TWI353460B - Light redirecting film having varying optical elem - Google Patents

Description

L353460 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 . 本發明大致有關於一種用於包含在光學顯示器組合件 (assembly)中的重定向光線膜（light redirecting film)。更特 別的是，本發明係有關於具有個別光學元件的重定向光線 膜，其中光學元件形狀及位置的佈局係使得不良圖樣 (objectionable pattern)成不可見的。 【先前技術】 ^ 背光顯示器使用各種重定向光線膜已是眾所周知。重 定向光線膜通常為薄的（thin)透明光學膜或基板，其重定向 -穿過該膜的光線藉此把離開該膜之光線的分布調整成與該 .膜之表面更為正交（normal)。與該膜正交的輸出光強度 (output light intensity)除以與該膜正交的輸入光強度 (input light intensity)係稱作該膜的“轴上增益（on-axis gain)”。通常，重定向光線膜設有在該膜的出光面（light exit φ surface)上加上有序稜鏡溝槽（ordered prismatic groove)、透 鏡溝槽（lenticular groove)、或角錐體來改變離開該膜之光 射線對於膜/空氣界面的角度且使得入射光分布中在與溝 槽之折射表面垂直之平面（plane)中行進的分量（component) 被重新分配成朝向與該膜之表面更為正交的方向。例如， 此類重定向光線膜可用來提高膝上電腦（laptop computer)、電視、桌上監視器、手機及類似物中之液晶顯 示器（LCD)的亮度。 先前技術之重定向光線膜的困擾是當重定向光線膜用 5 94097 L353460 -於液晶或其他顯示器時看得見的莫爾圖樣（Moir0 pattern)。重疋向光線膜的表面元件會與其他光學膜、導光 .板（light guide p丨ate)之背面上之打印點（pHnted d〇t)或三維 元件的圖樣、或液晶調變器(m〇dulat〇r)内的像素(pixei)圖 樣相互作用而產生莫爾，此為不希望的效應。本技藝習知 用於減少莫爾的方法包含以一角度沖壓裁切㈣重定 向光線膜來改變線性陣列的平均間距、經由線性陣列元件 籲的見度來任意安排（randomize)線性陣列、使高度沿著線性 陣列改變、或添加擴散膜於顯示器組合件。上述用來減少 莫爾的技術也造成軸上亮度（〇n_axis brightness)減少或無 法用來適當地解決莫爾問題。莫爾及軸上亮度傾向於相關 -的，意思是系統中有高的軸上增益（〇n_axis gain)的膜會有 高的莫爾。能夠減少莫爾同時保持足夠的軸上增益會是有 助益的。 先前技術之重定向光線膜也有高品質要求及生產成本 φ的困擾。線性陣列之稜鏡中的極小缺陷、雜散污染粒子、 以及微小刮痕在該膜及組合的顯示器中是可看見的。此 外’顯示器組合件之較下層的缺陷常常通過重定向光線膜 而可看見。結果’該膜會有高退貨比率（rej ect rate)以及低 良率的困擾’或者必須以嚴苛的標準、在無塵室（clean r〇〇m) 中製造該膜並且在製造及組合成顯示器時很小心地處理這 些膜。本技藝中用於使該膜在缺陷可見度（defect visibility) 方面更有抵抗性的習知方法包含··沿著線性陣列改變稜鏡 的南度’如美國專利第6,354,709號（Campbell等人）所揭示 6 94097 1353460 的，或添加擴散膜至顯示器組 增加、使軸上真庚膝批々、 上述技術會導致成本 藏番儿又_、或無法適當地隱藏缺陷。能夠障 定向光線膜之中或下方的缺陷同時保持高的軸 會是有助益的。 』神上增： 美二專利第5,919,551號(⑽等人)主張一種線性陣 爾、 具有可變間距(Piteh)的尖峰及/或溝槽以降低莫 '爾：涉圖樣的可見度。整群相鄰尖學及/或低谷之間或相鄰 大對及/或低谷對的間距是可變的。儘管使線性陣列元件 的間距有變化可減少莫爾，然而該膜的線性元件仍會血背 光光導（baddight _ guide)上的光點圖樣咖帅叫和 顯不器液晶部份内的電子裝置有相互作用。能解散加㈣ UD)元件的線性唪列以減少或排除此相互作用會是所希望 的。 併入本文作為參考資料的美國專利第6,752,5〇5號 (Parker等人）係揭示使用個別光學元件來重定向光線的方 •法，包含具有不同尺寸及形狀的個別光學元件。不過，具 有不同個別光學元件的重定向光線膜可能會有意想不到難 以解決的問題，包含增益損失、增益改變、外觀不良缺陷 (cosmetic defect)、以及可看見的不良圖樣。能有一種膜來 實現不同個別光學元件的優點又能避免這些問題會是所希 望的。 本發明要解決的問題 需要一種重定向光線膜，其具有多種尺寸及形狀的個 別光子元件’以減少莫爾、遮敝外觀不良缺陷、以及避免 94097 7 1353460 在該膜中的可看見的不良圖樣。 【發明内容】 . 本發明之一目的是要提供一種重定向光線膜，其減少 在液晶顯示器系統中出現莫爾，同時保持高增益。 本發明之另一目的是要提供一種重定向光線膜，其遮 蔽在該膜之中或下方的外觀不良缺陷（cosmetic defect)。 本發明之另一目的是要提供一種沒有可看見之不良圖 B樣的重定向光線膜。 