CN101819290B - 光学片、背光装置及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

一种聚光光学片，具有排列在透光性基底的一个主表面上的多个凹凸部，其中，凹凸部的排列间距为110μm～330μm，并且凹凸部的表面粗糙度(Ra)等于或小于0.1μm。

Description

光学片、背光装置及液晶显示装置

本申请是申请日为2007年4月16日、申请号为200710096903.4、发明名称为“光学片、背光装置及液晶显示装置”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。 

技术领域

本发明涉及一种通常用作液晶显示装置的功能膜的透光性光学片、以及设置有该光学片的背光装置和液晶显示装置。 

背景技术

与阴极射线管(CRT)相比，液晶显示(LCD)装置在减少功耗、缩小尺寸以及减薄厚度方面具有较大的优势，并且各种尺寸的液晶显示装置目前广泛应用于诸如移动电话和数字照相机的小型设备、乃至大型液晶电视机。 

液晶显示装置分为透射型液晶显示装置和反射型液晶显示装置。特别地，透射型液晶显示装置具有由保持在一对透明基板之间的液晶层构成的液晶显示面板和作为照明光源的背光单元。背光单元可分为光源直接紧接于液晶显示板设置的直下式背光单元和侧边式背光单元。 

在用于液晶显示装置的背光单元中，一般使用的是例如棱镜片或透镜片的聚光性光学片或膜(统称为“片”，除非另有特殊限定)，旨在将光源的发光方向对准至正面方向，从而改善正面亮度(front luminance)。参见专利申请第2001-524225号的PCT国际申请的日文译文。 

近年来，在液晶显示装置领域中，显示图像的质量呈现不断提高的趋势。对于改善图像质量来说，亮度的改善是必不可少的。因此，要求进一步改善以棱镜片为代表的聚光光学片的亮度特性。 

近年，来在液晶TV领域中，屏幕尺寸具有不断加大的趋势，因此，这就要求增加以棱镜片为代表的聚光光学片的尺寸。然而，当屏幕尺寸增加到50英寸或更大时，厚度仅与通常使用的光学片一样的光学片将得不到必要的刚度或刚性，从而产生挠曲，并且难以进行适当处理。同样可以预料，光学片刚度的降低可能降低背光装置或液晶显示装置的组装操作性，并很可能由于背光源的发热而导致挠曲(波纹(waviness))，这可能会干扰聚光特性，并可能因此使图像质量劣化。 

在考虑上述问题后进行了本发明，提供了能够进一步改善亮度特性并能够应对屏幕尺寸加大的光学片、背光装置以及液晶显示装置。 

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种聚光光学片，其具有连续排列在透光性基底的一个主表面上的多个凹凸部(irregularityportion)，其中，凹凸部的排列间距为110μm～330μm(端点包含在内)，并且凹凸部的表面粗糙度(Ra)为0.1μm或以下。 

在本发明中，各个凹凸部可由具有三角形截面几何形状的棱镜元件、或者具有双曲面、抛物面或高阶非球面的柱面透镜元件构成。通过在将排列间距(在下文中，统称为“透镜间距”)调整为110μm～ 330μm(包括端点)、以及将凹凸部的表面粗糙度(Ra：算术平均粗糙度)调整为0.1μm以下的情况下配置这些棱镜元件或透镜元件，将可获得高亮度特性，并且，通过将该光学片应用于液晶显示装置或背光装置将获得高质量的显示图像。 

本发明人的研究结果表明，透镜间距越大，就越能成功地改善亮度特性。在根据本发明实施例的光学片中，与不使用光学片的情况相比，小于110μm的透镜间距只会导致亮度提升率较小并且导致亮度特性不足。另一方面，超过一定程度的透镜间距会导致亮度提升比饱和，并且光学片的刚度降低变得更加明显。具体来说，超过330μm的透镜间距将大大降低亮度的提升率，且由于光学片刚度不足而降低了可处理性。这种趋势随着片尺寸的扩大而越加明显。 

凹凸部的表面粗糙度大大影响发射光的准直特性，其中，正面亮度随着表面粗糙度的变大而降低。随着透镜顶点变得更加尖锐，这种趋势变得更加明显。通过将透镜表面的表面粗糙度(Ra)调整为0.1μm以下，以及更优选地，调整到0.05μm以下，可以更好地防止正面亮度降低。 

构成凹凸部的透镜的几何形状可以是如上所述的棱镜的几何形状，或者可以是柱面透镜的几何形状。特别地，通过以预定几何形状构成透镜的端部(顶点)，在保持正面亮度为一定等级或以上的同时可以改善视角。 

更具体地，假设透镜端部的弦宽为“a”，以及透镜间距为Lp，透镜被配置成满足a/Lp≤0.18的关系。通过将透镜端部的弦宽调整为透镜间距的18％以下，如上所述，在保持正面亮度为一定等级或以上的同时可以改善视角。 

