專利名稱：用于背后照明像顯示器的亮度增強(qiáng)膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)背后照明像顯示器的收看角范圍。
背景技術(shù)：
亮度增強(qiáng)膜，例如可從明尼蘇達(dá)州St.Paul市3MCompany購(gòu)得的VikuitiTM膜，是透明的光學(xué)膜，該光學(xué)膜通過(guò)改進(jìn)光的支配，增加顯示器(通常是液晶顯示器-LCD)的亮度。圖1示意畫(huà)出典型亮度增強(qiáng)膜的工作原理。“向內(nèi)”和“向外”方向，以兩個(gè)頭的箭頭Z表示。平的表面10(常常是被稱為光盒11向外的收看表面，它是收視者V通過(guò)收看方向Y的一定角度范圍觀看的表面)以漫射方式(就是說(shuō)，按所謂Lambert分布)發(fā)射光線12、14、16、18等等，使表面10的表觀發(fā)光度從所有收看方向都相同。表面10有高的漫反射率，使光盒11有高的表面反射率Rs。在一些情況中，Rs可以非常接近1.0，這是理論上的最大反射率值(但是實(shí)際上不可達(dá)到)。例如，通常用于照亮膝上型計(jì)算機(jī)LCD顯示器類(lèi)型的光波導(dǎo)，可以有非常高的反射率。下面的討論假定Rs是1.0，但容易按本領(lǐng)域熟練人員熟知的方式，推廣到較低的Rs值。
如圖1所示，無(wú)光吸收的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)膜20，有微結(jié)構(gòu)的表面(例如，承載大量微復(fù)制棱鏡的結(jié)構(gòu))，靠近并基本上平行于表面10的光發(fā)射平面放置。只要能使一些光穿過(guò)膜20，那么所有通過(guò)表面10向著膜20的光，最終將通過(guò)膜20發(fā)射。這是因?yàn)闆](méi)有光被膜20吸收-任何入射膜20的向內(nèi)表面的光，沒(méi)有通過(guò)膜20透射的，都將被膜20反射回表面10。這些被反射的光，再次被表面10的光發(fā)射平面以漫射方式反射，這些兩次反射的光的一部分，通過(guò)膜20透射，而剩余的被膜20反射回表面10，如此直到無(wú)窮。透射光的強(qiáng)度能夠以下面形式的幾何級(jí)數(shù)說(shuō)明
TT=(1-Rd)(1+Rd+Rd2+Rd3+...)=1-Rd1-Rd=1---(1)]]>這里Rd是膜20使光漫射的反射率。更為直觀說(shuō)明這一情況的方式是，因?yàn)楣獠荒鼙荒?0或光發(fā)射表面10吸收，它最終將全部被發(fā)射。
但是，對(duì)就位的膜20，收視者V不一定感覺(jué)到結(jié)合表面10與膜20的顯示器，因?yàn)楫?dāng)從不同的各個(gè)角度的收看方向Y收看時(shí)，有相同的發(fā)光度。例如，微結(jié)構(gòu)表面膜20，當(dāng)從大致正(即垂直)收看方向收看時(shí)，有基本上透射的外部特性，當(dāng)以更陡峭的收看角收看時(shí)，則有基本上反射的外部特性。顯然，從收視者的感覺(jué)來(lái)說(shuō)，顯示器的空間平均發(fā)光度，在這樣陡峭的角度上必然是較低的。因?yàn)椴徽摪l(fā)射光的角范圍如何，光的總量是一樣的，由此可見(jiàn)，當(dāng)表面10是從正方向收看時(shí)，顯示器的空間平均發(fā)光度更高。
如果Rd是膜20如上所述使光漫射(Lambert)的反射率，又如果Tn是當(dāng)沿預(yù)期的正(即垂直)收看方向，從膜20預(yù)期的背后照明(即向內(nèi))側(cè)收看時(shí)膜20的透射率，那么沿正收看方向的相對(duì)亮度增益Gn是Gn=Tn1-Rd---(2)]]>Gn可以通過(guò)不降低膜20在正收看方向中透射光的能力，使膜20盡可能反射而優(yōu)化。例如，一些可從3M Company購(gòu)得的VikuitiTM亮度增強(qiáng)膜，有透射率值Tn≈0.9和反射率值Rd≈0.5，意味著GN≈1.8的理論最大增益值。實(shí)際上，光盒11光發(fā)射表面的反射率小于1.0，所以這個(gè)理論最大增益值實(shí)際上不能達(dá)到，但它為比較提供有用的度量。
