CN101578550A - 用于lcd背光源组件的聚光膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于LCD背光源组件的聚光膜。所述聚光膜包括：基础构件单元；聚光单元，其设置在所述基础构件单元的上表面上，并且具有顺序配置在其上的单元透镜组，各个单元透镜组由不同形状的至少两个透镜的组合构成；和反射单元，其设置在所述基础构件单元的下表面中，并且由透过光的开口和反射光的反射表面构成。因为这样构造的聚光膜与常规聚光膜相比具有更适度的发射光分布，所以该聚光膜可以用于解决与屏幕的视角和亮度均一性相关的问题。

Description

用于LCD背光源组件的聚光膜
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示器(LCD)背光源组件的聚光膜(condensing film)，更具体而言，涉及一种用于LCD背光源组件的聚光膜，该聚光膜被设计成具有适度的发射光分布以改善液晶显示器(LCD)的视角范围并以均一的亮度显示图像。
背景技术
通常，液晶显示器(LCD)指的是一种通过如下步骤显示图像的设备：将液晶材料注入到彩色滤光器基板和TFT-阵列基板之间，所述彩色滤光器基板具有普通电极以及在其中形成的彩色滤光器等，而所述TFT-阵列基板则具有薄膜晶体管以及在其中形成的像素电极等；通过对像素电极和普通电极施加不同的电压形成一个电场来改变液晶分子的排列；以及通过液晶分子的取向控制光的透射率。
因为LCD具有尺寸小、重量轻和能量消耗低等优点，所以LCD作为一种可以用于解决与阴极射线管(CRT)相关的问题的替代图像显示系统已经受到了关注。近来，LCD已经用在几乎所有的图像显示系统中。
同时，因为LCD不会自发地发光，所以在LCD面板的下部设置了背光源组件来给LCD提供光。在这种情况下，根据光源的位置可以将背光源组件分成侧光式背光源组件(edge-type backlight unit)和直下式背光源组件(direct-type backlight unit)。图1和2是解释常规LCD背光源组件的构造的示意图。这里，图1显示了在大型LCD中广泛使用的一种直下式背光源组件，图2则显示了一种侧光式背光源组件。
如图1中所示，例如散光板20、散光膜30和30`以及聚光膜40的光学膜被堆叠在常规直下式背光源组件1的光源10上。这些光学膜的作用是防护光源并漫射和会聚光线以改善从该光源发出的光的光学性能。
同时，如图2所示，侧光式背光源组件2包括光源10、导光板50、散光膜30和30`以及聚光膜40。这里，导光板50的作用是将从光源10发出的光的方向改变成向前的方向(即朝向观众的方向)。
根据消费者的要求、产品的预期用途等可以将背光源组件的光学膜构造成更简单或更复杂的结构。例如，在必要时，背光源组件中可以不使用下散光膜30或上散光膜30`，或者可以堆叠并使用两个聚光膜。
在这些光学膜中，聚光膜的作用是将向各个方向上发散的光会聚在视角范围内以提高屏幕的亮度。通常使用棱镜膜、双凸透镜膜等作为聚光膜。近来，已经广泛使用一种双凸透镜膜，该双凸透镜膜具有在其下表面中形成的反射层。
图3显示了常规聚光膜100，其包括双凸透镜并具有在其下表面中形成的反射层。如图3所示，具有在其中形成的反射层的聚光膜100包括：双凸透镜120，其顺序配置在由聚酯(PET)膜制备的基础构件110的上表面上；和反射层130，其形成在该基础构件110的下表面上。在这种情况下，该反射层包括反射表面150和开口140。这里，只有会聚在视角范围内的光才能够通过开口140，而其它光则从反射表面150反射出去。
大部分通过上述常规聚光膜的光被会聚并导向屏幕的前方。因此，当观众从屏幕的侧面或顶部和底部而不是屏幕的中央观看该屏幕时，因为导向观众的光强变小，所以屏幕的亮度逐渐降低，这导致在上下或者左右方向上屏幕的亮度缺乏均一性。
