TWI695194B - 導光板、面光源裝置及透過型顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明的問題在於提供一種導光板、面光源裝置及透過型顯示裝置,該導光板能夠抑制條狀不均和熱點的產生。為了解決上述問題,導光板13的特徵在於:在出光面13c上,出光側單元光學形狀135,在垂直於導光方向且垂直於導光板13的厚度之方向上排列複數個;出光側單元光學形狀135,在導光方向上延伸,並形成為自出光面13c凹陷之槽狀,且其底部135c形成為向背面側凹陷之凹曲面135a;在其排列方向上的凹曲面135a的兩端部,具有自端緣部135d向底部135c側傾斜之傾斜面135b;當將出光側單元光學形狀135在排列方向上的寬度設為W21時,傾斜面135b相對於出光面13c之最大傾斜角度θ滿足20°≦θ≦45°,且凹曲面135a的曲率半徑r滿足r≧W21/(4×sinθ)。
Description
本發明有關於一種導光板、面光源裝置及透過型顯示裝置。
以往,已知一種透過型顯示裝置,其藉由面光源裝置(背光源)自背面對液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)面板等透過型顯示部進行照明,來顯示影像。
面光源裝置,大致可分為:在各種光學片材等光學構件的正下方配置光源之正下方型、與在光學構件的側面側配置有光源之邊緣照明(edge lighting)型。其中,邊緣照明型的面光源裝置,由於將光源配置在導光板等光學構件的側面側,因此,相較於正下方型的面光源裝置,具有可將面光源裝置進一步薄型化之優點,近年來得到廣泛應用。
通常,在邊緣照明型的面光源裝置中,在面向導光板的側面也就是入光面之位置處,配置有光源,光源所發出的光,自入光面射入導光板,在出光面和與出光面相對向之背面上反復反射,並自入光面向與該入光面相對向之面側,進入正交於入光面之方向(導光方向)。
而且,利用設置於導光板的背面上之擴散圖案和稜鏡形狀等,改變光的行進方向,藉此,光自沿著出光面的導光方向之各位置,一點點地向LCD面板側出光(例如,專利文獻1)。
專利文獻1:日本特開2012-3883號公報
專利文獻1之發明,其形成向導光板的出光面凸出且在導光方向上延伸之單元光學形狀,並使正交於導光方向之剖面上的單元光學形狀的剖面形狀形成為五角形狀,藉此,使顯示面在入光面側附近的亮度的面內偏差變得不醒目。
但是,當該種單元光學形狀被形成於導光板的出光面時,由於容易維持導光板內部中的光的指向性,因此,確認到光源所使用的LED的顏色不均和輝度不均會導致在出光面的中央部分出現條狀不均,而在入光面側附近會出現輝度不均(熱點(hot spot))。
本發明的問題在於提供一種導光板、面光源裝置及透過型顯示裝置,該導光板可抑制條狀不均和熱點的產生。
本發明藉由以下所述之解決手段來解決前述問題。再者,附註本發明的實施方式所對應的符號來進行說明,以便易於理解,但是本發明並未受這些符號所限定。
請求項1之發明是一種導光板(13),其具有光入射之入光面(13a)、與前述入光面交差且光射出之出光面(13c)、及與前述出光面相對向之背面(13d),該導光板(13)將自前述入光面入射的光向導光方向導光,並由前述出光面射出,該導光板(13)的特徵在於:在前述出光面上,出光側單元光學形狀(135),在垂直於前述導光方向且垂直於該導光板的厚度之方向上排列複數個;前述出光側單元光學形狀,在前述導光方向上延伸,並形成為自前述出光面凹陷之槽狀,且其底部(135c)形成為向前述背面側凹陷之凹曲面(135a);在其排列方向上的前述凹曲面的兩端部,具有由自前述出光面開始凹陷之端緣部向前述底部側傾斜之傾斜面(135b);當將前述出光側單元光學形狀在排列方向上的寬度設為W21時,前述傾斜面相對於前述出光面之最大傾斜角度θ滿足20°≦θ≦45°,且前述凹曲面的曲率半徑r滿足r≧W21/(4×sinθ)。
請求項2之發明是如請求項1所述之導光板(13),其中,在前述出光側單元光學形狀的排列方向上,前述凹曲面的寬度W22相對於前述出光側單元光學形狀的寬度W21之比率R=W22/W21,為50%≦R≦80%。
請求項3之發明是如請求項1或請求項2所述之導光板(13),其中,在相鄰的前述出光側單元光學形狀(135)之間,設置有大致平行於前述出光面之平坦部(136)。
請求項4之發明是如請求項3所述之導光板(13),其中,前述平坦部(136)在前述出光側單元光學形狀(135)的排列方向上的寬度尺寸W23,為0.5μm≦W23≦2.5μm。
請求項5之發明是如請求項4所述之導光板(13),其中,前述平坦部(136)在前述出光側單元光學形狀(135)的排列方向上的寬度尺寸W23,為0.5μm≦W23≦2.0μm。
請求項6之發明是如請求項3所述之導光板(13),其中,前述平坦部(136)的至少一部分,在厚度方向上,與其他該平坦部的高度不同。
請求項7之發明是如請求項1所述之導光板(13),其中,在前述背面(13d)上,背面側單元光學形狀(131)在前述導光方向上排列複數個;前述背面側單元光學形狀,具有:第1斜面部(132),其向背面側凸出,且位於入光面(13a)側;第2斜面部(133),其與該第1斜面部相對向地位於另一側,將入射的光的至少一部分全反射;及,頂面部(134),其位於前述第1斜面部與前述第2斜面部之間;前述頂面部具備接觸部(134d),該接觸部(134d)與配置於該導光板的背面側之反射構件接觸。
請求項8之發明是一種面光源裝置(10),其具備:請求項1所述之導光板(13);光源部(12),其設置於面向前述導光板的前述入光面(13a)之位置處,並向前述入光面投射光;及,偏向光學片材(15),其配置於前述導光板的出光面側,具有偏向作用,該偏向作用是使自前述導光板射出的光,偏向該片材面的法線方向、或與法線方向所夾之角度較小的方向。
請求項9之發明是一種透過型顯示裝置(1),其具備:請求項8所述之面光源裝置(10);及,透過型顯示部(11),其藉由前述面光源裝置而自背面側被照明。
依據本發明,發揮以下效果:可提供一種導光板、面光源裝置及透過型顯示裝置,該導光板能夠抑制條狀不均和熱點的產生。
1‧‧‧透過型顯示裝置
10‧‧‧面光源裝置
11‧‧‧LCD面板
11a‧‧‧顯示面
12‧‧‧光源部
13‧‧‧導光板
13a‧‧‧入光面
13b‧‧‧對向面(第2入光面)
13c‧‧‧出光面
13d‧‧‧背面
14‧‧‧反射片材
15‧‧‧稜鏡片材(偏向光學片材)
16‧‧‧光擴散片材
100‧‧‧加振器
101‧‧‧加振台
121‧‧‧點光源
131‧‧‧背面側單元光學形狀
132‧‧‧第1斜面部
133‧‧‧第2斜面部
134‧‧‧頂面部
134a~134d‧‧‧面
134e‧‧‧斜面
135:出光側單元光學形狀
135a:凹曲面
135a’、136b’、135e’、135f’:斜面
135b:傾斜面
135c、135c’:底部
135d:端緣部
135e:平坦部
135f:斜面
136:平坦部
151:單元稜鏡
151a、151b:面
152:稜鏡基材層
h:距離(深度)
L1、L2:光
P1、P2、P3:排列節距
S1:槽狀邊界部
t:頂點
T1、T2:黏膠帶
V:谷底之點
W1、W21、W22、W23、W3、W4、W5、Wc:寬度
Wa、Wb:尺寸(寬度)
α、β:角度
θ:最大傾斜角度
第1圖是說明第1實施方式之透過型顯示裝置1之圖。
第2圖是說明第1實施方式之導光板13的形狀之圖。
第3圖是說明第1實施方式之出光側單元光學形狀135的詳情之圖。
第4圖是說明第1實施方式之背面側單元光學形狀131之圖。
第5圖是表示第1實施方式之背面側單元光學形狀131在排列方向上的各部分中的形狀之圖。
第6圖是說明第1實施方式之稜鏡片材15之圖。
第7圖是表示第1實施方式之導光板13中的光的導光情況的一例之圖。
第8圖是表示用於模擬之各實施例和各比較例的導光板的模型之圖。
第9圖是表示實施例2、比較例4及比較例5的導光板利用模擬所得到的條狀不均的評價結果之圖。
第10圖是說明第2實施方式之導光板13的形狀之圖。
第11圖是說明第2實施方式之出光側單元光學形狀135的詳情之圖。
第12圖是表示比較例之導光板的出光面的形狀之圖。
第13圖是表示用於評價之試驗體的振動試驗的狀態之圖。
第14圖是匯總各試驗體的評價結果之圖。
第15圖是說明變化方式之出光側單元光學形狀135之圖。
第16圖是說明比較例4和比較例5的導光板的出光側單元光學形狀之圖。
第17圖是說明變化方式之出光側單元光學形狀135之圖。
第18圖是說明變化方式之出光側單元光學形狀135之圖。
第19圖是說明變化方式之出光側單元光學形狀135之圖。
以下,參閱圖式等來說明本發明的實施方式。再者,包括第1圖在內,以下所示之各圖為示意性地表示之圖,各部分的大小、形狀經適當誇張,以便易於理解。
