具有抗干涉條紋結構的輝度增強光學基底的制作方法

專利名稱：具有抗干涉條紋結構的輝度增強光學基底的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有結構化表面(structured surface)的光學基底，特別涉及一 種用于增強亮度的光學基底，更特別涉及一種用于具有平面光源的平板顯示器的亮度增強基底。
背景技術：
平板顯示技術普遍用于電視顯示器、計算機顯示器、和手持電子設備(例如便攜 式電話、個人數字助理(PDA)等)。液晶顯示器(IXD)是一種平板顯示器，其采用具有像素 陣列的液晶(LC)模塊來提供圖像。圖1示出了一個示例性液晶顯示器(其可修正為包括本發明的光學基底)。背光 液晶顯示器10包括液晶顯示模塊12、呈背光模塊14形式的平面光源、和介于液晶模塊12 與背光模塊14之間的多層光學膜。液晶模塊12包括被夾持在兩個透明基底之間的液晶、 和限定出二維像素陣列的控制電路。背光模塊14提供平面光分布，其可為光源沿整個平面 延伸的背面照射型，也可為如圖1所示的在光導18的邊緣設置線性光源16的邊緣照射型。 設置反射器20，以從線性光源16將光通過光導18的邊緣導入光導18中。光導被結構化 (例如，做成錐形板并在背離液晶模塊12的底面上限定出光反射和/或散射表面)，以分配 和引導光通過面向液晶模塊12的頂平面。光學膜可包括上和下漫射膜22和24，其漫射來 自光導18的平面的光。光學膜還包括上下結構化表面，即根據本發明的光學基底26和28， 其重新分配通過的光，以使從膜出射的光的分布更沿膜表面的法線方向取向。光學基底26 和28在本領域中通常稱作輝度或亮度增強膜、光重新取向膜、和定向漫射膜。通過這種光 學膜的組合而進入液晶模塊12的光在液晶模塊12的整個平面區域上是空間地均勻的，并 且具有相對較強的法線強度。液晶顯示器10可用于例如電視、筆記本計算機、監視器、以及 諸如移動電話、PDA、照相機等便攜式裝置的顯示器。對于減小液晶顯示器的功耗、厚度和重量而不損害液晶顯示器的顯示質量的需求 一直在增加。因此，有必要減小背光模塊的功耗、重量和厚度，以及各光學膜的厚度。為 此，開發了多種光引導技術來減小功耗而不損害顯示亮度。一些研發涉及背光模塊的設計 (即，設計圖1所示背光模塊14的部件的結構，包括光源16和反射器20以及光導18)，以 改善整體光輸出性能。此外，另一些研發涉及漫射膜22和24，以及輝度/亮度增強膜26和 28。在背光液晶顯示器10中，亮度增強膜26和28使用棱柱結構來沿觀察軸(即顯示 器的法線)引導光，其增強了顯示器用戶所觀察到的光的亮度，并且允許系統使用更少的 電能來生成軸上照明的期望水平。至今，亮度增強膜在膜的光出射面上設有平行的棱柱凹 槽、透鏡狀凹槽、或棱錐，其改變了從膜出射的光線的膜/空氣界面的角度，并使光傾斜地 入射在膜的其它表面，以更沿膜的出射表面的法線方向重新分布。亮度增強膜具有使來自 背光模塊的光進入的光滑的光輸入面。至今，許多液晶顯示器使用兩層亮度增強膜層(如 圖1中的液晶顯示器)，這兩層亮度增強膜相對于垂直于膜平面的軸彼此相對旋轉，使得各個膜層中的凹槽相對于彼此為90度，由此沿垂直于光輸出面的兩個平面使光平行。至今，已經著手了許多工作來研發亮度增強膜的結構化表面。圖2示出了多個現 有技術亮度增強膜的結構。亮度增強膜的光輸出面(如圖中所示的頂面)被結構化，光輸 入面(如圖中所示的底面)是平滑的(例如光滑)。當亮度增強膜用于液晶顯示器并使亮 度增強膜的平滑底面位于另一亮度增強膜的結構化表面上時，出現了以下現象上側亮度 增強膜的平滑表面和下側亮度增強膜的結構化表面和/或平滑表面之間的光學相互作用 在顯示圖像中生成了以在顯示圖像中可見的干涉條紋形式(即明暗重復圖案)存在的可見 瑕疵。