背光模组 【技术领域】
本发明有关于一种背光模组，特别是指一种利用异向性导光板以提高光利用率的背光模组。
背景技术
随着薄膜晶体管的制作技术快速地进步，以及其具备有轻薄、省电、无幅射线等优点，因此使得液晶面板大量地应用于个人数字助理、笔记型计算机、数字相机、电视以及行动电话等各式电子产品中。
但由于液晶面板属于非自发光型显示装置，其必须透过背光模组所提供的背光源的辅助，才能够将液晶面板的画面信息显示出来，而为了提高光源利用率以及提高背光源的均匀性，背光模组必须要结合各种不同功能的光学膜片，常见地光学膜片包括BEFIII增光片以及DBEF增光片，其结构说明如下。
请参阅图1A所示，其为公知技术BEF III增光片的结构及相关应用示意图。BEF III增光片142a所使用的材质为PMMA(Polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)，其表面设有复数个锯齿状的菱镜结构15可增加光线亮度，虽然BEF III增光片142a具有增光功能，但由于菱镜结构15为规律性排列，因此会有阴影迭纹干涉(Moire)的现象产生。此外，BEF III增光片142a必须搭配上扩散片143以及下扩散片141一起使用，亦即，由导光板11向上射出的光线，会先透过下扩散片141，再入射至BEF III增光片142a及上扩散片。其中，需藉由上扩散片143以及下扩散片141的使用，才能够发挥增光效果和避免菱镜结构15遭到外力破坏。
请参阅图1B所示，其为公知技术DBEF增光片142b的增光原理示意图，其中图的左侧光线直接由导光板11进入液晶面板19，图的右侧光线先经过DBEF增光片142b的后再进入液晶面板19，而在液晶面板19的上、下表面分别设有一上偏光板201以及一下偏光板202，其中上偏光板201与下偏光板202的偏振方向互相垂直。
当图中的左侧光线(P1，P2)碰到下偏光板202时，由于P1光线的偏振方向与下偏光板202相同，因此其将可以顺利地通过液晶面板19，而P2光线的偏振方向与下偏光板202垂直，因此无法通过下偏光板202。当图中右侧光线(P1，P2)碰到DBEF增光片142b时，P1光线将顺利地通过DBEF增光片142b和下偏光板202进入液晶面板19内部，而P2光线则被DBEF增光片142b反射回导光板11内部，此时P2光线在经过导光板11的散射之后，将再度射出含有P1和P2偏振方向的光线，由于DBEF增光片142b可将P2偏振方向的光线回收再利用，因此其增光效果较佳，然而，其缺点在于价格实在太昂贵。
由上述说明可知，若采用图1A的方式进行增光，除了使用BEF III增光片之外，尚需要上、下扩散板的配合，且无法避免阴影迭纹干涉的产生。又若采用图1B的方式进行增光，除了使用DBEF增光片之外，尚需要下扩散板的配合，因此整体而言，其在光学膜片上所花费的成本均相当高。此外，公知技术在进行增光片与扩散片的组装时，扩散片容易被刮伤而影响良率。
由于上述原因，使得背光模组整体的生产成本过高，不但造成产品的价格居高不下，也使得制造业者的获利无法提升，影响所及则是造成液晶显示器的使用率无法全面的普及化。因此，对于光电相关领域的研发人员而言，莫不致力于提出较佳的解决方案，以期能够获得更便宜以及质量更佳的背光模组。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种背光模组以提高光源的利用率。
为了达到上述的目的，本发明所揭露的背光模组包括一异向性导光板、一偏光板、一等向性图案、一光源以及一反射片。
异向性导光板具有一入光面、一出光面以及一底面，并以垂直于该入光面的方向为光轴方向，其中该异向性导光板在平行于光轴方向具有一第一折射率(ne)，在垂直光轴方向具有一第二折射率(n0)。
偏光板设置于该异向性导光板的该出光面上方，该偏光板具有一透过轴可供平行于该透过轴的偏振光通过，该偏光板的透过轴与该异向性导光板的光轴之间的夹角为θ角。
