CN106199771A - 光学薄膜及显示器装置 - Google Patents

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高雅婷
罗震岳
吴诗聪
李国昶
李正中
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Abstract

本发明公开一种光学薄膜及显示器装置。光学薄膜包括多个梯形单元嵌入于一材料层用以传输显示单元发出的光线，光线通过梯形单元以及材料层之间的一反射面反射。光线由每一个梯形单元的一第一端面出射且由梯形单元的一第二端面入射，其中第一端面的面积与第二端面的面积的一面积比介于0.2至0.6。此外，光吸收层可以形成于光学薄膜的光输出端以吸收环境光。

Description

光学薄膜及显示器装置
技术领域
本发明涉及一种光学薄膜及显示器装置，且特别是涉及有关于一种应用此光学薄膜的显示器装置。
背景技术
现今的时代为3C时代：也就是计算机、通讯装置以及消费电子产品时代。在日常生活中，存在许多种类的信息产品，如移动电话(mobile phones)、个人数字助理(personal digital assistants,PDAs)、全球定位卫星(globalpositioning satellite)系统以及数字相机等。许多的信息产品使用平面显示器做为主要通讯媒介，例如：液晶显示器(liquid crystal displays)、等离子体显示器(plasma displays)以及有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)面板。有机发光二极管面板不仅具有较高的亮度、较低的功率消耗、较高的对比度、快速响应以及较低的驱动电压，还可适应于现今通讯设备微型化的趋势。因此，大量的有机发光二极管面板产品近年来持续发展中。
针对OLED面板，通常采用金属电极来提升光萃取效率。然而，在高环境光亮度的环境中，环境光可能会进入OLED面板，并且被具有高反射率的金属电极反射，从而降低显示器面板的视觉对比度和影像品质。
发明内容
根据本发明的一实施例，光学薄膜包括透明基板，材料层，多个梯形单元以及光吸收层。透明基板具有承载表面，材料层置于透明基板的承载表面上。多个梯形单元设置于材料层内并且每一个梯形单元有靠近承载表面的第一端面以及远离承载表面的第二端面，其中第一端面的面积与第二端面的面积的比例大于或等于0.2，且小于或等于0.6。反射面形成于每一个梯形单元以及材料层之间，用以反射由梯形单元的第二端面进入的光线，光线被反射面反射并由梯形单元的第一端面射出。此外，光吸收层设置于承载表面上以及位于透明基板和材料层之间，其中光吸收层具有多个开口，且所述多个开口在承载表面上的垂直投影交叠于所述多个梯形单元的第一端面在承载表面上的垂直投影。
根据本发明的另一实施例，显示器装置包括具有显示侧的显示单元以及设置于显示单元的显示侧上的光学薄膜。光学薄膜包含透明基板、材料层、多个梯形单元以及光吸收层。透明基板具有面对显示单元的承载表面，材料层设置于透明基板的承载表面上。多个梯形单元置于材料层中，且每一个梯形单元具有靠近承载表面的第一端面以及远离承载表面的第二端面。第一端面的面积与第二端面的面积的比例大于或等于0.2，且小于或等于0.6。反射面形成于每一个梯形单元以及材料层之间，以反射由显示单元发射的光线。光线由第二端面进入梯形单元，被反射面反射后，经由梯形单元的第一端面射出。光吸收层设置于承载表面上，且位于透明基板以及材料层之间。光吸收层具有多个开口，且所述多个开口在承载表面上的垂直投影交叠于所述多个梯形单元的第一端面在承载表面上的垂直投影。
基于上述，本发明的光学薄膜透过将多个梯型单元设置于材料层内，多个梯型单元以及材料层之间设置反射面，反射面用以反射由梯型单元的第二端面进入的光线，并使光线反射且使光线由第一端面射出。本发明将光学薄膜整合至显示器装置，能够降低环境反射，并维持光穿透率，可维持显示器装置的影像质量，同时亦可降低整体显示器装置的厚度。为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例所绘示的应用光学薄膜的显示器装置的示意图；
图2为图1的显示器装置的部分放大图；
图3为光穿透率与梯形单元几何关系图；
图4为光反射率与梯形单元几何关系图；
图5为光萃取效率与距离的关系图；
图6为总体反射与有效反射与距离的关系图；。
