CN1499221A - 棱镜片及其制作方法以及采用该棱镜片的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棱镜片及其制作方法，该棱镜片包括：一个接收光线的光入射面；一个发射入射到光接收面上的光的光发射面，其中光发射面至少包括一个光集中单元，该光集中单元至少具有两个入射并折射光线的斜面。所述两斜面之间的顶角为钝角，该顶角的确定与棱镜片的折射率有关。所述光发射面可以包括多个光集中单元，每个光集中单元具有棱镜列的形状并且沿光集中单元的纵向彼此平行地分布。本发明还公开了一种液晶显示装置，该装置包括：所述棱镜片，一个用于发光的灯光组件；一个用于扩散光线的扩散片；和一个利用来自棱镜片的光和外部提供的图像数据显示图像的LCD板组件。

Description

棱镜片及其制作方法以及采用该 棱镜片的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种光学片和一种图像显示装置，更具体地说，涉及一种为提高显示装置的亮度和视角而设计的棱镜片及制作该棱镜片的方法，还涉及一种采用该棱镜片的液晶显示装置。
背景技术
图像显示装置如液晶显示装置(LCD)主要包括一个用于提供光线的照明组件、用于处理图像数据并在其上显示图像的显示组件和用于把从照明组件产生的光线转变成更适于显示组件的光线的各种光学元件。这些光学元件一般包括用于将光学组件发出的光导向显示组件以提供均匀分布的光线的光导板和一个或多个通过调节从照明组件经光导板而提供的光路来提高显示组件的亮度的光学片。
通常，将这些光学片中的棱镜片用在LCD装置中以提高显示板的亮度、尤其是正面的亮度，从而显示高质量的图像。因为从光导板发出的光在其中扩散，所以当利用扩散光显示图像时可以在显示板处测得较宽的视角和较低的亮度。因而LCD装置采用棱镜片集中扩散光以向显示板传播，从而提高显示板的正面亮度。在授权于Campbell等人的、名称为“光学膜(OpticalFilm)”的美国专利US 6,354,709号中描述了这种棱镜片的例子，其中披露了一种光学片，该光学片用于集中入射在其上的光并防止由LCD板的象素图形之间的干涉造成的莫尔现象。
下面参考有关的附图描述常规棱镜片的结构和功能。
图1是常规棱镜片的透视图。图1中的棱镜片100有一个光入射面110，一个光发射面120和侧面130。从外部光源供给的光入射到光入射面110上，并从光发射面120射出。光发射面120形成有多个光集中单元116，每个单元有一个棱镜片。所述光集中单元116沿选定的方向延伸并且彼此平行地整齐排列。每个光集中单元116具有三角形棱镜形状和第一及第二斜面112、114。两个斜面112、114在它们延伸的边缘相交，形成一个延伸的棱镜列。
在常规的棱镜片中，光集中单元116的斜面112、114形成一个带有约90°角的峰顶(peak edge)的棱镜列。换言之，第一和第二斜面112、114在它们延伸的边缘以直角相交，从而可将穿过斜面112、114的光的光路调向显示板(未示出)。
图2是表示光在常规棱镜片中穿行的路径的示意性截面图。在常规的棱镜片100中，入射到光入射面110上的光依据光入射方向与第一或第二斜面112、114之间的角度透过光集中单元116的斜面112、114或在此两斜面上反射。
例如，在光集中单元116的峰顶或顶角(peak angle)处斜面112、114之间的角度约为90°时，如果光140以大约90°的光入射角入射到入射面110上，则入射光140穿过光入射面110并到达光集中单元116的第一斜面112。然后此光束在第一斜面112上被反射向第二斜面114。该反射光有一个垂直于入射光140的方向。到达第二斜面114的光又被反射向入射面110。在第二斜面114上反射的光有一个垂直于被第一斜面112反射的光的方向。被第二斜面114反射的光从光入射面110射出。结果，以大约90°度角入射到光入射面110上的光不透过光集中单元116，而被反射回到光入射面110。
相反，当光集中单元116具有大约90°的顶角并且光150以不是90°、但相对于光入射面110倾斜的入射角入射到光入射面110上时，入射光150在光入射面110处被具有一种折射率的棱镜片折射并到达光集中单元116的第一斜面112。然后光再在第一斜面112处被具有所述折射率的棱镜片折射并通过第一斜面112。结果，当光以相对于光入射面110为锐角(即小于90°)的入射角入射到光入射面110时，入射光150透过棱镜片100并集中朝向设置在棱镜片100之上的显示装置(未示出)。
考虑到入射光的反射或透射与光入射角之间的上述关系，把具有大约90°顶角的棱镜片用于具有扩散片的显示装置。
图3是采用图1和图2所示棱镜片100的常规LCD装置的简图。LCD装置200包括光源210、光导板220、扩散片230、棱镜片110和LCD板250。此处，光源210可以是一个或多个设置在光导板220两侧222的灯泡。利用这种光源210的LCD装置200被称作“边缘式照明”。此类LCD装置具有例如尺寸、尤其是厚度减小的优点。
