具有光准直和散射结构的光学基板的制作方法

专利名称：具有光准直和散射结构的光学基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有结构化表面的光学基板，特别涉及用于亮度提高和散射的光学基板，更特别地涉及在具有平面光源的平板显示器中使用的亮度提高和散射基板。
背景技术：
平板显示技术在电视显示、电脑显示以及手持电子设备(例如，手机、个人数字助理(PDAs)、数码照相机、输入板等)的显示器中广泛应用。液晶显示器(LCD)是一种平板显示器，其应用具有像素阵列的液晶(LC)模块来提供图像。图1示出了 IXD显示器的一个示例。背光IXD 10包括液晶(LC)显示模块12、背光模块14形式的平面光源以及设置在LC模块12和背光模块14之间的许多光学膜。LC模块12包括夹在两个透明基板之间的液晶以及定义二维像素阵列的控制电路。背光模块14 提供平面光分布，是其中光源沿平面延伸的后背照亮型，或者是如图1所示的边缘照亮型， 在其中线性光源16设置在光导18的一边。设置反射器20以引导光从线性光源16穿过光导18的该边进入光导18。光导18被结构化(例如具有减缩板以及定义在远离LC模块12 的下表面上的光反射和/或散射表面30)以分散并引导光穿过面向LC模块12的顶平面。 光学膜可以包括上散射膜22和下散射膜M，将来自光导18的平面的光进行散射。光学膜进一步包括上结构化表面和下结构化表面、光学基板沈和观，其将穿过的光重新分布，使得从膜射出的光的分布被引导为更加沿着膜表面的法线。光学基板26和观在本领域通常指照度或亮度提高膜、光重定向膜以及定向散射膜。穿过上述光学膜组合进入LC模块12 的光在LC模块12的平面上是空间均勻的，且具有较强的法向光强度。亮度提高膜沈和观的主要功能是提高整个背光模块的亮度。亮度提高膜的效果是通过减小相对于显示器的轴以大角度出射的光量来提高以小角度出射的光量。从而，当相对于所述轴以增加的角度来观看显示器时，感知到的亮度会降低。在35度至45度之间， 感知到的亮度的将会急剧下降。这种效果被称为锐截止。在背光LCD 10中，亮度提高膜沈和观使用纵向棱镜结构来引导光沿着观看轴 (即，法向于显示器)，这提高了显示器的使用者所看到的光的亮度，并使得系统使用较少的能量来产生所需的轴向照度等级。亮度提高膜26和观具有光滑或平滑的输入光表面，来自背光模块的光从其中穿过。迄今为止，很多LCD使用两个亮度提高膜层(如图1所示的 LCD中)，其绕着垂直于膜平面的轴旋转，各自膜层的纵向顶峰或凹槽相对于彼此呈90度， 从而沿着与光出射表面正交的两个平面对光进行准直。当亮度提高膜沈的平滑底面在另一个亮度提高膜观的结构化表面上方时，实验证明，上方亮度提高膜沈的平滑面与下方亮度提高膜观的结构化表面和/或平滑面之间的光学相互作用在显示图像上产生了干涉条纹(即，亮暗重复图案)形式的不期望的可见伪影，其能在显示图像上观察到。这些亮暗图案还可能在不设置上方散射膜22 (图1)的情况下在上方亮度提高膜沈与LC模块12的相邻表面之间产生。由缺陷和不均勻性产生的不期望的图像影响效果，例如干涉条纹、截止效果(彩虹)、物理缺陷、流动、污点，能够通过使用上方散射膜(例如，图1中亮度提高膜26上方的散射膜2 来进行掩盖。在不牺牲IXD显示质量的情况下对于降低IXD的功耗、厚度和重量的需要逐渐增加。因此，需要降低背光模块的能量消耗、重量和厚度以及各种光学膜的厚度。为此，发展了很多光引导技术以降低功耗而不牺牲显示亮度。一些进展针对背光模块的设计(即，设计图1中背光模块14的部件的结构，包括光源16、反射器20和光导18)，来提高整体的光输出性能。另外，其他发展针对散射膜22和24、以及照度/亮度提高膜沈和观。迄今为止，为了减小LCD的光学膜的整体厚度，针对减少光学膜的数量已经作出了很多努力，从4个膜(例如图1中的光学膜22、24二6和28)减少到3个膜。在这方面， 一种方法是保持下方散射膜M和下方亮度提高膜观作为分离的结构，但是上方散射膜22 和上方亮度提高膜26的功能被结合且合并为一个单一的混合膜结构。这种三层膜类型的显示器已经在手持电子设备和笔记本电脑中广泛应用，特别需要推动发展以降低这些设备的整体尺寸。在发展混合亮度提高膜方面也作出了各种努力。参考图2，美国专利 No. 5，995，288公开了在光学基板的下侧，也即基板的与上侧的结构化表面相反的一侧设置的颗粒涂层。在光学基板的下侧不再出现平滑表面。附加的颗粒实现散射光的效果，用于光散射。参考图3，美国专利No. 5，598，280公开了一种在光学基板的下侧形成小突起的方法来通过光散射提高照度的均勻性。这种散射处理将隐藏很多干涉条纹，使它们对于使用者来说不可见。这些方法的其中一个缺点是光散射降低了轴上增益。另外，混合亮度提高膜在所需视角范围内引导光的作用更小。其他人对改进光学基板的结构化表面的棱镜表面结构进行了研究。例如，参考图 4A和4B，美国专利No. 6，798，574提供了光学基板的结构化表面的棱镜表面上的微小突起， 用来在更广的角度范围内沿特定方向扩散光。因此，所有上述混合亮度提高膜都涉及降低光输出方向性。另外，上述膜的整体亮度或照度都显著降低了。此外，所有上述混合亮度提高膜都涉及相对复杂的结构，需要更高生产成本。仍需要一种具有提高亮度且提供有效散射的结构以及克服现有技术中多功能光学膜的缺点的光学基板。

