TWI910079B - 可提高亮度的背光模組 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種可提高亮度的背光模組，可搭配液晶顯示器使用。該背光模組包括了能將LED發出的光適當地配光的二次光學透鏡、以及具獨特光擴散效果的擴散板。本發明的背光模組，不僅在LED上設置折反射式二次光學透鏡來對LED發出的光進行適當地配光，且搭配在擴散板入光面設置微結構，以及在擴散板中還添加擴散粒子，並以發泡技術押出使擴散板內包含均勻分佈的微氣泡。藉此，可將LED的光線做最佳化的配光與擴散，進而達到遮蔽MURA，以產生一個輝度提高且均勻的面光源。

Description

可提高亮度的背光模組

本發明是關於一種可提高亮度的背光模組，尤指一種可搭配液晶顯示器使用並包含發光二極體、二次光學透鏡與擴散板等元件，而能夠提供較佳光學特性的背光模組。

在背光顯示器大環境發展下，隨著近代背光顯示器設計趨向薄型化，背光模組勢必也面臨超薄化的需求。使用發光二極體(LED)為直下式光源的直下式背光模組因薄型化設計而使其光程距離(Optical Distance；簡稱OD)降低的狀況下，光強度也越高，然而MURA(亦即，出光面出現明暗帶或雲紋缺陷)越嚴重。現有技術雖在LED上設置二次光學透鏡來發散LED所發出的光，藉以降低背光模組的厚度。但當相鄰LED的間距越大，OD距離越小，就會產生背光模組出光面正對著LED正上方位置的光斑中心過亮，進而產生MURA。而現有技術通過二次光學透鏡對從LED發出來的光進行二次配光的方式，都是把LED的光盡可能地往大角度方向發散來達到均勻性的效果，但卻也因改變LED中間光強度，造成中間輝度較低，導致改善MURA的效果受限。

所以，若繼續將現有二次光學透鏡搭配傳統擴散板使用在低光程距離背光模組上時，其光擴散的效果已經無法達到要求。

因此，本發明為一種應用於背光模組之配光二次光學透鏡與獨特擴散板之搭配。不僅在LED上設置折反射式二次光學透鏡來對LED發出的光進行適當地配光，搭配在擴散板入光面設置微結構，且在擴散板中還添加擴散粒子，並以發泡技術押出使擴散板內包含均勻分佈的微氣泡，藉由多重結構來將LED的光線擴散，進而達到遮蔽MURA，以產生一個輝度提高且均勻的面光源。

本發明之主要目的是在於提供一種可提高亮度的背光模組，可搭配液晶顯示器使用。該背光模組包括了能將LED發出的光適當地配光的二次光學透鏡、以及具獨特光擴散效果的擴散板。本發明的背光模組，不僅在LED上設置折反射式二次光學透鏡來對LED發出的光進行適當地配光，且搭配在擴散板入光面設置微結構，以及在擴散板中還添加擴散粒子，並以發泡技術押出使擴散板內包含均勻分佈的微氣泡。藉此，可將LED的光線做最佳化的配光與擴散，進而達到遮蔽MURA，以產生一個輝度提高且均勻的面光源。

為達上述之目的，本發明揭露了一種可提高亮度的背光模組，包括：

一基板，其具有一頂面；於該基板上設有一電路佈局以及一反射層，該反射層位於該頂面；

複數個發光二極體(LED)元件，以陣列形式設置於該基板的該頂面上且電性耦合於該電路佈局；；

複數個二次光學透鏡，每一該二次光學透鏡分別固定於該基板的該頂面上對應於一該LED發光元件的位置處且係罩覆於該LED發光元件的該發光區；以及

一擴散板，其位於該基板上方且包括：

一板體，具有一上表面及一下表面，該下表面朝向該基板；該板體是藉由共押出(Coextrusion)方式所構成的多層結構，其包括一主板層、一上表層、以及一下表層；該上表層是疊合在該主板層朝向該上表面之側，該下表層是疊合在該主板層朝向該下表面之側；

複數個第一擴散粒子，添加於該主板層中；

複數個第二擴散粒子，添加於該上表層及該下表層中；

複數個微氣泡，藉由一發泡押出成型製程形成於該主板層中；以及

複數個微結構(Micro-Structures)，以陣列形式設置於該板體的至 少該下表面；

其中，每一該二次光學透鏡可將其所對應的該LED發光元件的該發光區所發出的光線加以折射、或反射、或折射與反射兩者兼有的方式進行擴散；並且，該LED發光元件的該發光區所向上發出的光線中，與該發光軸的夾角為+30°至-30°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件發光總強度的15%至25%之間，且與該發光軸的夾角為+60°至+70°以及-60°至-70°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件發光總強度的75%至85%之間。

於一實施例中，該板體的該主板層的材料包含以下其中之一：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)；該板體的該上表層以及該下表層的材料包含PMMA；

複數個該第一擴散粒子是藉由在該主板層中添加一第一擴散粒子添加劑所構成，該第一擴散粒子添加劑包含有複數個該第一擴散粒子；所添加的該第一擴散粒子添加劑於該主板層中所佔的重量百分比為一第一重量百分比；各該第一擴散粒子具有一第一材料折射率；以及

複數個該第二擴散粒子是藉由在該上表層以及該下表層中添加一第二擴散粒子添加劑所構成；該第二擴散粒子添加劑包含有複數個該第二擴散粒子；所添加的該第二擴散粒子添加劑於該上表層及該下表層中所佔的重量百分比為一第二重量百分比；各該第二擴散粒子具有一第二材料折射率；

