專利名稱：面光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及面光源裝置，具體涉及用作圖像顯示裝置，例如液晶顯示裝置等中的后照光的面光源裝置。
背景技術(shù)：
在這些常規(guī)面光源裝置中，在從光波導(dǎo)的上表面2a或后表面2b上反射之后，或完全沒有反射，從發(fā)光單元1輸出的光被設(shè)置在光波導(dǎo)以下的反射器或漫射圖形向上漫射。按照光學(xué)方法設(shè)計棱鏡的角度，漫射圖形的不均勻角度，漫反射油墨的打印點，可以確保亮度是沿表面方向增大，和整個表面被會聚到其他表面上極其狹窄角的光均勻地照明，這是利用光到達棱鏡片上的棱鏡會聚效應(yīng)。
然而，雖然在常規(guī)發(fā)光單元中采用諸如芯片型LED的發(fā)光二極管作為點光源，但是如圖3所示，這種類型發(fā)光二極管有方向性，它從發(fā)光二極管11的點光源中以0°角向下直接射出的光給出最強的光并到達最遠。在0°角兩側(cè)以30°角和60°角射出的光是弱的，并且不能到達很遠，因此，均勻光的范圍是伸長的橢圓圖形11a。由于這個原因，在利用具有方向性的發(fā)光二極管作為光源時，例如，芯片型LED，采用圖4(a)所示有微棱鏡12m的光波導(dǎo)，用于均勻從面光源裝置中輸出的光量，這些微棱鏡形成同心圓的圖形P中心是在圖4(b)所示的點光源11上。這意味著，從點光源輸出的光軸和微棱鏡的圖形P在每個位置上互相成90°角，并且在光波導(dǎo)中心和邊緣上的光被相同密度的微棱鏡反射，與常規(guī)的裝置比較，可以提高輸出光的亮度和光的均勻性。然而，即使在這種情況下，仍然存在這樣的困難，從諸如發(fā)光二極管11的點光源輸出的光具有圖3所示方向性，雖然從圖4(b)中點光源11中心部分橫向輸出光的中心部分是明亮的，但是四個角是黑暗的，尤其是在左上角和左下角。為了克服這個困難，有人曾建議把點光源11放置在光波導(dǎo)的角12c上，或放置在同心圓圖形P的中心或在光波導(dǎo)中各個角的鄰近，例如，在Japanese Patent No.2001-143512中所建議的。
現(xiàn)在，在利用有這種類型點光源作為液晶屏后照光的面光源裝置時，液晶顯示屏上的有效可視角通常是在30°(±15°)左右。然而，在圖1所示的面光源裝置或圖2所示的面光源裝置中，圖3中的實線表示從棱鏡圖形中輸出光的方向性，由于這個定向點光源的特性，從棱鏡圖形中輸出光的方向性容易造成圖3中實線所示類型光的徑響圖形不均勻性，從傾斜方向上看到的亮度不均勻性尤其明顯。在采用單個點光源而不是多個點光源的情況下，這是特別明顯的。因此，通過增大點光源的數(shù)目，在某種程度上可以解決亮度不均勻性的問題。然而，增大點光源的數(shù)目產(chǎn)生增加成本的問題。因此，我們需要這樣的面光源裝置，其中在從傾斜方向觀看時，單個點光源不會造成這種明顯的不均勻性。這同樣適用于圖4和圖5所示具有同心圓棱鏡圖形的面光源裝置。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種面光源裝置，該裝置能夠有效地輸出具有很小亮度不均勻性的光，特別是從傾斜方向觀看顯示屏?xí)r，它有很小的亮度不均勻性，此外，在從屏幕正前方觀看時很明亮。

發(fā)明內(nèi)容
我們已經(jīng)詳細地研究了這個問題，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)可以按照以下的方法解決這個困難，具有方向性的光漫射膜放置在所述光波導(dǎo)的光輸出面附近。方向性是指漫射程度隨方向而變化，且通過使光漫射片中發(fā)生漫射的角度(方向性)正確地對應(yīng)于發(fā)生亮度不均勻性的角度，可以防止亮度的不均勻性。
換句話說，本發(fā)明涉及以下(1)-(7)中引用的面光源裝置(1)一種有發(fā)光單元的面光源裝置，包括點光源和光波導(dǎo)，反射面是在光波導(dǎo)的相反側(cè)面，并且還有棱鏡圖形，其特征是，定向光漫射膜是在光波導(dǎo)的光輸出面附近，它漫射并允許光透射，包括不同折射率的兩個物相，有較高折射率的物相包含多個沿薄膜厚度方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)，所述柱狀結(jié)構(gòu)垂直于薄膜的法線方向，且其最大漫射角是在10°-40°之間。
(2)按照權(quán)利要求(1)的面光源裝置，其特征是，利用含直徑為0.1-50nm微粒的光漫射粘合劑，所述定向光漫射膜粘接到所述光波導(dǎo)或有棱鏡圖形的棱鏡片。
