专利名称：高均匀度发光的直下式背光模组结构的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，其尤指一种直下式背光模组，其提供一具有高光扩散度、高光穿透率以及低制造成本的光扩散板。
背景技术：
随着HDTV、DVD Player与数字电视的普及，电视影像的品质越来越受到市场的重视，加上传统映像管电视有着高耗电、高辐射、闪烁以及笨重的缺点，在这几年显示器的竞争中，逐渐受到高分辨率的新世代显示装置所取代。在新世代的显示器中，液晶显示器一直是受到高度重视，具有潜力的显示技术。由于日韩及台湾大厂积极投入研发及采用大型话的生产设备，液晶显示器的品质不断精进，价格不断下滑，带动了液晶显示器的需求，也使得相关技术发展的要求更加严格。液晶显示器是由电场开关以控制显示的画面，唯液晶面板本身无法发出光线，需由背光模组来提供显示器光源。一般而言，液晶显示器的背光源主要有两种形式，侧发光式及直下式，而侧发光式背光源由于灯管数量及光线传输距离所影响，在大尺寸的液晶显示器应用上无法提供高亮度与均匀的光源，而直下式背光源可以由灯管的增加，与扩散组件的设计来达到大尺寸液晶显示器的要求。另外一点，侧发光式背光模组为了光线的均匀分布，所使用的导光板会随着尺寸的变大而增加厚度，根据计算，21寸平均亮度5000cd/m2的导光板，重量便高达2公斤以上，在现今显示器朝向轻量化发展的趋势下，背光板的重量成为不可忽视的问题，而使用扩散板则可以减少60％～80％的重量，在大尺寸背光模组的应用上有着明显的优势。
直下式背光模组使用扩散板取代侧发光式的导光板作为将光线均匀发散的重要原件。扩散板，顾名思义是以光线扩散为最主要的功能，已知的例如广告灯箱，发光招牌甚至医院检视X光片所使用的灯箱上几乎都是使用类似的扩散板材来将光线均匀分布，在光线扩散的效果上也有相当不错的效果。但是早期的扩散效率虽然符合要求，但是光线的穿透率以及均匀度仍不足以使用在显示器的应用方面，所最直接的特征就是亮度不足，一般而言这些产品的全光域穿透度约在30～50％之间，在显示器朝向高亮度化的趋势下，已经不符合使用需求。近年来，日本的板材大厂纷纷针对这些缺点进行改进，由所添加光扩散剂种类的改变及制程上的严格控制，成功的提升了光线穿透的效率及均匀度。虽然光线的穿透率可以由这些改良提升到50～70％，但随着产品的要求越来越高，这样的穿透率仍是渐渐不受客户所满足，另一方面，为了达成更薄的显示器产品设计，背光模组势必朝向轻薄化发展，已因此有了更高扩散度的要求，而在扩散板中使用了大量的光扩散剂，而导致穿透率的下降。简而言之，高扩散度与高穿透率在现有扩散板结构中，难以被两全其美的呈现出来，唯有改变扩散板或背光模组结构，才能兼顾高亮度与高扩散度的需求。目前液晶电视或是背光模组制造商采取了一种变通的方法，他们使用较高穿透率的扩散板，此时冷阴极管的痕迹无法被扩散版所均匀化，于是他们在扩散板的出光面置放1～2片扩散膜将光线在散射一次以达到均匀的效果，这么一来大约会造成光线5～10％的能量损失，再搭配增亮膜的使用，将光线集中以弥补损失的部分。如此一来可以达成模组轻薄化的目的，但是却会造成成本的大幅提高与电视的可视角缩小的缺点。
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)上，由于液晶面板本身无法发光，需由背光模组来提供显示器光源，而光扩散板(Light Diffuser)乃是背光模组中光扩散作用的重要组件，其功能为将冷阴极管(CCFL)所发出来的光线均匀分散，以提供液晶面板稳定且均匀的光源，而液晶显示器的亮度以及品质，与光源的效能有着密不可分的关系，并于该光扩散板中加入光扩散剂以增加其光线的分散效果，然而光扩散剂的价格昂贵。
因此，如何针对上述问题而提出一种新颖高均匀度发光的直下式背光模组结构，不仅可改善传统需使用大量的光扩散剂于光扩散板中的缺点，又可增加光的扩散度以及穿透率兼具节省制造成本，本发明人研究出一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，可解决上述的问题。
