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)：
面光源裝置通常用在液晶顯示裝置中以照明顯示屏，例如，液晶顯示裝置。這些面光源裝置一般包括發(fā)光單元，光波導(dǎo)，反射器，棱鏡片等?，F(xiàn)在參照附圖描述常規(guī)的面光源裝置。圖1和圖2是常規(guī)面光源裝置例子的示意剖面圖，它包括發(fā)光單元1，光波導(dǎo)2，反射器3，光漫射膜4，和棱鏡片5。在圖1的面光源裝置中，發(fā)光單元包括發(fā)光二極管(LED)，它是點光源，或冷陰極熒光管，它是線光源(例如，參閱Japanese Patent No.2001-143512)。近年來，由于需要較小的裝置和較低的功率消耗，諸如發(fā)光二極管的點光源已作為移動電話內(nèi)的小型和中型尺寸液晶顯示元件的光源，采用多個發(fā)光二極管的裝置可以確保來自點光源的光變得較為均勻，這在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的(例如，Japanese Patent No.2001-281456)。在這些類型裝置中，發(fā)光單元1放置成面向光波導(dǎo)2的端面(光入射的表面)。光波導(dǎo)2是由高折射率的透明樹脂制成，例如，聚碳酸酯樹脂和偏丙烯酸樹脂(metacrylic resin)。在需要時，光波導(dǎo)的后表面(下表面)2b有漫射圖形，例如，漫反射油墨的打印點，或被處理成不均勻表面。反射器3有反射面，它包括高折射率的鋁，銀等，利用附圖中沒有畫出的雙面膠帶，反射器的兩個端面粘接到光波導(dǎo)的后表面。通過直接真空沉積到光波導(dǎo)的反向表面2b，可以制成鋁，銀等的反射面，因而可以省略反射器。棱鏡片5也是這樣安排的，具有三角形斷面的棱鏡圖形設(shè)置在光波導(dǎo)2的光輸出面2a上互相平行，棱鏡圖形放置成遠(yuǎn)離圖1所示面光源裝置中的光波導(dǎo)，和面向圖2所示面光源裝置中的光波導(dǎo)。
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(dá)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°角直接向下的光給出最強(qiáng)的光并到達(dá)最遠(yuǎn)。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(dá)很遠(yuǎn)，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)，可以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在每個方向上互相成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照明的均勻性。不是提供有微棱鏡的后表面或由漫反射油墨打印點形成的漫射圖形，或把它處理成不均勻的表面，通過形成有微棱鏡的光學(xué)薄膜或反射器與光波導(dǎo)之間的這些漫射圖形，可以得到相同的效應(yīng)。使反射器的反射面制成漫射圖形或類似于微棱鏡的不均勻表面，也可以得到類似的效應(yīng)，例如，這是在Japanese Patent No.2003-100129中所建議的。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，雖然面光源裝置中心部分的光是明亮的，四個角是黑暗的，尤其是在左上角和右下角。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，如圖5所示，或放置在同心圓圖形P的中心或在光波導(dǎo)角的鄰近，例如，這是在Japanese Patent No.2001-143512中所建議的。
現(xiàn)在，在利用面光源裝置時，它采用這種類型點光源作為液晶屏的后照光，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，因為點光源有圖3中實線11a所示方向性，從棱鏡圖形中輸出光的方向性容易造成徑向圖形的光不均勻性，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)生增加成本和功率消耗的問題。因此，理想的是使用這樣的面光源裝置，其中在從傾斜方向觀看時，單個點光源不會造成這種不均勻性。這同樣適用于在光波導(dǎo)和反射器上有同心圓棱鏡圖形的面光源裝置，如圖4和圖5所示。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種采用單個點光源作為光源的面光源裝置，該裝置能夠有效地輸出光，其亮度有很小的不均勻性，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，它很明亮。

發(fā)明內(nèi)容
我們已經(jīng)詳細(xì)地研究了困難，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)可以按照這樣方法解決這個困難，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。此處所述的方向性是指漫射角度與該方向不同，且通過使光漫射片的漫射方向合適地對應(yīng)于發(fā)生亮度不均勻性的方向，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)中列舉的面光源裝置。
