专利名称：光线改向薄膜和薄膜系统的制作方法
本申请是申请号为02816210.2申请案的分案申请。
本发明的领域本发明涉及光线改向薄膜和薄膜系统，用于使来自一个光源的光线改变方向接近一个垂直于薄膜平面的方向。
本发明的背景光线改向薄膜是薄的透明的或不透明的光学薄膜或基片，它们使通过薄膜前进的光线重新分布，从而使出射薄膜的光线的分布朝向更垂直于薄膜表面的表面。到现在为止，光线改向薄膜设置有棱柱沟槽，双凸透镜沟槽或锥体在薄膜的光线出射表面上，它改变了出射薄膜的光束的薄膜/空气界面的角度，以及引起在垂直于沟槽的折射表面的平面内前进的入射光线分布的分量在一个更垂直于薄膜表面的方向上重新分布。这种光线改向薄膜可以使用于，例如液晶显示器，使用于膝上型计算机，文字处理器，航空电子学显示器，单元电话，个人数字助理(PDAs)和类似器件，以便使显示器更明亮。
薄膜的光线入射表面通常具有一个透明的或无光泽的表面处理，它取决于希望的可视的外观。一个无光泽的表面处理产生一个较软的影像，但是不够明亮，这是由于无光泽的或扩散的表面引起附加的漫射和最终的光线损失。
到现在为止，大多数用途使用两个带沟槽的薄膜层，彼此相对地转动，从而使相应的薄膜内的沟槽彼此相距90°，这样做的理由是，一个带沟槽的光线改向薄膜仅将重新分布接近垂直于薄膜表面的方向，入射光线分布的分量在垂直于沟槽的折射表面的一个平面内前进。因此，为了使光线方向改变在二维内接近垂直于薄膜表面，需要两个带沟槽薄膜层彼此相对地转动90°。一个薄膜层用于使在垂直于其沟槽的方向的一个平面内前进的光线改变方向，以及另一个薄膜层用于使在垂直于其沟槽的方向的一个平面内前进的光线改变方向。
在过去曾经企图制造一个单层的光线改向薄膜，它将使沿着两个彼此相距90°的不同的轴线前进的入射光线分布的分量改变方向。一种已知的实现方式是提供一种单层薄膜，带有两组沟槽，彼此垂直地延伸，导致一种锥形结构，它使在两个这种方向上前进的光线改变方向。然而，这种薄膜产生的亮度比每个带有一个单独的沟槽形状，彼此转动90°的双薄膜层的亮度低得多，这是因为在一个单层薄膜内被第二组沟槽由第一组沟槽清除的区域减少了能够使光线方向改变的区域实质上在每个前进方向上达50％。
此外，到现在为止，光线改变薄膜的沟槽是这样设计的，使全部沟槽与薄膜的表面以相同的角度，大部分为45°会合。这种设计假设来自光源的一个恒定的、扩散的倾斜的光线分布，光源比如是一个郎伯光源(lambertian Source)，使用一种印刷或浸蚀工艺以提取光线的一种背照明板。或者在重扩散器后面的一种背光照明板。一种光线改向薄膜，其全部光线方向改变表面以相同的角度与薄膜会合，对于一个光源不是最佳的，这个光源在光源的上面的不同区域具有一个不均匀的方向的分量至其光线发射。例如，平均的角度，在它附近现代的高效率边缘照明背光板使用沟槽或显微光学表面以提取光线，在距光源不同的距离上改变，要求在光线方向改变表面和薄膜的平面之间一个不同的角度，以便使光线最佳地改变方向接近薄膜的垂直线。
因此这里需要一种光线改向薄膜，它能够产生一个较软的影像，而又消除了与薄膜的光线输入侧面上无光泽的或扩散的表面处理有关的亮度降低。同样，这里需要一个单层的薄膜，它能够使在带沟槽的薄膜内平行于折射表面的一个平面内前进的光线的一部分改变方向，它将比使用棱柱的或双凸透镜的沟槽的单层薄膜更明亮。此外，这里需要一种光线改向薄膜，它能够补偿光线的不同的角度分布，它可以由光源的上面不同位置处的一个特定的光源出射，比如照明液晶显示器使用的背光板。同样地，这里需要一个光线改向薄膜系统，其中薄膜匹配或转动至背光板或其它光源的光线输出分布，以便使来自背光板的入射光线在一个希望的观察角度内重新取向或更多地改变方向。
本发明的概述本发明涉及光线改向薄膜以及光线改向薄膜系统，它使由一个背光板或其它光源发射的更多的光线重新分布，接近一个更垂直于薄膜的平面的方向，以及涉及光线改向薄膜，它产生一个较软的影像，而不会产生与薄膜的光线入射表面上具有无光泽的或扩散的表面处理有关的亮度降低，以增加其有效性。
薄膜的光线出射表面具有良好限定形状的不连续的分立的光学元件的一个图案，用于折射入射光线的分布，从而使出射薄膜的光线分布在更垂直于薄膜表面的一个方向上。这些分立的光学元件可以是由在薄膜的出射表面上的凹陷或凸起形成的，以及包括一个或多个倾斜表面用于折射入射的光线，接近垂直于出射表面的一个方向。这些倾斜的表面例如可以包括平面和弯曲表面的一个组合，它在一个希望的观察角度改变光线的方向。再者，表面的曲率，或者分立的光学元件的弯曲区和平面区的比率，以及弯曲的和平面的表面的周边形状能够改变以调节薄膜的光线输出分布，以改进与薄膜结合使用的显示装置的观察角度。此外，表面的曲率或者分立的光学元件的弯曲区和平面区的比率能够改变，以便或多或少地改变在一个平面内前进的光线的方向，它应平行于棱柱的或双凸镜的带沟槽薄膜的沟槽。同样，分立的光学元件的尺寸和数目，以及分立的光学元件的表面曲率能够选择，以便产生一个或大或小的扩散输出，或者使来自光源的输入光线分布无序化，以产生一个较软的较多扩散的光线输出分布，而又保持输出分布在沿薄膜的垂直方向的一个特定的角度区域内。
