增亮製品的製作方法
2023-05-03 05:41:36 3
專利名稱：增亮製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及結構化光學薄膜和結合這種結構化光學薄膜的光學顯示器。更具體地說，本發明涉及一種掠射角輸出降低的增亮薄膜。
背景技術：
包括向觀眾傳播信息用的電子顯示器的電子設備已變得十分普及。行動電話、手持計算機、個人數字助理、電子遊戲機、汽車音響以及指示器、公共顯示器、自動取款機、店內信息亭(in-store kiosks)、家用器具、計算機監視器、電視等，都是包括人們每天觀看的顯示器的設備的例子。
通常的電子顯示器組件包括必要的光源，以便人們觀看顯示器顯示的信息。在電池供電的設備中，光源可以代表該設備的總功率消耗的重要部分。因此，降低產生規定亮度所需的功率數量可延長電池壽命，在電池供電的設備中尤其如此。
在希望控制透射和/或反射光線的方向以增加亮度、減少眩光等的電子顯示器系統和其他應用中，使用了結構化光學薄膜。結構化光學薄膜主要包括透光材料的薄膜，在薄膜中設置稜鏡陣列，使得該薄膜可以通過反射和折射來改變光線方向。當用於例如膝上型電腦、手錶等中的光學顯示器中時，這種結構化光學薄膜可以通過將從光學顯示器射出的光限制在相對於穿過該光學顯示器的垂直軸線成所需角度布置的一對平面範圍內，來增加光學顯示器的亮度。結果，本來以允許範圍以外的角度射出顯示器的光線被反射回到可以「回收」部分光線的顯示器，並以允許光線從顯示器射出的角度返回到結構化光學薄膜。回收是有用的，因為它可以降低向顯示器提供預期亮度水平所需要的功率消耗。
在常規結構化光學薄膜中，允許一些光線相對於穿過顯示器的垂直軸線以允許角度範圍以外的角度射出顯示器。這些大角度光線可能降低顯示器的對比度(顯示器明暗區域之間的亮度差別)，並產生不期望的超出優選視角的亮度區域。需要回收這些大角度光線，並使它們返回到結構化光學薄膜，以便在所需角度範圍內重新透射。
發明內容
本發明為一種用於光學系統的增亮製品。所述增亮製品具有結構化表面，所述結構化表面包括第一導光突起。所述第一導光突起包括峰部和底部，所述峰部由第一對稜柱稜面限定，所述底部由第二對稜柱稜面限定。所述第一對稜柱稜面具有第一夾角，所述第二對稜柱稜面具有第二夾角，使得所述第一夾角與所述第二夾角不同。
在優選實施例中，所述增亮製品還包括高度小於所述第一導光突起的多個第二導光突起。所述第二導光突起與所述第一導光突起交替布置。所述第二導光突起產生具有大角度凸角和相對於所述結構化表面的法線處於優選角度的凸角的光線分布。由所述第二導光突起以大角度凸角分布的光線由所述第一導光突起變向，以便以優選角度重新透射。
優選的是，所述第一導光突起的第一夾角大於90°，所述第二導光突起的第二夾角約90°。此外，所述第一導光突起的峰部優選具有曲率半徑小於約10.5μm的圓峰部。此外，至少一個第二導光突起設置在相鄰的第一導光突起之間。
本發明的增亮製品通常結合到顯示器模塊中。所述顯示器模塊通常包括顯示面板和用於向該顯示面板提供光的背光源組件。所述增亮製品設置在所述背光源組件與所述顯示面板之間，並帶有朝向所述顯示面板的結構化表面。
圖1A是常規結構化光學薄膜的透視圖。
圖1B是圖1A的常規結構化光學薄膜的橫截面圖。
圖2A是根據本發明的結構化光學薄膜的透視圖。
圖2B是圖2A的結構化光學薄膜的局部橫截面圖，示出了該結構化光學薄膜的各種參數。
圖2C是圖2A的結構化光學薄膜的局部橫截面圖，示出了以各種角度進入結構化光學薄膜的光線的行為。
