TWI434076B - A lens sheet, a backlight device and a display device using the same - Google Patents

A lens sheet, a backlight device and a display device using the same Download PDF

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Description

透鏡薄片、使用其之背光裝置及顯示裝置
本發明關於透鏡薄片、使用該透鏡薄片之背光及顯示裝置。更詳細而言，關於具有提昇正面亮度的功能之透鏡薄片、使用該透鏡薄片之背光及顯示裝置。
在液晶顯示器所代表之顯示裝置的領域，被要求提更正面亮度。因此，在利用於顯示器之背光，敷設有，將來自於面光源之光線聚光於正面以提昇正面亮度之透鏡薄片。作為這種透鏡薄片，一般使用如日本特許第3262230號(專利文獻1)所揭示之稜鏡薄片。
如圖18及圖19所示，以往的稜鏡薄片100是在表面具備有相互並列設置的複數個稜鏡條(以下，僅稱為稜鏡)PL。稜鏡薄片100的折射率為1.5~1.6左右。來自於面光源之擴散光R100是在稜鏡的PL之表面折射，朝正面偏向並射出。如此，稜鏡薄片100是藉由將擴散光聚光於正面，以提昇顯示器的正面亮度。
但，稜鏡薄片100雖可提昇正面亮度，但正面斜向的亮度也增高。圖20中的實線是顯示，稜鏡PL並列設置於垂直方向(相當於顯示器畫面的上下方向)之稜鏡薄片100的上下視角的亮度角度分佈。如圖20所示，相對亮度是在上下視角的±30deg內顯示第1峰值，並且在正面斜向的視角＋50deg以上、及視角－50deg以下顯示第2峰值(所謂旁瓣)。與以視角0deg作為峰值，與視角的擴大的同時亮度逐漸降低之自然亮度角度分佈不同，圖20的實線所示的亮度角度分佈不自然。這樣的旁瓣會對觀看顯示器之使用者，賦予不舒服感。因此，能夠抑制形成旁瓣的光(以下，稱為旁瓣光)之射出，能夠抑制旁瓣產生者為佳。
又，由於無法將旁瓣部分的光聚光於正面，故，在以1片稜鏡薄片之正面亮度提昇上，會有界限。為了進一步提昇正面亮度，必須將2片稜鏡薄片重疊敷設於面光源上，造成製造製程變得繁雜。
且，由於稜鏡的横剖面為三角形，故在製造時、搬送時、及對背光進行敷設時，在稜鏡容易產生傷痕，特別是其頂部容易破損。這種傷痕容易在顯示器上成為亮點或暗點。為了防止這樣的傷痕產生，必須在組裝至顯示裝置前的稜鏡薄片100，敷設保護薄膜。
[專利文獻1]日本特許第3262230號
本發明的目的在於提供，能以1片進一步提昇正面亮度之透鏡薄片。
本發明的其他目的在於提供，能夠抑制朝正面斜向射出的旁瓣光之透鏡薄片。
本發明的其他目的在於提供，不需要具有保護薄膜之透鏡薄片。
本發明之透鏡薄片是具備：基膜、柱面透鏡樹脂層、稜鏡樹脂層、及填充樹脂層。柱面透鏡樹脂層是形成於基膜的一方的表面上，具備有相互並列設置的複數個圓筒透鏡。稜鏡樹脂層是形成於基膜的另一方的表面上，具備相互並列設置的複數個稜鏡，且具有較基膜的折射率更低之折射率。填充樹脂層是填充於稜鏡薄片樹脂層之並列設置著稜鏡之表面上，具有較稜鏡樹脂層的折射率更高之折射率。
在本發明之透鏡薄片，將所射入的光線階段性地聚光。由於填充樹脂層的折射率較稜鏡樹脂層的折射率高，故，所射入至填充樹脂層的擴散光是在稜鏡表面折射，聚光至正面。其次，由於基膜的折射率較稜鏡樹脂層的折射率高，故，由稜鏡樹脂層射入至基膜的光線是在基膜的表面折射，進一步聚光至正面。且，由基膜所射出之光線射入至柱面透鏡樹脂層，在圓筒透鏡的凸面上折射，更進一步聚光於正面並射出。如此，本發明的透鏡薄片是藉由具備稜鏡與圓筒透鏡，且，將稜鏡樹脂層的折射率作成較基膜及填充樹脂層的折射率小，能夠將所射入的光線在透鏡薄片內部階段性地聚光。因此，能以1片，使正面亮度更進一步提昇。
且，本發明之透鏡薄片是能夠抑制旁瓣產生。作為可抑制旁瓣產生之理由，可考量為如以下的事項。
稜鏡薄片之旁瓣是因以對稜鏡薄片法線呈廣角度射出的光(以下，稱為旁瓣光)所形成。這種的旁瓣光是在稜鏡的表面(2個側面)之中的一方的側面被完全反射之光線，在另一方的側面透過並射出。在本發明的透鏡薄片，填充樹脂層填充於稜鏡樹脂層的複數個稜鏡間。即，在填充樹脂層的表面上，亦形成有複數個稜鏡。稜鏡樹脂層的折射率雖較填充樹脂層小，但較空氣的折射率。因此，在填充樹脂層上的稜鏡表面，臨界角變得較以往的稜鏡薄片更大。因此，在填充樹脂層上的稜鏡的側面，光線被完全反射之比例減少，而抑制了旁瓣產生。
