CN102818219A - 光学膜片及其制造方法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及其制造方法及使用该光学膜片的液晶显示装置，该光学膜片包括一基材、一第一透光介质及一反射偏光膜。第一透光介质形成于基材的背面，且包括多个V形棱镜。反射偏光膜设置于基材的正面。其中，基材、反射偏光膜及第一透光介质是共同结合为一单一膜片。

Description

光学膜片及其制造方法及使用该光学膜片的液晶显示装置

技术领域

本发明是关于一种液晶显示装置，特别是一种结合一光学膜片于液晶面板模块的液晶显示装置。

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，汇聚入射光线的角度，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的棱镜是凸向液晶面板模块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

为改善已知技术中采用多层光学膜片所产生的问题，本发明提出一种利用单一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、一第一透光介质及一反射偏光膜。反射偏光膜设置于基材的正面。第一透光介质形成于基材的背面，且包括多个V形棱镜。其中，基材、反射偏光膜及第一透光介质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，设置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。且光学膜片设置于液晶面板模块的背面，其中光学膜片的V形棱镜的顶部是朝向导光件的出光面。

本发明的又一目的在于提供一种制造如上述光学膜片的方法，包括提供一贴附基材的反射偏光膜，涂布一光固化树脂于基材已连结反射偏光膜的相反面，提供一图样化滚子施压于光固化树脂，以及提供一光线以固化光固化树脂。

由于本发明的光学膜片是一单一膜片，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-3E显示本发明的光学膜片的剖面图；以及

图4显示本发明的光学膜片的制造方式示意图；以及

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。

主要元件符号说明：

1、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

100、100’、100”、100”’、100””～光学膜片

110～基材

120～反射偏光膜

121、122～透光层面

130、130’、130”～第一透光介质

131～基底层

131a～表面

132、134～V型棱镜

132a～顶点

133～平凸棱镜

140～扩散粒子

150～第二透光介质

510～喷嘴

520～图样化滚子

525～模具

530～机台

531～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的元件分解图。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”是定义为图面的上方，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是定义于Y方向，长边22是定义于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是位于使用者的左右二侧，长边22是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及图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，包括一光条31、一导光板32、一反射板33及一发光元件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方向)发出一光线，该既定方向(X方向)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是由铝等材质所制成，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是由多个微小曲面所构成，其中微小曲面是相邻地并列，且其顶部是沿平行于发光元件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为透明油墨，因透明油墨可使光型较为集中。若网点油墨32c是采用透明油墨，导光板32的结构特征则可依照需求而进行变更，譬如：在一可能的实施例中，导光板32的图样化表面32d是面向反射板33，而网点油墨32c是分布于导光板32的出光面32b(未图示)。

液晶面板模块40是相邻地设置于导光板30的出光面32上。液晶面板模块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是设置于液晶单元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模块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连接到下偏光板43，再由下偏光板43连接到液晶单元41，包括一基材110、一反射偏光膜120及一第一透光介质130，其中反射偏光膜120形成于基材110的正面，而第一透光介质130形成于基材110的背面。换言之，光学膜片100透过反射偏光膜120连结至下偏光板23，再由下偏光板23连结液晶单元21。

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；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；第一透光介质130由光固化树脂所制成，以下将详述反射偏光膜120及第一透光介质130的细部结构。

请参见图3A，图3A显示本发明较佳实施例的光学膜片100的剖面图。反射偏光膜120是由两种具有不同光线折射率的透光层面121及透光层面122交错设置而成。透光层面121及透光层面122可分别利用两种相异材料利用挤压成形的方式相互结合，或共同利用一种材料，但以相异加工方式而制成。或者，透光层面121及透光层面122是由具有不同配向(n1/n2/n1...)，彼此渐次相差一个角度旋转而成螺旋状的胆固醇液晶层所构成的交叠结构。