从光源210发出的光经其侧面222进入到光导板220中，并朝向扩散片230传播。然后，该光束通过穿过扩散片230被扩散并透过棱镜片100，光在该棱镜片处被如上所述地集中。结果，光沿垂直于LCD板的方向提供给LCD板250。此时，从光导板220发出的光相对于光导板220的光发射面224大部分具有锐角的光发射角。
图4表示图3中扩散片230的亮度分布。图5示出了图4中与不同视角相关的亮度变化曲线。在图4和图5中，视角在90°～-90°(或270°)的范围内变化，并且0°的视角代表观察者在垂直于LCD板的方向观看LCD装置。
当光从光导板220发出时大部分具有相对于垂直于光导板220的光发射面224的方向大约呈30°或-30°的光发射角(参见图3)。因而，在亮度分布中区域L1和L2具有最大亮度“C”，如图4和图5所示。换言之，扩散片上对应于视角30°和-30°的区域具有最大值“C”的亮度分布。
反之，在扩散片上对应于0°视角的区域处测得最小亮度“D”。换言之，如图5所示，在正面(即，大约0°视角)的亮度分别低于对应于视角“A”和“B”(即30°和-30°)的区域L1和L2的亮度。亮度分布中的这种变化使LCD装置的显示质量变劣。
为了防止显示质量由于亮度变化而变劣，在LCD装置中采用一个扩散片以提高在0°视角时的正面亮度。另外，在扩散片上方设置一个棱镜片以进一步提高LCD装置的正面亮度。如上所述，具有在每个光集中单元的峰顶处的顶角约为90°的棱镜片可通过折射相对于光集中单元的表面以锐角入射的光来提高正面亮度。
图6是直下式照明的常规LCD装置的简图。如图6所示，直下式照明的LCD装置300有多个光源310，如灯泡，这些光源彼此平行地设置在扩散片320之下。从光源310发出的光经扩散片320和棱镜片100向LCD板330传播。
因为光源310设置在扩散片320的下方，所以穿过扩散片320的光大部分以相对于光入射面110约90°的入射角入射到棱镜片100的光入射面110上。穿过扩散片320的光的其余部分以相对于光入射面为锐角地入射到棱镜片100上。换言之，与穿过扩散片的光大部分以相对于光入射面为锐角地入射到棱镜片上的边缘式照明的LCD装置(见图3)相比，直下式照明LCD装置中穿过扩散片320的光大部分以约90°的入射角入射到棱镜片100上。
因此，在直下式照明的LCD装置300中，穿过扩散片320的光大部分在棱镜片100处被反射。如上所述，以垂直于光入射面110的入射角入射到棱镜片100上的光在第一斜面112上以直角被反射向第二斜面114，并且又在第二斜面114上以直角被反射向光入射面110。结果，以直角入射到棱镜片上的光又反射回到棱镜片100的光入射面110。以直角从扩散片320出射的光通过被棱镜片反射而被散射并被损失掉。直下式照明的LCD装置的光亮度试验表明，由光源310产生的光大部分在棱镜片100上反射因而被损失掉，而只有少部分光透过棱镜片100传向LCD板330。
因而，在直下式照明的LCD装置中采用顶角约为90°的棱镜片100将大大降低LCD装置的亮度，使得LCD装置的显示质量明显劣化。
图7表示图6中LCD板上的亮度分布。图8表示图7中随不同视角变化的亮度曲线。当视角在90°～-90°(或270°)的范围内变化时，LCD板上的亮度如图8所示地改变。如上所述，因为在直下式照明的LCD装置中穿过扩散片的光大部分在棱镜片上反射，所以在直下式照明的LCD装置中到达LCD板的光量远小于边缘式照明的LCD装置中到达LCD板的光量。这是因为只有以锐角入射到棱镜片上的很少的光量穿过棱镜片射向LCD板。
另外，以大约90°角入射到棱镜片的光入射面上的光线以基本上与光入射面平行地射出棱镜片。平行于光入射面的从棱镜片出射的光几乎不能到达LCD板。这些光的亮度由图7中的区域L3和L4以及图8中的区域F和G示出。因而，采用顶角约为90°的棱镜片将导致直下式照明的LCD装置中的光损耗。
曾有人提出了一些改进以克服常规棱镜片中的这些缺点。例如，一项技术是将棱镜片制作成使集中单元的斜面之间的顶角处于选定的角度范围内。在授权于Campbell等人的、名称为Optical Film的美国专利US 6,354,709号中公开了这种棱镜片，其中所形成的棱镜片的顶角处于70°～110°的范围。但是，这种棱镜片对LCD装置的亮度分布的改善很小，因为该棱镜片具有固定的折射率，如1.586，而与顶角的变化无关。换言之，尽管棱镜片的顶角从90°增大到了110°，它对提高LCD装置的亮度分布的作用很小。这是因为棱镜片的光学特性取决于顶角和折射率两者的缘故。
因此，需要一种借助于在光集中单元的斜面之间具有的顶角而提高显示装置的亮度分布的棱镜片，其中该顶角选自与棱镜片的折射率相关的特定范围。
发明内容
本发明旨在提供一种棱镜片以及采用该棱镜片的液晶显示装置，以克服或消除现有技术中的上述及其它缺点和不足。在一实施方式中，本发明的棱镜片包括一个接收光线的光入射面，一个发射入射到光接收面上的光的光发射面，其至少包括一个具有至少两个入射并折射光线的斜面的光集中单元。所述两个斜面之间的顶角为钝角，该角度由棱镜片的折射率而定。另外，所述光发射面可以有多个光集中单元，每个单元具有棱镜列的形状并且沿光集中单元的纵向彼此平行地分布。
