CN102425763A

CN102425763A - 无片式背光模块、其导光板及其制造方法

Info

Publication number: CN102425763A
Application number: CN2011103749028A
Authority: CN
Inventors: 伍玉平; 范富诚; 蔡伟翔; 罗玮宏
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-04-25
Also published as: US20150010716A1; US20130094243A1; TW201316057A; US8870432B2; TWI443393B

Abstract

本发明提供一种无片式背光模块及其导光板、制造方法，导光板包含本体以及多个光散射单元。其中，本体包含底面及多个微结构；多个微结构形成于本体的底面，且自底面陷入本体中。多个光散射单元设置于多个微结构自底面陷入本体形成的空间内。上述导光板的制造方法包含于本体的底面上形成多个微结构；制备包含扩散性反射材料的流体溶液；分布流体溶液于底面；驱使流体溶液流入多个微结构内；移除流入多个微结构内以外的部分流体溶液；以及固化流体溶液，形成多个光散射单元。本发明能改善亮点、光射线，以及观测视角太小等问题，增加光利用率，降低背光模块的生产成本，并减少背光模块的厚度。

Description

无片式背光模块、其导光板及其制造方法

技术领域

本发明有关于一种无片式背光模块及其导光板设计；具体而言，本发明有关于一种具有较大发光角度的无片式背光模块及其导光板。

背景技术

液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)广泛应用在计算机、电视、以及行动电话等各种电子产品上。其中，导光板应用于液晶显装置的背光模块，并且是显示装置中影响光的使用效率的重要元件。除了导引光线方向及控制出光外，导光板的设计并追求光辉度的提高，以及亮度均匀度的提升，进而增加光利用率并使目视质量更佳化。另一方面，显示装置亦随着显示装置产业技术的进步及生活需求而有轻薄化、轻量化的趋势。因此，配合显示装置外观的演进，内部元件则追求以其有限的体积在有限的空间条件下发挥相等、甚至更佳的效果。

如图1A所示，无片式背光模块1’因可不使用例如扩散片、棱镜片等光学膜片，而使背光模块1’的生产成本降低，且使得背光模块1’较传统背光模块轻薄化；并且，由于无片式背光模块1’不采用扩散片，因此背光模块1’的出光更为直接，而可在正视时获得光亮更为集中的效果。然而，背光模块1’的无片式设计却也产生亮点以及光射线等关于目视时光学质量的问题；此外，在出光更为直接的同时，光的能量不够分散，以致背光模块1’的观测视角过小，如图1B所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背光模块及导光板，能改善亮点、光射线，以及观测视角太小等问题。

本发明的另一目的在于提供一种背光模块及导光板，可增加光利用率。

本发明的另一目的在于提供一种导光板，能降低背光模块的生产成本，并减少背光模块的厚度。

本发明提供一种背光模块及其导光板，导光板包含本体及多个光散射单元。其中本体包含出光面、位于出光面相反侧的底面，以及与出光面及底面邻接的入光端；本体并且具有多个微结构。多个微结构以自底面陷入本体中的方式形成于底面，而形成多个微小空间；此外，微结构于底面分布的密度较佳是随着与入光端的距离递增而递增。这些微小空间的形状可为圆锥平头形状、圆锥形状、角锥平头形状、或角锥形状；这些微小空间并且于底面上形成开口，开口包含圆形开口或多边形开口。若为圆形开口，则开口直径小于50微米；若为多边形开口，则开口的外接圆的直径小于50微米。此外，微结构形成的空间有随着离开口愈远愈行缩减的趋势，因此，围绕空间的侧壁的法线与底面的法线间的夹角为锐角，且为小于50度的锐角。

导光板的多个光散射单元设置于多个微结构自底面陷入本体形成的空间内。光散射单元至少包含一种扩散性反射材料。扩散性反射材料可包含二氧化钛、二氧化硅、树脂、或其组合。光散射单元具有光散射性，且其双向散射分布函数(bidirection scattering distribution function，BSDF)值大于本体的双向散射分布函数值。光散射单元可以填满于空间的方式设置其中，亦可部分填满空间。其中，空间中的光散射单元与空间的顶部紧密贴触，并与顶部周围大部分的侧壁紧密贴触；亦即微结构周围的本体大体而言不与空气接触，而由扩散性反射材料所遮覆。

