梯形透镜高亮度扩散板的制作方法

专利名称：梯形透镜高亮度扩散板的制作方法
技术领域：
本发明提出一种高亮度扩散板，是一种运用于直下式背光模组的扩散板，其表面具有复数个梯形透镜的结构，以藉由该复数个梯形透镜使直下式背光模组可输出更佳的光源，同时达到增加亮度及均匀扩散的目的。
背景技术：
在新世代的平面显示器(Flat Panel Display)中，液晶显示器一直是受到重视，并极具发展潜力的显示技术。由于日韩及台湾大厂积极投入研发及采用大型化的生产设备，液晶显示器的品质不断提升，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。在液晶显示器的发展趋势中，主要包含，(1)增加玻璃基板的面积，生产厂房继七代厂后持续发展至八代及九代厂，(2)彩色滤光片的制作技术革新，包含运用模具成型制程以降低成本，或以Roller to Roller制程技术突破连续制程的瓶颈。(3)偏光板与相位差膜一体化，并采用押出制程取代传统的溶液铸造(casting)制程。(4)光源与光学膜片的技术革新，主要促成外部电极灯管与平面光源，快速进入实用化阶段，此外LED光源亦是背光模组主要致力发展的方向。(5)扩散片与棱镜光学膜片的一体化技术等，以上皆是液晶显示器技术发展的主要方向。在本发明中将针对扩散板与棱镜片(增亮膜)的一体化技术中，提出明确的结构及具体实施例，并依据本发明的结构导入量产，为一实质可行的技术。
液晶显示器是藉由电场开关以控制显示的画面，液晶面板本身无法发出光线，需藉由背光模组来提供显示器光源。一般而言，液晶显示器的背光模组依据灯管10与光扩散元件12的相对位置可分为两种形式，其为侧发光式及直下式背光模组，如图1A与图1B所示。侧发光式背光模组如图1A所示，由于灯管10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扩散的光源，直下式背光模组如图1B所示，可藉由灯管10数目的增加，以及扩散元件的设计，以达到大尺寸液晶显示器的高亮度及均匀扩散的需求。
请参阅图2，为习知液晶电视的直下式背光模组的结构示意图，习知直下式背光模组的主要架构，由下而上为反射膜(Reflector)20、冷阴极灯管(CCFL)光源22、扩散板(Diffusionplate)24、下扩散膜(Diffuser sheet)26、棱镜片(Prism sheet)28与上扩散膜(Diffuser sheet)30，之后再连接液晶面板32。在液晶荧幕及笔记型电脑，皆属于侧发光方式。因只有个人使用及近距离观看，所以无需考量水平视角问题，因此可同时将水平及垂直方向的光能量，藉由导光板搭配两片互相垂直的棱镜片28将大于45度角的能量往中心点集中，而达到增亮的效能。但在液晶电视的用途上会有多人同时观赏需求，会有水平视角需求考量，通常在直下式背光模组中，使用扩散板并搭配一水平方向的棱镜片28作为增亮膜，并搭配上、下扩散膜做为光扩散元件。
以习知液晶电视的背光模组32为例，关键组件的成本为棱镜片约占38％、扩散膜约占5％与扩散板约占10％。因此从成本结构中可看出，在背光模组中最贵的零组件就属棱镜片约占38％。因此节省棱镜片的使用可使液晶电视的成本下降有直接的帮助。
因此，本发明提出一种具有梯形微结构的扩散板，是一种可运用于直下式背光模组的扩散板，具有增亮及均匀化的功能。在使用上可省略棱镜片的使用，并且是一种容易大量生产的产品，可达到降低成本的目的。

发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种运用于直下式背光模组的高亮度扩散板。其是一扩散板表面设置具有复数个梯形透镜的结构，以藉由该复数个梯形透镜结构使直下式背光模组可输出更佳的光源，同时达到增加亮度及均匀扩散光线的目的。
此扩散板是一塑料经一押出制程挤压成一板材，并同时于梯形模具滚轮上复制出梯形透镜，以直接押出成形一具有梯形结构的扩散板。在使用上，可取代习知技术中的棱镜片。具有梯形结构的扩散板直接搭配下扩散膜使用，即具有增亮的功能，因而可减少成本。此外，该光扩散板更掺杂复数个光扩散粒子，以使该光扩散板的输出亮度更均匀进而亦可减少扩散膜的数量，而达到降低成本的目的。
