TWI418864B - 具微結構之導光裝置及具有該導光裝置的背光模組與液晶顯示器 - Google Patents

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Description

具微結構之導光裝置及具有該導光裝置的背光模組與液晶顯示器
本發明是關於一種具微結構之導光裝置，尤指一種以共押出製程一體成型製作且兼具有反射、均光與導光功能的具微結構之導光裝置，其可搭配一側光源使用來構成一顯示器的背光模組。
導光板(Light Guide Plate)是顯示器背光模組中的光導引媒介，主要是多數背光模組為側光型(Edge Type)，藉由導光板導引側向的光線由顯示器正面射出，能提高面板輝度(luminance)及控制亮度均勻。
導光板的原理是利用光線進入導光板後產生光反射，將光線傳至導光板的另一端，特別可利用導光板的一側特定結構產生各個角度的擴散現象，將反射光導引至導光板正面，折射率越大，其導光能力越好。另外，除了射向正面的光線外，有些光線會由導光板底部之反射板再次導入導光板。
如圖一所示，為習知技術如美國專利第7,108,385號(公告於西元2006年9月19日)所揭露的發光元件的光源模組，其揭露一種導光板。其中，液晶面板57、擴散膜56、菱鏡模組55、光源模組50、光射出的平面523，包含導光板520與反射板524，光源模組50中電路板51與反光層54，上述各元件形成一個背光模組5。
然而，習知技術導光板中各部元件的缺點，包括反射片、導光板、擴散片、菱鏡片等，可歸納為如下表一：
如圖二所示，習知技術之導光板520在光線傳導過程中，會面臨光損耗問題。為了在背光模組5增加反射光的效果，習知技術會新增一反射板524，由於此習知的反射板524與導光板520之間有空氣層525，將增加光581損耗達8%左右，降低光利用率，並且會增加背光模組5製程程序及成本。
此外，習知技術之導光板若是採取印刷導光板之技術，則易因印刷導光板需經過網版、油墨、及網印技術等，造成產品良率控制不佳及亮帶的缺失。如圖三所示，為習知技術之導光板520之亮帶示意圖；於導光板520之出光面上將會因出光不均勻而在其中央部分出現條狀最亮區域582(亦即亮線)、次亮區域583、以及最外圍之較暗區域584。
如上所述，習知技術由於導光板與板材之間有空氣層而增加光損耗、背光模組成本較高、有明顯亮線現象、菱鏡模組加工不易且微結構易損壞等缺失，而有進一步改良之空間。
本發明之主要目的是在於提供一種具微結構之導光裝置及具有該導光裝置的背光模組與液晶顯示器，該導光裝置為共押出製程之簡單之一體成型之三層複材結構，可具有提升光之利用率、出光更為均勻、輝度更為增亮、降低背光模組成本、不需菱鏡模組等優點。
為達上述之目的，本發明揭露了一種具微結構之導光裝置，可搭配一側光源使用來構成一顯示器的背光模組。該導光裝置至少包括有：一均光層、一導光層及一反射層。導光層係定義有一入光面，該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導光層中。反射層可將該導光層中射向該反射層之該光加以反射回該導光層。於均光層較遠離該反射層之側的表面是一出光面，該導光層是位於該反射層與該均光層之間。該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出。其中，該反射層、該導光層與該均光層三者為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面；並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構。
於一較佳實施例中，該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：；並且，n1<n2；其中，H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度、n1是該均光層的折射率、且n2是該導光層的折射率。
於一較佳實施例中，該具微結構之導光裝置更符合至少下列其中之一條件：0.233≦(H2/P2)≦0.419；P2值係介於80μm至250μm之間；反射面深寬比(H2/P2)值介於0.2至0.319之間，且均光層厚度t1與導光層厚度t2的比值範圍為1≦t1/t2≦29；該反射面之微結構為非連續性之微結構，且兩相鄰微結構之間距G值介於0~1.4mm。
於一較佳實施例中，該具微結構之導光裝置更包括有至少下列其中之一：複數擴散粒子，添加於該導光層中；複數擴散粒子，添加於該均光層中；於該出光面上設有立體之一微結構；不同折射率之兩種塑料，混合於該反射層中；複數反射粒子，添加於該反射層中；以及可控制疏密變化之一粗糙面或一霧面，形成於該出光面上。
為了能更清楚地描述本發明所提出之具微結構之導光裝置及具有該導光裝置之背光模組與液晶顯示器，以下將配合圖式詳細說明之。
(一)本發明裝置(三層結構)之概述：
如圖四所示，本發明之具微結構之導光裝置1，特別是指一種多合一(ALL IN ONE)的導光裝置，透過共押出一體成型之整合性製程，在導光裝置之導光層與反射層之間的反射面上形成立體之微結構，使得單一導光裝置即可達成均光、導光與光反射的效果，可應用於任何側光源2形式之大型面板，其導光裝置1之本體主要包含：一微結構反射層11；一導光層12；及一微結構均光層13。