本發明之另一目的是要提供一種重定向光線膜，其具 有加回元件（raised element)以在其餘元件與顯示器組合件 ‘的接觸層之間提供空間。 -,—本發明的上述及其他目的可藉由一種重定向光線膜 來實現，該重定向光線膜包含.：具有兩相對面（side)的薄 光學透明基板，該基板之一面大體由長形個別光學元件 所覆蓋，該等光學元件之最長尺寸大體朝縱向（length > wise direction)對齊，其中該等光學元件中至少有一些元 件的形狀具有視覺上顯著的差異，以及其中光學元件形狀 及位置的佈局係使得在標準LCD背光觀測環境（standyard LCD backlight viewing condition)下在該膜中看不見不良 圖樣。 主發_明的右利功效 本發明之具體實施例所提供的重定向光線膜當用於液 晶顯示器時減少莫爾、遮蔽外觀不良缺陷、提供高的轴上 增益（on-axis gain)、以及避免可看見的不良物。 8 < S' 94097

-LJJJH-OU 【實施方式】 二田别的重定向光線膜相比，本發明之具體實施例有 •許夕優點。光學+ 該等光學元件ΙΓΙ 或更多種尺寸及形狀分布以及 -、， 膜上的佈置（placement)產生高的轴上增 ^時顯者減少莫爾。本發明的重定向'光線膜具有擴散或 音—的外觀且避免不良圖樣。有多種形狀的光學元件遮蔽 定向光線膜中及下方的外觀不良缺陷。少部份延伸高於 其餘凡件的光學元件可在該膜與接觸表面之間提供空間， 以避免在大部份元件的脊處出現光學耦合 uPling)、避免牛頓環（Newt〇n Ηη幻以及保護大部份元 件的脊不叉知。與只有一種尺寸之元件的重定向光線膜相 —本發明的膜用有多種尺寸的元件提供較高的軸上增 凰由以下的詳細說明可更加明白上述及其他的優點。 在光學膜的背景下，個別光學元件意指形狀明禮且在 光學膜中可為突出物或凹下物的元件。相對於光學膜的長 鲁度與寬度，個別光學元件為小型物。 圖示於第1圖至第3B圖的先前技術在美國專利公開 案第2006/0055627號中有更完整的描述。第i圖圖示在基 板2上的個別光學元件1的示意圖。該光學元件具有一個 與平面5交會於脊7(ridge)處的彎曲表面3。彎曲表面3與 平面5相對於基板2的面係傾斜的。脊7有兩個末端8了 9(該脊與基板2交會於此）。在其他情形下，該脊的末端可 位於與其他光學元件的交會處。f曲表面3為圓柱形且曲 率半徑（radius of curvature)等於圓柱半徑。 94097 9 1353460 第2圖係圖示另一具有兩個交會於脊16處之彎曲表面 13與15的個別光學元件n的上視圖。就此情形而言，彎 •曲表面13與15不是圓柱形，但是彼等可能由於使柱面或 球面與彼等適配然後使用適配圓柱或球體的半徑而與近似 的曲率半徑有關聯。 該等元件的剖面顯示在該元件之最高點處有在7〇至 110度範圍内的夾角（included angle)。該等元件的剖面顯示 籲在該元件之最尚點處有度夾角為較佳。已證明，對於該 ，疋向光線膜，90度脊角（ridge angle)可產生最高的軸上 X.該90度脊角並不需限制在剛好度而有些彈性空 -間；已發現，88至92度的角度產生類似的結果且可使用 -而轴上亮度的損失少甚至沒有損失。 第3A圖的透視圖係圖示一部份的先前技術重定向光 ^膜，該膜的表面係由形狀全相同的個別光學元件1所覆 s專元件1的位置為一維柵格的有序佈局（〇rdered =_)。帛3B圖的透視圖圖示—部份的另—先前技術重 疋向光^膜，該臈的表面係由形狀全相同的個別光學元件 所覆蓋。在第3B圖中，該等元件！的位置係任意安排的， f得該等元件以不同的方式重疊及交層。該重定向光線膜 可為=單一材料製成的整合結構而且在該等元件與該基板 之間沒有明確的轉雙點（transition point)。或者，該重定向 一、’友臈可由形成於基板之表面上的元件構成，元件與基板 可能為不同的材料。 較佳地，本發明的個別光學元件大體彼此平行，彼等 94097 10 1353460 的最長方向大體朝相同的方向17對齊，此方向被稱作縱向 (lengthwise direction)。有大體對齊的元件為較佳，使得該 膜重疋向於朝一個方向會比朝其他方向多些，因為在許多 應用中希要以此作為液晶顯示器的視角特性（viewing characteristic)。此外，·大體對齊之光學元件的圖樣通常可 用較少個元件覆蓋該膜之表面同時避免無覆蓋區。與縱向 17 垂直的方向為橫向（widthwise direeti〇n)18。 實際上，由於製造不完備，因此個別光學元件的脊無 法完全是尖的。第4圖圖示在脊處有平坦島狀區21的個別 光學元件1的示意圖，圖中係誇大該平坦島狀區21的尺寸 以使它被看得見。在其他情形下，該島狀物可為圓形或其 他的形狀。重定向光線膜上的元件之島狀物21愈小，該膜 能夠重定向更多的光線。 、 、較佳用較少個光學元件覆蓋該膜表面以最小化該膜名 面被島狀物覆蓋的部份，以便實現高的軸上增益。重定虎 光線膜的平均間距是-個元件脊上之點至水平相鄰元件脅 上之點的平均水平距離，平均間距不同於該等元件的寬 度’因為該等元件的尺寸會改變而且該等元件重疊、交又 =及任意地安置於該臈之表面上以減少莫爾。取得該膜的 橫向剖面而且將該剖面的寬度除以元件在該剖面中的尖學 :數可得出該平均間距。例如’帛5圖圖示根據一個具體 貫施例示意之本發明重定向光線膜的横向剖面。各元件盘 相鄰几件的間距在膜上會有變化。例如，間距2Π〜 26都不同。