CN101281270A - 具有减少色分离的偏振转向薄膜 - Google Patents

Abstract

公开了一种转向膜和包含该膜的背光装置。该转向膜包括光入射表面和光出射表面，在出射表面上包括第一棱镜结构以及在光入射表面上包括第二棱镜结构或透镜状结构，其中(a)第一棱镜元件的特征在于远底角(β₁)和近底角(β₂)；和(b)第二棱镜或透镜状元件的特征在于远底角(γ₁)和近底角(γ₂)；前提是选择处于小段(a)和(b)中角度的值，与仅具有在出射表面上的第一棱镜元件的相同的膜相比，提供减小的色分离度。

Description

具有减少色分离的偏振转向薄膜

技术领域

本发明通常涉及用于增强来自表面的亮度的显示器照明制件，尤其涉及在其两侧具有能重新定向来自导光板(light guiding plate)的光并提供偏振光输出以及减少色分离(color separation)的结构的转向薄膜(turning film)导光板。

背景技术

液晶显示器(LCD)连续在成本和性能方面进行改善，变成适用一些计算机、仪器以及娱乐应用的优选显示类型。常规膝上型计算机显示器中使用的透射型LCD是背光型显示器，其具有置于LCD后面用以指引光外出、朝向LCD的光提供表面。根据两个基本方法之一已经提出了具有足够均匀的亮度同时保持紧凑和低费用的适合背光设备的难题。在第一方法中，光提供表面用于提供高度分散性、基本朗伯的光分布，其在宽范围角度上具有基本恒定的亮度。根据该第一方法，依据增加同轴和近轴亮度的目的，已经提出许多亮度增强薄膜用以重定向该光具有朗伯分布的部分，以便提供更加准直的照明。比如，美国专利No.5,592,332(Nishio等人)，美国专利No.6,111,696(Allen等人)和美国专利No.6,280,063(Fong等人)中描述了所提出的用于亮度增强薄膜的解决方案。诸如上述引用专利中描述的亮度增强薄膜(BEF)的解决方案提供宽视角范围的一些增加亮度的测量。

用于提供背光照明的第二方法使用导光板(LGP)，其接收来自位于侧边的灯或其他光源的入射光，并利用全内反射(TIR)内部引导该光使得在窄角范围内从LGP发射出。来自LGP的输出光相对于法线通常处于相当陡的角度，如70度或更大。根据该第二方法，转向薄膜，一种类型的光重定向物品，随后被用于朝法线重定向从LGP输出的发射光。方向转变薄膜，广泛地称作光重定向物品或光重定向薄膜，如配有可从Clarex，Inc.，Baldwin，NY获得的HSOT(高散射光透射)导光板，提供一种用于提高该类型背光均匀性的改进解决方案，而不需要制造过程中的扩散膜或点印刷。HSOT导光板和其他类型的方向转变薄膜使用棱镜结构的阵列，在多种组合中，用于朝法线重定向来自导光板的光，或朝向一些其他适合的目标角度，其相对于二维表面典型地接近法线。作为一个实例，美国专利No.6,746,130(Ohkawa)描述了用作适于LGP照明的转向薄膜的光控制薄片。

参照图1，示出了显示设备100的导光板10的整体功能。由光源12所发射的光入射在入射表面18上并导进导光板10，所述导光板典型地是所示的楔形。光在导光板10内传输直到全内反射(TIR)条件失效并随后可能被反射表面142反射，在出射表面16离开导光板。该光随后到达转向薄膜122并被引向照明光栅装置120，如调节光的LCD或其他类型的空间光调制器或其他调节光的二维背光元件。对于多数条件下的最适合的观点，应相对于法线V在一相对窄的角度范围内提供出射光。偏振器124必须设置在照明路径内以提供适于偏振光调制的光栅装置120。可是，因为通过转向薄膜122的光本身基本不是偏振的，或具有最小程度的偏振，偏振器124必须吸收大约一半的光。为了克服该问题，反射偏振器125通常设置在可吸收偏振器124和转向薄膜122之间。

