201037415 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種液晶顯示器之背光模組， 是有關;^ __ π〜 '〜種提供極化光源的液晶顯示器之背光模組。 【先前技術】 面液曰9顯示器（liquid crystal display ; LCD)中的液晶顯示 ❹ 、、本身為非自發光顯示元件，需藉由背光模組提供所需 的光源並利用偏光板(Polarizer)將光源產生的光轉換成偏 ，光，以供液晶顯示器利用。由於背光模組與偏光板的性 倉b優劣會直接影響到液晶顯示器的品質，因此背光模組與 偏光板疋液晶顯示模組中的關鍵零組件。 一般而言，背光模組可概分為直下光源式(direct light tyPe)及侧向光源式(edge light type)二種形式。傳統上，背 光模組之光源係使用冷陰極管（CCFL)之類之燈管。然而， Q ^陰極T之色彩飽和度並不佳，無法呈現晝面之真實色 形。為達到較佳之色彩飽和度，近年來背光模組之光源係 傾向使用發光二極體(Light Emitting Diode ; LED)取代冷陰 極f。由於發光二極體具有體積小、壽命長、低驅動電壓、 耗電量低、耐震性佳、環保等優點，既可提供比冷陰極螢 光燈更豐富的色階，又可降低顯示器厚度，基於諸多優勢， 發光二極體儼然成為背光源中後起之秀。 . 偏光板通常設於液晶顯示面板的入光處和出光處，其 中位於背光模組光源和液晶顯示面板之間的偏光板，稱之 為‘下偏光板(polarizer)” ，用以將光源產生的光轉換成偏 3 201037415 極光，以供液晶顯示面板利用。而位於液晶顯示面板上相 對於下偏光板之一側的偏光板稱之為“上偏光板(analyzer or polarizer)” ，用以決定液晶顯示面板出光的極化方向和 大小。傳統上，上偏光板和下偏光板係統稱為偏光板，可 由一個以上的光學薄板所組成，除了原本的偏光功能外， 可更兼具例如防窺、光學補償等其他功能。 然而’習知偏光（膜）板所產生的極化光頻譜並不一 致，縱使利用其他方式改善，舉凡加入DBEF之類的偏光 〇 或增亮膜材，均會因為偏光(膜）板吸收光源能量而大幅影 響出光效率。此外，偏光板之設置亦造成液晶顯示器朝薄 型化發展上的侷限。 【發明内容】 因此，本發明之一態樣是在提供一種背光模組，其係 藉由k供極化光源直接提供偏振光，不僅毋需使用習知之 偏光(膜)板，更可提升光源之發光效率並純化出光頻譜。 ❹ 本發明另一態樣則是在提供一種液晶顯示器，其係藉 由提供具有極化光源之背光模組，不僅省略習知之下偏光 (膜）板，所提供頻譜純化之偏振光更提升液晶顯示器之色 彩表現。 根據本發明之上述態樣，提出一種背光模組，在無需 使用偏光（膜）板之情形下可直接提供偏振光並提升發光效 率。在一實施例中，此背光模組包含極化光源、面下式稜 ， 鏡片及擴散片。極化光源之出光面設有光子晶體層，使極 化光源產生之入射光轉變為具有第一偏振(p〇larized)態之 4 201037415 極化光。面下式稜鏡片設於極化光源之上方。擴散片設於 ' 面下式稜鏡片之上方。 根據本發明一實施例，上述光子晶體層包括複數層之 二維周期性晶格，每一層二維周期性晶格至少包含第一晶 格結構及第二晶格結構，其中第一晶格結構與第二晶格結 構為立體結構且以上下前後左右交替設置。經由第一晶格 結構與第二晶格結構的排列配置，可以僅讓具有第一偏振 態之入射光通過，並阻隔具有第二偏振態之入射光。在一 實施例中，第一偏振態可為橫向電場(transverse electric; Ο ΤΕ)偏振態’而第二偏振態可為橫向磁場（transverse magnetic ; TM)偏振態。 在本發明另一實施例中，上述背光模組可為直下式背 光模組或側光式背光模組。當上述背光模組為側光式背光 模組時’極化光源之出光處更可設有導光板，其中導光板 上可設有複數個V型（v-cut)微溝槽。 