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TW201331646A - 照明裝置及具有照明裝置的顯示裝置 - Google Patents

照明裝置及具有照明裝置的顯示裝置 Download PDF

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TW201331646A TW101144973A TW101144973A TW201331646A TW 201331646 A TW201331646 A TW 201331646A TW 101144973 A TW101144973 A TW 101144973A TW 101144973 A TW101144973 A TW 101144973A TW 201331646 A TW201331646 A TW 201331646A
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Tomohiro Nakagome
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Abstract

照明裝置具有：透光性之導光體，其具有第1主面、與該第1主面相反之第2主面、連接該第1主面及該第2主面的4個側端面；透鏡薄片，其具有透光性基材、設置於該基材之其中一面且於一方向延伸之第1透鏡陣列、設置於該基材之該面且於與該第1透鏡陣列交叉方向延伸之第2透鏡陣列，且層積於該導光體上；複數個光源；以及光偏向要素，形成於該第1主面，將在該導光體內導光之光線往該第2主面側偏光；其中，該4個側端面之中一個側端面或相互相反之2個側端面為從該複數個光源射出之光線入射的入射面，該複數個光源係與該入射面之延伸方向平行並列而配置在與該入射面對向的位置，且該複數個光源之光軸係大約與該入射面之法線方向一致，該透鏡薄片之表面積係從該第1透鏡陣列及該第2透鏡陣列之中選擇其中一透鏡陣列之表面積所佔比例設定為20％以上50％以下的範圍，該所選擇之透鏡陣列之透鏡延伸方向與該複數個光源之光軸大約正交。

Description

照明裝置及具有照明裝置的顯示裝置
本發明主要係關於一種用於照明光路徑控制之導光體、透鏡薄片及具備此等之照明裝置及顯示裝置。
最近於大型液晶電視或平板顯示面板等之中，主要係採用直下型式之照明裝置及側光式之照明裝置之任一種。在直下型式之照明裝置，係以複數個冷陰極管(CCFL)或LED(發光二極體)作為光源而規則性配置於面板的背面。在液晶面板等之畫像顯示元件與光源之間設置光散亂性強之擴散板，且作成無法辨別出作為光源的冷陰極管或LED。
另外，側光式之照明裝置之複數個冷陰極管或LED係配置於稱之為導光板之透光性板之端面。一般而言，設置於與導光板之射出面(與畫像顯示元件對向的面)相反側的面(光偏向面)會形成有將從該導光板端面入射之入射光往射出面有效率地導向之光偏向要素。目前，一般來說係使白色印墨印刷成點狀之光偏向要素來作為形成於光偏向面之光偏向要素(例如日本特開平1-241590號)。
然而，最近為了要改善液晶顯示裝置之動畫性能、降低於主動式之3D影像中之串音(cross talk)或以照明裝置之光亮度化為目的揭示於射出面側配置柱狀透鏡(Lenticular Lens)或稜柱之導光板。
此種情況下，由於要從畫面上往下掃描畫像資料，故光源將採用點光源之LED。另外，該LED係於畫面之左右之任1邊或2邊配置複數個。
因此，若看到從導光板射出來之光線配光分布，就會在畫面水平方向中產生往傾斜方向之較強的亮度峰值。尤其係作為光源的LED配置於左右任一邊情況下，就會產生畫面左右視野差異很大的問題。
照明裝置一般來說係於導光板之射出面側層積有1片或複數個光學薄片。光學薄片係以使形成於導光板之光偏向面的光偏向要素模糊而隱蔽或往觀察者存在的方向將來自導光板之射出光進行偏向、集光等為目的而層積於導光板之射出面。尤其，為了將從導光板向傾斜方向射出的光線往觀察者存在的方向進行偏向，往觀察者存在的方向而進行集光，一般使用稜柱薄片。
然而，由於稜柱薄片係配置有於一方向延伸的三角稜柱透鏡之光學薄片，故上述之集光的效果僅有一方向有發揮作用。因此，在LED配置在導光板之左右任1邊或2邊的情況，要讓於畫面水平方向所產生之傾斜峰值光往觀察者存在的方向偏向，則必須配置三角稜柱透鏡往畫面垂直方向延伸的稜柱薄片。但，一旦配置稜柱透鏡往畫面垂直方向延伸的稜柱薄片的話，則會變成加寬畫面垂直方向的視野且顯示出畫面水平方向之視野較窄的畫像之畫像顯示裝置，此並非所期望的。因為畫像顯示裝置係要求具有寬廣之水平視野。
對此問題，可舉出於導光板進一步積層稜柱透鏡往畫面水平方向延伸之稜柱薄片。藉此，也可於畫面垂直方向來集光。然而，此種情況下，會縮小垂直方向之視野，且水平方向之視野依舊狹窄。再者，由於會增加所積層之光學薄片，故大幅地降低照明裝置之效率，也會耗費成本，故非所期望的。
所以，一般來說，即使在LED配置於導光板左右情況下，也要於導光板積層稜柱透鏡往畫面水平方向延伸之稜柱薄片。但，如前述所言，稜柱透鏡往畫面垂直方向延伸之稜柱薄片不具有將從導光板於水平方向射出之較強的傾斜光線往觀察者存在的方向進行偏光的功能。故，譬如可配置2片擴散薄片。此種情況下，譬如在導光板與稜柱薄片之間配置2片擴散薄片。另外，其他例子譬如在導光板與稜柱薄片之間配置1片擴散薄片，於稜柱薄片與顯示面板之間配置1片擴散薄片。
