TW201245816A - Micro-lens array sheet and backlight unit comprising the same - Google Patents
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Description
201245816 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種微透鏡陣列板以及包括該微透鏡陣列 板之背光單元,特別是關於一種排列有微透鏡的微透鏡陣 列板及包括該微透鏡陣列板之該背光單元,以減少雲紋圖 案(moir6 patterns)以及改善光學特性。 【先前技術】 液晶顯示裝置係一種將不同設備所產生之電子訊號, 透過電壓的施予而使液晶產生透射率變化,進而轉換為視 覺k息之電子裝置。由於具有小尺寸、重量輕、以及低耗 能的優點’液晶顯示裝置已被認為可取代陰極射線管 (CRTs) ’且現在亦用於大部分信息處理設備所需的顯示裝 置。 在這類的液晶顯示裝置中,施予液晶一電壓以改變其 中的分子排列,因而改變如雙折射、旋光強度、二色性、 以及光散色等光學特性。即,液晶顯示裝置透過液晶調整 光的特性。由於液晶顯示裝置本身並不產生光,因此亟需 額外的光源用以照亮液晶顯示螢幕,此類照明光源一般稱 為背光單元。 背光單元依照其發光位置可分為邊緣型(edge type ) 背光單元及直接型(direct-type )背光單元。邊緣型背光單 兀包括於一導光板側邊之一燈具,其中該導光板引導光線 由該燈具發出,該邊緣型背光單元係用於小型的液晶顯示 4 201245816 裝置’如桌上型電腦螢幕以及筆記型電腦,其優點在於均 勻‘…月耐久性、以及尺寸縮小。另一方面,直接型背光 單元係發展應用於具有20吋或更大螢幕之展示裝置,此類 直接型背光單元包括排列於一液晶面板下之燈具,用以直 接照明整個液晶面板。 先前’直線型光源如冷陰極螢光燈(CCFLs)廣泛用於背 光單元之燈具,然而’發光二極體(LEDs)由於具有如良好 色彩重現、環保、纖薄輕盈、且低能量耗損等優點,成為 現今廣泛用於背光單元之燈具。 此類背光單元可包括複數個光學膜以發散或蒐集由燈 源發出的燈光、增強亮度、或降低稱為「明暗帶」的不均 句照明。圖1係一習知直接型背光單元之示例性示意圖。如 圖1所示’複數個燈源2排列於一反射板1,且一發散板3設 於該燈源2之上方,使整個螢幕亮度一致,並支撐光學膜。 至少一發散膜4以及至少一聚光膜5,該聚光膜5可根據一有 效的可視範圍以及提高螢幕亮度的均勻性,收縮被該發散 板3發散的光線。 該聚光膜5包括一稜鏡膜、一透鏡膜、以及一微透鏡陣 列(MLA)板。一 MLA板同時具有聚光與散光的功能。然而, 如圖2所示,若微透鏡組週期性排列於MLA板上,當該MLA 板置於另一具有週期性排列之光學板或圖案或一具有週期 性像素的LCD面板上面’由於幾何干擾可能會出現雲紋圖 案圖案。 5 201245816 所谓的雲紋圖案(moir0pattern)j的是當兩個或 多個圖案-干擾圖案與另一個圖案叠合時產生的干擾圖 案。舉例來說,當兩個具有相似的光線與陰影圖案的光學 膜疊合,形成一新的光線與陰影圖案,被稱為「雲紋圖案」。 由於此類不必要的圖案可能會因為雲紋圖案出現於在 LCD上所顯示的影像中,因此亟需—種預㈣移除此類雲 紋圓案的方法,例如移除疊合的週期性圖案,但是,亮度 可能因此大幅降低。 