TWI550313B - 導光材、背光模組及顯示裝置 - Google Patents

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TWI550313B TW104129036A TW104129036A TWI550313B TW I550313 B TWI550313 B TW I550313B TW 104129036 A TW104129036 A TW 104129036A TW 104129036 A TW104129036 A TW 104129036A TW I550313 B TWI550313 B TW I550313B
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Description

導光材、背光模組及顯示裝置
本發明是有關於一種導光元件及其應用，且特別是有關於一種導光材、背光模組及顯示裝置。
一般背光模組主要包含光源以及導光板，且光源所產生之光線係直接進入導光板。然而，當光源所產生之光線進入導光板後，較短波長的光線(例如藍光)容易被導光板吸收。而且，隨著光線在導光板傳播的距離增加，光線中之較短波長光線從導光板之出光面射出的量就越少，如此將造成導光板之出光面較遠離光源的部分產生較長波長之光線(例如黃光)的色偏現象。
因此，本發明之一目的是在提供一種導光材及背光模組，其可改善背光模組之色偏問題。
根據本發明之上述目的，提出一種導光材。此導光材包含基材以及第一微結構層。基材具有第一主表面。第一微結構層設置在第一主表面。其中，基材對第一光波長 的折射率大於第一微結構層對第一光波長的折射率，且基材對第二光波長的折射率小於第一微結構層對第二光波長的折射率。而且，第一光波長小於第二光波長。
依據本發明之一實施例，上述之第一光波長小於或等於500nm，第二光波長大於500nm。
依據本發明之另一實施例，上述之第一光波長之範圍為400nm至500nm之間，包含端點值400nm與500nm，且第二光波長之範圍為500nm至700nm之間，包含端點值700nm，不包含端點值500nm。
依據本發明之又一實施例，上述之基材對第一光波長的折射率與第一微結構層對第一光波長的折射率的差值之絕對值是小於或等於0.5。
依據本發明之再一實施例，上述之基材對第二光波長的折射率與第一微結構層對第二光波長的折射率的差值之絕對值是小於或等於0.5。
依據本發明之再一實施例，上述之基材更包含入光面連接第一主表面。第一微結構層包含複數個第一微結構。相鄰之第一微結構之間具有間距，且這些間距係隨著第一微結構與入光面距離增加而減少。
依據本發明之再一實施例，上述之第一微結構為點狀結構。
依據本發明之再一實施例，上述之基材更包含入光面連接第一主表面。第一微結構為條狀結構，且這些條狀結構的延伸方向係平行於入光面。
依據本發明之再一實施例，上述之基材更包含入光面連接第一主表面。上述之第一微結構層包含複數個第一微結構，且這些第一微結構的尺寸係隨著第一微結構與入光面距離增加而增加。
依據本發明之再一實施例，上述之第一微結構為點狀結構。
依據本發明之再一實施例，上述之基材更包含入光面連接第一主表面。上述之第一微結構為條狀結構，且這些條狀結構的延伸方向係平行於入光面。
依據本發明之再一實施例，上述之導光材更包含第二微結構層。第二微結構層係設置在基材之第二主表面。第二主表面相對第一主表面。其中，基材對第一光波長的折射率大於第二微結構層對第一光波長的折射率，且基材對第二光波長的折射率小於第二微結構層對第二光波長的折射率。
依據本發明之再一實施例，上述之第二微結構層包含複數個點狀結構。
依據本發明之再一實施例，上述之基材更包含入光面連接第一主表面以及第二主表面。第二微結構層包含複數個第二微結構，且這些第二微結構為條狀結構。這些條狀結構的延伸方向係垂直於入光面。
根據本發明之上述目的，另提出一種背光模組。此背光模組包含上述之導光材以及光源。光源係用以提供光線至導光材中。
根據本發明之上述目的，另提出一種顯示裝置。此顯示裝置包含前述之背光模組以及顯示面板。顯示面板係位於背光模組之導光材的前方。
由上述可知，本發明之導光材主要包含不同材料的基材及微結構層，且基材與微結構層對於不同波長具有不同的折射率。藉此，可增加較短波長之光線之行進距離，以及減少較長波長之光線的行進距離，以達到平衡與調和整體背光模組之出光顏色之目的，進而解決色偏的問題。