擴散薄片會使形成於導光板之光偏向面之光偏向要素模糊，同時也具有稍微往觀察者存在的方向來集光之性能。所以，藉由積層2片以上的擴散薄片，即可將從導光板往傾斜方向射出之光線稍微向觀察者存在的方向進行偏向。
然而，在LED配置於導光板之左右任1邊或2邊之照明裝置中，積層具有稜柱透鏡往畫面水平方向延伸之稜柱透鏡的稜柱薄片之照明裝置，無法有效地將來自導光板之射出光線往觀察者存在的方向來進行偏光。因此，會使照明裝置產生低亮度之問題。
本發明乃解決如以上所述之問題而而成，其目的在於提供一種照明裝置及一種使用該照明裝置的顯示裝置，於光源配置在導光板左右任1邊或2邊之照明裝置中，不會增加光學薄片且可有效將來自導光板之射出光往觀察者存在的方向進行偏向，而且具備不會極端縮小畫面水平視野的透鏡薄片。
本發明為了解決上述問題，將採用如下的手段。
也就是說，本發明之第1實施型態之照明裝置，具有：透光性之導光體，其具有第1主面、與該第1主面相反之第2主面、連接該第1主面及該第2主面的4個側端面；透鏡薄片，其具有透光性基材、設置於該基材之其中一面且於一方向延伸之第1透鏡陣列、設置於該基材之該面且於與該第1透鏡陣列交叉方向延伸之第2透鏡陣列，且積層於該導光體上；複數個光源；以及光偏向要素，形成於該第1主面，將在該導光體內導光之光線往該第2主面側偏向；其中，該4個側端面之中一個側端面或相互相反之2個側端面為從該複數個光源射出之光線入射的入射面，該複數個光源係與該入射面之延伸方向平行並列而配置在與該入射面對向的位置，該複數個光源之光軸大約與該入射面之法線方向一致，該透鏡薄片之表面積係從該第1透鏡陣列及該第2透鏡陣列之中選擇其中一透鏡陣列之表面積所佔比例設定為20%以上50%以下的範圍，該所選擇之透鏡陣列之透鏡延伸方向與該複數個光源之光軸大約為正交。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，該第1透鏡陣列係頂角為70度以上110度以下之梯形透鏡，該第2透鏡陣列係以高度比該梯形透鏡高度低且頂角為70度以上110度以下之三角稜柱透鏡，於該梯形透鏡頂部交叉角成為90度±10度的方式形成，該梯形透鏡之頂部與該三角稜柱透鏡之頂部也可為一致。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，該第1透鏡陣列具有保持間隔而配置且頂角為70度以上110度以下之第1三角稜柱透鏡；該第2透鏡陣列具有高度比該第1三角稜柱透鏡低且頂角為70度以上110度以下之第2三角稜柱透鏡；該第2三角稜柱透鏡係以於該各第1三角稜柱透鏡之間與該第1三角稜柱透鏡之交叉角為90度±10度的方式形成；該第1三角稜柱透鏡與該第2三角稜柱透鏡之底部也可為一致。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，進一步具有擴散薄片，其配置於該透鏡薄片與該導光體之間且具有射出面，該擴散薄片亦可為於該射出面形成有凹凸形狀之表面擴散薄片。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，於該射出面也可塗布有擴散珠(beads)。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，於該表面擴散薄片之該射出面也可形成有略半球形狀之微透鏡。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，於配置在該導光體之該入射面的該複數個光源中，令當僅點亮配置於1個該入射面之該複數個光源時往該透鏡薄片之入 射光之峰值角度為θ i，當峰值亮度為100%時，令亮度降低到80%之角度差為大於峰值角度之角度方向的角度差係⊿D，小於峰值角度之角度方向的角度差係⊿d時，令該透鏡薄片之折射率為n，則該所選擇之透鏡陣列之頂角θ也可為滿足以下之式子1。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，該光偏向要素係藉由在與該光軸正交之方向中以第1間隔並排之點列於光軸方向配置複數個而形成；相鄰之該點列係偏移第1間隔之1/2間隔的第2間隔而配置於與該光軸正交的方向中，於該光軸方向中之相鄰的該點列之間隔也可配置成略為固定或是配置成隨著離開該入射面(複數個光源)而變窄。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，進一步也可具有光閘透鏡，其形成於該導光體之該第2主面且於與該複數個光源之該光軸方向平行之方向延伸，限制在該導光體內部導光之光路徑。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，該光閘透鏡係於與該複數個光源之該光軸方向大約平行的方向而延伸之凸狀或凹狀，且為球面或非球面之圓柱形狀或多角稜柱狀，於該入射面之延伸方向也可密集地或保有略固定間隔配置複數個。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，該光偏向要素係各自獨立於該第1主面內且離散配置之凸狀或凹狀之點透鏡；垂直於該點透鏡之該第1主面且於平行該光軸方向之剖面形狀具有距離該第1主面最遠位置之頂部及從該頂部往該第1主面之2個輪廓線；該輪廓線相對該第1主面之平均傾斜角度也可小於在構成該透鏡薄片之該所選擇之透鏡陣列之傾斜面中相對該第1主面之平均傾斜角度。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，於該透鏡薄片之射出面側也可積層有擴散功能弱的弱擴散薄片或具有弱擴散功能的偏光分離反射薄片。
