CN101382610B - 具有倾斜脊的棱镜片和使用该棱镜片的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

公开了一种棱镜片，该棱镜片当被应用于背光单元时，能够实现背光单元的总体湿气排出方面的显著改进而不影响中心亮度、透射率和浊度。该棱镜片包括：基膜，由透明的材料形成并且具有一个平坦的表面；以及光学折射部件，具有与对着基膜的平坦表面的基膜的另一个表面整体地形成的多个棱镜。棱镜具有预定的横截面并且布置在一个方向上。对于棱镜，每个棱镜的起点具有与其终点的高度不同的高度，以在起点的顶点和终点的顶点之间形成倾斜的脊，并且脊的倾斜度在光学折射部件之上不均匀地分布。还公开了一种使用该棱镜片的液晶显示器背光单元。

Description

具有倾斜脊的棱镜片和使用该棱镜片的液晶显示器

技术领域

本发明涉及棱镜片和使用该棱镜片的液晶显示器(LCD)背光单元。更加具体地，本发明涉及这样的棱镜片和使用该棱镜片的LCD背光单元，所述棱镜片包括多个棱镜，该棱镜具有倾斜的脊，以允许将湿气从背光单元中容易地排出。

背景技术

一般地，液晶显示器(LCD)指的是通过向液晶施加电场来显示文本或图像的装置，所述液晶具有液体和固体之间的中间相，并且布置在充当电极的两个玻璃基板之间。

由于LCD不是发光的装置，所以它必须装备有充当光源的背光单元以便发出光。然后，在液晶面板上显示图像，所述液晶面板具有以预定模式布置的液晶并且调整从背光单元发出的光的透射率。

图1是传统LCD背光单元的分解透视图。

参考图1，传统LCD背光单元包括光源105、光导板112、反射板115、扩散片120、棱镜片125以及保护片130，它们集成在壳体(未示出)中。

光源105用来在液晶显示器中初始发出光。尽管能够使用各种类型的光源，但是LCD一般使用冷阴极荧光灯(CCFL)，其发出非常明亮的白光，同时消耗很少的功率。

光导板112位于LCD面板100之下的光源105的一侧，并且用来在将光源105的斑点光转变成平面光之后，在光导板的前面投射光。

反射板115位于光导板112的背面，用来朝向位于反射板前面的LCD面板100反射从光源105发出的光。

扩散片120位于光导板112的上侧，用来提供已穿过光导板112的均匀光。

棱镜片125用来通过折射和收集光来提高亮度，所述光由于在穿过扩散片120时在两个方向上亦即在水平和垂直方向上扩散而趋于遭受亮度迅速下降。传统的背光单元一般包括一个棱镜片或者彼此正交布置的两个棱镜片。

保护片130布置在棱镜片上，并且用来保护棱镜片125免受诸如刮擦之类的破坏和防止波纹现象，当使用在水平和垂直方向上堆叠成两层的棱镜片125时会发生波纹现象。

传统LCD背光单元的前述部件一般通过接合来一个堆叠在另一个之上，并且以高度真空的状态密封在壳体(未示出)之内。

当LCD背光单元经历密封过程或者长时间使用时，湿气能够通过壳体中的间隙侵入到背光单元中。然后，当湿气在背光单元的预定部位上形成小滴时，在其上发生光的折射或扩散，造成背光单元的清晰度下降或光遮盖。

由于背光单元的大多数部件在其两侧具有平面结构，所以难以在这些部件上形成湿气排出结构。

因此，本发明致力于通过对棱镜片125提供改进的结构来将湿气从背光单元中容易地排出，所述棱镜片125在其一个表面上具有凸起和凹陷的棱镜图案。

发明内容

本发明设想解决如上所述的传统技术的问题，并且本发明的一个方面是提供这样的棱镜片，当所述棱镜片应用于背光单元时，能够为背光单元实现总体湿气排出能力的显著改进，而不会恶化中心亮度、透射率和浊度。

