專利名稱：光學(xué)膜、照明裝置和顯示單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在其頂面具有立體結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜，以及包括該光學(xué) 膜的照明裝置和顯示單元。
背景技術(shù)：
由于低能耗、節(jié)省空間、低價格等優(yōu)點，最近，LCD(液晶顯 示器)正在替代迄今為止作為顯示系統(tǒng)主流的CRT (陰極射線管)。
根據(jù)其用于顯示圖^f象的照明方法，將LCD分為幾種類型。代 表性的實例包括其中采用用于圖像顯示的背光源系統(tǒng)的透射型 LCD。
這種顯示單元優(yōu)選擴展其色域。為此目的，已經(jīng)提出使用藍色、 綠色和紅色的三原色LED(發(fā)光二極管)作為光源來取代CCFL(冷 陰極管)。此外，不僅是三原色LED,還提出了四原色或六原色LED 以用于更寬的色i4。
為了使用CCFL和LED作為光源，面內(nèi)的亮度和色彩的分布 的均勻化是必要的。在照明裝置比較小的情況下，可使用側(cè)燈背光 源系統(tǒng)的導(dǎo)光板。然而，在照明裝置比較大并且需要大量光的情況 下，直下型LCD背光源系統(tǒng)更有優(yōu)勢，其中將光源設(shè)置在面板的 直后側(cè)部等。已提出了在光源上方的位置設(shè)置包含填料的漫射板， 作為用于減小直下型的亮度不規(guī)則和色彩不均勻的一種技術(shù)(參考 未審查日本專利申請公開第54-155244號)。作為另一種技術(shù)，提出 了斷面結(jié)構(gòu)在一個方向上是均一的一種纟反(未審查日本專利申^青/> 開第2005-326819號)。

發(fā)明內(nèi)容
與釆用CCFL的情況相比較，在使用三原色LED作為照明裝 置的光源的情況下，難以減少面內(nèi)的亮度不失見則和色彩不均勻。那 是由于以下事實，即LED是點光源，而且當CCFL發(fā)射白光時、 在三原色LED的情況下，白色是通過混合三色生成的。例如，關(guān) 于未審查日本專利申請公開第54-155244號，特別當使用LED作為 點光源時，從光源到漫射板必須有一個較長的距離。結(jié)果，照明裝 置變厚。同時，當使用CCFL(其為線光源)時，在未審查日本專 利申請公開第2005-326819號中提出的技術(shù)可以是有效的，但是在 LED (其為點光源)的情況下，有產(chǎn)生亮度不規(guī)則和色彩不均勻的 問題。
考慮到上述問題而設(shè)計出本發(fā)明，并且希望提供一種即使在將 點光源使用在更薄的照明裝置中的情況下，也能減小亮度不規(guī)則和 色彩不均勻的光學(xué)膜、使用該光學(xué)膜的照明裝置和顯示單元。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了包括同一平面內(nèi)配置的多個點 光源和在面向該多個點光源的區(qū)域中配置的光學(xué)片的照明裝置。將 點光源配置在第一方向以及與第一方向相交的第二方向上。光學(xué)片
具有立體結(jié)構(gòu)。立體結(jié)構(gòu)包括在與第一和第二方向相交的第三方向 上延伸的第一脊線，以及在與第一、第二和第三方向相交的方向上 延伸的第二脊線。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了包括基于圖像信號驅(qū)動的面 板、在面向面板的區(qū)域中配置的多個點光源以及在面板和多個點光 源之間配置的光學(xué)片的顯示單元。將多個點光源被配置在第一方向 以及與第一方向相交的第二方向上。光學(xué)片具有立體結(jié)構(gòu)，包纟舌在 與第一和第二方向相交的第三方向上延伸的第一脊線以及在與第 一、第二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊線。
在本發(fā)明實施方式的照明裝置和顯示單元中，光學(xué)片包4舌其中 第 一和第二脊線在彼此相交的方向上延伸的立體結(jié)構(gòu)。利用這種結(jié)
構(gòu)，當光束從每個點光源發(fā)射到光學(xué)片的時候，由一個點光源生成 的光源圖像通過光學(xué)片被分割為多個圖像，從而使分離的光源圖像 間的間隔比各個的點光源間的間隔更為狹小。這里，點光源沿著不 同于設(shè)置在光學(xué)片上的立體結(jié)構(gòu)的脊線(第一或第二脊線)的延伸
方向的方向(第一或第二陣列方向)而配置。與點光源配置在與i殳 置在光學(xué)片上的立體結(jié)構(gòu)的脊線的延伸方向平^于的方向上的情況 相比，利用這種結(jié)構(gòu)，可以減少或消除分割的光源圖〗象的重疊。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種光學(xué)膜，其具有矩形形狀， 并且包括在一個方向上延伸的第一邊和在與該方向垂直的方向上 延伸的第二邊。光學(xué)膜具有立體結(jié)構(gòu)，其包括在分別與第一和第二 邊的延伸方向相交的方向上延伸的第一脊線以及在與第一和第二 邊的延伸方向和第一脊線的延伸方向相交的方向上延伸的第二脊 線。
