TW200832014A - Back-lit displays with high illumination uniformity - Google Patents

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Description

200832014 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於光學顯示器，且更特定言之係關於藉由光 源從後面直接照明的液晶顯示器（LCD)，例如可用於lcd 監視器與LCD電視的液晶顯示器。 【先前技術】 某些顯示系統（例如液晶顯示器（LCD))係從後面照明。 此類顯示器在許多裝置（例如膝上型電腦、手持式計算 器、數位手錶、電視及類似者）中得到廣泛應用。某些背 ’X光顯不包括定位在顯不|§之側的光源，其中光導传定 位以將來自光源的光導向該顯示面板之背面。其他背發光 顯示器（例如某些LCD監視器與LCD電視（LCD-TV))係使用 若干定位於該顯示面板後面的光源從後面直接照明。此後 者配置隨著更大的顯示器而越來越普遍，因為需要實現一 特定位準之顯示亮度的光功率要求隨著該顯示器大小的平 方而增加’而沿該顯示器之側的用於定位光源的可用面積 僅顯示器大小而線性增加。此外，某些顯示器應用（例 如LCD-TV)要求該顯示器足夠亮以從比其他應用更大的距 離觀看。此外，LCD-TV的視角要求一般不同於LCD監視 器與手持式裝置的該些視角要求。 許多LCE)g視器與LCD-TV係藉由若干冷陰極螢光燈從 後面照明。此等光源係線性的並橫跨該顯示器的全寬度拉 伸’其結果係該顯示器的背面係藉由一系列由較暗區域分 離的党帶來照明。此一照明輪廓係不合需要的，因此通常 126695.doc 200832014 將一擴散板用於在該LCD裝置的背面平滑該照明輪廓。 在該等燈後面使用一擴散反射器以將光導向該觀看者， 其中該等燈係定位於該反射器與該擴散器之間。該擴散反 射器與該擴散器之間的分離係藉由從該擴散器發射之光的 所需亮度均勻度加以限制。若該分離過小，則該亮度變得 不太均句’因而損壞觀看者觀看的影像。此係由於存在不 足的空間用於光在該等燈之間均勻地擴展而發生。 【發明内容】 本發明之一具體實施例係關於一直接照明顯示單元，其 具有一顯不面板與佈置於該顯示面板後面的一或多個光源 亚能夠產生照明光。一擴散器係佈置於一或多個光源與該 顯不面板之間。一光轉向層係佈置於一或多個光源與該擴 政&之間。該光轉向層包含光轉向部#，其係佈置於面對 呑亥擴散器的光轉向層之一第一面上。該等光轉向部件之至 ^一者具有一存在至少一斜率之急劇改變的表面並具有一 c 第一側與一第二侧，該等光轉向部件之至少一者的第一與 第一側各包含複數個小面與一彎曲表面之至少一者，該第 一側具有一第一最佳配適曲率中心而該第二側具有一第二 最L配適曲率中心，該等第一與第二最佳配適曲率中心的 位置係不同。 上面的發明内容並非說明每_解說的具體實施例或本發 明的每一實施方案。圖式及以下詳細說明更具體地例示此 等具體實施例。 【實施方式】 126695.doc 200832014 本發明適用於_ + ，a l、> 一 ” >、面板例如液晶顯示器（LCD或LC顯 不器）’ J'尤其適用於直接從後面進行照明的LCD，例如 用於LCD監視器與咖電視（Lcd_tv)的咖。更明確地 層壓在-起或可以係獨立的）通常包括—擴散器層與具有 一稜鏡式結構化表面的至少一亮度增強膜。 說’本發明係關於用於照明一 Lc顯示器的藉由一直接發光 背光產生之光的管理。光管理膜之_配置通常係定位於該 背光與該顯示面板本身之間。光管理膜之配置(其可以係
圖^呈現一直接發光顯示裝置1〇〇之一範例性具體實施例 勺示〜刀解圖。可將此一顯示裝置1〇〇用於（例如）一 Lcd監 視器或LCD-TV。該顯示裝置100可基於_LC面板1〇2的使 用，其通常包含佈置於面板106之間之一LC層1〇4。該等板 106通常係由玻璃形成，並可在其内表面上包括電極結構 與對準層用於控制該LC層104中之液晶的方位。該等電極 結構通常係配置以便定義LC面板像素，其係可獨立於相鄰 區域控制該等液晶之方位的LC層之區域。還可與一或多個 板106 —起包括一濾色器，其用於施加色彩於顯示的影像 上。 一上部吸收偏光器108係定位於該LC層104之上而一下 部吸收偏光器11〇係定位於該LC層104之下。在所解說的具 體實施例中，該等上部與下部吸收偏光器係位於該LC面板 102外部。該等吸收偏光器108、11〇及該LC面板102組合控 制光透過該顯示器100從該背光112至觀看者的透射。例 如’吸收偏光器108與110可以係配置成使其透射軸垂直。 126695.doc 200832014 在未啟動狀態中，該LC層104之一像素可不改變從其穿 過之光的偏光。因此，穿過該下部吸收偏光器i 1〇的光係 藉由该上部吸收偏光器i 〇8吸收。另一方面，當該像素係 啟動時，從其穿過之光的偏光係旋轉，使得透過該下部吸 • 收偏光器110透射的光之至少某些光亦透射穿過該上部吸 收偏光器108。該LC層104之不同像素的選擇性啟動（例如 藉由一控制器114)導致光於特定所需位置穿過該顯示器離 ( 開，因而形成由觀看者所看到的影像。該控制器可包含 (例如）電腦或電視控制器，其接收並顯示電視影像。可將 或夕個可選層109提供在該上部吸收偏光器i 〇8之上以 (例如）提供對顯示表面的機械及/或環境保護。在一範例性 具體貝施例中，層1 〇9可包含吸收偏光器i 〇8之上的硬塗 層。 將月白，某些類型的LC顯示器可按與上述不同的方式 操作。例如，吸收偏光器可平行對準而LC面板可在處於未 G 啟動狀恶時旋轉光之偏光。無論如何，此類顯示器之基本 結構均保持類似於上述結構。 °亥月光112包括若干光源116，其產生照明該LC面板102 之光。