CN101819289A - 复合式光学膜结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式光学膜结构，其中，包括：一透光基材；一扩散层，设置在所述透光基材上，其中所述扩散层具有一第一折射率，且所述扩散层具有一粗糙的上表面；一平坦层，设置在所述扩散层的所述上表面上，其中平坦层具有一第二折射率，且所述平坦层具有一粗糙的下表面；以及一集光结构，设置在所述平坦层上，其中所述集光结构具有一第三折射率；其中第一折射率不等于第二折射率，且第二折射率不等于第三折射率。本实施例的复合式光学膜结构利用扩散层的粗糙上表面以及控制扩散层与平坦层的折射率差异可达到扩散效果，而不需设置上扩散片。此外藉由集光结构的设置，以及控制平坦层、集光结构与外界介质的折射率关系，可提供有效的集光效果。

Description

复合式光学膜结构

技术领域

本发明涉及复合式光学膜结构技术，特别涉及一种无需设置扩散片即可具有高扩散与集光效果的复合式光学膜结构。

背景技术

液晶显示器属于非主动发光的显示技术，因此必须利用背光模块所提供的光线作为光源，以发挥显示功能。一般而言，背光模块必须设置棱镜片以产生集光效果而提升光利用率，以及设置至少一具有扩散粒子的上扩散片以将光线作进一步的散射而避免彩虹纹的产生。

请参考图1。图1绘示了现有技术中背光模块的示意图。如图1所示，现有技术中背光模块10包括复数个光源12、一反射板14设置在光源12的下方、一导光板16设置在光源12的上方、一下扩散片18设置在导光板16的上方、一棱镜片20设置在下扩散片18的上方，以及一上扩散片22设置在棱镜片20的上方。反射板14的作用在于将光源12向下方发射的光线向上方反射至导光板16。导光板16的作用在于将光源12所产生的线光源分布成较均匀的面光源。下扩散片18的作用在于将提供初步均化作用，使光分布均匀。棱镜片20的作用在于提供集光效果，以改变斜射的光线的路径使其向上方前进。上扩散片22的作用则为再进一步均化由棱镜片20所射出的光线，以避免彩虹纹的产生。由上述可知，现有技术中背光模块10必须藉由扩散片来达到均化光线的分布的效果，然而现有技术中扩散片的利用掺杂的扩散粒子来达到散射的效果，会造成整度亮度的耗损，此外扩散片的设置亦会增加背光模块的成本与组装时间。

另外，中国台湾专利I284599提出了一种适用于背光模块的多层式光学薄膜。如中国台湾专利I284599的图4所示，其所公开的光学薄膜包括一基层1、一具有图案的中间层2，以及一棱镜数组上层3。在上述先前技术中，中间层2包括彼此不相连结且具有规则排列的凹凸结构31、32、22、21直接设置在基层1上，因此中间层2具有不平坦的表面。据此设置在中间层2上的棱镜数组上层3的下表面亦为不平坦的表面。在上述先前技术中，由于中间层2为彼此不相连的结构且中间层2具有平整表面，因此雾化效果较差。另外，由于中间层2的结构不连续，在量产时的良率亦不佳。

此外，日本专利JP 3606636亦提出了一种适用于背光模块的镜片结构(lens sheet)。如日本专利JP 3606636的图4所述，其所公开的镜片结构包括一基材11、一光透过扩散层12位于基材11之上，以及一镜片层13设置在光透过扩散层12之上。光透过扩散层12具有凹凸的上表面，因此设置在其上的镜片层13的下表面亦具有互补的凹凸下表面。在上述先前技术中，为了提高整体光线集中力时需把镜片层13的折射率提高，但为了提高雾化度又需降低扩散层12的折射率，如此作法将造成光线通过扩散层12的比例变低而使得光利用率变差。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种复合式光学膜结构，藉此在不需设置上扩散片的前提下提供足够的扩散及集光效果。

本发明的一较佳实施例提供一种复合式光学膜结构，包括一透光基材、一扩散层、一平坦层以及一集光结构。扩散层设置在透光基材上，其中扩散层具有一第一折射率，且扩散层具有一粗糙的上表面。平坦层设置在扩散层的上表面上，其中平坦层具有一第二折射率，且平坦层具有一粗糙的下表面。集光结构设置在平坦层上，其中集光结构具有一第三折射率，第一折射率不等于第二折射率，且第二折射率不等于第三折射率。

本实施例的复合式光学膜结构利用扩散层的粗糙上表面以及控制扩散层与平坦层的折射率差异可达到扩散效果，而不需设置上扩散片。此外藉由集光结构的设置，以及控制平坦层、集光结构与外界介质的折射率关系，可提供有效的集光效果。

