JP2006251660A - 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、凹凸パターンが出射側面に形成され、出射側面には、断面視で台形状を有し、且つ、面方向に沿って直線状に延設された複数のレンズ部が形成され、レンズ部同士の間に亘って第１の凹曲面が形成され、レンズ部の上面に第２の凹曲面が形成されている。
【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９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１００では、導光板１０２から発光光Ｌｒが垂直に入射すると、出射側に形成されたレンズ部１０１で反射されることによって入射側へ戻ってしまう。このため、入射側に反射されて戻ってしまう光の分だけ光の利用効率が低下し、この結果、表示装置の輝度を向上させることが制限されていた。

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、前記凹凸パターンが出射側面に形成され、前記出射側面には、断面視で台形状を有し、且つ、面方向に沿って直線状に延設された複数のレンズ部が形成され、前記レンズ部同士の間に亘って第１の凹曲面が形成され、前記レンズ部の上面に第２の凹曲面が形成されていることを特徴とするプリズムレンズフィルム。
（２） 前記レンズ部同士の各間隔のうち、一部又は全部が相違するように形成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。
（３） 前記第１の凹曲面が、断面視において、前記プリズムレンズの厚さ方向の座標をｙ軸とし、前記プリズムレンズの面方向の座標をｘ座標とすると、下記式で表される２次曲線に沿って形成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のプリズムレンズフィルム。
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ （但し、ａ，ｂ，ｃは定数）
（４） 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を、前記レンズ部が直交するように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。
（５） 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、前記凹凸パターンが出射側面に形成され、前記出射側面には、断面視で台形状を有し、且つ、面方向に沿って２次元に配列された複数のレンズ部が形成され、前記レンズ部同士の間に亘って第１の凹曲面が形成され、前記レンズ部の上面に第２の凹曲面が形成されていることを特徴とするプリズムレンズフィルム。
（６） 前記レンズ部同士の各間隔が、一部又は全部相違するように形成されていることを特徴とする上記（５）に記載のプリズムレンズフィルム。
（７） 前記第１の凹曲面が、断面視において、前記プリズムレンズの厚さ方向の座標をｙ軸とし、前記プリズムレンズの面方向の座標をｘ座標とすると、下記式で表される２次曲線に沿って形成されていることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載のプリズムレンズフィルム。
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ （但し、ａ，ｂ，ｃは定数）
（８） 上記（５）から（７）のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルムを、複数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。
（９） 上記（１）から（８）のうちいずれか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の出射側面には、断面視台形状のレンズ部が形成され、また、レンズ部同士の間に、第１の凹曲面が形成されている。プリズムレンズフィルムの光源から入射側面に垂直に入射した光は、該プリズムレンズフィルム内を進行し、その一部がレンズ部の側面を形成する第１の凹曲面に照射される。このとき、第１の凹曲面における、光が照射する部位は、レンズ部の内方へ湾曲しており、垂直に入射する光がその水平方向（プリズムレンズフィルム面方向）の位置によって反射する方向が異なる。すると、図９に示すプリズムレンズフィルム１００のように、垂直に入射する光が一律に同じ方向に反射されることがないため、垂直に近い角度の入射光はそのまま上方に出射され、かつ、斜め方向の入射光は従来より広い角度の光も上方に屈折させることができ、光の利用効率を向上させることができる。

また、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、光源からの発光光の利用効率を向上させることができる。したがって、このような平面型発光装置を表示装置に適用することで、表示画面の発光輝度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、本発明にかかるプリズムレンズフィルムの断面視における曲面の状態を説明する図である。図３は、本発明にかかるプリズムレンズフィルムの断面を示す図である。図４は、本発明にかかるプリズムレンズフィルムを示す斜視図である。
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、プリズムレンズ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４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、プリズムレンズからなる凹凸パターンが形成されている。この凹凸パターンは、断面視において略台形状を有し、且つ、出射側面の面方向に沿って直線状に複数並んで延設されたレンズ部１６からなる。つまり、出射側面における凹凸パターンは、レンズ部１６からなる凸部と、レンズ部１６同士の間に区画された凹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同士の間に亘って第１の凹曲面１７が形成され、レンズ部１６の上面には第２の凹曲面１８が形成されている。第１の凹曲面１７及び第２の凹曲面１８はともに、プリズムレンズフィルム１１の入射面側に向って窪むように設けられた湾曲面である。

図１に示すように、本実施形態では、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Ｐ１１，Ｐ１２はいずれも等しく、その寸法を、３μｍから３００μｍの範囲とすることが好ましい。また、レンズ部１６の上面における第２の凹曲面１８の水平方向（図１において左右方向）の寸法Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３は、いずれも等しく、その寸法は、１．５μｍから１５０μｍの範囲とすることが好ましい。

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。

第１の凹曲面１７及び第２の凹曲面１８の、プリズムレンズフィルム１１の最上面を基準として、第１の凹曲面１７の最下部の深さＨ１が第２の凹曲面１８の最下部の深さＨ２より深くなるように形成されている。第１の凹曲面１７の最下部の深さＨ１を１．５μｍから１５０μｍの範囲とすることが好ましく、第２の凹曲面１８の最下部の深さＨ２を０．４μｍから４０μｍの範囲とすることが好ましい。