於本說明書中,使用板、片材等詞語,但作為這些詞語的通常的使用方法,依照厚度的厚薄,依序使用板、片材、薄膜,本說明書中亦仿照該方法使用。但是,如此分類使用並無技術性含義,因此,該等詞句可適當替換。
本說明書中所述之各構件的尺寸等數值和材料名稱等,是作為實施方式的一例,並非限定於此,只要適當選擇並使用即可。
於本說明書中,關於對形狀和幾何學條件進行特定之術語,例如平行和正交(垂直)等術語,除表示嚴格的含義以外,亦包括以下狀態,亦即發揮相同的光學功能,且具有被視為平行和正交之程度的誤差之狀態。
於本說明書中,片材面(板面、薄膜面),是指在各片材(板、薄膜)中,以整體觀察該片材(板、薄膜)時,片材(板、薄膜)的平面方向之面。
(第1實施方式)
第1圖是說明本實施方式之透過型顯示裝置1之圖。
本實施方式之透過型顯示裝置1,具備LCD面板11與面光源裝置10。透過型顯示裝置1,利用面光源裝置10
自背面側對LCD面板11進行照明,來顯示被形成於LCD面板11上之影像資訊。
再者,於包括第1圖之以下圖式中和以下說明中,在透過型顯示裝置1的使用狀態下,將與透過型顯示裝置1的畫面平行且相互正交之兩個方向作為X方向(X1-X2方向)、Y方向(Y1-Y2方向),將與透過型顯示裝置1的畫面正交之方向作為Z方向(Z1-Z2方向),以便易於理解。再者,於Z方向中,Z1側為背面側,Z2側為觀察者側。
本實施方式之透過型顯示裝置1的畫面,相當於LCD面板11的最靠近觀察者側之面(以下稱為顯示面)11a;透過型顯示裝置1的「正面方向」,是指該顯示面11a的法線方向,平行於Z方向,並與朝向後述稜鏡片材15的片材面之法線方向和朝向導光板13的板面等之法線方向相一致。
LCD面板11是透過型顯示部,其由透過型的液晶顯示元件所形成,在其顯示面上形成影像資訊。
該LCD面板11呈大致平板狀。LCD面板11的外形和顯示面11a,自Z方向來看為矩形形狀,其具有平行於X方向之相對向的兩邊、及平行於Y方向之相對向的兩邊。
面光源裝置10是自背面側對LCD面板11進行照明之裝置,具備:光源部12、導光板13、反射片材14、稜鏡片材15及光擴散片材16。該面光源裝置10是所謂的邊緣照明型的面光源裝置(背光源)。
構成該面光源裝置10之導光板13、反射片材14、稜鏡片材15及光擴散片材16等,自正面方向(Z方向)觀察呈矩形形狀,其具有平行於X方向之相對向的兩邊、及平行於Y方向之相對向的兩邊。
光源部12是發出對LCD面板11進行照明的光之部分。該光源部12沿Y方向配置於面對入光面13a之位置處,該入光面13a是導光板13的X方向中的一個方向(X1側)的端面。
光源部12,其點光源121在Y方向上以特定的間隔排列複數個而形成。該點光源121使用發光二極體(Light Emitting Diode,LED)光源。再者,光源部12亦可為以下形態,例如:冷陰極管等線光源、或在延伸於Y方向上的光導(light guide)的端面上配置光源之形態。又,自提高光源部12所發出的光的利用率之觀點來看,亦可設置反射板(未圖示),其覆蓋光源部12的外側。
導光板13是對光進行導光之大致平板狀的構件。在本實施方式中,入光面13a和對向面13b位於導光板13的X方向的兩端部(X1側端部、X2側端部),自板面的法線方向(Z方向)觀察,為沿Y方向平行延伸之兩個邊。又,導光板13的板面平行於XY面,出光面13c是平行於該板面之面。
該導光板13使光源部12所發出的光自入光面13a入射,在出光面13c與背面13d上全反射,並且朝向與入光面13a相對向之對向面13b側(X2側),主要在X方向上
進行導光,且自出光面13c適當射出至稜鏡片材15側(Z2側)。
以下,說明導光板13的各部分。
第2圖是說明本實施方式之導光板13的形狀之圖。第2圖(a)是說明出光側單元光學形狀135之圖,第2圖(b)是說明背面側單元光學形狀131之圖。在第2圖(a)中,放大表示導光板13的平行於YZ面之剖面的一部分,在第2圖(b)中,放大表示導光板13的平行於XZ面之剖面的一部分。
第3圖是說明本實施方式之出光側單元光學形狀135的詳情之圖。在第3圖中,進一步放大表示第2圖(a)所示之導光板13的平行於YZ面之剖面的一部分。
第4圖是本實施方式之說明背面側單元光學形狀131之圖。在第4圖中,進一步放大表示第2圖(b)所示之導光板13的平行於XZ面之剖面的一部分。
如第2圖所示,導光板13在出光面13c上排列有複數個出光側單元光學形狀135而形成,在背面13d上排列有複數個背面側單元光學形狀131而形成。
如第1圖和第2圖(a)所示,出光側單元光學形狀135,自出光面側(LCD面板11側、Z2側)形成為凹陷的槽形狀,在X方向(導光方向)上延伸,且在Y方向上鄰接並排列複數個。
如第2圖(a)和第3圖所示,出光側單元光學形狀135,在其槽狀底部135c上形成有向背面13d側凹陷之
凹曲面135a,又,在該凹曲面135a的Y方向上的兩端處形成有平坦的傾斜面135b,該傾斜面135b自槽狀端緣部135d向底部135c側傾斜。在第3圖所示之剖面中,出光側單元光學形狀135,以通過底部135c且平行於厚度方向(Z方向)之線為界,以左右對稱之方式而形成。
該出光側單元光學形狀135的排列節距為P2,出光側單元光學形狀135在排列方向(Y方向)上的寬度為W21。在本實施方式中,由於複數個出光側單元光學形狀135鄰接配置,因此,此排列節距P2與寬度W21為相互相等的形態(P2=W21)。
又,出光側單元光學形狀135的接觸傾斜面135b之面與導光板13的出光面13c(導光板13的出光側之板面、平行於XY面之面、第3圖中的一點鏈線)所夾之最大傾斜角度為θ。進一步,導光板13的出光面13c(導光板13的出光側的板面、平行於XY面之面、第3圖中的一點鏈線)距出光側單元光學形狀135的底部135c之距離(以下,稱為出光側單元光學形狀135的深度)為h。又,形成在出光側單元光學形狀135上之凹曲面135a在排列方向(Y方向)上的寬度為W22。
作為排列節距P2,較佳為10~100μm左右。
若排列節距P2小於該範圍,出光側單元光學形狀135的製造變得困難,無法獲得如設計般之形狀。又,若排列節距P2大於該範圍,LCD面板11容易與像素產生波紋,
或在作為面光源裝置10等使用之狀態下,出光側單元光學形狀135的節距變得容易被辨識。因此,排列節距P2較佳為上述範圍。
又,本實施方式之出光側單元光學形狀135,由以下方式形成,亦即,接觸傾斜面135b之面與出光面13c所夾之最大傾斜角度θ滿足20°≦θ≦45°。又,可由以下方式形成,亦即,出光側單元光學形狀135的凹曲面135a的曲率半徑r[μm]滿足r≧W21/(4×sinθ)。
再者,在第3圖所示之剖面中,上述曲率半徑r是利用以下3點所求得之凹曲面135a的半徑,亦即:底部135c、自底部135c朝向Y1方向相距5μm之凹曲面135a上的點、及朝向Y2方向相距5μm之凹曲面135a上的點。在本實施方式中,由於凹曲面135a為向背面側凹陷之形狀,因此,上述曲率半徑的中心,比導光板13的出光面13c更靠近Z2側。
此處,以往,在導光板的出光面上形成有例如出光側單元光學形狀,該出光側單元光學形狀在YZ面上的剖面形狀為五角形狀等,且形成為凸狀(參閱第16圖),使導光板在出光面的入光面側附近的亮度的面內偏差變得不醒目。
但是,當該種單元光學形狀形成在導光板的出光面時,容易維持導光板內部中的光的指向性。因此,當光源部所使用之各LED中存在顏色不均和輝度不均等的時
候,可能會在出光面的中央部分確認有條狀不均、或在入光面附近確認有輝度不均(熱點)。
相對於此,如上所述,本實施方式之導光板13,由以下方式形成:設置有由凹曲面135a與傾斜面135b所構成之出光側單元光學形狀135,且出光側單元光學形狀135的曲率半徑r、最大傾斜角度θ分別滿足上述數值範圍。藉此,本實施方式之導光板13,能夠將在導光板內被導光的光進一步向Y方向擴散並出光,即便光源部12所使用的LED上存在顏色不均和輝度不均等的時候,仍能夠抑制在出光面的中央部分產生條狀不均、或在入光面附近產生熱點。
又,藉由將本實施方式之出光側單元光學形狀135作成該種形態,可容易地藉由送風等將附著於導光板13的出光面上之塵埃等異物移除。
又,出光側單元光學形狀135,較佳為,凹曲面135a的寬度W22相對於出光側單元光學形狀135在其排列方向(Y方向)上的寬度W21之比率R(=W22/W21),為50%≦R≦80%。藉由使比率R滿足上述數值範圍,可更有效地發揮出抑制上述條狀不均和熱點之效果。
假設比率R不足50%時,凹曲面135a的寬度W22相對於出光側單元光學形狀135的寬度W21會變得過小,無法將光充分地向Y方向擴散,而產生條狀不均,因而不
佳。但是,當由各點光源所發出的光色中的偏差較少時,即使比率R不足50%,有時亦能夠抑制條狀不均的產生。
