专利名称：导光元件与背光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光源模块及其光学元件，且特别是涉及一种背光模块
(backlight module)及其导光元件(light guide device)。
背景技术：
随着现代视讯技术的进步，液晶显示器己被大量地使用于手机(mobilephone)、笔记型计算机(notebook computer)、个人计算机(personal computer,PC)及个人数字助理(personal digital assistant)等消费性电子产品的显示屏幕上。然而，由于液晶显示器的液晶显示面板(LCD panel)本身并不具有发光功能，因此需要在液晶显示面板下方配置背光模块以提供液晶显示面板所需要的光源，进而使液晶显示面板达到显示的效果。
一种习知侧边入光式背光模块包括一导光板、 一配置于导光板旁的冷阴极荧光灯管以及一配置于导光板下方的反射片。冷阴极荧光灯管所发出的光束会由导光板的入光面进入导光板中，然后被反射片反射至导光板的出光面，并由出光面传递至导光板外。如此一来，导光板及反射片便能够将冷阴极荧光灯管所提供的线光源转换为由出光面出射的面光源。由于液晶显示面板对于面光源的均匀性及亮度有较高的要求，因此发展出许多种位于导光板的表面的光学微结构，以提升背光模块所提供的面光源的均匀性及亮度。
发明内容
本发明提供一种导光元件，其所导引出的光束较为集中。本发明提供一种背光模块，其能提供较为集中的光源。本发明的一实施例提出一种导光元件，其包括一导光本体及至少一光学微结构。导光本体具有一第一表面、相对于该第一表面的一第二表面以及连接第一表面与第二表面的一入光面。光学微结构突出于第二表面，并具有一第三表面、 一第四表面及一第五表面。第四表面与第三表面位于第二表面的同一侧。第三表面的一第三法向量(normalvector)与第四表面的一第四法向量的夹角落在从90度至IOO度的范围内。第五表面与第三表面位于第二表面的同一侧，且第四表面位于第三表面与第五表面之间。第五表面的一第五法向量与第一表面的一第一法向量的夹角落在从120度至135度的范围内。
本发明的一实施例还提出一种背光模块，其包括至少一发光元件及上述导光元件。发光元件适于发出一光束，而光束会从入光面进入导光元件中。来自入光面的至少部分光束会依序经由第三表面传递至导光元件外、经由第四表面进入导光元件中，被第五表面反射至第一表面，并经由第一表面传递至导光元件外。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1A为本发明一实施例的背光模块的立体示意图；图1B为图1A的背光模块沿着A-A线的剖面示意图；图2为本发明另一实施例的背光模块的导光元件的立体示意图；图3为本发明又一实施例的背光模块的导光元件的剖面示意图；图4为本发明再一实施例的背光模块的导光元件的剖面示意图。主要元件符号说明100:背光模块110:发光元件
112:光束
120、 120a、 120b、 120c:导光元件122:导光本体
124、 124a、 124b、 124c:光学微结构
130:反射单元
Cl、 Cl，第一连接面
C2、 C2，第二连接面
Dl:第一方向
D2:第二方向I: 入光面Nl:第一法向量N3:第三法向量N4:第四法向量N5:第五法向量NI:法向量Sh第一表面S2:第二表面
53、 S3，:第三表面
54、 S4':第四表面
55、 S5':第五表面
56、 S6':第六表面
013、 e"、 915、 9 34:夹角ee:出射角
具体实施例方式
下列各实施例的说明是参考附图，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
在本说明书中， 一物体的一表面的法向量定义为从该物体内部指向该物体外部，且与该表面垂直的向量。
图1A为本发明一实施例的背光模块的立体示意图，而图1B为图1A的背光模块沿着A-A线的剖面示意图。参照图1A与图1B，本实施例的背光模块100包括一发光元件110及一导光元件120。发光元件110适于发出一光束112 (如图1B所示)。在本实施例中，发光元件110例如为一冷阴极荧光灯管(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)。然而，在其它实施例中，发光元件亦可是发光二极管(light-emitting diode， LED)或其它适当的发光元件。导光元件120包括一导光本体122及多个光学微结构124。在本实施例中，导光元件120的材质例如是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate， PMMA)，其折射率例如约为1.49。然而，在其它实施例中，导光元件的材质亦可以是其它压克力塑料(acrylic plastic)、其它塑料、玻璃或其它透光材质。导光本体122具有一第一表面Sl、 一第二表面S2以及连接第一表面Sl与第二表面S2的一入光面I。在本实施例中，第一表面Sl相对于第二表面S2，而导光元件120为一导光板。
