JPH10253807A - プリズム配列フィルム、及びエッジライト型面光源 - Google Patents

プリズム配列フィルム、及びエッジライト型面光源

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JPH10253807A
JPH10253807A JP9054440A JP5444097A JPH10253807A JP H10253807 A JPH10253807 A JP H10253807A JP 9054440 A JP9054440 A JP 9054440A JP 5444097 A JP5444097 A JP 5444097A JP H10253807 A JPH10253807 A JP H10253807A
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JP
Japan
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light
prism
guide plate
light source
incident
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JP9054440A
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Hiroshi Kojima
弘 小島
Keiji Kashima
啓二 鹿島
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置等のバックライト光源の出射光
における、出光面の法線方向の輝度を向上させる。 【解決手段】 3角柱形状の単位プリズム12を並列し
て形成したプリズム配列フィルム10において、単位プ
リズム12の3角形断面における2つの底角β1、β2
のうち、入射光16の主ローブ基端側の底角β1 を45
°、反対側の底角β2 を55°以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等の
バックライトに用いるエッジライト型面光源及びこれに
利用して好適なプリズム配列フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の、液晶表示装置等に用いられるエ
ッジライト型面光源は、透光性材料からなり、一面が光
反射面、他面が出光面とされた導光板と、この導光板の
一側端面に沿って配置され、該一側端面から導光板内に
光を入射する光源とを有している。
【0003】このようなエッジライト型面光源として、
前記導光板の出光面側に多数の凸状部が波形に並ぶプリ
ズム面を液晶パネル側の表面に備えたプリズムフィルム
を設けられたものが、例えば実開平4−107201号
公報等に開示されている。
【0004】このプリズムフィルムにおける前記凸状部
は、一般的に、断面が2等辺3角形状の3角柱プリズム
であって、導光板からの光が該3角柱プリズム部分で使
用者方向に強く指向性を与えられ、これによって液晶パ
ネルの画面における輝度の向上を図るようにしている。
【0005】しかしながら、上記のようなエッジライト
型面光源は、前述の如く、光源が導光板の一側端面側に
のみ設けられた片側導光型とした場合、主ローブ(輝度
計で偏角測定したときの主ピーク)が、全体として前記
光源の反対方向に傾斜してしまい、液晶表示装置の使用
者方向への指向性が弱められてしまうという問題点があ
った。
【0006】これに対して、例えば特開平8−6242
8号公報に開示されるように、前記プリズムフィルムに
おける3角形プリズムを左右非対称(断面不等辺3角
形)としたものがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平8−624
28号公報に開示されているプリズムフィルムは、主ロ
ーブの傾きを導光板の出光面に立てた法線方向に補正で
きるという利点はあるものの、具体的なプリズム形状、
特に3角形プリズムにおける角度が不明確であった。更
に、出射光における、導光板出光面の法線方向の輝度値
が従来の左右対称形プリズムと比較して必ずしも向上す
るものではないという問題点があった。
【0008】これに対して、導光板の両側端に光源を設
ける両側導光型とすることも考えられるが、この場合は
部品点数、重量及び消費電力が増加してしまうという新
たな問題点が生じる。
【0009】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、部品点数、重量、消費電力等を増
大することなく、出射光の、導光板出光面の法線方向の
輝度値がより向上するプリズム配列フィルム及びエッジ
ライト型面光源を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、3角柱形状
の透光性物質からなる単位プリズムを、その断面形状に