归功于反射偏光膜120的结构特征，反射偏光膜120只允许一以特定偏振方向入射的光线通过，并反射其他以不同偏振方向入射的光线，其中反射的光线可经由导光件32或其周围的反射板33(图2A)回收，并再次反射进入反射偏光膜120，达成出光亮度增加的目的。另外，由于透光层面121及透光层面122在未与其他物件结合的状态下，其露出的表面易受损，此时可以贴上一可撕除的保护膜(pre-mask，未绘示，其材料例如：聚合物)来暂时保护其表面，并提供额外的支撑性。

光学膜片100的第一透光介质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132a，且沿Y方向(图2A)延伸，且在X-Z平面(图2A)上，每一V形棱镜132具有一三角形的剖面。第一透光介质130其折射率小于基材110折射率，当光线以大角度入射基材，将会在基材110与第一透光介质130的介面形成全反射，角度过大的光线可以重新再利用。

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，上述的第一透光介质130是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。另外，V型棱镜132的顶角是凸向背光单元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100，光线自导光件32的出光面32b射出后，首先在第一透光介质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，最后再借由反射偏光膜120过滤以不同方向入射的光线，以提升整体亮度。如此一来，由单一膜片所构成的光学膜片100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)。

本发明的光学膜片100的形式并不限定于上述的结构，以下举例性的提供光学膜片100各种可能的实施方式：

请参照图3B，图3B显示另一光学膜片100’的剖面图。与光学膜片100不同的处在于，第一透光介质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100”的剖面图。与光学膜片100不同的处在于，第一透光介质130”的表面131a更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。

请参照图3D，相较于光学膜片100而言，光学膜片100”’更包括多个扩散粒子140以不规则的方式混杂于第一透光介质130内。扩散粒子140可使光线产生散射，进而提升光学膜片100”’的光线均匀度。

请参照图3E，在此实施例中，光学膜片100””更包括一第二透光介质150设置于第一透光介质130与反射偏光膜120之间。更精确而言，第二透光介质140是设置于基材110与第一透光介质120之间。第二透光介质150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，应特别注意的是，在此所指的低折射率特性是相较第一透光介质130的折射率而言，亦即第二透光介质150的光线折射率是小于第一透光介质130。如此，拥有过大入射角度的光线将于第一透光介质130与第二透光介质130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。

为简化图示，本发明的反射偏光膜120仅由四个透光层面121、122组成。但熟悉此技艺的人士可随其目的而随意添加一个或多个由不同材料且具有相异折射率的透光层面于反射偏光膜120中，或者增加反射偏光膜120的透光层面121、122的层数，使反射偏光膜120具有数十、数百或数千个透光层面121、122。

需特别注意的是，上述的光学膜片100是一单一膜片。换言之，表示基材110、反射偏光膜120及第一透光介质130彼此间是相互结合为一单一膜片。整体而言，光学膜片100之前表面为一光滑平面，而光学膜片100之后表面为一具有微结构突出的粗糙面。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，提供一贴附一基材110的反射偏光膜120。利用喷嘴510涂布一光固化树脂于基材110未贴附反射偏光膜120的另一表面。提供一图样化滚子520施压于该光固化树脂，以产生一特定图样于光固化树脂的表面。最后，透过机台530所发出的紫外光光线531(UV)，以固化光固化树脂，使基材110、反射偏光膜120及第一透光介质130结合为一单一膜片。另外，随光固化树脂的选用，机台530亦可选用红外光(IR)或其他光线种类。

上述所述的图样化滚子520的表面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525。模具525包括多个对应于第一透光介质130的表面131a的形状的凹槽(未图示)。

上述所述的基材110是贴附于反射偏光膜120的透光层面121或透光层面122的表面上，其实际结合方式为：将基材110的一表面均匀地涂布一层胶材，(例如：树脂)，并平铺反射偏光膜120于基材110的表面。接着，透过二个相对设置的滚子(未图示)施压于反射偏光膜120及基材110，以确保反射偏光膜120及基材110之间的完全贴合。此外，在反射偏光膜120未贴附于基材110的一表面上，可贴上前述的可撕除的保护膜，以暂时保护反射偏光膜120的该表面，待贴合其他物件时撕除。