用於一 LCD-TV4LCD監視器的光源116通常係線性 冷陰極螢光管，其沿該顯示裝置100的高度延伸。然而， 可使用其他類型的光源，例如燈絲或弧光燈、發光二極體 (LED)、螢光平板或外部螢光燈。此光源清單並非意欲具 有限制或詳盡性，而僅具有示範性。 /月光112還可包括一反射器118，其用於在離開該面 126695.doc 200832014 板102之一方向上反射從該箄 ^ 先，原116向下傳播的反射光。 δ亥反射器118亦可用於再循環 _ 丹備％该顯不裝置100内的光，如下 面所說明。反射器118可以係鏡 ®夂射态或可以係擴散反 射益。可用作反射ϋ118的鏡面反射器之—範例係可從明 尼穌達m羅市的3Μ公㈣得之vikuitiTM增強式鏡面反 射（ESR)膜。適合的擴散反射哭 、， 忙戒夂耵斋之乾例包括載有擴散反射 粒子（例如 '一氧化欽、硫酸鎖、石岸酿·+' y + \ ^ 反I鈣或類似者）的聚合物
(例如PET、PC、PP、PS)。播揆只蚪盟七斗 ；擴政反射裔之其他範例（包含微 孔材料及含原纖維材料）係在共同擁有的美國專利申請公 開案第20〇3/01188〇5Α1號中加以說明。 光管理膜之一配置120(其亦可稱為一光管理單元）係定 位於該背光112與該LC面板102之間。該等光管理膜影響從 背光112傳播的光以便改良該顯示裝置1〇〇的操作。例如， 光管理膜之配置120可包括一擴散板122。該擴散板122係 用於擴散從該等光源接收的光，其導致入射至該LC面板 102上的照明光之均勻度的增加。因此，此導致由亮度更 為均勻的觀看者所觀察之影像。在某些具體實施例中，可 將該擴散板122形成為一包含大量擴散粒子之層。在某些 具體實施例中，該擴散板可以係附著於光管理膜之配置 120中的另一層或可以係省略。 該光管理單元120還可包括一反射偏光器124。該等光源 116通常產生非偏光，但該下部吸收偏光器110僅透射一單 一偏光狀態，因此大約一半藉由該等光源116產生之光不 透射至該LC層104。然而，可將該反射偏光器124用於反射 126695.doc -11 - 200832014 否則會在該下部吸收偏光器中吸收的光，因而此光可藉由 該反射偏光器124與該反射器118之間的反射而係再循環。 藉由該反射偏光器124反射的光之至少某些光可以係消偏 光’並隨後係以一偏光狀態返回至該反射偏光器124，該 偏光狀態係透過該反射偏光器124與該下部吸收偏光器u〇 透射至該LC層1〇4。以此方式，可將該反射偏光器ι24用於 增加藉由該等光源116發射之光達到該LC層1〇4的分率，因 此藉由該顯示裝置100產生之影像更亮。 ( 可使用任何適合類型的反射偏光器，例如多層光學臈 (MOF)反射偏光器；擴散反射偏光膜（DRpF)，例如連續/分 政相位偏光器、線栅反射偏光器或膽固醇反射偏光器。 MOF與連續/分散相位反射偏光器皆依賴於至少兩種材 料（通常為聚合材料）之間之折射率方面的差異，以選擇性 地反射一偏光狀態之光，同時透射正交偏光狀態之光。 MOF反射偏光器之某些範例係在共同擁有之美國專利第 5,882,774號中加以說明。M〇F反射偏光器之商用範例包括 可從明尼蘇達州聖保羅市的3M公司購得之vikuitiTM DBEF» D200及DBEF-D440多層反射偏光器，其包含擴散表面。 結合本發明可用的DRPF之範例包括如共同擁有的美國 專利第5,825,543號中說明的連續/分散相位反射偏光器與 如（例如）共同擁有的美國專利第5,867,3 16號中說明的擴散 反射多層偏光器。其他適合類型的DRpF在美國專利第 5,751，388號中加以說明。 結合本發明可用的線栅偏光器之某些範例包括美國專利 126695.doc -12- 200832014 第6,122,103號中說明的該些偏光器。可從猶他州歐瑞市的 Moxteklnc·及其他公司購得線柵偏光器。 結合本發明可用的膽固醇偏光器之某些範例包括（例如） 在美國專利第5,793,456與美國專利公開案第2002/0159019 號中說明的該些偏光器。通常連同輸出側上之一四分之一 波減速層一起提供膽固醇偏光器，以使得透過該膽固醇偏 光器透射之光係轉換成線性偏光。 在某些具體實施例中，該反射偏光器124可提供擴散， 例如使用面對該背光112之一擴散表面。在其他具體實施 例中’該反射偏光器124可具有一亮度增強表面，其增加 穿過該反射偏光器124之光的增益。例如，該反射偏光器 124之上部表面可具備一稜鏡亮度增強表面或具備一增益 擴散表面。下面更詳細地說明亮度增強表面。在其他具體 實施例中，該反射偏光器可在面對該背光丨12之侧上具備 一擴散特徵（例如一擴散表面或體積）並在面對該Lc面板 102之側上具有一亮度增強特徵（例如一稜鏡表面或增益擴 散表面）。 在某些範例性具體實施例中，例如可在該擴散板122與 該反射偏光器124之間提供一偏光控制層126。偏光控制層 126之範例包括一四分之一波減速層與一偏光旋轉層，例 如一液晶偏光旋轉層。可將一偏光控制層126用於改變從 該反射偏光器124反射之光的偏光以使得增加分率的再循 環光係透過該反射偏光器124而透射。 光管理層之配置120還可包含一或多個亮度增強層。亮 126695.doc -13- 200832014 度增強層係包含在更接近於該顯示器之軸丨32的方向上重 新引導離軸光之表面結構的層。此增加透過LC層1〇4在軸 上傳播的光之數量，因而增加由觀看者看見的影像之亮 度。一範例係稜鏡亮度增強層，其具有透過折射及反射而 重新引導照明光的若干稜鏡脊狀物。可用於顯示裝置的稜 鏡亮度增強層之範例包含可從明尼蘇達州聖保羅市的3M 公司購得之稜鏡膜的VikuitiTM BEFII及BEFIII族，包含 BEFII 90/24、BEFII 90/50、BEFIIIM 90/50及 BEFIIIT。 一稜鏡亮度增強層通常在一維上提供光學增益。