WO2023015470A1 - 光学膜片、背光模组及显示装置 - Google Patents

光学膜片、背光模组及显示装置 Download PDF

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Abstract

一种光学膜片(2)、背光模组及显示装置，光学膜片(2)包含基材层(21)，及叠置于基材层(21)上的多个光学胶层(22)。光学胶层(22)为至少两层并具有互相填补的微结构，在光学胶层(22)中，靠近基材层(21)者为第一光学胶层(22a)，远离基材层(21)者为第二光学胶层(22b)，第一光学胶层(22a)的折射率小于第二光学胶层(22b)的折射率，且至少第二光学胶层(22b)的微结构皆具有锐角。借由光学胶层(22)的设置，可以降低光线强度的对比，提升匀亮度。

Description

光学膜片、背光模组及显示装置 技术领域
本发明涉及一种光学元件，特别是涉及一种能提升匀亮度的光学膜片，及包含该光学膜片的背光模组及显示装置。
背景技术
传统的液晶显示器的背光模组配置于液晶面板的背面，以提供液晶面板所需的显示光源。背光模组依照光源位置可分为「侧光式」及「直下式」设计，其中「直下式」设计的背光模组采用多个发光二极管作为光源，以取代传统的白热灯管或荧光灯管。当将发光二极管作为光源时，通常会在上方预留一段展光距离后再设置扩散板或其他光学膜片，然后将其设置于液晶面板的下方，以提供液晶面板均匀的面光源。
但实际上，发光二极管所发出的光线在正视角方向(也就是发光二极管发光面的法线方向)上具有最大的光强度，所以在背光模组的发光面上，特别是在每一个发光二极管的正投影区域仍然会形成一个亮点，造成面光源亮度不均匀的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种薄化且匀亮度佳的光学膜片。
本发明的光学膜片包含基材层及叠置于该基材层上的多个光学胶层。该光学胶层为至少两层并具有互相填补的微结构，在该光学胶层中，靠近该基材层者为第一光学胶层，远离该基材层者为第二光学胶层，该第一光学胶层的折射率小于该第二光学胶层的折射率，且至少该第二光学胶层的该微结构皆具有锐角。
本发明的另一技术手段，在于该第一光学胶层的微结构具有第一角度，该第二光学胶层的微结构具有第二角度，该第一角度等于该第二角 度。
本发明的另一技术手段，在于该第一光学胶层的微结构具有第一角度，该第二光学胶层的微结构具有第二角度，该第一角度不等于该第二角度。
本发明的另一技术手段，在于该第一角度与该第二角度中的至少一者的角度介于40度至70度之间，并包含端点值。
本发明的另一技术手段，在于该光学胶层具有与该基材层相对的出光面，该出光面为平面。
本发明的另一技术手段，在于该光学胶层之间具有至少一个由该微结构组成的微结构界面。
本发明的另一技术手段，在于该基材层与该第一光学胶层之间具有微结构界面。
本发明的另一技术手段，在于贴覆于该基材层的该第一光学胶层的折射率小于该基材层的折射率。
本发明的另一技术手段，在于该基材层的与该光学胶层相对的另一侧设有封装胶层。
本发明的另一目的，在于提供一种背光模组。
一种背光模组，包含光源及前述的光学膜片，该光学膜片用以接收该光源之光线。
本发明的另一技术手段，在于该光源包括电路板、间隔设置于该电路板上的多个发光二极管，及设置于该电路板上且覆盖该发光二极管的封装胶层。
另一种背光模组，包含光源及用以接收该光源的光线的前述光学膜片。该光源包括电路板、间隔设置于该电路板上的多个发光二极管，及设于该基材层的与该光学胶层相对的另一侧的封装胶层，该封装胶层覆盖该发光二极管。
本发明的另一目的，在于提供显示装置，包含前述的背光模组及设置于该背光模组上的显示面板。
本发明的功效在于，借由该光学胶层的设置，降低光线强度的对比 度，提升匀亮度。
附图说明
为了使本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更加明显易懂，现在参考附图进行如下说明：
