专利名称：背光模块及其混光结构的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种显示器，且特别是有关于一种背光模块。
背景技术：
背光模块为液晶显示面板的关键零组件之一。由于液晶本身并不会发光， 因此需藉助背光模块来供应光源，藉以使液晶面板能够提供正常且亮度匀称 的图像。在背光模块中有多个光学片，例如导光板、扩散片与棱镜片，用来 使光源发出的光均匀地分布于液晶面板上，进而提高液晶面板的亮度。
应用于背光模块的光源有冷阴极荧光灯或发光二极管。其中，由于发光 二极管具备了高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等特性，是一极为理想的 新世代照明光源。尤其在目前能源费用逐渐高涨的状况下，发光二极管更为 受到产业界的重视及利用，藉以取代以往耗电量较大的其他发光元件。此外， 发光二极管种类繁多、用途广泛，早已成为现代生活中不可或缺的重要工具。
一般而言，受限于工艺技术，同一批发光二极管中的每一个发光二极管 所发出的光的色温和亮度不尽相同。当应用于显示器的背光模块中时，各个 发光二极管的色温或亮度的差异将会造成显示器画面上亮暗区块或颜色不均 匀等问题。
为了避免上述的问题，显示器业者通常会将同一批发光二极管依其色温 和亮度再细分分类，仅取色温和亮度相近的发光二极管来制作背光模块，其 余的发光二极管则淘汰。如此不仅增加工艺步骤，还浪费材料，增加生产成 本。
有鉴于此，需要一种新的背光模块及其光学结构，能够克服发光二极管
色温和亮度差异的现象，同时兼顾产业需求及经济效益。
发明内容
本发明一方面提供一种混光结构，用以混合数个光源所发出的光，以解 决因各个光源出光的差异所造成的色温和亮度不均匀的问题。混光结构基本 上为一个导光条，其具有一对互相相对的平面，称为第一面和第二面。第一 面上间隔设置有数个入光面，入光面分别邻接光源，例如发光二极管，以传 入光。第二面上设置有出光面，出光面邻接导光板。数个斜面设置于导光条 上邻接出光面且对齐入光面之处。每一斜面均不平行于入光面，且斜面的内 壁用以反射自入光面入射的光源的光。导光条尚包含反射/穿透微结构，其设 置于第一面上，且在两紧邻的入光面之间，并且对齐出光面，以将自斜面反 射的光反射至出光面。
由此可知，即便各个光源所发出的光的色温或亮度略有差异，也可透过 混光结构将各个光源的光相互混合，使得最终由出光面传出的光为色温和亮 度混合均匀的光。
另一方面，本发明提供一种背光模块，可采用数个亮度和色温不全然相 同的光源，透过背光模块中的混光结构将光源所发出的光均匀混合，以产生 均匀色温和亮度的输出光。背光模块具有光源、混光结构和导光板，混光结 构介于光源和导光板之间。
混光结构包含一个导光条，导光条上设置有数个入光面、斜面、反射/穿 透微结构和出光面。入光面间隔排列于导光条的第一面上，每一光源邻接一 入光面以入射光至混光结构。斜面的内壁分别对齐入光面以反射自入光面入 射的光。反射/穿透微结构设置于两紧邻的入光面之间，用以反射自斜面反射 的光。出光面设置于导光条的第二面上，邻接斜面且对齐反射/穿透微结构， 出光面邻接导光板，用以将自反射/穿透微结构反射的光传送到导光板。其中， 第一面与第二面为导光条上一对相对的平面。
通过混光结构中入光面、斜面、出光面和反射/穿透微结构等设置，使各 光源所发出的光得以在混光结构中均匀混合，进而使得传送到导光板的光为 亮度和色温均匀的光。
本发明提供另一种混光结构，用以混合多个光源所产生的不同色温或亮 度的光，以产生均匀的输出光。混光结构主要包含一个导光条，其剖面大致 呈梯形，其具有第一面、第二面和一对斜面。其中，第二面与第一面为一对 相对的平面，且每一斜面均邻接第一面和第二面。第一面上分隔设置有数个 入光面，每一入光面分别对齐斜面并分别邻接数个光源。第一面上还设置有 至少一反射/穿透微结构，反射/穿透微结构与入光面交替排列，可用以反射/ 穿透自斜面反射的光，意即一部份从斜面反射的光线会穿透反射/穿透微结构， 另一部分光线则会被反射。第二面上设置由至少一出光面，出光面对齐反射/ 穿透微结构，用以将自反射/穿透微结构反射的光传至导光板。由上述可知， 混光结构可混合多个光源所发出的光，并使光均匀混合，进而产生亮度和色 温均匀的光。
