CN110646968B - 显示模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示模块，包括背光模块、液晶层以及第一扩光层。背光模块提供面光源。液晶层配置于背光模块上，且第一扩光层配置于液晶层上。面光源经由液晶层形成影像光，第一扩光层沿着第一方向增加影像光的视角范围。第一扩光层实质上沿着一虚拟平面延伸，第一方向垂直于虚拟平面的法向量，垂直于第一方向以及虚拟平面的法向量的为第二方向。面光源在第一方向上60度视角的光强度小于在第二方向上60度视角的光强度。

Description

显示模块
技术领域
本发明提供一种显示模块；特别是一种可以在较大的视角范围提供显示画面的显示模块。
背景技术
显示技术在数字电视、电脑屏幕等应用上一直在改善，藉由薄型化、高画质、低耗电的特性，例如是医疗、车辆、广告等专业领域所用的仪器或装置中的显示模块或显示装置也不断在改良以提供使用者更佳的使用体验。
液晶显示装置(Liquid Crystal Display,LCD)的亮度是背光源的亮度乘以液晶的穿透度，背光源在不同角度射出的亮度并不相同。因此，以不同视角看LCD会感觉到亮度、对比以及颜色的变化。经由适当的光学设计，可以使这些变化减到最小，而制成广视角型LCD。
发明内容
本发明提供的显示模块可以提供具有广视角的画面，同时降低漏光。
本发明的显示模块包括背光模块、液晶层以及第一扩光层。背光模块提供面光源。液晶层配置于背光模块上，且面光源经由液晶层形成影像光，且第一扩光层配置于液晶层上，用以增加影像光在第一方向上的视角范围。
第一扩光层实质上沿着一虚拟平面延伸，第一方向垂直于虚拟平面的法向量，垂直于第一方向以及虚拟平面的法向量为第二方向。面光源在第一方向上视角60度的亮度小于面光源在第二方向上视角60度的亮度。上述视角为观察方向和虚拟平面的法向量的夹角。
由上述可知，本发明所提出的发光模块包含背光模块以及第一扩光层，且背光模块所提供的面光源在第一方向上的发散角较小，可以降低在第一扩光层产生的漏光。
附图说明
图1A是本发明第一实施例的显示模块的示意图；
图1B是本发明第一实施例的显示模块的立体爆炸示意图；
图2是本发明第一实施例的显示模块在不同方向上依不同视角所纪录的光辉度分布图；
图3A是本发明第一实施例的第一增亮膜的立体示意图；
图3B是根据图3A中剖面线i1-i1所绘的剖面示意图；
图3C是本发明另一实施例的第一增亮膜的剖面示意图；
图4A是本发明第一实施例的第二扩光层的立体示意图；
图4B是根据图4A中剖面线i2-i2所绘的剖面示意图；
图5A是本发明第一实施例的第一扩光层的立体示意图；
图5B是根据图5A中剖面线i3-i3所绘的剖面示意图；
图6是本发明第二实施例的显示模块的立体爆炸示意图；
图7A是本发明第二实施例的第一增亮膜的剖面示意图；
图7B是本发明第二实施例的第二增亮膜的剖面示意图；
图8A是本发明第三实施例的显示模块的立体爆炸示意图；
图8B是本发明另一实施例的显示模块的立体爆炸示意图；
图9A是本发明一实验例和二比较例在高亮度下第一方向上依不同视角所纪录的辉度分布图；
图9B是本发明一实验例和二比较例在高亮度下第一方向上依不同视角所纪录的对比分布图；
图10A是本发明一实验例和二比较例在低亮度下第一方向上依不同视角所纪录的辉度分布图；
图10B是本发明一实验例和二比较例在低亮度下第三方向上依不同视角所纪录的辉度分布图。
其中，附图标记：
a1-a4 角度
d1-d5、v1-v3 方向
I1-I3 强度
h1-h5 高度
L1-L15 光
View1,View2 数据
w1-w12 宽度
100,200,300A,300B 显示模块
101,201,301 出光面
101N 法向量
110,210,310 背光模块
120,220,320 液晶层
130,230,330 第一扩光层
131 第一微结构
132 顶面
133,173,273,183,283,293 基底层
134 底面
140,240,340 偏振片
150,250,350 背光光源
160,260,360 复合光学层
170,270,370 第一增亮膜
171,271 第一棱镜
172,272 第一顶角
275 第一斜面
180,280,380 第二扩光层
181 第二微结构
182 顶角
183 基底层
274,294 雾化表面
290 第二增亮膜
291 第二微结构
292 第二顶角
295 第二斜面
361 反射式偏光增亮膜
具体实施方式
本发明所提出的显示模块可以提供良好的显示画面，同时显示模块较佳具有广视角，使用者在显示模块前可以在多个角度看到清楚的显示画面。本发明所提出的显示模块可以应用于电脑屏幕、电视屏幕，更可以应用于各种领域，例如是销售终端(Point ofsale,POS)、自助服务终端(Kiosk)、工业用电脑(IPC)、安全监控系统、商用游戏机、医疗设备、工厂自动化、电子看板、运输资讯及航海与户外显示器等，本发明不限于上述应用领域。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”也可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本文的教导。
