TWI487981B - 面光源元件及具此元件之圖像顯示裝置 - Google Patents

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Description

面光源元件及具此元件之圖像顯示裝置
本發明係關於具有複數個1次光源的側邊照光(edge light)方式的面光源元件、及使用該元件之圖像顯示裝置，尤其係關於要求高畫面品質的液晶顯示裝置、使用於照明看板裝置等的側邊照光方式的面光源元件、及使用此之圖像顯示裝置。
在使用於圖像顯示裝置的面光源元件中，有正下方方式與側邊照光方式之二種方式。
正下方方式的面光源元件係在形成發光面之板狀構件的背面配置複數個1次光源者。該方式具備為了在發光面的背面配置光源，使得容易大型化的特徵，而作為具備有液晶顯示裝置之電視接收機的顯示部而廣泛被使用。形成發光面的板狀構件一般係藉由被稱為擴散板、稜鏡片、擴散片等之複數的光學片所構成。
另一方面，側邊照光方式的面光源元件，其具備由於1次光源位於導光板的側面，因此與正下方方式的面光源元件相比，對於圖求薄型化較為有效的特徵，而作為攜帶用筆記型電腦或監視器等的顯示部而廣泛被使用。由1次光源所出射的光係一面在由PMMA(聚甲基丙烯酸酯)等透明高分子所成之透明板狀導光體內部彎曲一面傳播，由屬於在該導光體具有2個的主面之其中一方的出射面朝向液晶面板出射。此外，為了使由導光體所出射的光更進一步聚光而達成高亮度化，使用一種被稱為稜鏡片、擴散片的光學片。
在該導光體為了提高光利用效率，在屬於例如於透明板狀導光體(導光板)具有2個主面中之其中一方的反射面施予白色點(dot)的印刷，並調整點的大小、密度成面光源裝置發光面中之觀察方向的亮度分布為均勻。同樣地，使用點尺寸為100至500μm、高度為10至50μm左右的圓盤狀，而且其頂面被粗面化的圖案直接成型在導光板之反射面者。
此外，相對於前述印刷方式的導光體，亦已提出一種附有更加提高光利用效率之圖案的導光體(專利文獻1至3)。
例如，在專利文獻3係記載一種導光體，其出射面及底面的至少一面具有剖面為梯形狀的凹或凸狀。藉此，將由入射端面所入射的光於底面取得，並使其反射光有效率地在出射面方向反射。此外，由於使用該導光體而經由形成在出射面的梯形狀凸條而由出射面出射，因此可使在入射端面以垂直的方向入射的光以接近正面方向的角度出射。
(專利文獻1)日本特開平10-282342號公報
(專利文獻2)日本特開2003-114432號公報
(專利文獻3)國際公開公報WO2006/013969A1
近年來，適用電視的圖像顯示裝置係被市場強烈要求大型化、輕量化、薄型化、低消耗電力化。
在大型化方面，正下方方式為有效。依以正下方方式使1次光源狹窄配置，或使LED光源等配置在棋盤格子上，一面確保畫面品質，一面達成背光部的薄型化。但是，光源個數的增加及隨之所伴隨的消耗電力的增加即成為問題。此外，由於使用厚度較薄的擴散板作為發光面，因此若使該擴散板與背面的1次光源過於接近，會產生光源的明暗不均映入發光面的問題，因此薄型化有界限。
因此，雖硏討對於薄型化為有效的側邊方式，但是若大型化，則導光板的入射端面至導光板中央為止的距離會變長，若薄型化，則由導光板的入光端面入射至導光板內部的能量會減少，因此會逐漸引起在導光板中央的亮度降低而造成問題。
為了彌補該亮度降低，近年來，逐漸使用小型且釋放強光束的LED光源等，但是尚未可到達所需的亮度。
本發明的目的在提供一種由於在活用將液晶面板與導光板相結合的液晶面板支持框的開口尺寸小於導光板的尺寸的情形下，提高來自作為面光源元件所需之該支持框的開口區域的出射光，亦即由於使由1次光源所發出的光量在有效的範圍、有效的觀察方向集中出射，因此就算將面光源元件大型化或薄型化，亦可將觀察方向明亮地照明的面光源元件，以及提供一種具備有該面光源元件的圖像顯示裝置。
本案第1發明係一種面光源元件，係使至少1個1次光源配置在導光板之側面的側邊照光方式的面光源元件，其特徵為：該導光板係具有：出射面、與該出射面相對向的底面、及使由至少設在一側面之1次光源所出射的光入射的入射端面，在前述導光板之底面側係具備有用以反射光的反射手段，在前述導光板之出射面側係具備有光學片及用以支持液晶面板的液晶面板支持框，將由X軸、及與X軸呈正交的Y軸所構成的X-Y平面的法線作為Z軸，前述1次光源係配置成與X軸平行，前述反射手段、前述導光板、光學片、及液晶面板支持框係配置成與前述X-Y平面平行，朝Z軸方向依前述反射手段、前述導光板、光學片、液晶面板支持框的順序構成，前述導光板的入射端面係平行於前述X-Z平面，在前述底面係形成有由平行於X軸的複數凹條所構成的圖案，在該複數凹條的入射端面側具有平行於X軸的斜面，而且，該斜面相對於前述底面的斜度在實質上為25度以上、45度以下，液晶面板支持框之內側的開口邊界中，當平行於X軸的邊和前述Y-Z平面的交點、與前述底面之由平行於X軸的凹條所構成的圖案自入射端面一開始所設置的點相連結的直線與Z軸所成角度設為θ時，將由液晶面板支持框的開口邊界進入該支持框背面的距離設為L，前述底面之由平行於X軸的凹條所構成的圖案自滿足下述數式的位置予以配置，角度θ係20°至60°，
