CN101832520A - 光学元件及包含其的背光模块与液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学元件及包含其的背光模块，该光学元件是为一增亮扩散膜，包含一胆甾型液晶膜，以及一透光性光学层与胆甾型液晶膜互相依附，其中该整个透光性光学层是与该胆甾型液晶膜直接接触，且在该透光性光学层与该胆甾型液晶膜间没有存在任何介质。本发明还涉及包含上述背光模块的液晶显示器。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元件及包含其的背光模块，特别涉及一种同时具有光偏极化、光线集中及光均匀化效能的光学元件。
背景技术
液晶显示器(LCD)具有许多的优点，例如体积小、重量轻、低电力消耗等等。因此，液晶显示器已经广泛地被应用于监视器、笔记型计算机、数码相机、投影机、移动电话等等电子产品。
背光模块(Back light module)为液晶显示器的关键零组件之一，由于液晶本身不发光，背光模块的功能即在于供应充足的亮度与分布均匀的光源，使液晶显示器能正常显示影像。随着液晶显示器需求持续成长，且笔记型计算机、LCD监视器及LCD-TV等大尺寸用面板需求增加，使得背光模块的需求亦同时成长。
请参照图1，是显示一传统的液晶显示器背光模块10，该背光模块10主要包含一光源12、反射板(Reflector)14、扩散板16、扩散片(Diffusion sheet)18、及棱镜片20，各部件是互相迭合。然而，传统液晶显示器背光模块10整体亮度不易提升，且无法进一步轻量化及薄型化。
为克服上述问题，业界提出一种结合扩散板及增亮膜的液晶显示器背光模块，其中增亮膜片为主要的技术和成本所在。该液晶显示器背光模块是以集光加偏光的光学效应来加强其整体亮度增益的效果。请参照图2，是为美国专利第7220036号所揭露的一种液晶显示器100，其包含一液晶面板102及一背光模块110。该液晶面板102包含上基板104、下基板106、及一液晶层108。该背光模块110是使用一棱镜片112搭配增亮膜片114、下扩散片116、扩散板118、反射板120及光源122等多层架构，以达到增亮、扩散与集光等效果。然而，该背光模块结构110除了架构及制程复杂易导致制程良率难以提升之外，该背光模块结构110在组装时的转印问题、迭合时的压痕及摩擦时的结构损伤的缺点，均造成工业化的不方便。该背光模块结构110由于具有太多的迭层，且该增亮膜片114本身即为将两层在一轴上有不相同折射率的成对膜层交替相互迭合千层的复合膜。再者，由于光学性质的考虑，上述背光模块必需搭配棱镜片及下扩散膜，因此该背光模块结构110无法进一步轻量化或薄形化。
随着液晶显示器制造技术的提升，在大尺寸及低价格的趋势下，背光模块在考虑轻量化、薄型化、低耗电、高亮度及降低成本的市场要求，因此，为保持在未来市场的竞争力，业界极需一种多功能整合性光学元件，以改善传统液晶显示中需使用多种膜材的缺点。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于提出一种光学元件，适用于一背光模块，有助于简化产品结构及其制程、提高良率且使光学效率提高，且该光学元件可同时具有光偏极化、光线集中及光均匀化等效能。
根据本发明一较佳实施例，该光学元件包含一增亮扩散膜，且该增亮扩散膜包含一胆甾型液晶膜(其膜材透光度40～60％)。此外，该光学元件更包含一透光性光学层(透光性光学层的透光度大于80％以上)与胆甾型液晶膜互相依附，其中该整个透光性光学层是与该胆甾型液晶膜直接接触，且在该透光性光学层与该胆甾型液晶膜间没有存在任何介质。根据本发明该透光性光学层包含：5～40重量百分比的透光微粒；以及，95～60重量百分比的透光树脂材料，该重量百分比是以该透光性光学层的总重为基准。
