CN102966916A - 具有椭圆基线部分的对称锯齿边缘光导膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于具有至少一个点光源的背光单元的平面光导膜，该光导膜包括：光输入表面，用于接收来自点光源的光；光重新定向表面，用于重新定向从光输入表面接收的光；和光输出表面，用于输出至少从光重新定向表面重新定向的光。光输入表面进一步包括复合透镜结构，其包含具有第一接触角的圆形顶端部分，和具有第二接触角的第一和第二椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且第二接触角彼此相等；以及其中圆形顶端部分满足下述等式：和椭圆形基线部分满足下述等式：

，

。

Description

具有椭圆基线部分的对称锯齿边缘光导膜

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LED)背光单元的光导膜，且更具体地，涉及一种LED背光单元的光导膜，其具有多个凹槽，该凹槽被刻入光导膜的入射面以增加光可以透射通过光导膜的入射角。

背景技术

一般，用于手提式和笔记本装置的液晶显示器(LCD)通常使用至少一个侧向发光二极管(LED)作为背光单元的光源。这种侧向LED通常如图1所示提供给背光单元。

参考图1，背光单元10包括配置在基底12上的平面光导膜20，和以阵列形式配置在光导膜20侧面的多个侧向LED30(仅一个侧向LED在图1中示出)。从LED30进入光导膜20的光L通过定位在光导膜20底部的微小反射图案22和反射片(未示出)向上反射，并从光导膜20出射，为光导膜20上方的LCD面板40提供背光。当光从LED30入射到光导膜20上时，这种背光单元20存在如图2所示的问题。

如图2所示，当光L进入光导膜20时，根据斯涅耳定律，由于介质之间折射率的差异，使得从每个LED30发射的光L朝向光导膜20以预定角度θ折射。换句话说，即使光L以光束角度α1从LED30出射，它也以小于α1的入射角度α2入射到光导膜20上。在图3中，示出了光L的这种入射分布。因此，存在组合区域的长度(1)增加的问题，该区域为从各个LED30进入光导膜20的光L的光束组合的区域。此外，也称为“热斑”的光点H和黑点D交替形成在光导膜20的入射面上相应于长度(1)的区域中。每个光点H形成在面对LED30的位置处，每个黑点D形成在光点H之间。

由于交替形成的光点和黑点不是光导膜所需要的，因此应当将它们最小化并且应当尽可能的将长度(1)缩短。为此，有必要增加进入光导膜的光的角度，即光的入射角。

为此，建议在光导膜的输入表面上形成突出，如图4所示。具体地，多个精细的棱镜状结构24或弧形结构(未示出)形成在光导膜20A的光输入表面上，光L以入射角度α3进入光导膜，该角度基本上等于从光源焦点F出射的光的方位角α1。从而，如果从光源焦点F出射的光的方位角α1相同，那么光L以比图2和3的情况更宽的入射角度α3进入光导膜。然而，利用该解决方案，存在一些二次光准直，其中光线通过相邻棱镜或弧形结构的壁折射，如图4所示。来自相邻棱镜结构的壁的二次光准直将光线转回到轴上，提供来自光源的光的更小的漫射，如图4所示。从而，输入表面上连续棱镜或弧形结构具限制了光漫射能力。

因此，需要一种改进的输入边缘设计，以提供光导膜的更均匀的表面照明，而不用牺牲背光系统的效率。

发明内容

本发明提供一种用于具有至少一个点光源的背光单元的平面光导膜，该光导膜包括：光输入表面，用于接收来自点光源的光；光重新定向表面，用于重新定向从光输入表面接收的光；光输出表面，用于输出至少从光重新定向表面重新定向的光；其中光输入表面进一步包括复合透镜结构，其包含具有第一接触角的圆形顶端部分，和具有第二接触角的第一和第二椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且第二接触角彼此相等；以及

其中圆形顶端部分满足下述等式：

$y_1=a_1+\sqrt{({r_1}^2-x^2)}$

和椭圆形基线部分满足下述等式：

$y_4=d_4+b_4\×\sqrt{{(1-((x-c_4)/a_4)}^2}$

$y_5=d_5+b_5\×\sqrt{{(1-((x-c_5)/a_5)}^2}$

此外，本发明还提供一种用于具有至少一个点光源的背光单元的平面光导膜，该光导膜包括：光输入表面，用于接收来自点光源的光；光重新定向表面，用于重新定向从光输入表面接收的光；光输出表面，用于输出至少从光重新定向表面重新定向的光；其中光输入表面进一步包括在之间具有间隙的复合透镜结构，该透镜结构包含具有第一接触角的圆形顶端部分，和具有第二接触角的第一和第二椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且第二接触角彼此相等；以及

