JP2001208903A - 集光フィルム - Google Patents

集光フィルム

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JP2001208903A
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Taira Nakane
平 中根
Kenichiro Nakamura
賢市郎 中村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々な方向から入射する光を、できるだけ一
定の方向に集めて出射できるとともに、1枚で利用でき
る集光フィルムを提供すること。 【解決手段】 透明樹脂製のフィルムベース8aと、こ
のフィルムベース8aの表面に連続的に配置した頂角1
02°〜115°の正三角錐で構成されるプリズム部8
bからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一方側の様々な
方向から入射した光が、他方側から出射する際に、その
出射光が集められる集光フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイ用のバックライトの集
光板として、樹脂製の集光フィルムを用いている。図8
は、液晶ディスプレイユニット6の断面図である。両脇
に設けた2本のバックライト2,2の間に、その光を平
面状に広げる導光板3を設け、その上に拡散フィルム4
を設けている。この拡散フィルム4は、導光板3からの
光を全方向に拡散させるものである。その上に上記集光
フィルム1を2枚重ね、さらにその上に液晶パネル5を
重ねている。
【0003】このような液晶ディスプレイユニット6に
おいて、バックライト2から、液晶パネル5に直交する
方向に入射する光量が多ければ多いほど、ディスプレイ
の表示がはっきり見える。バックライト2の光が強けれ
ばそれだけ、ディスプレイ表示がはっきりするが、バッ
クライト2の光量を多くするためには、光源の消費電力
を大きくしなければならない。そのためには、電源が大
きくなる。しかし、電源を大きくすると、その分、コス
トがかかってしまうとともに、液晶ディスプレイユニッ
ト6全体が大型化してしまう。そこで、上記バックライ
ト2が発する光量が同じでも、できるだけ多くの光が液
晶パネル5に直交して入射させるように、上記集光シー
ト1によって、他の方向に向かう光を正面に集めるよう
にしている。ディスプレイは正面から見ることが多いの
で、両脇に広がる光を少なくして、正面に向かう光を多
くすれば、表示がはっきり見えるからである。
【0004】上記集光フィルム1は、図9,図10のよ
うに平坦なフィルムベース1a上に、三角柱7をx方向
に多数連続して並べたプリズム部1bとからなる。この
集光フィルム1は、フィルムベース1aから、入射した
光A,Bを集光して出射させる機能を持つが、その機能
を以下に簡単に説明する。なお、集光とは、様々な方向
から入射した光を一定の方向に揃えて出射させることを
いう。例えば、図9にモデル的に示したように、集光フ
ィルム1に入射角α1,α2で入射した光A,Bは、出
射光A’,B’として出射する際には、どちらも、その
方向が近づいて出射されるのである。特に、ここでは、
液晶パネルに対して、大きな入射角で、脇から入射した
光を、正面に向かう、すなわち、直線Lの方向に変えて
出射することを集光という。
【0005】上記集光フィルム1のプリズム部1bは、
図10に示すように、三角柱7が連続して構成されてい
る。そのため、平坦なフィルムベース1aから入射した
光が出射する面は、上記三角柱7の側面7a,7bが連
続した凹凸面である。したがって、この集光フィルム1
のプリズム部1bの表面からは、平坦なフィルムベース
1aからの入射光とは異なる方向の光が出射されるので
ある。その出射光の方向は、入射角度によっても異なる
が、上記側面7a,7bのうち、どちらの面で屈折する
かによっても異なる。一方、上記集光フィルム1の三角
柱7は、軸方向yを平行にして配置されているので、そ
の軸方向yに平行な光は集光できない。そこで、2枚の
集光フィルム1を、それぞれの軸方向yが直交するよう
に重ねることによって、x、y方向の光を集光するよう
にしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
集光フィルム1は、1枚ではx、y方向の光を集光でき
ない。そのため、2枚のフィルムを重ねて用いなければ
ならなかった。したがって、集光フィルム部分の厚みが
大きくなり、液晶ディスプレイユニット6全体の厚みも
大きくなってしまった。この発明の目的は、様々な方向
から入射する光を、できるだけ一定の方向に集めて出射
できるとともに、1枚で利用できる集光フィルムを提供
することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、透明樹脂
製のフィルムベースと、このフィルムベースの表面に連
続的に配置した頂角102°〜115°の正三角錐から
なる点に特徴を有する。第2の発明は、上記第1の発明
を前提とし、正三角錐の底辺が10μm〜50μmであ
る点に特徴を有する。
【0008】第3の発明は、透明樹脂として屈折率1.
