CN101681041A - 具有除湿性能的棱镜片及其lcd背光单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棱镜片，其能够增强整个背光单元的除湿能力，同时保持良好的中心亮度、透过率和混浊度。所述棱镜片包括由透明材料制成且具有平坦的第一表面的基膜，和包含在基膜的第二表面上与基膜整体形成的多个单元棱镜的光折射部件，基膜的第二表面与平坦的第一表面相反。所述单元棱镜具有预定的横截面形状且定向排列。当将光折射部件的单元棱镜的脊和平坦的第一表面的法线间形成的夹角定义为θ_n时，θ_n和θ_n+1具有互不相同的值，且n是大于2的整数。本发明还公开了使用上述棱镜片的LCD背光单元。

Description

具有除湿性能的棱镜片及其LCD背光单元

技术领域

本发明涉及棱镜片和使用此棱镜片的液晶显示器(LCD)背光单元，更具体地，涉及棱镜片和使用此棱镜片的LCD背光单元，通过改进常规LCD背光单元所用棱镜片中包含的多个单元棱镜的脊以使其相对平坦底面具有预定倾角，从而能够很容易地排出导光板中存在的潮气。

背景技术

通常，液晶显示器(下文简称为“LCD”)装置是指通过向位于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，必须装配有背光单元作为光源以发光。图像显示的方式为，调节液晶面板中背光单元发出的光的透过率，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。例如，上述元件通过外壳以整体形式组装(未显示)。

光源105用于在LCD装置中初始发光。可使用多种光源，但LCD装置通常将具有低功耗并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产生的点状光转变成平面光，然后将平面光投向LCD面板的作用。

反射板115提供在导光板110的后面。反射板115用于将光源105发出的光反射到位于反射板115前方的LCD面板100上。

扩散片120提供在导光板110的前面。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，亮度快速降低。在这点上，将棱镜片125用于折射并聚集光线，从而提高亮度。可以使用一个棱镜片，或以互相垂直的方向排列的两个棱镜片。

保护片130提供在棱镜片125上方。保护片130用于防止棱镜片125上的划伤，并防止在使用按垂直方向和水平方向以两个层布置的棱镜片125时出现波纹效应。

上述背光单元的元件通过粘附彼此堆叠，且在高真空状态下在外壳中(未显示)密封组装。

然而，当背光单元长时间使用时，或当进行密封工艺时，潮气可能通过外壳的缝隙渗入与面板组装的背光单元中。如果潮气在背光单元的某一部分聚集，在潮气聚集部分会发生光的折射或扩散，这引起背光单元的能见度或避光性能(light concealing property)变差。

因为背光单元的元件大多数经配置使其彼此堆叠的两侧形成平面形状，所以在背光单元的元件中很难形成排出潮气的结构。

在这点上，本发明涉及通过将其它技术构思应用于一侧具有凹/凸形状棱镜图案的棱镜片125，来促进背光单元中存在的湿气排出的技术。

发明内容

技术问题

因此，鉴于上述问题而进行本发明，且本发明的一个目的是提供能够容易地排出背光单元中存在的潮气的棱镜片。

本发明的另一个目的是提供使用上述棱镜片的LCD背光单元。

本发明要实现的目的不限于上述目的，且本领域技术人员从以下详细说明中能清楚地理解其它目的。

技术方案

根据本发明的一个方面，通过提供棱镜片来实现上述和其它目的，所述棱镜片包括：由透明材料制成的基膜，所述基膜具有平坦的第一表面；和包括在基膜的第二表面上与基膜整体形成的多个单元棱镜的光折射部分，基膜的第二表面与平坦的第一表面相反，单元棱镜具有预定的横截面形状且定向排列。当将光折射部分的每个单元棱镜的脊和平坦的第一表面的法线间的夹角定义为θ_n时，θ_n和θ_n+1具有彼此不同的值，且n是大于2的整数。

