JP3699145B2 - Lens sheet and backlight - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置などに使われるレンズシートおよびバックライトに関するものであり、さらに詳しくは、バックライトの正面輝度を光学的な手段によって向上させることができるレンズシート、および、このようなレンズシートを用いたバックライトに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年カラー液晶表示装置を備えた携帯用ノートパソコンや、カラー液晶パネルを使った携帯用液晶TVあるいはビデオ一体型液晶TVなどのバッテリー駆動製品において、液晶表示装置の消費電力がバッテリー駆動時間を伸ばすための障害になっている。中でも、液晶表示装置に使われているバックライトの消費電力の割合は大きく、この消費電力をできる限り低く抑えることがバッテリー駆動時間を伸ばし、上記製品の実用価値を高める上で重要な課題とされている。
【0003】
しかし、バックライトの消費電力を抑えことによって、バックライトの輝度を低下させたのでは液晶表示が見にくくなり好ましくない。そこで、バックライトの輝度を犠牲にすることなく消費電力を抑えるために、バックライトの光学的な効率を改善することが望まれている。これを実現する手段として、図8に示したように、片面にプリズム列2を形成したプリズムシート1を、導光体7の出射面側に載置したバックライト3が提案されている。このプリズムシート1による正面輝度の増加は次のようなメカニズムによって引き起こされる。
【0004】
このようなバックライト3では、導光体7からの出射光は、プリズムシート1に入射し、入射光の一部がプリズムシート1で屈折透過し、残りが反射して導光体7に戻される。例えば、図8に示したようなエッジライト式バックライト3では、一般的に正面輝度が比較的低く、斜め方向から見た輝度が高くなる指向特性を持っているため、プリズムシート1によって光線を屈折させることにより正面での輝度が増加するように指向特性を改善している。また、プリズムシート1からの反射光は、導光体7の出射面上に載置された拡散シート4で拡散反射され、出射面の輝度を増加させることができ、これに伴って正面輝度も増加される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図9は、このようなプリズムシート1のプリズム列2の断面を示したもので、プリズムシート1に入射した光線は、その入射角によって、プリズム斜面を直接透過して出射する成分a、一方のプリズム斜面で一旦反射した後、他方のプリズム斜面で再び反射して入射側に戻る成分b、一方のプリズム斜面で一旦反射した後、他方のプリズム斜面を透過して出射する成分cに分けられる。この場合、プリズム頂角の選択によっては、さらに多重反射する成分も存在するが、通常、その割合は少ないものである。このうち成分aは、正面方向すなわち観察方向に出射するものであり実際に利用される光線である。また、成分bは導光体7の出射面の拡散シート4で拡散反射され、出射面の輝度を増加させる有効な光線である。これに対して、成分cは液晶表示装置の有効な視野角外に広角度で出射する光線であり、正面輝度の増加には関与していない光線である。
【0006】
この結果、プリズムシート1から出射光は、プリズム列2の稜線に垂直な方向について、正面から±40゜前後の視野角(頂角90゜〜100゜、屈折率1.5〜1.59程度の場合)の範囲に分布する。これ以上の視野角になると、輝度は急激に低下し、一旦ほとんどゼロになった後に、さらに大きな視野角で再び輝度が増加する。このため、結果的に出射光の出射範囲を絞って輝度を増加した形になっている。
【0007】
しかしながら、近年、液晶パネルの指向特性の改善が進み、指向特性が狭い方向においても±40゜以上の視野角でも十分実用的なコントラストを示すものが開発されきており、±40゜前後の視野角以上の範囲において輝度が急激に低下するような指向特性を有するバックライト3は好ましくなく、視野角の増加に伴う輝度の低下が緩やかで、ある程度広い指向特性を示すバックライトが望まれている。
本発明は、正面方向での輝度が最も高くなるような指向特性を有し、所定の視野角以上においても角度の増加に伴って緩やかに低下する輝度分布を有するとともに、前述したような正面輝度の増加に関与していない成分cの発生を抑え、高効率の輝度増加効果を有するレンズシートおよびバックライトを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、このような状況に鑑み、レンズシートのレンズ形状について鋭意検討した結果、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明のレンズシートは、少なくとも一方の面に、互いに母線が平行である二つの凸状曲柱面が左右対称に結合した形状単位が、該母線と垂直な方向に多数並んで形成され、該結合部における二つの凸状曲柱面の双方の接面が180゜より小さい角度で交わってなることを特徴とするものである。また、本発明のバックライトは、導光体の出射面側に、拡散反射機能を有する拡散層を介して、互いに母線が平行である二つの凸状曲柱面が左右対称に結合した形状単位が、少なくとも一方の面に該母線と垂直な方向に多数並んで形成され、該結合部における二つの凸状曲柱面の双方の接面が180゜より小さい角度で交わってなるレンズシートを載置したことを特徴とするものである。
