光轉向膜及光源裝置的制作方法

本發明涉及一種光轉向膜，具體而言，涉及使面光源的最大強度出光方向發生偏轉的光轉向膜，以及包含所述光轉向膜的光源裝置。

背景技術：

液晶顯示和LED照明正獲得越來越廣泛的應用。通常情況下，液晶顯示器的背光源所發出的光，在垂直光源平面的方向具有最大的強度，偏離光源平面垂直方向的光強則隨著偏離角度的增加而逐漸減小。LED平面照明光源也是如此。

圖1為現有技術面光源的一種示例。如圖1所示，發光體101a(如LED)安裝在一導光片102a的側邊。發光體101a發出的光直接耦合進入導光片，或通過發光體周圍的反射面103a反射后再耦合進入導光片。進入導光片的光通過導光片中密度漸變的網點或微結構的作用，從導光片+Z方向離開導光片；或經反射面104a反射后，再次進入導光片而后從導光片+Z方向的表面離開。離開導光片的光經下置擴散膜105a、方向垂直的棱鏡膜106a和107a及上置擴散膜108a，從光源出射。

光源的發光面位于XY平面上。從光源發出的光具有與光源相應的角度分布，其光強最大的方向(Z方向)垂直于光源平面，即，光線傳播方向與Z方向所成角度τ為0°的方向，如圖1中109a所示。110a示出從光源發出的不同方向(不同τ值)光線強度與角度之間的關系，對應τ＝0°的角度，光線強度為最大值；偏離τ＝0°的方向，光線強度逐漸降低。

圖2為現有技術面光源的另一種示例。參照圖2，發光體101b(如LED)安裝在光源腔體102b上，發光體發出的光直接或經由光源腔體102b的反射后，通過擴散片103b從光源出射。光源的發光面位于XY平面上。類似地，如圖2中104b所示，光源所發出強度最大的光線方向(Z方向)與光源平面垂直，位于光線傳播方向與Z方向所成角度τ為0°的方向。105b描述從光源發出的不同方向(不同τ值)光線強度 與角度的關系，對應τ＝0°的角度，光線強度最大；偏離τ＝0°的方向，光線強度逐漸降低。本申請中，將此類所發出強度最大的光線方向垂直于光源平面的光源，稱為垂直光源。

目前，上述垂直光源滿足了部分顯示和照明應用的需求。但是，很多應用因受空間或設計效果的限制，需要面光源所發出光的最大強度方向偏離垂直光源平面的方向。例如，在飛機、汽車等交通工具中，顯示器通常安裝在偏離駕駛員正視方向的位置。若將顯示器的光源強度最大方向設定在偏離光源平面垂直方向的駕駛員視角方向上，則可獲得最佳的顯示和節能效果。又如，在LED照明中，為達到特定的照明效果，如特定的產品展示效果，也需要光從特定方向照射。可以看出，在顯示和照明領域，亟需一種出光方向偏離光源平面垂直方向的面光源。

技術實現要素：

針對現有技術的上述缺陷，本發明的目的在于，提供一種使面光源的最大強度出光方向發生偏轉的光轉向膜及轉向光源。

根據本發明的第一方面，提供一種光轉向膜，用于使來自面光源向所述光轉向膜入射的光，通過所述光轉向膜出射時其最大強度方向發生偏轉，所述光轉向膜包括透明基片，以及在所述基片的上表面由可光聚合材料聚合形成的多個光轉向結構；其中，每個光轉向結構為具有兩個側面的條狀凸起，其特征在于，通過光轉向結構第一側面半高度位置并與第一側面相切的平面，與所述基片的上表面形成5度至75度的第一夾角，通過光轉向結構第二側面半高度位置并與第二側面相切的平面，與所述基片的上表面形成30度至135度的第二夾角，并且所述第一夾角不等于第二夾角。

