TWI378270B - Diffuser prism sheet comprising light diffuser in the valley of prism and lcd back light unit thereby - Google Patents

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TWI378270B
TWI378270B TW097109010A TW97109010A TWI378270B TW I378270 B TWI378270 B TW I378270B TW 097109010 A TW097109010 A TW 097109010A TW 97109010 A TW97109010 A TW 97109010A TW I378270 B TWI378270 B TW I378270B
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Description

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File:TW4482F 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種擴散棱鏡片及應用其之背光模 組，且特別是有關於一種應用於液晶顯示器之擴散棱鏡片 及應用其之背光模組。 【先前技術】 液晶顯示器（Liquid crystal display，LCD)係施 鲁 加一電場於兩片玻璃基板之間的液晶，以顯不數子或影 像。其中液晶係由介於液體與固體之間的物質所組成。 由於液晶顯示器無法自行發光，因此需要一背光模組 來提供光線。晝面則藉由控制液晶顯示面板的光線傳送來 形成。其中液晶係均勻地設置於液晶顯示面板中。 第1圖繪示一種傳統液晶顯示器之背光模組的爆炸 示意圖。 如第1圖所示，傳統之液晶顯示器之背光模組包括一 * 光源105、一導光板110、一反射片115、一擴散片120、 一棱鏡片125及一保護片130。 首先，光源105用以射出光線至液晶顯示器中。目前 已有多種不同的光源可應用於液晶顯示器中。由於冷陰極 燈管（cold cathode fluorescence lamp，CCFL)具有低 電量損耗及可射出高亮度白光之特性，使得液晶顯示器一 般皆使用冷陰極燈管作為光源105。 導光板110係設置於液晶顯示面板100之下，並鄰近 1378270 t '
FiIe:TW4482F 於光源105之一側。導光板110用以將光源105所產生之 點狀光線轉換為面狀光線，炎將此面狀光線投射於液晶顯 示面板100。 反射片115則設置於導光板丨10之下。反射片I15用 以將光源105所射出之光線反射至反射片U5之前的液晶 顯示面板100。 . 擴散片120係設置於導光板之上，用以均勻化穿 越導光板110之光線。 • 當光線穿越擴散片120時，光線係被擴散於水平與垂 直方向。此時光線之亮度將快速的降低。就這一點而言， 棱鏡片125係用以折射並集中光線’以藉此提高亮度。一 般兩個棱鏡片125係以相互垂直之方式排列。 保護片130係設置於棱鏡片125之上。在使用兩個相 互垂直排列之棱鏡片125的情況下，保護片130可以避免 棱鏡片125的到傷，並避免水波紋現象（Moire effect) 的發生。 鲁 傳統之液晶顯示器的背光模組包括上述元件。本發明 則加入新的技術特徵於棱鏡片125及其元件。 一般而言，當棱鏡片125正常地裝設時，數個單元棱 柱將以規律的方向排列於一透明材料膜上。 棱鏡片125用以折射穿越導光板110並被擴散板120 擴散之光線。 一般而言，若光線傳遞與折射之寬度較小，則在傳遞 與折射的區域内的光線將呈現的較亮。相反地，若光線傳 1378270 « »
