TW201738590A - 導光板、背光模組以及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種導光板，其包括導光主體以及折射率匹配層。導光主體具有出光面以及與出光面相對的底面。折射率匹配層鄰近底面設置，其中導光主體的折射率為n1，且折射率匹配層的折射率為n2。1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7。折射率匹配層的厚度大於500nm。還提供一種背光模組以及顯示裝置。

Description

導光板、背光模組以及顯示裝置

本發明是有關於一種光學元件、光學模組以及電子裝置，且特別是有關於一種導光板、背光模組以及顯示裝置。

一般而言，背光模組可區分成直下式背光模組以及側入式背光模組。側入式背光模組通常包括光源以及導光板，其中光源設置在導光板的側邊。自光源射出的光束從導光板的側邊入射進導光板後，經由全反射傳遞於導光板中。相較於直下式背光模組，側入式背光模組可減少光源中發光元件的使用量，從而具有低耗電的優勢。然而，目前的側入式背光模組仍存在諸如色偏或導光板結構強度不足等問題，而上述種種都會對背光模組的照明品質造成負面影響，進而影響應用側入式背光模組的顯示裝置的顯示品質。

本發明提供一種導光板，其有助於全反射的形成或有助於提升結構強度。

本發明提供一種背光模組，其具有良好的照明品質。

本發明提供一種顯示裝置，其具有良好的顯示品質。

本發明的實施例的一種導光板，其包括導光主體以及折射率匹配層。導光主體具有出光面以及與出光面相對的底面。折射率匹配層鄰近底面設置，其中導光主體的折射率為n1，且折射率匹配層的折射率為n2。1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7。折射率匹配層的厚度大於500nm。

本發明的實施例的一種背光模組，其包括導光板、光源以及反射片。導光板包括導光主體以及折射率匹配層。導光主體具有出光面、與出光面相對的底面以及連接出光面與底面的入光面。折射率匹配層鄰近底面設置，且折射率匹配層位於反射片與導光主體之間，其中導光主體的折射率為n1，且折射率匹配層的折射率為n2。1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7。折射率匹配層的厚度大於500nm。光源配置在入光面旁。

本發明的實施例的一種顯示裝置，其包括上述的背光模組以及顯示面板，其中顯示面板鄰近出光面設置。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的實施例的導光板中，導光主體與折射率匹配層的折射率差值搭配折射率匹配層的厚度，有助於全反射的形成。在一實施例中，折射率匹配層可用以支撐導光主體，從而提升導光板的結構強度。另外，本發明的實施例的背光模組應用上述導光板而可具有良好的照明品質。本發明的實施例的顯示裝置應用上述背光模組而可具有良好的顯示品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的第一實施例的一種背光模組的剖面示意圖。圖2A至圖2C分別是圖1中折射率匹配層的第一種至第三種局部放大示意圖。圖2D是依照本發明的第一實施例的另一種背光模組的剖面示意圖。

請先參照圖1，背光模組100包括導光板110、光源120以及反射片130。導光板110包括導光主體112以及折射率匹配層114。導光主體112具有出光面SE、底面SB以及入光面SI，其中底面SB與出光面SE相對，且入光面SI連接出光面SE與底面SB。導光主體112的出光面SE以及底面SB的其中至少一者上可形成有多個導光微結構或多個網點，但不以此為限。

折射率匹配層114鄰近底面SB設置，且折射率匹配層114位於反射片130與導光主體112之間。在本實施例中，折射率匹配層114形成在導光主體112的底面SB上，使得底面SB位於折射率匹配層114與出光面SE之間。

折射率匹配層114的材質可包括絕緣材質或氧化金屬。當折射率匹配層114的材質選自於無機絕緣材質(如氧化矽)或氧化金屬(如氧化銦錫)時，折射率匹配層114可藉由鍍膜形成在底面SB上，且折射率匹配層114可具有多個奈米柱狀空隙N1。請參照圖1至圖2B，奈米柱狀空隙N1分布於折射率匹配層114中，其中各奈米柱狀空隙N1可以是由導光主體112的底面SB向外延伸，且各奈米柱狀空隙N1的延伸方向D可以垂直於底面SB(如圖2A所示)或傾斜於底面SB(如圖2B所示)。折射率匹配層114的折射率會與奈米柱狀空隙N1的傾斜角度、寬度、孔洞率以及排列方式等參數相關。在圖2A及圖2B中，奈米柱狀空隙N1分別是等間距排列，但本發明不以此為限。

