光線改向薄膜和薄膜系統的製作方法

2023-09-22 19:41:40 2

專利名稱：光線改向薄膜和薄膜系統的製作方法
本申請是申請號為02816210.2申請案的分案申請。
本發明的領域本發明涉及光線改向薄膜和薄膜系統，用於使來自一個光源的光線改變方向接近一個垂直於薄膜平面的方向。
本發明的背景光線改向薄膜是薄的透明的或不透明的光學薄膜或基片，它們使通過薄膜前進的光線重新分布，從而使出射薄膜的光線的分布朝向更垂直於薄膜表面的表面。到現在為止，光線改向薄膜設置有稜柱溝槽，雙凸透鏡溝槽或錐體在薄膜的光線出射表面上，它改變了出射薄膜的光束的薄膜/空氣界面的角度，以及引起在垂直於溝槽的折射表面的平面內前進的入射光線分布的分量在一個更垂直於薄膜表面的方向上重新分布。這種光線改向薄膜可以使用於，例如液晶顯示器，使用於膝上型計算機，文字處理器，航空電子學顯示器，單元電話，個人數字助理(PDAs)和類似器件，以便使顯示器更明亮。
薄膜的光線入射表面通常具有一個透明的或無光澤的表面處理，它取決於希望的可視的外觀。一個無光澤的表面處理產生一個較軟的影像，但是不夠明亮，這是由於無光澤的或擴散的表面引起附加的漫射和最終的光線損失。
到現在為止，大多數用途使用兩個帶溝槽的薄膜層，彼此相對地轉動，從而使相應的薄膜內的溝槽彼此相距90°，這樣做的理由是，一個帶溝槽的光線改向薄膜僅將重新分布接近垂直於薄膜表面的方向，入射光線分布的分量在垂直於溝槽的折射表面的一個平面內前進。因此，為了使光線方向改變在二維內接近垂直於薄膜表面，需要兩個帶溝槽薄膜層彼此相對地轉動90°。一個薄膜層用於使在垂直於其溝槽的方向的一個平面內前進的光線改變方向，以及另一個薄膜層用於使在垂直於其溝槽的方向的一個平面內前進的光線改變方向。
在過去曾經企圖製造一個單層的光線改向薄膜，它將使沿著兩個彼此相距90°的不同的軸線前進的入射光線分布的分量改變方向。一種已知的實現方式是提供一種單層薄膜，帶有兩組溝槽，彼此垂直地延伸，導致一種錐形結構，它使在兩個這種方向上前進的光線改變方向。然而，這種薄膜產生的亮度比每個帶有一個單獨的溝槽形狀，彼此轉動90°的雙薄膜層的亮度低得多，這是因為在一個單層薄膜內被第二組溝槽由第一組溝槽清除的區域減少了能夠使光線方向改變的區域實質上在每個前進方向上達50％。
此外，到現在為止，光線改變薄膜的溝槽是這樣設計的，使全部溝槽與薄膜的表面以相同的角度，大部分為45°會合。這種設計假設來自光源的一個恆定的、擴散的傾斜的光線分布，光源比如是一個郎伯光源(lambertian Source)，使用一種印刷或浸蝕工藝以提取光線的一種背照明板。或者在重擴散器後面的一種背光照明板。一種光線改向薄膜，其全部光線方向改變表面以相同的角度與薄膜會合，對於一個光源不是最佳的，這個光源在光源的上面的不同區域具有一個不均勻的方向的分量至其光線發射。例如，平均的角度，在它附近現代的高效率邊緣照明背光板使用溝槽或顯微光學表面以提取光線，在距光源不同的距離上改變，要求在光線方向改變表面和薄膜的平面之間一個不同的角度，以便使光線最佳地改變方向接近薄膜的垂直線。
因此這裡需要一種光線改向薄膜，它能夠產生一個較軟的影像，而又消除了與薄膜的光線輸入側面上無光澤的或擴散的表面處理有關的亮度降低。同樣，這裡需要一個單層的薄膜，它能夠使在帶溝槽的薄膜內平行於折射表面的一個平面內前進的光線的一部分改變方向，它將比使用稜柱的或雙凸透鏡的溝槽的單層薄膜更明亮。此外，這裡需要一種光線改向薄膜，它能夠補償光線的不同的角度分布，它可以由光源的上面不同位置處的一個特定的光源出射，比如照明液晶顯示器使用的背光板。同樣地，這裡需要一個光線改向薄膜系統，其中薄膜匹配或轉動至背光板或其它光源的光線輸出分布，以便使來自背光板的入射光線在一個希望的觀察角度內重新取向或更多地改變方向。
本發明的概述本發明涉及光線改向薄膜以及光線改向薄膜系統，它使由一個背光板或其它光源發射的更多的光線重新分布，接近一個更垂直於薄膜的平面的方向，以及涉及光線改向薄膜，它產生一個較軟的影像，而不會產生與薄膜的光線入射表面上具有無光澤的或擴散的表面處理有關的亮度降低，以增加其有效性。
薄膜的光線出射表面具有良好限定形狀的不連續的分立的光學元件的一個圖案，用於折射入射光線的分布，從而使出射薄膜的光線分布在更垂直於薄膜表面的一個方向上。這些分立的光學元件可以是由在薄膜的出射表面上的凹陷或凸起形成的，以及包括一個或多個傾斜表面用於折射入射的光線，接近垂直於出射表面的一個方向。這些傾斜的表面例如可以包括平面和彎曲表面的一個組合，它在一個希望的觀察角度改變光線的方向。再者，表面的曲率，或者分立的光學元件的彎曲區和平面區的比率，以及彎曲的和平面的表面的周邊形狀能夠改變以調節薄膜的光線輸出分布，以改進與薄膜結合使用的顯示裝置的觀察角度。此外，表面的曲率或者分立的光學元件的彎曲區和平面區的比率能夠改變，以便或多或少地改變在一個平面內前進的光線的方向，它應平行於稜柱的或雙凸鏡的帶溝槽薄膜的溝槽。同樣，分立的光學元件的尺寸和數目，以及分立的光學元件的表面曲率能夠選擇，以便產生一個或大或小的擴散輸出，或者使來自光源的輸入光線分布無序化，以產生一個較軟的較多擴散的光線輸出分布，而又保持輸出分布在沿薄膜的垂直方向的一個特定的角度區域內。