影像顯示裝置的亮度和視角為其重要特性,且該特性 係由其背光單元光學板的特性所決定。近年來,半球型微 透鏡陣列板已㈣泛使用H該類半球型微透鏡陣列 板於增進其亮度上有所限制,造成視角增加而使亮度降低。 【發明内容】 本發明之一態樣係於提供一於維持亮度時,能降低雲 紋圖案的微透鏡陣列板。 本發明之另一態樣係於提供一包括圓椎透鏡以增進其 亮度與視角特性的微透鏡陣列板。 本發明又一態樣係於提供一背光單元’其包括有一能 夠降低雲紋圖案以及增進亮度與視角特性的微透鏡陣列 板。 根據本發明之一態樣,提出一種微透鏡陣列板,包括: 一基底;以及複數個配置於該基底之一側之微透鏡,其中, 該微透鏡係不規則排列,且介於任兩個鄰近的微透鏡中心 6 201245816 之間的距離之標準差’係為自任一上述微透鏡中心至鄰近 微透鏡中心所量測之平均間距(?)的2 %至2〇 %。 根據本發明另一態樣,提出一種包括該微透鏡陣列板 之背光單元。 該背光單元可包括兩個該微透鏡陣列板。 【實施方式】 本發明之示例性實施例將透過說明及圖式詳細描述如 下。 本發明係關於一種微透鏡陣列板,包括:一基底;以 及複數個配置於該基底之一側之微透鏡,其中,該微透鏡 係不規則排列,且介於任兩個鄰近的微透鏡中心之間的距 離之標準差,係為自任一上述微透鏡中心至鄰近微透鏡中 心所量測之平均間距(P)的2 %至20 0/〇。 在本發明之微透鏡陣列中,介於任兩個鄰近的微透鏡 中〜之間的距離之該標準差,較佳為自任一上述微透鏡中 心至鄰近微透鏡中心所量測之平均間距(P)的2 %至2〇 %, 更佳為該標準差為該平均間距(P)之2 %至丨4 %,而最佳為 該標準差為該平均間距(p)之2 %至9倘若該標準差小於 該平均間距(P)之2 %,則因為該微透鏡之週期排列並未充 分降低’使得降低雲紋圖案的效果不明顯。 根據本發明,更佳為,該微透鏡滿足上述之範圍要求 且為不規則排列。倘若該微透鏡規則排列,即使該微透鏡 滿足上述標準差要求,雲紋圖案亦會因為微透鏡週期性排 列而產生。 201245816 再者,本發明中之微透鏡陣列板,更佳為該平均間距 (P)為10 m至500 m »當該平均間距小於10 m,則製造透 鏡之模具可能很難生產,而當該平均間距(p)大於5〇〇m時, 該微透鏡的高度和體積亦隨之增加,使得製造成本提高, 且該微透鏡能夠輕易的以肉眼辨識且由於光線均勻度降 低’使得外觀品質跟著下降。 較佳為’如圖2所示,本發明中之微透鏡,係以鄰近的 二個微透鏡中心形成一三角形之基礎陣列單元(從八丨至 A6 )的方式排列。在圖3中,[1、L2、以及L3代表該每一 個基礎陣列單元之一側長度,且θ1,02與03表示該每一個 基礎陣列單元之内角。 本發明中,該三角形由該微透鏡中心所形成,可具有 不同的面積。 該三角形的面積(背光單元),較佳為在2 %到2〇 % 之間變動。更佳為該三角形的面積(背光單元)在2 %至9 〇/〇 變動。若該三角形面積改變少於2%,雲紋圖案會因為並未 充分降低該微透鏡週期性排列而使得該降低雲紋圖案的效 果不明顯’而如果該三角形面積變動大於2〇 %,亮度將會 減少。 再者’本發明之微透鏡陣列板之辛,5〇 %或以下的基 礎陣列單元為正三角形基礎陣列單元。圖2說明習知之微透 鏡陣列板中之微透鏡。如圖2所示,微透鏡以規則的蜂巢圖 案排列於習知之微透鏡陣列板中,使正三角形形成於該微 透鏡之中心。