CN102472845B - 聚光型光学片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于液晶显示器的聚光型光学片，该聚光型光学片防止发生黄带或彩虹现象而无需使用保护片。

Description

聚光型光学片
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示装置的聚光型光学片。
背景技术
随着工业社会发展成高度的信息化时代，作为显示以及传达各种信息的媒介的电子显示装置变得越来越重要。以前广泛使用阴极射线管(Cathode RayTube，CRT)，但是由于安装所需的空间大，因而其使用受到限制，难以制造大尺寸的CRT，所以CRT被包括液晶显示器(Liquid Crystal Device，LCD)、等离子显示器(Plasma Display Panel，PDP)、场发射显示器(Field EmissionDisplay，FED)、以及有机电致发光(electroluminescent，EL)显示器在内的各种平板显示器取代。在这样的平板显示器中，特别是LCD(Liquid CrystalDevice，液晶显示器)为结合了液晶和半导体技术的技术密集型产品，具有薄、轻且耗电低的优点。因此，对LCD的结构和制造技术的研究和开发不断进行。现在，已经应用于诸如笔记本电脑、台式计算机的显示器、便携式个人通信装置(包括个人数字助理(PDA)和手机)等领域的LCD，被制造成更大的尺寸，从而可以将LCD应用到诸如HD(High Definition，高清)电视的大型电视中。因此，LCD作为可代替CRT(曾经是显示器的代名词)的新型显示器而引人注目。
在LCD中，由于液晶本身无法发光，因此，在液晶的背面另外设置光源，以便控制透过各个像素(pixel)中的液晶的光的强度，从而获得对比度。更具体地，作为利用液晶物质的电特性而调节光的透射率的装置，LCD从安装在其背面的光源灯发光，这样发出的光通过各种功能性棱镜膜或棱镜片，从而传播具有均匀性和方向性的光，之后这种受控制的光还通过彩色滤光片，由此获得红、绿和蓝(R、G、B)的颜色。此外，LCD使用间接发光方式，其中，通过用电的方法控制各像素的对比度来呈现图像。这样，提供光源的发光装置是决定包括亮度和均匀性在内的LCD的画质的重要部件。
这种发光装置广泛使用背光模块(BLU)。通常，从包括冷阴极荧光灯管(CCFL)的多个光源发射的光顺序地通过扩散板、扩散片以及棱镜片，然后到达液晶面板。扩散板对于在屏幕的整个前表面上得到均匀的光强度起到重要作用，并且同时起隐蔽作用，以便从前表面看不见诸如安装在扩散片下方的光源等装置。棱镜片用于控制光通路，将穿过扩散片的各个方向的光线变换到适合观看者观看图像的视角q的范围内。
但是，在从光源发射的光通过扩散片扩散后通过棱镜片聚光的过程中，只能对以预定角度范围入射的光进行聚光，因此，没有被聚光的其它光被消除或者再聚光。这样，在棱镜片上的聚光区域和消除区域之间的交叉点处会产生黄带(yellow band)，另外，在棱镜片上的消除区域和再聚光区域处会发生呈现彩虹颜色的波动的彩虹(rainbow)现象，不期望地导致缺陷的问题。
为了解决这样的问题，传统地在棱镜片上层叠保护片，但由于最近的减少叠片的数量以制造薄型的显示器且使制造流程变得简单的趋势使得保护片的使用受到限制。
因此，需要不使用保护片而能够防止黄带或彩虹现象的方法。
发明内容
技术问题
因此，本发明旨在提供一种不使用保护片而能够防止发生黄带或者彩虹现象的聚光型光学片。
技术方案
本发明的第一优选实施例提供一种聚光型光学片，包括：基底层；以及结构层，形成在该基底层的一个表面或者两个表面上，并且具有多个三维(3D)结构的阵列，其中，所述结构层的每一个3D结构包括从一个峰顶点向相反方向延伸的倾斜部，当在纵剖面看时，该倾斜部为流线型，并且所述倾斜部相对于所述峰顶点对称或者不对称，并且包括第一假设圆的圆周的一部分以及第二假设圆的圆周的一部分，第一假设圆和第二假设圆彼此重叠。
本发明的第二优选实施例提供一种聚光型光学片，包括：基底层；以及结构层，形成在该基底层的一个表面或者两个表面上，并且具有多个3D结构的阵列，其中，所述结构层的每一个3D结构包括具有一个峰顶点的和从所述峰顶点向相反方向延伸的倾斜部，其中当在纵剖面看时，所述峰顶部和所述倾斜部为流线型，并且所述倾斜部相对于所述峰顶点对称或者不对称，并且包括第一假设圆的圆周的一部分以及第二假设圆的圆周的一部分，第一假设圆和第二假设圆彼此重叠，并且所述峰顶部包括与所述第一假设圆的圆周以及所述第二假设圆的圆周相邻的第三假设圆的圆周的一部分，同时该第三假设圆被包含在所述第一假设圆与所述第二假设圆的重叠区域中。