发明内容
本实用新型的主要目的，在于提供一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，其利用一光扩散板的结构使其增加光的扩散度、穿透率以及节省制造成本，该光扩散板于入射面表面具有多个柱状透镜，且该多个柱状透镜的两柱状透镜之间距为多个光源的两光源间距的一半，且，该柱状透镜的位置为对应光源的中心位置所设置，以减少在大角度的全反射。
本实用新型的次要目的，在于提供一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，该光扩散板的柱状透镜系对应光源的中心而设置，该柱状透镜的曲率随着远离光源而递加其曲率，而以靠近灯管时期曲率为最小，其透过当远离光源时，其柱状透镜的曲率愈大，以减低散射的效果而达到均匀化的目的。
本实用新型为一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，其提供一种光扩散板的柱状透境的设计，是搭配背光模组中的光源采用柱状透境设计。本实用新型的柱状透镜是在对应灯管的中心位置存在，以将该区域灯管的光线散射开来，离灯管愈远的位置其柱状透境的曲率愈大，以减低散射的效果而达到均匀化的目的。本实用新型的另一柱状透镜的设计也可以针对灯管的位置及距离而定，以组合的方式存在，每组的柱状透镜对应了冷阴极管的位置，以符合透镜设计的效果。入射的光线可由入射光面微结构表面的角度进行折射，但是在距离较远的位置则可能因为入射角度过大而产生全反射，导致该处穿透光线的减少，影响均匀度，如此可以减少在大角度的全反射。除了柱状透镜外，扩散板材本体同时含有适量的光扩散剂，将光线进一步分散，使其均匀化。
再者，提供一双面柱状透镜在出、入光面处，此时制作与入光面同方向的柱状透镜，可以将光线朝向水平方向展开，以进一部遮蔽或散射灯管的亮痕。
图1A为本实用新型的一较佳实施例的直下式背光模组的结构示意图；图1B为本实用新型的一较佳实施例的光行径于光扩散板的示意图；图2A为本实用新型的一较佳实施例的光扩散板的结构示意图；图2B为本实用新型的另一较佳实施例的光扩散板的结构示意图；图2C为本实用新型的另一较佳实施例的光扩散板的结构示意图；图2D为本实用新型的另一较佳实施例的光扩散板的结构示意图；及图3为本实用新型的一较佳实施例的光扩散板的比较图。
图号说明1直下式背光模组 10反射片 20多个光源22第一光源 24第二光源 30光扩散板32光扩散剂 320入射光表面 322柱状透镜340出射光表面34光线 40棱镜片50面板 100第一柱状透镜110第二柱状透镜120第三柱状透镜 130第四柱状透镜140第五柱状透镜R曲率S距离具体实施方式
本实用新型于一光扩散板的光的入射面增加了柱状的透镜结构(lenticular)，每组结构并对应了光源的位置及设计，由光线通过透镜所产生的折射或反射来改变光线前进的路径，达成散射光线的效果。并且可以由光学的设计改变微结构的形状及分布，分配入射光线的角度，以符合背光模组所需的搭配需求。在传统的扩散板设计中，提高扩散板的光扩散度虽然在遮蔽光源方面可以达到很好的效果，但是却会降低扩散板的穿透率，本实用新型中只针对接近灯管的部位增加扩散度，可以将穿透率的损失降到最低，以达到提升亮度的目的。
由于光扩散剂的价格昂贵，新的设计可以由柱状透镜来增加光扩散度，而减少光扩散剂的添加量，除了可以减少因为光扩散剂引起的吸收或反射而提高穿透率之外，也可以降低产品原料的成本。不论以押出板材或铸造板材而言，并不会增加生产的复杂度，有易于生产的特点。因此，新的扩散板设计具有提升扩散板功能与降低成本的优点。
另外，在靠近光源的位置，也就是光线较量的区域施以柱状透境的设计，将光线散射可以降低该处的亮度，并将其散射到较暗的区域，以提高扩散的均匀度，同时又可以减少因为柱状透镜导致的穿透率降低。
