专利名称：侧光式背光模组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种背光模组，特别是涉及一种可简化微结构光学板的光学设计并提高背光模组的正向辉度的高效率的侧光式背光模组。
背景技术：
背光模组依光源的配置位置可分为直下式及侧光式两种结构。其中，侧光式结构因其发光源配置于侧边的入光设计可符合消费市场中对于轻量、薄型的需求导向，因此广泛地被应用成为中小尺寸背光模组的架构。以往的侧光式光源结构是在导光板的平行单侧或双侧边设置一个发光源，例如，冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)。该导光板的作用在于导引光线使其从导光板内部传递至所需的出光面上，并使该冷阴极荧光灯或该发光二极管发出的一维的线形光源或点光源转变为二维的面光源。一般而言，导光板由高穿透率的树脂材料制成，而光线从导光板的侧面进入后会在其内部历经多次的反射及折射才从出光面射出，此时光线的使用效率已大幅降低，除使背光模组的辉度不佳外，光线在传递的过程中亦会损耗。一般为了提高光源使用效率，会在导光板的背面以网点印刷方式制作网点图案层(Dot pattern)来破坏导光板内部的全反射条件，以及在该导光板下方设置一片反射板 (Reflector)，将光源或由导光板下方发散的光线重新反射回导光板内，以增加光线自导光板的出光面射出的机会。影响背光模组辉度的因素有许多种，其中，如何提升导光板的出光亮度为重要的关键之一。已知在导光板出光面或入光面上设置棱镜微结构可使光线往正面视野方向凝聚、避免光线往较大的折射角度出射以提高导光板的正面亮度。对于导光板的微结构的设计，目前常利用光学模拟软件进行微结构最佳化的分析，之后再尝试导入实际制程。对于微结构设计有许多种主题，例如，探讨V型沟槽(V-CUt)导光板搭配逆棱镜片，可减少高单价的光学膜片(例如棱镜片或增光膜)的使用量，并提升亮度。另外改变微结构及网点的外观型态或疏密分布对于导光板出光亮度的影响；或者在导光板的入、出光面同时或分别设置印刷网点、微结构等其中之一，并经光学模拟以找出最佳的微结构设计组合。然而，虽然过去对于微结构的最佳化设计已累积有许多心得，但实际上导光板的出光亮度及光利用效率上仍有很大的改善空间，且导光板的光学设计愈繁复，将其实际导入生产制程时亦增加许多困难度。因此，如何有效提升光源使用效率、简化背光模组的光学设计，并同时产生较佳的出光亮度，提高该背光模组的正向辉度的效果，为本发明所要阐述的内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可简化光学设计、容易达到增光效果以及提高背光模组的正向辉度的高效率的侧光式背光模组。本发明的侧光式背光模组包括一片微结构光学板、一片反射板以及一个发光装置。该微结构光学板包括一个出光面以及一个位于该出光面相对位置的入光面。该反射板包括至少一个反射面。该反射板与该微结构光学板之间共同界定出一个空气层。该发光装置设置于该微结构光学板及该反射板之间，并且置于该空气层的一侧或多侧。该发光装置用以产生光线，并使光线经该空气层后投射到该反射板的反射面。该微结构光学板可为导光板，而组成该微结构光学板的材料为具备高透光度的透明树脂，其种类并无限制，具体例为(甲基)丙烯酸酯树酯(例如PMMA树脂)、聚碳酸酯树脂(PC树脂)、苯乙烯树脂(PS树脂)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物(MS树脂)、丙烯腈-苯乙烯共聚合物(AS树脂)、环状烯烃聚合物(C0C树脂)、聚对苯二甲酸乙二酯(PETG 树脂)等。本发明的微结构光学板上的微结构的位置并不限制，可设置于微结构光学板的出光面及/或入光面。另外，除了设置微结构外，该出光面及/或入光面还可搭配设置其他结构，包括网点阵列结构(Dot array)或由扩散微粒子形成的扩散层等，上述各种结构的设计可视微结构光学板的不同应用领域而采取不同的设计，也就是说，在微结构光学板的出光面或入光面的位置同时存在，也可在微结构光学板的出光面或入光面不同的位置存在。例如，微结构光学板的出光面设置微结构，而其入光面为网点阵列结构；或者，微结构光学板的入光面设置微结构，并且出光面为扩散微粒子形成的扩散层等设计。上述微结构形状较佳为三角形透镜(Prism lens)、半圆形透镜(Lenticular lens)等；而网点阵列结构中网点图案的设计以能够顺应光学设计的需求进行密度变化的调整，亦同时让网点的位置保持随机分布的特性。而形成扩散层的扩散微粒子的具体例为无机微粒子及有机微粒子；无机微粒子例如硫酸钡(BaSO4)、二氧化钛(TiO2)等微粒子；而有机微粒子例如聚苯乙烯树脂、 (甲基)丙烯酸树脂、有机硅氧烷树脂微粒子等。