CN101994987B - 光学片和使用该光学片的背光单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学片和使用该光学片的背光单元，该光学片包括棱镜图案，该棱镜图案具有相对于光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的聚光轴，由此在不减小视角并不增加成本的情况下获得提高的对比度。该光学片包括多个交叉棱镜图案，各交叉棱镜图案具有相对于光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的第一聚光轴和第二聚光轴。

Description

光学片和使用该光学片的背光单元

技术领域

本发明涉及光学片，更具体地，涉及光学片以及使用该光学片的背光单元，该光学片包括棱镜图案，该棱镜图案具有相对于光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的聚光轴，由此在不减小视角并不增加成本的情况下获得提高的对比度。

背景技术

本申请要求2009年8月10日提交的韩国专利申请No.10-2009-0073145的优先权，此处以引证的方式并入其内容，如同在此进行了完整阐述。

阴极射线管(CRT)为一种通常使用的显示设备，主要用于电视、测量仪器和信息终端等的监视器。但是，CRT具有重量沉和体积大的问题，因此肯定不能应付对电子设备的更小尺寸和更轻重量的需求。

因此，CRT在尺寸、重量和其它特性上具有限制而不能满足更轻和更小的电子设备的要求。CRT的可能的替代品包括：使用电场光效应的液晶显示器(LCD)、使用气体放电的等离子体显示板(PDP)和使用电场发光效应的电致发光显示器(ELD)等。在这些替代品中，正在积极地进行对LCD的研究。

LCD具有替代CRT所需要的几个优点，如尺寸小，重量轻以及电功率消耗低。最近，LCD已经被积极地研发为能够胜任平板显示设备的角色，并用于膝上型计算机、桌上型计算机的监视器和其它大规模的信息显示设备中。对LCD的需求在持续地增长。

这类LCD中的大多数为光接收设备，其通过调整从外部传入的光量来显示图像，因此具有对光源(即将光照射到LCD面板的背光单元)的基本需求。

通常，根据对圆柱形荧光灯的设置，将用作LCD光源的背光单元分为侧光式背光单元和直下式背光单元。

当LCD尺寸增加到20英寸以上时，开始正式地研发直下式背光单元。在直下式背光单元中，多个灯在散射板的下面被排列成一条线，以直接将光照射到LCD面板的前表面。

在侧光式背光单元中，灯单元被安装在用于引导光的导光板的侧表面。灯单元包括：发射光的灯，连接在灯的相对端部以保护灯的灯座，以及围绕灯的外围表面的灯反射器，该灯反射器的一侧被安装到导光板的侧表面以使得从灯发出的光朝着导光板反射。

上面描述的两种类型的背光单元都还可以包括具有聚光功能的棱镜片。该棱镜片可以位于光源或导光板的上面，并用于会聚从下面的光源发射的光并将会聚的光传送到光出射面。

下面，将参照附图描述常规的棱镜片。

图1A和图1B为示出了分别具有水平聚光轴和垂直聚光轴的不同棱镜片的图。

图1A示出了棱镜片1，其中棱镜峰在水平方向上重复，各棱镜峰在穿透附图的方向上延伸。在这种情况下，以在水平方向上收集从棱镜片下面的光源发出的光的方式进行聚光。

图1B示出了棱镜片2，其中棱镜峰在垂直方向上重复，各棱镜峰在水平方向上延伸。在图1B中，右侧图为沿着穿过水平延伸的棱镜峰顶点的方向截取的截面图，虚线表示棱镜峰的最低点。在这种情况下，以在垂直方向上收集光的方式进行聚光。

在上述棱镜片1和2的情况下，其中棱镜峰在如图1A和图1B所示出的给定方向上延伸，虽然在棱镜峰重复的方向上进行聚光，但是各棱镜峰在其纵向方向上表现出聚光效果的恶化。由于在特定方向上的这种聚光特性，在垂直方向上的视角和在水平方向上的视角可能具有不同的特性。