本发明并提供一种导光板的制造方法，包含如下步骤：于导光板本体的底面上形成多个微结构陷入该本体中；制备至少包含一种扩散性反射材料的流体溶液；分布流体溶液于底面；驱使流体溶液流入多个微结构内；移除流入多个微结构内以外的部分流体溶液；以及固化流体溶液，形成多个光散射单元于多个微结构内。

附图说明

图1A为传统无片式背光模块的实施例的剖面示意图；

图1B为传统无片式背光模块的实施例的观测试角模拟图；

图2为本发明导光板的实施例的剖面示意图；

图3A为本发明导光板的本体的实施例的剖面示意图；

图3B-3C为本发明导光板的本体的实施例的仰视图；

图4A-4B为本发明导光板的本体不同实施例的剖面示意图；

图4C为图4B的导光板本体的实施例的仰视图；

图4D-4F为本发明导光板的本体不同实施例的剖面示意图；

图5A-5C为本发明导光板的不同实施例的剖面示意图；

图6为本发明导光板的不同实施例的剖面示意图；

图7为本发明导光板的不同实施例的剖面示意图；

图8为本发明导光板制造方法的流程图；

图9A为本发明无片式背光模块的实施例的示意图；

图9B为图9A的无片式背光模块实施例的观测试角模拟图；以及

图10为本发明无片式背光模块的另一实施例的示意图。

其中，附图标记：

1 背光模块

10、10b、10c 导光板

100 本体

110 出光面

120 底面

130 入光端

200 微结构

210a、210b 开口

220 侧壁

230 顶部

2000 空间

300 光散射单元

50 光源

54 发光区

60 反射片

A 锐角

D 直径

n1、n2、N 法线

P 光路

θA 角度范围

θB 角度范围

1’ 背光模块

4 发光区

5 光源

6 反射片

8 导光板

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图2所示的实施例，本发明供无片式背光模块使用的导光板10包含本体100及多个光散射单元300。其中本体100包含出光面110、位于出光面110相反侧的底面120，以及分别与出光面110及底面120侧边邻接的入光端130。当导光板10于背光模块中使用时(于后说明)，背光模块中的光源发射的光自入光端130进入本体100；光线较佳会自出光面110离开导光板10，并进入例如显示面板中。入光端130可位于本体100的一侧或是相对两侧。多个光散射单元300则由与本体100不同的材料所构成且具有与本体100相异的光学特性，并较佳设置于本体100的底面120一侧。

本体100并且具有多个微结构200，如图3A所示。多个微结构200以自底面120陷入本体100中的方式形成于底面120，而形成多个微小空间2000。其中，多个微结构200可均匀分布或可不均匀分布于底面120，分别如图3B或3C所示；且亦可采规律或不规律的分布。微结构200于底面120分布的密度较佳是随着与入光端130的距离递增而递增。因此，接近入光端130的光相较于离开入光端130的光有较小的出光率，由入光端130进入导光板本体100的光并因而获得更多于导光板本体100中停留的时间及行进的范围。整体来说，图3C的微结构200分布可提高导光板出光面110出光的均齐度。

多个微结构200形成的多个微小空间2000并且于底面120上形成开口210a，如图3A所示；其中，微小空间2000进一步以透视图的方式另外表示于图3A右下方。此外，这些空间2000的形状除了如图3A所示的圆锥平头形状以外，亦可选自如图4A、4B与4D的圆锥形状、角锥平头形状、或角锥形状中至少其一；其中，角锥可为三角锥、四角锥等等多角锥形状。这些空间2000有随着离开口210a或210b愈远愈行缩减的趋势。因此，当空间2000为圆锥平头形状或角锥平头形状时，空间2000具有与开口210a或210b相对的顶部230，且这些顶部230的面积小于相对的开口210大小；换言之，顶部230投影于开口210所在的范围内。

如图3B或3C，及图4B的仰视图图4C所示，空间2000的开口的形状并且包含圆形或多边形。以前述圆锥或圆锥平头形状的空间2000的开口210a为例，开口210a较佳为直径D小于50微米的圆形开口。若微结构200形成有如前述角锥或角锥平头形状的空间2000，则开口210b为多边形，例如四角锥形状的空间2000具有四边形开口210b；其中，多边形开口210b的外接圆的直径较佳小于50微米。