於本發明之第1實施型態之照明裝置中，於該導光體之該第1主面側進一步也可具備反射薄片。
本發明之第2實施型態之顯示裝置具備：影像顯示元件，依照在畫素單位之透過/遮光而規定顯示影像；以及本發明之第1實施型態之照明裝置。
根據本發明之實施型態之照明裝置，於導光體之光射出面側積層透鏡薄片，其係於透光性基材其中一面形成有第1透鏡陣列及第2透鏡陣列，藉由表面積比例為20%以上50%以下之任一透鏡陣列的延伸方向與光源之光軸略為正交，不會大幅縮小水平方向之視野且可提供一高亮度之照明裝置及使用該照明裝置之顯示裝置。
以下，將依據圖面詳細說明本發明之實施型態。
第1圖為具備本發明之實施型態中的導光體7之照明裝置3及具備該照明裝置3之顯示裝置1的示意剖面圖，各部位之縮圖與實際不一致。
第1圖所示之顯示裝置1，具備畫像顯示元件2以及鄰近於此畫像顯示元件2之光入射側而配置之照明裝置3。
照明裝置3至少具備配置於畫像顯示元件2之光入射側的透鏡薄片20、擴散薄片8、導光體7、光源6以及反射板5。
光源6係位於與導光體7之入射端面7L對向之位置，平行於入射端面7L之延伸方向(第1圖往紙面進入方向)，或並列配置1個或複數個。光源6譬如可舉出點光源。點光源譬如可舉出LED(發光二極體)，LED可舉出白色LED或以3原色之紅色、綠色、藍色之晶片所構成之RGB-LED等。另外，光源6也可為以CCFL(冷陰極管)代表之螢光管。於第1圖上雖然顯示光源6配置於與導光體7相互相反之2個端面7L之例子，但並不限於此，也可配置於1個端面。另外，導光體7之形狀並非如第1圖所示之平板狀，也可為楔形狀等。
導光體7之觀察者側F係第2主面7b，與第2主面相反面係第1主面7a，從光源6入射到導光體7之光線會藉由第1主面7a而將光路徑進行偏向，再從第2主面7b射出去。也就是是說，第1主面7a係光偏向面7a，第2主面7b係光射出面7b。於光偏向面7a形成有將來自光源6之入射光往射出面7b偏向之光偏向要素18。 於光偏向要素18譬如可印刷白色之擴散反射點。另外，也可舉出凹形或凸形之微透鏡形狀或角錐體形狀等的其他例子。如此之形狀可舉出使用模具轉印的方法、使用雷射形成的方法或藉由微影形成的方法等複數個且可適當選擇。
從如此之導光體7的光射出面7b所射出之光線，在相對於觀察者側F傾斜之方向的傾斜方向具有光強度之峰值。也就是說，如第2圖所示，會往光源6之光軸L方向傾斜射出。於此，為了簡易說明第2圖之光線動作，所以圖示光源6配置於單邊的情況且，省略光偏向要素18。於如此之傾斜方向上要有效率將使具有光強度之峰值之射出光往觀察者側F來偏向，如第3圖至第5圖所示，較佳係於導光體7之觀察者側F配置具有往與光源6之光軸L正交之方向延伸的透鏡之稜柱薄片30或柱狀透鏡31。
然而，組裝在顯示裝置1之照明裝置3，係藉由將射出光往觀察者側F偏向，不僅會提高觀察者側F之亮度，且必須也考量到顯示裝置1之視野而設計。也就是說，液晶電視所代表之顯示裝置1相較於畫面垂直方向之視野，一定要充分確保畫面水平方向之視野。因此，一般來說，組裝到顯示裝置1之照明裝置3係藉由縮小畫面垂直方向之視野而提高觀察者側F之亮度，進而設計為加寬畫面水平方向之視野。
如以上所述，最近3D用掃描式背光(scanning backlight)係配合影像之掃描而於畫面垂直方向上將照 明裝置3分割成複數個，再從畫面上往下依序捲動(scroll)點燈、滅燈，故必須於畫面左右配置光源6。換言之，光源6之光軸L係與畫面水平方向一致。此種情況下，來自導光體7之射出光就會形成具有往畫面水平方向側傾斜之光強度之峰值的傾斜光。為了要將如此之傾斜光往觀察者側來偏向，較佳係配置可往畫面垂直方向延伸之稜柱薄片30或柱狀透鏡31。然而，往畫面垂直方向延伸之稜柱薄片30或柱狀透鏡31會縮小畫面水平方向之視野且具有提高觀察者側F亮度之功能。因此，於上述構造，並不會獲得先前所述之期望視野。另外，尤其係稜柱薄片30會產生旁波瓣(sidelobe)，故也會產生必須於稜柱薄片30進一步配置擴散性之光學薄片的問題。
構成本發明之照明裝置3的透鏡薄片20係具有透光性基材、設置於該基材之其中一面且於一方向延伸之第1透鏡陣列、設置於該基材之該面且於與該第1透鏡陣列交叉方向延伸之第2透鏡陣列，藉由第6圖來詳細說明。第6圖所示之透鏡薄片20A，具有相較於與延伸方向略為正交之第1透鏡陣列21A與比第1透鏡陣列21A更小之第2透鏡陣列22A。於此，所謂略為正交表示第1透鏡陣列21A的延伸方向與第2透鏡陣列22A的延伸方向之交叉角度(交叉角)為90度±10度的範圍。第1透鏡陣列21A為一梯形稜柱形狀，第2透鏡陣列22A係三角稜柱形狀，該第2透鏡陣列22A係形成於第1透鏡陣列21A之頂部。另外，第1透鏡陣列21A之頂部與第2透鏡陣列22A之頂部為係一致。
且，第1透鏡陣列21A及第2透鏡陣列22A之任一者的延伸方向與光源6之光軸L方向略為正交。於此，所謂略為正交係表示第1透鏡陣列21A及第2透鏡陣列22A之任一者的延伸方向與光源6之光軸L方向所形成角度為90度±10度之範圍。於與此導光體7之入射端面7L的延伸方向略為一致之方向而延伸的透鏡陣列，相對於與光源6之光軸L正交的方向，將往光軸L方向傾斜之斜射出光進行集光，再將往光軸L方向傾斜之斜射出光向觀察者側F偏光。
