專利名稱：光學(xué)片、背光裝置及液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通常用作液晶顯示裝置的功能膜的透光性光學(xué)片、以及設(shè)置有該光學(xué)片的背光裝置和液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
與陰極射線管(CRT)相比，液晶顯示(IXD)裝置在減少功耗、縮小尺寸以及減薄厚 度方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，并且各種尺寸的液晶顯示裝置目前廣泛應(yīng)用于諸如移動(dòng)電話和數(shù) 字照相機(jī)的小型設(shè)備、乃至大型液晶電視機(jī)。液晶顯示裝置分為透射型液晶顯示裝置和反射型液晶顯示裝置。特別地，透射型 液晶顯示裝置具有由保持在一對(duì)透明基板之間的液晶層構(gòu)成的液晶顯示面板和作為照明 光源的背光單元。背光單元可分為光源直接緊接于液晶顯示板設(shè)置的直下式背光單元和側(cè) 邊式背光單元。在用于液晶顯示裝置的背光單元中，一般使用的是例如棱鏡片或透鏡片的聚光性 光學(xué)片或膜(統(tǒng)稱為“片”，除非另有特殊限定)，旨在將光源的發(fā)光方向?qū)?zhǔn)至正面方向， 從而改善正面亮度(frontluminance)。參見專利申請(qǐng)第2001-524225號(hào)的PCT國際申請(qǐng)的 日文譯文。近年來，在液晶顯示裝置領(lǐng)域中，顯示圖像的質(zhì)量呈現(xiàn)不斷提高的趨勢(shì)。對(duì)于改善 圖像質(zhì)量來說，亮度的改善是必不可少的。因此，要求進(jìn)一步改善以棱鏡片為代表的聚光光 學(xué)片的亮度特性。近年，來在液晶TV領(lǐng)域中，屏幕尺寸具有不斷加大的趨勢(shì)，因此，這就要求增加以 棱鏡片為代表的聚光光學(xué)片的尺寸。然而，當(dāng)屏幕尺寸增加到50英寸或更大時(shí)，厚度僅與 通常使用的光學(xué)片一樣的光學(xué)片將得不到必要的剛度或剛性，從而產(chǎn)生撓曲，并且難以進(jìn) 行適當(dāng)處理。同樣可以預(yù)料，光學(xué)片剛度的降低可能降低背光裝置或液晶顯示裝置的組裝 操作性，并很可能由于背光源的發(fā)熱而導(dǎo)致?lián)锨?波紋(waviness))，這可能會(huì)干擾聚光特 性，并可能因此使圖像質(zhì)量劣化。在考慮上述問題后進(jìn)行了本發(fā)明，提供了能夠進(jìn)一步改善亮度特性并能夠應(yīng)對(duì)屏 幕尺寸加大的光學(xué)片、背光裝置以及液晶顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種聚光光學(xué)片，其具有連續(xù)排列在透光性基 底的一個(gè)主表面上的多個(gè)凹凸部(irregularityportion)，其中，凹凸部的排列間距為 IlOym 330μπι(端點(diǎn)包含在內(nèi))，并且凹凸部的表面粗糙度(Ra)為0. Iym或以下。在本發(fā)明中，各個(gè)凹凸部可由具有三角形截面幾何形狀的棱鏡元件、或者具有雙曲面、拋物面或高階非球面的柱面透鏡元件構(gòu)成。通過在將排列間距(在下文中，統(tǒng)稱為 “透鏡間距”)調(diào)整為110 μ m 330 μ m(包括端點(diǎn))、以及將凹凸部的表面粗糙度(Ra 算術(shù) 平均粗糙度)調(diào)整為0. 1 μ m以下的情況下配置這些棱鏡元件或透鏡元件，將可獲得高亮度 特性，并且，通過將該光學(xué)片應(yīng)用于液晶顯示裝置或背光裝置將獲得高質(zhì)量的顯示圖像。本發(fā)明人的研究結(jié)果表明，透鏡間距越大，就越能成功地改善亮度特性。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)片中，與不使用光學(xué)片的情況相比，小于110 μ m的透鏡間距只會(huì)導(dǎo)致亮 度提升率較小并且導(dǎo)致亮度特性不足。另一方面，超過一定程度的透鏡間距會(huì)導(dǎo)致亮度提 升比飽和，并且光學(xué)片的剛度降低變得更加明顯。具體來說，超過330 μ m的透鏡間距將大 大降低亮度的提升率，且由于光學(xué)片剛度不足而降低了可處理性。這種趨勢(shì)隨著片尺寸的 擴(kuò)大而越加明顯。凹凸部的表面粗糙度大大影響發(fā)射光的準(zhǔn)直特性，其中，正面亮度隨著表面粗糙 度的變大而降低。隨著透鏡頂點(diǎn)變得更加尖銳，這種趨勢(shì)變得更加明顯。通過將透鏡表面 的表面粗糙度(Ra)調(diào)整為0.1 μπι以下，以及更優(yōu)選地，調(diào)整到0.05 μπι以下，可以更好地 防止正面亮度降低。構(gòu)成凹凸部的透鏡的幾何形狀可以是如上所述的棱鏡的幾何形狀，或者可以是柱 面透鏡的幾何形狀。特別地，通過以預(yù)定幾何形狀構(gòu)成透鏡的端部(頂點(diǎn))，在保持正面亮 度為一定等級(jí)或以上的同時(shí)可以改善視角。更具體地，假設(shè)透鏡端部的弦寬為“a”，以及透鏡間距為Lp，透鏡被配置成滿足a/ Lp ^ 0. 18的關(guān)系。通過將透鏡端部的弦寬調(diào)整為透鏡間距的18%以下，如上所述，在保持 正面亮度為一定等級(jí)或以上的同時(shí)可以改善視角。對(duì)于透鏡具有棱鏡幾何形狀的情況，本文中的“弦寬”是指，在寬度方向上連接分 別由構(gòu)成棱鏡斜面的直線和構(gòu)成端部曲面的曲線形成的交點(diǎn)的直線的長度，特別地，對(duì)于 端部曲面是由球面組成的情況，“弦寬”是指兩倍曲率半徑。