TW538394B - Liquid crystal picture screen with collimator - Google Patents

Description

538394 A7 __ —___B7 __ 五、發明説明（彳） 本發明係關於一種液晶圖像螢幕，其配備一背光系統， 該系統包括至少一光源及一由微稜鏡構成之準直器，該微 稜鏡呈立體形狀，其中有一入光表面，與該入光表面相隔 一段距離則有一出光表面，並且在該入光表面及該出光表 面之間至少會有一個側面。本發明進一步關於一種背光系 統’ 一種由微稜鏡構成之準直器，及一發光系統。 液晶圖像螢幕係被動式顯示系統，換言之，它們本身不 會發射光線。該些圖像螢幕係根據讓光線穿過或不穿過該 液晶層的原理操作。其意思是需要有外部光源產生圖像。 在反射式液晶圖像螢幕中可使用週遭的光線作為外部光 源。在穿透式液晶圖像螢幕中，則會在背光系統中產生人 造光線。 只要在該圖像螢幕法線水平方向之入射光角度不超過 ±60°，並且在該圖像螢幕法線垂直方向之入射光角度不超 過±15。，液晶圖像螢幕的對比便非常高。所以，若能將背 光系統所發出的光線盡可能地準直在此適當的角度範圍内 其好處便非常大。 舉例來說，在US 5,839,823中揭露一種供液晶圖像螢幕使 用之準直器，其係由微稜鏡陣列所組成。該微稜鏡具有尖 頭形狀，換言之微稜鏡的入光表面係小於出光表面。光反 射凡件係位於個別微稜鏡之間的·空間中，舉例來說其係高 度反射之粉末，可在光源的方向中將入射光線反射回去。 接著光源或反射器便會在該準直器的方向中再次地反射該 光線（光線「再循環」）。 -- -—— - 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公爱) 538394 A7 厂 _ B7 ___ 五、發明説明（2 ) 缺點係擊中微稜鏡入光表面邊緣附近高度反射粉末的光 線’會由於散射而透過側面進入該微稜鏡，因此降低準直 器的作用。此外，光線會經由邊緣進入該微稜鏡，其並非 完全’但卻相當完美。該些光線會與最佳角度範圍以外之 圖像螢幕的法線成一角度。總的來說，反射增加便會降低 液晶圖像螢幕的效率。 因此本發明的目的之一便係克服先前技藝的缺點，並且 提供一具有改良背光系統之液晶圖像螢幕。 此目的可利用配備一背光系統的液晶圖像螢幕而達成， 该系統包括至少一光源及一由微稜鏡構成之準直器，該微 稜鏡呈立體形狀’其中有一入光*表面，與該入光表面相隔 一段距離則有一出光表面，並且在該入光表面及該出光表 面之間至少會有一個側面，其中每個微稜鏡在入光表面及 出光表面之間具有至少一狹窄部份。 根據微稜鏡的沙漏形狀，該光線可有效地準直到所需要 的角區域。 較佳的係，每個微稜鏡之入光表面及出光表面的大小相 同。 根據此優越的具體貫施例’個別入光表面之間的中間空 間非常小。從而可降低反射的次數。 當入光表面形狀係長方形時非常有利。 在此具體實施例中，微梭鏡個別入光表面之間並無被光 穿透所覆蓋的干擾空間。從而便可對在該準直器方向傳播 之每條光線進行準直。因為將只會發生少數的反射，所以 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ' ' —---- 538394 A7 B7 五、發明説明（3 可提高該背光系統的效率。 進一步的優點係該微稜鏡之入光表面具有共同的封閉表 面0 在此具體實施例中可避免光線經由微稜鏡入光表面中的 不完全邊緣進入該微稜鏡。 本發明進一步關於一種背光系統，其包括至少一光源及 一由微稜鏡構成之準直器，及關於由微稜鏡構成之準直 器，該微稜鏡呈立體形狀，其中有一入光表面，與該入光 表面相隔一段距離則有一出光表面，並且在該入光表面及 邊出光表面之間至少會有一個側面，其中每個微稜鏡在入 光表面及出光表面之間具有至少一狹窄部份。本發明亦關 於一種發光系統，其包括至少一光源，一外殼，及一由微 棱鏡所組成之準直器，及關於由微稜鏡構成之準直器，該 微稜鏡呈立體形狀，其中有一入光表面，與該入光表面相 隔一段距離則有一出光表面，並且在該入光表面及該出光 表面之間至少會有一個側面，其中每個微稜鏡在入光表面 及出光表面之間具有至少一狹窄部份。 現在參考四個圖式在下面對本發明作進一步的詳細說 明，其中： 圖1所示的係背光系統之剖面圖， 圖2所示的.係準直器之剖面圖， 圖3所示的係準直器微稜鏡之剖面圖，及 圖4所示的係該微稜鏡之下層部件陣列。 液晶圖像螢幕通常包括―液晶單位及m统。該液 -6- i紙張尺度適财s g家標準(CNS) A4規格(21G — - 538394

