概略投影区域，各该入光结构具有概略呈W字的截面外形，各该入光结构其遭遇入射光的正面为一柱体曲面，且该曲面具有至少一朝该曲面指向相反方向凹入的凹陷部。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些入光结构形成于该入光面上且为突出于该导光板平面外的凸块结构或朝该导光板内部凹入的凹槽结构。

3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该些入光结构包含形成于该入光面上的复数个第一入光结构、及形成于该过渡区内除该入光面外的至少一第二入光结构。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的导光板，其特征在于，该柱体曲面为部分圆柱面，且该圆柱面的曲率半径为1μm至1000μm。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的导光板，其特征在于，该凹陷部具有椭圆形或圆形的截面外形。

6.如权利要求1-3中任意一项所述的导光板，其特征在于，该凹陷部具有三角形的截面外形，且该三角形凹入面的顶角为2度至150度。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的导光板，其特征在于，该柱体曲面为椭圆柱面，该些入光结构的椭圆柱面的椭圆形截面之长轴方向彼此平行，且该有效出光区与一显示面板的有效显示区叠合。

8.如权利要求3所述的导光板，其特征在于，该些第二入光结构排列成至少一横列。

说明书

导光板及其入光结构

[0001] 本发明是申请日为2008年3月5日、申请号为200810082069.8、发明名称为“导光板及其入光结构”一案的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明关于一种具有良好扩光效果且能大幅提高入光效率的导光板及其入光结构。

背景技术

[0003] 一般线光源例如冷阴极灯管(cold cathode fluorescent lamp；CCFL)由于体积较大，较不适用于小体积的手持式电子装置。因此，例如移动电话的手持式电子装置，通常使用点光源作为其液晶显示模块的侧光源。图1为一现有背光模块100的示意简图，如图1所示，例如发光二极管104(light-emitting diode；LED)的点光源邻接导光板102的一入光侧面102a，且导光板102的底面102c形成有V型沟槽106所构成的棱镜结构。于此一现有设计中，由于点光源的发光角度与能量关系依循朗伯放射定律(Lambert’s emission law)，当采用发光二极管104作为液晶显示模块的侧光源，并搭配棱镜片(未图示)将光线导正至导光板102出光面102b法线方向附近后，如图2所示，在邻近入光侧面102a的局部区域容易出现对比强烈的亮带110及暗带112分布，而明显降低导光板102的辉度分布均匀性。

[0004] 因此，于现有技术中，一种入光结构设计被提出以改善上述问题，例如图3所示于入光面122上形成三角柱结构物而构成一V入子结构120，或如图4所示于入光面132上形成圆柱结构物而构成一R入子结构130，以提供光扩散效果以改善导光板入光处的亮/暗带差异问题，同时提高点光源的入光效率。然而，现有V入子结构120或R入子结构130的扩光能力有限，即使设置这些入光结构，导光板上分布对比强烈的亮/暗带区域面积仍相当大，使整体辉度分布均匀性仍不佳且无法进一步提高导光板有效出光区的面积。

发明内容

[0005] 因此，本发明的目的在于提供一种具有良好扩光效果且能大幅提高入光效率的导光板及其入光结构，具有该入光结构的导光板具有良好的辉度分布均匀性且能提供较大面积的有效出光区域。

[0006] 本发明的一个实施方式中，一种用以接收来自至少一点光源发出的光线并将其导出的导光板，包含一入光面、一出光面、一光反射面、及复数个入光结构。入光面邻近点光源以接收点光源发出的光线，且于导光板内部行进的光线是经由出光面导出。光反射面位于出光面对侧以将由入光面进入导光板的光线导向出光面。导光板具有一有效出光区及介于有效出光区及点光源间的一过渡区，且复数个入光结构分布于导光板的过渡区。各个入光结构其遭遇入射光的正面为部分椭圆柱面，且该椭圆柱面具有长度不等的长轴与短轴。通过此一设计，因该入光结构可提供良好的光扩散效果，故可将点光源至有效出光区的距离缩短但仍能维持良好的辉度分布均匀性，获得扩大导光板上的有效出光区面积的效果，且相较现有入光结构具有较佳的入光效率及平均辉度。