光学微结构124突出于第二表面S2，且每一光学微结构124具有一第三表面S3、 一第四表面S4及一第五表面S5。第四表面S4与第三表面S3位于第二表面S2的同一侧。第三表面S3的一第三法向量N3与第四表面S4的一第四法向量N4的夹角9 34落在从90度至100度的范围内。第五表面S5与第三表面S3位于第二表面S2的同一侧，且第四表面S4位于第三表面S3与第五表面S5之间。第五表面S5的一第五法向量N5与第一表面Sl的一第一法向量N1的夹角6 15落在从120度至135度的范围内。
发光元件110所发出的光束112会从入光面I进入导光元件120中。来自入光面I的至少部分光束112会依序经由第三表面S3传递至导光元件120外，经由第四表面S4进入导光元件120中，被第五表面S5反射至第一表面S1，并经由第一表面S1传递至导光元件120外。在本实施例中，由于夹角9 34是落在从90度至100度的范围内，且夹角e 15是落在从120度至135度的范围内，因此大部分的光束112会以大于临界角的入射角入射第五表面S5，且因而被第五表面S5全反射至第一表面Sl。此外，由于夹角634与夹角6 15是落在上述范围内，因此大部分的光束112在经由第一表面Sl传递至导光元件120外时，其从第一表面Sl出射的出射角e e会落在20度以下的范围内。所以，本实施例的导光元件120便能够导引出较为集中的光束112，进而使本实施例的背光模块100能够提供较为集中的光源。如此一来，应用背光模块100的液晶显示装置(未绘示)便能够提供较高亮度的显示画面。
另外，在本实施例中，由于出射角8e是落在20度以下的范围内，因此背光模块100可以不需搭配棱镜片使用，就能够提供较为集中的光源。由于背光模块100相较习知背光模块少了一片棱镜片，因此背光模块100的重量较轻、组装制程较简易且成本较低。再者，由于每一光学微结构124上方均有集中的光束112从第一表面Sl出射，因此导光元件120可以将光束112均匀地从第一表面Sl导出，而不会在第一表面Sl的部分区域产生暗线区。除此之外，第二表面S2上的光学微结构124的密度亦可视需求而调整，例如可使某区域的密度较高，而另一区域的密度较低，如此便能够控制由第一表面S1出身寸的光束112的均匀度。
在本实施例中，第三法向量N3、第四法向量N4及第五法向量N5实质上共平面。此外，在本实施例中，第三法向量N3、第四法向量N4、第五法向量N5及第一法向量N1可实质上共平面。另外，在本实施例中，第三法向量N3、第四法向量N4、第五法向量N5及入光面I的一法向量NI可实质上共平面。如此一来，来自入光面I的光束112便能够有更多比例是依序经由第三表面S3、第四表面S4、第五表面S5及第一表面Sl而传递至导光元件120夕卜，并能够使由第一表面S1出射的光束112有更多的比例具有20度以下的出射角8e。
在本实施例中，第一法向量N1与第三法向量N3的夹角0 13落在从130度至135度的范围内。此外，第一法向量N1与第四法向量N4的夹角8"可落在从130度至135度的范围内。换言之，在本实施例中，第三表面S3与第四表面S4可以是互相对称的。另外，在本实施例中，第三表面S3与第四表面S4可互相连接。
在本实施例中，光学微结构124更具有一第六表面S6，其与第三表面S3位于第二表面S2的同一侧，且第三表面S3是位于第六表面S6与第四表面S4之间。在本实施例中，光学微结构124可更具有一第一连接面C1，其连接第六表面S6与第三表面S3，且第一连接面Cl例如为一平面。此外，光学微结构124可更具有一第二连接面C2，其连接第四表面S4与第五表面S5，且第二连接面C2例如为一平面。第一连接面Cl与第六表面S6及第三表面S3的夹角可皆为钝角，而第二连接面C2与第四表面S4及第五表面S5的夹角亦可皆为钝角，如此可使光学微结构124易于以射出成型制成，且在组装时不易刮伤其它元件。另外，在本实施例中，导光本体122与光学微结构124可为一体成型。举例而言，导光本体122与光学微结构124可以同一组模具一起经由射出成型而制成。