由干涉條紋、物理缺陷、流動、污點和不均勻性等引起的有害的圖像影響效果可被上 漫射膜(例如圖1中亮度增強膜26上方的漫射膜22)掩蓋。至今，為了減小液晶顯示器中光學膜的總厚度，進行了許多工作以減少光學膜的 數量，從四層膜(例如，圖1中的光學膜22、24、26和28)減為三層膜。在該方面，一般下漫 射膜24和下亮度增強膜28保持為單獨的結構，但是上漫射膜22和上亮度增強膜26的功 能被組合并合并為單個混合膜結構。三膜型顯示器已經在手持電子設備和筆記本計算機中 廣泛應用，其中特別希望壓縮殼體以減小這些裝置的總尺寸。已經進行了許多工作來研發混合的亮度增強膜。參考圖3，美國專利 No. 5，995，288公開了在光學基底的下側，即在基底的與頂側的結構化表面相反的一側設置 顆粒涂層的情況。參考圖4，美國專利No. 5，598，280公開了一種在光學基底的下側形成小 突起以改善輝度均勻性的方法。其它人探索改變光學基底的結構化表面的棱柱表面的結 構。例如，參考圖5B，美國專利No. 6，798，574公開了在光學基底的結構化表面的棱柱表面 上設置細微突起，期望沿較寬角度的某方向漫射光。然而，上述混合亮度增強膜涉及比較復雜的結構、需要相對較高的制造成本。此 外，這些混合亮度增強膜在期望的觀察角度內弓I導光也不是很有效。此外，在上側混合亮度增強膜的結構化表面與液晶模塊的下側之間缺乏單獨的上 漫射膜時，可能生成呈現為明暗圖案的有害干涉條紋。已知亮度增強膜的頂部結構和液晶 模塊中的像素陣列可能生成干涉條紋或莫爾圖案(moiWpattern)。無論是否與其它亮度增強膜或液晶模塊一起使用，仍然需求一種能夠提供增強亮 度并減少干涉條紋的表面結構的成本有效的光學基底。

發明內容
本發明涉及一種具有能在顯示圖像中增強輝度或亮度并減少干涉條紋的結構化 表面的光學基底。在本發明的一個方面，光學基底的形式為膜、片、板等，其可以是柔性或剛 性的，具有包括多行橫向布置的蛇形、波狀或彎曲的縱向棱柱結構的結構化光輸出面。在一 個實施例中，光輸出面的棱柱結構可呈現為包括多行橫向彎曲的縱向棱柱、和/或端對端 接合以形成整體彎曲縱向棱柱結構的多個連續曲段部分(即沿特定方向彎曲的部分、或大 致呈C形曲線的部分)。在一個實施例中，縱向棱柱結構的橫向彎曲行部布置成沿橫向平行 (并排)，限定出平行的峰和谷(在各相鄰峰谷之間限定出小平面(facet))。在一個實施例 中，橫向波紋是規則的，具有恒定或可變的波長和/或波幅(或橫向變形的程度)。橫向波 紋可大致呈正弦曲線輪廓，或者其它彎曲輪廓。在另一實施例中，橫向波紋可具有任意的波 長和/或波幅。在一個實施例中，在整個基底平面上，峰具有恒定或類似的高度，和/或谷具有恒定或類似的深度。在特定截面中，相鄰峰/谷之間的節距可以是恒定的。在一個實 施例中，光學基底包括非結構化的、光滑、平坦、或平滑的光輸入面。在一個實施例中，光輸 出面與光輸入面在整體光學基底結構中大致彼此平行(即不形成大致呈錐形的整體基底 結構)。在另一實施例中，結構化光輸出面還包括在結構化表面中沿各波狀棱柱結構發生 變化的峰高。在又一實施例中，結構化光輸出面還包括分布在結構表面中的預定結構不規則 部，峰高可改變也可不改變。引入的預定不規則部可與預期的結構缺陷同類，例如結構化表 面的棱柱結構中的非小平面平坦部(non-facet flat section)。光學基底可具有基底部分，該基底部分可以是與承載結構化表面的層分離的層， 也可以與結構化表面的棱柱結構一體或整體形成。基底部分提供必要的厚度，以對于最終 的輝度增強膜提供結構完整性。