圖3是根據本發明另一個實施例的結構化光學薄膜的局部橫截面圖。
圖4是結合了根據本發明的結構化光學薄膜的光學顯示器組件的橫截面圖。
圖5是圖1A和圖1B的常規結構化光學薄膜的發光強度分布圖，以及圖2A-圖2C所示的根據本發明的結構化光學薄膜的發光強度分布圖。
圖6是相對於常規結構化光學薄膜的增益和根據本發明的光學薄膜的增益的優質函數的散點圖。
具體實施例方式
圖1A和圖1B一般性地顯示了結構化光學薄膜的概念。圖1A示出了具有結構化表面12和平面表面14的規則的周期性的結構化光學薄膜10的透視圖，圖1B示出了該結構化光學薄膜的橫截面圖。結構化表面12包括一系列由形成峰部19的稜面18限定的規則間隔的稜柱16。稜柱16具有夾角αP(也就是，由稜面18形成的角度)。通常αP為90°，這允許高的光學增益。如圖所示，每個稜柱16都沿著其峰部19的長度(即，沿著Z-軸)基本上橫穿結構化表面連續地延伸。
光學薄膜10通常結合到具有背光源組件的光學系統中，該背光源組件向光學薄膜10提供光。圖1示出了光線20、22和24，以描繪以各種角度進入光學薄膜10的光線的行為。圖1B示出了光線20和22以描繪所需的結構化光學薄膜的操作。穿過平面表面14折射進入光學薄膜10後的光線20描繪了光線以低於TIR所需的臨界角接觸稜柱16的稜面18的情況。光線20相對於薄膜法線N在優選角度範圍內折射穿過稜面。
同樣穿過平面表面14折射進入光學薄膜10後的光線22描繪了光線以高於發生光線TIR所需的臨界角入射在稜柱16的兩個稜面18上的情況。結果，本來以優選角度範圍以外的角度射出結構化光學薄膜10的光線22反射回到可以「回收」部分光線的背光源組件，並以允許光線從結構化光學薄膜10射出的角度返回到該結構化光學薄膜。
對於常規結構化光學薄膜設計，允許一些光線以大掠射角從稜柱16射出。光線24描繪了這種情況。當光線24通過TIR從稜柱16的第一稜面向第二稜面進行反射，並且光線24以低於第二稜面對光線24全內反射所需的臨界角接觸第二稜面時，通常發生光線的射出。因此，第二稜面使光線24折射，以使該光線以優選角度範圍以外的角度射出結構化光學薄膜10。這些大角度光線可能降低顯示器的對比度，並產生不期望的超出顯示器優選視角(例如，從光學薄膜法線N起30°以內)的亮度區域。
下面參考圖2A和以下附圖所示的舉例性實施例描述本發明。本發明提供了一種結構化光學薄膜，其中，這些大角度(例如，大於60°角)光線被重新捕獲並變向回到可以「回收」部分光線的背光源組件，並以允許光線從結構化光學薄膜以更期望的角度射出的角度返回到結構化光學薄膜。這可以提高對比度，並增加在優選視角的顯示器亮度。
圖2A是根據本發明實施例的結構化光學薄膜3 0的透視圖，圖2B和圖2C是其局部橫截面圖。結構化光學薄膜30包括結構化表面32和平面表面34。結構化表面32形成在基板35上，平面表面34由該基板35限定。結構化表面32包括以周期性圖案排列的多個稜柱36和多個稜柱38。如圖2A所示，稜柱36和稜柱38沿著其峰部的長度(即，沿著Z-軸)基本上橫穿結構化表面32連續地延伸。結構化表面32的幾何形狀和用於製造薄膜30的材料適合全內反射(TIR)和折射進入薄膜30的平面一側34的光線，以及以大掠射角從結構化表面32透射的光線，從而將以相對於薄膜法線N的所需角度範圍以外的角度穿過結構化表面射出的光線降至最小。