(3)按照權(quán)利要求(2)的面光源裝置，其特征是，所述光漫射粘合劑包含直徑在1-100nm范圍內(nèi)的微粒，其折射率等于或大于1.8。
(5)按照權(quán)利要求(1)-(4)中任何一個的面光源裝置，其特征是，所述結(jié)構(gòu)是這樣的結(jié)構(gòu)，折射率是沿所述柱狀結(jié)構(gòu)的軸線逐漸變化。
(6)按照權(quán)利要求(1)-(5)中任何一個的面光源裝置，其特征是，所述發(fā)光單元放置成面向光波導(dǎo)端面的中心。
(7)按照權(quán)利要求(1)-(6)中任何一個的面光源裝置，其特征是，所述發(fā)光單元放置成面向光波導(dǎo)的傾斜端面。


圖1是常規(guī)面光源裝置例子的示意剖面圖。
圖2是另一個常規(guī)面光源裝置例子的示意剖面圖。
圖3是點光源輻照強度的分布曲線圖。
圖4是常規(guī)面光源裝置例子的示意剖面圖和平面圖，其中點光源放置在光入射到光波導(dǎo)端面的中心。
圖5是常規(guī)面光源裝置的結(jié)構(gòu)圖，其中點光源放置在光入射到光波導(dǎo)的傾斜端面。
圖6是本發(fā)明面光源裝置例子的示意剖面圖。
圖7是另一個本發(fā)明面光源裝置例子的示意剖面圖。
圖8是另一個本發(fā)明面光源裝置例子的部分示意剖面圖。
圖9是另一個本發(fā)明面光源裝置例子的部分示意剖面圖。
圖10是定向光漫射膜的部分示意剖面圖，在聚合物薄膜中有高折射率的柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)，和光垂直入射的漫射和光透射特性曲線圖。
圖11是定向光漫射膜的光透射特性曲線圖。
圖12是定向光漫射膜的光透射特性曲線圖，該薄膜組合定向光漫射膜與光漫射粘合劑層。
13是本發(fā)明另一個面光源裝置例子的部分示意剖面圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。圖6是本發(fā)明實施例面光源裝置的示意剖面圖，該裝置有點光源構(gòu)成的發(fā)光單元11，光波導(dǎo)12，反射器13，其反射面是在光波導(dǎo)的后表面上，有定向光漫射膜14和棱鏡圖形的棱鏡片15。圖7是本發(fā)明另一個實施例面光源裝置的示意剖面圖。在圖7中，借助于光漫射粘合劑層16，圖6中面光源裝置的定向光漫射膜14粘接到光波導(dǎo)12。圖8和圖9是本發(fā)明另一個實施例面光源裝置的部分示意剖面圖。在圖8和圖9中，棱鏡圖形P是在光波導(dǎo)12的下表面12b。若棱鏡圖形P是在光波導(dǎo)的下表面12b，則可以省略棱鏡片15。此外，如圖9所示，真空沉積金屬的反射層18可以形成在光波導(dǎo)的下表面。應(yīng)當注意，在圖7-9中已省略與圖6所示部件相同的描述。現(xiàn)在更具體地描述本發(fā)明面光源裝置中的發(fā)光單元，光波導(dǎo)，反射器，定向光漫射膜，棱鏡片等。
首先，諸如液晶顯示裝置的圖像顯示裝置中發(fā)光單元可以是任何類型的發(fā)光單元，只要它是用作常規(guī)后照光光源所用類型的點光源。使用餓發(fā)光二極管(LED)可以包括各種材料，例如，GaP，GaAlAs，和InGaAlP以及它們的變體。在本發(fā)明中，發(fā)光單元是單個LED燈，如圖4和圖5所示，它通常放置在光入射到光波導(dǎo)端面的中心或與端面成一角度，且面向光入射到光波導(dǎo)12的端面。
光波導(dǎo)12是板狀構(gòu)件，它包含高折射率的透明材料。用作常規(guī)光波導(dǎo)材料的任何材料適合于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的材料，但是從其透明度和折射率觀點考慮，聚碳酸酯樹脂和偏丙烯樹脂是特別優(yōu)選的。光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)也可以類似于常規(guī)光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，在需要時也可以形成光波導(dǎo)的后表面(下表面)12b，其中有非均勻結(jié)構(gòu)或打印漫射圖形12d。此外，如圖8所示，棱鏡圖形P是在光波導(dǎo)12的下表面，這意味著光波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)墓獗环瓷?，并可以安排成光從面光源裝置的輸出面上輸出。
