TWI494619B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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Description

液晶顯示裝置
本發明係關於一種液晶顯示裝置，特別是一種結合一光學膜片於液晶面板模組之液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display Device)已普遍的被應用於各種電子用品當中，譬如液晶電視以及電腦。而其優點即在於用其自身用電量低、低驅動電壓、以及輕量化與薄形化的可能性。然而，液晶顯示裝置內的液晶顯示面板無法自行發光，因此必須配有背光單元，從其後表面均勻地照亮整個螢幕。
請參見第1圖，第1圖顯示習知技術中採用側光型(Edge-light type)背光單元之液晶顯示裝置1之側視圖，液晶面板模組40設置於背光單元10前方，其中背光單元10包括：一發光單元11、一導光件12、一下擴散片13、一稜鏡片14及一上擴散片15。
導光件12將發光單元11所提供的光線導向下擴散片13。下擴散片13將來自導光件12的光線散射霧化並使得亮度平均的分布，然而下擴散片13卻造成有效視角內的亮度大幅降低。
為了解決這個問題，稜鏡片14接收通過下擴散片13的光線，匯聚入射光線的角度，加強有效視角內的亮度。稜鏡片14為一般市售的增亮膜，其頂角之角度為90度，且稜鏡片14之稜鏡係凸向液晶面板模組40。
最後，透過上擴散片15將光線再次散射霧化，以提供具有良好均勻度的光線至前方的液晶面板模組40。
然而，上述之背光單元至少需使用三張光學膜片，而每一光學膜片是獨立製造，且每一光學膜片皆需使用一基底材料，生產成本高。
此外，形成於上擴散片與稜鏡片之間的空氣層，將導致部分光線在稜鏡片內產生全反射，無法入射至上擴散片，其光線強度因路徑加長而消耗，背光模組的整體發光亮度減低。傳統上，為增加背光模組之亮度，則需增加發光元件之光源功率，但也加速了能量的消耗。
有鑑於此，一種採用單一光學膜片的液晶顯示裝置即被高度需求。
為改善習知技術中採用多層光學膜片所產生的問題，本發明於是提出一種利用單一光學膜片的液晶顯示裝置。
本發明之一目的在於提供一種光學膜片，包括一基材、一第一透光介質及一反射偏光膜。反射偏光膜設置於基材之正面。第一透光介質形成於基材之背面，且包括複數個V形稜鏡。其中，基材、反射偏光膜及第一透光介質係共同結合為一單一膜片。
本發明之另一目的在於提供一種液晶顯示裝置，包括一液晶面板模組、一導光件、一發光元件及一如上述所述之光學膜片。導光件具有一出光面，設置於液晶面板模組之背面，具有一入光面及一相鄰該入光面之出光面。發光元件面向該導光件之該入光面。且光學膜片設置於液晶面板模組之背面，其中光學膜片之V形稜鏡之頂部係朝向導光件之出光面。
本發明之又一目的在於提供一種製造如上述光學膜片之方法，包括提供一貼附基材之反射偏光膜，塗佈一光固化樹脂於基材已連結反射偏光膜之相反面，提供一圖樣化滾子施壓於光固化樹脂，以及提供一光線以固化光固化樹脂。
由於本發明之光學膜片係一單一膜片，不但可降低生產成本，且一舉改善習知技術中多層式光學膜片亮度不足的缺點。
茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。
請參見第2圖，第2圖為本發明之第一實施例之液晶顯示裝置5之剖面圖。本發明之液晶顯示裝置5包括、一表框20、一背光單元30、一液晶面板模組40及一光學膜片100。於本說明書中，「正面」係定義為圖面之上方，亦即液晶顯示裝置5投射影像之一側，而「背面」則定義為圖面之下方，在此先予指明。
表框20為一矩形殼體，在一具體實施例中，其長寬比為16：9，其中短邊21係定義於Y方向，長邊22係定義於X方向。一般而言，當本發明之液晶顯示裝置5直立擺設時，短邊21係位於使用者之左右二側，長邊22係位於使用者之上下二側，且長邊22平行於一水平面。
