專利名稱：棱鏡片及其制作方法以及采用該棱鏡片的液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學片和一種圖像顯示裝置，更具體地說，涉及一種為提高顯示裝置的亮度和視角而設計的棱鏡片及制作該棱鏡片的方法，還涉及一種采用該棱鏡片的液晶顯示裝置。
背景技術：
圖像顯示裝置如液晶顯示裝置(LCD)主要包括一個用于提供光線的照明組件、用于處理圖像數據并在其上顯示圖像的顯示組件和用于把從照明組件產生的光線轉變成更適于顯示組件的光線的各種光學元件。這些光學元件一般包括用于將光學組件發出的光導向顯示組件以提供均勻分布的光線的光導板和一個或多個通過調節從照明組件經光導板而提供的光路來提高顯示組件的亮度的光學片。
通常，將這些光學片中的棱鏡片用在LCD裝置中以提高顯示板的亮度、尤其是正面的亮度，從而顯示高質量的圖像。因為從光導板發出的光在其中擴散，所以當利用擴散光顯示圖像時可以在顯示板處測得較寬的視角和較低的亮度。因而LCD裝置采用棱鏡片集中擴散光以向顯示板傳播，從而提高顯示板的正面亮度。在授權于Campbell等人的、名稱為“光學膜(OpticalFilm)”的美國專利US 6,354,709號中描述了這種棱鏡片的例子，其中披露了一種光學片，該光學片用于集中入射在其上的光并防止由LCD板的象素圖形之間的干涉造成的莫爾現象。
下面參考有關的附圖描述常規棱鏡片的結構和功能。
圖1是常規棱鏡片的透視圖。圖1中的棱鏡片100有一個光入射面110，一個光發射面120和側面130。從外部光源供給的光入射到光入射面110上，并從光發射面120射出。光發射面120形成有多個光集中單元116，每個單元有一個棱鏡片。所述光集中單元116沿選定的方向延伸并且彼此平行地整齊排列。每個光集中單元116具有三角形棱鏡形狀和第一及第二斜面112、114。兩個斜面112、114在它們延伸的邊緣相交，形成一個延伸的棱鏡列。
在常規的棱鏡片中，光集中單元116的斜面112、114形成一個帶有約90°角的峰頂(peak edge)的棱鏡列。換言之，第一和第二斜面112、114在它們延伸的邊緣以直角相交，從而可將穿過斜面112、114的光的光路調向顯示板(未示出)。
圖2是表示光在常規棱鏡片中穿行的路徑的示意性截面圖。在常規的棱鏡片100中，入射到光入射面110上的光依據光入射方向與第一或第二斜面112、114之間的角度透過光集中單元116的斜面112、114或在此兩斜面上反射。
例如，在光集中單元116的峰頂或頂角(peak angle)處斜面112、114之間的角度約為90°時，如果光140以大約90°的光入射角入射到入射面110上，則入射光140穿過光入射面110并到達光集中單元116的第一斜面112。然后此光束在第一斜面112上被反射向第二斜面114。該反射光有一個垂直于入射光140的方向。到達第二斜面114的光又被反射向入射面110。在第二斜面114上反射的光有一個垂直于被第一斜面112反射的光的方向。被第二斜面114反射的光從光入射面110射出。結果，以大約90°度角入射到光入射面110上的光不透過光集中單元116，而被反射回到光入射面110。
相反，當光集中單元116具有大約90°的頂角并且光150以不是90°、但相對于光入射面110傾斜的入射角入射到光入射面110上時，入射光150在光入射面110處被具有一種折射率的棱鏡片折射并到達光集中單元116的第一斜面112。然后光再在第一斜面112處被具有所述折射率的棱鏡片折射并通過第一斜面112。結果，當光以相對于光入射面110為銳角(即小于90°)的入射角入射到光入射面110時，入射光150透過棱鏡片100并集中朝向設置在棱鏡片100之上的顯示裝置(未示出)。
考慮到入射光的反射或透射與光入射角之間的上述關系，把具有大約90°頂角的棱鏡片用于具有擴散片的顯示裝置。
圖3是采用圖1和圖2所示棱鏡片100的常規LCD裝置的簡圖。LCD裝置200包括光源210、光導板220、擴散片230、棱鏡片110和LCD板250。此處，光源210可以是一個或多個設置在光導板220兩側222的燈泡。利用這種光源210的LCD裝置200被稱作“邊緣式照明”。此類LCD裝置具有例如尺寸、尤其是厚度減小的優點。