请参阅图1，其为本实用新型的一较佳实施例的直下式背光模组的结构示意图；如图所示，本实用新型的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其中该直下式背光模组1包括一反射片(reflector)10；多个光源(lightsource)20，其位于该反射片10的上方；一光扩散板(diffuser)30，其为于该多个光源20的上方；一棱镜片(prism sheet)40，其位于该光扩散板30的上方；以及一面板(panel)50，其位于该棱镜片40的上方。
其中，该多个光源20为冷阴极灯管(CCFL)；该光扩散板30的材质其选自压克力树脂、环氧树脂、PU、透明热硬化型树脂或紫外线硬化型树脂的其中之一，且该光扩散板30包含多个光扩散剂32，请参阅图1A，本实用新型的技术特征即在该光扩散板30的入射光表面320设置有多个柱状透镜322，使光线34由通过该柱状透镜322所产生的折射或反射来改变光线前进的路径，达成散射光线的效果。
再者，本实用新型的重点在于该柱状透镜322的置放位置，请参阅图2A，其为本实用新型的一较佳实施例的光扩散板的结构示意图；如图所示，本实用新型使该光扩散板30与该多个光源20邻接的入射光表面具有多个柱状透镜322，且该多个光源的间距为S，则该柱状透镜322的间距为S/2，每柱状透镜的结构对应了光源的位置及设计，由光线通过柱状透镜所产生的折射或反射来改变光线前进的路径，达成散射光线的效果。
又，请参阅图2B，其为本实用新型的另一较佳实施例的光扩散板的结构示意图；如图所示，本实用新型由光学的设计改变光扩散板的柱状透镜的结构的形状及分布，分配入射光线的角度，以符合直下式背光模组所需高亮度以及发光均匀的要求。在传统的扩散板设计中，提高扩散板的光扩散度虽然在遮蔽光源方面可以达到很好的效果，但是却会降低扩散板的穿透率，本实用新型中只针对接近灯管的部位增加扩散度，可以将穿透率的损失降到最低，以达到提升亮度的目的，该光扩散板30与该多个光源20邻接的入射光表面具有多个柱状透镜322，该多个柱状透镜的曲率分布从一第一光源22为曲率最小值递增至该第一光源与一第二光源24的中间处，曲率为最大值，然后曲率递减至该第二光源，曲率为最小值，所以一第一柱状透镜100的曲率为R1，一第二柱状透镜110的曲率为R2，一第三柱状透镜120的曲率为R3，一第四柱状透镜130的曲率为R4，一第五柱状透镜150的曲率为R5，所以该曲率的大小为R5＞R4＞R3＞R2＞R1。
续参阅图2C与图2D，其中该图2A与图2B的柱状透镜可为设置在该入射光表面320与一出射光表面320。
具有柱状透镜的光扩散板的成型方式可分为三种1、押出板材时直接成型，于押出机一号冷却轮或二号冷却轮的表面加工，在冷却轮表面加工柱状透镜的刻纹，如图4所示。于押出板材时，由冷却轮表面的刻纹在板材上复印出柱状透镜的形状。
2、使用铸造模具成型，使用压克力单体于平板玻璃模具间进行团块聚合，而得到压克力板材的成品，是习之已久的技术，但本实用新型中改变平板模具的表面型态，将柱状透镜加工于金属平板上，并以之进行铸造压克力板，可将柱状透镜复印于压克力板材成品上。
3、使用透明的树脂于扩散板上成型，将柱状透镜制于金属板上成型而为模具，将树脂均匀涂布于模具上，再将扩散板由一端开始，均匀覆盖于模具上，待树脂硬化后脱模，即可得到成品。树脂可使用压克力，环氧树脂，PU或是其它透明热硬化型或紫外线硬化型树脂。
以下以一实施例作一说明使用现有的平板形光扩散板以UV树脂于入射光表面成型柱状透镜，并与现有的平板形光扩散板进行比较。柱状透镜间隔周期为0.2mm透镜的曲率半径为0.2mm，灯管间距离为30mm，柱状透镜与无柱状透境的区域面积相等，宽度皆为15mm交错存在，如图2A所示。成型后裁切成适当形状装置于直下式冷阴极管背光源，柱状透镜区域的中心对准灯管的位置，进行量测，其结果如图3所示。横轴为距离而纵轴为光强度，无柱状透镜的平板扩散板，在模组上光强度的分布较不均匀，而于表面成型透镜的扩散板可以达到较佳的扩散效果及均匀度。
