TWI385417B - 具有隨機相位結構的稜鏡矩陣 - Google Patents

Description

具有隨機相位結構的稜鏡矩陣

本發明係有關作用於照明的稜鏡膜(Prism film)，尤其是有關用於電腦的液晶顯示器(Liquid crystal display)的稜鏡膜。

具有複數稜鏡柱的稜鏡膜幾十年來已被設計用以控制建築照明設備的照明效果。近年來由於液晶顯示器的發明，稜鏡膜成為液晶顯示器的照明光源的重要組件。稜鏡膜的主要功能係聚集背光源(Backlight)的照射角度至所需要的視角(Viewing angle)。當液晶顯示器被用於筆記型電腦時，光源通常被安置於顯示器的側邊以降低其厚度。在此種情況，稜鏡膜也會使有些偏離射出方向的光線被導引至垂直朝顯示器表面射出的方向。

美國專利US4,542,449揭示此種稜鏡膜。有許多不同結構的稜鏡膜。最近的美國專利US6,091,547揭示的稜鏡膜與上述美國專利US4,542,449相近，除了特別限制稜鏡柱之間的間隙少於30微米(Micrometer)，且其稜鏡柱的峰頂角在45-135度之間。

圖1、2所示者為已知兩種使用稜鏡膜的筆記型電腦的光源結構。如圖1所示，光源結構100包括一光源101被一反射外殼102所包圍，由光源101射出的一部分光線被導光板104導引至其上方的稜鏡膜105。向下方射出的光線將被反射面103反射而向上方再進入導光板104。此種結構中的稜鏡膜105的稜鏡面朝下。如圖2所示的光源結構200 ，其結構與圖1所示者大致相同，但其中的稜鏡膜105的稜鏡面朝上。此二種光源結構100、200中的稜鏡膜105的功能，均是用以導引光源101射出的光線至垂直液晶顯示器的顯示面的方向。

許多已知的稜鏡膜導引線時均會產生莫爾干涉條紋(Moireinterference patterns)的問題，而在顯示器上產生可見的明、暗相間的條紋。

美國專利US6,862,141揭示一種光學表面現連續立體蠕虫狀(Worm-like)的表面結構。此種立體表面結構的形成，是由於一第一表面結構的功能被其第二表面結構的功能調節的結果。第二表面結構的功能是不規則式的導引光線，而第一表面結構的功能是固定式的導引光線。此種立體表面結構包留第一表面結構的功能，固定式的導引光線，但也有第二表面結構的功能，不規則式的擴散光線，因此可降低莫爾干涉條紋產生的現象。

本發明的主要目的，在提供一種具隨機相位結構的稜鏡矩陣，用以改善顯示器的稜鏡膜以減少莫爾干涉條紋產生的現象，並且具有光擴散功能。使用具有許多稜鏡單元的稜鏡膜。稜鏡膜的稜鏡單元的外形特徵是變化的，最好是不規則(Random)或擬不規則(Pseudo random)的變化。這些不規則變化可適用在稜鏡結構的某一、一些或全部的外形特徵上。特別的是，稜鏡單元的厚度及位置為可變化的。

本發明的一實施例的稜鏡被分成許多列，每一列分別具 有不同型態並列的稜鏡單元。特別的是並列的稜鏡單元可以具有不規則或擬不規則的變化。此結構具有所需求的光擴散功能，且具有容易製造且較便宜的矩形外觀。

本發明的另一實施例的稜鏡具有許多三角形的凸脊，其頂點的高度及/或位置隨稜鏡單元及其相鄰的稜鏡單元而不同。

本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。

圖3是一個根據本發明的實施例的稜鏡膜的上視圖，包括多數依序相連接矩形的稜鏡單元300。其中的虛線代表此稜鏡單元300的峰301；相鄰的兩峰301之間的間距為峰間距。每一稜鏡單元300具有長度302及寬度303。在一實施例中，稜鏡單元的長度至少為寬度的兩倍。在一實施例中每一稜鏡單元的寬度小於50微米。

峰301位於稜鏡單元300的中間，因此本稜鏡單元300有著對稱性的結構。然而稜鏡單元也可為不對稱性的，也就是讓其峰偏向稜鏡單元的一邊而不在中間處。稜鏡列304的峰3041與相連接的稜鏡列305的峰3051相互偏移，不在一直線上。事實上，各稜鏡列的稜鏡單元的峰與其相鄰的稜鏡列的稜鏡單元的峰呈不規則互相偏移的狀態。相鄰稜鏡列之間的峰呈不規則或擬不規則的偏移的設計可提供所需要的擴散效果。同時，每一稜鏡列具有規則的結構，在製造上較為可行。

在一實施例中，稜鏡單元的峰的高度是呈不規則或擬不規則的變化。在一實施例中，稜鏡矩陣中的稜鏡單元的高度是隨其峰頂角在90度之135度之間的變化而被任意設定的。在一實施例中，稜鏡矩陣中稜鏡單元之間在第一方向的峰間距相等，而在第二方向的峰間距呈不規則或擬不規則變化的偏移，其中，第二方向垂直第一方向。

請參閱圖4所示。一稜鏡單元400具有長度401、寬度402及高度403。長度401、寬度402分別對應於圖3所示的長度302、寬度303。在一實施例中，各稜鏡單元具有相同的長度及相同的寬度，但具有不同的高度，這提供了另一種方式來達到所需要的擴散效果。

