專利名稱：一種一體化微光學增亮膜及其背光模組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種背光模組及其增亮膜裝置的改進，尤其涉及的是一種用于中小尺寸平板顯示的背光模組及其增亮膜。
背景技術：
現(xiàn)有技術的背光模組是平板顯示中常用的組件，主要是為平板顯示組件提供均勻的面光源。圖I是美國3M公司公告的美國專利US6443583中所涉及的一種目前典型背光模組的結構示意圖，其中設置了光源11，該光源11設置在導光板12的側邊，并在導光板12的底層和上層設置有多層光學膜片13和14，以及雙層正交棱鏡膜15和16，這些多層的光學膜片設置，增大了光能在其間的損耗，亮度偏低，光能利用率不高，而且結構復雜，組裝不 便，生產成本較高。圖2a和圖2b所示是美國通用公司在中國的專利申請?zhí)枮镃N200380104836. 6的專利所涉及的具有改善視角的增亮膜的示意圖。與美國3M公司的雙層正交棱鏡膜片相比，該棱鏡片21結構形狀體橫截面具有彎曲的側壁或棱面22，如圖2b所示，采用具有相對較高的折射率材料與具有改進棱形體幾何形狀的棱形結構相結合，提高了亮度。曲面的微棱鏡結構改善了大視角漏光的現(xiàn)象，相對于普通棱鏡膜結構，能夠使棱鏡最上端出射的光線得到更好的匯聚。但是這種經(jīng)過改進的增亮膜仍需要兩層，從兩個正交方向上匯聚光線，如圖2a所示；而且由其組成的背光模組中仍然需要使用擴散膜。因此，不能實現(xiàn)增亮膜的集成化和背光模組的集成化。圖3a和圖3b所示是臺灣友達光電公司在中國專利申請?zhí)枮镃N200510063822. 5的增亮膜示意圖。棱鏡增亮膜如圖3a所示，包括一個主體結構31和一個微棱鏡陣列結構
32a、32b、......、32n。每一微棱鏡陣列的單兀結構不意圖為圖3b所不,為三位一體式結構
33a、33b和33c，兩側的直角三棱條33a和33c是將一側直角邊貼近底邊，而中間的三棱條33b是將直角條棱向上設置，將斜邊一側面貼近底邊。這種多個向上垂直面的結構據(jù)稱能有效減少背光模塊的漏光現(xiàn)象，通過使用該專利的特殊改進型微棱鏡結構，可以使通過棱鏡膜的光線在55°至65。的角度范圍內出射，縮小了光線的出射角度，提高了光的利用率。但是該專利所提及的背光模組仍需要擴散板，因而不可避免的存在擴散板對光的吸收，降低了光能利用率，同時仍無法實現(xiàn)背光模組光學膜片的集成化?，F(xiàn)有技術的各增亮膜中須要同時配合設置擴散膜，其設置層次多，工藝復雜，而且沒有提到是否在出射光的亮度值和均勻性上優(yōu)于目前典型結構的相應參數(shù)。因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種一體化微光學增亮膜，替代實現(xiàn)現(xiàn)有技術背光模組中的雙層正交棱鏡膜和擴散膜功能，并且提供一種采用該增亮膜組成的背光模組，能夠降低生產成本和工藝復雜程度。本實用新型的技術方案如下一種一體化微光學增亮膜，其包括一基底層，以及在該基底層上一體化設置的微單元陣列結構，該微單元陣列結構在所述基底層的出光面一側表面排布設置；其中，所述微單元陣列結構的每一單元包括一類圓臺結構。所述的一體化微光學增亮膜，其中，該類圓臺結構的底面為可以密排的四邊形，該類圓臺結構的下部為方臺；所述類圓臺結構的上部為用于各向等效聚光的圓臺。所述的一體化微光學增亮膜，其中，所述圓臺與所述方臺的各面交界線圓滑過渡設置。所述的一體化微光學增亮膜，其中，所述方臺的底面設置為矩形?！に龅囊惑w化微光學增亮膜，其中，所述方臺的底面設置為正方形。所述的一體化微光學增亮膜，其中，所述正方形的邊長為O. I μπι ΙΟΟΟμπι;所述圓臺的高度為O. I μ m 400 μ m ;所述方臺的高度為O. I μ m 400 μ m。所述的一體化微光學增亮膜，其中，所述類圓臺結構的上部為球面體、橢球體或圓錐體。所述的一體化微光學增亮膜，其中，所述微單元陣列結構采用微光學或二元光學迭代算法設計得到，并且所述微單元陣列結構設置為微米量級大小。