背光模块与显示装置的制作方法

本发明关于一种背光模块与显示装置，特别关于一种薄型化、高准直与较低成本的背光模块与显示装置。
背景技术：
：随着科技的进步，平面显示装置已经广泛的被运用在各种领域，尤其是液晶显示装置，因具有体型轻薄、低功率消耗及无辐射等优越特性，已经渐渐地取代传统阴极射线管显示装置，而应用至许多种类的电子产品中，例如移动电话、可携式多媒体装置、笔记本电脑、液晶电视及液晶屏幕等等。液晶显示装置主要包含一液晶显示面板(LCDPanel)以及一背光模块(BacklightModule)，两者是相对设置。背光模块可发出光线穿过液晶显示面板，并经由液晶显示面板的各像素显示色彩而形成一影像。已知的背光模块设计一般包含一光源、一导光板、一反射片以及多个光学膜片。光源可发出光线由导光板的一侧入射至导光板。反射片设置于导光板的底面，以将由底面射出的光线再反射回导光板，以提高光线利用率。另外，导光板的作用在于引导光线的传输方向，并通过光线于导光板内部的全反射，可使光线由导光板的出光面射出，再通过设置于出光面的所述光学膜片(例如上、下扩散片与上、下菱镜片)后可形成均匀的面光源，使显示面板可显示影像。另外，为了提高产品竞争力，薄型化、高准直(highly-collimating)与较低成本的显示装置一直是业界持续追求的目标之一。技术实现要素：有鉴于上述，本发明的目的为提供一种新颖的背光模块与显示装置的结构设计。在一实施例中，背光模块与显示装置可具有薄型化、高准直与较低成本的优点，进而可提高产品竞争力。为达上述目的，依据本发明的一种背光模块，包括一导光单元以及一发光单元。 导光单元具有至少一入光面及与入光面连接的一底面与一出光面，底面与出光面为相对表面，底面包含多个微结构单元，所述微结构单元分别具有多个凹凸结构，且出光面具有多个第一凸部。发光单元发出光线由入光面入射至导光单元，且由出光面射出；其中，所述第一凸部分别沿一第一方向延伸，所述凹凸结构分别沿一第二方向延伸，所述微结构单元沿第二方向为不连续排列，且第一方向与第二方向实质上垂直。为达上述目的，依据本发明的一种显示装置，包括一显示面板以及一背光模块。背光模块与显示面板相对而设，并包含一导光单元、一发光单元及一光学膜片，导光单元具有至少一入光面及与入光面连接的一底面与一出光面，底面与出光面为相对表面，底面包含多个微结构单元，所述微结构单元分别具有多个凹凸结构，且出光面具有多个第一凸部，所述第一凸部分别沿一第一方向延伸，所述凹凸结构分别沿一第二方向延伸，所述微结构单元沿第二方向为不连续排列，且第一方向与第二方向实质上垂直，光学膜片设置于出光面与显示面板之间，并具有多个第二凸部，所述第二凸部面向出光面，并分别沿第二方向延伸，发光单元发出光线由入光面入射至导光单元，并由出光面射出。在一实施例中，各所述凹凸结构分别为往所述导光单元内侧凹陷的凹部，且一个微结构单元的所述凹部的数量至少为2。在一实施例中，所述微结构单元的其中之一沿第一方向具有一第一宽度，且沿第二方向具有一第二宽度，第一宽度介于40微米与200微米之间，第二宽度介于40微米与200微米之间。在一实施例中，一个凹凸结构的两侧具有一迎光面及一非迎光面，所述迎光面与第一方向之间的夹角大于等于1度，且小于等于7度，非迎光面与第一方向之间的夹角大于0度，且小于90度。在一实施例中，各所述第一凸部分别具有一第一顶角，第一顶角的角度大于等于56.2度，且小于等于105.4度。在一实施例中，背光模块更包括一光学膜片，其与出光面相对设置，光学膜片具有多个第二凸部，所述第二凸部面向出光面，并分别沿第二方向延伸。在一实施例中，各所述第二凸部分别具有面向出光面的一第二顶角，第二顶角的角度大于等于60.6度，且小于等于70.6度。