如圖四所示為本發明具微結構之導光裝置1之本體實施例之一。此具微結構之導光裝置1為一簡單之一體成型之三層複材(為共押出製程)之微結構導光裝置。
(二)本發明微結構反射層11(下層)之概述：
本發明之具微結構之導光裝置1的數個重要概念中的其中之一，是利用反射面微結構的設計來造成由側光源2所產生之光於導光裝置1內的反射現象，以取代傳統網點方式來散佈光源；且該微結構係形成於反射層11與導光層12之間的反射面上，進而取代反射板的使用。其中，利用微結構均光層13之擴散粒子將線光源或點光源形成面光源，並於均光層13與反射層11之微結構相互對應，進而取代反射片的使用，達到反射、導光及均光之效果。
藉由上述技術，本發明減少了因為反射片所產生的光損耗，主要方式為與導光層12同時形成的反射片或是反射層11。如圖五所示，本發明之具微結構之導光裝置1利用在導光層12之一底側增加微結構以及一層反射層11，與此導光裝置1同時形成，使得此具微結構之導光裝置1之本體中的反射層11與導光層12間無空氣界面層。由於本發明反射層11與導光層12板材之間無空氣層，與圖二所示有空氣間隔的習知技術相較之下，本發明之具微結構之導光裝置1可提昇光利用率，其微結構亦可作導光層之反射與光擴散現象，同時達到反射與導光的效果，可有效降低光損耗至4%以下。同時，由於本發明之具微結構之導光裝置1的製程經簡化，故可減少導光裝置貼膜程序、背光模組製程程序及成本。
而本發明之具微結構之導光裝置1的反射層11之較佳實施例為：
(1)以不同折射率之兩種塑料進行混合、或是在反射層塑料中添加少量之反射粒子的方式，來製作本發明之反射層11。
(2)若是以不同折射率之兩種塑料進行混合來製作反射層11時，其不同折射率塑料之混合比例為7：3。
(3)　若是以添加反射粒子111的方式來製作反射層11時，其反射粒子111折射率為2.2~3.2，添加濃度小於0.5%重量百分比。
(4)反射粒子粒徑111介於1-100μm，最佳範圍為4-50μm。
(5)反射層11本身塑料之折射率介於1.6-2.5。
(6)反射層11與導光層12折射率差值介於0.05-1。
(三)本發明微結構均光層13(上層)之概述：：
在本發明之具微結構之導光裝置1的實施例中，更利用微結構均光層13中所添加的複數微小擴散粒子131將線光源或點光源形成面光源，達到均光與遮瑕的效果，藉由折射率差提昇光利用率。
本發明之具微結構之導光裝置1的微結構均光層13的較佳實施例可以為：
(1)在均光層13中添加少量之擴散粒子131、或是針對均光層13之出光面132的表面進行霧化處理。
(2)擴散粒子131與均光層13之塑料基材折射率差介於0.04＜Δn＜0.1。
(3)擴散粒子131粒徑介於2μm~10μm。
(4)均光層13之上表面(出光面132)粗糙度(Ra)介於1μm＜Ra＜6μm，可提升輝度及均勻度。
(5)　均光層13本身塑料基材之折射率介於1.42-1.63。
(四)本發明微結構：
在本發明之具微結構之導光裝置1的實施例中，在導光層12與反射層11相鄰接之表面(也就是導光層12之底側面，或是反射層11之頂側面)係定義為一反射面。本發明在此反射面上及(或)均光層13之上表面(出光面132)上增加複數個微結構之設計。於本發明中，每一微結構之間距離為相等距離、非等距離或是交錯排列之微結構。各個微結構可以是三維(例如：金字塔)結構，各面具有不對稱或對稱的三角形、側面不對稱或對稱之三角形結構、柱狀結構、弧形結構等。較佳實施例如下：反射面及(或)出光面之各個微結構之深寬比為0.02~0.8；並且，各個微結構的寬度介於80μm~250μm為較佳。
反射層厚度(Rh)與反射面之微結構深度(H2)兩者關係介於0.02＜Rh(1/H2)＜0.8，因此，兼具反射及導光效果。
(五)本發明微結構反射層11(下層)之導光效果與厚度關係：
本發明之具微結構之導光裝置1的實施例中，其反射層11微結構厚度與入光量的關係，可以得出一個較佳的範圍，也就是反射層11的厚度不宜大於本體總厚度(均光層13、導光層12與反射層11三者厚度合計)的1/10。
(六)本發明微結構反射層厚度(下層)與微結構深度關係：
請參閱圖六，為本發明之具微結構之導光裝置的一輝度關係曲線圖。於本曲線圖中的兩軸關係數據如下，其中縱軸反映的是整體微結構形成的輝度(Luminance)也就是在出光面所量測到的輝度值，橫軸為反射層的厚度(Rh)乘上反射面之微結構深度反比(1/H2)的反射層微結構之厚深關係值。
因此，根據圖六數據可知，不同的反射層厚度與微結構深度比值對於出光面的輝度會有不同的影響。當Rh(1/H2)值落於0.02＜Rh(1/H2)＜0.8此範圍內才能同時有反射及導光之效果，反射層之反射率約80%，若超出此範圍則會使反射率過低或勻光功效不佳；並且，當Rh(1/H2)值進一步落於最佳範圍0.02＜Rh(1/H2)＜0.5之間時，則本發明之具微結構之導光裝置可進一步提供較高輝度於出光面上也就是具有較佳反射與勻光的光學表現。
(七)本發明均光層13之厚度、濃度及均勻度關係：
本發明之具微結構之導光裝置1的實施例中，其均光層13與導光層12之厚度、濃度及均勻度關係之實施例可以如下：
(1)導光層12添加少量擴散粒子，可解決亮帶及均勻度不佳等現象。
(2)當擴散粒子粒徑越小，相同穿透分佈越窄。
(3)當擴散粒子粒徑越大，相同穿透分佈越寬。
(4)隨著折射率差異與所需添加濃度而變化；隨著粒徑大小與所需添加濃度而變化。