取得該膜之剖 』叫w見度27並且除以該剖面申 94097 11 1353460 .的脊數可计异出該等元件的平均間距。 該重定向光線膜的平均間距落在2〇至55微米 (micrometer)之間為較佳。當平均間距小於2〇微米時 ^ 上增益會明顯降低，而在平均間距大於55微米時，光學元 件會大到足以使人類觀看者可看見。 有高軸上亮度的重定向光線膜具有小於百分之1(1%) 的無覆蓋區為較佳。無覆蓋區為膜基板中任何未被光學元 •件覆蓋的區域。無覆蓋區由於允許光線以任何角度穿透因 而會減少該重定向光線膜的軸上亮度。此外，在有些情形 下，觀看者可看見重定向光線膜上的無覆蓋區。結果，重 ‘定向光線膜沒有任何無覆蓋區為較佳。 當兩個或更多個規則線集合或點集合重疊時會產生莫 爾。結果會產生有重覆線或形狀的圖樣，線的尺寸及頻率 則取決於兩種圖樣的相互作用。重定向光線膜可能有助於 莫爾，因為有光線會散射離開光學元件的脊，而形成會盘 >其他結構相互作用的重覆圖樣。顯示器觀看者可觀察到： 莫爾圖樣會干擾顯示資訊或影像的品質。與包含棱鏡陣列 的重定向光線膜相比，包含個別光學元件的重定向光線膜 有減少的莫爾。藉由利用多種元件形狀，與先前技術重定 向光線膜相比，本發明的重定向光線膜可進—步減少莫爾 同時保持向水準的轴上增益。 第6圖圖示兩個個別光學元件的示意圖。這兩個元件 31與33有相同的貧；. 7見度與36，但是它們的彎曲面有不 同的曲率半徑，元件33有比元件31大些的曲率半徑。元 94097 12 1353460 .件31的長度37小於元株μ从e 與其他元件在基板上重疊或交元件 ·::朝縱7得的最長尺寸，而寬度為 •尺寸。-件的長度與寬度之比的最長

Mo)。長形絲元件 ㈣作長見tb (aspect +兀仟有等於2或大於2的長寬比。 :此藝者應瞭解’形狀不同的個別光學元件會把指 二光分布重定向成不同的輸出輝度(IUminance)分 %有較大表面曲率的較短元件會把較多光線重定 =：：者多^光學膜轴線行進，而較長的元件會把較多光 沾一疋向朝板向行進。至於另一實例’有圓柱形彎曲表面 、疋件重疋向光線的方式會不同於有橢圓形彎曲表面的元 件八他的形狀差異也會導致輸出光線有差異。 第7圖係以圖形來表示與人眼對亮度變化之敏感度有 關的凡尼斯鮑曼曲線（Van Ness_B〇uman curve)。用於本文 的術°°正吊視覺靈敏度(normal visual acuity)，，係指如第7 圖所示的靈敏度。各曲線表示在不同亮度程度下眼睛可發 現的最小對比（minimum c〇ntrast)，其係週/度（cycies ρα degree)的函數。有發光強度（lumin〇us htensity)。與込之 區域間的對比CT定義為：

cTJJizM /1+/2 典型的桌上型電腦監視器有100燭光/平方公尺（cd/m2) 以上的亮度，所以人眼反應是受到最低曲線40的支配。在 此亮度時’眼睛對於在2至10週/度之間的頻率最敏感， 13 94097 1-353460 尖峰是在5週/度。在此範圍内，視覺門限（Visual thresh〇ld) 大約有0.3%調變。在450毫米之標準桌上型監視器視距 處’一度約有8毫米’意指人眼對於寬度在〇4至2毫米 範圍内的交替線或區域最敏感，尖峰在約1毫米。 如果用由在相同膜上兩種形狀組成之相鄰區域產生的 輝度分布用人類觀看者從至少一視角可加以區別，則兩個 個別光學元件在視覺上是不同的。不過，有一些視覺上不 籲同的元件形狀是不容易區別的。為了不良圖樣及遮蔽外觀 不良缺陷，元件輝度必須有約1%的對比或高於1%的更明 顯對比使得元件更加可區別^基於這些理由，如果用由兩 種形狀組成而由至少一視角觀看時有至少1%對比Ct之相 鄰區域產生的輝度分布，兩個個別光學元件在視覺上是顯 著不同的。為了更能夠遮蔽外觀不良缺陷，重定向光線膜 由形狀在某些視角有約5%或以上之對比組成為較佳。、、 第8圖係以圖形表示3層示範重定向光線膜的模擬輝 度分布°各層_覆蓋有單—形狀的光學元件。所有光學 讀都有-個平面與-個柱面㈣inddeal su也⑷，且以方 =呈交替的方式排歹,J。光線輸，入分布為朗伯分布 (灿⑽㈣。各條曲線表示在與橫向垂直之平面中以視角 ==(〇n.axis)測得的輝度；在與縱向垂直之平面中從轴 :传：：角等於0。在膜入中，所有元件有等於7的長

見比’廷產生曲線42。在膜β由 ^ . L 导官士 在臈B中，所有元件有等於17的 長見比，廷產生曲線44。在 的長寬比，這產生曲線4 6。膜：：所有：件有等於2 7 、A的點4 8處的轴上亮度比 94097 14 線膜二b或c的元件對於重定向光 大約為^ a與膜β或者是以間的對比 上是無法區別^而膜MC間的對比為0·2%，這在視覺 ° 的。從軸外（〇ff-axis)60度角視之，膜 點49)比膜Β亮些，而膜Β膜 、 度49處的對比：…膜冗些。膜…間在角 h Μ 為14%，這使得這兩種形狀以該角 度在視覺上容易區別。 月 ^圖係以圖形表示膜之模擬輝度分布的另一 輝^各:曲線表示在與橫向垂直之平面中以視角測得的 52二：縱向垂直之平面中測得的視角等於64度。曲線 2為膜B的輝度’而曲線“為膜c的輝度。以45度轴 點二處，成最大對比’在點％處之對比大約等於4%。 a、覆蓋有问軸上增益之重定向光線膜的個別光學元件通 吊為長形’長寬比大於5為較佳，而且長寬比大於15為更 二:該等元件而言，有大約5%或更大的長寬比 支化在視覺上是顯著的。