JP2007003908A - Optical film applicable to backlight for liquid crystal display device - Google Patents

Optical film applicable to backlight for liquid crystal display device Download PDF

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ルイス・マヌエル・ムリジョ−モラ
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical film having unit lenses laid in a repetitive array structure on one surface and a light reflecting material laid on the other face, wherein the optical film is designed with design parameters to give optimum optical characteristics according to the purpose of a liquid crystal display device. <P>SOLUTION: The optical film 10 is constituted so that a plurality of lenses 44 are laid at a regular pitch P on a face 42 of a transparent substrate 30, and a plurality of reflecting materials 48 are disposed on another face 43 of the transparent substrate 39 to avoid a position G opposing to each lens peak J across the transparent substrate 39, wherein a relation of P=A+2T*tanα is satisfied among the maximum angle α of the propagation direction of light I with respect to the normal direction of the face 43, the light I made incident on the transparent substrate 39 through an aperture 46 where the reflecting material 48 is not laid, and diffracted by the transparent substrate 39, the pitch P of the lenses 44, an aperture width A of the aperture 46 in the direction of laying the lenses 44, and the thickness T of the transparent substrate 39. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば携帯端末、パソコン、テレビ、ビデオカメラ等のディスプレイとして用いられている液晶表示装置用バックライトユニットに適用される光学フィルムに関する。   The present invention relates to an optical film applied to a backlight unit for a liquid crystal display device used as a display of, for example, a portable terminal, a personal computer, a television, and a video camera.

近年、液晶表示装置は、軽量かつ薄型であるという優れた特徴を有することから、例えば携帯端末、パソコン、テレビ、ビデオカメラ等のディスプレイとして幅広く適用されている。   2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices are widely applied as displays for mobile terminals, personal computers, televisions, video cameras, and the like because they have the excellent feature of being lightweight and thin.

この種の液晶表示装置において、液晶画面を照明するために用いられているバックライトユニットとしては、直下型のものとエッジライト型のものとがある。   In this type of liquid crystal display device, the backlight unit used for illuminating the liquid crystal screen includes a direct type and an edge light type.

直下型のバックライトユニットの中には、例えば図９（ａ）の正面図、及び図９（ｂ）の側断面図に示すように、２枚の拡散板２５，２６の背面に、例えば冷陰極管のような線状光源２３が配置されており、更にその後ろには反射板２７が配置されている。これによって、線状光源２３から出射された光を拡散板２５，２６によって拡散させることでバックライトユニット３０の出射面から均一に拡散光を出射させるようにしている。   In the direct type backlight unit, for example, as shown in the front view of FIG. 9A and the side sectional view of FIG. A linear light source 23 such as a cathode tube is disposed, and a reflector 27 is disposed behind the linear light source 23. Thus, the light emitted from the linear light source 23 is diffused by the diffusion plates 25 and 26 so that the diffused light is emitted uniformly from the emission surface of the backlight unit 30.

上述したように、このようなバックライトユニット３０では、出射面から均一に拡散光を出射させるために、２枚の拡散板２５，２６が用いられている。１枚の拡散板のみでは、出射面から出射される拡散光を十分に均一にすることができず、液晶パネルからは明るさにムラのある画像が表示されてしまうからである。   As described above, in such a backlight unit 30, the two diffusion plates 25 and 26 are used in order to emit diffused light uniformly from the emission surface. This is because the diffused light emitted from the emission surface cannot be made sufficiently uniform with only one diffusion plate, and an image with uneven brightness is displayed from the liquid crystal panel.

したがって、１枚の拡散板しか用いていないとき、場合によっては、光源の形状のシルエットが液晶画面に映ってしまうこともありえる。例えば、光源として線状光源２３を用いている場合には、液晶画面上に、線状の明るい部分が見えてしまうこともありうる。しかしながら、このような明るさのムラをなくすために複数の拡散板を用いると、部材数が多くなり、構成が複雑になるのみならず、厚みも増してしまい、コスト削減及び小型化の阻害となる。   Therefore, when only one diffusion plate is used, in some cases, the silhouette of the shape of the light source may be reflected on the liquid crystal screen. For example, when the linear light source 23 is used as the light source, a linear bright part may be seen on the liquid crystal screen. However, if a plurality of diffuser plates are used in order to eliminate such uneven brightness, the number of members increases, the structure becomes complicated, and the thickness also increases, resulting in cost reduction and inhibition of downsizing. Become.

このため、図１０に示すように、１枚のみの拡散板２６を用いる一方、２枚目の拡散板の拡散作用を補償するために、２枚目の拡散板の代わりに拡散フィルム３２とプリズムシート３４とを用いた構成のバックライトユニット３６もある。   For this reason, as shown in FIG. 10, only one diffusion plate 26 is used, but in order to compensate for the diffusing action of the second diffusion plate, a diffusion film 32 and a prism are used instead of the second diffusion plate. There is also a backlight unit 36 configured using the sheet 34.

このような構成のバックライトユニット３６によれば、図９に示すバックライトユニット３０よりも、より小型化及び軽量化を図ることができるものの、拡散板２５の代わりに拡散フィルム３２とプリズムシート３４とを用いることになるので部材数がより増えてしまい、構成がより複雑化し、コストも増えてしまう。また、プリズムシート３４では、図１１に示すように、屈折作用Ｘによって、ランプハウス２１に収容された線状光源２３からの光Iが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視覚方向Ｓの光の強度を高めるように制御することができる。しかしながら、同時に反射／屈折作用Ｙによる光成分が、視聴者の視覚方向Ｓに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。   According to the backlight unit 36 having such a configuration, although the size and weight can be further reduced as compared with the backlight unit 30 shown in FIG. 9, the diffusion film 32 and the prism sheet 34 are used instead of the diffusion plate 25. Therefore, the number of members increases, the configuration becomes more complicated, and the cost also increases. In the prism sheet 34, as shown in FIG. 11, the light I from the linear light source 23 accommodated in the lamp house 21 is finally emitted at a controlled angle φ by the refraction action X. Thus, control can be performed to increase the intensity of light in the visual direction S of the viewer. However, at the same time, the light component due to the reflection / refraction action Y is unnecessarily emitted in the lateral direction without proceeding in the visual direction S of the viewer.