為了更全面地理解本發明的特征和優點及其優選實施方式，應當參考下面的詳細 描述并且結合所附附圖來理解。在下面的附圖中，以相同的附圖標記在整個附圖中表示相 同或類似的部分。圖1示意性示出了現有技術液晶顯示器的結構。圖2A-2C示出了具有不同表面結構的現有技術光學基底。圖3-5B示出了現有技術的混合亮度增強光學基底。圖6a是具有本發明一實施例的結構化表面的光學基底的示意性透視圖；圖6b_6f 示出了對于不同橫向波紋度的、沿光學基底的兩個正交垂直平面的光學漫射效果的模擬情 況。圖7a是本發明另一實施例的峰高發生變化的結構化表面的示意性透視圖；圖 7b-7f示出了沿峰高發生變化的光學基底的兩個正交垂直平面的光學漫射效果的模擬情 況。圖8a是本發明另一實施例的分布有預定不規則部的結構化表面的示意性透視 圖；圖8b是本發明又一實施例的分布有預定不規則部的結構化表面的示意性透視圖；圖 8c_8g示出了沿分布有預定不規則部的光學基底的兩個正交垂直平面的光學漫射效果的模 擬情況。圖9a和9b示出了本發明又一實施例的具有波狀棱柱和分布有預定不規則部的原 型光學基底的掃描電鏡相片。圖10示意性示出了具有光學基底的液晶顯示器的結構，其包含本發明一實施例 的光學基底。圖11是本發明一實施例的、包括裝設有本發明光學基底的液晶顯示器的電子設 備的示意圖。圖12是具有多行均勻正棱柱的光學基底的示意性透視圖。圖13是本發明一實施例的在結構化表面內具有組合結構特征的光學基底的示意 性透視圖。
具體實施例方式本說明書是實現本發明的目前認為的最佳模式。在此參考各實施例和附圖來描述 本發明。本說明書是為了說明本發明的一般原理的目的，不應理解為限制意義。所屬領域 技術人員應當理解，在不背離本發明的范圍和精神的情況下，可根據本文的教導實現各種 變化和改進。本發明的范圍參考所附權利要求最佳確定。本發明涉及一種具有能增強輝度或亮度并減少所顯示圖像中的干涉條紋的結構 化表面的光學基底。在本發明的一個方面，光學基底的形式為膜、片、板等，其可以是柔性或 剛性的，具有包括多行橫向布置的蛇形、波狀或彎曲的縱向棱柱結構的結構化光輸出面。在本發明的內容中，本發明光學基底可應用于具有顯示面板的顯示裝置，該顯示 面板可以是平坦的或彎曲的，剛性或柔性的，包括顯示像素的陣列。平面光源是指提供照明 以覆蓋顯示像素陣列區域的光源。因此，對于具有顯示像素彎曲像面的顯示面板(這種面 板可以是剛性或柔性的)，背光將覆蓋曲面中的顯示像素陣列，以有效地照射彎曲像面。本發明將在下面結合所示實施例進一步描述。圖10示出了平板顯示器的一個例子。根據本發明一個實施例，背光液晶顯示器 100包括液晶顯示模塊112、呈背光模塊114形式的平面光源、和介于液晶模塊112與背光 模塊114之間的多個光學膜。液晶模塊112包括被夾持在兩個透明基底之間的液晶、和限 定二維像素陣列的控制電路。背光模塊114提供平面光分布，其可為光源沿整個平面延伸 的背面照射型，也可為如圖10所示的在光導118的邊緣設置線性光源116的邊緣照射型。 反射器120設置成將來自線性光源116的光通過光導118的邊緣導入光導118。光導被結 構化(例如，做成錐形板并在背離液晶模塊112的底面上限定出光反射和/或散射表面)， 以分配和引導光通過面向液晶模塊112的頂平面。光學膜可包括可選的上漫射膜和下漫射 膜122、124，其漫射來自光導118的平面的光。注意，雖然圖10示出了兩個漫射膜，但是鑒 于下面更詳細公開的創造性光學基底的光學漫射特性，在本發明的一個實施例中，至少上 漫射膜122不是必要的。下漫射膜124也可以省略。這將減少液晶顯示器100的總厚度。 注意，漫射膜或層與亮度增強用光學基底(即下述亮度或輝度增強膜)的區別在于漫射膜 不具有棱柱結構。漫射膜漫射并擴散光，而不是引導光以沿射出顯示器的一個方向增強亮 度。本發明的光學基底具有棱柱結構，其構造成既漫射光又增強輝度。