還可在 光官理層之配置120中包括一第二亮度增強層128b，其中 一棱鏡亮度增強層係配置以使其稜鏡結構與該第一亮度增 強層12 8 a之棱鏡結構正交定向。此一组態在二維上提供該 顯示單元之光學增益的增加。在所解說具體實施例中，該 等亮度增強層128a、128b係定位於該背光112與該反射偏 光器124之間。在其他具體實施例中，可將該等亮度增強 層128a與128b佈置於該反射偏光器124與該lC面板ι〇2之 間。 可用於增加穿過該顯示器的光之轴上亮度的另一類型之 党度增強層128a係一增益擴散層。增益擴散器層之一範例 係具備用作其上部表面上之透鏡的一元件配置的層。否則 會以對該顯示器之軸132之一相對較大角度傳播的穿過該 增益擴散器層128a離開的光之至少某些光係藉由該層表面 上的元件重新引導以在更平行於該軸i 32之一方向上傳 播。可使用一個以上之增益擴散亮度增強層128a。例如， 126695.doc -14· 200832014 可使用兩個或三個增益擴散層128a、128b。此外，可連同 或夕個#文鏡冗度增強膜丨28b一起使用一或多個增益擴散 層128a。在此一情況下，可按任一所需順序在光管理膜之 -置20内放置該等增盈擴散膜η “與稜鏡亮度增強層 128b m一顯示器的增益擴散器層之一範例係可從日 本大阪的KeiWainc·購得的一類BS_42膜。 該光管理單元中的不同層可以係獨立的。在其他具體實 ξ, 鉍例中該光官理單元中之層的兩個或更多層可以係層壓 在起’例如共同擁有的美國專利申請公開案第 2006/0082698號中所說明。在其他範例性具體實施例中， "亥光官理單元可包括藉由一間隙分離的兩個子裝配件，例 如，、同擁有的美國專利申請公開案第2〇〇6/〇〇827〇〇號中所 說明。 傳統上，該等光源116與該擴散器層122之間的間隔、相 鄰光源116之間的間隔及該擴散器透射係在針對一給定亮 度值與照明均勻度來設計該顯示器中所考量的重要因數。 一般而言’一較強的擴散器（即擴散一更高分率之入射光 的擴散器）將改良均勻度但亦會導致減低的亮度，因為高 擴散位準伴有較強的回擴散與一伴隨的損失增加。 在正常擴散條件下，橫跨一螢幕看見的亮度變更的特徵 為位於該等光源之上的亮度最大值與位於該等光源之間的 冗度最大值。可將一增強均勻度膜（EUF)13〇定位該等光源 116與該擴散器層122之間以減低該顯示面板1〇2之照明中 的非均句度。該EUF 130之各面（即面向該等光源116之側 126695.doc •15· 200832014 與面向該顯示面板102之側）可包括一光轉向表面。光轉向 表面係藉由若干光轉向元件形成，其以減低該照明非岣勻 度之一方式折射地轉向從該EUF 13〇之一側至另一側穿過 的光。該等光轉向元件包含該EUF表面之一部分，其不平 行於該EUF 130之平面。可將該等光轉向元件提供為該 EUF 1 3 0之表面上的突出或凹陷。
1, 圖2示意性解說EUF 2〇〇之一特定範例性具體實施例。該 EUF 200包含一第一光轉向表面2〇2,其包括第一光轉向元 件204。在此特定具體實施例中，該等光轉向元件2〇4係形 成為小面化肋狀物，其橫跨該EUF 2〇〇之表面放置。一第 二光轉向表面206(在該EUF由該第一光轉向表面2〇2的另一 側上）還包括光轉向元件208。在所解說具體實施例中，該 等光轉向元件208係成形為小面化肋狀物。在euF 20〇之此 組態中，該等肋式光轉向元件204與208係相對定向以使得 在平行於該z軸之一方向上從下面入射至該EuF 20〇上的光 21〇係藉由該第二光轉向表面206在該χ-ζ平面中轉向。在 離開該EUF 200時，在該EUF 200内平行於該z軸傳播的光 係藉由該第一光轉向表面202在該y-z平面中轉向。因而， 因為正常入射至該膜2〇〇上的光係在平行於該^2平面之一 平面中轉向，故可以說該等元件2〇4形成平行於該χ-ζ方向 之一光轉向平面。如本文中所使用，術語正常入射表示垂 直入射的光。同樣，因為在該膜内平行於ζ軸傳播的光係 在y-z平面中轉向，故可以說該等元件208形成平行於該y_z 方向之一光轉向平面。在此組態中，由該等光轉向元件 126695.doc -16- 200832014 204與208產生的光轉向平面彼此垂直。在其他組態中，爷 等光轉向平面可以不平行且不垂直。 在某些組態中，該上部或下部侧的光轉向元件可在一個 以上之方向上使光轉向。在此一情況下，該光轉向平面係 指構成轉向最大之方向的平面。 在某些具體實施例中，該EUF本身可由擴散材料形成， 例如一包含大量擴散粒子的聚合物基質。該等擴散粒子可 延伸於整個EUF中，或可不存在於該EUF之部分，例如該 等光轉向元件。在該EUF為擴散之處，光管理膜之配置不 需要在該EUF與該顯示面板之間包括一額外擴散器層，儘 管一額外擴散器層可能存在。 該EUF上的光轉向表面可包括不同形狀的光轉向元件並 還可包括平行於該EUF的各種部分。圖3A與3B示意性解說 EUF的某些額外範例性具體實施例。在圖3A中，EUF 3〇〇 的所解說具體實施例具有一上部光轉向表面3〇2，其包括 光轉向元件304,該光轉向元件具有一小面化斷面形狀， 具有一頂角α且各側包含以相對於該軸3〇8的不同角度定向 的二個平坦表面306a、306b及306c。在此特定具體實施例 中，在相鄰光轉向元件304之間存在一平坦區域3 1〇，其中 該膜表面平行於該EUF 300之平面。該平坦區域31〇的寬度 係顯示為nwn。 該光轉向元件304之各側可藉由一最佳配適曲線31乜與 314b來近似，其具有個別曲率中心(：1與(：2。 違下部表面312可以係具備與該上部光轉向表面302之該 126695.doc -17· 200832014 些光轉向元件形狀相同的光轉向元件之一第二光轉向表 面，其或可具有不同形狀。在其他具體實施例中，該下部 表面3 12可以係平的。 在圖3B中，該EUF 320具有一光轉向表面322，其包括 具有一平坦頂部部分326的小面化光轉向元件324。