專利名稱：光學(xué)片材、背光裝置和液晶顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)光的方向性的光學(xué)片材、以及包含該光學(xué)片材的背光裝置和液晶顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，對于包含液晶面板的液晶顯示設(shè)備，在降低功耗的同時增強(qiáng)顯示器亮度以提升液晶顯示設(shè)備的商品價值是非常重要的課題。在剛描述的這種情況下，非常需要提高背光裝置側(cè)的光學(xué)增益。因此，作為滿足這一要求的方法，已提出提供具有棱鏡片材的液晶顯示設(shè)備，該棱鏡片材在照明光的發(fā)射側(cè)上包含有棱鏡陣列(參見例如日本專利第3147205號)。
圖1示出了傳統(tǒng)棱鏡片材的外觀。圖2示出了傳統(tǒng)棱鏡片材的XZ剖面形狀。該棱鏡片材可以根據(jù)入射角而將入射光線分成一階透射光分量T1、返回光分量R以及二階透射光分量T2，其中，一階透射光分量T1直接透射經(jīng)過棱鏡側(cè)面；返回光分量R被該棱鏡側(cè)面反射，然后被另一棱鏡側(cè)面反射，從而返回入射側(cè)；而二階透射光分量T2被該棱鏡側(cè)面反射，然后透射經(jīng)過另一棱鏡側(cè)面，從而發(fā)射到該棱鏡片材的正面。
一階透射光分量T1是包括正面方向發(fā)射并被有效利用的光通量分量。返回光分量R是進(jìn)入被視為發(fā)光面(平面光源)的漫射片材、并被漫射片材漫射和反射的光通量分量，并且該返回光分量R對增加發(fā)光面的亮度有作用。二階透射光分量T2是發(fā)射到液晶面板的有效角視場之外的廣角側(cè)的光通量分量，并且對亮度的增強(qiáng)沒有貢獻(xiàn)。
以這種方式，傳統(tǒng)棱鏡片材將入射光折射，并使其透射經(jīng)過該棱鏡片材，以沿正面方向聚集入射光，從而改善方向性特性，以便增加正面亮度。此外，由于通過被視為發(fā)光面(平面光源)的漫射片材將反射光漫射和散射以增加發(fā)光面的亮度，所以正面亮度增加。
如上所述，傳統(tǒng)棱鏡片材根據(jù)入射光線的入射角，將入射光線分為一階透射光分量T1、二階透射光分量T2和返回光分量R之一。
在該傳統(tǒng)棱鏡片材中，如圖2所示，從離軸虛擬光源發(fā)射的部分光通量被棱鏡片材的一個側(cè)面全反射，并再次到達(dá)另一個側(cè)面，隨后其進(jìn)入該片材的內(nèi)部，并作為返回光分量R而被再次利用?；蛘?，這部分光通量在多次反射后，作為一階透射光分量T1或作為去往光源側(cè)的返回光分量R而被有效地利用。
然而，從離軸虛擬光源發(fā)射的一些光通量被棱鏡片材的一個側(cè)面全反射，然后被另一個側(cè)面折射，并透射經(jīng)過該另一個側(cè)面，從而產(chǎn)生發(fā)射到液晶面板的有效角視場之外的廣角側(cè)的二階透射光分量T2。二階透射光分量T2是對亮度的增強(qiáng)沒有作用的光通量分量。
此外，根據(jù)布置在后續(xù)級上的偏振光分離片材與角度相關(guān)的特性，有時因入射光的方向性而導(dǎo)致偏振光分離特性的極端惡化，這成為有效增強(qiáng)液晶面板側(cè)亮度的障礙。
此外，在上述棱鏡片材介于漫射片材和液晶面板之間的情況下，出現(xiàn)外觀模糊。因此，需要抑制外觀模糊的出現(xiàn)。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種光學(xué)片材以及包含該光學(xué)片材的背光裝置和液晶顯示設(shè)備，該光學(xué)片材在預(yù)定角視場中實(shí)現(xiàn)高亮度分布，并且可以抑制二階透射光分量T2的出現(xiàn)以增強(qiáng)亮度。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種光學(xué)片材以及包含該光學(xué)片材的背光裝置和液晶顯示設(shè)備，該光學(xué)片材在預(yù)定角視場中實(shí)現(xiàn)高亮度分布，并且可以抑制二階透射光分量T2的出現(xiàn)以增強(qiáng)亮度，此外在棱鏡片材介于漫射器和液晶面板之間的情況下，還可以抑制外觀模糊的出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了辛苦的研究。下面描述其要點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的知識，在傳統(tǒng)棱鏡片材的情況下，一些二階透射光進(jìn)入相鄰的棱鏡，從而重新進(jìn)入該片材的內(nèi)部，結(jié)果加入返回光中，并與之一同被再次利用。此外，一些二階透射光在多次反射后，作為一階透射光或去往光源側(cè)的返回光而被有效地利用。與此相反，一些二階透射光，即所謂的側(cè)裙光(side robe light)，未被有效地利用。這些二階透射光大部分是在從相對于棱鏡片材主表面傾斜的方向入射的光被棱鏡的一個面全反射、然后被該棱鏡的另一面折射并透射經(jīng)過該另一個面時產(chǎn)生的。
此外，根據(jù)發(fā)明人的知識，從垂直于棱鏡片材的主表面的方向入射到棱鏡頂點(diǎn)附近的部分上的光被全反射，所以減少了一階透射光。
因此，發(fā)明人就這樣一種界面進(jìn)行了辛苦的研究，該界面可以向前折射和透射從垂直于棱鏡片材主表面的方向入射到棱鏡頂點(diǎn)附近的部分上的光以增加一階透射光，同時在其一面上全反射從相對于棱鏡片材的主表面傾斜的方向入射的光，然后在其另一面上全反射或折射并透射已被全反射的光，以增加返回光。結(jié)果，發(fā)明人發(fā)明了一種界面，其中大量具有雙曲面表面或拋物面表面的柱面透鏡元件沿垂直于該柱面透鏡元件的母線的方向并置。
本發(fā)明是基于上述研究而做出的。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種具有柱面透鏡元件的光學(xué)片材，該柱面透鏡元件具有高階非球表面，并且在該光學(xué)片材的一個主表面上相繼成行設(shè)置，其特征在于，在將Z軸取為平行于該光學(xué)片材的法線方向，X軸取為該柱面透鏡元件的行的方向的情況下，該柱面透鏡的橫截面形狀滿足下面的表達(dá)式Z=X2/(R+(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+......]]>(其中，R是末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，而A、B、C、……是非球面系數(shù)。)根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種背光裝置，其特征在于，該背光裝置包括用于發(fā)射照明光的光源；以及用于提升從該光源發(fā)射的照明光的方向性的光學(xué)片材，其中，該光學(xué)片材在其照明光出射側(cè)上具有柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件具有高階非球表面，并且相繼成行設(shè)置，其中，在將Z軸取為平行于該光學(xué)片材的法線方向，X軸取為該柱面透鏡元件的行的方向的情況下，該柱面透鏡的橫截面形狀滿足下面的表達(dá)式Z=X2/(R+(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+......]]>(其中，R是末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，而A、B、C、……是非球面系數(shù)。)根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種液晶顯示設(shè)備，其特征在于，該液晶顯示設(shè)備包括用于發(fā)射照明光的光源；用于提升從該光源發(fā)射的照明光的方向性的光學(xué)片材；以及用于基于從所述光學(xué)片材射出的照明光顯示圖像的液晶面板，其中，該光學(xué)片材在其照明光出射側(cè)上具有柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件具有高階非球表面，并且相繼成行設(shè)置，其中，在將Z軸取為平行于該光學(xué)片材的法線方向，X軸取為該柱面透鏡元件的行的方向的情況下，該柱面透鏡的橫截面形狀滿足下面的表達(dá)式Z=X2/(R+(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+......]]>(其中，R是末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，而A、B、C、……是非球面系數(shù)。)在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……滿足如下數(shù)值范圍R≥0K＜-10＜A＜10-30≤B、C、……＜10-3。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……滿足如下數(shù)值范圍
0＜R≤72-15＜K≤-1R-K≥50≤A、B、C、……＜10-3。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……滿足如下數(shù)值范圍0＜R≤30-15＜K≤-1R-K≥50≤A、B、C、……＜10-3。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分，并且該凸起部分的密度大于等于70個/mm2但小于等于500個/mm2。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分，并且該凸起部分之間的平均距離大于等于50μm但小于等于120μm。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了凸起部分，并且該凸起部分設(shè)置為使得光學(xué)片材在未形成柱面透鏡元件的狀態(tài)下的陰暗度小于等于60％。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了凸起部分，并且該凸起部分設(shè)置為使得光學(xué)片材在未形成柱面透鏡元件的狀態(tài)下的陰暗度小于等于20％。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了凸起部分，并且該凸起部分的十點(diǎn)平均粗糙度SRz大于等于1μm但小于等于15μm。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了凸起部分，并且該凸起部分在凸起部分面積占1％之處的高度大于等于1μm但小于等于7μm。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，優(yōu)選在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了凸起部分，并且設(shè)置了凸起部分的一側(cè)的表面上的平均傾角梯度小于等于0.25。
