专利名称：具有偏振光转换功能的背光模块的制作方法
技术领域：
本发明关于一种背光模块，特别是一种具有偏振光转换功能的背光模块。
现有技术请参照图1，图1为现有液晶显示器示意图。液晶显示器10包括一液晶面板12以及一背光模块14，背光模块14用以提供液晶面板12所需的光源。
液晶面板12包括一上偏振片124、一彩色滤光层121、一液晶层122、一TFT层123以及一下偏振片125，TFT层123中数组排列的像素电极可调控液晶层122中液晶分子16的旋转角度。
来自背光模块14的光线穿过下偏振片125后，产生一偏振光，并进入透明的TFT层123，当TFT层123外加一电压时，可使液晶分子16产生不同的旋转角度，而在液晶层122产生不同的穿透率。不同穿透率的光线使得液晶显示器10呈现出灰阶的画面，接着光线经过彩色滤光层121之后，则可以呈现出彩色的画面。
由上述液晶显示器的基本显示原理可知，液晶层122中不同旋转角度的液晶分子16使光线产生不同穿透率，进而构成灰阶画面为液晶显示器其中一项关键技术。而由于液晶分子16对光线穿透率的调控，由图1所示的液晶分子16具有双折射效果，类似一椭圆偏光仪，可使特定方向的偏振光通过。因此，进入液晶层122的光线必须是属于同一偏振方向的偏振光。所以在现有的液晶显示器10之中，大部份需要一片或数片偏振片(例如图1中的标号124与125)，使灯管所提供的非偏极化的光线，经过偏振片之后而成为具有特定偏振方向的偏振光。若此些偏振片并非设置在液晶面板12之中，则需要设置在背光模块14内。
由上述现有的液晶显示器的介绍可知，为了使得背光模块14所提供的光线有良好的均匀度与辉度，因此灯管141所提供的光线经过层层的传导后，才由背光模块14出射并提供予液晶面板(图1标号12)。在此情形下，最后真正能被液晶面板12所利用的光线，往往不到灯管141所提供光线的百分之八，因此发光效率不高为现有液晶显示器长久以来的缺点。尤其，关于图2所示侧端入光背光模块14大多应用在可携式的电子产品中，如笔记型计算机的屏幕，相较于直下式背光模块而言，可使用的灯管数目较少，因此发光效率对侧端入光的背光模块14而言更形重要。
在背光模块14内部的光线传导过程中，光线经过偏振片145所产生的损失是极大的一寰，因为一般光线可分为比例各占百分之五十的P光与S光，因此，当光线通过偏振片145(或图1偏振片124、125)时，S光会被吸收，而造成百分之五十的光线损失。
在此说明现有偏振片145(或图1偏振片124、125)通常的制造方法及作用原理关于偏振片的制造，通常是将特殊的长链型分子埋入可伸缩的透明塑料片中，将塑料片拉长以致使该长链型分子互相平行排列。如此一来，偏振片会将任何偏振方向顺着分子长轴的光线(S光)吸收，而与它们垂直的光线(P光)则可通过。因此来自导光板142的光线通过偏振片145时即产生了百分之五十的损失。
以下介绍现有侧端入光的背光模块。请参照图2，图2为现有背光模块示意图。背光模块14包括一灯管141、一导光板142、一反射片143、一偏振片145以及多层光学薄膜147。
灯管141设于导光板142的侧端，此种将光线由导光板142侧端入射的背光模块通常称为侧端入光(edge light)背光模块。灯管141通常采用冷阴极灯管。
导光板142靠近灯管141的侧端具有一斜面1421，且导光板142的底部具有多个沟槽状结构(slot structure)1422。斜面1421使得入射的光线以特定的角度射向该些沟槽状结构1422，而使光线可出射导光板142。
如图2所示，由沟槽状结构1422的分布密度，由靠近灯管之一端向另一端逐渐增加，其目的在于使得出射导光板142上、下表面的光线分布的更均匀。避免导光板142较靠近灯管141的一侧端(图中左端)的亮度特别高，而产生亮度不均的情形。
设置于导光板142下方的反射片143用来使光线可向上反射，以使来自灯管141的光线能有效地被导至导光板142的上表面(出光面)。
综上所述，如何有效地利用偏振片所吸收的S光，使得背光模块能够将其中灯管所发出的光线能被更有效地利用，为现有技术所缺乏。除此之外，如何在开发可将上述被吸收的S光加以利用的技术时，同时考虑到其应用于背光模块产品化的加工便利性，甚至考虑到其所花费的成本，以使得新技术不只能改善现有背光模块中发光效率偏低的缺点，并能快速地应用于生产线上，并投入目前蓬勃发展的液晶显示器市场中，为当前技术开发时的另一重点。
