專利名稱：用于液晶顯示器的新型轉(zhuǎn)向膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于增強來自表面的亮度的顯示器照明制品(article)，尤其是 涉及將來自導光板的光重新定向的具有多個斜面的轉(zhuǎn)向膜。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)在成本和性能方面得到持續(xù)改進，成為許多計算機，儀器儀表， 和娛樂設施的優(yōu)選顯示類型。用于常規(guī)便攜式計算機顯示器的透射型LCD是背光型顯示 器，具有定位在LCD后面的光提供表面，用于將光向外、朝向LCD進行引導。提供具有足夠 均勻亮度同時保持緊湊和低成本的適當背光設備的挑戰(zhàn)已經(jīng)利用下面兩個基本方法之一 得到了解決。在第一種方法中，光提供表面用于提供高散射，基本上朗伯光分布，在大范圍 的角度上具有基本上不變的亮度。按照第一種方法，為了達到增加軸上和近軸亮度的目標， 已經(jīng)提出了多種增強膜，用于重新定向一部分具有朗伯分布的光以便提供更準直的照明。提供背光照明的第二種方法是使用導光板(LGP)，其接收來自定位在側(cè)面的燈或 其它光源的入射光并利用全內(nèi)反射(TIR)在其內(nèi)部引導該光，因此光以窄范圍的角度從 LGP出射。來自LGP的輸出光一般位于相對于法線相當大的錐角處，例如70度或更大。至 于該第二種方法，光轉(zhuǎn)向膜，一種光重新定向物品，被用于將從LGP輸出的出射光朝向法線 重新定向。定向轉(zhuǎn)向膜被廣義地稱為光重新定向制品或光重新定向膜，例如其設有可從 Clarex, Inc. ,Baldwin,NY得到的HSOT(高散射的光透射)導光板，定向轉(zhuǎn)向膜提供改進的 解決方案，其提供該類型的均勻背光，而不需要漫射膜或不需要在制造中點打印。HSOT導光 板和其它類型的定向轉(zhuǎn)向膜使用多種組合的棱鏡結(jié)構(gòu)陣列，以將來自導光板的光向法線重 新定向，或向一般相對于二維表面近法線的一些其它適當?shù)哪繕私嵌戎匦露ㄏ颉Ｗ鳛橐粋€ 例子，美國專利US 6, 746, 130 (Ohkawa)描述了用作LGP照明轉(zhuǎn)向膜的光控制片。參考圖1，示出了顯示設備100中導光板10的整體功能。來自光源12的光在輸入 表面18處入射并進入導光板10，導光板一般為如圖所示的楔形。光在光導板10內(nèi)傳播直 到全內(nèi)反射(TIR)條件無效，然后，有可能從反射表面142反射，在輸出表面16處出射導光 板。該光然后進入轉(zhuǎn)向膜20并被引導到照明光閘(light-gating)裝置120，例如IXD或其 它類型的空間光調(diào)制器或調(diào)制光的其它二維背光元件。對于在大多數(shù)情況下的最佳觀察， 出射光應當被提供在相對于法線V相對窄的角度范圍內(nèi)。偏振器IM—般配置在照明路徑 中以便為光閘裝置120，例如液晶單元，提供用于調(diào)制的適當偏振光。反射偏振器125可以 設置在吸收偏振器1 和轉(zhuǎn)向膜(turning film) 20之間。參考圖2，其示出了用于導光板10的常規(guī)轉(zhuǎn)向膜20a的示意截面圖，示出了各關(guān)鍵 角和幾何關(guān)系。轉(zhuǎn)向膜20a具有許多向下的面向?qū)Ч獍?0的棱柱結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)具有近表 面24 (相對于光源12近，如圖1的實施例中所示)和遠表面沈，兩側(cè)都從膜法線方向V傾 斜，形成頂角α，相對于水平線S，形成底角β 和β2。來自導光板10的光圍繞中心輸入 角θ in在小范圍的角度內(nèi)入射。傳遞到LC顯示元件的光的輸出角e。