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TWI854231B - 多層光擴散板及其製法 - Google Patents

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TWI854231B
TWI854231B TW111118965A TW111118965A TWI854231B TW I854231 B TWI854231 B TW I854231B TW 111118965 A TW111118965 A TW 111118965A TW 111118965 A TW111118965 A TW 111118965A TW I854231 B TWI854231 B TW I854231B
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楊志文
張裕偉
林茂興
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穎台科技股份有限公司
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Abstract

本發明關於一種多層光擴散板及其製法。該多層光擴散板包括有一主層及一半穿透半反射層。多層光擴散板的出光面是該主層的頂面，而入光面則是該半穿透半反射層的底面。該半穿透半反射層是位於該主層之下方且是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成。該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率。光擴散板的入光面設置半穿透半反射層，可將下方LED光源模組的直線光源強度部分穿透部分反射，藉此降低LED間的亮暗帶，達到勻光的效果。此外，藉由押出製作的方式，在光擴散板的入光面設置由複數個具不同折射率的第一基材層與第二基材層交替堆疊所構成的半穿透半反射層，製程較簡單且成本較低。

Description

多層光擴散板及其製法
本發明是關於一種應用於直下式背光模組的多層光擴散板及其製法，尤指一種在光擴散板的入光面設置由複數個具不同折射率的第一基材層與第二基材層交替堆疊構成的一半穿透半反射層的一種多層光擴散板。
目前已有越來越多的液晶顯示裝置是採用直下式背光模組來提供其液晶面板的光源。現有的直下式背光模組，普遍使用設置於其底側的發光二極體(LED)光源模組來提供光源，並通過光擴散板來把LED所發出的光線加以均勻化後由位於頂側的出光面朝上射出，以達到改善光擴散板之出光面在各個LED之間的亮暗帶(MURA)現象。
習知的光擴散板主要是以下面幾種方式來提供光擴散功能：
(一)在光擴散板內部添加多數個微小的擴散粒子。藉由擴散粒子與光擴散板兩者材料的不同折射率來達到折射、反射或散射光線的效果，藉此擴散光線。而為了達到良好的勻光效果，需增加擴散粒子的添加量進而降低光穿透率、或是增加光擴散板與LED光源模組間的距離，這些做法會使得光利用率降低或是光擴散板整體厚度增加。
(二)在光擴散板的表面添加多數微結構。使用表面微結構來改變光線行進方向，進而提供擴散光線的功能。因使用押出製程，無法得到良好的轉寫率，進而降低微結構改變光線方向的效果。
(三)在光擴散板的表面印刷網點。使用表面印刷網點來針對光擴散板表面不同位置進行擴散/遮蔽處理，從而降低出光面在各個LED之間的亮暗帶現象。然而，印刷網點需增加多道加工製程，且有組裝對位 問題。
由上述可知，目前習知的光擴散板技術，主要是在熱塑性材料構成的光擴散板中添加光擴散粒子、藉由滾輪押出表面微結構、或是在光擴散板的表面印刷網點來達到光擴散效果。惟這些方式，其擴散效果都有限，且分別具有以下缺點：需增加擴散板的厚度、或是降低擴散板穿透度、或是增加LED與擴散板間的距離、或是需增加多道加工製程且有組裝對位問題...等等，仍有待進一步改良。
本發明於光擴散板表面設置半穿透半反射層，將LED上方之直線光源強度部分穿透部分反射，藉此降低LED間的亮暗帶，達到勻光的效果。習知技術的半穿透半反射層可以藉由塗佈/電鍍方式得到，惟需要後續加工製程，製程較為繁複且成本高。相對地，本發明藉由押出製作的方式，在光擴散板的入光面設置由複數個具不同折射率的第一基材層與第二基材層交替堆疊所構成的半穿透半反射層，可解決傳統以塗佈/電鍍方式製作半穿透半反射層所具有的製程繁複與成本高等缺失。
本發明之主要目的是在於提供一種多層光擴散板。該多層光擴散板包括有一主層及一半穿透半反射層。該多層光擴散板的出光面是該主層的頂面，而該多層光擴散板的入光面則是該半穿透半反射層的底面。該半穿透半反射層是位於該主層之下方且是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成。構成該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率。本發明在光擴散板的入光面設置半穿透半反射層，將下方LED光源模組的直線光源強度部分穿透部分反射，藉此降低LED間的亮暗帶，達到勻光的效果。此外，本發明藉由押出製作的方式，在光擴散板的入光面設置由複數個具不同折射率的第一基材層與第二基材層交替堆疊所構成的半穿透半反射層，可具有製程較簡單且成本較低等優點。
為達上述之目的，本發明揭露了一種多層光擴散板，可供組裝在一光源模組的上方。該多層光擴散板具有相互平行的一入光面以及一出光面、以及一厚度其係垂直於該入光面與該出光面。該入光面是鄰靠於 該光源模組，使該光源模組所發出的光可經由該入光面射入該多層光擴散板並大致沿著該厚度的方向行進。並且，該多層光擴散板包括有：一主層，該出光面是位於該主層的一頂面；以及，一半穿透半反射層，位於該主層之下方，且該入光面是位於該半穿透半反射層的一底面。其中，該半穿透半反射層是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成；各個該第一基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第二基材層，且各個該第二基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第一基材層；構成該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率。
