CN100427975C

CN100427975C - 背光模块及所使用的扩散板结构

Info

Publication number: CN100427975C
Application number: CNB2006101705109A
Authority: CN
Inventors: 陈政传
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: CN1971315A

Abstract

本发明公开了一种背光模块及所使用的扩散板结构。背光模块主要包含具有发光源的光源模块及设于光源模块上方的扩散板结构。扩散板结构包含板体、数个散光微结构区及数个聚光微结构区。散光微结构区及聚光微结构区间隔排列的设置于板体的出光面或入光面上。散光微结构区包含数个弧面透光微结构，每一弧面透光微结构具有圆弧凸面。聚光微结构区较佳包含数个凸棱镜微结构。凸棱镜微结构具有二对应的侧表面，且此二侧表面间具有一夹角θ。

Description

背光模块及所使用的扩散板结构

技术领域

本发明涉及一种背光模块及其所使用的扩散板结构，特别是涉及一种供液晶显示装置使用的背光模块及其所使用的扩散板结构。

背景技术

背光模块广泛使用于液晶显示装置、计算机键盘、移动电话按键、广告牌及其它需要光源的装置上，以提供此类装置所需的平面光源。特别是近年来液晶显示装置的市场需求大幅成长，为配合液晶显示装置在功能上及外观上的要求，液晶显示装置所使用的背光模块设计也日趋多元化。

然而当背光模块应用于液晶显示面板时，其输出光线的均匀性往往为影响液晶显示面板整体性能的重要因素。特别是随着液晶显示面板尺寸的日益增加，背光模块中直下式的灯管设置也成为目前技术发展的趋势。如何将数支间隔并列的灯管所发出的光源予以均匀扩散，避免形成局部过亮或过暗的情形，成为液晶显示面板设计中的重要课题。

图1所示为公知的背光模块及用以扩散光源的结构。如图1所示，背光模块10包含数支间隔并列的灯管13以及反射片15。灯管13上方依序设有扩散板37、下扩散片35、增亮膜31及上扩散片或反射增亮片33。光线经扩散板37、下扩散片35、增亮膜31及上扩散片或反射增亮片33的扩散程序后，进入设置于上扩散片或反射增亮片33上方的液晶面板50。

在公知技术中，扩散板37、下扩散片35及上扩散片33的穿透率越低，其扩散效果越好。但是当扩散板37、下扩散片35及上扩散片33的穿透率越低时，背光光源的使用效率也就相对降低。因此适必要提升供电的输出功率以增加灯管13的亮度，造成耗电的情况产生。此外，也有部分设计在下扩散片35上设置单一形式的微结构，以改变光线的行进方向，以达到扩散光线的效果。但是由于光线抵达下扩散片35时的方向并不一致，因此使用单一形式的微结构所能达到的扩散效果十分有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背光模块，具有较佳的光线均匀度，并可避免损失过多的亮度。

本发明的目的在于提供一种扩散板结构，可提供较佳的光线扩散效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种背光模块，主要包含具有发光源的光源模块及扩散板结构。扩散板结构设置于光源模块上方。扩散板结构包含板体、数个散光微结构区及数个聚光微结构区。板体主要包含入光面及出光面，其中入光面面对光源模块。散光微结构区及聚光微结构区间隔排列的设置于板体的出光面或入光面上。其中散光微结构区较佳对应于发光源的位置，而聚光微结构区较佳对应于相邻发光源间的间隙位置。

散光微结构区包含数个弧面透光微结构，每一弧面透光微结构则具有圆弧凸面。聚光微结构区较佳包含数个凸棱镜微结构。凸棱镜微结构具有二对应的侧表面，且此二侧表面间具有一夹角θ。此夹角θ较佳可随发光源的间隔宽度及距板体的距离调整。

当光源模块产生的光线射入板体后，位于发光源上方的弧面透光微结构借助圆弧凸面的几何构造及折射率的差异，将入射角度较小的光线折射至相邻发光源的间隔上方；而位于相邻发光源的间隔上方的凸棱镜微结构则将入射角度较大的光线折射以保留在聚光微结构区的上方。借助散光微结构区及聚光微结构区的配合，将集中于发光源上方的光线均匀化。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为公知背光模块及液晶显示面板的示意图；