其中圆形顶端部分满足下述等式：

$y_1=a_1+\sqrt{({r_1}^2-x^2)}$

和椭圆形基线部分满足下述等式：

$y_4=d_4+b_4\×\sqrt{{(1-((x-c_4)/a_4)}^2}$

$y_5=d_5+b_5\×\sqrt{{(1-((x-c_5)/a_5)}^2}$

进一步，本发明提供一种用于具有至少一个点光源的背光单元的平面光导膜，该光导膜包括：光输入表面，用于接收来自点光源的光；光重新定向表面，用于重新定向从光输入表面接收的光；光输出表面，用于输出至少从光重新定向表面重新定向的光；其中光输入表面进一步包括锯齿透镜结构，其仅提供在点光源入射在光输入表面上的位置，该透镜结构包含具有第一接触角的圆形顶端部分，和具有第二接触角的第一和第二椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且第二接触角彼此相等；以及

其中圆形顶端部分满足下述等式：

$y_1=a_1+\sqrt{({r_1}^2-x^2)}$

和椭圆形基线部分满足下述等式：

$y_4=d_4+b_4\×\sqrt{{(1-((x-c_4)/a_4)}^2}$

$y_5=d_5+b_5\×\sqrt{{(1-((x-c_5)/a_5)}^2}$

附图说明

图1示出了示例常规背光模块的示意图；

图2示出了示例常规光导板的亮/黑带的分布的示意图；

图3示出了示例常规光漫射结构的实施例的示意图；

图4示出了示例常规光漫射结构的另一实施例的示意图；

图5a和5b示出了示例根据本发明实施例的光导膜的示意图；

图6a-6c示出了示例根据本发明实施例的复合透镜特征的多个部分的示意图；

图7a和7b示出了示例在每个相邻特征之间具有间隙的复合透镜特征的光漫射能力的示意图；

图8示出了本发明的另一实施例；

图9a和9b示出了来自具有圆形或弧形输入特征的光输入表面的在不同距离处的照明强度；

图1Oa和10b示出了来自具有梯形特征或具有倾斜侧的特征的光输入表面的在不同距离处的照明强度；以及

图11a和11b示出了来自根据本发明一个实施例的光输入表面的在不同距离处的照明强度。

具体实施方式

根据本发明的光导膜包括光输出表面，光重新定向表面，和与光输出表面和光重新定向表面连接的至少一个光输入表面。光输入表面包括多个由复合透镜阵列构成的凹入特征(“特征”也可称为结构，下同)。每个复合透镜被垂直于光输出表面的平面间隙所分割开。该复合透镜和间隙沿着光输入表面设置，从输出表面延伸到光重新定向表面。每个复合透镜具有对称的截面，其由顶端部分和基线部分构成，顶端部分包括具有第一接触角的圆形顶端部分，基线部分包括两个倾斜的具有第二接触角的椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且其中对于两个倾斜椭圆形基线部分的每个的接触角相等。

根据上述实施例，复合透镜的几何轮廓允许相当大的光偏转距离；即，复合透镜结构具有更好的光漫射能力。从而，点光源和显示器的有效区域之间的距离可以缩短，点光源之间的黑斑可以最小化，同时亮度均匀性仍然可接受。圆形顶端部分均匀分布离散光源前面的光，该光源一般为发光二极管(LED)。两个倾斜椭圆形基线部分均匀分布LED之间的光。圆形顶端部分和倾斜椭圆形基线部分的光滑曲率使光空间分布的均匀性最大化，从而，获得均匀的光输出。此外，每两个相邻的复合透镜结构在之间具有间隙或平面是也必要的，从而，入射光的传播路径上较大角度的偏转可以实现，由此增加光漫射效果。

