TWI392925B - 背光模組 - Google Patents

Description

背光模組

本發明實施例關於一種背光模組，尤其關於一種液晶顯示器內使用的直下式背光模組。

由於液晶顯示器小型化、外形薄和耗能低的優點，已經用於筆記型個人電腦、自動化辦公設備和音頻/視頻設備等。

液晶顯示器包含液晶顯示模組和背光模組。背光模組依照光源的位置被分為直下式背光模組和側光式背光模組。

在側光式背光模組中，光源環繞導光板的邊緣。光源產生的光線在導光板內重複反射，光線透過導光板的主表面照射到液晶顯示模組上。

在直下式背光模組中，複數個光源平行地位於液晶顯示模組下方，反射板位於光源下方，擴散板位於光源上。光源產生的光線藉由擴散板照射到液晶顯示模組。

由於直下式背光模組中的光源數量與側光式背光模組中的光源數量相比增加，因此直下式背光模組可以獲得更高的影像亮度。

然而，在直下式背光模組中，由於平行的光源之間具有恆定的距離，因此光源正上方的影像亮度高，而光源之間空間上的影像亮度低。因此，亮度的不均勻性周期性地出現在直下式背光模組中，並且顯示的不均勻性因此發生在液晶顯示模組的顯示螢幕上。

在習知技術的直下式背光模組中，形成很厚的空氣間隔以解決不均勻性的問題。然而，很厚的空氣間隔導致直下式背光模組的光學膜組合的自由程度降低。

換言之，在空氣間隔形成的較厚的情況下，擴散板不得不位於最靠近光源的光學膜的最低位置，這是因為擴散板和稜鏡片沒有自承能力。

解決亮度不均勻的另一種方法是減小光源之間的距離。然而，由於這種方法導致光源數量增加，因此成本和耗能都提高，並且背光模組的製程也複雜。

鑒於上述問題，本發明的主要目的在於提供一種能夠獲得均勻亮度和薄外形的背光模組。

關於本發明之其它特徵及優點將於接下來的內容中提出，有些於內容敘述中即可明顯得知，而有些可於本發明之實施例中得知。本發明之目的以及其它優點，可藉由揭露之結構以及方法而實現，也可從揭露之圖式而得知。

因此，為達上述目的，本發明所揭露之一種背光模組，包含有：光源，用於產生光線；反射板，位於光源下方用於反射光線；以及稜鏡片，包含入射表面和出射表面，稜鏡片位於光源上使光源發出的直射光和反射板反射的光線透過入射表面直接入射到稜鏡片上；其中，用於散射直射光和反射光的光散射單元位於稜鏡 片之入射表面上，用於改變透過入射表面入射的光線的路徑的稜鏡圖案位於稜鏡片之出射表面上。

光源包含複數個線形光源，稜鏡圖案沿著線形光源的縱向延伸以具有鋸齒形或梯形剖面。

線形光源彼此間隔的距離為20mm至40mm，稜鏡片的位置使反射板與稜鏡片的入射表面之間的距離為5mm至15mm。

稜鏡圖案寬度方向上的稜鏡圖案的基礎部份長度為10 μm至500 μm，稜鏡圖案之基礎部份與頂端之間高度為基礎部份高度的0.2至0.8倍，稜鏡圖案之基礎部份與側面部份之間角度為35°至45°，頂端的彎曲為20 μm至200 μm。

光源包含點光源。稜鏡圖案具有鋸齒形剖面、梯形剖面或椎形剖面。

稜鏡片更包含位於稜鏡圖案下方的基座，基座由選自下述任何一種材料形成：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS(苯乙烯丙烯酸甲酯，styrene－methacrylate)樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯或上述物質的組合。

基座和稜鏡圖案由相同材料形成。基座和稜鏡圖案利用射出成型方法或擠製成形方法形成。另一方面，基座利用射出成型方法或擠製成形方法形成，稜鏡圖案利用熱壓方法形成。

基座包含有機珠粒或無機珠粒，有機珠粒例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂和聚苯乙烯，無機珠粒例如氧化矽或二 氧化矽。

