TWI430218B - 正光照明裝置 - Google Patents

Description

正光照明裝置

本發明係有關於一種正光照明裝置，特別是一種應用於日常生活小型區域之廣告印刷物或液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)照明的正光照明裝置。

常見背光照明模式以壓克力廣告燈箱為典範，以多數日光燈管設置於燈箱內，同時以霧化壓克力片等半透光材料作為燈箱之側板，達到透出一均勻面光源效果，作為透明廣告圖案或文字之背光源，此類背光燈箱光線均勻、溫和並且與環境相容性高，然而其缺點在於，光線透過霧化壓克力片及廣告圖紙達到廣告背光目的比例低，一般日光燈管式背光照明，其光線利用效率僅約10%，屬高耗能、含汞毒之廣告產品。箱式照明的外觀缺乏變化，地點、尺寸不易靈活擺設安裝，不方便維護內部線路，內部燈源、反射罩設置所占體積大，不易符合輕、薄目標，室內廣告設置會遮蔽原配光分佈。強風季節時，戶外看板箱體掉落傷人事件時有發生。

在室內的高級看板，要求美觀、避免雜光、節能以及無毒又達到廣告吸引目光的效果，導光板式的廣告照明方式逐漸受重視。現有導光板之廣告應用列舉如下：一、將電腦中繪出的圖案、文字經彩色透明貼紙切割後，如3M公司的「卡點西德」貼紙，貼在導光板上形成背光或正光廣告照明效果，屬傳統燈箱式廣告製作技藝與導光板結合的產品，優點是美觀、不占空間以及可具備發光二極體(light-emitting diode，LED)的特性，缺點是僅有簡單圖案廣告效果，大面積的照度不均勻，一般應用在室內指向性標示上；二、將整塊導光板以數值控制機(computer numerical control，CNC)雕刻文字或圖像線條的V槽，優點是圖案的V槽對正光的散射效果突出，但雜散光直射眼睛的比例偏高，對細膩的圖案或色澤的表達有其限制，一般用於簡單的指示功能；三、利用透明膠水將廣告圖紙緊貼在導光板上，以達到整張印刷廣告的正光看板效果，但對寬度達A4以上的廣告印刷紙，即出現周邊亮、中間暗的不均勻光分佈，因此在布膠時，一個氣泡就會產生一個突兀的亮點，其廣告照明效果明顯衰減；再者，導光板上易留殘膠，對後續廣告圖紙更換極不方便；四、近來韓國三星電子(Samsung)推出超薄型42吋、50吋等大尺寸LED背光的液晶電視(LCD TV)，其超薄型背光模組設計以LED光源自端面側向注入導光板，導光板的一側設置複數個散射點，並且以條狀組合分佈，同時經過另一側散射出均勻的面光源，是為穿透式LCD面板的背光源，此一超薄型電視推出後得到市場的驚豔與消費者認同，但大尺寸LCD背光模組是高精密、高單價的產品，不易應用在大眾化看板市場；要達到高均勻性的面光源特性，其製作程序需要相當的光學專業與複雜的電腦程式模擬，才能設計導光板的表面特徵，如光源、散射點、V槽之分佈等參數特性；由於需往返於設計與製作之間的修正程序，使大尺寸LCD背光源模組的製作往往要耗費數個月的努力。

總體上來說，背光型照明裝置的有效光利用率低，約10~20%，並且大尺寸面光源的均勻性難以控制、製造成本高，並且在尺寸及形狀上不能滿足廣告照明所需具備的多樣性與活潑性等特性的使用需求。

本發明之目的在於提供一種光利用效率高，能耗低，佔用空間小，適用範圍廣的正光照明裝置。

本發明提供一種正光照明裝置，其特徵在於，包括一導光板、一看板及複數個透明凸點，導光板設置於看板上，複數個透明凸點設置於導光板及看板之間，並且導光板以複數個透明凸點與看板之間以無空氣間隙(no air gap)的方式相互結合，導光板的至少一端面配置有至少一發光源，發光源產生一光線並且於導光板內全反射，全反射之光線經由複數個透明凸點導向至看板，其中複數個透明凸點之位置為全反射之光線於導光板內之一泄出口。