したがって、プリズムシート３４から出射される光強度分布は、図１２に示すように、視聴者の視覚方向Ｓ、すなわち視覚方向Ｓに対する角度が０°における光強度が最も高められるものの、図中横軸に示す±９０°近辺の小さな光強度ピークとして示されるように、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという欠点がある。   Therefore, as shown in FIG. 12, the light intensity distribution emitted from the prism sheet 34 has the highest light intensity when the viewer's visual direction S, that is, the angle with respect to the visual direction S is 0 °. As shown as a small light intensity peak in the vicinity of ± 90 °, there is a disadvantage that the amount of light emitted from the lateral direction is increased.

このような欠点を克服するために、図１３に示すように、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学フィルム３８を用いたバックライトユニット４０もある（特許文献１）。   In order to overcome such drawbacks, there is also a backlight unit 40 using an optical film 38 having a repetitive array structure of unit lenses instead of a prism as shown in FIG. 13 (Patent Document 1).

この光学フィルム３８では、透明基材３９の液晶パネル５０側の面には、拡散板２６及び拡散フィルム３２によって拡散された光源２３からの光を、液晶パネル５０へ導くレンズ４４が設けられている。このレンズ４４は、複数の単位レンズが反復的にアレイ構造をなしている。さらに、透明基材３９の他方の面には、該レンズ４４の焦点面近傍の開口部４６以外に配置された反射材４８が設けられている。   In the optical film 38, a lens 44 that guides light from the light source 23 diffused by the diffusion plate 26 and the diffusion film 32 to the liquid crystal panel 50 is provided on the surface of the transparent base 39 on the liquid crystal panel 50 side. . In this lens 44, a plurality of unit lenses repeatedly form an array structure. Further, on the other surface of the transparent base material 39, a reflective material 48 disposed other than the opening 46 near the focal plane of the lens 44 is provided.

この反射材４８は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン、例えばドットパターンにて透明基材３９の表面に印刷形成したものである。 This reflector 48 is formed by printing a mixture of white titanium dioxide (TiO 2 ) powder in a solution such as a transparent adhesive on the surface of the transparent substrate 39 in a predetermined pattern, for example, a dot pattern. It is.

これによって、拡散フィルム３２から出射した光のうち、開口部４６を通過した光のみがレンズ４４に入射し、レンズ４４によって正面方向を中心に集光された後に出射する。そして、偏光板４９に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶パネル５０に導かれる。   As a result, only the light that has passed through the opening 46 out of the light emitted from the diffusion film 32 enters the lens 44, and is emitted after being focused around the front direction by the lens 44. Then, the light enters the polarizing plate 49 and only light having a predetermined polarization component is guided to the liquid crystal panel 50.

一方、開口部４６を通過できなかった光は、反射材４８で反射され、拡散板２６側に戻され反射板２７へ導かれる。そして、反射板２７によって反射されることによって再び拡散板２６に入射し、拡散板２６において再び拡散された後に、いずれは入射角度が絞られた光となった後に開口部４６を通ってレンズ４４に入射し、レンズ４４によって、図１１に示すように、所定角度φ内に絞られて出射される。   On the other hand, the light that could not pass through the opening 46 is reflected by the reflecting material 48, returned to the diffusion plate 26 side, and guided to the reflecting plate 27. Then, the light is incident on the diffusion plate 26 again by being reflected by the reflection plate 27 and is diffused again on the diffusion plate 26. 11 and is emitted by the lens 44 while being narrowed down to a predetermined angle φ as shown in FIG.

このような光学フィルム３８を用いたバックライトユニット４０では、光学フィルム３８の開口部４６の大きさ及び位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、レンズ４４から正面方向に出射する光の割合を高めるように制御することができる。
特開２０００−２８４２６８号公報 http://www.asahi-net.or.jp/~nr8y-ktu/renbyou/kousen.htm In the backlight unit 40 using such an optical film 38, the light emitted from the lens 44 in the front direction is improved by adjusting the size and position of the opening 46 of the optical film 38 and improving the light use efficiency. Can be controlled to increase the ratio of.
JP 2000-284268 A http://www.asahi-net.or.jp/~nr8y-ktu/renbyou/kousen.htm

上述したような光学フィルム３８は、このように優れた光学特性を備えているものの、透明基材３９の材質（屈折率）、厚み、レンズ４４のサイズ、形状、高さ、ピッチ、反射材４８の大きさ、位置、開口部４６の大きさ、位置、開口率等設計パラメータが多いために、液晶表示装置の用途に応じた最適な光学特性を得るための設計は容易ではない。   Although the optical film 38 as described above has such excellent optical characteristics, the material (refractive index) and thickness of the transparent substrate 39, the size, shape, height, pitch, and reflector 48 of the lens 44. Since there are many design parameters such as the size, position, size of the opening 46, position, and aperture ratio, it is not easy to design to obtain the optimum optical characteristics according to the application of the liquid crystal display device.

例えば、開口部４６を通過して光学フィルム３８の透明基材３９内に入射する光は、反射材４８の大きさ、位置等によって決定される。また、透明基材３９内を進む光の進行方向は、透明基材３９の屈折率によって制限され、屈折率の値が高いほど、より絞られた進行方向となる。更に、透明基材３９の厚みと、レンズ４４の焦点距離とをほぼ等しくすることによって、透明基材３９内を進行してレンズ４４に到達した光は、レンズ４４によって正面方向に屈折されるようにする等、液晶表示装置の用途に応じて最適な光学特性を有するような設計パラメータを決定することは容易なことではない。   For example, the light that passes through the opening 46 and enters the transparent substrate 39 of the optical film 38 is determined by the size, position, etc. of the reflector 48. Further, the traveling direction of the light traveling through the transparent base material 39 is limited by the refractive index of the transparent base material 39, and the higher the refractive index value, the narrower the traveling direction. Further, by making the thickness of the transparent base material 39 and the focal length of the lens 44 substantially equal, light that travels through the transparent base material 39 and reaches the lens 44 is refracted by the lens 44 in the front direction. For example, it is not easy to determine design parameters having optimum optical characteristics according to the use of the liquid crystal display device.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、一方の面に単位レンズを反復的アレイ構造で配置するとともに、他方の面に光反射材を配置してなる光学フィルムにおいて、液晶表示装置の用途に応じて最適な光学特性を有するような設計パラメータで設計される光学フィルムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances. In an optical film in which unit lenses are arranged in a repetitive array structure on one surface and a light reflecting material is arranged on the other surface, a liquid crystal display is provided. It is an object of the present invention to provide an optical film designed with design parameters having optimum optical characteristics according to the use of the apparatus.