基座和稜鏡圖案由不同材料形成。稜鏡圖案透過在基座上堆疊紫外線固化材料、以丙烯酸為基礎的單體或黏合劑，然後在堆疊結構上進行紫外線固化製程形成。

基座包含有機珠粒或無機珠粒，有機珠粒例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂和聚苯乙烯，無機珠粒例如氧化矽或二氧化矽。

基座為由兩種或更多種材料形成的多層結構，這些材料選自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯或其組合，多層結構具有由不同材料形成的兩層或多層。基座透過共同擠塑方法擠壓兩種或多種不同材料形成。

形成基座之至少一層結構包含有機珠粒或無機珠粒，有機珠粒例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂和聚苯乙烯，無機珠粒例如氧化矽或二氧化矽。

光學膜如擴散板、稜鏡膜和高亮度稜鏡膜的各種組合可位於稜鏡片上。

在具有上述結構的直下式背光模組中，由於稜鏡片位於最靠近光源的位置，因此亮度的不均勻性可有效地避免，而直下式背光模組的厚度可以大幅降低。

此外，由於光散射單元形成在稜鏡片的入射表面上，因此光源產生的光線的利用效率增加。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

以下將結合附圖詳細描述本發明較佳實施例。

在附圖中，各層和區域的厚度被放大以便於識別。整個說明書中，相同的標號代表相似的元件。應該理解的是當一層位於另一層或基板上時，它可以直接位於另一層或基板上，或者也可以是中間層。

<第一實施例>

本發明第一實施例的背光模組將結合「第1圖」至「第6圖」詳細描述。

「第1圖」所示為本發明第一實施例直下式背光模組結構的剖面圖，「第2圖」所示為「第1圖」的直下式背光模組中使用的稜鏡片的示意圖。

「第3圖」所示為「第2圖」中的稜鏡片的操作示意圖，「第4圖」至「第7圖」所示為亮度測量結果的實驗資料，其依照在稜鏡圖案的寬度方向上「第2圖」中稜鏡片的稜鏡圖案的長度變化，依照稜鏡圖案頂端和基礎部份之間的高度變化，依照稜鏡圖案基礎部份和側面部份之間的角度變化以及依照頂端的彎曲變化。

在第一實施例中，包含線形光源110如冷陰極螢光燈管(CCFL)或外部電極螢光燈管(EEFL)的直下式背光模組將作為示例進行描 述。除了線形光源，也可使用點狀光源如發光二極體(LED)。

如「第1圖」所示，本發明第一實施例的直下式背光單元包含複數個平行排列的線形光源110。每個線形光源110之間彼此間隔的距離G1是20mm至40mm。用於反光的反射板120位於線形光源110下方。

反射板120使稜鏡片130位於線形光源110上。稜鏡片130最好的位置是使反射板120與稜鏡片130的入射表面之間的距離G2為5mm至15mm或6mm至10mm。

如「第2圖」和「第3圖」所示，稜鏡片130包含入射表面和出射表面，線形光源110產生的光線照射到入射表面上，入射光從出射表面射出。

形成稜鏡片130的基座131可由下述任何一種材料形成：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂、聚苯乙烯或上述物質的組合。基座131的厚度T約為1 mm至3 mm。

剖面為鋸齒形狀的稜鏡圖案133沿著稜鏡片130出射表面上的線形光源110的縱向延伸。具有鋸齒狀剖面的稜鏡圖案133是垂直於對應箭頭的縱向切割的剖面的三角凸出圖案。三角凸出圖案之間可具有水平部份。然而，三角凸出圖案最好連續形成，以有效降低亮度的非均勻性。

基座131和稜鏡圖案133可由相同材料或不同材料形成。

在基座131和稜鏡圖案133由相同材料形成的情況下，可利 用射出成型方法或擠製成形方法連續形成基座131和稜鏡圖案133。或者，利用射出成型方法或擠製成形方法形成基座131，利用熱壓方法形成稜鏡圖案133。

在基座131和稜鏡圖案133由不同材料形成的情況下，稜鏡圖案133可透過在基座131上堆疊紫外線固化材料、以丙烯酸為基礎的單體、低聚物、聚合體或黏合劑，然後在堆疊結構上進行紫外線固化製程而形成。

