CN100386682C

CN100386682C - 直下式背光模块

Info

Publication number: CN100386682C
Application number: CNB2005100906229A
Authority: CN
Inventors: 姚柏宏; 鲍友南; 许修真; 孙翊庭; 林本胜
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2008-05-07
Anticipated expiration: 2025-08-17
Also published as: CN1916724A

Abstract

本发明涉及一种直下式背光模块，包括：一框架、至少一光源、一扩散板以及至少一光学膜片，该光源设置于该框架内；该扩散板位于该框架之上；该光学膜片位于该扩散板之上，该光学膜片包括一具有一上表面及一下表面的基板，该上表面形成有一扩散部及一集中部，该扩散部用以扩散入射至该下表面的光线，该集中部用以集中入射至该下表面的光线。此直下式背光模块能够有效提高光的使用效率，并简化模块架构及降低模块成本。

Description

直下式背光模块

技术领域

本发明涉及一种直下式背光模块，特别是涉及一种使用了具备集光功能与扩散功能的光学膜片或具备集光功能与扩散功能的扩散板的直下式背光模块。

背景技术

在目前的直下式背光模块架构中，关键零器件包括扩散板、扩散片、增光片与偏极增亮膜等光学器件，通过上述光学器件的搭配使用，能够得到光均匀与光集中的效果，然而传统直下式背光模块架构使用多个光学膜片，相对造成模块光学效率降低、模块成本高、组装合格率受限等缺点。

在美国专利号码US4791540中，提出一种光源模块架构，如图1所示，此光源模块包括一光源10，在光源10的出光面上侧设置有二棱镜片12与14，可将光源10所发出的光线集中以提高正向的亮度，然而棱镜片12与14并无扩散的功能，仅有集光功能，因此在实际应用上，为了顾及最后的光均匀度，往往需要再添加上扩散片，但本发明所使用的光学膜片兼具集光功能与扩散功能，故无须添加额外的扩散片。

在美国专利号码US5280371中，提出一种光源模块架构，如图2所示，此光源模块包括一光源20，并通过扩散板22使光线任意扩散以模糊灯管影像，而后利用具有圆弧状结构的光学膜片24作为增亮膜以增加模块亮度，最后再将光能量入射于液晶面板26以提供面板显示图像的光源。由于圆弧状结构与棱柱状结构在增亮与视角亮度变化柔和上，各有优缺，故本发明将此两种结构与扩散板相结合，不仅能减少光学器件的使用，更可在增亮与视角亮度变化柔和上，取得最佳效果。

在原有技术中，并未提供任何可同时解决上述问题的手段。有鉴于此，本发明提出一种直下式背光模块，其使用了具有集光功能与扩散功能的微结构光学膜片或是使用具有集光功能与扩散功能的扩散板，通过本发明直下式背光模块能够有效提高光的使用效率，并简化模块架构及降低模块成本。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种直下式背光模块，其使用具有集光功能与扩散功能的光学膜片，不仅在增亮与视角亮度变柔和上皆有极佳的表现，更可简化模块架构并降低模块成本。

本发明的另一目的是提供一种直下式背光模块，将具有集光功能与扩散功能的微结构结合于一扩散板上，而不须使用额外的集光片或扩散片，其在增亮与视角亮度变柔和上有极佳的表现，也可简化模块架构及降低模块成本。

为达到上述目的，本发明提出一种直下式背光模块，包括：一框架、至少一光源，一扩散板以及至少一光学膜片。其中该光源设置于该框架内；该扩散板位于该框架之上；该光学膜片位于该扩散板之上，且该光学膜片包括一具有一上表面及一下表面的基板，该上表面形成有一扩散部及一集中部，该扩散部用以扩散入射至该下表面的光线，该集中部用以集中入射至该下表面的光线。

该扩散部包括一个或一个以上的圆弧柱形结构，该集中部包括一个或一个以上的棱柱形结构，且该圆弧柱形结构平行于一第一方向，该棱柱形结构平行于一第二方向，该第一方向与该第二方向的夹角介于0度至90度之间，其中该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

该光学膜片的上表面基板形成一个或一个以上的桃柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间。

该光学膜片的上表面基板包括至少一桃柱形结构及至少一圆弧柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间。

该光学膜片的上表面基板包括至少一桃柱形结构及至少一棱柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

该光学膜片的上表面基板包括至少一桃柱形结构、至少一圆弧柱形结构及至少一棱柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

该光学膜片的上表面基板包括多个同时具备有扩散与聚光功能的微结构。

该直下式背光模块包括两个光学膜片，该光学膜片彼此重叠且其有一夹角介于0度至90度之间。

为达到上述目的，本发明另提出一种直下式背光模块，包括：一框架、至少一光源以及一扩散板。该光源设置于该框架内；该扩散板位于该框架之上，该扩散板内部具有可扩散光线的微粒子，该散射板的上表面形成有一扩散部及一集中部，该扩散部用以扩散入射至该下表面的光线，该集中部用以集中入射至该下表面的光线。

