导光体、隐蔽构造体以及具有它们的照明装置、显示装置的制作方法

专利名称：导光体、隐蔽构造体以及具有它们的照明装置、显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有主要用于照明光路控制的导光体及隐蔽构造体的照明装置以及显示装置。
背景技术：
在最近的大型液晶电视或平板显示器等中，主要采用直下型方式的照明装置和边缘灯方式的照明装置。直下型方式的照明装置是将多个冷阴极管、LED(Light Emitting Diode)规则地配置在面板的背面来作为光源。在液晶面板等图像显示元件与光源之间使用光散射性较强的扩散板，以便看到作为光源的冷阴极管、LED。另一方面，边缘灯方式的照明装置中，将多个冷阴极管、LED配置在被称为导光板的透光性板的端面。通常，在导光板的射出面(与图像显示元件相对置的面)相反侧的面 (光偏转面)上，形成将从该导光板的端面入射的入射光有效地向射出面引导的光偏转元件。作为形成于光偏转面的光偏转元件，例如提出印刷有白色的点图形、或赋予透镜形状的元件等用于有效地向射出面引导的各种光偏转元件。然而，由于边缘灯方式是只在导光板的端面配置光源的构造，因而光源设置数量有限。因此随着液晶显示装置的大型化，将显示器整体变亮也变得越发困难，因此提高亮度的光学片的作用非常重要。作为提高液晶显示画面的亮度的手段，广泛地使用美国3M公司注册商标的增光膜(Brightness Enhancement Film :BEF)作为透镜片。图观至图30表示下述专利文献1、 2所记载的增光膜。图28是概略地表示配设有面光源182、作为使从光源182射出的光入射的增光膜的BEF185、以及液晶面板184。如

图18所示，BEF185是将截面三角形状的单位棱镜187沿一个方向周期性地排列在透明基体材料186上所形成的光学薄膜。该单位棱镜 187构成为比光的波长大的尺寸(间距)。BEF185能够将来自“轴外(off-axis)，，的光聚光，并使该光朝向观察者地转换方向(redirect)到“轴上(on-axis) ”或者使该光朝向观察者循环(recycle)”。即在使用液晶显示装置时(观察时)，BEF185能够通过降低轴外亮度来增大轴上亮度。在此所说的“轴上”是与图洲中观察者的视场方向F' —致的方向，通常是相对于液晶面板184的显示画面的法线方向侧。另外，在使用BEF185所代表的透镜片时，通过将在透明基体材料上涂敷有扩散粉的扩散薄膜配置在导光板与透镜片之间，由此能够抑制从导光板射出的光斑。此外，当在透镜片与液晶面板之间配置有扩散薄膜的情况下，能够降低由棱镜片引起的射出光的旁瓣(side lobe)，并且能够防止在规则地排列的透镜与液晶像素之间产生的莫尔干涉条纹。另外，边缘灯方式所使用的导光板，如上所述，在与射出面相反侧的面具有光偏转面，在光偏转面上形成白色的点图形或微透镜(凹型、凸型)、其他透镜形状的光偏转元件。然而，无论何种光偏转元件，都是由规则地、或者具有规则性的疑似不规则地排列
6的反射层或构造物所形成的，因此存在与上述BEF102所代表的透镜片相互干扰(莫尔干涉条纹)的问题，和由于能够透视到光偏转面的光偏转元件而能看到亮斑的问题。作为其解决手段通常采用在导光板与透镜片之间使用专利文献4所示的扩散薄膜的方法。另外，BEF185是提高正面方向的亮度的最有效的透镜片之一，然而在超过20英寸的中型乃至大型的液晶显示装置中，存在仅依靠BEF185的聚光性会使亮度不足的现状。作为进行一步提高液晶显示装置的亮度的方法之一，例如可列举出将BEF185配置在两枚织物上的方法，但会产生使液晶显示装置的视场角变得极狭的问题。与笔记本个人计算机或便携式信息终端等相比，作为电视用途的液晶显示装置，由于也会从正面方向以外的方向进行观察，因此需要足够的视场角，特别是在画面水平方向上需要足够的视场角。