又,當比率R大於80%時,凹曲面135a的寬度W22相對於出光側單元光學形狀135的寬度W21會變得過大,雖然條狀不均的產生得以被抑制,但會產生熱點,因而不佳。但是,在導光板13的入光面13a側,設置於透過型顯示裝置1上的未圖示之框體(bezel)重疊在出光面13c側,當非顯示部的寬度足夠寬時,即便比率R大於80%,有時亦能夠抑制出現熱點。
如第1圖、第2圖(b)及第4圖所示,背面側單元光學形狀131為向背面側(Z1側)凸出之柱狀,以縱向(脊線方向)為Y方向,在導光方向亦即X方向上排列複數個。
如第2圖(b)所示,背面側單元光學形狀131,在平行於其排列方向且與導光板13的板面正交之方向上的剖面(XZ面)上的剖面形狀為大致梯形形狀。背面側單元光學形狀131具有:第1斜面部132,其位於入光面側(X1側);第2斜面部133,其位於對向面側(X2側),並將入射的光的至少一部分全反射;及,頂面部134,其位於第1斜面部132與第2斜面部133之間。
該背面側單元光學形狀131的排列節距為P1,排列節距P1為與背面側單元光學形狀131在排列方向上的寬度W1相等(P1=W1)之形態。在本實施方式中,排列節距P1於排列方向上為特定節距。第1斜面部
132與導光板13的板面(平行於出光面13c之面、平行於XY面之面)的夾角為角度β。又,第2斜面部133與導光板13的板面(平行於出光面13c之面、平行於XY面之面)的夾角為角度α。此時,角度α、β為α<β。
第1斜面部132,在背面側單元光學形狀131內,位於入光面13a側,相較於入光面側端部,對向面側(頂面部側)端部向背面側傾斜,自入光面13a側向對向面13b側(由X1側至X2側)導光的光不易入射至第1斜面部132。
第2斜面部133,在導光板13內導光之部分光由此入射,且將其入射的光的至少一部分全反射。而且,藉由以第2斜面部133進行全反射,其朝向光相對於出光面13c(平行於XY面之面)之入射角度變小之方向,該光的行進方向發生變化。因此,自提高亮度在導光方向上的均勻性和光提取效率兩者之觀點來看,角度α較佳為滿足1°≦α≦5°。
假設a≦1°,在導光方向(X方向)上前進的光,當被第2斜面部133全反射時,在全反射前後的與出光面13c(平行於XY面之面)所夾之角度的變化量過小,無法充分提取光,光提取效率降低。
又,假設α>5°,在導光方向(X方向)上前進的光,當被第2斜面部133全反射時,在全反射前後的與出光面13c(平行於XY面之面)所夾之角度的變化量過大,將會導致輝度不均、或遠離入光面13a之區域中的亮度降
低。又,導光板13的出光方向之偏差亦變大,因此後述稜鏡片材15的偏向作用不充分,收斂性降低,正面輝度降低。
依上所述,角度α較佳為1°≦α≦5°。
頂面部134具有距背面側(Z1側)之高度h不同的複數個面。此處,距背面側(Z1側)之高度h,是指通過位於背面側單元光學形狀131間的谷底之點v且平行於導光板13的板面之面(平行於出光面13c之面),距背面側(Z1側)之尺寸。
作為一例,第4圖所示之頂面部134具有面134a、134b、134c及134d。該面134a~134d是平行於出光面13c(導光板13的板面)之面,以背面側單元光學形狀131的縱向(Y方向)為縱向,沿背面側單元光學形狀131的排列方向(X方向)排列。又,面134a~134d分別距背面側之高度h各不相同。
面134a~134d中,最靠近第1斜面部132側(入光面側、X1側)之面134a,距背面側之高度h最小,隨著接近第2斜面部133側(對向面側、X2側),距背面側之高度h逐漸增大,最靠近第2斜面部133側之面134d,距背面側之高度h最大。而且,頂面部134藉由具有該等面134a~134d,沿排列方向成為階梯狀。各面距背面側之高度h之間的差可相同或不同。
又,在面134a~134d之間形成有斜面134e。該斜面134e,與導光板13的板面(平行於XY面之面)的夾角為角度β,是平行於第1斜面部132之斜面。
如此一來,使頂面部134形成為由距背面側(Z1側)之高度h不同的複數個面所構成之階梯狀,藉此,可減少配置於導光板13的背面側之反射片材14與導光板13的背面13d之接觸面積,而可抑制導光板13與反射片材14的光學密接。
再者,在本實施方式中,以面134a~134d在其排列方向上的寬度相等為例加以說明,但在排列方向上的寬度亦可不相等。
第5圖是表示本實施方式之背面側單元光學形狀131在排列方向上的各部分中的形狀之圖。第5圖(a)是入光面13a附近,第5圖(b)是排列方向中央,第5圖(c)是對向面13b附近。
在背面側單元光學形狀131的排列方向上,背面側單元光學形狀131的寬度為W1,頂面部134的尺寸為Wa,第1斜面部132和第2斜面部133所佔的尺寸為Wb。
背面側單元光學形狀131,在其排列方向上,排列節距P1、寬度W1及角度α、β為一定。但是,隨著沿排列方向遠離入光面13a,第1斜面部132和第2斜面部133的尺寸Wb相對於背面側單元光學形狀131的寬度W1之比Wb/W1變大。又,隨著沿排列方向遠離入光面13a,頂
面部134的尺寸Wa相對於背面側單元光學形狀131的寬度W1之比Wa/W1變小。
亦即,如第5圖(a)所示,在入光面13a(光源部側)附近,頂面部134的尺寸Wa相對於背面側單元光學形狀131的寬度W1所佔之比Wa/W1較大,第1斜面部132和第2斜面部133的尺寸Wb相對於背面側單元光學形狀131的寬度W1所佔之比Wb/W1較小。
隨著靠近對向面側(X2側),如第5圖(b)所示,比Wa/W1逐漸變小,比Wb/W1變大。而且,如第5圖(c)所示,在對向面13b附近,比Wb/W1較大,比Wa/W1較小。
如此一來,隨著接近對向面側,藉由增大兩斜面部(尤其,第2斜面部133)所佔的比率,能夠使光高效地出光,亮度在導光方向上的均勻性亦提高。
在本實施方式中,比Wb/W1在最靠近入光面側(X1側)為約20/100,在最靠近對向面側(X2側)為約80/100。但是,並非限定於此,關於該比Wb/W1,可視所需光學性能等而適當設定,可於最靠近入光面側為約10/100且最靠近對向面側為約90/100之範圍內適當設定。
在本實施方式中,如上所述,排列節距P1(寬度W1)/角度α、β為一定,如第5圖所示,隨著接近對向面側(X2側),形成頂面部134之面的個數減少,兩
斜面部(尤其,第2斜面部133)之寬度Wb相對於背面側單元光學形狀131的寬度W1所佔的比率增大。
但是,並非限定於此,亦可為以下形態:使形成頂面部134之面的個數一定,調整各面的寬度,藉此,來調整頂面部134的尺寸Wa。
又,在最靠近對向面側及其附近,頂面部134的寬度Wa非常小,由反射片材14與頂面部134的光學密接所產生的影響較小,因此,在位於最靠近對向面側和其附近之背面側單元光學形狀131中,頂面部134亦可為由一個面所形成之形態。
在本實施方式之導光板13中,距背面側之高度h最大的面是接觸反射片材14之接觸部。例如,在第4圖中,面134d為接觸部。
此時,使背面側單元光學形狀131相對於排列節距P1之接觸部(距背面側的高度最大的面134d)之寬度為Wc,自防止反射片材14與導光板13的光學密接之觀點來看,較佳為比Wc/P1滿足0.09≦Wc/P1≦0.40。
比Wc/P1為較小值時,對抑制光學密接較為有效。但是,假設Wc/P1<0.09時存在以下問題:接觸部(面134d)的尺寸較小,背面側單元光學形狀131的接觸部容易破損,或具有該種接觸部之導光板13的製造較為困難,生產成本增加。又,亦可能會損壞反射片材14。
又,假設Wc/P1>0.40時存在以下問題:接觸部的尺寸較大,導光板13與反射片材14之接觸面積變大,容易產生光學密接。
因此,比Wc/P1較佳為滿足0.09≦Wc/P1≦0.40。
再者,如前所述,在本實施方式中,隨著遠離光源部12,頂面部134的寬度Wa相對於背面側單元光學形狀131的寬度W1(排列節距P1)沿導光方向變小。另一方面,比Wc/P1沿導光方向為一定或大致一定。並非限定於此,比Wc/P1亦可為沿導光方向變化之形態。
又,排列節距P1,較佳為P1=50~300μm左右。
假設排列節距P1小於該範圍,背面側單元光學形狀131之製造變得困難,無法獲得如設計般之形狀。又,假設排列節距P1大於該範圍,接觸部亦即面134d的面積亦與排列節距P1成比例地增大,容易產生光學密接。又,若排列節距P1大於該範圍,容易產生波紋,或在作為面光源裝置10等使用之狀態下,背面側單元光學形狀131之節距變得容易被辨識。
因此,排列節距P1較佳為上述範圍。
第7圖是表示實施方式之導光板13中的光的導光情況的一例之圖。
導光板13的頂面部134,由於是距背面側之高度h自位於入光面側之面134a朝向對向面側逐漸變大之階梯狀,位於各面之間之斜面134e與平行於出光面13c之面
