專利名稱：光學片、背光裝置及液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
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片、以及設置有該光學片的背光裝置和液晶顯示裝置。
背景技術：
與陰極射線管(CRT)相比，液晶顯示(LCD)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，并且各種尺寸的液晶顯示裝置目前廣泛應用于諸如移動電話和數(shù)字照相機的小型設備、乃至大型液晶電視機。
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透明基板之間的液晶層構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置的直下式背光單元和側邊式背光單元。
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)手琳娣较颍瑥亩纳普媪炼?frontluminance)。參見專利申請第2001-524225號的PCT國際申請的日文譯文。
近年來，在液晶顯示裝置領域中，顯示圖像的質(zhì)量呈現(xiàn)不斷提高的趨勢。對于改善圖像質(zhì)量來說，亮度的改善是必不可少的。因此，要求進一步改善以棱鏡片為代表的聚光光學片的亮度特性。
近年，來在液晶TV領域中，屏幕尺寸具有不斷加大的趨勢，因此，這就要求增加以棱鏡片為代表的聚光光學片的尺寸。然而，當屏幕尺寸增加到50英寸或更大時，厚度僅與通常使用的光學片一樣的光學片將得不到必要的剛度或剛性，從而產(chǎn)生撓曲，并且難以進行適當處理。同樣可以預料，光學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)熱而導致?lián)锨?波紋(waviness))，這可能會干擾聚光特性，并可能因此使圖像質(zhì)量劣化。
在考慮上述問題后進行了本發(fā)明，提供了能夠進一步改善亮度特性并能夠應對屏幕尺寸加大的光學片、背光裝置以及液晶顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種聚光光學片，其具有連續(xù)排列在透光性基底的一個主表面上的多個凹凸部(irregularityportion)，其中，凹凸部的排列間距為110μm～330μm(端點包含在內(nèi))，并且凹凸部的表面粗糙度(Ra)為0.1μm或以下。
在本發(fā)明中，各個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110μm～330μm(包括端點)、以及將凹凸部的表面粗糙度(Ra算術平均粗糙度)調(diào)整為0.1μm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，通過將該光學片應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)明實施例的光學片中，與不使用光學片的情況相比，小于110μm的透鏡間距只會導致亮度提升率較小并且導致亮度特性不足。另一方面，超過一定程度的透鏡間距會導致亮度提升比飽和，并且光學片的剛度降低變得更加明顯。具體來說，超過330μm的透鏡間距將大大降低亮度的提升率，且由于光學片剛度不足而降低了可處理性。這種趨勢隨著片尺寸的擴大而越加明顯。
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。隨著透鏡頂點變得更加尖銳，這種趨勢變得更加明顯。通過將透鏡表面的表面粗糙度(Ra)調(diào)整為0.1μm以下，以及更優(yōu)選地，調(diào)整到0.05μm以下，可以更好地防止正面亮度降低。
構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，通過以預定幾何形狀構成透鏡的端部(頂點)，在保持正面亮度為一定等級或以上的同時可以改善視角。
更具體地，假設透鏡端部的弦寬為“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或以上的同時可以改善視角。
對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成棱鏡斜面的直線和構成端部曲面的曲線形成的交點的直線的長度，特別地，對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。
對于透鏡的端部曲面由球面構成的情況，假設曲率半徑為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或以上的同時可以改善視角。
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導致透鏡高度的增加，并且，如果基底厚度保持不變，還將導致透鏡高度與基底厚度之比增加。在這種情況下，光學片的整體剛度降低(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的第二片基底構成，同時在兩者之間設置了粘合材料層。在這種情況中，通過構造光學片，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結合，可以容易地獲得具有必要剛度的光學片。
與此相反，用于避免由透鏡間距的擴大引起的片剛度降低的另一技術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。當光學片在使用時，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)明實施例的液晶顯示裝置的整體構成的示意性截面圖；圖2A和圖2B是作為根據(jù)本發(fā)明實施例的光學片的聚光片的示例性構成的透視圖，其中，圖2A示出了以基于棱鏡結構的凹凸部作為聚光層的實施例，而圖2B示出了以基于柱面透鏡結構的凹凸部作為聚光層的實施例；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系的實驗結果的曲線圖；圖5是示出表示凹凸部的表面粗糙度和正面亮度之間關系的模擬結果的曲線圖；圖6A和圖6B是構成凹凸部的棱鏡部件的示意性側視圖。