另一個(gè)亮度增強(qiáng)膜需要的特征，是作為收看角函數(shù)的光透射率特性T的光滑變化，因?yàn)樵谠S多情況中，需要寬的收看角范圍，例如最好是0°(正入射)到40°的收看角范圍。一些現(xiàn)有技術(shù)的亮度增強(qiáng)膜，從非常高的光透射能力的收看方向范圍，到非常低的光透射能力的收看方向范圍之間，呈現(xiàn)非常急劇的過(guò)渡。常常需要添加一種或多種漫射器，使該問(wèn)題降至最小。本發(fā)明解決該問(wèn)題的方式是，增加LCD型顯示器的亮度，同時(shí)給出作為收看角函數(shù)的發(fā)光度的光滑變化。


圖1以極大的放大尺寸，畫(huà)出現(xiàn)有技術(shù)的平面光發(fā)射表面一部分截面的側(cè)正視圖，其上有現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)光吸收結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜。
圖2以極大的放大尺寸，畫(huà)出采用現(xiàn)有技術(shù)許多半球形(或接近半球形)珠子的膜一小部分的頂視平面圖，這些珠子按緊密裝填的方式排列。
圖3畫(huà)出圖2的膜部分，其中按照本發(fā)明，把更小的半球形(或接近半球形)珠子放進(jìn)較大珠子之間空出的空隙中，以增加珠子的裝填效率。
圖4A、4B、4C、4D、4E、4F、和4G，畫(huà)出偏離垂直線分別為0°、15°、30°、45°、60°、75°、和90°的收看角所看到的半球形單元。
圖5A、5B、5C、和5D以圖解方式，畫(huà)出兩種現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)(圖5A和5B)的光線角分布和兩種采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)(圖5C和5D)的光線角分布。
圖6A和6B對(duì)采用兩層現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜的現(xiàn)有技術(shù)背后照明顯示器，以極大的放大尺寸，分別畫(huà)出其一部分的相互成90°的截面?zhèn)日晥D。
圖7A和7B對(duì)采用本發(fā)明半粒珠子結(jié)構(gòu)的單層光學(xué)膜的背后照明顯示器，以極大的放大尺寸，分別畫(huà)出其相互成90°的截面?zhèn)日晥D。
圖8A和8B對(duì)采用現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜層的背后照明顯示器，和采用本發(fā)明半粒珠子結(jié)構(gòu)的單層光學(xué)膜的背后照明顯示器，以極大的放大尺寸，分別畫(huà)出其相互成90°的截面?zhèn)日晥D。
圖9A和9B對(duì)采用本發(fā)明兩種半粒珠子結(jié)構(gòu)的單層光學(xué)膜的背后照明顯示器，以極大的放大尺寸，分別畫(huà)出其相互成90°的截面?zhèn)日晥D。
具體實(shí)施例方式下面的說(shuō)明，自始至終闡明具體的細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明更完整的了解。但是，本發(fā)明可以不用這些具體細(xì)節(jié)而實(shí)施。在其他的情況中，不詳細(xì)出示或說(shuō)明眾所周知的單元，避免對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生不必要的妨礙。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，說(shuō)明書(shū)與圖只有演示的意義而不具有限制的意義。再有，本文使用的術(shù)語(yǔ)“半球”、“半球形”、和“半粒珠子”，包括某種也能從球的截面導(dǎo)出的更小體積的形狀。