图1是示出本发明的光学膜片的较佳实施例的示意图；
图2是示出本发明的光学膜片的另一种态样的示意图；
图3是示出本发明的光学膜片的另一种态样的示意图；
图4是示出本发明的光学膜片的另一种态样的示意图；
图5是示出本发明的背光模组的较佳实施例的示意图；
图6是说明本发明的光学膜片的制作流程的流程图；
图7是示出本发明的显示装置的较佳实施例的示意图；
图8是说明光线在本发明的光学膜片中的动作路径的示意图；
图9是说明光线在本发明的光学膜片中的动作路径的曲线图；
图10是说明不同折射率组合的光学胶层对于光线对比度的影响的示意图；及
图11是说明单一微结构界面示出钝角时光线在本发明的光学膜片中的动作路径的示意图。
具体实施方式
有关本发明的相关申请专利特色与技术内容，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。在进行详细说明前，应注意的是，类似的元件以相同的附图标记来表示。
参阅图1，为本发明的光学膜片2的较佳实施例，其包含基材层21，及叠置于基材层21上的多个光学胶层22，光学胶层22具有与基材层21相对的出光面221，以及至少一个微结构界面222。较佳的是，微结构界面222可以选择设于光学胶层22的内部，或者微结构界面222设于基材层21与光学胶层22之间，微结构界面222包含多个具有锐角的微结构。更详言之，由于习知直下式背光模组中设置于光学膜片下方的光源所发出的 光线通常存在过于集中的问题，例如热点(hotspot)，而本发明的光学膜片2可以借由至少一个具有锐角微结构的微结构界面222，将集中在光源正上方的光线均匀地分散到光源上方的辐射范围，使光线在光学膜片2内朝向周围扩散，进而涵盖未设置光源的区域，这样不但能减少光源的设置数量，降低生产成本，亦能减少显示装置的显示区域的亮暗差异，提升光学品味。请参照图11，若前述单一微结构界面222上的微结构具有钝角，由于其微结构的斜面会较为平缓，则光源所发出的大部分光线穿过平缓的斜面后的偏折程度较小，所以较容易直接朝正上方射出，以致辐射范围较小，不足以改善整体背光模组的匀亮度。要特别说明的是，本发明的较佳实施例包含至少一个微结构界面222，其可由具有一组至少两层的光学胶层22形成，即至少一个微结构界面222位于两层光学胶层22之间。
在一实施例中，基材层21可以选择以硬度较高的聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)作为基层以支持前述光学胶层22的成型，也有利于本发明的光学膜片2的搬运。如图1所示，在光学胶层22中，靠近基材层21者为第一光学胶层22a，远离基材层21者为第二光学胶层22b，第二光学胶层22b的折射率大于第一光学胶层22a的折射率，且第二光学胶层22b的折射率大于空气层的折射率。换言之，第二光学胶层22b的折射率与空气的折射率(通常为1)的差值大于第一光学胶层22a的折射率与空气的折射率的差值，利用较大差值的折射率，进而提高使光线自第二光学胶层22b上的出光面221出光时的折射幅度。要特别说明的是，在本发明的较佳实施例中，光学胶层22为具有至少两层的光学胶层22a、22b，至少一个微结构界面222位于光学胶层22a、22b之间。举例来说，光学胶层22的数量为偶数，可以是如图1所示，光学胶层22a、22b之间具有一个微结构界面222；也可以是如图2所示，光学胶层22呈现四层光学胶层22a、22b、22c、22d的型态，其中一组光学胶层22a、22b之间具有一个微结构界面222’，而另一组光学胶层22c、22d之间具有另一个微结构界面222”，两组光学胶层之间的微结构界面222’、222”分别成型，随后两组光学胶层互相叠合，由此在两组光学胶层之间形成平面的形态；或者如图3所示，光学胶层22呈现三层光学胶层22a、22b、22c的型 态，且依序形成两个微结构界面222’、222”。不论是图1、图2或图3的任一型态，光学胶层22的出光面221与空气之间的接口可选择为光滑的平面或者为粗糙的平面，以有助于将光学胶层22内的光线，均匀地从出光面221向外发散。在另一较佳实施例中，例如图2或图3，不同微结构界面222上的微结构的角度不同，更详言之，越靠近光源的微结构的角度越小，较佳地为锐角；而越靠近出光面的微结构的角度越大，且角度不限，可以为锐角、直角或钝角。