薄膜的光線入射表面可以具有一個光學塗層，比如一種抗反射塗層，一種反射的偏光層，一種阻滯塗層或一種偏光層。同樣，一個無光澤或擴散的織構可以設置在光線入射表面上，這取決於希望的可視的外觀。一個無光澤的表面處理產生一個較軟的影像，但是不夠明亮。
在薄膜的出射表面上的分立的光學元件可以用這樣一種方式無序化，使消除與液晶顯示器的像素間距的任何幹涉。這種無序化能夠包括光學元件的尺寸、形狀、位置、深度、取向。角度或密度。這樣就消除了對擴散層的需要，以抵抗網紋和類似作用。還有，至少一些分立的光學元件能夠排列為跨過薄膜的出射表面的分組，並且每個分組中至少一些光學元件具有不同的尺寸或形狀特點，它們集體地產生一個對於每個分組的平均的尺寸或形狀特點，它們跨過薄膜改變，以獲得對於任何分立的光學元件超出機加工容差的平均的特點值，以及抵抗與一個液晶顯示器的像素間距的網紋和幹涉作用。此外，至少一些分立的光學元件能夠彼此相對地以不同的角度取向，以改進沿兩個軸線薄膜重新取向/改變光線方向的能力。
分立的光學元件的光線方向改變表面的角度製造在薄膜的光線出射表面上，也可以跨過液晶顯示器的顯示區域改變，以調節薄膜的光線方向改變功能至一個光線輸入分布，它是跨過光源的表面不均勻的。
光線改向薄膜的分立的光學元件還希望是彼此搭接為交錯的，互鎖的和/或交叉的形狀，形成一個光學結構，並帶有優良的表面覆蓋區。再者，分立的光學元件可以排列為分組，並且一些分立的光學元件沿一個軸線取向，以及其它的光學元件沿另一個軸線取向。同樣，在每個分組內的分立的光學元件的取向可以改變。再者，光線改向薄膜的分立的光學元件的尺寸、形狀、位置和/或取向可以改變，以計算由一個光源發射的光線分布的改變。
光線改向薄膜的光學元件的性能和圖案也能夠改進，以優化光線改向薄膜使用於不同類型的光源，它發射不同的光線分布，例如，一種圖案用於單燈泡搭接頂部，另一種圖案用於雙燈泡平板顯示器，以及等等。
此外，提供光線改向薄膜系統，其中光線改向薄膜的分立的光學元件的取向、尺寸、位置和/或形狀可以調節至背光板或其它光源的光線輸出分布，以便在一個希望的觀察角度內來自背光板的入射光線的更多的重新取向和方向改變。還有，背光板可以包括單獨的光學變形器，它使沿一個軸線的光線準直，以及光線改向薄膜可以包括分立的光學元件，它使沿垂直於一個軸線的另一個軸線的光線準直。
為了實現上述的和相關的目的，本發明具有的特點將在權利要求書，下列的說明和附圖中更充分地說明和指出，並列入本發明的一些說明性的實施例中，它們是示範性的，然而，在能夠使用本發明的原理的各種方式中僅列出幾種。
附圖的簡要說明在附圖中

圖1是按照本發明的一種光線改向薄膜系統的示意的側立面圖；圖2是圖1的背光板和光線改向薄膜系統的一部分的放大的不連貫的側立面圖；圖3和4是按照本發明的另一種光線改向薄膜系統的示意的側立面圖；圖5-20是本發明的光學方向改變薄膜上分立的光學元件的不同的圖案的示意的透視圖或頂視圖；圖5a-5n是方向改變薄膜上分立的光學元件能夠採取的不同的幾何形狀；圖21是一個光線改向薄膜的示意的透視圖，它具有光學溝槽以面對薄膜的一個隅角的一個彎曲的圖案延伸跨過薄膜；圖22是一個光線改向薄膜的頂視圖，它具有光學溝槽的一個圖案，面對薄膜的一個邊緣的一個中點延伸跨過薄膜，當至一個邊緣的距離增加時，其曲率減少；圖23是圖22的光學方向改變薄膜的一個端立面圖，是由它的左端觀察的；圖24是圖22的光線改向薄膜的一個側立面圖；圖25和26是一個背光板/光發射板組件的一個表面區的放大的示意的不連貫的頂視圖，示出在背光板的表面上或表面內形成的不同形式的光學變形器；圖27和28分別是通過圖25和26的光學變形器之一的放大的縱剖面圖29和30是通過一個背光板的表面上或表面內形成的另一種光學變形器的放大的示意的縱剖面圖；圖31-39是背光板表面區的放大的示意的透視圖，它具有其它的良好限定形狀的各種圖案的單獨的光學變形器；圖40是通過一個背光板的表面上或表面內形成的另一種光學變形器的放大的示意的縱剖面圖；圖41和42是背光板表面區的放大的示意的頂視圖，它具有光學變形器與圖37和38所示的類似，沿著表面區的長度和寬度排列為多個直行列；圖43和44是背光板表面區的放大的示意的頂視圖，它也具有光學變形器與圖37和38所示的類似，沿著表面區的長度和寬度排列為交錯的行列；圖45和46是背光板表面區的放大的示意的頂視圖，它具有在表面區上無序的或變化圖案的不同尺寸的光學變形器；圖47是一個背光板表面區的放大的示意的透視圖，示出當變形器至光線輸入表面的距離增加或沿著表面區的長度的光線強度增加時，光學變形器的尺寸增加；圖48和49是示意的透視圖，示出沿著一個背光板表面區的長度和寬度光學變形器的不同的角度取向；以及圖50和51是放大的透視圖，示意地示出由一個聚焦的光源發射的實驗的光束如何被良好限定形狀的不同的單獨的光學變形器反射或折射。
本發明的詳細說明圖1和2示出按照本發明的一種形式的光線改向薄膜系統1，它包括一個光線改向薄膜2，它能夠將由一個背光板BL或其它的光源發射的更多的光線重新分布，接近一個更垂直於薄膜表面的方向。薄膜2可以使用於將來自幾乎任何照明用的光源的光線在一個希望的觀察角度內重新分布，例如，一個顯示器D，比如液晶顯示器，使用於膝上型計算機，文字處理器，航空電子學顯示器，行動電話，個人數字助理(PDAs)和類似器件，以便使顯示器更明亮。液晶顯示器可以是任何類型的，包括透射液晶顯示器，如圖1和2所示，反射的液晶顯示器，如圖3所示，以及跨反射的液晶顯示器，如圖4所示。
