光学膜、照明装置和显示单元的制作方法

专利名称：光学膜、照明装置和显示单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及在其顶面具有立体结构的光学膜，以及包括该光学 膜的照明装置和显示单元。
背景技术：
由于低能耗、节省空间、低价格等优点，最近，LCD(液晶显 示器)正在替代迄今为止作为显示系统主流的CRT (阴极射线管)。
根据其用于显示图^f象的照明方法，将LCD分为几种类型。代 表性的实例包括其中采用用于图像显示的背光源系统的透射型 LCD。
这种显示单元优选扩展其色域。为此目的，已经提出使用蓝色、 绿色和红色的三原色LED(发光二极管)作为光源来取代CCFL(冷 阴极管)。此外，不仅是三原色LED,还提出了四原色或六原色LED 以用于更宽的色i4。
为了使用CCFL和LED作为光源，面内的亮度和色彩的分布 的均匀化是必要的。在照明装置比较小的情况下，可使用侧灯背光 源系统的导光板。然而，在照明装置比较大并且需要大量光的情况 下，直下型LCD背光源系统更有优势，其中将光源设置在面板的 直后侧部等。已提出了在光源上方的位置设置包含填料的漫射板， 作为用于减小直下型的亮度不规则和色彩不均匀的一种技术(参考 未审查日本专利申请公开第54-155244号)。作为另一种技术，提出 了断面结构在一个方向上是均一的一种纟反(未审查日本专利申^青/> 开第2005-326819号)。

发明内容
与釆用CCFL的情况相比较，在使用三原色LED作为照明装 置的光源的情况下，难以减少面内的亮度不失见则和色彩不均匀。那 是由于以下事实，即LED是点光源，而且当CCFL发射白光时、 在三原色LED的情况下，白色是通过混合三色生成的。例如，关 于未审查日本专利申请公开第54-155244号，特别当使用LED作为 点光源时，从光源到漫射板必须有一个较长的距离。结果，照明装 置变厚。同时，当使用CCFL(其为线光源)时，在未审查日本专 利申请公开第2005-326819号中提出的技术可以是有效的，但是在 LED (其为点光源)的情况下，有产生亮度不规则和色彩不均匀的 问题。
考虑到上述问题而设计出本发明，并且希望提供一种即使在将 点光源使用在更薄的照明装置中的情况下，也能减小亮度不规则和 色彩不均匀的光学膜、使用该光学膜的照明装置和显示单元。
根据本发明的实施方式，提供了包括同一平面内配置的多个点 光源和在面向该多个点光源的区域中配置的光学片的照明装置。将 点光源配置在第一方向以及与第一方向相交的第二方向上。光学片
具有立体结构。立体结构包括在与第一和第二方向相交的第三方向 上延伸的第一脊线，以及在与第一、第二和第三方向相交的方向上 延伸的第二脊线。
根据本发明的实施方式，提供了包括基于图像信号驱动的面 板、在面向面板的区域中配置的多个点光源以及在面板和多个点光 源之间配置的光学片的显示单元。将多个点光源被配置在第一方向 以及与第一方向相交的第二方向上。光学片具有立体结构，包纟舌在 与第一和第二方向相交的第三方向上延伸的第一脊线以及在与第 一、第二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊线。
在本发明实施方式的照明装置和显示单元中，光学片包4舌其中 第 一和第二脊线在彼此相交的方向上延伸的立体结构。利用这种结
构，当光束从每个点光源发射到光学片的时候，由一个点光源生成 的光源图像通过光学片被分割为多个图像，从而使分离的光源图像 间的间隔比各个的点光源间的间隔更为狭小。这里，点光源沿着不 同于设置在光学片上的立体结构的脊线(第一或第二脊线)的延伸
方向的方向(第一或第二阵列方向)而配置。与点光源配置在与i殳 置在光学片上的立体结构的脊线的延伸方向平^于的方向上的情况 相比，利用这种结构，可以减少或消除分割的光源图〗象的重叠。
根据本发明的实施方式，提供了一种光学膜，其具有矩形形状， 并且包括在一个方向上延伸的第一边和在与该方向垂直的方向上 延伸的第二边。光学膜具有立体结构，其包括在分别与第一和第二 边的延伸方向相交的方向上延伸的第一脊线以及在与第一和第二 边的延伸方向和第一脊线的延伸方向相交的方向上延伸的第二脊 线。
本发明实施方式的光学膜包括具有4皮此相交的第一和第二脊 线的立体结构。利用这种结构，当将多个点光源设置在面向光学膜的区域中、并且从该多个点光源向光学膜发射光时，由一个点光源 生成的光源图像通过光学膜被分割为多个图像，以使得各个分割的 光源图像间的间隔比各个点光源间的间隔更为狭小。此外，第一脊 线分别与第一和第二边的延伸方向相交，并且第二脊线分别与第一 和第二边的延伸方向以及第一脊线的延伸方向相交。利用这种结 构，当爿寻上述点光源沿着分别与第 一和第二脊线相交的方向二维;也 进行配置时(典型地，当沿着几乎与第一和第二边平行的方向二维 地进行配置时)，与将点光源配置在与设置在光学膜上的立体结构 的脊线的方向平行的方向上的情况相比，可以减少或消除分割的光 源图^f象的重叠。
