用于液晶显示模块中背光模块的导光体的制造方法

专利名称：用于液晶显示模块中背光模块的导光体的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于液晶显示器中背光模块的导光体的制造方法。此外，本发明是关 于此类导光体。再者，本发明涉及包含此类导光体的液晶显示模块。
背景技术：
现有的液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)模块包括LCD面板与背光模块， 其中LCD面板的一侧粘着于背光模块的发光侧。背光模块包括导光体(Light Guide)与光 源，例如一个或数个发光二极管(Light-emitting diode，LED)。
一般而言，导光体由塑型材料构成，其现有上以注塑成型制成。
IXD面板包括多个像素元件，通常设置成矩阵构造，其中每个像素元件皆充当光开 闭器，且可个别控制为透光状态或不透光状态。通过选择性控制每个像素，可形成(动态) 影像。背光模块所产生的光，可通过IXD面板的透光像素，且会被不透光像素挡住，以形成 发光的影像于IXD面板未连结于背光模块的一侧上。
光源(一个或多个LED)的光耦合进入导光体，并通过特殊的内部耦合结构，可改 善横跨导光体光分布的均勻度。此外，其外部耦合结构需要特别设计以达成足够均勻的光 分布。
近来，IXD模块的总厚度逐渐减少，同时导光体表面对角线(diagonal)尺寸也逐 渐增加。因此导光体厚度也已被减少，从大约0. 6毫米(mm)降至大约0. 2毫米。
LED厚度需要减少来配合导光体厚度，以避免由于LED高度与导光体厚度之间明 显的不匹配，所造成的额外的光内部耦合损失。举例来说，为了达成无损失的光内部耦合， 厚度0. 28毫米导光体的LED厚度，应将近0. 3毫米左右(亦即，LED有效率的光输出高度， 总是些微小于LED实际的物理厚度，亦即，在此情况下小于0. 3毫米)。然而，薄LED的发光 强度会因为LED厚度减少而变弱。
虽然LED厚度逐渐减少，但导光体厚度的减少趋势更为明显，亦即，欲达成较薄导 光体的规画(roadmap)，较欲减少LED厚度的规画更加积极。
总结来说，减少导光体厚度将造成导光体的光输出减少，因此减少模块亮度，该等 以下趋势所造成的结果
相对于LED厚度而减少的导光体厚度，会降低LED与导光体的内部耦合效率；
减少LED高度来与导光体厚度的减少一致，也将造成较低的导光体亮度，因为较 薄的LED (仍)有较低的LED发光强度。
此外，导光体厚度欲减少时，以注塑成型制成导光体的的方式会遇到某些困难。例 如在注塑成型制作工艺中，塑型材料必须先液化(通常通过加热)，然后在压力下被射出进 入铸模。
由于液化塑型材料具相对高的粘度，故液化塑型材料必须流经的区块，需具有一 定的尺寸。若特定区块的尺寸太小，则液化塑型材料将不能够完全填满此特定区块，或可能 完全没填入。由于此限制，故需要另一生产制作工艺。发明内容
为解决上述问题，本发明实施例是关于导光体的制造方法，其可包括以下步骤提 供薄膜(foil)；在高于薄膜材料玻璃转变温度的第一温度按压薄膜，以形成导光体的厚度 轮廓于薄膜中。
此外，本发明实施例是关于根据如以上所述方法自薄膜制造的导光体。此外，本发 明实施例是关于可包括此类导光体的背光模块。再者，本发明实施例是关于包含此类导光 体的液晶显示模块。此外，本发明实施例是关于包含此类液晶显示模块的电子装置。
由以下本发明具体实施例更特定的说明，本发明前述与其他特征将显而易见。


本发明通过范例例示，且不欲被所附图示限制，其中类似的标记代表类似的元件。
图1示意性显示IXD显示模块的剖视图2示意性显示LED与导光体的安排；
图3显示根据本发明导光体的制造方法的流程图4a、图仙、图如示意性显示在第一形成制作工艺之后，导光体的布局；