用于背光单元的上述常规的棱镜片具有如下问题。

在用于背光单元的常规的棱镜片中，棱镜峰彼此平行地设置以在特定方向上具有方向性，由此在给定方向上获得了高聚光效应，但在另一方向上具有差聚光效应。这导致了在水平方向上的视角和垂直方向上的视角之间的特性差异。

为了解决上述问题，曾经尝试过这样一种方法，其中光学片以这样的方式设置以使得具有垂直方向性的棱镜片和具有水平方向性的棱镜片彼此交叉，这样就消除了水平方向上的视角和垂直方向上的视角之间的特性差异。然而，该方法不妥当地增加了所得到的背光单元的厚度和制造成本。

另外，简单地将棱镜片设置为彼此交叉并不能将垂直视角和水平视角提高到期望的水平，而提供多个光学片会导致比已得到的效率更高的成本负担。此外，在棱镜峰的交叉处可能出现诸如条纹等的缺陷。

发明内容

由此，本发明涉及一种光学片和使用该光学片的背光单元，其基本上消除了因相关技术的局限和缺点而导致一个或更多个问题。

本发明的一个目的是提供一种光学片和使用该光学片的背光单元，该光学片包括棱镜图案，该棱镜图案具有相对于光源设置方向在倾斜方向上彼此交叉的聚光轴，由此在不减小视角并不增加成本的情况下获得提高的对比度。

本发明的附加优点、目的和特征将在下面的描述中被部分地阐述，且对于本领域普通技术人员在研究下文后将部分地变得明显，或可以通过本发明的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可以用来实现和获得本发明的目的和其它优点。

为了实现这些目的和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，一种光学片包括多个交叉棱镜图案，各交叉棱镜图案具有相对于光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的第一聚光轴和第二聚光轴。

所述第一聚光轴相对于所述光源的所述设置方向可以具有35°～55°的角度，所述第二聚光轴相对于所述光源的所述设置方向可以具有125°～145°的角度；并且所述第一聚光轴和所述第二聚光轴之间的角度可以在70°～110°的范围内。最优选地，所述第一聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有45°的角度，所述第二聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有135°的角度，并且所述第一聚光轴和所述第二聚光轴之间的角度为90°。

此处，所述交叉棱镜图案以相同的间距设置。优选地，所述交叉棱镜图案彼此接触。

所述交叉棱镜图案均为四个三角柱的组合，该四个三角柱围绕该棱镜图案的中心在所述第一聚光轴的两个相反的方向上和在所述第二聚光轴的两个相反的方向上延伸。

根据本发明的另一个方面，一种背光单元包括：多个光源，其设置在给定方向上；光学片，其位于所述光源的上方并包括多个交叉棱镜图案，各交叉棱镜图案具有相对于所述光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的第一聚光轴和第二聚光轴；以及壳体结构，其被配置为围绕所述光源。

应当理解，本发明的上述一般描述和下述详细描述是示例性和说明性的，且旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

附图被包括在本申请中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本申请中且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1A和图1B为示出了分别具有水平聚光轴和垂直聚光轴的棱镜片的图；

图2为示出了根据本发明的背光单元的截面图；

图3为示出了根据本发明的光学片的平面图；

图4为示出了图3中示出的光学片的棱镜图案中聚光方向和视角之间的关系的图；

图5A和图5B分别为示出了根据本发明的光学片的棱镜图案的平面图和立体图；

图6A至图6C为示出了在根据本发明的光学片中可用的不同棱镜图案的平面图；

图7A和图7B为分别示出了取决于根据本发明的光学片的棱镜图案的密度的、在水平方向和垂直方向上的亮度分布的图；

图8A至图8E为示出了视角的变化的模拟图，该视角的变化取决于根据本发明的光学片的间距的变化；

图9A至图9E为示出了视角的变化的模拟图，该视角的变化取决于棱镜图案的聚光轴角度相对于光源的设置方向的变化；以及

图10A和图10B为分别示出了取决于根据本发明的光学片的棱镜图案的取向的、在水平方向和垂直方向上的亮度分布的图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施方式，在附图中例示出了其示例。在可能的情况下，相同的标号在整个附图中代表相同或类似部件。