然而,若該類微透鏡陣列板疊合於一具有週 8 201245816 期性排列像素之液晶顯示(LCD)面板上,則雲紋圖案可能出 現,且該影像顯示裝置的影像品質可能會降低。 因此,在本發明之微透鏡陣列板中,該微透鏡基本上 以三角形的形式排列,但會為了降低雲紋圖案以及預防亮 度降低而改變該基礎陣列單元。為了有效率的降低雲紋圖 案’正二角形基礎陣列單元較佳為基礎陣列單元之5〇 %或 以下。 更佳為該基礎陣列單元不包括一正三角形基礎陣列單 元,此外,該基礎陣列單元可滿足下列公式(丨)或(2)。例如, 該基礎陣列單元可同時滿足下列公式(丨)和(2)。 0.8 X P ^ LI, L2, L3^ 1.2x P......公式(1) 48° ^ 01, 02, Θ3 ^ 72° ......公式(2) 在公式(1)中’ LI, L2與L3表示該每一個基礎陣列單元 之一側長度’且P代表該微透鏡之間平均間距。在公式(2) 中’ Θ1,Θ2與Θ3表示該每一個基礎陣列單元之内角。 倘若該基礎陣列單元之一側長度超出平均間距(p)的 80 %至120°/。範圍’亮度會明顯降低,且若該基礎陣列單元 之内角超出48。至72。的範圍時,亮度亦會明顯降低。 換句話說,若該微透鏡陣列板上之微透鏡,為了降低 雲紋圖案而以隨機形式不規則排列時,亮度可能因此明顯 降低。因此,在本發明中,該微透鏡係以一有限制的隨機 形式,不規則排列於上述範圍之中,以便在亮度降低最少 的情況下減少雲紋圖案。 201245816 此外’本發明中的透鏡可具有一形狀係選自由一半球 型、一錐形、一圓錐形、以及一橢圓形所組成之群組。然 而’該微透鏡的形狀並無特別限制。舉例來說,該微透鏡 可具有其他形狀像是多邊形金字塔形狀、截斷,的多邊形金 字塔形狀、以及非球面形狀。 此外,該微透鏡之平均直徑(D)可為該平均間距(p)之 90 %至126 %。若該微透鏡之平均直徑少於該平均間距(p) 之90 % ’則亮度和一般微透鏡陣列板一樣低。若該微透鏡 之平均直徑(D)大於該平均間距(P)之126 %,則該微透鏡之 平均直徑(D)大於微透鏡空隙率為〇時的直徑。換句話說, 在此情況下,該透鏡可能不足以為凸透鏡。 該設於微透鏡陣列板基底上之微透鏡可具有不同的底 部直徑(D) ’然而,較佳為該微透鏡具有相同的底部直徑。 若該微透鏡具有同樣的底部直徑,該隨機排列的微透鏡可 容易的被調整,在亮度降低最少的情況下減少雲紋圖案。 再者,在此發明中,更佳為該微透鏡的高度介於平均 間距(P)之20 %至100。/。的範圍内。若該微透鏡高度少於平 均間距(P)之20 %,亮度和一般微透鏡陣列板一樣低;若該 微透鏡高度大於平均間距(P),則該微透鏡難以製造,且亮 度亦會和一般微透鏡陣列板一樣低^該微透鏡可具有不同 高度,然而,若該微透鏡具有相同高度,則該微透鏡的隨 機排列可容易的被調整,在亮度降低最少的情況下減少雲 紋圖案》 201245816 本發明之微透鏡可為圓錐透鏡,其中,「圓錐透鏡 指的是許多具有一個圓形的底部和一個雙曲線或拋物線中 央垂直剖面。然而,一錐形透鏡具有一三角形的中央垂直 剖面,一半球透鏡具有一個半圓的中央垂直剖面,以及一 個橢圓透鏡具有一橢圓形的中央垂直剖面,皆非所謂的圓 錐透鏡。 各個圓錐透鏡的形狀以下列公式(3)表示之,其中,Η 表示一每一圓錐形透鏡自底部到一假想峯之高度,r代表每 圓錐透鏡頂部之一曲率半徑,且k表示一圓錐常數。