JP2005071928A - バックライト及び導光体の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶パネル等に用いられるバックライトからの出射光の指向性を改善し、輝度を向上させる。
【解決手段】 バックライト用導光体７の上面７ｂにレンズアレイ４を形成し、底面７ｃには各レンズに対応して四角錐形状の突起状構造物５を形成する。突起状構造物５の表面には反射膜６が設けられ、ここで反射された光は導光体７の上面７ｂのレンズアレイ４に導かれレンズから出射される。突起状構造物５は、導光体７の底面７ｃに塗布形成された紫外線硬化樹脂層に対して、導光体上面のレンズを介して紫外線を照射しパターニングすることで形成される。各レンズの焦点付近に各々突起状構造物５が形成されるので、そこからの反射光はレンズによってほぼ平行光化され導光体７から出射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置等に用いられるバックライト及びそのバックライトを構成する導光体の作製方法に関するものである。

バックライトは、ノート型パソコンや携帯端末などの液晶ディスプレイ装置等の光源として用いられ、高輝度化及び低消費電力化が要求されている。

図７は、従来のバックライトの一構成例を概略的に示した断面図である。

このバックライトは、導光体６１、光拡散シート６２、導光体裏面反射シート６３、線状光源６４、反射板６５、光拡散物質６６、プリズムシート６７等で構成されている。この構成では、線状光源６４からの出射光を導光体６１により面状に広げ、光拡散シート６２により光線の放射分布を整え、プリズムシート６７により光線の方位を導光体６１の面の法線方向になるように調整している（例えば、特許文献１参照）。しかし、上記の構成では、バックライトより射出される光の放射角が広く、不要な方向への光の損失が生じるという課題を有していた。
この課題の解決方法として、後述する特許文献２や特許文献３の技術が開示されている。

図８は、特許文献２に示されているバックライトの構成を概略的に示した断面図である。

このバックライトは、線状光源７１、反射板７２、導光体７３、反射シート７６、レンズアレイ７７等で構成されている。導光体７３の底面（反射面）には微小なくぼみ７４が設けられ、導光体７３の上面（出射面）にはレンズアレイ７７が設けられている。光源７１から出射され、微小くぼみ７４で反射された光は、レンズアレイ７７によって平行光化され、バックライトを出射する。この構成により指向性のよい面光源が得られる。

図９は、特許文献３に示されているバックライトの構成を概略的に示した断面図である。

このバックライトは、光線指向性化シートを用いて同様な特性を実現したものである。すなわち、底面に微小突起８５、上面にレンズアレイ８４をそれぞれ形成した光線指向性化シート８３を、導光体８２の上面に接して設けたものである。線状光源８１を出射し、導光体８２内で反射を繰り返す光線は、微小突起８５で光線指向性化シート８３内に導かれ、レンズアレイ８４によって平行光化される。この構成により、指向性のよい面光源が得られる。
特開平５−１２７１５９号公報 特開平１０−１２５１２３号公報 特開平１０−３９１１８号公報

しかしながら、図８に示すバックライトの構造では、指向性の良い面光源を得るためには、レンズアレイ７７と微小くぼみ７４の位置を高精度に合わせなければならないといった問題があり、また図９に示すバックライトの構造では、微小突起８５の形状制御の自由度が小さいといった問題があった。

さらに、図８及び図９に示すバックライトは、微小くぼみ７４または微小突起８５の分布を密にしたり疎にしたりすることで、面光源としての輝度の均一性を図っているが、微小くぼみ７４や微小突起８５だけでなく、それに対応するレンズのサイズや配置も変えなければならず、レンズを稠密に配置することが難しかった。そのため、実際上、輝度を均一にすることが難しいといった問題があった。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、高輝度で、輝度均一性が高く、指向性の良いバックライト及びそのバックライトを構成する導光体の作製方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のバックライトは、光源と導光体とからなり、前記導光体は、前記光源に対向する入射面と、この入射面を透過した入射光を反射させる反射面と、この反射面で反射された光を出射する出射面とを備えており、かつ、前記反射面と出射面とが対向配置された構造のバックライトにおいて、前記導光体の反射面に前記出射面と反対側に突出した複数の突起状構造物が設けられ、前記導光体の出射面に前記突起状構造物に対応して複数のレンズが設けられ、前記突起状構造物が前記レンズの焦点を含む面上に配置されていることを特徴とする。

ここで、前記光源は、線状光源と反射板とにより構成することができる。また、前記光源は、点状光源と第２の導光体とにより構成することができる。この場合、第２の導光体は、上記導光体と同様の構成とし、第２の導光体の出射面と導光体の入射面とが対向するように配置する。