Koike等人的标题为“具有偏振功能的表面光源装置(surface light sourcedevice with polarization function)”的美国专利No.5,982,540和No.6,172,809披露了一种类型的反射偏振器。Koike等人的‘540和‘809的披露内容示出了一种表面光源装置，其具有导光板，一个或多个偏振分光板，光方向调节器(实质为转向薄膜)，以及偏振转换器。偏振分光板是一种类型的反射板125。Koike等人的‘540披露内容中描述的偏振分光板利用了适于分开照明光中的S和P偏振分量的布鲁斯特(Brewster)角。虽然该方法提供一些偏振光，可是，其仅仅提供了适于更多常规反射偏振薄膜的一种类型的替代品。该解决方案仍需要对分开的偏振薄膜的额外利用。可是，根据导光板的光的入射角，Koike等人在‘540和‘809所披露的方法需要用于偏振分光板的折射指数为n的材料在窄角范围内。

明显地，减少用于提供偏振照明而不损害图像质量和性能的元件的整体数量是有益的。根据这种想法，已经提出了一些解决方案，以简化偏振器125的结构或通过合并功能将该元件作为单独部件去除。在尝试合并功能方面，Arai的标题为“输出偏振正面照明光的表面光源装置(surface light source deviceoutputting polarized frontal illumination light)”的美国专利No.6,027,220披露了一种能够减少至少是部分偏振的照明的表面光源装置。如Arai的‘220披露内容所示，固有地存在一些从导光板10(图1)出来的偏振光。另外，还存在由转向薄膜固有地执行的该光的偏振。在使用一对转向薄膜的结构中，甚至能够进一步存在偏振的略微增益。依据Arai‘220披露内容的方法，表面光源可被设计以利用适于每个转向薄膜的适合材料以及根据其折射指数n将这些材料与导光板的光的入射角相匹配，能够简单地提供一些程度的偏振。虽然该方法具有提供一些偏振测量的优点，可是，根据简单地指定折射指数n能够获得多少提高存在实际的限制。此外，利用多个转向薄膜的实施例增加了成本、厚度以及使照明系统的设计复杂化。

仍在另一方法中，Suzuki的标题为“用于增加偏振分量的设备，导光单元，液晶显示器以及偏振方法(apparatus for uncreasing a polarization component，lightguiding unit，liquid crystal display and polarization method)”的美国专利No.6,079,841，提供本身被设计以传递偏振光的导光板。Suzuki的‘841的导光板利用叠置在一起并定向以提供光的布鲁斯特角调节的一组光引导件，以获得最佳的偏振状态。虽然该方法具有在导光自身过程中合并偏振分量的优势，但这类方法存在不利。所述光波导板的复杂性及对半波长或四分之一波长板和反射器的附加需求，消除了在照明路径上将偏振器作为单独元件去除而获得的优势。

Mi的标题为“利用全内反射的偏振转向薄膜(polarizing turning film using totalinternal reflection)”的共同未决的系列号为No.11/302,011的美国专利申请；系列号为No.11/300,659的美国专利申请；以及美国专利申请No.7,139,125所披露的方法中，用于在转向薄膜内，或更广泛地，在显示器的光再定向元件内合并偏振功能。这些方法使用光再定向几何结构和组合中的布鲁斯特角，进而实行单一分量的光再定向和偏振。

具有面向上方的棱镜结构的转向薄膜的一个问题是由于薄膜材料折射指数的波长关系式所引起的色分离。

因此，可以看出，虽然已经进行了通过与其他元件合并偏振功能以提供偏振照明的尝试，但这些尝试没有提供满意的解决方案。进而，需要以减少数量的元件提供偏振照明和减少色分离的转向薄膜解决方案或背光单元解决方案。

