TWI308227B - - Google Patents

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1308227 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明尤其與設置於液晶顯示器背面、可使該液晶顯示 器從背面照明，又可稱為背光之照明裝置有關，亦關於無 亮度不均之面光源裝置。 【先前技術】 穿透式液晶顯示器中，形成電子潛影之液晶面板背面設 置照射面狀照明光之背光（BACK_LIGH丁）。在此，稱此種背 鲁光為面光源裝置。此面光源裝置係於反射板上配列與液晶 面板平行之複數線狀光源，並有效利用該線狀光源發出的 光。此外，線狀光源一般皆設置介於其與液晶面板之間的 光擴散板，使照明光的面内分佈更為平順。液晶面板之上 下基板各層積一偏光板，面光源裝置係設置於下側偏光板 之背面。 如上述中面光源裝置所使用之反射板，於下述專利文獻！ 籲中:揭不了將共有第1;t點並於包含第i焦點的直線兩端配 置第2焦點的兩個半橢圓並列，將光源置於幻焦點，藉此 使光源成像連結第2焦點，形成狀似有三個光源的光學背光 用反射鏡。 專利文獻1 :特開2005-24746號公報 [發明所欲解決之問題] 兩個半橢圓 專利文獻1有將兩個半擴圓並列，並將光源發出的光正反 射（或鏡面反射）的反射鏡相關記載。然而，針對 邊界的7C度不均問題，卻無任何記載。 108732.doc 1308227 、，本發明之目的係於使用排列兩個半橢圓並將來自光源的 ^反射（或鏡面反射）之反射鏡作為基本構造之照明裝 置，肖除為兩個半搞圓邊界部的亮度不i句勻’ S供均勻的 面光源裝置。 【發明内容】 為達上述目的’本發明利用包含正反射光的擴散反射材 料形成排列兩個半橢圓而呈凹面狀之反射板，以便包圍光 # 源，將正反射光集中於邊界部，藉此解除亮度不均勻。 ★，正反射光之集中方法，係將第1第2焦點配置於大致同 等南度’並將光源位置由第！焦點移動至反射板側。此外， 光源及第1焦點置於反射板侧，將第2焦點置於邊界部附 近，調整該等位置。 猎由本發明，可消除兩個橢圓邊界部之亮度不均勻，得 到均2的面光源裝置。本發明作為液晶顯示器之背光，或 作為牙透式看板之背光’作為用於觀看χ光片等之醫療用背 鲁光，適於頂棚燈等平面照明裝置之面光源裝置。 此外’使用先前技術之背光用反射鏡的面光源裝置，作 為擴散板為了使指向特性一致，穿透率為6〇%以下，然而 本發明可使用穿透率65%以下的擴散板。如此，使用穿透 率高的擴散板，僅此即可得到明亮的面光源。此乃由於除 反射光之外’同時也取入擴散反射光，所以於擴散板下 方指向特性某種程度一致之故。 【實施方式】 以下將利用圖式說明本發明之實施例 108732.doc 1308227 [實施例1 ] ，1係與本發明有關之面光源裝置的線狀光源正交方向 圖此面光源裝置包含冷陰極管等線狀光源丨、呈如 包圍其之形狀的反射板3、配置於該反射板3正上方之擴散 板4及依據需求於擴散板4上追加的擴散膜5或稜鏡片6等光 學薄膜類。 >在圖1中，反射板3雖以擴散反射為主，但以藉由讓表面 平π ^ ^曰加正反射光之反射面形成。反射板3之與線狀光源 1正乂方向的剖面係對一個線狀光源丨，呈僅線狀光源丨數量 排列兩個半橢圓（或2連半橢圓）的形狀。 