專利名稱：光學(xué)器件、用于形成光學(xué)器件的材料、用于顯示器的背光、顯示器和制造器件或材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)光進(jìn)行會(huì)聚的光學(xué)器件以及一種形成這樣的光學(xué)器件的 材料。本發(fā)明還涉及一種包括這樣的器件在內(nèi)的顯示器的背光以及一種包括這樣的背光或 這樣的器件的顯示器。本發(fā)明還涉及制造這樣的器件和這樣的材料的方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利US 6, 091, 547 (3M, 2000)公開(kāi)了棱鏡膜的用途，所述棱鏡膜采集來(lái)自 “軸外”的光，并將該光重定向至“軸上”，并且所述棱鏡膜以增亮膜(BEF)著稱。附圖中的 圖1A示出了該膜的示意。光源產(chǎn)生的光可以被高效地導(dǎo)向至觀察者，從而導(dǎo)致較亮的顯示 器。該膜無(wú)法有效地與彎曲背光一起使用，這是由于當(dāng)該膜彎曲時(shí)無(wú)法保持均勻性。特別 地，當(dāng)該膜彎曲時(shí)，增亮方向變?yōu)椴煌?。典型地，BEF被用作背光內(nèi)的正交對(duì)，以在兩個(gè)方向 上對(duì)光進(jìn)行會(huì)聚。日本專利JP 2004/288570 (Toshiba)公開(kāi)了曲面顯示器，其中光導(dǎo)中提取特征的 分布被修改為允許軸上均勻性，但是其未詳細(xì)描述散射點(diǎn)或它們的分布。美國(guó)專利US 5,940, 215 (Ericsson, 1998)公開(kāi)了一種柔性光導(dǎo)，借以將微觀結(jié)構(gòu) 作為散射體形成在表面上，使得來(lái)自光導(dǎo)的發(fā)射更加均勻和寬廣。然而，該顯示器對(duì)于軸上 觀察者相對(duì)較暗。美國(guó)專利US 7，221，847 (3M)公開(kāi)了一種以預(yù)定的、計(jì)劃好的形式的光學(xué)結(jié)構(gòu)形 成的平坦的光學(xué)元件(如光導(dǎo)或光學(xué)膜)。所述光學(xué)結(jié)構(gòu)可以被配置為選擇性地校正光導(dǎo) 輸出中的非均勻性，或者可以被配置為增強(qiáng)顯示器的性能。美國(guó)專利US 6，752，505 (Solid State Opto Limited)公開(kāi)了光重定向膜，該膜包 括位于膜的出光面上的、具有明確定義的形狀的獨(dú)立光學(xué)元件的圖樣，用于將從背光進(jìn)入 膜的入射面的光折射至與出射面正交的方向。所述獨(dú)立光學(xué)元件彼此重疊和交叉。此外， 可以調(diào)整光學(xué)元件的取向、尺寸和/或形狀，以將來(lái)自平坦背光的入射光中更多的光重定 向在期望視角內(nèi)。附圖中的圖1B示出了這樣的配置的示例。美國(guó)專利申請(qǐng)no. 2005/0024754(3M)公開(kāi)了一種膜，其中，為了在期望的反射光 圖樣中反射入射光，對(duì)棱鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行金屬化和再成形。這樣的膜被設(shè)計(jì)為對(duì)反射性的平板 顯示器的光進(jìn)行重定向，并且在附圖中圖1C中示出了一個(gè)示例。美國(guó)專利申請(qǐng)no. 11/301995公開(kāi)了一種用于增強(qiáng)軸上亮度并去除汽車中擋風(fēng)玻 璃反射的微結(jié)構(gòu)光學(xué)膜。這樣的膜是針對(duì)平坦背光設(shè)計(jì)的。英國(guó)專利申請(qǐng)no. 2443849公開(kāi)了光導(dǎo)中的楔形提取特征，用于在來(lái)自彎曲光導(dǎo) 的彎曲中校正方向。附圖中的圖2示出了用于常見(jiàn)的液晶顯示器中的已知類型的典型顯示器。該顯示 器由平坦透射的空間光調(diào)制器(SLM)構(gòu)成，所述空間光調(diào)制器(SLM)具有位于偏振器3和 4間的液晶顯示器(IXD)面板2的形式。該面板配備了背光12，背光12的主要組件是散
5射體5和6 ；—對(duì)BEF 1，以正交方式配置以形成水平和垂直BEF ；帶有提取特征9 (在該圖 中進(jìn)行了放大)的光導(dǎo)8 ；—個(gè)或多個(gè)發(fā)光器件10以及后反射膜11。來(lái)自光源的光被耦合 至光導(dǎo)8中，在光導(dǎo)8中發(fā)生全內(nèi)反射(TIR)，使得如果光導(dǎo)中不存在散射結(jié)構(gòu)則光沿光導(dǎo) 傳播直到到達(dá)遠(yuǎn)端。然而，在光導(dǎo)8內(nèi)存在許多提取特征9，提取特征9干擾TIR并將光耦 合出光導(dǎo)從而照亮LCD面板。光導(dǎo)8下方的后反射膜11提高了出耦合效率。在光導(dǎo)8和 IXD面板2間還存在一些光學(xué)膜。散射體5、6和BEF 1的存在實(shí)現(xiàn)了更好的照明均勻性并 且提高了特定視角范圍內(nèi)的亮度。還可以對(duì)這樣的背光應(yīng)用其他的膜(未示出)，如DBEF。