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    • 专利摘要:
    本發明提供一種複合光學膜，其包括一增亮膜、一高折射率層以及一中間層。增亮膜具有複數條彼此平行之增光結構、相對之一上表面與一下表面，其中增光結構設置於上表面。高折射率層設於下表面，且包括一膜層以及複數個位於膜層中之無機奈米粒子。中間層設於增亮膜與高折射率層之間。
    公开号:TW201321845A
    申请号:TW100141762
    申请日:2011-11-16
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Yi-Wen Lin；Jen-Yuan Chi
    申请人:Au Optronics Corp；
    IPC主号:G02B5-00
    专利说明:
    複合光學膜及應用其之背光模組
    本發明係關於一種複合光學膜及應用其之背光模組，尤指一種結合增亮膜與擴散片之複合光學膜及應用其之背光模組。
    一般來說，液晶顯示器(Liquid crystal display,LCD)由於具有輕薄短小、高亮度、高對比與低耗電等特性，已取代傳統陰極射線管顯示器成為顯示器市場之主流產品。然而，液晶面板為被動發光的平面顯示裝置，因此通常需要在液晶顯示面板背面設置一背光模組以提供畫面顯示所需光線。
    請參考第1圖，第1圖為習知背光模組之剖面示意圖。如第1圖所示，習知背光模組10係由導光板12、設於導光板12上之光學膜片14a、14b、14c、14d以及設於導光板12之一側的光源16所構成，且光學膜片14a、14b、14c、14d可為下擴散片14a、下增亮片14b、上增亮片14c以及上擴散片14d，並依序設於導光板12上。光源16所產生之光線係從導光板12之側壁進入導光板12，然後導光板12將光線導引至向上射出。並且，從導光板12射出之光線需經過下擴散片14a，以將光線均勻擴散，並集中至一出光角度。接著，下增亮片14b與上增亮片14c可將從下擴散片14a射出之光線進一步集中。然後，藉由上擴散片14d可將集中之光線進一步均勻化，以呈現出亮度均勻的面光源。
    由此可知，習知背光模組10需多個光學膜片14a、14b、14c、14d，才能達到理想的背光效果。然而，多個光學膜片14a、14b、14c、14d的結合不僅增加材料成本與組裝的工序與時間，而增加製造成本，並且兩相鄰的光學膜片14a、14b、14c、14d之間亦容易會有相互磨擦的情況發生，而產生刮傷或損傷，進而影響背光模組10之出光亮度，且降低生產良率。再者，為了維持各光學膜片14a、14b、14c、14d的物理特性，各光學膜片14a、14b、14c、14d需具有一定厚度，造成背光模組10之厚度受到限制。
    有鑑於此，對於顯示器或背光模組產業而言，縮減光學膜片之數量，以降低製造成本且縮小背光模組之厚度，仍然為一重要的課題。
    本發明之主要目的之一在於提供一種複合光學膜及應用其之背光模組，以將增亮片與擴散片整合為單一光學膜。
    為達上述之目的，本發明提供一種複合光學膜，其包括一增亮膜、一高折射率層以及一中間層。增亮膜具有複數條彼此平行之增光結構、相對之一上表面與一下表面，其中增光結構設置於上表面。高折射率層設於下表面，且包括一膜層以及複數個位於膜層中之無機奈米粒子。中間層設於增亮膜與高折射率層之間。
    為達上述之目的，本發明又提供一種複合光學膜，其包括一中間層、一高折射率層以及一介面。高折射率層具有複數個無機奈米粒子，且高折射率層設置於中間層上。介面形成於中間層與高折射率層之間，其中介面具有複數個曲面。
