JP2005071883A - 面光源装置及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な構成で高い照明効率を有する面光源装置を提供すること。
【解決手段】 少なくとも一つの光入射面と、発光面とを有する導光体と、光入射面に光を供給する光源と、導光体の前記発光面と対向する面から出射する光を反射する光反射シートとを含む面光源装置において、光反射シートの表面には、傾斜した光反射面を有する、断面略同一又相似形の基本ユニットがピッチ２００μｍ以下で配列して形成され、光反射面が、金属層と、この金属層上に積層された第１のコート層と、この第１のコート層上に積層された第２のコート層とを有し、第２のコート層の屈折率が第１のコート層の屈折率よりも０．３以上高いことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は光反射体に関し、特に高反射率と高耐久性を有する光反射体に関する。また、本発明は光反射シートに関し、特にサイドライト方式の面光源装置に好適に使用可能な光反射シートに関する。さらに、本発明は光反射シートを用いた面光源装置並びにこの面光源装置を用いた表示装置に関する。

パーソナルコンピュータ向けモニターや薄型ＴＶ等の表示装置として透過型の液晶表示（ディスプレイ）装置が多用されている。このような透過型液晶表示装置では、通常、液晶素子の背面に面状の照明装置、即ちバックライト（面光源装置）が設けられている。この面光源装置は、例えば冷陰極放電管等の線状光源と、この線状光源から発せられる光を面状の光に変換する機構とから構成される。

具体的には、液晶素子の背面直下に光源を設ける方法（直下方式）や、アクリル板等の透光性の導光体の側面に光源を設置し、導光体を用いて面状に光を変換して面光源を得る方法（サイドライト方式）が代表的である。特に薄型化が重要な用途では、サイドライト方式が極めて有効であり、数多く実用に供されている。このサイドライト方式については、例えば特許文献１、特許文献２に開示されている。

ここで、従来型のサイドライト方式面光源装置の構成例を図１８（ａ）を用いて説明する。透光性の平板からなる基板即ち導光体１の一側端には、側端面１ａに対向し、かつ略平行となるよう線状光源２が設けられる。この線状光源２を覆うようにリフレクタ３が取り付けられ、線状光源２からの直接光とリフレクタで反射された反射光とが側端面（光入射面）１ａから導光体１に入射するように構成される。

そして、導光体１の一表面１ｂは発光面とされ、この発光面１ｂの上にはほぼ三角プリズム状のアレー４を形成した集光シート（プリズムシート）５が頂角を観察者側に向けて配置される。また、導光体１における発光面１ｂとは反対側の面１ｃには光散乱性インキにより多数のドット６ａを所定のパターンで印刷形成してなる光取り出し機構６が設けられている。さらに、導光板１の面１ｃ側には、この面１ｃに近接して反射シート７が設けられるのが一般的である。

また、この種の面光源装置の別な代表例を図１８（ｂ）に示す。図１８（ｂ）において、図１８（ａ）と同じ機能を有する要素には同じ参照数字を付し、重複する説明は省略する。図１８（ｂ）に示す構成では、ほぼ三角プリズム状のプリズムアレー４を形成した集光シート５が、図１８（ａ）の構成とは逆に、頂角を導光体１の発光面１ｂ側に向けて発光面１ｂ上に設けられること、導光体１の面１ｃ表面には、印刷によるドットではなく、導光板１を粗面加工することによって形成された多数の粗面パターン６ｂが光取り出し機構として設けられること以外は図１８（ａ）の構成と等しい。

特開昭６１−９９１８７号公報 特開昭６３−６２１０４号公報

このような構成を有する従来の面光源装置は、所望の光学特性、特に高輝度を実現するため、発光面１ｂからの出射光の方向を発光面１ｂに垂直な方向に整えるためのプリズムシートを用いなければならなかった。プリズムシートの利用は、装置の薄型化に支障をきたすばかりか、部品コスト、製造コストの増加や、製造歩留まりの低下原因となっていた。プリズムシートはプリズムアレイの方向を直交させて２枚用いることもあり、このような場合はさらに問題が大きくなっていた。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、例えば面光源装置において、例えばプリズムシートのような輝度向上部材を用いずに十分な輝度向上を実現するための光反射体を提供することにある。

すなわち、本発明の要旨は、少なくとも一つの光入射面と、発光面とを有する導光体と、光入射面に光を供給する光源と、導光体の発光面と対向する面から出射する光を反射する光反射シートとを含む面光源装置であって、光反射シートの表面には、傾斜した光反射面を有する、断面略同一又相似形の基本ユニットがピッチ２００μｍ以下で配列して形成され、光反射面が、金属層と、この金属層上に積層された第１のコート層と、この第１のコート層上に積層された第２のコート層とを有し、第２のコート層の屈折率が第１のコート層の屈折率よりも０．３以上高いことを特徴とする面光源装置に存する。

また、本発明の別の要旨は、本発明の面光源装置を用いた表示装置に存する。

また、本発明の別の要旨は、基材表面に光反射面が設けられた光反射体であって、光反射面が、金属層と、この金属層上に積層された第１のコート層と、この第１のコート層上に積層された第２のコート層とを有し、第２のコート層の屈折率が第１のコート層の屈折率よりも０．３以上高いことを特徴とする光反射体に存する。