对于透镜具有棱镜几何形状的情况，本文中的“弦宽”是指，在宽度方向上连接分别由构成棱镜斜面的直线和构成端部曲面的曲线形成的交点的直线的长度，特别地，对于端部曲面是由球面组成的情况，“弦宽”是指两倍曲率半径。对于透镜具有柱面透镜几何形状的另一种情况，“弦宽”是指端部球面的曲率半径的两倍。 

对于透镜的端部曲面由球面构成的情况，假设曲率半径为R，以及透镜高度为Lh，透镜被配置成满足R/Lh≤0.40的关系。通过将透镜端部的曲率半径调整为透镜高度的40％以下，在保持正面亮度为一定等级或以上的同时可以改善视角。 

另一方面，在保持透镜几何形状不变的情况下增大透镜间距会导致透镜高度的增加，并且，如果基底厚度保持不变，还将导致透镜高度与基底厚度之比增加。在这种情况下，光学片的整体刚度降低(尤其是透镜宽度方向上的刚度)，随着透镜间距变大，光学片很可能弯曲，因此降低了其可处理性。可以通过限制高度(透镜高度)与片的基底厚度之比来抑制光学片的弯曲。优选地，将透镜高度限制为基底厚度的50％以下，从而使其可以承受片尺寸的加大。 

如果随着透镜间距的扩大而难以通过单层来形成足以支撑透镜的全部基底厚度范围，则使用两层或两层以上透光片的叠层来构成基底是有效的。例如，基底由支撑透镜的第一片基底、以及与第一片基底相对的第二片基底构成，同时在两者之间设置了粘合材料层。在这种情况中，通过构造光学片，使得第二片基底的厚度占片的总厚度的主要部分、或者使得第一和第二片基底的厚度值适当结合，可以容易地获得具有必要刚度的光学片。 

与此相反，用于避免由透镜间距的扩大引起的片刚度降低的另一技术手段涉及至少在支撑透镜的基底的周边的一部分上，提供一种保持基底平坦性的加固部分。当光学片在使用时，加固部分可以 配置成附接于基底的上缘的加固部件。另外，加固部件可以被配置为围绕基底的整个周边的框架，但是，优选地被配置为仅附接于基底的上缘。在这种配置中，使用上述的加固部件，通过构造形成在片的周边的一部分上并用于在背光装置内或液晶显示装置内连接光学片的接合部分，来有效地防止片发生由于背光源的发热引起的例如挠曲和波纹的变形。 

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的液晶显示装置的整体构成的示意性截面图； 

图2A和图2B是作为根据本发明实施例的光学片的聚光片的示例性构成的透视图，其中，图2A示出了以基于棱镜结构的凹凸部作为聚光层的实施例，而图2B示出了以基于柱面透镜结构的凹凸部作为聚光层的实施例； 

图3是示出聚光片的透镜间距和正面亮度之间的示例性关系的曲线图； 

图4是示出表示聚光片的透镜间距和正面亮度之间关系的实验结果的曲线图； 

图5是示出表示凹凸部的表面粗糙度和正面亮度之间关系的模拟结果的曲线图； 

图6A和图6B是构成凹凸部的棱镜部件的示意性侧视图。 

图7是构成凹凸部的透镜部件的示意性侧视图； 

图8是示出表示端部的曲率半径与透镜部件高度之比相对于正面亮度的实验结果的示意图； 

图9是示出表示透镜高度与聚光片的基底厚度之比相对于波纹的发生的实验结果的表格； 

图10是示出聚光片的另一示例性配置的示意性侧视图； 

图11是示出表示聚光片的基底厚度与透镜部件的弯曲刚性之间关系的实验结果的曲线图； 

图12A和图12B是示出聚光片的示例性加固结构的示意图，其中，图12A为正面图，而图12B为沿着图12A中的线[B]-[B]的截面图；以及 

图13是示出表示通过在聚光片的背面上形成微小凸部导致的聚光片雾度值和亮度降低的可能性、波纹、以及在振动测试中产生刮痕的敏感性之间的关系的实验结果的表格。 

具体实施方式

以下段落将参考附图描述本发明的实施例。应该了解的是，本发明决不是仅限于下面描述的实施例，而是允许基于本发明的技术精神的各种修改。 

图1是示意性地示出根据本发明实施例的液晶显示装置10的示例构成的截面图。首先，将示意性地描述液晶显示装置10的构成。 

如图1中所示，液晶显示装置10具有背光单元1和液晶显示板2。背光单元1在本实例中表示为直下背光型，也可以是侧边背光型。 

如图1所示，背光单元1将经过调节的光提供给液晶显示板2，并紧邻设置于液晶显示板2的背面之下。液晶显示板2通过以时间相关和空间相关的方式调节从背光单元1提供的光来在其上显示信息。液晶显示板2具有分别设置在其两面的偏光板2a、2b。偏光板2a和偏光板2b只允许入射光的正交偏光成分的其中之一穿过，并且通过吸收来遮蔽另一个。偏光板2a和偏光板2b通常被设置为使其透射轴彼此垂直相交。 

