具有包括基本上相同的微透鏡的二維圖案的導光板的製作方法

2023-05-26 23:55:21

專利名稱：具有包括基本上相同的微透鏡的二維圖案的導光板的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及一種導光板，尤其涉及一種具有由基本上相同的微透鏡組成的二維微圖案的導光板，以減少由離散光源引起的不希望有的熱斑缺陷。
背景技術：
液晶顯示器(LCD)持續在成本和性能方面不斷改進，正在變為許多電腦、儀器和娛樂應用的一種優選的顯示類型。典型的LCD行動電話、筆記本和監視器包括導光板，其用於接收來自光源的光且使光橫跨導光板近乎均勻地再分布。光源，傳統上是長直線型冷陰極螢光燈，已經演化為多個離散光源，例如發光二極體(LED)。在一給定尺寸的LCD中，LED的數目已經被持續地減少以降低成本。因此，LED的節距變得更大，這導致更明顯的熱斑問題(S卩，在LCD的可視區域的頭幾個毫米內，LED附近的光比LED之間的光多)。熱斑問題發生是由於來自離散LED的光非均勻地進入導光板，也就是說，在LED附近比LED之間分配了更多的光。許多導光板(LGP)已經打算抑制熱斑問題。一些LGP在它們的邊緣具有連續的凹槽，例如在美國專利號7，097，341 (Tsai)中公開的那些。一些LGP在它們的光輸出表面上具有兩組不同節距的直線型凹槽。一些LGP具有兩組或更多組不同的尺寸的點。另外的LGP可以組合不同尺寸的凹槽和點。雖然現有技術的導光板能夠在一定程度上抑制熱斑問題，但是由於那些LGP的批量生產過程中的複雜性，它們仍然不令人滿意。因此，還需要可以易於製造且能夠抑制熱斑問題的導光板。

發明內容
本發明提供一種導光板，包括:輸入表面，其用於接收來自多個離散光源的光；輸出表面，用於發射光；以及與輸出表面相對的底面，其中輸出表面和底面的至少一個具有微圖案，微圖案包括多個基本上相同的微透鏡，每個微透鏡具有一寬度、一長度和一方向角；並且其中，微透鏡的面密度D(x，y)在第一方向即平行於長度方向的y軸方向和第二方向即平行於寬度方向的X軸方向相對於在起始線y0和終止線之間的I而變化，在起始線y0處的面密度D (X, y = y0)在最小值Dmin和最大值Dmax之間變化，以使得Dmin≥I %以及100≥Dmax/Dmin≥2,以及其中面密度D(x, y)在x軸方向上按節距P重複，以使得D(x,y) = D(x+P, y)。本發明進一步提供了一種包括多個LED和導光板的背光單元，其中導光板包括:輸入表面,用於接收來自多個離散光源的光；輸出表面，用於發射光；以及與輸出表面相對的底面，其中輸出表面和底面的至少一個具有微圖案，微圖案包括多個基本上相同的微透鏡，每個微透鏡具有一寬度、一長度和一方向角；並且其中，微透鏡的面密度D(x，y)在第一方向即平行於長度方向的y軸方向和第二方向即平行於寬度方向的X軸方向相對於在起始線y0和終止線之間的y而變化，在起始線y0處的面密度D(x,y = y0)在最小值Dmin和最大值Dmax之間變化，以使得Dmin ≥ 1%以及100≥Dmax/Dmin≥2,以及其中面密度D (x,y)在X軸方向上按節距P重複，以使得D (x，y) =D(x+P，y)。


圖1示出了包括包含本發明的導光板的多個光學元件的典型的LCD的側視圖；圖2A示出了多個微透鏡，它們中的一些基本上相同且有益於本發明；圖2B示出了多個微透鏡，說明了面密度；圖3示意性示出了根據本發明的導光板的頂視圖；及圖4示意性示出了根據比較實施例的導光板的頂視圖。
具體實施例方式圖1示意性示出了包括IXD面板25和背光單元28的IXD顯示裝置30的側視圖。背光單元28包括多個光學元件，所述多個光學元件包括一個或兩個稜鏡膜20、20a、一個或兩個漫射膜24、24a、底部反射膜22、頂部反射膜26和導光板(LGP) 10。導光板10不同於其它光學元件，是由於它通過其入射表面18接收一個或多個光源12發射的光，通過其底面