    為達上述之目的，本發明提供一種背光模組，其包括一導光板、一光源以及複合光學膜。導光板具有一入光面以及一出光面，且光源設於導光板之入光面之一側。複合光學膜設於導光板之出光面上，且複合光學膜包括一增亮膜、一高折射率層以及一中間層。增亮膜具有複數條彼此平行之增光結構、相對之一上表面與一下表面，其中增光結構設置於上表面。高折射率層設於下表面，且包括一膜層以及複數個位於膜層中之無機奈米粒子。中間層設於增亮膜與高折射率層之間，其中光線從高折射率層射入複合光學膜，並從上表面射出。
    綜上所述，本發明係藉由將無機奈米粒子設於膜層中以有效地將膜層之折射率提高為高折射率層之第一折射率，藉此可將中間層之第二折射率與高折射率層之第一折射率之比值調整至與空氣之折射率與習知下擴散片之折射率之比值相同。因此，本發明之複合光學膜不僅可達到增亮片與擴散片之組合所呈現之光學效果，更可節省背光模組之組裝的工序與時間以及避免增亮片與擴散片之間產生刮傷或損傷，且可有效降低應用其之背光模組的厚度。
    請參考第2圖至第4圖，第2圖至第4圖為本發明較佳實施例之製作複合光學膜之方法示意圖，其中第4圖為本發明一較佳實施例之複合光學膜之剖面示意圖。如第2圖所示，首先，以滾輪組102a、102b連續地傳送基板104。接著，利用第一塗佈工具106連續地塗佈第一膠體108於基板104之一第一表面104a上。然後，利用第一壓製模具110對第一膠體108進行壓製，以於第一膠體108之表面形成複數個凹面112，且同時利用第一硬化裝置114硬化第一膠體108，以於基板104之第一表面104a上形成一中間層116。隨後，利用第二塗佈工具118將混合有無機奈米粒子與第二膠體之混合溶液120連續地塗佈於中間層116上，且填滿各凹面112，並同時利用第二硬化裝置122硬化混合溶液120，以於中間層116上形成一高折射率層124。並且，高折射率層124因填滿各凹面112而具有複數個凸面，以作為微透鏡。
    如第3圖所示，接下來，利用滾輪組102a、102b翻轉基板104與其上之中間層116以及高折射率層124，並連續地傳送。然後，利用第三塗佈工具126連續地塗佈第三膠體128於基板104相對於第一表面104a之一第二表面104b上。接著，利用第二壓製模具130對第三膠體128壓製，以於第三膠體128之表面形成複數條彼此平行之第一增光結構132，且同時利用第三硬化裝置134硬化第三膠體128，以於基板104之第二表面104b上形成一增亮部136，使基板104與增亮部136構成一增亮膜138。至此已完成本實施例之複合光學膜100，如第4圖所示。於本實施例中，第一硬化裝置114、第二硬化裝置122與第三硬化裝置134係為紫外光光源，以利用第一膠體108、第二膠體與第三膠體128具有光硬化之特性將第一膠體108、第二膠體與第三膠體128固化。但本發明不限於此，於本發明之其他實施例中，第一膠體108、第二膠體與第三膠體128亦可由具有熱硬化之材料所構成，且第一硬化裝置114、第二硬化裝置122與第三硬化裝置134可為加熱器，以利用加熱方式將第一膠體108、第二膠體與第三膠體128固化。或者，第一硬化裝置114、第二硬化裝置122與第三硬化裝置134亦可分別搭配第一膠體108、第二膠體與第三膠體128之材料特性而為任何硬化方式。
    請繼續參考第4圖，以下將進一步詳細說明本實施例之複合光學膜。於本實施例中，複合光學膜100包括增亮膜138、中間層116以及高折射率層124。增亮膜138包括基板104與增亮部136，且具有相對之一上表面138a與一下表面138b。增亮部136位於基板104上，並具有第一增光結構132設置於上表面138a，以用於折射並聚焦光線，使光線行進方向朝垂直複合光學膜100之方向偏折而射出，進而達到增亮之效果。本實施例之增亮部136係由第三膠體128所構成，其材料可為例如矽氧樹脂(silicone)、二氧化矽(silica)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)等透明材料，但不以此為限。並且，本實施例之基材104之材料可為例如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)等透明材料，且基材104不限與增亮部136由相同材料所構成，而可由不同材料所構成。本實施例之各第一增光結構132係為一稜鏡結構，例如稜柱，但不限於此。請參考第5圖，第5圖為本發明較佳實施例之複合光學膜之另一實施樣態。如第5圖所示，於本發明之其他實施例中，本實施樣態之第一增光結構132亦可為半圓柱狀結構。
