CN201126482Y

CN201126482Y - 光学扩散片的构造

Info

Publication number: CN201126482Y
Application number: CNU2007201275469U
Authority: CN
Inventors: 林学进
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2017-08-07

Abstract

本实用新型公开了一种光学扩散片的构造，其主要包含至少一透光层以及至少一与该透光层结合的散射层，该散射层内部均匀分布扩散微粒子，该散射层朝向光源该面为一入光面，另一相对面为出光面，该散射层的出光面具有至少一呈曲面型态，而该出光面每呈曲面位置可对准于发光源位置的上方，该散射层的厚度变化正比于距离最近的光源在不同角度所放射的光辐射亮度的对数，并且反比于该扩散微粒子的浓度。以此在模块薄型化设计时，消除因缩短光源与扩散片之间的距离，所造成光源明暗不均问题。

Description

光学扩散片的构造

技术领域

本实用新型涉及一种光学扩散片的构造，其有关于光学的领域中，可以让光均匀化的扩散片，特别涉及一种内含厚度变化的散射层结构的扩散片，得以使光均匀化。

背景技术

一般液晶显示器依照实际设计的需求而选择利用直下式或者是侧光式的背光模块架构；若为侧光式背光模块架构，其主要利用导光板的图案(网点或V型沟槽)及扩散膜片(Diffuser sheet)，以达到光均匀扩散的效果；若为直下式背光模块架构，则主要于光源上方放置一扩散片以达均光效果，比如在灯具设计上为达均光效果，利用灯罩并且将一扩散片套设在灯罩的开口端，以让光源的光线一部分自灯罩反射再经扩散片穿透，一部分由扩散片直接射出，以达均光雾化效果。

请参阅图1所示，其证书号编为中国台湾专利第M294042号的「扩散片的结构改良」新型专利案，其所揭露是表面扩散型的扩散片60，利用溅渡、喷涂或印刷方法，于基材61的入光面63(或出光面64)形成一包含复数扩散微粒子62的扩散层65，或如图2所示，扩散片70以微粒黏附方法于基材71的出光面74黏附扩散微粒子72以形成一扩散层75，以形成不规则粗糙表面，而使光反射及折射达到光扩散效果，诸如此类是属于表面扩散型的扩散膜片，其基材厚度较薄，基本结构多如图1、图2所示。

但以微粒黏附、喷涂或印刷方法在制程时由于重力、黏滞力或静电等因素易使扩散微粒子难均匀分布于黏着剂中，因而有扩散层分布不均的问题，如以研磨方式则需于基材的表面进行机械研磨动作，制程上会存在损伤或减弱基材的结构强度问题，前述先前技术对此一问题并未揭示任何解决的手段。

而为改善扩散片具备薄型化的功能设计，得以在灯具及液晶显示器的背光模块结构应用上可达到更薄尺寸，所以如图3所示，其证书号编为中国台湾专利第M268167号「具有光扩散片的背光模块」专利案，其揭露表面扩散型的扩散片80，其主要冷阴极灯管型态的光源25放置于反射片90与扩散片80之间，而扩散片80制成较大厚度的厚部88，而二厚部之间形成一薄部89。然而由于顶板91与扩散片80之间的出光面84为一平面，入光面83为对光源25而言为一凸面，因而背光模块作薄型化时，由于厚度变化规则是反比于至少一光源25与顶板91间距离的关系，使得入光面83的曲线更为弯曲，造成厚部88太厚，同时薄部89的曲面与入射光的入射角太大，反而出现亮度不足的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种光学扩散片的构造，其主要有效改善扩散片的光均匀性，意使扩散片应用于背光模块及灯具，可更具薄型化而不降低整体光均匀性与亮度的特点。