L=T‧tanθ　(1)
T：導光板的厚度(mm)
L：由液晶面板支持框之內側的開口邊界進入支持框背面的距離(mm)。
此外，第2發明係上述之面光源元件，在上述第1發明之面光源元件中，前述1次光源分別被配置在前述導光板相對向的2個入射端面，前述複數凹條具有相對前述2個入射端面之分別平行於X軸的前述斜面。
此外，第3發明係上述之面光源元件，在上述第1或第2發明之面光源元件中，形成在前述導光板之底面之凹條的剖面為V字狀。
此外，第4發明係上述之面光源元件，在上述第1或第2發明之面光源元件中，形成在前述導光板之底面之凹條的剖面為梯形狀。
此外，第5發明係上述之面光源元件，在上述第1至第4之任一發明之面光源元件中，在前述導光板之出射面形成有由平行於Y軸的複數凸條所構成的圖案。
此外，第6發明係上述之面光源元件，在上述第5發明之面光源元件中，形成在前述導光板之出射面之凸條的剖面為梯形狀。
此外，第7發明係一種圖像顯示裝置，其特徵為：在上述第1至第6之任一發明之面光源元件之出射面側具備透過型顯示元件。
本案第1發明之面光源元件係側邊照光方式的面光源元件，本發明之面光源元件所具備的導光板之出射面之相對向的底面的凹條係將其由液晶面板支持框的開口邊界進入該支持框背面的距離設為L，而自滿足下述數式的位置予以配置，並由於角度θ係調整為20°至60°，藉此具有提升導光板中央部的亮度，而且可抑制液晶面板支持框在邊界漏光的功能。
L=T‧tanθ　(1)
T：導光板的厚度(mm)
L：由液晶面板支持框之內側的開口邊界進入支持框背面的距離(mm)。
此外，如上述第2發明所示，當前述1次光源分別被配置在前述導光板相對向的2個入射端面時，與在1個入射端面具有2個1次光源的情形相比，可提升由1次光源入射至導光板的入射效率，而且由於由2個入射端面入射，因此在具有相同亮度性能時，可減小導光板的厚度，而使面光源元件薄型化。此外，由於在兩端具有入射端面，因此只要針對田單側的入射端面至入射端面與相對向的入射端面的中心線為止的出射區域，調整面亮度分布即可，因此與具有1個入射端面的導光板相比，可輕易達成面亮度分布的均勻化。
此外，如上述第3發明所示，若配置在前述導光板之底面之凹條的剖面為V字狀，在該導光板內導光的光中，直接入射至V字狀凹條的入射端面側的斜面者由於進行全反射，因此可以非常接近正面方向的角度出射，而可提升正面方向的亮度。
此外，如上述第4發明所示，若設置在前述導光板之底面之凹條的剖面為梯形狀，與V字狀相同地可提升正面方向的亮度，而且當以射出成形的製造法來製作該導光板時，由於與模具的脫模性佳，因此可提高生產效率。
此外，如上述第5發明所示，若在前述導光板之出射面配設有凸條時，導光板的至少1個入射端面被設置成平行於X軸，在該導光板之出射面，與Y軸平行配置有凸條，若將X軸方向設為水平方向，Y軸方向設為上下方向，由於可使來自導光板之底面的反射光藉由配置在出射面的凸條，而朝水平方向偏向，因此可改善視野角特性。
尤其，如上述第6發明所示，當將與由X軸與Z軸所構成之平面呈平行之剖面的形狀為梯形狀的凸條，以平行於Y軸的方式配設為出射面的凸條時，使以配設在該導光板之底面的凹條所反射的光內接近出射面之法線方向的光由梯形狀的上底面出射，藉此直接朝正面方向出射，而可獲得較高的亮度，另外在入射至梯形狀的斜面時，由於可朝水平方向擴展出射光，因此具有可保持寬廣之視野角特性的功能。
如上所示本發明之面光源元件所具備的導光板係由於在與出射面相對向的底面，配設凹條在預定位置，使來自1次光源的入射光提升當由正面觀看出射面時的亮度。另外在出射面配設有凸條時，由於可控制來自該導光板之出射光的出射方向，因此可提供高亮度而且視野角特性佳的圖像顯示裝置。
以下說明用以實施本發明之最佳形態。其中，在以下圖示中，為說明上的方便，根據各部之縱橫縮尺經任意變更的模式圖而加以說明。
首先，本發明之面光源元件大致係由為以透明樹脂等所形成之平板狀透明構造體的導光板、被配置在該導光板之一側面的1次光源、及配設在導光板下面的反射片所構成。
導光板可由光線透過率高的透明樹脂所構成。以可使用的透明樹脂而言，例如可廣泛採用甲基丙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、環狀聚烯烴樹脂等。
導光板的一面係被作為出射面，與該出射面相對向配置有底面。此外，在該導光板之至少一側面配設有1次光源，該側面係被作為入射端面。
在本發明中，雖該入射端面至少有一個部位即可，但是亦可為複數部位，而在入射端面為一個部位時，係以在入射端面以外的側面形成有反射端面為佳。
入射端面為二個部位時的典型例係在彼此相對向的面具有1次光源之例，反射端面係形成在兩側面。二個部位的入射端面係必須滿足與形成在底面的凹條呈平行的條件，而當在出射面形成有凸條時，必須均與該凸條呈正交。
朝向該入射端面配設1次光源。以如上所示之1次光源而言，可使用任何者，使用如冷陰極管或螢光管之類的線狀光源亦可，此外亦可係配列多數LED光源等點狀光源而形成為線狀者。
