CN101393356A - 光学片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光学片、具有该光学片的背光单元和液晶显示器件。背光单元包括第一层、第二层和折射图案。所述第一层具有比空气层大的折射率，第二层具有比所述第一层大的折射率。在所述第一层和第二层之间的边界面处布置折射图案，该折射图案具有改变光传播路径的脊和沟。所述光学片至少三次折射光，以在与光出射表面垂直的方向上聚集光。

Description

光学片
技术领域
本发明涉及光学片。
背景技术
阴极射线显像管(CRT)被用于诸如电视、测量设备的显示器以及其他的信息终端的较大的电子设备中。然而，CRT的先天的重量和尺寸与较小的电器设备不相容。
典型地，液晶显示器(LCD)器件与CRT相比更轻、更薄和更小。LCD通常比CRT更节能。薄膜晶体管(TFT)LCD器件可以提供全彩色、高分辨率以及大的显示屏尺寸。因此，TFT LCD器件被广泛用于诸如笔记本计算机和监视器的电子设备。
典型的LCD器件是显示图像的光接收显示器。所述LCD器件利用通过向液晶施加电压而导致的液晶单元的光学特性(诸如双折射、旋光强度、二色性以及光散射)的改变。
因为LCD器件是光接收显示器，所以它包括提供光的背光单元，用于显示图像。
根据光源的位置，背光单元可以是直下式背光单元或侧入式背光单元。直下式背光单元使用以规则间隔布置在LCD面板下面的多个光源，以直接向LCD面板提供光。侧入式背光单元使用将从光源发射的光转换成面光的导光板，以向LCD面板提供光。
背光单元使用诸如漫射片和三棱镜片的光学片，以提高从光源发射的光的光学特性(例如，亮度均匀性和前光亮度)。
具有光学片的LCD器件可能会有光学损失，这降低了所述LCD器件的光学效率。
棱镜片包括脊和沟。由于导光板或者其他镜片的摩擦产生的脊的磨损，会产生非均匀的亮度。
发明内容
本发明的实施方式能够消除现有技术中固有的一个或者更多个限制和缺点。例如，在一实施方式中，光学片将光学损失最小化。在另一实施例中，背光单元提供均匀的亮度。
本发明的实施方式的其他优点、目的和特征部分地在后面的说明中阐明，部分地可由本领域的技术人员通过阅读后附说明或者通过本发明的实施方式的实践而习得。
在一种实施方式中，一种光学片包括：第一层，第二层，以及折射图案。所述第一层含有比空气大的折射率。所述第二层含有比所述第一层大的折射率。所述折射图案位于所述第一层和所述第二层之间的边界面处，并含有改变光传播路径的脊和沟。所述光学片至少三次折射光，用于在与光出射表面垂直的方向上聚集光。
在另一实施方式中，一种背光单元包括：发射光的光源；聚集/散射从所述光源发出的光的光学片。
在另一实施方式中，一种LCD器件包括：光源，其发射光；光学片，其通过至少三次折射发出的光来聚集所发出的光；以及LCD面板，其利用从光学片接收的光显示图像。
应理解，本发明实施方式的上面的概述和后面的详细描述都是例示性的和解释性的，旨在提供对所要求权利的本发明的进一步解释。
附图说明
所包含附图提供对本发明实施方式的进一步理解，被纳入并且构成了本申请的一部分，示出了本发明的实施方式并且与说明书一起对本发明实施方式的原理进行解释。
图1是具有根据第一实施方式的光学片的LCD器件的分解透视图。
图2是图1的聚光片的详细图。
图3是图1的LCD器件沿着I-I’线的截面图。
图4是说明根据光的入射角度进入图3的聚光片的光的传播示意图。
图5是说明离开图1的聚光片的光的分布示意图。
图6是图4的聚光片的截面图。
图7是说明根据图案的倾斜角和图4的协光片(light-collecting sheet)的第一层和第二层之间的折射率差异的光传播的示意图。
图8是根据第二实施方式的聚光片的截面图。
图9是根据第三实施方式的聚光片的截面图。
图10是根据第四实施方式的聚光片的截面图。
图11是根据第五实施方式的光学片的截面图。
具体实施方式
在第一实施方式中，如图1至图3中所示，LCD器件包括：LCD面板110和背光单元120。另外，还可以包括不同的或更少的部件。LCD面板110显示图像。在LCD面板110的背面布置背光单元120，用于向LCD面板110提供光。
LCD面板110包括附接在一起的阵列基板111和滤色器基板112，其间插入有液晶层。
阵列基板111可以包括多条选通线和多条数据线，它们彼此交叉以限定像素。在选通线和数据线的各交叉处布置有薄膜晶体管(TFT)。所述薄膜晶体管与各像素中的像素电极一一对应。
滤色器基板112可以包括：对应于各像素的红/绿/蓝(R/G/B)滤色器；黑底，其封闭各个滤色器并且覆盖所述选通线、数据线和TFT；以及公共电极。所述公共电极可以覆盖所述R/G/B滤色器和所述黑底的全部或一部分。
