专利名称：具有包括基本上相同的微透镜的二维图案的导光板的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种导光板，尤其涉及一种具有由基本上相同的微透镜组成的二维微图案的导光板，以减少由离散光源引起的不希望有的热斑缺陷。
背景技术：
液晶显示器(LCD)持续在成本和性能方面不断改进，正在变为许多电脑、仪器和娱乐应用的一种优选的显示类型。典型的LCD移动电话、笔记本和监视器包括导光板，其用于接收来自光源的光且使光横跨导光板近乎均匀地再分布。光源，传统上是长直线型冷阴极荧光灯，已经演化为多个离散光源，例如发光二极管(LED)。在一给定尺寸的LCD中，LED的数目已经被持续地减少以降低成本。因此，LED的节距变得更大，这导致更明显的热斑问题(S卩，在LCD的可视区域的头几个毫米内，LED附近的光比LED之间的光多)。热斑问题发生是由于来自离散LED的光非均匀地进入导光板，也就是说，在LED附近比LED之间分配了更多的光。许多导光板(LGP)已经打算抑制热斑问题。一些LGP在它们的边缘具有连续的凹槽，例如在美国专利号7，097，341 (Tsai)中公开的那些。一些LGP在它们的光输出表面上具有两组不同节距的直线型凹槽。一些LGP具有两组或更多组不同的尺寸的点。另外的LGP可以组合不同尺寸的凹槽和点。虽然现有技术的导光板能够在一定程度上抑制热斑问题，但是由于那些LGP的批量生产过程中的复杂性，它们仍然不令人满意。因此，还需要可以易于制造且能够抑制热斑问题的导光板。
发明内容
本发明提供一种导光板，包括:输入表面，其用于接收来自多个离散光源的光；输出表面，用于发射光；以及与输出表面相对的底面，其中输出表面和底面的至少一个具有微图案，微图案包括多个基本上相同的微透镜，每个微透镜具有一宽度、一长度和一方向角；并且其中，微透镜的面密度D(x，y)在第一方向即平行于长度方向的y轴方向和第二方向即平行于宽度方向的X轴方向相对于在起始线y0和终止线之间的I而变化，在起始线y0处的面密度D (X, y = y0)在最小值Dmin和最大值Dmax之间变化，以使得Dmin≥I %以及100≥Dmax/Dmin≥2,以及其中面密度D(x, y)在x轴方向上按节距P重复，以使得D(x,y) = D(x+P, y)。本发明进一步提供了一种包括多个LED和导光板的背光单元，其中导光板包括:输入表面,用于接收来自多个离散光源的光；输出表面，用于发射光；以及与输出表面相对的底面，其中输出表面和底面的至少一个具有微图案，微图案包括多个基本上相同的微透镜，每个微透镜具有一宽度、一长度和一方向角；并且其中，微透镜的面密度D(x，y)在第一方向即平行于长度方向的y轴方向和第二方向即平行于宽度方向的X轴方向相对于在起始线y0和终止线之间的y而变化，在起始线y0处的面密度D(x,y = y0)在最小值Dmin和最大值Dmax之间变化，以使得Dmin ≥ 1%以及100≥Dmax/Dmin≥2,以及其中面密度D (x,y)在X轴方向上按节距P重复，以使得D (x，y) =D(x+P，y)。
图1示出了包括包含本发明的导光板的多个光学元件的典型的LCD的侧视图；图2A示出了多个微透镜，它们中的一些基本上相同且有益于本发明；图2B示出了多个微透镜，说明了面密度；图3示意性示出了根据本发明的导光板的顶视图；及图4示意性示出了根据比较实施例的导光板的顶视图。
具体实施例方式图1示意性示出了包括IXD面板25和背光单元28的IXD显示装置30的侧视图。背光单元28包括多个光学元件，所述多个光学元件包括一个或两个棱镜膜20、20a、一个或两个漫射膜24、24a、底部反射膜22、顶部反射膜26和导光板(LGP) 10。导光板10不同于其它光学元件，是由于它通过其入射表面18接收一个或多个光源12发射的光，通过其底面