對(duì)于透鏡具有柱面透鏡幾何形 狀的另一種情況，“弦寬”是指端部球面的曲率半徑的兩倍。對(duì)于透鏡的端部曲面由球面構(gòu)成的情況，假設(shè)曲率半徑為R，以及透鏡高度為Lh， 透鏡被配置成滿足R/Lh ( 0. 40的關(guān)系。通過將透鏡端部的曲率半徑調(diào)整為透鏡高度的 40%以下，在保持正面亮度為一定等級(jí)或以上的同時(shí)可以改善視角。另一方面，在保持透鏡幾何形狀不變的情況下增大透鏡間距會(huì)導(dǎo)致透鏡高度的增 力口，并且，如果基底厚度保持不變，還將導(dǎo)致透鏡高度與基底厚度之比增加。在這種情況下， 光學(xué)片的整體剛度降低(尤其是透鏡寬度方向上的剛度)，隨著透鏡間距變大，光學(xué)片很可 能彎曲，因此降低了其可處理性?？梢酝ㄟ^限制高度(透鏡高度)與片的基底厚度之比來 抑制光學(xué)片的彎曲。優(yōu)選地，將透鏡高度限制為基底厚度的50%以下，從而使其可以承受片 尺寸的加大。如果隨著透鏡間距的擴(kuò)大而難以通過單層來形成足以支撐透鏡的全部基底厚度 范圍，則使用兩層或兩層以上透光片的疊層來構(gòu)成基底是有效的。例如，基底由支撐透鏡的 第一片基底、以及與第一片基底相對(duì)的第二片基底構(gòu)成，同時(shí)在兩者之間設(shè)置了粘合材料 層。在這種情況中，通過構(gòu)造光學(xué)片，使得第二片基底的厚度占片的總厚度的主要部分、或 者使得第一和第二片基底的厚度值適當(dāng)結(jié)合，可以容易地獲得具有必要?jiǎng)偠鹊墓鈱W(xué)片。與此相反，用于避免由透鏡間距的擴(kuò)大引起的片剛度降低的另一技術(shù)手段涉及至少在支撐透鏡的基底的周邊的一部分上，提供一種保持基底平坦性的加固部分。當(dāng)光學(xué)片在使用時(shí)，加固部分可以配置成附接于基底的上緣的加固部件。另外，加固部件可以被配置 為圍繞基底的整個(gè)周邊的框架，但是，優(yōu)選地被配置為僅附接于基底的上緣。在這種配置 中，使用上述的加固部件，通過構(gòu)造形成在片的周邊的一部分上并用于在背光裝置內(nèi)或液 晶顯示裝置內(nèi)連接光學(xué)片的接合部分，來有效地防止片發(fā)生由于背光源的發(fā)熱引起的例如 撓曲和波紋的變形。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示裝置的整體構(gòu)成的示意性截面圖；圖2A和圖2B是作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)片的聚光片的示例性構(gòu)成的透視 圖，其中，圖2A示出了以基于棱鏡結(jié)構(gòu)的凹凸部作為聚光層的實(shí)施例，而圖2B示出了以基 于柱面透鏡結(jié)構(gòu)的凹凸部作為聚光層的實(shí)施例；圖3是示出聚光片的透鏡間距和正面亮度之間的示例性關(guān)系的曲線圖；圖4是示出表示聚光片的透鏡間距和正面亮度之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖5是示出表示凹凸部的表面粗糙度和正面亮度之間關(guān)系的模擬結(jié)果的曲線圖；圖6A和圖6B是構(gòu)成凹凸部的棱鏡部件的示意性側(cè)視圖。圖7是構(gòu)成凹凸部的透鏡部件的示意性側(cè)視圖；圖8是示出表示端部的曲率半徑與透鏡部件高度之比相對(duì)于正面亮度的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果的示意圖；圖9是示出表示透鏡高度與聚光片的基底厚度之比相對(duì)于波紋的發(fā)生的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果的表格；圖10是示出聚光片的另一示例性配置的示意性側(cè)視圖；圖11是示出表示聚光片的基底厚度與透鏡部件的彎曲剛性之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 的曲線圖；圖12A和圖12B是示出聚光片的示例性加固結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，圖12A為正面 圖，而圖12B為沿著圖12A中的線[B]-[B]的截面圖；以及圖13是示出表示通過在聚光片的背面上形成微小凸部導(dǎo)致的聚光片霧度值和亮 度降低的可能性、波紋、以及在振動(dòng)測(cè)試中產(chǎn)生刮痕的敏感性之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表 格。
具體實(shí)施例方式以下段落將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該了解的是，本發(fā)明決不是僅限于 下面描述的實(shí)施例，而是允許基于本發(fā)明的技術(shù)精神的各種修改。圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示裝置10的示例構(gòu)成的截面圖。 首先，將示意性地描述液晶顯示裝置10的構(gòu)成。如圖1中所示，液晶顯示裝置10具有背光單元1和液晶顯示板2。背光單元1在 本實(shí)例中表示為直下背光型，也可以是側(cè)邊背光型。如圖1所示，背光單元1將經(jīng)過調(diào)節(jié)的光提供給液晶顯示板2，并緊鄰設(shè)置于液晶 顯示板2的背面之下。