根據本發明之其他態樣’另提出一種液晶顯示器，藉 由提供具有極化光源之背光模組，可省略習知之下偏光(膜) ® 板，且所提供頻譜純化之偏振光進而提升液晶顯示器之色 彩表現。在一實施例中’此液晶顯示器包含背光模組及設 於背光模組上方之液晶層。此背光模組包含極化光源、面 下式稜鏡片及擴散片。極化光源之出光面設有光子晶體 層，使極化光源產生之入射光轉變為具有第一偏振態之極 化光。面下式稜鏡片設於極化光源之上方’擴散片設於面 . 下式稜鏡片之上方，而液晶層則設於該擴散片之上方，其 中液晶層的上方設置一上偏光(膜）板。 201037415 由上述可知，應用本發明之背光模組及其液晶顯： 器，其具有極化光源之背光模組，能於光源之出光面上= 由β史§十光子晶體層以直接提供偏振光，故毋需使用習知之 下偏光(膜）板，故可解決因習知之下偏光（膜）板吸收光溽能 量的問題，並可達成提升光源之發光效率、純化出光頻譜、 提升液晶顯示器之色彩表現的功效，進而提供薄型化液晶 顯示器。 θ9 0 【實施方式】 承前所述，本發明提供具有極化光源的液晶顯示器之 背光模組，藉由於光源之出光面上設計光子晶體層以直接 提供偏振光。當應用具有極化光源的背光模組及其液晶顯 示器時，可毋需使用習知之下偏光（膜）板，故可解決因習 知之下偏光（膜）板吸收光源能量的問題，並可達成提升光 源之發光效率、純化出光頻譜、提升液晶顯示器之色彩表 現的功效，進而提供薄型化液晶顯示器。以下藉由數個實 Q 施例說明本發明的細節。 請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例的一種用 於液晶顯示器之背光模組的結構分解圖。大體而言，此液 晶顯示器10包含背光模組100及設於背光模組100上方之 液晶層200。此背光模組100包含極化光源110、反射板 105、面下式稜鏡片170及擴散片180，其中面下式稜鏡片 170之下方可設有複數個V型（v-cut)微溝槽。依照本發明 •一實施例，面下式稜鏡片170可設於極化光源11〇之上方， - 擴散片180設於面下式稜鏡片170之上方，而液晶層200 201037415 則没於擴散片180之上方，其中液晶層200的上方可設置 一上偏光板220 ’且此上偏光板220可具有例如吸收軸225。 在本發明一實施例中，上述背光模組可為直下式背光 模組’然而在其他實施例中，上述背光模組亦可為侧光式 背光模組’如第1圖所示。當上述背光模組為側光式背光 模組時，極化光源110之出光處更可選擇性設有導光板 210，其中導光板210之下方亦可設有複數個v型微溝槽。 請參照第2圖，其繪示依照本發明另一實施例的一種 0 極化光源的立體示意圖。在此實施例中，極化光源110可 例如為發光二極體’其結構可包括但不限於在基材112上 堆疊緩衝層113、第一電性半導體層114及至少一層之主動 層12卜其中主動層121可例如為習知的多重量子井結構， 並覆蓋部分之第一電性半導體層114。主動層121上更可 堆疊第二電性半導體層122、透明導電層123、光子晶體層 124及第一電極127’其中透明導電層123可例如為銦錫氧 化物(ITO)’而第二電性半導體層122與第一電性半導體層 ❹ 114則具有相反之電性。第一電性半導體層114、主動層121
以及第二電性半導體層122構成發光二極體之發光磊晶結 構。此外，未覆蓋主動層121之第一電性半導體層114的 部分上可堆疊包括但不限於鈍化層125及第二電極129。 在本發明的一個例子中，第一電性半導體層114可例如N 型半導體，第二電性半導體層12；2可例如P型半導體，第 一電極127可例如正極電極，而第二電極129可例如負極 .電極。然而在本發明另一個例子中，第一電性半導體層U4 亦可例如P塑半導體，第二電性半導體層122亦可例如N 7 201037415 型半導體’第—電極127亦可例如負極電極’而第二電極 129亦可例如正極電極。