[0007] 在本发明的另一实施方式中，一种用以接收来自至少一点光源发出的光线并将其导出的导光板，包含一入光面、一出光面、一光反射面、及复数个入光结构。入光面邻近点光源以接收点光源发出的光线，且于导光板内部行进的光线是经由出光面导出。光反射面位于出光面对侧以将由入光面进入导光板的光线导向出光面。导光板具有一有效出光区及介于有效出光区及点光源间的一过渡区，且复数个入光结构分布于导光板的过渡区。各个入光结构其遭遇入射光的正面为一柱体曲面，且该曲面具有至少一朝该曲面指向相反方向凹入的凹陷部。通过此一设计，因该入光结构可提供良好的光扩散效果，故可将点光源至有效出光区的距离缩短但仍能维持良好的辉度均匀性，获得扩大导光板上的有效出光区面积的效果，且相较现有入光结构具有较佳的入光效率及平均辉度。

[0008] 本发明还提供了一种入光结构，形成于一导光板的有效出光区与一点光源间的导光板过渡区，该入光结构遭遇该点光源发出的入射光的正面为部分椭圆柱面，且该椭圆柱面具有长度不等的长轴与短轴。通过此一设计，该入光结构可提供良好的光扩散效果，故可将点光源至有效出光区的距离缩短但仍能维持良好的辉度均匀性，获得扩大导光板上的有效出光区面积的效果，且相较现有入光结构具有较佳的入光效率及平均辉度。

[0009] 本发明提供的另一种入光结构，形成于一导光板的有效出光区与一点光源间的导光板过渡区，该入光结构其遭遇入射光的正面为一柱体曲面，且该曲面具有至少一朝该曲面指向相反方向凹入的凹陷部。通过此一设计，该入光结构可提供良好的光扩散效果，故可将点光源至有效出光区的距离缩短但仍能维持良好的辉度均匀性，获得扩大导光板上的有效出光区面积的效果，且相较现有入光结构具有较佳的入光效率及平均辉度。