圖3中所示的反射的液晶顯示器D包括一個背反射器40，鄰接背側面，用於反射進入顯示器環境光線離開顯示器，以增加顯示器的亮度。本發明的光線改向薄膜2放置在鄰接反射的液晶顯示器的頂面，以使環境光線(或來自前燈的光線)改變方向進入顯示器，接近一個更垂直於薄膜平面的方向，用於在一個希望的觀察角度內被背反射器反射出，以增加顯示器的亮度。光線改向薄膜2可以連接至、疊層至或用其它方式保持就位，頂住液晶顯示器的頂面。
圖4中所示的跨反射液晶顯示器D包括一個跨反射器T，放置在顯示器和背光板BL之間，用於將進入顯示器的前面的環境光線反射出顯示器，以增加在一個照明環境下的顯示器的亮度，以及用於將來自背光板的光線通過跨反射器傳送出顯示器，以便在黑暗環境中照明顯示器。在本實施例中，光線改向薄膜2可以或者放置在鄰接顯示器的頂面，或者鄰接顯示器的底面，或者鄰接兩者，如圖4所示，用於將環境光線和/或來自背光板的光線改變方向或重新分布，更垂直於薄膜的平面，以便使光束輸出分布更適合於前進通過顯示器，以增加顯示器的亮度。
光線改向薄膜2包括一個薄的透明的薄膜或基片8，在光線出射表面6上具有良好限定形狀的不連續的分立的光學元件5，用於折射入射光線分布，從而使薄膜的出射光線在更垂直於薄膜的表面的方向。
每個分立的光學元件5具有的寬度和長度比薄膜的寬度和長度小許多倍，以及可以藉助在薄膜的出射表面上的凹陷或凸起而形成。這些分立的光學元件5包括至少一個傾斜的表面，用於折射入射光線接近一個垂直於光線出射表面的方向。圖5示出在一個薄膜2上的分立的光學元件5的一種圖案。這些光學元件可以採用許多不同的形狀。例如，圖5a示出一種非稜柱的光學元件5，具有總計兩個表面10，12，它們都是傾斜的。圖5a中所示的表面10之一是平面的，而另一個表面12是彎曲的。再者，兩個表面10，12彼此相交，以及也與薄膜的表面相交。代替的方案是，分立的光學元件的兩個表面10，12可以是彎曲的，如圖5b中所示。代替的方案是，光學元件5可以每個具有僅一個表面是彎曲的和傾斜的，以及與薄膜相交。圖5c示出一個這樣的光學元件5，呈一個錐形13。圖5d示出另一個這樣的光學元件，具有一個半球形或拱頂形14。同樣，這種光學元件可以具有多於一個傾斜的表面與薄膜相交。
圖5e示出一個光學元件5，具有總計三個表面，它們全部與薄膜相交和彼此相交。兩個表面15和16是彎曲的，而第三表面17是平面的。
圖5f示出一個光學元件5，呈一個稜錐形18，並帶有四個三角形側面19，它們彼此相交以及與薄膜相交。稜錐形18的側面19可以是尺寸和形狀相同的，如圖5f中所示，或者稜錐形的側面19可以被延伸這樣使側面具有不同的周邊形狀，如圖5g中所示。同樣，光學元件5可以具有任何數目的平面的傾斜的側面。圖5h示出一個光學元件5，帶有四個平面的傾斜的側面20，而圖5i示出一個光學元件5，帶有八個平面的傾斜的側面20。
分立的光學元件5也可以具有多於一個彎曲的和多於一個平面的傾斜的表面，全部與薄膜相交。圖5j示出一個光學元件5，具有一對相交的相對傾斜的平面的側面22以及相對的圓形的或彎曲的末端或側面23。再者，傾斜的平面的側面22和彎曲的末端或側面23可以具有不同的傾斜度，如圖5k和51中所示。此外，光學元件5可以具有至少一個彎曲的表面不與薄膜相交。一個這樣的光學元件5示於圖5m中，它包括一對相對的傾斜的平面的側面22，以及相對的圓形的或彎曲的末端或側面23，以及一個圓形的或彎曲的頂面24，與相對的傾斜的側面和相對的圓形的末端相交。此外，光學元件5可以沿著它們的長度是彎曲的，如圖5n中所示。
為分立的光學元件5設置平面的和彎曲的表面的組合，比一個帶溝槽的薄膜能夠提供更大觀察區的光線改變方向和重新分布。同樣，分立的光學元件的表面的曲率或彎曲區與平面的比率可以改變，以調節薄膜的光線輸出的分布，以便改進與薄膜一起使用的顯示器的觀察區。
薄膜2的光線入射表面7可以具有一個光學塗層25(見圖2)，比如一種抗反射塗層，反射偏光層，一種阻滯塗層或一種偏光層。同樣，一個無光澤的或擴散的織構可以設置在光線入射表面7上，這取決於希望的可視的外觀。一個無光澤的表面處理產生一個較軟的影像，但是不夠明亮。本發明的分立的光學元件5的平面的和彎曲的表面的組合能夠設計為將投射在其上的一些光線束改變為不同方向，以產生一個較軟的影像，而不需要在薄膜的光線入射表面上附加擴散器或無光澤表面處理。
光線改向薄膜2的分立的光學元件5也希望是彼此搭接為交錯的、互鎖的和/或交叉的形狀，形成一個光學結構，並帶有優良的表面覆蓋區。以圖6，7，13和15為例，示出彼此交錯的光學元件5；圖8-10示出彼此交叉的光學元件5；以及圖11和12示出彼此交叉的光學元件5。再者，光線改向薄膜2的光學元件5的傾斜角度、密度、位置、取向、高度或深度、形狀和/或尺寸可以匹配或轉動至一個背光板BL或其它的光源的特定的光線輸出分布，以便計算內背光板發射的光線的分布的改變，以便在一個希望的觀察角度內使由背光板發射的更多的光線重新分布。例如，當至背光板BL，至一個光源26的距離增加，以計算在不同的角度時的背光板發射的光線束的路徑R，當至光源的距離增加時，光學元件5與光線改變薄膜2的表面構成的傾斜表面(比如表面10，12)的角度可以改變，如圖2所示。同樣，背光板BL本身可以設計為在較低角度發射更多的光束，以增加由背光板發射的光線總量以及依靠光線改變薄膜2在一個希望的觀察角度內使發射的更多的光線重新分布。從這種方式，光線改向薄膜2的分立的光學元件5可以選擇，以便與背光板的光學變形器相結合，以便由系統產生一個優化的輸出的光線束角度分布。