圖2B是結構化光學薄膜30的局部橫截面圖，示出了結構化光學薄膜30的各種參數。稜柱36具有第一高度h1，稜柱38具有大於第一高度h1的第二高度h2(h2＞h1)。優選的是，第一高度h1小於高度h2的30％。第一高度h1優選在約5-約20μm的範圍內，第二高度h2優選在約20-約50μm的範圍內。優選的是，選擇h1和h2，使得以相對於薄膜法線75°角從稜柱36的峰部射出的光線將被稜柱38之一截獲。期望h2的大小通常至少為h1的1.5倍，但根據結構化表面32的設計，也可使用更小的比例。優選的是，h2的大小至少為h1的2倍，甚至更優選的是，h2的大小至少為h1的3倍。出於美觀的原因，稜柱36應當至少足夠大，以使衍射作用不會引入不需要的顏色，並且稜柱38不應當大到足以使用戶可以通過應用這種薄膜的LED面板看到該稜柱38。
每個稜柱36包括限定了夾角θS的兩個稜面。夾角θS優選約90°，這樣允許從背光源組件供應的光線中獲得最大光學增益。「增益」是指配備有增亮薄膜的背光顯示器的軸向亮度(也就是，垂直於顯示器方向的亮度)與沒有這種薄膜的顯示器的垂直亮度的比率。
稜柱38優選包括峰部和底部。稜柱38的峰部由第一對峰部稜面40和42限定，這對峰部稜面具有夾角θP(也就是，由峰部稜面40和42形成的角度)。夾角θP優選在約70°-約110°的範圍內。稜柱38的底部由第二對底部稜面44和46限定，這對底部稜面具有夾角θB(也就是，底部稜面44和46相互定位的角度)。夾角θB優選約90°。
每個稜柱38的峰部和底部優選相互為一體。稜柱38具有截斷高度ht，該截斷高度為底部稜面44和46與峰部稜面40和42相交處的高度。優選的是，截斷高度ht與稜柱36的高度h1基本上相似。而且，稜柱38具有寬度WL，稜柱36具有寬度WS。如圖2B所示，寬度WL大於寬度WS(WL＞WS)。優選的是，寬度WS小於寬度WL的30％。寬度WS優選在約10-40μm的範圍，寬度WL優選在約40-100μm的範圍。單位單元間距PUC是光學薄膜30中稜柱的重複單元(即，單位單元)的寬度。在圖2B所示的實施例中，單位單元包括三個稜柱36和一個稜柱38。
稜柱38的峰部稜面40和42相交形成峰頂48。圖2A-圖2C示出了具有圓輪廓線或鈍輪廓線的峰頂48。圓輪廓線的特徵用曲率半徑rC表示。曲率半徑rC優選小於10.5μm，曲率半徑rC最優選約6μm。儘管圓峰頂48導致稜柱38的增益降低，但是避免了在搬運和使用過程中由於峰頂48的折斷或損壞而引起的刮擦。此外，因為稜柱38比稜柱36高，所以防止了在搬運和使用過程中損壞稜柱36的峰部。這允許稜柱36具有銳峰部，以使稜柱36的增益達到最大。作為選擇的是，如果可以避免刮擦光學薄膜30，則稜柱38可以具有銳峰頂48(即，曲率半徑rC為0)，以使稜柱38的增益達到最大。
圖2C是結構化光學薄膜30的局部橫截面圖，示出了以各種角度進入結構化光學薄膜的光線的行為。光學薄膜30通常結合到具有向光學薄膜30提供光的背光源組件的光學系統中。圖2C示出了光線50、52和54，以描繪以各種角度進入結構化光學薄膜30的光線的行為。
穿過平面表面34折射進入光學薄膜30後的光線50描繪了光線以低於TIR所需的臨界角入射在稜柱16上的情況。光線50相對於薄膜法線N在優選角度範圍內折射穿過稜面。
同樣穿過平面表面34折射進入光學薄膜30後的光線52描繪了光線以高於發生光線TIR所需的臨界角入射在稜柱16上的情況。結果，本來以優選角度範圍以外的角度射出結構化光學薄膜30的光線52反射回到可以「回收」部分光線的背光源組件，並以允許光線從結構化光學薄膜30射出的角度返回到該結構化光學薄膜。
