JP3948625B2 - Surface light source using lens sheet - Google Patents
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Description
本発明は、レンズシートを用いた面光源に関するものであり、液晶表示装置等の表示装置のバックライト用、照明広告、交通標識等に有用なものである。 The present invention relates to a surface light source using a lens sheet, and is useful for backlights of display devices such as liquid crystal display devices, lighting advertisements, traffic signs, and the like.
液晶表示装置(LCD)のバックライト用の面光源として、
(1)図1のような透光性平板を導光体としたエッジライト方式のものが知られている。このような面光源では、透明な平行平板からなる導光体の側端面の双方又は一方から光を入射させ、透光性平板内部の全反射を利用し光を導光板の全域に遍く伝播させ、その伝播した光の一部を導光体裏面の光散乱反射板で臨界角未満の拡散反射光となし、導光板表面から拡散光を放出する(実開昭55−162201)。
As a surface light source for backlight of liquid crystal display (LCD),
(1) An edge light type using a light-transmitting flat plate as shown in FIG. 1 is known. In such a surface light source, light is incident from both or one of the side end surfaces of a light guide made of a transparent parallel plate, and light is propagated uniformly throughout the light guide plate using total reflection inside the translucent plate. A part of the propagated light is diffused and reflected below the critical angle by the light scattering and reflecting plate on the back surface of the light guide, and diffused light is emitted from the surface of the light guide plate (Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-162201).
(2)図2のような一方の面に突起を有し、もう一方の面を平滑面としたレンズシートを、(1)の面光源の導光板表面上に、突起面を上にして重ね、レンズの光集束作用を利用して、その拡散放射光を所望の角度範囲内に均一等方的に拡散させることができる(実開平4−107201)。このレンズシートは、艶消透明拡散板(艶消透明シート)と組合せて使用する場合には、単に、艶消透明拡散板のみを用いたもの(米国特許第4729067号)よりも、光源の光エネルギーを所望の限られた角度範囲内に重点的に分配し、かつ、その角度範囲内では均一等方性の高い拡散光を得ることはできた。 (2) A lens sheet having a projection on one surface as shown in FIG. 2 and a smooth surface on the other surface is overlaid on the light guide plate surface of the surface light source of (1) with the projection surface facing upward. The diffused radiation can be uniformly and isotropically diffused within a desired angle range by utilizing the light focusing action of the lens (Actual Hei 4-107201). When this lens sheet is used in combination with a matte transparent diffuser (matte transparent sheet), the light of the light source is more than that using only the matte transparent diffuser (US Pat. No. 4,729,067). It was possible to intensively distribute energy within a desired limited angular range, and to obtain diffused light with high uniformity and isotropicity within that angular range.
しかし、前述した従来の技術(1)では、導光体裏面に光散乱板を設けただけでは、放出光は導光体表面の法線方向に対して60度の角度をピークに比較的鋭い分布をすることになり、最も光を必要とする法線方向の輝度が不足し、需要の少ない斜め横方向に光エネルギーが散逸してしまう。また、従来の技術(2)では導光体の光放出面上にレンズシートを積層し、そのレンズシートとしてレンズ形状に三角柱プリズム型の単位レンズ部を多数平行に配置したレンチキュラーレンズを用いた場合には、光放出面の法線方向を中心として30°〜60゜の角度内に放出される光エネルギー比率が高くなるが、予想に反して、導光板側端部から2〜4cm迄は高輝度であるが、それ以上遠ざかると輝度が漸次低下し、光源と反対側の端部では目立って暗くなる。 However, in the conventional technique (1) described above, the emission light is relatively sharp with a peak at an angle of 60 degrees with respect to the normal direction of the light guide surface only by providing a light scattering plate on the back surface of the light guide. It will be distributed, and the luminance in the normal direction that requires the most light will be insufficient, and light energy will be dissipated in the oblique lateral direction where there is little demand. Further, in the conventional technique (2), when a lens sheet is laminated on the light emitting surface of the light guide, and a lenticular lens in which a large number of triangular prism prism unit lens portions are arranged in parallel is used as the lens sheet. The ratio of light energy emitted within an angle of 30 ° to 60 ° centering on the normal direction of the light emitting surface is high, but contrary to expectation, it is high from 2 to 4 cm from the light guide plate side end. Although it is a brightness | luminance, a brightness | luminance will fall gradually if it goes away more, and it will become conspicuously dark in the edge part on the opposite side to a light source.
比の点を改良すべく、
(3)特開平1−245220号のように、導光体裏面の光散乱層を網点等のパターン状とし、且つそのパターンの面積を光源に近づく程小さく、光源から遠ざかる程大きくさせて導光板面内の輝度分布を補正、均一化させる試み。
To improve the ratio,
(3) As disclosed in JP-A-1-245220, the light scattering layer on the back surface of the light guide has a pattern such as a halftone dot, and the area of the pattern decreases as it approaches the light source and increases as it moves away from the light source. An attempt to correct and equalize the luminance distribution in the optical plate.
