CN100449377C - 光源扩散模块、背光模块和液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种光源扩散模块及使用此光源扩散模块的背光模块。光源扩散模块设置成对应于背光模块的光源模块。光源扩散模块主要包括第一扩散层及第二扩散层。第一扩散层设置于光源模块上方，且其出光上表面具有并列设置的多个第一微结构。第二扩散层设置于第一扩散层的上方，且其上表面则具有并列设置的多个第二微结构。每一第一微结构的宽度与每一第二微结构的宽度比率介于1.1至1.8之间。每一第一微结构的高度与每一第二微结构的高度比率则介于0.8至1.5之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种光源扩散模块，以及使用此光源扩散模块的背光模块；更具体而言，本发明涉及一种供液晶显示面板使用的光源扩散模块，以及使用此光源扩散模块的背光模块。
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效能的重要因素。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，就成为液晶显示面板设计上的重要课题。
图1a所示为现有用以扩散光源的结构。如图1a所示，背光模块10包括数支间隔并列的灯管13以及反射片15。灯管13上方设有光线控制板31，具有引导及控制光线路径的功效。光线控制板31上设有扩散片32，其功用在于使经过的光线得以进一步扩散。扩散片32上方即为液晶玻璃50。经模拟其光线扩散结果，可得如图1b所示的光线扩散效果。然而如图1b中虚线范围所示，仍可见其灯管设置部分具有亮度集中的倾向，且其亮度较弱的深色部分也具有连续性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光源扩散模块，使光源模块射出的光线均匀化。
本发明的另一目的在于提供一种光源扩散模块，使输出的光线仍具有所需亮度。
本发明的另一目的在于提供一种背光模块，具有较均匀的输出光线。
本发明的背光模块主要包含光源模块及光源扩散模块。光源模块具有出光面，光源模块发出的光线经由出光面射出光源模块之外。光源扩散模块设置对应于光源模块的出光面，主要包括第一扩散层及第二扩散层。
第一扩散层具有进光下表面及出光上表面。进光下表面对应光源模块的出光面。出光上表面具有并列设置的多个第一微结构。第一微结构优选为线形结构，且具有三角形的剖面形状。此外，第一微结构优选以光学薄膜工艺形成于第一扩散层上。
第二扩散层设置于第一扩散层的上方，且具有下表面及上表面。下表面对应于第一扩散层的出光上表面，上表面则具有并列设置的多个第二微结构。第二微结构优选也为线形结构，且具有三角形的剖面形状。此外，第二微结构优选以贴附方式形成于第一扩散层上。
每一第一微结构的宽度与每一第二微结构的宽度比率介于1.1至1.8之间。每一第一微结构的高度与每一第二微结构的高度比率则介于0.8至1.5之间。藉由此比率设计，本发明的光源扩散模块得以产生优选的光源扩散效果，并得到均匀的光线输出。此外，由于光线经过第一微结构及第二微结构时均会有增强作用，故光线经过第一扩散层及第二扩散层后不会造成过多的亮度损失。
在另一实施例中，光源扩散模块进一步包括第三扩散层。第三扩散层设置于第一扩散层及第二扩散层之间，且其雾度值(Haze)优选在80％以上。
附图说明
图1a为现有技术的液晶显示面板结构；
图1b为使用图1a所示结构所得的光源分布模拟图；
图2为本发明背光模块实施例的元件分解图；
图3为图2所示实施例的剖面示意图；
图4为本发明另一实施例的元件分解图；
图5为图4所示实施例的剖面示意图；
图6为使用图4所示实施例所得的光源分布模拟图。
主要元件符号说明
100 光源模块
110 出光面
130 灯管
150 反射片
300 光源扩散模块
310 第一扩散层
311 进光下表面
313 出光上表面
320 第二扩散层
321 下表面
323 上表面
330 第三扩散层
410 第一微结构
420 第二微结构
P1 第一宽度
P2 第二宽度
H1 第一高度
H2 第二高度
具体实施方式
本发明提供一种光源扩散模块，以及使用此光源扩散模块的背光模块。以优选实施例而言，此背光模块供液晶显示面板使用。然而在不同实施例中，此背光模块也可供计算机键盘、移动电话按键、广告牌及其它需要平面光源的装置使用。进一步而言，本发明还包括使用此光源扩散模块的液晶显示面板。在优选实施例中，本发明的液晶显示面板包括一彩色液晶显示面板。然而在不同实施例中，本发明的液晶面板也可包括单色的液晶面板。而液晶显示装置则泛指使用液晶面板的显示装置，包括家用的液晶电视、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，本发明的背光模块主要包括光源模块100及光源扩散模块300。光源模块100具有出光面110，且优选具有灯管130及反射片150。光源模块100发出的光线经由出光面110射出光源模块110之外。然而在不同实施例中，光源模块100也可使用灯管130以外的发光源，例如发光二极管等等。