於一實施例中，該主層與該半穿透半反射層兩者的材料是非結晶或半結晶的塑化材料；該主層與該半穿透半反射層兩者的厚度比例範圍是在9：1至7：3之間；該半穿透半反射層的層數，也就是該第一基材層與該第二基材層兩者的層數相加，是在50層至400層之間；該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度比例範圍是在3：1至1：3之間。
於一實施例中，該主層與該半穿透半反射層兩者的材質分別是選自以下其中之一：聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱壓克力)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；該半穿透半反射層的層數是在100層至400層之間。
於一實施例中，該主層的材質是聚碳酸酯(PC)；該第一基材層的材質是聚碳酸酯(PC)；該第二基材層的材質是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度相同，亦即，該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度比例為1：1；該光源模組是由包括以陣列形式排列的複數個發光二極體(LED)所構成的一LED光源模組；該多層光擴散板的厚度範圍為1.0mm~3.0mm。
於一實施例中，該多層光擴散板是藉由發泡押出成型，於該主層中包含複數個微氣泡以及複數個擴散粒子；複數個該擴散粒子的材料是以下其中之一：碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、有機矽樹脂微粒子、聚甲基丙烯酸甲酯微粒子；複數個擴散粒子於該主層中所佔的重量百分比為0.1%-10%；複數個該微氣泡是散佈於該主層內，可對該主層內的光線進行以下至少其中之一功能：反射、折射或散射，以提高均勻出光的效果。複數個該微氣泡對於該主層的減重率介於15~25%，複數個該微氣泡大小平均 尺寸介於60~800μm。其中，該減重率的計算公式為：減重率(%)=(W1-W2)/W2*100%；W1=H*(L1*L2*D)；其中：H是該主層的平均厚度(mm)；L1是該主層的長度(mm)；L2是該主層的寬度(mm)；D是該主層的原料比重(g/mm3)；W1是該主層的理論重量(g)，也就是不包含複數個該微氣泡時的重量；W2是該主層的實際重量(g)，也就是用磅秤實際秤得包含複數個該微氣泡之該主層的實際重量。
於一實施例中，該多層光擴散板更包括一量子點層以及一阻水阻氣層。於該出光面設置有複數個微結構，以陣列形式設置於該多層光擴散板的該出光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該出光面形成複數個凸部及複數個凹部；複數個該凹部是被複數個該凸部所隔開，所以複數個該凹部係各自獨立不相互連通。該量子點層是設置於該多層光擴散板的該出光面的複數個該凹部處；其中，該量子點層的厚度為t1，複數個該凸部的一頂部至複數個該凹部的一底部的間距為t2，並且，t1<t2。該阻水阻氣層是設置於該多層光擴散板的該出光面且係覆蓋於複數個該凸部以及該量子點層。於該量子點層中包含複數個量子點(Quantum Dot；簡稱QD)；複數個該量子點是一種奈米微晶體(Nanocrystal)半導體材料，由II-VI、III-V或IV-VI族元素組成，各個該量子點的晶粒直徑介於2~10nm；其中，複數個該量子點包含發光波長為520~530nm的複數個綠色的該量子點以及發光波長為620~630nm的複數個紅色的該量子點。該光源模組是由包括以陣列形式排列的複數個藍光發光二極體(LED)所構成的一藍光LED光源模組。
於一實施例中，複數個該微結構包含複數個N邊形稜錐，其中N為大於或等於三的正整數；t2介於6~200μm；該凸部的最大寬度介於50~500μm，相鄰兩個該凸部的間距介於50~1000μm。該阻水阻氣層的厚度為t3，t3介於5~100μm。該藍光LED光源模組是一可發出該藍光的次毫米發光二極體(Mini LED)陣列模組；該藍光的波長介於430-500nm。
於一實施例中，於該入光面設置有複數個微結構，以陣列形式設置於該多層光擴散板的該入光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該入光面形成複數個凸部及複數個凹部。
為達上述之目的，本發明揭露了一種多層光擴散板的製法，包括有下列步驟：入料步驟：將構成該多層光擴散板之至少一第一基材、一第二基材、以及一發泡劑由一入料口投入一發泡押出製程設備中；該第一基材與該第二基材具有不同的折射率；加熱混煉步驟：於該發泡押出製程設備中以適於聚碳酸酯的一般加工溫度進行均勻混練發泡；該第一基材與該第二基材是各自分別加熱混煉，兩者不混合；分流器步驟：經加熱混煉後的該第一基材與該第二基材進入一分流器，藉由該分流器將該第一基材分流成為一主層以及複數個第一基材層、以及將該第二基材分流成為複數個第二基材層，並使得複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊成為一半穿透半反射層，且該半穿透半反射層是疊合於該主層；T型模頭步驟：藉由該發泡押出製程設備的一T型模頭將來自該分流器的已均勻混練發泡且相疊合後的該主層與該半穿透半反射層共押出成為一體的多層板材；滾壓步驟：將該板材經由一滾輪模組加以滾壓成型並予以降溫；以及出料步驟：由該發泡押出製程設備的一出料口送出降溫後的該多層光擴散板；其中，自該出料口送出的該多層光擴散板具有相互平行的一入光面以及一出光面、以及一厚度其係垂直於該入光面與該出光面；並且，該多層光擴散板包括有該主層以及該半穿透半反射層；該出光面是位於該主層的一頂面，半穿透半反射層是位於該主層之下方，且該入光面是位於該半穿透半反射層的一底面；其中，該半穿透半反射層是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成；各個該第一基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第二基材層，且各個該第二基材層的上、下至少其中一側 是鄰靠於一個該第一基材層；構成該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率。