本發明之具微結構之導光裝置1，藉由在導光層12中添加少量擴散粒子，可以解決亮帶及均勻度不佳的問題，亦可提昇光的利用率；當擴散粒子與導光層12塑料基材折射率差介於0.04＜Δn＜0.1範圍內時，可以保持高穿透率的狀態。並且，導光層12內之擴散粒子的粒徑介於2μm~10μm，且該導光層12本身塑料基材之折射率介於1.42-1.63。
其中，本發明之均光層13與導光層12之厚度比、均光層13與擴散粒子的濃度，與輝度及光均勻度有關。
本發明具微結構之導光裝置1中影響導光層12形狀與均光層13之粗糙度因素有：
(1)　均光層13表面(出光面132)不平整時(也就是具有粗糙度時)，有助提昇導光板輝度值。
(2)　均光層13表面(出光面132)粗糙度隨反射層11之反射面的微結構而變化。
均光層13表面(出光面132)粗糙度(Ra)優點：(1)增加導光板輝度；(2)解決亮帶問題；(3)提高均勻度。
因此，均光層13之出光面132粗糙度(Ra)與輝度(L)的關係中，粗糙度在1μm至6μm中得較好的輝度。
(八)本發明之具微結構之導光裝置之本體具體結構的其他多種實施例態樣：
於本發明中之具微結構之導光裝置1中，其均光層13中可以添加也可以不添加擴散粒子131，且均光層13上表面(出光面132)可以是鏡面平面、霧面平面、具連續性微結構、單側入光設計之非連續性微結構、以及雙側入光設計之非連續性微結構等多種態樣；同時，導光層12中可以添加也可以不添加擴散粒子122；同時，反射層11與導光層12兩者接觸面(反射面112)也可以是鏡面平面、霧面平面、具連續性微結構、單側入光設計之非連續性微結構、以及雙側入光設計之非連續性微結構等多種態樣。因此，將上述之各種不同設計之反射層11、導光層12與均光層13交叉搭配後，即可得到如圖七所示之本發明中之具微結構之導光裝置1本體中的反射層11、導光層12與均光層13結構的多種實施態樣。舉例來說，在圖七之欄位41中由上往下依序的四個結構圖411、412、413、414分別顯示了：其均光層內具有擴散粒子(圖411、412)與不具有擴散粒子(圖413、414)、但四者(圖411、412、413、414)之均光層上表面(出光面4111、4121、4131、4141)都是具有連續性結構設計而且反射層與導光層兩者接觸面(反射面4112、4122、4132、4142)是平面(鏡面或霧面)的四個實施例(其中，圖411、413實施例之導光層內有擴散粒子，但圖412、414實施例則無)。又如，欄位42中的四個結構圖421、422、423、424分別顯示了其均光層內具有擴散粒子(圖421、422)與不具有擴散粒子(圖423、424)、但四者之均光層上表面(出光面4211、4221、4231、4241)都是平面(鏡面或霧面)而且反射層與導光層兩者接觸面(反射面4212、4222、4232、4242)是具有雙側入光設計之非連續性微結構的四個實施例(其中，圖421、423實施例之導光層內有擴散粒子，但圖422、424實施例則無)；其他實施例則類推。此外，在出光面與反射面兩者皆有微結構(不論是連續性、非連續性、單側或雙測入光設計)的各實施例中，其設於出光面上之微結構的排列方向和設於反射面上之微結構的排列方向可以是互為平行或是正交的排列方向。
本發明之具微結構之導光裝置1除了其出光面與反射面的結構可以多樣化搭配與設計之外，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構的具體結構設計也有許多不同的實施例，例如但不侷限於圖八A至圖八O所示之實施例，逐一舉例說明如後。
如圖八A所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第一實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之連續性三角條狀微結構801。
如圖八B所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第二實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之連續性半圓條狀微結構802。
如圖八C所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第三實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之立體的連續性錐形(金字塔)微結構803。
如圖八D所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第四實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之立體的連續性球形微結構804。
如圖八E所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第五實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之立體的連續性弧狀錐形微結構805。
