TWI752856B - 光學膜之結構 - Google Patents

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Abstract

本發明係為一種光學膜之結構，其係包含一基板層、複數個光學層以及一稜鏡層，該基板層下方設置一第一光學結構，使該第一光學結構匯聚並改變入光一光源，透過該些個光學層之結構使該光源之無效偏振光轉換為有效偏振光，進一步，該第一光學結構調整該光源入光時之一光聚焦點，使該光源之光通量及輝度增加。

Description

光學膜之結構
本發明係關於一種結構，特別是一種光學膜之結構。
LCD顯示螢幕係為一種新式的顯示技術，其優點在於發光效率高、耗電量少、可靠性高以及可使用時間長(使用壽命長)，是目前被公認為現代最具發展性之高技術領域之一。
LCD背光模組依據光源位置分成兩種結構：
1.側光式(Edge Type)：光源在面板四周，利用導光板從螢幕邊緣發射的光，透過導光板傳送到螢幕中央。
2.直下式(Direct Type)：光源在面板後方，利用擴散板來均勻分散光線，再透過增亮膜來聚集光線。
增亮膜係為LCD背光模組提供高增益亮度，是LCD背光模組中最重要的元件之一，透過光循環折射以及整理內部反射原理所產生的
DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)是一種由多層折射率各向異性薄膜材料交疊而成之增亮膜，增亮膜為背光模組提供高增益亮度，是背光模組最重要的光學元件之一，主要功能是偏折光線至正面視角方向，具集光增亮效果，又稱聚光片。
增亮膜是藉由光的折射與反射原理，利用稜鏡片修正光的方向，使光線正面集中，並將視角外未被利用的灿線可以回收與利用。同時提昇整體輝度與均勻度，達到增亮效果。
光波是一種電磁波，很多常見的光學物質都具有各向同性，例如玻璃，這些物質會維持波的偏振態不變，不會因偏振態的不同而展現出不同的物理行為。
可是，有些重要的雙折射物質或光學活性物質具有各向異性，因此，偏振方向的不同，波的傳播狀況也不同，或者，波的偏振方向會被改變，增亮膜可使入射的光讓朝著某特定方向偏振的光波通過，因此，可以將非偏振光變為偏振光。
也就是說，當無偏光(自然光源)由LED發出後，投射至DBEF中，此時P偏振光通過，而S偏振光被DBEF反射，經過背光模組之漫反射後又變為無偏光，然後再次回射至DBEF中。
這樣一來，可以利用DBEF將S偏振光循環利用，進提高入射至液晶螢幕中光通量的利用率。因此在半導體照明顯示之技術來說，DBEF於LED顯示之作用是十分重要的。
而增亮膜主要的功能是在提高背光模組的高度讓彩色手機、平板、數碼相機等產品畫質更加清晰明亮同時也可以減少耗電量也是背光模組最重要的光學元件之一。
此外，現在傳統習知之增亮膜，均透過拉伸材料方式形成雙折射薄膜，加工方式複雜且加工之成本較高昂，另外目前所使用的增亮膜無法調整聚焦位置，使視角改變並調整光通量以及輝度。
為此，如何可以調整光學膜之聚焦點以及改善光通量以及輝度，為本領域技術人員所欲解決的問題。
本發明之一目的，在於提供一種光學膜之結構，其係透過基板層下方之光學結構來達到調整光源入光時的聚焦位置，利用調整聚焦位置使光源通過光學膜之光通量及輝度增加。
針對上述之目的，本發明提供一基板層、複數個光學層以及一稜鏡層，其中，該些個光學層係設有一第一光學層及一第二光學層，該第一光學層之一第一材質具有一第一折射率，該第二光學層之一第二材質具有一第二折射率，當一光源由該基板層之下方進入該基板層，經由一第一光學結構改變該光源之一入光角度，使該光源產生一光聚焦點，由該基板層進入該些個光學層，透複數個光學粒子、該第一折射率及該第二折射率調整該光源之一第一偏振相位與一第二偏振相位為同一出光相位後穿透該稜鏡層。
本發明提供一實施例，其中該基板層之材料係為PMMA、PET或PC。
本發明提供一實施例，其中該本體之上方包含一第二光學結構。
本發明提供一實施例，其中該第一光學結構及該第二光學結構係為一非球面結構或一網點結構。
本發明提供一實施例，其中該稜鏡層上方包含一玻璃層。
本發明提供一實施例，其中該稜鏡層係包含至少一凹部以及至少一凸部，該至少一凹部及該至少一凸部相鄰且以一非直線結構排列。