在第一方面中，優選的是，所述第一夾角為10度至60度，所述第二夾角為60度至120度。

優選的是，所述多個光轉向結構彼此相鄰布置，并且其中的每一個光轉向結構從所述基片上表面的一端貫穿至另一端。

優選的是，所述多個光轉向結構為單一周期的結構。

優選的是，所述多個光轉向結構為兩個或兩個以上周期的結構。

優選的是，所述多個光轉向結構為非周期性的結構。

優選的是，所述每個光轉向結構的底面的長度至少大于其寬度的兩倍，所述多個光轉向結構在所述基片的上表面隨機布置。

優選的是，所述光轉向結構由平行半角為0度至10度的能量輻射，以與所述基片的垂直方向呈10度至85度夾角的方向，照射涂覆于基片上表面的可光聚合材料而形成。

根據第二方面，提供一種光源裝置，包括一面光源，以及如上述第一方面所述的光轉向膜；所述光轉向膜的基片下表面位于面光源的出光面上。

在第二方面中，優選的是，所述面光源發出的強度最大的光線方向垂直于其出光面。

優選的是，所述光源裝置還包括介質層，所述介質層位于所述面光源與光轉向膜之間。

根據第三方面，提供一種光源裝置，包括：面光源，所述面光源發出的強度最大的光線方向垂直于其出光面；如上述第一方面所述的光轉向膜，所述光轉向膜的多個光轉向結構鄰近所述面光源的出光面，其基片背向面光源放置；以及硬化層，位于所述光轉向膜的基片下表面上。

本發明的光轉向膜，能夠使面光源的最大強度出光方向發生偏轉。相應地，在光源裝置中增設所述光轉向膜，使得液晶顯示和LED照明領域中的大量應用，不再受空間或設計效果的種種限制，從而有效地利用了光源(尤其是垂直光源)所發出的光，達到最佳的顯示和節能效果。

附圖說明

圖1為現有技術面光源的一種示例；

圖2為現有技術面光源的另一種示例；

圖3示出了本發明一實施例的光轉向膜；

圖4為圖3所示光轉向膜在YZ平面的截面圖；

圖5示出了本發明另一實施例的光轉向膜；

圖6示出了本發明又一實施例的光轉向膜；

圖7為用于制作圖3所示光轉向膜的掩膜板圖案；

圖8為用于制作圖6所示光轉向膜的掩膜板圖案；

圖9為光轉向膜示例制作方法的示意圖；

圖10示出了示例光轉向膜的制作過程；

圖11示出了本發明一實施例的光源裝置；

圖12示出了本發明另一實施例的光源裝置。

具體實施方式

為更好地理解本發明，下文以實施例結合附圖對本發明作進一步說明。

參照圖3，圖3示出了本發明一實施例的光轉向膜。該光轉向膜位于XY平面上，它包括透明基片301，以及位于基片301上表面的多個光轉向結構302。多個光轉向結構302彼此相鄰布置，其中的每一個光轉向結構從基片上表面的一端貫穿至另一端。并且，每個光轉向結構302為具有兩個側面的條狀凸起，由可光聚合材料接受傾斜能量輻射后形成。

圖4為圖3所示光轉向膜在YZ平面的截面圖。如圖4所示，光轉向結構302為周期為p的周期性傾斜結構。401為光轉向結構302的放大局部。光轉向結構302凸起于基片上表面，包含兩個不同傾斜角度的側面。結構最高處P與結構最低處V之間的高度為H，H優選為5-200微米，進一步優選為10-100微米。結構最低處V與基片上表面之間的距離為D，可為大于或等于0的數值。距離D等于0的情況下，結構最低處V的表面為未聚合的可光聚合材料被除去后暴露出的基片表面。距離D大于0的情況下，結構最低處V的表面為未聚合的可光聚合材料被除去后而留下的已固化可光聚合材料。距離D可通過光轉向膜的制作工藝參數，如能量輻射的照度、時間、可光聚合材料涂層厚度等實現調整和優化。距離D優選為0-100微米，進一步優選為0-20微米。

圖4中，示例光轉向結構302的兩個側面，可通過側面半高度位置的切面來精確描述。第一側面半高度位置0和第二側面半高度位置0’，分別為光轉向結構302在相應側面上H/2的位置。AB表示通過第一側面半高度位置0并與第一側面在此處相切的平面。AB與基片上表面所成角度為α。A’B’表示通過第二側面半高度位置0’并與第二側面在此處相切的平面。A’B’與基片上表面所成角度為β。這里，角度α與 角度β不相等。角度α優選為5°-75°，進一步優選為10°-60°。角度β優選為30°-135°，進一步優選為60°-120°。

光轉向結構302中，鄰近的最低處V之間、或鄰近的最高處P之間的距離定義為光轉向結構的周期p。該示例中，多個光轉向結構302為單一周期的結構。這里，周期p優選為5-700微米，進一步優選為10-200微米。