圖7是構成凹凸部的透鏡部件的示意性側視圖；
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于正面亮度的實驗結果的示意圖；圖9是示出表示透鏡高度與聚光片的基底厚度之比相對于波紋的發(fā)生的實驗結果的表格；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系的實驗結果的曲線圖；圖12A和圖12B是示出聚光片的示例性加固結構的示意圖，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致的聚光片霧度值和亮度降低的可能性、波紋、以及在振動測試中產(chǎn)生刮痕的敏感性之間的關系的實驗結果的表格。
具體實施例方式
以下段落將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。應該了解的是，本發(fā)明決不是僅限于下面描述的實施例，而是允許基于本發(fā)明的技術精神的各種修改。
圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實施例的液晶顯示裝置10的示例構成的截面圖。首先，將示意性地描述液晶顯示裝置10的構成。
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在本實例中表示為直下背光型，也可以是側邊背光型。
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，并緊鄰設置于液晶顯示板2的背面之下。液晶顯示板2通過以時間相關和空間相關的方式調(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。偏光板2a和偏光板2b通常被設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定間距排列的多個像素，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定圖像。這里所顯示的圖像是彩色圖像，但是當然并不局限于此。
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元件?？梢允÷陨⑸浒?3、散射片17、以及反射型偏光片18，或者按照特殊場合的要求來改變這三個部件的排列順序。
光源12將光提供給液晶顯示板2(在所示的實例中設置了多個光源)，通常由熒光燈(FL)、電致發(fā)光(EL)元件、發(fā)光二極管(LED)等構成。
設置反射板11，以覆蓋光源12的底部和側部，在底部和側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對應于根據(jù)本發(fā)明的光學片，通過設置在散射板13上而改善了例如照明光的指向性。聚光片14的詳細構造將在后面描述。
散射片17設置在聚光片14上，并且在光在預定角度范圍內(nèi)散射之后，能使已通過聚光片14在指向性上得以改進的光通過其發(fā)射出去。本實施例中所采用的散射片17在透光片基底的光發(fā)射面一側上例如設置有具有光散射不規(guī)則結構的散射面。
反射型偏光片18設置在散射片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穿過，并反射另一個。透過反射型偏光片18的偏光成分的振動方向被設為與設置在液晶顯示板2的光入射側上的偏光板2a的透射軸平行。
接下來的段落將詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的聚光片(光學片)14的構造。
圖2A和圖2B是示意性地示出作為根據(jù)本發(fā)明實施例的光學片14的聚光片的示例性構成的透視圖。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的一個主表面(光射出面)上的一個方向(圖中的X方向)上連續(xù)排列多個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成的凹凸部14C在基底14B上固化并使其粘附在其上的轉印法(transfer method)形成的聚光片?；?4B和凹凸部14C由聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸樹脂等構成。現(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的光射出側的表面上排列有多個形成為凹凸部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的光射出側的表面上排列有多個形成為凹凸部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Z軸與光學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被構成為具有由左右對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上的有限焦距Z＝X2/(R+√(R2-(1+K)X2)) (1)其中，R表示末端頂點的曲率半徑[μm]，K表示二次曲線常數(shù)。注意，本專利說明書中使用的符號“√”表示其后的數(shù)學表達式所確定的值的平方根。
在另一情況中，假設Z軸、X軸和Y軸與上述情況類似，柱面透鏡部件14L被構成為具有由左右對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上的有限焦距Z＝X2/(R+√(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+...(2)這里，R表示末端頂點的曲率半徑[μm]，K表示二次曲線常數(shù)，而A、B、C...中的每一個表示非球面系數(shù)。
聚光片14被配置為具有以110μm～330μm(包括端點)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系。橫坐標表示透鏡間距[μm]，而縱坐標表示正面亮度，其表示為具有90°頂角、以50μm的間距排列的棱鏡部件的棱鏡片的亮度相對值。橫坐標上的透鏡間距通過對數(shù)標度來表示。