第1透鏡陣列21A之梯形稜柱陣列21A的頂角，較佳係70度以上110度以下之範圍。在梯形稜柱陣列21A之頂角位於此範圍的情況，因為將入射到透鏡薄片20A之光線進行集光而提高觀察者側F之亮度，所以是較佳的。另外，在梯形稜柱陣列21A之頂角小於70度的情況，就會因旁波瓣變大而降低亮度，在大於110度的情況，就會降低集光功能且光之射出角度範圍變寬而降低亮度。於此，所謂梯形稜柱陣列21A之頂角係指延長梯形之斜邊而以所看到之三角形狀時之頂角。
第2透鏡陣列22A之三角稜柱陣列22A之頂角，較佳係70度以上110度以下之範圍。在三角稜柱陣列22A之頂角位於此範圍的情況，因為將入射到透鏡薄片20A之光線進行集光而提高觀察者側F之亮度，所以是較佳的。另外，若三角稜柱陣列22A之頂角小於70度的情況，就會因旁波瓣變大而降低亮度，在大於110度的情況，就會降低集光功能且光之射出角度範圍變寬而降低亮 度。三角稜柱陣列22A係小於梯形稜柱陣列21A且梯形稜柱陣列21A之頂部及三角稜柱陣列22A之頂部為一致。
如此一來，本發明之透鏡薄片20A係使第1透鏡陣列21A及第2透鏡陣列22A各形成獨立之透鏡陣列，所以易於控制2個方向之視野角特性。也就是說，若縮小梯形稜柱陣列21A之頂部寬度，相對於透鏡薄片20A之表面積，梯形稜柱陣列21A所佔有之比例會增加，進而改善梯形稜柱陣列21A之集光功能。另外，若加大梯形稜柱陣列21A之頂部，相對於透鏡薄片20A之表面積，三角稜柱陣列22A所佔有之比例會增加，進而改善三角稜柱陣列22A之集光功能。
習知之三角稜柱薄片或梯形稜柱薄片在頂角小於約100度的情況，會有產生旁波瓣之問題。所謂旁波瓣如第11圖所示，產生往觀察者側F之集光峰值且於傾斜方向另外產生峰值(旁波瓣)，且於往觀察者側F之集光峰值與旁波瓣之間會產生較暗之視野。本發明之透鏡薄片20A，雖具有頂角設定為70度以上110度以下範圍之梯形稜柱陣列21A與三角稜柱陣列22A，但不會產生旁波瓣。稜柱於與延伸方向正交之方向具有集光功能且於延伸方向不具有集光機能。於第11圖所示之圓形繪出來之視野角特性係與稜柱延伸方向正交之方向特性(V)，以X所繪出來之視野角特性係稜柱延伸方向之特性(H)。因此，透鏡薄片20A存在有第1透鏡陣列21A與第2透鏡陣列22A之2個稜柱，故可完成雙方之集光功能。換言 之，可獲得與第11圖所示之與稜柱正交之方向的視野角特性(V)及與稜柱平行之方向的視野角特性(H)相加的配光。因此，若使用本發明之透鏡薄片20A，將如第12圖所示，不會產生旁波瓣。於此，第12圖所示之視野角特性圖為在下列情況下的特性圖：梯形稜柱陣列21A之頂角設為90度，三角稜柱陣列22A之頂角設為90度，相對於透鏡薄片20A之表面積，各透鏡陣列所佔有之比例設為50%。故，於透鏡薄片20A及畫像顯示元件2之間，無須配置擴散性光學薄片即可獲得高亮度特性，另外也可減少光學薄片。
且，透鏡薄片20A之表面積，藉由調整梯形稜柱陣列21A所佔有之比例及三角稜柱陣列22A所佔有之比例，可調整畫面垂直方向之視野及畫面水平方向之視野。於此，第1透鏡陣列21與第2透鏡陣列22之任一者的透鏡陣係往與光源6之光軸L略為正交之方向延伸，所以具有控制畫面水平方向之視野之功能。如前述，於電視所代表之畫像顯示裝置1中，較佳是將畫面水平方向的視野設計成比畫面垂直方向廣。所以，對透鏡薄片20A之表面積而言，往與光源6之光軸L略為正交方向延伸之透鏡陣列所佔有比例，較佳是連最大係50%以下。另外，往與光源6之光軸L略為正交方向延伸之透鏡陣列，因為具有將從導光體7往傾斜方向射出之光線往觀察者側F進行偏向之功能，故對透鏡薄片20A之表面積來說，所佔有的比例越少提高照明裝置3之亮度效果變得越低。所以，往與光源6之光軸L略為正交之方 向延伸之透鏡陣列所佔有之比例，較佳係至少20%以上。因此，在構成透鏡薄片20A之第1透鏡陣列21A與第2透鏡陣列22A之中，往與光源6之光軸L略為正交方向延伸之其中一者的透鏡陣列，對透鏡薄片20A之表面積所佔有的比例，較佳係20%以上50%以下之範圍。藉由將第1透鏡陣列21A與第2透鏡陣列22A之面積率調整成上述範圍，可獲得一邊提高觀察者側F之亮度，一邊確保充分之畫面水平方向之視野角特性的照明裝置3。
以下將說明於本發明於2個方向具有稜柱透鏡功能的透鏡薄片20之其他功能。
第16A及第16B圖例示形成於本發明之導光體7的光偏向面7a之光偏向要素18之配置。光偏向要素18係以略一定的間隔XD(第1間隔)於光偏向面7a配置於與光軸正交之方向(X方向)。當於此間隔XD所配置之光偏向要素為1列時，於光軸方向(Y方向)中，如第16B圖所示，光偏向要素列最好係往X方向各位移第1間隔之1/2的間隔之1/2．XD(第2間隔)。
換言之，該光偏向要素係藉由於Y方向配置有複數個於X方向以第1間隔並排之點列而形成，相鄰之該點列係於X方向偏離第1間隔之1/2的間隔之第2間隔而配置，於該Y方向之相鄰的該點列之間隔最好係略為一定或配置成隨著離開入射面7L(光源)而變窄。
另外，光偏向要素18之配置也可於Y方向將光偏向面7a分割成複數個區塊。此時於各區塊內之中，X方向 之間隔為一定，較佳係越接近入射面7L之區塊X方向之間隔越大，而越離開入射面7L之區塊則X方向之間隔越小。