圖2，5和9示出分立的光學元件5的不同的圖案，全部為相同的高度或深度。而圖7、8、10，13和14示出分立的光學元件5的不同的圖案，它們為不同的形狀、尺寸和高度或深度。
分立的光學元件5也可以在薄膜2上無序化排列，如圖16和17所示，以這樣一種方式消除與液晶顯示器的像素間距的任何幹涉。這樣消除了對圖1和2所示的光學擴散器層30的需要，以抵抗網紋和類似作用。再者，至少一些分立的光學元件5能夠排列為跨過薄膜的分組32，並且至少在每個分組內的一些光學元件5具有不同的尺寸或形狀特點，它們集體地產生一個對於每個分組的平均的尺寸或形狀特點，它們跨過薄膜改變，如圖7、13和15中所示，以獲得超出機加工容差的特點值，以抵抗與液晶顯示器的像素間距的網格和幹涉作用。例如，至少在每個分組32內的一些光學元件5可以具有不同的深度或高度，它們集體地產生對於每一個分組的平均的深度或高度特點，它跨過薄膜改變。同樣，至少在每個分組內的一些光學元件5可以具有不同的傾斜角度，它們集體地產生對於每個分組的平均的傾斜角度，它跨過薄膜改變。再者，至少在每個分組內的一些光學元件的一個傾斜表面可以具有不同的寬度和長度，它們集體地產生在每個分組內的平均的寬度和長度特點，它跨過薄膜改變。
當分立的光學元件5包括平面的和彎曲的表面10，12的一個組合時，彎曲表面12的曲率，或分立的光學元件5的彎曲區與平面區的比率，以及彎曲的和平面的表面的周邊的形狀可以改變，以調節薄膜的光線輸出分布。此外，彎曲表面的曲率，或分立的光學元件的彎曲區與平面區的比率可以改變，以便或多或少地改變在一個平面內前進的光線的方向，它應平行於稜柱的或雙凸透鏡的帶溝槽薄膜的溝槽，部分地或完全地代替對第二層光線改向薄膜的需要。同樣，至少一些分立的光學元件可以用彼此不同的角度取向，如圖13和16所示，以便使由光源發射的更多的光線在更垂直於薄膜的表面的一個方向上沿兩個不同的軸線重新分布，部分地或完全地取代對第二層光線改向薄膜的需要。然而，應該理解，兩層這樣的光線改向薄膜，每個具有相同的或不同的分立的光學元件圖案，可以放置在光源和觀察區之間，並且使兩層彼此相對轉動90°(或其它的角度大於0°和小於90°)，從而使在相應的薄膜層上的分立的光學元件將由一個光源發射的在不同的平面方向上前進的更多的光線重新分布在一個更垂直於相應的薄膜的表面的方向上。
還有，光線改向薄膜2可以具有光學元件5的一個圖案，它在薄膜不同的位置上改變，如圖15所示，以便使來自一個背光板或其它光源的光線束的輸出分布重新分布，從而使來自不同位置的光線束輸出分布重新分布接近一個垂直於薄膜的方向。
再者，光線改向薄膜的光學元件的性能和圖案可以改進以優化光線改向薄膜用於不同類型的光源，它發射不同的光線分布，例如，一種圖案用於單燈泡搭接頂部，另一種圖案用於雙燈泡平板顯示器，以及等等。
圖17示出的光學元件5排列為由薄膜2的外邊緣至中心的一個徑向的圖案，以便使一個背光板BL的光線束輸出分布重新分布，它接收沿背光板的全部四個側面的來自冷陰極螢光燈26的光線。
圖18示出的光學元件5排列為跨過薄膜2的傾斜的分組32的一個圖案，它調節以便使背光板BL的光線束輸出分布重新分布，它接收來自一個冷陰極螢光燈26的光線、或者沿背光板的一個輸入邊緣的一組光發射二極體26的光線。
圖19示出的光學元件5排列為面對薄膜2的一個隅角的一個徑向型圖案，它是被一個光發射二極體26照明的隅角。
圖20示出的光學元件5排列為面對薄膜2的一個輸入邊緣的一個中點的徑向型圖案，以便使一個背光板BL的光線束輸出分布重新分布，它被一個單獨的光發射二極體26在背光板的一個輸入邊緣的中點處照明。
圖21示出的光線改向薄膜2具有光學溝槽35，跨過薄膜以面對薄膜的一個隅角的一個彎曲的圖案延伸，以便使背光板BL的光線束輸出分布重新分布，它是被一個光發射二極體26照明的隅角。
圖22-24示出的光線改向薄膜2具有光學溝槽35的一個圖案，跨過薄膜面對沿著薄膜的一個邊緣的一個中點延伸，當至一個邊緣的距離增加時，其曲率減少，以便使背光板BL的光線束輸出分布重新分布，此邊緣被一個光發射二極體26在背光板的一個輸入邊緣的中點處照明。
在光線改向薄膜2具有一個光學元件5的一個圖案40沿著薄膜的長度改變的情況下，可以提供一個薄膜2的卷材41，它具有一個重複的光學元件圖案在其上面，如圖15所示，以便允許最適合於一個特定用途的圖案的選擇區能夠由薄膜卷材模壓切割。
背光板BL可以是實質上平面的或彎曲的，或者可以是單層的或多層的，以及按希望具有不同的厚度和形狀。再者，背光板可以是柔性的或剛性的，以及由各種化合物製造。再者，背光板可以是空心的或充填液體、空氣的，或是實心的，以及可以是具有孔或脊嶺的。
