CN101630028A - 复合式扩散板结构、背光模块与液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示器包括：一液晶显示面板及一用于提供该液晶显示面板所需光源的背光模块。该背光模块包括：一反射单元、一发光单元及一复合式扩散板结构。该发光单元具有多个容置于该反射单元的容置空间的发光元件。该复合式扩散板结构设置于该发光单元的一侧，并且包括：一透光本体单元及一印刷式微型结构透镜扩散单元。该透光本体单元具有一透光主层、多颗形成于该透光本体单元内部的微型扩散颗粒，使光线于透光本体单元内扩散。该透光本体单元的两侧具有一入光面与一出光面。该印刷式微型结构透镜扩散单元具有多个通过印刷方式而成形于该透光本体单元入光面或出光面上的印刷式微型结构透镜扩散点。

Description

复合式扩散板结构、背光模块与液晶显示器

技术领域

本发明有关于一种复合式扩散板结构、背光模块与液晶显示器，尤指一种可提高亮度与可视角范围的复合式扩散板结构及使用该复合式扩散板结构的背光模块与液晶显示器。

背景技术

由于背光模块尺寸的需求越来越大，而传统中小尺寸的使用的侧光式(Side-light)背光模块逐渐被直下式(Direct-light)的背光模块所取代，侧光式的背光模块由于光源是由导光板侧边打入，光线利用全反射(Total reflection)原理在导光板内部反复的反射、散射来增加光程与均匀度，再藉由光学设计的微结构来破坏全反射将光线均匀的打出导光板后，再经扩散膜增加扩散，并经增亮膜将光线聚光到正向视角后再折射出后提供给本身不发光的液晶面板显示影像所需的光线。侧光式模块因灯管藏在导光板侧边，并由灯罩覆盖，所以人眼不会直接看到灯管，所以均匀性皆较容易由导光板设计来控制，而灯管受限于导光板的厚度，所以亮度都较为不足，需要增加增亮膜来提升辉度，但是最后观看的视角往往因为聚光片的使用后使视角变小，所以便不适合同时多人观看。反观目前LCD-TV主流的直下式的背光模块，因为所需的尺寸越大时，以大型导光板射出平整性与射出机的吨数需求很大不易达成，制作的难度越高，且整体的重量越重，所以常见侧光导光板已经不适用大尺寸电视的需求，且因为面积越大所需要的辉度(Brightness)或亮度需求越高，灯管数相对要多很多，所以侧光式的导光板因无法容下多支灯管，已不能满足现在的大面积且高辉度的需求。大尺寸的液晶电视不再使用需要导光板的侧光式背光模块，目前都采用能使用多灯管的直下式背光模块才能达到高辉度与广视角的电视需求。

背光模块主要提供液晶显示面板一均匀、高亮度的光源，基本原理是将常用的类似点或线型光源，通过简洁有效光机构转化成高亮度且均一辉度的面光源产品。一般侧光式的光学设计结构为利用冷阴极管的线型光源经反射罩进入导光板，转化线光源的分布成均匀的面光源，再经扩散片的均光作用与棱镜片的集光作用以提高光源的亮度与均齐度。

一般来说，光线自光源发出后经一扩散板射出，但由扩散板射出的光的指向性较差，因此必须利用棱镜片(Prism sheet)來修正光的方向，其原理藉由设计的几何结构使光线折射与全反射來达到凝聚光线、提高正面辉度的目的，但经由此方式所得到的背光源由于仅是将大视角光线往小角度收敛来达成增亮效果，所以视角会变小，使得显示器在观看上会出现视角太小的问题，亦即使用者必须在显示器正面的一个小角度范围观看画面，否则将无法清楚欣赏显示器所播放的影像，此即造成使用者相当程度的不便，因此目前也有新式利用多层膜干涉原理达成偏光转换的增亮膜(DBEF)来达成不压缩视角而达全视角增亮的设计。使用直下式背光模块的液晶电视由于背光模块中的多根灯管是直接设置在背光模块的灯箱内，灯管发出的灯光是人眼会直接直视的，所以若仅将灯管放入灯箱而未将光线作均匀设计时就不能当成背光源使用，这样会造成背光模块的均匀不佳，出现明暗的辉度变化，造成所谓的灯管影像与灯管不均匀现象(日本称为MURA)，直下式背光模块的灯源设置情况就如我们直视的日光灯管一样，看到有灯管的地方是最亮，而灯管与灯管中间暗带区的辉度就降的很低，所以直下式背光模块都需要扩散板与多张扩散膜甚至用微结构式扩散膜片来将灯管影像遮掩或扩散开来，达成均匀的背光源目的，唯有这样均匀的背光模块才不会造成液晶画面显示的不均匀现象，本发明的复合式扩散板由于可以将MURA问题降低或消除，未来将可以提供背光模块、广告灯箱、照明灯具、路灯等的扩散板的需要均匀的照明使用需求。

