TWI310111B - Lighting apparatus - Google Patents

Description

1310111 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於顯示裝置（display apparatus)及光學裝 置（optical apparatus)。 /【先前技術】 ' 液晶顯示裝置的側光型（side light type)背光（back 1 i ght )是在導光板的側面設置光源，並以配置多數個於導 φ光板的反射面侧之微小反射材使其反射至液晶側的方式。 由於光源為擴散光，故越接近光源，越需要減少放射至液 晶側的機率，如圖4 7所示之基本構造為在光源的附近白色 塗料點的直徑、密度變小，越遠離光源越大（專利文獻1 )。 但是，由於僅為基本構造仍有如下的問題，因此必須併用 擴散 >1 (diffuse sheet)、反射板（reflection sheet)、稜 鏡片（prism sheet)等。 由於以光源附近的小的點反射的光其光束密度高，故 鲁容易成為亮點，需併用擴散片。 因不以漫反射（diffused reflection)點反射地通過 ' 導光板背後的光越接近光源越多，效率降低顯著，故需再 *· 利用用的反射板。 以漫反射點反射的光在導光板射出面將臨界角以内的 光放射至液晶側’臨界角以上則在反射面側多重反射。被 照射至液晶的臨界角以内的光不是垂直方向，而是成為來 自光源側之斜向的光。因斜向的光會使亮度降低，故常採 6 1310111 用在導光板與液晶板之間配設稜鏡片，並轉換成垂直方向 之方法（專利文獻2 )。 由於漫反射方式會伴隨基客產^ 干隨者夕重反射，因此也有重複試 作評價使亮度均^，開發為沒有效率之問題。為了避免 此問題，許多使其接近平行光線的提案已出現。 在交互連縯地配置對入射平行光約45。的金屬蒸鍍 反射面與水平面之導光板的背後配設反射板之導光板被提 出（圖48，專利文獻3)。因光源為擴散光，與距光源的距 離的2次方成反比’光束密度降低，故亮度不均 (brightness unevenness)變大，在光源附近仰角成分多， 故需再利用透過水平面的光之反射板。 因上述提案在接近光源的部分仰角光線多，故透過依 照距光源的距離，使長邊面在i〜丨0。的範圍傾斜，短邊面 在30〜50°的範圍以入射面為基準逐漸增加，改善亮度不 均之導光板被提出（圖49，專利文獻4)。距光源的距離與 傾斜之函數未被顯示。 形成越遠離光源反射面積越大的四角錐於底面，配設 以四角錐的反射面當作焦點之透鏡（1 ens)於導光板射出 面’射出平行光線至液晶側的方式被提出（圖5 0，專利文 獻5)。因四角錐凹陷，故平行光無法入射，因底面的反射 面其面積遠比四角錐還寬，故底面中的反射光照射遠方的 透鏡面並多重反射，以致於效率降低，由於多重反射’故 光線追縱报困難。 在導光板配設多數個環帶狀的微小拋物面反射鏡，剖 7 1310111 面呈鋸齒狀而組合的拋物面菲涅爾反射鏡（Fresnei ref lection mirror)被提出（圖51(1)，專利文獻6)。因距 點光源的放射角度之内’可平行光化的光線被局限於抛物 面鏡方向，故併用反射鏡。若來自併用的反射鏡的光線在 二拋物面鏡反射’則有在與平行光錯開的方向反射之問題。 •在專利文獻6也提出如圖51(2)，以鋸齒狀菲涅爾面反射 -來自設置於拋物面鏡的焦散線（caustics)之線狀光源的光 之方式’惟因此方式是由拋物面鏡反射的平行光與來自光 •源的直接光混合，拋物面鏡的光束密度依存性非常大，故 亮度的均勻化很困難。 配s又依照距光源的距離使透射率（tj~ansniission fact or)直線地降低之傾斜45°的反射面之多重光束分束 器（multiple beam splitter)方式被提出（專利文獻7，圖 5 2)。因光源為擴散光，故擴散光透過光源附近的光束分束 器（beam splitter)，且到達遠方的光束分束器者僅為平行 光成分，故即使光束分束器的透射率設定為直線的也會變 籲成不均勻。顯示有10等份的例子’在寬度300mm的晝面尺 寸中厚度變成30mm，會影響重量與材料費。為了減少厚 度，更增加分割數在膜厚控制上很困難，濺鍍（sputtering) * 為多製程，製造成本變高。 在可攜式機器（portable machine)中於配置同心圓狀 的微小反射材之導光板使用利用白色發光二極體的點光 源，惟因亮點比線光源的情形更顯著，故擴散片被併用。 如圖54所示，因光源的指向性（directivity)範圍外變 1310111 暗’故增加光源數進行緩和（專利文獻8)。 - 正下方照明型（direct light type)之最正統的 (orthodox)的形狀為在箱型的平面反射鏡排列冷陰極管 (Cold Cathode Fluorescent Lamp:CCFL)。因若採用薄型’ 則容易出現管照，故藉由離開光源，併用反射鏡形狀與擴 .散片等可謀求均勻化（專利文獻9)。雖然使用餘弦函數反 -射鏡的方式是顯示光束密度均勻的結果（專利文獻1 〇 )，但 因距光源的距離與冷陰極管間距（pitch)的函數，故很難滿 籲足薄型化與光源數的削減之兩方。 反射鏡的形狀被提出許多的方式，雖然光線軌跡被顯 示，但因多數未被定量地處理，故均勻性不明確。越增加 擴散片的厚度，越能使亮度均勻化，但因吸收而使效率降 低。 液晶的彩色顯示是將像素（p i xe丨）3分割 紅、綠、藍的顏料被分散之彩色濾光片（c〇1〇r f i lter)之 加法混色法顯示。彩色濾光片是採用藉由著色材料吸收不 需要的波長成分之方式。染料由於是可溶性，故有分散佳， 透射區域的透射率高$彳幕 处町午n之優點，惟在彩色濾光片基板 (suW)的製程中，透明電極、配向WaH_ntfiim 2變成高溫’因染料在耐熱性、耐光性…，故顏料 法成為主流。 光的==之著色是白色光照射顏料粒+，依照其反射 =分光特性而進行…色光不射中粒子而貫通，則會 ,化，若顏料含有率過高，則透射區域的透射率降低而 9 1310111 需要微粒化、 變暗。為了提高透射率’使隔絕特性陡Λ肖， 顏料分散比率與膜厚控制。 、 藉由彩色濾光片使不需要的頻帶（band)之2/3被吸 收，因即使是透射區域也有吸收，故透光率（Hght -transmittance)為3〇%以下。3波長冷陰極管的發光光譜 (spectrum)也包含許多3波長以外的光譜，若想充分地隔 '絕此等光譜，則透射區域的透射率也降低，透光率更下降。 彩色濾光片的透射率為在液晶裝置之中最低，其次由於偏 鲁光板的約45%等，使液晶顯示裝置全體的透射率為8%以下。 使用顏料粒子之著色光即使入射平行光線也變成散射 光。若散射光入射至垂直配向（verticai alignment)、彎 曲配向（bend alignment)的液晶分子，則即使是黑顯示模 式，也會因斜光線而發生漏光（light leak)，對比 (contrast)降低。高分子分散液晶的情形，在散射光中無 法檢測因電壓施加造成的配向狀態的變化。 液晶基板中的彩色濾光片製造法雖然印刷法能以少的 鲁製程製造，但因高解析度化（highresolution)困難，故照 相银刻法（photo etching method)常被採用。但是，因照 相餘刻法針對黑色矩陣（b 1 a c k m a t r i X )、紅、綠、藍的4 ' 層進行洗淨（cleaning)、光阻塗佈（resist coating)、曝 光（exposure)、顯影（development)、硬化（curing)的製 程’製程長，需昂貴的裝置，故佔液晶面板（liquidcrystal panel)的價格之比例最昂貴。 因冷陰極放電管其發光效率高等的優點，故常被採用 10 1310111 於背光，惟發光光譜依照螢光材料的波長轉換特性，也包 含許多3原色以外的光譜’在透射率為標準的彩色濾光片 中 NTSCUational Television System c〇mmittee:美國國 家電視系統委員會）比約70% °若藉由提高彩色濾光片的濃 度提高NTSC比’則透射率降低，功率消耗（p〇wer consumption)增大，而因在電視中色再現性（c〇1〇r reproduction characteristics)的要求強，故功率消耗增 大0 • 因冷陰極管方式疋依照動作阻抗（i m p e d a n c e )以數百 V的高電壓驅動，故需要以變壓器升壓至必要的二次電壓 之換流器（inverter)。因換流器具有切換元件（swi tching element)與變壓器的電磁場放射雜訊（noise)，故必須採取 此對策。換流器即使是被要求高絕緣也會阻礙小型化。 因冷陰極管需要換流器而有小型化等的問題，故在可 攜式用途等中為白色發光二極體被使用。 白色發光二極體為將由藍色發光二極體產生的藍色光 籲照射至其補色之黃色螢光體’藉由藍與黃色加法混色轉換 成白色光的方式常被使用於白色照明用途等。因液晶顯示 • 的情形在2色混色法中紅等的再現性差，故將藍色光照射 、 至黃色、紅或綠、紅的螢光材之加法混色方式被採用。但 是，為了以螢光材料比對藍色光進行波長轉換，配合比不 規則（deviation)使不平衡（unbalance)增大為2倍，即使 經過經時變化也會產生不爭衡’故需使發光元件與螢光材 料的經時變化同等。 1310111 雖然也有將3色的晶片（chip)放在同一封裝（package) 之加法此色方式，但來自小的封裝的焦點之偏移大，會因 3個晶片的指向性而產生不平衡。 在重視色再現性的用途上，雖然藉由分色稜鏡 * (dlchr〇1C prism)將紅、綠、藍的發光二極體的光混色之 .方法被採用（專利文獻11)，惟藉由3個獨立的光學系統會 •使尺寸變大而昂貴。 彩色遽光片價格所佔的比例高，光利用效率降低至 _ 30%以下等的問題，削減區段電極“以㈣肘electr〇de)數 成1/3’使TFT基板的製造變的容易之時分割方式被提出。 時分割方式是將晝面的顯示週期1 6. 6mS三分割成 紅、綠、藍’每5. 6mS切換而進行視覺上殘留影像混色之 方式。液晶正確地表現色調（t 〇ne )、顏色是扣除液晶響應 的上升期間、下降期間之平坦期間，若平坦期間所佔的比 例低，則亮度與對比均下降。 若以時分割方式播放動晝，則會發生紅、綠、藍的3 豢個晝像在觀察者的網膜上偏移而被合成的色分離（c〇l〇r break-up)妨礙。防止此現象的方法是在第4週期插入白、 •黑或中間色之方法等被提出（專利文獻1 2、1 3 )，惟在4分 '割法中需響應速度為2mS以下。因向列型液晶（nemat ic liquid crystal)的響應速度為5〇mS~1〇〇mS，故被限制於 響曲配向、鐵電液晶（ferroelectric liquid crystal)、 反鐵電液晶（antiferroelectric liquid crystal)等高速 的液晶材料。 12 1310111 鐵電液晶為高速響應，另一方面因人字a 構造造成的錯齒形缺陷（zigzag defect)而容 (light leak)，使配向控制變的困難。有因碰 容易被破壞，不自我修復等的難點。 若將點光源置於拋物面鏡的焦點，則可得 /惟因與光源至反射鏡的距離的2次方成反比， -分布集中於光軸附近，無法進行均勻的照明。 平行光，也是由混合來自光源的直接的擴散光 φ拋物面鏡若採用淺的拋物面鏡，則雖然光束的 和，但擴散性光線變多。 因背投影機（rear projector)若由後方直 幕，則後方的尺寸變長，故經由反射鏡返回， 透鏡廣角化，可使縱深被縮短化（圖5 6，專利3 橫1000_、縱560mra的螢幕中以反射鏡1片 (angle of view)60。的廣角透鏡需要約50〇mm 低像差（aberration)廣角透鏡其透鏡片數增 籲價’故有藉由採用反射鏡為凸面鏡縮短縱深之 即使採取這種對策，也因縱深約40 Omm，故縱 • 上的限制。 ' 因掃瞄器（scanner)是使攝影與照明同步史 源中光量的浪費多，故線光源常被使用。由於 冷陰極管等寬度窄的元件之限制，故波長特性 液晶背光等的顯示用儘管3原色的光譜窄，加 能’惟攝影用光源的情形’若缺少波長則資訊 ^ (chevron) 易發生漏光 撞使層構造 到平行光， 故光束密度 由於不僅是 之光源，故 不均勻被緩 接投射至螢 藉由使投射 L獻14)。在 、晝面視角 的縱深。因 加，變成高 提案等。但 深成為利用 I行，在面光 線光源需要 會被犧牲。 法混色也可 欠缺，無法 1310111 進4亍正確的色再現。金屬_素燈（metai halide lamp)為包 絡線（envelope)，也具有接近白色光的鹵化物，包含許多 線光譜（1 ine spectrum)。雖然氙燈（xenon iamp)其光譜的 、連續性佳’但因包含線光譜，故藉由濾光片（f i 1 ter )白色 •光化成6504K。雖然白熾燈泡具有依照普朗克輻射定律 .(Planck’ s radiation law)之光譜特性，惟因壽命短，故 不知不降低色溫度（c〇1〇rtemperature)而使用。因此，紅 外線所佔的比率高，可視光的效率為7%以下。此等光源大 _體上為球形，故線光源的3波長冷陰極管常被使用。但是， 有各色的螢光材料為線光譜，無法拍攝正確的顏色之問題。 [專利文獻1 ] [專利文獻2 ] [專利文獻3 ] [專利文獻4 ] [專利文獻5 ] [專利文獻6 ] # [專利文獻7 ]