发明内容
本发明涉及一种同时具有光准直和光散射功能的散射棱镜基板。更特别地，本发明针对一种具有结构化表面的光学基板，该结构化避免通过准直光提高了亮度或照度并改善了光的散射。在本发明的一个方面中，光学基板是膜、片、板等类似物的形式，其可以是柔性的或刚性的，具有结构化棱镜表面和相反的结构化透镜表面。在一个实施例中，结构化透镜表面包括浅弯曲透镜结构(例如凸透镜)。相邻的浅弯曲透镜结构可以是连续的或连接的，或者间隔开固定的或可变的距离。透镜结构可以具有带有一致的或可变的截面的纵向结构。 透镜化镜片可以具有横向弯曲的结构。相邻的直或弯曲的透镜化镜片的截面可以相互交叉，或者部分地或全部地相互重叠。在另一个实施例中，透镜化镜片可以是透镜片段而不是在光学基板的相对边之间的连续结构。透镜片段可以具有规则的、对称的形状或者具有不规则的、非对称的形状，其可以是交叉或重叠的。透镜化镜片的表面，包括透镜片段，可以被纹理化以进一步影响散射。在本发明的另一个方面中，浅弯曲透镜结构提供有单一结点或一系列结点形式的独立波纹。根据本发明，结构化的表面同时提供了光准直和光散射的特性，可以减少特定的不期望的光学效应，例如光耦合、牛顿环、干涉条纹和截止效应(彩虹)，而不明显降低整体亮度。


为了更全面地理解本发明的本质和优点以及使用的优选方式，需参考以下结合附图理解的详细的描述。在以下附图中，类似的附图标记指定了所有附图中类似的或相似的部分。图1示意地示出了现有技术中的IXD的结构。图2至4示出了现有技术中混合的亮度提高光学和散射基板。图5示意地示出了 LCD的结构，其并入了根据本发明的一个实施例的光学基板。图6a是根据本发明的一个实施例的具有结构化的光输入和输出表面的光学基板的示意透视图。图6b至6d是图6a中光学基板的截面图。图7(a)至(f)示出了对于入射到具有不同的光输入和输出表面的光学基板的朗伯光源的坎德拉分布曲线的比较参数研究。图8示出了透镜状表面结构的示意截面图。图9a和9b示意地示出了根据本发明的实施例的透镜表面结构。图IOa和IOb示意地示出了根据本发明的另一个实施例的透镜表面结构。图Ila和lib示意地示出了根据本发明的另一个实施例的透镜表面结构。图1 和12b示意地示出了根据本发明的又一个实施例的透镜表面结构。图13a和13b示意地示出了根据本发明的又一个实施例的透镜表面结构。图1 至14f示意地示出了根据本发明的又一个实施例的透镜表面结构。图15a至15f示意地示出了根据本发明的又一个实施例的透镜表面结构。图16a和16b示意地示出了根据本发明的又一个实施例的透镜表面结构。图17是根据本发明的一个实施例的透镜状片段的示意图。图18a至18d是根据本发明的另一个实施例的透镜状片段的示意图。图19a至19d是根据本发明的又一个实施例的透镜状片段的示意图。图20a至20d是根据本发明的又一个实施例的透镜状片段的示意图。图21a是根据本发明的又一个实施例的透镜片段的示意图；图21b是图21中的透镜状片段的SEM照片。图22a至22d示出了根据本发明的一个实施例的结点状透镜结构。图23a至23c示出了根据本发明的一个实施例的波纹状透镜结构。图2 和24b是光学基板的比较截止效果的照片。图25示出了包括IXD面板的电子装置，该IXD面板并入了根据本发明的一个实施例的本发明的光学基板。
具体实施例方式本说明书是目前想到的实现本发明的最佳方式。此处参考各实施例和附图来描述本发明。本说明书的目的是阐述本发明的总体原则，不应理解为限制的含义。对于本领域的技术人员来说，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，可以根据这些教导来实现变型和改进。本发明的范围可参考权利要求来确定。本发明涉及同时具有光准直和光散射功能的散射棱镜基板。更特别地，本发明针对一种具有通过对光进行准直来提高亮度或照度并改善光散射的结构化表面的光学基板。在本发明的一个方面中，光学基板是膜、片、板等类似物的形式，其可以是柔性的或刚性的，具有棱镜结构化表面(prismaticstructured surface)和相反的透镜结构化表面 (lenticular structured surface) 0根据本发明，结构化的表面提供了光散射特性，其可以减少特定的不期望的光学效应，例如光耦合(wet-out)、牛顿环或干涉条纹，而不明显降低整体亮度。