專利名稱：背光型顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于顯示裝置(例如液晶顯示器裝置)的背光源，更具體而言，涉及背光型顯示裝置。
背景技術(shù)：
顯示裝置(例如液晶顯示器(LCD)裝置)用于多種應(yīng)用中，包括(例如)電視機、 手持裝置、數(shù)碼靜態(tài)相機、攝像機和計算機監(jiān)視器。與常規(guī)的陰極射線管(CRT)不同，LCD 面板不是自發(fā)光的，因此有時需要照明組件或“背光源”。背光源通常會將一個或多個光源 (如，冷陰極熒光管(CCFT)或發(fā)光二極管(LED))發(fā)出的光耦合到液晶顯示器面板上。兩種常用類型的背光源為直接照明式背光源和邊緣照明式背光源。這兩種類型的背光源的區(qū)別在于光源相對于背光源的輸出面的位置不同，此處的輸出面限定了顯示裝置的可視區(qū)域。在邊緣照明式背光源中，一個或多個光源沿著背光源構(gòu)造的外邊界設(shè)置，并且在與背光源的輸出面相對應(yīng)的區(qū)域或區(qū)之外。光源通常將光發(fā)射到光導(dǎo)中，并從該光導(dǎo)中提取光以照亮背光源的輸出面。在直接照明式背光源中，將一個或多個光源直接設(shè)置在背光源的輸出面的后面。常常根據(jù)IXD的亮度來評價其性能。然而，如果亮度程度在整個可視區(qū)域上有差異，那么顯示器的視覺效果會受到影響。在背光源中使用分立光源的情況下，由于亮度隨著距光源的距離增加而減小，因此可能會出現(xiàn)上述問題。已提出多種布置方式來解決這種問題。例如，在直接照明式顯示器中，已經(jīng)使用了厚擴散板來混合各個光源發(fā)出的光。在邊緣照明式顯示器中，隨著距光源的距離增加，已經(jīng)將提取點布置得彼此更加靠近以提供更多的光提取。不過，這些解決方案會因散射和吸收而導(dǎo)致光損耗。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施中，本發(fā)明涉及適用于顯示裝置的背光源。該背光源包括具有至少一個光源的照明裝置和背反射器層疊件，所述背反射器層疊件包括反射層和折射率基本上一致的透明層，該透明層具有以矩陣陣列方式設(shè)置的多個光導(dǎo)向凸起。該透明層設(shè)置在反射層和照明裝置之間，并且多個光導(dǎo)向凸起背向反射層。所述多個光導(dǎo)向凸起按照不對準(zhǔn)照明裝置的任何光源的構(gòu)型進行構(gòu)造和設(shè)置。在另一個實施中，本發(fā)明涉及適用于顯示裝置的背光源，其包括具有至少一個光源的照明裝置和背反射器層疊件，所述背反射器層疊件包括反射層和具有多個設(shè)置在粘結(jié)劑中的小珠的透明層。這些小珠形成了多個光導(dǎo)向凸起，并且粘結(jié)劑的折射率接近小珠的折射率。透明層設(shè)置在反射層和照明裝置之間，并且多個光導(dǎo)向凸起背向反射層。所述多個光導(dǎo)向凸起按照不對準(zhǔn)照明裝置的任何光源的構(gòu)型進行構(gòu)造和設(shè)置。
在又一個實施中，本發(fā)明涉及適用于顯示裝置的背光源，其包括具有至少一個光源的照明裝置和背反射器層疊件，所述背反射器層疊件包括反射層和折射率基本上一致的透明層，透明層具有以矩陣陣列方式設(shè)置的多個透鏡狀光導(dǎo)向凸起。該透明層設(shè)置在反射層和照明裝置之間，并且多個光導(dǎo)向凸起背向反射層。所述多個光導(dǎo)向凸起按照不對準(zhǔn)照明裝置的任何光源的構(gòu)型進行構(gòu)造和設(shè)置。通過下列詳細說明以及附圖，本發(fā)明的這些方面和其他方面對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是更加顯而易見的。


為了使本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更容易理解如何制造和使用本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖詳細描述其示例性實施例，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的背反射器層疊件的一個實施例的示意性剖視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的背反射器層疊件的另一個實施例的示意性剖視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的背光型顯示器的一個示例性實施例的示意性剖視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的背光型顯示器的另一個示例性實施例的示意性剖視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的反射層的又一個示例性實施例的頂視圖；圖6和圖7A-7C示出與可用的反射器相比，由于本發(fā)明的實施例而引起的亮度均勻度的改善；圖8為坐標(biāo)圖，該圖示出在使用不同類型的背反射器時在整個顯示器上的強度分布；圖9為示出與燈泡不可見時的狀態(tài)對應(yīng)的不同腔體構(gòu)造的S/D比率的圖線；并且圖10為示出與燈泡不可見時的狀態(tài)對應(yīng)的不同腔體構(gòu)造的腔體深度的圖線。