請參閱圖5所示。製造本發明稜鏡膜的方法，例如利用一光學系統501使射出的雷射束的強度分佈呈三角形。換言之，雷射束的強度為零的地方形成稜鏡單元所需要的谷，而強度最強的地方形成稜鏡單元所需要的峰，而其間不同的雷射束強度形成稜鏡單元谷和峰之間的側壁。經過雷射曝光然後硬化的光阻材料(Photoresist)，呈現所需要的三角形稜鏡結構。最後進行蝕刻。結構最深處對應於光阻材料剛好消失的位置。稜鏡的外形係經由透鏡502成像在一塗佈有光阻材料504的板體503。板體503則是置於一XY移動平台上。

請參閱圖6所示。經由上述照射雷射束之後的光阻材料602成三角形，後續的蝕刻作業使光阻材料602形成最深的谷(如果使用負向光阻材料(Negative Photoresist))，而不蝕刻峰的地方，以在基材601的 上邊形成三角形的形狀，該形狀係光阻材料形狀的反向(如果使用正向光阻材料則結果剛好相反)。相較於機械加工，使用光束在光阻材料上成型的做法可以使記錄面上的三角形結構有不規則的分佈。一擬隨機數字產生器可被用以藉由程式控制設定峰的高度及列的間距，然後饋入一控制器來移動XY移動平台。

使用三角形或角錐狀的形狀，使其表面更容易以程式化的製作，不僅可具有所需要的擴散效果，而且可達到反射光線的主要目的，將由側邊進入的光線在一所需要的視角範圍內垂直的射出，以集中亮度。

本發明的一實施例，基材係透明物質，例如電介質膜(Dielectric sheet)。基材可為一置於導光板前的膜，或可為導光板本身。

本發明實施例的基材(膜)可為高分子聚合物，例如壓克力或聚酯。

本發明具隨機相位結構的稜鏡矩陣，係使稜鏡膜的稜鏡單元的外形特徵是變化的，最好是不規則或擬不規則的變化，例如其厚度及位置為可變化的，可改善顯示器的稜鏡膜以減少莫爾干涉條紋產生的現象，並且具有光擴散功能。

以上所記載，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本發明主張之專利範圍，而不限於實施例所揭示者。例如，稜鏡的側邊可以具有弧度的側邊取代直線狀的側邊等 。

100、200‧‧‧光源結構

101‧‧‧光源

102‧‧‧反射件

103‧‧‧反射面

104‧‧‧導光板

105‧‧‧稜鏡膜

300、400‧‧‧稜鏡單元

301、3041、3051‧‧‧峰

302、401‧‧‧長度

303、402‧‧‧寬度

304、305‧‧‧稜鏡列

403‧‧‧高度

501‧‧‧光學系統

502‧‧‧透鏡

503‧‧‧板體

504‧‧‧光阻材料

601‧‧‧基材

圖1為已知液晶顯示器的光源結構其稜鏡面朝向光源的示意圖。

圖2為圖1所示已知液晶顯示器的光源結構其稜鏡面背向光源的示意圖。

圖3為本發明稜鏡膜顯示不規則並列的稜鏡列的上視示意圖。

圖4為圖3中的一稜鏡單元的示意圖。

圖5為本發明實施例的稜鏡膜的製造結構示意圖。

圖6為圖5所示的製造結構製成本發明實施例稜鏡結構的側視示意圖。

300‧‧‧稜鏡單元

301、3041、3051‧‧‧峰

302‧‧‧長度

303‧‧‧寬度

304、305‧‧‧稜鏡列

Claims (10)

1. 一種具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，用於聚集光的照射角度及擴散從液晶顯示器的導光板出來的光線，包括：一透明膜，其表面具有由複數依序相連接小的稜鏡單元構成的矩陣；該矩陣具有依序相連接的複數稜鏡列，每一稜鏡列具有規則的結構，相鄰稜鏡列的稜鏡單元的峰相互偏移，不在一直線上；該等稜鏡列的稜鏡單元分別具有至少一外形特徵呈不規則變化或擬不規則變化。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元的高度呈不規則變化或擬不規則變化。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元之間在第一方向的峰間距相等，而在第二方向的峰間距呈不規則變化或擬不規則變化；其中，該第二方向垂直該第一方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元的高度是隨其峰頂角，選自90度之135度之間，以不規則變化或擬不規則變化而被任意設定。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元的寬度小於50微米。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元的長度至少為其寬度的兩倍。
7. 一種供液晶顯示器的導光用的稜鏡膜，包括：一透明膜，其表面具有由複數依序相連接小的稜鏡單元構成的矩陣； 該矩陣具有複數依序相連接的稜鏡列，每一稜鏡列具有規則的結構，相鄰稜鏡列的稜鏡單元的峰相互偏移，不在一直線上；該等稜鏡列的稜鏡單元之間在第一方向的峰間距相等，而在第二方向的峰間距呈不規則變化或擬不規則變化；其中，該第二方向垂直該第一方向。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元的高度是隨其峰頂角，選自90度之135度之間，以不規則變化或擬不規則變化而被任意設定。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元的寬度小於50微米。
10. 如申請專利範圍第7項所述之具有隨機相位結構的稜鏡矩陣，其中該等稜鏡單元的長度至少為其寬度的兩倍。