本発明によれば、特定の屈折率の関係を満たすコート層を、特定の順番で金属層上に積層することにより、耐久性が高く、また反射率の高い光反射体を実現することができる。そのため本発明を面光源装置における光反射シートに適用すれば、従来輝度向上のために必要であったプリズムシートに代表される輝度向上部材によらなくても輝度向上が達成できるため、部品コストが低下できるほか、組立工数の削減、歩留まりの向上、装置の薄型化といった数々の効果が実現できる。

以下、図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、本発明に係る反射シートを用いた面光源装置について説明するが、反射シート以外の構成は本発明に必須ではない。

●《面光源装置の構成》
図１は本発明の一実施形態に係る面光源装置１００の主要部の構成を概略的に示す斜視図である。
本実施形態に係る面光源装置１００は、例えばアクリル樹脂のような透光性を有する素材で形成された、略平板状の基板即ち導光体２１を備え、この導光体２１の一側端には、側端面２１ａと対向し、かつ平行に線状光源２２が配置されている。この線状光源２２としては、冷陰極管等の蛍光管又は、ＬＥＤアレー等を用いることが出来、特に限定はされないが、発光効率に優れ、小型化の容易な冷陰極管の利用が最も好適である。

また、線状光源２２の配置形態としては、図１に示す、導光板の一側端部のみに線状光源が設けられた１灯式の態様に限定されるものではなく、この他にも、一側端部に２本の線状光源が設けられた２灯式の態様、１灯又は２灯の線状光源が、導光板の対向する２つの側端部に設けられ、合計２灯又は４灯となっている態様等、様々な配置態様を採用することが出来る。

さらに、光源の別な態様として、小型の面光源装置では図１７に示されるように、ＬＥＤ等の点光源を用いることもできる。この際に、図１７（ａ）に示される如く、ＬＥＤを導光体の光入射面２１ｄに対向して配置する態様のほかにも、図１７（ｂ）に示される如く、導光体２１の一側端部に光学ロッド２２ｂを近接配置し、この光学ロッド２２ｂの端面２１ｃに点光源であるＬＥＤ２２ａを配置した態様も用いることが出来る。

さらに本発明の好適な実施態様においては、線状光源２２を覆うようにリフレクタ２６が取り付けられ、線状光源２２からの直接光とリフレクタ２６で反射された反射光とが光入射面である一側端面２１ａから導光体２１内部に入射するように構成されている。

●《導光体の構成》
導光体２１は、例えば、板厚が約１〜１０ｍｍ程度の四角形状をした透光性の薄板であり、図１で見て上面である一方の表面２１ｂが光を出射する発光面であり、これとは反対側の表面２１ｃ（図１で見て下面）は発光面２１ｂと対向する面である。図１において、符号２３は導光体２１の発光面２１ｂに垂直な線、即ち導光体２１ｂの法線方向を示している。

さらに、通常のサイドライト型面光源装置では、導光体２１の、発光面２１ｂに対向する表面２１ｃ（以下、対向面という）には、図１８を用いて説明したように、光散乱性インキや粗面からなるパターンが設けられ、導光体内に伝搬する照明光を導光体２１外に出射させる機能を果たしている。

しかし、本発明においてはこの様な単純な光取りだし機構ではなく、これに代わって照明光の出射方向を自在にコントロールすることが可能な方向性出射素子が光取り出し機構として用いられる。

後述する、本発明に特徴的な方向性出射素子によって、入射面２１ａから入射した光は光反射シート２７に向かって導光板２１の対向面２１ｃから選択的に出射するようになる。また、本実施形態に係る面光源装置では光反射シート２７の光反射面に、光線の方向を変換するマイクロリフレクタアレー２８ａを多数設けているため、導光板２１の対向面２１ｃから出射した照明光線は、面光源装置の導光板２１ｂの法線方向２３に適切に方向変換されて出射される。

本発明の好ましい実施形態においては、導光板２１に入射した光のうち、対向面２１ｃから光反射シート側に照明光線を出射させる程度が、出射方向選択率で少なくとも７０〜１００％、好ましくは７５〜１００％、さらに好ましくは８０〜１００％、極めて好ましくは８５〜１００％となることが重要であり、７０％未満の出射方向選択率を有する導光体を用いることは照明効率の点から好ましくない。

本明細書において、出射方向選択率とは、導光板に入射した光線を光反射シートの方向へ選択的に出射する能力を表す指標であり、具体的には以下の測定方法を用いて測定することができる。

先ず、図２に示される様に、光反射シートの代わりに植毛紙等のほぼ完全に光を吸収する黒色のシート３０を配し、導光体２１を通常の向きにセットして光源の配される導光体の光入射面（側端部）に垂直な方向（方向１０１）への出射角度θの分布を輝度計を用いて測定する。そして、この時に得られた出射角度θに対する輝度変化を示すグラフの積分値（（図３（ａ））に斜線で示される部分の面積）をＬａとする。

