复合光学片及具有该复合光学片的背光模组及显示装置 技术领域 本发明涉及液晶显示技术领域， 尤其是涉及一种复合光学片及具有该复合光学片 的背光模组及显示装置。
背景技术 如今， 液晶显示器件 (Liquid Crystal Display device， LCD) 已经广泛地替代了 传统的显示器件， 背光模组 (Back Light Unit， BLU) 为液晶显示器件中提供光源的部件， 背 光模组的好坏很大程度上决定了液晶显示器件的显示品质。
如图 1 所示为现有技术的液晶显示器件的背光模组剖面图。 如图 1 所示， 背光模组 100 采用侧入式的光源设置方式， 其包括光源部 110、 导光板 120、 反射片 130 及光学片 140。
光源部 110 可以由一个以上的冷阴极萤光灯管 (Cold Cathode Fluorescent Lamp， CCFL)111 及光源反射板 112 构成。此时， 冷阴极萤光灯管 111 产生具备一定波长的 光。另外， 光源反射板 112 与冷阴极萤光灯管 111 隔开并围绕其周围而设， 以将冷阴极萤光 灯管 111 所产生的光反射至导光板 120 一侧， 从而增加入射至导光板 120 的光的量。冷阴 极萤光灯管 111 所产生的光通过光源反射板 112 及反射片 130 被反射， 而被反射的光均匀 扩散至整个导光板 120。
光学片 140 由扩散片 141、 棱镜片 142 及保护片 143 依次层叠而成。扩散片 141 可 以漫射从导光板 120 入射的光， 以使光的亮度分布变均匀。由于在上述棱镜片 142 的上部 面， 重复形成有三角柱形状的棱镜， 因此棱镜片 142 可以将经扩散片 141 扩散的光聚集至与 上部的液晶显示板 ( 未图示 ) 垂直的方向。这样， 通过棱镜片 142 的大部分光可以相对于 液晶显示板的平面垂直前进， 以具备均匀的亮度分布。
设置于棱镜片 142 上部的保护片 143 起到保护棱镜片 142 表面的作用。
另外， LCD 面板中还会必须要用到一种偏振光膜， 但是在上述背光模组的基础上结 合偏振光膜会导致损失 50％以上的光， 因此存在着很大的损失光的缺陷。
为了弥补这样的缺陷， 在 US6296927 专利中公开了根据光的偏振光来有选择 地透射 / 反射的光学膜， 而这样的光学膜目前作为双倍增亮膜 (Double br ightness enhancement Film， DBEF) 这一产品在市场上被广泛销售。在利用 DBEF 的情况下， 能够将 LCD 面板的偏振光膜中的光损失率降到最低， 且将光学效率达到最高， 从而具有降低显示装 置的消费电量， 最终达到节省能源的优点。
但是， 在利用这样的光学膜的结构中， 由于需要分别使用扩散片、 棱镜片、 DBEF 等， 因此在组装背光模组时其工序复杂， 而且由于各个片的厚度薄， 因此可靠性低。
发明内容 本发明实施例提供了一种复合光学片及具有该复合光学片的背光模组及显示装 置， 使得该复合光学片不但具有聚光、 扩散、 降低光损失功能， 而且可以最大限度地简化背 光模组的组装工序及提高可靠性。
一方面， 本发明实施例提供了一种复合光学片， 该复合光学片通过棱镜层、 聚酯 PET 层、 扩散层、 反射偏振光层、 异方性扩散层由下至上依次层叠而成， 所述反射偏振光层 包括 3 层以上的胆甾型液晶被覆层， 其中最上侧的胆甾型液晶层反射的中心波长在 520 ～ 550nm 区域内， 所述扩散层、 胆甾型液晶被覆层相邻两层之间由粘结剂互相粘接， 所有构成 要件中粘结剂的热膨胀系数最大。
优选地， 本发明实施例中的棱镜层的棱镜结构顶角具有 60 ～ 70 度的角度， 且所述 棱镜结构高度各不相同。
优选地， 本发明实施例中的扩散层包括 100nm ～ 10μm 大小的有无机微型珠子。
优选地， 本发明实施例中的棱镜层包括棱镜结构和棱镜残留层， 所述棱镜结构的 高度高于所述棱镜残留层的高度。
优选地， 本发明实施例中的棱镜结构的顶角呈弧状， 且所述弧状顶角的高度为所 述棱镜结构总高度的 4％～ 20％。
优选地， 本发明实施例中的棱镜层的热膨胀系数大于所述胆甾型液晶被覆层的热 膨胀系数， 且小于所述粘结剂的热膨胀系数。
优选地， 本发明实施例中的棱镜层的热膨胀系数大于所述 PET 层的热膨胀系数， 且小于所述粘结剂的热膨胀系数。 优选地， 本发明实施例中的扩散层的热膨胀系数小于所述粘结剂的热膨胀系数。
优选地， 本发明实施例中的 PET 层的折射率为 ： 向棱镜长度方向的折射率大于与 棱镜长度方向的垂直方向的折射率。
优选地， 本发明实施例中的胆甾型液晶被覆层厚度为 2μm 以下。
