Оптическая пленка

Изобретение относится к области оптики. Оптическая пленка включает массив элементов и внешнее покрытие, выполненные из оптически прозрачного материала. Каждый элемент состоит, по меньшей мере, из одной усеченной пирамиды и одной неусеченной пирамиды, расположенных одна над другой таким образом, что основание самой нижней усеченной пирамиды служит основанием элемента, а верхний срез каждой усеченной пирамиды служит основанием вышестоящей пирамиды, и самая верхняя пирамида выполнена неусеченной. В каждом элементе углы при вершинах, по меньшей мере, двух пирамид не равны между собой, кроме того, основания элементов примыкают друг к другу, образуя поверхность, причем все элементы расположены по одну сторону данной поверхности. Внешний материал покрывает грани пирамид, причем коэффициент преломления материала каждой пирамиды меньше коэффициента преломления внешнего материала. Технический результат - улучшение отражательной способности пленки. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области оптики, а именно, к оптическим пленкам, и может быть использовано в жидкокристаллических дисплеях и устройствах подсветки для пропускания света, падающего на одну сторону пленки, и отражения света, падающего на противоположную сторону пленки.

В жидкокристаллических дисплеях (ЖКД) свет лампы устройства подсветки (УП) используется недостаточно эффективно. Например, свет от лампы УП частично отражается от окружающих поверхностей и возвращается обратно в лампу, что вызывает ее мерцание, либо другие нежелательные эффекты. Кроме того, из-за наличия поляризаторов и большого количества слоев в ЖКД пропускательного типа до наблюдателя доходит менее 5% излучения УП. Увеличение яркости дисплея может быть достигнуто за счет увеличения мощности лампы или использования дополнительных источников света. Однако это приводит к увеличению потребления энергии (что нежелательно для портативных устройств) и даже к увеличению стоимости дисплея и снижению его надежности. Таким образом, в ходе разработки дисплеев инженеры всегда вынуждены идти на компромисс, жертвуя одной группой параметров ЖКД в угоду другой. Одним из способов повысить эффективность ЖКД является разработка специальной оптической конструкции УП с использованием оптических просветляющих пленок (ОПП).

Известные оптические просветляющие пленки (см., например, патент США №5,917,664 [1]) включают в себя массивы призм, которые обеспечивают оптимальное перенаправление света от источника УП к наблюдателю, а также позволяют улучшить яркость и равномерность освещенности ЖКД за счет направления света УП преимущественно вдоль нормали к плоскости дисплея.

Массивы призм, имеющих треугольное и более сложное поперечное сечение, либо квадратные пирамиды модифицированной формы сечения, используются в дисплеях в качестве ОПП, как описано, например, в патенте Японии №9,005,505 [2]. Подобные конструкции часто используются в качестве ОПП, и основной задачей, решаемой в [2], является сужение диаграммы направленности излучения вдоль выделенного направления. Кроме того, принципиальной особенностью таких ОПП является то, что коэффициент преломления пирамид и призм в таких пленках больше коэффициента преломления покрывающего их материала, что необходимо для использования полного внутреннего отражения (ПВО) света.

Известно использование массивов выступов пирамидальной и конусной формы на поверхности призм ОПП с целью улучшения диаграммы направленности излучения вдоль выделенного направления (см. патент США №5,467,417 [3]).

Наиболее близким к заявленному изобретению является дорожный оптический рефлектор (патент США №2,022,639 [4]), который включает в себя массив пирамид, выполненных из оптически прозрачного материала, изменяющего направление света, проходящего через пленку. Такой рефлектор эффективно отражает свет, падающий на него вдоль нескольких заданных направлений, количество которых определяется числом граней пирамид. Это решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками указанных выше аналогов и прототипа заявляемого изобретения является недостаточная отражающая способность одной стороны пленки и недостаточная пропускающая способность другой ее стороны.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание оптической пленки, которая позволяет лучше отражать свет, падающий на нее с одной стороны, и лучше пропускать свет, падающий на нее с противоположной стороны.

