專利名稱：無片式背光模塊、其導光板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明有關于一種無片式背光模塊及其導光板設計；具體而言，本發(fā)明有關于一種具有較大發(fā)光角度的無片式背光模塊及其導光板。
背景技術：
液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display, IXD)廣泛應用在計算機、電視、以及行動電話等各種電子產(chǎn)品上。其中，導光板應用于液晶顯裝置的背光模塊，并且是顯示裝置中影響光的使用效率的重要元件。除了導引光線方向及控制出光外，導光板的設計并追求光輝度的提高，以及亮度均勻度的提升，進而增加光利用率并使目視質量更佳化。另一方面， 顯示裝置亦隨著顯示裝置產(chǎn)業(yè)技術的進步及生活需求而有輕薄化、輕量化的趨勢。因此，配合顯示裝置外觀的演進，內(nèi)部元件則追求以其有限的體積在有限的空間條件下發(fā)揮相等、 甚至更佳的效果。如圖IA所示，無片式背光模塊1’因可不使用例如擴散片、棱鏡片等光學膜片，而使背光模塊1’的生產(chǎn)成本降低，且使得背光模塊1’較傳統(tǒng)背光模塊輕薄化；并且，由于無片式背光模塊1’不采用擴散片，因此背光模塊1’的出光更為直接，而可在正視時獲得光亮更為集中的效果。然而，背光模塊1’的無片式設計卻也產(chǎn)生亮點以及光射線等關于目視時光學質量的問題；此外，在出光更為直接的同時，光的能量不夠分散，以致背光模塊1’的觀測視角過小，如圖IB所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種背光模塊及導光板，能改善亮點、光射線，以及觀測視角太小等問題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種背光模塊及導光板，可增加光利用率。本發(fā)明的另一目的在于提供一種導光板，能降低背光模塊的生產(chǎn)成本，并減少背光模塊的厚度。本發(fā)明提供一種背光模塊及其導光板，導光板包含本體及多個光散射單元。其中本體包含出光面、位于出光面相反側的底面，以及與出光面及底面鄰接的入光端；本體并且具有多個微結構。多個微結構以自底面陷入本體中的方式形成于底面，而形成多個微小空間；此外，微結構于底面分布的密度較佳是隨著與入光端的距離遞增而遞增。這些微小空間的形狀可為圓錐平頭形狀、圓錐形狀、角錐平頭形狀、或角錐形狀；這些微小空間并且于底面上形成開口，開口包含圓形開口或多邊形開口。若為圓形開口，則開口直徑小于50微米； 若為多邊形開口，則開口的外接圓的直徑小于50微米。此外，微結構形成的空間有隨著離開口愈遠愈行縮減的趨勢，因此，圍繞空間的側壁的法線與底面的法線間的夾角為銳角，且為小于50度的銳角。導光板的多個光散射單元設置于多個微結構自底面陷入本體形成的空間內(nèi)。光散射單元至少包含一種擴散性反射材料。擴散性反射材料可包含二氧化鈦、二氧化硅、樹脂、或其組合。光散射單元具有光散射性，且其雙向散射分布函數(shù)(bidirection scattering distribution function,BSDF)值大于本體的雙向散射分布函數(shù)值。光散射單元可以填滿于空間的方式設置其中，亦可部分填滿空間。其中，空間中的光散射單元與空間的頂部緊密貼觸，并與頂部周圍大部分的側壁緊密貼觸；亦即微結構周圍的本體大體而言不與空氣接觸，而由擴散性反射材料所遮覆。本發(fā)明并提供一種導光板的制造方法，包含如下步驟于導光板本體的底面上形成多個微結構陷入該本體中；制備至少包含一種擴散性反射材料的流體溶液；分布流體溶液于底面；驅使流體溶液流入多個微結構內(nèi)；移除流入多個微結構內(nèi)以外的部分流體溶液；以及固化流體溶液，形成多個光散射單元于多個微結構內(nèi)。