该扩散板厚度介于1mm至3mm之间。

该扩散板的上表面形成一个或一个以上的桃柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间。

该扩散板的上表面包括至少一桃柱形结构及至少一圆弧柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间。

该扩散板的上表面包括至少一桃柱形结构及至少一棱柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

该扩散板的上表面包括至少一桃柱形结构、至少一圆弧柱形结构及至少一棱柱形结构，其中该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

该扩散板的上表面包括多个同时具备有扩散与集光功能的微结构。

综上所述，本发明提出一种直下式背光模块，其使用一具有集光功能与扩散功能的光学膜片，或者是使用一具有集光功能与扩散功能的扩散板，此两种方式在增亮与视角亮度变化柔和上皆具有极佳的表现，不仅可简化模块架构也可降低模块成本。

附图说明

图1为常见光源结构的示意图。

图2为另一常见光源结构的示意图。

图3A为本发明的棱柱形结构的光学特性示意图。

图3B为本发明的圆弧柱形结构的光学特性示意图。

图4为本发明的桃柱形结构的剖面示意图

图5A为本发明直下式背光模块的第一较佳实施例的示意图。

图5B为图5A所使用的光学膜片的示意图。

图5C为图5A所使用的光学膜片的示意图。

图5D为图5A所使用的光学膜片的示意图。

图5E为图5A所使用的光学膜片的示意图。

图5F为图5A所使用的光学膜片的示意图。

图5G为图5A所使用的光学膜片的示意图。

图5H为图5G中沿A-A剖线位置上的棱形结构的示意图。

图5I为图5G中沿B-B剖线位置上的圆弧结构的示意图。

图6为本发明直下式背光模块的第一较佳实施例使用两光学膜片的示意图。

图7A为本发明直下式背光模块的第二较佳实施例的示意图。

图7B为图7A所使用的扩散板的示意图。

图7C为图7A所使用的扩散板的示意图。

图7D为图7A所使用的扩散板的示意图。

图7E为图7A所使用的扩散板的示意图。

图7F为图7A所使用的扩散板的示意图。

图7G为图7A所使用的扩散板的示意图。

其中，附图标记：

10～光源 12、14～棱镜片

20～光源 22～扩散板

24～增亮膜 26～液晶面板

30～棱柱形结构 32、36a、36b、36c、36d～入射光

34～圆弧柱形结构 38～汇聚区

40～桃柱形结构 42～凸起部分

44～圆弧部分 51～框架

52～光源 53～扩散板

54、55、56、57、58、59～光学膜片

541、551、561、571、581～上表面

542、552、562、572、582～下表面

543、553、563、573、583～基板

544～扩散部 5442～圆弧柱形结构

545～集中部 5452～棱柱形结构

554～桃柱形结构 5542～圆弧部分

5544～凸起部分 564～圆弧柱形

565～桃柱形 5652～圆弧部分

5654～凸起部分 574～桃柱形结构

5742～圆弧部分 5744～凸起部分

575～棱柱形结构 584～圆弧柱形结构

585～桃柱形结构 5852～圆弧部分

5854～凸起部分 586～棱柱形结构

592～微结构 594～棱形结构

596～圆弧结构 62～光学膜片

64～光学膜片 71～框架

72～光源 73～扩散板

74～扩散部 75～集中部

θ～角度 α～夹角

具体实施方式

为了对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，现配合附图，详细说明如下：

请参阅图3A，棱柱形结构30具有良好的集光特性，其能够缩小入射光线的发散角度，根据折射定律，当入射光32射入棱柱形结构30后，如果角度θ大于全反射临界角，则入射光32会在棱柱形结构30内发生全反射(如图3A中虚线箭头)，反之如果角度θ小于全反射临界角，则入射光32在射出棱柱形结构30后(如图3A中实线箭头)会再次偏离法线(如图3A中虚线)，故可达到集光效果。

请参阅图3B，圆弧柱形结构34具有良好的扩散特性，其具有透镜的像差效果，可对入射光线产生模糊化、均匀化的效果，当入射光36a、当离轴的入射光36b、入射光36c以及入射光36d射入圆弧柱形结构34后，会先汇聚于汇聚区38然后再发散，利用此特性可达到大入射角度光线的出光角有效收敛同时不破坏其扩散性的目的。

请参阅图4，桃柱形结构40具有良好的集光特性及扩散特性，其凸起部分42的光学原理如同图3A所示，用以集中入射的光线；其圆弧部分44的光学原理如同图3B所示，用以扩散入射的光线。

