TWI364555B - Optical sheet and backlight assembly having the same - Google Patents

Description

1364555 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種光學片，尤指一種增加亮度及視 角等光學特性之光學片。 【先前技術】 不同於其他顯示裝置，液晶（liquid crystal, LC)分子被 置入一薄膜電晶體（thin film transistor, TFT)基板及一液晶 顯示裝置之彩色濾光基板間，該液晶分子並不是自行發光 之發光材質，而是一受光材質，其控制從外部照射之光量 而顯示影像。據此，液晶顯示裝置必須有一裝置對液晶顯 示面板照射光源，如背光模組。 該背光模組其包括：一模架，其設有一容置空間；一 反射層，其設置於該容置空間之下表面，以反射先源至一 液晶顯示面板；一導光板，其設置於該反射層之上表面， 以引導光線；一發光單元，其設置於該導光板和該容置空 間的側壁之間，以發射光源；複數層光學片，其疊置於導 光板之上表面，以擴散及聚集光線；以及一底架，其設置 於該模架之上部，以覆蓋一區域，該區域為介於該液晶顯 示面板邊緣至模架侧緣之預定位置。 該光學片其包括：一擴散片，其用以擴散光源；一菱 鏡片，其疊置於該擴散片之上表面，以集中擴散的光源’ 並傳遞該集中的光源於該液晶顯不面板，以及一保5蒦片’ 其用以保護該擴散片及菱鏡片。 6 1364555 第一圖為習知液晶顯示裝置之剖視圖，該習知液晶顯 不裴置60其包括一背光模組50，其用以產生光源；一顯 不單元40，其設置於該背光模組5〇之上表面，以從該背 光模組50接收光源及顯示一影像。 詳細說明如下’該背光模組5〇包括一發光單元5 ^ 三其用以產生光源；及一導光單元，其引導產生於該發光 單元51之光，射入一液晶顯示面板〗〇。 並且，該顯示單元40其包括該液晶顯示面板1〇、及 • 一上偏光片30和下偏光片2〇,其分別設置於該液晶顯示 面板10之上表面及下表面。該液晶顯示面板1〇包括一設 有電極之TFT基板U、彩色濾光基板12及及—設置於該 TFT基板11與該彩色遽光基板12之間的液晶層（圖未示）。 ，詳細說明如下’該發光單元51其包括—產生光源之 發先疋件5U及—環繞該發光元件51a之燈反射單元 W。由該發光元件51a產生之光，射入一導光板52。該 =單元Mb反射由該發光元件&產生之光射入該 導光板52,而可增加射入該導光板52之光。 並且’該導光單71其包括—反射單m -導光板 L及一= 片53。該導光板52其設置於該發光單元51 側邊、，以引導該發光單元51所發出之光源。 並且’該反射單元54其設置於該導光板52之 板52㈣之光’反射回該導光板52。 面，用以，強：光學片53係設置於該導光板52之上表 面J以增強该導光板52之導光效率。該等光學片53 1364555 包括一擴散片53a、一菱鏡片53b及一保護片53c循序疊 置於該導光板52之上表面。 詳細地說明，該擴散片53a擴散從導光板52入射之 光，以使得光源能均勻分布。 並且，該菱鏡片53b之上表面設有重複設置之三角形 之菱鏡體，以一垂直於該液晶平板1〇之平面的方向，集 中由擴散片53a擴散之光源。藉由大部分的光源以一垂直 於該液晶平板ίο平面的方向穿過該菱鏡片53b而提供均 鲁勻的亮度分布。 亚且，該保護片53c設置於該菱鏡片53b之上表面， 以保護該菱鏡片53b之表面。 第二圖及第三圖為第一圖之菱鏡片53b之剖示圖及影 像。第四圖為第一圖之擴散片53&之影像。 請參考第二至第四圖，—習知菱鏡片10.0包括-主體 no ’其提供經由導光板和擴散片擴散過的光穿透；複數 個二等邊三角狀菱形凸塊120,以允許擴散過的光源以一 瞻預定的方㈣過。