CN108562959A - 一种光学膜、具有其的背光模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学膜、具有其的背光模组及显示装置，光学膜包括：偏光膜，用于将入射光线转换为偏振光后出射；扩散膜，设置于偏光膜的出射面，扩散膜中包括能够形成瑞利散射的散射粒子。背光模组包括光学膜和光源，光源设置于偏光膜的远离扩散膜的一侧。根据本发明的光学膜，解决了传统扩散膜存在厚度无法减薄，匀光效果差和造成亮度损失的问题，偏光膜能够将入射光线转换为偏振光后出射，使得入射扩散膜的光线为偏振光，扩散膜中的散射粒子能够将偏光膜出射的偏振光进行扩散，提高匀光效果，增强扩散后的亮度，光学膜厚度小；背光模组利于减小混光距离，增强匀光效果，提高模组的整体亮度，利于产品的减薄。

Description

一种光学膜、具有其的背光模组及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光学膜、具有其的背光模组及显示装置。

背景技术

直下式背光由于考虑成本及功耗的问题，发光二极管(LED)数量会有一定的限制，LED之间的排列具有一定的间隔距离，间隔距离会导致在距离LED灯一定位置处产生LED灯影，因此背光需要进行匀光技术来消除LED灯影，常通过使用扩散膜或扩散板进行匀光，但是由于扩散板的厚度较厚，不利于产品薄型化的趋势。传统的扩散膜基本是基于米氏散射原理或者几何光学的原理来实现光的扩散来制作的，存在产品厚度无法减薄、匀光效果不好和会造成亮度损失的问题，对于LED排布间隔较大的直下式背光，其扩散效果有限，如果通过增加扩散膜的雾度来提高扩散效果会造成亮度值的下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光学膜、具有其的背光模组及显示装置，用于解决传统扩散膜存在厚度无法减薄，匀光效果差和造成亮度损失的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种光学膜，包括：

偏光膜，用于将入射光线转换为偏振光后出射；

扩散膜，设置于所述偏光膜的出射面，所述扩散膜中包括能够形成瑞利散射的散射粒子。

进一步地，所述散射粒子的直径与入射至所述扩散膜的光线的波长满足如下关系式：

d＝αλ/π，

当α<0.3时，所述散射粒子能够瑞利散射，其中，α为无量纲的粒径参数，d为散射粒子的直径，λ为入射至所述扩散膜的光线的波长。

进一步地，所述偏光膜为反射式偏光膜，所述偏光膜用于出射P偏振光，反射S偏振光。

第二方面，本发明实施例提供一种背光模组，包括：

根据本发明第一方面实施例的光学膜；

光源，设置于所述偏光膜的远离所述扩散膜的一侧。

进一步地，所述光源包括蓝光LED芯片。

进一步地，所述光源包括多个且均匀间隔设置的蓝光LED芯片。

进一步地，所述背光模组还包括：

量子点膜，设置于所述扩散膜远离所述偏光膜的一侧，所述量子点膜中的量子点在蓝光的激发下，能够发射绿色波段和红色波段的光。

进一步地，

所述背光模组还包括：

反射膜，设置于所述蓝光LED芯片远离所述偏光膜的一侧。

进一步地，所述反射膜为ESR膜。

第三方面，本发明实施例提供一种显示装置，包括：

根据本发明第二方面实施例的背光模组。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

根据本发明实施例的光学膜，解决了传统扩散膜存在厚度无法减薄，扩散效果差和造成亮度损失的问题，偏光膜能够将入射光线转换为偏振光后出射，使得入射扩散膜的光线为偏振光，扩散膜中的散射粒子能够将偏光膜出射的偏振光进行扩散，提高匀光效果，增强扩散后的亮度，光学膜厚度小，通过瑞利散射来实现匀光，减小混光距离；包括该光学膜的背光模组，光源能够向偏光膜投射光线，光线经过光学膜的扩散后均匀性好，模组的整体亮度高，利于产品的减薄。