[專利文獻8 ] [專利文獻9 ] [專利文獻1 〇 J [專利文獻1 1 j [專利文獻1 2 ；] [專利文獻1 3 J [專利文獻1 4 J 曰本國特開平6-3 1 3883號公報 曰本國特開平5_丨271 59號公報 曰本國特開平7_2〇462號公報 曰本國特開平1 0- 1 0462 1號公報 曰本國特開2005-71928號公報 曰本國特開2004-1 85020號公報 曰本國特開2006- 1 1 445號公報 曰本國特開2 0 0 5 - 3 5 3 5 0 6號公報 曰本國特開200卜1 3880號公報 曰本國特開200 1 - 1 741 2號公報 曰本國特開2005-183005號公報 曰本國特開2 0 0 2- 1 9 1 0 5 5號公報 曰本國特開2 0 0 1 - 2 8 1 6 2 3號公報 曰本國特開平6- 1 1 767號公報 1310111 [專利文獻丨5]日本國特開平1 0-1 86330號公報 [專利文獻16]日本國特開平7-311383號公報 [專利文獻17]日本國特開平6-202 1 27號公報 [專利文獻18]日本國特開2000-28963號公報 [專利文獻19]曰本國特開平8-1 71 055號公報 [專利文獻2 〇 ]日本國特開昭61 - 1 0 8 1 6 7號公報 [專利文獻21]日本國特開2000-44614號公報 [專利文獻2 2 ]日本國特開昭6 1 - 2 9 2 6 0 1號公報 【發明内容】 因依照光源炱白色塗料點的距離改變白色塗料點的密 度之漫反射方式係接近光源的部分為白色塗料密度低，故 容易成為亮點，產生併用擴散片之需要，會影響光效率、 價格、厚度。 因接近光源的部分為白色塗料密度低，故需要防止透 射至導光板背後的光的損失之反射板。 因導光板内的漫反射為斜的光，使對比降低，故產生 以稜鏡片將機率中心轉換成垂直方向之需要。 為了進行多重反射而重複試作評價，使亮度被岣 化’開發為沒有效率。 =句 由於彩色濾光片為吸收不需要的波長，得到3原色 方式，故透光率為約30%以下，在液晶裝置之中透射率之 低，液晶裝置全體的透射率變成8%以下。 以最 彩色濾光片中的著色是依照以顏料粒子進行反射， 1310111 成為散射光，故發 芝由於在垂直配向、彎曲 示模式使斜的光照以、 今典配向中以黑 、射液晶分子造成漏光，使斜士眼你。 彩色濾光片是龜山 使對比降低。 k ^ 精由照相蝕刻法等依次印上堃声矩陣、 紅、綠、藍，故製藉， 丨上黑色矩陣 夕’佔液晶顯示裝置的制# 士少屮 例最昂貴。 1的i造成本之比 3波長白色光 一致，也包含許， 管的發光光譜為波長肖3原色不 夕3波長以外的光譜。 冷陰極管方式泰π 两要換流器’會影響尺寸、價格、效率。 將藍色發光二極體的光照射至紅、綠螢光體之混色法 色發光一極體係色平衡（c〇i〇r baiance)顯著地被螢光 材料的配合比影響。 將紅、綠、藍發光二極體放在同一封裝，混合3色光 之簡易的混色方法會依照觀看的方向而使色平衡崩潰。 使用分色稜鏡取得各元件的平衡之方法為光學系統變 的複雜且昂貴。 父互地使紅、綠、藍的發光二極體點亮之時分割方式 是由將場週期（field period)16. 6mS三分割後之5. 6mS扣 除顯示時間約3mS，變成約2. 6mS以下。 在3分割方式中有發生高速的動晝被錯開成紅、綠、 藍而顯示的色分離之問題，雖然4分割方式等被提出，但 在4分割方式中需要約2ms以下的高速響應的液晶。 因背投影機若由後方直接投射至螢幕，則後方的尺寸 變長’故經由反射鏡，使用廣角透鏡使縱深被縮短化。在 橫1000mm、縱560mm的螢幕中以晝面視角60度的廣角透 16 1310111 鏡，縱深變成約5 0 0mm。縱深成為利用上的限制。

本照明裝置如圖2(1)〜（3)所示，是一種藉由平行光轉 換手段（means)將來自光源的光形成平行光，使透明物質層 介於光源ίο與液晶次像素（liquid crystal subpixeG .之間，俾光源1 〇的顏色與控制液晶次像素的顏色對應，為 .了防止非控制的顏色之來自光源的光混色於控制的顏色而 -使用平行光，藉由平行光轉換手段產生的非平行光成分是 利用由設於板狀體的溝槽3進行之全反射，可刪除彩色濾 Φ光片之照明裝置。 “ 因在與折射率比透明材料低的空氣的界面中是在比臨 界角大的條件下進行全反射，故如圖i、圖2(3)所示，除 了在與導光板中的按顏色區別的平行光之間設有由空氣層 構成的遮光溝槽而成型的方法外，也可藉由以雷射加工等 對溝槽進行後加工，而構成全反射層。側面看導光板i的 形狀如圖2(2)、圖3(2)所示，在該平行光傳播的導光板1 内配置有以像素間距分散配置成梯田狀的凸反射面5。針 籲對凸反射面5是在後面敘述，以凸反射面5對平行光進行 方向擴大光束於略垂直方向並反射，藉由分配至在下一項 敘述的各條紋（stripe)之元件的併用’如圖}、圖2所示 ，也可匯集光源、疊層數。 透明物質係聚甲基丙稀酸甲酯（p〇lymethyl methacrylic acid:PMMA)樹脂、脂環族丙烯酸樹脂 (alicyclic acrylic resin)、環烯烴樹脂（cyci〇〇ief resin)、聚碳酸酯（polycarbonate:PC)、空氣等較適合。 131〇111 空 氣 的情 形 是顯示於實 . 有 條紋 分 配元件是將 個入 射 部之條紋内 位 1 以此 作 為矩陣構成 向 看 的剖 面 圖。在反射/ •先 其 1/3 的 光量透過位 、斜 反 射面 7 使其餘的 向 0 為一 種 藉由該反射 _向 側 之反 射 面8進行反 至 同 一條 紋 内的3個次 透射/反射區別部的傾斜反射面7是採用鏡 方向一致。為了成型傾斜反射面7，透光物質為 物質較適合。也能藉由在平面基材疊層成型傾斜 造達成。 藉由將透射/反射區別部的傾斜的反射面7的 射並分配至遠離接鄰的透射/反射區別部單位的位 鲁中同一顏色的入射部。在圖2(3)的例子中使綠色 至梯田狀導光板1的藍色光B及紅色光R所傳播 ’ 上部。藉由重複該構造，可作成連續條紋。據此 ' 如下的構造：將設於條紋分配元件内的液晶對向 面配設多數個於在梯田狀導光板1中其他顏色所 分之上，與由1光源睬射至1次像素的構造比較 光源的數目。反射/透射區別部是在透射部6的兩 斜反射面7的構造，用以使反射光不被接鄰的傾 分配至具 為基本單 光進行方 使入射的 由兩個傾 射於兩方 的液晶對 素，分配 ’使反射 型性佳的 之複合構 反射光反 置’可集 光G反射 的部分之 ’可當作 側之反射 傳播的部 ’可削減 側具有傾 斜反射面

I310lll 遮蔽之最大傾斜為3 5. 3 ° 。此時，反射光是以對水 1 9. 5 °的傾斜反射，與條紋分配元件厚度成比例而 至遠方。 用以使由傾斜反射面7反射的反射光不被接鄰 反射面7遮蔽之最大傾斜及最大傾斜光角度Θ ' 3(1)所示，如下求出： [公式1 ] tan$r=tan (λ/2 —2*0s) — cot (2 · β s) _ c o t 2 Θ s— 1 2 c o t 0 s =t a n ^ s/ 2 t a. n 2 0 s= 1 / .2 0s=ta:a~1 {1/f 2) =35.26* Θ r= tan =19*4 7 因透射/反射區別功能的透射部6佔開口面積的 反射光被分配至兩方向，故分別佔開口面積的1 / 3。 行光下將射出光照射至液晶次像素，則開口率降低j 故佔畫面的黑框的比例增加，照射部變成亮點。如圖 _在透射/反射區別功能的透射部6配設凹透鏡，將光 成液晶次像素尺寸，可避免亮點。 在垂直配向中為了固定液晶分子倒塌的方向， 、點對稱之預傾（PRtiU)被進行，惟在擴散方式的 中，在垂直配向方式、彎曲配向方式中因擴散光造 折射（birefringence)會降低對比（專利文獻14)。 提出像專利文獻14、15等的許多的構造，而顯示以 獻15的構造作為代表例擴大光束於液晶次像素尺 平方向 能分配 的傾斜 r如圖 1/3， 若在平 -1/3， 4藉由 束擴大 傾斜成 導光板 成的雙 預傾被 專利文 寸之方 19 1310111 法於圖5°藉由使配向構造接近光束擴大方向， 分子的雙折射，可有助於對比的改善。 若光源位於平行光的射出路徑之中，則光源 平行光’也將直接光（direct ray)加諸於反射平 ·.成不均句。如圖2(2)藉由在由平行光的路徑偏移 •的位置具有焦點的軸外拋物凹面鏡或轴外拋物面 -球面鏡的焦點配設光源，使平行光不會被光源阻 播於導光板。 鲁 藉由在導光板的厚度方向、寬度方向都在拋 點配設發光二極體，依照液晶條紋的排列順序交 複數色的發光二極體，可供給複數色的平行光。 由側面看入射來自光源的光之梯田狀導光板 是如圖2 ( 2 )’在對向於液晶側的反射面侧配置凸 之梯田狀構造。該凸反射面5是朝位於略垂直方 的像素反射來自光源的平行光線，因凸反射面比 小’故為用以擴大成像素尺寸的凸反射面。該凸 _如圖3 (2 )，若傾斜至臨界角以上，則可進行全反 鏡面反射層進行反射也可以。 在凸反射面5的光源側中，在與水平面所成 '' Θ d、入射角Θ 1乏間下式的關係成立： ， [公式2 ] $ds：9 0^ —θα 由全反射條件01>0C，有下式的必要： [公式3 ] 防止液晶 不僅遮蔽 行光，變 (offset) 鏡近似凹 礙而能傳 物面的焦 互地配置 1之構造 反射面5 向的液晶 像素尺寸 反射面5 射。採用 的傾斜角 20 1310111 “ <9 0® ~θ c 因光源不為完全的點光源，具有平行性公差，故0 d A取公差的裕度（allowance)。 ' 至被照射體的距離1變成導光板厚與液晶透明基板厚 .的和，若設次像素的透射部的寬度為ψ，設沿著導光板凸 •面傾斜部的圓周之寬度為d，則凸反射面的曲率半徑Γ是 以下式表示： [公式4 ] Γ = 2 · t · d/ (w、d/v~2> 由於是梯田狀構造的導光板，故可藉由依照由位置造 成的厚度t的變化而改變曲率半徑Γ，均勻地照射至像素 透射部寬度。 光束擴大率是在導光板的最薄的部分最大，液晶透明 基板厚為常數，在實施例中為3。以下。由於是光束擴大 光而不疋散射光’故也能適用於平行光為必要條件之高分 鲁子分散液晶。 因抛物面鏡為光束密度和光源與反射面上的點之距離 的2-人方成反比，故反射光的光束分布是越遠離光軸越 - 低。 設拋物線為下式.