當折射率匹配層114的材質選自於有機絕緣材質(如高分子材質)時，折射率匹配層114可藉由塗佈形成在底面SB上，且折射率匹配層114可具有多個奈米孔洞N2。請參照圖1及圖2C，奈米孔洞N2分散地分布於高分子材質中，且折射率匹配層114的折射率會與奈米孔洞N2的尺寸、分布以及孔洞率等參數相關。另外，折射率匹配層114也可以直接是由折射率小於導光主體112的折射率的材質所形成,例如氟化鎂(MgF₂ )、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, Teflon)或低折射率光學膠等。

以下搭配圖3及圖4說明導光主體112以及折射率匹配層114的折射率差值與折射率匹配層114的厚度H114如何影響背光模組100的反射率。圖3及圖4分別是在不同折射率差值下，折射率匹配層的厚度與可見光的反射率的關係圖。在圖3中，導光主體112以及折射率匹配層114的折射率差值為0.14，而在圖4中，導光主體112以及折射率匹配層114的折射率差值為0.32。另應說明的是，圖3及圖4中的反射率分別是在入射角大於臨界角時的模擬結果。

導光主體112內當入射角大於臨界角時會發生內部全反射，因此理論上可見光(波長400nm至700nm)的反射率會接近100%。然而，實際上，當折射率匹配層114甚薄時，可能發生薄膜干涉，而薄膜干涉會破壞全反射。如圖3及圖4所示，即使在入射角大於臨界角的情況下，若折射率匹配層114的厚度H114不足，可見光波段的反射率有可能差異甚大，進而造成色偏的問題。此外，厚度H114的不足，會使得大於臨界角的光波因內部全反射的總光波量減少，而無法有效地將光波傳導至導光主體112遠離入光面SI的後端。

比較圖3及圖4可知，導光主體112以及折射率匹配層114的折射率差值越大，產生全反射所需的折射率匹配層114的厚度H114越小。換句話說，藉由調變導光主體112以及折射率匹配層114的折射率差值並搭配折射率匹配層114的厚度H114，有助於全反射的形成。詳細而言，若導光主體112的折射率為n1，且折射率匹配層114的折射率為n2，則在1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7的設計下，折射率匹配層114的厚度H114需大於500nm。

在圖1的架構下，1.5≦n1≦1.7，且1.0＜n2≦1.4，其中導光主體112可以是玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)，但不以此為限。折射率匹配層114可以採用圖2A至圖2C所示的型態，且可藉由改變孔洞率來調變折射率匹配層114的折射率，但亦不以此為限。考量到折射率範圍以及折射率匹配層114的結構強度，折射率匹配層114的孔洞率較佳在5%以上且在95%以下。如此，折射率匹配層114除了有助於全反射的形成之外，還可用以支撐導光主體112，進而提升導光板110的結構強度，並可解決習知大尺寸背光模組因結構強度不足所造成的彩虹紋現象，使背光模組100具有良好的照明品質。當折射率匹配層114是低折射率光學膠(如OCA)，而導光主體112是玻璃時，導光主體112透過低折射率光學膠與反射片130貼合後將有類似防爆膜的功效，進而提升機構強度。

請再參照圖1，光源120配置在入光面SI旁，其適於提供光束(未繪示)。光束自入光面SI進入導光主體112後藉由內全反射傳遞於導光主體112中。位於導光主體112的底面SB的導光微結構或網點(未繪示)可使部分光束散射，從而讓光束自導光主體112的出光面SE射出，並形成照明所需的面光源。光源120可包括一燈管或是多個發光二極體，其中燈管的延伸方向或發光二極體的排列方向平行於入光面SI(亦即垂直於圖面)。

反射片130設置在折射率匹配層114遠離導光主體112的一側，其適於反射自底面SB射出導光主體112的光束，使光束有機會再次回到導光主體112中，進而提升光的利用率。舉例而言，反射片130可以是金屬反射片或白色反射片。金屬反射片例如是銀反射片或鋁反射片，但不以此為限。在本實施例中，反射片130可藉由鍍膜或塗佈的方式形成在折射率匹配層114遠離導光主體112的表面上，但本發明不以此為限。

依據不同的設計需求，背光模組100可進一步包括其他元件。舉例而言，背光模組100可進一步包括至少一光學膜片140。光學膜片140位於導光主體112的出光面SE的上方且可包括擴散片以及稜鏡片的其中至少一者，但不以此為限。