在此特 定具體實施例中，在相鄰光轉向元件324之間亦存在一平 坦區域328。該下部光轉向表面33〇可具有與該第一光轉向 表面322相同的形狀，或可具有一不同形狀。 點330a與330b之間及點332a與332b之間的光轉向元件之 小面化側可分別藉由具有曲率中心C3與C4的最佳配適曲 線來近似。已發現在各側之曲率中心不重合之處該euf的 性能係增加。在剛剛說明的範例中，此意味著在該等中心 C1與C2不重合或該等中心C3與C4不重合之處性能係改 良。 圖4A至4D不意性解說EUF的某些其他範例性具體實施 例。在圖4A中，該EUF 400具有一第一光轉向表面4〇2， 其包括具有於一頂點407相遇之彎曲面406的光轉向元件 404。該第二光轉向表面4〇8可具有存在彎曲面之光轉向元 件，儘官此並非必要的。同樣，在其他具體實施例中，該 第一光轉向表面可不具有一或多個彎曲表面而該第二光轉 向表面具有一或多個彎曲表面。 圖4B中示意性解說的EUF 42〇之範例性具體實施例具有 一光轉向表面422，其具有存在彎曲表面426與平坦部分 428的光轉向元件424。在所解說具體實施例中，該等平坦 126695.doc -18- 200832014 在某些具體實施例 元件424之間包含平 該等平坦部分430平 部分428平行於該EUF膜420之平面。 中’該光轉向表面422可在該等光轉向 坦部分430。在所解說具體實施例中， 行於該EUF 420之平面。
C 在圖4A與4B所解說的範例性具體實施例中，該等光轉 向元件404、424的彎曲表面包括表面梯度之—㈣急劇的 改變，其可以係視為與一數學不連續性類似。例如，梯度 的急劇改變發生於圖4A中之點408、該光轉向部件4〇4之頂 點407及圖4B中的光轉向部件424之點432。此等梯度之相 對急劇的改變防止一單一光轉向部件作為一透鏡操作，因 為一透鏡要求橫跨其表面的平滑梯度改變。因而，該等光 轉向部件404、424不針對從其穿過的平行光產生一單一焦 點（真實焦點或虛擬焦點）。將明白，可將本文說明的光轉 向表面之任一者包括於一單側EUF上（換言之僅在該膜之一 側上具有一光轉向表面之一者）或一雙側euf上（在兩側上 具有光轉向表面之一者）。 在圖4A與4B中解說的範例性具體實施例中，該等光轉 向兀件402、422可以係視為突出於EUF 4〇〇、42〇之表面。 在其他具體實施例中，可將該等光轉向元件形成為該euf 之表面中的凹陷。圖4C示意性解說此一 EUF 44〇之一範例 性具體實施例。在此情況下，該光轉向表面442係使用具 有表面446之光轉向元件444形成。在某些具體實施例中， 可在該凹陷中提供平坦區域448，並可在光轉向元件444之 間提供平坦區域450。一光轉向表面是否包含從該euF突 126695.doc •19- 200832014 出或向該E㈣突㈣光轉向元件對於本發明並不重要， 實際上該以個組態在某些情況下可理解為係等效的，盆 ^個凹陷的光轉向㈣之間的部分452係視為從該卿 突出之一光轉向元件。 該等光轉向元件不需要都係相同高度。例如，如圖简 示意性解說’該等光轉向元件464可具有不同高度。而 且’光轉向it件可具有沿其長度改變的高度。例 如’該第二光轉向表面偏上的光轉向元件例具有一高度 h，其根據沿該膜46〇之位置而改變。 又 圖5不意性解說其光轉向元件在高度上改變之-EUF的 另一具體實施例。該EUF 5⑼具有一第一光轉向表面_， 其先轉向元件504係形成為具有波浪形脊狀物5〇8之稜鏡 506 β等脊狀物5〇8之高度沿該等稜鏡5()6改變且寬度4 沿：等稜鏡506改變。此類型之表面在美國專利申請公開 案第2007/0047254號中係更詳細地說明。該第二光轉向表 面510可包含任一所需形狀的光轉向元件。例如，該第二 光轉向表面51〇可句杯你+ & θ上丄 匕栝形成為具有波浪形脊狀物之稜鏡的 光轉向元件。 :^光轉向7〇件+需要相對於該euf之法線而對稱。圖 —丁 μ ϋ解說具有不對稱光轉向元件6们的EUF 6⑻之一 ^ 在此特疋具體實施例中，該等光轉向元件602係形 成為’、有平直侧之稜鏡。該等光轉向元件之至少某些光轉 向兀件（例如光轉向元件與6G2b)係相對於垂直該EUF 曰製的軸604而不對稱。該下部光轉向表面6〇6可以或 126695.doc -20- 200832014 可以不包括不對稱光轉向元件。 圖6B示思性解說具有不對稱光轉向元件622的euf 620 之另一範例。該等光轉向元件622之至少某些光轉向元件 具有彎曲侧且係相對於垂直該EUF 620之軸624而不對稱， 例如元件622a與622b。 圖6C所示意性解說的EUF 64〇之另一範例性具體實施例 八有存在二角形斷面的光轉向元件642，以使得該等光 轉向元件642係使用兩個平直側644形成。該等光轉向元件 642之至少一者係形成而具有一頂角，其不同於其他光轉 向元件之頂角。在所解說具體實施例中，光轉向元件642a 具有一第一頂角α1，光轉向元件642b具有一第二頂角α2， 而光轉向το件642c具有一第三頂角α3。該等三個不同頂角 之光轉向70件可按一規則方式橫跨該EUF 640重複或可按 一隨機順序橫跨該EUF 640重複。 圖6D中示意性解說的EUF 66〇之另一範例性具體實施例 具有光轉向元件662,其具有不同類型的斷面形狀。在此 具體實施例中，光轉向元件662a與662b各係形成為具有處 &相對該軸664的不同角度之表面的小面化肋狀物。光轉 σ 一件662c係幵》成為一三角形稜鏡肋狀物。還可使用其他 形狀例如可使用具有一或多個彎曲表面之光轉向元件。 图7A示思性解說具有其他光管理層704之EUF的使用。 在所解，兄具體實施例中，該光管理層7〇4包含一棱鏡亮度 曰強θ在其他具體實施例中，可將不同類型的層或額外 光管展广彳 曰（例如一反射偏光器層）定位於該擴散器層702之 126695.doc -21- 200832014 上。