專利名稱：增亮制品的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)化光學薄膜和結(jié)合這種結(jié)構(gòu)化光學薄膜的光學顯示器。更具體地說，本發(fā)明涉及一種掠射角輸出降低的增亮薄膜。
背景技術(shù)：
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。移動電話、手持計算機、個人數(shù)字助理、電子游戲機、汽車音響以及指示器、公共顯示器、自動取款機、店內(nèi)信息亭(in-store kiosks)、家用器具、計算機監(jiān)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(chǎn)生規(guī)定亮度所需的功率數(shù)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(tǒng)和其他應用中，使用了結(jié)構(gòu)化光學薄膜。結(jié)構(gòu)化光學薄膜主要包括透光材料的薄膜，在薄膜中設置棱鏡陣列，使得該薄膜可以通過反射和折射來改變光線方向。當用于例如膝上型電腦、手表等中的光學顯示器中時，這種結(jié)構(gòu)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于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范圍內(nèi)，來增加光學顯示器的亮度。結(jié)果，本來以允許范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，并以允許光線從顯示器射出的角度返回到結(jié)構(gòu)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(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜中，允許一些光線相對于穿過顯示器的垂直軸線以允許角度范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(qū)域之間的亮度差別)，并產(chǎn)生不期望的超出優(yōu)選視角的亮度區(qū)域。需要回收這些大角度光線，并使它們返回到結(jié)構(gòu)化光學薄膜，以便在所需角度范圍內(nèi)重新透射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種用于光學系統(tǒng)的增亮制品。所述增亮制品具有結(jié)構(gòu)化表面，所述結(jié)構(gòu)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，所述峰部由第一對棱柱棱面限定，所述底部由第二對棱柱棱面限定。所述第一對棱柱棱面具有第一夾角，所述第二對棱柱棱面具有第二夾角，使得所述第一夾角與所述第二夾角不同。
在優(yōu)選實施例中，所述增亮制品還包括高度小于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(chǎn)生具有大角度凸角和相對于所述結(jié)構(gòu)化表面的法線處于優(yōu)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(yōu)選角度重新透射。
優(yōu)選的是，所述第一導光突起的第一夾角大于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(yōu)選具有曲率半徑小于約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(fā)明的增亮制品通常結(jié)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于向該顯示面板提供光的背光源組件。所述增亮制品設置在所述背光源組件與所述顯示面板之間，并帶有朝向所述顯示面板的結(jié)構(gòu)化表面。


圖1A是常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜的透視圖。
圖1B是圖1A的常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜的橫截面圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜的透視圖。
圖2B是圖2A的結(jié)構(gòu)化光學薄膜的局部橫截面圖，示出了該結(jié)構(gòu)化光學薄膜的各種參數(shù)。
圖2C是圖2A的結(jié)構(gòu)化光學薄膜的局部橫截面圖，示出了以各種角度進入結(jié)構(gòu)化光學薄膜的光線的行為。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的結(jié)構(gòu)化光學薄膜的局部橫截面圖。
圖4是結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜的發(fā)光強度分布圖，以及圖2A-圖2C所示的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜的發(fā)光強度分布圖。
圖6是相對于常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜的增益和根據(jù)本發(fā)明的光學薄膜的增益的優(yōu)質(zhì)函數(shù)的散點圖。
具體實施例方式
圖1A和圖1B一般性地顯示了結(jié)構(gòu)化光學薄膜的概念。圖1A示出了具有結(jié)構(gòu)化表面12和平面表面14的規(guī)則的周期性的結(jié)構(gòu)化光學薄膜10的透視圖，圖1B示出了該結(jié)構(gòu)化光學薄膜的橫截面圖。結(jié)構(gòu)化表面12包括一系列由形成峰部19的棱面18限定的規(guī)則間隔的棱柱16。棱柱16具有夾角αP(也就是，由棱面18形成的角度)。通常αP為90°，這允許高的光學增益。如圖所示，每個棱柱16都沿著其峰部19的長度(即，沿著Z-軸)基本上橫穿結(jié)構(gòu)化表面連續(xù)地延伸。