【0009】
本発明のレンズシートは、図3に示したように、互いに母線が平行である二つの凸状曲柱面10、10’が左右対称に結合した形状のレンズ単位が、母線と垂直な方向に多数並んで形成されているもので、二つの凸状曲柱面10、10’の結合部11における夫々の凸状曲柱面に対する接面が180゜より小さい角度で交わるように結合した形状を有するものである。このような形状のレンズ単位を有すレンズシート9では、レンズシート9に入射した光線のうち、一方の凸状曲柱面10で反射された光線は、その多くが他方の凸状曲柱面10’で全反射され入射面側に戻り、一方の斜面で反射した後に他方の斜面から広角度に出射する正面輝度の増加に関与しない光線を低減することができる。
【0010】
また、本発明のレンズシート9においては、レンズ単位を構成する二つの凸状曲柱面10、10’の形状を、レンズシート9に入射した光線のうち一方の凸状曲柱面10で反射した光線が、他方の凸状曲柱面10’で入射方向に全反射するような形状とすることにより、直接透過光する光線と反射して戻る光線のみが存在し、一方の斜面で反射した後に他方の斜面から広角度に出射する光線が存在しないため好ましい。なお、他方の凸状曲柱面10’で全反射して入射面側に戻った光線は、導光体の出射面に設けられた拡散面で拡散反射され、出射面の輝度を増加させる有効な光線となる。
さらに、本発明においては、レンズシート9の斜面形状を曲面状とすることにより、従来のプリズムシートのように特定の視野角以上となると急激に輝度が低下するようなことがなく、典型的な例では、その輝度は30゜〜35゜から徐々に低下し、70゜〜80゜でゼロになるようななだらかな低下を示すことになる。
【0011】
次に、本発明の好ましい実施態様について、図1〜図4に基づいて具体的に説明する。図3は、本発明の好ましい態様におけるレンズシート9のxz断面図であり、(1)〜(3)式のφ=θc、p=Tである最も特徴的な場合の光路追跡を表したものである。前述したような正面輝度の増加に関与しない広角度に出射する光線を発生させないためには、一方の凸状曲柱面10で反射した光線がもう一方の凸状曲柱面10’に達する際に、常に全反射角以上の入射角で凸状曲柱面10’に入射するようにすればよい。すなわち、レンズ部の屈折率をnとした時、一方の凸状曲柱面10で反射した光線を、θc=sin-1(1/n)で表される全反射角θc以上の角度で凸状曲柱面10’入射させれば、B〜Dで示した光線のように凸状曲柱面10’で全反射して入射面側に戻ることになる。
【0012】
図3の右斜面の凸状曲柱面10の各点から見たとき、最も小さな入射角で左斜面の凸状曲柱面10’に入射する光線はP点からの反射光であるから、P点から凸状曲柱面10’の各点を結んだ直線と凸状曲柱面10’の各点における接面の法線となす角が全反射角θcと等しくなるように選べば、凸状曲柱面10の他の点からの反射光は全て凸状曲柱面10’で全反射することになる。すなわち、凸状曲柱面10’の谷に当たるO点を原点(0,0)にとると、P点の座標は(T,0)となり、凸状曲柱面10’は、x=0のときに次の式(4)の条件を満足し、0<x<T/2のときに次の式(5)の条件を満足すれば、凸状曲柱面10からの反射光は全て凸状曲柱面10’で全反射することになる。
【0013】
【数4】
z=0 (x=0) ・・・ (4)
【0014】
【数5】
dz/dx={ztanθc+(x-T)}/{(x-T)tanθc-z} (0<x<T/2) ・・・(5)
また、右斜面の凸状曲柱面10についても同様に、x=Tのときに次の式(6)の条件を満足し、T/2<x<Tのときに次の式(7)を満足すれば、凸状曲柱面10’からの反射光は全て凸状曲柱面10で全反射することになる。
【0015】
【数6】
z=0 (x=T) ・・・ (6)
【0016】
【数7】
-dz/dx={ztanθc-x}/{-xtanθc-z} (T/2<x<T) ・・・(7)
以上、φ=θc、p=Tの場合について説明したが、φ,pの値を調節することによって、レンズシート9の指向特性を変化させることが可能である。例えば、φ>θcあるいはp<Tの場合には、レンズ単位の斜面の傾斜は一様に緩くなり、有効な視野角をより広くすることができ、特に広い視野角を必要とする場合に有効となる。この場合、広角度で出射する光線は生じないが、視野角を広げたことによって正面輝度の増加率はφ=θc、p=Tの場合と比較して低下する傾向にある。正面輝度の増加率が低くなりすぎると、レンズシート9を使用するメリットが薄くなるため、φは大きくても1.2θc程度まで、pは小さくとも0.8T程度までとすることが好ましい。
【0017】
一方、φ<θcあるいはp>Tの場合には、視野角は狭まくなるが、正面輝度の増加率をより高めることがき、視野角を幾分犠牲にしても高い正面輝度を必要とする場合に有効となる。この場合、広角度で出射する光線を若干生じることになる。しかしながら、φの減少あるいはpの増加が僅かであれば、実際上は広角度で出射する光線はほとんど発生せず特に問題となならない。すなわち、図4には、pがTより僅かに大きい場合の光路追跡を示しているが、一方の凸状曲柱面10で反射した後に、他方の凸状曲柱面10’から広角度に出射する光線Cは、隣のレンズ単位に到達して再びレンズシート9に戻ってくるため、結果として広角度で出射する光線は殆ど発生しないこととなる。さらにpを大きくすれば、実質的に広角度に出射する光線が発生してくるが、その割合が僅かであれば実用上は大きな問題にはならない。φについても同様であり、広角度に出射する光線の割合が僅かとなる程度までφを小さくしても、実用上は大きな問題にはならない。しかし、pをあまり大きくしたり、φを小さくし過ぎたりすると、広角度で出射する光線の割合が増加して、正面輝度の低下を招くため好ましくない。このため、φは小さくとも0.8θc程度まで、pは大きくとも1.5T程度までとするのが好ましい。