在另一实施方式中，本发明的棱镜片还包括一个形成在每个光集中单元的至少两个斜面之间的曲面。当每个光集中单元具有第一宽度、曲面具有第二宽度时，第二宽度与第一宽度之比大约为5％至20％的范围。
在又一实施方式中，本发明的棱镜片还包括一个基底层，入射到光入射面上的光线在其中向光发射面传播。此基底层可以单独形成并附着在光发射面上，使得在基底层上至少设置一个光集中单元。
本发明还提供了一种液晶显示装置，作为一示例性实施方式，该装置包括：一个用于发射光的灯光组件；一个用于扩散光线的扩散片；本发明的上述棱镜片；和一个LCD板组件，该组件利用来自棱镜片的光和外部提供的图像数据显示图像。
本发明还提供了一种制作棱镜片的方法，作为一示例性实施方式，该方法包括：提供一个具有平面的基底层；在所述基底层的平面上设置具有流动特性的光折射材料；调平所述光折射材料，使得在基底层的平面上形成光折射材料层；将所述光折射材料层转变成在基底层上彼此平行分布的多个棱镜列；硬化所述多个棱镜列使其具有固态特性。所述的转变步骤包括用一种具有与棱镜列相同形状的图形压按所述光折射材料层，其中形成的棱镜列在各个棱镜列的峰顶有一个顶角，所述顶角处于91°～120°的范围。
附图说明
下面将参考附图详细描述本发明的实施方式，通过下面结合附图对实施方式的详细描述，本发明的各种目的、特点及优点将变得更加清晰。在各幅附图中相同的元件采用相同的标号。
图1是常规棱镜片的透视图；
图2是光在常规棱镜片中传播的光路示意性截面图；
图3是采用图1和图2所示棱镜片的常规LCD装置的简图；
图4示出了图3中扩散片上的亮度分布；
图5是图4中随不同视角变化的亮度曲线图；
图6是采用直下式照明的常规LCD装置的简图；
图7示出了图6中LCD板上的亮度分布；
图8是图7中随不同视角变化的亮度曲线图；
图9是本发明的一示例性实施方式的棱镜片的局部透视图；
图10是图9中“A”部分的放大图；
图11是图9中棱镜片的截面图；
图12是图11中光集中单元的放大图；
图13是本发明另一实施方式的棱镜片的示意性截面图；
图14是本发明又一实施方式的棱镜片的示意性截面图；
图15和图16示出了制作图14中所示棱镜片的方法的实例；
图17是本发明一示例性实施方式的LCD装置简图；和
图18是图17中LCD装置的亮度分布曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的一些实施方式。当然，在此公开的具体结构和功能只是示例性地描述本发明的实施方式。
图9是本发明的一示例性实施方式的棱镜片的局部透视图。图10是图9中“A”部分的放大图。棱镜片400包括一个光入射面410，一个光发射面420和多个与彼此面对的光入射面410和光发射面420相连的侧面430。光源(未示出)发出的光入射到光入射面410上，光入射面410例如可以是平滑的。入射光在棱镜片400中传播并从光发射面420射出。
光发射面420形成有多个光集中单元440，每个单元例如具有棱镜列的形状。每个光集中单元440具有第一和第二斜面442、445，这些斜面沿一选定方向延伸并排列整齐，并且在其纵向边缘相交，形成光集中单元440的峰顶。所述光集中单元440彼此相连，使得一个光集中单元440的第一斜面442与另一个相邻的光集中单元440的第二斜面445在斜面的纵向表面相连。
图11是图9中棱镜片的截面图。如图11所示，光集中单元440的第一和第二斜面442、445彼此沿相反的方向倾斜。换言之，第一斜面442从峰顶447向下朝右倾斜，第二斜面445从光集中单元440的峰顶447向下朝左倾斜。
具体参见图11，每个光集中单元440都具有高度H和宽度W，使得第一和第二斜面442，445具有相同的高度H并分别构成于第一和第二区域L1和L2中。区域L1和L2具有基本上相同的长度并构成光集中单元440的宽度W。第一和第二斜面442、445相对于光入射面的斜角分别为第一和第二斜角θ1和θ2。在此实施方式中，第一和第二斜角θ1和θ2相等。
在棱镜片400的所述结构中，第一斜面442的第一纵向边与棱镜片400的主体接触，与第一纵向边相对的第一斜面442的第二纵向边与第二斜面445的第二纵向边在光集中单元440的峰顶处接触。第二斜面445的第一纵向边与棱镜片400的主体接触。结果在棱镜片400的主体上形成沿选定方向延伸并整齐排列的棱镜列。
在此实施方式中，每个光集中单元440的顶角α都是大于90°的钝角。也就是说，所制作的棱镜片400具有例如选自91°～120°范围的顶角α。另外，棱镜片400由折射率例如处于约1.40至1.70范围的材料制成。在确定折射率和顶角的值时，一个值的确定与另一个值的确定有关。下面详细描述折射率和顶角之间的这种关系。
图12是图11所示光集中单元的放大图。如图12所示，以直角入射到光入射面410上的光450在光集中单元440的第一斜面442上折射并以一光发射角从第一斜面442出射。光集中单元的光发射角和顶角α之间的关系描述如下。
