导光板结构 【技术领域】
本发明涉及一种侧照光型导光板结构，尤指一种在其上分布有特殊设计具有微米级的尺寸和间距微突起物图样的导光板，该微突起物图样密度分布呈抛物线型关系，以有效率地得到均匀之面光源。
背景技术
由于液晶显示器LCD为非发光性的装置，需要借助于背光模块才能达到显示的功能。背光模块泛指可提供面光源的组件，基本上可视为光源、导光板和光学膜三大部分。其中，导光板(Light Guide Panel or LGP)的功能在于引导光线的散射方向，用来提高面板的辉度，并确保面板亮度的均匀性。背光模块已经广泛使用在液晶显示器的背光照明(back-light)等用途。
常用的背光板光源技术主要有侧光式和直下式。近年来在薄型化、轻量化及低耗电化的潮流下，突显出侧光式的特点，中小型尺寸面板多采用侧光式导光板设计。
侧光式导光板的光学设计是将侧面入射的光源有效率地由正面散射雾化成均匀的面光源，也就是引导光线的同时不会造成光线强度之损失，并且利用导光板底部的扩散组件将光线导出。
进一步说明，以常用的导光板材料PMMA材质为例，其折射率n为1.55，灯管发出之光线经过空气进入背光板之端面(即端面照光、edge light)，进入导光板地光利用全反射原理往另一端传导，也就是光线在导光板内自然传输过程中，射出的光线不会散逸损失而全部反射回导光板(以90°入射的光线为例，从空气传输到折射率n为1.55之介质，其临界角αc大约为40°，α大约为50°，所以入射角均大于反射角，光线将以全反射现象在导光板中传输)，而全反射过程中的光线如果碰到导光板底面的散射点，其反射光会往各个角度扩散，破坏全反射条件而使光线自导光板正面射出。
因此，传输至导光板中的光线会因导光板的散射点设计的不同而改变光源聚集状况。侧光式导光板的散射点设计，早先由日本实开昭63-24529号公报所揭示，是在导光板背面，印刷乳白色的散射点，当传输至导光板中的光线遇到散射点，便射出导光板出光面。
然而散射点并不能满足面光源的出光效率和均匀度要求；因此，人们开始研究符合光学要求的散射图样(pattern)。此时为了考虑出射的面光源均匀度，于是根据出光量随着远离光源而递减的现象，有了散射图样印刷密度的调整，即从光源处算起，散射图样的间距或面积由疏到密，此散射图样由疏到密的密度分布设计可以增加光的均匀度。
另一方面，在导光板制作技术上也不断有突破，例如制程上较为简洁且精密度较高的射出成形技术。射出成形技术具有避免印刷油墨物质吸收光线的好处，以射出成形技术为基础，可以将射出成形的导光板蚀刻出散射图样，也可以将散射图样设计制作在模仁上，射出成形后即得该散射图样的导光板。例如中华民国专利公告452088号「具细微镜面结构之光学组件」专利案所揭示，以凹凸(突出)散射图样之镜面设计，增加光线导出效率。
再举例言之，利用切削(slot cut)技术制造出一条条长沟型结构，可以经由长沟型间的宽度和深度的变化调制出光面的光学分布。再举例言之，在导光板上、下两面均做棱镜片的加工，底面的棱镜间距由疏到密，顶角的设计则让光向上反射，因此光能均匀地自导光板表面射出，且具有适当程度的方向性，提高正面亮度。
近年来随着导光板技术的进步，导光板有着模块构造简化降低成本的趋势，即所谓一体化导光板的设计，其方式有(1)将导光板的正面加工，使其具有棱镜片的功能；(2)利用特殊的成型技术(例如V-Cut)，使得扩散膜及棱镜片用量各减少一片；(3)在导光板射出成型时，在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质(如MMA)，此种导光板是靠光与颗粒间的散射作用，让光自导光板表面射出。
一体化导光板的设计，其中有许多都陷入两难的取舍问题，例如在制作导光板时同时将扩散层一体成型可以减少加工程序，但在导光板上直接制作扩散点会减少出光的效率。再例如在导光板中添加的材质虽然可以增加散射的机会，但是或多或少都会吸收光线产生使用效率的降低。
关于印刷或突出的散射图样密度分布，即自从光源处算起由疏变密的设计，可以由中华民国专利公告516671号「具均匀背光之输入键盘」、493148号「液晶显示装置及导光板以及导光板之制造方法」和493087号导光板.侧光型面光源装置及液晶显示装置」等专利案所揭示。