LCD面板驱动器包括驱动电路。所述驱动电路向LCD面板110提供驱动信号。所述LCD面板驱动器可以通过带载封装(TCP)支路与LCD面板110的一侧或更多侧电连接。
LCD面板驱动器可以向LCD面板110的选通线和数据线提供控制信号和/或数据信号，从而驱动LCD面板110的像素。
LCD面板110传输或阻挡各个像素的光，以显示图像。当控制施加给像素电极的数据信号的电压并向公共电极施加电压时，根据公共电极和像素电极之间的电场，通过介电各向异性旋转LCD面板110的液晶。
背光单元120可以包括：光源130、导光板140、光源盒131、光学片160、以及反射片150。还可以包括另外的、不同的或更少的部件。例如，背光单元120可以包括长方框形支持部170，用于将光源130、光源盒131、导光板140、光学片160、以及反射片150并入(连接)到一个模块。
在一实施方式中，光源130布置在背光单元120的一侧并发光。导光板140与光源130对齐布置，以将从光源130接收的光转换成表面光。光源盒131覆盖光源130并向导光板140引导光。光学片160布置在导光板140上，以聚集和/或漫射光。反射片150布置在导光板140后侧，以将从导光板140的后侧离开的光向LCD面板110反射。
光源130发射光。光源130可以是灯，或任何目前已知或后来发展的发射光的光源。
光源130与逆变器电连接。光源130可以从所述逆变器接收驱动电压。逆变器将外部电压转换成预定电平的驱动电压，并且将该驱动电压提供给光源130，以驱动光源130。
光源盒131保护光源130。可以用光学折射材料覆盖光源盒131的内部，以使从光源130发出的光的损失最小。
从光源130发出的光输入导光板140。导光板140可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者其他材料。进入导光板140的光可以被均匀漫射。所述光可以离开导光板140而至光学片160。进入导光板140的光的一部分可以离开而至布置在导光板140下面的反射片150。反射片150可以反射离开导光板140的光，以使光学损耗最小。
在一实施方式中，光学片160包括聚光片161和漫射片169。还可以包括附加的、不同的或更少的部件。所述聚光片161可以聚集离开导光板140的光。所述漫射片169可以漫射聚集的光。
聚光片161可以包括具有不同折射系数的第一层162和第二层163。不同折射系数的层可以被组合成聚光片161。
第一层162和第二层163可以具有从大约1.3至大约2.0的折射系数。例如，第一层162可以具有从大约1.3至大约1.9的折射系数，第二层163可以具有从大约1.4至大约2.0的折射系数。
在一实施方式中，第一层162具有比第二层163更低的折射率。与光入射表面相邻的第一层162具有比面对(面向)光入射表面的第二层163更小的折射率。例如，第一层162可以布置在光入射表面和第二层163之间。
第一层162可以包括第一棱镜图案164。所述第一棱镜图案可以布置在第一层162的表面。第一棱镜图案可以具有脊和沟(谷)。
第二层163可以包括第二棱镜图案。所述第二棱镜图案165可以布置在面对第一棱镜图案164的第二层163的表面，以使第二棱镜图案165面向第一棱镜图案164。
可以在导光板140与第一层162之间布置空气层。从导光板140离开的光通过所述空气层进入第一层162。从第一层162离开的光进入第二层163。
空气层具有折射率1。从导光板140传播到第二层163的光，沿折射率增加的方向穿过空气层、第一层162和第二层163。
因为第一和第二层162和163的折射率沿着光通过的方向增加，所以聚光片161可以聚集光。在第一和第二层162和163之间布置第一和第二棱镜图案164和165，以改变光传播路径，其可以最大程度地聚集光。
聚光片161可以增加光学效率和/或减少由于棱镜脊的磨损引起的缺陷。
聚光片161可以包括具有不同折射系数的第一层和第二层162和163。例如，第一层162由折射率1.5的丙烯树脂形成。第二层163由折射率1.63的丙烯树脂形成。
从导光板140离开的光通过折射率为1的空气层进入折射率为1.5的第一层162。从第一层162离开的光进入折射率为1.63的第二层163。
在面对第二层163的第一层162的前表面布置具有脊和沟(谷)的第一棱镜图案164。以面对第一棱镜图案164的方式在面对第一棱镜图案164的第二层163的后表面上布置第二棱镜图案165。在图2中，第一层和第二层162和163的前表面是最靠近LCD面板110的表面。在图2中，第一层和第二层162和163的后表面是最远离LCD面板110的表面。例如，第一层162有具有脊和沟的前表面和接近导光板140的后表面。