具體實施例方式以下描述應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖來閱讀，其中不同附圖中類似的元件以類似的標(biāo)號來標(biāo)注。附圖未必按比例繪制，其示出選定的示例性實施例，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。雖然示出了多種元件的構(gòu)造、尺寸以及材料的實例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，所提供的多個實例具有可利用的適當(dāng)替代形式。除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求書中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字均應(yīng)該被理解為在所有情況下都是由術(shù)語“大約”來修飾的。因此，除非有相反的指示，否則上述說明書和所附權(quán)利要求書中示出的數(shù)值參數(shù)均是近似值，其可以根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容試圖獲得的所需特性而有不同。用端點表述的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)值(例如，1至5包括1、1. 5、 2,2. 75,3,3. 80、4、和5)以及在此范圍內(nèi)的任何范圍。除非內(nèi)容清楚地表示其他含義，否則本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的單數(shù)形式“一種”、“一個”和“該”包括具有多個指示物的實施例。例如，所提及的“膜”的實施例可包括具有一個、兩個或更多個膜的實施例。除非內(nèi)容明確地表示其他含義，否則本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“或”的含義通常包括“和/或”。圖1示意性地示出示例性背反射器層疊件100，它可用于根據(jù)本發(fā)明的示例性背光源。該背反射器層疊件100包括反射層102和透明層104。透明層104包括在透明層的背向反射層102的表面上以矩陣陣列方式設(shè)置的光導(dǎo)向凸起106。雖然光導(dǎo)向凸起106以橫截面的方式示出，但是針對本發(fā)明的目的，它們以矩陣陣列方式設(shè)置。在該矩陣陣列中， 各個光導(dǎo)向凸起可設(shè)置為具有行和/或列的矩形構(gòu)型，在該構(gòu)型中各個元件彼此之間產(chǎn)生有角度的偏移和/或橫向偏移，從而形成不能完全被描述為具有行和/或列的圖形，或者在該構(gòu)型中各個元件的分布不遵從任何可辨別的圖形，例如隨機分布。透明層104具有基本上一致的折射率。從透明層上一個位置到另一個位置，透明層的折射率差值優(yōu)選地不超過 0. 05,0. 03，更優(yōu)選地不超過0. 02，甚至更優(yōu)選地不超過0. 01。在一些示例性實施例中，背反射器層疊件100還包括附加層108。附加層108可任選地包括擴散片。反射層102、一個或多個所述附加層和透明層104中的任意兩者或更多者可以(例如)由氣隙隔開、一層在另一層上堆疊、或者彼此附接?？赏ㄟ^本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的任何適用的裝置或方法將任何兩個或更多個層彼此附接。例如，可用合適的粘合劑將透明層附接到反射層，可將透明層涂覆到反射層上然后使其干燥/或固化，或者可將共同形成的反射層與透明層(例如)通過共擠出法共同形成。一個或多個層(例如聚合物層)可涂底漆以提高粘合力。示例性的涂底漆技術(shù)包括化學(xué)涂底漆法、電暈表面處理法、火焰表面處理法、閃光燈處理法及其他技術(shù)。在一個示例性實施例中，可使用壓敏粘合劑(PSA)將擴散膜層合到反射層上。擴散膜可以為5密耳至10密耳厚，同時起到支承基底的作用?？蓪⒆贤饩€吸收劑混合到PSA 或擴散膜中，從而防止紫外線導(dǎo)致的反射膜泛黃。在其他示例性實施例中，可使用紫外線固化性粘合劑。在其他示例性實施例中，可將聚合物反射器與擴散外層共擠出以獲得擴散效果，并且可將紫外線吸收劑混合到該外層中。在其他示例性實施例中，可將擴散涂層涂覆到反射層上，然后可將該反射層層合到基底(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯或PC)上。透明層已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，增加這樣的透明層會提供一些有利的光學(xué)特性該層在其至少一個表面上具有光導(dǎo)向凸起，并且所述光導(dǎo)向凸起設(shè)置在由反射層反射的光的光路中。例如， 該透明層可以有助于改善在背光源的整個輸出面上的亮度均勻度，這將導(dǎo)致使用此類背光源的顯示器的外觀得到改善，同時整體亮度不受影響。這些光導(dǎo)向凸起可以是密集堆積的。