TWI378268B - Optical film and backlight system using the same - Google Patents

Description

1378268 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調制的技術，尤其是指一種 直接將入射光場導引至正面視角以提升出光效率之一種光 學膜片及使用該膜片之背光源系統。 【先前技術】 目前之背光模組中’主要是以擴散片、光學增亮膜（BEF) 或者是偏極式增亮膜（DBEF)等光學膜片之搭配使用來達到 光均勻與集中的目的。如圖一 A所示，這樣的光學膜片多 半為三角形陣列方式排列。而習用技術中，為了能夠增加 出光效率以及將光場導至正面視角，多為利用兩片如圖一 的結構上下相疊來達到集光之效果。如圖一 B所示，該圖 係為習用光學膜面光徑示意圖，在前述之組合中，由導光 板11出光入射至光學獏片10之光場除了部分由正面視角 出光之光場90外，還有一大部份會被導引回導光板11的 光場91 ’因此造成光線來回傳遞使得出光效率下降。 另外’在美國專利US. Pat. No. 4, 791，540所揭露的一 種正面視角輸出的結構，其主要係在導光板上方放置兩片 具有微結構的光學膜片，藉由光線在光學膜片與導光板間 的來回反射與折射，最後光線會被收集至正面視角的區 域。此種模組架構不考慮導光板本身的出光光場而是將導 光板的光場反折回導光板重新分佈，打散後再透過光學膜 面出光。由於該光學膜片的微結構設計會將某些角度的入 1378268 射光偏折至正面視角，並將許多無法偏折至正面視角的光 線，反射或折射回下方的導光板，反射或折射回導光板的 光線經導光板重新分佈後，會再度入射至光學膜片内，此 * 時先前未被導出之光線又可以被偏折至正面視角。藉由前 - 述之反覆循環，使得最後由導光板出射的光線會被集中至 正面視角，以提升正面輝度。但此種光學微結構膜片，會 導致光線在光學膜與導光板之間來回傳遞，造成光源能量 大幅損失。 • 此外，又如美國專利US.Pat.N0.5,863, 113，其係提 . 出微結構的光學膜片，並揭露相關的背光模組架構。在該 篇專利中，光學膜片上具有朝向導光板的稜鏡狀微結構， 使得由導光板出射的光場，會經光學微結構的折射與反射 被導引至正面視角方向。此種光學微結構的設計，可直接 將導光板出射的光場直接傳遞至正面視角，而不會使光線 在光學膜片與導光板間.來回傳遞。但此種架構實際應用 時，光學膜片之稜鏡狀微結構會與導光板之間產生摩擦， ·，·. • 造成微結構損毁，產生模組缺陷。 【發明内容】 本發明係提供一種光學膜片，其係可利用微結構將導 光板的出光光場作調制，使得經過該光學膜片的光場可以 被導引至正面視角，以提升出光效率。 本發明提供一種背光源系統，其係僅利用單一的光學 膜片即可將光場導引至正面視角，降低光線往返的能量耗 損，不但可以提昇背光源系統的正面亮度，更可以降低背 1 6 1378268 光源系統之光學膜片使用量。 本發明提供_種背切m於其係可藉由光學膜 θ將人射光場作有效的調制，除了可以增加出光效率’更 可以減少光源的數量。 • 在另一實施例中，本發明更提供一種光學膜片，包括·· ^ -人光面’其係可接收—人射光場，該人射光場可於該光 學膜片内折射以形成-折射光場；以及一出光面’其係具 鲁 #複數個微結構，每-個微結構具有―第—曲面以及一第 二曲面’該第-曲面以及該第二曲面可將該折射光場導引 至正面視角以離開該出光面，其中入射光場更具有一第一 入射光場以及-第二人射光場，該第—人射光場之能量強 度峰值與該人光面之法向量成-50度至，度，該第二入射 光場之能量強料值與該入光面之法向量成5〇度至8〇度。 在又-實施例中，本發明更提供一種背光源系統，.包 括：-平面光源；以及-光學膜片，其係設置於該面光源 之_側’以接㈣面域提供之—μ光場，該光學膜片 1具有：-人光面’其係可接彳d射光場，該人射光場 可於該光學膜片内折射以形成—折射光場；以及一出光 面，其係具有複數個微結構，每一個微結構具有一第一曲 面以及-第二曲面，該第一曲面以及該第二曲面可將該折 射光場導引至正面視角以離開該出光面，其中人射光場更 具有-第-入射光場以及-第二入射光場，該第一入射光 場之能量強度峰值與該人光面之法向量成，度至_8〇 度，該第二入射光場之能量強度峰值與該入光面之法向量 成50度至80度。 1378268 【實施方式】 為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有 更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細 部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可 以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：

