TWI434085B - 具微結構之反射均光導光裝置及具有該反射均光導光裝置的背光模組與液晶顯示器 - Google Patents

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Description

具微結構之反射均光導光裝置及具有該反射均光導光裝置的背光模組與液晶顯示器
本發明是關於一種具微結構之反射均光導光裝置，尤指一種以共押出製程一體成型製作且兼具有反射、均光與導光功能的具微結構之反射均光導光裝置，其可搭配一側光源使用來構成一顯示器的背光模組。
導光板(Light Guide Plate)是顯示器背光模組中的光導引媒介，主要是多數背光模組為側光型(Edge Type)，藉由導光板導引側向的光線由顯示器正面射出，能提高面板輝度(luminance)及控制亮度均勻。
導光板的原理是利用光線進入導光板後產生光反射，將光線傳至導光板的另一端，特別可利用導光板的一側特定結構產生各個角度的擴散現象，將反射光導引至導光板正面，折射率越大，其導光能力越好。另外，除了射向正面的光線外，有些光線會由導光板底部之反射板再次導入導光板。
如圖一所示，為習知技術如美國專利第7,108,385號(公告於西元2006年9月19日)所揭露的發光元件的光源模組，其揭露一種導光板。其中，液晶面板57、擴散膜56、菱鏡模組55、光源模組50、光射出的平面523，包含導光板520與反射板524，光源模組50中電路板51與反光層54，上述各元件形成一個背光模組5。
然而，習知技術導光板中各部元件的缺點，包括反射片、導光板、擴散片、菱鏡片等，可歸納為如下表一：
如圖二所示，習知技術之導光板520在光線傳導過程中，會面臨光損耗問題。為了在背光模組5增加反射光的效果，習知技術會新增一反射板524，由於此習知的反射板524與導光板520之間有空氣層525，將增加光581損耗達8%左右，降低光利用率，並且會增加背光模組5製程程序及成本。
此外，習知技術之導光板若是採取印刷導光板之技術，則易因印刷導光板需經過網版、油墨、及網印技術等，造成產品良率控制不佳及亮帶的缺失。如圖三所示，為習知技術之導光板520之亮帶示意圖；於導光板520之出光面上將會因出光不均勻而在其中央部分出現條狀最亮區域582(亦即亮線)、次亮區域583、以及最外圍之較暗區域584。
如上所述，習知技術由於導光板與板材之間有空氣層而增加光損耗、背光模組成本較高、有明顯亮線現象、菱鏡模組加工不易且微結構易損壞等缺失，而有進一步改良之空間。
本發明之主要目的是在於提供一種具微結構之反射均光導光裝置及具有該反射均光導光裝置的背光模組與液晶顯示器，為共押出製程之簡單之一體成型之雙層複材結構，可具有提升光之利用率、出光更為均勻、輝度更為增亮、降低背光模組成本、不需菱鏡模組等優點。
為達上述之目的，本發明揭露了一種具微結構之反射均光導光裝置，可搭配一側光源使用以供作為一背光模組設置於一液晶顯示器中。該反射均光導光裝置至少包括有：一導光層及一反射層。該導光層定義有一入光面及一出光面。該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導光層中。該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出。該反射層可將該導光層中之光加以反射回該導光層。該反射層與該導光層為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面。並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構。
於一較佳實施例中，於該出光面上設有另一微結構；並且，該出光面之微結構與該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：
1.6E-02≦(H1/P1)*(H2/P2)≦1.21E-01；
其中，H1是該出光面之微結構的深度、P1是該出光面之微結構的寬度、H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度。
於一較佳實施例中，該具微結構之反射均光導光裝置更符合至少下列其中之一條件：0.02＜Rh(1/H2)＜0.5，其中，Rh是該反射層的厚度，H2是該反射面之微結構的深度；以及，該反射層之微結構之深寬比(H2/P2)值為介於0.03~0.8。
於一較佳實施例中，該出光面之微結構為非連續性之微結構，且兩相鄰微結構之間距G值介於0~1.4mm。
於一較佳實施例中，該具微結構之反射均光導光裝置更包括有至少下列其中之一：複數擴散粒子，添加於該導光層中；不同折射率之兩種塑料，混合於該反射層中；複數反射粒子，添加於該反射層中；以及一粗糙面或一可控制疏密分佈霧面，形成於該出光面上。
為了能更清楚地描述本發明所提出之具微結構之反射均光導光裝置及具有該反射均光導光裝置的背光模組與液晶顯示器，以下將配合圖式詳細說明之。
(一)本發明裝置(雙層結構)之概述：