而根据本发明另一较佳实施例，本发明还提供一种包含上述光学元件的背光膜组，该光学模块包含：一光源；一增亮扩散膜；以及，一偏光板，其中，该增亮扩散膜包含一胆甾型液晶膜，以及一透光性光学层配置于该胆甾型液晶膜之上，其中该整个透光性光学层是与该胆甾型液晶膜直接接触，且在该透光性光学层与该胆甾型液晶膜间没有存在任何介质。值得注意的是，该透光性光学层包含：5～40重量百分比的透光微粒；以及，95～60重量百分比的透光树脂材料，该重量百分比是以该透光性光学层的总重为基准。
根据本发明又一较佳实施例，本发明还提供一种包含上述背光膜组的液晶显示器，该液晶显示器包含一液晶显示面板；以及一上述的背光模块，该背光模块配置于该液晶显示面板之后。
本发明的优点在于：本发明光学元件所包括的增亮扩散膜同时兼具增亮与扩散及集光的功能，因此不需像传统的液晶显示器的背光模块要有各别的增亮膜及扩散板、棱状交镜片，其可以取代前述所有膜材，直接作成一种结构简化的多功能光学元件及液晶显示器背光模块，实际将显示器的厚度及层数减少。
以下通过数个实施例，以更进一步说明本发明的方法、特征及优点，但并非用来限制本发明的范围，本发明的范围应以所附的权利要求书的范围为准。
附图说明
图1是为一传统的液晶显示器的背光模块的剖面结构图；
图2是为另一已知的液晶显示器的背光模块的剖面结构图；
图3为本发明一较佳实施例所述的具有高性能背光模块的液晶显示器的剖面结构图；
图4a及4b是为本发明较佳实施例所述的增亮扩散膜的放大示意图；
图5a是为具有图3所示结构的背光模块(包含实施例1所述的增亮扩散膜)的视角及亮度增加率的关系图；
图5b是为具有图2所示结构的背光模块(包含实施例1所述的增亮扩散膜)的视角及亮度增加率的关系图；
图5c是为实施例1所述的增亮扩散膜的穿透率及波长的关系图；
图6a为具有图3所示结构的背光模块(包含实施例2所述的增亮扩散膜)的视角及亮度增加率的关系图；
图6b为具有图2所示结构的背光模块(包含实施例2所述的增亮扩散膜)的视角及亮度增加率的关系图；
其中，主要元件符号说明
背光模块10； 光源12；
反射板14； 导光板16；
扩散片18； 棱镜片20；
配向膜22； 液晶显示器100；
液晶面板102； 上基板104；
下基板106； 液晶层108；
背光模块110； 棱镜片112；
增亮膜片114； 下扩散片116；
导光板118； 反射板120；
光源122； 液晶显示器200；
背光模块202； 显示面板204；
上基板206； 彩色滤光层208；
液晶层210； 下基板212；
反射板214； 光源216；
胆甾型液晶膜217； 增亮扩散膜218；
透光性光学层219； 相位延迟膜220；
透光微粒221； 偏光板222；
及透光树脂材料223。
具体实施方式
本发明是针对背光模块及液晶显示器的现实问题与需求提供新的解决方案。根据本发明的一实施例，本发明是提供一种光学元件，具有将光偏极化、集光及减少平面光源的突光(光均匀化)等效能。此外，本发明进一步提供一种包含该光学元件的背光模块及液晶显示器，可以搭配不同形态的光源，兼具增亮、匀光及扩散功能，不仅使得液晶显示器的光学效率可以提升，更能提供业界一种价格低廉、高效率、轻量化、及薄形化的液晶显示器。
本发明还提供一种具有高效能背光模块202的液晶显示器200，请参照图3。该液晶显示器200包含该背光模块202及一显示面板204。该显示面板204可包含一上基板206、彩色滤光层208、液晶层210、及一下基板212。而该背光模块204是具有一反射板214、一光源216、一本发明所述的增亮扩散膜218、一相位延迟膜220、及一偏光板222。
其中该增亮扩散膜218，是为一光学元件，将扩散板与胆甾型液晶膜整合一起。该增亮扩散膜218包含一胆甾型液晶膜217，以及一透光性光学层219配置于该胆甾型液晶膜之上，其中该整个透光性光学层219是与该胆甾型液晶膜217直接接触，且在该透光性光学层219与该胆甾型液晶膜217间没有存在任何介质。值得注意的是，其中该透光性光学层219是位于该胆甾型液晶膜217与该光源之间。请参照图4a，是为该增亮扩散膜218的放大示意图，该透光性光学层219包含：5～40重量百分比的透光微粒221；以及，95～60重量百分比的透光树脂材料223，该重量百分比是以该透光性光学层219的总重为基准。根据本发明另一较佳实施例，该透光性光学层219也可包含：20～40重量百分比的透光微粒221；以及，80～60重量百分比的透光树脂材料223，此外该透光性光学层也可包含：25～30重量百分比的透光微粒221；以及，75～70重量百分比的透光树脂材料223，以最佳化该透光性光学层219。
