CN100437154C - 光源扩散板及背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背光模块及适用于背光模块中的光源扩散板，可有效地使出光亮度均匀，其中背光模块包含多个光源。光源扩散板包含一透明基板及多个光学结构。透明基板具有一入光面及一出光面。多个光学结构设置于出光面上。每一光学结构是自出光面向透明基板内部凹陷，并于透明基板内部形成一折射内凸面，其中每一折射内凸面是对应多个光源之一。折射内凸面端缘与出光面法线所夹角度的最大值小于30度，使光源发出的一入射光线经由折射内凸面折射偏离前述折射内凸面法线。

Description

光源扩散板及背光模块

技术领域

本发明涉及一种光源扩散板及背光模块，该光源扩散板适用于背光模块中，可使出光亮度均匀。

背景技术

由于液晶显示器(Liquid crystal display，简称LCD)为非自发光显示装置，因此需要背光源供应充足亮度与分布均匀的光源，使其能正常显示影像。目前背光源多以发光二极管(Light emitting diode，简称LED)及冷阴极管为主要发光的元件。发光二极管具有发光颜色多样化、省电、体积小、寿命长、反应速度快、污染低、高可靠度、模块弹性大等优点，其重要性已日益增加。然而，LCD面板使用LED为光源时，容易产生出光亮度不均的问题。为要将点光源或线光源分布成均匀的面光源，通常需通过扩散膜或扩散板来使出光均匀。

扩散板、扩散片或扩散膜的功能是为液晶显示器提供一个均匀的面光源。传统的扩散膜主要是在扩散膜基材中加入一颗颗的化学颗粒，作为散射粒子，而现有的扩散板的微粒子分散在树脂层之间，所以光线在经过扩散层时会不断的在两个折射率相异的介质中穿过，在此同时光线就会发生许多折射、反射及散射的现象，由此达到光学扩散的效果。

近来，新兴的扩散膜制作方式采取全像技术，经由曝光显影等化学程序，记录毛玻璃的相位分布以粗化扩散膜基材表面，以散射模糊导光板上的墨点或线条。然而，在如此的光路架构下，由于材料本身及化学颗粒的性质，将会造成无可避免的吸光现象，减少光源穿透率。在上述架构中，光的散射方式是随意散乱的，因此对位于固定距离的观测者而言，将浪费部分光源，导致光源无法有效的利用。此外，扩散膜制作方式的化学制造工艺较费时，所需的生产成本相对的也较高。因此，当前扩散膜制作方式，仍以加入化学颗粒方式为主。

发明内容

鉴于以上所述公知扩散板的缺失，本发明要解决的技术问题是提供一种光源扩散板及背光模块，以延展光源的空间分布。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种光源扩散板及背光模块，使光线经由折射达到光源强度重新分配的效果。

本发明要解决的又一技术问题是提供一种光源扩散板及背光模块，使出光亮度均匀。

本发明揭露一种适用于背光模块中的光源扩散板，可有效地使出光亮度均匀，其中背光模块包含多个光源。本发明的光源扩散板主要包含透明基板及多个光学结构。透明基板具有一入光面与出光面。多个光学结构是设置于出光面上。每一光学结构是自出光面向透明基板内部凹陷，并于透明基板内部形成一折射内凸面，其中每一折射内凸面是对应多个光源之一。折射内凸面端缘切线与出光面法线所夹角度是使光源发出的一入射光线经由折射内凸面折射偏离折射内凸面的法线。

优选，折射内凸面端缘切线与出光面法线所夹角度最大值小于30度。光学结构宽度与光源的宽度的差值是约小于15.6毫米(mm)。透明基板的材质包含聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，简称PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)或上述材质的组合。折射内凸面是一圆锥面、半球状面或其它合适的曲面。光学结构包含沿出光面延伸的多个长条沟槽，其中长条沟槽具有圆锥形剖面、半球状剖面或其它合适的剖面。

本发明亦提供一种背光模块，包含多个光源及第一光源扩散板。第一光源扩散板包含透明基板及多个光学结构。透明基板具有一入光面与出光面。多个光学结构设置于出光面上，每一光学结构是自出光面向透明基板内部凹陷，并于透明基板内部形成一折射内凸面，其中每一折射内凸面至少对应多个光源之一。折射内凸面端缘切线与出光面法线所夹角度是使光源发出的一入射光线经由折射内凸面折射偏离折射内凸面的法线。