参考图5a和5b，示出了根据本发明实施例的光导膜，其中平面光导膜12用于接收和引导来自至少一个点光源(例如图5a所示的LED14)的光。相邻于LED14的光导膜12的侧面形成光输入表面12a。与光输入表面12a形成角度的光导膜12的顶面形成光出射表面12b，与光出射表面12b相对的底面形成光反射表面12c。光反射表面12c由多个光反射结构构成。从LED14出射的光经由光输入表面12a进入光导膜12并在光导膜12的内部传播。然后，通过光反射表面12c被引导向光出射表面12b，最后通过光出射表面12b从光导膜12射出。

此外，多个凹形复合透镜结构16在光输入表面12a的边缘上形成为锯齿形，其纵向方向彼此平行并在每个相邻复合透镜结构16之间具有间隙(G)。现在参考图6a，6b和6c，复合透镜结构16的面对LED14的光输入表面12a分别具有圆形顶端部分16a，和两个倾斜椭圆形基线部分16b和16c。凹形复合透镜结构16的圆形顶端部分16a是离光输入表面12a最远的部分。尽管对于本发明优选实施例的复合透镜特征沿凹形方向配置在光输入表面上，但是复合透镜也可以沿凸出方向位于光输入表面上。

长度T₁是椭圆形基线部分16b和16c顶部处切线延伸，和圆形顶端部分16a的切线延伸的交点之间的距离，其中圆形顶端部分16a的切线平行于光输入表面12a。长度T₂是圆形顶端部分16a的总宽度，其是在圆形顶端部分16a与两个椭圆形基线部分16b和16c相交的地方得到。注意，T₂平行于T₁。接触角A₁是圆形顶端部分16a的接触角。接触角A₁优选大于0.1度且小于或等于85度。现在参考图6b，间隙G是每个相邻复合透镜之间的距离。优选地，间隙G小于或等于节距P的0.9倍。线性复合透镜阵列16的节距P是沿光输入边缘的包括间隙G距离和复合透镜的总宽度B的距离。优选地，节距P大于或等于5微米且小于或等于1毫米(mm)。测量该特征的总高度H是从光输入边缘至圆形顶端部分16a的切线。复合透镜的总高度H大于或等于3微米且小于或等于1毫米。光输入表面12a具有10纳米至2微米的表面光洁度。凹形复合透镜结构16的表面光洁度可以与特征之间的间隙G部分相同或不同。

有利地，圆形顶端部分16a的XY截面的形状满足下述等式(1)：

(1) $y_1=a_1+\sqrt{({r_1}^2-x^2)}$

其中圆形顶端部分16a具有第一半径r₁。第一半径r₁限定为距离T₁的一半除以接触角A₁的一半的正切的商。值a₁限定为总高度H减去圆形顶端部分16a的半径r₁。值x是沿光输入表面的方向的值并且优选设置在-r₁×sin(A1)≤x≤r₁×sin(A1)的范围内。值y₁是沿光传播方向的值。

现在参考图6c，复合透镜结构还包括两个倾斜椭圆形部分，即第一椭圆形基线部分16b和第二椭圆形基线部分16c。每个椭圆形基线部分包括两个接触角，顶部接触角和底部接触角。第一椭圆形基线部分16b具有顶部接触角A₄₁和底部接触角A₄₂。第二椭圆形基线部分16c具有顶部接触角A₅₁和底部接触角A₅₂。顶部接触角A₄₁由第一椭圆形基线部分16b在圆形顶端部分16a和第一椭圆形基线部分16b相交的点处的切线产生。底部接触角A₄₂由第一椭圆形基线部分16b在第一椭圆形基线部分16b与光输入表面12a相交的点处的切线产生。第一椭圆形基线部分16b的顶部接触角A₄₁和第二椭圆形基线部分16c的顶部接触角A₅₁相等。第一椭圆形基线部分16b的底部接触角A₄₂和第二椭圆形基线部分16c的底部接触角A₅₂相等。两个椭圆形基线部分16b和16c的每个的接触角大于圆形顶端部分16a的接触角A₁。

有利地，如图6c所示，椭圆形基线部分16b和16c的XY截面的形状分别满足下述等式(2和3)：

(2) $y_4=d_4+b_4\×\sqrt{{(1-((x-c_4)/a_4)}^2}$

(3) $y_5=d_5+b_5\×\sqrt{{(1-((x-c_5)/a_5)}^2}$

其中：

H₃＝H-r₁×[1-cos(A₁)]