可以使用任何類型的反射器，只要它是光反射型。優(yōu)選型反射器包括諸如鋁箔的金屬片，金屬板或合成樹脂片，或真空沉積金屬片，這些板或片上可以形成銀，鋁等的光反射面，但不局限于這些反射器，可以使用常規(guī)面光源裝置中用作反射器的任何類型反射器。白漫射板也可用作反射器。此外，如圖9所示，在利用白漫射板形成反射膜的情況下，就不需要反射器，反射器層包括真空沉積到光導(dǎo)板后表面上的金屬層。
圖10(a)表示定向光漫射膜14的部分示意剖面圖，在用于本發(fā)明的面光源裝置中時具有本發(fā)明的主要特性。定向光漫射膜14是漫射并允許光透射通過的光漫射膜，包括有不同折射率的兩個物相21和22，較高折射率的物相22包含多個沿薄膜厚度方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)。定向光漫射膜14形成在所述光波導(dǎo)12的頂部。在棱鏡片15用于本發(fā)明面光源裝置的情況下，定向光漫射膜14可以形成在棱鏡片15與光波導(dǎo)12之間，而且也可以形成在棱鏡片15上。
現(xiàn)在參照圖10(a)和10(b)解釋在這種定向光漫射膜中發(fā)生的光漫射現(xiàn)象。在圖10(a)中，形成具有高折射率的多個柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)22。在這種定向光漫射膜中，高折射率和直徑接近光波長的柱狀區(qū)以垂直于薄膜表面的方向形成在低折射率的聚合物薄膜21中。這些高折射率柱狀區(qū)22的功能是作為柱狀透鏡，因此，折射率是在高折射率柱狀區(qū)22與低折射率柱狀區(qū)21之間的界面處逐漸變化，垂直入射到薄膜上的光，即，平行于柱狀區(qū)軸的光，可以制成展示高斯分布的漫射，例如，其半寬度約為10°-20°。在圖10(a)所示的定向光漫射膜14中，當光以相對于柱狀區(qū)軸傾斜角入射時，隨著它與薄膜14的入射角增大，光的漫射減小和透射率增大。例如，在與薄膜表面的角度為45°-60°的情況下，完全不發(fā)生光的漫射，光可以透射通過。
圖10(b)表示當與薄膜表面成垂直角度(入射角為0°)的入射光透射通過這個薄膜時，輸出角度為θ的透射光強度分布。透射光強度形成高斯分布，并以可選取的這個半寬度漫射出去。在圖10(b)中，半寬度是10°。
對于光漫射膜中柱狀結(jié)構(gòu)的尺寸沒有限制，但它的直徑最好是在10nm與100μm之間的范圍內(nèi)。對于薄膜的厚度也沒有限制，但它通常是約在2-100μm的范圍內(nèi)。此外，柱狀結(jié)構(gòu)的形狀不限于圓柱結(jié)構(gòu)，也可以是橢圓形或其他結(jié)構(gòu)，而且對于這些形狀的尺寸沒有限制。此外，每種柱狀結(jié)構(gòu)可以是規(guī)則或無規(guī)則的排列。
在形成光漫射膜中柱狀結(jié)構(gòu)的方法中沒有特別的限制，它可以選自現(xiàn)有的任何常規(guī)方法，但是，優(yōu)選的方法是一種有選擇地輻照輻射敏感聚合物薄膜以形成有高折射率的柱狀結(jié)構(gòu)。在輻照之前，聚合物薄膜可以是預(yù)聚物或單體，如果需要，在利用諸如加熱方法的輻照之后，可以使它聚合成聚合物。此時，優(yōu)選方法是這樣一種方法，其中利用有預(yù)設(shè)角度的輻射通過制成圖形的掩模照射輻射敏感聚合物薄膜，利用這種方法，可以在柱狀結(jié)構(gòu)與基片薄膜之間的界面上形成有逐漸變化折射率的柱狀結(jié)構(gòu)。制成掩模的方法可以是常規(guī)使用的任何方法。作為形成柱狀結(jié)構(gòu)的另一種方法，輻射光束以設(shè)定角度輻照到輻射敏感聚合物薄膜上，其中僅僅曝光所需的部分，因此，可以使輻射敏感聚合物薄膜直接地進行聚合而不使用掩模。還有另外一種方法，其中利用激光束或其他方法使孔徑形成聚合物薄膜上，此后，高折射率材料填充到該孔徑中。對于輻射敏感聚合物薄膜材料沒有具體的限制，但是，它可以采用商品化材料，例如，DuPont的OMNIDEX(注冊商標)，商品名是HRF 150和HRF 600。
包含聚合物薄膜基片材料的低折射率區(qū)21折射率和高折射率區(qū)22折射率不受本發(fā)明的限制，它可以選取為適合于所需的光漫射特性，但最好是在1.2-1.8的范圍內(nèi)，更好的是在1.35-1.8的范圍內(nèi)。由于色彩效應(yīng)，具有雙折射率的材料是不理想的，但具有雙折射率的材料可用在雙折射率落在可接受范圍內(nèi)的情況。優(yōu)選的是，基片聚合物薄膜和高折射率區(qū)的實際材料有高的光透射率。聚合物薄膜基片材料的折射率與高折射率區(qū)的折射率之差通常設(shè)置在0.005-0.2的范圍內(nèi)。在折射率小于0.05的情況下，不容易獲得合適的漫射特性。聚合物薄膜基片和高折射率區(qū)的折射率可以是所謂的階躍折射率型，它在兩個物相之間界面處發(fā)生快速的變化，但是形成折射率逐漸變化的柱狀結(jié)構(gòu)的所謂階躍折射率型是優(yōu)選的，因為它具有理想的漫射特性。