本发明人有感上述缺失之可改善，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究，并配合学理的运用，而提出一种设计合理且有效改善上述缺失的本发明。

发明内容

本发明在于提供一种可提高亮度与可视角范围的复合式扩散板结构及使用该复合式扩散板结构的背光模块与液晶显示器，其目的在于：在降低电力的环保需求(减少灯管)及降低背光模块厚度(轻、薄)的前提下，依然维持背光模块的光源辉度并提升光线扩散，进而提供液晶显示器较佳的辉度均匀性及较大的观看视角。换言之，本发明在减少灯管或降低背光模块厚度的情况下可以降低或消除MURA的问题。

根据本发明的其中一种方案，提供一种复合式扩散板结构，其包括：一透光本体单元及一印刷式微型结构透镜扩散单元。其中，该透光本体单元具有一透光主层、多颗形成于该透光主层内部的微型扩散颗粒(Micro diffusionparticle)，使光线于透光本体单元内扩散。其中该透光本体单元的两侧具有一入光面与一出光面。该印刷式微型结构透镜扩散单元具有多个通过印刷方式而成形于该透光本体单元入光面或出光面上的印刷式微型结构透镜扩散点(Printing microlens diffusion dot)。

根据本发明的其中一种方案，提供一种背光模块，其包括：一反射单元、一发光单元及一复合式扩散板结构。其中，该反射单元具有一反射板、一由该反射板所围成的容置空间、及一形成于该反射板的内表面的反射涂层。该发光单元具有多个容置于该容置空间内的发光元件。

此外，该复合式扩散板结构设置于该发光单元的上方，并且该复合式扩散板结构包括：一透光本体单元及一印刷式微型结构透镜扩散单元。其中，该透光本体单元具有一透光主层、多颗形成于该透光主层内部的微型扩散颗粒(Micro diffusion particle)，使光线在透光本体单元内扩散。其中该透光本体单元的两侧具有一入光面与一出光面。该印刷式微型结构透镜扩散单元具有多个通过印刷方式而成形于该透光本体单元入光面或出光面上的印刷式微型结构透镜扩散点(Printing microlens diffusion dot)。

根据本发明的其中一种方案，提供一种液晶显示器，其包括：一液晶显示面板及一背光模块，并且该背光模块设置于该液晶显示面板的下端以提供该液晶显示面板所需的光源。

再者，该背光模块包括：一反射单元、一发光单元及一复合式扩散板结构。其中，该反射单元具有一反射板、一由该反射板所围成的容置空间、及一形成于该反射板的内表面的反射涂层。该发光单元具有多个容置于该容置空间内的发光元件。

为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1A为本发明液晶显示器的第一实施例的侧视分解示意图；

图1B为本发明液晶显示器的第一实施例的侧视组合示图；

图2A为本发明液晶显示器的第二实施例的侧视分解示意图；

图2B为本发明液晶显示器的第二实施例的侧视组合示图；

图3A为本发明第一种发光元件的部分排列上视示意图；

图3B为本发明配合第一种发光元件所使用的第一种具有不同网点密度及尺寸的网版的部分上视图；

图4A为本发明第二种发光元件的部分排列上视示意图；

图4B为本发明配合第二种发光元件所使用的第二种具有不同网点密度及尺寸的网版的部分上视图；

图5为本发明具有不同形状、尺寸、密度的印刷式微型结构透镜扩散点及微型结构透镜的部分侧视示意图；

图6A为习知只具有透光本体单元的复合式扩散板结构的示意图；

图6B为本发明具有透光本体单元及印刷式微型结构透镜扩散单元的复合式扩散板结构的示意图；

图6C为本发明具有透光本体单元、印刷式微型结构透镜扩散单元及微型结构透镜扩散单元的复合式扩散板结构的示意图；以及

图7为图6A至图6C的亮度比较图。

【主要元件符号说明】

复合式扩散板结构    Da

透光本体单元        3a

液晶显示面板        L

背光模块            B1、B2

反射单元            1

反射板              10

容置空间            11

反射涂层            12

发光单元                    2

发光元件                    20、20a、20b

复合式扩散板结构            D1、D2

透光本体单元                3

透光主层                    30

透光副层                    300

透光副层                    301

入光面                      302

出光面                      303

微型扩散颗粒                31

印刷式微型结构透镜扩散单元  4

印刷式微型结构透镜扩散点    40、40a

微型结构透镜扩散单元        5

微型结构透镜                50、50a

第一扩散膜                  6

第二扩散膜                  7

第三扩散膜                  8

网版                        S1、S2

网点                        N1、N2

具体实施方式

请参阅图1A及图1B所示，本发明第一实施例提供一种液晶显示器，其包括：一液晶显示面板L及一背光模块B1，并且该背光模块B1设置于该液晶显示面板L的下端以提供该液晶显示面板L所需的光源。此外，该背光模块B1包括：一反射单元1、一发光单元2、一复合式扩散板结构D1、及三片依序设置于该复合式扩散板结构D1上方的一第一扩散膜6、一第二扩散膜7及一第三扩散膜8。