所述發光源可為一發光二極體、鐳射二極體或冷陰極管。

所述發光二極體可為白光發光二極體或為由紅光、綠光及藍光發光二極體所構成的發光二極體組，其中發光二極體群組分別發出的紅光、綠光、藍光輸出一定比例的亮度或採快速輪流分時(time sharing)的方式輸出，投入導光板內部，此色光在進入眼睛經過視覺的效應才形成白色光照明的發光源。

所述複數個透明凸點可採用網點印刷、噴塗、壓花、轉印、紫外線固化膠或模具成型製作而成。

所述複數個透明凸點之分佈、點間距、高度視美工所要展現效果決定，無特定限制。一般，透明凸點之網點間距離可介於0.1mm至10mm之間，透明凸點之高度可介於50μm至1mm之間。

所述看板可為網點印刷品、數位電子印刷品、電子紙看板或LCD看板。

本發明採用複數個透明凸點以無間隙方式連接導光板及看板，如緊迫在光路徑上可避免因空氣間隙所產生的反射、折射等雜散光，因而畫面的可視性、對比性更好。

由於所述複數個透明凸點可採用網印、噴塗、數位印刷等方式製作在看板或導光板表面，使其位置能精準對應看板的內容，如文字線條等。其中以複數個透明凸點網印在廣告印刷品之一體成形方式最易達成位置精度，亦可不受後續看板與導光板之連結所影響，故方便下述實施例之說明，但不限於此。因複數個透明凸點係屬於微觀之照明，觀賞者所見畫面由多數微小彩色亮點所構成，其大小、高度、點距直接影響畫面所呈現的舒適感。按觀賞者位處10公尺遠，則合適觀賞看板之點距應約在10mm之內，同理，1公尺遠的觀賞看板之點距應約在1mm之內。以現行透明上光油墨之輸出技術網點距至少可達100dpi(dot per inch，每英吋點數)約0.25mm，故在下述實施例中配合油墨上光技術可以涵蓋近距離，如25cm處室內看板的觀賞目地。未來對電子式高精度、更高解析度看板正光照明之需求，當以電子看板本身製造之工藝來產生凸點，使凸點產生之點光源精確對準看板內每一個圖元的開口位置，而且儘量接近圖元層，增加光學上的孔徑值，即開口面積/距離之比例，可有效增加發光源的利用率。

使用時，將至少一指向性發光源正向注入導光板至少一端面，導光板其餘端面則以反光材料被覆，形成一理想反射導光之環境。以折射率n=1.55的壓克力導光材料為例(如後續實施例之「第2圖」所示)，則投射角在±50°以內光線因滿足全反射條件，在壓克力材料內連續反射而無介面損失，最終充滿導光板內部。利用網點印刷製作的複數個透明凸點與導光板表面之無空氣間隙特性，光線可不再受限所述全反射條件，將通過複數個透明凸點並依照其設置的位置局部泄出，即對看板(如廣告圖紙)產生局部精準正光照明之功能。因為每一個透明凸點的形體與邊界條件類似，所以各別穿透泄出的亮度一致性高，光源之距離、方位影響微小，僅與一區域所設置之複數個透明凸點的總數量呈一緩慢的比例，故將光學仿真的向量計算化約為面積內總數量的純量關係，大大簡化慣用導光板其間距及分佈設計的問題，為本發明一大特徵。廣告設計者無需具備光學的知識，憑直覺調整網點的號數，即網點中黑白的占空比，就可以安排版面的光亮分佈，使正光廣告看板照明的設計、尺寸、形狀更有彈性，可以個性化、單張化。每一個透明凸點即亮點所在，係按廣告設計者依據照明的需求而網印置入，故可精準完全不浪費的狀況下控制畫面光照發生的位置。經由複數個透明凸點與導光板表面之無空氣間隙，光線直達廣告圖紙之表面或近接於反射式LCD面板之液晶層，因無空氣間隙存在，故反射之雜光可降至最低，對廣告圖案之黑白對比率產生正面的效應。