從光源210發出的光經其側面222進入到光導板220中，并朝向擴散片230傳播。然后，該光束通過穿過擴散片230被擴散并透過棱鏡片100，光在該棱鏡片處被如上所述地集中。結果，光沿垂直于LCD板的方向提供給LCD板250。此時，從光導板220發出的光相對于光導板220的光發射面224大部分具有銳角的光發射角。
圖4表示圖3中擴散片230的亮度分布。圖5示出了圖4中與不同視角相關的亮度變化曲線。在圖4和圖5中，視角在90°～-90°(或270°)的范圍內變化，并且0°的視角代表觀察者在垂直于LCD板的方向觀看LCD裝置。
當光從光導板220發出時大部分具有相對于垂直于光導板220的光發射面224的方向大約呈30°或-30°的光發射角(參見圖3)。因而，在亮度分布中區域L1和L2具有最大亮度“C”，如圖4和圖5所示。換言之，擴散片上對應于視角30°和-30°的區域具有最大值“C”的亮度分布。
反之，在擴散片上對應于0°視角的區域處測得最小亮度“D”。換言之，如圖5所示，在正面(即，大約0°視角)的亮度分別低于對應于視角“A”和“B”(即30°和-30°)的區域L1和L2的亮度。亮度分布中的這種變化使LCD裝置的顯示質量變劣。
為了防止顯示質量由于亮度變化而變劣，在LCD裝置中采用一個擴散片以提高在0°視角時的正面亮度。另外，在擴散片上方設置一個棱鏡片以進一步提高LCD裝置的正面亮度。如上所述，具有在每個光集中單元的峰頂處的頂角約為90°的棱鏡片可通過折射相對于光集中單元的表面以銳角入射的光來提高正面亮度。
圖6是直下式照明的常規LCD裝置的簡圖。如圖6所示，直下式照明的LCD裝置300有多個光源310，如燈泡，這些光源彼此平行地設置在擴散片320之下。從光源310發出的光經擴散片320和棱鏡片100向LCD板330傳播。
因為光源310設置在擴散片320的下方，所以穿過擴散片320的光大部分以相對于光入射面110約90°的入射角入射到棱鏡片100的光入射面110上。穿過擴散片320的光的其余部分以相對于光入射面為銳角地入射到棱鏡片100上。換言之，與穿過擴散片的光大部分以相對于光入射面為銳角地入射到棱鏡片上的邊緣式照明的LCD裝置(見圖3)相比，直下式照明LCD裝置中穿過擴散片320的光大部分以約90°的入射角入射到棱鏡片100上。
因此，在直下式照明的LCD裝置300中，穿過擴散片320的光大部分在棱鏡片100處被反射。如上所述，以垂直于光入射面110的入射角入射到棱鏡片100上的光在第一斜面112上以直角被反射向第二斜面114，并且又在第二斜面114上以直角被反射向光入射面110。結果，以直角入射到棱鏡片上的光又反射回到棱鏡片100的光入射面110。以直角從擴散片320出射的光通過被棱鏡片反射而被散射并被損失掉。直下式照明的LCD裝置的光亮度試驗表明，由光源310產生的光大部分在棱鏡片100上反射因而被損失掉，而只有少部分光透過棱鏡片100傳向LCD板330。
因而，在直下式照明的LCD裝置中采用頂角約為90°的棱鏡片100將大大降低LCD裝置的亮度，使得LCD裝置的顯示質量明顯劣化。
圖7表示圖6中LCD板上的亮度分布。圖8表示圖7中隨不同視角變化的亮度曲線。當視角在90°～-90°(或270°)的范圍內變化時，LCD板上的亮度如圖8所示地改變。如上所述，因為在直下式照明的LCD裝置中穿過擴散片的光大部分在棱鏡片上反射，所以在直下式照明的LCD裝置中到達LCD板的光量遠小于邊緣式照明的LCD裝置中到達LCD板的光量。這是因為只有以銳角入射到棱鏡片上的很少的光量穿過棱鏡片射向LCD板。
另外，以大約90°角入射到棱鏡片的光入射面上的光線以基本上與光入射面平行地射出棱鏡片。平行于光入射面的從棱鏡片出射的光幾乎不能到達LCD板。這些光的亮度由圖7中的區域L3和L4以及圖8中的區域F和G示出。因而，采用頂角約為90°的棱鏡片將導致直下式照明的LCD裝置中的光損耗。