100‧‧‧背光模組
120‧‧‧導光材
122‧‧‧基材
122a‧‧‧第一主表面
122b‧‧‧第二主表面
122c‧‧‧入光面
124‧‧‧第一微結構層
124a‧‧‧第一微結構
140‧‧‧光源
200‧‧‧背光模組
220‧‧‧導光材
222‧‧‧基材
222a‧‧‧入光面
224‧‧‧第一微結構層
224a‧‧‧第一微結構
300‧‧‧背光模組
320‧‧‧導光材
322‧‧‧基材
322a‧‧‧第一主表面
322b‧‧‧第二主表面
322c‧‧‧入光面
324‧‧‧第一微結構層
324a‧‧‧第一微結構
326‧‧‧第二微結構層
326a‧‧‧第二微結構
400‧‧‧背光模組
422‧‧‧基材
424‧‧‧第一微結構層
424a‧‧‧第一微結構
426‧‧‧第二微結構層
426a‧‧‧第二微結構
500‧‧‧背光模組
510‧‧‧反射片
520‧‧‧下擴散片
530‧‧‧下稜鏡片
540‧‧‧上稜鏡片
550‧‧‧上擴散片
600‧‧‧背光模組
620‧‧‧導光材
622‧‧‧基材
622a‧‧‧入光面
624‧‧‧第一微結構層
624a‧‧‧第一微結構
626‧‧‧第二微結構層
626a‧‧‧第二微結構
700‧‧‧顯示裝置
710‧‧‧顯示面板
A1‧‧‧基材折射率與光波長之關係線
A2‧‧‧第一微結構層折射率與光波長之關係線
A3‧‧‧第一微結構層折射率與光波長之關係線
A4‧‧‧第一微結構層折射率與光波長之關係線
A5‧‧‧基材折射率與光波長之關係線
A6‧‧‧第一微結構層折射率與光波長之關係線
A7‧‧‧第二微結構層折射率與光波長之關係線
A8‧‧‧第二微結構層折射率與光波長之關係線
A9‧‧‧第二微結構層折射率與光波長之關係線
L1‧‧‧第一波長光線
L2‧‧‧第二波長光線
L3‧‧‧第一波長光線
L4‧‧‧第二波長光線
θ1‧‧‧折射角
θ2‧‧‧入射角
θ3‧‧‧折射角
θ4‧‧‧入射角
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示依照本發明第一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明第一實施方式之一種第一微結構層與基材之折射率與光波長之關係示意圖；〔圖3〕係繪示依照本發明第一實施方式之一種背光模組之光線行進路徑示意圖；〔圖4〕係繪示依照本發明第一實施方式之一種導光材之製作過程示意圖；〔圖5A〕至〔圖5E〕係分別繪示依照本發明第一實施方式之不同排列方式之第一微結構示意圖； 〔圖6〕係繪示依照本發明第二實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖7〕係繪示依照本發明第三實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖8〕係繪示依照本發明第三實施方式之一種第一微結構層、第二微結構層與基材之折射率與光波長之關係示意圖；〔圖9〕係繪示依照本發明第四實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖10〕係繪示依照本發明第五實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；〔圖11〕係繪示依照本發明第六實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；以及〔圖12〕係繪示依照本發明一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。
請參照圖1，其係繪示依照本發明第一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。本實施方式之背光模組100主要包含導光材120以及光源140。光源140主要是用以提供光線至導光材120中，且導光材120可折射與反射光源140所提供之光線，並提升背光模組100之光學輝度，且可使背光模組100之出光色彩均勻。
另外說明的是，本發明的導光材120是採用跟光源140相同厚度或更小厚度的導光膜，以因應薄形化背光模組的設計趨勢。如果在照明燈具的技術領域，並不會如同背光模組的極度薄化的要求，此時的導光材120就可以使用較大厚度的導光板，以射出成型等方式來製作成型。所以本發明之中針對導光材120的敘述，並不只限於膜材，其他板材、片材等，也屬於本發明所欲保護之範圍。
