CN100520523C

CN100520523C - 光学膜片总成、背光模块及液晶显示装置

Info

Publication number: CN100520523C
Application number: CNB2007100843182A
Authority: CN
Inventors: 杨敦钧; 胡至仁
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: CN101021647A

Abstract

本发明涉及一种光学膜片总成、以及包含该光学模块总成的背光模块和液晶显示装置，其中该光学膜片总成适用于背光模块中，以提供液晶显示装置较高质量的亮度。该光学膜片总成包含具有偏极化方向的基材、第一棱镜结构、增亮膜及第二棱镜结构，其中该基材具有第一表面与第二表面，该第一棱镜结构形成于该第一表面上，该增亮膜位于该基材的下方并面对该第二表面；该第二棱镜结构形成于增亮膜上以使该第二棱镜结构面对该第二表面。该基材的偏极化方向与该第一棱镜结构的排列方向之间构成第一夹角θ₁，其中0°＜θ₁＜180°。

Description

光学膜片总成、背光模块及液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种光学膜片总成，特别涉及液晶显示装置的背光模块中的光学膜片总成，以及包含该光学模块总成的背光模块和液晶显示装置。

背景技术

在众多的平面显示装置族群中，液晶显示装置具有低耗电量、轻薄化及高亮度等优点，因此广泛地应用在各个领域中，例如行动电话、笔记本电脑、液晶电视、以及数字相机等。通常，液晶显示装置包含一控制液晶的部分与一提供均匀光线的部分。其中，控制液晶的部分的功用在于调整液晶的光穿透率。至于提供均匀光线的部分(即通称的背光模块)，则具有光源及用以改善所产生光线特性的光学元件。

液晶显示装置最主要的功能需求即是高亮度、高均匀度以及高对比度，为了提高液晶显示装置中背光模块的辉度(亮度)，当光线导入导光板之后，将通过额外的薄膜材料，来提高整体液晶面板的光学表现。该薄膜材料包含扩散膜、增亮膜(brightness enhancement film，BEF)、双重增亮膜(dualbrightness enhancement film，DBEF)、以及偏极化转换膜等。其中，表面上具有棱镜结构的增亮膜，又称为棱镜片；而双重增亮膜一般指同时具有偏极化与反射功能的增亮膜。

中国台湾专利公告第M289869号公开了一种背光模块，其除导光板、发光源、反光板之外，另含有扩散板、棱镜片、及上扩散膜等薄膜材料。如图1所示的公知背光模块100，业界通常在导光板110及扩散层120之上，采用第一棱镜片130(其表面具有棱镜结构131)、第二棱镜片140(其表面的棱镜结构141排列方向与棱镜结构131的排列方向互相垂直)、以及具有一偏极化方向151的强化偏极化转换膜150，该转换膜150一般与液晶显示面板中的下偏光片(未示出)整合在一起使用。或者，现有技术中，也有采用如图2所示的背光模块200的情况，其用双重增亮膜250(其具有一偏极化方向251)取代图1中的强化偏极化转换膜150。

然而，过多的薄膜材料，除了降低光穿透率之外，也会因薄膜厚度的增加而影响背光模块空间的利用，导致元件组装的不稳定。因此，近来业界也实行其它的整合功能，例如将双重增亮膜和表面具有棱镜结构的增亮膜(棱镜片)整合为一体，以薄化整体薄膜材料厚度。虽然此类整合膜在与液晶搭配实际应用时，均采用双重增亮膜的偏极化方向，与增亮膜的棱镜结构排列方向，趋于一致的设计方式，但是导致在某些特定视角区域的亮度偏高、某些特定视角区域的亮度偏低，造成所述区域间出现明显的亮度差距，此现象以轴向(on-axis)观看轨迹最为明显。所谓轴向观看轨迹，即想象以垂直于中心面板的方向(即平行于面板的法线方向)观测面板的亮度，然后自面板中心点，分别朝右(即正X轴向)、左(即负X轴向)、上(即正Y轴向)及下(即负Y轴向)，各倾斜一特定角度后，所观测得到的亮度结果测试中，所掠过的沿正负X、Y轴向的轨迹所构成的十字轨迹，该十字轨迹也是使用者最常观看的视角范围，因而也是显示器制造商最常使用的亮度检测区域。