在一些示例性實施例中，這些光導(dǎo)向凸起可以并排并且彼此接近的方式設(shè)置，并且在一些示例性實施例中，這些光導(dǎo)向凸起可以幾乎接觸或彼此緊鄰的方式設(shè)置。光導(dǎo)向凸起所占表面積的量的增加會為包括根據(jù)本發(fā)明的反射器層疊件的背光源或光學(xué)顯示器在亮度均勻度方面提供額外的優(yōu)勢。在其他示例性實施例中，光導(dǎo)向凸起可以彼此間隔，前提條件是這些光導(dǎo)向凸起優(yōu)選地占含珠層的暴露的可用表面積的至少大部分或更多(即50 %或更多)，更優(yōu)選地占約60 %或更多，還更優(yōu)選地占約70 %或更多，甚至更優(yōu)選地占約90 %或更多。透明層的一個示例性實施例包括透鏡狀光導(dǎo)向凸起。優(yōu)選地，透鏡狀光導(dǎo)向凸起基本上為半球形狀的。此類示例性實施例的典型具體實施包括高度在其結(jié)構(gòu)的半徑的約 60%之內(nèi)的光導(dǎo)向凸起。更優(yōu)選地，本發(fā)明的此類實施例包括高度或深度在其結(jié)構(gòu)的半徑的約40%之內(nèi)的凸起或凹陷，并且最優(yōu)選地，本發(fā)明的此類實施例包括高度或深度在其結(jié)構(gòu)的半徑的約20%之內(nèi)的凸起或凹陷。高度或深度為至少在該凸起的半徑的約60%之內(nèi)的光導(dǎo)向凸起被稱為“基本上半球狀的”。基本上半球形狀的凸起的合適示例性半徑包括約2、5、8、10、12. 5、15、17. 5、20、 25,37. 5、45、50、60、70和80微米以及任何這些示例性數(shù)值之間的任何范圍內(nèi)所包含的半徑。在一些示例性實施例中，基本上半球形狀的凸起可以更小，但不會小到產(chǎn)生衍射效應(yīng)， 或者它們可以更大，例如具有約100或150 μ m的半徑或更大的半徑。通常，基本上半球形狀的凸起的尺寸應(yīng)該小到對于包含該光學(xué)膜的顯示裝置的觀察者來說并非顯而易見。例如，這些凸起可具有在(例如)5至50 μ m的范圍內(nèi)的平均直徑。通常，凸起的平均直徑在 12到30 μ m的范圍內(nèi)，或者在一些實施例中在12到25 μ m的范圍內(nèi)。在至少一些實例中， 優(yōu)先選用較小的凸起，因為這允許在每單位面積內(nèi)添加更多的凸起，從而往往會形成更粗糙表面或更均勻的粗糙表面或者更好的光重新導(dǎo)向效果。根據(jù)背反射器層疊件的所需特性，透明層的光導(dǎo)向凸起可以具有基本上相同的形狀和/或尺寸，或者它們可以具有至少兩種或更多種基本上不同的形狀和尺寸。例如，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的透明層可包括較大尺寸的大致半球形狀結(jié)構(gòu)和設(shè)置在較大尺寸的大致半球形狀結(jié)構(gòu)之間的較小尺寸的大致半球形狀結(jié)構(gòu)，以便覆蓋透明層的更大部分的主表面。在此類示例性實施例中，較小凸起的半徑可以為相鄰較大凸起的半徑的約40%，或者它可以為另一合適的半徑，該半徑小到足夠讓較小結(jié)構(gòu)在具有較大結(jié)構(gòu)的二維陣列中密集堆積。 在其他示例性實施例中，基本上半球形狀的凸起可以具有至少三種基本上不相同的半徑， 或者它們可以具有多種不同的半徑。在一些示例性實施例中，透明層可以由透明的固化性聚合物材料(例如低折射率或高折射率的聚合物材料)制成。在一些示例性實施例中，透明層材料的折射率為1.48 至1.65。在采用高折射率材料時，在以視角較窄為代價的情況下可以獲得更高的光增益， 而在采用折射率較低的材料時，在以光增益較低為代價的情況下可以獲得更寬的視角。示例性合適的高折射率樹脂包括電離輻射固化性樹脂，例如在美國專利No. 5，254，390和 4，576，850中所公開的那些，這些專利的公開內(nèi)容中與本發(fā)明一致的內(nèi)容以引用方式并入本文。根據(jù)本發(fā)明的透明層的光導(dǎo)向凸起也可以由小珠形成。圖2示意性地示出了透明層204的此類示例性構(gòu)造，它包括分散在粘結(jié)劑214中的小珠212。至少一些小珠212形成凸起206。除了透明層204之外，背反射器層疊件200還包括反射層202和可任選的附加層 208。典型地，含珠層所包含的小珠為基本上透明并且優(yōu)選為透明的固體制品。這些小珠可以由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知道的任何合適的透明材料制成，例如有機材料(如聚合物)或無機材料。一些示例性材料包括(但不限于)無機材料，例如二氧化硅(如 3M Company (St. Paul, MN)的keospheres )、鋁硅酸鈉、氧化鋁、玻璃、滑石、氧化鋁和二氧化硅的合金；以及聚合物材料，例如液晶聚合物(如festman Chemical Products, Inc. (Kingsport, Term.)