圖2為圖1所表示之面光源裝置的部份擴大剖面圖。包含 第1焦點10及第2焦點21之第丨橢圓μ與包含第i焦點1〇及第 2焦點22之第2橢圓26共有第丨焦點1〇β反射板3之剖面，係 排列利用包含共有焦點1〇及其他兩個焦點21、22的直線分 割此等橢圓25、26的輪廓之兩個半橢圓的形狀。 此反射板3係利用兩個半橢圓包圍線狀光源丨，並將來自 線狀光源1的光正反射及擴散反射至擴散板4。此外，43、 4 3 4系兩個半橢圓之邊界部。 此外，配置於擴散板4正下方之複數線狀光源丨分別配置 於連結分割後的兩個半橢圓之交點31及共有交點1〇的直線 上。此線狀光源1的間距W大於反射板3的深度D。因此，與 以往使用平面狀反射板時之線狀光源數相比，本發明可減 少該線狀光源的數量。 圖3係一將配置於第1焦點1〇之線狀光源位置移動至反射 108732.doc 1308227 !/的位置11〜14時的光線追縱圖。若將光源配置於第1售 點10，此時的正反射光為80，若將線狀光源的位置從^ 12、13、14慢慢地移近反射板側時，就可讓正反射光如以 82、83、84一樣分佈於兩個半橢圓的邊界附近。 圖4係-模擬圖3表示之正反射光㈣㈣擴散板上正反 射光之照度分佈圖。縱軸代表擴散板上之最大照度為ι時的 相對值，橫軸代表與線狀源線垂直相交方向位置的相對 值，即將與線狀光源垂直相交方向的位置除以光源至邊界 的距離L = 1後所得的值。 如同圖3所表示，圖4中，藉由將線狀光源位置慢慢靠近 反射板側’可使正反射光由正反射光8〇分佈至反射板邊界 附近的正反射光84的位置。正反射光8〇〜84，每一個皆超過 10%，圖3中的正反射光8〇〜84係為兩個半橢圓邊界之單側 正反射光的比 <列，因&合計邊界兩側之正反射光就可超過 20% 〇 圖5係擴散板上的直設光、擴散反射光、正反射光、直射 光+擴散反射光、直射光及反射光（擴散反射光及正反射光） 合計後之照度分佈圖。與圖4相同，縱軸與橫軸係為照度與 光源垂直方向位置的相對值。此分佈係將光線分為直射 光、擴散反射光、正反射光後的模擬結果。 在圖5中，擴散反射光除了於光源正上方稍微下降之外， 大多呈平面分佈。之所以在光源正上方稍微下降，係因為 擴散反射光變成光源的陰影。此外，直射光於光源正上方 最明焭，其明焭程度高於擴散反射光之下降程度，因此擴 108732.doc 1308227 放反射光於光源正上方下降並不構成問題。此外，直射光 於光源正上方最壳，於邊界最暗，其差異約為20%。 此直射光+擴政反射光之邊界下降最高約為2〇%。其原因 在於直射光下降。因此，此一下降值由正反射光補回即 可。即正反射光的相位與直射光的相位反轉，其振幅幾 乎相等。 圖6係針對此一正反射光修正量之說明圖，僅挑選出圖5 g 表示直射光+擴散反射光的圖表。 在圖6中，直射光+擴散反射光的圖表呈略正弦曲線，必 須補足的光量A與相反面B呈現對稱的形狀。因此，A面積 約為一區間份之c面積的一半。c面積係為下降量2〇%χ雙聯 半橢圓的寬，因此在C面積中，a面積係為c面積的一半， 亦即1〇%X雙聯半橢圓的寬。由此可知，當光源間距為反射 板深度之2倍時，僅需有約10%的正反射率即可。將正反射 率定為10。/。所得的模擬結果、直射光、擴散反射光及正反 Φ 射光分別合計後’幾乎呈平面狀態。 