JPH07287127A

JPH07287127A - 面光源用フイルムレンズ及びそれを用いた面光源

Info

Publication number: JPH07287127A
Application number: JP6103183A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Ishida; 久憲石田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】面光源の出光側のフイルムンズの形状を工夫
することにより、法線方向の輝度の向上と輝度分布の均
一性の向上を図る。【構成】デイスプレイ等に用いられる面光源の出光側
に用いられる光制御用レンズであり、透明基材の一方の
面に、互いに平行な第一の３角柱レンズ群と、互いに平
行な第二の３角柱レンズ群とを直交させて配設してお
り、且つ、前記３角柱レンズは全て主切断面形状が同形
状の二等辺三角形で、少なくとも第一の３角柱レンズ群
のレンズの頂角部を挟む面と第二の３角柱レンズ群のレ
ンズの頂角部を挟む面により形成される凹状４角錐レン
ズ部を有しており、透明基材の他方の面は平坦面として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，液晶テレビ、パソコン
のようなデイスプレイや照明器具等に用いられる面光源
用のフイルムレンズと該フイルムレンズを用いた面光源
に関するもので、詳しくは、面光源の出光面側に設ける
集光用等の光制御フイルムレンズの形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の面光源（例えば液晶表示装置のバ
ックライト）としては、図７（イ）に示すような、光源
からの光を導光板を介して伝達させ、この伝達された光
を三角柱プリズム型レンチキュラーレンズ側に入射さ
せ、レンズから観察者側に出射させる方式のエッジライ
ト型面光源が実開平４−１０７２０１号等にて知られ
ている。別に、図７（ロ）に示すような光源からの光を
拡散板を介して直接三角柱プリズム型レンチキュラーレ
ンズ側に入射させ、レンズから観察者側に出光させる方
式の直下型面光源も特開平２−２５７１８８号等で知ら
れている。これらの、面光源（バックライト等）は、放
射光を所望の角度範囲内に集光させるために、二等辺三
角柱プリズム型単位レンズを多数平行隣接させてに配置
した配列のレンズを用いて制御しているが、拡散板を重
ねて配置することにより、更に、所定角度内で光強度
（輝度）分布、及び出光面内の輝度分布が均一等方的に
なるように分散させている。

【０００３】特に、エッジライト型面光源の場合、上記
のような構成にする理由は、図８に示すように、導光板
からの大部分の光が法線方向から左右の約６３度の方向
に出て、面光源（バックライト）の正面からは、法線方
向から左右の約６３度の方向に出てくる光強度の約１０
〜２０％の光しか得られないことによるものである。そ
して、拡散板を介して導光板からレンズに入射される場
合も、拡散板を通る光は同じように、大部分が法線方向
から左右の約６３度の方向の狭い角度範囲に出る為であ
る。直下型の場合についても、拡散板からプリズムレン
ズに入射される光の角度が広く、観察者に必要な角度範
囲に制御する為である。このように、二等辺三角柱プリ
ズム型のレンチキュラーレンズを、面光源の出光面側に
設けることにより、光に指向性を持たせ、角度を制御さ
せていた。