次に、導光体２１を通常の向きとは裏返しに（本来、発光面２１ｂとなるべき面が黒色シート３０の側に来る向きに）セットして、同様に、方向１０１への出射角度θの分布を輝度計を用いて測定する。この時に得られた出射角度θに対する輝度変化を示すグラフ（図３（ｂ））の積分値Ｌｂを求め、Ｌａ、Ｌｂから算出される、
Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）×１００．０（％）
の値を、出射方向選択率（光反射シート方向へ選択的に光線を出射する割合）として定義する。また、方向１０１における輝度は発光面のほぼ中心付近で測定されるものとする。

（方向性出射素子の態様）
本実施形態に適用可能な、出射方向選択率を高く保つことの出来る方向性出射素子の態様について更に具体的に述べれば、代表的には導光体の発光面と対向する面に設けられた多数の突起がこのような機能を果たすことが出来る。具体的には、本発明の好ましい実施形態において、光取り出し機構として設けられる突起２９は、光反射シートの方向に選択的に照明光線を出射し、光反射シートに設けられたマイクロリフレクタアレーの効果を十分に引き出すため、図４に示すように、照明光線の導光体内における主進行方向（通常は導光体の光入射面２１ａに略垂直な方向。図１で方向Ａとして表す）に沿った断面（主進行方向に平行で、発光面に垂直な面）で見て、突起の深さ（高さ）Ｈが開口幅Ｗに対して十分に深く（高く）形成される。

より具体的には、Ｈ／Ｗが好ましくは０．３〜１．０、より好ましくは０．４〜０．９、さらに好ましくは０．５〜０．８５、極めて好ましくは０．５５〜０．８なる範囲とされ、さらに、光線の主たる進行方向に関する隣接した突起間の平均ピッチ（距離）が前述の突起部の深さ（高さ）をＨとして、好ましくは２．５Ｈ〜５．０Ｈ、より好ましくは２．６Ｈ〜４．５Ｈ、さらに好ましくは２．７Ｈ〜４．２Ｈ、極めて好ましくは２．８Ｈ〜４．０Ｈの範囲とされる。

ここで、本明細書における、光線の主たる進行方向に関する隣接した突起間の平均ピッチ（距離）について説明する。光線の主たる進行方向とは、図１で方向Ａとして表すように、通常は導光体の光入射面２１ａに略垂直な方向であり、隣接した突起間の平均ピッチは、図５に斜線にて示されるエリア内（ある突起の中心から、方向Ａに対して±４５度の範囲内）に中心（重心）が位置する隣接突起について図５の様に測定した距離を平均して算出される（従って、図５の例では中央の突起から図の上下にある２つの突起について求めた方向Ａについての距離の平均値となる）。

そして、この平均ピッチが広く保たれることにより、ある突起から出射した光線が隣接した突起に妨げられて光反射シートへ向かわなくなることが無くなるため、結果として正面に効率良く照明光が出射し、高い照明効率を保つことが出来るのである。

（突起間の導光板表面平滑度）
同様に、本発明の実施形態においては突起と突起の間隙にある導光体の表面状態に関し、光学的に高い平滑性が保たれ、図６に示すような、光反射シートの方に向かわない光束が、極力発生しないようにすることが好ましい。すなわち、導光板に入射した光束は、光取り出し機構としての突起だけでなく、導光板２１の対向面２１ｃにも到達する。この際、図６に示すように対向面２１ｃの表面が荒れていると、光束は散乱し、反射シートの方向へは向かわない成分１２１が発生する。この成分１２１が発光面から出射する場合、その出射方向は発光面の法線方向から外れたものとなる。プリズムシートのような集光シートは、このような、法線方向からずれた方向に出射した光束の向きを法線方向に揃える機能を有するため、成分１２１の発生はさほど照明効率の低下に結びつかないものと考えられる。

しかし、集光シートを用いない構成を考えた場合、成分１２１のような光束の存在は面光源装置の正面輝度の損失、すなわち照明効率の損失に直結する。そのため、本発明の好ましい実施形態においては、突起と突起の間隙にある導光体の表面に高い平滑性を持たせることにより、図６における成分１２１のような、光反射シートの方に向かわない光束の発生を抑制する。この構成は、従来型のプリズムシートを用いる態様の面光源装置では、導光体表面が単純な粗面等となっていて光を拡散させる態様であれば良く、導光体から光を出射させさえすれば、出射光をプリズムの作用によって正面に向かせることが出来ていたこととは対照的である。

より具体的には、導光板２１の対向面２１ｃにおいて、突起と突起の間隙の表面粗さを、十点平均粗さＲｚで表して、好ましくは２．５μｍ以下、より好ましくは２．０μｍ以下、さらに好ましくは１．５μｍ以下、極めて好ましくは１．０μｍ以下とする。これによって、正面輝度の向上に寄与しない損失光が最小に留められ、高い照明効率が保たれるのである。