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。   In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.

すなわち、請求項１の発明は、液晶表示装置用バックライトに適用され、光源からの光を液晶パネルに導く光学フィルムであって、透明基材の前記液晶パネル側の第一の面上に複数のレンズを規則的なピッチで配置する。そして、前記透明基材の前記光源側の第二の面上に、前記透明基材を挟んで前記複数のレンズの各レンズ頂点と対向する位置を外すように複数の光反射材を配置する。更に、前記第二の面上であって前記光反射材が配置されていない部位である開口部から前記透明基材に入射した前記光の前記透明基材によって屈折されてなる進行方向の、前記第二の面に対する法線方向からの最大角度α、前記レンズのピッチＰ、前記開口部の前記レンズの配置方向における幅である開口幅Ａ、及び前記透明基材の厚みＴとの間に、Ｐ＝Ａ＋２Ｔ＊ｔａｎαの関係が成立する。   That is, the invention of claim 1 is an optical film that is applied to a backlight for a liquid crystal display device and guides light from a light source to a liquid crystal panel, and a plurality of transparent films are formed on a first surface of the transparent substrate on the liquid crystal panel side. Lenses are arranged at a regular pitch. And a some light reflection material is arrange | positioned on the 2nd surface at the side of the said light source of the said transparent base material so that the position which opposes each lens vertex of these lenses may be removed on both sides of the said transparent base material. Further, the traveling direction refracted by the transparent base material of the light incident on the transparent base material from an opening which is a portion on the second surface where the light reflecting material is not disposed, Between the maximum angle α from the normal direction to the second surface, the pitch P of the lens, the opening width A which is the width of the opening in the lens arrangement direction, and the thickness T of the transparent substrate, The relationship P = A + 2T * tanα is established.

請求項２の発明は、請求項１に記載の光学フィルムにおいて、等方的な光が前記第二の面のある一点から前記透明基材に入射して前記透明基材によって屈折され、この屈折された全ての光のうち、９０％以上を含むような前記法線方向からの屈折角度範囲のうちの最大の屈折角度を前記最大角度αとしている。   According to a second aspect of the present invention, in the optical film of the first aspect, isotropic light is incident on the transparent base material from a certain point on the second surface and is refracted by the transparent base material. The maximum refraction angle in the refraction angle range from the normal direction that includes 90% or more of all of the light is set as the maximum angle α.

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学フィルムにおいて、前記レンズは球面レンズであり、前記レンズの半径を、前記ピッチの０．５倍以上０．６倍以下としている。   According to a third aspect of the present invention, in the optical film according to the first or second aspect, the lens is a spherical lens, and the radius of the lens is not less than 0.5 times and not more than 0.6 times the pitch. .

更にまた、請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学フィルムにおいて、前記開口幅を、前記ピッチの０．４倍以上０．６倍以下としている。   Furthermore, according to a fourth aspect of the present invention, in the optical film according to any one of the first to third aspects, the opening width is not less than 0.4 times and not more than 0.6 times the pitch.

本発明によれば、一方の面に単位レンズを反復的アレイ構造で配置するとともに、他方の面に光反射材を配置してなる光学フィルムにおいて、液晶表示装置の用途に応じて最適な光学特性を有するような設計パラメータで設計された光学フィルムを実現することができる。   According to the present invention, in an optical film in which unit lenses are arranged on one surface in a repetitive array structure and a light reflecting material is arranged on the other surface, the optimum optical characteristics according to the use of the liquid crystal display device It is possible to realize an optical film designed with design parameters such as

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

なお、以下の実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図９乃至図１３と同一部分については同一符号を付して示すことにする。   In addition, the code | symbol in the figure used for description of the following embodiment attaches | subjects and shows the same code | symbol about the same part as FIG. 9 thru | or FIG.

図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光学フィルムの構成例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、同光学フィルムの部分側面図である。   Fig.1 (a) is a perspective view which shows the structural example of the optical film which concerns on embodiment of this invention, FIG.1 (b) is a partial side view of the optical film.

すなわち、本実施の形態に係る光学フィルム１０は、液晶表示装置用バックライトに適用され、光源２３からの光を液晶パネル５０に導くためのものであって、上述したように、図１（ａ）に示すように、透明基材３９の液晶パネル５０側の出射面４２上に、複数のレンズ４４を反復的にアレイ構造をなして配置している。さらに、透明基材３９の入射面４３上に、該レンズ４４の焦点面近傍の開口部４６以外の部位に、つまり透明基材３９を挟んで複数のレンズ４４の各レンズ頂点Ｊと対向する位置Ｇを外すように配置された反射材４８を設けている。レンズ４４は、好適には球面レンズである。   In other words, the optical film 10 according to the present embodiment is applied to a backlight for a liquid crystal display device, and guides light from the light source 23 to the liquid crystal panel 50. As described above, as shown in FIG. ), A plurality of lenses 44 are repeatedly arranged in an array structure on the emission surface 42 of the transparent substrate 39 on the liquid crystal panel 50 side. Furthermore, on the incident surface 43 of the transparent base material 39, a position other than the opening 46 near the focal plane of the lens 44, that is, a position facing each lens apex J of the plurality of lenses 44 with the transparent base material 39 interposed therebetween. A reflective material 48 arranged so as to remove G is provided. The lens 44 is preferably a spherical lens.