优选，折射内凸面端缘切线与该出光面法线所夹角度的最大值是小于30度。

优选，本发明的背光模块另包含第二光源扩散板，其是对应设置于第一光源扩散板透明基板的出光面。光源至透明基板入光面的距离是小于4.5毫米，光学结构宽度是约小于15.6毫米加上光源的宽度。透明基板的材质包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或上述材质的组合。折射内凸面是一圆锥面、半球状面或其它合适的曲面。光学结构包含沿出光面延伸的多个长条沟槽，其中长条沟槽具有圆锥形剖面、半球状剖面或其它合适的剖面。

综上所述，本发明具有可延展光源的空间分布，使出光亮度均匀以及使光线经由折射达到光源强度重新分配的效果。

附图说明

图1a是本发明光源扩散板的实施例的立体图。

图1b是本发明背光模块的实施例的立体图。

图1c是图1a所示光源扩散板的侧视图。

图1d是本发明光源扩散板的另一实施例的侧视图。

图2a是本发明实施例的示意图。

图2b是显示折射内凸面顶角的示意图。

图2c是显示光源光线角度的示意图。

图3a是本发明光源扩散板的另一实施例的立体图。

图3b是根据本发明实施例采用灯管为光源的示意图。

图3c是根据本发明实施例采用点光源为光源的示意图。

图4是本发明光源扩散板的另一实施例的立体图。

附图标记说明：

5光源    6灯管    10光源扩散板    12第二光源扩散板

15光线      16光线        20透明基板    30入光面

40出光面    50光学结构    52光学结构    54光学结构

56光学结构

具体实施方式

以下说明将提供许多明确的叙述，以提供对本发明的实施例的彻底了解，其中图式的目的只是了说明本发明的较佳实施例，并非用以限制本发明的范围。

本发明提供一种适用于背光模块中的光源扩散板，可真正达到光源强度重新分配的效果，其是利用最强的角度能量经由本发明的光源扩散板产生折射，并且与不经过光源扩散板的大角度较弱的能量，重新叠加得到一个新的角度能量分布，因此得以延展原本光源点扩散函数(Point Spread Function，简称PSF)的空间分布，使得原为点光源或线光源的背光源经由本发明光源扩散板后，可获得更好的亮度均匀效果。

如图1a所示，本发明的光源扩散板10包含一透明基板20及多个光学结构50。在较佳实施例中，透明基板20的厚度是介于1.5至2毫米(mm)之间；然而，在不同实施例中，透明基板20的厚度可依照实际需求予以增加或减少。透明基板20的材质可为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，简称PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)以上材质的组合或其它合适的材质。透明基板20具有一入光面30及出光面40。当置于背光模块中时，入光面30是与多个光源5相对应，如图1b所示。

如图1c所示，多个光学结构50设置于出光面40上，每一光学结构50是自出光面40向透明基板20内部凹陷。光学结构50另于透明基板20内部形成一折射内凸面，其中每一折射内凸面是对应多个光源之一。此处所言的折射内凸面，是表示此一曲面是凸向透明基板之内，并为形成于光学结构50朝向透明基板内的一临界面。在此实施例中，折射内凸面是一半球状面，但亦可为一圆锥面，如图1d所示，或其它合适的曲面。以制造方式而言，光学结构50较佳是以加工方式形成于透明基板20上，其加工方式包括印刷式、刻蚀、热滚压或其它合适的技术。

图2a是本发明实施例的示意图。在此背光模块中，多个光源5透过光源扩散板10(即第一光源扩散板)的光学结构50后，达到出光亮度均匀的满意效果，大幅度地减低当只用传统扩散板12时易有的明暗不均问题。光线15为经过光源扩散板10上的光学结构的入射光线，经过其折射内凸面之后折射偏离此折射内凸面的法线，光线16则未经过光学结构，因此以直线方向到达传统扩散板12。由图2a可清楚看出，光线15与光线16在到达传统扩散板12(即第二光源扩散板)时将结合起来，如此将大角度较弱的光源能量重新叠加而产生一新的角度能量分布，进而达到出光亮度均匀的效果。然而在不同实施例中，亦可仅使用光源扩散板10，而不加设其它扩散板12。

