TWI493255B - 在用於導光之樹脂層範圍之背光單元以及使用其之ｌｃｄ - Google Patents

Description

在用於導光之樹脂層範圍之背光單元以及使用其之LCD

本發明係有關一種背光單元，其係省略一導光板，並具有一擴散片(diffusion plate)；該擴散片係形成有一光學微結構於其上，以提升遮光(light shielding)效率及霧化效果(haze effect)。

一般而言，一液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)係為一可根據影像資訊單獨地提供一資料訊號給排列於矩陣陣列中之畫素，並調整該些畫素之光學透射率(optical transmittance)以形成一期望影像的裝置。因為LCD本身並不發光，故一背光單元係被裝設於該LCD之一後表面，以顯示一影像。

參閱圖1，如此之一背光單元1之結構配置係以使一平面導光板30被置放在一基板20之上，而複數個側發光式發光二極體10(side view LED)(僅繪示其中一者)係被設置於一陣列之一導光板30之一側。

自側光式發光二極體10被傳輸至導光板30之光線L係被形成於導光板30之一下表面上的一微反射微結構(fine reflection pattern)或一反射板40向上反射，自導光板30離開，然後提供背光給位於導光板30之上方的一LCD面板50。

如圖2所示，該背光單元可進一步包括複數個光學片於導光板30 與LCD面板50之間，包含：一擴散片31；稜鏡片32、33(prism sheets)；以及一保護片34。

如此之背光單元係具有從該LCD背面均勻地照明該LCD之功能(該LCD係無法自行發光者)，以使一顯示影像可被看見。該導光板係具有提供均勻照明給該背光單元之功能，且係為可均勻地將光自一光源(如發光二極體)傳送至該LCD之一全平面的一種塑膠模製鏡片。因此，這樣的導光板基本上係為背光單元之一必要組成部件。然而，傳統的背光單元係具有問題在於，因為導光板之厚度的關係，其整體產品很難達到輕薄的要求，且當背光單元為大面積時，影像品質可能會下降。

另，傳統的背光單元中用以擴散光之光擴散片或擴散片31係具有一遮光微結構，以避免光被集中。此遮光微結構係使用銀(Ag)來實施一遮光效果。然而，使用銀用以獲取遮光效果之該光學微結構係具有一缺陷在於其具有該微結構之一部分係完全地被光屏蔽了，故很難在一整體部分上達到光均勻，且因黃光自發光二極體光源所發出黃光之故，發出白光之背光單元的可靠度會降低。

本發明之一方面係在於提供一種背光單元，其係形成一光學微結構以屏蔽或擴散光於該背光單元之一光擴散片之一表面上，且將一擴 散微結構與一金屬微結構結合，以達到光均勻度，並實現一黃光屏蔽效果，進而得到一可靠的光品質。

本發明之另一方面係在於提供一種背光單元，其係可省略在一般背光單元中作為必要組成部件之一導光板，並使用一膜型樹脂層(film-type resin layer)來形成一光源導引結構，藉此減少光源數量，進而達到整體背光單元的輕薄並增強產品設計之自由度。

根據本發明一實施例，提供一種背光單元包括：複數個發光二極體光源形成於一印刷電路板(PCB)之上，該印刷電路板係以堆疊反射膜來形成；一樹脂層堆疊於該印刷電路板之上，以將光擴散及導引向前；以及一擴散片，其係具有一光學微結構印刷於其上，以屏蔽自該些發光二極體光源所發出之光。該背光單元可進一步包括：一表面處理層(surface treatment layer)，其係形成以容納該光學微結構於該樹脂層與該光擴散片之間。

根據本發明另一實施例，該光學微結構可形成於該擴散片之一表面上，且可包含有一擴散微結構，以至少一層實施，或該擴散微結構層與一遮光微結構之一組合。

本發明係具有功效優點在於，一光學微結構係形成於一背光單元 一擴散片之一表面上，以屏蔽或擴散光，並將一擴散微結構與一金屬微結構結合，以達到光均勻度，並屏蔽黃光，進而得到一可靠的光品質。