在本發明中，在與導光板之底面相接觸之側具備有用以反射光的反射手段，該反射手段具有使由導光板之底面所出射的光再次入射至導光板的功能。反射率係以95%以上者之光利用效率較高，故為較佳。反射板的材質可列舉鋁、銀、不銹鋼等金屬箔、或白色塗飾、發泡PET(聚對苯二甲酸二乙酯)樹脂等。為了提高光的利用效率，以材質的反射率較高者為宜。關於此可列舉銀、發泡PET等。此外，為了提高亮度均勻性，材質係以可擴散反射者為宜。關於此可列舉發泡PET等。
在本發明之面光源元件所具備的導光板中，在導光板之底面係形成有以預定間距所形成的凹條。該等凹條被形成為剖面的凹部朝單一方向延伸。該等凹條的剖面形狀可為三角形、楔狀、其他多角形、波狀、或半橢圓狀等所希望的形狀，但是凹條之1次光源側斜面之對底面的斜度在實質上係25°至45°，而該斜面之對底面的平均斜度為大致相等。若形成為45°以上時，接近導光板之出射面之正面方向的角度的亮度將激烈變化，若未載置非常多的擴散片，即無法消除暗線。另一方面，若形成為25°以下時，即使使用住友3M公司製BEF片等光學片，亦難以增加朝向正面方向的出射光。
在此，形成在底面的凹條亦可隨著遠離1次光源，凹條的高度逐漸變高。此外，亦可構成為隨著遠離1次光源，形狀逐漸不同。如上所示之形狀逐漸不同的構成係指包括例如，當具備有剖面呈梯形狀的凹條時，梯形狀的上底及下底的長度對底面呈梯形狀凹條的斜面所成角度保持為大致一定的狀態下逐漸不同的情形。藉由該等構成，可更加提高面內的亮度均勻性。
此外，如第2圖所示，為了支持液晶面板而且固定在屬於背光之支持基板的金屬框，設置有被稱為「表框：Bezel」的液晶面板支持框。為使1次光源與來自1次光源的光有效地入射至導光板的入射端面，導光板係與光源反射板(reflector)形成為一體，並被配置在支持框背面，且被固定在屬於背光之支持基板的金屬框。關於支持框的材質，以不會透過光的方式所被著色的聚碳酸酯等塑膠材料為佳。接著，通常支持框的開口區域係基於導光板的吸濕變化、因溫度所造成的尺寸變化、圖像顯示裝置的設計性或組裝製程中的處理性，而被設定為小於導光板之出射面尺寸。
將前述導光板的入射端面配置成平行於前述X-Z平面，且在前述底面形成由平行於X軸的複數凹條所構成的圖案時，將第4圖所示之液晶面板支持框之內側的開口邊界中之平行於X軸的邊和前述Y-Z平面的交點、與前述底面之由平行於X軸的凹條所構成的圖案自入射端面一開始所設置的點連線所得的直線和Z軸所成角度設為θ時，角度θ係在20°至60°的範圍內作選擇。
在第3圖(a)中顯示在θ未達20°的情形下，沿著通過導光板之入射端面的中點並平行於Y軸的直線而測定出射面上之亮度時的在支持框開口區域中的分布。亮度在支持框邊界降低，被視認為暗部。此外，在第3圖(b)中顯示在θ超過60°的情形下，沿著通過導光板之入射端面的中點並平行於Y軸的直線，測定出射面上之亮度時的在支持框開口區域中的分布。亮度在支持框邊界變高而發生漏光。
角度θ最好被設定在30°至55°的範圍內，在低角度側，可提升在導光板中央的亮度性能，而在高角度側，則可抑制在液晶面板支持框之開口邊界的亮度降低，因此可提升面內的亮度均勻性。
較佳為設定在35°至50°的範圍內，藉由該等構成，可更加提高正面方向的亮度性能與面內的亮度均勻性的平衡。
在任何情形下，均係為了控制底面的構造成使利用導光板之底面與反射片而折射的光由出射面以所希望的強度出射者，該等調整係彼此相組合，或者與其他調整手段併用而進行。
尤其在本發明之面光源元件所具備的導光板中，當在底面所具備的凹條的剖面呈V字狀時，V字狀凹條係平行排列於入射端面，當在前述範圍配置V字狀凹條時，可抑制在支持框之開口邊界的漏光，而可改善畫面品質。此外，當在該導光板上載置擴散片及稜鏡片時，可更加提高正面方向的亮度。
此外在底面所具備之各個凹條之剖面斜面的平均斜度在25°至45°的範圍內，在視野角特性佳的方面來說，最好在35°至45°的範圍內，另外以高亮度且視野角特性佳的方面來看，更好設定在37.5°至42.5°的範圍內。高度係在1μm至100μm的範圍內作設定，由減低波紋方面來看，最好在5μm至50μm的範圍內，另外為了使1次光源附近的面亮度均勻化，更好係在5μm至20μm的範圍內作設定。
此外，當在底面所具備之凹條的剖面形狀為一定時，較容易進行光學設計，因此較為理想。
此外當在底面所具備的凹條的剖面的斜邊為直線狀時，凹條之入射端面側之平行於X軸的斜面對底面的平均斜度係底面與斜面所成剖面的內角，一般成為屬於銳角之底角的平均值。
在以下以在導光板之底面形成有剖面呈V字狀的凹條的情形為一例而記載亮度提升原理與可在支持框的開口邊界抑制漏光的原理。
由導光板的入射端面所入射的光係藉配置在導光板底面的凹條朝向正面方向而由出射面出射，或透過凹條而暫時由導光板底面出射，而以配設在下部的反射片擴散，並再度入射至導光板而由出射面出射。在支持框正下方，若超過本發明中所規定的範圍來配置該凹條時，以凹條反射的光、或由凹條暫時出射而以反射片擴散，並再度入射至導光板而朝出射面方向出射的光係在支持框背面反射而再度返回導光板內。反覆進行以上將產生能量損失，因而使出射效率降低。