於照明裝置3中追求係讓光偏向要素18不被辨識出。透過本發明之透鏡薄片20而觀察光偏向要素18時，由於在2個方向具有稜柱功能，故可看見光偏向要素被分割成4個。
第16A圖為光偏向要素列沒有在X方向偏移而在Y方向配置時之範例，第16B圖為光偏向要素列一邊在X方向各偏移1/2．XD一邊往Y方向配置時之範例。
於第16A圖中，雖光偏向要素18往上下左右被分割，但於傾斜方向並沒有出現光偏向要素18之像(於第16A圖中之虛線的圓)。
一方面，於第16B圖中，光偏向要素18往上下左右被分割，於傾斜方向具有其他之光偏向要素18，故於面內均勻地產生光偏向要素18之像(於第16B圖中之虛線的圓)，且可大幅降低光偏向要素18之辨識性。
以下，將以其他例子說明於本發明2個方向中具有稜柱透鏡功能的透鏡薄片20。
第7圖所示為於2個方向中具有稜柱透鏡功能的角錐體透鏡薄片20B。角錐體透鏡薄片20B係於光源6之光軸L方向以及與該光軸L方向正交之方向的2個方向具有集光之功能。因此，角錐體透鏡薄片20B較佳係可將往從導光體7射出並朝光軸L方向傾斜之傾斜光向觀察者側F偏向，同時利用縮小畫面垂直方向之視野而具 有提高觀察者側F之亮度功能。另外，角錐體透鏡薄片20B雖具有2個方向之集光功能，但利用改變2個方向之頂角即可調整視野角特性。也就是說，利用將角錐體透鏡薄片20B之第1透鏡陣列21B之頂角及第2透鏡陣列22B之頂角形成不同之角度，即可改變畫面水平．垂直方向之視野角特性。
第8圖所示之倒角錐體透鏡薄片20C，具有與上述之角錐體透鏡薄片20B正負(凹凸)反轉之形狀且具有第1透鏡陣列21C及第2透鏡陣列22C。由於可獲得大約等同角錐體透鏡薄片20B之光學特性，故可適當選擇形成任一構造。
第9圖為四坡頂狀(hip roof)透鏡薄片20D。如上述所言，角錐體透鏡薄片20B及倒角錐體透鏡薄片20C，在改變2個方向之視野角特性時則需要變更各自的頂角。一方面，因為可藉由調整第1透鏡陣列21D及第2透鏡陣列22D對四坡頂狀透鏡薄片20D之表面積之面積比例而可調整2個方向之視野角特性，所以是較佳的。
第10圖為十字型稜柱薄片20E。十字型稜柱薄片20E具有保有間隔而配置之第1透鏡陣列21E及配置成嵌入該間隔之第2透鏡陣列21E。十字型稜柱薄片20E係設定讓第7圖至第9圖所示之角錐體透鏡薄片20B、倒角錐體透鏡薄片20C及四坡頂狀(hiproof)透鏡薄片20D與第2透鏡陣列22E之大小是比第1透鏡陣列21E之大小較小，在具有各獨立之稜柱形狀之點上大大地不同。由於第1透鏡陣列21E及第2透鏡陣列22E具有獨立之稜 柱形狀，故利用調整各自的大小、頂點或第1透鏡陣列21E的間隙即可易於控制2個方向之視野角特性，所以是較佳的。另外，第7圖至第9圖所示之透鏡薄片20之底部與頂部為一致，所以準備用來成形透鏡薄片20之模具時，一定要讓2個方向之稜柱模具完全一致。因此，在2個方向之稜柱模具偏移時，不僅會影響到光學特性，也會有辨識出外觀上有條紋狀之斑點的問題產生。第10圖所示之十字型稜柱薄片20E，因為第1透鏡陣列21E與第2透鏡陣列22E之大小不同，故即使於2個方向之稜柱模具產生些微之偏移，也不會產生外觀上的問題。
另外，於構成本發明之照明裝置3之導光體7的光偏向面7a上形成光偏向要素18。為了不讓觀察者辨認出此光偏向要素18，也可於導光體7與透鏡薄片20之間配置擴散薄片8。此種情況，擴散薄片8較佳係主要藉由射出面之凹凸而擴散光的表面擴散薄片8。擴散薄片8具有藉由射出面之凹凸而擴散之表面擴散式及於擴散薄片內部含有擴散材料之內部擴散式。表面擴散薄片8不僅擴散入射光而射出，也稍微具有將傾斜方向之入射光往觀察者側偏向之功能。結果，比起內部擴散式之擴散薄片，表面擴散式之擴散薄片8可提高照明裝置3之亮度。
表面擴散薄片8可舉出塗布有擴散珠之擴散薄片8A或規則或不規則配置略半球狀之微透鏡的微透鏡薄片8B。相較於塗布有擴散珠之擴散薄片8A，由於微透鏡薄 片8B將傾斜方向之入射光往觀察者側偏向之功能較強，故提高照明裝置3之亮度外，光偏向要素18之隱密性也較差。因此，較佳係依導光體7之光偏向要素18的種類而適當選擇擴散薄片。另外，藉由於微透鏡薄片8B內部添加若干之擴散材料也可提高光偏向要素18之隱密性。
形成於構成本發明之照明裝置3之導光體7的光偏向面7a上之光偏向要素18，可舉出白色之擴散反射點18A或凹狀或凸狀之微點18B。光偏向要素18較佳尤其係微點18B。微點18B相較於擴散反射點18A可控制射出光之射出角度。也就是說，可控制來自導光體7之射出光，以便以可將光最有效率地往觀察者側F偏向之角度往透鏡薄片20入射。
於此，於配置在導光體7之入射端面7L的光源6中，令當僅點亮配置於1個入射端面7L之光源6時且往透鏡薄片20之入射光之亮度成為峰值之傾斜峰值角度為θ i，當其峰值亮度為100%時，有關亮度降低到80%之角度差，令大於該峰值角度之角度方向的角度差係⊿D，而令小於該峰值角度之角度方向的角度差係⊿d時，較佳係於第1透鏡陣列21或第2透鏡陣列22中，於與入射端面7L之延伸方向略為一致的方向延伸之透鏡陣列之頂角θ為滿足以下之式子1。於此，透鏡薄片20之折射率為n。
上述之峰值角度θ i與角度差⊿D、⊿d之關係圖如第13圖所示。式子1係入射角θ i與將以入射角θ i入射之光往觀察者側F偏向之稜柱頂角θ的關係圖。於此，入射到透鏡薄片20之光並非準直光而是具有於角度方向擴展寬度之光，所以即使入射光之峰值角度θ i與稜柱頂角θ之關係完全不一致，若進入到其擴展寬度之範圍，則可有效往觀察者側F偏向。所以角度差範圍係規定當峰值亮度為100%時，亮度降低到80%之角度差範圍。