【０００４】しかしながら、上記二等辺三角柱プリズム
型レンチキュラーレンズを面光源に用いた場合にも、出
光面側の光の集束性等の問題があった。これを図１０を
用いて説明する。図１０（イ）の二等辺三角柱プリズム
を設けたレンズの平坦面に各方向から光が同じ光量で入
射された場合、その出光側での輝度（光強度）を、レン
ズの主切断面方向と稜線方向について、規格化して法線
方向からの各角度位置で表すと、レンズの主切断面方向
については図１０（ロ）のようになり、レンズの稜線方
向については図１０（ハ）のようになる。このように、
二等辺三角柱プリズム型レンチキュラーレンズを面光源
に用いた場合には、レンズに入射された光は、主切断面
方向のみで集束が起り、稜線方向には集束しない。更
に、エッジライト型面光源の場合においては、主切断面
形状が頂角９０°の二等辺三角形の単位三角柱プリズム
を多数平行に配置した配列のレンズを用いることが、光
の集光性、光学的な対称性の点で多かったが、このレン
ズ形状のものを用いた場合、導光板または拡散板から左
右の約６３度の方向からレンズに入射される光は、図９
（イ）に示すように、法線方向に対しそれぞれ右左の約
３０度の方向にレンズから出射される。したがって、レ
ンズに入射される大部分の光は法線方向に対し左右の約
３０度の方向の狭い範囲に出射されるようになる為、全
体として輝度の均一性も不十分であった。又、プリズム
面内での多重反射に起因して、面光源（バックライト
等）の観察者にとって必要とされる出光側法線方向を含
んで３０°〜１００°の角度範囲から一部の光が逸脱す
る現象（透過光強度の角度分布におけるサイドローブの
発生）が避けられず、面光源を正面から観察する場合に
は、大きな光の損失となっていた。直下型の面光源に横
断断面形状が頂角９０°の二等辺三角形の単位三角柱プ
リズムを多数平行に配置した配列のレンズを用いた場合
についても、拡散板からプリズムレンズ入射される光の
角度は広い範囲で分布するが基本的には同じ問題を含ん
でいた。

【０００５】特に、エッジライト型面光源においては、
このように光の損失がある上に、法線方向の輝度向上に
限度があり、且つ、全体として輝度の均一性も不十分で
あり、液晶表示装置等の低消費電力にて明瞭な画面の実
現が課題とされる場合には問題となっていた。法線方向
の輝度を向上させる為に、光の出力を増加させると、熱
による温度上昇がおこり、特に液晶装置等にとっては好
ましくない問題であった。

【０００６】又、主切断面形状が頂角９０°の二等辺三
角形等の単位三角柱プリズムを多数平行に配置した配列
のレンズの場合には、レンズを製造する工程および面光
源にレンズを組入れる工程において、外力を陵線上の一
直線で受けとめる為に三角柱プリズムの頂角部が、損傷
を受けやすく問題となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、面光源
用のレンズとしては、光の損失をできるだけ無くして、
面光源の輝度を有効に上げ、且つ、観察者にとって必要
とされる所望の角度範囲（略３０°〜１００°の範囲）
で、輝度分布が均一となるようにすること、及び、でき
るだけ頂角部に損傷が受けなくすることが要求されてい
た。本発明は、このような状況のもと、面光源の出光側
のフイルムレンズの形状を工夫することにより、光の損
失をできるだけ無くして、輝度をできるだけ上げ、且
つ、観察者にとって必要とされる所望の角度範囲にて、
輝度分布が均一となる面光源を提供しようとするもので
あり、同時に、頂角部が損傷を受けずらいフイルムレン
ズを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のフイルムレンズ
は、デイスプレイ等に用いられる面光源の出光側に用い
られる出力光制御用レンズであり、透明基材の一方の面
に、互いに平行な第一の３角柱レンズ群と、互いに平行
な第二の３角柱レンズ群とを直交させて配設しており、
且つ、前記３角柱レンズは全て主切断面形状が同形状の
二等辺三角形で、少なくとも第一の３角柱レンズ群のレ
ンズの頂角部を挟む面と第二の３角柱レンズ群のレンズ
の頂角部を挟む面により形成される凹状４角錐レンズ部
を有しており、透明基材の他方の面は平坦面としている
ものである。そして、上記第一、第二の３角柱レンズ群
は、それぞれ、隣接した複数の３角柱レンズの組を所定
のピッチで多数設けた配置をしているものである。尚、
ここで、平行とは三角柱レンズの頂角部の陵線乃至底部
の陵線が互いに平行であることを意味し、このレンズに
おける頂角とは図１（ハ）に記載のように、レンズを形
成する２面により形成される角度を意味する。又、隣接
したとは、３角柱レンズの底辺部陵線が隣の３角柱レン
ズの底辺部陵線と接した状態を言う。