在重定向光線膜的實驗中，小於 5/〇的長寬比變化大體無法呈現可超越覆蓋單一形狀元件 之膜的優點。大致上’元件的表面曲率有約工或更多的 變化在視覺上是顯.著的。為了最大化元件形狀在視覺上為 不同的優點’長寬比有約15%或更大的較大變化或曲率有 30%或更大的較大變化為較佳。比較短元件更長的較長元 件有小於100%的長寬比為較佳，因為不然的話較短元件 會減少所得膜的軸上增益。 單膜上有不同形狀的光學元件有助於藉由在輝度 94097 15 1.353460 1導入空間差異來遮蔽外觀不良缺陷。製作成有視覺上顯 者不同之形狀的重定向光線膜係具有擴散、有斑點 • (speckled)、或紋理的外觀。紋理的對比對於在元件輝度分 布變化更大處的視角會更明顯。此外觀會起視覺雜訊 (visual n〇ise)的作用而有助於遮蔽由顆粒、缺陷或由重定 向光線膜下方的層輸入之輝度的亮度變化導X的輝度_ 化。該等元件形狀的變化足以大體遮蔽最大尺寸等於或小 籲於該膜平均間距之4倍的點狀或斑塊外觀不良缺陷為較 佳’可遮蔽最大尺寸等於或小於該膜平均間距之8倍的點 狀或斑塊外觀不良缺陷為更佳。該等元件形狀的變化足以 -大體遮蔽最大長度等於或小於最長元件長度之3倍的線狀 -外觀不良缺陷（cosmetic line defect)及到痕為較佳，或遮蔽 最大長度等於或小於最長元件長度之6倍的線狀外觀不良 缺陷及刮痕為更佳。不同的元件形狀也使來自該膜下方的 光線散布於不同的方向，這有助於擴散光線，使得輸出更 •均勻，而且隱藏該膜下方的小缺陷。膜的整個輝度分布大 體為各個元件形狀個別產生之輝度分布的組合。 使用個別光學元件可能產生意外的副作用，包括在單 -膜上的多個元件形狀。當不夠用心地選擇光學元件形狀 及安置於重定向光線膜上時，在該重定向光線膜上可看見 數種不良圖樣，其類型下文會列舉。在有些情形下，通過 顯不益組合件中之液晶調變器（Hquid_ery_历。加叫可 :見，而在其他情形τ，當只以背光觀看膜 '看見該4不良圖樣。不良圖樣的可見度會隨著許多

< S 94097 1353460 口素而改邊，包括構成它們的光學元件、觀測環境、光产 (hght level)、以及組成顯示器中的其他膜及部件。然而二 .由於顯示器的顯示要求（viewing requiremem)很嚴苛所以 重定向光線膜通常應避免有不良圖樣。 有一種會出現的不良圖樣（特別是在有序的佈局中，例 如圖不於第3A圖的）是與橫向18平行的線圖樣。該等橫 向線（widthwise line)為光學元件！末端的影像。在使用不 鲁同το件形狀的佈局.中（在此佈局中，各種形狀的元件係以有 序方式布置，例如，如果把第3A圖中元件i的交替橫列 換成較長元件的話），也可看見橫向線。至於另一實施例， -有不同個別光學元件形狀的佈局（例如美國專利第 .6,752,505號之第45圖及第40圖所示者）在高增益重定向 光線膜中也會呈現橫向線。 另一種不良圖樣是由不與膜之縱向或橫向對齊的對角 線（diagonal line)組成。其中元件之一直行（c〇lumn)至另一 #直行之偏移（offset)為不變的有序佈局可能會產生對角 線。第10A圖圖示一個例子，其中圖示一條可能的線位置 61。當該膜組裝於顯示器中時，對角線也可能造成斜莫爾 問題（off-angle Moird problem)。 為了避免直線及對角線，可製造有任意的直行偏移的 重疋向光線膜。第10B圖的示意圖係圖示有任意的直行偏 移的示範膜。不過，任意的直行偏移可能產生另一種叫做 縱向線（lengthwise line)的不良圖樣。縱向線是由相鄰元件 之相對位置當光線折射或反射離開這兩個相鄰元件而造成 94097 17 ^53460 輝度圖樣改變時所引發的輝度輕微差異引起的。縱 會由有單-長度之元件的不變縱向間隔引起。例如，在 含元件62、63的元件的兩條相鄰直行令，會有數對盥元件 62、63 -樣之相對位置的元件（例如，元件料與⑼ 使把各個元件任意地從其標稱位置（咖㈣卿出㈣移 開’整個橫列（叫的元件對的平均相對位置大致保持不 ^。任意偏移在重定向光線財會產生由較暗及較亮縱向 線組成有任意外觀的線性圖樣。在橫向由軸上以大約⑼ 至70度的視角最能看清楚這種縱向線，大約如第9圖所示 的視角。 較佳有任意佈局的不同元件形狀及間_減少莫爾， 造成更加擴散的膜外觀，並且避免上述的不良圖樣。、如本 文所使用$，應瞭解，術語任意（randQm)及任意安排 (ndomized)疋包含擬似任意(pseud〇 rand〇m)。本發明的較 佳佈局為任意設計的（engineered _叫，意思是彼等是 由仔細設計及有序佈局之態様與任意钸局之態樣的結合產 生的。❹，以有序佈局安置元件然後任意位移元件的位 置及/或形狀是-個任意設計的佈局實施例。完全任意佈肩 (」列如’獨立選定各個任意元件位置）需要極大量的元件來 實質地覆蓋膜之表面，這會導致低軸上增益。 任意的及任意設計的佈局本身可能引進問題，包括不 良圖樣。產生縱向線的任意偏移為一個例子。另一種用視覺 上顯著不同之元件形狀由任意的及任意設計的佈局造成的 不良圖樣是斑點圖樣（blotchy pattern)。當佈局中出現足夠大 94097 Π*—的單-元件形狀時，可看見斑點圖樣。由於 7L件在視見上是顯著不同的，在團塊可與周遭元件區 別的地方會有視角，而且觀看者看起來像是斑點、顆粒、 或斑驳。 ，第U圖係®示呈現斑點圖樣之示範重定向光線膜中 ^乂短70件形狀的位置的示意圖。