根据本发明的另一个方面，提供了LCD背光单元，包括导光板；置于所述导光板侧面或后面的光源；和形成在所述导光板表面上的前述棱镜片，其中光从所述表面向前行进。

有益效果

根据本发明的实施方式，可以制备具有折射光且排出背光单元中存在的潮气功能的棱镜片。因此，棱镜片可以有效地排出背光单元中存在的潮气，同时保持亮度、透过率和浑浊度与常规棱镜片基本相同。因此，可以制备能够使因潮气产生的图像斑点最小化的用于LCD背光单元的导光板。此外，因为可以在具有此优异除湿性能的棱镜片上形成光散射元件，所以可以省略现有技术所用的扩散片。因此，可以节省生产成本，且可以降低导光板的厚度。

附图说明

由以下结合附图的详细说明更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，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棱镜片的透视图；

图3至图6是表示在本发明实施方式的棱镜片30上提供的脊的图案的多种实例的透视图；

图7是在本发明的棱镜片上提供光散射元件以具有光散射性能和光折射性能的实例的视图；和

图8是图7中“A”部分的放大视图。

具体实施方式

现将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

由以下结合附图的详细说明更清楚地理解本发明的优点、特征和用于实现实施方式的方法。本发明不限于以下公开的实施方式，而能以其他多种具体方法实施。以下将做出详细描述，以通过优选实施方式使本领域技术人员容易地理解并实现本发明。本发明的范围应由所附权利要求书和其等价形式所限定。整个说明书中将使用相同的附图标记来指代相同或相似部件。

为了清楚描述本发明，在附图中对构成本发明的元件进行放大说明。在以下说明中，如果将一个元件描述为在另一元件的“内部提供”或与另一元件“连接”，其是指该元件与另一个元件接触安装，或者以距另一个元件指定距离安装。如果该元件以距另一个元件指定距离安装，应注意可省略对用于将该元件固定或连接到另一个元件的第三元件的描述。

图2是表示根据本发明实施方式的棱镜片的透视图。

如图2所示，根据本发明实施方式的棱镜片30包括具有平坦的第一表面301和与第一表面301相反的第二表面的基膜300。光折射部件320在基膜300的第二表面上形成，此处多个具有三角形横截面的单元棱镜310按一个方向排列。

基膜300用作棱镜片的基层。基膜300通常由如透明合成树脂(如聚乙烯、聚丙烯或聚碳酸酯)、玻璃、金属薄膜等透明材料制成。

基膜300的厚度没有特别地限制，然而此厚度通常是几微米(μm)。

光折射部件320用于折射透过基膜300的光，以此提供方向均一的光。光折射部件320形成在基膜300的第二表面上。

在本发明中，将光折射部件320设计为具有三角形横截面的棱镜。

也就是说，基膜300的第二表面与包括多个单元棱镜310的光折射部件320一起形成，从而以预定方向折射透过基膜300的光。

虽然在图2中显示出光折射部件320的每个单元棱镜310都具有三角形的横截面且在整体上具有三棱柱形状，但是光折射部件320的单元棱镜310的横截面形状并不限于三角形。具有半圆形(也称作半圆柱形或双凸透镜形)横截面或能够折射光的任何其它形状的横截面的单元棱镜可以应用于本发明。例如，单元棱镜可以设计为具有至少两个能折射光的光学平面的透明元件，其中这些光学平面的至少一对表面彼此不平行，如梯形截面。

当制备本发明的棱镜片30时，单元棱镜310的横截面形状确定取决于实际使用棱镜片的装置的特征、所需的视角、屏幕大小等。

由多个单元棱镜310组成的光折射部件320与基膜300形成为一体。更具体地，通过挤压形成用作基膜300的膜，在基膜300的第二表面上形成光折射部件320。

光折射部件320的每个单元棱镜310的脊302与平坦的第一表面301的法线303既不垂直也不平行，具有倾角。

将脊302定义为连接顶点(即每个单元棱镜310的横截面的最高点)的线。法线303是指与垂直于基膜300的平坦的第一表面301的线具有相同倾角的线。

还是参照图2，多个单元棱镜310的各个脊302以预定倾角倾斜。每个脊302的倾角在特定点变化，将此特定点定义为倾角变化点304。

更具体地，在附图中最低位排列的第一单元棱镜310中，脊倾角变化点304的右侧部分与法线形成角θ_n，且脊倾角变化点304的左侧部分与法线形成角θ_n+1。即，脊的倾角在倾角变化点304处改变。此处，θ_n和θ_n+1具有互不相同的值。