File:TW4482F 遞與折射之寬度較大，則在傳遞與折射的區域内的光線將 呈現的較暗。 近年來，液晶顯示器由17 11寸或19忖朝向大於40 σ寸 之大尺寸面板發展。因此，如何維持背光模組所射出之光 線的密度在一預定水準之上，以及如何均勻化所看到的光 線係為大尺寸面板之一重要參考因素。 ' 以目前光源技術的發展而言，由光源射出之光線的密 度均相當地大。因此，要確保光線密度超過一預定水準是 • 相對容易的。所以，許多的研究均專注於光線擴散效率， 以使光線均勻地進入大尺寸面板之整個區域中。 【發明内容】 有鑑於此，本發明係有關於上述問題，且根據本發明 之一目的係提出一種擴散棱鏡片，其具有高效率的光線擴 散功能以及將光線朝一方向折射之功能。 根據本發明之另一目的，提出一種應用上述擴散棱鏡 片之液晶顯示器的背光模組。 本發明所實現之目的並不侷限於上述的目的，本發明 所屬技術領域者可藉由以下的敘述瞭解本發明的其他目 的。 根據本發明之一方面，本發明上述及其他的目的可藉 由一種擴散棱鏡片來實現。擴散棱鏡片包括一基材、一光 折射部及數個光擴散元件。基材係由一透明材料所組成。 光折射部係形成於基材之表面，並包括數個單元棱柱。此 1378270 s t
File:TW4482F 些單元棱鏡具有預定之一截面形狀，並朝一方向配置。光 擴散元件係形成於相鄰之單元棱鏡之間所形成之數個谷 部° . 其中，至少有50%以上的光擴散元件設置於低於各 個單元棱柱之高度一半以下之谷部的表面上。 根據本發明之再一方面，提出一種液晶顯示器之背光 • 模組。背光模組包括一導光板、一光源及上述之擴散棱鏡 片。光源係設置於導光板之一側表面或一背面。擴散棱鏡 • 片係設置於導光板之表面的上方，並具有光線折射功能與 光線擴散功能。 為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉一較 佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 本發明最佳實施例之擴散棱鏡片包括一基材、一光折 射部及數個光擴散元件。基材係由一透明材料所組成。光 ® 折射部係形成於基材之表面，並包括數個單元棱柱。此些 單元棱鏡具有特定之一截面形狀，並朝一方向配置。光擴 散元件係形成於相鄰之單元棱鏡所形成之谷部上。 其中，至少有50%以上的光擴散元件分佈於低於各 個單元棱柱之高度一半以下之谷部的表面上。 第2圖繪示本發明一較佳實施例之擴散棱鏡片之示 意圖。第3圖繪示關於本實施例實際製作之擴散棱鏡片的 電子顯微鏡照片圖。 1378270 « » ·
File:TW4482F 第4圖繪'示弟2圖「A」部分之放大示意圖。第5圖 繪示第3圖之電子顯微鏡照片圖之放大照片圖。 如第2圖及第4圖所示’根據本發明較佳實施例之擴 散棱鏡片20包括一基材200、一光折射部210及數個光擴 散元件220。 • · 基材200係作為擴散棱鏡片20之基底層。基材2〇〇 • 一般係由一透明材料所組成，例如是透明的合成樹脂 (synthetic resin)。合成樹脂例如是聚乙稀 籲 （Polyethylene)、聚丙稀（polypropylene)、聚碳酸酯 (polycarbonate)、玻璃或金屬薄膜等。 基材200的厚度並非用以限定本發明，其厚度一般係 為幾個微米（micrometers，em)。 光折射部210用以折射穿越基材200之光線，以藉此 提供具有均勻方向的光線。光折射部210係形成於基材2〇〇 之表面。 在本發明中，光折射部210係設計為角柱體形狀 ® ( prism shape)。 換句話說’基材200之一表面係形成光折射部2i〇。 而光折射部210係由數個單元棱柱211所形成，用以將穿 越基材200之光線折射於一預定方向。 雖然光折射部210之每一單元棱柱211的截面形狀係 以一三角形為例做說明，然而光折射部21〇之單元棱柱211 的截面形狀並非侷限於三角形。單元棱柱之截面形狀亦可 以是半圓形（semicircular shape，亦稱為 ^78270
* I
FiIe：TW4482F semicylindrical shape 或 lenticuiar shape)或任何其 他可折射光線之形狀。舉例來說，單元棱柱可以由一透^ 元件所組成，此透明元件具有可折射光線之至少兩個光風 平面。其中至少一對之光學平面並不相互平行，例如是^ 面形狀為三角形之單元棱柱的兩個光學平面。 在製造本發明之擴散棱鏡片2〇的過程中，單元棱柱 211的戴面形狀決定於要求的視角及螢幕大小等等。
光折射部210之該些單元棱柱211係朝一方向排列， 且其之間不具有任何間隙。然而’在某些情況下，筆直的 光線的需求可能比折射的光線的需求還要多，所以亦可机 置-些平面於單元她211之間。換句魏，單元j又 I能以一規律的間距來排列，而不是採用錢的排列方 難地’母一單元棱柱211的高度係可以設