另外，本发明又提供另一种混光结构，透过混合光线的方式，解决光源 的光色温或亮度不均匀的问题。混光结构中有一导光条，导光条具有互相相 对且大致平行的第一面和第二面。其中，数个入光面彼此分隔设置于第一面 上，且分别邻接数个光源，以接受光源入射的光。数个凹槽彼此分隔设置于 第二面上，且分别对齐入光面。每一个凹槽的内壁会反射自入光面入射的光 源的光。数个反射/穿透微结构分隔设置于第一面上，且与入光面交替排列， 用以反射自凹槽反射的光。数个出光面分隔设置于第二面上，且与凹槽交替 排列并对齐反射/穿透微结构，用以将自反射/穿透微结构反射的光传出至一导 光板。
由上述可知，虽然各个光源所产生的光的色温或亮度不相同，然而透过 混光结构将光相互混合，从而产生色温和亮度混合均匀的光。如此一来，业 者不必再执着于挑选相同或相近色温及亮度的光源，不仅简化制作流程，更
可减少材料支出，降低生产成本。
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所 附图式的详细说明如下
图1是绘示依照本发明实施例的背光模块的立体图。
图2是绘示依照图1所绘示的背光模块的俯瞰图。
图3是绘示依照图2所绘示的混光结构的俯瞰图。
图4是绘示依照本发明另一实施例的混光结构的俯瞰图。
图5是绘示依照本发明另一实施例的背光模块的俯瞰图。
图6是绘示依照图5所绘示的混光结构的俯瞰图。
附图标号
100 :背光模块110 :光源
120 :导光板130 :反光板
140 :混光结构142 :第一面
144 :第二面146 :导光条
210 :入光面220 :出光面
222 :凹槽230 :凹槽
240 :斜面250 :反射/穿透微结构
252 :凹槽310 :散射粒子
具体实施例方式
请参考图1和图2，其分别绘示本发明一实施例的背光模块100的立体图 和俯瞰图。背光模块100负责提供给显示器不论是亮度或是色温皆为均匀的 光。
背光模块100具有光源110、导光板120、反光板130和混光结构140，
其中混光结构140介于光源110和导光板120之间，而反光板130贴合部分 导光板120的上表面，且延伸到混光结构140和导光板120的下表面。
请同时参考图2和图3，图3绘示混光结构140的俯瞰图。混光结构140 主要包含一个导光条146，用来将光源110所发出的光传导到导光板120。导 光条146可由压克力或聚甲基丙烯酸甲酯等透明的光学材质所组成。导光条 146上设置有数个入光面210、斜面240、反射/穿透微结构250和出光面220。
入光面210间隔排列于导光条146的第一面142上，且邻接光源IIO，以 传入光源110的光。光源110可抵接入光面210上，即光源110入光面210 彼此黏合。如此一来，由入光面210入射的光的入射角度可达士90度。在本 发明的实施例中，光源110紧邻入光面210，且光源110和入光面210之间有 空隙，使得光源110所发出的光先传到空气中，再由空气传到入光面210而 进入导光条140。如此的传导路径，可使得最终由入光面210入射的光的入射 角度縮小到临界角之内(PMMA约土42度)，有利于后续的全反射的作用。
斜面240设置于导光条146中，邻接出光面220且对齐入光面210之处。 每一斜面240与各个入光面210均不平行，使得自入光面210入射的光不易 从斜面240射出，且斜面240的内壁用以反射自入光面210入射的光，以增 加光的反射次数及行径路径，使得各个光源IIO传入的光得以在混光结构140 中充分混合。
一般来说，当光穿过两种折射率不同介质的介面时，光的行进方向会有 所改变，如折射或反射。其中，光由光密介质入射到光疏介质时，如果光的 入射的角度大于临界角，将会发生全反射。在本技术领域中具有通常知识技 术人员应知临界角的原理，及临界角的大小会因应介面两端的介质的不同而 有所不同。在本发明的实施例中，导光条146的材质为压克力，其与空气之 间的临界角约为42度。
本发明的实施例便是利用上述临界角的特性。具体而言，斜面240与入 光面210具有一夹角，使得光由入光面210照射到斜面240时，大部分的光在斜面240上所产生的入射角大于临界角，故会产生全反射。
斜面240与入光面210之间的夹角也可调整，使得大部分的入射光与斜 面240的夹角大于光学材质的内全反射的临界角。斜面240与入光面210之 间的夹角的角度介于30度到60度之间，较佳为大于导光条146的临界角。 在本实施例中，夹角的角度大于42度，较佳为45度。