【0018】
従って、本発明のレンズシート9において、レンズ単位を構成する凸上曲柱面の形状は、x=0あるいはx=Tのときに次の式(1)の条件を満足し、0<x<T/2のときに次の式(2)の条件を満足し、T/2<x<Tのときに次の式(3)の条件を満足するような形状とすることが好ましい。この場合、φは0.8θc〜1.2θcの範囲、pは0.8T〜1.5Tの範囲とする。
【0019】
【数8】
z=0 (x=0,x=T) ・・・ (1)
【0020】
【数9】
dz/dx={ztanφ+(x-p)}/{(x-p)tanφ-z} (0<x<T/2) ・・・(2)
【0021】
【数10】
-dz/dx={ztanφ+(T-x-p)}/{(T-x-p)tanφ-z} (T/2<x<0) ・・・(3)
本発明のレンズシート9は、図1に示すように、上記のような形状のレンズ単位8を、少なくとも一方の面に平行に多数本並べて形成したものである。通常、レンズシート9の厚さは0.1mm〜3mm程度、レンズ単位8のピッチTは30μm〜0.5mm程度とすることが好ましい。
このようなレンズシート9は、図8に示したプリズムシート1に換えて、導光体7の出射面側に載置して本発明のバックライト3を構成する。また、図2に示したように、本発明のレンズシート9をそのレンズ単位8を直交させて複数枚積層して使用することによって、バックライト3の正面輝度の増加効果をより向上させることができる。
【0022】
本発明のバックライトにおいては、導光体の出射面を拡散面とするか、出射面上に拡散シートを載置して、その上にレンズシートを載置して使用する。これは、レンズシートの入射面側に拡散反射機能を有する拡散面を設けることによって、レンズシートのレンズ単位を構成する一方の凸上曲柱面で反射された後に他方の凸状曲柱面で全反射して入射面側に戻った光線が、拡散面あるいは拡散シートで拡散反射され、再びレンズシートに入射し出射面の輝度を増加させる有効な光線となるためである。また、導光体の出射面と反対側の面には、通常、反射シート等によって反射層が形成されており、このような反射層によって、レンズシートのレンズ単位を構成する一方の凸上曲柱面で反射された後に他方の凸状曲柱面で全反射して入射面側に戻った光線のうち、拡散面あるいは拡散シートを透過して導光体に入射した光線が、反射層で射され再びレンズシートに入射し出射面の輝度を増加させる有効な光線となる。
【0023】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【0024】
実施例1
屈折率1.59のポリカーボネート、屈折率1.49のポリメチルメタクリレートからなる場合の夫々のレンズシートについて、式(4)〜(6)に基づいて、φ=θc、p=Tのときのレンズ単位の形状を求め、その断面形状を図5に夫々実線と点線で示した。この断面形状に基づいて、レンズ単位のピッチTを50μmとして、同図の断面形状と相似形のレンズパターンを形成した金型を製作した。この金型を使用して、厚さ0.5mmのポリカーボネート板(屈折率=1.59)に、熱プレスによってレンズパターンを転写してレンズシートを得た。次いで、エッジライト式導光体の出射面に拡散シートを載置したたうえに、得られたレンズシートを載置してバックライトを構成した。このバックライトについて、輝度の角度分布を測定し、その結果を図6に実線で示した。このときの正面輝度の増加率は1.4倍であった。なお、図6に点線で示した輝度の角度分布は、レンズシートを使用しないバックライトについて測定したものである。
【0025】
比較例1
頂角90゜のプリズムを50μmピッチで並べたレンズパターンを形成した金型を製作した。この金型を使用して、厚さ0.5mmのポリカーボネート板(屈折率1.59)に、熱プレスによってレンズパターンを転写してプリズムシートを得た。得られたプリズムシートを、エッジライト式導光体の出射面に拡散シートを載置したたうえに、得られたレンズシートを載置してバックライトを構成した。このバックライトについて、輝度の角度分布を測定し、その結果を図7に実線で示した。このときの正面輝度の増加率は1.55倍であった。なお、図7に点線で示した輝度の角度分布は、レンズシートを使用しないバックライトについて測定したものである。
【0026】
図6と図7との比較から明らかなように、本発明のレンズシートは従来のプリズムシートと比較して、その正面輝度は若干低下するものの、従来のプリズムシートのように視野角の増加に伴って急激な輝度の低下をまねくことなく、視野角の増加に伴って徐々に輝度が低下するという指向特性を示している。その結果、半値幅が約20゜程度広がり、広視野角の液晶パネルの性能を損なうことのない指向特性を有しているものである。また、図7に示した従来のプリズムシートのように、50゜以上の広角度領域での輝度の増加もなく、正面輝度の増加に関与しない広角度で出射する光線の発生が抑止されているものである。
【0027】
実施例2
図2に示したように、実施例1で得られたポリカーボネート製レンズシート二枚を使用して、そのレンズ単位を直交させて重ね合わせ、実施例1と同様にしてバックライトを構成した。このバックライトについて、正面輝度および輝度の角度分布を測定したところ、正面輝度の増加率は1.7倍であり、輝度の半値幅(視野角)は±35゜であった。