才艮据本发明实施方式的照明装置和显示单元，由于点光源沿着 不同于设置在光学片上的立体结构的脊线(第一和第二脊线)的方 向(第一和第二阵列方向)而配置，故与将点光源配置在与设置在
减少或消除分割的光源图像的重叠。因此，即使当在更薄的光学装 置中使用点光源时，也可减小亮度不规则和色彩不均匀。
在根据本发明实施方式的光学膜中，第 一脊线在分别与第 一和 第二边的延伸方向相交的方向上延伸，并且第二脊线在分别与第一 和第二边以及第一脊线相交的方向上延伸。利用这种结构，当将多 个点光源二维地配置在面向光学膜的区域中与第一和第二脊线相 交的方向上时，可减少或消除分割的光源图^f象的交叠。因此，即使 当在更薄的照明装置中使用点光源时，也可减小亮度不规则和色彩 不均匀。
从以下描述中，本发明的其他以及进一步的目的、特征和优点 将更完整地得以体现。


图1是根据本发明的第一实施方式的显示单元的截面结构图。
图2是示出图1的亮度增强膜的实例的透视图。
图3是示出图1的亮度增强膜的另一实例的透视图。
图4是示出图1的点光源和光源图像分割片的透视图。
图5是用于说明图1的光源图像分割片的脊线和点光源的配置 之间的关系的示意图。
图6A和图6B是示出图1的光源图《象分割片的立体结构的实 例的概念图。
图7A和图7B是示出图1的光源图像分割片的立体结构的另 一实例的概念图。
图8是示出图1的光源图像分割片的操作的概念图。
图9是示出图1的点光源的光学特性的实例的特性图。
图IO是示出图1的光源图像分割片的操作的实例的概念图。
图ll是示出用模拟模型计算的图IO的光源图像分割片的光学 特性的特性图。
图12是示出图1的光源图像分割片的另一操作的实例的概念图。
图13是示出图1的光源图像分割片的另一操作的实例的概念图。
图14是示出根据比较例的显示单元的扩大的主要部分的透视图。
图15是用于说明图14的光源图像分割片的脊线和点光源的配 置之间的关系的示意图。
图16是示出图14的光源图像分割片的操作的概念图。
图17是示出用模拟模型计算的图16的光源图像分割片的光学 特性的特性图。
图18是当制造图1的光源图像分割片时使用的切削工具的齿 的示意结构图。
图19是示出使用图18的切削工具在y方向上进行切削操作的 过程中的状态的透^L图。
图20是当制造图1的光源图像分割片时使用另一切削工具的 齿的示意结构图。
图21是示出使用图20的切削工具在x方向上进行切削操作的 过禾呈中的^犬态的透一见图。
图22是当制造光源图像分割片时使用的原板的透视图。
图23是用于说明测量面内亮度分布的方法的才莫式图。
图24A-图24C是示出通过根据实施例1 (其中采用了一片亮 度增强膜，并且01与92的角度为25度)的实际测量所获得的面 内亮度分布和不》见则率的特性图。
图25A 图25C是示出通过根据实施例1 (其中采用了两片亮 度增强膜，并且01与02的角度为25度)的实际测量所获得的面 内亮度分布和不规则率的特性图。
图26A 图26C是示出通过才艮据实施例2 (其中采用了一片亮 度增强膜，并且01与02的角度为25度)的实际测量所获得的面 内亮度分布和不规则率的特性图。
图27A 图27C是示出通过根据实施例2 (其中采用了两片亮 度增强膜，并且01与02的角度为25度)的实际测量所获得的面 内亮度分布和不规则率的特性图。
图28A 图28C是示出通过根据比较例1 (其中采用了一片亮 度增强膜，并且ei与02的角度为25度)的实际测量所获得的面 内亮度分布和不规则率的特性图。
图29A~图29C是示出通过根据比较例1 (其中采用了两片亮 度增强膜，并且01与02的角度为25度)的实际测量所荻得的面 内亮度分布和不规则率的特性图。
图30示出图24A-图29C中获得的不身见则率的角度分布。
图31A 图31C是示出通过根据比较例2 (其中采用了一片亮 度增强膜，并且ei与02的角度为0度)的实际测量所获得的面内 亮度分布和不规则率的特性图。
图32A-图32C是示出通过根据比较例2 (其中采用了两片亮 度增强膜，并且91与02的角度为O度)的实际测量所获得的面内 亮度分布和不规则率的特性图。
图33A 图33C是示出通过根据比较例3 (其中采用了一片亮 度增强膜，并且01与92的角度为45度)的实际测量所获得的面 内亮度分布和不规则率的特性图。
图34A 图34C是示出通过根据比较例3 (其中采用了两片亮 度增强膜，并且01与62的角度为45度)的实际测量所获得的面 内亮度分布和不规则率的特性图。
具体实施例方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。 第一实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的显示单元l的示意性 结构。图2是在图1中的显示单元1的主要部分的透视图。应注意， 图1和图2仅是代表性的说明，而不需要和实际尺寸与结构一样。