具體地，圖6a所示光學膜還包括根據本發明的一個或多個結構化表面光學基底， 其漫射光并重新分配所通過的光，使得從膜射出的光的分布更沿膜表面的法線方向取向。 在所示實施例中，存在根據本發明的兩個結構化光學基底126和128(其在結構方面可類 似)，它們布置成使兩個基底之間的縱向棱柱結構彼此大致垂直。結構化光學基底126和 128構造成漫射光以及增強輝度或亮度，重新引導射出顯示器的光。通過這種光學膜的組 合而進入液晶模塊112的光，在液晶模塊112的平面區域上空間地分布均勻，并具有相對較 強的法線光強。結構化光學基底126和128避免了在液晶模塊112與上側結構化光學基底 126之間需要單獨的漫射片。此外，根據本發明的結構化光學基底126和128將減少在基底 之間、以及在上側基底與相鄰液晶模塊112之間生成干涉條紋。或者，光學基底126和128 中只須有一個(例如，僅下側光學基底128)根據本發明結構化，以提供可接受的干涉條紋 水平和光學漫射效果。
根據本發明的光學基底可用于例如電視、筆記本計算機、監視器、以及諸如移動電 話、數字照相機、PDA等便攜式裝置的顯示部所裝設的液晶顯示器，以使顯示器更亮。雖然背光模塊114圖示為在光導板118的邊緣處設置光源116，但是背光模塊也可 具有其它的光源構造，例如位于光導邊緣的發光二極管陣列，或代替光導板的發光二極管 平面陣列，而不會背離本發明的范圍和精神。圖6a示出了本發明一實施例的可用作圖10所示結構化光學基底126和/或128 的光學基底50的結構。光學基底50具有光輸入面52和包括棱柱結構的結構化光輸出面 54，所述棱柱結構可呈現為包括由橫向彎曲的連續縱向棱柱58構成的平行行部(row)56。 縱向棱柱58以基本上光滑的曲線橫向彎曲。在替換實施例中(未示出)，曲段(即沿特定 方向彎曲的部分，或C形彎曲部分)端對端結合，形成總體彎曲的縱向棱柱結構。在圖示實 施例中，光輸入面52是非結構化的、平滑的、平坦的、和/或光澤的。應當理解，光輸入面52 也可以是粗糙的(例如磨砂或褪光面，或表面散布有顆粒；見于2010年7月7日提交的美 國專利申請No. 12/832，021，其全部內容在此通過引用并入本文)。在所示實施例中，光輸 入面和結構化的光輸出面在整體光學基底結構中大致彼此平行(即，不形成像背光模塊中 光導板一樣的大致呈錐形、或者呈凹或凸形狀的整體基底結構)。在圖6a的實施例中，縱向棱柱58的橫向彎曲行部56設置成橫向平行(并排)，從 而限定出平行的峰60和谷62。在各相鄰的峰60與谷62之間限定出波狀小平面。在圖6a 所示的實施例中，橫向波紋是規則的，具有恒定的波長和/或波幅(即橫向變形的程度)，大 致遵循正弦曲線輪廓。橫向波紋也可以遵循其它的彎曲輪廓，其波長和/或波幅(或橫向 變形)可以是不規則的和/或隨機的(見圖9所示的實施例)。峰頂角可以是直角，并且在 基底的整個平面上，峰具有恒定的或近似的高度，并且/或者谷具有恒定的或近似的深度。 每個棱柱58在x-z平面中具有恒定的截面輪廓。在其它實施例中，橫向波紋可以是不規則 的，具有可變的波長和/或波幅。相鄰的峰/谷之間的距離或節距橫跨特定的x-z截面是恒定的。在本實施例中， 光輸入面和結構化的光輸出面在整體光學基底結構中是大致彼此平行的(即，不形成像背 光模塊中光導板一樣的大致呈錐形的、或者呈凹狀或凸狀的整體基底結構)。為了便于參考，下面將采用垂直xyz坐標系來描述各個方向。如圖6a所示，χ軸是 橫跨峰和谷的方向，也稱為橫向或橫斷方向。y軸垂直于χ軸，大致沿棱柱58的縱向方向。 棱柱的縱向方向是指峰60從棱柱58的一端向另一端前進的方向，其中棱柱相對于y軸彎 曲。光輸入面52處于x-y平面中。對于矩形塊的光學基底，χ和y軸將沿著基底的互相垂 直的邊緣。ζ軸垂直于χ和y軸。