图7A为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图；
图7B为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图；
图7C为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图；
图8为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图；
图9为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图；
图10为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图；
图11为本发明的另一实施例中所绘示的光学薄膜的示意图；
图12以及图13为本发明的另一实施例中所绘示的不同光学薄膜的示意图；
图14为本发明的另一实施例中所绘示的光学薄膜的示意图；
图15为本发明的另一实施例中所绘示的光学薄膜的示意图；
图16为本发明的另一实施例中所绘示的光学薄膜的示意图；
图17为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图；
图18为本发明的另一实施例中所绘示的显示器装置的示意图。
符号说明
10、800：显示器装置
100：显示单元
101：显示侧
102：第一电极
104：光调变层
106：第二电极
110：基板
200、700、702、704、900、1000、1100：光学薄膜
210、1110、1210、1310、1610：透明基板
212、1212、1312、1612：承载表面
220、720、820、920、1020、1120、1420、1520、1620：材料层
230、730、830、930、1030、1130、1430、1530、1630：梯形单元
232、832、1632：第一端面
234、824、1434、1534：第二端面
240、1040、1140、1240、1340、1640：光吸收层
242：开口
750、752、754、850：衬层
922：主体部分
924：空隙
1050：反射层
1150：载板
1160：离型层
1250、1350、1850：阻气层
1424、1524：第二表面
1550、1650：平坦层
1622：第一表面
1750：黏着层
S：全反射面
S’：反射面
L：光线
V1：部分的环境光
V2：其他部分的环境光
H：梯形单元高度
R1：第一端面的直径
R2：第二端面的直径
r：第一端面与第二端面的面积比
D：光学薄膜与显示单元的距离
P：像素
具体实施方式
以下伴随附图来详细说明本发明的实施例，在可能的情况下，相同的元件符号在附图与说明中被用来指代相同或相似的部分。
图1为根据本发明的一实施例的光学薄膜应用于显示器装置的示意图。本实施例的显示器装置10包括一显示单元100具有一显示侧101以及一光学薄膜200置于显示单元100的显示侧101上。于此，显示单元100可为液晶显示器(liquid crystal display,LCD)、等离子体显示器(plasma display)、有机发光二极管显示器(OLED display)、电润湿显示器(electrowetting display,EWD)、电泳显示器(electro-phoretic,EPD)、电致变色显示器(electrochromicdisplay,ECD)或是其他可应用的显示器装置，并从显示侧101显示影像或者其他的视觉信息。
光学薄膜200包括一透明基板210，其具有面对显示单元100的一承载表面212。透明基板210的材料至少为聚酰亚胺(polyimide,PI)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚醚砜(polyethersulfone,PES)、聚丙烯酸酯(polyacrylate,PA)、聚降冰片烯(polynorbornene,PNB)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate,PET)、聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)、聚间苯二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚醚酰亚胺(polyetherimide,PEI)和玻璃等至少其中之一。