本發(fā)明實施方式的光學(xué)膜包括具有4皮此相交的第一和第二脊 線的立體結(jié)構(gòu)。利用這種結(jié)構(gòu)，當將多個點光源設(shè)置在面向光學(xué)膜的區(qū)域中、并且從該多個點光源向光學(xué)膜發(fā)射光時，由一個點光源 生成的光源圖像通過光學(xué)膜被分割為多個圖像，以使得各個分割的 光源圖像間的間隔比各個點光源間的間隔更為狹小。此外，第一脊 線分別與第一和第二邊的延伸方向相交，并且第二脊線分別與第一 和第二邊的延伸方向以及第一脊線的延伸方向相交。利用這種結(jié) 構(gòu)，當爿尋上述點光源沿著分別與第 一和第二脊線相交的方向二維;也 進行配置時(典型地，當沿著幾乎與第一和第二邊平行的方向二維 地進行配置時)，與將點光源配置在與設(shè)置在光學(xué)膜上的立體結(jié)構(gòu) 的脊線的方向平行的方向上的情況相比，可以減少或消除分割的光 源圖^f象的重疊。
才艮據(jù)本發(fā)明實施方式的照明裝置和顯示單元，由于點光源沿著 不同于設(shè)置在光學(xué)片上的立體結(jié)構(gòu)的脊線(第一和第二脊線)的方 向(第一和第二陣列方向)而配置，故與將點光源配置在與設(shè)置在
減少或消除分割的光源圖像的重疊。因此，即使當在更薄的光學(xué)裝 置中使用點光源時，也可減小亮度不規(guī)則和色彩不均勻。
在根據(jù)本發(fā)明實施方式的光學(xué)膜中，第 一脊線在分別與第 一和 第二邊的延伸方向相交的方向上延伸，并且第二脊線在分別與第一 和第二邊以及第一脊線相交的方向上延伸。利用這種結(jié)構(gòu)，當將多 個點光源二維地配置在面向光學(xué)膜的區(qū)域中與第一和第二脊線相 交的方向上時，可減少或消除分割的光源圖^f象的交疊。因此，即使 當在更薄的照明裝置中使用點光源時，也可減小亮度不規(guī)則和色彩 不均勻。
從以下描述中，本發(fā)明的其他以及進一步的目的、特征和優(yōu)點 將更完整地得以體現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的顯示單元的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是示出圖1的亮度增強膜的實例的透視圖。
圖3是示出圖1的亮度增強膜的另一實例的透視圖。
圖4是示出圖1的點光源和光源圖像分割片的透視圖。
圖5是用于說明圖1的光源圖像分割片的脊線和點光源的配置 之間的關(guān)系的示意圖。
圖6A和圖6B是示出圖1的光源圖《象分割片的立體結(jié)構(gòu)的實 例的概念圖。
圖7A和圖7B是示出圖1的光源圖像分割片的立體結(jié)構(gòu)的另 一實例的概念圖。
圖8是示出圖1的光源圖像分割片的操作的概念圖。
圖9是示出圖1的點光源的光學(xué)特性的實例的特性圖。
圖IO是示出圖1的光源圖像分割片的操作的實例的概念圖。
圖ll是示出用模擬模型計算的圖IO的光源圖像分割片的光學(xué) 特性的特性圖。
圖12是示出圖1的光源圖像分割片的另一操作的實例的概念圖。
圖13是示出圖1的光源圖像分割片的另一操作的實例的概念圖。
圖14是示出根據(jù)比較例的顯示單元的擴大的主要部分的透視圖。
圖15是用于說明圖14的光源圖像分割片的脊線和點光源的配 置之間的關(guān)系的示意圖。
圖16是示出圖14的光源圖像分割片的操作的概念圖。
圖17是示出用模擬模型計算的圖16的光源圖像分割片的光學(xué) 特性的特性圖。
圖18是當制造圖1的光源圖像分割片時使用的切削工具的齒 的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖19是示出使用圖18的切削工具在y方向上進行切削操作的 過程中的狀態(tài)的透^L圖。
圖20是當制造圖1的光源圖像分割片時使用另一切削工具的 齒的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖21是示出使用圖20的切削工具在x方向上進行切削操作的 過禾呈中的^犬態(tài)的透一見圖。
圖22是當制造光源圖像分割片時使用的原板的透視圖。
圖23是用于說明測量面內(nèi)亮度分布的方法的才莫式圖。
圖24A-圖24C是示出通過根據(jù)實施例1 (其中采用了一片亮 度增強膜，并且01與92的角度為25度)的實際測量所獲得的面 內(nèi)亮度分布和不》見則率的特性圖。
圖25A 圖25C是示出通過根據(jù)實施例1 (其中采用了兩片亮 度增強膜，并且01與02的角度為25度)的實際測量所獲得的面 內(nèi)亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖26A 圖26C是示出通過才艮據(jù)實施例2 (其中采用了一片亮 度增強膜，并且01與02的角度為25度)的實際測量所獲得的面 內(nèi)亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖27A 圖27C是示出通過根據(jù)實施例2 (其中采用了兩片亮 度增強膜，并且01與02的角度為25度)的實際測量所獲得的面 內(nèi)亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖28A 圖28C是示出通過根據(jù)比較例1 (其中采用了一片亮 度增強膜，并且ei與02的角度為25度)的實際測量所獲得的面 內(nèi)亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖29A~圖29C是示出通過根據(jù)比較例1 (其中采用了兩片亮 度增強膜，并且01與02的角度為25度)的實際測量所荻得的面 內(nèi)亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖30示出圖24A-圖29C中獲得的不身見則率的角度分布。
