导光板与具有导光板的导光装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种导光板与具有导光板的导光装置，本发明的导光板包含一第一表面、一第二表面、及一第三表面。第二表面相对于第一表面，而第三表面相邻于第一表面与第二表面。第二表面包含多个导光单元且每一导光单元包含一全反射凹部以及一出光凸部，其中出光凸部围绕全反射凹部。此导光板应用于导光装置，导光装置可包含一侧光源，此侧光源用以产生一光线并使光线照射入导光板。
【专利说明】导光板与具有导光板的导光装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种导光板与具有导光板的导光装置。
【背景技术】
[0002] 这些年来，随着3C (计算机、通信及消费性电子）产业的不断发展，应用于3C产品 的显示装置显得也越加重要。目前3C产品的显示面板的发光光源大多采用背光模块或是 前光模块，其可将外部光源所发出的光束导向显示面板，以实现显示的功能。而液晶显示器 为一种非自发光显示装置，其显示主要借由控制外部光源所发出光束的通过或者不通过来 实现，因此需要相应的背光模块或是前光模块以使外部光源所发出的光束导向显示面板， 进而实现显示功能。目前，随着大尺寸液晶显示器背光模块或是前光模块需求的日趋增长， 对液晶显示器的背光模块或是前光模块的出光均匀度的要求也越来越高。
[0003] -般而言，前光源式液晶显示器利用特殊的导光板以使外围环境光穿透至液晶面 板，也可将位于导光板旁侧的光源所发出的光线导引并反射至液晶面板。但由于导光板的 效率不高，使得所产生的光线能量损失，造成浪费，此将造成电池需要时常充电的困扰。另 一方面，因光线在经过导光板的反射与折射后，不易被传送至导光板远离光源的一端，因而 造成显示器在远离光源处的亮度降低，容易有暗区的现象产生，而导致显示器发光的均匀 性不佳而有所问题。此外，大多数导光板的导光结构的设计造成显示屏幕上所呈现的影像 有不明确的现象，例如字体变形或是模糊不清等，也导致导光结构存有许多问题。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的一实施例，一种导光板包含一第一表面、一第二表面及一第三表面。 第二表面相对于第一表面，且第二表面包含多个导光单元。每一导光单元包含一全反射凹 部以及一出光凸部。出光凸部围绕全反射凹部。第三表面相邻于第一表面与第二表面，且第 三表面用以提供光线穿透此第三表面，而光线因第一表面与第二表面的全反射而于平行于 第一表面与第二表面的方向行进。此全反射凹部使80%以上的光线于全反射凹部全反射， 且此出光凸部使80%以上的光线于出光凸部穿透。
[0005] 根据本发明的一实施例，一种导光装置包含一侧光源以及如上所述的导光板。侧 光源用以产生一光线。其中，光线通过导光板的第三表面进入导光板中。
[0006] 以上的关于本
【发明内容】
的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明 的精神与原理，并且提供本发明的权利要求书更进一步的解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1A为根据本发明的第一实施例的一种导光板的侧视示意图；
[0008] 图1B为根据本发明的第一实施例的一种导光板的上视示意图；
[0009] 图1C为根据本发明的第二实施例的一种导光板的上视示意图；
[0010] 图1D为根据本发明的第三实施例的一种导光板的上视示意图；
[0011] 图1E为根据本发明的第四实施例的一种导光板的上视示意图；
[0012] 图2为根据本发明的第五实施例的一种导光装置的示意图；
[0013] 图3A与图3B为根据图2的一种导光装置的实际应用示意图。
[0014] 附图标记
[0015] 10、200:导光板 100 :侧光源
[0016] 102U50:光线 110、210:第一表面
[0017] 120、220:第二表面 122、222 :全反射凹部
[0018] 124、224:出光凸部 126、226 :导光单元
[0019] 130、230 :第三表面20 :导光装置
【具体实施方式】
[0020] 以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉 相关技术的人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭示的内容、权利 要求书及附图，任何熟悉相关技术的人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的 实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
