JP2007316616A - 複合型光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】集光層と拡散層との間の構造改良によってその投光の拡散化や平面化を維持したままでその拡散層の厚さを低減させたりすることを目的とする。
【解決手段】上下２層となっており、前記下層２はその上面２２Ａが出射面とされ、該下層に入る入射光を連続に屈折させてから前記出射面から外へ拡散的に投光する拡散層であり、前記上層１は、その下面１１Ａが前記拡散層の上面と密接しており、上面が前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線をそれぞれ上の方へ投光するように絞る集光層である複合型光学レンズにおいて、前記上下２層の境界面２４は、非平面となっている、複合型光学レンズを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学レンズに係り、特に集光層と拡散層とからなった複合型光学レンズに関する。

従来の集光層と拡散層とからなった複合型光学レンズは、通常、例えば前記集光層と拡散層とが上下２層となっており、前記下層の拡散層はその上面が出射面とされ、該拡散層に入る入射光を連続的に屈折させてから前記出射面から外へ拡散的に投光する役割をし、前記上層の集光層は、その下面が前記拡散層の上面と密接し、上面が前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線をそれぞれ上の方へ投光するように絞る役割をする。

このような複合型光学レンズは、図４の断面拡大図に示すように、例えば上下２層４１、４２となっており、下層４２は拡散層であり、その層内に複数の拡散粒子４３が散在していて、その上面４２１を出射面とすると、下層４２に入る入射光が複数の拡散粒子４３に連続に屈折させられてから前記出射面（即ち下層４２の上面４２１）から外へ拡散的に投光される。上層４１は集光層であり、その下面４１１が前記拡散層の上面４２１と密接しており、上面が一連のプリズム構造４１２からなっていて、前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線がそれぞれ一連のプリズム構造４１２の屈折により上の方へ投光されるように絞られる。この従来例において、その拡散層としての下層４２と集光層としての上層４１は、すべて透明体であり、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：メタクリル酸メチル樹脂）からなったものを基体としており、下層４２の層内に散在している複数の拡散粒子４３はＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ポリカーボネート）からなったもので、下層４２の基体に２０重量％の濃度を有する。また、上下２層４１、４２における集光層としての上層４１は０．６ｍｍの厚さを有し、拡散層としての下層４２は２．４ｍｍの厚さを有し、１対４の比率になっていて全体で３ｍｍの厚さを有する。また、上下２層の間の境界面は平面となっている。

このような拡散粒子の散在などにより確かに光拡散効果の高い拡散層を作れるが、拡散粒子が高価であり、前記従来例のように、この高価な拡散粒子は実用上０．０５〜３０重量％の高い濃度で入れる必要があるので、コスト高の原因となる。それに、こうした高い濃度までで入れても、拡散層はやはり集光層の略４倍以上の厚さが必要であり、さもなければレンズ全体の投光が拡散不足で理想的な平面光とならないので、薄型化の時代の流れに適わない。

したがって、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、即ち、前記のような従来の複合型光学レンズに対し、その集光層と拡散層との間の構造改良によってその投光の拡散化や平面化を維持したままでその拡散層の厚さを低減させることを目的とする。

また、その拡散層が拡散粒子が散在したものからなっている場合、前記のような従来の複合型光学レンズに対し、その集光層と拡散層との間の構造改良によってその投光の拡散化や平面化を維持したままでその拡散層における拡散粒子の濃度を低減させ、製造コストを下げることをもう一つの目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、まず、上下２層となっており、前記下層はその上面が出射面とされ、該下層に入る入射光を連続に屈折させてから前記出射面から外へ拡散的に投光する拡散層であり、前記上層は、その下面が前記拡散層の上面と密接しており、上面が前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線をそれぞれ上の方へ投光するように絞る集光層である複合型光学レンズにおいて、前記上下２層の境界面は、非平面となっている、複合型光学レンズを提供する。

前記特殊な境界面構造の適用例として、前記従来例のような、その拡散層が拡散粒子が散在したものからなっており、また、その集光層が一連のプリズム構造からなっているものが挙げられる。

即ち、前記複合型光学レンズの実施形態として、上下２層となっており、前記下層は、その層内に複数の拡散粒子が散在していて、その上面が出射面とされると、該下層に入る入射光が前記複数の拡散粒子に連続的に屈折させられてから前記出射面から外へ拡散的に投光する拡散層であり、前記上層は、その下面が前記拡散層の上面と密接しており、上面が一連のプリズム構造からなっていて、前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線をそれぞれ前記一連のプリズム構造の屈折により上の方へ投光するように絞る集光層である複合型光学レンズにおいて、前記上下２層の境界面は、非平面となっているものが挙げられる。

他の実施形態として、拡散粒子の代わりに拡散層における構成材料の成分が不均一になっているもの、及び、一連のプリズム構造の代わりに集光層の上面に複数の他の形状の突起になっているものも考えられる。