图5a、图恥示意性显示在第二形成制作工艺之后，导光体的布局；
图6a、图6b、图6c、图6d示意性显示在第三形成制作工艺之后，导光体的布局；
图7a、图7b示意性显示根据具体实施例导光体的布局。
主要元件符号说明
LMLCD模块
LCDLCD面板
OS光学(薄膜)堆
BL背光模块
LG导光体
LS光源
Bl发光表面
RF反射体
W楔形部分
F薄膜
S台阶
Wl楔形体延伸
WL长度
ST表面刻纹
P边缘几何形状
R凹陷具体实施方式
图1示意性显示IXD模块LM的剖视图。IXD模块LM包括具偏光板的IXD面板、包括光学(薄膜)堆叠OS的背光模块BL、导光体LG及光源LS。光学堆叠OS可重新引导与 增强自导光体LG发出的光，且其位于LCD面板与导光体LG之间。为了回收利用离开导光 体LG背部的光，通常会在导光体LG的底侧放置反射薄膜RF。
IXD面板的一侧连结于背光模块BL的发光表面Bl。背光模块BL包括光源LS (例 如一个或数个LED)。光源LS耦合于导光体LG，以发出光(箭头Ε)进入导光体LG。导光 体LG的发光表面Bl设置以在光学堆叠OS与LCD面板的方向，自导光体LG耦合输出放射 光(箭头L)。在导光体LG至少一个表面上施加表面刻纹(texture)，其用于自导光体LG 输出耦合光，并穿越发光表面Bi。可将表面刻纹施加于导光体LG面对反射体RF的表面上， 或面对LCD面板的表面上，或两者的表面上。
—般而言，表面刻纹设计以达成足够均勻的光分布。
图2示意性显示LED光源LS与导光体LG的安排。
为了减少因LED输出耦合高度与导光体内部耦合高度之间不匹配所造成的光损 失，导光体LG在导光体LG起始处具有楔形体。由于背景所提及的设计规则，亦即，LCD模块 LM整体厚度的减少，以及更特定而言其组件，例如导光体LG厚度的减少，使得导光体LG与 LED光源LS间的耦合也需要相应地做出调整。本实施例中，LED光源LS与导光体LG的耦 合，通过导光体LG的楔形部分W达成。楔形部分W提供相对大表面的转变，以耦合LED至 导光体LG较小的剖面(较薄的部分)。与较厚的LED直接放在较薄导光体前面而未使用楔 形体的情况比较，此方式改善了光的内部耦合效率。
根据本发明实施例，通过自薄膜材料制造导光体LG，可解决如以上所述的问题。
根据本发明，薄膜材料可被处理而具有导光体特性，其相当于注塑成型导光体。
图3显示根据本发明实施例中导光体LG的制造方法的流程图。
来自薄膜材料的导光体LG自一原料制成，一般而言是热塑性薄膜原料，其具有较 导光体所需厚度更大的厚度。
适合的薄膜材料可选自一群组，其至少包含聚醯胺(polyamide)、聚碳酸酯 (polycarbonate)、聚酉旨(polyester)、聚甲基丙；！；希酸甲酉旨(Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET-G)及环烯烃共聚物 (cyclic olefin copolymers)(例如在 Topas COC 共聚物中)。
在第一阶段301中，提供薄膜作为原料(亦即还未处理过的)。以薄膜作为原料而 非使用注塑成型的原料(亦即丸状(pellets)材料)，其优点在于避免注塑成型时液体材料 在铸模中必须经过较大距离的狭窄区块，因而克服了无法完全填满铸模的问题。
可将还未处理过的薄膜切割至预先决定的大小，作为第二阶段的准备。
在第二阶段302中，在第一形成制作工艺中处理如阶段301中所提供的薄膜，以将 导光体所需的厚度轮廓形成于薄膜中。通过热形成制作工艺，施加厚度轮廓于薄膜上。为 了此一目的，上述薄膜被插入于两个加热铸模部分之间的印模中。
在一个或可能两者铸模部分中具有空腔，其中一个或多个区块的尺寸，不同于导 光体LG厚度的另一厚度。此类一个或多个区块，是关于形成一个或多个楔形部分W，以及可 能为导光体LG的其他部分。