ut由許多因素決定， 該因素包括中心輸入角θ in，轉(zhuǎn)向膜20a的折射率n，和遠表面沈傾斜的底角β 。對于出射光的輸出角9。ut優(yōu)選相對于轉(zhuǎn)向膜20a垂直，然而，輸出角θ _可以被認為是目標角， 其對于一些應用可以相對于法線具有一些傾斜。對于大多數(shù)常規(guī)轉(zhuǎn)向膜，目標角是接近垂 直的。在一般的布置中，底角β 和β 2為大約56度，頂角α為68度。具有輸入角大約 θ η 70°的主(主要)光線50a被重新定向到接近垂直方向。然而，具有輸入角為大約 9in<70°的一些次光線50c，50cl可以沿圖2所示的路徑傳播。次光線50cl從法線方 向朝向相對較大的角度重新定向。此外，第二光線50c被光出射表面92全部向回反射。因 此，目前轉(zhuǎn)向膜對光的利用率并不令人滿意。參考圖3，示出了具有多個斜面的改進轉(zhuǎn)向膜90a的示意截面圖。改進了光利用率 的轉(zhuǎn)向膜90a具有一般小于90°的底角β 。此外，在轉(zhuǎn)向膜90a的制造期間，由于轉(zhuǎn)向膜 90a的非對稱性，因此難于精確地控制底角β 。從而，雖然已經(jīng)提出了適合于某些類型顯 示設備和應用的轉(zhuǎn)向膜的解決方案，但是仍然存在對于改進的轉(zhuǎn)向膜的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于使光朝向目標角重新定向的光重新定向制品，其包括(a) 包括多個光重新定向結(jié)構(gòu)的輸入表面，每個光重新定向結(jié)構(gòu)具有(i)具有兩個斜率的近 表面，在一個方向上遠離法線傾斜，由第一傾斜底角，第二傾斜角β 2，和第一半頂角α2 所限定，近表面在入射角的范圍內(nèi)接收入射照明；(ii)在與相對于輸入表面相反的方向上 遠離法線傾斜的遠表面，由第二底角Y1和第二半頂角Q1所限定；和(b)與輸入表面相對 的輸出表面，其中近和遠表面以角度(α1+α2)彼此相對，以及底角^大于或等于90度。本發(fā)明還提供一種用于使光朝向目標角重新定向的光重新定向制品，其包括(a) 包括多個光重新定向結(jié)構(gòu)的輸入表面，每個光重新定向結(jié)構(gòu)具有(i)具有兩個斜率的近 表面，在一個方向上遠離法線傾斜，由第一傾斜底角，第二傾斜角β2，和第一半頂角α2 所限定，近表面在入射角的范圍內(nèi)接收入射照明；(ii)在與相對于輸入表面相反的方向上 遠離法線傾斜的遠表面，由第二底角Y1和第二半頂角Q1所限定；和(b)與輸入表面相對 的輸出表面，其中近和遠表面以角度(α1+α2)彼此相對，兩個相鄰的光重新定向結(jié)構(gòu)具有 間隙G和節(jié)距P，G/P處于大約0. 08和0. 12之間的范圍內(nèi)。


圖1是示出常規(guī)顯示設備元件的截面圖；圖2是示出具有朝向光導板、面向下的棱柱結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向膜的示意截面圖；圖3是示出現(xiàn)有轉(zhuǎn)向膜的單個單元的示意截面圖，該轉(zhuǎn)向膜具有在棱柱結(jié)構(gòu)的近 表面上的兩個斜率，該棱柱結(jié)構(gòu)具有小于90°的底角；圖4Α是示出根據(jù)本發(fā)明的具有等于或大于90°的底角的轉(zhuǎn)向膜的兩個單元的示 意截面圖；圖4Β是示出根據(jù)本發(fā)明的具有間隙G的轉(zhuǎn)向膜的兩個單元的示意截面圖；圖5是示出用于LCD顯示系統(tǒng)的本發(fā)明的轉(zhuǎn)向膜的示意截面圖；圖6A是示出具有一對偏振器的LCD的示意頂視圖，該偏振器相對于轉(zhuǎn)向膜的光重 新定向結(jié)構(gòu)的凹槽以45度定向；圖6B是示出具有一對偏振器的LCD的示意頂視圖，該偏振器平行或垂直于轉(zhuǎn)向膜的光重新定向結(jié)構(gòu)定向；以及圖6C是示出具有弓形凹槽的轉(zhuǎn)向膜的示意頂視圖。
