專利名稱：導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種側(cè)照光型導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，尤指一種在其上分布有特殊設(shè)計具有微米級的尺寸和間距微突起物圖樣的導(dǎo)光板，該微突起物圖樣密度分布呈拋物線型關(guān)系，以有效率地得到均勻之面光源。
背景技術(shù)：
由于液晶顯示器LCD為非發(fā)光性的裝置，需要借助于背光模塊才能達到顯示的功能。背光模塊泛指可提供面光源的組件，基本上可視為光源、導(dǎo)光板和光學膜三大部分。其中，導(dǎo)光板(Light Guide Panel or LGP)的功能在于引導(dǎo)光線的散射方向，用來提高面板的輝度，并確保面板亮度的均勻性。背光模塊已經(jīng)廣泛使用在液晶顯示器的背光照明(back-light)等用途。
常用的背光板光源技術(shù)主要有側(cè)光式和直下式。近年來在薄型化、輕量化及低耗電化的潮流下，突顯出側(cè)光式的特點，中小型尺寸面板多采用側(cè)光式導(dǎo)光板設(shè)計。
側(cè)光式導(dǎo)光板的光學設(shè)計是將側(cè)面入射的光源有效率地由正面散射霧化成均勻的面光源，也就是引導(dǎo)光線的同時不會造成光線強度之損失，并且利用導(dǎo)光板底部的擴散組件將光線導(dǎo)出。
進一步說明，以常用的導(dǎo)光板材料PMMA材質(zhì)為例，其折射率n為1.55，燈管發(fā)出之光線經(jīng)過空氣進入背光板之端面(即端面照光、edge light)，進入導(dǎo)光板的光利用全反射原理往另一端傳導(dǎo)，也就是光線在導(dǎo)光板內(nèi)自然傳輸過程中，射出的光線不會散逸損失而全部反射回導(dǎo)光板(以90°入射的光線為例，從空氣傳輸?shù)秸凵渎蕁為1.55之介質(zhì)，其臨界角αc大約為40°，α大約為50°，所以入射角均大于反射角，光線將以全反射現(xiàn)象在導(dǎo)光板中傳輸)，而全反射過程中的光線如果碰到導(dǎo)光板底面的散射點，其反射光會往各個角度擴散，破壞全反射條件而使光線自導(dǎo)光板正面射出。
因此，傳輸至導(dǎo)光板中的光線會因?qū)Ч獍宓纳⑸潼c設(shè)計的不同而改變光源聚集狀況。側(cè)光式導(dǎo)光板的散射點設(shè)計，早先由日本實開昭63-24529號公報所揭示，是在導(dǎo)光板背面，印刷乳白色的散射點，當傳輸至導(dǎo)光板中的光線遇到散射點，便射出導(dǎo)光板出光面。
然而散射點并不能滿足面光源的出光效率和均勻度要求；因此，人們開始研究符合光學要求的散射圖樣(pattern)。此時為了考慮出射的面光源均勻度，于是根據(jù)出光量隨著遠離光源而遞減的現(xiàn)象，有了散射圖樣印刷密度的調(diào)整，即從光源處算起，散射圖樣的間距或面積由疏到密，此散射圖樣由疏到密的密度分布設(shè)計可以增加光的均勻度。
另一方面，在導(dǎo)光板制作技術(shù)上也不斷有突破，例如制程上較為簡潔且精密度較高的射出成形技術(shù)。射出成形技術(shù)具有避免印刷油墨物質(zhì)吸收光線的好處，以射出成形技術(shù)為基礎(chǔ)，可以將射出成形的導(dǎo)光板蝕刻出散射圖樣，也可以將散射圖樣設(shè)計制作在模仁上，射出成形后即得該散射圖樣的導(dǎo)光板。例如中華民國專利公告452088號「具細微鏡面結(jié)構(gòu)之光學組件」專利案所揭示，以凹凸(突出)散射圖樣之鏡面設(shè)計，增加光線導(dǎo)出效率。
再舉例言之，利用切削(slot cut)技術(shù)制造出一條條長溝型結(jié)構(gòu)，可以經(jīng)由長溝型間的寬度和深度的變化調(diào)制出光面的光學分布。再舉例言之，在導(dǎo)光板上、下兩面均做棱鏡片的加工，底面的棱鏡間距由疏到密，頂角的設(shè)計則讓光向上反射，因此光能均勻地自導(dǎo)光板表面射出，且具有適當程度的方向性，提高正面亮度。
近年來隨著導(dǎo)光板技術(shù)的進步，導(dǎo)光板有著模塊構(gòu)造簡化降低成本的趨勢，即所謂一體化導(dǎo)光板的設(shè)計，其方式有(1)將導(dǎo)光板的正面加工，使其具有棱鏡片的功能；(2)利用特殊的成型技術(shù)(例如V-Cut)，使得擴散膜及棱鏡片用量各減少一片；(3)在導(dǎo)光板射出成型時，在丙烯材料中加入少量不同折射率的顆粒狀材質(zhì)(如MMA)，此種導(dǎo)光板是靠光與顆粒間的散射作用，讓光自導(dǎo)光板表面射出。