【0028】
【発明の効果】
本発明のレンズシートは、各レンズ単位の形状を、互いに母線が平行である二つの凸状曲柱面が左右対称に結合し、結合部における二つの凸状曲柱面の双方の接面が180゜より小さい角度で交わってなるような形状とすることによって、レンズシートの指向特性を改善し、その正面輝度の改善効果を損なうことなく広視野角の液晶パネルに使用可能な指向性を有するバックライトを提供することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレンズシートの一実施例の斜視図である。
【図2】本発明のレンズシートを使用したバックライトの一実施例の斜視図である。
【図3】本発明のレンズシートの作用を説明する断面図である。
【図4】本発明のレンズシートの作用を説明する断面図である。
【図5】本発明のレンズシートの片面に形成されるレンズ単位の設計例である。
【図6】実施例のレンズシートを使ったバックライトの輝度の角度変化を示す線図である。
【図7】比較例の従来プリズムシートを使ったバックライトの輝度の角度変化を示す線図である。
【図8】従来のプリズムシートあるいは本発明のレンズシートの使用される形態を示す斜視図である。
【図9】従来のプリズムシートの作用を説明する断面図である。
【符号の説明】
1 ・・・ プリズムシート
2 ・・・ プリズム列
3 ・・・ バックライト
4 ・・・ 拡散フィルム
5 ・・・ 冷陰極管
6 ・・・ 反射フィルム
7 ・・・ 導光体
8 ・・・ レンズシート表面の形成単位
9 ・・・ 本発明による一実施例のレンズシート
10,10’ ・・・ の凸状曲柱面
11 ・・・ 結合部
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a lens sheet and a backlight used in a liquid crystal display device and the like, and more specifically, a lens sheet that can improve the front luminance of the backlight by optical means, and such a lens. The present invention relates to a backlight using a sheet.
[0002]
[Prior art]
In recent years, battery-powered products such as portable notebook PCs equipped with color liquid crystal display devices, portable liquid crystal TVs using color liquid crystal panels, and video-integrated liquid crystal TVs, the power consumption of the liquid crystal display devices increases the battery drive time. Has become an obstacle. In particular, the percentage of power consumption of the backlight used in liquid crystal display devices is large, and keeping this power consumption as low as possible is considered an important issue in extending battery operating time and increasing the practical value of the above products. ing.
[0003]
However, reducing the backlight brightness by reducing the power consumption of the backlight is not preferable because the liquid crystal display is difficult to see. Therefore, in order to reduce power consumption without sacrificing the luminance of the backlight, it is desired to improve the optical efficiency of the backlight. As means for realizing this, as shown in FIG. 8, a backlight 3 is proposed in which a prism sheet 1 in which a prism row 2 is formed on one side is placed on the exit surface side of a light guide 7. The increase in front luminance by the prism sheet 1 is caused by the following mechanism.
