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CN101943822B - 整体式光学片以及包含该光学片的光学装置 - Google Patents

整体式光学片以及包含该光学片的光学装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及整体式光学片以及包含该光学片的光学装置，具体是关于通过合并扩散膜与棱镜膜而得到的薄型化的整体式光学片及采用该光学片的光学装置。本发明的整体式光学片其特征在于，包括聚光部和各向异性扩散部，其中所述聚光部包括沿第一方向延伸的多个棱镜元件，所述各向异性扩散部包括在形成有上述聚光部的棱镜元件的面的相反面上形成的多个沿与上述第一方向不同的第二方向延伸的光学元件。如上所述，在一面上形成包含向下棱镜元件和散射元件的部分，在另一面上形成用于实现扩散的部分，将现有的扩散膜和水平棱镜膜一体化，从而提供薄型化的光学片。

Description

整体式光学片以及包含该光学片的光学装置
技术领域
本发明涉及整体式光学片(optical sheet)以及包含该光学片的光学装置，具体是关于通过合并扩散膜(diffuser film)与棱镜膜(prism film)而得到的薄型化的整体式光学片及采用该光学片的光学装置。
背景技术
液晶显示装置作为笔记本电脑、个人电脑或者TV等的信息用显示器而被广泛使用，并且随着需求的扩大，其特性也逐年得到改善。作为非发光器件的LCD的液晶面板由于其结构，需要背光照明单元。背光照明单元由多种多样的光学系统构成。而且，背光照明单元使用周期性排列的光学膜的聚集体(aggregate)的形式的光学片，以提高其亮度。
图11为表示常规的液晶显示器结构的图，参照图11对现有的光学片的问题进行研究，结果如下。液晶显示装置101如图11所示，由背光照明单元20和液晶面板30构成。背光照明单元20包含光源21、导光板(light guide plate)22以及具有扩散膜24和棱镜膜10的光学片10、24。从光源21发射的光经过导光板22散射后进入眼睛，因此导光板22的图案会被直接映入。即便安装了液晶面板30也会明显感觉到该图案，因此通过扩散膜24将此最小化或消除。但是一旦经过扩散膜24，光就在水平和竖直方向上扩散，导致光亮度急剧下降。因此，棱镜膜10重新聚光并提高光亮度。棱镜膜10具有山状的细小齿(pitch)，通常是将两片膜作为一套来使用，位于导光板22一侧的一片为竖直的，余下的另一片为水平的。通过棱镜膜10的光具有聚光的视角并朝向前面，从而亮度也得到改善。
如上所述的现有光学片10、24由分别具有不同功能的多个膜构成，其组装工序繁琐而且操作时需要细心留意，因此产生由操作性低下和产品产量低下而引起的生产率及竞争力低下等问题。
另外，有如下缺点，即：由于使用多个膜而增加了背光照明单元的整体厚度，而且制造成本上升，从而降低了液晶显示装置等成品的市场竞争力。
发明内容
发明所要解决的课题
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种通过合并上述多个膜的一部分而得到的薄型化的整体式光学片。
另外，本发明的目的在于通过采用上述整体式光学片，提供一种产量提高并且薄型化的光学装置。
解决课题的方案
为了实现上述目的，本发明的整体式光学片的特征在于，包括聚光部和各向异性(anisotropic)扩散部，其中所述聚光部包括沿第一方向延伸的多个棱镜元件，所述各向异性扩散部包括在形成有上述聚光部棱镜元件的面的相反面上形成的多个沿与上述第一方向不同的第二方向延伸的光学元件。如上所述，在一面上形成包含向下棱镜元件和散射元件的部分，在另一面上形成用于实现扩散的部分，将现有的扩散膜和水平棱镜膜一体化，从而提供薄型化的光学片。在上述聚光部和各向异性扩散部之间还可以包括透光性基础部。
另外，本发明的整体式光学片中，其特征在于，在上述聚光部的棱镜元件之间形成有齿区域，上述齿区域形成有多个散射元件。
另外，本发明的整体式光学片中，其特征在于，上述各向异性扩散部包括具有短轴和长轴、由高度从长轴至短轴方向周边变化的槽或凸起形成的光学元件。
另外，本发明的整体式光学片中，上述第一方向和第二方向可以相互垂直。上述向下棱镜元件和各向异性扩散部的方向相互垂直，通过扩散部使由棱镜元件会聚的光向与上述会聚方向垂直的方向重新扩散，从而可以提高亮度。
而且，本发明的整体式光学片中，其特征在于，上述多个散射元件的高度在向下棱镜元件高度的1/2以下。当上述散射元件的高度超过向下棱镜元件高度的1/2时，上述散射元件会引起与上述向下棱镜元件之间的干涉，因此优选地使散射元件的高度在向下棱镜元件高度的1/2以下。