在本發(fā)明的第一、第二和第三個方面中，光學(xué)片材可以將從垂直于其主表面的方向入射的光以相對較大的量朝向前方向折射并透射。此外，光學(xué)片材可以在其一個面上全反射從相對于其主表面傾斜的方向入射的光，然后在其另一個主表面上全反射或折射并透射已被全反射的光，以形成返回光。
此外，由于在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬显O(shè)置了凸起部分，在將光學(xué)片材設(shè)置在漫射器上的情況下，還可以避免光學(xué)片材粘著到漫射器上。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以改善方向性，以增強(qiáng)正面亮度，從而實(shí)現(xiàn)后續(xù)級上的偏振光分離片材對特性增強(qiáng)的貢獻(xiàn)。因此，可以增強(qiáng)液晶面板的顯示亮度，同時減少功耗。
此外，由于減少了朝大角度發(fā)射的二階透射光分量T2，可以增強(qiáng)正面亮度，從而實(shí)現(xiàn)后續(xù)級上的偏振光分離片材對特性增強(qiáng)的貢獻(xiàn)。因此，可以增強(qiáng)液晶面板的顯示亮度，同時減少功耗。
此外，可以將照明光通量相對于液晶面板本身的入射角控制到法線方向，并且可以控制廣角側(cè)的色分離(色彩模糊)。
此外，由于在與設(shè)置了柱面透鏡元件的該一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬显O(shè)置了凸起部分，在將光學(xué)片材設(shè)置在液晶顯示設(shè)備上的情況下，可以抑制外觀模糊的出現(xiàn)。此外，由于可以增強(qiáng)滑動特性，可以抑制透鏡片材的背面和與該背面相對布置的另一片材的損壞的出現(xiàn)。


圖1是示出棱鏡片材的外觀的透視圖；圖2是示出該棱鏡片材的XZ剖面的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)示例的橫截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例的透鏡片材的形狀示例的透視圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)薄膜制造方法中使用的擠壓片材精密模制設(shè)備的結(jié)構(gòu)示例的示意圖；圖6是示出傳統(tǒng)棱鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖7是圖解傳統(tǒng)棱鏡片材的光分布特性的分布圖；圖8是圖解傳統(tǒng)棱鏡片材的視場特性的分布圖；圖9是示出工作示例1的透鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖10是圖解工作示例1的透鏡片材的光分布特性的分布圖；圖11是示出工作示例2的透鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖12是圖解工作示例2的透鏡片材的光分布特性的分布圖；圖13是示出工作示例3的透鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖14是圖解工作示例3的透鏡片材的光分布特性的分布圖；圖15是示出工作示例4的透鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖16是圖解工作示例4的透鏡片材的光分布特性的分布圖；圖17是示出工作示例5的透鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖18是圖解工作示例5的透鏡片材的光分布特性的分布圖；圖19是示出工作示例6的透鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖20是圖解工作示例6的透鏡片材的光分布特性的分布圖；圖21是示出工作示例7的透鏡片材的XZ剖面一部分在放大比例尺下的示意圖；圖22是圖解工作示例7的透鏡片材的取向特性的分布圖；圖23是圖解K＝-1時的峰值亮度分布的曲線圖；圖24是圖解K＝-1.5時的峰值亮度分布的曲線圖；圖25是圖解K＝-2時的峰值亮度分布的曲線圖；圖26是圖解K＝-5時的峰值亮度分布的曲線圖；圖27是圖解K＝-10時的峰值亮度分布的曲線圖；圖28是圖解K＝-15時的峰值亮度分布的曲線圖；圖29是圖解K＝-20時的峰值亮度分布的曲線圖；圖30是圖解透鏡片材估計(jì)結(jié)果的表格；圖31是圖解透鏡片材估計(jì)結(jié)果的表格；圖32是圖解尺寸大于等于0.2μm的凸起部分的數(shù)量和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖；圖33是圖解尺寸大于等于0.2μm的凸起部分的數(shù)量和外觀模糊之間的關(guān)系的曲線圖；圖34是圖解尺寸大于等于0.2μm的凸起部分之間的距離和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖；圖35是圖解尺寸大于等于0.2μm的凸起部分之間的距離和滑動測試結(jié)果之間的關(guān)系的曲線圖；圖36是圖解尺寸大于等于0.2μm的凸起部分之間的距離和外觀模糊之間的關(guān)系的曲線圖；圖37是圖解十點(diǎn)平均粗糙度SRz和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖；圖38是圖解十點(diǎn)平均粗糙度SRz和滑動測試結(jié)果之間的關(guān)系的曲線圖；圖39是圖解凸起部分面積占1％之處的高度和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖；圖40是圖解凸起部分面積占1％之處的高度和滑動測試結(jié)果之間的關(guān)系的曲線圖；圖41是圖解混濁度(haze)與亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖；以及圖42是平均傾角梯度與亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施方式下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。需要注意的是，在下面描述的實(shí)施例的所有附圖中，相同或?qū)?yīng)的元件由相同的附圖標(biāo)記表示。
液晶顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)實(shí)施例的剖面圖。參考圖3，液晶顯示設(shè)備包括背光裝置1和液晶面板2。盡管這里描述的背光裝置1是直射型(direct type)的，但背光裝置1也可以是邊緣照明型(側(cè)射光型)。
背光裝置1用于向液晶面板2提供光，并且布置在液晶面板2的正下方。液晶面板2用于對從背光裝置1向其提供的光進(jìn)行時間和空間調(diào)制，以顯示信息。一對偏振片2a、2b設(shè)置在液晶面板2兩面上。偏振片2a和偏振片2b各自透射入射光中的一個正交偏振光分量，并通過吸收而攔截另一個正交偏振光分量。偏振片2a和偏振片2b設(shè)置為例如使得其透射軸彼此正交。
如圖3所示，背光裝置1包括例如反射板11、一個或多個光源12、漫射器13、漫射片材17，透鏡片材14、反射型偏振器18。該一個或多個光源12用于向液晶面板2提供光，并且每一個都是例如熒光燈(FL)、電致發(fā)光(EL)元件或發(fā)光二極管(LED)的形式。
反射板11設(shè)置為從下面和側(cè)面覆蓋該一個或多個光源12，用于反射從該一個或多個光源12向下或向側(cè)面發(fā)射的光，以指引這些光朝向液晶面板2。需要注意的是，可以提供底盤來替代反射板11。
漫射器13設(shè)置在該一個或多個光源12上方，用于漫射從該一個或多個光源12發(fā)射的光或從反射板11反射的光，以使亮度均勻。
漫射片材17設(shè)置在漫射器13上方，用于至少漫射由漫射器13所漫射的光。此外，漫射片材17可以另外具有聚光的功能。
作為光學(xué)片材的示例的透鏡片材14設(shè)置在漫射器13上方，用于增強(qiáng)照明光的方向性等。
反射型偏振器18設(shè)置在透鏡片材14上方，用于透射已由透鏡片材14增強(qiáng)了方向性的光的一個正交偏振光分量，而反射另一個正交偏振光分量。
下面詳細(xì)描述前面提到的透鏡片材14的結(jié)構(gòu)。
透鏡片材的結(jié)構(gòu)圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡片材14的形狀示例的透視圖。參考圖4，透鏡片材具有片材的形式，并且從其主表面?zhèn)瓤淳哂欣缢倪呅蔚男螤?。在本說明書中，片材不但包括膜式片材，而且包括這樣的片材，其具有各種形式的薄板，而該薄板具有彈性或一點(diǎn)硬度。
在下面的描述中，透鏡片材14上由光源12的光入射的一側(cè)的主表面稱為“背面”，而來自光源12的光從其上發(fā)射出去的一側(cè)的主表面稱為“正面”。
多個凸起部分16設(shè)置在透鏡片材14的背面一側(cè)，大量具有左右對稱的雙曲面表面或拋物面表面的柱面透鏡元件15沿垂直于該透鏡片材14正面一側(cè)上的雙曲面表面或拋物面表面的母線的方向并置。柱面透鏡元件15在來自光源12的光從其上發(fā)射出去的一側(cè)具有一個焦距fa。需要注意的是，如圖4所示，所取X軸平行于柱面透鏡元件15的行的方向；所取Y軸平行于柱面透鏡元件15的母線方向；而所取Z軸平行于透鏡片材14的法線方向。
設(shè)置在透鏡片材14的正面一側(cè)上的柱面透鏡元件15的寬度(即結(jié)構(gòu)單元寬度(節(jié)距)D)從10至120μm的范圍內(nèi)選擇，并且優(yōu)選根據(jù)液晶面板的像素選擇。例如，在透鏡片材14用于液晶電視機(jī)或個人計(jì)算機(jī)的液晶監(jiān)視器的情況下，結(jié)構(gòu)單元寬度(節(jié)距)D優(yōu)選在50至100μm的范圍內(nèi)選擇。另一方面，在透鏡片材14用于便攜式設(shè)備的監(jiān)視器的情況下，結(jié)構(gòu)單元寬度D優(yōu)選在10至80μm的范圍內(nèi)選擇。
需要注意的是，透鏡片材14設(shè)置在漫射器13和液晶面板2之間，使其上設(shè)置該多個柱面透鏡元件15的一側(cè)面對該液晶面板2。