以下藉由圖5至圖10說明背光模組的其他實施型態，其中相同或相似的元件以相同或相似的標號表示，於下便不再贅述。圖5至圖8分別是依照本發明的第二實施例至第五實施例的背光模組的剖面示意圖。圖9及圖10分別表示導光主體在僅設置折射率匹配層以及設置有折射率匹配層、第一折射率層及第二折射率層下背光模組反射率的模擬結果。圖11及圖12分別是依照本發明的第六實施例及第七實施例的背光模組的上視示意圖，其中圖11及圖12省略繪示圖1的光學膜片140。

請參照圖5，背光模組200相似於圖1的背光模組100，兩者的主要差異在於導光板110A中折射率匹配層114A與導光主體112A的相對配置關係。詳細而言，折射率匹配層114A是由底面SB凹陷進導光主體112A中的多個表面奈米孔洞N3所構成。表面奈米孔洞N3例如是由選擇性蝕刻導光主體112A的底面SB所形成，但不以此為限。在此架構下，導光主體112A的出光面SE可選擇性形成多個導光微結構，或者導光主體112A的底面SB可形成多個網點。

請參照圖6，背光模組300相似於圖1的背光模組100，兩者的主要差異在於背光模組300更包括黏著層AD1，且反射片130透過黏著層AD1與折射率匹配層114接合。黏著層AD1與導光主體112可具有相同或相似的折射率，但不以此為限。應說明的是，在圖5的實施例中，反射片130也可透過黏著層AD1與折射率匹配層114接合。

請參照圖7，背光模組400相似於圖6的背光模組300，兩者的主要差異在於折射率匹配層114B是具有表面奈米孔洞N3的玻璃。表面奈米孔洞N3例如是由選擇性蝕刻所述玻璃的一表面所形成，但不以此為限。折射率匹配層114B的孔洞率可以在5%以上且在95%以下，使折射率匹配層114B的折射率落在1.1至1.45的範圍內，但不以此為限。導光板110B可進一步包括黏著層AD2，且折射率匹配層114B透過黏著層AD2與底面SB接合。黏著層AD1、AD2、折射率匹配層114B的玻璃以及導光主體112可具有相同或相似的折射率，但不以此為限。此外，黏著層AD2的厚度HAD2以及折射率匹配層114B的厚度H114可小於導光主體112的厚度H112。

在本實施例中，表面奈米孔洞N3位於折射率匹配層114B遠離導光主體112的一側，但不以此為限。在另一實施例中，表面奈米孔洞N3可位於折射率匹配層114B靠近導光主體112的一側。另外，導光主體112的底面SB、出光面SE、折射率匹配層114B靠近導光主體112的表面以及折射率匹配層114B遠離導光主體112的表面的其中至少一者上可選擇性形成多個導光微結構或多個網點。

請參照圖8，背光模組500相似於圖1的背光模組100，兩者的主要差異在於背光模組500進一步包括至少一第一折射率層I1以及至少一第二折射率層I2。各第二折射率層I2的折射率高於各第一折射率層I1的折射率，所述至少一第一折射率層I1以及所述至少一第二折射率層I2交替配置在折射率匹配層114與反射片130之間，且其中一第二折射率層I2比所述至少一第一折射率層I1更靠近折射率匹配層114。具體地，當第一折射率層I1以及第二折射率層I2的數量分別為一時，第二折射率層I2位於第一折射率層I1與折射率匹配層114之間。當第一折射率層I1以及第二折射率層I2的數量分別為複數時，第二折射率層I2與第一折射率層I1由折射率匹配層114指向反射片130的方向依序交替堆疊。

當折射率匹配層114的材質採用具有黏性的高分子材質時，第一折射率層I1與第二折射率層I2可先形成在反射片130上，再透過折射率匹配層114與導光主體112接合。或者，折射率匹配層114、第二折射率層I2、第一折射率層I1與反射片130可依序形成在導光主體112上(例如藉由鍍膜的方式)。

在本實施例中，折射率匹配層114除了可採用圖2A至圖2C及圖5的型態之外，也可以是空氣層，即n2=1.0。在此架構下，厚度H114即第二折射率層I2與導光主體112之間的空氣間隙的高度。