圖7所表示的是為了將必要的正反射光量一般化，而改變 雙如半橢圓反射板之光源間距，並計算直射光照度分佈的 結果。此外，為使照度下降量更加簡明易懂，將圖7的照度 下降量圖表化後以圖8表示。 本實施例，係將光源間距設定為大於反射板深度。因此， 如圖8所表示，當光源間距=反射板深度時，下降量為, 因此如先前說明，因直射光的照度分佈呈現略正弦曲線， 108732.doc -10- 1308227 所以必要的正反射率必須達到4%一半，亦即2%以上。此 外：當光源間距為反射板深度的2倍時，下降量為㈣，因 此必要的正反射率為20% —半，亦即1 〇%。 圖9係試製面光源裝置之光源垂直方向的亮度分佈圖。在 圖9中’為了輕易補捉亮度不均的問題，將配有光源的中央 ±1〇〇 mm的平均亮度以！表示。此—面光源裝置之反射板深

㈣間距W=4〇_，光源間距+反射板深度 =約2倍。此外’反射板的形狀為雙聯半橢圓，將作為線狀 光源的冷陰極管從第i焦點移動至距離反射板側約1〇顏的 ^置。並於反射板正上方，以距離線狀光源較近的順序層 且了擴政板擴政膜、稜鏡片並列而成的光學膜組。 此試製中的反射板，係使用反射面為鏡面之金屬模具， 以添加擴散反射劑之樹脂射出成型所製造。此外，當金屬 模八表面加工得比平常更平滑，添加擴散反射材料的樹脂 也可得到近1 0%的正反射率。 在本實施例中，因於反射板上正反射及擴散反射，為使 其能正反射，反射板必須為高反射率反射面。此一反射板 製造方法，一般是在聚碳酸酯樹脂之類熱可塑性成型樹脂 上以添加氧化鈦之類可見光擴散反射劑的樹脂射出成型、 擠製成形或壓縮成型而成。此時，若將金屬模具表面做成 鏡面，比較容易提高反射板的正反射率。此外，藉由使用 超臨界流體的微細發泡成型或利用化學發泡劑發泡成型， 可使微小空孔分佈成型。 此外’也可利用發泡成型’在板金加工塑形後的金屬板 -11 - 1308227 上，貼上咼反射率擴散反射膜。另外，亦可在板金加工後 的金屬板表面加工氧化鈦之類白色高反射率塗料。這種情 形，如圖ίο所表示，由於令邊界33呈圓弧狀，整面反射板 可進行一體成形加工。 [實施例2] 圖11係與本發明有關之面光源裝置的線狀光源垂直方向 之部分擴大剖面圖。實施例2為實施例丨中將共有的第〗焦點 .鲁 1 0的位置下移至線狀光源1位置時的情形。 本貫施例中，與反射板3的線狀光源丨垂直的剖面，係呈 現兩個半橢圓並列的形狀，其係由反射板3側之第丨焦點1〇 及擴散板4側之第2焦點分割共有第}焦點⑺的以、％ 兩個橢圓的輪廓而成。反射板3包圍配置於第_ι〇的線 狀光源1 ’並將線狀光源〗發出的光線正反射及擴散反射至 擴散板4。 在本實施例中，因第丨焦點10與線狀光源丨的位置相同， #因此可將正反射光集中於第2焦點2卜22附近。這是因為依 據線狀光源1或擴散板4、光學薄膜（擴散膜5或棱鏡片6)的種 類，可預見亮度分佈只有在邊界才會下降的情形。此外， 藉由調整第2焦點21'22的位置，可以調節正反射光集中至 邊界的程度。 [實施例3 ] 圖12係與本發明有關之面光源裝置的線狀光源垂直方向 之部分擴大剖面圖’為改變圖1〗表干 衣不的反射板1形狀後的 圖。在圖12中，反射板1係呈現將分刻 竹刀劐後的兩個半橢圓之交 1 〇8732.doc -12- 1308227 ‘‘ 1移動至擴散板4侧的兩個半橢圓並列的形狀。 