圖IA為傳統(tǒng)無片式背光模塊的實施例的剖面示意圖；圖IB為傳統(tǒng)無片式背光模塊的實施例的觀測試角模擬圖；圖2為本發(fā)明導光板的實施例的剖面示意圖；圖3A為本發(fā)明導光板的本體的實施例的剖面示意圖；圖!3B-3C為本發(fā)明導光板的本體的實施例的仰視圖；圖4A-4B為本發(fā)明導光板的本體不同實施例的剖面示意圖；圖4C為圖4B的導光板本體的實施例的仰視圖；圖4D-4F為本發(fā)明導光板的本體不同實施例的剖面示意圖；圖5A-5C為本發(fā)明導光板的不同實施例的剖面示意圖；圖6為本發(fā)明導光板的不同實施例的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明導光板的不同實施例的剖面示意圖；圖8為本發(fā)明導光板制造方法的流程圖；圖9A為本發(fā)明無片式背光模塊的實施例的示意圖；圖9B為圖9A的無片式背光模塊實施例的觀測試角模擬圖；以及圖10為本發(fā)明無片式背光模塊的另一實施例的示意圖。其中，附圖標記1背光模塊10、10b、IOc 導光板100本體110出光面120底面130入光端200微結構210a,210b 開口220側壁230頂部2000空間300光散射單元
505460AD
光源發(fā)光區(qū)反射片銳角
直徑nl、n2、NPθ Aθ B
法線光路角度范圍角度范圍14568
背光模塊發(fā)光區(qū)光源反射片導光板
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。如圖2所示的實施例，本發(fā)明供無片式背光模塊使用的導光板10包含本體100及多個光散射單元300。其中本體100包含出光面110、位于出光面110相反側的底面120，以及分別與出光面110及底面120側邊鄰接的入光端130。當導光板10于背光模塊中使用時(于后說明)，背光模塊中的光源發(fā)射的光自入光端130進入本體100 ；光線較佳會自出光面110離開導光板10，并進入例如顯示面板中。入光端130可位于本體100的一側或是相對兩側。多個光散射單元300則由與本體100不同的材料所構成且具有與本體100相異的光學特性，并較佳設置于本體100的底面120 —側。本體100并且具有多個微結構200，如圖3Α所示。多個微結構200以自底面120 陷入本體100中的方式形成于底面120，而形成多個微小空間2000。其中，多個微結構200 可均勻分布或可不均勻分布于底面120，分別如圖;3Β或3C所示；且亦可采規(guī)律或不規(guī)律的分布。微結構200于底面120分布的密度較佳是隨著與入光端130的距離遞增而遞增。因此，接近入光端130的光相較于離開入光端130的光有較小的出光率，由入光端130進入導光板本體100的光并因而獲得更多于導光板本體100中停留的時間及行進的范圍。整體來說，圖3C的微結構200分布可提高導光板出光面110出光的均齊度。多個微結構200形成的多個微小空間2000并且于底面120上形成開口 210a，如圖 3A所示；其中，微小空間2000進一步以透視圖的方式另外表示于圖3A右下方。此外，這些空間2000的形狀除了如圖3A所示的圓錐平頭形狀以外，亦可選自如圖4A、4B與4D的圓錐形狀、角錐平頭形狀、或角錐形狀中至少其一；其中，角錐可為三角錐、四角錐等等多角錐形狀。這些空間2000有隨著離開口 210a或210b愈遠愈行縮減的趨勢。因此，當空間2000 為圓錐平頭形狀或角錐平頭形狀時，空間2000具有與開口 210a或210b相對的頂部230，且這些頂部230的面積小于相對的開口 210大?。粨Q言之，頂部230投影于開口 210所在的范圍內(nèi)。