請繼續參照圖1，導光材120主要包含基材122以及設置在基材122上的第一微結構層124。基材122主要包含第一主表面122a、第二主表面122b以及入光面122c。其中，入光面122c係連接第一主表面122a以及第二主表面122b，且第一主表面122a係相對於第二主表面122b。在一些實施例中，第一主表面122a為導光材120之反射面，第二主表面122b為導光材120之出光面。在本實施例中，第一微結構層124係設置在導光材120的第一主表面122a上。
請同時參照圖2及圖3，其中圖2係繪示依照本發明第一實施方式之一種第一微結構層與基材之折射率與光波長之關係示意圖，圖3係繪示依照本發明第一實施方式之一種背光模組之光線行進路徑示意圖。本實施例中，基材122的材料與第一微結構層124的材料不同。此外，如圖2所示，圖中的虛線A1代表基材折射率與光波長之關係線，而圖中的三條實線A2、A3及A4代表第一微結構層折射率與光波長之關係線的三種不同實施形態。在本實施例中，基材122對於第一光波長的折射率大於第一微結構層124對第一 光波長的折射率。基材122對第二光波長的折射率小於第一微結構層124對第二光波長的折射率。而且，第一光波長小於第二光波長。
在一些實施例中，如圖2的A4實施形態所示，基材122對第一光波長的折射率與第一微結構層124對第一光波長的折射率的差值△n1之絕對值是等於0.5。基材122對第二光波長的折射率與第一微結構層124對第二光波長的折射率的差值△n2之絕對值是等於0.5。在其他實施形態中，例如A1、A2、A3，則是△n1、△n2之絕對值是小於0.5。
請繼續參照圖2及圖3所示，由於基材122對於第一光波長的折射率大於第一微結構層124對第一光波長的折射率，故光源140所發出的光線中的第一波長光線L1在從基材122進入第一微結構層124的折射角θ1係大於入射角θ2。因此，當第一波長光線L1進入第一微結構層124時，因為折射角變大而增加偏斜程度，可以在第一微結構層124之中行進至較遠的距離後，再進入基材122，再從基材122的第二主表面122b射出。另一方面，由於基材122對第二光波長的折射率小於第一微結構層124對第二光波長的折射率，故光源140所發出的光線中的第二波長光線L2在從基材122進入第一微結構層124的折射角θ3係小於入射角θ4。因此，當第二波長光線L2進入第一微結構層124時，因為折射角變小而減少偏斜程度，因此在第一微結構層124之中所行進的距離較第一波長光線L1短，然後再進入基材 122，再從基材122的第二主表面122b射出。藉此，透過對不同波長而有不同折射率的基材122與第一微結構層124的設計，可控制第一波長光線L1及第二波長光線L2之折射角以及行進距離，以避免背光模組100產生色偏。
在一實施例中，第一波長光線L1與第二波長光線L2可為互補色光，例如第一波長光線L1為藍光，第二波長光線L2為黃光。在使用傳統導光板而非使用本實施方式之導光材120的情況下，光源140所產生之光線在進入導光板後，較短波長的光線(例如藍光)在導光板中傳播時，隨著傳播距離增加，較短波長的光線被吸收的越多，而使導光板的出光面在遠離光源140的部分看起來會偏向較長波長之光線顏色(例如黃光)。因此，透過本實施方式之導光材120之對不同波長而有不同折射率的基材122與第一微結構層124的設計，可同時增加較短波長之光線(例如藍光)之行進距離以及減少較長波長之光線(例如黃光)的行進距離，以達到平衡與調和整體背光模組100之出光顏色之目的，藉此可解決色偏的問題。
在一些實施例中，第一光波長之範圍為400~500nm之間，且包含端點值400nm與500nm。第二光波長之範圍為500~700nm之間，包含端點值700nm，但不包含端點值500nm。
請參照圖4，其係繪示依照本發明第一實施方式之一種導光材之製作過程示意圖。在本實施例中，導光材120之第一微結構層124係藉由直接將UV膠(UV-cured acrylate resin)塗佈於基材122的第一主表面122a上，再以紫外光照射而使UV膠經過固化(aged)所形成。也就是說，第一微結構層124可為一塗層，其厚度相對於基材122是極薄，可以達到薄形化背光模組的設計需求。