図２は、プリズムレンズフィルム１１を断面視の状態を説明する図である。図１，２に示すように、プリズムレンズの裏面を原点ｙ＝０としている。また、ｘ１，ｘ２は、それぞれプリズムレンズの頂点であり、そのｙ座標をそれぞれｙ１とした。また、第１の凹曲面１７の底部のｙ座標をｙ０とし、第２の凹曲面１８の底部のｘ座標をｘ３とし且つｙ座標をｙ３とした。第１の凹曲面１７を示す曲線Ｃａ，Ｃｃと、第２の凹曲面１８を示す曲線Ｃｂは、プリズムの厚さ方向の座標をｙ軸とし、プリズムの面方向の座標をｘ座標とすると、下記式で表される２次曲線に沿って形成されている。
（式）ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ （但し、ａ，ｂ，ｃは定数）

図２においてプリズムレンズの１ピッチ（１周期）をＰとすると、図２に示すように、Ｐ＝Ｐ３２＋Ｐ２２＋Ｐ３３で表すことができ、このとき、Ｐ３２＝Ｐ２２＝Ｐ３３が成立し、また、Ｐ３２＝Ｐ１１／２、かつ、Ｐ３３＝Ｐ１２／２である。

プリズムレンズの裏面（ｘ＝０）から垂直に入射し、第２の凹曲面の底部（ｙ＝ｙ０）に向う光Ｈはそのまま直進してＩの方向に進み、また、プリズムレンズの裏面のｘ＝ｄから斜めに入射して第１の凹曲面１７（曲線Ｃａ）に進む光Ｄは、第１の凹曲面１７で屈折してＥの方向へ進む。ここで、Ｆは第１の凹曲面１７の接線を、Ｇは、接線Ｆに直交する垂線を、θ１は入射角を、θ２は出射角を表している。第２の凹曲面の底部から第１の凹曲面に入射する光は、概ねプリズムレンズフィルムの前方に進ませることができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム１１に下方の入射側面から光が入射すると、レンズ部１６の両側面に位置する第１の凹曲面と上面に位置する第２の凹曲面によって屈折することによって、その入射光のうち−９０度から＋９０度（入射側面に垂直な方向を０度とする。）の光のうち、約−３０度から＋３０度，−４５度から＋４５度の範囲の光を略垂直方向に偏向させることができる。

図３に示すように、プリズムレンズフィルム１１に光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が入射すると、垂直に近い角度の入射光はそのまま上方に出射され、かつ、斜め方向の入射光は従来より広い角度の光も上方に屈折させることにより、光の利用効率を向上させることができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム１１によれば、出射側面に、断面視台形状のレンズ部１６が形成され、また、レンズ部１６同士の間に、第１の凹曲面１７が形成されている。プリズムレンズフィルム１１の光源から入射側面に垂直に入射した光は、該プリズムレンズフィルム１１内を進行し、その一部がレンズ部１６の側面を形成する第１の凹曲面１７に照射される。このとき、第１の凹曲面１７における、光が照射する部位がレンズ部１６の内方へ窪む形状であり、垂直に入射する光がその水平方向の位置によって反射する方向が異なる。すると、図７に示すプリズムレンズフィルム１００のように、垂直に入射する光が一律に同じ方向に反射されることがないため、垂直に近い角度の入射光はそのまま上方に出射され、かつ、斜め方向の入射光は従来より広い角度の光も上方に屈折させることができ、光の利用効率を向上させることができる。

また、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、平面光源１２からの発光光の利用効率を向上させることができる。したがって、表示装置に適用することで、表示画面の発光輝度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、レンズ部１６の配置を不規則配列とすることで、液晶等の画素表示に起因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、一部又は全部が相違するように構成してもよい。

また、本実施形態のプリズムレンズフィルム１１を、レンズ部１６の直線方向が互いに直交するように２枚以上重ね合わせてなる構成としてもよい。

図５に、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６は、図５のＡ−Ａ線断面図を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すで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５に示すように、プリズムレンズフィルム３１には、略角柱状部材であるレンズ部３６を出射側面上に２次元状に配列した構成である。レンズ部３６は、上面視において、略正方形状を有し、且つ、上方に向って周囲長が小さくなるように形成されている。レンズ部３６の４つの周面には、隣り合うレンズ部３６に亘って第１の凹曲面３７が形成され、レンズ部３６の上面には第２の凹曲面３８が形成されている。

図６に示すように、レンズ部３６は、断面視において台形状に形成されている。また、図５のＡ−Ａ線断面と垂直な切断面においても、その断面は図６と示すものと同一となる。

つまり、プリズムレンズフィルム３１において、ｘ−ｙ平面に等間隔でレンズ部３６が配列されており、ｘ方向におけるレンズ部３６同士の間、及び、ｙ方向におけるレンズ部３６同士の間に第１の凹曲面３７が形成されている。