图1A是本发明第一实施例所提出的显示模块的正面示意图。请参照图1A，本发明第一实施例所提供的显示模块100可以自出光面101提供影像光L4，且影像光L4在第一方向d1上可以提供较大的视角范围。
具体而言，本实施例的第一方向d1为垂直于出光面101的法向量方向。当使用者面对显示模块100的出光面101时，第一方向d1为出光面101所提供的画面在使用者眼中沿着左右延伸的方向，亦即出光面101的3点钟至9点钟方向；垂直于第一方向d1的第二方向d2为出光面101所提供的画面在使用者眼中沿着上下延伸的方向，亦即出光面101的12点钟至6点钟的方向。第三方向d3、第四方向d4则为一样垂直于出光面101的法向量方向，其中第三方向d3和第一方向d1之间夹角a1为45度；第四方向d4和第一方向d1之间夹角a2为135度。本实施例的显示模块100在出光面101上提供在第一方向d1具有广视角的影像光，让使用者看到的影像光所形成的显示画面品质不会随着使用者沿着左右方向(亦即3点钟至9点钟方向)移动而改变。
以下将搭配上述方向d1至d4来描述视角，藉以详细描述显示模块100的详细特征，但本发明并不限于上述延伸方向以及角度。本领域具有通常知识者得以视需求调整广视角所对应的方向而不脱离本发明所教示的精神。
图1B是本发明第一实施例中显示模块的立体爆炸示意图。为了清楚起见，在图中放大了层、膜、面板、区域等的厚度以及表面结构。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。
请参照图1B，显示模块100包括背光模块110、液晶层120以及第一扩光层130，其中出光面101邻近第一扩光层130，上述元件实质上沿着出光面101的法向量101N排列。第一扩光层130为沿着一虚拟平面延伸，且此虚拟平面实质上平行于出光面101，虚拟平面的法向量方向实质上与出光面101的法向量101N方向相同，因此以下关于本实施例的虚拟平面以及虚拟平面法向量的叙述将以出光面101以及法向量101N为例说明。
进一步参照图1B来举例说明上述的视角。视角为使用者观察方向和出光面101的法向量101N之间的夹角。以观察方向v1为例，观察方向v1是正面观看出光面101的方向，实质上为沿着法向量101N的方向，也就是平行于法向量101N的方向。观察方向v1和法向量101N之间夹角为0，亦即观察方向v1的视角为0。以观察方向v2和v3为例，观察方向v2和法向量101N之间夹角为a3，亦即观察方向v2的视角为a3；观察方向v3和法向量101N之间夹角为a4，亦即观察方向v3的视角为a4，其中视角a3大于视角a4。上述说明系用以使本说明书的叙述更加明确，并非用以限定本发明。
本实施例的背光模块110提供一面光源给液晶层120，面光源经由液晶层120形成影像光L3，第一扩光层130用以增加影像光L3的视角范围，形成可以提供广视角画面的影像光L4。
本实施例的背光模块110所提供的面光源在第一方向d1上具有较小的发散角，准直性较高，而在第二方向上具有较大的发散角，准直性较低。具体而言，在第一方向d1上，面光源在视角为60度的光强度和视角为0度的光强度之间的差异较大；在第二方向d2上，面光源在视角为60度的光强度和视角为0的光强度之间的差异较小。换句话说，同样以60度视角观察面光源时，第一方向d1上的光强度会低于第二方向d2上的光强度。较佳而言，面光源在第一方向d1上的发散角可例如定义为：面光源在平行第一方向d1且垂直于面光源上截面上各视角辉度分布曲线(例如图2所示)中相对于中轴的半高全宽(Full Width at HalfMaximum,FWHM)角度。换言之，当发散角较小时，即表示在该截面上各视角的辉度分布曲线具有较小的半高全宽。
因此，当本实施例的影像光L3被第一扩光层130增加第一方向d1上的视角范围时，漏光的现象得以降低，甚至可以解决漏光的问题。
在本实施例中，第一扩光层130邻近液晶层120的上偏光片140(亦即邻近显示模块100的出光面101的偏光片)，且液晶层120的另一侧还包括下偏光片(未绘示)，藉以让液晶层120可以藉由光的偏振来控制透光度。第一扩光层130位于上偏光片140和液晶层120之间，藉以增加影像光L3在第一方向d1上的视角范围并形成影像光L4，使影像光L4所形成的显示画面具有广视角功能。本发明的第一扩光层并不限于上述的第一扩光层130，在其他实施例中，第一扩光层亦可以设置于上偏光片上，或甚至形成为偏振扩光片来单独形成于液晶层上。
以下将进一步详细说明本发明第一实施例中的元件。本实施例的背光模块110包括背光光源150以及复合光学层160。背光光源150用以提供第一照明光L1，第一照明光L1往复合光学层160传递。背光光源150例如是由发光二极管(Light emitting diode,LED)、冷阴极萤光灯管(Cold cathode fluorescent lamp,CCFL)形成，且背光光源110可以是直下式(direct back-lit)或侧照式(edge lit)。在一实施例中，背光光源包括多个发光单元以形成直下式背光。发光单元较佳为次毫米发光二极管(mini LED)或微发光二极管(microLED,μLED)。在一实施例中，这些发光单元沿着一平行于前述虚拟平面的另一虚拟平面分布，且背光光源适于对应液晶层120中透光度较高的区域对应点亮部分该些发光单元，以提供区域点亮(local dimming)功能，但本发明不限于此。