液晶显示板2具有在面板的横向和纵向上以预定间距排列的多个像素，并通过按像素控制由背光单元1照射的光的透射率来在面板的正面显示预定图像。这里所显示的图像是彩色图像，但是当然并不局限于此。 

如图1中所示，背光单元1一般具有反射板11、光源12、散射板13、聚光片14、散射片17、以及反射型偏光片18。除了这些部件之外，还允许装配任何其他光学元件。可以省略散射板13、散射片17、以及反射型偏光片18，或者按照特殊场合的要求来改变这三个部件的排列顺序。 

光源12将光提供给液晶显示板2(在所示的实例中设置了多个光源)，通常由荧光灯(FL)、电致发光(EL)元件、发光二极管(LED)等构成。 

设置反射板11，以覆盖光源12的底部和侧部，在底部和侧部方向上反射从光源12发射的光，并将光引向液晶显示板2。 

散射板13设置在光源12之上，散射从光源12发射的光和反射板11上反射的光，以便使亮度均匀。在本实施例中所使用的散射板13比较厚，在透光材料中分散有光散射粒子。 

聚光片14对应于根据本发明的光学片，通过设置在散射板13上而改善了例如照明光的指向性。聚光片14的详细构造将在后面描述。 

散射片17设置在聚光片14上，并且在光在预定角度范围内散射之后，能使已通过聚光片14在指向性上得以改进的光通过其发射出去。本实施例中所采用的散射片17在透光片基底的光发射面一侧上例如设置有具有光散射不规则结构的散射面。 

反射型偏光片18设置在散射片17上，仅允许被散射片17散射的光的正交偏光成分的其中一个穿过，并反射另一个。透过反射型偏光片18的偏光成分的振动方向被设为与设置在液晶显示板2的光入射侧上的偏光板2a的透射轴平行。 

接下来的段落将详细描述根据本发明实施例的聚光片(光学片)14的构造。 

图2A和图2B是示意性地示出作为根据本发明实施例的光学片14的聚光片的示例性构成的透视图。聚光片14具有近似矩形片的几何形状，并通过在透光性基底14B的一个主表面(光射出面)上的一个方向(图中的X方向)上连续排列多个具有聚光功能的凹凸部14C的棱镜片或透镜片来配置。 

聚光片14不仅包括具有通过铸造、热压、熔融挤压成型等以集成方式形成的基底14B和凹凸部14C的聚光片，还包括通过将由紫外固化树脂构成的凹凸部14C在基底14B上固化并使其粘附在其上的转印法(transfer method)形成的聚光片。基底14B和凹凸部14C由聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树脂等构成。现在可以理解，凹凸部14C包括接下来描述的棱镜部件14P和柱面透镜部件14L。 

图2A中所示的聚光片14的光射出侧的表面上排列有多个形成为凹凸部14C的、具有三角形截面的棱镜部件14P。图2B中所示的聚光性片14的光射出侧的表面上排列有多个形成为凹凸部14C的、具有双曲面、抛物面或高阶非球面的柱面透镜部件14L。 

另一方面，假设Z轴与光学片上的法线方向平行，X轴沿着柱面透镜部件的列方向，以及Y轴沿着柱面透镜部件14L的母线方向，柱面透镜部件14L被构成为具有由左右对称的双曲面或抛物面轮廓表示的截面几何形状，其满足以下公式(1)，从而给出在照射光的射出侧上的有限焦距： 

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})---\left(1\right)$

其中，R表示末端顶点的曲率半径[μm]，K表示二次曲线常数。注意，本专利说明书中使用的符号“√”表示其后的数学表达式所确定的值的平方根。 

在另一情况中，假设Z轴、X轴和Y轴与上述情况类似，柱面透镜部件14L被构成为具有由左右对称的非球面轮廓表示的截面几何形状，其满足以下公式(2)，从而给出在照射光的射出侧上的有限焦距： 

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})+{\mathrm{AX}}^4+{\mathrm{BX}}^5+{\mathrm{CX}}^6+...---\left(2\right)$