(4)特開平3−9306号のように導光板の側端部の2箇所以上に光源を配置して導光板面内の輝度分布を補正、均一化させる試み。
がなされたが、いずれも完全に輝度を均一化することは難しく、又(3)では光放出面側から、光散乱層を網点が目立ってしまう欠点があり、又(4)では光源のスペース、消費電力とも2倍以上となる欠点があった。
(4) An attempt to correct and equalize the luminance distribution in the surface of the light guide plate by disposing light sources at two or more locations on the side edge of the light guide plate as disclosed in JP-A-3-9306.
However, in all cases, it is difficult to make the luminance completely uniform. In (3), the light scattering layer is conspicuous from the light emitting surface side. In (4), the light source There was a drawback that both space and power consumption were more than doubled.
本発明の目的は、前述の課題を解決し、液晶表示装置のバックライト用等の用途のレンズシートを用いた面光源を提供する事であり、その際消費電力や発熱量を増大させることなく、所望の角度範囲内のみに均一且つ高輝度発光をし、面内での場所による輝度のバラツキもない面発光を得ることである。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a surface light source using a lens sheet for use in a backlight of a liquid crystal display device, without increasing power consumption or heat generation. It is to obtain uniform and high luminance light emission only within a desired angle range, and to obtain surface light emission with no variation in luminance depending on the location within the surface.
上記の目的を達成するために本発明の面光源は、透光性平板からなる導光体と、該導光体の側端面の双方又は一方に隣接して設けられた光源ユニットと、該導光体裏面の光反射層と、該導光体表面の光放出面上に配置されたレンズシートと、該導光体と該レンズシートとの間に配置された光等方拡散性シートとから構成される面光源であって、
該導光体の表面が光源光の波長以下の表面粗さの平滑平面となっており、
該光等方拡散性シートの表面には光源光波長以上、100μm以下の高さの空隙形成用突起群を形成してなり、かつ、
該突起群は該導光体表面と該光等方拡散性シートとの間に光源光の波長以上の空隙を少なくとも部分的に形成してなることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a surface light source of the present invention includes a light guide made of a light-transmitting flat plate, a light source unit provided adjacent to one or both of the side end faces of the light guide, and the light guide. A light reflecting layer on the back surface of the light body, a lens sheet disposed on the light emitting surface of the light guide body, and a light isotropic diffusive sheet disposed between the light guide body and the lens sheet. A surface light source comprising:
The surface of the light guide is a smooth plane having a surface roughness equal to or less than the wavelength of the light source light,
On the surface of the light isotropic diffusive sheet, a gap forming protrusion group having a height of 100 μm or less and a light source light wavelength is formed, and
The projection group is characterized in that a gap having a wavelength longer than that of the light source light is formed at least partially between the surface of the light guide and the light isotropic diffusive sheet.
以上の面光源において、前記レンズシートは、一方の面に凸部又は凹部からなるレンズ群が形成され、該レンズ群を導光体とは反対側に向けて積層して構成される。 In the above surface light source, the lens sheet is formed by forming a lens group including a convex portion or a concave portion on one surface and laminating the lens group toward the side opposite to the light guide.
本発明の面光源において用いられる光等方拡散性シートの表面の突起群の為、エッジライト型面光源の導光板の平滑平面上に置いた場合に、光等方拡散性シートと導光板との間に確実に、光源光の波長以上の空隙を形成出来る。 Because of the group of protrusions on the surface of the light isotropic diffusive sheet used in the surface light source of the present invention, when placed on the smooth plane of the light guide plate of the edge light type surface light source, A gap having a wavelength longer than that of the light source light can be reliably formed.
その為レンズシートを置いても、導光板表面での光全反射による導光板内全体への光源光の均一な分配を妨げることがない。 Therefore, even if a lens sheet is placed, uniform distribution of light source light to the entire light guide plate due to total light reflection on the surface of the light guide plate is not hindered.
又本発明のエッジライト型面光源は、レンズシートを使用している為レンズによって所望の角度範囲内に均一な輝度を得ることができ、しかも輝度が光源近傍にのみ集中することがなく、全面均一な輝度分布を得ることができる。 Further, since the edge light type surface light source of the present invention uses a lens sheet, the lens can obtain a uniform luminance within a desired angle range, and the luminance is not concentrated only in the vicinity of the light source. A uniform luminance distribution can be obtained.
本発明のレンズシート4は、例えば図6のように柱状体の単位レンズ42をその長軸(稜線)方向を平行にして隣接して配列させてなる柱状レンズ群(広義のレンチキュラーレンズ)、又は図14のように半球面等周囲が独立した突起状の単位レンズ42を多数2次元方向に配列してなる蠅の眼レンズが使用される。
The
比処で単位レンズの断面形状としては図12、図14のように円、楕円、カージオイド、ランキンの卵形、サイクロイド、又はインボリュート曲線等の連続で滑らかな曲線、或いは図6の様に三角形、四角形、又は六角形等の多角形の一部分又は全体を用いる。 The cross-sectional shape of the unit lens is a continuous and smooth curve such as a circle, ellipse, cardioid, Rankine oval, cycloid, or involute curve as shown in FIGS. 12 and 14, or a triangle as shown in FIG. A part or the whole of a polygon such as a square, a hexagon, or the like is used.