また、前記境界面は、波浪状、鋸状または凹凸状となったものが挙げられる。

そして、前記拡散層が拡散粒子が散在したものからなっている複合型光学レンズであれば、前記非平面の境界面がある限り、前記拡散層には、拡散粒子を０．０１〜１０重量％程度の低濃度で有する上に、厚さが集光層より薄く特にその１／２乃至１／４までに下がったとしても、その投光の拡散化や平面化は従来のままに維持することができる。もちろん、場合により、集光層は、拡散層の薄型化と伴って薄型化され、即ち、やはり従来のように拡散層より薄くて拡散層の薄型化と共にレンズ全体の厚さを更に薄くさせても良い。

なお、場合によっては、拡散層の下面が、波浪状、鋸状または凹凸状となったものも考えられる。

前記構成による複合型光学レンズは、前記のような非平面の境界面によって入射光を複屈折させることができるので、その最終的な投光の拡散化や平面化が維持されたままでその前記拡散層の厚さを０．１乃至１ｍｍまでに下げることができ、また、その拡散層が拡散粒子が散在したものからなっている場合、拡散粒子の濃度も０．０１〜１０重量％の低濃度までに下げることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、図１ないし図３は図４と同じくすべて断面拡大図であるが、前者の拡大率は後者の４倍であり、また、図中、同様の構成要素には、同一の参照符号が付されている。

まず、図１を参照しながら本発明の第１実施形態の複合型光学レンズを説明する。

図１に示す第１実施形態の複合型光学レンズは、前記従来例の複合型光学レンズの投光の拡散化や平面化の水準を基準として製作したものである。図示されたように、この第１実施形態の複合型光学レンズは、基本的に、前記従来例の、集光層と拡散層とからなった複合型光学レンズの構造と同様に、上下２層１、２となっている。下層２は拡散層であり、その層内に複数の拡散粒子２１が散在していて、その上面２２Ａを出射面とすると、該下層２に入る入射光が複数の拡散粒子２１に連続的に屈折させられてから前記出射面（下層２の上面２２Ａ）から外へ拡散的に投光される。上層１は集光層であり、その下面１１Ａが前記拡散層の上面２２Ａと密接しており、上面が一連のプリズム構造１２からなっていて、前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線がそれぞれ一連のプリズム構造１２の屈折により上の方へ投光されるように絞られる。その上下２層１、２の境界面２４は、従来のような平面でなく、非平面となっている。

具体的には、その拡散層としての下層２と集光層としての上層１は、すべて透明体であり、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：メタクリル酸メチル樹脂）からなったものを基体としており、下層２の層内に散在している複数の拡散粒子２１はＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ポリカーボネート）からなったもので、下層２の基体に５重量％の濃度を有し、従来例の２０重量％より遥かに薄い。また、上下２層１、２における集光層としての上層１は０．６ｍｍの厚さを有し、拡散層としての下層２は０．２ｍｍの厚さを有し、３対１の比率になって前記従来例の１対４とほぼ正反対になっている。更に、全体としては前記従来例の３ｍｍより遥かに薄い０．８ｍｍの厚さを有する。そして、上下２層１、２の境界面２４は、スムーズなカーブを有する波浪状となっており、即ちその各上へのピーク部２４Ａも下へのピーク部２４Ｂもすべてスムーズなカーブになっている。

前記第１実施形態を基として、ＰＭＭＡの代わりにＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ポリカーボネート）及びＣＯＰ（Ｃｙｃｌｉｃ ｏｌｅｆｉｎｓ ｐｏｌｙｍｅｒ：環状オレフィンポリマー）などを集光層及び拡散層の材料とし、ＰＣの代わりにＰＭＭＡ、ＣＯＰ及びガラスなど、拡散層の基材と屈折率が異なる有機または無機物質を複数の拡散粒子の材料とし、且つ、拡散粒子の濃度を調整して前記のような試作品を製作をした。

これにより、本発明者は、前記のようにその上下２層１、２の境界面２４がスムーズなカーブを有する波浪状になると、該境界面２４によって入射光を複屈折することができるので、複合型光学レンズの最終的な投光の拡散化や平面化が維持されたままでその前記拡散層の厚さを０．１乃至１ｍｍまでに下げることができ、また、拡散粒子の濃度も０．０１〜１０重量％の低濃度までに下げることができることを確認した。

前記結果に引き続いて、発明者は、更に、上下２層１、２の境界面２４の形状に注目する試験を行った。図２をみると、第２実施形態の複合型光学レンズは、第１実施形態と同じように、上下２層１、２となっている。下層２は拡散層であり、その層内に複数の拡散粒子２１が散在していて、その上面２２Ｂを出射面とすると、該下層２に入る入射光が複数の拡散粒子２１に連続的に屈折させられてから出射面（下層２の上面２２Ｂ）から外へ拡散的に投光される。上層１は集光層であり、その下面１１Ｂが前記拡散層の上面２２Ｂと密接しており、上面が一連のプリズム構造１２からなっていて、前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線がそれぞれ一連のプリズム構造１２の屈折により上の方へ投光されるように絞られる。上下２層１、２の境界面２４は、波浪状となっているものであるが、前記境界面２４の波浪状はスムーズなカーブを有するものでなく、それにおける各上へのピーク部２４Ｃがいずれもシャープな形となったものである。それだけでなく、波浪状でなく、鋸状及び他の凹凸状になったものも製作して試験を行った。この試験により、このような実施形態も第１実施形態と同じ程度の効果を有することを確認した。