如图4中所示，从导光板140离开的光从空气层到第一层162的入射角为θ。根据入射角θ改变第一和第二棱镜图案164和165的第一和第二倾斜角α和β，以调节出射角τ。可以根据入射角θ改变第一和第二棱镜图案164和165的第一和第二倾斜角α和β。
下文中，将参照图5到图7，描述聚光片161的操作。
聚光片161可以根据如下式(1)所示的斯涅尔定律(Snell′s law)聚集入射光。
公式(1)   n2/n1＝sinθ2/sinθ1
在公式(1)中，n1表示第一层162的折射率，n2表示第二层163的折射率。
根据斯涅尔定律，当光从低折射率介质向高折射率介质传播时，由于降低了散射，所以可以聚集光。
如图5中所示，从聚光片161离开的光的散射具有6000尼特(nit)的峰值，比现有技术的棱镜片或者逆棱镜片的峰值5000尼特高1000尼特。
将参照图6和表1描述根据一种实施方式的聚光片。表1所示为根据第一和第二层162和163的折射率差异△n和第一和第二层162和163之间的边界面相对第一层162的底面的第一和第二倾斜角α和β的一种最佳光学设计。
表1
 
第一层(折射率) 第二层(折射率) △n α β 垂盲亮度
1.48 1.61 0.13 69° 67° 4693nit
1.47 1.61 0.14 69° 65° 5380nit
1.46 1.61 0.15 69° 69° 5567nit
1.46 1.61 0.16 68° 68° 6110nit
1.44 1.61 0.17 68° 68° 6499nit
在表1中，基于离开导光板的光的出射角72°的情况，设计了第一和第二倾斜角α和β和第一和第二层162和163之间的折射率差异△n。例如，当从导光板离开的大部分光相对导光板的上表面具有72°的出射角时，所述导光板具有72°的出射角。
与导光板140相邻的第一层162具有比布置在第一层162之上的第二层163更大的折射率。聚光片至少三次折射光以向LCD面板聚集光。当进入第一层162时折射一次离开导光板140的光。进入第一层162的光在进入第二层163时，在第一和第二层162和163之间的边界面上被折射一次。进入第二层163的光在第一和第二层162和163之间的边界面上被折射一次。然后所述光向第二层163的上表面传播。
如表1所示，第一和第二层162和163的折射系数和第一和第二倾斜角α和β是优化聚光片的聚集效率的一种实施方式。可以改变第一和第二层162和163的折射系数，并且可以相应改变第一和第二倾斜角α和β。
如图7中所示，第一层162的折射率为1.48。第二层的折射率为1.61。第一倾斜角为69°。第二倾斜角为67°。
相对导光板140的上表面成72°的光(以箭头标示)进入第一层162。根据斯涅尔定律(Snell′s law)，相对垂直于第一层162的底面的虚线，进入第一层162的光被折射40°。
进入第一层162的光传向第二层163。相对于垂直于67°倾斜面(即，第一和第二层162和163之间的边界面)的虚线，进入第二层163的光被折射24°。
已经进入第二层163的光在69°倾斜面(即，第一和第二层162和163之间的另一边界面)被折射，然后传向第二层163的上表面。因此，聚光片161可以相对于垂直于第二层163的上表面聚集光。
在第二实施方式中，如图8中所示，聚光片261包括具有不同折射率的第一层262和第二层263。还可以包括附加的、不同的或更少的部件。
第二层263可以具有比第一层262更大的折射率，以聚集光。
面对第一层262和第二层263的表面布置折射图案266。折射图案266可以延伸通过第一层262和第二层263之间的整个边界面，并且具有以规则间隔连续排列的脊和沟。折射图案266的脊具有斜边266a和圆化边(rounded side)266b。
可以聚集从第一层262进入的光，因为其传播路径在穿过折射图案266和第二层263时改变。
在第三实施方式中，如图9中所示，聚光片361包括具有不同折射系数的第一层362和第二层363。还可以包括附加的、不同的或更少的部件。第二层363可以具有比第一层362更大的折射率，以聚集光。
可以面对第一层362和第二层363的表面布置折射图案366。折射图案366可以延伸通过第一层362和第二层363之间的整个边界面。折射图案366可以具有以规则间隔连续排列的脊和沟。
折射图案366的脊具有侧边366a(其具有至少两个或更多的倾斜的表面)和圆化边366b。另选的是，圆化边366b可以是直边，如图4中所示。