又，在形成於本發明的透鏡薄片表面之圓筒透鏡，如稜鏡在一方的側面被完全反射之光在另一方的側面透過之情事少，在一次被完全反射之光再次射入透鏡凸面之情況，再次被完全反射之情況多。因此，能夠抑制，以對透鏡薄片法線呈廣角度射出的旁瓣光。
又，形成於本發明的透鏡薄片表面之透鏡僅有圓筒透鏡。由於圓筒透鏡的凸面具有曲率，故不易受損。因此，不需要設置保護薄膜。
理想為圓筒透鏡的並列設置方向是與稜鏡的並列設置方向交叉，更理想為圓筒透鏡的並列設置方向是與稜鏡的並列設置方向正交。
在此情況，柱面透鏡樹脂層及填充樹脂層分別聚集不同的軸方向之光。因此，可進一步提昇正面亮度。又，能夠以1片抑制2軸方向之視角。具體而言，以1片本發明的透鏡薄片，能夠分別將2軸方向之亮度角度分佈作成，以正面作為峰值，伴隨著成為廣角度，亮度逐漸降低之自然定向分佈。
理想為柱面透鏡樹脂層是藉由以下的方法所形成。對在表面具有排列於軸方向的圓筒透鏡轉印用溝槽之第1捲板的表面，填充電離放射線硬化樹脂。然後，將所填充之電離放射線硬化樹脂轉印至基膜的一方的表面。在轉印後，照射電離放射線使其硬化，藉此形成柱面透鏡樹脂層。
稜鏡樹脂層是藉由以下的方法所形成。對在表面具有排列於圓周方向並與稜鏡相同横剖面形狀之複數個稜鏡轉印用溝槽之第2捲板的表面，填充電離放射線硬化樹脂。然後，將所填充之電離放射線硬化樹脂轉印至基膜的另一方的表面。在轉印後，照射電離放射線並使其硬化，藉此形成稜鏡樹脂層。
填充樹脂層是藉由對所形成之稜鏡樹脂層的表面塗佈樹脂所形成。
在此，電離放射線是指例如紫外線或電子線。又，電離放射線硬化樹脂是指照射電離放射線時會硬化之樹脂。
在使用捲板，製造稜鏡的並列設置方向與圓筒透鏡的並列設置方向正交的透鏡薄片之情況，若使用，於軸方向配置有圓筒透鏡轉印用溝槽之第1捲板、與於圓周方向配置有稜鏡轉印用溝槽之第2捲板進行製造的話，製造良品率變得最高。
又，在假使第1捲板的圓筒透鏡轉印用溝槽排列於圓周方向之情況，由於各轉印用溝槽的緣部(突緣部)為鋭角，故在製造中，會產生所轉印之電離放射線樹脂受到這些緣部所切削之可能性。因此，藉由將圓筒透鏡轉印用溝槽排列於軸方向，將第2捲板的稜鏡轉印用溝槽排列於圓周方向，可抑制所轉印之樹脂被捲板切削。
稜鏡的頂角是90°以上為佳。
在稜鏡的頂角未滿90°之情況，第2捲板的稜鏡轉印用溝槽底的頂角也成為未滿90°。在此情況，會產生轉印至基礎樹脂層的表面之第2電離放射線硬化樹脂被稜鏡轉印用溝槽的緣部(突緣部)切削之可能性。因此，稜鏡的頂角作成90°以上為佳。
又，圓筒透鏡的並列設置方向，亦可與稜鏡的並列設置方向相同，但在此情況，圓筒透鏡及稜鏡的至少一方，呈波線狀延伸於長方向為佳。
藉此，能夠抑制疊紋產生。
本發明之背光是具備前述背光用透鏡薄片。又，本發明之顯示裝置是具備前述背光。本發明之液晶顯示裝置是具備前述背光、與敷設於背光上之液晶面板。
 [全體結構]
如圖1及圖2所示，顯示裝置1是具備：背光10與敷設於背光10的正面之液晶面板20。背光10是具備：射出擴散光之面光源16、與敷設於面光源16上之透鏡薄片17。
[面光源]
面光源16是聚貝：殼體11、複數個冷陰極管12、及光擴散板13。殼體11為在正面具有開口部110之框體，在內部收納著冷陰極管12。殼體11的內面受到反射薄膜111所覆蓋。反射薄膜111是使由冷陰極管12所射出的光進行散亂反射，導引至開口部110。反射薄膜111是例如東麗製LUMIRROR(登録商標)E60L或E60V，擴散反射率是95%以上為佳。
複數個冷陰極管12是在殼體11的背面正前，並列設置於上下方向(圖1中y方向)。冷陰極管12是延伸於左右方向(圖1中x方向)之所謂的線光源，例如為螢光管。再者，亦可將LED(Light Emitting Device)等的複數個點光源代替冷陰極管12，收納於殼體11內。又，亦可將熱陰極管或外部電極螢光管等的線光源代替冷陰極管12，收納於殼體11內。
光擴散板13是嵌入於開口部110，與殼體11的背面並行配設。藉由將光擴散板13嵌入至開口部110，使得殼體11的內部被密閉，因此，可防止來自於冷陰極管12之光從光擴散板13以外的部位洩漏至殼體11外，能提昇光的利用效率。
光擴散板13是將來自於冷陰極管12的光及受到反射薄膜111所反射的光擴散，並射出至正面。光擴散板13是以透明的基材與分散於基材內之複數個粒子所構成。分散於基材內之粒子，由於對可見光領域的波長的光之折射率與基材不同，故射入至光擴散板13之光被擴散透過。光擴散板13的基材是例如，玻璃、聚酯系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚丙烯酸酯系樹脂、脂環式聚烯烴系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚醋酸乙烯酯系樹脂、聚醚碸酸系樹脂、三醋酸纖維素系樹脂等的樹脂。光擴散板13，又作為透鏡薄片17之支承體來發揮功能。