    此外，如第4圖所示，高折射率層124設於增亮膜138之下表面138b，且中間層116設置於高折射率層124與增亮膜138之間，使中間層116與高折射率層124相互接觸，且其間相互接觸的表面形成一介面140。並且，介面140具有複數個曲面。於本實施例中，曲面係為凸面142，即高折射率層124面對增亮膜138之上表面具有凸面142，朝中間層116凸出，以作為微透鏡，將從高折射率層124射至中間層116之光線朝垂直複合光學膜100之方向集中。凸面142可為例如半橢圓球面或半圓球面等形狀，但不限於此，且排列方式可為例如矩陣形狀或蜂窩形狀等多種排列方式，而以蜂窩狀排列方式為較佳，使凸面142達到最緊密的排列，進而達到最佳的光線集中效果。另外，高折射率層124之下表面124a係為一粗糙表面，使複合光學膜100與導光板在組合成背光模組時仍有空氣存在其間，以助於複合光學膜100集中且擴散從導光板射出之光線。
    值得一提的是，高折射率層124具有一第一折射率，中間層116具有一第二折射率，且第一折射率較第二折射率大於0.2。藉此，當光線從高折射率層124朝中間層116行進而穿透介面140時，光線可被介面140散射而產生霧化效果，且另可經由凸面142之聚焦而朝垂直複合光學膜100之方向集中。於本實施例中，為了使高折射率124之第一折射率較中間層116之第二折射率大於0.2，高折射率層124包括一膜層144以及複數個位於膜層144中之無機奈米粒子146。其中，膜層144具有黏著特性，用以將高折射率層124黏著在中間層116上。形成膜層144之第二膠體可由例如樹脂(resin)、矽氧樹脂(silicone)、二氧化矽(silica)或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)等透明材料所構成，藉此，膜層144可具有一第三折射率，約略介於1.48與1.6之間。無機奈米粒子146具有高折射率與穿透特性，且具有一第四折射率，約略介於1.9與2.7之間。藉此，將具有第四折射率之無機奈米粒子146設於具有第三折射率之膜層144中，可有效地將膜層144之第三折射率提高為較第二折射率大之第一折射率，換言之，將無機奈米粒子146添加入膜層144中，可提升折射率，使得含有無機奈米粒子146之膜層144的折射率會高於僅有膜層144的第三折射率，藉由選擇無機奈米粒子146的粒徑或材料來改變含有無機奈米粒子146之膜層144(即高折射率層124)的折射率(即第一折射率)。因此，中間層116之第二折射率與高折射率層124之第一折射率之比值可調整至與空氣之折射率與習知下擴散片之折射率之比值相同，因此光線從具有第一折射率之高折射率層124射至具有第二折射率之中間層116會被擴散，而產生霧化效果。並且，第二折射率與第一折射率之差越大，所產生之霧化效果越佳。為了達到第二折射率與第一折射率之差越大，可於折射率低之膜層144中加入越多折射率高之無機奈米粒子146，使高折射率層124具有較多無機奈米粒子146之高折射率特性。藉此，光線經過無機奈米粒子146之機率增加，且提升介面140之折射率的差異，進而突顯介面140的擴散集光效果。於本實施例中，無機奈米粒子146位於高折射率層124中之體積含量比介於高折射率層124之體積的20%與80%之間。