圖2畫(huà)出薄透明膜(即薄片)22的一小部分，該透明膜有分布在單層中的大量固體透明介質(zhì)半球形(或接近半球形)的半粒珠子24，并從形成膜22的固體透明介質(zhì)聚合物材料至少一個(gè)表面凸出。半粒珠子24的折射率是η1。形成膜22的聚合物材料的折射率是η2～η1。收視者(圖2上沒(méi)有畫(huà)出)通過(guò)收看方向一定的角范圍，觀看膜22的向外收看表面。膜22和半粒珠子24有一般的特征，并可以按如下專利說(shuō)明的方法形成，該專利是國(guó)際專利公布WO03/075085，日期是2003年9月12日，本文收入該專利，供參考。但是，與WO 03/075085的顯示器不同，按照本發(fā)明形成的顯示器，不要求電泳或其他液體媒質(zhì)。此外，雖然WO 03/075085的顯示器，在基本上平的向外的收看表面薄片(即膜)的向內(nèi)表面上，提供半粒珠子，但在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，膜22的向外的收看表面(即直接被收視者收看的顯示器表面)承載半粒珠子24，而膜22的向內(nèi)表面基本上是平的。膜22可以由聚合物材料，諸如聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、或聚乙烯基類(lèi)樹(shù)脂形成。本領(lǐng)域熟練人員應(yīng)能了解，許多其他材料適合用于形成膜22。
在膜22上，半粒珠子24可以按隨機(jī)方式或十分確定的方式分布在單層中。在本發(fā)明優(yōu)選的但不是限制的實(shí)施例中，半粒珠子24按十分確定的方式，例如緊密裝填成單層排列的方式，分布在膜22的向外表面上，如圖2所示。但是，即使盡可能緊密地把半粒珠子24裝填在一起，在相鄰各個(gè)半粒珠子24之間，仍不可避免地留有空出的空隙26。入射任何空隙26的光線，對(duì)膜22上顯示的像沒(méi)有有用的增益貢獻(xiàn)，甚至可能產(chǎn)生不需要的膺像。雖然這些膺像小得不可見(jiàn)，從而無(wú)損于顯示器的外部特性，但它們的確有損于膜22的凈平均反射率。對(duì)如圖2畫(huà)出的緊密裝填的半粒珠子結(jié)構(gòu)，其透射率值Tn是Tn≈0.85。假定反射率值如上所述，Rd≈0.5，則從方程式(2)得到理論上最大的相對(duì)亮度增益值為Gn≈1.7。
按照本發(fā)明，是把一種或更多種較小直徑的半粒珠子28，填充進(jìn)相鄰更大直徑的半粒珠子24之間的每一空隙26中，形成亮度增強(qiáng)膜(即薄片)22A，如圖3所示。較小直徑的半粒珠子28在空隙26中的填充，使圖3的膜22A的反射率值增加至Rd≈0.53的值，得到理論上最大的增益值Gn≈1.8，這個(gè)值等同于當(dāng)前可購(gòu)得的最佳亮度增強(qiáng)膜所能達(dá)到的增益值?？梢杂酶鞣N技術(shù)制作空隙26中的較小直徑的半粒珠子28。例如，半粒珠子24和28，可以構(gòu)成不同大小珠子的隨機(jī)分布，這些珠子部分被埋在黏合劑材料的薄層中，該黏合劑材料有與半粒珠子24和28匹配的折射率，如在WO 03/075085中所述(即，舉例說(shuō)，如果膜22A和半粒珠子24和28由諸如聚碳酸酯的材料形成，則η1≈η2≥1.55，更可取的是η1≈+η2≥1.6)。在這種情形下，較小直徑的半粒珠子，將很大程度上自然填隙地在較大直徑的半粒珠子之間裝填。半粒珠子24的平均直徑，最好在2微米到50微米之間。更準(zhǔn)確地說(shuō)，至少一些半粒珠子24必須有2微米的最小直徑，以便以全內(nèi)反射(“TIR”)反射光。如果半粒珠子24全都有相同的直徑，那么它們的最小直徑是2微米。如果半粒珠子24有不同的直徑，那么最小的半粒珠子必須有最小2微米的直徑。
另外，較大和較小的半粒珠子，可以按預(yù)定的大小和預(yù)定的單層陣列同時(shí)形成，方法是用適當(dāng)?shù)奈C(jī)械加工的金屬模具，形成模制的較大和較小的半粒珠子，使相鄰更大直徑的半粒珠子之間每一空出的空隙中，有一種或更多種較小直徑的半粒珠子。作為又一種不同的方法，半粒珠子24和28可以是接近半球形的單元，透明地加接于形成膜22A的薄片的向外表面。