此外，柱面透鏡元件15的XZ剖面的形狀滿足下述表達(dá)式(1)Z=X2/(R+(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+......(1)]]>其中，R是柱面透鏡元件15的末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，而A、B、C、……是非球面系數(shù)。需要注意的是，在本說明書中，“√”表示其后的數(shù)值表達(dá)式所得值的平方根。
在表達(dá)式(1)中，末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……優(yōu)選設(shè)定為如下數(shù)值范圍內(nèi)的值0＜R≤72，-15＜K≤-1，R-K≥5，且0≤A、B、C、……＜10-3。通過將上述系數(shù)定義在上面指定的這些數(shù)值范圍內(nèi)，可以提升照明光的方向性。
此外，在結(jié)構(gòu)單元寬度D為D＝50μm的情況下，在表達(dá)式(1)中，末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……優(yōu)選設(shè)定為如下數(shù)值范圍內(nèi)的值0＜R≤30，-15＜K≤-1，R-K≥5，且0≤A、B、C、……＜10-3。通過將上述系數(shù)定義在上面指定的這些數(shù)值范圍內(nèi)，可以提升照明光的方向性。
此外，在表達(dá)式(1)中，末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……優(yōu)選設(shè)定為如下數(shù)值范圍內(nèi)的值R≥0，K＜-1，0＜A＜10-3，且0≤B、C、……＜10-3。通過將上述系數(shù)定義在上面指定的這些數(shù)值范圍內(nèi)，可以提升照明光的方向性并增大視角。
在結(jié)構(gòu)單元寬度D為D＝20μm的情況下，末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……優(yōu)選設(shè)定為如下數(shù)值范圍內(nèi)的值0＜R≤12μm，-15＜K≤-1，R-K≥5，且0≤A、B、C、……＜10-3。
在結(jié)構(gòu)單元寬度D為D＝80μm的情況下，末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、……優(yōu)選設(shè)定為如下數(shù)值范圍內(nèi)的值0＜R≤48μm，-15＜K≤-1，R-K≥5，且0≤A、B、C、……＜10-3。
設(shè)置在透鏡片材14背面上的凸起部分16的高度優(yōu)選設(shè)定為距平均中心平面大于等于0.20μm(JIS B0601-1994)。此外，距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分16的密度優(yōu)選設(shè)定為大于等于70個/mm2但小于等于500個/mm2的值。此外，距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分16的平均距離優(yōu)選設(shè)定為大于等于50μm但小于等于120μm之范圍內(nèi)的值。
此外，設(shè)置在透鏡片材14背面上的凸起部分16優(yōu)選設(shè)置為使得透鏡片材14在未形成柱面透鏡元件15的狀態(tài)下的陰暗度(degree ofcloudiness)小于等于60％，并且更優(yōu)選地設(shè)置為使得透鏡片材的陰暗度小于等于20％。
此外，設(shè)置在透鏡片材14背面上的凸起部分16優(yōu)選設(shè)置為使得十點(diǎn)平均粗糙度SRz被設(shè)定為大于等于1μm但小于等于15μm的范圍內(nèi)的值。此外，透鏡片材14的一個主表面?zhèn)壬系耐蛊鸩糠?6優(yōu)選設(shè)置為使得其在凸起部分面積占1％之處的高度被設(shè)定為大于等于1μm但小于等于7μm的值。
現(xiàn)在描述制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡片材的方法。
首先，參考圖5描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡片材的制造方法所使用的擠壓片材精密模制設(shè)備。
擠壓片材精密模制設(shè)備的結(jié)構(gòu)參考圖5，擠壓片材精密模制設(shè)備包括擠壓機(jī)21、T模頭22、成形輥23、彈性輥24和冷卻輥25。
為了模制透鏡片材14，使用至少一種透明熱塑性樹脂。作為熱塑性材料，考慮到控制發(fā)光方向的功能，優(yōu)選使用折射率大于等于1.4的熱塑性材料。作為這樣的樹脂，可以列出例如聚碳酸酯樹脂、以聚甲基丙烯酸甲酯樹脂為代表的丙烯酸樹脂、以聚對苯二甲酸乙二醇酯為代表的聚脂樹脂或無定形共聚型聚脂樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚氯乙烯等等。
此外，在考慮到熔體擠壓方法制成的透鏡圖案的轉(zhuǎn)印性能的情況下，更優(yōu)選地，模制溫度附近的熔體粘度大于等于1000Pa但小于等于10000Pa。
此外，優(yōu)選在該熱塑性樹脂中含有至少一種脫模劑。在以這種方式含有脫模劑的情況下，可以調(diào)節(jié)片材從成形輥23上片狀剝落時成形輥23和片材之間的緊密接觸性能，以防止在透鏡片材14上形成剝落線。
熱塑性材料中添加的脫模劑的量優(yōu)選大于等于0.02重量％但小于等于0.4重量％。如果量低于0.02重量％，則脫模能力惡化，并在透鏡片材14上形成剝落線。另一方面，在量大于0.04重量％的情況下，脫模能力變得過于高。結(jié)果，在透明熱塑性樹脂固化之前，其就從成形輥23上片狀剝落，導(dǎo)致柱面透鏡元件15形狀變形的故障。
此外，在該熱塑性樹脂中含有至少一種紫外線吸收劑或光穩(wěn)定劑。在以這種方式含有紫外線吸收劑或光穩(wěn)定劑的情況下，可以避免來自光源的光照使該熱塑性樹脂發(fā)生顏色改變。
熱塑性材料中添加的紫外線吸收劑或光穩(wěn)定劑的量優(yōu)選大于等于0.02重量％但小于等于0.4重量％。在量量低于0.02重量％的情況下，不可避免色調(diào)改變。另一方面，在量大于0.4重量％的情況下，透鏡片材14略帶黃色。
作為紫外線吸收劑，可以列出水楊酸型、二苯甲酮型、苯并三唑型、氰基丙烯酸酯型等紫外線吸收劑。更具體地說，可以列出例如(ADEKA公司生產(chǎn)的)Adekastab LA-31、Adekastab LA-32；(Sun化學(xué)有限公司生產(chǎn)的)Cyasorb UV-5411；(Nihon Ciba-Geigy K.K.生產(chǎn)的)Tinuvin P、Tinuvin 234、Tinuvin 320、Tinuvin 327；(Sumitomo化學(xué)有限公司生產(chǎn)的)Sumisorb 110、Sumisorb 140；(Chemipro KaseiKaisha有限公司生產(chǎn)的)Kemisorb 110、Kemisorb 140、Kemisorb 12、Kemisorb 13；(BASF生產(chǎn)的)Uvinul X-19、Uvinul Ms-40；(Yoshitomi醫(yī)藥工業(yè)有限公司生產(chǎn)的)Tomisorb 100、Tobisorb 600；(Kyodo化學(xué)有限公司生產(chǎn)的)Viosorb-90等。同時，作為光穩(wěn)定劑，可以列出受阻(hindered)胺型光穩(wěn)定劑等，更具體地說，可以列出例如(ADEKA公司生產(chǎn)的)Adekastab LA-52；(Sankyo有限公司生產(chǎn)的)Sonal LS-770、Sonal LS-765、Sonal LS-774；(Sumitomo化學(xué)有限公司生產(chǎn)的)Sumisorb TM-061等等。
此外，除了上述脫模劑和紫外線吸收劑之外，還可以添加諸如抗氧化劑、抗靜電劑、著色劑、增塑劑、增容劑、阻燃劑等的添加劑。然而，大多數(shù)添加劑構(gòu)成在T模頭22等的熔體擠壓過程中加熱時產(chǎn)生氣體的因素，并引起膜構(gòu)造或工作環(huán)境的惡化。所以，優(yōu)選使添加劑總量最小化，優(yōu)選將要添加到熱塑性樹脂中的添加劑的量設(shè)置為小于等于2wt％。
擠壓機(jī)21熔化從未示出的進(jìn)料斗提供到其中的樹脂材料，并將熔化的樹脂材料提供給T模頭22。T模頭22具有“-”形開口、并且擴(kuò)展從擠壓機(jī)21提供到其中的樹脂材料，以具有要模制的片材的寬度，并排出已擴(kuò)展的樹脂材料。
成形輥23具有圓柱形形狀，并且配置為被驅(qū)動以便繞轉(zhuǎn)軸(即其中心軸)旋轉(zhuǎn)。此外，成形輥23被配置為被冷卻。具體說來，成形輥23具有一個、兩個或更多流通路徑，用于循環(huán)其內(nèi)部的冷卻劑。作為冷卻劑，使用例如油媒質(zhì)，并且該油媒質(zhì)的溫度在例如從120℃至230℃的范圍內(nèi)變化。
在成形輥23的圓柱形表面上設(shè)置有用于向從T模頭22排出的片材轉(zhuǎn)印精細(xì)圖案的刻紋形狀。該刻紋形狀是精細(xì)的凹凸形狀，用于向片材轉(zhuǎn)印例如柱面透鏡元件15。該凹凸形狀是例如借助于金剛石切割工具通過精確切割而形成的。此外，刻紋形狀是朝著圓柱形成形輥23的周向或橫向(高度方向)形成的。
彈性輥24具有圓柱形形狀，并且配置為被驅(qū)動以便繞轉(zhuǎn)軸(即其中心軸)旋轉(zhuǎn)。此外，彈性輥24的表面形成為可以發(fā)生彈性形變，使得當(dāng)片材被成形輥23和彈性輥24壓合時，彈性輥24上接觸成形輥23的表面被彈性形變?yōu)閴罕鉅顟B(tài)。
彈性輥24上覆蓋有由例如鍍覆的Ni形成的無縫管，并且在彈性輥24的內(nèi)部設(shè)置有回彈部件，以允許彈性輥24的表面具有彈性形變能力。彈性輥24的結(jié)構(gòu)和材料不受具體限制，只要在彈性輥24與成形輥23在預(yù)定壓力下接觸時其表面發(fā)生彈性形變即可。例如，可以使用橡膠材料、金屬材料或復(fù)合材料作為其材料。彈性輥24不限于輥形部件，而是可以使用帶形部件。
當(dāng)要在透鏡片材14的背面設(shè)置凸起部分16時，在彈性輥24的圓柱形表面上設(shè)置用于在透鏡片材14的背面?zhèn)壬闲纬赏蛊鸩糠?6的凹進(jìn)部分。彈性輥24配置為被冷卻。具體說來，彈性輥24具有一個、兩個或更多流通路徑，用于循環(huán)其內(nèi)部的冷卻劑。作為冷卻劑，例如，可以使用水。然后，使用未示出的增壓熱水型溫度調(diào)節(jié)器將基本溫度設(shè)置在例如從80℃至130℃。需要注意的是，可以使用油溫調(diào)節(jié)器。