本發明提供一實施例，其中該至少一凸部具有一頂部，該頂部上設有一圓角，該圓角之半徑介於0.01~0.05mm。
本發明提供一實施例，其中該光學粒子之材料係為PMMA或PS。
本發明提供一實施例，其中該第一光學層具有一第一厚度，該第二光學層具有一第二厚度，該第一厚度及該第二厚度係介於40nm至200nm之間。
本發明提供一實施例，其中該第一材質及該第二材質係為PMMA或PS。
本發明提供一實施例，其中該光聚焦點係聚焦於基板層之內側、該稜鏡層之內側或於該光學膜之外側。
10:基板層
12:本體
14:第一光學結構
16:第二光學結構
20:光學層
22:第一光學層
24:第二光學層
26:光學粒子
30:稜鏡層
32:凹部
322:頂部
3221:圓角
34:凸部
36:非直線結構
40:非球面結構
42:弧面
421:弧面半徑
50:網點結構
52:孔洞
60:玻璃層
R:半徑
D:直徑
H:高度
L:光源
θ:出光角度
P:光聚焦點
第1A圖：其為本發明之一實施例之結構示意圖；
第1B圖：其為本發明之一實施例之凹凸結構放大示意圖；
第1C圖：其為本發明之一實施例之俯視示意圖；
第1D圖：其為本發明之一實施例之結構示意圖；
第2A圖：其為本發明之一實施例之一非球面結構示意圖；
第2B圖：其為本發明之一實施例之一網點結構示意圖；
第3A圖：其為本發明之一第一實施例之光路徑示意圖；
第3B圖：其為本發明之一第二實施例之光路徑示意圖；以及
第3C圖：其為本發明之一第三實施例之光路徑示意圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
傳統習知之增亮膜，均透過拉伸材料方式形成雙折射薄膜，加工方式複雜且加工之成本較高昂，另外目前所使用的增亮膜無法調整聚焦位置，使視角改變並調整光通量以及輝度。
本發明之優點在於本發明之光學膜之基板層下方設置第一光學結構，使第一光學結構匯聚並改變入光光源，再透過光學層之結構使入光光源之無效偏振光轉換為有效偏振光，另外，第一光學結構來達到調整光源入光時的聚焦位置，利用調整聚焦位置使光源通過光學膜之光通量及輝度增加。
在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。
首先，請參閱第1A圖，其為本發明之一實施例之結構示意圖。
如圖所示，本實施例中之結構係包含一基板層10、複數個光學層20、一稜鏡層30。
該基板層10係包含一本體12及一第一光學結構14，該第一光學結構14設置於該本體12之下方，該基板層10之材料係使用PMMA、PET或PC。
該些個光學層20係設置於該基板層10之上方，該些個光學層20中設有一第一光學層22及一第二光學層24，該第一光學層22及該第二光學層24係 包含複數個光學粒子26，該些個光學粒子26之材料係使用PMMA或PS，該些個光學層20之穿透率係為45-50%。
其中，該第一光學層22具有一第一厚度，該第二光學層24具有一第二厚度，該第一厚度及該第二厚度係介於40nm至200nm之間，該第一光學層22之一第一材質具有一第一折射率，該第二光學層24之一第二材質具有一第二折射率，進一步，該第一折射率及該第二折射率係介於1.49~1.59，該第一材質或該第二材質之材料係為係為PMMA或PS。
該稜鏡層30其係設置於該些個光學層20之上方，該稜鏡層30係包含至少一凹部32以及至少一凸部34，該至少一凹部32及該至少一凸部34相鄰且為一非直線結構36排列，除第1A圖外，請一併參考第1B圖，其為本發明之一實施例之凹凸結構放大示意圖，如圖所示，其中該至少一凸部34包含一頂部322，該頂部322上設有一圓角3221，該圓角3221之一半徑R介於0.01~0.05mm，該圓角3221避免光線穿透該稜鏡層30時，產生閃爍亮點出現於一玻璃層60上。
進一步，除第1A圖外，請一併參考第1C圖，其為本發明之一實施例之俯視示意圖，如圖所示，由俯視視角可清楚看出，該非直線結構36排列係為一種非規律之波浪結構，且該非直線結構36僅產生些微之抖動，透過此種結構，可以避免光線在穿射該非直線結構36，並通過該稜鏡層30後投射於該玻璃層60上時，產生光干涉紋路。