圖31A 圖31C是示出通過根據(jù)比較例2 (其中采用了一片亮 度增強膜，并且ei與02的角度為0度)的實際測量所獲得的面內(nèi) 亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖32A-圖32C是示出通過根據(jù)比較例2 (其中采用了兩片亮 度增強膜，并且91與02的角度為O度)的實際測量所獲得的面內(nèi) 亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖33A 圖33C是示出通過根據(jù)比較例3 (其中采用了一片亮 度增強膜，并且01與92的角度為45度)的實際測量所獲得的面 內(nèi)亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
圖34A 圖34C是示出通過根據(jù)比較例3 (其中采用了兩片亮 度增強膜，并且01與62的角度為45度)的實際測量所獲得的面 內(nèi)亮度分布和不規(guī)則率的特性圖。
具體實施例方式
下文中，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式。 第一實施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的顯示單元l的示意性 結(jié)構(gòu)。圖2是在圖1中的顯示單元1的主要部分的透視圖。應(yīng)注意， 圖1和圖2僅是代表性的說明，而不需要和實際尺寸與結(jié)構(gòu)一樣。
顯示單元1包^^舌照明裝置10、 i殳置在照明裝置10前面的液晶 顯示面板20、以及用于驅(qū)動液晶顯示面板20并且顯示圖^象的驅(qū)動 電^各(未示出)。在顯示單元l中，液晶顯示面才反20的前表面指向 7見察者(未示出)。在本實施方式中，為了方1更，i人為液晶顯示面 外反20與7jc平面垂直。
液晶顯示面^反20 盡管未示出，然而液晶顯示面板20具有疊層結(jié)構(gòu)，其中在觀 察者側(cè)的透明基板與照明裝置10側(cè)的另一透明基板之間設(shè)置液晶 層。具體地，液晶顯示面板20從觀察者側(cè)起，依次配置有偏光板、 透明基板、濾色鏡、透明電極、取向膜、液晶層、另一取向膜、透 明像素電極、另一透明基板以及另一偏光板。
偏光板是一種只透射一定模式(偏振)的光波振動的光閘。兩 個偏光纟反以其各自的偏光軸相互垂直的方式而配置，乂人而透射或阻 止從光源4發(fā)射通過液晶層的光。透明基板是i^如玻璃板的對可見 光透明的基板。將包括作為電連接至透明像素電極的驅(qū)動裝置的 TFT (薄膜晶體管)和配線等的有源矩陣驅(qū)動電路設(shè)置在靠近光源 4的一個透明基板上。濾色鏡包括例如用于將來自光源4的發(fā)射光 分別分離成紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的三原色的濾色4竟。 透明電極代表性地由ITO (氧化銦錫)構(gòu)成，并且用作公共對電極。 取向膜代表性地由諸如聚酰亞胺的聚合物材料構(gòu)成，并且對液晶執(zhí) 行取向處理。液晶層代表性地由VA (垂直取向)模式、TN (扭轉(zhuǎn) 向列)模式或STN (超扭轉(zhuǎn)向列)模式的液晶構(gòu)成，并且用于當從 驅(qū)動電路施加電壓時為每個像素透射或阻止來自光源4的發(fā)射光。 透明像素電極代表性地由ITO組成，并且用作每個〗象素的電極。
照明裝置IO
照明裝置10包4舌多個點光源12。在液晶顯示面^反20和點光源 12之間，照明裝置10代表性地包括諸如從點光源12起依次設(shè)置的 光源圖像分割片13、漫射片14、亮度增強膜15、反射偏光片16等 的多個矩形光學(xué)片，并且還包括在點光源12背側(cè)的反射板11。照 明裝置10還包括用于支持上述光學(xué)片和液晶顯示面板20的殼體 17。下文中，將首先給出關(guān)于反射板11、漫射片14、亮度增強膜 15和反射偏光片16的i兌明，4妄著是關(guān)于點光源12和光源圖^象分割 片13的描述。
反射板11
反射板11代表性地由發(fā)泡PET (聚對苯二曱酸乙二醇酯)、銀 沉積膜或多層反射膜組成。它用于在液晶顯示面才反20,的方向上對 從光源圖像分割片13、漫射片14、亮度增強膜15和反射偏光片16 部分反射的光進4于再反射，從而能夠有效利用從點光源12發(fā)射的 光。
漫射片14
漫射片14是例如通過在較薄的透明樹脂膜上涂覆包含光漫射 材料的透明樹脂形成的光學(xué)片。這里，透明樹脂膜的實例包括諸如 PET、丙烯酸酯或聚碳酸酯的光透射性熱塑性樹脂。光漫射材料的 實例包括大約數(shù)微米大小的球狀的丙烯酸酯和硅樹脂。利用這種組 成，漫射片14用于對通過光源圖像分割片13生成的光源圖像進行 漫射并且改善正面方向上的亮度。
亮度增強膜15
如圖2所示，亮度增強膜15是薄的光學(xué)片，其典型地包括多 個柱狀棱鏡15A，這些柱狀棱鏡沿著與亮度增強膜15的底面平行 的虛擬平面延伸，并且并排連續(xù)配置，從而使得亮度增強膜15的 表面形狀形成柱狀棱鏡的重復(fù)構(gòu)型。亮度增強膜15由半透明樹脂 材料制造。利用這種結(jié)構(gòu)，亮度增強膜15只沿其底面的法線方向 折射并且透射在棱4竟15A的配置方向上傳纟番的光組分，從而增加定 向性并且改善正面亮度。例如，還可以如圖3所示，將兩片亮度增 強膜15以棱鏡15A的延伸方向彼此垂直的方式來設(shè)置。此外，雖 然如圖2和3所示，棱鏡15A是有尖銳頂部的三棱鏡，但該棱鏡不 限于此，頂部可以是例如圓形或以鋸齒方向前進。此外，雖然圖2 和3示出了棱4竟15A在與后述的點光源12的陣列方向Ll、 L2相
交的方向上延伸的情況(參照圖4),然而它們也可在與點光源12 的陣列方向L1、 L2平4于的方向上延伸。
反射偏光片16