薄膜的光线入射表面可以具有一个光学涂层，比如一种抗反射涂层，一种反射的偏光层，一种阻滞涂层或一种偏光层。同样，一个无光泽或扩散的织构可以设置在光线入射表面上，这取决于希望的可视的外观。一个无光泽的表面处理产生一个较软的影像，但是不够明亮。
在薄膜的出射表面上的分立的光学元件可以用这样一种方式无序化，使消除与液晶显示器的像素间距的任何干涉。这种无序化能够包括光学元件的尺寸、形状、位置、深度、取向。角度或密度。这样就消除了对扩散层的需要，以抵抗网纹和类似作用。还有，至少一些分立的光学元件能够排列为跨过薄膜的出射表面的分组，并且每个分组中至少一些光学元件具有不同的尺寸或形状特点，它们集体地产生一个对于每个分组的平均的尺寸或形状特点，它们跨过薄膜改变，以获得对于任何分立的光学元件超出机加工容差的平均的特点值，以及抵抗与一个液晶显示器的像素间距的网纹和干涉作用。此外，至少一些分立的光学元件能够彼此相对地以不同的角度取向，以改进沿两个轴线薄膜重新取向/改变光线方向的能力。
分立的光学元件的光线方向改变表面的角度制造在薄膜的光线出射表面上，也可以跨过液晶显示器的显示区域改变，以调节薄膜的光线方向改变功能至一个光线输入分布，它是跨过光源的表面不均匀的。
光线改向薄膜的分立的光学元件还希望是彼此搭接为交错的，互锁的和/或交叉的形状，形成一个光学结构，并带有优良的表面覆盖区。再者，分立的光学元件可以排列为分组，并且一些分立的光学元件沿一个轴线取向，以及其它的光学元件沿另一个轴线取向。同样，在每个分组内的分立的光学元件的取向可以改变。再者，光线改向薄膜的分立的光学元件的尺寸、形状、位置和/或取向可以改变，以计算由一个光源发射的光线分布的改变。
光线改向薄膜的光学元件的性能和图案也能够改进，以优化光线改向薄膜使用于不同类型的光源，它发射不同的光线分布，例如，一种图案用于单灯泡搭接顶部，另一种图案用于双灯泡平板显示器，以及等等。
此外，提供光线改向薄膜系统，其中光线改向薄膜的分立的光学元件的取向、尺寸、位置和/或形状可以调节至背光板或其它光源的光线输出分布，以便在一个希望的观察角度内来自背光板的入射光线的更多的重新取向和方向改变。还有，背光板可以包括单独的光学变形器，它使沿一个轴线的光线准直，以及光线改向薄膜可以包括分立的光学元件，它使沿垂直于一个轴线的另一个轴线的光线准直。
为了实现上述的和相关的目的，本发明具有的特点将在权利要求书，下列的说明和附图中更充分地说明和指出，并列入本发明的一些说明性的实施例中，它们是示范性的，然而，在能够使用本发明的原理的各种方式中仅列出几种。
附图的简要说明在附图中
图1是按照本发明的一种光线改向薄膜系统的示意的侧立面图；图2是图1的背光板和光线改向薄膜系统的一部分的放大的不连贯的侧立面图；图3和4是按照本发明的另一种光线改向薄膜系统的示意的侧立面图；图5-20是本发明的光学方向改变薄膜上分立的光学元件的不同的图案的示意的透视图或顶视图；图5a-5n是方向改变薄膜上分立的光学元件能够采取的不同的几何形状；图21是一个光线改向薄膜的示意的透视图，它具有光学沟槽以面对薄膜的一个隅角的一个弯曲的图案延伸跨过薄膜；图22是一个光线改向薄膜的顶视图，它具有光学沟槽的一个图案，面对薄膜的一个边缘的一个中点延伸跨过薄膜，当至一个边缘的距离增加时，其曲率减少；图23是图22的光学方向改变薄膜的一个端立面图，是由它的左端观察的；图24是图22的光线改向薄膜的一个侧立面图；图25和26是一个背光板/光发射板组件的一个表面区的放大的示意的不连贯的顶视图，示出在背光板的表面上或表面内形成的不同形式的光学变形器；图27和28分别是通过图25和26的光学变形器之一的放大的纵剖面图29和30是通过一个背光板的表面上或表面内形成的另一种光学变形器的放大的示意的纵剖面图；图31-39是背光板表面区的放大的示意的透视图，它具有其它的良好限定形状的各种图案的单独的光学变形器；图40是通过一个背光板的表面上或表面内形成的另一种光学变形器的放大的示意的纵剖面图；图41和42是背光板表面区的放大的示意的顶视图，它具有光学变形器与图37和38所示的类似，沿着表面区的长度和宽度排列为多个直行列；图43和44是背光板表面区的放大的示意的顶视图，它也具有光学变形器与图37和38所示的类似，沿着表面区的长度和宽度排列为交错的行列；图45和46是背光板表面区的放大的示意的顶视图，它具有在表面区上无序的或变化图案的不同尺寸的光学变形器；图47是一个背光板表面区的放大的示意的透视图，示出当变形器至光线输入表面的距离增加或沿着表面区的长度的光线强度增加时，光学变形器的尺寸增加；图48和49是示意的透视图，示出沿着一个背光板表面区的长度和宽度光学变形器的不同的角度取向；以及图50和51是放大的透视图，示意地示出由一个聚焦的光源发射的实验的光束如何被良好限定形状的不同的单独的光学变形器反射或折射。
本发明的详细说明图1和2示出按照本发明的一种形式的光线改向薄膜系统1，它包括一个光线改向薄膜2，它能够将由一个背光板BL或其它的光源发射的更多的光线重新分布，接近一个更垂直于薄膜表面的方向。薄膜2可以使用于将来自几乎任何照明用的光源的光线在一个希望的观察角度内重新分布，例如，一个显示器D，比如液晶显示器，使用于膝上型计算机，文字处理器，航空电子学显示器，移动电话，个人数字助理(PDAs)和类似器件，以便使显示器更明亮。液晶显示器可以是任何类型的，包括透射液晶显示器，如图1和2所示，反射的液晶显示器，如图3所示，以及跨反射的液晶显示器，如图4所示。