17、端面14、輸出表面16、側面15a、15b(未示出)以及反射膜22改變光的方向，且最終向其它光學元件提供相對均勻的光。目標亮度均勻性是通過控制底面17和/或輸出表面16上的微透鏡100 (有時被稱為離散元件或者光提取器)的密度、尺寸、和/或方向來實現的。頂部反射膜26典型地覆蓋LGPlO大約2到5毫米以允許改進光的混合。它具有高反射內表面26a。頂部反射膜26有時候可以具有黑色外表面26b，因此其被稱為黑膠帶。典型地，從A點評估熱斑，A點位於反射膜26的端部。從A點向右就是可視區域。根據本發明的導光板10具有二維微圖案，其包括多個基本上相同的微透鏡，微透鏡的密度在二維方向上變化。下文描述了 「基本上相同的微透鏡」和微透鏡的密度。雖然沒有兩個微透鏡是完全相同的，但是如果微透鏡具有相同的形狀和相同的方向，則它們被認為是「基本上相同的」。更具體地，它們的長度、寬度和深度的變化最好在+/-3 μ m(或對於56 μ m尺寸的微透鏡來說5.4% )以內，更優選的是在+/_1 μ m(或對於56 μ m尺寸的微透鏡來說1.8%)以內；它們的方向角的變化最好在+/-5度以內，更優選的在+/_2度以內。現在參考圖2A，微透鏡100a、100b、100c、100d被認為是基本上相同的，因為它們都具有相同的形狀和相同的方向。它們具有相同的形狀是因為它們具有相同的寬度《、長度I和深度(未示出)。微透鏡100e、100f、100g與微透鏡IOOa不是基本上相同的，這是因為它們與微透鏡IOOa相比具有不同的方向，雖然它們與微透鏡IOOa具有相同的形狀。微透鏡IOOh並非與微透鏡IOOa基本上相同，這是因為它是圓形的而微透鏡IOOa是橢圓形的。微透鏡IOOi並非與微透鏡IOOa基本上相同，這是因為它比微透鏡IOOa大不少，雖然它們都是捕圓形的。「基本上相同的」微透鏡通過基本上相同的工具而由相同的工藝製作而成。如果工具通過相同的工藝製造具有相同的目標，或者它們僅僅因為可接受的正常磨損而彼此不同，則工具被認為是基本上相同的。使用基本上相同的微透鏡的優勢在於它們易於製造，因為只需要一個工具或者多個相同的工具。作為比較，當目標是兩套或多套具有不同尺寸的微透鏡時，需要兩套或者多套工具，或者需要不同的工藝。數量密度ND被定義為每單位面積的微透鏡數量，面密度D被定義為每單位面積的微透鏡的總面積，其中單位面積在實際使用中典型地選擇為0.5-1.5mm2的數量級。參考圖2B，單位面積60被定義為具有寬度AWtl和長度Λ Ltl，包括六個微透鏡IOla-1Olf，每個微透鏡具有寬度Wtl和長度Itlt5數量密度ND = 6/ ( Λ Wtl Λ L0)，而面密度D = 6 (WtlItl) / ( Λ Wtl Λ Ltl)。當一個或多個透鏡跨過所選擇的單位面積的邊界時，數量密度可以是分數。在下文中，二維或者一維密度是指微透鏡的面密度。圖3示意性示出了根據本發明的導光板10隨同多個具有節距P的離散光源12a、12b、12c的頂視圖。在實際中，離散光源的數量可以是40或更多。節距P可以從4mm到IOmm變化。導光板10，其具有寬度Wot和長度Lot，在其底面17和輸出表面16中的一個或兩個上具有微圖案50。在一個例子中，微圖案50在底面17上，包括具有二維密度D (X，y)的微透鏡和具有一維密度Dl (y)的微透鏡，其中X軸平行於寬度方向以及y軸平行於長度方向。二維密度D(x，y)在X軸方向和y軸方向兩個方向上變化，而一維密度Dl (y)僅在Y軸方向變化。二維密度D(x，y)在y = y0處的起始線31和y = yO+L2D處的終止線32之間延伸，其中長度L2d表示二維密度D (x，y)在y軸方向上的長度。在起始線31處y = y0，密度D (X，y0)在最小值Dmin和最大值Dmax之間變化，其中Dmin出現在Xl處，對應於光源(例如光源12a)的中心位置，而Dmax出現在X2或X3處，對應於離開光源中心半個P處。對於一個典型的起始線，y0從O變到大約2.5mm。當y0 = O時，二維密度D (x，y)開始於導光板10的開始處,與輸入表面18對準。