當將前述凹條配置在本發明中所要求範圍內的區域時，由導光板的入射端面所入射的光係一面在導光板之底面與出射面之間作全反射，一面可朝導光板的中心方向前進，因此避免前述之能量損失。接著，使朝向導光板之中央方向導引的光在支持框開口區域及其附近藉配置在導光板底面的凹條出射。亦即，在支持框正下方導光之期間未使出射光率降低，因此達成亮度提升。
此外，使用第5圖(a)，說明當在支持框正下方超過本發明中所規定的範圍配置有該凹條時，在開口邊界發生漏光而使外觀惡化的理由。藉由配置在液晶面板支持框正下方的凹條，由導光板的入射端面所入射的光係進至出射面方向，原來係由導光板之出射面出射(虛線箭號)。但是，該等光由於支持框背面而反射，再度返回導光板內，而在導光板底面的凹條、或反射片再次被導引至導光板之出射面，該光的若干部分會由支持框開口邊界出射(實線箭號)。如上所示，在支持框邊界，除了原本藉由導光板底面的凹條所出射的光以外，由於有支持框背面，因此出射場所偏移而出射的光會重疊，因此支持框開口邊界變得較為明亮，且形成漏光而使外觀惡化。相對於此，使用第5圖(b)，說明藉由本發明可減低漏光的理由。藉由將導光板底面的凹條在支持框正下方的入射端面側增加平面，來增加在導光板內導光的光的成分。結果，屬於前述之漏光要因之因配置在支持框正下方之底面的凹條所造成的出射光被減低，因此可僅使所需出射的光由支持框開口邊界出射，而可防止因漏光所造成的外觀惡化。
此外，在形成在前述導光板底面之凹條的剖面為梯形狀的情形下，亦可藉由與V字狀相同的原理來消除暗線。
在本發明中，亦可在導光板之出射面形成以預定間距所形成的凸條。該凸條係指包含以下所述之梯形狀凸條，亦可為與在習知之面光源元件所使用之凸條實質上為相同或均等者。
該等凸條係使剖面的凸部朝單方向延伸而形成。該等凸條的剖面形狀亦可為三角形、楔狀、其他多角形、波狀、或半橢圓狀等所希望的形狀。
在本發明之面光源元件所具備的導光板中，在出射面所具備的凸條若為剖面呈梯形狀的凸條時，屬於視認方向的正面亮度變得更高，而且以視野角特性變寬的方面來看，為更佳的形態。
例如，在第6圖所示導光板1的表面，係在其一表面1a將以符號A、B、C及D為各頂點剖面呈梯形狀的凸條2、及以符號A'、B'、C'及D'為各頂點剖面呈梯形狀的凸條2'分離配設。
其中，本發明之面光源元件所具備之導光板之梯形狀係如圖所示，並非限定為嚴謹涵義下的梯形狀。由後述之說明可知，夾有將屬於與X-Y平面平行而高度不同之平面的上底與下底連結成山形的斜面而呈連續即可，例如，上底或下底與斜面的連結部亦可為曲面狀。具有如上所示之曲面狀連結部的梯形狀較易於成形，因此不僅在生產上較為有利，亦不易發生連結部的破損，故較為理想。此外，亦可使上底、下底之至少一部分相對於X-Y平面具有斜率，例如上底及或下底為將X軸方向形成為長邊方向之和緩的波狀，或藉由具有微細的凹凸而提高出光的均勻性。該斜率的平均係以相對於X-Y平面不具有角度為佳。此外，以斜率為10度以下的部分佔全體50%以上為宜。
此外複數的上底、下底係分別位於彼此相同的X-Y平面內，藉此不僅可有效率地導光，亦具有導光板的重心穩定、利用押出成形等之工業上較為有利的連續生產變得較為容易等效果。
接著，使用第6圖說明有關如上所示之梯形狀的功能。雖然使用「上底」、「下底」的用語，但是其僅用於說明，並非意指上下方向。梯形狀之平行對邊中，以短邊為「上底」、長邊為「下底」加以說明。首先，在該第7圖中，將直線AD的長度(凸條2之下底的寬幅)設為W1、直線BC的長度(凸條2之上底2a的寬幅)設為W2、直線AD'的長度(凹條3之上底3a的寬幅)設為W3、凸條2的高度(或凹條3的深度)設為H、直線AD與直線AB(傾斜面2b)所成角度設為a1、直線AD與直線DC(傾斜面2c)所成角度設為a2、及直線DD'的長度設為間距P。間距P係等於凸條2下底的寬幅(直線AD的長度)W1與凹條3上底3a的寬幅W3的和，而且，等於凸條2上底2a的寬幅(直線BC的長度)W2與凹條3下底的寬幅(直線BC'的長度)的和。
在本發明之面光源元件所具備之導光板之出射面中，將凸條2的剖面形狀形成為梯形狀而在凸條2設置適當的寬幅W2，藉此一面具有將由入射端面入射的導光光朝導光板中央導引的作用，一面提高在由出射面出射的亮度分布中與出射面呈正交之正面方向的亮度。
此外，在本發明之面光源元件所具備之導光板之出射面中，將凹條3的剖面形狀形成為梯形狀而在凹條3設置所希望的寬幅W3，藉此與前述W2相同地一面具有將由入射端面入射的光在導光板內部沿著Y軸方向導引的作用，一面提高在由出射面出射的亮度分布中與出射面呈正交之正面方向的亮度。若該寬幅W2過窄而使傾斜面2b、2c的貢獻變得過大時，會變得較難以充分發揮提高鉛直方向之亮度的效果。此外，若該寬幅W3過窄，即使傾斜面2b、2c的貢獻變得過大，亦難以充分發揮提高鉛直方向之亮度的效果。此外，相對於此，若將寬幅W2及或寬幅W3相對於傾斜面2b、2c設定為相對較寬，則傾斜面2b、2c的貢獻變得相對較少，雖可達成鉛直方向的亮度提升，但是視野角變窄，在出射面設置凸條的周期圖案，極力省略指向性片，而且，變得無法充分滿足在未減低鉛直方向的亮度下，即可確保視野角的課題。
