JP2007108543A - 光学フィルム及び該光学フィルムを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 解決しようとする課題は照明装置の幅方向での指向性が広かったため、照明装置の輝度に限界があったことであり、該指向性を狭めるために適当な光学フィルムが無かった。
【解決手段】 光源と導光板とを有する照明装置に用いる光学フィルムにおいて、面に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となし、前記導光板の出射面に近接して配置して使用する。また、光源と導光板とを有する照明装置において、辺に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となした光学フィルムを、前記導光板の出射面に近接して配置した。さらに、前記透明体の光学部材を入光面に対してある角度を持って、傾けて配列した。すなわち前記光学部材を前記導光板の面とほぼ平行な上面と下面を有する斜柱とし、前記光反射層を前記斜柱の側辺の一部に設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話・ＰＤＡ等の小型ディスプレイ等に用いられる光学フィルム及び該光学フィルムを用いた照明装置に関する。

近来、蛍光表示管に比べ、寿命が長い、照明装置光の色度調整が容易等の利点があるため発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）を光源とした照明装置が用いられ始めている。
図８は発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）を用いたサイドライト型照明装置をバックライトとして用いた場合の従来例を示す図で、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が照明装置中の光の挙動を示した断面図である。
図８における照明装置は、複数のＬＥＤ光源４４を略直方体の導光板２６の側面に配置し、該ＬＥＤ光源４４の出射光が導光板２６に入射する。導光板２６にはマイクロプリズム、すなわちグルーブが形成され、該マイクロプリズムの頂点を結んだ稜線は図８（ａ）に点線群７０で示したように複数のＬＥＤ光源４４が配置された側面に平行とされていた。
側面構造は図８（ｂ）に示すように、導光板２６の下面に反射シート４８が、上面にプリズムシート７６が配置され、導光板２６、反射シート４８、プリズムシート７６がホルダー４２に収納され、上部に置かれる（図示していない）液晶表示装置等の受光型表示装置を照明する構造となっていた。

このような構造の照明装置中の光の挙動を示したのが図８（ｃ）で、ＬＥＤ光源４４から入射された光７８は導光板２６内で、導光板２６上面と導光板２６下面に設けられたマイクロプリズムの面とで屈折を繰り返して伝播される。該伝播を繰り返すうちに、光の進行方向と導光板２６上面とがなす角度が臨界角よりも小さくなり、導光板２６上面から光が出射する。導光板２６下面に出射されてしまって光７９は反射シート４８で反射されて導光板２６に戻される。導光板２６から出射した光は、プリズムシート７６によって屈曲され表示装置側へと導かれる。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。
このように導光板上に光を屈曲させるプリズムシーもしくはレンズシートと呼ばれるようなシートを置いて受光型表示装置を照明する提案は多くなされている（例えば特許文献１、図１参照）。

しかしこのようなサイドライト型照明装置には問題がある。それはＬＥＤ光源４４からはそれぞれの光源で設定されたいろいろな方向に光が出射されるが、例えば図８（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源４４から出射された光７２，７４はグルーブの稜線７０と直交する方向７３に対して角度を有してしまい、直交しない光が多くあるということである。
このように光軸と稜線パターンとが直交しない光が多くなるとグルーブ部で図８（ｃ）の８０で示すように、光が散乱してしまった状態に近くなり、グルーブ部で屈折して導光板２６の上面に出射される光のうち導光板２６の面に対して垂直でない光成分が多くなってしまう。そのため照明装置の照明光の指向性が悪くなってしまい照明装置の輝度を高めることが出来ないという問題がある。

この状況をグラフに表したのが図９である。
図９（ａ）は図８に示したような従来の照明装置の光学特性を表したグラフで、図９（ｂ）は本明細書で用いている座標軸を説明する図である。
図９（ｂ）に示すように、座標軸は導光板２６平面の縦方向をＸ軸、横方向をＺ軸、導光板２６上面の法線方向で、Ｘ軸およびＺ軸と直交する軸をＹ軸とする。かつ導光板２６から照明光が出射される方向Ｙ’と該Ｙ軸とが成す角を光放射角度θとする。
このように座標軸を定めて従来の照明装置の光学特性をグラフ化すると図９（ａ）のようになる。
図９（ａ）における横軸は光放射角度θで、縦軸は光強度の相対値であり、図の点線の太線８２はＸ−Ｙ平面における照明光の方向と照明光の強度の関係、実線の太線８４はＺ−Ｙ平面における照明光の方向と照明光の強度の関係を示している。したがって横軸がθ＝０の点は導光板２６と直交する方向の照明光強度を示しており、θ＝＋−９０の点は導光板２６の面と平行な方向の照明光強度を示している。

