TWI434070B - 具有增強光學性質之光學膜及包含其之背光單元 - Google Patents

Description

具有增強光學性質之光學膜及包含其之背光單元

本案主張向韓國智慧財產局2010年7月15日申請之韓國專利申請案號10-2010-0068531和2010年11月26日申請之韓國專利申請案號10-2010-0118754之優先權，並且其內容完全併入本發明中，以供參酌。

本發明係關於一光學片和一包含該光學片之背光單元，更特別是，一種具有增強光學性質之微鏡片陣列片及包含該微鏡片陣列片之光學膜之背光單元。

液晶顯示裝置的電子設備，其利用液晶透射率的變化，根據施加電壓轉換成電子信號，使其由各種設備產生視覺信號。

液晶顯示設備，體積小，重量輕，而且在功率消耗方面經濟，已大量地取代陰極射線管，並在使用於各種數據處理設備。

於液晶顯示裝置，電壓施加於液晶材料以改變其特定的分子排列。根據分子排列的變化，液晶材料的光學特性也隨之變化，從而顯示影像。液晶材料的光學特性包括雙折射，旋光能力，二向色性，光散射。

由於液晶顯示器自身並不產生光，他們需要一個照明源以產生可視影像。為此，可使用背光單元於此。

背光單元，根據在其中之發光裝置位置，可分為邊緣型背光單元和直接型背光單元。邊緣型背光單元，包括一發光裝置在導光板之一側，引導光線從燈源發出。邊緣型背光單元用於小型液晶顯示設備，如桌上型電腦監視器和筆記型電腦，以提供均勻的照明和良好的耐久性。此外，邊緣型背光單元成為減輕重量之包括邊緣型背光單元之設備。其間，直接型背光單元用在20英寸或更大的顯示設備。此類直接型背光單元，包括燈源排列在液晶面板下方，以直接照亮液晶面板。

線性光源，如冷陰極螢光燈(CCFL)為先前廣泛使用於背光單元之發光裝置，但最近，線性光源已越來越多地被發光二極管(LED)取代，其更微薄，輕便，功消耗更經濟，優異的色彩再現性，而且對環境無害。

一背光單元可包括光學薄膜的結合，以擴散或收集光源發出的光線，並改善亮度和照明的不平均。

亮度和視角是評估影像顯示設備(如，液晶顯示設備)時的重要因素，背光單元之構成大幅的決定光學片的性能。近年來，半球外形微鏡片陣列片已被廣泛使用，但它們在改善亮度上有限制，而且為了改善視角，其亮度必須被犧牲。

現今，積極的研究和開發已著重在微薄和輕量化之背光單元的創造。特別是，微鏡片陣列片都要求有光學性能，如高層次的亮度和寬視角。

本發明一方面提供了一種微鏡片陣列(MLA)片，包括錐形鏡片，以提高其亮度和視角。

本發明另一方面提供了一種包括微鏡片陣列(MLA)片之背光單元，以改善其光學性能不足。

根據本發明的一個態樣，係提供一種微鏡片陣列(MLA)片，包括一基部和一配置在該基部表面之鏡片部件，其中該鏡片部件包括依如下方程式1所測之錐形鏡片，

其中k是一個錐形常數，範圍大約從-3至約-1，及r是錐形鏡片頂點之曲率半徑。

錐形鏡片可包括在其中央垂直斷面之雙曲線或拋物線。

錐形鏡片可具有一個間距範圍，從約10微米至約500微米。

錐形鏡片的底面具有一直徑範圍為錐形鏡片間距之約90%至約116%。

錐形鏡片頂點之曲率半徑具有一範圍為錐形鏡片間距之約0.2%至約26%。

錐形鏡片可以為均勻排列。

根據本發明之一個態樣，提供一種微鏡片陣列(MLA)片，包括一基部和一配置在該基部表面之鏡片部件，其中該鏡片部件包括錐形鏡片，而該錐形鏡片包括在其中央垂直斷面之雙曲線或拋物線。

