导光板及背光模块.pdf

一种导光板包括出光面、底面、入光面以及多个光学单元。各光学单元包括第一光学微结构以及至少一个第二光学微结构。第二光学微结构具有第一表面以及第二表面。沿着垂直于入光面及出光面的方向切开第一表面所得到的截线包括第一截线，第一截线为第一斜直线。沿着垂直于入光面及出光面的方向切开第二表面得到第二截线,第二截线靠近底面的第一端点与第二截线的远离底面的第二端点连成第一参考直线。第一参考直线与出光面的法线所夹的锐角为α。锐角为α满足下式：其中ψ为所欲达到的出射光束与出光面的法线的夹角，而n为导光板的折射率。一种背光模块亦被提出。本发明提供的导光板可降低光损失，背光模块具有较高的光利用率。

权利要求书一种导光板，包括：
出光面；
底面，相对于所述出光面；
至少一个入光面，连接所述出光面与所述底面；以及
多个光学单元，配置于所述底面上，各所述光学单元包括：
第一光学微结构；以及
至少一个第二光学微结构，与所述第一光学微结构相邻，其中所述第一光学微结构位于所述入光面与所述第二光学微结构之间，且各所述第二光学微结构具有：
第一表面，朝向所述入光面的一侧倾斜，其中沿着垂直于所述入光面及所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第一截线，所述第一截线为第一斜直线；以及
第二表面，与所述第一表面连接，且朝着背对所述入光面的所述侧的方向倾斜，其中沿着垂直于所述入光面及所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第二截线，所述第二截线靠近所述底面的第一端点与所述第二截线远离所述底面的第二端点连成第一参考直线，所述第一参考直线与所述出光面的法线所夹的锐角为α，且满足下式：

其中，ψ为所欲达到的出射光束与所述出光面的所述法线的夹角，n为所述导光板的折射率，且所述第二光学微结构的所述第一表面位于所述第一光学微结构与所述第二光学微结构的所述第二表面之间。
根据权利要求1所述的导光板，其中各所述光学单元的所述第一光学微结构具有：
第三表面，朝着迎向所述入光面的所述侧的方向倾斜，其中沿着垂直于所述入光面及所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第三截线，所述第三截线为第一抛物线的一部分；以及
第四表面，与所述第三表面连接，且朝着背对所述入光面的所述侧的方向倾斜，其中所述第三表面位于所述入光面与所述第四表面之间。
根据权利要求2所述的导光板，其中沿着垂直所述入光面及所述出光面的方向切开所述第四表面所得的截线为相对于所述底面倾斜的斜直线。
根据权利要求2所述的导光板，其中所述第一光学微结构还具有连接所述第三表面与所述第四表面的第一连接面。
根据权利要求4所述的导光板，其中所述第一连接面包括至少一个平面、至少一个曲面或其组合。
根据权利要求2所述的导光板，其中所述第三截线包括多个相对于所述底面倾斜且彼此相连接的斜线、多个彼此相连接的曲线或其组合。
根据权利要求2所述的导光板，其中所述第二光学微结构还具有连接所述第一表面与所述第二表面的第二连接面。
根据权利要求7所述的导光板，其中所述第二连接面包括平面。
根据权利要求2所述的导光板，其中所述第一抛物线具有焦点、顶点以及对称轴，所述顶点至所述焦点的距离c满足下式的至少其中之一：
4c·(cotθMIN－cotθMAX)=D
4c·[(cotθMIN)2－(cotθMAX)2]＝L
其中，所述第一抛物线与所述底面交于第三端点，所述第一抛物线与所述第一光学微结构的所述第四表面交于第四端点，所述第三端点与所述第四端点在平行于所述底面的方向上的距离为L，所述第三端点与所述第四端点在垂直于所述底面的方向上的距离为D，所述第三端点与所述第一抛物线的所述焦点连成第二参考线，所述第四端点与所述第一抛物线的所述焦点连成第三参考线，所述第二参考线与所述第一抛物线的所述对称轴的夹角为θMAX，所述第三参考线与所述第一抛物线的所述对称轴的夹角为θMIN。
根据权利要求9所述的导光板，其中所述第三端点与所述第四端点在平行于所述底面的方向上的距离L大于0毫米且小于或等于2毫米，而所述第三端点与所述第四端点在垂直于所述底面的方向上的距离D大于0微米且小于或等于500微米。
根据权利要求2所述的导光板，其中沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为直线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为直线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为直线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为直线，且所述第四截线、所述第五截线、所述第六截线与所述第七截线互相平行。
