CN102809774A - 光学膜片及使用该光学膜片的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学膜片，其中包括一基材、一第一透光介质、一第二透光介质及一反射偏光膜。第一透光介质形成于基材的正面，包括多个凸出微镜片。第二透光介质形成于基材的背面，包括多个V形棱镜。反射偏光膜设置于第一透光介质正面。其中基材、第一透光介质及第二透光介质是共同结合为一单一膜片。

Description

光学膜片及使用该光学膜片的液晶显示装置

技术领域

本发明系关于一种液晶显示装置，特别是一种具有单一光学膜片的液晶显示装置。

背景技术

液晶显示装置(Liquid Crystal Display Device)已普遍的被应用于各种电子用品当中，譬如液晶电视以及电脑。而其优点即在于用其自身用电量低、低驱动电压、以及轻量化与薄形化的可能性。然而，液晶显示装置内的液晶显示面板无法自行发光，因此必须配有背光单元，从其后表面均匀地照亮整个屏幕。

请参见图1，图1显示已知技术中采用侧光型(Edge-light type)背光单元的液晶显示装置1的侧视图，液晶面板模块40设置于背光单元10前方，其中背光单元10包括：一发光单元11、一导光件12、一下扩散片13、一棱镜片14及一上扩散片15。

导光件12将发光单元11所提供的光线导向下扩散片13。下扩散片13将来自导光件12的光线散射雾化并使得亮度平均的分布，然而下扩散片13却造成有效视角内的亮度大幅降低。

为了解决这个问题，棱镜片14接收通过下扩散片13的光线，会聚入射光线的角度，加强有效视角内的亮度。棱镜片14为一般市售的增亮膜，其顶角的角度为90度，且棱镜片14的棱镜系凸向液晶面板模块40。

最后，透过上扩散片15将光线再次散射雾化，以提供具有良好均匀度的光线至前方的液晶面板模块40。

然而，上述的背光单元至少需使用三张光学膜片，而每一光学膜片是独立制造，且每一光学膜片皆需使用一基底材料，生产成本高。

此外，形成于上扩散片与棱镜片之间的空气层，将导致部分光线在棱镜片内产生全反射，无法入射至上扩散片，其光线强度因路径加长而消耗，背光模块的整体发光亮度减低。传统上，为增加背光模块的亮度，则需增加发光元件的光源功率，但也加速了能量的消耗。

有鉴于此，一种采用单一光学膜片的液晶显示装置即被高度需求。

发明内容

为改善已知技术中多层式光学膜片所产生的问题，本发明于是以减少光学膜片数量为目的，提出以下的光学膜片及利用该光学膜片的液晶显示装置。

本发明的一目的在于提供一种光学膜片，包括一基材、一第一透光介质、一第二透光介质及一反射偏光膜。第一透光介质形成于基材的正面，包括多个凸出微镜片。第二透光介质形成于基材的背面，包括多个V形棱镜。反射偏光膜设置于第一透光介质的正面。其中基材、第一透光介质及第二透光介质系共同结合为一单一膜片。

本发明的另一目的在于提供一种液晶显示装置，包括一液晶面板模块、一导光件、一发光元件及一如上述所述的光学膜片。导光件具有一出光面，邻设于液晶面板模块的背面，具有一入光面及一相邻该入光面的出光面。发光元件面向该导光件的该入光面。光学膜片设置于导光件的出光面或液晶面板模块的背面。

本发明的又一目的在于提供一种制造上述光学膜片的方法，包括：提供一基材，并涂布一光固化树脂于基材的上、下两表面。提供二个图样化滚子，并将基材配置于二个图样化滚子间，使二个图样化滚子同时施压于光固化树脂，以产生一特定图案于光固化树脂的表面。最后再提供一光线，以固化光固化树脂。

由于本发明的光学膜片系一单一膜片，不但可降低生产成本，且一举改善已知技术中多层式光学膜片亮度不足的缺点。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1显示已知技术的液晶显示装置的剖面图；