一材料层220置于透明基板210的承载表面212上。材料层220可以由聚合物、树脂、光感应树脂，正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂等制成。此外，多个梯形单元230置于材料层220之间，每一个梯形单元230具有靠近于承载表面212的一第一端面232以及远离承载表面212的一第二端面234。一全反射面S形成于每一个梯形单元230以及材料层220之间，并用以反射从显示单元100发出以及经由第二端面234进入梯形单元230的一光线L。被全反射面S反射的光线L经由梯形单元230的第一端面232射出。在本实施例中，每一个梯形单元的形状可以是椭圆柱体、正方型柱体、矩形柱体、菱形柱体或不规则柱体。
一光吸收层240置于承载表面212上并位于透明基板210以及材料层220之间。于此，光吸收层240可为黑矩阵(black matrix,BM)，具有多个开口242，其中多个开口242在承载表面212上的一垂直投影交叠于多个梯形单元230在承载表面212上的第一端面232的一垂直投影。换句话说，光吸收层240曝露出梯形单元230的第一端面232，并用以使光线L从梯形单元230经由第一端面232射出。
虽然图1中的光吸收层240的开口242面积等于梯形单元230的第一端面232的面积，但本发明并不局限于此。在其他实施例中，光吸收层240的开口242面积可以大于或小于梯形单元230的第一端面232的面积。
图2还绘示了图1中显示器装置10的部分放大图。请参照图1以及图2，从显示单元100发出的光线L可以经由光学薄膜200中的梯形单元230传送以维持显示单元100的高光萃取效率。此外，一部分照射至光学薄膜200的部分的环境光V1被光吸收层240所吸收，而其他部分的环境光V2经由第一端面232入射于梯形单元230，并可由虚线所示的路径返回。因此，在本发明的其中一实施例中，只有少部分照射至光学薄膜200的环境光会被传送至使用者的眼睛。即使显示器装置10置于高环境光亮度的环境下，依然可以得到高视觉对比度。
本实施例可进一步定义梯形单元230的几何图案，以达到较好的光萃取效率。以圆柱形梯形单元230为例，第一端面232以及第二端面234为圆形，并且分别具有第一端面的直径R1以及第二端面的直径R2，如图2所示。每一个梯形单元230的高度为H。图3绘示光穿透率与梯形单元230几何关系的图表。图4绘示光反射率与梯形单元230几何关系的图表。在图3以及图4的模拟图中，梯形单元230的高度H大约为20μm，X轴为第二端面的直径R2，Y轴为数值r，r定义为第一端面232面积以及第二端面234的面积比。在一般状况下，高光穿透率适用于提升光萃取效率而低反射率有助于减低环境光的反射。根据图3以及图4，当r大于0.2时，光穿透率可高于40％；而当r小于0.6时，光反射率低于18％。因此r可以在范围0.2至0.6，以及可被进一步限定在0.25至0.5或者0.35至0.45以符合不同实际上的需求。
光学薄膜200与显示单元100的距离为D。图5绘示了光萃取效率与距离D的关系图表。图6绘示了总体反射以及有效反射对距离D的关系图表。于此，「总体反射」代表的是不同角度的反射光总和，以及「有效反射」代表的是进入使用者眼睛的反射光。如图5以及图6所示，当D大于250μm时，光萃取效率降低，而总体反射以及有效反射则几乎维持不变。因此，距离D可以被考虑在小于或等于250μm的范围内，举例而言，距离D可以为小于或等于100μm或者小于或等于50μm。
请再参照图1，于此实施例中，梯形单元230可以由光致抗蚀剂材料制成，如聚合物、树脂、光感应树脂、正光致抗蚀剂、负光致抗蚀剂等，其折射率范围从1.3至1.9。而上述的材料层220具有折射率范围从1.0至1.8。每一个梯形单元230的折射率高于材料层220的折射率，从而在每一个梯形单元230以及材料层220之间的交界形成全反射面S。
此外，在本发明的一实施例中，显示单元100包括多个像素P，每一个像素P的面积大于每一个梯形单元230的第二端面234的面积，这样在组装显示单元100以及光学薄膜200时可省略精确对准的过程。然而，在本发明的其他实施例中，第二端面234的面积还可以等于每一个像素P的面积，以达到更高的光利用效率。