更に、図１（ｂ）に示すように、開口部４６から透明基材３９に入射した光Ｉの透明基材３９によって屈折されてなる進行方向の、入射面４３に対する法線方向からの最大角度α、レンズ４４のピッチＰ、開口部４６のレンズ４４の配置方向における幅である開口幅Ａ、及び透明基材３９の厚みＴといった種々のパラメータを変化させながら公知の光線追跡法（ray-tracing algorithm）を適用した解析を行い、図２のグラフに示すような結果を得た。なお、光線追跡法の詳細については、例えば非特許文献１に記載されているので、ここでは詳細な記載を避ける。図２において、横軸は透明基材３９の厚みＴ（μｍ）、縦軸はレンズ４４のピッチＰ（μｍ）をそれぞれ示している。また、開口幅Ａ＝０．５Ｐ、最大角度α＝３５°とした。なお、１μｍ＝１×１０−６ｍである。 Further, as shown in FIG. 1B, the maximum angle from the normal direction to the incident surface 43 in the traveling direction of the light I incident on the transparent base material 39 from the opening 46 refracted by the transparent base material 39. While changing various parameters such as α, the pitch P of the lenses 44, the opening width A which is the width of the openings 46 in the arrangement direction of the lenses 44, and the thickness T of the transparent base material 39, a known ray-tracing method is used. analysis), and the results shown in the graph of FIG. 2 were obtained. The details of the ray tracing method are described in, for example, Non-Patent Document 1, and therefore detailed description is avoided here. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the thickness T (μm) of the transparent substrate 39 and the vertical axis indicates the pitch P (μm) of the lenses 44. Further, the opening width A = 0.5P and the maximum angle α = 35 °. Note that 1 μm = 1 × 10 −6 m.

図２に示すグラフから、下記（１）式に示すような、簡単な式が成立するとの知見が得られた。この結果から、例えば透明基材３９の厚みＴが１００（μｍ）のとき、レンズ４４の好適なピッチＰは２５０〜３００（μｍ）であることがわかる。
Ｐ＝Ａ＋２Ｔ＊ｔａｎα ・・・（１）
また、一般に、開口部４６から透明基材３９に入射した光は、図３に示すように、最大角度α以下の屈折角度の光Ｉａは、この光が入射した開口部４６に対向して配置されているレンズ４４ａに到達し、屈折角度が大きい光Ｉｂは、対向するレンズ４４ａには到達せずに、対向するレンズ４４ａの隣のレンズ４４ｂに到達し、横方向に出射されてしまう。したがって、正面方向に進む光強度分布の割合を最大にするためには、隣のレンズ４４ｂに到達する光Ｉｂの量を最小にする必要がある。 From the graph shown in FIG. 2, the knowledge that a simple expression as shown in the following expression (1) is established was obtained. From this result, it can be seen that, for example, when the thickness T of the transparent substrate 39 is 100 (μm), the suitable pitch P of the lenses 44 is 250 to 300 (μm).
P = A + 2T * tanα (1)
In general, as shown in FIG. 3, the light incident on the transparent substrate 39 from the opening 46 is arranged so that the light Ia having a refraction angle equal to or less than the maximum angle α is opposed to the opening 46 where the light is incident. The light Ib that reaches the lens 44a and has a large refraction angle does not reach the facing lens 44a but reaches the lens 44b adjacent to the facing lens 44a and is emitted in the lateral direction. Therefore, in order to maximize the ratio of the light intensity distribution traveling in the front direction, it is necessary to minimize the amount of light Ib reaching the adjacent lens 44b.

図４は、レンズ４４のピッチＰに対する開口幅Ａの割合である開口率（Ａ／Ｐ）と、レンズ４４から出射される光による光強度分布との一般的な関係を示す図である。開口率（Ａ／Ｐ）が小さいほど、入射面４３から入射する光が絞られるために、隣のレンズ４４ｂに到達する光Ｉｂの量が少なくなり、ほとんどが対向するレンズ４４ａに到達する光Ｉａとなる。このため、例えば開口率（Ａ／Ｐ）＝０．３では、図４に示すように、正面方向の光強度が強い分布となる。しかしながら、開口率（Ａ／Ｐ）＝０．３では、図４に示すように、ほとんどの光が真正面方向（図４中に示す０°を中心とする方向）にしか出射されず、これでは、正面からちょっとずれただけでも見えなくなるような液晶表示装置となってしまうので、これよりも開口率（Ａ／Ｐ）を高める必要があることが分かる。   FIG. 4 is a diagram showing a general relationship between the aperture ratio (A / P), which is the ratio of the aperture width A to the pitch P of the lens 44, and the light intensity distribution by the light emitted from the lens 44. As shown in FIG. The smaller the aperture ratio (A / P), the smaller the amount of light Ib that reaches the adjacent lens 44b because the light incident from the incident surface 43 is reduced, and the light Ia that mostly reaches the opposing lens 44a. It becomes. For this reason, for example, when the aperture ratio (A / P) = 0.3, as shown in FIG. 4, the light intensity in the front direction has a strong distribution. However, when the aperture ratio (A / P) = 0.3, as shown in FIG. 4, most of the light is emitted only in the front direction (direction centering on 0 ° shown in FIG. 4). Since the liquid crystal display device becomes invisible even if it is slightly deviated from the front, it can be seen that the aperture ratio (A / P) needs to be increased.

