TWI894338B - 光學膜片、背光模組，及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學膜片，包含一基材層，及複數疊置於該基材層上的光學膠層。所述光學膠層為至少兩層並具有互相填補的微結構，所述光學膠層中，靠近該基材層者為第一光學膠層，遠離該基材層者為第二光學膠層，該第一光學膠層的折射率是小於該第二光學膠層的折射率，且至少該第二光學膠層的所述微結構皆具有銳角。藉由所述光學膠層的設置，可以降低光線強度的對比，提升勻光度。本發明還提供一種包含該光學膜片的背光模組及顯示裝置。

Description

光學膜片、背光模組，及顯示裝置

本發明是關於一種光學元件，特別是指一種能提升勻光度的光學膜片，及包含該光學膜片的背光模組及顯示裝置。

傳統之液晶顯示器之背光模組係配置於液晶面板背面，以提供液晶面板所需之顯示光源。背光模組依光源位置可分為「側光式」及「直下式」設計，其中「直下式」設計之背光模組採用多個發光二極體作為光源，以取代傳統的白熱燈管或螢光燈管。當發光二極體作為光源時，通常是在上方預留一段展光距離後設置擴散板或其他光學膜片，再設置於液晶面板的下方，以提供液晶面板均勻的面光源。

但實作上，發光二極體所發光線在正視角方向(也就是發光二極體發光面之法線方向)上具有最大的光強度，所以在背光模組的發光面上，特別是每一個發光二極體正投影區域仍然會形成一個亮點，造成面光源亮度不均勻的問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種薄化且勻光度佳的光學膜片。

本發明光學膜片，包含一基材層，及複數疊置於該基材層上的光學膠層。所述光學膠層為至少兩層並具有互相填補的微結構，所述光學膠層中，靠近該基材層者為第一光學膠層，遠離該基材層者為第二光學膠層，該第一光學膠層的折射率是小於該第二光學膠層的折射率，且至少該第二光學膠層的所述微結構皆具有銳角。

本發明的另一技術手段，是在於該第一光學膠層的微結構具有第一角度，該第二光學膠層的微結構具有第二角度，該第一角度是等於該第二角度。

本發明的另一技術手段，是在於該第一光學膠層的微結構具有第一角度，該第二光學膠層的微結構具有第二角度，該第一角度是不等於該第二角度。

本發明的另一技術手段，是在於該第一角度與該第二角度之中，至少一者的角度是介於40度至70度之間，並包含端點值。

本發明的另一技術手段，是在於所述光學膠層具有一相對於該基材層的出光面，該出光面為平面。

本發明的另一技術手段，是在於所述光學膠層之間具有至少一由所述微結構組成的微結構界面。

本發明的另一技術手段，是在於該基材層與該第一光學膠層之間具有一微結構界面。

本發明的另一技術手段，是在於貼覆於該基材層之該第一光學膠層的折射率是小於該基材層的折射率。

本發明的另一技術手段，是在於該基材層相反於所述光學膠層的另一側設有一封裝膠層。

本發明之另一目的，是在於提供一種背光模組。

一種背光模組，包含一光源，及一如前述之光學膜片，該光學膜片是用以接收該光源之光線。

本發明的另一技術手段，是在於該光源包括一電路板、複數間隔設置於該電路板上的發光二極體，及一設置於該電路板上且覆蓋所述發光二極體的封裝膠層。

一種背光模組，包含一光源，及一如前述且用以接收該光源之光線的光學膜片。該光源包括一電路板，及複數間隔設置於該電路板上的發光二極體。該光學膜片的該封裝膠層是覆蓋所述發光二極體。

本發明之另一目的，是在提供一顯示裝置，包含前述之背光模組，及一設置於該背光模組上的顯示面板。

本發明之功效在於，藉由所述光學膠層的設置，可以降低光線強度的對比，提升勻光度。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號作表示。