如圖四所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1，特別是指一種多合一(ALL IN ONE)的導光裝置，透過共押出一體成型之整合性製程，在反射均光導光裝置之導光層與反射層之間的反射面上形成立體之微結構，使得單一導光裝置即可達成均光、導光與光反射的效果，可應用於任何側光源2形式之大型面板，其反射均光導光裝置1之本體主要包含：一微結構反射層11；一微結構導光層12；及一表面粗糙度(Ra)形成於之導光層12之出光面121。
如圖四所示為本發明具微結構之反射均光導光裝置1之本體實施例之一。此具微結構之反射均光導光裝置1為一簡單之一體成型之雙層複材(為共押出製程)之微結構導光裝置。
(二)本發明反射層11(下層)之概述：
本發明之具微結構之反射均光導光裝置1的數個重要概念中的其中之一，是利用反射面微結構的設計來造成由側光源2所產生之光於導光裝置1內的反射現象，以取代傳統網點方式來散佈光源；且該微結構係形成於反射層11與導光層12之間的反射面上，進而取代反射板的使用。其中，利用結構導光層12之擴散粒子將線光源或點光源形成面光源，並於導光層12與反射層11之微結構相互對應，進而取代反射片的使用，達到反射、導光及均光之效果。
藉由上述技術，本發明減少了因為反射片所產生的光損耗，主要方式為與導光層12同時形成的反射片或是反射層11。如圖五所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1利用在導光層12之一底側增加微結構以及一層反射層11，與此導光層12同時形成，使得此具微結構之反射均光導光裝置1之本體中的反射層11與透明導光層12間無空氣界面層。由於本發明反射層11與導光層12板材之間無空氣層，與圖二所示有空氣間隔的習知技術相較之下，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1可提昇光利用率，其微結構亦可作導光層之反射與光擴散現象，同時達到反射與導光的效果，可有效降低光損耗至4%以下。同時，由於本發明之具微結構之反射均光導光裝置1的製程經簡化，故可減少導光裝置貼膜程序、背光模組製程程序及成本。
而本發明之具微結構之反射均光導光裝置1的反射層11之較佳實施例為：
(1)以不同折射率之兩種塑料進行混合、或是在反射層塑料中添加少量之反射粒子的方式，來製作本發明之反射層11。
(2)若是以不同折射率之兩種塑料進行混合來製作反射層11時，其不同折射率塑料之混合比例為7：3。
(3)　若是以添加反射粒子111的方式來製作反射層11時，其反射粒子111折射率為2.2~3.2，添加濃度小於0.5%重量百分比。
(4)反射粒子粒徑111介於1-100μm，最佳範圍為4-50μm。
(5)反射層11本身塑料之折射率介於1.6-2.5。
(6)反射層11與導光層12折射率差值介於0.05-1。
(三)本發明均光導光層12(上層)之概述：：
在本發明之具微結構之反射均光導光裝置1的實施例中，更利用導光層12中所添加的複數微小擴散粒子122將線光源或點光源形成面光源，達到均光與遮瑕的效果，藉由折射率差提昇光利用率。
本發明之具微結構之反射均光導光裝置1的導光層12的較佳實施例可以為：
(1)在導光層12中添加少量之擴散粒子122、或是針對導光層12之出光面121的表面進行霧化處理。
(2)擴散粒子與導光層12之塑料基材折射率差介於0.04＜Δn＜0.1。
(3)擴散粒子粒徑介於2μm~10μm。
(4)　導光層12之表面(出光面121)粗糙度(Ra)介於1μm＜Ra＜6μm，可提升輝度及均勻度。
(5)　導光層12本身塑料基材之折射率介於1.42-1.63。
(四)本發明微結構：
在本發明之具微結構之反射均光導光裝置1的實施例中，在導光層12與反射層11相鄰接之表面(也就是導光層12之底側面，或是反射層11之頂側面)係定義為一反射面。本發明在此反射面上增加複數個微結構之設計。於本發明中，每一微結構之間距離為相等距離、非等距離或是交錯排列之微結構。各個微結構可以是三維(例如：金字塔)結構，各面具有不對稱或對稱的三角形、側面不對稱或對稱之三角形結構、柱狀結構、弧形結構等。較佳實施例如下：
反射面之各個微結構之深寬比為0.03~0.8；並且，反射面之各個微結構的寬度介於80μm~250μm為較佳。
反射層厚度與微結構深度介於0.02＜Rh(1/H2)＜0.8，因此，兼具反射及導光效果。
(五)本發明微結構反射層11(下層)之導光效果與厚度關係：
本發明之具微結構之反射均光導光裝置的實施例中，其反射層11微結構厚度與入光量的關係，可以得出一個較佳的範圍，也就是反射層11的厚度不宜大於本體總厚度(導光層12加上反射層11)的1/10。
(六)本發明微結構反射層厚度(下層)與微結構深度關係：