在此同时，已经有人注意到导光板的散射图样分布，如果单纯地由疏到密，已不能满足均匀度的要求。例如由中华民国专利公告493055号「背光源角落暗区消除方法及其导光板」专利案所揭示，以冷阴极管为光源的导光板，在靠近光源的端面角落暗区以较密的散射图样处理以增加出光均匀度。
再以背光模块实例说明。参见图1、图2所示，产生面光源的侧光式背光模块其基本结构，是由贴在模块底部及侧反射膜103、光源101(LED或冷阴极管-CCFL)、导光板102(LGP)、扩散膜(Diffuser)104和棱镜片105(或称光学膜、增光片)等零组件所组成。其中，导光板102的散射图样结构106，使得导光板具有导引光散射方向、提高面板的辉度和确保面板亮度的均匀性等功能。
公知技术的散射图样106有网印白色油墨、凹凸、波浪纹路、沟槽、镜面结构和不对称结构等。此外，考虑出射的面光源能够更均匀，于是根据光量随着远离光源而递减的现象，调整散射图样之尺寸分布，从光源处算起由小201变大202(见图3、图4)。
然而散射图样单纯的由小变大或由疏到密，并不能满足面光源光均匀度的要求。例如以冷阴极管(CCFL)作为光源，CCFL末端203(接近电极部分)造成导光板的暗区204需以较密的散射图样205处理以增加出光均匀度。又由经验法则得知，导光板垂直光源方向两侧边缘较暗，调整两侧边缘浓度301可以增加出光均匀度(见图7及图8)。
因此，本发明提出导光板受端面反射位置影响，其光量密度分布不是单纯线性递减关系，而是呈抛物线型分布。同时，有鉴于已知导光板图样设计皆采经验法则测试而得，无一定的基础为依据来设计，所以致力于找出一个可依循的方法来设计，以保持导光板的稳定及增加辉度，是本发明的主要目的。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，本发明的目的在于提供一种新的导光板结构，其具体地提出微突起物的密度分布呈抛物线型关系，运用抛物线公式调整散射图样浓度分布，可以有效率地反应导光板中出光量的分布进而增加均匀度，以改善公知一体化导光板结构的缺失，而得到一有效率的均匀面光源。
解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：运用于侧光式背光模块中的具有微突起物的侧照光型导光板结构，其中上述导光板的微突起物图样密度分布呈抛物线关系，即从光源处算起，微突起物图样分布由密到疏，然后逐渐到达远程最密，经上述抛物线式疏密设计得到均匀的面光源。
根据上述技术方案，本发明提出微突起物的密度分布呈抛物线型关系，除了散射图样具有微米级的尺寸和间距，散射图样运用抛物线公式可以得到最佳的浓度分布，具体地和有效率地提高面光源之均匀度。
本发明的有益效果：在本发明中，提供了一种新的导光板结构，其具体地提出微突起物的密度分布呈抛物线型关系，运用抛物线公式调整散射图样浓度分布，可以有效率地反应导光板中出光量的分布进而增加均匀度。
此外，本发明导光板散射图样的设计，是具有微米级的尺寸和间距的微突起物，加上微突起物的密度分布呈抛物线型关系，可以增加漫射之均匀度，产生光点掩饰的效果，以及避免规则性分布造成的绕射现象和不会提高面积率造成出射光量先多后少的现象。
进而，本发明所提出的抛物线图样设计，其是可依据导光板的光点来源及大小，以一个或多个以上的抛物线来设计导光板的图样。
【附图说明】
下面结合实施例附图对本发明进行详细描述。
图1表示背光模块示意图；
图2表示背光模块示意图；
图3表示公知导光板散射图样的密度分布；
图4表示公知导光板散射图样的密度分布；
图5表示公知导光板散射图样的密度分布；
图6表示公知导光板散射图样的密度分布；
图7表示另一种公知导光板散射图样之密度分布曲线；
图8表示另一种公知导光板散射图样之密度分布图；
图9表示本发明的散射图样及散射图样密度分布呈抛物线关系示意图；
图10表示本发明的散射图样及散射图样密度分布呈抛物线关系示意图；
图11表示本发明的另一型散射图样密度分布呈抛物线关系示意图；
图12表示本发明的另一型散射图样密度分布呈抛物线关系曲线；
图13表示本发明的第一实施例的密度分布图；