如圖;3B或3C，及圖4B的仰視4C所示，空間2000的開口的形狀并且包含圓形或多邊形。以前述圓錐或圓錐平頭形狀的空間2000的開口 210a為例，開口 210a較佳為直徑D小于50微米的圓形開口。若微結構200形成有如前述角錐或角錐平頭形狀的空間 2000，則開口 210b為多邊形，例如四角錐形狀的空間2000具有四邊形開口 210b ；其中，多邊形開口 210b的外接圓的直徑較佳小于50微米。再者，微結構200并有圍繞空間2000的側壁220。由于微結構200形成的空間 2000選自圓錐形狀、角錐形狀、圓錐平頭形狀、或角錐平頭形狀，且空間2000上窄下寬(底面120方向為下)，因此側壁220朝空間2000的方向傾斜；換言之，如圖3A、4A、4B與4D所示，側壁220法線nl與底面120法線n2間的夾角為銳角A ；其中，銳角A較佳小于50度。 此外，在滿足上述開口的直徑或開口的外接圓直徑小于50微米、以及銳角A小于50度的條件下，微結構200形成的空間2000亦可不限于上述的形狀。舉例而言，如圖4E-4F所示，空間2000亦可為圓錐頂部正方形凹頭形狀、圓錐頂部圓錐凹頭形狀等各種可能的形狀。如圖2及5A-5C所示，導光板本體100的多個光散射單元300設置于多個微結構 200自底面120陷入本體100形成的空間2000內(nèi)。光散射單元300至少包含一種擴散性反射材料，而具有與本體100不同的光學特性。擴散性反射材料較佳包含二氧化鈦、二氧化硅、樹脂、或其組合，且這些材料于光散射單元300中的密度并可因應各種情況如導光板厚度或者微結構的高度而調(diào)整至適當值。光散射單元300具有光散射性，且其雙向散射分布函數(shù)(bidirection scattering distribution function,BSDF)值大于本體 100 的雙向散射分布函數(shù)值。其中，光散射性的測定(即BSDF的量測)大體而言將光束以一特定角度入射樣本(例如本發(fā)明的光散射單元300)，再使傳感器掃描散射所對應的空間，以取得散射至空間中的各角度的光線能量。此外，光散射單元300的光散射性詳細而言為光的反射散射；亦即光線在到達光散射單元300后，大部分的光自光散射單元300反射并散射，而非穿透光散射單元300后散射。多個微結構200形成的空間2000可選擇性地設置有光散射單元300 ；但在本發(fā)明較佳實施例中，多個微結構200形成的空間2000 —律設置有光散射單元300。因此，若多個微結構200均勻分布于底面120，則光散射單元300也均勻分布于底面120 ；若多個微結構200不均勻分布于底面120，則光散射單元300亦不均勻分布于底面120。此外，無論光散射單元300于底面120的分布為何，擴散性反射材料的密度亦可隨光散射單元300分布于導光板底面120的部位不同而不同；舉例而言，因應對導光板出光面110的出光效果的不同需求，擴散性反射材料于光散射單元300中的密度可隨著與入光端130的距離遞增而遞增，或可隨著與入光端130的距離遞增而遞減。光散射單元300較佳以填滿于空間2000的方式設置其中。如圖2所示，若光散射單元300填滿于圓錐平頭狀的空間2000內(nèi)，則光散射單元300同樣具有圓錐平頭的形狀； 依此類推，則圖5A、5B、或5C的光散射單元300分別具有圓錐狀、角錐平頭狀、或角錐狀。然而，在其它實施例中，光散射單元300在無需填滿空間2000的情況下亦可達到其對光的反射散射效果，進而降低導光板的生產(chǎn)成本及減少制造步驟。如圖6所示的導光板10b，光散射單元300占空間2000大部分但非全部的容積，其中，光散射單元300與空間2000的頂部 230依然緊密貼觸，且與頂部230周圍大部分的側壁220亦緊密貼觸；換言之，微結構200周圍的本體100大體而言不與空氣接觸，而由擴散性反射材料所遮覆。