(1)在有點光源構(gòu)成發(fā)光單元和光波導(dǎo)的面光源裝置中，反射面是在光波導(dǎo)的相反側(cè)面并且還有棱鏡圖形，面光源裝置的特征是，漫射和允許光透射的定向光漫射膜包括有不同折射率的兩個物相(phase)，除了較高折射率的物相包含沿薄膜厚度方向延伸的多個柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)以外，還有相對于薄膜法線方向以大于5°和小于60°角傾斜的所述柱狀結(jié)構(gòu)，它設(shè)置在光波導(dǎo)的光輸出面附近，使定向光漫射膜的漫射方向是在與亮度不均勻方向相同的方向。
(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0.1-50μm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。
(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，所述柱狀結(jié)構(gòu)有這樣的結(jié)構(gòu)，其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，所述定向光漫射膜的漫射方向平行于另一個端面。
(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，所述定向光漫射膜的漫射方向以傾斜角指向發(fā)光單元。


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(qiáng)度的分布曲線圖。
圖4是一個常規(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是本發(fā)明中所用定向光漫射膜的部分示意剖面圖。
圖11是沿光軸的光透射特性曲線圖，其中散射發(fā)生在定向光漫射膜中。
圖12是沿光軸的光透射特性曲線圖，其中散射發(fā)生在定向光漫射膜中，該光漫射膜組合定向光漫射膜和光漫射粘合劑層。
圖13是第一個實施例面光源裝置的示意平面圖，其中點光源放置在光波導(dǎo)的中心。
圖14是第二個實施例面光源裝置的示意剖面圖。
圖15是第六個實施例面光源裝置的部分示意剖面圖。
圖16是第七個實施例面光源裝置的部分示意平面圖。
圖17是通過圖16中直線B-B的剖面圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖6是本發(fā)明面光源裝置(后照光)實施例的示意剖面圖，圖6中的面光源裝置包括點光源構(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，和有定向光漫射膜14和棱鏡圖形的棱鏡片15，它們是這樣設(shè)置的，所述定向光漫射膜的散射方向是在與亮度不均勻性方向相同的方向。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上。當(dāng)棱鏡圖形P是在光波導(dǎo)的下表面12b上時，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是在光波導(dǎo)的后表面(下表面)上，并可用作反射面。應(yīng)當(dāng)注意，在圖7-9中省略與圖6中相同部分的描述。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，只要它是可用作常規(guī)后照光光源的點光源11。所用的發(fā)光二極管(LED)可以包括各種材料，例如，GaP，GaAlAs，和InGaAlP及其變體。在本發(fā)明中，發(fā)光單元是由單個LED燈構(gòu)成的點光源。如圖4和圖5所示，點光源11通常放置在光入射到光波導(dǎo)端面12e的中心或斜角12c上，并且它面向光入射到光波導(dǎo)12的表面。
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)材料的任何材料適用于光波導(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酸樹脂是特別優(yōu)選的。光波導(dǎo)的配置也可以類似于常規(guī)光波導(dǎo)的配置，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)墓獗环瓷洌⒖梢园才懦晒鈴拿婀庠囱b置的輸出面輸出。棱鏡圖形也可以形成在光波導(dǎo)的上表面。
可以利用任何類型的反射器，只要它是光反射型反射器。優(yōu)選類型的反射器包括諸如鋁箔的金屬片，金屬板或合成樹脂片，或具有真空沉積金屬的薄片，在薄板或薄片上可以形成銀，鋁的光反射面，但是不限于這些材料，可以利用任何類型反射器作為常規(guī)面光源裝置中的反射器。在需要時，白漫射板也可用作反射器。此外，如圖9所示，利用白漫射板形成反射膜就不需要反射器，反射層18是由真空沉積到光波導(dǎo)后表面上的金屬層構(gòu)成。
圖10表示定向光漫射膜14的部分示意剖面圖，在本發(fā)明面光源裝置中使用時，它代表本發(fā)明的主要特征。定向光漫射膜14是漫射和允許光透射的光漫射膜，包括兩個不同折射率的物相21，22，較高折射率的物相包含多個柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)22，柱狀結(jié)構(gòu)是沿與薄膜厚度傾斜的方向延伸。定向光漫射膜14放置在所述光波導(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可以設(shè)置在棱鏡片15與光波導(dǎo)12之間，并且還可以設(shè)置在棱鏡片15上。