其中，請參考第1D圖，其為本發明之一實施例之結構示意圖，如圖所示，該本體12之上方設有一第二光學結構16，該第一光學結構14及該第二光學結構16係為一非球面結構40(請一併參閱第2A圖)或一網點結構50(請一併 參閱第2B圖)，透過設置該第一光學結構14或該第二光學結構16，可使光聚焦於不同位置，使光投射於該玻璃層60之輝度增加。
進一步，該第一光學結構14及該第二光學結構16係可為上述之該非球面結構40，請參考第2A圖，其為本發明之一實施例之一非球面結構示意圖，如圖所示，該非球面結構40係包含複數個弧面42，該些個弧面42分別具有一弧面半徑421，該弧面半徑421係介於0.02mm至10mm之間，透過設置不同之該弧面半徑421，可使光聚焦於不同位置上。
另外，該第一光學結構14及該第二光學結構16係可為上述之該網點結構50，請參考第2B圖，其為本發明之一實施例之一網點結構示意圖，如圖所示，該網點結構50包含複數個孔洞52，其係由該基板層10表面往中央凹陷形成該些個孔洞52，該些個孔洞52之一直徑D係介於10μm至100μm，其該些個孔洞52之一高度H係介於1μm至5μm之間，並利用調整該直徑D以及該高度H，使光可聚焦於不同位置上。
接著，本實施例之該些個光學層20，係透過使用微定量幫浦供料至超音波系統，將不同折射率之熱塑型樹脂震盪成奈米級微粒子並藉由空壓系統均勻噴塗於該基板層10上方，形成該第一光學層22及該第二光學層24，該第一光學層22及該第二光學層24之該第一厚度及該第二厚度由微定量幫浦及超音波震盪頻率來決定，該第一厚度及該第二厚度係介於40nm至200nm之間，進一步，可於供料樹脂中加入該些個光學粒子26，使得光經過該些個光學層20之反射率提高。
其中，光內含有光波，而在自然界當中常見的光波(或者電磁波)，其電場的偏振方向通常是充斥在每個角度上的，在同一道光束當中，是 由許多角度方向的電場共同組成的，這樣的電磁波，其偏振特性被描述為「非偏振」(unpolarized)，例如太陽光、炙熱燈泡所發出的光等等，如果光束的電場只沿著單一角度進行震盪，則以偏振特性而言，這個光束的通常被稱為「線性偏振光」(linear polarized light)。
上述「線性偏振」之涵義，是以面對線性偏振光的行進方向來觀察時，隨著時間的演變，電場是在一條線的方向上進行往返震盪，光內之光波進入本實施例中之光學膜時，可將原先之無偏振光分為無效偏振光以及有效偏振光，透過上述之該些個光學層20之結構(該第一光學層22、該第二光學層24以及該光學粒子26)提高無效偏震光轉化成同光軸向之有效偏震光的轉化效率，使整體之光的利用率提升。
接著，與此列舉一範例，使本實施例更可清楚闡明技術特徵之部分，因本發明之光學膜藉由該第一光學結構14之結構改變(該非球面結構40或該網點結構50)，使其入光之聚焦位置不同(分別為第一至第三實施例，如第3A-3C圖)，為此，請參考第3A圖，其為本發明之一第一實施例之光路徑示意圖，舉例來說，當LCD背光模組之一光源L投射至該基板層10之下方，經由該第一光學結構14匯聚並改變該光源L之一入光角度，其中該光源L係使用背光模組(側入式或直下式)，透過背光模組中的導光膜與擴散膜後，會使該光源L形成均勻的面光源(均齊度約為75~90%)，其中，該光源L進入該些個光學層20，並透過該些個光學粒子26、該第一折射率及該第二折射率調整該光源L之一第一偏振相位與一第二偏振相位為同一出光相位後，該光源L聚焦於一光聚焦點P於該稜鏡層30並穿透該稜鏡層30，該光源L於該稜鏡層30之一出光角度θ介於5°至10°，使該光源L集中出光且避免該光源L穿過該稜鏡層30投射於該玻璃層60上 時，產生光干涉紋路或產生閃爍亮點，當非球面半徑介於0.085至0.145mm之間時，該光源會聚焦於該稜鏡層30上，聚焦於該稜鏡層30之優點在於可使出光之準直性提高，進而提升正視角輝度，若聚焦於光學膜層外，則可提高顯示器的視角。