因此，存在为了隐蔽形成于光偏转面的光偏转元件使其不被透视到，不得不配置几乎不具有聚光性的扩散薄膜的问题，以及存在在使用1枚BEF185作为聚光性的光学片的构成中，得不到液晶显示装置所需要的亮度的问题。另外，作为不使用上述的扩散薄膜而隐蔽光偏转元件的方法，在专利文献5和专利文献6中公开有通过将棱镜片相对于光偏转元件排列的方向倾斜，来进行光偏转元件的隐蔽的方法。在专利文献5中是采用以下构成将棱镜片在相对于光偏转元件排列的方向以15度以上75度以下的范围倾斜，并且将棱镜片在相对于液晶显示装置的像素也以15度以上75度以下的范围倾斜的构成。另外在专利文献6中采用以下构成将光偏转元件排列的方向与棱镜片的顶棱在10度以上且70度以下的范围交叉的构成。然而，在专利文献5中虽然记载了将棱镜片相对于液晶显示装置的像素在15度以上75度以下的范围内，特别是作为最佳角度以63. 5度或26. 5度倾斜时，光偏转元件的隐蔽性为最佳，但却使得棱镜片相对于液晶显示装置的像素排列以较大的角度倾斜。相对于液晶显示装置的像素排列倾斜是指相对于画面的垂直、水平方向倾斜，因此产生液晶显示装置的显示亮度上下非对称或左右非对称地变形的问题。并且与棱镜片不倾斜的情况相比，还存在降低正面亮度的问题。另一方面，在专利文献6中公开了在为六角配置、即连结导光板的处于最接近的光偏转元件的形状为正三角形的情况下，优选将连结最接近的光偏转元件的直线(导光板上的虚拟直线)与透镜片的直线状顶棱以30度进行交叉。例如在参照专利文献6的图6 的情况下，透镜片的直线状顶棱的方向为相对于垂直方向士30度的方向以及水平方向三种方向。然而，根据本发明人的实验，确认了在专利文献6的构成中，在将透镜片的直线状顶棱做成水平方向的情况下，无法获得足够的隐蔽性，另外，如上所述，在将透镜片的直线状顶棱做成相对于垂直方向+30度的方向的情况下，如上所述还会产生液晶显示装置的显示亮度变形，并且正面亮度下降的问题。另外，由于近年的液晶电视用的导光板实现了薄型化，并且光偏转元件的配置间隔增大，因此只依靠在专利文献5或专利文献6表示的构成则会产生隐蔽性不足，而从画面上看到由光偏转元件引起的亮斑的问题。因此，边缘灯方式的照明装置要求兼具高聚光性、 和不能看到光偏转元件的高隐蔽性的光学片，而且液晶显示装置要求高亮度且水平视场角较宽，而显示亮度不变形的照明装置。专利文献1 日本特公平1-37801号公报专利文献2 日本特开平6-102506号公报
专利文献3 日本特表平10-506500号公报专利文献4 日本特开2004495080号公报专利文献5 日本特开平6-265732号公报专利文献6 日本特开平6481934号公报

发明内容
本发明是为了解决上述那样以往的问题所做出的，其目的在于提供一种具有导光体及隐蔽构造体的照明装置，以及使用了该照明装置的显示装置，通过将形成于导光板的光偏转面的光偏转元件进行隐蔽来降低亮斑，并且不使显示装置的显示亮度产生较大变形地提高正面方向的亮度。本发明为了解决上述问题，而采取以下手段。即，第一发明是一种照明装置，至少包括光源；导光体，其具有入射面，从所述光源射出的光入射到该入射面；射出面，所述入射光从该射出面朝向观察者侧射出；以及将入射光向所述射出面引导的光偏转面；反射片，其对从与所述射出面相反一侧的面射出的光进行反射并向所述导光体引导；以及隐蔽构造体，所述照明装置的特征在于，在所述光偏转面具备将入射到所述导光体的光向所述射出面侧引导的光偏转元件，所述光偏转元件以二维排列来配置，该二维排列由以第一间距&且大致等间隔地沿第一方向排列、并且以第二间距P2且大致等间隔地沿与所述第一方向大致正交的第二方向排列而成，所述隐蔽构造体具有第一主面和第二主面，在所述第一主面上至少具有沿一个方向排列的线状透镜，所述第一线状透镜延伸的方向相对于任意的方向X以5度以上45度以下的范围倾斜地配置，所述方向X与所述第一方向或所述第二方向中的任意方向一致。第二发明的照明装置，其特征在于，所述方向X与所述第二方向一致，所述第一线状透镜延伸的方向与所述方向X所成的夹角θ i通过以下的公式1来定义。[算式1]