図９（ａ）のグラフが示すように従来の照明装置はＸ−Ｙ平面での特性８２、Ｚ−Ｙ平面での特性８４ともに、導光板２６の表面に対して垂直な方向の光が最も強いものの、例えば垂直方向から３０°の角度の光もＸ−Ｙ平面で垂直方向光の４０％程度、Ｚ−Ｙ平面で垂直方向光の１０％程度の光強度を有しており、特に幅方向であるＸ−Ｙ平面での指向性が広くなってしまい照明装置としての光の指向性が不十分であり、その結果照明装置の輝度に限界があった。

図１０は照明装置の特性を説明するために設けた参考図で、図９と同様の座標軸を用いている。
図１０（ａ）は理想的な指向性を有した場合の特性を示しており、Ｘ−Ｙ平面での特性、Ｚ−Ｙ平面での特性ともに実線の太線８６で示したように、すべての光が導光板の面に対して垂直な、θ＝０の方向となっている。
図１０（ｂ）は全く指向性がない場合の特性で、Ｘ−Ｙ平面での特性Ｚ−Ｙ平面での特性共に、実線の太線８８で示したように導光板の面に対する各角度での光強度が一定となってしまっている。
本発明は図１０（ａ）に示した特性８６に近い特性を持った照明装置を実現することを目的としており、特に従来に比べて幅方向であるＸ−Ｙ平面での指向性を強めることを目的としている。

特開２００２−４２５２９

解決しようとする課題は照明装置の幅方向での指向性が広かったため、照明装置の輝度に限界があったことであり、該指向性を狭めるために適当な光学フィルムが無かったことである。

本発明の光学フィルムは、光源と導光板とを有する照明装置に用いる光学フィルムにおいて、面に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となし、前記導光板の出射面に近接して配置して使用することを特徴とする。

また本発明の光学フィルムは、前記光反射層が銀またはそれに順ずる光反射物を含む層であることを特徴とする。

また本発明の光学フィルムは、前記透明体の光学部材の反射面が入光面に対してある角度を持って、傾いていることを特徴とする。

また本発明の光学フィルムは、前記光学部材が前記導光板の面とほぼ平行な上面と下面を有した斜柱であることを特徴とする。

また本発明の光学フィルムは、前記光反射層が前記斜柱の側面の一部に設けられていることを特徴とする。

また本発明の光学フィルムは、前記上面及び下面が平行四辺形であることを特徴とする請求項４記載の光学フィルム。

また本発明の光学フィルムは、前記上面及び下面が６角形であることを特徴とする。

また本発明の光学フィルムは、前記上面及び下面が楕円形であることを特徴とする。

本発明の照明装置は、光源と導光板とを有する照明装置において、面に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となした光学フィルムを、前記導光板の出射面に近接して配置したことを特徴とする。

また本発明の照明装置は、前記光反射層が銀またはそれに順ずる光反射物を含む層であることを特徴とする。

また本発明の照明装置は、前記透明体の光学部材の反射面が入光面に対してある角度を持って、傾いていることを特徴とする。

また本発明の照明装置は、前記光学部材が前記導光板の面とほぼ平行な上面と下面を有した斜柱であることを特徴とする。

また本発明の照明装置は、前記光反射層が前記斜柱の側面の一部に設けられていることを特徴とする。

また本発明の照明装置は、前記斜柱の上面及び下面が平行四辺形であることを特徴とする。

また本発明の照明装置は、前記斜柱の上面及び下面が６角形であることを特徴とする。

また本発明の照明装置は、前記斜柱の上面及び下面が楕円形であることを特徴とする。

本発明の光学フィルムを用いれば、もしくは本発明の光学フィルムを用いた照明装置よれば、照明装置の幅方向の指向性を劇的に高めることが出来る。その結果、照明装置の輝度を高めることが可能となる。

光源と導光板とを有する照明装置に用いる光学フィルムにおいて、面に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となし、前記導光板の出射面に近接して配置して使用する。
また、光源と導光板とを有する照明装置において、面に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となした光学フィルムを、前記導光板の出射面に近接して配置した。
さらに、前記透明体の光学部材を入光面に対してある角度を持って、傾けて配列した。すなわち前記光学部材を前記導光板の面とほぼ平行な上面と下面を有する斜柱とし、前記光反射層を前記斜柱の側面の一部に設けた。