这里，R表示末端顶点的曲率半径[μm]，K表示二次曲线常数，而A、B、C...中的每一个表示非球面系数。 

聚光片14被配置为具有以110μm～330μm(包括端点)范围内的间距(透镜间距)Lp排列的凹凸部14C。下面，将参考图3来说明透镜间距Lp的上限。 

图3示出了聚光片14的透镜间距和产生的正面亮度之间的关系。横坐标表示透镜间距[μm]，而纵坐标表示正面亮度，其表示为具有90°顶角、以50μm的间距排列的棱镜部件的棱镜片的亮度相对值。横坐标上的透镜间距通过对数标度来表示。 

图3示出了具有90°顶角的棱镜部件的棱镜片的数据，以及具有柱面透镜部件14L(其具有通过上述公式(1)表示的双曲面几何形状)的透镜片的数据。可以发现，随着透镜间距的增大，存在正面亮度整体增加的趋势。由于透镜部件14L的顶点是被倒角的，这不同于棱镜片14P，因此，在同一透镜间距情况下，透镜片的亮度低于棱镜片的亮度。随着透镜间距变小，透镜顶点的这种倒角所产生的影响变大，并导致亮度降低，不过透镜间距的扩大可以缓和由于透镜顶点的倒角所产生的影响。 

从图3中可以发现，可以通过增大透镜间距来提高亮度。然而，亮度提高率随着透镜间距的增大而减小，并且在大约330μm时饱和。换句话说，增大到330μm或以上的透镜间距对亮度提高只会产生很小的效果。因此，考虑到亮度提高率，优选将透镜间距的最大值设置为330μm左右。 

接下来，将参考图4来说明透镜间距Lp的下限。图4示出了表示具有柱面透镜部件14L(其具有通过上述公式(1)表示的双曲面几何形状)的透镜片的透镜间距和亮度提升率之间的关系的实验结果。在该实验中，通过参考图1将了解到，对通过仅设置有散射板和聚光片(本实施例中的透镜片)14的构造得到的正面亮度相比于通过仅具有设置在光源12和液晶显示板2之间的散射板13的构造得到的正面亮度被提高到的程度进行了测量。图中的横坐标表示透镜间距[μm]，而纵坐标表示假设对于没有透镜片的情况的值为1时的亮度提升率。 

这里，可应用的散射板包括由聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸-苯乙烯树脂(acryl-styrene resin)、环烯树脂(cycloolefinic resin)(商品名：Zeonor树脂(Zeon公司的注册商标)，Arton树脂(JSR公司的注册商标)等构成的散射板(假定具有表面散布性几何形状)，或者具有与上述材料混合的有机粒子(例如丙烯酸粒子和苯乙烯粒子)或无机粒子(例如二氧化硅、氧化铝、氧化钛)的散射板。任何材料的使用都会产生类似结果。 

图4总体上示出了透镜端部的曲率半径R为10μm的透镜片和透镜端部的曲率半径R为12μm的透镜片的亮度提升比。可以发现，总的来说存在正面亮度随着透镜间距的增大而提高的趋势。在同样的透镜间距下，由于R＝12μm的透镜顶点的倒角程度更大，因此，R＝12μm的透镜片示出的亮度小于R＝10μm的透镜片的亮度。随着透镜间距变小，透镜顶点的这种倒角所产生的影响变大，并导致亮度降低，但透镜间距的增大可以缓和由于透镜顶点的倒角所产生的影响。 

为了提高正面亮度，聚光片14通常设置在散射板13之上。因此，如果不能在一定程度上提高亮度，那配置聚光片14就不具有太大意义。为此，本发明被设计为使得聚光片14能按要求达到亮度提高1.5倍或以上的效果(例如图4中所示)，并使聚光片14具有能够满足条件的透镜间距和透镜几何形状。在本实例中，对于端部的曲率半径为10μm或更小的双曲面柱面透镜片，透镜间距的下限确定为110μm。 

通过使用多个类似于参考图1所说明的散射片17的片，在相关技术中已经实现了亮度提升率达到1.5倍或以上，但是聚光片14的使用使得不再需要设置那么多个散射片。 

聚光片14的亮度特性不仅受到透镜间距Lp的极大影响，还受到凹凸部14C的表面(透镜面)粗糙度的影响。图5示出了表示凹凸部14C的表面粗糙度(Ra)与相对亮度之间的关系的模拟结果。所使用的三个样品基本上都具有顶角为90°的棱镜部件，并且每个样品的端部的曲率半径R为0、0.5、以及1.0。横坐标表示表面粗糙度(Ra)[μm]，而纵坐标表示假定R＝0和Ra＝0的样品的亮度为1时的相对亮度。 

从图5中显而易见，所有样品都呈现出所产生的亮度随着凹凸部表面粗糙度(Ra)的增加而减小的趋势。因此，表面粗糙度被限制在Ra≤0.1μm(100nm)的范围内，更优选地，被限制在Ra≤0.05μm(50nm)的范围内。该限制可以防止亮度降低。 