根据本发明的一个方面，棱镜片包括：基膜，由透明材料形成并且具有一个平坦表面；以及光学折射部件，具有与对着基膜的平坦表面的基膜的另一个表面整体地形成的多个棱镜。棱镜具有预定横截面并且在一个方向上布置。对于棱镜，每个棱镜的起点具有与其终点的高度不同的高度，以在起点的顶点和终点的顶点之间形成倾斜的脊，并且脊的倾斜度在光学折射部件之上不均匀地分布。

根据本发明的另一个方面，提供了使用根据本发明的棱镜片的液晶显示器背光单元。

附图说明

从结合附图给出的示范性实施例的以下描述中，本发明的上述以及其它特征和优点将会变得明显，其中：

图1是传统LCD背光单元的分解透视图；

图2是根据本发明的第一实施例的棱镜片的透视图；

图3是根据本发明的第二实施例的棱镜片的透视图；

图4是根据本发明的第三实施例的棱镜片的透视图；

图5是根据本发明的具有用于除了光学折射率之外还向棱镜片赋予光学扩散率的光学扩散体的棱镜片的透视图；以及

图6是图5中的圆A的放大图。

具体实施方式

在下文中将参考附图详细地描述本发明的示范性实施例。

图2是根据本发明的第一实施例的棱镜片的透视图。

根据第一实施例，棱镜片30包括：基膜300，其具有一个平坦表面301；以及光学折射部件320，其形成在基膜300的与平坦表面301相对的另一个表面上，并且包括布置在一个方向上而且具有三角形横截面的多个棱镜310。

基膜300是棱镜片的基层，并且一般由透明的材料形成，例如由诸如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等等之类的透明的合成树脂、玻璃以及其它金属薄膜形成。

尽管基膜300的厚度没有特殊限制，但是基膜300一般具有微米级的厚度。

光学折射部件320用来通过折射而给予已穿过基膜300的光以预定取向。光学折射部件320形成在基膜300的另一个表面上。

根据这个实施例，光学折射部件320包括具有三角形横截面的棱镜。

具体地，光学折射部件320包括多个棱镜310，该棱镜310形成在基膜300的另一个表面上，以在预定方向上折射通过基膜300发出的光。

在图2所示的这个实施例中，光学折射部件320的单元棱镜310具有三角形横截面，以从其总体形状来看构成锥形棱镜。然而，本发明不限于此。光学折射部件320的单元棱镜310是透明的材料，并且可以具有任何横截面形状如半圆形横截面(也被称为“半圆柱形或透镜状横截面”)或梯形形状，其具有能够折射光的两个或更多光学平面，只要至少一对光学平面能够折射非平行光即可。

在这一点上，对于本发明的棱镜片30，将会在实际应用中取决于装置的特性、希望的视角和屏幕尺寸等等来确定单元棱镜310的形状。

包括多个棱镜310的光学折射部件320与基膜300整体地形成。具体地，通过挤压用于基膜300的膜，在基膜300的一侧形成光学折射部件320。

光学折射部件320的棱镜310以恒定节距(p)均匀地布置。在棱镜310的每一个中，起点的高度“h1”设置得不同于终点的高度“h2”，以在起点的顶点和终点的顶点之间形成脊302。脊302相对于基膜300的一个平坦表面301具有预定倾斜度。

尽管单个棱镜310的单个脊302具有恒定的倾斜度，但是相邻的脊302可以具有不同的倾斜度。

脊302的倾斜度被限定为脊302和基膜300的平坦表面之间的-5～+5度范围内的角度。如果脊302的角度偏离了上述范围，则光的均匀性有可能恶化。

起点的高度“h1”和终点的高度“h2”可以是棱镜310的节距“p”的50～100％。例如，当棱镜以60μm的节距布置时，起点的高度“h1”和终点的高度“h2”可以在30～60μm的范围内。如果起点和终点的高度范围不受限制，则光的总体均匀性有可能恶化。