图2A显示本发明的第一实施例的液晶显示装置的元件分解图；

图2B显示本发明的第一实施例的液晶显示装置的部分元件分解图；

图3A-3H显示本发明的光学膜片的剖面图；

图4显示本发明的光学膜片的制造方式示意图；

图5显示本发明的第二实施例的液晶显示装置的元件分解图；

图6显示本发明的第三实施例的液晶显示装置的剖面图；

图7显示本发明的第三实施例的部分元件的示意图；

图8显示本发明的第四实施例的液晶显示装置的剖面图；以及

图9-11显示本发明的第四实施例的部分元件的示意图。

主要元件符号说明：

1、5、5’、5”、5”’～液晶显示装置

10～背光模块

11～发光元件

12～导光件

13～下扩散片

14～棱镜片

15～上扩散片

20～表框

21～短边

22～长边

30～背光单元

31～光条

32～导光件

32a～入光面

32b～出光面

32c～网点油墨

32d～图样化表面

32e～底面

33～反射板

34～发光元件

40～液晶面板模块

41～液晶单元

42～上偏光板

43～下偏光板

50～粘胶材料

51～贴附面

60～扩散粒子

100、100a～100h～光学膜片

110～基材

120、120’、120”、120”’～第一透光介质

121～基底层

121a～表面

122、122’、122”、123～凸出微镜片

130、130’、130”～第二透光介质

131～基底层

131a～表面

132、134～V型棱镜

132a～顶点

133～平凸棱镜

140～第三透光介质

150～扩散粒子

200～反射偏光膜

510～滚子

520～喷嘴

531～第一图样化滚子

532～第二图样化滚子

533、534～模具

540～机台

541～紫外光光线

A～顶角

L～宽度

H1、H2～高度

具体实施方式

现配合附图说明本发明的较佳实施例。

请参见图2A，图2A为本发明的第一实施例的液晶显示装置5的剖面图。本发明的液晶显示装置5包括、一表框20、一背光单元30、一液晶面板模块40及一光学膜片100。于本说明书中，“正面”系定义为图面的上方，亦即液晶显示装置5投射影像的一侧，而“背面”则定义为图面的下方，在此先予指明。

表框20为一矩形壳体，在一具体实施例中，其长宽比为16∶9，其中短边21系定义于Y方向，长边22系定义于X方向。一般而言，当本发明的液晶显示装置5直立摆设时，短边21系位于使用者的左右二侧，长边22系位于使用者的上下二侧，且长边22平行于一水平面。

请参照图2A及2B，图2B显示背光元件30的元件分解图。背光单元30设置表框20内，包括二光条31、一导光板32、一反射板33及多个发光元件34。光条31设置于表框20的短边21的内侧面上。发光元件34设置于光条31上，并朝一既定方向(X轴)发出一光线，该既定方向(X轴)实质上平行于表框20的长边22。反射板33设置于表框20的内侧底面。在一具体实施例中，光条31为一电路板，发光元件34为一发光二极管，且反射板33系由铝等材质所制成，但不应受限于此。

导光件32设置于反射板33正面，且包括二个入光面32a、一出光面32b、一底面32e及网点油墨32c。入光面32a系分别面向发光元件34，以接收来自发光元件34的光线。出光面32b相邻二个入光面32a，且包括一图样化表面32d。底面32e相反于出光面32b且相邻反光板33。网点油墨32c，随机地分布于底面32e的表面。

在此实施例中，二个光条31分别设置于表框20的短边21的内侧面上，使设置于光条31上的发光元件34自导光板32的二侧入光，但并不限制于此。熟悉此技艺者可采用亮度较高的发光元件34，并设置单一光条31自导光板32的单侧入光，亦可达到相同功效。

在一具体实施例中，平行于入光面32a的一截面上，图样化表面32d系包括多个透镜状凸出。详而言之，在沿Y方向的剖面上，图样化表面32d系由多个微小曲面所构成，其中微小曲面系相邻地并列，并其顶部系沿平行于发光元件34光线射出的既定方向(X方向)上延伸。