例如，如果脊的倾角变化点304左侧和右侧部分彼此对称，则θ_n和θ_n+1的总和是180度。

如图2所示，每个单元棱镜310具有单一的倾角变化点304。在整个单元棱镜310中倾角变化点304的位置互不重叠，且不规则地排列。优选地，以使连接三个相邻单元棱镜的倾角变化点的线不是直线的方式排列单元棱镜。这是因为如果三个相邻的倾角变化点位于相同直线上，会产生不可预期的图形。

不规则地排列倾角变化点304而在单元棱镜310之间不重叠的原因是为了阻止可能由于棱镜片30中产生的不可预期的图形而发生的不需要的光折射。

如上所述，因为将单元棱镜310的脊302设计为具有预定的倾角，所以在棱镜片30和保护膜或偏振膜间产生缝隙，该保护膜或偏振膜堆叠在棱镜片30上以形成LCD装置的背光单元，且因此背光单元中存在的潮气可通过缝隙顺利排出。

虽然在图2中示出了每个单元棱镜310的脊仅具有一个倾角变化点304，但是每个单元棱镜的倾角变化点304的数量不限于一个，且可以是多个。

然而，如果倾角变化点304的数量大量增加，则存在如倾角变化点304的位置会在单元棱镜间彼此重叠，或倾角变化点304会形成规则图形等问题。因此，优选将倾角变化点304数量的上限设为用单元棱镜的长度除以比单元棱镜起点的高度(h)大40倍的值得到的值。

例如，假定单元棱镜310的起点高度(h)是10，且单元棱镜310的长度是10,000，比高度(h)大40倍的值等于400，则倾角变化点的最大数量等于25(即10,000/400＝25)。因此，在以上条件下，倾角变化点数量范围为2至25个。

当倾角变化点304的数量为2个或更多个时，优选避免倾角变化点304位置在整个单元棱镜中重叠。尽管有部分重叠，但优选将重叠比保持在5％至10％或更低的范围。

图3至图6是表示在本发明实施方式的棱镜片30上提供的脊图案的多种实例的透视图。

更具体地，图3显示了各单元棱镜310的脊302形成有3个倾角变化点304。图4显示了以倒V形形成的每个单元棱镜的脊302(图2中显示的脊302以V形形成)。图5显示了各单元棱镜脊302以倒V形形成且具有三个倾角变化点304。图6显示了以具有半圆横截面的双凸透镜形形成各单元棱镜310，且各单元棱镜脊具有一个倾角变化点304。

参照图2，光折射部件320的多个单元棱镜310以一个方向排列，且连续形成使彼此间无间隙。然而，当更加需要光直射而非光折射时，可以在单元棱镜310之间形成平坦的平面。换句话说，单元棱镜310可以规则间隙排列，并非紧密排列。

优选将各单元棱镜310的高度(因为单元棱镜的高度都不一致，所以将所述高度定义为平均高度)范围设为跨距(pitch)(p)的50％至150％。例如，当跨距是60μm时，将单元棱镜的高度范围设为30μm至90μm。当单元棱镜310具有三角形的横截面时，顶角(θ)优选在30至120度。

图7是表示在棱镜片上提供光散射元件以具有光散射性能和光折射性能的实例的视图，图8是图7中“A”部分的放大视图。

参照图7和图8，光散射元件520不规则地分布在光折射部件320的下部，即相邻单元棱镜310之间形成的谷的下部。将光散射元件520设计为圆形透镜、椭圆形透镜或圆形和椭圆形透镜。

光散射元件520以如下方式覆盖光折射部件320的表面，即具有圆末端表面的多个透镜形元件彼此接触或彼此分离地以凹-凸形式分布在单元棱镜310的下部。

此时，光散射元件520的椭圆形透镜的大小应小于光折射部分的大小。更具体地，当将光散射元件520设计为圆形透镜时，透镜直径与棱镜跨距(P)的比值(直径/跨距比)优选范围为0.01至0.9。当将光散射元件520设计为椭圆形透镜时，透镜长径与棱镜跨距(P)的比值(长径/跨距比)优选范围为0.01至0.9。并且，光散射部分的高度与光折射部分的高度的比值优选范围为0.01至0.9。