另，如圖7所示的導光板IOc實施例，光散射單元300亦可僅涂敷空間2000周圍的壁面，包括側壁220及頂部230 的方式設置其中。同樣地，圖7的實施例亦使得微結構200周圍的本體100由擴散性反射材料所遮覆。本發(fā)明進一步包含導光板的制造方法。如圖8所示，導光板的制造方法實施例包含步驟801 于導光板本體的底面上形成多個微結構陷入該本體中。在步驟801中，舉例而言，以裁切或射出成形法形成導光板后，即可以如蝕刻、電鑄、切削，或者壓印成形等方式， 于導光板的底面形成陷入導光板的本體的多個微結構；或者在產(chǎn)出導光板時同時一體形成其上的微結構。步驟802:制備至少包含一種擴散性反射材料的流體溶液。在步驟802中， 較佳是選擇具光固化性的流體作為溶劑，并將二氧化鈦、二氧化硅、樹脂、或其組合的溶質加入到溶劑中，并使溶質與溶劑形成均相混合物，即形成流體溶液。其中，溶質較佳為粉末或微顆粒的形式，但亦可為液體。步驟802并且進一步包含決定擴散性反射材料于光散射單元中的密度，并以此作為制備上述的流體溶液時，于單位體積的溶劑中加入的溶質總量的依據(jù)；以及/或包含制備具有不同擴散性反射材料密度的流體溶液。步驟803 分布流體溶液于底面；其中底面可包含形成于底面的多個微結構及其陷入本體所形成的空間。詳細來說，步驟803包含將導光板的底面朝上，亦即使得微結構于導光板形成的空間的開口朝上，再將流體溶液分布于底面；其中，底面上的流體溶液可自開口流入空間內(nèi)。此外，步驟 803亦可為在不同的底面部分分布具有不同擴散性反射材料密度的流體溶液。在實際施行上，亦可控制流體溶液直接進入空間內(nèi)。舉例而言，步驟803為以網(wǎng)版印刷方式于底面印刷流體溶液；由于網(wǎng)版印刷方式包含提供網(wǎng)版、以網(wǎng)孔與底面的空間開口對應的方式將網(wǎng)版設置于底面，再行印刷，因此，以網(wǎng)版印刷方式進行步驟803實質將流體溶液直接分布于微結構的空間內(nèi)。在步驟803之后，步驟804 驅使流體溶液流入多個微結構內(nèi)，在本發(fā)明較佳實施例中確保多個微結構的空間內(nèi)皆有流體溶液流入其中，并確?？臻g內(nèi)具有預設量的流體溶液。另一方面，進行步驟804的具體實施方式
可為給予導光板一速度例如將導光板置于震蕩器上水平震蕩，以增加流體溶液流入空間的速度及均勻度。再者，以圖2及5A-5C所示的導光板10的制造方法為例，步驟804并且包含驅使流體溶液填滿于多個微結構的空間內(nèi)?；蛘?，若為圖7所示的導光板IOa的制造，則步驟804 較佳包含使多個微結構的空間均含等量的流體溶液；若為圖8所示的導光板IOc的制造，則步驟804包含控制流體溶液能涂敷空間周圍的壁面，包括側壁及頂部?？偠灾襟E804 進一步包含確保多個微結構周圍的本體大體而言不與空氣接觸，而由含有擴散性反射材料的流體溶液所遮覆。步驟805 移除流入多個微結構內(nèi)以外的部分流體溶液，將進行步驟803 804 時，滯留于多個微結構外的底面上的流體溶液以例如刮刀沿底面刮除，而確保流體溶液僅存在于微結構的空間中。此外，若在步驟803中是以網(wǎng)版印刷方式分布流體溶液于底面，則可減少進行步驟805需要的時間；另，若為制造如圖6或圖7所示導光板，則步驟805亦可省略。步驟806 固化流體溶液，形成多個光散射單元于多個微結構內(nèi)，進一步包含以光固化制程將流體溶液固化。流體溶液固化后并將與空間周圍的壁面緊密貼觸，而形成導光板中的多個光散射單元。本發(fā)明亦包含使用前述導光板、或以前述制造方法制造而成的導光板的無片式背光模塊。