●《光反射シートの構成》
（マイクロリフレクタアレー）
この様に導光体から集中的に光反射シートの側に出射した照明光束は、本発明に係る光反射体の一例としての光反射シート２７の表面に形成された高反射率の金属蒸着面等からなるマイクロリフレクタアレーによって正面方向に方向変換され高強度の面光源として出射することとなる。本実施形態における光反射シート２７は、導光体２１から選択的に出射する照明光を単に反射するだけでなく、発光面２１ｂの法線方向２３に方向変換する必要があるため、傾斜面を有するマイクロリフレクタアレー２８が表面に形成される。このマイクロリフレクタアレーとは、図７〜図１４に示すように、傾斜面２８ａを有する、ほぼ同一又はほぼ相似形状の断面形状を有する基本ユニット２８を多数配置して得られる反射面の集合体を意味する。

また、基本ユニット２８について詳述すれば、基本ユニットとはそれ以上分割すると同一性もしくは相似性が消失してしまう最少の形状単位、所謂ユニットセルである。また、ピッチＰとは、図７〜図１４に示されるように、これら基本ユニット２８の配列によって作られる基本周期の内、最小の長さとして定められ、好ましい実施形態において、このピッチは少なくとも２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下とされ、７５μｍであることが極めて好ましい。

光反射シート２７の表面に設けられる、傾斜した反射面２８ａからなるほぼ同一又はほぼ相似形の基本ユニット２８の例を、図７〜１４に示した。基本ユニット２８の代表的な断面形状としては、図７（ａ）、（ｂ）に示されるように鋸歯状とされるか、或いは図８（ａ）、（ｂ）に示されるように山形状とされ、光反射シート２７を上方から見た際に基本ユニットの稜線２８ｂが平行に配列した、平行直線状で且つ平坦な傾斜反射面２８ａからなる基本ユニット２８の配列が用いられている態様が挙げられる。

また、図１５に示す、ほぼ同一又はほぼ相似形の基本ユニット２８に用いられる反射面２８ａの傾斜角度αとして好適な範囲は、面光源装置が求める光学特性に応じて、適宜、定められるものであるが、具体的には傾斜角度αとして、好ましくは１５度〜５０度の範囲、より好ましくは２５度〜４０度の範囲、さらに好ましくは３０度〜３５度の範囲を用いることができる。

図７〜１４に示した基本ユニットの中でも、特に構造的に作成が容易であり、尚かつ光学的な効率が高いことから好適であるのは、図８に示される様な、断面が山形状となっている形状であり、さらに、山部の頂角γが、好ましくは１０６〜１２０°、より好ましくは１０８〜１１８°、更に好ましくは１１１〜１１６°とされる。

（光反射面の層構造）
以上述べたように方向性出射機能を有する導光体とマイクロリフレクタアレー構造を有する光反射シートの組み合わせによって、高い正面輝度を確保することが出来る。しかしながら、従来から用いられていたプリズムシート等の集光シートを取り除くことが出来るほどの照明効率を得るためには、この組み合わせのみでは不十分な場合もある。

また、マイクロリフレクタアレーの表面（反射面２８ａ）は金属蒸着等によって高い反射率が確保されるが、銀やアルミニウム等の高反射率を有する金属表面は酸化劣化を生じ易く、容易に光反射率が低下してしまう。このため、長期に渡って安定して実用に足る性能を確保するためには、単純な金属層を設けるのみでは不十分であり、通常は酸化珪素等の透明セラミックスを金属層上にコーティングして耐腐食性の改善を行うことが多い。しかしながら、通常良く用いられる酸化珪素等の保護膜は極めて傷つき易く、組み立て時の歩留まりを悪化させ、さらには保護膜のクラックが発生した場所からは容易に水分や酸素が金属層へ浸透してしまうため、外観不良が発生しやすくなり、実用的には必ずしも十分な耐久性が確保出来ないという問題も発生していた。

そこで、本実施形態においては図１６に示すような層構造を採用した。
すなわち、マイクロリフレクタアレーの形状に賦形された光硬化樹脂層上に設けられた金属層表面に、透明材質からなるコート層αとコート層βを順次、積層した構成である。そして、コート層βの材質はコート層αの材質に比較して、少なくとも０．３０以上、好ましくは０．３５以上、さらに好ましくは０．４０以上高い屈折率を有する材質を用いる。

このように、より表面側に存在するコート層βの屈折率を、コート層αの屈折率に比較して相対的に高くすることにより、これらが反射増加膜として作用し、金属層の耐久性向上ばかりでなく反射効率の向上を実現し、結果として面光源装置の照明効率、輝度特性の向上をも実現するのである。

すなわち、本実施形態に係る面光源装置は、大部分の照明光束が一旦は光反射シートの側に出射し、光反射シートに形成されたマイクロリフレクタアレーによって偏角されて正面方向に出射する構成を有するため、マイクロリフレクタアレー表面の光線反射率は面光源装置の照明効率に極めて多大な影響を及ぼしている。また、金属層の表面ではある程度光が吸収されてしまう。従って、金属層の表面に光学薄膜からなる増反射層を形成することによって、金属層に達する前に反射する光を増加させ、結果として金属層で吸収される光の割合を低減させることにより、光反射シートの光線反射率を高めている。