【０００９】そして、本発明のフイルムレンズは、上記
フイルムレンズの平坦面に、面光源の光源の最大波長以
上、１００μｍ以下の微凹凸が形成されているものであ
る。又、本発明のフイルムレンズは、上記フイルムレン
ズの平坦面に高さΔｈが此のレンズを観察する光源光の
最大波長Λmax 、此のフイルムレンズ上の反射面を通し
て観察される該光源の角半径Δθに対して、Δｈ≧Λma
x ／２Δθ²である微凹凸を設けたものである。

【００１０】本発明のフイルムレンズとしては図１
（イ）〜（ハ）に示すような、レンズ部３を透明な基材
フイルム２の上に形成した２層タイプのものや前述のレ
ンズ部３と基材フイルム２を一体とした図２（ロ）や
（ニ）に示される１層タイプのものが挙げられる。レン
ズ部３を構成する電離放射線硬化型樹脂としては、公知
の紫外線或いは電子線硬化性樹脂等である。より具体的
には分子中に１個以上の重合性不飽和基を有するプレポ
リマー、又は単位量体を紫外線、電子線等で架橋重合し
た固体樹脂からなる。プレポリマーの例としては、ウレ
タン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレ
ート、シリコン（メタ）アクリレート、等のアクリレー
ト、不飽和ポリエステル等であり、単量体としては、ト
リメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペ
ンタエリストールヘキサ（メタ）アクリレート等のアク
リレートである。（メタ）アクリレートとはメタアクリ
レート又はアクリレートの意味である。高架橋型のもの
を用いると良い。樹脂は基本的に無溶剤のものを用い
る。基材フイルム２としては、通常の光学式デイスプレ
イや液晶デイスプレイのバックライト機構において用い
られる透明フイルムであって図６のような装置を用いる
場合は、少なくとも電離放射線透過性のものを、又、熱
プレス法でフイルム表面に押圧賦型する場合は、熱可塑
性樹脂を適宜用いることができるが、ポリエステル、ナ
イロン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアクリ
ルレート、フッ素系樹脂、ポリプロピレン等の合成樹脂
からなるフイルムが好ましい。

【００１１】本発明のフイルムレンズの形状としては、
具体的には、図１や図３のような形状が挙げられる。図
１においては、第一の３角柱レンズ群ａと第二の３角柱
レンズ群ｂとは直交しており、且つ、各レンズ群におけ
る各３角柱レンズは、全て隣の３角柱レンズと隣接して
いる。この場合は、フイルムレンズのレンズ１のレンズ
面側は、同形状の凹状四角錐レンズ部２が多数２事件的
に配列して形成された状態となる。図１（イ）はフイル
ムレンズをレンズ側から見た平面図、で（ロ）はＭ１、
Ｍ２における断面図斜視図の一部を表した拡大斜視図で
あり、（ハ）はＬ１、Ｌ２における断面図である。図１
（ロ）に示すように、レンズ群ａの１対とレンズ群ｂの
１対とが交叉した部分では尾根６により四方を囲まれた
凹陥部が形成され、凹陥部は沢部７、谷部８から４角錐
状の凹部（凹状４角錐レンズ部５）を形成する。図３は
本発明の別の実施例のフイルムレンズ３０の一部を示し
たものであるが、図３においては、第一の３角柱レンズ
群ａ１と第二の３角柱レンズ群ｂ１とは直交しており、
且つ、各レンズ群は、隣接した２個１対の３角柱レンズ
の組を、所定のピッチで多数配列したもの、一部拡大図
である。この場合は、フイルムレンズ３０のレンズ面側
には、各レンズ群の隣接した２個の３角柱レンズ同志
が、直交する箇所にのみ同形状の凹状四角錐レンズ部３
１が形成され、平坦部３３、隣接する２個の三角柱レン
ズの組、３８、３９からレンズ面は構成される。