另請同時參照圖1及圖5A至圖5E，其中圖5A至圖5E係分別繪示依照本發明第一實施方式之不同排列方式之第一微結構示意圖。在一些實施例中，第一微結構層124包含複數個第一微結構124a，且這些第一微結構124a為點狀結構。在圖5A所示之實施例中，導光材120上的每一個第一微結構124a的尺寸均相同且排列而形成數個微結構列。其中，每一微結構列是實質平行於導光材120之入光面122c的邊緣。而且，在較靠近光源140的微結構列中，第一微結構124a的排列較疏，較遠離光源140的微結構列中，第一微結構124a的排列較密。也就是說，微結構的排列密度可隨著微結構列與光源140的距離增加而增加。此外，在第5A圖所示之實施例中，每一微結構列之間的距離相同。在其他實施例中，如圖5B所示，第一微結構124a亦可為隨機排列，且相鄰之第一微結構124a之間具有間距，而這些間距隨著第一微結構124a與光源140(或入光面122c)距離增加而減少。
在一些實施例中，第一微結構124a的尺寸可隨著第一微結構124a與光源140(或入光面122c)距離增加而增加。在圖5C所示實施例中，在較靠近光源140的微結構列中，第一微結構124a的尺寸較小，而在較遠離光源140的微 結構列中，第一微結構124a的尺寸較大。在圖5D所示實施例中，每一個第一微結構124a的尺寸皆相同，但每一微結構列之間的距離隨著遠離光源140而變小。另如圖5E所示實施例中，每一個第一微結構124a的尺寸皆相同，且靠近光源140的微結構列係沿著光源140所發出的光呈發散排列。藉此，透過不同配置方式的第一微結構124a，可使出光更均勻。
另請參照圖6，其係繪示依照本發明第二實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。本實施方式之背光模組200大致上與前述之背光模組100相同，差異僅在於背光模組200之導光材220具有不同的結構設計。如圖6所示，導光材220包含基材222以及第一微結構層224。此第一微結構層224包含複數個第一微結構224a，且這些第一微結構224a為V形條狀結構。如圖6所示，在本實施例中，第一微結構224a的延伸方向平行於基材222的入光面222a的延伸方向，藉此可達到與前述第一微結構124a相同之功效，故在此不再贅述。
請參照圖7，其係繪示依照本發明第三實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。本實施方式之背光模組300大致上與前述之背光模組100相同，差異僅在於背光模組300之導光材320具有不同的結構設計。如圖7所示，導光材320包含基材322、第一微結構層324以及第二微結構層326。同樣地，基材322具有第一主表面322a、第二主表面322b以及入光面322c。第一主表面322a相對第二主表面 322b，且入光面322c連接第一主表面322a及第二主表面322b。而且，第一微結構層324與第二微結構層326係分別設置在第一主表面322a及第二主表面322b上。
請同時參照圖7及圖8，其中圖8係繪示依照本發明第三實施方式之一種第一微結構層、第二微結構層與基材之折射率與光波長之關係示意圖。在圖7所示之實施例中，基材322的材料分別與第一微結構層324與第二微結構層326的材料不同。在一些實施例中，第一微結構層324與第二微結構層326的材料可為相同或不相同。而且，如圖8所示，圖中的虛線A5代表基材折射率與光波長之關係線，圖中的實線A6代表第一微結構層折射率與光波長之關係線，而圖中的三條一點鏈線A7、A8及A9代表第二微結構層折射率與光波長之關係線的三種不同實施形態。由圖8可知，基材322對於第一光波長的折射率大於第一微結構層324及第二微結構層326對第一光波長的折射率。基材322對第二光波長的折射率小於第一微結構層324及第二微結構層326對第二光波長的折射率。其中，第一光波長小於第二光波長。藉此，透過本實施方式之導光材320之對不同波長而有不同折射率的基材322、第一微結構層324與第二微結構層326的設計，可同時增加較短波長之光線(例如第一波長光線L3)之行進距離以及減少較長波長之光線(例如第二波長光線L4)的行進距離。也就是說，圖7所示之第三實施例相較於圖1所示之第一實施例多了第二微結構層326，其可增加較短波長的光線之折射角，而增加其行徑距離，同 樣可達到平衡與調和整體背光模組300之出光顏色之目的，以解決色偏的問題。