的液晶聚合物Vectram )、無定形聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈共聚物、交聯(lián)聚苯乙烯粒子或聚苯乙烯共聚物、聚二甲基硅氧烷、交聯(lián)聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅倍半氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(優(yōu)選的是交聯(lián)PMMA)；或這些材料的任何合適的組合。其他合適的材料包括無機氧化物和聚合物，這些無機氧化物和聚合物基本上不能混合，在含粒子層的加工過程中不會引起各層材料的有害反應(yīng)(降解)，在加工溫度下不會發(fā)生熱降解，并且基本上不會吸收所關(guān)注的波長或波長范圍內(nèi)的光。通常小珠的平均直徑在(例如)5至50微米的范圍內(nèi)，但是也可使用其他小珠尺寸，比如上文結(jié)合透鏡狀光導(dǎo)向凸起的示例性尺寸的描述。根據(jù)應(yīng)用優(yōu)選使用較小的小珠、 較大的小珠或具有不同尺寸的小珠。雖然可以使用具有任何形狀的小珠，但在某些情況下一般優(yōu)選球形小珠。在一些實施例中，小珠粒度分布可以是+/_50%，而在其他實施例中可以是+/-40%。其他實施例可包括小于40%的小珠粒度分布(包括單分散分布)。通常，其中分散有小珠的粘結(jié)劑也是基本上透明的，并且優(yōu)選的是透明的。在多數(shù)示例性實施例中，粘結(jié)劑材料為聚合物。根據(jù)預(yù)期用途，粘結(jié)劑可以是電離輻射固化性(如紫外線固化性)聚合物材料、熱塑性聚合物材料或粘合劑材料。一種示例性紫外線固化性粘結(jié)劑可包括聚氨酯丙烯酸酯低聚物，例如可得自Cognis Company的WiotomerTM6010。電離輻射固化性粘結(jié)劑所包括的光聚合性預(yù)聚物將官能團復(fù)合在其結(jié)構(gòu)內(nèi)，該官能團是經(jīng)電離輻射而自由基聚合的或陽離子聚合的。優(yōu)先選用自由基聚合的預(yù)聚物，這是因為其硬化速度快，并能夠允許自由地設(shè)計樹脂。可用的光聚合性預(yù)聚物包括具有丙烯?；谋┧嵯殿A(yù)聚物，例如聚氨酯丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、三聚氰胺丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯等。可用的光聚合性單體包括單官能丙烯酸系單體(例如，丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-羥乙基酯、丙烯酸2-羥丙基酯和丙烯酸丁氧基丙酯等)、雙官能丙烯酸系單體(例如， 丙烯酸1，6_己二醇酯、二丙烯酸新戊二醇酯、二甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯和新戊二醇羥基特戊酸酯丙烯酸酯等)和多官能丙烯酸系單體(例如，雙季戊四醇六丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯等)?？梢詫⑦@些單體單獨使用，或者將兩種或更多種單體組合起來使用。作為光聚合引發(fā)劑，可使用引發(fā)裂解的自由基聚合引發(fā)劑、可提出氫的自由基聚合引發(fā)劑或產(chǎn)生離子的陽離子聚合引發(fā)劑。從上述引發(fā)劑中選出一種適用于所述預(yù)聚物和所述單體的引發(fā)劑?？捎玫淖杂苫饩酆弦l(fā)劑包括安息香醚體系、縮酮體系、苯乙酮體系和噻噸酮體系等?？捎玫年栯x子型光聚合引發(fā)劑包括重氮鹽、二芳基碘鐺鹽、三芳基硫鐺鹽、三芳基吡喃鐺鹽、硫氰酸苯吡啶鐺鹽、二烷基苯甲酰甲基锍鹽和二烷基羥基苯基磷鐺鹽等。這些自由基型光聚合引發(fā)劑和陽離子型光聚合引發(fā)劑可以單獨使用或混合使用。光聚合引發(fā)劑是紫外線(UV)輻射固化性樹脂所需的，但對于高能量電子束輻射固化性樹脂來說可以省略。除了光聚合性預(yù)聚物、光聚合性單體和光聚合引發(fā)劑之外，電離輻射固化性材料還可以包含增強劑、顏料、填料、非活性樹脂、流平劑等，以滿足具體需要。電離輻射固化性材料的含量優(yōu)選地不低于含珠層的粘結(jié)劑樹脂的25重量％，更優(yōu)選地不低于50重量％，最優(yōu)選地不低于75重量％。粘結(jié)劑還可以包括熱固性樹脂(例如，由丙烯酸酯多元醇和異氰酸酯預(yù)聚物組成的熱固性聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等)和熱塑性樹脂(例如，聚碳酸酯、熱塑性丙烯酸類樹脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物樹脂等)。透明層內(nèi)小珠的量通常取決于多種因素，例如光學(xué)膜所需的特性、用于粘結(jié)劑層的聚合物的類型和組成、小珠的類型和組成、以及小珠和粘結(jié)劑之間的折射率差值。所提供的小珠的含量可為(例如)每100重量份粘結(jié)劑中加入至少100至210重量份小珠。在本發(fā)明的一些示例性實施例中，所提供的小珠的含量可為(例如)每100重量份粘結(jié)劑中加入至少120重量份小珠、每100重量份粘結(jié)劑中加入至少155重量份小珠、每100重量份粘結(jié)劑中加入至少170重量份小珠、或每100重量份粘結(jié)劑中加入至少180重量份小珠。