開口率（Ａ／Ｐ）を０．４→０．５→０．６というように大きくして行くと、正面方向の光強度が段々と緩和されて行き、より広範囲に亘ってよりブロードな光強度分布となる。更に、開口率（Ａ／Ｐ）を大きくし、例えば開口率（Ａ／Ｐ）＝０．７とすると、隣のレンズ４４ｂに到達する光Ｉｂの量もかなり多くなるために、図４に示すように、両サイド（図４中に示す９０°付近）に小さなピークが現れてくる。したがって、本実施の形態に係る光学フィルムでは、開口幅Ａを、ピッチＰの０．４倍以上０．６倍以下、すなわち開口率（Ａ／Ｐ）＝０．４〜０．６とすることが好ましい。   When the aperture ratio (A / P) is increased from 0.4 to 0.5 to 0.6, the light intensity in the front direction is gradually reduced, and the light is broader and wider. Intensity distribution. Further, when the aperture ratio (A / P) is increased, for example, when the aperture ratio (A / P) = 0.7, the amount of the light Ib reaching the adjacent lens 44b is considerably increased. Thus, small peaks appear on both sides (near 90 ° shown in FIG. 4). Therefore, in the optical film according to the present embodiment, the opening width A is set to 0.4 to 0.6 times the pitch P, that is, the opening ratio (A / P) = 0.4 to 0.6. Is preferred.

次に、レンズ４４として球面レンズを用いた場合、その半径ｒに関する検討結果を説明する。図５は、光線追跡法を用いて、球面であるレンズ４４から出射される光強度分布がほぼ同じになるようなレンズ４４のピッチＰ、透明基材３９の厚みＴ、開口率Ａ／Ｐ、及びレンズ４４の半径ｒの組み合わせを得た結果を示すテーブルである。   Next, when a spherical lens is used as the lens 44, the examination result regarding the radius r will be described. FIG. 5 shows the pitch P of the lens 44, the thickness T of the transparent base material 39, the aperture ratio A / P, and the like so that the light intensity distributions emitted from the spherical lens 44 are substantially the same. And a table showing the result of obtaining the combination of the radius r of the lens 44.

一般に、開口率Ａ／Ｐが等しければ、レンズ４４の半径ｒが小さいほど光強度のピーク値は高くなり、レンズ４４から出射される光強度分布は絞られる。一方、レンズ４４の半径ｒが大きいほど光強度のピーク値は低くなり、レンズ４４から出射される光強度分布はブロードになる。したがって、液晶表示装置の用途に応じて要求される光強度分布によって、レンズ４４の半径ｒを決定し、それに合わせて開口率Ａ／Ｐを決定する必要がある。   In general, if the aperture ratio A / P is equal, the smaller the radius r of the lens 44, the higher the peak value of the light intensity, and the light intensity distribution emitted from the lens 44 is narrowed. On the other hand, the larger the radius r of the lens 44, the lower the peak value of the light intensity, and the light intensity distribution emitted from the lens 44 becomes broader. Therefore, it is necessary to determine the radius r of the lens 44 according to the light intensity distribution required according to the application of the liquid crystal display device, and to determine the aperture ratio A / P accordingly.

また、図６は、図５に示す結果における透明基材３９の厚みＴ、球面のレンズ４４の半径ｒを、ピッチＰを１としたときの相対値で表したテーブルである。開口率（Ａ／Ｐ）が大きくなると、レンズ４４の半径ｒもそれに合わせて大きくする必要があるものの、開口率（Ａ／Ｐ）が０．４〜０．６の範囲においては、レンズ４４の半径ｒを、ピッチＰの０．５倍以上０．６倍以下とすればよいことが分かる。   FIG. 6 is a table showing the thickness T of the transparent substrate 39 and the radius r of the spherical lens 44 in the results shown in FIG. 5 as relative values when the pitch P is 1. When the aperture ratio (A / P) increases, the radius r of the lens 44 needs to be increased accordingly. However, when the aperture ratio (A / P) is in the range of 0.4 to 0.6, the lens 44 It can be seen that the radius r may be 0.5 to 0.6 times the pitch P.

また、最大角度αは、以下に説明するように、臨界角の９０％以上とする。臨界角とは、図７に示すように、媒質ｉから媒質ｔに対して如何なる入射角度θｉで光が入射した場合であっても、入射した光は、これ以上の角度で屈折されることは無いという最大の屈折角度（ｍａｘ（θｔ））のことである。媒質ｉの屈折率ｎｉと、媒質ｔの屈折率ｎｔと、媒質ｉから媒質ｔへの光の入射角度θｉと、媒質ｔにおいて光が屈折される屈折角度θｔとの関係は、以下の（２）式に示すスネルの式で表される。   The maximum angle α is 90% or more of the critical angle, as will be described below. As shown in FIG. 7, the critical angle means that the incident light is refracted at an angle larger than this even when the light is incident on the medium t from the medium i at any incident angle θi. This is the maximum refraction angle (max (θt)). The relationship between the refractive index ni of the medium i, the refractive index nt of the medium t, the incident angle θi of light from the medium i to the medium t, and the refractive angle θt at which light is refracted in the medium t is expressed as (2 ) Represented by the Snell equation.

ｎｉ＊ｓｉｎθｉ＝ｎｔ＊ｓｉｎθｔ ・・・（２）
臨界角（ｍａｘ（θｔ））は、例えば、屈折率ｎｉ＝１．０の媒質（空気）から、屈折率ｎｔ＝１．５の媒質に光が入射する場合には、４２°となる。この場合、媒質ｔ内における光強度分布は、図８（ａ）に示すように、図中１８０°で示す法線方向から４２°の範囲内に全て、すなわち１００％の光が存在するようになる。 ni * sin θi = nt * sin θt (2)
The critical angle (max (θt)) is 42 °, for example, when light is incident on a medium having a refractive index nt = 1.5 from a medium (air) having a refractive index ni = 1.0. In this case, as shown in FIG. 8A, the light intensity distribution in the medium t is all within the range of 42 ° from the normal direction indicated by 180 ° in the drawing, that is, 100% of the light exists. Become.