其中，該擴散板符合以下兩個條件中的至少其中之一：

條件一：該第一擴散粒子的該第一材料折射率小於該第二擴散粒子的該第二材料折射率；

條件二：該第一擴散粒子添加劑的該第一重量百分比小於該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比。

於一實施例中，該第一擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第一擴散粒子包含以下其中之一：矽膠粒子(silicone beads)、壓克力粒子(PMMA beads)、聚苯乙烯粒子(PS beads)、壓克力-聚苯乙烯共聚粒子 (PMMA-PS beads)；其中，該第一擴散粒子的粒徑介於1~4μm之間，該第一材料折射率的值介於1.42~1.5之間，於該主板層中所添加的該第一擴散粒子添加劑的該第一重量百分比介於1~4%之間。

於一實施例中，該第二擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第二擴散粒子包含以下其中之一：矽膠粒子(silicone beads)、壓克力粒子(PMMA beads)、聚苯乙烯粒子(PS beads)、壓克力-聚苯乙烯共聚粒子(PMMA-PS beads)；其中，該第二擴散粒子的粒徑介於15~25μm之間，該第二材料折射率的值介於1.42~1.5之間，於該上表層及該下表層中所添加的該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比介於5~10%之間；其中，該第二重量百分比大於該第一重量百分比，且該第二擴散粒子的粒徑大於該第一擴散粒子的粒徑。

於一實施例中，該第二擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第二擴散粒子包含以下其中之一無機粒子：碳酸鈣、硫酸鋇、氧化鈦、滑石、雲母、氮化硼；其中，該第二擴散粒子的粒徑介於0.05~8μm之間，該第二材料折射率的值介於1.5~2.6之間，於該上表層及該下表層中所添加的該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比介於0.1~1.5%之間。

於一實施例中，複數個該微氣泡是藉由在該主板層的該發泡押出成型製程中添加一發泡劑及一成核劑來產生；該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為0.1%-0.5%；複數個該微氣泡對於該主板層的減重率介於10~20%，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是該主板層的平均厚度(mm)；

L1是該主板層的長度(mm)；

L2是該主板層的寬度(mm)；

D是該主板層的原料比重(g/mm3)；

W1是該主板層的理論重量(g)，也就是不包含複數個該微氣泡時的 重量；

W2是該主板層的實際重量(g)，也就是用磅秤實際秤得包含複數個該微氣泡之該主板層的實際重量。

於一實施例中，每一該二次光學透鏡分別包括：一透鏡本體及位於該透鏡本體內部的一盲孔空間；該LED發光元件是容納於該盲孔空間中且被該透鏡本體所蓋覆；該二次光學透鏡是一折反射式光學透鏡；該二次光學透鏡的該透鏡本體具有至少一反射面以及至少一折射面；當位於該盲孔空間中的該LED發光元件的該發光區發出該光線時，若該光線是射在該反射面時會被該反射面反射，若該光線是射在該折射面時則會被折射至少一次後射出該透鏡本體之外；該透鏡本體由下至上分別具有一底部、一側延伸部以及一出光部；該底部是供固定於該基板的該頂面；該側延伸部是自該底部向上延伸一高度，所延伸的該高度不小於該LED發光元件的一厚度；該出光部位於該側延伸部的頂端且包含有一暴露於外界的外側曲面以及一暴露於該盲孔空間的內側曲面。

於一實施例中，該至少一反射面是設置於該出光部的該內側曲面上，並且，該出光部的該內側曲面除了設置有該反射面之外的其他區域全部都是屬于該折射面；該至少一反射面是以下其中之一結構：在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處塗佈一反光塗層，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處黏貼一反光片，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當傾角的一斜平面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射，或是，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當曲率的一曲面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射。

於一實施例中，該至少一反射面是設置於該出光部的該外側曲面上，並且，該出光部的該外側曲面除了設置有該反射面之外的其他區域全部都是屬于該折射面；該至少一反射面是以下其中之一結構：在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處塗佈一反光塗層，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處黏貼一反光片，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當 傾角的一斜平面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射，或是，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當曲率的一曲面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射。

於一實施例中，每一該微結構分別包含複數個N邊形稜錐，其中N為大於或等於三的正整數；並且，該背光模組更包括：

一光學膜，直接貼覆在該擴散板的該板體的該上表面；

一增亮膜(Brightness Enhancement Film；簡稱BEF)，直接貼覆在該光學膜上；以及

一偏光增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film；簡稱DBEF)，直接貼覆在該增亮膜上；