如圖八F所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第六實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條狀、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構806(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八G所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第七實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條狀、等距疏密變化的微結構807。
如圖八H所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第八實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構808(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八I所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第九實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、等距疏密變化的微結構809。
如圖八J所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第十實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性立體的錐形(金字塔)、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構810(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八K所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第十一實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數狹長且以陣列排列之非連續性立體的錐形(金字塔)、等距疏密變化的微結構811。
如圖八L所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第十二實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構812(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八M所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第十三實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、等距疏密變化的微結構813。
如圖八N所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第十四實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構814(特別適合雙側入光也就是導光層之左右兩側面均為入光面之設計)。
如圖八O所示，本發明之具微結構之導光裝置1上的微結構第十五實施例，其出光面或(及)反射面上所設置之微結構可具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、等距疏密變化的微結構815。
請參閱圖九，為本發明之具微結構之導光裝置1a的另一實施例示意圖。於本實施例中，該具微結構之導光裝置1a的均光層13a之上表面也就是出光面132a上、以及在反射層11a與導光層12a之間的反射面112a上，均分別設有微結構。其中，設於出光面132a與反射面112a上之微結構都是非連續性的；並且，設於反射面112a上的微結構不僅是非連續性且更是有疏密變化的微結構。並且，對於非連續性且有疏密變化的反射面112a微結構來說，其最接近入光面15處之反射面112a上的兩相鄰微結構之間距G為最大，而越遠離入光面15處之反射面112a上的微結構間距G則逐漸越小。藉由在反射面112a上設置可控制疏密變化也就是越遠離入光面15則間距G越小(越密集)的微結構，可達到出光均勻、與避免接近入光面15處較亮越遠離入光面15則越暗的現象。並且，當該反射面112a上所設置之非連續性微結構的結構間距G值介於0~1.4mm之較佳範圍時，若再搭配貼附於出光面132a上之至少一光學膜590後，其出光面132a將不會有亮線現象發生(亮線不可視)。同理，若是在出光面132a上設置類似上述之非連續性且可控制疏密變化的微結構，也可以達到類似的出光均勻效果。
藉由在本發明之具微結構之導光裝置1a的出光面132a上貼合該至少一光學膜590、以及在入光面15處設置一側光源2，再搭配其他習知附屬配件後即可構成一背光模組。之後，可將該背光模組結合一習知液晶面板57而構成一液晶顯示器。