加热两者铸模部分至高于玻璃转变温度，且在特定压力下将其按压在一起。以此 技术，由于加热高于玻璃转变温度，故薄膜材料被塑化，且已塑化的材料通过压力而变形，以得到对应铸模内部轮廓的形状，并填满空腔，以形成具有用于导光体厚度轮廓的薄膜。
薄膜在经过上述处理后，导光体的外部轮廓或外框便已界定。
此外，熟此技艺者可理解，在上述第一形成制作工艺中需的压力与温度，取决于所 使用的薄膜材料。
在一实施例中，应可注意到对于以上所列的材料而言，可使用大约150°C的温度及 大约30000千帕(kPa)(大约300大气压(atm))的压力。但需说明的是，本实施例并非用 于限制本发明。
两铸模部分的表面抛光，可充分地表现在铸模处理过的薄膜上。在具体实施例中， 铸模部分具有高光泽表面，以在第一形成制作工艺之后，薄膜材料具有足够平坦的表面。
在此方式中，可形成薄膜内的楔形体及/或斜坡(ramp)结构，用以改善光的内部 耦合效率，如图2所说明。
在其他实施例中，可形成一个或多个台阶(st印S)于薄膜的边缘上，作为导光体 的机械设计中的支撑结构。
图4a、图4b、图如示意性显示在第一形成制作工艺之后的导光体LG。
图如以平面图显示导光体LG。在薄膜F内，显示导光体LG的外框或外部轮廓。 楔形部分W位于导光体LG的一个边缘处。在此范例中，楔形部分W沿着导光体LG整体宽 度的方向延伸。
在图如与图如的具体实施例中，楔形部分W耦合于导光体LG较厚部分处，至基本 上平面的楔形体延伸Wl (显示于图4c)，其延伸该楔形体较厚的部分越过长度WL。熟此技 艺者可理解，此类平面的楔形体延伸Wl为选择性的特征，可依显示模块的实际设计而定。
如图如所示，楔形部分W设置在导光体LG的上方边缘，而在此上方边缘的左右两 侧，可分别设置一或多个台阶S (如图如与图4b所示)。将可理解，依液晶显示模块实际的 结构而定，台阶的数量可能不同，及/或其位置可能不同。此外，也可不需要台阶的设置。
图4b与图如分别显示沿着线IVb-IVb与线IVc-IVc的剖面。
薄膜F可能稍微较导光体LG本身厚，以通过该薄膜材料的可塑性，形成导光体LG 的厚度轮廓。由于薄膜材料的可塑性，故楔形部分W、wi可能较薄膜F厚。台阶S可能较导 光体LG的余料(remainder)薄。如图如至图如中导光体LG的预产品(pre-product)所 具有的表面，大于最终产品(亦即导光体LG)。所以可在后续阶段从此预产品表面进行切割 以获得导光体LG。
再次参照图3，在接下来的阶段303中，在第二形成制作工艺中处理薄膜，以形成 用于导光体所需的表面刻纹于薄膜上。
通过热形成制作工艺，将表面刻纹形成于薄膜上。在第一形成制作工艺中所处理 的薄膜被插入印模中。按压加热金属印模于薄膜的一个表面或两表面上。加热金属印模至 适合形成表面刻纹的适当温度。
在第二形成制作工艺期间所使用的加热温度，可等同于或低于第一形成制作工艺 的加热温度。
对于以上所列的材料，可使用大约90°C的温度及大约2000千帕(大约20大气压) 的压力。
在金属印模上，具有所需刻纹的负片(negative)形状，由此可将刻纹表现于薄膜上。
较佳为，使用具空腔形式的负片结构于印模上，因此将会在薄膜的表面上形成突 出物。然而，也可使用相反的作法，亦即在印模上的突出物用于在薄膜的表面上形成凹部 (dents)。接下来，其他的刻纹例如似棱柱形或ν沟槽形状外部耦合结构，也可通过阶段303 的热形成制作工艺，自印模转移至具有可塑性的导光体材料中。
图5a、图恥示意性显示在第二形成制作工艺的阶段之后的导光体LG。图fe显示 导光体LG的平面图，且图恥显示导光体LG沿着线Vb-Vb的剖视图。
在导光体LG的发光表面上，示意性以细线指示表面刻纹ST。
再次参照图3，在随后的阶段304中，在第三形成制作工艺中将已在第一与第二形 成制作工艺期间处理过的薄膜脱出导光体。
欲作为导光体的薄膜部分，则沿着导光体的外框，自该已处理过的薄膜脱出.