在此实施方式中，棱镜片400由折射率约处于1.4至1.7范围的材料制成。作为基准，空气的折射率为“1.0”。另外，光集中单元在第一和第二斜面442、445之间有一个顶角α。当光入射到光集中单元的第一斜面442上时，光在相对于第一斜面442的法向以β入射角的方向入射。当入射光在第一斜面442上被折射并从中射出时，光在相对于第一斜面442的法向以γ折射角的方向射出。所述光束还在垂直于光入射面410的假想垂线以θout发射角的方向射出。
当光在第一斜面442上入射和折射并从中射出时，可以由下列方程获得入射角β、折射角γ和发射角θout的值：
...方程1
...方程2
Figure A20031010366200123
...方程3
此处，“np”代表棱镜片的折射率。
如上所述，在此实施方式中，顶角α处于约60°～140°的范围，棱镜片的折射率np处于大约1.4～1.7的范围。采用本发明棱镜片的显示装置的视角和亮度随折射率和顶角值而变化。根据方程1～3，入射角β由顶角α和折射率np决定，折射角γ由入射角β决定，发射角θout由折射角γ和顶角α的值决定。换言之，对视角和亮度起作用的发射角θout由棱镜片的顶角α和折射率np的值确定。下面详细说明发射角θout和折射率及顶角的值之间的关系。
为了说明所述顶角与折射率的关系，将折射率的应用范围分为三组，第一组处于约1.41～1.49的范围，第二组处于约1.51～1.59的范围，第三组处于约1.61～1.69的范围。对于三组折射率中的每一组，在大约60°～140°的范围内选择顶角。
参见下表1，从方程1～3中获得当顶角选自79°～140°的范围并且折射率处于第一组范围时的角度β、γ和θout。在表1中，折射率的值设为选自第一组的“1.4”，而顶角的值从79°变到140°。
                          表1
  顶角α(度)  入射角β(度)  折射角γ(度)   发射角θout(度)
    140°     20°     14.14°     5.86°
    130°     25°     17.57°     7.43°
    125°     27.5°     19.25°     8.24°
    122°     29°     20.26°     8.74°
    120°     30°     20.92°     9.07°
    117°     31.5°     21.91°     9.58°
    115°     32.5°     22.56°     9.93°
    111°     34.5°     23.86°     10.63°
    110°     35°     24.18°     10.81°
    105°     37.5°     25.77°     11.72°
    103°     38.5°     26.40°     12.09°
    101°     39.5°     27.02°     12.47°
    100°     40°     27.33°     12.66°
    98°     41°     27.94°     13.05°
    97°     41.5°     28.25°     13.25°
    96°     42°     28.55°     13.44°
    90°     45°     30.33°     14.66°
    89°     45.5°     30.63°     14.87°
    88°     46°     31.92°     15.08°
    85°     47.5°     31.78°     15.72°
    80°     50°     33.17°     16.82°
    79°     50.5°     33.45°     17.05°
给出折射率和顶角的值，可以从方程1获得入射角β的值。一旦知道入射角β的值，即可从方程2获得对应的折射角γ值。利用已知的折射角γ值，可以从方程3获得对应的发射角θout值。
例如，当顶角α处于110°时，由方程1算出入射角β为35°，并且由方程2算出折射角γ为24.18°(此处np＝1.4)。因此，从方程3算出发射角θout为10.81°。在此实施方式中，发射角θout越接近0，LCD装置的正面亮度提高越多。同样，LCD装置的正面亮度随着发射角θout的增大而减小。
在表1中表明，当顶角小于90°(或60°～90°)时，只有很少的光从棱镜片射出，并且即使光从棱镜片射出，正面亮度和视角也将基本上衰减，因为发射角θout增大很多。当顶角大于140°时，虽然LCD装置的亮度可能增大，出射光将造成LCD装置的视角过度减小。因而，优选将顶角大于140°的棱镜片用于LCD装置，致使对于使用而言，其亮度比视角更重要。相反，当顶角α处于90°～140°(更具体地说是90°～120°)的范围时，LCD显示装置的亮度和视角显著提高。