圖11表示本發(fā)明中所用光漫射膜的透射特性例子。垂直入射(入射角為0°)到光漫射膜的光是部分地被透射，但是當入射角增大時，漫射也增大，在特定角度下達到最大值。在圖11中，漫射是在±15°下是最大值。例如，相對于薄片表面以45°-60°之間角度入射的光幾乎沒有漫射地透射通過。這是一種非常特殊的光學(xué)特性，而利用這種特性可以消除面光源裝置中采用點光源形成的亮度不均勻性。換句話說，可以消除在從傾斜角度觀看時通常見到的亮度不均勻性，這是借助于漫射沿傾斜方向輸出的光，其中來自點光源的光不均勻性，特別是在圖3所示點光源發(fā)射的光在0°方向產(chǎn)生的光不均勻性(例如，圖3中所示的實線)，這種光的不均勻性是在傾斜方向觀看圖像顯示裝置時看到的，通過確保定向光漫射膜的漫射角廣泛地匹配可能發(fā)生光不均勻性的傾斜觀察角。應(yīng)當注意，可以定義AOV(視角)作為光漫射的參數(shù)。AOV越小，則漫射特性就越小，看到的光是透射光。實驗上，當激光被引導(dǎo)到薄膜上時，通過旋轉(zhuǎn)發(fā)光單元180°角可以測量光強。AOV的定義是光強分布的半寬度角。圖11中所示光漫射膜沿垂直方向的AOV小于10°，它表示直線光透射率大于5％，指出有很小的漫射。沿0°方向的AOV和直線光透射率可以容易地隨定向光漫射膜中高折射率區(qū)與聚合物薄膜中低折射率區(qū)之間的折射率差，柱狀結(jié)構(gòu)的密度和直徑而變化。還可以根據(jù)需要控制最大漫射角，它取決于定向光漫射膜中高折射率區(qū)與聚合物薄膜中低折射率區(qū)之間折射率差，柱狀結(jié)構(gòu)直徑，薄膜厚度，和相對于柱狀結(jié)構(gòu)軸的傾斜角。
所述光漫射膜的三個主要特性可總結(jié)如下(1)定向光漫射膜至少包括不同折射率的兩個物相，該薄膜漫射和透射光，并有透鏡型的柱狀結(jié)構(gòu)，其折射率最好是逐漸變化的。
(2)所述定向光漫射膜中至少一個較高折射率的物相是與薄膜厚度方向垂直的柱狀結(jié)構(gòu)，它不產(chǎn)生沿垂直方向的漫射。
(3)與所述薄膜厚度方向垂直的柱狀結(jié)構(gòu)中各個軸互相平行，且這些軸是在薄膜的法線方向。
第(2)條是確保光沿垂直方向輸出特別需要的特性，它并不妨礙光波導(dǎo)和棱鏡片所收集光的會聚。
現(xiàn)在描述本發(fā)明中使用的光漫射粘合劑，它包含直徑為0.1-50μm的微粒。在本發(fā)明中，光漫射粘合劑可以使光漫射膜與光波導(dǎo)粘接在一起，并利用它形成光漫射粘合層16，其中光在光漫射膜與光波導(dǎo)之間均勻地漫射。這種類型光漫射粘合劑可以利用本領(lǐng)域熟知的常規(guī)方法制成，且通常是在制成的粘合劑基片樹脂內(nèi)包含填充劑。
光漫射粘合劑的基片樹脂例子包括聚酯樹脂，環(huán)氧樹脂，聚氨酯樹脂，硅樹脂，丙烯酸樹脂，等等。這些樹脂可以是單獨使用或在兩種或多種化合物中使用。丙烯酸樹脂具有可靠的防水，防熱和防光性能，它有良好的粘接本領(lǐng)和透明度，且特別容易調(diào)整它的折射率以適合液晶顯示器。丙烯酸粘合劑的例子包括丙烯酸及其酯，偏丙烯酸及其酯，丙烯酰胺，丙烯單體的均聚物，例如，丙烯腈或其共聚物，以及所述丙烯單體和芳族乙烯單體中至少一種的共聚物，例如，醋酸乙烯酯，無水馬來酸和苯乙烯。具體地說，在主要單體中，例如，乙烯丙烯酸，丙烯酸丁酯，丙烯酸-2-乙基己酯具有粘合性質(zhì)，諸如醋酸乙烯酯，丙烯腈，丙烯酰胺，苯乙烯，偏丙烯酸酯，和甲基丙烯酸的單體作為粘合成分，包括功能單體的共聚物，例如，偏丙烯酸，丙烯酸，衣康酸，羥基乙基丙烯酸，羥基丙基偏丙烯酸，二甲基氨基乙基偏丙烯酸，丙烯酰胺，羥甲基丙烯酰胺，縮水甘油偏丙烯酸(glycidylmetacrylate)，脫水馬來酸可以進一步提高粘接性并提供橋鍵的起始點，Tg(玻璃轉(zhuǎn)變點)是在-60°與-15°之間，加權(quán)平均分子量在200,000與1,000,000之間的化合物是優(yōu)選的。