穿過平面表面34折射進入光學薄膜30後的光線54描繪了允許光線以大掠射角從稜柱36射出的情況。這是結合圖1B的光線24描述的不期望的情況。為了概括描述，光線54通過TIR從稜柱36的第一稜面向第二稜面反射。光線54在低於第二稜面對光線54全內反射所需的臨界角入射在第二稜面上。因此，第二稜面使光線54折射，使該光線以期望角度範圍以外的角度射出結構化光學薄膜30。
在根據本發明的結構化光學薄膜30中，可以在兩方面減少大角度光線。第一，由稜柱38重新捕獲稜柱36透射的大角度光線(例如，光線54)。也就是說，每個稜柱38的形狀做成使得由稜柱36以大角度凸角(也稱為大角度凸瓣，high angle lobes)分布光線被稜柱38捕獲並改變方向，以便最終反射回到背光源組件。光線54由光學薄膜30的各個表面通過TIR進行反射，直到該光線到達背光源組件為止。第二，稜柱38的夾角θP和θB使得以不期望的角度從背光源組件直接到達稜柱38的光線更可能通過TIR反射回到背光源組件，而不是以大掠射角從光學薄膜30透射。在兩種情況中，在到達背光源組件後，部分光線被「回收」，並以允許光線以更期望的角度從結構化光學薄膜30射出的角度返回到結構化光學薄膜30。
為了易於重新捕獲並回收由稜柱36以大角度凸角分布的光線，由稜面40和42形成的角θP優選在約70°-約110°的範圍內，更優選在約90°-約110°的範圍內(最優選約96°角)。以這些優選角度相互定位的稜面40和42產生了對大角度光線進行重新捕獲的最大可能性。此外，以這些優選角度對稜面40和42進行定位，從而將以大角度凸角從稜柱38射出的光線降至最少。在根據本發明的光學薄膜30中，基本上消除了從法線N起大於75°角的光強。具體地說，在包括根據本發明的光學薄膜30的系統中，從法線N起大於約75°角的光強約小於沿著法線N的光強的10％。
圖2A-圖2C所示的稜柱36和稜柱38的周期性圖案(即，單位單元構造)僅僅是示例性的，並且也可以使用其他圖案。例如，可以在稜柱38之間設置更多或更少的稜柱36。儘管在稜柱38之間存在額外的空間(即，額外的稜柱36)時捕獲的大角度光線更少，但是額外的稜柱36可以增加增益，這是因為稜柱36的形狀做成使增益最大。一般來說，較大的稜柱38和較小的稜柱36以規則的間隔交替布置。
還應當特別注意，光學薄膜30可以僅包括大稜柱38(也就是，在大稜柱38之間沒有交替布置小稜柱36)，以便減少常規薄膜上的大角度光線。這是因為稜柱38自身的形狀做成減少大角度凸角的光線分布。圖3描繪了該實施例，例如光學薄膜60。一般來說，結合光學薄膜30中的稜柱38描述的參數可適用於光學薄膜60中的稜柱38。然而，對於該實施例來說，夾角θP優選大於90°(最優選約96°角)，以減少常規薄膜上的大角度光線。圖3還示出了以不期望的角度到達稜柱3 8的光線70經TIR反射回到背光源組件，而不是以較大掠射角從光學薄膜60透射。
此外，不需要所有稜柱38為相同的高度，或者所有稜柱36為相同的高度。出於多種原因，可以改變這些高度。然而，為了使薄膜在增亮方面的效果達到最佳，優選在稜柱之間無連接區間隔，而不管稜柱是高度相同還是高度各異。儘管應當理解，在放大到一定水平時，稜柱之間的谷將是平的或圓的，但是術語「無連接區」應當理解為，從標準加工和模製技術角度看，谷是適當尖銳的角。
還應當注意，可以在未背離本發明的精神和範圍的情況下調節稜柱36和稜柱38的各個參數。例如，可以根據系統的需要和規格，調節稜柱36的第一高度h1和稜柱38的第二高度h2，以調節增益和重新捕獲大角度光線。此外，稜柱36的第一高度h1和稜柱38的第二高度h2可以沿著其峰部的長度(即，沿著Z-軸)變化。此外，雖然圖2A-圖2C和圖3顯示了帶有基本平面稜面的稜柱36和稜柱38，但是應當理解，本發明包括的結構化光學薄膜可具有按任何光學上有用的形狀形成的稜柱和稜面。例如，稜柱36或稜柱38可以包括例如圓形谷、彎曲稜面等變形。換句話說，本發明可以使用任何結構化光學薄膜，所述結構化光學薄膜可以通過重新捕獲光線，並使光線改變方向以便以更可取的角度重新透射，來減少以大角度凸角分布的光。