本实施例的复合光学层160接收第一照明光L1后形成第二照明光L2，其中复合光学层160例如是由多个光学薄膜形成，藉由光的折射或反射原理来形成第二照明光L2并作为液晶层120的面光源。在本发明所提出的实施例中，显示模块100可以在提供广视角画面的同时降低漏光的技术手段之一为利用复合光学层160来控制光的物理性质，以使出光面101在大视角方向可以减少漏光。以下将在示例性说明显示模块100的其他元件后进一步对复合光学层160作进一步说明。
本实施例的液晶层120在显示模块100中作为光阀(light valve)，用以控制复合光学层160和出光面101之间的透光度。具体而言，当影像光L4形成一画面时，画面中每个像素的透光度系藉由液晶层120的液晶的偏转角度控制，液晶的偏转角度则经由像素电路(Pixel circuit)所施加的电场大小来决定，且像素电路各自可以利用薄膜晶体管(Thin-Film Transistor,TFT)控制施加电场的信号。换句话说，本实施例中的液晶层120例如是一种TFT LCD，但上述各关于液晶层的元件仅示例性说明本实施例可以实施的细部特征之一，本发明并不限于此。
本发明第一实施例的液晶层120将自复合光学层160接收到形成为面光源的第二照明光L2形成为影像光L3，使影像光L3可以经过第一扩光层130在出光面101形成画面。第一扩光层130在本实施例中用以增加出光面101上每个位置的出光角度的范围，使影像光L3可以形成广视角的影像光L4。
本实施例的显示模块100中的复合光学层160用以调整第一照明光L1以形成第二照明光L2来避免影像光L3在出光面101漏光，其中复合光学层160可以调整第一方向d1上的光辉度(Luminance)分布，亦即可以在第一方向上d1调整单位面积中的发光强度。
图2是本发明第一实施例中第二照明光所形成的面光源在第一方向以及第二方向上不同视角的辉度的分布图。请参照图2，View1为沿着第一方向d1纪录面光源的辉度(单位：尼特,nit)随视角变化的数据；View2为沿着第二方向d2纪录面光源的辉度随视角变化的数据，其中此处例如是自相同的位置以不同方向、不同视角测量，因此视角为0度时的辉度实质上相同。详细而言，本实施例的显示模块藉由调整自背光模块110发出的第二照明光L2来使自液晶层120发出的影像光L3可以具有实质上相同或类似的辉度分布。以下将以第二照明光L2来举例说明各方向、各视角的辉度分布，但本发明并不限于此。本领域具有通常知识者更可以针对液晶层120的特性调整第二照明光L2的光强度或辉度分布，藉以使影像光L3可以具有以下所述较佳的光强度或辉度分布。
在沿着第一方向d1展开的视角范围中，面光源在视角为0度的辉度为I1；在视角为60度的辉度为I3。本实施例的复合光学层160可以使面光源符合：
6％≤(I3/I1)x100％≤12％，
亦即复合光学层160可以降低大视角范围内的单位面积的发光强度，使光集中在小视角范围中。
在沿着第二方向d2展开的视角范围中，面光源在视角为0度的辉度为I1；在视角为60度的辉度为I2。本实施例的复合光学层160可以使面光源符合：
19％≤(I2/I1)x100％。
换句话说，在以60度视角观察时，经复合光学层160调整后的第二照明光L2所形成的面光源亮度在第一方向d1的辉度和在第二方向d2的辉度的比例大致落在0.3至0.7的范围内。藉由复合光学层160的调整，出光面101在第一方向d1上可以降低漏光，尤其在低亮度时可以大幅降低漏光。再换句话说，复合光学层160在第一方向d1上提供聚光效果，并在第二方向d2实质上维持相同的辉度分布，使显示模块100在出光面101提供大幅降低漏光的广视角画面。
进一步而言，在本发明的其他实施例中，和第一方向d1夹45度的第三方向d3以及夹135度的第四方向d4上的辉度分布也可以类似上述的第一方向d1的辉度分布，也就是以视角60度观察面光源时，第三方向d3和第四方向d4的辉度会低于第二方向d2的辉度分布。
详细而言，本实施例在第三方向d3、第四方向d4的面光源的辉度分布也符合：
6％≤(I3/I1)x100％≤12％的关系，其中I3是在第三方向d3或第四方向d4上视角为60度的辉度，I1是视角为零的辉度。藉由复合光学膜160所调整的第二照明光L2所形成的面光源，以及此面光源所形成的带有类似辉度分布的影像光L3，可以进一步确保出光面101的漏光大幅降低，但本发明不限于此，本发明具有通常知识者可以视亮度需求来调整。
以下将再搭配第一实施例以及其他实施例详细举例说明本发明所提出的显示模块的复合光学层。请参照图1B，在本发明的第一实施例中，复合光学层160包括第一增亮膜170以及第二扩光层180。
需要说明的是，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方的取向。
