CN103185912A - 微结构导光板及侧光式背光模组 - Google Patents
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Abstract
一种微结构导光板及侧光式背光模组，该微结构导光板包含：相反的出光面与表面粗糙的内面，以及连接该出光面与该内面的一侧的入光面。该出光面的微结构的高度H为60～150μm，微结构的节距为P，且H/P为0.25～0.5。该内面包括表面具有印刷结构的第一区域，以及表面不具有印刷结构的第二区域。通过该粗糙的内面配合适当面积分布的印刷结构，使该导光板具有良好的反射效果，并且能减少印刷油墨用量、降低成本，而且该粗糙的内面可以使板片上的刮痕看起来较不明显，具有遮瑕效果，并能省去使用保护膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种导光板及一种背光模组，特别涉及一种表面具有微结构的导光板及侧光式背光模组。
背景技术
参阅图1，为一种已知的导光板(Light Guide Plate)1，在背光模组中所扮演的是关键的光导引介质，应用于侧光式(EdgeType)背光模组，可引导光线方向、提高面板的光辉度及控制亮度均匀。而目前用于液晶显示装置(LCD)的背光源的导光板1为印刷式导光板，即利用含有高发散光线物质的印刷材料，适当地分布于该导光板1的内面11而形成阵列式印刷结构12，通过印刷材料将光线吸收再扩散放出的性质，破坏全反射效应造成的内部传播，使光线由相反于该内面11的正面13射出并均匀分布于发光区。
但因此种印刷式导光板1的印刷点亮度对比较高，一般在使用时必须搭配扩散膜来雾化遮瑕，以及使用棱镜片来集光以达到其光学与外观要求，导致增加背光模组的成本；并且此种印刷式导光板1具有印刷结构12的均一性不易控制及印刷油墨粘度不易控制等缺点。而且油墨的成本高，如不能减少印刷油墨的用量，将造成导光板1的制造成本较高。另外也因为该导光板1的内面11为平面设计，一旦被刮伤将会产生明显的刮痕，因此已知导光板1制作完成后，还必须额外使用保护膜覆盖该内面11来保护。
而另一种导光板即微结构导光板，其在导光板的出光面设置特殊形状的微结构，例如三角柱状透镜(prism lens)、弧形柱状透镜(lenticular lens)等，上述微结构设计的目的在于破坏全反射条件而使光线导出，但此种微结构导光板用于背光模组中，虽可节省棱镜片的使用，但因为该导光板的内面为平面设计，一旦被刮伤将会产生明显的刮痕，也还必须额外使用保护膜覆盖该内面来保护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可减少导光板的印刷油墨用量及保护膜的使用、并可降低制造成本的微结构导光板，以及使用此微结构导光板的侧光式背光模组。
本发明微结构导光板，其包含：具有多个微结构的出光面、表面粗糙并位于该出光面相反侧的内面，以及连接该出光面与该内面一侧的入光面，其特征在于，每一个微结构的高度H为60～150μm，微结构的节距为P，且H/P为0.25～0.5；该内面包括表面具有印刷结构的第一区域，以及表面不具有印刷结构的第二区域，该第二区域占该内面的面积为大于或等于45％且小于100％，该第二区域的平均粗糙度大于0.33μm且小于或等于0.6μm。
本发明所述的微结构导光板，该印刷结构为网点阵列结构，该网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构。