因此，对于从事液晶显示器相关领域的研发人员而言，莫不致力于解决现有技术所仍然具有的缺点，以期能够更进一步提高背光模块的发光效率与品质，并因此而使液晶显示器产品的背光源品质提升后，进而提升其整体品质，加强其市场竞争力。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有偏振光转换功能的背光模块。
本发明的另一目的在于改善现有背光模块发光效率偏低的缺点。
本发明的另一目的在于提供一种易于产品化的背光模块。
本发明所提供的背光模块，其包括一反射片、一相位延迟片、一导光板、一光源、一次波长光栅片以及多层光学薄膜。
相位延迟片设置于反射片上，其为一二分之一波片与一四分之一波片的组合；由四分之一波片与二分之一波片互相配合，可使得来回通过的可见光均匀地产生二分之一波长的相位差。
而导光板亦设置于相位延迟片上方，其表面具有多个微结构，用以增加背光模块的均匀度。光源则设置于导光板侧端，其所发出的光线由在导光板内部产生全反射，而散布于导光板中，并由导光板表面的该些微结构，而出射导光板。
次波长光栅片(sub-wavelength grating plate)，设置于导光板上，其具有多个周期为数十奈米(nm)平行排列的条状结构，用以(1)允许光线中偏振方向垂直该些次波长光栅的偏振光通过，并定义该些通过的偏振光为P光。
(2)使光线中偏振方向平行该些次波长光栅的偏振光产生反射，并定义该些反射的偏振光为S光。
其中，该些S光会在背光模块底部的反射片再一次产生反射；并因为由次波长光栅片射向反射片，且再次反射回到次波长光栅片的过程中，该些S光会来回通过相位延迟片二次，因而转换成为P光。由此，S光转换成为P光而可通过次波长光栅片。
由次波长光栅片、四分之一波片、二分之一波片与反射片的配合，光源所提供的非偏极化的光线可近乎全数地转变成为P光。
多层光学薄膜设置于次波长光栅片上，其用以加强背光模块所提供的P光的均匀度与辉度；多层光学薄膜包括上、下扩散片与上、下棱镜片。
本发明提供了一种具有偏振光转换功能的背光模块，并改善了现有背光模块发光效率偏低与制作困难的缺点。本发明利用次波长光栅片、相位延迟片及反射片的配合，成功地利用了现有技术中被吸收掉的S光，使光源所发出的光线更有效地利用。并且利用二分之一波片，使得在可见光的范围之中，S光可均匀地转换为P光。且本发明背光模块在开发时兼顾到在生产上的便利性，其架构可快速地应用于生产线上，有利于产业的竞争力与发展。
图1为现有液晶显示器示意图；图2为现有背光模块示意图；图3为本发明背光模块示意图；图4显示波长-相位差关系图；图5显示本发明另一实施例；图6显示本发明另一实施例；及图7显示本发明另一实施例。
图号对照表液晶显示器 10液晶面板12彩色滤光层 121 液晶层 122TFT层 123 偏振片 124、125、145背光模块14灯管141导光板 142 斜面1421沟槽状结构 1422 反射片 143多层光学薄膜147 液晶分子16P光 P S光 S背光模块30反射片 32相位延迟片 33四分之一波片34二分之一波片36导光板 38微结构 381 光源40次波长光栅片42条状结构421多层光学薄膜44第一曲线L1
第二曲线L2第三曲线L3第四曲线L具体实施方式
请参照图3，图3为本发明背光模块示意图。背光模块30具有偏振光转换的功能，其包括一反射片32、一相位延迟片33、一导光板38、一光源40、一次波长光栅片42以及多层光学薄膜44。
相位延迟片33设置于反射片32上，其为一四分之一波片34与一二分之一波片36的组合。
而导光板38设置于相位延迟片33上方，其表面具有多个微结构381。其中每一微结构381具有一特定的斜面。
光源40则设置于导光板38侧端，光源38所发出的光线由在导光板38内部产生全反射，而散布于导光板38中，并由导光板38表面的该些微结构381，而出射导光板38。
如图3所示，微结构381分布密度，由靠近光源40的一侧端向另一侧端逐渐增加，其目的在于避免背光模块30较靠近光源40的一侧端(图中左端)的亮度特别高，而产生亮度不均的情形次波长光栅片(sub-wavelength grating plate)42，设置于导光板38上，次波长光栅片38具有多个周期为数十奈米(nm)平行排列的条状结构421，其用以(1)允许光线中偏振方向垂直该些条状结构421的偏振光通过，并定义该些通过的偏振光为P光。