図２は、透明体の光学部材１２、該透明体光学部材を複数個接続してフィルム状となした本発明による光学フィルム２０、及び本発明による照明装置を説明する図である。
図２（ａ）において、透明体の光学部材１２は透明体１８の斜柱と平行四辺形である上面１３及び同様の形状の下面１５とから成っており計６面ある面のうち、側面の一部である２つの面に斜線で示した光反射層１４，１６が設けられている。
光反射層１６，１４を構成する物質は光反射率の良好なものならば問題ないが、反射光の色問題からは銀またはそれに順ずる光反射物のような反射光が白色となる物質が好ましい。
斜柱１２の透明体１８は上面１３及び下面１５に対し図示のように角度β傾いている。

図２（ｂ）に示した２０は、透明体光学部材１２を複数個接続してフィルム状となした本発明による光学フィルムで、複数個の透明体光学部材１２の上面１３及び下面１５がそれぞれ同一面をなすように接続されている。すなわち光学フィルム２０は銀に代表される光反射層と透明体とが連続して形成されたミラーフィルムとなっている。該光学フィルム２０は導光板２６の照明光出射面に近接して配置され、導光板２６からの入射光の中心方向が光２４の方向、すなわち図２（ａ）に示した軸２２の方向となるように配置されている。図２（ｂ）では簡単のため、光学フィルム２０が導光板２６上を部分的に覆っているよう作図されているが、実際には導光板２６上のほぼ全てを覆うように配置される。

光学フィルム２０は図３に示すように大判のシート状に形成され、例えば導光板の大きさに合わせて切り出して使用する。

図１は本発明の照明装置を説明する図で、図１（ａ）は簡単のため透明体光学部材１２を１個のみ導光板２６上に置いた場合の照明光の進路を示した図、図１（ｂ）は照明装置の断面方向から照明光の進路を示した図である。
図１（ａ）において、ＬＥＤ等による光源４４から導光板２６に入射した光３９は導光板２６の上方に出射した後透明体光学部材１２に入射される。
透明体光学部材１２に入射され光のうち、前記中心方向よりも下方に向けて入射された光３４は光反射層１４上の点３６で反射されて導光板２６の上方に向かう照明光３８となり、前記中心方向よりも上方に向けて入射された光２８は光反射層１６上の点３０で反射されて導光板２６の上方に向かう照明光３２となる。
照明光のＹ−Ｚ平面上での指向性は、斜柱の傾き、（図２（ａ）に示した角度β）で中心値を調整することが出来、Ｘ−Ｙ平面上での指向性は、上面１３及び下面１５を形成する多角形の角度（図２（ａ）に示した角度α１，α２）で狭めることが出来る。

本発明の照明装置では特にＸ−Ｙ平面上での指向性が改善されている。従来は図８（ａ）に示したように、ＬＥＤ光源４４の出射光７２，７４がグルーブの稜線７０に対して斜めに入射される部分が多く、その結果図８（ｃ）の８０に示したように照明装置の出射照明光が散乱されてしまっていたが、本発明においてはＬＥＤ光源４４の出射光の中心的な方向に対して光反射層１４、１６が正対するように前記角度α１，α２を調整することが出来るため、Ｘ−Ｙ平面上での指向性を劇的に改善することが出来ている。

図１（ｂ）は照明装置の断面方向から照明光の進路を示した図で、ＬＥＤ光源４４が導光板２６の辺に配置され、導光板２６の光出射面である上面に近接して透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となした光学フィルム２０が配置されている。
ＬＥＤ光源４４から出射された光は導光板２６の斜め上方に出射され、該出射光は光学フィルム２０内の光反射層１４，１６によってほぼ導光板２６の光出射面に対して法線方向の光４０となって、光学フィルム２０上方に置かれる液晶表示装置等の受光型表示装置を照明する。
ここで、光源４４と導光板２６と光学フィルム２０とが本発明の照明装置の基本構成であり、導光板２６と光学フィルム２０の間もしくは導光板２６と光学フィルム２０の外側である光学フィルム２０の上方に拡散層等のフィルムを設け、照明装置の光学特性を調整しても良い。また導光板２６の下方にも照明光を出射するような構成として両面表示タイプの照明装置とすることも勿論可能である。

図４は本発明の照明装置によるサイドライト型照明装置の構成例で、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が照明光の軌跡を説明する断面図である。
図４における照明装置は、図４（ａ）に示すように、複数のＬＥＤ光源４４が略直方体の導光板２６の側面に配置され、該ＬＥＤ光源４４の出射光が導光板２６に入射する。導光板２６にはマイクロプリズム、すなわちグルーブが形成されている。側面構造は図４（ｂ）に示すように、略直方体の導光板２６の下面に反射シート４８が、上面に光学フィルム２０が配置され、導光板２６、反射シート４８、光学フィルム２０がホルダー４２に収納され、上部に置かれる液晶表示装置等の受光型表示装置５０を照明する構造となっている。