显示单元1包^^舌照明装置10、 i殳置在照明装置10前面的液晶 显示面板20、以及用于驱动液晶显示面板20并且显示图^象的驱动 电^各(未示出)。在显示单元l中，液晶显示面才反20的前表面指向 7见察者(未示出)。在本实施方式中，为了方1更，i人为液晶显示面 外反20与7jc平面垂直。
液晶显示面^反20 尽管未示出，然而液晶显示面板20具有叠层结构，其中在观 察者侧的透明基板与照明装置10侧的另一透明基板之间设置液晶 层。具体地，液晶显示面板20从观察者侧起，依次配置有偏光板、 透明基板、滤色镜、透明电极、取向膜、液晶层、另一取向膜、透 明像素电极、另一透明基板以及另一偏光板。
偏光板是一种只透射一定模式(偏振)的光波振动的光闸。两 个偏光纟反以其各自的偏光轴相互垂直的方式而配置，乂人而透射或阻 止从光源4发射通过液晶层的光。透明基板是i^如玻璃板的对可见 光透明的基板。将包括作为电连接至透明像素电极的驱动装置的 TFT (薄膜晶体管)和配线等的有源矩阵驱动电路设置在靠近光源 4的一个透明基板上。滤色镜包括例如用于将来自光源4的发射光 分别分离成红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三原色的滤色4竟。 透明电极代表性地由ITO (氧化铟锡)构成，并且用作公共对电极。 取向膜代表性地由诸如聚酰亚胺的聚合物材料构成，并且对液晶执 行取向处理。液晶层代表性地由VA (垂直取向)模式、TN (扭转 向列)模式或STN (超扭转向列)模式的液晶构成，并且用于当从 驱动电路施加电压时为每个像素透射或阻止来自光源4的发射光。 透明像素电极代表性地由ITO组成，并且用作每个〗象素的电极。
照明装置IO
照明装置10包4舌多个点光源12。在液晶显示面^反20和点光源 12之间，照明装置10代表性地包括诸如从点光源12起依次设置的 光源图像分割片13、漫射片14、亮度增强膜15、反射偏光片16等 的多个矩形光学片，并且还包括在点光源12背侧的反射板11。照 明装置10还包括用于支持上述光学片和液晶显示面板20的壳体 17。下文中，将首先给出关于反射板11、漫射片14、亮度增强膜 15和反射偏光片16的i兌明，4妄着是关于点光源12和光源图^象分割 片13的描述。
反射板11
反射板11代表性地由发泡PET (聚对苯二曱酸乙二醇酯)、银 沉积膜或多层反射膜组成。它用于在液晶显示面才反20,的方向上对 从光源图像分割片13、漫射片14、亮度增强膜15和反射偏光片16 部分反射的光进4于再反射，从而能够有效利用从点光源12发射的 光。
漫射片14
漫射片14是例如通过在较薄的透明树脂膜上涂覆包含光漫射 材料的透明树脂形成的光学片。这里，透明树脂膜的实例包括诸如 PET、丙烯酸酯或聚碳酸酯的光透射性热塑性树脂。光漫射材料的 实例包括大约数微米大小的球状的丙烯酸酯和硅树脂。利用这种组 成，漫射片14用于对通过光源图像分割片13生成的光源图像进行 漫射并且改善正面方向上的亮度。
亮度增强膜15
如图2所示，亮度增强膜15是薄的光学片，其典型地包括多 个柱状棱镜15A，这些柱状棱镜沿着与亮度增强膜15的底面平行 的虚拟平面延伸，并且并排连续配置，从而使得亮度增强膜15的 表面形状形成柱状棱镜的重复构型。亮度增强膜15由半透明树脂 材料制造。利用这种结构，亮度增强膜15只沿其底面的法线方向 折射并且透射在棱4竟15A的配置方向上传纟番的光组分，从而增加定 向性并且改善正面亮度。例如，还可以如图3所示，将两片亮度增 强膜15以棱镜15A的延伸方向彼此垂直的方式来设置。此外，虽 然如图2和3所示，棱镜15A是有尖锐顶部的三棱镜，但该棱镜不 限于此，顶部可以是例如圓形或以锯齿方向前进。此外，虽然图2 和3示出了棱4竟15A在与后述的点光源12的阵列方向Ll、 L2相
交的方向上延伸的情况(参照图4),然而它们也可在与点光源12 的阵列方向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叠层形成的多层 结构，并且用于对光(其定向性已通过亮度增强膜15得到提高) 进行偏振和分离，从而仅透射沿液晶显示面板20的入射偏光镜的 透射轴方向偏振的光组分，并且选择性地反射沿液晶显示面板20 的入射偏光4竟的吸收轴方向偏振的光组分。由于在照明装置10中 来自反射偏光片16的反射光乂人反射^反11再次反射回来并同时消偏 振，所以它是可循环利用的。
点光源12
每个点光源12均代表性地由一个或多个单色LED H又发射一 种颜色的光束)构成，或由每个均发射红色、绿色和蓝色光束之一 的多个三原色LED构成。
如图4所示，点光源12配置在沿方向Ll (第一方向)的阵列 中，该方向Ll与在某一方向(图4中的X轴方向)上延伸的光源 图像分割片13的边13x以给定角度相交，并且这些点光源12还配 置在沿方向L2 (第二方向)的阵列中，该方向L2与在垂直于上述 某一方向的方向(图4中的Y轴方向)上延伸的光源图像分割片 13的边13y以《会定角度相交。