在本实施例中，背光模块100可还包括一反射单元130，其配置于第二表面S2的一侧，其中光学微结构124位于第二表面S2与反射单元130之间。反射单元130例如为一反射片或反射板，其可反射未经由上述光路传递至第一表面Sl的其它部分的光束122，进而提升背光模块100所提供的光源的亮度。
在本实施例中，光学微结构124可以呈长条状，每一光学微结构124沿着一与入光面I平行的第一方向D1延伸，且这些光学微结构124沿着一与入光面I垂直的第二方向D2排列。
值得注意的是，本发明并不限定背光模块100所具有的发光元件110的数量仅为一个。在其它实施例中，背光模块亦可以具有多个配置于入光面旁的发光元件。举例而言，入光面旁可配置有一发光条(lightbar),而发光条具有多个沿第一方向D1排列的发光二极管。此外，本发明并不限定导光元件120的导光本体122仅具有一入光面I。在其它实施例中，导光本体亦可以具有多个连接第一表面与第二表面的入光面，而每一入光面旁配置有至少一发光元件。举例而言，在一实施例中，导光本体可具有两相对的入光面，而光学微结构则是左右对称的，亦即其第六表面的法向量与第一法向量的夹角实质上等于夹角e 15。
图2为本发明另一实施例的背光模块的导光元件的立体示意图。参照图2，本实施例的背光模块的导光元件120a与上述导光元件120 (请参照图1A)类似，两者的差异如下所述。在本实施例的导光元件120a中，光学微结构124a呈块状。此外，这些光学微结构124a除了沿着第二方向D2排列之外，亦沿着第一方向D1排列。
值得注意的是，本发明并不限定光学微结构124a是沿着第一方向Dl与第二方向D2排列，在其它实施例中，光学微结构亦可以是沿着相对第一方向D1或第二方向D2倾斜的其它方向排列。或者，光学微结构可以呈其它规则或呈不规则排列。或者，光学微结构可以视实际需求以各种不同的方式排列，以使由第一表面S1出射的光束的均匀度能够符合需求。
图3为本发明又一实施例的背光模块的导光元件的剖面示意图。参照图3，本实施例的背光模块的导光元件120b与上述导光元件120 (如图1B所绘示)类似，两者的差异如下所述。在本实施例的导光元件120b中，光学微结构124b的第一连接面Cl'与第一连接面C2'各为一曲面，例如为一往远离导光本体122的方向凸起的曲面，如此可使导光元件120b易于以射出成型制成，且在组装时不易刮伤其它元件。
图4为本发明再一实施例的背光模块的导光元件的剖面示意图。参照图4，本实施例的背光模块的导光元件120c与上述导光元件120 (如图IB所绘示)类似，两者的差异如下所述。在本实施例中，导光元件120c的光学微结构124c不具有第一连接面Cl与第二连接面C2 (如图1B所绘示)，取而代之的是，第六表面S6'与第三表面S3，互相连接，且第四表面S4'与第五表面S5'互相连接。
综上所述，在本发明一实施例的导光元件中，由于第三法向量与第四法向量夹角是落在从90度至100度的范围内，且第一法向量与第五法向量的夹角是落在从120度至135度的范围内，因此大部分来自入光面的光束会以大于临界角的入射角入射第五表面，且因而被第五表面全反射至第一表面。此外，大部分的光束在经由第一表面传递至导光元件外时，其从第一表面出射的出射角会落在20度以下的范围内，所以导光元件能够导引出较为集中的光束，进而使本发明一实施例的背光模块能够提供较为集中的光源。如此一来，应用此背光模块的液晶显示装置便能够提供较高亮度的显示画面。
另外，由于上述出射角是落在20度以下的范围内，因此本发明一实施例的背光模块可要不需搭配棱镜片使用，就能够提供较为集中的光源。由于此背光模块相较习知背光模块少了一片棱镜片，因此此背光模块的重量较轻、组装制程较简易且成本较低。再者，由于每一光学微结构上方均有集中的光束从第一表面出射，因此本发明一实施例的导光元件可以将光束均匀地从第一表面导出，而不会在第一表面的部分区域产生暗线区。除此之外，第二表面上的光学微结构的密度亦可视需求而调整，如此便能够控制由第一表面出射的光束的均匀度。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。
权利要求
1、一种导光元件，包括一导光本体，具有一第一表面、相对于该第一表面的一第二表面以及连接该第一表面与该第二表面的一入光面；以及至少一光学微结构，突出于该第二表面，并具有一第三表面；一第四表面，与该第三表面位于该第二表面的同一侧，其中该第三表面的一第三法向量与该第四表面的一第四法向量的夹角落在从90度至100度的范围内；以及一第五表面，与该第三表面位于该第二表面的同一侧，其中该第四表面位于该第三表面与该第五表面之间，该第五表面的一第五法向量与该第一表面的一第一法向量的夹角落在从120度至135度的范围内。