附图说明

[0010] 图1为一现有背光模块的示意图。

[0011] 图2为一现有导光板亮/暗带分布的示意简图。

[0012] 图3为一现有入光结构的示意图。

[0013] 图4为另一现有入光结构的示意图。

[0014] 图5为本发明导光板设计的一实施例的示意图。

[0015] 图6为本发明椭圆入光结构相较现有入子结构具较佳光扩散能力的说明图。

[0016] 图7为说明椭圆入光结构的椭圆柱面轨迹示意简图。

[0017] 图8A至图9B为于点光源至导光板有效出光区的距离为4.65mm时，利用不同入光结构而得的光能量模拟分布图。

[0018] 图10A为本发明椭圆入光结构另一实施例的示意图。

[0019] 图10B为本发明椭圆入光结构另一实施例的示意图。

[0020] 图11为本发明椭圆入光结构另一实施例的示意图。

[0021] 图12为本发明椭圆入光结构另一实施例的示意图。

[0022] 图13为本发明椭圆入光结构另一实施例的示意图。

[0023] 图14为本发明椭圆入光结构另一实施例的示意图。

[0024] 图15为本发明导光板设计的另一实施例的示意图。

[0025] 图16A至图16F为本发明W型入光结构外型变化例的示意图。

[0026] 图17为本发明W型入光结构相较现有入子结构具较佳光扩散能力的说明图。

[0027] 图18A至图19B为于点光源至导光板有效出光区的距离为4.65mm时，利用不同入光结构而得的光能量模拟分布图。

[0028] 图20为本发明导光板设计的另一实施例的示意图。

[0029] 图21为本发明导光板设计的另一实施例的示意图。

[0030] 图22为本发明导光板设计的另一实施例的示意图。

[0031] 图23为本发明导光板设计的另一实施例的示意图。

[0032] 图24为本发明的入光结构与现有入光结构的出光特性比较图。

[0033] 图25A至图25D为本发明椭圆结构外型变化例的示意图。

[0034] 图26为本发明导光板设计的另一实施例的示意图。

[0035] 主要元件符号说明

[0036] 12、32 导光板

[0037] 12a、32a 入光面

[0038] 12b、32b 出光面

[0039] 12c、32c 光反射面

[0040] 14 发光二极管

[0041] 16、36 入光结构

[0042] 16a 椭圆柱面

[0043] 16b 椭圆顶面

[0044] 18 V型沟槽

[0045] 22 导光板侧面

[0046] 36a 柱体侧面

[0047] 36b 凹陷部

[0048] 100 背光模块

[0049] 102 导光板

[0050] 102a 入光侧面

[0051] 102b 出光面

[0052] 102c 底面

[0053] 104 发光二极管

[0054] 106 V型沟槽

[0055] 110 亮带

[0056] 112 暗带

[0057] 120 V入子结构

[0058] 122、132 入光面

[0059] 130 R 入子结构

[0060] 130a 正圆弧面

[0061] C1-C4、E1-E4、I1-I4、W1-W4 光路径

[0062] AR 弧面

[0063] R 曲率半径

[0064] θ 凹入面顶角

[0065] δ 分布角度

具体实施方式

[0066] 图5为本发明导光板设计的一实施例示意图。如图5所示，导光板12用以接收至少一点光源发出的光线(图示为两个发光二极管14)并将其导出。导光板12邻近发光二极管14的侧面形成为一入光面12a，与入光面12a形成一夹角的顶面形成为一出光面12b，且位于出光面12b对侧的底面形成为一光反射面12c。光反射面12c整个表面上分布有V型沟槽18所构成的多个棱镜结构，且各个V型沟槽18的长轴方向相互平行。发光二极管14发出的光线经由入光面12a进入导光板12内部后，光反射面12c再将于导光板12内部行进的光线导向出光面12b，最后光线经由出光面12b离开导光板12。

[0067] 依本实施例的设计，入光面12a形成有多个椭圆入光结构16，各个椭圆入光结构16以长轴方向彼此平行方式排列于入光面12a上，且其分布区域至少涵盖各个发光二极管
14于入光面12a上的概略投影区域。椭圆入光结构16遭遇入射光的正面为部分椭圆柱面
16a，且椭圆入光结构16的顶面16b具有部分椭圆外形。图6为说明椭圆入光结构16较现有R入子结构具较佳光扩散能力的说明图。如图6所示，入射光I1-I4遭遇R入子结构的正圆弧面130a偏折后的行进路径为路径C1-C4(虚线部分)；另一方面，入射光I1-I4遭遇椭圆形入光结构的椭圆柱面16a偏折后的行进路径为路径E1-E4(实线部分)。由比较路径C1-C4相较路径I1-I4的偏移距离与路径E1-E4相较路径I1-I4偏移距离两者可明确看出，椭圆柱面16a固有的几何外形可带来增大入射光偏移距离的效果，意即椭圆入光结构16的光扩散能力明显较佳。因此，依本实施例的设计，如图7所示，椭圆柱面16a轨迹依循方程
2 2 2 2
式(X/α)+(Y/β)＝1(其中α为长轴且β为短轴；α≠β)。再者，椭圆柱面16a离入光面12a最远距离的点P与入光面12a的距离，设为大于椭圆柱面16a与入光面12a相交的两端点M、N的截距时，有较佳的光扩散效果。

[0068] 请再参考图5，于点光源作为侧光源的环境下，导光板可区分为一有效出光区EA及一过渡区TA，过渡区TA邻近点光源位置而具有对比强烈的亮/暗带分布，无法通过改变网点的大小及疏密补救而成为一留白区。于有效出光区EA中，因光线已扩散较为均匀，故可叠合一液晶显示面板的有效显示区(AA区)作为提供面光源的实际作用区域。以1.8时标准背光模块使用的现有V入子结构为例，当发光二极管至有效出光区EA距离为4.65mm2
时，导光板前端亮/暗带辉度差异值为189.15cd/m，该值可视为可接受的临界值，若导光板
2
前端的亮/暗带辉度差异值大于该临界值189.15cd/m 时，即为不佳的辉度均匀性。再者，若缩短点光源至有效出光区EA的距离，会增大导光板前端的亮/暗带辉度差异值。因此，通过本实施例椭圆入光结构16所提供良好的光扩散效果，可将点光源至有效出光区EA的距离缩短，且仍能维持良好的辉度均匀性(亮/暗带辉度差异值仍小于临界值)，获得增加导光板上的有效出光区EA面积的效果。图8A至图9B为于点光源至导光板有效出光区的距离为4.65mm时，利用不同入光结构而得的光能量模拟分布图。比较图8A及图8B可知，图8B的波峰呈平坦的梯形而图8A的波峰呈尖锐的三角形，可看出图8B的椭圆入光结构16较图8A的现有V入子结构有较佳的扩光能力。同样比较图9A及图9B可知，图9B的波峰呈平坦的梯形而图9A的波峰呈尖锐的三角形，可看出图9B的椭圆入光结构16较图9A的现有R入子结构有较佳的扩光能力。因此，因椭圆入光结构16有极佳的光扩散效果使过渡区TA的面积缩小，换言之可获得大幅增加导光板有效出光区EA面积的效果。