其中，該背光模組可供組裝於一液晶顯示器(LCD)，且該液晶顯示器是位於該偏光增亮膜的上方。

1:擴散板

10:板體

101:主板層

1011、1021、1031:擴散粒子

1012:微氣泡

102、103:表層

1032:微結構

151:光學膜

152:增亮膜

153:偏光增亮膜

20:二次光學透鏡

21:透鏡本體

211:反射面

212:折射面

213:底部

214:側延伸部

2141:外側曲面

2142:內側曲面

215:出光部

22:盲孔空間

91:基板

911:頂面

92:發光元件

921:發光軸

93:液晶顯示器

圖一為本發明可提高亮度的背光模組搭配一液晶顯示器使用以構成一背光顯示器的一實施例的剖面示意圖。

圖二A、圖二B及圖二C分別為本發明之擴散板的下表面所設置的微結構的三種不同實施例示意圖。

圖三A、圖三B及圖三C分別為習知反射式二次光學透鏡、習知折射式二次光學透鏡、以及本發明之折反射式二次光學透鏡的光強分布(配光)示意圖。

圖四為本發明可提高亮度的背光模組的折反射式二次光學透鏡的一實施例示意圖。

本發明關於一種可提高亮度的背光模組，可搭配液晶顯示器使用。該背光模組包括了能將LED發出的光適當地配光的二次光學透鏡、以 及具獨特光擴散效果的擴散板。本發明的背光模組，不僅在LED上設置折反射式二次光學透鏡來對LED發出的光進行適當地配光，且搭配在擴散板入光面設置微結構，以及在擴散板中還添加擴散粒子，並以發泡技術押出使擴散板內包含均勻分佈的微氣泡。藉此，可將LED的光線做最佳化的配光與擴散，進而達到遮蔽MURA，以產生一個輝度提高且均勻的面光源。

為了能更清楚地描述本發明所提出之可提高亮度的背光模組及其製法，以下將配合圖式詳細說明之。

請參閱圖一，為本發明可提高亮度的背光模組搭配一液晶顯示器使用以構成一背光顯示器的一實施例的剖面示意圖。本發明的背光模組是裝設於一液晶顯示器93的下方，以構成一背光顯示器。於本第一實施例中，背光模組由下至上依序包括：一基板91、複數個發光元件92、一擴散板1、一光學膜151、一增亮膜(Brightness Enhancement Film；簡稱BEF)152、以及一偏光增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film；簡稱DBEF)153。該基板91具有一頂面911。於該基板91上設有一電路佈局(圖中未示)以及一反射層，該反射層位於該頂面911。複數個發光元件92是以陣列形式設置於該基板91的頂面911上並電性耦合於該電路佈局。每一該發光元件92分別具有可向上朝擴散板的板體10發射光線的一發光區(圖中未編號)。該發光區定義有一發光軸其係自該發光區的一中心點垂直向上延伸。於本實施例中，該些發光元件92是發光二極體(LED)元件，例如但不侷限於：一般普通的發光二極體(LED)元件、次毫米發光二極體(Mini LED)元件、或甚至是微發光二極體(Micro LED)元件。於該基板91的頂面911設置該反射層，該反射層可以是白色或其他具較佳光反射效果的顏色或表面，用於將光線朝上反射向擴散板1的板體10。

複數個二次光學透鏡20是分別對應且罩覆於複數個發光元件92上。每一該二次光學透鏡20分別固定於該基板91的該頂面911上對應於一該發光元件92的位置處且係罩覆於該發光元件92的該發光區。本發明的其中之一技術特徵在於，每一該二次光學透鏡20可將其所對應的該發光元件92的該發光區所發出的光線加以折射、或反射、或折射與反射兩者兼有的方式進行擴散；並且，該發光元件92的該發光區所向上發出的光線中，與該發光軸的夾角為+30°至-30°角度範圍內的光強度合計為該 發光元件92發光總強度的15%至25%之間，且與該發光軸的夾角為+60°至+70°以及-60°至-70°角度範圍內的光強度合計為該發光元件92發光總強度的75%至85%之間。本發明背光模組藉由該二次光學透鏡20此一獨創的配光設計，搭配以下所述之本發明擴散板1所提供的多重擴散功效，能確實有效地遮蔽MURA，進而產生一個輝度提高且均勻的面光源。圖一所示的二次光學透鏡20的外形僅為簡略示意圖，並非真實外形；本發明的二次光學透鏡20的外形的實施例將於稍後描述。

該擴散板1的板體10是位於該基板91該複數個發光元件92上方且相鄰於該基板91。於本實施例中，在擴散板1與基板91上所設置的二次光學透鏡20之間沒有其他元件。於本發明中，該擴散板1包括：一板體10、一第一擴散粒子添加劑、一第二擴散粒子添加劑、複數個微氣泡1012、以及複數個微結構1032。板體10具有一上表面及一下表面。板體10的下表面朝向該基板91且是做為入光面使用；由發光元件92發出的光線經由該下表面(入光面)進入板體10中。相對地，板體10的上表面則是出光面，進入板體10的光線經多重折射與擴散效應後，由板體10的上表面(出光面)出光並射向位於上方的液晶顯示器93。該板體10是藉由共押出(Coextrusion)方式所構成的多層板結構，其包括一主板層101、一上表層102、以及一下表層103。該上表層102是疊合在該主板層101朝向該上表面之側，該下表層103是疊合在該主板層101朝向該下表面之側。該板體10的主板層101的基材可為非結晶或半結晶的有機高分子塑化材料，其包含以下其中之一：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)、或前述任一材料的共聚物。該板體10的上表層102及下表層103的基材則為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱壓克力)為較佳。於本實施例中，主板層101厚度與兩表層102、103合計厚度(上、下兩表層的厚度相加)的厚度比例的可實施範圍為介於9.5：0.5~1：1之間，較佳實施範圍則為9：1~7：3之間。主板層101與兩表層102、103的基材可以為相同材質或不同材質。