在本发明的上下文中，发明的光学基板可以用在具有包括显示像素阵列并且可以是平坦或弯曲以及刚性或柔性的显示面板的显示设备中。平面光源指的是提供覆盖显示像素阵列的区域的照明的光源。因此，对于具有显示像素的弯曲图像平面的显示面板(这种面板可以是刚性或柔性的)来说，背光可以覆盖弯曲平面的显示像素阵列，以有效地提供覆盖弯曲图像平面的照明。本发明将结合示意的实施例来进一步描述。图5示意地示出了平板显示器的一个例子。背光IXD 110，根据本发明的一个实施例，包括液晶(LC)显示模块112、背光模块114形式的平面光源以及设置在LC模块112和背光模块114之间的许多光学膜。LC模块112包括夹在两个透明基板之间的液晶和定义了二维像素阵列的控制电路。背光模块114提供平面光分布，是其中光源沿平面延伸的背部照亮类型，或者是如图5所示的边缘照亮类型，其中线性光源116设置在光导118的一边。 提供反射器以引导光从线性光源116穿过光导118的该边缘进入光导118。光导被结构化 (例如，具有减缩板或平板以及定义在远离LC模块112的其下表面上的光反射和/或散射表面)以分散并引导光穿过面向LC模块112的上平面。可以提供反射器120以有助于捕获经过光导118的下侧所漏出的光并重新引导回到光导118。在所示的实施例中具有根据本发明的两个结构化的光学基板1 和128(在结构上可以相似)，其布置有在两基板之间大致垂直的纵向棱镜结构。在图5中，示意性地示出两个基板126和128，其示出在基板上表现为彼此平行的棱镜结构(prism structure)(即， 夹角α =0° ；也可参见图6a)。典型地，棱镜结构以大于0°的夹角旋转，其不需要进一步的解释就可以看出。结构化的光学基板126和1 构造成既散射光又提高照度或亮度，将在显示器外的光重定向。穿过这样的光学膜组合进入LC模块112的光在LC模块112的整个平面区域上是空间均勻的，并具有较强的法向光强。结构化的光学基板126和1 避免了在LC模块112和上方结构化光学基板1 之间的单独的散射片。这将减小IXD 110的整体厚度。此外，根据本发明的结构化光学基板1 和1 可以减小基板之间以及上基板和相邻的LC模块112之间产生的干涉条纹。可替换地，光学基板1 和128中仅一个需要根据本发明被结构化(例如，仅上方光学基板126)，以提供可接受的干涉条纹水平和光散射效果。可替换地，光学基板126和128中仅一个设置在IXD 110中。当背光模块114被示出具有放置在光导板118的一边的光源116时，背光模块可以是另一种光源构造，例如，在光导的一边定位的LED阵列，或者代替光导的LED平面阵列， 而不背离本发明的范围和精神。由于IXD 110的示出实施例不包括附加的单纯散射膜时，IXD 110中的光学膜可以包括可选择的上方散射膜和/或下方散射膜，而不背离本发明的范围和精神。也即，代替图1所示的LCD 10中的亮度提高膜沈和/或观以实现本发明的优点是完全落在本发明的范围内的。需要注意的是，散射膜或层与用于亮度提高的光学基板(即，下文讨论的亮度或照度提高膜)的区别在于散射膜没有棱镜结构。散射膜主要散射和传播光，而不是像亮度提高膜一样主要弓I导光以在显示器外的方向上提高亮度。本发明的光学基板具有在相反的侧上的棱镜结构(prismatic structure)和透镜结构(lenticular structure)，构造成既提高亮度又散射光。特别地，图5所示的根据本发明的光学基板包括相反的结构化表面，其散射光也重新分布穿过的光，使得射出膜的光的分布更加地沿膜表面的法线方向。图6a示出了根据本发明的一个实施例在基板的相反侧上结合棱镜结构和透镜结构的光学基板，其可用作图5的LCD 110中的结构化光学基板126和/或128。光学基板 50具有透镜结构化表面52以及棱镜结构化表面M。在所示的实施例中，棱镜结构化表面 54是光输出表面，透镜结构化表面52是光输入表面。棱镜表面M包括平行成行的连接的(contiguous)或连续的(continuous)纵向棱镜58，在基板50的两个相对边之间延伸。在图6a的实施例中，纵向棱镜58的行设置为横向平行(并排的)，定义了平行的顶峰60和底谷62。在本实施例中顶峰60的截面轮廓是相对于峰顶对称的(在x-z平面观看)。顶峰的顶角可以是直角，顶峰具有恒定或相似的高度和/或底谷具有恒定的或相似的深度，横过棱镜表面M的平面。在图6a示出的实施例中，相邻的顶峰/底谷之间的距离或者间距是恒定的。为了便于参考，以下将采用正交的x、y、z坐标系来解释不同的方向。在图6a所示的实施例中，X轴是在沿着顶峰60和底谷62的方向上，也称为棱镜58的横向或横断方向。 y轴与χ轴垂直，大致在棱镜58的纵向轴或方向上。棱镜58的纵向方向可参考顶峰60从棱镜58的一端行进到另一端的大致方向。棱镜表面M位于χ-y平面内。对于矩形的光学基板来说，χ和y轴沿着基板的正交边缘。