52〜1,62の樹脂を用い、正三角錐の頂角が102
°〜115°である点に特徴を有する。第4の発明は、
透明樹脂として屈折率1.45〜1.52の樹脂を用
い、正三角錐の頂角が105°〜116°である点に特
徴を有する。なお、上記透明樹脂としては、ポリカーボ
ネート、アクリル、PET(ポリエチレンテレフタレー
ト)などが考えられる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1〜図3に、この発明の実施例
の集光フィルム8を示す。この集光フィルム8も、透明
な樹脂製で、平坦なフィルムベース8aと、プリズム部
8bとからなる。上記プリズム部8bは、図2、図3の
ように、正三角錐9を連続的に配置して構成されてい
る。上記正三角錐9を連続的に配置すると、図2に示す
ように、1つの正三角錐9と隣り合う正三角錐9は、接
触する辺に対して線対称となる。つまり、上記プリズム
部8bは、1つの正三角錐9の側面9a,9b,9c
と、これらの各側面を180°回転させた側面9a’,
9b’,9c’とを繰り返し並べたものになる。
【0010】そして、入射角αでフィルムベース8aに
入射した光Aは、正三角錐9の側面9a,9b,9c,
9a’,9b’9c’で屈折して出射角βの出射光A’
として出射する(図1参照)。なお、上記出射角βは、
フィルムベース8aに直交する直線Lを基準とするもの
である。この出射角βをできるだけ小さくして、出射角
β=0°方向に光を近づけることができれば、集光率が
高くなる。
【0011】そこで、上記集光シート9の集光率を高め
るために、上記プリズム部9bの正三角錐9の頂角θの
好ましい値をシミュレーションを行って決定した。ただ
し、上記実施例のように、正三角錐9を並べた集光フィ
ルム8において、頂角θ=90°の場合には、3つの側
面全部に反射した光は、再帰性反射をすることがわかっ
ている。再帰性反射とは、入射光の光源に向かって反射
光が帰ることである。
【0012】上記再帰性反射のメカニズムを、図6を用
いて簡単に説明する。図6に、示した直交するx,y,
z軸が、三角錐9の稜線に対応する。したがって、原点
Oが頂点であり、xy平面、yz平面、zx平面が各側
面である。まず、第1の面であるzx平面で反射する入
射光をベクトルC1(X,Y,Z)とすると、反射光
は、C2(X,−Y,Z)である。このC2(X,−
Y,Z)が、xy平面で反射すると、反射光は、C3
(X,−Y,−Z)となる。次に、これが、第3の面で
あるyz平面で反射すると、その反射光はC4(−X,
−Y,−Z)となる。すなわち、入射光C1と反射光C
4は、180°反転したベクトルである。
【0013】このように、頂角90°の場合には、再帰
性反射をするので、三角錐9の各側面から外部に出射す
る光量が少なくなることが予想される。したがって、頂
角θについては、90°以外の点で、適正値を求めるこ
とにした。シミュレーションでは、屈折率1.586の
ポリカーボネート製集光フィルム9に入射した光が、ど
の方向で出射するかを算出した。ただし、このシミュレ
ーションは、上記正三角錐9の底面から入射した光が、
いずれか1つの側面9a,9b,9cに入射して、反射
またはフィルム外へ出射する場合を考えている。集光フ
ィルム8内に入射した光が、複数の側面間で反射を繰り
返すような場合は含まれていない。なお、入射光量は入
射角に係わらず一定とする。
【0014】上記三角錐9の頂角θを変数として、側面
から出射する出射光の平均出射角度を求め、その結果を
図4のグラフに示す。図4のグラフからわかるように、
ポリカーボネート製の集光フィルムの場合、三角錐9の
頂角θが、102°〜115°の範囲で、平均出射角度
が小さくなることがわかった。平均出射角度が小さいと
いうことは、この集光フィルムを液晶ディスプレイユニ
ットに用いたときに、液晶パネルの正面に向かって出射
される光が多いということである。つまり、集光率が高
くなる頂角は、θ=102°〜115°である。
【0015】また、材質を、屈折率1.49のアクリル
に変えて、同様のシミュレーションを行った。その結果
を、図5のグラフに示す。図5のように、アクリル製の
集光フィルムの場合、正三角錐9の頂角は、θ=105
〜116°が好ましいことがわかった。なお、上記正三
角錐9の大きさとしては、底辺が、10μm〜50μm
が好ましい。50μmより大きい場合には、屈折面であ
る側面の数が少なくなってしまううえ、集光フィルムの
厚みが厚くなってしまう。また、正三角錐9に欠陥が有