图3中所示的反射的液晶显示器D包括一个背反射器40，邻接背侧面，用于反射进入显示器环境光线离开显示器，以增加显示器的亮度。本发明的光线改向薄膜2放置在邻接反射的液晶显示器的顶面，以使环境光线(或来自前灯的光线)改变方向进入显示器，接近一个更垂直于薄膜平面的方向，用于在一个希望的观察角度内被背反射器反射出，以增加显示器的亮度。光线改向薄膜2可以连接至、叠层至或用其它方式保持就位，顶住液晶显示器的顶面。
图4中所示的跨反射液晶显示器D包括一个跨反射器T，放置在显示器和背光板BL之间，用于将进入显示器的前面的环境光线反射出显示器，以增加在一个照明环境下的显示器的亮度，以及用于将来自背光板的光线通过跨反射器传送出显示器，以便在黑暗环境中照明显示器。在本实施例中，光线改向薄膜2可以或者放置在邻接显示器的顶面，或者邻接显示器的底面，或者邻接两者，如图4所示，用于将环境光线和/或来自背光板的光线改变方向或重新分布，更垂直于薄膜的平面，以便使光束输出分布更适合于前进通过显示器，以增加显示器的亮度。
光线改向薄膜2包括一个薄的透明的薄膜或基片8，在光线出射表面6上具有良好限定形状的不连续的分立的光学元件5，用于折射入射光线分布，从而使薄膜的出射光线在更垂直于薄膜的表面的方向。
每个分立的光学元件5具有的宽度和长度比薄膜的宽度和长度小许多倍，以及可以借助在薄膜的出射表面上的凹陷或凸起而形成。这些分立的光学元件5包括至少一个倾斜的表面，用于折射入射光线接近一个垂直于光线出射表面的方向。图5示出在一个薄膜2上的分立的光学元件5的一种图案。这些光学元件可以采用许多不同的形状。例如，图5a示出一种非棱柱的光学元件5，具有总计两个表面10，12，它们都是倾斜的。图5a中所示的表面10之一是平面的，而另一个表面12是弯曲的。再者，两个表面10，12彼此相交，以及也与薄膜的表面相交。代替的方案是，分立的光学元件的两个表面10，12可以是弯曲的，如图5b中所示。代替的方案是，光学元件5可以每个具有仅一个表面是弯曲的和倾斜的，以及与薄膜相交。图5c示出一个这样的光学元件5，呈一个锥形13。图5d示出另一个这样的光学元件，具有一个半球形或拱顶形14。同样，这种光学元件可以具有多于一个倾斜的表面与薄膜相交。
图5e示出一个光学元件5，具有总计三个表面，它们全部与薄膜相交和彼此相交。两个表面15和16是弯曲的，而第三表面17是平面的。
图5f示出一个光学元件5，呈一个棱锥形18，并带有四个三角形侧面19，它们彼此相交以及与薄膜相交。棱锥形18的侧面19可以是尺寸和形状相同的，如图5f中所示，或者棱锥形的侧面19可以被延伸这样使侧面具有不同的周边形状，如图5g中所示。同样，光学元件5可以具有任何数目的平面的倾斜的侧面。图5h示出一个光学元件5，带有四个平面的倾斜的侧面20，而图5i示出一个光学元件5，带有八个平面的倾斜的侧面20。
分立的光学元件5也可以具有多于一个弯曲的和多于一个平面的倾斜的表面，全部与薄膜相交。图5j示出一个光学元件5，具有一对相交的相对倾斜的平面的侧面22以及相对的圆形的或弯曲的末端或侧面23。再者，倾斜的平面的侧面22和弯曲的末端或侧面23可以具有不同的倾斜度，如图5k和51中所示。此外，光学元件5可以具有至少一个弯曲的表面不与薄膜相交。一个这样的光学元件5示于图5m中，它包括一对相对的倾斜的平面的侧面22，以及相对的圆形的或弯曲的末端或侧面23，以及一个圆形的或弯曲的顶面24，与相对的倾斜的侧面和相对的圆形的末端相交。此外，光学元件5可以沿着它们的长度是弯曲的，如图5n中所示。
为分立的光学元件5设置平面的和弯曲的表面的组合，比一个带沟槽的薄膜能够提供更大观察区的光线改变方向和重新分布。同样，分立的光学元件的表面的曲率或弯曲区与平面的比率可以改变，以调节薄膜的光线输出的分布，以便改进与薄膜一起使用的显示器的观察区。
薄膜2的光线入射表面7可以具有一个光学涂层25(见图2)，比如一种抗反射涂层，反射偏光层，一种阻滞涂层或一种偏光层。同样，一个无光泽的或扩散的织构可以设置在光线入射表面7上，这取决于希望的可视的外观。一个无光泽的表面处理产生一个较软的影像，但是不够明亮。本发明的分立的光学元件5的平面的和弯曲的表面的组合能够设计为将投射在其上的一些光线束改变为不同方向，以产生一个较软的影像，而不需要在薄膜的光线入射表面上附加扩散器或无光泽表面处理。