ζ轴垂直于χ和y轴。表示棱镜58的横向布置的行的端部的边缘位于χ-ζ平面内，如图6a所示，其也表示在χ-ζ平面内的截面图。每个棱镜58都具有恒定的x-z平面的截面轮廓。参考的棱镜58的横截面可以是在x-z平面、 沿着y轴的不同位置截取的。此外，参考的水平方向可以是在x_y平面，参考的垂直方向可以沿着ζ轴方向。透镜结构化表面52包括浅弯曲透镜结构(例如，凸透镜或凹透镜结构或者凸透镜或凹透镜的组合)。特别地，透镜结构化表面52包括平行且连接或连续的成行的透镜化镜片(lenticular lense) 56，每行都在基板50的两相对边缘之间沿着χ方向连续延伸。相邻透镜化镜片的弯曲表面相交叉，定义了平行的凹槽51和顶部59。对于透镜化镜片56，y 轴方向是横过凹槽51和顶部59的方向，也被称为透镜化镜片56的横向或者横断向。χ轴代表透镜化镜片56的纵向轴或方向。透镜化镜片的纵向方向可参考顶部59从透镜化镜片 56的一端行进到另一端的大致方向。表示棱镜化镜片56的横向布置行的端部的边缘位于 y-z平面内，如图6a所示，其也表示在y_z平面内的截面图。每个透镜化镜片56都具有恒定的y-z平面的截面轮廓。参考的透镜化镜片56的横截面可在y-z平面、沿着χ轴的不同位置截取。此外，参考的水平方向可在x_y平面内，参考的竖直方向是在ζ轴方向。参考图6b至6d，示出了沿着χ轴、y轴以及与χ和y轴成45度的方向截取的截面图。在所示的实施例中，结构化棱镜表面M和结构化透镜表面52在整体光学基板结构中是彼此平行的(即，不形成类似背光模块中的光导板的大致减缩的整体基板结构，或者不形成凹的或凸的整体基板结构)。在所示的实施例中，基板50包括3个独立的层，包括承载了棱镜58的棱镜表面的第一结构化层57、承载了透镜化镜片56的透镜表面的第二结构化层阳以及支撑层阳和57的中间平面基层53。两个结构化层55和57贴附到基层53以形成整体光学基板50。可以理解光学基板可以由单一的整体物理材料层形成而不是用三个独立的物理层，而不需背离本发明的范围和精神。光学基板50可以是整体的或单一的，包括承载了棱镜和透镜化镜片的表面结构的基部。在图6b的沿x-z平面截取的截面图中，结构化棱镜表面M具有多个三角形的棱镜58。在图6c的沿y-z平面截取的截面图中，结构化透镜表面52具有多个弯曲的凸透镜 56。三角形的棱镜58挨着彼此倾斜定义出了连接的或连续的棱镜结构化表面M，透镜化镜片56也彼此倚靠(lean next to eachother)定义出了连接或连续的透镜结构化表面52。 透镜结构化表面52有助于散射功能，可以减少特定的不期望的光学缺陷，例如光耦合、牛顿环和干涉条纹。在图6a所示的实施例中，透镜化镜片的纵向方向以及棱镜的纵向方向是正交的。 透镜化镜片和棱镜的纵向方向可被构造成不同的夹角α。为了提供具有散射光且不显著降低整体亮度的令人满意的能力的光学基板，夹角α的范围可从0°到90°，优选地从45° 到90°。夹角α可以实质上为90°来提供优选的性能。在所示的实施例中，透镜层55和棱镜层57可以由相同或不同的材料制成，基层53 可以由相同或不同的材料制成。透镜层阳和棱镜层57可以使用光学透明材料制成，优选为可聚合树脂，例如紫外或可见光辐射固化树脂，如UV固化粘合剂。通常，结构化棱镜和透镜表面56和58通过在主模或主鼓中施加包括可聚合树脂和可交联树脂的可涂敷成分并经历硬化工艺而形成。例如，棱镜结构和透镜结构通过压模装置(die assemblies)、压滚机 (pressrolling machine)、模压装置(mold pressing assemblies)或其他等效的装置形成在基层53上。基层53可以由透明材料制成，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚乙烯 (PE)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚碳酸酯(PC)，聚乙烯醇(PVA)或聚氯乙烯(PVC)。基层53还可以由与结构化层55和57相同的透明材料制成。基层53提供了必要的厚度，从而为光学基板50的最后成膜提供结构化完整性。在另一个实施例中，棱镜结构化表面M可以通过塑模(molding)、压模 (pressing)、车L纹(embossing)、压延(calendaring)或挤压(extrusion) 一体成型至丨J透明基膜上，而结构化透镜表面52通过UV对树脂固化单独地制造在透明基层53上。对于形成具有结构化表面的基板的工艺的进一步讨论可以参考美国专利 No. 7，618，164，在此将其引入作为参考。