该增亮扩散膜218的形成方式为在该胆甾型液晶膜217的液晶表面上涂布一包含有透光微粒221均匀分布的可聚合树脂组合物，并对其施以能量(例如照射光线或加热)加以固化，形成该透光性光学层219。本发明所述的增亮扩散膜，其中将该包含有透光微粒均匀分布的可聚合树脂组合物形成于该胆甾型液晶膜217的方式可为旋转涂布、浸没涂布、滚动式涂布、或是刮刀涂布。
该透光微粒的材质可包含硅胶、有机材质聚合物、或玻璃材质(例如为PS(聚苯乙烯，polystyrene)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，poly(methylmethacrylate))或高透光率的金属，例如ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)、AZO(氧化锌铝)或ZnO(氧化锌)。其结构可为实心或空心结构，而形状上也无特别的限制，可为球形、椭圆形、多边形、或上述形状的结合。该透光微粒的粒径可介于5至30微米。该透光树脂材料是包括高分子网状交联产物或是热硬化型树脂的交联产物，该交联产物的前驱物例如为ACU-TITEUV298(购自chem-mat technologies，inc.)、NOA65或NOA81(皆购自NorlandProducts inc.)。该透光性光学层的膜厚可介于20至1000微米，较佳是介于30至300微米。
根据本发明另一较佳实施例，请参照图4b，该增亮扩散膜218的透光性光学层219所包含的透光微粒221，也可高于该透光树脂材料223表面，以突出该透光性光学层219。
根据本发明其它较佳实施例，该透光性光学层是位于该胆甾型液晶膜与该光源之间。
根据本发明其它较佳实施例，所述的背光模块还可包含一相位延迟片，位于该偏光板及该增亮扩散膜之间。
根据本发明其它较佳实施例，该光源可包含冷阴极荧光管(CCFL)、热阴极荧光管或是发光二极管(LED)，且入射方式可为侧面入光、或是直下入光。
当来自光源的光线进入本发明所述的增亮扩散膜218后，光线在经过该层时会不断的在两个折射率相异的介质中穿过，就会发生多次的折射、反射与散射的现象，首先的效应就是造成了光学扩散的效果，其结果可以减少平面光源的突光、使光均匀化；此外根据米氏散射理论(Mie scattering theory)可知，选择适当尺寸的颗粒分散在光学膜体内可以减少回向散射(backscattering)发生，且使出射光线大部分集中于正视角度。光线集中后接着进入胆甾型液晶层，由于胆甾型液晶(Cholesteric Liquid Crystal)层具有分离圆偏光的功能，可将光线分离成左旋圆偏光及右旋圆偏光，其与胆甾型相液晶的螺旋方向相反的圆偏光可穿透过去，而相同螺旋方向的圆偏光则被反射回背光源，该被反射的圆偏光在背光源的反射机制将其回收并转成可通过的圆偏光，接着可使用1/4λ的相位延迟片将圆偏光转换成为直线偏光，因此，本发明可说兼具了光偏极化，光集中以及光均匀化的三合一功能。
以下通过实施例1来说明本发明所述具有增亮扩散膜的背光模块件的实例，用以进一步阐明本发明的技术特征。
实施例1：