米（㈣至500微米Un〇之間。其中，由於每：：攻 棱柱211的高度並不一致 、 早7L 均高度。若單元棱板二:===為-平 (Θ )較佳地係介於3〇幻2〇度之間。 /其頂角 請參照第4圖，光擴散元件220係不規則地分佈 fL 部’也就是相鄰之單域柱川所形成^ 合部中較低的區域。光擴散元件22〇係 、 狀、一橢圓形透鏡形狀或其組合。’、 '鏡形 光擴散元件220係以 覆蓋光折射部210之表面 具有球形表面之透鏡形狀元件 ’並以相互接觸或相互分離之方 1378270 » » *
File:TW4482F 式分佈為一面凹一面凸的形式（concave-convex)於單元 棱柱211之下部。 其中，光擴散元件220之橢圓形透鏡形狀的尺寸應小 於光折射部21〇的尺寸°更具體來說’光擴散元件220係 形成圓形透鏡形狀時’圓形透鏡形狀之直徑（diame1:er) 與棱柱之間距（pitch) P的比值較佳地係為0.01至0·9 • 之間。光擴散元件220係形成橢圓形透鏡形狀時’橢圓形 透鏡形狀之長軸直徑（long diameter)與棱柱的間距Ρ • 的比值較佳地係為〇. 01至〇. 9之間。並且’光線擴散元 件220之高度與光線折射部21〇之高度的比值較佳地係為 0. 01 to 0. 9 之間。 上述數字範圍係決定於光擴散效率及光擴散元件之 光折射特性。 光擴散元件220係以「非常小量之方式（by a very small amount)」來擴散穿越基材200及光折射部210之 光線。其中，「非常小量之方式」係表示維持光線亮度之 * 降低量接近於5到10%的範圍内。 較佳地，至少50% (更佳的情況係為至少7〇% )的 光擴散元件220分佈於單元棱柱2Π之間所形成之谷部的 表面。尤其是低於單元棱柱2Π之高度h 一半以下之區域。 也就是說，光擴散元件22〇分佈於單元棱柱211之下 部的數量多於分佈於單元棱柱2U之上部的數量。更且體 而言，光擴散元件220係多分佈於光折射部21〇之單元棱 柱211之高度h 一半以下之谷部的表面上（至少了 5〇%〜 1378270 I \
File:TW4482F 100%的光擴散元件220 )。 將光擴散元件220集中排列於谷部將可獲得各種特 性的改善，此即為採用上述光擴散元件220之分佈控制的 理由。 光擴散元件220係用以模糊光學膜片的外表表現。然 •二 而，光擴散元件220具有改變光學路徑的缺點，而將降低 " 背光的亮度。 在本實施例中，我們做了兩組實驗，兩組之光擴散元 _ 件220係分以相同的密度設置於單元棱柱210之山部及谷 部。由實驗的结果得知，當光擴散元件220設置於谷部時， 亮度獲得了改善。 雖然第4圖已經以圓形透鏡形狀繪示了光擴散元件 220，然而光擴散元件220仍然可以是橢圓形透鏡形狀或 圓形透鏡形狀與橢圓形透鏡形狀之組合（如第5圖所示）。 第5圖繪示了設置於單元棱柱211之間的光擴散元件 220。並且上述之橢圓形透鏡形狀之長軸直徑更以符號a I標示。 一般而言，光折射部210係以下列方式來製作：以具 有一嵌壁式圖案（recessed pattern)之模具壓合一均勻 厚度之透明薄膜，以形成一具有棱柱形狀之浮雕圖案於此 透明薄膜之表面。此時，透明薄膜之上表面形成具有棱柱 形狀之光折射部210 ’且透明薄膜之下表面形成基材200。 因此’為了要在擴散棱鏡片的製造過程中，同時形成 光折射部210及光擴散元件220，必須於模具上形成凹凸 1378270 Λ \
File:TW4482F 表面，並以採用模具的壓合過程來實現。如此可以將光折 射部210及光擴散元件220 —體成裂。 第3圖及第6圖繪示以上述製造方法所製成之擴散棱 . 鏡片的電子顯微鏡照片圖。請參照第3圖及第6圖，具有 一預定厚度之光折射部係形成於一薄膜上，且光擴散元件 • ·· 係以圓形透鏡形狀或橢圓形透鏡形狀之形式設置於光折 • 射部之下部（也就是相鄰的單元棱柱之間所形成之谷部）。 上述之擴散棱鏡片20係用以設置於導光板的表面 _ 上，其為光線所行進之表面。所以單獨提供的傳統擴散片 已經可被淘汰。 