优选地， 本发明实施例中的胆甾型液晶被覆层的双折射在 0.2 ～ 0.4 范围内。
优选地， 本发明实施例中复合光学片还包括一 QWP 层， 所述 QWP 层位于所述反射偏 振光层之上， 其和所述反射偏振光层之间通过粘结剂相连。
优选地， 本发明实施例中 QWP 层通过覆盖聚碳酸酯 PC 膜或者非等方性液晶而制 造。
优选地， 本发明实施例中异方性扩散层位于所述 QWP 层之上， 所述异方性扩散层 中向左右方向的扩散程度比向上下方向的扩散程度大 2 倍以上。
另一方面， 本发明实施例还提供了一种背光模组， 包括如上所述的复合光学片。
另一方面， 本发明实施例还提供了一种显示器件， 包括 ： 背光模组， 所述背光模组 包括如上所述的复合光学片 ； 液晶显示板， 配置于所述背光模组的上部。
本发明实施例能够将原来多个光学膜复合成为一个光学片来使用， 并且能使从附 着于液晶面板的偏振光膜射出的光的损失降到最低， 因此同时具有聚光、 扩散、 降低光损失 的功能， 另外， 多层结构物及被覆层利用粘结剂粘接， 因此形成一厚的复合光学片， 其结果 是可以简化组装工序， 能够提供热可靠性高的光学片。
附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些
附图获得其他的附图。
图 1 为现有技术的液晶显示器件的背光模组剖面图 ；
图 2 为本发明实施例提供的一种复合光学片的结构示意图 ；
图 3 为本发明实施例提供的一种棱镜层的结构示意图 ；
图 4 为本发明实施例提供的反射偏振光层的工作示意图 ；
图 5 为本发明实施例提供的另一种复合光学片的结构示意图。 具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。
如图 2 是本发明实施例提供的一种复合光学片的结构示意图， 该复合光学片 200 包括 ： 棱镜层 210、 聚酯 (polyester， PET) 膜层 220、 扩散层 230、 反射偏振光层 240 和异方 性扩散层 250。
棱镜层 210 位于复合光学片 200 的最下层， 光源 300 发出的光经导光板 400 射向 棱镜层 200 后， 棱镜层 210 可以将光线最大限度地折向垂直方向。如图 3 所示为本发明实 施例提供的一种棱镜层的结构示意图， 该棱镜层 210 可以包括棱镜结构 211 和棱镜残留层 212， 其中棱镜残留层 212 是在制造棱镜层 200 的过程中所产生的一个底部区域， 作为本发 明的一个实施例， 棱镜结构 211 的顶角具有 60 ～ 70 度的角度， 且棱镜结构 211 高度各不相 同， 这样， 可以使得通过棱镜层的光最大限度地折向垂直方向 ( 如图 3 中箭头所指方向 )， 从而使得通过该棱镜层射出的光在垂直方向上具有最强的亮度。另外， 为了防止棱镜结构 211 和导光板 400 之间的物理干涉而损伤棱镜结构 211 或导光板 400， 棱镜结构 211 的的顶 角呈弧状， 且弧状顶角的高度为棱镜结构 211 总高度的 4％～ 20％。最后， 为了能够使复合 光学片的弯折最小化， 可以将棱镜结构 211 的高度设置为高于棱镜残留层 212 的高度。
PET 膜层 220 设置于棱镜层 210 的上侧， 其一侧和棱镜残留层 212 相接触， 该 PET 膜 层 220 的折射率为 ： 向棱镜长度方向的折射率大于与棱镜长度方向的垂直方向的折射率， 另外， 由于本发明实施例中 PET 膜层 220 的长度方向和棱镜层 210 的长度方向为同一方向， 可以使得通过棱镜层 210 的光的强度更高。
扩散层 230 设置于 PET 膜层 220 的上侧， 该扩散层 230 可以利用 UV 或热硬化性粘 接剂以及混合在其中的有无机微型珠子 231 来将由棱镜层 210 入射的光均匀地扩散开。作 为本发明的一个实施例， 上述有无机微型珠子 231 可以使用聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、 聚 甲基丙烯酸正丁酯 (PBMA)、 硅或者真空珠子， 其具有 100nm ～ 10μm 的大小。
反射偏振光层 240 设置在扩散层 230 的上侧， 其和扩散层 230 之间通过粘结剂 241 相结合， 其包括 3 层以上的胆甾型液晶被覆层 242， 各层胆甾型液晶被覆层 242 之间通过粘 结剂 241 相结合， 且最上侧的胆甾型液晶被覆层 242 的中心反射波长在 520 ～ 550nm 区域 内。胆甾型液晶被覆层 242 可以是等方性液晶和 Chiraldopant 结合而成的， 如图 4 所示， 胆甾型液晶被覆层 242 可以对入射光的一侧的圆偏振光进行反射， 而对于另一侧的圆偏振 光进行透射， 即可以根据 Chiral dopant 的 force 来决定透射及反射的光的偏振光状态， 图4 表示在假设透射的光具有左圆偏振光、 反射的光具有右圆偏振光的情况下的透射及反射。