另外，本发明的整体式光学片中，其特征在于，上述各向异性扩散部的出射光分布图的短轴方向与第二方向相一致，并且出射光分布图的长短轴之比在2∶1以上。在由上述各向异性扩散部射出的光的分布图中将亮度值在最大亮度值的50％以上的部分连接起来，则形成椭圆形状，上述椭圆形状的短轴方向与上述第二方向相一致。特别是优选地使上述椭圆形状的长轴和短轴之比在2∶1以上，这是由实验得出的值，对此的详细说明在下面给出。
而且，本发明的整体式光学片中，在上述各向异性扩散部上表面形成有微透镜(lenticule)，该微透镜可以是半球状或圆柱状。尤其在上述微透镜之间还可以形成多个散射元件。如上所述的散射元件可通过具有砂纸(sandpapered)、喷砂(blasted)或刻痕面的模具或者滚筒形成。
另外，本发明的整体式光学片中，其特征在于，上述微透镜的R值与其间距之比为0.65以下。上述微透镜优选地使R值与间距之比为0.65以下，这是由实验得出的值，对此的详细说明在下面给出。
另外，具有如上所述的整体式光学片的光学装置，其特征在于包括：侧面具有入射面的导光板；光学片，包括聚光部和各向异性扩散部，其中所述聚光部设置在上述导光板之上并且包含具有沿第一方向延伸的方向性的多个棱镜元件，所述各向异性扩散部包括在形成有上述聚光部的棱镜元件的面的相反面上形成的多个沿与上述第一方向不同的第二方向延伸的光学元件；设置在上述光学片之上的棱镜片。
另外，包含本发明的整体式光学片的光学装置中，其特征在于，第一方向和第二方向相互垂直。
另外，包含本发明的整体式光学片的光学装置中，其特征在于，上述棱镜片的棱镜元件的延伸方向与第一方向，即与向下棱镜元件的延伸方向，相互垂直。
另外，包含本发明的整体式光学片的光学装置中，其特征在于，上述棱镜片的棱镜元件的延伸方向为第二方向。
另外，本发明的整体式光学片中，其特征在于，上述多个散射元件的高度在棱镜元件高度的1/2以下。
另外，本发明的整体式光学片中，其特征在于，上述各向异性扩散部的出射光量的短轴方向与第二方向相一致，且出射光量的长短轴之比在2∶1以上。
发明效果
如上所述的本发明的整体式光学片通过合并构成其的光学膜的一部分而实现薄型化，并且具有能实现通过上述光学片射出的光的高亮度值及均一度的优点。
特别具有如下优点，即，采用上述光学片的光学装置可以实现其薄型化，并且使得组装工序简化及产量提高，因而使其产品具有较强的竞争力。
附图说明
图1是本发明光学装置的第一实施例的液晶显示装置的简要分解立体图。
图2是图1的光学片的详图。
图3是为了说明图2的光学片微透镜的图，图3(a)是第一实施例的光学片的立体图，图3(b)是第二实施例的光学片的立体图。
图4是说明有、无图2示出的散射元件所产生的差异的图。
图5是说明随图2示出的散射元件的高度变化而产生的亮度变化的图。
图6是详细说明图3(b)中示出的微透镜的图。
图7是说明亮度随着图3(b)中示出的微透镜的R值而变化的图。
图8是表示图2及图3中示出的各向异性扩散部的出射光的图。
图9是上述图8的分布图。
图10是说明第三实施例的微透镜的图。
图11是说明现有液晶显示装置的简要分解立体图。
具体实施方式
以下参照附图1至6对本发明的最佳实施例进行详细的说明。图中同样的结构要素当在其他图中示出时，尽可能采用同样的参考号及附图标记来表示。另外，在说明本发明的实施例时，当认为关于相关的公知功能或结构的详细说明可能对本发明的主旨造成不必要的模糊效果时，省略对其的详细说明。首先，参照图1对本发明的光学装置的第一实施例的液晶显示器进行说明如下。
包括光源100和设置在上述光源100一侧的导光板200。上述导光板200起引导从上述光源100入射的光并使其射出的功能。因此为了实现期望的光反射，可以在上述导光板200的下部设置预定的微小结构。另外，在上述导光板200的下表面可以设置反射板。本实施例中虽然将上述光源100位于导光板200的侧面作为一例而进行说明，但是不应限于此，上述光源也可以竖直方式实现，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
在上述导光板200的光发射方向上可设置有整体式光学片300，在上述整体式光学片300的光发射方向上可设置有用于聚光的棱镜片400。而且，上述棱镜片400的光发射方向上可形成有液晶显示面板500，从而可以构成一个液晶显示装置。