根据权利要求2所述的导光板，其中所述第一表面与所述底面的交界至所述第二表面与所述底面的交界的距离从所述第二光学微结构的中央往所述第二光学微结构的两侧递减，所述第三表面与所述底面的交界至所述第四表面与所述底面的交界的距离从所述第一光学微结构的中央往所述第一光学微结构的两侧递减。
根据权利要求2所述的导光板，其中沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为直线或第一弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为第二弧线，且所述第二弧线的弧口朝向所述入光面，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为第三弧线，且所述第三弧线的弧口背向所述入光面，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为直线或第四弧线。
根据权利要求2所述的导光板，其中所述至少一个入光面包括相对的第一入光面与第二入光面，所述多个光学单元包括多个第一光学单元与多个第二光学单元，各所述第一光学单元的所述第一表面朝着迎向所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第一光学单元的所述第二表面朝着背向所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第一光学单元的所述第三表面朝着迎向所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第一光学单元的所述第四表面朝着背对所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第一表面朝着迎向所述第二入光面的一侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第二表面朝着背向所述第二入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第三表面朝着迎向所述第二入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第四表面朝着背对所述第二入光面的所述侧的方向倾斜。
根据权利要求14所述的导光板，其中各所述第一光学单元的所述第一表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第一表面相接成第一环状表面，各所述第一光学单元的所述第二表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第二表面相接成第二环状表面，各所述第一光学单元的所述第三表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第三表面相接成第三环状表面，各所述第一光学单元的所述第四表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第四表面相接成第四环状表面，且所述第三环状表面环绕所述第四环状表面，所述第四环状表面环绕所述第一环状表面，所述第一环状表面环绕所述第二环状表面。
根据权利要求2所述的导光板，其中沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为第一弧线，沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为第二弧线，沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为第三弧线，沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为第四弧线，且所述第一弧线、所述第二弧线、所述第三弧线与所述第四弧线的弧口朝向所述出光面。
根据权利要求2所述的导光板，其中沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为第一弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为第二弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为第三弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为第四弧线，其中所述第三弧线的曲率半径大于所述第四弧线的曲率半径，所述第四弧线的曲率半径大于所述第一弧线的曲率半径，第一弧线的曲率半径大于所述第二弧线的曲率半径，所述第一弧线、所述第二弧线、所述第三弧线与所述第四弧线共圆心。