这里，点光源12的阵列方向包4舌以下两个方向乂人一个点光 源12到那些i殳置在此点光源12周围的点光源中与此点光源12最 近的另一个点光源(如果在此点光源12周围i殳置有两个以上的最 近的点光源12,则任取其一 )的最短线,殳的方向(简称为A方向)；
以及从此点光源12到在i殳置在与方向A垂直的方向上的多个点光 源12中与此点光源12最接近(从此点光源12来看)的另一个点 光源12的最短线萃殳方向。
当每个点光源12均由仅发射红色(R)、绿色(G)和蓝色(B) 光之一的单个LED构成，或者由每个均分别发射三原色RGB的多 个LED构成时，才艮据上述头见则来为每个颜色确定其阵列方向。
希望在L1方向上邻近的点光源12之间的间距P3与在L2方向 上邻近的点光源12之间的间距P4相等，但是它们可能是彼此不同 的。
这里，邻近的点光源12之间的间距指的是在阵列方向上设置 的邻近的点光源12之间的间隔(距离)。当每个点光源12均由仅 发射红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光之一的单个LED构成， 或者由每个均分别发射三原色RGB的多个LED构成时，4艮据上述 规则来为每个颜色确定其间的间距。
光源图4象分割片13
光源图^f象分割片13以如图4所示的在其上表面(在发光侧) 上交替配置多个突起13A和多个突起13B的方式而立体构成。每个 突起13A均由一对其中具有脊线R1 (第一脊线)的斜面S,构成， 而每个突起13B均由一对其中具有脊线R2 (第二脊线)的斜面S2 构成。
这里，脊线R1在几乎与光源图4象分割片13的底面(内侧)平 -f亍并且与点光源12的阵列方向Ll以给定角度01相交的方向上延 伸(参照图5)。脊线R2在几乎与光源图4象分割片13的底面(内 侧)平4亍并且与点光源12的另一阵列方向L2以给定角度02相交 的方向上延伸(参照图5)。即，光源图像分割片13的脊线R1和 R2在与点光源12的阵列方向Ll和L2不同的方向上延伸。虽然图 4示出了脊线R1和R2分别在与光源图1象分割片13的边13x和13y 的延伸方向相交的方向上延伸的实例，还可能例如脊线Rl和R2 分别在与光源图像分割片13的边13x和13y的延伸方向平行的方 向上延伸。当以脊线R1的方向作为x轴并且以脊线R2的方向作为 y轴时，用函数f(y)表达突起13A的表面结构，并用函数f(x)表达 突起13B的表面结构，光源图像分割片13具有满足函数Max[f(x), f(y)]的表面形状。
这里，Max [f(x), f(y)]是在f(x)^f(y)条件下与f(x)相等并且在 f(x)〈f(y)条件下与f(y)相等的函数。
如图6A所示， 一对斜面S！的表面形状如同朝着中央脊线Rl 向上倾斜的屋顶彼此对称地相对，从而具有立体结构，使得在与 脊线R1垂直的方向(Y轴方向)上截断的突起13A的截面可以是 对称于脊线R1配置的七边形形状；并且例如， 一起构成斜面S!并 且分别具有倾斜角(在突起13A的底线与各个倾斜表面之间的角 度)cpyl、 cpy2和(py3 (其中cpyl>(py2>(py3 )的三种杀牛面Su、 S。和 S13,可从设置在邻近的突起13A之间的凹部13C起向中央脊线R1 依次配置。在将当其投射到光源图像分割片13的底面上时在Y轴 方向上测量出的各个杀+面Su、Su和Su的宽度表示为Ay!、 Ay2和Ay3 时，基于点光源12的发光强度分布来确定最佳宽度比。例如，当 点光源12的发光强度具有普通LED的典型的兰伯特分布(Lambert distribution)时，优选的宽度比满足Ay户Ay2〉Ay3的关系。
又例如，如图7A所示， 一对斜面Si的表面形状可以以这样的 方式来立体构成，即沿与脊线Rl垂直的方向(Y轴方向)截断的 突起13A的截面是对称于脊线R1的五边形形状。这里， 一起构成 斜面S,并且分别具有倾斜角(在突起13A的底线和各个倾斜表面
之间的角度)cpy4和cpy5 (其中cpy4>cpy5 )的两种杀牛面Sw和S15， 可从设置在邻近的突起13A之间的凹部13C起向中央脊线Rl依次 配置。在将当其投射到光源图像分割片13的底面上时在Y轴方向 上测量出的各个斜面Sm和S!5的宽度表示为Ay4和Ays时，基于点 光源12的发光强度分布来决定最佳宽度比。例如，当点光源12的 发光强度具有普通LED的典型的兰伯特分布时，优选的宽度比满 足Ay4〉Ays的关系。
应注意，突起13A的七边形或五边形的截面4又是一个实例，4壬 何诸如除七边形和五边形之外的多边形、或直线与曲线的组合的其 他结构也都是可用的。
如图6B所示， 一对斜面S2的表面形状如同朝着中央脊线R2 向上倾斜的屋顶」波此对称地相对，乂人而形成立体结构，佳:得在沿 脊线R2垂直的方向(X轴方向)上截断的突起13B的截面可以是 对称于脊线R2配置的七边形形状；并且例如， 一起构成杀牛面S2并 且分别具有倾斜角(在突起13B的底线和各个倾斜表面之间的角 度)cpxl、 cpx2和cpx3 (其中cpxl〉cpx2〉(px3 )的三种杀+面S21、 S22 和S23，可从设置在邻近的突起13B之间的凹部13C起向中央脊线 R2依次配置。在将当其投射到光源图像分割片13的底面上时在Y 轴方向上测量出的各个杀牛面S21、 Sa和S23的宽度表示为AXp Ax2 和ax3时，基于点光源12的发光强度分布来确定最佳宽度比。例如， 当点光源12的发光强度具有普通LED的典型的兰伯特分布时，优