光學薄膜10通常結(jié)合到具有背光源組件的光學系統(tǒng)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(jié)構(gòu)化光學薄膜的操作。穿過平面表面14折射進入光學薄膜10后的光線20描繪了光線以低于TIR所需的臨界角接觸棱柱16的棱面18的情況。光線20相對于薄膜法線N在優(yōu)選角度范圍內(nèi)折射穿過棱面。
同樣穿過平面表面14折射進入光學薄膜10后的光線22描繪了光線以高于發(fā)生光線TIR所需的臨界角入射在棱柱16的兩個棱面18上的情況。結(jié)果，本來以優(yōu)選角度范圍以外的角度射出結(jié)構(gòu)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，并以允許光線從結(jié)構(gòu)化光學薄膜10射出的角度返回到該結(jié)構(gòu)化光學薄膜。
對于常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜設計，允許一些光線以大掠射角從棱柱16射出。光線24描繪了這種情況。當光線24通過TIR從棱柱16的第一棱面向第二棱面進行反射，并且光線24以低于第二棱面對光線24全內(nèi)反射所需的臨界角接觸第二棱面時，通常發(fā)生光線的射出。因此，第二棱面使光線24折射，以使該光線以優(yōu)選角度范圍以外的角度射出結(jié)構(gòu)化光學薄膜10。這些大角度光線可能降低顯示器的對比度，并產(chǎn)生不期望的超出顯示器優(yōu)選視角(例如，從光學薄膜法線N起30°以內(nèi))的亮度區(qū)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(fā)明。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)化光學薄膜，其中，這些大角度(例如，大于60°角)光線被重新捕獲并變向回到可以“回收”部分光線的背光源組件，并以允許光線從結(jié)構(gòu)化光學薄膜以更期望的角度射出的角度返回到結(jié)構(gòu)化光學薄膜。這可以提高對比度，并增加在優(yōu)選視角的顯示器亮度。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)化光學薄膜30包括結(jié)構(gòu)化表面32和平面表面34。結(jié)構(gòu)化表面32形成在基板35上，平面表面34由該基板35限定。結(jié)構(gòu)化表面32包括以周期性圖案排列的多個棱柱36和多個棱柱38。如圖2A所示，棱柱36和棱柱38沿著其峰部的長度(即，沿著Z-軸)基本上橫穿結(jié)構(gòu)化表面32連續(xù)地延伸。結(jié)構(gòu)化表面32的幾何形狀和用于制造薄膜30的材料適合全內(nèi)反射(TIR)和折射進入薄膜30的平面一側(cè)34的光線，以及以大掠射角從結(jié)構(gòu)化表面32透射的光線，從而將以相對于薄膜法線N的所需角度范圍以外的角度穿過結(jié)構(gòu)化表面射出的光線降至最小。
圖2B是結(jié)構(gòu)化光學薄膜30的局部橫截面圖，示出了結(jié)構(gòu)化光學薄膜30的各種參數(shù)。棱柱36具有第一高度h1，棱柱38具有大于第一高度h1的第二高度h2(h2＞h1)。優(yōu)選的是，第一高度h1小于高度h2的30％。第一高度h1優(yōu)選在約5-約20μm的范圍內(nèi)，第二高度h2優(yōu)選在約20-約50μm的范圍內(nèi)。優(yōu)選的是，選擇h1和h2，使得以相對于薄膜法線75°角從棱柱36的峰部射出的光線將被棱柱38之一截獲。期望h2的大小通常至少為h1的1.5倍，但根據(jù)結(jié)構(gòu)化表面32的設計，也可使用更小的比例。優(yōu)選的是，h2的大小至少為h1的2倍，甚至更優(yōu)選的是，h2的大小至少為h1的3倍。出于美觀的原因，棱柱36應當至少足夠大，以使衍射作用不會引入不需要的顏色，并且棱柱38不應當大到足以使用戶可以通過應用這種薄膜的LED面板看到該棱柱38。
每個棱柱36包括限定了夾角θS的兩個棱面。夾角θS優(yōu)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?！霸鲆妗笔侵概鋫溆性隽帘∧さ谋彻怙@示器的軸向亮度(也就是，垂直于顯示器方向的亮度)與沒有這種薄膜的顯示器的垂直亮度的比率。
棱柱38優(yōu)選包括峰部和底部。棱柱38的峰部由第一對峰部棱面40和42限定，這對峰部棱面具有夾角θP(也就是，由峰部棱面40和42形成的角度)。夾角θP優(yōu)選在約70°-約110°的范圍內(nèi)。棱柱38的底部由第二對底部棱面44和46限定，這對底部棱面具有夾角θB(也就是，底部棱面44和46相互定位的角度)。夾角θB優(yōu)選約90°。
每個棱柱38的峰部和底部優(yōu)選相互為一體。棱柱38具有截斷高度ht，該截斷高度為底部棱面44和46與峰部棱面40和42相交處的高度。優(yōu)選的是，截斷高度ht與棱柱36的高度h1基本上相似。而且，棱柱38具有寬度WL，棱柱36具有寬度WS。如圖2B所示，寬度WL大于寬度WS(WL＞W(wǎng)S)。優(yōu)選的是，寬度WS小于寬度WL的30％。寬度WS優(yōu)選在約10-40μm的范圍，寬度WL優(yōu)選在約40-100μm的范圍。單位單元間距PUC是光學薄膜30中棱柱的重復單元(即，單位單元)的寬度。在圖2B所示的實施例中，單位單元包括三個棱柱36和一個棱柱38。
棱柱38的峰部棱面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。圓輪廓線的特征用曲率半徑rC表示。曲率半徑rC優(yōu)選小于10.5μm，曲率半徑rC最優(yōu)選約6μm。盡管圓峰頂48導致棱柱38的增益降低，但是避免了在搬運和使用過程中由于峰頂48的折斷或損壞而引起的刮擦。此外，因為棱柱38比棱柱36高，所以防止了在搬運和使用過程中損壞棱柱36的峰部。這允許棱柱36具有銳峰部，以使棱柱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，則棱柱38可以具有銳峰頂48(即，曲率半徑rC為0)，以使棱柱38的增益達到最大。