在又一个实施例中，结构化透镜表面52可以通过塑模、压模、轧纹、压延或挤压一体成型到透明基层53上，而透镜结构化表面M通过UV对树脂固化单独地制造在透明基层 53上。在又一个实施例中，棱镜结构化表面M可以与基膜一体形成或单独地形成，而结构化透镜表面也可以一体或单独地形成在另一个基膜上。这两个基膜通过简单地堆叠或在膜上施加例如压力敏感粘合剂(PSA)的粘合剂来背靠背地结合，以形成与基层53等效的结构。很明显的是，很多技术和制造方法的组合可以用来得到结构化棱镜表面、结构化透镜表面以及基层的组合或者其等效物。光学基板的尺寸通常如下，例如基层53的厚度=几十微米至几毫米棱镜的顶峰高度(从基层的相邻表面开始测量，或者如果基层与棱镜一体时，从相邻的不交叉的棱镜的底谷开始测量)=几十到几百微米从基层的顶部到棱镜底谷的底部之间的距离=大约0. 5至几百微米棱镜顶峰的顶角=大约70至110度相邻棱镜顶峰的间距=几十至几百微米透镜化镜片的顶部高度(从基层的相邻表面开始测量，或者如果基层与透镜化镜片一体时，从不交叉的相邻镜片之间的底谷开始测量)=1至300微米相邻顶部高度的间距=10至几百微米根据本发明的光学基板可以与LCD —起使用，该LCD被使用用于显示器，例如，用于电视、笔记本电脑、监视器、便携设备诸如手机、数字照相机、PDA等类似物，以使得显示更透镜表面52和棱镜表面M的效果以及对于各种光学基板构造二者的相互作用的效果可参考图7(a)至7(f)进行观察。图7(a)至7 (f)示出了对于入射到具有不同的光输入和光输出表面的光学基板的朗伯光源(Lambertian lightsource)，坎德拉分布曲线 (candela distribution curve)的比较参数研究。实线形式的曲线表示在X方向的坎德拉分布，点线形式的曲线表示在Y方向的坎德拉分布。在图7所示的示例中，X方向是水平方向，Y方向是进入纸面的方向。图7(a)示出了朗伯光源的坎德拉分布曲线，且不存在任何的光学基板。在X方向和Y方向的分布是相同的。图7(b)示出了入射在平面PET膜上的朗伯光源的结果。坎德拉分布曲线与图7(a) 中的实质上相似。图7(c)示出了朗伯光源入射在具有光输出表面、不具备任何透镜结构的光学基板上的结果，其中，光输出表面是具有Y方向上的棱镜纵向轴的一维结构化棱镜膜的形式。 坎德拉分布曲线显示出主要在X方向上分布的显著提高。这就通过将光从光输入表面至光输出表面在轴向进行准直来提高亮度。由于光学基板的棱镜输出表面的三角形结构，当光穿过光学膜时，在X方向被重新导向。图7(d)示出了朗伯光源入射在具有一维透镜结构化膜的光学基板上的结果，其中，透镜化镜片的纵向轴在Y方向上。坎德拉分布曲线显示出当光穿过透镜膜时，光在X方向被发散。
图7(e)示出了朗伯光源入射在具有结构化透镜的光输入表面以及结构化棱镜的光输出表面的光学基板上的结果。两个结构化表面的纵向轴关于彼此旋转90°，棱镜的纵向轴在Y方向上。结果显示出在X方向更加增强的光，以及在Y方向上更加发散的光(即， 散射)。图7(f)示出了朗伯光源入射在具有结构化透镜的光输入表面以及结构化棱镜的光输出表面的另一个光学基板上的结果。两个结构化表面的纵向轴关于彼此旋转0°，都在 Y方向上。结果显示出在相同方向上增强的光以及发散/散射的光。根据上述的比较研究，可观察到透镜光输入表面发散光来产生散射，棱镜光输出表面在轴向以散射和折射的方式提高光亮。在本发明的另一个实施例中，至少一些透镜不相互交叉，使得相邻的凸向弯曲的透镜表面不连接或不连续。图8是在y-z面(与图6b中的为同一平面)上看到的光学基板阳0的截面图。光学基板550包括基层510和形成在基层510的顶面上的具有凸向弯曲表面524的多个透镜化镜片520，以及形成在基层510的底面上的纵向棱镜512(与棱镜 58类似)。每个透镜化镜片520的表面524实质上与在截面上具有半径“r”和中心“0”的圆柱体522的表面的一部分相对应，其中，圆柱体522的表面部分对应于截面中的对向角 (subtended angle) θ和在点“a”和“b”之间的对向弧。在图8所示的截面视图中，透镜 520对应于圆522的一部分，由弦a-b和弧a_b限制。如图8中所示，透镜化镜片520的相邻弓形表面5M不相互接触来形成连接或连续的透镜表面，与图6b中相比较。在本实施例中，每个透镜520的表面524的底部在基层510的顶面上，在相邻透镜之间具有平面的间隔。在该实施例中，透镜宽度间距1对于不连续的透镜520是相同的。间隔间距2在相邻的不连续的透镜之间可以相同或不同。在优选的实施例中，透镜结构的角度θ是在5至90度的范围内，更优选地在20至 65度的范围内。透镜化镜片结构的高度(H)(从基层510的顶部开始测量，或者如果基层与透镜化镜片结构一体时，从相邻的不交叉或不重叠的透镜化镜片之间的底谷开始测量) 是相等的，优选地在Iym至IOOym的范围内，更优选地在2μπι至50μπι的范围内。透镜化镜片的曲率是相同的。