CN1566994A - 均光模块 - Google Patents

Abstract

一种均光模块，其包含一光源和至少一无间隙微透镜阵列板。该无间隙微透镜阵列板包括一基板和若干个位于基板表面的突起物，这些突起物之间紧密连接而不具有间隙。利用此无间隙微透镜阵列板，即可达到集光和均光扩散的效果。该均光模块可应用在液晶显示器中。

Description

均光模块

技术领域

本发明涉及一种平面显示器的背光模块，特别是涉及其中的均光模块。

背景技术

由于多媒体的迅速发展，使用者对计算机外围视听设备的要求愈来愈高。以往常用的阴极射线管或称影像管(Cathode Ray Tube；CRT)类型的显示器，由于体积过于庞大，在现今标榜轻、薄、短、小的时代，已经不敷需求。因此，近年来有许多平面显示器(Flat Panel Display)技术相继被开发出来，如液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)，已渐渐成为未来显示器的主流。

液晶显示器因为技术发展成熟，已从传统的单色显示逐渐发展至彩色显示，而且液晶显示器具有耗电少特性，同时由于和同窗口尺寸的阴极射线管相比，其占用空间或重量都要小得多，因此完全符合轻薄短小的特性，且其没有一般CRT的曲面，提高了影像显示效果。因此液晶显示器已经广范应用于各式产品，包括消费性电子产品如掌上型计算器，计算机字典，手表，手机，尺寸较大的手提型计算机，通讯终端机，显示板，甚至个人桌上型计算机，都不难看到其应用的产品以及其受欢迎的程度。

传统的液晶显示器大部分为背光(Back-light)型液晶显示器，主要包括前端的液晶显示面板以及后端的背光模块，由于液晶显示面板本身并不发光，面板光源必须使用大型背光模块来提供，以产生足够亮度的背光源，使光线穿过液晶层，到达使用者的眼睛。

图1揭示了一般背光模块的剖面示意图。请参照图1，背光模块10的主要零组件包括入射的光源12、导光板(Light Guide)14、扩散板(Diffusion Sheet)16、增光片(Brightness Enhancement Film)18等。背光模块10的原理简单来说，是由导光板14导入自发性的光源12，经由如上所述的若干片光学膜后，产生更大且均匀的面性光源。一般可利用灯管(Lamp)、发光二极管等(LED)或冷阴极管(ColdCathode Fluorescent Lamp；CCFL)来作为背光模块10的光源12。其中，大尺寸背光模块一般以冷阴极管当背光源，因为冷阴极管具备管径细、寿命长、光效高等优点，而小尺寸面板则大多采用LED作为光源。

导光板14主要作用为引导光源12扩散的方向，使光源平均分布。增光片18可为棱镜片，其主要材料是树脂，在一平板基材上通过粘贴压克力树脂或是直接射出产生锯齿状的纹路，以形成集光的功效。在加入棱镜结构的增光片18到背光模块10后，可使其亮度增加60％以上。并且，在光源12的另一侧增加反射板22，可使入射光线亮度增加。一般背光模块10的最上层会多加一道保护板20，以保护背光模块10中的光学装置。

背光模块的结构分为侧光式和直下式二种，图1所揭示的即为直下式背光模块结构，而图2所揭示的则为侧光式背光模块结构。图2所揭示的侧光式背光模块结构与图1不同的是，光源13是位于导光板15的侧方。现有的侧光式背光模块，如图2所示，只采用一支冷阴极管置于模块的侧边作为光源13，利用楔型构造的导光板15及反射板23使光源均匀反射至整片模块，这样的结构可以减少模块的厚度，适合于笔记本计算机这类可携式产品，不过亮度的均一性较难控制。直下式背光模块则是将光源12置于模块下方，灯管数在二支以上，如此可获得较大的亮度，不过耗电量会随着灯管数增加而提高，模块的厚度也会跟着加大不少，因此直下型适合运用于LCD监视器及液晶电视用的面板模块。

现有的背光模块中的光学膜包含导光板、扩散片和增光片等，其数量过多会造成材料吸收和反射等现象，而使光源能量损耗较多，光源利用率低；并且组件数量过多使得该背光模块封装困难、体积较大、而成本偏高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的背光模块中组件数量过多造成材料的吸收和反射等现象，而使光源能量损耗较多，光源利用率低，且封装困难、体积较大、而成本偏高。本发明提供一种均光模块，其利用无间隙微透镜阵列板的无间隙微透镜结构达到较佳的集光和均光效果。