本发明的另一种微结构导光板，其包含：具有多个微结构的出光面、表面粗糙并位于该出光面相反侧的内面，以及连接该出光面与该内面一侧的入光面，其特征在于，每个微结构的高度H为60～150μm，微结构的节距为P，且H/P为0.25～0.5；该内面包括表面具有印刷结构的第一区域，以及表面不具有印刷结构的第二区域，该第二区域占该内面的面积为大于或等于90％且小于100％，该第二区域的平均粗糙度大于或等于0.2μm且小于0.33μm。
根据上述微结构导光板，该印刷结构为网点阵列结构，所述网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构。
本发明的再另一种微结构导光板，其包含：具有多个微结构的出光面、表面粗糙并位于该出光面相反侧的内面，以及连接该出光面与该内面一侧的入光面，其特征在于，每个微结构的高度H为60～150μm，微结构的节距为P，且H/P为0.25～0.5；该内面包括表面具有印刷结构的第一区域，以及表面不具有印刷结构的第二区域；该第二区域的平均粗糙度大于0.33μm且小于或等于0.6μm时，该印刷结构为由透明油墨所制成的印刷结构，该印刷结构的面积占该内面的面积为大于0％且小于或等于55％；该第二区域的平均粗糙度为大于或等于0.2μm且小于0.33μm时，该印刷结构为含有树脂微粒子的油墨所制成的印刷结构，该印刷结构的面积占该内面的面积为大于0％且小于或等于10％。
根据上述微结构导光板，所述印刷结构为网点阵列结构，所述网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构。
本发明所述的微结构导光板，所述树脂微粒子为二氧化钛粉末。
本发明侧光式背光模组，其包含：根据上述第三种的微结构导光板、位于该微结构导光板的入光面一侧的光源，以及位于该微结构导光板的内面下方的反射板。
本发明所述的侧光式背光模组，该光源包括多个沿着该入光面而相间隔地排列的发光二极管，每个发光二极管的发光方向朝向所述微结构的长度方向。
本发明所述的侧光式背光模组，该侧光式背光模组还包含位于该微结构导光板的出光面的上方的扩散膜。
本发明所述的侧光式背光模组，该侧光式背光模组还包含位于该扩散膜的上方的棱镜片。
本发明的微结构导光板可由热塑性树脂所形成，该热塑性树脂选自，(甲基)丙烯酸酯系树酯、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物，及聚对苯二甲酸乙二酯。上述所谓的(甲基)丙烯酸酯系树脂，表示丙烯酸酯系树脂和/或甲基丙烯酸酯系树脂，是由(甲基)丙烯酸酯系单体所形成的聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，简称PMMA)，上述(甲基)丙烯酸酯系单体，表示丙烯酸酯系单体和/或甲基丙烯酸酯系单体，包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯等单体，其中以甲基丙烯酸甲酯单体及丙烯酸甲酯单体为佳。
上述微结构导光板的出光面的微结构为：三角柱状透镜、弧形柱状透镜、菲涅耳透镜(Fresnel lens)，或梯形柱状透镜。微结构的材质可如同前述的热塑性树脂所形成。
本发明的微结构导光板的微结构的制作，是以压模(stamper)或滚轮(roller)等转写方式在该出光面上一体成型出微结构，上述压模转写方式是在基板及其表面上的表层，并以成型压模加温加压于表层上，使表层形成微结构形状；而滚轮转写方式是以一种树脂挤出形成单层体后或不同的两种树脂共挤出形成层压体后，在一定的温度下以转写滚轮将欲成型的形状转写于该单层体或该层压体，使该单层体或该层压体表面成型成微结构形状。
本发明的粗糙的内面的作用在于：光线从微结构导光板侧端的入光面进入导光板，遇到该粗糙内面产生扩散，使超过全反射临界角的光线受到该内面反射而从该出光面射出的光线变多，辉度变佳。上述粗糙的内面的制作方式包括：