於本實施例中，第一擴散粒子添加劑包含有複數個第一擴散粒子1011，其添加於該主板層101中。所添加的該第一擴散粒子添加劑於該主板層101中所佔的重量百分比為一第一重量百分比；各該第一擴散粒 子1011具有一第一材料折射率。第二擴散粒子添加劑包含有複數個第二擴散粒子1021、1031，其分別添加於該上表層102以及該下表層103中。所添加的該第二擴散粒子添加劑於該上表層102及該下表層103中所佔的重量百分比為一第二重量百分比；各該第二擴散粒子1021、1031具有一第二材料折射率。於本實施例中，該擴散板1符合以下兩個條件中的至少其中之一：

條件一：該第一擴散粒子1011的該第一材料折射率小於該第二擴散粒子1021、1031的該第二材料折射率；

條件二：該第一擴散粒子添加劑的該第一重量百分比小於該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比。

藉由滿足上述條件一、或是條件二、或是兩條件都滿足的方式，可以令添加了具相對較高折射率或/及濃度(重量百分比)之複數第二擴散粒子1021、1031的上、下兩表層102、103的折射率實質上高於添加了具相對較低折射率或/及濃度(重量百分比)之複數第一擴散粒子1011的主板層101的折射率，使得上、下兩表層102、103在朝向主板層101之側提供些微的反射效果。所以，由發光元件92發出的光在進入板體10內部後，有一部份的光會在上、下兩表層102、103之間的主板層101內來回折射或反射數次後才由上表面(出光面)射出，提高光線的折射或反射次數，故可將光線做更有效的擴散效果，進而強化遮蔽MURA的效果，以產生一個均勻的面光源。

於本實施例中，該第一擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第一擴散粒子1011包含以下高分子材料擴散粒子中的至少其中之一：矽膠粒子(silicone beads)、壓克力粒子(PMMA beads)、聚苯乙烯粒子(PS beads)、壓克力-聚苯乙烯共聚粒子(PMMA-PS beads)。其中，該第一擴散粒子1011的粒徑的可實施例為介於0.5~10μm之間、但以介於1~4μm之間為最佳實施例。該第一材料折射率的值介於1.42~1.5之間。於該主板層101中所添加的該第一擴散粒子添加劑的該第一重量百分比的可實施例為介於0.5~10%之間、但以介於1~4%之間為最佳實施例。此所述的第一與第二擴散粒子添加劑雖然都是市面上可購得的習知商品，但其擴散粒子添加的量(重量百分比)及材料折射率值與粒徑尺寸的範圍選擇則為本發明獨創。

於本發明中，該第二擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第二擴散粒子1021、1031可以有兩種實施例，第一種是無機擴散粒子、另一 種是高分子材料擴散粒子。於第一種實施例中，該第二擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第二擴散粒子1021、1031可以包含以下至少其中之一無機粒子：碳酸鈣、硫酸鋇、氧化鈦、滑石、雲母、氮化硼；其中，該第二擴散粒子1021、1031的粒徑的可實施例為介於0.01~10μm之間、但以介於0.05~8μm之間為最佳實施例；該第二材料折射率的值介於1.5~2.6之間，於該上表層102及該下表層103中所添加的該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比的可實施例為介於0.1~3%之間，但以介於0.1~1.5%之間為最佳實施例。於第二種實施例中，該第二擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第二擴散粒子1021、1031包含以下高分子材料擴散粒子中的至少其中之一：矽膠粒子(silicone beads)、壓克力粒子(PMMA beads)、聚苯乙烯粒子(PS beads)、壓克力-聚苯乙烯共聚粒子(PMMA-PS beads)；其中，該第二擴散粒子1021、1031的粒徑的可實施例為介於10~50μm之間、但以介於15~25μm之間為最佳實施例；該第二材料折射率的值介於1.42~1.5之間；於該上表層102及該下表層103中所添加的該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比的可實施例為介於1~20%之間、但以介於5~10%之間為最佳實施例；並且，於這第二種實施例中，該第二重量百分比必須大於該第一重量百分比，且該第二擴散粒子1021、1031的粒徑大於該第一擴散粒子1011的粒徑。藉由前述第一種實施例與第二種實施例所界定的第二擴散粒子添加劑來搭配前述所界定的第一擴散粒子添加劑，可以確保上、下兩表層102、103的折射率實質上高於主板層101的折射率，進而達到將光線做更有效的擴散、強化遮蔽MURA、以及產生均勻面光源的功效。

如圖一所示，於本發明擴散板的第一實施例中，複數個微結構1032(Micro-Structures)是以陣列形式設置於該板體10的至少該下表面上，可進一步提高擴散板的光發散效果。每一該微結構分別包含複數個N邊形稜錐，其中N為大於或等於三的正整數。於最佳實施例中，每一該微結構是底面為四邊形的一金字塔形椎狀結構，使該複數個微結構1032呈現複數個金字塔形微結構。此外，該板體10的該主板層101是藉由一發泡押出成型製程來產生複數個該微氣泡1012於該主板層101中。複數個該微氣泡1012對於該主板層101的減重率的可實施範圍為介於5~30%，但以減重率介於10~20%為較佳實施範圍，且複數個該微氣泡1012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是該主板層的平均厚度(mm)；

