TW201445174A - 多功能複合型光學膜 - Google Patents

Abstract

一種具有增強亮度、自擴散與遮瑕功能之複合型光學膜，其包含:一結構化基材，其包含一結構化光入射表面，該結構化光入射表面的相反側具有一光射出表面，該結構化光入射表面包含橫向安排的複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構其中之一者；一支撐基板材，和該結構化基材之光射出表面相鄰接，其一側具有一光入射表面，該光入射表面的相反側具有一光射出表面，其中該光入射表面和該光射出表面之至少一者包含複數個內埋式粒子，其中該等內埋式粒子的至少一部分突出於該支撐基材的該光射出表面。

Description

多功能複合型光學膜

本發明係有關於一種具有一結構化基材的複合型光學膜，特別是具有增強亮度、自擴散與遮瑕功能的光學膜；更特別有關於一種用於平面顯示器的複合型光學膜。

平面顯示器技術被普遍地應用於電視顯示器，電腦顯示器，以及手持電子裝置(例如行動電話、行動上網裝置(MID，Mobile Internet Device)等)的顯示器上。液晶顯示器(LCD)係為一種平面顯示器，其運用具有像素陣列的液晶模組來產生畫面。

圖1繪示傳統的LCD顯示器。背光液晶顯示器10包含液晶顯示模組12，以背光模組14形成之平面光源，以及上擴散片22、下擴散片24及亮度增強片26和28等數個光學膜插入於液晶模組12與背光模組14之間。液晶模組12包含被夾於兩透明基板之間的液晶，以及控制電路，用來定義一二維畫素陣列。背光模組14提供平面的光線分佈，一種為光源延伸於一平面上的背光或為如圖1所示的邊緣式背 光，其在導光板18的邊緣上提供線性的光源16。反射片20係用來引導光線自線性光源16進入導光板18，使光線經過面對液晶模組12最頂端的平面。上擴散片22、下擴散片24及亮度增強片26和28該等數個光學膜將通過的光線重新分佈或集中，以使離開該等數個光學膜的光線能被引導而更靠近液晶顯示模組12表面的法線行進，使光線均勻地分佈於液晶模組12的平面區域，且具有相對高的法線光強度。

減少液晶螢幕的耗電、厚度和重量且能保持品質的需求逐漸增加。因此，希望能減少背光模組的耗電、重量及厚度，還有希望減少光學膜片的厚度。以往，許多液晶顯示器使用兩層亮度增強片(如圖1所示之液晶顯器)，其繞著垂直於膜片平面的軸旋轉，如此個別的膜片層的溝槽相對於彼此係呈九十度，如此使光線對齊於垂直於光輸出表面的兩個平面，兩個亮度增強片中一者光亮表面以及另一光亮或結構表面之間可能會產生光學擾動，造成顯示畫面中有如干擾波紋等不欲求的視覺產物(即亮暗交錯重複的圖形)。來自於干擾波紋、物理缺陷、汙點及不均勻等不欲產生且影響視覺的效果，可藉由使用上擴散片而被遮罩(例如於亮度增強片26上方的擴散片22)。

迄今，為了減少液晶顯示器中整體光學膜片的厚度，許多技術都著力於減少光學膜片的數量，自四片(例如圖1的光學膜片22、24、26與28)減少到三片。一般而言是將上擴散片22和亮度增強片26結合成為單一的混合型膜片結構，再與下擴散24及亮度增強片28組合而成三片式 結構。這種三片式結構的顯示器被廣泛使用於手持式電子裝置以及筆記型電腦中。