在本發明之面光源元件所具備之導光板之出射面中，凸條2或凹條3的形狀及大小以及間距P係考慮到導光板1的大小、面光源元件的顯示性能及規格等的關係來決定。藉此，適度保持由導光板之出射面所出射之光的亮度，而且，可獲得適當的視野角。
如上所示之凸條2(或凹條3)的一般高度H係由1μm至100μm的範圍內作選擇，更佳之高度H為5μm至50μm，最佳的高度H係由10μm至30μm的範圍內作選擇。此外，一般的傾斜角a1及傾斜角a2係分別由15至70°的範圍內作選擇，更佳的傾斜角a1及傾斜角a2係分別由15°至60°的範圍內作選擇。尤其在重視視角特性時，係在15°至35°範圍內作選擇，在重視亮度特性時，係在35°至60°為最佳範圍內作選擇。此外，一般下底的寬幅W1係由10μm至500μm之範圍內，較佳為由15μm至270μm之範圍內，最佳為由15μm至180μm之範圍內作選擇。此外，上底的寬幅W2係由1μm至500μm之範圍內作選擇，較佳的寬幅W2係由1μm至100μm之範圍內，最佳為由5μm至50μm之範圍內作選擇。此外，一般寬幅W3係由0.1μm至500μm之範圍內作選擇，較佳的寬幅W3係由0.1μm至300μm之範圍內，最佳係由1μm至150μm之範圍內作選擇。
此外，在本發明之面光源元件所具備之導光板之出射面之較佳態樣中，係藉由導光板1之出射面具有以寬幅W1、W2、W3與間距P的關係保持特定比率所形成的梯形狀圖案而具有特徵。亦即，在本發明之面光源元件所具備之導光板1之出射面中，形成在凹條3之上底之寬幅W3對形成在該等凸條2之上底之寬幅W2的比W3/W2係在0.01至200之範圍內為佳，較佳為0.02至100之範圍內，最佳為0.1至10之範圍內。此外，(P-W2-W3)對(W2+W3)的比係以0.04至400之範圍內為佳，較佳為0.2至200之範圍內，最佳為0.3至150之範圍內。
在本發明之面光源元件所具備之導光板之出射面中，將W3對W2的比保持在該等範圍內，藉此適度保持由導光板1之出射面所出射的光的亮度，而且容易進行為獲得適當視野角的條件設定。在此，若W3對W2的比在0.1至10的範圍，為了達成鉛直方向之亮度的提升，可省略指向性片。
此外，若(P-W2-W3)對(W2+W3)的比為0.3至150的範圍，可一面抑制鉛直方向的亮度降低，一面確保視野角特性，因此可省略指向性片。如上所示之梯形狀圖案係表面可為鏡面，但是亦可適當粗面化而形成為擴散面。藉由使其粗面化，可抑制液晶顯示裝置中之表面的眩光。此外，依情形的不同，可防止由斜向視認矩形狀導光板的角落部時所產生的暗線狀線條的發生。藉此所得的液晶顯示裝置係成為表面品質佳者。如上所示之粗面化係以根據例如JIS B0601的算術平均粗糙度Ra為0.1μm至10μm的範圍內為佳，更好係在0.15μm至5μm的範圍內，尤其好係在0.2μm至2μm的範圍內。此外，如第9圖(b)所示，如上所示之粗面化係可僅在凸條2的上底(天頂面)2a，但如第9圖(d)所示，亦可在傾斜面2b與天頂面2a的雙方(全面擴散面)。此外，如第9圖(c)所示，亦可僅在側面部(傾斜面2b)。此外，該粗面化亦可在凹條3的上底(天頂面)3a。藉由將表面粗面化而形成擴散面，藉此所出射的光在任何情形下均可期待提升表面品質。
接著，一面參照第1圖及第7圖，一面說明使用如上所示之導光板1之面光源元件之一例。
該等面光源元件10大致係由以下所構成：由丙烯酸樹脂等透明樹脂等所形成之屬於平板狀透明構造體的導光板1；配置在該導光板1之一側面的發光單元4a；及配設在導光板1下面的反射片5。在該導光板1的上面係形成有出射光的出射面6，與該出射面6相對向形成有底面7。
第1圖係本發明之面光源元件之一例的斜視圖。在此，在第1圖的面光源元件10中，係在導光板1的一側面配設有發光單元4a，該側面係作為入射端面8。被配置在1個入射端面的複數發光單元4a係彙整為1次光源4。此外，與該入射端面8交叉的兩側面係作為反射端面8b，與入射端面8相對向的面係作為反射端面8a。
此外，第7圖的面光源元件係在導光板之相對向的2個側面配設有1次光源的本發明之面光源元件的例中使大型的液晶圖像顯示裝置顯示者。第7圖(a)、(b)係分別通過面光源元件之中心點的X-Z剖面圖及Y-Z剖面圖。
在出射面6與底面7的兩側面，在光源反射板11內配設有發光單元4a。使用厚度較厚的導光板1，俾以充分確保由發光單元4a入射至導光板1內的光量。藉此，配設有該等發光單元4a的兩側面係作為入射端面8，與該入射端面8交叉的兩側面係作為反射端面8b。此外，在第7圖的面光源元件中，在出射面6的上方配設有擴散片5a。藉由在導光板之上配設擴散片，可將面光源元件的出射光適度地均勻化而提高畫面品質。此外藉由選擇適當的擴散片，亦可更加提高正面亮度。
在上述第1圖及第7圖之任一面光源元件中，亦在出射面6係交替配列有：剖面呈梯形狀的凸條2及與該凸條2的梯形狀呈上下反轉的梯形狀的凹條3。該等凸條2及凹條3係與依上述第6圖所說明之表面1a實質上相同，因此省略詳細說明。藉此，在該出射面6係配置有複數個與入射端面8呈正交之剖面呈梯形狀的凸條及凹條。另一方面，在底面7係配列有與入射端面8平行之剖面呈V字狀的凹條9。藉由逐漸調整該V字狀之凹條9的間距，可調整由出射面所出射之光的光量分布。