(1)利用挤出板制程制作出表面有交联树脂微粒子的粗面层：将交联树脂微粒子及(甲基)丙烯酸酯系树脂共挤出后，经滚轮转写成所需的粗面结构而形成(甲基)丙烯酸酯系树脂层(即为导光板的主要厚度所在)及粗面层，该粗面层即具有该粗糙的内面，该粗面层的厚度为20～300μm；上述交联树脂微粒子具体实例包括：交联丙烯酸(Acrylic)系树脂微粒子、交联苯乙烯(M S)系树脂微粒子、交联丙烯酸系及苯乙烯系树脂微粒子、交联聚硅氧烷系微粒子等等有机微粒子及上述树脂形成的中空交联微粒子。上述交联丙烯酸系树脂微粒子的使用量占(甲基)丙烯酸酯系树脂100重量百分比(wt％)的0.05～10重量％。上述丙烯酸系树脂可由丙烯酸酯系单体和/或甲基丙烯酸酯系单体及其它反应性单体所聚合而成的交联树脂，其平均粒径为2～30μm，具体实例为：积水化成品工业制MBX-12，平均粒径为12μm。
(2)利用挤出板制程直接在挤出时做咬花处理：利用细砂材料喷洒于滚轮表面上形成粗面分布(喷砂法，Sandblasting)，将(甲基)丙烯酸酯系树脂挤出后，经上述滚轮转写成所需的粗面结构，而形成(甲基)丙烯酸酯系树脂层及位于该树脂层上的该粗糙的内面。
(3)使用通过激光加工等方式形成凹凸图案的模具，在(甲基)丙烯酸酯系树脂透明基板上加热压印，进而使该基板的其中表面成为该粗糙的内面。
(4)在(甲基)丙烯酸酯系树脂透明基板上涂布感光性树脂，再以UV光照射硬化形成凹凸图案的转写方法。
由上述说明可知，由于制作该粗糙内面的方式有许多种，因此，该内面可以是直接形成于该基板上的表面，也可以为额外形成于基板上的粗面层的表面。
此外，根据CNS-7868对于表面粗糙度的定义，可分为中心线平均粗糙度(Ra)、最大高度粗糙度(Rmax)、十点平均粗糙度(Rz)等表示方法，而本发明的平均粗糙度的测定是测量中心线平均粗糙度(Ra)，若从待测量的粗糙面的粗糙曲线上，截取一段测量长度L，并以该长度内粗糙深度的中心线为x轴，取中心线的垂直线为y轴，则粗糙曲线可用y＝f(x)表示。以中心线为基准将x轴下方曲线镜面反射到x轴上方，然后计算中心线上方包含经过镜射后的全部曲线所涵盖的面积，再除以测量长度，所得数值以μm为单位，即为待测面的中心线平均粗糙度值，其数学定义为：
Ra＝(∑|f(x)|dx)/L。
本发明的微结构导光板的内面上的印刷结构，较佳地为网点阵列结构，该网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构。该印刷结构可以是在树脂平板上使用具有高反射率且不吸光的材料，在微结构导光板的内面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点，印刷式网点阵列结构可例如：白色二氧化钛(TiO2)粉末与透明的粘着剂等溶液的混合物、预定的网点图案(pattern)印刷形成。该印刷结构的材料不限于上述，因为其材料必须配合该内面的第二区域的平均粗糙度而选用，如前述，该印刷结构也可以是由透明油墨所制成。
该印刷结构直接在该内面上制作形成，其面积比例必须配合该内面的第二区域的平均粗糙度。当该第二区域的平均粗糙度控制在本发明所限定的适当大小时，印刷密度可降低，即较不需要印刷结构，因此该印刷结构的用量可以减少，并控制在本发明限定的范围内，如此可降低印刷结构的均一性不易控制的缺点，并降低以往使用过多的印刷油墨的缺点，即，印刷油墨粘度不易控制等缺点，如此还可达到降低成本的目的。
本发明的微结构导光板的内面为粗糙面，可减少微结构导光板表面保护膜的使用，进一步降低成本；另外，因为以往的导光板的内面为平面设计，容易被刮伤，将会在导光板的内面产生明显的刮痕，而本发明的微结构导光板的内面为粗糙面，可使刮痕看起来较不明显，也即有遮瑕效果，可提高生产良率。