一體化導(dǎo)光板的設(shè)計，其中有許多都陷入兩難的取舍問題，例如在制作導(dǎo)光板時同時將擴散層一體成型可以減少加工程序，但在導(dǎo)光板上直接制作擴散點會減少出光的效率。再例如在導(dǎo)光板中添加的材質(zhì)雖然可以增加散射的機會，但是或多或少都會吸收光線產(chǎn)生使用效率的降低。
關(guān)于印刷或突出的散射圖樣密度分布，即自從光源處算起由疏變密的設(shè)計，可以由中華民國專利公告516671號「具均勻背光之輸入鍵盤」、493148號「液晶顯示裝置及導(dǎo)光板以及導(dǎo)光板之制造方法」和493087號導(dǎo)光板.側(cè)光型面光源裝置及液晶顯示裝置」等專利案所揭示。
在此同時，已經(jīng)有人注意到導(dǎo)光板的散射圖樣分布，如果單純地由疏到密，已不能滿足均勻度的要求。例如由中華民國專利公告493055號「背光源角落暗區(qū)消除方法及其導(dǎo)光板」專利案所揭示，以冷陰極管為光源的導(dǎo)光板，在靠近光源的端面角落暗區(qū)以較密的散射圖樣處理以增加出光均勻度。
再以背光模塊實例說明。參見圖1、圖2所示，產(chǎn)生面光源的側(cè)光式背光模塊其基本結(jié)構(gòu)，是由貼在模塊底部及側(cè)反射膜103、光源101(LED或冷陰極管-CCFL)、導(dǎo)光板102(LGP)、擴散膜(Diffuser)104和棱鏡片105(或稱光學膜、增光片)等零組件所組成。其中，導(dǎo)光板102的散射圖樣結(jié)構(gòu)106，使得導(dǎo)光板具有導(dǎo)引光散射方向、提高面板的輝度和確保面板亮度的均勻性等功能。
公知技術(shù)的散射圖樣106有網(wǎng)印白色油墨、凹凸、波浪紋路、溝槽、鏡面結(jié)構(gòu)和不對稱結(jié)構(gòu)等。此外，考慮出射的面光源能夠更均勻，于是根據(jù)光量隨著遠離光源而遞減的現(xiàn)象，調(diào)整散射圖樣之尺寸分布，從光源處算起由小201變大202(見圖3、圖4)。
然而散射圖樣單純的由小變大或由疏到密，并不能滿足面光源光均勻度的要求。例如以冷陰極管(CCFL)作為光源，CCFL末端203(接近電極部分)造成導(dǎo)光板的暗區(qū)204需以較密的散射圖樣205處理以增加出光均勻度。又由經(jīng)驗法則得知，導(dǎo)光板垂直光源方向兩側(cè)邊緣較暗，調(diào)整兩側(cè)邊緣濃度301可以增加出光均勻度(見圖7及圖8)。
因此，本發(fā)明提出導(dǎo)光板受端面反射位置影響，其光量密度分布不是單純線性遞減關(guān)系，而是呈拋物線型分布。同時，有鑒于已知導(dǎo)光板圖樣設(shè)計皆采經(jīng)驗法則測試而得，無一定的基礎(chǔ)為依據(jù)來設(shè)計，所以致力于找出一個可依循的方法來設(shè)計，以保持導(dǎo)光板的穩(wěn)定及增加輝度，是本發(fā)明的主要目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其具體地提出微突起物的密度分布呈拋物線型關(guān)系，運用拋物線公式調(diào)整散射圖樣濃度分布，可以有效率地反應(yīng)導(dǎo)光板中出光量的分布進而增加均勻度，以改善公知一體化導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)的缺失，而得到一有效率的均勻面光源。
解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是運用于側(cè)光式背光模塊中的具有微突起物的側(cè)照光型導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其中上述導(dǎo)光板的微突起物圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系，即從光源處算起，微突起物圖樣分布由密到疏，然后逐漸到達遠程最密，經(jīng)上述拋物線式疏密設(shè)計得到均勻的面光源。
根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出微突起物的密度分布呈拋物線型關(guān)系，除了散射圖樣具有微米級的尺寸和間距，散射圖樣運用拋物線公式可以得到最佳的濃度分布，具體地和有效率地提高面光源之均勻度。