本发明中反射板的作用是将底面漏出的光反射回导光板中，防止光源外漏以增加光的使用效率。为了得到较佳的正面辉度，该反射板的反射面较佳地呈倾斜状，上述反射面较佳地为由两侧向中间并且向上凸起倾斜或者仅单独向其中一侧倾斜的设计，所述反射面的倾斜角度较佳小于30°，更佳小于20°，最佳小于10°。该反射板较佳选自雾面式反射板或全像技术的反射板。雾面式反射板是在反射板的反射面上作雾化处理，而全像技术的反射板则可利用激光或压印式全像片图案制成。本发明的发光装置较佳地包括二个相对设置且位于该空气层周侧的发光单元，每一个发光单元都具有多个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，并且其方向可正面朝向该空气层，或朝该反射板的方向倾斜，倾斜角度则视光线路径而定；该发光单元较佳以双侧入光的方式分别嵌置于该微结构光学板的入光面与反射板之间。本发明的微结构光学板的厚度较佳为0. 2毫米 10毫米，更佳为0. 3毫米 8毫米，单面微结构光学板的厚度是指微结构最高点至另一不具微结构面的垂直距离；双面微结构光学板的厚度是指两上、下微结构最高点间的距离。本发明的有益的效果在于发光装置所发出的光线会经由反射板的反射或扩散作用后向上进入空气层，之后，光线继续向上折射进入微结构光学板的入光面，通过空气层与微结构光学板两者折射率的差异，光线将在微结构光学板内产生初步的集光效果，如此有利于微结构光学板进行再次的集光作用。因此，微结构光学板本身不需复杂的光学结构设计，便可达成较佳的增光效果，并提高该背光模组的正向辉度。
图1是一侧视参考示意图，显示本发明侧光式背光模组的第一较佳实施例；图2是一俯视示意图，显示多个发光二极管平行排列并分布于一微结构光学板两侧的态样；图3是图1的局部放大图及光线出光的模式；图4是类似图1的示意图，显示本发明侧光式背光模组的第二较佳实施例；图5是一局部放大图，显示本发明侧光式背光模组的第三较佳实施例；图6是一剖视图，独立显示本发明的该微结构光学板的一出光面可制作为半球面的微透镜结构；图7是一剖视图，独立显示该出光面为半圆形透镜结构，且该微结构光学板的一入光面为V型沟槽的逆棱镜结构；图8是一剖视图，独立显示该微结构光学板的入光面制作为V型沟槽的逆棱镜结构；及图9是一剖视图，独立显示该微结构光学板的入光面制作为全反射性网点阵列结构。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。有关本发明前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的三个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。参阅图1、图2、图3，本发明侧光式背光模组的第一较佳实施例包括一片微结构光学板1、一片反射板2、一个发光装置4以及一片扩散膜5。该微结构光学板1由透明的甲基丙烯酸甲酯树酯(PMMA树脂)组成，并包括一个出光面111以及一个位于该出光面111相反侧的入光面121，在本实施例中，所述微结构光学板1可为业界熟知的导光板。一般，为了限制光线自该微结构光学板1的出光面111出射的角度分布以提升视角范围内的光亮度，所述微结构光学板1的微结构几何型态可制作为具V型沟槽(V-cut)的棱镜(ft~iSm)结构。该反射板2与微结构光学板1互相间隔设置，在本实施例中，该反射板2具有两个倾斜且向上凸起的反射面21以及一连接于所述反射面21间并顶抵该微结构光学板1的入光面121的顶边缘22，所述反射面21的倾斜角度不限制，依据导光板1的长度及导光板1 与反射板2之间可放置发光装置4的距离而定，介于0° 10°间。该反射板2为雾面式反射板，因此，可提供光反射及光扩散的效果并借此将照射到所述反射面21上的光线导引至该微结构光学板1的入光面121。另外，亦可直接于所述反射面21上以镀银或铝等金属材料的方式，制作具镜面式反射效果的金属镀层(图未示)以提高光线反射效率。另外，所述反射板2的反射面21与微结构光学板1的入光面121间共同界定出一个空气层3，在本实例中，也就是由该反射板2的反射面21与其互相间隔的微结构光学板1 的入光面121所界定出来的空间。