等向性图案设置于该异向性导光板的底面，该等向性图案可以是一凹陷结构或是一突出结构，其在各方向的折射率均为np，其中，当该θ角为0时，等向性图案的折射率np与光轴方向的折射率ne相同(即第一折射率ne)，当θ角不为0时，等向性图案的折射率np必须符合(1/np)＝(cosθ/ne)+(sinθ/n0)的限制条件。
光源可为一荧光灯管或发光二极管，设置于该异向性导光板的入光面，通常该光源输入至该异向性导光板的光为圆偏振光，该反射片设置于该等向性图案的下方，其主要功能将光线反射回该异向性导光板。
圆偏振光可分为电场偏振方向平行于光轴方向的P1偏振光以及电场偏振方向垂直于光轴方向的P2偏振光，当θ角为0时，由于等向性图案的折射率np与光轴方向的折射率ne相同，因此平行于光轴方向的P1偏振光较容易进入等向性图案，经由等向性图案地反射，再由异向性导光板的出光面射出并通过该偏光板，而垂直于光轴方向的P2偏振光将较容易在异向性导光板内部进行全反射并形成圆偏振光，因此本发明可以提高背光源的利用率。
当θ角不为0时，等向性图案的折射率np必须符合(1/np)＝(cosθ/ne)+(sinθ/n0)的限制条件，此时等向性图案的折射率np与光轴方向的折射率ne会有些许差异，因此平行于光轴方向的P1偏振光进入等向性图案之后，会产生P1’方向的偏振光，其偏振方向与偏光板的透过轴平行，经由等向性图案的反射，再由异向性导光板的出光面射出并通过该偏光板，而垂直于光轴方向的P2偏振光将在异向性导光板内部进行全反射并形成圆偏振光，因此本发明可以提高背光源的利用率。
【附图说明】
图1A显示公知技术BEF III增光片的结构及相关应用示意图；
图1B显示公知技术DBEF增光片的增光原理示意图；
图2显示本发明第一实施例的背光模组示意图；
图3A显示了当折射率np与折射率ne相同时，光线由异向性导光板入射至等向性图案的折射及反射情形；
图3B显示了当折射率np与折射率ne有差异时，光线由异向性导光板入射至等向性图案的折射及反射情形；
图4显示本发明第二实施例的背光模组示意图；
图5A显示了形成一表面具有凹陷结构的光学等向性层于导光板下表面时，光线产生折射及反射的情形；及
图5B显示了形成一表面具有凸出结构的光学等向性层于导光板下表面时，光线产生折射及反射的情形。
【主要组件符号说明】
导光板11 下扩散片141
BEF III增光片142a DBEF增光片142b
上扩散片143 菱镜结构15
液晶面板19 背光模组20
上偏光板201 下偏光板202
异向性导光板21 入光面211
出光面212 底面213
偏光板22 等向性图案23
光源24 反射片25
圆偏振光L 偏振光P1
偏振光P2 光学等向性层26
凹陷结构26a 凸出结构26b
【具体实施方式】
请参阅图2所示，其为本发明第一实施例的背光模组示意图，图中背光模组20包括一异向性导光板21、一偏光板22、一等向性图案23、一光源24以及一反射片25。
异向性导光板21具有一入光面211、连接于入光面211的一出光面212以及相对于出光面212的一底面213，并以垂直于该入光面211的方向为光轴方向，其中该异向性导光板21在平行于光轴方向具有一第一折射率(ne)，在垂直光轴方向具有一第二折射率(n0)。在一较佳实施例中，此异向性导光板21的材质可选择透光性的高分子材料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或是聚乙酰对苯二甲酸酯(PET)。此外，也可选择其它具有天然光学异向性的材质，例如，具透光性的方解石或石英。
偏光板22设置于该异向性导光板21的该出光面212上方，该偏光板22具有一透过轴可供平行于该透过轴的偏振光通过，该偏光板22的透过轴与该异向性导光板21的光轴之间的夹角为θ角。
等向性图案23设置于该异向性导光板21的底面213，该等向性图案23可以是一凹陷结构或是一突出结构，其在各方向的折射率均为np，其中，当该θ角为0时，等向性图案23的折射率np与光轴方向的折射率ne相同(即第一折射率ne)，当θ角不为0时，等向性图案23的折射率np必须符合(1/np)＝(cosθ/ne)+(sinθ/n0)的限制条件。