[0004]
In such a backlight 3, the light emitted from the light guide 7 enters the prism sheet 1, a part of the incident light is refracted and transmitted by the prism sheet 1, and the rest is reflected back to the light guide 7. It is. For example, the edge light type backlight 3 as shown in FIG. 8 generally has a directivity characteristic in which the front luminance is relatively low and the luminance viewed from an oblique direction is high. The directivity is improved so that the brightness in front increases by refracting. The reflected light from the prism sheet 1 is diffused and reflected by the diffusion sheet 4 placed on the light exit surface of the light guide 7, and the brightness of the light exit surface can be increased. Will be increased.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 9 shows a cross section of such a prism row 2 of the prism sheet 1. A light ray incident on the prism sheet 1 is directly transmitted through the prism slope according to the incident angle, and one of the components a. After being reflected once by the prism slope, it is divided into a component b that is reflected again by the other prism slope and returns to the incident side, and a component c that is once reflected by one prism slope and then transmitted through the other prism slope and emitted. In this case, depending on the selection of the prism apex angle, there may be a component that causes multiple reflection, but the ratio is usually small. Among them, the component a is a light beam that is emitted in the front direction, that is, the observation direction and is actually used. The component b is an effective light ray that is diffusely reflected by the diffusion sheet 4 on the exit surface of the light guide 7 and increases the brightness of the exit surface. On the other hand, the component c is a light beam that is emitted at a wide angle outside the effective viewing angle of the liquid crystal display device, and is a light beam that does not contribute to an increase in front luminance.
[0006]
As a result, the light emitted from the prism sheet 1 has a viewing angle of about ± 40 ° from the front (vertical angle 90 ° to 100 °, refractive index about 1.5 to 1.59) in the direction perpendicular to the ridge line of the prism row 2. In the case of). When the viewing angle is larger than this, the luminance rapidly decreases, and once it becomes almost zero, the luminance increases again at a larger viewing angle. Therefore, as a result, the emission range of the emitted light is narrowed to increase the luminance.
[0007]
However, in recent years, the directional characteristics of liquid crystal panels have been improved, and those having a sufficiently practical contrast have been developed even in a narrow directional characteristic even at a viewing angle of ± 40 ° or more. The backlight 3 having a directivity characteristic in which the luminance rapidly decreases in a range of corners or more is not preferable, and a backlight having a wide directivity characteristic to some extent is desired, with a decrease in luminance accompanying an increase in viewing angle. .
The present invention has a directivity characteristic that maximizes the luminance in the front direction, has a luminance distribution that gradually decreases as the angle increases above a predetermined viewing angle, and has the front luminance as described above. An object of the present invention is to provide a lens sheet and a backlight that suppresses the generation of the component c that is not involved in the increase in brightness and has a highly efficient luminance increasing effect.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of such a situation, the inventors of the present invention have reached the present invention as a result of intensive studies on the lens shape of the lens sheet.
That is, the lens sheet of the present invention is formed on at least one surface with a large number of shape units in which two convex curved column surfaces whose buses are parallel to each other are coupled symmetrically in a direction perpendicular to the bus. The tangent surfaces of the two convex curved column surfaces in the joint portion intersect each other at an angle smaller than 180 °. Further, the backlight of the present invention is a shape unit in which two convex curved column surfaces whose buses are parallel to each other are symmetrically coupled to the light exit surface side of the light guide through a diffusion layer having a diffuse reflection function. However, a lens sheet is formed in which a large number of lenses are arranged on at least one surface in a direction perpendicular to the generatrix and the contact surfaces of the two convex curved column surfaces at the joint intersect each other at an angle smaller than 180 °. It is characterized by having placed.
[0009]
In the lens sheet of the present invention, as shown in FIG. 3, the lens unit having a shape in which two convex curved column surfaces 10 and 10 ′ whose buses are parallel to each other are coupled symmetrically is arranged in a direction perpendicular to the bus. It is formed in a large number, and has a shape in which the contact surfaces of the two convex curved column surfaces 10 and 10 ′ with respect to the respective convex curved column surfaces intersect at an angle smaller than 180 °. It is what you have. In the lens sheet 9 having such a lens unit, among the light rays incident on the lens sheet 9, most of the light rays reflected by the one convex curved column surface 10 are the other convex curved column surface. Light rays that are totally reflected at 10 ′, return to the incident surface side, are reflected by one slope, and are emitted from the other slope at a wide angle and are not involved in an increase in front luminance can be reduced.
[0010]
Further, in the lens sheet 9 of the present invention, the shape of the two convex curved column surfaces 10 and 10 ′ constituting the lens unit is reflected by one convex curved column surface 10 of the light rays incident on the lens sheet 9. In such a shape, the light beam is totally reflected in the incident direction on the other convex curved column surface 10 ', so that only the light beam that is directly transmitted and the light beam that is reflected and returned are present and reflected on one slope. This is preferable because there is no light beam emitted later from the other slope at a wide angle. The light beam that is totally reflected by the other convex curved surface 10 ′ and returned to the incident surface side is diffusely reflected by the diffusing surface provided on the light emitting surface of the light guide and is effective in increasing the luminance of the light emitting surface. Light.
