CN101057168A - 具有带矩形底面棱柱的结构化表面的光学膜 - Google Patents

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CN101057168A CNA2005800390514A CN200580039051A CN101057168A CN 101057168 A CN101057168 A CN 101057168A CN A2005800390514 A CNA2005800390514 A CN A2005800390514A CN 200580039051 A CN200580039051 A CN 200580039051A CN 101057168 A CN101057168 A CN 101057168A
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Abstract

本发明描述一种光学膜，该光学膜具有包括多个棱形结构体的结构化表面。各棱形结构体具有底面，该底面包括沿第一总体方向彼此相对布置的至少两个较长边和沿第二总体方向彼此相对布置的至少两个较短边。沿第一总体方向，当入射角在相对于所述轴的第一预定角度范围内时，主体透射入射在该主体上的大部分光，并且当入射角在第一预定角度范围之外时，反射大部分光。沿第二总体方向，当入射角在相对于所述轴的第二预定角度范围内时，主体透射入射在该主体上的大部分光，并且当入射角在所述第二预定角度范围之外时，反射大部分光。光学膜还包括基底部分，该基底部分具有与所述结构化表面的光学特性不同的附加光学特性。本发明还公开了包括这种光学膜的显示装置。

Description

具有带矩形底面棱柱的结构化表面的光学膜
技术领域
本发明总体来说涉及透光式光学膜，具体来说，涉及具有矩形底面棱柱的光学膜。
背景技术
诸如液晶显示(“LCD”)装置之类的显示装置用于各种装备中，所述装备包括，例如，电视、手持装置、数字静物相机、摄像机以及计算机监视器。与常规的阴极射线管(“CRT”)显示相比较，LCD具有若干优点，例如，重量减轻、装置尺寸减小、功耗降低以及亮度增大。然而，LCD面板不是自照明的，所以，需要背光组件或“背光源”。背光源通常将来自大致线状源(例如，冷阴极荧光管(“CCFT”))或者发光二极管(“LED”)的光与大致平面的输出耦合。然后，该平面的输出与LCD面板耦合。
LCD的性能常常由其亮度来判断。可以通过使用更多的光源或更亮的光源来增强LCD的亮度。在大面积的显示器中，常常需要使用直接照明型LCD背光源来保持亮度，因为可用于光源的空间随着周长线性地增长，而被照明的面积随着周长的平方增长。因此，LCD电视通常使用直接照明式背光源，而不是光导式边缘照明型LCD背光源。附加的光源和/或较亮的光源会消耗更多的能量，这与降低显示装置功率分配的性能要求相悖。对于便携式装置，这会导致电池寿命缩短。此外，向显示装置中增加光源，会增加产品成本，有时可以导致显示装置可靠性的降低。
通过有效地利用在LCD装置内可用的光(例如，将显示装置内的更多的可用光改向为优选沿着观看轴的方向)，也可以增强LCD的亮度。例如，可得自3M公司的VikuitiTM增亮膜(“BEF”)具有棱形表面结构体，这些棱形表面结构体将从背光源发出在观看范围外的一些光改向为基本上沿着观看轴的方向。其余光中的至少一些通过一些光在BEF和背光源的反射部件(例如其背后的反射体)之间的多次反射来循环使用。这导致基本上沿着观看轴的光学增益，并且还导致LCD照明的空间均匀性提高。因此，BEF是有益的，例如，因为它增强亮度并提高空间均匀性。关于电池供电的便携式装置，这可以转变为较长的运行时间或较小的电池尺寸、以及提供更好的观看感的显示器。
发明内容
本发明涉及一种光学膜，光学膜包括具有轴和结构化表面的主体，该结构化表面包括多个棱形结构体，每个棱形结构体具有底面，该底面包括沿着第一总体方向彼此相对布置的至少两个较长边和沿着第二总体方向彼此相对布置的至少两个较短边。沿着所述第一总体方向，当入射角在相对于所述轴的第一预定角度范围内时，所述主体将入射在该主体上的大部分光透射，并且当所述入射角在所述第一预定角度范围之外时，反射大部分光。沿着所述第二总体方向，当入射角在相对于所述轴的第二预定角度范围内时，所述主体还将入射在该主体上的大部分光透射，并且当所述入射角在所述第二预定角度范围之外时，反射大部分光。所述光学膜还包括基底部分，该基底部分具有与所述结构化表面的光学特性不同的附加光学特性。