参见下表2，从方程1～3中可获得当顶角α选自79°～140°的范围并且折射率选自第二组(即大约1.51～1.59)范围时的角度β、γ和θout。在表2中，折射率的值设为选自第二组的“1.5”，而顶角α的值为79°至140°。
                          表2
 顶角α(度)  入射角β(度)  折射角γ(度)   发射角θout(度)
    140°     20°     13.18°     6.82°
    130°     25°     16.36°     8.63°
    125°     27.5°     17.93°     9.57°
    122°     29°     18.85°     10.14°
    120°     30°     19.47°     10.52°
    117°     31.5°     20.38°     11.11°
    115°     32.5°     20.99°     11.51°
    111°     34.5°     22.18°     12.31°
    110°     35°     22.48°     12.51°
    105°     37.5°     23.94°     13.55°
    103°     38.5°     24.52°     13.97°
    101°     39.5°     25.09°     14.40°
    100°     40°     25.37°     14.62°
    98°     41°     25.93°     15.06°
    97°     41.5°     26.21°     15.28°
    96°     42°     26.49°     15.50°
    90°     45°     28.12°     16.87°
    89°     45.5°     28.39°     17.10°
    88°     46°     28.65°     17.34°
    85°     47.5°     29.44°     18.05°
    80°     50°     30.71°     19.28°
    79°     50.5°     30.96°     19.53°
与获得表1中值的方式相同，给出折射率和顶角α的值，可以分别从方程1、2和3中获得β、γ和θout角。
例如，当顶角α为110°时，由方程1算出入射角β为35°，再由方程2算出折射角γ为22.48°(此处np＝1.5)。利用入射角和折射角β和γ的值，可以从方程3获得发射角θout为12.52°。在此实施方式中，发射角θout越接近0，LCD装置的正面亮度提高越多。另外，LCD装置的正面亮度随发射角θout的增大而减小。
发射角θout可以依据棱镜片的折射率及顶角的值而不同。例如，比较表1中顶角为110°、折射率为1.4的棱镜片与表2中顶角同样为110°、折射率为1.5的棱镜片，表1棱镜片的发射角θout为10.81°，而表2中棱镜片的发射角θout为12.52°。表1和表2中棱镜片的折射率差值(0.1)导致表1和表2中棱镜片的发射角θout的差(1.71°)。换言之，显示装置的亮度和视角可以通过折射率的稍微变化而改变。
根据表2的数据，当顶角α小于90°时，只有很少的光从棱镜片射出；当顶角α处于90°～140°范围时，出射光提高了显示装置的亮度和视角；而当顶角α大于140°时，尽管亮度可能增大，出射光造成视角的过度减小。特别是，当顶角α处于90°～120°范围时，可以有效提高亮度和视角。
参见下表3，可分别从方程1、2和3中获得当顶角α选自79°～140°的范围并且折射率选自第三组(即大约1.61～1.69)范围时的入射角β、折射角γ和发射角θout。在此实例中，折射率的值设为选自第二组的“1.6”，而顶角α的值为79°至140°。
                            表  3
  顶角α(度)  入射角β(度)  折射角γ(度)  发射角θout(度)
    140°     20°     12.34°     7.66°
    130°     25°     15.32°     9.68°
    125°     27.5°     16.77°     10.73°
    122°     29°     17.63°     11.36°
    120°     30°     18.21°     11.79°
    117°     31.5°     19.06°     12.44°
    115°     32.5°     19.62°     12.88°