成角度β,因此,自入光面側導光(導入)的光不易入射,即便入射,其影響亦較小。因此,本實施方式之頂面部134,於光學設計上,大致等於由平行於出光面13c之一個面所構成之頂面部。
因此,依據本實施方式,如第7圖所示,入射至頂面部134的光L2能夠全反射,幾乎不會產生朝向光學設計外的方向前進的光。因此,可成為亮度的面內均一性較高且良好的導光板13、面光源裝置10及透過型顯示裝置1。
本實施方式之導光板13,是分別製作以刀具等對背面側單元光學形狀131進行賦形之成形模具、和對出光側單元光學形狀135進行賦形之成形模具,並使用該等成形模具,藉由擠製成形法和射出成型等所形成。所使用之熱可塑性樹脂,若為透光性較高的樹脂,則並無特別限制,但可列舉例如丙烯類樹脂、環烯烴聚合物(cyclo olefin polymer,COP)樹脂及PC樹脂等。
再者,並非限定於此,亦可於利用擠製成形等成形而成的片材狀構件的雙面,利用紫外線成形法,將背面側單元光學形狀131和出光側單元光學形狀135形成為一體,來作為導光板13。
回到第1圖,反射片材14是可反光片材狀構件,配置於比導光板13更靠近背面側(Z1側)。該反射片材14具有以下功能,也就是將由導光板13射向Z1側的光進行反射,使其射入導光板13內。
自提高光的利用率等觀點等來看,較佳為,反射片材14主要具有鏡面反射性(正反射性)。反射片材14可使用以下構件,例如:至少反射面(導光板13側之面)是由金屬等具有高反射率之材料所形成之片材狀構件、包括由具有高反射率的材料所形成之薄膜(例如金屬薄膜)來作為表面層之片材狀構件等。再者,並非限定於此,反射片材14亦可為以下構件,例如,主要具有擴散反射性的高反射率的白色樹脂製成的片材狀構件等。
第6圖是說明本實施方式之稜鏡片材15之圖。在第6圖中,放大表示稜鏡片材15的平行於XZ面之部分剖面。
稜鏡片材15配置為比導光板13更靠近LCD面板11側(Z2側)(參閱第1圖)。稜鏡片材15是具有以下作用之偏向光學片材:使自導光板13的出光面13c射出的光的行進方向,偏向(集光)於正面方向(Z方向)或與Z方向的夾角為較小角度之方向。
稜鏡片材15具有:稜鏡基材層152;及,單元稜鏡151,其於稜鏡基材層152的導光板13側(Z1側)排列複數個而形成。
稜鏡基材層152是作為稜鏡片材15的基板(基材)之部分。稜鏡基材層152使用的是具有透光性之樹脂製成的片材狀構件。
單元稜鏡151是向導光板13側(Z1側)凸出之三角柱形狀,於稜鏡基材層152的背面側(Z1側)之面上,
以縱向(脊線方向)為Y方向,在X方向上排列複數個而形成。亦即,自透過型顯示裝置1的顯示面的法線方向(Z方向)觀察,單元稜鏡151的排列方向,與導光板13的背面側單元光學形狀131的排列方向平行,且與出光側單元光學形狀135的排列方向正交。
本實施方式之單元稜鏡151例舉以下例:與其排列方向(X方向)和正交於片材面之方向(Z方向)平行之剖面(XZ面)上的剖面形狀是頂角為ε之等腰三角形形狀。但是,並非限定於此,單元稜鏡151的剖面形狀,亦可為不等邊三角形形狀。又,單元稜鏡151,可為其中至少一面是由複數個面构成的折疊面形狀,或將曲面與平面組合而成的形狀,亦或剖面形狀於排列方向上為非對稱形狀。
單元稜鏡151為以下形狀:排列節距為P3,排列方向上的寬度W3,排列節距與排列方向上的透鏡寬度於排列方向上相等(P3=W3)。
稜鏡片材15,使自導光板13射出且由其中一面(例如,面151a)入射的光L1於另一面(例如,面151b)上進行全反射,藉此,使所述光的前進方向偏向(集光)於正面方向(Z方向)或相對於正面方向的夾角為較小角度之方向。
稜鏡片材15由以下方法製作而成,例如:於聚對酞酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)
樹脂製和聚碳酸酯(polycarbonate,PC)樹脂製等片材狀稜鏡基材層152的一面上,利用紫外線硬化型樹脂等電離放射線硬化型樹脂,形成單元稜鏡151。
再者,並非限定於此,稜鏡片材15亦可藉由以下方式而形成,例如:將PC樹脂、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚體(methylmethacrylate-butadiene-styrene copolymer,MBS)樹脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚體(styrene-methylmethacrylate copolymer,MS)樹脂、PET樹脂,聚苯乙烯(polystyrene,PS)樹脂等熱可塑性樹脂進行擠壓而成形。
回到第1圖,光擴散片材16是具有擴散光之作用的片材狀構件。光擴散片材16設置於稜鏡片材15的LCD面板11側(Z2側)。
藉由設置該種光擴散片材16,可獲得以下效果:適當拓寬視野角,或減少由LCD面板11的未圖示之像素與單元稜鏡151等所產生的波紋等。
光擴散片材16,亦可結合作為面光源裝置10和顯示裝置1所需的光學性能、及導光板13的光學特性等,適當選用各種通用的具有光擴散性之片材狀構件。
作為該種光擴散片材16,可使用以下:含有擴散材料之樹脂製成的片材狀構件、於作為基材之樹脂製成的片材狀構件的至少一面等上塗佈含有擴散材料之黏合劑而成的構件、及於作為基材之樹脂製成的片材狀構件的一面等上形成有微透鏡陣列之微透鏡片材等。
又,於前述稜鏡片材15的稜鏡基材層152之出光側(Z2側)一面上,亦可形成由微細凹凸形狀,以防止與光擴散片材16的光學密接,並賦予光擴散功能。作為該種凹凸形狀,較佳為塗佈含有珠狀填充劑之黏合劑而形成之基墊層(mat layer)等,但並非限定於此。
再者,除光擴散片材16之外,於比稜鏡片材15靠近LCD面板11一側(Z2側)亦可配置有偏光選擇反射片材,該偏光選擇反射片材具有以下功能,也就是使特定的偏光狀態的光通過,而將其他偏光狀態的光反射。再者,當使用該種偏光選擇反射片材時,從提高輝度和提高光利用率之觀點來看,較佳為偏光選擇反射片材的透過軸是由以下方式配置:其與位於LCD面板11的入光側(Z1側)之未圖示之偏光板的透過軸平行。作為該種偏光選擇反射片材,可使用例如:DBEF系列(住友3M股份有限公司(Sumitomo 3M Limited)製造)。
又,除光擴散片材16之外,亦可配置扁豆狀透鏡片材等各種光學片材等。
進一步,在光擴散片材16的LCD面板11側,亦可進一步配置如上所述之偏光選擇反射片材和各種光學片材等。
(利用出光側單元光學形狀之模擬進行評價)
接著,將設置於導光板的出光面上的出光側單元光學形狀設定為複數種,針對在自Z2側觀察之導光板的出光
面上,是否產生由光源部的各LED的顏色不均和輝度不均等所引起的條狀不均和熱點,進行模擬以評價。
第8圖是表示用於模擬之各實施例和各比較例的導光板的模型之圖。第8圖(a)是表示條狀不均的評價所使用之導光板的模型之圖。第8圖(b)是熱點的評價所使用之導光板的模型之圖。
於本模擬的評價中,使用CYBERNET SYSTEMS(CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.)股份有限公司製造的LightTooIs版本7。模擬所使用之實施例1~8、比較例1~5的導光板與上述實施方式相同,是以光的導光方向為X方向(X1-X2方向),以正交於X方向之方向為Y方向(Y1-Y2方向),以厚度方向為Z方向(Z1-Z2方向)(參閱第1圖)。又,於導光板的X1側之面上形成有入光面,於Z2側之面上形成有出光面,於其出光面上設置有出光側單元光學形狀。
如第8圖(a)所示,條狀不均的評價所使用之實施例1~8、比較例1~5的導光板的模擬模型,其X方向的尺寸為80mm,Y方向的尺寸為40mm,厚度為0.7mm。於該等導光板的入光面上,作為點光源之1個LED配置於入光面的Y方向上的中央部。
如第8圖(b)所示,熱點的評價所使用之實施例1~8、比較例1~5的導光板的模擬模型,其X方向的尺寸形成為30mm,Y方向的尺寸形成為50mm,厚度形成為
0.7mm。又,在該等導光板的入光面上,作為點光源之複數個LED在Y方向上等間隔(8.5mm間隔)配置。
實施例1~8、比較例1~5的導光板的出光側單元光學形狀分別為,其排列節距P2為P2=36μm,且寬度W21為W21=36μm。
如第3圖所示,實施例1~8的設置於導光板上的出光側單元光學形狀,是由凹曲面135a和傾斜面135b所構成,且形成為曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別滿足上述數值範圍(r≧W21/(4×sinθ)、20°≦θ≦45°、50%≦R≦80%)之形狀。
比較例1~3的出光側單元光學形狀,具有與上述實施例1~8的出光側單元光學形狀相同的形狀,但形成為曲率半徑r及最大傾斜角度θ中的任一者未滿足上述數值範圍之形狀。