これら単位レンズは、図12の様な凸レンズでも、図13の様な凹レンズでも良い。これらの中でも、好ましいのは設計、製造の容易さ、集光、光の拡散特性(半値角、サイドローブ光(斜め方向に出来る輝度のピーク)の少なさ、半値角内輝度の等方性、法線方向の輝度)等の点から円柱又は楕円柱である。特に面光源の法線方向が長軸となった楕円が輝度が高く好ましい。長軸/短軸=1.56〜1.27の範囲が特に良好である。 These unit lenses may be convex lenses as shown in FIG. 12 or concave lenses as shown in FIG. Among these, preferred are design, ease of manufacture, light collection, light diffusion characteristics (half-value angle, small sidelobe light (brightness peak that can be formed in an oblique direction), isotropic half-angle angle brightness, It is a cylinder or an elliptical column in terms of brightness in the normal direction). In particular, an ellipse having a long axis in the normal direction of the surface light source is preferable because of high luminance. The range of long axis / short axis = 1.56 to 1.27 is particularly good.
これら、レンズシートは1枚構成で用いることもできるが、柱状レンズを用いて2方向(上下方向、左右方向)の光拡散角を制御する為には図15のように2枚のレンズシートを、その長軸が直交するように積層しても良い。この場合レンズ面の向きは図15のように2枚とも同じ向きにするのが、光の透過性が高く最も良好であるが、勿論レンズシートのレンズが対抗して向き合う(レンズ面は2枚のレンズシートの間に挟まれる)ようにしても良い。又該レンズシートは図6のように透光性基材を一体成形して得ても良いし、又図10のように透光性平板(又はシート)44の上に単位レンズ42を形成したものでも良い。
These lens sheets can be used in a single-sheet configuration, but in order to control the light diffusion angle in two directions (vertical and horizontal directions) using a columnar lens, two lens sheets are used as shown in FIG. The layers may be laminated so that their long axes are orthogonal to each other. In this case, the orientation of the lens surfaces is the same as shown in FIG. 15 because the light transmission is the highest and the best, but of course the lenses of the lens sheet face each other (two lens surfaces are facing each other). Between the lens sheets). Further, the lens sheet may be obtained by integrally molding a translucent substrate as shown in FIG. 6, or a
該レンズシート4は透光性基材から形成される。此処で透光性基材としては、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,ポリブ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,ポリスチレン、ポリメチルペンテン等熱可塑性樹脂、或いは赤外線又は電子線で架橋した、多官能のウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート等のアクリレート、不飽和ポリエステル等透明な樹脂,透明な硝子等、透明なセラミックス等が用いられる。
The
この透光性基材は、レンズシートとして用いる場合には、通常総厚みが20〜1000μm程度とする。 When this translucent base material is used as a lens sheet, the total thickness is usually about 20 to 1000 μm.
レンズ形状を形成する方法としては、例えば、公知の熱プレス法(特開昭56−157310号公報記載)、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のちに、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61−156273号公報記載)、レンズ形状を刻設したロール凹版上に紫外線又は電子線硬化性樹脂液を塗布し凹部に充填後、樹脂液を介してロール凹版上に透明基材フィルムを被覆したまま紫外線又は電子線を照射し硬化させた樹脂と、それに接着した基材フィルムとをロール凹版から離型し、ロール凹版のレンズ形状を硬化樹脂層に賦型する方法(特開平3−223883号、米国特許第4576850号等)等を用いる。 As a method for forming the lens shape, for example, a known heat press method (described in JP-A-56-157310), an ultraviolet curable thermoplastic resin film is embossed with a roll emboss plate, and then irradiated with ultraviolet rays. Then, the film is cured (described in JP-A-61-156273), an ultraviolet or electron beam curable resin liquid is applied on a roll intaglio engraved with a lens shape, filled in the concave portion, and then passed through the resin liquid. Then, the resin cured by irradiating UV or electron beam with the transparent base film coated on the roll intaglio and the base film adhered thereto are released from the roll intaglio, and the lens shape of the roll intaglio is cured resin layer. And the like (JP-A-3-2233883, US Pat. No. 4,576,850, etc.) and the like are used.
透光性基材に要求される透光性は、各用途の使用に支障のない程度に、拡散光を最低限透過するように選定する必要があり、無色透明が一番望ましいが、用途によっては着色透明又は艶消半透明であってもよい。 The translucency required for the translucent substrate must be selected so that it can transmit diffused light to the minimum to the extent that it does not hinder the use of each application. May be colored transparent or matte translucent.
ここで、艶消透明とは、透過光を半立体角内のあらゆる方向にほぼ均一等方的に拡散透過させる性質をいい、光等方拡散性と同義語に用いられる。つまり、艷消透明とは、透明性基材の表面の法線方向とのなす角をθとした場合に、平行光束を裏面から入射させたとき(入射角i=0゜)における透過光強度の角度分布I0 (θ)がcos分布〔I0 (θ)=I0 mpcosθ、−90°≦θ≦90°、θは法線Nとのなす角、I0 mpは法線方向の透過光強度〕又はそれに類似する分布となることを云う。なお、Ii (θ)の定義については後述する。 Here, matte transparency refers to the property of transmitting and transmitting transmitted light almost uniformly and isotropically in all directions within a half solid angle, and is used synonymously with light isotropic diffusibility. In other words, annihilation transparency is the transmitted light intensity when a parallel light beam is incident from the back surface (incident angle i = 0 °), where θ is the angle formed with the normal direction of the surface of the transparent substrate. angular distribution I 0 (theta) is cos distribution [I 0 (θ) = I 0 mp cosθ, -90 ° ≦ θ ≦ 90 °, θ is the angle between the normal line N, I 0 mp is the normal direction Transmitted light intensity] or similar distribution. The definition of I i (θ) will be described later.