请再次参照图2A，并搭配参考图3A，当光学膜片100欲贴附于液晶面板模块40时，前述的可撕除的保护膜即可撕除，并透过反射偏光膜120的透光层面121或透光层面122以胶材直接地贴附于液晶面板模块40的下偏光板23。由于光学膜片100是直接结合至液晶面板20，故液晶面板模块40的正面为上偏光板22，液晶面板模块40的背面则为下偏光板23及连结下偏光板23的光学膜片100。整体观之，液晶面板模块40的背面一具有V型棱镜的粗糙平面，而液晶面板模块40的正面是一光滑平面。

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方向)是平行于表框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方向)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方向)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是设置于壳体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方向)是平行于表框20的短边21，且导光板32的图样化表面32d的透镜状凸出是平行于发光元件34射出光线的既定方向(Y方向)上延伸。以及，光学膜片100的V型棱镜132的顶点132a则是垂直发光元件34射出光线的既定方向(Y方向)上延伸。

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，采用多层式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 (20)

1.一种光学膜片，包括：

一基材；

一反射偏光膜，设置于该基材的正面；以及

一第一透光介质，形成于该基材的背面，包括多个V形棱镜；

其中，该基材、该反射偏光膜及该第一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，其特征在于，所述V形棱镜顶部的高度相异。

3.如权利要求1所述的光学膜片，其特征在于，该第一透光介质更包括多个平凸棱镜，相邻于所述V形棱镜，其中所述平凸棱镜的顶部为一平面。

4.如权利要求1至3中任一项所述的光学膜片，更包括多个扩散粒子，位于该第一透光介质内。

5.如权利要求1所述的光学膜片，其特征在于，该反射偏光膜至少包括一第一透光层面及一第二透光层面，该第一透光层面与该第二透光层面具有相异的光线折射率，且彼此交错堆叠。

6.如权利要求5所述的光学膜片，更包括一第二透光介质设置于该第一透光介质与该反射偏光膜之间，其中该第二透光介质的光线折射率小于该第一透光介质。

7.一种液晶显示装置，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，设置于该液晶面板模块的背面，且包括：

一基材；

一反射偏光膜，设置于该基材的正面；以及

一第一透光介质，形成于该基材的背面，包括多个V形棱镜；

其中，该基材、该反射偏光膜及该第一透光介质是共同结合为一单一膜片。

8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，所述V形棱镜顶部的高度相异。

9.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，该第一透光介质更包括多个平凸棱镜，相邻于所述V形棱镜，其中所述平凸棱镜的顶部为一平面。

10.如权利要求7至9中任一项所述的液晶显示装置，更包括多个扩散粒子，位于该第一透光介质内。

11.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，该反射偏光膜至少包括一第一透光层面及一第二透光层面，该第一透光层面与该第二透光层面具有相异的光线折射率，且彼此交错堆叠。

12.如权利要求11所述的液晶显示装置，更包括一第二透光介质，设置于该第一透光介质与该反射偏光膜之间，其中该第二透光介质的光线折射率小于该第一透光介质。

13.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，该液晶面板模块包括一上偏光板、一下偏光板及一液晶单元，该液晶单元夹设于该上偏光板及该下偏光板之间，且该下偏光板面对该导光件，该光学膜片设置于该下偏光板的背面。

14.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，该V形棱镜的顶部是面对该导光件的出光面。

15.如权利要求7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。

16.如权利要求15所述的液晶显示装置，其特征在于，所述V型棱镜在垂直于该既定方向上延伸。

17.如权利要求15所述的液晶显示装置，更包括一框架，具有二长边及二连接于该二长边的短边，该发光元件设置于该至少一短边上，其中该既定方向平行于该长边。

18.如权利要求17所述的液晶显示装置，其特征在于，该长边平行于一水平面。

19.一种制造如权利要求1所述的光学膜片的方法，包括：

提供一贴附一基材的反射偏光膜；

涂布一光固化树脂于该基材连结该反射偏光膜的相反面；

提供一图样化滚子，施压于该光固化树脂；以及

提供一光线，以固化该光固化树脂。

20.如权利要求19所述的制造光学膜片的方法，其特征在于，该光线为一紫外光线。

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