CN101646973A - 在棱柱谷包括光扩散体的扩散棱镜片及lcd背光单元 - Google Patents

在棱柱谷包括光扩散体的扩散棱镜片及lcd背光单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有光折射和光扩散功能的扩散棱镜片。所述扩散棱镜片包括由透明材料制成的基膜、形成在基膜的一个表面上并且包括具有预定形状横截面且按一个方向排列的多个单元棱柱、以及形成在所述光折射部分相邻单元棱柱之间的谷部分的光扩散元件。本发明还公开了使用上述扩散棱镜片的LCD背光单元。

Description

在棱柱谷包括光扩散体的扩散棱镜片及LCD背光单元
技术领域
本发明涉及一种扩散棱镜片和使用该扩散棱镜片的液晶显示器(LCD)背光单元。
背景技术
通常，液晶显示器(下文简称为“LCD”)装置是指通过向布置在形成有电极的两块玻璃基板之间的液晶施加电场而显示数字或图像的装置，其中液晶由具有液体和固体之间的中间相的材料构成。
因为LCD装置不是自发光装置，必须装配有作为光源的背光单元以发光。图像以如下方式显示：调节液晶面板中从背光单元发出光的透光率，其中液晶均匀分布在液晶面板中。
图1是表示常规LCD装置的背光单元的分解透视图。
如图1所示，常规的LCD背光单元包括光源105、导光板110、反射板115、扩散片120、棱镜片125和保护片130。
光源105用于在LCD装置中初始发光。可使用多种光源，但LCD装置通常将功耗低且发出非常亮的白光的冷阴极荧光灯(CCFL)用作光源105。
导光板110提供在LCD面板100下方并邻近光源105的一侧。导光板110起到将光源105产生的聚光转变成平面光的作用，然后将平面光投向LCD面板。
反射板115提供在导光板110的下方。反射板115用于将光源105发出的光反射到布置在反射板115的前方的LCD面板100上。
扩散片120提供在导光板110的上方。扩散片120用于使透过导光板110的光均匀化。
在通过扩散片120的同时，光在水平方向和垂直方向扩散，亮度迅速降低。在这点上，将棱镜片125用于折射并聚集光线，从而提高亮度。通常，使用两个互相垂直布置的棱镜片。
保护片130提供在棱镜片125上方。保护片130用于防止划伤棱镜片125，并防止在使用以垂直方向和水平方向的两个层布置的棱镜片125时发生波纹效应。
常规的LCD背光单元包括上述元件。本发明将给这些元件的棱镜片125增加其它技术构思。
通常配置各个棱镜片125，使得多个单元棱柱以规则取向连续布置在透明材料制成的膜表面上。
棱镜片125用于折射从导光板110射出的光并通过扩散片120扩散以具有规则取向。
通常，如果光透过和反射的宽度窄，则光在光透过和反射区域看起来较亮。相反，如果光透过和反射宽度宽，光透过和反射区域变宽，但光看起来较暗。
近来，LCD的发展由17英寸或19英寸的显示器趋向于大于40英寸的大尺寸面板。大尺寸面板的最重要的因素之一是要将背光密度保持在预定标准之上并要使光线均匀地分布到观看的目标表面上。
存在光亮度的临界值，即光亮度要求不能超过的值。特别是根据光源技术的最新发展，光源发出的光密度足够大。从而，要保证光密度在预定标准之上相对较容易。因此，需要对有效地扩散光技术进行大量研究以使光均匀分布到大尺寸面板的整个区域。
发明内容
因此，本发明鉴于以上问题而进行，且本发明的一个目的是提供一种扩散棱镜片，所述扩散棱镜片除了具有折射光以具有取向的功能以外，还具有有效地扩散光的功能。
本发明的另一个目的是提供一种使用前述扩散棱镜片的LCD背光单元。
本发明要实现的目的不限于上述目的，且本领域技术人员能够从以下详细说明中清楚地理解其它目的。
根据本发明的一个方面，上述和其它目的通过提供扩散棱镜片来实现，所述扩散棱镜片包括：透明材料制成的基膜；形成在基膜的一个表面上的光折射部分，所述光折射部分包括多个具有预定形状的横截面并按一个方向排列的单元棱柱；以及形成在光折射部分的相邻单元棱柱之间的谷部分上的光扩散元件。
至少50％的光扩散元件分布在各个单元棱柱的一半高度以下区域的谷表面上。
根据本发明的又一个方面，提供一种LCD背光单元，包括：导光板；布置在导光板侧面或背面的光源；以及前述形成在光从中传播的导光板表面上并具有光折射和光扩散功能的扩散棱镜片。