本发明还涉及一种显示装置，该显示装置包括：具有窗的外壳；位于该外壳中的背光源，位于该背光源和所述窗之间的光学膜；以及位于该光学膜和所述光学窗之间的光阀装置。所述光学膜包括主体，该主体具有轴和结构化表面，该结构化表面包括多个棱形结构体，各棱形结构体具有底面，该底面包括沿着第一总体方向彼此相对布置的两个较长边和沿着第二总体方向彼此相对布置的两个较短边。沿着所述第一总体方向，当入射角在相对于所述轴的第一预定角度范围内时，所述主体将入射在该主体上的大部分光透射，并且当所述入射角在所述第一预定角度范围之外时，反射大部分光。沿着所述第二总体方向，当入射角在相对于所述轴的第二预定角度范围内时，所述主体还将入射在该主体上的大部分光透射，并且当所述入射角在所述第二预定角度范围之外时，反射大部分光。所述光学膜还包括基底部分，该基底部分具有与所述结构化表面的光学特性不同的附加光学特性。
附图说明
为了使本发明所属领域的普通技术人员更容易理解如何制造本发明和使用本发明，下面将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例，其中：
图1A示意性地示出平板形光导边缘照明式LCD背光源；
图1B示意性地示出楔形光导边缘照明式LCD背光源；
图1C示意性地示出使用扩展光源的LCD背光源；
图1D示意性地示出直接照明型LCD背光源；
图2A示意性地示出置于LCD背光源上方的根据本发明光学膜的示例性实施例；
图3A示意性地示出根据本发明光学膜的示例性实施例的等轴测图；
图3B示意性地示出图3A所示光学膜的剖视图；
图4A示意性地示出根据本发明光学膜的另一示例性实施例的等轴测图；
图4B示意性地示出图4A所示光学膜的剖视图；
图5A示意性地示出根据本发明光学膜的又一示例性实施例的等轴测图；
图5B示意性地示出图5A所示光学膜的剖视图；
图6A示意性示出根据本发明的示例性光学膜的矩形底面棱柱的俯视图；
图6B示意性地示出图6A所示的棱柱的剖视图；
图6C示意性地示出图6A所示的棱柱的另一剖视图；
图7A示意性地示出根据本发明的示例性光学膜的矩形底面棱柱(置于LCD背光源的上方)的剖视图；
图7B示意性地示出图7A所示的棱柱的另一剖视图；
图8A示意性地示出根据本发明的示例性光学膜的矩形底面棱柱的俯视图；
图8B示意性地示出根据本发明的示例性光学膜的另一矩形底面棱柱的俯视图；
图9A示意性地示出根据本发明光学膜的另一示例性实施例的等轴测图；
图9B示出图9A所示光学膜的等坎德拉极坐标图；
图9C示出图9A所示光学膜的矩形坎德拉分布图；
图10A示意性地示出根据本发明光学膜的又一示例性实施例的等轴测图；
图10B示出图10A所示光学膜的等坎德拉极坐标图；
图10C示出图10A所示光学膜的矩形坎德拉分布图；
图11A示意性地示出根据本发明光学膜的又一示例性实施例的等轴测图；
图11B示出图11A所示光学膜的等坎德拉极坐标图；
图11C示出图11A所示光学膜的矩形坎德拉分布图；
具体实施方式
本发明涉及用于控制来自光源的光的分布的光学膜，具体来说，涉及用于控制沿着两个不同方向的光分布的光学膜。根据本发明的光学膜可以用于控制LCD背光源(例如，图1A至图1D所示的LCD背光源)的光分布。
图1A至图1D示出可以用于LCD中的背光源的几个实例。图1A示出背光源2a。该背光源2a包括：两个光源4a，例如两个冷阴极荧光管(“CCFT”)，这两个光源从背光源的两个相对侧或边缘提供光；灯反射体4a’，布置在光源4a周围；导光片3a，其示出为大致平面状的导光片；背反射体3a’和光学膜3a”，该光学膜可以是任何合适的光学膜。图1B示出背光源2b，该背光源2b包括：单个光源4b，例如CCFT；灯反射体4b’，布置在光源4b的周围；导光片3b，其示出为楔形的导光片；背反射体3b’和光学膜3b”，该光学膜可以是任何合适的光学膜。图1C示出背光源2c，该背光源包括扩展光源4c。示例性的合适的扩展光源包括表面发光型光源。图1D示意性地示出背光源2d的局部视图，该背光源包括：三个或更多个细长的线状光源(例如，CCFT)4d；背反射体5a、扩散板4d’和光学膜4d”，该光学膜可以是任何合适的光学膜。
这种背光源可以用于各种显示装置例如LCD装置(例如，电视、监视器等)中。如本领域普通技术人员所理解的那样，显示装置可以包括：具有窗的外壳；位于该外壳中的背光源；根据本发明的光学膜；其它合适的光学膜；以及位于光学膜和光学窗之间的光阀装置，例如，LCD面板。根据本发明的光学膜也可以与本领域普通技术人员所知的任何其它光源结合使用，并且可以包括任何其它合适的元件。