如图3所示，光源扩散模块300设置成对应于光源模块100的出光面110，且优选直接设置于光源模块100上。光源扩散模块300主要包括第一扩散层310及第二扩散层320。在优选实施例中，第一扩散层310由聚环烯烃高分子(Cyclo Olefin Polymer，COP)所制成。然而在不同实施例中，第一扩散层310也可由其它有机材质所制成，例如聚对苯二甲酸乙二酯(Polyester，PET)及聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等。第二扩散层320优选包括一光学膜片，且在优选实施例中，第二扩散层320由聚对苯二甲酸乙二酯所制成。然而在不同实施例中，第二扩散层320也可由其它有机材质所制成，例如聚碳酸酯等。
第一扩散层310具有进光下表面311及出光上表面313。进光下表面311对应光源模块100的出光面110。出光上表面313具有并列设置的多个第一微结构410。在图2所示的实施例中，第一微结构410为线形结构，且相互平行地设置于出光上表面313上。然而在不同实施例中，第一微结构410也可具有其它不同的图案(Pattern)。此外，如图3所示，第一微结构410优选具有三角形的剖面形状。然而在不同实施例中，第一微结构410也可具有半圆形、多边形或其它不同的剖面形状。
第一微结构410优选以光学薄膜工艺形成于第一扩散层310上。此处所言的光学薄膜工艺包括蚀刻、光刻、镀膜等工艺。然而在不同实施例中，第一微结构410也可以贴附或其它方式形成于第一扩散层310上。此外，第一微结构410可以由与第一扩散层310相同的材料制成。然而在不同实施例中，第一微结构410也可由其它材料所制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)等。
如图3所示，第二扩散层320设置于第一扩散层310的上方。第二扩散层320具有下表面321及上表面323，且下表面321对应于第一扩散层310的出光上表面313。上表面323具有并列设置的多个第二微结构420。在图2所示的实施例中，第二微结构420为线形结构，且相互平行地设置于上表面323上。然而在不同实施例中，第二微结构420也可具有其它不同的图案(Pattern)。此外，如图3所示，第二微结构420优选具有三角形的剖面形状。然而在不同实施例中，第二微结构420也可具有半圆形、多边形或其它不同的剖面形状。
如图2所示，第一微结构410与第二微结构420优选采用同向设置，即第一微结构410与第二微结构420均沿同一方向延伸。此外，第一微结构410与第二微结构420的走向优选与灯管130的设置方向平行。
第二微结构420优选以贴附方式形成于第二扩散层320上。然而在不同实施例中，第二微结构420以光学薄膜工艺或其它方式形成于第二扩散层320上。此处所言的光学薄膜工艺包括蚀刻、光刻、镀膜等工艺。此外在优选实施例中，第二微结构420由聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)所制成。然而在不同实施例中，第二微结构420也可由与第二扩散层320相同的材料或其它不同材料制成。
如图3所示，第一微结构410具有第一宽度P1，且第二微结构420具有第二宽度P2。第一宽度P1与第二宽度P2的比率介于1.1至1.8之间。换言之，即第一宽度P1为第二宽度P2的1.1至1.8倍之间。在优选实施例中，第一宽度P1介于65微米(μm)与75微米之间，而第二宽度P2则介于48微米(μm)与52微米之间。藉由此比率设计，本发明的光源扩散模块300得以产生较佳的光源扩散效果，并得到均匀的光线输出。
在优选实施例中，每一第一微结构410均具有相等的第一宽度P1。然而在不同实施例中，每一第一微结构410的宽度不必然与其它第一微结构410的宽度相等。换言之，并非每一第一微结构410均具有第一宽度P1。部分第一微结构410具有与第一宽度P1不同的第三宽度P3。只是第三宽度P3与第二宽度P2的比率仍维持介于1.1至1.8之间。
同理，在优选实施例中，每一第二微结构420均具有相等的第二宽度P2。然而在不同实施例中，每一第二微结构420的宽度不必然与其它第二微结构420的宽度相等。换言之，并非每一第二微结构420均具有第二宽度P2。部分第二微结构420具有与第二宽度P2不同的第四宽度P4。只是第一宽度P1与第四宽度P4的比率仍维持介于1.1至1.8之间。