於一實施例中，於該滾壓步驟中，該滾輪模組於該多層光擴散板的該出光面滾壓形成複數個微結構，以陣列形式設置於該多層光擴散板的該出光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該出光面形成複數個凸部及複數個凹部；複數個該凹部是被複數個該凸部所隔開，所以複數個該凹部係各自獨立不相互連通。其中，於該滾壓步驟與該出料步驟之間更包含以下步驟：藉由一塗佈製程將一量子點層塗佈於該多層光擴散板的該出光面的複數個該凹部處；其中，該量子點層的厚度為t1，複數個該凸部的一頂部至複數個該凹部的一底部的間距為t2，並且，t1<t2；以及藉由一黏貼製程，將一阻水阻氣層貼蓋於該多層光擴散板的該出光面且係覆蓋於複數個該凸部以及該量子點層；其中，於該量子點層中包含複數個量子點(Quantum Dot；簡稱QD)；其中，該光源模組是由包括以陣列形式排列的複數個藍光發光二極體(LED)所構成的一藍光LED光源模組。
10:光擴散板
11:主層
111:出光面
112:微結構
113:微氣泡
114:擴散粒子
12:半穿透半反射層
120:入光面
121:第一基材層
122:第二基材層
13:量子點層
131:量子點
14:阻水阻氣層
21~26:步驟
91:電路板
92:發光二極體
93:液晶顯示面板
圖一為本發明之多層光擴散板(Diffuser Plate)結合一發光二極體(LED)光源模組以構成一白光背光模組(Backlight Module)且是設置於一液晶顯示面板(LCD Panel)下方的一較佳實施例的側視示意圖。
圖二為本發明之多層光擴散板的一較佳實施例的側視部分放大示意圖。
圖三A及圖三B分別為本發明之多層光擴散板的另一較佳實施例的側視部分放大示意圖、以及該多層光擴散板設置於LED光源模組上的一實施例的立體爆炸示意圖。
圖四為本發明之多層光擴散板的再一較佳實施例的側視部分放大示意圖。
圖五為本發明之多層光擴散板的製法的一較佳實施例流程圖。
圖六為設置不同層數之半穿透半反射層的光擴散板，其在LED之 間不同位置的出光亮度的曲線圖。
圖七為設置了半穿透半反射層的光擴散板，其交替堆疊之第一基材層與第二基材層的厚度比率不同時，在LED之間不同位置的出光亮度的曲線圖。
圖八為設置了半穿透半反射層的光擴散板樣本A、B、C、D，其半穿透半反射在不同光波長時的穿透率的曲線圖。
圖九為如圖八所示的樣本A、B、C、D於測試中所顯示的品味的比較圖。
本發明關於一種多層光擴散板及其製法。該多層光擴散板包括有一主層及一半穿透半反射層。該多層光擴散板的出光面是該主層的頂面，而該多層光擴散板的入光面則是該半穿透半反射層的底面。該半穿透半反射層是位於該主層之下方且是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成。構成該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率。本發明在光擴散板的入光面設置半穿透半反射層，將下方LED光源模組的直線光源強度部分穿透部分反射，藉此降低LED間的亮暗帶，達到勻光的效果。此外，本發明藉由押出製作的方式，在光擴散板的入光面設置由複數個具不同折射率的第一基材層與第二基材層交替堆疊所構成的半穿透半反射層，可具有製程較簡單且成本較低等優點。
為了能更清楚地描述本發明所提出多層光擴散板及其製法，以下將配合圖式詳細說明之。
請參閱圖一及圖二所示，分別為本發明之多層光擴散板(Diffuser Plate)結合一發光二極體(LED)光源模組以構成一白光背光模組(Backlight Module)且是設置於一液晶顯示面板(LCD Panel)下方的一較佳實施例的側視示意圖、以及該多層光擴散板的側視部分放大示意圖。
如圖一及圖二所示，該多層光擴散板10、位於多層光擴散板10下方的LED光源模組、以及位於多層光擴散板10上方的液晶顯示面板93三者組成一LCD顯示模組。多層光擴散板10與位於下方的LED光源模組兩 者組合構成一白光背光模組，用於提供白光給位於上方的液晶顯示面板93，故屬於直下式(Direct Light)的背光模組。該多層光擴散板10主要是提供將LED光源模組所發出的光線轉換為白光、使出光均勻、或/及出光增廣色域的功能。
於本發明中，該LED光源模組是一可發出白光或藍光的次毫米發光二極體(Mini LED)陣列模組，其包括一電路板91以及以陣列形式設置於該電路板91上表面的多個次毫米發光二極體92。於圖一及圖二所示的本實施例中，該LED光源模組是包含多個白光次毫米發光二極體92。然而，於稍後會介紹的本發明另一實施例中，該LED光源模組是包含多個藍光次毫米發光二極體92，且各個該次毫米發光二極體92所發出之藍光的波長介於430-500nm，且其晶粒尺寸約在100-200μm之間。
該多層光擴散板10具有相對較大長寬面積且相互平行的一入光面120與一出光面111、以及一相對較小的厚度其係垂直於該入光面120與該出光面111。該入光面120是鄰靠或鄰近於該光源模組，使該光源模組朝上發出的光線可經由該入光面120射入該多層光擴散板10並大致沿著該厚度的方向行進，然後由出光面111朝上射出。
該多層光擴散板10包括有一主層11及一半穿透半反射層12。該出光面111是位於該主層11的一頂面。半穿透半反射層12是位於該主層11之下方，且該入光面120是位於該半穿透半反射層12的一底面。如圖二所示，該半穿透半反射層12是由包括複數個第一基材層121以及複數個第二基材層122交替堆疊所構成；各個該第一基材層121的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第二基材層122，且各個該第二基材層122的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第一基材層121。構成該第一基材層121與該第二基材層122兩者的材料具有不同折射率。