第16圖是說明比較例4和比較例5的導光板的出光側單元光學形狀之圖。
如第16圖所示,比較例4、5的出光側單元光學形狀,其自出光面向Z2側凸出且YZ面上的剖面形狀形成為五角形狀。比較例4、5的出光側單元光學形狀,在第16圖所示之剖面中,以通過其頂點t且平行於厚度方向(Z方向)之線為界左右對稱地形成,形成傾斜角不同的兩種斜面。比較例4、5的出光側單元光學形狀的Z1側的斜面相對於出光面傾斜45°,並且Z2側之斜面相對於出光面傾斜20°。
比較例4的出光側單元光學形狀,形成為:夾持頂點t之Z2側的斜面的寬度W5,相對於其排列方向(Y方向)上的寬度W4之比率(W5/W4)為60%。比較例5之出光側單元光學形狀,形成為:該比率(W5/W4)為80%。
將由模擬所實現的評價結果匯總於以下表1。
第9圖是表示實施例2、比較例4及比較例5的導光板利用模擬所進行之條狀不均的評價結果之圖。第9圖(a)是表示實施例2的導光板的光的強度分佈之圖。第9圖(b)是表示比較例4的導光板的光的強度分佈之圖。第9圖(c)是表示比較例5的導光板的光的強度分佈之圖。第9圖的各圖的縱軸表示經標準化的光的強度,橫軸表示導光板在Y方向上的位置。
條狀不均的評價,首先,是將上述尺寸(X×Y:80mm×40mm)的模擬的模型分割成10000點,並算出各點中的光的強度。而且,如第8圖(a)和第9圖所示,求出位置A1中的光的強度分佈和位置A2在Y方向上的光的強度分佈,其中,位置A1是在平行於Y方向之線上且距光源部的配置位置向X2側5mm處,位置A2是在平行於Y方向之線上且距光源部的配置位置向X2側50mm處。藉由將各位置(A1、A2)的光的強度分佈除以最大值來進行標準化,求出光的強度為最大值(1.0)的一半(0.5)時在Y方向上的寬度(B1、B2)。而且,求出(位置A2處的寬度B2)/(位置A1處的寬度B1),當B2/B1≧5.0時,判定為光充分向Y方向擴散,且條狀不均得以被
充分抑制,條狀不均的評價記為◎。又,當4.5≦B2/B1<5.0時,判定為確認有若干條狀不均,但足以能夠作為產品使用之範圍,條狀不均的評價記為○。另一方面,當B2/B1<4.5時,判定為光並未充分向Y方向擴散,且確認有條狀不均,條狀不均的評價記為×。
熱點的評價,首先,將上述尺寸(X×Y:30mm×50mm)的模擬的模型分割成10000點,並算出各點中的光的強度。由此,如第8圖(b)所示,求出在平行於X方向之線上且通過點光源的中心之線C1上的光的強度分佈、在平行於X方向之線上且通過相互鄰接之點光源間(光源部中的最暗部分)之線C2上的光的強度分佈。而且,將X方向在相同位置處的線C1上的光的強度D1與線C2上的光的強度D2進行比較,當在整個X方向上為100×D2/D1≦110%時,判定為未發現有熱點,熱點的評價記為◎。又,當在部分X方向上為100×D2/D1超過110%,但在整個X方向上為100×D2/D1≦130%時,判定為確認有若干熱點,但足以能夠作為產品使用之範圍,條狀不均的評價記為○。另一方面,當在X方向的至少一部上為100×D2/D1≧130%時,判定為發現明顯的熱點,熱點的評價記為×。
實施例1之導光板,由於出光側單元光學形狀的曲率半徑r為15.7μm,最大傾斜角度θ為40°,比率R為50%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。其結果為,實施例1之導光板,其條狀不均的評價為◎,熱點的評價為◎,綜合評價為◎。
實施例2之導光板,由於出光側單元光學形狀的曲率半徑r為25.1μm,最大傾斜角度θ為40°,比率R為80%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。如第9圖(a)所示,實施例2之導光板,其B2/B1為5.22,於導光板之位置A2處,Y方向上的兩端部的輝度升高,因此,條狀不均的評價為◎。又,熱點的評價亦為100×D2/D1,在導光方向
(X方向)上均為110%以下,因而為◎。其結果為,實施例2之導光板,其綜合評價為◎。
實施例3之導光板,由於出光側單元光學形狀的曲率半徑r為18.0μm,最大傾斜角度θ為30°,比率R為50%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。其結果為,實施例3之導光板,其條狀不均的評價為◎,熱點的評價為◎,綜合評價為◎。
實施例4之導光板,由於其出光側單元光學形狀的曲率半徑r為28.8μm,最大傾斜角度θ為30°,比率R為80%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。其結果為,實施例4之導光板,其條狀不均的評價為◎,熱點的評價為◎,綜合評價為◎。
實施例5之導光板,由於其出光側單元光學形狀的曲率半徑r為26.4μm,最大傾斜角度θ為20°,比率R為50%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。其結果為,實施例5之導光板,其條狀不均的評價為◎,熱點的評價為◎,綜合評價為◎。
實施例6之導光板,由於其出光側單元光學形狀的曲率半徑r為42.1μm,最大傾斜角度θ為20°,比率R為80%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。其結果為,實施例6之
導光板,其條狀不均的評價為◎,熱點的評價為◎,綜合評價為◎。
實施例7之導光板,由於其出光側單元光學形狀的曲率半徑r為12.8μm,最大傾斜角度θ為45°,比率R為50%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。其結果為,實施例7之導光板,其條狀不均的評價為○,熱點的評價為◎,綜合評價為○。
實施例8之導光板,由於其出光側單元光學形狀的曲率半徑r為20.4μm,最大傾斜角度θ為45°,比率R為80%,因此,上述曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內。其結果為,實施例8之導光板,其條狀不均的評價為○,熱點的評價為◎,綜合評價為○。
比較例1之導光板,由於其出光側單元光學形狀的曲率半徑r為34.8μm,最大傾斜角度θ為15°,比率R為50%,因此,上述曲率半徑r及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內,但最大傾斜角度θ形成為超出較佳範圍的下限值之值。其結果為,比較例1之導光板,其條狀不均的評價為◎,但熱點的評價為×,綜合評價為×。
比較例2之導光板,由於出光側單元光學形狀的曲率半徑r為55.6μm,最大傾斜角度θ為15°,比率R為80%,因此,上述曲率半徑r及比率R分別形成為上述較佳數值範圍內,但最大傾斜角度θ分別形成為超出較佳範
圍的下限值之值。其結果為,比較例2之導光板,其條狀不均的評價為◎,但熱點的評價為×,綜合評價為×。
比較例3之導光板,由於出光側單元光學形狀在YZ面上的剖面形成為大致凹陷成三角形狀之形狀,出光側單元光學形狀的曲率半徑r位0.0μm,最大傾斜角度θ為30°,比率R為0%,因此,上述之最大傾斜角度θ形成為上述較佳數值範圍內,但曲率半徑r及比率R為超出較佳範圍的下限值之值。其結果為,比較例3之導光板,其熱點的評價為◎,但條狀不均的評價為×,綜合評價為×。
比較例4之導光板,由於如上所述,出光側單元光學形狀自出光面向Z2側凸出,且在YZ剖面上的剖面形狀形成為五角形狀。又,比較例4的出光側單元光學形狀,夾持頂點t之Z2側的斜面的寬度W5相對於其排列方向(Y方向)上的寬度W4之比率(W5/W4)形成為60%。如第9圖(b)所示,比較例4之導光板,由於寬度B2/B1為4.33,於導光板之位置A2處,Y方向上的兩端部的輝度相較於中央部的輝度大幅降低,因此,條狀不均的評價為×。相對於此熱點的評價,由於100×D2/D1在導光方向(X方向)上均為110%以下,因而為◎。其結果為,比較例4之導光板,其綜合評價為×。
比較例5之導光板,與比較例4之導光板相同,出光側單元光學形狀,自出光面向Z2側凸出,YZ剖面上的剖面形狀形成為五角形狀。又,比較例5之出光側單元光學形狀,其夾持頂點t之Z2側的斜面的寬度W5相對於其排
列方向(Y方向)上的寬度W4之比率(W5/W4)形成為80%。此處,如第9圖(c)所示,比較例5之導光板,由於B2/B1為5.56,於導光板之位置A2處,Y方向上的兩端部的輝度升高,因此,條狀不均的評價為◎。但是,熱點的評價,由於100×D2/D1在導光方向(X方向)上存在複數個超過130%處,因而為×。其結果為,比較例5之導光板,其綜合評價為×。
由以上得以確認,如比較例1~3之導光板所示,若曲率半徑r和最大傾斜角度θ中,至少1個數值範圍未滿足,條狀不均的評價和熱點的評價中的任一者為×。