图2A示出根据本发明的背光源2e和光学膜6a的剖视图。背光源2e可以包括光源4e、导光片3c和背反射体5b。光学膜6a可以位于背光源2e的上方。根据本发明的光学膜6a具有包括结构化表面10a和基底部分12a的主体。光学膜6a的主体可以用轴表征，在一些示例性实施例中，该轴与基底部分12a基本上垂直，在其它的示例性实施例中，该轴相对于基底部分12a构成不同的角度。
在本发明的典型实施例中，主体轴与显示装置(其中可以使用本发明的光学膜)的观看方向基本上共线。结构化表面10a包括多个棱形结构体8a，例如棱锥，在一些示例性实施例中，该棱形结构体是矩形底面棱柱。棱形结构体8a布置在结构化表面10a上，各棱形结构体8a彼此十分接近，在一些示例性实施例中，棱形结构体彼此基本上接触或直接相邻。然而，在其它示例性实施例中，只要光学膜6a的增益为至少约1.1，则棱形结构体8a可以彼此间隔任何合适的距离(例如，约十(10)微米或更大)。
用于本发明的目的时，“增益”定义为具有根据本发明构造的光学膜的光学系统的轴向输出光亮度和没有这种光学膜的相同光学系统的轴向输出光亮度之比。在本发明的典型实施例中，对棱形结构体的尺寸、形状和角度进行选择，以提供至少约1.1的光学增益。另外，可以根据所需的光的输出分布来选择棱形结构体的间距、尺寸、形状和角度。然而，棱形结构体不应当过小以至于发生衍射，并且不应当过大以至于可以被肉眼看见。对于尺寸为约100微米的结构，通常会出现后一种情况。在尤其适用于直接照明式背光源的一些示例性实施例中，棱形结构体的间距、尺寸、形状和角度可以选择成这样，使得本发明的光学膜有助于使得直接照明式背光源中所用的光源对于观看者来说为隐藏的。在图2A所示的示例性实施例中，结构化表面10a布置在基底部分12a上。如本领域普通技术人员所知的那样，光学膜6a可以用来改变从背光源2e发出的光线的方向，并且，在一些情况下，可以用来改变从背光源2e发出的光线的其它特性。例如，本发明的一些实施例可以使用光学膜6a的棱形结构体8a来控制光的角展度。
基底部分12a具有与结构化表面10a的光学特性不同的附加光学特性，从而，该基底部分以这样一种方式控制光，该方式与结构化表面10a控制光的方式不同。这种控制可以包括使进入本发明的光学膜中的光偏振、扩散或附加改变方向。这可以例如通过下述方式来实现：在基底部分中包括具有这种附加的光学特性的光学膜，或者，将该基底部分自身构造成具有这种附加的光学特性。具有这种附加的光学特性的示例性的合适的膜包括，但不限于，偏振膜、扩散膜、增亮膜例如BEF、转向膜、及其组合。转向膜可以是例如反转棱镜膜(reversedprism film)(例如，倒置的BEF)、或者以与反转棱镜膜大致相似的方式改变光的方向的其它结构。在一些示例性实施例中，基底部分12a可以包括：多层反射偏振片，例如，VikuitiTM反射式偏光增亮膜(“DBEF”)；或者漫反射偏振片，其具有连续相和分散相，例如，VikuitiTM漫反射偏振膜(“DRPF”)，其中，VikuitiTM反射式偏光增亮膜和VikuitiTM漫反射偏振膜二者可得自3M公司。在其它示例性实施例中，基底部分可以包括聚碳酸酯层(“PC”)、聚甲基丙烯酸甲酯层(“PMMA”)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)、或者本领域普通技术人员所知的任何合适的膜或材料。
图3A和图3B示出根据本发明的光学膜6c的示例性实施例。结构化表面10c和基底部分12c可以是单个膜中的部件，如图3A和图3B所示。如本领域普通技术人员所理解的那样，结构化表面10c和基底部分12c可以形成为单个部件(在一些情况下可以由相同的材料形成)以产生光学膜6c，或者，它们可以分开形成，然后，例如使用合适的粘合剂，将它们连接在一起，以形成为单个部件。光学膜6c可以用本领域普通技术人员所知的任何方法制造，所述方法包括，但不限于，压花法、铸型法、压制法和分批法。
在根据本发明制造光学膜的示例性方法中，可以用微结构化成形工具以及可任选的中间成形工具来形成光学膜(例如，光学膜6c)。例如，通过在合适的基底上在两个方向上切割凹槽，可以制造微结构化成形工具。如本领域普通技术人员所理解的那样，所得到的微结构化成形工具包括多个棱形结构体，类似于所需的光学膜。可以根据是否需要具有尖点、平台或沿着峰部的尖线条的棱形结构体以及根据其它相关的参数，调节切割的深度以及每次平行切割间的间距。