請參閱圖六，為本發明之具微結構之反射均光導光裝置的一輝度關係曲線圖。於本曲線圖中的兩軸關係數據如下，其中縱軸反映的是整體微結構形成的輝度(Luminance)也就是在出光面所量測到的輝度值，橫軸為反射層的厚度(Rh)乘上反射面之微結構深度反比(1/H2)的反射層微結構之厚深關係值。其中，當反射層的上、下兩表面(其中有一表面為反射面)都具有連續性且大致平行延伸之三角錐狀之微結構時，則如圖六之左下角的小圖所示，其反射層厚度(Rh)指的是的上、下兩表面兩者之三角錐狀微結構兩錐頂之間的距離，且微結構深度(H2)指的是反射層任一表面之三角錐狀微結構的錐頂與錐谷之間的深度距離。而當反射層的上、下兩表面(其中有一表面為反射面)中有一表面是平面而另一表面具有連續性三角錐狀之微結構時，則如圖六之右下角的小圖所示，其反射層厚度(Rh)指的是的該平面與三角錐狀微結構的錐頂之間的距離，且微結構深度(H2)指的是三角錐狀微結構的錐頂與錐谷之間的深度距離。
因此，根據圖六數據可知，不同的反射層厚度與微結構深度比值對於出光面的輝度會有不同的影響。當Rh(1/H2)值落於0.02＜Rh(1/H2)＜0.8此範圍內才能同時有反射及導光之效果，反射層之反射率約80%，若超出此範圍則會使反射率過低或勻光功效不佳；並且，當Rh(1/H2)值進一步落於最佳範圍0.02＜Rh(1/H2)＜0.5之間時，則本發明之具微結構之反射均光導光裝置可進一步提供較高輝度於出光面上也就是具有較佳反射與勻光的光學表現。
(七)本發明導光層12(上層)之厚度、濃度及均勻度關係：
本發明之具微結構之反射均光導光裝置1的實施例中，其導光層12(上層)之厚度、濃度及均勻度關係之實施例可以如下：
(1)微結構導光板12添加少量擴散粒子，可解決亮帶及均勻度不佳等現象。
(2)當擴散粒子粒徑越小，相同穿透分佈越窄。
(3)當擴散粒子粒徑越大，相同穿透分佈越寬。
(4)隨著折射率差異與所需添加濃度而變化；隨著粒徑大小與所需添加濃度而變化。
本發明之具微結構之反射均光導光裝置1，藉由在微結構導光層12中添加少量擴散粒子，可以解決亮帶及均勻度不佳的問題，亦可提昇光的利用率；當擴散粒子與導光層12塑料基材折射率差介於0.04＜Δn＜0.1範圍內時，可以保持高穿透率的狀態。
其中，本發明之導光層12之厚度與擴散粒子的濃度，與輝度及光均勻度有關。
本發明具微結構之反射均光導光裝置1中影響均光導光層12之粗糙度與輝度的因素有：
(1)導光層12表面(出光面121)粗糙度有助提昇導光板輝度值。
(2)　導光層12表面(出光面121)粗糙度之可控制疏密分佈變化隨反射層之反射粒子濃度而改變。
導光層12表面(出光面121)粗糙度(Ra)優點：(1)增加均光導光板輝度；(2)解決亮帶問題；(3)提高均勻度。
因此，導光層12之出光面121粗糙度(Ra)與輝度(L)的關係中，粗糙度在1μm至6μm中得較好的輝度。
(八)本發明之具微結構之反射均光導光裝置之本體具體結構的其他多種實施例態樣：
於本發明中之具微結構之反射均光導光裝置1中，其導光層12中可以添加也可以不添加擴散粒子122，且導光層12上表面(出光面121)可以是鏡面平面、霧面平面、具連續性微結構、單側入光設計之非連續性微結構、以及雙側入光設計之非連續性微結構等多種態樣；同時，反射層11與導光層12兩者接觸面(反射面112)也可以是鏡面平面、霧面平面、具連續性微結構、單側入光設計之非連續性微結構、以及雙側入光設計之非連續性微結構等多種態樣。因此，將上述之各種不同設計之反射層11與導光層12交叉搭配後，即可得到如圖七所示之本發明中之具微結構之反射均光導光裝置1中的反射層11與導光層12結構的多種實施態樣。舉例來說，在圖七之欄位41中的兩個結構圖411、412分別顯示了其導光層內具有擴散粒子(圖411)與不具有擴散粒子(圖412)、但兩者(圖411及412)之導光層上表面(出光面4111、4121)都是具有連續性結構設計而且反射層與導光層兩者接觸面(反射面4112、4122)是平面(鏡面或霧面)的兩個實施例。又如，欄位42中的兩個結構圖421、422分別顯示了其導光層內具有擴散粒子(圖421)與不具有擴散粒子(圖422)、但兩者之導光層上表面(出光面4211、4221)都是平面(鏡面或霧面)而且反射層與導光層兩者接觸面(反射面4212、4222)是具有雙側入光設計之非連續性微結構的兩個實施例；其他實施例則類推。此外，在出光面與反射面兩者皆有微結構(不論是連續性、非連續性、單側或雙測入光設計)的各實施例中，其設於出光面上之微結構的排列方向和設於反射面上之微結構的排列方向可以是互為平行或是正交的排列方向。
本發明之具微結構之反射均光導光裝置1除了其出光面與反射面的結構可以多樣化搭配與設計之外，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構的具體結構設計也有許多不同的實施例，例如但不侷限於圖八A至圖八O所示之實施例，逐一舉例說明如後。
如圖八A所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第一實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之連續性三角條狀微結構801。