图2为本发明液晶显示装置实施例的组件爆炸图；

图3为本发明背光模块实施例的组件爆炸图；

图4为本发明背光模块实施例的剖面图；

图5为背光模块另一实施例的剖面图；

图6为凸棱镜微结构的另一实施例示意图；

图7为光源模块与扩散板结构间光学关系的示意图；

图8为扩散板结构另一实施例的剖面图；

图9为扩散板结构另一实施例的剖面图；

图10为背光模块另一实施例的组件爆炸图。

其中，附图标记：

110 外壳体

130 液晶面板

200 背光模块

300 光源模块

310 发光源

330 反射片

500 扩散板结构

510 板体

511 入光面

513 出光面

530 散光微结构区

531 弧面透光微结构

533 圆弧凸面

550 聚光微结构区

551 凸棱镜微结构

553 侧表面

700 光学膜片

具体实施方式

本发明提供一种背光模块及其所使用的扩散板结构。以较佳实施例而言，此背光模块供液晶显示装置使用。然而在不同实施例中，此背光模块可供计算机键盘、移动电话按键、广告牌及其它需要平面光源的装置使用。进一步来说，本发明还包含使用此背光模块的液晶显示装置。在较佳实施例中，本发明的液晶显示装置包含一彩色液晶显示装置。然而在不同实施例中，本发明的液晶显示装置还可包含单色的液晶显示装置。液晶显示装置泛指使用液晶面板的显示装置，包含家用的液晶电视、个人计算机及膝上型计算机的液晶监视器、移动电话及数字相机的液晶显示屏等。

如图2所示，液晶显示装置主要包含外壳体110、液晶面板130及背光模块200。液晶面板130设置于背光模块200上，外壳体110则覆盖液晶面板130。背光模块200发出的光线经液晶面板130产生亮度及色彩的变化，进而形成显示的图像。

如图3及图4所示，背光模块200主要包含光源模块300及扩散板结构500。扩散板结构500设置于光源模块300上方。光源模块300较佳具有数个发光源310及反射片330。发光源310发出的光线直接或经反射片330反射后进入扩散板结构500。在此较佳实施例中，发光源310包含灯管，例如冷阴极射线管或热阴极射线管；但在不同实施例中，发光源310也可包含发光二极管或其它可产生光线的组件。

在图3及图4所示的实施例中，扩散板结构500包含板体510、数个散光微结构区530及数个聚光微结构区550。板体510主要包含入光面511及出光面513，其中入光面511面对光源模块300。换句话说，光源模块300发出的光线经入光面511进入扩散板结构500。在较佳实施例中，板体510较佳为具有透光性，其光穿透率较佳大于75％。板体510的材质可包含聚碳酸酯(PC)、聚笨乙烯(PS)、环烯烃高分子(COP)或其它类似材质。此外，板体510可选择性加入粒子，以增加光扩散效果。

数个散光微结构区530及聚光微结构区550设置于板体510的出光面513或入光面511。在如图4所示的实施例中，散光微结构区530及聚光微结构区550设置于出光面513上；但是在另一实施例中，如图5所示，散光微结构区530及聚光微结构区550则可设置于入光面511上。此外，散光微结构区530及聚光微结构区550也可同时设置于出光面513及入光面511上。

此外，散光微结构区530及聚光微结构区550较佳为间隔排列，如图4所示；换句话说，相邻的二聚光微结构区550间设置有一散光微结构区530。每一散光微结构区530对应于发光源310的位置，也就是设置于发光源310的上方；每一聚光微结构区550则对应于相邻发光源310间的间隙位置，也就是设置于发光源310间的间隙的上方。但是在图5所示的实施例中，散光微结构区530及聚光微结构区550的设置位置对换，也就是每一散光微结构区530对应于相邻发光源310间的间隙位置，而每一聚光微结构区550对应于发光源310的位置。

在图4所示的实施例中，在横切散光微结构区530及聚光微结构区550的截面上，散光微结构区530的分布宽度约等于聚光微结构区550的分布宽度。但在不同实施例中，为考虑不同的发光源310的型式或分布状况，可将散光微结构区530的分布宽度与聚光微结构区55的之分布宽度作调整。一般来说，散光微结构区530分布宽度与聚光微结构区550分布宽度的比率较佳介于3与0.33之间。此外，散光微结构区530的分布宽度较佳介于相邻二发光源310间距离的0.25倍到0.75倍之间。如图4所示，当相邻二发光源310间距离为d时，散光微结构区530的分布宽度较佳介于0.25d及0.75d之间。