[透鏡薄片]
如圖3~圖5所示，透鏡薄片17是具備：基膜21、形成於基膜21的一方的表面211上支柱面透鏡樹脂層(以下，僅稱為柱面透鏡層)22、及形成於基膜21的另一方的表面212上之準直層25。這些構件是一體地形成的。
基膜21是對可見光領域的波長呈透明。基膜21是以例如玻璃、聚酯系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚丙烯酸酯系樹脂、脂環式聚烯烴系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚醋酸乙烯酯系樹脂、聚醚碸系樹脂、或三醋酸纖維素系樹脂等的樹脂所構成。基膜21的表面211及212均為平坦。
柱面透鏡層22是形成於表面211上。柱面透鏡層22是具備相互並列設置的複數個圓筒透鏡220。圓筒透鏡220是並列設置於顯示裝置1的畫面的上下方向(圖1中的y方向)。
由於圓筒透鏡220的凸面221是具有曲率，故，在進行背光的製造時等，透鏡的頂部不易受損。因此，不需要設置保護薄膜。
如圖3~5所示的圓筒透鏡220的凸面221的横剖面形狀為圓弧，但亦可如圖6A所示之橢圓弧，亦可如圖6B所示之邊緣附近為直線之弓狀。
準直層25是以填充樹脂層24(以下，僅稱為填充層24)、與稜鏡樹脂層23(以下，僅稱為稜鏡層23)所構成。
稜鏡層23是形成於基膜21的表面212上，具備相互並列設置的複數個稜鏡條(Liner Prism：以下，僅稱為稜鏡)230。
填充層24是被填充於，稜鏡層23的並列設置著稜鏡230之表面上。在填充層24中，被填充於複數個稜鏡230間之部分是構成稜鏡240。由於稜鏡230相互並列設置，故複數個稜鏡240也相互並列設置著。與並列設置著稜鏡240的表面相反側之表面243為平坦面。
稜鏡230及240是並列設置於顯示裝置1的畫面的左右方向(圖1中的x方向)。因此，圓筒透鏡220的並列設置方向是與稜鏡230及240的並列設置方向正交。藉此，能以1片透鏡薄片17，調整2軸方向(在本實施形態為上下方向及左右方向)之亮度角度分佈。具體而言，準直層25控制左右視角，形成以正面作為峰值，伴隨著變成廣角度，亮度逐漸變低之自然配光分佈。又，柱面透鏡層22控制上下視角，形成以正面作為峰值，伴隨著變成廣角度，亮度逐漸變低之自然配光分佈。
柱面透鏡層22、稜鏡層23、及填充層24是以樹脂所構成。更具體而言，柱面透鏡層22及稜鏡層23是以電離放射線硬化樹脂所構成。電離放射線硬化樹脂是指藉由紫外線或電子線等的電離放射線能硬化之樹脂，例如，聚酯系丙烯酸酯樹脂、胺甲酸乙酯系丙烯酸酯樹脂、聚醚系丙烯酸酯樹脂、環氧系丙烯酸酯樹脂、聚酯系丙烯酸甲酯樹脂、胺甲酸乙酯系丙烯酸甲酯樹脂、聚醚系丙烯酸甲酯樹脂、環氧系丙烯酸甲酯樹脂。填充層24，亦能以電離放射線硬化樹脂所構成，亦能以聚碳酸酯、聚苯乙烯等的其他樹脂所構成。
[透鏡薄片內的各層之折射率]
稜鏡層23的折射率n23是與填充層24的折射率n24具有以下的數學式(1)之關係，與基膜21的折射率n21具有以下的數學式(2)之關係。
n23<n24………(1) n23<n21………(2)
即，折射率n23是較折射率n24及折射率n21小。再者，由於稜鏡層23是如前述，以樹脂所構成，故，其折射率n23是較空氣的折射率na＝1.0更大。
由於填充層24的折射率n24是較稜鏡層23的折射率n23大，故，準直層25是使射入至填充層24之光線對準正面，射出至基膜21。若將折射率n24做大的話，會使在填充層24的下面243之光線的折射角變大。在下面243被對準之光線到達稜鏡240的表面，進一步對準正面。因此，折射率n24較大，能進一步提昇正面亮度。填充層24的理想折射率n24是1.5<n24≦1.8。但，即使折射率n24為1.5以下，若也較折射率n23大的話，亦可某種程度地達到本發明的效果。
稜鏡層23的折射率較填充層24的折射率小，但較空氣的折射率na＝1.0大。因此，射入至準直層25內的稜鏡240的表面之光線的臨界角變大。若臨界角變大的話，射入至填充層24的光線完全反射的比例減少，故，能夠抑制旁瓣光的射出。關於這一點如後述。稜鏡層23的理想折射率n23是1.3≦n23<1.5。但，即使折射率n23為前述範圍外，若折射率n23符合數學式(1)及(2)的話，則可某種程度地達到本發明的效果。
基膜21的折射率n21是較折射率n23大。因此，在準直層25被聚光於正面之光是當射入至基膜21的表面212時，進一步被對準於正面。因此，基膜21有助於正面亮度提昇。