图14表示本发明的第一实施例的密度分布曲线；
图15表示本发明的第二实施例的微突起物部分分布图；
其中：101光源；102导光板；103反射层；104扩散层；
105棱镜片； 106散射图样； 201较小散射图样；
202较大散射图样；203 CCFL末端；
204光源造成导光板角落的暗区；
205针对导光板角落的暗区之较大散射图样；
301针对导光板垂直光源方向边缘暗区之较大散射图样；
401本发明的微突起物。
【具体实施方式】
参见图9、图10，为本发明的散射图样及散射图样密度分布呈抛物线关系示意图(本发明的另一型散射图样密分布呈抛物线关系示意图可见图11、图12)。其中，散射图样是本发明的微突起物401。
本发明的微突起物401的底部直径或边长范围是数微米(micro meter)到数百微米(0.1微米到800微米直径或边长的锥状物)，微突起物401之间距范围是数微米到数百微米(0.1微米到800微米)，此微米级散射图样尺寸和间距的设计，除了可以增加漫射的均匀度和具有光点掩饰的效果，还不会提高散射图样的面积率造成出射光量强度先多后少的现象。
重要地，微突起物401密度分布呈抛物线型关系，其不规则微细结构的密度分布，除了可以有效反应导光板中出光量的分布进而增加均匀度，还可以避免规则性分布所造成的绕射现象(俗称彩虹)。
本发明的微突起物401形状是中空锥形体，其真实形状应视突起的底部为圆型、椭圆形、正方形、长方形、菱形或不对称形之设计而定。
本发明微突起物的制作方式可以利用LIGA制程制作该图样的模仁，再进行射出成形之。
进一步说明，即首先选定背光板材质和形状，确定微突起物的尺寸和深度，以抛物线形之基本公式Y＝A(Y-Yo)^2+B(Y-Yo)+C为基础(或抛物线型衍生公式)，利用调整抛物线公式之Yo分段点和常数数值(A、B和C参数)，寻求最佳微突起物401的密度分布。
以下将以实施例详细说。其中表一是第一实施例的基础公式；而表二是第一实施例的A、B和C参数数值和Yo分段点。
实施例一是四时背光板的浓度分布。84mm×60mm的导光板，制作底部为40μm×30μm的中空金字塔型，其高度为5μm。首先根据表一，选定x方向的增量Px为固定值125μm。Y方向的增量Py以抛物线公式Y＝A(Y-Yo)^2+B(Y-Yo)+C为公式基础，将表二A、B、C和Yo，代回表一之公式2先得到Coy值，再得到Y方向的增量Py。计算后第一排前五个突起物之起始点坐标分别为(0，0)(0，0.18)(0，0.35)(0，0.53)(0，0.71)。该导光板辉度的均匀度量测值为81％。密度分布如图13、图14所示。
第二实施例是四时背光板的浓度分布另一型。84mm×60mm的导光板，制作底部为40μm×30μm的中空金字塔型，其高度为5μm。同样根据表一和表二，但是y方向偶数排均向右位移62μm。计算后第一排前五个突起物之起始点坐标分别为(0，0)(0.062，0.18)(0，0.35)(0.062，0.53)(0，0.71)。该导光板辉度均匀度可达为86％。微突起物部分分布图如图15所示。
本实施例的均匀度(uniformity)计算是根据ANSI IT7.215-1992中对投影均匀度的定义，是从光输出量测所得到的九点量测值中，取出最大与最小的照度值，将这两个数值与九点平均值的偏差以百分表示，即为该投影设的均匀度。
另外，本发明导光板图样，亦可依据光源的增加而作不同的变化，例如在较大的导光板面积需以两侧导入光源时，可将图样依据两个抛物线来设计，使得大型导光板亦能呈现均匀的辉度。
又例如在以LED为光源时，亦可依据光源设计出更多个抛物线计算而得的微突起物分布图型。
综上所述，本发明所提供的导光板创新结构，改善了公知技术的缺点，而使得导光板展现的辉度达到相当的均匀。
表一Px＝0.04/Cox，Cox＝0.32........................公式1Py＝0.03/Coy，Coy＝A(Y-Yo)^2+B(Y-Yo)+C.........公式2
表二Y Yo A B C0～11 0 0.000136 -0.00786 0.1711～50 11 0.000165 -0.00209 0.150～60 50 -0.00025 0.0155 0.27