TWI664457B - 導光膜、背光模組，及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種導光膜，包含具有一主表面的基材，及一沿著該基材之端緣而設置於該主表面上，並朝向該主表面傾斜延伸的導光膠材。其中，該導光膠材的折射率與該基材的折射率不同，能使自該基材入射該導光膠材的光線產生全反射而再次回到該基材中，藉此達成防止漏光的效果。該導光膜使用於一背光模組上並安裝於一顯示裝置上，更能充分利用該光源所發出的光線，以優化該顯示裝置的顯示品質。

Description

導光膜、背光模組，及顯示裝置

本發明是有關於一種光學設備，特別是指一種導光膜、背光模組，及顯示裝置。

參閱圖1，為一習知的導光膜1，適用於配合一設置於其中一端的光源2，並用以引導該光源2所發出的光線。該導光膜1包含一具有一朝向外側之外側面111的基材11。該光源2所發出的光線，是由該導光膜1的一端進入，並在該導光膜1中藉由全反射原理而傳遞至遠離該光源2的導光膜1的另一側，並且在傳遞過程中利用該導光膜1的底面微結構設計(圖未示)，以破壞全反射，讓該光源2所發出的光線在傳遞至該導光膜1的另一側的過程中，還可以自該外側面111出光。

然而，由於該導光膜1的厚度為均一，而且相對於LED形態的該光源2而言，厚度是更小，所以該光源2所發出的光線必然會有部分無法從該導光膜1的入光面進入到該導光膜1，產生漏光現象。如此不但影響該導光膜1傳導光線的均勻度，也耗損了該光源2所發出的部分光能，進而影響安裝有該導光膜1之顯示器的顯示效果。

因此，本發明之目的，即在提供一種能減少光能耗損的導光膜。

於是，本發明導光膜，包含一具有一主表面的基材，及一沿著該基材之端緣而設置於該主表面上，並朝向該主表面傾斜延伸的導光膠材。其中，該導光膠材的折射率與該基材的折射率不同，自該基材入射至該導光膠材的光線，因該導光膠材的傾斜角度以及折射率的差異，較容易於該導光膠材和空氣的界面之間產生全反射現象，並能藉此使光線再次朝向該基材入射，並且在該基材中繼續傳遞，有效防止漏光現象。

另外，本發明之另一目的，即在提供一種能避免產生漏光現象的背光模組及顯示裝置。

於是，本發明背光模組，包含一光源，及一如前文所述的本發明導光膜。而本發明顯示裝置，包含一顯示面板，及一如前文所述的本發明背光模組。藉由本發明之導光膜防止漏光的功效，能確實傳遞該光源所發出的光能。而該背光模組配合一顯示面板，能藉由該導光膜引導該光源所發出的光線，並對該顯示面板提供分布均勻的光能，以優化該顯示裝置的顯示效果。

本發明之功效在於：藉由該導光膠材的傾斜延伸設計，以及與該基材相異的折射率，能增加光線於該導光膠材與空氣間之界面產生全反射的機率，以使光線能再次朝向該基材入射並繼續在該基材中傳遞，有效減少光能逸散而產生的耗損。