並確認以下事項:比較例4和比較例5,使Z2側的斜面的寬度W4相對於出光側單元光學形狀的寬度W5之比率(W5/W4)變化,但如比較例4所示,當熱點的評價為◎時,條狀不均的評價為×;而如比較例5所示,當條狀不均的評價為◎時,熱點的評價為×。
相對於此,確認以下事項:實施例1~8之導光板,若曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別於上述較佳數值範圍內形成出光側單元光學液狀,可抑制條狀不均,並抑制產生熱點。
由上所述,本實施方式之導光板13起到以下效果。
(1)本實施方式之導光板13,其出光側單元光學形狀135在導光方向(Y方向)上延伸,自出光面13c形成凹
槽形狀,該槽狀底部135c形成於向背面13d側凹陷之凹曲面135a上,在凹曲面135a的兩端部處,形成有自端緣部135d向底部135c側傾斜之傾斜面135b。與該傾斜面135b相接之面與出光面13c所夾之最大傾斜角度θ滿足20°≦θ≦45°,且凹曲面135a的曲率半徑r滿足r≧W21/(4×sinθ)。
藉此,本實施方式之導光板13,能夠將於導光板內被導光的光進一步向Y方向擴散並出光,即便光源部12所使用之LED上存在顏色不均和輝度不均等,仍能夠抑制在出光面的中央部分產生條狀不均、或在入光面附近產生熱點。又,藉由使本實施方式之出光側單元光學形狀135成為該種形態,可容易地藉由送風等將附著於導光板13的出光面上的塵埃等異物移除。
(2)本實施方式之導光板13,其出光側單元光學形狀135,在其排列方向上,凹曲面135a的寬度W22相對於出光側單元光學形狀135的寬度W21之比率R=W22/W21為50%≦R≦80%。藉此,可更有效地發揮出抑制上述條狀不均和熱點之效果。
(第2實施方式)
接著,說明第2實施方式之導光板13。
第10圖是說明本實施方式之導光板13的形狀之圖。第10圖(a)是說明出光側單元光學形狀135之圖。第10圖(b)是說明背面側單元光學形狀131之圖。在第10圖(a)中,放大表示導光板13的平行於YZ面之剖面的一部
分。在第10圖(b)中,放大表示導光板13的平行於XZ面之剖面的一部分。
第11圖是說明本實施方式之出光側單元光學形狀135的詳情之圖。在第11圖中,進一步放大表示第10圖(a)所示之導光板13的平行於YZ面之剖面的一部分。
再者,於以下說明和圖式中,對於發揮與前述第1實施方式相同功能之部分,標註相同符號或於末尾標註相同符號,適當省略重複之說明。
如第10圖(a)所示,本實施方式之導光板13與上述第1實施方式之導光板13的不同在於以下方面:於相鄰出光側單元光學形狀135之間設置有平坦部136。
如第10圖所示,導光板13由以下方式而形成:在出光面13c上排列有複數個出光側單元光學形狀135,在背面13d上排列有複數個背面側單元光學形狀131。
如第10圖(a)所示,出光側單元光學形狀135,形成為自出光面側(LCD面板11側、Z2側)凹陷之槽狀,在X方向(導光方向)上延伸,在Y方向上鄰接排列複數個。
如第10圖(a)和第11圖所示,出光側單元光學形狀135,在該槽狀底部135c上形成有向背面13d側凹陷之凹曲面135a,又,在該凹曲面135a的Y方向上的兩端,形成有自槽狀端緣部135d向底部135c側傾斜之平坦的傾斜面135b。在第11圖所示之剖面中,出光側單元光學
形狀135,以通過底部135c且平行於厚度方向(Z方向)之線為界,以左右對稱之方式而形成。
藉此,本實施方式之導光板13,能夠將於導光板內被導光的光進一步向Y方向擴散並出光,即便光源部12所使用之LED上存在顏色不均和輝度不均等,仍能夠抑制在出光面的中央部分產生條狀不均、或在入光面附近產生熱點。
又,藉由使本實施方式之出光側單元光學形狀135成為該種形態,可容易地藉由送風等將附著於導光板13的出光面上的塵埃等異物移除。
第12圖是表示比較例之導光板的出光面的形狀之圖。第12圖是與第10圖(a)相對應之圖。
此處,如第1圖所示,於導光板的出光面上,配置有稜鏡片材15等偏向光學片材。因此,當導光板的出光面上形成有出光側單元光學形狀時,導光板的出光面與稜鏡片材之接觸面積變小。
例如,如第12圖所示,當與導光方向正交之面(YZ面)上的剖面形狀形成為大致円弧狀之槽狀,在導光板的出光面的Y方向上無縫隙地排列時,各槽狀邊界部S1成為與稜鏡片材接觸之部分,導光板與稜鏡片材之接觸面積變得非常小。
如此一來,若導光板與稜鏡片材之接觸面積較小,藉由在將導光板和稜鏡片材積層之狀態下搬運、進行面光源裝置和顯示裝置等的組裝操作時所產生的振動,稜
鏡片材的導光板一側的面可能會損傷,或導光板的出光側單元光學形狀間的邊界部S1損傷或破損。尤其,如第6圖所示之稜鏡片材所示,當在導光板側之面上形成有單元稜鏡時,導光板和稜鏡片材間的接觸面積變得更小,更容易發生上述損傷和破損等。
又,附著於導光板和稜鏡片材等上的細小塵埃等亦可能會夾持於接觸部分,導致導光板和稜鏡片材等損傷或破損。
因此,本實施方式之導光板13,於相鄰出光側單元光學形狀135之間,設置有大致平行於出光面13c之平坦部136,以避免上述問題。在導光板13的出光面13c上,由於出光側單元光學形狀135形成為自出光面13c凹陷之槽狀,因此,在導光板13的厚度方向(Z方向)上,該平坦部136成為最靠近出光側(Z2側)之部位,與積層在出光面13c上的稜鏡片材15接觸。
如此一來,藉由在出光側單元光學形狀135之間設置平坦部136,可增加導光板13的出光面13c與稜鏡片材15的導光板13一側之面之接觸面積。藉此,可顯著抑制導光板13的出光側單元光學形狀135的邊界部(平坦部136)和稜鏡片材15的導光板13一側之面損傷或破損。
此處,平坦部136與出光面13c大致平行,不僅限於平坦部136相對於出光面13c完全平行之情況,亦包括平坦部136相對於出光面13c稍傾斜(例如,相對於出光面以±5度之範圍傾斜)之情況。
又,平坦部136不僅限於完全平坦的面,亦包括形成為略微向Z1側彎曲之凹曲面狀、和略微向Z2側彎曲之凸曲面狀之面(凹曲面和凸曲面的曲率半徑為例如10μm以上)。
該出光側單元光學形狀135的排列節距為P2,排列方向(Y方向)上的出光側單元光學形狀135的寬度為W21。又,排列方向(Y方向)上的平坦部136的寬度為W23。在本實施方式中,由於出光側單元光學形狀135與平坦部136交錯排列,因此,成為以下形態,亦即,排列節距P2等於出光側單元光學形狀135的寬度W21和平坦部136的寬度W23之和(P2=W21+W23)。
又,出光側單元光學形狀135接觸傾斜面135b之面與導光板13的出光面13c(導光板13的出光側之板面、平行於XY面之面、第11圖中的一點鏈線)所夾之最大傾斜角度為θ。進一步,導光板13的出光面13c(導光板13的出光側之板面、平行於XY面之面、第11圖中的一點鏈線)至出光側單元光學形狀135的底部135c之距離(以下,稱為出光側單元光學形狀135的深度)位h2。又,形成在出光側單元光學形狀135上之凹曲面135a在排列方向(Y方向)上的寬度為W22。
作為排列節距P2,較佳為10~100μm左右。
若排列節距P2小於該範圍,出光側單元光學形狀135的製造變得困難,無法獲得如設計般之形狀。又,若排列
節距P2大於該範圍,LCD面板11容易與像素產生波紋,或在作為面光源裝置10等使用之狀態下,出光側單元光學形狀135的節距變得容易被辨識。因此,排列節距P2較佳為上述範圍。
又,平坦部136的寬度W23較佳為形成於0.5μm≦W23≦2.5μm之範圍。假設平坦部136的寬度W23不滿足0.5μm時,平坦部136的寬度太小,平坦部136和稜鏡片材15的導光板一側之面會損傷或破損,因而不佳。又,當平坦部136的寬度W23大於2.5μm時,可避免導光板13和稜鏡片材15損傷等,但自導光板13出光的光可能會產生顯著的熱點,因而不佳。從有效抑制自導光板13出光的光產生熱點之觀點來看,較佳為W23在2.0μm以下(W23≦2.0μm)。
(試驗體產生傷痕等的評價)
接著,製作出光面的平坦部的寬度W23不同的複數種導光板,分別利用加振器使在各導光板上積層稜鏡片材(參閱第6圖)而成的各試驗體(試驗體1~18)振動,針對導光板和稜鏡片材分別所產生的傷痕和破損的評價試驗的結果,進行說明。
第13圖是表示用於評價之試驗體的振動試驗的狀態之圖。
第14圖是匯總各試驗體的評價結果之圖。
本評價中所使用之各試驗體,如上所述,是由導光板、與積層於導光板的出光面上之稜鏡片材所構成。
此處,導光板與稜鏡片材,是藉由在相對向的兩邊上黏貼黏膠帶T1而相互固定。
如第13圖所示,各試驗體,藉由黏膠帶T2固定於加振器100的加振台101上。加振器100使用的是IDEX股份有限公司(IDEX CO.,LTD.)製造的BF-50UC(型號),能夠以特定的頻率和加速度使加振台在垂直方向和水平方向的三個方向上隨機振動。於本評價試驗中,加振器100,以頻率67Hz、加速度10G,使固定有試驗體之加振台101振動。各試驗體所使用之導光板和稜鏡片材,分別形成為對角線8英吋之大小。