レンズシート裏面に形成する高さが光源光の波長以上、100μm以下の突起群41は、図6のように一体成形レンズシート4の裏面に熱プレスによるエンボス加工、サンドブラスト加工等で直接形成することも出来るし、其の他図10のようにレンズシート4の平坦な裏面に突起を有する透光性材料層を形成することによっても出来る。具体的には、炭酸カルシウム、シリカ、アクリル樹脂等の透明な微粒子を透明バインダーに分散させた塗料を塗工して、塗膜の表面に微粒子の凹凸を現出させる方法、或いは前記の特開平3−223883号、米国特許第4576850号等に開示されるロール凹版上で紫外線又は電子線硬化性樹脂液を表面が艶消し微小凹凸となる様に成形する方法等を用いる。
The
該突起41は、図5のように導光板1の平滑表面10とレンズシート4との間に光源光の波長以上の間隙9(寸法ΔX)を少なくとも部分的に形成させる事が目的である。後述するように間隙ΔXが光源光の波長未満だと、導光板1の平滑平面10での光全反射が充分に起きなくなり、又100μm超過だと突起の凹凸形状が目立ってきて不都合である。
The purpose of the
此の目的が達せられれば、該突起41はいかなる凹凸形状でも良いが、所望の拡散角内で均一な輝度の角度分布と光源光内での均一な輝度分布とを得る点から、最も好ましい態度は、図5、図6、図9、図10のようにレンズシート4の裏面にランダムな凹凸形状(例えば砂目模様、梨地模様等)を全面に形成したものである。
If this purpose is achieved, the
此の様にすると、図5に示すようにレンズシート4の裏面から入射した光L1、L2S等は該突起群41が光拡散層としても作用して光を等方的に拡散する為、別途艶消透明シートを介在させることなく均一な角度分布がえられ、又網点状のパターンが目立つこともなく良好である。
In this case, as shown in FIG. 5, the light L1, L2S and the like incident from the back surface of the
勿論この他、図4の如く艶消し透明性と表面の波長以上、100μm以下の突起群41とを有する光等方拡散性シート8を、レンズシート4と導光板の平滑平面10との間に介在させる事も出来る。但し、この場合は光が拡散する界面が複数(平滑平面10/突起群41、光等方拡散性シート8/レンズシート4の裏面、もし艶消し剤が含有されていれば光等方拡散性シート8内部)になるため、法線方向近傍の有効な光エネルギーの損失は大きくなる。
Of course, as shown in FIG. 4, a light isotropic diffusive sheet 8 having a matte transparency and a
又、図11の如く、突起群41は、網点等の互いに隔たった点状パターンが平面内に分布配列したものを用いる事もできる。但し、この様にするとパターン41が目立つ為、艶消し剤をレンズシート4に分散させる等の工夫が必要となる。
Further, as shown in FIG. 11, the
本発明の面光源は図5の断面図、及び図7の斜視図で示される構成となっている。導光板1、その側端部の少なくとも1個所に隣接して設置された線状又は点状光源3、導光板の裏面の光反射層2、導光板の光反射層とは反対面に設置されたレンズシート4、とを最低限の構成となすものである。通常これらに、光源光反射鏡5、全体を収納し、光放出面を窓とした収納筺体(図示せず)、電源(図示せず)等も付随する。
The surface light source of the present invention has a configuration shown in the sectional view of FIG. 5 and the perspective view of FIG. The
導光板1の光反射層の反対面10は平面であり、表面粗さ(JIS−B−0601の十点平均粗さRzで計測される)は、光源光の波長以下に仕上げる。通常光源は可視光線であり、その波長は0.4〜0.8μmであるから、表面粗さは0.4μm以下とする。
The
この程度の粗さに什上げる方法としては公知の手法、例えば鏡面板での熱プレス、鏡面性の形を用いた射出成形、注型(キャステイング)成形、光学レンンズ等で行われている精密研磨等を用いれば良い。 As a method for raising the roughness to such a level, known methods such as hot pressing with a mirror plate, injection molding using a specular shape, casting (casting) molding, precision polishing performed by optical lens, etc. Etc. may be used.
導光板1の材料としては、前記のレンズシートの材料と同様の透光性材料の中から選択する。通常はアクリル又はポリカーボネートの樹脂が用いられる。
The material of the
導光板の厚みは、通常1〜10mm程度のものが用いられる。 The thickness of the light guide plate is usually about 1 to 10 mm.