液晶顯示板2通過以時(shí)間相關(guān)和空間相關(guān)的方式調(diào)節(jié)從背光單元1提供的光來在其上顯示信息。液晶顯示板2具有分別設(shè)置在其兩面的偏光板2a、2b。偏光板2a和偏光板2b只允許入射光的正交偏光成分的其中之一穿過，并且通過吸收來遮蔽另 一個(gè)。偏光板2a和偏光板2b通常被設(shè)置為使其透射軸彼此垂直相交。液晶顯示板2具有在面板的橫向和縱向上以預(yù)定間距排列的多個(gè)像素，并通過按 像素控制由背光單元1照射的光的透射率來在面板的正面顯示預(yù)定圖像。這里所顯示的圖 像是彩色圖像，但是當(dāng)然并不局限于此。如圖1中所示，背光單元1 一般具有反射板11、光源12、散射板13、聚光片14、散 射片17、以及反射型偏光片18。除了這些部件之外，還允許裝配任何其他光學(xué)元件?？梢?省略散射板13、散射片17、以及反射型偏光片18，或者按照特殊場(chǎng)合的要求來改變這三個(gè) 部件的排列順序。光源12將光提供給液晶顯示板2(在所示的實(shí)例中設(shè)置了多個(gè)光源)，通常由熒光 燈(FL)、電致發(fā)光(EL)元件、發(fā)光二極管(LED)等構(gòu)成。設(shè)置反射板11，以覆蓋光源12的底部和側(cè)部，在底部和側(cè)部方向上反射從光源12 發(fā)射的光，并將光引向液晶顯示板2。散射板13設(shè)置在光源12之上，散射從光源12發(fā)射的光和反射板11上反射的光， 以便使亮度均勻。在本實(shí)施例中所使用的散射板13比較厚，在透光材料中分散有光散射粒子。聚光片14對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)片，通過設(shè)置在散射板13上而改善了例如照 明光的指向性。聚光片14的詳細(xì)構(gòu)造將在后面描述。散射片17設(shè)置在聚光片14上，并且在光在預(yù)定角度范圍內(nèi)散射之后，能使已通過 聚光片14在指向性上得以改進(jìn)的光通過其發(fā)射出去。本實(shí)施例中所采用的散射片17在透 光片基底的光發(fā)射面一側(cè)上例如設(shè)置有具有光散射不規(guī)則結(jié)構(gòu)的散射面。反射型偏光片18設(shè)置在散射片17上，僅允許被散射片17散射的光的正交偏光成 分的其中一個(gè)穿過，并反射另一個(gè)。透過反射型偏光片18的偏光成分的振動(dòng)方向被設(shè)為與 設(shè)置在液晶顯示板2的光入射側(cè)上的偏光板2a的透射軸平行。接下來的段落將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的聚光片(光學(xué)片)14的構(gòu)造。圖2A和圖2B是示意性地示出作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)片14的聚光片的示 例性構(gòu)成的透視圖。聚光片14具有近似矩形片的幾何形狀，并通過在透光性基底14B的一 個(gè)主表面(光射出面)上的一個(gè)方向(圖中的X方向)上連續(xù)排列多個(gè)具有聚光功能的凹 凸部14C的棱鏡片或透鏡片來配置。聚光片14不僅包括具有通過鑄造、熱壓、熔融擠壓成型等以集成方式形成的基底 14B和凹凸部14C的聚光片，還包括通過將由紫外固化樹脂構(gòu)成的凹凸部14C在基底14B 上固化并使其粘附在其上的轉(zhuǎn)印法(transfer method)形成的聚光片?；?4B和凹凸部 14C由聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸樹脂等構(gòu)成?，F(xiàn)在可 以理解，凹凸部14C包括接下來描述的棱鏡部件14P和柱面透鏡部件14L。圖2A中所示的聚光片14的光射出側(cè)的表面上排列有多個(gè)形成為凹凸部14C的、 具有三角形截面的棱鏡部件14P。圖2B中所示的聚光性片14的光射出側(cè)的表面上排列有 多個(gè)形成為凹凸部14C的、具有雙曲面、拋物面或高階非球面的柱面透鏡部件14L。另一方面，假設(shè)Z軸與光學(xué)片上的法線方向平行，X軸沿著柱面透鏡部件的列方向，以及Y軸沿著柱面透鏡部件14L的母線方向，柱面透鏡部件14L被構(gòu)成為具有由左右對(duì) 稱的雙曲面或拋物面輪廓表示的截面幾何形狀，其滿足以下公式(1)，從而給出在照射光的 射出側(cè)上的有限焦距Z = X2/(R+ V (R2-(1+K)X2))(1)其中，R表示末端頂點(diǎn)的曲率半徑[ym]，K表示二次曲線常數(shù)。注意，本專利說明 書中使用的符號(hào)“ V ”表示其后的數(shù)學(xué)表達(dá)式所確定的值的平方根。在另一情況中，假設(shè)Z軸、X軸和Y軸與上述情況類似，柱面透鏡部件14L被構(gòu)成 為具有由左右對(duì)稱的非球面輪廓表示的截面幾何形狀，其滿足以下公式(2)，從而給出在照 射光的射出側(cè)上的有限焦距Z = X2/ (R+ V (R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+· . .(2)這里，R表示末端頂點(diǎn)的曲率半徑[μ m]，K表示二次曲線常數(shù)，而A、B、C...中的 每一個(gè)表示非球面系數(shù)。聚光片14被配置為具有以110 μ m 330 μ m(包括端點(diǎn))范圍內(nèi)的間距(透鏡間 距)Lp排列的凹凸部14C。下面，將參考圖3來說明透鏡間距Lp的上限。圖3示出了聚光片14的透鏡間距和產(chǎn)生的正面亮度之間的關(guān)系。