下面，将参照附图详细描述光学片和使用该光学片的背光单元。

图2为示出了根据本发明的背光单元的截面图。

如图2所示，本发明的背光单元10被设置在例如液晶面板的下面并被用作光源。在这种情况下，液晶显示器包括背光单元10、面板引导器17、液晶面板20和壳体31。

背光单元10包括多个灯12、将多个灯12容纳在其中的盖13、设置在盖13的前表面上以与多个灯12相对的散射板15、以及至少一个光学片16，该光学片16包括设置在散射板15上的棱镜片(将在下文参照图3进行描述)，该棱镜片具有相对于多个灯12的设置方向在倾斜方向上延伸的聚光轴。

各灯12可拆卸地安装在未示出的插座中并被设置为与液晶面板20相对。此处，各灯12可以为圆柱形灯，如冷阴极荧光灯(CCFL)、热阴极荧光灯(HCFL)或外部电极荧光灯(EEFL)等。利用从各自的插座提供的灯驱动电压来开启该多个灯，由此向液晶面板20辐射光。根据情况需要，灯12可以由发光二极管(LED)来代替。

盖13被制作为具有：与多个灯12相对的底面，具有预定的倾度并从所述底部延伸以对应于灯12的纵向方向的斜面，以及从该斜面延伸以与底面相对的底座部。盖13的底面和斜面被设置有反射片14以朝着液晶面板20反射来自各灯12的光。

散射板15层叠在盖13的前面凿出的开口上。具体地，散射板15位于盖13的底座部的上表面上。散射板15将从多个灯12发射出的光散射到整个液晶面板20。

该至少一个光学片16(更具体地，多个光学片16)使得由散射板15散射后的光被引导为垂直于液晶面板20。为此，多个光学片16包括交叉的棱镜片，该交叉的棱镜片相对于灯12的设置方向在倾斜方向上具有聚光轴，以会聚由散射板15散射后的光。

虽然在附图中没有示出，但背光单元10还包括用于生成灯驱动电压的多个逆变器、用于从各逆变器向各灯座提供灯驱动电压的多条电线等。

同时，面板引导器17被安装在盖13的底座部上以围绕散射板15、多个光学片16和盖13的边缘和侧表面。面板引导器17包括用于支撑液晶面板20的面板支撑部。该面板支撑部被分步地设置为支撑液晶面板20的后表面的非显示区域和侧表面。

液晶显示面板20被层叠在面板引导器17的面板支撑部上并用于通过反射引导自其前侧的光或通过调整引导自背光单元10的光的透射率来显示图像。

更具体地，图2中所示的液晶面板20包括下基板23、上基板24、上偏振片26和下偏振片21，该上偏振片26设置在上基板24的前侧以偏振引导自前侧的光或从后侧引导穿过下基板23和上基板24的光，该下偏振片被设置在下基板23的后侧以偏振来自背光单元10的光。

壳体31是弯曲的，以围绕液晶面板20的前表面的非显示区域和盖13的侧表面。在这种情况下，壳体31被紧紧固定于围绕盖13的侧表面的面板引导器17上。

虽然位于液晶显示器的下部区域的上述背光单元为直下式背光单元，但是根据情况需要，也可以提供侧光式背光单元。在任何情况下，本发明的背光单元包括作为设置在光源上方的光学片的棱镜片，该棱镜片具有相对于光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的聚光轴。

下面，将描述光学片的详细构造。

图3为示出了根据本发明的光学片的平面图，并且图4为示出了该光学片的棱镜图案中聚光方向和视角之间的关系的图。

如图3和图4所示，根据本发明的光学片100以这样的方式进行配置以使得具有相同的形状和尺寸的多个棱镜图案110被对称地设置而具有相同的间距。各棱镜图案110采取第一轴图案110a和第二轴图案110b相结合的形式，该第一轴图案110a和第二轴图案110b相对于灯的设置方向(水平方向)在倾斜方向上彼此交叉。

