CN1447162A - 反射型光扩散器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种反射型光扩散器，运用于一液晶显示装置内，包含一基底、多个形成于该基底上的凸状结构以及一覆盖于该基底以及该多个凸状结构上的金属膜。该基底上定义有一第一法线方向，该每一个凸状结构表面具有一曲面，该曲面上定义有一变动的第二法线方向。该金属膜可将入射至该反射型光扩散器的入射光线反射。该变动的第二法线方向与该第一法线方向之间具有一介于0度至15度之间的夹角，使入射至该反射型光扩散器的该多个凸状结构的光线大部分被散射至偏离该第一法线方向0度至30的一角度区域内，将反射光线有效地控制于一特定角度区域内，使得光线得以有效利用。

Description

反射型光扩散器

技术领域

本发明是关于一种反射型光扩散器(Diffuser)，尤指一种液晶显示装置中的反射型光扩散器。

背景技术

液晶显示装置由于具有轻、薄、短、小等优点，除在携带型产品的应用已经成为主流外，也渐渐将成为整个显示器产业的主流。尤其是扭转向列型液晶显示装置(TN LCD)、超扭转向列型液晶显示装置(STN LCD)、薄膜电晶体液晶显示装置(TFT LCD)等，已广泛运用于各类携带型产品终端系统的显示工具。

然而，已知的液晶显示装置有一重大缺点，即使用者仅能由特定角度观看液晶显示装置。换言之，超过液晶显示装置的特定角度，显示器的亮度及对比将急剧下降，导致屏幕变暗与变色。为改善上述液晶屏幕视角特性的问题，有各种广视角技术引进，以提供使用者更宽广的屏幕视角与更高品质的视觉享受。其中，以扩散膜技术的引进及设计为重要方向。

已知扩散膜主要用途在于使入射光线经由扩散膜朝向各角度散射，以扩大液晶显示装置的视角。扩散膜在设计上有两种形式：一种形式是在显示器上片玻璃基板外侧形成一扩散膜，使光线穿出显示器外时分散方向，以达成扩散的效果；另一种形式则是在下片玻璃基板与反射膜之间形成一扩散膜，并于扩散膜上形成不同特殊形状结构，例如球形、多角状，使入射光射入反射膜后，借由扩散膜而反射至各方向，达成分光或聚光效果。上述两种形式的扩散膜技术当中，采用第二种形式扩散膜技术的液晶显示装置，其光线均匀度、视角广度、亮度及对比的效果皆较佳。

然而，已知第二种形式扩散膜技术仍存在一些缺点。由于已知技术是在扩散膜上形成不同形状的特殊结构，例如球形、多角状，使入射光射入至反射膜后，借由扩散膜而反射至各方向。如此一来，反射光任意分光或聚光导致反射光线无法有效的汇聚于使用者惯用的注视角度范围内，使得光线无法有效利用。因此，反射光的控制应该根据人眼注视面板的习惯来设计扩散膜，例如入射光线由30度入射角入射至液晶显示装置，人眼于-15度位置观察，或是入射光线由20度入射角入射至液晶显示装置，而人眼于-10度位置观察，皆为良好的扩散膜设计方向。

发明内容

因此，本发明要解决的主要技术问题在于提供一利反射型光扩散器，用于液晶显示装置，可将发射自该液晶显示装置的入射光线反射至特定方向。

为了解决上述技术问题，本发明的反射型光扩散器包含一基底、多个凸状结构及一金属膜。该基底上定义有一第一法线方向。该多个凸状结构是形成于该基底上，其中该多个凸状结构的每一个凸状结构表面具有一曲面，并且该曲面上定义有一变动的第二法线方向。该金属膜形成并覆盖于该基底以及该多个凸状结构上，用以将入射至该反射型光扩散器的入射光线反射。其中，该变动的第二法线方向与该第一法线方向之间具有一夹角，该夹角是介于0度至15度之间，致使入射至该反射型光扩散器的该多个凸状结构的光线大部分是被散射至偏离该第一法线方向0度至30的一角度区域内。