尤其，本發明之功效優點在於，其係可省略在一般背光單元中作為必要組成部件之一導光板，並使用一膜型樹脂層來形成一光源導引結構，藉此減少光源數量，進而達到整體背光單元的輕薄並增強產品設計之自由度。

另外，一側發光式發光二極體係被安裝成一直下式(direct type)的背光模組，以顯著地減少光源的數目，並達到光學性質，且一導光板係被省略不用，以使該背光單元得以被應用於一彈性的顯示結構，而一樹脂層係提供了具有一反射微結構之一反射膜以及具有一遮光微結構之一光擴散片，以達到穩定的發光性質。

上述及其他本發明功效與優點將配合所附圖示說明之。

《最佳模式》

在以下參考所附圖示，將詳細說明本發明之實施例。相同參考的數字將會指定到圖示解說中的相同元件，重複解說的部分將予省略。應理解的是，「第一」、「第二」以及類似的用詞在此是用來描述不同的元件；這些元件並不限制於此些用詞。這些用詞係用以區分各項元件 者。

本發明係關於一種背光單元，其係形成具有一光學微結構之一擴散片，以有效地遮蔽或擴散光，進而增強光效率，省略在一般背光單元中作為必要組成部件之一導光板，並形成一樹脂層於原導光板之位置，藉此顯著地縮小背光單元之整體厚度，且減少光源數量。特別是，本發明係關於一種背光單元，其係具有一表面處理層，當一擴散片與一樹脂層彼此耦接時，因一光學微結構之階梯，該表面處理層可去除一空氣層。

《實施方式》

圖3、4係根據本發明，繪示有一背光單元之配置結構。根據本發明之背光單元係包括：複數個發光二極體光源111形成於一印刷電路板110之上；以及一樹脂層140堆疊於發光二極體光源111之上，以將光擴散及導引向前。當然，在此情況下，一反射膜120係被堆疊於印刷電路板110之一上表面上，一擴散片150係被提供於樹脂層140之上方，而一稜鏡片160與一保護片170係另外被提供於擴散片150之上方。

尤其，在上述配置結構中，較佳地，一表面處理層152係被提供於樹脂層140與形成在擴散片150之一表面上的一光學微結構151之間，以將光學微結構上不平坦處變平。

較佳地，表面處理層152係形成為一平坦層，以將包覆光學微結構151之整個階梯包覆，進而在擴散片150之光學微結構151黏著於其下方之樹脂層140時，消除一暗區(dark space)與一亮區(bright space)之間，因階梯所造成之一空氣層。因此，如圖所示，該表面處理層之一高度係較佳地等於或大於該光學微結構之一高度。較佳地，表面處理層152基本上係由與製成樹脂層140之材料相同之材料所製成，以改善黏著特性。

如圖所示，至少一發光二極體光源111係被安置於印刷電路板110之上，以發出光。根據本發明之較佳實施例，可使用一側發光式發光二極體。也就是說，可使用一光源，其中自發光二極體光源111發出之光並不直向上行進，而是朝向側面前進者。另，該發光二極體光源可被設置為使用側發光式發光二極體之一直下式。藉此，在使用該樹脂層來擴散及反射光時，光源的數量被減少，進而可被顯著地縮減背光單元之整體厚度。

樹脂層140係被堆疊以圍繞發光二極體光源111，並藉此散佈自光源橫向發出之光。也就是說，樹脂層140可進行傳統導光板之功能。任何材料，只要其為樹脂且可擴散光，就可以被應用於該樹脂層。根據本發明一實施例之該樹脂層可包括使用丙烯酸氨基甲酸酯寡聚物(urethane acrylate oligomer)作為一主要材料之樹脂。舉例而言， 作為合成寡聚物(synthetic oligomer)之丙烯酸氨基甲酸酯寡聚物與高分子型(polymer type)的聚丙烯(polyacryl)之一混合物可被使用。當然，該混合物可進一步包含有一反應性稀釋單體(reactive dilution monomer)，其係具有一低沸點，例如：丙烯酸異冰片酯(isobornyl acrylate，IBOA)和丙烯酸羥基丙酯(hydroxylpropyl acrylate，HPA)、丙烯酸2-羥基乙酯(2-hydroxyethyl acrylate，2-HEA)；且可包含有一光起始劑(photo initiator)如1-羥基環己基苯基酮(1-Hydroxycyclohexyl Phenyl-Ketone)，或抗氧化劑(antioxidant)如一添加劑(additive)。