3‧‧‧導光膜

301‧‧‧第一區域

302‧‧‧第二區域

31‧‧‧基材

311‧‧‧主表面

32‧‧‧導光膠材

321‧‧‧第一材料

322‧‧‧第二材料

323‧‧‧第一入光面

324‧‧‧第一接合面

325‧‧‧第二入光面

4‧‧‧光源

5‧‧‧顯示面板

α‧‧‧夾角

A‧‧‧位置

B‧‧‧位置

D1‧‧‧方向

D2‧‧‧方向

D3‧‧‧方向

L‧‧‧交界線

t1‧‧‧第一長度

t2‧‧‧第二長度

n1‧‧‧折射率

n2‧‧‧折射率

θ 1‧‧‧入射角

θ 2‧‧‧折射角

θ c‧‧‧臨界角

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明一習知的導光膜；圖2是一示意圖，說明本發明導光膜的一第一實施例；圖3是一示意圖，說明司乃耳定律；圖4是一曲線圖，說明該第一實施例之一導光膠材的折射率與光能耗損的關係；圖5是一示意圖，說明本發明導光膜的一第二實施例；圖6是一示意圖，說明該第二實施例的光線傳遞情況；圖7與圖8皆是曲線圖，說明該第二實施例之導光膠材的折射率與光能耗損的關係；圖9是一曲線圖，說明該導光膠材之一第一材料及一第二材料之交界線與該基材之主表面的夾角，其與光能耗損的關係；圖10是一示意圖，說明本發明導光膜的一第三實施例；圖11是一示意圖，說明本發明導光膜的一第四實施例；及圖12是一示意圖，說明本發明顯示裝置的一實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2，本發明導光膜3的第一實施例包含一核心層及一設置於該核心層上的導光層。較佳的，在本 案實施方式的描述中，該核心層可以是具有一主表面311的基材31，該導光層可以是一沿著該基材31之端緣而設置於該主表面311上，並朝向該主表面311傾斜延伸的導光膠材32。該基材31的該主表面311具有一被該導光膠材32所覆蓋的第一區域301，以及一未被該導光膠材32所覆蓋而顯露於外的第二區域302。其中，該導光膠材32的折射率與該基材31的折射率不同，該基材31是以PC或PMMA材料製作而成，該導光膠材32則是利用UV膠(UV-cured acrylate resin)先塗佈於該基材31，再利用透明模具蓋置於其上，並以紫外光照射而使UV膠固化(aged)成型。

該第一實施例配合一光源4，並用以傳遞該光源4所發出的光能。自該光源4所發出的光線，會先自該基材31或該導光膠材32朝向該光源4的一端面入射，自該基材31入射且入射角較小的光線，會先在該基材31與該導光膠材32的界面產生一次折射，接著在該導光膠材32中，與直接自該導光膠材32朝向該光源4的一端面入射該導光膠材32的光線一同傳遞。若希望能藉由該導光膠材32來減少光能耗損的情況，則必須配合該導光膠材32朝向該主表面311傾斜的設計，使光線在該導光膠材32與空氣之界面的入射角變大，並調整該導光膠材32的折射率，盡可能使光線在該導光膠材32與空氣之間的界面產生全反射。

參閱圖3，為一司乃耳定律(Snell’s Law)的示意 圖，當光線自第一種介質傳遞至折射率不同的第二種介質時，會產生折射現象。令第一種介質的折射率為n1，且入射角為θ 1，而第二種介質的折射率為n2，折射角為θ 2。依據司乃耳定律會滿足n1*sinθ 1=n2*sinθ 2的關係式，而依據該關係式，可據此推導出產生全反射現象之臨界角為θ c=sin^-1(n2/n1)。依據所推導之臨界角關係式，可知會產生全反射現象的臨界角θ c，和介質的折射率有直接的關係。當配合適當的介質折射率，可改變產生全反射現象的臨界角θ c，以提高在特定位置產生全反射現象的機率，藉此減少光能在傳遞時產生耗損的機率。

參閱圖4並配合圖2，如圖4所示的數據，是在該基材31的折射率為1.59的情況下，對於調整該導光膠材32之折射率的情況進行實際測量實驗。如圖4所示，該導光膠材32的折射率愈大或愈小，都會造成光能耗損的比例增加，本實施例是以15%的光能耗損比例為可容許的上限來決定該導光膠材32之折射率範圍，該導光膠材32之折射率介於該基材31之折射率的85%至100%之間且包含端點值85%而不包含端點值100%，或介於該基材31之折射率的100%至105%之間且包含端點值105%而不包含端點值100%時，如圖4中縱軸所示之光能耗損的數據，是在相對較低的百分比。也就是說，當該導光膠材32在如上所述的範圍內時，確實能有效減少光能的耗損，且當調整該導光膠材32之折射率，使光線在該導光膠材32的位置產生全反射之機率增加時，亦能有效減少在該導光膠材32產生漏 光的情況。

當然對於其所屬技術領域中具有通常知識者而言，自然可以隨著光能耗損比例的上限調整來決定該導光膠材32之折射率範圍，所以不應以本實施例的說明為限。例如光能耗損比例增大到18%左右時，該導光膠材32之折射率就可以最高達到1.75(約該基材31之折射率的110%)，最低達到1.27(約該基材31之折射率的80%)。

參閱圖5，為本發明導光膜3的第二實施例，該第二實施例與該第一實施例的差別在於：該導光膠材32包括一設置於該基材31之端緣上方的第一材料321，及一與該第一材料321相抵接設置且沿該主表面311延伸的第二材料322。該第一材料321與該第二材料322的折射率不同，且該第一材料321與該第二材料322的折射率皆小於該基材31的折射率，且皆大於空氣的折射率。其中，該第二材料322的折射率是小於該基材31的折射率，且該第一材料321的折射率是小於該第二材料322的折射率。如圖5所示，定義該導光膠材32沿該主表面311的延伸方向D1延伸一段第一長度t1，並朝向該主表面311以傾斜方向D2延伸一段第二長度t2。其中，該第一材料321與該第二材料322的交界線L，是自該第二長度t2的端點，以朝向該主表面311的方向D3傾斜延伸至該主表面311，直到該第一長度t1的中點。而該交界線L與該主表面311的交點，是位於該第一長度t1朝向該基材31的投影範圍內。該第一材料321具有一沿著該基材31之端緣而設置的第一入光面 323，及一接合於該第二材料322的第一接合面324，且該第一入光面323的底緣是連接該基材31之端緣，以確保光線能自該第一材料321或該基材31入射。