該EUF 710係定位於該擴散器層7〇2之輸入側上。該 黯具有面對該擴散器層而之一第—光轉向表面712 與背對該擴散器層702之一第二光轉向表面714。光7〇8從 一或多個光源（未顯示）穿過該卿710而達到該擴散器層 702並繼續穿過而達到該或該等其他光管理層7〇4。 在某些具體實施例中，可將該第一光轉向表面712附著 於該擴散器層702，例如透過使用一黏合劑。圖7B示意性 冑說此-配置之-範例性具體實施例，其中該第一光轉向 表面712之部分穿入該擴散器層702之下部表面703上的黏 。層722。在某些具體實施例中，該黏合層722與該表面 712之部分730之間保持一間隙724。使用黏合劑的結構化 膜表面至其他層之附著在美國專利第6,846,〇89中係更詳細 地說明。 圖7C不意性解說另一範例性具體實施例，其中該光轉向 表面712包含具有平行於該擴散器層7〇2之下部表面7〇。之 部分730的光轉向元件。該光轉向表面712之表面可以係對 著該擴散器層702之下部表面702&按壓或可黏附於該下部 表面702a ’例如使用一黏合劑。 模型範例 具有一背光與一光管理單元之一顯示器的照明單元的光 線迹線模型係構造以研究照明單元之光學性能，其與一 EUF之各種參數成函數關係。圖8中示意性解說的模型照 明單元800包含一定義該光源陣列腔8〇4之邊緣限制的反射 框802、一處於燈8〇8之陣列之下的背反射器8〇6、一擴散 126695.doc -22- 200832014 器層810及一EUF 812。除非另外指示，該模型假定該反射 器806係一鏡面反射器。該模型假定該等燈8〇8各包含一 3 8，000尼特的細長光源’類似於一冷陰極螢光燈。該等燈 8 0 8係規則地隔開一中心距離8，該反射器8〇6與該£11]?812 之間的分離係藉由D給出而該等燈8〇8與該反射器806之間 的分離距離係H。假定燈808之間的間隔8係3〇 mm，假定 該等燈的直徑2R係3 mm並假定D值為13·3 mm。該擴散器 層810係2 mm厚而該EUF 812具有一大致〇·07 mm的厚度並 與該擴散器層810之下部表面接觸。該腔中存在三個燈泡 808。一反射偏光器層814係定位於該擴散器層81〇之上。 假定用於該EUF之材料的折射率為ι·586，其對應針對一 環氧丙烯酸酯的折射率之值，如可能針對該Eup所使用。 可使用其他針對一 EUF的適當類型之材料。範例聚合物材 料包括但不限於：聚（碳酸酯）（PC);對排與同排聚（苯乙 稀）(PS)，C1-C8烧基苯乙烯；烧基、芳香族及脂肪族含環 (甲基）丙烯酸酯，包括聚（甲基丙烯酸甲酯）(PMMA)與 PMMA共聚物；乙氧化與丙氧化（甲基）丙烯酸酯；多功能 (甲基）丙烯酸酯；丙烯酸酯化環氧樹脂；環氧樹脂；及其 他乙稀不飽和材料；環烯與環稀共聚物；丙稀腈丁二稀苯 乙稀（ABS);苯乙烯丙烯腈共聚物（SAN);環氧樹脂；聚 (乙烯基環己烷）；PMMA/聚（氟乙烯）混合物；聚（苯醚）合 金；苯乙烯嵌段共聚物；聚醯亞胺；聚颯；聚（氯乙烯）； 聚（二甲基矽氧烷）（PDMS);聚胺酯；不飽和聚酯；聚（乙 烯）；包括低雙折射聚乙烯；聚（丙烯）(PP);聚（烷對笨二 126695.doc -23- 200832014 甲酸），例如聚（對苯二甲酸乙二酯）(PET);聚（烷萘），例 如聚（萘二甲酸乙二酯）（pen);聚醯胺；離子聚合物；醋 酸乙稀/聚乙稀共聚物；醋酸纖維素；醋酸纖維素丁酸 酉旨；I聚合物；聚（苯乙烯）-聚（乙烯）共聚物；PET與PEN 共聚物，包括聚烯烴PET與PEN ;以及聚（碳酸酯）/脂肪族 PET混合物。術語（甲基）丙烯酸酯係定義為係對應甲基丙 烯酸酯或丙烯酸酯化合物。 該反射偏光器814之上的亮度係針對該EUF上之各種形 狀的光轉向表面加以計算。在某些計算中，該EUF僅包含 具有一二角形斷面的稜鏡肋狀物，其中該EUF中的稜鏡肋 狀物各具有相同的頂角。對於此等情況，該亮度係針對具 有以下不同頂角之肋狀物加以計算：7〇。、8〇。、9〇0、 100°、110°、120。及130。。該亮度係針對在實質上由該反 射偏光器垂直的方向上傳播之光加以計算。 顯示亮度係針對具有頂角70。（曲線1〇〇2)、8〇。（曲線 1004)、90。（曲線 1〇〇6)、1〇〇。（曲線 1〇〇8)、11〇。（曲線 ΗΗ0)、120。（曲線1〇12)及130。（曲線1〇14)之EUF而針對圖 ίο中之位置來繪製。還進行繪製的（曲線1〇16)係當該euf 係藉由一平坦非結構化薄片取代時的亮度。僅顯示一燈 (定位於X=〇mm處），不過可藉由簡單重複圖1〇所示之曲線 來發現相鄰燈之間的性能。 一般而言，在該EUF具有一較大頂角或係藉由—平坦薄 片取代之處，該亮度在燈之上較高而在燈之間相對較低。 在該等頂角較小之處，燈之上的亮度係計算為較低而在燈 126695.doc -24- 200832014 之間的壳度更高。此效應由於該等稜鏡内發生的全内反射 所致而發生’其減低由该等燈向上穿過的光之數量，並因 而一更大分率的光藉由以一使得全内反射不大可能之角度 入射至遠EUF上來穿過該EUF。然而，無一曲線係特別平 坦的。 曲線101 8對應一混合亮度，其藉由加總曲線丨〇〇2之值的 47%、曲線1014之值的52%與曲線1〇16之值的1%而形成。 此模型係稱為混合1。此品質上表明具有以對該EUF軸之 一個以上之角度傾斜的表面的光轉向元件的使用可在改良 該亮度之均勻度中較為有用。此係藉由模型化具有一重複 圖案之一 EUF來探討，如以下四個範例所說明。 範例：單位單元1 在其他情況下，該EUF包括不同形狀的光轉向元件。三 個不同形狀的光轉向元件之一單位單元係橫跨該EUF而重 複 類型之單位單元（稱為單位單元1)係顯示於圖9A解 況的EUF 900之具體實施例中。在此EUF 9〇〇中，該單位單 兀（兩個垂直虛線之間的表面）包括：一第一區段9〇2，其係 形成為具有傾斜表面9〇2&與9〇21)之一稜鏡肋狀物；一第二 & Sl 904其係形成為具有傾斜表面904a與904b之一稜鏡 肋狀物；以及一第三區段9〇6，其本質上係平的。若該單 位單το之寬度係採取為c，則該等三個區段之寬度如下面 表I所示。 表I:單位單元1之特徵 126695.doc -25- 200832014 區段數字 寬度 頂角 902 0.47C 70° 904 0.52C 130° 906 0.01C 178° 範例：分段1