藉由調變第一折射率層I1以及第二折射率層I2的折射率及厚度HI1、HI2，除了可補償不同波長的反射率差異之外，還可進一步提升反射率。以下搭配圖9及圖10說明導光主體112在僅設置折射率匹配層114以及設置有折射率匹配層114、第一折射率層I1及第二折射率層I2如何影響背光模組反射率的模擬結果。圖9示出在導光主體112的底面SB僅設置折射率匹配層114的架構下，背光模組的反射率的模擬結果。圖10示出在導光主體112的底面SB設置有折射率匹配層114、第一折射率層I1及第二折射率層I2的架構下，背光模組的反射率的模擬結果。在圖9及圖10中，當導光主體112內的入射角大於臨界角時(例如入射角為60度或70度時)，在可見光(400nm~700nm)範圍的反射率幾乎為100%。當導光主體112內的入射角小於臨界角時(例如入射角為0度、20度或40度時)，部分光束會自導光主體112的底面SB射出，而造成部分光能量的散失，因此在可見光(400nm~700nm)範圍的反射率低於100%。

比對圖9及圖10，在未設置第一折射率層I1及第二折射率層I2的架構下，背光模組除了整體的反射率較低外，在短波長(400nm~550nm)範圍的反射率明顯低於長波長(550nm~700nm)範圍的反射率，因此會產生色偏的現象。在設置第一折射率層I1及第二折射率層I2的架構下，經由調變第一折射率層I1以及第二折射率層I2的折射率及厚度HI1、HI2，在可見光波長(400nm~700nm)範圍內有較一致的反射率，除了可補償不同波長的反射率差異之外，還進一步提升整體反射率，進而可改善色偏並提升背光模組500的出光亮度。在本實施例中，各第一折射率層I1的折射率落在1.3至1.5的範圍內，且各第二折射率層I2的折射率落在1.8至2.5的範圍內。此外，各第一折射率層I1的厚度HI1落在50nm至100nm的範圍內，且各第二折射率層I2的厚度HI2落在30nm至60nm的範圍內。

請參照圖9，背光模組600相似於圖1的背光模組100，兩者的主要差異在於背光模組600進一步包括殼體HS，以容納導光板110、光源120以及反射片(未繪示)。在本實施例中，殼體HS可採用具有高反射率的材質，以將自導光主體112的側面SS射出的光束(未繪示)反射回導光主體112內，進而提升光的利用率，但本發明不以此為限。如圖10所示，背光模組700可進一步包括側邊反射片SR以將自導光主體112的側面SS射出的光束反射回導光主體112內。側邊反射片SR位於殼體HS與導光板110之間。如此，殼體HS的材質不限於高反射率的材質。

上述實施例的背光模組100、200、300、400、500、600、700可應用於顯示裝置(未繪示)中。具體地，顯示裝置可包括背光模組100、200、300、400、500、600、700的其中一者以及顯示面板(未繪示)，其中顯示面板鄰近出光面SE設置，例如顯示面板位於出光面SE上方，且光學膜片140位於導光主體112與顯示面板之間。

綜上所述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的實施例的導光板中，導光主體與折射率匹配層的折射率差值搭配折射率匹配層的厚度，有助於全反射的形成。在一實施例中，折射率匹配層可用以支撐導光主體，從而提升導光板的結構強度。另外，本發明的實施例的背光模組應用上述導光板而可具有良好的照明品質。本發明的實施例的顯示裝置應用上述背光模組而可具有良好的顯示品質。在一實施例中，可在折射率匹配層與反射片之間設置第一折射率層與第二折射率層以補償不同波長的反射率差異並提升反射率，從而改善色偏並提升背光模組的出光亮度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400、500、600、700‧‧‧背光模組 110、110A、110B‧‧‧導光板 112、112A‧‧‧導光主體 114、114A、114B‧‧‧折射率匹配層 120‧‧‧光源 130‧‧‧反射片 140‧‧‧光學膜片 AD1、AD2‧‧‧黏著層 D‧‧‧延伸方向 H112、H114、HAD2、HI1、HI2‧‧‧厚度 HS‧‧‧殼體 I1‧‧‧第一折射率層 I2‧‧‧第二折射率層 N1‧‧‧奈米柱狀空隙 N2‧‧‧奈米孔洞 N3‧‧‧表面奈米孔洞 SB‧‧‧底面 SE‧‧‧出光面 SI‧‧‧入光面 SR‧‧‧側邊反射片 SS‧‧‧側面