晶早位包括兩個極化器及具有一個液晶單元，其具有兩塊 透明板，各支撐一透光電極矩陣。液晶材料係位於該兩塊 透明板之間。該液晶材料較佳的係包括TN (杻轉向列）液 晶，STN (超扭轉向列）液晶，DSTN (雙超扭轉向列）液晶， F曰STN、（金屬薄片超扭轉向列）液晶，VAN (垂直排列）液 晶，或OCB (光學補償彎曲）液晶。液晶單元係失在該兩個 極化器之間。 該液晶單位可能配置一彩色渡光板，用以產生及顯示彩 色影像。 在圖1中，背光系統包括至少一光源丨，其係舉例來說， 白熾燈光二極體(LED) ’金屬氣相或齒素高密度放電 (hid)燈，或螢光燈，如氙放電燈之類。光源t通常係位於 外殼2中，其形狀係，舉例來說，長方形或碗碟狀。光源i 所發射的光線會穿過外殼2中的開孔往準直器4前進。外殼 2的内部較佳的係包括一反射器。此反射器可能係由可散射 或可反射的反射材料所構成，舉例來說’拋光後的鋁或白 色顏料。反射器的目的係將未在準直器4方向中傳播的光線 反射回此方向+。在光源i及準直器4之間可能有散光琴 3 〇 口 圖2所示的係根據本發明之準直器4。該準直器々包括複數 個配置在陣列中的微稜鏡。 如圖3所示，每個微棱鏡5都具有一雙層結構，一下層部 件及-上層部件；一入光表面6,及與該入光表面6相隔一 段距離的出光表面7。其㈣的優越的地方係該下層部件及 本紙張尺度適财目g家辟(CNS) M規格(21()><297公石·