在出光面101的法向量101N上，本发明第一实施例的显示模块100的第一增亮膜170邻近背光光源150，第二扩光层180位于第一增亮膜170的上方，亦即第二扩光层180位于第一增亮膜170和液晶层120之间。第一增亮膜170包括多个第一棱镜，且这些第一棱镜的延伸方向和第一方向d1之间的夹角小于等于20度(本实施例以0度为例)；第二扩光层180包括多个第二微结构，且这些第二微结构的延伸方向和第一方向d1之间的夹角小于等于20度(本实施例以0度为例)。相对而言，第一扩光层130包括多个第一微结构，且这些第一微结构的延伸方向和第二方向d2之间的夹角小于等于20度(本实施例以0度为例)。以下将依序说明第一扩光层130和复合光学层160中的元件的详细特征。
图3A是本发明第一实施例的第一增亮膜170的立体示意图；图3B是图3A中根据剖面线i1-i1绘示的剖面示意图。请参照图3A，第一增亮膜170包括多个第一棱镜171，且这些第一棱镜171的延伸方向和第一方向d1之间的夹角≤20度(此处以0度为例)。第一增亮膜170藉由这些第一棱镜171来修正来自背光光源150的第一照明光L1，使光正面集中。
详细而言，请参照图3B，第一增亮膜170的这些第一棱镜171在沿着第二方向d2具有三角形的截面，顶角172为尖角，且第一增亮膜170例如还包括基底层173，这些第一棱镜171形成在基底层173上，用以使穿过的光朝正面集中、增加亮度。另一方面，第一增亮膜170的材质的折射率≥1.6，上述材质例如是掺杂高折射率粒子的胶体，较佳为折射率为1.5的胶体掺杂折射率大于等于1.7的高折射率无机粒子，藉以提供良好的折射效果，并使第一方向d1上视角60度的亮度有效降低至适当范围。第一增亮膜170例如是友辉GL512J，其中第一棱镜171的材质折射率较佳为1.63。
本实施例的第一增亮膜170、第一扩光层130和第二扩光层180上的结构的形状还有各自不同的特征，此处以倾斜区描述各自的形状特征。倾斜区落在这些元件上的这些棱镜或微结构中，这些棱镜或微结构中总高度的0.1倍至0.9倍的部分为上述的倾斜区。
举例而言，请参照图3B，本实施例的第一棱镜171的总高度为h1，则高度位于0.1h1至0.9h1的部分为第一棱镜171的倾斜区，且这部分第一棱镜171投影在第二方向d2的宽度为w2，其他部分投影的宽度则为2w1。请一并参照图3A，由于第一棱镜171沿着方向d1延伸且具有实质上相同的剖面形状，且侧面为倾斜的平面，因此第一增亮膜170的倾斜区投影至基底层173的区域(亦即在显示模块100中投影至与出光面101平行的平面的区域)占基底层173的区域的百分比实质上为80％。换句话说，当这些第一棱镜131投影至与出光面101平行的一虚拟平面上时，这些第一棱镜131的投影面积中，有80％为倾斜区中的部分第一棱镜131的投影区域。
以下将再引用上述的倾斜区定义描述其他元件，但其中“倾斜”并非用以限定该区域的外型，仅用以与结构中的其他区域区隔。
另一方面，本发明实施例中第一增亮膜中第一棱镜的顶角并不限于上述的尖角，请参照图3C中另一实施例的第一增亮膜170A的剖面示意图，其中第一棱镜171A的顶角实质上为圆角。进一步而言，本发明实施例中第一增亮膜中第一棱镜的倾斜区投影在与出光面平行的虚拟平面的区域占第一增亮膜投影至此虚拟平面的区域的百分比实质上落在75％至80％的范围。
本文使用的“约”、“近似”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”或“实质上”可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。
图4A是本发明第一实施例的第二扩光层的立体示意图；图4B是根据图4A中剖面线i2-i2所绘的剖面示意图。请参照图4A，本发明第一实施例的第二扩光层180包括多个第二微结构181，这些第二微结构181的延伸方向和第一方向d1之间夹角小于等于20度(此处以0度为例)。这些第二微结构181实质上沿着第一方向d1延伸、沿着第二方向d2排列、同时第二微结构181在延伸的同时在出光面的法线方向(亦即第五方向d5)的厚度也可以改变，藉以提供适当的光扩散效果，本发明并不限于此。
请参照图4B，相较于第一增亮膜170中第一棱镜171的顶角172而言，第二扩光层180的顶角182的曲率半径较大，亦即r角较大。第二扩光层180还包括基底层183，这些第二微结构181形成在基底层183上。
本实施例的第二扩光层180中的这些第二微结构181的倾斜区在第一扩光层130所延伸的虚拟平面上的投影面积小于第一增亮膜170中上述多个第一棱镜171的倾斜区在上述虚拟平面的投影面积。具体而言，上述第一扩光层130延伸的虚拟平面以与之平行的出光面101为例，请参照图4B，由于第二微结构181实质上具有弧形的截面，且第二扩光层180和第一增亮膜170的大小同时对应至出光面101时，第二扩光层180的倾斜区投影至出光面101的投影面积会小于第一增亮膜170的倾斜区投影至出光面101的投影面积。
进一步而言，每个第二微结构181的倾斜区在出光面101的投影面积占整体出光面的百分比实质上可以藉由以下的算式计算：