請參照第2A及2B圖，第2B圖顯示背光元件30之元件分解圖。背光單元30設置表框20內，包括一光條31、一導光板32、一反射板33及一發光元件34。光條31設置於表框20之短邊21之內側面上。發光元件34設置於光條31上，並朝一既定方向(X方向)發出一光線，該既定方向(X方向)實質上平行於表框20之長邊22。反射板33設置於表框20之內側底面。在一具體實施例中，光條31為一電路板，發光元件34為一發光二極體，且反射板33係由鋁等材質所製成，但不應受限於此。
導光件32設置於反射板33正面，且包括二個入光面32a、一出光面32b、一底面32e及網點油墨32c。入光面32a係分別面向發光元件34，以接收來自發光元件34之光線。出光面32b相鄰二個入光面32a，且包括一圖樣化表面32d。底面32e相反於出光面32b且相鄰反光板33。網點油墨32c，隨機地分佈於底面32e之表面。
在此實施例中，二個光條31分別設置於表框20之短邊21之內側面上，使設置於光條31上之發光元件34自導光板32之二側入光，但並不限制於此。熟悉此技藝者可採用亮度較高之發光元件34，並設置單一光條31自導光板32之單側入光，亦可達到相同功效。
在一具體實施例中，平行於入光面32a之一截面上，圖樣化表面32d係包括複數個透鏡狀凸出。詳而言之，在沿Y方向的剖面上，圖樣化表面32d係由複數個微小曲面所構成，其中微小曲面係相鄰地並列，且其頂部係沿平行於發光元件34光線射出之既定方向(X方向)上延伸。
圖樣化表面32d可限縮出光面32b所射出之光線之出射角、集中光線的效果。網點油墨32c可改變光線於導光板32中行徑之角度，破壞光線的全反射現象，以導向光線至出光面32b。網點油墨32c之材質影響光線出光光型，在一具體實施例中，網點油墨32c可為一般傳統白色油墨或透明油墨，較佳地，網點油墨32c為透明油墨，因透明油墨可使光型較為集中。若網點油墨32c係採用透明油墨，導光板32的結構特徵則可依照需求而進行變更，譬如：在一可能的實施例中，導光板32之圖樣化表面32d係面向反射板33，而網點油墨32c係分布於導光板32之出光面32b(未圖式)。
液晶面板模組40係相鄰地設置於導光板30之出光面32上。液晶面板模組40包括一液晶單元41、一上偏光板42及一下偏光板43。上偏光板42係設置於液晶單元41之正面，而下偏光板43設置於液晶單元41之背面。由於本發明之液晶面板模組40為本領域之習知元件，且非為本發明所強調之內容，在此不加以贅述。
光學膜片100連接到下偏光板43，再由下偏光板43連接到液晶單元41，包括一基材110、一反射偏光膜120及一第一透光介質130，其中反射偏光膜120形成於基材110之正面，而第一透光介質130形成於基材110之背面。換言之，光學膜片100透過反射偏光膜120連結至下偏光板23，再由下偏光板23連結液晶單元21。
在一具體實施例中，基材110為一透光薄膜由聚對苯二甲酸二乙酯(PET)製成；反射偏光膜120由至少包括二個具有相異折射率之透光層面，彼此交錯堆疊而成；第一透光介質130由光固化樹脂所製成，以下將詳述反射偏光膜120及第一透光介質130之細部結構。
請參見第3A圖，第3A圖顯示本發明較佳實施例之光學膜片100之剖面圖。反射偏光膜120係由兩種具有不同光線折射率的透光層面121及透光層面122交錯設置而成。透光層面121及透光層面122可分別利用兩種相異材料利用擠壓成形的方式相互結合，或共同利用一種材料，但以相異加工方式而製成。或者，透光層面121及透光層面122係由具有不同配向(n1/n2/n1...)，彼此漸次相差一個角度旋轉而成螺旋狀的膽固醇液晶層所構成的交疊結構。
歸功於反射偏光膜120的結構特徵，反射偏光膜120只允許一以特定偏振方向入射之光線通過，並反射其他以不同偏振方向入射之光線，其中反射之光線可經由導光件32或其周圍之反射板33(第2圖)回收，並再次反射進入反射偏光膜120，達成出光亮度增加的目的。另外，由於透光層面121及透光層面122在未與其他物件結合的狀態下，其露出的表面易受損，此時可以貼上一可撕除的保護膜(pre-mask，未繪示，其材料例如：聚合物)來暫時保護其表面，並提供額外的支撐性。