圖2C是結(jié)構(gòu)化光學薄膜30的局部橫截面圖，示出了以各種角度進入結(jié)構(gòu)化光學薄膜的光線的行為。光學薄膜30通常結(jié)合到具有向光學薄膜30提供光的背光源組件的光學系統(tǒng)中。圖2C示出了光線50、52和54，以描繪以各種角度進入結(jié)構(gòu)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后的光線50描繪了光線以低于TIR所需的臨界角入射在棱柱16上的情況。光線50相對于薄膜法線N在優(yōu)選角度范圍內(nèi)折射穿過棱面。
同樣穿過平面表面34折射進入光學薄膜30后的光線52描繪了光線以高于發(fā)生光線TIR所需的臨界角入射在棱柱16上的情況。結(jié)果，本來以優(yōu)選角度范圍以外的角度射出結(jié)構(gòu)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，并以允許光線從結(jié)構(gòu)化光學薄膜30射出的角度返回到該結(jié)構(gòu)化光學薄膜。
穿過平面表面34折射進入光學薄膜30后的光線54描繪了允許光線以大掠射角從棱柱36射出的情況。這是結(jié)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從棱柱36的第一棱面向第二棱面反射。光線54在低于第二棱面對光線54全內(nèi)反射所需的臨界角入射在第二棱面上。因此，第二棱面使光線54折射，使該光線以期望角度范圍以外的角度射出結(jié)構(gòu)化光學薄膜30。
在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜30中，可以在兩方面減少大角度光線。第一，由棱柱38重新捕獲棱柱36透射的大角度光線(例如，光線54)。也就是說，每個棱柱38的形狀做成使得由棱柱36以大角度凸角(也稱為大角度凸瓣，high angle lobes)分布光線被棱柱38捕獲并改變方向，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，棱柱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棱柱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，在到達背光源組件后，部分光線被“回收”，并以允許光線以更期望的角度從結(jié)構(gòu)化光學薄膜30射出的角度返回到結(jié)構(gòu)化光學薄膜30。
為了易于重新捕獲并回收由棱柱36以大角度凸角分布的光線，由棱面40和42形成的角θP優(yōu)選在約70°-約110°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約90°-約110°的范圍內(nèi)(最優(yōu)選約96°角)。以這些優(yōu)選角度相互定位的棱面40和42產(chǎn)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(yōu)選角度對棱面40和42進行定位，從而將以大角度凸角從棱柱38射出的光線降至最少。在根據(jù)本發(fā)明的光學薄膜30中，基本上消除了從法線N起大于75°角的光強。具體地說，在包括根據(jù)本發(fā)明的光學薄膜30的系統(tǒng)中，從法線N起大于約75°角的光強約小于沿著法線N的光強的10％。
圖2A-圖2C所示的棱柱36和棱柱38的周期性圖案(即，單位單元構(gòu)造)僅僅是示例性的，并且也可以使用其他圖案。例如，可以在棱柱38之間設置更多或更少的棱柱36。盡管在棱柱38之間存在額外的空間(即，額外的棱柱36)時捕獲的大角度光線更少，但是額外的棱柱36可以增加增益，這是因為棱柱36的形狀做成使增益最大。一般來說，較大的棱柱38和較小的棱柱36以規(guī)則的間隔交替布置。
還應當特別注意，光學薄膜30可以僅包括大棱柱38(也就是，在大棱柱38之間沒有交替布置小棱柱36)，以便減少常規(guī)薄膜上的大角度光線。這是因為棱柱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(jié)合光學薄膜30中的棱柱38描述的參數(shù)可適用于光學薄膜60中的棱柱38。然而，對于該實施例來說，夾角θP優(yōu)選大于90°(最優(yōu)選約96°角)，以減少常規(guī)薄膜上的大角度光線。圖3還示出了以不期望的角度到達棱柱3 8的光線70經(jīng)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，不需要所有棱柱38為相同的高度，或者所有棱柱36為相同的高度。出于多種原因，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(yōu)選在棱柱之間無連接區(qū)間隔，而不管棱柱是高度相同還是高度各異。盡管應當理解，在放大到一定水平時，棱柱之間的谷將是平的或圓的，但是術(shù)語“無連接區(qū)”應當理解為，從標準加工和模制技術(shù)角度看，谷是適當尖銳的角。
還應當注意，可以在未背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下調(diào)節(jié)棱柱36和棱柱38的各個參數(shù)。例如，可以根據(jù)系統(tǒng)的需要和規(guī)格，調(diào)節(jié)棱柱36的第一高度h1和棱柱38的第二高度h2，以調(diào)節(jié)增益和重新捕獲大角度光線。此外，棱柱36的第一高度h1和棱柱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棱面的棱柱36和棱柱38，但是應當理解，本發(fā)明包括的結(jié)構(gòu)化光學薄膜可具有按任何光學上有用的形狀形成的棱柱和棱面。例如，棱柱36或棱柱38可以包括例如圓形谷、彎曲棱面等變形。換句話說，本發(fā)明可以使用任何結(jié)構(gòu)化光學薄膜，所述結(jié)構(gòu)化光學薄膜可以通過重新捕獲光線，并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。