选的宽度比满足ax户ax2〉ax3的关系。
又例如，3口图7B所示， 一只于杀牛面S2的表面形^l犬可以以这才羊的 方式来立体构成，即沿与脊线R2垂直的方向(X轴方向)截断的 突起13B的截面是对称于脊线R2的五边形形状。这里， 一起构成 斜面S2并且分别具有倾斜角(在突起13B的底线和各个倾斜表面 之间的角度)cpx4和(px5 (其中(px4Xpx5 )的两种杀+面Sm和S25，
可从设置在邻近的突起13B之间的凹部13C起向中央脊线R2依次 配置。在将当其投射到光源图像分割片13的底面上时在X轴方向
上测量出的各个斜面S24和S25的宽度表示为AX4和AX5时，基于点
光源12的发光强度分布来确定最佳宽度比。例如，当点光源12的 发光强度具有普通LED的典型的兰伯特分布时，优选的宽度比满
足AX4〉AX5的关系。
这里，根据所设置的下述的光源图像Il ~14 (参照图10)的臂 长Dl和D2的长度来调节诸如构成斜面Si和S2的S 的斜面的类 型数量，以及诸如cpxl的每种斜面倾斜角。从实际情况可以了解， 如图8所示，更大的透射角ec (从光源图像分割片13的透射表面 透射的光束E和其底面法线之间的角度)将增大点光源12和光源 图像的位置之间的距离。然而实际上，透射角0c不仅依赖于上述 斜面(诸如Sn)类型的数量和它们的倾斜角(诸如cpxl)，还依赖 于诸如从点光源12到光源图像分割片13的距离H、点光源12与 从光束E的透射点垂直向下延伸的假设线之间的距离W、光源图像 分割片13的折射率、设置在光源图像分割片13和点光源12之间 的介质的折射率、以及光束E发射点周围的介质折射率的其他各种 因素。因此，考虑到上述全部来确定臂长D1和D2。
利用这种结构，例如，光源图像分割片13折射并透射在从点 光源12发射的光中以等于或小于临界角的角度进入底面或斜面S!、 S2的光，而反射以大于临界角的角度进入的所有其他光。因此，其 用于根据构成斜面Si和S2的Su的斜面类型的数量将由每个点光源 12生成的光源图像分割成几个图像。即，当具有如图9所示的这种 光学特性的光从每个点光源12向光源图像分割片13发射时，光源 图像分割片13将由每个点光源12生成的光源图像(未示出)分割 成如图10、图12和图13所示的几个图像(稍后详述)，从而所分 割的光源图像II ~ 14之间的间隔(例如，图中的D4 ~ D7 )比邻近 的光源12之间的间3巨(P3和P4)更小。以此方式，同分割之前的 光源图像的最大亮度等级与光源图像之间的间隔(暗部)的最小亮 度等级之间的差异相比，分割之后的光源图像Il ~14的最大亮度等 级与分割之后的光源图j象I1-I4之间的间隔的最小亮度等级之间 的差异可以减小，/^而减小照明亮度的不^L则。因此，光源图^f象分 割片13也是一种漫射板。
应注意，光源图像是表示在光的亮度分布中的亮度峰值的光通 量，同时光源图像之间的间隔是在亮度分布中邻近的光通量峰之间 的面内3巨离。
光源图像分割片13可由诸如热塑性树脂的半透明树脂材料一 体化地构成，或可以通过在诸如PET (聚对苯二曱酸乙二醇酯)的 半透明基材上转写(transfer)能量线(诸如紫外线)硬化树脂而形 成。
如图10、图12和图13所示，光源图〗象分割片13通过将由光 源12生成的原始光源图〗象分割为几个图像来形成X形(十字形) 的光源图像Il ~14。光源图像Il ~14的结构和臂宽D3不依赖于点 光源12的面内配置方式而改变，但是基于光源图像分割片13的立 体结构而确定。
从而，例如图14和图15所示，即使当光源图4象分割片13的 脊线Rl在平行于点光源12的一个阵列方向Ll的方向上延伸，并 且光源图像分割片13的脊线R2在平行于点光源12的另一个阵列 方向L2的方向上延伸时，也形成X字母形(十字形)的光源图像。
然而，如图16所示，当各个点光源12沿光源图4象分割片13 的脊线Rl和R2 二维地进行配置时，邻近的光源图像11-14的臂 将彼此重叠。图17示出用模拟光计算的面内亮度分布的结果。这
里，最高亮度区域被设为1，并且最低亮度区域祐 没为0。据此，
与其他部分相比，互相重叠部分明显变亮，从而无法有效减小亮度 不头见则。
同时，在本实施方式中，光源图像分割片13的脊线R1在与点 光源12的一个阵列方向Ll以,会定角度01相交的方向上延伸(参 照图5)，而脊线R2在与点光源12的一个阵列方向L2以给定角度 02相交的方向上延伸(参照图5)。以此方式，与光源图〗象分割片 13的脊线R1和R2分别在与点光源12的阵列方向Ll和L2相平行 的方向上延伸的情况相比，分割的光源图像之间的重叠部分可以减 少或甚至被消除。结果，可以减小亮度不规则。