參閱圖1，為本發明光學膜片2之較佳實施例，包含一基材層21，及複數疊置於該基材層21上的光學膠層22，所述光學膠層22具有一相對於該基材層21的出光面221，以及至少一微結構界面222。較佳的是，所述微結構界面222可以選擇設於所述光學膠層22的內部，或者是該微結構界面222設於該基材層21與所述光學膠層22之間的界面，所述微結構界面222是包含複數個具有銳角的微結構。更詳言之，由於習知直下式背光模組中設置於該光學膜片下方的光源所發出光線通常會有過於集中的問題，例如熱點(hotspot)，而本發明光學膜片2便是藉由至少一具有銳角的微結構界面222，能將集中在光源正上方的光線均勻地分散到光源正上方的輻射範圍，使光線在光學膜片2內往周圍擴散，進而涵蓋至未設置光源之區域，不但能減少光源的設置數量，降低生產成本，亦能減少顯示裝置之顯示區域的亮暗差異，提升光學品味。請參照圖11，若前述單一微結構界面222為鈍角，其微結構的斜面會較為平緩，則光源所發出的大部分光線穿過平緩的斜面之後的偏折程度較小，所以較容易直接朝正上方射出，以致輻射範圍較小，不足以改善整體背光模組的勻光度。要特別說明的是，於本發明的較佳實施例包含所述至少一微結構界面222，可由具有至少兩層一組的光學膠層22而形成，即所述至少一微結構界面222是位於所述兩層光學膠層22之間。

於一實施例中，該基材層21可以選擇以硬度較高的聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）做為基層以支持前述光學膠層22的成型，也有利於本發明光學膜片2的搬運。如圖1所示，所述光學膠層22中，靠近該基材層21者為第一光學膠層22a，遠離該基材層21者為第二光學膠層22b，該第二光學膠層22b的折射率是大於該第一光學膠層22a的折射率，且該第二光學膠層22b的折射率是大於空氣層。換言之，該第二光學膠層22b的折射率與空氣的折射率（通常為1）的差值，是大於該第一光學膠層22a的折射率與空氣的折射率的差值，利用較大差值的折射率，進而提高使光線自該第二光學膠層22b上的出光面221出光時的折射幅度。要特別說明的是，於本發明的較佳實施例中，所述光學膠層22為具有至少兩層的光學膠層22a、22b，所述至少一微結構界面222位於所述光學膠層22a、22b之間。舉例來說，所述光學膠層22的數量為偶數，可以是如圖1所示，所述光學膠層22a、22b之間具有一個微結構界面222；也可以是如圖2所示，具有四層光學膠層22a、22b、22c、22d，其中一組光學膠層22a、22b之間具有一個微結構界面222’，而另一組光學膠層22c、22d之間具有另一個微結構界面222”，兩組光學膠層之間的微結構界面222’、222”是分別成型後，再將兩組光學膠層疊合而於兩者之間形成一平面的形態；或者是如圖3所示，為三層光學膠層22a、22b、22c的型態，且依序形成兩個微結構界面222’、222”。不論是圖1、圖2或圖3的任一型態，所述光學膠層22中的出光面221與空氣之間的介面可選擇為光滑的平面或者為粗糙的平面，有助於將所述光學膠層22內的光線，均勻地從該出光面221向外發散。在另一較佳實施例中，例如圖2或圖3，不同微結構界面222上的微結構角度不同，更詳言之，越靠近光源的微結構角度越小，較佳為銳角；而越靠近出光面的微結構角度越大，且角度不限，可以為銳角、直角或鈍角。

在一實施例中，該第一光學膠層22a與該第二光學膠層22b之間的微結構界面222，其包含所述微結構具有銳角結構。該第一光學膠層22a的微結構具有第一角度θ1，該第二光學膠層22b的微結構具有第二角度θ2，其中，至少該第二角度θ2為銳角，該第一角度θ1與該第二角度θ2的角度可以是相同，也可以不同；當兩者角度相同，則預定模具的設計難度較低，有利於縮短生產時程，若兩者角度不同，則不同角度的微結構更能微調光線被折射的比例。於圖1及圖2中，該第一角度θ1是等於該第二角度θ2，在某些實施例中，如圖4所示，該第一角度θ1是大於該第二角度θ2。不論是圖1、圖2或圖4中任一者，靠近光源的該一微結構界面222中至少一者的角度是介於40度至70度之間，且包含端點值。而在以下的內容中，將以圖1所示的態樣為例進行說明。