參閱圖6，該光源4所發出的光線，會先自該基材31朝向該光源4的端面，或者該第一材料321的第一入光面323而入射。直接自該基材31入射的光線，會先經由該基材31與該導光膠材32之間的界面而產生折射或者全反射，而在該基材31與該導光膠材32之間的界面產生折射的光線，則又會在該導光膠材32與該空氣之間的界面產生折射或者全反射。另外，自該第一入光面323入射的光線，會先經過該第一接合面324，也就是該第一材料321與該第二材料322之間的界面而產生折射。若是希望入射的光線能盡可能在通過該導光膠材32的位置產生全反射，則必須如同該第一實施例，對該導光膠材32的折射率進行調整，並配合該導光膠材32朝向該主表面311傾斜的設計。

參閱圖7與圖8並配合圖6，由於該第二實施例的導光膠材32包括該第一材料321及該第二材料322，且該第二材料322的折射率是介於該基材31的折射率與該第一材料321的折射率之間，故針對該第二實施例減少光能耗損的功效而言，能以該第一材料321的折射率為變因，並隨該第一材料321的折射率調整該第二材料322的折射率而進行實際實驗。如圖7與圖8所示的數據，是在該基材31之折射率為1.59的情況下，於調整該第一材料321 之折射率的同時，分別就如圖6所示該第二材料322末段與該主表面311交界的位置A，及遠離該導光膠材32的位置B進行觀察所得的光能耗損數據。由圖7與圖8所示的數據，明顯可知該第一材料321的折射率在1.45的上下0.05%範圍時，更佳的是折射率在1.45時，無論是在位置A或者位置B，光能耗損皆在相對較低的百分比，確實能達成減少光能耗損的功效。

參閱圖9並配合圖5，除了折射率的變因之外，該第一材料321與該第二材料322之交界線L與該基材31之主表面311的夾角α，會直接影響光線入射的入射角，故也是影響光線在經過該第一材料321與該第二材料322之間的界面後，是否會產生耗損的關鍵。如圖9所示則是改變該夾角α而進行光能耗損數據之實際實驗所得的數據，由圖9所示的曲線可知，當該夾角α在30度至75度之間時，光能耗損是在相對較低的百分比。因此，配合調整該第一材料321的折射率，並隨之調整該第二材料322的折射率，再配合該夾角α的數值，確實可達成減少光能耗損的功效。

參閱圖10，為本發明導光膜3的第三實施例，與該第二實施例的差別在於：定義該導光膠材32自該基材31之該主表面311朝向該基材31之端緣，也就是該光源4，以沿著傾斜方向D2延伸一段第二長度t2，其中，該第一材料321與該第二材料322的交界線L，是自該第二長度t2的兩個端點以外的其他位置，朝向該主表面311的方向 D3傾斜延伸至該主表面311。如同圖5所示之第二實施例，該第三實施例亦可藉由調整該第一材料321及該第二材料322的折射率，並且配合調整該交界線L與該主表面311的夾角α，以達成減少光能耗損的功效。除此之外，由於該第三實施例之導光膠材32是自與該基材31之端緣齊平的位置開始朝向該主表面311傾斜延伸，故能在該第一材料321與空氣的交界處產生使入射角變大的效果，能先行使入射至該第一材料321的光線在與空氣之界面產生全反射的機率增加，再使光線朝向折射率較該第一材料321要大的第二材料322傳遞，使光線入射該第二材料322的折射角變小，以將光能確實引導至該基材31中，藉此減少光能的耗損。

參閱圖11，為本發明導光膜3的第四實施例，與該第二實施例的差別在於：定義該導光膠材32的該第二材料322具有一沿著該基材31之端緣而設置的第二入光面325，且該第二入光面325是介於該第一材料321與該基材31之間。而且該第一材料321是位於該光源4的最大發光角度區域之外，該最大發光角度區域是依據該光源4的LED出廠規格而定，一般而言是LED為中心軸的120度開角，所以在120度開角以外者的相對較少量的光線，會經由該第一材料321的入光面進入到該第一材料321，在120度開角以內者的大部分的光線，仍會經由該第二材料322的該第二入光面325以及該基材31的入光面進入到該導光膜3，詳如下述。

