TWI584026B - 適用於顯示裝置之背光 - Google Patents

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TWI584026B
TWI584026B TW096131094A TW96131094A TWI584026B TW I584026 B TWI584026 B TW I584026B TW 096131094 A TW096131094 A TW 096131094A TW 96131094 A TW96131094 A TW 96131094A TW I584026 B TWI584026 B TW I584026B
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馬京晶
程銘
大衛 森佛德 奎恩
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３Ｍ新設資產公司
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Description

適用於顯示裝置之背光
本發明係引導至適用於例如液晶顯示裝置之顯示裝置之背光。
顯示裝置，例如液晶顯示器(LCD)裝置，用於各種應用中，其包含如電視、手持式裝置、數位相機、視訊攝影機及電腦監視器。不像一傳統陰極射線管(CRT)，一LCD面板並非自我照明，因而有時要求一照明裝配件或一"背光"。一背光通常將光從一或多個光源(例如，冷陰極螢光管(CCFT)或發光二極體(LED))耦合至一LCD面板。
兩種普遍類型之背光係直接照明背光及邊緣照明背光。此等二種類型之背光在相對於該背光輸出面之光源佈置上不同，其中該輸出面定義該顯示裝置之檢視區域。在邊緣照明背光中，(一)光源係沿著該背光構造的一外邊界加以置放，而在對應於該背光之輸出面之區域或區段外面。該(等)光源通常將光發射至從其中擷取光的一光導中，以照明該背光之輸出面。在直接照明背光中，一或多個光源係直接置放於該背光之輸出面後面。
LCD之效能通常由其亮度來判斷。然而，若亮度之程度橫跨其可檢視區域而變化，則危害一顯示器之檢視經驗。此可出現該背光中使用離散光源，由於其隨著與該光源之距離增加而降低亮度。已建議各種配置以應付此問題。例如，在直接照明顯示器中，已使用厚擴散器板，以混合來自個別光源之光。在邊緣照明顯示器中，已佈置擷取點使其較接近於一起，以便隨著與該光源之距離增加而提供增加之光擷取。然而，由於散射及吸收，此等解決方案導致光之損失。
在一實施方案中，本揭示內容係引導至一種適合用於一顯示裝置之背光。該背光包含一照明裝置，其具有至少一光源，以及一背後反射器堆疊，其包含一反射層及具有實質上均勻之折射率並且具有置放在一矩陣陣列中之複數個光引導突出物的一透明層。該透明層係置放在該反射層與該照明裝置之間，其中該複數個光引導突出物面向離開該反射層。該複數個光引導突出物係以未記錄於該照明裝置之任何光源的一組態加以組態及置放。在另一實施方案中，本揭示內容係引導至一種適合用於一顯示裝置之背光，其包含一照明裝置，具有至少一光源，以及一背後反射器堆疊，包含一反射層及具有置放在一黏結劑中之複數個珠的一透明層。該等珠形成複數個光引導突出物，而且該黏結劑具有接近該等珠之一折射率的一折射率。該透明層係置放在該反射層與該照明裝置之間，其中該複數個光引導突出物面向離開該反射層。該複數個光引導突出物係以未記錄於該照明裝置之任何光源的一組態加以組態及置放。
在又另一實施方案中，本揭示內容係引導至一種適合用於一顯示裝置之背光，其包含一照明裝置，具有至少一光源，及一背後反射器堆疊，包括一反射層及具有實質上均勻之折射率並且具有置放在一矩陣陣列中之複數個透鏡狀光引導突出物的一透明層。該透明層係置放在該反射層與該照明裝置之間，其中該複數個光引導突出物面向離開該反射層。該複數個光引導突出物係以未記錄於該照明裝置之任何光源的一組態加以組態及置放。
熟習此項技術者在閱讀以下實施方式及附圖之後將更容易明白本發明之光學裝置的該等及其他方面。
應該參考圖式閱讀下列說明，其中採用相同方式對不同圖式中的相同元件進行編號。不必按比例繪製的圖式描述選擇的說明性具體實施例而非意欲限制本揭示內容之範疇。儘管針對不同元件說明構造、尺度及材料之範例，但是熟習技術人士將認識到提供的許多範例具有可加以利用的適當替代形式。