图4是解释亮度根据常规聚光膜的视角而变化的曲线图。如图4所示，其表明常规聚光膜在0～20°的视角附近的亮度较高，但是在视角范围以外就突然降低。常规聚光膜的使用导致屏幕的视角范围非常窄。当基础构件的厚度接近或者大于双凸透镜的镜片间距时，这种现象会变得更加严重。因此，在聚光膜中的发射光应当更适度地分散以改善LCD的视角范围并以均一的亮度显示图像。
发明内容
技术问题
设计本发明是用于解决现有技术中的问题，因此本发明的目的是提供一种用于LCD背光源组件的聚光膜，其中将发射光的分布控制在适度水平，该聚光膜能够改善LCD的视角范围并以均一的亮度显示图像。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种用于液晶显示器(LCD)背光源组件的聚光膜，该聚光膜包括：基础构件单元；聚光单元，其设置在所述基础构件单元的上表面中，并且具有顺序配置在其上的单元透镜组，各个单元透镜组由至少两个不同形状的透镜的组合构成；和反射单元，其设置在所述基础构件单元的下表面中，并且由透过光的开口和反射光的反射表面构成。
这里，各个单元透镜组可以包括一个双凸透镜和多个棱镜透镜。在这种情况下，该单元透镜组可以具有设置在其中心的双凸透镜，并具有设置在双凸透镜的两边上的棱镜透镜。
此外，在所述单元透镜组中所述双凸透镜与棱镜透镜的数目比的范围为1∶1～1∶4。
另外，所述单元透镜组可以具有约100～300μm(微米)的宽度，所述双凸透镜的镜片间距可以占该单元透镜组宽度的50～90％，而且所述双凸透镜的高度可以占该双凸透镜的镜片间距的约20～50％。并且，所述棱镜透镜的竖直角可以在70～100°(度)的范围内。
此外，所述聚光膜可以包括在其中形成的光漫射剂。在这种情况下，所述光漫射剂可以选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚丁二烯和它们的共聚物以及二氧化硅中。
进而，基础构件单元可以选自聚酯膜、聚氯乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚苯乙烯膜、聚醚砜膜、聚丁二烯膜、聚醚酮膜和聚氨酯膜中，而聚光单元和反射单元可以由可固化树脂制备。在这种情况下，所述可固化树脂可以选自聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和自由基形成单体，并且它们可以单独使用或者以其组合的方式使用。
根据本发明的另一方面，提供了包括所述聚光膜的直下式或者侧光式背光源组件。
根据本发明的又一方面，提供了包括所述聚光膜的液晶显示器。
有益效果
如上所述，通过在聚光膜上顺序配置单元透镜组(各个单元透镜组包括形状不同的多个透镜)来适度分散在聚光膜中的发射光，根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜可以用于拓宽LCD的视角范围并以均一的亮度显示图像。
此外，根据本发明的一个示例性实施方案，因为聚光单元和反射单元由可固化树脂制备，所以可以用一个简单的工艺制备聚光膜并且可以容易地制备聚光膜，而且也可以在聚光膜中容易地添加光漫射剂。
而且，当在聚光膜中包括光漫射剂时，可以只使用一个光学膜就能完成散光功能和聚光功能两种功能。因此，根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜可以用于减少在背光源组件中使用的光学膜的数目，由于减少光学膜的数量而简化制造工艺并且降低生产成本。
附图说明
图1是解释常规直下式背光源组件的构造的示意图。
图2是解释常规侧光式背光源组件的构造的示意图。
图3是解释常规聚光膜的构造的示意图。
图4是解释发射光分布根据常规聚光膜的视角而变化的曲线图。
图5是解释根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜的构造的横截面图。