光學膜片100之第一透光介質130包括一基底層131及複數個V形稜鏡132(Turning Film)。基底層131連結於基材110，複數個V形稜鏡132接連地設置於基底層131遠離連接基材110之表面131a上。每一V形稜鏡132皆有一頂點132a，且沿Y方向(第2圖)延伸，且在X-Z平面(第2圖)上，每一V形稜鏡132具有一三角形之剖面。第一透光介質130其折射率小於基材110折射率，當光線以大角度入射基材，將會在基材110與第一透光介質130的介面形成全反射，角度過大的光線可以重新再利用。
在一具體實施例中，V型稜鏡132之頂角A約為600 ~800 ，寬度L約為10um~100um。設計者可依照其需求，調整其尺寸，使光線具有最佳的集中效果。
值得注意的是，上述之第一透光介質130係不同於習知技術之增亮膜。其不同點在於，V型稜鏡132之頂角並非直角，但習知技術之增亮膜之稜鏡之頂角為一直角。另外，V型稜鏡132之頂角係凸向背光單元30(第2圖)，但習知技術之增亮膜之稜鏡頂角則背向背光單元。
透過上述光學膜片100，光線自導光件32之出光面32b射出後，首先在第一透光介質130之V形稜鏡132表面進行折射會聚，以增加可見區內的亮度，並順序通過基底層131、基材110，最後再藉由反射偏光膜120過濾以不同方向入射之光線，以提升整體亮度。如此一來，由單一膜片所構成之光學膜片100即可取代傳統多層式的光學膜片，將光線均勻地傳遞至液晶面板20(第2圖)。
本發明之光學膜片100之形式並不限定於上述之結構，以下舉例性的提供光學膜片100各種可能的實施方式：
請參照第3B圖，第3B圖顯示另一光學膜片100’之剖面圖。與光學膜片100不同之處在於，第一透光介質130’之表面131a更包括複數個平凸稜鏡133間隔地且相鄰地設置於V形稜鏡132之間。平凸稜鏡133之頂部為一平面，以保護V形稜鏡132之頂部結構不被破壞。然而，平凸稜鏡133設置的位置及數量不應被限制。
請參見第3C圖，第3C圖顯示另一光學膜片100”之剖面圖。與光學膜片100不同之處在於，第一透光介質130”之表面131a更包括複數個具有較高高度之V形稜鏡134，V形稜鏡134頂部之高度H2大於V形稜鏡132頂部之高度H1，以維持V形稜鏡132與導光件120(第2圖)之間的距離，避免V形稜鏡132頂部與導光件32間產生靜電，而相互吸引，造成區域亮度不均勻(mura)的現象。
在一具體實施例中，高度H2與高度H1之高度差為高度H1的2%至10%，然而不應被限制於此，熟悉此項技藝之人士可依照本發明所提供的數據，選擇較適合之高度差以成就其目的。
請參照第3D圖，相較於光學膜片100而言，光學膜片100'''更包括複數個擴散粒子140以不規則的方式混雜於第一透光介質130內。擴散粒子140可使光線產生散射，進而提升光學膜片100'''之光線均勻度。
請參照第3E圖，在此實施例中，光學膜片100''''更包括一第二透光介質150設置於第一透光介質130與反射偏光膜120之間。更精確而言，第二透光介質150係設置於基材110與第一透光介質130之間。第二透光介質150由一具低折射率材料所形成，例如二氣化矽樹脂，或同樣具有低折射率特性之樹脂。然，應特別注意的是，在此所指的低折射率特性係相較第一透光介質130的折射率而言，亦即第二透光介質150之光線折射率係小於第一透光介質130。如此，擁有過大入射角度的光線將於第一透光介質130與第二透光介質150間產生全反射，視角過大的光線有機會重新折回再利用，以減少不必要的能量消耗。
為簡化圖示，本發明之反射偏光膜120僅由四個透光層面121、122組成。但熟悉此技藝之人士可隨其目的而隨意添加一個或多個由不同材料且具有相異折射率之透光層面於反射偏光膜120中，或者增加反射偏光膜120之透光層面121、122之層數，使反射偏光膜120具有數十、數百 或數千個透光層面121、122。