同樣，光源26可以是任何適當類型的，例如包括弧光燈、白熾燈，它們同樣可以是彩色的、濾光的、或塗漆的，一個透鏡末端燈泡、光管、滷素燈、光發射二極體(LED)，來自LED的晶片、氖燈泡、冷陰極螢光燈，由遙控源傳送的纖維光管、雷射器或雷射二極體、或任何其它的適當的光源。此外，光源26可以是一個多數的彩色LED，或彩色的輻射源的一個組合，以提供一個希望的彩色的或白色的光線輸出分布。例如，一組彩色的燈，比如不同顏色的(例如紅色、藍色、綠色的)LEDs或帶有多數的彩色的晶片的單獨的LED可以使用於產生白色的光線或藉助改變每個單獨的彩色燈的強度產生任何的彩色的光線輸出分布。
光學變形器的一種圖案可以按希望設置在背光板BL的一個或兩個側面上，這裡使用的術語光學變形器是指一個表面和/或塗層的形狀或幾何尺寸或表面處理的改變，它引起光線的一部分將由背光板發射。這些變形器能夠使用各種方式製造，例如在背光板的選擇區內提供一個塗漆的圖案、浸蝕的圖案、機加工的圖案、印刷的圖案、熱衝壓的圖案或模壓的圖案或類似的圖案。一種油墨或塗漆圖案可以藉助下列方式塗覆，例如襯墊印刷、絲網印刷、噴墨、熱轉移薄膜過程或類似過程。這些變形器也可以印刷在一個板或薄膜上，它使用於塗覆變形器到背光板上。板或薄膜變成背光板的一個永久的部分，例如，藉助連接或其它方法將板或薄膜定位頂住背光板的一個或兩個側面，以產生希望的效果。
藉助改變背光板的一個區或多個區內的變形器的密度、不透明度或透明度、形狀、深度、顏色、面積，折射指數或類型，背光板的光線輸出能夠被控制。這些變形器可以使用於控制由背光板的一個光線發射區的光線輸出的百分比。例如，在希望較少光線輸出的表面區可以放置較少的或較小尺寸的變形器。反之，在希望較大光線輸出的表面區可以放置較大百分比的或較大尺寸的變形器。
在背光板的不同的區域內改變變形器的百分比和/或尺寸是需要的，以便提供一個實質上均勻的光線分布。例如，前進通過背光板的光線的數量在接近光源的區域通常比在遠離光源的區域大。一種圖案的變形器能夠使用於調節背光板內光線的改變，例如，隨著至光源距離的增加，提供變形器一個更密集的集中，從而導致由背光板的一個更均勻的光線輸出分布。這些變形器也可以使用於控制由背光板的輸出光束角度分布，以適應一個特定的用途。例如，如果背光板使用於一個液晶顯示器的背光板，如果這些變形器(或一個光線改向薄膜2與背光板結合使用)將被背光板發射的光線束以預定的光線束角度投射，則光線輸出將更有效，這樣使它們以低的損失前進通過液晶顯示器。
此外，光學變形器的圖案可以使用於調節光線輸出的改變，以利於背光板的光線提取。光學變形器的圖案可以使用廣譜的油漆、油墨、塗料、環氧等印刷在背光板的表面區，由光澤改變至不透明，或兩者兼有，以及可以使用半調分離技術以改變變形器的覆蓋率。再者，光學變形器的圖案可以是多層的或其折射指數是改變的。
光學變形器的印刷圖案可以是各種形狀的，比如點形、方形、菱形、橢圓形、星形、無序的形狀等。再者，最好使用每英寸60線的或更細的印刷圖案。這樣可使變形器或印刷圖案的形狀接近在一個特定的用途中可以被人眼觀察，從而消除了對梯度或彎曲線的探測，它們在使用較大的光學元件的光線提取圖案中是普通的。此外，變形器可以沿著背光板的長度和/或寬度改變形狀和/或尺寸。同樣，變形器的一個無序的放置圖案可以使用於背光板的整個長度和/或寬度。變形器可以具有沒有專門角度的形狀或圖案，以減少網紋或其它幹涉作用。產生這些無序的圖案的方法的實例是使用隨機印刷技術的各種形狀的印刷圖案，頻率模擬半調圖案、或無序的點半調圖案。
再者，變形器可以著色的，以便在背光板內起到顏色校正作用。變形器的顏色也可以通過背光板改變，例如，對相同的或不同的光線輸出區提供不同的顏色。
除此之外或代替這些光學變形器也可以使用其它的光學變形器，具有稜柱的或雙凸透鏡的或橫向溝槽，或各種形狀的凹陷或升起，使用複雜形狀的模壓圖案，可以是模壓的、浸蝕的、衝壓的、熱成形的、熱衝壓的或類似的，成形在背光板的一個或多個表面區。這些稜柱的或雙凸透鏡的表面、凹陷的或升起的表面將引起一部分光線束接觸，從而由背光板發射。同樣，稜柱的、凹陷的或其它的表面的角度也可以改變，以投射光線在不同的方向上，以便產生一個希望的光線輸出分布或效果。
再者，反射的或折射的表面可具有不帶專門的角度的形狀或圖案，以減少網紋或其它幹涉作用。
一個背反射器40可以連接或定位對著背光板BL的一個側面，如圖1和2所示，以便藉助將由此側面發射的光線反射回通過背光板用於發射通過相對的側面來改進背光板的光線輸出效率。此外，一種圖案的光學變形器50可以設置在背光板的一個或兩個側面上，如圖1和2所示，以便改變光線的路徑，從而超過內臨界角度和一部分光線是由背光板的一個或兩個側面發射的。
圖25-28示出的光學變形器50可以或者是在相應的背光板表面區52上的單獨的凸起51，或者是在這些表面區的單獨的凹陷53。在任何一種情況下，每個這種變形器50具有良好限定的形狀，包括一個反射或折射表面54，它在一個邊緣55處與相應的背光板表面區52相交，以及具有沿其整個長度均勻的傾斜度，以便更精確地控制由每個變形器的光線發射。沿著每個反射/折射表面54的一個周邊的邊緣部分56是每個變形器50的一個端壁57，它與相應的板表面區52相交，其夾角I大於反射/折射表面54和板表面區52之間的夾角I′(見圖27和28)，以減少板表面區上端壁的凸起的表面區。這樣允許比其它可能的情況下將更多的變形器50放置在板表面區內，這種情況是如果端壁57的凸起的表面區實質上等於或大於反射/折射表面54的凸起的表面區。