在一实施例中，第一光学胶层22a与第二光学胶层22b之间的微结构界面222，其包含具有锐角结构的微结构。第一光学胶层22a的微结构具有第一角度θ1，第二光学胶层22b的微结构具有第二角度θ2，其中，至少第二角度θ2为锐角，第一角度θ1与第二角度θ2的角度可以相同，也可以不同；若两者角度相同，则预定模具的设计难度较低，这有利于缩短生产时程，若两者角度不同，则不同角度的微结构更能微调光线被折射的比例。在图1及图2中，第一角度θ1等于第二角度θ2，在某些实施例中，如图4所示，第一角度θ1大于第二角度θ2。在图1、图2或图4的任一者中，靠近光源的微结构界面222的微结构中的至少一者的角度介于40度至70度之间，且包含端点值。在以下的内容中，将以图1所示的态样为例进行说明。
参阅图5，为本发明的背光模组的另一较佳实施例，包含如图1所示的光学膜片2，及光源3。其中，光源3位于光学膜片2的下方，光源3包括电路板31，及间隔设置于电路板31上的多个发光二极管32，发光二极管32朝向光学膜片2发出的光线在依序通过基材层21及光学膜片2的第一光学胶层22a、第二光学胶层22b后，自出光面21出光。其中，光学膜片2的基材层21的与光学胶层22相对的另一侧设有封装胶层23，封装胶层23可用以避免空气或水分接触发光二极管32。
参阅图6，在制造本发明的背光模组及光学膜片2时，可以如图6(a)所示，先在基材层21的一侧设置第一光学胶层22a，再如图6(b)所示，在第一光学胶层22a上设置第二光学胶层22b。以图6(b)所示的角度来看，第一光学胶层22a的微结构呈现向上凸出的锐角结构，而第二 光学胶层22b的微结构则呈现向下凸出的锐角结构，并填补于第一光学胶层22a的微结构之间，使得第一光学胶层22a与第二光学胶层22b的微结构呈现互相填补的状态，进行至图6(b)，即可得到本发明的基本型态的光学膜片2。如图6(c)所示，再在基材层21的另一侧设置封装胶层23，封装胶层23可以选择在固化前以果冻状的型态贴合在基材层21上。进行至图6(c)，即可得到本发明的另一型态的光学膜片2，且前述封装胶层23固化前为果冻状，这有利于后续运送并且能够实现简化背光模组的组装程序及缩短制程工时的功效。接着，再如图6(d)所示，将封装胶层23压合贴附于电路板31上，使发光二极管32包埋于封装胶层23内，并经过固化程序，例如，加压脱泡、曝UV光等，在封装胶层23固化后，使光学膜片2与电路板31稳固结合。要说明的是，在实际实施时，在得到图6(b)的光学膜片2后，也可以于电路板31上点上液态胶，使其自然流平包覆发光二极管32，再加热烘烤固化以形成封装胶层23。也就是说，封装胶层23可以在制作光学膜片2时直接设置在基材层21上，也可以在与光源3结合时以点胶方式形成。最后，如图7所示，在第二光学胶层22b的上方再设置显示面板4，即可形成显示装置。
通过上述结构设计，当发光二极管32发出光线时，会穿过封装胶层23而进入基材层21。封装胶层23的折射率与基材层21的折射率可以选择与发光二极管32的折射率相近，以有利于光线自发光二极管32射出。举例而言，第一光学胶层22a的折射率小于基材层21的折射率，因此当光线由基材层21进入第一光学胶层22a时，出射光线较入射光线更加发散。