然而，為縮小該等產品的尺寸及降低成本，顯示器產業仍然需求著一種尺寸較三件式顯示器更輕薄且具成本效益的光學結構，其可提供能增強亮度、自擴散與遮瑕功能的光學結構。

本發明係提供一種具有增強亮度、自擴散與遮瑕功能之複合型光學膜，其包含：一結構化基材，其包含一結構化光入射表面，該結構化光入射表面的相反側具有一光射出表面，該結構化光入射表面包含橫向安排的複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構其中之一者；一支撐基板材，和該結構化基材之光射出表面相鄰接，其一側具有一光入射表面，該光入射表面的相反側具有一光射出表面，其中該光入射表面和該光射出表面之至少一者包含複數個內埋式粒子，其中該等內埋式粒子的至少一部分突出於該支撐基材的該光射出表面。本發明一實施例中，該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構係被橫向地排列，其中相鄰列之稜鏡或透鏡波峰係實質上互相平行，相鄰波峰之間的距離係相同。一實施例中，該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構之波峰高度係為固定。一實施例中，該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構之波峰沿著縱向之高度具有高低差。

一進一步實施例中，藉由該支撐基材之該光 入射表面和該光射出表面之至少一者所包含的複數個內埋式粒子之數量及突出於該支撐基材的該光射出表面之數量控制霧度表現。另一實施例中，藉由突出於該支撐基材的該光射出表面之內埋式粒子數量控制該支撐基材的表面粗糙度、耐刮性及透光性。另一實施例中，該等稜鏡結構或透鏡結構係為UV樹脂材料所製得，使該結構化基材具耐刮傷與自癒合之功能。

10‧‧‧液晶顯示器

12‧‧‧液晶顯示模組

14‧‧‧背光模組

16‧‧‧線光源

18‧‧‧光導板

20‧‧‧反射片

22‧‧‧上擴散片

24‧‧‧下擴散片

26‧‧‧亮度增強片

28‧‧‧亮度增強片

100‧‧‧液晶顯示器

112‧‧‧液晶顯示模組

114‧‧‧背光模組

116‧‧‧線光源

118‧‧‧光導板

118a‧‧‧光射出表面

120‧‧‧反射片

124‧‧‧複合型光學膜

125‧‧‧結構化基材

125a‧‧‧光入射表面

125b‧‧‧光射出表面

126‧‧‧支撐基板材

126a‧‧‧光入射表面

126b‧‧‧光射出表面

127‧‧‧內埋式粒子

p1‧‧‧相鄰波峰之間距

p2‧‧‧相鄰波峰之間距

H1‧‧‧波峰高

H2‧‧‧波峰高

H3‧‧‧波峰高

H4‧‧‧波峰高

h1‧‧‧高低差

h2‧‧‧高低差

為了充分了解本發明之本質與優點，以及較佳實施方式，應配合參考圖式以了解以下詳細的說明。圖1係為先前技術之LCD的架構之示意圖；圖2係為本發明中具有結構化光入射表面之複合型光學膜的立體示意圖；圖3a係為本發明中包含縱向安排的複數列之縱向稜鏡結構之複合型光學膜的立體示意圖；圖3b係為本發明中包含縱向安排的複數列之縱向透鏡結構之複合型光學膜的立體示意圖；圖3c係為本發明中包含縱向安排的複數列之縱向具有高低差稜鏡結構之複合型光學膜的立體示意圖；圖3d係為圖3c之BB斷面剖視圖；圖3e係為圖3c翻轉180度之剖視立體圖；圖4a係為本發明中之平板面板顯示器之一實施例；圖4b係為本發明中之平板面板顯示器之另一實施例； 圖5a係為本發明中包含橫向安排的複數列之橫向稜鏡結構之光導板的立體示意圖；圖5b係為本發明中包含橫向安排的複數列之橫向透鏡結構之光導板的立體示意圖；圖5c係為本發明中包含橫向安排的複數列之橫向具有高低差稜鏡結構之光導板的立體示意圖；圖5d係為圖5c之CC斷面剖視圖；圖6係為包含複數個內埋式粒子之光射出表面的SEM照片。

本揭露內容係為目前實施本發明之最佳方式。本發明係參照各種實施例以及圖式而描述於此。此等揭露係供做描繪本發明的主要原理而不應被限制。熟習此等技藝之人士應了解各種變化與改良係可依照本發明精神所屬之範疇下的示而達成。本發明之範疇應由專利申請範圍定義之。