本發明之多層光擴散板10的該主層11與該半穿透半反射層12兩者的基材可為非結晶或半結晶塑化材料，如聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱壓克力)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)...等。多層光擴散板10的厚度的可實施範圍為1.0mm~3.0mm，較佳的厚度範圍則為1.2mm~2.0mm。該主層11與該半穿透半反射層12兩者的厚度比例範圍是在9：1至7：3之間。該半穿透半反射層12的 堆疊層數，也就是該第一基材層121與該第二基材層122兩者的層數相加，其可實施例是在50層至400層之間，而較佳實施例則為100層至400層之間。該第一基材層121與該第二基材層122兩者的厚度比例範圍是在3：1至1：3之間。於本實施例中，該主層11的材質是聚碳酸酯(PC)；該第一基材層121的材質是聚碳酸酯(PC)；該第二基材層122的材質是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。該第一基材層121與該第二基材層122兩者的厚度相同為最佳實施例，亦即，該第一基材層121與該第二基材層122兩者的厚度比例大約為1：1。由於第一基材層121與第二基材層122兩者材料的折射率不同，因此，由一百層或更多層之該第一基材層121與該第二基材層122交替堆疊後將可以對來自下方光源模組的光線提供部分穿透部分反射的功能。搭配設置於電路板91上表面的光反射層，能把被半穿透半反射層12反射向下的光線再次反射並射向半穿透半反射層12的入光面，可達到降低亮暗塊(MURA)現象的勻光效果。
以下所述本發明的其他實施例中，由於大部分元件的結構、材質與功能都和前述的實施例相同或類似，所以，相同或類似的元件將給予相同的元件名稱且不再贅述其結構、材質與功能。
請參閱圖三A及圖三B，分別為本發明之多層光擴散板的另一較佳實施例的側視部分放大示意圖、以及該多層光擴散板設置於LED光源模組上的一實施例的立體爆炸示意圖。
如圖三A及圖三B所示，本發明多層光擴散板10的另一較佳實施例同樣包括：主層11、位於主層11頂面的出光面111、半穿透半反射層12、以及位於半穿透半反射層12底面的入光面120。多層光擴散板10的入光面120同樣是鄰近或鄰靠於LED光源模組的發光二極體92。半穿透半反射層12一樣包括起碼50層以上(至少100層以上為較佳)交替堆疊的第一基材層121與第二基材層122。本較佳實施例與於前述圖一與圖二所示實施例的差異在於，圖三A及圖三B所示之本較佳實施例的多層光擴散板10更包括以下技術內容。
於本實施例中，該多層光擴散板10是藉由發泡押出成型所製成，且於該主層11中包含複數個微氣泡113以及複數個擴散粒子114。複數個該擴散粒子114的材料是以下其中之一：碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、有 機矽樹脂微粒子、聚甲基丙烯酸甲酯微粒子。藉由擴散粒子114與主層11兩者材料的折射率不同，可對行進於主層11內的光線提供折射、反射或散射的功能，以提高均勻出光的效果。複數個擴散粒子114於該主層中所佔的重量百分比為0.1%-10%。複數個該微氣泡113是散佈於該主層11內，藉由微氣泡113內的空氣與主層11材料兩者的折射率不同，可對該主層11內的光線進行以下至少其中之一功能：反射、折射或散射，以提高均勻出光的效果
於本較佳實施例中，複數個該微氣泡113對於該主層11的減重率介於15~25%，複數個該微氣泡113大小平均尺寸介於60~800μm；其中，該減重率的計算公式為：減重率(%)=(W1-W2)/W2*100%；W1=H*(L1*L2*D)；其中：H是該主層的平均厚度(mm)；L1是該主層的長度(mm)；L2是該主層的寬度(mm)；D是該主層的原料比重(g/mm3)；W1是該主層的理論重量(g)，也就是不包含複數個該微氣泡時的重量；W2是該主層的實際重量(g)，也就是用磅秤實際秤得包含複數個該微氣泡之該主層的實際重量。
複數個微氣泡113是藉由在該主層11的發泡押出成型製程中適量添加一發泡劑及一成核劑來產生。於本發明中，所使用的發泡劑是選用自市售的習知高溫發泡劑，例如(但不侷限於)：5一本基四唑(5-PT)、或是偶氮二碳酸胺(Azodicarbonamide；又稱偶氮二甲醯胺)...等。成核劑包含至少以下其中之一：碳酸鈣、二氧化硅、氧化鈣。所添加之該成核劑的重量百分比的可實施範圍為0.01%-5%、但較佳範圍為0.1%-0.5%。微氣泡113的減重率可以藉由發泡劑添加量多寡來控制，微氣泡113的泡徑控制方法可為成核劑添加及製程溫度調整。依據本實施例所述之主層11內的微氣泡113含量(減重率介於15~25%)以及尺寸(介於60~800μm)，可以達到相對最佳的均勻出光效果。
於本實施例中，該光源模組是由包括以陣列形式排列的複數 個藍光發光二極體(LED)92設置於一電路板91上所構成的一藍光LED光源模組；並且，該多層光擴散板10更包括一量子點層13、一阻水阻氣層14、以及複數個微結構112(Micro-Structures)。
如圖三A及圖三B所示，於多層光擴散板10的出光面111處包括有複數個微結構112，其以陣列形式設置於該多層光擴散板10的該出光面111。複數個微結構112在該多層光擴散板10的該出光面111形成複數個凸部及複數個凹部。複數個該凹部是被複數個該凸部所隔開，所以複數個該凹部係各自獨立不相互連通。該量子點層13是設置於該多層光擴散板10的複數個微結構112的複數個該凹部處；於複數個凸部的頂端處並無設置量子點層13。其中，該量子點層13的厚度為t1，複數個該凸部的一頂部至複數個該凹部的一底部的間距為t2，並且，t1<t2。換言之，微結構112的凸部的高度t2比量子點層13的厚度t1還大，使得位於不同凹部內的量子點層13會因凸部的阻隔而彼此不連通也不接觸。該阻水阻氣層14是設置於該多層光擴散板10的整個出光面111上且係密貼覆蓋於複數個該凸部的頂端以及該量子點層13上，藉由阻水阻氣層14可隔絕並避免外界水氣與氧氣入侵量子點層13的上表面。阻水阻氣層14的厚度為t3，其可以選用自現有市售的阻水阻氣膜，直接貼合在多層光擴散板10頂面的複數個該微結構112的凸部以及量子點層13上。