料凸塊12()為絲狀線性排列於該主 體 110。 並且’該等二等邊三角狀菱形凸塊120之高度為 =〇〇师’其特徵為當該等凸塊之角度α(一般為銳角） 史小’其亮度變亮及視角變窄。 0 ，、為一擴散片之影像，該擴散 片擴散從該導光板52射入之异，、庙^ 先源，形成均勻的亮度，以 挺供曼鏡片1 〇〇均勻的亮度。 8 的4555 明參考第二和第三圖，該三角狀菱形凸塊12〇朝上設 置、，也就是說，該凸塊120朝向該液晶顯示面板，擴散光 穿透.玄本體110，並折射及集中於前側，然而光入射於該 凸塊120之一傾斜表面時，由於會產生内全反射 ’而不能使得前側的亮度增強。 為了解决冗度及視角的問題習知設計該菱鏡片1⑼ 的1狀為—等邊二角形，或是該菱鏡片1⑼顛倒設置， 以至於該菱鏡片100之凸塊面對該導光板，然而卻無法有 •效解決同時提高亮度及視角的問題。 【發明内容】 因此’本發明之主要目的係提供一光學片及一背光模 .，且，以解決一個或多個習知技術中的問題。 二他的1處、目的及特徵’部分將於下面之救述提 部份將會由於此領域中具有通常知識之人通過檢 明或是經由實施本發明，而能得知。這些本發 利H ，、他錢，將會經由本說明書之描述、申請專 已圍、及圖式，而被了解及獲得。 :了能根據本發明而得知這些目的 ^此說明書中，而提供—光學片， = 該等凸塊，每一==複數個凸部，其設置於 .^ 4凸邓之厚度係從邊緣至令央漸增厚。 —本體，其形包括·—光學片，其包括： 土 /、中之一表面為平面；複數個凸 1364555 己二醋（polyethylene naphthalate，PEN)、雙軸延伸聚苯乙稀 (oriented polypropylene)、聚碳酸酯樹脂（p〇lycarb〇nate)、 三乙酸酯（triacetate)等，但不以上述為限。 例如一種聚酯纖維薄膜，如Tetron(商標）薄膜或 MELINEX(商標）薄膜可當成一基板。 母一 s亥等凸塊220之剖面係為一三角形，其相似於一 般菱形層’並可具有至少一邊彎曲之二等邊三角形或三角 形。 該等凸塊220和該本體210可經由使用相同材質而一 體成形。該等凸塊220可塗佈一層透明材質，該透明材質 可由合成樹脂製程。 請參考第七圖，當每一該等凸塊220之剖面為一三角 形’每一該等凸塊220有二表面22卜222,以形成三角形。 一邊緣223形成於該二表面221及222之交接處。 然而，每一該等凸塊220之剖面可根據其製造方法， 而為一扭曲的三角形，而該二表面221、222可為扭曲的。 也就是，該等凸塊220之該二表面221、222以一相 對於該本體210之表面之預定的角度傾斜，該邊緣223形 成於該二表面221、222之連接部分。 因此可以確定，該等凸塊220具有二表面221、222 及邊緣223，以細部描述該等凸部230。 該等凸部230可設置於該二表面221、222及邊緣 223。當該等凸部230設置於該邊緣223，該邊緣223即被 扭曲。 12 1364555 表一 層（Lh/Lv) 模糊度 (後，>前） 傳導率％ (TLT，後->前） 亮度增益 層 1(30μηι /40μηι) 89 43 1.28 層 2(35μηι /50μηι) ___92 59 1.25 層 3(40μιη /60μπι) 93 67 1.20 表-顯示了模糊度、傳導率及亮度增㈣測量值，宜 籲根據光學片200中的凸部23〇的水平長度Lh及垂直長度