[0021] 请参照图1A，为根据本发明的第一实施例的一种导光板10的侧视示意图，由于多 数用于显示影像的液晶显示器为一种非自发光的显示装置，因此需要相应的背光模块或是 前光模块以使外部光源所发出的光线150导向显示面板，进而实现显示功能。本发明的导 光板10可将外部光源所发出的光线150导向显示面板。此导光板10可应用于导引从侧面 (即附图的左右侧）来的光线150,且导光板10可使光线150借全反射原理在平行于主平面 (即附图的水平面）的方向上行进，进而将外部光源所发出的光线150导引向显示面板。
[0022] 导光板10包含一第一表面110、一第二表面120及一第三表面130。第二表面120 相对于第一表面110,且第二表面120包含多个导光单兀126。每一导光单兀126包含一全 反射凹部122以及一出光凸部124,此出光凸部124围绕全反射凹部122。其中，导光板10 的材质可以为软性或是可挠式的材质。在本实施例中，每一导光单元126的全反射凹部122 与出光凸部124是通过例如激光的高能量的光束照射而形成，利用激光的不同强度以蚀刻 出不同高度，也即全反射凹部122与出光凸部124,以形成每一导光单兀126。
[0023] 第三表面130相邻于第一表面110与第二表面120。此第三表面130用以提供一 光线150穿透第三表面130,此光线150因第一表面110与第二表面120的全反射而于平 行于第一表面110与第二表面120的方向行进。在部分实施例中，此光线150例如可为白 光发光二极管所发出的光线150,但不以此为限。在本实施例中，前述的全反射凹部122定 义为使80%以上的光线150于全反射凹部122全反射。同理，前述的出光凸部124定义为 使80%以上的光线150于出光凸部124穿透。其中，光线150于全反射凹部122的反射率 高于光线150于出光凸部124的反射率，而光线150于全反射凹部122的穿透率低于光线 150于出光凸部124的穿透率。
[0024] 在本实施例中，每一全反射凹部122与每一出光凸部124各别具有一第一曲率半 径与一第二曲率半径，且第一曲率半径与第二曲率半径位于相连的曲面。也即于相连曲面 中各别区分位于每一全反射凹部122的第一曲率半径以及位于每一出光凸部124的第二曲 率半径，惟此曲面不包括平面。举例而言，每一全反射凹部122可以切分成多个区段，位于 这些区段的每一曲率半径皆在一基准值之上，因此这些区段的每一曲率半径称之为第一曲 率半径。同理，每一出光凸部124也可以切分成多个区段，位于这些区段的每一曲率半径皆 在一基准值之下，因此这些区段的每一曲率半径称之为第二曲率半径。
[0025] 在部分实施例中，第一曲率半径介于250μπι至2500μπι，而第二曲率半径介于 0. 5 μ m至5 μ m。此外，每一导光单元126的周期可介于1至50 μ m或是1至100 μ m，且每 一导光单元126的深度（即每一出光凸部124的最高点与每一全反射凹部122的最低点的 高低差）与宽度(每一出光凸部124的宽度与每一全反射凹部122的宽度之和）的比值小于 十分之一。其中，每一出光凸部124的最高点与每一全反射凹部122的最低点的高低差介 于0. Ιμπι至5μηι或是0. 1 μ m至10 μ m，且每一出光凸部124与每一全反射凹部122投影 在水平面上的面积比值范围为0. 1至0.25之间。在另一实施例中，每一全反射凹部122投 影在水平面上的面积大于每一出光凸部124投影在水平面上的面积，且每一出光凸部124 投影在水平面上的面积会小于每一导光单元126投影在水平面上的面积的1/2。而每一出 光凸部124的雾度（Haze)范围为> 1，且每一全反射凹部122的雾度范围为< 0. 5。在部 分实施例中，每一导光单元126可为四方蜂巢最密堆积(如图1D所示)或是六方蜂巢最密堆 积的结构(如图1B所示)，但不以此为限。
[0026] 在此导光板10的运作上，举例来说，光线150于穿透第三表面130后，光线150会 因第一表面110与第二表面120的全反射而于平行于第一表面110与第二表面120的方向 行进。当部分比例的光线150入射至全反射凹部122时，此部分比例的光线150会被全反射 凹部122所反射。此时，可借由配置于第一表面110的一光反射片（图未示出），以使被全反 射凹部122所反射的部分比例的光线150通过此光反射片而再被反射至导光板10内。如 此不断的反射直到此部分比例的光线150传递至出光凸部124,再借由出光凸部124以使 此部分比例的光线150穿透出导光板10。经过前述的光线150的行进路程后，可导引光线 150穿透出导光板10。
[0027] 前述实施例是以全反射凹部122与出光凸部124配置于第二表面120上来说明。 在另一实施例中，全反射凹部122与出光凸部124也可配置于第一表面110上。此时，再搭 配前述配置于第一表面110的光反射片，也可导引光线150穿透出导光板10,故在此不再赘 述。