[公式5 ]

y 2»! 4 p X °又抛物線上的點（x，y)與焦點（p， 〇)間的距離為h， 21 1310111 則 [公式6]

p x =x + P =y 2/ ( 4 p )屮 P 因光束密度和光源與反射面上的點之距離的2次方成 反比，故若以y的函數表示光束密度卜則 [公式7 ] I = I〇/ (y2/ (4 p) +p) 2

芒Α η為1，以〇到4的範圍圖示y ’則如圖7越遠離 光軸光束密度越減少° 總光束若以〇到4的範園對y積分’則 [公式8 ] /〇”〇/ (y2/ (4 P) +P) 2 d y .., =I 〇/ 2 p . [ y / (y 2/ (4p) +P) +2tan (2y)] =1. 5 1 · I〇 顯示積分的曲線於圖8。 若在導光板中利用接近拋物面鏡的光軸之範圍，設定 導光板反射面積為反函數並進行補正，則可抑制厚度增 加’使光束密度均勻。顯示到X座標的焦點p、y座標的 1.41p之拋物面鏡中的段差的位置函數曲線於圖9，顯示導 光板剖面的包絡線於圖1 〇 ^ 雖然拋物面鏡可產生平行光，但光束密度特性為越遠 離光軸光束越降低。為了使拋物面鏡的開口端中的光束密 度均勾，需將集中於光軸附近的光束擴散至週邊側，在= 22 1310111 原理之圖’ 0 1為比平 口端返回成平行光。圖11是顯示其 仃先還擴大光束之角度’ 0m為反射 ^鏡的傾斜角。光線軌 跡、光束密度的全體像是顯示於圖i 進行積分求總光 使與該座標連結 為一種對拋物面鏡開口端中的光束 束，於反射鏡上求在開口端成均等的值， 的線均勻化用之擴散光線軌跡。 ' 在開〇端使該總光束於光軸垂直方向成均句而進行等 分。將總光束等分之光束係反射鏡上的y座標被由光束密 鲁度分布求出，X座標也被求出。若連結該點與開口端的點， 則可求出擴散角度。 在圖11顯示拋物面鏡9的平行光射出，同樣地，增加 (increment)反射鏡的傾斜之角度為來自平行光的增加 (increment)的擴散角之一半。為了求反射鏡的傾斜，需求 拋物面鏡9的切線的斜率（sl〇pe)m與法線的斜率—1/m。 [公式5]

y 2® 4 p X 之拋物線上的點（X 0，y 〇 )的斜率以χ進行微分，得到 [公式9] 2 * y * dy/dx— 4 p 由切線的方程式，m為 [公式1 0 ] y —ya-dy/dx* (x-xo) =2 |>/y，（χ-χβ Λ y 2 ρ / yd * (χ χ,〇) Λ m— 2 p/yti 1310111 因法線與切線正交，故 [公式11 ] —1 /m—— y〇/2 p 在維持拋物線的包絡線下增大反射鏡的傾斜是 ’的鏡面具有微細的段差而連接。藉由分割拋物面 -面，使來自用以被均勻的平行光的擴散角度之—半 線的切線斜率還增大，在反射鏡開口端中能以均勻 _ 密度擴散。 在微細鏡面具有微細的段差而連接雖然利用成 鍵（evaporation)之製造為可能，但研磨困難，會包 分化造成的誤差。因此，顯示增大傾斜作成連續曲 法於圖11的光束密度均勻化反射鏡22。因若進行超 則座標移動至後方’故必須再度計算光束密度分布 曲線，惟藉由重複計算該光束密度分布、積分曲線 小地收敛誤差。 • 顯示在反射鏡上的y座標的點中光束擴大之分 於圖13’以虛線顯示光束密度分布，以實線顯示光 * 的積分曲線於圖14。 . 藉由以上的方法求出的曲線為 [公式1 2 ]

y 2: β · ρ · X — b X C 4, 5<a<7. 5 ，〇Sb，OSc a為反射鏡的軸方向長度，因正焦距折射面的 在微細 鏡的鏡 比拋物 的光束 型、蒸 含由細 線之方 ί續化， 、積分 ，可極 布狀態 束密度 傾斜等 24 1310111 情形’第2項的 著X變長而調整 大的反射鏡如圖 般不顯著。 a = 5. 8、b = 2. 5、 ο 則可返回成平行 。顯不用以返回 用的界面之斜率 的衫響而具有寬度。x<2之淺的反射鏡的 貢獻小’無須利用第2項的補正，藉由隨 .b ’ c ’使均勻性變佳。X長的，亦即口徑丫 7因越遠離光軸光束密度越減少，故如a ' 顯示比較光束密度均勻化反射鏡的 C = 2、p=l中的曲線與拋物線之圖於圖15 若將該擴散光入射至正焦距折射面， 光’據此’可得到光束密度均勻的平行光 鲁成平行光的折射面的角度於圖12。 藉由正焦距折射面轉換成平行於光軸 θ 3為 [公式1 3 ] 03青in 針對各擴散角度求 ::線、透鏡曲線。顯 〜片將正焦、距折射面 由圖16(2)的曲線顯示 折射面的曲線轉換成 將由光束密度岣勻 的情形為折射面變成 於圖16(1)。燹成 藉由平凸透鏡的平 [公式1 4 ] θ1) 0 3 ’若形成連續 示入射至導光板 轉換成平行光的 該解析結果。不 光束密度均勻的 化反射鏡反射的 複數，顯示以平 面轉換的折射光 線，則可求折射 的透光物質時， 態於圖1 6 ( 2 )。 平行光，也能藉 散光、收斂光。 散光照射至空氣 透鏡構成的例子 出角Θ 2為 25 1310111 0 S ί SL~1 (a Xj/n i a β i) 藉由折射面轉換成平杆& 取十仃於光軸用的界 [公式1 5 ] 面之斜率 顯不使边鏡厚 w的平凸透鏡還薄

〜-Γ凸 爾透鏡（Fresnel lens)的例子於圖ΐ6(3) 若入射至具有正焦距折“的導光I則梯田 板的段m定’包絡線成為直線，故由圖9、面 補償方法薄型化為可能。 不利用拋物面鏡之平行光產生方法是内傾斜拋物 的提出顯示於專利文獻18，變成使光軸傾斜於内側 狀。目的被視為[使用氙燈的情形因接近液晶面板的光 部分變成光源的影子，故僅液晶面板的中心部變成暗 像]’因内傾斜拋物面鏡的反射光為收斂光，故藉由二 透鏡返回成平行光。 鲁 在專利文獻19有使用拋物面鏡，藉由以兩片菲淫 鏡構成的無聚焦系統（af〇cal system)使光束密度成 '山形分布之提案。雖然無聚焦系統的關係式以及山形 .的理由未被揭示，但可考慮為與上述一樣，補償接近 的部分變成光源的影子。 具備凹面鏡的照明裝置因來自光源的直接光重疊 面鏡反射光’故光束容易集中於光軸附近。在如申請 範圍第8項使反射鏡均勻化的方式中，因直接光與距 菲涅 導光 1 0的 面鏡 之形 轴的 的影 圓錐 爾透 圓的 分布 光軸 在四 專利 離的 26 1310m 2次方成反比，故至照射面的距離越近越不均勻。因此’ 如圖17為一種藉由在光源的前方配設附有開口的遮光體 限制直接光，缓和光源前方因凹面鏡反射光與來自光源的 直接光重疊造成的光束集中’藉由配合凹面鏡反射光的光 束密度設定設於遮光體的開口孔的尺寸、密度’使光束均 / 勻化之照明方式。 . 為一種將具備凹面鏡的光源的前方之附有開口的遮光 體取代成凸面鏡，藉由以凸面鏡反射至凹面鏡提高效率’ $緩和光源前方因凹面鏡反射光與來自光源的直接光重疊造 成的光束集中，配合凹面鏡反射之光束密度將來自光源的 直接光與凸面鏡反射光設定設於凸面鏡的開口孔的開口比 率，使光束均勻化之照明方式。 為一種藉由在具備凹面鏡的光源的前方配設附有開口 的凸面鏡，反射至凹面鏡，緩和光源前方因凹面鏡反射光 與來自光源的直接光重疊造成的光束集中，配合凹面鏡將 來自光源的直接光與凸面鏡反射光反射之光束密度，藉由 籲設於凸面鏡的開口部面積設定透射光量，如圖18以凹透鏡 11構成開口部之光束的均勻化方法。 • 為一種藉由在具備焦距深度的拋物面鏡之光源的前方 配設附有開口的凹面鏡，透過光源反射至後方拋物面鏡’ 使來自光源的直接光與由拋物面鏡反射的反射光的入射角 一致並反射’使方向一致並使光束均勻化，藉由配合以拋 物面鏡反射的光束密度，設定設於前方凹面鏡的開口部之 開口比率’使光束岣勻化之照明方式，顯示該照明方式於 27