附圖中的圖3示出了彎曲的并且包括曲面IXD 13和背光14的圖2的顯示器。在 這種情況下，曲率半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于顯示器觀察者的觀察距離。當(dāng)使用如附圖中圖4A中所示的標(biāo)準(zhǔn)彎曲背光時(shí)，如附圖中圖4B所示，沿背光單元 觀察到角分布22的偏移。這是由于觀察者觀看顯示器上的點(diǎn)20的觀看角度此時(shí)相對(duì)于局 部顯示器法線21發(fā)生了改變。作為結(jié)果，觀看該背光的觀察者將觀看到明顯的非均勻背光 24，如附圖中的圖4C所示具有較亮和較暗的部分。BEF對(duì)光進(jìn)行會(huì)聚，以增強(qiáng)特定角范圍內(nèi)的光，但當(dāng)BEF被彎曲時(shí)，如附圖中圖5中 所示棱鏡狀結(jié)構(gòu)沿該彎曲改變方向。由于BEF沿局部法線21而不是沿觀察者方向20對(duì)光進(jìn)行增強(qiáng)，同平坦情況相比 顯示器的視亮度也會(huì)降低。過(guò)去，依照三種主要方式來(lái)解決非均勻性的這一問(wèn)題。一種方式包括改變提取特征9的分布。通過(guò)改變?cè)摲植迹晒鈱?dǎo)提取的光的總量 變?yōu)榉蔷鶆虻?。然而，采用這樣的方法，可以使光導(dǎo)的某些部分更亮，某些其他部分更暗，允 許一定程度地控制預(yù)定方向內(nèi)的均勻性，而沿其他方向不均勻。然而，這無(wú)法解決在這種類 型的顯示器中方向和觀察自由度受限(在較低的彎曲半徑下尤其如此)的基本問(wèn)題。所依照的第二方式包括使用強(qiáng)散射體，通過(guò)對(duì)光進(jìn)行散布來(lái)給出均勻背光單元。 然而，這不能增強(qiáng)沿任意特定方向的亮度，并且同現(xiàn)有的平板顯示器相比顯示器看上去較 暗。第三方式通過(guò)使提取特征9適于控制光的輸出方向來(lái)保持均勻性和觀察自由度。 這些方法需要針對(duì)每個(gè)不同的彎曲設(shè)計(jì)完整的光導(dǎo)。此外，提取特征可能難以制造。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于沿第一方向?qū)膺M(jìn)行會(huì)聚的光學(xué)器件， 包括承載多個(gè)第一聚光元件的片，所述片在與軸垂直的第一平面中是非平坦的，使得包含 所述軸并且與所述片相交的每個(gè)第二平面與所述片相交于與所述軸基本平行的至少一條 基本直的線，所述第一聚光元件中的每一個(gè)基本是棱鏡形的，具有第一和第二表面，所述第 一和第二表面從所述片開(kāi)始延伸并相交于與所述軸基本平行的基本直的交線，并且所述片 處的第三表面與第一和第二表面的交角正對(duì)著，對(duì)所述第一聚光元件中的每一個(gè)進(jìn)行配 置，以使得基本平行于所述軸和所述第一方向并且通過(guò)所述交線的第三平面將所述第三表 面分為具有基本相同的寬度的垂直于所述軸的兩個(gè)部分。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了 一種用于形成沿第一方向?qū)膺M(jìn)行會(huì)聚的光學(xué)器件的材料，所述光學(xué)器件包括承載多個(gè)第一聚光元件的片，所述片被配置為形成預(yù)定義的 形狀，所述形狀在與軸垂直的第一平面中是非平坦的，使得包含所述軸并且與所述片相交 的每個(gè)第二平面與所述片相交于與所述軸基本平行的至少一條基本直的線，所述第一聚光 元件中的每一個(gè)基本是棱鏡形的，具有第一和第二表面，所述第一和第二表面從所述片開(kāi) 始延伸并相交于與所述軸基本平行的基本直的交線，并且所述片處的第三表面與第一和第 二表面的交角正對(duì)著，對(duì)所述第一聚光元件中的每一個(gè)進(jìn)行配置，以使得當(dāng)所述片被形成 為預(yù)定義的形狀時(shí)，基本平行于所述軸和所述第一方向并且通過(guò)所述交線的第三平面將所 述第三表面分為具有基本相同的寬度的垂直于所述軸的兩個(gè)部分。所述第一聚光元件可以基本延伸至所述片的整個(gè)長(zhǎng)度。所述片可以承載多個(gè)用于沿第二方向?qū)膺M(jìn)行會(huì)聚的第二聚光元件，所述第二聚 光元件的每一個(gè)基本是棱鏡形的，具有第一和第二表面，所述第一和第二表面從所述片開(kāi) 始延伸并相交于與所述軸基本平行的基本上直的交線，并且所述片處的第三表面與第一和 第二表面的交角正對(duì)著，對(duì)所述第二聚光元件中的每一個(gè)進(jìn)行配置，以使得當(dāng)所述片被形 成為預(yù)定義的形狀時(shí)，基本平行于所述軸和所述第二方向并且通過(guò)所述交線的另一個(gè)第三 平面將所述第三表面分為具有基本相同的寬度的兩個(gè)部分。所述第一和第二聚光元件可以 沿平行和垂直于所述軸的方向彼此交替。所述交角可以基本等于90°所述第三表面可以具有基本相等的寬度。所述聚光元件可以與所述片是一個(gè)整體。所述聚光元件中至少某些聚光元件中的每一個(gè)的第一和第二表面之一可以是至 少部分反射的。