儘管用於製造本發明的結構化光學薄膜的具體材料可以改變，但重要的是，材料基本上是透明的，以確保高的光透射率。為此用途的有用的聚合物材料可從商業上獲得，例如丙烯酸樹脂、聚碳酸脂、丙烯酸脂、聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。儘管具體材料不是決定性的，但是一般優選具有較高折射率的材料。更具體地說，折射率大於1.5的材料是最優選的。美國專利No.5,175,030(Lu等人)和美國專利No.5,183,597(Lu)中描述了形成結構化光學薄膜的有用材料。
根據本發明的結構化光學薄膜可以由任何適當的模製方法製造，例如壓縮模、噴射模製或擠出模製製造，或者通過例如上面引用的Lu專利中描述的澆鑄和固化方法製造。如果薄膜由澆鑄和固化方法製造，那麼其上形成結構的基板可以為任何適當的材料，例如丙烯酸樹脂、聚碳酸脂或聚酯。在另一實施例中，基板可以為例如美國專利____________中所教導的多層反射偏振片，或者可以為膽甾醇型反射偏振片，從而將結構化表面增亮薄膜的有益效果與反射偏振片的有益效果結合起來。作為選擇的是，無論製造方法如何，反射偏振片都可以層壓到薄膜上。此外，無論是否具有反射偏振片，都可以將比較剛性的塑料薄片或玻璃薄片層壓到薄膜上，以便提供更好的抗扭曲性。
圖4顯示了一種應用，其中可以有利地使用一層根據本發明的結構化光學薄膜。這種應用為背光照明的光學顯示器組件80。光學顯示器組件80包括顯示面板82和根據本發明的結構化光學薄膜84。光學顯示器組件80還包括背光源組件86，該組件用於環境光線不足以觀看顯示面板84的情況。背光源組件86優選為大致楔形或平板形，但是應當注意，可以使用任何形狀或類型的背光光源代替所示的背光源組件，包括但不限於直接點亮型組件(例如，直接點亮的液晶顯示器(LCD)電視機)、表面發光型組件、平面邊緣點亮型組件等。背光源組件86可以與結構化光學薄膜84光學耦合，或者一體形成。此外，光學顯示器組件80以其最簡單的形式示出，並且可以將額外的光學上有用的層結合到光學顯示器組件80內，這些層可以位於顯示面板82與結構化光學薄膜84之間、結構化光學薄膜84與背光源組件86之間以及背光源組件86下面。這種光學上有用的層的例子包括但不限於反射偏振片、擴散片、蓋板和反射層。這些光學上有用的層可以與結構化光學薄膜84光學耦合，或一體形成。
結構化光學薄膜84為此前關於圖2A-圖2C和圖3所述的任何本發明實施例(或其變形)的概念表述。結構化光學薄膜84優選設置在顯示面板82與背光源組件86之間，其結構化表面面向顯示面板82，平面表面面向背光源組件86。結構化光學薄膜84的較大導光突起90使由較小導光突起92以大角度凸角分布的光變向回到背光源組件86。此外，較大導光突起本身的形狀做成減少以大角度凸角分布的光線。當光線被背光源組件86向結構化光學薄膜84反射時，變向的光線被「回收」，以便以更期望的角度重新透射到顯示面板82。由於減少了較小導光突起的大角度輸出，這可以提高對比度並增加在優選視角的亮度。
