TW201102681A - Integrated optical sheet and optical device having the same - Google Patents

Description

201102681 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於整合型光學薄片及具有該光學薄片之 光學裝置’特別是將擴散膜（diffuser film )與稜鏡膜（prism film)整合在薄結構中的整合型光學薄片及具有該光學薄 片之光學骏置。 【先前技術] 液晶顯示器（LCDs )廣泛地使用於例如筆記型電腦、 個人電腦、TVs等資訊顯示器上，且LCDs的特性已經根 據需求的擴張而逐年改善。LCD的液晶面板是非發光裝 置’而因此需要依據其結構的背光單元。該背光單元是由 許多光學系統所組成。此外，該背光單元使用光學薄片以 做為光學膜的聚集體（aggregate )，該聚集艘係週期性地配 置以改善其照光強度（luminance)。 第11圖說明習知LCD的結構。參照第11圖，習知 光學薄片的問題將如下所述。如第11圖所示，該LCD 1 〇 1 包含背光單元20與液晶面板30。該背光單元20包含光源 21、導光板（light guide plate) 22、以及包含擴散膜24與 稜鏡膜10的光學薄片。從光源21發射的光經由導光板22 月欠射而直接進入使用者的眼睛，以致會如實般投射出該導 光板22的圖案。因為即使在裝設液晶面板3〇後仍可清楚 地偵測該圖案，所以有必要使用擴散膜24來使該圖案最小 化。然而，在通過擴散膜24之後，該光在水平與垂直方向 上散射，而突然地減低該光的照光強度。所以，稜鏡膜1〇 94803 4 201102681 再次收集該光以增加該光的照光強度。稜鏡膜ίο具有山形 細溝槽（mountain-shaped fine groove )、且是習知地由兩個 薄片所組成，其中一者是垂直鄰接導光板22而設置，而另 一個是水平地設置。因此，通過稜鏡膜10的光具有聚集的 視角且是指向前表面，而改善該照光強度。 因為該習知光學薄片包含複數個具有不同功能的膜 10、24，而因此其組合製程是複雜且需要仔細注意，由於 減低操作能力與良率，所以有減低生產量與競爭力的問題。 此外，使用該等膜增加該背光單元的整體厚度與製造 成本，而減低終端產品（例如LCDs)的競爭力。 【發明内容】 本申請案主張西元2009年7月1曰提出的第 10-2009-0059925號韓國專利申請案的國際優先權，該韓國 專利申請案的揭露内容在此完全參照併入。 本發明提供一種整合性光學薄片，其中，複數個膜整 合在薄結構中。 本發明也提供一種光學裝置，其能夠藉由利用該整合 型光學薄片來改善良率與實現小型化結構。 根據本發明之一態樣，提供一種整合型光學薄片，其 包含光收集器與非等向性擴散器，該光收集器包含複數個 在第一方向上延伸的稜鏡元件，該非等向性擴散器包含複 數個延伸自該光收集器表面的光學元件，該光收集器表面 之相對表面具有複數個呈不同於該第一方向之第二方向的 稜鏡元件。一部份是包含向下的稜鏡元件與散射元件且形 94803 201102681 成在一表面處，另一部份是包含擴 面處，以將習知擴散膜整合. 形成在另一表 光學薄片。在該光收集器與該二提供-薄的 步設置透明基底。 °擴散盗之間可進一 在琢无收集器的該等稜鏡元件之間右 槽在該等溝槽中形成有複數個散射元件⑽成有溝 再者，該非等向性擴散器可包含 :7"::二該光學元件是由具有高度的溝槽或I:: 成，該〶度倾該長触短齡㈣周緣變化。 而且，在根據本發明的光學薄片中，該第一方向 直於該第二方向。該向下的稜鏡元件可垂直難非等向性 擴散益，使㈣錢元件所收光被該擴散器擴散成 垂直於該收集方向的方向’而增加該光的照光強度。 