不過，當無機奈米粒子146與膜層144之比例超過一定值時，無機奈米粒子146容易會結塊，而未均勻分散在膜層144中，使高折射率層124具有過膜層144之黏著特性，進而容易造成高折射率層124與中間層116之間產生剝離的情況。因此，本實施例之無機奈米粒子146位於高折射率層124中之體積含量比較佳介於50%至60%之間，使無機奈米粒子146可達到緊密排列。此外，於本實施例中，各無機奈米粒子146具有一粒徑，小於100奈米。由於無機奈米粒子146具有奈米等級之大小，而具有小於可見光最小波長380奈米之尺寸，因此本實施例之無機奈米粒子146有效避免粒子之粒徑遠大於光線波長時因光容易在粒子間來回擴散而造成光線之能量在擴散時被吸收產生耗損，因而不會對光線產生擴散效果，僅改變光的行進路線。藉此，穿透高折射率層124之光線不易被散射而造成損耗，進而保持高光利用率。並且，無機奈米粒子146之粒徑較佳越小，以降低光線受到無機奈米粒子146之散射，且減少光線穿透高折射率層124之耗損。形成無機奈米粒子146之材料可為例如氧化鋅、氧化銦錫、二氧化鉻或二氧化鈦等無機材料，但不限於此。並且，不同的無機奈米粒子146之材料係具有不同的第四折射率，因此本發明更可藉由選擇無機奈米粒子146之材料或者調整無機奈米粒子146之體積含量比、粒徑大小或數量來決定第一折射率。
    另外，形成中間層116之第一膠體108可由例如矽氧樹脂(silicone)、二氧化矽(silica)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)等透明材料所構成，藉此第二折射率可介於1.48與1.6之間。值得注意的是，若高折射率層124僅由膜層144所構成而未含有無機奈米粒子146時，其折射率僅可介於1.48與1.6之間，而無法較中間層116之第二折射率大0.2。為了解決此問題，本實施例藉由將無機奈米粒子146設於膜層144中來提高高折射率層124之第一折射率，以較第二折射率大於0.2，進而可將中間層116之第二折射率與高折射率層124之第一折射率之比值調整至與空氣之折射率與習知下擴散片之折射率之比值相同。因此，於本實施例之複合光學膜100中，當光線穿透介面140時，光線之入射角與穿透率、反射率以及折射角之關係曲線可分別與光線從習知下擴散片射至空氣中之入射角與穿透率、反射率以及折射角之關係曲線是相同的。因此，本實施例之複合光學膜100更可將習知之增亮片與擴散片整合為單一光學膜，進而節省背光模組之組裝的工序與時間，且避免增亮片與擴散片之間產生刮傷或損傷。
    本發明之複合光學膜並不以上述實施例為限。下文將繼續揭示本發明之其它實施例或變化形，然為了簡化說明並突顯各實施例或變化形之間的差異，下文中使用相同標號標注相同元件，並不再對重覆部分作贅述。
    本發明另進一步提供應用上述實施例之複合光學膜之背光模組。請參考第6圖，第6圖為本發明第一較佳實施例之背光模組之剖面示意圖。如第6圖所示，本實施例之背光模組200除了複合光學膜100之外另包括一光源202、一導光板204、一增亮片206以及一擴散片208，可應用於可攜式電子裝置之顯示裝置，但不限於此。光源202係設於導光板204之一側壁，且其產生之光線係從導光板204之側壁射入導光板204。複合光學膜100設於導光板204上，用以接收導光板204從其上表面射出之光線，且對光線進行擴散與集中，其中光線係從高折射率層124射入複合光學膜100，並從複合光學膜100之上表面射出。擴散片208設於複合光學膜100上，且增亮片206設於擴散片208與複合光學膜100之間。並且，增亮片206具有複數條彼此平行之第二增光結構210，且第二增光結構210係垂直複合光學膜100之第一增光結構132。藉此，第一增光結構132與第二增光結構210可分別對將從導光板204之上表面產生之光線朝垂直複合光學膜100之方向集中。由此可知，本實施例之背光模組200僅需複合光學膜100以及單一擴散片與單一增亮片即可達到習知下擴散片、下增亮片、上增亮片以及上擴散片之光學效果，因此可有效節省製作成本以及組裝時間與工序，且可有效降低背光模組之厚度。此外，於本發明之其他實施例中，光源可使用冷陰極螢光燈管等發光裝置，而為直下式背光模組。並且，亦可省略導光板之使用。