例如，使用电镀法和聚合物复制，可以用微结构化成形工具制造中间成形工具，该中间成形工具具有与微结构化成形工具反转或相反的结构(例如，倒置的棱形结构体)。中间成形工具可以由聚合物制成，所述聚合物包括，例如，聚氨酯、聚丙烯、丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、UV固化树脂等。为了便于剥离最终的光学膜，还可以用脱模层涂布中间工具。
如本领域普通技术人员所知的那样，可以使用中间成形工具通过直接复制或分批法来制造光学膜(例如，光学膜6c)。例如，通过诸如注射成型法、UV固化法或热塑模制法例如压缩模制法，可以使用中间成形工具分批加工光学膜6c。根据本发明的光学膜可以由本领域技术人员所知的任何合适材料形成，或者可以包括本领域普通技术人员所知的任何合适材料，所述材料包括，例如，无机材料，例如二氧化硅基聚合物；以及有机材料，例如聚合物材料，包括单体、共聚物、接枝聚合物及其混合物或共混物。
图4A和图4B示出根据本发明的光学膜6d的另一示例性实施例。具体来说，光学膜6d可以由两个单独的部分形成：具有结构化表面的部分10d和基底部分12d。例如，可以通过如下方式来制造这种示例性实施例：用可固化的材料涂布基底部分；使可固化的材料具有结构化表面；以及固化该光学膜。或者，光学膜6e中具有结构化表面的部分10e和基底部分12e可以是用合适的粘合剂28粘结在一起的两个单独的膜，例如，如图5A和图5B所示。粘合剂28可以包括，但不限于，压敏粘合剂(PSA)或者紫外(UV)光可固化的粘合剂。在这种示例性实施例中，有时有益的是，用折射率低于基底部分折射率的材料制造具有结构化表面的部分。
图6A至图6C示出根据本发明的棱形结构体8f的示例性实施例。图6A示出棱形结构体8f的俯视图。棱形结构体8f的底面可以是四边形状，其中的两个第一边A1沿着图6C所示的方向彼此大致相对地布置，两个第二边B1沿着图6B所示的方向彼此大致相对地布置。在本发明的典型实施例中，A1的长度小于B1的长度，两个第一边A1彼此基本上平行，两个第二边B1彼此基本上平行。在一些示例性实施例中，第一边A1与第二边B1基本上垂直。因此，棱形结构体8f的底面可以大致为矩形。
图6B示出在图6A所示的6B-6B平面内棱形结构体8f的示例性实施例的剖视图。棱形结构体8f包括两个表面16a。棱形结构体8f还包括角度α1(α)，该角度α1是在表面16a之一和与基底部分12f平行的平面之间测得的。图6C示出在图6A所示的6C-6C平面内棱形结构体8f的示例性实施例的剖视图。棱形结构体8f包括两个表面14a。棱形结构体8f还包括角度β1(β)，该角度β1是在表面14a之一和与基底部分12f平行的平面之间测得的。角度α1优选至少与角度β1一样大，通常比角度β1大。
图6B和图6C示出在棱形结构体8f内传播的光线18。根据光线18相对于表面16a或表面14a的法线的入射角δ1(δ)或δ2，表面16a和表面14a可以使光线18反射或折射。如本领域普通技术人员从本发明所知的那样，选择不同的角度α1和β1，可以使人们控制透过光学膜6(例如，光学膜6a至6e)中棱形结构体8f的光的角展度。在一些示例性实施例中，使相对的表面对和与基底部分平行的平面之间分别形成的角度彼此不相等，有益于希望观看轴相对于基底部分的法线倾斜的情况。
图7A示出与图6B所示的棱形结构体8f相似的棱形结构体8g的示例性实施例的剖视图。从背光源2g发出的光线20a、光线22a和光线24a在棱形结构体8g中传播。图7B示出与图6C所示的棱形结构体8f相似的棱形结构体8g的示例性实施例的剖视图。光线20b、光线22b和光线24b分别与图7A中所示的光线20a、22a和24a具有相同的方向，从背光源2g发出，并且在棱形结构体8g中传播。
下面描述从LCD背光源2g发出的光线20至24中各光线传播通过本发明的光学膜6(例如，光学膜6a至6e)的棱形结构体8g。图7A和图7B示出：根据光线是首先入射在表面16b之一上还是入射在表面14b之一上而该光线可能会如何表现出不同的行为，以及，通过选择表面16b的角度δ2和表面14b的角度δ2，可以如何在两个不同方向上控制光的角展度。应该注意，光线20至24没有绘制成精确地示出光线20至24的反射角和折射角。光线20至24仅仅说明示意性地示出光线传播通过棱形结构体8g的大致方向。