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。由于透鏡部件14L的頂點是被倒角的，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，透鏡頂點的這種倒角所產(chǎn)生的影響變大，并導致亮度降低，不過透鏡間距的擴大可以緩和由于透鏡頂點的倒角所產(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330μm時飽和。換句話說，增大到330μm或以上的透鏡間距對亮度提高只會產(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置為330μm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系的實驗結果。在該實驗中，通過參考圖1將了解到，對通過僅設置有散射板和聚光片(本實施例中的透鏡片)14的構造得到的正面亮度相比于通過僅具有設置在光源12和液晶顯示板2之間的散射板13的構造得到的正面亮度被提高到的程度進行了測量。圖中的橫坐標表示透鏡間距[μm]，而縱坐標表示假設對于沒有透鏡片的情況的值為1時的亮度提升率。
這里，可應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公司的注冊商標)，Arton樹脂(JSR公司的注冊商標)等構成的散射板(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粒子(例如丙烯酸粒子和苯乙烯粒子)或無機粒子(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產(chǎn)生類似結果。
圖4總體上示出了透鏡端部的曲率半徑R為10μm的透鏡片和透鏡端部的曲率半徑R為12μm的透鏡片的亮度提升比?？梢园l(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。在同樣的透鏡間距下，由于R＝12μm的透鏡頂點的倒角程度更大，因此，R＝12μm的透鏡片示出的亮度小于R＝10μm的透鏡片的亮度。隨著透鏡間距變小，透鏡頂點的這種倒角所產(chǎn)生的影響變大，并導致亮度降低，但透鏡間距的增大可以緩和由于透鏡頂點的倒角所產(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)明被設計為使得聚光片14能按要求達到亮度提高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。在本實例中，對于端部的曲率半徑為10μm或更小的雙曲面柱面透鏡片，透鏡間距的下限確定為110μm。
通過使用多個類似于參考圖1所說明的散射片17的片，在相關技術中已經(jīng)實現(xiàn)了亮度提升率達到1.5倍或以上，但是聚光片14的使用使得不再需要設置那么多個散射片。
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)與相對亮度之間的關系的模擬結果。所使用的三個樣品基本上都具有頂角為90°的棱鏡部件，并且每個樣品的端部的曲率半徑R為0、0.5、以及1.0。橫坐標表示表面粗糙度(Ra)[μm]，而縱坐標表示假定R＝0和Ra＝0的樣品的亮度為1時的相對亮度。
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。因此，表面粗糙度被限制在Ra≤0.1μm(100nm)的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，被限制在Ra≤0.05μm(50nm)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110μm～330μm(包括端點)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0.1μm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110μm～330μm(包括端點)的條件下，每1mm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，棱鏡部件的一對斜面之間的角(或頂角θ)為70°～110°(包括端點)，優(yōu)選地，為85°～95°(包括端點)，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，當將在寬度方向上連接分別由一對構成棱鏡部件斜面的直線P1、P1和構成端部的曲線P2形成的交點R1、R2的直線的長度設為弦寬“a”[μm]時，并且當假設將透鏡間距設為Lp[μm]時，則棱鏡部件14P被配置為滿足a/Lp≤0.18的關系。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到1.5倍或以上的一定等級的同時，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)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被構成為使得透鏡部件14L的兩倍曲率半徑(2R)對應于透鏡部件14L的弦寬“a”[μm]，并使得結合透鏡間距Lp[μm]滿足a/Lp≤0.18。通過采用這樣的結構，在將正面亮度保持在如圖4中所示的亮度提升率達到1.5倍或以上的一定等級的同時，可以改善視角。
假設端部的曲率半徑為R[μm]、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到1.5倍或以上的一定等級的同時，可以改善視角。
關于如圖6B中所示的在其端部具有曲面幾何形狀的棱鏡部件14P，同樣對于曲面幾何形狀是球面幾何形狀的情況，假設球面的半徑為R，類似地配置棱鏡部件14P以滿足結合透鏡高度Lh的R/Lh≤0.40的關系。