本发明要解决的技术问题是用以下技术方案解决的：一均光模块，其包含一光源和一无间隙微透镜阵列板，此无间隙微透镜阵列板用来将光源均匀化，其包括一基板以及若干个位于基板的表面的突起物，其中这些突起物之间彼此紧密连接，而没有间隙，故称为无间隙微透镜阵列板。该无间隙微透镜阵列板由透光高分子材料制成。这些突起物的俯视形状可为六角形、方形或其它多角形以及二种形状以上的混合结构，以利于彼此间的紧密连接。

本发明的无间隙微透镜可用来取代现有的扩散板或增光片，但也可视需要而加入扩散板或增光片到均光模块中。或者，可在无间隙微透镜阵列板的另一侧增加例如棱镜或柱状镜形状的增光结构，以增强其集光效果。

本发明的有益效果在于：用无间隙微透镜代替现有的扩散板或增光片，可有效减少背光模块中的组件数量，降低因材料吸收及反射现象所造成的能量损耗而提高光源利用率；并且系统整合性高、封装更容易，并且使得背光模块体积缩小、成本降低。

附图说明

图1是现有的直下式背光模块的剖面示意图；

图2是现有的侧光式背光模块的剖面示意图；

图3是本发明的无间隙微透镜阵列板的剖面示意图；

图4是本发明一实施方式的无间隙微透镜阵列板俯视图；

图5是本发明另一实施方式的无间隙微结构俯视图；

图6是本发明一实施方式中，用来制造无间隙微透镜阵列板的无间隙3-D微结构阵列模仁的剖面示意图；

图7是本发明另一实施方式中，应用无间隙微透镜阵列板于液晶显示器背光模块中的结构示意图；以及

图8是本发明另一实施方式，应用无间隙微透镜阵列板到液晶显示器背光模块中的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的一种均光模块，其使用一片或一片以上的无间隙微透镜阵列板。

微透镜(Microlens)结构广泛应用在光纤、光通讯和光电子产品中，用于光纤末端聚光扫描的聚焦、显示器的透镜阵列板以及微光学组件的聚光等。然而，一般微透镜阵列板中的微透镜之间往往存在一段微小的间隙，这些间隙影响了整体分辨率。

因此，本发明所使用的是微透镜彼此之间没有间隙的无间隙微透镜阵列板。图3揭示了本发明的无间隙微透镜阵列板的剖面示意图。请参照图3，该无间隙微透镜阵列板100包括一基板102以及位于基板102上的若干个突起物104，这些突起物104之间紧密连接，没有间隙存在。

在本发明的一实施方式中，突起物104的剖面形状为圆球状的似透镜结构，可获得较佳的集光和均光效果，而突起物104的俯视形状则可如图4所示为六角形，或如图5所示为方形，这是因为六角形和方形结构之间能够达到紧密连接的较佳效果，但并不限于此。

为了使无间隙微透镜阵列板能够大量生产，本发明在较佳实施方式中，使用微射出成型、微热压成型或紫外光(UV)成型来制造无间隙微透镜阵列板。而微射出成型或微热压成型所需的金属模具则是利用一种无间隙3-D微结构阵列模仁，以二次电铸或放电加工方式翻膜而成。此无间隙3-D微结构阵列模仁如图6所示。以下，介绍利用此无间隙3-D微结构阵列模仁的制造方法，同时说明其结构。

请参照图6，此一无间隙3-D微结构阵列模仁200的制造首先利用例如旋涂方法，在基板202上形成缓冲层204。此缓冲层204可为聚亚酰胺(Polyimide)或聚酰胺(Polyamide)。接着，在缓冲层204上形成光阻材料，并通过微影制程使光阻材料形成图样后，再加热基板202至高于光阻材料的玻璃化温度，而使光阻材料熔融后形成突起物206。此光阻材料较佳为玻璃化温度介于100℃至350℃间的聚合物，例如聚甲基丙烯酸聚合物。之后，利用例如溅镀方式在突起物206表面镀覆一层金属导电层(图未示)，并再利用电镀在突起物206上覆盖另一层金属层208，此金属层208用来消除突起物206间的间隙。其中溅镀在突起物208表面的金属导电层可为铜金属，而电镀在突起物206上的金属层208则可为镍金属，如此可获得具有较高表面精度和较小晶粒的结构。获得无间隙3-D微结构阵列模仁后，即可进行无间隙微透镜阵列板的制造。