根据权利要求1所述的导光板，其中所述第一截线与所述出光面的所述法线所夹的锐角为β，其中0°≤β≤25°。
根据权利要求1所述的导光板，其中所述第一表面为相对于所述出光面倾斜的斜平面。
根据权利要求1所述的导光板，其中所述第二截线为抛物线的一部分或圆弧。
根据权利要求1所述的导光板，其中各所述光学单元为凸点、沿着平行于所述出光面的方向延伸的长条状凸条或沿着平行于所述出光面的方向延伸的弧状凸条。
一种背光模块，包括：
导光板，包括：
出光面；
底面，相对于所述出光面；
至少一个入光面，连接所述出光面与所述底面；以及
多个光学单元，配置于所述底面上，各所述光学单元包括：
第一光学微结构；以及
至少一个第二光学微结构，与所述第一光学微结构相邻，其中所述第一光学微结构位于所述入光面与所述第二光学微结构之间，且各所述第二光学微结构具有：
第一表面，朝向所述入光面的一侧倾斜，其中沿着垂直于所述入光面及所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第一截线，所述第一截线为第一斜直线；以及
第二表面，与所述第一表面连接，且朝着背对所述入光面的所述侧的方向倾斜，其中沿着垂直于所述入光面及所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第二截线，所述第二截线靠近所述底面的第一端点与所述第二截线远离所述底面的第二端点连成第一参考直线，所述第一参考直线与所述出光面的法线所夹的锐角为α，且满足下式：

其中，ψ为所欲达到的出射光束与所述出光面的所述法线的夹角，n为所述导光板的折射率，且所述第二光学微结构的所述第一表面位于所述第一光学微结构与所述第二光学微结构的所述第二表面之间；以及
至少一个发光元件，配置于所述入光面旁，且用以发出入射光束，其中所述入射光束经由所述入光面进入所述导光板中，且经由所述出光面传递至所述导光板外，而形成所述出射光束。
根据权利要求22所述的背光模块，其中各所述光学单元的所述第一光学微结构具有：
第三表面，朝着迎向所述入光面的所述侧的方向倾斜，其中沿着垂直于所述入光面及所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第三截线，所述第三截线为第一抛物线的一部分；以及
第四表面，与所述第三表面连接，且朝着背对所述入光面的所述侧的方向倾斜，其中所述第三表面位于所述入光面与所述第四表面之间。
根据权利要求23所述的背光模块，其中沿着垂直所述入光面及所述出光面的方向切开所述第四表面所得的截线为相对于所述底面倾斜的斜直线。
根据权利要求23所述的背光模块，其中所述第一光学微结构还具有连接所述第三表面与所述第四表面的第一连接面。
根据权利要求25所述的背光模块，其中所述第一连接面包括至少一个平面、至少一个曲面或其组合。
根据权利要求23所述的背光模块，其中所述第三截线包括多个相对于所述底面倾斜且彼此相连接的斜线、多个彼此相连接的曲线或其组合。
根据权利要求23所述的背光模块，其中所述第二光学微结构还具有连接所述第一表面与所述第二表面的第二连接面。
根据权利要求28所述的背光模块，其中所述第二连接面包括平面。
根据权利要求23所述的背光模块，其中所述第一抛物线具有焦点、顶点以及对称轴，所述顶点至所述焦点的距离c满足下式的至少其中之一：
4c·(cotθMIN－cotθMAX)=D
4c·[(cotθMIN)2－(cotθMAX)2]＝L
其中，所述第一抛物线与所述底面交于第三端点，所述第一抛物线与所述第一光学微结构的所述第四表面交于第四端点，所述第三端点与所述第四端点在平行于所述底面的方向上的距离为L，所述第三端点与所述第四端点在垂直于所述底面的方向上的距离为D，所述第三端点与所述第一抛物线的所述焦点连成第二参考线，所述第四端点与所述第一抛物线的所述焦点连成第三参考线，所述第二参考线与所述第一抛物线的所述对称轴的夹角为θMAX，所述第三参考线与所述第一抛物线之所述对称轴的夹角为θMIN。
根据权利要求30所述的背光模块，其中所述第三端点与所述第四端点在平行于所述底面的方向上的距离L大于0毫米且小于或等于2毫米，而所述第三端点与所述第四端点在垂直于所述底面的方向上的距离D大于0微米且小于或等于500微米。
根据权利要求23所述的背光模块，其中沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为直线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为直线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为直线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为直线，且所述第四截线、所述第五截线、所述第六截线与所述第七截线互相平行。