おける3角形の一辺が入射面を形成し、且つ、稜線が相
互に平行になるように配列したプリズム配列フィルムに
おいて、前記稜線は前記入射面への入射光の主ローブと
交叉するように配列され、前記単位プリズムを、その3
角形の断面形状が、該断面における前記入光面に沿う2
つの底角が相異なる不等辺3角形となり、且つ、前記2
つの底角のうち、前記入射光の主ローブ方向基端側の底
角が実質的に45°、他方の底角が実質的に55°以上
となるようにして、上記目的を達成するものである。
【0011】又、請求項2の発明は、透光性材料からな
り、一面が光反射面、他面が出光面とされた導光板と、
この導光板の一側端面に沿って配置され、該一側端面か
ら導光板内に光を入射する光源と、前記導光板の前記出
光面側に配置され、略3角柱形状の透光性物質からなる
単位プリズムを、3角形の一辺が前記出光面に沿ってこ
れと平行、且つ、稜線が相互に平行になるように、前記
光源側の一側端面から反対側の端面に向かって、複数隣
接して配列したプリズム配列フィルムと、を有してなる
エッジライト型面光源において、前記導光板から前記単
位プリズムへの主ローブの光の入射角を40°以上とす
ると共に、前記単位プリズムを、その3角形の断面形状
が、該断面における前記出光面に沿う2つの底角が相異
なる不等辺3角形となり、且つ、前記2つの底角のう
ち、前記光源側の底角が実質的に45°、他方の底角が
実質的に55°以上となるようにして、上記目的を達成
するものである。
【0012】上記エッジライト型面光源において、請求
項3のように、前記導光板から前記単位プリズムへの光
の入射角がほぼ80°となるようにしてもよい。
【0013】請求項4の発明は、透光性材料からなり、
一面が光反射面、他面が出光面とされた導光板と、この
導光板の一側端面に沿って配置され、該一側端面から導
光板内に光を入射する光源と、前記導光板の前記出光面
側に配置され、略3角柱形状の透光性物質からなる単位
プリズムを、3角形の一辺が前記出光面に沿ってこれと
平行、且つ、稜線が相互に平行になるように、前記光源
側の一側端面から反対側の端面に向かって、複数隣接し
て配列したプリズム配列フィルムと、を有してなるエッ
ジライト型面光源において、前記単位プリズムを、その
3角形の断面形状が、該断面における前記出光面に沿う
2つの底角が相異なる不等辺3角形となり、且つ、前記
2つの底角のうち、前記光源側の底角が実質的に45
°、他方の底角が46°以上、78.1°以下となるよ
うにして、上記目的を達成するものである。
【0014】上記エッジライト型面光源は、請求項5の
ように、前記導光板の出光面と前記プリズム配列フィル
ムとの間に、光拡散シートを介在させるようにしてもよ
い。
【0015】この発明は、3角形プリズムの3角形を不
等辺3角形とし、且つ、この3角形の2つの底角のうち
入射光の主ローブ方向基端側の底角を45°とすると最
も出射光の法線方向の輝度値を向上させることを実験に
より確認し、更に、反対側の底角の最適値を計算により
求め、前記法線方向の輝度値が最大となるようにしたも
のである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。
【0017】本発明に係るプリズム配列フィルム10
は、その一部が図1に模式的に示されるように、3角柱
形状の透光性物質からなる単位プリズム12をその断面
形状における3角形の一辺が入射面14を形成し、且
つ、稜線12Aが相互に平行になるように、且つ、該稜
線12Aが前記入射面14への入射光16の主ローブと
交叉する状態で、前記入射面14において、透光性フィ
ルム18上にこれと一体的に設けたものである。
【0018】前記単位プリズム12は、図2に示される
ように、その主切断面(プリズムの各角度が最小になる
ように切断した面であって、通常は稜線12Aと直交す
る平面)において、入射面14側の底角β1 、β2 が異
なる不等辺3角形とされている。
【0019】ここで、前記底角β1 及びβ2 のうち、入
射光16の主ローブ方向基端側(図1、図2において左
側)の底角β1 は実質的に45°、反対側の底角β2 は
実質的に45°よりも大きく設定されている。
【0020】単位プリズム12が、主切断面における両
底角が異なる不等辺3角形であって、底角β1 が実質的
に45°である場合、本発明者の実験の結果、単位プリ
ズム12からの出射光における、前記透光性フィルム1
8に立てた法線方向の輝度がより向上する現象を確認で
きた。
【0021】その理由は、プリズム配列フィルム10に
入射する、主ローブ以外の光線を最も効率良く前記法線
方向に指向させることができるからであり、底角β1 は
45°±3°以内であれば、上記のような法線方向の輝
度向上現象を得ることができた。
【0022】前記主ローブ前方側の底角β2 は、次のよ
うに決定する。
【0023】図2に示されるように、該単位プリズム1
2の入射面14へ入射する入射光16の入射角をθ1 、