一般 而言,該彎曲的透鏡形狀以具有位於透鏡頂部曲率半徑⑴ 以及圓錐常數(k)當作一變量之方程式表示,該圓錐常數化) 係為一決定該透鏡形狀的因子’當k:=〇, 一透鏡為圓形; 當k=-l,一透鏡為拋物線形;g_1<k<〇, 一透鏡為橢圓 形;若k<-l,該透鏡為雙曲線形。 i+vi-U+k)(i/r)^^ .........公式(3) 本發明中,較佳為該圓錐透鏡之圓錐常數(k)為^至夏 之間,更佳為該圓錐常數(k)為-2.8至-1.5之間。 此外,該圓錐透鏡之曲率半徑⑴較佳為平均間距(1>)之 0.2 %至26 %,更佳為2 %至20%。若該圓錐透鏡之曲率半 徑⑴少於該平均間距(P)之0.2 %時,該圓錐透鏡之頂部可能 在製造過程中受損;若該圓錐透鏡之曲率半徑⑺大於該平 均間距(P)之26 %時,聚光效率低。 本發明之一微透鏡陣列實施例如圖3以及圖4所示。圖3 係說明一具有圓形底部微透鏡排列之實施例,而圖4說明一 201245816 示範性的微透鏡陣列板,其中微透鏡根據本發明實施例排 列於該微透鏡陣列板之上。 接下來’將根據本發明之實施例’說明一關於製造微 透鏡陣列板之方法。 既然使用模具之微透鏡陣列板的製造方法乃在所屬技 術領域中廣為所知’具有習之技藝者可依照本發明所揭露 之相關技術輕易完成微透鏡陣列。 例如’本發明之微透鏡陣列板製造方式可為:利用一 材料,如熱塑樹脂’透過擠壓的步驟以形成一基底來形成 一膜狀基底;於該基底光出去的一側,藉由滾動一沿著基 底刻有一透鏡圖案的滚輪,或者於該基底和一板形模具之 間注入一固化樹脂,來形成一圖案;並且藉由紫外光或熱 固化該基底。 此外’透過設置刻有圓錐透鏡圖案之模具於該基底之 上’施予一固化樹脂溶液於該基底及該模板之間,並固化 該固化樹脂溶液,圓椎透鏡可形成於該基底上。此外,藉 由例如一利用不對稱珠子方法、一雷射遮罩蝕刻方法、一 直接加工方法、以及一光刻方法等方法,圓錐透鏡可形成 於該基底上。 用於本發明之一固化樹脂之範例包括:聚氨酯丙烯酸 醋、環氧丙烯酸酯、丙烯酸酯、以及自由基生成單體。這 些樹脂可獨立或者結合使用。然而,本發明並不限於此。 透鏡具有不同的形狀、高度、以及利用刻有不同圖案的模 具所形成的間距。 12 201245816 一模具可藉由習知方法雕刻有透鏡圖案,例如一機械 切割法、一光阻回流法、一光致抗姓性的雷射照射方法、 一珠子的塗佈方法、或一雷射蝕刻方法。這類的模具可具 有一板形,一毛蟲形狀(caterpillar shape)、或一鼓形(drum shape) ’並且可由一金屬(例如鎳和鉻)、一硬金屬(例如陶 瓷材料)、或塗佈有聚合物或矽膠之聚合物薄膜而形成。 此外’本發明係關於一用於微透鏡陣列板之背光單 元。該背光單元包括一光源單元以及至少一微透鏡陣列板 設置於該光源之上。 上述之微透鏡陣列板包括該背光單元。該微透鏡陣列 板係設置於該光源單元以及一液晶面板之間,用以於一液 晶顯示裝置上顯示影像。 倘若該背光單元為一邊緣型背光單元,該微透鏡陣列 板可設於一導光板以及該液晶面板之間;若該背光單元為 一直接型背光單元,該微透鏡陣列板可設於該光源單元以 及該液晶面板之間,例如,一發散板之上。一具有高反射 率之反射板可設於該光源單元下方,以重複利用來自微透 鏡陣列板底部之入射光。若該背光單元為一邊緣型背光單 元,則該反射板可設於該導光板下方。 本發明之背光單元可包括一額外的光學膜以及該微透 鏡陣列板。該額外的光學膜可為一習知的光學膜,例如一 發散膜或一聚光膜。意即,若有需要,本發明可使用一個 或多個光學膜。 