除非另外指示，否則用於說明書及申請專利範圍之表達特徵尺寸、數量及實體性質的所有數字均應理解為在所有實例中藉由術語"大約"加以修飾。因此，除非指示相反意思，否則以上說明書及所附申請專利範圍中提出的數字參數係近似值，其可依據尋求由熟習技術人士利用本文揭示的原理獲得之所需性質而發生變化。
由端點所述的數值範圍包含該範圍內包含的所有數值(例如1至5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)與該範圍內的任一範圍。
此說明書及所附申請專利範圍中使用的單數形式"一"、"一個"及"該"包含具有複數個指示物的具體實施例，除非內容清楚地另行規定。例如，"一薄膜"之參考包含具有一、二或更多個薄膜的具體實施例。此說明書及所附申請專利範圍中使用的術語"或"一般按其包含"及/或"的含義加以使用，除非內容清楚地另行規定。
圖1概要地說明一示範背後反射器堆疊100，其可用於根據本揭示內容之示範背光。該背後反射器堆疊100包含一反射層102及一透明層104。該透明層104包含光引導突出物106，其係置放在面向離開該反射層102之透明層之一表面上的一矩陣陣列中。雖然為了本揭示內容之用途以斷面顯示該等光引導突出物106，但其係置放在一矩陣陣列中。在此矩陣陣列中，該個別光引導突出物可置放如下：以具有列及/或行的一矩形組態、其中相對於彼此而角度地及/或橫向地偏移該等個別元件以形成無法合理特徵化成具有列及/或行之一圖案的一組態，或者其中該等個別元件之分佈未遵照任何可辨別圖案(例如一隨機分佈)的一組態。該透明層104具有一實質上均勻之折射率。較佳者，該透明層之折射率並未以0.05、0.03以上更佳者0.02且又更佳者0.01從一位置變化至另一位置。在某些示範具體實施例中，該背後反射器堆疊100進一步包含一額外層108。該額外層108可視需要地包含一擴散器。任二或多個反射層102、該一或多個額外層及該透明層104可例如以一氣隙加以分離、彼此堆疊或彼此附著。
可藉由熟悉此技術者已知之任何適合措施或方法將任二或多個層彼此附著。例如，可藉由一適合黏著劑將該透明層附著至該反射層，可將該透明層塗布在該反射層，而且然後乾燥及/或固化，或者可將該透明層與該反射層一起形成，例如藉由共擠壓而一起形成。可在例如聚合層的一或多個層底漆，以改良黏著力。示範之底漆技術包含化學底漆、電暈表面處理、火焰表面處理、閃光燈處理及其他。
在一示範具體實施例中，可使用壓感黏著劑(PSA)將一擴散器薄膜層壓至該反射層。該擴散器薄膜之厚度可從5密耳至10密耳，亦用以支撐基板。可將UV吸收器混合至該PSA或該擴散器薄膜中，以保護UV造成之反射薄膜黃化。在其他示範具體實施例中，可使用一UV可固化黏著劑。在另外之其他示範具體實施例中，可將一聚合反射器與一擴散外板共擠壓，以達成該擴散器效應，而且可將一UV吸收器混合至該外板中。在其他示範具體實施例中，可將一擴散塗層塗布在一反射層，而且然後可將該反射層層壓至例如PET或PC的一基板。
透明層
頃發現，在至少其一表面上新增具有置放在該反射層所反射之光之光學路徑中之光引導突出物的一透明層提供某些有利光學性質。例如，該透明層可幫助改良橫跨一背光之一輸出面之亮度均勻性，其導致改良一使用此類背光之顯示器之外觀而未犧牲其總體亮度。
可緊密包裝該光引導突出物。在某些示範具體實施例中，可將該光引導突出物並列地置放，並接近彼此附近，而且在某些具體實施例中，其實質接觸或直接相鄰。增加該光引導突出物佔用之表面面積數量在包含根據本揭示內容之一反射器堆疊的一背光或光學顯示器之照度均勻性上提供額外優點。在其他示範具體實施例中，倘若較佳者該光引導突出物佔用該珠面層之已曝露有用表面面積之至少一多數或以上(亦即，50%或以上)，更佳者大約60%或以上，又更佳者大約70%或以上，且甚至更佳者大約90%或以上，則可將光引導突出物彼此間隔。
一透明層之一示範具體實施例包含透鏡狀光引導突出物。較佳者，該透鏡狀光引導突出物係實質上半球面形狀。此類示範具體實施例之典型實施方案包含具有大約該結構之半徑之60%以內之一高度之光引導突出物。更佳者，本揭示內容之此類具體實施例包含具有大約該結構之半徑之40%以內之一高度或深度之突出物或凹陷，而且最佳者，本揭示內容之此類具體實施例包含具有大約該結構之半徑之20%以內之一高度或深度之突出物或凹陷。具有至少大約該突出物之半徑之60%以內之一高度或深度之光引導突出物將稱為"實質上半球面"。