另外，請參閱第3B圖，其為本發明之一第二實施例之光路徑示意圖，亦可透過該第一光學結構14使該光源L聚焦該光聚焦點P於本發明之光學膜外側，亦即該光源L聚焦該光聚焦點P位於該稜鏡層30與該玻璃層60之間，當非球面或網點半徑為0.150至0.280mm之間，會使通過之光聚焦在該稜鏡層30與該玻璃層60之間，聚焦於光學膜外側之優點在於可提高顯示器的視角，例如：顯示器1/2視角加大，進一步，參考第3C圖，其為本發明之一第三實施例之光路徑示意圖，如圖所示，亦可透過該第一光學結構14使該光源L聚焦於該光聚焦點P於該基板層10上，當非球面或網點半徑為0.150至0.280mm之間，會使通過的光聚焦在該基板層10，聚焦於該基板層10之優點在於調整並提高光進入該些個光學層20的入射角，以提升該些個光學層20之反射率，使該些個光學層20的S光轉換效率提升。
當LCD背光模組使用本發明之光學膜時，透過該第一光學結構14改變聚焦位置，使該光源L穿透該基板層10、該光學層20以及該稜鏡層30後，投射至該玻璃層60上，改善該光源L之入光角度以及該光源L之光通量，達到螢幕輝度提升之效果。
以上所述之實施例，本發明係為一種光學膜之結構，於光學膜之基板層下方設置第一光學結構，使第一光學結構匯聚並改變入光之光源，再透過光學層之結構使入光之光源之無效偏振光轉換為有效偏振光，另外，藉由改 變第一光學結構之構造，使光源在入射時會產生不同的聚焦位置，利用這些不同的聚焦位置，使通過光學膜之光源投射於玻璃層之光通量及輝度增加。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:基板層
12:本體
14:第一光學結構
20:光學層
22:第一光學層
24:第二光學層
26:光學粒子
30:稜鏡層
32:凹部
34:凸部
60:玻璃層

Claims (11)

  1. 一種光學膜之結構，其包含：
    一基板層，其係包含一本體及一第一光學結構，該第一光學結構設置於該本體之下方；
    複數個光學層，其係設置於該基板層之上方，該些個光學層中具有一第一光學層及一第二光學層，該第一光學層之一第一材質具有一第一折射率，該第二光學層之一第二材質具有一第二折射率，該第一光學層及該第二光學層內分別設有複數個光學粒子；以及
    一稜鏡層，其係設置於該些個光學層之上方；
    其中，當一光源由該基板層之下方進入該基板層，經由該第一光學結構改變該光源之一入光角度，使該光源產生一光聚焦點，由該基板層進入該些個光學層，透過該些個光學粒子、該第一折射率及該第二折射率調整該光源之一第一偏振相位與一第二偏振相位為同一出光相位後穿透該稜鏡層。
  2. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該基板層之材料係為PMMA、PET或PC。
  3. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該本體之上方設有一第二光學結構。
  4. 如請求項3所述之光學膜之結構，其中該第一光學結構及該第二光學結構係為一非球面結構或一網點結構。
  5. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該稜鏡層上方包含一玻璃層。
  6. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該稜鏡層係包含至少一凹部以及至少一凸部，該至少一凹部及該至少一凸部相鄰且以一非直線結構排列。
  7. 如請求項6所述之光學膜之結構，其中該至少一凸部具有一頂部，該頂部上設有一圓角，該圓角之半徑介於0.01~0.05mm。
  8. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該些個光學粒子之材料係為PMMA或PS。
  9. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該第一光學層具有一第一厚度，該第二光學層具有一第二厚度，該第一厚度及該第二厚度係介於40nm至200nm之間。
  10. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該第一材質及該第二材質係為PMMA或PS。
  11. 如請求項1所述之光學膜之結構，其中該光聚焦點係聚焦於該基板層之內側、該稜鏡層之內側或於該光學膜之外側。
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