本发明的有益效果是所提供的提出一种具有梯形微结构的扩散板，是一种可运用于直下式背光模组的扩散板，具有增加亮度及均匀扩散光线的功能。在使用上可省略棱镜片的使用，并且是一种容易大量生产的产品，可以降低产品的成本。


图1A是习知直下式背光模组的示意图；图1B是习知侧发光式背光模组的示意图；图2是习知液晶电视的直下式背光模组的结构示意图；图3是本发明的一较佳实施例的结构示意图；图4是本发明的一较佳实施例于直下式背光模组实施的示意图；图5A是习知透明压克力板的亮带示意图；图5B是习知棱镜片的亮带示意图；图5C是本发明的一较佳实施例的亮带示意图；图6是本发明的另一较佳实施例的结构示意图；图7是本发明的另一较佳实施例的结构示意图；图8是本发明的另一较佳实施例的结构示意图。
图号说明10 灯管12 导光板14 扩散板 20 反射膜22 灯管23 透明压克力板24 扩散板 26 下扩散膜28 棱镜片 30 上扩散膜32 液晶面板50 高亮度扩散板
51 扩散粒子52 梯形透镜54 紫外线吸收层56 柱状透镜58 扩散层 60 高亮度扩散板70 高亮度扩散板80 高亮度扩散板101 亮带102 亮带103 亮带具体实施方式
为使审查员对本发明的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后如图3所示，本发明是一种具梯形透镜的高亮度扩散板，其是一应用于直下式背光模组。其中本发明的高亮度扩散板50的至少一面是具有复数个梯形透镜52，且扩散板50是设置于该复数个冷阴极荧光灯管(CCFL)光源之上。由于本发明的高亮度扩散板50的至少一面具有复数个梯形透镜52，其中梯形透镜52的二斜边具有类似棱镜片的结构，因此也具备将45度角外的光能量往中间聚集的功能。藉此，如图4所示，本发明的高亮度扩散板50设置于一直下式背光模组，其由下而上为一反射膜20、冷阴极灯管光源22、高亮度扩散板50、下扩散膜26之后再连接液晶面板32。如此可使该直下式背光模组提升效能并降低成本。
为了使审查员更能了解本发明的技术内容，首先我们先作一个对照实验。首先取一2毫米(mm)透明压克力板23置于冷阴极荧光灯管CCFL光源22上方，在没有其他光学板材或膜存在时，灯管影像所形成的亮带101可以明显的被观察存在于原灯管位置的上方，如图5A所示。接下来取一棱镜片28置于CCFL光源22上方，在没有扩散板存在时，灯管影像所形成的亮带102亦可以明显的被观察到，但发现原CCFL灯管的亮带102经棱镜片28折射后变成二个灯管所形成的亮带102，且亮带102位置分布在灯管实际位置中心线的二边，如图5B所示。
本发明为了改善棱镜片经灯管影像一分为二的不均匀状况，于是我们将原本的棱镜片的三角形结构上方的尖端部位切除以形成一梯形结构，如图3所示。而藉由改变梯形结构的上底长度及高度，将可以调整正面出光的比例，提供更佳的扩散均匀性，而此一梯形结构的二斜边亦具有棱镜片聚光的功能。因此，如图5C所示，将此具有梯形透镜的扩散板50放置于CCFL光源22上方，在没有扩散板存在时，灯管影像所形成的亮带亦可以明显的观察到。但发现原CCFL灯管亮带经梯形透镜52折射后，扩散板50的出光面会产生三个亮带103。因此，呈现出数量更多且更均匀分布的亮带103。
本发明乃提出以梯形透镜做为扩散板的出光面，如图3所示，以聚集45度角外的能量，并将灯管的亮带更加均匀分布。由本发明的高亮度扩散板已藉由梯形斜边将灯管影响均匀化，这是一种表面结构扩散的效果。另外一个扩散效应是来置在扩散板内部添加适当的扩散粒子。在本发明中所提到的梯形透镜高亮度扩散板中一添加较少量的扩散粒子，使的整体扩散板的光线透过率由传统的55％-65％提升到75％-85％，因而又达到增加亮度的效果。因此在本发明中所使用的梯形透镜高亮度扩散板兼具增加亮度，亦可将灯管影像更均匀化。根据测试的结果可发现，使用本发明的梯形透镜高亮度扩散板搭配扩散膜片一-二片，既可得到与使用棱镜片相同的效果。因此，使用本发明的梯形透镜高亮度扩散板，可在没有使用棱镜片的条件下达到相同的亮度，而达到降低成本的目的。