在一实施例中，光学膜片通过一粘着层贴合于显示面板。在一实施例中，粘着层为一光学胶。承上所述，因依据本发明的背光模块与显示装置中，导光单元的底面包含多个微结构单元，所述微结构单元分别具有多个凹凸结构，而出光面具有多个第一凸部。另外，所述第一凸部分别沿一第一方向延伸，而所述凹凸结构分别沿一第二方向延伸，所述微结构单元沿第二方向为不连续排列，且第一方向与第二方向实质上垂直。通过所述新颖的结构设计，在一实施例中，相较于已知背光模块的设计而言，本发明中的导光单元除了具有微结构单元与第一凸部的设计外，更只要搭配一光学膜片就可使射出背光模块的光线达到高准直的目的。另外，也因为只使用一片光学膜片再搭配导光单元的结构，故可使背光模块与显示装置具有薄型化及较低成本的优点，进而可提高产品竞争力。附图说明图1为本发明较佳实施例的一种显示装置的示意图。图2A为图1所示的显示装置中的背光模块的示意图。图2B为图2A所示的背光模块中的导光单元与发光单元的仰视示意图。图2C为图2A所示的背光模块中的导光单元与发光单元的侧视示意图。图2D为另一实施态样的导光单元与发光单元的侧视示意图。图3A为微结构单元的侧视示意图。图3B为光线通过微结构单元的反射与折射后，射出出光面的示意图。图3C为光线经由导光单元的第一凸部折射的示意图。图3D为光线射出导光单元并经过光学膜片折射的示意图。图4为本发明较佳实施例的背光模块的光学强度分布示意图。具体实施方式以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的背光模块与显示装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。请参照图1、图2A至图2C所示，其中，图1为本发明较佳实施例的一种显示装置1的示意图，图2A为图1所示的显示装置1中的背光模块3的示意图，图2B为图2A所示的背光模块3中的导光单元31与发光单元32的仰视示意图，而图2C 为图2A所示的背光模块3中的导光单元31与发光单元32的侧视示意图。显示装置1包括一显示面板2以及一背光模块3，背光模块3与显示面板2相对而设，并可发出光线通过显示面板2，使显示面板2显示影像。为了帮助了解本发明，于图示中显示一第一方向X、一第二方向Y及一第三方向Z，第一方向X、第二方向Y及第三方向Z实质上是两两相互垂直。其中，第一方向X例如与显示面板2的扫描线的延伸方向实质上平行，第二方向Y例如与显示面板2的资料线的延伸方向实质上平行，且第三方向Z为垂直第一方向X与第二方向Y的另一方向。另外，显示面板2可为边缘电场切换(FringeFieldSwitching，FFS)型液晶显示面板，或者如水平切换型(InPlaneSwitching，IPS)或者如扭转向列型(TwistedNematic，TN)液晶显示面板，或者垂直配向型(VerticalAlignment，VA)型液晶显示面板，或其他型式的液晶显示装置，并不限定。显示面板2具有一第一基板21、一第二基板22、一液晶层(图未显示)及二偏光板23、24。第一基板21与第二基板22相对设置，而液晶层则夹置于第一基板21与第二基板22之间。本实施例的第一基板21是以薄膜晶体管基板，第二基板22是以彩色滤光基板为例。不过，在其他的实施态样中，彩色滤光基板上的黑色矩阵层(blackmatrix)及滤光层也可分别设置于薄膜晶体管基板上，使得第一基板21成为一BOA(BMonarray)基板，或成为一COA(colorfilteronarray)基板，并不限制。偏光板23为一下偏光板，而偏光板24为一上偏光板。其中，偏光板23(下偏光板)设置于第一基板21远离第二基板22的一侧，偏光板24(上偏光板)设置于第二基板22远离第一基板21的一侧。