反射偏光片16具有由折射率彼此不同的交替疊層形成的多層 結(jié)構(gòu)，并且用于對光(其定向性已通過亮度增強膜15得到提高) 進行偏振和分離，從而僅透射沿液晶顯示面板20的入射偏光鏡的 透射軸方向偏振的光組分，并且選擇性地反射沿液晶顯示面板20 的入射偏光4竟的吸收軸方向偏振的光組分。由于在照明裝置10中 來自反射偏光片16的反射光乂人反射^反11再次反射回來并同時消偏 振，所以它是可循環(huán)利用的。
點光源12
每個點光源12均代表性地由一個或多個單色LED H又發(fā)射一 種顏色的光束)構(gòu)成，或由每個均發(fā)射紅色、綠色和藍色光束之一 的多個三原色LED構(gòu)成。
如圖4所示，點光源12配置在沿方向Ll (第一方向)的陣列 中，該方向Ll與在某一方向(圖4中的X軸方向)上延伸的光源 圖像分割片13的邊13x以給定角度相交，并且這些點光源12還配 置在沿方向L2 (第二方向)的陣列中，該方向L2與在垂直于上述 某一方向的方向(圖4中的Y軸方向)上延伸的光源圖像分割片 13的邊13y以《會定角度相交。
這里，點光源12的陣列方向包4舌以下兩個方向乂人一個點光 源12到那些i殳置在此點光源12周圍的點光源中與此點光源12最 近的另一個點光源(如果在此點光源12周圍i殳置有兩個以上的最 近的點光源12,則任取其一 )的最短線,殳的方向(簡稱為A方向)；
以及從此點光源12到在i殳置在與方向A垂直的方向上的多個點光 源12中與此點光源12最接近(從此點光源12來看)的另一個點 光源12的最短線萃殳方向。
當每個點光源12均由僅發(fā)射紅色(R)、綠色(G)和藍色(B) 光之一的單個LED構(gòu)成，或者由每個均分別發(fā)射三原色RGB的多 個LED構(gòu)成時，才艮據(jù)上述頭見則來為每個顏色確定其陣列方向。
希望在L1方向上鄰近的點光源12之間的間距P3與在L2方向 上鄰近的點光源12之間的間距P4相等，但是它們可能是彼此不同 的。
這里，鄰近的點光源12之間的間距指的是在陣列方向上設(shè)置 的鄰近的點光源12之間的間隔(距離)。當每個點光源12均由僅 發(fā)射紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)光之一的單個LED構(gòu)成， 或者由每個均分別發(fā)射三原色RGB的多個LED構(gòu)成時，4艮據(jù)上述 規(guī)則來為每個顏色確定其間的間距。
光源圖4象分割片13
光源圖^f象分割片13以如圖4所示的在其上表面(在發(fā)光側(cè)) 上交替配置多個突起13A和多個突起13B的方式而立體構(gòu)成。每個 突起13A均由一對其中具有脊線R1 (第一脊線)的斜面S,構(gòu)成， 而每個突起13B均由一對其中具有脊線R2 (第二脊線)的斜面S2 構(gòu)成。
這里，脊線R1在幾乎與光源圖4象分割片13的底面(內(nèi)側(cè))平 -f亍并且與點光源12的陣列方向Ll以給定角度01相交的方向上延 伸(參照圖5)。脊線R2在幾乎與光源圖4象分割片13的底面(內(nèi) 側(cè))平4亍并且與點光源12的另一陣列方向L2以給定角度02相交 的方向上延伸(參照圖5)。即，光源圖像分割片13的脊線R1和 R2在與點光源12的陣列方向Ll和L2不同的方向上延伸。雖然圖 4示出了脊線R1和R2分別在與光源圖1象分割片13的邊13x和13y 的延伸方向相交的方向上延伸的實例，還可能例如脊線Rl和R2 分別在與光源圖像分割片13的邊13x和13y的延伸方向平行的方 向上延伸。當以脊線R1的方向作為x軸并且以脊線R2的方向作為 y軸時，用函數(shù)f(y)表達突起13A的表面結(jié)構(gòu)，并用函數(shù)f(x)表達 突起13B的表面結(jié)構(gòu)，光源圖像分割片13具有滿足函數(shù)Max[f(x), f(y)]的表面形狀。
這里，Max [f(x), f(y)]是在f(x)^f(y)條件下與f(x)相等并且在 f(x)〈f(y)條件下與f(y)相等的函數(shù)。
如圖6A所示， 一對斜面S！的表面形狀如同朝著中央脊線Rl 向上傾斜的屋頂彼此對稱地相對，從而具有立體結(jié)構(gòu)，使得在與 脊線R1垂直的方向(Y軸方向)上截斷的突起13A的截面可以是 對稱于脊線R1配置的七邊形形狀；并且例如， 一起構(gòu)成斜面S!并 且分別具有傾斜角(在突起13A的底線與各個傾斜表面之間的角 度)cpyl、 cpy2和(py3 (其中cpyl>(py2>(py3 )的三種殺牛面Su、 S。和 S13,可從設(shè)置在鄰近的突起13A之間的凹部13C起向中央脊線R1 依次配置。在將當其投射到光源圖像分割片13的底面上時在Y軸 方向上測量出的各個殺+面Su、Su和Su的寬度表示為Ay!、 Ay2和Ay3 時，基于點光源12的發(fā)光強度分布來確定最佳寬度比。例如，當 點光源12的發(fā)光強度具有普通LED的典型的蘭伯特分布(Lambert distribution)時，優(yōu)選的寬度比滿足Ay戶Ay2〉A(chǔ)y3的關(guān)系。
又例如，如圖7A所示， 一對斜面Si的表面形狀可以以這樣的 方式來立體構(gòu)成，即沿與脊線Rl垂直的方向(Y軸方向)截斷的 突起13A的截面是對稱于脊線R1的五邊形形狀。這里， 一起構(gòu)成 斜面S,并且分別具有傾斜角(在突起13A的底線和各個傾斜表面
之間的角度)cpy4和cpy5 (其中cpy4>cpy5 )的兩種殺牛面Sw和S15， 可從設(shè)置在鄰近的突起13A之間的凹部13C起向中央脊線Rl依次 配置。在將當其投射到光源圖像分割片13的底面上時在Y軸方向 上測量出的各個斜面Sm和S!5的寬度表示為Ay4和Ays時，基于點 光源12的發(fā)光強度分布來決定最佳寬度比。例如，當點光源12的 發(fā)光強度具有普通LED的典型的蘭伯特分布時，優(yōu)選的寬度比滿 足Ay4〉A(chǔ)ys的關(guān)系。