需要指出的是，本發明中的光轉向結構并不限于單一周期的結構，例如，光轉向結構還可以是兩個或兩個以上的周期結構(對應不同的p數值)的組合。參照圖5，圖5示出了本發明另一實施例的光轉向膜。該示例中，位于基片401b上表面的多個光轉向結構具有兩個周期。即，光轉向結構由周期為p1的結構403b和周期為p2的結構404b組成。并且，根據本發明，光轉向結構還可為非周期結構，即，光轉向結構的鄰近最低處之間或鄰近最高處之間的距離，在光轉向膜中不同的位置具有不同的數值。多周期、非周期性的光轉向結構有利于減輕乃至消除光的干涉與衍射現象。

參照圖6，圖6示出了本發明又一實施例的光轉向膜。該光轉向膜位于XY平面上，其中601b為透明基片，602b為由可光聚合材料接受傾斜能量輻射后形成的光轉向結構。該示例中，每個光轉向結構602b的底面的長度至少大于其寬度的2倍，優選大于其寬度的5倍；多個光轉向結構在基片601b的上表面隨機布置。這種光轉向膜結構可消除由于規則、周期性結構而產生的光干涉、衍射現象。

圖7為用于制作圖3所示光轉向膜的掩膜板圖案。該掩膜板圖案位于XY平面上，它包含透光開口701和阻光區域702。其中，透光開口701為直線條狀，其寬度W_T可選擇2-200微米，優選可為5-50微米。透光開口之間的阻光區域W_Z的寬度可選擇5-500微米，優選可為10-100微米。

圖8為用于制作圖6所示光轉向膜的掩膜板圖案。如圖8所示，該掩膜板圖案位于XY平面上，條狀透光開口801的長邊沿X方向，條狀透光開口由阻光部分802隔開。可以看出，在XY平面上，條狀透光開口801的位置是隨機的。其長度L_T至少大于寬度的2倍，優選大于開口寬度的5倍。這里，透光開口可為同樣形狀的開口，不同位置的透光開口具有相同的長度和寬度。或者，在掩膜板圖案中，透光開口 可包含不同形狀的開口，部分位置的透光開口與其他位置的透光開口具有不同的長度或/和寬度。

接下來，描述本發明光轉向膜的示例制作方法。

圖9為示例制作方法的示意圖。其中，901為一與XY平面平行放置的透明基片在YZ平面的截面，合適的基片材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酞酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃。902為涂覆于透明基片表面的可光聚合材料涂層在YZ平面的截面。可光聚合材料是指接受能量輻射，如紫外光、可見光、電子束等聚合或固化的材料。透明基片901和涂層902放置在一平行于XY平面的掩膜板903的上方。掩膜板903包含透明掩膜板基材904和由透光開口905及阻光部分906組成的掩膜板圖案。掩膜板基材可為高平整度的石英玻璃、鈉鈣玻璃、硼硅玻璃或聚酯材料。阻光部分可為通過濺射或蒸發的方式，在掩膜板基材表面形成的金屬鉻層或涂覆于掩膜板基材表面的銀鹽乳劑層。透光開口為掩膜板基材表面的金屬鉻層、銀鹽乳劑層、或其他吸收或反射能量輻射的物質被除去后所對應的區域。所述透光開口為條狀透光開口，其長邊沿X方向(垂直于圖9平面的方向)，905所示為所述條狀透光開口在YZ平面的截面，對應于條狀透光開口的短邊方向。

特別地，使用平行或接近平行的能量輻射，如紫外光、可見光、電子束，以一傾斜的角度θ照射至掩膜板；并通過掩膜板中透光開口905和透明基片901，以與θ相應的角度照射至可光聚合材料涂層902。所述傾斜角度θ為能量輻射907與掩膜板平面(基片901)的垂直方向，即Z方向所成的角度。這樣，傾斜能量輻射的照射方向就與條狀透光開口的短邊形成90°-θ的角度。

能量輻射907的傾斜角度θ優選為10°-85°，更優選為20°-70°。并且，能量輻射907的平行半角(能量輻射源中的一點與該點照射面的中央和邊緣所成的角度)優選為0°-10°，更優選為0°-5°。

通過透光開口905的傾斜能量輻射，使涂層中部分與透光開口對應和鄰近的可光聚合材料接受大于固化閾值的能量輻射而固化，在涂層902上形成如圖10所示的傾斜的固化部分1001。圖10中，1002表示如圖9所示的涂層902中未接受能量輻射、或所接受的能量輻射低于固化閾值而保持未固化狀態的可光聚合材料部分。傾斜固化部分 1001的形狀由能量輻射907的傾斜角度θ、描述能量輻射907平行度的平行半角、能量輻射907的照度及照射時間、可光聚合材料的性能、涂層902的厚度、透明基片901的厚度等參數確定。