2、 如权利要求1所述的导光元件，其中该导光元件的折射率实质上等 于1.49。
3、 如权利要求1所述的导光元件，其中该第三法向量、该第四法向量、 该第五法向量及该第一法向量实质上共平面。
4、 如权利要求1所述的导光元件，其中该第三法向量、该第四法向量、 该第五法向量及该入光面的一法向量实质上共平面。
5、 如权利要求1所述的导光元件，其中该第一法向量与该第三法向量 的夹角落在从130度至135度的范围内。
6、 如权利要求1所述的导光元件，其中该第一法向量与该第四法向量 的夹角落在从130度至135度的范围内。
7、 如权利要求1所述的导光元件，其中该光学微结构还具有一第六表面，与该第三表面位于该第二表面的同一侧，且该第三表面位于该第六表 面与该第四表面之间。
8、 如权利要求7所述的导光元件，其中该光学微结构还具有一第一连接面，连接该第六表面与该第三表面，且该第一连接面为一平面或一曲面。
9、 如权利要求1所述的导光元件，其中该光学微结构还具有一第二连 接面，连接该第四表面与该第五表面，且该第二连接面为一平面或一曲面。
10、 一种背光模块，包括 至少一发光元件，适于发出一光束；以及 一导光元件，包括一导光本体，具有一第一表面、相对于该第一表面的一第二表面 以及连接该第一表面与该第二表面的一入光面，其中该光束会从该入光面 进入该导光元件中；以及至少一光学微结构，突出于该第二表面，并具有 一第三表面；一第四表面，与该第三表面位于该第二表面的同一侧，其中 该第三表面的一第三法向量与该第四表面的一第四法向量的夹角落在从90 度至100度的范围内；以及一第五表面，与该第三表面位于该第二表面的同一侧，其中 该第四表面位于该第三表面与该第五表面之间，该第五表面的一第五法向量与该第一表面的一第一法向量的夹角落在从120度至135度的范围内，其中，来自该入光面的至少部分该光束会依序经由该第三表面传 递至该导光元件外，经由该第四表面进入该导光元件中，被该第五表面反 射至该第一表面，并经由该第一表面传递至该导光元件外。
11、 如权利要求10所述的背光模块，其中该导光元件的折射率实质上 等于1.49。
12、 如权利要求10所述的背光模块，其中该第三法向量、该第四法向 量、该第五法向量及该第一法向量实质上共平面。
13、 如权利要求10所述的背光模块，其中该第三法向量、该第四法向 量、该第五法向量及该入光面的一法向量实质上共平面。
14、 如权利要求10所述的背光模块，其中该第一法向量与该第三法向 量的夹角落在从130度至135度的范围内。
15、 如权利要求10所述的背光模块，其中该第一法向量与该第四法向 量的夹角落在从130度至135度的范围内。
16、 如权利要求10所述的背光模块，其中该光学微结构还具有一第六 表面，与该第三表面位于该第二表面的同一侧，且该第三表面位于该第六 表面与该第四表面之间。
17、 如权利要求16所述的背光模块，其中该光学微结构还具有一第一 连接面，连接该第六表面与该第三表面，且该第一连接面为一平面或一曲 面。
18、 如权利要求10所述的背光模块，其中该光学微结构还具有一第二 连接面，连接该第四表面与该第五表面，且该第二连接面为一平面或一曲 面。
19、 如权利要求10所述的背光模块，其中来自该入光面的该至少部分 该光束被该第五表面全反射至该第一表面。
20、 如权利要求10所述的背光模块，还包括一反射单元，配置于该第 二表面的一侧，其中该光学微结构位于该第二表面与该反射单元之间。
全文摘要
一种导光元件，包括一导光本体及至少一光学微结构。导光本体具有一第一表面、一第二表面及连接第一表面与第二表面的一入光面。光学微结构突出于第二表面，并具有一第三表面、一第四表面及一第五表面。第四表面与第三表面位于第二表面的同一侧。第三表面的一第三法向量与第四表面的一第四法向量的夹角落在从90度至100度的范围内。第五表面与第三表面位于第二表面的同一侧，且第四表面位于第三表面与第五表面之间。第五表面的一第五法向量与第一表面的一第一法向量的夹角落在从120度至135度的范围内。一种采用此导光元件的背光模块也被提出。
文档编号G02F1/1335GK101604046SQ200810125430
公开日2009年12月16日 申请日期2008年6月13日 优先权日2008年6月13日
发明者刘明达, 苏敬华 申请人:扬昕精密股份有限公司