    111°     34.5°     20.73°     13.77°
    110°     35°     21.00°     13.99°
    105°     37.5°     22.36°     15.14°
    103°     38.5°     22.89°     15.60°
    101°     39.5°     23.42°     16.07°
    100°     40°     23.68°     16.31°
    98°     41 °     24.20°     16.79°
    97°     41.5°     24.46°     17.03°
    96°     42°     24.72°     17.28°
    90°     45°     26.23°     18.77°
    89°     45.5°     26.47°     19.03°
    88°     46°     26.71°     19.28°
    85°     47.5°     27.44°     20.06°
    80°     50°     28.60°     21.39°
    79°     50.5°     28.83°     21.67°
与获得表1和2中值的方式相同，给出折射率和顶角α的值，可以分别从方程1、2和3中获得入射角β、折射角γ和发射角θout。
例如，当顶角α为110°时，由方程1算出入射角β为35°，再由方程2算出折射角γ为21°(此处np＝1.6)。利用入射角和折射角β和γ的值，可以从方程3获得发射角θout为14°。发射角θout越接近0，正面亮度提高越多。另外，LCD装置的正面亮度随着发射角θout的增大而减小。
通过比较表1中顶角为110°、折射率为1.4的棱镜片与表3中顶角同样为110°、但折射率不同为1.6的棱镜片表明，表1中棱镜片的发射角θout为10.81°，而表3中棱镜片的发射角θout为14°。表1和表3中棱镜片的折射率差值(0.2)导致表1和表3中棱镜片的发射角θout的差值(3.19°)。因此，即使顶角具有相同值，发射角θout也随棱镜片的折射率值而不同。因此，显示装置的亮度和视角可以通过改变顶角、折射率或它们的组合而改变。
根据表3的数据，当顶角α处于60°～90°的范围时，光很难从棱镜片射出；当顶角α处于90°～140°(特别是90°～120°)范围时，出射光提高了显示装置的亮度和视角；而当顶角α大于140°时，尽管亮度可能增大，视角却明显减小。
图13是本发明另一实施方式的棱镜片示意性截面图。棱镜片500有一个形成有多个光集中单元540的光发射面。与图11中所示的棱镜片400相比，图13中所示每个棱镜片540的光集中单元540在第一和第二斜面542、545之间的峰顶处有一个曲面544。在此实施方式中，当光集中单元540具有宽度w时，第一和第二斜面542、545以及曲面544分别形成在三个区域l1、l2和l3，它们构成宽度w。长度l1、l2和l3对应于第一和第二光集中面542、545以及曲面544伸入到与棱镜片500的光入射面510平行的水平面上的线段长度。曲面544可以形成在第一和第二光集中面542、545之间，其形成方式是使长度l3约为光集中单元540的宽度w的5％～20％。
图14是本发明又一实施方式的棱镜片示意性截面图。在此实施方式中，棱镜片600有一个基膜660和多个形成在基膜上的光集中单元640。基膜的面对其上形成有光集中单元640的表面的底面是一个从外光源向其提供光线的光入射面610。图14中所示的光集中单元640构成棱镜片600的光发射面并且例如可以具有图11和13其中之一的形状。
因为光集中单元640和基膜660单独地形成，所以它们可以由具有不同折射率或相同折射率的不同材料制成。例如，光集中单元640由折射率处于约1.40～1.70范围的材料制成，而基膜660由具有类似折射率的透明材料制成。棱镜片例如可以由聚碳酸酯(polycarbonate)、聚酯(polyester)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterphthalate)或它们的混合物制成。
在图15和16中，图解说明了图14中棱镜片的制作方法。参见图15，首先制备平板形状的基膜660。基膜660可以与棱镜片有相同的大小。制备了基膜660后，在基膜660的表面上沉积一种光折射材料443。调平该光折射材料443，从而在基膜660上形成光折射材料443的薄层。光折射材料443包括一种可以在满足特定条件时被固化的条件硬结材料。例如，光折射材料443可以是通过UV(紫外线)光束照射而固化的UV可固化材料。
光折射材料443还具有足以在基膜660的整个表面均匀扩散并在受到UV光束照射之前可维持流动性的性能。所述光折射材料443例如包括聚碳酸酯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或它们的混合物。光折射材料443的折射率范围约为1.4～1.7。