當往透鏡薄片20之入射光滿足式子1時，較佳係該透鏡薄片20可有效往觀察者側F偏向，且可獲得觀察者側F之亮度高之照明裝置3。另外，不僅提高亮度且也可降低在透鏡薄片3之反射光，故也可提高照明裝置3之效率。
一方面，在不滿足式子1情況，相較往觀察者側F偏向的光，由於會增加往傾斜方向偏向之光，所以無法大大地提高觀察者側F之亮度。再者，利用增加在透鏡薄片20之反射光也會降低照明裝置3之效率。
再者，詳細說明滿足式子1之光偏向要素18與透鏡薄片20之關係。如上述所言，光偏向要素18較佳係凹狀或凸狀之微點18B。且，垂直於光偏向面7a且在與光軸方向平行之面切斷微點18B時之切斷面係以距離光偏向面7a最遠之頂部T及從該頂部T到達光偏向面7a之2個輪廓線 所構成。此時，輪廓線相對光偏向面7a之平均傾斜角度，較佳係小於透鏡薄片20之相對於其中一個透鏡陣列之光偏向面7a的平均傾斜角度。第15圖表示以凹狀之微點18B所構成之本發明之導光體7及第6圖所示之透鏡薄片20A之構成作為一個例子。於第15圖上為了簡單未圖示表面擴散薄片8。
微點18B為凹狀之微透鏡形狀且以從頂部T到達光偏向面7a之球面構成。一方面，透鏡薄片20A與光軸正交之其中一個透鏡陣列係梯形透鏡陣列21A，且具有直線之傾斜面。令梯形透鏡陣列之頂角為θ時，梯形透鏡陣列之傾斜角度為(π-θ)/2。此時，較佳於構成微點18B剖面之球面各點之切線與光偏向面7a形成角度之平均值(平均傾斜角度)小於(π-θ)/2。若平均傾斜角度大於(π-θ)/2，則以式子1說明之峰值角度θ i會變小，而成為不滿足式子1。也就是說，滿足式子1之較佳光偏向要素18是其平均傾斜角度為(π-θ)/2以下之微點18B。於此，雖第15圖圖示凹狀之微點18B作為一個例子，但本發明不限於此，譬如也可為凸狀，從頂部T到達光偏向面7a之輪廓線是非球面，也可為直線。
本發明之照明裝置3，在導光體7之入射端面7L從觀察者側F觀看的左右的側端面或至少左右之單側1邊配置有光源6的情況中，可獲得亮度提高效果最高之構成。如前述所言，最近3D用之掃描式背光(scanning backlight)係配合影像之掃描而於畫面垂直方向上將照明裝置3分割成複數個，再從畫面由上往下依序移動 (scroll)點燈、滅燈。因此，較佳係從光源6入射到導光體7之光可在分割之領域內導光。然而，從光源6射出來的光為朗伯(Lambert)型的，故入射到導光體7之光會在內部擴展成扇狀而導光。
所以，於導光體7之光射出面7b形成光閘透鏡19較好。光閘透鏡19較佳係於一方向延伸之凹狀或凸狀之稜柱透鏡形狀或柱狀形狀。另外，光閘透鏡19之延伸方向與光源6之光軸L略為一致。於此，所謂略為一致係表示光軸L與光閘透鏡19之延伸方向形成的角度為0度±10度之範圍。若光軸L與光閘透鏡19之延伸方向形成角度大於10度，於掃描式背光動作時，就會讓分割之區塊明顯地產生傾斜而被觀察者辨識出來。
另外，光閘透鏡19之形狀尤其較佳係凸柱狀形狀。此種情況下，由於透鏡前端部具有圓形，故配置於導光體7之光射出面7b側之擴散薄片8或對與透鏡薄片20之摩擦可獲得耐摩擦性。
構成本發明之照明裝置3之透鏡薄片20不會產生旁波瓣，故於透鏡薄片20上不需要擴散薄片。然而，於畫像顯示元件2之畫素構造與透鏡薄片20之第1透鏡陣列21或第2透鏡陣列22之間，若產生莫爾干涉條紋時，也可配置具有弱之擴散功能的擴散薄片28來抑制該莫爾干涉條紋。該擴散薄片28之霧值(haze)較佳係小於80%，透過率為80%以上。在霧值超過80%時，以透鏡薄片20往觀察者側F偏向之光就會擴散而降低亮度。另外，若透過率下降到80%，則會降低照明裝置3之效率， 故非所期望的。另外，該擴散薄片28也可具備偏光分離功能之偏光分離反射薄片29。
畫像顯示元件2最好係以畫素單位進行透光/遮光而顯示畫像之元件。若以畫素單位進行透光/遮光而表示畫像的話，可藉由本發明之照明裝置3有效地利用提高往觀察者側F之亮度的光，而顯示畫像品質高之畫像。
畫像顯示元件2較佳係液晶顯示元件。液晶顯示元件係以畫素單位進行透光/遮光而顯示畫像之代表性元件，相較於其他顯示元件，不但可提高畫像品質，也可降低製造成本。
雖然以上說明本發明之照明裝置3及顯示裝置1，但本發明之照明裝置3並非僅適用於顯示裝置1。也就是說，具有有效地將從光源6射出之光線集光的功能的照明裝置3，譬如也可使用於照明機器等。也就是說，本發明的目的係藉由和構成光源6之光軸L與透鏡薄片20之透鏡陣列之組合，而提供光利用效率高之照明裝置3。
雖然以下將基於實施例詳細說明本發明，但本發明並非僅限於以下之實施例。
(實施例)
23吋尺寸的照明裝置3使用如以下之構成。
本實施例之照明裝置3由下以反射板5、導光體7、微透鏡薄片8B、透鏡薄片20B的順序疊放而構成。反射板5係白色之擴散反射薄片5，反射率約98%。微透鏡薄片8B係於PET基材上隨機配置有UV硬化樹脂之略半 球形狀之微透鏡。光源6係於導光體7之橫向1邊配置有複數個白色LED。以下，將詳細說明於本構成中各實施例及比較例之特徵。
實施例1
採用光偏向要素18為白色擴散反射點A之印刷導光板7A作為構成實施例1之照明裝置3的導光體7。另外，透鏡薄片20係以折射率約1.59的聚碳酸酯(polycarbonate)樹脂形成如第6圖所示之透鏡薄片20A。將作為第1透鏡陣列21A之梯形稜柱陣列21A構成與光源6之光軸L平行，此時，且使與光源6的光軸L正交之三角稜柱陣列22A相對於透鏡薄片20之表面積之面積率為40%。另外，使梯形稜柱陣列21A之頂角及三角稜柱陣列22A之頂角雙方皆為90度。