參閱圖5，為本發明背光模組之另一較佳實施例，包含如圖1所示之光學膜片2，及一光源3。其中，該光源3位於該光學膜片2的下方，該光源3包括一電路板31，及複數間隔設置於該電路板31上的發光二極體32，所述發光二極體32朝向該光學膜片2發出光線，並依序通過該基材層21及所述光學膜片2的第一光學膠層22a、第二光學膠層22b後，自該出光面21出光。其中，該光學膜片2之該基材層21相反於所述光學膠層22的另一側設有一封裝膠層23，該封裝膠層23可用以避免空氣或水分接觸所述發光二極體32。

參閱圖6，製造本發明背光模組及光學膜片2時，可以如圖6(a)所示，先於該基材層21的一側設置該第一光學膠層22a，再如圖6(b)所示，於該第一光學膠層22a上設置該第二光學膠層22b。以圖6(b)所示的角度來看，該第一光學膠層22a之微結構是呈現向上凸出的銳角結構，而第二光學膠層22b之微結構則是呈現向下凸出的銳角結構，並填補於該第一光學膠層22a的微結構之間，使得該第一光學膠層22a與該第二光學膠層22b的微結構是互相填補的狀態，進行至圖6(b)，即得到本發明基本型態的光學膜片2。如圖6(c)所示，該基材層21的另一側再設置該封裝膠層23，該封裝膠層23可以選擇是固化前呈果凍狀的型態貼合在該基材層21上。進行至圖6(c)，即得到本發明另一型態的光學膜片2，且前述封裝膠層23固化前為果凍狀者，是有利於後續運送、背光模組的組裝程序簡化及縮短製程工時之功效。接著，再如圖6(d)所示，將該封裝膠層23壓合貼附於該電路板31上，使所述發光二極體32包埋於該封裝膠層23內，並經過固化程序，例如：加壓脫泡、曝UV光等，使該封裝膠層23固化後，使該光學膜片2與該電路板31穩固結合。要說明的是，於實際實施時，在得到圖6(b)的光學膜片2後，也可以於該電路板31上點上液態膠，使其自然流平包覆所述發光二極體32，再加熱烘烤固化而形成該封裝膠層23。也就是說，該封裝膠層23可以是該光學膜片2在製作時直接設置在該基材層21上，也可以是要與該光源3結合時再以點膠方式形成。最後，如圖7所示，於該第二光學膠層22b的上方再設置一顯示面板4，即為一顯示裝置。

透過上述結構設計，當所述發光二極體32發出光線時，會穿過該封裝膠層23而進入該基材層21。該封裝膠層23的折射率與該基材層21的折射率可以選擇與所述發光二極體32的折射率相近，以利光線自所述發光二極體32射出。舉例而言，該第一光學膠層22a的折射率小於該基材層21的折射率，因此當光線由該基材層21進入該第一光學膠層22a時，出射光線較入射光線更加發散。

續參閱圖8，當光線由該第一光學膠層22a進入該第二光學膠層22b時，光線會穿過該第一光學膠層22a與該第二光學膠層22b之交界處，利用所述微結構的銳角設計，除了可以將正下方之發光二極體32所發出的部分光線進行折射，降低正向光強度並減少直接出光率之外，再配合該第一光學膠層22a的折射率是小於該第二光學膠層22b的折射率，可以加大出射光線的偏折角度而改善勻光度。另外，該第二光學膠層22b的折射率是大於空氣層的折射率，特別是利用該第二光學膠層22b的折射率與空氣的折射率的落差，進而確保光線自該第二光學膠層22b上的出光面221出光時能獲得有效的大角度偏折。