棱镜512的顶峰高度=5μπι至ΙΟΟμπι;相邻棱镜顶峰的间距= ΙΟμ 至 500μ ;基层 510 的厚度=5μπι至 1000 μ m;间距 1 = 5 μ m 至 500 μ m ；间距 2 = 1 μ m至100 μ m ；相邻镜片的中心0的间距=5 μ m至500 μ m。在优选的实施例中，棱镜512的顶角在70度至110度的范围内，更优选地在80度至100度的范围内。在另一个优选的实施例中，棱镜单元的垂直高度(H)在10 μ m至100 μ m 的范围内，更优选地在20 μ m至75 μ m的范围内。可替换地，棱镜单元可以具有或不具有相同的垂直高度。在另一个优选的实施例中，棱镜512的水平间距在10 μ m至250 μ m的范围内，更优选地在15 μ m至80 μ m的范围内。图9a是光学基板551的另一个实施例的顶视图，图9b是截面视图(在y_z平面)。 在该实施例中，透镜化镜片520'的曲率和高度各自相等，结构化透镜表面的两个不连续的透镜化镜片520'之间的间距2相等。在该实施例中，每个透镜520'的表面524'的底部不设置在基层510'的顶部上。透镜化镜片结构的垂直高度(H)(从基层510的顶部开始测量，或者如果基层与透镜化镜片一体时，从相邻的透镜化镜片之间的底谷开始测量)是相等的，优选在1 μ m至300 μ m的范围内，更优选在2μπι至50μπι的范围内。透镜化镜片的曲率相等。间距1 = 5 μ m至500 μ m ；间距2 = 1 μ m至100 μ m。图IOa和IOb显示光学基板552的另一个实施例。在这个实施例中，在结构化透镜表面524”的两个不连续的透镜化镜片520”之间的间距2在截面上是可变的或不同的。 透镜化镜片的高度(从基层510的顶部开始测量，或者如果基层与透镜化镜片一体时，从不交叉的相邻透镜化镜片之间的底谷开始测量)是相等的，优选在1 μ m至100 μ m的范围内， 更优选在2μπι至50μπι的范围内。透镜化镜片的曲率相等。间距1 = 5μπι至500μπι;间距2在1 μ m至100 μ m之间变化。图Ila和lib示出了光学基板553的又一个实施例。在该实施例中，透镜化镜片 525的结构的垂直高度(H)是可变化的。此外，不同的透镜化镜片525的曲率半径也可以是变化的和/或不同的。透镜表面可以符合不同截面的圆柱体，而不是圆(例如，椭圆，或规则的或不规则的几何图形的其他截面)，并且还可以具有不同的尺寸。具有定义了其他凸起弯曲表面轮廓的均勻截面的纵向透镜结构也考虑在内(例如，不同透镜化镜片的相同或不同轮廓)。间距 1 = 5μπι 至 500μ ；间距 2 = IymM 100 μ m ；高度在 0. 5 μ m 至 300 μ m 变化。图1 和12b示出了光学基板554的又一个实施例。在该实施例中，一些相邻的透镜化镜片彼此交叉或部分地彼此重叠，从而定义了连接的或连续的透镜结构化表面，该透镜结构化表面具有一些透镜化镜片526，该透镜化镜片5 具有不对称的截面(如图12b 中示出的y-z平面)。透镜化镜片5 的垂直高度和曲率在镜片之间是分别相等的。间距 1 = 5μπι至500μπι;交叉的范围可以为相邻透镜化镜片的边缘重叠Iym至50μπι。图13a和1 示出了光学基板555的另一个实施例。在该实施例中，透镜化镜片 527在y方向上是不连续的(如在所示截面图中所示出的)。部分的相邻透镜化镜片527 可以是邻接或连接的。透镜化镜片527沿着透镜的纵向方向(χ方向)横向摆动(在y方向上)。在一个实施例中，透镜结构可以视为包括横向弯曲的纵向透镜化镜片行和/或连续的弯曲片段的部分(即，在特定的方向上的弯曲的部分或者大致为C形或S形的弯曲部分)首尾相连以构成整体的弯曲纵向透镜化镜片结构。在一个实施例中，纵向透镜结构的横向弯曲行在横向上平行(在y方向上并排)设置。在一个实施例中，横向波纹是规则的， 具有恒定或可变的波长和/或波幅(或横向变形的程度)。横向波纹通常遵循正弦曲线轮廓或其他弯曲轮廓。在另一个实施例中，横向波纹可以具有随意的波长和/或波幅。在一个实施例中，透镜化镜片527的垂直高度、曲率、表面轮廓和/或宽度对于横过特定横截面的相邻透镜可以是分别相同的，且对于沿着纵向χ方向的不同横截面可以是恒定的或变化的。间距 1 = 5 μ m 至 500 μ m ；间距 2 = 0 μ m 至 100 μ m。图1 和14b示出了图13a和13b的实施例的变型。在光学基板556的该实施例中，一些相邻的横向弯曲透镜化镜片彼此交叉或彼此部分重叠，从而在沿着每个透镜化镜片5 的长度的一些位置处定义了连接的或连续的透镜表面。那些交叉的相邻透镜化镜片 5 可以具有不对称的横截面(如在图14b中示出的y_z平面所示；还参见图12b)。透镜化镜片5 具有相同的高度。其他结构可以与图13的实施例中的相类似。图14c至14f示出了图14a和14b中所示的横向弯曲的透镜化镜片5 的变型。 