在此情況下，如圖3所示，樹脂層140係包括珠粒141(beads)，以增加光的擴散及反射。較佳地，該些珠粒係佔樹脂層140整體組成之0.01至0.3wt%。也就是說，自發光二極體橫向發出之光係被樹脂層140和珠粒141擴散及反射，藉此得以向上行進。另，反射膜120與一反射微結構130(將在下文中詳細說明之)可促進一反射功能。該樹脂層係顯著地將傳統導光板所佔據之厚度縮小，進而達到整體產品之輕薄度，且係包括一彈性材料，藉此可具有通用性，以使該背光單元得以被應用於一可撓式顯示器。

較佳地，反射膜120係由一反射材料製成，以散佈自光源發出之光；且其係以白印刷(white printing)來提供反射微結構130，以促 進光的散佈。該反射微結構可使用包括TiO₂ 及Al₂ O₃ 其中任一者之反射墨水來印刷。

擴散片150之功用係為擴散經樹脂層140所發出之光，且較佳地具有一光學微結構151以部分地將光屏蔽，進而避免黃光被發出或在光強度非常強時避免光學特性被弱化。也就是說，一遮光微結構可使用遮光墨水來印刷，以避免光被匯聚集中。

另外，光學微結構151係形成擴散片之一下表面，且係被表面處理層152處理，以避免因空氣層而在光學微結構被印刷時產生一暗區，並改善擴散片150與樹脂層140間的黏著力。尤其，為達此目的，表面處理層152可由與樹脂層140之相同材料來製成。

圖5係繪示有一結構其中擴散片150包覆各發光二極體光源111之一上部分，並特別地繪示有光源與光學微結構151間的位置關係。光學微結構151可為單純地印刷在擴散片150之下或上表面上。較佳地，光學微結構係位於光自被設置於擴散片下方之發光二極體光源111發出之一方向(前方)。亦即，該光學微結構可形成於該擴散片上對應一發光方向之位置，或該發光二極體光源之一垂直上表面上。

根據本發明之光學微結構151可由交疊印刷一擴散微結構及一遮光微結構為一單層或多層，來以一發光方向形成於該擴散片之下表面上。在此處，該擴散微結構係使用包含選擇有TiO₂ 、CaCO₃ 、BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、 及Silicon所組成之群組其中至少一者的遮光墨水來印刷。該遮光微結構係使用包含有Al或Al及TiO₂ 之混合物的遮光墨水來印刷。

圖6係根據本發明，繪示有形成一光學微結構之一例。

下文將配合圖示說明形成光學微結構之該例。光學微結構151可經由交疊印刷一擴散微結構151a及一遮光微結構151b，來以一發光方向被實施於擴散片之下表面上。擴散微結構151a係使用包含選擇有TiO₂ 、CaCO₃ 、BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、及Silicon所組成之群組其中至少一者的遮光墨水來印刷。遮光微結構151b係使用包含有Al或Al及TiO₂ 之混合物的遮光墨水來印刷。也就是說，在擴散微結構151a經由黑白印刷形成於擴散片之表面上以後，遮光微結構151b係形成於擴散微結構151a之上。或者，這樣的雙重結構可以一相反的順序形成。很明顯的，具有這樣的微結構之依設計係可根據光效率、光強度、以及一遮光比(light shielding ratio)而變動。