图6是解释发射光的分布根据在实施例和比较实施例中所述的聚光膜的视角而变化的曲线图。
具体实施方式
本发明的发明人已经投入极大的热情来努力制备具有改善的光学性质和适度的发射光分布的聚光膜，并且得出结论，当在聚光膜中使用单一形状的透镜时，难以改善发射光的分布。由此，他们发现通过在聚光膜上顺序配置单元透镜组(各个单元透镜组包括多个形状不同的透镜)可以解决上述问题。因此，在上述事实的基础上完成了本发明。
以下，将更详细地描述本发明的示例性实施方案。
图5显示了根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜。参考图5将更详细地描述本发明的一个示例性实施方案。
如图5所示，根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜200包括基础构件单元210、聚光单元220和反射单元230。
1.基础构件单元210
基础构件单元210起到支撑聚光单元220和反射单元230(这两者将在后面进行描述)的作用，并通常由聚合物膜组成。例如，可以在这里使用的基础构件单元210包括聚合物膜，例如聚酯膜、聚氯乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚苯乙烯膜、聚醚砜膜、聚丁二烯膜、聚醚酮膜、聚氨酯膜等。
同时，根据本发明，优选基础构件单元的厚度与单元透镜组的镜片间距成比例。这就是说，当单元透镜组的宽度为200μm(微米)时，基础构件单元的适合厚度为约125～188μm(微米)，而当单元透镜组的宽度为100μm(微米)时，优选基础构件单元的厚度为约62.5～94μm(微米)。
当基础构件单元的厚度与单元透镜组的宽度的比过高时，进入聚光单元的光的强度降低，这导致光学效率劣化。相反，当基础构件单元的厚度与单元透镜组的宽度的比过低时，则可能劣化光学膜的机械性能并且难以制造该光学膜。因此，在本发明中通过根据单元透镜组的宽度控制基础构件单元的厚度可以得到最佳效果。
2.聚光单元220
聚光单元220起到会聚光以在视角范围内提高屏幕亮度的作用，并且是通过顺序配置单元透镜组形成的，其中各个单元透镜组由不同形状的至少两个透镜的组合构成。
根据本发明的一个示例性实施方式的单元透镜组由不同形状透镜的组合构成。在这种情况下，可以用于形成所述单元透镜组的各个透镜包括，但并不限于，双凸透镜、棱镜透镜、梯形棱镜等。
此外，优选形成所述单元透镜组以使其可以具有对称结构，并且特别优选形成所述单元透镜组以使其对称中心能够与如下面所述的反射单元中的开口的中心相匹配。当单元透镜组的形状相对于该单元透镜组的中心不对称时，发射光的分布就可能会倾向一边，这导致图像缺乏均一性和亮度。
因为根据本发明的一个示例性实施方案的聚光单元包括不同形状的透镜，所以从这些透镜中发出的光具有不同的光会聚形状。因此，与其中顺序配置具有相同形状的透镜的常规聚光膜相比，可以获得具有适度发射光分布的聚光单元。
同时，发射光的分布可以根据所使用透镜的形状、间距、高度、角度和数目以及单元透镜组的宽度等而变化。因此，通过控制所使用的透镜的形状、间距、高度、角度和数目以及单元透镜组的宽度可以制造具有各种发射光分布的聚光膜。
图5显示了根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜。如图5所示，根据本发明的一个示例性实施方案的单元透镜组226可以由至少一个双凸透镜222和至少一个棱镜透镜224的组合构成。
在这种情况下，优选将双凸透镜222设置在单元透镜组226的中心上，并且优选将相同数目的棱镜透镜224设置在该双凸透镜的两边。在这种情况下，优选一个单元透镜组226的宽度在约100～300μm(微米)的范围内。
此外，优选在单元透镜组中双凸透镜与棱镜透镜的数目比在约1∶1～1∶4的范围内。当棱镜透镜的数目超出所述数目比的范围时，则棱镜单元在尺寸方面太小，这导致光会聚和使用效率劣化。