如图2所示，上述整体式光学片300包括聚光部330和各向异性扩散部310，该聚光部330具有在朝向导光板200的面上一体形成并沿宽度方向延伸的多个向下棱镜元件331以及多个在上述多个棱镜元件331之间形成的散射元件332，该各向异性扩散部310在光发射方向面上一体形成并具有扩散光的作用。如上所述，在光学片300的一面上形成包含向下棱镜元件331和散射元件332的聚光部330，在另一面上形成各向异性扩散部310以扩散由上述聚光部330会聚的光，将现有扩散膜和水平棱镜膜一体化，从而构成薄型化的光学片。在上述聚光部330和各向异性扩散部310之间还可以设置透光性基础部(未图示)，这是因为可以基于该透光性基础部，在其一面上设置聚光部，另一面上设置各向异性扩散部。
在上述各向异性扩散部310上表面，沿其长度方向形成有作为用于扩散的光学元件的多个微透镜，如图3(a)所示，该微透镜可以半椭圆球状311形成，也可如图3(b)所示，该微透镜以半圆柱状312形成。
以下将上述微透镜以半圆柱状312形成为例进行说明。图3中虽然图示凹刻的(engraved)微透镜而进行了说明，但是浮雕(embossed)微透镜的情况也起到相同的作用，因此，应理解为本发明包含凹刻或浮雕的微透镜。
虽然将上述聚光部330的多个向下棱镜元件331和上述各向异性扩散部310的微透镜312以相垂直的方向形成作为一例，但是不应限于此。即，上述向下棱镜元件331和微透镜312也可以被形成为具有非垂直的交叉角。
参照图2，在上述聚光部300的向下棱镜元件331之间形成有散射元件332。参考图4，左侧不存在散射元件时，可以依靠光源或棱镜元件实现高亮度，但是从外观上显示出亮度不均一，右侧具备散射元件来将光散射之后发射，这样达到从外观上显示不出亮度不均一的效果。因此，当外观不重要，需要体现高亮度时，可以不具备上述散射元件332，但是当外观上不能显示出不均一时，优选具备上述散射元件332。
此时，在上述聚光部330的向下棱镜元件331之间形成的散射元件332的高度L2应该比上述向下棱镜元件331的高度L1更小，优选地在高度L1的1/2以下。当上述散射元件332的高度超过高度L1的1/2时，上述散射元件332会引起与上述向下棱镜元件331相互间的干涉，从而降低作为原目的的散射功能，因此优选地上述散射元件332的高度为高度L1的1/2以下。根据实验结果，如图5所示，可知当散射元件332的高度为高度L1的1/2以下时，亮度缓慢地减小，当散射元件332的高度超过高度L1的1/2时，亮度急剧减小。由此可知，为了防止亮度的整体减小，优选地使上述散射元件332的高度L2为向下棱镜元件331的高度的1/2以下。
上述各向异性扩散部310的微透镜312以半球状或半圆柱状形式形成，如图6所示，可以通过改变微透镜的R值来调节光的扩散量。改变上述R值而测得的实验结果在图7中示出。
上述图7是将间距P固定为50μm、深度D固定为25μm的状态下，通过变化R值得到的、以百分比表示的整体式光学片300的相对于基准亮度值的亮度值的图。
如上述图7中所示，可以看出当对微透镜采用半径为32μm的圆的R值时，亮度值显著上升，此后逐渐减小R值，即微透镜形成得越尖锐亮度值上升得越缓慢。整理可知，当上述R值与间距P之比为0.65以下时，可以得到显著的亮度提升的效果。
以上描述中以各向异性扩散部由微透镜形成为例子进行了说明，但是不应限于此，该各向异性扩散部也可以通过显示各向异性的树叶形图案、刻痕等来实现。如图3c中图示的那样，上述树叶形光学元件313呈具有长轴和短轴的椭圆状，该椭圆状通过浮雕形成使得，以其长轴中央作为中心，越靠向两端部——即短轴的周边——其高度就越低。本例子中虽然以光学元件通过浮雕形成作为例子，但是该光学元件也完全可以通过凹刻即凹槽形成。优选地，如上所述的树叶形光学元件313的长短轴之比为1.5∶1～50∶1，长短轴的长度分别为1～5000μm和1～100μm，所述光学元件的高度为0.2～200μm。
图8表示仅将上述整体式光学片300的各向异性扩散部310单独分离出来后投射光线而得到的出射光，假设入射光的亮度为100，将50％以上的亮度值所分布的位置连接在一起，则如图9所示得到一个大致椭圆形的出射光分布图。改变上述各向异性扩散部310的微透镜312的R值而测定上述椭圆形长短轴的比率，结果如下表1所示。
表1
 值(R)   35   34   33   32   31   30   29   28   27   26   25
 比率   1.4∶1   1.45∶1   1.7∶1   2.04∶1   2.21∶1   2.3∶1   2.4∶1   2.84∶1   3∶1   3.4∶1   3.6∶1