以这种方式，棱镜310的脊302具有预定的倾斜度，以在棱镜片30和LCD背光单元中的堆叠在棱镜片30上的诸如保护膜或偏振膜之类的部件之间提供间隙，从而确保湿气通过间隙从背光单元向外部有效排出。

图3是根据本发明的第二实施例的棱镜片的透视图，而图4则是根据本发明的第三实施例的棱镜片的透视图。

详细地，图3示出了具有在相反方向上倾斜的脊302的棱镜310，而图4则示出了既具有倾斜的脊又具有非倾斜的脊的棱镜310。

参考图3，根据第三实施例的棱镜片的棱镜310具有这样的脊，所述脊被形成以交替具有正的倾斜度(亦即相对于基膜的平坦表面的正角度)和负的倾斜度(亦即相对于基膜的平坦表面的负角度)。因此，包括第三实施例的棱镜片的背光单元具有改进的湿气排出能力并且能够提供总体均匀的平面光。

参考图4，根据第四实施例的棱镜片的棱镜310具有这样的脊，所述脊被形成以平行于基膜的平坦表面301、具有正的倾斜度或者具有负的倾斜度。结果，包括第四实施例的棱镜片的背光单元也具有改进的湿气排出能力并且能够提供总体均匀的平面光。

构成光学折射部件320的多个棱镜310可以布置在一个方向上并且彼此接触而其间没有任何间隔。然而，在需要确保光的平直度而不是光的折射率的情况下，棱镜片可以具有限定在棱镜310之间的分隔平面。亦即，棱镜310可以以恒定间隔彼此隔开而不是密集布置。

当单元棱镜310具有三角形横截面时，单元棱镜310可以具有30～120度的顶角(θ)。

图5是根据本发明的一个实施例的具有用于除了光学折射率之外还向棱镜片赋予光学扩散率的光学扩散体的棱镜片的透视图，而图6则是图5中的圆A的放大图。

在这个实施例中，光学扩散体520(参见图6)随机分布在光学折射部件320的下部附近，亦即在相邻棱镜310之间的谷部附近，并且具有圆形透镜形状、椭圆形透镜形状或其组合。

光学扩散体520由具有圆形边缘的多个透镜形状的凸起和凹陷构成，它们在每个棱镜310的底部附近彼此接触，或者覆盖光学折射部件320的表面而彼此部分地隔开预定距离。

此时，光学扩散体520的椭圆形透镜形状具有比光学折射部件小的尺寸。具体地，如果光学扩散体520是圆形或椭圆形透镜，则可以预期的是，透镜的直径对棱镜节距的比率或者透镜的长半径对棱镜节距的比率在0.01～0.9的范围内，并且光学扩散体对光学折射部件的高度比在0.01～0.9的范围内。

通过考虑经受光学扩散的棱镜片一部分中的光的扩散率和折射率来确定这些比率。

光学扩散体520被形成以允许穿过基膜300和光学折射部件320的光在光学折射部件320的表面上以少量扩散(在此，“少量”指的是光学扩散体520允许光尽可能多地在其上扩散，同时允许折射的光的亮度下降率维持在大约5～10％)。

光学扩散体520可以分布在相邻棱镜310之间的谷部的表面积的50％以上，并且延伸到构成光学折射部件320的棱镜310的高度“h”的一半以下。

使用具有对应于光学折射部件的刻纹的模具亦即雕刻模具来制造本发明的棱镜片。此时，当对应于光学折射部件320的模具的表面经受喷砂处理时，模具上的峰部由此被严重破坏。同样地，当用这样的模具制造棱镜片时，模具的峰部变成棱镜片的谷部，造成光学扩散体520在棱镜片的谷部上的集中。然而，如上所述的光学扩散体的分布密度防止了光学扩散体在棱镜之间的谷部上的集中。

其间，光学扩散体520在图5和6中被示出为具有圆形形状。然而，本发明不限于此。光学扩散体520可以具有椭圆形透镜形状或者椭圆形透镜形状和圆形透镜形状的组合。

一般地，光学折射部件320通过以下形成：用棱镜雕刻模具挤压预定厚度的透明膜，以在与模具的雕刻棱镜相对应的透明膜的表面上形成棱镜压纹图案。这里，透明膜的顶部成为具有棱镜形状的光学折射部件320，而底部则成为基膜。