以半球状面的折射内凸面为例，将折射内凸面顶角角度定为2θ，如图2b所示；光线可通过折射内凸面的光源光线角度θ1为正负60度之间，即-60°＜θ1＜60°，如图2c所示。为了避免产生全内反射(Total Internal Reflection，简称TIR)，其关系式为3θ＜90°-θ1，将θ1的最小值0度带入公式内，即获得折射内凸面端缘切线与出光面法线所夹角度t的最大值小于30度。在较佳实施例中，光源至透明基板20入光面30的距离H小于4.5毫米；光学结构宽度A等于2×H×tan(θ1)＝2×4.5×tan(60°)＝15.58mm，亦即光学结构宽度约小于15.6毫米加上光源的宽度。

在图3a所示的实施例中，光学结构包含沿出光面40延伸的多个长条沟槽。在此实施例中，光源扩散板10包含一透明基板20及多个具长条沟槽的光学结构54，其中长条沟槽具有半球状剖面，如图所示。透明基板20具有一入光面30及出光面40。当置于背光模块中时，入光面30与多个光源相对应。多个光学结构54设置于出光面40上，每一光学结构54是自出光面40向透明基板20内部凹陷，并于透明基板20内部形成一折射内凸面，其中每一折射内凸面是对应多个光源之一。多个光源可为线光源，例如灯管6，如图3b所示，或为点光源，例如LED点光源5，如图3c所示。

长条沟槽亦可为圆锥形长条沟槽56，如图4所示。除了长条沟槽剖面形状相异之外，此实施例中其它方面皆类似于图3a的实施例。当置于背光模块中时，透明基板20的入光面30是与光源相对应，多个光学结构56设置于出光面40上。除了上述具半球状剖面及圆锥形剖面的长条沟槽，长条沟槽亦可包含具其它合适剖面的光学结构。

本发明已以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的专利权利范围。本发明的专利保护范围当视权利要求书而定。凡熟悉此领域的技艺者，在不脱离本专利精神或范围内所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示原则下所完成的等效改变或设计，且应包含在权利要求书内。

Claims (14)

1.一种光源扩散板，其特征是，适用于一背光模块中，该背光模块包含多个光源，该光源扩散板包含：

一透明基板，其具有一入光面与一出光面；以及

多个光学结构，设置于该出光面上，每一光学结构是自该出光面向该透明基板内部凹陷，并于该透明基板内部形成一折射内凸面，其中每一折射内凸面是对应该多个光源之一；

其中该折射内凸面端缘切线与该出光面法线所夹角度是使该光源发出的一入射光线经由该折射内凸面折射偏离该折射内凸面法线，该折射内凸面端缘切线与该出光面法线所夹角度的最大值小于30度。

2.如权利要求1所述的光源扩散板，其特征是，该光学结构宽度与该光源的宽度的差值为小于15.6毫米。

3.如权利要求1所述的光源扩散板，其特征是，该透明基板的材质包含聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

4.如权利要求1所述的光源扩散板，其特征是，该折射内凸面是一圆锥面或半球状面。

5.如权利要求1所述的光源扩散板，其特征是，该光学结构包含沿该出光面延伸的多个长条沟槽。

6.如权利要求5所述的光源扩散板，其特征是，该长条沟槽具有圆锥形剖面或半球状剖面。

7.一种背光模块，其特征是，包含：

多个光源；以及

一第一光源扩散板，包含：

一透明基板，该基板具有一入光面与一出光面；以及

多个光学结构，是设置于该出光面上，每一光学结构是自该出光面向该透明基板内部凹陷，并于该透明基板内部形成一折射内凸面，其中每一折射内凸面至少对应该多个光源之一；

其中该折射内凸面端缘切线与该出光面法线所夹角度是使该光源发出的一入射光线经由该折射内凸面折射偏离该折射内凸面法线，该折射内凸面端缘切线与该出光面法线所夹角度的最大值小于30度。

8.如权利要求7所述的背光模块，其特征是，另包含一第二光源扩散板，其设置是对应于该第一光源扩散板透明基板的出光面。

9.如权利要求7所述的背光模块，其特征是，该光源至该透明基板入光面的距离小于4.5毫米。

10.如权利要求9所述的背光模块，其特征是，该光学结构宽度与该光源的宽度的差值是小于15.6毫米。

11.如权利要求7所述的背光模块，其特征是，该透明基板的材质包含聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

12.如权利要求7所述的背光模块，其特征是，该折射内凸面是一圆锥面或半球状面。

13.如权利要求7所述的背光模块，其特征是，该光学结构包含沿该出光面延伸的多个长条沟槽。

14.如权利要求13所述的背光模块，其特征是，该长条沟槽具有圆锥形剖面或半球状剖面。

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