錐形鏡片可以為均勻排列。

根據本發明之一個態樣，係提供一種背光單元，包括：光源；和微鏡片陣列片。

微鏡片陣列片可設置為成對，且背光單元可包括兩個微鏡片陣列片。

背光單元可包括一直接型背光單元和一邊緣型背光單元之一者。

本發明之以上和其它態樣，功能和優點，將由下面的詳細說明與其相連結的伴隨圖式而更清楚地被了解。

本發明之具體實施例，現在將參照隨附圖式詳細描述。

根據本發明之實施例，一光學片包括錐形單元鏡片，其係排列在一發光表面上之微鏡片陣列(MLA)。也就是說，該微鏡片陣列(MLA)片，包括一基部和一配置在該基部表面之鏡片部件，其中該鏡片部件包括錐形鏡片，而每個錐形鏡片包括在其中央垂直斷面之雙曲線或拋物線。

根據本發明實施例，錐形鏡片可以為任何對稱形鏡片，惟該對稱鏡片包括一圓形底面和另一面包括在其中央垂直截面之雙曲線或拋物線。然而，該錐形鏡片不同於具有三角形之中央垂直斷面之錐形鏡片、具有半圓之中央垂直斷面之半球外形鏡片及具有橢圓形之中央垂直斷面之橢圓形鏡片。

錐形鏡片可由下列公式決定，其中r表示錐形鏡片頂點之曲率半徑，及k表示錐形常數。構成鏡片之曲面形狀可由含有錐形常數k和錐形鏡片頂點之曲率半徑r作為變數之函數表達。錐形常數k是決定鏡片外形之一因素。如果k=0，鏡片為一圓形外形。如果k=-1，鏡片為一拋物線外形。如果-1＜k＜0時，鏡片為一橢圓外形。如果k＜-1，鏡片為雙曲線外形。

根據本發明之實施例，錐形鏡片之錐形常數k可以在約-3至約-1之範圍，較佳為由約-2.7至約-1.7，更佳為由約-2.65至約-1.75。圖1(a)係說明根據本發明實施例之錐形鏡片示意圖；圖1(b)和1(c)係分別說明一半球外形鏡片和一圓錐外形鏡片之示意圖，其不同於本發明之錐形鏡片。如果錐形常數k是小於約-3，鏡片之亮度性能會降低。如果錐形常數k是大於約-1，則光學遮蔽性如同亮度性能一樣會降低。

根據實施例之錐形鏡片，可在微鏡片陣列片之表面以一預定間距P排列。間距P之範圍較佳為由約10微米至約500微米，更佳為由約30微米至70微米。如果鏡片間距小於約10微米，鏡片可能會相互重疊，因而降低光收集效率，模具製造困難，且鏡片容易受到刮傷。如果鏡片間距大於約500微米，鏡片之間的間隙會造成亮度的損失，以及模具製造成本可能會增加。根據實施例之上述間距P範圍係由鏡片製作期間採用的各種方式和外觀缺陷(如鏡片製作後之波紋)決定。

此外，錐形鏡片之形狀可由鏡片底部表面之直徑D和高度H決定。直徑D之範圍較佳為間距P之約90%至約116%，更佳為間距P之約92%至約116%，最佳為間距P之約98%至約116%。如果直徑D小於間距P之約90%或大於約116%，薄膜製作的可用性與產量會降低，而鏡片之亮度會降低。因此，當鏡片設置有如上所述的直徑D範圍時，將可以達到所需的光收集效率。

錐形鏡片在如上所述之直徑D範圍內可以有不同的直徑，但錐形鏡片可以有相同的直徑，以幫助鏡片的製作和達到射出光線的均勻。

錐形鏡片在如上所述之高度H範圍內可以有不同的高度，但錐形鏡片可以有相同的高度，以幫助鏡片的製作和達到射出光線的均勻。

也就是說，錐形鏡片在如上所述之間距P範圍內和如上所述之直徑D範圍內可以有不同的間距，但全部的錐形鏡片可以有相同的間距。圖2(a)係說明根據本發明實施例之微鏡片陣列片之平面視圖；而圖2(b)係說明圖2(a)微鏡片陣列片之橫截面視圖，其中鏡片為均勻排列。然而，根據本發明錐形鏡片之設置並不限制於圖2(a)和2(b)。例如，根據本發明之錐形鏡片可以為無間隙之排列。在這種情況下，錐形鏡片之數量密度增加，而利用鏡片傾斜面之光收集效率將可被確保。