本発明において、金属層にはアルミニウム若しくは銀の単体若しくは合金を好適に用いることができるが、他の材質を排除するものではない。
コート層α及びコート層βの材質は、透明で、かつ上述の屈折率の関係を満たすものであれば特に限定されないが、本発明の好適な実施形態において、コート層αの材質には酸化珪素が、コート層βの材質には酸化チタン若しくは酸化ニオブが用いられる。また、特に好適にはコート層βはスパッタリングによって形成される。

このような構成によって、スパッタリングによって極めて緻密に形成された酸化チタン若しくは酸化ニオブ薄膜が高いガスバリヤ効果を発揮し、酸化劣化し易いアルミや銀等の金属層表面への水分や酸素の到達を阻止し、腐食による金属層の反射率低下防止を実現できる。

しかも、酸化チタン若しくは酸化ニオブからなる膜は表面硬度が高く、簡単には傷つきが発生しないため、導光体と光反射シートの接触している箇所が傷つくことで発生する反射シートの外観不良も抑えられ、歩留まりの向上のみならず長期使用時の品質不良の発生頻度も極めて低く抑えることが可能となるのである。

ここで、より具体的に好適な各層の膜厚について述べれば、金属層の膜厚は好ましくは６０ｎｍ〜２００ｎｍ、より好ましくは７０ｎｍ〜１８０ｎｍ、さらに好ましくは７５ｎｍ〜１６０ｎｍとされる。金属層の厚みが１６０ｎｍを超えると、膜にクラックが入ったり、膜が剥がれやすくなるため好ましくない。また、コート層αの膜厚は好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ〜９０ｎｍ、さらに好ましくは３５ｎｍ〜８５ｎｍとされる。そして、コート層βの膜厚は好ましくは４０ｎｍ〜８０ｎｍ、より好ましくは４５ｎｍ〜７５ｎｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜７０ｎｍとされる。

このようにして光反射面を構成することにより、金属層が極めて強く保護され、光学特性や外観品質について実用十分な安定性を確保出来ると同時に、導光体との接触で生じる傷つきの発生も抑えられ、長期使用時の高い品質を確保することができる。しかも、増反射膜の効果によってマイクロリフレクター部の反射率も飛躍的に高めることが可能になるため、プリズムシートを削減することの出来る程の高い照明効率も同時に得ることが可能となるのである。

本発明において用いられる光反射シート２７は、屈曲性を有し、厚み５０〜１０００μｍ、好ましくは７０〜５００μｍ、特に好ましくは１００〜２５０μｍ程度であることが好ましいが、実際に使用される装置に応じて適宜選択可能であり、必ずしも上述の範囲に限定されるものではない。また、導光体２１を収納する面光源装置のフレーム部分と一体的に成型を行うことによって、フレーム部分に光反射シートの効果を持たせることも可能である。

また、光反射シート２７の基材として好適な材質としては、たとえばポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、又はポリオレフィン系樹脂といった樹脂材料を好適に用いることができる。また、マイクロリフレクタアレー構造（基本ユニットの繰り返し構造）の賦型には、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂による賦型やエンボス成型による賦型が好適に用いられる。

中でも、特に好適であるのは２軸延伸を施したポリエステル系樹脂、若しくはポリオレフィン系樹脂フィルム上に、光硬化樹脂によってマイクロリフレクタアレー構造を形成した態様である。これは、２軸延伸フィルムを基材に用いることによって、光反射フィルム自体が撓みづらくなり、導光体と光反射シートの間に不自然な間隙が生じてニュートンリング等の外観的に好ましくない現象が発生することが防止されるからである。

さらに、ニュートンリング等の外観不良を完全に防止するためには、光反射シートは導光体に向かう側が凸となるようにあらかじめ反りが与えれられていることが好適である。これによって、特に隙間のできやすい表示画面の中央部で、導光体と光反射シートの間に不自然な間隙が発生してしまうことを防止でき、画面全体での間隙の分布が均等化され、光反射シートの撓みによる不良の発生を完全に防止することが可能になるのである。

反りは例えば長尺ロールに光反射シートを巻き付けることによって付与することが可能である。また、反りの大きさは例えば平面板上に光反射シートを上に凸となるように置いた際に、光反射シート中央部と平面板との間隔（浮き上がり）が０．５ｍｍ以上となるようにすることが好ましい。

光反射シート２７に設けられる光反射面２８ａの反射率は、高効率化の観点から、言うまでもなく高反射率であることが望ましい。ここで、反射面２８ａの、積分球等を用いて測定した波長５５０ｎｍにおける反射率は、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８５％以上である。

●《導光体の発光面形状》
これまで、導光板２１の対向面２１ｃ及び反射シートについて、高照明効率を得るための構成についての検討を行ってきたが、本発明に係る面光源装置の好ましい実施形態においては、更に高い照明効率を得るため、導光体の発光面側に、稜線２４ａが光入射面２１ａと直交する集光素子アレー２４が設けられることが望ましい。