(2)使光线中偏振方向平行该些条状结构421的偏振光产生反射，并定义该些反射的偏振光为S光。
其中，该些S光会在背光模块30底部的反射片32再一次产生反射；并因为由次波长光栅片42射向反射片32，且再次反射回到次波长光栅片42的过程中，该些S光会来回通过相位延迟片33，产生二分之一波长的相位延迟，因而转换成为P光。由此，背光模块30内部的S光转换成为P光，而可通过次波长光栅片42。由次波长光栅片42、相位延迟片33与反射片32的配合，光源40所提供的非偏极化的光线可近乎全数地转变成为P光。
如图3所示，多层光学薄膜44设置于次波长光栅片42上，其用以加强背光模块30所提供的光线的均匀度与辉度，实施时，多层光学薄膜44可包括上、下扩散片与上、下棱镜片。
相较于现有技术使用偏振片145的背光模块14(图2)，本发明背光模块30(图3)采用次波长光栅片42来取代现有技术中的偏振片145。在功效上而言，次波长光栅片42与偏振片145主要的不同在于次波长光栅片42是将S光予以反射，而偏振片145则会吸收S光。
且本发明利用背光模块中既有的反射片32配合相位延迟片33，使得被次波长光栅片42反射的S光可在来回经过其中的四分之一波片34时，产生二分之一波长的延迟(retardation)而造成相位差，而恰好能转换成为P光，大幅地改善了现有技术中因偏振片145所造成的光线损失。
在本发明部份实施例中，次波长光栅片是采用Moxtek公司的PPL、PBS或PBF系列产品。在本发明另一实施例中，亦考虑在制作导光板38的射出成型模具时，预先设置与该些条状结构421相对应的结构于模具上，以将该些条状结构421与导光板38一体成型地制出。导光板38的下表面为一体成型的微结构381外，其上表面保持平整，可便利于导光板38与次波长光片42的组合，为一有利于背光模块30整体制程速度的实施方式。
请继续参照图3，本发明背光模块30之中，相位延迟片33除了包括上述的四分之一波片34之外，另具有一片二分之一波片36。由于本发明此设置方式主要是着眼于背光模块30所提供的光线并不是单一波长，而是包含了可见光的波长范围(约400～700nm)-背光模块仅设置四分之一波片34而未设置二分之一波片36时，虽然依然可以达到产生P光，且转换部份的S光的目的，然而在不同波长(不同色)的光线上，其效果会有所不同，而造成色偏问题，使得显示品质下降。
请参照图4，图4显示波长-相位差关系图。关于背光模块30中，二分之一波片与四分之一波片不同的设置方式，会对各种不同波长的光线，产生不同的相位差效果。
图4中第一曲线L1与第二曲线L2，代表背光模块30仅设置有一片四分之一波片(图3的标号34)，而未设置有二分之一波片(图3的标号34)时，光线经过该片四分之一波片后的相位差结果。
第一曲线L1代表使用polycarbonate材质的四分之一波片的实施例，而第二曲线L2代表使用polyvinyl alcohol材质的四分之一波片的实施例。
第三曲线L3与第四曲线L4代表同时设置一片四分之一波片(图3标号34)与一片二分之一波片(图3标号34)时，光线来回通过该片二分之一波片，并通过该四分之一波片一次的实验结果。
第三曲线L3代表以polycarbonate材质的二分之一波片及四分之一波片的实施例，其中二分之一波片与四分之一波片的相对轴夹角为10度。
而第四曲线L4代表以polycarbonate材质的二分之一波片及四分之一波片的实施例，其中二分之一波片与四分之一波片的相对轴夹角为17.5度。
比较第一～第四曲线(L1～L4)，很明显地，同时设置有二分之一波片与四分之一波片时(L3，L4)，不论是接近400nm的光线(接近紫光)或是接近700nm的光线(接近红光)，其相位差皆较集中于四分之一波长，因此偏振光转换的效果会较均匀。且其中以相对轴夹角介于9度～11度时效果较佳。而仅设置有二分之一波片时(L1，L2)，仅有在550nm附近的光线的相位差较接近四分之一波长，如图4所示，其中L1接近400nm的相位差甚至已到达八分之三波长；因此，此类实施例的偏振光转换效果会较不均匀，例如波长550nm的光线的偏振光转换效果，会优于波长400nm的光线。
本发明具有偏振光转换功能背光模块的部份具体实施方式
将介绍如下，请配合图3。