冷卻輥25具有圓柱形形狀，并且配置為被驅(qū)動以繞轉(zhuǎn)軸(即其中心軸)旋轉(zhuǎn)。冷卻輥25配置為被冷卻。冷卻輥25具有一個、兩個或更多流通路徑，用于循環(huán)其內(nèi)部的冷卻劑。作為冷卻劑，例如，可以使用水。然后，使用未示出的增壓熱水型溫度調(diào)節(jié)器將基本溫度設(shè)置在例如115℃。需要注意的是，可以使用油溫調(diào)節(jié)器。
透鏡片材制造方法下面描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡片材的制造方法。
首先，樹脂材料被擠壓機(jī)21熔化，并隨后被提供到T模頭22，以便從T模頭22連續(xù)排出片材。
然后，由成形輥23和彈性輥24壓合從T模頭22排出的片材。從而，成形輥23上的刻紋形狀被轉(zhuǎn)印到片材的正面，同時彈性輥24的凹凸形狀被轉(zhuǎn)印到片材的背面。此時，成形輥23的表面溫度保持在Tg+20℃至Tg+45℃的溫度范圍內(nèi)，而彈性輥24的表面溫度保持在20℃至Tg℃的另一溫度范圍內(nèi)。這里，Tg是樹脂材料的玻璃相變溫度。由于成形輥23和彈性輥24的表面溫度保持在上面指定的溫度范圍內(nèi)，所以可以很好地將刻紋形狀轉(zhuǎn)印到片材上。此外，將刻紋形狀轉(zhuǎn)印到片材上時樹脂材料的溫度優(yōu)選設(shè)定為Tg+50℃至Tg+230℃，更優(yōu)選地，設(shè)定為Tg+80℃至Tg+200℃溫度。在樹脂的溫度保持在上面指定的溫度范圍內(nèi)的情況下，可以很好地將刻紋形狀轉(zhuǎn)印到片材上。
然后，在由成形輥23和冷卻輥25壓合片材以抑制其顫振的同時，由冷卻輥25將片材從成形輥23上片狀剝落。此時，冷卻輥25的表面溫度保持在小于等于Tg的溫度范圍內(nèi)。在冷卻輥25的表面溫度保持在上面指定的溫度范圍內(nèi)、并由成形輥23和冷卻輥25壓合片材以抑制其顫振的情況下，可以很好地從成形輥23上片狀剝落片材。此外，片狀剝落時樹脂材料的溫度優(yōu)選大于等于Tg，更優(yōu)選為Tg+20℃至Tg+85℃，更優(yōu)選為Tg+30℃至Tg+60℃。在樹脂的溫度保持在上面指定的溫度范圍內(nèi)、并由成形輥23和冷卻輥25壓合片材以抑制其顫振的情況下，可以很好地從成形輥23上片狀剝落片材。根據(jù)上述內(nèi)容，可以獲得物鏡片材。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)下述效果。
在傳統(tǒng)透鏡片材制造方法中，透鏡形狀主要由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等的膜基片上的UV(紫外線)固化樹脂(例如UV固化丙烯酸樹脂等)形成。這一制造方法存在下述問題UV固化樹脂非常昂貴，并且由于需要對UV固化樹脂充分執(zhí)行UV輻射以硬化樹脂，所以制造速度低。此外，該制造方法還有這樣的問題，由于使用片材和透鏡層的兩層結(jié)構(gòu)，容易因熱或溫度導(dǎo)致的膨脹系數(shù)差異而發(fā)生翹曲，并且裝配工藝變得復(fù)雜。
針對這些問題，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡片材制造方法，因?yàn)槭褂猛ㄟ^對熱塑性樹脂進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印而整體模制的制品，可以實(shí)現(xiàn)這樣的特殊效果，即，可以使用較便宜的材料，可以提高透鏡片材的生產(chǎn)率，還可以抑制透鏡片材的翹曲的出現(xiàn)。
下面，結(jié)合工作示例描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于這些工作示例。
本發(fā)明的發(fā)明人通過模擬執(zhí)行了研究，其中，上文中給出的表達(dá)式(1)中的曲率半徑R、圓錐常數(shù)K以及非球面系數(shù)A、B、C、……的數(shù)值改變，以定義曲率半徑R、圓錐常數(shù)K以及非球面系數(shù)A、B、C、……。
傳統(tǒng)示例圖6以放大比例尺示出了傳統(tǒng)示例的棱鏡片材的XZ剖面的一部分。多個非常小的棱鏡相繼設(shè)置在棱鏡片材表面上。需要注意的是，在圖6中，點(diǎn)A表示棱鏡頂點(diǎn)，而另一點(diǎn)B和再一點(diǎn)C各自表示相鄰棱鏡的接點(diǎn)，又一點(diǎn)O是頂點(diǎn)A正下方的虛擬光起始點(diǎn)。又另一點(diǎn)P表示接點(diǎn)B正下方的虛擬光起始點(diǎn)。此外，在下面的描述中，頂點(diǎn)A和接點(diǎn)B之間的面被稱為“AB面”，而頂點(diǎn)A和接點(diǎn)C之間的面被稱為“AC面”。
此外，圖6示出了從虛擬光起始點(diǎn)O到達(dá)AB面的光通量Ω的軌跡和從虛擬光起始點(diǎn)P到達(dá)AB面和AC面的另一光通量Ψ的軌跡。光通量Ω和光通量Ψ的軌跡是通過模擬而確定的。需要注意的是，在下文中描述的各工作示例中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或?qū)?yīng)的元件。
圖7圖解了傳統(tǒng)示例的棱鏡片材的發(fā)光強(qiáng)度分布特性。圖8圖解了傳統(tǒng)示例的棱鏡片材的視場特性。需要注意的是，在圖7和8中，框線t1所包圍的分布對應(yīng)于一階透射光，而另一框線t2所包圍的分布對應(yīng)于二階透射光。圖7的分布圖示出了以0°為中心并且表示角度的圓，其中從中心起第一個圓表示角度為10°，第二個圓表示角度為20°，……，最外面的圓表示90°。此外，圖7和8的分布圖是通過計(jì)算機(jī)模擬而繪制的。同樣，下文中描述的各工作示例的分布圖也類似地依賴于模擬。
從圖7中可以確定從棱鏡片材以哪個角度發(fā)射的光被擴(kuò)張。此外，可以看到，對應(yīng)于二階透射光T2的分別出現(xiàn)在中心之上和之下70°附近。此外，從圖8可以看到，相對于正面亮度的半值寬度的角視場為大約100°。
然后，通過熔體擠壓方法在片材的一個主表面上制造上文中描述的三角形棱鏡，并且評價棱鏡的形狀。
下面，具體描述通過熔體擠壓方法的透鏡片材制造方法。
首先，以下述方式制造彈性輥。通過鍍Ni形成無縫管，對無縫管表面進(jìn)行鍍Cr工藝。此后，將鍍Cr層拋光到0.2S，以制造厚度為340微米的無縫管(下文中稱為“柔性套管”)。
然后，將回彈部件粘著到可以循環(huán)冷卻劑的輥上，并且將柔性套管安裝到回彈部件上，以獲得具有如下結(jié)構(gòu)的彈性輥，在該彈性輥中，冷卻水可以在回彈部件和柔性套管之間循環(huán)。需要注意的是，回彈部件是由腈基丁二烯橡膠(NBR)制成的，其硬度為85度，厚度為20mm。此外，彈性輥的直徑Φ設(shè)定為260mm，輥身長度(成形輥的寬度)設(shè)定為450mm。
此后，制備成形輥，其具有冷卻劑可以在其內(nèi)部通過多個流通路徑循環(huán)以降低溫度分布的結(jié)構(gòu)。需要注意的是，材料為S45C，并對其進(jìn)行了硬化和回火，然后進(jìn)行了鏡面精加工(小于等于0.5S)和非電NiP(鎳和磷)鍍覆(100微米厚)工藝。
在成形輥的圓柱形表面上以下述方式形成刻紋形狀。首先，在超精細(xì)車床的適當(dāng)位置上放置具有預(yù)定形狀的金剛石切割工具，在該超精細(xì)車床中，將成形輥放在恒溫恒濕(溫度23℃，濕度50％)的腔室中。然后，沿成形輥的周向形成上述三角形棱鏡的透鏡圖案。需要注意的是，成形輥的直徑為Φ300，輥身長度為460mm，槽加工寬度為300mm。
使用油媒質(zhì)作為成形輥的冷卻劑。使用水作為彈性輥和冷卻輥的冷卻劑，并且使用增壓熱水型溫度調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)冷卻劑的溫度。
作為擠壓機(jī)，使用包含螺桿而沒有齒輪泵的擠壓機(jī)，其中該螺桿具有直徑為Φ50mm的排出口。此外，作為T模頭，使用吊艙架(coachhanger)型模頭，其開口(lip)寬度為550mm，開口縫隙為1.5mm。此外，氣隙為105mm。
使用具有上述結(jié)構(gòu)的擠壓片材精密模制設(shè)備來執(zhí)行透鏡片材的模制。
首先，從T模頭擠出(Mitsubishi工程塑料公司生成的)聚碳酸酯E2000R。然后由成形輥和彈性輥壓合該材料，并且卷繞在成形輥上。需要注意的是，成形輥的表面溫度保持在Tg+35℃，而彈性輥的表面溫度保持在75℃。這里，Tg是聚碳酸脂樹脂的玻璃相變溫度。
此后，由冷卻輥從成形輥上片狀剝落片材。需要注意的是，冷卻輥的表面溫度保持在115℃。此外，卷取(takeup)設(shè)備的速度為7m/min。作為上述操作的結(jié)果，獲得了厚度為220微米、且已將凹槽轉(zhuǎn)印到其一個主表面上的透鏡片材。
上述成形輥和彈性輥的表面溫度是這樣獲得的使傳感器在緊靠壓合點(diǎn)之前、最不可能使測量受樹脂的熱量影響的位置接觸輥表面以執(zhí)行測量。同時，冷卻輥的表面溫度是這樣獲得的使傳感器在膜被冷卻輥和成形輥壓合的位置接觸冷卻輥表面以執(zhí)行測量。需要注意的是，作為溫度計(jì)，使用(Chino生產(chǎn)的、商品名為ND511-KHN的)便攜式數(shù)字溫度計(jì)；而作為傳感器，使用(Anritsu儀表有限公司生產(chǎn)的、商品名為U-161K-00-D0-1的)表面溫度測量傳感器。
此后，比較以上述這種方式在棱鏡片材的一個主表面上形成的棱鏡透鏡和上文中參考圖6描述的棱鏡透鏡的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒有成功地獲得期望的透鏡形狀，這是因?yàn)椴豢赡苁篃崴苄詷渲斑M(jìn)到三角形棱鏡的透鏡圖案的頂點(diǎn)部分。
工作示例1(其中，R＝3，K＝-2，A＝10-5，B、C、……＝0)圖9以放大比例尺示出了工作示例1的透鏡片材的XZ剖面的一部分。在透鏡片材上相繼排列著大量柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件在照明光的發(fā)射側(cè)具有有限焦距，并且具有左右對稱的高階非球表面。該非球面剖面形狀由滿足表達(dá)式(1)的Z=X2/(3+(9+X2))+10-5X4]]>表示。
下面，參考圖9，描述工作示例1的透鏡片材對從垂直方向入射的光通量Ω和從側(cè)面方向入射的另一光通量Ψ的作用和效果。
從垂直方向入射的光通量Ω首先，描述透鏡片材對從垂直方向入射的光通量Ω的作用和效果。如從圖9可見，由于相繼排列了大量具有高階非球表面的柱面透鏡元件，光通量Ω可以向透鏡片材的前方折射并透射，當(dāng)與傳統(tǒng)棱鏡片材相比時，這對正面方向上的亮度增強(qiáng)有貢獻(xiàn)。