另一方面，可在斜面240上进行加强全反射的结构，使得入射光小于临 界角的入射光也可被斜面240所反射。具体而言，斜面240的内壁的材质可 为具有高反射系数的镀膜，像是镜面镀膜，以增加斜面240的反射率。
在本实施例中，斜面240的一端邻接出光面220，另一端与另一个斜面 240邻接，即斜面240两两成对而构成数个具有V形截面的凹槽230，凹槽 230彼此分隔设置并与出光面220交错排列。每个凹槽230各自对齐一个入光 面210，凹槽230的内壁亦为斜面240的内壁便可反射由入光面210入射的光。
具体而言，凹槽230的中央到第一面142的最小距离小于第一面142和 第二面144之间的距离，即凹槽230为导光条146上的一个凹陷，而非突起。 凹槽230中的斜面240之间的夹角可依照导光条146的光学特性而变化。在 本实施例中，两斜面240之间的夹角为90度。另外，凹槽230也可包含多个 斜面240，且凹槽230的形状也可为半圆形。
反射/穿透微结构250设置于两紧邻的入光面210之间，即反射/穿透微结 构250与入光面210互相交错排列于导光条146的第一面142上，且对齐出 光面220。反射/穿透微结构250可将从斜面240反射的光线部分反射部分穿 透。其中，反射/穿透微结构250可反射部分自斜面240反射的光，并将光反 射到出光面220。另外，部分自斜面240反射的光会穿透反射/穿透微结构250 而传出导光条146。通过设置于导光条146四周的反光板130可将传出导光条 146的光反射回导光条146中。反射/穿透微结构250可为印刷网点、V形凹 槽(V-cut)或反光板。在本发明的实施例中，反射/穿透微结构250为数个V 形的凹槽252。
出光面220分隔设置于导光条146的第二面144上，且邻接导光板120， 用以将混合后的光传导至导光板120。在本发明的实施例中，出光面220上设 置有数个V形的凹槽222，使得光容易从出光面220传出。
出光面220和入光面210分别设置于导光条146的不同平面上，且彼此 交错而不对齐，使得由入光面220传入的光不易直接由出光面220传出。入 光面210和出光面220的面积可依照光源110和导光板120的大小设置，当 光源110的厚度小于导光板120厚度时，入光面210的高度及其面积则可小 于出光面220的高度及其面积。反之亦然，当光源110的厚度大于导光板120 的厚度时，入光面的高度和面积则可小于出光面的高度及面积。在本发明的 实施例中，导光条146的剖面略成梯形，即导光条146的第一面142与第二 面144平行，且第一面142的高度大于第二面144的高度，使得入光面210 的高度大于出光面220的高度。在本发明的实施例中，入光面210的面积大 于出光面220的面积。另一方面，利用反光板130包覆导光条146的外表面， 可有效减少光线传播过程中的漏光现象。
请参考图4，其绘示本发明另一实施例的一种混光结构140的俯瞰图。混 光结构140的导光条146之中散布有许多散射粒子310。由于散射粒子310散 布于入光面210、斜面240和出光面220之间，因此当光在导光条146中行进 而照射到散射粒子310时，光会受到散射粒子310作用而折射或反射，使得 光的行进方向改变。如此一来，在适当的散射粒子的浓度下，光在混光结构 140中偏折的次数可增多，使得光的行径路径增长，与其他光源110所发出的 光的混合程度便可提高。
散射粒子310可由反射材料所制成，如二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙、氧 化镁、氧化锌或硅化合物如二氧化硅。散射粒子310也可由折射率与导光条 146不同的光学材料所制成，像是聚苯乙烯或聚碳酸酯等。
由本发明的实施例可知，背光模块100中所采用的各个光源110的亮度 和色温无须相同或近似，只要透过混光结构140将各光源110所发出的光混
合，便可使得传送到导光板120的光为亮度和色温均匀的光。
请参考图5和图6，图5绘示依照本发明另一实施例的背光模块100的俯 瞰图，而图6绘示混光结构140的俯瞰图。在本实施例中，混光结构140的 导光条146具有大致成梯形的剖面，即第一面142和第二面144互相相对且 平行，两斜面240的两端邻接第一面142和第二面144。