発明者は、更に、前記波浪状などの非平面状を拡散層２の下面２５に施して試験を行った。以下、それについて図３を参照しながら説明する。

図３に示すのは、第３実施形態の複合型光学レンズである。この複合型光学レンズは、前記第２実施形態と同じように、上下２層１、２となっている。下層２は拡散層であり、その層内に複数の拡散粒子２１が散在していて、その上面２２Ｂを出射面とすると、該下層２に入る入射光が複数の拡散粒子２１に連続的に屈折させられてから出射面（下層２の上面２２Ｂ）から外へ拡散的に投光される。上層１は集光層であり、その下面１１Ｂが前記拡散層の上面２２Ｂと密接しており、上面が一連のプリズム構造１２からなっていて、前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線がそれぞれ一連のプリズム構造１２の屈折により上の方へ投光されるように絞られる。上下２層１、２の境界面２４は、その各上へのピーク部２４Ｃがいずれもシャープな形となった波浪状である上、拡散層の下面２５も、その各上へのピーク部２５Ａがいずれもシャープな形となった波浪状になっている。それだけでなく、拡散層の下面２５が他の形の波浪状、及び、鋸状、凹凸状になったものも製作して試験を行った。この試験により、このような実施形態は拡散層の効果を更に上げ、拡散層ないし複合型光学レンズ全体の厚さを減らしたり拡散粒子の濃度を下げたりすることができることを確認した。

本発明は、その精神及び必須の特徴から逸脱することなく他のやり方で実施することができる。従って、本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なものであり、限定的なものではない。

叙上のように、本発明の前記構造を有する複合型光学レンズは、その最終的な投光の拡散化や平面化が維持されたままでその拡散層の厚さが０．１乃至１ｍｍまでに、また、拡散層における拡散粒子の濃度を０．０１〜１０重量％までに下げることができ低コストになる上に、薄型化の時代の流れに適う。

本発明の第１実施形態の複合型光学レンズの断面拡大図である。 本発明の第２実施形態の断面拡大図である。 本発明の第３実施形態の断面拡大図である。 従来の複合型光学レンズの断面拡大図（拡大率は図１ないし図３の０．２５倍程度）である。

符号の説明

１ 上層
１１Ａ、１１Ｂ 上層１の下面
１２ プリズム構造
２ 下層
２１ 拡散粒子
２２Ａ、２２Ｂ 下層２の上面
２４ 境界面
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ ピーク部
２５ 拡散層２の下面
２５Ａ ピーク部

Claims (8)

1. 上下２層となっており、
   前記下層は、その上面が出射面とされ、該下層に入る入射光を連続的に屈折させてから前記出射面から外へ拡散的に投光する拡散層であり、
   前記上層は、その下面が前記拡散層の上面と密接しており、上面が前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線をそれぞれ上の方へ投光するように絞る集光層である複合型光学レンズにおいて、
   前記上下２層の境界面は、非平面となっていることを特徴とする複合型光学レンズ。
2. 上下２層となっており、
   前記下層は、その層内に複数の拡散粒子が散在していてその上面が出射面とされると、該下層に入る入射光が前記複数の拡散粒子に連続に屈折させられてから前記出射面から外へ拡散的に投光する拡散層であり、
   前記上層は、その下面が前記拡散層の上面と密接しており、上面が一連のプリズム構造からなっていて、前記拡散層により拡散されてからそこに至る投光中の各光線をそれぞれ前記一連のプリズム構造の屈折により上の方へ投光するように絞る集光層である複合型光学レンズにおいて、
   前記上下２層の境界面は、非平面となっていることを特徴とする複合型光学レンズ。
3. 前記境界面は、波浪形状となっていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の複合型光学レンズ。
4. 前記境界面の波浪形状は、スムーズなカーブを有するものとなっていることを特徴とする請求項３に記載の複合型光学レンズ。
5. 前記境界面の波浪形状における各上へのピーク部は、いずれもシャープな形となっていることを特徴とする請求項３に記載の複合型光学レンズ。
6. 前記拡散層の下面は、波浪形状となっていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の複合型光学レンズ。
7. 前記拡散層は、前記拡散粒子を０．０１〜１０重量％の濃度で有することを特徴とする請求項２に記載の複合型光学レンズ。
8. 前記拡散層は、厚さが０．１乃至１ｍｍとなっていることを特徴とする請求項７に記載の複合型光学レンズ。

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