圓形或接近圓形截面的單元，如半粒珠子24、28的排列，不可能完全消除空隙26。但是，通過(guò)在膜22A的空隙26頗大的百分比中，填充有連續(xù)地變小、直至無(wú)窮小直徑的一種或多種半粒珠子28，能夠在裝填效率中獲得實(shí)際有用的逐漸增加。雖然在膜22A空隙26的任何百分比中半粒珠子28的填充，將增加裝填效率，也雖然六角形最緊密裝填陣列有最佳的裝填效率，但從實(shí)際制作的觀點(diǎn)看，有單一大小的半粒珠子的立方裝填，可以得到合理緊密的裝填陣列。這種立方陣列的裝填效率是π/4或～78％(半徑r的圓的面積，除以邊長(zhǎng)2r的同心正方形面積)。如果在相鄰更大直徑的半粒珠子之間，填隙地放置連續(xù)變小直徑的半粒珠子，可以形成裝填效率接近100％的半粒珠子陣列。六角形最緊密裝填陣列，包括單一較大直徑的半粒珠子，和填隙地裝填在較大直徑半粒珠子之間的單一較小直徑的半粒珠子，這種陣列代表規(guī)則陣列的合理極限。這種陣列的裝填效率約為94％，如果用許多不同大小的半粒珠子，代替如前所述兩種不同大小珠子的隨機(jī)分布，上述裝填效率還可以增加。
球形，和諸如半球的部分球形，具有有用的性質(zhì)，就是當(dāng)從任何方位角收看時(shí)，它們都有相同形狀。結(jié)果是，在該形狀內(nèi)經(jīng)受一次TIR的入射光線，將繼續(xù)經(jīng)受TIR，直至它們通過(guò)與它們進(jìn)入時(shí)的同一表面逃逸為止，這一事實(shí)可以解釋其高的Rd值。這一事實(shí)的證據(jù)，可以從圖4A-4G看出，圖上畫(huà)出當(dāng)從各種角度收看時(shí)，半粒珠子24的平坦側(cè)的外觀。更具體說(shuō)，圖4A-4G表明，在寬廣的入射角范圍上，保持了半粒珠子24的反射率，因而增強(qiáng)了寬角度收看的特性，也增強(qiáng)了采用承載著大量這種半球的亮度增強(qiáng)膜顯示器的表觀亮度。
具體說(shuō)，圖4A畫(huà)出從垂直入射方向-就是說(shuō)，從與垂直線偏離0°的入射角-看到的半粒珠子24。半粒珠子24有歸一化半徑r＝1和折射率η1。與半球30向內(nèi)側(cè)相鄰的空氣媒質(zhì)(即與顯示器向外的收看表面相對(duì)的一側(cè))，有較低的折射率η3～1.0。
離半粒珠子24中心徑向距離a的垂直入射半粒珠子24的光線，如果a≥ac，這里ac＝η3/η1，該光線將被半粒珠子24全內(nèi)反射。對(duì)半粒珠子24的a≥ac區(qū)，形成圓環(huán)32，并在圖4A-4G中以白色表示，該白色區(qū)表明，這是半粒珠子24以TIR反射入射光的區(qū)，如在國(guó)際專利公布WO 03/075085中所說(shuō)明。圓環(huán)32包圍的圓形區(qū)34以黑色表示，該黑色區(qū)表明，這是半粒珠子24的非反射區(qū)，在該區(qū)內(nèi)，入射光線不經(jīng)受TIR。這些非反射光線通過(guò)半粒珠子24透射。如果半粒珠子24是小的(就是說(shuō)，平均直徑在2微米到50微米之間)，則不需要的膺像可以避免。
圖4B-4G畫(huà)出從各入射角看到的半粒珠子24，這些入射角分別與垂直線偏離15°、30°、45°、60°、75°、和90°。比較圖4B-4G與圖4A可見(jiàn)，對(duì)a≥ac的區(qū)，半粒珠子24反射區(qū)32的收視面積，隨入射角的增加只是平緩地下降。即使接近掠入射角(圖4F)，收視者仍能看到反射區(qū)32的大部分，因此賦予顯示器寬的收看角范圍，在這個(gè)范圍上保持高的表觀亮度。因?yàn)閳A環(huán)區(qū)32是發(fā)生TIR反射的地方；可見(jiàn)該反射面積的大小只對(duì)角度有弱的依賴性，所以有大量反射發(fā)生在非常寬的角范圍，導(dǎo)致大的Rd值。