又,各試驗體所使用之稜鏡片材,與上述實施方式(參閱第6圖)相同,在與導光板相對向之面上排列有複數個單元稜鏡,且由紫外線硬化型丙烯類樹脂所形成。又,各試驗體所使用之稜鏡片材,其楊氏模數(Young's modulus)為63.1MPa,回復功率為29.0%。試驗體1~6所使用之稜鏡片材,其單元稜鏡的頂角ε為58.5度,試驗體7~12所使用之稜鏡片材,其單元稜鏡的頂角ε為68.1度,試驗體13~18所使用之稜鏡片材,其單元稜鏡的頂角ε為75.0度。
各試驗體所使用之稜鏡片材由以下所構成:丙烯酸-2-乙基己酯、苯氧基乙基丙烯酸酯、EO改質雙酚A二丙烯酸酯,丙烯酸2羥基乙酯、六亞甲基二異氰酸酯、Lucirin TPO、磷酸三苯、氟類界面活性劑。
試驗體1、試驗體7及試驗體13所使用之導光板為以下形態,其是在出光面上,由凹曲面和傾斜面所構成之槽狀在Y方向上無縫隙地排列複數個而形成,亦即,於各出光側單元光學形狀(槽狀)之間並未形成平坦部(參閱第12圖)。因此,試驗體1、試驗體7及試驗體13所使用之導光板,平坦部的寬度W23分別為W23=0μm。
試驗體2~6、試驗體8~12及試驗體14~18所使用之導光板,是在出光面上,使由凹曲面和傾斜面所構成之出光側單元光學形狀(槽狀)、與平坦部交錯在Y方向上排列複數個而形成(參閱第10圖(a)等)。試驗體2~6的不同點在於,平坦部的寬度W23的尺寸分別不同。同樣地,試驗體8~12的不同點在於,平坦部的寬度W23的尺寸分別不同。同樣地,試驗體14~18的不同點在於,平坦部的寬度W23的尺寸分別不同。
試驗體2所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=0.5μm。
試驗體3所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=1.5μm。
試驗體4所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=2.0μm。
試驗體5所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=2.5μm。
試驗體6所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=3.6μm。
試驗體8所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=0.5μm。
試驗體9所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=1.5μm。
試驗體10所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=2.0μm。
試驗體11所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=2.5μm。
試驗體12所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=3.6μm。
試驗體14所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=0.5μm。
試驗體15所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=1.5μm。
試驗體16所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=2.0μm。
試驗體17所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=2.5μm。
試驗體18所使用之導光板的平坦部的寬度W23為W23=3.6μm。
各試驗體所使用之導光板,是藉由熱可塑性的丙烯類樹脂所形成,其楊氏模數為3.0GPa。
將各試驗體的傷痕和破損的評價結果、與各試驗體所使用之導光板的熱點的評價結果匯總於第14圖。
第14圖中的「傷痕等的產生數量」,是利用由上述加振器所實施之振動試驗,藉由目視來確認導光板的出光面或稜鏡片材的導光板一側的面上所產生的傷痕和缺口等破損之數量之結果。
又,第14圖中的「熱點」,是藉由目視確認當在各試驗體所使用之導光板的入光面上配置光源並使光入射時,出光面在入光面附近是否產生輝度不均(熱點)之結果。熱點的評價,是當確認有熱點時記為「○」,當確認有若干熱點但仍足以作為產品使用時記為「△」,當確認有明顯熱點時記為「×」。
第14圖中的綜合評價,是當導光板和稜鏡片材等未產生傷痕等,且熱點的評價為「○」時記為「◎」,當導光板和稜鏡片材等未產生傷痕等但熱點的評價為「△」或「×」時記為「○」,當導光板和稜鏡片材等產生傷痕等時記為「×」。
(使用頂角ε=58.5度的稜鏡片材之試驗體(1~6)的評價結果)
如第14圖所示,具備無平坦部之導光板之試驗體1,其熱點的評價為「○」,但由於在導光板和稜鏡片材等上發現三處傷痕等,因此,綜合評價為「×」。
又,試驗體5,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,但熱點的評價為「△」,因此,綜合評價為「○」。
試驗體6,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,但熱點的評價為「×」,因此,綜合評價為「○」。
相對於此,試驗體2~4,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,並且熱點的評價為「○」,因此,綜合評價為「◎」。
(使用頂角ε=68.1度的稜鏡片材之試驗體(7~12)的評價結果)
如第14圖所示,具備無平坦部之導光板之試驗體7,其熱點的評價為「○」,但由於在導光板和稜鏡片材等上發現兩處傷痕等,因此,綜合評價為「×」。
又,試驗體11,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,但熱點的評價為「△」,因此,綜合評價為「○」。
試驗體12,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,但熱點的評價為「×」,因此,綜合評價為「○」。
相對於此,試驗體8~10,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,並且熱點的評價為「○」,因此,綜合評價為「◎」。
(使用頂角ε=75.0度的稜鏡片材之試驗體(13~18)的評價結果)
如第14圖所示,具備無平坦部之導光板之試驗體13,其熱點的評價為「○」,但由於在導光板和稜鏡片材等上發現兩處傷痕等,因此,綜合評價為「×」。
又,試驗體17,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,但熱點的評價為「△」,因此,綜合評價為「○」。
試驗體18,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,但熱點的評價為「×」,因此,綜合評價為「○」。
相對於此,試驗體14~16,其於導光板和稜鏡片材等上未發現傷痕等,並且熱點的評價為「○」,因此,綜合評價為「◎」。
藉由以上結果可確認,若平坦部的寬度W23為0.5μm以上,充分回避在導光板和稜鏡片材上產生傷痕等。並確認,若平坦部的寬度23大於2.5μm,雖然可避免產生傷痕,但自導光板出光的光容易產生熱點。進一步確認,若平坦部的寬度23為2.0μm以下,可充分抑制熱點的產生。
因此,確認透過使導光板的平坦部的寬度W23滿足0.5μm≦W23≦2.5μm,可防止傷痕等,並且獲得導光板之良好的出光特性;並確認,透過使其滿足0.5μm≦W23≦2.0μm,可進一步抑制熱點的產生,獲得導光板之更為良好的出光特性。
又確認,即便在稜鏡片材的單元稜鏡的頂角ε不同的情況下,試驗體1~6、試驗體7~12、試驗體13~18的傷痕等的產生、熱點的產生之傾向亦相同;即便在如試驗體1~6般,頂角ε成為更小的銳角時,亦能夠防止傷痕等,並且獲得導光板之良好的出光特性。
由上所述,本實施方式之導光板13起到以下效果。
(1)本實施方式之導光板13,其於相鄰出光側單元光學形狀135之間,設置有大致平行於出光面13c之平坦部136。藉此,當在導光板13的出光面13c上配置有稜鏡片
材15等偏向光學片材時,可顯著抑制稜鏡片材15、出光側單元光學形狀135間的邊界部(平坦部136)損傷或破損。