此外，該等散射元件的高度可等於或小於該^向下的 棱鏡元件之高度的-半。當該散射元件的高度是大於該向 ,下的稜鏡元狀m半時，因為該散射元件可能妨礙 該向下的稜鏡元件，所以該散射元件的高度可等於或小於 該棱鏡元件之高度的一半。 再者，該非等向性擴散器可具有相同於該第二方向之 發射光分佈（emission light distribution)吟短軸方向，且 該發射光分佈的長軸與短軸的比可為2: 1或更大。在由該 非等向性擴散器所照射的光的分佈上，當最大照光強度值 的50%或更多的照光強度值的散佈點被連接時，則獲得實 貝地卵形發射光分佈（oval emission light distribution )，且 94803 6 201102681 該卵形的短軸方向等於該第 果證實該卵形的長軸與短軸 細節將提供如下。 一方向^具體來說，由測試結 的比最佳是2:1或更大，且其 面處的i 有她㈣成於其上表 面處的小扁且體（lenticules)，該小爲豆 半圓柱形。具體來說，在該等:球形或 ㈣μ ⑼可形成複數個 =70件。該4散射元件可藉由具有已用砂紙磨光、已喷 ◊处理或已劃痕之表面的模子或滚輪來形成。 、 此外，由測試結果證實該等小扁豆體之反值 距可為0.65或更小，且其細節將提供如下。、，、間 根據本發明的另—態樣，提供—種光學裝置，. 括：導光板，其具有位於其側表面處的人射表面；光風= 片’包含設置於該導光板上的光收集器與複數個在第 向上延伸的稜鏡元件、以及具有複數個延伸自該光 表面的光學元件的非等向性擴散器，該纽集器表面^目 對表面具有複數個呈不同於該第—方向的第二方向的棱於 元件，以及镜鏡薄片’係設置於該光學薄片上。 再者，該第一方向可垂直於該第二方向。 而且，該稜鏡薄片的該等稜鏡元件的延伸方向可垂· 於該第一方向，也就是該向下的稜鏡元件的延伸方向。ϋ 此外，該棱鏡薄片的該等稜鏡元件的延伸方向可為4 第二方向。 ·‘、、。 再者，該等散射元件的高度可等於或小於該等稜 件之高度的一半。 94803 7 201102681 ㈣Γί，該非等向性擴散器可具有相同於該第二方向之 佈的:豆轴方向，且該發射光分佈之長轴與短軸的 比了為2. 1或更大。 【實施方式】 發明將完整地在下文中參照所附圖式來進一步描 二’該等圖式顯示本發明的例示性實施例1而，本發明 可以許多不同形式來具體化且不應理解為限制於在此提出 的例=性實施例。相反地’提出這些例示性實施例將使得 本揭路周③、且將完整傳達本發明的範圍給該發明所屬技 術領域中具有通常知識者。在該㈣式中，層與區的尺寸 及相對尺寸可能為了清楚*誇張化。在圖式中相近的元件 符號表示相近的元件。 首先，將參照第1圖描述根據本發明例示性實施例之 光學裝置的LCD。 該LCD包含光源1〇〇、及安裝於該光源1〇()的一侧處 的導光板200。導光板200的作用是導引彳笔該光源1〇〇入 射的該光以發射該光。因此，可在導光板2〇〇的下表面處 形成預定的細結構以將該光反射至預定的，平坦表面 (level)。此外，可進一步在導光板200的下表面處安裝 反射板。雖然本實施例圖示出安裝於導光板200之一側處 的光源100，但是該光源可在垂直方向上安裝，而不以此 為限。 可在導光板200的照光方向上安裝整合性光學薄片 300’且可在整合性光學薄片300的照光方向上安裝稜鏡膜 8 94803 201102681 400以收集該光。此外，可在稜鏡膜4〇〇的照光方向上形 成液晶面板500以構成一個LCD。 如第2圖所示，整合性光學薄片3〇〇包含具有複數個 向下的棱鏡元件331和複數個散射元件的光收集器 330、以及非等向性擴散器（anis〇tr〇picdiffuser) 31〇，稜 鏡元件331整合地形成於光學薄板3〇〇的表面、益朝向導 光板200、且在其寬度方向上延伸，散射元件形成在 稜鏡元件331之間，非等向性擴散器31〇整合地形成於用 以擴散該光的照光表面。