所述第一和第二表面之一是兩者中較寬的一個(gè)。所述第一和第二表面之一 可以將光反射離開(kāi)所述片。所述第一和第二表面之一向所述片反射光。所述片的至少部分可以具有圓柱形的一部分的形狀。在本發(fā)明第二方面的情況下，所述片可以是平坦的。所述片能夠被彎曲以形成預(yù) 定義的形狀。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于顯示器的背光，包括根據(jù)本發(fā)明第一方 面的器件，該器件被部署于形狀基本符合所述器件的形狀的光導(dǎo)之前。所述器件被部署在所述光導(dǎo)和另一器件之間，所述另一器件用于對(duì)光進(jìn)行會(huì)聚并 且其形狀基本符合所述器件的形狀。所述另一器件可以包括基本垂直于聚光元件取向的 棱鏡的一維陣列。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種顯示器，包括根據(jù)本發(fā)明第三方面的背光或 根據(jù)本發(fā)明第一方面的器件。所述顯示器可以包括液晶器件。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種制造根據(jù)本發(fā)明第一方面的器件或根據(jù)本發(fā) 明第二方面的材料的方法，所述方法包括以下步驟i)提供承載所述聚光元件的片；ii)用屏蔽來(lái)覆蓋所述片的第一部分以避免所述片的第一覆蓋部分蒸汽金屬化， 從而暴露所述片的第二部分；iii)相對(duì)于金屬蒸汽源來(lái)部署被部分覆蓋的片，使得所述片的第二部分的第一和第二表面中將被金屬化的表面朝向所述金屬蒸汽源，并且將所述片的第二部分的第一和第 二表面中不要進(jìn)行金屬化的其他表面與所述金屬蒸汽源遮蔽開(kāi)來(lái)；iv)用所述金屬蒸汽源對(duì)所述片的第二部分的第一和第二表面中將被金屬化的表 面進(jìn)行金屬化；v)用屏蔽來(lái)覆蓋所述片的第二部分，以避免對(duì)第二覆蓋部分進(jìn)行另一蒸汽金屬 化；vi)相對(duì)于金屬蒸汽源來(lái)部署被部分覆蓋的片，使得所述片的第一部分的第一和 第二表面中將要金屬化的表面朝向所述金屬蒸汽源，并且將所述片的第一部分的第一和第 二表面中不要進(jìn)行金屬化的其他表面與所述金屬蒸汽源遮蔽開(kāi)來(lái)；以及vii)用所述金屬蒸汽源對(duì)所述片的第一部分的第一和第二表面中將要金屬化的 表面進(jìn)行金屬化。所述步驟i)可以包括將所述片彎曲。所述步驟v)可以包括將所述片旋轉(zhuǎn)180度。所述步驟i)可以包括形成在所述交線處或所述交線附近具有阻塞特征的聚光 元件。所述方法可以包括以下步驟在所述步驟vii)后，基本去除所述阻塞特征。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種制造根據(jù)本發(fā)明第一方面的器件或根據(jù)本發(fā) 明的第二方面的材料的方法，包括以下步驟i)制備片，以在所述片的一側(cè)中提供第一和第二表面之一；ii)對(duì)所述片的所述一側(cè)進(jìn)行金屬化；以及iii)將材料從所述片的所述一側(cè)去除，以提供所述第一和第二表面中的另一表所述步驟ii)可以包括用金屬蒸汽源對(duì)所述片的所述一側(cè)進(jìn)行金屬化。所述步驟i)可以包括在所述片中形成交替的傾斜表面，包括第一和第二表面之 一，以及在所述形成步驟前形成相對(duì)于所述片的所述一側(cè)基本垂直地延伸的垂直表面。因此，可以提供一種配置，該配置能夠校正光的方向，使得例如當(dāng)背光被彎曲為曲 率半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于觀察距離時(shí)，保持與平坦背光類似的中央亮度、視均勻性和觀察自由度?？?以使用現(xiàn)有的光導(dǎo)和提取特征，并且僅需替換單個(gè)片以適應(yīng)不同的彎曲形狀。不必改變背 光的厚度。通過(guò)考慮結(jié)合附圖的本發(fā)明的以下詳細(xì)說(shuō)明，可以更容易地理解本發(fā)明的前述以 及其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)。


圖1A至1C示出了本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)；圖2示出了典型的已知背光系統(tǒng)液晶顯示器(IXD)模塊；圖3示出了已知類型的彎曲IXD ；圖4A至4C示出了已知類型的彎曲背光的非均勻性的緣由；圖5示出了特征放大了的彎曲的增亮膜(BEF)；圖6示出了彎曲的背光系統(tǒng)液晶顯示器，其中典型的已知BEF被構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施 例的層替換；