在图7A中，从背光源显示器2g发出的光线20a在棱形结构体8g中以与表面16b垂直的方向传播。因此。光线20a以与表面16b垂直的方向(或法线方向)进入表面16b，并且，光线20a相对于表面16b法线的入射角等于零(0)度。
在光学膜6(例如，光学膜6a至6e)和表面16b及14b之上的介质可以例如基本上由空气构成。然而，在光学膜6和表面16b及14b之上的介质可以由本领域普通技术人员所知的任何介质、材料或膜构成。如本领域技术人员或者普通技术人员所知的那样，空气具有比大多数已知材料低的折射率。基于斯涅耳定律的原理，当光进入或者入射在具有较低折射率的介质上时，光线以相对于法线的出射角θ转向离开法线，其中，出射角θ大于入射角δ。然而，当光线以垂直于表面的方式进入表面处的材料-空气界面时，该光线(例如，光线20a)不会转向，并且继续直线传播，如图7A所示。斯涅耳定律可以用下述公式表示：
ni*sinδ＝nt*sinθ，
其中，
ni＝在入射光侧上的材料的折射率；
δ＝入射角；
nt＝透射光侧上的材料的折射率；以及
θ＝出射角。
本领域的普通技术人员将理解，一定量的入射光还将被反射回棱形结构体8g中。
图7B示出光线20b以与光线20a基本上相同的方向传播。光线20b以相对于表面14b法线的入射角δ3进入表面14b。如上所述，表面14b的角度β2优选小于表面16b的角度α2。因此，光线20b的入射角δ3不等于光线20a的入射角δ。光线20b的入射角δ3不等于零(0)，如图7B所示，并且，光线20b不会以垂直于表面14b的角度进入材料-空气界面。根据斯涅耳定律的公式，光线20b在入射于表面14b处以不同于入射角δ3的出射角θ3折射。
如图7A所示，光线22a传播入棱形结构体8g中，以相对于表面16b法线的入射角δ4进入表面16b。光线22a的入射角δ4大于在表面16b处的临界角δc。光线22a不会从棱形结构体8g中射出，而是反射回到棱形结构体8g中。这称为“全内反射”。如上所述，当光线从具有较高折射率的材料传播到具有较低折射率的材料时，该光线将根据上面阐述的折射公式表现。根据公式，随着入射角增大，出射角θ将接近90度。然而，在临界角δc以及大于临界角δc的所有角度处，将发生全内反射(例如，光线将反射回到棱形结构体8g中，而不是折射和透过表面)。如本领域普通技术人员所理解的那样，可以根据斯涅耳定律(上面所述的)，通过设定出射角(例如，折射角)为九十度(90)并求解入射角δ，以确定临界角δc。
如图7B所示，光线22b以与光线22a基本上相同的方向传播，进入表面14b。因为表面14b的角度β2小于表面16b的角度α2，所以在光线22a进入表面16b处，光线22b以与入射角δ4不同的入射角δ5进入表面14b。光线22b的入射角小于临界角δc，所以光线22b在表面14b处发生折射，并且透过表面14b。
图7A和图7B分别所示的光线24a和光线24b以与基底部分12g垂直的方向在棱形结构体8g中传播。分别地，光线24a和光线24b以小于临界角δc的入射角δ进入表面16b和表面14b。然而，光线24a相对于表面16b法线的入射角δ6大于光线24b相对于表面14b法线的入射角δ7。因此，根据斯涅耳定律，光线24a相对于表面16b法线的出射角θ6与光线24b相对于表面14b法线的出射角θ7不同。如本领域普通技术人员所理解的那样，光线24a相对于表面16b法线的出射角θ6将大于光线24b相对于表面14b法线的出射角θ7。
如本领域普通技术人员所理解的那样，与具有较大角度α2的表面16b相比，具有较小角度β2的表面14b通常可以将更多的光“聚焦”向与背光源2g垂直的方向。因此，所述的具有棱形结构体8(例如，棱形结构体8a至8g)的光学膜6(例如，光学膜6a至6e)可以允许光沿一个方向的角展度较大而光沿另一个方向的角展度较小。例如，本发明的光学膜6可以用于LCD电视中，以使光在第一方向例如水平方向上的角展度较宽，以及，使光在第二方向例如垂直方向上的角展度较小但仍足够大。通常，为了适应下述情况，水平方向(例如，在电视的任一侧上的观看者)的视场比垂直方向(例如，站着或坐着的观看者)的视场宽，上述做法是有益的。在一些示例性实施例中，观看轴可以朝下倾斜，例如，当观看者可以坐在地板上时。通过降低光在垂直方向上的角展度，所得到的光学增益可以应用在所需的观看角度范围内。