根据本发明的实施方式，可制造具有光折射功能和光扩散功能的扩散棱镜片。因此，可制造LCD背光单元中所用的具有高亮度的光扩散和传送能力的导光板。此外，由于可能去除现有技术中所用的扩散片，所以可节约生产成本，且能够降低导光板厚度。
附图说明
由以下结合附图的详细说明，本发明的以上和其它目的、特征和其它优点将更容易理解，其中：
图1是表示常规LCD装置的背光单元的分解透视图；
图2是表示根据本发明实施方式的扩散片的透视示意图；
图3是根据本发明实施方式的扩散棱镜片实际生产的模型的电子显微镜照片；
图4是图2中“A”部分的放大透视图；
图5是用于说明形成在扩散棱镜片表面上的光扩散元件图形的图；
图6是图3中电子显微镜照片的放大照片；
图7是根据对比例制造的样品的实验结果照片；和
图8是根据实验样品制作的样品的实验结果照片。
具体实施方式
根据本发明的最佳实施方式的扩散棱镜片包括：透明材料制成的基膜；形成在基膜的一个表面上的光折射部分，所述光折射部分包括具有预定形状的横截面并按一个方向排列的多个单元棱柱；以及形成在光折射部分的相邻单元棱柱之间的谷部分上的光扩散元件。
至少50％的光扩散元件分布在各个单元棱柱的一半高度以下区域的谷表面上。
图2是表示根据本发明实施方式的扩散棱镜片的透视示意图，图3是根据本发明实施方式对扩散棱镜片实际制造的模型的电子显微镜照片。
图4是图2中“A”部分的放大透视图，图5是关于图3中的电子显微镜照片的放大照片。
如图2和图4所示，根据本发明实施方式的扩散棱镜片20包括基膜200、光折射部分210和光扩散元件220。
基膜200用作扩散棱镜片的基层。基膜200通常由透明材料制成，例如透明的合成树脂(例如聚乙烯、聚丙烯或聚碳酸酯)、玻璃、金属薄膜等。
基膜200的厚度没有具体限定，但其厚度通常为几微米(μm)。
光折射部分210用于折射透过基膜200的光，从而提供具有统一取向的光。光折射部分210形成在基膜200的一个表面上。
在本发明中，光折射部分210设计为棱柱形。
换句话说，基膜200的一个表面形成有包括多个单元棱柱211的光折射部分210以按预定方向折射透过基膜200的光。
尽管在图2和图4中示出了光折射部分210的各个单元棱柱211具有三角形横截面且整体具有三棱柱状，但光折射部分210的单元棱柱211的横截面形状不限于三角形。具有半圆形(还称作半圆柱形或双凸镜形)横截面的单元棱柱或能够折射光的其它任何形状的单元棱柱均可用于本发明。例如，单元棱柱可配置为具有能够折射光的至少两个光学平面的透明元件，其中光学平面的至少一对表面不是相互平行的，例如梯形的横截面。
当制造本发明的扩散棱镜片20时，单元棱柱211的横截面形状的确定取决于棱镜片实际应用的装置特点、所需视角、屏幕尺寸等。
光折射部分210的多个单元棱柱211按一个方向排列，并连续形成而在其中没有间隙。但是，在更需要直光而不是折射光时，可在单元棱柱211之间形成平面。换句话说，单元棱柱211可在其间排列有规则间隙，而不是紧密排列。
优选将各个单元棱柱211的高度(因为各个单元棱柱的高度不统一，所以将高度定义为平均高度)设定在5μm～500μm的范围内。当单元棱柱211具有三角形横截面时，顶角(θ)优选在30～120度的范围内。
光扩散元件220(参见图4)不规则地分布在光折射部分210的下部，即相邻单元棱柱211之间形成的谷下部。光扩散元件220设计为圆形透镜、椭圆形透镜，或者圆形和椭圆形透镜。
光扩散元件220以具有圆形端面的多个透镜状元件以凹凸形式相互接触或相互隔离地分布在单元棱柱211的下部的方式覆盖光折射部分210的表面。
此时，光扩散元件220的椭圆形透镜尺寸应小于光折射部分的尺寸。更具体地，当光扩散元件220设计为圆形透镜时，透镜的直径与棱柱的间距(P)之比(直径/间距比)优选在0.01～0.9的范围内。当光扩散元件220设计为椭圆形透镜时，透镜的长轴直径与棱柱的间距(P)之比(长轴直径/间距比)优选在0.01～0.9的范围内。而且，光扩散部分的高度与光折射部分的高度之比优选在0.01～0.9的范围内。
考虑到光扩散部分的光扩散作用和光折射特征可确定以上数值范围。