接著說明如上所示所構成的面光源元件10。
發光單元4a的光係由導光板1的入射端面8入射至導光板1內，一面在出射面6及底面7間反覆進行全反射，一面縱方向傳播。接著，該光的一部分係藉由形成在底面7的V字狀凹條9及反射片5，而被朝向出射面6導引，形成在出射面6的剖面藉由梯形狀的稜鏡(凸條2及凹條3)而被聚光，在所希望的視野角內出射。
如上所示，藉由在出射面6形成剖面呈梯形狀的稜鏡，與在出射面6形成V溝之稜鏡的情形相比較，可抑制鉛直方向的亮度降低，並且擴大視角。
此外，本發明之圖像顯示裝置係藉由在面光源元件的正面方向配置透過型顯示裝置而構成，由於高亮度且亮度均勻性高，因此可較為明亮、不會有因暗線所造成之圖像品質降低的情形而可顯示高品質的圖像。在此，本發明之圖像顯示裝置係指具有將面光源元件與顯示元件加以組合的顯示模組，甚至使用該顯示模組之至少具有圖像顯示機能的機器，包括個人電腦監視器或電視等。
(實施例)
以下藉由實施例，具體說明本發明之效果。
<實施例1>
出射面側的壓模(以下為壓模I)係使用SUS製的鏡面壓模。另一方面，使高度0.02mm、頂角為100°的稜鏡圖案以預定間隔配列的底面側的壓模(以下為壓模II)係直接在模具嵌套，以鑽石鑽頭(diamond bit)利用切削加工製作頂角100°、高度0.02mm的V字狀凹條，由該切削嵌套直接進行電鑄，形成鎳電鑄層，將該母型剝離而製作。
將該等壓模I及壓模II作為轉印模具而組入射出成形機的模具固定側模穴與模具可動側模穴，利用射出成形法，獲得32吋液晶電視用之具有微細構造的導光板。所得導光板的外寸係橫×縱×高為707×420×4.5mm。該導光板係出射面為鏡面，在底面係配置有V字狀稜鏡圖案(高度0.02mm、相當於平均底角之凹條之入射端面側之平行於X軸之斜面相對於底面的平均斜度40°)。該稜鏡圖案係由距離導光板的入射端面10.3mm的位置，以使間距由入射端面側0.848mm逐漸緩和減少至中央部0.371mm的方式改變而配置。
使用三肯(Sanken)電氣股份有限公司製之型號SEP8WA2001的多晶片LED模組(外寸13.7mm、發光長11.4mm)作為發光單元。為了形成1次光源，使52個發光單元以等間隔(13.9mm)配置，將該導光板之橫向端面作為入射端面，使該入射端面與X軸平行配置，沿著該相對向的2個入射端面，配置1次光源。該發光單元係配置在相對向的2個入射端面，因此使用計2×52=104個。
此外，在導光板之出射面上係配置1枚擴散片(TSUJ IDEN股份有限公司製：型號D121UZ)，另外將亮度上升薄膜(住友3M股份有限公司製：型號BEFIII-90/50T-7)配置成其稜鏡長邊與X軸成平行，另外在其上配置擴散片(惠和股份有限公司製：型號PBS072H)。接著，在導光板之底面7及反射端面8b係配設有反射片5(東麗(toray)股份有限公司製：型號E6SL)，且使該等構件收納在金屬框。
接著，由其上以聚苯乙烯製支持框使其與背面的金屬框相結合。該支持框之開口部內寸係橫×縱為698×393mm，距離導光板之端面的遮蔽長度係橫為4.5mm、縱為13.5mm。因此，導光板之底面的稜鏡圖案係由支持開口邊界進入支持框正下方側3.2mm，角度θ為35°。
在如上所形成的第8圖所示背光裝置中，對各發光單元由低電流電路施加25mA的電流而測定亮度性能。亮度測定係使用亮度計(拓普康(Topcon)股份有限公司製：TOPCON BM-7)，對背光裝置的中心亮度進行測定。
此外，畫面品質係以目測評估。評估項目包括支持體開口邊界中的漏光與暗部是否成為問題。
結果，中心亮度為11085cd/m2 ，在支持體開口邊界的畫面品質良好，由正面方向、斜向觀看時，暗部及漏光並未發生。
<實施例2>
在乾淨的玻璃塗佈東京應化工業股份有限公司製負型光阻(cA3000)，以110℃的熱板加溫2分鐘後，再冷卻至室溫。使以預定間隔設有開縫的光罩與該玻璃基板密接，由-35°至+35°以一定速度旋轉，在其間照射1400mJ的UV光。在剝離光罩後，將該基板進行顯影。將所得母型藉由一般方法在表面形成鎳導電化膜，在該鎳導電化膜，將鎳作為電鑄用金屬進行電鑄而形成鎳電鑄層。此外，由鎳導電化膜剝離母型，製作出將高度0.01mm且在頂點部分具有寬幅約0.01mm的平坦部且傾斜角為55°的梯形狀圖案成型後的出射面側的壓模(以下為壓模III)。
另一方面，使高度0.02mm且頂角為100°的稜鏡圖案以預定間隔排列的底面側的壓模(以下為壓模IV)係直接在模具嵌套以鑽石鑽頭，利用切削加工，製作頂角100°、高度0.02mm的V字狀凹條，由該切削嵌套直接進行電鑄，形成鎳電鑄層，將該母型剝離而製作。
將該等壓模III及壓模IV作為轉印模型，組入射出成形機的模具固定側模穴與模具可動側模穴，利用射出成形法，獲得32吋液晶電視用之具有微細構造的導光板。導光板的外寸係將橫×縱×高設為707×420×4.5mm。