如上所述，通过将凹凸部14C的排列间距调整到110μm～330μm(包括端点)的范围内、以及通过将凹凸部14C的表面粗糙度(Ra)调整为0.1μm或更低，可以得到具有极好亮度特性的聚光片14。 

在本文中，应该明白，也可以通过每单位长度的凹凸部的总数来表示透镜间距。在透镜间距为110μm～330μm(包括端点)的条件下，每1mm的凹凸部14C的脊线和凹谷的总数落在6.06～18.2[/mm]范围内。 

接下来，将详述凹凸部14C。 

图6A示出了棱镜部件14P的截面几何形状。棱镜部件14P具有等腰三角形截面，棱镜部件的一对斜面之间的角(或顶角θ)为70°～110°(包括端点)，优选地，为85°～95°(包括端点)，以及更优选地，为90°。 

也可以根据图6B中所示的几何形状来形成棱镜部件14P。图6B中所示的棱镜部件14P在其端部具有经过倒角的几何形状。在这种情况中，当将在宽度方向上连接分别由一对构成棱镜部件斜面的直线P1、P1和构成端部的曲线P2形成的交点R1、R2的直线的长度设为弦宽“a”[μm]时，并且当假设将透镜间距设为Lp[μm]时，则棱镜部件14P被配置为满足a/Lp≤0.18的关系。换句话说，棱镜部件14P被配置为使得弦宽“a”为排列间距(透镜间距)的18％或更小。对于曲线P2所属的曲面为球面的情况，弦宽“a”被限定为该曲线的两倍曲率半径。通过采用这样的配置，在将正面亮度保持在如图4中所示的亮度提升率达到1.5倍或以上的一定等级的同时，可以改善视角。 

另一方面，图7示出了柱面透镜部件14L的示例性截面几何形状。透镜部件14L具有通过在其端部(顶点)处的一定曲率半径R表示的曲面部分。在这种情况中，透镜部件14L被构成为使得透镜部件14L的两倍曲率半径(2R)对应于透镜部件14L的弦宽“a”[μm]，并使得结合透镜间距Lp[μm]满足a/Lp≤0.18。通过采用这样的结构，在将正面亮度保持在如图4中所示的亮度提升率达到1.5倍或以上的一定等级的同时，可以改善视角。 

假设端部的曲率半径为R[μm]、以及透镜高度(凹凸部14C的高度)为Lh，图7中所示的透镜部件14L被配置为满足R/Lh≤0.40的关系。通过将透镜端部的曲率半径调整为透镜高度的40％或以下，在将正面亮度保持在如图4中所示的亮度提升率达到1.5倍或以上的一定等级的同时，可以改善视角。 

关于如图6B中所示的在其端部具有曲面几何形状的棱镜部件14P，同样对于曲面几何形状是球面几何形状的情况，假设球面的半径为R，类似地配置棱镜部件14P以满足结合透镜高度Lh的R/Lh≤0.40的关系。 

接下来将说明a/Lp≤0.18和R/Lh≤0.40的各个相关表示式。图8示出了表示多个用聚碳酸酯制成的双曲柱面透镜的正面亮度的实验结果，这多个双曲柱面透镜被构造为在几何形状上互不相同。在图8中，横坐标表示透镜部件的端部曲率半径R与透镜高度Lh之比(R/Lh)，而纵坐标表示相对于仅散射板获得的亮度值的亮度提升率，对应于图4中的纵坐标。假设横坐标为x，纵坐标为y，基于各个点所推算的近似表达式为函数y＝-0.3193x+1.6308。 

在双曲柱面透镜片中，弦宽“a”大约为曲率半径R的两倍，而透镜高度Lh大约为透镜间距的0.45倍。因此，可以得出结论，如参考图4所说明的一样，能够确保亮度提升率达到1.5倍左右的双曲柱面透镜片是透镜间距Lp为110μm、并且端部的曲率半径R为10μm的透镜部件，其中，这种情况下的a/Lp(近似等于2R/Lp)大约等于0.18。另一方面，2R/Lh的值约为0.40。 

如上所述，可以得出结论，由满足各个关系a/Lp≤0.18和R/Lh≤0.40的透镜部件构成的透镜片可以确保亮度提升率达到1.5倍以上的正面亮度。同样，可以得出结论，因为透镜的端部被配置为具有曲面几何形状，所以可以改善视角特性。考虑到实现改善视角的效果，优选地，弦宽“a”被调整为透镜间距Lp的3％以上。也就是说，最好能满足0.03≤(a/Lp)≤0.18。 

