其混合區中具有反轉微圖案的導光板的制作方法
【專利摘要】其混合區中具有反轉微圖案的導光板。提供了一種具有減少的熱點的導光板，所述導光板包括：用于從多個離散的光源接收光的輸入面，用于發射光的輸出面，與該輸出面相對的底面，以及與該輸入面相對的端面，其中，從輸入面到端面的方向定義為Y軸，垂直于Y軸并且平行于離散的光源的方向定義為X軸，該輸出面具有多個平行于Y軸并且從相當于Y＝0的輸入面延伸到端面的細長溝槽，該底面具有從相當于Y＝Y1的預定直線延伸到端面的核心區，和從Y＝0延伸到Y＝Y1的混合區；以及分布于核心區中的一組透鏡和分布于Y＝Y0與Y＝Y1之間的混合區中的一組微透鏡。
【專利說明】其混合區中具有反轉微圖案的導光板
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種導光板，更具體而言，涉及一種在其混合區中具有反轉的一維或二維微圖案的導光板，以便減小離散的光源所導致的不期望的熱點缺陷。
【背景技術】
[0002]液晶顯示器(LCD)在成本和性能方面不斷地改善，從而成為眾多計算機、儀器儀表和娛樂設備的優選顯示器類型。典型的基于LCD的移動電話、筆記本和監視器包括導光板(LGP)，用于從光源接收光，并使光在LGP的光輸出面上均勻地重新分布。傳統的長線形冷陰極熒光燈光源，已經發展為多個離散的光源，諸如發光二極管(LED)。對于給定尺寸的IXD來說，為了降低成本而不斷地減少LED的數量。因而，LED的間距越來越大，導致更為顯著的熱點問題，即，與LED之間的部分相比，在LCD最開始的數毫米觀察區域中，在每個LED附近分布了更多的光。熱點問題的發生是因為離散的LED發出的光非均勻地進入LGP，也就是說，相比LED之間，有更多的光分布在LED附近。
[0003] 為了抑制熱點問題已經提出了多種LGP。有些LGP在其邊緣附近具有連續的溝槽，諸如美國第7097341號專利(發明人為Tsai)所披露的。有些LGP在其光輸出面上具有兩組不同間距的線形溝槽，有些LGP具有兩組或多組不同尺寸的圓點，其他LGP可能同時具有不同尺寸的溝槽和圓點。
[0004]盡管現有技術的LGP能夠在一定程度上抑制熱點問題，然而由于這些LGP在大批量生產時的復雜性，導致其依然不能令人滿意。因此，需要一種易于制造且能抑制熱點問題的導光板。

【發明內容】

[0005]本發明提供一種可減少熱點的導光板，包括用于從多個離散的光源接收光的輸入面，用于發射光的輸出面，與輸出面相對的底面，以及與輸入面相對的端面，其中將從輸入面到端面的方向定義為Y軸，將與Y軸垂直并且與離散的光源平行的方向定義為X軸，該輸出面具有多個平行于Y軸延伸的細長(elongated)溝槽，并且從與Y = O相應的輸入面延伸到端面，該底面具有從與Y = Y1相應的預定直線延伸到端面的核心區，和從Y = O延伸到
Y= Y1的混合區；在核心區分布有一組透鏡，在Y = Ytl和Y = Y1之間的混合區中分布有一組微透鏡，其中在X軸方向，微透鏡組的密度是變化的，在與一個離散的光源的中心具有相同X值的第一位置處具有最大值，在與兩相鄰離散的光源的中心具有相同X值的第二位置處具有最小值，選擇微透鏡的尺寸和密度，將來自離散的光源的光朝向Y軸重新導向，并且對于任意的Y≥Y1,比率L1Zltl介于0.9和1.1之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1A示出了包括包含現有技術導光板的多個光學部件的LCD的側視圖；
[0007]圖1B示出了現有技術導光板的頂視圖；[0008]圖1C示出了其光輸出面上具有棱柱溝槽的現有技術導光板；
[0009]圖1D示出了其光輸出面上具有梯形溝槽的現有技術導光板；
[0010]圖1E示出了其光輸出面上具有微凸透鏡(lenticular lens)的現有技術導光板；
[0011]圖1F示出了現有技術導光板引起的反轉熱點問題的圖像；
[0012]圖1G示出了由另一種現有技術導光板引起的常規熱點問題的圖像；
[0013]圖1H-1到1H-3在反轉熱點問題與常規熱點問題之間進行了熱點對比；