如圖9A所示的實施例，背光模塊1包含例如圖2所示的導光板10、光源50，以及反射片60 ；光源50設置于導光板10的本體100具有入光端130的一側，且其發(fā)光區(qū)M朝向入光端130 ；反射片60設置于導光板10的一側，并與導光板10的底面120相對。其中， 發(fā)光區(qū)M發(fā)射的光自入光端130進入導光板10的本體100，且朝離開入光端130的方向行進，并于本體100中進行全反射。其中，光于本體100中的行進包含朝向多個微結構200方向的行進。由于微結構200周圍的本體100大體而言皆為光散射單元300所遮覆，因此朝向微結構200行進的光將抵達光散射單元300，而朝向離開微結構200的方向發(fā)生反射及散射，如光路P所示；換言之，含有擴散性反射材料的光散射單元300增加反射角以外的其它角度的光能分布，并進而增加出光的角度及改善亮點及光射線的問題。此外，在圖9A所示的實施例中，反射片60由指向性的反射材料組成；換言之，反射片60的雙向散射分布函數(shù)值小于光散射單元300的雙向散射分布函數(shù)值。反射片60具有的指向性反射特性能將離開導光板的光不分散地反射，而使光再進入導光板，以妥善使用光能或降低光能損失。圖9B所示為圖9A的無片式背光模塊的光學觀測試角模擬圖。其中，橫軸表示自-90度至90度的觀測視角；縱軸表示來自出光面110的光線的亮度大小。因此，由圖9B 可得知在某觀測視角上的光線亮度占可測得的最大亮度的百分比；其中，觀測視角為觀測者視線方向與出光面110的法線N的夾角。舉例來說，當觀測者正視出光面110，則觀測者的視線方向在法線N上，此時觀測視角為0度。進一步而言，若可測得亮度的觀測視角愈廣，表示該背光模塊出光的角度愈多；若可測得亮度的觀測視角愈窄，表示該背光模塊出光的角度愈少，然而，由于光線集中于較小的角度范圍，因此光線能量也愈集中。比較圖9B與圖IB傳統(tǒng)無片式背光模塊的光學觀測視角模擬圖。圖9B中測得50% 亮度的角度范圍θ B大于圖IB中測得50%亮度的角度范圍ΘΑ。換言之，圖9Α使用本發(fā)明導光板10的無片式背光模塊1具有較多的出光角度，而改善背光模塊1’觀測視角太小的問題。另一方面，由于分布于導光板10的底面120的光散射單元300使得以小于臨界角的入射角抵達微結構200的光無法離開本體100而進入空氣介質中，因此可減少光能損失， 提高光利用率。因此，在不同實施例中，背光模塊1亦可不含反射片，如圖10所示。本發(fā)明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發(fā)明的范例。 必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地，包含于申請專利范圍的精神及范圍的修改及均等設置均包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種導光板，供一無片式背光模塊使用，其特征在于，包含 一本體，具有一出光面；一底面，位于該出光面的相反側；一入光端，位于該出光面及該底面的同一側，且分別與該出光面及該底面鄰接；以及多個微結構，形成于該本體的該底面，且自該底面陷入該本體中；以及多個光散射單元，設置于該多個微結構自該底面陷入該本體形成的空間內(nèi)，且該多個光散射單元的雙向散射分布函數(shù)值大于該本體的雙向散射分布函數(shù)值。
2.根據(jù)權利要求1所述的導光板，其特征在于，該多個光散射單元填滿于該多個微結構自該底面陷入該本體形成的空間內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1所述的導光板，其特征在于，該多個微結構自該底面陷入該本體形成的空間形狀選自圓錐形狀、圓錐平頭形狀、圓錐頂部圓錐凹頭形狀、圓錐頂部正方形凹頭形狀、角錐形狀、角錐平頭形狀中至少其一。