续参阅图8，当光线由第一光学胶层22a进入第二光学胶层22b时，光线会穿过第一光学胶层22a与第二光学胶层22b的交界处，除了可以利用微结构的锐角设计，将正下方的发光二极管32所发出的部分光线进行折射，而降低正向光强度并减少直接出光率之外，可以再配合第一光学胶层22a的折射率小于第二光学胶层22b的折射率的设计，加大出射光线的偏折角度，而改善匀亮度。另外，由于第二光学胶层22b的折射率大于空气层的折射率，因此可以利用第二光学胶层22b的折射率与空气的折射率 的落差，进而确保光线自第二光学胶层22b上的出光面221出光时获得有效的大角度偏折。
更详细地说，在图8中，由下方的发光二极管32(由图6所示)所发射的光线进入至第一光学胶层22a后，直接向上的正向光可以被第二光学胶层22b具有锐角的微结构折射而减少正向出光率。也就是说，第二光学胶层22b的锐角结构的斜面会较为陡峭，光源所发出的光线穿过陡峭的斜面后的偏折程度较大，所以可以压抑发光二极管32正上方的光直接射出，进而改善匀亮度不佳的问题。另外，光线由第一光学胶层22a进入第二光学胶层22b时，虽然光线由折射率较小的介质进入到折射率较大的介质，由此导致光线的出射角小于入射角，但本发明的光学膜片2可以利用微结构界面222处不同介质的光学折射特性，增加光线朝辐射方向偏折的范围，以确保正上方出光的热点(hotspot)问题被弱化，再利用光线由第二光学胶层22b进入空气时，因为折射率的较大落差，会将部分光线向外偏折后自出光面21出光，而大于临界角的光线(如虚线部分)会反射回第二光学胶层22b，继续朝向侧边传递，进而提升整体光学膜片2的匀亮度。借此方式，除了可以减少发光二极管32的正向光之外，还能使光线往周围扩散，涵盖未设置发光二极管32的区域，这不但能降低显示装置的显示区域的亮暗差异，亦能减少显示装置中所配置的发光二极管32的数量。
在另一实施例中，如图9所示，当第一光学胶层22a的微结构具有第一角度θ1为钝角且第二光学胶层22b的微结构具有第二角度θ2为锐角时，由于第二光学胶层22b的锐角的微结构的斜面会较为陡峭，光源所发出的光线穿过陡峭的斜面后的偏折程度较大，所以部分光线将以较大的幅度朝外偏折，减少正上方射出光线的比例，而改善整体背光模组的匀亮度。另一方面，由于第一光学胶层22a的钝角的微结构的斜面会较为平缓，所以光源所发出的光线穿过平缓的斜面后，会以较小的幅度朝外偏折，再依据钝角的微结构的斜面相较于锐角的微结构的斜面的比例，来微调正上方射出光线的比例，例如钝角微结构的斜面的占比愈大，回补正上方射出光线的效果就愈强。
下表的实施例A与实施例B选择了两种不同折射率的光学胶层22进行组合，两组光学胶层的折射率差分别为ΔnA＝0.211及ΔnB＝0.33。实施例A与实施例B分别与各自的对照组(即选用同样折射率差值的光学胶层，但无微结构界面的设计)进行对照。
Figure PCTCN2021111964-appb-000001
先以实施例A与其对照组为例说明，先取得实施例A的对照组的光线强度差值ΔL，光线强度差值ΔL是指辉度最强与辉度最弱的差值(ΔL＝Lmax-Lmin)，如图10所示，对照组的比值为1(虚线)，而实施例A则是将在不同微结构角度时所测得的光线强度差值作为分子，对照组A的光线强度差值作为分母，计算出实施例A在不同微结构角度下的光线强度比值，如图10的线段ΔnA。如图10及上表所示，实施例A的第一光学胶层折射率为1.477，而第二光学胶层折射率为1.688，ΔnA为0.211，在微结构角度30度至70度的范围内，实施例A的光线强度比值由0.93开始，随着微结构角度的增加而下降，在50度时下降至0.54，接着开始上升，并在70度时上升至0.74。
再以前述作法得实施例B与其对照组的光线强度差值后，在图10中绘示线段ΔnB。而实施例B的第一光学胶层折射率为1.37，而第二光学胶层折射率为1.7，ΔnB为0.33，在微结构角度30度至70度的范围内，实施例B的光线强度比值由1.22，随着角度的增加而下降，在50度时下降至0.45，接着开始上升，并在70度时上升至0.62。
