CN102721004B - 一种一体化微光学增亮膜及其背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化微光学增亮膜及其背光模组，其一体化微光学增亮膜包括一基底层，以及在该基底层上一体化设置的微单元阵列结构，该微单元阵列结构在所述基底层的出光面一侧表面排布设置；其中，所述微单元阵列结构的每一单元包括一类圆台结构。本发明一体化微光学增亮膜及其背光模组由于采用了在该基底层上的出光面表面排布设置的微米量级之微单元阵列结构以及该每一微单元结构采用一类圆台结构，从而实现了背光模组出射光的均匀和增亮，无须扩散膜，降低了加工成本和生产工艺。

Description

一种一体化微光学增亮膜及其背光模组

技术领域

本发明涉及一种背光模组及其增亮膜装置的改进，尤其涉及的是一种用于中小尺寸平板显示的背光模组及其增亮膜。

背景技术

现有技术的背光模组是平板显示中常用的组件，主要是为平板显示组件提供均匀的面光源。

图1是美国3M公司公告的美国专利US6443583中所涉及的一种目前典型背光模组的结构示意图，其中设置了光源11，该光源11设置在导光板12的侧边，并在导光板12的底层和上层设置有多层光学膜片13和14，以及双层正交棱镜膜15和16，这些多层的光学膜片设置，增大了光能在其间的损耗，亮度偏低，光能利用率不高，而且结构复杂，组装不便，生产成本较高。

图2a和图2b所示是美国通用公司在中国的专利申请号为CN200380104836.6的专利所涉及的具有改善视角的增亮膜的示意图。与美国3M公司的双层正交棱镜膜片相比，该棱镜片21结构形状体横截面具有弯曲的侧壁或棱面22，如图2b所示，采用具有相对较高的折射率材料与具有改进棱形体几何形状的棱形结构相结合，提高了亮度。曲面的微棱镜结构改善了大视角漏光的现象，相对于普通棱镜膜结构，能够使棱镜最上端出射的光线得到更好的汇聚。但是这种经过改进的增亮膜仍需要两层，从两个正交方向上汇聚光线，如图2a所示；而且由其组成的背光模组中仍然需要使用扩散膜。因此，不能实现增亮膜的集成化和背光模组的集成化。

图3a和图3b所示是台湾友达光电公司在中国专利申请号为CN200510063822.5的增亮膜示意图。棱镜增亮膜如图3a所示，包括一个主体结构31和一个微棱镜阵列结构32a、32b、……、32n。每一微棱镜阵列的单元结构示意图为图3b所示，为三位一体式结构33a、33b和33c，两侧的直角三棱条33a和33c是将一侧直角边贴近底边，而中间的三棱条33b是将直角条棱向上设置，将斜边一侧面贴近底边。这种多个向上垂直面的结构据称能有效减少背光模块的漏光现象，通过使用该专利的特殊改进型微棱镜结构，可以使通过棱镜膜的光线在55°至65°的角度范围内出射，缩小了光线的出射角度，提高了光的利用率。但是该专利所提及的背光模组仍需要扩散板，因而不可避免的存在扩散板对光的吸收，降低了光能利用率，同时仍无法实现背光模组光学膜片的集成化。

现有技术的各增亮膜中须要同时配合设置扩散膜，其设置层次多，工艺复杂，而且没有提到是否在出射光的亮度值和均匀性上优于目前典型结构的相应参数。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体化微光学增亮膜，替代实现现有技术背光模组中的双层正交棱镜膜和扩散膜功能，并且提供一种采用该增亮膜组成的背光模组，能够降低生产成本和工艺复杂程度。

本发明的技术方案如下：

一种一体化微光学增亮膜，其包括一基底层，以及在该基底层上一体化设置的微单元阵列结构，该微单元阵列结构在所述基底层的出光面一侧表面排布设置；其中，所述微单元阵列结构的每一单元包括一类圆台结构。