形成光扩散元件220扩散来自光折射部分210表面以非常少量透过基膜200和光折射部分210的光(此处，非常少量地扩散光是指最大量地向周围扩散光，同时保持折射光的亮度降低比例范围为约5～10％)。
优选地，至少50％(更优选至少70％)的光扩散元件220分布在单元棱柱211之间的谷表面上，特别是光折射部分210的单元棱柱211的一半高度以下的区域。
即，光扩散元件220更多地分布在单元棱柱211的下部，而不是光折射部分210的单元棱柱211的上部。更具体地，光扩散元件220更多地分布在单元棱柱211的一半高度(h)以下的谷表面上(至少50％且小于100％)。
控制上述光扩散元件220的分布密度的原因为光扩散元件220密集排列在谷部分上(在形成相同数量的光扩散元件的条件下)，致使改善多种性能的改善。
光扩散元件220用于使光学片的外观变模糊，从而提高缺陷点的隐蔽。但是，光扩散元件220具有改变光学路径的缺点，并由此降低背光的亮度。
在本发明中，由在棱柱的山脉部分和谷部分上形成相同密度的光扩散元件220的亮度性能的比较结果可知，当光扩散元件220密集形成在谷部分上时，亮度性能得到改善。
尽管图4中已示出并说明了光扩散元件220设计为圆形透镜，但光扩散元件220可设计成图5所示的椭圆形透镜、或者圆形和椭圆形透镜。
图5示出了提供在单元棱柱211之间的光扩散元件220设计为椭圆形透镜，且上述椭圆形透镜的长轴直径用标记字母a表示。
通常，光折射部分210以如下方式制作，使具有凹槽图形的模具压到具有均匀厚度的透明膜上以在透明膜的表面上形成对应于凹槽图形的凸出的棱柱形。此时，透明膜的上表面变成了具有棱柱形的光折射部分210，而透明膜的下表面变成了基膜。
因此，如上述提出的，为了在棱镜片的制造工艺中同时形成光折射部分210和光扩散元件220，在具有凹槽图形的模具表面形成凹凸部分，并用这种模具进行压制工艺。因此，可制造如此设计的棱镜片，使得光折射部分210和光扩散元件220整体形成。
图3和图6是根据上述方法已实际制造的扩散棱镜片表面的电子显微镜照片。参照图3和图6，棱柱形的光折射部分形成在具有预定厚度的膜上，且光扩散元件以圆形或椭圆形透镜形状形成在光折射部分的下部，即在相邻单元棱柱之间的谷部分。
上述扩散棱镜片20用于放置在光线从中传过的导光板表面上。通过使用扩散膜，能够省去已单独提供的常规扩散片。
本发明的扩散棱镜片20可用于光源布置在导光板侧表面上的侧光式LCD背光单元、以及光源布置在导光板的下表面上的直下式LCD背光单元。同样，可将CCFL和LED中的任何一种用作光源。
优选光扩散部分在光折射部分的下部与光折射部分以一体形成。通过使用诸如玻璃粉等粘结剂树脂，光扩散部分不会与光折射部分分开形成。
下文中将说明示例性实施例，该实施例证明了通过使用根据本发明实施方式的扩散棱镜片制造的导光板具有良好的混浊度(是指光散射程度)和透光率性能而不会大幅降低亮度。由于未说明的技术内容对本发明所属领域技术人员是公知的，因而省略其说明。
<实施例1>
制备样品，使得光折射部分具有顶角为90度且高度或间距约为50μm的三角形横截面，而且以透镜形状形成的光扩散元件不规则地分布在光折射部分的下部。透镜形状具有10～80％直径的棱柱间距，且约60％的光扩散元件分布在棱柱一半高度以下的区域。
<实施例2>
实施例2与实施例1一样，区别在于约70％的光扩散元件分布在棱柱一半高度以下的谷表面上。
<实施例3>
实施例3与实施例1一样，区别在于约80％的光扩散元件分布在棱柱一半高度以下的谷表面上。
<对比例>
对比例与实施例1一样，区别在于约40％的光扩散元件分布在棱柱一半高度以下的谷表面上。
在一定条件下进行上述实施例和对比例的对比测试，使实施例中所用的基膜物理性能与对比例中所用基膜的物理性能相同，例如种类、透明度、混浊度和厚度。
测定如上制造的实施例和对比例样品的表面亮度、混浊度和透光率。
图7是根据对比例制造的样品的实验结果照片，图8是根据实施例1制造的样品的实验结果照片。
以下表1示出了根据对比例和实施例制造的样品亮度、混浊度和透光率的测定结果。
表1
  亮度(cd/m2)   混浊度(％)   透光率(％)