光源24可为一荧光灯管或发光二极管，设置于该异向性导光板21的入光面211，通常该光源24输入至该异向性导光板21的光为圆偏振光，该反射片25设置于该等向性图案23的下方，其主要功能是将光线反射回该异向性导光板25。
请参阅图3A所示，圆偏振光(L)可分为电场偏振方向主要平行于光轴方向的P1偏振光以及电场偏振方向主要垂直于光轴方向的P2偏振光。其中，要特别说明的是，此处的P1偏振光，其平行于光轴方向的电场强度较强，同样的，P2偏振光则是垂直于光轴方向的电场强度较强。当θ角为0时，由于等向性图案23的折射率np与光轴方向的折射率ne相同，因此平行于光轴方向的P1偏振光将很容易进入等向性图案23，经由等向性图案23的反射，再由异向性导光板21的出光面212射出并通过该偏光板22，而垂直于光轴方向的P2偏振光将在异向性导光板21内部进行全反射，并形成圆偏振光之后再次被利用，因此本发明可以提高背光源的利用率。
请参阅图3B所示，当θ角不为0时，等向性图案23的折射率np必须符合(1/np)＝(cosθ/ne)+(sinθ/n0)的限制条件，此时等向性图案23的折射率np与光轴方向的折射率ne会有些许差异，因此平行于光轴方向的P1偏振光进入等向性图案23之后，会产生P1’方向的偏振光，其偏振方向与偏光板的透过轴平行，经由等向性图案23的反射，再由异向性导光板21的出光面212射出并通过该偏光板22，而垂直于光轴方向的P2偏振光将在异向性导光板21内部进行全反射，并形成圆偏振光之后再次被利用，因此本发明可以提高背光源的利用率。
请参阅图4所示，其为本发明第二实施例的背光模组示意图，图中背光模组20包括一异向性导光板21、一偏光板22、一光源24、一反射片25以及一光学等向性层26。相较于前述第一实施例中，直接于异向性导光板21的下表面制作等向性图案23的方式，本实施例中则是在异向性导光板21的下表面形成一光学等向性层26。其中，光学等向性层案的折射率，与异向性导光板21平行于光轴方向的第一折射率(ne)相同。并且，在光学等向性层26的下表面，可视需求上的不同，制作凹陷结构或凸出结构。
请同时参阅图5A，此图显示了光学等向性层26下表面具有凹陷结构26a时，由异向性导光板21入射至光学等向性层26的光线所产生的折射及反射情形。至于图5B则显示了光学等向性层26下表面具有凸出结构26b时，由异向性导光板21入射至光学等向性层26的光线所产生的折射及反射情形。
一般而言，当光源24的光线入射至异向性导光板21后，会在异向性导光板21中进行全反射。此时，以图5A为例，圆偏振光(L)在入射光学等向性层26时，电场偏振方向与光轴平行的P1偏振光，会入射至光学等向性层26中，并透过凹陷结构26a表面反射，而穿过异向性导光板21，并入射到下扩散片22。至于，电场偏振方向与光轴垂置的P2偏振光，则会在异向性导光板21与光学等向性层26的界面被反射，继续在异向性导光板21中传递。
同样的，在图5B中，圆偏振光(L)在入射光学等向性层26时，电场偏振方向与光轴平行的P1偏振光，会入射至光学等向性层26中，并经由凸出结构26b的反射，而向上穿透异向性导光板21，并入射到下扩散片22。电场偏振方向与光轴垂直的P2偏振光，则同样会在异向性导光板21与光学等向性层26的界面被反射。
由上述说明可知，本发明的背光模组与公知技术相较具有以下的优点：
a.本发明可不需要使用BEF III增光片以及上、下扩散板，因此，可以省去组装的复杂程序以及光学膜片费用，且不会产生阴影迭纹干涉的现象。
b.本发明不需要使用昂贵的DBEF增光片，可大大地节省成本和组装程序。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，其并非用以限制本发明的实施范围，任何熟习该项技艺者依据本发明的精神所做的些微修改，均应包含在权利要求书内。