該等實質上半球面形狀突出物之適合之示範半徑包含大約2、5、8、10、12.5、15、17.5、20、25、37.5、45、50、60、70及80微米，而且該等半徑包含於此等示範值之任何值間的任何範圍中。在某些示範具體實施例中，該等實質上半球面形狀突出物可更小，但並未太小以致造成繞射效應，或者其可更大，例如具有大約100或150 μm半徑或以上。通常，實質上半球面形狀突出物之尺寸應夠小，因而不致輕易地顯現給含有該光學薄膜之一顯示裝置的一檢視者。例如，該突出物可具有在例如5至50 μm範圍中的一平均直徑。通常，該等突出物具有在12至30 μm範圍中的一平均直徑，或者在某些具體實施例中，其係12至25 μm。在至少某些狀況中，較小突出物較佳，因為此准許每單位面積新增較多突出物，而經常提供一較粗糙或較均勻粗糙之表面，或較佳之光重定向效應。
端視該背後反射器堆疊之所需性質，該透明層之光引導突出物可為實質上相同之形狀及/或尺寸，或者其可為至少二或多個實質上不同之形狀及尺寸。例如，根據本揭示內容所建構的一透明層可包含一較大尺寸之實質上半球面形狀結構，及置放在該較大尺寸之結構間的一較小尺寸之實質上半球面形狀結構，所以覆蓋該透明層之一主要表面的一較大部分。在此類示範具體實施例中，該較小突出物的一半徑可為大約一鄰近較大突出物之半徑之40%，或者其可為夠小而能以一二維陣列使該較小結構與該較大結構緊密地包裝之另一適合半徑。在其他示範具體實施例中，該等實質上半球面形狀突出物可為至少三實質上不同之半徑，或者其可具有各式各樣不同半徑。
在某些示範具體實施例中，該透明層可由例如低折射率或高折射率聚合材料的一透明可固化聚合材料作成。在某些示範具體實施例中，該透明層之材料具有從1.48至1.65的一折射率。使用高折射率材料，可以視角變窄為代價來獲得較高的光學增益，而使用較低折射率材料，可以較低的光學增益為代價來獲得較寬的視角。示範之適合高折射率樹脂包含例如該等揭示於美國專利第5,254,390號及第4,576,850號中之離子化輻射可固化樹脂，在與本揭示內容一致之範圍內，其揭示內容以引用的方式併入本文中。
根據本揭示內容的一透明層之光引導突出物亦可由珠形成。圖2概要地說明此一透明層204的一示範組態，其包含分散在一黏結劑214中之珠212。至少某些珠212形成突出物206。除了該透明層204外，該背後反射器堆疊200包含一反射層202，而且視需要地包含一額外層208。
通常，該珠面層中所含有之珠係實質上透明而且較佳為透明之固體物品。其可由熟悉此技術者已知的適合透明材料作成，例如有機(例如，聚合)或無機材料。某些示範材料包含但限制於無機材料，例如二氧化矽(例如，ZeeospheresTM ，3M Company,St.Paul,MN)、鋁矽酸鈉、氧化鋁、玻璃、滑石、氧化鋁與二氧化矽之合金，及聚合材料，例如液晶聚合物(例如，VectramTM 液晶聚合物，其取自Eastman Chemical Products,Inc.,Kingsport,Tenn)，非晶系聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈共聚物、交聯聚苯乙烯粒子或聚苯乙烯共聚物、聚二甲基矽氧烷、交聯聚二甲基矽氧烷、聚甲基倍半矽氧烷及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，較佳者為交聯PMMA，或此等材料之任何適合組合。其他適合材料包含無機氧化物及聚合物，其於該含粒子層之處理期間在該層之材料中實質上不混溶且不會造成不良反應(降解)、在該等處理溫度未熱降解，而且實質上不吸收所關注波長或波長範圍之光。
如以上結合透鏡狀光引導突出物之示範尺寸所述，該等珠一般而言具有在例如5至50 μm範圍中的平均直徑，但可使用其他珠尺寸。端視該應用，較小珠、較大珠或不同尺寸之珠較佳。雖然可使用具有任何形狀之珠，但一般而言在某些狀況中，球狀珠較佳。在某些具體實施例中，該珠尺寸分佈可為＋/－ 50%，而且在其他具體實施例中，其可為＋/－ 40%。其他具體實施例可包含小於40%之珠尺寸分佈，包含單分散分佈。
通常，其中分散珠之黏結劑亦為實質上透明而且較佳者為透明。在大部分示範具體實施例中，該黏結劑材料係聚合材料。端視預期之用途，該黏結劑可為一離子化輻射可固化(例如，UV可固化)聚合材料、熱塑性聚合材料或黏著材料。一示範UV可固化黏結劑將包含丙烯酸胺基甲酸酯寡聚物，例如，可購自Cognis Company之PhotomerTM 6010。