根据权利要求23所述的背光模块，其中所述第一表面与所述底面的交界至所述第二表面与所述底面的交界的距离从所述第二光学微结构的中央往所述第二光学微结构的两侧递减，所述第三表面与所述底面的交界至所述第四表面与所述底面的交界的距离从所述第一光学微结构的中央往所述第一光学微结构的两侧递减。
根据权利要求23所述的背光模块，其中沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为直线或第一弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为第二弧线，且所述第二弧线的弧口朝向所述入光面，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为第三弧线，且所述第三弧线的弧口背向所述入光面，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为直线或第四弧线。
根据权利要求23所述的背光模块，其中所述至少一个入光面包括相对的第一入光面与第二入光面，所述至少一个发光元件为分别配置于所述第一入光面与所述第二入光面旁的二发光元件，所述多个光学单元包括多个第一光学单元与多个第二光学单元，各所述第一光学单元的所述第一表面朝着迎向所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第一光学单元的所述第二表面朝着背向所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第一光学单元的所述第三表面朝着迎向所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第一光学单元的所述第四表面朝着背对所述第一入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第一表面朝着迎向所述第二入光面的一侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第二表面朝着背向所述第二入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第三表面朝着迎向所述第二入光面的所述侧的方向倾斜，各所述第二光学单元的所述第四表面朝着背对所述第二入光面的所述侧的方向倾斜。
根据权利要求35所述的背光模块，其中各所述第一光学单元的所述第一表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第一表面相接成第一环状表面，各所述第一光学单元的所述第二表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第二表面相接成第二环状表面，各所述第一光学单元的所述第三表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第三表面相接成第三环状表面，各所述第一光学单元的所述第四表面与所述多个第二光学单元的其中之一的所述第四表面相接成第四环状表面，且所述第三环状表面环绕所述第四环状表面，所述第四环状表面环绕所述第一环状表面，所述第一环状表面环绕所述第二环状表面。
根据权利要求23所述的背光模块，其中沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为第一弧线，沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为第二弧线，沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为第三弧线，沿着平行于所述入光面且垂直于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为第四弧线，且所述第一弧线、所述第二弧线、所述第三弧线与所述第四弧线的弧口朝向所述出光面。
根据权利要求23所述的背光模块，其中沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为第一弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为第二弧线，所述第一弧线的曲率半径大于所述第二弧线的曲率半径，且所述第一弧线与所述第二弧线共圆心。