ここで、導光体２１に設けられる集光素子アレーは、三角プリズムアレー、レンチキュラレンズアレー、波板アレー等に代表される集光素子アレーが代表的であるが、特に好ましいのは図１に示すような三角プリズムアレーであって、この場合、プリズムの頂角βは好ましくは１００〜１６５度、さらに好ましくは１２０〜１６０度、より好ましくは１３０〜１５５度である。

●《面光源装置を用いる表示装置》
上述の面光源装置は、面光源装置としてのみならず、表示装置のバックライト光学系として好適に利用可能である。表示装置の方式としては様々なものが存在するが、例えば液晶ディスプレイ装置に好適に適用可能である。ここで、液晶ディスプレイ装置とは、液晶分子の電気光学効果、即ち光学異方性（屈折率異方性）、配向性等を利用し、任意の表示単位に電界印加或いは通電して液晶の配向状態を変化させ、光線透過率や反射率を変えることで駆動する、光シャッタの配列体である液晶表示素子を用いて表示を行う装置をいう。

具体的には、透過型単純マトリクス駆動スーパーツイステッドネマチックモード、透過型アクティブマトリクス駆動ツイステッドネマチックモード、透過型アクティブマトリクス駆動インプレーンスイッチングモード、透過型アクティブマトリクス駆動マルチドメインヴァーチカルアラインドモード等の液晶表示素子を用いる表示装置が挙げられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、液晶ディスプレイ等のバックライト光学系を始め、広く利用可能なサイドライト型面光源装置に関して、プリズムシート等の高価な集光部材を用いずとも、極めて高い照明効率を実現できる。部品点数の少ない構成で、かつ高い照明効率を有する面光源装置は、近時、低コストと高性能の両立が求められる液晶ディスプレイパネルのバックライト光学系として極めて有用である。

なお、上述の実施形態においては、本発明による光反射体を面光源装置に用いられる光反射シートに適用した場合を説明したが、本発明の本質は金属層上に特定の屈折率関係を満たすコート層を特定の順番で積層することにより、金属層の耐久性を向上すると共に反射率を向上させることであり、その用途は面光源装置用の光反射シートに限定されるものでもないし、またシート形状に限定されるものでもない。また、上述の実施形態においては反射した光の方向を制御する必要があったため、その表面に特定形状のマイクロリフレクタアレーを形成していたが、本発明に係る光反射体において、マイクロリフレクタアレーは必須でない。

以下、本発明の具体的な実施例を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜８）
導光体２１として２５６．０×１９０．０ｍｍ、厚みは厚肉側が２．０ｍｍ、薄肉側が０．６ｍｍなる断面楔形状の板状導光体を作成した。材料にはアクリル樹脂（旭化成製、８０ＮＨ）を使用し、厚肉側の端面を光入射面２１ａとして、この面に対向させて管径１．８ｍｍの冷陰極管（ハリソン東芝ライティング製）からなる線状光源２２を設け、さらにこの冷陰極管の周囲を、白色ポリエステルフィルムを光反射面とするリフレクター２６（三菱樹脂製）にて覆い、導光体の光入射面２１ａに効率良く線状光源２２からの出射光線が入射するようにした。

導光体２１の発光面２１ｂと対向する面２１ｃ側には、方向性出射素子として、付け根における水平断面が直径６０μｍの円形で、高さ４４μｍ、光線の主たる進行方向（方向Ａ）に対する突起の開口幅Ｗと突起の高さＨの比Ｈ／Ｗが０．６７の突起を多数設けた。 方向性出射素子として機能する直径６０μｍなる円形の突起は線状光源から離れるにしたがって配置密度が徐々に高くなるようにパターニングが施した。この際に、光源からの距離が最も遠く、突起の配置密度が密な領域において、光線の主たる進行方向（方向Ａ）および、方向Ａに直交する方向（方向Ｂ）についての平均的な間隙に関して、光線の主たる進行方向（方向Ａ）についての間隙が相対的に広くなるようにパターニングが施され、輝度分布の均一化がはかられている。

また、導光体の光入射面に垂直な方向となる光線の主たる進行方向（方向Ａ）に対する突起の平均的な配置の間隙（平均ピッチ）は１３５μｍで略同一とされ、方向Ａについての突起の配置間隔が十分に広く保ち、突起から出射した照明光が隣接した突起に妨げられることの無いようにパターンを配置している。

また、集光特性を高めるため、導光体の発光面２１ｂには頂角β（図１）１４０°、ピッチを５０μｍ、かつ、稜線２４ａが導光体の光入射面２１に垂直な方向を向いた三角プリズムアレー２４を配した。

また、突起を方向性出射素子として機能させるためには、特に突起の側面が平滑となっている必要があるが、このような構造の突起を形成するための金型（スタンパ）を次の様な方法を用いて作成した。

すなわち、まず厚さ７５μｍのドライフィルムレジスト（デュポン製）を鏡面研磨した銅基板上にラミネートした。次に、突起を形成したい部分が多数の開口部となったフォトマスクを描画装置（大日本スクリーン製、ＲＧ−６５００）を用いて描画し、このフォトマスクを用いた平行光源によるフォトリソグラフィーによって突起を形成すべき部分にドライフィルムレジストを残存させた。