圖7A至71示出了用于凹和凸背光的、構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的增亮膜及其細(xì)節(jié)；圖8A至8C示出了 BEF中光線的折射/反射；圖9A和9B示出了 BEF中第一次透射后的反射和再循環(huán)光線；圖10示出了無(wú)任何部分或全反射、部分或全透射分界面的BEF ；圖11示出了具有多個(gè)彎曲的BEF;圖12示出了用于增強(qiáng)軸外光的BEF ；圖13A和13B示出了被設(shè)計(jì)為將光重定向至兩個(gè)不同方向中的BEF ；圖14是示意了制造圖7所示類型的BEF的方法中的步驟的圖；圖15A是與圖14類似的圖，示意了經(jīng)修改的步驟；圖15B以放大的比例示出了圖15A的細(xì)節(jié)；以及圖16A至16C是示意了制造圖7所示類型的BEF的另一方法中的步驟的圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 圖6示出了一顯示器，其與圖3中的顯示器的主要不同在于，在其背光30中，標(biāo)準(zhǔn) 水平條紋BEF 1被水平條紋BEF 31所替換。在該實(shí)施例中，保留垂直BEF 1。圖7A中示出 了水平條紋BEF 31。這是由具有棱鏡狀結(jié)構(gòu)171形式的聚光元件組成的，并且所述聚光元 件基本延伸至膜的整個(gè)長(zhǎng)度，并且對(duì)軸外光進(jìn)行重定向以對(duì)軸上光進(jìn)行增強(qiáng)。膜31被部署 在光導(dǎo)8的前面，并且在光導(dǎo)8和BEF 1之間，光導(dǎo)8的形狀基本符合膜的形狀，BEF 1的 形狀也基本符合膜31的形狀。BEF 1構(gòu)成了以基本垂直于棱鏡狀結(jié)構(gòu)171取向的棱鏡的一 維陣列。棱鏡狀結(jié)構(gòu)171根據(jù)該彎曲沿膜改變，使光的提取中心保持與膜平行。圖7B示出了角72和73，為了保持光的提取中心，角72和73 (針對(duì)圓形彎曲)相 對(duì)于曲率半徑和它們的位置(例如，圖7C中與參考方向77相對(duì)的位于曲率中心78的角 74)線性改變。這樣的膜可以是凹膜(圖7A)或凸膜(圖7D)。該層還由位于棱鏡狀結(jié)構(gòu)的分界面之一上的反射分界面75、76組成。圖7E結(jié)合從膜31輸出的光的期望方向31，更詳細(xì)地示意了膜31的一部分以及棱 鏡狀結(jié)構(gòu)171之一。圖7F示意了該實(shí)施例的膜31的幾何形狀。膜31在第一平面中是彎曲或非平坦的，第一平面是圖6至13A的圖面，并且與軸 51垂直。軸51可以是任意的，用于定義膜31的幾何形狀?？蛇x地，軸51可與幾何形狀有 關(guān)。例如，在膜31的至少部分具有圓柱形的一部分的形狀的實(shí)施例中，軸51可以是圓柱形 的軸。在一維中(在第一平面中)膜31是彎曲的，使得每個(gè)第二平面(如52a和52b) 基本以直線(分別如53a和53b)與膜31相交，所述第二平面包含軸51并且與膜31相交， 所述直線基本與軸51平行。每個(gè)棱鏡狀結(jié)構(gòu)171基本是棱柱形的，這是由于其具有相同形 狀的三角形端面，三角形端面的頂點(diǎn)由與軸51平行的線連接在一起并且端面與軸51垂直。每個(gè)棱鏡狀結(jié)構(gòu)171包括第一表面34和第二表面35，第一表面34和第二表面35 從膜31開(kāi)始延伸，并且在交叉或頂點(diǎn)線33相交從而形成角37，角37基本等于90°。
頂點(diǎn)線33基本是直的并且基本與軸51平行。棱鏡狀結(jié)構(gòu)171具有與角37相對(duì) 并且雖然彎曲但接近于平坦的第三表面36，這是由于同膜31的曲率相比棱鏡狀結(jié)構(gòu)171相 對(duì)較小。實(shí)際上，棱鏡狀結(jié)構(gòu)171可以與膜31形成為一個(gè)整體，使得表面36不作為“實(shí)體” 表面存在。然而，其仍然作為至少假象的表面存在，并且應(yīng)當(dāng)以適當(dāng)方式理解對(duì)“表面36” 的引用。第三平面基本平行于軸51，并且平行于(局部)光輸出(第一)方向32。在該實(shí)施例中，第三平面包含32。因此，方向32代表通過(guò)棱鏡狀結(jié)構(gòu)171的頂點(diǎn)線33、并且在線 38處與該結(jié)構(gòu)的第三表面36相交的第三平面，線38同表面34和35與膜31相交的線39 和40間隔相等。因此，平面32將第三表面36劃分為兩個(gè)基本相同寬度的部分(與軸51 垂直)。該條件適用于所有棱鏡狀結(jié)構(gòu)171。換言之，僅僅考慮圖7E的該平面，其與棱鏡狀 結(jié)構(gòu)171的三角形或基本三角形的截面相交的光輸出方向32或顯示器觀察方向?qū)?duì)邊36 一分為二。該條件足以使來(lái)自光導(dǎo)的光在圖7E的該平面內(nèi)沿或關(guān)于觀察方向32會(huì)聚。在 這樣的膜的典型應(yīng)用中，線39和40間的距離是20至30微米。圖7G和7H以放大的比例示出了針對(duì)凹和凸膜31的這一條件，觀察方向與膜的中 部正交并且與其平行。上述條件適用于所有棱鏡狀結(jié)構(gòu)171，光輸出或觀察方向32基本彼 此平行。圖71示意了針對(duì)凹膜31的稍加修改的配置，其中顯示器具有預(yù)期觀察距離并且 觀察方向32以該觀察距離會(huì)聚于一點(diǎn)或線。