単位プリズム12の傾斜面12Bから出射する出射光線
の出射角度をθ4 、入射面14における屈折角をθ2 、
該屈折光の前記傾斜面12Bへの入射角をθ3 、単位プ
リズム12の材質の持つ屈折率をnとしたとき、公知の
スネルの公式により、次の(1)式が成り立つ。なお、
周囲の空気の屈折率を1とする。
【0024】 n sinθ2 = sinθ1 ,n sinθ3 = sinθ4 …(1)
【0025】又、前記底角β2 と、θ1 及びθ2 との間
には、幾何学的に次の(2)式が成り立つ。
【0026】β2 =θ1 +θ2 …(2)
【0027】上記(1)、(2)式及び公知の3角関数
の公式を利用して、単位プリズム12の傾斜面12Bか
らの出射光20が、入射面14に対して垂直方向に出射
する関係となるように、θ1 をβ2 について解くと、次
の(3)式が得られる。
【0028】 β2 = tan-1〔 sinθ1 /{√(n2 − sin2 θ1 )−1}〕 …(3)
【0029】ここで、例えば単位プリズム12の屈折率
n=1.57とした場合、前記θ1とβ2 の関係は次の
表1のようになる。
【0030】
【表1】
【0031】一方、前記底角β2 が他方の底角β1 以下
になると、出射光20が、入射面14の法線方向に偏向
される作用はあるものの、前記入射面14に立てた法線
方向の輝度がより向上する現象が抑制されてしまう。従
って、総合的な法線方向の輝度向上効果を減少させない
ために、底角β2 はβ1 よりも大きくしなければならな
い。底角β2 は、45°よりも大きい範囲で入射角θ1
に応じて決定されることになる。
【0032】これは、片側導光型のバックライト光源に
おける入射角θが大きいことと一致していて好都合であ
る。
【0033】又、入射光16の入射角θ1 が小さい場合
も、次のような理由により、底角β2 は45°よりも大
きいことが望ましい。
【0034】前記(1)、(2)式と公知の3角関数の
公式を利用して、前述と同様に出射光16が入射面14
と垂直となるような条件で、底角β2 を入射角θ1 につ
いて解くと、次の(4)式が得られる。
【0035】 θ1 = sin-1〔− sinβ2 { cosβ2 ±√(n2 − sinβ2 )}〕…(4)
【0036】この(4)式において、例えばn=1.5
7、β2 =45°とした場合、θ1=29.4°とな
る。従って、この条件では、入射光16の主ローブの入
射角度が0°から29.4°までは表1に従わず、β2
は45°より大きい角度、より好ましくは46°に設定
される。
【0037】なお、単位プリズム12における3角形の
頂角αは同底角β1 、β2 により、α=180°−(β
1 +β2 )により決定される。
【0038】ここで、前記プリズム配列フィルム10
は、前記透光性フィルム18に単位プリズム12を直接
あるいは別体で成形したりすることによって得られる。
【0039】プリズム形状を形成する方法としては、公
知の熱プレス法(特開昭56−157310号公報参
照)、紫外線硬化性の熱可塑性樹脂フィルムにロールエ
ンボス版によってエンボス加工した後に、紫外線を照射
してそのフィルムを硬化させる方法(特開昭61−15
6273号公報参照)等がある。
【0040】透光性フィルム18及び単位プリズム12
の材質は、ポリメタアクリル酸メチル、ポリアクリル酸
メチル等のアクリル酸エステル又はメタアクリル酸エス
テルの単独若しくは共重合体、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、
ポリカーボネート、ポリエチレン等の透明な樹脂、透明
なガラス、透明なセラミクス等の透光性材料からなる平
面形状をしたシート状又は板状の部材から構成される。
【0041】前記透光性フィルム18は、例えば液晶表
示装置におけるバックライト光源用として用いる場合に
は、厚さが20〜1000μm程度が好ましい。
【0042】又、単位プリズム12のピッチは1〜10
00μm、より好ましくは10μmとする。
【0043】次に、図3を参照して、上記プリズム配列
フィルム10を利用したエッジライト型面光源について
説明する。
【0044】このエッジライト型面光源30は、透光性
材料からなり、一面が光反射面32A、他面が出光面3
2Bとされた導光板32と、この導光板32の一側端面
32Cに沿って配置され、該一側端面32Cから導光板
32内に光を入射する蛍光灯等からなる光源34と、前
記導光板32における前記出光面32B側に配置された
前記プリズム配列フィルム10とから構成されている。
【0045】図3における符号36は、前記出光面32
Bとプリズム配列フィルム10との間に配置された光拡
散シート、38は、導光板32の光反射面32A側にコ
ーティングされた光拡散物質をそれぞれ示す。
【0046】前記導光板32は、プリズム配列フィルム
10と同様な材料によって形成され、光反射面32A
は、例えば、白色PET(ポリエチレンテレフタレー