在基膜660上沉积了所述光折射材料443后，在光折射材料443上沉积一种图形形成装置500，以在其上形成一种预定的图形，如图16所示。图形形成装置500在其表面上有一个带有预定图形510的辊515。在此实施方式中，预定图形510可以是一种棱镜列图形，每个棱镜列具有锯齿形截面。在此情况下，辊515上图形510中棱镜列之间的凹槽列对应于棱镜片600的棱镜列(即光集中单元)640。换言之，所述凹槽列的斜面具有与对应的棱镜列(即光集中单元)640的斜面642、645相同的形状。
图形形成装置500还具有一个UV辐射器530，用以产生用于固化光折射材料443的UV光束535。当辊515向前旋转时，辊515上的棱镜图形510在光折射材料443上形成棱镜图形。因为光折射材料443具有流动性，所以辊515上的棱镜列通过用辊515施压于光折射材料443而形成光集中单元640。应该注意，光折射材料443具有的流动性应达到可以通过被辊515上的棱镜列510施压而转变成多个棱镜列的程度，但一旦具有棱镜列的形状即不再转变。
在基膜上形成光折射材料的棱镜列后，UV辐射器530向棱镜列提供UV光束535，以固化光折射材料。所述光折射材料的棱镜列受到足以使其变为固态的UV光束照射之后成为光集中单元640。在此实施方式中，应该注意，可将辊515上的棱镜图形510设计成在每个凹槽列的斜面之间具有钝角，使得每个光集中单元640的顶角为钝角。例如，每个光集中单元640具有处于90°～120°范围的顶角。
图17是本发明一示例性实施方式的LCD装置简图。LCD装置700包括一灯光组件710、一扩散片720、一棱镜片400和一LCD板组件730。在此实施方式中，LCD装置700采用与图9～12所示类型相同的棱镜片400。值得指出的是，LCD装置700也可以采用其它类型的棱镜片，如以上参考图13和14所述的棱镜片。
灯光组件710有一个或多个用于发出光束712的灯泡714。在灯光组件710中安装多个灯泡714的情况下，灯泡714彼此平行分布，并且相邻的灯泡以规律的间隔分开。因为灯泡714彼此分开，所以灯光组件710产生的光的亮度不是均匀分布。换言之，灯光组件710上的亮度有变化，在接近每个灯泡714处测得的亮度相对较高，在相邻灯泡714之间的间隔附近测得的亮度较低。
在灯光组件710上方设置扩散片720以扩散由灯光组件710提供的光线712。通过扩散片720扩散，由灯光组件710发出的光712以均匀的亮度分布从扩散板720发出。换言之，在扩散片720处测得的亮度较为均匀分布。除了扩散光线之外，扩散片720还调节入射光的光路，使得从扩散片720射出的光具有近似垂直于扩散片720的方向。
棱镜片400设置在扩散片720的上方，以集中从扩散片720提供的光线。棱镜片400具有的光集中单元440每个都有斜面，入射到棱镜片400上的光在斜面上折射后射出棱镜片400。光在近似垂直于扩散片720表面的方向射出扩散片720，使得入射到棱镜片400上的光也具有近似垂直于棱镜片400光入射面的方向。在此实施方式中，每个光集中单元440的顶角都是钝角，例如顶角处于90°～140°的范围。因而，入射到各个光集中单元440斜面上的光被折射为向LCD板组件730集中。因为上面参见图9～12详细描述了棱镜片400，所以为避免重复说明而省去对棱镜片的进一步详述。
LCD板组件730利用来自棱镜片400的光以及外部提供的处理图像数据显示图像。因为光被棱镜片400集中，所以光以近似垂直于LCD板组件730的入射角入射到LCD板组件730上。因此，LCD板组件730处的亮度和视角得以提高，使得LCD板组件730显示出高质量的图像。
图18示出了图17中所示LCD装置的亮度分布曲线。LCD装置的亮度分布随视角值而变化，如图18所示。与图4和7中所示常规LCD装置的亮度分布曲线相比，本发明的LCD装置的亮度分布在正向和侧面视角处得到改善。例如，亮度在正向视角处最大，且在侧面视角处没有光损失。
因此在本发明的LCD装置中，通过采用一种具有某一折射率和顶角为钝角的棱镜片提高了亮度和视角，在LCD装置处近似有最佳的亮度分布。可通过以上参考表1-3所述的试验模拟确定合适的折射率和峰顶。
虽然以上参考示例性实施方式对本发明作了描述，但本领域的技术人员不难理解，在不超出本发明范围的前提下可以对本发明作出各种变化或对其中的元件进行替换。另外，在不超出本发明基本构思的前提下可以进行各种改型以适于特殊的条件或材料。因此，本发明不限于在此公开的实现本发明的最佳模式的具体实施方式，本发明将包括所有落入权利要求保护范围内的
实施方式。

Claims (25)

1.一种用于调节外界提供的光的路径的棱镜片，包括：
一个接收光线的光入射面；和
一个发射入射到光接收面上的光的光发射面，其中，所述光发射面包括至少一个光集中单元，该光集中单元具有至少两个入射并折射光线的斜面，并且所述两个斜面之间的顶角为钝角，该顶角的确定与所述棱镜片的折射率有关。