由上可见，利用本发明的反射型光扩散器，可将反射光线有效地控制于一特定角度区域内，以符合人眼观察该液晶显示装置的习惯

关于本发明的优点与精神，可以借由以下的具体实施便及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1是本发明实施例的反射型光扩散器的结构剖视图；

图2是图1所示反射型光扩散器的结构除去金属膜后的局部剖视图；

图3(a)是本发明第一实施例的反射光扩散器的结构剖视图；

图3(b)是本发明第一实施例的反射光扩散器平面沿AB线的结构剖视图；

图4是本发明的第一实施例的反射光反射率测量图；

图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)是本发明的第一实施例的结构成型剖视图；

图6(a)是本发明的第二实施例的结构剖视图；

图6(b)是本发明第二实施例的反射光扩散器平面沿AB线的结构剖视图；

图7是本发明的第二实施例的反射光反射率测量图；

图8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)是本发明的第二实施例的结构成型剖视图。

具体实施方式

图1所示是本发明的一反射型光扩散器20的结构剖视图。该反射型光扩散器20应用于一液晶显示装置，用以将发射自该液晶显示装置的一入射光线散射至一特定角度范围内。该反射型光扩散器20包含有一基底22、多个凸状结构(Bumper structure)24以及一金属膜(Metal film)26。如图1所示，该多个凸状结构24形成于该基底20上。该金属膜26形成并且覆盖于该基底22以及该多个凸状结构24上，用以将入射至该反射型光扩散器20的入射光线反射。

在一具体实施例中，每一个凸状结构24具有一介于1mm至20mm之间的直径。在一具体实施例中，每一个凸状结构24具有一介于0.1mm至6mm之间的高度。

图2为本发明反射型光扩散器20除去该金属膜26后的构造剖视图。需说明的是，在该基底22上定义有一第一法线方向(Normal direction)N。关于该基底22上的多个凸状结构24，每一个凸状结构24上皆具有一曲面28，并且于该曲面28上定义有一变动的第二法线方向(Variablenormal direction)N’，其中，该变动的第二法线方向N’与该第一法线方向N之间具有一夹角29。入射光入射至该反射型光扩散器20的该多个凸状结构24的光线，其反射线将反射至偏离该第一法线方向N一特定角度区域θ内，该特定角度区域θ需满足下列公式1：

θ＝|2α-λ|                          ……公式1

其中，α为该变动的第二法线方向N’与该第一法线方向N间的该夹角29，该夹角29的最大值介于0度至15度之间，λ为入射光射入该反射型光扩散器20时，对应于该第一法线方向N的入射角，λ’为该入射光反射后的反射角。入射光入射至该反射型光扩散器20后，其反射光将偏离该第一法线方向N，射向该特定角度区域θ内。如此一来，入射至该液晶显示装置的该反射型光扩散器20的光线，将于偏离该第一法线方向N的该特定角度区域θ内射出，该特定角度区域θ乃符合人眼注视面板的习惯。

图3(a)为本发明反射型光扩散器20的剖视图。该反射型光扩散器20包含一基底22，该基底22上定义有一第一法线方向N，并于该基底22上具有多个凸状结构24，其中该多个凸状结构24的每一个凸状结构24上有如图2所示的曲面28，并且于该曲面28上定义有该变动的第二法线方向N’。因此，当入射光入射至该反射型光扩散器20后，反射光反射至该特定角度区域θ，该特定角度区域θ乃符合人眼注视面板的习惯。

