JP2006220934A - プリズムレンズフィルム及び平面型発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源からの光を散逸させることを防止することで光の利用効率を向上させることができるプリズムレンズフィルム、及び、これを用いた平面型発光装置を提供する。
【解決手段】 プリズムレンズの凹凸パターンによって導入された光を偏向して出射するプリズムレンズフィルムであって、光の出射側面に凹凸パターンを形成する複数のレンズ部を有し、レンズ部同士の間に、導入された光を反射する反射部が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平面型テレビジョン、携帯電話、デジタルカメラ、カーナビ、モバイルＰＣ、ＰＤＡ、ノートＰＣ、デスクトップＰＣ、銀行等のキャッシュディスペンサー端末等におけるフラットパネルディスプレイ装置、及び、平面型の照明装置に関する。

従来、液晶等の表示装置では、光の利用効率を向上させることによって輝度を向上させるために、発光装置におけるバックライトの導光板の表面に１〜２枚の三角屋根状のプリズムレンズフィルムを配置していた。そして、プリズムレンズフィルムに導光板から垂直に近い角度で発光光が入射すると、発光光の一部が垂直方向から外れた方向に屈折することや、導光板側に反射して戻ることが起こり、光の利用効率が低下してしまうことがある。そこで、光の利用効率の改善を図るべく、更なる改良が検討されている（例えば、下記特許文献１）。

特開平７−１０４２７１号公報

ところで、図１０に示すように、従来の三角屋根状のプリズムレンズフィルム１０１では、導光板１０２から光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが入射した際に、入射角度が垂直方向（図１０の上下方向）に近い光Ｌｂ，Ｌｃは、出射側面に形成されたレンズ部１０１ａで屈折して上方向に偏向される。しかし、入射角度が垂直方向に対して大きい角度差を有する光Ｌａは、プリズムレンズフィルム１０１において入射した位置とは水平方向にずれた位置から出射されるようになってしまう。そして、光Ｌａがプリズムレンズフィルム１０１の入射位置に対する上方位置に出射されなくなる。このように、プリズムレンズフィルム１０１に入射する光が、入射した位置におけるレンズ部において垂直方向に偏向されずに、プリズムレンズフィルム１０１の水平方向に散逸することに起因して、表示装置に表示する画像のシャープネスが劣化する点で改善の余地があった。

また、散逸した光がプリズムレンズフィルム１０１のレンズ部１０１ａによって予期しない角度で屈折・反射し、入射側に戻ると、光の利用効率が低下する原因となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、光源からの光を散逸させることを防止することで光の利用効率を向上させることができるプリズムレンズフィルム、及び、これを用いた平面型発光装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） プリズムレンズの凹凸パターンによって導入された光を偏向して出射するプリズムレンズフィルムであって、前記光の出射側面に前記凹凸パターンを形成する複数のレンズ部を有し、前記レンズ部同士の間に、導入された前記光を反射する反射部が設けられていることを特徴とするプリズムレンズフィルム。
（２） 前記複数のレンズ部が、前記出射側面において、面方向に対して平行に配列された線状の部位であることを特徴とする上記（１）に記載のプリズムレンズフィルム。
（３） 前記複数のレンズ部が、前記出射側面において、面方向に対して平行に且つ２次元状に配列されていることを特徴とする上記（１）に記載のプリズムレンズフィルム。
（４） 前記レンズ部同士の各間隔が等間隔に形成されていることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルム。
（５） 前記レンズ部同士の各間隔のうち、一部又は全部が異なる間隔で形成されていることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルム。
（６） 上記（１）から（５）のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルムを重ね合わせたことを特徴とするプリズムレンズフィルム。
（７） 上記（１）から（６）のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルムと、該プリズムレンズの前記出射側面とは反対側の入射側面に設けられた光源とを備えたことを特徴とする平面型発光装置。

本発明にかかるプリズムレンズフィルムは、凹凸パターンを形成する複数のレンズ部同士の間に反射部が設けられており、この反射部によって、プリズムレンズフィルムの入射面側から導入された光が、入射した位置に対応するレンズ部とは異なる他のレンズ部へ進行して該他のレンズ部における出射面から出射されてしまうことを防止することができる。こうして、プリズムレンズフィルムに入射する光が、入射した位置におけるレンズ部において垂直方向に偏向されずに、プリズムレンズフィルムの水平方向に散逸することを防止できる。このため、上記プリズムレンズフィルムを表示装置に適用することで、表示する画像のシャープネスが劣化することを防止することができる。

また、プリズムレンズフィルムに入射する光が散逸することを防止できるため、入射する光がプリズムレンズフィルムを進行することがなく、予期しない角度で屈折・反射し入射側に戻るといった現象が生じることがないため、光の利用効率を向上させることができる。