图8A和图8B示出根据本发明的棱形结构体8的另一示例性实施例。图8A示出具有两个相对的第一边A3和两个相对第二边B3的棱形结构体8h；A3的长度小于B3的长度。棱形结构体8h还包括两个表面14c和两个表面16c。在该示例性实施例中，棱形结构体8h还包括大致平坦的表面26a，该平坦表面26a优选为凹槽间距的5％或更小，以使增益损耗最小化。平坦表面26a在这样的情况下是有用的，例如，当将基底部分12(例如，基底部分12a至12g)或者另外的膜粘结在结构化表面10(例如，结构化表面10a至10e)的棱形结构体8h的上面时。此外，平坦表面可以有助于使更多的光以与显示器垂直的方向(即，观看者很可能沿该方向观看屏幕)透射。表面26a可以是升起的，或者，表面26a可以是压下的。在一些示例性实施例中，表面26a可以是圆形的。
图8B示出具有两个相对的第一边A4和两个相对的第二边B4的棱形结构体8i。在该示例性实施例中，两个表面14d大致为三角形，而两个表面16d大致梯形。可以预期，棱形结构体8i可以是具有两个相对的第一边A4和两个相对的第二边B4的任何其它结构。
图9A、图10A和图11A分别示出根据本发明的光学膜6j、6k和6l的三个附加示例性实施例的示意性局部轴侧图。示例性光学膜6j/6k/6l包括：折射率约为1.58的具有结构化表面10j/10k/10l的部分，和折射率约为1.66的基底部分12j/12k/12l。结构化表面10j/10k/10l包括多个棱形结构体8j/8k/8l。棱形结构体8j/8k/8l的底面可以是具有四边的形状，其中的两个第一边A9/A10/A11沿着方向Y彼此大致相对地布置，两个第二边B9/B10/B11沿着方向X彼此大致相对地布置。各棱形结构体8j/8k/8l还可以包括两个表面14j/14k/14l和两个表面16j/16k/16l。如图9A、图10A和图11A所示，表面14j/14k/14l中的每个均与第一边A9/A10/A11中的一个相交，表面16j/16k/16l中的每个均与第二边B9/B10/B11中的一个相交。在示例性实施例中的表面14j/14k/14l和16j/16k/16l可以位于约四十五(45)度的表面角处。在表1中进一步描述示例性光学膜6j/6k/6l和棱形结构体8j/8k/8l。
表1：光学膜6j，6k，6l
  6j     6k   6l
长度方向上的棱柱数目   20     20   20
宽度方向上的棱柱数目   20     20   20
棱柱长度，B(密耳)   2.2     2.8   6
棱柱宽度，A(密耳)   2     2   2
棱柱比(长度B/宽度A)   1.1     1.4   3
光学膜长度(密耳)   44     56   120
光学膜宽度(密耳)   40     40   40
光学膜厚度(密耳)   4     4   4
光源长度(密耳)   22     28   60
光源宽度(密耳)   20     20   20
光源位置，长度(密耳)   22     28   60
光源位置，宽度(密耳)   20     20   20
峰值光(瓦特/球面度)   0.28857     0.28838   0.28703
效率(％光通量)   0.43431     0.43065   0.43832
增益   1.612665     1.620833   1.60381
如表1所示，光学膜6j、6k和6l之间的不同是每个棱形结构体8j/8k/8l中底面的第二边B9/B10/B11的长度。表1中的棱柱比是底面长度(例如，B9/B10/B11)与底面宽度(例如，A9/A10/A11)之比。表1中所示的每个光学膜6j/6k/6l的增益是具有光学膜6j/6k/6l的光峰值轴向光亮度除以没有光学膜6j/6k/6l的光峰值轴向光亮度之比。如本领域普通技术人员从表1中所理解的那样，棱形比的不同不会明显地影响光学膜6j/6k/6l的示例性实施例的轴向增益，但棱形比可以导致从本发明的光学膜中射出的光在沿着两个不同方向的角度分布不同。
图9B、图10B和图11B分别示出棱形结构体8j、8k和8l的等坎德拉分布极坐标图。如本领域普通技术人员所理解的那样，坎德拉分布图示出检测的入射光线已经通过包括棱形结构体(例如光学膜6j/6k/6l的棱形结构体8j/8k/8l)的光学膜的三百六十(360)度图案。在每个坎德拉分布图上示出示例性棱形结构体8j/8k/8l，用于方向参照。如图9B、图10B和图11B所示，对于光学膜6j/6k/6l中的每一个，光分布不同。例如，光学膜6j具有最小的棱柱比，它的标绘图示于图9B中，显示更对称的分布(即，与图10B和图11B的情况相比较，在图9B中，光沿着X方向的分布与沿着Y方向的分布更相似)。光学膜6l在所示的三个实施例中具有最大的棱柱比，它的标绘图示于图11B中，显示在三个实施例中最不对称的分布(即，光沿着X方向的分布小于光沿着Y方向的分布)。