Furthermore, in the present invention, the slope shape of the lens sheet 9 is a curved surface, so that the brightness does not drop suddenly when the angle exceeds a specific viewing angle as in the conventional prism sheet, and is typical. In the example, the brightness gradually decreases from 30 ° to 35 °, and shows a gentle decrease such that it becomes zero at 70 ° to 80 °.
[0011]
Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 3 is an xz cross-sectional view of the lens sheet 9 according to a preferred embodiment of the present invention, and represents optical path tracking in the most characteristic case where φ = θc and p = T in the expressions (1) to (3). It is. In order not to generate a light beam emitted at a wide angle not related to the increase in front luminance as described above, the light beam reflected by one convex curved column surface 10 reaches the other convex curved column surface 10 ′. In addition, it is only necessary to always enter the convex curved column surface 10 ′ at an incident angle equal to or greater than the total reflection angle. That is, when the refractive index of the lens unit is n, the light beam reflected by one convex curved cylinder surface 10 is projected at an angle equal to or greater than the total reflection angle θc represented by θc = sin −1 (1 / n). When the curved curved surface 10 ′ is incident, it is totally reflected by the convex curved cylindrical surface 10 ′ and returns to the incident surface side like the light beams indicated by B to D.
[0012]
When viewed from each point of the convex curved column surface 10 on the right slope in FIG. 3, the light ray incident on the convex curved column surface 10 ′ of the left slope at the smallest incident angle is reflected light from the point P. If the angle between the straight line connecting each point of the convex curved cylinder surface 10 ′ from the point P and the normal of the tangent surface at each point of the convex curved cylinder surface 10 ′ is selected to be equal to the total reflection angle θc, All the reflected light from other points of the convex curved column surface 10 is totally reflected by the convex curved column surface 10 '. That is, when the O point corresponding to the valley of the convex curved column surface 10 ′ is taken as the origin (0, 0), the coordinates of the P point are (T, 0), and the convex curved column surface 10 ′ has x = 0. When the condition of the following expression (4) is satisfied sometimes, and the condition of the following expression (5) is satisfied when 0 <x <T / 2, all the reflected light from the convex curved column surface 10 is convex. It will be totally reflected at the curved surface 10 '.
[0013]
[Expression 4]
z = 0 (x = 0) (4)
[0014]
[Equation 5]
dz / dx = {ztanθc + (xT)} / {(xT) tanθc-z} (0 <x <T / 2) (5)
Similarly, the convex curved column surface 10 on the right slope satisfies the condition of the following expression (6) when x = T, and the following expression (7) when T / 2 <x <T. Is satisfied, all the reflected light from the convex curved column surface 10 ′ is totally reflected by the convex curved column surface 10.
[0015]
[Formula 6]
z = 0 (x = T) (6)
[0016]
[Expression 7]
-dz / dx = {ztanθc-x} / {-xtanθc-z} (T / 2 <x <T) (7)
Although the case where φ = θc and p = T has been described above, the directivity characteristics of the lens sheet 9 can be changed by adjusting the values of φ and p. For example, when φ> θc or p <T, the slope of the slope of the lens unit is uniformly loosened, and the effective viewing angle can be made wider, particularly effective when a wide viewing angle is required. It becomes. In this case, light rays emitted at a wide angle are not generated, but the increase rate of the front luminance tends to be lower than that in the case of φ = θc and p = T by widening the viewing angle. If the increase rate of the front luminance is too low, the merit of using the lens sheet 9 becomes thin. Therefore, it is preferable that φ is at most about 1.2θc and p is at most about 0.8T.
[0017]
On the other hand, in the case of φ <θc or p> T, the viewing angle is narrowed, but the rate of increase in the front luminance can be increased, and a high front luminance is required even if the viewing angle is somewhat sacrificed. Effective. In this case, some light rays are emitted at a wide angle. However, if the decrease in φ or the increase in p is slight, practically no light rays are emitted at a wide angle, and this is not a problem. That is, FIG. 4 shows optical path tracking when p is slightly larger than T, but after reflection at one convex curved column surface 10, the other convex curved column surface 10 ′ has a wide angle. The emitted light C reaches the adjacent lens unit and returns to the lens sheet 9 again, and as a result, almost no light emitted at a wide angle is generated. If p is further increased, a light beam that is emitted at a substantially wide angle is generated. However, if the ratio is small, there is no practical problem. The same applies to φ, and even if φ is reduced to such an extent that the proportion of light rays emitted at a wide angle becomes small, it does not cause a large problem in practice. However, if p is made too large or φ is made too small, the proportion of light rays emitted at a wide angle increases, leading to a decrease in front luminance. Therefore, it is preferable that φ is at most about 0.8θc and p is at most about 1.5T.