本發明係針對可增強亮度、自擴散與遮瑕功能之複合型光學膜。本發明之複合型光學膜係以膜片、板片或類似的形式呈現，其係可為具彈性或為硬性，具有具結構的光入射表面，其包含縱向安排的複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構其中之一者。本發明之複合型光學膜可應用於具有顯示面板之顯示裝置，其顯示面板可為平坦或彎曲的、硬性或軟性的。

本發明將藉由各實施例進一步於以下被描述。

圖2繪示之一平板面板顯示器的實施例。有關於本發明一實施例之背光液晶顯示器100包括液晶顯示模組112，做為背光模組114的平板光源，以及一複合型光學膜124穿插於液晶模組112以及背光模組114之間。液晶模組112包括被夾於兩個透明基板間之液晶，以及控制電路用以定義二維的畫素陣列。背光模組114提供平板光線分布，不論是背光式(backlit type)光源，其光源於一平面延伸，或是側光式(edge-lit type)光源，如圖2所示一線光源116係被提供於一光導板118的邊緣，反射片120被用於將來自線光源116的光線引導穿過該光導板118邊緣並進入。該光導板118係具有結構的(例如，錐形板以及光反射及/或光散射表面，被定義於面對液晶模組112的底部表面)，用來分佈以及導引光線穿過面朝液晶模組112的頂部表面。

圖3a為複合型光學膜124之AA斷面之剖視立體圖，又圖3b、3c為複合型光學膜124b及124c之剖視立體圖，其分別表示複合型光學膜的三種實施例。然本發明不受該等實施例所示之尺寸比例及微結構排列與組合方式所限制，可以任意改變圖中尺寸比例及微結構排列方式與組合之方式。如圖3a所示，複合型光學膜124包含一結構化基材125及一支撐基板材126。該結構化基材125包含一結構化光入射表面125a，又該結構化光入射表面125a的相反側具有一光射出表面125b。該結構化光入射表面125a包含縱向安排的複數列之縱向稜鏡結構(圖3a所示)(或可採如圖3b中縱向透鏡結構，其所示結構化基材125’之結構化光入射表面 125a’係呈圓弧波浪狀)，其中相鄰列之稜鏡或透鏡波峰係實質上互相平行，相鄰波峰之間的間距p1係相同，該結構化基材125可由光學上透明的材料所構成，例如為一UV聚合樹脂或一UV彈性膠。該支撐基板材126和該結構化基材125之該光射出表面125b相鄰接，其一側具有一光入射表面126a，該光入射表面126a的相反側具有一光射出表面126b，其中該支撐基板材126係聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、壓克力、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或其他於所屬技術領域中具有通常知識者所知的聚合物或以上聚合物之組合或其共聚合物。該光入射表面126a、該光射出表面126b和該支撐基板材126中央層之至少一者包含複數個內埋式粒子127，其中該等複數個內埋式粒子127係有機或無機粒子，內埋式粒子127係選自於由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化矽(silica)、矽氧烷(silicone)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、三聚氰胺(melamine)、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、矽膠及其組合所組成之群組，且其形狀可為圓球狀、葡萄串狀、中空球狀或多角形狀等。該等複數個內埋式粒子127可擴散光線以及將穿越的光線重新分佈，如此射出該複合型光學膜124的光線分布可被引導以沿著該光射出表面126b的法線行進。內埋式粒子127的添加量及突出於該光射出表面126b之數量也會影響其表面粗糙度、耐刮性及透光性，其中該光射出表面126b之內埋式粒子添加量依複合型光學膜124的霧度需求(3-85%)，調整內埋式粒子添加量(約2~50%不等)，而粒子突出高度約為粒子直徑的1/5~2/5左右。圖 3a、3b所示之實施例為該光射出表面126b包含複數個內埋式粒子127。圖6為該光射出表面126b包含複數個內埋式粒子127之SEM照片。

該等實施例中，該複合型光學膜124之該複數列之縱向稜鏡結構及該複合型光學膜124b之縱向透鏡結構之波峰高度係為固定(分別如圖3a、3b所示)，又稜鏡結構之波峰沿著縱向之高度可有高低差h1(如圖3c所示)或高度變化。圖3d為圖3c之BB斷面剖視圖，稜鏡結構沿著縱向之較高波峰高為H1，較低波峰高為H2，該二者高低差為h1(H1-H2=h1)。圖3e為圖3c翻轉180度之剖視立體圖，可看出稜鏡結構之波峰沿著縱向之高度可有高低差或高度變化。