應(yīng)注意，突起13A的七邊形或五邊形的截面4又是一個實例，4壬 何諸如除七邊形和五邊形之外的多邊形、或直線與曲線的組合的其 他結(jié)構(gòu)也都是可用的。
如圖6B所示， 一對斜面S2的表面形狀如同朝著中央脊線R2 向上傾斜的屋頂」波此對稱地相對，乂人而形成立體結(jié)構(gòu)，佳:得在沿 脊線R2垂直的方向(X軸方向)上截斷的突起13B的截面可以是 對稱于脊線R2配置的七邊形形狀；并且例如， 一起構(gòu)成殺牛面S2并 且分別具有傾斜角(在突起13B的底線和各個傾斜表面之間的角 度)cpxl、 cpx2和cpx3 (其中cpxl〉cpx2〉(px3 )的三種殺+面S21、 S22 和S23，可從設(shè)置在鄰近的突起13B之間的凹部13C起向中央脊線 R2依次配置。在將當其投射到光源圖像分割片13的底面上時在Y 軸方向上測量出的各個殺牛面S21、 Sa和S23的寬度表示為AXp Ax2 和ax3時，基于點光源12的發(fā)光強度分布來確定最佳寬度比。例如， 當點光源12的發(fā)光強度具有普通LED的典型的蘭伯特分布時，優(yōu)
選的寬度比滿足ax戶ax2〉ax3的關(guān)系。
又例如，3口圖7B所示， 一只于殺牛面S2的表面形^l犬可以以這才羊的 方式來立體構(gòu)成，即沿與脊線R2垂直的方向(X軸方向)截斷的 突起13B的截面是對稱于脊線R2的五邊形形狀。這里， 一起構(gòu)成 斜面S2并且分別具有傾斜角(在突起13B的底線和各個傾斜表面 之間的角度)cpx4和(px5 (其中(px4Xpx5 )的兩種殺+面Sm和S25，
可從設(shè)置在鄰近的突起13B之間的凹部13C起向中央脊線R2依次 配置。在將當其投射到光源圖像分割片13的底面上時在X軸方向
上測量出的各個斜面S24和S25的寬度表示為AX4和AX5時，基于點
光源12的發(fā)光強度分布來確定最佳寬度比。例如，當點光源12的 發(fā)光強度具有普通LED的典型的蘭伯特分布時，優(yōu)選的寬度比滿
足AX4〉A(chǔ)X5的關(guān)系。
這里，根據(jù)所設(shè)置的下述的光源圖像Il ~14 (參照圖10)的臂 長Dl和D2的長度來調(diào)節(jié)諸如構(gòu)成斜面Si和S2的S 的斜面的類 型數(shù)量，以及諸如cpxl的每種斜面傾斜角。從實際情況可以了解， 如圖8所示，更大的透射角ec (從光源圖像分割片13的透射表面 透射的光束E和其底面法線之間的角度)將增大點光源12和光源 圖像的位置之間的距離。然而實際上，透射角0c不僅依賴于上述 斜面(諸如Sn)類型的數(shù)量和它們的傾斜角(諸如cpxl)，還依賴 于諸如從點光源12到光源圖像分割片13的距離H、點光源12與 從光束E的透射點垂直向下延伸的假設(shè)線之間的距離W、光源圖像 分割片13的折射率、設(shè)置在光源圖像分割片13和點光源12之間 的介質(zhì)的折射率、以及光束E發(fā)射點周圍的介質(zhì)折射率的其他各種 因素。因此，考慮到上述全部來確定臂長D1和D2。
利用這種結(jié)構(gòu)，例如，光源圖像分割片13折射并透射在從點 光源12發(fā)射的光中以等于或小于臨界角的角度進入底面或斜面S!、 S2的光，而反射以大于臨界角的角度進入的所有其他光。因此，其 用于根據(jù)構(gòu)成斜面Si和S2的Su的斜面類型的數(shù)量將由每個點光源 12生成的光源圖像分割成幾個圖像。即，當具有如圖9所示的這種 光學(xué)特性的光從每個點光源12向光源圖像分割片13發(fā)射時，光源 圖像分割片13將由每個點光源12生成的光源圖像(未示出)分割 成如圖10、圖12和圖13所示的幾個圖像(稍后詳述)，從而所分 割的光源圖像II ~ 14之間的間隔(例如，圖中的D4 ~ D7 )比鄰近 的光源12之間的間3巨(P3和P4)更小。以此方式，同分割之前的 光源圖像的最大亮度等級與光源圖像之間的間隔(暗部)的最小亮 度等級之間的差異相比，分割之后的光源圖像Il ~14的最大亮度等 級與分割之后的光源圖j象I1-I4之間的間隔的最小亮度等級之間 的差異可以減小，/^而減小照明亮度的不^L則。因此，光源圖^f象分 割片13也是一種漫射板。
應(yīng)注意，光源圖像是表示在光的亮度分布中的亮度峰值的光通 量，同時光源圖像之間的間隔是在亮度分布中鄰近的光通量峰之間 的面內(nèi)3巨離。
光源圖像分割片13可由諸如熱塑性樹脂的半透明樹脂材料一 體化地構(gòu)成，或可以通過在諸如PET (聚對苯二曱酸乙二醇酯)的 半透明基材上轉(zhuǎn)寫(transfer)能量線(諸如紫外線)硬化樹脂而形 成。
如圖10、圖12和圖13所示，光源圖〗象分割片13通過將由光 源12生成的原始光源圖〗象分割為幾個圖像來形成X形(十字形) 的光源圖像Il ~14。光源圖像Il ~14的結(jié)構(gòu)和臂寬D3不依賴于點 光源12的面內(nèi)配置方式而改變，但是基于光源圖像分割片13的立 體結(jié)構(gòu)而確定。
從而，例如圖14和圖15所示，即使當光源圖4象分割片13的 脊線Rl在平行于點光源12的一個陣列方向Ll的方向上延伸，并 且光源圖像分割片13的脊線R2在平行于點光源12的另一個陣列 方向L2的方向上延伸時，也形成X字母形(十字形)的光源圖像。
然而，如圖16所示，當各個點光源12沿光源圖4象分割片13 的脊線Rl和R2 二維地進行配置時，鄰近的光源圖像11-14的臂 將彼此重疊。圖17示出用模擬光計算的面內(nèi)亮度分布的結(jié)果。這