将透光型颗粒(由Merck所制造贩售的硅胶(silic gel、粒径介于5～25微米)加入透光性树脂中(ACU-TITE UV298，购自chem-mat technologies，inc.)，其颗粒相对于透光性树脂的重量百分比为30％，将此材料以刮刀(doctor blade)涂布法涂布于膜厚约为150μm的胆甾型增亮膜的液晶表面上，该胆甾型增亮膜是丙烯酸系热致胆甾型液晶(acrylic thermotropic cholestric liquid crystal)，由(WACKER出售的胆甾型液晶，商品型号为HELISOL)加以调配而得的。随后，将该元件置入曝光机台，进行UV光硬化制程，在常温下进行曝光，得到增亮扩散膜。该透光性光学层的膜厚约为210μm，以光谱仪(Lambda 900，PerkinElmer)及积分球测量组件作偏光度及雾度测量，其偏光对比测量结果如图5c所示，雾度(haze)在波长为500nm时测量值为96.899％，以二次元变角光度计(GC5000L，日本电色工业社)测量扩散率为46.42％。
将此光学元件搭配背光源及反射板分别根据图1、图2及本发明所述的结构(如图3所示)组成背光模块并测量其亮度，具有本发明所述结构的背光模块经测量所得的视角及亮度关系如图5a所示(图5a所示的亮度增加率是以图1所示的背光模块作为亮度基准)。此外，根据图2所示结构所得的背光模块经测量所得的视角及亮度关系如图5b所示(图5b所示的亮度增加率是以图1所示的背光模块作为亮度基准)。
将图5a与图5b相比，可知本实施例所述的背光模块增亮效果有明显改善(其比较规格详列如表1所示)。
表1
| 图1所示的背光模块 | 图2所示的背光模块 | 本发明 | |
| 条件 | 直下式背光源+下扩散板+偏光板 | 直下式背光源+下扩散板+增亮膜+偏光板 | 直下式背光源+增亮扩散膜+偏光板 |
| 亮度 | 1459cd/m2 | 1726cd/m2 | 1975cd/m2 |
| 亮度增益比 | 1 | 1.183 | 1.354 |
实施例2：
将由积水化学所制造售卖的间隙材(材质为聚苯乙烯、粒径介于6微米)加入感旋光性树脂中(购自chem-mat technologies，inc.)，其颗粒相对于感旋光性树脂的重量百分比为30％，将此材料以刮刀(doctor blade)涂布法涂布在胆甾型增亮膜(与实施例1所使用胆甾型增亮膜相同)的液晶表面上。随后，将该元件置入曝光机台，进行UV光硬化制程，在常温下进行曝光，得到增亮扩散膜。该透光性光学层的膜厚约为230μm，以光谱仪(Lambda 900，PerkinElmer)及积分球测量元件作偏光度及雾度测量，雾度(haze)在波长为500nm时测量值为97％，以二次元变角光度计(GC5000L，日本电色工业社)测量扩散率为41％。
将此光学元件搭配背光源及反射板分别根据图1、图2及本发明所述的结构(如图3所示)组成背光模块并测量其亮度，具有本发明所述结构的背光模块经测量所得的视角及亮度关系如图6a所示(图6a所示的亮度增加率是以图1所示的背光模块作为亮度基准)。此外，依图2所示结构所得的背光模块经测量所得的视角及亮度关系如图6b所示(图6b所示的亮度增加率是以图1所示的背光模块作为亮度基准)。
将图6a与图6b相比，可知本实施例所述的背光模块增亮效果有明显改善(其比较规格详列如表2所示)。
表2
| 图1所示的背光模块 | 图2所示的背光模块 | 本发明 | |
| 条件 | 直下式背光源+下扩散板+偏光板 | 直下式背光源+下扩散板+增亮膜+偏光板 | 直下式背光源+增亮扩散膜+偏光板 |
| 亮度 | 1457cd/m2 | 1661cd/m2 | 1754cd/m2 |
| 亮度增益比 | 1 | 1.14 | 1.204 |
由上述可知，本发明所述的增亮扩散膜同时兼具增亮与扩散及集光的功能，因此不需像传统的液晶显示器的背光模块要有各别的增亮膜及扩散板(膜)、棱状交镜片，其可以取代前述所有膜材，直接作成一种结构简化的多功能光学元件及液晶显示器背光模块，实际将显示器的厚度及层数减少。
本发明所述的背光模块具有一增亮扩散膜，因其具透光微粒匀均分布于透光性光学层的膜层，可以有效提供扩散、集光及匀光功能，不需另外搭配增亮膜(例BEF)及下扩散片。除此之外，本发明的方法也可有效保护胆甾型增亮膜的液晶面，避免组装时的刮伤及外界因素的伤害；除此之外本发明的多功能整合型光学膜更具有轻量及薄形化的优点，对于大小尺寸的显示器均具有提升性能的优势。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为基准。