本发明的微结构导光板的厚度是指出光面的微结构最高点到该内面的最低点之间的距离，本发明微结构导光板的厚度较佳地为0.1mm～5mm，最佳地为1.0mm～3mm。
本发明的侧光式背光模组的光源可使用冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，简称CCFL)或发光二极管(LED)等发光体，使用LED做为LCD背光源的发光体可降低耗电量，因环保节能意识增强，LED为未来LCD背光源的发光体主流，尤其用于下一波LCD TV上主力发展的背光源。发光二极管沿着该微结构导光板的入光面相间隔地排列，并使每一个发光二极管的发光方向朝向微结构的长度方向。
该反射板置于该微结构导光板的内面的下方，该反射板将光源由该内面发散的光线重新反射回导光板内，增加光线自导光板的出光面射出的机会，该反射板的反射面较佳地呈倾斜状，而且较佳地为由两侧向中间并且向上凸起倾斜或者仅单独向其中一侧倾斜的设计，所述反射面的倾斜角度较佳小于30°，更佳小于20°，最佳小于10°。该反射板较佳是选自雾面式反射板或全像技术的反射板。雾面式反射板是在反射板的反射面上作雾化处理，而全像技术的反射板则可利用激光或压印式全像片图案制成。
本发明的有益效果在于：通过该粗糙的内面的第二区域具有适当的平均粗糙度，配合适当面积分布的印刷结构，使该导光板具有良好的导光效果，并且能减少印刷油墨用量，以及减少保护膜的使用，达到降低成本的功效；微结构导光板的内面为粗糙面，可使刮痕看起来较不明显，也就是具有遮瑕的效果，可提高生产率。
附图说明
图1是一种已知导光板的侧视示意图；
图2是立体分解图，显示本发明侧光式背光模组的第一较佳实施例；
图3是该第一较佳实施例的微结构导光板的局部侧视示意图；
图4是侧视示意图，显示本发明侧光式背光模组的第二较佳实施例的微结构导光板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图2、3，本发明侧光式背光模组的第一较佳实施例，包含：微结构导光板2、光源3、反射板4、扩散膜5，以及棱镜片6。
该微结构导光板2包括：出光面21、位于该出光面21的相反侧且表面粗糙的内面22、连接于该出光面21与内面22的一侧的入光面23，以及位于该内面22上的印刷结构24。其中，该出光面21具有多个长向延伸的柱状微结构210，每个微结构210的高度H为60～150μm，微结构210的节距为P(也称为pitch)，P即为每一微结构210的中央位置与相邻的另一微结构210的中央位置的距离，也相当于每一微结构210的最高点与相邻的另一微结构210的最高点的距离，且H/P为0.25～0.5。
该内面22包括第一区域221以及第二区域222，所述第一区域221是指表面具有该印刷结构24的区域，因此本实施例的第一区域221实际上是由多个间隔的区块所构成，所述第二区域222是指表面不具有印刷结构24的区域。
若该第二区域222的平均粗糙度(简称Ra)大于0.33μm且小于或等于0.6μm，则须配合该第二区域222占该内面22的面积为大于或等于45％且小于100％。若该第二区域222的平均粗糙度大于或等于0.2μm且小于0.33μm，则须配合该第二区域222占该内面22的面积为大于或等于90％且小于100％。实际上，该第二区域222的面积相当于不具有印刷结构24的部位的面积，此面积越小，就代表印刷结构24的面积越大。后续还会通过实验说明该第二区域222的平均粗糙度以及面积比例的限制。