Lv的變化而分為三組作測量，該三組分別為層卜層2及 層3。 為了測量本#齡丨光學狀光學特性，層丨至層3設 置m顯示裝置的背光模組的大小為17英时，該大小也 可為26英对、32英对及40英忖。 於層1之凸部的水平長度Lh為3〇μιη及垂直長度Lv 為40μηι。於層2之凸部的水平長度让為3^m及垂直長 度Lv為50_。於層3之凸部的水平長度Lh為卿爪及垂 直長度Lv為60μιη。 當凸部230之大小增加，水平長度Lh及垂直長度Lv 也跟著增加，而模糊度、傳導率也增進，亮度增益為小量 下降於表一中之党度增益的變化和本發明之實施例光學 片之凸邛有關。因此，本發明實施例之光學片的亮度增益， 不能不和習知之菱鏡片及擴散片作比較。 而上述的該凸部230之尺寸減小時，模糊度及傳導率 15 1364555 小量下降，而光度增益增加。 表二 層（Lh/Lv) 水平視角 垂直視角 層 1(30μπι ΜΟμηι) 106 72 層 2(35μηι /50μπι) 107 74 層 3(40μηι /60μηι) 108 78 表二顯示了根據凸部230之尺寸變化，而改變的視角 鲁特徵。 當凸部230之水平長度Lh及垂直長度Lv增加，水平 垂直視角也跟著增加。當使用層3之光學片設置於一液晶 顯示裝置時，其視角相對於層1增加。 第九a圖及第九b圖表示本發明之光學片之光學特 徵。入射於該凸部230之入射光形成散射，該散射光因為 存在於該光學片之缺陷而散射。 當缺陷存在於光學片時，縱使可觀察出預定大小之黑 籲點，然而該黑點可以經由通過該凸部230之入射光’散射 後而消除。 當光進入不同介質之界面，而其入射角度大於臨界角 時，產生全反射，也就是，當入射角度大於臨界角’就會 形成内反射。換句話說，當光之入射角小於臨界角，該光 會產生折射並穿透界面。 請參考第9a圖，光源B2之入射角大於臨界角’而產 生内反射，而形成光源B2’而朝該本體210前進。光源B1 16 f B3之入射角小於臨界角，而穿透凸部22〇之表面並產生 折射’而形成光源B1，及B3,。 請參考第9b圖’光源如以小於臨界角之角度，射至 :亥凸塊220之表面’該光源如穿透該表面產生折射， 成 B4’。 當光源B5穿透該凸塊22()之表面而形成光源B5，並投 射於該凸塊220之一凸部，該光源B5,因為該凸部之形狀 而形成散射。 乂狀 縱使光源經由内反射而朝向該本體21()，然而可經由 该荨220或該等凸部⑽，而能提高集中及擴散效應。 圖及第十-圖’展示了由本發明之凸部尺寸而產 之光學特徵可以使用第十圖 及第十一圖而作簡單的比對。 声之尺寸增加，而視角特徵更佳，也就是 :3(=長度Lh為4〇师及垂直長度b為卿叫，於水 平及垂直視角之特性比層1及層3好。 〜十三圖’顯示了根據本發明實施例之光 子片具有不同岔度之凸部的影像。 第十圖及第十二圖為設置有凸部之 像圖。第十三圖比第十二圖有更多的凸部。 凸部第圖及第十三圖之影像，展示了具有不同尺寸之 ?不同形狀之凸部及凸塊、設置於一預定(¾域 之凸部數目等等。 預疋區域 並且，凸塊的邊緣223由於該等凸部23〇設置於該光 17 1364555 學片200之凸塊，而被扭曲。 Ί二二3已描述過凸塊及凸部的形狀，然而該形狀 可另外根據第十二圖及第十三圖所描繪之料 使得該等凸塊之邊緣223被扭曲。 。 π英吁液晶顯示裝置之背光模組，使用於研究本發明 之該等凸部230之數目和光學特性的關係。該等凸部mo 的密度為於200Mm乘細㈣的面積包括多少數目的：部。 設置於該光學片200之該等凸部23〇的密度 徵，其研究如下。 下表為使⑽1之凸部尺寸設定，其水平長度U為 30μιτι及垂直長度Lv為40μπι，而依據密度的不同而 學特性測量。 表三 層（ea) -— 模糊度 (後·>前） 傳導率％ (TLT,後->前） 亮度增益 層 4(5ea) _88 38 131 層 5(10ea) 89 43 1.28 層 6(20ea) 91 58 1.25 表三展示了不同數目（或密度）的凸部之光學特徵。 