光学薄膜的结构或者具有全反射面S的显示器装置并不限于上述所提到的实施例。其它实施例的显示器装置或者光学薄膜描述于下列的图7A至图18。在下列的叙述中，主要描述各个实施例的不同之处，相同的技术内容则不再赘述。
图7A为根据本发明的另一实施例绘示的显示器装置。在本实施例中，光学薄膜700还包括了一衬层750，介于每一个梯形单元730以及材料层720之间。衬层750可以由单层或者多层无机材料制成，包括如：硅氧化物(siliconoxide,SiOx)、氮化硅(silicon nitride,SiNx)、铟锡氧化物(indium tin oxide,ITO)、氧化锌(zinc oxide,ZnO)等，其折射率范围由1.7至2.5。材料层720可以由光致抗蚀剂所制成，其中光致抗蚀剂折射率范围由1.3至1.7。衬层750的折射率高于材料层720的折射率。因此，可在衬层750以及材料层720之间的交界形成全反射面S。由于此衬层750的存在，梯形单元730的材料选择更具弹性，并且材料可具有更高的、更低的或者甚至是等于材料层720的折射率。
图7B为根据本发明的一实施例的显示器装置。在此实施例中，光学薄膜702相似于图7A的光学薄膜700，除了介于每一个梯形单元730及材料层720间的衬层752的材料可以为金属，例如铝、铬、钼、银、钕或者是上述金属的合金。衬层752可以反射光线，在衬层752以及梯形单元730之间的交界形成反射面S’。
在前述的实施例中，衬层752位于每一个梯形单元730的侧壁。然而在其他实施例中，衬层752的位置可以依照实际需求而改变。图7C为根据本发明另一实施例所绘示的显示器装置。在此实施例中，光学薄膜704相似于图7B的光学薄膜702，除了衬层754不仅介于每一个梯形单元730以及材料层720之间，也覆盖了材料层720的底部表面。从而，部分由显示单元100发出朝向材料层720的光线可以通过在材料层720上的底部表面的衬层754反射，使更多的光线可以进入梯形单元730，以增进光萃取效率。
图8为根据本发明另一实施例中的显示器装置800。在此实施例中，衬层850不仅介于每一个梯形单元830以及材料层820之间，也覆盖了每一个梯形单元830的第一端面832以及材料层820的第二端面824。衬层850可以由单层或者多层无机材料层制成，包括如：硅氧化物(silicon oxide,SiOx)、氮化硅(silicon nitride,SiNx)、铟锡氧化物(indium tin oxide,ITO)、氧化锌(zincoxide,ZnO)等，其折射率范围介于1.7至2.5。梯形单元830可以由具有折射率低于1.7(例如1.3～1.7)的树脂材料制成。衬层850可以在形成梯形单元830之后被形成。全反射面S可以形成于衬层850以及材料层820的交界。
图9为根据本发明另一实施例中的显示器装置。在此实施例中，当制作光学薄膜900时，形成材料层920的材料并不会填满梯形单元930之间的空隙。即，材料层920包括一主体部分922与介于梯形单元930之间的一空隙924。一般而言，空气的折射率为1，梯形单元930的材料(如光致抗蚀剂)一般有较高的折射率，因此可以在梯形单元930以及空隙924的交界形成全反射面S。
图10为根据本发明另一实施例中的显示器装置。在此实施例中，一反射层1050形成于光吸收层1040以及材料层1020之间。在制造光学薄膜1000的过程中，反射层1050以及光吸收层1040可以通过相同的光掩模进行图案化，对于反射层1050以及光吸收层1040只需进行一次曝光制作工艺。另外，反射层1050以及光吸收层1040也可以通过相同的光掩模分别对反射层1050以及光吸收层1040分别进行不同的曝光制作工艺。因此，反射层1050以及光吸收层1040图案为实质上相同。反射层1050的材料包括铝、铬、钼、银、钕或其他上述金属的合金。部分的光线L可被反射层1050反射以及经由梯形单元1030射出，如虚线所示。
图11为根据本发明另一实施例中的光学薄膜。在此实施例中，光学薄膜1100可以在一载板1150上制造，其中透明基板1110经由一离型层1160设置于载板1150上，光吸收层1140、材料层1120以及梯形单元1130形成于透明基板1110上。载板1150可以是玻璃基板或者是硅晶片。载板1150以及离型层1160在光学薄膜1100与显示单元100接合后可以被移除(如图1所示)。