稜鏡片130的出射表面上的稜鏡圖案133完全反射入射到稜鏡片130上並且方向與線形光源110垂直的的光線111。稜鏡片130的出射表面上的稜鏡圖案133將入射到稜鏡片130上的光線在趨向於垂直方向射出出射光線113。因此，線形光源110形成的光線透過稜鏡圖案133被均勻地出射。

位於稜鏡片130入射表面上的光散射單元135將線形光源110發出的直射光線和反射板120反射的光線散射。具有凹凸表面的光散射單元135可透過在基座131的下表面上進行壓紋製程或在基座131的下表面上進行腐蝕製程來形成。

如上所述，當光散射單元135形成在稜鏡片130的入射表面上時，與不形成散射單元135的情況相比，線形光源110發出的光線可以被更有效地採用。

「第4圖」至「第7圖」所示為亮度測量結果的實驗資料，其依照在稜鏡圖案133的寬度方向上稜鏡圖案133的基礎部份的 長度L的變化，依照稜鏡圖案133基礎部份和頂端之間的高度H的變化，依照稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ的變化，以及依照頂端的彎曲R的變化。

「第4圖」所示為當稜鏡圖案133的寬度方向上稜鏡圖案133的基礎部份的長度L是300 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的高度H是90 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ是40°時的實驗資料。

「第5圖」所示為當稜鏡圖案133的寬度方向上稜鏡圖案133的基礎部份的長度L是300 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的高度H是50 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ是40°時的實驗資料。

「第6圖」所示為當稜鏡圖案133的寬度方向上稜鏡圖案133的基礎部份的長度L是300 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的高度H是90 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ是30°時的實驗資料。

「第7圖」所示為當稜鏡圖案133的寬度方向上稜鏡圖案133的基礎部份的長度L是300 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的高度H是50 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ是30°時的實驗資料。

稜鏡圖案133的寬度方向內稜鏡圖案133的基礎部份的長度L最好是10 μm至500 μm，稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的 高度H最好是長度L的0.2至0.8倍，稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ最好是35°至45°，並且頂端的彎曲R最好是20 μm至200 μm。原因可從「第4圖」至「第7圖」中瞭解。由於稜鏡圖案133的製程頂端自然地形成為彎曲形狀，頂端的彎曲R滿足上述彎曲範圍。

從「第5圖」至「第7圖」中可以看出，在稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的高度H不滿足上述範圍時，「第5圖」稜鏡圖案133上出現水紋缺陷(mura)。在稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ不滿足上述範圍時，「第6圖」稜鏡圖案133上出現水紋缺陷(mura)。在稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的高度H以及基礎部份和側面部份之間的角度θ均不滿足上述範圍時，「第7圖」的稜鏡圖案133上出現水紋缺陷(mura)。

然而，稜鏡圖案133的基礎部份的長度L，稜鏡圖案133的基礎部份和頂端之間的高度H，以及稜鏡圖案133的基礎部份和側面部份之間的角度θ均不滿足上述範圍使「第4圖」的稜鏡圖案133上出現的水紋缺陷(mura)與「第5圖」至「第7圖」的稜鏡圖案133上的水紋缺陷(mura)相比減小。

擴散板、稜鏡膜和具有高亮度的稜鏡膜的各種組合可位於稜鏡片130上。例如，如「第1圖」所示，第一擴散板140、第二擴散板150和高亮度稜鏡膜160可依次位於稜鏡片130上。

<第二實施例>

本發明第二實施例將結合「第8圖」描述。第一和第二實施例中相同或相似的元件和結構將使用相同的標號代表，並將簡要描述或省略描述。

如「第8圖」所示，稜鏡片130的基座131和稜鏡圖案133由不同材料形成。稜鏡圖案133由在基座131上堆疊紫外線固化材料、以丙烯酸為基礎的單體、低聚物、聚合體或黏合劑，然後在堆疊結構上進行紫外線固化製程而形成。

第一擴散板140、第二擴散板150、稜鏡膜170和高亮度稜鏡膜160依次位於稜鏡片130上。

盡管圖未示，但也可使用第三擴散板代替高亮度稜鏡膜160。擴散板、稜鏡膜和高亮度稜鏡膜可依次位於稜鏡片130上；稜鏡膜、擴散板和高亮度稜鏡膜可依次位於稜鏡片130上；或者稜鏡膜、第一和第二擴散板和高亮度稜鏡膜可依次位於稜鏡片130上。