在本实施方式中，分别如图4和5所示，脊线R1在与包括点 光源12的阵列方向Ll和L2以及立体结构的光源图4象分割片13的 脊线R2的延伸方向的三个方向同时交叉的方向上延伸。脊线R2 在与包括点光源12的阵列方向Ll和L2以及立体结构的光源图像 分割片13的脊线Rl的延伸方向的三个方向同时交叉的方向上延 伸。然后，使脊线R1和阵列方向Ll之间的角度为61、脊线R2和 阵列方向L2之间的角度为02,希望限定光源图像分割片13的脊线 Rl和R2使得旋转角01和02同时分别满足以下不等式
10。〈eK40c 100<02<400
当阵列方向Ll和L2 4皮此垂直或近似垂直时，希望4t转角01 和02满足以下等式
01=02=25°这里，如图10所示，当限定光源图l象分割片13的脊线R1和 R2使得角ei和62变为25度时，光源图像Il ~14的间隔(D4、 D5、 D6、 D7)变4寻几乎相等。利用这种结构，可4吏光源图<象11 ~14之间 的间隔(暗部)在面内均匀分布，从而显著减少亮度不失见则。
应注意，D4是在脊线R1的延伸方向上光源图i"象Il和13的臂 的侧面之间的距离，而D5是在脊线Rl的延伸方向上光源图像12 的臂的端部与光源图l象II的侧面之间的3巨离。D6是在脊线R2的 延伸方向上光源图像Il和12的臂的侧面之间的距离，而D7是在脊 线R2的延伸方向上光源图像14的臂的端部与光源图像12的侧面之 间的3巨离。
图11示出当限定光源图像分割片13的脊线Rl和R2使得旋转 角01和02是25度时，用模拟光束计算出的面内亮度分布的结果。 这里，最高亮度区域被设为1，而最低亮度区域被设为0。根据图 11,由任一个点光源生成的亮度分布都不与其他点光源的亮度分布 重叠，从而显著减小了亮度不规则。
如图12 (当ei和02大约是io度的下限时)和图13 (当ei
和02大约是40度的上限时)所示，当限定光源图像分割片13的 脊线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)时，可以避免光源图像Il ~14的重叠， 乂人而减小亮度不失见则。
当光源图《象I1 ~14的臂长D1和D2短于图10、图12和图13 所示出的臂长时，可爿寻ei和02的下限i殳置为小于上述IO度的下 限，或设置为大于上述40度的上限。然而，在此情况下，各个的 光源图像Il ~14之间的距离(暗部)增加，从而降低了减小亮度不 头见则的效率。因此，希望合理设置诸如Su (其构成光源图像分割
片13的斜面S！和S2 )的斜面的倾斜角(诸如cpxl )，使得各个光源 图像II ~ 14的臂长Dl和D2可以满足以下表达式
<formula>formula see original document page 23</formula>下文中，将参照图18-22来说明本实施方式的光源图像分割 片13的构成方法的实例。图18示出当在y轴方向上切削时4吏用的 切削工具VI的齿结构的实例。图19示意性地示出4吏用切削工具 VI在y轴方向上切削原4反M的过禾呈中的状态。图20示出当在x 轴方向上切削时使用的切削工具V2的齿结构的实例。图21示意性 地示出使用切削工具V2在x轴方向上切削原板M的过程中的状态。 图22是示出在切削操作之后处理过的原板M的顶部表面结构的透 视图。
首先，如图19所示^f吏用如图18所示的带齿的切削工具VI在 y 4由方向上切削原才反M的平坦顶部表面。如图21所示，当在y轴 方向上的切削工作完成时，4姿着4吏用如图20所示的带齿的切削工 具V2在x轴方向上切削处理过的原^反M的顶部表面。如图22所 示，以此方式，制造了具有构成图像分割片13的突起13A和13B 的相反表面的立体表面结构的原板M。
下一过程是将原纟反M倒置，/人而4吏其立体表面结构向下，然 后将其按压在设置在一个平面上的半透明树脂材料上。然后，将诸 如热量的能量施加给#支原板M 4齐压的树脂材料4吏得树脂材料硬化。 以此方式，原板M的立体结构被转写，从而形成光源图像分割片 13。
在本实施方式的制造方法中，通过在x 4由方向和y轴方向这两 个垂直的方向上切削而在原板M上设置了光源图像分割片13的相 反表面的立体结构。因此，可容易并且廉价地制造光源图像分割片 13。
实施例
接着，将与比较例的照明装置相比较来描述根据本实施方式的 照明装置10的实施例。
实施例1和2,以及比專交例1