其中，该反射单元1具有一反射板10、一由该反射板10所围成的容置空间11、及一形成于该反射板10的内表面的反射涂层12，其中该反射涂层12常为一具有高反射特性的膜片所构成，其通常被贴附于反射板10上，亦有直接将高反射涂料涂布于该反射板10上的设计，其中该反射板10可为呈现一具有杯状(Cup-shaped)或任意形状的半开放式结构，且多为冲压的铁件或其它轻金属件构成。此外，该反射涂层12可为白色涂层或银色涂层，银色涂层多为蒸镀铝、银等高反射性材质，能提供高辉度需求，但由于类似镜面所以扩散散射能力很差，而白色涂层多为增加散射的用途，较能将光线均匀扩散开，而该白色反射涂层多为含高度密度扩散颗粒或经发泡的膜片所构成，原理是利用折射率的差异造成光线的高度散射与反射达成均匀散射反射的作用。

再者，该发光单元2具有多个容置于该容置空间11内的发光元件20，并且依据不同的需求，该等发光元件20可为多个冷阴极灯管(Cold CathodeFluorescent Lamps，CCFL)、多个发光二极管(LED)、热阴极灯管(HCFL)、或其它任意型式的可发光元件。此外，由图1B可知，该等发光元件20所投射出来的光线可直接向上方投射或通过反射涂层12的反射与散射后再向上方投射，其中上述的白色涂层用于使得反射后的光线产生较高的均匀度(Uniformity)，而上述的银色涂层用于使得反射后的光线产生较高的亮度(Brightness)。

另外，该复合式扩散板结构D1设置于该发光单元2的上方，其中该复合式扩散板结构D1包括：一透光本体单元3及一印刷式微型结构透镜扩散单元4。其中，该透光本体单元3具有一透光主层30及多颗形成于该透光主层30内部的微型扩散颗粒(Micro diffusion particle)31，颗粒一般为透光材料与本体30的折射率有差异，折射率差异越大其扩散能力会越高，而微型扩散颗粒31的形状一般为圆球形，亦有长条型，椭圆形等特殊形状或多种大小不同或形状不同或材质折射率不同的扩散颗粒混合而成，扩散颗粒的形状、大小、折射率、分布密度都会影响扩散板的扩散能力与穿透率。并且该透光主层30的上表面及下表面可再设置具有一与该透光主层共押出(Co-extrusion)的透光副层(Sub-layer)(300、301)，而此透光副层常依工艺需求而有所设计，一般而言，透光副层的厚度都比透光主层小，透光副层300、301的厚度约为透光主层30的5％～30％，若采多层共押出工艺，亦可制作具有更多层透光副层300、301的扩散板。一般也可采无透光副层300、301的设计而仅设置透光主层30的扩散板。以共押出(Co-extrusion)工艺而言，该透光副层300、301内主要会添加紫外光吸收剂，可将大部分紫外光线吸收，以免液晶受灯管发出的紫外光线长期照射而损坏或劣化，透光副层300与301层一般都是可以再额外添加一些功能型辅助添加剂于其内部，如抗紫外线、荧光增白剂、抗静电剂等。而微型扩散颗粒31亦有可以添加在此透光副层300与301中，亦有仅将微型扩散颗粒31不添加于透光主层30内，而仅添加于透光副层300与301中的设计，即透光主层30与透光副层301、303内部均可以添加微型扩散颗粒31。若以单层押出工艺而言，因无设置透光副层300、301于透光主层30的上下表面，此时会仅将紫外线吸收剂或微型扩散颗粒31添加在透光主层30之内，此时入光面302与出光面303将直接设置于透光主层30的表面上。

再者，扩散板若有设置透光副层300、301于透光主层30的两相对端时，此时入光面302及一出光面303即设置于透光副层300、301的两侧表面。扩散板若无设置透光副层300、301时，入光面302及出光面303就直接设置于透光主层30的两侧表面。而本发明的微结构透镜50与印刷式微型结构透镜扩散点40就设置于入光面302与出光面303上，并且该透光主层30的材质与透光副层300、301的材质可为选自聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)，甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯(Methylmethacrylate Styrenre，MS)或聚丙烯(Polypropylene，PP)的材料或其它高分子聚合热塑性材料的选择或相互混合一定比例添加。然而，上述的材质只是用来举例说明而已，其并非用以限定本发明。