一種采用任一所述一體化微光學增亮膜的背光模組裝置，其中，在所述一體化微光學增亮膜的基底層下設置有一導光板，以及在所述導光板下設置有一反射膜；在所述導光板側邊設置有光源，所述反射膜用于將所述光源發(fā)出的光反射向所述導光板，并通過所述一體化微光學增亮膜透射而出。所述的背光模組裝置，其中，所述一體化微光學增亮膜上不具有微單元陣列結構的另外一面為入光面，該入光面貼近所述導光板設置。本實用新型所提供的一種一體化微光學增亮膜及其背光模組，由于采用了在該基底層上的出光面表面排布設置的微米量級之微單元陣列結構以及該每一微單元結構采用一類圓臺結構，從而實現(xiàn)了背光模組出射光的均勻和增亮，無須采用擴散膜，降低了加工成本，簡化了生產工藝。

圖I為現(xiàn)有技術的背光模組示意圖。圖2a和圖2b為現(xiàn)有技術的另一種增売I旲不意圖。圖3a和圖3b為現(xiàn)有技術的再一增売I旲不意圖。圖4a和圖4b所示為本實用新型一體化微光學增亮膜裝置的示意圖。圖5為本實用新型一體化微光學增亮膜的對應微單元結構排布示意圖。圖6為本實用新型微單元結構另一較佳實施例示意圖。圖7a和圖7b為本實用新型中的光線透過半球狀結構和圓臺結構時的示意圖。圖8為本實用新型背光模組的示意圖。
具體實施方式
[0029]以下對本實用新型的較佳實施例加以詳細說明。如圖4a所示，本實用新型所述一體化微光學增亮膜包括一基底層111，其上表面即出光面112上設置有尺寸和排布密度都可調的微單元陣列結構113 ;該微單元陣列結構的底面可以密排、頂面可以各向等效聚光，尺寸為微米量級；該微單元陣列結構可以利用微光學、二元光學迭代算法或者其他優(yōu)化算法設計得到。如圖4b所示是本實用新型一體化微光學增亮膜110上表面即出光面上微單元陣列結構113的一較佳實施例的示意圖，為一類圓臺結構，該類圓臺結構的底面設置為可以密排的四邊形，并且整個類圓臺結構的下部114為方臺，較好的是采用正方形或長方形，以便底部可以密排在一起；所述類圓臺結構的上部為用于各向等效聚光的圓臺115。該一體化類圓臺采用微光學、二元光學迭代算法或者其他優(yōu)化算法設計得到，尺寸在微米量級。其底面正方形的邊長A取值范圍為O. I μπι 1000 μ m，優(yōu)選范圍為50 μπι 300 μ m，較佳值為180μπι、200μπι、230μπι、250μπι、280μπι等；其上半部分圓臺的上底半徑R的取值范圍 為 O. I μ m 500 μ m,優(yōu)選范圍為 11 μ m 200 μ m,較佳值為 65 μ m、70 μ m、75 μ m、80 μ m、85 μπι等；其上半部分圓臺的下底半徑T的取值范圍為O. Iym 500 μ m，優(yōu)選范圍為11 μ m 280μπι，較佳值為105μπι、110μπι、115μπι、120μπι、125μπι等；其上半部分圓臺的高度H取值范圍為Ο.Ιμ 400μ ，優(yōu)選范圍為20μ 30(^111，較佳值為8(^111、9(^111、100μπι、110μπι、120μπι等；類圓臺上半部分圓臺底面到類圓臺底面正方形的高度G的取值范圍為O. Ιμπι 400 μ m，優(yōu)選范圍為20μπι 300 μ m，較佳值為80 μ m、90 μ m、100 μ m、110 μ m、120 μ m 等。如圖5所示的是本實用新型一體化微光學增亮膜110上表面的微光學微單元陣列結構113的劃分區(qū)域示意圖。在該一體化微光學增亮膜上表面設置的微光學陣列結構的單元結構在每個小區(qū)域內，其結構參數(shù)R、T、A、H、G不變，且均為密排；在本實用新型上述實施例中，可以采用A > T、H = G，但是在不同區(qū)域內，類圓臺結構參數(shù)的確定是通過目前業(yè)界通用軟件仿真后得到的，上述五個參數(shù)在取值范圍內可為不同的數(shù)值。本實用新型所述一體化微光學增亮膜中，所述方臺與所述圓臺之間設置各面的交界線圓滑過渡，以便形成更佳的光學效果。也可以采用其他樣式的圓臺和方臺結構的拼合。如圖6所示為另一較佳實施例，其邊界采用圓滑的微結構，或稱為優(yōu)化類圓臺結構。圖中所示優(yōu)化類圓臺的結構參數(shù)及優(yōu)選值與圖4b中類圓臺的一致，僅是優(yōu)化類圓臺結構中各個曲面之間的臨界線處可以變得更加圓滑，過渡更加緩慢。