橫坐標(biāo)表示透 鏡間距[μ m]，而縱坐標(biāo)表示正面亮度，其表示為具有90°頂角、以50μπι的間距排列的棱 鏡部件的棱鏡片的亮度相對(duì)值。橫坐標(biāo)上的透鏡間距通過對(duì)數(shù)標(biāo)度來表示。圖3示出了具有90°頂角的棱鏡部件的棱鏡片的數(shù)據(jù)，以及具有柱面透鏡部件 14L(其具有通過上述公式(1)表示的雙曲面幾何形狀)的透鏡片的數(shù)據(jù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著 透鏡間距的增大，存在正面亮度整體增加的趨勢(shì)。由于透鏡部件14L的頂點(diǎn)是被倒角的，這 不同于棱鏡片14P，因此，在同一透鏡間距情況下，透鏡片的亮度低于棱鏡片的亮度。隨著透 鏡間距變小，透鏡頂點(diǎn)的這種倒角所產(chǎn)生的影響變大，并導(dǎo)致亮度降低，不過透鏡間距的擴(kuò) 大可以緩和由于透鏡頂點(diǎn)的倒角所產(chǎn)生的影響。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，可以通過增大透鏡間距來提高亮度。然而，亮度提高率隨著透 鏡間距的增大而減小，并且在大約330 μ m時(shí)飽和。換句話說，增大到330 μ m或以上的透鏡 間距對(duì)亮度提高只會(huì)產(chǎn)生很小的效果。因此，考慮到亮度提高率，優(yōu)選將透鏡間距的最大值 設(shè)置為330 μ m左右。接下來，將參考圖4來說明透鏡間距Lp的下限。圖4示出了表示具有柱面透鏡部 件14L(其具有通過上述公式(1)表示的雙曲面幾何形狀)的透鏡片的透鏡間距和亮度提 升率之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，通過參考圖1將了解到，對(duì)通過僅設(shè)置有散射板 和聚光片(本實(shí)施例中的透鏡片)14的構(gòu)造得到的正面亮度相比于通過僅具有設(shè)置在光源 12和液晶顯示板2之間的散射板13的構(gòu)造得到的正面亮度被提高到的程度進(jìn)行了測(cè)量。 圖中的橫坐標(biāo)表示透鏡間距[μ m]，而縱坐標(biāo)表示假設(shè)對(duì)于沒有透鏡片的情況的值為1時(shí) 的亮度提升率。這里，可應(yīng)用的散射板包括由聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、丙烯酸-苯乙烯樹脂(acryl-styrene resin)、環(huán)烯樹脂 (cycloolefinic resin)(商品名Zeonor 樹脂(Zeon 公司的注冊(cè)商標(biāo))，Arton 樹脂(JSR 公司的注冊(cè)商標(biāo))等構(gòu)成的散射板(假定具有表面散布性幾何形狀)，或者具有與上述材料 混合的有機(jī)粒子(例如丙烯酸粒子和苯乙烯粒子)或無機(jī)粒子(例如二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦)的散射板。任何材料的使用都會(huì)產(chǎn)生類似結(jié)果。圖4總體上示出了透鏡端部的曲率半徑R為10 μ m的透鏡片和透鏡端部的曲率半 徑R為12 μπι的透鏡片的亮度提升比。可以發(fā)現(xiàn)，總的來說存在正面亮度隨著透鏡間距的 增大而提高的趨勢(shì)。在同樣的透鏡間距下，由于R= 12 μ m的透鏡頂點(diǎn)的倒角程度更大，因 此，R= 12μπι的透鏡片示出的亮度小于R= ΙΟμπι的透鏡片的亮度。隨著透鏡間距變小， 透鏡頂點(diǎn)的這種倒角所產(chǎn)生的影響變大，并導(dǎo)致亮度降低，但透鏡間距的增大可以緩和由 于透鏡頂點(diǎn)的倒角所產(chǎn)生的影響。為了提高正面亮度，聚光片14通常設(shè)置在散射板13之上。因此，如果不能在一定 程度上提高亮度，那配置聚光片14就不具有太大意義。為此，本發(fā)明被設(shè)計(jì)為使得聚光片 14能按要求達(dá)到亮度提高1. 5倍或以上的效果(例如圖4中所示)，并使聚光片14具有能 夠滿足條件的透鏡間距和透鏡幾何形狀。在本實(shí)例中，對(duì)于端部的曲率半徑為IOym或更 小的雙曲面柱面透鏡片，透鏡間距的下限確定為110 μπι。通過使用多個(gè)類似于參考圖1所說明的散射片17的片，在相關(guān)技術(shù)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 亮度提升率達(dá)到1. 5倍或以上，但是聚光片14的使用使得不再需要設(shè)置那么多個(gè)散射片。聚光片14的亮度特性不僅受到透鏡間距Lp的極大影響，還受到凹凸部14C的表 面(透鏡面)粗糙度的影響。圖5示出了表示凹凸部14C的表面粗糙度(Ra)與相對(duì)亮度 之間的關(guān)系的模擬結(jié)果。所使用的三個(gè)樣品基本上都具有頂角為90°的棱鏡部件，并且每 個(gè)樣品的端部的曲率半徑R為0、0. 5、以及1. 0。橫坐標(biāo)表示表面粗糙度(Ra) [ μ m],而縱坐 標(biāo)表示假定R = 0和Ra = 0的樣品的亮度為1時(shí)的相對(duì)亮度。從圖5中顯而易見，所有樣品都呈現(xiàn)出所產(chǎn)生的亮度隨著凹凸部表面粗糙度(Ra) 的增加而減小的趨勢(shì)。因此，表面粗糙度被限制在Ra ( 0. Iym(IOOnm)的范圍內(nèi)，更優(yōu)選 地，被限制在Ra彡0.05μπι(50ηπι)的范圍內(nèi)。該限制可以防止亮度降低。