发明内容

本发明提供一种包含光入射表面和光出射表面的转向薄膜，所述薄膜在出射表面上具有第一棱镜结构并在光入射表面上具有第二棱镜结构或透镜结构，其中

(a)第一棱镜元件的特征在于远底角(β₁)和近底角(β₂)；和

(b)第二棱镜或透镜元件的特征在于远底角(γ₁)和近底角(γ₂)；

前提是选择处于小段(a)和(b)中的角度值，与仅具有位于出射表面上的第一棱镜元件的相同薄膜相比，提供减少的色分离度。

本发明还包括使用本发明转向薄膜的背光。

本发明的优势是提供能够合并用于在主角(principal angle)范围内入射的照明的转向薄膜和偏振器的功能，并具有减少的色分离。

附图说明

虽然说明书已特定指出并清楚要求了本发明主题的权利要求结束，但可以理解根据以下结合附图的描述能够更好地理解本发明。

图1是对应美国专利No.7,139,125图1的示出了常规显示设备的元件的截面图。

图2A是对应美国专利No.7,139,125图3A的示出了的转向薄膜的示意性截面图，所述转向薄膜具有和单波长入射背光装置一起使用的面向上方的棱镜结构。

图2B、2C和2D是示出了具有和多波长入射背光装置一起使用的面向上方的棱镜结构的转向薄膜的示意性截面图。

图3示出了两个常规使用的光材料的折射指数-波长关系式。

图4是示出了减少色分离的转向薄膜的示意性截面图，其中在面向导光板的转向薄膜的底面上构造棱镜结构。

图5是示出了减少色分离的转向薄膜的示意性截面图，其中在面向导光板的转向薄膜的底面上构造透镜或微透镜结构。

图6是示出了具有减少色分离的显示设备的元件的示意性截面图，其中导光板以根据不同波长发射不同主角的光。

图7是示出了图6中导光板和转向薄膜的示意性截面图。

具体实施方式

该描述特别地指定了形成根据本发明的部分设备或与该设备更直接结合的元件。应当理解，未特殊示出或描述的元件也可采用本领域中公知的各种形式。

如以上背景部分中提到的，已经进行了通过合并照明路径中其他元件的偏振功能来减少照明设备整体复杂性的尝试。本发明的方法用于减少转向薄膜的色分离，更广泛地，显示器的光再定向元件的色分离。不同于上述的常规方法，本发明的方法在其两侧使用针对光再定向制品的几何结构和组成方面进行设计的微结构，进而在单一元件中进行光再定向和偏振。

转向薄膜

如现有技术和背景技术中所述，广义称作光再定向制品或光再定向薄膜的转向薄膜是将从导光板以大倾斜角发出的不同程度的准直光输出再定向为朝向法线或观看方向的光学薄膜。

本发明的设备使用通常定形为棱镜的光再定向结构。在较多的正式定义中，真正的棱镜具有至少两个平坦面。可是，因为光再定向结构的一个或多个表面在所有实施例中不是平坦的，而是弯曲或具有多个部分，故在该说明书中使用更常用的术语“棱镜结构”。

注意到背景技术中早期给出的材料，常规转向薄膜再定向以典型地与法向差60度或更多的倾斜入射角从导光板或类似提供光的元件接收的光。转向薄膜典型地使用典型地为棱镜形和多维的折射阵列结构，以朝向法线再定向来自导光板的光。因为这些元件被设置成薄膜，相对薄膜的二维平面认定法线。

如参考图1所示，光源12置于导光板10的一侧。在其顶部和/或底部设置微结构的导光板10的这种定位和设计规定了所需角度行为和转向薄膜的设计方案。对于导光板10性能条件的范围，Mi的标题为“利用全内反射的偏振转向薄膜(polarizing turning film using total internal reflection)”的系列号为No.11/302,011的待批美国专利申请；系列号为No.11/300,659的美国专利申请；以及美国专利申请No.7,139,125中披露的光再定向物品可用于替换图1布置中的常规转向薄膜122，并可提供消除或至少最小化偏振器124和反射偏振器125之一或两者的性能需求的足够偏振。

参照图2A，其对应美国专利申请No.7,139,125的图3A，其示出了和发射单一波长光的导光板10一起使用的偏振转向薄膜20的示意性截面图，该图示出了关键角和几何关系。转向薄膜20具有朝向LC装置或其他光调制器、面向上方的多个棱镜结构，每个结构具有近表面24(相对于光源12近，如图1的实施例中所示)以及远表面26，所述两个面根据顶角α，远底角β1和近底角β2的限定，两个侧面相对于水平面H倾斜于法线方向V。导光板10发出的光以关于中心入射主角θ_in的小范围角内入射。利用包括中心入射主角θ_in、转向薄膜20的折射指数n，以及相对于平坦表面22以倾斜角再远表面26上倾斜的远底角β1的多个因素，确定从转向薄膜20中构造的输出表面传递到LC显示元件的光的输出角θ_out，如等式(1)所示，

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{out}}={\mathrm{\β}}_1-{\sin }^{-1}\left\{n\sin \right[{\mathrm{\β}}_1-{\sin }^{-1}(\frac{\sin \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}\right)}{n}\left]\right\}$                       等式(1)