在圖25和26內反射/折射表面54的周邊邊緣部分56和附帶的端壁57在橫向方向上是彎曲的。同樣，在圖27和28內變形器50的端壁57示出為實質上垂直於變形器的反射/折射表面54延伸。代替地，此種端壁57可以實質上垂直於板表面區52延伸，如圖29和30所示。這樣事實上消除了在板表面區52上端壁57的任何的凸起的表面區，從而使在板表面區上的變形器的密度甚至進一步增加。
光學變形器也可以是其它的良好限定的形狀，以便由一個板表面區獲得一個希望的光線輸出分布。圖31示出在一個板表面區52上單獨的光線提取變形器58，每個包括一個通常的平面的，矩形的反射/折射表面59和附帶的均勻傾斜度的端壁60，通過長度和寬度，以及通常的平面的側壁61。代替地，變形器58，可以具有圓形的或彎曲的側壁62，如圖32所示。
圖33示出在一個板平面52上單獨的光線提取變形器63，每個包括一個平面的、傾斜的三角形的反射/折射表面64和附帶的平面的、通常的三角形的側壁或端壁65。
圖34示出單獨的光線提取變形器66，每個包括一個平面的傾斜的反射/折射表面67，具有傾斜的周邊邊緣部分68和附帶的傾斜的端壁69和側壁70。
圖35示出單獨的光線提取變形器71，它們通常是錐形的，而圖36示出單獨的光線提取變形器72每個包括一個圓形的反射/折射表面73和圓形的端壁74和圓形的或彎曲的側壁75，全部摻合在一起。這些附加的表面將撞擊在其上的其它光線束反射或折射到不同的方向上，以分散跨過背光板元件BL的光線，以便提供由板元件發射的光線的一個更均勻的分布。
與單獨的變形器的反射/折射表面和端壁及側壁的形狀無關，這些變形器也可以包括平面表面，相對於板表面區52以一種平行的有間距的關係與反射/折射表面和端壁和/或側壁相交。圖37-39示出變形器76，77和78，在一個板表面區上呈單獨的凸起的形狀，具有代表性的形狀分別與圖31、32和35的相似，其不同之處是每個變形器相對於板表面區52以平行的有間距的關係與一個平面表面79相交。以類似的方式，圖40示出二組變形器80之一，具有單獨的凹陷81的形狀，位於一個板表面區52內，相對於板表面區52的通常平面表面以平行的有間距的關係與一個平面表面79相交。撞擊在此平面表面79上的任何光線束，其內角小於由板表面區52發射光線的臨界角，將被平面表面79內部反射而撞擊在此平面表面79上的任何光線束，其內角大於由板表面區發射光線的臨界角，將被帶有最小的光學不連續性的平面表面發射，如圖40所示。
在變形器是在板表面區52上的凸起的地方，反射/折射表面以一個角度延伸離開板，其方向通常與來自光源26前進通過板的光線束的方向相反，如圖27和29所示。在變形器是在板表面區上的凹陷的地方，反射/折射表面以一個角度延伸進入背光板，其方向通常與來自光源26前進通過板的光線束的方向相同，如圖28和30所示。
與變形器是否是在板表面區52上或其內的凸起或凹陷無關，變形器的反射/折射表面的傾斜度可以改變，以引起撞擊在其上面的光線束或者折射出光線發射板，或者通過板反射回以及發射出板的相對的側面，它可以是浸蝕的，以擴散由其發射的光線，或者塗覆一個光線改向薄膜，以產生一個希望的作用。還有，在板表面區的光學變形器的圖案可以是一致的或按希望變化的，以便獲得來自板表面區的希望的光線輸出分布。圖41和42示出變形器76和77，其形狀與圖37和38所示的相似，排列為一組通常直線的有均勻間距的行列，沿著板表面區52的長度和寬度。而圖43和44示出這樣的變形器76和77，排列為交錯的行列，沿著板表面區的長度彼此搭接。
還有，光學變形器的尺寸，包括寬度、長度和深度或高度，以及角度取向和位置也可以沿著任何給定的板表面區的長度和/或寬度改變，以獲得來自板表面區希望的光線輸出分布。圖45和46示出不同尺寸的變形器58和58′的一個無序的或變化的圖案，分別地與圖31和32所示的形狀相似，排列為在板表面區52上的交錯的行列。圖47示出變形器77，與圖38所示的形狀相似，當變形器至光源的距離增加或沿著板表面區的長度和/或寬度的光線的密度減少時，其尺寸增加。圖45和46中所示的變形器58和58′排列為跨過板表面的各簇82，並且在每個簇中至少一些變形器具有不同的尺寸或形狀特點，它們集體地產生對於每個簇的一個平均的尺寸或形狀特點，它跨過板表面改變。例如，在每個簇中至少一些變形器可以具有不同的深度或高度，或不同的傾斜率或取向，它們集體地產生一個平均的深度或高度特點，或傾斜表面的平均的傾斜率或取向，它跨過板表面改變。類似地，在每個簇中至少一些變形器可以具有不同的寬度或長度，它們集體地產生一個平均的寬度或長度特點，它跨過板表面改變。這樣允許獲得超過機加工容差的希望的尺寸或形狀特點，以及還可抵抗網紋和幹涉作用。
圖48和49示出沿著一個板表面區52的長度和寬度任何希望形狀的變形器85的不同的角度取向。在圖48中，變形器排列為直行列86，沿著板表面區的長度，但每個行列中的變形器是取向對著光源26，從而使全部變形器是實質上與由光源發射的光束在一直線上。在圖49中，變形器85也是取向對著光源26，與圖48相似。此外，在圖49中的變形器行列實質上是與光源26徑向對準的。