根据权利要求23所述的背光模块，其中沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第一表面所得到的截线包括第四截线，所述第四截线为第一弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第二表面所得到的截线包括第五截线，所述第五截线为第二弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第三表面所得到的截线包括第六截线，所述第六截线为第三弧线，沿着垂直于所述入光面且平行于所述出光面的方向切开所述第四表面所得到的截线包括第七截线，所述第七截线为第四弧线，其中所述第三弧线的曲率半径大于所述第四弧线的曲率半径，所述第四弧线的曲率半径大于所述第一弧线的曲率半径，第一弧线的曲率半径大于所述第二弧线的曲率半径，所述第一弧线、所述第二弧线、所述第三弧线与所述第四弧线共圆心。
根据权利要求22所述的背光模块，其中所述第一截线与所述出光面的所述法线所夹的锐角为β，其中0°≤β≤25°。
根据权利要求22所述的背光模块，其中所述第一表面为相对于所述出光面倾斜的斜平面。
根据权利要求22所述的背光模块，其中所述第二截线为抛物线的一部分或圆弧。
根据权利要求22所述的背光模块，其中各所述光学单元为凸点、沿着平行于所述出光面的方向延伸的长条状凸条或沿着平行于所述出光面的方向延伸的弧状凸条。

说明书导光板及背光模块
技术领域
本发明涉及一种光学元件与光源，且特别涉及一种导光板与背光模块。
背景技术
现有背光模块中的导光板具有多个光学微结构。这些光学微结构可破坏在导光板中行进的光束的全反射，进而使光束传递至导光板的出光面，由导光板的出光面出光。然而，现有的光学微结构仅能将光束引导至导光板的出光面，而无法使光束以所欲达成的角度出射。一般而言，现有的导光板需搭配多张光学膜片才能修正光束的行进方向，而使光束以所欲达成的角度出射。这样一来，不但背光模块的材料成本会提高，而且光束在各光学膜片间的反射或折射都会造成光束能量的损耗，进而导致背光模块的光利用效率下降。
中国台湾专利第I331695号揭露了一种导光板，此导光板包括板体、多个微结构以及多个凸状结构。中国台湾专利第M264504号揭露了一种微结构，此微结构呈水滴型而凸设分布于导光板的下端面。美国专利公告第7334934号、中华人民共和国专利公告第100370329号、美国专利公开第20060104089号与美国专利公告第7252424号均揭露了一种导光板，此导光板的反射面具有微结构。中国台湾专利第I321250号揭露了一种导光板，此导光板包括透光基板、第一微结构以及第二微结构。中国台湾专利第I246576号及美国专利公告第6712481号揭露一种发光面板组件，包含发光面板构件，其中于面板表面的至少一者之上或之内的图样的界定好形状的个别的光线引出变形物，其用以产生由面板构件的期望光线输出分布，至少某些变形物具有倾斜表面，供反射或折射撞击于倾斜表面的光线而以期望角度分布离开面板构件，以及具有于变形物宽度方向上做横向弯曲的曲面，供以不同方向而反射或折射撞击于曲面的额外光线，将光线散布跨于面板构件以提供由面板构件所发出的光线的更为均匀分布。
发明内容
本发明提供一种导光板，可降低光损失。
本发明提供一种背光模块，具有较高的光利用率。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明实施例提出一种导光板，其包括出光面、底面、至少一个入光面以及多个光学单元。底面相对于出光面。入光面连接出光面与底面。多个光学单元配置于底面上。各光学单元包括第一光学微结构以及至少一个第二光学微结构。第二光学微结构与第一光学微结构相邻，其中第一光学微结构位于入光面与第二光学微结构之间。各第二光学微结构具有第一表面以及第二表面。第一表面朝向入光面的一侧倾斜，其中沿着垂直于入光面及出光面的方向切开第一表面所得到的第一截线为第一斜直线。第二表面与第一表面连接，且朝着背对入光面的一侧的方向倾斜，其中沿着垂直于入光面及出光面的方向切开第二表面得到第二截线，第二截线靠近底面的第一端点与第二截线远离底面的第二端点连成第一参考直线，第一参考直线与出光面的法线所夹的锐角为α。锐角为α满足下式：

其中，ψ为所欲达到的出射光束与出光面的法线的夹角，n为导光板的折射率，且第二光学微结构的第一表面位于第一光学微结构与第二光学微结构的第二表面之间。
本发明另一实施例提出一种背光模块，包括上述导光板及至少一个发光元件。发光元件配置于入光面旁，且用以发出光束，其中光束适于经由入光面进入导光板中，且经由出光面传递至导光板外。
综上所述，本发明实施例的导光板与背光模块至少具有下列其中一个优点：本发明实施例的导光板与背光模块可通过光学单元的第二光学微结构将自光学单元的第一光学微结构穿出导光板的光束重新引导至导光板中，使此光束可为背光模块所运用，从而提高本发明实施例的导光板与背光模块的光利用效率。此外，本发明实施例的第二光学微结构还可将自第一光学微结构穿出导光板的光束反射至出光面，且使此光束以所欲达到的出光角度出光。如此一来，本发明实施例的背光模块可在不搭配光学膜片的情况下直接做为理想的背光源使用。