η2，低折射率層的折 1310111 圖1 9，以及顯示以開口部作為凹透鏡11的例子於 若正下方照明型液晶顯示裝置薄型化，則因光 光源的距離的2次方成反比，故容易發生管照。為 型化與均勻性兩立，如圖2 1藉由以傾斜的反射面將 方入射的光方向轉換成平面方向，以傾斜反射面將 平面方向的光反射至液晶面板，可得到均勻的照明 在正下方照明型液晶顯示裝置中，藉由傾斜的 使由正下方入射至導光板的光方向轉換成平面方向 的情形，因反射面上部未被照明，故變成配設光源 之一方向的傳播。配設光源於端部以外，為了反射 的兩方向，需對被反射面包圍的三角柱部分的液晶 行照明。如圖2 2藉由採用三角柱部分的傾斜面為， 射分離面，可分離成反射至導光板的平面方向之成 射至傾斜面的正上方部之成分。反射/透射分離可藉 角進行分離，或藉由光束分束器進行。 臨界角分離可藉由配設折射率比導光板小的層 面而實現。 若設導光板的折射率為 nl，則臨界角0 c為 [公式1 6 ] 0 c = s in {η ι/ π 2) 擴散角的控制可藉由申請專利範圍第8項〜第 任一項的射出光的平行性的設定等實現。 依照光束分束器的情形是根據照明的面積比等 圖20。 束與距 了使薄 由正下 傳播於 〇 反射面 並反射 ,於端部 於對向 像素進 反射/透 分與透 由臨界 於傾斜 射率為 12項中 設定反 28 1310111 射/透射比。 在藉由傾斜的反射面使由正下方入射至導光板的光 .向轉換成導光板的平面方向之正下方照明型液晶顯示裝 中，需對被以反射面包圍的三角柱部分的液晶像素進行 •明。如圖23，在對向的兩個傾斜面的v字形交點附近設 •開口部，使由開口部入射的光反射至在開口部延長線上 •配設成梯田狀之v字形傾斜反射面的上側。藉由傾斜反 面上側的反射面射出至液晶侧的構造，可藉由開口面積 •設定使被兩個傾斜面包圍的三角柱部分與該三角桎部分 外的導光板面的亮度均勻化。因在開口部正上方部配設 梯田狀傾斜面，故產生影子的部分。因此，將入射至影 的部分之路徑設於傾斜反射面的一部分。圖25是將由白 發光二極體構成的點光源設置於拋物面鏡的焦點之構造 圖2 6是將由3原色發光二極體構成的點光源設置於轴外 物面鏡的焦點之構造。 在藉由傾斜的反射面使由正下方入射至導光板的光 籲向轉換成導光板的平面方向之正下方照明型液晶顯示裝 中，如圖24藉由在對向的兩個傾斜面的v字形交點附近 • 設由凹透鏡構成的開口部，得到正上方部三角柱部分的 射光。藉由以凹透鏡將由開口部入射的光擴散至正上方 三角枉部分，可藉由開口部面積的設定使被兩個傾斜面 園的三角柱部分與該三角柱部分以外的導光板面的亮度 等化。 為一種藉由傾斜的反射面使由正下方入射至導光板 方 置 照 有 被 射 的 以 有 子 色 〇 抛 方 置 配 照 部 包 均 的 29 l3l〇lll 光方向轉換成導光板的平面方向之正下方照明型液晶顯示 裝置，在對向成v字形的兩個傾斜面的交點附近設有由凹 - 透鏡構成的開口部’藉由凹透鏡將由開口部入射的光擴散 至正上方部二角柱部分之構造，如圖24藉由設為由菲涅爾 .透鏡面構成的射出面’將擴散至三角柱部分的光平行光射 . 出之正下方照明方式。 藉由使焦點位置與光軸方向一致’偏移至不遮蔽入射/ 射出光的位置而配設凹面鏡與凸面鏡，可構成以焦距的絕 _對值比轉換光束寬之光束擴束器（beain expander)/壓縮器 (compressor)兩用元件。光束擴束器/壓縮器兩用元件是可 依照光線的行進方向當作擴束器或當作壓縮器使用之元 件。組合凹透鏡與凸透鏡之伽利略型（Gaiiie〇 type)由於 折射率的限制使得尺寸大，惟藉由4面的折射面使得像差 補正的自由度寬，故常被採用。乃因由反射鏡構成的光束 擴束器/壓縮器兩用元件在同一曲率焦距為透鏡的一半，故 小型化為可能’惟拋物面鏡的研磨困難，像差補正的自由 • 度小。 能以成形性、尺寸穩定性佳的透明材料構成光程 • (〇Ptical path)媒體，藉由蒸鍍等形成凹球面鏡 '凸球面 鏡的鏡面。若以曲率圓球面鏡構成，則變成如圖27。曲率 圓鏡是以拋物面鏡的光軸接觸的圓。與拋物面鏡比較，產 生圖28所示的像差，為了補正該像差，如圖29藉由採用 由光程媒體構成的入射/射出界面為像差補正曲線，就能以 一種類的光程媒體進行像差補正。 30 1310111 構成將來自線光源的光束壓縮並射出至軸方向之光束 壓縮器陣列（beam compressor arrary)的情形，其 石從圖Z 7 的構成之凹面鏡在斜的方向連續，則變成圖31的構成，若 不由圖的右側而由紙面垂直上部方向斜斜地入射入射光， 則可反射至凸面鏡射出至紙面縱深方向。若組合轴外的抛 物面鏡或曲率圓圓筒鏡於紙面垂直方向，使縱深方向的長 度相等，則可構成焦距的絕對值比的光束壓縮器。在圖3 2 顯示光束擴束器/壓縮器兩用元件。該構造可藉由設定朝平 行光軸的入射角為臨界角以上而進行全反射，因無須蒸_ 反射鏡’故可低成本地構成。 適用按顏色區別的線光源於正下方照明方式拄 叭崎，若遮 蔽其他的顏色的光並將與按顏色區別疊層的導光板之、妹人 部開口，則開口率、射出效率變成1 /顏色數。因甚 σ Μ右适過將 線光源的光束壓縮（compress)成1/顏色數之光束霉 器，入射至開口部，則平行光成分不會被遮蔽而可射出 故可避免射出效率的降低。 顯示按各色配設將線光源的軸方向的光束麗縮成1 / 顏色數之光束壓縮器，壓縮光束寬入射至該色導光 構 造於透視圖（圖3 3)。顯示將光束壓縮器置換成菲淫爾 _四凸 透鏡（Fresnel meniscus lens)之構成於圖 34° 入射至各色的疊層構成的導光板之光是藉由傾斜的& 射面方向轉換成平面方向並反射至液晶面。 在適用按顏色區別的線光源於側光方式時，若將與& 顏色區別疊層的導光板之結合部遮蔽成其他的顏色而q 3 1 1310111 口 ’則開 口率、Μ φ 4 千 射出政率變成1 /顏色數。因若透過將線光 f的光束壓縮成w顏色數之光束壓縮器並入射至開口 _卩則平订光成分不會被遮蔽而可射出。 . 因 '線光源排列在厚度方向，故光束壓縮器射出光變成 .在導光板的厚度方向依照光源的排列之分布。藉由以光束 •擴束器冑6亥光束壓、端器射出光擴大至導光板的厚度全體， '可使各色都能使光量分布均勻。 圖35(1)是在兩方向具有梯田狀凸反射面的構造。在 _以液晶顯不裝置的顯示面為xy平面，以紙面橫方向為X 軸時，以對y Z平面具有傾斜成梯田狀之第一微小傾斜反射 面將由導光板側面入射至y軸方向的平行光轉換成χ軸方 向。具有分散配置成梯田狀的微小段差之傾斜反射面若採 用液晶面板側的曲率半徑長，相反側短的凸反射面，則與 第二微小傾斜反射面的位置無關，可擴大光束成一定的y 方向長度。 若將在導光板内被轉換成X方向的光束照射至分散配 修置成梯田狀的第二微小傾斜反射面，則以凸圓筒全反射面 擴大光束並反射至位於略垂直方向的液晶面板。該凸圓筒 • 全反射面可藉由增加入射側的曲率半徑的長度’減少遠方 - 側的長度，使入射至液晶面板的光束密度均勻。 因該構造的導光板能以一個發光元件實現均勻的光束 密度，故適合可攜式機器等的小型液晶顯示裝置。因以凸 面鏡擴大光束，故無須擴散片，可效率佳地提高正面亮度。 藉由設定導光板的傾斜反射面為臨界角以上，可無需蒸鍍 32 1310111 製程，可僅藉由一個發光元件與導光板實 低價格。 針對使配設於前項中的xy平面上的 xz平面上的平行光入射部，設螢幕為xy ·. 明。 . 為了得到對配設於xz平面上的投影觀 '軸方向的光，第一梯田狀構造的反射鏡是另 方向為z軸的微小圓筒凸面鏡或微小圓錐 修傾斜成梯田狀而配設。據此，藉由微小圓 圓錐凸面鏡將反射中心轉換成X軸方向 射。藉由以對xy平面傾斜於z方向而配設 造的反射鏡的圓筒凸面，投影至位於xy平 螢幕，可比配設於xz平面上的投影顯示 示。 梯田狀段數少的情形，被照射至xy反 曲成梯形狀，大概在梯田的下段，其傾向 φ螢幕中的顯示畫像變成梯形，則產生間隙 顯示性能，故需對無視覺的影響之梯形 distortion)分割梯田狀段數。因若過度揭 . 高反射鏡的加工精度，故選定為滿足顯示 方之範圍。 若使用梯田狀反射鏡構成背投影機， 縱560mm的晝面尺寸，設擴大率為10倍， 示元件的短邊尺寸變成56mm。其他能以到 現構造簡單、極 顯示元件移動至 平面之構造來說 i示元件投影於y ί在yz平面上軸 &面鏡於X方向 筒凸面鏡或微小 ’擴大光束並反 的第二梯田狀構 面的垂直方向的 元件還能擴大顯 射鏡的像面被歪 變的顯著。因若 或重複，會損及 歪曲（trapezoid .高分割數，需提 性能與製造的雙 則以橫1 〇 0 0 m m、 縱深變成被攝顯 螢幕為止的空間 33 1310111 1 0 0mm構成背 為約30mm ,除了框體的厚度外，能以縱深約 投影機。 •"在：影裝置的光源為面光源中，因光量的浪費多，故 線光源常被使用。線光源因需要冷陰極管等寬度窄的元件 • ·=限制’故波長特性會被犧牲。儘管顯示用為3原色的光 •谱窄，加法混色仍可能，惟攝影用光源的情形若缺少波長， 則資訊人缺，正確的色再現不可能。3波長冷陰極管係各 色的螢光材料為線光譜，也具有金屬齒素燈為高效率且顯 _示光譜分布的包絡線接近白色光的特性之南化物，惟因包 含許多線光譜’故對於攝影用的光源不適當。雖然氙燈其 光譜的連續性佳’但因包含線光譜，故藉由遽光片被白色 光化成6504K。白熾燈泡具有依照普朗克輻射定律之光譜 特性。 若以每單位體積的能量表示普朗克輻射定律，則 [公式1 7 ] 8sn；hc 1 e x p (h c/ (k λΤ)》一1 h:普朗克常數6. 626xl(T34Js c:光速 2. 9979xl〇8m/s

k:波兹曼常數（Boltzmann’ s constant) 1.3807x 10'23J/K 普朗克輻射定律是融合維恩位移定律（Wien，s displacement law)與瑞立-京士定律（Rayleigh-jeans iaw) 而發展。以λ對普朗克的分布曲線微分並取極大，設如下 34 1310111 的公式： [公式1 8 ] . 0=h.c/ (lmkT) ·. 若以圖式解法求如下的公式： / [公式19] e x p (― |〇. + β./ S — 1 :: 0 _ 則如圖37，/3 =4. 965，尖峰波長變成： [公式2 0 ] ；U=h c/ (泠 kT) =2,8 9 7 8 X 1 Ο—3 /T (m * K) 與維恩位移定律一致。 單位波 若以分光放射亮度Le表示每單位立體角（sr)、 長寬（m)的放射束，則 [公式2 1 ]