このような構造の照明装置中の光の挙動を示したのが図４（ｃ）で、ＬＥＤ光源４４から入射された光５２は導光板２６内で、導光板２６上面と導光板２６下面に設けられたマイクロプリズムの面とで屈折を繰り返して伝播される。該伝播を繰り返すうちに、光の進行方向と導光板２６上面とがなす角度が臨界角よりも小さくなり、導光板２６上面から光が出射する。導光板２６下面に出射されてしまった光５３は反射シート４８で反射されて導光板２６に戻される。導光板２６から出射した光は、光学フィルム２０によって反射され表示装置５０側へと導かれる。
図４（ａ）に２１で示した実線は光学フィルム２０を構成する透明体光学部材の光反射層１４、１６を指している。前述したように、ＬＥＤ光源４４から出射された光２８，３４は導光板２６から上方に出射されると、出射された導光板面近傍の透明体光学部材に入射され、該透明体光学部材内の光反射層で反射されて照明光として上方に出射される。透明体光学部材に入射された光の角度と前記光反射層とのなす角度を、前記角度α１，α２を調整することにより従来に比べ９０°に近くすることが出来るため、光の広がりを抑制し指向性を高めることが出来ている。

このように構成したため本発明による照明装置の光学特性は図５に示したようになる。
なお、座標軸は図９（ｂ）で説明した軸と同様である。
図５における横軸は光放射角度θで、縦軸は光強度の相対値であり、図の点線の太線５８はＸ−Ｙ平面における照明光の方向と照明光の強度の関係、実線の太線６０はＺ−Ｙ平面における照明光の方向と照明光の強度の関係を示している。したがって横軸がθ＝０の点は導光板２６の法線方向の照明光強度を示しており、θ＝９０の点は導光板２６の面と平行な方向の照明光強度を示している。
図５のグラフが示すように本発明の照明装置はＸ−Ｙ平面での特性５８、Ｚ−Ｙ平面での特性６０ともに、従来に比べ導光板２６の表面に対して垂直な方向に光が集光されている。例えば垂直方向から３０°の角度の光は、Ｘ−Ｙ平面で垂直方向光の１０％程度、Ｚ−Ｙ平面では垂直方向光の数％程度の光強度となっており、特に幅方向であるＸ−Ｙ平面での指向性が高く（狭く）なって照明装置としての光の指向性が向上している。

図６は本発明による照明装置の第２の実施例を示した図で、図２と同様に、透明体光学部材及び光学フィルムの実施例を示している。
図６（ａ）の透明体の光学部材６２が図２（ａ）に示した透明体の光学部材１２と異なるのは、上面７５及び下面７７が６角形をなしており、計８面ある面のうち、側面の一部である２つの面に斜線で示した光反射層６３，６４が設けられている点である。
透明体の光学部材６２の斜柱は上面１３及び下面１５に対し図示のようにやはり角度β傾いている。

図６（ｂ）に示した６５は、透明体光学部材６２を複数個接続してフィルム状となした光学フィルムで、複数個の透明体光学部材６２の上面６４及び下面７７がそれぞれ同一面をなすように接続されている。すなわち光学フィルム６５は銀に代表される光反射層と透明体とが連続して形成されたミラーフィルムとなっている。該光学フィルム６５は導光板２６の照明光出射面に近接して配置され、導光板２６からの入射光の中心方向が光５７の方向、すなわち図６（ａ）に示した軸５５の方向となるように配置されている。図６（ｂ）では簡単のため、光学フィルム６５が導光板２６上を部分的に覆っているよう作図されているが、実際には導光板２６上のほぼ全てを覆うように配置される。
光学フィルム６５が図３に示すように大判のシート状に形成され、例えば導光板の大きさに合わせて切り出して使用されることは同様である。
このように構成しても図２に示した照明装置と同様の効果が期待出来る。

このように上面及び下面の形状はいろいろなものが選択可能であり、例えば多角形の画数を３以上の画数に設定することが可能である。また光反射層を設ける側面は２面に限らず複数の面を選択し得る。