圖5示出了常規結構化光學薄膜10(如圖1A和圖1B所示)的發光強度分布圖100，和本發明的結構化光學薄膜30(如圖2A-圖2C所示)的發光強度分布圖110。發光強度分布圖100和110描繪了相對於薄膜法線N的各種角度，以及以瓦特/球面度(W/sr)為單位的在這些角度的輻射強度數。對於沿著圖5的水平軸的各個角度來說，0°為沿著薄膜法線N(即，沿著圖1A、圖1B和圖2A-圖2C的Y-軸)，±90°垂直於薄膜法線N(即，沿著圖1A、圖1B和圖2A-圖2C的X-軸)。圖5分布圖的輻射強度是在基本上與圖4所示系統相似的系統中計算出來的，其中背光源組件86提供光線分布，輻射強度探測器設置在顯示面板82的與結構化光學薄膜84相對的一側。分布圖表示了以相對於薄膜法線N的各種角度沿著圖1A、圖1B和圖2A-圖2C的XY平面計算的光輻射強度。
示出了結構化光學薄膜10的發光強度分布圖100，在該結構化光學薄膜10中，稜柱16的夾角θS為90°。如分布圖100所示，峰值輻射強度102出現在0°，或者，沿著光學薄膜10的法線N。在與法線N的角度達到約±45°之前，隨著與光學薄膜法線N的角度增加，輻射強度減小。在約±45°，由光學薄膜10以大角度凸角分布的光線(例如，圖1B中的光線24)產生位於優選視角以外的光強增加的區域。如分布圖100所示，增強的輻射強度出現在約±45°至±90°之間的角度。在這些大角度的高輻射強度會降低顯示器的對比度，並產生位於顯示器優選視角以外的不期望的亮度區域。此外，由於這些光線射出結構化光學薄膜10，而沒有被回收並以優選視角重新透射，所以大角度凸角降低了優選視角內的光強。
示出了根據本發明的結構化光學薄膜30的發光強度分布圖110。結構化光學薄膜30的分布圖110包括以下構造參數夾角θP為96°，夾角θB和θS為90°，並且曲率半徑rC為6μm。如分布圖110所示，峰值輻射強度112也出現在0°，或者，沿著光學薄膜30的法線N。在與法線N的角度到達約-55°和55°附近之前，隨著與光學薄膜法線N的角度增加，輻射強度減小。在約-55°和55°，隨著與法線N的角度增加，輻射強度基本上不變。由於少量光線以大角度從光學薄膜30射出，所以在與薄膜法線N的角度大於±60°的角度，出現了小的輻射強度增加的範圍114。然而，與常規光學薄膜10相比，在這些角度輻射強度明顯下降。
為了比較，可以定義優質函數以展示本發明的結構化光學薄膜與常規結構化光學薄膜相比的優點。優質函數定義為最大輻射強度(在0°角，或者，沿著薄膜法線N)與在±75°角(即，在大掠射角)的輻射強度之比。如圖5所示，對於常規結構化光學薄膜10(分布圖100)來說，在0°角的輻射強度為0.2985W/sr，±75°的輻射強度為0.051W/sr。因此，優質函數為(0.2985W/sr)/(0.051W/sr)＝5.8529。
對於根據本發明的結構化光學薄膜30(分布圖110)來說，在0°角的輻射強度為0.2953W/sr，在±75°角的輻射強度為0.026W/sr。因此，優質函數為(0.2953W/sr)/(0.026W/sr)＝11.358。儘管峰值輻射強度112略微小於峰值輻射強度102，但是光學薄膜30在±75°角的輻射強度幾乎為光學薄膜10在±75°角的輻射強度的一半。因此，根據本發明的結構化光學薄膜在大角度的光輸出明顯降低。
為了進一步比較，圖6是相對於常規結構化光學薄膜10的增益和根據本發明的光學薄膜30的增益的優質函數的散點圖。如上文所述，增益是指配備有增亮薄膜的背光照明的顯示器的軸向亮度(也就是，垂直於顯示器方向的亮度)與沒有這種薄膜的顯示器的軸向亮度的比率。