一分段或小面化的光轉向元件912係針對一 EUF 9 10模型 化，如圖9B所示意性解說。該小面化元件912具有區段 912&、91213、912。、912〇1及9126。區段912&與912(1係分別 具有與EUF 900中之側902a與902b相同的寬度與傾斜角的 小面。區段912b與912c係具有與EUF 900中之側904a與 904b相同的寬度與傾斜角的小面。區段912e與EUF 900中 的區段906相同。 範例：單位單元2
圖9C所示之一第二單位單元（稱為單位單元2)亦係用於 計算。在此EUF 920中，該單位單元包括：一第一區段 922，其係形成為具有傾斜表面922a與922b之一棱鏡肋狀 物；一第二區段924，其係形成為具有傾斜表面924a與 924b之一稜鏡肋狀物；以及一第三區段926，其本質上係 平的。該等三個區段之寬度如下面表II所示。 表II :單位單元2之特徵 區段數字 寬度 頂角 922 0.47C 80° 924 0.4C 120° 926 0.13C 178° 範例：分段2 126695.doc -26- 200832014 一分段的光轉向元件932係針對一 EUF 930模型化，如圖 9D所示意性解說。該分段的元件932具有區段932a、 932b、932c、932d及932e。區段932a與932d係分別具有與 EUF 920中之側922a與922b相同的寬度與傾斜角的小面。 區段932b與932c係具有與EUF 900中之側924a與924b相同 的寬度與傾斜角的小面。區段932e與EUF 920中的區段926 相同。 平坦區段（區段3)係模型化為具有存在一 178。頂角之一三 1 角形的稜鏡。 圖11顯示針對單位單元丨（曲線U02)、分段i(曲線 1104)、單位單元2(曲線1106)及分段2(曲線1108)計算的亮 度。此曲線圖上還顯示兩個「混合」結果，其係藉由混合 圖10中之曲線的三個曲線之加權值而找到。曲線丨丨丨〇與圖 10中的混合曲線1018(混合丨）相同。曲線1112係藉由加總曲 線1004之值的47%、曲線1〇12之值的40%與曲線i〇i6之值 ( 的13%而計算之一混合。此模型係稱為混合2。可以看 出’此等曲線在數值上都相對接近。 下面的表III總結針對圖10與11所示的曲線之各曲線的平 均亮度與均勻度。均勻度係計算為與平均亮度值的標準偏 差（百分比）。 126695.doc -27- 200832014
表III EUF類型 亮度 (尼特） 均勻度 (標準偏差％) 70°稜鏡 9299 5.7% 8(Γ稜鏡 9384 5.2% 90°稜鏡 9435 5.6% 100°稜鏡 9459 2.1% 110。稜鏡 9357 2.2% 120°稜鏡 9284 3.0% 130°稜鏡 9259 5.2% 平坦 9014 7.6% 單位單元1 9241 0.93% 分段1 9365 0.81% 混合1 9275 0.15% 單位單元2 9256 0.64% 分段2 9389 0.64% 混合2 9256 0.7% 包括以對該膜軸之一個以上之角度放置的光轉向表面的 該些模型（即該等混合、單位單元及分段情況）顯示超過該 等單一頂角範例的顯著增強均勻度。 本發明者相信可至少部分說明亮度的改良如下。考量圖 12A示意性解說的系統1200，其中來自一燈1202之光係導 向一 EUF 1204,其具有存在一頂角之一簡單棱鏡光轉向表 面。正常入射至該EUF 1204上的光1206係藉由該稜鏡光轉 向表面而全内反射。此減低處於該燈1202之上的位置方向 之光的亮度。以一特定角度θη入射於該EUF的光1208係以 126695.doc -28 · 200832014 使其在實質上垂直於該EUF 1204之一方向上傳播的方式藉 由該EUF 1204轉向。以其他角度入射於該EUF的光ΐ2ι〇與 12 12在除垂直方向以外的方向上離開該EUF。該擴散器將 光擴展至一入射光線方向周圍並對在法線方向上入射的光 最少地衰減。因此，轉向實質上法線方向上的光將比從法 線轉開的光對正常觀察者顯現得更亮。1值係藉由該光轉 向表面之傾斜角與該EUF材料之折射率加以決定。理解該 系統1200之一方式係將該£1117 12〇4視為將光分成垂直於該 EUF 1204傳播的兩個影像，即提供空間分離，並將隨後的 擴散層1214視為提供角度分離。 現考量圖12B示意性解說的系統丨25〇，其中來自一燈 1252的光係導向一 EUF 1254，其具有存在以對該轴1258之 一個以上之角度定位之表面的光轉向元件1256。在所解說 具體實施例中，該等光轉向元件1256係小面化元件，但可 使用其他類型的元件，例如具有彎曲表面。因此，正常入 射至該EUF 1254上的光線1259可藉由該等光轉向元件1256 而全内反射。此外，在垂直於該EUF 1254之一方向上離開 該EUF 1254的光線1260a與1260b係分別以不同角度ena與 〇nb入射至該EUF。因此，與該EUF 12〇4相比，垂直導向的 光從該EUF 1254之一更大部分傳播離開。此有助於在該等 燈1252之間更均勻地擴展該光，從而導致亮度之一更大的 均勻度。因而，當該EUF包括以對該膜軸之一個以上之角 度定向的光轉向表面時，藉由該EUF執行的分離功能導致 分離的光比當存在一單一角度光轉向表面時擴展開得更 126695.doc -29- 200832014 多。