ト)フィルム等から構成される。又、光拡散シート36
は、アクリルビーズ等の微細な小球を含む材料からな
り、出光面32Bからの入射光を拡散するものである。
更に、光拡散物質38も、同様に微細なアクリル球等を
含む塗料を塗布して形成されている。
【0047】前記エッジライト型面光源30は、前述の
如く、プリズム配列フィルム10により、入射面14と
垂直方向成分の多い出射光20が出光されるので、これ
を液晶表示装置等のバックライト光源として用いた場合
は、画面の輝度を大幅に向上させることができる。
【0048】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので、
部品点数や重量、消費電力を増加することなく、出光面
の法線方向の輝度値を向上させることができるという優
れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプリズム配列フィルムの要部を拡
大して示す斜視図
【図2】同プリズム配列フィルムにおける1個の単位プ
リズムを拡大して示す模式図
【図3】上記プリズム配列フィルムを用いたエッジライ
ト型面光源を示す側面図
【符号の説明】
10…プリズム配列フィルム 12…単位プリズム 12A…稜線 12B…傾斜面 14…入射面 16…入射光 18…透光性フィルム 20…出射光 30…エッジライト型面光源 32…導光板 32A…光反射面 32B…出光面 32C…一側端面 34…光源 36…光拡散シート

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3角柱形状の透光性物質からなる単位プリ
    ズムを、その断面形状における3角形の一辺が入射面を
    形成し、且つ、稜線が相互に平行になるように配列した
    プリズム配列フィルムにおいて、前記稜線は前記入射面
    への入射光の主ローブと交叉するように配列され、 前記単位プリズムを、その3角形の断面形状が、該断面
    における前記入光面に沿う2つの底角が相異なる不等辺
    3角形となり、且つ、前記2つの底角のうち、前記入射
    光の主ローブ方向基端側の底角が実質的に45°、他方
    の底角が実質的に55°以上となるようにしたことを特
    徴とするプリズム配列フィルム。
  2. 【請求項2】透光性材料からなり、一面が光反射面、他
    面が出光面とされた導光板と、この導光板の一側端面に
    沿って配置され、該一側端面から導光板内に光を入射す
    る光源と、前記導光板の前記出光面側に配置され、略3
    角柱形状の透光性物質からなる単位プリズムを、3角形
    の一辺が前記出光面に沿ってこれと平行、且つ、稜線が
    相互に平行になるように、前記光源側の一側端面から反
    対側の端面に向かって、複数隣接して配列したプリズム
    配列フィルムと、を有してなるエッジライト型面光源に
    おいて、 前記導光板から前記単位プリズムへの主ローブの光の入
    射角を40°以上とすると共に、前記単位プリズムを、
    その3角形の断面形状が、該断面における前記出光面に
    沿う2つの底角が相異なる不等辺3角形となり、且つ、
    前記2つの底角のうち、前記光源側の底角が実質的に4
    5°、他方の底角が実質的に55°以上となるようにし
    たことを特徴とするエッジライト型面光源。
  3. 【請求項3】請求項2において、前記導光板から前記単
    位プリズムへの光の入射角がほぼ80°となるようにし
    たことを特徴とするエッジライト型面光源。
  4. 【請求項4】透光性材料からなり、一面が光反射面、他
    面が出光面とされた導光板と、この導光板の一側端面に
    沿って配置され、該一側端面から導光板内に光を入射す
    る光源と、前記導光板の前記出光面側に配置され、略3
    角柱形状の透光性物質からなる単位プリズムを、3角形
    の一辺が前記出光面に沿ってこれと平行、且つ、稜線が
    相互に平行になるように、前記光源側の一側端面から反
    対側の端面に向かって、複数隣接して配列したプリズム
    配列フィルムと、を有してなるエッジライト型面光源に
    おいて、 前記単位プリズムを、その3角形の断面形状が、該断面
    における前記出光面に沿う2つの底角が相異なる不等辺
    3角形となり、且つ、前記2つの底角のうち、前記光源
    側の底角が実質的に45°、他方の底角が46°以上、
    78.1°以下となるようにしたことを特徴とするエッ
    ジライト型面光源。
  5. 【請求項5】請求項2、3又は4において、前記導光板
    の出光面と前記プリズム配列フィルムとの間に、光拡散
    シートを介在させたことを特徴とするエッジライト型面
    光源。
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