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根據本發明的二維密度D (X，y)的一個獨特特點是Dmin彡I %以及定義為Dmax/Dmin的密度對比度在2和100之間，也就是說100彡Dmax/Dmin彡2。根據本發明的二維密度D(x，y)的另一個獨特特點是比值L2D/P優選小於1，最好小於或等於0.75。這兩個獨特特點使得基本上相同的微透鏡的使用抑制了熱斑問題而沒有引起其它不利效果。根據一個實施例，二維密度D (X，y)在x軸方向上不斷重複自己，即，對於在y0和yO+L2D 之間的 y, D (X, y) = D (x+P, y)。圖4示意性示出了根據比較實施例的導光板IOa的頂視圖，其中與根據本發明的導光板10上的Dmin彡1%相比，Dmin = 0%。在該例子中，在LED前面，有巨大的空的空間，在接近頂部反射膜26的端部、區域35附近觀察到了外觀缺陷。這些外觀缺陷相信是由O%區域周圍的密度突變而導致的。實施例在下文中，實施例被總結於表I中，各種LGP由聚碳酸酯製造，每個LGP具有尺寸大約為78 μ mX78 μ m的基本上相同的微透鏡。面密度D(x，y)在x軸方向以節距P重複，也就是說D(x，y) = D(x+P，y)，其中P是密度圖案的節距，也是背光單元中LED的節距。具體地，節距P = 6.3mm。LGP的厚度大約為600 μ m。起始線y0距離導光板的開始端大約
1.2mm。表1:發明實施例和對比實施例的總結
權利要求
1.一種導光板，包括: 輸入表面，用於接收來自多個離散光源的光， 輸出表面，用於發射光，和 與輸出表面相對的底面， 其中，輸出表面和底面的至少一個具有微圖案，所述微圖案包括多個基本上相同的微透鏡，每個微透鏡具有一寬度、一長度和一方向角；以及 其中，微透鏡的面密度D(X，y)在第一方向即平行於長度方向的y軸方向和第二方向即平行於寬度方向的X軸方向相對於在起始線yO和終止線之間的I而變化，在起始線yO處的面密度D(x, J = yO)在最小值Dmin和最大值Dmax之間變化，以使得Dmin彡I %且100彡Dmax/Dmin彡2,以及其中，面密度D(x,y)在x軸方向上按節距P重複，以使得D(x,y) = D(x+P, y)。
2.如權利要求1的導光板，其中，多個微透鏡的寬度、長度和深度的變化是在1.8%以內。
3.如權利要求1的導光板，其中，多個微透鏡的方向角的變化是在2度以內。
4.如權利要求1的導光板，其中，在終止線處，面密度D(x，y)收斂成一僅在y軸方向上變化的密度函數。
5.如權利要求1的導光板，其中，終止線和起始線之間的長度是L2D，比值L2D/P小於等於 0.75。
6.—種包括多個LED和導光板的背光單兀,其中，所述導光板包括: 輸入表面，用於接收來自多個離散光源的光， 輸出表面，用於發射光，和 與輸出表面相對的底面， 其中，輸出表面和底面的至少一個具有微圖案，所述微圖案包括多個基本上相同的微透鏡，每個微透鏡具有一寬度、一長度和一方向角；以及 其中，微透鏡的面密度D(X，y)在第一方向即平行於長度方向的y軸方向和第二方向即平行於寬度方向的X軸方向相對於在起始線yO和終止線之間的I而變化，在起始線yO處的面密度D (X, y = yO)在最小值Dmin和最大值Dmax之間變化，以使得Dmin彡I %以及100彡Dmax/Dmin彡2,以及其中面密度D(x, y)在x軸方向上按節距P重複，以使得D(x,y) = D(x+P, y)。
7.如權利要求6的背光單元，進一步包括:覆蓋所述面密度D(x，y)的起始線的頂部反射膜。
全文摘要
本發明提供一種具有包括基本上相同的微透鏡的二維圖案的導光板，其包括輸入表面，用於接收來自多個離散光源的光；輸出表面，用於發射光；和與輸出表面相對的底面，其中輸出表面和底面的至少一個具有微圖案，該微圖案包括多個基本上相同的微透鏡，每個微透鏡具有一寬度、一長度和一方向角。該導光板進一步提供微透鏡的面密度D(x，y)，該面密度在第一方向即平行於長度方向的y軸和第二方向即平行於寬度方向的x軸方向相對於在起始線y0和終止線之間的y而變化。
文檔編號G02B3/00GK103176239SQ201210598298
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月10日 優先權日2011年12月9日
發明者X-D·米, 李柱賢 申請人:愛思開哈斯顯示用薄膜有限公司