睛參考表二，當該等凸部23〇之數目增加，模糊度及 傳導率增加，而亮度增益減少。 ' 詳細地說，假使該等凸部23〇之數目為5ea，亮度增益 有最大值1.3卜而傳導率有最小值38。因此，該等凸部23〇 18 1364555 之數目可根攄具有本發明之該等凸部的背光模組之光學特 徵，而作調整。 表四 層 水平視角 垂直視角 層 4(5ea) 101 69 層 5(10ea) 105 72 層 6(20ea) 107 74 表四展示了依據該等凸塊的數目而變化的視角特性。 當該等凸部的數目增加，該水平及垂直視角變大。 因此，根據本實驗，於200μιη乘200μιη的面積中該凸 部的數目最佳可為l〇ea。然而本發明不應限制於此實施例。 而本發明之光學片之光學特性，相較習知的菱鏡片及 擴散片有極佳的結果。 第十四圖係為本發明第一實施例液晶顯示裝置之背光 模組之剖視圖。 請參考第十四圖，背光模組300包括一發光單元340 及一導光單元，其中該發光單元340用以發出光源，該導 光單元，用以引導該光源於液晶顯示面板。 該發光單元340，包括一產生光源之發光元件341，及 一環繞於該發光元件341之燈反射單元342。產生於該發 光元件341之光源入射於一該導光板320 該燈反射單元342反射產生於該發光元件341之光源 於該導光板320，因此可增加入射於該導光板320之光。 19 1364555 光括一反射單元33〇、該導光板似及-亥導光板320設置於該發光單元340之一側， 以將2㈣發光單幻4G之光引導至該液晶顯示板。 斛’献射車元33〇設置於該導光板32〇之下表面， ^反射由該導光板32〇下表面滲漏之光返回該導光板 同時^絲學片31()設置於該導光板之上表面，其可 曰？、由4導光板32G引導之光源的光學特性。雖然第十 :圖揭露了光學片310,但也可包括一擴散片、一菱鏡片 或一保護片。 ▲該光學片3H)可足夠完成f知擴散片及菱鏡片之功 能。即使只使用該光學片31G，視角及亮度也可大幅的提 升。 第十五圖係為本發明第二實施例液晶顯示裝置之背光 模組之剖視圖。 請參考第十五圖’背光模組400包括—發光單元44〇 籲，-擴散單元’其中該發光單元44G用以發出光源，該擴 散草元用以引導該光源於液晶顯示面板。 該發光單元440，包括一產生光源之發光元件441，及 一環繞於該發光元件441之燈反射單元442。產生於該發 光元件441之光源入射於一擴散片420。 該燈反射單元442反射產生於該發光元件441之光源 於該擴散片420，因此可增加入射於該擴散片42〇之光。 並且’§亥擴散早元包括一擴散片420、該光學片410。 20 1364555 該擴散片420設置於該發光單元440之上表面，以從該發 光單元440擴散光源於該液晶顯示面板。 該擴散片420設置於該發光單元440之上表面。該燈 反射單元442可反射由該導光板420下表面滲漏之光，返 回該導光板420。 該光學片410設置於該導光板420之上表面，其可增 強經由該導光板420引導之光源的光學特性。如上所述， 該光學片410包括一本體、複數個凸塊及複數個凸部，該 參本體作為一基部，該等凸塊突出於該本體，該等凸部設置 於該等凸塊上。 第十六圖係為本發明第三實施例之液晶顯示裝置之背 光模組的剖面圖。 請參考第十六圖，該背光模組500包括一發光單元540 及一導光單元，其中該發光單元540用以發出光源，該導 光單元，期以引導該發光單元54〇產生之光源於液晶顯示 面板。該發光單元540 ’包括一發光元件541及一燈反射 •單元542。 該導光單元包括一反射單元530、一導光板520及一 光學片510。 於第三實施例中，該光學片510之特徵在於凸塊和凸 部面對該導光板520。 