如图所示，图14c至14f中部分透镜化镜片5 ‘相互交叉，或者部分或全部相互重叠，从而在光学基板阳6'上定义了连接的或连续的透镜结构化表面。实质上，透镜化镜片528'组合了图1 和14b中透镜化镜片528的高度变化特征以及图1 和12b中透镜化镜片5 的交叉特征。如图14d的x-y平面中所示，透镜化镜片528'从光学基板556'的一边到相对边不是全部纵向连续的。一部分透镜化镜片528'表现为更短的纵向片段，在透镜化镜片528'与另一个透镜化镜片5 完全重叠的部分的位置(例如，580和581)具有终结端。 在透镜化镜片528'之间具有间隔或平面(例如，在582和583)。图1 和1 示出了光学基板557的另一个实施例。在该实施例中，相邻的透镜化镜片5 被间隔分离开，高度在χ方向上沿着每个透镜化镜片的长度方向是变化的。在所示的实施例中，因为高度沿着镜片变化，所以截面轮廓在χ方向变化。高度变化可以大致遵循正弦曲线轮廓，或其他弯曲的轮廓，具有规律的、恒定的、变化的或随机的波长和/或波幅。透镜的宽度(例如，图8所示的在点“a”至点“b”之间的间距1)对于相邻的镜片来说是相同的，在χ方向沿每个镜片是恒定的。在替换的实施例中，宽度也可以在相邻的镜片之间变化或者对一个或更多的镜片来说沿着χ方向是变化的。镜片之间的间隔(例如，图8 中所示的间距2、在图14b中的横截面上可以是恒定的(也可参考图9b)或沿着截面变化 (例如，如图IOb中所示)。间距1 = 5 μ m至500 μ m ；间距2 = 0μπι至IOOym ；高度变化范围=1 μ m至50 μ m。图15c至15f示出了图1 和15b中所示的高度变化的透镜化镜片5 的变型。 如图所示，图15c至15f中纵向透镜化镜片529'彼此交叉或彼此部分重叠，因而在光学基板阳7’上定义了连接或连续的透镜结构化表面。实质上，纵向透镜化镜片529'组合了图 15a和15b中透镜化镜片529的高度变化特征以及图1 和12b中纵向透镜化镜片526的交叉特征。图16a至16b示出了光学基板558的又一个实施例。在该实施例中，与前述实施例中横过整个光学基板延伸的连续纵向透镜结构不同，其被分成了透镜片段。还可参考图 17，每个透镜片段530大致是具有倒圆端部的延长的、细长的结构。透镜片段530的整个结构在x-y平面上是对称的，类似椭圆体的片段。图17c中所示的透镜片段530结构的顶视图大致是对称的、细长的、延长的或平面类椭圆的结构。图17a中所示的透镜片段530的纵向截面轮廓大致是细长且延长的弯曲表面，类似椭圆的顶部。在替换的实施例中，透镜片段的平面几何形状可以是非对称的。在该实施例中的透镜片段530是彼此隔离的或分开的。 图7b中所示的透镜片段530的横断截面轮廓大致是圆柱表面，与在早前实施例中的截面轮廓相似。在该实施例中，沿着每个透镜片段的垂直高度(H)可以被看到沿着纵向χ方向改变大角度。透镜片段530的整体高度也是如此。通过控制表面曲率、间距(L)和高度(H) 的比率，透镜片段530可以影响在x-y平面(即，沿着χ和y方向)上的光散射。片段530 的尺寸长度 Ll = 1口111至500(^111;间距1^2 = 0.5口111至 200(^111;!1 = 0. 1口111至50(^111。 片段530的分布覆盖光学基板面积的大约30%至100%。需要注意的是，100%覆盖意味着透镜片段相互重叠(参见例如图19和以下的讨论)。根据本发明的其他实施例，图18至21示出了光学基板的结构化透镜表面上透镜片段的变型。除了透镜片段，变型实施例中的其他结构可以与图16中相似。在图18所示的实施例中，与图16的实施例中透镜片段530相比，在光学基板559 上的类椭圆形的透镜片段532在x-y平面是非对称的(不对称)。在图19所示的实施例中，类椭圆形的透镜片段534是对称的，但是与图16的实施例中透镜片段530相比，在光学基板560上彼此交叉或彼此部分重叠。所示的结构化表面能够提供更好的散射。图20所示的实施例中，与图19的实施例相比较，类椭圆形的透镜片段535是非对称的，且在光学基板561上彼此交叉或彼此部分重叠。所示的结构化表面也能够提供更好的散射。在图21的实施例中，与图19的实施例相似，类椭圆形的透镜片段536是对称的， 且在光学基板562上彼此交叉或彼此部分重叠，但是该实施例中的透镜片段536的表面被粗糙化或纹理化，具有凹痕、线、裂痕、凹坑和/或凸起等，来增加散射效应。图21b示出了透镜片段的纹理化表面的SEM照片。在此公开的其他实施例中的透镜化结构也可以被类似地纹理化。实验结果已经评估了各种样本光学基板对于角度和折射率与雾度(haze)和增益(gain)的关系的效果以及对干涉条纹的效果。雾度测量是在仅在光输入表面上具有透镜化镜片、在相反的光输出表面上没有棱镜的样本光学基板上进行的。通过将各光学基板放置在雾度测量仪(例如，日本电色工业株式会社(Nippon Denshoku Industries Co. Ltd.)