曾有人提出了一些改進以克服常規棱鏡片中的這些缺點。例如，一項技術是將棱鏡片制作成使集中單元的斜面之間的頂角處于選定的角度范圍內。在授權于Campbell等人的、名稱為Optical Film的美國專利US 6,354,709號中公開了這種棱鏡片，其中所形成的棱鏡片的頂角處于70°～110°的范圍。但是，這種棱鏡片對LCD裝置的亮度分布的改善很小，因為該棱鏡片具有固定的折射率，如1.586，而與頂角的變化無關。換言之，盡管棱鏡片的頂角從90°增大到了110°，它對提高LCD裝置的亮度分布的作用很小。這是因為棱鏡片的光學特性取決于頂角和折射率兩者的緣故。
因此，需要一種借助于在光集中單元的斜面之間具有的頂角而提高顯示裝置的亮度分布的棱鏡片，其中該頂角選自與棱鏡片的折射率相關的特定范圍。
發明內容
本發明旨在提供一種棱鏡片以及采用該棱鏡片的液晶顯示裝置，以克服或消除現有技術中的上述及其它缺點和不足。在一實施方式中，本發明的棱鏡片包括一個接收光線的光入射面，一個發射入射到光接收面上的光的光發射面，其至少包括一個具有至少兩個入射并折射光線的斜面的光集中單元。所述兩個斜面之間的頂角為鈍角，該角度由棱鏡片的折射率而定。另外，所述光發射面可以有多個光集中單元，每個單元具有棱鏡列的形狀并且沿光集中單元的縱向彼此平行地分布。
在另一實施方式中，本發明的棱鏡片還包括一個形成在每個光集中單元的至少兩個斜面之間的曲面。當每個光集中單元具有第一寬度、曲面具有第二寬度時，第二寬度與第一寬度之比大約為5％至20％的范圍。
在又一實施方式中，本發明的棱鏡片還包括一個基底層，入射到光入射面上的光線在其中向光發射面傳播。此基底層可以單獨形成并附著在光發射面上，使得在基底層上至少設置一個光集中單元。
本發明還提供了一種液晶顯示裝置，作為一示例性實施方式，該裝置包括一個用于發射光的燈光組件；一個用于擴散光線的擴散片；本發明的上述棱鏡片；和一個LCD板組件，該組件利用來自棱鏡片的光和外部提供的圖像數據顯示圖像。
本發明還提供了一種制作棱鏡片的方法，作為一示例性實施方式，該方法包括提供一個具有平面的基底層；在所述基底層的平面上設置具有流動特性的光折射材料；調平所述光折射材料，使得在基底層的平面上形成光折射材料層；將所述光折射材料層轉變成在基底層上彼此平行分布的多個棱鏡列；硬化所述多個棱鏡列使其具有固態特性。所述的轉變步驟包括用一種具有與棱鏡列相同形狀的圖形壓按所述光折射材料層，其中形成的棱鏡列在各個棱鏡列的峰頂有一個頂角，所述頂角處于91°～120°的范圍。
下面將參考附圖詳細描述本發明的實施方式，通過下面結合附圖對實施方式的詳細描述，本發明的各種目的、特點及優點將變得更加清晰。在各幅附圖中相同的元件采用相同的標號。
圖1是常規棱鏡片的透視圖；圖2是光在常規棱鏡片中傳播的光路示意性截面圖；圖3是采用圖1和圖2所示棱鏡片的常規LCD裝置的簡圖；圖4示出了圖3中擴散片上的亮度分布；圖5是圖4中隨不同視角變化的亮度曲線圖；圖6是采用直下式照明的常規LCD裝置的簡圖；圖7示出了圖6中LCD板上的亮度分布；圖8是圖7中隨不同視角變化的亮度曲線圖；圖9是本發明的一示例性實施方式的棱鏡片的局部透視圖；圖10是圖9中“A”部分的放大圖；圖11是圖9中棱鏡片的截面圖；圖12是圖11中光集中單元的放大圖；圖13是本發明另一實施方式的棱鏡片的示意性截面圖；圖14是本發明又一實施方式的棱鏡片的示意性截面圖；圖15和圖16示出了制作圖14中所示棱鏡片的方法的實例；圖17是本發明一示例性實施方式的LCD裝置簡圖；和圖18是圖17中LCD裝置的亮度分布曲線圖。
具體實施例方式
下面詳細描述本發明的一些實施方式。當然，在此公開的具體結構和功能只是示例性地描述本發明的實施方式。
圖9是本發明的一示例性實施方式的棱鏡片的局部透視圖。圖10是圖9中“A”部分的放大圖。棱鏡片400包括一個光入射面410，一個光發射面420和多個與彼此面對的光入射面410和光發射面420相連的側面430。光源(未示出)發出的光入射到光入射面410上，光入射面410例如可以是平滑的。入射光在棱鏡片400中傳播并從光發射面420射出。
光發射面420形成有多個光集中單元440，每個單元例如具有棱鏡列的形狀。每個光集中單元440具有第一和第二斜面442、445，這些斜面沿一選定方向延伸并排列整齊，并且在其縱向邊緣相交，形成光集中單元440的峰頂。所述光集中單元440彼此相連，使得一個光集中單元440的第一斜面442與另一個相鄰的光集中單元440的第二斜面445在斜面的縱向表面相連。