如圖八B所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第二實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之連續性半圓條狀微結構802。
如圖八C所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第三實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之立體的連續性錐形(金字塔)微結構。803
如圖八D所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第四實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之立體的連續性球形微結構804。
如圖八E所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第五實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之立體的連續性弧狀錐形微結構805。
如圖八F所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第六實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條狀、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構806(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八G所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第七實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條狀、等距疏密變化的微結構807。
如圖八H所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第八實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構808(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八I所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第九實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、等距疏密變化的微結構809。
如圖八J所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第十實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性立體的錐形(金字塔)、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構810(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八K所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第十一實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且以陣列排列之非連續性立體的錐形(金字塔)、等距疏密變化的微結構811。
如圖八L所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第十二實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構812(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八M所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第十三實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、等距疏密變化的微結構813。
如圖八N所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第十四實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構814(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八O所示，本發明之具微結構之反射均光導光裝置1上的微結構第十五實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、等距疏密變化的微結構815。
請參閱圖九，為本發明之具微結構之反射均光導光裝置1a的另一實施例示意圖。於本實施例中，該具微結構之反射均光導光裝置1a的導光層12之出光面121上、以及在反射層11與導光層12之間的反射面112上，均分別設有微結構114、124。其中，設於反射面112上之微結構114是連續性的；然而，設於出光面121上的則是非連續性且有疏密變化的微結構124。並且，最接近入光面15處之出光面121上的兩相鄰微結構124之間距G為最大，而越遠離入光面15處之出光面121上的兩相鄰微結構124間距G則逐漸越小。藉由在出光面121上設置可控制疏密變化也就是越遠離入光面15則間距G越小(越密集)的微結構124，可達到出光均勻、與避免接近入光面處較亮越遠離入光面則越暗的現象。並且，當該出光面121上所設置之非連續性微結構124的結構間距G值介於0~1.4mm之較佳範圍時，若再搭配貼附於出光面121上之光學膜片(圖中未示)後，其出光面121將不會有亮線現象發生(亮線不可視)。同理，若是在反射面112上設置類似上述之非連續性且可控制疏密變化的微結構，也可以達到類似的出光均勻效果。
請參閱圖十與圖十一，分別為本發明用來製造具微結構之反射均光導光裝置之共押出製程的一實施例流程圖與示意圖。以製作如圖四所示具一體成型兩層結構之本發明具微結構之反射均光導光裝置1的共押出製程為例，首先需分別把用來形成反射層11之含有反射粒子111之塑料置於押出機台副押出機料桶21中，並把用來形成導光層12之含有不同粒徑大小及不同折射率擴散粒子122之塑料置於押出機台主押出機料桶22中。接著，將這些料桶21、22中的塑料分別藉由螺桿混煉24後，進入押出模具(T Die)25的主、副層。之後，再藉由R1、R2及R3三組滾輪將其押合成形，同時更藉由預先刻製於R1、R2或(及)R3滾輪外表面上的微結構刻模來在所押合成形之板材的上表面(出光面)或是下表面(反射層與反射面)上滾壓出所需之立體微結構，進而共押出一體成型之本發明「all in one」反射均光導光裝置1d。相較於習知技術有藉由鍍膜方式在導光層下表面鍍上一層反射層的習知技術，本發明採用共押一體成型的技術確實更具有製程上的便捷性與進步性。
請參閱圖十二，為本發明用來在具微結構之反射均光導光裝置之出光面上形成粗糙面的噴砂製程示意圖。於本發明中，形成於在具微結構之反射均光導光裝置之出光面的粗糙面或霧面，也就是形成於導光層之上表面的粗糙面或霧面，其粗糙的程度可藉由控制噴砂裝置31之噴砂壓力p、噴砂速度v、以及噴嘴32與滾輪表面33距離d來加以控制。之後再以具有預定粗糙面之滾輪表面33作為圖十一所示之滾輪R1、R2、R3，於共押出製程中滾壓該押合成形之塑料板材，進而在本發明共押出一體成型兩層結構之導光裝置的反射面及(或)出光面上押出粗糙面。而該粗糙面的粗糙程度，將會影響本發明之具微結構之反射均光導光裝置之出光面與光學膜片之間的靜電吸附程度、以及導光能力的均勻性，例如下表二所示：
於表二中，當本發明中之具微結構之反射均光導光裝置的出光面上所形成之粗糙面的粗糙度Ra小於0.46 μm時會容易使具微結構之反射均光導光裝置之出光面與光學膜片之間的靜電吸附現象變嚴重而容易將其刮傷。當Ra大於2.21 μm時會增加光線之取出效率，有造成具微結構之反射均光導光裝置之出光均勻度下降之虞，且當Ra大於6 μm時其出光品質甚至有無法通過品管之虞。因此，於本發明中，可將具微結構之反射均光導光裝置之出光面上所形成之粗糙面的粗糙度控制在0.46 μm至2.21 μm之間，尤以1 μm至2.21 μm之間為更佳。
於本發明中，導光層與反射層之本身塑料均可以選自目前習知之塑料，例如但不侷限於：壓克力(polymethylmethacrylate；簡稱PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate；簡稱PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；簡稱PET)、MS等等。導光層中所添加的擴散粒子也可以選自目前習知之材料，例如但不侷限於：PMMA微粒、PC微粒、PET微粒、MS微粒等。反射粒子也可以選自目前習知之材料，例如但不侷限於：SiO2 微粒、TiO2 微粒等。
對於本發明之具微結構之反射均光導光裝置而言，除了因共押出一體成型與微結構設計而具有如前述之可提昇光利用率、降低光損耗、無須再使用額外的反射片與增亮膜(BEF)之使用、可簡化模組架構並降低背光模組成本、以及減輕光學膜片的靜電吸附現象等優點之外，其在導光之光學效能(例如出光均勻性、輝度、以及品味等)的提升也是重要的考量因素。