在一些實施例中，如圖8所示，第二微結構層326的折射率與光波長之關係線A7，恰是介於基材322的折射率與光波長之關係線A5與第一微結構層324的折射率與光波長之關係線A6之間。在其他實施形態中，例如第二微結構層326的折射率與光波長之關係線A8、A9，則是位於基材322的折射率與光波長之關係線A5與第一微結構層324的折射率與光波長之關係線A6之間的以外的範圍。
如圖7所示，在本實施例中，第一微結構層324包含複數個第一微結構324a，第二微結構層326包含複數個第二微結構326a。在本實施例中，第一微結構324a與第二微結構326a均為點狀結構，且其排列方式與功效均係與圖5A至圖5E的實施例相同，於此不再贅述。
另請參照圖9，其係繪示依照本發明第四實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。本實施方式之背光模組400大致上與前述之背光模組300相同，差異僅在於背光模組400之導光材420具有不同的結構設計。如圖9所示，導光材420同樣包含基材422、第一微結構層424以及第二微結構層426。此第一微結構層424包含複數個第一微結構424a，且這些第一微結構424a為條狀結構。第二微結構層426包含複數個第二微結構426a。如圖9所示，在本實施例中，第一微結構424a的延伸方向平行於基材422的入光面422a的延伸方向，且第二微結構426a的延伸方向係垂直於 基材422的入光面422a的延伸方向，藉此改善出光不均勻的問題。
另請參照圖10，其係繪示依照本發明第五實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。本實施方式之背光模組600大致上與前述之背光模組400相同，差異僅在於背光模組600之導光材620具有不同的結構設計。如圖10所示，導光材620同樣包含基材622、第一微結構層624以及第二微結構層626。此第一微結構層624包含複數個第一微結構624a，且這些第一微結構624a為點狀結構，且其排列方式與功效均係與圖5A至圖5E的實施例相同，於此不再贅述。第二微結構層626包含複數個第二微結構626a，且這些第二微結構626a為條狀結構。如圖10所示，本實施例中之第二微結構626a的延伸方向係垂直於基材622的入光面622a的延伸方向，藉此可改善出光不均勻的問題。
請參照圖11，其係繪示依照本發明第六實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。本實施方式之背光模組500大致上與圖1所示之背光模組100相同，差異僅在於背光模組500更包含反射片510、下擴散片520、下稜鏡片530、上稜鏡片540及上擴散片550。反射片510係設置在導光材120的下方，下擴散片520、下稜鏡片530、上稜鏡片540及上擴散片550則是依序設置在導光材120之上方，藉此可使背光模組500產生較佳之光學效果。
請參照圖12，其係繪示依照本發明之一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。本實施方式之顯示裝置 700包含圖11所示之背光模組500以及顯示面板710。如圖12所示，顯示面板710係設置在背光模組500之前方。光源140所產生之光線進入導光材120後，可依序經由導光材120、下擴散片520、下稜鏡片530、上稜鏡片540及上擴散片550出光而射入顯示面板710中，並可達到與前述相同之目的。
由上述本發明實施方式可知，本發明之導光材主要包含不同材料的基材及微結構層，且基材與微結構層對於不同波長具有不同的折射率。藉此，可增加較短波長之光線之行進距離，以及減少較長波長之光線的行進距離，以達到平衡與調和整體背光模組之出光顏色之目的，進而解決色偏的問題。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧背光模組
120‧‧‧導光材
122‧‧‧基材
122a‧‧‧第一主表面
122b‧‧‧第二主表面
122c‧‧‧入光面
124‧‧‧第一微結構層
140‧‧‧光源
L1‧‧‧第一波長光線
L2‧‧‧第二波長光線
θ1‧‧‧折射角
θ2‧‧‧入射角