該重定向光線膜包含兩 種相同覓度但不同長产的分& 山 j長度的凡件形狀，較短元件的長度約為 /毛十，而較長元件的長度約為17毫米。重定向光線膜 =目70件的長度是用電腦程式巾之均勻選擇式任意布 林ib00lrn)變數的數值來獨立選定。第11圖中的線為較短 .件有數個團塊(clu二:Τ二。：局中較"元 _ _ p} 2與較長疋件的毗鄰團塊74 目^ ’較短凡件的團塊72特別明顯。團塊71、72及74 ΓΐΓίίΐ尺寸則難以界定，但是該等團塊的尺寸大約 數毫未，而使得人眼可看見該等團塊。可製作有第 點圖圖飾局的重定向光線膜’而重定向光線膜的斑 點圖樣與圖中團塊的位置及形狀匹配。 光繞：二圖一圖示根據本發明之一個具體實施例之重定向 77圖亍）盥^部份的示意圖。該膜包含較短元件（有些以 兮等件（有些以79圖示），各種形狀約佔观。 i:r::排列成直行，其中元件的定向是交替= 且㈣^件是㈣下所述選擇㈣或者是長的， 且選擇兀件之間有儘可能大的縱向間隔而元件之間不會出 94097 19 1353460 現無覆蓋區。通常這會導致直行中各元件的端點大約位於 相鄰π件的中點（midpoint)。最後，以揭示於美國專利申請 .案第10/939,769號（其揭示内容併入本文作為參考資料）的 方式移動元件的橫向位置。 重定向光線膜81中之個別光學元件的長度在整個膜 中保持為兩種元件的均句分布然而也是任意設計的分布。 f種元件形狀在膜的各個小鄰域中的目標百分比是保持不 •文。以避免斑點圖樣。對於在臈上所有可能位置的半徑 1亳米圓圈而言，令心點在該圓圈内的較短元件77的百分 比是在目標值50%的百分之1G β。如果元件的中心點是 在圓圈中則認為該元件是在該圓圈中。同樣，對於膜上所 -有可能位置的圓圈，圓圈内較長元件79的百分比是在4〇% 至60%之間。一般而言，保持各鄰域中元件百分比於目標 值的百分之10内即足以避免斑點圖樣，但是允許百分之 以上的差異可能使得某些團塊能以某個視角看到。藉由 ♦放大所考慮的圓圈或各鄰域的百分比差異可實現更加任意 的佈局。例如，如果使用半徑2毫米的圓圈，若是近看^ f顯示器則小元件形狀團塊會看得見，但是以一段距離觀 看時這些小團塊使得膜的外觀會更加擴散或任意。 可用數種〆貝异法來產生該佈局。例如，在選擇新元件 的長度^寅开法會檢查在新元件位置的小距離内的元件 形狀之百分比。如果短元件的百分比高於洲，則選用長 的新兀件’如果短几件的百分比低於45% ’則選用短的新 一件以及如果知元件的百分比是在目標值的内，則 94097 20 以均勻任意的方式選乂 會以獨立及任音的方 牛形狀。另-示範演算法首先 或短元件之團的元件形狀，然後檢查長 的形狀直到達成想要的百分比。丄=各團塊中 藝者會瞭解其他可能的演瞀法。不内谷’熟諳此 百分比界限來描述，是：心疋用特定的目標值與 及界限:設定成其他各應用所需要的’該等數值 局是ΐ = ί線膜81有許多優點。使用交替S件方位的佈 學這個意義下，它是使用少數的個別光 形膜的表面。不存在無覆蓋區。兩種元件 觀而可顯者不同的’這可產生擴散、有斑點的外 不同外觀不良缺陷。該M對於莫爾有抵抗性，因為 Ί彳形狀會使光線以不同方式散射離開彼等的脊， ^件形狀的任意變化會進—步解散膜佛局中的圖樣， 2它比較不會與顯示器中的其他結構有相互作用。重定 向光線膜81都不會出規不良i . 个s出現不良圖樣的横向線、對角線、縱向 線、以及斑點圖樣。 縱向線不會出現於重定向光相81是因為在各直行 =用兩種元件長度來產生可變間隔。當元件之長度有更多 變化時，縱向線會愈短而且外觀更加任意直到彼等與重定 向光線膜本身的擴散外觀無法區別。元件長度的變化必須 至少有元件平均長度的1〇%以便充分改變元件在相鄰直行 中的相對位置來隱藏大部份的縱向線。元件長度的變化至 )有20%為較佳’這可以完全避免出現縱向線。此外，通 94097 21

IOJJ40U 二視二如第9圖所示)’最能夠看見縱 .覺差異有祕83㈣4娜雜上顯著視 • ^ 13圖圖不重定向光線膜81中之較短元件形狀（盘第 11圖的相比）的位置的示音 、 ㈣囿Η山 的不思圖。弟13圖中沒有出現元件形 狀的團塊或出現極小元件形狀的團塊，而且所得到的重定 向光線膜不會呈現可看見的斑點圖樣。 重- 在本發月的魏中，做成如上述的重定向光線膜81。 取=於與婦办元件的交會，較短元件77大約是12毫米長 且、62微米見’而且彼等的柱面有大約4毫米的曲率半 徑。較長元件79大約"毫米長，62微米寬，而且彼等 ^主面有大約8毫米的曲率半徑。該重定向光線臈的平均 •大约有36微米，可產生高的軸上增益。與用於先前技 術重定向光線臈的液晶調變器相比，用較少液晶調變器可 看見莫爾。與做成有單一元件形狀的重定向光線膜相比， 該重定向光線膜可看見明顯較少的微小外觀不良缺陷。以 背光單獨觀察或在桌上型LCD監視器中觀察，該膜都沒有 出見不良圖樣的;^向線、對角線、縱向線及斑點圖樣。 ±在本發明的另一示範實施例中，在任意安排元件位置 4，除了其他的優點以外’元件形狀不同的個別光學元件 可用來避免無覆蓋區。軟體套件（s〇ftware packa㈣首先用 ，把元件排列成大體或完全覆蓋膜之表面的有序圖樣。使 每一元件任意位移向前、向後、或移至一邊。可只在單一 方向、或在兩個不平行方向或垂直方向中做位移。在有些 94097 22 情形下，例如，當兩個相鄰 這兩個元件之間會出現無覆^區 、圖示)的重件和無覆蓋區(有些例子以 件安置成如第3A圖所示 圖二膜的製作是藉由把元 ==移動各個元件達初始特徵間距—所 付到的臈大約有3.9%的無覆蓋區。 