接下來將說明a/Lp≤0.18和R/Lh≤0.40的各個相關表示式。圖8示出了表示多個用聚碳酸酯制成的雙曲柱面透鏡的正面亮度的實驗結果，這多個雙曲柱面透鏡被構造為在幾何形狀上互不相同。在圖8中，橫坐標表示透鏡部件的端部曲率半徑R與透鏡高度Lh之比(R/Lh)，而縱坐標表示相對于僅散射板獲得的亮度值的亮度提升率，對應于圖4中的縱坐標。假設橫坐標為x，縱坐標為y，基于各個點所推算的近似表達式為函數(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，可以得出結論，如參考圖4所說明的一樣，能夠確保亮度提升率達到1.5倍左右的雙曲柱面透鏡片是透鏡間距Lp為110μm、并且端部的曲率半徑R為10μm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，可以得出結論，由滿足各個關系a/Lp≤0.18和R/Lh≤0.40的透鏡部件構成的透鏡片可以確保亮度提升率達到1.5倍以上的正面亮度。同樣，可以得出結論，因為透鏡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。考慮到實現(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大提高了透鏡高度與基底厚度之比。在這種情況下，整個透鏡片的剛度，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，并且這可能會擾亂聚光特性，從而可能使圖像質(zhì)量劣化。
因此，在本實施例中，通過設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)生波紋的實驗結果。將透鏡片的透鏡間距Lp調(diào)整為100μm、110μm、160μm、200μm、250μm、300μm、330μm、350μm、400μm或450μm，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200μm、300μm或400μm。對于那些顯示沒有波紋的實驗結果，波紋被評價為“○”，對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)的實驗結果，波紋被評價為“×”，而對于那些雖然沒有嚴重到降低圖像質(zhì)量但是仍發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了波紋的實驗結果，波紋被評價為“△”。
通過計算透鏡高度與基底厚度之比(Lh/Lt)、以及通過設置焦點在波紋發(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大而難以通過單層來達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相對的第二片基底22組成，同時在兩基底之間設置了粘合材料層20。通過使用第一和第二片基底21、22的疊層來構成聚光片14的基底14B，可以確?；?4B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和丙烯酸樹脂構成的樹脂片，還包括塑料板和玻璃板?？梢允褂米贤夤袒澈蟿?、壓敏粘合劑、熱融粘合劑等來構成粘合材料層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，這是因為片的這種著色會影響光透過該片。更具體來說，透射光中的藍色波長成分減少。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)選考慮進行第一和第二片基底的分子排列。更具體地，將各個片基底的分子排列的方向之間形成的角設置為20°或更小。使各個片基底的厚度相等，或者采用一個片基底占片總厚度的主要部分的配置，對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，可以對各個片的厚度進行適當選擇，使得在疊加后可以得到片的目標厚度，通常在50μm～500μm(包括端點)的范圍內(nèi)?？紤]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，或者采用一個片基底占片總厚度的主要部分的配置。
對于第一和第二片基底21、22都是由同樣的材料構成的示例性情形，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，對于第一和第二片基底21、22是由不同的材料構成的情形，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。對于第一片基底21由聚碳酸酯構成、第二片基底22由聚對苯二甲酸乙二醇酯構成的示例性情形，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?shù)牡燃墶?br> 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大而引起的片剛度的降低的另一技術手段通過圖12A和圖12B中典型示出的配置來舉例說明。在圖中所示的實例中，對于當聚光片14在使用中時形成基底14B的上緣部分的區(qū)域，設置了加固部件25，其典型地由用于維持基底14B平坦性的具有足夠的強度和耐熱性的金屬等構成。通過附接加固部件25以支撐基底14的上緣，加固部件25構成了本發(fā)明實施例的“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來構造加固部分。
光學片(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，光學片很可能在由于透鏡間距的擴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(每一個都具有允許與框架部分接合的接合孔26)給以與之結合的狀態(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，這是因為，很難利用自身片的自重來確保片的平坦性。