[0014]圖2A示出了包括包含本發明導光板的多個光學部件的LCD的側視圖；
[0015]圖2B示出了本發明導光板的底視圖；在一部分混合區中分布有反轉微透鏡圖案；
[0016]圖2C示出了根據比較例的導光板的底視圖；在一部分混合區中分布有常規微透鏡圖案；
[0017]圖2D示出了本發明導光板的底視圖；在混合區中分布有反轉和常規微透鏡圖案；
[0018]圖3A示出了本發明示例和兩個比較例的模擬熱點率的比較；和
[0019]圖3B示出了本發明示例和兩個比較例的模擬光通量的平均值的比較。
【具體實施方式】
[0020]圖1A示意出IXD顯示設備30的側視圖，該IXD顯示設備30包括IXD面板25和背光單元28。背光單元28包括多個光學部件，該多個光學部件包括一個或兩個棱鏡膜20，20a，一個或兩個擴散膜24，24a，底部反射膜22，頂部反射部件26，以及導光板(LGP) 10。LGPlO與其他光學部件的區別在于，其通過它的輸入面18接收一個或多個光源12發射出的光，并且通過其底面17、端面14、輸出面16、側面15a，15b (未示出)和反射膜22重新引導所發射的光，最終相對均勻地將光提供給其他光學部件。輸出面16具有多個細長溝槽36。通過對底面17上的透鏡100 (有時稱作離散元件，或者光抽取器(extractor))的密度，尺寸和/或取向進行控制，獲得目標亮度均勻性。頂部反射部件26通常從光入射面開始覆蓋LGPlO大約2到5毫米，用于改善光的混合。頂部反射部件26具有高反射率的內表面26a。頂部反射部件26可以具有黑色的外表面26b，從而稱之為“黑帶”。除黑帶以外，頂部反射部件26還可以是任何其他已知的反射器。通常從處于頂部反射部件26端部的點A，穿過觀察區直到LGP的相對端，評價背光的亮度。LGPlO具有平行于其長度方向的第一方向Y，和平行于其寬度方向的第二方向X(圖1B中所示)。在輸出面16和底面17兩者之上，在LGPlO的輸入面(Y = O)與直線Y = YJ通過點A)之間的區域，通常被稱作混合區。混合區由頂部混合區38a和底部混合區38b組成。Y = O和Y = Y1之間的長度稱作混合區的長度。線
Y= Y1與端面14之間的觀察區稱作核心區。在底面17上的混合區38b中，現有的LGP通常沒有任何微透鏡。當現有的LGP在底部混合區38b上(凸起)或中(孔)具有微透鏡以便減小熱點問題時，微透鏡通常具有二維密度分布，并且二維微透鏡在兩相鄰光源之間的中心距離處的密度較之每個光源中心處更高。
[0021]圖1B示出了輸出面16上的細長溝槽36的頂視圖。細長溝槽36從LGPlO的始端(Y = O)延伸到LGPlO的終端(Y = L)，其中L為LGPlO的長度。由此，細長溝槽36延伸通過頂部或輸出面上的混合區38a。細長溝槽36的間距(pitch)為P，并且與LGPlO的長度方向的平行度在±5°之內。然而，細長溝槽36并非必須具有固定的間距。此外，如圖1B中所示，示例出三個光源12a，12b，12c，與圖1A中所示的光源12相應。光源12a，12b，12c的間距為P。。
[0022]細長溝槽36可以是如圖1C中所示的棱柱狀溝槽36a，如圖1D中所示的梯形溝槽36b，或者如圖1E中所示的微凸(lenticular)透鏡36c。每個特征具有高度H，寬度D，間距P和間隙G，其中間距P = D+G。間隙G在O到2D之間變化。當間隙G = O時，細長溝槽緊密地設置。細長溝槽可以采用其他已知形狀，如圓頭棱柱、沿長度方向改變高度的棱柱等。
[0023]在其輸出面16上具有細長溝槽36的現有技術LGPlO具有某些優點。例如，細長溝槽36可能不具有底面17上透鏡100帶來的外觀上的缺陷。然而，現有技術的LGPlO具有熱點問題。例如，當光源12的間距P為6.6毫米(mm)時，混合區長度為4毫米，細長溝槽36為高度H=Il微米，寬度D = 50微米，間隙G = O的微凸透鏡36c，熱點正好延伸到觀察區域中。在Y = 7毫米處熱點依然是可見的。因此，輸出面上具有細長溝槽的現有技術LGPlO在觀察區中并不能提供均勻的亮度。