另外，该等微型扩散颗粒31是以0.001％至50％的比例添加于该透光主层30或透光副层300、301中，并且该等微型扩散颗粒31的任一方向的光学折射率(Refract index)与该透光主层30的光学折射率的差异在±0.02～±0.5之间，通常折射率差异越大的扩散性越高。而针对具有高穿透率特性的具表面微结构型的新式扩散板而言，为了维持其高穿透率的特性而常仅会少量添加扩散微型颗粒31的颗粒于透光本体单元3内部的透光主层30或透光副层300、301内。此外，该等微型扩散颗粒31可为聚甲基丙烯酸甲酯粒子(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸脂粒子(Polycarbonate，PC)、聚苯乙烯粒子(Polystyrene，PS)或聚丙烯(Polypropylene，PP)或二氧化硅(SiO2)，甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯(Methylmethacrylate Styrenre，MS)或其它混合的高分子聚合材料，并且该等透明微型扩散颗粒31的粒径界于0.1至30微米(μm)之间，根据米氏(Mie)散射理论，微型扩散颗粒31的颗粒大小变化会影响散射的型态与散射配光角度。然而，上述微型扩散颗粒31的材质只是用来举例说明而已，其并非用以限定本发明。

此外，该印刷式微型结构透镜扩散单元4具有多个通过网版印刷(Screen-printing)方式而成形于该透光本体单元3的入光面302上的印刷式微型结构透镜扩散点(Printing microlens diffusion dot)40，并且该等印刷式微型结构透镜扩散点40的上表面可为非球形表面或类似些微凹凸起伏的曲面所构成，印刷式微型结构透镜扩散点40大小或密度分布的设计并可将其设计为圆形，方形，或多边形等基本组成单元的分布型态，或多种不同形状依一定比例混合，实际网版印刷工艺时其印刷式微型结构透镜扩散点40的大小也因印刷网版的网目的大小、密度不同而有些微差异，网版印刷的工艺、印刷油墨材料的黏度都会对形状与最后的光学特性有所影响。大致而言，此印刷式微型结构透镜扩散点40的大小分布约从10μm～4mm，此印刷式微型结构透镜扩散点40的尺寸大小与精准度会受限于网版张网的网目(Mesh)大小，较稳定的网版印刷工艺以60um～1mm的网点尺寸较佳，印刷式微型结构透镜扩散点40分布的高度约为2μm～30μm，较佳的印刷高度以4～18um较易控制，高度会受限于印刷时的油墨黏度，下墨量、刮刀压力、刮刀速度、刮刀硬度、网布网目、网布材质、网布厚度与印刷机的机械参数。印刷式微型结构透镜扩散点40的主要成分为树脂类混合物与扩散颗粒如二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡、稀释剂、辅助添加剂等，一般工艺会因不同类型油墨的工艺手段不同，印刷工艺结束会经热或紫外光等干燥固化而将所设计的印刷式微型扩散点40成形于扩散板的表面上，即印刷式微型结构透镜扩散点40可依需求设置于透光本体单元3的入光面302或出光面303上，如需更高扩散性时可于入光面302与出光面303两面皆设置印刷式微型结构透镜扩散点40。

再者，该等发光元件20上方的印刷式微型结构透镜扩散点40的排列密度较高，而离该等发光元件20上方偏一边的印刷式微型结构透镜扩散点40的排列密度较低，但是此特性仍须根据整体机构设计与膜片的搭配而改变，扩散点40亦可能出现呈现非单调递增或单调递减的大小分布或密度分布状态。分布与尺寸大小有可能由大变小再变大，或由小变大再变小的变化。这都因使用的膜片组配与背光模块灯管间距与模块的厚度与反射片的扩散特性(BSDF)有关，这些印刷式微型结构透镜扩散点40的大小与间隔密度差异都可藉由光学仿真(Optical simulation)来设计并分析而调整之。若以一般的设计架构而言，一部分的印刷式微型结构透镜扩散点40靠近该等发光元件20，另一部分的印刷式微型结构透镜扩散点40远离该等发光元件20，并且靠近该等发光元件20的印刷式微型结构透镜扩散点40的密度比远离该等发光元件20的印刷式微型结构透镜扩散点40的密度大，当然除了可用密度分布调整外也可以设计成印刷式微型结构透镜扩散点40的直径大小可依灯管的位置而变化，印刷式微型结构透镜扩散点40的密度与尺寸大小的变化这都是可使用的光学设计调整手段。

再者，依实际的设计需求，上述三片依序设置于该复合式扩散板结构D1上的一第一扩散膜6、一第二扩散膜7及一第三扩散膜8可变换为「一第一扩散膜、一第二扩散膜及一反射式偏光增亮膜(Dual Brightness EnhancementFilm，DBEF)」或「一第一扩散膜、一第二扩散膜及一具超微细棱镜结构的增亮膜(Brightness Enhancement Film，BEF)」。当然，依据不同的需求，亦可增加或减少扩散膜或增亮膜或其它新型微结构光学膜片的数量。以目前降低成本与轻薄(Slim)的设计趋势而言，都会尽量将可用膜片数量减少，目前也有只用两张下扩散膜的背光机种设计，但可知膜片减少后灯管MURA与辉度不均问题会更严重，而以本发明的设计可以降低使用的膜片数量并降低或消除MURA问题。