4.根據(jù)權利要求1所述的導光板，其特征在于，該微結構自該底面陷入該本體形成的空間于該底面上形成一開口，該開口的形狀包含圓形或多邊形。
5.根據(jù)權利要求4所述的導光板，其特征在于，該圓形開口的直徑或該多邊形開口的外接圓的直徑小于50微米。
6.根據(jù)權利要求1所述的導光板，其特征在于，該微結構具有一側壁與該光散射單元相貼合，該側壁法線與該底面法線間所夾的銳角小于50度。
7.根據(jù)權利要求1所述的導光板，其特征在于，該多個光散射單元至少包含一擴散性反射材料。
8.根據(jù)權利要求7所述的導光板，其特征在于，該擴散性反射材料包含二氧化鈦、二氧化硅、樹脂、及上述的組合中至少其一。
9.根據(jù)權利要求7所述的導光板，其特征在于，該擴散性反射材料于該光散射單元中的密度隨著與該入光端的距離遞增而遞增。
10.根據(jù)權利要求1所述的導光板，其特征在于，該多個光散射單元于該底面中分布的密度隨著與該入光端的距離遞增而遞增。
11.一種無片式背光模塊，其特征在于，包含如權利要求1至權利要求10所述導光板中至少其一；以及一光源，設置于該導光板的該本體具有該入光端的一側，且朝向該入光端。
12.根據(jù)權利要求11所述的背光模塊，其特征在于，進一步包含一反射片，設置于該導光板的一側，并與該導光板的該底面相對。
13.根據(jù)權利要求12所述的背光模塊，其特征在于，該多個光散射單元的雙向散射分布函數(shù)值大于該反射片的雙向散射分布函數(shù)值。
14.一種導光板的制造方法，其特征在于，包含 于一導光板本體的底面上形成多個微結構陷入該本體中； 制備至少包含一擴散性反射材料的一流體溶液；分布該流體溶液于該底面； 驅使該流體溶液流入該多個微結構內(nèi)；移除流入該多個微結構內(nèi)以外的部分該流體溶液；以及固化該流體溶液，形成多個光散射單元于該多個微結構內(nèi)。
15.根據(jù)權利要求14所述的導光板的制造方法，其特征在于，分布該流體溶液于該底面包含以網(wǎng)版印刷方式分布該流體溶液。
16.根據(jù)權利要求14所述的導光板的制造方法，其特征在于，驅使該流體溶液流入該多個微結構內(nèi)進一步包含驅使該流體溶液填滿于該多個微結構內(nèi)。
17.根據(jù)權利要求14所述的導光板的制造方法，其特征在于，移除流入該多個微結構內(nèi)以外的部分該流體溶液包含沿該底面刮除部分該流體溶液。
18.根據(jù)權利要求14所述的導光板的制造方法，其特征在于，固化該流體溶液包含以光固化制程固化該流體溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無片式背光模塊及其導光板、制造方法，導光板包含本體以及多個光散射單元。其中，本體包含底面及多個微結構；多個微結構形成于本體的底面，且自底面陷入本體中。多個光散射單元設置于多個微結構自底面陷入本體形成的空間內(nèi)。上述導光板的制造方法包含于本體的底面上形成多個微結構；制備包含擴散性反射材料的流體溶液；分布流體溶液于底面；驅使流體溶液流入多個微結構內(nèi)；移除流入多個微結構內(nèi)以外的部分流體溶液；以及固化流體溶液，形成多個光散射單元。本發(fā)明能改善亮點、光射線，以及觀測視角太小等問題，增加光利用率，降低背光模塊的生產(chǎn)成本，并減少背光模塊的厚度。
文檔編號F21V8/00GK102425763SQ20111037490
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2011年10月14日
發(fā)明者伍玉平, 羅瑋宏, 范富誠, 蔡偉翔 申請人:友達光電股份有限公司