L1是該主板層的長度(mm)；

L2是該主板層的寬度(mm)；

D是該主板層的原料比重(g/mm³)；

W1是該主板層的理論重量(g)，也就是不包含複數個該微氣泡時的重量；

W2是該主板層的實際重量(g)，也就是用磅秤實際秤得包含複數個該微氣泡之該主板層的實際重量。

於本實施例中，複數個該微氣泡1012是藉由在該主板層101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。該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1012的減重率可以藉由發泡劑添加量多寡來控制，微氣泡1012的泡徑控制方法可為成核劑添加及製程溫度調整。本發明擴散板之多層板體10的發泡共押出製程的製程溫度視原材料樹酯及發泡劑種類不同而調整，本發明加工溫度為一般聚碳酸酯加工溫度，最佳220~270℃。

於本實施例中，擴散板1還包括了該光學膜151、該增亮膜152(BEF)、以及該偏光增亮膜153(DBEF)。該光學膜151是以光學膠直接貼覆在該擴散板1的該板體10的該上表面；增亮膜152是以光學膠直接貼覆在該光學膜151上；而偏光增亮膜153是以光學膠直接貼覆在該增亮膜152上。增亮膜152(BEF)和偏光增亮膜153(DBEF)都是具有提高背光系統中的出光效率的膜片。當發光元件92是白光LED時，該光學膜151可以使用具有光擴散功能的光學擴散膜。當是藍光LED時，光學膜151可以使用能將藍光轉換成白光的色彩轉換功能的量子點光學轉換膜。本發明的背光模組可供組裝於一液晶顯示器93(LCD)，且該液晶顯示器93是位於該偏光增亮膜153的上方。此所述的光學膠、光學膜151、增亮膜152及偏光 增亮膜153都是市面上可購得的習知商品。

請參閱圖二A、圖二B及圖二C所示，分別為本發明之擴散板1的下表面所設置的微結構的三種不同實施例示意圖。本發明之擴散板藉由押出製程在板體10的下表面押出複數個微結構1032，該些微結構1032具有複數個凸部或凹部，其凹凸結構可為規則或不規則分佈於擴散板板體10的下表面。該些微結構1032於俯視圖觀之可呈圓形、變形蟲(如圖二A)、不規則霧面(如圖二B)、金字塔形(如圖二C)...等形狀，其中以板體10的入光面設置金字塔形微結構時所提升的整體輝度效果最佳，此乃由於金字塔形微結構可以將部分由上朝下(朝向LED元件)行進的光線加以反射向上，所以可以提高輝度。

本發明的背光模組採用直下式模組的LED燈源，搭配折反射式二次光學透鏡，通過透鏡在LED發光元件正前方聚光、反射面將側面光線反射出去，改變LED光源的出光。LED發光元件上面+30°至-30°角度範圍內的光強度因折反射式二次光學透鏡的配光效果而增加，所以本發明在擴散板入光面設置複數個金字塔型微結構，與二次光學透鏡搭配增加全反射，提升光效率(輝度)，並且搭配以發泡技術共擠壓出之擴散板，藉由主板層內的擴散粒子與微氣泡，達到良好的光擴散率，使發光更均勻，達到良好的MURA遮蔽。

適用於LED發光元件的二次光學透鏡較常見的有反射式二次光學透鏡以及折射式二次光學透鏡。習知常見的反射式二次光學透鏡可將LED發光元件發出的光線極大化地聚集在LED發光元件的光軸方向上。習知常見的折射式二次光學透鏡的可將LED發光元件發出的光線大部分發散至較大角度、而光軸方向上的光強度較低許多。本發明的折射式二次光學透鏡則兼具反射與折射結構，可將LED發光元件發出的光線的配光最佳化，使多數LED發光元件發出的光線可被發散至較大角度的同時、也讓LED發光元件正上方具有適量強度的光線。故此，本發明藉由在LED發光元件上設置折射式二次光學透鏡，搭配本發明獨特設計的擴散板，可以兼具提高背光模組的出光亮度與勻光效果(降低MURA)的功效。

請參閱圖三A、圖三B及圖三C所示，分別為習知反射式二次光學透鏡、習知折射式二次光學透鏡、以及本發明之折反射式二次光學透 鏡的光強分布(配光)示意圖。如圖三A所示，使用習知反射式二次光學透鏡時，LED發光元件發出的光線在其LED正上方(與光軸方向夾角在正負5度角範圍內)的光強度幾乎佔了LED發光元件發光總強度的100%。相對地，如圖二A所示，使用習知折射式二次光學透鏡時，LED發光元件發出的光線在其LED正上方(與發光軸夾角在正負5度角度範圍內)的光強度僅佔了LED發光元件發光總強度的10%左右或更低，而與發光軸的夾角為+60°至+70°以及-60°至-70°角度範圍內的光強度合計為LED發光元件發光總強度的90%左右或更高。如圖三C所示，使用本發明之折反射式二次光學透鏡時，LED發光元件發出的光線在與該發光軸的夾角為+30°至-30°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件發光總強度的15%至25%之間(以20%為最佳)，且與該發光軸的夾角為+60°至+70°以及-60°至-70°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件發光總強度的75%至85%之間(以80%為最佳)。請參閱下表一為LED發光元件搭配習知反射式二次光學透鏡、習知折射式二次光學透鏡、與本發明折反射式二次光學透鏡使用時在不同角度的光強度比較表。由圖三A至圖三C搭配表一內容可知，本發明折反射式二次光學透鏡相較於習知技術，可以對LED發光元件發出的光線做適當的配光，使得LED發光元件發出的多數光線(75%至85%之間)可被發散至較大角度(+60°至+70°以及-60°至-70°角度範圍)的同時、也讓LED發光元件正上方(+30°至-30°角度範圍內)具有適量強度(15%至25%之間)的光線。本發明折反射式二次光學透鏡所提供的此種配光方式搭配前述的本發明的擴散板使用，確實能將LED的光線做最佳化的配光與擴散，進而達到遮蔽MURA，以產生一個輝度提高且均勻的面光源。