同膜的曲率中心相比，該觀察距離離膜31更 遠(yuǎn)。但是針對(duì)沿膜31變化從而以所預(yù)期或所設(shè)計(jì)的觀察距離會(huì)聚的觀察方向32，保持借以 使得通過(guò)每個(gè)棱鏡狀結(jié)構(gòu)171的頂點(diǎn)的方向32將對(duì)邊一分為二的條件。棱鏡狀結(jié)構(gòu)171可以都具有相同的對(duì)邊36或膜31處表面的寬度，使角37都基本 等于90°。雖然棱鏡狀結(jié)構(gòu)171被示意為表面36是可識(shí)別的，但實(shí)際上該結(jié)構(gòu)可以與膜 31是一體的，并且可以用單片材料(例如通過(guò)模塑或沖壓)來(lái)形成。該材料可以在平坦?fàn)?態(tài)下制造，并且可以隨后加以彎曲或形成為用于特定應(yīng)用的期望形狀。棱鏡狀結(jié)構(gòu)171被 制造為，當(dāng)針對(duì)材料打算被用于的特定顯示器將材料形成為預(yù)定義形狀時(shí)，滿足上述要求。雖然每個(gè)棱鏡狀結(jié)構(gòu)171的第一和第二表面34和35可以是透光的，可選地，這些 表面之一可以是反射或部分反射的。如果提供反射或部分反射層，該層在處于棱鏡狀結(jié)構(gòu) 171的特定位置的第一和第二表面34和35中較寬的表面上?？梢酝ㄟ^(guò)涂敷覆層來(lái)形成反 射或部分反射表面，并且反射或部分反射表面可以是出膜31反射的或者出膜31和入膜31 反射的。在這樣的配置中，來(lái)自光導(dǎo)8的光提取被第一散射體6擴(kuò)散，并且光81透過(guò)層31 的底部分界面。接著，抵達(dá)棱鏡狀結(jié)構(gòu)171。根據(jù)該分界面是鏡面反射70還是非鏡面反射 80，如果分界面是非鏡面反射的，如折射光82所示，光線將服從斯涅耳-笛卡爾定律(圖 8A)。接著，鏡面反射分界面70的反射光83被該層底部表面全反射(圖8B)或者透射回至 光導(dǎo)(如光84)以進(jìn)行再循環(huán)(圖8C)。在經(jīng)過(guò)層31處的反射和/或折射后，光將透過(guò)垂直條紋BEF 1，并且將受其水平會(huì) 聚機(jī)制的作用，使光透過(guò)棱鏡狀分界面，并且光線被反射回來(lái)。接著，層31可以以不同的角 度反射這些反射光線(圖9B)或者對(duì)這些光線進(jìn)行再循環(huán)(圖9B)。這些機(jī)制提供了對(duì)光輸出的控制，增強(qiáng)了一定角范圍內(nèi)的光，并保持了均勻性。
以下描述了其他實(shí)施例。這些實(shí)施例不限于它們自身的范疇，還可以被使用或組 合為各種變型并被應(yīng)用于凹或凸背光。實(shí)施例2該實(shí)施例類似于第一實(shí)施例，鏡面反射分界面被部分反射、部分透射分界面所替 代，允許對(duì)光亮增強(qiáng)進(jìn)行一定程度的控制。實(shí)施例3該實(shí)施例包括簡(jiǎn)化層，如在第一實(shí)施例中那樣對(duì)簡(jiǎn)化層進(jìn)行再成形，但棱鏡特征 100沒(méi)有任何反射、半反射或半透射分界面。圖10示出了該實(shí)施例。實(shí)施例4該實(shí)施例類似于第一實(shí)施例，針對(duì)如圖11所示并且具有凹部101和凸部102的多 彎曲顯示器重新設(shè)計(jì)了 BEF。
實(shí)施例5圖12中示出的該實(shí)施例包括具有再成形棱鏡結(jié)構(gòu)112、113的層111。該棱鏡結(jié)構(gòu) 被設(shè)計(jì)為，沿并非與顯示器的對(duì)稱中心正交的方向增強(qiáng)光的方向性，并且可以沿任意所選 方向增強(qiáng)光的方向性。實(shí)施例6該實(shí)施例包括層121，通過(guò)對(duì)棱鏡結(jié)構(gòu)122、123進(jìn)行再成形來(lái)沿兩個(gè)不同的方向 增強(qiáng)從背光發(fā)射的光。圖13A示出了該實(shí)施例。棱鏡結(jié)構(gòu)根據(jù)發(fā)射光的方向被劃分為兩組 124和125，各組依照實(shí)施例4。一組將光重定向在第一角內(nèi)，第二組將光重定向在第二角 內(nèi)。這些組被混合于如圖13B所示的陣列內(nèi)，使得第一和第二組的棱鏡結(jié)構(gòu)沿平行和垂直 于軸51的方向(在圖13B中分別為垂直和水平地)彼此交替。實(shí)施例7圖14示出了用于制造片31的方法中的步驟。利用已知技術(shù)(如奈米壓印或鼓 鉆切割)將形成聚光元件的棱鏡結(jié)構(gòu)切割為塑料(例如PET或“聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯”) 片。接著，如圖14所示將如此提供的片供應(yīng)給金屬化工藝。將片31置于真空下的蒸發(fā)器 中，金屬蒸汽源140以定向方式(如作為蒸汽束)發(fā)射蒸汽141。片31以取決于最終或預(yù) 期曲率半徑和金屬蒸汽源距離片的距離的曲率半徑，在圓形模具中彎曲。例如，對(duì)于距片的 距離與所設(shè)計(jì)的觀察距離基本相同的源，金屬化步驟期間的曲率半徑可以與預(yù)期曲率半徑 相同。