进一步来说，使用者最常观看的十字轨迹中，整体亮度表现出现极不均匀的状况。以图3为例，右方的长条色板中，各个色阶(灰阶)代表不同程度的亮度分布，下方的亮度最低、上方的亮度则最高，各个色阶(灰阶)均对应至左边的亮度测量结果。以十字轨迹中的正X轴向为例说明，测量垂直于中心面板的位置P₀，然后自面板中心点，分别朝右(即正X轴向)，各倾斜15、30、45度所测量的位置分别为P₁₅、P₃₀、P₄₅，其中P₀、P₁₅、P₃₀、P₄₅所在位置的色阶(灰阶)，分别对应至右方长条色板上的B₀、B₁₅、B₃₀、B₄₅位置的色阶(灰阶)。由该实验图形显示，B₀及B₄₅所在位置(即垂直观看面板及以45度角观看面板)之间，出现极大的亮度差，且B₄₅所在位置(即以45度角观看面板)的亮度明显不足。

因此，本发明提供了一种光学膜片总成，其可免除上述现有技术的问题，该光学膜片总成可与液晶搭配使用，呈现各观看视角之间、较佳且较均匀的光学表现。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种光学膜片总成，其包含基材与该基材表面上的棱镜结构，其中该基材的偏极化方向与该棱镜结构的排列方向不同。

本发明的另一个目的在于提供一种背光模块，其包含所述光学膜片总成、以及扩散层、导光板、与光源。

本发明的又一目的在于提供一种液晶显示器，其包含液晶显示面板、所述光学膜片总成、扩散层、导光板、以及光源。

具体而言，本发明提供一种光学膜片总成，包含：基材，其具有一偏极化方向，该基材具有第一表面及与该第一表面相对的第二表面；第一棱镜结构，其以一特定的排列方向形成于该第一表面上，其中该基材的偏极化方向与该第一棱镜结构的排列方向之间构成第一夹角θ1，其中0°<θ1<180°；增亮膜，其设置于该基材的下方，并面对该第二表面；以及第二棱镜结构，其形成于该增亮膜上，以使该第二棱镜结构面对该第二表面。本发明还提供一种背光模块，包含：所述的光学膜片总成；扩散层，其设置于该光学膜片总成的下方；以及导光板，其设置于该扩散层的下方。

本发明又提供一种液晶显示装置，包含：液晶显示面板；所述的光学膜片总成，其设置于该液晶显示面板的下方；扩散层，其设置于该光学膜片总成的下方；导光板，其设置于该扩散层的下方；以及光源，用于提供进入该导光板的光线。

优选地，该第一夹角θ₁介于5°与175°之间。

优选地，该第二棱镜结构具有一特定排列方向，其与该偏极化方向之间构成第二夹角θ₂，其中0°≤θ₂≤180°。

优选地，该第一棱镜结构的排列方向与该第二棱镜结构的排列方向之间构成实质上为90度的夹角。

优选地，该光学膜片总成还包含第二棱镜结构，其形成于该第二表面上。

优选地，该基材的材料选自以下群组：聚碳酸酯、聚磺酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯及前述材料的任意组合。

在参阅随后描述的实施方式后，本发明所属领域的普通技术人员可容易地了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与优选实施方式。

附图说明

图1为现有技术背光模块的各光学膜片的组合示意图；

图2为另一现有技术背光模块的各光学膜片的组合示意图；

图3为在现有技术中，背光模块所呈现的光学亮度实验结果图；

图4为本发明背光模块的各光学膜片的组合示意图；

图5示出了图4的背光模块所呈现的光学亮度实验结果图；以及

图6为本发明另一个实施例中，背光模块的各光学膜片的组合示意图。

其中，附图标记说明如下：

100 背光模块 110 导光板 120 扩散层

130 第一棱镜片 131 第一棱镜结构 140 第二棱镜片

141 第二棱镜结构 150 强化偏极化转化膜 151 偏极化方向

200 背光模块 250 双重增亮膜 251 偏极化方向

400 背光模块 410 导光板 420 扩散层

430 光学膜片总成 431 第一棱镜结构 432 偏极化方向

440 增亮膜 441 第二棱镜结构 600 背光模块

610 导光板 620 扩散层 630 光学膜片总成

631 第一棱镜结构 632 偏极化方向 633 第二棱镜结构

具体实施方式

本发明光学膜片总成包含基材及第一棱镜结构。其中，该基材具有一偏极化方向，且具有第一表面与第二表面，该第一棱镜结构形成于该第一表面上，且该第一棱镜结构的排列方向与该偏极化方向不同，其间构成第一夹角θ₁，其中0°<θ₁<180°。