表一：不同二次光學透鏡在不同角度的光強度比較表

請參閱圖四，為本發明可提高亮度的背光模組的折反射式二 次光學透鏡的一實施例示意圖。於本發明中，該二次光學透鏡20是一折反射式光學透鏡。每一該二次光學透鏡20分別包括：一透鏡本體21、以及位於該透鏡本體內部的一盲孔空間22。該LED發光元件92是容納於該盲孔空間22中且被該透鏡本體21所蓋覆。該二次光學透鏡20的該透鏡本體21具有至少一反射面211以及至少一折射面212。當位於該盲孔空間22中的該LED發光元件92的該發光區發出該光線時，若該光線是射在該反射面211時會被該反射面反射，若該光線是射在該折射面212時則會被折射至少一次後射出該透鏡本體21之外。該透鏡本體21由下至上分別具有一底部213、一側延伸部214以及一出光部215。該底部213是供固定於該基板91的該頂面911。該側延伸部214是自該底部213向上延伸一高度，所延伸的該高度不小於該LED發光元件92的一厚度(高度)。該出光部215位於該側延伸部214的頂端且包含有一暴露於外界的外側曲面2141以及一暴露於該盲孔空間22的內側曲面2142。

於本實施例中，外側曲面2141的頂端(上端)區域大體上呈現一類似球面或彈頭面的向外界(上方)凸出的凸曲面；而外側曲面2141較接近底部213的區域則呈現類似圓柱體側表面，也就是在沿垂直方向上不同區域的曲率大體維持固定不變的曲面。內側曲面2142則包含至少兩區域，內側曲面2142於較接近頂端(上端)區域是呈現一向下凸出於該盲孔空間22中的凸曲面；而內側曲面2142較接近底部213的區域則呈現類似圓錐體的表面、也就是在沿垂直方向上越接近底部213區域的曲率越大的凹曲面。藉由此種外側曲面2141與內側曲面2142的結構搭配，使得透鏡本體21在LED發光元件92正上方大約與發光軸夾角在正負30度角範圍內的區域是提供凸透鏡的聚光功能，使得LED發光元件92發出的光線在其上方正負30度角範圍內的出光量提高，而在除前述凸透鏡聚光功能之外的其他區域則都是提供凹透鏡的光發散功能。該反射面是設置於前述凸透鏡與凹透鏡相鄰接之處，用於把自該凸透鏡區域進入透鏡本體21的一部份光線加以反射發散，以平衡在LED發光元件92正上方區域與其他側邊區域的出光量。該反射面211以及該折射面212的設置位置、面積尺寸、曲率等等，是依據光線折射與反射的物理定律以及透鏡本體21材料的折射率來進行設計，以達到讓LED發光元件92發出的光線在與該發光軸921的夾角為+30 °至-30°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件92發光總強度的15%至25%之間(以20%為最佳)，且與該發光軸921的夾角為+60°至+70°以及-60°至-70°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件92發光總強度的75%至85%之間(以80%為最佳)的目的。

於一實施例中，該至少一反射面是設置於該出光部的該內側曲面上，並且，該出光部的該內側曲面除了設置有該反射面之外的其他區域全部都是屬于該折射面。於本實施例中，該至少一反射面是以下其中之一結構：在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處塗佈一反光塗層，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處黏貼一反光片，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當傾角的一斜平面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射，或是，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當曲率的一曲面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射。

於另一實施例中，該至少一反射面是設置於該出光部的該外側曲面上，並且，該出光部的該外側曲面除了設置有該反射面之外的其他區域全部都是屬于該折射面。於本實施例中，該至少一反射面是以下其中之一結構：在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處塗佈一反光塗層，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處黏貼一反光片，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當傾角的一斜平面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射，或是，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當曲率的一曲面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射。

本發明依據前述的技術概念，製作出數個不同的擴散板搭配不同種類的二次光學透鏡來進行測試。其中，每一個擴散板的板體均給予不同的結構參數，包括：於板體是否有擴散粒子與微氣泡、入光面上微結構種類、二次光學透鏡種類...等等。然後，逐一檢測或觀察這些具不同參數的擴散板及二次光學透鏡的數種光學效果(包括：輝度、色度值、品味...等等)，並針對這些光學效果進行分析與比較，然後把結果整理如下表二。