Claims (11)
1.一种光学元件，用于背光模块，包含：
一增亮扩散膜，该增亮扩散膜包含一胆甾型液晶膜，以及一透光性光学层与胆甾型液晶膜互相依附，其中该整个透光性光学层是与该胆甾型液晶膜直接接触，且在该透光性光学层与该胆甾型液晶膜间没有存在任何介质，
其中该透光性光学层包含：
5～40重量百分比的透光微粒；以及
95～60重量百分比的透光树脂材料，该重量百分比是以该透光性光学层的总重为基准。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中该透光微粒的粒径是介于5至30微米。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其中该透光性光学层的膜厚是介于20至1000微米。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其中该透光性光学层的膜厚是介于30至300微米。
5.根据权利要求1所述的光学元件，其中该透光微粒的材质为硅胶、有机材质聚合物、玻璃材质、或高透光率的金属。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其中该透光树脂材料包括高分子网状交联产物、热硬化型树脂的交联产物、或感旋光性树脂的交联产物。
7.根据权利要求1所述的光学元件，其中该透光微粒突出于该透光性光学层。
8.一种背光模块，包含：
一光源；
一增亮扩散膜；以及
一偏光板，
其中，该增亮扩散膜包含一胆甾型液晶膜，以及一透光性光学层与胆甾型液晶膜互相依附，其中该整个透光性光学层是与该胆甾型液晶膜直接接触，且在该透光性光学层与该胆甾型液晶膜间没有存在任何介质，
其中该透光性光学层包含：
5～40重量百分比的透光微粒；以及
95～60重量百分比的透光树脂材料，该重量百分比是以该透光性光学层的总重为基准。
9.根据权利要求8所述的背光模块，其中该透光性光学层是位于该胆甾型液晶膜与该光源之间。
10.根据权利要求8所述的背光模块，更包含一相位延迟片，位于该偏光板及该增亮扩散膜之间。
11.一种液晶显示器，包含：
一液晶显示面板；以及
一背光模块，配置于该液晶显示面板之后，其中该背光模块包含：
一光源；
一增亮扩散膜；
一偏光板，
其中，该增亮扩散膜包含一胆甾型液晶膜，以及一透光性光学层与胆甾型液晶膜互相依附，其中该整个透光性光学层是与该胆甾型液晶膜直接接触，且在该透光性光学层与该胆甾型液晶膜间没有存在任何介质，
其中该透光性光学层包含：
5～40重量百分比的透光微粒；以及
95～60重量百分比的透光树脂材料，该重量百分比是以该透光性光学层的总重为基准。
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Cited By (3)
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| CN103913891A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种导光装置、背光模组及显示装置 |
| CN104199137A (zh) * | 2014-09-03 | 2014-12-10 | 石家庄诚志永华显示材料有限公司 | 一种胆甾相液晶偏光增亮膜及其制备方法 |
| CN106195914A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-07 | 上海光巢信息技术有限公司 | 散射装置和灯具 |
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2009
- 2009-12-23 CN CN200910262038A patent/CN101832520A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100915 |