請參閱圖十三A至圖十三I，為本發明之具微結構之反射均光導光裝置進行出光效能評估的示意圖(自角度0至角度80)。為了評估具有不同微結構寬深比設計之出光面或(及)反射面對於反射均光導光裝置之出光效能的影響程度，本發明設計了一種模擬評估方式。首先模擬一具微結構之反射均光導光裝置，其具有一位於導光層12b頂側面之出光面121b以及一位於反射層鄰接導光層處之反射面112b，於出光面121b上或(及)反射面112b上可分別設有不同深(H)寬(P)比的微結構124b；並且，於出光面上還定義有一垂直朝外射出(垂直向上射出)的法線方向為入射角0度方向。接著，自導光層12b中間厚度位置朝著該入射角0度的方向模擬發射相互平行且預定間隔之11條光線20b，並模擬各條光線20b在受到出光面121b上所設置之微結構124b與反射面112b上所設置之微結構(本實施例為平面)的反射、折射或出射影響後，會有多少條光線20b可以在一預定長度距離內(亦即該出光面121b的水平長度)從出光面121b射出。如圖十三A所示，於本實施例中，於出光面121b上設有深寬比值為0.088(H1/P1=0.088)的微結構124b、而反射面112b則為平面反射層其並未設置微結構；當入射角0度時，所有的11條光線都會自出光面121b射出，所以於圖十三A右下角標示著「11」表示自出光面121b出射之光線20b數為11。接著，此入射角的角度依序以順時針方向逐次增加10度，其模擬結果如圖十三B所示，當入射角10度時，所有的11條光線20b也都會自出光面121b射出，所以於圖十三B右下角標示著自出光面121b出射之光線20b數為「11」。接著，如圖十三C所示，當入射角20度時，自出光面121b出射之光線20b數為「11」。接著，如圖十三D所示，當入射角30度時，自出光面121b出射之光線20b數剩下「7」。同理，如圖十三E至圖十三I所示，當入射角依序為40、50、60、70、與80度時，可模擬得到自出光面121b出射之光線20b數分別為10、2、8、2、3條。之後，將這所有的出射光線20b數相加總可以得到此實施例之出光面121b總光線20b射出數為「65」。由此可知，當此出光面121b總光線20b射出數的值越高時，代表著該實施例之出光面121b與反射面112b結構所能提供之光取出效率越高也就是出光效能越高。
依據前述之光效能評估方式，來對多種具有不同寬深比微結構之出光面、以及具有不同寬深比微結構之反射面，來進行交叉配對，並逐一依據如圖十三A至圖十三I所示的模擬方式來逐一計算出其出光面總光線射出數，並將結果整理如下表三。
於表三中，H1是出光面上之微結構的深度、P1是出光面上之微結構的寬度、H2是反射面上之微結構的深度、P2是反射面上之微結構的寬度。所計算得到的出光面出光線總數值越高表示該實施例之出光面與反射面結構所能提供之取光效率越高。於表三中序號為3~7、9~13、16~19、23~25、及30~31的實施例的出光線總數均高於90以上，其出光效率較高，對背光模組之輝度提升有較大的幫助。因此，經歸納與分析這些出光線總數高於90以上之實施例的出光面與反射面微結構深寬比數據後，可得到以下關係式：
1.6E-02≦(H1/P1)*(H2/P2)≦1.21E-01；
當本發明之具微結構之反射均光導光裝置的出光面與反射面上的微結構深寬比符合上述之關係式的範圍內時，可得到較高之背光模組輝度。並且，P2值係介於80μm至250μm之間為較佳，其若小於80μm則在共押出製程中藉由滾輪押出微結構的成型率會降低、若大於250μm則在出光面易有亮線現象。
請參閱圖十四，為本發明反射均光導光裝置使用於一液晶顯示器上的實施例示意圖。該液晶顯示器包括了一背光模組以及位於該背光模組之上的一液晶面板57。該背光模組則進一步包括了一側光源2、一光學膜590、以及一本發明之反射均光導光裝置1a。以圖九所示實施例為例，該反射均光導光裝置1a本體為藉由共押出製程一體成型之均光導光層12與反射層11a所構成的兩層結構。於導光層12之旁側面係定義有一入光面15及一出光面121，可供該側光源2所發出之一光自該入光面15進入該導光層12中。反射層11a可將該導光層12中射向該反射層11a之該光加以反射回該導光層12。該出光面121係位於導光層12之上表面，其係與該入光面15垂直，可供該導光層12內之該光至少有一部分可自該出光面121射出。於該出光面121以及反射面112上分別各設置有微結構124、114。該光學膜590是覆蓋於該出光面121上，用以改善出光的光學品味以及增進勻光效果。位於出光面121上之微結構124可避免光學膜590靜電吸附於出光面121所導致之磨損及光學品味降低的缺點。該液晶面板57是位於該光學膜590較遠離導光層12之側。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
1、1a．．．具微結構之反射均光導光裝置
11、11a．．．反射層
111、111a．．．反射粒子
112、112a、112b、4112、4122、4212、4222．．．反射面
114、124、124b．．．微結構
12、12a、12b．．．導光層
121、121a、121b、4111、4121、4211、4221．．．出光面
122、122a‧‧‧擴散粒子
15‧‧‧入光面
2‧‧‧側光源
20、20b‧‧‧光
21、22‧‧‧料桶
24‧‧‧螺桿混煉