將該等離子化輻射可固化黏結劑中包含之光聚合預聚合物於其結構中併入藉由離子化輻射而可自由基聚合或陽離子聚合的一官能基。該等自由基聚合之聚合物係較佳，因為其硬化速度高且能任意設計該樹脂之故。有用之光聚合預聚合物包含具有丙烯醯基之丙烯酸預聚合物，例如丙烯酸胺基甲酸酯、環氧丙烯酸酯、三聚氰胺丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯，及其類似物。
有用之光聚合單體包含單一官能丙烯酸單體，例如丙烯酸2－乙基己酯、丙烯酸2－羥乙酯、丙烯酸2－羥丙酯、丙烯酸丁氧丙基酯，及其類似物，二官能丙烯酸單體，例如丙烯酸1,6－己二醇酯、二丙烯酸新戊二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、羥基三甲基乙酸酯新戊二醇丙烯酸酯，及其類似物，及多官能丙烯酸單體，例如二季戊四醇六丙烯酸酯三甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯，及其類似物。此等可個別或以二或多個之組合加以使用。
至於光聚合起始劑，可使用用以誘發裂解的自由基聚合起始劑、用以取出氫的自由基聚合起始劑，或用以產生離子的陽離子聚合起始劑。依對於該預聚合物及該單體之合適性而從前面所述選擇一起始劑。有用之自由基光聚合起始劑包含安息香醚系、縮酮系、苯乙酮系、硫代呫噸酮(tioxanthone)系，及其類似物。有用之陽離子類型光聚合起始劑包含重氮鹽、二芳基錪鹽、三芳基硫鹽、三芳基吡啉鎓鹽、硫代氰酸輕餾石油吡啶、二烷基苯醯甲基硫鹽、二烷基羥基苯鏻鹽，及其類似物。此等自由基類型光聚合起始劑及陽離子類型光聚合起始劑可單獨或當作其混合物加以使用。該等紫外(UV)輻射可固化樹脂需要該光聚合起始劑，但對高能量電子束輻射可固化樹脂則可省略。
除了該光聚合預聚合物、該光聚合單體及該光聚合起始劑外，依情況要求，該離子化輻射可固化材料可包含增強劑、顏料、填料、非反應性樹脂、調平劑，及其類似物。
較佳者，包含之離子化輻射可固化材料之數量不小於該珠面層之黏結劑樹脂之25%重量比，更佳者不小於50%重量比，而且最佳者不小於75%重量比。
該黏結劑亦可包含熱固性樹脂，例如由丙烯酸聚醇與異氰酸酯預聚合物所組成之熱固性胺基甲酸酯樹脂、酚樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂，或其類似物，及熱塑性樹脂，例如聚碳酸酯、熱塑性丙烯酸樹脂、乙烯醋酸乙烯酯共聚物樹脂，或其類似物。
該透明層中之珠數量通常端視以下因子：例如像該光學薄膜之所需性質、該黏結劑層所使用之聚合物之類型及組成、該等珠之類型及組成，及該等珠與該黏結劑間之折射率差。該等珠可以例如該黏結劑之至少100至210重量百分比對100重量百分比之數量加以提供。在本揭示內容之某些示範具體實施例中，珠可以例如該黏結劑之至少120重量百分比對100重量百分比、該黏結劑之至少155重量百分比對100重量百分比、該黏結劑之至少170重量百分比對100重量百分比或者該黏結劑之至少180重量百分比對100重量百分比之數量加以提供。較小數量將對薄膜性質不具有一顯著效應。
該等珠可以該塗層之45 vol%至70 vol%的一體積數量加以提供。在本揭示內容之某些示範具體實施例中，珠可以例如52 vol%至70 vol%、58 vol%至70 vol%、60 vol%至70 vol%或62 vol%至70 vol%之體積數量在珠面層提供。端視該應用，該透明層中之珠體積數量可於該塗層乾燥及固化前測量，或者其可於該塗層已乾燥及固化後測量。
在某些示範具體實施例中，該等珠與該黏結劑間之折射率差在例如從0至0.05之範圍中。例如，該等珠與黏結劑間之折射率差可為0.03或以下、大約0.02或以下，而且更佳者大約0.01或以下。
包含分散在一黏結劑中之珠之透明層亦可就該平均黏結劑厚度如何與該等珠之一中間半徑相關之方面加以特徵化。咸信，當該乾燥及固化之黏結劑厚度不與該等珠之中間半徑偏離太遠時，該透明層將具有改良之光引導特徵。例如，咸信，可達成有利效能，其中在(例如一光學薄膜)之一光學物品之一主要表面超過一線性英吋的一平均黏結劑厚度係於該等珠之一中間半徑之60%、40%或20%以內。在其他示範具體實施例中，超過二線性英吋之平均黏結劑厚係於該等珠之一中間半徑之60%、40%或20%以內。