實施例2
以光偏向要素18為凹狀微點18B之賦形導光板7B作為構成實施例2之照明裝置3的導光體7。將凹狀微點18B作成橢圓球之部分形狀，且長邊寬度為200μm，另一邊寬度為100μm，點高度為20μm。一方面，於賦形導光板7B之光射出面7b形成有光閘透鏡19，該光閘透鏡19之透鏡寬度為150μm，高度為52μm。於實施例2所用之透鏡薄片20係與實施例1所示之透鏡薄片20A相同。
比較例1
準備與實施例1相同之印刷導光板7A作為構成比較例1之照明裝置3的導光體7。透鏡薄片20係以聚碳酸 酯樹脂形成如第4圖所示之稜柱薄片30，獲得構成稜柱薄片30之稜柱透鏡的延伸方向與光源6之光軸L平行之構造。另外，稜柱透鏡之頂角為90度。
比較例2
準備與實施例1相同之印刷導光板7A作為構成比較例2之照明裝置3的導光體7。透鏡薄片20係以聚碳酸酯樹脂形成如第4圖所示之稜柱薄片30，獲得構成稜柱薄片30之稜柱透鏡的延伸方向與光源6之光軸L正交之構造。另外，稜柱透鏡之頂角為90度。
於實施例1至2及比較例1至2之照明裝置3的觀察者側F，備妥液晶面板作為畫像顯示元件2而當做顯示裝置1，進行正面亮度與光學外觀評價。評價結果為第14圖所示。
比較例1之顯示裝置係利用具有印刷導光板7A與微透鏡薄片8B、稜柱薄片30之最一般之照明裝置3而構成。於比較例1上，稜柱薄片30係導致產生旁波瓣之原因的結果。要抑制此旁波瓣必須於稜柱薄片30之觀察者側進一步配置擴散薄片。
於實施例1上，相較於比較例1可獲得高亮度之顯示裝置1。比較例1之稜柱薄片30係以與光軸L成為平行的方式配置有稜柱透鏡，故無法將傾斜於水平方向之射出光進行偏向。一方面，由於實施例1之透鏡薄片20A具有在與光軸L正交之方向延伸之三角稜柱陣列22A，故可將從導光體7射出來之傾斜光往觀察者側F偏向。另外，三角稜柱陣列22A相對透鏡薄片20A之表面積的 面積率為40%，一方面，梯形稜柱陣列21A之面積率為60%，相較在畫面水平方向中之集光功能則在畫面垂直方向中之集光功能較高。因此，視野角係水平方向大於垂直方向，且可獲得在垂直方向中之視野角之平衡良好的顯示裝置1。
實施例2，光偏向要素18係凹狀微點18B之賦形導光板7B，故可獲得比實施例1更高亮度之顯示裝置1。在實施例2中，與實施例1相比，導光體7並非印刷導光板7A而是賦形導光板7B這點是不同的。使用於光射出面7b形成有光閘透鏡19之賦形導光板7B，相較於使用印刷導光板7A之情況，可獲得10%左右高亮度之顯示裝置1。再者，從賦形導光板7B與微透鏡薄片8B射出再入射到透鏡薄片20A之光的峰值角度為約30度，滿足式子1。因此，於實施例2上係可獲得高亮度之顯示裝置1。
於比較例2，相較於比較例1及實施例1係可獲得高亮度之顯示裝置1。於比較例2，構成稜柱薄片30之稜柱透鏡係在與光軸L正交的方向延伸。因此，可有效將傾斜於光軸L方向之斜射出光往觀察者側F偏向。然而，比較例2之稜柱薄片30係將畫面水平方向之光集光，故畫面水平方向之視野會變小，而成為畫面垂直方向之視野廣的顯示裝置1，於視野角特性產生問題。再者，也確認起因於稜柱薄片30之旁波瓣。
藉由本實施例，於2個方向具有稜柱陣列之透鏡薄片20，比習知技術之於一方向具有稜柱陣列之透鏡薄片 30，可確認可獲得光亮度且不會產生旁波瓣之照明裝置3、及具備該照明裝置3之顯示裝置1。
F‧‧‧觀察者
L‧‧‧光源之光軸
1‧‧‧顯示裝置
2‧‧‧液晶面板
3‧‧‧照明裝置
5‧‧‧反射板(反射薄片)
6‧‧‧光源
7‧‧‧導光板(導光體)
7a‧‧‧光偏向面
7b‧‧‧光射出面
7L‧‧‧入射面
8‧‧‧擴散薄片
8A‧‧‧擴散薄片
8B‧‧‧微透鏡薄片
9‧‧‧液晶層
10‧‧‧偏光板
11‧‧‧偏光板
18‧‧‧光偏向要素
19‧‧‧光閘透鏡
20‧‧‧透鏡薄片
20A‧‧‧2個方向透鏡薄片
20B‧‧‧角錐體透鏡薄片
20C‧‧‧倒角錐體透鏡薄片
20D‧‧‧四坡頂狀透鏡薄片
20E‧‧‧十字型稜柱薄片
28‧‧‧擴散薄片
29‧‧‧偏光分離反射薄片
30‧‧‧稜柱薄片
31‧‧‧柱狀透鏡
第1圖為本發明之實施形態的顯示裝置之剖面概要圖。
第2圖為說明來自導光體之射出光的圖。
第3圖為說明藉由透鏡薄片而產生光的偏向圖。
第4圖為稜柱薄片之斜視圖。
第5圖為柱狀透鏡薄片之斜視圖。
第6圖為本發明之實施形態的透鏡薄片之斜視圖。
第7圖為本發明之另一實施形態的透鏡薄片之斜視圖。
第8圖為本發明之另一實施形態的透鏡薄片之斜視圖。
第9圖為本發明之另一實施形態的透鏡薄片之斜視圖。
第10圖為本發明之另一實施形態的透鏡薄片之斜視圖。
第11圖為稜柱薄片之射出配光分布圖。
第12圖為本發明之透鏡薄片的射出配光分布圖。
第13圖為說明往透鏡薄片之入射光的圖。
第14圖為顯示本發明之實施例結果的表。
第15圖為顯示本發明之導光體7及第6圖所示之透鏡薄片的構造之圖。
第16A圖為顯示本發明之光偏向要素之配置的範例之圖。
第16B圖為顯示本發明之光偏向要素之配置的範例之圖。
F‧‧‧觀察者
1‧‧‧顯示裝置
2‧‧‧液晶面板
3‧‧‧照明裝置
5‧‧‧反射板(反射薄片)
6‧‧‧光源
7‧‧‧導光板(導光體)
7a‧‧‧光偏向面
7b‧‧‧光射出面
7L‧‧‧入射面
8‧‧‧擴散薄片