具有以上的結構之透鏡薄片17是能夠抑制旁瓣產生，且能以1片進一步使正面亮度。以下，詳細說明這些效果。
[旁瓣的抑制]
透鏡薄片17是藉由準直層25抑制左右視角之旁瓣產生，且藉由柱面透鏡層22抑制上下視角之旁瓣產生。
[在左右視角之旁瓣抑制]
透鏡薄片17內的準直層25是能夠抑制左右視角之旁瓣產生。準直層25能夠抑制旁瓣之理由並未一定，但，能推測主要是因下述事項所引起。
首先，說明關於以往的稜鏡薄片之旁瓣產生機構。在圖7A，在射入於以往的稜鏡薄片100上的稜鏡PL之光線中，具有下述光線，該光線R2是在稜鏡PL之一方的側面BP1完全反射後，在另一方的側面BP2透過並射出至外部，此光線R2形成旁瓣。
由面光源16的射出面的法線n0(背光正面)朝角度θ0的方向射出之光線R0到達稜鏡PL之側面BP1。在光線R0的射入角θi1較臨界角θc1大的情況，光線R0是完全反射，作為光線R1在稜鏡PL內傳播。當光線R1到達側面BP2時，若其射入角θi2較臨界角θc1小的話，光線R1是作為對法線n0(正面)呈廣角度之旁瓣光R2射出至外部。
相對於此，準直層25是抑制旁瓣光的產生。如圖7B所示，準直層25內是以符合數學式(1)之關係的稜鏡層23與填充層24所構成，在複數個稜鏡230之間，填充著稜鏡240。
在此，假設填充層24的折射率n24與稜鏡薄片100的折射率n100相同。在此情況，光線填充層24射入至稜鏡層23時相對折射率，變成較光線由稜鏡薄片100射入至空氣時的相對折射率大。這是由於以樹脂所構成的稜鏡層23的折射率n23較空氣的折射率(＝1.0)更大之故。
由於相對折射率變大，故，在準直層25內之稜鏡240的表面241及242之臨界角θc0變得較稜鏡薄片100的稜鏡PL之表面BP1及BP2之臨界角θc1更大。其結果，在稜鏡240的表面，被完全反射之光線R0的比例減少，能夠抑制旁瓣光R2的射出。
[在上下視角之旁瓣抑制]
透鏡薄片17內的柱面透鏡層22能夠抑制旁瓣光的射出之理由並非一定，但可推測主要為根據以下的理由。如圖7C所示，以與圖7A相同的角度θ0所射入的光線R0到達圓筒透鏡220的凸面221上的境界面BP3。在光線R0的射入角θi1較臨界角θc2更大之情況，光線R0是完全反射，而到達凸面上的境界面BP4。此時，光線R0的射入角θi2較臨界角θc2大之情況多。因此，光線R0再次完全反射，並返回到面光源16。即，在圓筒透鏡220，一次被完全反射之光線，比起之後透過並射出至外部之光線，再次完全反射並返回至面光源之光線多。因此，能抑制旁瓣光R2的射出，並可抑制在亮度角度分佈之旁瓣產生。
[正面亮度提昇]
在透鏡薄片17，將由下面所射入的光，分別以準直層25、基膜21、及柱面透鏡層22聚光於正面。因此，能以1片，進一步使正面亮度提昇。
準直層25內的填充層24的折射率n24是較稜鏡層23的折射率n23大。因此，準直層25是將來自於面光源之擴散光聚光於正面，並射出至基膜21。
基膜21的折射率n21是較稜鏡層23的折射率n23大。因此，由準直層25射入基膜21的光線是在基膜21的下面折射，進一步被聚光於正面，而射出至柱面透鏡層22。
柱面透鏡層22是藉由凸面221的形狀，將所射入的光線進一步聚光於正面，並射出至外部。
如以上所述，在透鏡薄片17，準直層25、基膜21及柱面透鏡層22的分別將所射入的光線對準於正面。因此，透鏡薄片17是能以1片，進一步使正面亮度提昇。
再者，代替準直層25，做成以具備相互並列設置的複數個圓筒透鏡之柱面透鏡層(相當於填充層24)、與形成於柱面透鏡層上並且折射率較柱面透鏡層低的層(相當於稜鏡層23)所構成的準直層之情況，在準直層的聚光效果會降低。這是由於，柱面透鏡薄片的聚光效果較稜鏡薄片低之故。根據相同的理由，微透鏡或稜鏡陣列之聚光效果也較稜鏡薄片低。即，一般的透鏡薄片中，稜鏡薄片之聚光效果最高。因此，透鏡薄片17的準直層25是以並列設置著稜鏡240之填充層24所構成的。
[製造方法]
說明作為透鏡薄片17的製造方法之一例，即使用捲板之捲式製程(Roll－to－Roll)方式之製造方法。
首先，在基膜21的表面212形成準直層25。準備：在表面捲繞有薄膜狀基膜21(以下，稱為基膜21薄膜)之圓筒狀第1滾子；及如圖8所示，在表面具有稜鏡230的轉印用溝槽52之稜鏡用捲板50(以下，僅稱為捲板50)。轉印用溝槽52的横剖面形狀是與稜鏡230的横剖面形狀相同，相當於轉印用溝槽52的緣部(突緣部)之凸條53的横剖面形狀是與稜鏡240的横剖面形狀相同。轉印用溝槽52是排列於圓周方向。