如上所述，通過將凹凸部14C的排列間距調(diào)整到110 μ m 330 μ m(包括端點(diǎn))的 范圍內(nèi)、以及通過將凹凸部14C的表面粗糙度(Ra)調(diào)整為0. 1 μ m或更低，可以得到具有極 好亮度特性的聚光片14。在本文中，應(yīng)該明白，也可以通過每單位長度的凹凸部的總數(shù)來表示透鏡間距。在 透鏡間距為110 μ m 330 μ m (包括端點(diǎn))的條件下，每Imm的凹凸部14C的脊線和凹谷的 總數(shù)落在6. 06 18. 2 [/mm]范圍內(nèi)。接下來，將詳述凹凸部14C。圖6A示出了棱鏡部件14P的截面幾何形狀。棱鏡部件14P具有等腰三角形截 面，棱鏡部件的一對(duì)斜面之間的角(或頂角Θ)為70° 110° (包括端點(diǎn))，優(yōu)選地，為 85° 95° (包括端點(diǎn))，以及更優(yōu)選地，為90°。也可以根據(jù)圖6B中所示的幾何形狀來形成棱鏡部件14P。圖6B中所示的棱鏡部件14P在其端部具有經(jīng)過倒角的幾何形狀。在這種情況中，當(dāng)將在寬度方向上連接分別由 一對(duì)構(gòu)成棱鏡部件斜面的直線P1、P1和構(gòu)成端部的曲線P2形成的交點(diǎn)R1、R2的直線的長 度設(shè)為弦寬“a” [μπι]時(shí)，并且當(dāng)假設(shè)將透鏡間距設(shè)為Lp[ym]時(shí)，則棱鏡部件14P被配置 為滿足a/Lp彡0. 18的關(guān)系。換句話說，棱鏡部件14P被配置為使得弦寬“a”為排列間距 (透鏡間距)的18%或更小。對(duì)于曲線P2所屬的曲面為球面的情況，弦寬“a”被限定為該 曲線的兩倍曲率半徑。通過采用這樣的配置，在將正面亮度保持在如圖4中所示的亮度提升率達(dá)到1.5倍或以上的一定等級(jí)的同時(shí)，可以改善視角。另一方面，圖7示出了柱面透鏡部件14L的示例性截面幾何形狀。透鏡部件14L 具有通過在其端部(頂點(diǎn))處的一定曲率半徑R表示的曲面部分。在這種情況中，透鏡 部件14L被構(gòu)成為使得透鏡部件14L的兩倍曲率半徑(2R)對(duì)應(yīng)于透鏡部件14L的弦寬 “a”[ μ m]，并使得結(jié)合透鏡間距Lp [ μ m]滿足a/Lp≤0. 18。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，在將正 面亮度保持在如圖4中所示的亮度提升率達(dá)到1. 5倍或以上的一定等級(jí)的同時(shí)，可以改善 視角。假設(shè)端部的曲率半徑為R[ μ m]、以及透鏡高度(凹凸部14C的高度)為Lh，圖7 中所示的透鏡部件14L被配置為滿足R/Lh ≤ 0. 40的關(guān)系。通過將透鏡端部的曲率半徑調(diào) 整為透鏡高度的40%或以下，在將正面亮度保持在如圖4中所示的亮度提升率達(dá)到1. 5倍 或以上的一定等級(jí)的同時(shí)，可以改善視角。關(guān)于如圖6B中所示的在其端部具有曲面幾何形狀的棱鏡部件14P，同樣對(duì)于曲面 幾何形狀是球面幾何形狀的情況，假設(shè)球面的半徑為R，類似地配置棱鏡部件14P以滿足結(jié) 合透鏡高度Lh的R/Lh ≤ 0. 40的關(guān)系。接下來將說明a/Lp ≤ 0. 18和R/Lh≤ 0. 40的各個(gè)相關(guān)表示式。圖8示出了表 示多個(gè)用聚碳酸酯制成的雙曲柱面透鏡的正面亮度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這多個(gè)雙曲柱面透鏡被 構(gòu)造為在幾何形狀上互不相同。在圖8中，橫坐標(biāo)表示透鏡部件的端部曲率半徑R與透鏡 高度Lh之比(R/Lh)，而縱坐標(biāo)表示相對(duì)于僅散射板獲得的亮度值的亮度提升率，對(duì)應(yīng)于 圖4中的縱坐標(biāo)。假設(shè)橫坐標(biāo)為X，縱坐標(biāo)為y，基于各個(gè)點(diǎn)所推算的近似表達(dá)式為函數(shù)y =-0. 3193X+1. 6308。在雙曲柱面透鏡片中，弦寬“a”大約為曲率半徑R的兩倍，而透鏡高度Lh大約為透 鏡間距的0.45倍。因此，可以得出結(jié)論，如參考圖4所說明的一樣，能夠確保亮度提升率達(dá) 到1. 5倍左右的雙曲柱面透鏡片是透鏡間距Lp為110 μ m、并且端部的曲率半徑R為10 μ m 的透鏡部件，其中，這種情況下的a/Lp (近似等于2R/Lp)大約等于0. 18。另一方面，2R/Lh 的值約為0. 40。如上所述，可以得出結(jié)論，由滿足各個(gè)關(guān)系a/Lp ≤ 0. 18和R/Lh≤ 0. 40的透鏡 部件構(gòu)成的透鏡片可以確保亮度提升率達(dá)到1.5倍以上的正面亮度。同樣，可以得出結(jié) 論，因?yàn)橥哥R的端部被配置為具有曲面幾何形狀，所以可以改善視角特性?？紤]到實(shí)現(xiàn)改 善視角的效果，優(yōu)選地，弦寬“a”被調(diào)整為透鏡間距Lp的3%以上。也就是說，最好能滿足 0. 03 ≤(a/Lp)≤ 0. 18。接下來，將說明透鏡間距和片的剛度或剛性。在保持透鏡幾何形狀不變的情況下，透鏡間距的擴(kuò)大使透鏡高度變大，并且如果 基底厚度保持不變，則這種透鏡間距的擴(kuò)大提高了透鏡高度與基底厚度之比。在這種情 況下，整個(gè)透鏡片的剛度，特別是透鏡寬度方向上的剛度，傾向于隨著透鏡間距的增大而降 低，使得聚光片很可能產(chǎn)生撓曲(波紋)，因此降低了可處理性。聚光片剛度的不足也可能 成為由于使用中的背光源的發(fā)熱引起的波紋的起因，并且這可能會(huì)擾亂聚光特性，從而可 能使圖像質(zhì)量劣化。