現(xiàn)在參照圖10和圖11解釋發(fā)生在這個定向光漫射膜中的光漫射現(xiàn)象。圖10是通過定向光漫射膜光漫射軸的剖面圖。圖11是光的直線光透射率曲線圖，其中與圖10所示定向光漫射膜的光漫射軸角度發(fā)生變化。在圖10中，較高折射率區(qū)的柱狀結(jié)構(gòu)22形成圓柱形。在這個定向光漫射膜14中，有較高折射率和直徑接近于光波長的柱狀區(qū)22形成在聚合物薄膜21中，它與薄膜表面成一角度。這些高折射率柱狀區(qū)22的功能是形成柱狀透鏡，因此，在高折射率柱狀區(qū)22與低折射率區(qū)21之間界面處的折射率是逐漸變化的。在圖10所示的定向光漫射膜14中，當(dāng)光以相對于柱狀結(jié)構(gòu)軸不斷增大的傾斜角入射時，它相對于薄膜14的入射角向著曲線圖的左側(cè)增大(沿圖11中的正方向增大)，光的漫射減小和透射率增大。另一方面，當(dāng)光的入射角接近于柱狀結(jié)構(gòu)的軸時(沿圖11中的負(fù)方向增大)，光的漫射增大和透射率減小。當(dāng)?shù)娜肷浣沁M(jìn)一步接近于柱狀結(jié)構(gòu)軸線時，透射率恢復(fù)；當(dāng)入射角通過柱狀結(jié)構(gòu)的軸時，透射率恢復(fù)，而在減小之后重新恢復(fù)漫射。在圖11中，定向光漫射膜中的漫射在-40°與-20°之間沿一個方向的漫射有最大值，利用諸如定向光漫射膜折射率，柱狀結(jié)構(gòu)直徑，薄膜厚度，和柱狀結(jié)構(gòu)傾斜角的因素，可以合適地控制這個定向光漫射膜的最大漫射角。在本發(fā)明的面光源裝置中，柱狀結(jié)構(gòu)軸相對于薄膜厚度方向的傾斜角通常是在5°-60°之間，最好是在10°-50°之間，更好的是在20°-40°之間。
如以上所描述的，在圖11和圖12所示的定向光漫射膜中，雖然光相對于薄膜表面的入射角在0°-60°之間的透射基本上沒有漫射，而在-40°與-20°角之間發(fā)生光的漫射。這是一個非常特別的光學(xué)特性，利用這個特性可以消除使用點光源的面光源裝置中亮度不均勻性。換句話說，通過漫射沿傾斜方向輸出的光，其中在沿傾斜方向觀看圖像顯示裝置時，可以看到來自點光源光的不均勻性，和通過確保定向光漫射膜的漫射角寬廣地匹配可能發(fā)生光不均勻性的傾斜觀察角，可以消除在傾斜角觀看時光的不均勻性。
應(yīng)當(dāng)注意，可以規(guī)定AOV(視角)作為光漫射的參數(shù)。AOV越小，漫射特性就越小，可以看到光是透射光。實驗上，當(dāng)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(qiáng)。AOV的定義是光強(qiáng)分布的半寬度角。圖10和圖11所示光漫射膜沿垂直方向的AOV小于5°，它表示直線光透射率大于10％，具有很小的漫射。沿0°方向的AOV和直線光透射率很容易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。此外，還可以根據(jù)需要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，還可以控制最大漫射角。
光漫射膜中柱狀結(jié)構(gòu)的尺寸沒有限制，最好是，它的直徑范圍是在10nm至100μm之間。光漫射膜的厚度也沒有限制，通常是，它的厚度范圍是約在2μm至100μm之間。此外，柱狀結(jié)構(gòu)的形狀不限于圓狀性，也可以是橢圓或其他形狀，且這些形狀的尺寸也沒有限制。此外，每個柱狀結(jié)構(gòu)可以是有規(guī)則或無規(guī)則地排列。
在制造光漫射膜中柱狀結(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)。在輻照聚合物薄膜之前，它可以是預(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，該優(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，其中僅僅所需的部分被曝光，因此，可以使輻射敏感聚合物薄膜直接地進(jìn)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。輻射敏感聚合物薄膜的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(biāo))，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)，雙折射率是不理想的，但具有雙折射率的材料可用在雙折射率是在可接受范圍內(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。較優(yōu)選的是，折射率差是在0.005-0.1的范圍內(nèi)。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，因為它具有所需的漫射特性。
所述光漫射膜的三個主要特征可以總結(jié)為如下(1)定向光漫射膜至少包括兩個不同折射率的物相，它漫射和透射光，以及有透鏡型的柱狀結(jié)構(gòu)，最好是其折射率是逐漸變化的。
(2)所述定向光漫射膜中較高折射率的物相是相對于薄膜厚度方向傾斜5-60°的柱狀結(jié)構(gòu)，它是以上(1)中引用的光學(xué)薄膜，其中沿所述薄膜法線方向的透射率大于10％。
(3)與所述薄膜厚度方向成5-60°傾斜的柱狀結(jié)構(gòu)中各個軸各個互相平行。
笫(2)項是特別必要的特征，以保證光沿垂直方向輸出而不妨礙由光波導(dǎo)和棱鏡片收集的光的會聚。