圖11是圖9中棱鏡片的截面圖。如圖11所示，光集中單元440的第一和第二斜面442、445彼此沿相反的方向傾斜。換言之，第一斜面442從峰頂447向下朝右傾斜，第二斜面445從光集中單元440的峰頂447向下朝左傾斜。
具體參見圖11，每個光集中單元440都具有高度H和寬度W，使得第一和第二斜面442，445具有相同的高度H并分別構成于第一和第二區域L1和L2中。區域L1和L2具有基本上相同的長度并構成光集中單元440的寬度W。第一和第二斜面442、445相對于光入射面的斜角分別為第一和第二斜角θ1和θ2。在此實施方式中，第一和第二斜角θ1和θ2相等。
在棱鏡片400的所述結構中，第一斜面442的第一縱向邊與棱鏡片400的主體接觸，與第一縱向邊相對的第一斜面442的第二縱向邊與第二斜面445的第二縱向邊在光集中單元440的峰頂處接觸。第二斜面445的第一縱向邊與棱鏡片400的主體接觸。結果在棱鏡片400的主體上形成沿選定方向延伸并整齊排列的棱鏡列。
在此實施方式中，每個光集中單元440的頂角α都是大于90°的鈍角。也就是說，所制作的棱鏡片400具有例如選自91°～120°范圍的頂角α。另外，棱鏡片400由折射率例如處于約1.40至1.70范圍的材料制成。在確定折射率和頂角的值時，一個值的確定與另一個值的確定有關。下面詳細描述折射率和頂角之間的這種關系。
圖12是圖11所示光集中單元的放大圖。如圖12所示，以直角入射到光入射面410上的光450在光集中單元440的第一斜面442上折射并以一光發射角從第一斜面442出射。光集中單元的光發射角和頂角α之間的關系描述如下。
在此實施方式中，棱鏡片400由折射率約處于1.4至1.7范圍的材料制成。作為基準，空氣的折射率為“1.0”。另外，光集中單元在第一和第二斜面442、445之間有一個頂角α。當光入射到光集中單元的第一斜面442上時，光在相對于第一斜面442的法向以β入射角的方向入射。當入射光在第一斜面442上被折射并從中射出時，光在相對于第一斜面442的法向以γ折射角的方向射出。所述光束還在垂直于光入射面410的假想垂線以θout發射角的方向射出。
當光在第一斜面442上入射和折射并從中射出時，可以由下列方程獲得入射角β、折射角γ和發射角θout的值
...方程1
...方程2
...方程3此處，“np”代表棱鏡片的折射率。
如上所述，在此實施方式中，頂角α處于約60°～140°的范圍，棱鏡片的折射率np處于大約1.4～1.7的范圍。采用本發明棱鏡片的顯示裝置的視角和亮度隨折射率和頂角值而變化。根據方程1～3，入射角β由頂角α和折射率np決定，折射角γ由入射角β決定，發射角θout由折射角γ和頂角α的值決定。換言之，對視角和亮度起作用的發射角θout由棱鏡片的頂角α和折射率np的值確定。下面詳細說明發射角θout和折射率及頂角的值之間的關系。
為了說明所述頂角與折射率的關系，將折射率的應用范圍分為三組，第一組處于約1.41～1.49的范圍，第二組處于約1.51～1.59的范圍，第三組處于約1.61～1.69的范圍。對于三組折射率中的每一組，在大約60°～140°的范圍內選擇頂角。
參見下表1，從方程1～3中獲得當頂角選自79°～140°的范圍并且折射率處于第一組范圍時的角度β、γ和θout。在表1中，折射率的值設為選自第一組的“1.4”，而頂角的值從79°變到140°。
表1
給出折射率和頂角的值，可以從方程1獲得入射角β的值。一旦知道入射角β的值，即可從方程2獲得對應的折射角γ值。利用已知的折射角γ值，可以從方程3獲得對應的發射角θout值。
例如，當頂角α處于110°時，由方程1算出入射角β為35°，并且由方程2算出折射角γ為24.18°(此處np＝1.4)。因此，從方程3算出發射角θout為10.81°。在此實施方式中，發射角θout越接近0，LCD裝置的正面亮度提高越多。同樣，LCD裝置的正面亮度隨著發射角θout的增大而減小。
在表1中表明，當頂角小于90°(或60°～90°)時，只有很少的光從棱鏡片射出，并且即使光從棱鏡片射出，正面亮度和視角也將基本上衰減，因為發射角θout增大很多。當頂角大于140°時，雖然LCD裝置的亮度可能增大，出射光將造成LCD裝置的視角過度減小。因而，優選將頂角大于140°的棱鏡片用于LCD裝置，致使對于使用而言，其亮度比視角更重要。相反，當頂角α處于90°～140°(更具體地說是90°～120°)的范圍時，LCD顯示裝置的亮度和視角顯著提高。