從側(cè)面方向入射的光通量Ψ現(xiàn)在，描述透鏡片材對從側(cè)面方向入射的光通量Ψ的作用和效果。如從圖9可見，從非球表面之間的接點(diǎn)B正下方的虛擬光起始點(diǎn)P發(fā)射并到達(dá)AB面的光通量Ψ大部分被AB面全反射，并被AC面折射或全反射，以形成返回光分量R。因此，可以降低光通量Ψ可能對作為二階透射光分量T2的側(cè)裙光的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)的可能性，并且光通量Ψ可以對正面方向上的亮度增強(qiáng)有貢獻(xiàn)。
此外，關(guān)于來自第一次全反射面(AB面)的反射光通量，在點(diǎn)A和C之間一側(cè)頂點(diǎn)A附近的表面上，表面法線相對于Z軸的角度也形成小角度。因此，呈現(xiàn)了將該反射光通量全反射以形成返回光分量R的效果。
此外，入射到AC面上的部分光通量Ψ通過AC面的曲面形狀提供的折射效應(yīng)而向前分布。
此外，與傳統(tǒng)棱鏡形狀相比，在頂點(diǎn)附近的曲面上，來自AB面的反射光通量也經(jīng)歷更高的折射透射效應(yīng)，甚至經(jīng)歷全反射效應(yīng)。
圖10圖解了工作示例1的透鏡片材的光分布特性。如從圖10可見，與上文中描述的傳統(tǒng)示例的棱鏡片材相比，通過利用工作示例1的透鏡片材，減少了二階透射光分量T2。
以這種方式，在工作示例1的透鏡片材中，通過改善正面一側(cè)在整個區(qū)域上對來自上文中描述的垂直分量方向的光通量的折射和透射效應(yīng)、和對來自側(cè)面方向的入射光通量的折射能力和全反射能力，可以增加一階透射光，從而提升正面亮度，同時在向前方向上維持光分布。此外，通過抑制二階透射光分量T2以增加對返回光分量R的貢獻(xiàn)可以有效地利用光，因此，可以提高光的增益特性。
然后，比較以上面描述的方式在透鏡片材的一個主表面上形成的曲面(toroidal)透鏡元件和由上面指定的Z=X2/(3+(9+X2))+10-5X4]]>表示的曲面透鏡元件的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者具有基本上相同的形狀。換句話說，發(fā)現(xiàn)熱塑性樹脂可以前進(jìn)到每個曲面透鏡元件的透鏡圖案的頂點(diǎn)部分中，并且可以獲得期望的曲面透鏡形狀。
工作示例2(其中，R＝5，K＝-10，A＝5×10-5，B、C、……＝0)圖11以放大比例尺示出了工作示例2的透鏡片材的XZ剖面的一部分。在透鏡片材上相繼排列著柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件在照明光的發(fā)射側(cè)具有有限焦距，并且具有左右對稱的高階非球表面。該非球表面形狀由滿足表達(dá)式(1)的Z=X2/(5+(25+9X2))+5×10-5X4]]>表示。
下面，參考圖11，描述工作示例2的透鏡片材對從垂直方向入射的光通量Ω和從側(cè)面方向入射的另一光通量Ψ的作用和效果。
如從圖11可見，該剖面圖呈現(xiàn)了與圖9的透鏡片材的剖面形狀相比曲率較大的曲面，并且盡管光通量Ω的折射透射光的擴(kuò)張發(fā)生了變化，但是折射透射光是向前分布的。此外，由于AB面和AC面的總反射效應(yīng)增加，所以可以減少二階透射光分量T2。至于通過AC面的透射方向，法線方向的變化增大，入射光通量的入射角變小。所以，盡管折射效應(yīng)降低，但是向前光分布沒有惡化。
圖12圖解了工作示例2的透鏡片材的光分布特性。如圖12所示，與上文中描述的傳統(tǒng)棱鏡片材相比，通過利用工作示例2的透鏡片材，減少了二階透射光分量T2。
然后，以與上文中描述的工作示例1相似的方式制造透鏡片材，比較該透鏡片材的一個主表面上形成的曲面透鏡元件和由上面指定的Z=X2/(5+(25+9X2))+5×10-5X4]]>表示的曲面透鏡元件的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者具有基本上相同的形狀。
工作示例3(其中，R＝1，K＝-2，A＝10-5，B、C、……＝0)圖13以放大比例尺示出了工作示例3的透鏡片材的XZ剖面的一部分。在透鏡片材上相繼排列著柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件在照明光的發(fā)射側(cè)具有有限焦距，并且具有左右對稱的高階非球表面。該非球表面形狀由滿足表達(dá)式(1)的Z=X2/(1+(1+X2))+10-5X4]]>表示。
下面，參考圖13，描述工作示例3的透鏡片材對從垂直方向入射的光通量Ω和從側(cè)面方向入射的另一光通量Ψ的作用和效果。
如從圖13可見，從虛擬光起始點(diǎn)O發(fā)射的部分光通量Ω被點(diǎn)A附近的表面全反射，并且可以作為返回光分量R輔助增加正面亮度。此外，提升了從另一虛擬光起始點(diǎn)P發(fā)射的光通量Ψ可以通過全反射而作為返回光分量R的效率、以及對光通量Ψ的折射能力，從而緩解了二階透射光分量T2的出現(xiàn)。
圖14是圖解表示工作示例3的透鏡片材的光分布特性的分布圖。如圖14所示，與上文中描述的傳統(tǒng)示例的棱鏡片材相比，通過利用工作示例3的透鏡片材，減少了二階透射光分量T2。
然后，以與工作示例1相似的方式制造透鏡片材，比較該透鏡片材的一個主表面上形成的曲面透鏡元件和由上面指定的Z=X2/(1+(1+X2))+10-5X4]]>表示的曲面透鏡元件的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者具有基本上相同的形狀。
工作示例4(其中，R＝1，K＝-2，A＝10-5，B＝0，C＝2×10-5、D、E、……＝0)圖15以放大比例尺示出了工作示例4的透鏡片材的XZ剖面的一部分。在透鏡片材上相繼排列著柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件在照明光的發(fā)射側(cè)具有有限焦距，并且具有左右對稱的高階非球表面。該非球表面由滿足表達(dá)式(1)的Z=X2/(1+(1+X2))+10-5X4+2×10-5X6]]>表示。
下面，參考圖15，描述工作示例4的透鏡片材對從垂直方向入射的光通量Ω和從側(cè)面方向入射的另一光通量Ψ的作用和效果。
如從圖15可見，從虛擬光起始點(diǎn)O發(fā)射的部分光通量Ω被點(diǎn)A附近的表面全反射，并且可以作為返回光分量R輔助增加正面亮度。此外，提升了從另一虛擬光起始點(diǎn)P發(fā)射的光通量Ψ可以通過全反射而作為返回光分量R的效率、以及對光通量Ψ的折射能力，從而緩解了二階透射光分量T2的出現(xiàn)。
圖16圖解了工作示例4的透鏡片材的光分布特性。如圖16所示，與上文中描述的傳統(tǒng)示例的棱鏡片材相比，通過利用工作示例4的透鏡片材，減少了二階透射光分量T2。
然后，以與工作示例1相似的方式制造透鏡片材，比較該透鏡片材的一個主表面上形成的曲面透鏡元件和由上面指定的Z=X2/(1+(1+X2))+10-5X4+2×10-5X6]]>表示的曲面透鏡元件的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者具有基本上相同的形狀。
工作示例5(其中，R＝25，K＝-2，A＝5×10-5，B、C、……＝0)圖17以放大比例尺示出了工作示例5的透鏡片材的XZ剖面的一部分。圖18圖解了工作示例5的透鏡片材的視場特性。如從圖17可見，在透鏡片材上用于發(fā)射光的一側(cè)的表面上設(shè)置的柱面透鏡元件的橫截面具有非球表面剖面形狀，該非球表面剖面形狀在照明光的發(fā)射側(cè)具有有限焦距。該剖面形狀由通過將R＝25，K＝-2，A＝5×10-5，B、C、……＝0代入表達(dá)式(1)而得到的下面的表達(dá)式表示Z=X2/(25+(625+10X2))+5×10-5X4]]>下面，參考圖17，描述工作示例5的透鏡片材對從垂直方向入射的光通量Ω和從側(cè)面方向入射的另一光通量Ψ的作用和效果。
從垂直方向入射的光通量Ω首先，描述透鏡片材對從垂直方向入射的光通量Ω的作用和效果。在工作示例5的透鏡片材中，入射光通量Ω全部向透鏡片材的前方折射并透射。因此，可以實(shí)現(xiàn)可增加片材正面方向上的分布光比例的效果。具體說來，在工作示例5的透鏡片材中，由于一階透射光可以因一個主表面上設(shè)置的非球表面形狀而全部向前折射并透射，所以可以實(shí)現(xiàn)提高一階透射光的特性的效果。
與此對比，在上文中描述的傳統(tǒng)示例的棱鏡片材中，由于光通量Ω中入射到頂點(diǎn)附近部分上的那部分光通量Ω的入射角超過了臨界角θc＝sin-1(1/n)，所以其被全反射而形成返回光。例如，在片材材料為聚碳酸脂(n＝1.59)的情況下，入射角超過臨界角θc＝38.97°的光通量Ω被全反射以形成返回光。需要注意的是，部分返回光被漫射器等重新引入棱鏡片材，然后被有效地利用。
從側(cè)面方向入射的光通量Ψ現(xiàn)在，描述透鏡片材對從側(cè)面方向入射的光通量Ψ的作用和效果。部分光通量Ψ被AB面全反射、并被AC面折射或全反射，從而減小了被全反射的光通量Ψ可對作為二階透射光的側(cè)裙光的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)的可能性。同時，入射到AB面上的另一部分光通量Ψ被折射并透射，使得其可以在不影響側(cè)裙光的情況下形成擴(kuò)張角視場的透射光。
這里，注意AC面上頂點(diǎn)附近的部分，在工作示例5的透鏡片材中，AC面上頂點(diǎn)附近的法線相對于Z軸形成小角度。因此，可以實(shí)現(xiàn)可由AC面上頂點(diǎn)附近的部分全反射來自AB面的反射光通量Ψ的效果。具體說來，在傳統(tǒng)示例的棱鏡片材中，在被AB面反射后來到AC面的光通量Ψ中、入射到AC面上頂點(diǎn)A附近的部分的光通量Ψ形成側(cè)裙光。然而，在工作示例5的透鏡片材中，在被AB面反射后來到AC面的光通量Ψ中、入射到AC面上頂點(diǎn)A附近的光通量Ψ可以被全反射以形成返回光。
此外，在從虛擬光起始點(diǎn)P入射到AC面上的光通量Ψ中，直到AC面上接點(diǎn)C附近的部分的區(qū)域中的光通量Ψ因曲面的折射效應(yīng)而向前分布。所以，可以預(yù)期角視場的擴(kuò)張效應(yīng)。此外，接點(diǎn)C附近的光通量Ψ，即去往側(cè)面方向的、原來可能成為側(cè)裙光的光通量，被AC面折射并透射，并重新進(jìn)入相鄰的非球表面?zhèn)?，以形成返回光。因此，可以預(yù)期可抑制側(cè)裙光的效果。
