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CN115144941A - 光学膜的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种光学膜的结构，其包含一基板层、多个光学层以及一棱镜层，该基板层下方设置一第一光学结构，使该第一光学结构汇聚并改变入光一光源，透过该些个光学层的结构使该光源的无效偏振光转换为有效偏振光，进一步，该第一光学结构调整该光源入光时的一光聚焦点，使该光源的光通量及辉度增加。

Description

光学膜的结构
技术领域
本发明关于一种结构，特别是一种光学膜的结构。
背景技术
LCD显示屏幕为一种新式的显示技术，其优点在于发光效率高、耗电量少、可靠性高以及可使用时间长(使用寿命长)，是目前被公认为现代最具发展性的高技术领域之一。
LCD背光模块依据光源位置分成两种结构：
1.侧光式(Edge Type)：光源在面板四周，利用导光板从屏幕边缘发射的光，透过导光板传送到屏幕中央。
2.直下式(Direct Type)：光源在面板后方，利用扩散板来均匀分散光线，再透过增亮膜来聚集光线。
增亮膜为LCD背光模块提供高增益亮度，是LCD背光模块中最重要的元件之一，透过光循环折射以及整理内部反射原理所产生的。
DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)是一种由多层折射率各向异性薄膜材料交迭而成的增亮膜，增亮膜为背光模块提供高增益亮度，是背光模块最重要的光学元件之一，主要功能是偏折光线至正面视角方向，具集光增亮效果，又称聚光片。
增亮膜是藉由光的折射与反射原理，利用棱镜片修正光的方向，使光线正面集中，并将视角外未被利用的灿线可以回收与利用。同时提升整体辉度与均匀度，达到增亮效果。
光波是一种电磁波，很多常见的光学物质都具有各向同性，例如玻璃，这些物质会维持波的偏振态不变，不会因偏振态的不同而展现出不同的物理行为。
可是，有些重要的双折射物质或光学活性物质具有各向异性，因此，偏振方向的不同，波的传播状况也不同，或者，波的偏振方向会被改变，增亮膜可使入射的光让朝着某特定方向偏振的光波通过，因此，可以将非偏振光变为偏振光。
也就是说，当无偏光(自然光源)由LED发出后，投射至DBEF中，此时P偏振光通过，而S偏振光被DBEF反射，经过背光模块的漫反射后又变为无偏光，然后再次回射至DBEF中。
这样一来，可以利用DBEF将S偏振光循环利用，进提高入射至液晶屏幕中光通量的利用率。因此在半导体照明显示的技术来说，DBEF于LED显示的作用是十分重要的。
而增亮膜主要的功能是在提高背光模块的高度让彩色手机、平板、数码相机等产品画质更加清晰明亮同时也可以减少耗电量也是背光模块最重要的光学元件之一。
此外，现在传统习知的增亮膜，均透过拉伸材料方式形成双折射薄膜，加工方式复杂且加工的成本较高昂，另外目前所使用的增亮膜无法调整聚焦位置，使视角改变并调整光通量以及辉度。
为此，如何可以调整光学膜的聚焦点以及改善光通量以及辉度，为本领域技术人员所欲解决的问题。
发明内容
本发明的一目的，在于提供一种光学膜的结构，其透过基板层下方的光学结构来达到调整光源入光时的聚焦位置，利用调整聚焦位置使光源通过光学膜的光通量及辉度增加。
针对上述的目的，本发明提供一基板层、多个光学层以及一棱镜层，其中，该些个光学层设有一第一光学层及一第二光学层，该第一光学层的一第一材质具有一第一折射率，该第二光学层的一第二材质具有一第二折射率，当一光源由该基板层的下方进入该基板层，经由一第一光学结构改变该光源的一入光角度，使该光源产生一光聚焦点，由该基板层进入该些个光学层，透多个光学粒子、该第一折射率及该第二折射率调整该光源的一第一偏振相位与一第二偏振相位为同一出光相位后穿透该棱镜层。
本发明提供一实施例，其中该基板层的材料为PMMA、PET或PC。
本发明提供一实施例，其中该本体的上方包含一第二光学结构。
本发明提供一实施例，其中该第一光学结构及该第二光学结构为一非球面结构或一网点结构。
本发明提供一实施例，其中该棱镜层上方包含一玻璃层。