また、前記突起状構造物を感光性樹脂で形成し、その表面に反射膜を設けた構成とする。さらに、前記突起状構造物の中心位置が、この突起状構造物と対応するレンズの光軸上に位置するように配置し、かつ、複数の突起状構造物のそれぞれの中心位置と、これら突起状構造物に対応する複数のレンズのそれぞれの光軸との間の距離がすべて同じ距離となるように配置する。

また、前記突起状構造物は、そのサイズが前記光源に近い側では小さく、前記光源から遠ざかるに従って次第に大きくなるように形成し、前記レンズは、その外形状を六角形または四角形に形成することで隙間無く稠密に配列した構造とする。さらに、前記導光体の入射面と反射面とのなす角度を鋭角とし、前記突起状構造物の表面を斜面とする。

このような構成とすることにより、突起状構造物で反射された光が、レンズによって平行光化されるので、指向性の高い光が導光体出射面の全面にわたって出射される。また、出射光の出射方向は、レンズと突起状構造物の位置関係を変えることにより制御でき、出射光の光量分布は突起状構造物のサイズを上記の如く場所ごとに調整することで制御できる。

また、本発明の導光体の作製方法は、透明基板の一方の面に複数のレンズを形成する工程と、前記透明基板の他方の面に感光性樹脂層を形成する工程と、前記レンズを通して光を前記感光性樹脂層に照射することにより、前記感光性樹脂層を用いて複数の突起状構造物を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

この場合、前記感光性樹脂層を紫外線硬化樹脂とし、前記複数の突起状構造物を形成する工程では、前記紫外線硬化樹脂層を感光させ、未硬化部分を有機溶剤により除去して、複数の突起状構造物を形成するようにしてもよい。また、前記感光性樹脂層をレジストとし、前記複数の突起状構造物を形成する工程では、前記レジスト層に形成された複数の突起状構造物を前記基板に形状転写するようにしてもよい。

また、前記感光性樹脂層に光を照射して複数の突起状構造物を形成する工程では、照射光を光源と、レンズと、前記光源とレンズとの間に配置された部分的に透過率を変化させたマスクとにより生成し、前記光源から出射され前記マスクと前記レンズとを通過した光を前記導光体のレンズ面に照射するようにしてもよい。また、前記感光性樹脂層に光を照射して複数の突起状構造物を形成する工程では、照射光を光源とコリメートレンズとにより生成し、前記光源から出射され前記コリメートレンズを通過した光の入射方向と光の強度または照射時間とを調整しながら前記導光体のレンズ面に光を照射するようにしてもよい。

このような特徴を有する本発明の導光体の作製方法によれば、各レンズの光軸に対して精度良く位置決めして、それぞれのレンズに対応する構造物を形成することができる。このように作製された導光体を用いることにより、指向性の高い面光源が得られる。

本発明のバックライトは、光源と導光体とからなり、前記導光体は、前記光源に対向する入射面と、この入射面を透過した入射光を反射させる反射面と、この反射面で反射された光を出射する出射面とを備えており、かつ、前記反射面と出射面とが対向配置された構造であって、前記導光体の反射面に前記出射面と反対側に突出した複数の突起状構造物が設けられ、前記導光体の出射面に前記突起状構造物に対応して複数のレンズが設けられ、前記突起状構造物が前記レンズの焦点を含む面上に配置された構成としている。このような構成とすることにより、突起状構造物で反射された光がレンズによって平行光化されるので、指向性の高い光が導光体出射面の全面にわたって出射されることになる。この場合、出射光の出射方向は、レンズと構造物の位置関係を変えることにより制御でき、また出射光の光量分布は構造物のサイズを場所ごとに調整することで制御できるので、高輝度で、輝度均一性が高く、指向性の良いバックライトを実現することができる。

また、本発明の導光体の作製方法は、透明基板の一方の面に複数のレンズを形成する工程と、前記透明基板の他方の面に感光性樹脂層を形成する工程と、前記レンズを通して光を前記感光性樹脂層に照射することにより、前記感光性樹脂層を用いて複数の突起状構造物を形成する工程と、を備えた構成としたので、各レンズの光軸に対して精度良く位置決めして、それぞれのレンズに対応する突起状構造物を形成することができる。このように作製された導光体を用いることにより、指向性の高い面光源が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

＜実施形態１＞
図１は、本実施形態１のバックライトの構成を模式的に示した断面図である。

図１に示すように、本実施形態１のバックライトは、紙面に垂直な方向に配置された線状光源１と、線状光源１からの出射光を第１の所定方向（例えば、図中右方向）に伝播させると共に、第２の所定方向（例えば、図中上方向）に出力させる導光体７と、導光体７の入射面７ａに対向する部分を除いて線状光源１の周囲を囲むように断略横向きＵ字状に配置された反射鏡２等で構成されている。