散光微结构区530包含数个第一几何结构。在如图3及图4所示的实施例中，第一几何结构为弧面透光微结构531，每一弧面透光微结构531具有圆弧凸面533。在较佳实施例中，每一弧面透光微结构531的宽度介于40μm至120μm之间，而高度则介于20μm至30μm之间。在图3及图4所示的实施例中，弧面透光微结构531较佳为沿板体510延伸的半圆柱体，且圆弧凸面533位于半圆柱体的侧面。此外，当光源模块300中之发光源310为灯管时，半圆柱体较佳沿平行灯管的方向延伸。

聚光微结构区550较佳包含数个第二几何结构。在如图4所示的实施例中，第二几何结构为凸棱镜微结构551。如图4所示，凸棱镜微结构551具有二对应的侧表面553，且此二侧表面553间具有一夹角θ。此夹角θ较佳可随发光源310的间隔宽度及距板体510的距离调整。在较佳实施例中，夹角θ介于相邻二发光源在板体510会合线交角θ₁的0.85倍至1.15倍之间。此外，每一凸棱镜微结构551的较佳宽度介于40μm至120μm之间，而高度则较佳介于20μm至30μm之间。在图3及图4所示的实施例中，凸棱镜微结构551为沿板体510延伸的三角柱体；但是在图6所示的实施例中，凸棱镜微结构551也可为沿板体510延伸的梯形柱体棱镜结构或其它多边形柱体的结构。此外，当光源模块300中的发光源310为灯管时，多边形柱体较佳沿平行灯管的方向延伸。

如图7所示，光源模块300在发光源310上方所产生的光线相对于法线多具有较小的偏角，而在相邻发光源310的间隔上方所产生的光线则多具有较大的偏角。因此光源模块300在发光源310上方所产生的背光亮度也强于相邻发光源310的间隔上方的亮度。当光源模块300产生的光线射入板体510后，位于发光源310上方的第一几何结构即弧面透光微结构531借助圆弧凸面533的几何构造及折射率的差异，将入射角度较小的光线折射至相邻发光源310的间隔上方；而位于相邻发光源310的间隔上方的第二几何结构即凸棱镜微结构551则将入射角度较大的光线折射以保留在聚光微结构区550的上方。借助散光微结构区530及聚光微结构区550的配合，将集中于发光源310上方的光线均匀化。

图8所示为散光微结构区530及聚光微结构区550的另一实施例。在此实施例中，在同一散光微结构区530中，位于中间的第一几何结构即弧面透光微结构531宽度大于位于两侧的第一几何结构即弧面透光微结构531宽度。换句话说，较接近发光源310的第一几何结构即弧面透光微结构531具有较宽的宽度。借助此宽度的调整，散光微结构区530可产生较好的光线分散效果。此外，在同一散光微结构区530中，位于中间的弧面透光微结构531具有比位于两侧的弧面透光微结构531小的圆弧凸面533曲率。此曲率的调整对应于发光源310入射光线的角度分布，进而产生较好的光线分散效果。

如图8所示，在同一聚光微结构区550中，位于中间的凸棱镜结构551比位于两侧的凸棱镜结构551具有较小的二侧表面553夹角θ。换句话说，离发光源310较远的凸棱镜结构551具有较小的二侧表面553夹角θ。借助此角度的调整，聚光微结构区550可产生较好的光线集中效果。此外，在此实施例中，夹角θ介于相邻二发光源于板体510会合线交角θ₁的0.5倍至1.5倍之间。

图9所示为散光微结构区530及聚光微结构区550的另一实施例。在此实施例中，光源模块300中的发光源310为如发光二极管等发光组件的点光源。此时散光微结构区530与聚光微结构区550较佳分别在板体的正交两个维度上分别间隔排列，进而形成近似矩阵的排列方式。此外，组成散光微结构区530的弧面透光微结构531较佳由半球体结构所形成；而组成聚光微结构区550的凸棱镜微结构551则由角椎结构棱镜所形成。

在较佳实施例中，散光微结构区530及聚光微结构区550以模具射出成型的方式直接在制造板体510时形成于板体510的表面上。但是在不同实施例中，散光微结构区530及聚光微结构区550也可以滚压成形方式加工形成于板体510的表面上。此外，散光微结构区530及聚光微结构区550也可以贴附或其它方式形成于板体510上。

如图10所示，背光模块200也可选择性包含至少一光学膜片700。此处所述的光学膜片700包含增亮膜及偏光膜等，且较佳设置于扩散板结构500的上方。在不同实施例中，背光模块200还可选择性增加扩散片于扩散板结构500的上方，以达到更好的光线扩散效果。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种扩散板结构，供与一光源模块配合使用，其特征在于，该扩散板结构包含：