在所述第一实施例以及第二实施例中，在与连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的假设线垂直的方向看时，所述结构层的所述3D结构的宽度可以对应于该第一假设圆和该第二假设圆的重叠区域处的圆周之间的最大长度的1/10至1倍。
在所述第一实施例以及第二实施例中，在与连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的假设线垂直的方向看时，该第一假设圆和该第二假设圆的重叠区域处的圆周之间的最大长度可以是50至1000μm。
在所述第一实施例以及第二实施例中，所述结构层的所述3D结构的高度可以对应于连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的所述假设线的长度的1/20至1/2。
在所述第一实施例以及第二实施例中，连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的所述假设线的长度可以是1至1000μm。
在所述第二实施例中，所述峰顶部可以与所述倾斜部连接，并且所述第三假设圆的直径可以是50μm或更小。
在所述第一实施例以及第二实施例中，所述结构层的所述3D结构可以具有线性阵列或非线性阵列。
在所述第一实施例以及第二实施例中，所述基底层可以使用选自聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂以及苯乙烯-丙烯酸共聚树脂中的树脂形成。
在所述第一实施例以及第二实施例中，所述结构层使用选自包含紫外光固化树脂和包含热固性树脂的聚合物树脂中的树脂形成。
本发明的第三优选实施例提供一种背光模块(BLU)组件，包括：扩散板；以及根据所述第一实施例和第二实施例所述的聚光型光学片。
附图说明
图1是示出根据本发明一个优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图；
图2是示出包含具有图1的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图；
图3是示出根据本发明另一优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图；
图4是示出包含具有图3的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图；
图5是示出根据本发明另一优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图；
图6是示出包括具有图5的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图；
图7是示出根据本发明又一优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图；
图8是示出包括具有图7的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图；
图9是示出当使用实例1的聚光型光学片时观察到的黄带以及彩虹的照片；
图10是示出当使用实例3的聚光型光学片时观察到的黄带以及彩虹的照片；
图11是示出当使用比较例1的聚光型光学片时观察到的黄带以及彩虹的照片；
图12是示出当使用比较例2的聚光型光学片时观察到的黄带以及彩虹的照片；
图13是示出当在比较例2的聚光型光学片上还层叠保护片时观察到的黄带以及彩虹的照片；以及
图14是示出当使用参考例的光栅片(lenticular sheet)时观察到的黄带以及彩虹的图片。
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明。
图1是示出根据本发明一个优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图，图2是示出包含具有图1的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图。另外，图3是示出根据本发明另一优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图，图4是示出包含具有图3的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图。另外，图5是示出根据本发明另一优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图，图6是示出包括具有图5的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图。此外，图7是示出根据本发明又一优选实施例的聚光型光学片的3D结构的形状的示意图，图8是示出包括具有图7的形状的3D结构的聚光型光学片的剖视图。