[0024]圖1F示出了輸出面16上具有細長溝槽36且底部混合區中不具有微透鏡的現有技術導光板10產生的反轉熱點問題的圖像。圖1G示出了與導光板10相同但輸出面16上不具有細長溝槽36的另一種現有技術導光板產生的常規熱點問題的圖像。
[0025]通過比較圖1F與圖1G發現，輸出面上具有(參見圖1F)和不具有(參見圖1G)細長溝槽的導光板，熱點問題明顯不同。當導光板在其輸出面上不具有細長溝槽(參見圖1G)時，對于Y介于Ytl與Y1之間，沿著通過光源中心并且沿Y軸延伸的直線如LINEO的光通量U，總是高于通過兩相鄰光源之間的中心`并且沿Y軸延伸的直線如LINEl的光通量U。下面將這第一種熱點稱為“常規”熱點。常規熱點一直是現有技術熱點減小方法的目標。
[0026]相比而言，當導光板在其輸出面上具有細長溝槽(參見圖1F)時，至少在直線Y =Y。與Y = Y1之間限定的區域中，沿LINEO的光通量Ltl低于沿LINEl的光通量L115下面將會將這第二種熱點稱作“反轉”熱點。
`[0027]圖1H-1進一步解釋了當導光板的輸出面上增加微凸透鏡時發生反轉熱點問題的原因。在研究中，導光板均具有4mm的混合區；在核心區分布有寬度為66微米(μ m)的相同尺寸的微透鏡。核心區從混合區的端部Y = 4_，延伸到端面。導光板從離散的光源接收光。離散的光源的間距為7.5mm,發光寬度為大約2.5mm。混合區中沒有設置微透鏡。在輸出面16上頂部混合區38a中微凸透鏡36c均具有相同的半徑R = 43.0625 μ m,并且間隙G=O (參見圖1E所定義的)。導光板的區別在于其輸出面16上微凸透鏡36c的高度H是不同的。
[0028]圖1H-1示出了對于不同H/R比值的熱點率L1Zltl的圖，其中H和R是微凸透鏡36c的高度和半徑。Ltl和L1是在輸出面16處沿離散的光源12的中心線LINEO和沿每個光源12之間的中心線LINEl分別測得的發射光通量。當L1Zlc^ I時常規熱點很明顯。比率L1Zltl
>I表示反轉熱點，比率L1Zltl = I表示沿LINEO和LINEl的光通量相等。實際上，當比率L1Zlci介于大約0.9到1.1之間時，由于擴散膜24和24a的霧化作用，熱點是可接受的。換言之，當比率L1Zltl < 0.9時常規熱點明顯，當比率L1Zltl > 1.1時反轉熱點明顯。下面，當比率L1Zltl > 1.1時，對于Yc^P 間的至少一些Y認為存在反轉熱點，而當L1Zltl <0.9時，對于Ytl和2Yi之間的至少一些Y認為存在常規熱點。
[0029]圖1H-1進一步示出了微凸透鏡的高度與微凸透鏡的半徑之比等于0，H/R = O時，即沒有微凸透鏡時，在導光板中常規熱點延伸到大約Y = 7.5mm處。當H/R的比值增大到0.0012(或者H = 0.05um,H/D = 0.0120)時，對于Y。和2Y:之間的至少一些Y，一部分L1/
H I
Ltl開始超過I。注意萬=’D為如圖1C到IE中所示的微凸透鏡的尺寸。當H/R
比值增大到0.1858(或者H = 8um, H/D = 0.1600)時，對于Y。與Y1之間的Y，L1Zltl超過I，其中由L1Zltl = I來確定Y。。隨著H/R比值的進一步增大，比率L1Zltl變小。當H/R比值增大到0.5806(或者H = 25um,H/D = 0.3298)時，對于Y。與2Yi之間至少一部分Y，L1Zltl的最大值恰好超過I。當H/R比值進一步增大到0.8128(或者H = 35 um, H/D = 0.4137)時，對于介于0到4mm之間的Y而言，L1Zltl小于0.6，將超出限度。H/R = 0的曲線和H/R =
0.8128的曲線是常規熱點的兩個示例，其中對于Y1與2Yi之間的一部分Y而言L1Zltl < 0.9，對于0和2Yi之間的任意1.1。H/R = 0.0012的曲線和H/R = 0.1858的曲線也是常規熱點的兩個示例，其中對于Y1與2Yi之間的一部分Y而言L1Zltl < 0.9，對于0和2Y:之間的任意Y，L1Zltl < 1.1。H/R = 0.1858的曲線是反轉熱點的一個示例，因為對于0和2Y,之間的一些YA1Zltl > 1.1。特別是，H/R = 0.1858的曲線表示對于0和Ytl之間的Y以及介于大約5mm和大約8mm之間的Y，呈現出常規熱點，而至少對于Ytl和Y1之間的Y呈現出反轉熱點。
