导光板、背光模组以及显示装置的制作方法

本发明涉及一种光学元件、光学模组以及电子装置，且特别涉及一种导光板、背光模组以及显示装置。

背景技术：

一般而言，背光模组可区分成直下式背光模组以及侧入式背光模组。侧入式背光模组通常包括光源以及导光板，其中光源设置在导光板的侧边。由光源射出的光束从导光板的侧边入射进导光板后，经由全反射传递至导光板中。相较于直下式背光模组，侧入式背光模组可减少光源中发光组件的使用量，从而具有低耗电的优势。然而，目前的侧入式背光模组仍存在诸如色偏或导光板结构强度不足等问题，而上述种种都会对背光模组的照明品质造成负面影响，进而影响应用侧入式背光模组的显示装置的显示品质。

技术实现要素：

本发明提供一种导光板，其有助于全反射的形成或有助于提升结构强度。

本发明提供一种背光模组，其具有良好的照明品质。

本发明提供一种显示装置，其具有良好的显示品质。

本发明的实施例的一种导光板，其包括导光主体以及折射率匹配层。导光主体具有出光面以及与出光面相对的底面。折射率匹配层邻近底面设置，其中导光主体的折射率为n1，且折射率匹配层的折射率为n2。1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7。折射率匹配层的厚度大于500nm。

本发明的实施例的一种背光模组，其包括导光板、光源以及反射片。导光板包括导光主体以及折射率匹配层。导光主体具有出光面、与出光面相对的底面以及连接出光面与底面的入光面。折射率匹配层邻近底面设置，且折射率匹配层位于反射片与导光主体之间，其中导光主体的折射率为n1，且折射率匹配层的折射率为n2。1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7。折射率匹配层的厚度大于500nm。光源配置在入光面旁。

本发明的实施例的一种显示装置，其包括上述的背光模组以及显示面板，其中显示面板邻近出光面设置。

基于上述内容，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例的导光板中，导光主体与折射率匹配层的折射率差值结合折射率匹配层的厚度，有助于全反射的形成。在一实施例中，折射率匹配层可用于支撑导光主体，从而提升导光板的结构强度。另外，本发明的实施例的背光模组因应用上述导光板而可具有良好的照明品质。本发明的实施例的显示装置因应用上述背光模组而可具有良好的显示品质。

为了让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特别举出实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的一种背光模组的剖面示意图；

图2a至图2c分别是图1中折射率匹配层的第一种至第三种局部放大示意图；

图3及图4分别是在不同折射率差值下，折射率匹配层的厚度与可见光的反射率的关系图；

图5至图8分别是根据本发明的第二实施例至第五实施例的背光模组的剖面示意图；

图9及图10分别表示导光主体在仅设置折射率匹配层以及设置有折射率匹配层、第一折射率层及第二折射率层的架构下，背光模组反射率的模拟结果；

图11及图12分别是根据本发明的第六实施例及第七实施例的背光模组的俯视示意图。

附图标记说明：

100、200、300、400、500、600、700：背光模组；

110、110a、110b：导光板；

112、112a：导光主体；

114、114a、114b：折射率匹配层；

120：光源；

130：反射片；

140：光学膜片；

ad1、ad2：黏着层；

d：延伸方向；

h112、h114、had2、hi1、hi2：厚度；

hs：壳体；

i1：第一折射率层；

i2：第二折射率层；

n1：纳米柱状空隙；

n2：纳米孔洞；

n3：表面纳米孔洞；

sb：底面；

se：出光面；

si：入光面；

sr：侧边反射片；

ss：侧面。

具体实施方式

图1是根据本发明的第一实施例的一种背光模组的剖面示意图。图2a至图2c分别是图1中折射率匹配层的第一种至第三种局部放大示意图。

请先参照图1，背光模组100包括导光板110、光源120以及反射片130。导光板110包括导光主体112以及折射率匹配层114。导光主体112具有出光面se、底面sb以及入光面si，其中底面sb与出光面se相对，且入光面si连接出光面se与底面sb。在导光主体112的出光面se以及底面sb的其中至少一者上，可形成多个导光微结构或多个网点，但不仅限于此。

折射率匹配层114邻近底面sb设置，且折射率匹配层114位于反射片130与导光主体112之间。在本实施例中，折射率匹配层114形成在导光主体112的底面sb上，使得底面sb位于折射率匹配层114与出光面se之间。

