[发明专利]微结构化和图案化光导板及包含该光导板的装置

说明书

本文公开了光导板(100,100’,100”)，其包含：透明基板(110)，该透明基板具有边缘表面(150)、发光的第一主表面(160)和相反的第二主表面(170)；以及设置在所述透明基板的第一主表面(160)和第二主表面(170)中至少一者上的聚合物膜(120)，其中聚合物膜(120)包含多个微结构(130)和/或多个光提取特征。至少一个光源(140)可连接至透明基板(110)的边缘表面(150)。还公开了包含这种光导板的显示和照明装置，以及制造这种光导板的方法。

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119要求2016年12月29日提交的美国临时申请系列第62/440,029号的优先权，其内容作为本申请的基础并且通过参考完整地结合于此。

发明领域

本公开总体涉及光导板和包含这种光导板的显示或照明装置，更具体地涉及包含聚合物膜的光导板，所述聚合物膜通过多个微结构和/或光提取特征图案化。

背景技术

液晶显示器(LCD)常用于各种电子设备，如手机、膝上型电脑、电子板、电视机和计算机显示器。然而，相比于其他显示器，LCD在亮度、对比度、效率和视角方面受到限制。例如，为了与其他显示器技术竞争，常规LCD一直需要更高的对比度、色饱和度和亮度，同时也平衡电力要求和装置尺寸(例如厚度)。

LCD可包含用于产生光的背光单元(BLU)，所产生的光接着转换、过滤和/或偏振，产生所需的图像。BLU可在边缘被照明，例如包含连接到光导板(LGP)边缘的光源，或者从背面被照明，例如包含设置在LCD面板后面的二维光源阵列。与边缘照明BLU相比，直接照明BLU可具有动态对比度得到改善的优点。例如，具有直接照明BLU的显示器能独立调节每个LED的亮度，以优化整个图像的亮度动态范围。这通常称作局部调光。然而，为了在直接照明BLU中实现所需的光均匀性和/或避免热斑，光源可能设置成与LGP有一定距离，因而使整个显示器厚度大于边缘照明BLU的厚度。在传统边缘照明BLU中，来自每个LED的光可分布在LGP的较大区域内，使得关闭几个LED或几组LED对动态对比率可能仅有很小的影响。

通过例如在LGP表面上提供一个或多个微结构，可以提高LGP的局部调光效率。例如，塑料LGP[如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯(MS)LGP]上可制造表面微结构，例如微透镜，这种表面微结构可将来自每个LED的光限制在窄带内。这样就有可能沿着LGP的边缘调节光源亮度，提高显示器的动态对比度。若LED安装在LGP的两个相反侧面，则可调节成对LED的亮度，沿着照明带产生亮度梯度，这可进一步改善动态对比度。

通过改进LGP来改善从LGP提取的光的颜色均匀性和/或强度可能也是有利的。例如，可改进LGP的至少一个表面，使其包括光提取特征，用以破坏LGP中的全内反射(TIR)。在一些情况下，光提取特征的密度可随着与光源的距离的增加而增大。改进LGP表面以形成微结构和/或光提取特征的技术可包括例如丝网印刷、喷墨印刷、热压印(imprinting)和激光压印。激光压印在图案化的图案控制(例如利用软件)、缩短加工时间、可重复性和制造灵活性方面具有某些优势。热压印在改善对特征形状的控制、可重复性和大规模加工能力方面可能也具有优势。

相比于塑料LGP，玻璃LGP可带来各种改善，例如在其低光衰减、低热膨胀系数和高机械强度方面。因此，为了克服与塑料相关的各种缺陷，可能希望用玻璃作为替代材料制造LGP。例如，由于其较弱的机械强度和/或低刚度，可能难以制造既足够大又足够薄的塑料LGP来满足当前消费者的需求。因具有高热膨胀系数，塑料LGP还可能要求在光源与LGP之间留出较大空隙，这会降低光耦合效率和/或需要较大的显示器边框。此外，相比于玻璃LGP，塑料LGP可能更易吸潮和膨胀。