17、端面14、输出表面16、侧面15a、15b(未示出)以及反射膜22改变光的方向，且最终向其它光学元件提供相对均匀的光。目标亮度均匀性是通过控制底面17和/或输出表面16上的微透镜100 (有时被称为离散元件或者光提取器)的密度、尺寸、和/或方向来实现的。顶部反射膜26典型地覆盖LGPlO大约2到5毫米以允许改进光的混合。它具有高反射内表面26a。顶部反射膜26有时候可以具有黑色外表面26b，因此其被称为黑胶带。典型地，从A点评估热斑，A点位于反射膜26的端部。从A点向右就是可视区域。根据本发明的导光板10具有二维微图案，其包括多个基本上相同的微透镜，微透镜的密度在二维方向上变化。下文描述了 “基本上相同的微透镜”和微透镜的密度。虽然没有两个微透镜是完全相同的，但是如果微透镜具有相同的形状和相同的方向，则它们被认为是“基本上相同的”。更具体地，它们的长度、宽度和深度的变化最好在+/-3 μ m(或对于56 μ m尺寸的微透镜来说5.4% )以内，更优选的是在+/_1 μ m(或对于56 μ m尺寸的微透镜来说1.8%)以内；它们的方向角的变化最好在+/-5度以内，更优选的在+/_2度以内。现在参考图2A，微透镜100a、100b、100c、100d被认为是基本上相同的，因为它们都具有相同的形状和相同的方向。它们具有相同的形状是因为它们具有相同的宽度《、长度I和深度(未示出)。微透镜100e、100f、100g与微透镜IOOa不是基本上相同的，这是因为它们与微透镜IOOa相比具有不同的方向，虽然它们与微透镜IOOa具有相同的形状。微透镜IOOh并非与微透镜IOOa基本上相同，这是因为它是圆形的而微透镜IOOa是椭圆形的。微透镜IOOi并非与微透镜IOOa基本上相同，这是因为它比微透镜IOOa大不少，虽然它们都是捕圆形的。“基本上相同的”微透镜通过基本上相同的工具而由相同的工艺制作而成。如果工具通过相同的工艺制造具有相同的目标，或者它们仅仅因为可接受的正常磨损而彼此不同，则工具被认为是基本上相同的。使用基本上相同的微透镜的优势在于它们易于制造，因为只需要一个工具或者多个相同的工具。作为比较，当目标是两套或多套具有不同尺寸的微透镜时，需要两套或者多套工具，或者需要不同的工艺。数量密度ND被定义为每单位面积的微透镜数量，面密度D被定义为每单位面积的微透镜的总面积，其中单位面积在实际使用中典型地选择为0.5-1.5mm2的数量级。参考图2B，单位面积60被定义为具有宽度AWtl和长度Λ Ltl，包括六个微透镜IOla-1Olf，每个微透镜具有宽度Wtl和长度Itlt5数量密度ND = 6/ ( Λ Wtl Λ L0)，而面密度D = 6 (WtlItl) / ( Λ Wtl Λ Ltl)。当一个或多个透镜跨过所选择的单位面积的边界时，数量密度可以是分数。在下文中，二维或者一维密度是指微透镜的面密度。图3示意性示出了根据本发明的导光板10随同多个具有节距P的离散光源12a、12b、12c的顶视图。在实际中，离散光源的数量可以是40或更多。节距P可以从4mm到IOmm变化。导光板10，其具有宽度Wot和长度Lot，在其底面17和输出表面16中的一个或两个上具有微图案50。在一个例子中，微图案50在底面17上，包括具有二维密度D (X，y)的微透镜和具有一维密度Dl (y)的微透镜，其中X轴平行于宽度方向以及y轴平行于长度方向。二维密度D(x，y)在X轴方向和y轴方向两个方向上变化，而一维密度Dl (y)仅在Y轴方向变化。二维密度D(x，y)在y = y0处的起始线31和y = yO+L2D处的终止线32之间延伸，其中长度L2d表示二维密度D (x，y)在y轴方向上的长度。在起始线31处y = y0，密度D (X，y0)在最小值Dmin和最大值Dmax之间变化，其中Dmin出现在Xl处，对应于光源(例如光源12a)的中心位置，而Dmax出现在X2或X3处，对应于离开光源中心半个P处。对于一个典型的起始线，y0从O变到大约2.5mm。当y0 = O时，二维密度D (x，y)开始于导光板10的开始处,与输入表面18对准。