Поставленная задача решена путем создания оптической пленки, которая включает в себя массив элементов и внешний материал, т.е. покрытие, причем внешний материал и элементы выполнены из оптически прозрачного материала, а каждый элемент состоит, по меньшей мере, из одной усеченной пирамиды и одной неусеченной пирамиды, при этом в каждом элементе пирамиды расположены последовательно одна над другой таким образом, что большее основание первой усеченной пирамиды является основанием элемента, большее основание каждой последующей пирамиды является меньшим основанием предыдущей, а неусеченная пирамида расположена над последней усеченной пирамидой, причем в каждом элементе углы при вершинах, по меньшей мере, двух пирамид не равны между собой. Кроме того, основания элементов примыкают друг к другу, образуя поверхность, причем все элементы расположены по одну сторону данной поверхности; внешний материал покрывает грани пирамид, причем коэффициент преломления материала каждой пирамиды меньше коэффициента преломления внешнего материала.

Для функционирования пленки существенно, чтобы все пирамиды каждого элемента пленки имели одинаковый коэффициент преломления материала.

Для функционирования пленки существенно, чтобы все пирамиды всех элементов пленки имеют одинаковый коэффициент преломления материала.

Для функционирования пленки существенно, чтобы пирамиды были несимметричны.

Для функционирования пленки необходимо, чтобы коэффициент преломления материала пирамид и внешнего материала лежал в пределах от 1 до 2.1.

Для функционирования пленки важно, чтобы пирамиды имели, по меньшей мере, три грани.

Для функционирования пленки существенно, чтобы внешний материал покрывал все грани всех пирамид элементов.

Для функционирования пленки важно, чтобы грани пирамид элементов были выполнены с микрорельефом.

Для функционирования пленки важно, чтобы грани пирамид элементов и внешний материал содержали просветляющие слои.

Для функционирования пленки существенно, чтобы внешний материал содержал слои с разными коэффициентами преломления.

Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение отражающей способности пленки для света, падающего с одной стороны пленки, и улучшение пропускающей способности для света, падающего с противоположной стороны пленки, за счет создания оптической пленки, включающей в себя массив элементов и внешний материал, покрывающий элементы, при этом каждый из элементов состоит из, по меньшей мере, одной усеченной пирамиды и одной неусеченной пирамиды, и за счет использования определенной комбинации коэффициентов преломления оптически прозрачного материала пирамид, внешнего материала и подбора значений углов при вершинах пирамид, обеспечивающих полное внутреннее отражение (ПВО) света.

Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.

Фиг.1 - схема элемента оптической пленки, состоящего из двух пирамид (поперечное сечение, проходящее через вершины пирамид перпендикулярно их основаниям), выполненного согласно изобретению.

Фиг.2 - схема оптической пленки с элементами, состоящими из трех пирамид (трехмерный вид), выполненной согласно изобретению, где материал элемента 1 имеет коэффициент преломления n1, а внешний материал имеет коэффициент преломления n2.

Фиг.3 - схема элемента оптической пленки, состоящего из трех пирамид (поперечное сечение, проходящее через вершины пирамид перпендикулярно их основаниям), выполненного согласно изобретению.

Фиг.4 - схема оптической пленки с элементами, состоящими из четырехгранных пирамид (вид сверху), выполненной согласно изобретению.

Фиг.5 - схема оптической пленки с элементами, состоящими из трехгранных пирамид (вид сверху), выполненной согласно изобретению.

Фиг.6 - схемы вариантов (6.1, 6.2 и 6.3) применения оптической пленки с элементами, состоящими из двух пирамид (поперечное сечение, проходящее через вершины пирамид перпендикулярно их основаниям), где стрелками обозначается падающий, прошедший и отраженный свет.

Оптическая пленка включает в себя массив элементов, каждый из которых (см. фиг.1 и фиг.3) выполнен из оптически прозрачного материала и состоит, по меньшей мере, из одной усеченной пирамиды 2 и одной не усеченной пирамиды 3. Пирамиды имеют основания 4 и расположены последовательно одна над другой таким образом, что большее основание первой усеченной пирамиды является основанием элемента, а большее основание каждой последующей пирамиды совпадает с меньшим основанием предыдущей. Углы α (фиг.1, 3) при вершинах, по меньшей мере, двух пирамид не равны между собой. Основания элементов примыкают друг к другу, образуя поверхность, причем все элементы расположены по одну сторону данной поверхности. Углы α при вершинах и коэффициенты преломления n оптически прозрачного материала пирамид подобраны таким образом, чтобы обеспечить максимальное пропускание света, падающего на грани пирамид с одной стороны пленки, и максимальное отражение света, падающего на основания элементов с противоположной стороны пленки (фиг.6), при этом коэффициенты преломления материала всех пирамид всех элементов меньше коэффициента преломления внешнего материала.