如上所述，可以增強(qiáng)來自垂直方向的入射光通量Ω的總體向前折射透射效應(yīng)、對來自側(cè)面方向的入射光通量Ψ的折射能力和全反射能力、以及側(cè)面分布光的返回光效應(yīng)。因此，可以增加一階透射光，以提升正面亮度，同時將光分布維持在向前方向上。此外，可以抑制二階透射光，以引起角視場的擴(kuò)張效應(yīng)。此外，可以增加對返回光的貢獻(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)光的有效利用(參考圖18)。
然后，以與上文中描述的工作示例1相似的方式制造透鏡片材，比較該透鏡片材的一個主表面上形成的曲面透鏡元件和由上面指定的Z=X2/(25+(625+10X2))+5×10-5X4]]>表示的曲面透鏡元件的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者具有基本上相同的形狀。
工作示例6(其中，R＝10，K＝-41，A＝6×10-5，B＝C、……＝0)圖19以放大比例尺示出了工作示例6的透鏡片材的XZ剖面的一部分。圖20圖解了工作示例6的透鏡片材的視場特性。如從圖19可見，在透鏡片材上用于發(fā)射光的一側(cè)的表面上設(shè)置的柱面透鏡元件的橫截面具有非球表面剖面形狀，該非球表面剖面形狀具有有限焦距。該剖面形狀由通過將R＝10，K＝-41，A＝6×10-5，B、C、……＝0代入表達(dá)式(1)而得到的下面的表達(dá)式表示Z=X2/(10+(100+40X2))+6×10-5X4]]>從圖19和20可以看到，對于從垂直方向入射的光通量Ω和從側(cè)面方向入射的光通量Ψ，工作示例6的透鏡片材可以實(shí)現(xiàn)與上文中描述的工作示例5的透鏡片材相似的作用和效果。
然后，以與上面描述的工作示例1相似的方式制造透鏡片材，比較該透鏡片材的一個主表面上形成的曲面透鏡元件和由上面指定的Z=X2/(10+(100+40X2))+6×10-5X4]]>表示的曲面透鏡元件的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者具有基本上相同的形狀。
工作示例7(其中，R＝40，K＝-201，A＝6×10-5，B＝C、……＝0)圖21以放大比例尺示出了工作示例7的透鏡片材的XZ剖面的一部分。圖22圖解了工作示例7的透鏡片材的取向特性。如從圖21可見，在透鏡片材上用于發(fā)射光的一側(cè)的表面上設(shè)置的柱面透鏡元件的橫截面具有非球表面剖面形狀，該非球表面剖面形狀具有有限焦距。該剖面形狀由通過將R＝40，K＝-201，A＝6×10-5，B、C、……＝0代入表達(dá)式(1)而得到的下面的表達(dá)式表示Z=X2/(40+(1600+200X2))+6×10-5X4]]>從圖21和22可以看到，對于從垂直方向入射的光通量Ω和從側(cè)面方向入射的光通量Ψ，工作示例7的透鏡片材可以實(shí)現(xiàn)與上文中描述的工作示例5的透鏡片材相似的作用和效果。
然后，以與上面描述的工作示例1相似的方式制造透鏡片材，比較該透鏡片材的一個主表面上形成的曲面透鏡元件和由上面指定的Z=X2/(40+(1600+200X2))+6×10-5X4]]>表示的曲面透鏡元件的形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者具有基本上相同的形狀。
此外，如圖8、18、20、22所示，在傳統(tǒng)示例和工作示例5至7中，根據(jù)相對于正面亮度的半值寬度的角視場為傳統(tǒng)示例100°工作示例5145°工作示例6145°工作示例7150°因此，傳統(tǒng)棱鏡片材具有角視場大約100°而較窄的問題，但工作示例5至7的透鏡片材具有角視場大約150°而較寬的優(yōu)勢。換句話說，工作示例5至7的透鏡片材可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)棱鏡片材相比可顯著增大角視場的更好效果。
可以認(rèn)識到，根據(jù)上面描述的工作示例1至4，通過在表達(dá)式(1)中施加條件0＜R≤30，R-K≥5，-15＜K≤-1，且0≤A、B、C、……＜10-3，可以實(shí)現(xiàn)下面的效果。具體說來，可以認(rèn)識到(1)可以在正面方向上獲得最高亮度；(2)可以在預(yù)定角視場內(nèi)的方向上實(shí)現(xiàn)高亮度分布；(3)可以抑制二階透射光。
此外，可以認(rèn)識到，根據(jù)上面描述的工作示例5至7，通過在表達(dá)式(1)中施加條件R≥0，K＜-1，0＜A＜10-3，且0≤B、C、……＜10-3，可以實(shí)現(xiàn)下面的效果。具體說來，可以認(rèn)識到(1)可以在正面方向上獲得最高亮度；(2)可以在預(yù)定角視場內(nèi)的方向上實(shí)現(xiàn)高亮度分布；(3)可以抑制二階透射光；(4)可以擴(kuò)張角視場。
現(xiàn)在，基于峰值亮度分布來描述關(guān)于末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R、圓錐常數(shù)K以及非球面系數(shù)A、B、C、……的數(shù)值范圍的研究結(jié)果。
工作示例8(其中，K＝-1)確定了根據(jù)上文中給出的、已將圓錐常數(shù)K＝-1代入其中的表達(dá)式(1)而隨著末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R和非球面系數(shù)A的變化而改變的峰值亮度分布。圖23圖解了圓錐常數(shù)K＝-1的情況下的峰值亮度分布。
工作示例9
(其中，K＝-1.5)確定了根據(jù)上文中給出的、已將圓錐常數(shù)K＝-1.5代入其中的表達(dá)式(1)而隨著末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R和非球面系數(shù)A的變化而改變的峰值亮度分布。圖24圖解了圓錐常數(shù)K＝-1.5的情況下的峰值亮度分布。
工作示例10(其中，K＝-2)確定了根據(jù)上文中給出的、已將圓錐常數(shù)K＝-2代入其中的表達(dá)式(1)而隨著末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R和非球面系數(shù)A的變化而改變的峰值亮度分布。圖25圖解了圓錐常數(shù)K＝-2的情況下的峰值亮度分布。
工作示例11(其中，K＝-5)確定了根據(jù)上文中給出的、已將圓錐常數(shù)K＝-5代入其中的表達(dá)式(1)而隨著末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R和非球面系數(shù)A的變化而改變的峰值亮度分布。圖26圖解了圓錐常數(shù)K＝-5的情況下的峰值亮度分布。
工作示例12(其中，K＝-10)確定了根據(jù)上文中給出的、已將圓錐常數(shù)K＝-10代入其中的表達(dá)式(1)而隨著末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R和非球面系數(shù)A的變化而改變的峰值亮度分布。圖27圖解了圓錐常數(shù)K＝-10的情況下的峰值亮度分布。
工作示例13(其中，K＝-15)確定了根據(jù)上文中給出的、已將圓錐常數(shù)K＝-15代入其中的表達(dá)式(1)而隨著末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R和非球面系數(shù)A的變化而改變的峰值亮度分布。圖28圖解了圓錐常數(shù)K＝-15的情況下的峰值亮度分布。
工作示例14(其中，K＝-20)確定了根據(jù)上文中給出的、已將圓錐常數(shù)K＝-20代入其中的表達(dá)式(1)而隨著末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑R和非球面系數(shù)A的變化而改變的峰值亮度分布。圖29圖解了圓錐常數(shù)K＝-20的情況下的峰值亮度分布。
現(xiàn)在，描述關(guān)于透鏡片材的背面一側(cè)上設(shè)置的凸起部分的研究。
工作示例15首先，以下述方式制造彈性輥。通過鍍Ni形成無縫管，對無縫管表面進(jìn)行鍍Cr工藝。此后，將鍍Cr層拋光到0.2S，以制造厚度為340微米的無縫管(下文中稱為“柔性套管”)。然后，用不銹鋼材料(SUS材料)處理該柔性套管的外圓周表面。
然后，用Fuji制造有限公司制造的噴珠加工機(jī)器將具有預(yù)定顆粒尺寸(直徑)的玻璃珠噴射到柔性套管上，以在柔性套管的外圓周表面上形成凹凸形狀。需要注意的是，噴射角度為相對于柔性套管的外圓周表面的法線大約30°。
然后，將回彈部件粘著到可以循環(huán)冷卻劑的輥上，并且將柔性套管安裝到回彈部件上，以獲得具有如下結(jié)構(gòu)的彈性輥，在該彈性輥中，冷卻水在回彈部件和柔性套管之間循環(huán)。需要注意的是，作為回彈部件，使用腈基丁二烯橡膠(NBR)，其硬度為85度，其厚度設(shè)定為20mm。此外，彈性輥的直徑Φ設(shè)定為260mm，輥身長度(成形輥的寬度)設(shè)定為450mm。
然后，將以這種方式獲得的彈性輥附到擠壓片材精密模制設(shè)備上，并以下面的方式制造透鏡片材。
首先，從T模頭連續(xù)排出(Mitsubishi工程塑料公司生成的)聚碳酸酯E2000R，直到其被成形輥和彈性輥壓合，然后卷繞在成形輥上。需要注意的是，成形輥的表面溫度保持在Tg+35℃，而彈性輥的表面溫度保持在75℃。這里，Tg是聚碳酸脂樹脂的玻璃相變溫度。
此后，由冷卻輥從成形輥上片狀剝落片材。需要注意的是，冷卻輥的表面溫度保持在115℃。此外，卷取機(jī)的速度為7m/min。通過上述操作，獲得了厚度為200μm的透鏡片材，其中在其正面設(shè)置了柱面透鏡元件而在其背面上設(shè)置了凸起部分。
上述成形輥和彈性輥的表面溫度是在緊靠壓合點(diǎn)之前、最不可能使測量受樹脂的熱量影響的位置上，在傳感器接觸輥表面的情況下測量的。此外，冷卻輥的表面溫度是在片材被冷卻輥和成形輥壓合的位置上，在傳感器接觸冷卻輥表面的情況下測量的。需要注意的是，作為溫度計(jì)，使用(Chino生產(chǎn)的、商品名為ND511-KHN的)便攜式數(shù)字溫度計(jì)；而作為傳感器，使用(Anritsu儀表有限公司生產(chǎn)的、商品名為U-161K-00-D0-1的)表面溫度測量傳感器。
工作示例16至25除了使用在不同工作示例中顆粒尺寸(直徑)不同的玻璃珠在柔性套管的外圓周表面上形成凹凸形狀，并且使用其上設(shè)置有該柔性套管的彈性輥來形成片材的背面一側(cè)之外，以與上文中描述的工作示例1相似的方式獲得透鏡片材。
然后，對以上述方式獲得的工作示例15至25的透鏡片材的背面一側(cè)上設(shè)置的凸起部分的數(shù)量、凸起部分之間的距離、十點(diǎn)平均粗糙度、凸起部分在凸起部分面積占1％之處的高度、動態(tài)摩擦系數(shù)、正面亮度相對值、滑動測試和外觀模糊進(jìn)行估計(jì)。