本发明提供一实施例，其中该棱镜层包含至少一凹部以及至少一凸部，该至少一凹部及该至少一凸部相邻且以一非直线结构排列。
本发明提供一实施例，其中该至少一凸部具有一顶部，该顶部上设有一圆角，该圆角的半径介于0.01～0.05mm。
本发明提供一实施例，其中该光学粒子的材料为PMMA或PS。
本发明提供一实施例，其中该第一光学层具有一第一厚度，该第二光学层具有一第二厚度，该第一厚度及该第二厚度介于40nm至200nm之间。
本发明提供一实施例，其中该第一材质及该第二材质为PMMA或PS。
本发明提供一实施例，其中该光聚焦点聚焦于基板层的内侧、该棱镜层的内侧或于该光学膜的外侧。
附图说明
图1A：其为本发明的一实施例的结构示意图；
图1B：其为本发明的一实施例的凹凸结构放大示意图；
图1C：其为本发明的一实施例的俯视示意图；
图1D：其为本发明的一实施例的结构示意图；
图2A：其为本发明的一实施例的一非球面结构示意图；
图2B：其为本发明的一实施例的一网点结构示意图；
图3A：其为本发明的一第一实施例的光路径示意图；
图3B：其为本发明的一第二实施例的光路径示意图；以及
图3C：其为本发明的一第三实施例的光路径示意图。
【图号对照说明】
10基板层
12本体
14第一光学结构
16第二光学结构
20光学层
22第一光学层
24第二光学层
26光学粒子
30棱镜层
32凹部
322顶部
3221曲面
34凸部
36非直线结构
40非球面结构
42弧面
421弧面半径
50网点结构
52孔洞
60玻璃层
R半径
D直径
H高度
L光源
θ出光角度
P光聚焦点
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
传统习知的增亮膜，均透过拉伸材料方式形成双折射薄膜，加工方式复杂且加工的成本较高昂，另外目前所使用的增亮膜无法调整聚焦位置，使视角改变并调整光通量以及辉度。
本发明的优点在于本发明的光学膜的基板层下方设置第一光学结构，使第一光学结构汇聚并改变入光光源，再透过光学层的结构使入光光源的无效偏振光转换为有效偏振光，另外，第一光学结构来达到调整光源入光时的聚焦位置，利用调整聚焦位置使光源通过光学膜的光通量及辉度增加。
在下文中，将藉由图式来说明本发明的各种实施例来详细描述本发明。然而本发明的概念可能以许多不同型式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。
首先，请参阅图1A，其为本发明的一实施例的结构示意图。
如图所示，本实施例中的结构包含一基板层10、多个光学层20、一棱镜层30。
该基板层10包含一本体12及一第一光学结构14，该第一光学结构14设置于该本体12的下方，该基板层10的材料使用PMMA、PET或PC。
该些个光学层20设置于该基板层10的上方，该些个光学层20中设有一第一光学层22及一第二光学层24，该第一光学层22及该第二光学层24包含多个光学粒子26，该些个光学粒子26的材料使用PMMA或PS，该些个光学层20的穿透率为45-50％。
其中，该第一光学层22具有一第一厚度，该第二光学层24具有一第二厚度，该第一厚度及该第二厚度介于40nm至200nm之间，该第一光学层22的一第一材质具有一第一折射率，该第二光学层24的一第二材质具有一第二折射率，进一步，该第一折射率及该第二折射率介于1.49～1.59，该第一材质或该第二材质的材料为PMMA或PS。
该棱镜层30其设置于该些个光学层20的上方，该棱镜层30包含至少一凹部32以及至少一凸部34，该至少一凹部32及该至少一凸部34相邻且为一非直线结构36排列，除图1A外，请一并参考图1B，其为本发明的一实施例的凹凸结构放大示意图，如图所示，其中该至少一凸部34包含一顶部322，该顶部322上设有一圆角3221，该圆角3221的一半径R介于0.01～0.05mm，该圆角3221避免光线穿透该棱镜层30时，产生闪烁亮点出现于一玻璃层60上。
进一步，除图1A外，请一并参考图1C，其为本发明的一实施例的俯视示意图，如图所示，由俯视视角可清楚看出，该非直线结构36排列为一种非规律的波浪结构，且该非直线结构36仅产生些微的抖动，透过此种结构，可以避免光线在穿射该非直线结构36，并通过该棱镜层30后投射于该玻璃层60上时，产生光干涉纹路。