需特別注意的是，上述之光學膜片100係一單一膜片。換言之，表示基材110、反射偏光膜120及第一透光介質130彼此間是相互結合為一單一膜片。整體而言，光學膜片100之前表面為一光滑平面，而光學膜片100之後表面為一具有微結構突出之粗糙面。為強調此特徵，以下篇幅將說明本發明之光學膜片100之製造方式：請參照第4圖，第4圖描繪了光學膜片100的製造過程之示意圖。首先，提供一貼附一基材110之反射偏光膜120。利用噴嘴510塗佈一光固化樹脂於基材110未貼附反射偏光膜120之另一表面。提供一圖樣化滾子520施壓於該光固化樹脂，以產生一特定圖樣於光固化樹脂之表面。最後，透過機台530所發出的紫外光光線531(UV)，以固化光固化樹脂，使基材110、反射偏光膜120及第一透光介質130結合為一單一膜片。另外，隨光固化樹脂的選用，機台530亦可選用紅外光(IR)或其他光線種類。
上述所述之圖樣化滾子520之表面包覆有一利用物理蝕刻、化學蝕刻或雕刻等方式所製成之模具525。模具525包括複數個對應於第一透光介質130之表面131a之形狀之凹槽(未圖示)。
上述所述之基材110係貼附於反射偏光膜120之透光層面121或透光層面122之表面上，其實際結合方式為：將基材110之一表面均勻地塗佈一層膠材，(例如：樹脂)，並平鋪反射偏光膜120於基材110之表面。接著，透過二 個相對設置之滾子(未圖示)施壓於反射偏光膜120及基材110，以確保反射偏光膜120及基材110之間的完全貼合。此外，在反射偏光膜120未貼附於基材110之一表面上，可貼上前述之可撕除的保護膜，以暫時保護反射偏光膜120之該表面，待貼合其他物件時撕除。
請再次參照第2圖，並搭配參考第3A圖，當光學膜片100欲貼附於液晶面板模組40時，前述之可撕除的保護膜即可撕除，並透過反射偏光膜120之透光層面121或透光層面122以膠材直接地貼附於液晶面板模組40之下偏光板43。由於光學膜片100係直接結合至液晶面板20，故液晶面板模組40之正面為上偏光板42，液晶面板模組40之背面則為下偏光板43及連結下偏光板43之光學膜片100。整體觀之，液晶面板模組40之背面係一具有V型稜鏡之粗糙平面，而液晶面板模組40之正面係一光滑平面。
綜觀本發明之液晶顯示裝置5，為了使液晶顯示模組40接收具有高度均勻性之光線，發光元件34射出光線之既定方向(X方向)係平行於表框20之長邊22，且導光板32之圖樣化表面32d之透鏡狀凸出亦平行於發光元件34射出光線之既定方向(X方向)上延伸。另一方面，光學膜片100之V型稜鏡132之頂點132a則垂直於發光元件34射出光線之既定方向(X方向)上延伸。
請參見第5圖，第5圖顯示本發明之第二實施例之液晶顯示裝置5’，與液晶顯示裝置5不同的特徵在於，背光模組30之光條31與發光元件34係設置於殼體20之長邊 22之內側面。為達到與液晶顯示裝置5類似的畫面均勻性，發光元件34射出光線之既定方向(Y方向)係平行於表框20之短邊21，且導光板32之圖樣化表面32d之透鏡狀凸出係平行於發光元件34射出光線之既定方向(Y方向)上延伸。以及，光學膜片100之V型稜鏡132之頂點132a則係垂直發光元件34射出光線之既定方向(Y方向)上延伸。
本發明之光學膜片，可在不犧牲光線均勻度的前提下，減少光學膜片的數量，以改善了習知技術中，採用多層式光學膜片所產生的缺點。
雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1、5、5’．．．液晶顯示裝置
10．．．背光模組
11．．．發光元件
12．．．導光件
13．．．下擴散片
14．．．稜鏡片
15．．．上擴散片
20．．．表框
21．．．短邊
22．．．長邊
30．．．背光單元
31．．．光條
32．．．導光件
32a．．．入光面
32b．．．出光面
32c．．．網點油墨
32d．．．圖樣化表面
32e．．．底面
33．．．反射板
34．．．發光元件
40．．．液晶面板模組
41．．．液晶單元
42．．．上偏光板
43．．．下偏光板
100、100’、100”、100’’’、100””．．．光學膜片
110．．．基材
120．．．反射偏光膜
121、122．．．透光層面
130、130’、130”．．．第一透光介質
131．．．基底層