为了描述方便，对全部附图中的相同结构使用相同的附图标记，但并不是表示其组成以及形状也一定相同。
根据本发明的第一优选实施例，聚光型光学片包括基底层10以及形成在基底层10的一个表面或两个表面上并且具有多个3D结构的阵列的结构层20，其中，结构层20的每个3D结构25包括从一个峰顶点向相反方向延伸的倾斜部21，其中，当在纵剖面观看时，该倾斜部是流线形，倾斜部21相对于峰顶点对称或者不对称，并且倾斜部21包括第一假设圆100的圆周的一部分以及第二假设圆200的圆周的一部分，该第一假设圆和该第二假设圆彼此重叠(参照图1到图4)。
根据本发明的第二优选实施例，聚光型光学片包括基底层10以及形成在基底层10的一个表面或两个表面上并且具有多个3D结构的阵列的结构层20，其中，结构层20的每个3D结构25包括具有一个峰点的峰顶部22和从峰顶部22向相反方向延伸的倾斜部21，其中，当在纵剖面观看时，该峰顶部和该倾斜部是流线形，倾斜部21相对于峰顶点对称或者不对称，并且倾斜部21包括第一假设圆100的圆周的一部分以及第二假设圆200的圆周的一部分，该第一假设圆和该第二假设圆彼此重叠，峰顶部22包括与第一假设圆100的圆周以及第二假设圆200的圆周相邻的第三假设圆300的圆周的一部分，同时第三假设圆300被包含在第一假设圆100与第二假设圆200的重叠区域中(参照图5～图8)。
根据本发明的第一优选实施例以及第二优选实施例，根据彼此重叠的第一假设圆100和第二假设圆200的大小和重叠区域有多大可以确定3D结构25的大小以及倾斜程度。
具体地，在与连接彼此重叠的第一假设圆和第二假设圆的两个交叉点的假设线L垂直的方向看时，结构层20的3D结构25的宽度w对应于第一假设圆100和第二假设圆200的重叠区域处的圆周之间的最大长度d的1/10至1。这样，考虑光的折射以便不发生彩虹现象和黄带同时考虑光的路径以聚光，在与连接第一假设圆100和第二假设圆200的两个交叉点的假设线L垂直的方向看时，第一假设圆100和第二假设圆200的重叠区域处的圆周之间的最大长度d可以是50至1000μm。
在结构层20的3D结构25中，当如上所述地首先确定了宽度w后，通过它可以得出高度h。这样，考虑光的折射以便不发生彩虹现象和黄带同时考虑光的路径以聚光，高度h可以是连接第一假设圆100以及第二假设圆200的两个交叉点的假设线L的长度的1/20～1/2。此时，连接第一假设圆100以及第二假设圆200的两个交叉点的假设线L的长度可以是1～1000μm长。
尽管在上面描述了首先确定3D结构25的宽度的情形，但首先确定3D结构25的高度h，然后通过它得出3D结构25的宽度w的情形也是可以的。
此外，根据本发明第二优选实施例的聚光型光学片可以包括圆形的峰顶部22，其中该峰顶部可以包括被包含在组成倾斜部21的所述两个假设圆的重叠区域中同时与该两个圆相邻的第三假设圆300的一部分。
根据上述第三假设圆300的大小以及位置，确定峰顶部22的弯曲程度以及大小。当第三假设圆300位于第一假设圆100和第二假设圆200的重叠区域内时，第三假设圆300的圆周与第一假设圆100和第二假设圆200的圆周相邻。因此，考虑峰顶部22的形成位置以及聚光效率，第三假设圆300的直径可以是50μm或小于50μm。
第一假设圆100和第二假设圆200可以是如图1以及图5所示那样具有相同的直径，也可以是如图3以及图7那样具有相互不同的直径。因此，当从纵剖面看时，3D结构25可以相对峰顶对称或者不对称。
结构层20的3D结构25可以线性排列或非线性排列。
具有这样的形状的3D结构25由于光线的入射、折射和出射的角度不同，因此可以防止发生彩虹现象以及黄带现象。另外在双凸透镜的情况下，不发生彩虹现象以及黄带现象，但不能实现聚光功能，因此亮度显著下降。然而，具有上述形状的3D结构25，虽然没有传统的棱镜结构提供的亮度那么高，但可以充分提供所需要的亮度或更高的亮度。
根据本发明的聚光型光学片可以用一般的公知方法来制造。具体地，可以在基底层10的一个表面上涂上包含紫外光固化树脂或热固性树脂的溶液，然后进行固化，由此形成结构层20。
基底层10可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂或者苯乙烯-丙烯酸共聚树脂形成。
结构层20的树脂材料只要是固化型树脂并且透光，则没有特别限定。具体地，可以使用包含紫外光固化树脂或者热固性树脂的任何聚合物树脂，而没有限制，结构层20的树脂材料可以包括不饱和脂肪酸氰酸酯树脂、芳香族乙烯基化合物、不饱和脂肪酸及其衍生物、不饱和二元酸(unsaturated dibasicacid)及其衍生物、以及诸如甲基丙烯腈的乙烯基氰(vinyl cyanide)化合物。考虑与基底层10的折射率，可以确定聚合物树脂的种类。