折射率匹配层114的材料可包括绝缘材料或氧化金属。当折射率匹配层114的材料选自无机绝缘材料（如氧化硅）或氧化金属（如氧化铟锡）时，折射率匹配层114可通过镀膜形成在底面sb上，且折射率匹配层114可具有多个纳米柱状空隙n1。请参照图1至图2b，纳米柱状空隙n1分布在折射率匹配层114中，其中各纳米柱状空隙n1可以是从导光主体112的底面sb向外延伸，且各纳米柱状空隙n1的延伸方向d可以垂直于底面sb（如图2a所示）或倾斜于底面sb（如图2b所示）。折射率匹配层114的折射率会与纳米柱状空隙n1的倾斜角度、宽度、孔洞率以及排列方式等参数相关。在图2a及图2b中，纳米柱状空隙n1分别是等间距排列，但本发明不仅限于此。

当折射率匹配层114的材料选自有机绝缘材料（如高分子材料）时，折射率匹配层114可通过涂布形成在底面sb上，且折射率匹配层114可具有多个纳米孔洞n2。请参照图1及图2c，纳米孔洞n2分散地分布在高分子材料中，且折射率匹配层114的折射率会与纳米孔洞n2的尺寸、分布以及孔洞率等参数相关。另外，折射率匹配层114也可以直接是由折射率小于导光主体112的折射率的材料所形成，例如氟化镁（mgf2）、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethene,teflon）或低折射率光学胶等。

以下结合图3及图4说明导光主体112以及折射率匹配层114的折射率差值与折射率匹配层114的厚度h114如何影响背光模组100的反射率。图3及图4分别是在不同折射率差值下，折射率匹配层的厚度与可见光的反射率的关系图。在图3中，导光主体112以及折射率匹配层114的折射率差值为0.14，而在图4中，导光主体112以及折射率匹配层114的折射率差值为0.32。另外应该说明的是，图3及图4中的反射率分别是在入射角大于临界角时的模拟结果。

在导光主体112内，当入射角大于临界角时会发生内部全反射，因此理论上可见光（波长400nm至700nm）的反射率会接近100%。然而，实际上，当折射率匹配层114很薄时，可能发生薄膜干涉，而薄膜干涉会破坏全反射。如图3及图4所示，即使在入射角大于临界角的情况下，如果折射率匹配层114的厚度h114不足，可见光波段的反射率有可能差异很大，进而造成色偏的问题。此外，厚度h114的不足，会使得大于临界角的光波因内部全反射的总光波量减少，而无法有效地将光波传导至导光主体112远离入光面si的后端。

比较图3及图4可知，导光主体112以及折射率匹配层114的折射率差值越大，产生全反射所需的折射率匹配层114的厚度h114越小。换句话说，通过调变导光主体112以及折射率匹配层114的折射率差值并结合折射率匹配层114的厚度h114，有助于全反射的形成。详细来说，如果导光主体112的折射率为n1，且折射率匹配层114的折射率为n2，则在1.07*n2≦n1≦1.7*n2，且0.1≦(n1-n2)≦0.7的设计下，折射率匹配层114的厚度h114需大于500nm。

在图1的架构下，1.5≦n1≦1.7，且1.0<n2≦1.4，其中导光主体112可以是玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）或聚碳酸酯（pc），但不仅限于此。折射率匹配层114可以采用图2a至图2c所示的型态，且可通过改变孔洞率来调变折射率匹配层114的折射率，但也不仅限于此。考虑到折射率范围以及折射率匹配层114的结构强度，折射率匹配层114的孔洞率优选在5%以上且在95%以下。如此，折射率匹配层114除了有助于全反射的形成之外，还可用于支撑导光主体112，进而提升导光板110的结构强度，并可解决现有大尺寸背光模组因结构强度不足所造成的彩虹纹现象，使背光模组100具有良好的照明品质。当折射率匹配层114是低折射率光学胶（如oca），而导光主体112是玻璃时，导光主体112通过低折射率光学胶与反射片130贴合后将有类似防爆膜的功效，进而提升结构强度。