同时，优选双凸透镜的镜片间距占单元透镜组宽度的约50～90％，且在单元透镜组中的棱镜组的总宽度优选占该单元透镜组宽度的约10～50％。当双凸透镜的镜片间距小于单元透镜组宽度的50％时，由于低聚光效率会导致屏幕中的亮度低。相反，当双凸透镜的镜片间距大于单元透镜组宽度的90％时，发射光的分布不适度。
同时，优选棱镜透镜的竖直角在约70～100°的范围内。当棱镜透镜的竖直角处于所述竖直角范围之外时，通过开口进入聚光单元的光不能形成理想的发射角。
同时，虽然在附图中没有显示出来，在必要时可以使用梯形棱镜透镜代替棱镜透镜。该梯形棱镜具有形成在棱镜透镜中的平顶峰。因此，通过使用梯形棱镜透镜代替棱镜透镜，用户可以得到与使用棱镜透镜不同的发射光分布。在所述梯形棱镜透镜中，优选平顶峰(上面)的宽度小于镜片间距(底面)宽度的50％。
在这样构造的聚光膜200中，发射光的分布根据如下因素变化很大：双凸透镜的间距227、棱镜组的宽度228、双凸透镜的形状、棱镜的数目、棱镜的角度、基础构件单元的厚度、反射单元开口的大小等。通过适当调节棱镜透镜和双凸透镜的上述要素，本领域中的技术人员可以制造出具有理想的发射光分布的聚光膜。
同时，可以用可固化树脂制备聚光单元220，并且该可固化树脂包括聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、自由基形成单体等，并且这些材料可以单独使用或者以组合的方式使用。
通过将所述可固化树脂的溶液倾倒入基础构件单元210和雕刻有所需图案的模型之间并固化该溶液可以形成聚光单元220。因此，通过使用以适当形状、高度和间距制备的模型可以形成具有多种形状、高度和间距的聚光单元220。
3.反射单元230
反射单元230的作用是切断朝向不聚光的途径传播的光，并且仅透过能够在视角范围内会聚光的光以改善光的使用效率和光学性能。在这种情况下，反射单元230由透光的开口240和切断光的反射表面250组成。
在从根据本发明的聚光膜的下部进入的光中，透过反射单元230的开口240的光由聚光单元的双凸透镜和棱镜会聚。当聚光膜没有反射单元时，所述光可能从其它区域而不是从开口透过。但是，从其它区域而不是从开口透过的光会沿着其中聚光单元不能在视角范围内会聚该光的途径传播。因此，因为在根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜中设置了具有开口的反射单元，所以通过选择性地透光，随后会聚透过的光并反射和重复利用其它光，该聚光膜可以用于提高光利用效率。
同时，如图5所示，优选将根据本发明的一个示例性实施方案的反射单元230形成为凹凸形状。当以凹凸形状形成反射单元230时，通过将反射墨水涂覆在凸区就可以简单地形成反射表面。因此，与常规聚光膜相比，反射单元230的优点在于其容易形成反射表面250。
反射单元230也可以由可固化树脂形成。在这种情况下，所述可固化树脂包括，但并不特别限于，聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、自由基形成单体等，并且它们可以单独使用或者以它们的组合的方式使用。
用于形成反射单元230的方法基本上与用于形成聚光单元的方法相同。这就是说，通过将可固化树脂倾倒入基础构件单元210的下表面和雕刻有所需图案(即，凹凸图案)的模型之间并固化该可固化树脂来形成反射单元230。但是，用于形成反射单元230的方法进一步需要形成反射表面的操作，例如在可固化树脂完全固化以后，用反射墨水涂覆反射单元的凸区。
同时，根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜可以包括在其中形成的光漫射剂。通过将漫射剂粒子(所述漫射剂粒子具有与可固化树脂不同的折射率)与用于形成反射单元和/或聚光单元的可固化树脂混合，随后由含有漫射剂粒子的可固化树脂形成反射单元和/或聚光单元可以制备包含光漫射剂的聚光膜。在这种情况下，基于可固化树脂的总重量，所加入的光漫射剂的用量范围优选为5～30重量％。