光线改向薄膜2的分立的光学元件5也希望是彼此搭接为交错的、互锁的和/或交叉的形状，形成一个光学结构，并带有优良的表面覆盖区。以图6，7，13和15为例，示出彼此交错的光学元件5；图8-10示出彼此交叉的光学元件5；以及图11和12示出彼此交叉的光学元件5。再者，光线改向薄膜2的光学元件5的倾斜角度、密度、位置、取向、高度或深度、形状和/或尺寸可以匹配或转动至一个背光板BL或其它的光源的特定的光线输出分布，以便计算内背光板发射的光线的分布的改变，以便在一个希望的观察角度内使由背光板发射的更多的光线重新分布。例如，当至背光板BL，至一个光源26的距离增加，以计算在不同的角度时的背光板发射的光线束的路径R，当至光源的距离增加时，光学元件5与光线改变薄膜2的表面构成的倾斜表面(比如表面10，12)的角度可以改变，如图2所示。同样，背光板BL本身可以设计为在较低角度发射更多的光束，以增加由背光板发射的光线总量以及依靠光线改变薄膜2在一个希望的观察角度内使发射的更多的光线重新分布。从这种方式，光线改向薄膜2的分立的光学元件5可以选择，以便与背光板的光学变形器相结合，以便由系统产生一个优化的输出的光线束角度分布。
图2，5和9示出分立的光学元件5的不同的图案，全部为相同的高度或深度。而图7、8、10，13和14示出分立的光学元件5的不同的图案，它们为不同的形状、尺寸和高度或深度。
分立的光学元件5也可以在薄膜2上无序化排列，如图16和17所示，以这样一种方式消除与液晶显示器的像素间距的任何干涉。这样消除了对图1和2所示的光学扩散器层30的需要，以抵抗网纹和类似作用。再者，至少一些分立的光学元件5能够排列为跨过薄膜的分组32，并且至少在每个分组内的一些光学元件5具有不同的尺寸或形状特点，它们集体地产生一个对于每个分组的平均的尺寸或形状特点，它们跨过薄膜改变，如图7、13和15中所示，以获得超出机加工容差的特点值，以抵抗与液晶显示器的像素间距的网格和干涉作用。例如，至少在每个分组32内的一些光学元件5可以具有不同的深度或高度，它们集体地产生对于每一个分组的平均的深度或高度特点，它跨过薄膜改变。同样，至少在每个分组内的一些光学元件5可以具有不同的倾斜角度，它们集体地产生对于每个分组的平均的倾斜角度，它跨过薄膜改变。再者，至少在每个分组内的一些光学元件的一个倾斜表面可以具有不同的宽度和长度，它们集体地产生在每个分组内的平均的宽度和长度特点，它跨过薄膜改变。
当分立的光学元件5包括平面的和弯曲的表面10，12的一个组合时，弯曲表面12的曲率，或分立的光学元件5的弯曲区与平面区的比率，以及弯曲的和平面的表面的周边的形状可以改变，以调节薄膜的光线输出分布。此外，弯曲表面的曲率，或分立的光学元件的弯曲区与平面区的比率可以改变，以便或多或少地改变在一个平面内前进的光线的方向，它应平行于棱柱的或双凸透镜的带沟槽薄膜的沟槽，部分地或完全地代替对第二层光线改向薄膜的需要。同样，至少一些分立的光学元件可以用彼此不同的角度取向，如图13和16所示，以便使由光源发射的更多的光线在更垂直于薄膜的表面的一个方向上沿两个不同的轴线重新分布，部分地或完全地取代对第二层光线改向薄膜的需要。然而，应该理解，两层这样的光线改向薄膜，每个具有相同的或不同的分立的光学元件图案，可以放置在光源和观察区之间，并且使两层彼此相对转动90°(或其它的角度大于0°和小于90°)，从而使在相应的薄膜层上的分立的光学元件将由一个光源发射的在不同的平面方向上前进的更多的光线重新分布在一个更垂直于相应的薄膜的表面的方向上。
还有，光线改向薄膜2可以具有光学元件5的一个图案，它在薄膜不同的位置上改变，如图15所示，以便使来自一个背光板或其它光源的光线束的输出分布重新分布，从而使来自不同位置的光线束输出分布重新分布接近一个垂直于薄膜的方向。
再者，光线改向薄膜的光学元件的性能和图案可以改进以优化光线改向薄膜用于不同类型的光源，它发射不同的光线分布，例如，一种图案用于单灯泡搭接顶部，另一种图案用于双灯泡平板显示器，以及等等。
图17示出的光学元件5排列为由薄膜2的外边缘至中心的一个径向的图案，以便使一个背光板BL的光线束输出分布重新分布，它接收沿背光板的全部四个侧面的来自冷阴极荧光灯26的光线。
图18示出的光学元件5排列为跨过薄膜2的倾斜的分组32的一个图案，它调节以便使背光板BL的光线束输出分布重新分布，它接收来自一个冷阴极荧光灯26的光线、或者沿背光板的一个输入边缘的一组光发射二极管26的光线。
图19示出的光学元件5排列为面对薄膜2的一个隅角的一个径向型图案，它是被一个光发射二极管26照明的隅角。
图20示出的光学元件5排列为面对薄膜2的一个输入边缘的一个中点的径向型图案，以便使一个背光板BL的光线束输出分布重新分布，它被一个单独的光发射二极管26在背光板的一个输入边缘的中点处照明。
图21示出的光线改向薄膜2具有光学沟槽35，跨过薄膜以面对薄膜的一个隅角的一个弯曲的图案延伸，以便使背光板BL的光线束输出分布重新分布，它是被一个光发射二极管26照明的隅角。
图22-24示出的光线改向薄膜2具有光学沟槽35的一个图案，跨过薄膜面对沿着薄膜的一个边缘的一个中点延伸，当至一个边缘的距离增加时，其曲率减少，以便使背光板BL的光线束输出分布重新分布，此边缘被一个光发射二极管26在背光板的一个输入边缘的中点处照明。
在光线改向薄膜2具有一个光学元件5的一个图案40沿着薄膜的长度改变的情况下，可以提供一个薄膜2的卷材41，它具有一个重复的光学元件图案在其上面，如图15所示，以便允许最适合于一个特定用途的图案的选择区能够由薄膜卷材模压切割。
背光板BL可以是实质上平面的或弯曲的，或者可以是单层的或多层的，以及按希望具有不同的厚度和形状。再者，背光板可以是柔性的或刚性的，以及由各种化合物制造。再者，背光板可以是空心的或充填液体、空气的，或是实心的，以及可以是具有孔或脊岭的。