為了防止無覆蓋區出現，在實 該等元件重疊，μ茈，如里^ 位移之别，可使 產生開放巴域Γ 元件要相互分開時，不會 :二：：!移的最大距離的兩倍。第15圖圖示此種情 3 '、在任意化之前已使元件在兩個方向都重聶 有間距的40% 〇當哕笙&批去田+ 荀置且 少而且元件之春 豐時，它們的平均間距會減 微大ϋ 的任何島狀物佔有總表面積的百分比會 艾大而導致軸上增益減少。 伯田Γ把重疋向光線膜設計成能保持高平均間距同時藉由 二=形狀的個別光學元件於任意安排期間產= 無覆蓋區。在—*範㈣實 :重的"佈局中形成第一尺寸個別 二 =广向膜的佈局。然後，使該等元件在-或兩個方 二離°例如’沿著位移方向測量’該等元件的位 移距離可為第一尺计；/生 π ^ ρ , 、 至20%。然後，放大毗鄰 1= 產生第二元件，第二元件之尺寸為第- 凡、、加上任意位移時使用的位移量。如果使該等元 r- a 94097 23 DW460 件變見些’則也使彼等變高有寬度差的一半為較佳以使表 ，與基板大約呈45度角。例如，如果使第—尺寸元件係平 .:於疋件的長尺寸而移動，則第二尺寸元件的長度對應於 、弟-尺寸元件的長度加上任意位移量。此外，在任意位移 使相郝7L件移動靠近些時，則元件可較短或較薄同時在其 周圍仍不會有無覆蓋區。 /、 *第目為示範重疋向光線膜的示意圖，其係具有帶有 見度94 #第-尺寸元件（有些以9〇圖示）與第二尺寸元件 I:以91圖不），其中第二尺寸元件91的寬度95為第一 疋90❾寬度94加上位移量。在此示範膜中元件卯 =意位移量大約為元件在各個方向之間距的1〇%，而且 :疒件在長度、寬度、及高度方面也有大約1〇%的變化。 蓋元I91填滿該等開放區域以減少或排除無覆 J "，、，、以第一尺寸元件90構成的膜相比，所得 到的膜有較大的平均間距而且沒有無覆蓋區。 仔 較高的轴上μ /_^大+的平均間距’這使得膜會有 fnI 或可放寬製造公差（manufacturin2 的…與嶋多之膜相同 的“有更加擴都顯著不同:使得* 缺陷。雖然預期該膜可能會由於勒不 橫向線，然而由於有立_ 。呈現 是稍微可看見横向線。同的元件形狀，因此只

94097 24 1353460 當重定向光線膜中有一部份之個別光學元件係延伸高 於周遭元件時，而且在使該臈與第二表面接觸時，除了^ .高元件（raised element)以外，該重定向膜與該第二表面不 •會明顯接觸。這可避免元件脊與第二表面光學轉合，、否則 這種搞合會減少膜的軸上增益。缺少接觸也可保護較低元 件的脊不因與第二表面接觸、磨損、或變形所產生的力而 損壞。缺少接觸也可減少牛頓環效應的可能性。當兩個表 鲁面（例如’液晶顯示器中的重定向光線膜或其他光學膜）相 互靠近而距離開始大約等於光線波長時，會出現牛頓環。 光線在兩個表面之間反射而且穿過它們，從而產生干涉效 .應。這個現象對於通過液晶顯示器的觀看者是不希望白$。 -重定向光線膜有某百分比的元件係延伸高於其他的元件使 得重定向光線膜不會太靠近液晶顯示器的其他膜並且減少 或排除牛頓環效應。

該等加南兀件延伸高於周遭較低元件3至2〇微米為較 佳。當加兩兀件高於周遭較低㈣3微米或更少時，由該 等加高元件產生的偏移會不夠而且可能與較低元件接觸； 當該等加W件高於周遭較低元件2Q微米以上時，彼等之 較大尺寸會錢或顯示器的觀看者得以看見它們。第Η 圖圖不有較減件（有-個以97圖示）及—些延伸高於該等 較，件之加高元件(有一個以99圖示)的重定向光線膜的 :思圖’圖中誇大以利圖解說明。可任意安排該等加高元 件的位置以避免產生光學圖樣或莫爾。 兩個加高元件99的平均距離為加高元件99與周遭較 94097 25 超過:度7差的的：:的則::4;倍為較,。如果該距離大到 .元件之間的部份射能會頓二因為在加高 環。當添加加高元件使得二_葬侍夠近而產生牛頓 .與較低元件之高度差的間的距離為加高元件 已通過數個使用多種個;开:有 施例。熟諳此藝者會:Π:也::別描述該等具體實 円认士、+ θ嘴解在早一具體實施例中可組合不 二Π· m &例如’為了附加的優點，描述於本揭示内容的 :法改變膜81中之元件的寬度與高度。同樣，可改 交兀件長度的方法可-起用於第16圖的膜。 可用許多本技藝習知的方法來製造本發明的重定向光 線膜，這通常包含用精密的有圖樣的模具或滾輪(帅erned id οη〇1Μ做複製。此財法包含模子（die)的熔融擠屋 (meh eXtrUSi〇n)以及在有圖樣的滾輪上淬冷（qUenching)、 真空成形〜射出成型㈣咖請祕珍在基板上塗佈紫 外線可固化材料然後加以固化、以及在聚合物網體中浮雕 壓印（embossing)透鏡。 可用許多本技蟄習知的方法來製造可製成本發明的模 具或滾輪，這通常包含切削模具或滾輪的模穴。此類方法 可包含用錢石切割器加工、微影技術（lith〇graphic technique)、或如美國專利申請案第1〇/859,652號所揭示的 機電雕刻法（electromechanical engraving)，在此併入本文 作為參考資料。此類方法也可包含主模電鑄（electr〇f〇rming 94097 26 1353460 fiom a master mold)、一起進行數個斜式複製（tinng replica) 以製成較大的模具、或其他的模具複製技術。 • 第18圖圖示加進液晶顯示器101的重定向光線膜 111。