入射光在关于主角为中心的一组角的范围从导光板入射，使得大多数入射光处于主角的+/-10度内。等式(1)和下面的等式将利用输入角θ_in，作为主角。

注意到，当导光板10发出单波长射线R1时，存在一束从转向薄膜20出射的光。可是，与冷阴极荧光等(CCFL)结合的最常用的导光板总是发射多波长光，或甚至连续波长光谱的光。图2B与图2A相同，除了射线R1表示多波长，例如适于红色的650nm，适于绿色的550nm，以及适于蓝色的450nm。图2B说明了转向薄膜20的色分离问题；转向薄膜20中分开的三种波长的射线30a、30b、30c在其从转向薄膜20出来时被进一步分开。因为常规材料的折射指数随波长减小，故图2B中所示的射线30a、30b、30c可分别表示蓝色、绿色和红色光。

图2C示出了色分离的另一可能性。遵循图2B中相同光路的较长波长的射线30b(绿光)、30c(红光)射到远表面上并从远表面26出射。较短波长的射线30a(蓝光)看起来具有更高的折射指数并遵循图2C的不同光路。射线30a射到远表面26，随后由于全内反射而朝近表面反射，并最终从近表面24出射。

图2D示出了色分离的另一可能性。遵循图2B中相同光路的较长波长的射线30b(绿光)、30c(红光)射到远表面上并从远表面26出射。较短波长的射线30a(蓝光)看起来具有更高的折射指数并遵循图2C的不同光路。射线30a射到远表面26，随后由于全内反射而朝近表面反射，并朝导光板进一步折射或回反射。这样，射线30a不会从转向薄膜直接出射。

在图2C和2D中，较短波长的光采取与较长波长光截然不同的路径，导致大的色分离问题。

当从特定方向观看转向薄膜时，色分离引起不太满意的色彩表现。该问题发生于具有向上的棱镜结构的转向薄膜，而很少发生于具有向下棱镜结构的转向薄膜。

众所周知，所有光学材料的折射指数是与波长相关的(Modern OpticalEngineering，Warren J.Smith，McGraw-Hill，2000)。根据Cauchy折射指数色散等式，由等式(2)控制光学材料的折射指数，

$n=a+\frac{b}{{\mathrm{\λ}}^2}+\frac{c}{{\mathrm{\λ}}^4}$                         等式(2)

其中a、b和c是根据给定波长所测量的折射指数对于每种单独材料所得出的常数。

根据等式(1)和等式(1.1)，由于参考等式(2)是转向膜材料的折射指数-波长关系式，因此输出角θ_out是波长相关的。

图3示出了两种通常使用的光学材料的折射指数-波长相关性的例子。当入射波长从375nm增加到988nm时，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的折射指数从1.8034下降到1.7367。对于聚砜，相同光谱中折射指数的变化是0.1037。对于PET，折射指数n在450nm的波长λ处大约为1.787，在550nm处大约为1.766，以及在650nm处大约为1.754。对于聚砜，折射指数n在450nm的波长λ(蓝光)处大约为1.670，在550nm(绿光)处大约为1.642，以及在650nm(红光)处大约为1.628。

色分离度(DCS)

为了更好的理解本发明，认为色分离的量化度是有用的。虽然对于测量色分离存在不同的方式，但是本发明中色分离度根据输出角θ_out的均方根来测量，如下面的等式所限定

$\mathrm{DCS}=\sqrt{<{({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}-<{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}>)}^2>}$                 等式(3)

其中

$<{{\mathrm{\&theta;}}^2}_{\mathrm{out}}>=\frac{1}{300}{\&Integral;}_{400}^{700}{{\mathrm{\&theta;}}^2}_{\mathrm{out}}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{d\&lambda;}$                 等式(4.1)

$<{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}>=\frac{1}{300}{\&Integral;}_{400}^{700}{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{d\&lambda;}$                 等式(4.2)

符号<>表示在400nm和700nm之间的波长内的平均值。

在简化的模型中，仅在三个波长450nm，550nm和650nm处考虑输出角θ_out。平均值在下面的等式中所限定，

$<{{\mathrm{\&theta;}}^2}_{\mathrm{out}}>=\frac{1}{3}({{\mathrm{\&theta;}}^2}_{\mathrm{out}}\left(450\right)+{{\mathrm{\&theta;}}^2}_{\mathrm{out}}\left(550\right)+{{\mathrm{\&theta;}}^2}_{\mathrm{out}}\left(650\right))$                              等式(5.1)