(w4/(w3+w4+w5))×％
其中h1为第二微结构181的整体高度，w3为0.1h2高度以下的部分第二微结构181投影至平行于出光面101的虚拟平面的宽度，w4为0.1h2至0.9h2高度的部分第二微结构181投影至平行于出光面101的虚拟平面的宽度，w5为0.9h2至h2高度的部分第二微结构投影至平行于出光面101的虚拟平面的宽度。由上述的算式，本实施例的第二扩光层180的倾斜区投影至出光面101的面积占出光面101面积的20％至75％，适于调整第二方向d2上第二照明光L2在不同视角上的光强度分布的半高宽(例如是图2中的FWHM2)，藉以提供适当准直功能，并让影像光L3可以经由第一扩光层130提供良好的光扩散功能。
同时，由于第二扩光层180实质上是由沿着第一方向d1延伸的一维扩光层形成，相较于二维分布的扩光层可以进一步降低在第一方向d1上视角为60度的光强度，进而降低出光面101的漏光。
图5A为本发明第一实施例的第一扩光层130的立体示意图；图5B是根据图5A中剖面线i3-i3所绘的剖面图。请参照图5A，第一扩光层130包括多个第一微结构131，这些第一微结构131的延伸方向和第二方向d2之间夹角小于等于20度(此处以0度为例)。第一扩光层130例如是可透光的光学透镜层。
本发明并不限于上述本实施例中的第一棱镜171、第一微结构131以及第二微结构181和第一方向d1、第二方向d2之间的相对关系，这些结构各自对应第一方向d1或第二方向d2之间的夹角可以落在≤20度的范围，本领域具有通常知识者自然可以视实际显示需求来适度调整每个结构的延伸方向的角度，藉以免除例如是因为光的干涉产生的图形(例如是Moiréinterference pattern)。
在本实施例中，第一扩光层130的倾斜区在出光面101(或是与第一扩光层130的延伸方向平行的虚拟平面)的投影面积小于第二扩光层180的倾斜区在出光面101(或是上述虚拟平面)的投影面积。请参照图5B，第一扩光层130包括第一微结构131以及基底层133，其中第一微结构131的顶面132具有一宽度，且在投影至出光面101的单位面积中，顶面132和底面134的投影区域在单位面积中所占的比例大于倾斜区的投影区域在单位面积中所占的比例。
具体而言，本发明第一实施例的第一扩光层130的第一微结构131投影至出光面101或是和第一扩光层140的延伸方向平行的虚拟平面时，第一微结构131的倾斜区投影至出光面101的面积占出光面101的面积的百分比为1％至20％。也就是说，当第一微结构131的倾斜区投影至上述的虚拟平面时，倾斜区的投影面积占整体第一扩光层130投影在此虚拟平面的1％至20％。因此，第一扩光层130可以确保影像光L4在大视角的范围内亦可提供形成良好的显示画面。
图6为本发明第二实施例的显示模块的立体爆炸示意图。显示模块200用以在出光面201提供显示画面，且显示模块200包括背光模块210的背光光源250以及复合光学层260，以及液晶层220、第一扩光层230以及偏振片240，其中背光光源250发出第一照明光L5；在复合光学层260形成第二照明光L6；经液晶层220形成第一影像光L7；经第一扩光层230形成第二影像光L8，并自出光面201发出。上述各元件类似于上述第一实施例的显示模块100中的元件，惟不同之处在于复合光学层260。
请参照图6，本发明第二实施例中的复合光学层260包括第一增亮膜270以及第二扩光层280，依序沿着出光面201的法向量自靠近背光光源250的一侧排列。复合光学层260还包括第二增亮膜290，且第二增亮膜290设置于第一增亮膜270靠近背光光源250的一侧，亦即第一增亮膜270设置于第二增亮膜290上。第二增亮膜290设置于背光光源250上，较佳设置于背光光源250的导光板上，在其他实施例中更可以设置在背光光源250的扩散板上，本发明不限于此。
第二增亮膜290包括多个第二棱镜291，这些第二棱镜291的延伸方向和第二方向d2之间的夹角≤20度(此处以0度为例)，用以进一步改善第二照明光L6的光型。
图7A是本发明第二实施例中沿着平行于第二方向d2的剖面线绘示的第一增亮膜的剖面示意图；图7B是本发明第二实施例中沿着平行于第一方向d1的剖面线绘示的第二增亮膜的剖面示意图。请一并参照图7A以及图7B，第一棱镜271包括两个第一斜面275，且两个第一斜面275相连接而形成第一顶角272。而第二棱镜291包含两个第二斜面295，且两个第二斜面295则相交而形成第二顶角292。第一顶角272及第二顶角292均可分别为尖角或圆角。在本发明的第二实施例中，第二顶角292的角顶曲率半径大于等于第一顶角272的角顶曲率半径，且第一顶角272实质上为尖角(即角顶曲率半径趋近于0)。在其他实施例中，第二棱镜291的顶角292亦可以为尖角。
本实施例的第一棱镜271的倾斜区投影至出光面201的面积大于等于第二棱镜291的倾斜区投影至出光面201的面积。具体而言，请参照图7A以及图7B，第一棱镜271的高度例如为h4，则高度落在0.1h4至0.9h4的倾斜区中的部分第一棱镜271的投影宽度为w10，因此第一棱镜271的倾斜区投影至出光面201或与出光面201平行的虚拟平面的面积占出光面201的面积的百分比为：