表二：不同擴散板搭配不同二次光學透鏡的光學效果比較表

於上表二中，「擴散板」欄位中的「擴散粒子」表示於擴散板的板體中包含有複數擴散粒子、但是沒有微氣泡結構，而「擴散粒子+微 氣泡」則表示於擴散板的板體中同時包含複數擴散粒子與複數微氣泡。「入光面」欄位中的「mat」表示在板體的下表面(入光面)設有霧面微結構，而「pyramid」則表示在板體的下表面(入光面)設有金字塔型微結構。「Tt%」欄位中的值是擴散板的全光線透過率(%)。「厚度」與「OD」欄位中的值分別是指擴散板的厚度與光程距離值(mm)。「LED顆*排」的值是指基板上之LED發光元件陣列的數量(顆*排)。「品味」欄位是以目測擴散板的出光面的光學品味，其值以1至5來表示，其中1表示視覺上的光學品味最差，5表示品味最佳。「L center」欄位的值是指出光面中間區域的輝度值，其中刮號內的數值是指和前實施例之輝度值相比的增減百分比。「x」和「y」欄位的數值分別是指x與y方向上的色度值。由表二內容可知，比較例1與比較例2相較之下，擴散板之入光面設置霧面或是金字塔微結構，若搭配相同的折射式二次光學透鏡，則其亮度(輝度)差異不大。比較例3的擴散板之入光面設置金字塔型微結構，搭配折反射式二次光學透鏡，雖然亮度增加，但品味變差。實施例1之擴散板的設置金字塔型微結構，搭配折反射式二次光學透鏡，不僅亮度增加，且品味也仍佳，達到較比較例1~3更好的光學效果。實施例2與實施例3中，若其擴散板之入光面設置金字塔型微結構，搭配折反射式二次光學透鏡，不僅亮度增加，且品味也仍佳，達到較比較例1~3更好的光學效果。此外，由實施例2與實施例3中，其擴散板的「入光面」欄位是設置「mat」和「pyramid」兩種不同微結構時，所獲得的「L center」欄位值差異可知，當擴散板的入光面設置金字塔型微結構時，其輝度值(亮度)可以較入光面是設置霧面時提高至少6%以上，顯見本發明的擴散板的入光面若設置金字塔型微結構時確實可以提高亮度(出光效率)。

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。

1:擴散板

10:板體

101:主板層

1011、1021、1031:擴散粒子

1012:微氣泡

102、103:表層

1032:微結構

151:光學膜

152:增亮膜

153:偏光增亮膜

20:二次光學透鏡

91:基板

911:頂面

92:發光元件

93:液晶顯示器

Claims (9)

1. 一種可提高亮度的背光模組，包括：

   一基板，其具有一頂面；於該基板上設有一電路佈局以及一反射層，該反射層位於該頂面；

   複數個發光二極體(LED)發光元件，以陣列形式設置於該基板的該頂面上且電性耦合於該電路佈局；每一該LED發光元件分別具有可向上發射光線的一發光區；該發光區定義有一發光軸其係自該發光區的一中心點垂直向上延伸；

   複數個二次光學透鏡，每一該二次光學透鏡分別固定於該基板的該頂面上對應於一該LED發光元件的位置處且係罩覆於該LED發光元件的該發光區；以及

   一擴散板，其位於該基板上方且包括一板體，具有一上表面及一下表面，該下表面朝向該基板；

   其中，每一該二次光學透鏡可將其所對應的該LED發光元件的該發光區所發出的光線加以折射、或反射、或折射與反射兩者兼有的方式進行擴散；

   每一該二次光學透鏡分別包括：一透鏡本體及位於該透鏡本體內部的一盲孔空間；該LED發光元件是容納於該盲孔空間中且被該透鏡本體所蓋覆；該二次光學透鏡是一折反射式光學透鏡；其中：

   該二次光學透鏡的該透鏡本體具有至少一反射面以及至少一折射面；當位於該盲孔空間中的該LED發光元件的該發光區發出該光線時，若該光線是射在該反射面時會被該反射面反射，若該光線是射在該折射面時則會被折射至少一次後射出該透鏡本體之外；

   該透鏡本體由下至上分別具有一底部、一側延伸部以及一出光部；該底部是供固定於該基板的該頂面；該側延伸部是自該底部向上延伸一高度，所延伸的該高度不小於該LED發光元件的一厚度；該出光部位於該側延伸部的頂端且包含有一暴露於外界的外側曲面以及一暴露於該盲孔空間的內側曲面；

   該至少一反射面是設置於以下兩者其中之一：該至少一反射面是設置於該出光部的該內側曲面上、或是該至少一反射面是設置於該出光 部的該外側曲面上；

   其中，當該至少一反射面是設置於該出光部的該內側曲面上時，該出光部的該內側曲面除了設置有該反射面之外的其他區域全部都是屬于該折射面；該至少一反射面是以下其中之一結構：在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處塗佈一反光塗層，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處黏貼一反光片，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當傾角的一斜平面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射，或是，在該出光部的該內側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當曲率的一曲面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射；

   其中，當該至少一反射面是設置於該出光部的該外側曲面上時，該出光部的該外側曲面除了設置有該反射面之外的其他區域全部都是屬于該折射面；該至少一反射面是以下其中之一結構：在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處塗佈一反光塗層，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處黏貼一反光片，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當傾角的一斜平面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射，或是，在該出光部的該外側曲面上對應於該至少一反射面的位置處設置具有適當曲率的一曲面其能夠把來自該LED發光元件的該發光區所發出的該光線加以反射。
2. 如請求項1所述之可提高亮度的背光模組，其中，該板體是藉由共押出(Coextrusion)方式所構成的多層結構，其包括一主板層、一上表層、以及一下表層；該上表層是疊合在該主板層朝向該上表面之側，該下表層是疊合在該主板層朝向該下表面之側；並且，該擴散板還包括：

   複數個第一擴散粒子，添加於該主板層中；

   複數個第二擴散粒子，添加於該上表層及該下表層中；

   複數個微氣泡，藉由一發泡押出成型製程形成於該主板層中；以及

   複數個微結構(Micro-Structures)，以陣列形式設置於該板體的至少該下表面；

   該板體的該主板層的材料包含以下其中之一：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)；該板體的該上表層以及該下表層的材料包含PMMA；