本实用新型是采用以下技术手段实现的：

一种光学扩散片的构造，其主要包含至少一透光层以及至少一与该透光层结合的散射层，该散射层内部均匀分布扩散微粒子，该散射层朝向光源该面为一入光面，另一相对面为出光面，该散射层的出光面具有至少一呈曲面型态，而该出光面每呈曲面位置可对准于发光源位置的上方，该散射层的厚度变化正比于距离最近的光源在不同角度所放射的光辐射亮度的对数，并且反比于该扩散微粒子的浓度。

本实用新型还可以采用以下技术手段实现：

一种光学扩散片的构造，其主要包含至少一透光层以及至少一与该透光层结合的散射层，该散射层内部均匀分布扩散微粒子，该散射层朝向光源该面为一入光面，另一相对面为出光面，该散射层的出光面具有至少一呈曲面型态，而该出光面每呈曲面位置可对准于发光源位置的上方，以该散射层在垂直方向厚度为正比于平面灯光源在垂直方向所放射的光辉度，并且反比于该扩散微粒子的浓度。

前述的光源为一维列阵排列。

前述的光源为二维列阵排列。

前述的透光层与散射层材料为透光性材料。

前述的散射层材料其折射率n₁与扩散微粒子其折射率n₂，两者之差的绝对值|n₁-n₂|在0～2之间。

前述的入光面、出光面，其截面曲线为一阶可微分函数。

前述的散射层的入光面具有至少一个凹面型态，入光面的曲面位置对准于光源位置上方。

前述的散射层的入光面为平面。

前述的透光层的出光面为平面或具三棱镜、金字塔、菲涅耳透镜、微透镜的微结构。

本实用新型与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

本实用新型主要散射层与透光层结合，尤其针对散射层本身呈凹凸的曲线，其所形成散射层的厚度变化，使散射层厚度系正比于距离最近的光源，其在不同角度所放射的光辐射亮度的对数(logarithm)，并且是反比于扩散微粒子的浓度，并且散射层配合于内部均匀散布扩散微粒子，因此在薄型化设计当中，可以消除因缩短光源与扩散片的距离所造成光线亮度不均的问题，得到扩散片兼具备薄型化、光亮度均匀化特点，得以充份应用于背光模块及灯具，解决以往薄型化难以使亮度均匀等问题。

附图说明

图1为现有表面扩散型扩散片的剖面图(出光面扩散层)；

图2为现有表面扩散型扩散片的剖面图(黏附法)；

图3为现有入射面曲线变化的扩散片的剖面图；

图4为本实用新型较佳实施例的扩散片结构示意图；

图5为本实用新型另一较佳实施例的扩散片结构示意图；

图6为应用于照明光源中扩散片结构示意图；

图7为应用于直下式背光模块中扩散片的结构示意图；

图8为应用于侧光式背光模块中扩散片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例加以说明：

本实用新型为一种光学扩散片的构造，请参看图4所示，扩散片10主要由一透光层15a与一散射层15接合构成的复合层构造。其中该透光层15a为透光性材料，在反向于光源20该面为出光面16，出光面16为平面，用以外加其它光学膜片时，得有一良好紧密接触性；

而该散射层15为内含均匀分布的扩散微粒子12的透光材料，用以达到变化散射层15厚度控制光透过率，其中散射层15具有供光源20的光线射入的入光面13，以及供光线射出的出光面14，散射层15的入光面13对每一光源20可为平面或凹面，而图4所示为平面，如此可防止在散射层15的薄部19区域的入射面的法线与入射光有41°的入射角，而散射层15厚度正比于距离最近的光源，其在不同角度所放射的光辐射亮度的对数(logarithm)，并且是反比于扩散微粒子12的浓度，薄部19的区域的出光面为14a。

前述散射层15厚度正比于距离最近的光源，其在不同角度所放射的光辐射亮度的对数(logarithm)，并且是反比于扩散微粒子12的浓度，其对应关系因应缩短扩散片10与光源20的距离时，光源20本身在不同角度所放射的光辐射亮度(简称为配光曲线)对于扩散片10的透光率的影响，是大于扩散片10与光源20的距离的影响，而散射层15中扩散微粒子12呈均匀分布，但使用不同浓度值可修正散射层15的厚度。