圖50和51示出按照本發明的由一個聚焦的光源26發射的示範性的光線束90在前進通過光線發射板元件92時是如何反射的，光源26是插入模壓或鑄造在光線發射板組件BL的一個光線過渡區91內，直到光線束90撞擊在板表面區52上面或其中的良好限定形狀的單獨的光線提取變形器50，77上，引起由板元件的一個側面93反射或折射的光線束比由另一個側面94的多。在圖50中，所示的示範性光線束90是變形器50的反射/折射表面54反射在相同的總方向，通過板元件的相同的側面93射出。而在圖51中，所示的光線束90在被反射/折射出板元件的相同的側面93之前是被變形器77的圓形的側壁62散射在板元件92內不同的方向上。按照本發明的良好限定形狀的單獨的光線提取變形器的這樣一種圖案能夠引起60-70％或更多的通過板元件的輸入邊緣95接收的光線由板元件的相同的側面發射。
由以上所述可以理解，本發明的光線改向薄膜能使由一個背光板或其它的光源發射的更多的光線重新分布，接近一個更垂直於薄膜的平面的方向。再者，本發明的光線改向薄膜和背光板可以調節或彼此轉動，以提供一個系統，其中光線改向薄膜的分立的光學元件與背光板的光學變形器結合工作，以便產生一個由此系統優化的輸出光線束角度分布。
雖然本發明根據某些實施例示出和說明，在技術熟練人員閱讀和了解本說明書後，明顯的是可產生等同的代替和改變。尤其是，有關由上述的部件進行的各種功能，這些術語(包括使用於說明這些部件的對一個「器件」的任何參考)，如果沒有其它的指示，是有意地對應於任何部件，它進行上述的部件的特定的功能(例如，它是功能上等同的)，即使不是結構上等同於公開的部件，它實現本發明的上述的示範性實施例中的功能。此外，雖然本發明的一個特點是相對於僅一個實施例公開的，此特點可以與其它的實施例的一個或多個特點相結合，如果希望和對於任何給定的或特定的用途是有利的。
權利要求
1.一種光線改向薄膜，包括薄的光學透明基片，在基片上或基片中具有確定形狀的分立的光學元件構成的一種圖案，光學元件相對於基片的寬度和長度相當小，至少一些光學元件在基片上的不同位置變化，以使穿過基片的光線朝向垂直於基片的方向重新分布。
2.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，基片具有多層。
3.按照權利要求2的薄膜，其特徵在於，多層中的至少一些具有不同的折射率。
4.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，基片具有塗層以產生特定效果。
5.按照權利要求4的薄膜，其特徵在於，塗層為選擇性的。
6.按照權利要求4的薄膜，其特徵在於，塗層具有不同於基片的折射率。
7.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件在下列特性中的至少一個上改變傾斜角度、密度、位置、取向、高度或深度、形狀和尺寸，以使薄膜適應於不同背光板的光線輸出分布。
8.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件在基片上不同的位置處具有不同的光線束型面。
9.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，光學元件的尺寸和形狀可以調節以便使光源發出的更多的光線在所希望的觀察角度內重新分布。
10.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件具有至少兩種不同的形狀的表面參數。
11.按照權利要求10的薄膜，其特徵在於，不同形狀表面中的一個為彎曲的，不同形狀表面中的另一個為平面的。
12.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件彼此搭接、交叉或互鎖。
13.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件在基片上以不同角度取向以用於沿不同軸線重新分布光線。
14.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件是跨過薄膜改變尺寸的。
15.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件是跨過薄膜改變形狀的。
16.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件是跨過薄膜改變高度或深度的。
17.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件是跨過薄膜改變位置的。
18.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件是跨過薄膜改變密度的。
19.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件僅具有兩個表面，兩個表面彼此相交以形成凸起，並且兩個表面都與基片或另一光學元件相交。
20.按照權利要求19的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件的凸起具有在凸起終止的地方與基片或其它光學元件相交的末端。
