JPH09274184A - レンズフィルムおよびそれを用いた面光源装置 - Google Patents

レンズフィルムおよびそれを用いた面光源装置

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JPH09274184A
JPH09274184A JP8106480A JP10648096A JPH09274184A JP H09274184 A JPH09274184 A JP H09274184A JP 8106480 A JP8106480 A JP 8106480A JP 10648096 A JP10648096 A JP 10648096A JP H09274184 A JPH09274184 A JP H09274184A
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lens film
guide plate
light source
film
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Hiroshi Kojima
弘 小島
Nobuo Naito
暢夫 内藤
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正面方向に明るい面光源装置と、この為のレ
ンズフィルムを提供する。 【解決手段】 レンズフィルムは、断面が二等辺三角形
の三角柱プリズムが多数二次元配列された三角柱プリズ
ムの形状を、レンズフィルム出光面の法線方向を基準と
した導光板出光面からの光の出光ピーク角度をθ
1 〔°〕、三角柱プリズムの頂角をθ2 〔°〕とし、ま
たレンズフィルムの屈折率をnとした時に、R=[ sin
-1[ n・ sin{ cos-1(1/n・cos(θ2/2)) −θ2/2 }]]
/θ1 なる式のRが0.5〜1.5の範囲内となる関係
を満足する形状とし、面光源装置は、プリズム側を外側
に向けて導光板の出光面側にこのレンズフィルムを配置
するエッジライト方式の装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透過型の液晶表示
装置や広告板等のバックライトとして使われるエッジラ
イト方式の面光源装置に用いるレンズフィルムと、また
そのレンズフィルムを用いた面光源装置に関する。特に
光の利用効率の良い、レンズフィルム、面光源装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、液晶表示装置等の透過型表示体に
用いられるバックライトとして、小スペース且つ薄型に
できるエッジライト方式の面光源装置がある。このよう
な面光源装置は、例えば図4の断面図に示す様に、レン
ズフィルム1、導光板3、光源4、光拡散フィルム5、
光反射フィルム等の光反射体6等から構成される。ま
た、導光板からの出光量が光源から離れる程減少するこ
とを補正するために、光源側から遠方になる程密に配置
した白色のドットを導光板裏面に直接に、或いは該裏面
側に配置する光反射体6に印刷形成しておく。そして、
レンズフィルムには、例えば三角柱プリズムを多数二次
元配置したもの等が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の面光源装置で
は、導光板、レンズフィルムの形状等は、導光板は側端
面から入光した光を、表面側の出光面から均一に出光さ
せる為として、またレンズフィルムは導光板から、或い
は光拡散フィルムを介する場合は光拡散フィルム通過後
の光を、見る方向に集光させる為として、使用されてい
る。しかしながら、これらはその目的をある程度まで達
成してはいるが、必ずしも導光板、レンズフィルムによ
って成される光の進行方向の変化を綿密に予測した上で
最適なものの組み合わせ、光の利用効率を向上させるも
のではなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、断面
が二等辺三角形の三角柱プリズムが多数二次元配列さ
れ、この三角柱プリズム側を出光面側として用いる面光
源装置用のレンズフィルムにおいて、三角柱プリズムの
形状を、レンズフィルム出光面の法線方向を基準とした
導光板出光面からの光の出光ピーク角度θ1 、レンズフ
ィルムの三角柱プリズムの頂角θ2 、レンズフィルムの
屈折率n、の3つの値の関数として下式で得られるRを
0.5〜1.5の範囲とすることによって、レンズフィ