曲率半徑可以被調(diào)整或改變?yōu)槠x標(biāo)稱值，以補(bǔ)償有限尺寸的源，例如以避免或減小 非反射表面的金屬化。用屏蔽142覆蓋諸如片的一半的第一部分。覆蓋位置使得，所要進(jìn)行金屬化以形 成鏡面反射分界面70的側(cè)面完全暴露于金屬蒸汽源下而非金屬化側(cè)71被遮住。蒸汽束 141輻射最大面積的鏡面反射分界面70，同時(shí)基本不在非金屬化側(cè)71上形成金屬層。通過(guò) 將片轉(zhuǎn)向180度，對(duì)隱蔽側(cè)重復(fù)該工藝。實(shí)施例8實(shí)施例7的一個(gè)可能的問(wèn)題在于，由于未對(duì)準(zhǔn)或源尺寸有限(如上所述)的緣故， 可能存在一定程度的對(duì)非金屬區(qū)域的金屬化。圖15A和15B示出了用于減少或避免該問(wèn)題 的技術(shù)，此技術(shù)包括向位于鏡面反射分界面70和非金屬化側(cè)71相交的交線處或交線附近 的片特征的頂點(diǎn)添加“塊”特征150。這些特征改進(jìn)了對(duì)非金屬化側(cè)71遮蔽，從而減小了對(duì)該側(cè)的金屬化。特征150的尺寸需要進(jìn)行控制，這是由于其還將減小以金屬覆蓋的鏡面反 射分界面70的面積。可以通過(guò)金屬化工藝后的另一切割或重疊工藝來(lái)去除特征150。實(shí)施例9實(shí)施例7的另一潛在問(wèn)題在于，由于上述問(wèn)題以及由于非定向金屬蒸汽的緣故， 可能存在一定程度的對(duì)非金屬區(qū)域的金屬化。圖16A至16C示出了涉及三段切割的改進(jìn)的 制造方法。在第一階段中(圖16A)，利用工具156對(duì)片152進(jìn)行切割以對(duì)片進(jìn)行制備。所述 工具僅僅具有在片上生成所要金屬化的斜面副本70的斜面。所述工具具有立面151，并且 在第一階段期間不切割非金屬側(cè)而是在切割前形成基本相對(duì)于片的該側(cè)垂直延伸、并且與 斜面交替的表面158。在第二階段中(圖16B)，用蒸汽束141將整個(gè)表面153涂上金屬。沒(méi)有必要對(duì)片 進(jìn)行屏蔽或彎曲。在第三階段中(圖16C)，用不同的工具154由片切割出非金屬化側(cè)71， 以從片的該側(cè)將材料去除。此時(shí)，這些表面不具有金屬層?？梢酝ㄟ^(guò)提高制造反射表面的精度(例如如上所述)和/或通過(guò)提高反射表面的 反射率來(lái)改進(jìn)顯示器亮度。例如，反射表面可由能夠從3M公司購(gòu)得的干擾濾波器或增強(qiáng)型 鏡面反射器或ESR膜形成。雖然本發(fā)明是如此描述的，但顯而易見(jiàn)可以以多種方式改變同一方式。這樣的變 化不應(yīng)被看作背離于本發(fā)明的精神和范圍，并且所有對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的這 樣的修改都意在包含于以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于沿第一方向?qū)膺M(jìn)行會(huì)聚的光學(xué)器件，包括承載多個(gè)第一聚光元件的片，所述片在與軸垂直的第一平面中是非平坦的，使得包含所述軸并且與所述片相交的每個(gè)第二平面與所述片相交于與所述軸基本平行的至少一條基本直的線，所述第一聚光元件中的每一個(gè)基本是棱鏡形的，具有第一和第二表面，所述第一和第二表面從所述片開(kāi)始延伸并相交于與所述軸基本平行的基本直的交線，并且所述片處的第三表面與第一和第二表面的交角正對(duì)著，對(duì)所述第一聚光元件中的每一個(gè)進(jìn)行配置，以使得基本平行于所述軸和所述第一方向并且通過(guò)所述交線的第三平面將所述第三表面分為具有基本相同的寬度的垂直于所述軸的兩個(gè)部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述第一聚光元件基本延伸至所述片的整個(gè)長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述片承載多個(gè)用于沿第二方向?qū)膺M(jìn)行會(huì)聚 的第二聚光元件，所述第二聚光元件中的每一個(gè)基本是棱鏡形的，具有第一和第二表面，所 述第一和第二表面從所述片開(kāi)始延伸并相交于與所述軸基本平行的基本上直的交線，并且 所述片處的第三表面與第一和第二表面的交角正對(duì)著，對(duì)所述第二聚光元件中的每一個(gè)進(jìn) 行配置，以使得基本平行于所述軸和所述第二方向并且通過(guò)所述交線的另一個(gè)第三平面將 所述第三表面分為具有基本相同的寬度的兩個(gè)部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中，所述第一和第二聚光元件沿平行和垂直于所述 軸的方向彼此交替。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述交角基本等于90°。