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構(gòu)成兩種或多種樹脂的復(fù)合物。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)整它的折射率以適應(yīng)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，乙烯丙烯酸酯，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(glycidyl metacrylate)，脫水馬來酸可以進(jìn)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。
與此同時，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)氧樹脂的橋鍵化合物根據(jù)需要可以單獨使用或在兩種或多種的化合物中使用。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)。利用粘合力小于100g/25mm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，缺點是不能去除和重新固定薄膜，或者是粘合劑仍保留在背后。丙烯酸粘合劑的折射率最好應(yīng)當(dāng)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(jī)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(jī)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，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(dāng)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)。0.1-10μm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(xì)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2-20％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實現(xiàn)改進(jìn)的屏幕亮度和可見度。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(jī)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(jī)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，直徑等于或大于1nm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(jī)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光波導(dǎo)折射率的光漫射粘合劑，它是在1.45-1.7之間，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(dāng)注意，圖12表示光漫射膜沿光軸的直線光透射率，其中漫射發(fā)生在定向光漫射膜與光漫射粘合劑組合的光漫射膜中。在圖12的這個例子中，沿垂直方向的透射率是高的，其漫射峰遠(yuǎn)離垂直方向幾十度，它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側(cè)面。本發(fā)明在面光源裝置中解決的具體困難是傾斜方向上的不均勻亮度，從而可以有效地消除所述光漫射膜傾斜漫射的不均勻亮度。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，其中利用光漫射粘合劑可以粘接光漫射膜與光波導(dǎo)或棱鏡片，最好是，從改進(jìn)液晶顯示裝置中對比度和可見度的觀點考慮，利用光漫射粘合劑使定向光漫射膜與光波導(dǎo)或棱鏡片粘接在一起。
此外，本發(fā)明的面光源裝置放置在液晶顯示屏之后作為后照光，面光源裝置可以放置在液晶顯示屏的較低偏振板以下，其結(jié)果是，諸如定向光漫射膜的光學(xué)薄膜和棱鏡片放置成遠(yuǎn)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裝置，它沒有規(guī)則地重復(fù)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，當(dāng)使用這種裝置時，不太可能在液晶顯示屏與光學(xué)薄片之間產(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6和圖13描述本發(fā)明第一個實施例的面光源裝置。圖13是第一個實施例面光源裝置的示意平面圖，并展示定向光漫射膜的部分剖面圖，其中假設(shè)在中心圓處沒有棱鏡片。圖6對應(yīng)于通過圖13中直線A-A的橫截面。圖6所示第一個實施例的面光源裝置包括由發(fā)光單元構(gòu)成的點光源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)12e的中心部分，如圖13所示。光波導(dǎo)12是由聚碳酸酯樹脂和聚偏丙烯酸樹脂制成，而在光波導(dǎo)的下表面形成以發(fā)光單元為中心的多個同心圓形漫射圖形。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。應(yīng)當(dāng)注意，即使有棱鏡圖形的棱鏡片放置在光波導(dǎo)上側(cè)面設(shè)置的反射器上部，仍然可以得到相同的特性。在光波導(dǎo)的下表面有包括鋁片的反射器。此外，定向光漫射膜是這樣放置的，定向光漫射膜中柱狀結(jié)構(gòu)22的角度是沿圖13所示直線A-A(平行于另一個端面)的方向，換句話說，定向光漫射膜的漫射方向安排成與不均勻亮度漫射方向相同的方向。