如上所述，包含該等向下的棱鏡 元件331和散射元件332的光收集器33〇是形成在光學薄 片300的一表面處，而非等向性擴散器31〇是形成於用以 擴散通過收集器330來收集的光的另一表面處，使得習知 擴散膜被整合於水平稜鏡膜’而實現薄化的光學薄片。在 光收集器330與非等向性擴散器31〇之間可進一步安裝透 明基底（trasparentbase)(未圖示）。因此，以該透明基底 為基礎，可在該基底的一表面處安裝該光收集器，且可在 另一表面處安裝該非等向性擴散器。 可形成複數個小扁豆體以做為用以在非等尚性擴散 器310的上表面處於其縱向上擴散的光學元件。該小扁豆 體可如弟3A圖所示地形成為半擴圓球形311、或可如第 3B圖所示地形成為半圓柱形312。 在下文中，將例示性地描述具有該半圓柱形312的小 爲丑體。雖然第3圖說明刻.凹（engraved)小扁立體，但 是因為浮凸（embossed)小扁豆體也可具有同樣功能，將 94803 201102681 了解本發明可包含刻凹與浮凸的小扁豆體。 雖然本實施例圖示該光收集器330的向下的稜鏡元件 331是垂直於該非等向性擴散器310的小扁豆體312,但並 不以此為限。換言之，該向下的稜鏡元件331與該小扁豆 體312可形成為具有非垂直角度的交叉角度。 參照第2圖，散射元件332是形成在光收集器330的 向下的稜鏡元件331之間。參照第4圖，當在該光源的左 側處沒有散射元件時，雖然使用該光源或該稜鏡元件可能 完成高照光強度，但是可能出現不規則的照光強度。為了 移除該不規則的照光強度，也在該光源的右侧處安裝散射 元件以散射該光。因此，如果出現不規則的照光強度並不 重要且需要高照光強度，則可不安裝散射元件332。然而， 在應該排除不規則的照光強度時，就有必要安裝散射元件 332。 在此，形成於該光收集器330的向下的稜鏡元件331 之間的散射元件332的高度L2可相等於或小於該向下的 稜鏡元件331的高度L1，較佳是等於或小於該高度L1的 一半。當該散射元件332的高度L2是大於該高度L1的一 半時，因為該散射元件332可能妨礙該向下的稜鏡元件331 而減低散射效能，較佳是該高度L2等於或小於該高度L1 的一半。根據測試結果，如第5圖所示，將了解當散射元 件332的高度L2是等於或小於該高度L1的一半時，照光 強度逐漸減低，但是當高度L2大於該高度L1的一半時， 照光強度突然地減低。換句話說.，為了防止照光強度整體 10 94803 201102681 降低’最佳是散射元件332的高度l2等於或小於該向下 的稜鏡元件331的高度u的一半。 該非等向性擴散器310的小扁豆體312可具有半圓球 开乂或半圓柱形，使得藉由改變該小扁豆體的R值可調整光 擴散總數（llght diffusion amount)。第7圖顯示藉由改變 該R值所量測到的測試結果。 在第7圖中，藉由改變該R值的狀態以表示照光強度 值除以該整合性薄片3〇〇的基準照光強度值的百分比，其 中間距P是固定在5〇微米（#m)且深度D是固定在 25微米。 如第7圖所示’將了解該照光強度值在該小扁豆體的 R值是半#32微料會_增加，且顏光強度值隨該r 值逐漸減少而逐漸增加。換句話說，將了解當R值除以該 間距p的比值是〇_65或更小時’可得到顯著的照光強度改 善效果。 。雖然本實施例圖示㈣小扁豆體所形成的非等向性 擴散器，但是該料向性擴㈣可具有表示非等向性特徵 的葉子圖案或刮痕。如第3C圖所示，葉形光學元件313 具有㈣結構（〇val伽eture)，其具有妹與短軸。該即 形結構是浮凸的，使得職黯構的高度⑽於該長轴的 中心（也就是該短軸的周緣）逐漸向兩端減少。雖秋本實 施例圖示具有浮凸結構的該光學轉，但是縣學福可 具有刻凹結構’也就是溝槽。