除非特别说明，在本发明的公开内容中，所称的夹角，是指以基材的偏极化方向为基准，以顺时针方向到达所谓的排列方向而量得的角度。

根据本发明，该第一夹角θ₁介于0度至180度之间，优选为5度至175度的范围内。其中，该夹角因所应用显示器的不同而有相当差距，故对此不应特别限制；举例而言，当用于穿透式液晶显示器，第一夹角θ₁通常为45或135度，当用于半穿透式液晶显示器，第一夹角θ₁则根据产品规格与需求而发生变化，然而均应以提升整体面板的视角亮度为设计考虑。

进一步说明，任何可用于光学元件中、且具有偏极化效果的材料，均可选用于提供本发明光学膜片总成的基材。举例而言(但不以此为限)，该基材的材料可选自以下群组：聚碳酸酯、聚磺酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯及前述材料的任意组合。

至于形成本发明基材上的棱镜结构的方法，可采用本技术领域的普通技术人员所熟知的方法；举例而言，可利用微米压印技术，使该基材的表面具有棱镜结构，同时，控制所形成棱镜结构的排列方向与该基材的偏极化方向(即形成第一夹角θ₁)。

在本发明光学膜片总成的一种实施方式中，还可在基材的第二表面上，分离或一体地形成第二棱镜结构。其中，该第二棱镜结构的排列方向与基材的偏极化方向具有第二夹角θ₂，0°≤θ₂≤180°。如前述定义，更具体地说，不同于第一棱镜结构，该第二棱镜结构的方向可以与基材的偏极化方向一致，即，第二夹角θ₂可实质上为0度或180度。

当在本发明光学膜片总成中的基材的第一表面与第二表面均形成棱镜结构时，优选地，则两个棱镜结构的排列方向之间(等同于第一夹角θ₁与第二夹角θ₂的夹角)为实质上90度，将可获得更佳的效果。

本发明还提供一种背光模块，其包含前述光学膜片总成；扩散层，设置于该光学膜片总成的下方；导光板，位于该扩散层的下方；以及光源，配置于该导光板的侧边或下方，以提供充足的光线至导光板，进行光线均匀化的工作。

上述的个别状况，将分别以图4及图6进行说明。

如图4所示，背光模块400包含导光板410、扩散层420、以及光学膜片总成430。其中，导光板410位于背光模块的底部，用以引导背光光线的方向。因此，根据背光模块的形式，可将光源(未示出)置于导光板410的侧边，构成侧光式(edge type)背光模块；或者将光源置于该导光板410的下方，提供直下式(direct type)背光模块。

扩散层420配置于导光板410上方，以将来自导光板410的光线，扩散射入上方的光学元件，以改善亮度的均匀性。任何背光模块技术领域中的普通技术人员所知的、适合作为扩散层的材料，均可选用以提供扩散层420。举例而言(但不以此为限)，该材料可选自以下材料的群组：聚碳酸酯、聚磺酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯及前述材料的任意组合。根据需要，该扩散层420可进一步包含扩散剂，以提高扩散光线的效能，或包含两个或多个膜的复合扩散膜。

光学膜片总成430位于扩散层420上方。其中，光学膜片总成430本身具有一偏极化方向432，且在其第一表面上具有第一棱镜结构431，第一棱镜结构431的一特定排列方向与偏极化方向432之间的夹角θ₁可为45度；此时，光学膜片总成430的下方如果还包含增亮膜440，且其表面上形成有第二棱镜结构441，且棱镜结构441的排列方向与第一棱镜结构431的排列方向实质上互相垂直，如图4所示时，将获得更佳的中心亮度。需要说明的是，该增亮膜440为可根据需要选用的非必要元件，且其也可根据实际需求，直接形成于该光学膜片总成430的第二表面上(参阅以下图6的相关叙述)。

与公知技术相比，如图4所示的本发明的背光模块，不但所用光学材料的整体厚度较薄，成本较低；同时，使用该背光模块的显示装置所展现的光学表现，也比公知技术更为优异，可让整体面板在任何视角的亮度，均达到最佳化。