在本发明中可以使用的光漫射剂包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚丁二烯和它们的共聚物以及二氧化硅等。
当如上所述在聚光膜中包含光漫射剂时，通过聚光膜的光被漫射剂粒子散射和漫射。因此，在没有使用额外的散光膜的情况下，光的亮度分布均匀并提高了光学性能。
此外，因为使用一个光学膜来同时进行漫射功能和聚光功能，所以可以减少在背光源组件中使用的光学膜的数量，这导致制造工艺的简化和生产成本的降低。
另外，根据本发明的一个示例性实施方案，本发明提供了包括上述聚光膜的背光源组件。根据本发明的一个示例性实施方案的背光源组件可以是直下式背光源组件或侧光式背光源组件，所述下光式背光源组件包括：光源，其具有以预定距离配置在其中的线性灯；散光板，其均一地漫射从光源发出的光以使屏幕的亮度均一；和根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜，所述侧光式背光源组件包括：侧光式光源；导光板，其将从光源发出的光的方向改变成向前的方向；和根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜。在这种情况下，在根据本发明的一个示例性实施方案的背光源组件中，在聚光膜的上部和/或下部可以进一步设置散光膜。
另外，根据本发明的一个示例性实施方案，本发明提供了包括上述聚光膜的液晶显示器。根据本发明的一个示例性实施方案的液晶显示器包括：液晶面板，其包括彩色滤光器基板、TFT-阵列基板和设置在该彩色滤光器基板和TFT-阵列基板之间的液晶盒；以及直下式背光源组件，其包括具有以预定距离配置在其中的线性灯的光源、将从光源发出的光均一地扩散以使屏幕的亮度均一的散光板和根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜。另外，根据本发明的一个示例性实施方案的液晶显示器包括：液晶面板，其包括彩色滤光器基板、TFT-阵列基板和设置在该彩色滤光器基板和TFT-阵列基板之间的液晶盒；以及侧光式背光源组件，其包括侧光式光源、将从光源发出的光的方向改变成向前方向(即朝向观众的方向)的导光板和根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜。在根据本发明的一个示例性实施方案的液晶显示器中，在根据本发明的一个示例性实施方案的聚光膜的上部和/或下部可以设置散光膜。
实施例
以下，将参照下面的实施例更详细地描述本发明。但是，应当理解的是，这里进行的描述仅仅是出于解释目的的优选实施例，而不是意图限制本发明的范围。
实施例
使用厚度为188μm(微米)的PET膜作为基础构件。通过将丙烯酸UV-固化树脂倾倒入模型和基础构件之间并固化该丙烯酸UV-固化树脂形成了具有在其中顺序配置的单元透镜组的聚光单元，各个单元透镜组都由一个双凸透镜和4个棱镜透镜组成，而且所述丙烯酸UV-固化树脂的折射率约为1.53。在这种情况下，将双凸透镜设置在单元透镜组的中心，并将两个棱镜透镜设置在该双凸透镜的两边上。在这种情况下，所述双凸透镜具有120μm(微米)的间距和37μm(微米)的高度，所述棱镜的角度(棱镜的两个相对平面之间的角度)为90°，单个棱镜的间距为20μm(微米)，且一个单元透镜组的宽度为200μm(微米)。
随后，通过将可固化树脂倾倒入模型和基础构件之间并固化该可固化树脂在该基础构件(PET膜)的下表面上形成具有84μm的开口间距的反射单元。通过将反射墨水涂覆在该反射单元的凸面上形成反射表面。
比较实施例
使用厚度为125μm(微米)的PET膜作为基础构件。通过将丙烯酸UV-固化树脂倾倒入模型和基础构件之间并固化该丙烯酸UV-固化树脂形成具有在其中顺序配置的双凸透镜的聚光单元，各个双凸透镜都具有200μm(微米)的间距和75μm(微米)的高度，而且所述丙烯酸UV-固化树脂的折射率约为1.53。