ルムの裏面から入光する光成分で最も光量が多い角度成
分の光を、レンズフィルム出光面の法線方向に主として
出光できる様にした。なお、レンズフィルム出光面の法
線方向を基準とした導光板出光面からの光の出光ピーク
角度をθ1 とは、レンズフィルムへの光の入光ピーク角
度θ1 と捉える事もできる。 R= [ sin-1[ n・ sin{ cos-1(1/n・cos(θ2/2)) −
θ2/2 }]]/θ1 従って、面光源装置として、導光板とレンズフィルムと
に、上式によって密接に関連したものを用いることで、
レンズフィルム出光面法線方向(面光源装置出光面法線
方向)に光の主要ピークを集光させた光の利用効率の良
い装置とすることができる。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明のレンズフィルム、
およびそれを用いた面光源装置の実施形態を説明する。
【0006】レンズフィルム 先ず、図1は本発明のレンズフィルム1を説明する断面
図である。本発明のレンズフィルムは、正面から見た時
に最も明るく見やすい面光源装置とする為に用いるレン
ズフィルムである。したがって、レンズフィルム通過後
の光は、レンズフィルム出光面の法線方向成分、或いは
その近傍で最大光量となるものである。また、本発明の
レンズフィルムは、断面が二等辺三角形の三角柱プリズ
ム2をレンズとして有し、プリズムによる凹凸面側をレ
ンズフィルム出光面側として用いる。なお、レンズフィ
ルム出光面側はプリズムによる凹凸面だが、レンズフィ
ルム出光面法線を規定する出光面とはレンズフィルムに
平行な仮想的な平面である。そして、レンズフィルムの
裏面へ入光する光のうち最も光量が多い方向(入光ピー
ク角度)として、レンズフィルム出光面法線方向を基準
とした(このレンズフィルムと共に用いる)導光板3の
出光面から出光する光の出光ピーク角度θ1〔°〕を用
い、これに更にレンズフィルムの屈折率nを用いて、三
角柱プリズムの頂角θ2 を、下記の式(1) による特定の
関係を満たす様に設定したものである。すなわち、出光
ピーク角度θ1 、頂角θ2 、屈折率nと、これらの関数
R、及びRの取り得る範囲とで、本発明のレンズフィル
ムは特定される。
【0007】
【式1】 R=[sin-1[ n・ sin{cos -1(1/n・cos(θ2/2)) −θ2/2 }]]/θ1 (1) 但し、0.5≦R≦1.5
【0008】この結果、導光板3から出光ピーク角度で
出光した光を、レンズフィルム通過後は、レンズフィル
ムの法線方向、或いはその近傍の方向に出光させること
ができる。また、本発明のレンズフィルムは、一枚のレ
ンズフィルム面内の三角柱プリズムの頂角を全て同一と
するもの以外に、導光板出光面の光源からの位置によっ
て出光ピーク角度が異なる場合でも、異なる出光ピーク
角度に対応してプリズム頂角も異なるものとすること
で、レンズフィルム出光面から出光する時は、レンズフ
ィルム面内のどの位置でも同じ方向に出光させることが
できる。
【0009】次に、本発明のレンズフィルムで上記式
(1) の関係が望ましい理由を説明する。図2は本発明の
レンズフィルムの一つの三角柱プリズムの断面図を示
し、R=1の場合における、出光ピーク角度θ1 、頂角
θ2 、屈折率nの関係の説明図である。先ず、図2の様
に、レンズフィルム出光面p1と導光板出光面p2とは
通常平行関係となり、且つ導光板とレンズフィルムとは
間に光拡散フィルムを介することもあるが近接して配置
されるので、レンズフィルムへ入光する光のうちで最も
光量の多い角度成分を与えるレンズフィルム出光面p1
(=レンズフィルム入光面)の法線を基準にした入光ピ
ーク角度とは、レンズフィルム出光面p1の法線を基準
とした導光板出光面から出光する光の出光ピーク角度θ
1 〔°〕にほぼ等しく、また、これは導光板出光面p2
の法線を基準とした出光ピーク角度に等しい。
【0010】図2ではレンズフィルムの裏面に図面左側
から斜めに光が入光する。したがって光源は左側であ
る。なお、裏面はレンズフィルム出光面とは平行面であ
る。同図では、レンズフィルム1の裏面のA点で入射角
θ1 (=出光ピーク角度θ1 )で入光した光が、該裏面
法線に対して角θ3 でレンズフィルム内を通過し、三角
柱プリズムの斜面CDのB点で出光する様子を示す。そ
して、レンズフィルムから出光する光線を、レンズフィ
ルム出光面の法線方向に進行させる場合において、図2
の斜面CDに対する法線を基準とする出射角θ4 は、頂