如图5所示，同样以十字轨迹中的正X轴向为例进行说明，以便与图3的现有技术进行比较。测量垂直于中心面板的位置S₀，然后自面板中心点，分别朝右(即正X轴向)，各倾斜15、30、45度所测量的位置分别为S₁₅、S₃₀、S₄₅，其中S₀、S₁₅、S₃₀、S₄₅所在位置的色阶(灰阶)，分别对应至右方长条色板上的C₀、C₁₅、C₃₀、C₄₅位置的色阶(灰阶)。通过该实验图形显示，C₀及C₄₅所在位置(即垂直观看面板及以45度角观看面板)之间，出现明显缩小的亮度差，其间的亮度分布较为集中，且C₄₅所在位置(即以45度角观看面板)的亮度也明显提升。相较图3所示的现有技术的缺陷，本发明在整体亮度的表现上确有长足进步。

图6所示为根据本发明的背光模块的另一种实施方式。如同上述背光模块400，该背光模块600包含导光板610、位于该导光板610之上的扩散层620、以及位于该扩散层之上的根据本发明的光学膜片总成630。在此，该光学膜片总成630的第一表面与第二表面上，分别形成第一棱镜结构631与第二棱镜结构633，且其本身具有一偏极化方向632。其中，与上一种实施方式相比，第一棱镜结构631的排列方向与偏极化方向632之间的夹角θ₁为45度，且第二棱镜结构633的排列方向与偏极化方向632的夹角θ₂为135度。

本发明还提供一种液晶显示装置，其包含液晶显示面板；前述的本发明光学膜片总成设置于该液晶显示面板的下方；扩散层，设置于该光学膜片总成的下方；导光板，设置于该扩散层的下方；以及光源，配置于该导光板的侧边或下方，以提供进入导光板内的充足光线。

由于本发明液晶显示装置包含本发明的光学膜片总成，可让整体面板在任何视角的亮度均达到最佳化。再次说一下，通过调整第一夹角θ₁，使得光学膜片总成的基材本身的偏极化方向与第一棱镜结构的排列方向存在一实质的夹角，从而避免所组装的液晶显示装置在特定视角(on-axis)上的亮度降低，达到视觉亮度最佳化。同时，本发明液晶显示装置中所含光学膜片材料的整体厚度较薄，可降低制造成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用以限定本发明的专利范围。凡在未脱离本发明所公开的精神的情况下，对本发明所进行的等同改变或修饰，均应包含在下述权利要求书所限定的范围内。

Claims

1.一种光学膜片总成，包含：

基材，其具有一偏极化方向，该基材具有第一表面及与该第一表面相对的第二表面；

第一棱镜结构，其以一特定的排列方向形成于该第一表面上，其中该基材的偏极化方向与该第一棱镜结构的排列方向之间构成第一夹角θ₁，其中0°<θ₁<180°；

增亮膜，其设置于该基材的下方，并面对该第二表面；以及

第二棱镜结构，其形成于该增亮膜上，以使该第二棱镜结构面对该第二表面。

2.如权利要求1所述的光学膜片总成，其中该第一夹角θ₁介于5°与175°之间。

3.如权利要求1所述的光学膜片总成，其中该第二棱镜结构具有一特定排列方向，其与该偏极化方向之间构成第二夹角θ₂，其中0°≤θ₂≤180°。

4.如权利要求3所述的光学膜片总成，其中该第一棱镜结构的排列方向与该第二棱镜结构的排列方向之间构成实质上为90度的夹角。

5.如权利要求1所述的光学膜片总成，其中该基材的材料选自以下群组：聚碳酸酯、聚磺酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯及前述材料的任意组合。

6.一种背光模块，包含：

如权利要求1-5中任一项所述的光学膜片总成；

扩散层，其设置于该光学膜片总成的下方；以及

导光板，其设置于该扩散层的下方。

7.一种液晶显示装置，包含：

液晶显示面板；

如权利要求1-5中任一项所述的光学膜片总成，其设置于该液晶显示面板的下方；

扩散层，其设置于该光学膜片总成的下方；

导光板，其设置于该扩散层的下方；以及

光源，用于提供进入该导光板的光线。