为了制造本发明的光学片100，在将液相紫外固化树脂喷涂在透明的基膜(未示出)上以后，将其上刻有棱镜图案的负型图案的辊在涂敷的树脂上滚动以在涂敷的树脂上印刷出棱镜图案。然后，当紫外灯向棱镜图案辐射光时，棱镜图案在基膜上固化。可以通过模压方法(stampingmethod)或通过模塑方法(molding method)代替这种印刷辊方法来形成棱镜图案，在该模压方法中，制备了在其表面上设置有棱镜图案的负型图案的压模(stamper)，并且在将液相紫外固化树脂施加在基膜上之后，对施加的树脂进行加压，由此完成棱镜图案的形成，在该模塑方法中，将液相透明塑料树脂灌注到事先准备好的模子中来形成棱镜图案。

本发明的光学片100具有两个聚光轴以在水平方向和垂直方向上获得平衡的聚光效果。具体地，通过在相对于灯的设置方向的45°±10°和135°±10°的范围内设定聚光轴，就设置了执行倾斜聚光的交叉棱镜图案，由此导致对比度提高。此外，聚光效率朝着中心增加而不是在垂直方向或水平方向上有偏差，由此可以在垂直方向和水平方向上都保持均匀的视角特性。

提供在倾斜方向上具有棱镜图案的单个棱镜片可以将片的成本降低到在不同方向上具有聚光轴的两个常规的棱镜片的成本的一半，并且，可以消除在不同方向上具有聚光轴的棱镜片的问题(例如，在聚光轴的交叉处的条纹)。

而且，提高的聚光效率可以减轻在LCD面板20周围造成的漏光。

图5A和图5B分别为示出了根据本发明的光学片的棱镜图案的平面图和立体图。

如图5A和图5B所示，考虑到立体图中根据本发明的光学片的棱镜图案，该棱镜图案具有相对于灯的设置方向转动45°±5°角度的十字形状。换言之，单个棱镜图案由从十字的中心向四个方向延伸的三角柱组成。

如果假设从棱镜图案的中心向外延伸的各三角柱的长度为“b”，该三角柱的三角形侧表面的底部的长度为“a”，并且相邻三角柱之间的角度为“c”，则这些“a”、“b”和“c”在下面的范围中被给出。

具体地，如果b/a的值在0.1～20的范围内，则相邻三角柱之间的角度“c”基本上在90°±10°的范围内，优选地，该角度“c”为90°。

所有的三角柱可以被设计为与十字的中心相距相同的值，或者彼此相对的两个三角柱可以具有相同的值。根据情况需要，该四个三角柱可以被设计为具有不同的值。实验显示，考虑到对称性，当所有的三角柱被设计为与中心相距相同的值时，获得最好的亮度和视角特性。

如图3所示，多个棱镜图案可以设置成行，或者可以限定成正方形阵列(如马赛克形)、三角形阵列(如德尔塔形(delta shape))等。

下面，将描述使用不同间距的棱镜图案的实验例。

图6A至图6C为示出了在根据本发明的光学片中可用的不同棱镜图案的平面图，以及图7A和图7B为分别示出了取决于根据本发明的光学片的棱镜图案的密度的、在水平方向和垂直方向上的亮度分布的图。此外，图8A至图8E为示出了视角的变化的模拟图，该视角的变化取决于根据本发明的光学片的间距的变化。

在本发明的光学片中，棱镜图案的间距表示相邻的棱镜图案的中心之间的距离。

图6A示出了间距为0.4mm的情况。在这种情况下，将四个三角柱的各三角柱的三角形侧表面的底部设置为0.2mm，并且将各三角柱的长度设置为0.1mm，该各三角柱从各棱镜图案的中心延伸。此外，相邻的棱镜图案被设置为彼此接触。