明再參照第2圖，極化光源11〇 一般係以透明導電層 123之上表面為出光面111，在此出光面111上設有光子晶 體層124，使極化光源n〇產生之入射光通過光子晶體層 124以產生具有第一偏振態而不包含第二偏振態之極化 光，藉以取代習知之下偏光（膜）板。申言之，此光子晶體 層124包括以間隔週期性排列之複數層二維周期性晶格， 其層數不拘。在—實施例中，光子晶體層124可包括例如 2層至15層之二維周期性晶格。在另一實施例中，光子晶 體層124可包括例如5層至9層之二維周期性晶格。 在光子晶體層12”，每一層二維周期性晶格至少包 含第一晶格結構13la及第二晶格結構133a。一般而古，第 -晶格結構ma與第二晶格結構133a之獨立向量^形成 之平面以垂直於上述發光遙晶結構的方向為宜。在本發明 的一個例子中，因為第一晶格結構131 =二f :率’進而省略習知之下偏光(膜)板的 ，用。上这之4 -偏振態可例如為橫向電麵咖 融1C;TE)偏振態’而第二偏振態可例如為橫向磁場 (tiansvetse magnetic ; TM)偏振態。 如第2圖之所示 W 本發明之極化光源110的第-電極 ”第一電極129雖分別位於光子晶體層m與鈍化芦 125之約中心處，然而本發明並不限於此。 曰 中’為獲致更佳的出光效率，第—電極127與第1電極129 8 201037415 亦可分別設於光子晶體層124與鈍化層125之近邊緣處、 或光子晶體層124與鈍化層125之其他位置（圖未緣示）。 ο 根據本發明一實施例，光子晶體層124之第一晶格結 構131a及第二晶格結構133a可進一步利用下列製程形 成。請參閱第3A圖至第3E圖，其係繪示依照本發明又一 實施例形成光子晶體層之不同製程階段之剖面示意圖。請 參閱第3A圖，首先，形成材料層131於光源11〇之出光面 U1上，例如透明導電層123之上表面，其中材料層131 之材質可包括但不限於矽、磊晶、二氧化矽、非晶矽或三 五族化合物。接著，進行一微影製程，其係利用紫外光UV 透過具有預設圖案之光罩14〇對材料層131曝光、顯影及 藉以形成-層周期性之第—晶格結構ma，其中第 Γ晶格結構13la係暴露出複數個開口 132,如第3B圖所 二。然後’將材料層133沉積於上述開口 132中，其中材 〇 可包括但不限於環氧樹脂或陽離子聚合樹 二二曰133經過平坦化製程後形成第二晶格結構 維周期i日i格結構l3ia與晶格結構i33a形成第一層二 構133a在曰曰同L1】1 ’意即第一晶格結構131a與第二晶袼結 °平面以前後左右交替設置，如第3C圖所示。 製程述第3A圖至第3C圖之微影製程及研磨 周期=格It圖，形成材料層131於第-層二維 之光罩$上，並利用紫外光UV透過具有預設圖案 九罩142對材料層131 料層133並平“ 竭⑥關/儿積材 153。以笛ip二匕後，形成至少二層之二維周期性晶格 圖為例，其中第二層二維周期性晶格153與 9 201037415 第-層二維周期性晶格⑸中之第—晶格結構13u盘第二 晶格結構咖係以上下前後左右交替設置，如第3e、圖所 不〇 曰大體而言’第-晶格結構l31a與第二晶格結構咖 之晶格常數(lattice constant)可介於1〇〇奈米至15〇奈米之 Ο ❹ 間，其係適用於將波長介於約380奈米至約72〇奈間 ^入射光，極化成激發光譜半寬度料、波長介^ 5〇Β〇 不米至約59〇奈米之間的極化光。第一晶格結構⑶&鱼第 了晶格結構man由間隔關性㈣，以提供_純化之 偏振光。誠如上述’第-晶格結構13la 但不限_、蟲晶、二氧切、非晶梦、三五族化= 2族化合物’第二晶格結構133a之材質一般可包括但不 限於環氧樹脂或陽離子聚合樹脂。 在本發明的一個例子中，第一晶格結構131&與 化=I%均為iL體結構’且二者以間隔週期性排列於極 〜之出光面上，藉此提供頻譜純化之偏振光。第一曰日 =構ma與第二晶格結構133a均為立體結構，一般包 ^不限於例如多角柱體(例如：三角柱體、立方柱體、長 桂體、五角柱體、六角柱體、七角柱體 ^種多角柱體)、圓柱體等各種立體== 。