在实施例l和2以及比较例1中，使用欧司朗光半导体(OSRAM Opt Semiconductors )的顶发射型LED,每个点光源12都由四个LED 组成 一个蓝色LED、两个绿色LED和一个红色LED， 乂人而形成 一个LED组。点光源12的间距P3和P4分别是40 mm。采用 TSUJIDEN Co., Ltd的RF220 (商标)作为反射才反11。依照点光源 12的底部轮廓线将反射板11钻孔使得点光源12从此处突出，从而 将点光源12设置在反射板11的顶部表面上。在实施例1和2中， 将光源图^象分割片13设置为与发射板11相距30 mm。在比專交例1 中，用漫射板取代光源图像分割片13并将其设置在同样的位置。 在实施例1中，采用具有图6A和图6B的截面结构的光源图像分割 片13,并且在实施例2中，采用具有图7A和图7B的截面结构的 光源图像分割片13。配置光源图像分割片13使得光源图像分割片 13的脊线R1和点光源12的阵列方向Ll之间的角度ei、光源图像 分割片13的脊线R2和点光源12的阵列方向L2之间的角度92分 别为25度。在比较例1中，采用含有填料(Teijin Chemicals Ltd. 的PC-9391 ( 65HLW )(商标))的漫射板来取代光源图像分割片13。 采用TSUJIDEN CO., Ltd.的D141Z (商标)作为漫射片14。采用3M的BEFIII (商标)作为亮度增强膜15。采用3M的DBEF-440 (商标)作为反射偏光片16。
使用CCD照相机来测量面内亮度分布以定量评价亮度不规则。 如图23所示，当测量从一个倾斜方向观察的亮度不规则时，将CCD 照相机30设置为与照明装置IO的垂直方向倾斜。测量中，设CCD 照相才几30的光轴AX2和照明装置10的法线AX1的夹角为透射角 a，并且CCD照相机30的光轴AX2的方位角为P，以15度为增量， 在0~60度的a范围和0~360度的P范围之内进行测量。将测量 面积i殳为100 mm x 100 mm。
在实施例1和2以及比较例1中，在采用一片亮度增强膜的情 况下以及采用两片亮度增强膜的情况下的亮度分布分别在图24A ~ 图24C到图29A-图29C中示出。这里，代表性地示出各个情况的 三个方向垂直方向(a=0°, p=0°)、倾斜方向(a=45°， P=0°)和 另一倾斜方向(a=45。， p=90°)的结果。在这些图中，可将点光源 12分另'J酉己置在具有(+20mm，十20mm)、 (+20 mm,-20 mm )、 (-20 mm， +20 mm)和(-20mm， -20mm)的坐标的四个位置处的阵列 中。这些图是基于与平均亮度相比在亮度上的差异量。深黑色的部 分表示在与平均值差异在±0.5%范围内的区域，从而，区域越大， 差异量越小。
仅通过观察这些图就足以很好地区别亮度不规则水平，但是为 了获得更易理解的评价，如下定义不规则率
不规则率=(最大亮度-最小亮度)/平均亮度
这里，最大亮度指面内亮度分布的最大亮度，而最小亮度指面 内亮度分布的最小亮度。平均亮度指面内亮度分布的平均值。不规 则率越低，则亮度不规则和色彩不均匀被抑制得越完全。计算各个 情况的所有可用测量角度的整个范围的不规则率，从而形成用伪彩 色示出在测量角上的不规则率的分布(下文称为基于角度分布)的
圆柱坐标系。结果在图30中示出。
获得的结果表明当不管使用一片还是两片亮度增强膜15时， 实施例1和2的不规则率都比比较例1的要小。如从图30中显而 易见的，该结果还表明尤其当使用两片亮度增强膜15时上述特性 变得更加显著，从而使用两片亮度增强膜15可以足够充分地抑制 从任何角度观察的亮度不规则和色彩不均匀。该结果还表明在不劣 化亮度不身见则和色彩不均匀的前提下，反射4反11和光源图像分割 片13之间的距离可以足够狭小。
比较例2和3
接着，不同于实施例1和2，当光源图像分割片13以光源图像 分割片13的脊线Rl和R2与点光源12的阵列方向Ll和L2之间 的角度ei和02不是25度的方式进行设置时，也对亮度不规则进 行评价。在比较例2中，设置亮度增强膜15使得角ei和62被设 置为0度，而在比较例3中，设置亮度增强膜15使得角ei和92 被设置为45度。这里，在比较例2和3中使用了与实施例2相似 的具有图7A和图7B的截面结构的光源图像分割片13。
利用上述步骤测量亮度不规则并且计算基于角度的分布。在比 较例2和3中，在使用一片亮度增强膜15的情况下和在使用两片 亮度增强膜15的情况下的亮度分布分别在图31A 图31C到图 34A 图34C中示出。这里，代表性地示出各个情况的三个方向 垂直方向(a=0。，卩=0。)、倾杀+方向(a=45°， p=0°)和另一倾杀+方 向(a=45°，卩=90°)的结果。
所获得的结果表明与比较例2和3的情况相比，在实施例2的 情况下可以更为有效地抑制亮度不规则和色彩不均匀，尤其是当使 用两片亮度增强膜15的时候。
如上所述，虽然已经参照实施方式和实施例来描述本发明，但 本发明不限于此，而可以进4于各种》务改。
例如，在上述实施方式等中，光源图〗象分割片13的脊线R1在 与点光源12的阵列方向Ll以给定角度91相交的方向上延伸(参 照图5 )，而光源图像分割片13的脊线R2在与点光源12的阵列方 向L2以给定角度02相交的方向上延伸(参照图5)。为获得这种结 构(其中光源图像分割片13的脊线Rl和R2在不同于点光源12 的阵列方向Ll和L2的方向上延伸)，有两种配置方式 一个实例 是，如图4所示，配置点光源12使得其阵列方向Ll和L2平行于 壳体17的侧壁；另一实例是(虽然未示出)配置点光源12使得其 阵列方向Ll和L2与壳体17的侧壁相交。