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第三表面具有基本相等的寬度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述聚光元件與所述片是一個(gè)整體。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述聚光元件中至少某些聚光元件 中的每一個(gè)的第一和第二表面之一是至少部分反射的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其中，所述第一和第二表面之一是兩者中較寬的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的器件，其中，所述第一和第二表面之一將光反射離開(kāi)所 述片。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第一和第二表面之一向所述 片反射光。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述片的至少一部分具有圓柱形的 一部分的形狀。
13.一種用于形成沿第一方向?qū)膺M(jìn)行會(huì)聚的光學(xué)器件的材料，所述光學(xué)器件包括承 載多個(gè)第一聚光元件的片，所述片被配置為形成預(yù)定義的形狀，所述形狀在與軸垂直的第 一平面中是非平坦的，使得包含所述軸并且與所述片相交的每個(gè)第二平面與所述片相交于 與所述軸基本平行的至少一條基本直的線，所述第一聚光元件中的每一個(gè)基本是棱鏡形 的，具有第一和第二表面，所述第一和第二表面從所述片開(kāi)始延伸并相交于與所述軸基本 平行的基本直的交線，并且所述片處的第三表面與第一和第二表面的交角正對(duì)著，對(duì)所述 第一聚光元件中的每一個(gè)進(jìn)行配置，以使得當(dāng)所述片被形成為預(yù)定義的形狀時(shí)，基本平行 于所述軸和所述第一方向并且通過(guò)所述交線的第三平面將所述第三表面分為具有基本相 同的寬度的垂直于所述軸的兩個(gè)部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的材料，其中，所述第一聚光元件基本延伸至所述片的整個(gè)長(zhǎng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的材料，其中，所述片承載多個(gè)用于沿第二方向?qū)膺M(jìn)行會(huì) 聚的第二聚光元件，所述第二聚光元件的每一個(gè)基本是棱鏡形的，具有第一和第二表面，所 述第一和第二表面從所述片開(kāi)始延伸并相交于與所述軸基本平行的基本上直的交線，并且 所述片處的第三表面與第一和第二表面的交角正對(duì)著，對(duì)所述第二聚光元件中的每一個(gè)進(jìn) 行配置，以使得當(dāng)所述片被形成為預(yù)定義的形狀時(shí)，基本平行于所述軸和所述第二方向并 且通過(guò)所述交線的另一個(gè)第三平面將所述第三表面分為具有基本相同的寬度的兩個(gè)部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料，其中，所述第一和第二聚光元件沿平行和垂直于所 述軸的方向彼此交替。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的材料，其中，所述交角基本等于90°。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的材料，其中，所述第三表面具有基本相等的 寬度。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的材料，其中，所述聚光元件與所述片是一個(gè)整體。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的材料，其中，所述聚光元件中至少某些聚光 元件中的每一個(gè)的第一和第二表面之一是至少部分反射的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的材料，其中，所述第一和第二表面之一是兩者中較寬的一個(gè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的材料，其中，所述第一和第二表面之一將光反射離開(kāi) 所述片。
23.根據(jù)權(quán)利要求20至22中任一項(xiàng)所述的材料，其中，所述第一和第二表面之一向所 述片反射光。
24.根據(jù)權(quán)利要求13至23中任一項(xiàng)所述的材料，其中，所述片是平坦的。
25.根據(jù)權(quán)利要求13至24中任一項(xiàng)所述的材料，其中，所述片能夠被彎曲以形成預(yù)定 義的形狀。