更詳細地說，於圖8中，下方由所述發光二極體32(顯示於圖6)所發射的光線進入至該第一光學膠層22a後，直接向上的正向光可以被第二光學膠層22b具有銳角的微結構折射而減少正向出光率。也就是說，第二光學膠層22b的銳角結構的斜面會較為陡峭，光源所發出的光線穿過陡峭的斜面之後的偏折程度較大，所以可以壓抑所述發光二極體32正上方的光直接射出，進而改善勻光度不佳的問題。另外，光線由該第一光學膠層22a進入該第二光學膠層22b時，雖然光線是由折射率較小的介質進入到折射率較大的介質，導致光線的出射角小於入射角，但本發明光學膜片2是利用該微結構界面222不同介質的光學折射特性，增加光線往輻射方向偏折的範圍，以確保正上方出光的熱點(hotspot)問題被弱化，再利用光線由該第二光學膠層22b進入空氣時，因為折射率的較大落差，會將部分光線向外偏折後自該出光面21出光，而部分大於臨界角的光線(如虛線部分)會反射回該第二光學膠層22b，續往側邊傳遞，進而提升整體光學膜片2的勻光度。藉此方式，除了可以減少所述發光二極體32的正向光之外，還能使光線往周圍擴散，涵蓋至未設置發光二極體32之區域，不但降低顯示設備之顯示區域的亮暗差異，亦能減少顯示設備中所配置發光二極體32的數量。

在另一實施例中，如圖9所示，當該第一光學膠層22a的微結構具有第一角度θ1為鈍角，該第二光學膠層22b的微結構具有第二角度θ2為銳角時，可藉由第二光學膠層22b銳角的微結構的斜面會較為陡峭，光源所發出的光線穿過陡峭的斜面之後的偏折程度較大，所以將部分光線以較大的幅度朝外偏折，減少正上方射出光線的比例，以改善整體背光模組的勻光度。另一方面，又能利用第一光學膠層22a的鈍角的微結構的斜面會較為平緩，光源所發出的光線穿過平緩的斜面之後，以較小的幅度朝外偏折，再依據鈍角微結構的斜面相較於銳角微結構的斜面的比例，來微調正上方射出光線的比例，例如鈍角微結構的斜面的佔比愈大，回補正上方射出光線的效果就愈強。

下表的實施例A與實施例B是選擇兩種不同折射率的光學膠層22進行組合，兩組光學膠層的折射率差分別為∆nA=0.211及∆nB=0.33。實施例A與實施例B是分別與各自的對照組（即選用同樣折射率差值的光學膠層，但無微結構界面的設計）進行對照。

光線強度對比	微結構角度(θ)
30度	40度	50度	60度	70度
實施例A ∆nA (=0.211)	0.93	0.62	0.54	0.63	0.74
實施例B ∆nB (=0.33)	1.22	0.65	0.45	0.48	0.62

先以實施例A與其對照組為例說明之，先取得實施例A的對照組的光線強度差值∆L，所述光線強度差值∆L是指輝度最強與輝度最弱之差值(∆L=L _max-L _min)，如圖10所示，對照組的比值為1（虛線），而實施例A則是在不同微結構角度時測得所述光線強度差值做為分子，對照組A的光線強度差值做為分母，計算出實施例A在不同微結構角度下的光線強度比值，如圖10的線段∆nA。如圖10及上表所示，實施例A的第一光學膠層折射率為1.477，而第二光學膠層折射率為1.688，∆nA為0.211，在微結構角度30度至70度的範圍內，實施例A 由0.93開始，隨著微結構角度的增加而下降，在50度時下降至0.54，接著開始上升，並在70度時上升至0.74。

再以前述作法得實施例B與其對照組的光線強度差值後，於圖10中繪示線段∆nB。而實施例B的第一光學膠層折射率為1.37，而第二光學膠層折射率為1.7， ∆nB為0.33，在微結構角度30度至70度的範圍內，實施例B由1.22，隨著角度的增加而下降，在50度時下降至0.45，接著開始上升，並在70度時上升至0.62。

由以上結果可知，所述光學膠層22之間的折射率差異較小時（如實施例A），只要所述光學膠層22之間具有微結構界面，就能夠改善光線強度對比，進而能提高勻光性。當所述光學膠層22之間的折射率差異較大時（如實施例B），則可更進一步配合微結構角度設計來微調顯示區域的亮暗差異，也就是說，在折射率差異較大時，若所配合的微結構角度過小，例如30度以下，則造成勻光度不佳。換言之，該第一光學膠層22a與該第二光學膠層22b之微結構的角度設計在40度至70度的範圍內，可以降低光線強度對比，進而使顯示裝置之光學品味更佳。