所得導光板係具備有：分開配設有剖面形狀為梯形狀的凸條的出射面、及以預定間距配設有剖面形狀為V字狀的凹條的底面。該出射面之梯形狀的凸狀係高度H為0.01mm、天頂部寬幅W2為0.01mm、底面寬幅W1為0.024mm，底面之V字狀的稜鏡圖案的高度為0.02mm，相當於平均底角之凹條之入射端面側之平行於X軸的斜面對底面的平均斜度為40°。該稜鏡圖案係由距離導光板之入射端面10.3mm的位置，間距由入射端面側0.812mm至中央部0.287mm逐漸緩和減少的方式變化而作配置。
將該導光板與實施例1同樣地組入第8圖所示之背光裝置。導光板之底面的稜鏡圖案係由支持框的開口邊界進入支持框正下方側3.2mm，角度θ為35°。
與實施例1同樣地實施中心亮度測定及目視評估。結果，中心亮度為11668cd/m2 ，在支持體開口邊界的畫面品質良好，由正面方向、斜向觀看時的暗部及漏光並未發生。
<比較例1>
該比較例係在實施例1所使用的導光板中，配置底面之V字狀凹條成為θ為71°的情形。
與實施例1同樣地，直接在模具嵌套，以鑽石鑽頭利用切削加工製作頂角100°、高度0.02mm的V字狀凹條，由該切削嵌套直接進行電鑄而形成鎳電鑄層。將母型剝離，製作出以預定間隔排列高度0.02mm且頂角為100°的稜鏡圖案而成型的底面側的壓模V。
將在實施例1中所使用的壓模I與壓模V作為轉印模型而組入射出成形機的模具固定側模穴與模具可動側模穴，利用射出成形法，獲得32吋液晶電視用之具有微細構造的導光板。導光板的外寸係橫×縱×高為707×420×4.5mm。
該導光板係出射面為鏡面，在底面係調整為由導光板的入射端面配設有剖面形狀為V字狀之前述稜鏡圖案。導光板之底面的稜鏡圖案高度為0.02mm、相當於平均底角之凹條之入射端面側之平行於X軸的斜面對底面的平均斜度為40°。該稜鏡圖案係由距離導光板之入射端面0.4mm的位置，間距由入射端面側0.848mm至中央部0.371mm逐漸緩和減少的方式變化而作配置。
將該導光板與實施例1同樣地組入第8圖所示之背光裝置。因此，導光板之底面的稜鏡圖案係由支持框的開口邊界進入支持框正下方側13.1mm，角度θ為71°。
與實施例1同樣地，實施中心亮度測定及目視評估。結果，中心亮度為10464cd/m2 ，在支持體開口邊界中由正面方向、斜向觀看時，會發生漏光而使畫面品質降低。
<比較例2>
該比較例係在實施例2所使用的導光板中，配置底面之V字狀凹條成為θ為71°的情形。與實施例1同樣地，直接在模具嵌套，以鑽石鑽頭利用切削加工製作頂角100°、高度0.02mm的V字狀凹條，由該切削嵌套直接進行電鑄而形成鎳電鑄層。將母型剝離，製作出以預定間隔排列高度0.02mm且頂角為100°的稜鏡圖案而成型的底面側的壓模VI。
將在實施例2中所使用之屬於出射面側剖面為梯形狀的凸條圖案的壓模III與壓模VI作為轉印模型而組入射出成形機的模具固定側模穴與模具可動側模穴，利用射出成形法，獲得32吋液晶電視用之具有微細構造的導光板5。導光板的外寸係橫×縱×高為707×420×4.5mm。
所得導光板係調整為：分開配設有剖面形狀為梯形狀的凸條的出射面、及由導光板的入射端面配設有剖面形狀為V字狀的前述稜鏡圖案。該出射面之梯形狀的凸狀係高度H為0.01mm、天頂部寬幅W2為0.01mm、底面寬幅W1為0.024mm，底面的稜鏡圖案的高度為0.02mm，相當於平均底角之凹條之入射端面側之平行於X軸的斜面對底面的平均斜度為40°。該稜鏡圖案係由距離導光板之入射端面0.4mm的位置，間距由入射端面側0.853mm至中央部0.301mm逐漸緩和減少的方式變化而作配置。
將該導光板與實施例1同樣地組入第8圖所示之背光裝置。因此，導光板之底面的稜鏡圖案係由支持框的開口邊界進入支持框正下方側13.1mm，角度θ為71°。
與實施例1同樣地，實施中心亮度測定及目視評估。結果，中心亮度為11000cd/m2 ，在支持體開口邊界中由正面方向、斜向觀看時，會發生漏光而使畫面品質降低。
<比較例3>
該比較例係在實施例2所使用的導光板中，配置底面之V字狀凹條成為θ為6°的情形。與實施例1同樣地，直接在模具嵌套，以鑽石鑽頭利用切削加工製作頂角100°、高度0.02mm的V字狀凹條，由該切削嵌套直接進行電鑄而形成鎳電鑄層。將母型剝離，製作出以預定間隔排列高度0.02mm且頂角為100°的稜鏡圖案而成型的底面側的壓模IX。
將在實施例2中所使用之屬於出射面側剖面為梯形狀的凸條圖案的壓模III與壓模IX作為轉印模型而組入射出成形機的模具固定側模穴與模具可動側模穴，利用射出成形法，獲得32吋液晶電視用之具有微細構造的導光板5。導光板的外寸係橫×縱×高為707×420×4.5mm。
所得導光板係具備有：分開配設有剖面形狀為梯形狀的凸條的出射面、及以預定間距配設有剖面形狀為V字狀的凹條的底面。該出射面之梯形狀的凸狀係高度H為0.01mm、天頂部寬幅W2為0.01mm、底面寬幅W1為0.024mm，底面之V字狀的稜鏡圖案的高度為0.02mm，相當於平均底角之凹條之入射端面側之平行於X軸的斜面對底面的平均斜度為40°。該稜鏡圖案係由距離導光板之入射端面12.3mm的位置，間距由入射端面側0.804mm至中央部0.283mm逐漸緩和減少的方式變化而作配置。