图3(b)所示为本发明第一较佳实施例的反射型光扩散器20平面沿AB线段的剖视图。该反射型光扩散器20的该基底22厚度为2.0mm，该多个凸状结构24中的每一个凸状结构24的直径为5mm，高度为0.46mm，夹角29最大α值为8度，即α值由0度至8度。为说明本发明第一较佳实施例的该反射型光扩散器20控制光线的效果，以该反射型光扩散器20上的该反射平面21说明。分别将入射光从该反射平面21中该第一法线方向N的一侧，将光线分别以入射角10度、15度、20度以及30度射入该反射型光扩散器20，于该第一法线方向N的另一侧测量不同反射角的反射率，测量数据如图4及表1所示：

表1

由表1可看出当入射角为10度、15度、20度、30度时，不同的反射角的反射率。以入射角为20度的光线为例，利用上述公式1：

θ＝|2α-λ|

当光线入射至该反射型光扩散器20时，由于该反射型光扩散器20所包含的夹角29的α值为0度至8度，则反射光的反射角将偏离该第一法线方向N为0度至20度。亦即，入射光线反射后将偏离原反射路径，而落于相对于该第一法线方向N的0至20度的角度范围内。因此，除了于正常反射角20度有70％的反射率之外，有26％的光线反射至反射角10度处，有30％的光线反射至反射角30度处，因此，借由该反射型光扩散器20该基底22上的该多个凸状结构24，可提高反射光于特定角度范围内的光反射量，以符合人眼注视面板的习惯，并提高入射光的利用率。

图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)为应用于第一较佳实施例的反射型光扩散器20的制造方法示意。该反射型光扩散器20使用于一液晶显示装置内，用以将发射自该液晶显示装置的一入射光线散射至一特定角度区域。该方法包含有步骤如下：首先形成该基底22，接着于该基底22上旋转涂布感光性官能基的一正型光阻，该正型光阻的厚度控制在2.0mm，接着以曝光能量为70mj/cm2，浓度0.4wt％的显影液，温度26℃，时间60秒，以及温度80℃进行中烤，进一步形成一光阻图样23(Photoresist pattern)，该光阻图样23包含多个凸状结构24，其中该多个凸状结构24中每一个凸状结构24的实际测量高度为0.46mm，该凸状结构24具有该曲面28(参图2)，并且于该曲面28上定义有该变动的第二法线方向N’。接着，于该基扳22上方形成该金属膜26，并且覆盖于该基板22以及该多个凸状结构24上，用以将入射至该反射型光扩散器20的光线反射。其中，该变动的第二法线方向N’与该第一法线方向N之间具有一夹角29，该夹角29是介于0度至8度之间。

图6(a)为本发明的第二较佳实施例反射型光扩散器20的剖视图。该反射型光扩散器20包含该基底22，该基底22上定义有该第一法线方向N，并于该基底22上具有多个凸状结构24，其中该多个凸状结构24的每一个凸状结构24上有如图2所示的该曲面28，并且于该曲面28上定义有该变动的第二法线方向N’。因此，当入射光入射至该反射型光扩散器20后，反射光反射至该特定角度区域θ，该特定角度区域θ仍符合人眼注视面板的习惯。

图6(b)为第二较佳实施例的反射型光扩散器20平面沿AB线段的剖视图。该反射型光扩散器20的该基底22厚度为3.0mm，该多个凸状结构24中的每一个凸状结构24的直径为7mm，高度为1.43mm，夹角29最大值为10度，即α值由0度至10度。为说明本发明第二实施例的该反射型光扩散器20控制光线的效果，以该反射型光扩散器20上的该反射平面21说明。分别将入射光从该反射平面21中该第一法线方向N的一侧，将光线分别以入射角10度、15度、20度以及30度射入该反射型光扩散器20，于该第一法线方向N的另一侧测量不同反射角的反射率数据如图7及表2所示