如圖6a所示，示出棱柱58的橫向布置的彎曲行部56的 端部的邊緣位于x-z平面中，其也表示x-z平面中的截面圖。棱柱58的截面是指沿x-z平 面在y軸的不同位置處所取的截面。此外，水平方向將指位于x-y平面中，而垂直方向將為 ζ方向。在圖示實施例中，基底50包括兩個單獨的層，其中上部結構化表面層68具有結構 化的光輸出面54，而底部基層66具有平面的光輸入面52。兩層粘結在一起以形成基底50。 可以理解，代替兩個單獨的物理層，基底也可由單個一體化的材料物理層形成，而不會背離 本發明的范圍和精神。光學基底50可以是包括與限定出結構化表面的棱柱結構一體化的 基底部分的單一或整體式結構。
在圖示實施例中，結構化表面層68和基層66由不同材料制成。結構化表面層68 可通過光學透明材料形成，優選為可聚合樹脂，例如紫外線或可見輻射光固化樹脂。通常， 結構化表面54是通過將包含可聚合和可交聯樹脂的可涂敷組分施加到主模或主筒上并經 歷硬化處理而形成的。基層66可由PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)材料制成，也可由與結 構化層68相同的透明材料制成。基層66提供必要的厚度，以對最終的光學輝度增強模提 供結構的完整性。例如，結構化表面的尺寸通常如下基層的厚度=幾十微米至幾毫米峰高(從基層的頂部起測)=幾十至幾百微米從基層頂部至谷底的距離=大約0. 5至幾百微米峰的頂角=大約70至110度相鄰峰之間的節距=幾十至幾百微米橫向波狀棱柱的波長W =幾十微米至幾毫米橫向變形D(即橫向波狀棱柱的兩倍幅度)=幾至幾百微米在另一實施例中，除橫向波狀棱柱結構外，光學基底的結構化光輸出面還包括沿 結構化表面中的各波狀棱柱結構變化的峰高(見圖13 ；也見圖7a)。峰高可以以有序的、半 有序的、隨機的、和擬隨機的方式改變。圖7a示出了規則的、有序方式的峰變化，其遵循大 致正弦波形。在又一實施例中，不論有無峰高變化，結構化光輸出面還包括分布在結構化表面 中的預定的結構不規則部。引入的預定不規則部可與由制造引起的預期結構缺陷同類，所 述缺陷例如為在結構化表面的棱柱結構中(例如在峰或谷處)的非小平面平坦部(見圖9 和圖13 ；也見圖8a)。結構不規則部以有序、半有序、隨機和擬隨機方式中的至少一種方式 遍布在結構化光輸出面中。引入到結構化光輸出面中的預定不規則部能夠掩蓋在制造過程 中無意加入結構化光輸出面中的某些用戶可察覺的缺陷。對于預定結構不規則部的缺陷掩 蓋效果可進一步參考2007年7月2日提交的美國申請No. 11/825，139，其全部內容在此通 過引用并入本文。光學漫射效果的計算機樽擬計算機模擬模型已經用于光學漫射效果的趨勢分析，僅包括根據本發明的兩個相 交的亮度增強光學基底。通常，為了趨勢分析的目的，如下面更具體描述的，僅基底之一被 結構化為具有波狀的棱柱、變化的棱柱峰高或平坦的不規則部。僅利用兩個基底之一作為 結構，能夠更容易地確定結構化表面的效果。上基底被結構化為在一側具有直的三棱柱，而 另一側為平滑或光滑的表面。下基底只通過波狀棱柱、變化的棱柱峰高和平坦的不規則部 中的一個進行結構化。下基底的結構化表面鄰近上基底的光滑側，而下基底的另一側是平 滑或光滑的。光源從下基底的光滑的光輸入面輸入。模擬模型因此得到簡化，并用于取得 來自上基底的輸出光的光學漫射分布趨勢。沒有特別考慮反射器、光導等部件。進行計算機模擬，來調查沿波長W恒定為100 μ m而波度不同(即橫向變形D不同) 的光學基底50的x-z平面和y-z平面的光學漫射效果。該模擬是在具有多行直線型均勻正 棱柱71的上光學基底70(見圖12)和具有光學基底50的結構的下光學基底的組合下進行 的，其中上基底70和下基底50關于ζ軸旋轉90度，使得上基底70的χ軸和下基底50的y軸對齊。上基底70的與下基底50的結構化表面相對的下側是平滑的。上基底70具有節 距為50 μ m而頂角為90度的峰。下基底具有類似的峰節距和頂角。朗伯光(Lambertian light)被引導至下基底底部的光輸入面。通過只使兩個光學基底中的一個被結構化為具有 橫向波狀棱柱結構(或在其它模擬中具有變化的峰高和平坦的不規則部)，更容易確定膜 結構的光學漫射效果。圖6b 6f分別表示對具有波長W恒定為100 μ m而變形D = 0、10、20、30和40 μ m