此外,該背光單元可包括兩微透鏡陣列板。 13 201245816 下文中,列舉出具體的範例以更進一步了解本發明。 【示範例1】 形成設有二維排列之微圓錐透鏡的聚光膜,該圓錐透 鏡滿足下列條件:公式3之中,直徑(D)= 55 m* r=3 m, 且k=-2.I8,以間距(Ρ)=5ς) m的蜂巢圖案排列,任何兩相 鄰圓錐透鏡中心距離之標準差=2 3 m,且三角形之面積 變異=4.5 %。 【示範例2】 具有二維排列之微圓錐透鏡的聚光膜,與示範例1形成 於相同條件之下。除了 :任何兩相鄰圓錐透鏡中心距離之 標準差=94 m,以及三角形之面積變異=18.5 〇/〇。 【比較例1】 具有二維排列之微圓錐透鏡的聚光膜,除了該微圓錐 透鏡規則排列外’其他皆與示範例1形成於相同條件之下。 【比較例2】 具有二維排列之微圓錐透鏡的聚光膜,與示範例1形成 於相同條件之下。除了 :任何兩相鄰圓錐透鏡中心距離之 標準差= 0.$ m,以及三角形之面積變異=1 %。 兩組於示範例1、2以及比較例1、2配備之聚光膜,以 兩聚光膜之間約5。扭角設於一背光單元之上,且該中央亮 度及雲紋圖案特性以光線追蹤程式進行模擬(光學研究協 會之光工具)。亮度數值模擬如表1所示;而示範例1、2的 雲紋圖案特性模擬分別如圖6、7所示,並且比較例1、2的 雲紋圖案特性模擬分別如圖8、9所示。 201245816 根據該模擬結果’該本發明之透鏡排列(示範例1、2) 使亮度稍微減少’且與一般透鏡排列相比,雲紋圖案形成 稍微減少。 【表1】 中央亮度 絕對值 百分比 [a.u·] [%] 比較例1 68.5 100.0 比較例2 68.5 100.0 示範例1 68.1 99.4 示範例2 67.0 97.8 如上所述’根據本發明,該微透鏡陣列板並非以週期 性排列’在亮度降低最少的情況下減少雲紋圖案。此外, 若以圓錐透鏡當作透鏡排列於微透鏡陣列板上,亮度與視 角特性皆會提升。因此’若該微透鏡陣列板用於一液晶面 板,一因雲紋圖案產生之光線與陰影圖案可被降低,高品 質影像因此得以顯現。 在此經由示例性具體實施例闡述本發明,本領域熟知 技藝者可於不悖離隨附申請專利範圍之精神及範疇下輕易 進行修飾及變化。 【圖式簡單說明】 201245816 本發明上述及其他態樣、特徵及其他優點,將可更清 楚的透過以上的詳細描述伴隨圖式而進一步了解: 圖1係說明背光單元之示例性示意圖。 圖2係說明習知具有排列成蜂巢圖案微透鏡之微透鏡陣列 板之底視圖。 圖3係本發明實施例具有在預定範圍内隨機排列之微透鏡 之示例性微透鏡陣列板底視圖。 圖4係如圖3所示排列之微透鏡陣列板透視圖。 圖5係根據本發明一實施例背光單元之示意圖。 圖6係根據示範例1 ,利用光學研究協會之光工具 (LightTools)擷取來自兩個相互疊合’之間具有約5。扭角之 兩聚光膜之雲紋圖案。 圖7係根據示範例2,利用光學研究協會之光工具 (LightTools)擷取來自兩個相互疊合,之間具有約$。扭角之 兩聚光膜之雲紋圖案雲紋圖案。 圖8係根據比較例1,利用光學研究協會之光工具 (LightTools)操取來自兩個相互疊合,之間具有約5。扭之 兩聚光膜之雲紋圖案。 圖9係根據比較例2,利用光學研究協會之光 (LightTools)擷取來自兩個相互疊合,之間具。 具 兩聚光膜之雲紋圖案。 丑角之 【主要元件符號說明】 1反射板 D平均直徑 201245816 2燈源 A1,A2,A3,A4,A5,A6基礎陣列單元 3發散板 L1,L2, L3基礎陣列單元之一側長度 4發散膜 Θ1, Θ2, Θ3 基礎陣列單元之一内角 5聚光膜 10’,10微透鏡陣列板 11導光板 13反射鏡 12光源