再者，微结构200并有围绕空间2000的侧壁220。由于微结构200形成的空间2000选自圆锥形状、角锥形状、圆锥平头形状、或角锥平头形状，且空间2000上窄下宽(底面120方向为下)，因此侧壁220朝空间2000的方向倾斜；换言之，如图3A、4A、4B与4D所示，侧壁220法线n1与底面120法线n2间的夹角为锐角A；其中，锐角A较佳小于50度。此外，在满足上述开口的直径或开口的外接圆直径小于50微米、以及锐角A小于50度的条件下，微结构200形成的空间2000亦可不限于上述的形状。举例而言，如图4E-4F所示，空间2000亦可为圆锥顶部正方形凹头形状、圆锥顶部圆锥凹头形状等各种可能的形状。

如图2及5A-5C所示，导光板本体100的多个光散射单元300设置于多个微结构200自底面120陷入本体100形成的空间2000内。光散射单元300至少包含一种扩散性反射材料，而具有与本体100不同的光学特性。扩散性反射材料较佳包含二氧化钛、二氧化硅、树脂、或其组合，且这些材料于光散射单元300中的密度并可因应各种情况如导光板厚度或者微结构的高度而调整至适当值。光散射单元300具有光散射性，且其双向散射分布函数(bidirectionscattering distribution function，BSDF)值大于本体100的双向散射分布函数值。其中，光散射性的测定(即BSDF的量测)大体而言将光束以一特定角度入射样本(例如本发明的光散射单元300)，再使传感器扫描散射所对应的空间，以取得散射至空间中的各角度的光线能量。此外，光散射单元300的光散射性详细而言为光的反射散射；亦即光线在到达光散射单元300后，大部分的光自光散射单元300反射并散射，而非穿透光散射单元300后散射。

多个微结构200形成的空间2000可选择性地设置有光散射单元300；但在本发明较佳实施例中，多个微结构200形成的空间2000一律设置有光散射单元300。因此，若多个微结构200均匀分布于底面120，则光散射单元300也均匀分布于底面120；若多个微结构200不均匀分布于底面120，则光散射单元300亦不均匀分布于底面120。此外，无论光散射单元300于底面120的分布为何，扩散性反射材料的密度亦可随光散射单元300分布于导光板底面120的部位不同而不同；举例而言，因应对导光板出光面110的出光效果的不同需求，扩散性反射材料于光散射单元300中的密度可随着与入光端130的距离递增而递增，或可随着与入光端130的距离递增而递减。

光散射单元300较佳以填满于空间2000的方式设置其中。如图2所示，若光散射单元300填满于圆锥平头状的空间2000内，则光散射单元300同样具有圆锥平头的形状；依此类推，则图5A、5B、或5C的光散射单元300分别具有圆锥状、角锥平头状、或角锥状。然而，在其它实施例中，光散射单元300在无需填满空间2000的情况下亦可达到其对光的反射散射效果，进而降低导光板的生产成本及减少制造步骤。如图6所示的导光板10b，光散射单元300占空间2000大部分但非全部的容积，其中，光散射单元300与空间2000的顶部230依然紧密贴触，且与顶部230周围大部分的侧壁220亦紧密贴触；换言之，微结构200周围的本体100大体而言不与空气接触，而由扩散性反射材料所遮覆。另，如图7所示的导光板10c实施例，光散射单元300亦可仅涂敷空间2000周围的壁面，包括侧壁220及顶部230的方式设置其中。同样地，图7的实施例亦使得微结构200周围的本体100由扩散性反射材料所遮覆。