另一實施例中，如圖4a、4b所示之平板面板顯示器100a及100b。該光導板118’係具有一結構化光射出表面118a，該結構化光射出表面118a包含橫向安排的複數列之縱向稜鏡結構(圖4a所示)。或光導板118”係具有一結構化光射出表面118a’，該結構化光射出表面118a’包含橫向安排的複數列之縱向透鏡結構(圖4b所示)。該等結構化光射出表面118a及118a’被分別用來擴散光線以及增強照明亮度，重新引導光線射出該光導板118’及118”，該複合型光學膜124及124b之該結構化光入射表面125a及125a’係分別接收經由該結構化光射出表面118a及118a’所射出之光線。

前述實施例中，如圖5a繪示之光導板118’係具有一結構化光射出表面118a，該結構化光射出表面118a 包含橫向安排的複數列之橫向稜鏡結構(圖5a所示)。或如圖5b繪示之光導板118”係具有一結構化光射出表面118a’，該結構化光射出表面118a’包含橫向安排的複數列之透鏡結構。該等相鄰列之稜鏡或透鏡波峰係實質上互相平行，相鄰波峰之間的間距p2係相同，且該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構之波峰高度係為固定(如圖5a、5b所示)。或稜鏡結構之波峰沿著橫向之高度具有高低差h2之變化(如圖5c所示)，又圖5d為圖5c之CC斷面剖視圖，稜鏡結構沿著縱向之較高波峰為H3，較低波峰高為H4，該二者高低差為h2(H3-H4=h2)。

另一實施例中，該複合型光學膜124之縱向安排的複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構與該光導板118之橫向安排的複數列之縱向稜鏡結構之堆疊角度約為90度時，其整體輝度(亮度)為最佳。然而，為克服複數個光學膜、板之表面結構和液晶模組中的像素陣列可能造成干擾波紋亦或莫爾紋(moiré pattern)，另一實施例中，可將堆疊角度調整小於90度，如此輝度將隨之下降。具縱向稜鏡結構之該複合型光學膜與具縱向稜鏡結構之該光導板之堆疊角度對整體輝度之影響關係如表1-1所示。另一實施例中，不同霧度會使輝度產生變化，提高霧度會使複合型光學膜的輝度隨之下降，但霧度增加將可有效提供模組更佳的遮瑕與光學均勻性之效果，其中該複合型光學膜與平面之光導板組裝時並無抗吸附之功效，其關係如表1-2所示。另一實施例中，稜鏡結構之波峰沿著橫向之高度具有高低差之複合型光學膜的霧度 與整體輝度之關係，其中該複合型光學膜與平面之光導板組裝時具有抗吸附之功效，其關係如表1-3所示。

其他實施例中，可由該支撐基板材126厚度、稜鏡結構或透鏡結構之波峰角度、高度、間距及內埋式粒子數量、突出數量等來控制該複合型光學膜124之霧度為3-85%。

其他實施例中，該支撐基板材126厚度可以有25μm、38μm、50μm、75μm、100μm、125μm、188 μm、250μm或300μm等不同厚度；由一紫外線聚合樹脂之結構化基材125的厚度可以為10-100μm，最佳是12-40 μm。

表2顯示不同厚度之支撐基板材厚度與稜鏡結構厚度之輝度增益、高抗刮性等特性，其中密著性(adhesion)是依據ASTM D3359-95a測試標準，此測試是用已瞭解稜鏡結構層與支撐基板材間之密著性程度。其經百格刀以相互垂直在稜鏡上等分成100格，再以3M # 600進行黏貼後，以放大鏡觀察此100格邊側之密著程度，判定標準如表3所示。