B＝P-G

a₄＝±{[{H₃ ²×(tan(A₄₁)²+1)×(tan(A₄₂)²+1)×[(2×tan(A₄₁)²×tan(A₄₂)²+tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)²)+2×tan(A₄₁)×tan(A₄₂)×(tan(A₄₁)²×tan(A₄₂)²+tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)²+1)^0.5]}/{tan(A₄₁)²-tan(A₄₂)²}²]^0.5×(T₂-B)/2×[(tan(A₄₁)²×tan(A₄₂)²+tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)²+1)^0.5-tan(A₄₁)×tan(A₄₂)+1]}/{H₃×[tan(A₄₁)+tan(A₄₂)]}

b₄＝±[{H₃ ²×(tan(A₄₁)²+1)×(tan(A₄₂)²+1)×[(2×tan(A₄₁)²×tan(A₄₂)²+tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)²)+2×tan(A₄₁)×tan(A₄₂)×(tan(A₄₁)²×tan(A₄₂)²+tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)²+1)^0.5]}/{tan(A₄₁)²-tan(A₄₂)²}²]^0.5

c₄＝[T₂×tan(A₄₁)²/2+tan(A₄₂)×B×tan(A₄₁)/2+(T₂-B)/2]/[tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)×tan(A₄₁)]+{tan(A₄₂)×[tan(A₄₁)²+1]×(T₂-B)/2±tan(A₄₁)×(T₂-B)/2×[tan(A₄₁)²×tan(A₄₂)²+tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)²+1]^0.5}/{tan(A₄₁)×[tan(A₄₁)²-tan(A₄₂)²]}

d₄＝±H₃×{(tan(A₄₁)²+1)-{tan(A₄₁)²×[tan(A₄₁)²+1]±tan(A₄₁)×tan(A₄₂)×[tan(A₄₁)²×tan(A₄₂)²+tan(A₄₁)²+tan(A₄₂)²+1]²}/[tan(A₄₁)²-tan(A₄₂)²]}

a₅＝±{[{H₃ ²×(tan(A₅₁)²+1)×(tan(A₅₂)²+1)×[(2×tan(A₅₁)²×tan(A₅₂)²+tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)²)+2×tan(A₅₁)×tan(A₅₂)×(tan(A₅₁)²×tan(A₅₂)²+tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)²+1)^0.5]}/{tan(A₅₁)²-tan(A₅₂)²}²]^0.5×(T₂-B)/2×[(tan(A₅₁)²×tan(A₅₂)²+tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)²+1)^0.5-tan(A₅₁)×tan(A₅₂)+1]}/{H₃×[tan(A₅₁)+tan(A₅₂)]}

b₅＝±[{H₃ ²×(tan(A₅₁)²+1)×(tan(A₅₂)²+1)×[(2×tan(A₅₁)²×tan(A₅₂)²+tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)²)+2×tan(A₅₁)×tan(A₅₂)×(tan(A₅₁)²×tan(A₅₂)²+tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)²+1)^0.5]}/{tan(A₅₁)²-tan(A₅₂)²}²]^0.5

c₅＝[T₂×tan(A₅₁)²/2+tan(A₅₂)×B×tan(A₅₁)/2+(T₂-B)/2]/[tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)×tan(A₅₁)]+{tan(A₅₂)×[tan(A₅₁)²+1]×(T₂-B)/2±tan(A₅₁)×(T₂-B)/2×[tan(A₅₁)²×tan(A₅₂)²+tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)²+1]^0.5}/{tan(A₅₁)×[tan(A₅₁)²-tan(A₅₂)²]}

d₅＝±H₃×{(tan(A₅₁)²+1)-{tan(A₅₁)²×[tan(A₅₁)²+1]±tan(A₅₁)×tan(A₅₂)×[tan(A₅₁)²×tan(A₅₂)²+tan(A₅₁)²+tan(A₅₂)²+1]²}/[tan(A₅₁)²-tan(A₅₂)²]}

从而，第一椭圆形基线部分16b具有顶部接触角A₄₁和底部接触角A₄₂，第二椭圆形基线部分16c具有顶部接触角A₅₁和底部接触角A_52。参考图6a和6c，以及等式2，第一椭圆形基线部分16b的高度H₃等于复合透镜特征16的总高度H减去圆形顶端部分16a的半径r₁与1减去圆形顶端部分16a的接触角A₁的余弦的差值的乘积。复合透镜特征16的总宽度B等于复合透镜阵列的节距P减去间隙G距离。优选地，间隙G大于0并且小于或等于节距P的0.9倍。节距P优选地大于或等于5微米并且小于或等于1毫米。第二椭圆形基线部分16c的高度等于第一椭圆形基线部分16b的高度H₃。