表2

由表2可得入射角为10度、15度、20度、30度时，不同的反射角的反射率。以入射角20度的光线为例，利用上述公式1：

θ＝|2α-λ|

当光线入射至该反射型光扩散器20时，由于该反射型光扩散器20所包含的夹角29的α值为0度至10度，则反射光的反射角将偏离该第一法线方向N为0度至20度，即入射光线反射后将偏离原反射路径，而落于相对于该第一法线方向N的0至20度的角度范围内。因此，除了在正常反射角20度有82％的反射率之外，有26％的光线反射至反射角10度处，有27％的光线反射至反射角30度处，因此，借由该反射型光扩散器20该基底22上的该多个凸状结构24，可提高反射光于特定角度范围内的光反射量，以符合人眼注视面板的习惯，并提高入射光的利用率

图8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)为制造该第二实施例的该反射型光扩散器20的方法示意，该反射型光扩散器20应用于一液晶显示装置，以将入射至该液晶显示装置的入射光线扩散至一特定角度区域，该方法包含有步骤如下，首先形成该基底22，接着于该基底22上旋转涂布感光性官能基的一正型光阻，该正型光阻的厚度控制在3.0mm，接着以曝光能量为50mj/cm2，浓度0.4wt％的显影液，温度26℃，时间720秒，以及温度130℃进行中烘烤(Baking)，进一步形成一光阻图样23，该光阻图样23包含多个凸状结构24，其中该多个凸状结构24中每一个凸状结构24的实际测量高度为1.43mm，该凸状结构24具有该曲面28(参图2)，并且于该曲面28上定义有一变动的第二法线方向N’，接着，于该基板22上方形成该金属膜26，以覆盖于该基板22以及该多个凸状结构24之上，用以将入射至该反射型光扩散器20的光线反射。其中，该变动的第二法线方向N’与该第一法线方向N之间具有一夹角29，该夹角29是介于0度至10度之间。

以上详细说明并非用来对本发明的范围加以限制。在本发明基础上所作的各种改变及具相等性的设计应在本发明专利申请的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种反射型光扩散器，应用于一液晶显示装置内，用以将发射自该液晶显示装置的一入射光线散射，其特征在于包含：

一基底，于该基底上定义有一第一法线方向；

多个凸状结构，该多个凸状结构形成于该基底上，该多个凸状结构的每一个凸状结构具有一曲面并且于该曲面上定义有一变动的第二法线方向；

一金属膜，该金属膜形成并覆盖于该基底以及该多个凸状结构上，该金属膜用以将入射至该反射型光扩散器的入射光线反射；及

其中，该变动的第二法线方向与该第一法线方向之间具有一夹角，该夹角是介于0度至15度之间，以使入射至该反射型光扩散器上每个该多个凸状结构的光线大部分被散射至偏离该第一法线方向0度至30度的一角度区域内。

2、如权利要求1所述的反射型光扩散器，其特征在于所述的每一个凸状结构具有一介于1mm至20mm之间的直径。

3、如权利要求1所述的反射型光扩散器，其特征在于所述的每一个凸状结构具有一介于0.1mm至6mm之间的高度。

4、一种制造一反射型光扩散器的方法，该反射型光扩散器应用于一液晶显示装置内，用以将发射自该液晶显示装置的一入射光线散射，其特征在于包含下列步骤：

形成一基底，该基底上定义有一第一法线方向；

于该基底上形成一光阻图样，该光阻图样包含多个凸状结构，每一个凸状结构具有一曲面，并且于该曲面上定义有一变动的第二法线方向；

在该基底及该多个凸状结构上形成一金属膜，该金属膜覆盖该基板及该多个凸状结构，用以将入射至该反射型光扩散器的光线反射；

其中，该变动的第二法线方向与该第一法线方向之间具有一夹角，该夹角介于0度至15度之间，以使入射至该反射型光扩散器上每一个该多个凸状结构的光线大部分被散射至偏离该第一法线方向0度至30的一角度区域内。

5、如权利要求4所述的制造一反射型光扩散器的方法，其特征在于所述的每一个凸状结构具有一介于1mm至20mm之间的直径。

6、如权利要求4所述的制造一反射型光扩散器的方法，其特征在于所述的每一个凸状结构具有一介于0.1mm至6mm之间的高度。

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