本发明利用微射出成型、微热压成型或UV成型所制作的无间隙微透镜阵列板，其材料较佳为透光性高分子材料，例如聚亚酰胺(Polyimide；PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate；PMMA)和聚碳酸酯(Polycarbonate；PC)等。本发明的无间隙微透镜阵列结构具有相当佳的光源扩散效果，可均匀扩散分布光源，由于其中的突起物为透镜结构，因此也具有相当良好的集光效果，因此可用来代替现有的背光模块中的扩散片或增光片。并且，不同形状或突起物表面曲度条件下，可得到不同的光效率和光分散效果，使用者可依据所需而加以改变。一般来说，突起物的形状分布越精细致密，越能得到较佳的集光和均光扩散效果。

图7揭示了本发明另一实施方式，其为应用无间隙微透镜阵列板到液晶显示器背光模块中的结构示意图。请参照图7，在光源302的上方具有导光板304，而将光线导入模块中，但此导光板304并非必须。其中，光源302可由若干支冷阴极管所构成，并可利用反射板300来加强入射光线强度。而在导光板304上方，即为本发明的无间隙微透镜阵列板100，该无间隙微透镜阵列板100可视需要而以基板的平滑侧朝向导光板304，或以具有突起物的粗糙侧朝向导光板304。并且，此一背光模块的最上层则利用一保护片306来保护其中的结构。由导光板304所导入的光源302光线经过无间隙微透镜阵列板100后，能有效的将能量集中在液晶所能接受的正负17度角内。

图7所示为仅以单片无间隙微透镜阵列板应用于背光模块中，在本发明其它实施方式中，还可以多片或具有不同突起物形状的无间隙微透镜阵列板应用到背光模块中，或者加入一般扩散板或增光板、棱镜片等光学膜结构，以适应多种产品的使用。当加入扩散板时，扩散板(图未示)可位于图7所示的无间隙微透镜阵列板100的上方，也就是位于保护片306和无间隙微透镜阵列板100之间。当加入增光片时，增光片(图未示)可位于图7所示的无间隙微透镜阵列板100的下方，也就是位于导光板304和无间隙微透镜阵列板100之间。一般增光片可为棱镜结构或柱状镜结构，且增光片的原理和结构为本技术领域普通技术人员所知，故在此不再赘述。

本发明的无间隙微透镜阵列板除了在基板的一侧具有无间隙的突起物结构外，也可在基板的另一侧形成其它光学结构。请参照图8，其中的无间隙微透镜阵列板即是除了在基板402的一侧形成无间隙的突起物404外，还在基板402的另一侧形成若干个微结构406，此微结构406也可为上述本发明的无间隙微结构，以具有更强的增光效果。还可利用导光板的材料来构成基板402，以简化组件数量。另外还可如图8所示，在无间隙微透镜阵列板的上方加入一扩散板408，本发明不限于此。

本发明应用无间隙微透镜阵列板的均光模块，可有效减少现有的背光模块中的组件数量，除了使整体体积缩小外，还可减少因材料吸收、反射、散射和波导效应所造成的光能量损耗，提高了光源利用率。并且，该均光模块还具有系统整合性高及封装容易的优点。

Claims (10)

1、一种均光模块，其包括有至少一光源，其特征在于：该均光模块还包括一无间隙微透镜阵列板，其至少包括一基板和若干个位于该基板一表面的突起物，这些突起物之间紧密连接。

2、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：该无间隙微透镜阵列板的材料是聚亚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯中的一种。

3、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：这些突起物的俯视形状为六角形或方形。

4、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：该均光模块包括一位于该光源和该无间隙微透镜阵列板之间的导光板。

5、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：该均光模块包括一位于该无间隙微透镜阵列板的一侧的扩散板，且该无间隙微透镜阵列板位于该扩散板和该光源之间。

6、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：该均光模块包括一位于该光源和该无间隙微透镜阵列板之间的增光片。

7、根据权利要求6所述的均光模块，其特征在于：该增光片为棱镜结构或柱状结构。

8、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：该基板的另一表面具有若干个微结构。

9、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：该基板为一导光板。

10、根据权利要求1所述的均光模块，其特征在于：该均光模块包括一位于该光源的一侧的反射板，且该光源位于该反射板和该无间隙微透镜阵列板之间。

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