作為光漫射粘合劑的硬化劑，諸如金屬螯合物，異腈酸鹽和環(huán)氧樹脂的橋鍵復(fù)合物根據(jù)需要可以單獨使用或構(gòu)成兩種或多種的復(fù)合物。在包含以下描述的填充劑時，最好是混合這種丙烯酸粘合劑，使它的粘合力是在100-2000g/25mm的范圍內(nèi)。利用小于100g/25mm的粘合力，抗環(huán)境影響是不利的，特別是在高溫和高濕度下可以發(fā)生分離的危險，而在粘合力大于2000g/25mm的情況下，其缺點是不能去除和重新固定薄膜，或粘合劑仍保留在背后。丙烯酸粘合劑的折射率最好是在1.45-1.70的范圍內(nèi)，更好的是在1.5-1.65的范圍內(nèi)。
包含在光漫射粘合劑結(jié)構(gòu)中用于漫射光的填充劑例子包括白色無機顏料，例如，二氧化硅，碳酸鈣，碳酸氫鋁，碳酸氫鎂，粘土，滑石，和二氧化鈦，以及透明或白色有機顏料，例如，丙烯酸樹脂，聚苯乙烯樹脂，環(huán)氧樹脂，和硅樹脂。在選取丙烯酸粘合劑時，硅珠和環(huán)氧樹脂珠是優(yōu)選的，因為它們相對于丙烯酸粘合劑具有優(yōu)良的散布能力，可以實現(xiàn)均勻和高質(zhì)量的光漫射。填充劑的形狀最好是圓形，它可以均勻地漫射光。
這種填充劑微粒的直徑應(yīng)當是在0.1-50μm的范圍內(nèi)，最好是在0.1-20μm的范圍內(nèi)，更好的是在0.5-10μm的范圍內(nèi)。1-10μm的范圍是特別優(yōu)選的。若微粒的直徑小于0.1μm，則填充劑沒有理想的效應(yīng)，它不利于光的漫射，且圖像的背景容易變成輕微的鋁色。與此同時，需要盡可能精細地散射光以確保白紙質(zhì)量；若微粒的直徑大于50μm，則顆粒太粗糙，使圖像的背景呈現(xiàn)毛面光潔度，從而降低白紙效應(yīng)并使圖像的對比度退化。
本發(fā)明中填充劑折射率與粘合劑折射率之差需要在0.05-0.5之間的范圍內(nèi)，最好是在0.05-0.3的范圍內(nèi)。若折射率之差小于0.05，則不發(fā)生光的漫射，不能得到滿意的白紙效應(yīng)。此外，若折射率之差大于0.5，則內(nèi)部漫射太大，使總體光透射率退化，不能得到白紙效應(yīng)。此外，填充劑的折射率最好小于粘合劑的折射率，因為它容易調(diào)整，和提高生產(chǎn)率。
包含在粘合劑基片樹脂中的填充劑數(shù)量最好是在重量百分比為1-40％的范圍內(nèi)，更好的是在重量百分比為3-20％的范圍內(nèi)。若填充劑的重量百分比小于1％，則很難使填充劑實現(xiàn)漫射光的效應(yīng)，且光的漫射退化，使它很難在寬廣的視角下獲得提高的屏幕亮度和可見度，本發(fā)明的效應(yīng)。與此同時，若所含填充劑數(shù)量的重量百分比大于40％，則光漫射層的粘接能力下降，且很容易剝離，其危險性是耐久性下降，它不能完成作為光漫射層的功能。
包含在光漫射膜中的最佳填充劑是具有良好透明度的塑料珠，它與基質(zhì)樹脂折射率之差在上述范圍內(nèi)是優(yōu)選的。這種優(yōu)選型塑料包括蜜胺珠(折射率為1.57)，丙烯酸珠(折射率為1.49)，丙烯酸苯珠(折射率為1.54)，聚碳酸酯珠，聚乙烯珠，和氯乙烯珠。還可以使用無機填充劑，例如，二氧化鈰(CeO2，折射率為1.63)。在二氧化鈰的情況下，可以得到直徑為5nm左右的微粒，但如以上所解釋的，直徑在0.1μm-50μm范圍內(nèi)的微粒是最佳的選擇。
在比較填充劑的折射率時，其中所用樹脂的折射率是低的，具有較高折射率的微粒，例如，無機微粒TiO2(折射率為2.3-2.7)，Y2O3(折射率為1.87)，La2O3(折射率為1.95)，ZrO2(折射率為2.05)，其顆粒直徑是在1-100nm的范圍內(nèi)，最好是在幾nm至幾十nm的范圍內(nèi)，添加到光漫射粘合劑中以保持薄膜漫射性質(zhì)所要求的數(shù)量，并可用于向上調(diào)整折射率。微粒的折射率越大越好，通常是等于或大于1.8，最好是等于或大于1.9，更好的是等于或大于2.0。微粒的直徑大于100nm不合適的，因為這可以影響透明度，雖然沒有規(guī)定具體的限制，直徑在1nm左右是優(yōu)選的，例如，從實際和容易散布的觀點考慮，直徑等于或大于5nm的微粒是優(yōu)選的。通過添加上述高折射率的無機微粒到低折射率的光漫射粘合劑中，并提高粘合劑基片材料的折射率，可以制成折射率高于折射率為1.45-1.7光波導(dǎo)的光漫射粘合劑，并利用這種有高折射率的光漫射粘合劑粘接定向光漫射膜和光波導(dǎo)，可以消除光波導(dǎo)與光漫射粘合劑之間界面的臨界角，并防止發(fā)生全反射。因此，可以有效地從光波導(dǎo)中提取光，由于在正常情況下全反射可以使光從橫向逸出，從而可以有效地利用光。