R1％＝((w10)/(2w9+w10))×％。
第二棱镜291的高度例如为h5，则高度落在0.1h5至0.9h5的倾斜区中的部分第二棱镜291的投影宽度为w12，因此第二棱镜291的倾斜区投影至出光面201或与出光面201平行的虚拟平面的面积占出光面201的面积的百分比为：
R2％＝((w12)/(2w11+w12))×％。
在本实施例中，由于第二棱镜291的第二顶角292的角顶曲率半径可以提高，因此R1％≥R2％。藉由第一增亮膜270，本实施例的显示模块200中用以形成影像光L7的第二照明光L6的强度可以在视角为60度时在第一方向d1上降低至适当的范围；藉由第二增亮膜290，第二照明光L6在亮度对视角的分布上可以调整至适当的半高宽。
在本发明的实施例中，上述的第一棱镜、第二棱镜、第一微结构以及第二微结构的各自高度实质上为高度≥0.5微米(micrometer,μm)的高度，因此均可以适当的提供光学集中或扩散效果。
除了角顶曲率半径差异外，本发明第二实施例所提出的显示模块还可以藉由调整第一棱镜271的第一顶角272以及第二棱镜291的第二顶角292所夹角度的大小来调整第二照明光L6在亮度对视角的分布上的半高宽，较佳为第二顶角292的所夹角度≥第一顶角272的所夹角度。第一棱镜271的第一顶角272所夹角度较佳为90度，藉以使在第一方向d1上的亮度可以在大视角方向降低，而第二棱镜291的第二顶角292所夹角度则较佳为大于90度，使在第一方向d2上的亮度对视角的分布上的半高宽得以维持。换言之，在此实施例中，二第一斜面275的法向量夹第一夹角θ1，二第二斜面295的法向量夹第二夹角θ2，则第二夹角θ2小于或等于第一夹角θ1。
另一方面，在本实施例中，第一棱镜271的材质的折射率≥第二棱镜291的材质的折射率，让第一棱镜271可以进一步藉由带有高折射率的材质调整第一方向d1上视角60度的亮度。举例而言，第一增亮膜270的材质例如可以是折射率为1.5的胶体掺杂具有高折射率(折射率≥1.7)的无机粒子，而第二增亮膜290的材质例如可以是折射率落在1.49至1.55的范围的胶体。
本实施例的第一增亮膜270和第二增亮膜290各自还包括雾化表面，且藉由第二增亮膜290的雾化表面的雾度大于第一增亮膜270的雾化表面的雾度来调整第二照明光L6在亮度对视角的分布上的半高宽。请参照图7A以及图7B，第一增亮膜270具有雾化表面274；第二增亮膜290具有雾化表面294，其中第一增亮膜270的雾化表面274的雾度可以降低来维持第一方向d1上视角60度的光强度不会过大；第二增亮膜290的雾化表面294的雾度可以实质上落在30％来维持亮度对视角的分布上的半高宽。
本发明实施例中的复合光学层还可以藉由反射式偏光增亮膜来改善第二照明光的光强度分布，进而减少出光面上的漏光。
请参照图8A所绘的第三实施例的显示模块的立体爆炸图，其中显示模块300A类似于上述第一实施例的显示模块100，用以自出光面301发出可以形成画面的影像光，显示模块300A包含背光模块310的背光光源350以及形成复合光学层360的第一增亮膜370以及第二扩光层380，还有液晶层320、第一扩光层330和偏振片340。不同于上述第一实施例的显示模块100，显示模块300的复合光学层360还包含反射式偏光增亮膜361，设置于第二扩光层380靠近背光光源350的表面。反射式偏光增亮膜361例如是3MTM DBEF QV2反射式偏光增光片。反射式偏光增亮膜361可以增加正面传递方向的光的强度，亦即增加光的使用效率。因此，反射式偏光增亮膜361亦可使显示模块300A中的第二照明光L10带有良好的辉度分布，以使液晶层320形成的影像光L11可以经第一扩光层330形成可以在大视角提供显示画面的影像光L12。
本发明的反射式偏光增亮膜361并不限于上述第三实施例的设置位置。请参照图8B所绘的另一实施例的显示模块300B，其中反射式偏光增亮膜361系设置于第一增亮膜370靠近背光光源350的表面，可以进一步增加正面方向传递的第二照明光L13的强度，亦即第二照明光L13的准直性会较上述第二照明光L10的准直性高。较佳而言，第一增亮膜370上的多个第一棱镜可以直接以镀膜成形的方式形成在反射式偏光增亮膜361，以使第二照明光L13的偏振方向维持在适当范围，进而降低对影像光L14,L15的影响。另一方面，藉由反射式偏光增亮膜361，第一增亮膜370的材质可以选用折射率较一般，例如落在1.49至1.55的范围的材质以降低整体制作成本，亦可以选用高折射率的材质来进一步提升更高准直的第二照明光L13。
以下再以数个实验例举例说明本发明所提出的显示模块所能带来的功效。图9A是依照本发明一实验例中显示模块在高亮度时在第一方向上(亦即显示画面的三点钟至九点钟方向上)的辉度分布以及另外两个比较例中显示模块在第一方向上的辉度分布的比较图，其中纵轴为辉度(单位：nit)，横轴为视角(单位：度)；图9B是依照本发明一实验例中显示模块在高亮度时在第一方向上的对比分布以及另外两个比较例中显示模块在第一方向上的对比分布的比较图，其中纵轴为对比，横轴为视角(单位：度)。在本实验例中，显示模块类似于上述第二实施例的显示模块200，显示模块包括背光模块、液晶层以及第一扩光层。本实验例的背光模块朝着靠近液晶层的方向依序包括背光光源、第二增亮膜、第一增亮膜以及第二扩光层，且背光模块还包括上述的反射式偏光增亮膜，配置于第二扩光层和第一增亮膜之间。