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該上層部#會以*學接觸。在介於人光表面6及*光表面7 之間會有至少一側面8。每個微稜鏡5進一步具有一狹窄部 份9。微稜鏡5之較佳形狀係具有一狹窄部份9並且從入光 表面6往狹窄部份9方向越來越窄，然後再從狹窄部份9往 出光表面7的方向越來越寬。 入光表面6的尺寸較佳的係等於出光表面7的尺寸。入光 表面6及出光表面7可以係任何形狀，必要時，較佳的係長 方形形狀。如果入光表面6及出光表面7並非長方形形狀的 話，所產生的干擾空間便會被反射元件，舉例來說高度反 射粉末或反射式光罩遮蔽。微稜鏡5之入光表面6及出光表 面7可能係平面、凹面或凸面。* 視微稜鏡5的形狀而定，該微稜鏡5可能會有舉例來說， 四個側面8或一個側面8。該微稜鏡5亦可能在該入光表面6 至該狹窄部份9的區域中具有四個側面8，但是在該狹窄部 份9至該出光表面7的區域中只具有一個側面8。 側面8可能係平面、凹面或凸面。 如果微稜鏡有四個側面8從該入光表面6向上延伸至該出 光表面7話，該狹窄部份9便可能由兩個相對側面8或由所 有四個側面8構成。如果該狹窄部份9係由兩個相對側面8 構成的話，光線便會在一平面上進行準直。在此具體實施 例中，兩個相對側面8會先沿著路徑Η互相靠近，從入光表 面6開始。在此路徑末端，該兩個相對側面8彼此之間具有 最小距離Ε Α。該最小距離Ε Α便係該狹窄部份9的寬度。在 該狹窄部份9之後，兩個相對側面8會再次地互相遠離。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) 538394 A7 B7 五、發明説明（6 如果該狹窄部份9係由四個側面8構成的話，光線便會在 兩個平面上進行準直。在此具體實施例中，兩組彼此相對 側面8會先沿著路徑η互相靠近，從入光表面6開始。在此 路徑末端’該兩組彼此相對側面8彼此之間具有最小距離 E A，該最小距離較佳的係一樣大。兩個彼此相對側面8之 間個別的最小距離E A便係該位置處該狹窄部份9的寬度。 在該狹窄部份9之後，該兩組彼此相對側面8會再次地互相 遠離。在替代的具體實施例中，全部四個側面8都會向彼此 延伸。 或者，該狹窄部份9可能係一塊區域，其中在任一具體實 施例中該個別彼此相對側面8彼此之間都係處於最小的距 離。在此例中，該彼此相對之側面8將在一特定距離中會彼 此平行延伸，然後再互相遠離。 ^ 或者，該微稜鏡5係具有一側面8的圓柱形對稱形狀。在 此具體實施例中，光線會在經過該圓柱對稱軸的每個平面 中進行準直。 個別微稜鏡5之入光表面6及/或出 閉表面。 光表面7可能構成一封 微稜鏡5包括折射率大於丨· 〇之透明材料，舉例來說， 聚曱基丙烯酸酯，聚碳酸鹽，或玻璃之類。必有，微稜 匕括數個不同折射率之透明材料·。因此，舉例來說，专 材料的折射率可在遠離入光表面6的方向中逐漸地=加1 少。側面8可能配備一反射性塗佈層，其在該入光3表^ 上延伸至該狹窄部份9的區域中含有高反射率之材料。面 ~ 9 - 本紙張尺度石Ts S家標準(CNS) A4規格(2i〇x297公釐)

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538394 A7 «~-_____^ 五、發明説明（7 ) 、根據本發明之準直器4之製造方式，其可在射出鑄模過程 或其匕適當的製程中，舉例來說，如光聚合之類中進行。 。亥準直器4較佳的係可藉由依序附著在一起的數個鑄模部件 的製造方法製造。為達到此目的，必須製造圖4所示之第一 鑄模部件，其係微稜鏡5下層部件的陣列。下層部件係從該 微稜鏡5中從該入光表面6向上至該狹窄部份9之區域。第 二鑄模、部件會形成該微稜鏡上層部件的陣列。上層部件係 從該微稜鏡5的狹窄部份9向上至該出光表面7之區域。 為製造該第一或第二鑄模部件，必須將該第一或第二鑄 模部件的形狀以链質壓輾。接著，舉例來說，便可將自固 化或UV-固化的聚合物注入到該模具中。 該下層部件的側面8塗敷首先係以旋塗製程利用光阻塗佈 整個第-鎊模部件。接著，透過光罩對該狹窄部份9進行曝 光，使知光阻可在該些位置固化。在下個步驟中，會利用 水分將未曝光部份，也就是未固化的光阻部份移除。接著 會將銀或鋁以氣相沉積在該第一鑄模部件上。此處該金屬 層的層厚度較佳的係大於200奈米。覆蓋著金屬層的任何殘 留光阻可ΗΝ〇3的而***。接著可注入水份將該光阻及連同 其上的金屬層一起移除。 或著鋁或銀層首先可利用氣相的金屬層塗佈整個第一 鑄模部件建構。接著提供光阻，.其係透過光罩進行曝光， 在該狹窄部份9的位置處其係封閉的。在顯影期間，可將未 曝光的光阻從狹窄部份9移除。接著’在蝕刻步驟中，可利 用鈉鹼液移除該狹窄部份9中的金屬層。