應(yīng)當注意，圖12表示光漫射膜的直線光透射率，其中定向光漫射膜與光漫射粘合劑組合。在圖12的例子中，沿垂直方向的透射率是高的，其漫射峰遠離垂直方向10°-15°，沿垂直方向的光漫射很小，從而允許設(shè)計光波導(dǎo)中的光入射到具有傾斜漫射的液晶顯示屏面。在面光源裝置中本發(fā)明解決的具體困難是沿傾斜方向的不均勻亮度，利用所述光漫射膜的傾斜漫射，可以有效地消除不均勻亮度。具體地說，在液晶顯示裝置中，在10°-50°之間通常有嚴重的亮度不均勻性，本發(fā)明中使用的光漫射膜在10°-40°之間有漫射峰，這意味著它用于防止亮度不均勻性是最佳的。如上所述，根據(jù)需要可以改變這個角度，這是通過改變高折射率薄膜區(qū)與低折射率薄膜區(qū)之間折射率差，柱狀結(jié)構(gòu)直徑，薄膜厚度，和輻射角實現(xiàn)的。除了這個特性以外，可以容易地防止光透射率的退化，這是由于光波導(dǎo)與光漫射膜之間或光漫射膜與棱鏡片之間的間隙中存在光，其中利用粘合劑可以粘接光漫射膜到光波導(dǎo)或棱鏡片，這對于從提高液晶顯示裝置中對比度和可見度的觀點考慮也是優(yōu)選的。
此外，本發(fā)明的面光源裝置設(shè)置在液晶顯示屏之后，面光源裝置可以設(shè)置在液晶顯示屏的低偏振板以下，其結(jié)果是，諸如定向光漫射膜的光學(xué)薄膜和棱鏡片設(shè)置成遠離液晶顯示屏。因此，即使在諸如定向光漫射膜的光學(xué)薄膜和棱鏡片中存在缺陷，不但很難觀察到這種缺陷，而且由于容易得到這樣的定向光漫射膜，它沒有規(guī)則地重復(fù)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，因此，在液晶顯示屏與光學(xué)薄片之間不太可能產(chǎn)生莫爾條紋。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳配置 現(xiàn)在參照具體實施例描述本發(fā)明，雖然本發(fā)明并不局限于以下的實施例。
第一個實施例現(xiàn)在參照圖4(b)和圖6描述本發(fā)明第一個實施例的面光源裝置。圖6所示第一個實施例的面光源裝置包括點光源11，光波導(dǎo)12，反射器13，定向光漫射膜14，和棱鏡片15。點光源11包括單個芯片型LED，且這種芯片型LED放置成面向光波導(dǎo)12端面(光入射的端面)的中心部分，如圖4(b)所示。光波導(dǎo)12是由聚碳酸酯樹脂制成，而以發(fā)光單元為中心的多個同心圓形漫射圖形成在光波導(dǎo)的下表面。漫射圖形是制成有三角形或近似半圓形(半橢圓形)截面的凹坑，每個漫射圖形沿這樣的方向延伸，該方向相交連接發(fā)光單元與所述漫射圖形所在位置的方向。鋁片構(gòu)成的反射器13形成在光波導(dǎo)的下表面。
第一個實施例中使用的定向光漫射膜是按照以下方法制成的。換句話說，利用DuPont OMNIDEX的HRF 600或HRF 150，在聚對苯二甲酸乙二酯薄膜上涂敷50μm光敏聚合物，利用硬接觸方法，使得有多個圓孔圖形的掩模緊密粘接到這個光敏聚合物的表面上。然而，掩模中的圓孔是在500nm至30μm的范圍內(nèi)，其平均直徑是2μm。利用透鏡系統(tǒng)使來自汞燈的紫外光會聚成平行光束，并沿法線方向從上輻照到掩模上。輻照的時間是從幾秒鐘到幾分鐘。此后，它在120℃下經(jīng)受1小時的熱處理。因此，得到有高折射率區(qū)的光漫射膜，其中柱狀結(jié)構(gòu)是在薄膜的法線方向，橫截面結(jié)構(gòu)與掩模的圓孔圖形匹配。光漫射膜聚合物基質(zhì)的折射率是1.47，而高折射率區(qū)的折射率是1.52。
圖10(b)和圖11表示如此制成定向光漫射膜的漫射特性曲線圖。沿垂直方向的AOV小于10°，直線光透射率大于5％，和最大漫射角為±15°。順便說一下，在第一個實施例的面光源裝置中，最大漫射角是在±10°與±20°之間，雖然從點光源產(chǎn)生亮度的不均勻性，它是沿平行于面光源裝置端面方向延伸，通過這樣放置光漫射膜，漫射是在離垂直方向的10°-20°之間有最大值，可以有效地消除亮度的不均勻性。已經(jīng)確認，有效利用定向點光源，這個實施例中的亮度不均勻性是從光波導(dǎo)的中心輸出。
第二個實施例現(xiàn)在描述本發(fā)明的第二個實施例。在第一個實施例的面光源裝置中，反射器是與光波導(dǎo)分開設(shè)置的，不同的是，利用真空沉積到光波導(dǎo)下表面的漫射圖形表面上制成鋁膜，結(jié)構(gòu)的其余部分與第一個實施例是相同的。通過薄金屬膜直接形成在光波導(dǎo)的下表面上，入射到光學(xué)薄片上的光可以在薄金屬膜制成的光反射面上被反射并返回到光波導(dǎo)，與利用全反射反射光的第一個實施例裝置比較，可以確保光的反射更加可靠，因而可以提高光的使用效率。