折射图案366可以最大化离开而到第二层363的光的聚集效率。
在第四实施方式中，如图10中所示，聚光片461包括具有不同折射系数的第一层462和第二层463。另外，可以包括附加的、不同的、或更少的部件。第二层463可以具有比第一层462更大的折射率，以聚集光。
可以面对第一层462和第二层463的表面布置折射图案466。折射图案466可以延伸通过第一层462和第二层463之间的整个边界面。折射图案466可以具有以规则间隔连续排列的脊和沟。另选的是，折射图案466可以包括其他目前已知或后来发展的折射图案。
折射图案466的脊可以包括第一边466a和第二边466b。所述第一边和第二边466a和466b可以包括一个或更多个表面。例如，如图10中所示，第一边466a可以包括至少两个或者更多个斜面，以及第二边466b可以包括至少两个或者更多个斜面。
在一种实施方式中，如图10中所示，第一和第二边466a和466b彼此不对称。另选的是，第一和第二边466a和466b彼此对称。
在第五实施方式中，如图11所示，聚光片561包括具有不同折射率的第一、第二和第三层562、563和564，以及漫射层565。
第一、第二和第三层562、563和564按照它们的顺序具有增加的折射率，以聚集光。例如，第一层562具有比第二层563低的折射率。第二层563具有比第三层564低的折射率。因为第一、第二和第三层562、563和564的折射率沿着光传播的方向增加，因而可以聚集光。
可以面对第二和第三层563和564的表面布置折射图案566。
可以在第二层563和第三层564之间的边界面布置折射图案566。另选的是，可以在其他层之间布置折射图案566。例如，可在第一和第二层562和563之间的边界面布置折射图案566。
在一种实施方式中，在第三层564上的漫射层565包括珠子(bead)565a。珠子565a可以散射/聚集离开第三层564的光。另选的是，漫射层565可以包括其他漫射材料。
在第五实施方式中，光学片561包括用于聚集光的第一、第二和第三层562、563和564以及用于分散光的漫射层565。
本发明实施方式不限于上述的五种实施方式。即使当LCD设备的大小和背光单元的类型(侧入式或者直下式)改变时，本发明实施方式也可以适用于使用光学片的任何背光单元和任何LCD设备。
本发明实施方式可以相较于现有技术的棱镜片和逆棱镜片提高光学效率，并可以防止现有技术的棱镜片或者逆棱镜片的棱镜脊的磨损引起的缺陷。
本发明实施方式可以将具有不同折射率的两层或者更多层、以及用于分散光的漫射层组合到一个光学片中，这可以提高可装配性和光学效率。
本领域的技术人员显然可以对当前实施方式做出各种改变和变化。本发明旨在覆盖当前实施方式的改变和变化。
本申请要求享有韩国专利第10-2007-0095556号(2007年9月19日提交)的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

Claims (35)

1、一种光学片，所述光学片包括：
折射率比空气更大的第一层；
折射率比所述第一层大的第二层；以及
位于所述第一层和第二层之间的边界面的折射图案，该折射图案具有一个或更多个改变光的传播路径的脊，
其中所述光学片可工作而至少三次折射光，以在与光出射表面基本上垂直的方向上聚集光。
2、如权利要求1所述的光学片，其中，进入所述第二层的光在所述第一层和第二层之间的边界面上被聚集在与所述光出射表面垂直的方向上。
3、如权利要求1所述的光学片，其中，所述第一层和第二层包括折射率大约1.3到大约2.0的介质。
4、如权利要求1所述的光学片，其中，所述折射图案的一个或更多个脊包括第一斜边和第二圆化边。
5、如权利要求1所述光学片，其中，所述折射图案的一个或更多个脊包括：带两个或者更多个斜面的第一边；以及第二圆化边。
6、如权利要求1所述的光学片，其中，所述折射图案的一个或更多个脊包括：带两个或者更多个斜面的第一边；以及带两个或者更多个斜面的第二边。
7、如权利要求1所述的光学片，所述光学片包括在所述第一层之上漫射光的漫射层。
8、如权利要求1所述的光学片，所述光学片包括在所述第二层之下漫射光的漫射层。
9、如权利要求7所述的光学片，其中，所述漫射层包括多个珠子。
10、一种背光单元，所述背光单元包括：
发射光的光源；
可工作而聚集/漫射从所述光源发出的光的光学片，所述光学片包括：
折射率比空气大的第一层；
折射率比所述第一层大的第二层；和
位于所述第一层和第二层之间的边界面的折射图案，该折射图案具有一个或更多个改变光传播路径的脊，
其中所述光学片至少三次折射光，以在与光出射表面垂直的方向上聚集光。