盡管用于制造本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(yè)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。盡管具體材料不是決定性的，但是一般優(yōu)選具有較高折射率的材料。更具體地說，折射率大于1.5的材料是最優(yōu)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(jié)構(gòu)化光學薄膜的有用材料。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜可以由任何適當?shù)哪Ｖ品椒ㄖ圃?，例如壓縮模、噴射模制或擠出模制制造，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制造。如果薄膜由澆鑄和固化方法制造，那么其上形成結(jié)構(gòu)的基板可以為任何適當?shù)牟牧?，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(jié)構(gòu)化表面增亮薄膜的有益效果與反射偏振片的有益效果結(jié)合起來。作為選擇的是，無論制造方法如何，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(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜84。光學顯示器組件80還包括背光源組件86，該組件用于環(huán)境光線不足以觀看顯示面板84的情況。背光源組件86優(yōu)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，包括但不限于直接點亮型組件(例如，直接點亮的液晶顯示器(LCD)電視機)、表面發(fā)光型組件、平面邊緣點亮型組件等。背光源組件86可以與結(jié)構(gòu)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，并且可以將額外的光學上有用的層結(jié)合到光學顯示器組件80內(nèi)，這些層可以位于顯示面板82與結(jié)構(gòu)化光學薄膜84之間、結(jié)構(gòu)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于反射偏振片、擴散片、蓋板和反射層。這些光學上有用的層可以與結(jié)構(gòu)化光學薄膜84光學耦合，或一體形成。
結(jié)構(gòu)化光學薄膜84為此前關(guān)于圖2A-圖2C和圖3所述的任何本發(fā)明實施例(或其變形)的概念表述。結(jié)構(gòu)化光學薄膜84優(yōu)選設置在顯示面板82與背光源組件86之間，其結(jié)構(gòu)化表面面向顯示面板82，平面表面面向背光源組件86。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。由于減少了較小導光突起的大角度輸出，這可以提高對比度并增加在優(yōu)選視角的亮度。
圖5示出了常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜10(如圖1A和圖1B所示)的發(fā)光強度分布圖100，和本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜30(如圖2A-圖2C所示)的發(fā)光強度分布圖110。發(fā)光強度分布圖100和110描繪了相對于薄膜法線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(shù)。對于沿著圖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°垂直于薄膜法線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(tǒng)相似的系統(tǒng)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(jié)構(gòu)化光學薄膜84相對的一側(cè)。分布圖表示了以相對于薄膜法線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(jié)構(gòu)化光學薄膜10的發(fā)光強度分布圖100，在該結(jié)構(gòu)化光學薄膜10中，棱柱16的夾角θS為90°。如分布圖100所示，峰值輻射強度102出現(xiàn)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(chǎn)生位于優(yōu)選視角以外的光強增加的區(qū)域。如分布圖100所示，增強的輻射強度出現(xiàn)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，并產(chǎn)生位于顯示器優(yōu)選視角以外的不期望的亮度區(qū)域。此外，由于這些光線射出結(jié)構(gòu)化光學薄膜10，而沒有被回收并以優(yōu)選視角重新透射，所以大角度凸角降低了優(yōu)選視角內(nèi)的光強。