图6B示出了间距为0.7mm的情况。在这种情况下，将四个三角柱的各三角柱的三角形侧表面的底部设置为0.2mm，并且将各三角柱的长度设置为0.25mm，该各三角柱从各棱镜图案的中心延伸。类似的，相邻的棱镜图案被设置为彼此接触。

图6C示出了间距为1.0mm的情况。在这种情况下，将四个三角柱的各三角柱的三角形侧表面的底部设置为0.2mm，并且将各三角柱的长度设置为0.25mm，该各三角柱从各棱镜图案的中心延伸。在这种情况下，尽管单个棱镜图案与图6B中的棱镜图案具有相同的形状，但棱镜图案的间距增加以使得相邻的棱镜图案彼此隔开。

图7A示出了根据棱镜图案的密度的在水平方向上的亮度分布，以及图7B示出了在垂直方向上的亮度分布。可以看出，棱镜图案的密度越大，在棱镜图案的正面的亮度越大并且半功率角(即具有发射光的最大强度的一半强度的光的方位角)就越小。

具体地，从图8A可以看出，常规的水平棱镜图案在其前侧和垂直方向表现出提高的亮度，而在其水平方向上表现出显著恶化的亮度，因此在不同方向上具有显著不同的视角特性。

此外，从图8E可以看出，双交叉棱镜片具有整体恶化的亮度效率。

在棱镜图案比图8C和图8D的情况具有更小的间距和更高的密度的图8B的情况下，可以看出，亮度增加并且半功率角降低，产生了最佳的光学特性。

在任何情况下，为了获得均匀的光学效应，优选的是将棱镜图案以相同的间距设置并且将各棱镜图案设置为彼此接触。此外，从密度方面判断，根据上述的实验结果可以看出，在从不同的方向观看时，具有高密度的棱镜图案的视角特性并没有差异。

图9A至图9E为示出了视角的变化的模拟图，该视角的变化取决于棱镜图案的聚光轴角度相对于光源的设置方向的变化。

具体地，图9A至图9E示出了这样的情况：第一轴在相对于灯的设置方向的35°～55°范围内转动，以使得第一轴和第二轴之间的交叉角“A”和“B”能够改变。

在图9A中，对棱镜图案进行取向，使得第一轴和第二轴相对于灯的设置方向分别转动35°和145°，第一轴和第二轴的交叉角“A”和“B”为70°和110°。

在图9B中，对棱镜图案进行取向，使得第一轴和第二轴相对于灯的设置方向分别转动40°和140°，第一轴和第二轴的交叉角“A”和“B”为80°和100°。

在图9C中，对棱镜图案进行取向，使得第一轴和第二轴相对于灯的设置方向分别转动45°和135°，第一轴和第二轴的交叉角“A”和“B”为90°和90°。

在图9D中，对棱镜图案进行取向，使得第一轴和第二轴相对于灯的设置方向分别转动50°和130°，第一轴和第二轴的交叉角“A”和“B”为100°和80°。

在图9E中，对棱镜图案进行取向，使得第一轴和第二轴相对于灯的设置方向分别转动55°和125°，第一轴和第二轴的交叉角“A”和“B”为110°和70°。

图9C示出了最有效的结果。当第一轴和第二周的交叉角“A”和“B”为90°，并且第一轴相对于灯的设置方向转动45°时，棱镜图案表现出最优的光学特性。也就是说，在倾斜方向具有完美对称的棱镜图案显示出中心圆视角分布以及在倾斜方向上的最小的旁瓣(side lobe)。

与图9C相比，图9A示出了垂直变宽的视角分布，即垂直拉长的椭圆视角。也就是说，交叉角“A”越小(交叉角“B”越大)，亮度分布(即在垂直方向上的半功率角)增加，而在水平方向上的半功率角减小。