可以利用金屬模具做成這種雙聯半橢圓並列的形狀，也 可於覆蓋交點31之突起部32處設置反射板，以取代移動兩 個半橢圓的交點3 1。此一突起部32，適合用來調整已製作 金屬模具後的正反射光。 與實施例2相同，本實施例中除了調整第2焦點2 1、22的 位置外，藉由改變雙聯半橢圓的形狀，亦可調整正反射光 $ 的分佈。 [貫施例4 ] 圖13係一與本發明相關之面光源裝置的線狀光源垂直方 向之邓刀擴大剖面圖。在圖13中，使兩個半橢圓不共有第1 焦點，並將其位置分別配置於線狀光源i的左右兩側。 在圖1 3中，與反射板3之線狀光源1垂直的剖面，係呈現 兩個半橢圓並列的形狀。其係為兩個橢圓25、26交差，包 含橢圓25的焦點10,、21的直線及包含橢圓26的焦點1〇”、22 # 的直線之交點，利用包含反射板3側之橢圓25、26的焦點 1 〇 ’、1 〇 ”的直線分割位於反射板3側的橢圓2 5、2 6的輪廓而 成此外反射板3係將配置於連結反射板3側的橢圓2 5、 26之焦點10’、1〇"的直線之間的線狀光源丨包圍起來，並將 線狀光源1發出的光正反射及擴散反射至擴散板4。 由圖13所表示之正反射光的箭頭可得知，本實施例具有 射往雙聯半㈣圓之隔壁區間#光會增加的特'f生。從該隔壁 區間射來的光與線狀光源〗發出的直射光呈反方向，可提高 指向性的對稱性。 108732.doc •13- 1308227 [實施例5] 圖14係與本發明有關之面光源裝置的線狀光源垂直方向 之部分擴大剖面圖。圖14為改變圖13所表示的線狀光源j 位置後的圖。 在圖14中，線狀光源}配置於包含橢圓25的焦點1〇,、21 的直線與包含橢圓26的焦點10"、22的直線之交點上。反射 板3包圍此線狀光源。 本實施例中，因為將光源位置靠近反射板，因此射往雙 聯半橢圓的隔壁區間光線亦增加。 如同以上說明，雙聯半橢圓的反射板深度會依據第丨第2 的焦點位置與橢圓大小而改變。實際設計時，只要因應正 反射光的分佈而適當選擇所需光源間距及反射板深度即 可〇 【圖式簡單說明】 圖1係一與本發明有關之面光源裝置的線狀光源垂直方 向剖面圖。 圖2為圖1所表示之面光源裝置的部份擴大剖面圊。 圖3係移動線狀光源位置時的光線追縱圖。 圖4係圖3表示的擴散板上的正反射光照度分佈圖。 圖5係擴散板上的照度分佈圖。 圖6係擴散板上之直射光+擴散反射光的照度分佈圖。 圖7係雙聯半橢圓反射板之直射光照度分佈圖。 圖8係雙聯半橢圓反射板之直射光下降量與光源間距的 關係圖表。 108732.doc -14- 1308227 圖9係光源垂直方向的亮度分佈圖。 圖10係使用板金加工反射板之面光源萝苗& 々裝置的光源垂直方 向剖面圖。 圖11係實施例2之面光源裝置的光源垂直方向剖面圖。 圖12係實施例3之面光源裝置的光源垂直方向剖面圖。 圖13係實施例4之面光源裝置的光源垂直方向剖面圖。 圖14係實施例5之面光源裝置的光源垂直方向剖面圖。 【主要元件符號說明】

線狀光源 反射板 擴散板 擴散膜 稜鏡片 第1焦點 橢圓25的焦點 橢圓26的焦點 11〜14時 反射板側的位置 21 弟2焦點 22 第2焦點 25 橢圓 26 橢圓 31 兩個半橢圓之交點 32 突起部 33 邊界 108732.doc 1308227 43 半橢圓之邊界 43' 半橢圓之邊界 80 正反射光 81 正反射光 82 正反射光 83 正反射光 84 正反射光 108732.doc -16-