如上所述，擴散板、稜鏡膜和高亮度稜鏡膜的各種組合可位於稜鏡片130上。

<第三實施例>

以下將結合「第9圖」描述本發明第三實施例。「第9圖」所示為本發明第三實施例的稜鏡片230的示意圖。稜鏡片230包含具有由不同材料形成的雙層結構的基座231。基座231包含第一基座231a和位於其上的第二基座231b。剖面為梯形的稜鏡圖案233形成在第二基座231b上。

盡管「第9圖」所示為第二基座231b和稜鏡圖案233由相同材料形成的情況，但二者也可由不同材料形成，其形成方式與第二實施例相同。

<第四實施例>

以下將結合「第10圖」和「第11圖」所示描述本發明第四實施例。在第四實施例中，使用點光源310如發光二極體作為光源，稜鏡片330位於點光源310上。複數個稜鏡膜位於稜鏡片330上。線形光源可代替點光源。

如「第11圖」所示，稜鏡片330包含基座331和其上的複數個椎形稜鏡圖案。

基座331包含能夠擴散光線的擴散材料。擴散材料可包含無機填料和有機填料。無機填料可包含氧化矽、氫氧化鋁、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、硫酸鋇、矽酸鎂、二氧化矽或其組合。有機填料可包含丙烯酸為基礎的樹脂、丙烯腈、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂、聚氨酯、聚氯乙烯、以聚苯乙烯為基礎的樹脂、聚丙烯腈、聚醯胺、以聚矽氧烷為基礎的樹脂、以三聚氰胺為基礎的樹脂和以苯並鳥嘌呤為基礎的樹脂。

稜鏡片330中使用的擴散材料的形狀並沒有特定限制，可為圓形、杆形和圓盤形等。擴散材料的最好是能夠同向性擴散光線的珠粒337。

在稜鏡片330的基座331內包含珠粒337的情況下，從稜鏡 片330的出射表面發出的光線的均勻性被進一步增強。

盡管「第10圖」和「第11圖」圖示了基座331和稜鏡圖案333由相同材料形成的情況，但基座331和稜鏡圖案333也可由不同材料形成，形成方法與第二實施例相同。

與第三實施例相似，基座331具有雙層結構。盡管未詳細圖示，但第一至第三實施例的稜鏡片可包含珠粒337。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

110‧‧‧線形光源

111‧‧‧光線

120‧‧‧反射板

130、230、330‧‧‧稜鏡片

131、231、331‧‧‧基座

133、233、333‧‧‧稜鏡圖案

135‧‧‧光散射單元

140‧‧‧第一擴散板

150‧‧‧第二擴散板

160‧‧‧高亮度稜鏡膜

170‧‧‧稜鏡膜

231a‧‧‧第一基座

231b‧‧‧第二基座

310‧‧‧點光源

337‧‧‧珠粒

H‧‧‧基礎部份和頂端之間的高度

T‧‧‧基座的厚度

L‧‧‧基礎部份的長度

R‧‧‧頂端的彎曲

θ‧‧‧基礎部份和側面部份之間的角度

G1‧‧‧線形光源之間彼此間隔的距離

G2‧‧‧ 反射板與種鏡片的入射表面之間的距離

第1圖為本發明第一實施例的背光模組結構的剖面圖；第2圖為第1圖的背光模組使用的稜鏡片的示意圖；第3圖為第2圖的稜鏡片的操作的示意圖；第4圖為亮度測量結果的實驗資料的示意圖，其依照稜鏡圖案寬度方向上第2圖的稜鏡片的稜鏡圖案的基礎部份長度的變化；第5圖為亮度測量結果的實驗資料的示意圖，其依照第2圖的稜鏡片的稜鏡圖案的基礎部份與頂端之間高度的變化；第6圖為亮度測量結果的實驗資料的示意圖，其依照第2圖的稜鏡片的稜鏡圖案的基礎部份與側面部份之間角度的變化以及頂端的彎曲變化； 第7圖為亮度測量結果的實驗資料的示意圖，其依照第2圖的稜鏡片的稜鏡圖案的頂端的彎曲變化；第8圖為本發明第二實施例背光模組結構的剖面圖；第9圖為本發明第三實施例背光模組使用的稜鏡片的示意圖；第10圖為本發明第四實施例背光模組結構的剖面圖；以及第11圖為第10圖的背光模組使用的稜鏡片的示意圖。