请参阅图5A，图5A为本发明直下式背光模块的第一较佳实施例的示意图，该直下式背光模块包括有一框架51、多个光源52、一扩散板53以及一光学膜片54，该光源52设置于该框架51内；该扩散板53位于该框架51之上；该光学膜片54位于该扩散板53之上。

请参阅图5B，该光学膜片54包括一具有一上表面541及一下表面542的基板543，该上表面541形成有一扩散部544及一集中部545，该扩散部544包括多个圆弧柱形结构5442，可扩散入射至该下表面的光线，该集中部545包括多个棱柱形结构5452，可用来集中入射至该下表面的光线。

请参阅图5C，一光学膜片55可用来替换该光学膜片54，该光学膜片55包括一具有一上表面551及一下表面552的基板553，该上表面551形成有多个桃柱形结构554，该桃柱形结构554的圆弧部分5542，可用来扩散入射至该下表面的552光线；该桃柱形结构554的凸起部分5544，可用来集中入射至该下表面的光线。

请参阅图5D，一光学膜片56可用来替换该光学膜片54，该光学膜片56包括一具有一上表面561及一下表面562的基板563，该上表面561的多个圆弧柱形结构564及多个桃柱形结构565的圆弧部分5652，可用来扩散入射至该下表面的光线；多个桃柱形结构565的凸起部分5654，可用来集中入射至该下表面的光线。

请参阅图5E，一光学膜片57可用来替换该光学膜片54，该光学膜片57包括一具有一上表面571及一下表面572的基板573，该上表面571的多个桃柱形结构574的圆弧部分5742，可用来扩散入射至该下表面的光线；多个棱柱形结构575及多个桃柱形结构574的凸起部分5744，可用来集中入射至该下表面的光线。

请参阅图5F，一光学膜片58可用来替换该光学膜片54，该光学膜片58包括一具有一上表面581及一下表面582的基板583，该上表面581的多个圆弧柱形结构584及多个桃柱形结构585的圆弧部分5852，可用来扩散入射至该下表面的光线；多个棱柱形结构586及多个桃柱形结构585的凸起部分5854，可用来集中入射至该下表面的光线。

在图5B至图5F所述的圆弧柱形结构的曲率半径可介于10μm至500μm之间，棱柱形结构的顶角角度可介于30度至140度之间。桃柱形结构的圆弧部分曲率半径可介于10μm至500μm之间，桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间。

此外，设置于上述光学膜片上的各种结构不仅可同时平行于同一方向，也可视其需求以两个方向来设置，此两方向的夹角可小于或等于90度，以图5G为例，当图5B中的多个圆弧柱状结构5442与多个棱柱形结构5452以90度的夹角来设置时，可形成一光学膜片59，该光学膜片59包括多个同时具备有扩散与集中功能的微结构592，其中A-A剖面位置上的棱形结构594具有集中功能，如图5H所示，B-B剖面位置上的圆弧结构596具有扩散功能，如图51所示。

请参阅图6，图6本发明的第一较佳实施例，其可设置两片光学膜片62及64，该二光学膜片62与64可选用图5B至图5G所述的光学膜片，该二光学膜片62与64彼此重叠且其夹角α介于0度至90度之间，

上述各个光学膜片上的每个棱柱形结构的顶角角度不须完全相同，垂直高度不须完全相同，其与基板相接触的底面积也不须完全相同；每个圆弧柱形结构的曲率半径不须完全相同，垂直高度不须完全相同，其与基板相接触的底面积也不须完全相同；同样地，每个桃柱形的垂直高度不须完全相同，其与基板相接触的底面积也不须完全相同，其圆弧部分的曲率半径不须完全相同，其凸起部分的顶角角度不须完全相同。

请参阅图7A，图7A为本发明直下式背光模块的第二较佳实施例的示意图，该直下式背光模块包括有一框架71、至少一光源72以及一扩散板73，该光源72设置于该框架71内；该扩散板73位于该框架71之上，且该扩散板73内部具有可扩光线的微粒子，该扩散板73的较佳厚度为1mm到3mm之间。其上表面形成有一扩散部74及一集中部75，该扩散部74用以扩散入射至该下表面的光线，该集中部75用以集中入射至该下表面的光线。

其中图5B所述的圆弧柱形结构5442及棱柱形结构5452可使用在该扩散板73上，如图7B所示。

其中图5C所述的桃柱形结构554可使用在该扩散板73上，如图7C所示。

其中图5D所述的圆弧柱形结构564及桃柱形结构565可使用在该扩散板73上，如图7D所示。

其中图5E所述的桃柱形结构574及棱柱形结构575可使用在该扩散板73上，如图7E所示。

其中图5F所述的圆弧柱形结构584、桃柱形结构585及棱柱形结构586可使用在该扩散板73上，如图7F所示。

同样地，在图7B至图7F所述的圆弧柱形结构的曲率半径可介于10μm至500μm之间，棱柱形结构的顶角角度可介于30度至140度之间。桃柱形结构的圆弧部分曲率半径可介于10μm至500μm之间，桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间。