請參閱圖十與圖十一，分別為本發明用來製造具微結構之導光裝置之共押出製程的一實施例流程圖與示意圖。以製作如圖九所示具一體成型三層結構之本發明導光裝置1a的共押出製程為例，首先需分別把用來形成反射層11a之含有反射粒子111a之塑料置於押出機台副押出機1料桶21中，並把用來形成導光層12a之含有不同粒徑大小及不同折射率擴散粒子122a之塑料置於押出機台主押出機料桶22中，以及把用來形成均光層13a之含有不同粒徑大小及不同折射率擴散粒子131a之塑料置於押出機台副押出機2料桶23中。其中，導光層12a與均光層13a所使用的塑料與擴散粒子122a、131a可以是相同但也可以是不同之材料。接著，將這些料桶21、22、23中的塑料分別藉由螺桿混煉24後，進入押出模具(T Die)25的主、副層。之後，再藉由R1、R2及R3三組滾輪將其押合成形，進而共押出一體成型之本發明「all in one」且兼具有反射、導光與均光功能的導光裝置1a。相較於習知技術有藉由鍍膜方式在導光層下表面鍍上一層反射層的習知技術，本發明採用共押一體成型的技術確實更具有製程上的便捷性與進步性。
請參閱圖十二，為本發明用來在具微結構之導光裝置之出光面上形成粗糙面的噴砂製程示意圖。於本發明中，形成於在具微結構之導光裝置之出光面的粗糙面或霧面，也就是形成於導光層之上表面的粗糙面或霧面，其粗糙的程度可藉由控制噴砂裝置31之噴砂壓力p、噴砂速度v、以及噴嘴32與滾輪表面33距離d來加以控制。之後再以具有預定粗糙面之滾輪表面33作為圖十一所示之滾輪R1、R2、R3，於共押出製程中滾壓該押合成形之塑料板材，進而在本發明共押出一體成型三層結構之導光裝置的反射面及(或)出光面上押出粗糙面。而該粗糙面的粗糙程度，將會影響本發明之具微結構之導光裝置之出光面與光學膜片之間的靜電吸附程度、以及導光能力的均勻性，例如下表二所示：
於表二中，當本發明中之具微結構之導光裝置的出光面上所形成之粗糙面的粗糙度Ra小於0.46 μm時會容易使具微結構之導光裝置之出光面與光學膜片之間的靜電吸附現象變嚴重而容易將其刮傷。當Ra大於2.21 μm時會增加光線之取出效率，有造成具微結構之導光裝置之出光均勻度下降之虞，且當Ra大於6 μm時其出光品質甚至有無法通過品管之虞。因此，於本發明中，可將具微結構之導光裝置之出光面上所形成之粗糙面的粗糙度控制在0.07 μm至2.52μm之間，尤以0.46 μm至2.21 μm之間為較佳，且1μm至2.21 μm之間為更佳。
於本發明中，導光層與反射層之本身塑料均可以選自目前習知之塑料，例如但不侷限於：壓克力(polymethylmethacrylate；簡稱PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate；簡稱PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；簡稱PET)、MS等等。導光層中所添加的擴散粒子也可以選自目前習知之材料，例如但不侷限於：PMMA微粒、PC微粒、PET微粒、MS微粒等。反射粒子也可以選自目前習知之材料，例如但不侷限於：SiO2 微粒、TiO2 微粒等。
對於本發明之具微結構之導光裝置而言，除了因共押出一體成型與微結構設計而具有如前述之可提昇光利用率、降低光損耗、無須再使用額外的反射片與增亮膜(BEF)之使用、可簡化模組架構並降低背光模組成本、以及減輕光學膜片的靜電吸附現象等優點之外，其在導光之光學效能(例如出光均勻性、輝度、以及品味等)的提升也是重要的考量因素。
請參閱圖十三A與十三B，分別為本發明之導光裝置之一實施例以及其於測試出光面之光型的角度與光亮度之間的對應曲線圖；該曲線圖之X軸為出光面之光型的出光角度值其範圍為0度至90度、且Y軸為光亮度值。以圖十三A所示之本發明之導光裝置1b的結構為例，該導光裝置1b之本體為共押出一體成型之三層扁平板狀結構，其包括有位於上層之均光層13b、位於中間層之導光層12b、以及位於下層且添加有反射粒子之反射層11b。在導光裝置1b本體之導光層12b的一旁側面係為一入光面15，於入光面15旁設有一側光源2(可為CCFL或LED)用以產生一光20，該光20係經由該入光面15射入導光裝置1b的導光層12b中。於導光層12b與反射層11b相鄰接之表面(也就是導光層12b的底面、或是反射層11b的頂面)是一反射面112b，而均光層13b較遠離反射層11b之側的表面(也就是均光層13b的頂面)是一出光面132b。於導光層與均光層中可以添加但也可不添加擴散粒子；並且，當導光層與均光層兩者本身塑料(含其內所添加之擴散粒子)的材質都相同時，則導光裝置1b實質上將相當於僅有導光層與反射層的共押出一體成型的雙層結構。而圖十三A所示之本發明之導光裝置1b的實施例，便是以導光層與均光層兩者本身塑料(含其內所添加之擴散粒子)的材質都相同為例。於本實施例中，該入光面15與出光面121b相互垂直。於該出光面121b之任一位置點上可定義有垂直於該出光面121b的一法線N。由於反射層11b的特性，使得在導光層12b內部向下偏折之光20在射向反射面112b時，則光20將會被具微結構之反射面112b所反射203而折回導光層12b並改變角度。然而，在導光層12b內部行進之光20在射向出光面132b時，則會因為該光20的行進方向與該出光面132b之法線N之間的夾角θ大小的不同，而有反射201或出光202兩種不同的光學效果。至於，決定光20究竟會在出光面處反射或是出光的因素之一，則是導光層與均光層本身塑料的折射率n與外界空氣之間的光折射臨界角θc來決定。其中，臨界角θc=sin-1 (1/n)。