於本較佳實施例中，複數個微結構112包含複數個N邊形稜錐，其中N為大於或等於三的正整數。複數個微結構可由單一種形狀的稜錐所構成、或是由兩種或更多種不同形狀的稜錐所組合而成。稜錐隨底面形狀不同，稱呼不同，依底面多邊形而定；例如底面為三角形的稜錐稱為三稜錐，底面是正方形的稜錐稱為方錐等等。如圖三B所示，複數個微結構112包含複數個底面是方形的稜錐，亦即，N=4。於本發明中，量子點層13的厚度t1的可實施範圍為介於5~150μm，但以t1介於10~40μm為較佳實施範圍；微結構112的凸部頂部至凹部底部的間距(或可稱為凸部的高度)t2的可實施範圍為介於6~200μm，但以t2介於25~50μm為較佳實施範圍；並且，t1<t2。阻水阻氣層14厚度t3的可實施範圍為介於5~100μm，但以t3介於10~30μm為較佳實施範圍。該凸部的最大寬度d1介於50~500μm。相鄰兩個該凸部的間距d2的可實施範圍為介於50~1000μm，但以d2介於250~500μm為較佳實施範 圍。該藍光LED光源模組是一可發出藍光的次毫米發光二極體(Mini LED)陣列模組；該藍光的波長介於430-500nm。
於該量子點層13中包含複數個量子點131(Quantum Dot；簡稱QD)。複數個該量子點131是一種奈米微晶體(Nanocrystal)半導體材料，由II-VI、III-V或IV-VI族元素組成，各個該量子點131的晶粒直徑介於2~10nm。其中，量子點層13內之複數個量子點131的發光波長可介於490~650nm之間；於本較佳實施例中，複數個量子點131包含發光波長為520~530nm的複數個綠的量子點以及發光波長為620~630nm的複數個紅色的量子點。由藍光LED光源模組的藍光的次毫米發光二極體92向上發出的藍光在經過量子點層13後可以混光成為白光後再由多層光擴散板10的出光面111向上射出。量子點層13需一致性的藍光強度來轉換紅/綠光，混合成均勻白光；顯示器因周圍光強度較中心強度低，容易有紅/綠光轉換不足，造成顯示器周圍有泛藍光現象。本發明的多層光擴散板10是藉由發泡押出成型，於該主層11中包含複數個微氣泡113以及擴散粒子114、於出光面111設有複數個微結構112、且在多層光擴散板10的入光面120設置獨特的半穿透半反射層12，可具有更佳的光擴散效果，提高顯示器周圍區域的光強度，進而改善泛藍光與亮暗塊(MURA)的問題。
請參閱圖四，為本發明之多層光擴散板的再一較佳實施例的側視部分放大示意圖。如圖四所示，本發明多層光擴散板10的再一較佳實施例同樣包括：主層11、位於主層11頂面的出光面111、半穿透半反射層12、以及位於半穿透半反射層12底面的入光面120。半穿透半反射層12一樣包括起碼50層以上(以至少100層以上為較佳)交替堆疊的第一基材層121與第二基材層122。本較佳實施例與於前述圖一與圖二所示實施例的差異在於，圖四所示之本較佳實施例的多層光擴散板10的入光面120與出光面111上都分別設置了複數個微結構112；複數個微結構同樣是以陣列形式設置於該多層光擴散板10的該入光面120與該出光面111；複數個該微結構112在該多層光擴散板的入光面120與出光面111分別形成複數個凸部及複數個凹部。並且，於該主層11中包含複數個微氣泡113以及複數個擴散粒子114。藉由位於入光面120的半穿透半反射層12，搭配主層11中包含的複數個微氣泡113與擴散粒子114、以及設置於入光面120與出光面111的複數個微結構112，可以 提供相對最佳的光擴散效果。當本發明的多層光擴散板10是搭配白光LED光源模組使用時，或者，雖是搭配藍光LED光源模組使用但卻另設置額外的量子點膜或是在主層中添加光色轉換材料或螢光粉時，多層光擴散板10本身可以無須設置量子點層。
請參閱圖五，為本發明之多層光擴散板的製法的一較佳實施例流程圖。於本實施例中，多層光擴散板的製造過程包括以下步驟：入料步驟21：將構成該多層光擴散板之至少一第一基材、一第二基材、一發泡劑、以及一擴散粒子等材料由一入料口投入一發泡押出製程設備中；該第一基材與該第二基材具有不同的折射率；加熱混煉步驟22：於該發泡押出製程設備中以適於聚碳酸酯的一般加工溫度進行均勻混練發泡；該第一基材與該第二基材是各自分別加熱混煉，兩者不混合；分流器步驟23：經加熱混煉後的該第一基材與該第二基材進入一分流器，藉由該分流器將該第一基材分流成為一主層以及複數個第一基材層、以及將該第二基材分流成為複數個第二基材層，並使得複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊成為一半穿透半反射層，且該半穿透半反射層是疊合於該主層；T型模頭步驟24：藉由該發泡押出製程設備的一T型模頭(T-die)將來自該分流器的已均勻混練發泡且相疊合後的該主層與該半穿透半反射層共押出成為一體的多層板材；滾壓步驟25：將該板材經由一滾輪模組加以滾壓成型並予以降溫；於滾壓步驟25中，該滾輪模組於該多層光擴散板的該出光面滾壓形成複數個微結構，使複數個微結構以陣列形式設置於該多層光擴散板的該出光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該出光面形成複數個凸部及複數個凹部；複數個該凹部是被複數個該凸部所隔開，所以複數個該凹部係各自獨立不相互連通；出料步驟26：由該發泡押出製程設備的一出料口送出降溫後的該多層光擴散板。
其中，自該出料口送出的該多層光擴散板具有相互平行的一入光面以及一出光面、以及一厚度其係垂直於該入光面與該出光面；並且， 該多層光擴散板包括有該主層以及該半穿透半反射層；該出光面是位於該主層的一頂面，半穿透半反射層是位於該主層之下方，且該入光面是位於該半穿透半反射層的一底面。該半穿透半反射層是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成：各個該第一基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第二基材層，且各個該第二基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第一基材層；構成該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率。