接下来，将说明透镜间距和片的刚度或刚性。 

在保持透镜几何形状不变的情况下，透镜间距的扩大使透镜高度变大，并且如果基底厚度保持不变，则这种透镜间距的扩大提高了透镜高度与基底厚度之比。在这种情况下，整个透镜片的刚度，特别是透镜宽度方向上的刚度，倾向于随着透镜间距的增大而降低，使得聚光片很可能产生挠曲(波纹)，因此降低了可处理性。聚光片刚度的不足也可能成为由于使用中的背光源的发热引起的 波纹的起因，并且这可能会扰乱聚光特性，从而可能使图像质量劣化。 

因此，在本实施例中，通过设置片的透镜高度与基底厚度之比的上限来抑制膜片的挠曲。更优选地，透镜高度被调整为基底厚度的50％或更低。因此，承受片尺寸的增大变得可能。 

图9示出了按照不同的透镜间距和基底厚度所制成的样品中发生波纹的实验结果。将透镜片的透镜间距Lp调整为100μm、110μm、160μm、200μm、250μm、300μm、330μm、350μm、400μm或450μm，将透镜高度调整为大约透镜间距Lp的0.45倍，以及将基底厚度Lt调整为200μm、300μm或400μm。对于那些显示没有波纹的实验结果，波纹被评价为“○”，对于那些通过面板被发现显示波纹(引起聚光特性的干扰，并且因此降低了图像质量)的实验结果，波纹被评价为“×”，而对于那些虽然没有严重到降低图像质量但是仍发现产生了波纹的实验结果，波纹被评价为“△”。 

通过计算透镜高度与基底厚度之比(Lh/Lt)、以及通过设置焦点在波纹发生处，可以发现，伴随图像质量的劣化的波纹可以通过满足Lh/Lt≤0.5(即通过将透镜高度调整为不大于基底厚度的50％)来抑制。因此，通过将透镜高度调整为不大于基底厚度的50％(优选地，调整为不大于基底厚度的40％)，可以确保足够的刚度以防止由于波纹产生的图像质量的劣化。 

如果随着透镜间距的扩大而难以通过单层来达到足以支撑透镜的基底厚度，则使用两层或两层以上的透光片的叠层来构成基底是有效的。图10示意性地示出了聚光片14的示例性配置的侧视图。图10中所示的聚光片14是由支持透镜(凹凸部)14C的第一片基底21和与第一片基底21相对的第二片基底22组成，同时在两基底之间设置了粘合材料层20。通过使用第一和第二片基底21、22 的叠层来构成聚光片14的基底14B，可以确保基底14B的刚度，并且通过防止聚光片14出现波纹来提高可处理性，从而可以防止图像质量劣化。 

构成第一和第二片基底21、22的材料没有特别限制，只要具有透光性即可，可适用的例子不仅包括由聚碳酸酯、PET和丙烯酸树脂构成的树脂片，还包括塑料板和玻璃板。可以使用紫外固化粘合剂、压敏粘合剂、热融粘合剂等来构成粘合材料层20。优选地，粘合材料层20的折射率等于或小于第一和第二片基底21、22的折射率。 

通常，在紫外线过度照射的情况下，树脂材料容易发黄。聚光片在这种情况下不再能保持所期望的透光特性，这是因为片的这种着色会影响光透过该片。更具体来说，透射光中的蓝色波长成分减少。因而，将紫外线吸收剂添加到第一和第二片基底21、22中的至少一个中可以抑制由于紫外线照射引起的片基底的发黄。 

在本文中，也可以将蓝色染料代替紫外线吸收剂或与紫外线吸收剂一起添加到粘合材料层。因此，可以校正第一片基底21的着色，从而可以防止透过片的光的调制。 

为了抑制在层叠之后片的变形，优选考虑进行第一和第二片基底的分子排列。更具体地，将各个片基底的分子排列的方向之间形成的角设置为20°或更小。使各个片基底的厚度相等，或者采用一个片基底占片总厚度的主要部分的配置，对于抑制片的变形同样有效。 

第一和第二片基底21、22的厚度没有特别限制，其中，可以对各个片的厚度进行适当选择，使得在叠加后可以得到片的目标厚度，通常在50μm～500μm(包括端点)的范围内。考虑到防止在 层叠后基底14B的变形，优选使第一和第二片基底21、22的厚度彼此相等，或者采用一个片基底占片总厚度的主要部分的配置。 

对于第一和第二片基底21、22都是由同样的材料构成的示例性情形，可以通过使这些片基底具有相同的厚度来抑制变形。另一方面，对于第一和第二片基底21、22是由不同的材料构成的情形，即使这些片基底具有相同的厚度也可能发生变形。在这种情况中，优选根据材料组合来平衡厚度。对于第一片基底21由聚碳酸酯构成、第二片基底22由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成的示例性情形，将第一片基底21与第二片基底22的厚度比调整为6∶4左右。 