因此，由图1B的箭头可知，通过该反射涂层12、该等印刷式微型结构透镜扩散点40及该等微型扩散颗粒31的配合，以使得该等发光元件20所产生的光线产生散射(Scattering)，进而增加穿出该出光面303的光线的扩散度及均匀度。特别是：本发明通过该等成形于该透光主层30的入光面302上的印刷式微型结构透镜扩散点(Printing microlens diffusion dot)40来均匀散射该等发光元件20所产生的强烈的直射光线，使得该等发光元件20所产生的光线产生散射反射，亦即使得该等发光元件20上方较亮区域的亮度降低，此时此光线就能因印刷式微型结构透镜扩散点40的设置而将光线反射到两灯管之间的暗带区域，这样就使得该等发光元件20旁侧原本较暗的区域的亮度明显增加。这种能散射灯管上方亮带的强烈光线并使其光线反射打到两灯管之间暗带区上方的效果就能降低明暗的差异，就是能降低MURA的主要原理。因此，本发明以解决源头的方式，采用该等印刷式微型结构透镜扩散点40为进行光均匀化的第一修正手段，有效地来增加光线扩散度及均匀度，进而提供液晶显示器较佳的正向辉度及较大的观看视角。因为光线如果先在进入扩散板内部之前已经先经一次印刷式微型结构透镜扩散点40散射反射的均匀过程，就可以使整体背光模块的均匀性明显提升。而本发明利用印刷式微型结构透镜扩散点40的尺寸大小、形状、厚度、与密度分布来微调进入扩散板的光线后，首先此手段已经将灯管上方的辉度降低并同时提升两灯管之间暗带的辉度，所以就已经可以明显减低明暗的MURA差距。可知印刷式微型结构透镜扩散点40的主要功用是调整打入扩散板的透光主层30与透光副层300、301之前的光线分布位置的均匀性。先前技艺的传统直下式扩散板设计，多为使用添加扩散颗粒于扩散板的方式或采用表面具微结构的扩散板设计。现有技术无此印刷式微型结构透镜扩散点40，就无法在灯源光线进入扩散板内部之前来调整光线分布位置的均匀性，仅靠微结构只能调整光线的方向，不能明显地改变光线的位置分布。使用传统扩散板会使进入扩散板的光线一开始就在灯光上方处很强很亮，而两灯管中间的暗带仍然很暗，所以MURA问题就很严重了。这是本发明的复合式扩散板与传统扩散板最大的差异。若是将印刷式微型结构透镜扩散点40设置在出光面303时，此时亦有能将由灯管发出的强光散射并柔化的效果，但因光路径与光程距离不同，一般而言，扩散效果会比设置在入光面处时稍微降低一些，但是这样印刷式微型结构透镜扩散点40可设置于入光面或出光面的设计可以较有弹性的搭配未来灯箱或背光模块机构的设计使用。在新式薄型化或减灯管节能型的背光模块依机构大小考虑与支撑钢性考虑，一般使用扩散板的厚度约0.7～3mm左右，光线在如此薄的厚度内要将光线扩开是很困难的，所以传统扩散板都用增加扩散板厚度来增加扩散的次数与距离，而此时若一味的增加厚度或降低穿透率，过度添加扩散颗粒的数量将会达饱和状态，只会让最后的背光模块辉度下降更多，而MURA也无法消除，过度增加扩散颗粒数量与增加板材的厚度都会使成本费用增加，重量增加，厚度增加。而本发明使用厚度仅几μm厚的印刷式微型结构透镜扩散点40完全不会增加扩散板的厚度与重量问题，并可以大幅地提升扩散板的扩散能力，增加薄型化与减灯省能源背光模块机种的设计空间。