由以上结果可知，光学胶层22之间的折射率差异较小时(如实施例A)，只要光学胶层22之间具有微结构界面，就能够改善光线的强度对比，进而能提高匀旋光性。当光学胶层22之间的折射率差异较大时(如实施例B)，则可更进一步配合微结构的角度设计来微调显示区域的亮暗 差异，也就是说，在折射率差异较大时，若所配合的微结构角度过小，例如30度以下，则容易造成匀亮度不佳。换言之，第一光学胶层22a与第二光学胶层22b的微结构的角度设计在40度至70度的范围内，可以降低光线的强度对比，进而使显示装置的光学品味更佳。
本发明通过上述结构设计以及光学胶层22的折射率差异，除了可以减少发光二极管32的正向光之外，还能使光线往周围扩散，涵盖未设置发光二极管32的区域，这不但能在达成出光辉度要求的前提下，加大发光二极管21之间的间距，以减少发光二极管32的设置数量，降低生产成本，亦能减少显示装置的显示区域的亮暗差异，有较好的匀旋光性，提升光学品味。
综上，以上所述仅为本发明的较佳实施例，应当不能以此限定本发明的实施范围，即大凡依本发明的权利要求范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的专利涵盖范围。
【附图标记列表】
2         光学膜片
21        基材层
22        光学胶层
22a～22d  光学胶层
221       出光面
222       微结构界面
222’     微结构界面
222”     微结构界面
23        封装胶层
3         光源
31        电路板
32        发光二极管
4         显示面板
θ1       第一角度
θ2       第二角度。

Claims (13)

  1. 一种光学膜片，包含：
    基材层；及
    多个光学胶层，其叠置于所述基材层上，所述光学胶层为至少两层并具有互相填补的微结构，在所述光学胶层中，靠近所述基材层者为第一光学胶层，而远离所述基材层者为第二光学胶层，所述第一光学胶层的折射率小于所述第二光学胶层的折射率，且至少所述第二光学胶层的所述微结构具有锐角。
  2. 根据权利要求1所述的光学膜片，其中，所述第一光学胶层的微结构具有第一角度，所述第二光学胶层的微结构具有第二角度，所述第一角度等于所述第二角度。
  3. 根据权利要求1所述的光学膜片，其中，所述第一光学胶层的微结构具有第一角度，所述第二光学胶层的微结构具有第二角度，所述第一角度不等于所述第二角度。
  4. 根据权利要求2或3所述的光学膜片，其中，所述第一角度与所述第二角度中的至少一者的角度介于40度至70度之间，并包含端点值。
  5. 根据权利要求1所述的光学膜片，其中，所述光学胶层具有与所述基材层相对的出光面，所述出光面为平面。
  6. 根据权利要求1所述的光学膜片，其中，所述光学胶层之间具有至少一个由所述微结构组成的微结构界面。
  7. 根据权利要求6所述的光学膜片，其中，所述基材层与所述第一光学胶层之间具有微结构界面。
  8. 根据权利要求1所述的光学膜片，其中，贴覆于所述基材层的所述第一光学胶层的折射率小于所述基材层的折射率。
  9. 根据权利要求1所述的光学膜片，其中，所述基材层的与所述光学胶层相对的另一侧设有封装胶层。
  10. 一种背光模组，包含：
    光源；及
    根据权利要求1至8中任一项所述的光学膜片，其用以接收所述光源的光线。
  11. 根据权利要求10所述的背光模组，其中，所述光源包括电路板、间隔设置于所述电路板上的多个发光二极管，及设置于所述电路板上且覆盖所述发光二极管的封装胶层。
  12. 一种背光模组，包含：
    光源，其包括电路板及间隔设置于所述电路板上的多个发光二极管；及
    根据权利要求9所述的光学膜片，其用以接收所述光源的光线，且所述封装胶层覆盖所述发光二极管。
  13. 一种显示装置，包含：
    根据权利要求10至12中任一项所述的背光模组，及
    设置于所述背光模组上的显示面板。
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