本實用新型提出的一體化微光學增亮膜上表面類圓臺結構的上部所設置的單元結構并不局限于圓臺結構及邊界圓滑優(yōu)化類圓臺結構，還可以為球體、橢球體、非球體、圓錐體、類圓錐、金字塔、類金字塔、多面狀或異形狀等結構，亦可為其它由此衍生出的單元結構。通過結合底部的方臺實現(xiàn)底部密排不漏光，而通過頂部圓臺可實現(xiàn)散光和定向聚光。本實用新型背光模組中的增亮膜主要作用是把光線調節(jié)到正視方向區(qū)，即垂直于增亮膜表面的方向。半球體可以把斜入射的光線匯聚，圓臺結構既可以對垂直入射的光線不產生偏折，又可以對斜入射的光線進行匯聚。光線透過半球狀結構和圓臺結構的示意圖如圖7a和圖7b所示，從而可以實現(xiàn)增亮效果。本實用新型所述微光學單元結構113中，其下半部分是金字塔形方臺或類金字塔形方臺，上半部分是半球或圓臺，從聚光方向上看，方臺底面的矩形結構能夠實現(xiàn)密排，并從兩個方向匯聚光線；而半球或圓臺能從各個方向匯聚光線，因此本實用新型結合了矩形能密排和半球或圓臺能各方向聚光的優(yōu)勢。本實用新型所述微光學的類圓臺結構可以實現(xiàn)底部密排不漏光，對光線有著很好的匯聚作用，頂面圓臺各向等效對光線進行折反散射，由此同時具有擴散和增亮的作用。從而實現(xiàn)了簡化增亮膜層次的技術好處，實現(xiàn)了增亮的功能同時，減少了生產工藝的復雜度，降低了生產成本。如圖8所示是本實用新型的背光模組210，其包括光源211、一一體化微光學增亮膜110、一導光板213以及一反射膜214。所述光源211設置在所述導光板213的側面，用來通過所述導光板213的導光和入光，形成對平板顯示裝置的照明功能。所述光源211發(fā)出的光線經(jīng)所述導光板213入光面進入導光板內部，由于在所述增亮膜110的出光面上設置有本實用新型所述微光學單元結構113，從而可對所述導光板213的出射光線進行散射，進而實現(xiàn)對背光模組出射光的均勻和增亮輸出。部分從導光板213的底面射出的光線，經(jīng)
其下面的反射膜反射后會再次進入導光板，提高了光能利用率，減少了光能損失。本實用新型所述微光學單元結構113通過方臺和圓臺的兩階設置，可以實現(xiàn)對從所述導光板213出射的光線進行導光、擴散和增亮，從而實現(xiàn)光線均勻和增亮輸出。本實用新型一體化微光學增亮膜可對導光板上表面出射的各個方向的光束進行匯聚，使從導光板出射的光調節(jié)到正視區(qū)方向。相對于傳統(tǒng)的3M公司的雙層正交棱鏡膜，能夠有效地提高背光系統(tǒng)出射光的亮度值和照度以及亮度均勻性。通過仿真模擬，由本實用新型提出的一體化微光學增亮膜組成的背光模組亮度平均值為4552. 23nit，亮度均勻性為83. 32%，均優(yōu)于傳統(tǒng)背光模組的相應參數(shù)。在本實用新型增亮膜及其背光模組可以擴展應用于各種尺寸的平板顯示裝置中。本實用新型一體化微光學增亮膜可替代目前典型背光模組中的雙層正交棱鏡膜和擴散膜，既能減少棱鏡膜和擴散膜的使用，降低生產成本，也簡化了背光模組的組裝成本，使背光模組進一步實現(xiàn)了集成化和輕薄化，從而降低加工和組裝的成本。在本實用新型一體化微光學增亮膜的上表面設置了尺寸和排布密度都可調的微單元陣列結構；微單元陣列結構是底面可以密排、頂面可以各向等效聚光、尺寸為微米量級的微結構，如圖5所示為微單元結構的排布示意圖?？梢酝ㄟ^對微結構參數(shù)的調整以及尺寸和排布密度的調整，有效地提高背光模組出射光的亮度值、照度值和均勻性，提高了光能利用率。本實用新型背光模組利用微光學、二元光學迭代算法或其他優(yōu)化算法設計的一體化微光學增亮膜，可以先設計導光板下表面的網(wǎng)點或微結構，再優(yōu)化設計與之相匹配的一體化微光學增亮膜出光面上表面的微陣列結構單元及排布；也可以先設計一體化微光學增亮膜上表面的微陣列結構單元及排布，再優(yōu)化設計與之匹配的導光板下表面的網(wǎng)點或微結構。總之，相較于現(xiàn)有的3M公司棱鏡膜，該一體化微光學增亮膜使背光模組的整體設計有了更大的自由度。