さらに、本発明にかかる、平面型発光装置は、上記プリズムレンズフィルムを備えているため、光源からの光の利用効率を向上させることができる。

本発明によれば、光源からの光を散逸させることを防止することで光の利用効率を向上させることができるプリズムレンズフィルム、及び、これを用いた平面型発光装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかるプリズムレンズフィルムの第１実施形態、及び、これを用いた平面型発光装置を示す断面図である。図２は、図１に示すプリズムレンズフィルムの要部拡大図である。図３は、プリズムレンズフィルムの斜視図である。

図１に示すように、平面型光源装置１０は、プリズムレンズフィルム１１と、平面光源１２とを備えており、平面光源１２にプリズムレンズフィルム１１が積層されている。プリズムレンズフィルム１１は、複数のレンズ部１６からなる凹凸パターンを平面光源１２の反対側に向けた状態で配置されている。

平面光源１２は、下部電極層１４と、上部電極層１３と、これら上部電極層１３及び下部電極層１４の間に設けられた発光層１５とから構成される。なお、下部電極層１４は、電極としての機能とともに、発光層１５にて発生した発光光を反射させるための反射層としての機能を兼ねていてもよい。

また、平面型発光装置としては、上記平面光源１２を備えたものに限定されず、光源としてバックライトを備え、該バックライトからの発光光を導光板によって垂直方向に偏向し、上記プリズムレンズフィルムに入射させる構成としてもよい。

プリズムレンズフィルム１１は、例えば、ガラス、プラスチック（ポリカーボネート、アクリル等）によって成形された透光性フィルムからなり、透光性が高く平面性、成形性に富む材料が好適に用いられる。なお、このプリズムレンズ１１の材料としては、集光効果を高めるうえで、屈折率が１．４以上のものが好ましい。

図１及び図３に示すように、プリズムレンズフィルム１１の出射側面である上面には、線状の複数のレンズ部１６が形成され、これら複数のレンズ部１６が面方向に対してそれぞれ平行に並列して配置されることで凹凸パターンが形成され、この凹凸パターンは、断面視において出射側面が略三角波形状を有している。つまり、出射側面における凹凸パターンは、レンズ部１６からなる山部と、レンズ部１６同士の間に区画された谷部とによって形成されている。

プリズムレンズフィルム１１において、レンズ部１６同士の間に、導入された光を反射する反射部１７が設けられている。反射部１７は、レンズ部１６同士の間の谷部に位置する境界部１６ｂに位置し、プリズムレンズフィルム１１の垂直方向（図１の上下方向）に平行な反射面を有する、薄膜状の部材である。反射部１７の材料や、その形成手段については後述する。

図１に示すように、プリズムレンズフィルム１１のレンズ部１６同士の配置ピッチＰ１はいずれも等しい。

レンズ部１６の平均の大きさは、液晶表示素子やカラーフィルタ等のサイズと同等又は小さいサイズとすることが好ましく、レンズ部１６を配置する周期は５μｍから５００μｍとすることが好ましい。

レンズ部１６同士の間の谷部の深さをＤ１とし、プリズムの頂角をθ１とすると、Ｄ１は次の式で表すことができる。プリズムの頂角θ１は３０度から１５０度が好ましく、６０度から１１０度とすることがより好ましい。
Ｄ１＝Ｐ１／２tan（θ１／２）
また、谷部の深さＤ１から光源側プリズム底面までの厚さＤ２をプリズムの配置ピッチＰ１の１〜３倍とすることが好ましい。

本実施形態のプリズムレンズフィルム１１では、入射側面から光が入射すると、入射した光のうち垂直方向に対して大きく傾いた光が、レンズ部１６同士の間に位置する反射部１７に直進する進路が妨げられ、反射部１７への入射角と等しい角度でレンズ部１６のレンズ面１６ａ側へ反射される。このとき、プリズムの底面から反射部に入射する光の角度が、臨界角をθcとして、１度から（９０−θc）度の範囲である場合に、全ての光が反射される。なお、光源とプリズム底面に空気層がない場合には、両者の屈折率で決まる角度範囲の光が反射部に入射することになる。

図１に示すように、プリズムレンズフィルム１１に、矢印に示す方向で入射光Ｌ１，Ｌ２が入射した場合を考える。入射光Ｌ２のように、垂直方向に対して傾きの小さい角度で入射した場合には、入射した光Ｌ２は、反射部１７に反射されることなく、入射した位置におけるレンズ部１６の上方へ向って進行し、レンズ面１６ａにおいて屈折されて出射される。