背光模块30中，导光板38不再设置有图2的现有背光模块14中的斜面1421，如图3所示，导光板38靠近光源40的侧端为平整，如此的设计不但使得在制造导光板38时更为容易，而且在组装导光板38与光源40时因可不需考虑光源40与斜面的配合，因此组装更为简便。
而导光板38底部的微结构381提供了多个细微的特定斜面，取代了现有背光模块14中的导光板142的斜面1421的功能(图2)，微结构381可使得导光板38内部全反射的光线顺利出射导光板38。
微结构381可为V-cut结构，或是具有特定斜面的凸块(Bump)结构(图5)，其形成是可由制作导光板38的射出成型模具时，预先设置与微结构381相对应的结构于模具上，以将微结构381与导光板38一体成型制出。此外，以V-cut结构为例，亦可在表面仍为平整的导光板38上利用V-cut刮刀以形成V-cut结构。
值得一提的是，图3所示乃本发明背光模块示意图，其中各组件可叠放入一框架之中，各组件彼此之间并未必有图3所示的间距。且微结构381除了设置于导光板38下表面之外，在另一实施例中可设置于导光板38上表面(图6)，且在另一实施例中可在导光板38之上、下表面皆设置有微结构381(图7)。
综合以上所述，本发明提供了一种具有偏振光转换功能的背光模块，并改善了现有背光模块发光效率偏低与制作困难的缺点。本发明利用次波长光栅片、相位延迟片及反射片的配合，成功地利用了现有技术中被吸收掉的S光，使光源所发出的光线被更有效地利用。并且利用搭配二分之一波片，使得在可见光的范围之中，S光可均匀地转换为P光。且本发明背光模块在开发时兼顾到在生产上的便利性，其架构可快速地应用于生产线上，有利于产业的竞争力与发展。
权利要求
1.一种偏振转换功能的背光模块，其特征在于，包括一导光板，其表面设有多个微结构；一次波长光栅片，设于该导光板的上方，其具有多条状结构；一光源，设于该导光板的一端，该光源所发出的光线含有可通过上述条状结构的P光，以及可被上述条状结构反射的S光，其中P光与S光的相位相差二分之一波长；一相位延迟片，设于该导光板的下方；以及一反射片，设于该相位延迟片的下方，其中，该光源的光线在进入该导光板之后，在该导光板内部产生全反射，并利用上述微结构射出该导光板，其中P光可直接通过该次波长光栅片，而S光则必须经过该反射片的反射，以及经过该相位延迟片至少二次，使其相位延迟二分之一波长并转换成P光以通过该次波长光栅片。
2.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该相位延迟片至少包括一四分之一波片与一二分之一波片。
3.如权利要求2所述的背光模块，其特征在于，该四分之一波片与该二分之一波片以一特定的相对轴夹角相结合。
4.如权利要求3所述的背光模块，其特征在于，该相对轴夹角介于9度～11度。
5.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该些微结构设置于该导光板的下表面。
6.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该些微结构设置于该导光板的上表面。
7.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该些微结构为V-cut结构。
8.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该些微结构为凸块结构。
9.如权利要求1所述的背光模块，其特征在于，该背光模块更包括多个光学薄膜设置于次波长光栅片上。
10.如权利要求9所述的背光模块，其特征在于，该些光学薄膜包括一上扩散片、一下扩散片、一上棱镜片以及一下棱镜片。
全文摘要
一种具有偏振光转换功能的背光模块，包括一反射片、一相位延迟片、一导光板、一光源及一次波长光栅片。其中，相位延迟片设置于反射片上。导光板设置于相位延迟片上，且其表面具有多个微结构。光源设置于导光板侧端，其发出的光线由导光板下表面的微结构而出射导光板。次波长光栅片设置于导光板上，用以(1)允许P光通过；(2)使S光产生反射。其中，S光在背光模块底部的反射片产生反射，并因为来回通过相位延迟片二次，而转换成为P光，由此可通过次波长光栅片。
文档编号G02F1/1335GK1588196SQ20041006901
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者许时嘉, 黄志濠 申请人:友达光电股份有限公司