假设图 4 中的胆甾型液晶被覆层 242 的间隔为 L， 其双折射为 Δn 时， 由胆甾型液 晶被覆层 242 反射的光的波长可以由以下关系而确定 ：
反射的光的中心波长＝ Δn×L ；
因此， 可根据胆甾型液晶被覆层 242 的间隔来选择要反射的波长区域， 这是由形 成胆甾型液晶被覆层 242 的异方性液晶和 Chiral dopant 的比例来决定的。另外， 由各胆 甾型液晶被覆层 242 反射的光的区域与双折射的值成正比。
通常， 可见光线区域为 400 ～ 700nm 区域内， 因此为了将该区域全部有选择地透射 或反射， 需要至少 3 层以上的胆甾型液晶被覆层 242。 本发明实施例中所使用的胆甾型液晶 被覆层 242 的数量为 3 层以上， 且由于最上侧的 LC layer 的中心反射波长在 520 ～ 550nm 范围内， 因此能够实现将由偏振光导致的光的损失降到最低， 从而具有将液晶的亮度效率 最大化的优点。
异方性扩散层 250 位于复合光学片的最上层， 其可以实现将光向从观察者的方向 看时往左右方向扩散的异方性扩散功能。假设向左右方向的扩散程度为 “a” ， 向上下方向 的扩散程度为 “b” 时， 该异方性扩散层 250 满足 “a/b ＞ 2” ， 即异方性扩散层 250 中向左右 方向的扩散程度比向上下方向的扩散程度大 2 倍以上， 从而可以将中心亮度的下降降到最 低， 还可以扩大左右视角。 作为本发明的一个实施例， 如图 5 所示， 该复合光学片 200 还包括一四分之一波片 (Quarter wave Plate， QWP) 层 260。该 QWP 层 260 位于反射偏振光层 240 及异方性扩散层 250 之间， 通过粘结剂 241 和反射偏振光层 240 结合， 该 QWP 层 260 可以通过覆盖聚碳酸酯 (Polycarbonate， PC) 膜或者非等方性液晶而制造。在本实施例中， 该 QWP 层 260 可以起到 将圆偏振光转换为线偏振光的作用， 其根据 QWP 的相位延迟满足下述公式 ：
ΔΦ ＝ (2π×Δn×d)/λ
其中 Δφ 是相位延迟值， Δn 是液晶的双折射值， d 是液晶被覆厚度， λ 是入射光 的波长。
在本发明实施例中， 由于 PET 膜层、 胆甾型液晶被覆层及 QWP 层之间通过粘结剂 进行粘接， 而 PET 膜层和扩散层、 以及棱镜层和 PET 膜层之间则可以通过 PET 膜层表面的 Primer 物质进行粘结， 因此形成了一厚光学片， 其结果是可以提供热可靠性高的光学片， 但 是在这种情况下， 也可能个产生光学片弯折的问题。对此本发明实施例中各个层地热膨胀 系数需要满足以下关系 ：
假设粘结剂的热膨胀系数为 “a” ， 胆甾型液晶被覆层的热膨胀系数为 “b” ， PET 膜 层的热膨胀系数为 “c” ， 棱镜层的热膨胀系数为 “d” ， 扩散层的热膨胀系数为 “e” 时， 满足 b ＜ d ＜ a， 或 c ＜ d ＜ a， 或 e ＜ a 的关系， 即： 棱镜层的热膨胀系数大于胆甾型液晶被覆层 的热膨胀系数， 且小于粘结剂的热膨胀系数 ； 或者棱镜层的热膨胀系数大于 PET 层的热膨 胀系数， 且小于粘结剂的热膨胀系数 ； 或者扩散层的热膨胀系数小于粘结剂的热膨胀系数。
当满足上述关系时， 可根据复合层间的相互作用而使光学片地弯折现象降到最 低。
本发明实施例能够将原来多个光学膜复合成为一个光学片来使用， 并且能使从附 着于液晶面板的偏振光膜射出的光的损失降到最低， 因此同时具有聚光、 扩散、 降低光损失
的功能， 另外， 多层结构物及被覆层利用粘结剂粘接， 因此形成一厚的复合光学片， 其结果 是可以简化组装工序， 能够提供热可靠性高的光学片。
本发明实施例还提供了一种背光模组和显示装置， 该背光模组包括光源、 导光板 和如上所述的复合光学片， 该背光模组的具体结构可以参见图 2 或者图 5， 在此不再进行赘 述。显示装置则包括了该背光模组及一液晶显示面板， 除背光模组中采用了本发明实施例 的复合光学片之外， 该显示装置的其它结构都可以用现有技术予以实现， 在此也不再进行 赘述。
以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限定本发明的保 护范围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本 发明的保护范围之内。