しかし、入射光Ｌ１のように、反射部１７の方に向って入射した場合には、入射した光Ｌ１は、反射部１７によって反射されたうえで、入射した位置におけるレンズ部１６の上方へ向って進行し、入射光Ｌ２と同様にレンズ面１６ａにおいて屈折されて出射される。従来の反射部１７が設けられていないプリズムレンズフィルムの場合では、一点鎖線の矢印で示す光Ｌ３のように、入射した位置のレンズ部とは位置が異なる他のレンズ部側へ進行し、該他のレンズ部において偏向させてしまうため、入射した位置の垂直方向上方に適正に出射することができなかったが、本実施形態のプリズムレンズフィルム１１によれば、反射部１７によって、入射した光が水平方向において異なる位置のレンズ部から出射されることを防止することができる。

また、入射した光のうち、垂直方向及び垂直方向に対して傾いている角度が僅かである光は、反射部１７によって妨げられることなく、レンズ部１６の上方へ略垂直方向に進行し、レンズ面１６ａから出射される。

本実施形態のプリズムレンズフィルム１１は、凹凸パターンを形成する複数のレンズ部１６同士の間に反射部１７が設けられており、この反射部１７によって、プリズムレンズフィルム１１の入射面側から導入された光が、入射した位置に対応するレンズ部１６とは異なる他のレンズ部１６へ進行して該他のレンズ部１６で屈折されて、出射面から垂直に偏向されて出射されてしまうことを防止することができる。こうして、プリズムレンズフィルム１１に入射する光が、入射した位置におけるレンズ部１６において垂直方向に偏向されずに、プリズムレンズフィルム１１の水平方向に散逸することを防止できる。このため、上記プリズムレンズフィルム１１を表示装置に適用することで、表示する画像のシャープネスが劣化することを防止することができる。

また、プリズムレンズフィルム１１に入射する光が散逸することを防止できるため、入射する光がプリズムレンズフィルム１１を進行することがなく、予期しない角度で屈折・反射し入射側に戻るといった現象が生じることがないため、光の利用効率を向上させることができる。

さらに、本発明にかかる、平面型発光装置１０は、上記プリズムレンズフィルム１１を備えているため、光源からの光の利用効率を向上させることができる。

なお、本実施形態のプリズムレンズフィルム１１において、上記構成のようにレンズ部１６同士の各間隔を等間隔に形成する規則配列に限定されず、レンズ部１６の配置を不規則配列とすることで、液晶等の画素配列とプリズムレンズとの間で発生するモアレを防止することができる。不規則配列として、例えば、レンズ部１６同士の各間隔のうち、一部又は全部が異なる間隔で形成されていてもよい。

次に、反射部１７が設けられたプリズムレンズフィルム１１を構成する手段を説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。

図４は、プリズムレンズフィルムに反射部を形成する手段を説明する図である。
図４（ａ）に示すように、プリズムレンズフィルム１１における凹凸パターンが形成された出射側面にレーザ照射部４１からレーザビームＢを照射し、レンズ部１６同士の間の境界部１６ｂに当てる。境界部１６ｂには、レーザビーム直径の約１．５倍の幅で平坦部を設けておき、レーザビームが垂直に入射するようにしておく。レーザ照射部４１は、プリズムレンズフィルム１１の出射側面の面方向に対して平行駆動させることで、レンズ部１６同士の間の境界部１６ｂごとにレーザビームＢを当てていくことができる。
レーザビームＢが照射されたレンズ部１６同士の間の境界部１６ｂには、微小な気泡が生じ、図４（ｂ）に示すように、この気泡が反射部４２として機能し、生じた部位がプリズムレンズフィルム１１に導入された光を反射させる。レーザビームとしては、例えば、ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザを使用することができる。

図５は、プリズムレンズフィルムに反射部を形成する別の手段を示す図である。
図５（ａ）に示すように、プリズムレンズフィルム５１のレンズ部５６同士の間における境界部５６ｂのそれぞれに、所定の深さを有する空隙５１ａを予め形成する。そして、図５（ｂ）に示すように、これら空隙５１ａに、光反射性又は光拡散性を有する部材５３を供給手段５２から供給して浸透させることで反射部５７を形成することができる。ここで、光反射性又は光拡散性を有する部材としては、例えば、チタンホワイト，白色塗料又は顔料である。

レンズ部５６同士の境界部５６ｂに空隙５１ａが形成された上記プリズムレンズフィルム５１は、予めプリズムレンズフィルム５１の成形時に、成形型として空隙５１ａを区画するための薄板を櫛状に配置した型を用いて成形することで得ることができる。

図６は、プリズムレンズフィルムに反射部を形成する別の手段を示す図である。
図６に示すように、断面視において略五角形状の長尺柱体のレンズ部６１ａを予め形成された薄膜状の反射部６７を挟み込みつつ、順次接合することによって、レンズ部６１ａ同士の間に反射部６７が設けら得たプリズムレンズフィルム６１を得ることができる。