在如图3所示的优选实施例中，每一第一微结构410均具有第一高度H1，且每一第二微结构420均具有第二高度H2。第一高度H1与第二高度H2的比率介于0.8至1.5之间。换言之，即第一高度H1为第二高度H2的0.8至1.5倍之间。此外在优选实施例中，第一高度H1介于22微米(μm)与26微米之间，而第二高度H2则介于23微米(μm)与27微米之间。
在优选实施例中，每一第一微结构410均具有相等的第一高度H1。然而在不同实施例中，每一第一微结构410的高度不必然与其它第一微结构410的高度相等。换言之，并非每一第一微结构410均具有第一高度H1。部分第一微结构410具有与第一高度H1不同的第三高度H3。只是第三高度H3与第二高度H2的比率仍维持介于0.8至1.5之间。
同理，在优选实施例中，每一第二微结构420均具有相等的第二高度H2。然而在不同实施例中，每一第二微结构420的高度不必然与其它第二微结构420的高度相等。换言之，并非每一第二微结构420均具有第二高度H2。部分第二微结构420具有与第二高度H2不同的第四高度H4。只是第一高度H1与第四高度H4的比率仍维持介于0.8至1.5之间。
在如图3所示的实施例中，当光线自光源模块100的出光面110射出后，即由第一扩散层310的进光下表面311进入第一扩散层310。接着光线经由第一微结构410处理后自出光上表面313射出。射出的光线接着进入第二扩散层320，并经由第二微结构420处理后形成均匀的光源并自第二扩散层的上表面323射出。此外，由于光线经过第一微结构410及第二微结构420时均会有增强作用，故光线经过第一扩散层310及第二扩散层320后不会造成过多的亮度损失。
图4及图5为本发明的另一实施例。在此实施例中，光源扩散模块300进一步包括第三扩散层330。第三扩散层330设置于第一扩散层310及第二扩散层320之间。即光线自第一扩散层310的出光上表面313射出后，在进入第二扩散层320前会先进入第三扩散层330。经第三扩散层330的扩散处理后，光线再自第三扩散层330进入第二扩散层320。
第三扩散层330的雾度值(Haze)优选在80％以上。在优选实施例中，第三扩散层330上具有多个微粒结构，使第三扩散层330具有足够的雾度值，以产生扩散效果。在优选实施例中，第三扩散层330为一光学扩散膜片，且由聚对苯二甲酸乙二酯(Polyester，PET)所制成。然而在不同实施例中，第三扩散层330也可由其它有机材质所制成，例如聚碳酸酯等。
图6所示为使用图4及图5所示实施例中结构所得的光源分布模拟图，其中深色部分为光线较弱之处，而浅色部分为光线较强之处。如图6所示，浅色部分已被均匀扩散，并与深色部分交错相混，并无特殊集中的状况。且亮度较弱的深色部分连续的状况也被减少。由此可知，由光源模块100中灯管130发出的光线已被均匀扩散，即由光源扩散模块300输出的光线具有较现有技术均匀分布的特性。
此外，除光源均匀度提升外，所输出的光线亮度也不会受严重影响。例如将图4及图5所示实施例应用于液晶显示面板时，以32时的面板而言，仅需在光源模块100内设置12支以下的灯管130，即可达到400烛光/平方米(cd/m2，NIT)的亮度，甚至达到500NIT的亮度。若以37时的面板而言，若欲达到相同亮度，也仅需设置14支以下的灯管130。以45时到47时的面板尺寸而言，则需设置20支以下的灯管130。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已披露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包括于权利要求范围的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。
Claims (31)
1.一种光源扩散模块，供与一光源模块配合使用，该光源扩散模块包括：
一第一扩散层，具有一进光下表面及一出光上表面，其中该出光上表面具有并列设置的多个第一微结构，该多个第一微结构为线形结构且相互平行地设置在该出光上表面上，每一该第一微结构具有一第一宽度；以及
一第二扩散层，设置于该第一扩散层的上方，并具有一下表面及一上表面，其中该下表面对应该第一扩散层的该出光上表面，而该上表面则具有并列设置的多个第二微结构，该多个第二微结构为线形结构且相互平行地设置在该出光上表面上，每一该第二微结构具有一第二宽度；
其中该第一宽度与该第二宽度的比率介于1.1至1.8之间。
2.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一宽度介于65微米与75微米之间。