图样化表面32d可限缩出光面32b所射出的光线的出射角、集中光线的效果。网点油墨32c可改变光线于导光板32中行径的角度，破坏光线的全反射现象，以导向光线至出光面32b。网点油墨32c的材质影响光线出光光型，在一具体实施例中，网点油墨32c可为一般传统白色油墨或透明油墨，较佳地，网点油墨32c为一透明油墨，因透明油墨使光型较为集中。

请再参照图2A，液晶面板模块40系相邻地设置于导光板30的出光面32上。液晶面板40包括一液晶单元41、一上偏光板42及一下偏光板43。上偏光板42系设置于液晶单元41的正面，而下偏光板43设置于液晶单元41的背面。由于本发明的液晶面板40为本领域的已知元件，且非为本发明所强调的内容，在此不加以赘述。

光学膜片100设置于导光件32的出光面32a，包括一基材110、一第一透光介质120及一第二透光介质130，其中第一透光介质120形成于基材110的正面，而第二透光介质130形成于基材110的背面。在一具体实施例中，基材110为一透光薄膜由聚对苯二甲酸二乙酯(PET)制成，第一透光介质120及第二透光介质130由光固化树脂所制成，但并不限定于此。

本发明的光学膜片100的结构特征可因使用者的需求而加以变化，以下举例性的提供光学膜片100a～100f可能的实施方式：

请参见图3A，图3A显示光学膜片100a的剖面图。光学膜片100a的第一透光介质120包括一基底层121及多个凸出微镜片122(Mirco-Lens)。基底层121连结于基材110，多个凸出微镜片122间隔地形成于基底层121远离连接基材110的表面121a上。受惠于凸出微镜片122的几何形状，来自背光单元30的光线，可以较佳的出射角离开光学膜片100a。具体而言，凸出微镜片122不但可限缩以较大角度入射的光线，且可散射并雾化接近垂直角度(图2A，Z轴方向)入射的光线。如此一来，液晶显示装置5即可拥有较宽广的视角。

在一具体实施例中，每一单位面积上，凸出微镜片122约占基底层121表面121a的面积的40％至80％，每一凸出微镜片122的底面直径为20μm至100μm，且其高度为底面直径的0.1至1倍，其外观呈半球形且剖面呈半圆形。但并不限制于此，熟悉此技艺者，可视其所需的视角及亮度而自由设计。

光学膜片100a的第二透光介质130包括一基底层131及多个V形棱镜132(Turning Film)。基底层131连结于基材110，多个V形棱镜132接连地设置于基底层131远离连接基材110的表面131a上。每一V形棱镜132皆有一顶点，且沿Y轴(图2A)方向延伸，且在X-Z平面上，每一V形棱镜132具有一三角形的剖面。

在一具体实施例中，V型棱镜132的顶角A约为60°～80°，宽度L约为10um～100um。设计者可依照其需求，调整其尺寸，使光线具有最佳的集中效果。

值得注意的是，上述的第二透光介质130系不同于已知技术的增亮膜。其不同点在于，V型棱镜132的顶角并非直角，但已知技术的增亮膜的棱镜的顶角为一直角。V型棱镜132的集光性较已知技术的增亮膜佳。另外使用上，V型棱镜132的顶角系凸向背光单元30(图2A)，但已知技术的增亮膜的棱镜顶角则背向背光单元。

透过上述光学膜片100a，光线自导光件32的出光面32b射出后，首先于第二透光介质130的V形棱镜132表面进行折射会聚，以增加可见区内的亮度，并顺序通过基底层131、基材110及基底层121，最后在第一透光介质120的凸出微镜片122的表面进行散射及偏折，以增加可见区的视角，提升亮度均匀性。如此一来，由单一膜片所构成的光学膜片100a即可取代传统多层式的光学膜片，将光线均匀地传递至液晶面板20(图2A)。