第１の凹曲面３７は、プリズムレンズフィルム３１を断面視した状態で、上記実施形態で述べた数式で表される２次曲線に沿って形成されている。

レンズ部３６同士の配置ピッチ、及び、レンズ部３６の上面における第２の凹曲面３８のｙ方向の寸法は、上記実施形態のプリズムレンズフィルム３１におけるレンズ部１６の寸法と同一の範囲となるように設けることができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム３１によれば、レンズ部３６が断面視において台形状に形成されているため、上記実施形態の同様に、垂直に入射する光を第１の凹曲面３７を透過させて出射側面から出射させることができ、光の利用効率を向上させることができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム３１を、図１で示す構成と同様に、平面光源１２上に積層させることで、光源からの発光光の利用効率を向上させることができる平面型発光装置を得ることができる。

図７に、本発明にかかるプリズムレンズフィルムの第３の実施形態を示す。図８は、図７のＢ−Ｂ線断面図を示す。
図７に示すように、プリズムレンズフィルム４１には、略円柱状部材であるレンズ部４６を出射側面上に２次元状に配列した構成である。レンズ部４６は、上面視において、略正円形を有し、且つ、上方に向って周囲長が小さくなるように形成されている。レンズ部４６の周面には、隣り合うレンズ部４６に亘って第１の凹曲面４７が形成され、レンズ部４６の上面には第２の凹曲面４８が形成されている。

図８に示すように、レンズ部４６は、断面視において台形状に形成されている。また、図７のＢ−Ｂ線断面と垂直な切断面においても、その断面は図８と示すものと同一となる。

つまり、プリズムレンズフィルム４１において、図８におけるｘ−ｙ平面に等間隔でレンズ部４６が配列されており、ｘ方向におけるレンズ部４６同士の間、及び、ｙ方向におけるレンズ部４６同士の間に第１の凹曲面４７が形成されている。

第１の凹曲面４７は、プリズムレンズフィルム４１を断面視した状態で、上記実施形態で述べた数式で表される２次曲線に沿って形成されている。

レンズ部４６同士の配置ピッチ、及び、レンズ部４６の上面における第２の凹曲面４８のｙ方向の寸法は、上記第１実施形態及び第２の実施形態のプリズムレンズフィルム１１，４１におけるレンズ部１１，１６の寸法と同一の範囲となるように設けることができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム４１によれば、レンズ部４６が断面視において台形状に形成されているため、上記実施形態の同様に、垂直に入射する光を第１の凹曲面４７で偏向させて出射側面から出射させることができ、光の利用効率を向上させることができる。

本実施形態のプリズムレンズフィルム４１を、図１で示す構成と同様に、平面光源１２上に積層させることで、光源からの発光光の利用効率を向上させることができる平面型発光装置を得ることができる。

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。 本発明にかかるプリズムレンズフィルムの断面視における曲面の状態を説明する図である。 本発明にかかるプリズムレンズフィルムの断面を示す図である。 本発明にかかるプリズムレンズフィルムを示す斜視図である。 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３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明にかかるプリズムレンズフィルムの第３の実施形態を示す図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 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
１１，３１，４１ プリズムレンズフィルム
１６，３６，４６ レンズ部
１７，３７，４７ 第１の凹曲面
１８，３８，４８ 第２の凹曲面

Claims (9)

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、
   前記凹凸パターンが出射側面に形成され、前記出射側面には、断面視で台形状を有し、且つ、面方向に沿って直線状に延設された複数のレンズ部が形成され、前記レンズ部同士の間に亘って第１の凹曲面が形成され、前記レンズ部の上面に第２の凹曲面が形成されていることを特徴とするプリズムレンズフィルム。
2. 前記レンズ部同士の各間隔のうち、一部又は全部が相違するように形成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。
3. 前記第１の凹曲面が、断面視において、前記プリズムレンズの厚さ方向の座標をｙ軸とし、前記プリズムレンズの面方向の座標をｘ座標とすると、下記式で表される２次曲線に沿って形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリズムレンズフィルム。
   ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ （但し、ａ，ｂ，ｃは定数）
4. 上記請求項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を、前記レンズ部が直交するように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。
5. 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、
   前記凹凸パターンが出射側面に形成され、前記出射側面には、断面視で台形状を有し、且つ、面方向に沿って２次元に配列された複数のレンズ部が形成され、前記レンズ部同士の間に亘って第１の凹曲面が形成され、前記レンズ部の上面に第２の凹曲面が形成されていることを特徴とするプリズムレンズフィルム。
6. 前記レンズ部同士の各間隔が、一部又は全部相違するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載のプリズムレンズフィルム。
7. 前記第１の凹曲面が、断面視において、前記プリズムレンズの厚さ方向の座標をｙ軸とし、前記プリズムレンズの面方向の座標をｘ座標とすると、下記式で表される２次曲線に沿って形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のプリズムレンズフィルム。
   ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ （但し、ａ，ｂ，ｃは定数）
8. 上記請求項５から７のいずれか１つに記載のプリズムレンズフィルムを、複数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。
9. 上記請求項１から８のうちいずれか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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