该发光装置4包括二个相对设置且位于该空气层3的两侧的发光单元41，其中，每一个发光单元41由多个平行排列的发光二极管412组合而成，即是形成如同LED灯条(LED light bar)的态样。要特别说明的是，在本实施例中，配合反射板2的两个倾斜且向上凸起的反射面21，所述发光单元41以双侧入光的方式分别嵌置于该微结构光学板1的入光面 121与反射板2之间，也就是如图1所示设置于该空气层3的左右两侧且位于微结构光学板1的下方。每一发光单元41都具有一个朝向该空气层3且同时朝向该反射板2的其中一个反射面21的发光端面411。所述发光单元41的发光二极管412具有尺寸小可符合薄型化要求的优点，且所述发光二极管412光源指向性较佳的特征，也使得由该发光端面411 所发射出来的光线可充分指向该反射板2的反射面21，而使所述LED灯条所发出概似线型的光源产生漫反射向上并转化为面型光源，且反射后的光线先经该空气层3后才从微结构光学板1的入光面121进入微结构光学板1。该扩散膜5置于微结构光学板1的出光面111上方，使由该微结构光学板1出射的光线能够进一步地扩散均勻化。在本实施例中，可依据从微结构光学板1出射的光源特征，而选择使用不同光扩散效果的上扩散膜或下扩散膜。参阅图4，本发明的第二较佳实施例的侧光式背光模组的构造与第一较佳实施例大致相同，所不同处在于该反射板2包括一个向一边倾斜状的反射面21以及一个顶抵于该微结构光学板1的入光面121的一侧的顶边缘22，所述反射板2亦为提供扩散性反射效果的雾面式反射板。再者，依前述反射板2的设计，本第二较佳实施例的空气层3由反射板 2的反射面21与其互相间隔的微结构光学板1的入光面121所共同界定出来。此外，该发光装置4亦包括一个位于该空气层3的一侧的发光单元41，该发光单元41具有多个平行排列的发光二极管412，即是形成一个LED灯条的态样，并以单侧入光的模式使所述发光二极管412朝向该反射板2的反射面21发射光线。所述发光单元41嵌置于该微结构光学板1 的入光面121与反射板2之间，并都具有一个发光端面411，使光线投射到该反射板2的反射面21上后，经空气层3进入该微结构光学板1。参阅图5，本发明的第三较佳实施例的构造与第一较佳实施例大致相同，不同处在于该反射板2为无倾斜面的平整态样，并具有一反射面21。要注意的是，该发光装置4的所述发光单元41以双侧入光(图5中仅示一侧)的方式分别嵌置于该微结构光学板1的入光面121与反射板2之间，且每一个发光单元41往邻近该反射板2的方向稍微倾斜约 3°的角度，使光线可充分指向该反射板2的反射面21。如前面所述，该反射面21上可形成雾面或其他任何可提高反射效率或所需反射态样的表面结构，或例如亦可贴覆市售的全像图，以利用全像技术的设计控制偏光或均光的分布。为提升该微结构光学板1的集光效果，可同时或分别在所述微结构光学板1的出光面111或入光面121上制作微结构。在以下即将说明的图式中，主要说明几种微结构设计可制作于上述各实施例的微结构光学板1上。参阅图6，显示该微结构光学板1的出光面 111制作为具半圆形透镜结构，而该微结构光学板1的入光面121为平整面。参阅图7，显示该微结构光学板1的出光面111制作为具半圆形透镜结构，且微结构光学板1的入光面121 是V型沟槽的逆棱镜结构。参阅图8，该微结构光学板1的出光面111是平整面，而入光面 121为V型沟槽的逆棱镜结构。参阅图9，该微结构光学板1的出光面111是平整面，而微结构光学板1的入光面121具有网点阵列结构，其中，所述网点122可利用印刷技术将具有全反射功能的金属网点转印在微结构光学板1的入光面121上，使来自反射板2的光线投射到网点122时不会穿透过去，而是以全反射的模式反射，因此光线纯然经过该空气层3后直接进入微结构光学板1的入光面121且可减少不必要的扩散光线。当然，本发明的微结构光学板1也不以前述的微结构设计组合为限制。再附带说明的是，在微结构光学板1较薄的情况下，图1的顶边缘22可兼具支柱的功效；至于图4或图5的实施例，则可视情况在空气层3加设支柱。再参阅图3，以本发明的第一较佳实施例为例，进一步详细说明本发明在运作时， 光线从该发光单元41出射后，经过不同元件间的光学角度分布变化。由于所述发光单元41 的发光端面411设置在空气层3的周侧并朝向该反射板2的所述反射面21上，因此，光线通过空气层3后可直接照射到反射板2上，由于所述反射板2的反射面21具备扩散性反射效果，因此，光线产生漫反射并导引往微结构光学板1的入光面121上。之后，当光线传递经由空气层3并入射进入微结构光学板1的入光面121时，依据折射定律的阐述光线传递经过折射率不同的介质会产生折射现象，该空气层3的折射率为1，而该微结构光学板1，例如甲基丙烯酸甲酯树酯，折射率为1.49，因此，当光线由该空气层3(折射率较低的光疏介质)入射进入微结构光学板1(折射率较高的光密介质)时，折射后的光线除了会在该微结构光学板1内部形成一概呈倒锥型的光源分布外，其分布的最大光锥角度范围将被限缩在 90度角以内；具体而言，以甲基丙烯酸甲酯树酯制成的微结构光学板1为例，其最大发光角度范围经计算后约为84. 3度角以内。换句话说，光线由空气折射进入微结构光学板1内便会产生初步的集光效果。