[0069] 依本实施例的设计，椭圆入光结构16仅需设置于过渡区TA以达到光扩散效果即可，其于导光板12上的排列及分布方式并不限定。举例而言，形成于入光面12a上的椭圆入光结构并不需如图5所示均具有相同的尺寸，而可如图10A所示，形成于入光面12a上的两相邻椭圆入光结构16具有不同的尺寸。另外，如图10B所示，椭圆入光结构16可为形成于入光面12a上且朝导光板12内部凹入的凹槽结构，而不限定为图5所示突出于导光板平面外的凸块结构。再者，椭圆入光结构16并不限定于形成于入光面12a上，例如也可如图11所示，于过渡区TA内形成复数个凹槽结构且对应各个发光二极管14位置排列呈一横列，或者仅需每个发光二极管14对应一个椭圆入光结构16即可获得本发明的效果。另外，也可如图12所示，椭圆入光结构16同时形成于入光面12a上及除该入光面外的过渡区域TA内，以进一步提高光扩散效果。再者，于图12所示的实施例中，形成于入光面12a的椭圆入光结构16的椭圆柱面指向朝向发光二极管14，而形成于除入光面外的过渡区域TA内的椭圆入光结构16其椭圆柱面指向远离发光二极管14，但此一配置并不限定，可视实际光扩散效果任意变化。

[0070] 图13为本发明另一实施例的示意图。如图13所示，于采用单颗发光二极管14作为侧光源环境下，发光二极管14可置于邻近导光板12的一角部处，且导光板12的角部形成一截面以分布椭圆入光结构16且作为入光面12a。再者，与该入光面12a邻接的导光板侧面22可如图13所示为一平面或如图14所示为一曲面。

[0071] 图15为本发明另一W型入光结构实施例的示意图。如图15所示，依本实施例的设计，导光板32的反射面32c分布有V型沟槽18所构成的多个棱镜结构，且导光板32的入光面32a形成有多个W型入光结构36，与入光面32a形成一夹角的顶面形成为一出光面32b。各个W型入光结构36以长轴方向彼此平行方式排列于入光面32a上，且其分布区域至少涵盖各个发光二极管14于入光面32a上的概略投影区域。W型入光结构36其遭遇入射光的正面为一柱体侧面36a，该柱体侧面36a为一曲面，且该曲面具有至少一朝该曲面指向相反方向凹入的凹陷部36b，使整个入光结构36呈现W字形外观。该柱体侧面36a的外形仅需为一曲面即可，例如圆柱面(图16A)、椭圆柱面(图16D)、或曲率非固定的弧面(图16B)均可，且往相反方向凹入的凹陷部36b其截面外形并不限定，例如可为椭圆形(图16A、图
16D)、三角形(图16B、图16E)、或圆形(图16C、图16F)均可。于本实施例中，当柱体侧面
36a为一圆柱侧面时，该圆柱侧面的曲率半径为1μm至1000μm较佳；当柱体侧面36a为一椭圆柱面时，椭圆柱面与入光面的最大距离以小于椭圆柱面与入光面相交的截距较佳。另外，如图16B及图16E所示，当凹陷部36b具有三角形的凹入面设计时，该凹入面顶角θ角度范围为2度至150度较佳。

[0072] 图17为说明W型入光结构36较现有R入子结构具较佳光扩散能力的说明图。如图17所示，因W型入光结构36具有一凹陷部36b，未遭遇凹陷部36b的入射光I4通过边界面后的光路径W4与通过一假想的R入子结构边界面后的光路径C4相同，但遭遇凹陷部36b的入射光I1-I3于通过边界面后会产生大幅度偏折，意即遭遇凹陷部后的光路径W1-W3会较通过一假想的R入子结构边界面(无凹陷部)后的光路径C1-C3有较大的偏移距离。因此，具凹陷部36b的W型入光结构36可提供良好的扩光效果，如此即可缩减点光源至有效出光区的距离而不会使导光板前端的亮暗差异值超出临界值，获得扩大导光板的有效出光区EA面积的效果。图18A至图19B为于点光源至导光板有效出光区的距离为4.65mm时，利用不同入光结构而得的光能量模拟分布图。比较图18A及图18B可知，图18B的波峰呈平坦的梯形而图18A的波峰呈尖锐的三角形，可看出图18B的W型入光结构36较现有V入子结构有较佳的扩光能力。同样比较图19A及图19B可知，图19B的波峰呈平坦的梯形而图19A的波峰呈尖锐的三角形，可看出图19B的W型入光结构36较现有R入子结构有较佳的扩光能力。