將該導光板與實施例1同樣地組入第8圖所示之背光裝置。因此，導光板之底面的稜鏡圖案係由支持框的開口邊界朝支持框正下方側進入1.2mm，角度θ為15°。
與實施例1同樣地，實施中心亮度測定及目視評估。結果，中心亮度為10863cd/m2 ，在支持體開口邊界中由正面方向、斜向觀看時，亮度極端降低，而以作為暗部被清楚視認。
 (產業上利用可能性)
若使用本發明之面光源元件所具備的導光板，可抑制或消除使畫面品質降低的液晶面板支持框邊界的漏光或暗部，而且可高亮度化，因此可適於使用在面光源元件。此外，本發明之面光源元件係側邊照光式，因此不限定於裝設有液晶顯示面板的電視裝置，而期待應用在筆記型電腦、監視器、照明公告、交通標識等薄型的各種圖像顯示裝置。
1．．．導光板
2．．．凸條
3．．．凹條
4．．．1次光源
4a．．．發光單元
5．．．反射片
5a．．．擴散片
5b．．．稜鏡片
6．．．出射面
7．．．底面
8．．．入射端面(側面)
8a．．．反射端面(側面)
8b．．．反射端面(側面)
9．．．V字狀凹條
10．．．面光源元件
11．．．光源反射板
12．．．支持框
13．．．金屬框
14．．．液晶面板
15．．．光學片
第1圖係顯示本發明之面光源元件之一例的斜視圖。
第2圖係顯示本發明之圖像顯示裝置之一例的側面圖。
第3圖係通過本發明之面光源元件所具備之導光板之入射端面的中點，平行於Y軸之直線上的亮度分布，分別為(a)θ未達20°時的亮度分布，(b)θ超過60°時的亮度分布。
第4圖係顯示本發明之面光源元件之一例的側面圖。
第5圖係(a)說明由支持框開口邊界發生漏光之情形的側面圖，(b)係本發明之面光源元件之一例，說明可抑制在支持框邊界之漏光的側面圖。
第6圖係用以說明在本發明之面光源元件所具備之導光板之出射面作為凸條所形成的梯形狀的模式圖。
第7圖係顯示本發明之面光源元件之一例的模式圖，(a)、(b)分別係通過面光源元件之中心點的X-Z剖面圖、及Y-Z剖面圖。
第8圖係顯示本發明之實施例及比較例中之面光源裝置之構成的模式圖。
第9圖係說明本發明之面光源元件所具備之導光板之出射面所突設的梯形狀凸條的表面特性的圖。
1．．．導光板
41．．．次光源
5．．．反射片
9．．．V字狀凹條
11．．．光源反射板
12．．．支持框
13．．．金屬框
14．．．液晶面板
15．．．光學片

Claims (7)

  1. 一種面光源元件，係使至少1個1次光源配置在導光板之側面的側邊照光方式的面光源元件，其特徵為：該導光板係具有：出射面、與該出射面相對向的底面、及使由至少設在一側面之1次光源所出射的光入射的入射端面，在前述導光板之底面側係具備有用以反射光的反射手段，在前述導光板之出射面側係具備有光學片及用以支持液晶面板的液晶面板支持框，將由X軸、及與X軸呈正交的Y軸所構成的X-Y平面的法線作為Z軸，前述1次光源係配置成與X軸平行，前述反射手段、前述導光板、光學片、及液晶面板支持框係配置成與前述X-Y平面平行，朝Z軸方向依前述反射手段、前述導光板、光學片、液晶面板支持框的順序構成，前述導光板的入射端面係平行於前述X-Z平面，在前述底面係形成有由平行於X軸的複數凹條所構成的圖案，在該複數凹條的入射端面側具有平行於X軸的斜面，而且，該斜面相對於前述底面的斜度實質上為25度以上、45度以下，液晶面板支持框之內側的開口邊界中，當將平行於X軸的邊和前述Y-Z平面的交點與前述底面之由平行於X軸的凹條所構成的圖案自入射端面開始設置的點相連結的直線其與Z軸所成角度設為θ時， 將由液晶面板支持框的開口邊界進入該支持框背面的距離設為L，前述底面之由平行於X軸的凹條所構成的圖案自滿足下述數式的位置作配置，角度θ係20°至60°，L=T‧tan θ T：導光板的厚度(mm)L：由液晶面板支持框之內側的開口邊界進入支持框背面的距離(mm)。
  2. 如申請專利範圍第1項之面光源元件，其中，前述1次光源分別被配置在前述導光板相對向的2個入射端面，前述複數凹條相對於前述2個入射端面，分別具有平行於X軸的前述斜面。
  3. 如申請專利範圍第2項之面光源元件，其中，形成在前述導光板之底面之凹條的剖面為V字狀。
  4. 如申請專利範圍第2項之面光源元件，其中，形成在前述導光板之底面之凹條的剖面為梯形狀。
  5. 如申請專利範圍第1項之面光源元件，其中，在前述導光板之出射面形成有由平行於Y軸的複數凸條所構成的圖案。
  6. 如申請專利範圍第5項之面光源元件，其中，形成在前述導光板之出射面之凸條的剖面為梯形狀。
  7. 一種圖像顯示裝置，其特徵為：在申請專利範圍第1項之面光源元件之出射面側具備透過型顯示元件。
TW098103226A 2008-02-01 2009-02-02 面光源元件及具此元件之圖像顯示裝置 TWI487981B (zh)

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