光源3としては、螢光燈等の線光源が全面均一の輝度を得る上で好ましいが、白熱電球等の点光源を用いる事も可能である。該光源3は図示した様に導光板の側端部の外に隔離して設ける以外に、導光板1の側端部を一部切り欠いて、一部又は全部を導光板の中に埋設する事も可能である。
As the light source 3, a line light source such as a fluorescent lamp is preferable for obtaining uniform brightness over the entire surface, but a point light source such as an incandescent lamp can also be used. The light source 3 is provided outside the side end of the light guide plate as shown in the drawing, and the side end of the
高輝度と輝度の面内での均一性向上の点から、光源3を導光板1のもう片方の側端部にも設置する事もできる。
The light source 3 can also be installed at the other side end of the
光源光反射鏡5としては公知のもの、例えば放物面柱、双曲線柱、楕円柱等の形状をした板の内面に金属蒸着をしたものが用いられる。 As the light source light reflecting mirror 5, a publicly known one, for example, a metal vapor-deposited material on the inner surface of a parabolic column, a hyperbolic column, an elliptic column or the like is used.
導光板の平滑平面10上には、前記のレンズシート4を積層する。その際図5のようにレンズシート4のレンズ面を外側(平面10の反対面)に、突起群41が内側(平面10側)を向くようにして載せることにより、レンズシート4と導光板1の平滑面10との間に、光源光の波長λ以上の空隙9が少なくとも一部分はできるようにする。空隙部分9の面積比率R即ち、
R=(波長λ以上の空隙のある部分の面積/導光板全表面積)×100%
は、要求される面内での輝度の均一性、光エネルギーの利用効率、導光板の寸法等により決定されるが、通常は、比率Rは80%以上、より好ましくは90%以上必要である。
The
R = (Area of the portion having a gap of wavelength λ or more / total surface area of the light guide plate) × 100%
Is determined by the required in-plane luminance uniformity, light energy utilization efficiency, light guide plate dimensions, etc., but usually the ratio R needs to be 80% or more, more preferably 90% or more. .
この理由としては、実験の結果、図3の様な、ともに表面粗さが光の波長以下の平滑な導光板表面10とレンズシートの表面41とを密着させた場合、線光源3からの入力光のうち大部分が、光源側の側端部から距離yの所で全反射することなく放出され、yより遠い所では急激に輝度が低下して暗くなることが判明した。
The reason for this is that, as a result of the experiment, as shown in FIG. 3, when the smooth light
そして、発光部の長さyと導光板の光伝播方向の全長Yに対する比率、(y/Y)×100=10〜20%である事が判明した。よって、光源から導光板平面10に入射する光エネルギー量を全長さYに均等に分配する為にには、平面10への入射光のうち10〜20%だは透過させ、残り90〜80%を全反射させる必要がある。概ね、
(全反射光量/透過光量)=(波長λ以上の空隙のある部分の面積/導光板全表面積)=R
で近似されることから、Rは80〜90%以上必要となる事が判明した。
And it turned out that it is the ratio with respect to the full length Y of the light propagation direction of the length y of a light-emitting part, and the light-guide plate, (y / Y) * 100 = 10-20%. Therefore, in order to evenly distribute the amount of light energy incident on the light
(Total reflected light amount / transmitted light amount) = (Area of a portion having a gap of wavelength λ or more / total surface area of light guide plate) = R
From the above, it was found that R needs 80 to 90% or more.
レンズシート4と導光板1との間に光導光の波長以上の空隙を形成する方法としては、レンズシート4を、そのレンズ面42と突起群41の向きを図5とは反転させて置くことも出来る(図示せず)。
As a method of forming a gap longer than the wavelength of the light guide between the
但しこの場合は、一旦レンズ面42で所望の角度内に集束された光が、再び等方的に発散してしまう為、光の拡散角を最適値である法線を中心とした30度〜60度内に制御することが難しい。
However, in this case, since the light once focused within the desired angle on the
光反射層2は、光を拡散反射させる性能を持つ層であって、以下のように構成することができる。
(1) 導光板層の片面に、高隠蔽性かつ白色度の高い顔料、例えば、二酸化チタン,アルミニウム等の粉末を分散させた白色層を塗装などによって形成する。
(2) サンドブライト加工、エンボス加工等によって艶消微細凹凸を形成した導光板の凹凸模様面に、更に、アルミニウム,クロム,銀等のような金属をメッキ又は蒸着等して、金属薄膜層を形成する。
(3) 隠蔽性が低く単にマット面を塗布で形成した白色層に、金属薄膜層を形成する。
(4) 網点状の白色層に形成し、光源から遠ざかるに従って面積率を増やして、光源の光量が減衰するのを補正するようにしてもよい。
The
(1) On one side of the light guide plate layer, a white layer in which a powder of high concealment and high whiteness, for example, a powder of titanium dioxide, aluminum or the like is dispersed is formed by painting or the like.
(2) The metal thin film layer is formed by plating or vapor-depositing a metal such as aluminum, chromium, silver, etc. on the uneven pattern surface of the light guide plate on which the matte fine unevenness is formed by sand bright processing, embossing, etc. Form.
(3) A metal thin film layer is formed on a white layer which has low concealability and is simply formed by applying a matte surface.