較低的含量可能不會對膜的特性產(chǎn)生顯著的影響。所提供的小珠的體積含量可以為涂層的45體積％至70體積％。在本發(fā)明的一些示例性實施例中，含珠層中所提供的小珠的體積含量可以為(例如)52體積％至70體積％、58體積％至70體積％、60體積％至70體積％、或62體積％至70體積％。根據(jù)所述的應(yīng)用，小珠在透明層中的體積含量可以在涂層干燥和固化之前測量，或者其可以在涂層干燥和固化之后測量。在一些示例性實施例中，小珠和粘結(jié)劑的折射率差值在(例如)0至0. 05范圍內(nèi)。 例如，小珠和粘結(jié)劑的折射率差值可以為0. 03或更小、約0. 02或更小、更優(yōu)選地為約0. 01 或更小。包括分散于粘結(jié)劑中的小珠的透明層也可以依據(jù)粘結(jié)劑的平均厚度與小珠的中值半徑的相關(guān)性來表征。據(jù)信，當(dāng)干燥和固化后的粘結(jié)劑的厚度與小珠的中值半徑相差不遠時，透明層將具有改善的光導(dǎo)向特性。例如，據(jù)信當(dāng)在光學(xué)制品(如光學(xué)膜)的主表面上的一個線性英寸內(nèi)，粘結(jié)劑的平均厚度不超出小珠的中值半徑的60%、40%或20%時，可以獲得有利的性能。在其他示例性實施例中，在兩個線性英寸內(nèi)，粘結(jié)劑的平均厚度不超出小珠的中值半徑的60%、40%或20%。通過下述步驟可以測得干燥粘結(jié)劑的厚度制備示例性光學(xué)制品的橫截面，采用任何合適的微觀技術(shù)和設(shè)備在樣品的一英寸(或兩英寸)內(nèi)進行至少10次測量，并求得測量值的平均值，從而獲得干燥粘結(jié)劑的平均厚度值。作為另外一種選擇，可以使用任何合適的厚度計來測量膜的總厚度，并減去未涂覆膜時的厚度來測得干燥粘結(jié)劑的厚度。包括分散于粘結(jié)劑中的小珠的透明層也可以依據(jù)涂層重量來表征。據(jù)信，如果干燥和固化后的涂層重量落在所需范圍內(nèi)，則透明層將具有有利的光導(dǎo)向光學(xué)特性。通過調(diào)整小珠與粘結(jié)劑的比率、和/或?qū)⑿≈?粘結(jié)劑混合物設(shè)置在基底上，使得含珠層混合物的干重為5至50g/m2，從而實現(xiàn)所述有利目的或其他有利目的。在其他示例性實施例中，設(shè)置在基底上的含珠層混合物的干重可為10至;35g/m2、15至30g/m2或20至25g/m2。小珠在粘結(jié)劑中的單層分布也可為透明層帶來有利的光導(dǎo)向特性。反射器本發(fā)明的背反射器層疊件中可使用任何類型的反射層。反射層可以具有包括鏡面反射部分、漫反射部分、或這兩者的反射性。在一些示例性實施例中，反射層為鏡面反射器。 合適的反射層的實例包括(但不限于)金屬反射層(例如，鍍銀或鍍鋁的反射鏡或反射鏡膜)、聚合物反射層(例如，多層聚合物反射膜)、多層無機物膜、涂有漫射涂層的鏡面反射器、填充粒子的聚合物膜、填充粒子的中空聚合物膜、和反向散射反射器。以上所列的示例性反射偏振元件并非意圖詳盡列舉所有合適的反射偏振元件?？梢允褂梅瓷?例如)至少 40%、至少50%、優(yōu)選地至少70%、并且更優(yōu)選地至少80%的入射光的任何反射層。多層反射層依靠至少兩種不同材料(優(yōu)選的是聚合物)之間的折射率差值來鏡面反射入射到其上的光。示例性多層反射器在(例如)美國專利No. 5，882，774,6, 080，467、 6，368，699中有所描述，這些專利均以引用方式并入本文。多層反射器的一種市售形式是由3M公司(M.Paul，MN)銷售的增強型鏡面反射器(ESR)。例如，通過交替層疊(如交錯)雙軸取向的雙折射性第一聚合物光學(xué)層和第二聚合物光學(xué)層，可以制備合適的多層聚合物反射器。術(shù)語“雙折射性”意味著在互相正交的X、 y和ζ方向上的折射率并不完全相同。對于多個膜或膜內(nèi)的多個層，x、y和ζ軸的方便的選擇包括χ和y軸對應(yīng)于膜或?qū)拥拈L度和寬度，ζ軸對應(yīng)于層或膜的厚度。在一些實施例中，第二光學(xué)層具有各向同性的折射率，該折射率與取向?qū)拥拿鎯?nèi)折射率不同。作為另外一種選擇，兩種光學(xué)層都可以由被取向以獲得所述折射率的雙折射性聚合物形成。不論第二光學(xué)層為各向同性的還是雙折射的，第一光學(xué)層和第二光學(xué)層之間的界面都會形成光反射平面。在一些示例性實施例中，第一光學(xué)層和第二光學(xué)層的折射率沿著Z方向相匹配?？赏ㄟ^增加層數(shù)或增大第一層和第二層之間的折射率差值來提高此類多層反射器的反射率。背光源和顯示器根據(jù)本發(fā)明的背反射器層疊件可用于多種應(yīng)用，包括適用于顯示系統(tǒng)的背光源。 不遵循特定的理論，據(jù)信本文所述的新的直接照明式背光源的光學(xué)原理是僅將光源背側(cè)發(fā)出的相對少量的光導(dǎo)向面向觀察者的光源上方的區(qū)域。結(jié)果是光源上方區(qū)域中的亮度水平可能高于使用鏡面反射器時的亮度水平，但可能低于使用漫反射器時的亮度水平，從而導(dǎo)致背光源輸出的整體均勻度得到改善。