与图9C相比，图9B示出了稍微垂直变宽的视角分布，即稍微垂直变长的椭圆视角。

与图9C相比，图9D示出了稍微水平变宽的视角分布，即稍微水平变长的椭圆视角。

与图9C相比，图9E示出了水平变宽的视角分布，即水平变长的椭圆视角。

如上所述，可以看出，当交叉角“A”增加(交叉角“B”变小)时，亮度分布(即在水平方向上的半功率角)增加，而在垂直方向上的半功率角减小。

图10A和图10B为分别示出了根据本发明的光学片的棱镜图案的取向的、在水平方向和垂直方向上的亮度分布的图。

从图10A中可以看出，将35°/145°的棱镜图案与55°/125°的棱镜图案相比，当交叉角“A”增大而交叉角“B”减小时，亮度分布(即在水平方向上的半功率角)增加，并且旁瓣减少。

从图10B可以看出，将35°/145°的棱镜图案与55°/125°的棱镜图案相比，当交叉角“A”增大而交叉角“B”减小时，亮度分布(即在垂直方向上的半功率角)减小，并且旁瓣减少。

因此，可以看出，改变棱镜图案的倾斜的聚光轴角度仅在水平或垂直方向增加了视角，而在其余方向减小了视角，因而不适于提高视角特性。也就是说，可以看出，最佳的棱镜图案的第一轴和第二轴的角度为90°。

如上描述可见，根据本发明的光学片和使用该光学片的背光单元具有如下效果：

光学片包括棱镜图案，各棱镜图案具有倾斜地(即，相对于光源的设置方向(纵向方向)具有35°～55°的角度)延伸的第一聚光轴，以及与该第一聚光轴交叉的第二聚光轴。该构造使得能够将光集中在棱镜图案的中心而不是在垂直方向或水平方向上有偏差，由此获得了提高的发光效率和对比度，同时减轻了漏光。

此外，不同于多个棱镜片具有不同的聚光轴的相关技术，根据本发明，使用单个光学片，产生了均匀的聚光效果并降低了其制造成本。

对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离本发明的精神或范围的条件下，可以在本发明中做出各种修改和变型。因而，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变型。

Claims (7)

1.一种光学片，该光学片包括多个交叉棱镜图案，各交叉棱镜图案具有相对于光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的第一聚光轴和第二聚光轴，

其中所述交叉棱镜图案均为四个三角柱的组合，该四个三角柱围绕该棱镜图案的中心在所述第一聚光轴的两个相反的方向上和在所述第二聚光轴的两个相反的方向上延伸，以及

其中：

所述第一聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有35°～55°的角度；

所述第二聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有125°～145°的角度；并且

所述第一聚光轴和所述第二聚光轴之间的角度在70°～110°的范围内。

2.根据权利要求1所述的光学片，其中所述第一聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有45°的角度，所述第二聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有135°的角度，并且所述第一聚光轴和所述第二聚光轴之间的角度为90°。

3.根据权利要求1所述的光学片，其中所述交叉棱镜图案以相同的间距设置。

4.根据权利要求3所述的光学片，其中所述交叉棱镜图案彼此接触。

5.一种背光单元，该背光单元包括：

多个光源，其设置在给定方向上；

光学片，其位于所述光源的上方并包括多个交叉棱镜图案，各交叉棱镜图案具有相对于所述光源的设置方向在倾斜方向上彼此交叉的第一聚光轴和第二聚光轴；以及

壳体结构，其被配置为围绕所述光源，

其中所述交叉棱镜图案均为四个三角柱的组合，该四个三角柱围绕该棱镜图案的中心在所述第一聚光轴的两个相反的方向上和在所述第二聚光轴的两个相反的方向上延伸，以及

其中：

所述第一聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有35°～55°的角度；

所述第二聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有125°～145°的角度；并且

所述第一聚光轴和所述第二聚光轴之间的角度在70°～110°的范围内。

6.根据权利要求5所述的背光单元，其中所述光学片的所述第一聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有45°的角度，所述第二聚光轴相对于所述光源的所述设置方向具有135°的角度，并且所述第一聚光轴和所述第二聚光轴之间的角度为90°。

7.根据权利要求6所述的背光单元，其中所述交叉棱镜图案以相同的间距设置并且彼此接触。

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