鉴于要达到优异的机械强度、热稳定性和柔韧性，并且防止透过光的损失，基底层10的厚度可以是10～1000μm，更优选的是15～400μm。
虽然未图示，但在基底层10的一个表面上形成结构层20的情形中，在基底层10的另一个表面上可以固化地形成底层，可以使用作为公知的光扩散粒子的有机粒子以及无机粒子。
另外，本发明可以提供包含如上所述的聚光型光学片的BLU(Back LightUnit，背光模块)组件，其中，该聚光型光学片形成在BLU组件的最顶层，因而不需要额外的保护片。
通过下面的实例可以更好地理解本发明，所述实例是为了示例给出，而不应当认为限制本发明。
实例1
使用包含188μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(T600，可从Mizubisi公司购买)(折射率：1.49)的基底层。
为了设计如图1所示的结构层的3D结构，制造模具使得第一假设圆和第二假设圆的每一个的直径是250μm，连接第一假设圆和第二假设圆的交叉点的假设线L的长度是200μm，当在与连接两个交叉点的假设线L垂直的方向看时，第一假设圆和第二假设圆的重叠区域的圆周之间的最大长度d是100μm，并且3D结构的宽度w为50μm(d的1/2)和高度w为25μm(L的1/8)。然后，向该模具中加入丙烯酸基紫外光固化树脂组合物(折射率为1.58)，并且使用紫外光进行固化，从而形成结构层(折射率为1.60)，由此制造聚光型光学片。
实例2
除了连接第一假设圆和第二假设圆的两个交叉点的假设线L的长度是225μm，当在与连接两个交叉点的假设线L垂直的方向看时，第一假设圆和第二假设圆的重叠区域的圆周之间的最大长度d是150μm，以及3D结构的宽度w为50μm(d的1/3)和高度h为12.5μm(L的1/18)之外，以与实例1相同的方式制造聚光型光学片。
实例3
除了第一假设圆和第二假设圆的每一个的直径是500μm，连接第一假设圆和第二假设圆的两个交叉点的假设线L的长度是350μm，当在与连接两个交叉点的假设线L垂直的方向看时，第一假设圆和第二假设圆的重叠区域的圆周之间的最大长度d是150μm，以及3D结构的宽度w为50μm(d的1/3)和高度h为25μm(L的1/14)之外，以与实例1相同的方式制造聚光型光学片。
实例4
除了如图5所示，结构层的3D结构被设计为使得位于第一假设圆和第二假设圆的重叠区域内同时与第一假设圆和第二假设圆的圆周相邻的第三假设圆的直径为10μm，以及3D结构的高度h为23μm之外，以与实例1相同的方式制造聚光型光学片。
实例5
除了第三假设圆的直径为20μm以及3D结构的高度h为21μm之外，以与实例4相同的方式制造聚光型光学片。
实例6
除了下述内容之外，以与实例1相同的方式制造聚光型光学片：为了设计如图3所示的结构层的3D结构，制造模具使得第一假设圆和第二假设圆的直径分别为150μm和250μm，连接第一假设圆和第二假设圆的交叉点的假设线L的长度是145μm，当在与连接两个交叉点的假设线L垂直的方向看时，第一假设圆和第二假设圆的重叠区域的圆周之间的最大长度d是80μm，并且3D结构的宽度w为50μm和高度w为23μm，之后，向该模具中加入丙烯酸基紫外光固化树脂组合物(折射率为1.58)，并且使用紫外光进行固化，从而形成结构层(折射率为1.60)。
实例7
除了如图7所示，结构层的3D结构被设计为使得位于第一假设圆和第二假设圆的重叠区域内同时与第一假设圆和第二假设圆的圆周相邻的第三假设圆的直径为10μm，以及3D结构的高度h为21μm之外，以与实例6相同的方式制造聚光型光学片。
比较例1
准备了包含LC213(当从纵剖面看时，顶角为90°，峰顶部分(R＝1)：圆形形状、间距50μm、高度25μm，可从Kolon公司购买)的聚光型光学片。
比较例2
准备了包含LC213(当从纵剖面看时，直角三角形的顶角为90°，间距50μm，高度25μm，可从Kolon公司购买)的聚光型光学片。
将上述各个实例以及比较例的聚光型光学片层叠到扩散板(LX210，可从Kolon公司购买)上，并如下地评估其物理性质。结果显示于下面的表1及图9到图14中。
在比较例2的聚光型光学片上额外层叠了保护片(LD243，可从Kolon公司购买)的情况下，也以同样的方法对所述属性进行评估。
作为参考例，使用代替上述实例和比较例的聚光型光学片的光栅(L-Grade，可从Kolon公司购买)，并且评估了其物理性质。
(1)亮度评估
将实例1～7以及比较例1和2的各个聚光型光学片、比较例2的聚光型光学片加保护片、以及参考例的光栅片，按照上述方式安装到用于17寸LCD面板的BLU上，使用亮度计(BM-7、可从日本TOPCON公司购买)来测量13个随机点的亮度值并求出其平均值。
(2)黄带现象观察
