CN101995595A - 控制光线方向的光学片、背光组件和液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明总体涉及控制光线方向的光学片、背光组件和液晶显示器。该光学片被用于制造电脑监视器、电视等的薄膜晶体管-液晶显示器的背光单元，更具体地涉及控制光线方向的光学片，当从位于背光单元的侧部或背部的光源灯发射的光通过其时，其可提供均匀地光漫射、亮度改善和视角调整，从而确保更清晰的光图像，并使其可能控制光线方向。为此，控制光线方向的光学片包括：基膜；排布在基膜的一个面(第一面)上的微透镜组；以及形成在基膜的另一面(第二面)上的多个凸起，每个凸起具有在其底部的反射层，且多个凸起具有形成在其间的开孔，其中微透镜组的单元微透镜具有关于其发光控制部分的其左侧和右侧上的具有不同的曲率半径的第一侧和第二侧。

Description

控制光线方向的光学片、背光组件和液晶显示器

技术领域

本发明总体涉及控制光线方向的光学片，其被用以制造计算机监视器、电视机等的TFT-LCD(薄膜晶体管-液晶显示器)背光单元，更具体地涉及控制光线方向的光学片，当从定位在背光单元的侧部和背部的光源灯发射的光穿过其时，可提供均匀的光漫射、亮度改善和视角调整，从而确保更清晰的光图像，并使其可能控制光线的方向。

背景技术

一般地，与其它平板显示器不同，由于液晶显示器的液晶本身不是发光元件，需要附加的发光装置以改善显示屏的亮度。

对于这种发光装置，有诸如前光(frontlight)技术、背光技术等的不同种类的方法。背光技术是间接发光方法，其中从安装在显示装置的背侧的背光单元的光源发射的光穿过LGP(光导板)或漫射板被转化成初始平面光，并被诸如金属沉积板或不透明白板的反射板反射以发射光到显示器面板的前表面上。在这种背光技术中，需要用最小的能耗实现最好的图像质量。

背光技术中的一件重要的事情是转化为平面光源。一般的平面光源采用不规则地漫射光通量的各种漫射板，以保障光通量发射表面上的亮度均匀。由于这个事实，从发射表面发射的光通量不具有确定的方向而是辐照到大的区域。因此，为了聚拢光通量的发射方向到较小的区域，并控制光发射在期望的方向上，各种光学片被安装在背光单元上。例如，LCD的视角依赖性已成为LCD应用扩大的障碍，作为改善LCD的视角依赖性的方法，已提出在漫射板或LGP上安装各种光漫射片或微透镜阵列片的方法。

然而，尽管上述这种方法在预定的均匀方向上控制视角是有效的，但是在不规则方向上控制视角不是有效的。换句话说，需要构建LCD的背光片，其可改善某个方向的视角内光线的利用效率。

发明内容

因此，设计本发明以解决上述问题，本发明的一个目的是提供控制光线方向的光学片，当从位于背光单元侧部和背部的光源灯发射的光穿过其时，其可提供均匀的漫射、亮度改善和视角调整，从而确保了更清晰的光图像并使其可能控制光线方向。

本发明的这些和其它目的及优势从下面对本发明的详细描述中将是明显的。

以上目的是通过控制光线方向的光学片实现的，该光学片包括：基膜、设置在基膜的一个面(第一面)上的微透镜组以及形成在基膜的另一面(第二面)上的多个凸起，每个凸起在其底部具有反射层，该多个凸起具有形成在其间的开孔，其中微透镜组的单元微透镜具有在关于其发光控制部分的其左侧和右侧上具有不同的曲率半径的第一侧和第二侧。

这里，单元微透镜的发光控制部分和第一侧顶点形成角θ₁，其大于等于10°小于90°，且单元微透镜的发光控制部分和第二侧顶点形成角θ₂，其大于等于10°小于90°。

优选地，角θ₁由定义单元微透镜第一侧曲率的曲线f(X₁)的等式和从以下等式1推导出的tan(θ₁)确定，且角θ₂由定义单元微透镜第二侧曲率的曲线f(X₂)的等式和从以下等式2推导出的tan(θ₂)确定：

[等式1]

$\frac{\mathrm{df}\left(X_1\right)}{{\mathrm{dX}}_1}={\tan \mathrm{\θ}}_1$

[等式2]