具體實施例方式本發(fā)明裝置中使用的光重新定向結(jié)構(gòu)，其通常成形為棱鏡。真實的棱鏡具有至少 兩個平坦的面。然而，因為光重新定向結(jié)構(gòu)的一個或多個表面在所有實施例中不需要是平 坦的，而是可以彎曲或具有多個部分，因此，更普遍的術(shù)語“光重新定向結(jié)構(gòu)”用于本說明書 中。圖3示出了轉(zhuǎn)向膜90a的一個單元，其包括具有光輸入表面94和光出射表面92的 基底96。在膜90a的光輸入表面94的一側(cè)上是棱柱結(jié)構(gòu)，其由點Pl，P2，P3和P4所描述 并且特征在于近表面M和遠表面沈，近表面由至少第一平坦部分2 和第二平坦部分24b 構(gòu)成，第一部分2 和水平方向S之間的角度β 2小于第二部分24b和水平方向S之間的角 度 ^。棱柱結(jié)構(gòu)可以進一步通過兩個半頂角、和Q2，節(jié)距P和高度H，以及三個投影尺 寸L1,L2和L3進行描述。棱柱結(jié)構(gòu)由折射率為η的材料制成，基底可以具有大于、等于或小 于η的折射率。選擇棱柱結(jié)構(gòu)的形狀和折射率η，使得來自導光板10的主光線50a，入射角 大于主光線50a的次光線50b，以及入射角小于主光線50a的次光線50c的特征如下所述 主光線50a通過近表面M的第一部分2 折射，隨后由于在遠表面處沈的全內(nèi)反射而進 行反射，最后朝向目標角出射(通常離膜的法線在5度之內(nèi))；次光線50b也通過近表面M 的第一部分2 折射，隨后由于在遠表面沈處的全內(nèi)反射而進行反射，最后沿從其原始方 向比主光線50a更彎曲的方向出射；以及次光線50c通過近表面M的第二部分24b折射， 隨后由于在遠表面處沈的全內(nèi)反射而進行反射，最后，如果第二部分24b與第一部分Ma 具有相同斜率，沿更接近于目標方向的方向出射。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向膜90b的兩個相鄰單元，其包括具有光輸入表面 94和光出射表面92的基底96。在膜90b的光輸入表面94的一側(cè)上是棱柱結(jié)構(gòu)，其由對于 一個單元的點P1，P2，P3和P4以及對于另一個單元的點P1’，P2’，P3’和Ρ4’所描述，并且 特征在于近表面M和遠表面沈，近表面由至少第一平坦部分2 和第二平坦部分24b構(gòu) 成，第一部分2 和水平方向S之間的角度β 2小于第二部分24b和水平方向S之間的角 度 ^。棱柱結(jié)構(gòu)可以進一步通過兩個半頂角、和Q2，節(jié)距P和高度H，以及三個投影尺 寸L1, L2和L3進行描述。棱柱結(jié)構(gòu)由折射率為η的材料制成，基底可以具有大于，等于或小 于η的折射率。選擇棱柱結(jié)構(gòu)的形狀和折射率η使得來自導光板10的主光線50a，入射角 大于主光線50a的次光線50b，以及入射角小于主光線50a的次光線50c具有與圖3所示的 轉(zhuǎn)向膜90a相似的特性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，改進的轉(zhuǎn)向膜90b具有近底角>90°。注意在圖4A 中，底角是銳利的，但是它也可以是圓形的，意味著可以存在接近于點ΡΓ和Pi的曲率。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，改進的轉(zhuǎn)向膜90b具有兩個相鄰棱鏡的基點P4’和Pl之 間的間隙G。結(jié)果，投影尺寸L1是負的，因為它是在一個棱鏡的兩個相鄰點在水平方向S上 的投影坐標之間的差值，同時保持IVP+L2/P+L3/P = 1。