【００１２】本発明のフイルムレンズとしては、図２
（ハ）、（ニ）に図示されるように、フイルムレンズの
平坦面に微凹凸を設けても良い。この微凹凸の高さを光
源（最大）波長以上、１００μｍ以下にしたものは、エ
ッジライト型面光源で導光板の表面に載置した場合に、
フイルムレンズの平坦面と導光板の表面との光学的密着
を防ぎ、導光板とフイルムレンズとの界面に於いて、全
反射光量と透過出力光量とを適当比に配分し、以て導光
板全面の輝度の面内の場所による分布を均一化せしめ
る。又、微凹凸の高さΔｈが、此のレンズを観察する光
源光の最大波長Λmax 、此のフイルムレンズ上の反射面
を通して観察される該光源の角半径Δθとした場合Δｈ
≧λmax ／２Δθ²であると、フイルムレンズの平坦面
を導光板上に載置するか、或いはフイルムレンズを２枚
重ねて用いた場合の重ね合わせ面に生じるニュートン環
等の等厚干渉縞の発生防止の点から好ましい。

【００１３】又、本発明の面光源は、デイスプレイ等に
用いられる面光源であって、出光側の出力光制御用レン
ズとして、上記本発明のフイルムレンズを用いたもので
ある。面光源としては、前述のように、図７（イ）に示
すようなエッジライト型面光源の他に、図７（ロ）に示
すような直下型面光源、にも適用できる。

【００１４】

【作用】本発明のフイルムレンズは、主切断面形状が二
等辺三角形で同形状の互いに平行な、第一の３角柱レン
ズ群と、互いに平行な第二の３角柱レンズ群とを直角
に、交叉させて配設していることにより、第一の３角柱
レンズ群と第二の３角柱レンズ群のそれぞれの主切断方
向に光の集束性を持たせており、結果とし、図１０に示
す従来の頂角９０°の二等辺三角柱プリズムレンズレン
ズと比較した場合、光の損失を少なくし、輝度を向上さ
せている。又、本発明のフイルムレンズは、第一の３角
柱レンズ群と第二の３角柱レンズ群を直角に交叉させた
ことにより、光学的な対称性を確保できるものとしてい
る。そして、本発明のフイルムレンズにおいては、４角
錐凹レンズ部を設けているが、この４角錐凹レンズ部を
配設することにより、外力を直交する２方向の陵線で分
散して受ける為、レンズ形成工程、面光源組立工程等の
工程において、傷等の損傷に強いフイルムレンズの提供
を可能にしている。

【００１５】

【実施例】本発明のフイルムレンズの実施例１を以下、
図等を参照して、詳細に説明する実施例１のフイルムレ
ンズ１は、図１に図示される、第一の３角柱レンズ群ａ
と第二の３角柱レンズ群ｂとを直角に交叉させて配設し
たものである。第一の３角柱群ａ、第二の３角柱レンズ
群ｂは、それぞれ、主切断面形状を頂角９０°二等辺三
角形で同形状の互いに平行な３角柱レンズからなってお
り、本実施例では、第一の３角柱群ａ、第二の３角柱レ
ンズ群ｂの全ての３角柱レンズの主切断面形状、サイズ
を同じくしている。そして、各レンズ群の全ての三角柱
レンズは、隣り合う三角柱レンズと隣接するように配設
されている。又、実施例１のフイルムレンズ１は、２軸
延伸ＰＥＴ（Ａ４１００〜東紡績株式会社製）フイルム
基材２上に、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹
脂（大日精化株式会社製）からなるレンズ部３を設けた
ものである

【００１６】このフイルムレンズ１の一部を拡大図示し
た図５（イ）の凹状四角錐５の沢部７のＡ１、Ａ３面に
達する光の光路を図５（ロ）、（ハ）を用いて説明す
る。このフイルムレンズ１の平坦面に法線方向から入射
された場合、法線方向から入射された光は、辺部Ｃ１、
Ｃ２においては、９０°二等辺三角形プリズムの場合と
同様に再帰全反射される。空気の屈折率１．０、フイル
ムレンズ１の屈折率を１．５とした場合、このフイルム
レンズ１に法線方向から６３°ずれた方向から入射され
た場合、辺部Ｃ１へと光の大半は進み、辺部Ｃ１へ達し
た光は、９０°二等辺三角柱プリズムと同様に法線方向
から約３２°の方向の狭い範囲に屈折してレンズから出
射される。したがって基本的には、光路は、三角柱プリ
ズムを平行に配列した場合（図１０）における、主切断
方向と同じように、屈折される。図５（イ）の凹状四角
錐５の沢部７のＡ２、Ａ４面に達する光の光路について
は、Ａ１、Ａ３面に入射する光の光路とＸ、Ｙ方向が異
なるだけで、基本的には、上記のＡ１、Ａ３面に達する
光と同じである。結局、本実施例のレンズの場合、従来
の頂角９０°二等辺三角形プリズムを一方向のみに平行
に並べた形状のレンズに比べ、Ｘ、Ｙの両方向へ光集束
が行われ、面光源に用いられた場合には、光の損失（所
定の視野角内から逸脱）が格段に少なくなる。