随后，通过将可固化树脂倾倒入模型和基础构件之间并固化该可固化树脂在该基础构件的下表面上同样形成具有84μm的开口间距的反射单元。通过将反射墨水涂覆在该反射单元的突出表面上形成反射表面。
实验实施例：发射光的分布的测量
将用实施例和比较实施例中描述的方法制备的聚光膜堆叠在直下式背光源组件的散光板上，并通过使用EZContrastTM(ELDIM)根据视角测量发射光的亮度。结果示于图6中。如图6所示，其表明，与比较实施例的聚光膜相比，实施例的聚光膜显示出在亮度上的适度变化。

Claims (17)

1、一种用于液晶显示器(LCD)背光源组件的聚光膜，其包括：
基础构件单元；
聚光单元，其设置在所述基础构件单元的上表面中，并且具有顺序配置在其上的单元透镜组，各个单元透镜组由不同形状的至少两个透镜的组合构成；和
反射单元，其设置在所述基础构件单元的下表面中，并且由透过光的开口和反射光的反射表面构成。
2、权利要求1所述的聚光膜，其中，所述透镜包括选自双凸透镜、棱镜透镜和梯形棱镜透镜中的至少一种。
3、权利要求1所述的聚光膜，其中，各个单元透镜组包括至少一个双凸透镜和至少一个棱镜透镜的组合。
4、权利要求3所述的聚光膜，其中，所述单元透镜组具有：设置在其中心的双凸透镜；和设置在该双凸透镜的两边上的相同数目的棱镜透镜。
5、权利要求3所述的聚光膜，其中，在所述单元透镜组中所述双凸透镜与棱镜透镜的数目比的范围为1∶1～1∶4。
6、权利要求3所述的聚光膜，其中，所述双凸透镜的镜片间距占该单元透镜组宽度的50～90％。
7、权利要求3所述的聚光膜，其中，所述棱镜透镜的竖直角的范围为70～100°。
8、权利要求1所述的聚光膜，其中，所述聚光膜包括在其中形成的光漫射剂。
9、权利要求8所述的聚光膜，其中，所述光漫射剂选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚丁二烯和它们的共聚物以及二氧化硅中。
10、权利要求1所述的聚光膜，其中，所述基础构件单元选自聚酯膜、聚氯乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚苯乙烯膜、聚醚砜膜、聚丁二烯膜、聚醚酮膜和聚氨酯膜中。
11、权利要求1所述的聚光膜，其中，所述聚光单元和反射单元由可固化树脂制备。
12、权利要求11所述的聚光膜，其中，所述可固化树脂选自聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、自由基形成单体及其组合中。
13、权利要求1所述的聚光膜，其中，所述反射单元以凹凸形状形成。
14、一种直下式背光源组件，其包括：
光源，其具有以预定距离配置在其中的线性灯；
散光板，其将从光源发出的光均一地扩散以使屏幕的亮度均一；和
聚光膜，其由权利要求1～13中的任一项限定。
15、一种侧光式背光源组件，其包括：
侧光式光源；
导光板，其将从光源发出的光的方向改变为向前的方向；和
聚光膜，其由权利要求1～13中的任一项限定。
16、一种液晶显示器，其包括：
液晶面板，其包括彩色滤光器基板、TFT-阵列基板和设置在该彩色滤光器基板和TFT-阵列基板之间的液晶盒；以及
直下式背光源组件，其包含具有以预定距离配置在其中的线性灯的光源、将从光源发出的光均一地扩散以使屏幕的亮度均一的散光板和由权利要求1～13中的任一项所限定的聚光膜。
17、一种液晶显示器，其包括：
液晶面板，其包括彩色滤光器基板、TFT-阵列基板和设置在该彩色滤光器基板和TFT-阵列基板之间的液晶盒；以及
侧光式背光源组件，其包括侧光式光源、将从光源发出的光的方向改变为向前的方向的导光板和由权利要求1～13中的任一项所限定的聚光膜。
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