本实用新型可以由柱状透镜曲率及分布的改变来调整光扩散度，有别于传统只能调整光扩散剂添加量的方式，新的设计在产品的稳定度上会比传统产品优良。另外一点，光扩散剂的扩散效果并不具有方向性，是呈现不规则散射的效果，而使用柱状透镜扩散的光线可以设计成针对某方向进行散射。在显示器的设计上，提供了设计者更多的空间，可以针对不同需求加以设计，提高光线的利用率。
权利要求1.一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，包括一反射片；多个光源，其位于该反射片的上方；一光扩散板，其为于该多个光源的上方，且该光扩散板与该多个光源邻接的入射面表面具有多个柱状透镜，且该多个光源的间距为S，则该柱状透镜的间距为S/2；一棱镜片，其位于该光扩散板的上方；以及一面板，其位于该棱镜片的上方。
2.如权利要求1所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该多个光源为冷阴极灯管。
3.如权利要求1所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该光扩散板包含有多个光扩散剂。
4.如权利要求1所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该光扩散板的出射面表面的结构相等于该入射面表面的柱状透镜。
5.如权利要求1所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该光扩散板选自压克力树脂、环氧树脂、PU、透明热硬化型树脂或紫外线硬化型树脂的其中之一。
6.一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，包括一反射片；多个光源，其位于该反射片的上方；一光扩散板，其为于该多个光源的上方，且该光扩散板与该多个光源邻接的入射面表面具有多个柱状透镜，该多个柱状透镜的曲率分布从一第一光源为曲率最小值递增至该第一光源与一第二光源的中间处，曲率为最大值，然后曲率递减至该第二光源，曲率为最小值；一棱镜片，其位于该光扩散板的上方；以及一面板，其位于该棱镜片的上方。
7.如权利要求6所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该多个光源为冷阴极灯管。
8.如权利要求6所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该光扩散板包含有多个光扩散剂。
9.如权利要求6所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该光扩散板的出射面表面的结构相等于该入射面表面的柱状透镜。
10.如权利要求6所述的高均匀度发光的直下式背光模组结构，其特征在于，该光扩散板选自压克力树脂、环氧树脂、PU、透明热硬化型树脂或紫外线硬化型树脂的其中之一。
专利摘要本实用新型有关于一种高均匀度发光的直下式背光模组结构，其提供一种光扩散板的柱状透境的设计，本实用新型的柱状透镜是在对应光源的中心位置存在，以将该区域灯管的光线散射开来，离光源愈远的位置其柱状透境的曲率愈大，以减低散射的效果而达到均匀化的目的。本实用新型的另一柱状透镜的设计也可以针对光源的位置及距离而定，每一柱状透镜对应了光源的位置，其入射的光线可由入射光面微结构表面的角度进行折射，但是在距离较远的位置则可能因为入射角度过大而产生全反射，导致该处穿透光线的减少，影响均匀度，如此可以减少在大角度的全反射。
文档编号G02F1/13GK2725938SQ20042007316
公开日2005年9月14日 申请日期2004年7月19日 优先权日2004年7月19日
发明者张仁怀, 王志鸿, 李开新 申请人:颖台科技股份有限公司