所述的一体化微光学增亮膜，其中，该类圆台结构的底面为可以密排的四边形，该类圆台结构的下部为方台；所述类圆台结构的上部为用于各向等效聚光的圆台。

所述的一体化微光学增亮膜，其中，所述圆台与所述方台的各面交界线圆滑过渡设置。

所述的一体化微光学增亮膜，其中，所述方台的底面设置为矩形。

所述的一体化微光学增亮膜，其中，所述方台的底面设置为正方形。

所述的一体化微光学增亮膜，其中，所述正方形的边长为0.1μm ~ 1000μm；所述圆台的高度为0.1μm ~ 400μm；所述方台的高度为0.1μm ~ 400μm。

所述的一体化微光学增亮膜，其中，所述类圆台结构的上部为球面体、椭球体或圆锥体。

所述的一体化微光学增亮膜，其中，所述微单元阵列结构采用微光学或二元光学迭代算法设计得到，并且所述微单元阵列结构设置为微米量级大小。

一种采用任一所述一体化微光学增亮膜的背光模组装置，其中，在所述一体化微光学增亮膜的基底层下设置有一导光板，以及在所述导光板下设置有一反射膜；在所述导光板侧边设置有光源，所述反射膜用于将所述光源发出的光反射向所述导光板，并通过所述一体化微光学增亮膜透射而出。

所述的背光模组装置，其中，所述一体化微光学增亮膜上不具有微单元阵列结构的另外一面为入光面，该入光面贴近所述导光板设置。

本发明所提供的一种一体化微光学增亮膜及其背光模组，由于采用了在该基底层上的出光面表面排布设置的微米量级之微单元阵列结构以及该每一微单元结构采用一类圆台结构，从而实现了背光模组出射光的均匀和增亮，无须采用扩散膜，降低了加工成本，简化了生产工艺。

附图说明

图1为现有技术的背光模组示意图。

图2a和图2b为现有技术的另一种增亮膜示意图。

图3a和图3b为现有技术的再一增亮膜示意图。

图4a和图4b所示为本发明一体化微光学增亮膜装置的示意图。

图5为本发明一体化微光学增亮膜的对应微单元结构排布示意图。

图6为本发明微单元结构另一较佳实施例示意图。

图7a和图7b为本发明中的光线透过半球状结构和圆台结构时的示意图。

图8为本发明背光模组的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

如图4a所示，本发明所述一体化微光学增亮膜包括一基底层111，其上表面即出光面112上设置有尺寸和排布密度都可调的微单元阵列结构113；该微单元阵列结构的底面可以密排、顶面可以各向等效聚光，尺寸为微米量级；该微单元阵列结构可以利用微光学、二元光学迭代算法或者其他优化算法设计得到。

如图4b所示是本发明一体化微光学增亮膜110上表面即出光面上微单元阵列结构113的一较佳实施例的示意图，为一类圆台结构，该类圆台结构的底面设置为可以密排的四边形，并且整个类圆台结构的下部114为方台，较好的是采用正方形或长方形，以便底部可以密排在一起；所述类圆台结构的上部为用于各向等效聚光的圆台115。该一体化类圆台采用微光学、二元光学迭代算法或者其他优化算法设计得到，尺寸在微米量级。其底面正方形的边长A取值范围为0.1μm ~ 1000μm，优选范围为50μm ~ 300μm，较佳值为180μm、200μm、230μm、250μm、280μm等；其上半部分圆台的上底半径R的取值范围为0.1μm ~ 500μm，优选范围为11μm ~ 200μm，较佳值为65μm、70μm、75μm、80μm、85μm等；其上半部分圆台的下底半径T的取值范围为0.1μm ~ 500μm，优选范围为11μm ~ 280μm，较佳值为105μm、110μm、115μm、120μm、125μm等；其上半部分圆台的高度H取值范围为0.1μm ~ 400μm，优选范围为20μm ~ 300μm，较佳值为80μm、90μm、100μm、110μm、120μm等；类圆台上半部分圆台底面到类圆台底面正方形的高度G的取值范围为0.1μm ~ 400μm，优选范围为20μm ~ 300μm，较佳值为80μm、90μm、100μm、110μm、120μm等。