因此，在制造具有整体地形成的光学折射部件320和光学扩散体520的棱镜片时，使用这样的模具来执行挤压，所述模具具有雕刻的棱柱和形成在雕刻的棱柱的表面上的凹凸形状。

在背光单元中，如上所述的棱镜片堆叠在光导板的光出射表面上。具有光学扩散体520的棱镜片的使用允许取消传统的扩散片。

根据本发明，棱镜片不仅能够用于其中光源位于光导板横向侧的边侧式显示器，而且还能够用于其中光源直接位于光导板背面的直下式显示器。进一步，可以使用棱镜片而不管光源的种类，例如冷阴极荧光灯(CCFL)、发光二极管(LED)等等。

在下文中将描述试验例子，以示出在使用根据本发明的实施例的棱镜片制造光导板的情况下，获得了展示出优良的透射率、湿气排出以及表明光扩散程度的浊度而没有显著亮度恶化的光导板。对于本领域技术人员而言明显的内容在此将会被省略。

1.例子和比较的例子

<例子>

作为本发明的例子，棱镜片被制造以包括基膜和光学折射部件，该光学折射部件在基膜的顶部并且包括棱镜。对于棱镜，每个棱镜的起点具有与其终点的高度不同的高度，以在起点的顶点和终点的顶点之间形成倾斜的脊。脊的倾斜度在光学折射部件之上不均匀地分布。

在这个棱镜片中，光学折射部件的棱镜具有90度的垂直角、60μm的节距和30μm的高度。进一步，每个棱镜的起点与其终点之间的脊的高度差为大约2μm，并且相邻脊的倾斜度彼此相反而且随机分布。

<比较的例子>

比较的例子具有90度的垂直角、60μm的节距和30μm的高度。除了棱镜的起点与其终点之间的脊为恒定之外，比较的例子具有与本发明的例子的配置相同的配置。

2.性能的测量

(1)表面亮度的测量

使用可从TOPCON Co.得到的BM-7在中心亮度方面对本发明的和比较的例子的棱镜片进行比较。这里，用于这个测量的背光单元是为监视器制造的型号170EU-L31。

(2)浊度和透射率的测量

使用检测器NHD5000W测量本发明的和比较的例子的浊度。为了测量浊度，每个棱镜片被定位，使得具有棱镜的表面被检测器的下端固定，并且棱镜的横向侧面对检测器。

(3)湿气排出能力

在将本发明的例子和比较的例子应用于需要两块棱镜片并且可用于笔记本计算机的背光单元BLU154X-L06时，棱镜片被布置，使得一个棱镜片的棱镜垂直于另一个棱镜片的棱镜。亦即，下侧棱镜片被布置以在背光单元的垂直方向上取向棱镜片的棱镜，而上侧棱镜片被布置以在背光单元的水平方向上取向棱镜片的棱镜。然后，背光单元在温度和湿度室中保持96个小时，然后接受外观检查。

温度和湿度室保持在60℃和75％的湿度。

3.测量的结果和分析

表1示出了测量的结果。

表1

 

	例子	比较的例子
			中心亮度(cd/m2)	2，171	2，178
透射率(％)	9.32	8.52
			浊度(％)	91.24	90.24
浸湿	良好	斑点

包括本发明例子的棱镜片的背光单元展示出了优良的湿气排出能力。结果，当包括本发明例子的棱镜片的背光单元以大约75％的湿度长时间保持时，背光单元并未经历露水凝结或平面光斑点，从而证明根据本发明的棱镜片确保了背光单元的优良的湿气排出能力。