其中，请参考图1D，其为本发明的一实施例的结构示意图，如图所示，该本体12的上方设有一第二光学结构16，该第一光学结构14及该第二光学结构16为一非球面结构40(请一并参阅图2A)或一网点结构50(请一并参阅图2B)，透过设置该第一光学结构14或该第二光学结构16，可使光源聚焦于不同位置，使光源投射于该玻璃层60的辉度增加。
进一步，该第一光学结构14及该第二光学结构16可为上述的该非球面结构40，请参考图2A，其为本发明的一实施例的一非球面结构示意图，如图所示，该非球面结构40包含多个弧面42，该些个弧面42分别具有一弧面半径421，该弧面半径421介于0.02mm至10mm之间，透过设置不同的该弧面半径421，可使光源聚焦于不同位置上。
另外，该第一光学结构14及该第二光学结构16可为上述的该网点结构50，请参考图2B，其为本发明的一实施例的一网点结构示意图，如图所示，该网点结构50包含多个孔洞52，其由该基板层10表面往中央凹陷形成该些个孔洞52，该些个孔洞52的一直径D介于10μm至100μm，其该些个孔洞52的一高度H介于1μm至5μm之间，并利用调整该直径D以及该高度H，使光源可聚焦于不同位置上。
接着，本实施例的该些个光学层20，透过使用微定量帮浦供料至超音波系统，将不同折射率的热塑型树脂震荡成奈米级微粒子并藉由空压系统均匀喷涂于该基板层10上方，形成该第一光学层22及该第二光学层24，该第一光学层22及该第二光学层24的该第一厚度及该第二厚度由微定量帮浦及超音波震荡频率来决定，该第一厚度及该第二厚度介于40nm至200nm之间，进一步，可于供料树脂中加入该些个光学粒子26，使得光经过该些个光学层20的反射率提高。
其中，光源内含有光波，而在自然界当中常见的光波(或者电磁波)，其电场的偏振方向通常是充斥在每个角度上的，在同一道光束当中，是由许多角度方向的电场共同组成的，这样的电磁波，其偏振特性被描述为「非偏振」(unpolarized)，例如太阳光、炙热灯泡所发出的光等等，如果光束的电场只沿着单一角度进行震荡，则以偏振特性而言，这个光束的通常被称为「线性偏振光」(linear polarized light)。
上述「线性偏振」的涵义，是以面对线性偏振光的行进方向来观察时，随着时间的演变，电场是在一条线的方向上进行往返震荡，光源内的光波进入本实施例中的光学膜时，可将原先的无偏振光分为无效偏振光以及有效偏振光，透过上述的该些个光学层20的结构(该第一光学层22、该第二光学层24以及该光学粒子26)提高无效偏震光转化成同光轴向的有效偏震光的转化效率，使整体的光的利用率提升。
接着，与此列举一范例，使本实施例更可清楚阐明技术特征的部分，因本发明的光学膜藉由该第一光学结构14的结构改变(该非球面结构40或该网点结构50)，使其入光的聚焦位置不同(分别为第一至第三实施例，如第3A-3C图)，为此，请参考图3A，其为本发明的一第一实施例的光路径示意图，举例来说，当LCD背光模块的一光源L投射至该基板层10的下方，经由该第一光学结构14汇聚并改变该光源L的一入光角度，其中该光源L使用背光模块(侧入式或直下式)，透过背光模块中的导光膜与扩散膜后，会使该光源L形成均匀的面光源(均齐度约为75～90％)，其中，该光源L进入该些个光学层20，并透过该些个光学粒子26、该第一折射率及该第二折射率调整该光源L的一第一偏振相位与一第二偏振相位为同一出光相位后，该光源L聚焦于一光聚焦点P于该棱镜层30并穿透该棱镜层30，该光源L于该棱镜层30的一出光角度θ介于5°至10°，使该光源L集中出光且避免该光源L穿过该棱镜层30投射于该玻璃层60上时，产生光干涉纹路或产生闪烁亮点，当非球面半径介于0.085至0.145mm之间时，该光源会聚焦于该棱镜层30上，聚焦于该棱镜层30的优点在于可使出光的准直性提高，进而提升正视角辉度，若聚焦于光学膜层外，则可提高显示器的视角。