为让本发明上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例的背光模块的剖面示意图；
图2为本发明第一实施例的光学单元的剖面示意图；
图3为图1所示的导光板的局部放大图；
图4A、图4B为本发明第一实施例的第二光学微结构的剖面示意图；
图5A、图5B、图5C为本发明实施例的导光板的示意图。
图6示出本发明实施例的背光模块与现有的背光模块在各视角下的出光强度分布；
图7为本发明第二实施例的背光模块的剖面示意图；
图8为图7所示的导光板100的局部放大图；
图9示出本发明实施例的第一光学微结构；
图10A、图10B为本发明第一实施例的背光模块的剖面示意图；
图11为本发明第三实施例的背光模块的剖面示意图；
图12为本发明第三实施例的光学单元的立体示意图；
图13、图14、图15为本发明实施例的光学单元的立体示意图；
图16为本发明第四实施例的背光模块的剖面示意图；
图17为本发明第四实施例的第一光学单元与第二光学单元的立体示意图；
图18为本发明实施例的背光模块的剖面示意图；
图19为本发明第五实施例的背光模块的剖面示意图；以及
图20为本发明第六实施例的背光模块的剖面示意图。
1000、1000’、1000”、1000A：背光模块
100：导光板
110：出光面
120：底面
122：与底面平行的参考平面
130、130’：入光面
130a：入光面的一侧
140、140’、140A、140B、140C、140b、140c：光学单元
142、142’、142”：第一光学微结构
142a、142b：第一光学微结构的表面
142a’：斜线
142a”：曲线
144、144’：第二光学微结构
144a、144b：第二光学微结构的表面
144A、144B、142A、142B：环状表面
146a、146b：连接面
160、190：抛物线
170：反射片
180：圆形
190a：抛物线开口
192：抛物线焦点
194：抛物线对称轴
196：抛物线顶点
200：发光元件
300：控制单元
400：显示面板
A1、x、y、z：方向
B1、B2、P1、P2、P3：端点
c、D、L、H1、H2：距离
D1、D2：高度
E1、E2、E3、E4：交界
ER、EL：眼睛
J1~J4、J1’、K1~K5、F4~F19：截线
L1、R1、R2：参考线
l、l’：光束
N、N’：法线
R：圆形半径
S：间距
S100、S200：曲线
ψ、θMAX、θMIN、γ、α、β：角度
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
第一实施例
图1为本发明第一实施例的背光模块的剖面示意图。请参照图1，本实施例的背光模块1000包括导光板100以及至少一个发光元件200。本实施例的导光板100包括出光面110(例如是与xy平面平行的平面)、相对于出光面110的底面120(例如是xy平面)、连接出光面110与底面120的入光面130(例如是与xz平面平行的平面)以及配置于底面120上的多个光学单元140（图1仅绘出一个光学单元140作为代表）。本实施例的背光模块1000可进一步包括反射片170，底面120位于反射片170与出光面110之间。反射片170可将自导光板100底面120漏出的光束反射回导光板100中。
本实施例的发光元件200配置于入光面130旁，且用以发出光束l，其中光束l经由入光面130进入导光板100中，且由出光面110传递至导光板100外，而形成光束l’。本实施例的发光元件200可为发光二极管（light‑emitting diode,LED）、冷阴极荧光灯管（cold cathode ray tube,CCFL）或其它适当的发光元件，但本发明不限于此。另外，本实施例的光学单元140为相对于底面120凸出的结构。
值得一提的是，在本实施例中，光学单元140包括第一光学微结构142以及至少一个第二光学微结构144。本实施例的第一光学微结构142为可破坏光束l在导光板100内全反射的任意结构。光束l通过第一光学微结构142可由出光面110出光。然而，部分传递至第一光学微结构142的光束l会由第一光学微结构142穿出到导光板100外，而导致背光模块1000的光利用效率下降。此时，与第一光学微结构142相邻的第二光学微结构144可将光束l引导至导光板100中，而使光束l可被背光模块1000所利用，进而提高背光模块1000的光利用效率。此外，本实施例的第二光学微结构144可使光束l由出光面110传递至导光板100外，而形成光束l’，且使光束l’以所欲达到的出光角度ψ自出光面110出光。