[0073] 再者，前述关于椭圆入光结构16的排列及分布方式变化，皆适用本实施例的W型入光结构36。举例而言，W型入光结构36可为形成于入光面32a上且朝导光板32内部凹入的凹槽结构(图20)，或突出于导光板平面外的凸块结构(图15)；W型入光结构36可仅形成于入光面32a上、仅形成于除该入光面32a外的过渡区域TA内、或同时形成于入光面32a上及除该入光面外的过渡区域TA内。另外，如图20及图21所示，当W型入光结构36搭配单一点光源时，该点光源同样可设置于邻近导光板32的角部，且也可于入光面上形成椭圆入光结构16，再于除该入光面外的过渡区域TA内形成W型入光结构36。或者，可于入光面上形成W型入光结构36，再于除该入光面外的过渡区域TA内形成椭圆入光结构16。当然，本发明的椭圆入光结构16或W型入光结构36设计，也可搭配现有具R入子或V入子结构的导光板使用以提高扩光效果。举例而言，可如图22所示，于入光面上形成V入子结构
120，再于除该入光面外的过渡区域TA内形成W型入光结构36。或者，如图23所示，也可于入光面上形成V入子结构120，再于除该入光面外的过渡区域TA内形成椭圆入光结构16。
另外在过渡区域TA内，可以对应每一个发光二极管14位置仅设置一个W型入光结构36或椭圆入光结构16，也可以对应每一个发光二极管14位置设置排列呈一横列的多个W型入光结构36或椭圆入光结构16。

[0074] 图24表列出发明人实际模拟本发明与现有入光结构出光特性而得的数值。于相同条件下，点光源发出的入射光经由椭圆入光结构16扩光后，当点光源至有效出光区直线2
距离缩减至2.5mm时，导光板前端的亮/暗带辉度差异值为187.9cd/m，此值在临界范围
2
内，且总光辐射通量为0.111W，平均辉度为74.52cd/m。因此，本发明的椭圆入光结构16相较现有V入子结构不仅可缩短点光源至有效出光区的直线距离(缩减46.24％)，增加有效出光区面积(增加5.57％)，且可大幅提高入光效率(提升21.62％)及平均辉度(提升
14.78％)。另一方面，点光源发出的入射光经由W型入光结构36扩光后，当点光源至有效出
2
光区直线距离缩减至2.5mm时，导光板前端的亮/暗带辉度差异值为189.06cd/m，此值在
2
临界范围内，且总光辐射通量为0.113W，平均辉度为75.48cd/m。因此，本发明的W型入光结构36相较现有V入子结构不仅可缩短点光源至有效出光区的直线距离(缩减46.24％)，增加有效出光区面积(增加5.57％)，且可大幅提高入光效率(提升21.62％)及平均辉度(提升14.78％)。再者，由表列的量测值可看出，W型入光结构36相较椭圆入光结构16可更进一步提高入光效率及平均辉度。

[0075] 再者，依本发明设计的椭圆入光结构16，并不需如图7所示，椭圆柱面16a具有完2 2 2 2
全依循方程式(X/α)+(Y/β)＝1的轨迹，而仅需具有大致为椭圆的轨迹，即能获得本发明的效果。举例而言，椭圆柱面16a可同时包含部分正椭圆的轨迹区段及部分正圆的轨迹区段(图25A)、同时包含部分正椭圆的轨迹区段及多边形的轨迹区段(图25B、图25C)、或者为多线段构成的近似椭圆(图25D)等变化均可。

[0076] 另外，虽然于前述实施例椭圆入光结构16均形成于为一平面的入光面上，但其并不限定。如图26所示，椭圆入光结构16也可形成于一弧面AR上，该弧面AR的曲率半径R较佳为0.3mm至1.2mm，椭圆入光结构16于弧面AR上的分布角度δ可为0度至180度，且较佳为70度至150度。椭圆入光结构16的椭圆柱面具有长度不等的长轴α与短轴β，且长轴α与短轴β的比值较佳为1.25至1.65。

[0077] 以上所述仅为举例性，而非为限制性的。例如于导光板反射面上并不限定形成V型沟槽所构成的棱镜结构，也可形成如弧形结构物等任一种导光微结构，仅需能获得将导光板内部行进的光线导出的效果即可。因此，任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求书的保护范围内，而非限定于上述的实施例。