葉形光學元件3ι 短軸的比是在1.5:1至50:1的範 9長轴” 乾圍内。最佳是該長軸與 94803 11 201102681 短軸的長度分別是1至5000微米與i至1〇〇微米，且該光 學元件的高度是0.2至200微米。 第8圖顯示在分_該整合性薄片3〇〇的非等向性擴散 器310後的發射光。倘若入射光的照光強度是1〇〇%，當 50%或更多的照光強度值的散佈點被連接時，則獲得實質 地卵形發射光分佈。藉由改變非等向性擴散器31〇的小扁 豆體312的R值，量測到該卵形結構的長軸與短軸的比， 而獲得下列表1。 [表1]

上述測試是藉由習知視角量測設備來進行，經由該視 角量測設備而獲得的發射光分佈為具有長軸與短轴的印 形。該短轴是形成在整合型薄片3〇〇的小爲豆體的延伸方 向上，且該長軸;^垂直於整合型薄片3⑻的小爲豆體的延 伸方向地形成。具體而言，當該非等向性擴散器的長轴虚 短軸的比是等於或大於2:1時，照光強度明顯地改善。該 長軸與短軸的比2 : 1對應至該小扁豆體的R值32微米： 且該R值相對於關距的比是對應至G .也就是，當該 體具有的該非等向性擴散器的尺值相對於該間二 疋.65或更小時，前表面可獲得良好的照光強度。倘若 :該結果-般化為不具小扁豆體之非等向性擴散 由形成該葉形圖案或單㈣痕製成的非等向性擴散 94803 12 201102681 該發射光刀佈的長軸與短軸的比是2]或 可獲得良好的照光強度。 j衣面 於此同時’在非等向性擴散器310的小扁豆體312之 間可進一步形成散料件313，如第1Q圖所示。散射元件 313的功能是防止不規則照光強度的出現，如第4圖所示。 如第1〇圖所示’可藉由具有已用砂紙磨光(—_)、 已喷砂處理（blasted) &已劃痕（_tehed)的表面的模 子（mold)或滾輪來形絲射元件313，其係所 屬技術領域巾具㈣常知識者所熟知，因此將省略其細節。 在k期間’當藉由在該光學薄片上設置該棱鏡薄片來 構成該光學裝置時，該稜鏡薄片的稜鏡元件的延伸方向可 .垂直於該向下的稜鏡元件的延伸方向（也就是第一方向） 或該非等向性擴散㈣短軸方向（也就是苐二方向）地設 置0 由上述可顯而易見的是，根據本發明的整合型光學薄 片整合用以形成薄結構的部分光學膜以促成通過該光學薄 片而照射的光的高照光強度與均勻性。 +具體來說，可將利用該光學薄片的光學裝置實現成該. 薄結構，_£可減少組合製程並可改善良率以提供終端產品 局競爭力。 θ對於所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易知的 是，在不㈣本發_精神絲訂，可對本㈣進行各 種修改與改變。因此意謂著假如本發明的修改虚改變型式 落入所附申請專利範圍及其等效物的朗内，則本發明二 94803 13 201102681 蓋該等修改與改變型式。 【圖式簡單說明】 用以提供本發明的進—步了解且併人與構成本說明 曰的部分的所關式說日林發_例雜實關，並連同 叙明說明以解釋本發明的態樣。 第1圖是根據本發日㈣例轉實施例的光學装置之 LCD的分解 示意圖； 第2圖I第1圖之光學薄片的細部圖式； 第3A圖疋根據本翻的第—例示性實施觸光學薄 =的透視圖’其用以解釋第2圖的光學薄片的小扁豆體， f 3B圖是根據本發明的第二例示性實施例的光學薄片的 光學薄片的透視圖；本發明的第三例示性實施例的 第4圖是用以解釋依攄在名 元件而產生之差異的圖式有顯不於第2圖中的散射 第5圖是用轉釋依據顯示於第2圖中的散射元件的 局度而產生之照光強度變化的圖式； 第6圖是用以解釋顯示於第犯圖中的小扁豆體的圖 式， f 7圖是用以解釋依據顯示於第3B圖中的小爲豆體 .