25‧‧‧押出模具
R1、R2及R3‧‧‧滾輪
31‧‧‧噴砂裝置
32‧‧‧噴嘴
33‧‧‧滾輪表面
41‧‧‧欄位
411、412、421、422‧‧‧圖
5‧‧‧背光模組
50‧‧‧光源模組
51‧‧‧電路板
520‧‧‧光板
523‧‧‧光射出的平面
524‧‧‧反射板
54‧‧‧反光層
55‧‧‧菱鏡模組
56‧‧‧擴散膜
57‧‧‧液晶面板
581‧‧‧光
582‧‧‧最亮區域
583‧‧‧次亮區域
584‧‧‧較暗區域
590‧‧‧光學膜
801~815‧‧‧微結構
圖一為習知技術之發光元件的光源模組示意圖。
圖二為習知技術之導光板在光線傳導過程中發生光損耗的示意圖。
圖三為習知技術之導光板之亮帶示意圖。
圖四為本發明之具微結構之反射均光導光裝置之第一實施例的示意圖。
圖五為本發明之具微結構之反射均光導光裝置第一實施例可減少光損耗的示意圖。
圖六為本發明之具微結構之反射均光導光裝置的一輝度關係曲線圖。
圖七為本發明中之具微結構之反射均光導光裝置中的反射層與導光層結構的多種實施態樣示意圖。
圖八A至圖八O分別為本發明之具微結構之反射均光導光裝置上的微結構的不同實施例示意圖。
圖九為本發明之具微結構之反射均光導光裝置的另一實施例示意圖。
圖十為本發明用來製造具微結構之反射均光導光裝置之共押出製程的一實施例流程圖。
圖十一為本發明用來製造具微結構之反射均光導光裝置之共押出製程的一實施例示意圖。
圖十二為本發明用來在具微結構之反射均光導光裝置之出光面上形成粗糙面的噴砂製程示意圖。
圖十三A至圖十三I分別為本發明之具微結構之反射均光導光裝置進行出光效能評估的示意圖(自角度0至角度80)。
圖十四為具有本發明之具微結構之反射均光導光裝置之背光模組與液晶顯示器實施例圖。
1．．．反射均光導光裝置
11．．．反射層
111．．．反射粒子
112．．．反射面
12．．．導光層
121．．．出光面
2．．．側光源

Claims (10)

  1. 一種具微結構之反射均光導光裝置，可搭配一側光源使用且包括有：一導光層，其係定義有一入光面及一出光面；該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導光層中；該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出；以及一反射層，可將該導光層中射向該反射層之該光加以反射回該導光層；其特徵在於：該反射層與該導光層為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面；並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構；其中，於該出光面上設有另一微結構；並且，該出光面之微結構與該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：1.6E-02≦(H1/P1)*(H2/P2)≦1.21E-01；其中，H1是該出光面之微結構的深度、P1是該出光面之微結構的寬度、H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之反射均光導光裝置，其更符合至少下列其中之一條件：0.02<Rh(1/H2)<0.5，其中，Rh是該反射層的厚度，H2是該反射面之微結構的深度；以及， 該反射層之微結構之深寬比(H2/P2)值為介於0.03~0.8。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之反射均光導光裝置，其中，該出光面之微結構為非連續性之微結構，且兩相鄰微結構之間距G值介於0~1.4mm；並且，P2值介於80μm至250μm之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之反射均光導光裝置，其中，該具微結構之反射均光導光裝置更包括有至少下列其中之一：複數擴散粒子，添加於該導光層中；不同折射率之兩種塑料，混合於該反射層中；複數反射粒子，添加於該反射層中；以及一粗糙面或一可控制疏密分佈狀霧面，形成於該出光面上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具微結構之反射均光導光裝置，其中：當該導光層中添加有該複數擴散粒子時，該導光層內之擴散粒子與該導光層本身塑料基材之折射率差(△n)值係介於0.04<△n<0.1，該導光層內之擴散粒子的粒徑介於2μm~10μm，且該導光層本身塑料基材之折射率介於1.42-1.63；當該反射層中混合有不同折射率之兩種塑料時，其不同折射率之兩種塑料之混合比例為7：3；當該反射層中添加有該複數反射粒子時，該反射粒子之折射率為2.2~3.2，且添加濃度小於0.5%重量百分 比，且該反射粒子之粒徑介於4-50μm，該反射層本身塑料之折射率介於1.6-2.5，且該反射層與該導光層兩者折射率差值介於0.05-1；以及當該出光面上具有該粗糙面時，該出光面之粗糙度(Ra)值介於1μm<Ra<6μm。