[0030]圖1H-2和圖1H-3與圖1H-1相同，區別在于離散的光源的間距Ptl從7.5mm(圖1H-1)變為6.6mm (圖1H-2)和5.5mm (圖1H-3)。從圖1H-2和1H-3得出的一般結論與圖1H-1相同。通過比較圖1H-1到1H-3表明，H/R比值的曲線隨離散的光源的間距Ptl而發生變化。例如，對于同樣的H/R = 0.1858，Y。從圖1H-1中的大約2.2mm變為圖1H-2中的大約2.8mm,以及變為圖1H-3中的大約1.6mm。圖1H-1到1H-3表明當導光板在其輸出面上具有某些從輸入面延伸到端面的細長溝槽時存在反轉熱點。即使反轉熱點的示例是針對H/R比值介于大約0.0012到0.5806之間的微凸透鏡給出的，還可以想到圖1C-1D所示的其他類型的細長溝槽，當由`諸如比值H/R或H/D限定的幾何形狀處于某一范圍內時，也易于產生反轉熱點。
[0031]圖2A示意地示出了包括IXD面板25和背光單元28a的IXD顯示設備30a的側視圖。背光單元28a與圖1A中所示的背光單元28相同，區別在于背光單元28a包括在底面17上的混合區38b中具有微透鏡110的LGPlOa，而背光單元28包括在其底面17上的混合區38b中不具有微透鏡的LGPlO。
[0032]參考圖2B，透鏡100分布在Y介于Y1和L之間的核心區中。為了進行說明，僅表示出分布在Y介于Y1與間的核心區中的透鏡100。在￥1附近，透鏡100的尺寸為SI，面密度為Dl。相比而言，微透鏡110分布于Y介于Y0和Y1之間的底部混合區38b中，并且尺寸為S2，面密度為D2。面密度D2或者是隨X變化的一維密度，或者是隨X和Y都發生變化的二維密度。此外，面密度D2相對于離散的光源12a，12b和12c是反轉的。更具體而言，在給定的Y處，面密度D2在LINEO處具有最大值，在LINEl處具有最小值。再次指出，LINEO穿過光源12的中心并且沿Y軸延伸，LINEl穿過兩相鄰光源的中心位置并且沿Y軸延伸。
[0033]在常規熱點情形中，沿LINEO的光比沿LINEl的光更多；從而，需要常規的一維或二維面密度。常規面密度在LINEl處具有最大值，在LINEO處具有最小值。圖2C示出了在現有技術導光板的混合區中設置有具有常規面密度的微透鏡110a。微透鏡IlOa的密度與圖2B中所示微透鏡110的密度相同，區別在于對于給定的Y，微透鏡IlOa的密度在LINEl處具有最大值，在LINEO處具有最小值，而圖2B中所示的微透鏡110對于給定的Y，在LINEl處具有最小值，在LINEO處具有最大值。
[0034]圖3A示出了對于不同導光板模擬出的熱點率L1Zltl與Y的關系的比較。圖3B示出了對于不同的導光板，模擬出的發射光通量的平均值<L>與Y的關系的比較。發射光通量的平均值<L>為發射光通量在X軸方向的間距Ptl上的平均。所有的導光板在輸出面上都具有高度H = 11 μ m，半徑R = 39.9 μ m的微凸透鏡。核心區中的透鏡100的尺寸SI為66 μ m,密度Dl = 4%。混合區長度Y1 = 4mm。光源的間距P。為6.6mm。
[0035]在圖3A中標記為“參考”的曲線對應于混合區中沒有微透鏡的比較例導光板I。參照圖3A和“參考”曲線，對于Y < 2mm,比率L1Aci < 0.9，表明是常規熱點。對于介于大約2mm到4mm范圍內的Y,比率IVLq > 1.1,表明是反轉熱點。對于介于4.2mm到6.5mm之間的Y，L1Zltl < 0.9，表明是常規熱點。
[0036]在圖3A中，標記為“反轉”的曲線對應于如圖2B中所示在底部混合區中具有反轉一維密度分布的微透鏡110的本發明導光板。微透鏡的密度在LINEO處具有最大值15%，在LINEl處具有最小值0%。