请再参照图1，光源120配置在入光面si旁，其适于提供光束（未示出）。光束从入光面si进入导光主体112后通过内全反射传递至导光主体112中。位于导光主体112的底面sb的导光微结构或网点（未示出）可使部分光束散射，从而让光束从导光主体112的出光面se射出，并形成照明所需的面光源。光源120可包括灯管或是多个发光二极管，其中灯管的延伸方向或发光二极管的排列方向平行于入光面si（也就是垂直于图面）。

反射片130设置在折射率匹配层114远离导光主体112的一侧，其适于反射从底面sb射出导光主体112的光束，使光束有机会再次回到导光主体112中，进而提升光的利用率。举例来说，反射片130可以是金属反射片或白色反射片。金属反射片例如是银反射片或铝反射片，但不仅限于此。在本实施例中，反射片130可通过镀膜或涂布的方式形成在折射率匹配层114远离导光主体112的表面上，但本发明不仅限于此。

根据不同的设计需求，背光模组100可进一步包括其他组件。举例来说，背光模组100可进一步包括至少一个光学膜片140。光学膜片140位于导光主体112的出光面se的上方且可包括扩散片以及棱镜片的其中至少一者，但不仅限于此。

以下通过图5至图10说明背光模组的其他实施型态，其中相同或相似的组件用相同或相似的标号表示，下文便不再赘述。图5至图8分别是根据本发明的第二实施例至第五实施例的背光模组的剖面示意图。图9及图10分别表示导光主体在仅设置折射率匹配层以及设置有折射率匹配层、第一折射率层及第二折射率层的架构下，背光模组反射率的模拟结果。图11及图12分别是根据本发明的第六实施例及第七实施例的背光模组的俯视示意图，其中图11及图12省略显示图1的光学膜片140。

请参照图5，背光模组200与图1的背光模组100相似，两者的主要差异在于导光板110a中折射率匹配层114a与导光主体112a的相对配置关系。详细来说，折射率匹配层114a是由底面sb凹陷进导光主体112a中的多个表面纳米孔洞n3所构成。表面纳米孔洞n3例如是由选择性蚀刻导光主体112a的底面sb所形成，但不仅限于此。在此架构下，导光主体112a的出光面se可选择性形成多个导光微结构，或者导光主体112a的底面sb可形成多个网点。

请参照图6，背光模组300与图1的背光模组100相似，两者的主要差异在于背光模组300还包括黏着层ad1，且反射片130通过黏着层ad1与折射率匹配层114接合。黏着层ad1与导光主体112可具有相同或相似的折射率，但不仅限于此。应说明的是，在图5的实施例中，反射片130也可通过黏着层ad1与折射率匹配层114接合。

请参照图7，背光模组400与图6的背光模组300相似，两者的主要差异在于折射率匹配层114b是具有表面纳米孔洞n3的玻璃。表面纳米孔洞n3例如是由选择性蚀刻所述玻璃的表面所形成，但不仅限于此。折射率匹配层114b的孔洞率可以在5%以上且在95%以下，使折射率匹配层114b的折射率落在1.1至1.45的范围内，但不仅限于此。导光板110b可进一步包括黏着层ad2，且折射率匹配层114b通过黏着层ad2与底面sb接合。黏着层ad1、ad2、折射率匹配层114b的玻璃以及导光主体112可具有相同或相似的折射率，但不仅限于此。此外，黏着层ad2的厚度had2以及折射率匹配层114b的厚度h114可小于导光主体112的厚度h112。

在本实施例中，表面纳米孔洞n3位于折射率匹配层114b远离导光主体112的一侧，但不以此为限。在另一实施例中，表面纳米孔洞n3可位于折射率匹配层114b靠近导光主体112的一侧。另外，在导光主体112的底面sb、出光面se、折射率匹配层114b靠近导光主体112的表面以及折射率匹配层114b远离导光主体112的表面的其中至少一者上，可选择性形成多个导光微结构或多个网点。

请参照图8，背光模组500与图1的背光模组100相似，两者的主要差异在于背光模组500进一步包括至少一个第一折射率层i1以及至少一个第二折射率层i2。各第二折射率层i2的折射率高于各第一折射率层i1的折射率，所述至少一个第一折射率层i1以及所述至少一个第二折射率层i2交替配置在折射率匹配层114与反射片130之间，且其中一个第二折射率层i2比所述至少一个第一折射率层i1更靠近折射率匹配层114。具体地，当第一折射率层i1以及第二折射率层i2的数量分别为一时，第二折射率层i2位于第一折射率层i1与折射率匹配层114之间。当第一折射率层i1以及第二折射率层i2的数量分别为复数时，第二折射率层i2与第一折射率层i1以折射率匹配层114指向反射片130的方向依序交替堆叠。