另外，一依序堆疊之結構中，作為一金屬微結構之遮光微結構151b可形成為一中介層(intermediate layer)，而擴散微結構151a可分別地形成於遮光微結構151b之上部分及下部分之上，以提供一三重結構(triple structure)。這樣的三重結構可使用上述材料來實施。一較佳實施例中，其中一個擴散微結構可使用具有高折射率(refractive index)之TiO₂ 來形成，而另一個擴散微結構可使用具有 良好的光穩定性(light stability)與色感知(color sense)之CaCO₃ 及TiO₂ ，且遮光微結構可使用具有高遮光力之Al來形成，藉此提供一三重結構。如此之結構可提供光效率及光均勻度。尤其，CaCO₃ 係可減少黃光之暴露，至其最終實施為白光，進而達到較穩定之光效率。除了CaCO₃ 之外，亦可使用無機材料如BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、或Silicon珠粒，具有大粒徑(particle size)以及一相似結構者。較佳地，該光學微結構係形成，以在發光二極體光源之發光方向之一距離增加時，降低一微結構密度，進而改善光效率。

在下文中將配合圖7a至7c，說明形成光學微結構之流程。

如圖所示，根據本發明之光學微結構可被印刷於擴散片150之上表面或下表面之上。如圖7a所示，該光學微結構可由單色調印刷(single tone printing)來實施，以形成一微結構層(擴散微結構151a)。如圖7b所示，該光學微結構可由交疊印刷(overlapping printing)一第二微結構(遮光微結構151b)於該第一微結構(擴散微結構151a)之上來實施。又，如圖7c所示，該光學微結構可由印刷該第一及第二微結構，並依序交疊印刷一第三微結構151c於該第一及第二微結構之上，來實施為一三重結構。該交疊印刷結構係為一藉由形成一微結構並印刷另一微結構於該一微結構之上來得到之結構。

如圖7a所示，當該光學微結構係以單色調印刷而形成於擴散片 150之一表面上時，較佳地，係使用包含有TiO₂ 之遮光墨水來進行該印刷，以達到絕佳的遮光效果與擴散效果。在此情況下，該遮光墨水可使用一樹脂材料，例如，如丙烯酸多元醇(acryl polyol)之樹脂、烴基(hydrocarbon-based)或酯基(ester-based)溶劑、以及如TiO₂ 之無機顏料的混合物。尤其，一添加劑如一含矽濕潤分散劑(silicone-type wetting and dispersing agent)或一消泡劑/均染劑(defoamer/levelling agent)可被添加於上述材料中。

又，該無機顏料可使用TiO₂ 或者TiO₂ 以及選擇CaCO₃ 、BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、及矽(silicon)所組成之群組其中一者或多者。

該無機顏料可使用一粒徑為500nm至550nm。根據一實驗例，該遮光墨水可包含有20%至25%的丙烯酸多元醇樹脂；20%至29%的溶劑；50%至55%的無機顏料；以及1%至2%的添加劑。

然後，在圖7b所示之步驟中，根據本發明之另一光學微結構可藉由交疊印刷可達到光擴散或光遮蔽之該擴散微結構(第一微結構)以及可達到光遮蔽之該遮光微結構(第二微結構)來形成於一雙重結構中。也就是說，在該第一微結構係如圖7a所示地被印刷後，該第二微結構可由包含有一金屬基材料之遮光墨水來形成於該第一微結構之上。該第二微結構可使用包含有Al或Al與TiO₂ 之混合物的遮光墨水來來印刷。當然，在此情況下，該第一及第二微結構可以一不同順序 堆疊。

該第二微結構係包括金屬基底顏料(metal-based pigment)。舉例而言，包含有金屬基底顏料之遮光墨水可使用由混合：樹脂如丙烯酸多元醇、烴基或酯基溶劑、金屬基底顏料、以及一添加劑如一含矽濕潤分散劑、一消泡劑、或一均染劑，所產生之材料。該材料可具有下述組成，例如，36%至40%的丙烯酸多元醇樹脂；33%至40%的溶劑；20%至25%的無機顏料；以及1%至2%的添加劑。另外，該溶劑可由混合10%至15%的烴基溶劑(具有低沸點)與23%至25%的酯基溶劑來產生。該第二微結構係為一金屬微結構，其大體上可達到遮光效果。

當形成具有兩微結構之堆疊結構時，該擴散微結構與該遮光微結構在本發明實施例中，第一微結構，亦即該擴散微結構，可使用包含有選擇CaCO₃ 、BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、及矽所組成之群組其中至少一者的遮光墨水來印刷。