   複數個該第一擴散粒子是藉由在該主板層中添加一第一擴散粒子添加劑所構成，該第一擴散粒子添加劑包含有複數個該第一擴散粒子；所添加的該第一擴散粒子添加劑於該主板層中所佔的重量百分比為一第一重量百分比；各該第一擴散粒子具有一第一材料折射率；以及

   複數個該第二擴散粒子是藉由在該上表層以及該下表層中添加一第二擴散粒子添加劑所構成；該第二擴散粒子添加劑包含有複數個該第二擴散粒子；所添加的該第二擴散粒子添加劑於該上表層及該下表層中所佔的重量百分比為一第二重量百分比；各該第二擴散粒子具有一第二材料折射率；

   其中，該擴散板符合以下兩個條件中的至少其中之一：

   條件一：該第一擴散粒子的該第一材料折射率小於該第二擴散粒子的該第二材料折射率；

   條件二：該第一擴散粒子添加劑的該第一重量百分比小於該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比。
3. 如請求項2所述之可提高亮度的背光模組，其中，該第一擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第一擴散粒子包含以下其中之一：矽膠粒子(silicone beads)、壓克力粒子(PMMA beads)、聚苯乙烯粒子(PS beads)、壓克力-聚苯乙烯共聚粒子(PMMA-PS beads)；其中，該第一擴散粒子的粒徑介於1~4μm之間，該第一材料折射率的值介於1.42~1.5之間，於該主板層中所添加的該第一擴散粒子添加劑的該第一重量百分比介於1~4%之間。
4. 如請求項3所述之可提高亮度的背光模組，其中，該第二擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第二擴散粒子包含以下其中之一：矽膠粒子(silicone beads)、壓克力粒子(PMMA beads)、聚苯乙烯粒子(PS beads)、壓克力-聚苯乙烯共聚粒子(PMMA-PS beads)；其中，該第二擴散粒子的粒徑介於15~25μm之間，該第二材料折射率的值介於1.42~1.5之間，於該上表層及該下表層中所添加的該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比介於5~10%之間；其中，該第二重量百分比大於該第一重量百分比，且該第二擴散粒子的粒徑大於該第一擴散粒子的粒徑。
5. 如請求項3所述之可提高亮度的背光模組，其中，該第二擴散粒子添加劑中所包含的複數個該第二擴散粒子包含以下其中之一無機粒子：碳酸鈣、硫酸鋇、氧化鈦、滑石、雲母、氮化硼；其中，該第二擴散粒子的粒徑介於0.05~8μm之間，該第二材料折射率的值介於1.5~2.6之間，於該上表層及該下表層中所添加的該第二擴散粒子添加劑的該第二重量百分比介於0.1~1.5%之間。
6. 如請求項5所述之可提高亮度的背光模組，其中：

   複數個該微氣泡是藉由在該主板層的該發泡押出成型製程中添加一發泡劑及一成核劑來產生；

   該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為0.1%-0.5%；

   複數個該微氣泡對於該主板層的減重率介於10~20%，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是該主板層的平均厚度(mm)；

   L1是該主板層的長度(mm)；

   L2是該主板層的寬度(mm)；

   D是該主板層的原料比重(g/mm³)；

   W1是該主板層的理論重量(g)，也就是不包含複數個該微氣泡時的重量；

   W2是該主板層的實際重量(g)，也就是用磅秤實際秤得包含複數個該微氣泡之該主板層的實際重量。
7. 如請求項1所述之可提高亮度的背光模組，其中，該LED發 光元件的該發光區所向上發出的光線中，與該發光軸的夾角為+30°至-30°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件發光總強度的15%至25%之間，且與該發光軸的夾角為+60°至+70°以及-60°至-70°角度範圍內的光強度合計為該LED發光元件發光總強度的75%至85%之間。
8. 如請求項7所述之可提高亮度的背光模組，其中，該外側曲面的一上端區域是向上方凸出的一外側凸曲面，而該外側曲面較接近該底部的區域的則是在沿垂直方向上不同區域的曲率維持固定不變的曲面；其中，該內側曲面於較接近該上端區域是向下凸出於該盲孔空間中的一內側凸曲面，而該內側曲面較接近該底部的區域則是在沿垂直方向上越接近該底部的區域的曲率越大的一內側凹曲面；藉由該外側曲面與該內側曲面的搭配，使得該透鏡本體在該LED發光元件正上方大約與該發光軸夾角在正負30度角範圍內的區域是提供一凸透鏡的聚光功能，而在除該凸透鏡之外的其他區域則都是提供一凹透鏡的光發散功能；該反射面是設置於該內側曲面中的該凸透鏡與該凹透鏡相鄰接之處，用於把自該凸透鏡區域進入該透鏡本體的一部份光線加以反射發散。
9. 如請求項6所述之可提高亮度的背光模組，其中，每一該微結構分別包含複數個N邊形稜錐，其中N為大於或等於三的正整數；並且，該背光模組更包括：

   一光學膜，直接貼覆在該擴散板的該板體的該上表面；

   一增亮膜(Brightness Enhancement Film；簡稱BEF)，直接貼覆在該光學膜上；以及

   一偏光增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film；簡稱DBEF)，直接貼覆在該增亮膜上；

   其中，該背光模組可供組裝於一液晶顯示器(LCD)，且該液晶顯示器是位於該偏光增亮膜的上方。