参数a₄等于如下所述的值，即“第一椭圆形基线部分16b的高度H₃的平方乘以第一椭圆形基线部分16b顶部的接触角A₄₁的正切的平方加1的值，再乘以椭圆形基线部分16b底部的接触角A₄₂的正切的平方加1的值，再乘以下述值：2乘以接触角A₄₁的正切的平方，再乘以接触角A₄₂的正切的平方，该得到的值加上接触角A₄₁的正切的平方与接触角A₄₂的正切的平方，再加上2乘以接触角A₄₁的正切以及接触角A₄₂的正切以及下述值：接触角A₄₁的正切的平方乘以接触角A₄₂的正切的平方加上接触角A₄₁的正切的平方、接触角A₄₂的正切的平方以及1所得到值的平方根。”除以下述的值：“接触角A₄₁的正切的平方减去接触角A₄₂的正切的平方所得到的值的平方的平方根与圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的二分之一相乘，再乘以下述值：接触角A₄₁的正切的平方乘以接触角A₄₂的正切的平方加上接触角A₄₁的正切的平方、接触角A₄₂的正切的平方以及1所得到值的平方根，最后减去接触角A₄₁的正切乘以接触角A₄₂的正切的值，再加上1。”得到的商数，前面所得到的总值再除以下述值：第一椭圆形基线部分16b的高度H₃与接触角A₄₁的正切加上接触角A42的正切的值相乘。

参数b₄等于如下所述的值，即“第一椭圆形基线部分16b的高度H₃的平方乘以第一椭圆形基线部分16b顶部的接触角A₄₁的正切的平方加1的值，再乘以椭圆形基线部分16b底部的接触角A₄₂的正切的平方加1的值，再乘以下述值：2乘以接触角A₄₁的正切的平方，再乘以接触角A₄₂的正切的平方，该得到的值加上接触角A₄₁的正切的平方与接触角A₄₂的正切的平方，再加上2乘以接触角A₄₁的正切乘以接触角A₄₂的正切以及乘以下述值：接触角A₄₁的正切的平方乘以接触角A₄₂的正切的平方，加上接触角A₄₁的正切的平方再加上接触角A₄₂的正切的平方以及1所得到值的平方根。”除以下述的值，即“接触角A₄₁的正切的平方减去接触角A₄₂的正切的平方所得到的值的平方的平方根”得到的商数。

参数c₄等于如下所述的值，即“圆形顶端部分16a的总宽度T₂乘以接触角A₄₁的正切的平方的一半，再加上接触角A₄₂的正切乘以复合透镜特征16的总宽度B乘以接触角A₄₁的正切的平方的一半所得到的值，再加上圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的一半。”除以下述的值，即“接触角A₄₁的正切的平方加上接触角A₄₂的正切与接触角A₄₁的正切相乘的值”得到商数，再与下述值“接触角A₄₂的正切与接触角A₄₁的正切的平方加1的值相乘，再乘以圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的一半，上述所得到的值加上或减去下述值：接触角A₄₁的正切与圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的一半相乘，再乘以下述值的平方根：接触角A₄₁的正切的平方乘以接触角A₄₂的正切的平方，加上接触角A₄₁的正切的平方以及接触角A₄₂的正切的平方，再加上1。”除以下述值“接触角A₄₁的正切与接触角A₄₁的正切的平方减去接触角A₄₂的正切的平方的值相乘。”得到的值相加。

参数d₄等于如下所述的值，即“接触角A₄₁的正切的平方加上1，其所得到的值减去下述值：接触角A₄₁的正切的平方与接触角A₄₁的正切的平方加1的值相乘，所得到的值加上或减去下述值：接触角A₄₁的正切乘以接触角A₄₂的正切乘以下述值的平方：接触角A₄₁的正切的平方乘以接触角A₄₂的正切的平方，再加上接触角A₄₁的正切的平方以及接触角A₄₂的正切的平方，再加上1。”除以下述值“接触角A₄₁的正切的平方减去接触角A₄₂的正切的平方”所得到的值，上述得到的商再乘以第一椭圆形基线部分16b的高度H₃。