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性背光型顯示系統(tǒng)300的示意性剖視圖，其包括顯示面板360和背光源，所述背光源包括照明裝340和背反射器層疊件320。如上所述，背反射器層疊件320包括反射層和設(shè)置在反射層322和照明裝置340之間的透明層324。觀察者將位于顯示面板360的與背光源相對的一側(cè)。在該示例性實施例中，照明裝置340包括光源344，該光源光學(xué)耦合到(或使由其發(fā)出的光進入)光導(dǎo)342的邊緣34加。光在光導(dǎo)342中(例如)通過全內(nèi)反射(使用實心光導(dǎo)時)或簡單反射(使用中空光導(dǎo)時)傳播之后，它會通過面向顯示器的光導(dǎo)表面342c 和面向背反射器層疊件的光導(dǎo)表面342b耦合輸出(即致使射出)。從光導(dǎo)表面342b射出并到達背反射器層疊件320的光隨后被反射層322反射、并由透明層324的光導(dǎo)向凸起重新導(dǎo)向，然后透過光導(dǎo)342傳播，該光導(dǎo)設(shè)置在由背反射器層疊件320反射的光的光路中。 雖然圖3所示的光導(dǎo)342具有大致為矩形的橫截面，但背光源可使用具有任何合適形狀的光導(dǎo)。例如，該光導(dǎo)可以為楔形。在一些示例性實施例中，光源可以設(shè)置在光導(dǎo)的兩個或更多個邊緣處。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性背光型顯示系統(tǒng)400的示意性剖視圖，其包括顯示面板460和背光源，所述背光源包括照明裝置440和背反射器層疊件420。如上所述，反射器層疊件420包括反射層422和設(shè)置在反射層422和照明裝置440之間的透明層 424。觀察者將位于顯示面板460的與背光源相對的一側(cè)。在該示例性實施例中，照明裝置440包括(如兩個或更多個)光源陣列，例如長型 (elongated)的光源444 (其以橫截面的方式示出)。由光源444發(fā)出并到達背反射器層疊件420的光隨后被反射層422反射，然后由透明層424的光導(dǎo)向凸起重新導(dǎo)向。至少大部分的光朝光源444(其設(shè)置在由背反射器層疊件420反射的光的光路中)方向回傳，最終通過輸出面而射出背光源，并且可用于照亮顯示面板460。在其他示例性實施例中，照明裝置可包括光源矩陣陣列，例如LED矩陣陣列。一般來講，直接照明式背光源(例如圖4中所示)可以包括一個、兩個、三個或更多個設(shè)置在由背反射器層疊件反射的光的光路中的光源。示例性光源包括(但不限于) CCFT、LED 或 LED 陣列。圖5示出了另一種背反射器層疊件500，它包括設(shè)置在反射層上的多個擴散區(qū)域 M0，從而形成夾雜著(interspersed)擴散區(qū)域540的多個反射區(qū)域520。這些擴散區(qū)域以及反射區(qū)域可以呈帶狀。每個擴散區(qū)域540均可構(gòu)造為本發(fā)明的包括光導(dǎo)向凸起的矩陣陣列的透明層。如圖5所示構(gòu)造的背反射器層疊件可用于包括具有線性或矩陣陣列光源的照明裝置的背光源中。在該示例性背光源中，光源在反射層上的投影應(yīng)當(dāng)與擴散區(qū)域?qū)R，而光源之間的開口的投影應(yīng)當(dāng)與反射區(qū)域?qū)R。在一些示例性實施例中，光源在反射層上的投影中心應(yīng)當(dāng)與擴散區(qū)域的中心對齊。擴散區(qū)域的寬度可以為光源在反射層上的對應(yīng)投影的寬度的約2至3倍。在背反射器層疊件的此類示例性構(gòu)造中，擴散區(qū)域MO的光導(dǎo)向凸起對準(zhǔn)背光源的光源。然而，在根據(jù)本發(fā)明的典型示例性背光源中，透明層的光導(dǎo)向凸起按照不對準(zhǔn)任何光源的構(gòu)型進行構(gòu)造和設(shè)置。換句話講，本發(fā)明背光源的光導(dǎo)向凸起的形狀和/或尺寸與光源的位置、形狀和/或尺寸之間不具有任何相關(guān)性。這種結(jié)構(gòu)有助于提高透明層和包括該透明層的背光源的制造速度和簡易性，這又可顯著節(jié)省成本。一般來講，除了上面描述的部件之外，背光源可包括任何其他合適的膜。例如，可以包括一個或多個擴散片、反射偏振器、多層反射偏振器(例如可得自3M公司的Vikuiti 雙層增亮薄膜(Vikuiti Dual Brightness Enhancement Film，DBEF))、吸收型偏振器和表面結(jié)構(gòu)化薄膜(例如可得自3M公司的Vikuiti 增亮薄膜(Vikuiti Brightness Enhancement Film, BEF))。其他合適的附加膜包括含珠擴散膜，所述含珠擴散膜包括透明基底以及設(shè)置在其上的擴散層，其中擴散層包括設(shè)置在粘結(jié)劑中的小珠或粒子。合適的含珠擴散片在(例如)美國專禾U No. 5，903，391,6, 602，596,6, 771，335,5, 607，764 和 5，706，134中有所描述，這些專利所公開的內(nèi)容中與本發(fā)明一致的內(nèi)容以引用方式并入本文。