附图说明

图1为本发明实施例的光学膜的结构示意图；

图2为米氏散射的散射效果示意图；

图3为瑞利散射的散射效果示意图；

图4为入射光为自然光的瑞利散射光强角分布；

图5为入射光为偏振光的瑞利散射光强角分布；

图6为本发明实施例的背光模组的结构示意图；

图7为本发明实施例的背光模组与显示面板配合的示意图。

附图标记：

背光模组100；显示面板60；

偏光膜10；

扩散膜20；

蓝光LED芯片30；

量子点膜40；

反射膜50。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面首先具体描述根据本发明实施例的光学膜。

如图1所示，本发明实施例的光学膜包括偏光膜10和扩散膜20。

具体而言，偏光膜10用于将入射光线转换为偏振光后出射，扩散膜20设置于偏光膜10的出射面，扩散膜20中包括能够形成瑞利散射的散射粒子。

也就是说，光学膜主要由偏光膜10和扩散膜20构成，其中，偏光膜10可以用于将入射光线转换为偏振光后出射，扩散膜20设置于偏光膜10的出射面，从偏光膜10出射的偏振光入射扩散膜20，在扩散膜20中包括散射粒子，通过散射粒子能够形成瑞利散射，使得入射扩散膜20的偏振光进过瑞利散射后更加均匀，提高匀光效果，增强光的亮度。

如图2和图3所示，图2为米氏散射的散射效果示意图，图3为瑞利散射的散射效果示意图，从图2可以看出，入射光线入射到散射粒子时，散射粒子对入射光线进行米氏散射，米氏散射的散射光线在散射粒子的前向较为集中，在散射粒子的后向较为分散，使得散射粒子的前后向的散射光线不均匀；从图3可以看出，入射光线入射到散射粒子时，散射粒子对入射光线进行瑞利散射，瑞利散射的散射光线在散射粒子的前向和后向分布均匀，因此，瑞利散射要比米氏散射更加均匀，用散射粒子直径更小的瑞利散射原理来替代传统的米氏散射原理，使得经过瑞利散射后的光更加均匀，将瑞利散射应用于背光的扩散来实现匀光，可以在较小的混光距离下实现匀光，有利于简化直下式背光模组的结构。

传统背光的出射光是自然光，由于偏光片的作用，亮度会损失至少50％，利用本发明的光学膜能够出射偏振光，不需要增加偏光片，能够减少亮度的损失。如图4和图5所示，图4为入射光为自然光的瑞利散射光强角分布，图5为入射光为偏振光的瑞利散射光强角分布，其中，e表示入射光的电场，横坐标X表示与电场矢量平行的方向，纵坐标Y表示与电场矢量垂直的方向，表示散射光的光强度分布对应的角度，曲线是瑞利散射光的角度分布曲线，从图4和图5中可以看出，偏振光的瑞利散射光强角分布更加符合瑞利散射的散射强度分布公式，偏振光比自然光的瑞利散射效应强，利用偏光膜10来产生偏振光，能够增强瑞利散射效应。通过偏光膜10的光为偏振光，偏振光的瑞利散射特性为偏振光经过瑞利散射后不会改变偏振特性，偏振光仍然是偏振光，将该光学膜应用到背光模组中有利于提高模组的整体亮度，降低模组厚度。

由此，根据本发明实施例的光学膜，解决了传统扩散膜存在厚度无法减薄，匀光效果差和造成亮度损失的问题，偏光膜10能够将入射光线转换为偏振光后出射，使得入射扩散膜20的光线为偏振光，偏振光的扩散匀光效果好，扩散膜20中的散射粒子能够将偏光膜10出射的偏振光进行扩散，提高匀光效果，增强扩散后的亮度，光学膜厚度小，通过瑞利散射来实现匀光，减小混光距离。

在本发明的一些实施例中，散射粒子的直径与入射至扩散膜20的光线的波长满足如下关系式：

d＝αλ/π，当α<0.3时，散射粒子能够瑞利散射，

其中，α为无量纲的粒径参数，d为散射粒子的直径，λ为入射至扩散膜20的光线的波长。

也就是说，瑞利散射和散射粒子的直径d与入射至扩散膜20的光线的波长λ有关，入射光确定后，入射至扩散膜20的光线的波长λ也就可以确定，如果入射至扩散膜20的光线是单色光，比如蓝光，则根据蓝光波长计算，如果是复色光，比如白光，由于其他光线的波长更长，在满足复色光中波长最短的单色光的瑞利散射的条件下，复色光中的其他单色光也能实现瑞利散射，因而，λ优选是蓝光波长。可以通过上述公式计算出散射粒子的直径需要满足的条件，比如，当入射光线的波长为500nm时，根据上述计算公式得到散射粒子的直径小于47.77nm时可以实现瑞利散射，散射粒子对入射光线的散射光强度可用瑞利散射公式求解来计算，瑞利散射的散射强度分布公式如下：