通過該該導光板520光線射入該等凸塊及凸部，並經 由該等凸塊及凸部折射至該本體。 雖然第十六圖，揭露一光學片510’其該等凸塊及凸 21 學片510之下表面。然而可以叠置兩個以上 於下表面。0’而其令全部或部分之該等凸部或凸塊設置 八圖十七圖其疊置了兩個以上的光學片。第十 也、使用^ 繪製了❹了—層料片之第—背光模 知之擴散片之第三背光模組。 吏用了-層^ 每豐置的光學片，其包括一供光入射之本體、複數 則體之凸塊、及複數個設置於該等凸塊之不規 ^且’疊置之光學片，可使用本發明任何實施例中之 无学片。 請參考第十七圖，本創作第四實施例之一背光模組刪 使用兩個以上之光學片，例如疊置了三層光學片術、術、 603。 使用了-層光學片之第一背光模組、使用了兩層光學 片之第二背光模組、使用了三層習知之擴散片之第三背光 模組之光學特性比較如下。 請參考第十八圖及第十九圖，_了三種光學模組之 光學特性，其分別使用一光學片、二光學片、及三層習知 之擴散片’而設些光學片使用了層1之參數。 第十八圖為水平視角曲線圖，當兩個疊 較於只有-層之先學片時，於〇度之水平視角的^ = 約1012 cd/m2。並且也比使用三層習知疊置的擴散片之亮 22 度增強。 並且， 置的更寬。

只有一層之光學片之水平視角也比三層習知疊 表五

一層光學片 1.28 兩層光學片 L__三層習知之擴散片 表六 1.40 1.28 ___ 層 .水平視角 垂直視角 一層光學片 106 72 ___^兩層光學片 「86 1 85 習知之擴散片 84 83 择兴表五顯示了-層或兩層以上互相疊置之光學片的亮度 曰益’表六顯示了—層或兩層以上互相疊置之光學 角。 一層光學片及三層習知之擴散片的亮度增增益為 128’使用兩層疊置的光學片具有最大之亮度增益值⑽'。 兩層光學片比一層光學片之亮度增益較大，而水平视 角車乂小。因此，可根據本發明背光模組之實施例，而可有 多種不同之應用。 f置的光學片之亮度增益優於三層習知之擴散片。 本發明之光學片於亮度增益及視角，比三層習知之 放片具有更佳之效能。 、 23 U64555 比習ί述本發明之光學片及具有光學片之背光模組，具有 之线片及擴散片，具有更佳之功效，及更佳之視 用及凴度增益。 ，卩上所述’僅為本發明最佳之—的具體實施例之 兄明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用 =本發明，本發明之所有範圍應以下述之中請專利範 =準’凡合於本發明申請專利之精神與其類似變化 例，皆應包含於本發明之範料，任何熟悉該項技 ::在本發明之領域内’可輕易思及之變化或修飾皆可涵 盍在以下本案之專利範圍。 【圖式簡單說明】 第-圖係為習知技術之液晶顯示裝置之剖面圖 第二圖係為第一圖中之菱鏡片之剖面圖； 第三圖係為第一圖中之菱鏡片之影像；

第四圖係為第一圖中之擴散片之影像； 第五圖及第六圖係為本發明之光學片之影像； 第七圖係為本發明光學片之立體圖； 第八圖係為本發明光學片之平面圖； 第九a及九b圖係為本發明光學片之光學特性示意圖； 第十圖及圖係為依據本發明之凸部而^製 之曲線圖； '日衣 第十二圖及第十三圖係為本發明之光學片其設有不同 密度之凸部的影像； ” ° 24 1364555 第十四圖係為本發明第一實施例液晶顯示裴置之背光 模組之結構剖面圖； 第十五圖係為本發明第二實施例液晶顯示裝置之背光 模組之結構剖面圖； 第十六圖係為本發明第三實施例液晶顯示裝置之背光 模組之結構剖面圖； 第十七圖係為依據本發明之實施例，其具有兩層以上之 光學片疊置；以及 第十八圖及第十九圖係為使用了一層光學片之第一背 光模組、使用了兩層光學片之第二背光模組、及使用 了三層習知之擴散片之第三背光模組的光學特徵比 較曲線圖。 【主要元件符號說明】 [習知技術] 液晶顯不面板 10 TFT基板 11 彩色濾光基板 12 下偏光片 20 上偏光片 30 顯示單元 40 背光模組 50 發光單元 51 發光元件 51a 燈反射單元 51b 導光板 52 25 1364555