本發明之擴散棱鏡片20可應用於液晶顯示器之側光 式（edge type)点光模組及一直下式（direct type)背 光模組，側光式背光模組之光源係設置於導光板之一側表 面，直下式背光模組之光源係設置於導光板之下表面。並 且’光源可以是冷陰極燈管（CCFL)及發光二極體（LED)。 較佳地，光擴散元件係與光折射部係一體成型，並且 光擴散元件係設置於光折射部之下面。光擴散元件亦可以 一黏膠黏合於光折射部。 接著說明一實驗，此實驗證明應用本發明較佳實施例 之擴散棱鏡片將具有良好的模糊度及不會降低亮度之傳 遞特性，模糊度指的疋光線散射的程度。由於未說明之技 術内谷係為本發明所屬技術領域中具有通常知識者皆瞭 解的技術内容，故在此省略之。 1378270 • «
File:TW4482F 〈第一實驗例〉 本實驗例之樣本如下所述：光折射部之截面形狀係為 一三角形，其具有一 90度之頂角及近似50微米（//m) . 的高度（height)或間距（pitch)。且光擴散元件係以透 鏡形狀形成，並不規則地分佈於光折射部之下部。此透鏡 • » 形狀之直徑係為10至80%之單元棱柱之間的間距。60% * 的光擴散元件係分佈於單元棱柱之高度一半以下的區域。 _<第二實驗例〉 第二實驗例之樣本與第一實驗例不同之處在於，本實 驗例70%的光擴散元件係分佈於單元棱柱之高度一半以 下的區域。 〈第三實驗例〉 第三實驗例之樣本與第一實驗例不同之處在於，本實 驗例80%的光擴散元件係分佈於單元棱柱之高度一半以 下的區域。 〈比對實驗例〉 比對實驗例之樣本與第一實驗例不同之處在於，本實 驗例40%的光擴散元件係分佈於單元棱柱之高度一半以 下的區域。 上述第一〜第三實驗例與比對實驗例所進行之基材 15 1378270
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File:TW4482F 的條件相同，例如基材之種類、透明度、模糊度及厚度。 並針對上述第一〜第三實驗例及比對實驗例的表面 亮度、模糊度及透明度進行量測。 . 第7圖繪示比對實驗例之樣本的實驗結果照片圖，第 8圖繪示第一實驗例之樣本的實驗結果照片圖。 以下的表一繪示上述第一〜第三實驗例及比對實驗 例所量測之亮度、模糊度、透明度。 表一 亮度 (cd/m2 ) 模糊度 (%) 透明度 (%) 第一實驗例 5638 90. 0 12. 4 第二實驗例 5530 91. 8 16. 2 第三實驗例 5423 93. 0 19. 04 比對實驗例 5710 83. 0 9. 0 由第7圖可知，比對實驗例具有較好的亮度，但也具 有較差的光線擴散效果。 更具體的說，上述表一顯示比對實驗例之樣本具有 5710 cd/m2的亮度、83. 0%的模糊度及9. 0%的透明度。 由第8圖亦可得知，與比對實驗例做比較時，第一實 驗例之樣本的亮度有一點降低（但幾乎是相等的）。但第 一實驗例在光線擴散效果的表現上卻好的很多。 更具體的說，上述表一顯示第一實驗例之樣本具有 1378270
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Fi!e:TW4482F 5638 cd/m2的亮度、90.0%的模糊度及丨2. 4%的透明度。 第二實驗例之樣本具有5530 cd/m2的亮度' 91 8% 的模糊度及16· 2%的透明度。第三實驗例之樣本具有5423 cd/m2的亮度、93. 〇%的模糊度及19. 〇4%的透明度。 • L 換句話說’儘管亮度將會有微小的降低（約5到10 % ’或甚至更低），本發明較佳實施例之擴散棱鏡片將在 光學膜片的擴散特性上產生卓越的改善（如第8圖所示）。 表一亦顯示當光擴散元件220之密度增加時，透明度亦隨 * 之增加。 根據本發明較佳實施例，其提供具有光線折射功能及 光線擴散功能之擴散棱鏡片。 綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上， =其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通 吊知識•者’在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種 _ •^更動與潤_。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請 專利範圍所界定者為準。 17 1378270 »