本實用新型一體化微光學增亮膜上表面的微單元陣列結構的尺寸和排布是與導光板底面的網(wǎng)點或微結構相匹配的。利用一體化微光學增亮膜上表面的微陣列結構可對導光板上表面出射的不同方向的光線進行匯聚，相對于傳統(tǒng)的雙層正交棱鏡膜，能夠有效提高背光系統(tǒng)出射光的亮度值、照度以及亮度均勻性。[0043]本實用新型該一體化微光學增亮膜上表面微單元結構陣列采用微光學、二元光學加工方法制作，亦可采用高精度微機械加工技術及相關的技術制作。制作出來的微光學單元結構會體現(xiàn)出微光學中特有的衍射現(xiàn)象，可以降低或消除明暗條紋，提高出射光均勻性。與傳統(tǒng)的精密機械加工方式相比，上述加工方式具有加工精度高，在保證相同加工精度的情況下制造成本相對低的優(yōu)勢。本實用新型所述增亮膜上的微單元陣列結構可以采用二元光學制作工藝，即利用微電子技術中的光刻、蝕刻單元工藝等進行多次掩膜套刻，來實現(xiàn)多臺階微浮雕的微單元陣列結構；用該多臺階微浮雕結構來逼近本實用新型所述增亮膜上表面微結構的連續(xù)相位輪廓。也可用微光學制作工藝，如灰度掩膜、激光直寫等技術，來實現(xiàn)上述連續(xù)浮雕的微單元陣列結構。這些加工工藝為現(xiàn)有技術所知可實現(xiàn)，在此不再贅述。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。 ·
權利要求1.一種一體化微光學增亮膜，其包括一基底層，以及在該基底層上一體化設置的微單元陣列結構，該微單元陣列結構在所述基底層的出光面一側表面排布設置；其特征在于，所述微單元陣列結構的每一單元包括一類圓臺結構。
2.根據(jù)權利要求I所述的一體化微光學增亮膜，其特征在于，該類圓臺結構的底面為可以密排的四邊形，該類圓臺結構的下部為方臺；所述類圓臺結構的上部為用于各向等效聚光的圓臺。
3.根據(jù)權利要求2所述的一體化微光學增亮膜，其特征在于，所述圓臺與所述方臺的各面交界線圓滑過渡設置。
4.根據(jù)權利要求2所述的一體化微光學增亮膜，其特征在于，所述方臺的底面設置為矩形。
5.根據(jù)權利要求2所述的一體化微光學增亮膜，其特征在于，所述方臺的底面設置為正方形。
6.根據(jù)權利要求5所述的一體化微光學增亮膜，其特征在于，所述正方形的邊長為O.I μ m 1000 μ m ;所述圓臺的高度為O. I μ m 400 μ m ;所述方臺的高度為O. I μ m 400 μ m。
7.根據(jù)權利要求2所述的一體化微光學增亮膜，其特征在于，所述類圓臺結構的上部為球體、橢球體或圓錐體。
8.根據(jù)權利要求2所述的一體化微光學增亮膜，其特征在于，所述微單元陣列結構采用微光學或二元光學迭代算法設計得到，并且所述微單元陣列結構設置為微米量級大小。
9.一種采用如權利要求I至8任一所述一體化微光學增亮膜的背光模組，其特征在于，在所述一體化微光學增亮膜的基底層下設置有一導光板，以及在所述導光板下設置有一反射膜；在所述導光板側邊設置有光源，所述反射膜用于將所述光源發(fā)出的光反射向所述導光板，并通過所述一體化微光學增亮膜透射而出。
10.根據(jù)權利要求9所述的背光模組，其特征在于，所述一體化微光學增亮膜上不具有微單元陣列結構的另外一面為入光面，該入光面貼近所述導光板設置。
專利摘要本實用新型公開了一種一體化微光學增亮膜及其背光模組，其一體化微光學增亮膜包括一基底層，以及在該基底層上一體化設置的微單元陣列結構，該微單元陣列結構在所述基底層的出光面一側表面排布設置；其中，所述微單元陣列結構的每一單元包括一類圓臺結構。本實用新型一體化微光學增亮膜及其背光模組由于采用了在該基底層上的出光面表面排布設置的微米量級之微單元陣列結構以及該每一微單元結構采用一類圓臺結構，從而實現(xiàn)了背光模組出射光的均勻和增亮，無須擴散膜，降低了加工成本和生產工藝。
文檔編號F21S8/00GK202708982SQ20122030997
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權日2012年6月29日
發(fā)明者徐平, 蘇志杰, 張旭琳, 葉恩, 黃燕燕 申請人:深圳大學, 徐平