(4) It may be formed in a halftone dot white layer, and the area ratio may be increased as the distance from the light source is increased to correct the attenuation of the light amount of the light source.
尚本発明の面光源100を透過型LCD等の透過型表示装置のバックライト(背面光源)として使用する場合の構成は図8の通りである。即ち本発明の面光源100のレンズシートのレンズ面(単位レンズ42のある側)の上に透過型表示装置6を積層すれば良い。
The configuration when the
面光源の光の分布状態を評価するには、拡散角が有効である。 The diffusion angle is effective for evaluating the light distribution state of the surface light source.
拡散角としては例えば半値角θH が用いられる。これは、透過光輝度(又は強度)が光放出面の法線からの角度θの減少関数I(θ)とした時に、I(θH )=I(0)/2となる角θH として定義される。 As the diffusion angle, for example, the half-value angle θ H is used. This is when the transmitted light intensity (or intensity) is a decreasing function I of an angle theta from the normal of the light emitting surface (theta), as I (θ H) = I ( 0) / 2 to become angle theta H Defined.
次に、本発明の作用を説明する。 Next, the operation of the present invention will be described.
エッジライト方式面光源の作用機構は図1のように、光源3から導光板1に入射し導光板の平滑平面10に直接入射する光線のうち、光源近傍に入射するL1は入射角(面10の法線とのなす角)が小さく臨界角未満になる為、入射光量の何割かが透過光L1Tとなって放出する。これによって、光源近傍の放出光が形成される。一方、光源3から比較的離れた所に直接入射する光線L2は入射角が大きく、臨界角以上となる為、外部には放出されず全反射光L2Rとなって更に遠方へ送られ、導光板裏面の光拡散反射層2で拡散(乱)反射光L2Sとなって四方八方に進む、これらの何割かは臨界角未満で面10へ入射し、その更に何割かが放出光となる。これによって光源から離れた所での放出光が形成される。
As shown in FIG. 1, the working mechanism of the edge light type surface light source is L1 which is incident near the light source among the light rays incident on the
此処で、導光板1の平滑平面10の上に、非レンズ面が平滑平面となったレンズシート4の平滑面が面10に接する向きで積層した状態が第3図である。通常使用される透光性材料の屈折率は、いずれも大体1.5前後であり、相互の差は大きくない。よって、程度の差はあれ、図3のようにレンズシート4と導光板1とは光学的に殆ど一体の物となる。そうすると、レンズシート4の単位レンズ42の表面は平滑平面10に対し傾斜を持つので、光源近傍で導光板に入射する光線の大部分、例えばL1、L2、L3は臨界角未満で入射する為、何割かがその儘放出され、反射した光も大部分が光源方向に戻され、遠方に伝播されない。
Here, FIG. 3 shows a state in which the smooth surface of the
もちろん、光源から直接遠方のレンズ面に入射し、そこから放出光となる光線、例えば図3のL4も存在するが、その量は図1の場合より少ない。 Of course, there is also a light ray that directly enters the lens surface far from the light source and becomes emission light, for example, L4 in FIG. 3, but the amount thereof is smaller than that in FIG.
故に前述ように、面光線からの放出光は、光源側近傍導光板の全面積の10〜20%の所に大部分集中してしまう事になる。 Therefore, as described above, the emitted light from the surface light is mostly concentrated at 10 to 20% of the total area of the light guide plate near the light source.
一方本発明では、図5のように、レンズシート4の非レンズ面側に突起群41を形成し、それにより導光板の平滑平面10とレンズシート4との間に、少なくとも部分的に、空隙9を形成する。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 5, a
此の空隙部9では、通常1.5程度の導光板1と屈折率1.0程度の空気層(乃至は真空層)とが平面10を界面として隣接する為、図1の場合と同様の光全反射が起こる。そのため光源近傍の領域では平面10に臨界角未満で入射し透過していく光線L1Tによって放出光がえられ、又光源から離れた領域では該空隙部9の界面で全反射した後、裏面の光拡散反射層2で拡散反射した光線のうち臨界角未満の成分L2Tによって放出光が得られる。
In this
勿論、L2Tの中でも、一部、突起群41と平面10とが接触している領域に入射した光は、全反射せず、そのまま透過し放出光となる。空隙部の面積比Rが80〜90%以上の場合、全面ほぼ均一な輝度分布となることは、前述の通りである。
Of course, in L2T, part of the light incident on the region where the
又ここで、突起の高さ(即ち空隙部の間隔)を、光源光の一波長以上にしたことにより、面10での全反射が確実なものとなる。
Here, the total reflection on the
その理由としては、図16のように、導光板内部から導光板の平滑平面10入射した光線L1が全反射して反射光L1Rになる場合、厳密に言うと光の電磁場は全く空気(又は真空)9の中に存在しない訳ではなく、一部トンネル効果により界面10を透過した電磁場L1Vが存在している。但し、此の電磁場L1Vは指数関数的に減衰し、光の波長程度のオーダーで振幅は0となる。
The reason for this is that, as shown in FIG. 16, when the light beam L1 incident on the smoothing
よって、空隙9が光の波長に比べて充分大きな距離続けば、光線L1は事実上全く、空隙部9の中には入らない。