在該第四實施例中，自該光源4發出的光線，除了一部分的光線會經由該基材31的入光面進入到該基材31以外，另一部分的光線則會先通過該第二入光面325，直接入射至該第二材料322，並在該第二材料322與空氣的界面產生折射或者全反射。而由於該第二材料322的折射率是大於該第一材料321的折射率，故光線在該第二材料322與空氣的界面產生全反射所需的臨界角，是小於在該第一材料321與空氣的界面產生全反射所需的臨界角，也就是說，相較於該第一材料321與空氣的界面而言，光線在該第二材料322與空氣的界面較容易產生全反射而繼續傳遞回該基材31中。因此，該第四實施例同樣能藉由使光線盡可能在該導光膠材32與空氣之界面產生全反射的方式，以將光線引導至該基材31中，藉此減少光能的耗損。

重新參閱圖2與圖5，亦為本發明背光模組的第一實施例及第二實施例，該第一實施例包含一光源4，及一如圖2所示之本發明導光膜3的第一實施例。該第二實施例包含一光源4，及一如圖5所示之本發明導光膜3的第二實施例。其中，本發明之導光膜3是引導該光源4所發出的光線，並自該基材31的該主表面311出光，且該基材31與該導光膠材32相疊置的高度是高於或等於該光源4的高度，以確保該光源4所發出的光線皆能自該導光膠材32或該基材31入射。

另外，如圖12所示，本發明顯示裝置的實施例包含一顯示面板5，及一本發明背光模組。其中，該顯示 面板5是位於該基材31的該主表面311之前方，以接收自該主表面311所傳出的光能。由該背光模組提供的光線照射於該顯示面板5，使本發明顯示裝置產生顯示資訊的功能，並能藉由本發明背光模組及本發明導光膜3避免光能耗損的功效，優化本發明顯示裝置的顯示效果。

綜上所述，藉由調整該導光膠材32的折射率，並配合該導光膠材32朝向該主表面311傾斜的設計，能使光線在該導光膠材32與空氣的界面較容易產生全反射而繼續傳遞，藉此防止光能在該導光膠材32的位置產生逸散，以達成避免光能耗損的功效，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (14)

1. 一種導光膜，包含：一核心層，包括一主表面；及一導光層，設置於該核心層上；其中，該核心層之該主表面具有一被該導光層所覆蓋的第一區域，以及一未被該導光層所覆蓋而顯露於外的第二區域，該導光層包括一設置於該核心層之端緣上方的第一材料，及一與該第一材料相抵接設置且沿該主表面延伸的第二材料，該第一材料與該第二材料的折射率不同，且該第一材料與該第二材料的折射率皆小於該核心層的折射率，皆大於空氣的折射率。
2. 如請求項1所述的導光膜，其中，該導光層的折射率是介於該核心層之折射率的80%至100%之間且包含端點值80%而不包含端點值100%，或介於該核心層之折射率的100%至110%之間且包含端點值110%而不包含端點值100%。
3. 如請求項2所述的導光膜，其中，該導光層之折射率是介於該核心層之折射率的85%至100%之間且包含端點值85%而不包含端點值100%，或介於該核心層之折射率的100%至105%之間且包含端點值105%而不包含端點值100%。
4. 如請求項1所述的導光膜，其中，該第二材料的折射率是小於該核心層的折射率，且該第一材料的折射率是小於該第二材料的折射率。
5. 如請求項1所述的導光膜，其中，該第一材料具有一沿著該核心層之端緣而設置的第一入光面，及一接合於該第二材料的第一接合面，且該第一入光面的底緣是連接該核心層之端緣。
6. 如請求項1所述的導光膜，其中，該第二材料具有一沿著該核心層之端緣而設置的第二入光面，且該第二入光面是介於該第一材料與該核心層之間。
7. 如請求項1所述的導光膜，定義該導光層沿該主表面的延伸方向延伸一段第一長度，並朝向該主表面以傾斜方向延伸一段第二長度，其中，該第一材料與該第二材料的交界線，是自該第二長度的端點，以朝向該主表面的方向傾斜延伸至該主表面，直到該第一長度的中點。
8. 如請求項1所述的導光膜，定義該導光層自該核心層之該主表面朝向該核心層之端緣沿著傾斜方向延伸一段第二長度，其中，該第一材料與該第二材料的交界線，是自該第二長度的兩個端點以外的其他位置，朝向該主表面的方向傾斜延伸至該主表面。
9. 如請求項7所述的導光膜，其中，該交界線與該主表面的夾角介於30°至75°之間。
10. 如請求項7所述的導光膜，其中，該交界線與該主表面的交點，是位於該第一長度朝向該核心層的投影範圍內。
11. 如請求項8所述的導光膜，其中，該交界線與該主表面的夾角介於30°至75°之間。
12. 一種背光模組，包含一光源及一如前述請求項1至11任一項所述的導光膜。
13. 如請求項12所述的背光模組，其中，該核心層與該導光層相疊置的高度是高於或等於該光源的高度。
14. 一種顯示裝置，包含一顯示面板及一如前述請求項12所述的背光模組。