于此，偏光板23是设置于第一基板21的下侧表面，而偏光板24是设置于第二基板22的上侧表面。通过两片偏光轴实质上相差90度的偏光板23、24，即可达到将背光源遮蔽的功能，再利用控制电场的强弱可对液晶产生偏转以调变光线的特性，达到让显示面板2显示影像的目的。如图2A及图2B所示，背光模块3包括一导光单元31及一发光单元32。另外，本实施例的背光模块3更包括一光学膜片33及一反射元件34。导光单元31具有至少一入光面I及与入光面I连接的一底面B与一出光面O，底面B与出光面O为相对设置的二个表面。其中，入光面I即为光线入射导光单元31的表面，而出光面O即为光线离开导光单元31的表面。于此，入光面I为导光单元31的一侧面，而出光面O为导光单元31的上侧表面，使得背光模块3为一侧置式背光模块。导光单元31 的作用在于引导光线的传输方向，并通过光线于导光单元31内部的全反射，使光线由导光单元31的出光面O射出。导光单元31是以透光材料制成，而透光材料例如可为丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚乙烯树脂或玻璃，并不加以限制。另外，导光单元31的剖面形状可例如为平板状或楔形。于此，是以平板状的导光单元31为例。导光单元31的底面B包含多个微结构单元311，所述微结构单元311沿第二方向Y为不连续排列(或称沿第二方向Y为随机排列)，且每一个微结构单元311分别具有多个凹凸结构(图未标示)。于此，“沿第二方向Y为不连续排列”是指，所述微结构单元311沿第二方向Y的排列方式并不具有一定的规则，而且两个相邻微结构单元311之间的距离可相同或不相同。另外，每一排微结构单元311的数量也可相同或不相同，均不限定。另外，导光单元31的出光面O具有多个第一凸部313，所述第一凸部313分别沿第一方向X延伸。而每一个微结构单元311的所述凹凸结构分别沿第二方向Y延伸，且第一方向X与第二方向Y实质上垂直。在本实施例中，如图2A至图2C所示，本实施例的所述第一凸部313为形状相同的连续凸部，并分别往第一方向X延伸，而且每一个微结构单元311的各凹凸结构分别为往导光单元31内侧凹陷的凹部U，且所述凹部U分别往与第一方向X实质上垂直的第二方向Y延伸(即各凹部U的延伸方向为第二方向Y)，亦即两者的延伸方向相互垂直。不过，在不同的实施态样中，每一个微结构单元311的各凹凸结构也可分别为往导光单元31外侧突出(离开导光单元31的方向)的凸部V(如图2D所示)，且所述凸部V分别往与第一方向X实质上垂直的第二方向Y延伸。本发明并不限定微结构单元311的凹凸结构为往导光单元31内侧凹陷或往导光单元31外侧突出的结构。第一凸部313可为正菱镜或半圆柱透镜(Lenticular)。于此，是以第一凸部313为正菱镜为例。另外，每一个微结构单元311的所述凹部U的数量至少为2。于此，如图2B及图2C所示，是以每一个微结构单元311的所述凹部U的数量为3为例，而且两个相邻凹部U之间则具有一个凸出部V(本实施例的凸出部V的数量为2，凸出部V亦沿第二方向Y延伸)。此外，所述微结构单元311的其中之一沿第一方向X具有一第一宽度L，并沿第二方向Y具有一第二宽度W，第一宽度L可介于40微米与200微米之间，且第二宽度W亦可介于40微米与200微米之间。在一实施例中，第一宽度L为160微米，第二宽度W为160微米。发光单元32邻设于入光面I，并可发出光线由入光面I入射至导光单元31，且由导光单元32的出光面O射出，并穿过光学膜片33与显示面板2。本实施例的发光单元32具有至少一发光元件321及一基板322，发光元件321与入光面I相对而设(两者可接触或不接触)，并设置于基板322上。