请参阅图2A及图2B所示，本发明第二实施例与第一实施例最大的差别在于：一复合式扩散板结构D2更进一步包括：一微型结构透镜扩散单元(Microlens diffusion unit)5，其具有多个成形于该透光副层301上的出光面303的微型结构透镜50，微型结构透镜50依光源使用不同亦可以由类似条柱状的一维结构方向的排列改为类似二维矩阵数组式排列的透镜结构，微型结构透镜50若是采一维的条柱状透镜时则较适合现在直下式背光模块光源如CCFL，HCFL等的类似线性光源，而微型结构透镜50若采二维数组式的透镜数组设置时则较适合类似点光源如发光二极管(LED)光源的使用。以本发明第二实施例而言，该等微型结构透镜50的微结构结构剖面轮廓为高度约100um而周期约200um半圆轮廓，此半圆形轮廓沿一定方向延伸即形成柱状透镜，一般此种柱状长条微结构的加工可用钻石刀加工成型得的，一般微型结构透镜50的微结构尺寸深度约10～400um，而结构的深宽比(Aspect ratio)都小于1。当然若加工路径可变化时，其柱状延伸的方向可以有不同方向的变化，此时就可以制作出如河流般蜿蜒曲折延伸的柱状透镜，这种蜿蜒曲折分布的长条柱状的微型结构透镜50的好处是具蜿蜒的不规则可以消除规则性物体相叠而产生叠纹(Moiré)干涉的视觉问题，光学膜片与LCD面板叠合时常会有这样的叠纹问题发生。当然，依据不同的背光源与模块灯距、背光机构厚度等设计需求，该微型结构透镜50的轮廓剖面的构成曲线可为半椭圆、菱形(Prism)、非球面(Asphere)或其它任意的形状，或各种结构混合构成的微结构体，不同的微结构体的扩散角度与扩散能力不同，设计时搭配所适合的模块性质、厚度、灯管数也会有较好的配合性与均匀性。而微型结构透镜50为长条状的原因是因为CCFL本身类似为线性光源，故需要较强的一维的扩散能力将其类似线光源扩散成类似面光源，未来更可因光源的不同，其排列而改成数组(Array)形式。以本发明第三实施例而言，如背光源使用LED光源时，此时微型结构透镜50就会使用圆形、四边形或六角型、多边形等具二维方向扩散能力的扩散透镜，即微型结构透镜50就可改设置成二维数组的结构体，如凹凸半球型，凹凸金字塔型，凹凸圆锥型。此二维数组的结构体能将LED等类似轴对称光源将其光线朝各方向均匀扩散，这样类似二维的微结构本体再搭上印刷式微型结构透镜扩散点40的构成的复合扩散板将可以提供LED背光模块使用。本发明的第四实施例，可同时采用类似LED点光源与类似线光源的CCFL同时存在的复合背光光源，此时微型结构透镜50可为一维柱状或二维数组同时并存设置并搭配一维或二维分布的印刷式微型结构透镜扩散点40而形成复合扩散板。

由图2B的光路径箭头可知，光线通过该反射涂层12、该等印刷式微型结构透镜扩散点40、该等微型扩散颗粒31及该微型结构透镜50的配合，以使得该发光元件20所产生的光线产生散射(scatter)，进而增加穿出该出光面303的光线的扩散度及均匀度。特别是：本发明通过该等成形于该透光本体单元3的入光面302上的印刷式微型结构透镜扩散点(Printing microlens diffusiondot)40来散射反射该等发光元件20所产生直接强烈向上射入的光线，使得该等发光元件20所产生的光线产生散射，亦即使得该等发光元件20上方较亮区域的亮度降低，并且使得该等发光元件20旁侧灯管之间较暗区域的亮度增加。因此，本发明以解决源头的方式，采用该等印刷式微型结构透镜扩散点40为进行第一次灯管直射光线的均匀化，有效地来增加光线扩散度及均匀度，进而提供液晶显示器较佳的正向辉度及较大的观看视角。

请参阅图3A及图3B所示，若本发明第一实施例与第二实施例所使用的多个发光元件20a为冷阴极灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamps，CCFL)，第一实施例与第二实施例中的该等印刷式微型结构透镜扩散点40可为多个通过一网版S1而成形于一透光本体单元3的入光面302上的网印式微型结构透镜扩散层(Screen printing microlens diffusion layer)，其中网版S1的网点N1具有不同的密度及尺寸，常见情况是靠近该等发光元件20a的网点N1的密度或尺寸比远离该等发光元件20a的网点N1的密度或尺寸大。换言之，该网点N1的密度大小与该等发光元件20a设置的位置有关，当该等印刷式微型结构透镜扩散点40的油墨通过该网版S1的网点N1而成形于该透光本体单元3的入光面302时(如图1B或图2B所示)，愈靠近该等发光元件20a的印刷式微型结构透镜扩散点40的密度或尺寸愈大(亦即愈靠近该等发光元件20a的网点N1密度或尺寸愈大)。

请参阅图4A及图4B所示，若本发明第三实施例使用的多个发光元件20b为发光二极管，第三实施例中的该等印刷式微型结构透镜扩散点40可为多个通过一网版S2而成形于一透光本体单元3两侧的入光面302上的网印式微型结构透镜扩散层(Screen printing microlens diffusion layer)，其中网版S2的上的网点N2设计具有不同的密度及尺寸大小，印刷工艺后的网点N2大小与密度就会决定印刷式微型结构透镜扩散点40的大小与密度。靠近该等发光元件20b的网点N2的密度与尺寸比远离该等发光元件20b的网点N2的密度大。换言之，该网点N2的密度与尺寸大小与该等发光元件20b设置的位置有关，当印刷油墨通过网版S2上不同大小与密度的透墨网点N2印刷而于入光面302上形成印刷式微型结构透镜扩散点40(如图1B或图2B所示)，愈靠近该等发光元件20b的印刷式微型结构透镜扩散点40的密度与尺寸愈大(亦即愈靠近该等发光元件20b的网点N2密度与尺寸愈大)。