3.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第二宽度介于48微米与52微米之间。
4.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中每一该第一微结构的该第一宽度彼此相等或不相等。
5.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中每一该第二微结构的该第二宽度彼此相等或不相等。
6.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中每一该第一微结构具有一第一高度，每一该第二微结构具有一第二高度，该第一高度与该第二高度的比率介于0.8至1.5之间。
7.如权利要求6所述的光源扩散模块，其中该第一高度介于22微米与26微米之间。
8.如权利要求6所述的光源扩散模块，其中该第二高度介于23微米与27微米之间。
9.如权利要求6所述的光源扩散模块，其中每一该第一微结构的该第一高度彼此相等或不相等。
10.如权利要求6所述的光源扩散模块，其中没有该第二微结构的该第二高度彼此相等或不相等。
11.如权利要求1所述的光源扩散模块，进一步包括一第三扩散层，该第三扩散层设置于该第一扩散层与该第二扩散层之间，其中该第三扩散层的雾度值在80％以上。
12.如权利要求11所述的光源扩散模块，其中该第三扩散层的材质包含聚对苯二甲酸乙二酯。
13.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一微结构及该第二微结构采用同向设置。
14.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一扩散层包括设置于该光源模块上的一扩散板。
15.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一扩散层的材质包含聚环烯烃高分子。
16.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一微结构以贴附方式形成于该第一扩散层上。
17.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一微结构以一光学薄膜工艺形成于该第一扩散层上。
18.如权利要求17所述的光源扩散模块，其中该光学薄膜工艺包括一蚀刻工艺。
19.如权利要求17所述的光源扩散模块，其中该光学薄膜工艺包括一光刻工艺。
20.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一微结构的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯。
21.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第二扩散层包括一光学膜片。
22.如权利要求21所述的光源扩散模块，其中该光学膜片的材质包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯的任一种或其组合。
23.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第二微结构以贴附方式形成于该第二扩散层上。
24.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第二微结构以一光学薄膜工艺形成于该第二扩散层上。
25.如权利要求24所述的光源扩散模块，其中该光学薄膜工艺包括一蚀刻工艺。
26.如权利要求24所述的光源扩散模块，其中该光学薄膜工艺包括一光刻工艺。
27.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第二微结构的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯。
28.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第一微结构具有一三角形的剖面形状。
29.如权利要求1所述的光源扩散模块，其中该第二微结构具有一三角形的剖面形状。
30.一种背光模块，包括：
一光源模块，具有一出光面；以及
一如权利要求1所述的光源扩散模块，该光源扩散模块设置成对应于该出光面。
31.一种应用如权利要求1所述的光源扩散模块的液晶显示装置，该液晶显示装置包括液晶电视、液晶监视器、移动电话的液晶显示屏或数字相机的液晶显示屏。
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