以上数值范围的确定要考虑光散射部分的光散射效果和光折射特点。

形成光散射元件520以极小量散射来自光折射部件320的表面的光，所述光穿过基膜300和光折射部件320(此处，以极小量散射光是指最大程度地将光散射至环境，同时保持折射光的亮度减少比为约5％至10％)。

优选至少50％的光散射元件520分布在各单元棱镜310之间的谷表面，特别是在光折射部件320的单元棱镜310的一半高度(h)以下的区域。

上述分布密度由以下理由获得。本发明的棱镜片通过用具有与棱镜片相反形状(即具有凹陷图形)的模具来制备。此时，如果用喷砂方法处理具有与光折射部件320相反形状的模具表面，会严重损坏模具的突起部分(mountain portion)。如果用由此处理过的模具来制备棱镜片，模具的突出部分产生棱镜片的谷部，这导致光散射元件520集中到棱镜片的谷部。

虽然在图7和图8中已经描述了将光散射元件520设计为圆形透镜，但是也可以将光散射元件520设计为椭圆形透镜，或圆形和椭圆形透镜。

通常，光折射部件320的制备方式如下，即将具有凹陷图形的模具压在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陷图形的凸出棱镜形状。此时，透明膜的上表面成为具有棱镜形状的光折射部件320，且透明膜的下表面成为基膜300。

因此，如上所述，为了在棱镜片的制备过程中同时形成光折射部件320和光散射元件520，在具有凹陷图形的模具表面形成凹-凸部分，且用此模具进行挤压工艺。结果，可以制备出设计好的棱镜片，使得光折射部件320和光散射元件520形成为一体。

将上述棱镜片用于布置在光从中通过的导光板表面。通过使用形成有光散射元件520的棱镜片，可以省略此前单独提供的常规扩散片。

可以将本发明的棱镜片应用于侧边型LCD背光单元(光源置于导光板的侧表面)和直下型LCD背光单元(光源置于导光板下表面)。此外，可以将CCFL和LED中的任何一种用作光源。

在下文中，将对实验例进行解释，其证明通过使用本发明实施方式的棱镜片制备的导光板具有良好的混浊度(是指光散射的程度)、透过率和除湿性质。由于未描述的技术内容为本领域技术人员所熟知，将不省略其解释。

1.实验例和比较例

实验例

制备棱镜片，其中在基膜上部形成的多个单元棱镜中每个的脊都具有一个倾角变化点。

对由此制备的棱镜片进行设计，使得每个单元棱镜的顶角为90度，跨距为60μm，每个单元棱镜的起点高度为30μm，倾角变化点的高度平均约为28μm，倾角变化点的深度约为2μm，且相邻倾角变化点的位置无规则地排列而不重叠。

比较例

比较例的棱镜片与以上实验例的棱镜片相同，除了连接单元棱镜起点和终点的脊形成为直线，而不是在单元棱镜的脊处形成倾角变化点以具有预定倾角。

2.性能测定

(1)表面亮度的测定

用TOPCON公司制备的BM-7将以上实验例的棱镜片的中心亮度和以上比较例的棱镜片的中心亮度进行比较。此时所用背光单元是用于显示器的背光单元，型号为No.170EU-L31。

(2)混浊度和透过率的测定

在将棱镜形状的表面置于测定装置的检测器之下且棱镜的图形延伸方向与检测器一致的条件下，使用NHD 5000W测定混浊度和透过率。

(3)除湿性能的测定

切割实验例和比较例的棱镜片使得其棱镜方向彼此垂直。将由此切得的棱镜片组装到型号BLU 154X3-L06中以用于采用两个棱镜片的笔记本电脑中，使得下层部分的棱镜方向在背光单元的垂直方向上，且上层部分的棱镜方向在背光单元的水平方向上。将由此组装的测试样品在恒温和恒湿室中储存96小时。随后检查测试样品以测定其外观情况是否良好。

此时，保持恒温和恒湿室温度为60℃且湿度为75％。

3.性能测定的结果和分析

下表1显示了如上测定的性能结果

表1

	实验例	比较例
			中心亮度(cd/m2)	5.548	5.531
透过率(％)	8.72	9.04
			混浊度(％)	89.21	89.78
除湿	良好	出现斑点