最近市場上頗受注視的電子書，螢幕係採用可撓性電子紙材料，其觀賞距離約20cm~40cm，影像與LCD面板之效果雷同，是以環境光反射出的黑白對比來表達線條及圖案，商業上訴求為省電輕薄為主流。因電子紙非主動發光，顯像粒子本身不透光，也無法採用背光源照明，藉環境光線來顯示內容，在昏暗場合並不適用。故本發明適以提供一正光照明裝置。此外正光照明應用在反射式面板，在強烈陽光下依然保持清晰的畫面，可增加電子書的實用場合。照明的發光源當以全波段太陽光為佳，LED的屬於窄波段單色光源，因此提升LED光照的演色性成為產品重要指標。傳統白光LED係以藍光波段LED配合其表層黃色螢光塗料的激發，以藍、黃二種波段之光線混合出白光效果，但其中紅、綠成份明顯偏低，演色性指標約70%。新一代LED背光電視已使用三原色之背光源，即調配紅、綠、藍LED間之比例組成白光源，其演色性可達90%，但仍受限於LCD內建之彩色濾光片之色飽合度。更先進如3M公司CM200的LED投影機其色彩修正方法，又拋棄彩色濾光片之想法，以紅、綠、藍LED自身光源之高色純度來直接照明，將一圖框內容分色成紅、綠、藍三組圖框順序快速顯現給觀眾，快顯的三組圖框在視覺暫留效應下還原成白光照明的效果，此一方法之色飽合度表達可超越美國國家電視系統委員會(national television system committee，NTSC)之規範，演色性可達120%，所顯現的圖像幾可亂真，很有機會成為主流產品。上述彩色LED投光照明顯像技術均可配合本發明之正光照明裝置，應用於電子紙、LCD面板的全彩顯像，可大幅提升產品的未來成長性。更為發揮電子紙產品其輕薄特徵，其正光導光板亦需相對輕薄，如何使發光源更有效率射入導光板之端面中，可運用鐳射為側光，一方面鐳射易於聚焦的特徵可自端面注入更輕薄的導光板中，並維持電子書產品的可撓性，同時鐳射之平行光特徵使撓性導光板可承受更大的彎曲度而不致在轉角處洩漏光線。

如將所述看板用普通看板替代，本發明還可用作桌燈、壁燈等室內普通照明燈具。這也屬於本發明的保護範圍。

本發明利用不同分佈(如廣告內容)、密度(如亮度變化)、大小(如區域性光分佈)之複數個透明凸點或點線之組合分佈，可產生均勻、密集或文字式等光照獨有效果，可精準配合廣告圖案、文字內容之設計，避免殘光刺眼，發揮適當的節能與觀賞效果，提高產品的附加價值；以具有此正光照明裝置之廣告印刷品而言，其雜散光降至最低，光利用效率可輕易提高至總光亮的60%；並且佔用空間小、適用範圍廣，可滿足廣告的多樣性及活潑性的照明形態，如高輝度、各種尺寸、不同形狀及局部強調等等之需要，使應用成本降低。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

請參閱「第1圖」、「第2圖」和「第3圖」，本實施例包括一線型光源1及一導光板2，導光板2以複數個透明凸點5表面無空氣間隙的連結一看板，例如為一廣告圖紙6；導光板2內全反射光線經由複數個透明凸點5導向至廣告圖紙6的正面，複數個透明凸點5之位置為導光板2內光線之泄出口，複數個透明凸點5的分佈塗層7吻合廣告內容圖案，產生局部性強調的光照效果。