また、プリズムレンズフィルム１１の構成手段としては、上記の他に、成形型枠に薄膜状の反射部材（アルミ箔等）を配列させて成形し、そのままプリズムレンズ内部に配置する手段がある。

図１に示すプリズムレンズフィルム１１において、反射部１７はレンズ部１６同士の間の境界部１６ｂの全体に設けられる構成としたが、これに限定されない。図７は、第１の実施形態のプリズムレンズフィルムの変形例を示す図である。図７に示すように、プリズムレンズフィルム７１のレンズ部７６同士の間の境界部７６ｂに設けられた反射部７７を間欠的に形成してもよい。

図８は、本発明にかかるプリズムレンズフィルムの第２の実施形態を示す図である。図９は、図８のプリズムレンズフィルムを上方からみた状態を示す平面図である。
図８及び図９に示すように、本実施形態のプリズムレンズフィルム８１は、略四角錐形状を有する複数のレンズ部８６が、四角形を有する面を底面として、２次元状（ｘ−ｙ方向によって規定される面）に配列されている。

また、ｘ方向におけるレンズ部８６同士の間と、ｙ方向におけるレンズ部８６同士の間とには、それぞれ反射部８７が形成されている。反射部８７は、図４，５及び６で示す手段によって形成することができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム８１によれば、入射した光のうち垂直方向に対していずれの方向に傾いている光であっても、反射部８７に反射させることができ、この結果、入射した位置に対応するレンズ部８６以外の、面方向において異なる位置のレンズ部８６から出射されることを防止することができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム８１によれば、入射する光のうち、垂直方向に対してｘ方向及びｙ方向のいずれに傾いて入射する光についても反射部８７によって反射させることができ、入射した光が散逸することをより一層確実に防止できる。そして、入射した光がプリズムレンズフィルム１１の内部を水平方向に進行することがなく、また、入射した位置とは異なる位置のレンズ部８６において、予期しない角度で屈折・反射して入射側に戻ってしまう現象が生じることがない。したがって、光の利用効率を更に向上させることができる。

また、本実施形態のプリズムレンズフィルム１１を、図１に示す平面光源上に配置する構成か、または、バックライト等の光源からの光を偏向する導光板上に配置する構成とすることで、光の利用効率の良好な平面型発光装置を得ることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、本実施形態のプリズムレンズフィルム１１を、垂直方向に２枚以上重ね合わせてなる構成としてもよい。

本発明にかかるプリズムレンズフィルムの第１実施形態、及び、これを用いた平面型発光装置を示す断面図である。 図１に示すプリズムレンズフィルムの要部拡大図である。 第１の実施形態のプリズムレンズフィルムの斜視図である。 プリズムレンズフィルムに反射部を形成する手段を説明する図である。 プリズムレンズフィルムに反射部を形成する別の手段を説明する図である。 プリズムレンズフィルムに反射部を形成する別の手段を説明する図である。 第１の実施形態のプリズムレンズフィルムの変形例を示す図である。 本発明にかかるプリズムレンズフィルムの第２の実施形態を示す図である。 図８のプリズムレンズフィルムを上方からみた状態を示す平面図である。 従来のプリズムレンズフィルムを示す断面図である。

符号の説明

１０ 平面型発光装置
１１，５１，６１，７１，８１ プリズムレンズフィルム
１６，５６，６６，７６ レンズ部
１７，４２，５７，６７，７７ 反射部

Claims (7)

1. プリズムレンズの凹凸パターンによって導入された光を偏向して出射するプリズムレンズフィルムであって、
   前記光の出射側面に前記凹凸パターンを形成する複数のレンズ部を有し、前記レンズ部同士の間に、導入された前記光を反射する反射部が設けられていることを特徴とするプリズムレンズフィルム。
2. 前記複数のレンズ部が、前記出射側面において、面方向に対して平行に配列された線状の部位であることを特徴とする請求項１に記載のプリズムレンズフィルム。
3. 前記複数のレンズ部が、前記出射側面において、面方向に対して平行に且つ２次元状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のプリズムレンズフィルム。
4. 前記レンズ部同士の各間隔が等間隔に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルム。
5. 前記レンズ部同士の各間隔のうち、一部又は全部が異なる間隔で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルム。
6. 上記請求項１から５のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルムを重ね合わせたことを特徴とするプリズムレンズフィルム。
7. 上記請求項１から６のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルムと、
   該プリズムレンズの前記出射側面とは反対側の入射側面に設けられた光源とを備えたことを特徴とする平面型発光装置。

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