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，并以與法線方向成30°角輻照到掩模上。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，得到高折射率區(qū)的光漫射膜，其中柱狀結(jié)構(gòu)與薄膜的法線方向成30°角，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。因此，得到定向光漫射膜的漫射特性如圖11中所示。沿垂直方向的AOV小于5°，直線光透射率大于10％，且有非常小的漫射。
當(dāng)單個LED光放置在光波導(dǎo)的中心作為第一個實施例中的光源時，在沿直線A-A的方向有大量的光，如圖3所示，因此，我們知道在圖1的常規(guī)面光源裝置中，在面光源裝置的中心產(chǎn)生亮度的不均勻性，其形狀是伸長的橢圖形。然而，在第一個實施例的面光源裝置中，因為光漫射膜的漫射方向設(shè)置在與亮度不均勻性漫射方向相同的方向，可以確保消除通?？煽吹降牧炼炔痪鶆蛐?。因此，在利用這種面光源裝置作為后照光用于照明液晶屏?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高亮度，形成明亮的圖像顯示裝置。
順便說一下，在第一個實施例的面光源裝置中，利用在10-30°之間有最大漫射的光漫射膜，可以有效地消除亮度的不均勻性，若利用柱狀結(jié)構(gòu)在5-60°范圍內(nèi)傾斜的定向光漫射膜，則可以在每種情況下消除亮度的不均勻性。
第二個實施例圖14表示本發(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，而在第二個實施例的面光源裝置中，包括真空沉積鋁膜19的反射面制成在光波導(dǎo)12下表面漫射圖形12d上形成的表面上，除了不使用反射器以外，它的其余結(jié)構(gòu)部分與第一個實施例是相同的。通過反射面直接形成在光波導(dǎo)的下表面上，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。
第三個實施例第三個實施例的面光源裝置與第一個實施例有相同的結(jié)構(gòu)，不同的是，第一個實施例面光源裝置的定向光漫射膜14是在棱鏡片15上，而不是在光波導(dǎo)12上。在這種面光源裝置用作后照光照明液晶屏?xí)r，即使從傾斜角度觀看，也不存在亮度的不均勻性，而從正前方觀看的亮度很高，從而得到明亮的圖像顯示裝置。
第四個實施例圖7表示第四個實施例的面光源裝置，它是按照與第一個實施例相同的方法制成的，不同的是，利用光漫射粘合劑16使光漫射膜15粘接到光波導(dǎo)12。此處所述的光漫射粘合劑是按照以下方法制備的。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，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(dá)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14，并利用輥子壓接到光波導(dǎo)12以制成面光源裝置。當(dāng)這種面光源裝置用作后照光照明液晶屏?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，可以得到明亮的圖像顯示裝置。
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，當(dāng)這種面光源裝置用作后照光照明液晶屏?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，可以得到明亮圖像顯示裝置，利用相同的方法制成第四個實施例的面光源裝置。
第五個實施例利用與第四個實施例的相同方法制造第五個實施例的面光源裝置，不同的是使用以下的光漫射粘合劑。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(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的分離片2(Rintech制造的PET3801)上，在干燥之后達(dá)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)粘接到漫射粘合層上以制成漫射粘合片。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。應(yīng)當(dāng)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)12以制成面光源裝置。當(dāng)這種面光源裝置用作后照光照明液晶屏?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，可以得到明亮的圖像顯示裝置。