對凸起部分?jǐn)?shù)量的估計(jì)用(Kosaka有限公司生產(chǎn)的、商品名為E4100的)三維測量儀器測量透鏡片材的背面。然后，通過最小二乘法，對所測量出的表面形狀進(jìn)行測量傾斜面的傾斜算術(shù)運(yùn)算-校正，以獲得平均中心平面(JISB0601-1994)。此后，計(jì)算距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分的數(shù)量。
對凸起部分之間的距離的估計(jì)確定上述這些距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分之間的平均距離。
十點(diǎn)平均粗糙度估計(jì)此外，對上述距平均中心平面的五個最大高度和五個最小高度之差求平均，以計(jì)算十點(diǎn)平均粗糙度SRz。
對凸起部分在凸起部分面積占1％之處的高度的估計(jì)確定從某一中心平面到下述切割平面的高度，其中當(dāng)沿著所述切割平面與該中心平面平行地切割凸起部分時，在中心平面的法線方向的投影范圍內(nèi)，凸起部分橫截面的總面積相對于投影面積的比率為1％。在1000μm×500μm的范圍內(nèi)，確定橫截面積呈現(xiàn)1％(5000μm2)的面積比之處的高度。
動態(tài)摩擦系數(shù)估計(jì)使用(Shinto科學(xué)有限公司生產(chǎn)的、商品名為Type-22的)表面測量儀器來測量透鏡片材背面一側(cè)在200g負(fù)載下作為滑行運(yùn)動對象相對于Keiwa生產(chǎn)的漫射片材BS702的摩擦。
正面亮度相對值估計(jì)為了估計(jì)實(shí)際機(jī)械特性，將透鏡片材安裝在Sony商業(yè)制造的19英寸電視(TV)機(jī)上。具體說來，在容納了冷陰極熒光燈(CCFL)的單元上相繼安裝了用于混合光和消除不均勻性的漫射器和工作示例中的透鏡片材，以形成背光系統(tǒng)，并且將液晶面板安裝在該背光系統(tǒng)上，以獲得液晶顯示設(shè)備。然后，借助于Konica Minolta生產(chǎn)的CS-1000測量該液晶顯示設(shè)備的正面亮度。
然后，類似地將以除了省略了背面一側(cè)上凸起部分的形成之外、與工作示例相似的方式制造的透鏡片材安裝在Sony商業(yè)制造的19英寸TV接收機(jī)上，以獲得液晶顯示設(shè)備，并借助于Konica Minolta生產(chǎn)的CS-1000測量該液晶顯示設(shè)備的正面亮度。
然后，確定前一液晶顯示設(shè)備的正面亮度相對于后一液晶顯示設(shè)備的正面亮度的相對值。
滑動測試估計(jì)使用(Shinto科學(xué)有限公司生產(chǎn)的、商品名為Heiden Type-22的)表面測量儀器來執(zhí)行透鏡片材背面與漫射器(MS樹脂)之間的滑動測試。需要注意的是，負(fù)載設(shè)定為200g，往復(fù)滑行運(yùn)動的次數(shù)設(shè)定為100。然后，通過用于觀測市場上的照相底片的背光單元來觀測滑動面的傷痕，并將傷痕程度估計(jì)為三個等級，包括(1)存在少許傷痕；(2)存在幾個傷痕；以及(3)在整個區(qū)域內(nèi)存在傷痕。
外觀模糊估計(jì)當(dāng)把透鏡片材安裝在Sony商業(yè)制造的19英寸TV接收機(jī)上，以便以與上面描述的對正面亮度相對值的估計(jì)的情況類似的方式，觀測液晶面板時，在連續(xù)改變觀測方向的同時，通過目測來確定是否觀測到了外觀的模糊狀態(tài)(亮度不均勻性)。
工作示例26至36除了制備具有鏡面狀模制面的成形輥、并用該成形輥來制備透鏡片材之外，以與上文中描述的工作示例15至25類似的方式，獲得在正面一側(cè)未設(shè)置透鏡、而在背面一側(cè)設(shè)置了凸起部分的透鏡片材。
混濁度估計(jì)使用(Murakami色彩研究實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的、商品名為HM-150的)混濁度計(jì)來測量以上面描述的方式獲得的、工作示例26至36的透鏡片材的混濁度(陰暗度)。
平均傾角梯度估計(jì)確定以上面描述的方式獲得的、工作示例26至36的透鏡片材的平均傾角梯度。
平均傾角梯度由下面的表達(dá)式給出，其中將X和Y軸的直角坐標(biāo)軸置于粗糙度曲線的中心平面上，并將垂直于該中心平面的軸設(shè)為Z軸，粗糙度曲線由f(x，y)表示，而基準(zhǔn)平面的尺寸由Lx和Ly表示δa=1SM∫0Lx∫0Ly(δfδx)2+(δfδy)2dxdy]]>SM＝Lx×Ly圖30和31示出了以上面描述的方式獲得的估計(jì)結(jié)果。需要注意的是，滑動測試判定結(jié)果一列的數(shù)字表示下列判定結(jié)果(1)在整個區(qū)域內(nèi)存在傷痕；(2)存在幾個傷痕；(3)存在少許傷痕圖32是圖解尺寸大于等于0.2μm的那些凸起部分的數(shù)量和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖。圖33是圖解尺寸大于等于0.2μm的那些凸起部分的數(shù)量和外觀模糊之間的關(guān)系的曲線圖。圖34是圖解尺寸大于等于0.2μm的那些凸起部分之間的距離和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖。圖35是圖解尺寸大于等于0.2μm的那些凸起部分之間的距離和滑動測試結(jié)果之間的關(guān)系的曲線圖。圖36是圖解尺寸大于等于0.2μm的那些凸起部分之間的距離和外觀模糊之間的關(guān)系的曲線圖。圖37是圖解十點(diǎn)平均粗糙度SRz和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖。圖38是圖解十點(diǎn)平均粗糙度SRz和滑動測試結(jié)果之間的關(guān)系的曲線圖。圖39是圖解凸起部分面積占1％之處的高度和亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖。圖40是圖解凸起部分面積占1％之處的高度和滑動測試結(jié)果之間的關(guān)系的曲線圖。圖41是圖解混濁度與亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖。圖42是平均傾角梯度與亮度相對值之間的關(guān)系的曲線圖。
根據(jù)圖30至41的估計(jì)結(jié)果，可以認(rèn)識到以下內(nèi)容。
凸起部分?jǐn)?shù)量的估計(jì)結(jié)果從外觀模糊的估計(jì)結(jié)果(參見圖33)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分密度設(shè)定為大于等于70個/mm2，可以改善因透鏡片材的背面一側(cè)上設(shè)置的漫射器與平面部分的干涉而導(dǎo)致的外觀模糊。
此外，從正面亮度相對值估計(jì)結(jié)果(參見圖32)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分密度設(shè)定為小于等于400個/mm2，可以抑制因透鏡片材背面一側(cè)上設(shè)置凸起部分而導(dǎo)致的液晶顯示設(shè)備亮度降低。
凸起部分之間的距離的估計(jì)結(jié)果從正面亮度相對值估計(jì)結(jié)果(參見圖34)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分之間的平均距離設(shè)定為大于等于50μm，可以抑制因在透鏡片材背面一側(cè)上設(shè)置凸起部分而導(dǎo)致的液晶顯示設(shè)備亮度降低。
此外，從滑動測試估計(jì)結(jié)果和外觀模糊估計(jì)結(jié)果(參見圖35和36)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分之間的平均距離設(shè)定為小于等于120μm，可以避免由透鏡片材的背面在漫射器的表面上形成傷痕，并且可以改善因透鏡片材的背面一側(cè)上設(shè)置的漫射器與平面部分的干涉而導(dǎo)致的外觀模糊。
十點(diǎn)平均粗糙度的估計(jì)結(jié)果從滑動測試估計(jì)結(jié)果和外觀模糊估計(jì)結(jié)果(參見圖30和38)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分的十點(diǎn)平均粗糙度SRz設(shè)定為大于等于1μm，可以避免由透鏡片材的背面在漫射器的表面上形成傷痕，并且可以改善因透鏡片材的背面一側(cè)上設(shè)置的漫射器與平面部分的干涉而導(dǎo)致的外觀模糊。
從正面亮度相對值估計(jì)結(jié)果(參見圖37)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分的十點(diǎn)平均粗糙度SRz設(shè)定為小于等于15μm，可以抑制因在透鏡片材背面一側(cè)上設(shè)置凸起部分而導(dǎo)致的液晶顯示設(shè)備亮度降低。
凸起部分在呈現(xiàn)1％面積之處的高度的估計(jì)結(jié)果從滑動測試的估計(jì)結(jié)果和外觀模糊的估計(jì)結(jié)果(參見圖30和40)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分在凸起部分面積占1％之處的高度設(shè)定為大于等于1μm，可以避免由透鏡片材的背面在漫射器的表面上形成傷痕，并且可以改善因透鏡片材的背面一側(cè)上設(shè)置的漫射器與平面部分的干涉而導(dǎo)致的外觀模糊。
此外，從正面亮度相對值估計(jì)結(jié)果(參見圖39)可以認(rèn)識到，通過將凸起部分在凸起部分面積占1％之處的高度設(shè)定為小于等于7μm，可以抑制因在透鏡片材背面一側(cè)上設(shè)置凸起部分而導(dǎo)致的液晶顯示設(shè)備亮度降低。
混濁度估計(jì)結(jié)果從正面亮度相對值估計(jì)結(jié)果(參見圖41)可以認(rèn)識到，通過將透鏡片材在未形成透鏡圖案的狀態(tài)下的混濁度設(shè)定為小于等于60％，可以抑制因在透鏡片材背面一側(cè)上設(shè)置凸起部分而導(dǎo)致的液晶顯示設(shè)備亮度降低。此外，可以認(rèn)識到，通過將透鏡片材在未形成透鏡圖案的狀態(tài)下的混濁度設(shè)定為小于等于20％，可以進(jìn)一步抑制因在透鏡片材背面一側(cè)上設(shè)置凸起部分而導(dǎo)致的液晶顯示設(shè)備亮度降低。
平均傾角梯度估計(jì)結(jié)果從正面亮度相對值估計(jì)結(jié)果(參見圖42)可以認(rèn)識到，通過將未形成透鏡圖案的狀態(tài)下的平均傾角梯度δa設(shè)定為小于等于0.25(弧度)，可以抑制透鏡片材的亮度降低。