请参见图3B，图3B显示另一光学膜片100b的剖面图。与光学膜片100a不同的处在于，第二透光介质130’的表面131a更包括多个平凸棱镜133间隔地且相邻地设置于V形棱镜132之间。平凸棱镜133的顶部为一平面，以保护V形棱镜132的顶部结构不被破坏。然而，平凸棱镜133设置的位置及数量不应被限制。

请参见图3C，图3C显示另一光学膜片100c的剖面图。与光学膜片100c不同的处在于，第二透光介质130”的表面131a还包括多个具有较高高度的V形棱镜134，V形棱镜134顶部的高度H2大于V形棱镜132顶部的高度H1，以维持V形棱镜132与导光件120(图2A)之间的距离，避免V形棱镜132顶部与导光件32间产生静电，而相互吸引，造成区域亮度不均匀(mura)的现象。

在一具体实施例中，高度H2与高度H1的高度差为高度H1的2％至10％，然而不应被限制于此，熟悉此项技艺的人士可依照本发明所提供的数据，选择较适合的高度差以成就其目的。

请参见图3D，图3D显示另一光学膜片100d的剖面示意图。与光学膜片100a不同之处在于，第一透光介质120’的表面121a还包括多个具有较高高度的凸出微镜片123，以增加自光学膜片100d所射出的光线的均匀度。在此实施例中，凸出微镜片123系间隔且相邻地设置于凸出微镜片122之间，但其设置位置并不应被限制。

请参照图3E，在此实施例中，光学膜片100e还包括一第三透光介质140设置于第一透光介质120与第二透光介质130之间。更精确而言，第三透光介质140系设置于基材110与第一透光介质120之间。

第三透光介质140由一具低折射率材料所形成，例如二氧化硅树脂，或同样具有低折射率特性的树脂。然而，应特别注意的是，在此所指的低折射率特性系相较第二透光介质130的折射率而言。如此，拥有过大入射角度的光线将于第二透光介质130与第三透光介质140间产生全反射，视角过大的光线有机会重新折回再利用，以减少不必要的能量消耗。

请参照图3F，相较于光学膜片100a而言，光学膜片100f更包括多个扩散粒子150以不规则的方式混杂于第一透光介质120与第二透光介质130内。扩散粒子150可使光线产生散射，进而提升光学膜片100f的出光亮度均匀性。

请参照图3G，相较于光学膜片100a而言，光学膜片100g的第一透光介质120”的凸出微镜片122’包括多个棱镜结构(prism)，其中凸出微镜片122’间隔地形成于基底层121远离连接基材110的表面121a上，并朝一垂直于V形棱镜132的延伸方向的方向延伸，其中每一凸出微镜片122’之间可以由设计者选择是否连结，此外122’棱镜结构最高端点彼此相邻距离约10um～100um。

请参照图3H，较于光学膜片100a而言，光学膜片100h的第一透光介质120”’的凸出微镜片122”包括多个圆柱结构(lenticular)，其中凸出微镜片122”间隔地形成于基底层121远离连接基材110的表面121a上，并朝一垂直于V形棱镜132的延伸方向的方向延伸，其中每一凸出微镜片122”之间可以由设计者选择是否连结，此外122”圆柱结构最高端点彼此相邻距离约10um～100um。

上述各个光学膜片100a-100f的第一透光介质、第二透光介质可彼此替换及交互搭配，以满足不同需求。另外，在制造第一透光介质120与第二透光介质130时，不需刻意定位凸出微镜片122与V型棱镜132之间的相互位置。详而言之，在一垂直轴线上，凸出微镜片122可以系以对齐或交错V型棱镜132的方式被设置。

需特别注意的是，本发明光学膜片100系一单一膜片，即表示基材110、第一透光介质120及第二透光介质130彼此间是相互结合为一单一膜片。为强调此特征，以下篇幅将说明本发明的光学膜片100的制造方式：