導光体７は、例えば石英、ガラス、アクリル系樹脂やポリカーボネート等の透明樹脂等の材料によって形成されている。導光体７の上面（以下「出射面」という）７ｂにはレンズアレイ４が設けられており、また導光体７の底面（以下「反射面」という）７ｃには一定のピッチで複数の突起状構造物５が配置されている。この突起状構造物５は、反射面７ｃに対して傾斜した面を含み、その形状は多角錐状、四角錐状、円錐状等を始め、傾斜面を含む形状であればその他の形状であってもよい。レンズアレイ４の各レンズ４ａは凸レンズの作用を有し、一つのレンズ４ａに対して、１つ以上の突起状構造物５が対応するように配置されている。また、レンズ４ａの焦点位置は導光体７の反射面７ｃ付近にあり、いずれかの突起状構造物５の中央に位置するように設定されている。また、反射面７ｃには、突起状構造物５の表面も含め、全体に反射膜６が設けられている。

導光体７からの出射光の強度の均一性が重要な場合、光源は本実施形態１の線状光源１が望ましい。線状光源１としては、蛍光灯、白熱灯の他、ＬＥＤのような点状光源を並べたもの等を用いることができる。反射鏡２の線状光源１に面した部分には、銀やアルミ等の反射率の高い物質が蒸着され、高反射率化されている。

線状光源１から出射された光線は、図１に示すように、入射面７ａを通って導光体７に直接入射するか、または反射鏡２により反射されて入射面７ａを通過して導光体７内に導かれ、導光体７の出射面７ｂ及び反射面７ｃで全反射されて、導光体７内を伝播する。導光体７の出射面７ｂにはレンズアレイ４が設けられており、完全な平面ではないが、曲率の小さいレンズが並ぶため、平面に近い領域が多く、導光体７の出射面７ｂに入射する光線の大部分は全反射されて、導光体７内を進む。

一方、導光体７の底面７ｃの突起状構造物５に入射する光線は、突起状構造物５表面の反射膜６で反射されて上方に導かれ、レンズアレイ４に入射する。レンズアレイ４の各レンズ４ａ部分の焦点位置は、突起状構造物５の中央部に位置しているので、導光体７からの射出光は、レンズアレイ４の各レンズ４ａ部分によりほぼ平行光化される。

次に、導光体７内を伝播する光線の振る舞いの詳細について図２を用いてさらに説明する。

導光体７の出射面７ｂ及び反射面７ｃはＸＺ面内にあり、導光体７内に導かれた光はＺ方向に伝播する。また、導光体７の入射面７ａは導光体７の出射面７ｂ及び反射面７ｃの法線に対して傾いており、入射面７ａと反射面７ｃのなす角度は９０度よりも小さくなっている。この角度をα１、光源から出射された光線８とＺ軸とがなす角度をθ1、導光体７の屈折率をｎとすると、入射面７ａ透過後の光線８とＺ軸とがなす角度θ２は次式で表される。

θ２＝ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（９０°―（α１＋θ１））／ｎ）
Ｚ軸方向に強度ピークをもつ入射光が導光体７内に入射した場合、入射面７ａでの屈折により、入射光はＺ軸方向から角度ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（９０°―α１）／ｎ）だけ傾いた方向に強度ピークをもつ光束に変換される。

導光体７内を伝播する光の一部は、導光体７の反射面７ｃに設けられた突起状構造物５により反射される。

ここで、突起状構造物５が四角錐形状であるとし、突起状構造物５の頂角をα２とすると、このときの四角錐の斜面の傾きα３は次式で表される。

α３＝９０°―α２／２
また、光線８の斜面への入射角θ３は、以下の式で与えられる。

θ３＝９０°−（θ２+α３）
突起状構造物５の斜面で反射された光線８は、次に導光体７の出射面７ｂに入射する。その入射角θ４は、以下の式で与えられる。

θ４＝θ３−α３＝９０°―（θ２＋２α３）
例えば、ｎ＝１．５、α１＝７５°、α２＝１００°の場合、θ１＝０°で入射した光線は、突起状構造物５内で反射され、入射角度０°で導光体７の出射面７ｂに入射する。

突起状構造物５がレンズ４の光軸上にある場合、突起状構造物５内で反射された光線は、レンズアレイ４によって平行光化され導光体７の出射面７ｂから出射される。

この平行光の出射方向は、レンズアレイ４と突起状構造物５の位置関係を変えることにより調整できる。

すなわち、突起状構造物５の位置を焦点距離ｆのレンズアレイ４の光軸からＺ方向にΔだけずらすと、
θ５＝ｓｉｎ^-1（ｆ／ｎ／Δ）
の方向に平行光は出射される。ここでθ５は、出射面法線と出射光の光軸とがなす角度である。このようにして、任意の方向の出射成分の大きな面光源をつくることができる。