配置第1滾子及捲板50，使第1滾子的軸方向與捲板50的軸方向呈平行。配置後，對捲板50的表面填充，具有較基膜21的折射率n21低的折射率n23之電離放射線硬化樹脂。一邊使第1滾子及捲板50旋轉，一邊將所填充之電離放射線硬化樹脂轉印至由第1滾子所送出之基膜21薄膜上。此時，藉由隔著基膜21薄膜來與捲板50對向配置之後備用滾子與捲板50，一邊夾持基膜21薄膜一邊進行轉印。對所轉印之電離放射線硬化樹脂照射電離放射線，使電離放射線硬化樹脂硬化，形成稜鏡層23。
形成稜鏡層23後，在稜鏡層23上形成填充層24。準備：將具有較稜鏡層23的折射率n23高的折射率n24之樹脂溶解於溶劑的塗料。使用凹板塗佈器等，將所準備之塗料均等地塗佈於稜鏡層23上。將所塗布之塗料乾燥，形成填充層24。
藉由以上的製程，於基膜21的表面212形成準直層25。形成有準直層25之基膜21薄膜被捲取於第2滾子。此時，稜鏡230及240是並列設置於第2滾子的圓周方向。
其次，在基膜21的表面211形成柱面透鏡層22。準備如圖9所示的柱面透鏡用捲板60(以下，僅稱為捲板60)，將其配設成，其軸方向與第2滾子的軸方向呈平行。如圖9所示，在捲板60的表面，形成有排列於軸方向之圓筒透鏡220的轉印用溝槽62。
將電離放射線硬化樹脂填充至捲板60的轉印用溝槽62。一邊使第2滾子及捲板60旋轉，一邊將所填充之電離放射線硬化樹脂轉印至由第2滾子所送出的薄膜的基膜21的表面211。此時，藉由後備用滾子一邊夾持薄膜一邊進行轉印。對所轉印之電離放射線硬化樹脂照射電離放射線並使其硬化，形成柱面透鏡層22。藉由以上的製程，形成透鏡薄片17。
在前述的製造方法，首先形成準直層25，其次形成柱面透鏡層22，但亦可首先形成柱面透鏡層22，其次形成準直層25。但，首先形成準直層25是較為理想。這是因為若先形成柱面透鏡層22的話，則會有當形成準直層25內的稜鏡層23時，後備用滾子會抵接於柱面透鏡層22的圓筒透鏡220的凸面，造成圓筒透鏡220的形狀之可能性產生之故。
在前述的製造方法，使用稜鏡轉印用溝槽52排列於圓周方向之捲板50與圓筒透鏡轉印用溝槽62排列於軸方向之捲板60，但，若稜鏡轉印用溝槽52的排列方向與圓筒透鏡轉印用溝槽62的排列方向正交的話，則稜鏡轉印用溝槽52亦可排列於圓周方向以外的方向，圓筒透鏡轉印用溝槽62亦可排列於軸方向以外的方向。但，若使用稜鏡轉印用溝槽52排列於圓周方向之捲板50與圓筒透鏡轉印用溝槽62排列於軸方向之捲板60的話，製造良品率變得最高。
且，圓筒透鏡轉印用溝槽62是排列於軸方向為佳，稜鏡轉印用溝槽52是排列於圓周方向為佳。這是由於若將圓筒透鏡轉印用溝槽62排列於圓周方向的話，則會有由捲板所轉印至基膜21上之樹脂會受到圓筒透鏡轉印用溝槽的緣部621切削的可能性產生之故。
又，稜鏡轉印用溝槽52的横剖面形狀是與稜鏡230的横剖面形狀相等，但稜鏡轉印用溝槽52的溝槽底的頂角(即，稜鏡230的頂角)是90°以上為佳。這是由於若溝槽底的頂角未滿90°的話，則會有轉印至基膜21的表面212之樹脂會受到凸條53所切削的可能性產生之故。
在前述的製造方法，藉由使塗料乾燥來形成填充層24，但亦可對具有較折射率n23高的折射率n24之電離放射線硬化樹脂，照射電離放射線並使其硬化，藉此形成填充層24。在此情況，在稜鏡層23上，使用壓鑄模塗佈機等，均等地塗佈電離放射線硬化樹脂，對所塗布之電離放射線硬化樹脂照射電離放射線即可。
以上，說明了作為製造方法的一例之使用捲板的捲式製程方式之製造方法，但亦可藉由其他製造方法來製造透鏡薄片17。非使用捲式製程方式，而亦可使用板狀板，形成準直層25及柱面透鏡層22。又，柱面透鏡層22亦可藉由壓出法、熱沖壓法、射出成形法來形成。
[其他實施形態]
在前述的實施形態的透鏡薄片17，將稜鏡230及240的並列設置方向與圓筒透鏡220的並列設置方向所成的角度(交差角)作成90°，但，交差角亦可非90°。若交差的話，則可控制2軸方向之視角，能獲得某種程度的聚光效果。交差角理想為45°~135°，更理想的交差角為90°。
又，如圖10所示，稜鏡230及240的並列設置方向，亦可與圓筒透鏡220的並列設置方向呈平行。在此情況，所控制之視角僅為1軸方向，但，正面亮度較以往的稜鏡薄片更進一步提昇，且能夠抑制旁瓣光的產生。
如圖10所示，在稜鏡230及240的並列設置方向與圓筒透鏡220的並列設置方向呈平行之情況，會有疊紋產生的情況。為了防止這種的疊紋產生，如圖11所示，將稜鏡230及240的長方向非作成直線狀，而是作成不規則之波線狀為佳。亦可將稜鏡230及240做成直線狀，而將圓筒透鏡220在長方向上作成不規則的波線狀，亦可將圓筒透鏡220、稜鏡230及240均做成不規則的波線狀。疊紋是當重疊具規則性的紋路時所產生的。因此，藉由將稜鏡230及240和圓筒透鏡220之至少一方做成不規則的波線狀，能夠抑制疊紋產生。