乾黏結劑厚度可藉由製作一示範光學物品之一斷面、使用任何適合顯微鏡技術及設備取得超過一英吋(或二英吋)之一樣本之至少10個測量及平均所作測量而產生一乾平均黏結劑厚度值加以測量。或者，乾黏結劑厚度可使用任何適合之厚度計量器測量總薄膜之厚度並且減去未塗布薄膜之厚度加以測量。
包含分散在一黏結劑中之珠之透明層亦可就塗層重量之方面加以特徵化。咸信，當乾燥及固化之塗層重量落在一所需範圍內時，該透明層將具有一有利光引導光學特徵。此種或其他有利用途可藉由調整該珠對黏結劑之比及/或將珠/黏結劑混合物置放在一基板上使該珠面層混合物具有5至50 g/m2的一乾重量加以完成。在其他示範具體實施例中，置放在一基板上之珠面層混合物可具有10至35 g/m2、15至30 g/m2或20至25 g/m2的一乾重量。
該黏結劑中之珠的一單層分佈亦可導致該透明層之有利光引導特徵。
反射器
任何類型之反射層均可用於本揭示內容之背後反射器堆疊。該反射層可具有包含一鏡面反射性組件、一擴散反射性組件或兩者的一反射性。在某些示範具體實施例中，該反射層係一鏡面反射器。適合之反射層之範例包含但未限制於金屬反射層，例如銀塗布或鋁塗布鏡或鏡膜，聚合反射層，例如多層聚合反射薄膜、多層無機薄膜、以擴散塗層所塗布之鏡面反射器、粒子負載聚合薄膜、粒子負載空出聚合薄膜及背後散射反射器。說明性反射偏光元件之此一列表不表示其係適合之反射偏光元件的一詳盡列表。可使用用以反射例如入射光之至少40%、至少50%，較佳者至少70%而且更佳者至少80%之任何反射層。
多層反射層依賴至少兩個不同材料(較佳者聚合物)間之折射率差鏡面反射其上入射之光。說明之多層反射器說明於例如美國專利第5,882,774號、第6,080,467號、第6,368,699號中，其全部以引用的方式併入本文中。一多層反射器的一商業可用形式係以3M Company,St.Paul,MN增強型鏡面反射器(ESR)販售。
一適合之多層聚合反射器可例如藉由交替(例如，交錯)雙軸導向雙折射第一聚合光學層與第二聚合光學層而作成。術語"雙折射"表示在正交之x、y及z方向之折射率並非全部相同。對於薄膜或一薄膜中之層，x、y及z軸的一方便選擇包含對應於該薄膜或層之長度與寬度之x與y軸，及對應於該層或薄膜之厚度之z軸。
在某些具體實施例中，該等第二光學層具有與該定向層之平面內折射率不同的一等向折射率。或者，兩光學層可從具有定向之折射率的雙折射聚合物形成。無論該等第二光學層係等向或雙折射，該等第一與第二光學層間之介面形成一光反射平面。在某些示範具體實施例中，該等第一與第二光學層沿著該z方向之折射率匹配。此類多層反射器之反射性可藉由增加層數或藉由增加該等第一與第二層間之折射率差而增加。
背光與顯示器
根據本揭示內容之背後反射器堆疊可用於包含適用於顯示系統之背光的各式各樣應用中。未引用一特定理論，咸信，該新直接照明背光其後之光學原理僅將從該光源之背面所發射的一相對較小量之光引導至面向該檢視者之光源上方之區域。該結果係該等光源上方之區域中之亮度位準高於具有一鏡面反射器之區域中之亮度位準，但低於具有一擴散反射器之區域中之亮度位準，導致該背光輸出之改良式總體均勻性。
圖3說明包含一顯示面板360及一背光之根據本揭示內容之一說明性背光顯示系統300的一概要斷面圖，該背光包含一照明裝置340及一背後反射器堆疊320。如以上所解釋，該背後反射器堆疊320包含一反射層及置放在該反射層322與該照明裝置340間的一透明層324。一檢視者將位在與該背光相反之顯示面板360之側。
在此示範具體實施例中，該照明裝置340包含光學耦合至一光導342之一邊緣342a的一光源344(或由其造成以便進入之光)。於例如經由一固體光導之情況的全內反射及一空心光導之情況的簡單反射在該光導342內傳播後，使光穿過面向該顯示器之光導表面342c及面向該背後反射器堆疊之光導表面342b而耦合出去(亦即，造成退出)。然後穿過該光導表面342b而退出並且到達該背後反射器堆疊320之光係由該反射層322加以反射、由該透明層324之光引導突出物加以重定向，並通過該光導342而穿透，該光導342係置放在該背後反射器堆疊320所反射之光之光學路徑中。雖然圖3中描繪之光導342具有一一般而言矩形之斷面，但背光可使用具有任何適合形狀之光導。例如，該光導可為楔形。在某些示範具體實施例中，可將光源置放在該光導的二或多個邊緣。