附图说明

图1绘示了现有技术中背光模块的示意图；

图2与图3绘示了本发明一较佳实施例的复合式光学膜结构的示意图；

图4绘示了本实施例的复合式光学膜结构应用于一直下式背光模块时的光行进路径的示意图；

图5绘示了本发明另一实施例的复合式光学膜结构应用于一侧光式背光模块时的示意图。

主要组件符号说明

10    背光模块            12    光源

14    反射板              16    导光板

18    下扩散片            22    上扩散片

30    复合式光学膜结构    32    透光基材

34    扩散层              36    平坦层

38    集光结构            381   棱镜结构

40    背光模块            42    光源

44    反射板              46    导光板

具体实施方式

为使熟习本发明所属技术领域的一般技艺者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。

请参考图2与图3。图2与图3绘示了本发明一较佳实施例的复合式光学膜结构的示意图，其中图2绘示了本实施例的复合式光学膜结构的外观立体示意图，图3绘示了本实施例的复合式光学膜结构的剖面示意图。本发明的复合式光学膜结构可应用于一背光模块内，用以提供有效的集光效果与扩散效果，但不以此为限而可应用于其它需要对光线进行集光与扩散等效果的光学系统内。如图2与图3所示，本实施例的复合式光学膜结构30包括一透光基材32、一扩散层34、一平坦层36与一集光结构38。透光基材32较佳具有一平坦的上表面，但不以此为限。扩散层34设置在透光基材32的表面上，且扩散层34较佳为一无扩散粒子的扩散层，但不以此为限。在本实施例中，扩散层34的厚度大体上介于1微米至50微米之间，但不以此为限，且扩散层34具有一粗糙的上表面，例如扩散层34的上表面的十点平均粗糙度(Rz)大体上介于0.78微米至30微米之间，但不以此为限。平坦层36设置在扩散层34的上表面上，且平坦层36的厚度大体上介于1微米至50微米之间，但不以此为限。平坦层36具有一平坦的上表面与一粗糙的下表面。精确地说，扩散层34的上表面与平坦层36的下表面的图案彼此互补而相互嵌合，且扩散层34与平坦层36之间无空隙。另外，集光结构38设置在平坦层36的平坦的上表面上，且集光结构38可包括各式具有集光效果的几何结构，且几何结构可视设计不同为规则排列或不规则排列。例如在本实施例中，集光结构38包括复数条沿一第一方向平行并排设置的棱镜结构381，且各棱镜结构381具有一三角柱结构，但不以此为限。例如集光结构38亦可包括圆柱状或半圆柱状条状棱镜结构、透镜结构、圆锥结构、角锥结构或其它各种类型的几何结构，并以规则排列或不规则方式排列设置。

在本实施例中，扩散层34、平坦层36与集光结构38均由透光材料所构成，并可视材料的不同选用适当的制程制作加以制作。例如，扩散层34、平坦层36与集光结构38可使用感旋光性树脂例如压克力树脂或热固性树脂等材料，并利用压印技术配合照光制程或热制程加以制作，但不以此为限。此外，扩散层34具有一第一折射率n1、平坦层36具有一第二折射率n2、集光结构38具有一第三折射率n3，其中第一折射率n1不等于第二折射率n2，且第二折射率n2不等于第三折射率n3。在本实施例中，第一折射率n1较佳大于第二折射率n2，且第三折射率n3较佳大于第二折射率n2，但不以此为限。再者，第一折射率n1可等于或不等于第三折射率n3。此外，透光基材32的折射率n0，因此透光基材32与扩散层34可能会形成一界面，当光线垂直穿透透光基材32入射到扩散层34时，整体穿透率T与透光基材32的折射率n0以及扩散层34的第一折射率n1具有下列关系：T＝1-((n0-n1)/(n0+n1))^2。因此为了提高整体穿透率T，透光基材32的折射率n0以及扩散层34的第一折射率n1两者以愈接近为较佳。