[0018]
Therefore, in the lens sheet 9 of the present invention, the shape of the convex curved cylindrical surface constituting the lens unit satisfies the condition of the following formula (1) when x = 0 or x = T, and 0 <x < Preferably, the shape satisfies the condition of the following expression (2) when T / 2, and satisfies the condition of the following expression (3) when T / 2 <x <T. In this case, φ is in the range of 0.8θc to 1.2θc, and p is in the range of 0.8T to 1.5T.
[0019]
[Equation 8]
z = 0 (x = 0, x = T) (1)
[0020]
[Equation 9]
dz / dx = {ztanφ + (xp)} / {(xp) tanφ-z} (0 <x <T / 2) (2)
[0021]
[Expression 10]
-dz / dx = {ztanφ + (Txp)} / {(Txp) tanφ-z} (T / 2 <x <0) (3)
As shown in FIG. 1, the lens sheet 9 of the present invention is formed by arranging a large number of lens units 8 having the above shapes in parallel to at least one surface. Usually, the thickness of the lens sheet 9 is preferably about 0.1 mm to 3 mm, and the pitch T of the lens unit 8 is preferably about 30 μm to 0.5 mm.
Such a lens sheet 9 is placed on the exit surface side of the light guide 7 instead of the prism sheet 1 shown in FIG. 8, and constitutes the backlight 3 of the present invention. Further, as shown in FIG. 2, the effect of increasing the front luminance of the backlight 3 can be further improved by using the lens sheet 9 of the present invention by stacking a plurality of the lens sheets 8 with the lens units 8 orthogonal to each other. it can.
[0022]
In the backlight of the present invention, the exit surface of the light guide is used as a diffusion surface, or a diffusion sheet is placed on the exit surface and a lens sheet is placed thereon. This is because, by providing a diffusion surface having a diffuse reflection function on the incident surface side of the lens sheet, it is reflected on one convex curved column surface constituting the lens unit of the lens sheet and then on the other convex curved column surface. This is because the light beam that has been totally reflected and returned to the incident surface side is diffusely reflected by the diffusing surface or the diffusing sheet and becomes an effective light beam that is incident on the lens sheet again and increases the luminance of the emitting surface. In addition, a reflective layer is usually formed on the surface opposite to the light exit surface of the light guide by a reflective sheet or the like, and such a reflective layer forms one convex curve that constitutes a lens unit of the lens sheet. Of the light rays that have been reflected by the column surface and then totally reflected by the other convex curved column surface and returned to the incident surface side, the light rays that have passed through the diffusion surface or diffusion sheet and entered the light guide are reflected by the reflective layer. The light is incident on the lens sheet again, and becomes an effective light beam that increases the luminance of the exit surface.
[0023]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
[0024]
Example 1
With respect to each lens sheet made of polycarbonate having a refractive index of 1.59 and polymethyl methacrylate having a refractive index of 1.49, a lens when φ = θc and p = T based on the equations (4) to (6) The shape of the unit was determined, and the cross-sectional shape is shown by a solid line and a dotted line in FIG. Based on this cross-sectional shape, a mold having a lens pattern similar to the cross-sectional shape shown in FIG. Using this mold, a lens pattern was transferred to a polycarbonate plate (refractive index = 1.59) having a thickness of 0.5 mm by hot pressing to obtain a lens sheet. Next, the diffusion sheet was placed on the exit surface of the edge light type light guide, and the obtained lens sheet was placed to constitute a backlight. For this backlight, the angular distribution of luminance was measured, and the result is shown by a solid line in FIG. At this time, the increase rate of the front luminance was 1.4 times. Note that the angular distribution of luminance indicated by the dotted line in FIG. 6 is measured for a backlight that does not use a lens sheet.
[0025]
Comparative Example 1
A mold having a lens pattern in which prisms with apex angles of 90 ° were arranged at a pitch of 50 μm was manufactured. Using this mold, a lens pattern was transferred to a polycarbonate plate (refractive index: 1.59) having a thickness of 0.5 mm by hot pressing to obtain a prism sheet. The obtained prism sheet was placed on the exit surface of the edge light type light guide, and then the obtained lens sheet was placed to constitute a backlight. For this backlight, the angular distribution of luminance was measured, and the result is shown by a solid line in FIG. The increase rate of the front luminance at this time was 1.55 times. Note that the angular distribution of luminance indicated by a dotted line in FIG. 7 is measured for a backlight that does not use a lens sheet.
[0026]
As apparent from the comparison between FIG. 6 and FIG. 7, the lens sheet of the present invention has a slightly lower front luminance than the conventional prism sheet, but increases the viewing angle like the conventional prism sheet. Accordingly, the directivity characteristic that the luminance gradually decreases as the viewing angle increases without causing a sharp decrease in luminance is exhibited. As a result, the full width at half maximum is increased by about 20 °, and the directional characteristics do not impair the performance of the liquid crystal panel having a wide viewing angle. Further, unlike the conventional prism sheet shown in FIG. 7, there is no increase in luminance in a wide angle region of 50 ° or more, and generation of light rays emitted at a wide angle that does not contribute to the increase in front luminance is suppressed. Is.