    請參考第7圖，第7圖為本發明第二較佳實施例之背光模組之剖面示意圖。如第7圖所示，相較於第一實施例之背光模組，本實施例之背光模組300係將增亮片與擴散片整合為一多功能增亮片302，設於複合光學膜100上，且多功能增亮片302包括一透明基板304以及一設於透明基板304下之塗層306。塗層306另具有複數個擴散粒子306a，設於其中，以充分將經過之光線霧化，以呈現均勻面光源。並且，多功能增亮片302之上表面具有複數條彼此平行之第二增光結構308，且第二增光結構308垂直第一增光結構132，更可有效將光線朝垂直複合光學膜100之方向集中。再者，本實施例之背光模組僅需複合光學膜100與多工能增亮片302即達到習知下擴散片、下增亮片、上增亮片以及上擴散片之光學效果，因此有效節省製作成本以及組裝時間與工序，且可有效降低背光模組之厚度。請參考第8圖，第8圖為本發明第三較佳實施例之背光模組之剖面示意圖。如第8圖所示，相較於第一實施例之背光模組，本實施例之背光模組400僅包括擴散片，而未設置增亮片，而可作為桌上型顯示裝置之背光模組。
    綜上所述，本發明係藉由將具有第四折射率之無機奈米粒子設於具有第三折射率之膜層中以有效地將膜層之第三折射率提高為高折射率層之第一折射率，藉此可將中間層之第二折射率與高折射率層之第一折射率之比值調整至與空氣之折射率與習知下擴散片之折射率之比值相同。因此，本發明之複合光學膜不僅可達到增亮片與擴散片之組合所呈現之光學效果，更可節省背光模組之組裝的工序與時間以及避免增亮片與擴散片之間產生刮傷或損傷，且可有效降低應用其之背光模組的厚度。
    以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
    10．．．背光模組
    12．．．導光板
    14a．．．下擴散片
    14b．．．下增亮片
    14c．．．上增亮片
    14d．．．上擴散片
    16．．．光源
    100．．．複合光學膜
    102a、102b．．．滾輪組
    104．．．基板
    104a．．．第一表面
    104b．．．第二表面
    106．．．第一塗佈工具
    108．．．第一膠體
    110．．．第一壓製模具
    112．．．凹面
    114．．．第一硬化裝置
    116．．．中間層
    118．．．第二塗佈工具
    120．．．混合溶液
    122．．．第二硬化裝置
    124．．．高折射率層
    126．．．第三塗佈工具
    128．．．第三膠體
    130．．．第二壓製模具
    132．．．第一增光結構
    134．．．第三硬化裝置
    136．．．增光部
    138．．．增亮膜
    138a．．．上表面
    138b．．．下表面
    140．．．介面
    142．．．凸面
    144．．．膜層
    146．．．無機奈米粒子
    200．．．背光模組
    202．．．光源
    204．．．導光板
    206．．．增亮片
    208．．．擴散片
    210．．．第二增光結構
    300．．．背光模組
    302．．．多功能增亮片
    304．．．透明基板
    306．．．塗層
    308．．．擴散粒子
    400．．．背光模組
    第1圖為習知背光模組之剖面示意圖。
    第2圖至第4圖為本發明較佳實施例之製作複合光學膜之方法示意圖。
    第5圖為本發明較佳實施例之複合光學膜之另一實施樣態。