请再参考图4。图4绘示了本实施例的复合式光学膜结构应用于一直下式背光模块时的光行进路径的示意图。如图4所示，背光模块40包括光源42、一反射板44设置在光源42的下方，以及一导光板46设置在光源42的上方，例如冷阴极荧光灯管或发光二极管组件。此外，本实施例的复合式光学膜结构30设置在导光板46的上方，其中光源42所发射的部分光线会直接穿过导光板46，且光源42所发射的部分光线则会经由反射板44的反射进入导光板46。进入导光板46的光线会由线光源转换成分布较均匀的面光源，再进入复合式光学膜结构30的透光基材32，且依序穿过扩散层34、平坦层36与集光结构38，并由透光结构38射出，因此透光基材32可定义为复合式光学膜结构30的入光侧，而集光结构38则可定义为复合式光学膜结构30的出光侧。如图4所示，由于扩散层34具有粗糙的上表面且平坦层36具有粗糙的下表面，加上扩散层34的第一折射率n1不等于平坦层36的第二折射率n2，因此扩散层34与平坦层36之间会形成起伏的界面。在此状况下，光源42发出的光线L在通过扩散层34与平坦层36之间所形成的起伏界面时，会由于折射率不同所形成的起伏的界面具有明显的扩散效果。此外，由于平坦层36的第二折射率n2不等于集光结构38的第三折射率n3，因此光线L在通过平坦层36与集光结构38所形成的平坦界面时，其出射角度亦会有所调整。另外，在集光结构38的第三折射率n3不同于外界介质的折射率(空气的折射率)，例如第三折射率n3大于空气的折射率，以及在集光结构38的棱镜结构381具有倾斜面的状况下，光线L在射出集光结构38时会产生集光效果，故可增加光利用率。

值得说明的是，在实际应用过程中，可透过调整扩散层34的表面粗糙度，以及扩散层34与平坦层36的折射率关系，有效控制本发明的复合式光学膜结构30的雾度，以提供最适化的扩散效果。举例而言，可将复合式光学膜结构30的雾度(Hz)大体上控制在介于5％至50％之间，且较佳为30％，但不以此为限。在本发明中，雾度的计算主要是以透光基材32、扩散层34与平坦层36为主，而未将集光结构38计算在内。此外，由于本发明的复合式光学膜结构30具有良好的扩散效果，因此不必额外设置任何现有技术中常用的上扩散片，故可有效提升透光率，并减少制作成本与组装时间。另外，透过调整集光结构38的棱镜结构381的尺寸与形状，以及集光结构38与外界介质的折射率关系，亦可有效控制集光结构38的集光效果，藉此提升复合式光学膜结构30的光利用率。

请再参考图5。图5绘示了本发明另一实施例的复合式光学膜结构应用于一侧光式背光模块时的示意图。如图5所示，背光模块40包括光源42、一导光板46设置在光源42的一侧，以及一反射板44设置在导光板46的下方。光源42所发射的光线在进入复合式光学膜结构30后，其行进路径会如前述实施例所述，故不再进行赘述。值得说明的是随着背光模块的光源42的设置位置有所不同，可透过调整扩散层34的表面粗糙度、集光结构38的棱镜结构381的尺寸与形状，以及扩散层34、平坦层36、集光结构38与外界介质等膜层的折射率关系，可有效控制本发明的复合式光学膜结构30的雾度与集光效果，藉以提供最适化的扩散与集光效果。

由上述可知，本实施例的复合式光学膜结构30利用扩散层34的粗糙上表面以及控制扩散层34与平坦层36的折射率差异可达到扩散效果，而不需设置上扩散片。至于导光板46、下扩散片或其它光学膜层，则可视亮度或扩散等光学效果的需要分别选择性地设置或不设置。此外，利用集光结构38的棱镜结构381，以及控制平坦层36、集光结构38与外界介质的折射率关系，可提供有效的集光效果。藉由上述设计，可使复合式光学膜结构30的出射光具有良好的扩散与集光效果，进而可显著地提升液晶显示面板的显示质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种复合式光学膜结构，其特征在于，所述复合式光学膜结构包括：

一透光基材；

一扩散层，设置在所述透光基材上，其中所述扩散层具有一第一折射率，且所述扩散层具有一粗糙的上表面；

一平坦层，设置在所述扩散层的所述上表面上，其中所述平坦层具有一第二折射率，且所述平坦层具有一粗糙的下表面；以及

一集光结构，设置在所述平坦层上，其中所述集光结构具有一第三折射率；

其中所述第一折射率不等于所述第二折射率，且所述第二折射率不等于所述第三折射率。

2.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述第一折射率大于所述第二折射率，且所述第三折射率大于所述第二折射率。

3.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述扩散层包括一无扩散粒子的扩散层。

4.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述扩散层的所述上表面的十点平均粗糙度介于0.78微米至30微米之间。

5.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述扩散层的厚度介于1微米至50微米之间。

6.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述平坦层的所述下表面与所述扩散层的所述上表面相互嵌合。

7.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述平坦层具有一平坦的上表面。

8.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述集光结构包括复数条菱镜结构，沿一第一方向平行并排。

9.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述透光基材为入光侧，且所述集光结构为出光侧。

10.如权利要求1所述的复合式光学膜结构，其特征在于，所述复合式光学膜结构的雾度介于5％至50％之间。

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