通過(guò)使半粒珠子24按六角形最緊密裝填陣列排列-假定半粒珠子24全都有相同的直徑-可獲得的相對(duì)亮度增益Gn，大致等同于當(dāng)前可購(gòu)得的最佳亮度增強(qiáng)膜能達(dá)到的增益。通過(guò)把一種或多種較小直徑的半粒珠子28鑲?cè)肟障?6中，使膜22A的單層半粒珠子，比膜22的單層半粒珠子更緊密地裝填，甚至能進(jìn)一步增加Gn。還有，對(duì)從0°(正入射)到約40°的收看角范圍，即優(yōu)選的收看角范圍，膜22A的表觀亮度作為收看角較光滑且連續(xù)的函數(shù)遞減。這是明顯的優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)大屏幕顯示器的應(yīng)用，因?yàn)榇藭r(shí)角度的限制變得更重要。
前面關(guān)于反射率與收看角的關(guān)系，在圖5A、5B、5C、和5D中以極坐標(biāo)圖解的形式畫(huà)出。圖解的數(shù)據(jù)是利用Monte Carlo光線追跡模型技術(shù)獲得的，Monte Carlo光線追跡模型是本領(lǐng)域熟練人員眾所周知的。例如，從顯示器出射的光線，能夠以球坐標(biāo)r、θ、和φ表征，這里r代表光線的強(qiáng)度，而θ和φ表示光線從顯示器出射的角度。角θ和φ的范圍，分別從-90°到+90°和0°到360°，且與圖5A-5D中的極坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)。
在本特定例子中，每一光線假定有相同的強(qiáng)度，所以每一光線用圖上單個(gè)點(diǎn)代表。作為收看角函數(shù)的顯示器的感覺(jué)亮度，以這些點(diǎn)的群集度表示。舉例說(shuō)，在圖5A中，光線是均勻分布的，這表示顯示器的亮度相當(dāng)黯淡，但亮度并不作為收看角的函數(shù)而變化。在圖5B-5D中，光線群集在圖的原點(diǎn)附近，這表示當(dāng)按0°(正入射)收看時(shí)，顯示器有高的表觀亮度，但在較高收看角上，亮度顯著下降。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是，采用現(xiàn)有技術(shù)亮度增強(qiáng)膜的顯示器，有相對(duì)銳的截止收看角，在該截止收看角外，亮度明顯下降，而采用本發(fā)明半粒珠子單層膜22A的顯示器的亮度，作為增加的收看角的函數(shù)，呈現(xiàn)更為平緩的下降。
更細(xì)致地說(shuō)，圖5A以圖解方式，畫(huà)出反射率對(duì)光的角分布，該光是沒(méi)有亮度增強(qiáng)膜的Lambert光源發(fā)射的。圖5A結(jié)構(gòu)在偏離垂直線接近20°的收看圓錐內(nèi)，其相對(duì)亮度增益Gn被定義為1.0，為比較的目的而提供基本的參考。圖5B以圖解方式，畫(huà)出反射率對(duì)光的角分布，該光是采用現(xiàn)有技術(shù)亮度增強(qiáng)膜的相同Lambert光源發(fā)射的，該亮度增強(qiáng)膜例如是下面3M的VikuitiTM亮度增強(qiáng)膜之一VikuitiTMBrightness Enhancement Film-II(BEFII)90/24、VikuitiTMBrightness Enhancement Film-II(BEFII)90/50、VikuitiTMBrightnessEnhancement Film-III-Natte(BEFIII-M)90/50、VikuitiTMBrightness Enhancement Film-III-Transparent(BEFIII-T)90/50、VikuitiTMRounded Brightness Enhancement Film(RBEF)、VikuitiTMThin Brightness Enhancement Film(T-BEF)、或VikuitiTMWaveBrightness Enhancement Film WBEF。圖5B結(jié)構(gòu)的Monte Carlo光線追跡模型表明，在偏離垂直線接近40°的收看圓錐內(nèi)，其相對(duì)亮度增益Gn將是1.8。圖5C以圖解方式，畫(huà)出反射率對(duì)光的角分布，該光是有圖3亮度增強(qiáng)膜的相同Lambert光源發(fā)射的。