因此，在本實(shí)施例中，通過設(shè)置片的透鏡高度與基底厚度之比的上限來抑制膜片 的撓曲。更優(yōu)選地，透鏡高度被調(diào)整為基底厚度的50%或更低。因此，承受片尺寸的增大變得可能。圖9示出了按照不同的透鏡間距和基底厚度所制成的樣品中發(fā)生波紋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將透鏡片的透鏡間距Lp調(diào)整為100 μ mUlO μ m, 160 μ m,200 μ m,250 μ m,300 μ m, 330 μ m、350 μ m、400 μ m或450 μ m,將透鏡高度調(diào)整為大約透鏡間距Lp的0. 45倍，以及將 基底厚度Lt調(diào)整為200 μ m、300 μ m或400 μ m。對(duì)于那些顯示沒有波紋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，波紋被 評(píng)價(jià)為“〇”，對(duì)于那些通過面板被發(fā)現(xiàn)顯示波紋(引起聚光特性的干擾，并且因此降低了 圖像質(zhì)量)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，波紋被評(píng)價(jià)為“ X ”，而對(duì)于那些雖然沒有嚴(yán)重到降低圖像質(zhì)量但 是仍發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了波紋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，波紋被評(píng)價(jià)為“Δ”。通過計(jì)算透鏡高度與基底厚度之比(Lh/Lt)、以及通過設(shè)置焦點(diǎn)在波紋發(fā)生處，可 以發(fā)現(xiàn)，伴隨圖像質(zhì)量的劣化的波紋可以通過滿足Lh/Lt ^ 0. 5 (即通過將透鏡高度調(diào)整為 不大于基底厚度的50% )來抑制。因此，通過將透鏡高度調(diào)整為不大于基底厚度的50% (優(yōu)選地，調(diào)整為不大于基底厚度的40%)，可以確保足夠的剛度以防止由于波紋產(chǎn)生的圖 像質(zhì)量的劣化。如果隨著透鏡間距的擴(kuò)大而難以通過單層來達(dá)到足以支撐透鏡的基底厚度，則使 用兩層或兩層以上的透光片的疊層來構(gòu)成基底是有效的。圖10示意性地示出了聚光片14 的示例性配置的側(cè)視圖。圖10中所示的聚光片14是由支持透鏡(凹凸部)14C的第一片 基底21和與第一片基底21相對(duì)的第二片基底22組成，同時(shí)在兩基底之間設(shè)置了粘合材料 層20。通過使用第一和第二片基底21、22的疊層來構(gòu)成聚光片14的基底14B，可以確?；?底14B的剛度，并且通過防止聚光片14出現(xiàn)波紋來提高可處理性，從而可以防止圖像質(zhì)量 劣化。構(gòu)成第一和第二片基底21、22的材料沒有特別限制，只要具有透光性即可，可適 用的例子不僅包括由聚碳酸酯、PET和丙烯酸樹脂構(gòu)成的樹脂片，還包括塑料板和玻璃板。 可以使用紫外固化粘合劑、壓敏粘合劑、熱融粘合劑等來構(gòu)成粘合材料層20。優(yōu)選地，粘合 材料層20的折射率等于或小于第一和第二片基底21、22的折射率。通常，在紫外線過度照射的情況下，樹脂材料容易發(fā)黃。聚光片在這種情況下不再 能保持所期望的透光特性，這是因?yàn)槠倪@種著色會(huì)影響光透過該片。更具體來說，透射光 中的藍(lán)色波長成分減少。因而，將紫外線吸收劑添加到第一和第二片基底21、22中的至少 一個(gè)中可以抑制由于紫外線照射引起的片基底的發(fā)黃。在本文中，也可以將藍(lán)色染料代替紫外線吸收劑或與紫外線吸收劑一起添加到粘 合材料層。因此，可以校正第一片基底21的著色，從而可以防止透過片的光的調(diào)制。為了抑制在層疊之后片的變形，優(yōu)選考慮進(jìn)行第一和第二片基底的分子排列。更 具體地，將各個(gè)片基底的分子排列的方向之間形成的角設(shè)置為20°或更小。使各個(gè)片基底 的厚度相等，或者采用一個(gè)片基底占片總厚度的主要部分的配置，對(duì)于抑制片的變形同樣 有效。第一和第二片基底21、22的厚度沒有特別限制，其中，可以對(duì)各個(gè)片的厚度進(jìn)行 適當(dāng)選擇，使得在疊加后可以得到片的目標(biāo)厚度，通常在50 μ m 500 μ m(包括端點(diǎn))的范 圍內(nèi)。考慮到防止在層疊后基底14B的變形，優(yōu)選使第一和第二片基底21、22的厚度彼此 相等，或者采用一個(gè)片基底占片總厚度的主要部分的配置。對(duì)于第一和第二片基底21、22都是由同樣的材料構(gòu)成的示例性情形，可以通過使這些片基底具有相同的厚度來抑制變形。另一方面，對(duì)于第一和第二片基底21、22是由不同的材料構(gòu)成的情形，即使這些片基底具有相同的厚度也可能發(fā)生變形。在這種情況中，優(yōu) 選根據(jù)材料組合來平衡厚度。對(duì)于第一片基底21由聚碳酸酯構(gòu)成、第二片基底22由聚對(duì) 苯二甲酸乙二醇酯構(gòu)成的示例性情形，將第一片基底21與第二片基底22的厚度比調(diào)整為 6 4左右。第一片基底21也根據(jù)透鏡間距而發(fā)生剛度改變。更具體地，在片厚度恒定的情況 下，隨著透鏡間距變大，凹凸部14C的排列方向上的剛度傾向于降低。