五、發明説明（8 ) 在進一步具體實施例中，在氣浐 覆蓋該狹窄部份9。 几積期間可以接觸光罩 該第-及第：鑄模部件可能藉由黏 烯酸黏膠互相連接。該坻鑄模 ♦例來祝以丙 起，使得彼此間能夠有能夠黏著在- 作為鑄模部件的材料相同的折射率。晶佳的係具有與 如果該微稜鏡5之入光表面6戍 的話，便可能製造一第三鑄模部:表：7係作成凹形彎曲 壯廿e叮二“ 綸核邛件，其具有對應的適當形 狀亚且可忐連接到該第二鑄模部件。 :者，準直器4包括中空主體之微稜鏡5。在此具體實施 列卜會製造第三及第四鑄模部·件，其會依序地黏著在一 起:該第三鑄模部件具有與該第一鑄模部件相反的形狀並 且形成該中空微稜鏡5的下層部件陣列。該第四鑄模部件具 有與“第冑模邛件相反的形狀並且形成該中空微稜鏡$的 “ s卩件陣歹】δ亥兩個鑄模部件較佳的係都包括透明材 料，如聚甲基丙烯酸酯，聚碳酸鹽，或玻璃之類。該中空 微棱鏡5的上層及下層部件的内側面8都係藉由銀或銘氣相 沉積:以及該兩個鑄模部件會藉由黏著劑互相連接。為製 造該第三或第四鑄模部件，必須將該第一或第二鑄模部: 的形狀以鋁質壓輾。接著舉例來說，便可將自固化或UV-固 化的聚合物注入到該模具中。 此類準直器4亦可能於出現在，舉例來說辦公室或客廳的 發光系統中。此類發光系統包括一光源，其位於一外殼 中。較佳的係，該光源係位於反射外殼中。由該光源發射 -11 - 本紙張尺度適财關家

Claims (1)

1. 538394 A BCD 六、申請專利範圍 1· 一種液晶圖像螢幕，其配備一背光系統，該系統包括至 J 光源（1 )及一由微稜鏡（5 )構成之準直器（4 )，該微 稜鏡（5)具有一立體形狀，其中有一入光表面（6)，與該 入光表面（6)相隔一段距離則有一出光表面（7)，並且在 該入光表面（6)及該出光表面（7)之間至少會有一個側面 (8) ，其中每個微稜鏡（5)在該入光表面（6)及該出光表 面（7)之間具有至少一狹窄部份（9)。 2·如申請專利範圍第1項之液晶圖像螢幕，其特徵在於每 個微稜鏡（5)的該入光表面（6)及該出光表面（7)都係相 同的尺寸。 3.如申請專利範圍第1項之液晶圖像螢幕，其特徵在於該 入光表面（6)具有一長方形形狀。 - 4·如申請專利範圍第丨項之液晶圖像螢幕，其特徵在於該 微稜鏡（5)的入光表面（6)具有共同的封閉表面。 5· —種为光系統，其包括至少一光源（丨）及一由微稜鏡（5 ) 構成之準直器（4)，該微稜鏡（5)具有一立體形狀，其中 有一入光表面（6 )，與該入光表面（6 )相隔一段距離則有 一出光表面（7)，並且在該入光表面（6)及該出光表面（？） 之間至少會有一個側面（8 )，其中每個微稜鏡（5 )在該入 光表面（6)及該出光表面（7)之間具有至少一狹窄部份 (9) 〇 6. —種由微稜鏡（5 )構成之準直器（4 )，該微稜鏡（5 )具有 一立體形狀，其中有一入光表面（6)，與該入光表面（6) 相隔一段距離則有一出光表面（7 )，並且在該入光表面 --—--— —___ -13 - 本紙張尺歧财關家料(CNi7I^2_1G x撕公爱) 8 8 8 8 A B c D 538394 六、申請專利範圍 (6 )及該出光表面（7 )之間至少會有一個側面（8 )，其中 每個微稜鏡（5)在該入光表面（6)及該出光表面（7)之間 具有至少一狹窄部份（9 )。 7· —種發光系統，其包括至少一光源（1 )，一外殼，及一 由微稜鏡（5 )所組成之準直器（4 )，該微稜鏡（5 )具有一 立體形狀，其中有一入光表面（6) ’與該入光表面（6)相 隔一段距離則有一出光表面（7)，並且在該入光表面（6) 及該出光表面（7 )之間至少會有一個側面（8 )，其中每個 微梭鏡（5)在該入光表面（6)及該出光表面（7)之間具有 至少一狹窄部份（9 )。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)