轉(zhuǎn)向膜90b的實施例(表示為“I”)和比較例(表示為“C”)在表1-表2中示出。 在所有這些例子中，折射率η被保持在1. 5不變，棱鏡的節(jié)距P為大約50 μ m,盡管它可以在15至150 μ m的范圍內(nèi)，優(yōu)選在20至75 μ m的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在25至50 μ m的范圍內(nèi)。 當η和P保持不變時，存在4個獨立參數(shù)以確定轉(zhuǎn)向膜90b的形狀，這些參數(shù)被選擇為L1/ P，L2/P，^和β2。高度H和角度可以被計算為
權(quán)利要求
1.一種用于使光朝向目標角重新定向的光重新定向制品，其包括(a)包括多個光重新定向結(jié)構(gòu)的輸入表面，每個光重新定向結(jié)構(gòu)具有(i)具有兩個斜率的近表面，在一個方向上遠離法線傾斜，由第一傾斜底角β”第二傾 斜角β2，和第一半頂角α 2所限定，近表面在入射角的范圍內(nèi)接收入射照明；( )在與相對于輸入表面相反的方向上遠離法線傾斜的遠表面，由第二底角Y1和第 二半頂角h所限定；和(b)與輸入表面相對的輸出表面，其中近和遠表面以角度(α1+α2)彼此相對，以及底角^大于或等于90度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光重新定向制品，其中角度(α1+α2)處于從60至70度的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光重新定向制品，其中底角^處于從90至98度的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光重新定向制品，其中兩個相鄰的光重新定向結(jié)構(gòu)具有間隙G和 節(jié)距P，G/P處于大約0. 08和0. 12之間的范圍內(nèi)。
5.一種用于使光朝向目標角重新定向的光重新定向制品，其包括(a)包括多個光重新定向結(jié)構(gòu)的輸入表面，每個光重新定向結(jié)構(gòu)具有(i)具有兩個斜率的近表面，在一個方向上遠離法線傾斜，由第一傾斜底角β”第二傾 斜角β2，和第一半頂角α 2所限定，近表面在入射角的范圍內(nèi)接收入射照明；( )在與相對于輸入表面相對的方向上遠離法線傾斜的遠表面，由第二底角Y1和第 二半頂角h所限定；和(b)與輸入表面相對的輸出表面，其中近和遠表面以角度(a Jd2)彼此相對，兩個相鄰的光重新定向結(jié)構(gòu)具有間隙G和 節(jié)距P，G/P處于大約0. 08和0. 12之間的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光重新定向制品，其中底角^處于從90至98度的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種用于液晶顯示器的新型轉(zhuǎn)向膜。本發(fā)明提供一種用于使光朝向目標角重新定向的光重新定向物品，其包括包含多個光重新定向結(jié)構(gòu)的輸入表面。每個光重新定向結(jié)構(gòu)具有(i)具有兩個斜面的近表面，在一個方向上遠離法線傾斜，由第一傾斜底角β1，第二傾斜角β2，和第一半頂角α2所限定，近表面在入射角的范圍內(nèi)接收入射照明；(ii)在與相對于輸入表面相對的方向上遠離法線傾斜的遠表面，由第二底角γ1和第二半頂角α1所限定。此外，光重新定向結(jié)構(gòu)具有(b)與輸入表面相對的輸出表面，其中近和遠表面以角度(α1+α2)彼此相對，以及底角β1大于或等于90度。
文檔編號G02B5/04GK102103226SQ20101062145
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者J·格林納, 朱新羽, 米向東 申請人:Skc哈斯顯示器薄膜有限公司