$<{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}>=\frac{1}{3}({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}\left(450\right)+{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}\left(550\right)+{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}\left(650\right))$                              等式(5.2)

在下面的例子中，使用平均值的简化模型。它足够适合于比较的目的。

参考图4和5，示出了本发明的改进的转向膜20的关键特征。棱镜结构再次面朝上(更一般地，面向外朝向观察者以及朝向LC器件或其它光调制器)。相对于光源12(图1)的位置，每个棱镜结构具有近表面24和远表面26。远表面26是光发射或出射表面，如图2A所示。参考图4，除了面朝上的棱镜结构以外，还存在面向下朝向导光板10的棱镜结构，其特征在于近底角γ₂和远底角γ₁(相对于光源12为近或远，如图1的实施例中所示)。从转向膜20的结构化输出表面传递到LC显示元件的光的输出角θ_out由许多因素确定，这些因素包括中心输入主角θ_in，转向膜20的折射指数n，底角β₁，以该角度远表面26以相对于水平方向H的倾斜角倾斜，和近底角γ₂，以该角度近表面28以相对于水平方向H的倾斜角倾斜。

在本发明的实施例中，输出角θ_out由输入角θ_in、棱镜结构的折射指数n，远底角β₁，和近底角γ₂确定，如等式(3)所描述

${\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{out}}={\mathrm{\&beta;}}_1-\arcsin \left\{n\sin \right[{\mathrm{\&beta;}}_1-{\mathrm{\&gamma;}}_2-\arcsin \left(\frac{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\&gamma;}}_2)}{n}\right)\left]\right\}$                           等式(3)

在阅读了下面的表1中的讨论后，可以理解来自等式(3)的输出角θ_out是不那么波长相关的。

再次参考图4，利用远表面26和近表面28的适当的倾斜(相对于平面22)，近表面28上沿中心照明光线R1的入射光，也称为主光线被适当地向目标角，膜法线方向V重新引导。在一个实施例中，棱镜结构以沿转向膜20表面的伸长方向线性伸长，以便每个棱镜结构在从输出表面的一个边缘至另一个的线路中延伸。相对于截面图例如图4所示，线性伸长方向垂直于页面。可以理解，该布置对于转向膜20的制造具有优点。然而，不要求棱镜结构以这种延伸的线性方式布置。重要的是棱镜结构的各个表面相对于从导光板10的入射光的角度关系，如图4的截面图示出。

参考图5，除了面朝上的棱镜结构以外，还存在面向下朝向导光板10的棱镜结构。从转向膜20的结构化输出表面传递到LC显示元件的光的输出角θ_out由许多因素确定，这些因素包括中心输入主角θ_in，转向膜20的折射指数n，底角β₁(在该角度处远表面26以相对于水平方向H的倾斜角倾斜)，和面向下朝向导光板10的棱镜结构的曲率C。类似于图4，底角γ₁和λ₂也可以相对于棱镜结构来限定。

利用远表面26适当倾斜(相对于平面22)和棱镜表面30的适当曲率C，棱镜表面30上沿中心照明光线R1的入射光，也称为主光线被适当地向目标角，膜法线方向V重新引导。在一个实施例中，棱镜结构以沿转向膜20表面的伸长方向线性伸长，以便每个棱镜结构在从输出表面的一个边缘至另一个的线路中延伸。相对于截面图例如图5所示，线性伸长方向垂直于页面。可以理解，该布置对于转向膜20的制造具有优点。然而，不要求棱镜结构以这种延伸的线性方式布置。重要的是棱镜结构的各个表面相对于从导光板10的入射光的角度关系，如图5的截面图示出。

表1

	Ex.1.1	Ex.1.2	Ex.1.3
					DCS(γ2＝0)	DCS(γ2＝10°)	DCS(γ2＝20°)
PET	非常大	1.23°	0.79°
				聚砜	2.16°	1.33°	0.95°