基板322可为软性基板、硬性基板或软硬结合板，并不限定。本实施例的发光元件321为发光二极管，并例如但不限于以表面粘着技术(SurfaceMountTechnology,SMT)设置于基板322上。另外，本实施例的发光单元32是以具有多个发光二极管的发光二极管光条(lightbar)为例，并设置于导光单元31的一侧。不过，在不同的实施例中，也可于导光单元31的入光面I相对的一表面另设置一发光单元(图未显示)，以使两个发光单元31可分别由相对两侧的入光面I射入光线至导光单元31，本发明并不限制。反射元件34设置于导光单元31的底面B，并可将由底面B射出的光线再反射至导光单元31的内部。其中，反射元件34可为一反射层(例如为金属镀层)或一反射片，于此，反射元件34是以一反射片为例，且其厚度小于导光单元31的厚度。另外，反射元件34可具有反射材料，而反射材料例如可包含金属、金属氧化物、高反射漆(白漆)、或其组合，并不限定。承上，在本实施例中，通过导光单元31的微结构单元311的结构设计，可使射出导光单元31的出光面O的光线往大视角的方向偏折(即射出出光面O的光线方向与第三方向Z的夹角可大于例如65°)，以达到大角度出光的目的。另外，本实施例亦通过微结构单元311的结构设计，可使射出出光面O的光线于第一方向X上集光光束(让光束于第一方向X上集中)。此外，当光线穿过第一凸部313而射出导光单元31时，第一凸部313可使射出的光线于第二方向Y上集光光束(让光束于第二方向Y上集中)。请再参照图1及图2A所示，在本实施例中，光学膜片33与出光面O对设置，并具有多个第二凸部331，所述第二凸部331面向出光面O，并分别沿第二方向Y延伸。于此，光学膜片33为一逆棱镜片，并通过一粘着层35贴合于显示面板2的偏光板23(下偏光板)。其中，粘着层35为具有光线扩散特性的一光学胶(OCA,OpticalClearAdhesive)，使得通过光学膜片33的光线可更均匀。在本实施例中，亦通过光学膜片33的设计，使穿过光学膜片33的光线成为高准直光线。以下，请参照图3A至图3D所示，以详细说明背光模块3的导光单元31的微结 构单元311、第一凸部313及光学膜片33的第二凸部331的结构设计与光线通过上述元件后所产生的作用。其中，图3A为上述实施例的微结构单元311的侧视示意图，图3B为光线通过微结构单元311的反射与折射后，射出出光面O的示意图，图3C为光线经由导光单元31的第一凸部313折射的示意图，而图3D为光线射出导光单元31并经过光学膜片33折射的示意图。如图3A所示，于微结构单元311中，一个凹凸结构(于此为凹部U)的两侧具有一迎光面及一非迎光面(或称逆光面)。于此，所谓“迎光面”就是一个凹部U的二个表面中(两个表面形成一凹部U)，靠近(面对)发光元件321的表面，而“非迎光面”即为离发光元件321较远的另一表面。假设于图3A中，发光元件321在微结构单元311的左侧时，则表面S1即为迎光面，而表面S2即为非迎光面。其中，迎光面(S1)与第一方向X之间可形成一夹角(锐角，即θ1、θ3、θ5)。为了使射出出光面O的光线达到大视角且集中的光包，于本实施例的微结构单元311中，此夹角(θ1、θ3、θ5))需大于等于1度，且小于等于7度。另外，非迎光面(S2)与第一方向X的夹角(即θ2、θ4、θ6)则大于0度，且小于90度。其中，较佳的迎光面夹角例如为5°。另外，每一个凹部U与第一方向X之间所形成的夹角不一定要相同(θ1、θ3、θ5可相同或不相同，θ2、θ4、θ6可相同或不相同，并不限定)。此外，本实施例的两个凹部U之间可形成一个凸出部V，凸出部V(或凹部U)的曲率半径亦限定大于等于1μm，且小于等于50μm。