圖4說明包含一顯示面板460及一背光之根據本發明揭示內容之另一說明性背光顯示系統400的一概要斷面圖，該背光包含一照明裝置440及一背後反射器堆疊420。如以上所解釋，該反射器堆疊420包含一反射層422及置放在該反射層422與該照明裝置440間的一透明層424。一檢視者將位在與該背光相反之顯示面板460之側。
在此示範具體實施例中，該照明裝置440包含例如以斷面所顯示之細長光源444之一陣列(例如，二或多個)之光源。然後到達該背後反射器堆疊420之光源444所發射之光係由該反射層422加以反射，而且由該透明層424之光引導突出物加以重定向。該光之至少一大部分行進回至置放在該背後反射器堆疊420所反射之光之光學路徑中的光源444，而且最終穿過其輸出面而退出該背光，並且可用以照明該顯示面板460。在其他示範具體實施例中，該照明裝置可包含光源的一矩陣陣列，例如LED的一矩陣陣列。
一般而言，例如圖4中所說明的一直接照明類型背光可包含置放在該背後反射器堆疊所反射之光之光學路徑中的一、二、三或多個光源。示範光源包含但不限於CCFT、LED或LED之陣列。
圖5顯示另一背後反射器堆疊500，包含複數個擴散區域540，其置放在一反射層，以形成由該等擴散區域540所點綴之複數個反射區域520。該等擴散區域以及反射區域可為條形。可將每一擴散區域540組態成包含光引導突出物之一矩陣陣列之本揭示內容的一透明層。
在包含具有線性或矩陣陣列之光源之照明裝置之背光中，如圖5中所說明而組態之背後反射器堆疊將很有用。在此類示範背光中，該反射層上之光源之投影應與該等擴散區域對準，而該等光源間之開口之投影應與該等反射區域對準。在某些示範具體實施例中，該反射層上之光源之投影之中心應與該等擴散區域之中心對準。該等擴散區域之寬度可為該反射層上光源之對應投影之寬度的大約2至3倍。在背後反射器堆疊之此類示範組態中，該擴散區域540之光引導突出物係記錄於該背光之光源。
然而，在根據本揭示內容之典型示範背光中，該透明層之光引導突出物係以未記錄於任何光源的一組態加以組態及置放。換言之，本揭示內容之背光並未擁有該等光引導突出物之形狀及/或尺寸與該(等)光源之位置、形狀及/或尺寸間的任何相關性。此特徵貢獻於增加製造該等透明層及包含此類透明層之背光之速度及簡單性，其進而可導致顯著之成本節省。
一般而言，除了上述組件外，該背光可包含任何其他適合之薄膜。例如，可包含一或多個擴散器、反射偏光器、多層反射偏光器(例如可從3M Company取得之VikuitiTM 雙亮度增強薄膜(DBEF))、吸收偏光器及結構化表面薄膜(例如可從3M Company取得之VikuitiTM 亮度增強薄膜(BEF))。其他適合之額外薄膜包含珠面擴散器薄膜，其包含一透明基板及置放在其上的一擴散器層，該擴散器層包含置放在一黏結劑中之珠或粒子。適合之珠面擴散器說明於例如美國專利第5,903,391號、第6,602,596號、第6,771,335號、第5,607,764號及第5,706,134號，在不與本揭示內容不一致之範圍內，其揭示內容以引用的方式併入本文中。一背光顯示系統之一示範具體實施例可包含一背光、根據本揭示內容的一光學物品、一顯示媒體及置放在該光學物品與該顯示媒體間的一、二、三或多個珠面擴散器薄膜。
在大部分背光中，根據本揭示內容所建構之示範反射器堆疊之另一優點係其對增加之同軸亮度之貢獻。不希望結合一特定理論，咸信，此同軸亮度之增加係從該透明層之光引導突出物之折射性質所導致。尤其，以高角度在該透明層上入射之光可能在該透明層之材料與空氣的介面經歷多重折射及/或全內反射。預期此類折射及/或反射造成重定向之高角度入射光，使其更接近與該顯示面板正交之軸。
在包含楔形光導之某些背光中，此效應將尤其有用。逸出面向一反射器堆疊的一楔形光導之輸出側之光通常以高入射角度入射在該反射器堆疊上。在某些示範具體實施例中，一大部分之光將以大約70度退出一楔形光導，但正確角度將端視該應用而變化。因為希望從與該顯示面板正交的一方向檢視一典型顯示器，所以高角度入射光之上述重定向可導致一較佳檢視經驗。
範例
將參考以下範例來進一步說明本揭示內容，該等範例表示依據本揭示內容而建構的背後反射器堆疊及背光之性質。
範例1