上述光轉向膜示例制作方法中，平行或近似平行的能量輻射以傾斜的角度通過掩膜板圖案照射可光聚合材料涂層，使可光聚合材料涂層中接受能量輻射而固化的部分形成傾斜的光轉向結構。在光轉向膜的制作中，掩膜板或可放置于基片和可光聚合材料涂層的上方，傾斜的平行或近似平行的能量輻射從掩膜板上方通過掩膜板中由透光開口和阻光部分組成的掩膜板圖案，照射可光聚合材料涂層，使涂層中部分與透光開口對應和鄰近的可光聚合材料接受能量輻射而固化，形成傾斜的光轉向結構。

接受傾斜能量輻射后的可光聚合材料涂層，隨后經過一洗滌過程，除去涂層中如圖10所示的未固化部分1002。洗滌過程可采用溶劑，如甲醇、乙醇、丙酮，或水。洗滌過程或可采用其他能溶解未固化的可光聚合材料混合物的液體。傾斜的固化部分1001與基片具有較好的附著力，在洗滌過程中始終附著于基片上。涂層中未固化部分經洗滌被除去后，所殘留的附著于基片上的傾斜固化部分形成所述光轉向結構，光轉向結構與基片共同形成所述光轉向膜。

可以看出，根據本發明的光轉向膜，可用于使來自面光源向所述光轉向膜入射的光，通過所述光轉向膜出射時其最大強度方向發生偏轉。

參照圖11，圖11示出了本發明一實施例的光源裝置。光源裝置1100中，包含一面光源1101以及光轉向膜1102。面光源1101可為如圖1或圖2所示的垂直光源，它發出的最強光線垂直光源平面，即沿Z(τ＝0°)的方向。光轉向膜1102含有本發明的具有不同傾斜角度側面的光轉向結構。光轉向膜1102的基片下表面位于面光源1101的出光面上。

在面光源1101和光轉向膜1102之間，也可設置一介質層1103。介質層1103例如為透明膠水，膠水層使面光源1101和光轉向膜1102粘結而成為一體。膠水層1103可處于液態或膠體狀態，以降低因面光源和光轉向膜不同的熱脹冷縮或其他因環境變化而變化的特性，在使用或存放環境變化時對光源裝置所產生的損壞或性能影響。膠水層 1103或可為固體狀態，采用固體狀態膠水層的光源裝置具有較好的機械性能。固體狀態膠水層可從液體或膠體狀態的膠水層通過加熱、紫外光固化、組分混合等方式獲得。光轉向膜1102或可直接放置于面光源1101的出光面上，通過光源邊緣的固定裝置使光轉向膜1102固定在面光源1101上。如此獲得的光源裝置中，介質層1103為空氣。

圖11中，1104表示從光源裝置1100發出的光線。光強最大的光線方向與光源平面的垂直方向(τ＝0°)、即Z方向所成的角度為τ_m。曲線1105描述光源裝置1100所發出的光線強度隨角度τ的變化關系。對應τ_m的角度，光線強度為最大值；偏離τ_m的方向，光線強度逐漸降低。

圖12為本發明光源裝置的另一示例。光源裝置1200包含面光源1201、光轉向膜1202。面光源1201可為如圖1或圖2所示的垂直光源。光轉向膜1202的多個光轉向結構1203鄰近面光源1201的出光面，其基片1204背向面光源放置。基片1204的下表面上，還可設置一硬化層1205，硬化層1205的表面即為光源裝置1200的出光面。硬化層可為透明層，光線通過硬化層后其強度和傳播方向無顯著改變。增加硬化層可防止或減輕使用中對光源裝置表面的損傷。進一步地，硬化層或可提供擴散功能，例如硬化層中可含有擴散粒子。這樣，除能夠防止、減輕使用中對光源裝置表面的損傷之外，光線通過硬化層后其傳播方向還發生改變。

在前文的描述中，雖以垂直光源作為面光源的一種示例，但本發明并不限于此。實際上，本發明的光轉向膜可與任何面光源配合使用，使其出射光線的最大強度方向發生偏轉。

顯而易見，在此描述的本發明可以有許多變化，這種變化不能認為偏離本發明的精神和范圍。因此，所有對本領域技術人員顯而易見的改變，都包括在所附權利要求書的涵蓋范圍之內。