请参照图4，图4描绘了光学膜片100的制造过程的示意图。首先，自滚子510提供基材110，并利用二个喷嘴520涂布一光固化树脂于基材110的上、下二表面。提供一第一图样化滚子531及一第二图样化滚子532，并将涂布有光固化树脂的基材110配置于其间。此时，第一图样化滚子531及第二图样化滚子532同时施压于涂布于基材110的上、下二表面的光固化树脂，并产生一特定图样于光固化树脂的表面。最后，透过机台540所发出的紫外光光线541(UV)，以固化光固化树脂，使基材110、第一透光介质120及第二透光介质130结合为一单一膜片。另外，机台540发出的光线随光固化树脂的选用，亦可为红外光(IR)或其他光线种类。

上述所述的第一图样化滚子531及第二图样化滚子532的表面分别包覆有一利用物理蚀刻、化学蚀刻或雕刻等方式所制成的模具533、534。模具533包括多个对应第一透光介质120的表面121a的形状的凹槽(未显示)；相似的，模具534包括多个对应第二透光介质130的表面131a的形状的凹槽(未显示)。

请再次参见图2A，综观本发明的液晶显示装置5，为了使液晶显示模块40接收具有高度均匀性的光线，发光元件34射出光线的既定方向(X轴)系平行于表框20的长边22，且导光板32的图样化表面32d的透镜状凸出亦平行于发光元件34射出光线的既定方向(X轴)上延伸。另一方面，光学膜片100的V型棱镜132的顶点132a则垂直于发光元件34射出光线的既定方向(X轴)上延伸。

请参见图5，图5显示本发明的第二实施例的液晶显示装置5’，与液晶显示装置5不同的特征在于，背光模块30的光条31与发光元件34系设置于壳体20的长边22的内侧面。为达到与液晶显示装置5类似的画面均匀性，发光元件34射出光线的既定方向(Y轴)系平行于表框20的短边21，且导光板32的图样化表面32d的透镜状凸出则平行于发光元件34射出光线的既定方向(Y轴)上延伸。以及，光学膜片100的V型棱镜132的顶点132a则垂直发光元件34射出光线的既定方向(Y轴)上延伸。

承上所述，光学膜片100的凸出微镜片122系用于限缩以较大角度入射的光线，且可散射并雾化接近垂直角度入射的光线。然而，位于液晶显示装置5’上、下二侧通常不需过于广阔的视角。为节省制造成本，设计者可选择性的设置凸出微镜片122于光学膜片100的正面。

请参见图6、图7，图6显示本发明的第三实施例的液晶显示装置5”。与液晶显示装置5不同的特征在于，液晶显示装置5”还包括一粘胶材料50设置于凸出微镜片122之间，并在远离基材110的一侧形成一贴附面51，以连结光学膜片100至下偏光板43。粘胶材料50的折射率须小于第一透光介质120。由于光学膜片100系直接结合至液晶面板20上，液晶显示装置5’的生产流程将更加简化。

请参见图8。图8显示本发明的第四实施例的液晶显示装置5”’。与液晶显示装置5不同的特征在于，液晶显示装置5”’更包括一反射偏光膜200，设置于第一透光介质120的正面。亦即，反射偏光膜200设置于下偏光板43与第一透光介质120之间，其中反射偏光膜120由至少包括二个具有相异折射率的透光层面，彼此交错堆叠而成，具有使单一方向偏振光通过，并使其他偏振光反射的效用。

如图9所示般，反射偏光膜200借由粘胶材料50连结于光学膜片100以及液晶显示模块40，其中位于光学膜片100以及反射偏光膜200之间的粘胶材料50中包括多个不规则排列的扩散粒子60，以不规则的方式混杂于粘胶材料50内。扩散粒子60可使光线产生散射，进而提升自光学膜片100传递至反射偏光膜200的光线的亮度均匀性。值得注意的是，粘胶材料50的光线折射率须小于第一透光介质120。

