CN102141638A - 一种曲面弧形微结构棱镜膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面弧形微结构棱镜膜，其目的在于克服现有的应用于平板显示领域的光学薄膜普遍存在的视角范围较小和增亮效果不明显等缺点。包括包含数个曲面弧形的微结构棱镜锥体，通过对210棱镜膜的V槽高度h、220棱镜顶角曲面弧形峰半径r、230棱镜椎体母线夹角a、240棱镜椎体弧顶中心距等结构参数的设计，实现棱镜膜的扩大视角和增亮效果，可广泛应用于平板显示领域并降低背光模组的成本和能耗。

Description

一种曲面弧形微结构棱镜膜

技术领域

本发明涉及应用于平板显示器领域的背光模组光学薄膜，特别是可用于显示器增亮与扩大视角效果的棱镜膜。

背景技术

棱镜膜就是提升背光模组面板内光的利用率的功能性光学薄膜。平板显示器的内部导光过程是将背光光源发射出的光线“偏振”，再将偏振光转换成所看到的影像。但这些光线在液晶装置中常因散射而浪费，使得整体亮度无法达到预期亮度。而棱镜膜可将这些浪费掉的光线，重新导向观众方向，提升液晶装置的亮度，另外还能将偏光板吸收的光线回收，进一步提升液晶装置的亮度。简而言之，棱镜膜把本来分散的光集中到以法线为中心的某一角度范围内，使在轴中心的亮度大大增加。

棱镜膜的工作原理可用图1表示。在图中，进入棱镜膜的光线被棱镜膜分为三类：

第一类为直接出射光线110；这些光线110被棱镜底面折射之后，入射到棱镜面上。如入射角比全反射角小，它们就会从棱镜表面直接出射。因为有棱镜侧面的倾斜角度和入射角要小于全反射角的限制，出射的光会分布在70度左右的范围之内。

第二类为反射回背光源120；这样的光线120在入射到棱镜表面上的入射角符合全反射条件。在被反射到对面的棱镜表面上时，若入射角依然符合全反射条件，光线就被反射回背光源。这些被反射回背光源的光线会重新经过扩散片，进入导光板再被底反射片反射，然后再回到导光板，再通过扩散片，这时光线被完全打散，再一次进入棱镜膜后，又被分成三类光线进行选择。

第三类光线是被棱镜表面全反射一次之后，到达对面棱镜表面时不符合全反射条件的光线130。这些光线130大部分会进入邻近的棱镜然后在那里被全反射，返回背光源。另外一小部分角度比较大的光线不能进入邻近的棱镜，这些光线最终会被损失掉。

目前，现有的技术中涉及到棱镜膜的结构基本上采用的为尖角平面结构，如深圳群康科技CN1982918涉及的棱镜膜主要技术特点是控制各层的折射率，从而能够达到与普通两层棱镜膜相同的偏光效果。友达光电股份有限公司CN1658047提出的微棱镜结构，主要技术特点为结构上采用一主体结构和一微棱镜结构，单元结构为三位一体式，每单元共三个棱镜结构，中间一个为等腰的直角三角形，顶角为直角，相邻的2个棱镜结构也是等腰三角形，只是其直角与中间的等腰三角形的2个锐角相邻。这种多个向上垂直面的结构据称能有效地减少背光模块的漏光现象，同时缩小了光线的出射角度提高了光的利用率。通用电气公司CN1720469提出了一种底部弯曲的微棱镜结构，其主要目的也是来改善大视角漏光的现象。这些结构设计虽然在漏光方面具有了很大的改进，依然没有解决视角问题，同时也对于显示材料的亮度提升也没有大幅提升的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种扩大视角和增加亮度的光学棱镜膜。

为实现上述的发明目的，本发明通过下属技术方案实现：一种曲面弧形微结构棱镜膜，其特征在于包含数个曲面弧形的微结构棱镜锥体，形成具有增亮效果的棱镜膜表面。

所述的曲面弧形微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体呈现出曲面弧形结构，并在棱镜膜的表面均匀排列。

所述的曲面弧形微结构棱镜膜，其特征在于所述的曲面弧形为半圆形或者半椭圆形。所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体高度介于20～60um。

所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体任一弧顶中心点与另一弧顶中心点之间的距离为30～50um。

所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体的双边夹角介于70～120度。

所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体的曲面弧顶的峰半径2～6um。

所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的棱镜膜的材料折光指数介于1.50～1.59之间。

本发明所涉及的微结构棱镜膜的优点在于：

1、通过角度构造特殊化，有效消除了液晶显示普遍存在的云纹问题，增加了亮度；云纹指在显示影像时，所产生的画面局部或全面的不均匀现象。最简单的判断方法就是在暗室中切换到黑色画面以及其它低灰阶画面，然后从各种不同的角度用力去看，液晶显示器就有各式各样的云纹。云纹的存在影响了液晶显示效果。本发明所涉及的棱镜膜，区别于传统棱镜膜，可有效消除光学干扰现象。通过防止产生干涉图案，降低了亮度的不均。这样一来不仅能够减少云纹，而且还可将亮度最大提高20％。