在其他实施例中，光学薄膜可以提供阻气层以避免气体或湿气进入光学薄膜或者显示器装置。图12以及图13为根据本发明另一实施例中的不同的光学薄膜。如图12所示，一阻气层1250形成于透明基板1210的承载表面1212上，光吸收层1240置于阻气层1250上。如图13所示，阻气层1350形成于透明基板1310的承载表面1312以及光吸收层1340上。阻气层1250或1350可包括一有机层、一无机层或者至少两层交叠的有机层以及无机层堆叠结构。
如上述的实施方式，每一个梯形单元的第二端面以及材料层的第二平面可以为共平面。或者，在其他实施例中，每一个梯形单元的第二端面以及材料层的第二平面也可为非共平面。图14为根据本发明另一实施例中的光学薄膜，根据图14，每一个梯形单元1430的第二端面1434被材料层1420所覆盖。由此，材料层1420的一第二表面1424可以提供一个平坦的平面用于接续的接合制作工艺。
请参考图15，图15为根据本发明另一实施例中的光学薄膜，在梯形单元1530的制造过程后，梯形单元1530有可能会从材料层1520突出。根据图15，一平坦层1550被形成以覆盖于每一个梯形单元1530的第二端面1534以及材料层1520的一第二表面1524以提供一个平坦的平面用于后续的接合制作工艺。
图16为根据本发明另一实施例中的光学薄膜。在此实施例中，在形成材料层1620以及梯形单元1630之前，平坦层1650被形成以覆盖透明基板1610的承载表面1612以及光吸收层1640。通过形成平坦层1650，以提供平坦表面于后续的材料层1620以及梯形单元1630的制作工艺，而所形成的每一个梯形单元1630的第一端面1632与材料层1620的一第一表面1622为共平面。
图17为根据本发明另一实施例中的显示器装置。如图17，光学薄膜200经由一黏着层1750黏结显示单元100，本实施例的显示单元100举例可为一OLED显示器，包括一基板110、一第一电极102、相对于一第一电极102的一第二电极106、一光调变层104介于第一电极102以及第二电极106之间，并用以发射一光线L(如图1所示)。第一电极102置于靠近材料层220的一端，第二电极106则置于远离材料层220的一端。光调变层104可以为OLED的堆叠结构，包括一电子注入层，一电子传输层、一发光层、一空穴传输层以及一空穴注入层。黏着层1750的材料例如为丙烯酸树脂(压克力树脂)或环氧树脂，而黏着层1750的形态例如为一感压式胶材或一填充式胶材。黏着层1750的厚度可以小于或等于250μm，黏着层1750的厚度例如可以小于或等于100μm或小于等于50μm。
图18为根据本发明另一实施例中的显示器装置。图18的显示器装置10相似于图17的显示器装置，除了一阻气层1850形成于显示单元100以及光学薄膜200之间，以避免气体或湿气进入显示单元100或光学薄膜200。虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种光学薄膜，其特征在于，包括：
透明基板，具有一承载表面；
材料层，设置于该透明基板的该承载表面上；
多个梯形单元，设置于该材料层中，各该梯形单元具有靠近于该承载表面的一第一端面以及远离该承载表面的一第二端面，其中该第一端面的面积与该第二端面的面积的一比例大于或等于0.2，且小于或等于0.6，以及一反射面形成于各该梯形单元以及该材料层之间，以反射由该第二端面进入该梯形单元的一光线，该光线被该反射面反射并经由该梯形单元的该第一端面射出；以及
光吸收层，设置于该承载表面上，且位于该透明基板以及该材料层之间，其中该光吸收层具有多个开口，且该些开口在该承载表面上的一垂直投影交叠于该些梯形单元的该些第一端面在该承载表面上的一垂直投影。
2.如权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，还包括：
衬层，介于各该梯形单元以及该材料层之间，其中该衬层的折射率高于该材料层的折射率，且一全反射面位于该衬层与该材料层的一界面上。
3.如权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，还包括：
衬层，介于各该梯形单元以及该材料层之间，其中该衬层由金属或金属合金制成，且该反射面位于该衬层与各该梯形单元的一界面上。
4.如权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，还包括：
反射层，位于该光吸收层以及该材料层之间，其中该反射层以及该光吸收层的图案为实质上相同。
5.一种显示器装置，其特征在于，包括：
显示单元，具有一显示侧；