如图5所示的是本发明一体化微光学增亮膜110上表面的微光学微单元阵列结构113的划分区域示意图。在该一体化微光学增亮膜上表面设置的微光学阵列结构的单元结构在每个小区域内，其结构参数R、T、A、H、G不变，且均为密排；在本发明上述实施例中，可以采用A>T、H=G，但是在不同区域内，类圆台结构参数的确定是通过目前业界通用软件仿真后得到的，上述五个参数在取值范围内可为不同的数值。

本发明所述一体化微光学增亮膜中，所述方台与所述圆台之间设置各面的交界线圆滑过渡，以便形成更佳的光学效果。也可以采用其他样式的圆台和方台结构的拼合。如图6所示为另一较佳实施例，其边界采用圆滑的微结构，或称为优化类圆台结构。图中所示优化类圆台的结构参数及优选值与图4b中类圆台的一致，仅是优化类圆台结构中各个曲面之间的临界线处可以变得更加圆滑，过渡更加缓慢。本发明提出的一体化微光学增亮膜上表面类圆台结构的上部所设置的单元结构并不局限于圆台结构及边界圆滑优化类圆台结构，还可以为球体、椭球体、非球体、圆锥体、类圆锥、金字塔、类金字塔、多面状或异形状等结构，亦可为其它由此衍生出的单元结构。通过结合底部的方台实现底部密排不漏光，而通过顶部圆台可实现散光和定向聚光。

本发明背光模组中的增亮膜主要作用是把光线调节到正视方向区，即垂直于增亮膜表面的方向。半球体可以把斜入射的光线汇聚，圆台结构既可以对垂直入射的光线不产生偏折，又可以对斜入射的光线进行汇聚。光线透过半球状结构和圆台结构的示意图如图7a和图7b所示，从而可以实现增亮效果。

本发明所述微光学单元结构113中，其下半部分是金字塔形方台或类金字塔形方台，上半部分是半球或圆台，从聚光方向上看，方台底面的矩形结构能够实现密排，并从两个方向汇聚光线；而半球或圆台能从各个方向汇聚光线，因此本发明结合了矩形能密排和半球或圆台能各方向聚光的优势。

本发明所述微光学的类圆台结构可以实现底部密排不漏光，对光线有着很好的汇聚作用，顶面圆台各向等效对光线进行折反散射，由此同时具有扩散和增亮的作用。从而实现了简化增亮膜层次的技术好处，实现了增亮的功能同时，减少了生产工艺的复杂度，降低了生产成本。

如图8所示是本发明的背光模组210，其包括光源211、一一体化微光学增亮膜110、一导光板213以及一反射膜214。所述光源211设置在所述导光板213的侧面，用来通过所述导光板213的导光和入光，形成对平板显示装置的照明功能。所述光源211发出的光线经所述导光板213入光面进入导光板内部，由于在所述增亮膜110的出光面上设置有本发明所述微光学单元结构113，从而可对所述导光板213的出射光线进行散射，进而实现对背光模组出射光的均匀和增亮输出。部分从导光板213的底面射出的光线，经其下面的反射膜反射后会再次进入导光板，提高了光能利用率，减少了光能损失。本发明所述微光学单元结构113通过方台和圆台的两阶设置，可以实现对从所述导光板213出射的光线进行导光、扩散和增亮，从而实现光线均匀和增亮输出。

本发明一体化微光学增亮膜可对导光板上表面出射的各个方向的光束进行汇聚，使从导光板出射的光调节到正视区方向。相对于传统的3M公司的双层正交棱镜膜，能够有效地提高背光系统出射光的亮度值和照度以及亮度均匀性。通过仿真模拟，由本发明提出的一体化微光学增亮膜组成的背光模组亮度平均值为4552.23nit，亮度均匀性为83.32%，均优于传统背光模组的相应参数。

在本发明增亮膜及其背光模组可以扩展应用于各种尺寸的平板显示装置中。本发明一体化微光学增亮膜可替代目前典型背光模组中的双层正交棱镜膜和扩散膜，既能减少棱镜膜和扩散膜的使用，降低生产成本，也简化了背光模组的组装成本，使背光模组进一步实现了集成化和轻薄化，从而降低加工和组装的成本。