同样地，根据本发明，棱镜片当被应用于LCD背光单元时，不仅为背光单元提供了光学折射功能，而且还提供了湿气排出功能，并且在亮度、透射率和浊度方面没有恶化。因此，当将本发明的棱镜片应用于LCD背光单元时，背光单元展示出了优良的湿气排出能力并且能够使光斑的生成最小化。进而，提供这样优良的湿气排出能力的棱镜片形成有光学扩散体，使得能够从背光单元中取消传统的扩散片，从而使得能够减少背光单元的制造成本和光导板厚度。

尽管已参考实施例和附图描述了本发明，但是本发明不限于这些实施例和附图。应当理解的是，本领域技术人员能够进行各种修改和改变而不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种布置在光导板的光出射平面上的棱镜片，包括：

基膜，由透明材料形成并且具有一个平坦表面；以及

光学折射部件，具有与对着所述基膜的平坦表面的所述基膜的另一个表面整体地形成的多个棱镜，所述棱镜具有预定横截面并且在一个方向上布置，

其中每个棱镜的起点具有与其终点的高度不同的高度，以在所述起点的顶点和所述终点的顶点之间形成倾斜的脊，

其中所述脊的倾斜度在所述光学折射部件之上不均匀地分布，

其中所述棱镜中的每一个具有与其整体地形成的光学扩散体，以朝向相邻棱镜之间的谷部扩散光，所述光学扩散体在所述棱镜的谷部表面之上不均匀地分布，并且

其中所述光学扩散体在相邻棱镜之间的谷部的表面积的50％或更多之上分布，并且延伸到所述棱镜的高度的一半或更少。

2.一种布置在光导板的光出射平面上的棱镜片，包括：

基膜，由透明材料形成并且具有一个平坦表面；以及

光学折射部件，其具有与对着所述基膜的平坦表面的所述基膜的另一个表面整体地形成的多个棱镜，所述棱镜具有预定横截面并且在一个方向上布置，

其中，所述光学折射部件由棱镜的起点具有与其终点的高度相同的高度的棱镜和棱镜的起点具有与其终点的高度不同的高度的棱镜的组合形成，

其中所述棱镜中的每一个具有与其整体地形成的光学扩散体，以朝向相邻棱镜之间的谷部扩散光，所述光学扩散体在所述棱镜的谷部表面之上不均匀地分布，并且

其中所述光学扩散体在相邻棱镜之间的谷部的表面积的50％或更多之上分布，并且延伸到所述棱镜的高度的一半或更少。

3.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，相邻棱镜的脊具有不同的倾斜度。

4.根据权利要求1所述的棱镜片，其中，相邻棱镜的脊具有在相反方向上取向的倾斜度。

5.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述棱镜的脊具有被限定为所述脊和所述基膜的平坦表面之间的-5～+5度范围内的角度的倾斜度。

6.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述基膜由透明的合成树脂制成。

7.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述棱镜中的每一个具有能够折射光的至少两个光学平面，并且所述光学平面中的至少一对由非平行光学平面构成。

8.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述棱镜的横截面形状为从三角形形状、半圆形形状和梯形形状中选择的一种。

9.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述多个棱镜被连续布置，其间没有任何间隔。

10.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述多个棱镜以恒定间隔布置，以在其间具有恒定间隔面。

11.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述棱镜的高度为从所述平坦表面测量，并且在所述棱镜的节距的50～150％的范围内。

12.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，当所述棱镜具有三角形横截面时，所述棱镜的顶角在30～120度的范围内。

13.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述光学扩散体具有圆形透镜形状，并且所述圆形透镜形状的直径为所述棱镜的节距的0.01至0.9倍。

14.根据权利要求1或2所述的棱镜片，其中，所述光学扩散体具有椭圆形透镜形状，并且所述椭圆形透镜形状的长半径为所述透镜的节距的0.01至0.9倍。

15.一种液晶显示器背光单元，包括：

光导板；

光源，布置在所述光导板的横向侧或后侧；以及

根据权利要求1或2所述的棱镜片。

16.一种液晶显示器，包括：

面板单元，包括：上基板，具有形成在其上的滤色器；和下基板，具有形成在其上的TFT；以及

根据权利要求15所述的背光单元，布置在所述下基板之下。

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