可使用数个方法脱出用作导光体的薄膜部分，依实际的薄膜材料而定。
第三形成制作工艺的第一具体实施例，包括机械切割或冲压的方式将导光体从薄 膜脱出。
在此使用「公-母(male-female)」切割系统的原则。此意味着公形状按压穿越非 常紧密相称的母形状，且按压出该需要的形状。
第三形成制作工艺的第二具体实施例，包括使用激光光束切割。在第二具体实施 例中，以激光光束，局部融化薄膜材料并从剩余的薄膜(亦即现有为骨架(skeleton))切割 出外框，由此产生出薄膜的切割轮廓。
激光可由以下系统之一产生a)GalV0系统，其中由一组镜子引导激光光束沿着 切割轮廓；b)NoZZle系统，其中使用透镜喷嘴组合件，以在切割期间引导激光光束沿着切 割轮廓。
激光可为C02种类的激光。
第三形成制作工艺的第三具体实施例，包括应用水刀作为切割工具。非常狭窄的 水柱在高压下被引导沿着切割轮廓，且自上述薄膜材料切割出导光体。
图6a、图6b、图6c、图6d显示根据本发明实施例所制造的导光体LG的平面图、详 细的平面图、第一及第二剖视图。图6c与图6d分别显示沿着线Vlc-VIc与线VId-VId的 剖视图。
图6a示意性显示在第三形成制作工艺的阶段之后，导光体LG的平面图。
在第三形成制作工艺的阶段期间，在将与光源耦合的边缘部分(亦即该楔形部 分W、Wl的边缘)上，液晶显示模块中将面对相关LED的光放射窗，在此可提供图案P作为 特定的边缘几何形状，其更进一步详细显示于图6b中。导光体LG中的虚线，表示导光体相 对厚的楔形部分与相对薄的余料部分之间的转变。
应注意到，导光体LG的外框边缘(切割边缘)可具有某些特定的特性。这些特性 之一可能是，在导光体LG设置用于与光源耦合的位置上，切割边缘较佳为特定的边缘几何 形状P，例如选自以下群组中的一个边缘几何形状，此群组包含波线、波型、棱柱形结构、半 圆柱形结构，或任何其他预先界定的几何形状结构。
特定的边缘几何形状可改善光自光源进入导光体的内部耦合分布/分散。因此， 边缘几何形状可改善自导光体LG所发出光分布的均勻度，并因此改善导光体/背光的荧幕II/Jn (front-of-screen)性能。
此外，对于产品的光学性能而言，切割边缘的品质也非常重要。较佳为，切割边缘 基本上垂直于导光体LG的发光表面。
再者，切割边缘基本上没有毛边。切割边缘基本上应不受任何毛边及/或不需要 的不平整干扰。
再次参照图3，在第三形成制作工艺的阶段304之后，该方法可包括后制作工艺阶 段 305。
由于在背景阶段302-304期间的热及/或机械处理，故导光体LG可能已变形。后 制作工艺基本上是设置用来修平导光体。后制作工艺让导光体LG放置在两个已加热的工 具板之间，且导光体LG在一第三温度进行退火，此第三温度低于上述第二形成制作工艺期 间所使用的加热温度。此外，可通过工具板施加某机械压力于导光体LG上。
若导光体LG并未变形，则可省略该后制作工艺。
应注意到，在阶段304第三形成制作工艺之前，也可施加后制作工艺阶段305。
应注意到在具体实施例中，可结合第一与第二形成制作工艺于一第一结合的形成 制作工艺中。在此类结合的制作工艺中，面对薄膜一侧(其是导光体的发光表面)的铸模 部分的表面，具有所需表面刻纹的负片形状。