參見下表2，從方程1～3中可獲得當頂角α選自79°～140°的范圍并且折射率選自第二組(即大約1.51～1.59)范圍時的角度β、γ和θout。在表2中，折射率的值設為選自第二組的“1.5”，而頂角α的值為79°至140°。
表2
與獲得表1中值的方式相同，給出折射率和頂角α的值，可以分別從方程1、2和3中獲得β、γ和θout角。
例如，當頂角α為110°時，由方程1算出入射角β為35°，再由方程2算出折射角γ為22.48°(此處np＝1.5)。利用入射角和折射角β和γ的值，可以從方程3獲得發射角θout為12.52°。在此實施方式中，發射角θout越接近0，LCD裝置的正面亮度提高越多。另外，LCD裝置的正面亮度隨發射角θout的增大而減小。
發射角θout可以依據棱鏡片的折射率及頂角的值而不同。例如，比較表1中頂角為110°、折射率為1.4的棱鏡片與表2中頂角同樣為110°、折射率為1.5的棱鏡片，表1棱鏡片的發射角θout為10.81°，而表2中棱鏡片的發射角θout為12.52°。表1和表2中棱鏡片的折射率差值(0.1)導致表1和表2中棱鏡片的發射角θout的差(1.71°)。換言之，顯示裝置的亮度和視角可以通過折射率的稍微變化而改變。
根據表2的數據，當頂角α小于90°時，只有很少的光從棱鏡片射出；當頂角α處于90°～140°范圍時，出射光提高了顯示裝置的亮度和視角；而當頂角α大于140°時，盡管亮度可能增大，出射光造成視角的過度減小。特別是，當頂角α處于90°～120°范圍時，可以有效提高亮度和視角。
參見下表3，可分別從方程1、2和3中獲得當頂角α選自79°～140°的范圍并且折射率選自第三組(即大約1.61～1.69)范圍時的入射角β、折射角γ和發射角θout。在此實例中，折射率的值設為選自第二組的“1.6”，而頂角α的值為79°至140°。
表 3
與獲得表1和2中值的方式相同，給出折射率和頂角α的值，可以分別從方程1、2和3中獲得入射角β、折射角γ和發射角θout。
例如，當頂角α為110°時，由方程1算出入射角β為35°，再由方程2算出折射角γ為21°(此處np＝1.6)。利用入射角和折射角β和γ的值，可以從方程3獲得發射角θout為14°。發射角θout越接近0，正面亮度提高越多。另外，LCD裝置的正面亮度隨著發射角θout的增大而減小。
通過比較表1中頂角為110°、折射率為1.4的棱鏡片與表3中頂角同樣為110°、但折射率不同為1.6的棱鏡片表明，表1中棱鏡片的發射角θout為10.81°，而表3中棱鏡片的發射角θout為14°。表1和表3中棱鏡片的折射率差值(0.2)導致表1和表3中棱鏡片的發射角θout的差值(3.19°)。因此，即使頂角具有相同值，發射角θout也隨棱鏡片的折射率值而不同。因此，顯示裝置的亮度和視角可以通過改變頂角、折射率或它們的組合而改變。
根據表3的數據，當頂角α處于60°～90°的范圍時，光很難從棱鏡片射出；當頂角α處于90°～140°(特別是90°～120°)范圍時，出射光提高了顯示裝置的亮度和視角；而當頂角α大于140°時，盡管亮度可能增大，視角卻明顯減小。
圖13是本發明另一實施方式的棱鏡片示意性截面圖。棱鏡片500有一個形成有多個光集中單元540的光發射面。與圖11中所示的棱鏡片400相比，圖13中所示每個棱鏡片540的光集中單元540在第一和第二斜面542、545之間的峰頂處有一個曲面544。在此實施方式中，當光集中單元540具有寬度w時，第一和第二斜面542、545以及曲面544分別形成在三個區域l1、l2和l3，它們構成寬度w。長度l1、l2和l3對應于第一和第二光集中面542、545以及曲面544伸入到與棱鏡片500的光入射面510平行的水平面上的線段長度。曲面544可以形成在第一和第二光集中面542、545之間，其形成方式是使長度l3約為光集中單元540的寬度w的5％～20％。