図７は本発明による照明装置の第３の実施例を示した図で、図２と同様に、透明体光学部材及び光学フィルムの実施例を示している。
図７（ａ）の透明体の光学部材６６が図２（ａ）に示した透明体の光学部材１２と異なるのは、上面８１及び下面８３が楕円形をなしており、側面の一部に斜線で示した光反射層６７，６８が設けられている点である。
透明体の光学部材の斜柱は上面８１及び下面８３に対し図示のようにやはり角度β傾いている。

図７（ｂ）に示した６９は、透明体光学部材６６を複数個接続してフィルム状となした光学フィルムで、例えば透明な樹脂６１で複数個の透明体光学部材６６を接着し、上面８１及び下面８３がそれぞれ同一面をなすように接続している。すなわち光学フィルム６９は銀に代表される光反射層と透明体とが連続して形成されたミラーフィルムとなっている。該光学フィルム６９は導光板２６の照明光出射面に近接して配置されている。図７（ｂ）では簡単のため、光学フィルム６９が導光板２６上を部分的に覆っているよう作図されているが、実際には導光板２６上のほぼ全てを覆うように配置される。
光学フィルム６９が図３に示すように大判のシート状に形成され、例えば導光板の大きさに合わせて切り出して使用されることは同様である。
このように構成しても図２に示した照明装置と同様の効果が期待出来る。

このように上面及び下面の形状はいろいろなものが選択可能であり、多角形の画数を無限大とすると形状は楕円になる。円形も楕円形の一種であることは勿論である。また光反射層を設ける側面の領域は自由に設定し得る。
またこのように、透明な樹脂で複数個の透明体光学部材６６を接着する手法によれば上面及び下面の形状の制約が無くなる。

なお、実施例１，２，３で述べたような光学フィルムは、多角形柱もしくは楕円柱を透明な接着剤で接着し、図２，５，６に示した角度β傾けて斜めに切り出すことにより得ることが出来る。
また、本明細書ではＬＥＤ光源を用いた照明装置を例に説明したが、本発明の光学フィルム及び該光学フィルムを用いた照明装置が例えば冷陰極管のような他の光源を用いた照明装置であっても効果があることは勿論である。

以上述べたように本発明によれば、照明装置の幅方向の指向性を高めることが出来、その結果照明装置の高輝度化を計ることが出来る。

本発明の光学フィルム及び照明装置を説明する図である。 透明体の光学部材及び光学フィルムを説明する図である。 本発明による光学フィルムを示した図である。 本発明による照明装置の構成例である。 本発明による照明装置の光学特性を示した図である。 本発明による照明装置の第２の実施例を示した図である。 本発明による照明装置の第２の実施例を示した図である。 従来の照明装置を説明する図である。 従来の照明装置の光学特性及び座標軸を説明する図である。 照明装置の特性を説明するために設けた参考図である。

符号の説明

４４ 光源
２６ 導光板
１４，１６ 光反射層
１２ 透明体の光学部材
２０、６５，６９ 光学フィルム

Claims (16)

1. 光源と導光板とを有する照明装置に用いる光学フィルムにおいて、
   面に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となし、前記導光板の出射面に近接して配置して使用することを特徴とする光学フィルム。
2. 前記光反射層は銀またはそれに順ずる光反射物を含む層であることを特徴とする請求項１記載の光学フィルム。
3. 前記透明体の光学部材の反射面は入光面に対してある角度を持って、傾いていることを特徴とする請求項１記載の光学フィルム。
4. 前記光学部材は前記導光板の面とほぼ平行な上面と下面を有した斜柱であることを特徴とする請求項１記載の光学フィルム。
5. 前記光反射層は前記斜柱の側面の一部に設けられていることを特徴とする請求項４記載の光学フィルム。
6. 前記上面及び下面は平行四辺形であることを特徴とする請求項４記載の光学フィルム。
7. 前記上面及び下面は６角形であることを特徴とする請求項４記載の光学フィルム。
8. 前記上面及び下面は楕円形であることを特徴とする請求項４記載の光学フィルム。
9. 光源と導光板とを有する照明装置において、
   面に光反射層を設けた透明体の光学部材を複数個接続してフィルム状となした光学フィルムを、前記導光板の出射面に近接して配置したことを特徴とする照明装置。
10. 前記光反射層は銀またはそれに順ずる光反射物を含む層であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
11. 前記透明体の光学部材の反射面は入光面に対してある角度を持って、傾いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
12. 前記光学部材は前記導光板の面とほぼ平行な上面と下面を有した斜柱であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
13. 前記光反射層は前記斜柱の側面の一部に設けられていることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
14. 前記上面及び下面は平行四辺形であることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
15. 前記上面及び下面は６角形であることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
16. 前記上面及び下面は楕円形であることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
    

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