权利要求
1.一种照明装置，至少包括 光源；导光体，其具有入射面，从所述光源射出的光入射到该入射面；射出面，所述入射光从该射出面朝向观察者侧射出；以及将入射光向所述射出面引导的光偏转面；反射片，其对从与所述射出面相反一侧的面射出的光进行反射并向所述导光体引导；以及隐蔽构造体，所述照明装置的特征在于，在所述光偏转面具备将入射到所述导光体的光向所述射出面侧引导的光偏转元件， 所述光偏转元件以二维排列来配置，该二维排列由以第一间距P1且大致等间隔地沿第一方向排列、并且以第二间距P2且大致等间隔地沿与所述第一方向大致正交的第二方向排列而成，所述隐蔽构造体具有第一主面和第二主面， 在所述第一主面上至少具有沿一个方向排列的线状透镜，所述第一线状透镜延伸的方向被配置为相对于任意的方向X在5度以上45度以下的范围倾斜，所述方向X与所述第一方向或所述第二方向中的任意方向一致。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于， 所述方向X与所述第二方向一致，所述第一线状透镜延伸的方向与所述方向X所成的夹角θ工通过以下的公式1来定义。 [算式27]
3.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于， 所述导光体的折射率是IV其厚度是t，所述第一线状透镜的折射率是Ii1，截面形状是具有带有圆弧的顶部和弯曲侧面的凸型柱面透镜形状，所述弯曲侧面的任意点的切线与所述第一主面所成的夹角，随着从所述顶部到第一主面而逐渐增大，其最大角α用以下的公式2定义，在此sin Qi由以下的公式3和公式4决定。[算式28]
4.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于， 所述方向X与所述第一方向一致，所述第一线状透镜延伸的方向与所述方向X所成的夹角θ 2通过以下的公式5来定义t [算式31]
5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于， 所述导光体的折射率是IV其厚度是t，所述第一线状透镜的折射率是Ii1，截面形状是具有带有圆弧的顶部和弯曲侧面的凸型柱面透镜形状，所述弯曲侧面的任意点的切线与所述第一主面所成的夹角，随着从所述顶部到第一主面而逐渐增大，其最大角α用以下的公式6定义，在此sin Qi通过以下的公式7和公式8 确定。[算式32]
6.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，对于所述隐蔽构造体，所述线状透镜的基于排列方向的截面形状具有带有圆弧的顶部和从所述顶部到所述第一主面的弯曲线，且是所述截面形状的任意点的切线与所述第一主面所成的夹角随着从所述顶部到所述第一主面而逐渐增大的凸弯曲形状，所述线状透镜，将从所述射出面射出的光的一部分以沿着相对于所述第一方向成角度 θ的方向的方式，呈线状地朝所述第一主面的法线方向变换并射出，所述线状透镜的所述截面形状中各点的切线与所述第一主面所成夹角的最大角度是 α，所述线状透镜的折射率是Ii1，所述导光体的厚度是t，折射率是IV当设定所述光偏转元件中配置在所述光源附近的所述光偏转元件的平均直径或宽度为D时，满足以下的公式9和公式10，在此公式10中所示的变量L由公式11决定，公式11中所示的角度θ i与所述线状透镜的最大角α存在公式12的关系。 [算式35]