在本发明中，梯形透镜高亮度扩散板的塑料是选自于聚碳酸酯树脂(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(Methylmethacrylate)，PMMA)、聚甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯的共聚物(Poly(Methyl methacrylate)Styrene，MS)、聚苯乙烯(polystyrene)等材料的其中之一所组成。而扩散粒子的材料是选自于聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(Methyl methacrylate)，PMMA)、氧化硅(Silica)、硅胶(Silicon)、聚苯乙烯(PolyStyrene，PS)、聚氰胺(Melamin)、碳酸钙，铁氟龙等上述的组合的其中之一。
本发明的高亮度扩散板50是一塑料经一押出制程挤压成一板材，并同时于一押出机的梯形模具滚轮上复制出复数个梯形透镜，以直接押出成形一具有梯形透镜的扩散板，其中该扩散板与该复数个梯形透镜为一体成型。
本发明的另一较佳实施例如图6所示，本发明的高亮度扩散板60的制造方法是采用共押出制程(co-extrusion)，其是藉由一共押出制程以每分钟2米(2m/min)的线速度将塑料挤压成幅宽1500毫米(mm)，厚度为1.5毫米(mm)的扩散板60，同时在高亮度扩散板60的入光面涂布一抗紫外线吸收层54，其厚度为50微米至200微米。并同时于一押出机的梯形模具滚轮上复制出复数个梯形透镜，以直接押出成形一具有梯形结构52的高亮度扩散板60。在梯形结构中的上底为100微米，下底为300微米，高度为100微米，其结构显示于图6所示。在本实施例中使用日本电器化学的聚甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯的共聚合物(Poly methyl-methacrylate/Styrene，MS)为扩散板的基材。并添加1％-10％PMMA材质的扩散粒子51。根据图6的高亮度扩散板60搭配二片下扩散膜，以装置在一32”液晶电视用直下式背光模组中。其中高亮度扩散板60使该直下式背光模组在此未设置棱镜片的情形下，具有相当高的的亮度及遮蔽灯管能力及扩散效果，并能达到降低成本的目的。
请参阅图7，为本发明的另一较佳实施例的结构示意图。如图7所示，本实施例所提出高亮度扩散板70，其出光面为梯形结构52。高亮度扩散板70的另一面，入光面亦具有复数个微结构，其为柱状透镜(Lenticular lens)56。图7的高亮度扩散板70，所使用的材料实施例一相同，但扩散粒子51的添加量减少1％-5％。
图6与图7的主要差异是图6的扩散板60仅一面具有复数个梯形透镜52，图7的高亮度扩散板70的二面均具有透镜，其为复数个梯形透镜52与复数个柱状透镜56。如图7所示，扩散板70的入光面设计为柱状透镜，其功能亦为均匀化光线，并提高光线的出光视角，并提高其均匀度。也因在图7的高亮度扩散板70的双面皆有散光作用的微结构存在，可进一减少扩散粒子51的添加量。使的图7的高亮度扩散板70的光线穿透率达85％以上，因而达到亮度更加提升的效果。根据图7的双面透镜结构的高亮度扩散板70，搭配一下扩散膜，并装置在一32液晶电视的直下式背光模组中。该直下式背光模组于未设置棱镜片及减少一片扩散膜的情形下，具有更高的亮度及相同遮蔽灯管能力，以及具相同扩散效果，并达到降低成本降低的目的。