於一較佳實施例中，於該滾壓步驟25與該出料步驟26之間更包含以下步驟：藉由一塗佈製程將一量子點層塗佈於該多層光擴散板的該出光面的複數個該凹部處；其中，該量子點層的厚度為t1，複數個該凸部的一頂部至複數個該凹部的一底部的間距為t2，並且，t1<t2；之後，藉由一黏貼製程，將一阻水阻氣層貼蓋於該多層光擴散板的該出光面且係覆蓋於複數個該凸部以及該量子點層；其中，於該量子點層中包含複數個量子點(Quantum Dot；簡稱QD)；其中，該多層光擴散板是搭配一藍光光源模組使用；該藍光光源模組是由包括以陣列形式排列的複數個藍光次毫米發光二極體(Mini LED)所構成的一藍光次毫米發光二極體光源模組。
經申請人於多個不同的光擴散板樣本(如下表一所示的習知技術比較例1~3及本發明實施例1)中分別使用「擴散粒子」、「表面微結構」、及「半穿透半反射層」等不同的光擴散技術，然後觀察各光擴散板樣本搭配光源模組的「光擴散板穿透率」、「輝度」及「光學品味(5為最佳、1為最低)」等光學效果，其測試結果如下表一。其中，只有實施例1的光擴散板有使用本發明於光擴散板之入光面設置半穿透半反射層的技術，其他比較例1~3都沒有設置半穿透半反射層；相對地，實施例1的光擴散板的具體結構可以參考圖一與圖二所示的多層光擴散板10結構，其多層光擴散板並未包含「擴散粒子」與「表面微結構」。由表一可知，實施例1因為使用了本發明「於光擴散板之入光面設置半穿透半反射層」的技術與結構，所以，即使實施例1未包含「擴散粒子」與「表面微結構」，但相較於其他只使用「擴散粒子」或/及「表面微結構」的光擴散板(比較例1~3)，實施例1仍具有相對最佳的輝度與品味光學表現、以及相對不差的穿透率光學表現。
表一：本發明於光擴散板之入光面設置半穿透半反射層相對
Figure 111118965-A0305-02-0017-2
請見以下表二，是和表一類似的比較表，只不過除了實施例1是有在光擴散板之入光面設置半穿透半反射層，但無添加擴散粒子、也無設置表面微結構之外，於表二中另增加了實施例2及實施例3；並且，於測試中將擴散板與LED之間的距離降低至0mm。其中，實施例2同樣有在光擴散板之入光面設置半穿透半反射層，且有添加2%擴散粒子、但無設置表面微結構；而實施例3則同樣有在光擴散板之入光面設置半穿透半反射層，且有添加2%擴散粒子、出有設置表面微結構。至於表二中的比較例1~3則和表一所示結構相同。由表二可知，不僅有使用本發明在入光面設置半穿透半反射層技術的光擴散板實施例1~3的光學表現(輝度與品味)明顯比未使用本發明技術的比較例1~3更佳，並且，由於實施例3除了有在入光面設置半穿透半反射層之外，更搭配了添加2%擴散粒子與設置表面微結構的光擴散技術，所以實施例3的光學表現(輝度與品味)是所有樣本裡最好的，且其穿透率光學表現也是相對不差。另，可由表二發現，當擴散板與LED之間的距離降低至0mm時，未使用本發明在入光面設置半穿透半反射層的技術的比較例1~3的品味會大幅降低，也就是MURA問題變得很嚴重。相對地，實施例1~3的品味降低幅度就沒這麼明顯，可知本發明的技術可提供相對最佳的光擴散效果。尤其，本發明實施例3(除了有在入光面設置半穿透半反射層之外、更搭配了添加2%擴散粒子與設置表面微結構)，即使在擴散板的底面直接貼靠在LED上的情況下(亦即，擴散板與LED之間的距離為0mm)，仍可達到良好的輝度、品味、及穿透率的光學表現；此結構可以大 幅減少直下式背光模組的整體厚度，使產品更薄且方便攜帶。
Figure 111118965-A0305-02-0018-3
請見以下表三，是和表一與表二類似的比較表，只不過改以新加入的實施例7與實施例8來和前述的比較例3進行比較。其中，實施例7除了有在光擴散板之入光面設置半穿透半反射層之外，還在光擴散板主層的混煉過程中進行發泡來產生微氣泡。而實施例8除了有在光擴散板之入光面設置半穿透半反射層、以及在光擴散板主層的混煉過程中進行發泡來產生微氣泡之外，更在主層中添加可將藍光轉換為白光的光色轉換材料。由表三可知，實施例7與實施例8的樣本在光擴散板主層內產生微氣泡及添加光色轉換材料，僅會微幅地降低光穿透率與輝度，但卻能進一步提高品味。即使在擴散板的底面直接貼靠在LED上的情況下(亦即，擴散板與LED之間的距離為0mm)，仍可達到良好的輝度與品味、以及可接受的穿透率的光學表現；此結構可以大幅減少直下式背光模組的整體厚度，使產品更薄且方便攜帶。
Figure 111118965-A0305-02-0018-4
Figure 111118965-A0305-02-0019-5
請參閱圖六，為設置不同層數之半穿透半反射層的光擴散板，其在LED之間不同位置的出光亮度的曲線圖。其中，圖六的橫軸是光擴散板在水平方向上的位置(距離單位為cm)，縱軸是照度值(單位為lux)。由圖六可知，一般擴散板因為沒有在入光面設置半穿透半反射層，所以亮暗塊的現象極為嚴重。當擴散板之入光面有設置半穿透半反射層時，其不同折射率堆疊之層數，當層數僅有25層時其LED亮暗帶仍略為明顯，但當層數達到100層時即可將亮暗之間的差異均勻化。
請參閱圖七，為設置了半穿透半反射層的光擴散板，其交替堆疊之第一基材層與第二基材層的厚度比率不同時，在LED之間不同位置的出光亮度的曲線圖。其中，圖七的橫軸是光擴散板在水平方向上的位置(距離單位為cm)，縱軸是照度值(單位為lux)。由圖七可知，當第一基材層與第二基材層的厚度比率為1：1時可以得到相對最佳的勻光效果。
請參閱圖八及圖九，其中，圖八為設置了半穿透半反射層的光擴散板樣本A、B、C、D，其半穿透半反射在不同光波長時的穿透率的曲線圖；圖九為如圖八所示的樣本A、B、C、D於測試中所顯示的品味的比較圖。其中，圖八的橫軸是光波長(單位為nm)，縱軸是穿透率(%)。由圖八及圖九可知，當設置了半穿透半反射層的光擴散板，其對於400nm的穿透率在30~60%、反射率在60~30%的範圍內時，也就是樣本B與樣本C，其MURA問題相對最不明顯，故可得到相對最佳的品味。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍， 故都應視為本發明的進一步實施狀況。