圖5C結(jié)構(gòu)的Monte Carlo光線追跡模型表明，在偏離垂直線接近40°的收看圓錐內(nèi)，其相對(duì)亮度增益Gn將是1.8。圖5D以圖解方式，畫(huà)出反射率對(duì)光的角分布，該光是既有如前所述現(xiàn)有技術(shù)的亮度增強(qiáng)膜，又有圖3亮度增強(qiáng)膜的相同Lambert光源發(fā)射的。圖5D結(jié)構(gòu)的Monte Carlo光線追跡模型表明，在偏離垂直線接近40°的收看圓錐內(nèi)，其相對(duì)亮度增益Gn將是2.5。由此可見(jiàn)，本發(fā)明具有或者單獨(dú)地，或者與其他亮度增強(qiáng)膜組合地改進(jìn)背后照明顯示器亮度的能力。
前述透射率Tn、反射率Rd、和相對(duì)亮度增益值Gn，都假定半粒珠子24是用折射率η1≈1.6的材料形成的，沒(méi)有任何抗反射涂層。
圖7A-9B畫(huà)出可以按照本發(fā)明形成的不同的背后照明顯示器結(jié)構(gòu)。為了比較的目的，圖6A和6B畫(huà)出背后照明顯示器50，它采用兩層現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜52、54，例如有微復(fù)制棱鏡結(jié)構(gòu)的VikuitiTMBrightness Enhancement Film(BEF)，可從明尼蘇達(dá)州St.Paul市3M Company購(gòu)得，該兩層膜相互成90°(90°-opposed)。顯示器50用光波導(dǎo)56背后照明。圖5B以圖解方式，對(duì)類(lèi)似于顯示器50的現(xiàn)有技術(shù)背后照明顯示器，畫(huà)出光線的角分布。這種顯示器能夠獲得的相對(duì)亮度增益Gn，約為1.8，但僅在收看角有限的范圍內(nèi)(即大概在偏離垂直線接近40°的收看圓錐內(nèi))。圖5B表明，顯示器50的收看角超出偏離垂直線接近40°的收看圓錐時(shí)，呈現(xiàn)小的或沒(méi)有亮度增益。
圖7A和7B畫(huà)出采用半粒珠子結(jié)構(gòu)的單層光學(xué)膜64的背后照明顯示器60。顯示器60用光波導(dǎo)66背后照明。圖5C以圖解方式，對(duì)類(lèi)似于顯示器60的背后照明顯示器，畫(huà)出光線的角分布。這種顯示器在偏離垂直線接近40°的收看圓錐內(nèi)，也能夠獲得約1.8的相對(duì)亮度增益Gn。此外，圖5B和圖5C的比較表明，圖5C中，作為收看角函數(shù)的相對(duì)亮度增益Gn，與圖5B在前述偏離垂直線接近40°的收看圓錐邊界呈現(xiàn)相對(duì)突然的下降相比較，展示出更為平緩的下降。這一點(diǎn)表明，顯示器60能獲得的相對(duì)亮度增益Gn，等同于最佳的現(xiàn)有技術(shù)的背后照明顯示器，但比最佳現(xiàn)有技術(shù)的背后照明顯示器有更寬的收看角范圍。
圖8A和8B畫(huà)出一種背后照明顯示器70，它采用現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜層72，如VikuitiTMBEF，和半粒珠子結(jié)構(gòu)的光學(xué)單層膜74。顯示器70用光波導(dǎo)76背后照明。圖5D以圖解方式，對(duì)類(lèi)似于顯示器70的背后照明顯示器，畫(huà)出光線的角分布。這種顯示器在比最佳現(xiàn)有技術(shù)背后照明顯示器的更寬收看角范圍內(nèi)，能夠獲得約為1.8的相對(duì)亮度增益Gn。更具體說(shuō)，圖5D表明，作為收看角函數(shù)的相對(duì)亮度增益Gn，比圖5C有甚至更為平緩的下降。
圖9A和9B畫(huà)出一種背后照明顯示器80，它采用兩種半粒珠子結(jié)構(gòu)的光學(xué)單層膜82、84。這種顯示器也能獲得約1.8的相對(duì)亮度增益Gn，但作為收看角函數(shù)，它比現(xiàn)有技術(shù)顯示器獲得的更為平緩的亮度下降。