第三個實施例在第三個實施例的面光源裝置中，制成的面光源裝置有與第一個實施例裝置相同的結(jié)構(gòu)，不同的是，圖6的定向光漫射膜14是在棱鏡片15上。當這種面光源裝置用于照明液晶體顯示屏?xí)r，可以得到?jīng)]有亮度不均勻性的明亮圖像顯示裝置。
第四個實施例圖7表示本發(fā)明另一個實施例的面光源裝置。按照與第一個實施例相同的方法制成第四個實施例的面光源裝置，不同的是，利用光漫射粘合劑16使光漫射膜14粘接到光波導(dǎo)12上。在這個實施例中，按照以下方法制備所述光漫射粘合劑。換句話說，在100份折射率為1.50的丙烯酸粘合劑中，添加填充劑到涂敷1.5份異氰酸鹽硬化劑(SokenKagaku制造的D-90)的基片上，并在攪拌器中混合1小時。這種光漫射粘合劑涂敷到8μm厚的分離片(Rintech制造的PET3801)上，在干燥之后達到的厚度為25μm，并在干燥之后形成漫射粘合層，分離片(Teijin制造的K-14)粘接到光漫射粘合層以制成漫射粘合片。所用填充劑是含體積為3％的硅環(huán)氧樹脂珠(折射率為1.43，平均顆粒直徑是1.0μm)。如此制成的光漫射粘合劑HAZE值是25。這種光漫射粘合劑用于粘接到所述光漫射膜，并利用輥子壓接到光波導(dǎo)以制成本發(fā)明的面光源裝置。當這種面光源裝置用于照明液晶屏?xí)r，可以得到?jīng)]有亮度不均勻性的明亮圖像顯示裝置。
在以上的實施例中，利用含體積為2％的硅樹脂珠，制成HAZE值為15的光漫射粘合劑，并按照與以上相同的方向制成面光源裝置，且當這種面光源裝置用于照明液晶屏?xí)r，可以得到?jīng)]有亮度不均勻性的明亮圖像顯示裝置，它與制成第四個實施例面光源裝置的方法相同。
第五個實施例在第四個實施例中，利用以下材料作為光漫射粘合劑，制作面光源裝置。換句話說，在100份折射率為1.50的丙烯酸粘合劑中添加填充劑到涂敷1.5份異氰酸鹽硬化劑(Soken Kagaku制造的D-90)的基片上，還添加顆粒直徑為幾nm的TiO2或ZrO2丁醇或MEK(丁酮)的分散液體，然后在攪拌器中混合1個小時，制成光漫射粘合劑。這種光漫射粘合劑涂敷到8μm后的分離片2(Rintech制造的PET3801)上，在干燥之后達到的厚度為25μm，并在干燥之后形成光漫射粘合層，分離片(Teijin制造的K-14)粘接到光漫射粘合層以制成光漫射粘合片。所用填充劑是含體積為3％的硅環(huán)氧樹脂珠(折射率為1.43，平均顆粒直徑是1.0μm)。如此制成的光漫射粘合劑HAZE值是25。應(yīng)當注意，通過添加合適數(shù)量微粒的TiO2或ZrO2丁醇或MEK的分散劑，可以使這種光漫射粘合劑的折射率調(diào)整到理想的折射率。例如，在希望得到光漫射粘合劑折射率為1.6的情況下，只要在容量測定中調(diào)整比例，使TiO2或ZrO2重量為35個單位和基片樹脂(包括填充劑)重量為65份。把這種光漫射粘合劑粘接到所述光漫射膜上，并利用輥子壓接到光波導(dǎo)以制成本發(fā)明的面光源裝置。當這種面光源裝置用于照明液晶屏?xí)r，可以得到?jīng)]有亮度不均勻性的明亮圖像顯示裝置。
在以上的實施例中，利用含體積為2％的硅環(huán)氧樹脂珠，制成HAZE值是15的光漫射粘合劑，并按照與以上相同的方法制成面光源裝置，而當這種面光源裝置照明液晶屏?xí)r，即使從傾斜角度觀看，也不存在亮度的不均勻性，而從正前方觀看時有很高的亮度，可以得到?jīng)]有亮度不均勻性的明亮圖像顯示裝置，利用相同的方法制成第五個實施例的面光源裝置。
第六個實施例在這個實施例中，面光源裝置有圖13所示的結(jié)構(gòu)。換句話說，面光源裝置包括附圖中沒有畫出的發(fā)光單元，光波導(dǎo)12，反射器13，定向光漫射膜14，和光漫射粘合層16，發(fā)光單元是由發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成的所謂點光源，它設(shè)置成面向光入射到光波導(dǎo)面的中心。此外，光波導(dǎo)12的下表面12b上形成多個以LED為中心的同心圓棱鏡圖形P。利用與第五個實施例中相同的光漫射粘合劑和與第五個實施例相同的光漫射膜14粘接到光波導(dǎo)12上，制成本發(fā)明的面光源裝置。當這種面光源裝置用于照明液晶屏?xí)r，可以得到?jīng)]有亮度不均勻性的明亮圖像顯示裝置。