光学薄膜，设置于该显示单元的该显示侧上，该光学薄膜包括：
透明基板，具有面对该显示单元的一承载表面；
材料层，设置于该透明基板的该承载表面上；
多个梯形单元，设置于该材料层中，以及各该梯形单元具有靠近该承载表面的一第一端面以及远离该承载表面的一第二端面，其中该第一端面的面积与该第二端面的面积的一比例大于或等于0.2，且小于或等于0.6，以及一反射面形成于各该梯形单元以及该材料层之间，以反射由该显示单元发射的一光线，该光线由该第二端面进入该梯形单元，且该光线被该反射面反射，并经由该梯形单元的第一端面射出；以及
光吸收层，设置于该承载表面上，且位于该透明基板以及该材料层之间，其中该光吸收层具有多个开口，且该些开口在该承载表面上的一垂直投影交叠于该些梯形单元的该些第一端面在该承载表面上的一垂直投影。
6.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，各该梯形单元的折射率高于该材料层的折射率，以及该反射面为一全反射面，位于该梯形单元以及该材料层的一界面上。
7.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该光学薄膜还包括：
衬层，介于各该梯形单元以及该材料层，该衬层的折射率高于该材料层的折射率，以及一全反射面，位于该衬层与该材料层的一界面上。
8.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该光学薄膜还包括：
衬层，介于各该梯形单元以及该材料层，其中该衬层由金属或金属合金制成，该反射面位于该衬层以及该梯形单元的一界面上。
9.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该光学薄膜还包括：
反射层，位于该光吸收层以及该材料层之间，该反射层的图案以及该光吸收层的图案实质上相同。
10.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该光学薄膜还包括：
阻气层，覆盖该承载表面，并且设置于该透明基板以及该光吸收层之间。
11.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该光学薄膜还包括：
阻气层，覆盖该承载表面以及该光吸收层。
12.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，还包括：
黏着层，设置于该显示单元以及该光学薄膜之间。
13.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，还包括：
阻气层，设置于该显示单元以及该光学薄膜之间。
14.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，各该梯形单元的该第二端面被该材料层覆盖。
15.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该光学薄膜还包括：
平坦层，覆盖该承载表面以及该光吸收层，并提供一个平坦表面以形成该材料层以及该些梯形单元，其中各该梯形单元的该第一端面与该材料层的一第一表面为共平面。
16.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该光学薄膜还包括：
平坦层，覆盖各该梯形单元的该第二端面以及该材料层的一第二表面。
17.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该显示单元包括多个像素，且各该像素的面积大于各该梯形单元的该第二端面的面积。
18.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该显示单元包括：
第一电极，靠近于该材料层；
第二电极，远离于该材料层；以及
光调变层，介于该第一电极与该第二电极之间以发射光线。
19.如权利要求18所述的显示器装置，其特征在于，该显示单元与该光学薄膜之间有一距离小于或等于250μm。
20.如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于，该第一端面的该面积与该第二端面的该面积的该比例大于或等于0.25，并且小于或等于0.5。
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