参考图6a和6c以及等式3，第二椭圆形基线部分16c的高度H₃等于第一椭圆形基线部分16b的高度。复合透镜特征16的总宽度B等于复合透镜阵列的节距P减去间隙G距离。优选地，间隙G大于0并且小于或等于节距P的0.9倍。

参数a₅等于如下所述的值，即“第二椭圆形基线部分16c的高度H₃的平方乘以第二椭圆形基线部分16c顶部的接触角A₅₁的正切的平方加1的值，再乘以第二椭圆形基线部分16c底部的接触角A₅₂的正切的平方加1的值，再乘以下述值：2乘以接触角A₅₁的正切的平方，再乘以接触角A₅₂的正切的平方，该得到的值加上接触角A₅₁的正切的平方与接触角A₅₂的正切的平方，再加上2乘以接触角A₅₁的正切以及接触角A₅₂的正切以及下述值：接触角A₅₁的正切的平方乘以接触角A₅₂的正切的平方加上接触角A₅₁的正切的平方、接触角A₅₂的正切的平方以及1所得到值的平方根。”除以下述的值“接触角A₅₁的正切的平方减去接触角A₅₂的正切的平方所得到的值的平方的平方根与圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的二分之一相乘，再乘以下述值：接触角A₅₁的正切的平方乘以接触角A₅₂的正切的平方加上接触角A₅₁的正切的平方、接触角A₅₂的正切的平方以及1所得到值的平方根，最后减去接触角A₅₁的正切乘以接触角A₅₂的正切的值，再加上1。”得到的商数，前面所得到的总值再除以下述值：第二椭圆形基线部分16c的高度H₃与接触角A₅₁的正切加上接触角A₅₂的正切的值相乘。

参数b₅等于如下所述的值，即“第二椭圆形基线部分16c的高度H₃的平方乘以第二椭圆形基线部分16c顶部的接触角A₅₁的正切的平方加1的值，再乘以第二椭圆形基线部分16c底部的接触角A₅₂的正切的平方加1的值，再乘以下述值：2乘以接触角A₅₁的正切的平方，再乘以接触角A₅₂的正切的平方，该得到的值加上接触角A₅₁的正切的平方与接触角A₅₂的正切的平方，再加上2乘以接触角A₅₁的正切以及接触角A₅₂的正切以及下述值：接触角A₅₁的正切的平方乘以接触角A₅₂的正切的平方，加上接触角A₅₁的正切的平方、接触角A₅₂的正切的平方以及1所得到值的平方根”除以下述的值，即“接触角A₅₁的正切的平方减去接触角A₅₂的正切的平方所得到的值的平方的平方根。”得到的商数。

参数c₅等于如下所述的值，即“圆形顶端部分16a的总宽度T₂乘以接触角A₅₁的正切的平方的一半，再加上接触角A₅₂的正切乘以复合透镜特征16的总宽度B乘以接触角A₅₁的正切的平方的一半所得到的值，再加上圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的一半。”除以下述值，即“接触角A₅₁的正切的平方加上接触角A₅₂的正切与接触角A₅₁的正切相乘的值。”得到的负商数，再与下述的值“接触角A₅₂的正切与接触角A₅₁的正切的平方加1的值相乘，再乘以圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的一半，上述所得到的值加上或减去下述值：接触角A₅₁的正切与圆形顶端部分16a的总宽度T₂减去复合透镜特征16的总宽度B所得到的值的一半相乘，再乘以下述值的平方根：接触角A₅₁的正切的平方乘以接触角A₅₂的正切的平方，加上接触角A₅₁的正切的平方以及接触角A₅₂的正切的平方，再加上1。”除以下述值“接触角A₅₁的正切与接触角A₅₁的正切的平方减去接触角A₅₂的正切的平方的值相乘”得到的值相加。

参数d₅等于如下所述的值，即“接触角A₅₁的正切的平方加上1，其所得到的值减去下述值：接触角A₅₁的正切的平方与接触角A₅₁的正切的平方加1的值相乘，所得到的值加上或减去下述值：接触角A₅₁的正切乘以接触角A₅₂的正切乘以下述值的平方：接触角A₅₁的正切的平方乘以接触角A₅₂的正切的平方，再加上接触角A₅₁的正切的平方以及接触角A₅₂的正切的平方，再加上1。”除以下述值“接触角A₅₁的正切的平方减去接触角A₅₂的正切的平方”所得到的商，上述得到的商再乘以第二椭圆形基线部分16c的高度H₃。