10:光擴散板
11:主層
111:出光面
112:微結構
113:微氣泡
114:擴散粒子
12:半穿透半反射層
120:入光面
121:第一基材層
122:第二基材層
13:量子點層
131:量子點
14:阻水阻氣層

Claims (15)

  1. 一種多層光擴散板，可供組裝在一光源模組的上方；該多層光擴散板具有相互平行的一入光面以及一出光面、以及一厚度其係垂直於該入光面與該出光面；該入光面是鄰靠於該光源模組，使該光源模組所發出的光可經由該入光面射入該多層光擴散板並大致沿著該厚度的方向行進；並且，該多層光擴散板包括有：一主層，該出光面是位於該主層的一頂面；以及，一半穿透半反射層，位於該主層之下方，且該入光面是位於該半穿透半反射層的一底面；其中，該半穿透半反射層是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成；各個該第一基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第二基材層，且各個該第二基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第一基材層；構成該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率；其中：該主層與該半穿透半反射層兩者的材料是非結晶或半結晶的塑化材料；該主層與該半穿透半反射層兩者的厚度比例範圍是在9：1至7：3之間；該半穿透半反射層的層數，也就是該第一基材層與該第二基材層兩者的層數相加，是在50層至400層之間；該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度比例範圍是在3：1至1：3之間。
  2. 如請求項1之多層光擴散板，其中：該主層與該半穿透半反射層兩者的材質分別是選自以下其中之一：聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱壓克力)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；該半穿透半反射層的層數是在100層至400層之間。
  3. 如請求項2之多層光擴散板，其中：該主層的材質是聚碳酸酯(PC)；該第一基材層的材質是聚碳酸酯(PC)；該第二基材層的材質是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度相同，亦即，該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度比例為1：1； 該光源模組是由包括以陣列形式排列的複數個發光二極體(LED)所構成的一LED光源模組；該多層光擴散板的厚度範圍為1.0mm~3.0mm。
  4. 如請求項1之多層光擴散板，其中：該多層光擴散板是藉由發泡押出成型，於該主層中包含複數個微氣泡以及複數個擴散粒子；複數個該擴散粒子的材料是以下其中之一：碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、有機矽樹脂微粒子、聚甲基丙烯酸甲酯微粒子；複數個擴散粒子於該主層中所佔的重量百分比為0.1%-10%；複數個該微氣泡是散佈於該主層內，可對該主層內的光線進行以下至少其中之一功能：反射、折射或散射，以提高均勻出光的效果；複數個該微氣泡對於該主層的減重率介於15~25%，複數個該微氣泡大小平均尺寸介於60~800μm；其中，該減重率的計算公式為：減重率(%)=(W1-W2)/W2*100%；W1=H*(L1*L2*D)；其中：H是該主層的平均厚度(mm)；L1是該主層的長度(mm)；L2是該主層的寬度(mm)；D是該主層的原料比重(g/mm3)；W1是該主層的理論重量(g)，也就是不包含複數個該微氣泡時的重量；W2是該主層的實際重量(g)，也就是用磅秤實際秤得包含複數個該微氣泡之該主層的實際重量。
  5. 如請求項1之多層光擴散板，更包括一量子點層以及一阻水阻氣層；其中：於該出光面設置有複數個微結構，以陣列形式設置於該多層光擴散板的該出光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該出光面形成複數個凸部及複數個凹部；複數個該凹部是被複數個該凸部所隔開，所以複數個該凹部係各自獨立不相互連通；該量子點層是設置於該多層光擴散板的該出光面的複數個該凹部處；其 中，該量子點層的厚度為t1，複數個該凸部的一頂部至複數個該凹部的一底部的間距為t2，並且，t1<t2；該阻水阻氣層是設置於該多層光擴散板的該出光面且係覆蓋於複數個該凸部以及該量子點層；於該量子點層中包含複數個量子點(Quantum Dot；簡稱QD)；複數個該量子點是一種奈米微晶體(Nanocrystal)半導體材料，由II-VI、III-V或IV-VI族元素組成，各個該量子點的晶粒直徑介於2~10nm；其中，複數個該量子點包含發光波長為520~530nm的複數個綠色的該量子點以及發光波長為620~630nm的複數個紅色的該量子點；該光源模組是由包括以陣列形式排列的複數個藍光發光二極體(LED)所構成的一藍光LED光源模組。
  6. 如請求項5之多層光擴散板，其中：複數個該微結構包含複數個N邊形稜錐，其中N為大於或等於三的正整數；t2介於6~200μm；該凸部的最大寬度介於50~500μm，相鄰兩個該凸部的間距介於50~1000μm；該阻水阻氣層的厚度為t3，t3介於5~100μm；該藍光LED光源模組是一可發出該藍光的次毫米發光二極體(Mini LED)陣列模組；該藍光的波長介於430-500nm。
  7. 如請求項1之多層光擴散板，其中，於該入光面設置有複數個微結構，以陣列形式設置於該多層光擴散板的該入光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該入光面形成複數個凸部及複數個凹部。