同样，光源26可以是任何适当类型的，例如包括弧光灯、白炽灯，它们同样可以是彩色的、滤光的、或涂漆的，一个透镜末端灯泡、光管、卤素灯、光发射二极管(LED)，来自LED的芯片、氖灯泡、冷阴极荧光灯，由遥控源传送的纤维光管、激光器或激光二极管、或任何其它的适当的光源。此外，光源26可以是一个多数的彩色LED，或彩色的辐射源的一个组合，以提供一个希望的彩色的或白色的光线输出分布。例如，一组彩色的灯，比如不同颜色的(例如红色、蓝色、绿色的)LEDs或带有多数的彩色的芯片的单独的LED可以使用于产生白色的光线或借助改变每个单独的彩色灯的强度产生任何的彩色的光线输出分布。
光学变形器的一种图案可以按希望设置在背光板BL的一个或两个侧面上，这里使用的术语光学变形器是指一个表面和/或涂层的形状或几何尺寸或表面处理的改变，它引起光线的一部分将由背光板发射。这些变形器能够使用各种方式制造，例如在背光板的选择区内提供一个涂漆的图案、浸蚀的图案、机加工的图案、印刷的图案、热冲压的图案或模压的图案或类似的图案。一种油墨或涂漆图案可以借助下列方式涂覆，例如衬垫印刷、丝网印刷、喷墨、热转移薄膜过程或类似过程。这些变形器也可以印刷在一个板或薄膜上，它使用于涂覆变形器到背光板上。板或薄膜变成背光板的一个永久的部分，例如，借助连接或其它方法将板或薄膜定位顶住背光板的一个或两个侧面，以产生希望的效果。
借助改变背光板的一个区或多个区内的变形器的密度、不透明度或透明度、形状、深度、颜色、面积，折射指数或类型，背光板的光线输出能够被控制。这些变形器可以使用于控制由背光板的一个光线发射区的光线输出的百分比。例如，在希望较少光线输出的表面区可以放置较少的或较小尺寸的变形器。反之，在希望较大光线输出的表面区可以放置较大百分比的或较大尺寸的变形器。
在背光板的不同的区域内改变变形器的百分比和/或尺寸是需要的，以便提供一个实质上均匀的光线分布。例如，前进通过背光板的光线的数量在接近光源的区域通常比在远离光源的区域大。一种图案的变形器能够使用于调节背光板内光线的改变，例如，随着至光源距离的增加，提供变形器一个更密集的集中，从而导致由背光板的一个更均匀的光线输出分布。这些变形器也可以使用于控制由背光板的输出光束角度分布，以适应一个特定的用途。例如，如果背光板使用于一个液晶显示器的背光板，如果这些变形器(或一个光线改向薄膜2与背光板结合使用)将被背光板发射的光线束以预定的光线束角度投射，则光线输出将更有效，这样使它们以低的损失前进通过液晶显示器。
此外，光学变形器的图案可以使用于调节光线输出的改变，以利于背光板的光线提取。光学变形器的图案可以使用广谱的油漆、油墨、涂料、环氧等印刷在背光板的表面区，由光泽改变至不透明，或两者兼有，以及可以使用半调分离技术以改变变形器的覆盖率。再者，光学变形器的图案可以是多层的或其折射指数是改变的。
光学变形器的印刷图案可以是各种形状的，比如点形、方形、菱形、椭圆形、星形、无序的形状等。再者，最好使用每英寸60线的或更细的印刷图案。这样可使变形器或印刷图案的形状接近在一个特定的用途中可以被人眼观察，从而消除了对梯度或弯曲线的探测，它们在使用较大的光学元件的光线提取图案中是普通的。此外，变形器可以沿着背光板的长度和/或宽度改变形状和/或尺寸。同样，变形器的一个无序的放置图案可以使用于背光板的整个长度和/或宽度。变形器可以具有没有专门角度的形状或图案，以减少网纹或其它干涉作用。产生这些无序的图案的方法的实例是使用随机印刷技术的各种形状的印刷图案，频率模拟半调图案、或无序的点半调图案。
再者，变形器可以着色的，以便在背光板内起到颜色校正作用。变形器的颜色也可以通过背光板改变，例如，对相同的或不同的光线输出区提供不同的颜色。
除此之外或代替这些光学变形器也可以使用其它的光学变形器，具有棱柱的或双凸透镜的或横向沟槽，或各种形状的凹陷或升起，使用复杂形状的模压图案，可以是模压的、浸蚀的、冲压的、热成形的、热冲压的或类似的，成形在背光板的一个或多个表面区。这些棱柱的或双凸透镜的表面、凹陷的或升起的表面将引起一部分光线束接触，从而由背光板发射。同样，棱柱的、凹陷的或其它的表面的角度也可以改变，以投射光线在不同的方向上，以便产生一个希望的光线输出分布或效果。
再者，反射的或折射的表面可具有不带专门的角度的形状或图案，以减少网纹或其它干涉作用。
一个背反射器40可以连接或定位对着背光板BL的一个侧面，如图1和2所示，以便借助将由此侧面发射的光线反射回通过背光板用于发射通过相对的侧面来改进背光板的光线输出效率。此外，一种图案的光学变形器50可以设置在背光板的一个或两个侧面上，如图1和2所示，以便改变光线的路径，从而超过内临界角度和一部分光线是由背光板的一个或两个侧面发射的。
图25-28示出的光学变形器50可以或者是在相应的背光板表面区52上的单独的凸起51，或者是在这些表面区的单独的凹陷53。在任何一种情况下，每个这种变形器50具有良好限定的形状，包括一个反射或折射表面54，它在一个边缘55处与相应的背光板表面区52相交，以及具有沿其整个长度均匀的倾斜度，以便更精确地控制由每个变形器的光线发射。沿着每个反射/折射表面54的一个周边的边缘部分56是每个变形器50的一个端壁57，它与相应的板表面区52相交，其夹角I大于反射/折射表面54和板表面区52之间的夹角I′(见图27和28)，以减少板表面区上端壁的凸起的表面区。这样允许比其它可能的情况下将更多的变形器50放置在板表面区内，这种情况是如果端壁57的凸起的表面区实质上等于或大于反射/折射表面54的凸起的表面区。