角θ2 を用いて式(2) で表される。また、スネルの法則
により、入光面である裏面について下記式(3) が、出光
面である斜面CDについては先の式(2) により式(4) が
成り立つ。そして、式(4) より式(5) が得られ、式(5)
より式(6) を経て、θ3 に関する式(7) が得られる。こ
の式(7) を式(3) に代入すると、式(8) が得られる。そ
して、式(8) よりθ1 に関する式(9) が得られる。この
式(9) で、左辺/右辺が関数Rの値であり、Rは式(10)
により表され、右辺と左辺が等しい場合がR=1の場合
に相当する。
【0011】 θ4 =90−θ2 /2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (2) 1・sin θ1 =n・sin θ3 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (3) n・sin(90−θ3 −θ2 /2)=1・sin(90−θ2 /2) ‥‥‥‥‥ (4) n・cos(θ3 +θ2 /2)=1・cos(θ2 /2) ‥‥‥‥‥ (5) θ3 +θ2 /2=cos -1(1/n・cos(θ2 /2) ) ‥‥‥‥‥ (6) θ3 = cos-1(1/n・cos(θ2 /2))−θ2 /2 ‥‥‥‥‥ (7) sin θ1 =n・ sin{cos -1(1/n・cos(θ2/2)) −θ2/2 } ‥‥‥‥ (8) θ1 = sin-1[ n・ sin{ cos-1(1/n・cos(θ2/2)) −θ2/2 }] (9) R= [ sin-1[ n・ sin{ cos-1(1/n・cos(θ2/2)) −θ2/2 }]]/θ1 (10)
【0012】そして、R=1.0の場合が、出光ピーク
角度θ1 の光がレンズフィルム出光面法線方向に出光す
る場合である。ところで、導光板出光面から出光する光
は、導光板の出光面全面にわたって均一な出光ピーク角
度で出光するとは限らない。従って、Rの値は1.0に
固定的に限定したものである必要はない。一枚のレンズ
フィルム全体として、それが有する複数の三角柱プリズ
ムの全て頂角を同一としたレンズフィルムであっても、
そこにレンズフィルム裏面の入光面に入射する光の入光
ピーク角度が或る範囲内のものであれば、レンズフィル
ム出光後の光線をレンズフィルム出光面の法線方向近傍
とすることができるからである。このような観点から、
Rの値は実用上、0.5以上、且つ1.5以下の範囲内
とすることが好ましい。この範囲から外れると、レンズ
フィルム出光面法線方向へ出光する光量が減少し、正面
方向の明るさが低下してしまう。
【0013】なお、本発明のレンズフィルムでは、三角
柱プリズムの頂角θ2 は、通常はレンズフィルム全面で
全て同一の形態であるが、レンズフィルム内において全
て同一とすることは必ずしも必要ではない。むしろ、導
光板から出光する光がその出光面の位置によって出光ピ
ーク角度が異なるのであれば、それに合わせて頂角角度
を変えたレンズフィルムとすれば、最終的にレンズフィ
ルムから出光する光線の向きを揃えることができる。面
光源装置において、レンズフィルムと共に用いる導光板
として、厚みが均一な平板状のものを用いれば、通常は
光源から離れる程、導光板からの出光量が減少する。こ
れを補うために、導光板裏面に光源から離れる程密に配
置した白色ドット印刷等を設けることがあるが、さらに
導光板の厚みも光源から離れる程薄くなる楔形の導光板
を用いることもある。このような楔形の導光板では、導
光板出光面からの出光ピーク角度は、光源から離れる程
わずかではあるが大きくなる傾向があり、このような出
光ピーク角度が光源からの距離によって変化する導光板
と組み合わせて用いる場合に、三角柱プリズム頂角をそ
れに応じて変化させたレンズフィルムを用いることで、
レンズフィルム通過後は同じ方向に出光させることがで
きる。この結果、面光源装置の出光面の位置によって、
最大輝度を与える方向が異なるという現象が改善され
る。但し、導光板出光面の位置によって出光ピーク角度
に多少の相違があっても、或る出光ピーク角度を代表値
に選んだ頂角とするレンズフィルム、またそれを用いた
面光源装置としても良いことは勿論である。また、本発
明ではRを、0.5≦R≦1.5なる範囲とするが、こ
れは意図的に最初からRを例えば0.6として、レンズ
フィルム全面の頂角を設定するものではない。これは、
レンズフィルム出光面法線方向である正面方向以外の方