如關於圖1A和圖1B所述，常規結構化光學薄膜10具有夾角αP。散點圖120對應具有90°夾角αP的稜柱16和銳峰部19的光學薄膜10。如上文所確定，具有這種構造的結構化光學薄膜10的優質函數為5.8529。此外，具有這種構造的結構化光學薄膜10的增益約1.61。在圖6中，該點描繪為散點I20。
圖6中其餘的散點125示出了關於根據本發明的結構化光學薄膜30的增益的優質函數。為了產生散點125，改變結構化光學薄膜30的夾角θP，這導致優質函數和光學薄膜30的增益發生變化。稜柱36的夾角θS和稜柱38夾角θB保持在90°，曲率半徑rC保持在6μm。如圖所示，儘管由於稜柱38形狀的變化而使增益略微降低，但是相比於常規結構化光學薄膜10，優質函數的增加非常明顯。換句話說，以沿著薄膜法線的增益和強度的最小損失為代價，與常規結構化光學薄膜10相比，明顯降低了在大掠射角(即，大於±75°的角)的輻射強度。由於減小了大角度輸出，因此可以提高對比度和在優選視角的顯示器亮度。
總之，常規光學薄膜允許一些光線以相對於穿過顯示器的垂直軸線的允許角度範圍以外的角度射出光學顯示器。這些大角度光線產生不期望的超出優選視角的亮度區域，從而減少了在優選視角以內的潛在附加亮度，並且可能降低顯示器的對比度。本發明是一種用於將這些大角度光線回收到結構化光學薄膜以便在所需角度範圍內重新透射的增亮製品。該增亮製品具有包括多個導光突起的結構化表面。優選的是，結構化表面包括多個第一導光突起和多個第二導光突起。每個第一導光突起具有第一高度，並產生具有大角度凸角和通常垂直於結構化表面的凸角的光線分布。第二導光突起相對於第一導光突起設置。每個第二導光突起具有大於第一高度的第二高度，和使由第一導光突起以大角度凸角分布的光線變向的形狀。此外，第二導光突起的形狀使得以不期望的角度直接從背光源組件到達第二導光突起的光線更可能被反射回到背光源組件，而不是以大掠射角從該光學薄膜透射。
儘管參照優選實施例描述了本發明，但是本領域技術人員將會認識，在未背離本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行形式和細節上的改變。
權利要求
1.一種用於光學系統的增亮製品，所述增亮製品具有結構化表面，所述結構化表面包括多個第一導光突起，所述第一導光突起包括峰部和底部，所述峰部具有由第一對稜柱稜面限定的圓狀輪廓，所述底部由第二對稜柱稜面限定，其中，所述第一對稜柱稜面具有第一夾角，所述第二對稜柱稜面具有第二夾角，並且，所述第一夾角與所述第二夾角不同。
2.根據權利要求1所述的增亮製品，其中，所述第一夾角大於90°，所述第二夾角約90°。
3.根據權利要求1所述的光學顯示器組件，其中，所述峰部的曲率半徑小於約10.5μm。
4.根據權利要求1所述的增亮製品，其中，所述結構化表面由折射率大於約1.5的材料製造。
5.根據權利要求1所述的增亮製品，還包括高度小於所述第一導光突起的多個第二導光突起，所述第二導光突起與所述第一導光突起交替布置，並且產生具有大角度凸角和相對於所述結構化表面的法線處於優選角度的凸角的光線分布，其中，由所述第二導光突起以大角度凸角分布的光線由所述第一導光突起變向，以便以優選角度重新透射。
6.根據權利要求5所述的增亮製品，其中，所述第二導光突起與所述第一導光突起周期性交替布置。
7.根據權利要求5所述的增亮製品，其中，至少一個第二導光突起設置在相鄰的第一導光突起之間。
8.根據權利要求5所述的增亮製品，其中，所述第一夾角大於90°，所述第二夾角約90°。
9.根據權利要求5所述的增亮製品，其中每個所述第二導光突起都包括由夾角約90°的兩個稜柱稜面限定的峰部。