本实施例的印刷结构24为网点阵列结构，该网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构，但实施时不限于此。网点阵列的高度h(标示如图3)是指网点的最低点到该内面22的距离。制成该印刷结构24的材料没有限定，当该第二区域222的平均粗糙度大于0.33μm且小于或等于0.6μm时，较佳地，该印刷结构24为一个由透明油墨所制成的印刷结构24，该印刷结构24的面积占该内面22的面积为大于0％且小于或等于55％。当该第二区域222的平均粗糙度为大于或等于0.2μm且小于0.33μm时，较佳地，该印刷结构24为含有树脂微粒子的油墨所制成的印刷结构24，该印刷结构24的面积占该内面22的面积为大于0％且小于或等于10％。其中，所述树脂微粒子为例如白色的二氧化钛粉末。
上述限定的主要精神在于：当第二区域222的粗糙度较大时，要配合较大面积的印刷结构24，这是因为粗糙度大时，会使光线往四面八方反射，反射光线之间容易互相抵消，从而减弱光扩散效果，因此须配合较大面积的印刷结构24来辅助达到光反射与光扩散作用，因为此时配合使用透明油墨制成的印刷结构24，能提高自该反射板4往上反射而穿过该印刷结构24的光线量，达到补光效果，从而提高亮度。相反地，第二区域222的粗糙度较小时，则配合较小面积的印刷结构24即可，由于此时可被导出的光线的强度足够，因此可以配合使用一般的树脂微粒子油墨所制成的印刷结构24。
该光源3位于该微结构导光板2的入光面23的一侧，并且包括多个沿着该入光面23相间隔地排列的发光二极管31，每一个发光二极管31的发光方向朝向该入光面23，也朝向所述微结构210的长度方向。实施时，该光源3也可以同时设置于该微结构导光板2的左右两侧，此时该微结构导光板2的左右两侧都是可供光线进入的入光面。
该反射板4位于该微结构导光板2的内面22下方，用于将通过该入光面23而来的光线朝该出光面21反射。
该扩散膜5位于该微结构导光板2的出光面21的上方，具有将光线扩散雾化的功能，使模组整体的亮度均匀。
该棱镜片6位于该扩散膜5的上方，并具有用于集光的棱柱结构，可达到聚光效果而提升模组辉度。
本发明的内面22为粗糙表面，相对于以往平面设计的内面而言，粗糙内面22有助于将光线朝该出光面21反射，再配合该内面22上的适当面积的印刷结构24也用于反射与扩散光线，从而使本发明的导光板具有良好的反射与导光效果，有效地将光线往该出光面21导出。此外，该粗糙的内面22设计可以帮助减少印刷结构24的设置面积，减少印刷油墨的用量，从而降低制造成本。另外，该粗糙的内面22具有雾化光线、雾化遮瑕的功能，因此即使该内面22上有轻微刮痕，也不易被观察到，换句话说，本发明的模组不须额外粘贴保护膜来保护该内面22，如此可以减少保护膜的使用，降低成本。也因为该粗糙内面22的雾化光线功能，本发明的背光模组不以该扩散膜5为必要元件。
参阅表1，为本发明的四个实验例与一个比较例的实验结果，表中的“雾化遮瑕效果”是直接观察导光板表面的瑕疵状况而得。由表1结果可知，实验例1～4的H、H/P、Ra以及印刷结构的面积比例，均落在本发明限定的数值范围内，肉眼观察实验例1～4的表面，均未看到刮痕，表示实验例1～4的雾化遮瑕效果良好，因此可以省略使用保护膜。反观比较例1，虽然其H、H/P以及印刷结构面积比例落在本发明限定的数值范围内，但由于比较例1的内面为平面设计(Ra＝0)，无法将光线雾化，导致其不具有遮瑕效果，以肉眼观察会直接看到比较例1的导光板上的刮痕，因此比较例1必须额外以保护膜保护，整体成本较高。
更进一步说明，实验例2的Ra＝0.33μm，其粗糙度适中，此时可以不设置任何印刷结构就具有良好的雾化遮瑕效果。以Ra＝0.33μm为分界，当Ra变小或变大时，都需要配合适当面积的印刷结构。以实验例1为例，Ra＝0.2μm，印刷结构的面积比例为10％，而实施例3、4的Ra分别为0.5μm及0.6μm，需要配合较大面积的印刷结构，分别为40％及55％的比例。
【表1】