里，最高亮度區(qū)域被設(shè)為1，并且最低亮度區(qū)域祐 沒為0。據(jù)此，
與其他部分相比，互相重疊部分明顯變亮，從而無法有效減小亮度 不頭見則。
同時，在本實施方式中，光源圖像分割片13的脊線R1在與點 光源12的一個陣列方向Ll以,會定角度01相交的方向上延伸(參 照圖5)，而脊線R2在與點光源12的一個陣列方向L2以給定角度 02相交的方向上延伸(參照圖5)。以此方式，與光源圖〗象分割片 13的脊線R1和R2分別在與點光源12的陣列方向Ll和L2相平行 的方向上延伸的情況相比，分割的光源圖像之間的重疊部分可以減 少或甚至被消除。結(jié)果，可以減小亮度不規(guī)則。
在本實施方式中，分別如圖4和5所示，脊線R1在與包括點 光源12的陣列方向Ll和L2以及立體結(jié)構(gòu)的光源圖4象分割片13的 脊線R2的延伸方向的三個方向同時交叉的方向上延伸。脊線R2 在與包括點光源12的陣列方向Ll和L2以及立體結(jié)構(gòu)的光源圖像 分割片13的脊線Rl的延伸方向的三個方向同時交叉的方向上延 伸。然后，使脊線R1和陣列方向Ll之間的角度為61、脊線R2和 陣列方向L2之間的角度為02,希望限定光源圖像分割片13的脊線 Rl和R2使得旋轉(zhuǎn)角01和02同時分別滿足以下不等式
10?！磂K40c 100<02<400
當陣列方向Ll和L2 4皮此垂直或近似垂直時，希望4t轉(zhuǎn)角01 和02滿足以下等式
01=02=25°這里，如圖10所示，當限定光源圖l象分割片13的脊線R1和 R2使得角ei和62變?yōu)?5度時，光源圖像Il ~14的間隔(D4、 D5、 D6、 D7)變4尋幾乎相等。利用這種結(jié)構(gòu)，可4吏光源圖<象11 ~14之間 的間隔(暗部)在面內(nèi)均勻分布，從而顯著減少亮度不失見則。
應(yīng)注意，D4是在脊線R1的延伸方向上光源圖i"象Il和13的臂 的側(cè)面之間的距離，而D5是在脊線Rl的延伸方向上光源圖像12 的臂的端部與光源圖l象II的側(cè)面之間的3巨離。D6是在脊線R2的 延伸方向上光源圖像Il和12的臂的側(cè)面之間的距離，而D7是在脊 線R2的延伸方向上光源圖像14的臂的端部與光源圖像12的側(cè)面之 間的3巨離。
圖11示出當限定光源圖像分割片13的脊線Rl和R2使得旋轉(zhuǎn) 角01和02是25度時，用模擬光束計算出的面內(nèi)亮度分布的結(jié)果。 這里，最高亮度區(qū)域被設(shè)為1，而最低亮度區(qū)域被設(shè)為0。根據(jù)圖 11,由任一個點光源生成的亮度分布都不與其他點光源的亮度分布 重疊，從而顯著減小了亮度不規(guī)則。
如圖12 (當ei和02大約是io度的下限時)和圖13 (當ei
和02大約是40度的上限時)所示，當限定光源圖像分割片13的 脊線R1和R2使得角ei和92可大于10度(可用的下限角)并且 小于40度(可用的上限角)時，可以避免光源圖像Il ~14的重疊， 乂人而減小亮度不失見則。
當光源圖《象I1 ~14的臂長D1和D2短于圖10、圖12和圖13 所示出的臂長時，可爿尋ei和02的下限i殳置為小于上述IO度的下 限，或設(shè)置為大于上述40度的上限。然而，在此情況下，各個的 光源圖像Il ~14之間的距離(暗部)增加，從而降低了減小亮度不 頭見則的效率。因此，希望合理設(shè)置諸如Su (其構(gòu)成光源圖像分割
片13的斜面S！和S2 )的斜面的傾斜角(諸如cpxl )，使得各個光源 圖像II ~ 14的臂長Dl和D2可以滿足以下表達式
<formula>formula see original document page 23</formula>下文中，將參照圖18-22來說明本實施方式的光源圖像分割 片13的構(gòu)成方法的實例。圖18示出當在y軸方向上切削時4吏用的 切削工具VI的齒結(jié)構(gòu)的實例。圖19示意性地示出4吏用切削工具 VI在y軸方向上切削原4反M的過禾呈中的狀態(tài)。圖20示出當在x 軸方向上切削時使用的切削工具V2的齒結(jié)構(gòu)的實例。圖21示意性 地示出使用切削工具V2在x軸方向上切削原板M的過程中的狀態(tài)。 圖22是示出在切削操作之后處理過的原板M的頂部表面結(jié)構(gòu)的透 視圖。
首先，如圖19所示^f吏用如圖18所示的帶齒的切削工具VI在 y 4由方向上切削原才反M的平坦頂部表面。如圖21所示，當在y軸 方向上的切削工作完成時，4姿著4吏用如圖20所示的帶齒的切削工 具V2在x軸方向上切削處理過的原^反M的頂部表面。如圖22所 示，以此方式，制造了具有構(gòu)成圖像分割片13的突起13A和13B 的相反表面的立體表面結(jié)構(gòu)的原板M。
下一過程是將原纟反M倒置，/人而4吏其立體表面結(jié)構(gòu)向下，然 后將其按壓在設(shè)置在一個平面上的半透明樹脂材料上。然后，將諸 如熱量的能量施加給#支原板M 4齊壓的樹脂材料4吏得樹脂材料硬化。 以此方式，原板M的立體結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)寫，從而形成光源圖像分割片 13。
在本實施方式的制造方法中，通過在x 4由方向和y軸方向這兩 個垂直的方向上切削而在原板M上設(shè)置了光源圖像分割片13的相 反表面的立體結(jié)構(gòu)。因此，可容易并且廉價地制造光源圖像分割片 13。
實施例
接著，將與比較例的照明裝置相比較來描述根據(jù)本實施方式的 照明裝置10的實施例。
實施例1和2,以及比專交例1