在本发明一体化微光学增亮膜的上表面设置了尺寸和排布密度都可调的微单元阵列结构；微单元阵列结构是底面可以密排、顶面可以各向等效聚光、尺寸为微米量级的微结构，如图5所示为微单元结构的排布示意图。可以通过对微结构参数的调整以及尺寸和排布密度的调整，有效地提高背光模组出射光的亮度值、照度值和均匀性，提高了光能利用率。

本发明背光模组利用微光学、二元光学迭代算法或其他优化算法设计的一体化微光学增亮膜，可以先设计导光板下表面的网点或微结构，再优化设计与之相匹配的一体化微光学增亮膜出光面上表面的微阵列结构单元及排布；也可以先设计一体化微光学增亮膜上表面的微阵列结构单元及排布，再优化设计与之匹配的导光板下表面的网点或微结构。总之，相较于现有的3M公司棱镜膜，该一体化微光学增亮膜使背光模组的整体设计有了更大的自由度。

本发明一体化微光学增亮膜上表面的微单元阵列结构的尺寸和排布是与导光板底面的网点或微结构相匹配的。利用一体化微光学增亮膜上表面的微阵列结构可对导光板上表面出射的不同方向的光线进行汇聚，相对于传统的双层正交棱镜膜，能够有效提高背光系统出射光的亮度值、照度以及亮度均匀性。

本发明该一体化微光学增亮膜上表面微单元结构阵列采用微光学、二元光学加工方法制作，亦可采用高精度微机械加工技术及相关的技术制作。制作出来的微光学单元结构会体现出微光学中特有的衍射现象，可以降低或消除明暗条纹，提高出射光均匀性。与传统的精密机械加工方式相比，上述加工方式具有加工精度高，在保证相同加工精度的情况下制造成本相对低的优势。

本发明所述增亮膜上的微单元阵列结构可以采用二元光学制作工艺，即利用微电子技术中的光刻、蚀刻单元工艺等进行多次掩膜套刻，来实现多台阶微浮雕的微单元阵列结构；用该多台阶微浮雕结构来逼近本发明所述增亮膜上表面微结构的连续相位轮廓。也可用微光学制作工艺，如灰度掩膜、激光直写等技术，来实现上述连续浮雕的微单元阵列结构。这些加工工艺为现有技术所知可实现，在此不再赘述。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种一体化微光学增亮膜，其包括一基底层，以及在该基底层上一体化设置的微单元阵列结构，该微单元阵列结构在所述基底层的出光面一侧表面排布设置；其特征在于，所述微单元阵列结构的每一单元包括一类圆台结构；

该类圆台结构的下部为方台；该类圆台结构的上部为用于各向等效聚光的圆台。

2.根据权利要求1所述的一体化微光学增亮膜，其特征在于，该类圆台结构的底面为可以密排的四边形。

3.根据权利要求1所述的一体化微光学增亮膜，其特征在于，所述圆台与所述方台的各面交界线圆滑过渡设置。

4.根据权利要求1所述的一体化微光学增亮膜，其特征在于，所述方台的底面设置为矩形。

5.根据权利要求1所述的一体化微光学增亮膜，其特征在于，所述方台的底面设置为正方形。

6.根据权利要求5所述的一体化微光学增亮膜，其特征在于，所述正方形的边长为0.1μm ~ 1000μm；所述圆台的高度为0.1μm ~ 400μm；所述方台的高度为0.1μm ~ 400μm。

7.根据权利要求1所述的一体化微光学增亮膜，其特征在于，所述微单元阵列结构采用微光学或二元光学迭代算法设计得到，并且所述微单元阵列结构设置为微米量级大小。

8.一种采用如权利要求1至7任一所述一体化微光学增亮膜的背光模组装置，其特征在于，在所述一体化微光学增亮膜的基底层下设置有一导光板，以及在所述导光板下设置有一反射膜；在所述导光板侧边设置有光源，所述反射膜用于将所述光源发出的光反射向所述导光板，并通过所述一体化微光学增亮膜透射而出。

9.根据权利要求8所述的背光模组装置，其特征在于，所述一体化微光学增亮膜上不具有微单元阵列结构的另外一面为入光面，该入光面贴近所述导光板设置。

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