综上所述，通过该内面22的第二区域222具有适当的平均粗糙度，配合适当面积分布的印刷结构24，使本发明具有良好的反射与导光效果，并且能减少印刷油墨用量，以及减少保护膜的使用，达到降低成本的目的。
参阅图4，本发明侧光式背光模组的第二较佳实施例，与该第一较佳实施例的结构大致相同，不同的地方在于：本实施例的微结构导光板2的微结构210为截面呈梯形的梯形柱状透镜。由于本实施例所达到的功效与该第一较佳实施例相同，因此不再详述。
Claims (11)
1.一种微结构导光板，其包含：具有多个微结构的出光面、表面粗糙并位于所述出光面的相反侧的内面，以及连接于所述出光面与所述内面的一侧的入光面，其特征在于，每个微结构的高度H为60～150μm，微结构的节距为P，且H/P为0.25～0.5；所述内面包括表面具有印刷结构的第一区域，以及表面不具有印刷结构的第二区域，所述第二区域占所述内面的面积为大于或等于45％且小于100％，所述第二区域的平均粗糙度大于0.33μm且小于或等于0.6μm。
2.根据权利要求1所述的微结构导光板，其特征在于，所述印刷结构为网点阵列结构，所述网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构。
3.一种微结构导光板，其包含：具有多个微结构的出光面、表面粗糙并位于所述出光面的相反侧的内面，以及连接所述出光面与所述内面的一侧的入光面，其特征在于，每个微结构的高度H为60～150μm，微结构的节距为P，且H/P为0.25～0.5；所述内面包括表面具有印刷结构的第一区域，以及表面不具有印刷结构的第二区域，所述第二区域占所述内面的面积为大于或等于90％且小于100％，所述第二区域的平均粗糙度大于或等于0.2μm且小于0.33μm。
4.根据权利要求3所述的微结构导光板，其特征在于，所述印刷结构为网点阵列结构，所述网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构。
5.一种微结构导光板，其包含：具有多个微结构的出光面、表面粗糙并位于所述出光面的相反侧的内面，以及连接所述出光面与所述内面的一侧的入光面，其特征在于，每一个微结构的高度H为60～150μm，微结构的节距为P，且H/P为0.25～0.5；所述内面包括表面具有印刷结构的第一区域，以及表面不具有印刷结构的第二区域；所述第二区域的平均粗糙度大于0.33μm且小于或等于0.6μm时，该印刷结构为由透明油墨所制成的印刷结构，所述印刷结构的面积占所述内面的面积为大于0％且小于或等于55％；所述第二区域的平均粗糙度大于或等于0.2μm且小于0.33μm时，所述印刷结构为含有树脂微粒子的油墨所制成的印刷结构，所述印刷结构的面积占所述内面的面积为大于0％且小于或等于10％。
6.根据权利要求5所述的微结构导光板，其特征在于，所述印刷结构为网点阵列结构，所述网点阵列结构为高度小于5μm的弧形结构。
7.根据权利要求5所述的微结构导光板，其特征在于，所述树脂微粒子为二氧化钛粉末。
8.一种侧光式背光模组，其特征在于其包含：根据权利要求5所述的微结构导光板、位于所述微结构导光板的入光面一侧的光源，以及位于所述微结构导光板的内面下方的反射板。
9.根据权利要求8所述的侧光式背光模组，其特征在于，所述光源包括多个沿着所述入光面而相间隔地排列的发光二极管，每个发光二极管的发光方向朝向所述微结构的长度方向。
10.根据权利要求8所述的侧光式背光模组，其特征在于，所述侧光式背光模组还包含位于所述微结构导光板的出光面上方的扩散膜。
11.根据权利要求10所述的侧光式背光模组，其特征在于，所述侧光式背光模组还包含位于所述扩散膜上方的棱镜片。
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