请参照图10、图11。反射偏光膜200连结于下偏光板43与第一透光介质120的形式并不限制于图9所示的实施例中。在图10所示的实施例中，粘胶材料50仅设置于第一透光介质120的凸出微镜片122的顶点，反射偏光膜200借由所述不连续涂布的粘胶材料50连结于第一透光介质120。或者，在图11所示的实施例中，粘胶材料50设置于反射偏光膜200面向光学膜片100的一侧，其中粘胶材料50未设置于第一透光介质120的凸出微镜片122之间。

本发明的光学膜片，可在不牺牲光线均匀度的前提下，减少光学膜片的数量，以改善了已知技术中，采用多层数光学膜片所产生的缺点。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (17)

1.一种光学膜片，包括：

一基材；

一第一透光介质，形成于该基材的正面，包括多个凸出微镜片；

一第二透光介质，形成于该基材的背面，包括多个V形棱镜；以及

一反射偏光膜，设置于该第一透光介质的正面；

其中该基材、该第一透光介质及该第二透光介质是共同结合为一单一膜片。

2.如权利要求1所述的光学膜片，还包括一第三透光介质，设置于该第一透光介质与该第二透光介质之间，该第三透光介质的材料相异于该第一透光介质与该第二透光介质的材料，且该第三透光介质的折射率小于该第二透光介质的折射率。

3.如权利要求1所述的光学膜片，还包括多个扩散粒子，位于该第一透光介质及该第二透光介质内。

4.如权利要求1所述的光学膜片，其特征在于，所述凸出微镜片包括多个棱镜结构，延伸于第一透光介质的表面。

5.如权利要求1所述的光学膜片，其特征在于，所述凸出微镜片包括多个圆柱结构，延伸于第一透光介质的表面。

6.一种液晶显示装置，包括：

一液晶面板模块；

一导光件，邻设于该液晶面板模块的背面，具有一入光面及一相邻该入光面的出光面；

一发光元件，面向该导光件的该入光面；以及

一光学膜片，设置于该导光件的出光面或该液晶面板模块的背面，且包括：

一基材；

一第一透光介质，形成于该基材的正面，包括多个凸出微镜片；

一第二透光介质，形成于该基材的背面，包括多个V形棱镜；以及

一反射偏光膜，设置于该液晶面板模块与该第一透光介质之间；

其中，该基材、该第一透光介质及该第二透光介质是共同结合为一单一膜片。

7.如权利要求6所述的液晶显示装置，还包括一第三透光介质，设置于该第一透光介质与该第二透光介质之间，该第三透光介质的材料相异于该第一透光介质与该第二透光介质的材料，且该第三透光介质的折射率是小于该第二透光介质的折射率。

8.如权利要求6所述的液晶显示装置，还包括多个扩散粒子，位于该第一透光介质及该第二透光介质内。

9.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，该V形棱镜的顶部系面向该导光件的出光面。

10.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，该出光面包括一由多个透镜状凸出所构成的图样化表面，且该发光元件朝一既定方向射出一光线，其中所述透镜状凸出在平行于该既定方向上延伸。

11.如权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述V形棱镜在垂直于该既定方向上延伸。

12.如权利要求10所述的液晶显示装置，还包括一框架，具有二长边及二连接于该二长边的短边，该发光元件设置于至少一该短边上，其中该既定方向平行于该长边。

13.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述凸出微镜片包括多个棱镜结构，延伸于第一透光介质的表面。

14.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述凸出微镜片包括多个圆柱结构，延伸于第一透光介质的表面。

15.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，该反射偏光膜借由一粘胶材料连结于该该液晶面板模块与该第一透光介质。

16.如权利要求15所述的液晶显示装置，其特征在于，该粘胶材料设置于该第一透光介质的所述凸出微镜片之间。

17.如权利要求15所述的液晶显示装置，其特征在于，该粘胶材料设置于该第一透光介质的所述凸出微镜片的顶点。

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