背光型顯示系統(tǒng)的一個示例性實施例可以包括背光源、根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)制品、顯示介質(zhì)和設(shè)置在光學(xué)制品和顯示介質(zhì)之間的一個、兩個、三個或更多個含珠擴散膜。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性反射器層疊件的另一個優(yōu)點是在大多數(shù)背光源中，它們有助于增加軸向亮度。不希望受特定理論的限制，據(jù)信軸向亮度的這種增加是由透明層的光導(dǎo)向凸起的折射特性所引起。具體地講，以大角度入射到透明層上的光有可能在透明層材料和空氣的界面處發(fā)生多次折射和/或全內(nèi)反射。預(yù)計這些折射和/或反射會導(dǎo)致大角度的入射光被重新導(dǎo)向更靠近與顯示面板正交的軸。這種效果在某些包括楔形光導(dǎo)的背光源中特別有用。從楔形光導(dǎo)的面向反射器層疊件的輸出側(cè)逸出的光常常以大的入射角入射到反射器層疊件上。在一些示例性實施例中，大部分光會以約70度角射出楔形光導(dǎo)，但是確切的角度將隨著應(yīng)用而有所不同。由于典型的顯示器旨在從與顯示面板正交的方向觀看，因此上述大角度入射光的重新導(dǎo)向會產(chǎn)生更好的視覺效果。實例
下面將結(jié)合實例來進一步說明本發(fā)明，這些實例反映了根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的背反射器層疊件和背光源的特性。實例1圖6和圖7A-7C可用于將新的背反射器層疊件的燈泡隱蔽能力(bulb hiding capability)與可用的白色漫射背反射器和可用的鏡面背反射器的燈泡隱蔽能力進行比較。這些圖是使用型號為No. LC-30HV4V的10個燈泡的Siarp 30”液晶電視機而獲得的。 原裝電視機配有12個CCFL燈泡和白色背反射器。為了這些實例的目的，對背反射器進行修改。圖 6 為使用數(shù)碼相機(Radiant Imaging Co，(Duval 1, Washington, USA)的光度顏色CCD 光測量系統(tǒng)(Photometric Color CCD Light Measurement System))拍攝的數(shù)字圖像。豎線示出針對三個不同的背反射器區(qū)域獲得亮度分布的位置，從而產(chǎn)生圖7A-7C。使用原裝電視機可在屏幕上看到CCFL燈泡圖像，這表示亮度均勻度較差，該情況在圖6的最左邊部分和圖7A中示出，圖7A為沿圖6所示豎線7A的亮度圖線。然后用ESR 膜替換白色背反射器的中間部分，電視機背光源的其余部分保持不變。屏幕上的燈泡圖像仍然清晰可見，該情況在圖6的中間部分顯而易見，并且在圖7B中更詳細地示出。隨后用根據(jù)本發(fā)明的背反射器層疊件替換白色背反射器的最右邊的第三部分，該情況在圖6的最右邊部分中示出。這里，包括小珠和粘結(jié)劑的透明層是從Keiwa Co. Ltd (Osaka, Japan)獲得的 BS-04 型含珠擴散片。使用 BYK Gardner (Silver Spring, Maryland, USA)制造的 Haze-gard Plus霧度儀測量，該含珠擴散片的透射率和霧度為98 %和89. 1 %。增益測試器(Gain Tester)測得該含珠擴散片的增益為沈％。該增益測試器由寬帶光源(R)Stec DCR II Light Source, Schott Fostec，Auburn，NY)、特氟隆箱和 PR650 分光光度計(PR650 Spectrophotometer) (Photo Research Inc. , Chatsworth, CA)組成。特氟隆燈箱產(chǎn)生朗伯漫射表面。將由樣品測得的軸向亮度與燈箱的軸向亮度進行比較，所計算得到的是正在被測試的光學(xué)膜的增益。ESR膜被用作反射層。如圖6和圖7C所示，屏幕上的亮度均勻度得到顯著的改善。從這些數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論本發(fā)明的示例性實施例比白色漫射背反射器和鏡面背反射器具有更好的燈泡隱蔽能力。實例2該實例示出根據(jù)本發(fā)明的示例性反射器層疊件可以比常規(guī)的漫反射器更加有效地提高亮度均勻度。該實例中的背光源是具有35mm燈泡間距和17mm腔體深度的測試臺， 其接近于常規(guī)的基于12個燈泡的32”液晶數(shù)字電視機(LCDTV)。頂部膜包括2mm擴散板和涂覆在其(DTV)上的帶有BEF棱鏡的DBEF。除了根據(jù)本發(fā)明的示例性反射器層疊件(其與實例1中的反射器層疊件相同)以外，在測試臺中測試包括具有不同霧度水平的普通擴散膜在內(nèi)的漫反射膜的輸出亮度均勻度的改善程度。將具有；35%、45%和60%的霧度水平(由BI Gardner (Silver Spring, Maryland, USA)制造的Haze-gard Plus霧度儀測量)的擴散膜層合到ESR上，并在該測試中用作背反射器。圖8示出了每種類型的背反射器層疊件在顯示器垂直方向的截面上的強度，其是使用數(shù)碼相機(fcidiant Imaging Co, (Duval 1, Washington, USA)的光度顏色 CCD 光測量系統(tǒng))獲得的。圖8中各個峰對應(yīng)各個CCFL燈泡。