请参阅图8，其为本发明的另一较佳实施例的结构示意图。其中图3与图8的不同是图3的高亮度扩散板50的主体添加扩散粒子51，图8的高亮度扩散板80的主体并不添加扩散粒子51。本发明的高亮度扩散板80是利用共押出制程将扩散层58形成于高亮度扩散板80的外层，其为梯形结构的表层及底层。其中扩散层58的厚度为50微米至200微米。此外，扩散层58更可添加高浓度的扩散粒子51，这样可以得到更好的遮蔽效果及光线均匀性，并可减少扩散粒子51的使用量，而达到降低成本的目的。
以上所述，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利范围内。
权利要求
1.一种具梯形透镜的扩散板，其是设置于一直下式背光模组，其特征在于，该具梯形透镜结构扩散板包含有一扩散版，设置于该直下式背光模组的复数个光源之上，该扩散板的至少一面具有复数个梯形透镜。
2.如权利要求1所述的扩散板，其特征在于，该扩散板的总厚度是0.5毫米至5毫米。
3.如权利要求1所述的扩散板，其特征在于，每一梯形透镜结构包含一上底与一下底，该上底的宽度为20微米至500微米，该下底的宽度为100微米至800微米。
4.如权利要求3所述的扩散板，其特征在于，每一梯形透镜结构的高度为20微米至500微米。
5.如权利要求1所述的扩散板，其特征在于，该扩散板是使用一塑料透过一押出制程成型，以使该复数个梯形透镜与该扩散板一体成型。
6.如权利要求5所述的扩散板，其特征在于，该塑料为选自于聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯的共聚物、聚苯乙烯及上述的组合的其中之一。
7.如权利要求5所述的扩散板，其特征在于，该押出制程为一共押出制程，其是利用该塑料于一押出机押出该扩散板，其是让该扩散板的至少一面具有复数个梯形透镜，以及一紫外线吸收层。
8.如权利要求7所述的扩散板，其特征在于，该紫外线吸收层是形成于该扩散板的一表面，以吸收该复数个光源的紫外光。
9.如权利要求7所述的扩散板，其特征在于，该紫外线吸收层的厚度为50微米至500微米。
10.如权利要求5所述的扩散板，其特征在于，该押出制程是利用该塑料于一押出机押出该扩散板，其至少一面具有复数个梯形透镜。
11.如权利要求5所述的扩散板，其特征在于，该押出制程是利用一押出机押出该扩散板，以使该扩散板的一面具有复数个梯形透镜，以及该扩散板的另一面具有复数个柱状透镜。
12.如权利要求5所述的扩散板，其特征在于，该押出制程是利用一押出机押出该扩散板，以使该扩散板的至少一面具有复数个梯形透镜，以及该扩散板的另一面具有复数个棱镜片。
13.如权利要求5所述的扩散板，其特征在于，该押出制程是配合一共押出制程，以使该扩散板的至少一面具有复数个梯形透镜，以及一表面扩散层。
14.如权利要求13所述的扩散板，其特征在于，该表面扩散层是形成于该扩散板的至少一面。
15.如权利要求13所述的扩散板，其特征在于，该表面扩散层的厚度为50微米至500微米。
16.如权利要求1所述的扩散板，其特征在于，该扩散板更包含复数个扩散粒子，其重量百分比为百分之一至百分之十。
17.如权利要求16所述的扩散板，其特征在于，该复数个扩散粒子为选自于聚甲基丙烯酸甲酯、氧化硅、硅胶、聚苯乙烯、聚氰胺、碳酸钙，铁氟龙及上述的组合的其中之一。
全文摘要
本发明是有关于一种梯形透镜高亮度扩散板，其是应用于一直下式背光模组，其中本发明的梯形透镜高亮度扩散板是包含一扩散板，其至少一面是具有复数个梯形透镜，以让扩散板提升光效能及扩散效能，因此直下式背光模组设置具有复数个梯形透镜的扩散板时，可输出更佳的光源，以及具有更均匀的亮度。且，本发明的扩散板是结合部分或全部的光学膜片，其中光学膜片包含有棱镜片(BEF)、上扩散膜及下扩散膜。本发明的扩散板为一塑料藉由押出(Extrusion)制程使扩散板及其复数个梯形透镜一体成型，以达到梯形透镜容易加工的目的。如此直下式背光模组可输出更佳的光效能，并使其成本降低。
文档编号G02F1/13GK1924620SQ20061014103
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者张至蕙, 李开新, 张仁怀, 王志鸿 申请人:颖台科技股份有限公司