請參閱圖二所示，該圖係為本發明之光學膜片第一實 施例示意圖。該光學膜片2具有一入光面2 0以及一出光面 21。該入光面20係可接收一入射光場92，該入射光場92 可於該光學膜片2内折射以形成一折射光場。該出光面 21，其係具有複數個微結構210，每一個微結構210具有 一第一曲面2100以及一第二曲面2101，該第一曲面2100 以及該第二曲面2101可將該折射光場導引至正面視角以 離開該出光面21。前述之正面視角係指一角度範圍，其角 度範圍係可根據需求而定。 請參閱圖三A至圖三C所示，該圖係為入射光場以及 入射光場分佈示意圖。在圖三A中，入射光場92具有一最 高能量強度的峰值93。在圖三B實施例中，入射至該入光 面20的入射光場的強度分佈其峰值93與該入光面20之法 向量94的夾角係可為-50度至-80度之間或者是50度至 80度之間。請參閱圖三C所示，本圖係說明圖三B中之該 第一曲面以及該第二曲面上任一位置之切線斜率與其對應 之出射光場之關係。先從第一曲面2100與第一入射光70 之間的關係來作說明。該第一入射光70之主要光能量分佈 範圍係為-50度至-80度，在圖中僅以一道光線來作示意。 1378268 入射面20而形成一第二折射光77，然後在折射點通過 第二曲面2101形成被導向正面視角之第二出射光乃。如 同前面所述之原理’該第二入射光74之入射角係與該第二 折射光77相對於該第二曲面21〇1之入射角成對應函數關 係以將該第二出射光75導向正面視角。同樣亦可根據前述 之關係決定出-第二曲面21〇1之構形（也就是由複數個折 射點76組成所形成之曲面）使得大多數之第二出射光乃 維持在正面視角範圍内。 (1) nisin 0 丨=n2sin 0 2. n2sin<9 3= ......................................(2) 接下來說明本發明之微結構特徵，請參閱圖四A至圖 四C所示，該圖係為本發明微結構實施例剖面示意圖。不 論是第-曲面或者是第二曲面，都可以為平面、球面、非 球面或者是不規則曲面其中之一。在圖四A之實施例中， 該第一曲面2102係為一平面，而該第二曲面簡係為一 球面。另外，如圖四B所示之實施例中，該第一曲面21〇4