请参阅图5所示，多个印刷式微型结构透镜扩散点40a亦可能出现呈现非单一递增增或递减的大小分布或密度分布状态，有可能由大变小再变大，或由小变大再变小。这都因使用的膜片组配与背光模块灯管间距与模块的厚度与反射片的BSDF扩散特性有关，这些印刷式微型结构透镜扩散点40a的大小与间隔排列密度差异都可藉由光学仿真来设计并分析而调整优化之。当然除了可用密度调整外也可以设计成网点的直径大小依灯管的位置而变化，这都是可用的光学设计的调整手段，再者本发明的印刷式微型结构透镜扩散点，除将印刷式微型结构透镜扩散点40a设置于入光面302外，更可以根据设计的需求将印刷式微型结构透镜扩散点40a设置在出光面303上，这样一样能达到反射散射扩散的效果，其整体均匀扩散的效果也是需搭配微型结构透镜50a的形状与大小，以光学仿真得其结果。或者如图5所示可以将扩散板透光本体单元3的入光面302与出光面303的双面表面以印刷工艺制作印刷式微型结构透镜扩散点40a。整体而言，本发明的复合扩散板其微型结构透镜50a的结构可依据背光源种类的需求设置，可为半球、非球面、椭圆、抛物面、双曲面、或菱形等任意形状组合的一维长条柱状透镜或采二维排列设置的数组透镜数组，印刷的微型结构透镜扩散点40a可以设置与微型结构透镜50a于相同侧或不同侧，即微型结构透镜扩散点40a与微型结构透镜50a可以同时存在于扩散板的透光本体单元3的入光面302或出光面303，这样的光学设计一样可以达到本发明扩散的效果，差异在于先反射与后反射的顺序与光程路线不同，会造成整体光线配光会有所差异，但都可以达成高度扩散的效果。

请参阅图6A至图6C所示，图6A为现有技术只具有透光本体单元3a的复合式扩散板结构Da的示意图，图6B为本发明具有透光本体单元3及印刷式微型结构透镜扩散单元4的复合式扩散板结构D1的示意图，图6C为本发明具有透光本体单元3、印刷式微型结构透镜扩散单元4及微型结构透镜扩散单元5的复合式扩散板结构D2的示意图。

请参阅图7所示，其为图6A至图6C的亮度比较图，图中为截取目前市面量产新式的32时的背光模块的其中部分横截面辉度分布，此模块约使用12根灯管，与传统的32时模块使用16根灯管而言，已明显减少灯管数目达成节能的效果，但相对的减少灯管数目会使灯管与灯管的间距变大，所以MURA问题会变的很严重，此架构仍使用3张扩散膜片，而移除掉任一张扩散膜片都会使MURA问题出现，此为本发明所比对的前案。图7的辉度分布图中起伏的辉度曲线显示此图约有撷取涵盖3根灯管的范围，测量辉度的仪器为TOPCON公司的BM-7色彩辉度计，以视角1度的量测条件来测量此量产的32时直下背光模块，此结果突显使用前案与本发明案的扩散板辉度分布与辉度均匀性的差异。图6A与图6B与图6C中的实验架构都是使用一张扩散板且并未加任何扩散膜片，仅单纯比较扩散板之间的差异。由图中可知，该复合式扩散板结构D2的亮度均匀度及辉度皆优于该复合式扩散板结构D1的亮度均匀度及辉度，并且该复合式扩散板结构D1的亮度均匀度又优于该复合式扩散板结构Da的亮度均匀度。如图7所示，使用此均匀性已极佳的复合式扩散板，并不需要像传统背光模块中使用扩散板的后还需要额外增加3张扩散膜或结构式增亮膜来提升均匀性。使用本发明的单一复合式扩散板仅使用一张扩散膜已经可以达成传统扩散板使用3张扩散膜时一样的均匀的效果。但由于单仅一张扩散板的辉度仍不达背光模块的辉度需求，而增加扩散膜可以再增加辉度，如因辉度的考虑可以再增加1张扩散膜于本发明的复合式扩散板上，或其它增亮膜。而近年来灯管的辉度与LCD面板的透光率因灯管效率提升与液晶面板开口率增加等因素大幅提升，所以未来辉度需求将会越来越不重要，而均匀性需求会因模块的节能耗电需求与厚度变薄的需求而越来越重要。而本发明主要的精神就是解决此均匀性需求未来会越来越重要且越来越难达成的问题。故本发明可以有效降低使用过多张膜片的成本并仍维持极佳的辉度均匀性，因能降低使用的膜片数量并使背光模块的组装手续更为精简并提升组装时的合格率。