光源103通常為冷陰極螢光燈管（CCFL)或led，但 是可為任何能夠產生光線的光源。來自光源j 〇3的光線進 入光導（light guide)l〇7。光導1〇7可變尖或為平板而且在 光V 107之一面上有後反射器（back refiecf〇r) 1 〇5。光線通 鲁過相對於後反射器1 〇5的側面離開該光導並繼而穿過擴散 盗1〇9。擴散器1〇9用來使光導1〇7輸出的光線均勻地分 布於顯示器、隱藏任何有時會印上或刻入於該光導的元 *件、以及減少莫爾。接下來，光線穿過重定向光線膜111 .並且由重定向光線臈nl輸出的光線是比進入膜之光線窄 些的集束（cone)。改變重定向光線膜ιη的方向使得個別 光子元件彦向光導1 〇7為較佳。在有些情形下，顯示器中 會有第二重定向光線膜，而它的光學元件大體與第一重定 •向光線膜111内的光學元件垂直，以便也在垂直方向重定 σ光線然後，光線進入液晶調光器（liquid crystal light modulator)〗13 或其他光選通裝置（iight gating device)。在 重定向光線膜111與調光器113之間可具有其他的膜，例 如上擴散器或反射式偏光板（reflective polarizer)。所述類 型的液晶顯示器在市面上可廣泛購得，例如AU 0ptr0nics 公司所出售、型號為M190EN04V2的桌上監視器。 本發明的重定向光線膜沒有缺陷為較佳，這包括如上 述從顯示器中觀看該膜時可看見的不良圖樣。標準桌上監 94097 27 1353460 視斋的觀測環境如下· U 4 ς Λ „ 兄如下.以450至6〇〇毫米的距離觀看顯示 斋，在顯不器前方、旁邊及上下方以所有可能的視角，以 .及周遭的照明環境（例如，典型的辦公環境）。有正常視覺 .巫敏度的個人如果以任何視角可看見缺陷時則認為缺陷是 可看見的’如本文所述。缺陷可見度多少會被裝上該膜的 特j顯示器及組構影響，但是缺陷可見度一般與不同的顯 示器有關聯。在有些情形下，在重定向光線膜上面的其他 膜或液晶調光器會隱藏單獨觀看該膜可看見的缺陷。任何 顯示器組合件的缺陷可見度會限制膜的潛在市場而減少價 當膜安置於背光（lit backlight)上而且上面在沒有其他 的臈或液晶調變器時，看不見膜的不良圖樣及其他缺陷為 更佳。當單獨觀看膜看不到缺陷時，則顯示器或背光製造 商會以在完全組合的顯示器中會看不到缺陷的最大信心繼 續進行。在標準的LCD背光觀測環境中，將光源1〇3、後 反射益105、光導1〇7、擴散器1〇9、以及重定向光線膜U1 組合並且提供電力給光源103以產生光線。在可去除可能 使缺陷較難看見的周遭光源的昏黑房間中以所有視角觀看 背光。如本文所述’有正常視覺靈敏度的個人如果以任何 視角可看見缺陷時則認為缺陷是可看見的。這些觀測環境 在本技藝是習知且常用的。 已特別參照一些較佳具體實施例來詳述本發明，然而 應瞭解’在本發明的精神及範圍内仍可做出許多變化及修 改。 28 94097 【圖式簡單說明】 ^ _固不先前技術的單 其具有一個蠻曲车 咢曲表面、一個平面、以及脊。 第2圖圖示先前技術的單一個別光學元件的示意圖 其具有兩個彎曲表面、及脊。 一 第3A圖圖示先前技術的重定向光線膜的示意圖，J 具有有序佈局的元件。 ’ 第3B圖圖示先前技術的重定向光線膜的示意圖，复 具有任意設計佈局的元件。 “ /、 第4圖圖不島狀物之實例的示意圖。 第5圖圖不本發明之重定向光線膜的示意剖面圖。 第6圖圖示兩個i度相同但曲率半徑及長度不同的個 別光學元件的示意圖。 第7圖為人眼之視覺反應的圖形表示。 第8圖為示範重定向光線膜之.輝度的圖形表示。 第9圖為示範重定向光線膜之輝度的圖形表示。 第10 A圖為具有不變直行偏移的重定向光線膜佈局的 示意圖。 第10B圖為具有 >(壬意直行偏移的重定向光線膜佈局的 示意圖。 第Π ®係重定向光線膜佈局中之較短元件的位置的 示意圖。 第12圖圖示具有多’種長度之元件的重定向光線膜的 示意圖。 94097 29 1353460 第13圖係重定向光線旗佈局_之較短元件的位置的 示意圖。 第U圖圖示具有無覆蓋區的重定向光線膜的示意圖。 第15圖圖示具有減少之平均間距的重定向光線膜的 示意圖。 第16圖圖示具有不同寬度之元件的重定向光線膜的 第17圖圖示具有較低元件以及一些延伸高於該等較 低元件之加高元件的重定向光線膜的示意圖。 立第18圖圖示包含該重定向光線膜的液晶顯示器的示 •【主要元件符號說明】 2 基板 5 平面 8、9 末端 13、15彎曲表面 18 橫向 23 ' 24、25 '26 間距 寬度 元件 40 曲線 48、49、56 ϋ 61 對角線 77 較短元件 1 個別光學元件 3 彎曲表面 7、16 脊 > 11 個別光學元件 17 縱向 21 島狀物 27 、 35 、 36 、 94 、 95 31 、 33 、 62 ' 63 ' 64 、 65 37、38長度 42、44、46輝度曲線 52 '54輝度曲線 71 ' 72、74 團塊 94097 30 1353460 ,··-· t： ·· ο 79 較長元件 81 重定向光線膜 85 無覆盍區 90 第一尺寸元件 91 第二尺寸元件 97 較低元件 99 加if}元件 101 顯示器 103 光源 105 後反射器 107 光導 109 擴散器 111 重定向光線膜 113 液晶調光器 31 94097

Claims (1)

1353460 十、申請專利範圍