[0028] 请参照图1B，为根据本发明的第一实施例的一种导光板10的上视示意图，其示出 位于第二表面120的多个导光单元126。其中，每一导光单元126包含一全反射凹部122以 及一出光凸部124,此出光凸部124围绕全反射凹部122。并且，每一导光单兀126可为六 方蜂巢最密堆积的结构。此外，如图1B所示，在此导光板10的部分区域中，每一全反射凹 部122彼此之间可为不相连(非重叠）结构。在另一实施例中，每一全反射凹部122彼此之 间也可为相连(重叠)结构，如图1C所示，请参照图1C为根据本发明的第二实施例的一种导 光板10的上视不意图。
[0029] 请接着参照图1D，为根据本发明的第三实施例的一种导光板10的上视示意图，其 示出位于第二表面120的多个导光单元126。其中，每一导光单元126包含一全反射凹部 122以及一出光凸部124,此出光凸部124围绕全反射凹部122。并且，每一导光单元126可 为四方蜂巢最密堆积的结构。此外，如图1D所示，在此导光板10的部分区域中，每一全反 射凹部122彼此之间可为不相连(非重叠）结构。在另一实施例中，每一全反射凹部122彼 此之间也可为相连(重叠)结构，如图1E所示，请参照图1E为根据本发明的第四实施例的一 种导光板10的上视示意图。
[0030] 请接着参照图2,为根据本发明的第五实施例的一种导光装置20的示意图。此导 光装置20包含一侧光源100以及一导光板200 (即上述的导光板10)。侧光源100用以产 生一光线102,而导光板200包含一第一表面210、一第二表面220、及一第三表面230,其中 光线102通过第三表面230进入导光板200中。在部分实施例中，侧光源100例如可为白光 发光二极管，但不以此为限。其中，导光板200的材质例如可以为软性或是可挠式的材质。
[0031] 如图2所不，第二表面220相对于第一表面210,且第二表面220包含多个导光单 元226。每一导光单元226包含一全反射凹部222以及一出光凸部224,此出光凸部224围 绕全反射凹部222。第三表面230则相邻于第一表面210与第二表面220,且第三表面230 用以提供光线102穿透此第三表面230,而光线102因第一表面210与第二表面220的全 反射而于平行于第一表面210与第二表面220的方向行进。在部分实施例中，此光线102 例如可为白光发光二极管所发出的光线102,但不以此为限。如同第一实施例所述，全反射 凹部222定义为使80%以上的光线102于全反射凹部222全反射，且出光凸部224定义为 使80%以上的光线102于出光凸部224穿透。其中，光线102于全反射凹部222的反射率 高于光线102于出光凸部224的反射率，而光线102于全反射凹部222的穿透率低于光线 102于出光凸部224的穿透率。
[0032] 在本实施例中，每一全反射凹部222与每一出光凸部224各别具有一第一曲率半 径与一第二曲率半径，且第一曲率半径与第二曲率半径位于相连的曲面。也即于相连曲面 中各别区分位于每一全反射凹部222的第一曲率半径以及位于每一出光凸部224的第二曲 率半径，惟此曲面不包括平面。举例而言，每一全反射凹部222可以切分成多个区段，位于 这些区段的每一曲率半径皆在一基准值之上，因此这些区段的每一曲率半径称之为第一曲 率半径。同理，每一出光凸部224也可以切分成多个区段，位于这些区段的每一曲率半径皆 在一基准值之下，因此这些区段的每一曲率半径称之为第二曲率半径。
[0033] 在部分实施例中，第一曲率半径介于250μπι至2500μπι，而第二曲率半径介于 0. 5 μ m至5 μ m。此外，每一导光单元226的周期可介于1至50 μ m或是1至100 μ m，且每 一导光单元226的深度(每一出光凸部224的最高点与每一全反射凹部222的最低点的高 低差）与宽度(每一出光凸部224的宽度与每一全反射凹部222的宽度之和）的比值小于十 分之一。其中，每一出光凸部224的最高点与每一全反射凹部222的最低点的高低差介于 0. Ιμπι至5μηι或是0. 1 μ m至10μ m，且每一出光凸部224与每一全反射凹部222投影在 水平面上的面积比值范围为0. 1至0. 25之间。在另一实施例中，每一全反射凹部222投影 在水平面上的面积大于每一出光凸部224投影在水平面上的面积，且每一出光凸部224投 影在水平面上的面积会小于每一导光单元226投影在水平面上的面积的1/2。而每一出光 凸部224的雾度范围为> 1，且每一全反射凹部222的雾度范围为< 0. 5。在部分实施例中， 每一导光单元226可为四方蜂巢最密堆积(如图1D所示)或是六方蜂巢最密堆积的结构(如 图1B所示)，但不以此为限。
[0034] 在此导光装置20的运作上，举例来说，可借由侧光源100以产生光线102至导光 板200,而其它相关的元件配置及其运作关系，可参考如图1A实施例的实施方式，也可导引 光线102穿透出导光板200,故在此不再赘述。