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之具微結構之反射均光導光裝置，其中，當該出光面上具有該粗糙面時，該出光面之粗糙度(Ra)值是介於1μm<Ra<2.21μm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之反射均光導光裝置，其中，當該出光面之微結構以及該反射面之微結構是以下其中之一：具有多數狹長且平行排列之連續性三角條狀微結構；具有多數狹長且平行排列之連續性半圓條狀微結構；具有多數以陣列排列之立體的連續性錐形微結構；具有多數以陣列排列之立體的連續性球形微結構；具有多數以陣列排列之立體的連續性弧狀錐形微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條狀、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條 狀、等距疏密變化的微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、等距疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性立體的錐形、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數狹長且以陣列排列之非連續性立體的錐形、等距疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、等距疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、不等距且兩側向中間逐漸變密集的可控制疏密變化的微結構；以及，具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、等距疏密變化的微結構。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之反射均光導光裝置，其中，該出光面之微結構的排列方向和該反射面之微結構的排列方向是互為平行或是正交的排列方向兩者其中之一。
  9. 一種具有反射均光導光裝置之背光模組，包括有：一側光源；一導光層，其係定義有一入光面及一出光面；該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導光層中；該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出；一反射層，可將該導光層中射向該反射層之該光加以反射回該導光層；以及一光學膜，覆蓋於該出光面上；其特徵在於：該反射層與該導光層為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面；並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構；並且，於該出光面上設有另一微結構；並且，該出光面之微結構與該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：1.6E-02≦(H1/P1)*(H2/P2)≦1.21E-01；其中，H1是該出光面之微結構的深度、P1是該出光面之微結構的寬度、H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度。
  10. 一種具有反射均光導光裝置之液晶顯示器，包括有：一側光源；一導光層，其係定義有一入光面及一出光面；該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導 光層中；該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出；一反射層，可將該導光層中射向該反射層之該光加以反射回該導光層；一光學膜，覆蓋於該出光面上；以及一液晶面板，位於該光學膜較遠離導光層之側；其特徵在於：該反射層與該導光層為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面；並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構；並且，於該出光面上設有另一微結構；並且，該出光面之微結構與該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：1.6E-02≦(H1/P1)*(H2/P2)≦1.21E-01；其中，H1是該出光面之微結構的深度、P1是該出光面之微結構的寬度、H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度。
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