Claims (1)

1308227 十、申請專利範圍： 1. 一種面光源裝置，其係包含配置於擴散板正下方之複數 線狀光源及反射來自上述線狀光源的光之反射板者，其 特徵在於： 上述反射板之與線狀光源正交的剖面係排列兩個半橢 圓的形狀’該兩個半橢圓係將共有—個焦點之兩個擴圓 的輪廓以包含共有焦點及其他兩個焦點的直線分割而 成， 上述反射板係以兩個半橢圓的輪廓包圍線狀光源，將 來自線狀光源的光正反射及擴散反射至擴散板。 2. 3. 4. 5. 6 · 如請求項1之面光源裝置’其中上述線狀光源係配置於連 結分割後兩個半橢圓之交點及共有焦點的直線上者。 如請求項2之面光源裝置，其中來自照射於上述擴散板之 線狀光源的直射光光量分佈曲線及來自反射板的正反射 先先量分佈曲線的相位反轉，且直射光與正反射光的振 幅大致相等。 如請求項3之面光源裝置，苴中 、 τ以上述反射板之正反射率 為2%以上〜1〇%左右者。 如請求項3之面光源裳置，其中上述線狀光源的間距大於 反射板深度者。 、 其中上述反射板係將在聚碳酸 添加氧化鈦等可見光擴散反射 、擠製成形或壓縮成型所製造 如請求項1之面光源裝置， 酯樹脂等熱可塑性樹脂中 劑的樹脂材料以射出成型 者0 108732.doc 1308227 7. 如請求項1之面光源裝置，其中上述反射板係藉由利用超 6品界流體之微細發泡成型或由化學發泡劑所致之發泡成 型所製造者。 8. 如請求項1之面光源裝置，其中上述反射板係在板金加工 後的金屬板上貼上擴散反射膜所製造者。 •如求項1之面光源裝置，其中上述反射板係由在板金加 工後的金屬板表面進行氧化鈦等之白色高反射率塗佈所 製造。 10·如明求項8或9之面光源裝置，其中上述兩個半橢圓的邊 界部係呈圓弧狀者。 Π · —種面光源裝置，其係包含配置於擴散板正下方之複數 線狀光源及反射來自上述線狀光源的光之反射板者，其 特徵在於： 上述反射板之與線狀光源正交的剖面係排列兩個半橢 圓的形狀，該兩個半橢圓係將共有-個焦點之兩個橢圓 • 的輪廊於反射板側共有之焦點及擴散板側之焦點之間分 割而成； 上述反射板包圍配置於共有焦點之線狀光源，將來自 線狀光源的光正反射及擴散反射至擴散板。 月求項11之面光源裝置’其中上述反射板係排列使分 割後的兩個半糖圓 勺父點移動至擴散板侧之兩個半橢圓 的形狀者。 13. 如0月求項11之面光诉坡里 ^ , ^ 原裝置’其中於上述反射板設置有覆 蓋分割後的兩個半;jpt圓> 干憜圓的父點之突起部者。 108732.doc 1308227 •種面光源裝置，其係包含配置於擴散板正下方之複數 線狀光源及反射來自上述線狀光源的光之反射板者，其 特徵在於： 上述反射板之與線狀光源正交的剖面係排列兩個半橢 圓的开> 狀，该兩個半橢圓係兩個橢圓交差，將包含各糖 圓焦點之各直線交點位於反射板側之各橢圓的輪廓以包 含各橢圓之反射板側之焦點的直線分割而成； 上述反射板包圍線狀光源，將來自線狀光源的光正反 B 射及擴散反射至擴散板，該線狀光源係配置於連結各擴 圓之反射板側之焦點的直線上的中間。 15 ·如請求項14之面光源裝置，其中上述反射板係包圍配置 於兩條直線交點之線狀光源者。

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