其中，I表示散射强度，I₀表示入射光强度，r表示散射粒子与接收点或观察点的距离，表示散射光的光强度分布对应的角度，m表示散射粒子的相对折射率。

根据散射强度分布公式可以看出，瑞利散射的散射强度与入射光线波长的四次方成反比，入射光线的波长越短瑞利散射的散射强度越强，比如，使用波长较短的蓝光，蓝光的散射强度高于波长大于蓝光的光，有利于增强直下式背光模组的整体亮度；散射光强的角分布取决于在入射光波电场矢量方向或散射粒子的偶极子方向上的散射光强最小，等于零，在垂直于电场矢量方向的散射光强最大。

现在背光模组中常见的扩散膜中散射粒子的直径在0.1-10μm范围内，属于米氏散射，当α>1时，对应的散射粒子的直径范围大约在0.1-10μm之间，这时需要用米氏散射理论来描述，散射强度适合用米氏散射理论来求解；当散射粒子的直径满足α<0.3时，对应的散射粒子的直径小于0.05μm，可以用瑞利散射理论描述，散射强度适合用瑞利散射理论来求解；当α>>1时，散射粒子的直径相对较大，散射粒子的散射属于几何光学的范畴，不符合瑞利散射和米氏散射的理论。因此，相对于米氏散射，实现瑞利散射时散射粒子的直径较小，在相同波长下，散射粒子的直径越小，越容易瑞利散射，在能够实现瑞利散射的条件下，波长越短瑞利散射强度越大，在实际应用中，应结合实际需要，选择合适波长的入射光线和散射粒子的直径，来实现较好的瑞利散射效果。

在本发明的另一些实施例中，偏光膜10可以为反射式偏光膜，反射式偏光膜是由多层各向异性的高低折射率材料交替堆叠形成的结构，层数大约有1000层，主要原理就是利用双折射效应产生偏振光，再由多层膜结构对其中一个方向的偏振光形成增反条件，最终全部反射一个方向的偏振光。根据菲涅尔方程，在两种介质的交界面上，满足增透或增反条件的介质厚度通常为入射光波长的1/4，例如，波长500nm的入射光从空气入射到折射率n＝1.5的介质表面，要满足增透或增反条件，对应的介质厚度约为500nm/4/1.5＝83.3nm，因此，粗略计算1000层膜材厚度约为83μm，能够满足厚度要求。

通过偏光膜10可以出射P偏振光，同时可以反射S偏振光。偏振光是光矢量的振动方向不变或规则地变化的光波，P偏振光表示振动方向与入射面平行的线偏振光，S偏振光表示振动方向与入射面垂直的线偏振光，任何一种偏振光都可以表示为S偏振光和P偏振光的矢量和，偏光膜10能够将与入射面平行的P偏振光出射，将与入射面垂直的S偏振光反射，反射回的S偏振光可以经过反射后与其他光混合形成自然光，自然光再次投射到偏光膜10，增强光的利用率。

本发明还提供一种背光模组100，如图6所示，根据本发明实施例的背光模组100包括根据本发明上述实施例的光学膜和光源，光源可以设置于偏光膜10的远离扩散膜20的一侧，光源可以与偏光膜10间隔开设置，可以间隔开合适的距离，光源可以有多个，可以均匀间隔开设置，以向偏光膜10投射均匀的光线，光线投到偏光膜10后能够从偏光膜10出射偏振光，偏振光经过扩散膜20中的散射粒子的瑞利散射，能够增强匀光效果，提高背光模组的亮度，利于背光模组减薄。

在本发明的一些具体实施例中，光源可以包括蓝光LED芯片30，通过蓝光LED芯片30可以向偏光膜10投射蓝光，蓝光的波长较短，能够增强散射强度和匀光效果。光源可以包括多个蓝光LED芯片30，多个蓝光LED芯片30可以均匀间隔开设置，可以成阵列式设置，间隔距离可以根据实际需要合理选择，以使得蓝光LED芯片30可以向偏光膜10投射均匀的蓝光，提高背光模组的亮度。

根据本发明的一些具体实施例，背光模组100还可以包括量子点膜40，量子点膜40可以设置在扩散膜20远离偏光膜10的一侧，量子点膜40可以将蓝光转换为白光，蓝光LED芯片30向偏光膜10投射蓝光，偏光膜10出射的蓝光经过扩散膜20的扩散后变得更加均匀，从扩散膜20出射的蓝光可以入射到量子点膜40，量子点膜40中的量子点在蓝光的激发下，能够发射绿色波段和红色波段的光，红光和绿光与蓝光混合可以形成白光。

量子点膜40中的量子点材料类似荧光粉，也是一种光致发光效应。量子点是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着纳米半导体的尺寸改变而变化，因而通过调节纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色。通常都是短波光激发，通过斯托克斯位移，产生长波光，比如，在波长为450nm的蓝光激发下，纳米半导体可以发射出绿色波段和红色波段的光，最终红绿蓝三种颜色的光混合产生白光。