表1总结了对于比较例和本发明的例子的DCS。在比较例1.1中，转向膜具有底角β₁＝66.0°，β₂＝66.0°。转向膜由聚砜(其折射指数在450nm的波长λ(蓝光)处大约为1.670，在550nm(绿光)处大约为1.642，以及在650nm(红光)处大约为1.628)或PET(其折射指数n在450nm的波长λ处大约为1.787，在550nm处大约为1.766，以及在650nm处大约为1.754)制得。对于所有这三个波长的主角是相同的，为θ_in＝70°。根据等式(1)，(3)，(5.1)和(5.2)得出DCS对于聚砜为2.16°。对于PET，光经历光路30a，如图2D所示，从而DCS太大而不能量化。重要的是DCS非常大。

本发明的例子1.2与例1.1相同，除了转向膜在其底面上具有附加的棱镜结构，如图4所示，以及棱镜结构的特征在于底角γ₂＝10.0°和γ₁＝20°。通常，满足条件γ₁≥90°-θ_in。该例子的转向膜示出了DCS减小；DCS对于PET是1.23°，对于聚砜是1.33°。

本发明的例子1.3与例1.2相同，除了底面上的棱镜结构的特征在于底角γ₂＝20.0°和γ₁＝20°。DCS进一步减小；DCS对于PET是0.79°，对于聚砜是0.95°。

通常，远底角β₁优选在50°至70°的范围内。

近底角γ₂优选在10°至20°的范围内。在该范围外，色分离度DCS仍然足够大或输出角的范围是不希望的。

对于不同波长提供变化的主角的导光板

接下来，参考图6，其示出另一种根据本发明的减小色分离的解决方案，其利用导光板10’对于不同波长提供变化的主角。导光板可以在其底面和底面上具有微结构。两个或多个单独的光源例如发光二极管(LED)产生不同波长的光。三个代表性的单独光源201，202，203垂直布置在导光板的一侧以产生不同的波长。单独的光源沿垂直和水平方向移动也是可能的。单独的光源可以具有不同的尺寸或其它特性。当光源的布置和导光板以任何已知的方式适当设计时，例如通过光学建模或实验，导光板10’可以对于不同波长提供所需的主角。作为比较，单个常规的CCFL光源不能独立改变不同波长的输出光分布，从而对于该应用是不适当的。然而，在不同驱动条件下的两个或多个CCFL在适当与导光板耦合时可以对于不同波长产生不同的主角。此外，弱漫射片126可以任选地放置在转向膜20和光选通器件120之间。弱漫射片还稍微减小色分离，但是它不能完全去除色分离，因为它不能引起太大的散射到通过转向膜的光。

表2

表2示出了说明对于在不同条件下的转向膜20以及利用与单独光源耦合的各个导光板怎样减小DCS的本发明的例子和比较例，其中该光源确定不同波长的光的主角。

在比较例2.1中，底角β₁＝66.0°，β₂＝66.0°。转向膜由聚砜构成。对于所有这三个波长的主角是相同的，为θ_in＝70°。输出角θ_out变化大于5°，对于λ＝450nm为4.5°，对于λ＝550nm为8.0°，对于λ＝650nm为9.7°，这可以从等式(1)中得出。DCS为2.16°，其从等式(3)，(5.1)和(5.2)中得出。

本发明的例子2.2与例2.1相同，除了主角随着波长发生改变。主角θ_in对于λ＝450nm为70°，对于λ＝550nm为63°，对于λ＝650nm为61°。结果，输出角θ_out变化小于1°，对于＝λ＝450nm为4.5°，对于λ＝550nm为4.1°，对于λ＝650nm为4.0°。对于不同波长输出角的更小变化表示更小的色分离，其同样反应在0.22°的更小的DCS。本发明的例子建议有可能通过引入发射主角随着波长改变的光的导光板来减小色分离度。优选对于蓝光(λ＝450nm)的主角大于对于绿光(λ＝550nm)的主角，其大于对于红光(λ＝650nm)的主角。还优选对于蓝光和绿光的主角之间的差别大于对于绿光和红光的主角之间的差别。

本发明的例子2.3与例2.2相同，除了主角θ_in对于λ＝450nm为78°，对于λ＝550nm为72°，对于λ＝650nm为70°。因此，与例2.2中大约4.0°相比，输出角θ_out被调整为接近于9.0°。类似地，输出角θ_out变化小于1°，DCS具有0.29°的小的值。

与例2.2相比，本发明的例子2.4具有不同的底角和主角。底角β₁＝68.0°，β₂＝68.0°，主角θ_in对于λ＝450nm为78°，对于λ＝550nm为72°，对于λ＝650nm为70°。选择它们以产生输出角θ_out接近于0.0°，或接近法线方向。输出角θ_out变化小于1°，DCS具有0.40°的小的值。