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的照明装置，其特征在于， 具备如下的所述隐蔽构造体，当在所述隐蔽构造体的所述第二主面侧，以使射出光的主轴与该第二主面的法线方向大致一致的方式配置射出近朗伯光的点光源的情况下，从所述第二主面入射的光中，朝所述第一主面的法线方向变换而被射出的光被变换成以上述点光源的正上方为中心且沿所述线状透镜的排列方向扩展的线状光， 所述线状光的峰值亮度位置位于所述点光源的正上方。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的照明装置，其特征在于， 具备如下的所述隐蔽构造体，所述线状光的峰值亮度位置存在于所述点光源的正上方以外的位置， 当设定所述点光源的正上方亮度为Ltl，峰值亮度为L1时，L1Zltl是200%以下。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的照明装置，其特征在于， 所述线状透镜的截面形状通过以下的公式13来定义，在此公式13是将所述线状透镜的单位透镜间距标准化为1时的公式， ζ是所述线状透镜的高度方向的位置函数，r是所述线状透镜的宽度方向位置变量。 [算式39]
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的照明装置，其特征在于，所述第二间距P2 与所述第一间距P1之比即P2A31被设定为1. 4 < VP1 < 2. 2的范围。
11.根据权利要求1至9中的任意一项所述的照明装置，其特征在于，所述第一间距P1 与所述第二间距P2之比即P1A32被设定为1. 4 < P1ZiP2 < 2. 2的范围。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的照明装置，其特征在于，所述光偏转元件以二维排列来配置，该二维排列由以所述第一间距P1的η倍沿所述第一方向排列，并且以所述第二间距P2Wm倍沿与所述第一方向大致正交的所述第二方向排列而形成，η或m是随机选择从1到10的整数值所形成的。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的照明装置，其特征在于，所述光偏转元件如下配置连结接近的三点的该光偏转元件而描绘出的三角形为大致正三角形的六角配置，或者从六角配置中去除任意的所述光偏转元件的配置。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的照明装置，其特征在于，在所述隐蔽构造体的第一主面侧具备分离构造体，所述分离构造体具有第三主面和第四主面，在所述第三主面上至少配置沿一个方向排列的分离透镜，将从所述第四主面入射的光的一部分以沿着所述第二方向的方式，呈点状或线状地向所述第三主面的法线方向变换并射出。
15.一种照明装置，其特征在于，在权利要求1 14中任意一项所述的照明装置的观察者侧，具有雾度值为30%以上且85%以下的光学扩散片。
16.一种显示装置，其特征在于，具有权利要求1 15中任意一项所述的照明装置；和规定显示图像的图像显示元件。
17.根据权利要求16所述的显示装置，其特征在于，所述光学扩散片具有偏振光分离反射功能。
18.根据权利要求16或17所述的显示装置，其特征在于，所述显示元件根据像素单位内的透过/遮光来规定显示图像。
全文摘要
本发明提供导光体、隐蔽构造体以及具有它们的照明装置、显示装置，该隐蔽构造体将形成在导光板的光偏转面上的光偏转元件隐蔽，并且不使画面的视场角变形且能够提高正面方向的亮度。本发明的照明装置包括光源、将从光源入射的光从射出面射出的导光体、以及隐蔽构造体，在与该导光体的射出面相对置的面上，将从光源入射的光向射出面引导的光偏转元件沿第一方向和第二方向二维方向规则地形成。隐蔽构造体具有将沿二维方向规则地形成的光偏转元件隐蔽的功能，该隐蔽构造体将入射的光变换为相对于所述第一方向以向角度(θ)的方向倾斜的线状光。
文档编号F21Y101/02GK102282415SQ201080004769
公开日2011年12月14日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年1月15日
发明者中込友洋, 大久保优, 路易斯·曼努埃尔·穆里洛-莫拉 申请人:凸版印刷株式会社