在本发明的一些实施例中，偏光膜10可以为反射式偏光膜，通过反射式偏光膜可以出射P偏振光，同时可以反射S偏振光。背光模组100还可以包括反射膜50，反射膜50可以设置于蓝光LED芯片30远离偏光膜10的一侧，蓝光LED芯片30可以设置在反射膜50上，蓝光LED芯片30位于反射膜50和偏光膜10之间，偏光膜10反射的S偏振光经过反射膜50反射后又变为P偏振光和S偏振光混合的自然光。

反射膜50有多种，银是一种用来制作反射膜的材料，它是在基材上通过镀膜技术镀制了一层金属银，对光的反射率高。反射膜50可以为增强型镜面反射(ESR)膜，ESR膜是一种反射率很高的膜，ESR的材料可以是塑料，ESR膜的结构和反射偏光片的结构类似，也是利用高低折射率多层膜结构，实现高反射率，其优势是对全波段的光反射率很高，通常对于380-760nm的光反射率可以达到98％以上，与反射偏光片不同的是，ESR膜的各向异性材料的光轴和反射偏光片的光轴方向不一样，ESR膜不会产生偏振光，而是对入射的光进行高反射率的反射。

ESR膜可以为针对蓝光高反射的膜，高反射率的波长范围可以为380-490nm，使其可以更高效率地反射由偏光膜10反射回来的S偏振光，S偏振光经过ESR膜反射后又变为P偏振光和S偏振光混合的自然光，自然光又投向偏光膜10，P偏振光透过，S偏振光反射回ESR膜，不停地循环，从而使得偏光膜10出射P偏振光，P偏振光经过扩散膜20中的散射粒子瑞利散射后进行匀光。也可以将偏光膜10制作成针对蓝光高反的膜，可以提高反射回ESR膜的蓝光强度，配合蓝光高反ESR膜，可以提高整体模组的亮度及匀光效果。如图7所示，将本发明的背光模组与显示面板60结合应用，能够提高显示面板60的显示效果。

根据本发明实施例的背光模组100，蓝光LED芯片30发出的蓝光向偏光膜10投射后再经过扩散膜20的扩散，能够增强匀光效果，提高背光模组100的整体亮度，利于产品的减薄，量子点膜40中的量子点在蓝光的激发下能够发射绿色波段和红色波段的光，红光、绿光、蓝光混合形成白光，反射膜50能够反射S偏振光，利于提高光利用效率和模组的亮度。

根据本发明实施例的显示装置，包括根据本发明上述实施例的背光模组，由于根据上述实施例的背光模组具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的显示装置也具有上述技术效果，背光模组亮度高，匀光效果好，有利于减小显示装置的厚度。

本发明实施例的显示装置，除了包括背光模组之外，还可以包括显示面板60，如图7所示，显示面板60设置于背光模组的出光面。

本发明实施例中的显示装置，由于背光模组可以出射偏振光，显示面板靠近背光模组的一侧可以不设置偏光片，从而减低显示装置的厚度。

另外，除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学膜，其特征在于，包括：

偏光膜，用于将入射光线转换为偏振光后出射；

扩散膜，设置于所述偏光膜的出射面，所述扩散膜中包括能够形成瑞利散射的散射粒子。

2.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于，所述散射粒子的直径与入射至所述扩散膜的光线的波长满足如下关系式：

d＝αλ/π，

当α<0.3时，所述散射粒子能够瑞利散射，其中，α为无量纲的粒径参数，d为散射粒子的直径，λ为入射至所述扩散膜的光线的波长。

3.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于，所述偏光膜为反射式偏光膜，所述偏光膜用于出射P偏振光，反射S偏振光。

4.一种背光模组，其特征在于，包括：

如权利要求1-3中任一项所述的光学膜；

光源，设置于所述偏光膜的远离所述扩散膜的一侧。

5.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述光源包括蓝光LED芯片。

6.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述光源包括多个且均匀间隔设置的蓝光LED芯片。

7.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，还包括：

量子点膜，设置于所述扩散膜远离所述偏光膜的一侧，所述量子点膜中的量子点在蓝光的激发下，能够发射绿色波段和红色波段的光。

8.根据权利要求5所述的背光模组，还包括：

反射膜，设置于所述蓝光LED芯片远离所述偏光膜的一侧。

9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述反射膜为ESR膜。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求4-9中任一项所述的背光模组。