的波狀棱柱的下光學基底50的模擬結果。圖6b 6f的左側表示沿具有圖6a所示創造性 棱柱結構的下基底50的x-z平面的光學漫射效果；圖6b 6f的右側表示沿具有圖6a所 示創造性波狀棱柱結構的下基底50的y-z平面的光學漫射效果。基于模擬結果，可以看出 光學漫射效果中明顯的趨勢，其中來自上基底70的漫射輸出光的分布，在具有較高變形D 時均勻性顯著提高。模擬結果表明來自輸出面的漫射光隨著橫向變形D的增大而沿χ和y 方向迅速增加。與沿縱向方向(y-z平面)相比，輸出光沿橫向或橫斷方向(x-z平面)漫 射更多。在變形D = O時(圖6b)，輸出光更集中并且漫射顯著較低。為了對改變峰高的效果進行模擬趨勢分析，圖7a示意性示出了只沿各直線縱向 棱柱結構發生峰高變化的光學基底72。棱柱的峰高以變化量V進行變化。進行計算機模擬，來調查沿峰高變化量V不同的光學基底72的x-z平面和y-z平 面的光學漫射效果。與前一實施例相同，模擬是在具有多行直線型均勻正棱柱71的上光學 基底70 (見圖12)和具有光學基底72的結構的下光學基底的組合下進行的，其中上基底70 和下基底72關于ζ軸旋轉90度，使得上基底70的χ軸和下基底72的y軸對齊。模擬條 件在其它方面類似于圖6b 6f中的上一模擬。上基底70的與下基底72的結構化表面相 對的下側是光滑的。上基底70具有節距為50 μ m而頂角為90度的峰。下基底72具有類 似的峰節距和頂角。朗伯光被引導到下基底的底部的光輸入面。圖7b至7f分別表示對峰高變化量V = 0、10、20、30和40 μ m的下光學基底72的 模擬結果。圖7b至7f的左側表示沿具有圖7a所示創造性棱柱結構的下基底72的χ-z平 面的光學漫射效果；圖7b至7f的右側表示沿具有圖7a所示創造性棱柱結構的下基底72 的y-z平面的光學漫射效果。基于模擬結果，可以看出光學漫射效果隨著峰高變化量V的 增加沒有顯著改變，其中來自上基底70的漫射輸出光的分布，隨著更高的峰高變化量V在 均勻性方面僅輕微增加。模擬結果表明來自輸出面的漫射光隨著峰高變化量V的增加，沿 χ和y方向都沒有顯著改變。隨著峰高變化量V的改變，輸出光保持集中并且較少漫射。然而，為了對平坦不規則部的效果進行模擬趨勢分析，圖8a示意性示出了僅具有 在光學基底76的棱柱結構中分布的預定不規則部78的光學基底76。為了簡化模擬模型， 結構被重新布置成直線型縱向正棱柱84，并在相鄰的棱柱84之間具有平坦的間隙82。使 用b/a的比值R(圖8b所示)來控制平坦不規則部與整個區域的面積百分比。圖8c至8g 顯示了比值R分別為0、2. 5、5、10和20%的結構的光學漫射效果的趨勢。進行計算機模擬，來調查沿具有不同比值R的光學基底80的x-z平面和y-z平面 的光學漫射效果。與所述實施例一樣，模擬是在具有多行直線型均勻正棱柱71的上光學基 底70 (見圖12)和具有光學基底80的結構的下光學基底的組合下進行的，其中上基底70 和下基底80關于ζ軸旋轉90度，使得上基底70的χ軸和下基底80的y軸對齊。模擬條 件在其它方面類似于上述圖6b至6f中的模擬。上基底70的與下基底80的結構化表面相對的下側是光滑的。上基底70具有節距為50 μ m而頂角為90度的峰。