本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明中，提供了一種新的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其具體地提出微突起物的密度分布呈拋物線型關(guān)系，運用拋物線公式調(diào)整散射圖樣濃度分布，可以有效率地反應(yīng)導(dǎo)光板中出光量的分布進而增加均勻度。
此外，本發(fā)明導(dǎo)光板散射圖樣的設(shè)計，是具有微米級的尺寸和間距的微突起物，加上微突起物的密度分布呈拋物線型關(guān)系，可以增加漫射之均勻度，產(chǎn)生光點掩飾的效果，以及避免規(guī)則性分布造成的繞射現(xiàn)象和不會提高面積率造成出射光量先多后少的現(xiàn)象。
進而，本發(fā)明所提出的拋物線圖樣設(shè)計，其是可依據(jù)導(dǎo)光板的光點來源及大小，以一個或多個以上的拋物線來設(shè)計導(dǎo)光板的圖樣。


下面結(jié)合實施例附圖對本發(fā)明進行詳細描述。
圖1表示背光模塊示意圖；圖2表示背光模塊示意圖；圖3表示公知導(dǎo)光板散射圖樣的密度分布；圖4表示公知導(dǎo)光板散射圖樣的密度分布；圖5表示公知導(dǎo)光板散射圖樣的密度分布；圖6表示公知導(dǎo)光板散射圖樣的密度分布；圖7表示另一種公知導(dǎo)光板散射圖樣之密度分布曲線；圖8表示另一種公知導(dǎo)光板散射圖樣之密度分布圖；圖9表示本發(fā)明的散射圖樣及散射圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系示意圖；圖10表示本發(fā)明的散射圖樣及散射圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系示意圖；圖11表示本發(fā)明的另一型散射圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系示意圖；圖12表示本發(fā)明的另一型散射圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系曲線；圖13表示本發(fā)明的第一實施例的密度分布圖；圖14表示本發(fā)明的第一實施例的密度分布曲線；
圖15表示本發(fā)明的第二實施例的微突起物部分分布圖；其中101光源；102導(dǎo)光板；103反射層；104擴散層；105棱鏡片； 106散射圖樣； 201較小散射圖樣；202較大散射圖樣；203 CCFL末端；204光源造成導(dǎo)光板角落的暗區(qū)；205針對導(dǎo)光板角落的暗區(qū)之較大散射圖樣；301針對導(dǎo)光板垂直光源方向邊緣暗區(qū)之較大散射圖樣；401本發(fā)明的微突起物。
具體實施例方式
參見圖9、圖10，為本發(fā)明的散射圖樣及散射圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系示意圖(本發(fā)明的另一型散射圖樣密分布呈拋物線關(guān)系示意圖可見圖11、圖12)。其中，散射圖樣是本發(fā)明的微突起物401。
本發(fā)明的微突起物401的底部直徑或邊長范圍是數(shù)微米(micro meter)到數(shù)百微米(0.1微米到800微米直徑或邊長的錐狀物)，微突起物401之間距范圍是數(shù)微米到數(shù)百微米(0.1微米到800微米)，此微米級散射圖樣尺寸和間距的設(shè)計，除了可以增加漫射的均勻度和具有光點掩飾的效果，還不會提高散射圖樣的面積率造成出射光量強度先多后少的現(xiàn)象。
重要地，微突起物401密度分布呈拋物線型關(guān)系，其不規(guī)則微細結(jié)構(gòu)的密度分布，除了可以有效反應(yīng)導(dǎo)光板中出光量的分布進而增加均勻度，還可以避免規(guī)則性分布所造成的繞射現(xiàn)象(俗稱彩虹)。
本發(fā)明的微突起物401形狀是中空錐形體，其真實形狀應(yīng)視突起的底部為圓型、橢圓形、正方形、長方形、菱形或不對稱形之設(shè)計而定。
本發(fā)明微突起物的制作方式可以利用LIGA制程制作該圖樣的模仁，再進行射出成形之。
進一步說明，即首先選定背光板材質(zhì)和形狀，確定微突起物的尺寸和深度，以拋物線形之基本公式Y(jié)＝A(Y-Yo)^2+B(Y-Yo)+C為基礎(chǔ)(或拋物線型衍生公式)，利用調(diào)整拋物線公式之Yo分段點和常數(shù)數(shù)值(A、B和C參數(shù))，尋求最佳微突起物401的密度分布。
以下將以實施例詳細說。其中表一是第一實施例的基礎(chǔ)公式；而表二是第一實施例的A、B和C參數(shù)數(shù)值和Yo分段點。