(2)本實施方式之導光板13,由於平坦部136之出光側單元光學形狀135在排列方向上的寬度尺寸W23為0.5μm≦W23≦2.5μm,因此,可高效地抑制導光板和稜鏡片材等之損傷等,並且可抑制自導光板出光的光產生熱點。
(3)本實施方式之導光板13,由於平坦部136的出光側單元光學形狀135的在排列方向上的寬度尺寸W23為0.5μm≦W23≦2.0μm,因此,更高效地抑制導光板和稜鏡片材等之損傷等,並且可更高效地抑制自導光板出光的光產生熱點。
(4)本實施方式之導光板13,由於出光側單元光學形狀135(槽狀)的底部135c形成在向背面側(Z1側)凹陷之凹曲面135a上,因此,能夠將於導光板內被導光的光進一步向Y方向擴散並出光,即便光源部12所使用之LED上存在顏色不均和輝度不均等,仍能夠抑制在出光面的中央部分產生條狀不均、或在入光面附近產生熱點。
(變化方式)
並非限定於以上說明之實施方式,亦可進行各種變化和變更,該等變化和變更亦在本發明的範圍內。
第15圖是表示變化方式之出光側單元光學形狀之圖。
第17圖是表示變化方式之出光側單元光學形狀之圖。
第18圖是表示變化方式之出光側單元光學形狀之圖。
第19圖是表示變化方式之出光側單元光學形狀之圖。
(1)在上述之第1實施方式中,出光側單元光學形狀135,例舉為傾斜面135b自槽狀端緣部135d向底部135c側傾斜之平坦的面的一例,但並非限定於此。例如,傾斜面135b亦可為非平坦,如第15圖(a)所示,可以形成為向背面13d側凹陷之凹狀曲面。此時,導光板13的出光側單元光學形狀135,藉由使其曲率半徑r、最大傾斜角度θ及比率R分別在上述較佳數值範圍內形成,可起到與上述實施方式之導光板相同的效果。
(2)在上述之第1實施方式中,導光板13,例舉為複數個出光側單元光學形狀135鄰接設置而成的一例,但並非限定於此,例如,亦可如第15圖(b)所示,於各出光側單元光學形狀135間設置平坦部135e。再者,該平坦部135e,可僅以一個平面所形成,或由複數個平面所形成,進一步,亦可形成為向Z1側凹陷之曲面狀、或向Z2側凸出之曲面狀。如此一來,藉由設置平坦部135e,如上述實施方式之導光板所示,可防止相互鄰接之出光側單元光學形狀之邊界變得銳利,可防止配置在出光面側之稜鏡片材15損壞,或出光側單元光學形狀間的上述邊界部分破損。
(3)在上述第2實施方式中,出光側單元光學形狀135,以在其槽狀底部135c上形成有向背面13d側(Z1側)凹陷之凹曲面135a的一例進行說明(參閱第10圖(a)),但並非限定於此。
例如,如第17圖(a)所示,出光側單元光學形狀135,在與導光方向正交之面(YZ面)上的剖面形狀亦可形成為由兩個斜面135a’、135b’所構成之三角形槽狀。又,如第17圖(b)所示,出光側單元光學形狀135在YZ面上的剖面形狀亦可形成為由複數個斜面(135a’、135b’、135e’、135f’)所構成之五角形槽狀。此時,亦可藉由在各出光側單元光學形狀135(槽狀)之間設置平坦部136,起到與上述實施方式相同的效果。
(4)於上述第2實施方式中,出光側單元光學形狀135,例舉為傾斜面135b自槽狀端緣部135d向底部135c側傾斜之平坦的面的一例,但並非限定於此。例如,傾斜面135b亦可為非平坦,如第18圖所示,亦可形成為向背面13d側凹陷之凹狀曲面。
(5)在上述第2實施方式中,出光側單元光學形狀135,例舉為各平坦部136在導光板的厚度方向上形成為同等高度的一例,但並非限定於此。例如,如第19圖所示,各平坦部136亦可設置有高度不同的平坦部,所述平坦部由位於出光面13c上之平坦部136a、比出光面
13c更靠近光的射出側(Z2側)之平坦部136b、及比出光面13c更靠近背面側(Z1側)之平坦部136c所構成。此時的出光面13c,位於厚度方向上的各平坦部的平均高度之位置處(參閱第19圖中的一點鏈線)。
(6)在上述實施方式中,背面側單元光學形狀131,例舉為頂面部134由高度不同的複數個面形成為階梯狀,但並非限定於此,亦可形成為其他形狀。例如,頂面部134亦可由一個平坦面所構成。
又,在導光板13的背面13d上,亦可形成細小的凹凸形狀,而並非形成背面側單元光學形狀131。
(7)面光源裝置10,亦可將對向面13b作為第2入光面13b,並在與該面相對向之位置上進一步配置光源部12。此時較佳為,例如,背面側單元光學形狀131,在其排列方向上,自入光面13a至導光板13的中心點為上述實施方式之形狀,自其中心點至對向面13b為將上述實施方式之X方向反轉之形狀,自中心點至第2入光面13b為隨著靠近X2側而使比Wb/W1逐漸變小(比Wa/W1逐漸變大)之形狀。此時,導光板13的背面,於平行於XZ面之剖面上,以通過導光方向的中心且平行於Z方向之直線為軸,成為對稱的形狀。
(8)背面側單元光學形狀131在排列方向上的排列節距P1,亦可為於排列方向上,階段性或連續性地變化之形態。
又,關於角度α,同樣地,亦可為於背面側單元光學形狀131的排列方向上,階段性或連續性地變化之形態。亦可適當設定角度α、β、排列節距P1等,以獲得良好的光學性能。
(9)導光板13的總厚度亦可為以下形狀,亦即,入光面側(X1側)較厚,隨著靠近對向面側(X2側)逐漸變薄。
(10)面光源裝置10,例舉為在導光板13的背面側(Z1側)配置有反射片材14的一例,但並非限定於此,例如,除反射片材14之外,例如,亦可於透過型顯示裝置1等框體的內側之面且為面向導光板13的背面13d之面上,藉由塗敷或貼印等形成具有光反射性之塗料和金屬箔等。
(11)面光源裝置10,亦可於稜鏡片材15與LCD面板11之間,組合配置具有擴散作用的光學片材、和形成為各種透鏡形狀和稜鏡形狀等之其他光學片材等。又,面光源裝置10,亦可使用稜鏡片材15以外的具有偏向作用的光學片材。
結合使用環境和所需光學性能,可適當選用與導光板13組合使用之各種光學片材等,作為面光源裝置10。
再者,本實施方式和變化方式,亦可適當組合使用,但省略詳細說明。又,本發明並非限定於以上說明之實施方式等。
13‧‧‧導光板
13c‧‧‧出光面
135‧‧‧出光側單元光學形狀
135a‧‧‧凹曲面
135b‧‧‧傾斜面
135c‧‧‧底部
135d‧‧‧端緣部
136‧‧‧平坦部
14‧‧‧反射片材
15‧‧‧稜鏡片材
16‧‧‧光擴散片材
Claims (9)
- 一種導光板,其具有光入射之入光面、與前述入光面交差且光射出之出光面、及與前述出光面相對向之背面,該導光板將自前述入光面入射的光向導光方向導光,並由前述出光面射出,該導光板的特徵在於:在前述出光面上,出光側單元光學形狀,在垂直於前述導光方向且垂直於該導光板的厚度之方向上排列複數個;前述出光側單元光學形狀,在前述導光方向上延伸,並形成為自前述出光面凹陷之槽狀,且其底部形成為向前述背面側凹陷之凹曲面;在其排列方向上的前述凹曲面的兩端部,具有由自前述出光面開始凹陷之端緣部向前述底部側傾斜之平坦的傾斜面;當將前述出光側單元光學形狀在排列方向上的寬度設為W21時,前述傾斜面相對於前述出光面之最大傾斜角度θ滿足20°≦θ≦45°,且前述凹曲面的曲率半徑r滿足r≧W21/(4×sinθ)。
- 如請求項1所述之導光板,其中,在前述出光側單元光學形狀的排列方向上,前述凹曲面的寬度W22相對於前述出光側單元光學形狀的寬度W21之比率R=W22/W21, 為50%≦R≦80%。
- 如請求項1或請求項2所述之導光板,其中,在相鄰的前述出光側單元光學形狀之間,設置有大致平行於前述出光面之平坦部。
- 如請求項3所述之導光板,其中,前述平坦部在前述出光側單元光學形狀的排列方向上的寬度尺寸W23,為0.5μm≦W23≦2.5μm。
- 如請求項4所述之導光板,其中,前述平坦部在前述出光側單元光學形狀的排列方向上的寬度尺寸W23,為0.5μm≦W23≦2.0μm。
- 如請求項3所述之導光板,其中,前述平坦部中的至少一部分,在厚度方向上,與其他前述平坦部的高度不同。
- 如請求項1所述之導光板,其中,在前述背面上,背面側單元光學形狀在前述導光方向上排列複數個;前述背面側單元光學形狀,具有:第1斜面部,其向背面側凸出,且位於入光面側;第2斜面部,其與該第1斜面部相對向地位於另一側,將入射的光的至少一部分全反射;及,頂面部,其位於前述第1斜面部與前述第2斜面部 之間;前述頂面部具備接觸部,該接觸部與配置於該導光板的背面側之反射構件接觸。
- 一種面光源裝置,其具備:請求項1所述之導光板;光源部,其設置於面向前述導光板的前述入光面之位置處,並向前述入光面投射光;及,偏向光學片材,其配置於前述導光板的出光面側,具有偏向作用,該偏向作用使自前述導光板射出的光,偏向該片材面的法線方向、或與法線方向所夾之角度較小的方向。
- 一種透過型顯示裝置,其具備:請求項8所述之面光源裝置;及,透過型顯示部,其藉由前述面光源裝置而自背面側被照明。
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