向に主として光線を出光させることを意図することにな
るからである。Rの主体は1.0であり、一枚のレンズ
フィルム全体として見た場合には、出光ピーク角度、屈
折率等との関係で、Rが1.0から外れる部分もあり得
ることを示すものであり、それでも、上記範囲内とすれ
ば正面方向に明るく、正面方向に有効に光を出光させる
ことができる、レンズフィルム、またそれを用いた面光
源装置となることを意味する。したがって、先の出光ピ
ーク角度θ1 の面内変化に応じて頂角θ2 を変えたレン
ズフィルムの説明に戻れば、Rを一定にして頂角θ2
変えることが基本である。
【0014】ちなみに、表1は、出光ピーク角度θ1
28°と一定の元で、その光をレンズフィルム出光面法
線方向に向けるための、レンズフィルムの屈折率nと、
三角柱プリズムの頂角θ2 との関係である。
【0015】
【表1】 注:出光ピーク角度θ1 =28°の時
【0016】次に、本発明のレンズフィルムの具体的材
料であるが、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の
透明樹脂が使用でき、これを射出成形すれば所望の形状
のレンズフィルムが得られる。或いは、例えば、ポリエ
チレンテレフタレート等の透明な樹脂からなる基材フィ
ルム上に、三角柱プリズム形状に相当する、例えばアク
リレート系樹脂等の透明な電離放射線硬化性樹脂からな
る凹凸層を形成して得ることができる。具体的には、例
えば本出願人が特開平5−169015号公報で開示し
た製造方法が利用できる。すなわち、三角柱プリズムと
逆凹凸の凹部を持つロール凹版の凹部に電離放射線硬化
性樹脂液を充填し、その上から基材フィルムを接触させ
た状態で紫外線を照射して該樹脂液を硬化させた後、ロ
ール凹版から基材フィルムを剥がせば、硬化した樹脂液
は基材フィルム側に密着して所望の凹凸形状の三角柱プ
リズムとなって基材フィルムとともロール凹版から剥が
れ、目的のレンズフィルムを得ることができる。
【0017】面光源装置 そして、図3は、上述のようなレンズフィルムを用い
た、本発明の面光源装置の一実施例である。同図に示す
面光源装置では、導光板3の側端面(図面左側)に隣接
して冷陰極管を線状の光源4として配置し、導光板3の
裏面側に光反射フィルム等の光反射体6を配置し、導光
板3の出光面側に光拡散フィルム5を介して前述のレン
ズフィルム1をプリズム側を上にして配置した構成であ
る。また、導光板3の裏面には白色インキで印刷形成し
た多数の微細なドットが形成されており、ドットを点在
させる密度は、光源側から離れる程(図面右側)高くし
てある。
【0018】図3の一例に示す様に、本発明の面光源装
置は、少なくとも、上述のレンズフィルムと、該レンズ
フィルムの下に配置した導光板と、該導光板の側端面に
隣接配置した光源と、から構成される。また、適宜、レ
ンズフィルムと導光板との間に光拡散フィルムを配置し
たり、導光板の裏面側に光反射フィルム等を配置しても
良い。面光源装置を構成するこれらの部材は、エッジラ
イト型の面光源装置として用いられる従来公知の部材を
適宜使用することができる。例えば、導光板3としはア
クリル樹脂等の透明樹脂を、光源4としては冷陰極管等
の線状光源を、光拡散フィルム5としては乳白色の樹脂
フィルム等を、光反射体6としては樹脂を発泡させた白
色フィルムや金属蒸着フィルム等を、適宜用いる。ま
た、導光板の形状は厚みが均一な平板状のもの、或いは
光源から離れる程厚みが薄くなる楔形のものでも良い。
また、光拡散フィルムを用いる代わりに、出光面側を粗
面とした導光板を用いてもよい。また、導光板側端面に
隣接配置する光源は、四角形の導光板に対して一つの側
端面に光源を配置する一灯式、或いは、両側端面に配置
する二灯式でも良い。二灯式の場合は、光源に対して対
称形の導光板の場合、符号が正負異なる二つの出光ピー
ク角度を持つ。特にこの場合に、本発明のレンズフィル
ムは三角柱プリズム断面が二等辺三角形である点で、両
側端面からの光をそれぞれ効果的に正面方向に向けて出
光できる。
【0019】
【実施例】次に、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。
【0020】出光面寸法が縦165mm×横220mm
の長方形で厚み4mmの平板状の透明アクリル樹脂(住
友化学工業(株)製、スミペックE)製で裏面に白色の
ドット印刷を施したものを導光板として用い、この側端
面の一つ(200mmの辺)に冷陰極管(12V、0.