從該圖中可以容易地看出，根據(jù)本發(fā)明的反射器層疊件提供了最佳的輸出亮度均勻度的改善。實例3對于該實例，透明層與實例1所用的含珠擴散片相同-在100 μ m聚對苯二甲酸乙二醇酯基底上厚度為140 μ m的得自Keiwa的含珠擴散片“OPALUS BS-04”，其霧度用BI Gardner (Silver Spring, Maryland, USA) ^ Haze-gard Plus #jfftllJi|》89. 5%。 i亥jf 明層通過使用Optl壓敏粘合劑(PSA)而層合到ESR膜上。使用燈泡間距分別為25mm、30mm和35mm的三種測試臺。使用了不同的前膜組合， 包括市售的適用于液晶電視機的含珠擴散片(⑶)、DBEF(D400)、BEF、和帶有BEF的DBEF。 將標(biāo)準(zhǔn)白色反射器和根據(jù)本發(fā)明的背反射器層疊件用作背反射器。圖9和圖10示出了測試結(jié)果，其將根據(jù)本發(fā)明的背反射器層疊件(“改進型ESR”)的性能與常規(guī)的白色漫射背反射器(“標(biāo)準(zhǔn)白色(Mandard White)”)的性能進行了比較。該數(shù)據(jù)是以目視檢查為基礎(chǔ)的，并且表示燈泡在膜上方不可見時的狀況。在燈泡上方使用了 2mm擴散板。圖9示出了肉眼無法觀察到燈泡時(燈泡隱蔽性良好)不同腔體構(gòu)造的S/D比率。S為燈泡間距，D為腔體深度，所述腔體深度被限定為背反射器與擴散板底部之間的距離。從圖9可以看出，與標(biāo)準(zhǔn)白色反射器的S/D比率(1.4至1.85)相比，本發(fā)明的背反射器層疊件將S/D比率增加到了 1. 8至2. 1。對于典型的32”液晶電視機，S/D比率2. 1表示可以使用10個燈泡來代替標(biāo)準(zhǔn)的16個燈泡，S/D比率1. 95表示可以使用12個燈泡來代替標(biāo)準(zhǔn)的16個燈泡。圖10又示出了在肉眼無法觀察到燈泡時(燈泡隱蔽性良好)不同腔體構(gòu)造的腔體深度(D)。如圖10所示，本發(fā)明的背反射器層疊件提供了以下兩個優(yōu)點(i)當(dāng)采用某些燈泡間距(例如25mm)時，可以允許設(shè)計更薄的背光源。根據(jù)膜的組合，腔體深度可以從15至18mm減小到12至14mm。(ii)采用25mm燈泡間距的標(biāo)準(zhǔn)白色背反射器的腔體深度非常接近或者等于采用 35mm燈泡間距的漫射ESR背反射器的腔體深度。這意味著在不改變腔體深度的情況下，漫射ESR背反射器有助于減少燈泡數(shù)量。盡管已經(jīng)結(jié)合具體的示例性實施例描述了本發(fā)明的光學(xué)制品和裝置，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易認識到，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以對其進行更改和修改。
權(quán)利要求
1.一種背光型顯示裝置，包括 顯示面板；背反射器層疊件，其包括設(shè)置在反射層上的多個擴散區(qū)域，從而形成夾雜著所述擴散區(qū)域的多個反射區(qū)域；以及光源陣列，其設(shè)置在所述顯示面板和所述背反射器層疊件之間； 其中，所述光源陣列中的光源在所述背反射器層疊件上的投影與所述背反射器層疊件的所述擴散區(qū)域?qū)R，并且，所述光源陣列中光源之間的開口的投影與所述背反射器層疊件的所述反射區(qū)域?qū)R。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光型顯示裝置，其中所述光源陣列中的光源為發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光型顯示裝置，其中所述光源陣列中的光源為長型的光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光型顯示裝置，其中所述背反射器層疊件的所述反射區(qū)域和所述擴散區(qū)域呈帶狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光型顯示裝置，其中所述背反射器層疊件的所述擴散區(qū)域包括多個光導(dǎo)向凸起。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種背光型顯示裝置，其包括顯示面板；背反射器層疊件，其包括設(shè)置在反射層上的多個擴散區(qū)域，從而形成夾雜著所述擴散區(qū)域的多個反射區(qū)域；以及光源陣列，其設(shè)置在所述顯示面板和所述背反射器層疊件之間；其中，所述光源陣列中的光源在所述背反射器層疊件上的投影與所述背反射器層疊件的所述擴散區(qū)域?qū)R，并且所述光源陣列中光源之間的開口的投影與所述背反射器層疊件的所述反射區(qū)域?qū)R。
文檔編號F21Y101/02GK102419493SQ20111039799
公開日2012年4月18日 申請日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者奎因·D·桑福德, 程銘, 馬家穎 申請人:3M創(chuàng)新有限公司