Le (λ»Τ) ^ 2 h c2___1_ A5 exp (he/ (klT)) — 1 白晝光 熱輻射 全黑體 線、維 位移定 為溫度 。因燈 因基準白色光為650 4K，在照片中為5500K的 成為基準，故在圖38顯示輻射定律曲線。因物質的 . 係晶格振動（lattice vibration)等的貢獻，故與完 (perfect black body)所產生的普朗克賴射定律曲 恩位移定律非常不同。完全黑體的2800K中的維恩 律所產生的尖峰波長變成1 〇 3 5 n m，惟實際的鎮絲 2800K，在約400nm具有尖鋒，與黑體的比為約0. 4 1310111 絲溫度越高蠢人# w η卩越短’故通常的白熾燈泡係設定色溫度 約 2800Κ 。 、以可現光波長寬對普朗克輻射定律分布公式進行定積 “、 積刀則求出可視光的效率’在2800Κ中可視光 • 為7 % ’紅外朵氣〇。4 . 疋為93/β。其他因具有封入氣體的對流傳熱等， . 故效率更低。 、、將藍色發光二極體的藍色光照射至黃色螢光體，藉由 補色而被白色光化之白色發光二極體常被使用，惟藍具有 •大銳的光譜，紅色區域等則不足。因利用螢光體進行波長 轉換故有依照螢光體的配合比，藍的吸收大大地變化， 產生由指向性造成的色度斑等的問題。將紅、綠、藍的3 色的發光二極體收納於同一封裝是因光譜為不連續，故為 顯示用。 因發光二極體的發光強度（lumin〇us in tensj ty)係峰 值（peak)的約半值之半值寬為2〇nra〜6〇nni，故若使用6色 〜9色，則可覆蓋可視光區域。顯示以7色的發光二極體形 修成5500K的白色光之分光特性於圖39。因3元化合物、4 元化合物發光二極體是晶格常數（lattice constant)、能 • 隙（energy gap)依照化合物的組成比而變化，故由於組成 •不均勻、量子井層（quantum well layer)厚不均勻等，使 發光波長特性為高斯分布（Gaussian distribution)曲 線。因高斯分布曲線的傾斜部為非直線，故為以各色的半 值波長連結時，具有約5 %的波紋（ waviness)之曲線°雖然 與線光譜的光源比較’波紋非常小，但若吸收波紋的凸部， 36 1310111 則可得到平滑的曲線。波紋因高 v „ 77听曲線的下部的 成分重疊於接鄰的尖峰波長而發生， 故吸收曲線的下 邻/刀之方法被考慮。考慮為有機色 ^ u 6 不疋藉由光子被7Γ 振動共鳴吸收，呈現吸收波長的補 巴之現象，若在發 域的外側具有吸收尖峰，吸收發光 知元先譜的下部，則可 波紋的凸部。 .*薄膜構成的干涉濾光片因隔絕特性陡峭，故將 波長加在光譜下部的波長的話，可得到平滑的曲線。 • 若使色素的吸收波長與發光二極體的尖峰波長一 則由於吸收曲線也是高斯分布，故可平坦化。例 526〜530nra具有吸收的色素已知有四苯基酞菁錳錯合 約100種類，將該色素添加於發光波長528nm的發光 體之透光物質層至抑制波紋的程度，可實現平滑的曲 每一波長已知有多數種色素，可藉由配合發光波長適 擇，緩和各發光二極體的尖峄。 因由各色發光二極體產生的白色光之放射曲線不 _紅外光、紫外光，故為高效率，也有不產生紫外線損 優點，適合美術品、文化財的展示等。將該平行光入 光束壓縮器，能以線光源轉換導光棒的光束寬入射。 - 若密集排列發光元件晶片，進行加法混色，配設 焦點的反射鏡的焦點’則能以白色光進行反射。刺用 棱鏡之混色方法因能與折射方向、反射方向的光線的 一致而合成，故可藉由依照折射率、反射率調節光源 量而精密地控制（專利文獻11 )，惟尺寸變大且昂貴。 波長 部的 電子 光區 抑制 隔絕 致， 如在 物等 二極 線。 宜選 包含 傷的 射至 於長 分色 方向 的光 雖然 1310111 光散射方式並不是被合成於同一方向，但在散射方 色依存性，則無法識別方向的不一致，變成均勻的 在同一封裝中將3色發光元件的晶片配置成正 的方法被進行。僅在透明樹脂封裝中因彩色深淺 fading)變大，故擴散材被混入透光樹脂，惟因在 •源的部分產生漫反射’故光源近旁的顏色強勁地出 .了緩和該現象，若增加光散射層的厚度且多量地混 材，則吸收增加，效率降低。由藍色發光二極體與 |光體構成的白色發光二極體因發光元件的指向性與 的指向性不同，故色調會依照觀看的方向不同。 針對依照本發明之混色方法來說明。 如圖4 1 (1 )配置7色的發光二極體晶片時，在& =剖面中如圖41 (2)能以3色的發光二極體表示動 "又3色的發光二極體的指向性相等，為了簡單起見 發光-極體的發光強度相等，所求的發光強度波長 坦來說明。 右由直線地排列於基板59的3色的發光二 垂直方向前進於角度“的方向之3條平行光 鏡面’則直線上的3色在焦點面上的η連結焦 的光源到焦點的光程長依照斯奈爾定律 等’故變成與光源的發光強度成比例的合成光 上的3點，因來自平面上的各光源的平行光線 點於fX:故所有的平行光線在球面上連結焦點 的折射率為nl，設空裔+ °又二礼的折射率為n2，設透鏡 向若無 混色。 三角形 (color 接近光 現。為 入擴散 黃色螢 螢光體 ,-Α* 中 作。假 ，以各 特性平 晶片的 出凸透 由各色 1 aw)相 僅直線 連結焦 設透鏡 光程長 38 1310111 為dlx ’設空氣中的光程長 所 擴 的 9 構 9 可 為 也 層 至 變 或 也 收 之 與 士 & A机二 勺αζχ則顯不由如下的公式 成的焦點面的曲線於圖40。 [公式22] η, · diK+n2 . d2s=—定 因若在焦點面配設如圖4 2的垆埤从a .散，故·作““ _散材層，則各色被合成而

.畝故田作白色先被放射。因擴耑奴蛊A u擴散材為焦點面附近之簿 -Π 收有效地擴散。使用微小擴散材的情形 乂透明的折射材料構成相較於以像白色顏料的反射材

成’其返回至光源方向較少，读.銮柄A K夕透射率較向。氣泡的情形 折射率比最大，藉由被照射至氣泡的側面之光的全反射 抑制吸收，可大大地取得散射效果。因擴散材層其目的 限制直射光線成分’故即使是利用凹凸表面之粗面擴散 可以。 即使藉由反射鏡也能在擴散材層形成焦點面。

反射面的情形有來自各光源的直接光入射到光擴看 之路徑與經由反射鏡的路徑之兩條。因直接光與各光沒 光擴散部的距離之2次方成反比，故依照光源的排列A 的容易著色。若加大至光擴散層的半徑，則均勻化為可 但與利用透鏡的方法比較變大。若採用反射鏡為飯碗子 圓錐形’則如圖43(1)具有補足周邊部的光束 1乍用 具有加強周邊部的著色之作用。 相對於此，如圖4 3 ( 2 )若像葡萄酒杯般使開口部附近 縮前端，則可將反射方向收斂於越過發光二極體的光轴 位置。因經由反射鏡的光會因鏡像而使距離逆轉，故為 39 1310111 光源的排列相反的著色。若混合兩條路徑的光的顏色則 因大小的組合後各色都變成同等，故可實現光擴散層全體 無彩色深淺的狀態。在圖中雖然與直接光比較反射光其距 離長、強度小，但因反射面遍及圓周而寬廣，故可反射與 ► 直接光相同的光量。 • 使用透鏡混色於焦點面之方法可依照折射率使焦點縮 -短化’惟周邊光在臨界角以上全反射至基板側而變成雜散 光（stray 1ight)。 • 利用反射鏡的方法因直接光的混色，故有距各光源的 距離近似之必要’光軸方向變長。為了組合此等透鏡，將 透鏡中的臨界角以上的範圍當作照射至反射鏡的形狀，可 實現小型化與高效率。 為一種將由棒狀導光物質的轴方向的一端入射的平行 光轉換成在側面射出光束密度均勻的平行光之線光源的元 件。是在於射出面的對向側配設成梯田狀的拋物面筒或由 圓筒構成的界面進行全反射，以在使焦點位置共通之正焦 鲁距折射率面轉換成平行光之光束擴束器當作轉換要素。為 一種線光源轉換導光棒，其特徵為藉由依照導光棒的厚度 之曲率半徑階層地配設該要素於長軸方向，以光束密度均 •勻的平行光當作線光源而射出。 液晶板的對向基板為了搭載透明電極、彩色遽光片， 由耐熱、耐藥品性等常採用玻璃板。在橫向電場方式中， 在對向基板不存在透明電極（專利文獻1 6等），因不具有彩 色濾光片的對向基板在製程中不會被暴露於高溫，故成為 40 1310111 容易採用由高分子材料構成的液晶挾持基板。藉由在液晶 挾持基板加入條紋分配功能，使製程被縮短。 兼作挾持液晶的基板與條紋分配導光板的情形，因在 藉由偏光板偏光後入射至條紋分配導光板，故需要低雙折 ·.射率。聚甲基丙烯酸甲酯其雙折射率小，惟因具有親水基 .(hydrophi 1 ic group) ’故由於吸濕而使尺寸穩定性惡化。 -考慮為聚甲基丙晞酸甲酯共聚物為曱基丙烯酸的_〇_、=〇 氧原子藉由氫鍵（hydrogen bond)所產生的親水性。吸水性 籲對策已知有藉由與甲基丙烯酸環己酯（cycl〇hexyl methacrylate)等的疏水性單體（hydrophobic monomer)之 共聚合 （copolymerization) 進行吸水率 （water absorption)的改善。因醚鍵聯（ether 1 inkage)、碳酸酯 鍵聯（carbonate linkage)是在主鏈（main chain)具有 -〇-，聚曱基丙烯酸曱酯共聚物是具備於側鏈（side cha i η )，故與聚碳酸酯比較，氫鍵的影響變大。因此，脂 環族丙烯酸樹脂為雙折射率小，成為與聚曱基丙烯酸曱酯 鲁單體的莫耳分率（molar fraction)成比例的吸水率。低雙 折射率化之手法已被開發有共聚合極化方向 (polarization direction)相反的單體，幾乎無雙折射的 _ - 脂環族丙烯酸樹脂等（專利文獻20、專利文獻21)。 聚烯烴（polyolefin)由於是疏水性，故共聚合乙烯與 環烯烴之環狀聚烯烴（cycl ic polyolefin)實現0. 01%以下 的低吸水率。雙折射率是與聚甲基丙烯酸甲酯同等的低的 特性被報告（專利文獻2 2)。 1310111 透光性高分子係維持透明性，平衡佳地具有雙折射 率、吸水率等此點很重要。 擴大光束的機構因接受液晶注入時的壓力’故在光源 導光板側配設凹透鏡較穩定。可藉由採用將以透射反射區 別部反射的光反射至液晶側之反射鏡為凸面鏡而實現。 【發明的功效】 因本發明是藉由梯田狀導光板將平行光方向轉換，藉由 條紋分配元件分配至同一條紋，故無彩色濾光片造成的損 失，可提高作為液晶裝置的透射效率至3倍。因藉由梯田 狀導光板的段差設定補償由平行光轉換元件產生的光束密 度分布，故亮度均勻的照明為可能。 因梯田狀導光板將平行光擴大光束於目的方向並全反 射，故與散射方式比較損失少，設計效率的提高、構件成 本的削減為可能。 因將3原色發光二極體的光分配至各條紋，故可再現發 色特性。 可藉由3原色發光二極體與方向轉換元件、梯田狀導光 板、條紋分配元件構成正下方型背光。可藉由併用光束壓 縮器陣列，藉由按顏色區別的線光源與方向轉換元件、梯 田狀導光板、條紋分配元件構成正下方型背光。 【實施方式】 [實施例1] 42 1310111 以對角 510fflffl(20. i 型）、xga(1024 、側光的例子並 與圖2等一起說明本發明的實施的形態。 圖面尺寸為橫408_、縱3〇6_、像素間距39^m、次 像素間距1 3 3 y m。 配設傾斜於梯 為將來自光源的光轉換成平行光而供給 田狀剖面的導光板之凸反射面。 分配於條紋方向的導光板為配設反射鏡與透射部之厚度 〇· 58mm的高分子薄片（sheet)。 &