圖14是本發明又一實施方式的棱鏡片示意性截面圖。在此實施方式中，棱鏡片600有一個基膜660和多個形成在基膜上的光集中單元640。基膜的面對其上形成有光集中單元640的表面的底面是一個從外光源向其提供光線的光入射面610。圖14中所示的光集中單元640構成棱鏡片600的光發射面并且例如可以具有圖11和13其中之一的形狀。
因為光集中單元640和基膜660單獨地形成，所以它們可以由具有不同折射率或相同折射率的不同材料制成。例如，光集中單元640由折射率處于約1.40～1.70范圍的材料制成，而基膜660由具有類似折射率的透明材料制成。棱鏡片例如可以由聚碳酸酯(polycarbonate)、聚酯(polyester)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterphthalate)或它們的混合物制成。
在圖15和16中，圖解說明了圖14中棱鏡片的制作方法。參見圖15，首先制備平板形狀的基膜660。基膜660可以與棱鏡片有相同的大小。制備了基膜660后，在基膜660的表面上沉積一種光折射材料443。調平該光折射材料443，從而在基膜660上形成光折射材料443的薄層。光折射材料443包括一種可以在滿足特定條件時被固化的條件硬結材料。例如，光折射材料443可以是通過UV(紫外線)光束照射而固化的UV可固化材料。
光折射材料443還具有足以在基膜660的整個表面均勻擴散并在受到UV光束照射之前可維持流動性的性能。所述光折射材料443例如包括聚碳酸酯、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或它們的混合物。光折射材料443的折射率范圍約為1.4～1.7。
在基膜660上沉積了所述光折射材料443后，在光折射材料443上沉積一種圖形形成裝置500，以在其上形成一種預定的圖形，如圖16所示。圖形形成裝置500在其表面上有一個帶有預定圖形510的輥515。在此實施方式中，預定圖形510可以是一種棱鏡列圖形，每個棱鏡列具有鋸齒形截面。在此情況下，輥515上圖形510中棱鏡列之間的凹槽列對應于棱鏡片600的棱鏡列(即光集中單元)640。換言之，所述凹槽列的斜面具有與對應的棱鏡列(即光集中單元)640的斜面642、645相同的形狀。
圖形形成裝置500還具有一個UV輻射器530，用以產生用于固化光折射材料443的UV光束535。當輥515向前旋轉時，輥515上的棱鏡圖形510在光折射材料443上形成棱鏡圖形。因為光折射材料443具有流動性，所以輥515上的棱鏡列通過用輥515施壓于光折射材料443而形成光集中單元640。應該注意，光折射材料443具有的流動性應達到可以通過被輥515上的棱鏡列510施壓而轉變成多個棱鏡列的程度，但一旦具有棱鏡列的形狀即不再轉變。
在基膜上形成光折射材料的棱鏡列后，UV輻射器530向棱鏡列提供UV光束535，以固化光折射材料。所述光折射材料的棱鏡列受到足以使其變為固態的UV光束照射之后成為光集中單元640。在此實施方式中，應該注意，可將輥515上的棱鏡圖形510設計成在每個凹槽列的斜面之間具有鈍角，使得每個光集中單元640的頂角為鈍角。例如，每個光集中單元640具有處于90°～120°范圍的頂角。
圖17是本發明一示例性實施方式的LCD裝置簡圖。LCD裝置700包括一燈光組件710、一擴散片720、一棱鏡片400和一LCD板組件730。在此實施方式中，LCD裝置700采用與圖9～12所示類型相同的棱鏡片400。值得指出的是，LCD裝置700也可以采用其它類型的棱鏡片，如以上參考圖13和14所述的棱鏡片。
燈光組件710有一個或多個用于發出光束712的燈泡714。在燈光組件710中安裝多個燈泡714的情況下，燈泡714彼此平行分布，并且相鄰的燈泡以規律的間隔分開。因為燈泡714彼此分開，所以燈光組件710產生的光的亮度不是均勻分布。換言之，燈光組件710上的亮度有變化，在接近每個燈泡714處測得的亮度相對較高，在相鄰燈泡714之間的間隔附近測得的亮度較低。
在燈光組件710上方設置擴散片720以擴散由燈光組件710提供的光線712。通過擴散片720擴散，由燈光組件710發出的光712以均勻的亮度分布從擴散板720發出。換言之，在擴散片720處測得的亮度較為均勻分布。除了擴散光線之外，擴散片720還調節入射光的光路，使得從擴散片720射出的光具有近似垂直于擴散片720的方向。