錐形鏡片頂點之曲率半徑r較佳範圍為間距P之約0.2%至約26%，更佳為間距P之約0.2%至約24%，最佳為間距P之約0.2%至約22%。如果曲率半徑r小於間距P之約0.2%，於鏡片製作期間在鏡片頂點可能會發生缺陷，鏡片可能容易受到刮傷，氣泡可能形成於鏡片，以及製作時間可能會增加。如果曲率半徑r大於間距P之約26%，則光收集效率、光學遮蔽性、亮度性能可能會降低。

根據本發明實施例之製作微鏡片陣列片之方法，可為任何已知技藝之方法。例如，根據本發明實施例之錐形鏡片，可藉由於基材上放置一鏡片外形之凹式模具，注入熱固性樹脂至模具，且硬化熱固性樹脂而製作。此外，一非對稱珠設置之方法、雷射光罩蝕刻方法、直接加工方法，或光蝕刻方法可用於製作微鏡片陣列片。

根據本發明實施例之用於製作微鏡片陣列片之熱固性樹脂可以為胺酯系丙烯酸酯，環氧系丙烯酸酯，酯系丙烯酸酯，產生自由基之單體(radical-generating monomer)和其組合物之一者。具有各種凹式模具可用於製作各種形狀、高度和間距之鏡片。除了上述介紹的方法，其它已知之方法可用於製作本發明之微鏡片陣列片。

根據本發明之實施例，微鏡片陣列片可為複數的配置，且背光單元可包括至少一個微鏡片陣列片。

具有微鏡片陣列片之背光單元，包括一直接型背光單元和一邊緣型背光單元。

也就是說，根據本發明之實施例，背光單元包括光源和至少一個微鏡片陣列片在光源上方。較佳為，兩個或兩個以上之微鏡片陣列片設置於光源上方。更佳為，兩個微鏡片陣列片設置於光源上方。

圖3係說明根據本發明實施例之直接型背光單元示意圖。參考圖3，直接型背光單元可包括：一反射板1，將未利用的光線反射回發光面；線性光源2，以一固定之距離彼此間隔分離；一擴散板或片3，轉換線性光源2至光源面和承載光學膜；與一個或多個微鏡片陣列片4和4’，包括錐形鏡片和設置於擴散板或片3之上方。

背光單元可更包括在微鏡片陣列片4和4’上側或下側之擴散膜，或包括在微鏡片陣列片4和4’上側或下側之一聚光膜與一擴散膜，如棱鏡膜或雙凸透鏡膜。

背光單元可具有廣視角和高亮度性能。

如下所述，本發明之具體實例現在將詳細描述，但本發明並不侷限於此。

[具體實施例] 1.　微鏡片陣列片之製作 實施例1：包括錐形鏡片之微鏡片陣列片

一種使用雷射光罩方法製作之微鏡片陣列片，直徑D約55微米，錐形鏡片頂點之曲率半徑r約5.5微米，錐形常數k約-2.15，間距P約50微米。

比較例1：包括圓錐外形鏡片之微鏡片陣列片

如同實施例1之相同方法製作一微鏡片陣列片，除了排列其上之圓錐外形鏡片具有約90度垂直角度之外，直徑D約50微米，間距P約50微米。

比較例2：包括半球外形鏡片之微鏡片陣列片

如同實施例1之相同方法製作一微鏡片陣列片，除了排列其上之半球外形鏡片具有錐形常數為0，直徑D約50微米，間距P約50微米，半球外形鏡片頂點之曲率半徑r約25微米。

實施例2至9，和比較例3至20【表格內比較例只有18個，並無比較例19,20】

如同實施例1之相同方法製作微鏡片陣列片，如下表所示，變化間距P、直徑D、曲率半徑r、錐形常數k，。

2.　根據鏡片外形之亮度性能比較

如上所述製作之每個微鏡片陣列片係設為成對以進行光學模擬。在此，22英寸邊緣型背光單元之發光二極體係用於輸入值，和一接收器設置於兩個相同之微鏡片陣列片，並依照亮度比較視角數據，模擬結果顯示於表中。