實施例一是四時背光板的濃度分布。84mm×60mm的導(dǎo)光板，制作底部為40μm×30μm的中空金字塔型，其高度為5μm。首先根據(jù)表一，選定x方向的增量Px為固定值125μm。Y方向的增量Py以拋物線公式Y(jié)＝A(Y-Yo)^2+B(Y-Yo)+C為公式基礎(chǔ)，將表二A、B、C和Yo，代回表一之公式2先得到Coy值，再得到Y(jié)方向的增量Py。計算后第一排前五個突起物之起始點坐標分別為(0，0)(0，0.18)(0，0.35)(0，0.53)(0，0.71)。該導(dǎo)光板輝度的均勻度量測值為81％。密度分布如圖13、圖14所示。
第二實施例是四時背光板的濃度分布另一型。84mm×60mm的導(dǎo)光板，制作底部為40μm×30μm的中空金字塔型，其高度為5μm。同樣根據(jù)表一和表二，但是y方向偶數(shù)排均向右位移62μm。計算后第一排前五個突起物之起始點坐標分別為(0，0)(0.062，0.18)(0，0.35)(0.062，0.53)(0，0.71)。該導(dǎo)光板輝度均勻度可達為86％。微突起物部分分布圖如圖15所示。
本實施例的均勻度(uniformity)計算是根據(jù)ANSI IT7.215-1992中對投影均勻度的定義，是從光輸出量測所得到的九點量測值中，取出最大與最小的照度值，將這兩個數(shù)值與九點平均值的偏差以百分表示，即為該投影設(shè)的均勻度。
另外，本發(fā)明導(dǎo)光板圖樣，亦可依據(jù)光源的增加而作不同的變化，例如在較大的導(dǎo)光板面積需以兩側(cè)導(dǎo)入光源時，可將圖樣依據(jù)兩個拋物線來設(shè)計，使得大型導(dǎo)光板亦能呈現(xiàn)均勻的輝度。
又例如在以LED為光源時，亦可依據(jù)光源設(shè)計出更多個拋物線計算而得的微突起物分布圖型。
綜上所述，本發(fā)明所提供的導(dǎo)光板創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，改善了公知技術(shù)的缺點，而使得導(dǎo)光板展現(xiàn)的輝度達到相當?shù)木鶆颉?br> 表一

表二

權(quán)利要求
1.一種運用于側(cè)光式背光模組中的具有微突起物的側(cè)照光型導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其特征是上述導(dǎo)光板的微突起物圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系，即從光源處算起，微突起物圖樣分布由密到疏，然后逐漸到達遠端最密，經(jīng)上述拋物線式疏密設(shè)計得到均勻的面光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其特征是微突起物形狀是中空錐狀圖樣結(jié)構(gòu)，上述錐狀圖樣底部形狀可以是菱形、正方形、長方形、圓形、橢圓形或不對稱形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其特征是微突起物底部為0.1微米到800微米直徑或邊長的錐狀物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其特征是微突起物間距是0.1微米到800微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，其特征是運用的背光模組具有兩個側(cè)光源時，上述的導(dǎo)光板微突物疏密的圖樣是依據(jù)兩個拋物線式疏密設(shè)計而得。
全文摘要
一種具有微突起物之側(cè)照光型導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，是使用于液晶顯示器或類似物的背光模塊中。其中，導(dǎo)光板上的微突起物圖樣密度分布呈拋物線關(guān)系，即從光源處算起，微突起物圖樣分布由密到疏，然后逐漸到達遠程最密，且此微突起物具有微米級的尺寸和間距。經(jīng)此種拋物線式疏密設(shè)計圖樣設(shè)計，可以得到有效率的均勻面光源。
文檔編號G02F1/13GK1542466SQ0312409
公開日2004年11月3日 申請日期2003年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月1日
發(fā)明者陳元杰, 陳春夏, 廖秋峰, 許生駿 申請人:連營科技股份有限公司