参照上表1，当制备棱镜片使得每个单元棱镜的脊具有预定倾角且带有倾角变化点时(等同于本发明的实验例)，可以得出其中心亮度、透过率和混浊度与比较例的差别不大。

另一方面，从表1中也可以得出即使将本发明实验例的棱镜片在基本上为75％的湿度条件下长时间贮存时，也不会发生凝露的问题，或出现因凝露造成的背光单元光片上的斑点。这证明根据本发明的棱镜片具有极佳的除湿能力。

尽管已经参照附图和表格示出并说明了本发明的优选实施方式，但本发明不限于以上实施方式，且可以各种不同形式实施。本领域技术人员应理解的是，可以通过除本文所述方式之外的其它方式实施本发明而不背离本发明的精神和基本特征。因此，从所有方面而言，以上实施方式都是用于说明而非用于限制。

Claims (19)

1、一种棱镜片，包括：

由透明材料制成的基膜，所述基膜具有平坦的第一表面；和

光折射部件，包括在所述基膜的第二表面上与所述基膜整体形成的多个单元棱镜，所述基膜的第二表面与所述平坦的第一表面相反，所述单元棱镜具有预定的横截面形状且定向排列，

其中当将光折射部件的各单元棱镜的脊和所述平坦的第一表面的法线间的夹角定义为θ_n时，θ_n和θ_n+1具有互不相同的值，且n是大于2的整数。

2、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜的脊和平坦的第一表面的法线间形成的夹角θ_n和θ_n+1的总和是180度。

3、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜的脊具有一个倾角变化点，

且其中相邻单元棱镜的所述倾角变化点位于各单元棱镜的纵向上距端点不同距离处。

4、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜的脊具有一个倾角变化点，

且其中排列三个相邻单元棱镜的所述倾角变化点使得连接所述倾角变化点的线不是直线。

5、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜的脊具有的倾角变化点多于两个，且少于用所述各单元棱镜的长度除以大于所述各单元棱镜起点的高度40倍的值得到的值，

且其中倾角变化点的位置在整个单元棱镜中无规则排列且彼此不重叠。

6、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜的脊形成为V形或倒V形。

7、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述基膜由透明合成树脂材料制成。

8、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜具有能够折射光的至少两个光学平面，

且其中所述光学平面的至少一对表面互不平行。

9、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜具有三角形、半圆形或梯形的横截面。

10、如权利要求1所述的棱镜片，其中多个所述单元棱镜彼此间无缝隙地连续形成。

11、如权利要求1所述的棱镜片，其中多个所述单元棱镜以平坦平面隔开并以规则的跨距排列。

12、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜距平坦的第一表面具有预定高度，

且其中所述高度为所述单元棱镜跨距的50％至150％。

13、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述各单元棱镜具有三角形的横截面，

且其中所述各单元棱镜的顶角为30至120度。

14、如权利要求1所述的棱镜片，其中所述单元棱镜在相邻单元棱镜间的谷部具有整体形成的光散射元件以散射光，

且其中所述光散射元件无规则地分布在所述单元棱镜的谷表面。

15、如权利要求14所述的棱镜片，其中至少50％的所述光散射元件分布在所述各单元棱镜的一半高度以下区域的谷表面上。

16、如权利要求14所述的棱镜片，其中所述光散射元件形成为圆形透镜形状，

且其中所述透镜形状的直径为所述单元棱镜的跨距的0.01至0.9倍。

17、如权利要求14所述的棱镜片，其中所述光散射元件形成为椭圆形透镜形状，

且其中所述透镜形状的长径为所述单元棱镜的跨距的0.01至0.9倍。

18、一种LCD背光单元，包括：

导光板；置于所述导光板侧面或后面的光源；和

如权利要求1所述的棱镜片，所述棱镜片形成在所述导光板的表面上，其中光从所述表面向前行进。

19、一种LCD装置，包括：

面板部分，包含形成有彩色滤光片的上基板和形成有TFT的下基板；和

如权利要求18所述的背光单元，所述背光单元安装在所述下基板下方。

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