田狀導光板是 分的方式，以 由光源供給平行光’正交於條紋方向的梯 以藉由與空氣的溝槽界面全反射非平行光成 各色1.6mm寬、192條構成而進行射出壓縮成型。以為了 謀求高亮度化與均勻化，在兩側配置光源之兩燈構成。透 明材料可為甲基丙烯酸樹脂、脂環族丙烯酸樹脂、環烯烴 樹脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯腈共聚合樹脂、紫外線 硬化丙烯酸樹脂等。為利用配設溝槽，由折射率比透明材 料低的空氣進行的全反射。 對向於液晶侧的反射面側是以均等間距配置5丨2個圓 筒凸反射面之梯田狀構造。因導光板的梯田狀段差比像素 尺寸小’故用以擴大成像素尺寸的凸反射面是朝位於略垂 直方向的液晶的像素反射來自光源的平行光線，該凸反射 面無需藉由傾斜於全反射臨界角以上而形成反射層，製造 費用削減為可能。因拋物面鏡的光束密度具有距光軸的距 離依存性’故加大距光軸遠的導光板底面側的段差，使亮 度均勻化。 43 1310111 條紋分配元件因被要求傾斜於兩面的反射鏡的面精度， 故除了流動性佳適合精密成型的環烯烴樹脂、聚碳酸酯、 紫外線硬化丙烯酸樹脂等之外，也可以是高透明度、低雙 折射率之高流動性聚曱基丙稀酸甲酯等。 薄片為厚度0·58mm ’在液晶側、梯田狀導光板側熱壓 '縮成型反射鏡用的傾斜面’蒸鍍反射鏡部分。 因使透射部開口率降低至1 / 3，故如圖4在開口部配設 凹透鏡，擴大光束成次像素尺寸。 _ 光源為在於梯田狀導光板光源部的厚度方向與寬度方 向共通的拋物面鏡的焦點’依紅、綠、藍的順序交互配置 各色64個的發光二極體。發光二極體如圖2(2)是偏移 (offset)至不遮蔽拋物面鏡9的反射光之位置。在該實施 例中藉由配置發光強度2 5 0mcd的發光二極體各色64個於 兩側，在透光率40%時得到亮度307cd/m2。 [實施例2 ] 針對適用3波長冷陰極管於正下方照明型之多燈方式 ❿的例子，使用圖2 1等來說明。 配設冷陰極管於光束分布均勻化凹面鏡的焦散線’在冷 •陰極管的前方配設附有開口的遮光體，限制直接光，防止 *管不均的產生，附有開口的遮光體是藉由以反射材構成， 反射至凹面鏡方向，提高光利用效率。透過開口孔的擴散 光，以及以凹面鏡使光束密度均勻化用的非平行光入射至 凸折射面並返回成平行光。 在45。的反射面被反射至導光板面方向之平行光是藉 44 1310111 由構成梯田狀的臨界角以上的傾斜面反射至液晶方向 光源部補正光束密度’故傾斜面的尺寸與導光板的位 關，為一定。 若配設圖21的構成於兩端’則成為兩燈式D因圖 圖24的方式可照明正上方部，故使用於中間部，多燈 可能，故適合大畫面。針對兩端部也能與圖2丨併用。 - [實施例3 ] 針對適用梯田狀導光板、條紋分配元件、3色的冷 ^ 管於正下方照明型的例子，使用圖2 6來說明。 3色的光源部是分別配設冷陰極管於光束分布均勻 面鏡的焦散線，在冷陰極管的前方配設附有開口的 體，限制直接光，防止管不均的產生。藉由以附有開 遮光體當作反射材反射至凹面鏡方向，提高光利用效 由開口孔產生的擴散光’以及以凹面鏡使光束密度均 用的擴散光入射至導光板的正焦距折射面並返回成 光。 φ 3色的平行光是藉由光束壓縮器聚光成1/3，錯 色’入射至對應冷陰極管的顏色之梯田狀導光板的透 域。透光區域因各色64條，故配設由64個構成的光 ·縮器陣列。光束壓縮器為利用凹面鏡與凸面鏡的方式 小型化。由菲涅爾凹凸透鏡構成的光束壓縮器由於是 狀，故成型容易。 梯田狀導光板1是在光束壓縮器正上部構成三角 的傾斜反射面’反射至平面方向，以配置成梯田狀的 。因 置無 22〜 化為 陰極 化凹 遮光 口的 率， 勻化 平行 開各 光區 束壓 為可 梯形 柱狀 圓筒 45 1310111 凸面朝條紋分配導光板的入射部全反射。被三角柱狀包圍 的部分的照明與圖23的構成一樣，由設於尖端的開D部人 射，以配置成梯田狀的凸傾斜面全反射，並反射至三角& 狀的傾斜反射面的上側。因傾斜反射面上側也是反射鏡， ·· 故反射至正上方部’入射至條紋分配元件2。因在開〇部正 •上部配設有配置成梯田狀的凸傾斜面，故產生影子的部分。 因此，設有入射至影子的部分之路徑。 條紋分配元件以後與實施例1 一樣。 $ [實施例4 ] 說明依照可攜式電話（portable telephone)等的$ 液晶顯示裝置使用圖35的導光板之1盏白色發光二極體之 實施例。 板 光 導 與 部 源 光 將 為 型 成 體 光 發 色 白 設 配 點側 焦板 外光 軸導 的由 鏡是 面光 物行 拋平 在。 光 行 平 給 供 體 極 光狀大 大田面 擴梯射 面二反 射第凸 反到一 凸於第 狀由故 田。， 梯向同 一 方不 第面段 由射下 藉反與 ， 凸段 向狀上 方田在 深梯離 縱二距 面第的 紙至止 至射為 播反面 傳，射 面束反 是 面 射 反 凸 ο 大。 擴射 度反 角全 大用 擴利 將並 ， 上 徑以 半角 率界 曲臨 小為 減定 側設 段光 下射 在入 致對 晶因性 液式向 至方指 段該為 上。光 與徑出 段半射 下率因 在曲 。 小片 減散。 段擴片 上須鏡 在無稜 致故須 大，無 故束故 ， 光 ， 同大光 不擴大 離面擴 距射束 的反光 板凸的 面在窄 面 射 反 狀 筒 圓 為 面 射 反 凸 二 第 因 板 射 反 須 無 也 故 射 反 全 用 利 因 46 1310111 因僅藉由一個發光二極體與導光板，故最簡單 低的價格製造。 [實施例5 ] 使用圖3 6說明使用梯田狀反射鏡構成背投 ·.子。由於是由反射鏡與空氣構成，故記載為反射 _ 1000mm、縱560mra的螢幕尺寸，設擴大率為1〇倍 -成被攝顯示元件的短邊尺寸56ιηιη與至榮幕的空指 和8 6mm。設梯田狀段數為50，則yz面反射鏡的 _ 差為2· 0mm。反射鏡的形狀係分別設定為：基準面 曲率半徑為31. 4mm、螢幕面側最深的曲率半徑為 基準面/顯示元件側的曲率半徑為62.9mm、螢幕3 件侧的曲率半徑為239mm的圓錐凸面鏡。此乃因名 射鏡的各位置反射，以螢幕照射成方形。 xy面反射鏡的z方向段差為1. 1 2 mm的圓筒 因由圓筒凸面鏡至螢幕的距離階段地變化，故下 半徑27. 0mm至上段的曲率半徑9. 4mm階段地設 •徑。 [實施例6 ] ' 在導光板射出部配設負焦距光學系統，適用擴 - 液晶次像素尺寸於垂直配向液晶，顯示對比的改 圖5。在垂直配向中因固定液晶分子倒塌的方向 成點對稱之預傾被進行，依照專利文獻1 5，在垂 若不使液晶分子對垂直方向光線在3 °以内，則 對比降低。實際上由於不是垂直方向光線，故即 ，能以極 影機之例 鏡。以橫 ，縱深變 ]30mm 的 X方向段 側最深的 207mm 、 & /顯示元 xy面反 凸面鏡。 段的曲率 定曲率半 大光束成 善方法於 ，故傾斜 直配向中 會被視為 使改善預 47

I3101H 傾也會損及對比。 配向方向之構造， [實施例7 ] 可取使該光束擴大方式接近液晶分子的 對於對比的改善有用。 顯示兼作挾持液晶的基板與條蚊分配元件，使製程簡略 化之實施例於圖6。因液晶挾持基板搭冑m或彩色濾光 片’形成透明電極、配向膜’故製程變成高溫，被要求耐熱 性。因透光性高分子為财熱性、尺寸穩定性、透氣性比無機 玻璃差，故挾持液晶的基板常採用無機玻璃。

橫向電場方式的情形因在對向基板不需要透明電極故 無須以岗溫處理，因無高分子材料的玻璃轉移溫度 transition temperature)的限制，故成形性佳的高分子材 料的採用為可能。雖然高分子膜具有透氣性，但條紋分配元 件施以鏡面蒸鍍膜，透氣性變低。條紋分配元件除了來自梯 田狀導光板側的入射部外，被以鏡面蒸鍍膜覆蓋，並且被 施以蒸鍍金屬的氧化防止的塗裝。液晶側的面為透射/反射 區別部其2/3為反射鏡部。因濺鍍膜為緻密，故透氣性低， _由防止氧化、吸濕的目的被採用於|t且氣（gas barri er)包 装。透射部雖然會露出透光性樹脂，惟藉由在填充反射鏡 •傾斜部後’在藉由阻氣性高的物質覆蓋後進行平坦化處 '理，可進行阻氣行與平坦化。因施以液晶注入壓，故配設 透射/反射區別部的負焦距折射面6於液晶對向侧。 [實施例8 ] 藉由圖44、圖45說明使用波長不同的7種類的發光二 極體，構成連續光譜的白色發光元件，採用該白色發光元件 48 1310111 為線光源轉換元件的光源之掃描用線光源的例子。 7種類的發光二極體為尖峰波長440、487、52Y、565、 6 02、633、657nm以半值寬連續。為將7種類的發光元件排 列於基板中央附近，封入比焦點面還淺的位置的透鏡内。透 • 鏡周邊部是由基板形成急傾斜面並透射，入射至反射鏡。 由各發光元件射出的平行光是藉由正焦距折射率面折 射’收斂於各色的有效光程長相等的球狀面的焦點面。因直 射焦點面不會成為混色’在焦點面配設擴散層隨機地折射、 •反射，故會混色變成白色光。擴散層為粗面，白色顏料分散 體、折射率不同的透明微粒子分散體之任一種都可以。與發 光二極體的乳白色封裝不同’在焦點面附近的薄層混色為可 能。 若各發光二極體的發光強度可配合白色光的色溫度設定 電流值’則可在任意的色溫度使用。 若配設白色發光元件於圖45的軸外拋物面鏡的焦點，則 可射出平行光。因拋物面鏡的光束密度越遠離光軸越降低， _故令凸反射面的段差與圖9 一樣的設定，可使光束密度均勻 化。凸反射面是對平行光設定為臨界角以上，可利用全反射。 . 可當作藉由射出面的正焦距折射面將由凸反射面反射而 .成的光束擴大光轉換成平行光之光束擴束器而發揮功能。 各光束擴束器因至射出面的距離不同，故可藉由階段性地 改變曲率半徑實現均勻的光束密度的平行光。 [實施例9 ] 顯示光源尺寸比線光源轉換元件的厚度還大時藉由光 49 1310111 縮器收斂光束，轉換成線光源的構造於圖4 6。 【圖式簡單說明】 /因為了說明的方便，細部為擴大記載，故未必成為 關係。軸對稱的特性圖僅以正的範圍顯示。 圖1是顯示本發明的實施例工中的梯田狀導光板 紋分配元件的構成之斜視圖。 /、 圖2是以三角法顯示本發明的實施例丨中的梯田狀導光 板與條紋分配元件中的光跡之圖。 圖3 (1)是顯示條紋分配元件的透射/反射區別部的反 射光之圖。圖3(2)是顯示由梯田狀導光板的傾斜反射面產 生的全反射之圖。 圖4是顯示條紋分配元件的透射/反射區別部的透射光 的光束擴大之圖。 圖5是顯示垂直配向液晶中的透射/反射區別部的透射 光的光束擴大與液晶分子配向之圖。 圖6是顯示使分配於條紋的功能共用於液晶透明基极 的狀態之圖。 圖7是以y為正的範圍顯示拋物面鏡的光束密度分布之 圖。 圖8是以y為正的範圍顯示對拋物面鏡的光束密度積分 的分布之圖。 圖9是顯示用以使由拋物面鏡反射的平行光光束密度 均勻化之導光板的段差分布之圖。 50 1310111 圖ίο是顯示用以使光束密度均勻化之導光板的厚度分 布之圖。 圖11是顯示用以使拋物面鏡的光束密度均勻化的傾斜 反射光及反射面的斜率之圖。 • 圖1 2是顯示藉由折射面將用以使拋物面鏡的光束密度 •均勻化的傾斜反射光轉換成平行光的角度狀態之圖。 圖1 3是顯示用以使光束密度均勻化的傾斜反射光的傾 斜分布之圖。 _ 圖14是顯示由光束密度均勻化反射鏡反射的光束密度 分布及光束密度的積分之圖。 圖15是以y為正的範圍顯示光束密度均勻化反射鏡、 拋物面鏡的曲線之圖。 圖16(1)是顯示由光束密度均勻化反射鏡與平凸透鏡 反射的光束密度均勻的平行光之圖。圖16(2)是顯示由光束 密度均勻化反射鏡與正焦距折射面反射的光束密度均勻的 平行光之圖。圖16(3)是顯示由光束密度均勻化反射鏡與菲 p涅爾透鏡反射的光束密度均勻的平行光之圖。 圖17是顯示由光束密度均勻化凹面鏡反射的反射光’ - 以及將來自光源的直接光反射至遮光體或凸面鏡之凸面鏡 與將其開口部透射光入射至導光板的狀態之圖。 圖18是顯示藉由透鏡擴散於使直接光透射的開口部的 狀態之圖。 圖19是顯示以凹面鏡反射光源前方的直接光，當作光 束密度均勻化凹面鏡反射，照射由前方凹面鏡開口部透射的 5 1 I310111 透射光的狀態之圖。 圖20是顯禾藉由透鏡擴散照射由前方凹面鏡開口部透 射的透射光的狀態之圖。 . 圖21是顯禾在導光板藉由正下方型背光方式的傾斜的 . 反射面將光束密度均勻的平行光轉換成平行方向的狀態之 圖。 圖22是顯示藉由正下方型背光方式之傾斜於雙方向的 反射面將臨界角以上的光線方向轉換，在正上方部液晶照射 臨界角以内的透射光的狀態之圖。