於本實施例中，以導光層(同均光層)的折射率n=1.58為例，將n=1.58代入上式，則可計算出臨界角θc=39.26°(約等於40°)。在另一實施例中，若導光層(同均光層)的折射率n=1.49為例時，則可計算出臨界角θc=42.16°(約等於42°)。當射向出光面132b之光20與法線N之間的夾角θ小於該臨界角θc時，該光20將會出光202而自該出光面132b折射出去；而當該夾角θ大於該臨界角θc時，該光20將會被反射201回導光層12b中。
依據圖十三A所示之本發明之導光裝置1b一實施例的結構，可測試並繪製其出光面之光型的角度與光亮度之間的對應曲線圖。如圖十三B所示，係分別以雙層架構(亦即僅具有導光層與反射層、或是當均光層與導光層塑料材質相同時)以及三層架構(具有不同塑料材質也就是不同折射率所構成之均光層、導光層與反射層)兩種導光裝置來測試並繪製其出光面之光型的角度與光亮度之間的對應曲線圖。由圖十三B所示之曲線可知，雙層架構且無特殊勻光設計之導光裝置實施例的曲線明顯朝向出光角度為0度之垂直法線的右側偏移，顯示在缺乏不同折射率之均光層的情況下，由出光面所出射之光會在約30度至50度之傾斜視角範圍有最大亮度；相對地，在適於人眼觀看的0度視角反而亮度較低。然而，對於有適當之反射面微結構深寬比、以及適當之均光層與導光層之折射率和厚度比值設計的三層架構導光裝置實施例的曲線，其由出光面所出射之光線則明顯被導往正視角，使得出光面在正、負20度角之視角範圍有最大亮度，因而可增加背光模組之亮度。
依據前述之光效能評估方式，來對多種具有不同寬深比微結構之反射面、不同的均光層折射率與導光層折射率、以及具有不同厚度比之均光層與導光層，來進行交叉配對，並逐一依據如圖十三A與圖十三B所示的方式來逐一模擬與量測其出光面之光亮度，並將結果整理如下表三。
其中，前述之出光面光亮度的量測方式，請參閱圖十四為本發明量測導光裝置1之出光面132的光亮度的實施例示意圖。如圖十四所示，在上視圖方向所顯示之出光面132範圍中選取共13個位於不同位置的測試區。藉由在不同結構設計之導光裝置1的一側光源2發出光射入導光裝置中，再於該導光裝置1之出光面132共13個測試區量測其正視角光亮度後取其平均值，並將該平均值作為所測得之光亮度填入表三中。
於表三中，「結構深寬比」欄位內的值指的是導光裝置之反射面(也就是反射層上表面)上之微結構的深度H2與寬度P2比值；「n1」欄位內的值是均光層之折射率值；「n2」欄位內的值是導光層之折射率值；「t1」欄位內的值是均光層之厚度值；「t2」欄位內的值是導光層之厚度值；「t1/t2」欄位內的值是均光層與導光層兩者厚度之比值；「光亮度」欄位內的值是依據圖十四所示之實施例所量測得到之出光面共13個區域的光亮度平均值。
由表三中序號11至序號64實施例所量測到的光亮度相較於其他實施例的光亮度可知，當反射面深寬比(H2/P2)值介於0.233至0.419之間(亦即，0.233≦H2/P2≦0.419)時可以有較佳之光亮度；並且，n1<n2之實施例的光亮度也比n2>n1之實施例來得好。另，由表三中序號23至序號78實施例所量測到的光亮度可知，當反射面深寬比(H2/P2)值介於0.2至0.319之間時，具有適當均光層與導光層厚度比值範圍為1≦t1/t2≦29內之三層架構的導光裝置可具有相較於兩層架構之導光裝置(導光層厚度0)更高的光亮度；並且，三層架構之導光裝置的光亮度甚至可以比兩層架構之導光裝置之光亮度更高出67%(例如，以序號54與序號56兩實施例的光亮度值來比較)。至於，於圖十三B中所示之三層架構導光裝置實施例的曲線，則是依據序號42實施例的三層架構來模擬所得的曲線，其出光面之光亮度可高達5755 nits。
請參閱圖十五A、十五B及十五C，分別為說明本發明之導光裝置中的反射面深寬比(H2/P2)對於光反射效果的不同實施例圖。
如圖十五A所示，當反射面112c深寬比H2/P2太小時，光線20c經由反射層11c之反射面112c微結構反射後，會使得光線往大視角方向偏折，偏離正視角，使得出光面132c所測得之光亮度較低，故H2/P2之範圍不小於等於0.134較佳，也就是應符合以下數學式：
如圖十五B所示，由於當均光層13d折射率小於導光層12d折射率(n1<n2)時，例如當n1=1.49且n2=1.58時，將會有如下式之結果：
其結果為，光線經由反射層11d結構導正後可直接出射至出光面132d並出光，不會在均光層13d與導光層12d介面產生全反射，造成光在導光層12d中再次傳遞、損耗光能量，所以可以獲得較高之出光面132d的光亮度。
如圖十五C所示，當反射面112e深寬比H2/P2太大時，光線20e經由反射層11e之反射面112e微結構反射後，會使得光線20e往入光面15側的方向偏折，偏離正視角，使得光亮度較低，故H2/P2之範圍不大於等於0.5時較佳，也就是應符合以下數學式：
綜合上述之數學式可以得知，當本發明之導光裝置的反射面微結構符合以下數學式時，將可以得到較高的出光面光亮度：
其中，P2值係介於80μm至250μm之間為較佳，其若小於80μm則在共押出製程中藉由滾輪押出微結構的成型率會降低、若大於250μm則在出光面易有亮線現象。
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。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、1a、1b．．．具微結構之導光裝置
11、11a、11b、11c、11d、11e．．．反射層
111、111a．．．反射粒子
112、112a、112b、112c、112d、112e．．．反射面
12、12a、12b、12c、12d、12e．．．導光層