棱鏡片400設置在擴散片720的上方，以集中從擴散片720提供的光線。棱鏡片400具有的光集中單元440每個都有斜面，入射到棱鏡片400上的光在斜面上折射后射出棱鏡片400。光在近似垂直于擴散片720表面的方向射出擴散片720，使得入射到棱鏡片400上的光也具有近似垂直于棱鏡片400光入射面的方向。在此實施方式中，每個光集中單元440的頂角都是鈍角，例如頂角處于90°～140°的范圍。因而，入射到各個光集中單元440斜面上的光被折射為向LCD板組件730集中。因為上面參見圖9～12詳細描述了棱鏡片400，所以為避免重復說明而省去對棱鏡片的進一步詳述。
LCD板組件730利用來自棱鏡片400的光以及外部提供的處理圖像數據顯示圖像。因為光被棱鏡片400集中，所以光以近似垂直于LCD板組件730的入射角入射到LCD板組件730上。因此，LCD板組件730處的亮度和視角得以提高，使得LCD板組件730顯示出高質量的圖像。
圖18示出了圖17中所示LCD裝置的亮度分布曲線。LCD裝置的亮度分布隨視角值而變化，如圖18所示。與圖4和7中所示常規LCD裝置的亮度分布曲線相比，本發明的LCD裝置的亮度分布在正向和側面視角處得到改善。例如，亮度在正向視角處最大，且在側面視角處沒有光損失。
因此在本發明的LCD裝置中，通過采用一種具有某一折射率和頂角為鈍角的棱鏡片提高了亮度和視角，在LCD裝置處近似有最佳的亮度分布。可通過以上參考表1-3所述的試驗模擬確定合適的折射率和峰頂。
雖然以上參考示例性實施方式對本發明作了描述，但本領域的技術人員不難理解，在不超出本發明范圍的前提下可以對本發明作出各種變化或對其中的元件進行替換。另外，在不超出本發明基本構思的前提下可以進行各種改型以適于特殊的條件或材料。因此，本發明不限于在此公開的實現本發明的最佳模式的具體實施方式
，本發明將包括所有落入權利要求保護范圍內的
權利要求
1.一種用于調節外界提供的光的路徑的棱鏡片，包括一個接收光線的光入射面；和一個發射入射到光接收面上的光的光發射面，其中，所述光發射面包括至少一個光集中單元，該光集中單元具有至少兩個入射并折射光線的斜面，并且所述兩個斜面之間的頂角為鈍角，該頂角的確定與所述棱鏡片的折射率有關。
2.如權利要求1所述的棱鏡片，其中，所述光發射面包括多個光集中單元，每個光集中單元具有至少兩個斜面和所述頂角。
3.如權利要求2所述的棱鏡片，其中，每個光集中單元具有棱鏡列的形狀，并且沿所述光集中單元的縱向彼此平行地分布。
4.如權利要求1所述的棱鏡片，其中，所述兩斜面之一相對于所述光入射面形成第一角度，兩斜面中的另一個相對于所述光入射面形成第二角度，第一和第二角度彼此相等。
5.如權利要求1所述的棱鏡片，其中，所述兩斜面之間的頂角處于約90°～140°的范圍。
6.如權利要求5所述的棱鏡片，其中，所述棱鏡片的折射率約為1.4～1.7的范圍。
7.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，所述頂角處于約90°～120°的范圍，所述棱鏡片的折射率約為1.41～1.49的范圍。
8.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，所述的頂角處于約90°～120°的范圍，所述棱鏡片的折射率約為1.51～1.59的范圍。
9.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，所述的頂角處于約90°～120°的范圍，所述棱鏡片的折射率約為1.61～1.69的范圍。
10.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，所述光束相對于與光入射面垂直的假想垂線以一光發射角射出所述斜面，并且所述斜面構造成使得光發射角處于約5.86°～26.23°的范圍。
11.如權利要求10所述的棱鏡片，其中，所述斜面構成使入射到其中一個斜面上的光按下面方程1～3的條件傳播 ...方程1 ...方程2 ...方程3此處，“α”代表頂角，“β”代表光入射方向和所述一個斜面的法向之間的入射角，“γ”代表折射角，“θout”代表發射角，并且“np”代表棱鏡片的折射率。