本发明进一步包含导光板的制造方法。如图8所示，导光板的制造方法实施例包含步骤801：于导光板本体的底面上形成多个微结构陷入该本体中。在步骤801中，举例而言，以裁切或射出成形法形成导光板后，即可以如蚀刻、电铸、切削，或者压印成形等方式，于导光板的底面形成陷入导光板的本体的多个微结构；或者在产出导光板时同时一体形成其上的微结构。步骤802：制备至少包含一种扩散性反射材料的流体溶液。在步骤802中，较佳是选择具光固化性的流体作为溶剂，并将二氧化钛、二氧化硅、树脂、或其组合的溶质加入到溶剂中，并使溶质与溶剂形成均相混合物，即形成流体溶液。其中，溶质较佳为粉末或微颗粒的形式，但亦可为液体。步骤802并且进一步包含决定扩散性反射材料于光散射单元中的密度，并以此作为制备上述的流体溶液时，于单位体积的溶剂中加入的溶质总量的依据；以及/或包含制备具有不同扩散性反射材料密度的流体溶液。步骤803：分布流体溶液于底面；其中底面可包含形成于底面的多个微结构及其陷入本体所形成的空间。详细来说，步骤803包含将导光板的底面朝上，亦即使得微结构于导光板形成的空间的开口朝上，再将流体溶液分布于底面；其中，底面上的流体溶液可自开口流入空间内。此外，步骤803亦可为在不同的底面部分分布具有不同扩散性反射材料密度的流体溶液。

在实际施行上，亦可控制流体溶液直接进入空间内。举例而言，步骤803为以网版印刷方式于底面印刷流体溶液；由于网版印刷方式包含提供网版、以网孔与底面的空间开口对应的方式将网版设置于底面，再行印刷，因此，以网版印刷方式进行步骤803实质将流体溶液直接分布于微结构的空间内。在步骤803之后，步骤804：驱使流体溶液流入多个微结构内，在本发明较佳实施例中确保多个微结构的空间内皆有流体溶液流入其中，并确保空间内具有预设量的流体溶液。另一方面，进行步骤804的具体实施方式可为给予导光板一速度例如将导光板置于震荡器上水平震荡，以增加流体溶液流入空间的速度及均匀度。

再者，以图2及5A-5C所示的导光板10的制造方法为例，步骤804并且包含驱使流体溶液填满于多个微结构的空间内。或者，若为图7所示的导光板10a的制造，则步骤804较佳包含使多个微结构的空间均含等量的流体溶液；若为图8所示的导光板10c的制造，则步骤804包含控制流体溶液能涂敷空间周围的壁面，包括侧壁及顶部。总而言之，步骤804进一步包含确保多个微结构周围的本体大体而言不与空气接触，而由含有扩散性反射材料的流体溶液所遮覆。

步骤805：移除流入多个微结构内以外的部分流体溶液，将进行步骤803～804时，滞留于多个微结构外的底面上的流体溶液以例如刮刀沿底面刮除，而确保流体溶液仅存在于微结构的空间中。此外，若在步骤803中是以网版印刷方式分布流体溶液于底面，则可减少进行步骤805需要的时间；另，若为制造如图6或图7所示导光板，则步骤805亦可省略。步骤806：固化流体溶液，形成多个光散射单元于多个微结构内，进一步包含以光固化制程将流体溶液固化。流体溶液固化后并将与空间周围的壁面紧密贴触，而形成导光板中的多个光散射单元。

本发明亦包含使用前述导光板、或以前述制造方法制造而成的导光板的无片式背光模块。如图9A所示的实施例，背光模块1包含例如图2所示的导光板10、光源50，以及反射片60；光源50设置于导光板10的本体100具有入光端130的一侧，且其发光区54朝向入光端130；反射片60设置于导光板10的一侧，并与导光板10的底面120相对。其中，发光区54发射的光自入光端130进入导光板10的本体100，且朝离开入光端130的方向行进，并于本体100中进行全反射。其中，光于本体100中的行进包含朝向多个微结构200方向的行进。由于微结构200周围的本体100大体而言皆为光散射单元300所遮覆，因此朝向微结构200行进的光将抵达光散射单元300，而朝向离开微结构200的方向发生反射及散射，如光路P所示；换言之，含有扩散性反射材料的光散射单元300增加反射角以外的其它角度的光能分布，并进而增加出光的角度及改善亮点及光射线的问题。此外，在图9A所示的实施例中，反射片60由指向性的反射材料组成；换言之，反射片60的双向散射分布函数值小于光散射单元300的双向散射分布函数值。反射片60具有的指向性反射特性能将离开导光板的光不分散地反射，而使光再进入导光板，以妥善使用光能或降低光能损失。

