[发明专利]光学元件

说明书

本申请是申请日为2009年9月27日、申请号为200910177640.9的、发明名称为“光学元件”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光学元件，具体涉及一种应用于直下式背光模块的光学元件。

背景技术

常规背光模块依照光源的位置可区分为「侧光式(Edge Lighting)」、「直下式(Direct Lighting)」与「嵌入式(Embedded Lighting)」背光模块。侧光式背光模块是将光源置于模块的侧端，其具有轻、薄、低耗电等特性，特别适合应用在手机、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机中。然而，由于导光板厚度的限制，使得放置于侧边的光源数量受限，因此，侧光式背光模块一般仅用于18吋以下的中小尺寸产品中，而无法在较大尺寸的液晶显示器(LCD)中提供足够的光源。直下式及嵌入式背光模块是将复数个光源置于模块的底面上，使光线向上由正面射出。虽然其厚度较大，重量亦较重，但因为可以设置足够的光源，而具有高辉度、视角良好、光的利用效率高等优点，故一般是用在大尺寸产品中，例如LCD监视器与LCD电视等。

一般直下式背光模块的光线来源为冷阴极灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)或发光二极管(Light Emitting Diode,LED)。冷阴极灯管具有高辉度、高效率与寿命长等特性，加上其圆柱外形极易与光反射元件组合成薄板状的照明器，故已成为直下式背光模块的主要出光元件。惟，直下式背光模块中的冷阴极灯管是以并排方式配置于液晶面板下方，若未适当将光线扩散及匀化，极易因光强度分布不均，导致显示屏幕上出现明显的灯管轮廓，降低显像的品质。再者，对考量高亮度需求的直下式背光源模块而言，尺寸愈大，所需灯管数愈多，则所出现的明暗条纹现象即愈严重，因此，成为LCD显示器领域的一大发展瓶颈。

目前对此问题的解决方式主要有二种：一为拉长光源与导光板或扩散片之间的距离，以降低此种明暗带现象。然而，一旦光源与其它元件距离拉远后，除辉度即随之衰减外，背光模块的整体厚度亦随之增加，这两种衍生的问题均违反对背光模块轻、薄、光利用率高的要求。另一种方式则是于光源与液晶面板间设置扩散元件与棱镜元件，分别藉其扩散与集光功能，将由灯管所发出的光线扩散匀化后，再缩小其发散角度使其集中于约±35度的正视角(On-axis)方向，以有效耦合入液晶面板中，并达到出光均匀化的效果。惟，此一设计常产生辉度太低或是无法完全消除明暗条纹的问题。

如图1所示，美国专利第6,280,063号揭示一种复合式光增益元件，其包括基材12、位于基材底部的扩散层14、及位于基材上相对于扩散层的微结构层16。该光增益元件藉由扩散层14与微结构层16进行扩散及集光步骤，发挥匀光的效果。由于其微结构层16的棱镜结构顶部均为圆弧状，可增加耐磨性，但因圆弧顶部的曲率半径过大(约棱镜宽度的20至45%)，聚光效果较差。此外，扩散层14中的光散射颗粒18，于扩散层组装使用时，易刮伤相邻的元件，影响光学性质。

如图2所示，美国专利申请公开第2008/0225207号揭示一种光学膜片，其包含复数个半圆柱状且掺杂有扩散粒子的聚光结构，藉以避免聚光结构与相邻元件摩擦所生的损伤并提升匀光效果。惟，半圆柱结构聚光效果不佳，且因含扩散粒子会减少光的利用，所得辉度太低。

鉴于此，如何开发一种可用于直下式背光模块中并可提供出光均匀化、高光源利用率与低成本等功效的光学元件，已成为相关研发领域所需迫切解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的乃提供一种可用于直下式背光模块中并可提供出光均匀化、高光源利用率与低成本等功效的光学元件。

为了实现上述目的，本发明人进行了广泛深入的研究，结果发现下述的光学元件可以实现本发明的目的。

即，本申请发明提供如下各项发明：

1.一种光学元件，其包含

(a)基材；

(b)位于基材一侧的第一表面，该第一表面包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构，且该等圆弧顶部的曲率半径为3微米至20微米；及

(c)位于基材另一侧的第二表面，该第二表面可为一平面或具有凹凸结构。

2.如第1项的光学元件，其中至少两个以上的棱柱结构彼此互不平行。

3.如第2项的光学元件，其中该等互不平行的棱柱结构是呈已相交或未相交的形式。

4.如第1项的光学元件，其中该第二表面具有凹凸结构。

5.如第4项的光学元件，其中该第二表面具有不含扩散粒子的凹凸结构。