$\frac{\mathrm{df}\left(X_2\right)}{{\mathrm{dX}}_2}={\tan \mathrm{\θ}}_2$

优选的是单元微透镜的左侧和右侧的曲率半径分别为10μm～100μm。

优选地，凸起间的开孔占据的面积比(开口率)为基膜的另一面(第二面)总面积的10～90％，且形成每个凸起使得凸起的中心位于单元微透镜关于发光控制部分的节距中心。

优选的是反射层具有1μm～100μm的厚度。

优选的是单元微透镜具有其节距的1～2倍的高度。

通过包括控制光线方向的光学片的背光组件和包括控制光线方向的光学片的TFT-LCD(薄膜晶体管-液晶显示器)进一步实现以上目的。

本发明具有提供均匀漫射、亮度改善和视角调整的效果，从而确保了更清晰的光图像并使其可能控制光线方向。

附图说明

图1是本发明的控制光线方向的光学片的截面视图；

图2是示出本发明的控制光线方向的光学片构思的截面图；

图3a是示出采用光工具6.2对本发明第二实施例的模拟结果；以及

图3b是示出采用光工具6.2对本发明对比实施例的模拟结果。

<附图主要部分的简要描述>

1：控制光线方向的光学片

2：微透镜

3：基膜

4：反射层

5：开孔

6：凸起

7：发光控制部分

8：第一侧

9：第二侧

10：节距

11：高度

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。应理解本发明的优选实施例的详细描述仅是通过示例的方式给出，因此在本发明的精神和范围内的各种变更和修改对本领域技术人员将是明显的。

为了提供依照本发明的控制光线方向的光学片，需要控制光通量的发射方向在预定的范围内。这是为了防止由于光通量发射到不必要范围内导致的光效降低。即，通过控制光通量发射角可确保好的光效。

本发明的控制光线方向的光学片1包括基膜3(此后，也被称为“主体”)、其一个面(第一面)具有设置在其上的微透镜2以形成微透镜组、其另一面(第二面)具有多个形成在其上的凸起。每个凸起设置具有在其底部的反射层4。形成在凸起6之间的每个开孔5具有使每个微透镜焦点附近部分上有开口的结构。为了控制视角，第一面上的微透镜2包括关于每个微透镜的焦点或者发光控制部分7的第一侧8和第二侧9，且第一侧8和第二侧9具有彼此不同的曲率半径。

接着，在单元微透镜的第一侧8的顶点处的发光控制部分7与第一面形成角θ₁，其大于等于10°小于90°，且在单元微透镜的第二侧9的顶点处的发光控制部分7与单元微透镜的第二侧顶点形成角θ₂，其大于等于10°小于90°。

此外，角θ₁由定义单元微透镜的第一侧8曲率的曲线f(X₁)的等式和从以下等式1推导出的tan(θ₁)确定，且角θ₂由定义单元微透镜的第二侧9曲率的曲线f(X₂)的等式和从以下等式2推导出的tan(θ₂)确定，等式1和2如下：

[等式1]

$\frac{\mathrm{df}\left(X_1\right)}{{\mathrm{dX}}_1}={\tan \mathrm{\&theta;}}_1$

[等式2]

$\frac{\mathrm{df}\left(X_2\right)}{{\mathrm{dX}}_2}={\tan \mathrm{\&theta;}}_2$

此外，凸起6间的开孔5占据的面积比或开口率为基膜1的第二面总面积的10～90％，且形成每个凸起使得凸起的中心位于单元微透镜关于发光控制部分7的节距10中心。

下面，反射层4具有1μm～100μm的厚度。此外，第一侧8的曲率半径(R2)和第二侧9的曲率半径(R1)是彼此互不相同的。优选的R1为10μm～1000μm，R1也为10μm～1000μm。优选的是单元微透镜的高度11为其节距的1～2倍。

采用选自紫外线固化树脂、电子束固化树脂和热固化树脂的一种或多种树脂，或采用选自聚酯基、聚氯乙烯基、聚碳酸酯基、聚甲基丙烯酸甲酯基、聚苯乙烯基、聚酯砜基、聚丁二烯基、丙烯酸和烯烃基树脂的单独一种树脂或两种或更多种树脂的组合，可制造依照本发明控制光线方向的微透镜2光学片。特别地，优选采用选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯酸和环烯树脂的一种或多种树脂。