圖6及7A至7C可用於比較一可用白色擴散背後反射器與一可用鏡面背後反射器之新背後反射器堆疊之球形物隱藏能力。此等圖式係使用型號LC－30HV4V的一10球形物Sharp 30" LCD TV所獲得。該原始TV中具有12 CCFL球形物及一白色背後反射器。為了此等範例之用途，執行該背後反射器之修正。圖6係以一數位相機(Radiant Imaging Co,Duvall,Washington,USA之光度色彩CCD光測量系統)所取得的一數位影像。垂直線顯示取得用以產生圖7A至7C之三個不同背後反射器區之照度輪廓之處。
使用該原始電視機，可在該螢幕看見CCFL球形物影像，其指示不良之亮度均勻性，其說明於圖6及圖7A之最右部分，為沿著圖6中所示之垂直線7A之照度的一繪圖。然後以一片ESR薄膜取代該白色背後反射器之中間部分，其中該電視背光之其餘部分並未改變。該螢幕上之球形物影像仍然清楚可見，其明顯來自圖6之中間部分，而且在圖7B中詳細說明。然後以一片根據本揭示內容的一背後反射器堆疊取代該白色背後反射器的一第三、最左部分，其顯示於圖6之最左部分。
此處，包含珠及黏結劑之透明層係從Keiwa Co.Ltd,Osaka,Japan所獲得的一珠面擴散器類型BS－04。如Haze－gard Plus,BYK Gardner,Silver Spring,Maryland,USA所測量，此珠面之穿透及霾係98%及89.1%。該珠面擴散器之增益係由一增益測試器測量為26%。該增益測試器係由一寬帶光源(Fostec DCR II Light Source,Schott Fostec,Auburn,NY)、一鐵氟龍盒及一PR650分光光度計(Photo Research Inc.,Chatsworth,CA)所組成。該鐵氟龍光盒建立一朗伯(Lambertian)擴散表面。從該樣本所測量之同軸亮度與該光盒之同軸亮度成比率，其係以測試中之光學薄膜之增益加以計算。ESR薄膜用以當作一反射層。如圖6及7C中所說明，顯著改良該螢幕上之亮度均勻性。
從此等資料，吾人可推斷，相較於該擴散白色背後反射器及該鏡面背後反射器，本揭示內容之示範具體實施例具有較佳球形物隱藏能力。
範例2
此範例顯示相較於習知擴散反射器，根據本揭示內容的一示範反射器堆疊可更加有效地改良亮度均勻性。此範例中之背光係具有35 mm球形物間距及17 mm空腔深度的一測試床，其接近一習知12個球形物為主之32" LCDTV。頂薄膜包含一2 mm擴散器板及其上塗布BEF底塗膠結料之DBEF(DTV)。
除了根據本揭示內容的一示範反射器堆疊(其與範例1之示範反射器堆疊相同)外，在該測試床中測試包括具有變化之霾位準之一般擴散器薄膜之擴散反射器薄膜，以便改良輸出亮度均勻性之程度。將具有35%、45%及60%之霾位準(如Haze－gard Plus,BYK Gardner,Silver Spring,Maryland,USA所測量)之擴散薄膜層壓至ESR，而且在該測試中用以當作背後反射器。圖8顯示對於每一類型之背後反射器堆疊在該顯示器之垂直方向之強度斷面，其係藉由一數位相機(Radiant Imaging Co,Duvall,Washington,USA之光度色彩CCD光測量系統)所取得。圖8中之個別峰值對應於個別CCFL球形物。由此圖式，輕易地顯現根據本揭示內容之反射器堆疊提供最佳輸出亮度均勻性改良。
範例3
對於此範例，該透明層係與範例1中所使用相同之珠面擴散器－該珠面擴散器來自Keiwa，"OPALUS BS－04"厚度140 μm，在100 μm PET基板上，如Haze－gard Plus,BYK Gardner,Silver Spring,Maryland,USA所測量，具有霾位準89.5%。此透明層係使用Opt 1壓感黏著劑(PSA)層壓至ESR薄膜。
使用三測試床，分別具有在25 mm、30 mm及35 mm之球形物間距。使用前面薄膜之不同組合，包含一LCD TV(GD)、DBEF(D400)、BEF及具有BEF之DBEF的一市售珠面擴散器。標準白色反射器及根據本揭示內容之背後反射器堆疊用以當作該等背後反射器。圖9及圖10顯示該等測試結果，其比較根據本揭示內容的一背後反射器堆疊("修正之ESR")與一習知擴散白色背後反射器("標準白色")之效能。該資料係基於目視檢查，而且代表當在該等薄膜上未見到球形物時之條件。在該等球形物上方使用2 mm擴散器板。
圖9顯示當以一肉眼未見到球形物(良好球形物隱藏)時之不同空腔構造之S/D比。S係該球形物間距，而且D係以該背後反射器與該擴散器板之底部間之距離所定義之空腔深度。從圖9，可看見當相較於標準白色反射器(1.4至1.85)時，本揭示內容之背後反射器堆疊將該S/D比增加至1.8至2.1。對於一典型32" LCDTV，2.1之S/D比表示可使用10個球形物取代標準16個球形物，而且1.95之S/D比表示可使用12個球形物取代16個球形物。