    第6圖為本發明第一較佳實施例之背光模組之剖面示意圖。
    第7圖為本發明第二較佳實施例之背光模組之剖面示意圖。
    第8圖為本發明第三較佳實施例之背光模組之剖面示意圖。
    100．．．複合光學膜
    104．．．基板
    116．．．中間層
    124．．．高折射率層
    132．．．第一增光結構
    136．．．增光部
    138．．．增亮膜
    138a．．．上表面
    138b．．．下表面
    140．．．介面
    142．．．凸面
    144．．．膜層
    146．．．無機奈米粒子
    权利要求:
    Claims (19)
    [1] 一種複合光學膜，包括：一增亮膜，具有複數條彼此平行之增光結構、相對之一上表面與一下表面，其中該些增光結構設置於該上表面；一高折射率層，設於該下表面，且包括一膜層以及複數個位於該膜層中之無機奈米粒子；以及一中間層，設於該增亮膜與該高折射率層之間。
    [2] 如請求項1所述之複合光學膜，其中該高折射率層具有一第一折射率，且該中間層具有一第二折射率，而該第一折射率較該第二折射率大於0.2。
    [3] 如請求項1所述之複合光學膜，其中該等無機奈米粒子包括二氧化鈦、二氧化鉻、氧化銦錫或氧化鋅。
    [4] 如請求項1所述之複合光學膜，其中各該無機奈米粒子具有一粒徑，且各該粒徑小於100奈米。
    [5] 如請求項1所述之複合光學膜，其中該膜層包括樹脂。
    [6] 如請求項1所述之複合光學膜，其中該等無機奈米粒子之體積含量比介於該高折射率層之體積的20%與80%之間。
    [7] 如請求項1所述之複合光學膜，其中該高折射率層面對該等增亮膜之上表面具有複數個凸面。
    [8] 如請求項7所述之複合光學膜，其中該等凸面係呈蜂窩狀排列。
    [9] 如請求項1所述之複合光學膜，其中該高折射率層之下表面係為一粗糙表面。
    [10] 一種背光模組，包括：一導光板，具有一入光面以及一出光面；一光源，設於該導光板之該入光面之一側；以及一複合光學膜，設於該導光板之該出光面上，且該複合光學膜包括：一增亮膜，具有複數條彼此平行之增光結構、相對之一上表面與一下表面，其中該些第一增光結構設置於該上表面；一高折射率層，設於該下表面，且包括一膜層以及複數個位於該膜層中之無機奈米粒子；以及一中間層，設於該增亮膜與該高折射率層之間，其中該光線從該高折射率層射入該複合光學膜，並從該上表面射出。
    [11] 如請求項10所述之背光模組，另包括一擴散片，設於該複合光學膜上。
    [12] 如請求項11所述之背光模組，另包括一增亮片，設於該擴散片與該複合光學膜之間。
    [13] 如請求項12所述之背光模組，其中該增亮片具有複數條彼此平行之第二增光結構，且該等第二增光結構垂直該等第一增光結構。
    [14] 一種複合光學膜，包含：一中間層；一高折射率層，具有複數個無機奈米粒子，且該高折射率層設置於該中間層上；以及一介面，形成於該中間層與該高折射率層之間，其中該介面具有複數個曲面。
    [15] 如請求項14所述之複合光學膜，更包含一增光結構，設置於該中間層上，使該中間層位於該增光結構與該高折射率層中間。
    [16] 如請求項14所述之複合光學膜，其中該高折射率層具有一第一折射率，該中間層具有一第二折射率，且該第一折射率與該第二折射率之差值大於或等於0.2。
    [17] 如請求項14所述之複合光學膜，其中該些無機奈米粒子具有穿透特性。
    [18] 如請求項14所述之複合光學膜，其中該些無機奈米粒子的折射率為1.9~2.7。
    [19] 如請求項14所述之複合光學膜，其中該介面形成於該中間層與該高折射率層相互接觸的表面。
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