然而，與當傾斜角上不存在急劇改變（如使用一透鏡 可發現）時相比，當該光轉向元件具有—或多個不連續（即 傾斜角上相對急劇的改變)時此分離動作係執行得更佳。 已發現具有—連續表面之—光轉向元件（例如透鏡）不能與 (例如）一小面化結構或本文說明的其他結構之一光轉向元 件作用得-樣良好。此外，一小面化表面可比一連續表面 (例如一圓形或橢圓形表面）更易於製造。 對於最佳化一光轉向表面之設計可遵循不同方法。一在 某些情況下有用的方法（類似於上面相對於該等範例所說 明）係百先模型化數個簡單形狀的性能，例如具有不同頂 角之稜鏡肋狀物的簡單EUF之性能，如圖1〇所示。接下 來，混合兩個、三個或更多不同的曲線以產生在亮度上相 對平坦之-混合曲線。可藉由加總不同曲線之加權值來形 成該混合。一旦已產生一可接受混合，用於最佳化之一開 始點可基於一單位單元或分段的表面，其包含大小係藉由 用於產生5亥混合之相關曲線的權重而給出的稜鏡或片段。 4單位單凡或分段的表面之性能可由於小面 < 間的交互作 =所，而不同於該混合之性能。接著，可藉由改變該單位 单70或分段的表面之不同參數以觀察該EUF性能之趨勢來 進行最佳化。 應月白光轉向表面可採取許多不同類型的形狀，其不 在此處詳細說明，包括位置、形狀及/或大小隨機的具有 光轉向元件之矣； 1} ^ 表面。此外’雖然上述範例性具體實施例係 ^ ;折射地轉向該照明光的光轉向表面，其他具體實施例 126695.doc -30- 200832014 可繞射該照明光或可透過折射與繞射之 明光。此處說明的計算結果顯示，與_單獨二„„向該， :比:不同類型與形狀的光轉向層提供增加亮 , 囬奴供的乾例所解說之該些 疋件相比，光轉向元件可包括 ^、 裂㈢的小面，並且可以 稷®案或以-不重複的圖㈣配置料光轉向部件。 此外’ 一膽的一或多個小面可以係弯曲或平坦的
( 曲小面的情況中，一光轉向元件之表面可仍包含表面斜率 上之一急劇改變，例如於該光轉向元件之尖峰處。 不應該將本發明視為限於上述的特定範例，：應將並理 解為涵蓋如所附中請專利範圍中清楚陳述的本發明之二有 態樣。在檢視本說明書之後，熟習本發明與之有關的技術 之人士將輕易朗白本發明所適用的各種修&、等效程序 及許多結構。申請專利範圍係意欲涵蓋此類修改及裝置' 【圖式簡單說明】 t 結合附圖並考量上面本發明各具體實施例之詳細說明， 可更完全地理解本發明，其中： 圖1示意性解說依據本發明之原理的使用—亮度均勻化 層之一背發光液晶顯示裝置； 圖2不意性解說依據本發明之原理的一增強均勻度膜 (EUF)之一具體實施例； 、 圖3A、3B、4A至4D、5及6八至6〇示意性解說依據本發 明之原理的EUF之額外具體實施例； 圖7A至7C示意性解說依據本發明之原理的包括一 euf之 126695.doc -31- 200832014 光管理單元的不同具體實施例； 圖8不思丨生解說依據本發明之原理的包括光源與光管理 膜之一照明單元的具體實施例； 圖9A至9D顯示依據本發明之原理的用於模型化一 EUF之 各種參數； 圖10顯不針對EUF之各種模型範例的針對橫跨該照明單 元之位置繪製的一照明單元之上的計算亮度之曲線圖； 圖11顯不針對具有多角度折射表面之EUF之各種範例的 與橫跨該照明單元之位置成函數關係的一照明單元之上的 計异亮度之曲線圖；以及 圖12A與12B示意性解說依據本發明的用於說明一 EUF之 不同照明系統。 雖然本發明可服從各種修改及替代形式，但是其細節已 藉由圖式中的範例加以顯示並已加以詳細說明。然而，應 明白該意圖並不限於說明的特定具體實施例。相反，該意 圖係要涵蓋在如由所附申請專利範圍定義的本發明之精神 與範疇内的所有修改、等效物與替代物。 【主要元件符號說明】 100 直接發光顯示裝置/顯示器 102 LC面板 104 LC 層 106 板 108 上部吸收偏光器 109 層 126695.doc .^9. 200832014 110 下部吸收偏光器 112 背光 114 控制器 116 光源 118 反射器 120 光管理膜之配置/光管理單元 122 擴散板/擴散器層 124 反射偏光器 126 偏光控制層 128a 第一亮度增強層 128b 第二亮度增強層 130 增強均勻度膜（EUF) 132 軸 200 EUF 202 第一光轉向表面 204 第一光轉向元件 206 第二光轉向表面 208 光轉向元件 210 光 300 EUF 302 上部光轉向表面 304 光轉向元件 306a 平坦表面 306b 平坦表面 126695.doc -33- 200832014
V 306c 平坦表面 308 軸 310 平坦區域 312 下部表面 314a 最佳配適曲線 314b 最佳配適曲線 320 EUF 322 第一光轉向表面 324 光轉向元件 326 平坦頂部部分 328 平坦區域 330 下部光轉向表面 330a 點 330b 點 332a 點 332b 點 400 EUF 402 第一光轉向表面 404 光轉向元件 406 幫曲面 407 頂點 408 第二光轉向表面/點 420 EUF 422 光轉向表面 •34- 126695.doc 200832014
ί 424 光轉向元件 426 曾曲表面 428 平坦部分 430 平坦部分 432 點 440 EUF 442 光轉向表面 444 光轉向元件 446 表面 448 平坦區域 450 平坦區域 452 部分 460 膜 464 光轉向元件 468 第二光轉向表面 470 光轉向元件 500 EUF 502 光轉向表面 504 光轉向元件 506 稜鏡 508 脊狀物 510 第二光轉向表面 600 EUF 602 光轉向元件 -35- 126695.doc 200832014