  8. 一種多層光擴散板的製法，包括有：入料步驟：將構成該多層光擴散板之至少一第一基材、一第二基材、以及一發泡劑由一入料口投入一發泡押出製程設備中；該第一基材與該第二基材具有不同的折射率；加熱混煉步驟：於該發泡押出製程設備中以適於聚碳酸酯的一般加工溫度進行均勻混練發泡；該第一基材與該第二基材是各自分別加熱混煉，兩者不混合；分流器步驟：經加熱混煉後的該第一基材與該第二基材進入一分流器，藉由該分流器將該第一基材分流成為一主層以及複數個第一基材層、以及 將該第二基材分流成為複數個第二基材層，並使得複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊成為一半穿透半反射層，且該半穿透半反射層是疊合於該主層；T型模頭步驟：藉由該發泡押出製程設備的一T型模頭將來自該分流器的已均勻混練發泡且相疊合後的該主層與該半穿透半反射層共押出成為一體的多層板材；滾壓步驟：將該板材經由一滾輪模組加以滾壓成型並予以降溫；以及出料步驟：由該發泡押出製程設備的一出料口送出降溫後的該多層光擴散板；其中，自該出料口送出的該多層光擴散板具有相互平行的一入光面以及一出光面、以及一厚度其係垂直於該入光面與該出光面；並且，該多層光擴散板包括有該主層以及該半穿透半反射層；該出光面是位於該主層的一頂面，半穿透半反射層是位於該主層之下方，且該入光面是位於該半穿透半反射層的一底面；其中，該半穿透半反射層是由包括複數個第一基材層以及複數個第二基材層交替堆疊所構成；各個該第一基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第二基材層，且各個該第二基材層的上、下至少其中一側是鄰靠於一個該第一基材層；構成該第一基材層與該第二基材層兩者的材料具有不同折射率。
  9. 如請求項8之多層光擴散板的製法，其中：該主層與該半穿透半反射層兩者的材質是非結晶或半結晶的塑化材料；該主層與該半穿透半反射層兩者的厚度比例範圍是在9：1至7：3之間；該半穿透半反射層的層數，也就是該第一基材層與該第二基材層兩者的層數相加，是在50層至400層之間；該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度比例範圍是在3：1至1：3之間。
  10. 如請求項9之多層光擴散板的製法，其中：該主層與該半穿透半反射層兩者的材質分別是選自以下其中之一：聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱壓克力)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；該半穿透半反射層的層數是在100層至400層之間。
  11. 如請求項10之多層光擴散板的製法，其中：該主層的材質是聚碳酸酯(PC)；該第一基材層的材質是聚碳酸酯(PC)；該第二基材層的材質是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度相同，亦即，該第一基材層與該第二基材層兩者的厚度比例為1：1；該多層光擴散板的厚度範圍為1.0mm~3.0mm。
  12. 如請求項9之多層光擴散板的製法，其中：該多層光擴散板是藉由發泡押出成型，於該主層中包含複數個微氣泡以及複數個擴散粒子；複數個該擴散粒子的材料是以下其中之一：碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、有機矽樹脂微粒子、聚甲基丙烯酸甲酯微粒子；複數個擴散粒子於該主層中所佔的重量百分比為0.1%-10%；複數個該微氣泡是散佈於該主層內，可對該主層內的光線進行以下至少其中之一功能：反射、折射或散射，以提高均勻出光的效果；複數個該微氣泡對於該主層的減重率介於15~25%，複數個該微氣泡大小平均尺寸介於60~800μm；其中，該減重率的計算公式為：減重率(%)=(W1-W2)/W2*100%；W1=H*(L1*L2*D)；其中：H是該主層的平均厚度(mm)；L1是該主層的長度(mm)；L2是該主層的寬度(mm)；D是該主層的原料比重(g/mm3)；W1是該主層的理論重量(g)，也就是不包含複數個該微氣泡時的重量；W2是該主層的實際重量(g)，也就是用磅秤實際秤得包含複數個該微氣泡之該主層的實際重量。
  13. 如請求項9之多層光擴散板的製法，於該滾壓步驟中，該滾輪模組於該多層光擴散板的該出光面滾壓形成複數個微結構，以陣列形式設置於該多層光擴散板的該出光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該出光面形成複數個凸部及複數個凹部；複數個該凹部是被複 數個該凸部所隔開，所以複數個該凹部係各自獨立不相互連通；其中，於該滾壓步驟與該出料步驟之間更包含以下步驟：藉由一塗佈製程將一量子點層塗佈於該多層光擴散板的該出光面的複數個該凹部處；其中，該量子點層的厚度為t1，複數個該凸部的一頂部至複數個該凹部的一底部的間距為t2，並且，t1<t2；以及藉由一黏貼製程，將一阻水阻氣層貼蓋於該多層光擴散板的該出光面且係覆蓋於複數個該凸部以及該量子點層；其中，於該量子點層中包含複數個量子點(Quantum Dot；簡稱QD)。
  14. 如請求項13之多層光擴散板的製法，其中：複數個該量子點是一種奈米微晶體(Nanocrystal)半導體材料，由II-VI、III-V或IV-VI族元素組成，各個該量子點的晶粒直徑介於2~10nm；其中，複數個該量子點包含發光波長為520~530nm的複數個綠色的該量子點以及發光波長為620~630nm的複數個紅色的該量子點；複數個該微結構包含複數個N邊形稜錐，其中N為大於或等於三的正整數；t2介於6~200μm；該凸部的最大寬度介於50~500μm，相鄰兩個該凸部的間距介於50~1000μm；該阻水阻氣層的厚度為t3，t3介於5~100μm。
  15. 如請求項9之多層光擴散板的製法，其中，於該入光面設置有複數個微結構，以陣列形式設置於該多層光擴散板的該入光面；複數個該微結構在該多層光擴散板的該入光面形成複數個凸部及複數個凹部。
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