43A(5.16W))を線状光源として配置し、導光
板裏面側に白色発泡フィルムを光反射体として用い、導
光板出光面側に乳白色樹脂フィルムからなる光拡散フィ
ルム(大日本印刷(株)製、No.7900sc)を配
置した上に、三角柱プリズムを多数二次元配列したレン
ズフィルムを、プリズムが光源と平行になり、且つ外側
に向けて配置して、本発明の面光源装置とした。なお、
導光板からの出光ピーク角度は28°であった。用いた
レンズフィルムは、厚み125μmの透明ポリエチレン
テレフタレートフィルム(東洋紡(株)製、A−430
0)を基材として、この基材上に前記した特開平5−1
69015号公報で開示した製造方法により、紫外線硬
化型樹脂液(日本合成ゴム(株)製、Z−9002A)
により三角柱プリズムを形成して所望のレンズフィルム
を作製した。三角柱プリズムの高さは、表2のA〜Fで
それぞれ約9〜25μm(頂角θ2 140〜90°)、
底辺約50μmである。
【0021】導光板からの光の出光ピーク角度28°に
対して、屈折率n、プリズムの頂角θ2 を変えたレンズ
フィルムを用いた面光源装置を、それぞれA〜Fとして
表2に示す。なお、得られた面光源装置の、レンズフィ
ルムから出光する光のレンズフィルム出光面法線を基準
とした出光角θ5 、及びレンズフィルム出光面法線方向
である正面輝度は、輝度計((株)トプコン製 BM−
7)で測定した。
【0022】
【表2】
【0023】表2の如く、比較例のA及びBの面光源装
置は、Rが0.5未満であり、出光角度θ5 は15°以
上と法線方向からのずれが大きい、正面輝度は他に比べ
て暗い。また、実施例のCにおけるRは0.66と0.
5より大きいが1よりは小さく、出光角度は約10°
と、法線方向からのずれがあるが、正面輝度はAやBに
比べると明るい。また、実施例のD、E及びFではR
が、0.91〜1.05と、ほぼ1に近く、出光角度は
法線方向に近く、正面輝度は明るく良好である。
【0024】
【発明の効果】本発明のレンズフィルムによれば、導光
板からレンズフィルムに入光した光を、導光板から出光
する出光ピーク角度に合わせて、レンズフィルム出光面
法線方向に向けて出光させることができる。このレンズ
フィルムを用いて面光源装置とすれば、導光板から出光
する光の出光ピーク角度を考慮したものであるので、無
駄な方向に出光する成分が少なくなり、光の利用効率が
向上し、正面方向が明るい面光源装置が得られる。特
に、出光ピーク角度が、側端面に配置された光源からの
距離によって異なる導光板に対して、出光ピーク角度の
位置による違いに応じて、レンズフィルムの三角柱プリ
ズムの頂角を調整したレンズフィルムとすれば、明るい
方向も出光面全面で均一な面光源装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレンズフィルムを説明する断面図。
【図2】本発明のレンズフィルムで三角柱プリズムを特
定形状にすると良い理由の説明図。
【図3】本発明のレンズフィルムを用い、本発明の面光
源装置の一実施例を示す断面図。
【図4】従来のエッジライト方式の面光源装置の構成例
を示す断面図。
【符号の説明】
1 レンズフィルム 2 三角柱プリズム 3 導光板 4 光源 5 光拡散フィルム 6 光反射体 100 面光源装置 200 従来の面光源装置 n レンズフィルムの屈折率 p1 レンズフィルムの出光面(仮想的な平面) p2 導光板の出光面 v1、v2、v3 法線 θ1 レンズフィルム出光面法線を基準とした、導光板
出光面から出光する光の出光ピークの角度〔°〕(導光
板出光面がレンズフィルム出光面に平行な時に、導光板
出光面法線を基準とした角度に等しく、レンズフィルム
裏面の入光面も平行な時に、レンズフィルムへの入光ピ
ーク角度に等しい) θ2 レンズフィルムの頂角〔°〕 θ4 レンズフィルムから出光する光の三角柱プリズム
斜面法線を基準とした角度〔°〕

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断面が二等辺三角形の三角柱プリズムが
    多数二次元配列されており、プリズム側を表面側の出光
    面として用いる面光源装置用のレンズフィルムにおい
    て、 三角柱プリズムの形状を、レンズフィルム出光面の法線
    方向を基準とした導光板出光面からの光の出光ピーク角
    度をθ1 〔°〕、三角柱プリズムの頂角をθ2〔°〕と
    し、またレンズフィルムの屈折率をnとした時に、 R= [ sin-1[ n・ sin{ cos-1(1/n・cos(θ2/2)) −
    θ2/2 }]]/θ1 なる式のRを0.5〜1.5の範囲内とした、レンズフ
    ィルム。
  2. 【請求項2】 三角柱プリズムの頂角θ2 が、一つのレ
    ンズフィルムの面内で、出光ピーク角度θ1 に対応して
    異なる請求項1記載のレンズフィルム。
  3. 【請求項3】 少なくとも、導光板と、該導光板の側端
    面に隣接して配置された光源と、出光面側に配置された
    請求項1又は2記載のレンズフィルムと、からなる面光
    源装置。
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