本領(lǐng)域熟練人員顯然明白，借助前面公開(kāi)的內(nèi)容，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，無(wú)需偏離本發(fā)明的精神和范圍，也能夠作出許多改變和修改。例如，雖然較小直徑的半粒珠子28，如前所述，最好放在空隙26中，但無(wú)需把任何較小直徑的半粒珠子放在空隙26中，也能增強(qiáng)背后照明顯示器的亮度。具體說(shuō)，實(shí)際有用的亮度增強(qiáng)膜，可以通過(guò)用承載單層固體透明介質(zhì)半粒珠子的固體透明介質(zhì)膜形成，這些半粒珠子從膜的向外收看表面(即收視者直接收看的顯示器表面)凸出。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，本發(fā)明的范圍，由下面權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容定義。
權(quán)利要求
1.一種用于背后照明顯示器(60、70、80)的亮度增強(qiáng)膜，該膜的特征在于(a)由固體透明介質(zhì)材料形成的透明薄片(64、74、84)；和(b)第一種許多近似半球的固體透明介質(zhì)半粒珠子(24)，這些半粒珠子基本上覆蓋該薄片的向外表面，并從該薄片的向外表面向外凸出。
2.按照權(quán)利要求1的亮度增強(qiáng)膜，其中至少一些半粒珠子有2微米的最小直徑。
3.按照權(quán)利要求2的亮度增強(qiáng)膜，其特征還在于(a)相鄰的各個(gè)第一種許多半粒珠子(24)之間有空隙(26)；和(b)至少一些空隙(26)包含至少一個(gè)第二種許多近似半球的固體透明介質(zhì)半粒珠子(28)，該第二種許多半粒珠子的每一個(gè)，有第二平均直徑，該第二平均直徑小于第一種的平均直徑。
4.按照權(quán)利要求1的亮度增強(qiáng)膜，其中的薄片有不小于1.5的折射率，而這些半粒珠子也有不小于1.5的折射率。
5.按照權(quán)利要求3的亮度增強(qiáng)膜，其中的薄片有不小于1.5的折射率，而這些半粒珠子也有不小于1.5的折射率。
6.按照權(quán)利要求1的亮度增強(qiáng)膜，其中的薄片有不小于1.6的折射率，而這些半粒珠子也有不小于1.6的折射率。
7.按照權(quán)利要求3的亮度增強(qiáng)膜，其中的薄片有不小于1.6的折射率，而這些半粒珠子也有不小于1.6的折射率。
8.按照權(quán)利要求1的亮度增強(qiáng)膜，其中的第一種許多半粒珠子(24)和第二種許多半粒珠子(28)，是緊密裝填在單層中的。
9.按照權(quán)利要求3的亮度增強(qiáng)膜，其中的第一種許多半粒珠子(24)和第二種許多半粒珠子(28)，是緊密裝填在單層中的。
10.按照權(quán)利要求3的亮度增強(qiáng)膜，至少75％的空隙(26)，包含至少一個(gè)第二種許多半粒珠子(28)。
11.按照權(quán)利要求1的亮度增強(qiáng)膜，其中，第一種許多半粒珠子(24)，是部分地埋入該薄片中接近球形的單元的接近半球部分。
12.按照權(quán)利要求3的亮度增強(qiáng)膜，其中，第一種許多半粒珠子(24)和第二種許多半粒珠子(28)，是部分地埋入該薄片中接近球形的單元的接近半球部分。
13.按照權(quán)利要求1的亮度增強(qiáng)膜，其中，第一種許多半粒珠子(24)是加接于該薄片的向外表面的接近半球形的單元。
14.按照權(quán)利要求3的亮度增強(qiáng)膜，其中，第一種許多半粒珠子(24)和第二種許多半粒珠子(28)是加接于該薄片的向外表面的接近半球形的單元。
15.一種有按照權(quán)利要求1定義的亮度增強(qiáng)膜的背后照明顯示器。
16.一種有按照權(quán)利要求3定義的亮度增強(qiáng)膜的背后照明顯示器。
17.一種背后照明的顯示器(70)，有基本宏觀上平行的向內(nèi)和向外的亮度增強(qiáng)膜(72、74)，該向內(nèi)的膜(72)，其特征還在于是微觀復(fù)制的棱鏡亮度增強(qiáng)膜，而向外的膜(74)，其特征還在于是按照權(quán)利要求1定義的亮度增強(qiáng)膜。