此第一结合的形成制作工艺适合对铸模部分的表面未显示粘性的薄膜材料。对于 此结合的制作工艺而言，薄膜材料可使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。再者，当使用PMMA时， 可在大约150°C的温度及大约30000千帕的压力，实现第一结合的形成制作工艺。
此外，应注意到在具体实施例中，可结合第一、第二及第三形成制作工艺于一第二 结合的形成制作工艺中，其中同时形成厚度轮廓、表面刻纹及导光体的外框。在此第二结合 制作工艺中，没有执行切割制作工艺。导光体形成于空腔中，其具有形状以形成厚度轮廓， 以及形成表面刻纹，且同时具有边缘形状，以形成特定的边缘几何形状P于导光体的边缘 上(例如波线、波型或棱柱形结构)。
对于此第二结合的形成制作工艺而言，薄膜材料可为PMMA。再者，当使用PMMA时， 可在大约150°C的温度及大约30000千帕的压力，实现第二结合的形成制作工艺。
本发明实施例提供方法自薄膜材料制造导光体，以形成相对薄的导光体，而没有 背景技术注塑成型形成孔洞的困难。再者，由于使用薄膜作为原料，故导光体可具有较大的 面积，也可具有相对较大的对角线大小，而仅受到铸模部分的尺寸的限制。此外，应注意到， 现有注塑成型的导光体自铸模射出之后，导光体通常会呈现内部应力，其最后可导致裂纹 与变形。相对地，当施加适当的(后)制作工艺时，根据本发明实施例所制造的基于薄膜的 导光体，基本上没有内部应力。
图7a、图7b显示根据本发明所制造的导光体更进一步的具体实施例。
图7a显示透视图，且图7b显示该导光体的平面图。
在更进一步的具体实施例中，在平坦的楔形体延伸Wl中设置一个或多个凹陷 (recesses) R，其局部减少楔形体延伸Wl朝向楔形部分W的长度。上述一个或多个凹陷R， 设置用于在楔形体延伸Wl内，以接受至少一个LED。在凹陷R面对楔形部分W的表面，可具 有特定的边缘几何形状P，用以将LED所发出的光耦合进入导光体LG。
此外，本发明实施例是关于背光模块，其包含根据本发明实施例的导光体。
本发明实施例也是关于电子装置，其可包括根据本发明配备着导光体的液晶显示 模块。此电子装置也包括电源供应器(未显示)耦接至液晶显示模块，以操作液晶显示模 块。此类电子装置可能是数字相机、可携式DVD显示器、电视、车用显示器、个人数字助理 (Personal digital assistant，PDA)、显示荧幕、笔记型电脑、平板电脑或手机之一。
已参照上述例示性具体实施例说明此发明，这些说明不应以限制意义理解。上述 例示性具体实施例的各种修订例，以及本发明其他的具体实施例，当参照这些说明时将显 而易见。因此列入考虑，所附权利要求将涵盖，落于本发明真实范畴及其合法相等物内的任 何此类修订例或具体实施例。
权利要求
1.一种导光体的制造方法，其用于一液晶显示模块的一背光模块，包含(a)提供一薄膜(foil)；以及(b)在高于该薄膜的材料的玻璃转变温度的一第一温度按压该薄膜，以形成该导光体 的厚度轮廓(profile)。
2.如权利要求1的方法，其中该步骤(b)包含放置该薄膜于一铸模部分之间，加热该铸模部分至该第一温度，而该铸模部分具有塑 形该导光体该厚度轮廓的图案。
3.如权利要求2的方法，其中该步骤(b)包含按压该已加热铸模部分之间的该薄膜，以界定该导光体的外框。
4.如权利要求1的方法，还包含(c)在一第二温度按压该薄膜，以形成一表面刻纹形状于该导光体的一表面中，其欲作 为一发光表面；以及该第二温度等同于或低于该第一温度。