第一片基底21也根据透镜间距而发生刚度改变。更具体地，在片厚度恒定的情况下，随着透镜间距变大，凹凸部14C的排列方向上的刚度倾向于降低。因此，根据透镜间距，通过将第一片基底21和第二片基底22的厚度最优化，可以将聚光片14的刚度保持在适当的等级。 

此外，刚度也可能随树脂的种类而改变。图11示出了基底厚度与透镜弯曲方向上的弯曲刚性(bending stiffness)之间的关系。可以发现，PET的弯曲刚性大于聚碳酸酯(PC)。通过在第一和第二片基底21、22的材料选择上考虑这种材料固有的弯曲刚性，可以使聚光片14的刚度最优化。 

另一方面，用于避免由于透镜间距的扩大而引起的片刚度的降低的另一技术手段通过图12A和图12B中典型示出的配置来举例说明。在图中所示的实例中，对于当聚光片14在使用中时形成基底14B的上缘部分的区域，设置了加固部件25，其典型地由用于维持基底14B平坦性的具有足够的强度和耐热性的金属等构成。通过附接加固部件25以支撑基底14的上缘，加固部件25构成了本发明 实施例的“加固部分”，用于维持基底14的平坦性。同样，可通过部分加厚基底14的上缘而不是附接加固部件25来构造加固部分。 

光学片(例如，聚光片)通常以悬挂在背光单元或液晶显示装置内部的框架部分的状态而组装。然而，光学片很可能在由于透镜间距的扩大引起的其刚度降低的条件下发生挠曲，并降低在装配处理中的可使用性。同样，可以预料到，在装配后的使用期间，形成在片的上缘上与框架部分结合的接合部分可能由于背光源的发热而变形，从而损害了光学片的平坦性。在这种情况下，聚光面的平坦性无法保持，因而，透镜的聚光特性在平面内发生改变，并且显示图像的质量发生劣化。 

相反，通过提供接合片27(每一个都具有允许与框架部分接合的接合孔26)给以与之结合的状态来支撑基底14B的上缘的加固部件25的一部分，图12A和图12B中所示的示例性配置可以成功地改善在背光或液晶显示装置的装配处理中的可使用性，可以防止由于背光源的发热引起的接合部分的热变形，从而避免由于聚光片14的平坦性的降低引起的图像质量劣化。 

如图12A和图12B中所示，在聚光片14的悬挂状态下，可以在基底14B的下缘连接重锤条(weight bar)28，从而通过自重确保片的平坦性。对于聚光片14的基底14B太薄的情况，这种配置尤其有效，这是因为，很难利用自身片的自重来确保片的平坦性。 

此外，本实施例的聚光片14，在其背面(允许光通过该面入射)上，换句话说，就是在其上形成有基底14B的凹凸部14C的一个主表面的相反侧上的另一主表面上，具有用于使另一主表面变粗糙的微小凸部。 

凸部的高度没有特别限制，但是最好能被调整为平均中心面(JIS B0601-1994)以上0.20μm或更高。优选地，具有平均中心面以上0.20μm或更高的高度的凸部的密度落入70/mm²～400/mm²的范围内。通过将凸部密度调整为70/mm²或更高，可以改善由于与设置在聚光片14的背面侧的散射板13的平面部分的相干涉引起的外观模糊。通过将凸部密度调整为400/mm²或更低，可以抑制由于聚光片14的背面侧上设置的凸部引起的液晶显示装置的亮度降低。 

每个具有平均中心面以上0.20μm高度的相邻凸部之间的平均距离没有特别限定，但是优选地，一般将其调整为50μm～120μm。通过将凸部的平均距离调整为50μm或更大，可以抑制由于聚光片14的背面侧上设置的凸部引起的液晶显示装置的亮度降低。通过将凸部的平均距离调整为120μm或更小，可以防止散射板13的表面由于与聚光片14的背面接触而产生刮痕，以及可以改善由于与散射板13的平面部分相干涉所引起的外观模糊。 

优选地，在聚光片14的背面(光入射面)上设置凸部，以将聚光片的雾度调整为不大于其上没有形成凹凸部14C的状态时的20％。此外，优选地，将具有形成于其上的凸部的聚光片14背面的平均斜率调整为0.25rad或更小。 

图13示出了分别就亮度特性、波纹或粘附、以及在振动测试下在片的背面侧产生刮痕的可能性方面，对具有不同雾度值的多个聚光片的评价结果图。雾度值超过20％的样品呈现出亮度降低，而对于雾度值不大于20％的样品，没有观察到亮度降低。同样，可以了解到，通过在片的背面上形成凸部，可以抑制与其他部件的粘附和所产生的波纹、以及由于振动在片的背面产生的刮痕。同样，可以确定，2％或更小的雾度导致了不能有效地防止在片的背面产生刮痕。对于那些显示没有波纹的评价结果，波纹被评价为“○”，对于那些被发现通过面板显示出波纹(引起聚光特性的干扰，并且因 此使图像质量劣化)的评价结果，波纹被评价为“×”，以及对于那些被发现产生波纹但并不是严重到使图像质量劣化的评价结果，波纹被评价为“△”。 

