利用混合區(qū)中的反轉微圖案減小導光板中熱點的方法
【專利摘要】利用混合區(qū)中的反轉微圖案減小導光板中熱點的方法。提供了一種減小導光板中熱點的方法，該導光板包括：用于從多個離散的光源接收光的輸入面，用于發(fā)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(qū)，和從Y＝0延伸到Y＝Y1的混合區(qū)；以及分布于核心區(qū)中的一組透鏡和分布于Y＝Y0與Y＝Y1之間的混合區(qū)中的一組微透鏡。
【專利說明】利用混合區(qū)中的反轉微圖案減小導光板中熱點的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導光板，更具體而言，涉及一種在其混合區(qū)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(yōu)選顯示器類型。典型的基于LCD的移動電話、筆記本和監(jiān)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(tǒng)的長線形冷陰極熒光燈光源，已經(jīng)發(fā)展為多個離散的光源，諸如發(fā)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(shù)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(shù)毫米觀察區(qū)域中，在每個LED附近分布了更多的光。熱點問題的發(fā)生是因為離散的LED發(fā)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(jīng)提出了多種LGP。有些LGP在其邊緣附近具有連續(xù)的溝槽，諸如美國第7097341號專利(發(fā)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(xiàn)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(chǎn)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。
[0005]技術方案
[0006]本發(fā)明提供一種減少導光板中熱點的方法，該導光板包括用于從多個分離的光源接收光的輸入面，用于發(fā)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(qū)，和從Y = O延伸到Y = Y1的混合區(qū)；在核心區(qū)分布有一組透鏡，在Y = Ytl和Y = Y1之間的混合區(qū)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，在與兩相鄰分離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，將來自分離的光源的光朝向Y軸重新導向，并且對于任意的Y<Y1,比率L1Zlci介于0.9和1.1之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A示出了包括包含現(xiàn)有技術導光板的多個光學部件的LCD的側視圖；
[0008]圖1B示出了現(xiàn)有技術導光板的頂視圖；
[0009]圖1C示出了其光輸出面上具有棱柱溝槽的現(xiàn)有技術導光板；[0010]圖1D示出了其光輸出面上具有梯形溝槽的現(xiàn)有技術導光板；
[0011]圖1E示出了其光輸出面上具有微凸透鏡(lenticular lens)的現(xiàn)有技術導光板；
[0012]圖1F示出了現(xiàn)有技術導光板引起的反轉熱點問題的圖像；
[0013]圖1G示出了由另一種現(xiàn)有技術導光板引起的常規(guī)熱點問題的圖像；
[0014]圖1H-1到1H-3在反轉熱點問題與常規(guī)熱點問題之間進行了熱點對比；
[0015]圖2A示出了包括包含本發(fā)明導光板的多個光學部件的LCD的側視圖；
[0016]圖2B示出了本發(fā)明導光板的底視圖；在一部分混合區(qū)中分布有反轉微透鏡圖案；
[0017]圖2C示出了根據(jù)比較例的導光板的底視圖；在一部分混合區(qū)中分布有常規(guī)微透鏡圖案；
[0018]圖2D示出了本發(fā)明導光板的底視圖；在混合區(qū)中分布有反轉和常規(guī)微透鏡圖案；
[0019]圖3A示出了本發(fā)明示例和兩個比較例的模擬熱點率的比較；和
[0020]圖3B示出了本發(fā)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】
[0021]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(qū)別在于，其通過它的輸入面18接收一個或多個光源12發(fā)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(fā)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(nèi)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(qū)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(qū)域，通常被稱作混合區(qū)?；旌蠀^(qū)由頂部混合區(qū)38a和底部混合區(qū)38b組成。Y = 0和Y = Y1之間的長度稱作混合區(qū)的長度。線Y = Y1與端面14之間的觀察區(qū)稱作核心區(qū)。在底面17上的混合區(qū)38b中，現(xiàn)有的LGP通常沒有任何微透鏡。當現(xiàn)有的LGP在底部混合區(qū)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。
[0022]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 = 0)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(qū)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(nèi)。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。。[0023]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。
[0024]在其輸出面16上具有細長溝槽36的現(xiàn)有技術LGPlO具有某些優(yōu)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(xiàn)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(qū)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(qū)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(xiàn)有技術LGPlO在觀察區(qū)中并不能提供均勻的亮度。
[0025]圖1F示出了輸出面16上具有細長溝槽36且底部混合區(qū)中不具有微透鏡的現(xiàn)有技術導光板10產(chǎn)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(xiàn)有技術導光板產(chǎn)生的常規(guī)熱點問題的圖像。
[0026]通過比較圖1F與圖1G發(fā)現(xiàn)，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(guī)”熱點。常規(guī)熱點一直是現(xiàn)有技術熱點減小方法的目標。
[0027]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(qū)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。
[0028]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(fā)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(qū)；在核心區(qū)分布有寬度為66微米(μ m)的相同尺寸的微透鏡。核心區(qū)從混合區(qū)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(fā)光寬度為大約2.5mm?；旌蠀^(qū)中沒有設置微透鏡。在輸出面16上頂部混合區(qū)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(qū)別在于其輸出面16上微凸透鏡36c的高度H是不同的。
[0029]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(fā)射光通量。當L1Zlc^ I時常規(guī)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(guī)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(guī)熱點。
[0030]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(guī)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 = 0.05ym,H/D = 0.0120)時，對于Y。和ZY1之間的至少一些Y，一部分L1/Ltl開始超過I。注意
【權利要求】
1.一種減小導光板中熱點的方法,該導光板包括: 用于從多個離散的光源接收光的輸入面，用于發(fā)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(qū)，和從Y = O延伸到Y =Y1的混合區(qū)；以及 分布于核心區(qū)中的一組透鏡和分布于Y = Y。與Y = Y1之間的混合區(qū)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分離的光源發(fā)出的光朝向Y軸重新引導，并且對于任意的Y≥Y1,比率Vl0介于0.9和1.1之間。
2.權利要求1的方法，其中，在Y= O和Y = Ytl之間的混合區(qū)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的方法，其中，該微透鏡組的密度沿Y軸改變。
4.權利要求1的方法，其中，該微透鏡組的密度沿Y軸保持不變。
5.權利要求1的方法，其中，該微透鏡組的尺寸小于透鏡組的尺寸。
6.權利要求1的方法，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的方法，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】G02F1/13357GK103487872SQ201310343588
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月13日 優(yōu)先權日:2012年6月12日
【發(fā)明者】米向東 申請人:愛思開哈斯顯示用薄膜有限公司