如本领域普通技术人员所理解的那样，图9B、图10B和图11B所示的等坎德拉分布极坐标图表明示例性实施例能够控制光沿着两个不同方向的分布。如上所述，这可用来在诸如LCD TV或监视器之类的装置中以连续的方式在一个方向上提供扩展的视角。
图9C、图10C和图11C分别示出棱形结构体8j/8k/8l的矩形坎德拉分布图，其中各矩形坎德拉分布图与图9B、图10B和图11B所示的极坐标图对应。如本领域普通技术人员所理解的那样，矩形坎德拉分布图示出在不同角度通过光学膜6j/6k/6l的光强度。矩形分布图上的每条曲线与各极坐标图的不同横截面对应。例如，标记为0度的曲线表示沿着经过中心的0度和180度连接线的极坐标图的横截面，标记为90度的曲线表示沿着经过中心的90度和180度连接线的极坐标图的横截面，以及，标记为135度的曲线表示沿着经过中心的135度和315度连接线的极坐标图的横截面。如前一组曲线图所示，光学膜6l具有所示的三个实施例中的最大的棱柱比，它的图示于图11C中，显示三个实施例中的最不对称的分布(即，光沿着0度方向的分布小于光沿着90度方向的分布)。
对本领域技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的结构和方法进行多种修改和改变，对本文所述示例性实施例的修改和改变都在所附权利要求及其等效置换的范围内。

Claims (31)

1.一种光学膜，包括：
主体，其具有轴和包括多个棱形结构体的结构化表面，每个棱形结构体具有底面，该底面包括沿着第一总体方向彼此相对布置的至少两个较长边和沿着第二总体方向彼此相对布置的至少两个较短边，
其中，沿着所述第一总体方向，当入射角在相对于所述轴的第一预定角度范围内时，所述主体将入射在该主体上的大部分光透射，以及当所述入射角在所述第一预定角度范围之外时，所述主体将入射在该主体上的大部分光反射，以及，
其中，沿着所述第二总体方向，当入射角在相对于所述轴的第二预定角度范围内时，所述主体将入射在该主体上的大部分光透射，以及，当所述入射角在所述第二预定角度范围之外时，所述主体将入射在该主体上的大部分光反射；以及
所述主体包括基底部分，该基底部分具有与所述结构化表面的光学特性不同的附加光学特性。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述底面具有大致矩形的形状。
3.根据权利要求1所述的光学膜，其中，各棱形结构体布置成与至少一个其它的棱形结构体基本上接触。
4.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述多个棱形结构体的底面排列成这样，即，沿着所述第一总体方向各底面的两个较长边基本上彼此平行地延伸。
5.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述基底部分包括至少下述之一：偏振膜、扩散膜、增亮膜和转向膜中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述结构化表面布置在与所述基底部分不同的主体部分上，所述的基底部分和所述主体部分相互连接。
7.根据权利要求6所述的光学膜，其中，所述主体部分和所述基底部分均具有折射率，所述主体部分的折射率低于所述基底部分的折射率。
8.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述结构化表面布置在所述基底部分上。
9.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述各棱形结构体包括至少四个表面，各所述四个表面均连接所述底面。
10.根据权利要求9所述的光学膜，其中，至少四个表面相交。
11.根据权利要求9所述的光学膜，其中，所述至少四个表面中的两个相交。
12.根据权利要求1所述的光学膜，其中，所述各所述棱形结构体包括五个表面，四个表面连接所述底面，第五个表面与所述四个表面相邻，并且其位置与所述底面基本上平行。
13.根据权利要求1所述的背光照明显示装置，其中，所述第一预定角度范围大于所述第二预定角度范围。
14.一种显示装置，包括：
具有窗的外壳；
位于所述外壳中的背光源，
位于所述背光源和所述窗之间的光学膜，以及