的R值變化而產生之照光強度改變的圖式； 第8圖是顯示來自顯示於第2與3 蓉 散器的發射光的圖式；Μ向性擴 第9圖是第8圖的分佈圖式； 94803 14 201102681 第ίο圖是用以解釋依據本發明的第三例示性實施例 之小爲丑體的圖式，以及 第11圖是習知LCD的分解示意圖。 【主要元件符號說明】 101 LCD 10、 400 稜鏡膜 20 背光單元 21、 100 光源 11、 200 導光板 24 擴散膜 30、 500 液晶面板 300 整合性光學薄板 310 非等向性擴散器 311 半橢圓球形 312 半圓柱形 313 葉形光學元件 330 光收集器 331 棱鏡元件 332 散射元件 D 深度 L1 > L2 高度 P 間距 15 94803

Claims (1)

1. 201102681 七、申請專利範圍： 1. 一種光學薄片，係包括： 光收集益，係包含複數個在第一方向上延伸的稜鏡 元件；以及 非等向性擴散器，係包含複數個延伸自該光收集器 表面的光學元件，該光收集器表面之相對表面具有複數 個呈不同於該第一方向的第二方向之稜鏡元件。 2. ^申請專利_第1項之光學薄片，其中，在該光收集 器的該等稜鏡元件之間形成有溝槽，且在該等溝槽中形 成有複數個散射元件。 θ 3. 如申請專利範圍第i項之光學薄片，其中，該第一方向 垂直於該第二方向。 ° 4·如申，專利範圍第2項之光學薄片，其中，該等散射元 件的高度等於或小於該等稜鏡元件之高度的一半。 5. 如:請專利範圍第i項之光學薄片，其中，該非等向性 擴散器具有相同於該第二方向之發射光分佈的短轴方 向，且該發射光分佈之長軸與短軸的比是2: 1或更大。 如申請專利範圍第〗項之光學薄片， 6. 如申請專利範圍第i項之光學薄片，其中，該非等向性 擴散器具有複數個形成於其照光表面處的小扁 擴散器包括具有長軸與短軸的光學元件 ，其中，該非等向性 元件，且該光學元件 ’該南度係從該長轴 疋由具有高度的溝槽或突部所形成， 往短軸方向的周緣變化。 其中’該專小扁豆 •如申請專利範圍第6項之光學薄片， 94803 16 201102681 體之R值除以其間距是0.65或更小。 9. 如申請專利範圍第6項之光學薄片，其中，該等小扁豆 體具有半球形或半圓柱形。 10. 如申請專利範圍第6項之光學薄片，其中，該等散射元 件是形成在該等小扁豆體之間。 11. 如申請專利範圍第2項之光學薄片，其中，該等散射元 件係藉由具有已用砂紙磨光、已喷砂處理或已劃痕之表 面的模子或滾輪所形成。 12. 如申請專利範圍第1項之光學薄片，復包括設置於該光 收集器與該非等向性擴散器之間的透明基底。 13. —種光學裝置，係包括： 導光板，其具有位於其侧表面處的入射表面； 光學薄片，包含設置於該導光板上的光收集器與複 數個在第一方向上延伸的稜鏡元件、以及具有複數個延 伸自該光收集器表面的光學元件的非等向性擴散器，該 光收集器表面之相對表面具有複數個呈不同於該第一 方向的第二方向之稜鏡元件；以及 稜鏡薄片，係設置於該光學薄片上。 14. 如申請專利範圍第13項之光學裝置，其中，在該光收 集器的該等稜鏡元件之間形成有溝槽，且在該等溝槽中 形成有複數個散射元件。 15. 如申請專利範圍第13項之光學裝置，其中，該第一方 向垂直於該第二方向。 16. 如申請專利範圍第13.項之光學裝置，其中，該棱鏡薄 17 94803 201102681 片的該等稜鏡元件的延伸方向垂直於該第一方向。 17. 如申請專利範圍第13項之光學裝置，其中，該稜鏡薄 片的該等棱鏡元件的延伸方向為該第二方向。 18. 如申請專利範圍第14項之光學裝置，其中，該等散射 元件的高度等於或小於該等稜鏡元件的高度之一半。 19. 如申請專利範圍第13項之光學裝置，其中，該非等向 性擴散器具有相同於該第二方向之發射光分佈的短軸 方向，且該發射光分佈之長軸與短軸的比是2 : 1或更 大0 18 94803