详细而言，在本实验例中，第一扩光层实质上沿着一虚拟平面延伸。第一扩光层的形状实质上类似于上述图5B所绘的第一扩光层的形状，惟其倾斜区投影至上述虚拟平面的面积占第一扩光层投影至上述虚拟平面的面积的百分比实质上为7％。
第二扩光层实质上为一维光扩散层(1dimensional diffusor)，其较佳为光扩散角或光发散角为20度的光扩散层。
第一增亮膜上的第一棱镜的材质的折射率实质上为1.63，第一棱镜的两个斜面的法向量夹角为90度(垂直于第一棱镜延伸方向的截面的两个斜边夹90度)，第一棱镜的顶角为r1角，且第一增亮膜背对于液晶层的表面的雾度为4％。
第二增亮膜上的第二棱镜的材质的折射率实质上为1.52，第二棱镜的两个斜面的法向量夹角为90度(垂直于第一棱镜的延伸方向的截面的两个斜边夹90度)，第二棱镜的顶角为r7角，且第二增亮膜背对于液晶层的表面的雾度为8％。
请参照图9A，Lumi3为本实验例的辉度分布图；Lumi2为使用本实验例的第一扩光层、液晶层搭配一般背光的比较例的辉度分布图；Lumi1为使用一般显示模块的比较例的辉度分布图。换句话说，Lumi2为一般显示模块形成广视角画面的辉度分布图，且由图9A可以看出，本实验例中的显示模块在高亮度的辉度分布仍可以在大视角提升。需要说明的是，图9A、9B以及后续参照的图10A、10B所纪录的内容例如以显示模块中第一扩光层的出光面为基准来测量的结果，亦即图中的辉度分布可以对应至显示模块所提供的影像光在各视角的辉度分布。
请参照图9B，CR3为本实验例的对比分布图；CR2为一般显示模块形成广视角画面的比较例的对比分布图；CR1为一般显示模块的比较例的对比分布图。由图9B可以看出，本实验例中的显示模块在提升可视画面的视角范围的同时，可以减少对比的降低(CR3相对CR1的降低百分比低于10％)，可以维持高辉度高对比的显示画面。
图10A是依照本发明一实验例中显示模块在低亮度时在第一方向上(亦即显示画面的三点钟至九点钟方向上)的辉度分布以及另外两个比较例中显示模块在第一方向上的辉度分布的比较图，其中纵轴为辉度(单位：nit)，横轴为视角(单位：度)；图10B是依照本发明一实验例中显示模块在低亮度时在第三方向上(亦即显示画面的一点半钟至七点半钟方向上)的辉度分布以及另外两个比较例中显示模块在第三方向上的辉度分布的比较图，其中纵轴为辉度(单位：nit)，横轴为视角(单位：度)。
请参照图10A，在第一方向上，本实验例的显示模块可以改善低亮度时的辉度分布(辉度分布Lumi6)，相较一般显示模块形成广视角画面的辉度分布Lumi5以及一般显示模块的画面的辉度分布Lumi4，在大视角范围(例如是50度至70度视角范围内)可以大幅降低辉度，亦即减少漏光现象。
请参照图10B，在第三方向上，亦即垂直于显示模块的出光面的法向量，并与第一方向夹45度的方向上，本实验例的显示模块在低亮度时也可以大幅降低大角度的辉度分布(Lumi9)，相较于一般显示模块形成广视角画面的辉度分布Lumi8以及一般显示模块的画面的辉度分布Lumi7，在大视角范围(例如是50度至70度视角范围内)可以大幅降低辉度，亦即减少漏光现象。
综上所述，本发明的显示模块可以藉由复合光学层提供第二照明光，且第二照明光在第一方向上随视角变化的分布较第二方向上随视角变化的分布集中，因此可以使形成于分光层的出光面的显示画面在提供广视角的效果的同时，避免显示画面中有漏光的现象发生。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地这样定义。
本文参考作为理想化实施例的示意图的截面图来描述示例性实施例。因此，可以预期到作为例如制造技术及/或公差的结果的图示的形状变化。因此，本文所述的实施例不应被解释为限于如本文所示的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙及/或非线性特征。此外，所示的锐角可以是圆的。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不是旨在示出区域的精确形状，并且不是旨在限制权利要求的范围。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种显示模块，其特征在于，包括：
一背光模块，提供一面光源；
一液晶层，配置于该背光模块上；以及
一第一扩光层，配置于该液晶层上，该面光源经由该液晶层形成一影像光，该影像光经由该第一扩光层沿着一第一方向增加视角的范围，且该第一扩光层实质上沿着一虚拟平面延伸，该第一方向垂直于该虚拟平面的法向量；
其中该面光源在该第一方向的60度视角亮度低于在一第二方向的60度视角亮度，且该第二方向垂直于该第一方向以及该虚拟平面的法向量；
上述视角为观察方向和该虚拟平面的法向量的夹角；
该背光模块包括：