本发明的例子2.5与例2.4相同，除了主角θ_in对于λ＝450nm为71°，对于λ＝550nm为66°，对于λ＝650nm为63°。也选择它们以产生输出角θ_out接近于0.0°，或接近法线方向。输出角θ_out对于λ＝450nm为0.8°，对于λ＝550nm为0.7°，对于λ＝650nm为-0.4°。DCS具有0.54°的小的值。在该例子中，对于蓝光(λ＝450nm)的输出角大于对于绿光(λ＝550nm)的输出角，其大于对于红光(λ＝650nm)的输出角，而在例2.2至2.4中，对于蓝光(λ＝450nm)的输出角小于对于绿光(λ＝550nm)的输出角，其小于对于红光(λ＝650nm)的输出角。

上面的本发明的例2.2至2.4仅是示例性的。其它变化都是可能的。

图7是图6的分解图，示出了不同波长或颜色的光线31a，31b，31c，其由导光板10’产生并从转向膜20出射为光线30a，30b，30c。这些光线具有更小的角度分离。

形成转向膜20的材料

用于本发明的转向膜20可以利用具有相对高折射指数的材料制造，这些材料包括包含硫的聚合物，特别是聚硫氨酯，聚硫化物等。高折射指数的材料还包括聚碳化二亚胺共聚物，其在热稳定性方面极好并且具有高的加工性和可塑性，如2004年8月12日公开的美国专利申请公开号2004/0158021，作者沙达尤里(Sadayori)等人，标题“Polycarbodiimide having high index of refraction andproduction method thereof”中公开。这些材料的折射指数在589nm时从1.738变化至1.757。具有掺杂的高折射指数材料的微球体或珠的材料显示可能小于或大于1.7的高折射指数，这些高折射指数材料的微球体或珠例如为二氧化钛，氧化锆和氧化钡，如在切赫姆(Chisholm)等人的标题为“HIGH INDEX COATEDLIGHT MANAGEMENT FILMS”的美国专利申请公开号2004/0109305中公开。高折射指数的材料还包括许多聚酯例如聚萘二酸乙二酯(polyethylene naphthalate)(PEN)和聚2，6-萘二酸丁二酯(polybutylene 2，6-naphthalate)(PBN)。这些材料具有从约1.64变化至与约1.9一样高的折射指数，如在海布里克(Hebrink)等人的标题为“Method for making coPEN/PMMA multiplayer optical films”的美国专利号6830713中讨论。其它已知的具有高折射指数的材料也可以使用。

本专利和参考的其它公开物在此结合作为参考。

部件列表

10，10’导光板

12 光源

16 输出表面

18 输入表面

20 转向膜

22 平面

24 近表面

26 远表面

30a，30b，30c 光线

31a，31b，31c 光线

34 棱镜结构

82 点光源

100，110 显示设备

120 光栅装置

122 转向膜

124 偏振器

125 反射偏振器

126 弱漫射片

142 反射表面

201 蓝光光源

202 绿光光源

203 红光光源

α 顶角

β₁ 底角

β₂ 底角

γ₁ 底角

γ₂ 底角

n 折射指数

θ_in 入射角

θ_out 输出角

V 膜法线方向

V1 远表面上法线方向

H 水平方向

R1 中心照明光线

Claims (6)

1.一种转向膜，包括光入射表面和光出射表面，在出射表面上包括第一棱镜结构以及在光入射表面上包括第二棱镜结构或透镜状结构，其中

(a)第一棱镜元件的特征在于远底角(β₁)和近底角(β₂)；和

(b)第二棱镜或透镜状元件的特征在于远底角(γ₁)和近底角(γ₂)；

前提是选择处于小段(a)和(b)中角度的值，与仅具有在出射表面上的第一棱镜元件的相同的膜相比，提供减小的色分离度。

2.根据权利要求1的转向膜，提供小于1.4的色分离度。

3.根据权利要求1的转向膜，提供小于1.0的色分离度。

4.根据权利要求1的转向膜，进一步的特征在于远底角β₁在50°至70°的范围内。

5.根据权利要求1的转向膜，进一步的特征在于近底角γ₂在10°至20°的范围内。

6.一种背光装置，包括权利要求1的膜和光源。

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