本發明透過上述結構設計，以及所述光學膠層22的折射率差異，可以減少所述發光二極體32的正向光之外，還能使光線往周圍擴散，涵蓋至未設置發光二極體32之區域，不但能在達成出光輝度要求的前提下，加大發光二極體21之間的間距，以減少發光二極體32的設置數量，降低生產成本，亦能減少顯示裝置之顯示區域的亮暗差異，有較好的勻光性，提升光學品味。

綜上所述，惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2:光學膜片 21:基材層 22:光學膠層 22a~d:光學膠層 221:出光面 222:微結構界面 222’:微結構界面 222”:微結構界面 23:封裝膠層 3:光源 31:電路板 32:發光二極體 4:顯示面板 θ1:第一角度 θ2:第二角度

圖1是一示意圖，為本發明光學膜片之較佳實施例； 圖2是一示意圖，為該光學膜片的另一種態樣； 圖3是一示意圖，為該光學膜片的另一種態樣； 圖4是一示意圖，為該光學膜片的另一種態樣； 圖5是一示意圖，為本發明背光模組之較佳實施例； 圖6是一流程圖，說明該光學膜片的製作流程； 圖7是一示意圖，為本發明顯示裝置之較佳實施例； 圖8是一示意圖，說明光線在該光學膜片中的移動路徑； 圖9是一曲線圖， 說明光線在該光學膜片中的移動路徑； 圖10是一示意圖，說明不同折射率組合之光學膠層對於光線對比度的影響；及 圖11是一示意圖，說明單一微結構界面為鈍角時，光線在該光學膜片中的移動路徑。

2:光學膜片

21:基材層

22:光學膠層

22a:第一光學膠層

22b:第二光學膠層

221:出光面

222:微結構界面

θ1:第一角度

θ2:第二角度

Claims (12)

1. 一種光學膜片，包含： 一基材層；及 複數光學膠層，疊置於該基材層上，所述光學膠層為至少兩層並具有互相填補的微結構，所述光學膠層中，靠近該基材層者為第一光學膠層，遠離該基材層者為第二光學膠層，該第一光學膠層的折射率是小於該第二光學膠層的折射率，且至少該第二光學膠層的所述微結構具有銳角，其中，該第一光學膠層的微結構具有一第一角度，該第二光學膠層的微結構具有一第二角度，該第一角度與該第二角度之中，至少一者的角度是介於40度至70度之間，並包含端點值。
2. 如請求項1所述的光學膜片，其中，該第一角度是等於該第二角度。
3. 如請求項1所述的光學膜片，其中，該第一角度是不等於該第二角度。
4. 如請求項1所述的光學膜片，其中，所述光學膠層具有一相對於該基材層的出光面，該出光面為平面。
5. 如請求項1所述的光學膜片，其中，所述光學膠層之間具有至少一由所述微結構組成的微結構界面。
6. 如請求項1所述的光學膜片，其中，該基材層與該第一光學膠層之間具有一微結構界面。
7. 如請求項1所述的光學膜片，其中，貼覆於該基材層之該第一光學膠層的折射率是小於該基材層的折射率。
8. 如請求項1所述的光學膜片，其中，該基材層相反於所述光學膠層的另一側設有一封裝膠層。
9. 一種背光模組，包含： 一光源；及 一如請求項1至請求項7中任一項所述之光學膜片，用以接收該光源之光線。
10. 如請求項9所述的背光模組，其中，該光源包括一電路板、複數間隔設置於該電路板上的發光二極體，及一設置於該電路板上且覆蓋所述發光二極體的封裝膠層。
11. 一種背光模組，包含： 一光源，該光源包括一電路板，及複數間隔設置於該電路板上的發光二極體；及 一如請求項8所述之光學膜片，用以接收該光源之光線，且該封裝膠層覆蓋所述發光二極體。
12. 一種顯示裝置，包含一如請求項9至請求項11中任一項所述的背光模組，及一設置於該背光模組上的顯示面板。