しかしながら、図８（ａ）を見て分かるように、臨界角（ｍａｘ（θｔ））近傍になると、光の強度は極端に小さくなる。従って、図８（ｂ）を見て分かるように、臨界角（ｍａｘ（θｔ））近傍の光をもレンズ４４に入射させようとしてレンズ４４の幅Ｗを決定したとしても、レンズ４４の外周部近傍には、臨界角近傍の屈折角度で屈折した極く弱い光しか到達せず、レンズ４４の利用効率が低下してしまう。   However, as can be seen from FIG. 8A, the intensity of light becomes extremely small near the critical angle (max (θt)). Accordingly, as can be seen from FIG. 8B, even if the light near the critical angle (max (θt)) is also incident on the lens 44 and the width W of the lens 44 is determined, the outer peripheral portion of the lens 44 In the vicinity, only extremely weak light refracted at a refraction angle near the critical angle reaches, and the utilization efficiency of the lens 44 is reduced.

そこで、本発明の実施の形態に係る光学フィルムでは、等方的な光が入射面４３のある一点から透明基材３９に入射して、透明基材３９によって屈折され、この屈折された全ての光、すなわち、屈折角度が臨界角（ｍａｘ（θｔ））以内である光のうち、９０％以上の光を含むような屈折角度の範囲の最大値を最大角度αとする。   Therefore, in the optical film according to the embodiment of the present invention, isotropic light is incident on the transparent base material 39 from a certain point on the incident surface 43 and is refracted by the transparent base material 39. The maximum value of the range of the refraction angle that includes 90% or more of the light, that is, the light whose refraction angle is within the critical angle (max (θt)) is defined as the maximum angle α.

これを図８（ｃ）を用いて説明する。例えば、空気のように屈折率ｎｉ＝１．０の媒質から、屈折率ｎｔ＝１．５の透明基材３９に光が入射する場合には、上述したように臨界角は４２°となり、透明基材３９に入射した光は、その全てが０〜４２°の屈折角度の範囲にある。このうち、０〜３５°の範囲内に屈折角度を持つ光は、透明基材３９に入射した光のうちの約９０％となる。したがって、この場合、最大角度αが３５°となるような光学フィルムを設計すればよい。   This will be described with reference to FIG. For example, when light is incident on a transparent base material 39 having a refractive index nt = 1.5 from a medium having a refractive index ni = 1.0, such as air, the critical angle is 42 ° as described above, and thus transparent All of the light incident on the base material 39 is in the range of the refraction angle of 0 to 42 °. Among these, the light having a refraction angle within the range of 0 to 35 ° is about 90% of the light incident on the transparent substrate 39. Therefore, in this case, an optical film having a maximum angle α of 35 ° may be designed.

これによって、光の利用効率と、レンズ４４の利用効率との両方を高めるようにしている。   Thereby, both the utilization efficiency of light and the utilization efficiency of the lens 44 are improved.

次に、以上のように構成した本実施の形態に係る光学フィルムの作用について説明する。   Next, the operation of the optical film according to the present embodiment configured as described above will be described.

本実施の形態に係る光学フィルム１０は、液晶表示装置用バックライトに適用され、光源２３からの光を液晶パネル５０に導くためのものであって、図１（ａ）に示すように、透明基材３９の液晶パネル５０側の出射面４２上に、複数のレンズ４４が反復的にアレイ構造をなして配置されている。さらに、透明基材３９の入射面４３上に、該レンズ４４の焦点面近傍の開口部４６以外の部位に、つまり透明基材３９を挟んで複数のレンズ４４の各レンズ頂点Ｊと対向する位置Ｇを外すように配置された反射材４８が設けられている。レンズ４４は、好適には球面レンズが用いられる。   The optical film 10 according to the present embodiment is applied to a backlight for a liquid crystal display device, and guides light from the light source 23 to the liquid crystal panel 50. As shown in FIG. A plurality of lenses 44 are repeatedly arranged in an array structure on the emission surface 42 of the base material 39 on the liquid crystal panel 50 side. Furthermore, on the incident surface 43 of the transparent base material 39, a position other than the opening 46 near the focal plane of the lens 44, that is, a position facing each lens apex J of the plurality of lenses 44 with the transparent base material 39 interposed therebetween. A reflector 48 is provided so as to remove G. The lens 44 is preferably a spherical lens.

更に、光線追跡法を用いて、図１（ｂ）に示すように、開口部４６から透明基材３９に入射した光Ｉの透明基材３９によって屈折されてなる進行方向の、入射面４３に対する法線方向からの最大角度α、レンズ４４のピッチＰ、開口部４６のレンズ４４の配置方向における幅である開口幅Ａ、及び透明基材３９の厚みＴとの間に成立する（１）式に示すような関係が得られた。したがって、（１）式を用いて、設計パラメータが決定される。   Further, using the ray tracing method, as shown in FIG. 1B, the traveling direction of the light I incident on the transparent base material 39 from the opening 46 is refracted by the transparent base material 39 with respect to the incident surface 43. Formula (1) established among the maximum angle α from the normal direction, the pitch P of the lenses 44, the opening width A that is the width of the opening 46 in the arrangement direction of the lenses 44, and the thickness T of the transparent substrate 39. The relationship shown in Fig. 1 was obtained. Therefore, the design parameter is determined using the equation (1).

更にまた、図４に示すような、レンズ４４のピッチＰに対する開口幅Ａの割合である開口率（Ａ／Ｐ）と、レンズ４４から出射される光による光強度分布との関係から、本実施の形態に係る光学フィルムでは、開口幅Ａを、ピッチＰの０．４倍以上０．６倍以下、すなわち開口率（Ａ／Ｐ）＝０．４〜０．６とすることが好ましいとの知見が得られた。開口率（Ａ／Ｐ）＝０．４〜０．６とすることによって、開口部４６から入射した光が、この開口部４６に対向したレンズ４４ａに入射する、つまり対向したレンズ４４ａの隣のレンズ４４ｂに到達する光が少なくなるために、光の利用効率が高められる。   Furthermore, as shown in FIG. 4, this embodiment is based on the relationship between the aperture ratio (A / P), which is the ratio of the aperture width A to the pitch P of the lens 44, and the light intensity distribution by the light emitted from the lens 44. In the optical film according to the embodiment, the opening width A is preferably 0.4 to 0.6 times the pitch P, that is, the opening ratio (A / P) is preferably 0.4 to 0.6. Knowledge was obtained. By setting the aperture ratio (A / P) to 0.4 to 0.6, light incident from the opening 46 enters the lens 44a facing the opening 46, that is, next to the facing lens 44a. Since less light reaches the lens 44b, the light use efficiency is improved.