【００１７】本発明の実施例１のフイルムレンズの製造
方法を図６をもとに以下に述べる。先ず、主切断面形状
が実施例１のフイルムレンズと形状と同形状逆凹凸を有
するロール凹版４３を用い、軸の回りに回転するロール
凹版４３の少なくとも凹部にノズル塗工装置４５により
電離放射硬化樹脂液４２を充填するとともに、帯状の基
材フイルム４１を、押圧ロール４４とロール凹版４３間
に挟んで、ロール凹版４３に接する状態にして走行させ
た。フイルム基材４１としては、Ａ４１００（東紡績株
式会社製）片面接着色理２軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレン
テレフタレート）からなる帯状のシートフイルムを用
い、ロール凹版４３としては、銅円筒表面を旋盤を用い
て版深２９μｍ、ピッチが５８μｍの頂角９０°の二等
辺三角の溝を隣接して平行に並べて彫刻し、次いで同様
の溝を、最初の溝群と直交させて彫刻して作ったリニア
彫刻版を用いた。表面形状は図１の形状である。又、電
離放射線硬化樹脂４２としては、大日精化株式会社製、
ウレタンアクリレート系プレポリマー主体の紫外線硬化
型樹脂を使用した。次いで、ロール凹版４３を該基材フ
イルム４１の走行速度と同じ周速度で同期回転させ、基
材フイルム４１がロール凹版４３に接触している間に紫
外線照射装置（高圧水銀燈）４６により電離放射線（紫
外線）４６ａを照射して、ロール凹版４３と基材フイル
ム４１間に介在している電離放射線硬化型樹脂液４２を
硬化させて該樹脂と基材フイルム４１を密着せしめると
同時に該樹脂を凹部形状に賦型した。次いで、基材フイ
ルム４１と接着した硬化樹脂とをロール凹版４３から剥
離して基材フイルム４１上に、主切断面形状が実施例１
のフイルムと同じレンズ配列を作製した。このフイルム
レンズの製造工程における、レンズ頂角部の傷等の破損
状態をみたが、発生率は、従来の頂角９０°２等辺三角
形プリズムを一方向のみに平行に並べた形状のレンズに
比べ、三角プリズムの場合の約１／３程度であった。

【００１８】次いで、本発明のフイルムレンズの実施例
２を挙げる。実施例２のフイルレンズの断面形状は図２
（ハ）に図示される場合で、実施例１におけるフイルム
レンズの平坦面側表面に、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１の１０
点粗さ１２μｍの微凹凸を形成したものである。このフ
イルレンズの製造方法は、略実施例１と同じであるが、
微凹凸を形成する工程のみが異なった。微凹凸の形成は
透明アクリル樹脂ビーズを分散させた、ウレタンアクリ
レートプレポリマーからなる紫外線硬化型樹脂塗料をグ
ラビアコータでフイルムレンズ平坦面側に塗工し、紫外
線硬化させた。実施例２の場合についても、フイルムレ
ンズ製造工程におけるレンズ頂角部の破損状態をみた
が、発生率は、実施例１と略同じで、従来の頂角９０°
二等辺三角形プリズムを一方向のみに平行に並べた形状
のレンズに比べ、三角プリズムの場合の約１／３程度
であった。