此外，于微结构单元311中，其高度H1、H2、H3亦限定大于1微米，且高度h1、h2亦限定大于0。在本实施例中，N(n)等于3(即一个微结构单元311具有3个凹部U)，利用三角函数与斜率的关系可找出导光单元31的微结构单元311的相关数学式如下：1、∵且tanθ2=H1b2⇒b2=H1tanθ2]]>∴Bn=Hntanθn+Hntanθn+1=b1+b2]]>以此类推求出B2、B3…Bn2、∵tanθ3=h1a1⇒a1=h1tanθ3]]>且tanθ2=h1a2⇒a2=h1tanθ2]]>∴An=hntanθn+2+hntanθn+1=a1+a2]]>以此类推求出A2…An3、L＝(B1-A1)+(B2-A2)+...+(BN-AN)+BN由上述以此类推，可得：L=Σn=1NBn-An-1,]]>令A0＝0另外，光线经由导光单元31的微结构单元311进行反射与折射的原理可如图3B所示。其中，θa：光线入射角的互补角。θb：当光线射至微结构单元311时与其法线的夹角；其中，当夹角θb小于临界角时，则光线会射出底面B，而射出底面B的光线会经由反射元件34再反射入导光单元31；当夹角θb大于临界角，则光线会被微结构单元311全反射。θc：当夹角θb大于临界角时，光线全反射方向与第一方向X之间的夹角。θd：导光单元31内的光线方向与出光面O的法线的夹角，且当夹角θd小于临界角时，光线会折射出出光面O，但是当夹角θd大于临界角时，则光线会继续于导光单元31内进行全反射。此外，θ为光线射出出光面O时与法线(第三方向Z)的夹角。其中，当光线碰到微结构单元311的表面为负斜率(即光线打在迎光面时)时，则反射角会减少2倍θn；当光线碰到微结构单元311的表面为正斜率(即光线打在非迎光面时)时，则反射角会增加2倍θn。以下，是光线打到微结构单元311的表面(迎光面)为负斜率时的计算式：θb=π2-sin-1(1n)-θn]]>θc=π-2θb-θi=sin-1(1n)+2θn]]>θd=π2-θc=π2-sin-1(1n)-2θn]]>θ=sin-1(n×cos(sin-1(1n)+2θn))---(1-a)]]>另外，光线打到微结构单元311的表面(非迎光面)为正斜率时的计算式为：θb=π2-sin-1(1n)+θn]]>θc=π-2θb-sin-1(1n)]]>=sin-1(1n)-2θn]]>θd=π2-θc=π2-sin-1(1n)+2θn]]>θ=sin-1(n×cos(sin-1(1n)-2θn))---(1-b)]]>接着，如图3C所示，当得到由微结构单元311折射而射出出光面O的角度θ时，可回推至未射出导光单元31的光线与其法线的夹角并代入以下第一凸部313(正菱镜)的相关算式(2)，就可得到第一凸部313的第一顶角ψ的最佳解的范围。其中，各所述第一凸部313分别具有远离出光面O的一第一顶角ψ，本发明限定各所述第一凸部313的第一顶角ψ的角度大于等于56.2度，且小于等于105.4度(56.2°≦ψ≦105.4°)。相关的计算式如下所示。于此，n1为导光单元31的折射率，而n2为空气的折射率(＝1)。另外，θ1：光线经由微结构单元311反射而与第三方向Z的夹角，θi：光线经由微结构单元311与第一凸部313的折射入射角，θt：光线射出第一凸部313的出射角。