圖23是顯示藉由正下方型背光方式之傾斜於雙方向的 反射面進行方向轉換，在正上方部液晶藉由背靠背的傾斜反 射面照射開口部透射光的狀態之圖。 圖24是顯示藉由正下方型背光方式之傾斜於雙方向的 反射面進行方向㈣，在正上方部液晶採用開口部為凹透 鏡，照射至正上方部全體的狀態之圖。 圖25是顯示藉由傾斜於雙方向的反射面將由點光源與 凹面鏡構成的正下方型背光方向轉換，在正上方部液晶藉由 背靠背的傾斜反射面照射開口部透射光的狀態之圖。 圖26(1)是顯不藉由按顏色 板，藉由傾斜於雙方向的反射面將由二播的梯田… 構成的正下方型背光方向轉換，在點光源與凹面鏡 的傾斜反射面照射開口部透射光 P液日日藉由背靠背 色顯示的狀態之斜視圖。圖26 (2 : γ、'文77配兀件進打彩 圖27是顯示以拋物面鏡、曲：的側視圖。 千圓鏡、球面鏡構成的光 52 1310111 束擴束器/壓縮器的曲線的差異之圖。 圖28是顯示由以曲率圓鏡、球面鏡構成的 廢縮器兩用元件產生的像差之圖。 圖29是顯示以入射/射出面的曲線補正A •球面鏡構成的一體成型光束擴束器/壓縮器兩 .差的構成之圖。 • 圖3〇(1)是顯示由反射鏡構成的光束壓縮 造與光線之圖。 • 圖3 0 ( 2 )是顯示光束壓縮器陣列的外觀。 圖31是顯示正下方型背光使用3色的冷p 光束壓縮器陣列按顏色區別入射至梯田狀導光 斜於雙方向的反射面進行方向轉換，在正上方旬 個傾斜反射面照射開口部透射光，以分配至條約 彩色顯示的狀態之圖。 圖32是顯示以凹凸透鏡構成光束壓縮器陣 之圖。 φ 圖3 3 ( 1〕、（ 2〉是顯示側光型採用3色的冷 藉由以反射鏡構成的光束壓縮器、光束擴束器 - 的狀態之圖。 . 圖34(1)、（2)疋顯示側光型採用3色的冷 藉由由凹凸透鏡構成的光束壓縮器、光束擴束 向的狀態之圖。 圖35(1)是顯示以構成梯田狀的第一方向 將由點光源與光束选度均勻化凹面鏡構成的平 光束擴束器/ (曲率圓鏡或 用元件的像 器陣列的構 盒極管’藉由 '板，藉由傾 5液晶藉由兩 :的元件進行 列時的狀態 -陰極管時， 轉換轴方向 '陰極管時， 器轉換轴方 轉換反射面 行光之縱深 53 1310111 方向的光線轉換成第二梯田狀反射面方向，以第二梯田狀反 射面照射至液晶面板的1盏方式背光的構成之圖。圖35(2) 疋顯不藉由令第一反射面、第二反射面為凸面鏡，擴大光 束’照射至液晶的狀態之部分圖。 圖3 6 ( 1)是顯示將平行光照射至投射原稿，以構成梯 田狀的第一方向轉換反射面將縱深方向的光線轉換成第二 梯田狀反射面方向，以第二梯田狀反射面照射至螢幕之背投 影機的構成之圖。圖35(2)是顯示藉由令第一反射面、第二 反射面為凸面鏡，擴大光束，照射至螢幕的狀態之部分圖。 圖37是以圖式解法求石=hc/(又mkT)之圖。 圖38是顯示依照普朗克輻射定律的各色溫度中的分光 特性之圖。 圖39是顯示藉由以半值寬連續各波長的發光二極 體，構成連續光譜的白色光的方法之圖。以細線顯示各元 件的特性，以淡線顯示合成特性，以粗實線顯示藉由濾光 片平滑的特性，以虛線顯示55〇〇κ的分光特性。

圖40疋顚不配置於y轴平面上的發光二極體的光以正 焦距折射面折射時的焦點面的曲線之圖。 圖41(1) (2)疋顯不由基板上的各發光二極體晶片放 射的平灯光藉由正焦距折射面折射，冑由焦點面混色的狀 態之圖。 圖42是顯示以配置於隹 夏於焦點面附近的擴散材，藉由折 射、反射混色的狀態之圖。 圖 43(1)是顯示使用 反射鏡以擴散層混合多色發光二 54

的反射光之習 1310111 極體的光的顏色的狀態之圖。圖43(2)是以光線顯示採 為葡萄酒杯狀反射面改善混色效果之圖。 圖4 4是顯示平行光的混色與將透鏡周邊光照射至 射鏡並混色的狀態之圖。 圖4 5 (1 )是顯示以棒狀的線光源轉換元件的梯田片 射面將由點光源與光束密度均勻化凹面鏡反射的平行； 大光束並反射’以及以圓筒透鏡狀的射出面折射並轉在 平行光的構造之圖。圖45 (2)是顯示成為藉由凸反射^ 凸透鏡射出面連續的平行光之圖。 圖46是顯示藉由光源尺寸比線光源轉換元件的] 還大時的光束壓縮器收斂光束，轉換成線光源的構造之 圖47是顯示習知的導光板的構成之圖。 圖48是顯示其他的習知的導光板的構成之圖。 圖49是顯示採用光源附近的斜率為負，擴大遠方^ 差之習知的導光板的構成之圖。 圖50是顯示在射出面側透鏡的焦點配設四角錐及 鏡之習知的導光板的構成之圖。 圖51(1)是顯示由微小拋物面鐘斑, 規興點光源構成之習 的導光板的構成之圖。圖51(2)是顯干 >疋.‘肩不轉由鋸齒狀反射 反射由拋物面鏡反射的平行光之習知的 J子无板之圖。 圖52是顯示藉由光束分束器得到均等 的導光板之圖。 53是顯示正下方型背光之習知 圖 的反射鏡的構 用 反 反 擴 成 、 度 圖。 段 射 知 面 知 之 55 1310111 造與光線 顏色之習 光的顏色 圖5 4是顯示習知的可攜式機器用側光的 不均之圖。 圖5 5是顯示以圓錐鏡混合3色發光二極體 知的構成之圖。 圖5 6是顯示習知的背投影機的構造之圖。 圖5 7是顯示以擴散材混合3色發光二極體 之習知的分散狀態之圖。 【主要元件符號說明】 1(R)、1(G)、1(B):梯田狀導光板 2:條紋分配元件 3:溝槽 4:開口部 5:凸反射面 6:透射部 7:透射/反射區別部的反射鏡 8:對向面反射鏡 9 :拋物面鏡 1 0 :點光源 1 1 :凹透鏡 1 2 :偏光板 1 3 :透明基板 1 4 :液晶層 1 5 :光線 56 1310111

16: 配 向 膜 17: TFT 18: 配 向 控 制 傾 斜 部 19 : 透 明 電 極 20 : 液 晶 分 子 21 : 配 向 控 制 斷 層 22: 光 束 均 勻 化 凹 面 鏡 23 : 正 焦 距 折 射 面 24: 凸 面 鏡 25: 狹 縫 26 : 線 光 源 27: 導 光 板 28 : 凹 面 鏡 29 : 反 射 面 30 : 角 柱 31 : 反 射 鏡 32 : 臨 界 角 以 内 的 光 線 33 : 全 反 射 光 35: 折 射 面 36: 負 焦 距 折 射 面 37: 低 折 射 率 層 38: 光 源 39: 透 光 物 質 40: 焦 點 57 1310111 41 : 入射面 42:射出面 4 3 :液晶面板 44 :光束壓縮器陣列 4 5 :平行光源要素 4 6 :平行面 4 7 :縱深方向轉換反射面 48:指向性範圍 49:死角 50:發光二極體 51 :螢幕 5 2 :投射原稿 5 3 :菲淫爾透鏡 5 4 :光束壓縮器 5 5 :光束擴束器 56:投射裝置 57:透鏡 5 8 :擴散材層 59:基板 60:擴散材 6 1 :稜鏡 6 2 :漫反射點層 6 3 :平行光 6 4 :散射光 58 1310111 6 5 :光束分束器 66:遮光體或凸面鏡

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Claims (1)