坐标x是沿输入边缘的方向，或者更明确地，沿复合透镜特征16的总宽度的方向的值，并且优选地对于第一椭圆形基线部分16b设置在-B/2≤x≤-T₂/2的范围内，对于第二椭圆形基线部分16c设置在T₂/2≤x≤B/2的范围内。坐标y₄和y₅是沿光传播方向的值。

对于复合透镜特征的接触角可以描述为A₄₁＝A₅₁，A₄₂＝A₅₂以及A₁≤A₄₂，A₄₁。优选地，A₁≤A₄₂，A₄₁≤85度。

图7a是本发明的单个复合透镜特征16的阵列的光线跟踪，示例了当各个复合透镜特征以连续方式配置在光输入表面12a上，从而在相邻复合透镜之间不存在间隙G时，光线所发生的状态。图7b是类似的光线跟踪，但是其中各个复合透镜特征通过相邻特征之间的间隙G分离。间隙G优选小于或等于0.9P，其中P(如图6b所示)是输入表面12a上复合透镜特征的节距。在图7a中，其中复合透镜特征沿输入表面彼此相邻，一些光线在到达相邻特征的侧面时发生折射，从而经历二次光准直。该二次光准直降低复合透镜特征16的漫射能力。在图7b中，复合透镜特征通过间隙G分离。间隙允许光线以漫射方式连续并且从而变宽光在光导膜中传播的角度。当特征之间的间隙包含在复合透镜特征设计中时，存在最小的二次光准直。以该方式，光的较宽角度有助于减轻沿光导膜输入表面的热斑。

现在参考图8，图8中的光导膜12示出了复合透镜特征16没有沿整个输入表面12a配置。相反，复合透镜特征16沿光输入表面12a在LED14光入射的区域中配置。由于光输入表面上的未成型区域具有该区域中最小的光线，因此系统的亮度均匀性受到的影响最小。

例子

图9a示出了具有弧形或圆形结构36的光导膜30的光输入表面32的一部分。图9b中的图表示例了在离光输入表面32的3.5mm，4.5mm和5.5mm距离处的光导膜30的光强。图9b示出了随着离光输入表面的距离增加，局部化光强降低，但是在5.5mm处仍然存在一些明显的热斑。弧形或圆形结构解决方案提供了对于热斑的一些改进，但是更有效之处在于与LED一致准直光，而不是扩宽入射角。这在图9b的图表中是很显然的。在图9b中，LED定位在每条垂直虚线处，光分布仍然在5.5mm处没有变得水平，以进入光导膜。从图9b的图表中显而易见的是弧形或圆形的解决方案具有不充足的漫射能力。

图10a示出了具有复合透镜结构的光导膜40的光输入表面42的一部分，该透镜结构具有平坦的倾斜侧46。该结果也可以应用于梯形光输入结构。图10b中的图表示例了在离光输入表面42的3.5mm，4.5mm和5.5mm距离处的光导膜40的光强。图10b示出了紧靠LED前面的区域中局部化光强实际上反转了，导致紧靠LED前面出现黑斑。紧靠LED前面的光强的总损耗是由于笔直的倾斜壁漫射光更易于通过侧面而不是通过顶端。也注意到当离输入表面42的距离增加时，横跨光导膜的光强分布的形状不显著改变。

图11a示出了具有本发明复合透镜结构56的光导膜50的光输入表面52的一部分。复合透镜特征利用圆形顶端部分和两个倾斜椭圆形基线部分。对于两个倾斜椭圆形基线部分的每个的顶部和底部接触角相等。对于两个倾斜椭圆形基线部分的每个的顶部和底部接触角大于圆形顶端部分的接触角。圆形顶端部分在紧靠LED前面的区域中均匀分布光。两个倾斜椭圆形基线部分在LED之间均匀分布光。圆形顶端部分和两个倾斜椭圆形基线部分的光滑曲率最大化光空间分布的均匀性，因此输出光是均匀的。图11b中的图表示例了本发明的复合透镜56在离光输入表面52的3.5mm，4.5mm和5.5mm距离处横跨光导膜产生均匀的光输出。