图9B所示为图9A的无片式背光模块的光学观测试角模拟图。其中，横轴表示自-90度至90度的观测视角；纵轴表示来自出光面110的光线的亮度大小。因此，由图9B可得知在某观测视角上的光线亮度占可测得的最大亮度的百分比；其中，观测视角为观测者视线方向与出光面110的法线N的夹角。举例来说，当观测者正视出光面110，则观测者的视线方向在法线N上，此时观测视角为0度。进一步而言，若可测得亮度的观测视角愈广，表示该背光模块出光的角度愈多；若可测得亮度的观测视角愈窄，表示该背光模块出光的角度愈少，然而，由于光线集中于较小的角度范围，因此光线能量也愈集中。

比较图9B与图1B传统无片式背光模块的光学观测视角模拟图。图9B中测得50％亮度的角度范围θB大于图1B中测得50％亮度的角度范围θA。换言之，图9A使用本发明导光板10的无片式背光模块1具有较多的出光角度，而改善背光模块1’观测视角太小的问题。

另一方面，由于分布于导光板10的底面120的光散射单元300使得以小于临界角的入射角抵达微结构200的光无法离开本体100而进入空气介质中，因此可减少光能损失，提高光利用率。因此，在不同实施例中，背光模块1亦可不含反射片，如图10所示。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于申请专利范围的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。

Claims

1.一种导光板，供一无片式背光模块使用，其特征在于，包含：

一本体，具有

一出光面；

一底面，位于该出光面的相反侧；

一入光端，位于该出光面及该底面的同一侧，且分别与该出光面及该底面邻接；以及

多个微结构，形成于该本体的该底面，且自该底面陷入该本体中；以及

多个光散射单元，设置于该多个微结构自该底面陷入该本体形成的空间内，且该多个光散射单元的双向散射分布函数值大于该本体的双向散射分布函数值。

2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该多个光散射单元填满于该多个微结构自该底面陷入该本体形成的空间内。

3.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该多个微结构自该底面陷入该本体形成的空间形状选自圆锥形状、圆锥平头形状、圆锥顶部圆锥凹头形状、圆锥顶部正方形凹头形状、角锥形状、角锥平头形状中至少其一。

4.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该微结构自该底面陷入该本体形成的空间于该底面上形成一开口，该开口的形状包含圆形或多边形。

5.根据权利要求4所述的导光板，其特征在于，该圆形开口的直径或该多边形开口的外接圆的直径小于50微米。

6.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该微结构具有一侧壁与该光散射单元相贴合，该侧壁法线与该底面法线间所夹的锐角小于50度。

7.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该多个光散射单元至少包含一扩散性反射材料。

8.根据权利要求7所述的导光板，其特征在于，该扩散性反射材料包含二氧化钛、二氧化硅、树脂、及上述的组合中至少其一。

9.根据权利要求7所述的导光板，其特征在于，该扩散性反射材料于该光散射单元中的密度随着与该入光端的距离递增而递增。

10.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，该多个光散射单元于该底面中分布的密度随着与该入光端的距离递增而递增。

11.一种无片式背光模块，其特征在于，包含：

如权利要求1至权利要求10所述导光板中至少其一；以及

一光源，设置于该导光板的该本体具有该入光端的一侧，且朝向该入光端。

12.根据权利要求11所述的背光模块，其特征在于，进一步包含一反射片，设置于该导光板的一侧，并与该导光板的该底面相对。

13.根据权利要求12所述的背光模块，其特征在于，该多个光散射单元的双向散射分布函数值大于该反射片的双向散射分布函数值。

14.一种导光板的制造方法，其特征在于，包含：

于一导光板本体的底面上形成多个微结构陷入该本体中；

制备至少包含一扩散性反射材料的一流体溶液；

分布该流体溶液于该底面；

驱使该流体溶液流入该多个微结构内；

移除流入该多个微结构内以外的部分该流体溶液；以及

固化该流体溶液，形成多个光散射单元于该多个微结构内。

15.根据权利要求14所述的导光板的制造方法，其特征在于，分布该流体溶液于该底面包含以网版印刷方式分布该流体溶液。

16.根据权利要求14所述的导光板的制造方法，其特征在于，驱使该流体溶液流入该多个微结构内进一步包含驱使该流体溶液填满于该多个微结构内。

17.根据权利要求14所述的导光板的制造方法，其特征在于，移除流入该多个微结构内以外的部分该流体溶液包含沿该底面刮除部分该流体溶液。

18.根据权利要求14所述的导光板的制造方法，其特征在于，固化该流体溶液包含以光固化制程固化该流体溶液。