表2 不同厚度之支撐基板材厚度與稜鏡厚度之輝度增益、高抗刮性等特性

其他實施例中，該結構化基材125係為橫向安排的複數列之縱向稜鏡結構，其稜鏡間距可以為20-100μm，較佳為20-60μm，更佳為20-40 μm，最佳為20-30μm；其稜鏡可以為銳角，角度為40-120度，較佳為50-100度，更佳為，60-90度，最佳為60-75度；其稜鏡可以為圓角，圓 角半徑為0.1-5μm，較佳為0.3-1μm。

其他實施例中，該結構化基材125係為橫向安排的複數列之縱向透鏡結構，其透鏡間距可以為20-100μm，較佳為20-70μm，最佳為20-50μm。

有關於本發明之複合型光學膜可用於液晶顯示幕，例如，電視、筆記型電腦、螢幕、手持裝置如行動電話、數位相機、個人數位助理或類似的裝置，以使顯示更佳明亮。

一電子裝置(其可為PDA、手機、電視、顯示螢幕、可攜式電腦、冰箱等)包含根據本發明的複合型光學膜的平面顯示器，該平面顯示器包含：一顯示模組，根據一影像資料以供顯示一影像；一背光模組，提供照明至該顯示模組；上述實施例之一複合型光學膜，位於該顯示模組和該背光模組之間；一擴散片，位於該顯示模組和該複合型光學膜之間；以及控制電路其引導該影像資料至該平面顯示器以產生有關於該影像資料之一影像。

熟習此技藝之人士應可知各種調整和改變可被應用於本發明所揭露之結構以及流程，而不會脫離本發明的範疇和精神。藉由先前所述之內容，可知本發明可涵蓋有關本發明之調整和變化，若其落於以下所述之專利申請範圍以及其均等之內。

124‧‧‧複合型光學膜

125‧‧‧結構化基材

125a‧‧‧光入射表面

125b‧‧‧光射出表面

126‧‧‧支撐基板材

126a‧‧‧光入射表面

126b‧‧‧光射出表面

p1‧‧‧相鄰波峰之間距

Claims (13)

1. 一種複合型光學膜，包含：一結構化基材，其包含一結構化光入射表面，該結構化光入射表面的相反側具有一光射出表面，該結構化光入射表面包含縱向安排的複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構其中之一者；一支撐基材，和該結構化基材之光射出表面相鄰接，其一側具有一光入射表面，該光入射表面的相反側具有一光射出表面，其中該光入射表面和該光射出表面之至少一者包含複數個內埋式粒子。
2. 如專利申請範圍第1項所述之複合型光學膜，其中該等內埋式粒子的至少一部分突出於該支撐基材的該光射出表面。
3. 如專利申請範圍第2項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構係被橫向地排列，其中相鄰列之稜鏡或透鏡波峰係實質上互相平行，相鄰波峰之間的距離係相同。
4. 如專利申請範圍第3項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構係為UV聚合樹脂或UV彈性膠構成。
5. 如專利申請範圍第3項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構之波峰高度係為固定。
6. 如專利申請範圍第3項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構之波峰沿著縱向之高度具有高低差。
7. 如專利申請範圍第1至6項任一項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向稜鏡結構之稜鏡角度為40-120°。
8. 如專利申請範圍第1至6項任一項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向稜鏡結構之稜鏡角度為60-75°。
9. 如專利申請範圍第1至6項任一項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向透鏡結構之圓角半徑為0.1-5μm。
10. 如專利申請範圍第1至6項任一項所述之複合型光學膜，其中該複數列之縱向稜鏡結構或透鏡結構之間距為20-100μm。
11. 如專利申請範圍第1至6項任一項所述之複合型光學膜，其中該等複數列之稜鏡結構或透鏡結構之間距為24-60μm。
12. 一種平面顯示器，包含：一顯示模組，根據一影像資料以供顯示一影像；一背光模組，提供照明至該顯示模組；以及如專利申請範圍第1項之一複合型光學膜，位於該顯示模組和該背光模組之間。
13. 一電子裝置，包括：如專利申請範圍第12項之一平面顯示器；以及控制電路其引導該影像資料至該平面顯示器以產生有關於該影像資料之一影像。