圖1是依照本發明的第一實施例的一種背光模組的剖面示意圖。 圖2A至圖2C分別是圖1中折射率匹配層的第一種至第三種局部放大示意圖。 圖3及圖4分別是在不同折射率差值下，折射率匹配層的厚度與可見光的反射率的關係圖。 圖5至圖8分別是依照本發明的第二實施例至第五實施例的背光模組的剖面示意圖。 圖9及圖10分別表示導光主體在僅設置折射率匹配層以及設置有折射率匹配層、第一折射率層及第二折射率層下背光模組反射率的模擬結果。 圖11及圖12分別是依照本發明的第六實施例及第七實施例的背光模組的上視示意圖。

100‧‧‧背光模組

110‧‧‧導光板

112‧‧‧導光主體

114‧‧‧折射率匹配層

120‧‧‧光源

130‧‧‧反射片

140‧‧‧光學膜片

H114‧‧‧厚度

SB‧‧‧底面

SE‧‧‧出光面

SI‧‧‧入光面

Claims (21)

1. 一種導光板，包括： 一導光主體，具有一出光面以及一與該出光面相對的底面；以及 一折射率匹配層，鄰近該底面設置，其中該導光主體的折射率為n1，該折射率匹配層的折射率為n2，1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7，該折射率匹配層的厚度大於500nm。
2. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中1.5≦n1≦1.7，且1.0＜n2≦1.4。
3. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中該底面位於該折射率匹配層與該出光面之間，該折射率匹配層具有多個奈米柱狀空隙或奈米孔洞。
4. 如申請專利範圍第3項所述的導光板，其中該折射率匹配層的材質包括絕緣材質或氧化金屬。
5. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中該折射率匹配層是由該底面凹陷進該導光主體中的多個表面奈米孔洞所構成。
6. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中該折射率匹配層的孔洞率在5%以上且在95%以下。
7. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中該折射率匹配層是一具有表面奈米孔洞的玻璃，該導光板更包括一黏著層，該折射率匹配層透過該黏著層與該底面接合。
8. 一種背光模組，包括： 一導光板，包括： 一導光主體，具有一出光面、一與該出光面相對的底面以及一連接該出光面與該底面的入光面；以及 一折射率匹配層，鄰近該底面設置，其中該導光主體的折射率為n1，該折射率匹配層的折射率為n2，1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7，該折射率匹配層的厚度大於500nm； 一光源，配置在該入光面旁；以及 一反射片，其中該折射率匹配層位於該反射片與該導光主體之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中1.5≦n1≦1.7，且1.0≦n2≦1.4。
10. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中該底面位於該折射率匹配層與該出光面之間，該折射率匹配層具有多個奈米柱狀空隙或奈米孔洞。
11. 如申請專利範圍第10項所述的背光模組，其中該折射率匹配層的材質包括絕緣材質或氧化金屬。
12. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中該折射率匹配層是由該底面凹陷進該導光主體中的多個表面奈米孔洞所構成。
13. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中該折射率匹配層的孔洞率在5%以上且在95%以下。
14. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，更包括一黏著層，該反射片透過該黏著層與該折射率匹配層接合。
15. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，其中該折射率匹配層是一具有表面奈米孔洞的玻璃，該導光板更包括一黏著層，該折射率匹配層透過該黏著層與該底面接合。
16. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，更包括至少一第一折射率層以及至少一第二折射率層，各該第二折射率層的折射率高於各該第一折射率層的折射率，該至少一第一折射率層以及該至少一第二折射率層交替配置在該折射率匹配層與該反射片之間，且其中一第二折射率層比該至少一第一折射率層更靠近該折射率匹配層。
17. 如申請專利範圍第16項所述的背光模組，其中各該第一折射率層的折射率落在1.3至1.5的範圍內，且各該第二折射率層的折射率落在1.8至2.5的範圍內。
18. 如申請專利範圍第16項所述的背光模組，其中各該第一折射率層的厚度落在50nm至100nm的範圍內，且各該第二折射率層的厚度落在30nm至60nm的範圍內。
19. 如申請專利範圍第8項所述的背光模組，更包括一殼體，容納該導光板、該光源以及該反射片。
20. 如申請專利範圍第17項所述的背光模組，更包括一側邊反射片，位於該殼體與該導光板之間。
21. 一種顯示裝置，包括： 一如申請專利範圍第8項所述的背光模組；以及 一顯示面板，其中該顯示面板鄰近該出光面設置。