在观察上下视角时，大概在40度附近，在观察左右视角时，大概在50度附近，通过数字相机进行拍摄并观察。
(3)彩虹现象观察
在观察上下视角时，从大概在40度到旁瓣(Side-Lobe)发生位置之前的区域里，通过数字相机进行拍摄并观察。
表1
  区别   亮度   黄带   彩虹
  实例1   100％   不发生   不发生
  实例2   80％   不发生   不发生
  实例3   108％   发生但微弱   发生但微弱
  实例4   95％   不发生   不发生
  实例5   90％   不发生   不发生
  实例6   87％   不发生   不发生
  实例7   82％   不发生   不发生
  比较例1   111％   发生   发生
  比较例2   109％   发生   发生
  比较例2+保护片   105％   不发生   不发生
  参考例   81％   不发生   不发生
上面的物理性质评估表明，根据本发明的聚光型光学片，在保持与当传统的棱镜片上层叠了保护片时的亮度相等的亮度的同时，不产生黄带或彩虹现象。
尽管为了举例的目的已经公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (9)

1.一种聚光型光学片，包括：
基底层；以及
结构层，形成在该基底层的一个表面或者两个表面上，并且具有多个三维结构的阵列，
其中，所述结构层的每一个三维结构包括从一个峰顶点向相反方向延伸的各个倾斜部，当在纵剖面看时，该各个倾斜部为流线型，并且
所述倾斜部相对于所述峰顶点对称或者不对称，并且包括第一假设圆的圆周的一部分以及第二假设圆的圆周的一部分，第一假设圆和第二假设圆彼此重叠，
其中，在与连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的假设线垂直的方向看时，所述结构层的所述三维结构的宽度对应于该第一假设圆和该第二假设圆的重叠区域处的圆周之间的最大长度的0.33～0.63倍，
其中，在与连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的假设线垂直的方向看时，该第一假设圆和该第二假设圆的重叠区域处的圆周之间的最大长度是80～150μm。
2.一种聚光型光学片，包括：
基底层；以及
结构层，形成在该基底层的一个表面或者两个表面上，并且具有多个三维结构的阵列，
其中，所述结构层的每一个三维结构包括具有一个峰顶点的峰顶部和从所述峰顶部向相反方向延伸的各个倾斜部，其中当在纵剖面看时，所述峰顶部和所述各个倾斜部为流线型，
所述倾斜部相对于所述峰顶点对称或者不对称，并且包括第一假设圆的圆周的一部分以及第二假设圆的圆周的一部分，第一假设圆和第二假设圆彼此重叠，并且所述峰顶部包括与所述第一假设圆的圆周以及所述第二假设圆的圆周相邻的第三假设圆的圆周的一部分，同时该第三假设圆被包含在所述第一假设圆与所述第二假设圆的重叠区域中，
其中，在与连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的假设线垂直的方向看时，所述结构层的所述三维结构的宽度对应于该第一假设圆和该第二假设圆的重叠区域处的圆周之间的最大长度的0.33～0.63倍，
其中，在与连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的假设线垂直的方向看时，该第一假设圆和该第二假设圆的重叠区域处的圆周之间的最大长度是80～150μm。
3.根据权利要求1或2所述的聚光型光学片，其中，所述结构层的所述三维结构的高度对应于连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的所述假设线的长度的0.071～0.16。
4.根据权利要求3所述的聚光型光学片，其中，连接所述第一假设圆和所述第二假设圆的两个交叉点的所述假设线的长度是145～350μm。
5.根据权利要求2所述的聚光型光学片，其中，所述峰顶部与所述倾斜部连接，并且所述第三假设圆的直径是10～20μm。
6.根据权利要求1或2所述的聚光型光学片，其中，所述结构层的所述三维结构具有线性阵列或非线性阵列。
7.根据权利要求1或2所述的聚光型光学片，其中，所述基底层使用选自聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂以及苯乙烯—丙烯酸共聚树脂中的树脂形成。
8.根据权利要求1或2所述的聚光型光学片，其中，所述结构层使用选自包括紫外光固化树脂和包含热固性树脂的聚合物树脂中的树脂形成。
9.一种背光模块组件，包括：
扩散板；以及
根据权利要求1或2所述的聚光型光学片。
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