Therefore, if the
ところが、図17のように導光板1とほぼ同屈折率のレンズシート4が、導光板の面10に対して、光の波長λ未満の距離ΔX迄近づくと(ΔX<λ)、完全に減衰せずにレンズシート4に入った電磁場L1Vは再び進行波L1Tとなる、即ち透過光L1Tが生じてしまう。
However, as shown in FIG. 17, when the
本発明に於いては、レンズシート4の裏面に突起41が形成してある為、図18のように導光板1とレンズシート4との間には空隙部9を有する領域と空隙部が無く光学的に両者が一体化している(或いは空隙が有っても光の波長未満)領域とができる。
In the present invention, since the
これらのうち、空隙部では入射光の全反射が起こり、空隙のない部分では入射光は透過する。空隙部面積の導光板面積に対する比で、面10で全反射する光量の比が決まることは前述の通りである。
Among these, the total reflection of the incident light occurs in the gap portion, and the incident light is transmitted in the portion without the gap. As described above, the ratio of the amount of light totally reflected on the
〔実施例1〕
(レンズの形成工程)
図19の様な装置を用い、以下の工程により製造した。
(1)厚さ100μmの無色透明な2軸延伸ポリエチレンテレフタレートの基材フィルムの巻取りロール11を用意した。
(2)金属円筒表面に楕円柱レンチキュラーレンズ形状の逆型(同一形状で凹凸が逆)15を該設したロール状凹板14を用意し、これを中心軸の回りに回転させつつ、Tダイ型ノズル21から紫外線硬化型樹脂液16を版面に供給し、レンズの逆型の凹凸表面を充填被覆した。
(3)次いで前記基材フィルム12を巻取りロール11からロール状凹版14の回転周速度と同期する速度で巻出して、押圧ロール13で基材フィルムを該ロール凹版上に、該樹脂液を間に介して積層密着させ、その儘の状態で水銀燈23、23からの紫外線を基材フィルム側から照射し、該逆型内で樹脂液を架橋硬化させると同時に基材フィルムと接着した。
(4)次いで剥離ロール18を用いて走行する基材フィルムを、それに接着したレンズ形状19の成形された硬化樹脂と共に剥離し、楕円柱レンチキュラーレンズシート20を得た。該レンズシートはそのまま巻き取った。
[Example 1]
(Lens formation process)
Using the apparatus as shown in FIG. 19, it was manufactured by the following process.
(1) A colorless and transparent biaxially stretched polyethylene terephthalate base
(2) A roll-shaped
(3) Next, the
(4) Next, the base film traveling using the peeling
ちなみに;
(レンズ形状);図20の通り、
単位レンズ形状;楕円柱(長軸をレンズシートの法線方向に向ける。)
長軸長2b=204μm
短軸長2a=150μm
長軸長/短軸長=2b/2a=1.36
レンズ単位の繰り返し周期p=130μm
紫外線硬化性樹脂液;
多官能ポリエステルアクリレートオリゴマー
光反応開始剤
を主成分とする。
(裏面の突起群の成形工程)
(1)金属円筒表面に梨地状の微小突起群の逆型を該設したロール状凹版を用意した
(2)次いでレンズ成形工程で製造したレンズシートを巻取りロールから巻戻し、レンズ成形工程と同様の装置、樹脂液、を用いて、該レンズシートの裏面に紫外線硬化型樹脂硬化物よりなる梨地状の微小突起群を成形した。
By the way;
(Lens shape); as shown in FIG.
Unit lens shape: elliptic cylinder (Long axis is in the normal direction of the lens sheet.)
Long axis length 2b = 204 μm
Short axis length 2a = 150μm
Long axis length / short axis length = 2b / 2a = 1.36
Repetition period of lens unit p = 130 μm
UV curable resin liquid;
The main component is a polyfunctional polyester acrylate oligomer photoinitiator.
(Molding process of back projection group)
(1) A roll-shaped intaglio was prepared in which a reverse surface of a satin-like microprojection group was provided on the surface of a metal cylinder. (2) Next, the lens sheet produced in the lens molding process was unwound from the winding roll, and the lens molding process. Using the same apparatus and resin liquid, a satin-like microprojection group made of an ultraviolet curable resin cured product was formed on the back surface of the lens sheet.
(3)斯くして、図20のような本発明のレンズシートを得た。 (3) Thus, the lens sheet of the present invention as shown in FIG. 20 was obtained.
ちなみに、
(微小突起群)
総塗布厚=2.0μm
表面粗さ(JIS−B−0601の十点平均粗さ)Rz=0.8μm
〔実施例2〕
実施例1で製造した楕円柱レンズシートを用い、図7のような構成のエッジライト型面光源を得た。
(導光板);
材料;ポリメチルメタアクリレート重合体樹脂
形状;直方体。厚み4mm
表面;中心線平均粗さが全面に於いてRz=0.1μm未満の平滑性に仕上げた。
By the way,
(Microprojection group)
Total coating thickness = 2.0μm
Surface roughness (JIS-B-0601 ten-point average roughness) Rz = 0.8 μm
[Example 2]
Using the elliptical lens sheet manufactured in Example 1, an edge light type surface light source having a configuration as shown in FIG. 7 was obtained.