此外，本實施例的聚光片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的一個主表面的相反側上的另一主表面上，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0.20μm或更高。優(yōu)選地，具有平均中心面以上0.20μm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置的凸部引起的液晶顯示裝置的亮度降低。
每個具有平均中心面以上0.20μm高度的相鄰凸部之間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50μm～120μm。通過將凸部的平均距離調(diào)整為50μm或更大，可以抑制由于聚光片14的背面?zhèn)壬显O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120μm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、以及在振動測試下在片的背面?zhèn)犬a(chǎn)生刮痕的可能性方面，對具有不同霧度值的多個聚光片的評價結果圖。霧度值超過20％的樣品呈現(xiàn)出亮度降低，而對于霧度值不大于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％或更小的霧度導致了不能有效地防止在片的背面產(chǎn)生刮痕。對于那些顯示沒有波紋的評價結果，波紋被評價為“○”，對于那些被發(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)的評價結果，波紋被評價為“×”，以及對于那些被發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生波紋但并不是嚴重到使圖像質(zhì)量劣化的評價結果，波紋被評價為“△”。
如上所述，與常規(guī)等級相比，本發(fā)明可以提高亮度，并且可以使剛度和亮度都達到能承受由于屏幕尺寸的加大所導致的片尺寸的擴大的等級。
對于本領域的技術人員來說，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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種聚光光學片，具有排列在透光性基底的一個主表面上的多個凹凸部，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)權利要求1所述的光學片，其中所述凹凸部是具有三角形截面的棱鏡部件。
3.根據(jù)權利要求1所述的光學片，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Z軸與所述光學片上的法線方向平行，并假設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+√(R2-(1+K)X2))其中，R表示末端頂點的曲率半徑[μm]，K表示二次曲線常數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的光學片，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Z軸與所述光學片上的法線方向平行，并假設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+√(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+...其中，R表示末端頂點的曲率半徑[μm]，K表示二次曲線常數(shù)，A、B、C...中的每一個表示非球面系數(shù)。
5.根據(jù)權利要求1所述的光學片，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)權利要求1所述的光學片，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)權利要求1所述的光學片，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)權利要求1所述的光學片，其中所述基底在與設置有所述凹凸部的主表面相對的另一主表面上還具有凸部，以及所述凸部被設置來將所述光學片的霧度調(diào)整為不大于在其上沒有形成凹凸部的狀態(tài)時的20％。
9.根據(jù)權利要求1所述的光學片，其中所述基底由彼此粘合的透光片的疊層構成，同時在所述透光片之間設有粘合材料層。
10.根據(jù)權利要求9所述的光學片，其中，所述疊層由以下部分構成第一片基底，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，同時在兩者之間設有所述粘合材料層。
11.根據(jù)權利要求10所述的光學片，其中所述第一片基底和所述第二片基底中的至少一個添加有紫外線吸收劑。
12.根據(jù)權利要求1所述的光學片，其中所述基底具有保持所述基底平坦性的加固部分，其至少被設置在所述基底的周邊的一部分上。
13.根據(jù)權利要求12所述的光學片，其中當所述光學片在使用時，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)射的光的光學片，其中所述光學片具有排列在透光性基底的一個主表面上的多個凹凸部，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。
15.一種液晶顯示裝置，包括液晶顯示板、設置在所述液晶顯示板的背面的光源、以及設置在所述液晶顯示板和所述光源之間的光學片，其中所述光學片具有排列在透光性基底的一個主表面上的多個凹凸部，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。
全文摘要
一種聚光光學片，具有排列在透光性基底的一個主表面上的多個凹凸部，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G02F1/1335GK101055324SQ20071009690
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權日2006年4月14日
發(fā)明者太田榮治, 安孫子透, 石垣正人, 佐藤諭, 西田康宏, 堀井明宏 申請人:索尼株式會社