在實施例l和2以及比較例1中，使用歐司朗光半導(dǎo)體(OSRAM Opt Semiconductors )的頂發(fā)射型LED,每個點光源12都由四個LED 組成 一個藍色LED、兩個綠色LED和一個紅色LED， 乂人而形成 一個LED組。點光源12的間距P3和P4分別是40 mm。采用 TSUJIDEN Co., Ltd的RF220 (商標)作為反射才反11。依照點光源 12的底部輪廓線將反射板11鉆孔使得點光源12從此處突出，從而 將點光源12設(shè)置在反射板11的頂部表面上。在實施例1和2中， 將光源圖^象分割片13設(shè)置為與發(fā)射板11相距30 mm。在比專交例1 中，用漫射板取代光源圖像分割片13并將其設(shè)置在同樣的位置。 在實施例1中，采用具有圖6A和圖6B的截面結(jié)構(gòu)的光源圖像分割 片13,并且在實施例2中，采用具有圖7A和圖7B的截面結(jié)構(gòu)的 光源圖像分割片13。配置光源圖像分割片13使得光源圖像分割片 13的脊線R1和點光源12的陣列方向Ll之間的角度ei、光源圖像 分割片13的脊線R2和點光源12的陣列方向L2之間的角度92分 別為25度。在比較例1中，采用含有填料(Teijin Chemicals Ltd. 的PC-9391 ( 65HLW )(商標))的漫射板來取代光源圖像分割片13。 采用TSUJIDEN CO., Ltd.的D141Z (商標)作為漫射片14。采用3M的BEFIII (商標)作為亮度增強膜15。采用3M的DBEF-440 (商標)作為反射偏光片16。
使用CCD照相機來測量面內(nèi)亮度分布以定量評價亮度不規(guī)則。 如圖23所示，當測量從一個傾斜方向觀察的亮度不規(guī)則時，將CCD 照相機30設(shè)置為與照明裝置IO的垂直方向傾斜。測量中，設(shè)CCD 照相才幾30的光軸AX2和照明裝置10的法線AX1的夾角為透射角 a，并且CCD照相機30的光軸AX2的方位角為P，以15度為增量， 在0~60度的a范圍和0~360度的P范圍之內(nèi)進行測量。將測量 面積i殳為100 mm x 100 mm。
在實施例1和2以及比較例1中，在采用一片亮度增強膜的情 況下以及采用兩片亮度增強膜的情況下的亮度分布分別在圖24A ~ 圖24C到圖29A-圖29C中示出。這里，代表性地示出各個情況的 三個方向垂直方向(a=0°, p=0°)、傾斜方向(a=45°， P=0°)和 另一傾斜方向(a=45。， p=90°)的結(jié)果。在這些圖中，可將點光源 12分另'J酉己置在具有(+20mm，十20mm)、 (+20 mm,-20 mm )、 (-20 mm， +20 mm)和(-20mm， -20mm)的坐標的四個位置處的陣列 中。這些圖是基于與平均亮度相比在亮度上的差異量。深黑色的部 分表示在與平均值差異在±0.5%范圍內(nèi)的區(qū)域，從而，區(qū)域越大， 差異量越小。
僅通過觀察這些圖就足以很好地區(qū)別亮度不規(guī)則水平，但是為 了獲得更易理解的評價，如下定義不規(guī)則率
不規(guī)則率=(最大亮度-最小亮度)/平均亮度
這里，最大亮度指面內(nèi)亮度分布的最大亮度，而最小亮度指面 內(nèi)亮度分布的最小亮度。平均亮度指面內(nèi)亮度分布的平均值。不規(guī) 則率越低，則亮度不規(guī)則和色彩不均勻被抑制得越完全。計算各個 情況的所有可用測量角度的整個范圍的不規(guī)則率，從而形成用偽彩 色示出在測量角上的不規(guī)則率的分布(下文稱為基于角度分布)的
圓柱坐標系。結(jié)果在圖30中示出。
獲得的結(jié)果表明當不管使用一片還是兩片亮度增強膜15時， 實施例1和2的不規(guī)則率都比比較例1的要小。如從圖30中顯而 易見的，該結(jié)果還表明尤其當使用兩片亮度增強膜15時上述特性 變得更加顯著，從而使用兩片亮度增強膜15可以足夠充分地抑制 從任何角度觀察的亮度不規(guī)則和色彩不均勻。該結(jié)果還表明在不劣 化亮度不身見則和色彩不均勻的前提下，反射4反11和光源圖像分割 片13之間的距離可以足夠狹小。
比較例2和3
接著，不同于實施例1和2，當光源圖像分割片13以光源圖像 分割片13的脊線Rl和R2與點光源12的陣列方向Ll和L2之間 的角度ei和02不是25度的方式進行設(shè)置時，也對亮度不規(guī)則進 行評價。在比較例2中，設(shè)置亮度增強膜15使得角ei和62被設(shè) 置為0度，而在比較例3中，設(shè)置亮度增強膜15使得角ei和92 被設(shè)置為45度。這里，在比較例2和3中使用了與實施例2相似 的具有圖7A和圖7B的截面結(jié)構(gòu)的光源圖像分割片13。
利用上述步驟測量亮度不規(guī)則并且計算基于角度的分布。在比 較例2和3中，在使用一片亮度增強膜15的情況下和在使用兩片 亮度增強膜15的情況下的亮度分布分別在圖31A 圖31C到圖 34A 圖34C中示出。這里，代表性地示出各個情況的三個方向 垂直方向(a=0。，卩=0。)、傾殺+方向(a=45°， p=0°)和另一傾殺+方 向(a=45°，卩=90°)的結(jié)果。
所獲得的結(jié)果表明與比較例2和3的情況相比，在實施例2的 情況下可以更為有效地抑制亮度不規(guī)則和色彩不均勻，尤其是當使 用兩片亮度增強膜15的時候。
如上所述，雖然已經(jīng)參照實施方式和實施例來描述本發(fā)明，但 本發(fā)明不限于此，而可以進4于各種》務(wù)改。
例如，在上述實施方式等中，光源圖〗象分割片13的脊線R1在 與點光源12的陣列方向Ll以給定角度91相交的方向上延伸(參 照圖5 )，而光源圖像分割片13的脊線R2在與點光源12的陣列方 向L2以給定角度02相交的方向上延伸(參照圖5)。為獲得這種結(jié) 構(gòu)(其中光源圖像分割片13的脊線Rl和R2在不同于點光源12 的陣列方向Ll和L2的方向上延伸)，有兩種配置方式 一個實例 是，如圖4所示，配置點光源12使得其陣列方向Ll和L2平行于 殼體17的側(cè)壁；另一實例是(雖然未示出)配置點光源12使得其 陣列方向Ll和L2與殼體17的側(cè)壁相交。