示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜30的發(fā)光強度分布圖110。結(jié)構(gòu)化光學薄膜30的分布圖110包括以下構(gòu)造參數(shù)夾角θP為96°，夾角θB和θS為90°，并且曲率半徑rC為6μm。如分布圖110所示，峰值輻射強度112也出現(xiàn)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。由于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的角度大于±60°的角度，出現(xiàn)了小的輻射強度增加的范圍114。然而，與常規(guī)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(yōu)質(zhì)函數(shù)以展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜與常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜相比的優(yōu)點。優(yōu)質(zhì)函數(shù)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，對于常規(guī)結(jié)構(gòu)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(yōu)質(zhì)函數(shù)為(0.2985W/sr)/(0.051W/sr)＝5.8529。
對于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(yōu)質(zhì)函數(shù)為(0.2953W/sr)/(0.026W/sr)＝11.358。盡管峰值輻射強度112略微小于峰值輻射強度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(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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是相對于常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜10的增益和根據(jù)本發(fā)明的光學薄膜30的增益的優(yōu)質(zhì)函數(shù)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，垂直于顯示器方向的亮度)與沒有這種薄膜的顯示器的軸向亮度的比率。
如關(guān)于圖1A和圖1B所述，常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜10具有夾角αP。散點圖120對應具有90°夾角αP的棱柱16和銳峰部19的光學薄膜10。如上文所確定，具有這種構(gòu)造的結(jié)構(gòu)化光學薄膜10的優(yōu)質(zhì)函數(shù)為5.8529。此外，具有這種構(gòu)造的結(jié)構(gòu)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中其余的散點125示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化光學薄膜30的增益的優(yōu)質(zhì)函數(shù)。為了產(chǎn)生散點125，改變結(jié)構(gòu)化光學薄膜30的夾角θP，這導致優(yōu)質(zhì)函數(shù)和光學薄膜30的增益發(fā)生變化。棱柱36的夾角θS和棱柱38夾角θB保持在90°，曲率半徑rC保持在6μm。如圖所示，盡管由于棱柱38形狀的變化而使增益略微降低，但是相比于常規(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜10，優(yōu)質(zhì)函數(shù)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(guī)結(jié)構(gòu)化光學薄膜10相比，明顯降低了在大掠射角(即，大于±75°的角)的輻射強度。由于減小了大角度輸出，因此可以提高對比度和在優(yōu)選視角的顯示器亮度。
總之，常規(guī)光學薄膜允許一些光線以相對于穿過顯示器的垂直軸線的允許角度范圍以外的角度射出光學顯示器。這些大角度光線產(chǎn)生不期望的超出優(yōu)選視角的亮度區(qū)域，從而減少了在優(yōu)選視角以內(nèi)的潛在附加亮度，并且可能降低顯示器的對比度。本發(fā)明是一種用于將這些大角度光線回收到結(jié)構(gòu)化光學薄膜以便在所需角度范圍內(nèi)重新透射的增亮制品。該增亮制品具有包括多個導光突起的結(jié)構(gòu)化表面。優(yōu)選的是，結(jié)構(gòu)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，并產(chǎn)生具有大角度凸角和通常垂直于結(jié)構(gòu)化表面的凸角的光線分布。第二導光突起相對于第一導光突起設置。每個第二導光突起具有大于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。
盡管參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領域技術(shù)人員將會認識，在未背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于光學系統(tǒng)的增亮制品，所述增亮制品具有結(jié)構(gòu)化表面，所述結(jié)構(gòu)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棱柱棱面限定的圓狀輪廓，所述底部由第二對棱柱棱面限定，其中，所述第一對棱柱棱面具有第一夾角，所述第二對棱柱棱面具有第二夾角，并且，所述第一夾角與所述第二夾角不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增亮制品，其中，所述第一夾角大于90°，所述第二夾角約90°。