5.如权利要求4的方法，其中该步骤(c)包含放置具有该导光体厚度轮廓的该薄膜于一金属印模下方，该金属印模具有一表面刻纹 图案；加热该薄膜及/或该金属印模至该第二温度；以及按压该金属印模于该导光体表面 中，以转移该金属印模的该表面刻纹图案于该导光体表面，而形成该导光体的该表面刻纹 形状。
6.如权利要求4的方法，还包含(d)沿着该导光体的外框，自该薄膜脱开该导光体。
7.如权利要求6的方法，其中该步骤(d)包含利用机械切割、冲压、激光光束切割及/或水刀切割，自该薄膜脱开该导光体。
8.如权利要求6的方法，其中该步骤(d)包含沿着该导光体的外框形成一边缘几何形状于该切割边缘上，该边缘几何形状至少形成 于设置该导光体以与一光源耦合的位置上。
9.如权利要求8的方法，其中该边缘几何形状选自以下一群组，该群组包含一波线、一 波型、一棱柱形结构、一半圆柱形结构，或任何其他预先界定的几何形状结构。
10.如权利要求6的方法，还包含在一第三温度退火该薄膜，该第三温度低于该第二温度。
11.如权利要求10的方法，还包含施加一压力于该导光体表面上。
12.如权利要求1的方法，还包含提供该厚度轮廓一较薄的平面部分与一楔形部分，该楔形部分设置于该较薄平面部分 的一侧上，以与一光源耦合。
13.如权利要求12的方法，还包含提供一楔形体延伸于该楔形部分的较厚部分。
14.如权利要求13的方法，还包含提供一个或多个凹陷(recesses)于该楔形体延伸中，该一个或多个凹陷设置用于接 受至少一个光源。
15.一种导光体，包含薄膜，其中该导光体的厚度轮廓与该薄膜一起形成，且在高于该薄膜的材料的玻璃转 变温度的一第一温度按压该薄膜。
16.如权利要求15的导光体，其中该薄膜的材料是一热塑性材料。
17.如权利要求16的导光体，其中该薄膜的材料选自以下一群组，该群组包含聚 醯胺(polyamide)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚酯(polyester)、聚甲基丙烯酸甲酯 (polymethyl methacrylate)、聚对苯二甲酸乙二酉旨(polyethylene terephthalate)及环 烯烃共聚物(cyclic olefin copolymer)。
18.一种光模块，包含 光源；以及如权利要求15的导光体。
19.一种液晶显示模块，包含 液晶显示面板；以及如权利要求18的光模块。
20.一种电子装置，包含如权利要求19的液晶显示模块；以及 电源供应器，其耦接至该液晶显示模块；其中该电子装置是一数字相机、一可携式DVD显示器、一电视、一车用显示器、一个人 数字助理(Personal digital assistant，PDA)、一显示荧幕、一笔记型电脑、一平板电脑或一手机。
全文摘要
本发明公开一种用于液晶显示模块中背光模块的导光体的制造方法。此方法包括以下步骤提供薄膜(foil)；以及在高于薄膜材料玻璃转变温度的第一温度按压薄膜，以形成导光体的厚度轮廓(profile)。
文档编号F21V8/00GK102033262SQ201010294509
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月25日
发明者乔塞夫·高隆, 法兰斯·微维格, 米歇尔·维尼斯特, 赛吉·陶森, 迪迪艾尔·S·A·雷克雷格 申请人:奇美电子股份有限公司, 维塔罗包装有限公司