导光条146的第一面142上有两个入光面210，个别邻接一光源IIO。其 中，两个光源110的色温和亮度可为不同。在本发明的实施例中，两光源IIO 的色温可为互补色。当两互补色的光混合后，可产生近似于白光的混合光。
两紧邻的入光面210之间设置有反射/穿透微结构250。在本发明的实施 例中，反射/穿透微结构250为数个V形的凹槽252。出光面220设置于第二 面144上，对齐反射/穿透微结构250，且邻接背光模块100的导光板120。
斜面240的一端邻接出光面220，另一端邻接入光面210。混光结构140 的两斜面240个别垂直对齐两入光面210，且斜面240均不平行于入光面210。 如前所述，斜面240的内壁可将从入光面210入射的光反射，甚至为全反射。
混光结构140中尚包含数个散射粒子310散布于导光条146中，用以改 变导光条146中光的行进方向。
换句话说，即便各个光源110所发出的光的色温或亮度略有差异，将光 源110所发出的光从混光结构140的入光面210传入后，通过斜面240、散射 粒子310和反射/穿透微结构250的作用，使得光在混光结构140中充分的混 合后，便可由出光面220传送出色温和亮度混合均匀的光。如此一来，便可 解决因各光源110出光差异所造成的不均匀的问题。
虽然本发明已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 熟习本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动 与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定为准。
权利要求
1、一种混光结构，其特征在于，所述的混光结构至少包含一导光条，具有一第一面和一第二面，所述第二面与所述第一面为一对相对的平面；多个入光面，间隔设置于所述第一面，且分别邻接多个光源；至少一出光面，设置于所述第二面，且邻接一导光板；多个斜面，设置于所述导光条中，邻接所述出光面，且分别对齐所述多个入光面，其中每一所述斜面均不平行于所述多个入光面，且所述多个斜面的内壁用以反射自所述多个入光面入射的所述多个光源的光；以及至少一反射/穿透微结构，设置于所述第一面的两紧邻的所述入光面之间，且对齐所述出光面，以将自所述多个斜面反射的光反射至所述出光面。
2、 如权利要求l所述的混光结构，其特征在于，所述多个斜面两两成对 以形成多个V形截面的凹槽。
3、 如权利要求1所述的混光结构，其特征在于，所述多个斜面邻接所述 第一面。
4、 如权利要求1所述的混光结构，其特征在于，所述多个斜面的内壁的 材质为高反射光学材质。
5、 如权利要求l所述的混光结构，其特征在于，还包含多个散射粒子散 布于所述导光条之中。
6、 如权利要求5所述的混光结构，其特征在于，所述多个散射粒子的材 质为二氧化钛或硅化合物。
7、 如权利要求1所述的混光结构，其特征在于，所述反射/穿透微结构包 含多个V形凹槽。
8、 如权利要求1所述的混光结构，其特征在于，所述反射/穿透微结构为 一反光板。
9、 如权利要求1所述的混光结构，其特征在于，还包含多个V形凹槽位 于所述出光面。
10、 如权利要求1所述的混光结构，其特征在于，每一所述斜面与所述 多个入光面其中之一者具有一夹角，所述夹角为45度。
11、 一种背光模块，其特征在于，所述的背光模块至少包含-多个光源；一混光结构，包含 一导光条；多个入光面，彼此间隔排列于所述导光条的一第一面，其中每一所 述光源邻接所述多个入光面其中之一者，以入射光至所述混光结构；多个斜面，设置于所述导光条上，其中所述多个斜面的内壁个别对 齐所述多个入光面，以反射自所述多个入光面入射的光；至少一反射/穿透微结构，设置于两紧邻的所述入光面之间，用以反 射自所述多个斜面反射的光；至少一出光面，设置于所述导光条的一第二面上，邻接所述多个斜 面，且对齐所述反射/穿透微结构，用以传送出自所述反射/穿透微结构反射的 光，其中所述第一面与所述第二面为一对相对的平面；以及 一导光板，邻接所述出光面。
12、 如权利要求ll所述的背光模块，其特征在于，每一所述斜面邻接所 述多个入光面其中之一者。
13、 如权利要求ll所述的背光模块，其特征在于，所述多个斜面的内壁 是将自所述多个入光面入射的光全反射。
14、 如权利要求13所述的背光模块，其特征在于，所述多个斜面的材质 为全反射光学材质。
15、 如权利要求ll所述的背光模块，其特征在于，所述反射/穿透微结构 包含多个V形凹槽。