這些的透鏡薄片也能藉由與透鏡薄片17相同的製造方法，來加以製造。
以上，本實施形態之透鏡薄片17是藉由將稜鏡層23的折射率n23、填充層24的折射率n24、及基膜21的折射率n21作成符合數學式(1)及(2)之關係，能夠以1片進一步提昇正面亮度，且能夠抑制亮度角度分佈之旁瓣產生。
又，由於準直層25內的複數個稜鏡240是被填充於稜鏡層23的複數個稜鏡230之間，故，其頂部(Peak)不會露出於表面。又，構成柱面透鏡層22之圓筒透鏡220的頂部表面為曲面。因此，不會如以往的稜鏡薄片頂部般，在進行製造及搬送時不易產生傷痕，且不需要設置用來保護頂部之保護薄片。
又，藉由使稜鏡230及240的並列設置方向與圓筒透鏡220的並列設置方向正交，能夠控制液晶顯示裝置內的畫面上之上下方向及左右方向之視角，且能夠將在各軸方向之亮度角度分佈作成以正面為峰值之自然定向分佈。且，由於藉由正交可使2軸方向之光聚光於正面，故可進一步提昇正面亮度。再者，在此所稱之「正交」非需嚴密的90°，若為可控制上下及左右方向之視角，獲得聚光效果之範圍的話即可。
在本實施形態，將背光10設為直下型，但亦可作為側邊入光型。
又，在圖3~圖5，將複數個圓筒透鏡220分別相互地接觸並加以配設，但，亦可在相鄰圓筒透鏡220之間設置間隙。同樣地，亦可在相鄰之稜鏡240之間設置間隙。又，將稜鏡230及240的横剖面形狀作成三角形，但，亦可作成梯形。
[實施例]
製作具有如表1所示的形狀及折射率n21~n24之本發明例1~6的透鏡薄片。又，作為比較例，製造稜鏡薄片。調查本發明例1~6的透鏡薄片及稜鏡薄片亮度角度分佈。
[本發明例1]
製造圖3~圖5所示的形狀的本發明例1的透鏡薄片、與作為比較例之稜鏡薄片，調查亮度角度分佈。
[製造方法]
藉由下述的方法製造本發明例1的透鏡薄片。準備具有稜鏡轉印用溝槽排列於圓周方向之表面的稜鏡用捲板。稜鏡轉印用溝槽的横剖面形狀為等腰三角形。
作為基膜21，準備厚度250μm、折射率(n21)＝1.6的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。對捲板填充折射率(n23)＝1.4的紫外線硬化樹脂，將捲板按壓於PET薄膜的表面，藉此轉印紫外線硬化樹脂。再藉由照射紫外線，使所轉印之紫外線硬化樹脂硬化，形成稜鏡層23。稜鏡層23表面的稜鏡230的横剖面形狀為等腰三角形，其頂角為90°，底邊為50μm，相鄰之稜鏡的頂點間距離即間距為50μm。
準備將折射率(n24)＝1.7之樹脂溶解於溶劑之塗料。使用凹板塗佈器，將所準備之塗料均等地塗佈於稜鏡層23上。再將所塗布之塗料乾燥，形成層厚度為30μm的填充層24。
在藉由以上的製程，於基膜21上形成準直層25後，在與形成有準直層25的表面的相反側之基膜21的表面211，形成柱面透鏡層22。準備具有圓筒透鏡轉印用溝槽排列於軸方向之表面的柱面透鏡用捲板。轉印用溝槽的横剖面形狀為圓弧狀。
將折射率＝1.54的紫外線硬化樹脂填充至柱面透鏡用捲板的轉印用溝槽，再轉印至PET薄膜表面上。對所轉印之紫外線硬化樹脂照射紫外線並使其硬化，形成柱面透鏡層22。柱面透鏡層22上的各圓筒透鏡220的横剖面形狀為曲率半徑20μm的圓弧，由透鏡邊緣起至凸面的頂部上為止之高度為20μm，凸面與包含透鏡邊緣之面所成的角度(以下，稱為接觸角)為75°，相互相鄰之圓筒透鏡220之間距為50μm。
比較例的稜鏡薄片是藉由下述所示的方法來加以製作。藉由壓鑄模塗佈機，將紫外線硬化樹脂均等地塗佈於厚度250μm的PET薄膜上，形成厚度30μm的紫外線硬化樹脂層。接著，一邊將稜鏡用捲板按壓於紫外線硬化樹脂層一邊照射紫外線，製造如圖18及圖19所示的形狀的稜鏡薄片。稜鏡之間距為50μm，頂角為90度。PET薄膜的折射率為1.6，紫外線硬化樹脂的折射率為1.54。
[亮度角度分佈調查]
使用所製作之本發明例1的透鏡薄片、與比較例的稜鏡薄片，調查亮度角度分佈。將透鏡薄片敷設於，收納有冷陰極管、在內面敷設有反射薄膜且在開口部嵌裝有光擴散板之殼體。此時，以圓筒透鏡並列設置上下方向，而稜鏡並列設置於左右方向的方式，敷設透鏡薄片。
在將透鏡薄片敷設於殼體後，調查亮度角度分佈。視角是以透鏡薄片法線方向(正面)作為0度軸，將由0度軸朝上下方向傾斜的傾斜角作為上下視角，而將由0度軸朝左右方向傾斜的傾斜角作為左右視角。各上下視角及左右視角的亮度是藉由亮度計來測定。
同樣地，將比較例的稜鏡薄片敷設於殼體，調查亮度的角度分佈。此時，稜鏡的並列設置方向是上下方向。