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，當(dāng)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，利用相同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15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，制成第六個實施例的面光源裝置。當(dāng)這種面光源裝置作為后照光照明液晶屏?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，可以得到明亮的圖像顯示裝置。應(yīng)當(dāng)注意，定向光漫射膜14的上部還設(shè)置棱鏡片15。
第七個實施例現(xiàn)在參照圖15和圖16描述第七個實施例的面光源裝置。圖16是第七個實施例面光源裝置的示意平面圖，并畫出定向光漫射膜的部分分解平面圖，其中假設(shè)在中心圓處沒有棱鏡片。圖17對應(yīng)于通過圖16中直線B-B的剖面圖。第七個實施例的面光源裝置包括LED發(fā)光單元構(gòu)成的點光源11，光波導(dǎo)12，反射器13，定向光漫射膜14，和棱鏡片15。在這個實施例中，點光源是圖16所示的單個燈，它的位置適合于光入射到光波導(dǎo)的傾斜部分12c端面。光波導(dǎo)12是由聚碳酸酯樹脂和聚偏丙烯酸樹脂制成，而多個漫射圖形12d形成在光波導(dǎo)12的后表面(下表面)上。漫射圖形12d設(shè)置成以發(fā)光單元為中心的同心圓形式，如圖5所示。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(dāng)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。利用光波導(dǎo)后表面12d上的薄金屬膜代替反射器，可以制成光反射面，其中形成所述非均勻圖形。此時，在薄金屬膜構(gòu)成的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，可以提高所用光的效率，因為光沒有從光波導(dǎo)片的后表面中泄漏。
與此同時，在這個實施例中，定向光漫射膜14設(shè)置在圖16所示所述光波導(dǎo)上，其中定向光漫射膜的散射方向面向與發(fā)光單元相反的角度，因此，定向光漫射膜中柱狀結(jié)構(gòu)22軸的角度是沿直線B-B的方向，換句話說，定向光漫射膜的漫射方向是在與亮度不均勻性的相同方向。請注意，定向光漫射膜可以設(shè)置在棱鏡片的頂部。當(dāng)?shù)谄邆€實施例的面光源裝置作為后照光照明液晶屏?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，可以得到明亮的圖像顯示裝置。
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，可以提供這樣的面光源裝置，它消除從光波導(dǎo)面中對角方向泄漏的光不均勻亮度，所以，在從正前方和內(nèi)置圖像顯示裝置觀看時有均勻的亮度和很高的亮度。
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(yuǎn)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(jī)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，和棱鏡圖形，面光源裝置其特征在于，漫射和允許光透射的定向光漫射膜，包括有不同折射率的兩個物相，并且除了較高折射率的物相包含沿薄膜厚度方向延伸的多個柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)以外，還有相對于薄膜法線方向以大于5°和小于60°角傾斜的所述柱狀結(jié)構(gòu)，以這樣的方式設(shè)置在光波導(dǎo)的光輸出面附近，使定向光漫射膜的漫射方向是在與亮度不均勻方向相同的方向。
2.按照權(quán)利要求1的面光源裝置，其特征在于，所述定向光漫射膜是利用含直徑為0.1-50μm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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，所述柱狀結(jié)構(gòu)有這樣的結(jié)構(gòu)，其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，其特征在于，所述發(fā)光單元放置成面向光波導(dǎo)端面的中心，所述定向光漫射膜的漫射方向平行于另一個端面。
7.按照權(quán)利要求1-6中任何一個的面光源裝置，其特征在于，所述發(fā)光單元放置成面向光波導(dǎo)的傾斜端面，所述定向光漫射膜的漫射方向以傾斜角指向發(fā)光單元。
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)和光導(dǎo)板(12)，其中反射面(13)是在光導(dǎo)板的背面，并且還有棱鏡圖形(15)。定向光漫射膜(14)至少是由兩個不同折射率的光散射/透射物相構(gòu)成，其中有較高折射率的一個物相包含大量柱狀結(jié)構(gòu)區(qū)，柱狀結(jié)構(gòu)是沿薄膜的厚度方向延伸，并以5－60°的角度相對于薄膜法線方向傾斜，定向光漫射膜(14)安排在光導(dǎo)板(12)的光輸出面上，因此，定向光漫射膜的散射方向變成不均勻亮度的方向。特別是從傾斜方向觀看時，亮度的不均勻性變得不明顯，而在屏幕的正前方向上可以確保光的高效率明亮照射。
文檔編號F21Y101/02GK1839280SQ20048002411
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28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