所述複數個透明凸點5之分佈、點間距、高度視美工所要展現效果確定，無特定限制。

所述導光板2一端面31設置線型光源1，其餘端面32以反光貼紙4被覆；所述線型光源1由LED光源(但不限於此)排列形成。

所述線型光源1產生一光線，並使光線耦合進入導光板2內(如「第1圖」所示)，反光貼紙4將光線反射回導光板2內以提高光線利用率；光線經無數次反射後，符合全反射角度條件(如「第2圖」所示)之光線，充滿在導光板2內，無法脫離，形成本發明均勻性光照之必要條件；複數個透明凸點5無空氣間隙的結合於導光板2表面，全反射光學的條件即發生改變，部份光線將穿透無空氣間隙的透明凸點5而照射到導光板2外部之物件(如「第2圖」所示)，如廣告圖紙6。利用網版印刷的技藝可在廣告圖紙6或導光板2的表面設置多個微小透明凸點5。若各個透明凸點5之型體、大小相似，即其光學邊際條件(boundary condition)相似，以同一區域而言，單一透明凸點5之光導出量極相近。對廣告圖紙6之整體光照量設計將轉換成大區域間簡單的函數關係，無需經複雜光學仿真即可得一般均勻性、漸層灰階變化或色澤性等特徵的光照設計(如「第3圖」所示)。以多個微小透明凸點5之大小及密度就可決定設計廣告效果所需之照度，為本發明之一特徵。本發明利用網印的技藝可在圖紙上製成120 dpi凸點的精確圖案，即光點的間距是0.22mm，遠小於業界LED成品的尺寸，本發明在成本、製造、維護、內容表達上顯然優於排列型態的LED產品。

再者，廣告印刷油墨也提供更豐富的色澤。導光板2內部的光線經複數個透明凸點5完全導向至廣告圖紙6的正面，以大量的光點構圖及豐富的色澤傳達至觀賞者眼晴中，其中未經透明凸點5導出之光線將在導光板2內持續反射，所以本發明之畫面觀賞時全無雜散光線。同密度的網印設計，產生均勻、灰階等不同光照效果，一張低成本的廣告圖紙6，打開光源主動照明後與非主動照明有不同的效果，可表達一動態的訴求，例如，可以將公司電話或廣告語等等以複數個透明凸點5網印在白色背景上，在外界照明下全然不知其存在；但是夜暗時，打開光源主動照明後，則透明凸點5轉變成發光亮點，白色背景反因缺乏光線照明而成暗面，此一雙重動態效果為本發明另一大特徵，此外，還有容易批量製作、施工、更換廣告印刷物件等特點。

實施例2

請參閱「第4圖」，本實施例包括一導光板2及一看板，例如為一反射式LCD面板10，透明凸點塗層11為導光板2上印刷製成的微細透明凸點的宏觀呈現，其中央密集逐漸朝四周疏鬆的漸層效果，可以補償側向注入的線型光源1，形成一均勻的LED正光板20，再正向無空氣間隙的結合於反射式LCD面板10形成一LED正光照明的LCD看板30。

導光板2各端面均設有線型光源1；所述線型光源1由LED光源(但不限於此)排列形成。

本發明利用多個LED光源(但不限於此)排列構成之線型光源1，將其所射出之光線注入導光板2之端面(如「第4圖」所示)，光線在導光板2內不斷經過反射、符合於全反射條件的光線充斥在導光板2內，無法穿透到外界。經由光學仿真光源即線型光源1、導光板2的特性來規劃複數個微型透明凸點的分佈，可得非常均勻的光照分佈。如透明凸點塗層11中複數個微型透明凸點的分佈密度係自中央區域往邊緣區域遞減，或調整網點的號數，即網點中黑白的占空比，可以輕易設定自1%至100%的網點輸出，以補償線型光源1之光線因複數個透明凸點的部份吸收而產生隨距離衰減的現象。

LED光源以無空氣間隙的方式照射反射式LCD面板10，使光線全部注入反射式LCD面板10而無洩漏，故光線的利用效率提升，而雜散光降低；又因複數個透明凸點係正向無空氣間隙的結合於反射式LCD內之液晶層，光線係於第一次穿透液晶層經過反射後，在第二次穿透液晶層才進入觀賞者的目光。正光照明反射式LCD面板10其光學進、出的路徑上，將進、出所有光學元件兩次如液晶層、彩色濾面、偏極化層等，雙重的遮罩效果使正光照明裝置之LCD較背光照明之LCD所產影像，其黑白對比提升近平方倍。