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根据本发明的二维密度D (X，y)的一个独特特点是Dmin彡I %以及定义为Dmax/Dmin的密度对比度在2和100之间，也就是说100彡Dmax/Dmin彡2。根据本发明的二维密度D(x，y)的另一个独特特点是比值L2D/P优选小于1，最好小于或等于0.75。这两个独特特点使得基本上相同的微透镜的使用抑制了热斑问题而没有引起其它不利效果。根据一个实施例，二维密度D (X，y)在x轴方向上不断重复自己，即，对于在y0和yO+L2D 之间的 y, D (X, y) = D (x+P, y)。图4示意性示出了根据比较实施例的导光板IOa的顶视图，其中与根据本发明的导光板10上的Dmin彡1%相比，Dmin = 0%。在该例子中，在LED前面，有巨大的空的空间，在接近顶部反射膜26的端部、区域35附近观察到了外观缺陷。这些外观缺陷相信是由O%区域周围的密度突变而导致的。实施例在下文中，实施例被总结于表I中，各种LGP由聚碳酸酯制造，每个LGP具有尺寸大约为78 μ mX78 μ m的基本上相同的微透镜。面密度D(x，y)在x轴方向以节距P重复，也就是说D(x，y) = D(x+P，y)，其中P是密度图案的节距，也是背光单元中LED的节距。具体地，节距P = 6.3mm。LGP的厚度大约为600 μ m。起始线y0距离导光板的开始端大约
1.2mm。表1:发明实施例和对比实施例的总结
权利要求
1.一种导光板，包括: 输入表面，用于接收来自多个离散光源的光， 输出表面，用于发射光，和 与输出表面相对的底面， 其中，输出表面和底面的至少一个具有微图案，所述微图案包括多个基本上相同的微透镜，每个微透镜具有一宽度、一长度和一方向角；以及 其中，微透镜的面密度D(X，y)在第一方向即平行于长度方向的y轴方向和第二方向即平行于宽度方向的X轴方向相对于在起始线yO和终止线之间的I而变化，在起始线yO处的面密度D(x, J = yO)在最小值Dmin和最大值Dmax之间变化，以使得Dmin彡I %且100彡Dmax/Dmin彡2,以及其中，面密度D(x,y)在x轴方向上按节距P重复，以使得D(x,y) = D(x+P, y)。
2.如权利要求1的导光板，其中，多个微透镜的宽度、长度和深度的变化是在1.8%以内。
3.如权利要求1的导光板，其中，多个微透镜的方向角的变化是在2度以内。
4.如权利要求1的导光板，其中，在终止线处，面密度D(x，y)收敛成一仅在y轴方向上变化的密度函数。
5.如权利要求1的导光板，其中，终止线和起始线之间的长度是L2D，比值L2D/P小于等于 0.75。
6.—种包括多个LED和导光板的背光单兀,其中，所述导光板包括: 输入表面，用于接收来自多个离散光源的光， 输出表面，用于发射光，和 与输出表面相对的底面， 其中，输出表面和底面的至少一个具有微图案，所述微图案包括多个基本上相同的微透镜，每个微透镜具有一宽度、一长度和一方向角；以及 其中，微透镜的面密度D(X，y)在第一方向即平行于长度方向的y轴方向和第二方向即平行于宽度方向的X轴方向相对于在起始线yO和终止线之间的I而变化，在起始线yO处的面密度D (X, y = yO)在最小值Dmin和最大值Dmax之间变化，以使得Dmin彡I %以及100彡Dmax/Dmin彡2,以及其中面密度D(x, y)在x轴方向上按节距P重复，以使得D(x,y) = D(x+P, y)。
7.如权利要求6的背光单元，进一步包括:覆盖所述面密度D(x，y)的起始线的顶部反射膜。
全文摘要
本发明提供一种具有包括基本上相同的微透镜的二维图案的导光板，其包括输入表面，用于接收来自多个离散光源的光；输出表面，用于发射光；和与输出表面相对的底面，其中输出表面和底面的至少一个具有微图案，该微图案包括多个基本上相同的微透镜，每个微透镜具有一宽度、一长度和一方向角。该导光板进一步提供微透镜的面密度D(x，y)，该面密度在第一方向即平行于长度方向的y轴和第二方向即平行于宽度方向的x轴方向相对于在起始线y0和终止线之间的y而变化。
文档编号G02B3/00GK103176239SQ201210598298
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月10日 优先权日2011年12月9日
发明者X-D·米, 李柱贤 申请人:爱思开哈斯显示用薄膜有限公司