第96硌00 士 正祕奐 32401號專利申請索 7月7曰修正替換頁

重疋向光線膜，包括.具有兩相對面的薄光學透明 基板’該基板之一面大體由長形個別光學元件所覆蓋， 該等光學元件之最長尺寸大體朝縱向對齊，其中，該等 ?學元件中之至少一些光學元件的形狀具有視覺上顯 ，的差異’以及其巾’光學元件形狀及位置的佈局係使 得在標準LCD背光觀測環境下在該膜中看不見不良圖 樣，其t，該等最長光學元件的長寬比（aspect 大 於》亥等最紐光學元件的長寬比至少有百分之$ •且其 中1於該膜上所有可能的圓圈位置，在2毫米（_) 半仏的圓圈中，長寬比大體相同之表面 值相差不超過百分之1〇。 ，、目^ 2. 如申請專利範圍第i項之膜，包括個別光學元件，其中， 兩個傾斜表面相互交會以形成脊（ddge)，該脊具有兩個 與該基板或其他光學元件交會的末端。 3. 如申請專利範圍第2項之膜’其中’該等傾斜表面中之 至少一個傾斜表面為彎曲的。 4. 如=請專利範圍第3項之膜’其中，料個別光學元件 之彎曲表面的曲率半徑相差至少有百分之1〇。 如申請專利範圍第i項之膜，其中，該等最長光學元件 的長寬比大於該等最短光學元件的長寬比有百分之Μ 至百分之100。 對於該膜上所有可 中’長寬比大體相 如申請專利範圍第1項之膜，其中， 能的圓圈位置，在i毫米半徑的圓圈 94097修正本 32 I3S3460 第96132401號專利申請案 | 100年7月7曰修正替換‘ 同之表面的百分比與目標值相差不超過百分之1〇。 7.如申請專利範圍第1項之膜，其中，在該膜中光學元件 的佈局為任意設計的。 8·種重定向光線膜，包括：具有兩相對面的薄光學透明 基板，該基板之一面大體由個別光學元件所覆蓋，該等 光學元件之最長尺寸大體朝縱向對齊，其中，各個光學 兀*件具有朝與該縱向垂直之橫向所測量的寬度，有些光 ^ =元件比其他光學元件更寬，以及其中，該等較寬的光 學疋件係大體位於相鄰光學元件朝該橫向分隔更遠地 被測量的位置。 9. 如申請專利範圍第8項之膜，包括個別光學元件，其中， 兩個傾斜表面相互交會以形成脊，該脊具有兩個與該基 板或其他光學元件交會的末端。 10. 如申請專利範圍第9項之膜，其中，該等傾斜表面中之 至少一個傾斜表面為彎曲的。 _ 11.如中請專利範圍第8項之膜，其t，該等較寬的光學元 件比其他光學元件高出大約為寬度差的一半。 12.如申請專利範圍第8項之膜，其中，光學元件位置的佈 局為任意設計的。 •如申明專利範圍第8項之膜，其中，有些光學元件的寬 度比其他光學元件的寬度寬至少百分之5。 種重疋向光線膜，包括：具有兩相對面的薄光學透明 基板，該基板之一面大體由長形個別光學元件所覆蓋， "亥等光學7〇件之最長尺寸大體朝縱向對齊，其中，各個 94097修正本 33 叫460 第96132401號專利申請案 | 100年7月7日修正替換頁 光予元件具有朝該縱向所測量的長度，有些光學元件的 長度比其他的光學元件的長度長至少百分之10,以及其 中’光學元件位置的佈局為任意設計的。 15·如申4專利範圍第14項之膜，包括個別光學元件，其 中，兩個傾斜表面相互交會以形成脊，該脊具有兩個與 °亥基板或其他光學元件交會的末端。 16·如申請專利範圍帛15項之膜，其中，該等傾斜表面中 之至少一個傾斜表面為彎曲的。 17·如申請專利範圍第14項之膜，其中，該 件比該等最短光學元件長百分之20至百分之干 18·如申請專利範圍帛14項之膜，其中，各個光學元件的 長度大約等於該兩個相鄰光學元件之中點朝該縱向之 間的距離。 19. 如申請專利範㈣14項之膜，其中，對於該膜上所有 可能的圓圈位置’在2毫米半徑的圓圈中，長度大體相 同之光學元件的百分比相差不超過百分之2〇。 20. 如▲申請專利範圍第14項之臈’其中，對於該膜上所有 可能的圓圈位置’在1毫米半徑的圓圈中，長度大體相 同之光學元件的百分比相差不超過百分之2〇。 21·-種重定向光線膜’包括：具有兩相對面的薄光學透明 該基板之-面大體由㈣光學元件所覆蓋，該等 光子疋件之最長尺寸大體朝縱向對齊，其中，該等光學 Γ牛:二部份包括延伸高於周遭較低元件：加高： 使m該膜與第二表面接觸時，除了該等加高元件 94097修正本 34 第96132401號專利申請案 、 | 100年7月7日修正替換頁 、 該重疋向膜與該第二表面不會明顯接觸。 A如申請專利範圍第21項之膜，包括個別光學元件，其 中，兩個傾斜表面相互交會以形成脊，該脊具有兩個與 該基板或其他光學元件交會的末端。 23. 如申請專利範圍第21項之膜，其中，該等加高元件係 延伸高於該等周遭較低元件有3至2〇微米 (micrometer)。 24. —種顯示器，包括： 區域光源（area source of light); 調光器；以及 在该區域光源與該調光器之間的重定向光線膜，該 膜之一面大體由長形個別光學元件所覆蓋，該等光學元 件之最長尺寸大體朝縱向對齊，其中，該等光學元件中 之至；一些7C件的形狀具有視覺上顯著的差異以及其 中，光學元件形狀及位置的佈局為任意設計的； 一其中，當在標準桌上型監視器觀測環境下觀看該顯 不器時看不見不良圖樣；其中，該等最長光學元件的長 寬比（aspect ratio)大於該等最短光學元件的長寬比至少 有百分之5,且其中，對於該膜上所有可能的圓圈位置， 在2毫米（mm)半徑的圓圈中，長寬比大體相同之表面的 百分比與目標值相差不超過百分之1〇。 94097修正本 35