[0037]在圖3A中，標記為“常規”的曲線對應于如圖2C中所示在混合區中具有常規一維分布的微透鏡的比較例導光板II。微透鏡的密度在LINEl處具有最大值15%，在LINEO處
具有最小值0%。
[0038]圖2D示出了在底部混合區中具有微透鏡的本發明另一實施例。除了如圖2B中所示在Ytl與Yi之間設置反轉分布的微透鏡之外，在O與Ytl之間另外設置常規分布的微透鏡。
[0039]圖3A表不針對三種導光板的模擬熱點率IVLtl與Y的關系。標記為“反轉密度”的曲線對應于圖2B中所示的在底部混合區中具有反轉一維分布的微透鏡的本發明導光板。標記為“常規密度”的曲線對應于圖2C中所示的在混合區中具有常規一維分布的微透鏡的比較例導光板II。標記為“參考”的曲線對應于混合區中不具有微透鏡的比較例導光板I。所有這三種導光板在輸出面上都具有相同的高度H = 11 μ m，半徑R = 39.9 μ m的線形微凸透鏡，具有相同的4mm混合區，并且在核心區中具有相同的尺寸SI = 66μπι，密度Dl = 4%的微透鏡。本發明導光板和比較例導光板II在混合區中都具有相同的微透鏡，其尺寸S2=40 μ m，面密度中的最大密度為15%，最小密度為O %。
[0040]圖3B表示對于圖3A中所示的同樣三種導光板，模擬發射光通量的平均值<L>與Y的關系。發射光通量的平均值<L>是對于給定的Y，在沿X軸方向一個間距上的平均，具有任意單位，在圖3B中稱之為“a.u.”。
[0041]圖3A表明與參考導光板相比，混合區中的反轉一維微透鏡有助于減小熱點率L1/U。與參考導光板相比，混合區中常規的一維微透鏡也有助于在一定程度上減小熱點率L1/U。然而，混合區中反轉的一維微透鏡優于常規一維微透鏡，其主要原因在于，當Y靠近Y1 =4mm時，對于反轉微透鏡而言平均發射光通量<L>遠遠低于常規微透鏡，如圖3B中所示。Y1=4mm附近更高的發光光通量<L>意味著出現了比不必要的亮度還要高的亮度。Y1 = 4mm附近區域中更高的亮度導致亮帶恰好處于消費者不需要的觀察區內側。
[0042]總而言之，通過選擇混合區中微透鏡110的密度和尺寸，能抑制反轉和常規熱點， 不過，微透鏡的實際密度和尺寸可以隨光源間距P。和細長溝槽的幾何形狀而改變。
【權利要求】
1.一種具有減少的熱點的導光板，所述導光板包括: 用于從多個離散的光源接收光的輸入面，用于發射光的輸出面，與該輸出面相對的底面，以及與該輸入面相對的端面， 其中，從輸入面到端面的方向定義為Y軸，垂直于Y軸并且平行于離散的光源的方向定義為X軸，該輸出面具有多個平行于Y軸并且從相當于Y = O的輸入面延伸到端面的細長溝槽，該底面具有從相當于Y = Y1的預定直線延伸到端面的核心區，和從Y = O延伸到Y =Y1的混合區；以及 分布于核心區中的一組透鏡和分布于Y = Y。與Y = Y1之間的混合區中的一組微透鏡，其中，在X軸方向微透鏡組的密度改變，在與一個離散的光源的中心具有相同X值的第一位置處具有最大值，在與兩相鄰離散的光源的中心具有相同X值的第二位置處具有最小值，并且選定尺寸和密度的微透鏡將離散的光源發出的光朝向Y軸重新引導，并且對于任意的Y大于Y1,比率Vl0介于0.9和1.1之間。
2.權利要求1的導光板，其中，在Y= O和Y = Ytl之間的混合區中分布有另一組微透鏡，該另一組微透鏡的密度沿X軸改變，在第一位置處具有最小值，在第二位置處具有最大值。
3.權利要求1的導光板，其中，該微透鏡組的密度沿Y軸改變。
4.權利要求1的導光板，其中，該微透鏡組的密度沿Y軸保持不變。
5.權利要求1的導光板，其中，該微透鏡組的尺寸小于透鏡組的尺寸。
6.權利要求1的導光板， 其中，該細長溝槽為線形棱柱，線形梯形或微凸透鏡。
7.權利要求1的導光板，其中，該細長溝槽的高度與尺寸的比值介于0.012與0.3298之間。
【文檔編號】G02F1/13357GK103487870SQ201310343586
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2012年6月12日
【發明者】米向東 申請人:愛思開哈斯顯示用薄膜有限公司