如上所述，与常规等级相比，本发明可以提高亮度，并且可以使刚度和亮度都达到能承受由于屏幕尺寸的加大所导致的片尺寸的扩大的等级。 

对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (12)

1.一种聚光光学片，具有排列在透光性基底的一个主表面上的多个凹凸部，其中：

所述凹凸部的排列间距为160μm～330μm，

所述凹凸部的表面粗糙度为0.1μm或以下，

所述凹凸部是具有双曲面或抛物面或高阶非球面的柱面透镜部件，以及

假设Z轴与所述光学片上的法线方向平行，并假设X轴沿着所述柱面透镜部件的列方向，则所述柱面透镜部件的截面几何形状满足以下两个公式之一：

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})$

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})+A{X}^4+B{X}^5+C{X}^6+...$

其中，R表示末端顶点的曲率半径，所述曲率半径的单位是μm，K表示二次曲线常数，A、B、C…中的每一个表示非球面系数。

2.根据权利要求1所述的光学片，其中：

所述凹凸部的端部具有曲面几何形状，以及，

所述端部的弦宽不大于所述凹凸部的排列间距的18％。

3.根据权利要求1所述的光学片，其中：

所述凹凸部的端部具有非球面几何形状，以及

所述端部的曲率半径不大于所述凹凸部的高度的40％。

4.根据权利要求1所述的光学片，其中：

所述凹凸部的高度不大于所述基底的厚度的50％。

5.根据权利要求1所述的光学片，其中：

所述基底在与设置有所述凹凸部的主表面相对的另一主表面上还具有凸部，以及

所述凸部被设置来将所述光学片的雾度调整为不大于在其上没有形成凹凸部的状态时的20％。

6.根据权利要求1所述的光学片，其中：

所述基底由彼此粘合的透光片的叠层构成，同时在所述透光片之间设有粘合材料层。

7.根据权利要求6所述的光学片，其中，所述叠层由以下部分构成：

第一片基底，用于支撑所述凹凸部；以及

第二片基底，与所述第一片基底相对，同时在两者之间设有所述粘合材料层。

8.根据权利要求7所述的光学片，其中：

所述第一片基底和所述第二片基底中的至少一个添加有紫外线吸收剂。

9.根据权利要求1所述的光学片，其中：

所述基底具有保持所述基底平坦性的加固部分，其至少被设置在所述基底的周边的一部分上。

10.根据权利要求9所述的光学片，其中：

当所述光学片在使用时，所述加固部分是附接至所述基底的上缘的加固部件。

11.一种背光装置，包括光源和调节从所述光源发射的光的光学片，其中：

所述光学片具有排列在透光性基底的一个主表面上的多个凹凸部，其中：

所述凹凸部的排列间距为160μm～330μm，

所述凹凸部的表面粗糙度为0.1μm或以下，

所述凹凸部是具有双曲面或抛物面或高阶非球面的柱面透镜部件，以及

假设Z轴与所述光学片上的法线方向平行，并假设X轴沿着所述柱面透镜部件的列方向，则所述柱面透镜部件的截面几何形状满足以下两个公式之一：

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})$

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})+A{X}^4+B{X}^5+C{X}^6+...$

其中，R表示末端顶点的曲率半径，所述曲率半径的单位是μm，K表示二次曲线常数，A、B、C…中的每一个表示非球面系数。

12.一种液晶显示装置，包括液晶显示板、设置在所述液晶显示板的背面的光源、以及设置在所述液晶显示板和所述光源之间的光学片，其中：

所述光学片具有排列在透光性基底的一个主表面上的多个凹凸部，其中：

所述凹凸部的排列间距为160μm～330μm，

所述凹凸部的表面粗糙度为0.1μm或以下，

所述凹凸部是具有双曲面或抛物面或高阶非球面的柱面透镜部件，以及

假设Z轴与所述光学片上的法线方向平行，并假设X轴沿着所述柱面透镜部件的列方向，则所述柱面透镜部件的截面几何形状满足以下两个公式之一：

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})$

$Z=X^2/(R+\sqrt{(R^2-(1+K)X^2)})+A{X}^4+B{X}^5+C{X}^6+...$

其中，R表示末端顶点的曲率半径，所述曲率半径的单位是μm，K表示二次曲线常数，A、B、C…中的每一个表示非球面系数。