21.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件以預定圖案變化以使光線重新分布在所希望的光學分布內。
22.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件具有至少一個彎曲表面和至少一個平面表面。
23.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件無序地分布在基片上。
24.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件具有一對相對傾斜的側面和一對相對彎曲的末端。
25.按照權利要求24的薄膜，其特徵在於，相對傾斜的側面相互交叉。
26.按照權利要求24的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件具有彎曲的頂面，該頂面與相對傾斜的側面和相對彎曲的末端相交。
27.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件具有傾斜的表面，它在跨過基片的面積中變化。
28.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，分立的光學元件位於基片的相反側面上。
29.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件具有不同的傾斜角度。
30.按照權利要求1的薄膜，其特徵在於，至少一些光學元件包括平面表面和彎曲表面的組合，平面表面和彎曲表面的面積比被選擇成產生想要的觀察角度。
31.一種光線改向薄膜，包括薄的光學透明基片，基片上或基片中具有確定形狀的分立的光學元件構成的一種圖案，光學元件相對於基片的寬度和長度相當小，至少一些光學元件根據穿過基本的光源的位置和類型改變。
32.一種光線改向薄膜系統，包括背光板，背光板包括板表面，板表面具有在板表面上不同位置改變的光線輸出分布；和光線改向薄膜，它緊接板表面，光線改向薄膜包括薄的光學透明基片，在基片上或基片中具有確定形狀的分立的光學元件構成的圖案，光學元件相對於基片的長度和寬度相當小，光學元件構成的圖案在基片的不同位置處變化以將來自板表面不同位置的光線輸出分布朝向垂直於基片的方向重新分布。
33.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光線改向薄膜使得一部分光線從背光中引出。
34.按照權利要求32的系統，還包括緊接基片的液晶顯示器，基片上光學元件構成的圖案的變化引起來自板表面的光線輸出分布的角度變化，從而使光線輸出分布更適合於行進通過液晶顯示器。
35.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光學元件被布置成可以調節以使背光板的光線輸出分布朝向垂直於基片的方向重新分布的圖案，該背光板接納來自一個冷陰極螢光燈泡的光線。
36.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光學元件被布置成可以調節以使背光板的光線輸出分布朝向垂直於基片的方向重新分布的圖案，該背光板接納來自兩個或更多個冷陰極螢光燈泡的光線。
37.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光學元件被布置成可以調節以使背光板的光線輸出分布重新分布的圖案，該背光板接納來自單個發光二極體的光線。
38.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光學元件被布置成可以調節以使背光板的光線輸出分布重新分布的圖案，該背光板接納來自多個發光二極體的光線。
39.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光學元件被布置成可以調節以使背光板的光線輸出分布重新分布的圖案，該背光板接納來自周邊照明的光線。
40.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光學元件被布置成放射型圖案，該圖案可以調節以使背光板的光線輸出分布重新分布，該背光板是隅角照明的。
41.按照權利要求32的系統，其特徵在於，光學元件被布置成放射型圖案，該圖案可以調節以使背光板的光線輸出分布重新分布，該背光板由單個聚焦光源照明。
42.按照權利要求41的系統，其特徵在於，所述光源為發光二極體。
全文摘要
一種光線改向薄膜(2)包括良好限定形狀的分立的光學元件(5)的一個圖案，位於薄膜的光線出射表面上，以便使由一個背光板進入薄膜(2)的入射表面的光線改變方向，接近垂直於出射表面的一個方向。分立的光學元件(5)是彼此搭接和交叉的。還有，光學元件(5)的取向、尺寸和/或形狀可以調節以便使來自背光板的更多的入射光線改變方向在一個希望的觀察角度內。
文檔編號A61B19/00GK1952701SQ200610132188
公開日2007年4月25日 申請日期2002年7月11日 優先權日2001年7月19日
發明者傑弗裡·R·帕克, 蒂莫西·A·麥科勒姆, 羅伯特·M·伊澤爾 申請人:固態奧普託有限公司