在上述实施方式中，虽然已经描述了 LCD的详细结构， <旦该 LCD不必包括所有层，或者它可以进一步包括其他的层。例如，在 上述实施方式中，虽然光源图像分割片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，在上述实施方式 等中，光源图像分割片13和漫射片14之间的间隔、亮度增强膜15 和反射偏光片16之间的间隔、以及当使用两片亮度增强膜15时下 亮度增强膜15和上亮度增强膜15之间的间隔中优选充满空气。然 而，它们也可以填充除空气外的某种介质。
本领域的4支术人员应该理解，才艮据i殳计要求和其他因素，可以 有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在所附的权利要求或 其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种照明装置，包括多个点光源，配置在同一平面内；以及光学片，配置在面向所述多个点光源的区域中，其中，所述多个点光源配置在第一方向以及与所述第一方向相交的第二方向上，并且所述光学片具有立体结构，包括在与所述第一和第二方向相交的第三方向上延伸的第一脊线，以及在与所述第一、第二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊线。
2. 根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光学片包括一对彼此相对的第一斜面，其间具有所述第一脊线；以及一对彼此相对的第二斜面，其间具有所述第 二脊线，以及确定所述第一和第二斜面各自的倾斜角，使得当点光源 的间距定义为P时，通过所述光学片将从所述多个点光源中 的每个发射的光所生成的光源图像分割为多个图像而获得的每个X形光源图像的臂长D满足以下表达式 D^P/2。
3. 根据权利要求1所述的照明装置，其中，分别确定所述第一和 第二脊线的延伸方向，使得X形光源图像不彼此重叠。
4. 根据权利要求1所述的照明装置，其中，分别确定第一和第二 脊线的延伸方向，使得各个X形光源图像之间的间隔宽度大 致相等。
5. 4艮据斥又利要求1所述的照明装置，其中，所述第一方向和第二方向^皮此垂直或近似垂直，并且，被定义为ei的所述第一脊线和所述第一方向所成的角 度，以及被定义为02的所述第二脊线和所述第二方向所成的角 度，满足以下表达式10。< 01 <40。10。< 02 <400。
6. 根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一方向和所述第二方向^皮此垂直或近似垂 直，并且所述第一脊线和所述第一方向所成的角度ei以及所迷第二脊线和所述第二方向所成的角度02满足以下表达式 91=62=25。。
7. 根据权利要求1所述的照明装置，进一步包括设置在所述光学 片与所述点光源相对的一侧上一片或两片亮度增强膜，其中所述亮度增强膜包括在一个给定方向上延伸并且并排连 续配置的多个柱形棱镜。
8. 根据权利要求7所述的照明装置，包括两片亮度增强膜，其中， 所述亮度增强膜以各个棱镜的延伸方向彼此相交的方式设置。
9. 一种显示单元，包括面板，其基于图像信号来驱动；多个点光源，配置在面向所述面板的区域；以及 光学片，配置在所述面才反和所述多个点光源之间，其中，所述多个点光源配置在第一方向上以及与所述第 一方向相交的第二方向上，并且所述光学片具有立体结构，包括在与所述第一和第二方 向相交的第三方向上延伸的第一脊线，以及在与所述第一、第 二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊线。
10.—种光学膜，具有矩形的形状，并且包括在一个方向上延伸的第一边和在垂直于所述一个方向的方向上延伸的第二边，其中，所述光学膜具有立体结构，包括在分别与所述第 一和第二边的延伸方向交叉的方向上延伸的第 一脊线，以及在 与所述第一和第二边的延伸方向和所述第一脊线的延伸方向 交叉的方向上延伸的第二脊线。
全文摘要
本发明公开了一种光学膜、使用该光学膜的照明装置和显示单元，其中当使用点光源时能够减小亮度不规则。该显示单元包括基于图像信号来驱动的面板；配置在面向该面板的区域中的多个点光源；以及配置在该面板和多个点光源之间的光学片。多个点光源配置在第一方向以及与第一方向相交的第二方向上，并且该光学片具有立体结构，包括在与第一和第二方向相交的第三方向上延伸的第一脊线，以及在与第一、第二和第三方向相交的方向上延伸的第二脊线。
文档编号F21S2/00GK101354113SQ20081013473
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月23日 优先权日2007年7月24日
发明者星光成 申请人:索尼株式会社