更に、開口率（Ａ／Ｐ）＝０．４〜０．６としたとき、レンズ４４が球面である場合には、光線追跡法による図５及び図６に示すような結果から、レンズ４４の半径ｒを、ピッチＰの０．５倍以上０．６倍以下とすればよいという結果が得られた。   Further, when the aperture ratio (A / P) = 0.4 to 0.6 and the lens 44 is spherical, the result of the ray tracing method shown in FIGS. The result that the radius r should just be 0.5 times or more and 0.6 times or less of the pitch P was obtained.

一方、開口率（Ａ／Ｐ）＝０．４〜０．６としたとき、レンズ４４が非球面である場合には、光線追跡法による結果から、レンズ４４の最小半径ｒを、ピッチＰの０．４倍以上０．６倍以下とすればよいという結果が得られた。   On the other hand, when the aperture ratio (A / P) is 0.4 to 0.6 and the lens 44 is an aspherical surface, the minimum radius r of the lens 44 is set to the pitch P from the result of the ray tracing method. The result that it should just be 0.4 times or more and 0.6 times or less was obtained.

更にまた、等方的な光が入射面４３のある一点から透明基材３９に入射して、透明基材３９によって屈折され、この屈折された全ての光、すなわち、屈折角度が臨界角（ｍａｘ（θｔ））以内である光による合計光強度のうち、９０％以上の光を含むような屈折角度の範囲の最大値を最大角度αとする。最大角度αをこのように決定することによって、高い光の利用効率を実現しつつ、高いレンズ４４の利用効率が実現される。   Furthermore, isotropic light enters the transparent base material 39 from a certain point on the incident surface 43 and is refracted by the transparent base material 39, and all the refracted light, that is, the refraction angle is a critical angle (max The maximum value of the range of refraction angles that include 90% or more of the total light intensity by light within (θt)) is defined as the maximum angle α. By determining the maximum angle α in this way, high utilization efficiency of the lens 44 is achieved while realizing high utilization efficiency of light.

上述したように、本実施の形態に係る光学フィルムにおいては、上記のような作用により、光線追跡法を用いて得られた（１）式を用いて、設計パラメータを決定することができる。   As described above, in the optical film according to the present embodiment, the design parameter can be determined by using the equation (1) obtained by using the ray tracing method due to the above-described action.

また、開口率（Ａ／Ｐ）＝０．４〜０．６とする。これによって、開口部４６から入射した光が、この開口部４６に対向したレンズ４４ａに入射する、つまり対向したレンズ４４ａの隣のレンズ４４ｂに到達する光が少なくなるために、光の利用効率を高めることができる。   Further, the aperture ratio (A / P) is set to 0.4 to 0.6. Accordingly, the light incident from the opening 46 enters the lens 44a facing the opening 46, that is, the light reaching the lens 44b adjacent to the facing lens 44a is reduced. Can be increased.

更に、開口率（Ａ／Ｐ）＝０．４〜０．６としたとき、レンズ４４が球面である場合には、レンズ４４の半径ｒを、ピッチＰの０．５倍以上０．６倍以下とし、レンズ４４が非球面である場合には、レンズ４４の最小半径ｒを、ピッチＰの０．４倍以上０．６倍以下とすればよい。   Further, when the aperture ratio (A / P) = 0.4 to 0.6, when the lens 44 is a spherical surface, the radius r of the lens 44 is 0.5 times or more to 0.6 times the pitch P. When the lens 44 is aspherical, the minimum radius r of the lens 44 may be 0.4 times or more and 0.6 times or less of the pitch P.

更にまた、等方的な光が入射面４３のある一点から透明基材３９に入射して、透明基材３９によって屈折され、この屈折された全ての光、すなわち、屈折角度が臨界角（ｍａｘ（θｔ））以内である光による合計光強度のうち、９０％以上の光を含むような屈折角度の範囲の最大値を最大角度αとする。最大角度αをこのように決定することによって、高い光の利用効率を実現しつつ、高いレンズ４４の利用効率を実現することができる。   Furthermore, isotropic light enters the transparent base material 39 from a certain point on the incident surface 43 and is refracted by the transparent base material 39, and all the refracted light, that is, the refraction angle is a critical angle (max The maximum value of the range of refraction angles that include 90% or more of the total light intensity by light within (θt)) is defined as the maximum angle α. By determining the maximum angle α in this way, high utilization efficiency of the lens 44 can be achieved while realizing high utilization efficiency of light.

以上の結果、一方の面に単位レンズを反復的アレイ構造で配置するとともに、他方の面に光反射材を配置してなる光学フィルムにおいて、液晶表示装置の用途に応じて最適な光学特性を有するような設計パラメータで設計される光学フィルムを提供することが可能となる。   As a result, an optical film in which unit lenses are arranged in a repetitive array structure on one surface and a light reflecting material is arranged on the other surface has optimum optical characteristics according to the use of the liquid crystal display device. It is possible to provide an optical film designed with such design parameters.

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The best mode for carrying out the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such a configuration. Within the scope of the invented technical idea of the scope of claims, a person skilled in the art can conceive of various changes and modifications. The technical scope of the present invention is also applicable to these changes and modifications. It is understood that it belongs to.