又，在圖7c所示之步驟中，根據本發明之光學微結構可經交疊印刷而形成於一三重結構中。

也就是說，該光學微結構之該中介層可被實施為具有金屬微結構之遮光微結構層，而該擴散微結構可形成於該中介層之上表面與下表面之上。

如上所述，作為金屬微結構之該遮光微結構(第二微結構)係可 使用包含有Al或Al與TiO₂ 之混合物的遮光墨水來形成，而在圖7a或7b所示步驟中之擴散微結構係形成於該遮光微結構之上部分或下部分之上。

舉例而言，作為最外側微結構之第一及第三微結構係包括擴散微結構，且係形成為包含有TiO₂ 或者選擇CaCO₃ 、BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、及矽所組成之群組其中一者或多者之遮光墨水層；或者形成為包含有TiO₂ 與CaCO₃ 、BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、及矽其中任一者之混合物之遮光墨水層。另，形成光學微結構之該些微結構(第一、第二及第三微結構)係各自具有一厚度為4至100μm。

圖8係根據本發明，繪示有反射膜與反射微結構之結構之平面圖。

參閱圖8，根據本發明之反射膜120係被堆疊於印刷電路板之上，而發光二極體光源111係經反射膜120上之一孔而突伸至外界。當發光二極體光源係實施為側光式發光二極體結構時，光源的數量可顯著地被減少如上文所述。為了對應此數量減少之情況，反射微結構130係較佳地形成以顯著地改善光的反射性。

如圖中之例所示，該反射微結構係較佳地形成於該發光二極體光源之一發光方向。尤其，該光學微結構係形成以在LED光源之發光方向之一距離增加時，使一微結構密度增加。更詳細來說明，遠離該發光方向之一第二區域132、134具有之微結構密度係大於鄰近該發光方 向之一第一區域131、133所具有之微結構密度，以增加反射度。當然，該微結構可根據設計所需而以多種形狀實施。另，該反射微結構可由使用包含有TiO₂ 與Al₂ O₃ 其中任一者之反射墨水的一印刷方法來形成。

圖9係根據本發明，繪示有背光單元之運作圖。背光單元之運作將配合繪示有基礎結構之圖3以及繪示有其運作之圖9來說明之。

如圖所示，根據本發明之背光單元，其運作係使光自側光式發光二極體111橫向發出，並被形成於傳統導光板位置之樹脂層140所反射及擴散。在此處，光的反射效率係被反射膜120以及反射微結構130給進一步地增強，以使光能被導引向前。

通過樹脂層140之光係被形成於擴散片150上之光學微結構151擴散或屏蔽。純化光線L係通過一光學片如稜鏡片160，並以一白光入射於一LCD面板中。較佳地，表面處理層152係被提供於光學微結構151之上，以改善光學微結構151與樹脂層140之間的黏著性，並在黏著時去除空氣層，以去除一暗區並改善可靠度。

如此，根據本發明之背光單元係可省略導光板，將側光式發光二極體應用為一供光光源，並藉由樹脂層將光擴散與反射來導引光，進而達到光源數量的減少以及其輕薄度。另外，因光源數量的減少而導致之光亮度與均勻度降低，可由光學微結構如反射微結構、遮光微結構、或擴散微結構來補償之，進而實現一均勻的影像品質。

又，當樹脂層接合於擴散片時光學微結構發生之步驟可降低黏著力並形成空氣層，由此產生一暗區。在此情況下，為求去除該暗區，係增加表面處理層。據此，可得到一可靠的背光單元，並可將之應用於一LCD。

雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技術者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。因此，本發明之範疇應由所附之專利範圍之範疇，而非本參考書之說明內文，來定義，且所有落入本發明範疇之修改均應被理解為被包括於本發明申請範疇之內。