当折射率匹配层114的材料采用具有黏性的高分子材料时，第一折射率层i1与第二折射率层i2可先形成在反射片130上，再通过折射率匹配层114与导光主体112接合。或者，折射率匹配层114、第二折射率层i2、第一折射率层i1与反射片130可依序形成在导光主体112上（例如通过镀膜的方式）。

在本实施例中，折射率匹配层114除了可采用图2a至图2c及图5的型态之外，也可以是空气层，即n2=1.0。在此架构下，厚度h114即第二折射率层i2与导光主体112之间的空气间隙的高度。

通过调变第一折射率层i1以及第二折射率层i2的折射率及厚度hi1、hi2，除了可补偿不同波长的反射率差异之外，还可进一步提升反射率。以下结合图9及图10说明导光主体112在仅设置折射率匹配层114以及设置有折射率匹配层114、第一折射率层i1及第二折射率层i2时，如何影响背光模组反射率的模拟结果。图9示出在导光主体112的底面sb仅设置折射率匹配层114的架构下，背光模组的反射率的模拟结果。图10示出在导光主体112的底面sb设置有折射率匹配层114、第一折射率层i1及第二折射率层i2的架构下，背光模组的反射率的模拟结果。在图9及图10中，当导光主体112内的入射角大于临界角时（例如入射角为60度或70度时），在可见光（400nm~700nm）范围的反射率几乎为100%。当导光主体112内的入射角小于临界角时（例如入射角为0度、20度或40度时），部分光束会从导光主体112的底面sb射出，而造成部分光能量的散失，因此在可见光（400nm~700nm）范围的反射率低于100%。

对比图9及图10，在未设置第一折射率层i1及第二折射率层i2的架构下，背光模组除了整体的反射率较低外，在短波长（400nm~550nm）范围的反射率明显低于长波长（550nm~700nm）范围的反射率，因此会产生色偏的现象。在设置第一折射率层i1及第二折射率层i2的架构下，通过调变第一折射率层i1以及第二折射率层i2的折射率及厚度hi1、hi2，在可见光波长（400nm~700nm）范围内有较一致的反射率，除了可补偿不同波长的反射率差异之外，还进一步提升整体反射率，进而可改善色偏并提升背光模组500的出光亮度。在本实施例中，各第一折射率层i1的折射率落在1.3至1.5的范围内，且各第二折射率层i2的折射率落在1.8至2.5的范围内。此外，各第一折射率层i1的厚度hi1落在50nm至100nm的范围内，且各第二折射率层i2的厚度hi2落在30nm至60nm的范围内。

请参照图9，背光模组600与图1的背光模组100相似，两者的主要差异在于背光模组600进一步包括壳体hs，以容纳导光板110、光源120以及反射片（未示出）。在本实施例中，壳体hs可采用具有高反射率的材料，以将从导光主体112的侧面ss射出的光束（未示出）反射回导光主体112内，进而提升光的利用率，但本发明不仅限于此。如图10所示，背光模组700可进一步包括侧边反射片sr，以将从导光主体112的侧面ss射出的光束反射回导光主体112内。侧边反射片sr位于壳体hs与导光板110之间。如此，壳体hs的材料不限于高反射率的材料。

上述实施例的背光模组100、200、300、400、500、600、700可应用于显示装置（未示出）中。具体地，显示装置可包括背光模组100、200、300、400、500、600、700的其中一个以及显示面板（未示出），其中显示面板邻近出光面se设置，例如显示面板位于出光面se上方，且光学膜片140位于导光主体112与显示面板之间。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例的导光板中，导光主体与折射率匹配层的折射率差值结合折射率匹配层的厚度，有助于全反射的形成。在一实施例中，折射率匹配层可以用于支撑导光主体，从而提升导光板的结构强度。另外，本发明的实施例的背光模组因应用上述导光板而可具有良好的照明品质。本发明的实施例的显示装置因应用上述背光模组而可具有良好的显示品质。在一实施例中，可在折射率匹配层与反射片之间设置第一折射率层与第二折射率层以补偿不同波长的反射率差异并提升反射率，从而改善色偏并提升背光模组的出光亮度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。