った場合に、その影響が大きくなってしまう。反対に、
10μmより小さい場合には、光の波長と干渉してしま
い、思ったような集光効果が得られないことが予想され
るからである。
【0016】上記の実施例のように、正三角錐9を並べ
て構成した集光フィルム8は、1枚であらゆる方向から
の光を集光することができる。したがって、従来例のよ
うに、2枚のフィルムを重ねる場合と比べて、全体の厚
みを薄くすることができる。また、適当な頂角θを選べ
ば、集光率を高めることができ、液晶ディスプレイユニ
ットのバックライト2の光量を多くしなくても、明確な
表示ができる。このようにバックライト用の電源を大き
くしなくても足りるので、その分、コストダウンができ
るとともに、装置全体を小型化できる。
【0017】また、上記正三角錐9に変えて、四角錐を
用いることも考えられる。しかし、その集光率は、上記
実施例のものにはかなわない。なぜなら、図7に示すよ
うに、四角錐10を並べた場合には、4つの側面10
a,10b,10c,10dが繰り返し並ぶことにな
る。すなわち、異なる角度の4面が入射光を拾って集光
するのである。これに対し、上記実施例では、図3に示
すように、異なる角度の6面9a,9b,9c,9
a’,9b’,9c’が連続的に配置されている。すな
わち、図7の四角錐10を用いたものよりも、正三角錐
9で構成したこの発明の集光フィルムの方が、多くの角
度からの入射光を集光することができるのである。
【0018】さらに、従来例のように、2枚の集光フィ
ルム1を、三角柱7の軸方向を直交させて用いた場合
や、図7のように四角錐10を用いた場合には、集光フ
ィルム上のラインと液晶のラインが、ともに直交する直
線なので、両者が一致してモアレが起こることもあっ
た。しかし、この発明の集光フィルムでは、集光フィル
ム8上のラインが直交していないので、液晶のラインと
一致してモアレが起こるようなこともない。
【0019】
【発明の効果】第1〜第4の発明によれば、様々な方向
から入射する光を、小さな出射角方向に集めることがで
きる。しかも、1枚の集光フィルムで足りるので、これ
を用いたユニットを薄くすることができる。そして、こ
の発明の集光フィルムを液晶ディスプレイユニットに用
いれば、バックライトの電源を小さくすることができ
る。したがって、液晶ディスプレイユニットのコストダ
ウンと小型化が実現できる。また、集光フィルム上のラ
インが液晶のラインと一致して、モアレを起こすことも
ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の集光フィルムの断面図である。
【図2】実施例の集光フィルムの、プリズム部の部分拡
大図である。
【図3】実施例の集光フィルムの平面図である。
【図4】ポリカーボネート製の集光フィルムのシミュレ
ーション結果を表したグラフである。
【図5】アクリル製の集光フィルムのシミュレーション
結果を表したグラフである。
【図6】再帰性反射のメカニズムの説明図である。
【図7】四角錐を用いたプリズム部の平面図である。
【図8】従来例の液晶ディスプレイユニットの断面図で
ある。
【図9】従来例の集光フィルムの断面図である。
【図10】従来例の集光フィルムの斜視図である。
【符号の説明】
8 集光フィルム 8a フィルムベース 8b プリズム部 9 正三角錐
フロントページの続き Fターム(参考) 2H042 AA03 AA18 AA26 BA05 BA14 BA20 2H091 FA16Z FA23Z FA26Z FA32Z FA41Z FB12 LA03 LA11 LA16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明樹脂製のフィルムベースと、このフ
    ィルムベースの表面に連続的に配置した頂角102°〜
    116°の正三角錐からなる集光フィルム。
  2. 【請求項2】 正三角錐の底辺が10μm〜50μmで
    ある請求項1に記載の集光フィルム。
  3. 【請求項3】 透明樹脂として屈折率1.52〜1,6
    2の樹脂を用い、正三角錐の頂角が102°〜115°
    である請求項1または2に記載の集光フィルム。
  4. 【請求項4】 透明樹脂として屈折率1.45〜1.5
    2の樹脂を用い、正三角錐の頂角が105°〜116°
    である請求項1または2に記載の集光フィルム。
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