1‧‧‧背光單元

10‧‧‧側光式發光二極體

20‧‧‧基板

30‧‧‧導光板

31‧‧‧擴散片

32‧‧‧稜鏡片

33‧‧‧稜鏡片

34‧‧‧保護片

40‧‧‧反射板

50‧‧‧LCD面板

110‧‧‧印刷電路板

111‧‧‧發光二極體光源

120‧‧‧反射膜

130‧‧‧反射微結構

131、133‧‧‧第一區域

132、134‧‧‧第二區域

140‧‧‧樹脂層

141‧‧‧珠粒

150‧‧‧擴散片

151‧‧‧光學微結構

151a‧‧‧擴散微結構

151b‧‧‧遮光微結構

151c‧‧‧第三微結構

152‧‧‧表面處理層

160‧‧‧稜鏡片

170‧‧‧保護片

L‧‧‧光線

圖1、2係繪示有一傳統背光單元之結構；圖3、4係根據本發明，繪示有一背光單元之重要部件；圖5係根據本發明，繪示有一擴散片之光學微結構以及發光二極體之配置之平面圖；圖6係根據本發明，繪示有光學微結構；圖7a至7c係根據本發明，繪示有製造光學微結構之一實施例；圖8係根據本發明，繪示有一反射微結構；以及圖9係根據本發明，繪示有背光單元之運作與結構。

110‧‧‧印刷電路板

111‧‧‧發光二極體光源

120‧‧‧反射膜

130‧‧‧反射微結構

140‧‧‧樹脂層

150‧‧‧擴散片

151‧‧‧光學微結構

152‧‧‧表面處理層

160‧‧‧稜鏡片

170‧‧‧保護片

Claims (16)

1. 一種背光單元，包括：複數個發光二極體光源形成於一印刷電路板之上；一樹脂層堆疊於該印刷電路板之上，以嵌入該些發光二極體光源於其中，並將光擴散及導引向前；以及一擴散片，其係具有一光學微結構形成於其上，以屏蔽自該些發光二極體光源所發出之光，其中該光學微結構包括：一第二微結構，包括一遮光微結構，且藉由交疊印刷於作為一擴散微結構之一第一微結構之一上部分或下部分上，以擴散光或遮蔽部分的光，藉此將發出之光遮蔽或反射；以及一第三微結構，包括一擴散微結構以包覆該第一及第二微結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該第一微結構為一擴散微結構，且係使用遮光墨水來形成，該遮光墨水係包含有選擇TiO₂ 、CaCO₃ 、BaSO₄ 、Al₂ O₃ 、及矽所組成之群組其中至少一者，或選擇上述群組其中兩者或以上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該第一微結構用以擴散光；該第一微結構係包含有包括TiO₂ 或TiO₂ 與CaCO₃ 之一材料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之背光單元，其中該第一微結構之一厚度為4μm至100μm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該第二微結構係由包含Al或Al及TiO₂ 之遮光墨水來形成。
6. 如申請專利範圍第5項所述之背光單元，其中該第一及第二微結構係進一步包括一珠粒，以屏蔽或擴散發出之光。
7. 如申請專利範圍第5項所述之背光單元，其中該第二微結構之一厚度為4μm至100μm。
8. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中該第三微結構係由包括TiO₂ 或包括TiO₂ 與CaCO₃ 之一材料形成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之背光單元，其中該第三微結構之一厚度為4μm至100μm。
10. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其進一步包括：一表面處理層於該樹脂層與該擴散片之間，以容納該光學微結構。
11. 如申請專利範圍第10項所述之背光單元，其中該表面處理層之高度係大於或等於該光學微結構之高度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之背光單元，其中該表面處理層係由與形成該樹脂層之相同材料來形成，並將該擴散片黏著至該樹脂層。
13. 如申請專利範圍第1項所述之背光單元，其進一步包括：一反射膜，其係具有至少一反射微結構形成於其上。
14. 如申請專利範圍第13項所述之背光單元，其中該反射微結構係使用包含有TiO₂ 或Al₂ O₃ 之反射墨水來形成。
15. 如申請專利範圍第14項所述之背光單元，其中該樹脂層係進一步包含有一珠粒以反射或擴散光。
16. 一種液晶顯示器，包括：如申請專利範圍第1項所述之背光單元；以及一液晶顯示器面板，位於該背光單元之上。