一背光光源，提供一第一照明光；
一复合光学层，配置于该背光光源上，且该第一照明光经由该复合光学层形成为一第二照明光，该第二照明光形成该面光源，该第二照明光在该第一方向上随视角变化的分布较该第二方向上随视角变化的分布集中。
2.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，在该第一方向上，该面光源在视角60度的亮度占在视角0度的亮度的百分比落在6％至12％的范围。
3.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，在该第二方向上，该面光源在视角60度的亮度占在视角0度的亮度的百分比大于等于19％。
4.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，在一第三方向上的60度视角的亮度低于在该第二方向上的60度视角亮度，且该第三方向与该第一方向夹45度，并垂直于该虚拟平面的法向量。
5.如权利要求4所述的显示模块，其特征在于，在该第三方向上，该面光源在视角60度的亮度占在视角0度的亮度的百分比落在6％至12％的范围。
6.如权利要求1所述的显示模块，其特征在于，该第一扩光层包括多个第一微结构，该些第一微结构的延伸方向与该第二方向之间的夹角小于等于20度。
7.如权利要求6所述的显示模块，其特征在于，该复合光学层包括：
一第一增亮膜，包括多个第一棱镜，该些第一棱镜的延伸方向和该第一方向之间的夹角小于等于20度；以及
一第二扩光层，包括多个第二微结构，该些第二微结构的延伸方向和该第一方向之间的夹角小于等于20度。
8.如权利要求7所述的显示模块，其特征在于，当h为每个该第一棱镜、该第一微结构或该第二微结构在该虚拟平面的法线方向上的高度，该第一增亮膜、该第一扩光层或该第二扩光层的倾斜区为在该虚拟平面的法线方向上每个该第一棱镜、该第一微结构或该第二微结构的高度落在0.1h至0.9h的部分；
在该虚拟平面上，该第一扩光层的倾斜区的投影面积小于该第二扩光层的倾斜区的投影面积；该第二扩光层的倾斜区的投影面积小于该第一增亮膜的倾斜区的投影面积。
9.如权利要求8所述的显示模块，其特征在于，在显示面上，
该第一扩光层的该倾斜区投影至该虚拟平面的面积占该第一扩光层在该虚拟平面的投影面积的1％至20％；
该第二扩光层的该倾斜区投影至该虚拟平面的面积占该第二扩光层在该虚拟平面的投影面积的20％至75％；
该第一增亮膜的该倾斜区投影至该虚拟平面的面积占该第一增亮膜在该虚拟平面的投影面积的75％至80％。
10.如权利要求7所述的显示模块，其特征在于，该第一增亮膜的材质的折射率大于等于1.6。
11.如权利要求7所述的显示模块，其特征在于，该复合光学层还包括：
一第二增亮膜，邻近该背光光源，位于该第一增亮膜以及该背光光源之间；
其中该第二增亮膜包括多个第二棱镜，该些第二棱镜的延伸方向和该第二方向之间夹角小于等于20度。
12.如权利要求11所述的显示模块，其特征在于，当h为每个该第一棱镜或该第二棱镜在该虚拟平面的法线方向上的高度，该第一增亮膜或该第二增亮膜的倾斜区为在该虚拟平面的法线方向上每个该第一棱镜或该第二棱镜的高度落在0.1h至0.9h的部分；
在该虚拟平面上，该第二棱镜的该倾斜区的投影面积小于该第一棱镜的该倾斜区的投影面积。
13.如权利要求11所述的显示模块，其特征在于，每个该第一棱镜具有一第一顶角，该第一顶角为一尖角或一圆角；
每个该第二棱镜具有一第二圆角；
当该第一顶角为该圆角时，该第二圆角的角顶曲率半径大于该第一顶角的角顶曲率半径。
14.如权利要求11所述的显示模块，其特征在于，该第一增亮膜与该第二增亮膜朝向该背光光源的一侧各自形成雾化表面，该第二增亮膜的雾化表面的雾度大于该第一增亮膜的雾化表面的雾度。
15.如权利要求11所述的显示模块，其特征在于，该第一棱镜的材质的折射率大于或等于该第二棱镜的材质的折射率。
16.如权利要求11所述的显示模块，其特征在于，该第一增亮膜的每个该第一棱镜包括二第一斜面以及连接该二第一斜面的第一顶角，其中该二斜面的法向量实质上为互相垂直。
17.如权利要求11所述的显示模块，其特征在于，该第一增亮膜的每个该第一棱镜包括二第一斜面以及连接该二第一斜面的第一顶角；
该第二增亮膜的每个该第二棱镜包括二第二斜面以及连接该二斜面的第二顶角；
该二第一斜面的法向量夹第一夹角，该二第二斜面的法向量夹第二夹角，该第二夹角小于或等于该第一夹角。
18.如权利要求7所述的显示模块，其特征在于，该复合光学层还包括：
一反射式偏光增亮膜，位于该第二扩光层靠近该第一增亮膜的一侧；
穿透该反射式偏光增亮膜的第一照明光具有一偏振方向以及较小的发散角。
19.如权利要求7所述的显示模块，其特征在于，该复合光学层还包括：
一反射式偏光增亮膜，位于该第一增亮膜靠近该背光光源的一侧；
穿透该反射式偏光增亮膜的第一照明光具有一偏振方向且较小的发散角。
20.如权利要求7所述的显示模块，其特征在于，该背光光源包括多个发光单元，该些发光单元组成具区域点亮功能的直下式背光。
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