[发明专利]校准显微透镜阵列

说明书

相关申请

本申请要求申请于2005年6月29日，申请号为60/694,838 的美国临时申请的利益。以上申请的全部内容在此作为参考被并 入本文。

背景技术

平板显示器在从桌上和膝上电脑，到电视屏幕等广泛的各类 应用中，通常被作为阴极射线管的优选。通过比如液晶显示器 (LCD)重显的图象所感知到的质量，主要取决于它提供高亮度 和高对比度的能力。这类显示器通常使用背光照明阵列，其中一 个光扩散板，被放置在光源和液晶面板之间。通常会在光扩散板 上或附近，放置一个或多个校准薄膜片。校准薄膜起到提高显示 器最重要的性能——亮度的作用。

一种类型的校准薄膜结合了在薄膜底片的一个面上塑造的 或浇铸的棱镜的线性阵列。通常所述的棱镜包含90°的内角，通 过折射和TIR(全内反射)的过程，重复使用轴上的光，改变不 在轴上的或者倾斜的光的传播方向，使之沿轴方向发射。此外， 由于成型过程和铸造生产(即加工)过程都相对简单，这种校准 薄膜相对容易制造。最后，由于TIR和折射过程都是无损的(即 无吸收)，这种校准薄膜具有高流明效率。然而，这种基于棱镜 的校准薄膜具有两个显著的缺点。第一，被校准的光的发射剖面 相当宽，发射包络半角达到±30°，通常比大多数应用的理想包 络宽度要宽。第二，发射包络的形状，无法被制作或定形以适应 已有背光应用所期望的形状。这是由于，90°棱镜在几何学上已 经固定，以达到最大化的校准。没有多余的几何参数可以用来调 整，以更改包络的形状。

另一种校准薄膜，包括一个在感光底片一面上的显微透镜阵 列，感光底片的另一面有一个反射表面，其上有置于显微透镜相 应位置的洞或者孔。反射表面朝向背光或者光源，光源来的光或 者被反射表面反射，或者通过孔。通常，当光通过一个孔后，它 会通过相应的透镜折射进入被校准后的方向。相比于基于棱镜的 校准薄膜，这种校准薄膜有一些优点。特别是，发射包络的宽度 可以远远小于±30°，下降到±5°或者更小。此外，由于发射 角度的减小，光浓缩现象加剧，使得使用基于显微透镜的校准元 件的背光照明的亮度显著改善。

然而事实证明，尽管有这些优点，基于显微透镜的校准薄膜 难以制造。通常，显微透镜的倾斜度是50μm量级，孔的宽度是 15μm量级，并且为了起到作用，孔必须很好的与透镜的光轴较 直或者呈圆心对称。已经发现在反射层制造一个直径几微米的孔 是有困难的，而与此同时，还要与透镜阵列对齐则极其困难，特 别是面积较大的时候。

能够克服至少部分困难的方法，是使用照相平板印刷技术。 根据这一多步骤技术，如美国专利6,633,351所述，普通的照相 平板印刷包括如下步骤：1)提供保护层在显微透镜的对面)，2) 暴光(通过显微透镜)，3)发展暴光过的保护层，4)蚀刻，5) 移除保护层，最后6)反射薄膜形成。此外，步骤3，4和5包括 浸湿过程，需要消耗时间和材料才能完成。因此，所得到的校准 薄膜制造成本很高，最终的生产将因为昂贵而无法适用于任何对 称本敏感的背光照明设备。

更多关于这些类型薄膜以及背光显示系统的信息，请参见美 国专利5,453,876，5,598,281，5,870,224，6,327,091，6,421,103， 6,633,351，6,697,042以及6,876,408。

发明内容

本发明的目标是提供一种具有高输出亮度的校准薄膜，其输 出校准包络很小，可达±5°，其输出发射剖面可调节，并且具 有高流明效率，具有最少的制造步骤，易于制造且成本低。

本发明的另一个目标是创造一个有效的，低成本的校准薄 膜，其输出光分开小于±30°，可与大多数现有的背光源兼容。

另一个目标是提供一个具有相对薄的反射层的校准薄膜，使 得以倾斜角度进入的光，更有可能无衰减地通过。

此外另一个目标是提供一个光循环使用性得到改进的校准 薄膜。

进一步的目标是提供一个易于制造，比现有薄膜成本低的薄 膜。

另一个目标是提供一个能够被调整形成所期望的光剖面的 薄膜。

根据本发明的一个方面，校准薄膜包括感光底片，多个位于 感光底片输出面的显微透镜，位于感光底片显微棱镜相反面的镜 面反射层，以及多个位于反射层上的、与透镜阵列中的显微透镜 直接对应的孔。镜面反射层会比漫反射层薄很多，使得光能够更 容易地通过。