26.一種用于顯示器的背光，包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的器件，所述器件 被部署在其形狀與所述器件的形狀基本符合的光導(dǎo)之前。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的背光，其中，所述器件被部署在所述光導(dǎo)和另一器件之間， 所述另一器件用于對(duì)光進(jìn)行會(huì)聚并且其形狀基本符合所述器件的形狀。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的背光，其中，所述另一器件包括基本垂直于聚光元件取向 的棱鏡的一維陣列。
29.—種顯示器，包括根據(jù)權(quán)利要求26至28中任一項(xiàng)所述的背光或根據(jù)權(quán)利要求1 至12中任一項(xiàng)所述的器件。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的顯示器，包括液晶器件。
31.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的器件或根據(jù)權(quán)利要求13至25中任 一項(xiàng)所述的材料的方法，所述方法包括以下步驟i)提供承載所述聚光元件的片；ii)用屏蔽來(lái)覆蓋所述片的第一部分以避免所述片的第一覆蓋部分蒸汽金屬化，從而暴露所述片的第二部分；iii)相對(duì)于金屬蒸汽源來(lái)部署被部分覆蓋的片，使得所述片的第二部分的第一和第二 表面中將被金屬化的表面朝向所述金屬蒸汽源，并且將所述片的第二部分的第一和第二表 面中不要進(jìn)行金屬化的其他表面與所述金屬蒸汽源遮蔽開(kāi)來(lái)；iv)用所述金屬蒸汽源對(duì)所述片的第二部分的第一和第二表面中將被金屬化的表面進(jìn) 行金屬化；v)用屏蔽來(lái)覆蓋所述片的第二部分，以避免對(duì)第二部分進(jìn)行另一蒸汽金屬化；vi)相對(duì)于金屬蒸汽源來(lái)部署被部分覆蓋的片，使得所述片的第一部分的第一和第二 表面中將要金屬化的表面朝向所述金屬蒸汽源，并且將所述片的第一部分的第一和第二表 面中不要進(jìn)行金屬化的其他表面與所述金屬蒸汽源遮蔽開(kāi)來(lái)；以及vii)用所述金屬蒸汽源對(duì)所述片的第一部分的第一和第二表面中將要金屬化的表面 進(jìn)行金屬化。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述步驟i)包括將所述片彎曲。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的方法，其中，所述步驟v)包括將所述片旋轉(zhuǎn)180度。
34.根據(jù)權(quán)利要求31至33中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述步驟i)包括形成在所述 交線處或所述交線附近具有阻塞特征的聚光元件。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，包括以下步驟在所述步驟vii)后，基本去除所述 阻塞特征。
36.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的器件或根據(jù)權(quán)利要求13至25中任 一項(xiàng)所述的材料的方法，包括以下步驟i)制備片，以在所述片的一側(cè)中提供第一和第二表面之一；ii)對(duì)所述片的所述一側(cè)進(jìn)行金屬化；以及iii)將材料從所述片的所述一側(cè)去除，以提供所述第一和第二表面中的另一表面。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述步驟ii)包括用金屬蒸汽源對(duì)所述片的 所述一側(cè)進(jìn)行金屬化。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的方法，其中，所述步驟i)包括在所述片中形成交替 的傾斜表面，包括第一和第二表面之一，以及在所述形成步驟前形成相對(duì)于所述片的所述 一側(cè)基本垂直地延伸的垂直表面。
全文摘要
提供了一種光學(xué)器件以例如用作顯示器中的增亮膜。所述器件包括承載多個(gè)具有棱鏡狀結(jié)構(gòu)(171)形式的片(31)。通過(guò)例如折彎或彎曲，使所述片(31)沿一方向是非平坦的。每個(gè)棱鏡狀結(jié)構(gòu)(171)具有第一和第二表面(34，35)，第一和第二表面(34，35)從片(31)開(kāi)始延伸并相交于線(33)。與觀察方向平行并且通過(guò)交線(33)的線(32)將其與膜(31)相交(38)的相對(duì)表面(36)一分為二。當(dāng)用在顯示器中時(shí)，這樣的器件在彎曲或其他非平坦形狀的顯示器上提供改進(jìn)了的且均勻的顯示器亮度。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK101821648SQ20088011056
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月8日
發(fā)明者大衛(wèi)·詹姆斯·蒙哥馬利, 弗洛里安·吉勒斯·皮埃爾·羅卡爾 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社