[0027]
Example 2
As shown in FIG. 2, two polycarbonate lens sheets obtained in Example 1 were used, and their lens units were orthogonally stacked to form a backlight in the same manner as in Example 1. When the front luminance and the angular distribution of the luminance were measured for this backlight, the increase rate of the front luminance was 1.7 times and the half value width (viewing angle) of the luminance was ± 35 °.
[0028]
【The invention's effect】
In the lens sheet of the present invention, the shape of each lens unit is such that two convex curved column surfaces whose generating lines are parallel to each other are coupled symmetrically, and the tangent surfaces of both of the two convex curved column surfaces at the coupling portion are By having a shape that intersects at an angle smaller than 180 °, the directivity of the lens sheet is improved, and the directivity that can be used for a wide viewing angle liquid crystal panel is obtained without impairing the effect of improving the front luminance. Made it possible to provide a backlight.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a lens sheet of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an embodiment of a backlight using the lens sheet of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the operation of the lens sheet of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the operation of the lens sheet of the present invention.
FIG. 5 is a design example of a lens unit formed on one side of the lens sheet of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an angular change in luminance of a backlight using the lens sheet of the example.
FIG. 7 is a diagram showing an angular change in luminance of a backlight using a conventional prism sheet of a comparative example.
FIG. 8 is a perspective view showing a form in which a conventional prism sheet or a lens sheet of the present invention is used.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the operation of a conventional prism sheet.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Prism sheet 2 ... Prism row | line | column 3 ... Backlight 4 ... Diffusion film 5 ... Cold cathode tube 6 ... Reflective film 7 ... Light guide 8 ... Lens sheet Surface forming unit 9 ... convex curved column surface 11 of lens sheet 10, 10 '... of one embodiment according to the present invention ... coupling portion

Claims (4)

少なくとも一方の面に、互いに母線が平行である二つの凸状曲柱面が左右対称に結合した形状単位が、該母線と垂直な方向に多数並んで形成され、該結合部における二つの凸状曲柱面の双方の接面が180゜より小さい角度で交わってなることを特徴とするレンズシート。On at least one surface, a plurality of shape units in which two convex curved cylindrical surfaces whose buses are parallel to each other are connected symmetrically are formed side by side in a direction perpendicular to the bus, and two convex shapes at the connecting portion are formed. A lens sheet characterized in that both contact surfaces of the curved column surface intersect at an angle smaller than 180 °. 凸状曲柱面が、レンズシートに入射した光線のうち一方の凸状曲柱面で反射した光線が、他方の凸状曲柱面で入射方向に全反射するような形状であることを特徴とする請求項1記載のレンズシート。The convex curved column surface is shaped such that the light beam reflected by one convex curved column surface among the light beams incident on the lens sheet is totally reflected in the incident direction by the other convex curved column surface. The lens sheet according to claim 1. レンズシートの法線に平行にz軸を、凸の曲柱面の母線に平行にy軸を、形状単位の列方向にx軸をとるとき、形状単位が以下の式(1)〜(3)を満足するような形状を有することを特徴とする請求項1記載のレンズシート。
Figure 0003699145
Figure 0003699145
Figure 0003699145
式(1)〜()において、φ=0.8θc〜1.2θc(但し、θc=sin−1(1/n)、nは形成単位の屈折率を表す。)、p=0.8T〜1.5T、Tは形成単位の幅を表す。
When the z-axis is parallel to the normal of the lens sheet, the y-axis is parallel to the generatrix of the convex curved cylindrical surface, and the x-axis is in the column direction of the shape unit, the shape unit is expressed by the following formulas (1) to (3 2. The lens sheet according to claim 1, wherein the lens sheet has a shape satisfying
Figure 0003699145
Figure 0003699145
Figure 0003699145
In the formulas (1) to ( 3 ), φ = 0.8θc to 1.2θc (where θc = sin −1 (1 / n), n represents the refractive index of the forming unit), p = 0.8T to 1.5T , T represents the width of the forming unit.
導光体の出射面側に、拡散反射機能を有する拡散層を介して、互いに母線が平行である二つの凸状曲柱面が左右対称に結合した形状単位が、少なくとも一方の面に該母線と垂直な方向に多数並んで形成され、該結合部における二つの凸状曲柱面の双方の接面が180゜より小さい角度で交わってなるレンズシートを載置したことを特徴とするバックライト。A shape unit in which two convex curved cylindrical surfaces whose buses are parallel to each other are connected to the light-emitting body side through a diffusion layer having a diffuse reflection function is symmetrically connected to at least one surface. And a lens sheet which is formed in a line in a direction perpendicular to each other and in which the contact surfaces of both convex curved column surfaces of the connecting portion intersect at an angle smaller than 180 ° is mounted. .
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