制造的雾度浊度测量仪，模型号为 NDH-2000)中测量雾度。样本光学基板的增益使用色度计(例如，TopCon BM7亮度色度计)进行评估，以确定从背光发出穿过根据本发明的光学基板的轴向亮度，其中，光学基板上既有结构化棱镜光输出表面和结构化透镜光输入表面(即，棱镜结构和透镜结构设置在光学基板的相反两侧)。轴向亮度是指测试样本法向出射的光强度。数据以每平方米的坎德拉亮度(cd/m2) 进行报告。为了评估增益，在背光上放置下方散射板，其插置在背光和每个待评价的样本光学基板之间。在增益评价中不使用其他光学膜或LC模块。测量每个样本光学基板的亮度。 对仅具有相同的下方散射板的相同背光的亮度值进行测量。轴向亮度增益值表示为样本光学基板的测量亮度值与仅具有下方散射器的背光的测量亮度值的比率。本发明的样本光学基板的干涉条纹效应是使用背光简单地通过肉眼观察的，其中，下方散射板的中间层放置在背光上，棱镜亮度提高板(在光输入侧没有透镜结构)在样本光学基板和下方散射板之间。平面比率是间距2/(间距2+间距1)的比率。对于所有的实验，间距1对于样本光学基板是恒定的。实验A:表1示出了透镜结构(例如，与图6a中的实施例相似，平面比率是0%)的角度 θ在增益和散射/雾度方面的效果。可观察到干涉条纹被消除，对于角度范围为16度至 66度的角度θ，增益保持在1. 49和1. 54之间。表 权利要求
1.一种具有在相反侧上的光输入表面和光输出表面的光学基板，包括 在所述光输出表面定义的结构化的棱镜表面；以及在所述光输入表面定义的结构化的透镜表面。
2.如权利要求1所述的光学基板，其中，结构化的透镜表面包括浅弯曲凸透镜结构。
3.如权利要求2所述的光学基板，其中，所述浅弯曲凸透镜结构包括横过所述光输入表面分布的纵向透镜化镜片。
4.如权利要求3所述的光学基板，其中，所述纵向透镜化镜片平行设置横过所述光输入表面。
5.如权利要求3所述的光学基板，其中，至少部分的两个横向相邻的纵向透镜化镜片形成连接的透镜结构。
6.如权利要求5所述的光学基板，其中，至少部分的两个横向相邻的纵向透镜化镜片交叉以形成连接的透镜结构。
7.如权利要求3所述的光学基板，其中，至少部分的两个横向相邻的纵向透镜被间隔开。
8.如权利要求2所述的光学基板，其中，所述浅弯曲凸透镜结构横过所述光输入表面是连续的。
9.如权利要求2所述的光学基板，其中，所述浅弯曲凸透镜结构横过所述光输入表面是不连续的。
10.如权利要求3所述的光学基板，其中，所述纵向透镜化镜片中的至少一个沿着纵向方向是不连续的。
11.如权利要求3所述的光学基板，其中，所述纵向透镜化镜片中的至少一个横向弯曲ο
12.如权利要求11所述的光学基板，其中，所述弯曲的透镜中的所述至少一个与相邻的纵向透镜化镜片相交叉。
13.如权利要求3所述的光学基板，其中，所述纵向透镜化镜片中的至少一个的高度沿着纵向轴变化。
14.如权利要求3所述的光学基板，其中，所述纵向透镜中的至少一个是不在所述基板的相对边之间延伸的透镜片段的形式。
15.如权利要求14所述的光学基板，其中，具有多个透镜片段，其中，相邻的透镜片段交叉以形成连接的透镜结构。
16.如权利要求3所述的光学基板，其中，所述纵向透镜中的至少一个设置有独立的波纹。
17.如权利要求16所述的光学基板，其中，至少一个所述波纹包括结点结构。
18.如权利要求16所述的光学基板，其中，至少一个所述波纹包括一系列连接的结点结构。
19.一种显示器，包括根据图像数据来显示图像的显示模块； 为所述显示模块提供照明的背光模块；以及如权利要求1所述的光学基板，定位在所述显示模块和所述背光模块之间，散射并提高对于所述显示模块的照明的亮度，其中，所述光输入表面面向所述显示背光模块，所述光输出表面面向所述显示模块。
20. 一种电子设备，包括 如权利要求19所述的平面板显示器；以及将图像数据引入至所述平面板显示器以根据所述图像数据来产生图像的控制电子器
全文摘要
一种具有结构化棱镜表面和相反的结构化透镜表面的光学基板。结构化透镜表面包括浅弯曲透镜结构。相邻的浅弯曲透镜结构可以是连续的或连接的，或以恒定的或可变的间距分开。透镜结构可以具有纵向结构，该纵向结构具有均匀的或变化的截面。透镜化镜片可以具有横向弯曲的结构。相邻的直或弯曲的透镜化镜片的截面可以彼此交叉或者彼此部分或全部重叠。透镜化镜片可以是不连续的透镜片段的形式。透镜片段可以具有规则的、对称的形状或者具有不规则、不对称的形状，其可以交叉或重叠，可以被纹理化。透镜结构可以设置有单一结点或者一系列结点形式的独立波纹。
文档编号G02B5/02GK102213788SQ20111014707
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年3月26日
发明者叶芳君, 杨景安, 王凯俊, 王康华, 黄怡君 申请人:友辉光电股份有限公司