16、 如权利要求ll所述的背光模块，其特征在于，所述混光结构还包含 多个散射粒子散布于所述多个入光面、所述多个斜面和所述出射面之间，用 以改变光的行进方向。
17、 如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述多个散射粒子的 材质为二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙、氧化镁、氧化锌、聚苯乙烯、聚碳酸酯 或硅化合物。
18、 如权利要求ll所述的背光模块，其特征在于，还包含一反光板贴合 部分所述导光板的上表面，且延伸至所述混光结构和所述导光板的下表面。
19、 如权利要求ll所述的背光模块，其特征在于，所述导光条的材质为 压克力或聚甲基丙烯酸甲酯。
20、 如权利要求ll所述的背光模块，其特征在于，所述第一面的一高度 大于所述第二面的高度。
21、 如权利要求20所述的背光模块，其特征在于，所述入光面的面积大 于所述出光面的面积。
22、 一种混光结构，其特征在于，所述的混光结构包含一导光条，具有大致呈梯形的剖面，具有一第一面、 一第二面和一对斜 面，所述第二面与所述第一面为一对相对的平面，且每一所述斜面均邻接所 述第一面和所述第二面；多个入光面，分隔设置于所述第一面上且分别对齐所述多个斜面，并分 别邻接多个光源；至少一反射/穿透微结构，设置于所述第一面，且与所述多个入光面交替 排列，用以反射自所述多个斜面反射的光；以及至少一出光面，设置于所述第二面，且对齐所述反射/穿透微结构，用以 将自所述反射/穿透微结构反射的光传至一导光板。
23、 如权利要求22所述的混光结构，其特征在于，还包含多个散射粒子 散布于所述导光条内，以改变光的行进方向。
24、 如权利要求22所述的混光结构，其特征在于，所述多个斜面不平行 于所述多个入光面，且所述多个斜面的内壁将自所述多个入光面入射的所述 多个光源的光全反射。
25、 如权利要求24所述的混光结构，其特征在于，所述多个斜面的材质 为全反射的光学材质。
26、 一种混光结构，其特征在于，所述的混光结构包含 一导光条，具有互相相对且大致平行的一第一面和一第二面； 多个入光面，彼此分隔设置于所述第一面，且分别邻接多个光源，以接受所述多个光源入射的光；多个凹槽，彼此分隔设置于所述第二面，且分别对齐所述多个入光面， 其中所述多个凹槽的内壁反射自所述入光面入射的所述多个光源的光；多个反射/穿透微结构，分隔设置于所述第一面，且与所述多个入光面交 替排列，用以反射自所述多个凹槽反射的光；以及多个出光面，分隔设置于 所述第二面，且与所述多个凹槽交替排列，并对齐所述反射/穿透微结构，用 以传出自所述反射/穿透微结构反射的光至一导光板。
27、 如权利要求26所述的混光结构，其特征在于，每一所述凹槽的中央 到所述第一面的最小距离小于所述第二面到所述第一面的最小距离。
28、 如权利要求27所述的混光结构，其特征在于，所述多个凹槽的形状 为V形或半圆形。
29、 如权利要求26所述的混光结构，其特征在于，每一所述凹槽具有一 对斜面分别邻接两紧邻的所述出光面。
30、 如权利要求29所述的混光结构，其特征在于，所述多个斜面具有一 交角，所述交角为90度。
31、 如权利要求26所述的混光结构，其特征在于，所述多个凹槽的内壁 具有全反射的光学材质。
32、 如权利要求26所述的混光结构，其特征在于，还包含多个散射粒子散布于所述多个入光面、所述多个斜面和所述出射面之间。
33、 如权利要求26所述的混光结构，其特征在于，所述第一面的一高度 大于所述第二面的高度。
34、 如权利要求26所述的混光结构，其特征在于，所述入光面的面积大 于所述出光面的面积。
全文摘要
本发明提供一种背光模块及其混光结构，其中，混光结构包含导光条。导光条的第一面上间隔设置有数个邻接光源的入光面，以传入光。导光条的第二面上设置有邻接导光板的出光面。数个斜面设置于导光条上邻接出光面且对齐入光面之处。斜面不平行于入光面，且斜面的内壁用以反射自入光面的光。反射/穿透微结构设置在第一面上两紧邻的入光面之间且对齐出光面，用以将自斜面反射的光反射至出光面。
文档编号G02F1/13GK101358712SQ20081021243
公开日2009年2月4日 申请日期2008年8月26日 优先权日2008年8月26日
发明者林正中, 洪春长, 邵栋梁 申请人:友达光电股份有限公司