本発明の実施の形態に係る光学フィルムの構成例を示す斜視図及び部分側面図。The perspective view and partial side view which show the structural example of the optical film which concerns on embodiment of this invention. 光線追跡法で得られた透明基材の厚みと、レンズのピッチとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the thickness of the transparent base material obtained by the ray tracing method, and the pitch of a lens. 開口部に入射した光の進行方向分布の一例を示す図。The figure which shows an example of the advancing direction distribution of the light which injected into the opening part. 様々な開口率と光強度分布との関係を示す図。The figure which shows the relationship between various aperture ratios and light intensity distribution. 球面レンズからの光強度分布がほぼ同じになるようなレンズピッチ、透明基材厚み、開口率、及びレンズ半径の組み合わせテーブルを示す図。The figure which shows the combination table of the lens pitch, transparent base material thickness, aperture ratio, and lens radius which the light intensity distribution from a spherical lens becomes substantially the same. 図５を、レンズピッチに対する相対値で表したテーブルを示す図。The figure which shows the table which represented FIG. 5 by the relative value with respect to a lens pitch. 臨界角を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating a critical angle. 透明基材中における屈折角度と光強度分布との関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the refraction angle in a transparent base material, and light intensity distribution. 従来技術によるバックライトユニットの構成例を示す正面図及び側断面図（拡散板を２枚用いた場合）。The front view and side sectional view which show the structural example of the backlight unit by a prior art (when using two diffuser plates). 従来技術によるバックライトユニットの構成例を示す正面図及び側断面図（拡散板１枚とプリズムシートとを用いた場合）。The front view and side sectional view which show the structural example of the backlight unit by a prior art (when using one diffuser plate and a prism sheet). プリズムシートを用いたバックライトユニットにおける光学作用を説明するための図。The figure for demonstrating the optical effect | action in the backlight unit using a prism sheet. プリズムシートを用いたバックライトユニットから出射される光強度の分布図。The distribution map of the light intensity radiate | emitted from the backlight unit using a prism sheet. 単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学フィルムを用いたバックライトユニットの構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the structural example of the backlight unit using the optical film which has a repeating array structure of a unit lens.

符号の説明Explanation of symbols

α…最大角度、Ｇ…位置、I…光、Ｊ…レンズ頂点、Ｐ…ピッチ、Ｓ…視覚方向、Ｘ…屈折作用、Ｙ…屈折作用、ｎｉ…屈折率、ｎｔ…屈折率、θｉ…入射角度、θｔ…屈折角度、１０…光学フィルム、２１…ランプハウス、２３…光源、２５…拡散板、２６…拡散板、２７…反射板、３０…バックライトユニット、３２…拡散フィルム、３４…プリズムシート、３６…バックライトユニット、３８…光学フィルム、３９…透明基材、４０…バックライトユニット、４２…出射面、４３…入射面、４４…レンズ、４６…開口部、４８…反射材、４９…偏光板、５０…液晶パネル   α ... maximum angle, G ... position, I ... light, J ... lens apex, P ... pitch, S ... visual direction, X ... refractive action, Y ... refractive action, ni ... refractive index, nt ... refractive index, θi ... incident Angle, θt ... Refraction angle, 10 ... Optical film, 21 ... Lamp house, 23 ... Light source, 25 ... Diffuser, 26 ... Diffuser, 27 ... Reflector, 30 ... Backlight unit, 32 ... Diffuser film, 34 ... Prism Sheet, 36 ... Backlight unit, 38 ... Optical film, 39 ... Transparent substrate, 40 ... Backlight unit, 42 ... Outgoing surface, 43 ... Incident surface, 44 ... Lens, 46 ... Opening, 48 ... Reflector, 49 ... Polarizing plate, 50 ... Liquid crystal panel

Claims (4)

液晶表示装置用バックライトに適用され、光源からの光を液晶パネルに導く光学フィルムであって、
透明基材の前記液晶パネル側の第一の面上に複数のレンズを規則的なピッチで配置し、前記透明基材の前記光源側の第二の面上に、前記透明基材を挟んで前記複数のレンズの各レンズ頂点と対向する位置を外すように複数の光反射材を配置してなり、前記第二の面上であって前記光反射材が配置されていない部位である開口部から前記透明基材に入射した前記光が前記透明基材によって屈折されてなる進行方向の、前記第二の面に対する法線方向からの最大角度α、前記レンズのピッチＰ、前記開口部の前記レンズの配置方向における幅である開口幅Ａ、及び前記透明基材の厚みＴとの間に、
Ｐ＝Ａ＋２Ｔ＊ｔａｎα
の関係が成立する光学フィルム。 An optical film that is applied to a backlight for a liquid crystal display device and guides light from a light source to a liquid crystal panel,
A plurality of lenses are arranged at a regular pitch on the first surface of the transparent substrate on the liquid crystal panel side, and the transparent substrate is sandwiched on the second surface of the transparent substrate on the light source side. An opening which is a portion on the second surface where the light reflecting material is not disposed, the plurality of light reflecting materials being disposed so as to remove positions facing the lens vertices of the plurality of lenses. The maximum angle α from the normal direction to the second surface in the traveling direction in which the light incident on the transparent base material is refracted by the transparent base material, the pitch P of the lenses, and the opening portion Between the opening width A, which is the width in the lens arrangement direction, and the thickness T of the transparent substrate,
P = A + 2T * tanα
An optical film that satisfies this relationship. 請求項１に記載の光学フィルムにおいて、
等方的な光が前記第二の面のある一点から前記透明基材に入射して前記透明基材によって屈折され、この屈折された全ての光のうち、９０％以上の光を含むような前記法線方向からの屈折角度範囲のうち最大の屈折角度を前記最大角度αとした光学フィルム。 The optical film according to claim 1,
Isotropic light is incident on the transparent base material from a certain point on the second surface and is refracted by the transparent base material, and includes 90% or more of all the refracted light. An optical film in which the maximum refraction angle in the refraction angle range from the normal direction is the maximum angle α. 請求項１又は請求項２に記載の光学フィルムにおいて、
前記レンズは球面レンズであり、前記レンズの半径を、前記ピッチの０．５倍以上０．６倍以下とした光学フィルム。 In the optical film according to claim 1 or 2,
The lens is a spherical lens, and an optical film in which a radius of the lens is 0.5 to 0.6 times the pitch. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学フィルムにおいて、
前記開口幅を、前記ピッチの０．４倍以上０．６倍以下とした光学フィルム。 In the optical film according to any one of claims 1 to 3,
An optical film in which the opening width is 0.4 to 0.6 times the pitch.
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