然而，上述该等印刷式微型结构透镜扩散点40a的形状、尺寸及排列方式只是用来举例而已，其并非用以限定本发明。

综上所述，本发明具有下列诸优点：

1、提供一具有复合功能的扩散板结构，可同时具有维持光源辉度及提升光线扩散而提升背光模块的均匀性并消除MURA问题的功能，并能提供液晶屏幕较大的观看视角。

2、另一方面，复合式扩散板结构可与发光单元及反射单元相互配合而形成一背光模块(亦可增加数片扩散膜或增亮膜)，以提升背光模块所输出视觉的均匀性质量。

3、此外，因为由复合式扩散板结构、发光单元及反射单元所组合的背光模块可与液晶显示面板相互配合以提供均匀的背光源，所以本发明能提升液晶显示面板所呈现的影像质量。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，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当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 (10)

1、一种复合式扩散板结构，其特征在于，包括：

一透光本体单元，包含一透光主层，多颗形成于该透光主层内部的微型扩散颗粒，其中透光本体单元的表面上下两侧分别具有一入光面及一出光面；

一印刷式微型结构透镜扩散单元，其具有多个通过印刷方式而成形于该透光本体单元的入光面或出光面上的印刷式微型结构透镜扩散点；以及

一微型结构透镜扩散单元，其成形于该透光本体单元的入光面或出光面，并且该微型结构透镜扩散单元具有多个能将光线作折射与反射的微结构透镜。

2、如权利要求1所述的复合式扩散板结构，其特征在于：该透光本体单元除包含一透光主层外，在透光主层上表面或下表面分别可设置至少一层透光副层，在该透光副层内部可包含多颗微型扩散颗粒。

3、如权利要求1所述的复合式扩散板结构，其特征在于：该等微型扩散颗粒以0.001％至50％的重量比例添加于该透光本体单元内，并且该等微型扩散颗粒的平均折射率与该透光本体单元的材料的折射率的差异在±0.02～±0.5之间。

4、如权利要求1所述的复合式扩散板结构，其特征在于：该等微型扩散颗粒为聚甲基丙烯酸甲酯粒子、聚碳酸脂粒子、聚苯乙烯粒子、聚丙烯、二氧化硅、或甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯，并且该等透明微型扩散颗粒的粒径界于0.1至30微米之间。

5、如权利要求1所述的复合式扩散板结构，其特征在于：该等印刷式微型结构透镜扩散点为多个通过一具有不同网点密度及尺寸的网版印刷而成形于该透光本体单元表面上的网印式微型结构透镜扩散层。

6、如权利要求1所述的复合式扩散板结构，其特征在于：该等印刷式微型结构透镜扩散点由多个微型颗粒与环氧树脂混合而成，并且该等微型颗粒的材质为二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡、或选至二氧化硅、二氧化钛及硫酸钡的混合物。

7、如权利要求1所述的复合式扩散板结构，其特征在于：微型结构透镜扩散单元的微结构透镜为一维条状透镜或二维数组式透镜构成。

8、如权利要求1所述的复合式扩散板结构，其特征在于：微型结构透镜扩散单元的微结构透镜为一维条状透镜或二维数组式透镜混合而成。

9、一种背光模块，其特征在于，包括：

一反射单元，其具有一反射板、一由该反射板所围成的容置空间、及一形成于该反射板的内表面的反射涂层；

一发光单元，其具有多个容置于该容置空间内的发光元件；

一复合式扩散板结构，其设置于该发光单元的上方，其中该复合式扩散板结构包括：

一透光本体单元，其具有一透光主层、多颗形成于该透光本体单元内部的微型扩散颗粒，其中透光本体单元的表面两侧分别具有一入光面及一出光面；以及

一印刷式微型结构透镜扩散单元，其具有多个通过印刷方式而成形于该透光本体单元的入光面或出光面上的印刷式微型结构透镜扩散点。

10、一种液晶显示器，其特征在于，包括：

一液晶显示面板；

一背光模块，其设置于该液晶显示面板的下端以提供该液晶显示面板所需的光源，其中该背光模块包括：

一反射单元，其具有一反射板、一由该反射板所围成的容置空间、及一形成于该反射板的内表面的反射涂层；

一发光单元，其具有多个容置于该容置空间内的发光元件；以及

一复合式扩散板结构，其设置于该发光单元的上方，其中该复合式扩散板结构包括：

一透光本体单元，其具有一透光本体单元、多颗形成于该透光本体单元内部的微型扩散颗粒，其中该透光本体单元的两相对端分别具有一入光面及一出光面；以及

一印刷式微型结构透镜扩散单元，其具有多个通过印刷方式而成形于该透光本体单元的入光面或出光面上的印刷式微型结构透镜扩散点。

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