根据光垂直入射一厚度x的物体，其光透过率与物体厚度及内部粒子浓度有关，可表示成下列公式：

I＝I₀·exp(-α·x)

其中I：穿透的光辐射亮度；IO：入射的光辐射亮度；α：物体对光的吸收系数、扩散微粒子大小与扩散微粒子浓度有关；x：物体的厚度。(光辐射亮度定义：光源在某一方向上的单位投影面积、单位立体角中的辐射通量)

故上式取对数后，改为

X = - \log_{e} (\frac{I}{I_{0}}) / a,

因而散射层厚度变化取正比于光源配光曲线的对数(1ogarithm)及反比于扩散微粒子的浓度。因此、如图4所示代表光辐射亮度的I1、I2与厚度x₁、x₂需要满足

X_{1} / X_{2} = \log_{e} (\frac{I_{1}}{I_{2}})

关系。

为便于扩散板制作，其散射层在垂直方向厚度可简化为正比于平面灯光源在垂直方向所放射的光辉度(nits)。

如果图4所示扩散片10若有非平滑曲线结构超过100微米者，为避免于该位置产生亮暗不均，本实用新型在散射层15呈厚度较薄的薄部19区域，其所属的出光面14需设计为平滑曲线，比如是抛物线、圆弧线等作一圆滑连接，使得整个散射层15的出光面14为一阶可微分曲线。

图5所示散射层15的出光面14与入光面13亦为相同作法，惟相应光源20的入光面13显示为凹面。图4、图5显示散射层15与透光层15a可选用的材料，比如是透明的硅胶、橡胶、环氧树酯(Epoxy)、酚醛树酯(PMC)、热固型巯胺(Polyamide)、聚亚乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PP)、压克力树酯、聚碳酸酯、石英或玻璃。

散射层15中的扩散微粒子12则可为二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、滑石、云母、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、硫化锌(ZnS)等等消光系数很小，比如小于0.1的材料，形状则为中空或实心的圆球体、椭球体或其它多面体，粒俓大小在0.1～100微米之间，较佳实施例是在0.2～10微米之间。

该扩散片10使用于白炽灯、发光二极管(LED)、热阴极荧光灯管(HCFL)、冷阴极荧光灯管(CCFL)及平板状光源…等光源的光学模块中有良好的扩散均匀及薄型化效果。

请再参阅图6所示扩散片10应用实施例的剖面图，其显示一壳体30的内面31镀银或铝薄膜10a(或涂布有光反射效能的涂料或贴覆有光反射模)，而一光源20置于灯罩10与本实用新型扩散片10之间，将光源20分为20a、20b、20c及20d四区。首先说明图面的左半边情形，由于镜面反射效应，可想而知在等距离d1产生虚光源21及等距离d2产生虚光源22。因此光源20的20a部分的配光曲线，同时配合虚光源22的22c区部分的成像光源而照射于扩散片10上，另外光源20的20b部分的光强度配光曲线则是由光源21的21a部分取代而照射于扩散片10上。因此在薄型化的模块结构中，散射层15厚度变化，取为正比于距离最近的光源在不同角度所放射的光强度的对数(logarithm)且反比于图4所示扩散微粒子12的浓度。

同理，图面的右半边情形亦相同，若光源20为白炽灯、LED…等的点光源，则散射层15的出光面14，请配合图4所示，曲面形状像伞状；若光源20为HCFL、CCFL…等的线光源，则散射层15的出光面14曲面形状像长条脊状。