在图25和26内反射/折射表面54的周边边缘部分56和附带的端壁57在横向方向上是弯曲的。同样，在图27和28内变形器50的端壁57示出为实质上垂直于变形器的反射/折射表面54延伸。代替地，此种端壁57可以实质上垂直于板表面区52延伸，如图29和30所示。这样事实上消除了在板表面区52上端壁57的任何的凸起的表面区，从而使在板表面区上的变形器的密度甚至进一步增加。
光学变形器也可以是其它的良好限定的形状，以便由一个板表面区获得一个希望的光线输出分布。图31示出在一个板表面区52上单独的光线提取变形器58，每个包括一个通常的平面的，矩形的反射/折射表面59和附带的均匀倾斜度的端壁60，通过长度和宽度，以及通常的平面的侧壁61。代替地，变形器58，可以具有圆形的或弯曲的侧壁62，如图32所示。
图33示出在一个板平面52上单独的光线提取变形器63，每个包括一个平面的、倾斜的三角形的反射/折射表面64和附带的平面的、通常的三角形的侧壁或端壁65。
图34示出单独的光线提取变形器66，每个包括一个平面的倾斜的反射/折射表面67，具有倾斜的周边边缘部分68和附带的倾斜的端壁69和侧壁70。
图35示出单独的光线提取变形器71，它们通常是锥形的，而图36示出单独的光线提取变形器72每个包括一个圆形的反射/折射表面73和圆形的端壁74和圆形的或弯曲的侧壁75，全部掺合在一起。这些附加的表面将撞击在其上的其它光线束反射或折射到不同的方向上，以分散跨过背光板元件BL的光线，以便提供由板元件发射的光线的一个更均匀的分布。
与单独的变形器的反射/折射表面和端壁及侧壁的形状无关，这些变形器也可以包括平面表面，相对于板表面区52以一种平行的有间距的关系与反射/折射表面和端壁和/或侧壁相交。图37-39示出变形器76，77和78，在一个板表面区上呈单独的凸起的形状，具有代表性的形状分别与图31、32和35的相似，其不同之处是每个变形器相对于板表面区52以平行的有间距的关系与一个平面表面79相交。以类似的方式，图40示出二组变形器80之一，具有单独的凹陷81的形状，位于一个板表面区52内，相对于板表面区52的通常平面表面以平行的有间距的关系与一个平面表面79相交。撞击在此平面表面79上的任何光线束，其内角小于由板表面区52发射光线的临界角，将被平面表面79内部反射而撞击在此平面表面79上的任何光线束，其内角大于由板表面区发射光线的临界角，将被带有最小的光学不连续性的平面表面发射，如图40所示。
在变形器是在板表面区52上的凸起的地方，反射/折射表面以一个角度延伸离开板，其方向通常与来自光源26前进通过板的光线束的方向相反，如图27和29所示。在变形器是在板表面区上的凹陷的地方，反射/折射表面以一个角度延伸进入背光板，其方向通常与来自光源26前进通过板的光线束的方向相同，如图28和30所示。
与变形器是否是在板表面区52上或其内的凸起或凹陷无关，变形器的反射/折射表面的倾斜度可以改变，以引起撞击在其上面的光线束或者折射出光线发射板，或者通过板反射回以及发射出板的相对的侧面，它可以是浸蚀的，以扩散由其发射的光线，或者涂覆一个光线改向薄膜，以产生一个希望的作用。还有，在板表面区的光学变形器的图案可以是一致的或按希望变化的，以便获得来自板表面区的希望的光线输出分布。图41和42示出变形器76和77，其形状与图37和38所示的相似，排列为一组通常直线的有均匀间距的行列，沿着板表面区52的长度和宽度。而图43和44示出这样的变形器76和77，排列为交错的行列，沿着板表面区的长度彼此搭接。
还有，光学变形器的尺寸，包括宽度、长度和深度或高度，以及角度取向和位置也可以沿着任何给定的板表面区的长度和/或宽度改变，以获得来自板表面区希望的光线输出分布。图45和46示出不同尺寸的变形器58和58′的一个无序的或变化的图案，分别地与图31和32所示的形状相似，排列为在板表面区52上的交错的行列。图47示出变形器77，与图38所示的形状相似，当变形器至光源的距离增加或沿着板表面区的长度和/或宽度的光线的密度减少时，其尺寸增加。图45和46中所示的变形器58和58′排列为跨过板表面的各簇82，并且在每个簇中至少一些变形器具有不同的尺寸或形状特点，它们集体地产生对于每个簇的一个平均的尺寸或形状特点，它跨过板表面改变。例如，在每个簇中至少一些变形器可以具有不同的深度或高度，或不同的倾斜率或取向，它们集体地产生一个平均的深度或高度特点，或倾斜表面的平均的倾斜率或取向，它跨过板表面改变。类似地，在每个簇中至少一些变形器可以具有不同的宽度或长度，它们集体地产生一个平均的宽度或长度特点，它跨过板表面改变。这样允许获得超过机加工容差的希望的尺寸或形状特点，以及还可抵抗网纹和干涉作用。