2、扩大了视角范围；

在扩大视角范围方面，可将传统棱镜膜的±45°视角范围扩大到±60°。

附图说明

图1：棱镜膜的工作原理

图2：一种曲面弧形微结构棱镜膜的结构示意图

具体实施方式

为能对本发明的特征、目的与功能有更进一步的认知与了解，现配合图示情况做说明。

请参考图2，图2为本发明所述的曲面弧形微结构棱镜膜结构图，该结构图中所涉及的主要参数为210棱镜膜的V槽高度h、220棱镜顶角曲面弧形峰半径r、230棱镜椎体母线夹角a、240棱镜椎体弧顶中心距。

分析棱镜膜的增亮效果，主要应该看它将光线向中心聚拢的程度和出射的均匀度，通过下面的两个参数进行比较：

a、均匀性的比较

假定亮度最高象素点的灰度值为255，该参数表征了棱镜膜各个部分光线出射是否均匀，如果结果波动很大就会造成出射图像的亮度均匀性差，图像不能清晰显示。该参数表征了棱镜膜的增亮均匀性。

b、亮度的比较

该参数表征了视觉增亮的亮度大小。

以下实施例是在做结构设计时候，本领域的技术人员采用二元光学原理对棱镜膜的结构参数对增亮效果的模拟实施，实施方案包含但不限于以下实施例，根据本发明的思路筛选出的结构方案均为本发明的保护范围。

实施例1

通过仅改变210棱镜膜的V槽高度h而其他特征参数不变，来分析其影响效果。

表1棱镜膜的V槽高度h变化对棱镜膜增亮效果影响

h(μm)

Lmax

Lmin

Leve

Umax

Umin

波动幅度

20

39.0％

38.3％

38.65％

255

253

0.78％

25

40.8％

39.6％

40.2％

255

250

1.96％

50

42.5％

40.8％

41.65％

255

249

2.35％

100

42.8％

41.6％

42.2％

255

238

6.67％

150

48.6％

46.9％

47.75％

255

229

10.19％

比较结果表明随着h的增大，亮度最大值变大、最小值变小、平均值略有增大，但均匀性越来越差。所以，210棱镜膜的V槽高度h改变对拢光的整体效果作用不大；但为了保证液晶整体的显示效果，避免明暗不均，提升表面亮度均匀。一般来讲，h≤0un时亮度的波动范围较小，从而获得较好的均匀度。

实施例2

通过改变220棱镜顶角曲面弧形峰半径r而其他特征参数不变，来分析其影响效果。

表2棱镜顶角曲面弧形峰半径r变化对棱镜膜增亮效果影响

r(um)

Lmax

Lmin

Leve

Umax

Umin

波动幅度

2

19.0％

17.3％

18.15％

255

252

1.17％

3	20.0％	18.7％	19.35％	255	250	1.96％
							4	21.6％	19.8％	20.7％	255	251	1.57％
5	26.5％	25.7％	26.1％	255	249	2.35％
							6	28.8％	27.8％	28.3％	255	248	2.74％
7	28.0％	26.9％	27.4％	255	246	3.53％

从上表可看出，从2um开始后，亮度随着220棱镜顶角曲面弧形峰半径r增加而增加，6um时候的拢光效果最好，6um以后亮度开始下降；波动幅度随着角度的增加有增大的趋势，但是波动的幅度变化不大。由此可以看出，棱镜顶角曲面弧形峰半径r可以选择介于2～6um。

实施例3

通过仅改变230棱镜椎体母线夹角a而其他特征参数不变，来分析其影响效果。

表3棱镜椎体母线夹角a变化对棱镜膜增亮效果影响

α(单位度)

Lmax

Lmin

Leve

Umax

Umin

波动幅度

70

29.0％

27.3％

28.15％

255

250

1.96％

80

30.0％

28.7％

29.35％

255

249

2.35％

90

41.8％

39.9％

40.85％

255

253

0.78％

100

46.5％

45.8％

46.15％

255

248

2.74％

110

48.8％

47.6％

48.2％

255

246

3.53％

120

48.6％

47.0％

57.8％

255

240

5.88％

从上表可看出，从70度开始后，亮度随着230棱镜椎体母线夹角a的增加而增加，120度时候的拢光效果最好，110度以后亮度开始下降；波动幅度随着角度的增加有增大的趋势，由此可以看出，230棱镜椎体母线夹角a对棱镜膜的聚光能力有决定性的作用，钝角亮度明显高于锐角，但是波动幅度方面钝角有所增加，可以通过减小棱镜的高度来进行调节。

Claims (8)

1.一种曲面弧形微结构棱镜膜，其特征在于包含数个曲面弧形的微结构棱镜锥体，形成具有增亮效果的棱镜膜表面。

2.根据权利要求1所述的曲面弧形微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体呈现出曲面弧形结构，并在棱镜膜的表面均匀排列。

3.根据权利要求2所述的曲面弧形微结构棱镜膜，其特征在于所述的曲面弧形为半圆形或者半椭圆形。

4.根据权利要求2所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体高度介于20～60um。

5.根据权利要求2所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体任一弧顶中心点与另一弧顶中心点之间的距离为30～50um。

6.根据权利要求2所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体的双边夹角介于70～120度。

7.根据权利要求2所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的微结构棱镜锥体的曲面弧顶的峰半径2～6um。

8.根据权利要求1～7所述的微结构棱镜膜，其特征在于所述的棱镜膜的材料折光指数介于1.50～1.59之间。

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