对于反射层4，优选采用具有反射率的材料，且实例包括但不限于诸如铝、铬等的各种金属和其气相沉积的氧化物膜，且各种树脂具有分散在其中的诸如氧化钛、锌钡白、氧化锌、白铅、硫化锌等的白色颜料。优选这样材料具有80％或更高的反射率，若小于80％，因为光损耗太大该材料是不合适的。采用传统的印刷技术以制造反射层4，更具体地，采用诸如凹版印刷、平版印刷(offset printing)、丝网印刷、喷墨印刷等的各种印刷技术，反射层4涂敷在每个凸起6上。一般地，当包含在反射层组成中的反射材料的含量是常数时，随着反射涂层厚度变得更厚，朝向前面的反射率和光量增加，从而改善了LCD的亮度。然而，当涂层厚度大于100μm时，由于涂层柔韧性的劣化，倾向于在整个片上产生皱纹，且很可能的是由于涂层粘接强度的降低可引起质量劣化。另一方面，当涂层厚度是常数时，朝向前面的反射率和光量随着反射材料的增加而增加，从而改善LCD的亮度。然而，反射材料的含量太多可引起涂敷过程中的诸如固化劣化的问题。

通过光掩膜曝光工艺可制造为形成反射层4的凸起6。

取决于本发明的控制光线方向的光学片的使用所需要的性能或结构，在微透镜组的表面或另一侧的反射层面上可执行诸如抗静电处理、硬涂敷、粘接处理或与其他基板的粘着的各种处理。

采用选自聚酯基、聚氯乙烯基、聚碳酸酯基、聚甲基丙烯酸甲酯基、聚苯乙烯基、聚酯砜基、聚丁二烯基、丙烯酸和烯烃基树脂的单独一种或两种及更多种树脂的组合，可制造依照本发明的基膜2。特别地，优选采用选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯酸和环烯树脂的一种或多种树脂制造的片。此外，基膜2可制造成所述的可用于制造基膜的树脂材料的叠层结构。通过两种或更多种上面提到的树脂的共挤压工艺可实现叠层的制造。为了控制诸如热膨胀、热收缩或表面硬度的光学片的机械性能，可以制造控制光线方向的光学片，该光学片包括两个或更多个树脂层。

通过考虑如下表1所示的每种树脂的特性可合适地选择该基膜树脂。

表1

此后，将通过以下实施例更具体地描述本发明。然而，本发明并不限制于这些实施例。

[实施例1]

(1)微透镜的制造

采用具有100μm的曲率半径R1和185μm的曲率半径R2的金刚石齿(diamond bite)制备具有作为周期的200μm节距的金属模，且该模被折射率为1.54的紫外线固化树脂(丙烯酸树脂)填满。接着，具有188μm厚度的聚酯膜放到填到模中的紫外线固化树脂上，随后紫外线照射到其上以固化。之后，该模被移除以获得微透镜组。

(2)凸起和反射层的制造

在微透镜制造工艺中获得的微透镜组的相反侧上，光敏树脂被施加使得干燥后的树脂厚度为40μm。采用设计的光掩膜执行光固化反应以形成凸起图案，使得具有40μm宽度的反射层的每个凸起6的中心位于每个微透镜关于发光控制部分7的节距10的中心。随后采用抗蚀剂剥离组分移除未图案化部分以形成凸起。之后，由其中分散有二氧化钛的丙烯酸树脂构成的涂料用凹版印刷法被施加到已形成的凸起上，并被热固化以制造反射层。

[实施例2]

(1)微透镜的制造

采用具有100μm的曲率半径R1和175μm的曲率半径R2的金刚石齿制备具有作为周期的200μm节距的金属模，且该模被折射率为1.54的紫外线固化树脂(丙烯酸树脂)填满。接着，具有188μm厚度的聚酯膜放到被填到模中的紫外线固化树脂上，随后紫外线照射到其上以固化。之后，该模被移除以获得微透镜组。

(2)凸起和反射层的制造

采用如实施例1中的相同程序。

[实施例3]

(1)微透镜的制造

采用具有100μm的曲率半径R1和165μm的曲率半径R2的金刚石齿制备具有作为周期的200μm节距的金属模，且该模被折射率为1.54的紫外线固化树脂(丙烯酸树脂)填满。接着，具有188μm厚度的聚酯膜放到被填到模中的紫外线固化树脂上，随后紫外线照射到其上以固化。之后，该模被移除以获得微透镜组。