以下将配合附图详细说明本实施例的第二光学微结构144可将光束l引导至导光板100中，且使光束l’以所欲达到的出光角度ψ自出光面110出光的机制。请先参照图1，本实施例的光学单元140包括第一光学微结构142以及至少一个第二光学微结构144。图1中所示的光学单元140仅绘出一个第二光学微结构144作为代表，但本发明不限于图1，如图2所示，在其它实施例中，光学单元140亦可包括多个第二光学微结构144、144’，第二光学微结构144’的功能与第二光学微结构144类似，第二光学微结构144’可将自第二光学微结构144穿出导光板100的光束l重新引导至导光板100中。
图3为图1所示的导光板100的局部放大图。请同时参照图1及图3，在本实施例中，第一光学微结构142位于入光面130与第二光学微结构144之间，且各第二光学微结构144具有第一表面144a以及与第一表面144a连接的第二表面144b（绘于图1）。本实施例的第二光学微结构144的第一表面144a朝向入光面130的一侧130a倾斜（绘于图1），其中沿着垂直于入光面130及出光面110的方向切开第一表面144a所得到的截线包括截线K1，截线K1为斜直线（绘于图3）。更进一步地说，本实施例的第一表面144a可为相对于出光面110倾斜的斜平面。在本实施例中，第一表面144a与出光面110的法线N所夹的锐角为β（绘于图3），其中锐角β越小越好。举例而言，本实施例的锐角β可大于或等于0°且小于或等于25°。
请参照图1，光束l在经过第二光学微结构144的第一表面144a后可传递至第二光学微结构144的第二表面144b。请参照图1及图3，本实施例的第二光学微结构144的第二表面144b朝着背对入光面130的一侧130a的方向倾斜（绘于图1）。在本实施例中，沿着垂直于入光面130及出光面110的方向切开第二表面144b所得到截线包括截线K2，截线K2可为抛物线160的一部分（绘于图3）。然而，本发明不限于此，如图4A所示，在另一实施例中，沿着垂直于入光面130及出光面110的方向切开第二表面144b所得到截线包括截线K4，截线K4可为圆形180中的一段圆弧，此圆弧可为往远离底面120与入光面130的方向凸起的曲线。如图4B所示，在又一实施例中，沿着垂直于入光面130及出光面110的方向切开第二表面144b所得到截线包括截线K5，截线K5亦可为圆形180中的一段圆弧，但此圆弧可为往底面120与入光面130的方向凹陷的曲线。
请参照图1及图3，本实施例的截线K2靠近底面120的第一端点P1与截线K2远离底面120的第二端点P2连成第一参考直线L1。在本实施例中，第一参考直线L1与出光面110的法线N所夹的锐角为α，且锐角α满足下式(1)：

其中，ψ为所欲达到的出射光束l’与出光面110的法线N’的夹角，n为导光板100的折射率，且第二光学微结构144的第一表面144a位于第一光学微结构142与第二光学微结构144的第二表面144b之间。当锐角α满足上式(1)时，第二表面144b可将自第一光学微结构142穿出到导光板100外的光束l’反射至出光面110并以特定的角度ψ出光。换言之，若欲使光束l’以特定角度ψ出光，则可利用上述关系式反推出第二光学微结构144的结构，而可以不使用繁复的模拟方式来优化第二光学微结构144的结构，从而减少背光模块1000开发所需的时间。
举例而言，若欲使光束l’与出光面110的法线N’的夹角ψ=30°且n=1.49时，第一参考直线L1与出光面110的法线N所夹的锐角为α可设计为大于或等于39.8°且小于或等于69.8°。当光束l’与出光面110的法线N’的夹角ψ=30°时，本实施例的背光模块1000可在搭配一张光学膜片（例如增亮膜）下作为理想的背光源使用。若欲使光束l’与出光面110的法线N’的夹角ψ=0°且n=1.49时，第一参考直线L1与出光面110的法线N所夹的锐角为α可设计为大于或等于30°且小于或等于60°之间。当光束l’与出光面110的法线N’的夹角ψ=0°时，本实施例的背光模块1000可直接作为良好的背光源，而不需搭配其它光学膜片。
另外，如图1及图3所示，在本实施例中，光学单元140的第二光学微结构144在垂直于出光面110方向A1上的高度D2小于或等于对应的第一光学微结构142在垂直于出光面110方向A1上的高度D1。并且，本实施例的光学单元140的第一光学微结构142与对应的第二光学微结构144的间距S可为0微米至50微米。沿着垂直于入光面130及出光面110的方向切开第一光学微结构142所得到的截线包括截线K3，截线K3远离入光面130的端点为端点P3，而沿着垂直于入光面130及出光面110的方向切开第二光学微结构144的第一表面144a所得到的截线包括截线K1，截线K1接近入光面130的端点为端点P4，其中端点P3与端点P4间的距离为所述的间距S。