10.根據權利要求5所述的增亮製品，其中，第二對稜柱稜面的截斷高度基本上與多個第二導光突起的高度相似。
11.根據權利要求5所述的增亮製品，其中，所述結構化表面由折射率大於約1.5的材料製造。
12.根據權利要求5所述的增亮製品，其中，所述第一突起的高度至少為所述第二突起的高度的1.5倍。
13.根據權利要求12所述的增亮製品，其中，所述第一突起的高度至少為所述第二突起的高度的2倍。
14.根據權利要求13所述的增亮製品，其中，所述第一突起的高度至少為所述第二突起的高度的3倍。
15.根據權利要求1所述的增亮製品，其中，所述突起之間不存在連接區。
16.一種適用於具有背光光源的光學系統的增亮製品，所述增亮製品具有背向背光光源的結構化表面，並具有多個導光突起，所述導光突起的形狀做成基本上消除以相對於垂直增亮製品的軸線大於約75°角的凸角的光線分布。
17.根據權利要求16所述的增亮製品，其中，所述多個導光突起包括多個小稜柱，每個小稜柱都產生具有大角度凸角和相對於所述結構化表面的法線處於優選角度的凸角的光線分布；以及多個與所述小稜柱周期性交替布置的大稜柱，每個大稜柱都定位和成形為使由小稜柱以大角度凸角分布的光線變向。
18.根據權利要求17所述的增亮製品，其中，所述大稜柱包括峰部和底部，所述峰部由第一對稜柱稜面限定，所述底部由第二對稜柱稜面限定。
19.根據權利要求18所述的增亮製品，其中，所述第一對稜柱稜面與所述第二對稜柱稜面一體形成。
20.根據權利要求18所述的增亮製品，其中，所述第一對稜柱稜面具有第一夾角，所述第二對稜柱稜面具有第二夾角，並且，所述第一夾角與所述第二夾角不同。
21.根據權利要求19所述的增亮製品，其中，所述第一夾角大於90°，所述第二夾角約90°。
22.根據權利要求18所述的增亮製品，其中，所述峰部具有圓狀輪廓。
23.根據權利要求17所述的增亮製品，其中，所述小稜柱的高度小於大稜柱的高度的30％。
24.根據權利要求16所述的增亮製品，其中，所述多個導光突起包括多個多稜面稜柱，其包括峰部和底部，所述峰部具有由第一對稜柱稜面限定的圓狀輪廓，所述底部由第二對稜柱稜面限定，其中，所述第一對稜柱稜面具有第一夾角，所述第二對稜柱稜面具有第二夾角，並且，所述第一夾角與所述第二夾角不同。
25.根據權利要求24所述的增亮製品，其中，所述第一夾角大於90°，所述第二夾角約90°。
26.一種光學顯示器組件，包括顯示面板；背光源組件；以及光學薄膜，所述光學薄膜設置在所述背光源組件與所述顯示面板之間，並帶有朝所述顯示面板的結構化表面，所述結構化表面具有多個導光突起，導光突起構造成防止以相對於垂直光學薄膜的軸線大於75°角的凸角的光線分布。
27.根據權利要求26所述的光學顯示器組件，其中，所述顯示面板為液晶顯示器(LCD)。
全文摘要
本發明公開一種增亮製品，其中，透明薄膜(30，60，84)的表面結構(32)回收本來以大於75°角的角度射出LCD顯示器(82)的光(54，70)，以便增加亮度。所公開的結構可以不包括稜面夾角約90°的小稜柱(36，高度為5－20μm)，但它們都包括(大)稜柱(38，高度為20－50μm)，大稜柱的特徵是帶有夾角約96°的稜面(40，42)的(圓)峰部，以及帶有夾角約90°的稜面(44，46)的底部。圓峰部的曲率半徑(r
文檔編號G02F1/13GK101095076SQ200580045630
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月1日 優先權日2004年12月30日
發明者利蘭·R·惠特尼 申請人:3M創新有限公司