11、如权利要求10所述的背光单元，其中，进入所述第二层的光在所述第一层和第二层之间的边界面上被聚集在与所述光出射表面垂直的方向上。
12、如权利要求10所述背光单元，其中，所述折射图案的一个或更多个脊具有第一斜边和第二圆化边。
13、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述折射图案的一个或更多个脊具有：带两个或者更多个斜面的第一边；以及第二圆化边。
14、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述折射图案的一个或更多个脊具有：带两个或者更多个斜面的第一边；以及带两个或者更多个斜面的第二边。
15、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述光学片包括在所述第一层之上漫射光的漫射层。
16、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述光学片包括在第二层之下漫射光的漫射层。
17、如权利要求15所述的背光单元，其中，所述漫射层包括多个珠子。
18、一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包括：
发射光的光源；
光学片，其可工作而聚集所述发出的光；以及
液晶显示面板，其用于使用从所述光学片接收的光来显示图像，
其中所述光学片包括：
折射率比空气大的第一层；
折射率比所述第一层大的第二层；以及
位于所述第一层和第二层之间的边界面的折射图案，所述折射图案具有一个或更多个改变光传播路径的脊。
19、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，进入所述第二层的光在所述第一层和第二层之间的边界面上被聚集在与所述光出射表面垂直的方向上。
20、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述一个或更多个脊包括第一斜边和第二圆化边。
21、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述一个或更多个脊包括：带两个或者更多个斜面的第一边；以及第二圆化边。
22、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述一个或更多个脊包括：带两个或者更多个斜面的第一边；以及带两个或者更多个斜面的第二边。
23、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述光学片包括漫射光的漫射层，所述漫射层被布置在所述第一层上。
24、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述光学片包括漫射光的漫射层，所述漫射层被布置在所述第二层下。
25、如权利要求23所述的液晶显示器件，其中，所述漫射层包括多个珠子。
26、如权利要求1所述的光学片，所述光学片包括在所述第一层之上具有不同折射率的第三层。
27、如权利要求1所述的光学片，所述光学片包括在所述第二层之下具有不同折射率的第三层。
28、如权利要求8所述的光学片，其中，所述漫射层包括多个珠子。
29、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述光学片包括具有不同折射率的第三层，所述第三层被布置在所述第一层上。
30、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述光学片包括具有不同折射率的第三层，所述第三层被布置在所述第二层下。
31、如权利要求16所述的背光单元，其中，所述漫射层包括多个珠子。
32、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述光学片至少三次折射光，以在与光出射表面垂直的方向上聚集光。
33、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述光学片包括具有不同折射率的第三层，所述第三层被布置在所示第一层上。
34、如权利要求18所述的液晶显示器件，其中，所述光学片包括具有不同折射率的第三层和用于漫射光的漫射层，所述第三层被布置在所述第二层下。
35、如权利要求24所述的液晶显示器件，其中，所述漫射层包括多个珠子。
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