(Light guide plate);
Material: Polymethylmethacrylate polymer resin Shape: rectangular parallelepiped. 4mm thickness
Surface: Centerline average roughness was finished to a smoothness of less than Rz = 0.1 μm over the entire surface.
裏面;導光板の裏面に艶消し透明インキを円形の網点状に印刷し、その裏面にアルミ ニウムをポリエチレンテレフタレートフィルムに真空蒸着した鏡面反射性フィ ルムをおいた。 Back side: Matte transparent ink was printed on the back side of the light guide plate in the form of a circular dot, and the back side was covered with a specular reflective film in which aluminum was vacuum-deposited on a polyethylene terephthalate film.
網点はシリカの微粉末をアクリル系樹脂のバインダーに分散させたものを用い シルクスクリーン印刷で形成した。 The halftone dots were formed by silk screen printing using a fine silica powder dispersed in an acrylic resin binder.
網点の配列は、繰り返し周期5mmで縦・横方向に配列させた。 The halftone dots were arranged in the vertical and horizontal directions with a repetition period of 5 mm.
網点の直径は光源に近い所では0.1mmとし、光源からの距離に比例して大 きくし、光源と反対側の端部で2mmとした。
(光源)
線光源して、白色螢光燈を導光板の一端に配置した。導光板と反対側には金属 性の反射鏡を置いた。
The diameter of the halftone dot was 0.1 mm near the light source, increased in proportion to the distance from the light source, and 2 mm at the end opposite to the light source.
(light source)
A white fluorescent lamp was placed at one end of the light guide plate as a line light source. A metallic reflector was placed on the opposite side of the light guide plate.
以上の構成の面光源の性能は以下の通り。 The performance of the surface light source with the above configuration is as follows.
半値角=36度
法線方向輝度(導光板中央部)=2028cd/m2
法線方向輝度の光放出面内の分布;+−5%以内。目視でもほぼ均一
〔比較例〕
実施例2に於いて、レンズシートとして裏面の突起群を形成しない物を使用した。裏面は、基材フィルム表面自体であり、表面の十点平均粗さRzは0.1μm未満の平骨平面とした。
Half-value angle = 36 degrees
Normal direction luminance (light guide plate center) = 2028 cd / m 2
Distribution in the light emission surface of normal direction luminance; within + -5%. Visually almost uniform [Comparative example]
In Example 2, a lens sheet that does not form a rear projection group was used. The back surface was the substrate film surface itself, and the surface had a ten-point average roughness Rz of a flat bone plane of less than 0.1 μm.
その他は実施例2と同じとした。 Others were the same as in Example 2.
以上の構成の面光源の性能は、光放出面の法線方向輝度が光源側端部近傍は高輝度であるが、光源からの距離とともに急激に低下し、光源から2cmの所では目視で暗く感じる程に輝度が低下してしまった。
The performance of the surface light source having the above configuration is that the luminance in the normal direction of the light emission surface is high near the end on the light source side, but rapidly decreases with the distance from the light source, and is visually dark at a
1 導光板
2 光反射層
3 光源(ユニット)
4 レンズシート
5 反射鏡
6 液晶表示装置等の透過型表示装置
7 レンズシート裏面の平滑平面
8 光等方拡散性シート
9 空隙
10 導光板表面の平滑平面。
11 巻取りロール
12 基材フィルム
13 押圧ロール
14 ロール状凹版
15 レンズ形状の逆型
16 紫外線硬化型樹脂液
17 レンズ逆型内の未硬化樹脂液
18 剥離ロール
19 レンズ形状(レンズ単位)
20 レンズシート
21 Tダイ型ノズル
22 液溜まり
23 水銀燈
41 レンズシートの突起(群)
42 レンズ単位
43 突起群を有する透明層
44 透明基材層
100 面光源
200 表示装置
1
3 Light source (unit)
4 Lens sheet 5 Reflecting
DESCRIPTION OF
20 Lens sheet 21 T-
42
Claims (2)
該導光体の表面が光源光の波長以下の表面粗さの平滑平面となっており、
該光等方拡散性シートの表面には光源光波長以上、100μm以下の高さの空隙形成用突起群を形成してなり、かつ、
該突起群は該導光体表面と該光等方拡散性シートとの間に光源光の波長以上の空隙を少なくとも部分的に形成してなることを特徴とする面光源。 A light guide made of a translucent flat plate, a light source unit provided adjacent to one or both of the side end faces of the light guide, a light reflecting layer on the back of the light guide, and a surface of the light guide A surface light source composed of a lens sheet disposed on a light emitting surface, and a light isotropic diffusive sheet disposed between the light guide and the lens sheet,
The surface of the light guide is a smooth plane having a surface roughness equal to or less than the wavelength of the light source light,
On the surface of the light isotropic diffusive sheet, a gap forming protrusion group having a height of 100 μm or less and a light source light wavelength is formed, and
The surface light source characterized in that the projection group is formed at least partially with a gap having a wavelength longer than the wavelength of the light source light between the light guide surface and the light isotropic diffusive sheet.
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