因此，提供一种具有对称光重新定向特征的改进光导膜，以提高光输出均匀性而不牺牲光输入效率。即，具有复合透镜结构16的改进光导膜12在平行于光提取面和光反射面(顶面和底面)的平面内提供提高的光漫射，允许离散的光源之间较大的光重新分布(光在平坦无锯齿输入边缘的临界角外传播)，因此光输出均匀性提高。此外，在垂直于光提取面和光反射面(顶面和底面)的平面内的光分布最小化，因此总内反射的条件对于输入的传播光被最小化。

Claims (10)

1.一种用于具有至少一个点光源的背光单元的平面光导膜，该光导膜包括：光输入表面，用于接收来自点光源的光；光重新定向表面，用于重新定向从光输入表面接收的光；光输出表面，用于输出至少从光重新定向表面重新定向的光；其中光输入表面进一步包括复合透镜结构，其包含具有第一接触角的圆形顶端部分，和具有第二接触角的第一和第二椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且第二接触角彼此相等；以及

其中圆形顶端部分满足下述等式：

$y_1=a_1+\sqrt{({r_1}^2-x^2)}$

和椭圆形基线部分满足下述等式：

$y_4=d_4+b_4\×\sqrt{{(1-((x-c_4)/a_4)}^2}$

$y_5=d_5+b_5\×\sqrt{{(1-((x-c_5)/a_5)}^2}$

2.根据权利要求1所述的平面光导膜，其特征在于，复合透镜结构具有节距P，其大于或等于5微米并且小于或等于1毫米。

3.根据权利要求2所述的平面光导膜，其特征在于，复合透镜结构具有间隙G，其小于或等于节距P的0.9倍。

4.根据权利要求1所述的平面光导膜，其特征在于，复合透镜结构具有总高度H，其大于3微米并且小于或等于1毫米。

5.根据权利要求1所述的平面光导膜，其特征在于，复合透镜结构的圆形顶端部分具有接触角A₁，其大于0.1度并且小于或等于85度。

6.根据权利要求5所述的平面光导膜，其特征在于，复合透镜结构进一步包括接触角A₂₁，A₃₁，A₂₂和A₃₂，其中A₂₁＝A₃₁，A₂₂＝A₃₂和A₁＜A₂₂。

7.一种用于具有至少一个点光源的背光单元的平面光导膜，该光导膜包括：光输入表面，用于接收来自点光源的光；光重新定向表面，用于重新定向从光输入表面接收的光；光输出表面，用于输出至少从光重新定向表面重新定向的光；其中光输入表面进一步包括在其间具有间隙的复合透镜结构，该透镜结构包含具有第一接触角的圆形顶端部分，和具有第二接触角的第一和第二椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且第二接触角彼此相等；以及

其中圆形顶端部分满足下述等式：

$y_1=a_1+\sqrt{({r_1}^2-x^2)}$

和椭圆形基线部分满足下述等式：

$y_4=d_4+b_4\×\sqrt{{(1-((x-c_4)/a_4)}^2}$

$y_5=d_5+b_5\×\sqrt{{(1-((x-c_5)/a_5)}^2}$

8.根据权利要求7所述的平面光导膜，其特征在于，复合透镜结构的圆形顶端部分具有接触角A₁，其大于0.1度并且小于或等于85度。

9.根据权利要求8所述的平面光导膜，其特征在于，复合透镜结构进一步包括接触角A₂₁，A₃₁，A₂₂和A₃₂，其中A_21＝A₃₁，A₂₂＝A₃₂和A₁＜A₂₂。

10.一种用于具有至少一个点光源的背光单元的平面光导膜，该光导膜包括：光输入表面，用于接收来自点光源的光；光重新定向表面，用于重新定向从光输入表面接收的光；光输出表面，用于输出至少从光重新定向表面重新定向的光；其中光输入表面进一步包括锯齿透镜结构，其仅提供在点光源入射在光输入表面上的位置，该透镜结构包含具有第一接触角的圆形顶端部分，和具有第二接触角的第一和第二椭圆形基线部分，第二接触角大于第一接触角并且第二接触角彼此相等；以及

其中圆形顶端部分满足下述等式：

$y_1=a_1+\sqrt{({r_1}^2-x^2)}$

和椭圆形基线部分满足下述等式：

$y_4=d_4+b_4\×\sqrt{{(1-((x-c_4)/a_4)}^2}$

$y_5=d_5+b_5\×\sqrt{{(1-((x-c_5)/a_5)}^2}$

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