θ3‧‧‧折射角
θ4‧‧‧入射角

Claims (16)

  1. 一種導光材，包含：一基材，具有一第一主表面；以及一第一微結構層，設置在該第一主表面；其中，該基材對一第一光波長的折射率大於該第一微結構層對該第一光波長的折射率，且該基材對一第二光波長的折射率小於該第一微結構層對該第二光波長的折射率，該第一光波長小於該第二光波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導光材，其中該第一光波長小於或等於500nm，該第二光波長大於500nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之導光材，其中該第一光波長之範圍為400nm至500nm之間，包含端點值400nm與500nm，該第二光波長之範圍為500nm至700nm之間，包含端點值700nm，不包含端點值500nm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之導光材，其中該基材對該第一光波長的折射率與該第一微結構層對該第一光波長的折射率的差值之絕對值是小於或等於0.5。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之導光材，其中該基材對該第二光波長的折射率與該第一微結構層對該第二光波長的折射率的差值之絕對值是小於或等於0.5。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之導光材，其中該基材更包含一入光面連接該第一主表面；以及該第一微結構層包含複數個第一微結構，相鄰之該些第一微結構之間具有一間距，且該些間距隨著該些第一微結構與該入光面距離增加而減少。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之導光材，其中該些第一微結構為點狀結構。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之導光材，其中該基材更包含一入光面連接該第一主表面；以及該些第一微結構為條狀結構，且該些條狀結構的延伸方向係平行於該入光面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之導光材，其中該基材更包含一入光面連接該第一主表面；以及該第一微結構層包含複數個第一微結構，該些第一微結構的尺寸隨著該些第一微結構與該入光面距離增加而增加。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之導光材，其中該些第一微結構為點狀結構。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之導光材，其中該基材更包含一入光面連接該第一主表面；以及該些第一微結構為條狀結構，且該些條狀結構的延伸方向係平行於該入光面。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之導光材，更包含一第二微結構層，設置在該基材之一第二主表面，其中該第二主表面相對該第一主表面；其中，該基材對該第一光波長的折射率大於該第二微結構層對該第一光波長的折射率，且該基材對該第二光波長的折射率小於該第二微結構層對該第二光波長的折射率。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之導光材，其中該第二微結構層包含複數個第二微結構，該些第二微結構為點狀結構。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之導光材，其中該基材更包含一入光面連接該第一主表面以及該第二主表面；以及 該第二微結構層包含複數個第二微結構，該些第二微結構為條狀結構，且該些條狀結構的延伸方向係垂直於該入光面。
  15. 一種背光模組，包含：一依據申請專利範圍1至14項中任一項所述之導光材；以及一光源，用以提供光線至該導光材中。
  16. 一種顯示裝置，包含：一依據申請專利範圍15項中所述之背光模組；以及一顯示面板，位於該背光模組之該導光材的前方。
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