因此，根據(jù)透鏡間距， 通過將第一片基底21和第二片基底22的厚度最優(yōu)化，可以將聚光片14的剛度保持在適當(dāng) 的等級(jí)。此外，剛度也可能隨樹脂的種類而改變。圖11示出了基底厚度與透鏡彎曲方向上 的彎曲剛性(bending stiffness)之間的關(guān)系?？梢园l(fā)現(xiàn)，PET的彎曲剛性大于聚碳酸酯 (PC)。通過在第一和第二片基底21、22的材料選擇上考慮這種材料固有的彎曲剛性，可以 使聚光片14的剛度最優(yōu)化。另一方面，用于避免由于透鏡間距的擴(kuò)大而引起的片剛度的降低的另一技術(shù)手段 通過圖12A和圖12B中典型示出的配置來舉例說明。在圖中所示的實(shí)例中，對(duì)于當(dāng)聚光片 14在使用中時(shí)形成基底14B的上緣部分的區(qū)域，設(shè)置了加固部件25，其典型地由用于維持 基底14B平坦性的具有足夠的強(qiáng)度和耐熱性的金屬等構(gòu)成。通過附接加固部件25以支撐 基底14的上緣，加固部件25構(gòu)成了本發(fā)明實(shí)施例的“加固部分”，用于維持基底14的平坦 性。同樣，可通過部分加厚基底14的上緣而不是附接加固部件25來構(gòu)造加固部分。光學(xué)片(例如，聚光片)通常以懸掛在背光單元或液晶顯示裝置內(nèi)部的框架部分 的狀態(tài)而組裝。然而，光學(xué)片很可能在由于透鏡間距的擴(kuò)大引起的其剛度降低的條件下發(fā) 生撓曲，并降低在裝配處理中的可使用性。同樣，可以預(yù)料到，在裝配后的使用期間，形成在 片的上緣上與框架部分結(jié)合的接合部分可能由于背光源的發(fā)熱而變形，從而損害了光學(xué)片 的平坦性。在這種情況下，聚光面的平坦性無法保持，因而，透鏡的聚光特性在平面內(nèi)發(fā)生 改變，并且顯示圖像的質(zhì)量發(fā)生劣化。相反，通過提供接合片27 (每一個(gè)都具有允許與框架部分接合的接合孔26)給以 與之結(jié)合的狀態(tài)來支撐基底14B的上緣的加固部件25的一部分，圖12A和圖12B中所示的 示例性配置可以成功地改善在背光或液晶顯示裝置的裝配處理中的可使用性，可以防止由 于背光源的發(fā)熱引起的接合部分的熱變形，從而避免由于聚光片14的平坦性的降低引起 的圖像質(zhì)量劣化。如圖12A和圖12B中所示，在聚光片14的懸掛狀態(tài)下，可以在基底14B的下緣連 接重錘條(weight bar) 28，從而通過自重確保片的平坦性。對(duì)于聚光片14的基底14B太薄 的情況，這種配置尤其有效，這是因?yàn)?，很難利用自身片的自重來確保片的平坦性。此外，本實(shí)施例的聚光片14，在其背面(允許光通過該面入射)上，換句話說，就是 在其上形成有基底14B的凹凸部14C的一個(gè)主表面的相反側(cè)上的另一主表面上，具有用于 使另一主表面變粗糙的微小凸部。凸部的高度沒有特別限制，但是最好能被調(diào)整為平均中心面(JIS B0601-1994)以 上0. 20 μ m或更高。優(yōu)選地，具有平均中心面以上0. 20 μ m或更高的高度的凸部的密度落 入70/mm2 400/mm2的范圍內(nèi)。通過將凸部密度調(diào)整為70/mm2或更高，可以改善由于與設(shè)置在聚光片14的背面?zhèn)鹊纳⑸浒?3的平面部分的相干涉引起的外觀模糊。通過將凸部密度調(diào)整為400/mm2或更低，可以抑制由于聚光片14的背面?zhèn)壬显O(shè)置的凸部引起的液晶顯示 裝置的亮度降低。每個(gè)具有平均中心面以上0.20 μ m高度的相鄰?fù)共恐g的平均距離沒有特別限 定，但是優(yōu)選地，一般將其調(diào)整為50 μ m 120 μ m。通過將凸部的平均距離調(diào)整為50 μ m或 更大，可以抑制由于聚光片14的背面?zhèn)壬显O(shè)置的凸部引起的液晶顯示裝置的亮度降低。通 過將凸部的平均距離調(diào)整為120 μ m或更小，可以防止散射板13的表面由于與聚光片14的 背面接觸而產(chǎn)生刮痕，以及可以改善由于與散射板13的平面部分相干涉所引起的外觀模 糊。優(yōu)選地，在聚光片14的背面(光入射面)上設(shè)置凸部，以將聚光片的霧度調(diào)整為 不大于其上沒有形成凹凸部14C的狀態(tài)時(shí)的20%。此外，優(yōu)選地，將具有形成于其上的凸部 的聚光片14背面的平均斜率調(diào)整為0. 25rad或更小。圖13示出了分別就亮度特性、波紋或粘附、以及在振動(dòng)測(cè)試下在片的背面?zhèn)犬a(chǎn)生 刮痕的可能性方面，對(duì)具有不同霧度值的多個(gè)聚光片的評(píng)價(jià)結(jié)果圖。霧度值超過20%的樣 品呈現(xiàn)出亮度降低，而對(duì)于霧度值不大于20%的樣品，沒有觀察到亮度降低。同樣，可以了 解到，通過在片的背面上形成凸部，可以抑制與其他部件的粘附和所產(chǎn)生的波紋、以及由于 振動(dòng)在片的背面產(chǎn)生的刮痕。同樣，可以確定，2%或更小的霧度導(dǎo)致了不能有效地防止在 片的背面產(chǎn)生刮痕。對(duì)于那些顯示沒有波紋的評(píng)價(jià)結(jié)果，波紋被評(píng)價(jià)為“〇”，對(duì)于那些被發(fā) 現(xiàn)通過面板顯示出波紋(引起聚光特性的干擾，并且因此使圖像質(zhì)量劣化)的評(píng)價(jià)結(jié)果，波 紋被評(píng)價(jià)為“ X ”，以及對(duì)于那些被發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生波紋但并不是嚴(yán)重到使圖像質(zhì)量劣化的評(píng)價(jià)結(jié) 果，波紋被評(píng)價(jià)為“Δ”。