3.根據(jù)權(quán)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于約10.5μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增亮制品，其中，所述結(jié)構(gòu)化表面由折射率大于約1.5的材料制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增亮制品，還包括高度小于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，并且產(chǎn)生具有大角度凸角和相對于所述結(jié)構(gòu)化表面的法線處于優(yōu)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(yōu)選角度重新透射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增亮制品，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(jù)權(quán)利要求5所述的增亮制品，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(jù)權(quán)利要求5所述的增亮制品，其中，所述第一夾角大于90°，所述第二夾角約90°。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增亮制品，其中每個所述第二導光突起都包括由夾角約90°的兩個棱柱棱面限定的峰部。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增亮制品，其中，第二對棱柱棱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(jù)權(quán)利要求5所述的增亮制品，其中，所述結(jié)構(gòu)化表面由折射率大于約1.5的材料制造。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增亮制品，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(jù)權(quán)利要求12所述的增亮制品，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(jù)權(quán)利要求13所述的增亮制品，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(jù)權(quán)利要求1所述的增亮制品，其中，所述突起之間不存在連接區(qū)。
16.一種適用于具有背光光源的光學系統(tǒng)的增亮制品，所述增亮制品具有背向背光光源的結(jié)構(gòu)化表面，并具有多個導光突起，所述導光突起的形狀做成基本上消除以相對于垂直增亮制品的軸線大于約75°角的凸角的光線分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的增亮制品，其中，所述多個導光突起包括多個小棱柱，每個小棱柱都產(chǎn)生具有大角度凸角和相對于所述結(jié)構(gòu)化表面的法線處于優(yōu)選角度的凸角的光線分布；以及多個與所述小棱柱周期性交替布置的大棱柱，每個大棱柱都定位和成形為使由小棱柱以大角度凸角分布的光線變向。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的增亮制品，其中，所述大棱柱包括峰部和底部，所述峰部由第一對棱柱棱面限定，所述底部由第二對棱柱棱面限定。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的增亮制品，其中，所述第一對棱柱棱面與所述第二對棱柱棱面一體形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的增亮制品，其中，所述第一對棱柱棱面具有第一夾角，所述第二對棱柱棱面具有第二夾角，并且，所述第一夾角與所述第二夾角不同。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的增亮制品，其中，所述第一夾角大于90°，所述第二夾角約90°。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的增亮制品，其中，所述峰部具有圓狀輪廓。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的增亮制品，其中，所述小棱柱的高度小于大棱柱的高度的30％。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的增亮制品，其中，所述多個導光突起包括多個多棱面棱柱，其包括峰部和底部，所述峰部具有由第一對棱柱棱面限定的圓狀輪廓，所述底部由第二對棱柱棱面限定，其中，所述第一對棱柱棱面具有第一夾角，所述第二對棱柱棱面具有第二夾角，并且，所述第一夾角與所述第二夾角不同。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的增亮制品，其中，所述第一夾角大于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，并帶有朝所述顯示面板的結(jié)構(gòu)化表面，所述結(jié)構(gòu)化表面具有多個導光突起，導光突起構(gòu)造成防止以相對于垂直光學薄膜的軸線大于75°角的凸角的光線分布。
27.根據(jù)權(quán)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(fā)明公開一種增亮制品，其中，透明薄膜(30，60，84)的表面結(jié)構(gòu)(32)回收本來以大于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(jié)構(gòu)可以不包括棱面夾角約90°的小棱柱(36，高度為5－20μm)，但它們都包括(大)棱柱(38，高度為20－50μm)，大棱柱的特征是帶有夾角約96°的棱面(40，42)的(圓)峰部，以及帶有夾角約90°的棱面(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(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者利蘭·R·惠特尼 申請人:3M創(chuàng)新有限公司