位于所述光学膜和所述光学窗之间的光阀装置；
其中，所述光学膜包括主体，该主体具有轴和包括多个棱形结构体的结构化表面，每个棱形结构体具有底面，该底面包括沿着第一总体方向彼此相对布置的两个较长边和沿着第二总体方向彼此相对布置的两个较短边，
其中，沿着所述第一总体方向，当入射角在相对于所述轴的第一预定角度范围内时，所述主体将入射在该主体上的大部分光透射，以及，当所述入射角在所述第一预定角度范围之外时，反射大部分光，
其中，沿着所述第二总体方向，当入射角在相对于所述轴的第二预定角度范围内时，所述主体将入射在该主体上的大部分光透射，以及，当所述入射角在所述第二预定角度范围之外时，所述主体将入射在该主体上的大部分光反射，以及
其中所述主体还包括基底部分，该基底部分具有与所述结构化表面的光学特性不同的附加光学特性。
15.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述背光面板是侧面照明的。
16.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述背光面板是直接照明的。
17.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述光阀装置是液晶显示面板。
18.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述棱形结构体的所述底面具有大致矩形的形状。
19.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，各棱形结构体布置成彼此基本上接触。
20.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述多个棱形结构体的矩形底面排列成这样，即，各底面的两个较长边沿着所述第一总体方向基本上彼此平行地延伸。
21.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述基底部分包括至少下述之一：偏振膜、扩散膜、增亮膜和转向膜。
22.根据权利要求14所述的光学膜，其中，所述结构化表面布置在与所述基底部分不同的主体部分上，所述的基底部分和所述主体部分彼此连接。
23.根据权利要求14所述的光学膜，其中，所述主体部分和所述基底部分均具有折射率，所述主体部分的折射率低于所述基底部分的折射率。
24.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述结构化表面布置在所述基底部分上。
25.根据权利要求14所述的背光照明显示装置，其中，所述第一预定角度范围大于所述第二预定角度范围。
26.一种光学膜，包括：
基底部分；以及
包括多个棱形结构体的结构化表面，各棱形结构体具有大致矩形底面、第一表面和第二表面，所述第一表面沿着其宽度方向与所述矩形底面相交，所述第二表面沿着其长度方向与所述矩形底面相交，
其中，当入射角在第一预定角度和平行于该表面的第一轴之间时，所述表面中的至少一个将入射在该表面上的光反射，以及，当所述入射角在所述第一预定角度和垂直于该表面的第二轴之间时，所述表面中的至少一个透射从其通过的光，
其中，各所述矩形底面中底面的长度大于其宽度，以相对于所述第一表面的所述基底部分选择第一定向并相对于所述第二表面的所述基底部分选择第二定向，以及
其中，所述基底部分具有与所述结构化表面的光学特性不同的附加光学特性。
27.根据权利要求26所述的光学膜，其中，选择所述第一定向和所述第二定向，以沿着所述基底部分的第一维度实现第一光反射/改向特性，以及，沿着所述基底部分的第二维度实现第二光反射/改向特性。
28.根据权利要求27所述的光学膜，其中，选择所述第一光反射/改向特性，以沿着第一方向产生更多反射，以及沿着第二方向产生更多改向，所述第一方向沿着所述底面的宽度，所述第二方向沿着所述底面的长度。
29.根据权利要求26所述的光学膜，其中，所述多个棱形结构体的矩形底面排列成这样，即，各矩形底面的长度沿着所述基底部分基本上彼此平行地延伸。
30.根据权利要求26所述的光学膜，其中，所述矩形底面的长度基本上彼此相等，以及，其中，所述矩形底面的宽度基本上彼此相等。
31.根据权利要求26所述的光学膜，其中，所述基底部分包括至少下述之一：偏振膜、扩散膜、增亮膜和转向膜。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20071017