本發明例1的透鏡薄片亮度角度分佈是如圖12所示，比較例之稜鏡薄片的亮度角度分佈是如圖20所示。圖12及圖20的横軸為視角(deg)、縱軸為以殼體的光擴散板之亮度作為基準(1.0)之相對亮度(a.u.)。又，圖中實線為上下視角之亮度角度分佈，圖中點線(虛線)為左右視角之亮度角度分佈。
如圖12及圖20所示，在比較例，在視角±50~90deg，產生了旁瓣，但在本發明例1，上下視角及左右視角均幾乎未產生旁瓣。
又，在本發明例1的透鏡薄片，上下視角、左右視角均成為，以視角0deg為峰值，伴隨著視角變廣，而相對亮度逐漸降低之分佈，成為自然配光分佈。
且，在將視角0deg之相對亮度作為正面亮度之情況，本發明例1的透鏡薄片正面亮度為以往的稜鏡薄片正面亮度的1.12倍。
[本發明例2]
製造本發明例2的透鏡薄片，與本發明例1同樣地調查亮度角度取決性。如表1所示，本發明例2的透鏡薄片，與本發明例1進行比較，柱面透鏡層22的圓筒透鏡為不同之形狀。具體而言，各圓筒透鏡的横剖面形狀為橢圓弧，高度為23.7μm，頂部的曲率半徑為17.3μm，接觸角是70°，相鄰之圓筒透鏡間的間距為50μm。其他結構是與本發明例1的透鏡薄片相同。
將本發明例2的透鏡薄片，與本發明例1的透鏡薄片同樣地敷設於作為面光源之殼體上。具體而言，敷設成，圓筒透鏡並列設置於上下方向，稜鏡並列設置於左右方向。在敷設後，與實施例1同樣地，調查亮度的角度分佈。
調查結果顯示於圖13。與以往的稜鏡薄片(圖20)進行比較可得知，在本發明例2，能夠抑制旁瓣產生。又，上下及左右視角均成為以視角0deg作為峰值之亮度分佈，成為自然配光分佈。
本發明例2的透鏡薄片正面亮度為以往的稜鏡薄片正面亮度的1.15倍，較以往的稜鏡薄片及本發明例1更高。這是可考量為由於圓筒透鏡的横剖面形狀為橢圓弧，故，與横剖面形狀為圓弧之本發明例1的透鏡薄片比較，在柱面透鏡層22之聚光效果提昇之故。
[本發明例3]
製造本發明例3的透鏡薄片，與本發明例1同樣地調查亮度角度取決性。如表1所示，本發明例3的透鏡薄片，與本發明例1進行比較，將折射率n23及折射率n24做成不同之值。具體而言，將折射率n23作成較本發明例1小(1.3)，折射率n24作成較本發明例1大(1.8)。其他結構與本發明例1相同。
調查結果顯示於圖14。在本發明例3，上下視角及左右視角均可抑制旁瓣產生。又，上下及左右視角均成為以視角0deg作為峰值之亮度分佈，成為自然配光分佈。
本發明例3的透鏡薄片正面亮度為以往的稜鏡薄片正面亮度的1.30倍，較以往的稜鏡薄片及本發明例1更高。光由填充層24射入至稜鏡層23之情況的相對折射率較本發明例1低，且光由稜鏡層23射入至基膜21之情況的相對折射率高，因此正面亮度較本發明例1更提昇。
[本發明例4]
製造本發明例4的透鏡薄片，以與本發明例1相同的方法，調查亮度角度分佈。本發明例4的填充層24藉由與本發明例1不同的方法來製造。具體而言，使用壓鑄模塗佈機，將前述的折射率(n24＝1.6)之紫外線硬化樹脂均等地塗佈於所形成之稜鏡層23上。一邊將表面平坦之滾子按壓於所塗布之紫外線硬化樹脂的表面，一邊照射紫外線並使其硬化，以作成填充層24。其他製造方法是與本發明例1相同。
如表1所示，本發明例4的透鏡薄片是將折射率n24作成較本發明例1低的值。其他結構是與本發明例1相同。
調查結果顯示於圖15。在本發明例4，上下視角及左右視角均可抑制旁瓣產生。又，上下及左右視角均成為以視角0deg作為峰值之亮度分佈，成為自然配光分佈。
本發明例4的透鏡薄片正面亮度為以往的稜鏡薄片正面亮度的1.07倍，較以往的稜鏡薄片更高。但，較本發明例1的正面亮度低。這是由於填充層24的折射率n24較本發明例1低，在準直層25之聚光效果降低之故。
[本發明例5]
本發明例5的透鏡薄片是以與本發明例4相同的製造方法加以製造。如表1所示，本發明例5的透鏡薄片是將折射率n23作成較本發明例1高，設為1.5。其他結構是與本發明例1相同。
調查結果顯示於圖16。在本發明例5，上下視角及左右視角均可抑制旁瓣產生。又，上下及左右視角均成為以視角0deg作為峰值之亮度分佈，成為自然配光分佈。
本發明例5的透鏡薄片正面亮度為以往的稜鏡薄片正面亮度的1.05倍，較以往的稜鏡薄片更高。但，較本發明例1的正面亮度低。。這是由於折射率n23較本發明例1高，在準直層25之聚光效果降低之故。
[本發明例6]
本發明例6的透鏡薄片是以與本發明例4相同的製造方法加以製造。如表1所示，本發明例6的透鏡薄片，折射率n23作為1.5，作成較本發明例1高。又，將折射率n24作成1.6，較本發明例1低。其他結構是與本發明例1相同。又，將柱面透鏡層22上的圓筒透鏡的横剖面形狀做成，與本發明例2相同的橢圓弧形狀。