本实施例的光学单元140可以多种方式配置于底面120上，光学单元140配置于底面120上的方式可依实际的需求而改变。举例而言，如图5A所示，在本实施例中，各光学单元140可为沿着平行于出光面110的方向延伸的长条状凸条。然而，本发明不限于上述，如图5B所示，在另一实施例中，各光学单元140可为凸点，且此凸点可以多种方式分布在底面120上。如图5C所示，在又一实施例中，各光学单元140可为沿着平行于出光面110的方向延伸的弧状凸条，弧状凸条的弧口朝向入光面130。换言之，此弧状凸条可由入光面130以辐射状向外展延。
图6中的曲线S100示出本实施例的背光模块1000（即ψ被设计为0°的背光模块）在各视角下的出光强度分布，图6中的曲线S200示出现有的背光模块在各视角下的出光强度分布。比较曲线S100与曲线S200可知，本实施例的背光模块1000所产生出光强度集中在正视方向（即与出光面110的法线N’夹0°的方向），而不像现有的背光模块所产生出光强度集中在与其出光面的法线夹约82°的方向。因此，本实施例的背光模块1000可在无外加光学膜片的情况下直接作为良好的背光源，而不像现有的背光模块需搭配其它光学膜片一起使用。
第二实施例
图7为本发明第二实施例的背光模块的剖面示意图。请参照图7，本实施例的背光模块1000’与第一实施例的背光模块1000类似，两者的主要差异在于本实施例的背光模块1000中的第一光学微结构142’与第一实施例的光学微结构142有所不同。以下针对此处做说明，两者相同之处不再重述。
请参照图7，本实施例的第一光学微结构142’具有第一表面142a以及与第一表面142a连接的第二表面142b，其中第一表面142a可将发光元件200所发出的大部分光束l反射至第二表面142b，而第二表面142b可将光束l反射至出光面110并使光束l’以所欲达到的出光角度ψ自出光面110出光。图8为图7所示的导光板100的局部放大图。以下将配合图7及图8说明本实施例的第一光学微结构142’的第一表面142a可将发光元件200所发出的大部分的光束l反射至第二表面142b的机制。并且，说明第二表面142b可将光束l反射至出光面110并使光束l’以所欲达到的出光角度ψ自出光面110出光的机制。
首先，说明第一表面142a可将发光元件200所发出的大部分的光束l反射至第二表面142b的机制。请参照图7及图8，在本实施例中，第一光学微结构142’的第一表面142a朝着迎向入光面130的一侧130a的方向倾斜，其中沿着垂直于入光面130及出光面110的方向切开第一表面142a所得到的截线包括截线J1，截线J1为抛物线190的一部分。利用通过抛物线190焦点192的光束l会以平行于抛物线190对称轴194的方向朝抛物线190开口190a传递出去的特性，第一表面142a可将大部分的光束l（包括未通过抛物线190焦点192的光束l）的行进方向修正为接近于平行抛物线190对称轴194的方向，进而使大部分的光束l可透过第一表面142a反射，以接近于平行抛物线190对称轴194的方向至第二表面142b。在一实施例中，抛物线190对称轴194的方向平行于底面120，因此，大部分的光束l可透过第一表面142a反射，以接近于平行底面120的方向入射至第二表面142b。
请参照图9，更进一步地说，抛物线190与底面120交于端点B1，抛物线190与第一光学微结构142’的第二表面142b交于端点B2，端点B1与抛物线190的焦点192连成参考线R1，端点B2与抛物线190的焦点192连成参考线R2。参考线R1与对称轴194的夹角为θMAX，而参考线R2与对称轴194的夹角为θMIN。在本实施例中，可适当地设计夹角θMAX与夹角θMIN的值，而使第一表面142a反射光束l至第二表面142b的效率佳。
举例而言，在本实施例中，夹角θMAX与夹角θMIN可满足下式(2)：


而上式中的θ满足：
其中n为导光板100的折射率，为与底面120平行的参考平面122与抛物线190对称轴194的夹角（绘于图8）。当夹角θMAX与夹角θMIN满足上式(2)时，第一表面142a反射光束l至第二表面142b的效率较佳，进而使本实施例的背光模块1000’及导光板100的光利用效率佳。
请继续参照图9，在本实施例中，端点B1与端点B2在平行于底面120的方向上的距离为L，而端点B1与端点B2在垂直于底面120的方向上的距离为D。在本实施例中，端点B1与端点B2在平行于底面120的方向上的距离L可大于0毫米且小于或等于2毫米，而端点B1与端点B2在垂直于底面120的方向上的距离D可大于0微米且小于或等于500微米。然而，本发明不限于此，距离L及距离D可依实际的需求做适当的设计。当距离L或距离D，或距离L及距离D被选定时，抛物线190的结构亦跟着被确定。
具体而言，若本实施例的抛物线190位于yz平面，且抛物线190的焦点192位于yz平面坐标的原点，则抛物线190可以下式(3)表示，
y(z)=z2/(4c)‑‑‑(3)
其中c为抛物线190的顶点196与焦点192的距离。将式(3)以极坐标表示，即将y=r·cosθ及z=r·sinθ带入式(3)，则式(3)可写成下式(4)：