如上所述的实验通常通过视角测定装置来实现，通过上述视角测定装置而得到的出射光分布图具有拥有长轴和短轴的椭圆的形状。上述短轴方向是沿着上述整体式光学片300的微透镜的延伸方向，长轴方向是沿着与上述整体式光学片300的微透镜的延伸方向相垂直的方向。尤其是当各向异性扩散部的上述长短轴之比为2∶1以上时，亮度提升效果非常显著。上述长短轴之比为2∶1所对应的微透镜R值为32μm，与此对应的R值与间距之比为0.65。即，当上述R值与微透镜所形成的各向异性扩散部的间距之比为0.65以下时，可以得到良好的前面亮度。针对没有微透镜的各向异性扩散部，即通过形成树叶形图案或单一方向的刻痕来制造的各向异性扩散部，将上述结果一般化，将出射光分布图的长短轴之比设置为2∶1以上时可得到良好的前面亮度。
另一方面，如图10所示，在上述各向异性扩散部310的微透镜312之间还可以形成散射元件313。上述散射元件313如图4所示那样，用于使亮度不均一现象不被从外观上显现出来。如图10所示的散射元件313可通过具有砂纸、喷砂或刻痕面的模具或者滚筒形成。这样的技术思想对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此省略其详细说明。
另一方面，通过在如上所述的光学片之上配置棱镜片来构成光学装置的情况下，上述棱镜片的棱镜元件的延伸方向优选地被布置为与作为向下棱镜元件的延伸方向的第一方向相垂直，或被布置为作为各向异性扩散部的短轴方向的第二方向。
以上说明的本发明的实施例不能被解释为限制了本发明的技术思想。本发明的保护范围仅由权利要求书所记载的事项限定，本领域技术人员可以将本发明的技术思想以各种形式进行改良、变更。因此，这样的改良和变更对于本领域技术人员来说是显而易见的，因而也在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种光学片，包括聚光部和各向异性扩散部，其中所述聚光部包括沿第一方向延伸的多个棱镜元件，所述各向异性扩散部包括在形成有上述聚光部的棱镜元件的面的相反面上形成的多个沿与上述第一方向不同的第二方向延伸的光学元件，
上述各向异性扩散部在光出射方向面上形成有作为上述光学元件的多个微透镜，上述微透镜是半圆柱状，且上述多个微透镜的R值与其间距之比为0.65以下。
2.根据权利要求1所述的光学片，其特征在于，在上述聚光部的棱镜元件之间形成有齿区域，上述齿区域形成有多个散射元件。
3.根据权利要求1所述的光学片，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向相垂直。
4.根据权利要求2所述的光学片，其特征在于，上述多个散射元件的高度在上述棱镜元件的高度的1/2以下。
5.根据权利要求1所述的光学片，其特征在于，上述各向异性扩散部的出射光分布图的短轴方向与所述第二方向相一致，并且所述出射光分布图的长短轴之比在2∶1以上。
6.根据权利要求1所述的光学片，其特征在于，在上述微透镜之间形成有多个散射元件。
7.根据权利要求2所述的光学片，其特征在于，上述多个散射元件可通过具有砂纸、喷砂或刻痕面的模具或者滚筒形成。
8.根据权利要求1所述的光学片，其特征在于，在上述聚光部和各向异性扩散部之间还包括透光性基础部。
9.一种光学装置，包括：
侧面具有入射面的导光板；
光学片，包括聚光部和各向异性扩散部，其中所述聚光部设置在上述导光板之上并且包含具有向第一方向延伸的方向性的多个棱镜元件，所述各向异性扩散部包括在形成有上述聚光部的棱镜元件的面的相反面上形成的多个沿与上述第一方向不同的第二方向延伸的光学元件，上述各向异性扩散部在光出射方向面上形成有作为上述光学元件的多个微透镜，上述微透镜是半圆柱状，且上述多个微透镜的R值与其间距之比为0.65以下；以及
设置在上述光学片之上的棱镜片。
10.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，上述聚光部的棱镜元件之间形成有齿区域，上述齿区域形成有多个散射元件。
11.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向相垂直。
12.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，上述棱镜片的棱镜元件的延伸方向与所述第一方向相垂直。
13.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，上述棱镜片的棱镜元件的延伸方向为所述第二方向。
14.根据权利要求10所述的光学装置，其特征在于，上述多个散射元件的高度在所述棱镜元件的高度的1/2以下。
15.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，所述各向异性扩散部的出射光分布图的短轴方向与所述第二方向相一致，且所述出射光分布图的长短轴之比在2∶1以上。
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