122、122a．．．擴散粒子
13、13a、13b、13c、13d、13e．．．均光層
131、131a．．．擴散粒子
132、132a、132b、132c、132d、132e．．．出光面
15．．．入光面
2．．．側光源
20、20c、20d、20e．．．光
201、203．．．反射
202．．．出光
21、22、23．．．料桶
24．．．螺桿混煉
25．．．押出模具
R1、R2及R3．．．滾輪
31．．．噴砂裝置
32．．．噴嘴
33．．．滾輪表面
41、42．．．欄位
411、412、413、414、421、422、423、424．．．圖
4111、4121、4131、4141、4211、4221、4231、4241．．．出光面
4112、4122、4132、4142、4212、4222、4232、4242．．．反射面
5．．．背光模組
50．．．光源模組
51．．．電路板
520．．．光板
523．．．光射出的平面
524．．．反射板
54．．．反光層
55．．．菱鏡模組
56．．．擴散膜
57．．．液晶面板
581．．．光
582．．．最亮區域
583．．．次亮區域
584．．．較暗區域
590．．．光學膜
801~815．．．微結構
圖一為習知技術之發光元件的光源模組示意圖。
圖二為習知技術之導光板在光線傳導過程中發生光損耗的示意圖。
圖三為習知技術之導光板之亮帶示意圖。
圖四為本發明之具微結構之導光裝置之第一實施例的示意圖。
圖五為本發明之具微結構之導光裝置第一實施例可減少光損耗的示意圖。
圖六為本發明之具微結構之導光裝置的一輝度關係曲線圖。
圖七為本發明中之具微結構之導光裝置中的反射層、導光層與均光層結構的多種實施態樣示意圖。
圖八A至圖八O分別為本發明之具微結構之導光裝置上的微結構的不同實施例示意圖。
圖九為本發明之具微結構之導光裝置的另一實施例示意圖。
圖十為本發明用來製造具微結構之導光裝置之共押出製程的一實施例流程圖。
圖十一為本發明用來製造具微結構之導光裝置之共押出製程的一實施例示意圖。
圖十二為本發明用來在具微結構之導光裝置之出光面上形成粗糙面的噴砂製程示意圖。
圖十三A為本發明之導光裝置之再一實施例示意圖。
圖十三B為如圖十三A所示之本發明導光裝置於測試出光面之光型的角度與光亮度之間的對應曲線圖。
圖十四為本發明量測導光裝置之出光面的光亮度的實施例示意圖。
圖十五A、十五B及十五C，分別為說明本發明之導光裝置中的反射面深寬比(H2/P2)對於光反射效果的不同實施例圖。
1．．．導光裝置
11．．．反射層
111．．．反射粒子
112．．．反射面
12．．．導光層
13．．．均光層
131．．．擴散粒子
132．．．出光面
15．．．入光面
2．．．側光源

Claims (10)

  1. 一種具微結構之導光裝置，可搭配一側光源使用且包括有：一導光層，其係定義有一入光面；該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導光層中；一反射層，可將該導光層中射向該反射層之該光加以反射回該導光層；以及一均光層，其較遠離該反射層之側的表面是一出光面，該導光層是位於該反射層與該均光層之間，並且，該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出；其特徵在於：該反射層、該導光層與該均光層三者為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面；並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之導光裝置，其中，該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：；並且，n1<n2；其中，H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度、n1是該均光層的折射率、且n2是該導光層的折射率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具微結構之導光裝置，其更符合至少下列其中之一條件：0.233≦(H2/P2)≦0.419；P2值係介於80μm至250μm之間；反射面深寬比(H2/P2)值介於0.2至0.319之間，且均光層厚度t1與導光層厚度t2的比值範圍為1≦t1/t2≦29；該反射面之微結構為非連續性之微結構，且兩相鄰微結構之間距G值介於0~1.4mm。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之具微結構之導光裝置，其中，該具微結構之導光裝置更包括有至少下列其中之一：複數擴散粒子，添加於該導光層中；複數擴散粒子，添加於該均光層中；於該出光面上設有立體之一微結構；不同折射率之兩種塑料，混合於該反射層中；複數反射粒子，添加於該反射層中；以及可控制疏密變化之一粗糙面或一霧面，形成於該出光面上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具微結構之導光裝置，其中：當該導光層中添加有該複數擴散粒子時，該導光層內之擴散粒子與該導光層本身塑料基材之折射率差(Δn)值係介於0.04＜Δn＜0.1，該導光層內之擴散粒子的粒徑介於2μm~10μm，且該導光層本身塑料基材之折射率介於1.42-1.63；當該均光層中添加有該複數擴散粒子時，該均光層內之擴散粒子與該均光層本身塑料基材之折射率差(Δn)值係介於0.04＜Δn＜0.1，該均光層內之擴散粒子的粒徑介於2μm~10μm，且該均光層本身塑料基材之折射率介於1.42-1.63；當該反射層中混合有不同折射率之兩種塑料時，其不同折射率之兩種塑料之混合比例為7：3；當該反射層中添加有該複數反射粒子時，該反射粒子之折射率為2.2~3.2，且添加濃度小於0.5%重量百分比，且該反射粒子之粒徑介於4-50μm，該反射層本身塑料之折射率介於1.6-2.5，且該反射層與該導光層兩者折射率差值介於0.05-1；以及當該出光面上具有該粗糙面時，該出光面之粗糙度(Ra)值介於1μm＜Ra＜6μm。