在表中，入射到光學膜之光亮度設定為100%，而藉由微鏡片陣列片傳輸之最大之光亮度與入射到光學膜之光亮度之比例以%表示。

如表所示，相對於比較例1和2之包括半球外形鏡片和圓錐外形鏡片之微鏡片陣列片，根據本發明具體實施例之包括錐形鏡片之微鏡片陣列片改善了視角相關的亮度性能。

此外，如表所示，根據實施例，鏡片設置在上述間距P和錐形常數k之範圍內，相對於鏡片設置在上述間距P和錐形常數k之範圍外，其亮度性能可得到改善。

特別是，相對比較例9包括橢圓鏡片(k=0.9)之微鏡片陣列片，本發明實施例之微鏡片陣列片在亮度性能有顯著地改善。

3.　根據本發明設置薄片(微鏡片陣列片)之亮度性能比較

根據本發明設置微鏡片陣列片之亮度性能比較，一個微鏡片陣列片，兩個微鏡片陣列片，和三個微鏡片陣列片之亮度性能相互比較。

為此，進行光學模擬。在此，22英寸邊緣型背光單元之發光二極體係用於輸入值，和一接收器設置於兩個微鏡片陣列片，並依照亮度比較視角數據，模擬結果顯示於圖4。

參考圖4，兩個微鏡片陣列片之亮度性能比一個或三個微鏡片陣列片更好。

因此，根據實施例，當微鏡片陣列片之外形符合間距P、直徑D、曲率半徑r、和錐形常數k之範圍，尤其是，使用兩個微鏡片陣列片時，其亮度性能將可以顯著提高。

由於半球外形微鏡片陣列片在提高亮度之相關技藝上有一限制，因而半球外形微鏡片陣列片不能代替高亮度產品之棱鏡片。但是，根據本發明實施例之包括錐形鏡片之微鏡片陣列片具有優異的亮度和視角性能。

雖然本發明已被相關實施例顯示與描述，在不悖離本發明之精神與範圍下，修改和改變顯而易見之技藝是可被創作，並由隨附之申請專利範圍所定義。

1‧‧‧反射板

2‧‧‧線性光源

3‧‧‧擴散板或片

4,4’‧‧‧微鏡片陣列片

D‧‧‧直徑

H‧‧‧高度

k‧‧‧錐形常數

P‧‧‧間距

r‧‧‧曲率半徑

圖1(a)係說明根據本發明實施例之錐形鏡片構成之微鏡片陣列片示意圖。

圖1(b)和1(c)係分別說明一半球外形鏡片和一圓錐外形鏡片之示意圖，其不同於本發明之錐形鏡片。

圖2(a)係說明根據本發明實施例之微鏡片陣列片之平面視圖。

圖2(b)係說明圖2(a)微鏡片陣列片之橫截面視圖。

圖3係說明根據本發明實施例之含有錐形鏡片之微鏡片陣列片之背光單元。

圖4係說明根據本發明實施例之一個、兩個、和三個微鏡片陣列片之亮度性能圖。

1．．．反射板

2．．．線性光源

3．．．擴散板或片

4,4’．．．微鏡片陣列片

Claims (15)

1. 一種微鏡片陣列(MLA)片，包括一個基部和配置在該基部表面之鏡片部件，其中該鏡片部件包括錐形鏡片，且該錐形鏡片之中央垂直斷面的形狀係如下方程式1所定義， 其中k是一個錐形常數，及r是錐形鏡片頂點之曲率半徑，且該錐形鏡片頂點之曲率半徑範圍為錐形鏡片間距之0.2%至26%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中k是範圍從-3至-1之錐形常數。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中k是範圍從-2.7至-1.7之錐形常數。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中k是範圍從-2.65至-1.75之錐形常數。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片包括在其中央垂直斷面之雙曲線或拋物線。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片具有由10微米至500微米之間距範圍。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片的底面具有一直徑範圍為錐形鏡片間距之90%至116%。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片的底面具有一直徑範圍為錐形鏡片間距之92%至116%。
9. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片的底面具有一直徑範圍為錐形鏡片間距之98%至116%。
10. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片頂點之曲率半徑範圍為錐形鏡片間距之0.2%至24%。
11. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片頂點之曲率半徑範圍為錐形鏡片間距之0.2%至22%。
12. 如申請專利範圍第1項所述之微鏡片陣列片，其中該錐形鏡片為均勻排列。
13. 一種背光單元，包括：光源；以及如申請專利範圍第1至12項之任一項之微鏡片陣列片。
14. 如申請專利範圍第13項所述之背光單元，其中該微鏡片陣列片係設為成對，且背光單元可包括兩個微鏡片陣列片。
15. 如申請專利範圍第13項所述之背光單元，其中該背光單元包括一直接型背光單元和一邊緣型背光單元之一者。