[0035] 请接着参照图3A与图3B，为根据图2的一种导光装置20的实际应用示意图。如 图3A与图3B所示，将一外加光线102U50由图1A与图2的导光板10、200的第三表面130、 230照射入后，可于环境背景灯开启的明视野或是环境背景灯关闭的暗视野两种不同情况 下操作，甚至无论图1A与图2的导光板10、200处于弯曲或是平整的状态下，图1A与图2 的导光板10、200皆可以成功地导引此外加光线102、150,使欲显示的图像或是影像具有均 匀性的发光分布并进而呈现透明且清晰的图像或是影像。
[0036] 借由前述的实施例，可利用聚碳酸酯（PC)依激光曝光时间的不同来制作导光板， 其分别称为A、B、C及D，请参考以下四种导光板A、B、C及D的实验量测结果。其中，在激 光能量150mJ的条件下，A的曝光时间为ls/mm，B的曝光时间为0. 6s/mm，C的曝光时间为 0. 5s/mm，而D的曝光时间为0. 3s/mm。经过实验的量测结果可知，A的照度值为最高，且其 粗糙度为〇. 645nm，而雾度为31. 58%。并且，A、B、C及D的穿透率皆为83%至85%。据此， 可得知图1A与图2的导光板10、200可以成功地导引此外加光线102、150,使欲显示的图像 或是影像具有均匀性的发光分布。
[0037]
【权利要求】
1. 一种导光板，其特征在于，包含： 一第一表面； 一第二表面，相对于该第一表面，该第二表面包含多个导光单兀，每一该导光单兀包 含： 一全反射凹部；以及 一出光凸部，围绕该全反射凹部；以及 一第三表面，相邻于该第一表面与该第二表面，用以提供一光线穿透该第三表面，该光 线因该第一表面与该第二表面的全反射而于平行于该第一表面与该第二表面的方向行进， 该全反射凹部使80%以上的该光线于该全反射凹部全反射，该出光凸部使80%以上的该光 线于该出光凸部穿透。
2. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该光线于该全反射凹部的反射率高于 该光线于该出光凸部的反射率。
3. 根据权利要求2所述的导光板，其特征在于，该光线于该全反射凹部的穿透率低于 该光线于该出光凸部的穿透率。
4. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该全反射凹部具有一第一曲率半径，该 出光凸部具有一第二曲率半径，该第一曲率半径与该第二曲率半径位于相连的曲面。
5. 根据权利要求4所述的导光板，其特征在于，该第一曲率半径介于250 μ m至 2500 μ m，该第二曲率半径介于0· 5 μ m至5 μ m。
6. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该导光单元的周期介于1至 100 μ m。
7. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该导光单元的深度与宽度的比值 小于十分之一。
8. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该出光凸部的最高点与每一该全 反射凹部的最低点的高低差介于〇. 1 μ m至10 μ m。
9. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该出光凸部与每一该全反射凹部 投影在水平面上的面积比值范围为0. 1至0. 25之间。
10. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该全反射凹部投影在水平面上的 面积大于每一该出光凸部投影在水平面上的面积，且每一该出光凸部投影在水平面上的面 积会小于每一该导光单元投影在水平面上的面积的1/2。
11. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该出光凸部的雾度范围为>1，且 每一该全反射凹部的雾度范围为< 0. 5。
12. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，每一该导光单元为四方蜂巢最密堆积 或是六方蜂巢最密堆积的结构。
13. -种导光装置，其特征在于，包含： 一侧光源，用以产生一光线；以及 根据权利要求1至12中任何一项所述的该导光板，其中该光线通过该导光板的该第三 表面进入该导光板中。
14. 根据权利要求13所述的导光装置，其特征在于，该侧光源为白光发光二极管。
【文档编号】G02B6/00GK104280814SQ201310359276
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】赵志强, 萧柏龄, 赖美君 申请人:财团法人工业技术研究院