图48和49示出沿着一个板表面区52的长度和宽度任何希望形状的变形器85的不同的角度取向。在图48中，变形器排列为直行列86，沿着板表面区的长度，但每个行列中的变形器是取向对着光源26，从而使全部变形器是实质上与由光源发射的光束在一直线上。在图49中，变形器85也是取向对着光源26，与图48相似。此外，在图49中的变形器行列实质上是与光源26径向对准的。
图50和51示出按照本发明的由一个聚焦的光源26发射的示范性的光线束90在前进通过光线发射板元件92时是如何反射的，光源26是插入模压或铸造在光线发射板组件BL的一个光线过渡区91内，直到光线束90撞击在板表面区52上面或其中的良好限定形状的单独的光线提取变形器50，77上，引起由板元件的一个侧面93反射或折射的光线束比由另一个侧面94的多。在图50中，所示的示范性光线束90是变形器50的反射/折射表面54反射在相同的总方向，通过板元件的相同的侧面93射出。而在图51中，所示的光线束90在被反射/折射出板元件的相同的侧面93之前是被变形器77的圆形的侧壁62散射在板元件92内不同的方向上。按照本发明的良好限定形状的单独的光线提取变形器的这样一种图案能够引起60-70％或更多的通过板元件的输入边缘95接收的光线由板元件的相同的侧面发射。
由以上所述可以理解，本发明的光线改向薄膜能使由一个背光板或其它的光源发射的更多的光线重新分布，接近一个更垂直于薄膜的平面的方向。再者，本发明的光线改向薄膜和背光板可以调节或彼此转动，以提供一个系统，其中光线改向薄膜的分立的光学元件与背光板的光学变形器结合工作，以便产生一个由此系统优化的输出光线束角度分布。
虽然本发明根据某些实施例示出和说明，在技术熟练人员阅读和了解本说明书后，明显的是可产生等同的代替和改变。尤其是，有关由上述的部件进行的各种功能，这些术语(包括使用于说明这些部件的对一个“器件”的任何参考)，如果没有其它的指示，是有意地对应于任何部件，它进行上述的部件的特定的功能(例如，它是功能上等同的)，即使不是结构上等同于公开的部件，它实现本发明的上述的示范性实施例中的功能。此外，虽然本发明的一个特点是相对于仅一个实施例公开的，此特点可以与其它的实施例的一个或多个特点相结合，如果希望和对于任何给定的或特定的用途是有利的。
权利要求
1.一种光线改向薄膜，包括薄的光学透明基片，在基片上或基片中具有确定形状的分立的光学元件构成的一种图案，光学元件相对于基片的宽度和长度相当小，至少一些光学元件在基片上的不同位置变化，以使穿过基片的光线朝向垂直于基片的方向重新分布。
2.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，基片具有多层。
3.按照权利要求2的薄膜，其特征在于，多层中的至少一些具有不同的折射率。
4.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，基片具有涂层以产生特定效果。
5.按照权利要求4的薄膜，其特征在于，涂层为选择性的。
6.按照权利要求4的薄膜，其特征在于，涂层具有不同于基片的折射率。
7.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件在下列特性中的至少一个上改变倾斜角度、密度、位置、取向、高度或深度、形状和尺寸，以使薄膜适应于不同背光板的光线输出分布。
8.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件在基片上不同的位置处具有不同的光线束型面。
9.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，光学元件的尺寸和形状可以调节以便使光源发出的更多的光线在所希望的观察角度内重新分布。
10.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件具有至少两种不同的形状的表面参数。
11.按照权利要求10的薄膜，其特征在于，不同形状表面中的一个为弯曲的，不同形状表面中的另一个为平面的。
12.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件彼此搭接、交叉或互锁。
13.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件在基片上以不同角度取向以用于沿不同轴线重新分布光线。
14.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件是跨过薄膜改变尺寸的。
15.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件是跨过薄膜改变形状的。
16.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件是跨过薄膜改变高度或深度的。
17.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件是跨过薄膜改变位置的。
18.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件是跨过薄膜改变密度的。