此外，设置于上述扩散板上的各种结构不仅可同时平行于同一方向，也可视其需求，以两个方向来设置，此两方向的夹角可小于或等于90度。如图5G所述的微结构592可使用在该扩散板73上，如图7G所示。

综合上述，本发明提出一种直下式背光模块，使用了具有集光效果与扩散效果的光学膜片，不仅在增亮效果与视角亮度变柔和效果上有极佳的表现，更可简化模块架构并降低模块成本，亦可将具有集光效果与扩散效果的微结构结合于一扩散板上，而可不使用其它光学膜片，其在增亮效果与视角亮度变柔和效果上也具有极佳的表现，也可简化模块架构并降低模块成本。

上述仅为本发明的较佳实施例，当不以限制本发明。即凡依本发明权利要求所做的等效变化及修改，仍不失本发明的要义所在，不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施例。

Claims

1.一种直下式背光模块，其特征在于，包括：

一框架；

至少一光源，设置于该框架内；

一扩散板，位于该框架之上；

至少一光学膜片，位于该扩散板之上，该光学膜片包括一具有一上表面及一下表面的基板，该上表面形成有一扩散部及一集中部，该扩散部用以扩散入射至该下表面的光线，该集中部用以集中入射至该下表面的光线。

2.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散部包括一个或一个以上的圆弧柱形结构，该集中部包括一个或一个以上的棱柱形结构。

3.如权利要求2所述的直下式背光模块，其特征在于，该圆弧柱形结构平行于一第一方向，该棱柱形结构平行于一第二方向，该第一方向与该第二方向的夹角介于0度至90度之间。

4.如权利要求2所述的直下式背光模块，其特征在于，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

5.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该光学膜片的上表面基板形成一个或一个以上的桃柱形结构。

6.如权利要求5所述的直下式背光模块，其特征在于，该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm间，该桃柱形结构的凸起部分的顶角角度介于30度至140度之间，

7.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该光学膜片的上表面基板包括至少一桃柱形结构及至少一圆弧柱形结构，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间。

8.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该光学膜片的上表面基板包括至少一桃柱形结构及至少一棱柱形结构，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

9.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该光学膜片的上表面基板包括至少一桃柱形结构、至少一圆弧柱形结构及至少一棱柱形结构，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

10.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该光学膜片的上表面基板包括多个同时具备有扩散与集中功能的微结构。

11.如权利要求1所述的直下式背光模块，其特征在于，该直下式背光模块包括两个光学膜片，该光学膜片彼此重叠，且两光学膜片主轴方向之间的夹角介于0度至90度之间。

12.一种直下式背光模块，其特征在于，包括：

一框架；

至少一光源，设置于该框架内；

一扩散板，位于该框架之上，该扩散板内部具有可扩光线的微粒子，该扩散板的上表面形成有一扩散部及一集中部，该扩散部用以扩散入射至该下表面的光线，该集中部用以集中入射至该下表面的光线。

13.如权利要求12所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散板厚度介于1mm至3mm之间。

14.如权利要求12所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散部包括一个或一个以上的圆弧柱形结构，该集中部包括一个或一个以上的棱柱形结构。

15.如权利要求14所述的直下式背光模块，其特征在于，该圆弧柱形结构平行于一第一方向，该棱柱形结构平行于一第二方向，该第一方向与该第二方向的夹角介于0度至90度之间。

16.如权利要求14所述的直下式背光模块，其特征在于，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

17.如权利要求12所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散板的上表面形成一个或一个以上的桃柱形结构。

18.如权利要求17所述的直下式背光模块，其特征在于，该桃柱形结构的圆弧部分的曲率半径介于10μm至500μm之间，该桃柱形结构的凸起部分顶角角度介于30度至140度之间。

19.如权利要求12所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散板的上表面包括至少一桃柱形结构及至少一圆弧柱形结构，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间。

20.如权利要求12所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散板的上表面包括至少一桃柱形结构及至少一棱柱形结构，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

21.如权利要求12所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散板的上表面包括至少一桃柱形结构、至少一圆弧柱形结构及至少一棱柱形结构，该圆弧柱形结构的曲率半径介于10μm至500μm之间，该棱柱形结构的顶角角度介于30度至140度之间。

22.如权利要求12所述的直下式背光模块，其特征在于，该扩散板的上表面包括多个同时具备有光扩散与聚光功能的微结构。