再请参阅图7的剖面图，运用本实用新型的扩散片10可以改善现有技术中关于直下式背光模块的薄型化及均光问题。直下式背光模块包含一壳体301、一反射片42、复数个光源20、一扩散片10、一扩散膜片40及一增亮膜片41，将上述组件组合在一起构成模块，最后使液晶面板50置于背光模块之上。如果光源20如为周期排列者，则取一单元结构55说明，其显示其左边散射层15的厚度变化是正比于光源20中20a及21b部分的配光曲线照射于扩散层15的对数，同样单元结构55中右边散射层15的厚度变化是正比于光源20中20c及21d部分的配光曲线照射于扩散层15的对数。

请参阅图4所示，若光源20为CCFL(或HCFL)，则单元结构55中整个散射层15形状，则在一维方向上作周期性的复制于其它位置；若光源20为LED且为周期性的列阵排列，则单元结构55中整个散射层15形状，则在二维方向上作亦周期性的复制，最后透光层15a覆盖于散射层15上，而透光层15a的出光面16与散射层15的入光面13保持平行，其它光学片则与透光层15a的出光面16紧贴。如此在直下式背光模块薄型化同时，即可维持一定光均匀性并且不会降低亮度。

图8所示较佳实施例的剖面图，应用于7时以下的侧光式背光模块，包含一壳体302、一反射片42、一光源20、一扩散片102及一增亮膜片41。同样将光源20分成为20a、20b、20c及20d四区，首先光源20中20c部分的配光曲线直接经空腔56而照射在扩散片102上，出光面141呈倾斜面状，另外20d部分的配光曲线经经空腔56及反射片42亦照射在扩散片102上。因此取散射层15的厚度变化是正比光源20中20c及21d部分的配光曲线照射于扩散层15的对数；至于光源20中20a与20b部分的光，则经半圆形反射片42反射后，水平进入空腔56之中，故而对7时以下的侧光式背光模块而言，由实验结果可约略视为均匀分布至扩散片102上。

因此最后对于扩散片102的散射层15的厚度变化是正比光源20中20c及21d部分的配光曲线照射于扩散层15的对数。而透光层15a的出光面16，则保持与散射层15的入射光面132平行，以利于与增亮膜片41紧密贴附。至于空腔56也可用导光板取代，此时本实用新型的扩散片102的材料，宜选用软性材质，如硅胶。

最后应说明的是：尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，普通技术人员仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离实用新型的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1. 一种光学扩散片的构造，其主要包含至少一透光层以及至少一与该透光层结合的散射层，其特征在于：

该散射层内部均匀分布扩散微粒子，该散射层朝向光源该面为一入光面，另一相对面为出光面，该散射层的出光面具有至少一呈曲面型态，而该出光面每呈曲面位置可对准于发光源位置的上方，该散射层的厚度变化正比于距离最近的光源在不同角度所放射的光辐射亮度的对数，并且反比于该扩散微粒子的浓度。

2. 一种光学扩散片的构造，其主要包含至少一透光层以及至少一与该透光层结合的散射层，其特征在于：

该散射层内部均匀分布扩散微粒子，该散射层朝向光源该面为一入光面，另一相对面为出光面，该散射层的出光面具有至少一呈曲面型态，而该出光面每呈曲面位置可对准于发光源位置的上方，以该散射层在垂直方向厚度为正比于平面灯光源在垂直方向所放射的光辉度，并且反比于该扩散微粒子的浓度。

3. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述光源为一维列阵排列。

4. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述光源为二维列阵排列。

5. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述透光层与散射层材料为透光性材料。

6. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述散射层材料其折射率n₁与扩散微粒子其折射率n₂，两者之差的绝对值|n₁-n₂|在0～2之间。

7. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述入光面、出光面，其截面曲线为一阶可微分函数。

8. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述散射层的入光面具有至少一个凹面型态，入光面的曲面位置对准于光源位置上方。

9. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述散射层的入光面为平面。

10. 根据权利要求2所述的光学扩散片的构造，其特征在于：所述透光层的出光面可为平面或具三棱镜、金字塔、菲涅耳透镜、微透镜的微结构。