18.一種背后照明的顯示器(80)，有基本宏觀上平行的向內(nèi)和向外的亮度增強(qiáng)膜(82、84)，該向內(nèi)的膜(82)，其特征還在于是微觀復(fù)制的棱鏡亮度增強(qiáng)膜，而向外的膜(84)，其特征還在于是按照權(quán)利要求3定義的亮度增強(qiáng)膜。
19.一種背后照明的顯示器(80)，有基本宏觀上平行的向內(nèi)和向外的亮度增強(qiáng)膜(82、84)，該向內(nèi)的膜(82)和向外的膜(84)，各自的特征還在于，它們是按照權(quán)利要求1定義的亮度增強(qiáng)膜。
20.一種背后照明的顯示器(80)，有基本宏觀上平行的向內(nèi)和向外的亮度增強(qiáng)膜(82、84)，該向內(nèi)的膜(82)和向外的膜(84)，各自的特征還在于，它們是按照權(quán)利要求3定義的亮度增強(qiáng)膜。
21.一種增強(qiáng)背后照明顯示器(60、70、80)亮度的方法，本方法的特征在于(a)用固體透明介質(zhì)材料形成的第一薄片(64、74、84)提供顯示器的背后照明部分的向外表面；(b)用第一種許多向外凸出的、接近半球形的固體透明半粒珠子(24)，基本上覆蓋第一薄片(64、74、84)的向外表面；和(c)引導(dǎo)顯示器發(fā)射的光線，通過(guò)該第一薄片和這些半粒珠子。
22.按照權(quán)利要求21的方法，其中，在相鄰各個(gè)第一種許多半粒珠子(24)之間留出空隙(26)，且其中，這些第一種許多半粒珠子有第一平均直徑，本方法的特征還在于，在至少一些空隙(26)中，提供至少一個(gè)第二種許多接近半球形、透明、高折射率的半粒珠子(28)，第二種許多半粒珠子(28)的每一個(gè)，有小于第一平均直徑的第二平均直徑。
23.按照權(quán)利要求21的方法，其特征還在于，把第一種許多半粒珠子(24)緊密裝填在單層中。
24.按照權(quán)利要求22的方法，其特征還在于，把第一種許多半粒珠子(24)和第二種許多半粒珠子(28)，緊密裝填在單層中。
25.按照權(quán)利要求22的方法，還包括在至少75％的空隙中，提供至少一個(gè)第二種許多半粒珠子(28)。
26.按照權(quán)利要求21的方法，還包括提供由固體透明介質(zhì)材料形成的第二薄片(72)，調(diào)整第二薄片(72)，使之基本宏觀上平行于第一薄片(74)并在第一薄片(74)以內(nèi)；在第二薄片(72)上提供許多微觀復(fù)制的棱鏡；和引導(dǎo)光線通過(guò)第二薄片(72)，向著第一薄片(74)。
27.按照權(quán)利要求26的方法，還包括在第二薄片(72)的向外表面上提供許多微觀復(fù)制的棱鏡。
28.按照權(quán)利要求21的方法，還包括提供由固體透明介質(zhì)材料形成的第二薄片(82)，調(diào)整第二薄片(82)，使之基本宏觀上平行于第一薄片(84)并在第一薄片(84)以內(nèi)；用第二種許多向外凸出的、接近半球形的固體透明半粒珠子，基本上覆蓋第二薄片(82)的向外表面；和引導(dǎo)光線通過(guò)第二薄片(82)，向著第一薄片(84)。
全文摘要
一種亮度增強(qiáng)膜(22A)，上有單層近似半球的、透明的、緊密裝填的較大直徑的半粒珠子(24)。由于半粒珠子的半球形狀，相鄰各個(gè)較大直徑的半粒珠子之間留有空隙(26)。頗大量的空隙被至少一個(gè)近似半球的、透明的半粒珠子(28)填充，該近似半球的、透明的半粒珠子(28)的直徑，遠(yuǎn)小于較大直徑的半粒珠子?？障秲?nèi)較小直徑的半粒珠子的填充，增加膜的反射率值，使膜的表觀亮度，在優(yōu)先的收看角范圍，就是0°(正入射)到約40°的收看角范圍中，作為收看角較為光滑的連續(xù)函數(shù)遞減。
文檔編號(hào)G09F9/35GK1985210SQ200580001577
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月7日
發(fā)明者洛恩·A·懷特黑德, 麥克爾·A·莫斯曼 申請(qǐng)人:不列顛哥倫比亞大學(xué)