調查結果顯示於圖17。在本發明例6，上下視角及左右視角均可抑制旁瓣產生。又，上下及左右視角均成為以視角0deg作為峰值之亮度分佈，成為自然配光分佈。
本發明例6的透鏡薄片正面亮度較以往的稜鏡薄片正面亮度若干高。但，較本發明例1的正面亮度低。這是由於因折射率n23較本發明例1高、折射率n24較本發明例1低，所以在準直層之聚光效果降低之故。
以上，說明了本發明的實施形態，但前述實施形態僅是用來實施本發明之例子。因此，本發明不限於前述實施形態，在不超出其技術思想範圍下，可將前述實施形態適當變更加以實施。
10．．．背光
16．．．面光源
17．．．透鏡薄片
20．．．液晶面板
21．．．基膜
22．．．柱面透鏡樹脂層
23．．．稜鏡樹脂層
24．．．填充樹脂層
25．．．準直層
100．．．稜鏡薄片
220．．．圓筒透鏡
230、240．．．稜鏡
圖1是具備本發明的實施形態之透鏡薄片的顯示裝置之斜視圖。
圖2是圖1中的II－II線之剖面圖。
圖3是本發明的實施形態之透鏡薄片的斜視圖。
圖4是圖3中的IV－IV線之剖面圖。
圖5是圖3中的V－V線之剖面圖。
圖6A是與圖3中的柱面透鏡層不同之其他柱面透鏡層之横剖面圖。
圖6B是與圖3及圖6A的柱面透鏡層不同之其他柱面透鏡層之横剖面圖。
圖7A是用來說明射入至稜鏡薄片的光線的軌跡之模式圖。
圖7B是用來說明射入至圖5中的準直層的光線的軌跡之模式圖。
圖7C是用來說明射入至圖4中的柱面透鏡層的光的軌跡之模式圖。
圖8(a)是用來製造圖3~圖5所示的透鏡薄片之稜鏡用捲板的斜視圖，圖8(b)是圖8(a)中的領域51的放大圖。
圖9(a)是用來製造圖3~圖5所示的透鏡薄支柱面透鏡用捲板的斜視圖，圖9(b)是圖9(b)中的領域61的放大圖。
圖10是具有與圖3的透鏡薄片不同結構之其他透鏡薄片的剖面圖。
圖11是具有與圖3及圖8的透鏡薄片不同結構之其他透鏡薄片的上面圖。
圖12是本實施例之本發明例1的透鏡薄片之亮度角度分佈圖。
圖13是本實施例之本發明例2的透鏡薄片之亮度角度分佈圖。
圖14是本實施例之本發明例3的透鏡薄片之亮度角度分佈圖。
圖15是本實施例之本發明例4的透鏡薄片之亮度角度分佈圖。
圖16是本實施例之本發明例5的透鏡薄片之亮度角度分佈圖。
圖17是本實施例之本發明例6的透鏡薄片之亮度角度分佈圖。
圖18是以往的稜鏡薄片之斜視圖。
圖19是圖18中的XIX－XIX線之剖面圖。
圖20是圖18所示的稜鏡薄片之亮度角度分佈圖。
17．．．透鏡薄片
21．．．基膜
211．．．基膜的一方的表面
212．．．基膜的另一方的表面
23．．．稜鏡樹脂層
24．．．填充樹脂層
25．．．準直層

Claims (9)

  1. 一種透鏡薄片，其特徵為：具備：基膜；形成於前述基膜的一方的表面上，具有相互並列設置的複數個圓筒透鏡之柱面透鏡樹脂層；形成於前述基膜的另一方的表面上，具有相互並列設置的複數個稜鏡，並具有較前述基膜的折射率更低的折射率之稜鏡樹脂層；及填充至前述稜鏡樹脂層的並列設置有前述稜鏡之表面上，具有較前述稜鏡樹脂層的折射率更高的折射率之填充樹脂層。
  2. 如申請專利範圍第1項之透鏡薄片，其中，前述圓筒透鏡的並列設置方向是與前述稜鏡的並列設置方向交叉。
  3. 如申請專利範圍第2項之透鏡薄片，其中，前述圓筒透鏡的並列設置方向是與前述稜鏡的並列設置方向正交。
  4. 如申請專利範圍第3項之透鏡薄片，其中，前述柱面透鏡樹脂層是藉由對在表面具有排列於軸方向的圓筒透鏡轉印用溝槽之第1捲板的表面，填充電離放射線硬化樹脂，將前述所填充之電離放射線硬化樹脂轉印至前述基膜的一方的表面後，照射電離放射線並使其硬化來形成的，前述稜鏡樹脂層是藉由對在表面具有排列於圓周方向 且與前述稜鏡相同的橫剖面形狀之複數個稜鏡轉印用溝槽的第2捲板的表面，填充電離放射線硬化樹脂，將前述所填充之電離放射線硬化樹脂轉印至前述基膜的另一方的表面後，照射電離放射線並使其硬化來形成的，前述填充樹脂層是藉由對所形成之稜鏡樹脂層的表面塗佈樹脂來形成的。
  5. 如申請專利範圍第4項之透鏡薄片，其中，前述稜鏡的頂角是90°以上。
  6. 如申請專利範圍第1項之透鏡薄片，其中，前述圓筒透鏡的並列設置方向是與前述稜鏡的並列設置方向相同，前述圓筒透鏡及稜鏡的至少其中一方是呈波線狀延伸於長方向。
  7. 一種背光裝置，其特徵為：具備有如申請專利範圍第1至6項中任一項所記載之透鏡薄片。
  8. 一種顯示裝置，其特徵為：具備申請專利範圍第7項之背光裝置。
  9. 一種液晶顯示裝置，其特徵為：具備有：如申請專利範圍第8項之背光裝置；及敷設於前述背光裝置上之液晶面板。
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