FiIe:TW4482F 【圖式簡單說明】 第1圖繪示一種傳統液晶顯示器之背光模組的爆炸 示意圖； • 第2圖繪示本發明一較佳實施例之擴散棱鏡片之示 t 意圖； 第3圖繪示關於本實施例實際製作之擴散棱鏡片的 争 電子顯微鏡照片圖； 第4圖繪示第2圖「A」部分之放大示意圖； 第5圖繪示第3圖之電子顯微鏡照片圖之放大照片 圖； 第6圖繪示關於本實施例實際製作之擴散棱鏡片的 電子顯微鏡照片圖； 第7圖繪示比對實驗例之樣本的實驗結果照片圖；以 及 第8圖繪示第一實驗例之樣本的實驗結果照片圖。 【主要元件符號說明】 100 :液晶顯示面板 105 :光源 110 :導光板 115 :反射片 120 :擴散片 125 :棱鏡片 130 :保護片 1378270
File:TW4482F 20 :擴散棱鏡片 200 :基材 210 :光折射部 211 :單元棱柱 220 :光擴散元件 P :間距 h :高度

Claims (1)

1378270 I I FiIe:TW4482F 十、申請專利範圍： 1. 一種擴散棱鏡片，包括： 一基材，係由一透明材料所組成； 一光折射部，係形成於該基材之一表面，該光折射部 包括複數個單元棱柱，各該單元棱柱具有預定之一裁面形 狀並排列於一預定方向；以及 * 複數個光擴散元件，係設置於該光折射部之相鄰的該 些單元棱柱之間所形成的複數個谷部。 2. 如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 至少50%之該些光擴散元件分佈於各該單元棱柱之高度 一半以下之該些谷部的表面上。 3. 如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 ,至少70%之該些光擴散元件係分佈於各該單元棱柱之高 度一半以下之該些谷部的表面上。 4·如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 該些光擴散元件係與該光折射部一體成型地形成，且不規 則地分佈於該些單元棱柱之該些谷部的表面上。 5·如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 該基材之材料係選自於玻璃、透明合成樹脂及金屬薄膜所 組成之群組。 20 1378270 » » File:TW4482F 如申請專利範圍第丨項所述之擴散棱鏡片，其中 各該單70棱柱之該截面形狀係為一三角形、一半圓形或一 梯型。 如申請專利範圍第丨項所述之擴散棱鏡片，其中 該些單元棱柱之間不具有間隙。 上如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 »亥些單疋棱柱係排列於一平板上，該些單元棱柱之間具 固定的間隙。 ' 如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 各該單70棱柱之高度為5到500微米（#m)。 二如申請專利範圍第6項所述之擴散棱鏡片，其中 單元棱柱之邊戴面形狀係為一三角形，且各該單元棱 柱之一頂角係為30至12〇度。 u.如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 該光擴散元件係形成_圓形透鏡形狀，且該圓形透鏡形 l、有直彳二，該直徑係為〇. 〇1至〇. Θ倍之該些單元棱 c £ ) 21 1378270 V \ File:TW4482F 12. 如申請專利範圍第1項所述之擴散棱鏡片，其中 各該光擴散元件係形成一橢圓形透鏡形狀，且該橢圓形透 鏡形狀具有一長軸直徑，該長轴直徑係為0.01至0.9倍 . 之該些單元棱柱的間距。 13. —種液晶顯示器之背光模組，包括： 一導光板； 一光源，係設置於該導光板之一側表面或一背面；以 •及 一根據申請專利範圍第1項所述之該擴散棱鏡片，該 擴散棱鏡片係形成於該導光板之一表面上，光線係行進於 該表面，且該擴散棱鏡片具有一光線折射功能及一光線擴 散功能。 14. 一種液晶顯示器，包括如申請專利範圍第13項 所述之該背光模组。
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