19.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件仅具有两个表面，两个表面彼此相交以形成凸起，并且两个表面都与基片或另一光学元件相交。
20.按照权利要求19的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件的凸起具有在凸起终止的地方与基片或其它光学元件相交的末端。
21.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件以预定图案变化以使光线重新分布在所希望的光学分布内。
22.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件具有至少一个弯曲表面和至少一个平面表面。
23.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件无序地分布在基片上。
24.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件具有一对相对倾斜的侧面和一对相对弯曲的末端。
25.按照权利要求24的薄膜，其特征在于，相对倾斜的侧面相互交叉。
26.按照权利要求24的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件具有弯曲的顶面，该顶面与相对倾斜的侧面和相对弯曲的末端相交。
27.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件具有倾斜的表面，它在跨过基片的面积中变化。
28.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，分立的光学元件位于基片的相反侧面上。
29.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件具有不同的倾斜角度。
30.按照权利要求1的薄膜，其特征在于，至少一些光学元件包括平面表面和弯曲表面的组合，平面表面和弯曲表面的面积比被选择成产生想要的观察角度。
31.一种光线改向薄膜，包括薄的光学透明基片，基片上或基片中具有确定形状的分立的光学元件构成的一种图案，光学元件相对于基片的宽度和长度相当小，至少一些光学元件根据穿过基本的光源的位置和类型改变。
32.一种光线改向薄膜系统，包括背光板，背光板包括板表面，板表面具有在板表面上不同位置改变的光线输出分布；和光线改向薄膜，它紧接板表面，光线改向薄膜包括薄的光学透明基片，在基片上或基片中具有确定形状的分立的光学元件构成的图案，光学元件相对于基片的长度和宽度相当小，光学元件构成的图案在基片的不同位置处变化以将来自板表面不同位置的光线输出分布朝向垂直于基片的方向重新分布。
33.按照权利要求32的系统，其特征在于，光线改向薄膜使得一部分光线从背光中引出。
34.按照权利要求32的系统，还包括紧接基片的液晶显示器，基片上光学元件构成的图案的变化引起来自板表面的光线输出分布的角度变化，从而使光线输出分布更适合于行进通过液晶显示器。
35.按照权利要求32的系统，其特征在于，光学元件被布置成可以调节以使背光板的光线输出分布朝向垂直于基片的方向重新分布的图案，该背光板接纳来自一个冷阴极荧光灯泡的光线。
36.按照权利要求32的系统，其特征在于，光学元件被布置成可以调节以使背光板的光线输出分布朝向垂直于基片的方向重新分布的图案，该背光板接纳来自两个或更多个冷阴极荧光灯泡的光线。
37.按照权利要求32的系统，其特征在于，光学元件被布置成可以调节以使背光板的光线输出分布重新分布的图案，该背光板接纳来自单个发光二极管的光线。
38.按照权利要求32的系统，其特征在于，光学元件被布置成可以调节以使背光板的光线输出分布重新分布的图案，该背光板接纳来自多个发光二极管的光线。
39.按照权利要求32的系统，其特征在于，光学元件被布置成可以调节以使背光板的光线输出分布重新分布的图案，该背光板接纳来自周边照明的光线。
40.按照权利要求32的系统，其特征在于，光学元件被布置成放射型图案，该图案可以调节以使背光板的光线输出分布重新分布，该背光板是隅角照明的。
41.按照权利要求32的系统，其特征在于，光学元件被布置成放射型图案，该图案可以调节以使背光板的光线输出分布重新分布，该背光板由单个聚焦光源照明。
42.按照权利要求41的系统，其特征在于，所述光源为发光二极管。
全文摘要
一种光线改向薄膜(2)包括良好限定形状的分立的光学元件(5)的一个图案，位于薄膜的光线出射表面上，以便使由一个背光板进入薄膜(2)的入射表面的光线改变方向，接近垂直于出射表面的一个方向。分立的光学元件(5)是彼此搭接和交叉的。还有，光学元件(5)的取向、尺寸和/或形状可以调节以便使来自背光板的更多的入射光线改变方向在一个希望的观察角度内。
文档编号A61B19/00GK1952701SQ200610132188
公开日2007年4月25日 申请日期2002年7月11日 优先权日2001年7月19日
发明者杰弗里·R·帕克, 蒂莫西·A·麦科勒姆, 罗伯特·M·伊泽尔 申请人:固态奥普托有限公司