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之具微結構之導光裝置，其中，當該出光面上具有該粗糙面時，該出光面之粗糙度(Ra)值是介於1μm＜Ra＜2.21μm。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之具微結構之導光裝置，其中，於該出光面上設置有立體之一微結構，並且，於該出光面上之微結構的排列方向和該反射面之微結構的排列方向是互為平行或是正交的排列方向兩者其中之一。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具微結構之導光裝置，其中，當該出光面上之微結構與該反射面之微結構是以下其中之一：具有多數狹長且平行排列之連續性三角條狀微結構；具有多數狹長且平行排列之連續性半圓條狀微結構；具有多數以陣列排列之立體的連續性錐形微結構；具有多數以陣列排列之立體的連續性球形微結構；具有多數以陣列排列之立體的連續性弧狀錐形微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條狀、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體三角條狀、等距疏密變化的微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數狹長且平行排列之非連續性立體半圓條狀、等距疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性立體的錐形、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數狹長且以陣列排列之非連續性立體的錐形、等距疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性立體的球形微結構、等距疏密變化的微結構；具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、不等距且兩側向遠離入光面處變密集的可控制疏密變化的微結構；以及，具有多數以陣列排列之非連續性弧狀錐形微結構、等距疏密變化的微結構。
  9. 一種具有導光裝置之背光模組，包括有：一側光源；一導光層，其係定義有一入光面；該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導光層中；一反射層，可將該導光層中射向該反射層之該光加以反射回該導光層；一均光層，其較遠離該反射層之側的表面是一出光面，該導光層是位於該反射層與該均光層之間，並且，該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出；以及至少一光學膜，覆蓋於該出光面上；其特徵在於：該反射層該導光層與該均光層三者為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面；並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構；並且，該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：；並且，n1<n2；其中，H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度、n1是該均光層的折射率、且n2是該導光層的折射率。
  10. 一種具有導光裝置之液晶顯示器，包括有：一側光源；一導光層，其係定義有一入光面；該入光面可供該側光源所發出之一光自該入光面進入該導光層中；一反射層，可將該導光層中射向該反射層之該光加以反射回該導光層；一均光層，其較遠離該反射層之側的表面是一出光面，該導光層是位於該反射層與該均光層之間，並且，該出光面與該入光面垂直，可供該導光層內之該光至少有一部分可自該出光面射出；至少一光學膜，覆蓋於該出光面上；以及一液晶面板，位於該光學膜較遠離導光層之側；其特徵在於：該反射層該導光層與該均光層三者為共押出一體成型，該反射層與該導光層之間無空氣界面；並且，於該導光層與該反射層之間係定義有一反射面，且於該反射面上係設置有立體之一微結構；並且，該反射面之微結構的深寬比數據係符合以下關係式：；並且，n1<n2；其中，H2是該反射面之微結構的深度、P2是該反射面之微結構的寬度、n1是該均光層的折射率、且n2是該導光層的折射率。
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