面2105之間更可以具有至少-第三曲面21〇6 連接者該第-曲面2104以及該第二曲面21〇5。該第三曲 面上106係可為平面、球面、非球面或者是不規則曲面其中 之在本實知例令，該第三曲面2〇16係為一平面。如圖 ’在本實施例中，該第三曲面㈣係為-球面。 之微結構也可以為圖四Α、圖四β或者是圖四C Α請參閱圖五所示，該圖係為本發明之光學膜片另一實 把例立體示意圖。在本實施例中’主要強調每—微結構210 1378268 η跡(在圖五之實施例令，是指微結構在¥方向的延 而/:線21卜曲線212、平面213或者是曲面214。 相郇之微結構其延伸軌跡可以相同或 之延伸執跡方向之高度係可選擇為均= =勻同度其中之一。例如，以圖五為例，微結 上主2 211的延伸執跡在2軸方向的高度是相同的。另外， =閱圖六所示，_縣本發賴結構立體示意圖 中，該微結構210之延伸執跡215之2方向高度 疋同的，在圖令顯示出三個不同位置分別具 高度。當然相鄰之間的微結構其高度也是 不古相同。例如··在圖五中，微結構服與微結構 2通在Z方向的高度就不相同。 傅 。圖，A所示’該圖係為本發明背光源系統示意 θ 4光源系統3具有一平面光源3〇以及一光學膜片 ::::面光源3。係由光源3〇〇以及一導光板3〇1所構 ，"源300可選擇為一發光二極體或者是冷陰極管， 3 α f為限°該平面光源3 〇係為習用之技術，在此不作 ^光板3〇1可利用前述所述之任一的實施例來搭 ^岡實施例中，係利用圖二之光學膜片來作說明。請 二閱，七Β所示’該圖係為本發明之背光 圖。在本實_令，由導光板3〇1所出射之入射光場 射m转由入光面3u進入到光學膜片31内時會被折 =形成折射光場95’、96,與97，，其中折射光場95， :目稭由微結構312之第二曲面3121而被導引至正面 *以形成出射光場98。而折射光場97，則被第一曲面 1378268 均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離 本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀 況。 綜合上述，本發明之光學膜片及使用該膜片之背光源 系統，光學膜片之微結構設計，係針對導光板的光場進行 搭配，故可以將大部分導光板的出光能量直接導引至正面 視角，降低光線往返之能量損耗，同時壓縮大部分光線能 量集中在正面視角，因此背光源系統僅需單片光學膜片即 可有效增加正面亮度。所以，可以滿足業界之需求，進而 提高該產業之競爭力，誠已符合發明專利法所規定申請發 明所需具備之要件，故爰依法呈提發明專利之申請，謹請 貴審查委員允撥時間惠予審視，並賜准專利為禱。 【圖式簡單說明】 圖一 A以及圖一 B係分別為習用技術之光學膜片以及光學 膜面光徑示意圖。 圖二係為本發明之光學膜片第一實施例示意圖。 圖三A至圖三C係為入射光場以及入射光場分佈示意圖。 圖三D.係為視角不意圖。 圖四A至圖四C係為本發明微結構實施例剖面示意圖。 圖五係為本發明<光學膜片另一實施例立體示意圖。 圖六係為本發明之光學膜片之微結構立體示意圖。 圖七A係為本發明背光源系統示意圖。 圖七B係為本發明之背光源系統光徑示意圖。 1378268 6-導光板 70- 第一入射光 71- 第一折射光 72- 第一出射光 73- 折射點 74- 第二入射光 75- 第二出射光 76- 折射點 77- 第二折射光 90、91-光場 9 2 -入射光場 93-峰值 9 4-法向量 95、96、97-入射光場. 95’ 、96’ 、97’ -折射光場 9 8 -出射光場 99-人眼

15

Claims (1)

1. 年t月1 b倏正替換百 十、申請專利範圍： L 一種光學膜片，包括： 一入光面’其係接收一入射光場，該入射光場於該光 學臈片内折射以形成一折射光場；以及 一出光面，其係具有複數個微結構，每一個微結構具 有一第一曲面以及一第二曲面，該第一曲面以及

   該第二曲面將該折射光場導引至正面視角以離開 該出光面； 其中入射光場更具有一第一入射光場以及一第二入 射光場，該第一入射光場之能量強度峰值與該入 光面之法向量成-50度至-80度，該第二入射光場 之能量強度峰值與該入光面之法向量成50度至 80度。 .如申請專利範圍第1項所述之光學膜片，其中該第一曲 面以及該第二曲面之曲面函數係為平面、球面以及不規 則曲面其中之一。 3. 如申請專利範圍第1項所述之光學膜片，其中該第一曲 面以及該第二曲面係選擇為相同以及不同之曲面函數。 4. 如申請專利範圍第丨項所述之光學膜片，1 面以及該第二曲面之間更藉由至少一第三曲面：連：曲 5. 如申請專利範圍第4項所述之光學臈片，其中該第二曲 面之曲面函數係為平面、球面以及不規則曲面其中之一。 6·如申請專利範圍帛丨項所述之光學膜片，其中 之延伸執跡係選擇為直線以及曲線其中之_。μ 、、、。冓 16 丄丄/8268 -----~~~~_________ 7·如申請專刺餘円货,s 替換頁 %判丨項所述之絲膜η巾 向之高度係選擇為均勻高度《及以 結構之延伸= 2^34之先學…’其中相鄰之微 9·^申請專利範圍第i項所述之光學膜片，其中不同之 "、。構其微結構高度係不同。