2.如权利要求1所述的棱镜片，其中，所述光发射面包括多个光集中单元，每个光集中单元具有至少两个斜面和所述顶角。
3.如权利要求2所述的棱镜片，其中，每个光集中单元具有棱镜列的形状，并且沿所述光集中单元的纵向彼此平行地分布。
4.如权利要求1所述的棱镜片，其中，所述两斜面之一相对于所述光入射面形成第一角度，两斜面中的另一个相对于所述光入射面形成第二角度，第一和第二角度彼此相等。
5.如权利要求1所述的棱镜片，其中，所述两斜面之间的顶角处于约90°～140°的范围。
6.如权利要求5所述的棱镜片，其中，所述棱镜片的折射率约为1.4～1.7的范围。
7.如权利要求6所述的棱镜片，其中，所述顶角处于约90°～120°的范围，所述棱镜片的折射率约为1.41～1.49的范围。
8.如权利要求6所述的棱镜片，其中，所述的顶角处于约90°～120°的范围，所述棱镜片的折射率约为1.51～1.59的范围。
9.如权利要求6所述的棱镜片，其中，所述的顶角处于约90°～120°的范围，所述棱镜片的折射率约为1.61～1.69的范围。
10.如权利要求6所述的棱镜片，其中，所述光束相对于与光入射面垂直的假想垂线以一光发射角射出所述斜面，并且所述斜面构造成使得光发射角处于约5.86°～26.23°的范围。
11.如权利要求10所述的棱镜片，其中，所述斜面构成使入射到其中一个斜面上的光按下面方程1～3的条件传播：
Figure A20031010366200031
...方程1
Figure A20031010366200032
...方程2
Figure A20031010366200033
...方程3
此处，“α”代表顶角，“β”代表光入射方向和所述一个斜面的法向之间的入射角，“γ”代表折射角，“θout”代表发射角，并且“np”代表棱镜片的折射率。
12.如权利要求6所述的棱镜片，其中，还包括一个形成在每个光集中单元的至少两个斜面之间的曲面。
13.如权利要求12所述的棱镜片，其中，每个光集中单元具有第一宽度，所述曲面具有第二宽度，第二宽度与第一宽度之比大约为5％～20％的范围。
14.如权利要求6所述的棱镜片，其中，还包括一个主体，该主体中入射到光入射面上的光向光发射面传播，所述的主体与光入射面和光发射面形成一体。
15.如权利要求6所述的棱镜片，其中，还包括一个基底层，入射到光入射面上的光在其中向光发射面传播，并且此基底层单独地形成并附着在光发射面上，使得在该基底层上至少设置一个光集中单元。
16.如权利要求6所述的棱镜片，其中，所述光集中单元由包括聚碳酸酯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或它们的混合物的材料制成。
17.如权利要求6所述的棱镜片，其中，所述顶角约为110°～140°的范围，折射率正比于顶角值而变化。
18.一种液晶显示装置，包括：
一个用于产生光的灯光组件；
一个用于扩散光线的扩散片；
用于调节光路的棱镜片，所述棱镜片包括：
一个接收光线的光入射面；和
一个发射入射到光接收面上的光的光发射面，所述光发射面包括至少一个光集中单元，而该光集中单元具有至少两个入射并折射光线的斜面，并且所述两个斜面之间的顶角为钝角，该顶角的确定与棱镜片的折射率有关；和
一个利用来自棱镜片的光和外部提供的图像数据显示图像的LCD板组件。
19.如权利要求18所述的液晶显示装置，其中，所述光发射面包括多个具有至少两个斜面和所述顶角的光集中单元每个光集中单元具有棱镜列的形状并且沿光集中单元的纵向彼此平行地分布。
20.如权利要求18所述的液晶显示装置，其中，所述两斜面之间的顶角处于约90°～140°的范围，所述棱镜片的折射率约为1.4～1.7的范围。
21.如权利要求20所述的液晶显示装置，其中，所述灯光组件具有多个在选定方向上彼此平行分布的灯，所述灯设置在扩散片的与设置棱镜片的一侧相反的一侧上。
22.一种制作用于调节光路的棱镜片的方法，包括：
提供一个具有平表面的基底层；
在所述基底层的平表面上设置具有流动特性的光折射材料；
调平所述光折射材料，使得在所述基底层的平表面上形成光折射材料层；
将所述光折射材料层转变成在基底层上彼此平行分布的多个棱镜列；和
硬化所述多个棱镜列，使其具有固态特性。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述转变步骤包括用一种具有与棱镜列相同形状的图形压按所述光折射材料层，其中形成的棱镜列在各个棱镜列的峰顶处有一个顶角，所述顶角处于90°～140°的范围。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述具有固态特性的棱镜列具有约为1.4～1.7范围的折射率。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述顶角随光折射材料的折射率的改变成正比地变化。
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