請參閱「第5圖」，本發明可應用於提升LCD面板整體的透光率，單位圖元50中僅有部份是具體可透光，稱為圖元(pixel element)開口51，其餘部份為被動的信號線路52、黑框架、薄膜電晶體(thin-film transistor，TFT)驅動元件53，其中圖元開口51比單位圖元50之單位面積稱為開口率，在高解析度LCD之開口率僅約60%~70%，以微鏡片(micro lens)的製作技藝，如紫外線固化膠(UV curing glue)配合烘烤程序，將微型的複數個透明凸點製作在LCD面板表層上，微型的透明凸點對應設置在圖元開口51處，與LCD面板的每一個圖元中心成1-1對映關係，則導光板內經由複數個透明凸點進入圖元開口51的光線之百分比將可大為增加，如此可以改善LCD圖元製作時相關電路、隔間所伴生之遮蓋問題，可提升LCD之光通量效率。微鏡片的工藝已大量採用在互補式金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)及電荷藕合元件(charge coupled device，CCD)等感測器的製造，以增加微光的靈敏度。但用在正光LCD或電子紙的照明，除增加亮度外還可以減少雜光增加對比度，減輕閱讀時視力的負擔，極具開發價值。

若以偏極性材料製造透明凸點及與其無空氣間隙的結合面，則未穿過偏極化材料之光線將反射回到導光板中，繼續迴圈利用。LCD面板在正光照明的使用下，將較現有背光照明更趨簡單化與效率化。

雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．線型光源

2．．．導光板

4．．．反光貼紙

5．．．透明凸點

6．．．廣告圖紙

7．．．透明凸點塗層

10．．．反射式LCD面板

11．．．透明凸點塗層

20．．．LED正光板

30．．．LCD看板

31．．．端面

32．．．端面

50．．．單位圖元

51．．．圖元開口

52．．．信號線路

53．．．薄膜電晶體驅動元件

第1圖為本發明實施例1之線型光源之光線耦合入導光板內之示意圖。

第2圖為本發明實施例1之全反射角度及透明凸點導出光線之示意圖。

第3圖為本發明實施例1之導光板運用透明凸點分配以局部正光照明廣告內容之組合圖。

第4圖為本發明實施例2之導光板運用大區域漸層變化之透明凸點分佈以補償一均勻的正光LCD看板之組合圖。

第5圖為本發明實施例2之TFT LCD圖元開口率之主視圖。

1．．．線型光源

2．．．導光板

4．．．反光貼紙

6．．．廣告圖紙

7．．．透明凸點塗層

31．．．端面

32．．．端面

Claims (8)

1. 一種正光照明裝置，其特徵在於，包括一導光板、一看板及複數個透明凸點，該導光板設置於該看板上，該複數個透明凸點設置於該導光板及該看板之間，並且該導光板以該複數個透明凸點與該看板無空氣間隙的結合，該導光板的至少一端面配置有至少一發光源，該發光源產生一光線並且於該導光板內全反射，全反射之該光線經由該複數個透明凸點導向至該看板，其中該複數個透明凸點之位置為全反射之該光線於該導光板內之一泄出口。
2. 如請求項1所述之正光照明裝置，其中該複數個透明凸點之一點間距介於0.1mm至10mm之間。
3. 如請求項1所述之正光照明裝置，其中該複數個透明凸點之高度介於50μm至1mm之間。
4. 如請求項1所述之正光照明裝置，其中該發光源為一發光二極體、鐳射二極體或冷陰極管。
5. 如請求項4所述之正光照明裝置，其中該發光二極體為白光發光二極體或是由紅光、綠光及藍光發光二極體所構成的發光二極體群組。
6. 如請求項1所述之正光照明裝置，其中該複數個透明凸點設置在該導光板上或該看板上。
7. 如請求項1所述之正光照明裝置，其中該看板為網點印刷品、數位電子印刷品、電子紙面板或液晶面板。
8. 如請求項1所述之正光照明裝置，其中該導光板為撓性面結構。