そのようにして得た、ドライフィルムレジストが円柱状に多数残存した銅基板上に対し、ニッケルを深さ（厚さ）が６０μｍとなるように電着させ、最後にドライフィルムレジストを剥離して凹部が多数形成された金型を作成した。さらに、型離れ性を向上させ、金型表面の平滑度を向上させるため、ドライフィルムレジストを剥離した後にニッケルをさらに電着させ、表面を平滑化すると同時に凹部断面にテーパー角を与え離型性を向上させた。このようにして得た平滑面からなる凹部が多数形成された金型を用い、射出成型機（東芝機械製）を用いて定法の射出成型を行い、前述の導光体を得た。

この導光体の出射方向選択率は、８６．９％であり、線状光源２２から出射した光が導光体２１から光反射シートの側に集中的に出射していることが確認された。
ここで、上述したように、出射方向選択率の測定は次の様に行った。先ず光反射シート２７の代わりに、黒色の植毛紙（光反射率１％以下）を配し、導光体２１の光入射面２１ａ（光源の配される側端部）に垂直な方向１０１（図２）への出射角度θの分布を輝度計（トプコム製ＢＭ−７）を用いて測定した。

次に、導光体２１を逆の向き（本来、発光面２１ｂとなるべき面が黒色植毛紙に向かい合う面となる向きに）にセットし、同様に中心位置で方向１０１への出射角度分布を測定した。これらの測定曲線に関しそれぞれのθ＝０〜１８０°までの積分値を求めてＬａ、Ｌｂを算出し、その結果から、発光面２１ｂの中心位置での出射方向選択率＝Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）×１００（％）を求める。出射方向選択率は、線状光源２２から導光板２１に入射した光線が、対向面２１ｃから光反射シートの側へ出射する程度を定量化した値である。

（光反射シートの形成）
基材フィルムとしての厚さ１２０μｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（「ダイヤホイル」）の一方の面上に、アクリル系光硬化樹脂をコートし、山形構造をダイヤモンドバイトを用いた旋盤加工によって形成したロール金型に光硬化樹脂を押し当て、基材フィルムの他方の面から紫外線を照射し、図８に示した、稜線２８ｂが略平行に配列した断面山形状の反射面２８ａを基本ユニット２８とする光反射シートを形成した。基本ユニット２８のピッチＰは５０μｍであり、山部の頂角γは１１６°とした。

次に、反射面２８ａの金属層として、アルミニウムを厚さ８０ｎｍ（実施例１〜３）、１２０ｎｍ（実施例４，５）及び１５０ｎｍ（実施例６〜９）を蒸着した。さらにこのアルミニウム蒸着層表面に、酸化珪素（屈折率１．４６：実施例１〜８）又は酸化アルミニウム（屈折率１．６７：実施例９）からなるコート層αを電子ビーム法によって２０ｎｍ〜９０ｎｍの範囲で設け、さらにその上に二酸化チタン（屈折率２．５０：実施例１〜５）又は二酸化ニオブ（屈折率２．１０：実施例６〜９）なるコート層βを、スパッタリング法によって厚さ４５〜７０ｎｍの範囲で、順次、積層した。
このようにして形成した光反射シートについて、積分球にマイクロリフレクタアレーの向きが常に一定になるようにセットし、分光光度計（島津製作所製ＵＶ３１５０ｐｃ）を用いて全光線反射率を測定した。結果を表１に示す。

そして、形成した光反射シートを導光体と組み合わせ、図１に示すような、導光体２１から光反射シート２７の側に選択的に出射した光線が、光反射シート２７の反射面２８ａの作用によって方向変換され、導光体２１の方向性出射素子２９から光反射シート２７の側に集中的に出射した集光性の高い照明光線を正面方向（導光体の発光面に垂直な方向）に出射させる面光源装置を得た。

外観を整えるため、面光源装置の導光体の発光面上に弱いヘーズのかかった保護フィルム（ツジデン製、Ｄ１１７ＵＥＹ）を配し、面光源装置の平均輝度を測定した。測定は、インバーター（ハリソン東芝ライティング製、ＨＩＵ−７４２Ａ）を介して冷陰極管光源２２を高周波点灯した状態で行った。評価時の冷陰極管の管電流値は６ｍＡとした。また、平均輝度は、輝度計（トプコム製ＢＭ−７）を用いて発光面内の２５点における輝度を測定し、その値を平均して求めた。測定結果を表１に示す。

次に、高温高湿環境下における耐久性について評価した。評価は、面光源装置を温度６５°Ｃ、湿度８５％ＨＲのチャンバー内に非点灯状態で放置し、２００時間後、５００時間後及び１０００時間後にそれぞれ上述の条件で線状光源を点灯させ、発光面の外観に変化がないかどうか（まだら状の暗部（欠陥部）が出現するか否か）を目視で観察することによって行った。評価結果を表１に示す。表１において、○は外観上不良なし（欠陥部出現無し）、△は一部に欠陥部出現、×は全体に欠陥部出現をそれぞれ示す。