Пирамиды элементов пленки могут иметь разные комбинации коэффициентов преломления оптически прозрачного материала.

Пирамиды могут быть несимметричны.

Коэффициент преломления оптически прозрачного материала может лежать в пределах от 1 до 2.1.

Пирамиды могут иметь, по меньшей мере, три грани.

Все грани пирамид элементов оптической пленки с обеих сторон покрыты внешним оптически прозрачным материалом, который может состоять из слоев 5 (фиг.6). Слои внешнего материала могут иметь различные коэффициенты преломления. На фиг.6 показана заявленная оптическая пленка, покрытая тремя (позиция 6.1), двумя (позиция 6.2) и тремя (позиция 6.3) слоями 5 внешнего материала, один из которых заполняет полости между элементами пленки.

Рассмотрим конкретный пример выполнения заявленного изобретения (фиг.3).

Оптическая пленка включает в себя массив элементов в виде пирамид 2 и 3 с квадратным основанием 4, причем в каждом элементе первая усеченная пирамида 2 имеет угол α1 при вершине, равный 56°, вторая усеченная пирамида 2 имеет угол при вершине α2, равный 52°, и расположена на верхнем основании первой пирамиды 2, а третья неусеченная пирамида 3 имеет угол при вершине α3, равный 36°, и расположена на верхнем основании второй усеченной пирамиды 2, при этом коэффициент преломления оптически прозрачного материала пирамид n1=1. Массив элементов покрыт внешним материалом с коэффициентом преломления n2=1.69. Оптическая пленка в приведенном примере имеет следующие оптические характеристики для света с длиной волны 546 нм: пропускание света, излучаемого диффузным протяженным источником со стороны материала n2, равняется 70% и пропускание света, излучаемого диффузным источником со стороны материала n1, равняется 50%. Оптическая пленка с вышеперечисленными характеристиками может быть изготовлена путем простого проката между двумя роликами.

Использование заявленной оптической пленки в ЖКД позволяет направить на наблюдателя свет подсветки с минимальными потерями интенсивности, сохранив при этом отражательную способность противоположной стороны пленки, т.е. данный ЖКД способен модулировать внешний свет и в режиме отражения, и в режиме пропускания.

Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

1. Оптическая пленка, включающая в себя массив элементов и внешнее покрытие, выполненные из оптически прозрачного материала, причем каждый элемент состоит, по меньшей мере, из одной усеченной пирамиды и одной неусеченной пирамиды, расположенных одна над другой таким образом, что основание самой нижней усеченной пирамиды служит основанием элемента, а верхний срез каждой усеченной пирамиды служит основанием вышестоящей пирамиды, самая верхняя пирамида выполнена неусеченной, причем в каждом элементе углы при вершинах, по меньшей мере, двух пирамид не равны между собой, кроме того основания элементов примыкают друг к другу, образуя поверхность, причем все элементы расположены по одну сторону данной поверхности, внешний материал покрывает грани пирамид, причем коэффициент преломления материала каждой пирамиды меньше коэффициента преломления внешнего материала.

2. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что все пирамиды каждого элемента пленки имеют одинаковый коэффициент преломления материала.

3. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что все пирамиды всех элементов пленки имеют одинаковый коэффициент преломления материала.

4. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что пирамиды несимметричны.

5. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что коэффициент преломления материала пирамид и внешнего материала лежит в пределах от 1 до 2,1.

6. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что пирамиды имеют, по меньшей мере, три грани.

7. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что внешний материал покрывает все грани всех пирамид элементов.

8. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что грани пирамид элементов выполнены с микрорельефом.

9. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что грани пирамид элементов и внешний материал содержит просветляющие слои.

10. Оптическая пленка по п.1, отличающаяся тем, что внешний материал содержит слои с разными коэффициентами преломления.