12.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，還包括一個形成在每個光集中單元的至少兩個斜面之間的曲面。
13.如權利要求12所述的棱鏡片，其中，每個光集中單元具有第一寬度，所述曲面具有第二寬度，第二寬度與第一寬度之比大約為5％～20％的范圍。
14.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，還包括一個主體，該主體中入射到光入射面上的光向光發射面傳播，所述的主體與光入射面和光發射面形成一體。
15.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，還包括一個基底層，入射到光入射面上的光在其中向光發射面傳播，并且此基底層單獨地形成并附著在光發射面上，使得在該基底層上至少設置一個光集中單元。
16.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，所述光集中單元由包括聚碳酸酯、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或它們的混合物的材料制成。
17.如權利要求6所述的棱鏡片，其中，所述頂角約為110°～140°的范圍，折射率正比于頂角值而變化。
18.一種液晶顯示裝置，包括一個用于產生光的燈光組件；一個用于擴散光線的擴散片；用于調節光路的棱鏡片，所述棱鏡片包括一個接收光線的光入射面；和一個發射入射到光接收面上的光的光發射面，所述光發射面包括至少一個光集中單元，而該光集中單元具有至少兩個入射并折射光線的斜面，并且所述兩個斜面之間的頂角為鈍角，該頂角的確定與棱鏡片的折射率有關；和一個利用來自棱鏡片的光和外部提供的圖像數據顯示圖像的LCD板組件。
19.如權利要求18所述的液晶顯示裝置，其中，所述光發射面包括多個具有至少兩個斜面和所述頂角的光集中單元每個光集中單元具有棱鏡列的形狀并且沿光集中單元的縱向彼此平行地分布。
20.如權利要求18所述的液晶顯示裝置，其中，所述兩斜面之間的頂角處于約90°～140°的范圍，所述棱鏡片的折射率約為1.4～1.7的范圍。
21.如權利要求20所述的液晶顯示裝置，其中，所述燈光組件具有多個在選定方向上彼此平行分布的燈，所述燈設置在擴散片的與設置棱鏡片的一側相反的一側上。
22.一種制作用于調節光路的棱鏡片的方法，包括提供一個具有平表面的基底層；在所述基底層的平表面上設置具有流動特性的光折射材料；調平所述光折射材料，使得在所述基底層的平表面上形成光折射材料層；將所述光折射材料層轉變成在基底層上彼此平行分布的多個棱鏡列；和硬化所述多個棱鏡列，使其具有固態特性。
23.如權利要求22所述的方法，其中，所述轉變步驟包括用一種具有與棱鏡列相同形狀的圖形壓按所述光折射材料層，其中形成的棱鏡列在各個棱鏡列的峰頂處有一個頂角，所述頂角處于90°～140°的范圍。
24.如權利要求23所述的方法，其中，所述具有固態特性的棱鏡列具有約為1.4～1.7范圍的折射率。
25.如權利要求24所述的方法，其中，所述頂角隨光折射材料的折射率的改變成正比地變化。
全文摘要
本發明公開了一種棱鏡片及其制作方法，該棱鏡片包括一個接收光線的光入射面；一個發射入射到光接收面上的光的光發射面，其中光發射面至少包括一個光集中單元，該光集中單元至少具有兩個入射并折射光線的斜面。所述兩斜面之間的頂角為鈍角，該頂角的確定與棱鏡片的折射率有關。所述光發射面可以包括多個光集中單元，每個光集中單元具有棱鏡列的形狀并且沿光集中單元的縱向彼此平行地分布。本發明還公開了一種液晶顯示裝置，該裝置包括所述棱鏡片，一個用于發光的燈光組件；一個用于擴散光線的擴散片；和一個利用來自棱鏡片的光和外部提供的圖像數據顯示圖像的LCD板組件。
文檔編號F21V8/00GK1499221SQ20031010366
公開日2004年5月26日 申請日期2003年11月11日 優先權日2002年11月11日
發明者韓丙雄, 樸鐘大, 李正煥 申請人:三星電子株式會社