前述的结果将有利于当光线继续向上穿过该微结构光学板1时， 由于该微结构光学板1亦具备有集光效果的微结构，因此光线将再进一步被导引聚集。本实施例中，从微结构光学板1出射的较佳视野角分布在45° 50°以内；若设置雾度较弱的上扩散膜于微结构光学板1上，较佳视野角分布可达到45°以内。因此，通过该空气层 3的设置，光线在空气中传递并入射进入该微结构光学板1内部时，因折射而获得较为向上聚集的光源分布。接续，当光线预备自微结构光学板1的出光面111导出时，将有利于微结构光学板1的聚光微结构进行更进一步的集光，因此，本实施例的结构有更容易达成增光效果的优点，如此，可提高视角范围内的光亮度、减少光源从视角范围外折射出去的浪费。综上所述，以往的侧光式背光模组为了达到破坏导光板内部的全反射条件以及提高正面辉度的目的，通常在导光板的出光面与底面进行复杂的光学结构设计，然而，以往导光板为侧边入光的设计，其缺点在于，光线于导光板内部会历经较多次折射与反射才能导出出光面外、光线不断地传递容易导致光能量的损耗，因此以往的导光板的光利用效率较低，再者，光线亦较难以在导光板先行集光，因此纵使进行复杂的聚光微结构设计，以往的导光板对于尝试提升光亮度的努力只是事倍功半的效果。而本发明利用该反射板2的调光，使光线由下而上进入导光板内部，并利用光线由空气折射进入折射率较高的微结构光学板1时，可获得往中间聚集的光角度分布，一方面，绝大部分的光线可直接向上往微结构光学板1的出光面111折射出去而使光线不需在导光板内部进行多次的传递，光屦历的长度减少，使用效率提高；另外，在微结构光学板1内部先行限缩光线角度，当光线再经过其上具备再次集光效果的微结构后，出光的角度范围便可再次限缩，因此，也提高了视角范围内的光亮度。
权利要求
1.一种侧光式背光模组，包括一片微结构光学板、一片反射板以及一个发光装置；该微结构光学板包括一个出光面以及一个位于该出光面相对位置的入光面；该反射板包括至少一个反射面，该微结构光学板的入光面与该反射板的反射面之间共同界定出一个空气层；其特征在于，该发光装置设置于该微结构光学板及该反射板之间，并且置于该空气层的一侧或多侧。
2.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该微结构光学板的出光面具有微结构。
3.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该微结构光学板的入光面具有微结构。
4.根据权利要求2或3所述的侧光式背光模组，其特征在于，该微结构形状为三角形透镜或半圆形透镜。
5.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该微结构光学板的入光面具有网点阵列结构。
6.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该微结构光学板的出光面具有网点阵列结构。
7.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该微结构光学板的出光面具有扩散微粒子形成的扩散层。
8.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该反射板的反射面呈倾斜状。
9.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该反射板为雾面式反射板或全像技术的反射板。
10.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该发光装置朝该反射板的方向倾斜。
11.根据权利要求1所述的侧光式背光模组，其特征在于，该发光装置包括二个相对设置且位于该空气层的周侧的发光单元，每一个发光单元都具有多个发光二极管。
全文摘要
一种侧光式背光模组，包括一片微结构光学板、一片反射板以及一个发光装置。该微结构光学板包括一个出光面以及一个位于该出光面相反侧的入光面；该反射板包括至少一个反射面；该反射板与该微结构光学板之间共同界定出一个空气层；该发光装置设置于该微结构光学板及该反射板之间，并且置于该空气层的一侧或多侧；该发光装置可产生光线，并使光线经该空气层后投射到该反射板的反射面。本发明通过该空气层与该微结构光学板两者折射率的差异使光线在微结构光学板内产生初步的集光效果。借此，可简化背光模组的光学设计并提高背光模组的正向辉度。
文档编号F21V5/04GK102466177SQ20101062377
公开日2012年5月23日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年11月16日
发明者蔡明吉, 陈信宏 申请人:奇美实业股份有限公司