  实施例1   5638   90.0   12.4
  实施例2   5530   91.8   16.2
  实施例3   5423   93.0   19.04
  对比例   5710   83.0   9.0
由图7可知，对比例的样品具有优异的中心亮度，但光扩散差。
更具体地，以上表1表明，对比例的样品具有5710cd/m2的中心亮度、83.0％的混浊度和9.0％的透光率。
由图8可知，与对比例样品的中心亮度相比，实施例1样品的中心亮度稍有降低(但几乎相等)，而实施例样品的光扩散比对比例样品的光扩散要好很多。
更具体地，以上表1表明，实施例1的样品具有5638cd/m2的中心亮度、90.0％的混浊度和12.4％的透光率。
实施例2的样品具有5530cd/m2的中心亮度、91.8％的混浊度和16.2％的透光率。实施例3的样品具有5423cd/m2的中心亮度、93.0％的混浊度和19.04％的透光率。
换句话说，尽管与未使用光扩散元件220的结构相比，中心亮度有小幅降低比例(5～10％或更低)，但使用根据本发明实施方式的扩散棱镜片使光学片的扩散性能显著改善(参见图8)。表1还表明，随着扩散棱柱的光扩散元件220的密度增加，透光率也增大，这是由棱镜膜的回射特性引起。

Claims (14)

1、一种扩散棱镜片，包括：
基膜，由透明材料制得；
光折射部分，形成在所述基膜的一个表面上，且包括具有预定形状横截面并以一个方向排列的多个单元棱柱；和
光扩散元件，形成在所述光折射部分的相邻单元棱柱之间的谷部分上。
2、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中至少50％的所述光扩散元件分布在各个所述单元棱柱一半高度以下区域的谷表面上。
3、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中至少70％的所述光扩散元件分布在各个所述单元棱柱的一半高度以下区域的谷表面上。
4、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中所述光扩散元件与所述光折射部分整体形成，且不规则地分布在所述单元棱柱的谷表面上。
5、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中所述基膜由选自由玻璃、透明合成树脂和金属板构成的组中的材料制成。
6、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中各个所述单元棱柱具有三角形、半圆形或梯形横截面。
7、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中所述多个单元棱柱在所述单元棱柱之间无间隙地连续形成。
8、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中所述多个单元棱柱以规则间距排列有位于所述单元棱柱之间的平面。
9、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中各个所述单元棱柱具有5～500μm的高度。
10、根据权利要求6所述的扩散棱镜片，其中各个所述单元棱柱具有三角形横截面，
且其中各个所述单元棱柱的顶角范围为30～120度。
11、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中所述光扩散元件以圆形透镜形状形成，
且其中所述透镜形状的直径为所述单元棱镜间距的0.01～0.9倍。
12、根据权利要求1所述的扩散棱镜片，其中所述光扩散元件以椭圆形透镜形状形成，
且其中所述透镜形状的长轴直径为所述单元棱镜间距的0.01～0.9倍。
13、一种LCD背光单元，包括：
导光板；
光源，布置在所述导光板侧面或后面；以及
根据权利要求1所述的扩散棱镜片，所述扩散棱镜片形成在光从中传播的所述导光板的表面上，并具有光折射和光扩散功能。
14、一种LCD装置，包括根据权利要求13所述的背光单元。
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