下基底80具有類 似的峰節距和頂角。朗伯光被引導到下基底的底部處的光輸入面。圖8c至8g分別表示對比值R為0、2. 5、5、10和20%的下光學基底80的模擬結 果。圖8c至8g的左側表示沿具有圖8b所示創造性棱柱結構的下基底80的x-z平面的光 學漫射效果；圖8c至8g的右側表示沿具有圖8b所示創造性棱柱結構的下基底80的y-z 平面的光學漫射效果。基于模擬結果，可以看出光學漫射效果隨著比值R的增加沒有可觀 的改變，其中來自上基底70的漫射輸出光的分布，隨著更高的比值R在均勻性方面幾乎不 改變。模擬結果表明來自輸出面的漫射光隨著比值R的增加，沿χ和y方向都沒有可觀的 改變。隨著比值R的改變，輸出光保持為相同的集中水平并且漫射較少。基于上述對于波狀棱柱、峰高變化和平坦不規則部的不同方法的趨勢分析，其中 每種方法被單獨考慮，觀察到以下光學漫射效果。隨著波狀棱柱的橫向變形D的增加，來自 上光學基底的輸出面的總漫射光快速增加。隨著峰高變化量V的增加，來自上光學基底的 輸出面的總漫射光略微增加。因此，波狀棱柱的橫向變形D對于漫射光具有更顯著的效果。 與橫向變形和峰高變化量相比，平坦不規則部的比值R具有最少的影響。根據上述漫射分 析，可以預期組合不同的方法以減少干涉條紋而不會損害漫射的效果。上述模擬沒有考慮隨機或規則地對不同程度的橫向變形D、峰高變化量V和平坦 不規則部的比值R進行組合的效果。所有模擬的結構在棱柱之間是平行的。可以合理預測， 如果橫向變形D、峰高變化量V和平坦不規則部的比值R在位置和大小上被適當應用，將會 增強漫射效果。實驗結果根據本發明的原型光學基底做成包括橫向棱柱變形、峰高變化量和不規則部的組 合，其在位置和大小方面被計算并得到良好分布。圖9a是具有不同尺寸的波狀棱柱和平坦 不規則部的掃描電鏡相片。圖％是圖9a的放大相片。圖13是光學基底77的示意性透視 圖，該光學基底具有橫向波狀棱柱(如圖6a所示)，棱柱峰高變化(部分79，如圖7a所示) 和平坦不規則部78 (如圖8a所示)。當觀察到干涉條紋時，采用在一側具有直線型棱柱結構(沒有波狀棱柱變形、峰 高變化或平坦不規則部)，而在另一側(與結構化表面相對的一側)具有平滑表面的上光學 增強基底。上側直線型棱柱基底層疊在本發明的原型上。根據本發明的各下側基底原型與 上側直棱柱基底相交地層疊，如在計算機模擬中的配置一樣。這種層疊的基底被圖10所示 背光照射。從上側直棱柱基底的頂部的光輸出面觀察到干涉條紋(明暗重復圖案)。表1示出了下基底原型的9個實施例的性能。干涉條紋水平是以交叉層疊的兩個 直棱柱增強模的基準情況下存在的干涉條紋的水平5 (在0至5的標度上)為基準。增益 是指單個實施例的輝度與光導的輝度的比值。實施例4和8將水平從5減小至1和1. 5。所有其它實施例都消除了干涉條紋。 實施例4表明，與具有25 μ m變形而沒有任何不規則部的實施例8相比，12 μ m的變形與 10. 4%平坦不規則部的混合能夠對干涉條紋給予顯著的改善和更好的性能。這表明不規則 部有利于漫射光，以消除條紋。然而，實施例1至4表明平坦不規則部的面積越大，增益越 低。為了保持增益而沒有可接受的損耗，平坦不規則部應當特別地布置，并且平坦不規則部 的范圍應當受控于不同應用的不同條件。通常，平坦不規則部對干涉條紋的影響取決于平坦不規則部的總面積，平坦不規則部的數量、形狀、尺寸和位置。表 權利要求
一種光學基底，包括基底；位于基底一側的光輸入面；和結構化的光輸出面，位于基底另一側，并包括多行橫向布置的縱向棱柱結構，其中，棱柱結構包括橫向變形部分。
2.根據權利要求1所述的光學基底，其中，每行縱向棱柱結構橫向彎曲，形成橫向變形 部分。
3.根據權利要求2所述的光學基底，其中，各行縱向棱柱結構橫向布置成使相鄰行的 棱柱峰大致平行。