∵θi=(π-ψ)2-θ1;θt=(π-ψ)2;θt=θ1+θi]]>且n1sinθi＝n2sinθt(n2＝airn1＝LGP)⇒n1sin(θt-θ1)=n2sinθt]]>⇒sinθtcosθ1-cosθtsinθ1=n2n1sinθt]]>⇒tanθtcosθ1-sinθ1=n2n1tanθt]]>⇒sinθ1=(cosθ-n2n1)tanθt]]>⇒θt=tan-1[n1sinθ1(n1cosθ1-n2)]]]>∴ψ=2×(π2-tan-1[n1sinθ1(n1cosθ1-n2)])---(2)]]>从上式(1-a)、(1-b)中可得到光线经微结构单元311反射后射出导光单元31的折射角度θ，再经由以下算式(3)，如图3D所示，可找到较佳的第二凸部331的一第二顶角Φ，由此可使射出出光面O的大角度光线可导引至准直方向(第三方向Z)。其中，光学膜片33的各所述第二凸部331分别具有面向出光面O的第二顶角Φ，而本发明亦限定第二顶角Φ的角度大于等于60.6度，且小于等于70.6度(60.6°≦Φ≦70.6°)。此外，于算式(3)中，n1为空气的折射率(＝1)，n2为光学膜片33的折射率，C为补偿值，而n为导光单元31的折射率。θi=(Φ-π)2+θ]]>θt=(3Φ-π)2]]>θt＝π+3θi-3θn1sinθi＝n2sinθt⇒n1sinθi=n2sin(π+3θi-3θ)]]>∵θ=(sin-1(n×cos(sin-1(1n)+2θn)))+C]]>∴n1sin((Φ-π)2+((sin-1(n×cos(sin-1(1n)+2θn)))+C))]]>=n2sinπ+3×(Φ-π2+((sin-1(n×cos(sin-1(1n)+2θn)))+C))-3((sin1(n×cos(sin1(1n)+2θn)))+C)---(3)]]>在代入导光单元31的微结构单元311的实际尺寸资料后进行上述的公式代算验证，可得到导光单元31的微结构单元311中，凹部U的表面(S1、S2)与第一方向X之间所形成的夹角的较佳角度(即θ1、…、θ6)分别为5°，而第一凸部313的第一顶角ψ为95.9°，且第二凸部331的第二顶角Φ为65.6°。请参照图4所示，其为本发明较佳实施例的背光模块3的光学强度分布示意图。于此，以上述夹角(即θ1、…、θ6)分别为5°，第一凸部313的第一顶角ψ为95.9°，且第二凸部331的第二顶角Φ为65.6°的条件下，所得到的光学强度分布图。由图4中可发现，本实施例的背光模块3所发出的光线的光包相当小(发光角度相当小)，确实可达到高准直出光的效果。因此，相较于已知背光模块设置有多个光学膜片(例如上、下扩散片与上、下菱镜片)的设计而言，本实施例的导光单元31除了具有微结构单元311与第一凸部313的设计外，更只要搭配一只光学膜片33就可使射出背光模块3的光线达到高准直的目的。另外，本实施例也因为只使用一片光学膜片33再搭配导光单元31的结构，故可使背光模块3与显示装置1具有薄型化及较低成本的优点，进而可提高产品竞争力。再一提的是，于本实施例的显示装置1的组装过程中，是将背光模块3的光学膜片33直接贴合于显示面板2的下偏光板23上，因此，于自动化生产上，可更达到简易与精准性的组装，进而可提升组装效率。综上所述，依据本发明的背光模块与显示装置中，导光单元的底面包含多个微结构单元，所述微结构单元分别具有多个凹凸结构，而出光面具有多个第一凸部。另外，所述第一凸部分别沿一第一方向延伸，而所述凹凸结构分别沿一第二方向延伸，所述微结构单元沿第二方向为不连续排列，且第一方向与第二方向实质上垂直。通过所述新颖的结构设计，在一实施例中，相较于已知背光模块的设计而言，导光单元除了具有微结构单元与第一凸部的设计外，更只要搭配一光学膜片就可使射出背光模块的光线达到高准直的目的。另外，也因为只使用一片光学膜片再搭配导光单元的结构，故可使背光模块与显示装置具有薄型化及较低成本的优点，进而可提高产品竞争力。以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于的权利要求书中。当前第1页1 2 3