Claims (1)
- 201245816 七、申請專利範園: 1. 一種微透鏡陣列板,包括: 一基底;以及 複數個微透鏡,係配置於該基底之一側上, 其中’該微透鏡係不規則排列,且介於任兩個鄰近的 微透鏡中心之間的距離之標準差,係為自任一該微透鏡中 心至鄰近該微透鏡中心所量測之平均間距的2 %至2〇 % » 2. 如申請專利範圍第1項所述之微透鏡陣列板,其 中,該平均間距為10 m至50 m。 3. 如申請專利範圍第1項所述之微透鏡陣列板,其 中,鄰近的三個該微透鏡中心係形成一三角形之基礎陣列 單元’且該基礎陣列單元之面積係於2 %到20 %之間。 4. 如申請專利範圍第3項所述之微透鏡陣列板,其 中’50%或以下之複數之該基礎陣列單元係為複數之正三角 形基礎陣列單元。 5. 如申請專利範圍第4項所述之微透鏡陣列板,其 中’該基礎陣列單元係滿足下列公式: 0.8 X P $ Ll,L2, L3S 1.2x P ……公式(1) 其中,Ll,L2與L3表示該每一個基礎陣列單元之一 側長度’且P代表該微透鏡之間平均間距。 6. 如申請專利範圍第4項所述之微透鏡陣列板,其 中’該基礎陣列單元係滿足下列公式(2): 48° ^ θ2, θ3 ^ 72° ……公式(2) 201245816 其中,6丨,θ2與θ3表示該每一個基礎陣列單元之内 角。 7.如申請專利範圍第4項所述之微透鏡陣列板,其 中,該基礎陣列單元係滿足下列公式(1)以及(2): 0.8 X P S Ll,L2, L3S 1.2χ Ρ......公式(1) 48° ^ θΐ5 θ2, θ3 ^ 72° ……公式(2) 其中,Ll,L2與L3表示該每一個基礎陣列單元之一 側長度,Ρ代表該微透鏡之間平均間距,且Θ,, 02與03表示 該每一個基礎陣列單元之内角。 8. 如申請專利範圍第4項所述之微透鏡陣列板,其 中,該微透鏡具有一形狀,其係選自由一半球型、一錐形、 一圓錐形、以及一橢圓形所組成之群組》 9. 如申請專利範圍第4項所述之微透鏡陣列板,其 中,該微透鏡具有一平均直徑,該平均直徑係為該微透鏡 平均間距(Ρ)之90 %至126 %。 10. 如申請專利範圍第4項所述之微透鏡陣列板,其 中,該微透鏡具有相同直徑之圓形底側。 11. 如申請專利範圍第4項所述之微透鏡陣列板,其 中,該微透鏡具有一高度為該微透鏡間平均間距(Ρ)之20% 至 100 %。 12. 如申請專利範圍第1項所述之微透鏡陣列板,其 中,該微透鏡為圓錐透鏡,其特徵為下列公式(3): V = II 士!τ y l+Vl-Ci+kKl/r^x^ ......公式(3) 201245816 圓錐形透鏡自底部到一假想茶之一 :,r代表每一圓錐透鏡頂部之一曲 其t,Η表示每一 I 高度,k表示一圓錐常數 率半徑,且該圓錐常數(k)為-3至-1。 13. 如申請專利範圍12所述之微透鏡陣列板,其中該曲 率半徑⑺為1 μιη至10 μπι 0 14. 一種背光單元,係包括如申請專利範圍第1至13項 之任一項所述之該微透鏡陣列板。 八、圖式(請見下頁): 20
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