（比較例１〜８）
以下のように各種条件を変更して光反射シート及び面光源装置を作成し、実施例と同様にして測定及び評価を行った。結果を表１に示す。
（比較例１）
反射面にコート層βを設けないこと以外は実施例１と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。

（比較例２）
コート層αの厚さを８０ｎｍとしたこと以外は比較例１と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。
（比較例３）
コート層αとして、厚さ６０ｎｍの二酸化チタン層をスパッタリングによって形成したこと以外は比較例１と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。

（比較例４）
コート層α及びコート層βを設けないこと以外は実施例１と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。
（比較例５）
金属層の厚さを１９０ｎｍとしたこと以外は比較例１と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。

（比較例６）
金属層の厚さを１９０ｎｍとしたこと以外は比較例４と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。
（比較例７）
コート層α及びコート層βの順序を逆にした以外は実施例１と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。

（比較例８）
コート層αの材料を二酸化ニオブとしたこと以外は比較例７と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。
（比較例９）
金属層の厚みを１５０ｎｍとし、コート層βを酸化アルミニウム（屈折率１．６７）を電子ビーム法によって厚さ６０ｎｍに形成したこと以外は実施例１と同様にして光反射シートを形成し、面光源装置を構成した。

（結果の評価）
表１から明らかなように、実施例１〜９においては光反射シートの全光線反射率及び面光源装置の平均輝度が高く、また耐久性にも優れている。
一方、コート層を全く設けない比較例４，６は、光反射シートの全光線反射率が最も低く、従って面光源装置の平均輝度も低い。また２００時間後には既に全体に欠陥部が出現するなど、耐久性も劣っている。

また、コート層を１層のみ設けた比較例１，３，５では、耐久性について比較例４，６よりも若干改善が見られるものの、光反射シートの全光線反射率に顕著な差は見られない。
コート層を２層設けた比較例７〜９では、耐久性は十分な改善が見られるが、屈折率の関係が逆転している比較例７及び８、及び屈折率の差が０．２１と小さい比較例９では、光反射シートの全光線反射率について他の比較例に対する改善はさほど見られない。

このように、表１から、本願発明の、特定の屈折率の関係を有するコート層を特定の順序で金属層上に積層するという構成により、高反射率と高耐久性とが同時に実現されることが理解できる。

本発明の実施形態に係る面光源装置の要部構成例を模式的に示す斜視図である。 、 本発明において用いる出射方向選択率の測定方法を説明する図である。 本発明の実施形態における突起の断面形状（幅Ｗ及び高さＨ）について説明する図である。 本発明の実施形態における、突起間距離の定義を説明する図である。 突起間隙部分の対向面２１ｃ表面が荒れている場合の光の散乱について説明する図である。 、 、 、 、 、 、 、 本発明の実施形態において使用可能な反射シートにおける光反射面の構成例を示す図である。 本発明の実施形態において使用可能な反射シートにおける光反射面の傾斜角の定義を説明する図である。 本発明の実施形態において使用可能な反射シートの層構成例を説明する図である。 点光源を用いた面光源装置の構成例を示す図である。 従来の面光源装置の構成例を示す図である。

Claims (8)

1. 少なくとも一つの光入射面と、発光面とを有する導光体と、前記光入射面に光を供給する光源と、前記導光体の前記発光面と対向する面から出射する光を反射する光反射シートとを含む面光源装置であって、
   前記光反射シートの表面には、傾斜した光反射面を有する、断面略同一又相似形の基本ユニットがピッチ２００μｍ以下で配列して形成され、
   前記光反射面が、
   金属層と、
   この金属層上に積層された第１のコート層と、
   この第１のコート層上に積層された第２のコート層とを有し、
   前記第２のコート層の屈折率が前記第１のコート層の屈折率よりも０．３以上高いことを特徴とする面光源装置。
2. 前記金属層がアルミニウム若しくは銀の単体若しくは合金、前記第１のコート層が酸化珪素、前記第２のコート層が酸化チタン若しくは酸化ニオブからそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第１のコート層の厚さが４０〜１２０ｎｍであり、前記第２のコート層の厚さが４０ｎｍ〜８０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の面光源装置。
4. 前記基本ユニットは、断面形状が頂角が１０６〜１２０°の山形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の面光源装置。
5. 前記光反射シートは前記導光体に向かって凸となるよう、あらかじめ反りが与えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の面光源装置。
6. 前記導光体の前記発光面には、稜線を前記光入射面にほぼ垂直とし、頂角を１００°〜１６５°の範囲とする三角プリズムアレーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の面光源装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の面光源装置を用いた表示装置。
8. 基材表面に光反射面が設けられた光反射体であって、
   前記光反射面が、
   金属層と、
   この金属層上に積層された第１のコート層と、
   この第１のコート層上に積層された第２のコート層とを有し、
   前記第２のコート層の屈折率が前記第１のコート層の屈折率よりも０．３以上高いことを特徴とする光反射体。

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