【００１９】次に、本発明の面光源の実施例を挙げる。
実施例の面光源は、図４に示すエッジライト型の面光源
１０で、フイルムレンズ１１としては、上記の本発明の
フイルムレンズ実施例３のものを用いた。図中１１はフ
イルムレンズ、１２は光源（螢光燈）、１３は導光板、
１４は反射層、１５は微凹凸である。この実施例の面光
源は、頂角９０°の三角プリズムをバックライト（面光
源）用として使用した場合に比べ、出光側における法線
方向の輝度が向上し、観察者にとって必要な所望の角度
範囲にて、全体的に輝度向上と輝度の均一化がなされて
いた。又、面光源に実施例１のフイルムレンズを組み入
れる工程におけるレンズ頂角部の傷等の破損状態をみた
が、発生率は、従来の頂角９０°二等辺三角形プリズム
を一方向のみに平行に並べた形状のレンズに比べ、三角
プリズムの場合の約１／３程度であった。

【００２０】

【発明の効果】本発明のフイルムレンズは、上記のよう
に、面光源（バックライト）装置において、光の損失を
少なくし、輝度、及び輝度の均一性を向上できるものと
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフイルムレンズの概略図

【図２】本発明のフイルムレンズの断面図

【図３】本発明のフイルムレンズの斜視図および断面図

【図４】本発明の面光源

【図５】本発明実施例１のフイルムレンズにおける光路
を説明するための図

【図６】本発明のフイルムレンズの作製方法を説明する
ための概略図

【図７】面光源を説明するための図

【図８】エッジライト型面光源の導光板からの出射光分
布を説明するための図

【図９】頂角９０°二等辺三角柱プリズム型レンチキュ
ラーレンズにおける光路を説明するための図。

【図１０】頂角９０°二等辺三角柱プリズム型レンチキ
ュラーレンズを説明するための図

【符号の説明】

１フイルムレンズ２基材フイルム３レンズ部４透明基材５凹状４角錐レンズ
部６尾根部７沢部８谷底部２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃフイルムレンズ２１、２１ａ基材フイルム２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃレンズ部２３、２３ａ微凹凸３０フイルムレンズ３１凹状４角錐レンズ
部３２３角柱凸条３３平坦部３４尾根部３５沢部３６谷底部Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４沢部平面４０フイルムレンズ４１基材フイルム４２放射線硬化型樹脂
液４３ロール凹版４４押圧ロール４５ノズル塗工装置４６電離放射線装置４６ａ電離放射線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デイスプレイ等に用いられる面光源の出
光側に用いられる出力光制御用レンズであり、透明基材
の一方の面に、互いに平行な第一の３角柱レンズ群と、
互いに平行な第二の３角柱レンズ群とを直交させて配設
しており、且つ、前記３角柱レンズは全て主切断面形状
が同形状の二等辺三角形で、少なくとも第一の３角柱レ
ンズ群のレンズの頂角部を挟む面と第二の３角柱レンズ
群のレンズの頂角部を挟む面により形成される凹状４角
錐レンズ部を有しており、透明基材の他方の面は平坦面
としていることを特徴とする面光源用フイルムレンズ。
【請求項２】請求項１において、第一、第二の３角柱
レンズ群は、それぞれ、隣接した複数の３角柱レンズの
組を所定のピッチで多数設けた配置をしていることを特
徴とする面光源用フイルムレンズ。
【請求項３】請求項１乃至２記載のフイルムレンズの
平坦面に、面光源の光源の最大波長以上、１００μｍ以
下の微凹凸が形成されていることを特徴とする面光源用
フイルムレンズ
【請求項４】請求項１乃至２記載のフイルムレンズの
平坦面に、高さΔｈが、此のレンズを観察する光源光の
最大波長Λmax 、此のフイルムレンズ上の反射面を通し
て観察される該光源の角半径Δθに対して、Δｈ≧Λma
x ／２Δθ²である微凹凸を設けたことを特徴とする面
光源用フイルムレンズ。
【請求項５】デイスプレイ等に用いられる面光源であ
って、出光側の出力光制御用レンズとして、請求項１乃
至４記載のフイルムレンズを用いたことを特徴とする面
光源。