接著，圖10顯示當以一肉眼未見到球形物(良好球形物隱藏)時不同空腔構造之空腔深度(D)。如圖10中所展示，本發明之背後反射器堆疊提供下列兩個優點：(i)使用某一球形物間距(例如，25 mm)，可致能較薄背光設計。端視薄膜組合，可將該空腔深度從15至18 mm之深度降至12至14 mm。
(ii)與標準白色背後反射器間隔25 mm球形物之空腔深度已非常接近或相當於與一擴散ESR背後反射器之空腔深度，而且球形物間距係35 mm。此表示擴散ESR背後反射器可幫助減少球形物數目，而未改變空腔深度。
儘管已參考特定的範例性具體實施例來說明本揭示內容之光學物品及裝置，但熟習此項技術者將容易明白可對其進行變更及修改而不脫離本揭示內容之精神及範疇。
100．．．背後反射器堆疊
102．．．反射層
104．．．透明層
106．．．光引導突出物
108．．．額外層
200．．．背後反射器堆疊
202．．．反射層
204．．．透明層
206．．．突出物
208．．．額外層
212．．．珠
214．．．黏結劑
300．．．背光顯示系統
320．．．背後反射器堆疊
322．．．反射層
324．．．透明層
340．．．照明裝置
342．．．光導
342a．．．邊緣
342b．．．光導表面
342c．．．光導表面
344．．．光源
360．．．顯示面板
400．．．背光顯示系統
420．．．背後反射器堆疊
422．．．反射層
424．．．透明層
440．．．照明裝置
444．．．光源
460．．．顯示面板
500．．．背後反射器堆疊
520．．．反射區域
540．．．擴散區域
以上已參考圖式詳細說明示範性具體實施例，以便熟悉本發明所屬之技術的人士更容易地瞭解如何製造並使用本發明，其中：圖1係根據本揭示內容之一背後反射器堆疊之一具體實施例的一概要斷面圖；圖2係根據本揭示內容之一背後反射器堆疊之另一具體實施例的一概要斷面圖；圖3係根據本揭示內容之一背光顯示器之一示範具體實施例的一概要斷面圖；圖4係根據本揭示內容之一背光顯示器之另一示範具體實施例的一概要斷面圖；圖5係根據本揭示內容之一反射層之又另一示範具體實施例的一俯視圖；圖6及7A至7C說明當與可取得之反射器比較時由本揭示內容之具體實施例所致之亮度均勻性改良；圖8係顯示橫跨使用不同類型之背後反射器之一顯示器之強度分佈的一圖形；圖9係顯示對應於在未見到球形物時之狀態之不同空腔構造之S/D比的一繪圖；以及圖10係顯示對應於在未見到球形物時之狀態之不同空腔構造之空腔深度的一繪圖。
300．．．背光顯示系統
320．．．背後反射器堆疊
322．．．反射層
324．．．透明層
340．．．照明裝置
342．．．光導
342a．．．邊緣
342b．．．光導表面
342c．．．光導表面
344．．．光源
360．．．顯示面板

Claims (6)

  1. 一種適合用於一顯示裝置之背光，其包括：一照明裝置，其包括至少一光源；以及一背後反射器堆疊，其包括一反射層及一透明層，該透明層包括置放在一黏結劑中之複數個珠，該等珠形成複數個光引導突出物，而且該黏結劑具有之一折射率係於該等珠之一折射率之0.1以內，該透明層係置放在該反射層與該照明裝置之間，其中該複數個光引導突出物背向該反射層；其中該複數個光引導突出物係以未關連於該照明裝置之任何光源的一組態加以組態及置放；及其中該反射層係一鏡面反射器。
  2. 如請求項1之背光，其中該黏結劑之折射率係於該等珠之折射率之0.05以內。
  3. 如請求項1之背光，其中該照明裝置包括置放在該背後反射器堆疊所反射之光之光學路徑中的一光導，而且至少一光源光學地連接至該光導的一邊緣。
  4. 如請求項3之背光，其中該光導係楔形。
  5. 如請求項1之背光，其中該照明裝置包括置放在該背後反射器堆疊所反射之光之光學路徑中之至少一光源。
  6. 如請求項1之背光，其中由珠所形成之光引導突出物覆蓋該透明層之一主要表面之每單位面積之至少大約50%。
TW096131094A 2006-08-25 2007-08-22 適用於顯示裝置之背光 TWI584026B (zh)

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