(2)凸起和反射层的制造

采用如实施例1中的相同程序。

[对比实例]

(1)微透镜的制造

采用具有100μm的曲率半径的金刚石齿制备具有作为周期的200μm节距的金属模，且该模被折射率为1.54的紫外线固化树脂(丙烯酸树脂)填满。接着，具有188μm厚度的聚酯膜放到被填到模中的紫外线固化树脂上，随后紫外线照射到其上以固化。之后，该模被移除以获得微透镜组。

(2)凸起和反射层的制造

在微透镜制造工艺中获得的微透镜组的相反侧上，光敏树脂被施加使得干燥后的树脂厚度为40μm。光固化反应被执行以采用设计的光掩膜形成凸起图案，使得具有40μm宽度的反射层的每个凸起(6)的中心对应单元微透镜之间的最低位置。随后采用抗蚀剂剥离组分移除未图案化部分以形成凸起。之后，由其中分散有二氧化钛的丙烯酸树脂构成的涂料用凹版印刷法被施加到已形成的凸起上，并被热固化以制造反射层。

[测量和评价方法]

(1)前沿亮度的测量

测量设备：Topcon公司制造的BM-7。

测量方法：取九次测量的平均值

(2)半功率角的测量

测量设备：Topcon公司制造的BM-7。

测量方法：通过测量-80°～+80°视角范围的亮度，找到峰值亮度或最大亮度的50％亮度的角。

(3)模拟

采用光工具6.2。

前沿亮度和半功率角如前所述被测量，结果显示在表2中

从上表2的实施例1、2和3的结果可看出，与两侧具有相同的曲率半径的对比实例的情况相比，具有不同曲率半径的光学片在关于发光控制部分的第一侧和第二侧的方向上具有不同半功率角。这意味着可能通过控制微透镜的曲率半径控制光线方向。特别地，实施例2与在类似的亮度值范围的对比实例相比显示出增加约18％的视角。此外，模拟结果显示实施例2与对比实例相比在第二侧方向上提供更多的光发射。

本发明具体参照本发明人已实施的各种实施例中的示例和实施例被详细描述，但应理解本领域技术人员不偏离本发明的精神和范围可做出各种变更和修改。

Claims (9)

1.一种控制光线方向的光学片，包括：

基膜；

微透镜组，排布在所述基膜的第一面上；以及

形成在所述基膜的第二面上的多个凸起，每个凸起具有在其底部的反射层，且所述多个凸起具有形成在其间的开孔，

其中所述微透镜组的单元微透镜具有在关于发光控制部分的其左侧和右侧上具有不同的曲率半径的第一侧和第二侧。

2.权利要求1所述的光学片，其中所述单元微透镜的所述发光控制部分与所述第一侧的所述顶点形成角θ₁，其大于等于10°小于90°，且

所述单元微透镜的所述发光控制部分与所述第二侧的所述顶点形成角θ₂，其大于等于10°小于90°。

3.权利要求2所述的光学片，其中所述角θ₁由定义所述单元微透镜的所述第一侧曲率的曲线f(X₁)的等式和从以下等式1推导出的tan(θ₁)确定，且所述角θ₂由定义所述单元微透镜的所述第二侧曲率的曲线f(X₂)的等式和从以下等式2推导出的tan(θ₂)确定：

[等式1]

$\frac{\mathrm{df}\left(X_1\right)}{{\mathrm{dX}}_1}={\tan \mathrm{\&theta;}}_1$

[等式2]

$\frac{\mathrm{df}\left(X_2\right)}{{\mathrm{dX}}_2}={\tan \mathrm{\&theta;}}_2.$

4.权利要求1所述的光学片，其中所述单元微透镜的所述左和右侧的曲率半径分别为10μm～100μm。

5.权利要求1所述的光学片，其中所述凸起间的所述开孔占据的面积比为所述基膜的所述第二面总面积的10～90％，且

形成每个凸起使得所述凸起的中心位于所述单元微透镜关于所述发光控制部分的所述节距中心。

6.权利要求1所述的光学片，其中所述反射层具有1μm～100μm的厚度。

7.权利要求1所述的光学片，其中所述单元微透镜具有其所述节距1～2倍的高度。

8.一种背光组件，包括权利要求1至7中任一的控制所述光线方向的所述光学片。

9.一种薄膜晶体管-液晶显示器，包括权利要求1至7中任一的控制所述光线方向的所述光学片。

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