1310111 十、申請專利範圍： 1 種照明裝置，其特徵為： 藉由平行光轉換手段將來自光源的光轉換成平行光， t過=射手段傳播於導光板，藉由設於導光板的溝槽將包 ·. 3於平仃光的非平行光成分全反射，遮蔽來自複數色的光 -源=其他顏色的m設於導光板的底自之凸反射面的 曲率’擴大該平行光的光束並反射至液晶次像素方向供 給該顏色的光。 藝 2、如申請專利範圍第丨項之照明裝置，其中在該照明 裝置的射出部配設分配至每一同一條紋内的3個次像素具 有1個入射部的構成之條紋的元件的入射部， 使該照明裝置之射出光的1/3的光量透過位於入射部 垂直方向的液晶次像素’藉由傾斜於條紋方向之反射面反 射其餘的2/3的光量，該反射光藉由設於條紋分配元件内 的液晶對向側之反射面反射，入射至兩個液晶次像素，以 便將分配至同一條紋内的3個次像素更適用於來自複數色 鲁的光源的光，分配至複數色的條紋。 3、如申請專利範圍第2項之照明裝置，其中分配至該 條紋方向之條紋分配元件的構造是藉由將透射/反射區別部 '之傾斜的反射面的反射光反射並分配至遠離接鄰的透射/反 射區別部單位的位置’集中同一顏色的入射部，在其他顏色 所傳播的梯田狀導光板之上於條紋分配元件内的液晶對向 側配設反射面， 使光源的數目比像素數還少並分配至條紋。 60 1310111 ^ 、如申請專利範圍第2項或第3項之照明裝 藉由在由該侔钕八 — 、· 刀配元件射出至液晶次像素的部 ,、’、距光子系統’擴大光束成液晶次像素透射部尺 亮點，並增大實質開口率。 .. 5、如申請專利範圍帛1項之照明裝置，其中 轉換手段是在 * 等先構件配設軸外拋物面鏡或輛外 -在位於脫離平；^ 丁仃先的射出路徑的位置之焦點配設 由反射鏡反射的ρ；。， 入 的反射光不會被光源阻礙，而將 ip· •並傳播於導光構件。 6、 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中 界角以上的入射角將傳播於該導光板内的平行光 於導光板的底面之凸反射面並進行全反射，或者以 面當作鏡面進行反射，依照被照射尺寸、到被照 離設定凸反射面的曲率，擴大光束並反射至目的 7、 如申請專利範圍第1項或第6項之照明裝 為了排除該平行光轉換手段中的拋物面鏡的反射 _光轴光束密度越降低之影響，藉由使配置於該導 筒凸反射面之反射面段差與光束密度成反比而增； ，地使光束密度方向轉換並反射。 . 8、如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中 使凹面鏡的鏡面的傾斜比抛物線的切線斜率還增； 配設於凹面鏡的焦點之光源的光比平行光還擴大； 凹面鏡開口端中成為均勻的光束密度’ 包含：藉由於該開口端更配設正焦距折射面， 置’其中 分配設負 寸，防土 該平行光 球面鏡’ 光源’使 行光入射 藉由以臨 入射至設 該凸反射 射體的距 方向。 置，其中 光越遠離 光板的圓 k，以均勻 透過藉由 k ’使來自 乞束，俾在 以轉換成 1310111 光束密度均勻的平行光之平行光轉換手段。 9、如申請專利範圍第1項或第8項之照明裝置，其中 藉由以如下的公式表示的曲線之反射鏡，使來自配設於凹面 鏡的焦點之光源的光的反射光方向比平行光方向還擴大光 束，俾凹面鏡的開口部中的光束密度成為一定， y2 = a · ρ · X - b X ^ 4.5〈a〈7.5，〇$b， x:光軸方向座標’ y:光軸正交方向座標，p:焦點座標， 包含：藉由更於該開口部配設正焦距折射面，將該擴散 反射光轉換成光束密度均勻的平行光之平行光轉換手段。 1 0、如申請專利範圍第！項或第8項之照明裝置，其中 藉由於在光源的後方具備凹面鏡的平行光轉換手段中，在光 源的前方配設附有開口的遮光體限制直接光，緩和光源前方 因凹面鏡反射光與來自光源的直接光重疊造成的光束集 中，藉由配合由凹面鏡反射的反射光束密度設定設於該遮光 體的開口孔的開口比率’使光束均勻化而供給平行光。 11、如申請專利範圍第1項或第8項之照明裝置，其中 藉由令該附有開口的遮光體為附有開口的凸面鏡，反射至光 源的後方的凹面鏡，藉由配合合成並反射來自光源的直接光 與凸面鏡反射光之凹面鏡的光束密度，設定設於該附有開口 的凸面鏡的開口孔的開口比率’緩和光源前方因凹面鏡反射 光與來自光源的直接光重疊造成的光束集中，使光束均句化 而供給平行光。 1 2、如申請專利範圍第1項或第8項之照明裝置，其中 62 1310111 藉由以凹透鏡構成設於該附有開口的&面 凹面鏡合成並反射來自光源的直接光與， 束密度，以設於凸面鏡的開口部面積設定 源前方因凹面鏡反射光與來自光源的直— 束集中，使光束均勻化而供給平行光。 1 3、如申清專利範圍第1項或第8項 藉由在具備焦距深度的拋物面鏡或具備 項、第9項之使光束密度均勻化的凹面鏡 附有開口的凹面鏡，由前方的凹面鏡反: 源，反射至後方的凹面鏡，藉由使來自光 方的凹面鏡反射的反射光的入射角一致而 一致並使光束均勻化，藉由配合以後方凹 度’設定設於前方凹面鏡的開口部之開口 化而供給平行光。 1 4、如申請專利範圍第1項之照明裝 源光進行平行光轉換，藉由對向成傾斜的 由導光板正下方入射的平行光轉換成平 之正下方照明型液晶顯示裝置中，藉由分 凸反射面將傳播於平面方向的平行光擴 晶面。 15、如申請專利範圍第1項或第14 中透過藉由傾斜的反射面的反射率、透射 光1板正下方入射的光分離成反射至導光 刀與透射至傾斜面的正上方部之成分，也 鏡之開口部’配合 &面鏡反射光的光 遂射光量’緩和光 陵光重疊造成的光 之照明裝置’其中 申請專利範圍第8 之光源的前方配設 射的反射光透過光 源的直接光與由前 !進行反射，使方向 面鏡反射的光束密 比率，使光束均勻 置，其中在將線光 V字形的反射面將 面方向並進行反射 散配置成梯田狀的 大光束並照射至液 項之照明裝置，其 率的設定，將由導 板的平面方向之成 照射對向於正下方 63 1310111 照明型液晶_千& $ 1…不裝置的v字形的傾斜反射面上部。 + 1 6、如申請專利範圍第1項或第14項之照明襞置，其 中藉由知用在開口部延長線上配設反射面，將由設於對向成 * v字形的傾斜面的交點附近之開口部入射的光反射至v字形 傾斜反射面的上側，由傾斜反射面上侧的反射面射出至液晶 .側的構這藉由開口部面積的設定使被v字形傾斜面包圍的 .二角柱部分與該三角杈部分以外的導光板面的亮度均等化。 1 7、如申請專利範圍第1項或第1 4項之照明裝置，其 •中藉由在對向成v字形的傾斜面的交點附近設有由凹透鏡 構成的開口部，以凹透鏡將由開口部入射的光擴散至正上方 部二角柱部分之構造’藉由開口部面積的設定使被對向成v 字形的傾斜面包圍的三角柱部分與該三角柱部分以外的導 光板面的亮度均等化。 1 8、如申請專利範圍第1項或第1 4項之照明裝置，其 中在對向成V字形的傾斜面的交點附近設有由凹透鏡構成 的開口部’以凹透鏡將由開口部入射的光擴散至正上方部三 _角柱部分’藉由菲涅爾透鏡射出面使擴散至三角柱部分的光 平行光射出。 1 9、如申請專利範圍第1項或第i 4項之照明裝置，其 -中配設於線光源光的平行光轉換元件之後的平行光入射手 段是配設將線光源的軸方向的光束寬比壓縮成1 /顏色數之 光束壓縮器陣列，錯開各顏色的射出位置，形成按顏色區別 的平行光’藉由光路徑轉換成平面方向的傾斜反射面傳播至 平面方向。 64 1310111 20、如申請專利範圍第！ 9項之照明裝置，其中該光束 邀縮器陣列是具有在筒狀側面接觸焦距及其正負極性不同 的同轴的筒狀反射面鏡的凹面鏡彼此之構造，對一方的反射 鏡的轴方向斜斜地入射並反射至對向反射面筒，由該反射光 •轉換光束寬而射出的要素構成之連續的光束壓縮器陣列。 - 21、如申請專利範圍第20項之照明裝置，其中該光束 •壓縮器陣列是在軸外凹球面鏡與焦點位置及光軸方向相等 的位置配設凸面鏡’以焦距的絕對值比轉換光束寬，排列在 _以透明材料構成的光程媒體上形成反射鏡面之光束擴束器/ >1縮器兩用元件之元件，藉由入射/射出面的曲線像差補正 因採用球面鏡所產生的像差。 2 2、如申請專利範圍第1項或第6項之照明裝置，其中 在以液晶顯示裝置的顯示面當作Xy平面時，以在平面上 具有梯田狀的段差之第一梯田狀凸反射面將由導光元件側 面入射至y軸方向的平行光線擴大光束於乂軸方向並進行方 向轉換’將被轉換成X方向並擴大光束之光線照射至在xy _平面上具有梯田狀的段差之第二凸反射面，擴大光束於位於 略垂直方向的液晶面板並反射。 23、如申請專利範圍第6項之照明裝置’其中在以顯示 ’面為xy平面，以顯示透射光方向為z軸，配設投影顯示元 件於xz平面，照射平行光於y軸方向的配置中’藉由一邊 以在yz平面上具有梯田狀的段差之第一梯田狀凸反射鏡擴 大畫像於X轴方向，一邊進行方向轉換，照射至在xy平面 上具有梯田狀的段差之第二梯田狀凸反射面，在位於^^平 65 1310111 面的顯示面擴大晝像並反射該反射光，以擴大顯示 畫像於螢幕。 24、如申請專利範圍第1項或第6項之照明弟 藉由採用以配置成梯田狀的凸反射面將在導光物 於長軸方向的平行光擴大光束，在射出面側成為定 射，並且沿著射出面配置藉由焦點位置與該凸反剩 共通之正焦距折射面轉換成平行光的要素之棒狀（ 線光源射出。 _ 2 5、如申請專利範圍第1項或第6項之照明| 使用波長不同的複數個發光二極體，以發光強度太 的波長交又’當作連續光譜特性曲線，藉由在波紋 具有吸收的色素吸收因波長特性傾斜部的非線形 合成特性的波紋，當作連續分光特性曲線，以來自 件的光量成同等的擴散層擴散混色，當作白色光《 2 6、如申請專利範圍第2 5項之照明裝置，其 由各發光元件射出至同一方向的平行光線連結焦 _組基本要素，適用該一組基本要素於所有的方向 線’形成有焦點面，將複數個發光二極體配置於吐 '透鏡的内部焦點還淺的位置，在透明樹脂透鏡的外 •配設擴散材層，各顏色被合成而擴散。 27、如申請專利範圍第25項之照明裝置，其 個發光二極體配置於基板的中央附近，配設凹面鸯 酒杯般使凹面鏡的開口部附近收縮前端，將反射 於越過發光二極體的光軸的位置，以光散射層將反 顯示元件 置，其中 質内傳播 間距而反 面的焦點 丨構造，以 置，其中 致為半值 的凸波長 性產生的 各發光元 ;、使用。 中利用以 點當作一 的平行光 透明樹脂 部焦點面 中將複數 ’像葡萄 方向收斂 射路徑與 66 1310111 直接光互相抵消著色並混色。 2 8、如申請專利範圍第2項之照明裝置，其中液晶挾持 基板包含如下的構造：每一同一條紋内的3個次像素具有1 個入射部，使1 / 3的光量透過位於入射部垂直方向的液晶次 像素，以傾斜於條紋方向的反射面反射其餘的2/3的光量， 該反射光是藉由設於條紋分配元件内的液晶對向側之反射 面反射，並入射至兩個液晶次像素。

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