110‧‧‧線形光源

111‧‧‧光線

120‧‧‧反射板

130‧‧‧稜鏡片

131‧‧‧基座

133‧‧‧稜鏡圖案

135‧‧‧光散射單元

140‧‧‧第一擴散板

150‧‧‧第二擴散板

160‧‧‧高亮度稜鏡膜

G1‧‧‧線形光源之間彼此間隔的距離

G2‧‧‧反射板與稜鏡片的入射表面之間的距離

Claims (17)

1. 一種背光模組，包含有：一光源，用於產生光線；一反射板，位於該光源下方用於反射光線；以及一稜鏡片，包含一入射表面和一出射表面，該稜鏡片位於該光源上使該光源發出的直射光和該反射板反射的光線透過該入射表面直接入射到該稜鏡片上；其中，用於散射該直射光和該反射光的一光散射單元位於該稜鏡片之該入射表面上，用於改變透過該入射表面入射的光線的路徑的一稜鏡圖案位於該稜鏡片之該出射表面上，其中該稜鏡片還包含一基座，該基座係位於該稜鏡圖案下方，並且該基座內包含同向性擴散光線的多個珠粒。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該光源包含複數個線形光源，該稜鏡圖案沿著該線形光源的縱向延伸並具有鋸齒形或梯形剖面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之背光模組，其中該線形光源彼此間隔的距離為20mm至40mm，該稜鏡片的位置使該反射板與該稜鏡片的該入射表面之間的距離為5mm至15mm。
4. 如申請專利範圍第3項所述之背光模組，其中該稜鏡圖案寬度方向上的該稜鏡圖案的一基礎部份長度為10μm至500μm，該稜鏡圖案之該基礎部份與一頂端之間高度為該基礎部份高度的0.2至0.8倍，該稜鏡圖案之該基礎部份與一側面部份之 間角度為35°至45°，該頂端的彎曲為20μm至200μm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該光源包含點光源，該稜鏡圖案為椎形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組，其中該稜鏡片更包含一基座，該基座位於該稜鏡圖案下方。
7. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該基座為單層結構，由選自下述任何一種材料形成：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂、聚苯乙烯或上述物質的組合。
8. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中該基座和該稜鏡圖案由相同材料形成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之背光模組，其中該基座和該稜鏡圖案利用射出成型方法或擠製成形方法形成。
10. 如申請專利範圍第8項所述之背光模組，其中該基座利用射出成型方法或擠製成形方法形成，該稜鏡圖案利用熱壓方法形成。
11. 如申請專利範圍第8項所述之背光模組，其中該等珠粒包含有機珠粒或無機珠粒，該有機珠粒例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂和聚苯乙烯，該無機珠粒例如氧化矽或二氧化矽。
12. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中該基座和該稜鏡圖案由不同材料形成。
13. 如申請專利範圍第12項所述之背光模組，其中該稜鏡圖案透過在該基座上堆疊紫外線固化材料、以丙烯酸為基礎的單體或黏合劑，然後在堆疊結構上進行紫外線固化製程形成。
14. 如申請專利範圍第12項所述之背光模組，其中該等珠粒包含有機珠粒或無機珠粒，該有機珠粒例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂和聚苯乙烯，該無機珠粒例如氧化矽或二氧化矽。
15. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該基座為由兩種或更多種材料形成的多層結構，該材料選自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯或其組合，該多層結構具有由不同材料形成的兩層或多層。
16. 如申請專利範圍第15項所述之背光模組，其中該基座透過共同擠塑方法擠壓該兩種或多種不同材料形成。
17. 如申請專利範圍第15項所述之背光模組，其中形成該等珠粒包含有機珠粒或無機珠粒，該有機珠粒例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、MS樹脂和聚苯乙烯，該無機珠粒例如氧化矽或二氧化矽。