4.根據權利要求2所述的光學基底，其中，在x-z平面中，相鄰峰之間的距離是相同的。
5.根據權利要求2所述的光學基底，其中，每行縱向棱柱結構彎曲成正弦曲線輪廓。
6.根據權利要求2所述的光學基底，其中，縱向棱柱結構以恒定的波長發生橫向彎曲。
7.根據權利要求2所述的光學基底，其中，每行縱向棱柱結構以隨機輪廓發生彎曲。
8.根據權利要求2所述的光學基底，其中，峰高沿每行縱向棱柱結構是恒定的。
9.根據權利要求2所述的光學基底，其中，峰高沿每行縱向棱柱結構是變化的。
10.根據權利要求9所述的光學基底，其中，峰高以有序的、半有序的、隨機的、和擬隨 機的方式變化。
11.根據權利要求9所述的光學基底，其中，基底包括分布在結構化光輸出面中的預定 的結構不規則部。
12.根據權利要求11所述的光學基底，其中，結構化光輸出面包括由小平面限定出的 棱柱結構，而結構不規則部包括對應于非小平面平坦部的結構。
13.根據權利要求11所述的光學基底，其中，結構不規則部的結構包括與制造結構化 光輸出面時生成的預期結構缺陷同類的結構。
14.根據權利要求11所述的光學基底，其中，結構不規則部以有序、半有序、隨機和擬 隨機方式中的至少一種方式分布在結構化光輸出面中。
15.根據權利要求11所述的光學基底，其中，棱柱結構包括谷和峰，并且結構不規則部 的結構對應于平坦底谷和平坦頂峰中的至少一個。
16.根據權利要求2所述的光學基底，其中，基底包括分布在結構化光輸出面中的預定 結構不規則部。
17.根據權利要求2所述的光學基底，其中，基底包括基層和結構化層，其中基層包括 限定出光輸入面的平坦下側、和支撐結構化層的頂側，而結構化層包括限定出結構化光輸 出層的頂側。
18.一種平板顯示器，包括顯示模塊，根據圖像數據顯示圖像；背光模塊，為顯示模塊提供照明；和輝度增強模塊，包括如權利要求1所述的第一光學基底，該第一光學基底位于顯示模 塊與背光模塊之間，增強對顯示模塊的照明亮度。
19.如權利要求18所述的平板顯示器，其中，輝度增強模塊還包括具有結構化光輸出 面和光輸入面的第二光學基底，其中第一光學基底的結構化光輸出面定位成鄰近第二基底的光輸入面，并且兩光學基底關于ζ軸交叉排列，使兩光學基底的縱向棱柱結構彼此垂直。
20.如權利要求19所述的平板顯示器，其中，第二光學基底的結構化光輸出面類似于 第一光學基底的結構化光輸出面。
21.如權利要求20所述的平板顯示器，其中，在第二光學基底的光輸入面與背光模塊 之間不存在單獨的漫射層。
22.如權利要求18所述的平板顯示器，其中，在第一光學基底的結構化光輸出面與顯 示模塊之間不存在單獨的漫射層。
23.一種電子設備，包括如權利要求18所述的平板顯示器；和控制電子元件，將圖像數據引導至平板顯示器，以根據圖像數據呈現圖像。
全文摘要
本發明涉及一種具有結構化光輸出面的光學基底，該輸出面包括多行橫向布置的蛇形、波狀或彎曲的縱向棱柱結構。光輸出面的棱柱結構可呈現為包括多行橫向彎曲的縱向棱柱、和/或端對端結合以形成整體彎曲縱向棱柱結構的曲段部分。縱向棱柱結構的橫向彎曲行布置成橫向平行(并排)，限定出平行的峰谷(在各相鄰峰谷之間限定出小平面)。在一個實施例中，橫向波紋是規則的，具有恒定或可變的波長和/或波幅(或橫向變形程度)。橫向波紋可大致呈正弦曲線等彎曲輪廓。結構化光輸出面還可包括沿各波狀棱柱結構的發生變化的峰高、和/或預定的結構不規則部，例如分布在結構化表面中的非小平面平坦部。
文檔編號G02F1/13357GK101995601SQ20101027263
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月11日 優先權日2009年8月11日
發明者葉芳君, 王凱俊, 王康華 申請人:友輝光電股份有限公司