藉由第一晶格結構131a與第二晶 門 =性排列，上下前後左右交替之週期：= 匕先源之出光面上，可提供頻譜純化之偏振光。 ^參照第4圖’赌示依照本發明再—實施例的一種 日日體月b隙圖’其中橫轴代表波向量（wave彻㈣，縱轴 201037415 代表標準化頻率（normalized frequency ; a/λ)，而標準化頻 率係指晶格常數(lattice constant) a與入射光波長χ之比 例。以第4圖為例，第一晶格結構與第二晶格結構可例如 立方柱體結構，且彼此以上下前後左右交替之週期性設置 於極化光源之出光面。根據第4圖之結果，從波向量γ_μ 方向及從波向量Γ·χ方向可以得知，本發明極化光源之光 子晶體層其橫向磁場偏振態的光子能隙波段介於標準化頻 率（a/λ)約0.20至約0 27之範圍時，可有效阻隔橫向磁場偏 〇 振態之入射光通過，藉此提供頻譜純化之偏振光、提升發 光效率，進而省略習知偏光(膜)板之使用。 由前述說明可知’藉由挑選合適的晶格常數(a為晶格 常數）之材質形成第一晶格結構131a與第二晶格結構 133a ’並且搭配特定的入射光波長(λ)，可以得到特定的光 +能隙波段’藉以提供頻譜純化之偏振光。舉例而言，當 入射光波長為介於約38G奈米至約480奈米之間的藍光 時’可以適用晶格常數約1〇〇奈米之材質作為第一晶格結 〇構131a與第二晶袼結構133a。S其他例子中，f入射光波 長為介於約480奈米至約58〇奈米之間的綠光時，可以適 用，格常數❸120奈米之材質作為第-晶格結才冓131a與第 一的格、、、"構133a。或者，在其他例子中，當入射光波長為 ’I於約580奈米至約72q奈米之間的紅光時，可以適用晶 格本數、約150奈米之材質作為第一晶格結構131a與第二晶 格結構13 3 a。 、$本發明上述實施例可知，應用本發明之背光模組及 ’其具有極化光源之背光模組，能緩於光源 11 201037415 之出光面上藉由設計光子晶體層以直接提供偏振光，故毋 ' 需使用習知之下偏光（膜）板，故可解決因習知之下偏光（膜) 板吸收光源能量的問題，並可達成提升光源之發光效率、 純化出光頻譜、提升液晶顯示器之色彩表現的功效，進而 提供薄型化液晶顯示器。 雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識 者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動 q 與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍 所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係繪示依照本發明一實施例的一種用於液晶顯 示器之背光模組的結構分解圖； Ο 第2圖係繪示依照本發明另一實施例的一種極化光源 的立體示意圖； 第3A圖至第3E圖係繪示依照本發明又一實施例形成 光子晶體層之不同製程階段之剖面示意圖；以及 第4圖係繪示依照本發明再一實施例的一種光子晶體 能隙圖。 【主要元件符號說明】 100:背光模組 131a:第一晶格結構 12 201037415 105 :反射板 110 :極化光源 111 :出光面 112 :基材 113 :緩衝層 114 :第一電性半導體層 121 :主動層 122 :第二電性半導體層 123 :透明導電層 124 :光子晶體層 125 :鈍化層 127 :第一電極 129 :第二電極 131 :材料層 132 :開口 133 :材料層 133a :第二晶格結構 140/142 :光罩 151 :第一層二維周期性晶格 153 :第二層二維周期性晶格 160 :偏振光 170 :面下式稜鏡片 180 :擴散片 200 :液晶層 210 :導光板 UV :紫外光 220 :上偏光板 225 :吸收軸
13