另外，请参阅图3B，其为本发明的一第二实施例的光路径示意图，亦可透过该第一光学结构14使该光源L聚焦该光聚焦点P于本发明的光学膜外侧，亦即该光源L聚焦该光聚焦点P位于该棱镜层30与该玻璃层60之间，当非球面或网点半径为0.150至0.280mm之间，会使通过的光聚焦在该棱镜层30与该玻璃层60之间，聚焦于光学膜外侧的优点在于可提高显示器的视角，例如：显示器1/2视角加大，进一步，参考图3C，其为本发明的一第三实施例的光路径示意图，如图所示，亦可透过该第一光学结构14使该光源L聚焦于该光聚焦点P于该基板层10上，当非球面或网点半径为0.150至0.280mm之间，会使通过的光聚焦在该基板层10，聚焦于该基板层10的优点在于调整并提高光进入该些个光学层20的入射角，以提升该些个光学层20的反射率，使该些个光学层20的S光转换效率提升。
当LCD背光模块使用本发明的光学膜时，透过该第一光学结构14改变聚焦位置，使该光源L穿透该基板层10、该光学层20以及该棱镜层30后，投射至该玻璃层60上，改善该光源L的入光角度以及该光源L的光通量，达到屏幕辉度提升的效果。
以上所述的实施例，本发明为一种光学膜的结构，于光学膜的基板层下方设置第一光学结构，使第一光学结构汇聚并改变入光光源，再透过光学层的结构使入光光源的无效偏振光转换为有效偏振光，另外，藉由改变第一光学结构的构造，使光源在入射时会产生不同的聚焦位置，利用这些不同的聚焦位置，使通过光学膜的光源投射于玻璃层的光通量及辉度增加。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种光学膜的结构，其特征在于，其包含：
一基板层，其包含一本体及一第一光学结构，该第一光学结构设置于该本体的下方；
多个光学层，其设置于该基板层的上方，该些个光学层中具有一第一光学层及一第二光学层，该第一光学层的一第一材质具有一第一折射率，该第二光学层的一第二材质具有一第二折射率，该第一光学层及该第二光学层内分别设有多个光学粒子；以及
一棱镜层，其设置于该些个光学层的上方；
其中，当一光源由该基板层的下方进入该基板层，经由该第一光学结构改变该光源的一入光角度，使该光源产生一光聚焦点，由该基板层进入该些个光学层，透过该些个光学粒子、该第一折射率及该第二折射率调整该光源的一第一偏振相位与一第二偏振相位为同一出光相位后穿透该棱镜层。
2.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该基板层的材料为PMMA、PET或PC。
3.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该本体的上方设有一第二光学结构。
4.如权利要求3所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该第一光学结构及该第二光学结构为一非球面结构或一网点结构。
5.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该棱镜层上方包含一玻璃层。
6.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该棱镜层包含至少一凹部以及至少一凸部，该至少一凹部及该至少一凸部相邻且以一非直线结构排列。
7.如权利要求6所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该至少一凸部具有一顶部，该顶部上设有一圆角，该圆角的半径介于0.01~0.05 mm。
8.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该些个光学粒子的材料为PMMA或PS。
9.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该第一光学层具有一第一厚度，该第二光学层具有一第二厚度，该第一厚度及该第二厚度介于40nm至200nm之间。
10.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该第一材质及该第二材质为PMMA或PS。
11.如权利要求1所述的光学膜的结构，其特征在于，其中该光聚焦点聚焦于该基板层的内侧、该棱镜层的内侧或于该光学膜的外侧。
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