   10.如申請專利範圍第i項所述之光學膜片其中 =光場由該人光面折射以形成—第_折射光，該/第 光由該第一曲面出射以形成-第-出射光，其中該第 —入射光場之入射角係與該第一折射光相對於該第」曲 面之入射角成對應函數關係以將該第—出射光導向正 視角。 11.如申請專利範圍第丨項所述之光學膜片，其中該第二入 射光場由該入光面折射以形成一第二折射光，該第二折 射光由該第二曲面出射以形成一第二出射光其中該第 一入射光場之入射角係與該第二折射光相對於該第二曲 面之入射角成對應函數關係以將該第二出射光導向正面 視角。 i2. —種背光源系統，包括： 一面光源；以及 一光學膜片，其係設置於該面光源之一側，以接收該 面光源提供之一入射光場，該光學膜片更具有： 一入光面，其係接收一入射光場，該入射光場於該 1378268 hi年曰條正替換頁 光學膜片内折射以形成一折射光場；以及 一出光面，其係具有複數個微結構，每一個微結構 具有一第一曲面以及一第二曲面，該第一曲面 以及該第二曲面將該折射光場導引至正面視角 以離開該出光面； 其中入射光場更具有一第一入射光場以及一第二 入射光場，該第一入射光場之能量強度峰值與 該入光面之法向量成-50度至-80度，該第二入 射光場之能量強度峰值與該入光面之法向量成 50度至80度。 13. 如申請專利範圍第12項所述之背光源系統，其中該第 -曲面以及該第二曲面之曲面函數係為平面'球面以及 不規則曲面其中之一。 14. 如申請專賴圍第12項所述之背光源系統，其中該第 :曲面以及該第二曲面係選擇為相同以及不同之曲面函 数。 Κ如申請專利範圍第12項所述之背朗系統，1中 接曲面以及該第二曲面之間更藉由至少一第三曲面:連 没如申請專利範圍第15項所述之背光源系統，盆中 ::面之曲面函數係為平面、球面以及不規則曲面其中 ?申請專利範圍第12項所述之背光源系統，i 、％構之延伸轨跡係選擇為直線以及曲線其中之二。μ 18 13.78268 μ·如申請專利範圍第】 結構之延伸轨跡方向之之月光源系統，其中該微 勻高度其中之- 阿度係選擇為均勻高度以及不均 19.如申請專利範圍第12 之微結構之延伸執跡係^^述之月先源系統，其中相鄰 其中不同 其中該面 之一。 其中該第 2〇.如申請專利範圍第12項所述之背光 之微結構其微結構高度係不同。 ..... 21. 如申請專利範圍第12項所述 光源係選擇為一發光二極體以及冷陰二 22. 如7專利範圍第12項所述之背光源_， 二入射光場由該人光面折射以形成—第_折射光，= 光由該第一曲面出射以形成一第一出射光，：中 -人射先場之人射角係與該第—折 亨 -曲面之人射角成對應函數關 ^于於該第 正面視角。 數關係以將该第一出射光導向 23. 如申請專利範圍第12項所述之背光源系統，其中該第 -入射光場由該人光面折射以形成—第二折射光該 二折射光由該第二曲面出射以形成一第二出射光其 該第二入射光場之入射角係與該第二折射光相對於該第 二曲面之人射角成對應函數關係以將該第二出射光 正面視角。 19