131a．．．表面
132、134．．．V型稜鏡
132a‧‧‧頂點
133‧‧‧平凸稜鏡
140‧‧‧擴散粒子
150‧‧‧第二透光介質
510‧‧‧噴嘴
520‧‧‧圖樣化滾子
525‧‧‧模具
530‧‧‧機台
531‧‧‧光線
A‧‧‧頂角
L‧‧‧寬度
H1、H2‧‧‧高度
第1圖顯示習知技術之液晶顯示裝置之剖面圖；
第2A圖顯示本發明之第一實施例之液晶顯示裝置之元件分解圖；
第2B圖顯示本發明之第一實施例之液晶顯示裝置之部分元件分解圖；
第3A-3E圖顯示本發明之光學膜片之剖面圖；以及
第4圖顯示本發明之光學膜片之製造方式示意圖；以及
第5圖顯示本發明之第二實施例之液晶顯示裝置之元件分解圖。
5．．．液晶顯示裝置
20．．．表框
21．．．短邊
22．．．長邊
30．．．背光單元
31．．．光條
32．．．導光件
32a．．．入光面
32b．．．出光面
32d．．．圖樣化表面
33．．．反射板
34．．．發光元件
40．．．液晶面板模組
41．．．液晶單元
42．．．上偏光板
43．．．下偏光板
100．．．光學膜片
110．．．基材
120．．．反射偏光膜
130．．．第一透光介質
132．．．V形稜鏡
132a．．．頂點

Claims (10)

  1. 一種液晶顯示裝置，包括：一液晶面板模組；一導光件，鄰設於該液晶面板模組之背面，具有一入光面及一相鄰該入光面之出光面；一發光元件，面向該導光件之該入光面；以及一光學膜片，設置於該液晶面板模組之背面，且包括：一基材；一反射偏光膜，設置於該基材之正面；一第一透光介質，形成於該基材之背面，包括複數個V形稜鏡，其中該等V形稜鏡之頂部係面對該導光件之出光面；以及一第二透光介質，設置於該第一透光介質與該反射偏光膜之間，其中該第二透光介質之光線折射率係小於該第一透光介質；其中，該基材、該反射偏光膜及該第一透光介質係共同結合為一單一膜片。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該等V形稜鏡頂部之高度相異。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第一透光介質更包括複數個平凸稜鏡相鄰於該等V形稜鏡，其中該等平凸稜鏡之頂部為一平面。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之液晶顯示裝置，更包括複數個擴散粒子位於該第一透光介質內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該反射偏光膜至少包括一第一透光層面及一第二透光層面，該第一透光層面與該第二透光層面具有相異之光線折射率，且彼此交錯堆疊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該液晶面板模組包括一上偏光板、一下偏光板及一液晶單元，該液晶單元夾設於該上偏光板及該下偏光板之間，且該下偏光板面對該導光件，該光學膜片設置於該下偏光板之背面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該出光面包括一由複數個透鏡狀凸出所構成之圖樣化表面，且該發光元件朝一既定方向射出一光線，其中該等透鏡狀凸出在平行於該既定方向上延伸。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之液晶顯示裝置，其中該等V型稜鏡在垂直於該既定方向上延伸。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之液晶顯示裝置，更包括一框架，具有二長邊及二連接於該二長邊之短邊，該發光元件設置於該至少一短邊上，其中該既定方向平行於該長邊。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示裝置，其中該長邊係平行於一水平面。
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