一板体，具有一入光面及一出光面；

数个散光微结构区，设置于该板体的该入光面及该出光面其中之一，每一散光微结构区包含数个第一几何结构，该第一几何结构包含一弧面透光微结构，该弧面透光微结构具有一圆弧凸面，在同一散光微结构区中，位于中间的该弧面透光微结构的该圆弧凸面曲率小于位于两侧的该弧面透光微结构的该圆弧凸面曲率；以及

数个聚光微结构区，设置于该板体的该入光面及该出光面其中之一，每一聚光微结构区包含数个第二几何结构，其中该数个聚光微结构区与该数个散光微结构区间隔排列，该第二几何结构包含一凸棱镜微结构，该凸棱镜微结构具有二侧表面，其中在同一聚光微结构区中，位于中间的该凸棱镜结构的该二侧表面夹角小于位于两侧的该凸棱镜结构的该二侧表面夹角。

2、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，该弧面透光微结构包含沿该板体延伸的一半圆柱体，该圆弧凸面位于该半圆柱体的侧面。

3、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，该凸棱镜微结构包含沿该板体延伸的一多边形柱体，该二侧表面位于该多边形柱体的侧面。

4、根据权利要求3所述的扩散板结构，其特征在于，该多边形柱体包含一三角柱体。

5、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，在同一散光微结构区中，位于中间的该第一几何结构的宽度大于位于两侧的该第一几何结构的宽度。

6、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，在横切该散光微结构区及该聚光微结构区的一截面上，该散光微结构区的分布宽度相对于该聚光微结构区的分布宽度比率介于3与0.33之间。

7、根据权利要求6所述的扩散板结构，其特征在于，该散光微结构区的分布宽度与该聚光微结构区的分布宽度相同。

8、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，每一该弧面透光微结构的宽度介于40μm至120μm之间。

9、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，每一该弧面透光微结构的高度介于20μm至30μm之间。

10、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，每一该凸棱镜微结构的宽度介于40μm至120μm之间。

11、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，每一该凸棱镜微结构的高度介于20μm至30μm之间。

12、根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于，该板体的穿透率大于75％。

13、一种背光模块，其特征在于，包含：

一光源模块，具有数个发光源；以及

一扩散板结构，设置于该光源模块上，该扩散板结构包含：一板体，具有一入光面及一出光面；数个散光微结构区，设置于该板体的该入光面及该出光面其中之一，每一散光微结构区包含数个第一几何结构，该第一几何结构包含一弧面透光微结构，该弧面透光微结构具有一圆弧凸面，在同一散光微结构区中，位于中间的该弧面透光微结构的该圆弧凸面曲率小于位于两侧的该弧面透光微结构的该圆弧凸面曲率；以及数个聚光微结构区，设置于该板体的该入光面及该出光面其中之一，每一聚光微结构区包含数个第二几何结构，其中该数个聚光微结构区与该数个散光微结构区间隔排列，该第二几何结构包含一凸棱镜微结构，该凸棱镜微结构具有二侧表面，其中在同一聚光微结构区中，位于中间的该凸棱镜结构的该二侧表面夹角小于位于两侧的该凸棱镜结构的该二侧表面夹角。

14、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，该弧面透光微结构包含沿该板体延伸的一半圆柱体，该圆弧凸面位于该半圆柱体的侧面。

15、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，该凸棱镜微结构包含沿该板体延伸的一多边形柱体，该二侧表面位于该多边形柱体的侧面。

16、根据权利要求15所述的背光模块，其特征在于，该多边形柱体包含一三角柱体。

17、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，在同一散光微结构区中，位于中间的该第一几何结构的宽度大于位于两侧的该第一几何结构的宽度。

18、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，在横切该散光微结构区及该聚光微结构区的一截面上，该散光微结构区的分布宽度相对于该聚光微结构区的分布宽度比率介于3与0.33之间。

19、根据权利要求18所述的背光模块，其特征在于，该散光微结构区的分布宽度与该聚光微结构区的分布宽度相同。

20、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，每一该弧面透光微结构的宽度介于40μm至120μm之间。

21、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，每一该弧面透光微结构的高度介于20μm至30μm之间。

22、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，每一该凸棱镜微结构的宽度介于40μm至120μm之间。

23、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，每一该凸棱镜微结构的高度介于20μm至30μm之间。

24、根据权利要求13所述的背光模块，其特征在于，该板体的穿透率大于75％。