第七個實施例在這個實施例中，面光源裝置包括光漫射膜14，光波導(dǎo)12，發(fā)光單元11，棱鏡片15，和反射器13，如圖6所示，發(fā)光單元是由所謂的點光源構(gòu)成，例如，發(fā)光二極管(LED)。在這個實施例中，點光源是圖15所示的單個燈，它的位置是在光波導(dǎo)的傾斜端面(光入射的端面)。光波導(dǎo)是由高折射率的聚碳酸酯樹脂和聚偏丙烯酸樹脂制成，而多個漫射圖形形成在光波導(dǎo)的后表面(下表面)上。漫射圖形設(shè)置成以發(fā)光單元為中心的同心圓形式，并形成在光波導(dǎo)的下表面上。形成的漫射圖形是橫截面為三角形或近似半圓形的凹坑。應(yīng)當注意，即使有棱鏡圖形的棱鏡片放置在反射器的上部，反射器是在光波導(dǎo)的上部，可以得到相同的特性。每個漫射圖形是沿這樣的方向延伸，該方向相交連接發(fā)光單元與放置所述漫射圖形位置的方向，換句話說，它們沿同心圓方式延伸。代替反射器，光反射面可以由光波導(dǎo)后表面上的薄金屬片制成，其中在后表面上形成所述不均勻圖形。此時，在薄金屬膜構(gòu)成光反射面上反射的光可以反射返回到光波導(dǎo)，利用全反射可以使光可靠地被反射。因此，可以提高光的使用效率，因為光沒有從光波導(dǎo)片的后表面中泄漏。定向光漫射膜形成在光波導(dǎo)的頂部。它還可以形成在這個部分與棱鏡片之間，或在棱鏡片的頂部。
當這種面光源裝置用于照明液晶屏?xí)r，可以得到?jīng)]有亮度不均勻性的明亮圖像顯示裝置。
本發(fā)明的效應(yīng)如以上所描述的，按照本發(fā)明的面光源裝置，由于定向光漫射膜或包含所述定向光漫射膜和光漫射粘合層的光學(xué)薄膜放置成面向光波導(dǎo)的后表面，它們有選擇地漫射對角方向輸出光的不均勻亮度到光波導(dǎo)的后表面，可以提供均勻的面光源裝置，它消除從光波導(dǎo)面中對角方向泄漏的光不均勻亮度。
此外，在本發(fā)明的面光源裝置中，其中面光源裝置放置在圖像顯示屏之后，由于定向光漫射膜的光學(xué)薄片，光棱鏡片等放置成遠離圖像顯示屏，即使在光學(xué)薄片中存在缺陷，不但很難看出這種缺陷，而且在圖像顯示屏與光學(xué)薄片之間不可能產(chǎn)生莫爾條紋，這是由于定向光漫射膜的柱狀結(jié)構(gòu)是隨機設(shè)置的，或由于柱狀結(jié)構(gòu)直徑的變化。
權(quán)利要求
1.一種面光源裝置，包括由點光源構(gòu)成的發(fā)光單元，光波導(dǎo)，提供在光波導(dǎo)的相反側(cè)面的反射面，及棱鏡圖形，其特征在于，定向光漫射膜是在光波導(dǎo)的光輸出面附近，它漫射并允許光透射，包括不同折射率的兩個物相，有較高折射率的物相包含多個沿薄膜厚度方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)，所述柱狀結(jié)構(gòu)垂直于薄膜的法線方向，且其最大漫射角是在10°-40°之間。
2.按照權(quán)利要求1的面光源裝置，其特征是，所述定向光漫射膜，是利用含直徑為0.1-50nm微粒的光漫射粘合劑被粘接到所述光波導(dǎo)或有棱鏡圖形的棱鏡片上。
3.按照權(quán)利要求2的面光源裝置，其特征是，所述光漫射粘合劑包含直徑在1-100nm范圍內(nèi)的微粒，其折射率等于或大于1.8。
4.按照權(quán)利要求2和3的面光源裝置，其特征是，所述光漫射粘合劑的折射率等于或大于1.55。
5.按照權(quán)利要求1-4中任何一個的面光源裝置，其特征是，所述結(jié)構(gòu)是這樣的結(jié)構(gòu)，折射率是沿所述柱狀結(jié)構(gòu)的軸逐漸變化。
6.按照權(quán)利要求1-5中任何一個的面光源裝置，其特征是，所述發(fā)光單元放置成面向光波導(dǎo)端面的中心。
7.按照權(quán)利要求1-6中任何一個的面光源裝置，其特征是，所述發(fā)光單元放置成面向光波導(dǎo)的傾斜端面。
全文摘要
面光源裝置包括單個點光源構(gòu)成的發(fā)光單元(11)，光導(dǎo)板(12)，形成在光導(dǎo)板背面的反射面(13)，和棱鏡圖形(15)。在光導(dǎo)板(12)的發(fā)光面一側(cè)，形成由至少兩種折射率構(gòu)成的定向光散射膜(14)，并在光透射時發(fā)生散射。較大折射率的一個物相包含多個沿薄膜厚度方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)，并安排成垂直于薄膜的法線方向，其最大散射角是在10°－40°的范圍內(nèi)。
文檔編號G02F1/1335GK1839279SQ20048002410
公開日2006年9月27日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者原田隆正, 北文雄 申請人:Az電子材料日本株式會社