在上述實施方式中，雖然已經(jīng)描述了 LCD的詳細結(jié)構(gòu)， <旦該 LCD不必包括所有層，或者它可以進一步包括其他的層。例如，在 上述實施方式中，雖然光源圖像分割片13是由半透明基材制得的， 但它也可能包含一些光漫射材料(填料)。此外，在上述實施方式 等中，光源圖像分割片13和漫射片14之間的間隔、亮度增強膜15 和反射偏光片16之間的間隔、以及當使用兩片亮度增強膜15時下 亮度增強膜15和上亮度增強膜15之間的間隔中優(yōu)選充滿空氣。然 而，它們也可以填充除空氣外的某種介質(zhì)。
本領(lǐng)域的4支術(shù)人員應(yīng)該理解，才艮據(jù)i殳計要求和其他因素，可以 有多種修改、組合、再組合和改進，均應(yīng)包含在所附的權(quán)利要求或 其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種照明裝置，包括多個點光源，配置在同一平面內(nèi)；以及光學(xué)片，配置在面向所述多個點光源的區(qū)域中，其中，所述多個點光源配置在第一方向以及與所述第一方向相交的第二方向上，并且所述光學(xué)片具有立體結(jié)構(gòu)，包括在與所述第一和第二方向相交的第三方向上延伸的第一脊線，以及在與所述第一、第二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中所述光學(xué)片包括一對彼此相對的第一斜面，其間具有所述第一脊線；以及一對彼此相對的第二斜面，其間具有所述第 二脊線，以及確定所述第一和第二斜面各自的傾斜角，使得當點光源 的間距定義為P時，通過所述光學(xué)片將從所述多個點光源中 的每個發(fā)射的光所生成的光源圖像分割為多個圖像而獲得的每個X形光源圖像的臂長D滿足以下表達式 D^P/2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，分別確定所述第一和 第二脊線的延伸方向，使得X形光源圖像不彼此重疊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，分別確定第一和第二 脊線的延伸方向，使得各個X形光源圖像之間的間隔寬度大 致相等。
5. 4艮據(jù)斥又利要求1所述的照明裝置，其中，所述第一方向和第二方向^皮此垂直或近似垂直，并且，被定義為ei的所述第一脊線和所述第一方向所成的角 度，以及被定義為02的所述第二脊線和所述第二方向所成的角 度，滿足以下表達式10。< 01 <40。10。< 02 <400。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，所述第一方向和所述第二方向^皮此垂直或近似垂 直，并且所述第一脊線和所述第一方向所成的角度ei以及所迷第二脊線和所述第二方向所成的角度02滿足以下表達式 91=62=25。。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，進一步包括設(shè)置在所述光學(xué) 片與所述點光源相對的一側(cè)上一片或兩片亮度增強膜，其中所述亮度增強膜包括在一個給定方向上延伸并且并排連 續(xù)配置的多個柱形棱鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明裝置，包括兩片亮度增強膜，其中， 所述亮度增強膜以各個棱鏡的延伸方向彼此相交的方式設(shè)置。
9. 一種顯示單元，包括面板，其基于圖像信號來驅(qū)動；多個點光源，配置在面向所述面板的區(qū)域；以及 光學(xué)片，配置在所述面才反和所述多個點光源之間，其中，所述多個點光源配置在第一方向上以及與所述第 一方向相交的第二方向上，并且所述光學(xué)片具有立體結(jié)構(gòu)，包括在與所述第一和第二方 向相交的第三方向上延伸的第一脊線，以及在與所述第一、第 二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊線。
10.—種光學(xué)膜，具有矩形的形狀，并且包括在一個方向上延伸的第一邊和在垂直于所述一個方向的方向上延伸的第二邊，其中，所述光學(xué)膜具有立體結(jié)構(gòu)，包括在分別與所述第 一和第二邊的延伸方向交叉的方向上延伸的第 一脊線，以及在 與所述第一和第二邊的延伸方向和所述第一脊線的延伸方向 交叉的方向上延伸的第二脊線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)膜、使用該光學(xué)膜的照明裝置和顯示單元，其中當使用點光源時能夠減小亮度不規(guī)則。該顯示單元包括基于圖像信號來驅(qū)動的面板；配置在面向該面板的區(qū)域中的多個點光源；以及配置在該面板和多個點光源之間的光學(xué)片。多個點光源配置在第一方向以及與第一方向相交的第二方向上，并且該光學(xué)片具有立體結(jié)構(gòu)，包括在與第一和第二方向相交的第三方向上延伸的第一脊線，以及在與第一、第二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊線。
文檔編號F21S2/00GK101354113SQ20081013473
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者星光成 申請人:索尼株式會社