光學片 53 反射單元 54 液晶顯示裝置 60 愛鏡片 100 主體 110 凸塊 120 [本發明] 光學片 200 本體 210 凸塊 220 凸部 230 擴散片 53a 曼鏡片 53b 保護片 53c 表面 221 ' 222 邊緣 223 第一 凸部 231 第二 凸部 232 第三 凸部 233 光源 B1、ΒΓ 光源 B2、B2, 光源 B3、B3, 光源 B4、B4, 光源 B5、B5, 背光模組 300 光學片 310 26 320 1364555 導光板 反射單元 發光單元 發光元件 燈反射單元 背光模組 光學片 擴散片 籲發光單元 該發光元件 燈反射單元 背光模組 光學片 導光板 反射單元 發光單元 鲁發光元件 燈反射單元 背光模組 光學片 330 340 341 342 400 410 420 440 441 442 500 510 520 530 540 541 542 600 601 ' 602 ' 603 27

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1、一種光學片，其包括： 一本體； 複數個凸塊，其排列於該本體上；以及 複數個凸部’其設置於料凸塊上，每—該等凸部之 厚度係從邊緣至中央漸增厚， 其中每一該等凸塊係具有二個表面及由此等表面形成

   的邊緣，且該凸塊的邊緣因.設置於該等凸塊表面的 該凸部而扭曲變形。 2、 如申請專㈣圍第丨項所述之光學片，其中該等凸部 為不規則地排列於該等凸塊上。 3、 如申請專利範圍第丨項所述之光學片，其中每一該等 凸塊具有複數個表面，該等表面相對該本體之一平 面，而傾斜於一預定角度，該等ώ部設置於該等凸塊 之該等表面之間。

   4、 一種光學片，其包括： 一本體，其形成一基板； 複數個凸塊’其s又置於該本體之—表面，並為條狀排 列；以及 複數個凸部，其設置於該凸塊上； -、中母泫等凸塊係具有二個表面及由此等表面形成 的邊緣，且該凸塊的邊緣因設置於該等凸塊表面的 該凸部而扭曲變形，進入本體之光線經由該等凸塊 及凸部而集中、擴散及内反射，且經内反射之光線 28 99年12月3日修正替換頁 被該本體之另一表面反射，並經由該等凸塊及凸部 而集中、擴散。 、如申請專利範圍第4項所述之光學片，其中該等凸部 不規則的設置於該等凸塊。 、如申請專利範圍第4項所述之光學片，其中該等凸部 及凸塊係一體成形。 、—種背光模組，其包括： 一發光元件，其用以產生光源；及 一光學片，其用以擴散或集中來自於發光元件之光 線’且該光學片係包括： 一本體； 一凸塊’其具有複數個相對於該本體傾斜之 個表面，·以及 Ϊ數個微透鏡圖案，其不規職設置於該凸塊， :中該等凸塊之邊緣因該等微透鏡圖案扭曲變 幵4 。 ㈣7項料之以㈣，其中該⑽ 數個表面及由該等表面形成之邊緣，且 透鏡圖案係設置於該等表面上。 如及制第7項料1歧組，w塊 次》亥光學片之該等微读 線的該發光it件之方向。…以設置於面向產生光 一種背光模組，其包括： -發光元件’其用以產生光源； •99年12月3日修正替換頁 、汽j片’其用以擴散或集中光線；及 光予片，其設置於該擴散片之上表面，且該光學片 係包括： —本體，其用以形成一基板； —複數個凸塊，其設置於該本體；以及 複數個微透鏡圖案’其設置於該等凸塊上， 其中每一該等凸塊係具有二個表面及由此等表 面形成的邊緣，且該凸塊的邊緣因設置於該等 凸塊表面的該凸部而扭曲變形。 30