9‧‧‧液晶層
10‧‧‧偏光板
11‧‧‧偏光板
18‧‧‧光偏向要素
20‧‧‧透鏡薄片

Claims (14)

  1. 一種照明裝置，其特徵在於具有：透光性之導光體，其具有第1主面、與該第1主面相反之第2主面、連接該第1主面及該第2主面的4個側端面；透鏡薄片，其具有透光性基材、設置於該基材之其中一面且於一方向延伸之第1透鏡陣列、設置於該基材之該面且於與該第1透鏡陣列交叉方向延伸之第2透鏡陣列，且層積於該導光體上；複數個光源；以及光偏向要素，形成於該第1主面，將在該導光體內導光之光線往該第2主面側偏光；其中，該4個側端面之中一個側端面或相互相反之2個側端面為從該複數個光源射出之光線入射的入射面，該複數個光源係與該入射面之延伸方向平行並列而配置在與該入射面對向的位置，該複數個光源之光軸大約與該入射面之法線方向一致，該透鏡薄片之表面積係從該第1透鏡陣列及該第2透鏡陣列之中選擇其中一透鏡陣列之表面積所佔比例設定為20%以上50%以下的範圍，該所選擇之透鏡陣列之透鏡延伸方向與該複數個光源之光軸大約為正交。
  2. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中該第1透鏡陣列係頂角為70度以上110度以下之梯形透鏡，該第 2透鏡陣列係以高度比該梯形透鏡高度低且頂角為70度以上110度以下之三角稜柱透鏡，於該梯形透鏡頂部交叉角成為90度±10度的方式形成，該梯形透鏡之頂部與該三角稜柱透鏡之頂部為一致。
  3. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中該第1透鏡陣列具有保持間隔而配置且頂角為70度以上110度以下之第1三角稜柱透鏡；該第2透鏡陣列具有高度比該第1三角稜柱透鏡低且頂角為70度以上110度以下之第2三角稜柱透鏡；該第2三角稜柱透鏡係以於該各第1三角稜柱透鏡之間與該第1三角稜柱透鏡之交叉角為90度±10度的方式形成；該第1三角稜柱透鏡與該第2三角稜柱透鏡之底部為一致。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之照明裝置，其進一步具有擴散薄片，其配置於該透鏡薄片與該導光體之間且具有射出面，該擴散薄片係於該射出面形成有凹凸形狀之表面擴散薄片。
  5. 如申請專利範圍第4項之照明裝置，其中於該射出面塗布有擴散珠(beads)。
  6. 如申請專利範圍第4項之照明裝置，其中於該表面擴散薄片之該射出面形成有略半球形狀之微透鏡。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之照明裝置，其中於配置在該導光體之該入射面的該複數個光源中，令當僅點亮配置於1個該入射面之該複數個光源時往該透鏡薄片之入射光之峰值角度為θ i，當峰值亮度為100%時，令亮度降低到80%之角度差為大於峰值角度之角度方向的角度差係⊿D，小於峰值角度之角度方向的角度差係⊿d時，令該透鏡薄片之折射率為n，則該所選擇之透鏡陣列之頂角θ為滿足以下之式子1，
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之照明裝置，其中該光偏向要素係藉由在與該光軸正交之方向中以第1間隔並排之點列於光軸方向配置複數個而形成；相鄰之該點列係偏移第1間隔之1/2間隔的第2間隔而配置於與該光軸正交的方向中，於該光軸方向中之相鄰的該點列之間隔係配置成略為固定或是配置成隨著離開該入射面而變窄。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之照明裝置，其中進一步具有光閘透鏡，其形成於該導光體之該第2主面且於與該複數個光源之該光軸方向平行之方向延伸，限制在該導光體內部導光之光路徑。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項之照明裝置，其中該光閘透鏡係於與該複數個光源之該光軸方向大 約平行的方向而延伸之凸狀或凹狀，且為球面或非球面之圓柱形狀或多角稜柱狀，於該入射面之延伸方向密集地或保有略固定間隔配置複數個。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項之照明裝置，其中該光偏向要素係各自獨立於該第1主面內且配置成離散狀之凸狀或凹狀之點透鏡；垂直於該點透鏡之該第1主面且於平行該光軸方向之剖面形狀具有距離該第1主面最遠位置之頂部及從該頂部往該第1主面之2個輪廓線；該輪廓線相對該第1主面之平均傾斜角度係小於在構成該透鏡薄片之該所選擇之透鏡陣列之傾斜面中相對該第1主面之平均傾斜角度。
  12. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項之照明裝置，其中於該透鏡薄片之射出面側層積有擴散功能較弱之弱擴散薄片或具有較弱之擴散功能的偏光分離反射薄片。
  13. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之照明裝置，其中於該導光體之該第1主面側進一步具備反射薄片。
  14. 一種顯示裝置，具備：影像顯示元件，依照在畫素單位之透過/遮光而規定顯示影像；以及如申請專利範圍第1至3項中任一項之照明裝置。
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