如上所述，與常規(guī)等級(jí)相比，本發(fā)明可以提高亮度，并且可以使剛度和亮度都達(dá)到 能承受由于屏幕尺寸的加大所導(dǎo)致的片尺寸的擴(kuò)大的等級(jí)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種聚光光學(xué)片，具有排列在透光性基底的一個(gè)主表面上的多個(gè)凹凸部，其中所述凹凸部的排列間距為110μm～330μm，以及所述凹凸部的表面粗糙度(Ra)為0.1μm或以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中 所述凹凸部是具有三角形截面的棱鏡部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中所述凹凸部是具有雙曲面或拋物面的柱面透鏡部件，以及假設(shè)Z軸與所述光學(xué)片上的法線方向平行，并假設(shè)X軸沿著所述柱面透鏡部件的列方 向，則所述柱面透鏡部件的截面幾何形狀滿足以下公式 Z = X2/ (R+ V (R2-(l+K) X2))其中，R表示末端頂點(diǎn)的曲率半徑[μ m]，K表示二次曲線常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中所述凹凸部是具有高階非球面的柱面透鏡部件，以及假設(shè)Z軸與所述光學(xué)片上的法線方向平行，并假設(shè)X軸沿著所述柱面透鏡部件的列方 向，則所述柱面透鏡部件的截面幾何形狀滿足以下公式 Z = X2/ (R+ V (R2- (1+K) X2)) +AX4+BX5+CX6+...其中，R表示末端頂點(diǎn)的曲率半徑[μ m]，K表示二次曲線常數(shù)，A、B、C...中的每一個(gè) 表示非球面系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中 所述凹凸部的端部具有曲面幾何形狀，以及，所述端部的弦寬不大于所述凹凸部的排列間距的18%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中 所述凹凸部的端部具有非球面幾何形狀，以及 所述端部的曲率半徑不大于所述凹凸部的高度的40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中所述凹凸部的高度不大于所述基底的厚度的50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中所述基底在與設(shè)置有所述凹凸部的主表面相對(duì)的另一主表面上還具有凸部，以及 所述凸部被設(shè)置來將所述光學(xué)片的霧度調(diào)整為不大于在其上沒有形成凹凸部的狀態(tài) 時(shí)的20%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中所述基底由彼此粘合的透光片的疊層構(gòu)成，同時(shí)在所述透光片之間設(shè)有粘合材料層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)片，其中，所述疊層由以下部分構(gòu)成 第一片基底，用于支撐所述凹凸部；以及第二片基底，與所述第一片基底相對(duì)，同時(shí)在兩者之間設(shè)有所述粘合材料層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)片，其中所述第一片基底和所述第二片基底中的至少一個(gè)添加有紫外線吸收劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片，其中所述基底具有保持所述基底平坦性的加固部分，其至少被設(shè)置在所述基底的周邊的一部分上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)片，其中當(dāng)所述光學(xué)片在使用時(shí)，所述加固部分是附接至所述基底的上緣的加固部件。
14.一種背光裝置，包括光源和調(diào)節(jié)從所述光源發(fā)射的光的光學(xué)片，其中 所述光學(xué)片具有排列在透光性基底的一個(gè)主表面上的多個(gè)凹凸部，其中 所述凹凸部的排列間距為110 μ m 330 μ m，以及所述凹凸部的表面粗糙度(Ra)為0.1 μ m或以下。
15.一種液晶顯示裝置，包括液晶顯示板、設(shè)置在所述液晶顯示板的背面的光源、以及 設(shè)置在所述液晶顯示板和所述光源之間的光學(xué)片，其中所述光學(xué)片具有排列在透光性基底的一個(gè)主表面上的多個(gè)凹凸部，其中 所述凹凸部的排列間距為110 μ m 330 μ m，以及 所述凹凸部的表面粗糙度(Ra)為0. Ιμπι或以下。
全文摘要
一種聚光光學(xué)片，具有排列在透光性基底的一個(gè)主表面上的多個(gè)凹凸部，其中，凹凸部的排列間距為110μm～330μm，并且凹凸部的表面粗糙度(Ra)等于或小于0.1μm。
文檔編號(hào)G02B5/04GK101819290SQ20101017825
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者佐藤諭, 堀井明宏, 太田榮治, 安孫子透, 石垣正人, 西田康宏 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社