如上所述，通過在透鏡片材背面上設(shè)置凸起部分，可以在不使亮度降級的情況下，實(shí)現(xiàn)外觀模糊的改善和諸如滑動特性之類的機(jī)械特性。認(rèn)為外觀模糊減少的原因是避免了凸起部分向漫射器的粘附。此外，認(rèn)為滑動測試特性改善的原因是減小了滑動時凸起部分組件的摩擦。
本發(fā)明不限于上面描述的本發(fā)明工作示例，而是可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，進(jìn)行各種修改和引用。例如，通過部署在光導(dǎo)板上，可以預(yù)期對正面亮度相似的改善效果。
此外，即使將該透鏡片材布置在來自利用液晶的顯示單元內(nèi)的光導(dǎo)板的背光裝置的發(fā)光側(cè)面上的情況下，或者即使將透鏡片材布置在液晶顯示面板的入射側(cè)前部，也呈現(xiàn)相似的效果。
此外，盡管在上面描述的工作示例中，作為示例描述了在背光裝置和液晶顯示設(shè)備中設(shè)置一個透鏡片材的情況，但是也可以設(shè)置多個透鏡片材。
此外，背光裝置1不限于上文中描述的那一個工作示例，而是可以配置為在光導(dǎo)板、EL(電致發(fā)光)發(fā)光面、平面發(fā)光CCFL(冷陰極熒光燈)或其它某種光源之上包括透鏡片材14。同樣，在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)與上文中描述的那一個實(shí)施例相似的正面亮度提高效果。
盡管在上文中描述的這一個工作示例中，描述了通過熔體擠壓方法制造透鏡片材的情況，但是可以通過熱壓制方法制造透鏡片材。例如，使用市場上的噴珠或噴砂機(jī)，改變顆粒類型、顆粒尺寸和噴射速度，以在用于形成背面的壓制板的面上制造凹凸形狀。通過使用以這種方式獲得的壓制板、和其上有用于形成柱面透鏡元件的凹凸形狀的壓制板，對熱塑性樹脂進(jìn)行真空熱成形，可以獲得透鏡片材。
下面更具體地描述通過熔體擠壓方法制造透鏡片材的方法。
首先，由Fuji制造有限公司生產(chǎn)的噴珠加工機(jī)器將具有一定顆粒尺寸的玻璃珠噴入市場上的、厚度t為例如t＝1mm的SUS材料板中，以制造用于形成透鏡片材背面一側(cè)的壓制板。于是，將噴射角度設(shè)定為相對于SUS材料板的垂直方向例如大約30°的角度。
然后，將厚度t為t＝200μm的、例如由聚碳酸脂等制成的片材夾在以上述這種方式獲得的壓制板和其上設(shè)置有透鏡圖案的金屬模之間，并通過例如真空熱壓制機(jī)器，在170℃×10kg/cm2下壓制成形10分鐘，然后將其冷卻到室溫。從而獲得目標(biāo)透鏡片材。
此外，盡管在上文中描述的這一個工作示例中，作為示例描述了在彈性輥24的圓柱形表面上設(shè)置凸起部分16，以在透鏡片材14的背面上形成凸起部分16的示例，彈性輥24的圓柱形表面的形狀不限于此。例如，在透鏡片材14的背面被形成為平面的情況下，彈性輥24的圓柱形表面可以被形成為鏡面。
此外，在上文中描述的這一個工作示例中，液晶顯示設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于避免損壞透鏡片材14的保護(hù)片材。保護(hù)片材的一個主表面被形成為平面，而另一個主表面被形成為凹凸表面，在該凹凸表面上，與透鏡片材14的背面類似地設(shè)置有凹凸部分。在要僅在保護(hù)片材的一個面上形成凸起部分的情況下，以使得保護(hù)片材上設(shè)置有凸起部分的一面面對光源12的方式，將保護(hù)片材設(shè)置在液晶顯示設(shè)備上。需要注意的是，可以在保護(hù)片材的兩面上設(shè)置凸起部分。
保護(hù)片材可以設(shè)置在例如透鏡片材14和反射型偏振器18之間，或者，保護(hù)片材可以取代反射型偏振器18而設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種具有柱面透鏡元件的光學(xué)片材，該柱面透鏡元件具有高階非球表面，并且在所述光學(xué)片材的一個主表面上相繼成行設(shè)置，其特征在于，在將Z軸取為平行于所述光學(xué)片材的法線方向，X軸取為所述柱面透鏡元件的行的方向的情況下，所述柱面透鏡元件的橫截面形狀滿足下面的表達(dá)式Z=X2/(R+(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+......]]>其中，R是末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，而A、B、C、......是非球面系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、......滿足如下數(shù)值范圍R≥0K＜-10＜A＜10-30≤B、C、......＜10-3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、......滿足如下數(shù)值范圍0＜R≤72-15＜K≤-1R-K≥50≤A、B、C、......＜10-3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，曲率半徑R、圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)A、B、C、......滿足如下數(shù)值范圍0＜R≤30-15＜K≤-1R-K≥50≤A、B、C、......＜10-3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，在與設(shè)置了所述柱面透鏡元件的所述一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分，并且所述凸起部分的密度大于等于70個/mm2但小于等于500個/mm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)片材，其特征在于，在與設(shè)置了所述柱面透鏡元件的所述一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬希€設(shè)置了距平均中心平面的高度大于等于0.20μm的凸起部分，并且所述凸起部分之間的平均距離大于等于50μm但小于等于120μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，在與設(shè)置了所述柱面透鏡元件的所述一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬希€設(shè)置了凸起部分，并且所述凸起部分設(shè)置為使得所述光學(xué)片材在未形成所述柱面透鏡元件的狀態(tài)下的陰暗度小于等于60％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，在與設(shè)置了所述柱面透鏡元件的所述一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬希€設(shè)置了凸起部分，并且所述凸起部分設(shè)置為使得所述光學(xué)片材在未形成所述柱面透鏡元件的狀態(tài)下的陰暗度小于等于20％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，在與設(shè)置了所述柱面透鏡元件的所述一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了凸起部分，并且所述凸起部分的十點(diǎn)平均粗糙度SRz大于等于1μm但小于等于15μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，在與設(shè)置了所述柱面透鏡元件的所述一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬?，還設(shè)置了凸起部分，并且所述凸起部分在凸起部分面積占1％之處的高度大于等于1μm但小于等于7μm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)片材，其特征在于，在與設(shè)置了所述柱面透鏡元件的所述一個主表面相反的另一個主表面?zhèn)壬希€設(shè)置了凸起部分，并且設(shè)置了所述凸起部分的一側(cè)的表面上的平均傾角梯度小于等于0.25。
12.一種背光裝置，其特征在于，所述背光裝置包括用于發(fā)射照明光的光源；以及用于提升從所述光源發(fā)射的照明光的方向性的光學(xué)片材，其中，所述光學(xué)片材在其照明光出射側(cè)上具有柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件具有高階非球表面，并且相繼成行設(shè)置，其中，在將Z軸取為平行于所述光學(xué)片材的法線方向，X軸取為所述柱面透鏡元件的行的方向的情況下，所述柱面透鏡元件的橫截面形狀滿足下面的表達(dá)式Z=X2/(R+(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+......]]>其中，R是末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，而A、B、C、......是非球面系數(shù)。
13.一種液晶顯示設(shè)備，其特征在于，所述液晶顯示設(shè)備包括用于發(fā)射照明光的光源；用于提升從所述光源發(fā)射的照明光的方向性的光學(xué)片材；以及用于基于從所述光學(xué)片材射出的照明光顯示圖像的液晶面板，其中，所述光學(xué)片材在其照明光出射側(cè)上具有柱面透鏡元件，該柱面透鏡元件具有高階非球表面，并且相繼成行設(shè)置，其中，在將Z軸取為平行于所述光學(xué)片材的法線方向，X軸取為所述柱面透鏡元件的行的方向的情況下，所述柱面透鏡元件的橫截面形狀滿足下面的表達(dá)式Z=X2/(R+(R2-(1+K)X2))+AX4+BX5+CX6+......]]>其中，R是末梢端頂點(diǎn)的曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，而A、B、C、......是非球面系數(shù)。
全文摘要
在光學(xué)片材的一個主表面上排列了柱面透鏡體，并且這些透鏡在照明光出射側(cè)上具有有限焦距，并且具有左右對稱非球面橫截面形狀。在Z軸平行于光學(xué)片材的法線方向，X軸為柱面透鏡元件體的排列方向的情況下，每個柱面透鏡體的橫截面形狀滿足
文檔編號G02B3/00GK1947034SQ200580012248
公開日2007年4月11日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者有馬光雄, 清水純, 小田桐廣和, 太田榮治, 小幡慶 申請人:索尼株式會社