602a 光轉向元件 602b 光轉向元件 604 軸 606 下部光轉向表面 620 EUF 622a 光轉向元件 622b 光轉向元件 624 軸 640 EUF 642 光轉向元件 642a 光轉向元件 642b 光轉向元件 642c 光轉向元件 660 EUF 662a 光轉向元件 662b 光轉向元件 662c 光轉向元件 664 軸 702 擴散器層 702a 下部表面 703 下部表面 704 光管理層 708 光 710 EUF -36- 126695.doc 200832014
ί 712 第一光轉向表面 714 第二光轉向表面 722 黏合層 724 間隙 730 部分 800 模型照明單元 802 反射框 804 光源陣列腔 806 背反射器 808 燈/燈泡 810 擴散器層 812 EUF 814 反射偏光器層 900 EUF 902 第一區段 902a 傾斜表面/側 902b 傾斜表面/側 904 第二區段 904a 傾斜表面/側 904b 傾斜表面/側 906 第三區段 910 EUF 912 光轉向元件 912a 區段 -37- 126695.doc 200832014 912b 區段 912c 區段 912d 區段 912e 區段 920 EUF 922 第一區段 922a 傾斜表面/侧 922b 傾斜表面/側 \ 924 第二區段 924a 傾斜表面/侧 924b 傾斜表面/侧 926 第三區段 930 EUF 932 光轉向元件 932a 區段 932b V/ 區段 932c 區段 932d 區段 932e 區段 1002 曲線 1004 曲線 1006 曲線 1008 曲線 1010 曲線 126695.doc -38· 200832014
L 1012 曲線 1014 曲線 1016 曲線 1018 曲線 1102 曲線 1104 曲線 1106 曲線 1108 曲線 1110 曲線 1112 曲線 1200 系統 1202 燈 1204 EUF 1206 光 1208 光 1210 光 1212 光 1250 系統 1252 燈 1254 EUF 1256 光轉向元件 1259 光線 1260a 光線 1260b 光線 126695.doc -39-

Claims (1)

  1. 200832014 十、申請專利範圍： u 一種直接照明顯示單元，其包含·· 顯不面板； 一或多個光源’其係佈置於該顯示面板後面並能夠產 生照明光； 擴政為’其係佈置於該—或多個光源與該顯示面板 之間；以及 Z光轉向層，其係佈置於該一或多個光源與該擴散器 ^光轉向層包含佈置於面對該擴散器的該光轉向 曰之帛-面上的光轉向部件’該等光轉向部件之至少 _者，、有一存在至少一斜率之急劇改變的表面並具有一 第-側與一第二側’該等光轉向部件之該等第一與第二 侧各包含複數個小面與-彎曲表面之至少-者，該第一 侧具有一第一最佳配適曲率中心而該第二側具有一第二 最佳配適曲率中心，該等第-與第二最佳配適曲率中心 之該等位置係不同。 2·如：求項1之單元，其中該擴散器係-擴散表面。 如明求項1之單元，其中該擴散器係一擴散器層。 4·如请求項3之單元，其中該擴散器層係附著於該光轉向 層0 5 · 如5月求 唄1之早7〇，其進一步包含在面對該光轉向層的 ，、月為之一侧上的一黏合層，該等光轉向部件之部分 穿入該黏合層。 6·如明求項1之單元，其中該等光轉向部件之至少某些部 126695.doc 200832014 :::仃於該擴散器並係附著於該擴散器。 /·如明求項】夕留- t 兀，八中該等光轉向部件之至少一者# 相對於與該光轉 夕者係 曰；罝之軸而不對稱。 口月，\ 1之單元，其中該光轉向厣一 兩個相鄰光轉β"至夕一側包含在 ^轉向部件之間的至少_平坦表面部分。 •二。項1之單元，其中該等光轉向部件之 形成為橫跨該光轉向層延伸之一細長部件。 者係 10·如請求項9之軍元，其中該 夕兮且ώ Κ 1 1干吳百石该細長部件 之该長度而恆定之一高度。 11.如請求項9之單元，其中 之該長度變化之-高度。 ^、有^細長部件 12·如叫求項9之單元’其中該細長部件具有沿該細長部件 之該長度變化之一寬度。 13·,請求項!之單元，其中該光轉向層之該第一側上的該 等光轉向部件之兩個光轉向部件具有不同高度。 一月长項1之單兀’其進一步包含佈置於該擴散器與該 顯示面板之間的一或多個光管理膜。 一 一第一亮度增強膜與一反射偏光器膜 如明求項14之單元，其中該一或多個光管理膜包含至少 _ 够士山 … 16·如明求項i之單元，其中該顯示面板包含一液晶顯示 (LCD)面板。 17.如請求項1之單元，其中該一或多個光源包含至少一發 光二極體。 X 18·如請求項1之單元，其中該一或多個光源包含至少一螢 126695.doc 200832014 光燈。 19·如請求項 o 一 合至該顯-早疋’其進一步包含-控制單元，其係輕 係定位”對：轉?二= 第二側上。轉6層之以-側的該光轉向層之一 21·如請求項]留— 部分。、’纟中該等光轉向部件包含彎曲表面 22·如請求項丨 — 、早疋，八中該等光轉向部件包含小面化表 面部分。 向:Ήΐ之單儿’其中該等光轉向部件之—第一光轉 σ ’、有第一頂角而該等光轉向部件之一第二光轉 向部件具有不同於該第一頂角之一第二頂角。 ▲:求項1之單70 ’其中該等光轉向部件包含以相對於 該：轉向層之一法線之一個以上之角度佈置的表面，從 该一或多個光源之-第—光源非正常地人射至該光轉向 層上的該光之至少某些光在一實質上法線方向上從該等 "轉向^件發出’該正常發出光之—橫向寬度大於該等 表面係以相對於該光轉向層之該法線之一單一角度佈置 之處。 126695.doc
TW096143083A 2006-11-15 2007-11-14 具有高照明均勻度之背發光顯示器 TWI417614B (zh)

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