また、突起状構造物５のサイズを制御することにより、導光体７から出射される光の強度制御を行うことができる。

すなわち、突起状構造物５のサイズを大きくすれば、その内部に入射し反射される光の光量を増大させることができる。逆に突起状構造物５のサイズを小さくすれば、その内部に入射し反射される光の光量を低減することができる。したがって、導光体７から出射される光の光量分布の調整は、突起状構造物５のサイズの調整により行うことができる。通常、光源に近い側では突起状構造物５に入射する光量が増えるので、光源に近い側では突起状構造物５のサイズを小さくし、光源に遠い側では突起状構造物５のサイズを大きくすることにより、導光体７から出射される光の光量分布を均一にすることができる。

また、突起状構造物５のサイズの制御により、面光源の指向性の制御もできる。特に高い指向性を必要としない場合は、突起状構造物５のサイズを大きくするとよい。突起状構造物５のサイズを大きくすると、レンズアレイ４の各レンズ４ａからみた見かけ上の光源のサイズが大きくなるため、レンズ４ａから出射された光の広がり角度が大きくなる。

また、レンズアレイ４の各レンズ４ａの外周形状を六角形や四角形状とし、稠密配列にすると、導光体７の出射面７ｂに入射した光線はすべてレンズを通過し、平行光に変換されて出射されるので、光量ムラの少ない面光源が得られる。

次に、本実施形態１のバックライトを構成する導光体７の形成方法を、図３を用いて説明する。図３は、導光体の製造工程を示す断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、アクリルからなる透明基板３の一方の面にレンズアレイ４を形成する。ここで、透明基板３としてはアクリル板を使用しているが、その他の種類のプラスチック材、ガラス板等であってもよい。基板上にレンズアレイを形成する方法としては、２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法や、インクジェットヘッドにより紫外線硬化樹脂を滴下後、硬化させてレンズアレイを形成する方法などがある。また、透明基板がガラス板の場合は、等方性ウェットエッチングにより形成された球面状凹部を高屈折率部材で埋める方法、イオン交換で屈折率を高くする方法などがある。あるいは、射出成形によりレンズ基板を作製してもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、透明基板３のレンズ形成面と反対側の面に紫外線硬化樹脂層１１を塗布形成する。この紫外線硬化樹脂層１１に対してレンズアレイ４を介して紫外光を照射し、紫外線硬化樹脂層１１を感光させる。この感光工程の詳細については後述する。

感光後、有機溶剤を用いて、紫外線硬化樹脂層１１の未硬化部を取り除くと、図３（ｃ）に示すように、レンズ面の直下に四角錐形状の突起状構造物５が得られる。この突起状構造物５は、複数個のレンズ４ａの各々に対応して各レンズ４ａの光軸上に得られる。これにより、透明基板３の片面にレンズアレイ４、もう一方の面に四角錐形状の突起状構造物５を備えた導光体７が得られる。

次に、図３（ｄ）に示すように、透明基板３の突起状構造物５が形成されている面に、反射膜６を形成して、導光体７が形成される。反射膜６は、金属膜や誘電体多層膜を用いるとよい。金属膜６であれば、銀、アルミなどをスパッタ、真空蒸着で成膜する。この後、導光体７の入射面７ａに、反射面２を備えた線状光源１を結合して、図１に示すバックライトが完成する。

ここでは、突起状構造物５が紫外線硬化樹脂１１により形成されている例について作製方法を示したが、この工程はレジストを用いて行ってもよい。すなわち、紫外線硬化樹脂層１１の代わりにネガレジスト層を形成し、紫外線硬化樹脂の場合と同様に、レンズアレイ４を介して紫外光を照射して露光を行い、現像後、ネガレジスト層側から透明基板３をエッチングして形状転写し、透明基板３上に紫外線硬化樹脂を用いた場合と同様に、突起状構造物を形成する。

ここで、前述した感光工程について、図４を参照して説明する。

図４は、感光工程を行うための紫外線照射光学系の構成を概略的に示している。

図４に示すように、紫外線照射光学系は、超高圧水銀ランプ５１と、曲面ミラー５２と、グレースケールマスク５３と、レンズ５４とを備えて構成されている。

超高圧水銀ランプ５１は、照射光の光源である。超高圧水銀ランプ５１から出射されたｉ線（波長３６５ｎｍ）の紫外光は、曲面ミラー５２によって反射され、グレースケールマスク５３を照明する。グレースケールマスク５３は、部分的に光の透過率を変化させたマスクである。グレースケールマスク５３は、透明基板３の上の感光性樹脂層１１において四角錐突起物の形状を形成するのに必要な露光量分布となるように、光の透過率を調整する。

すなわち、透過率が連続的に変化しているグレースケールマスク５３を介して紫外光を照射することで、紫外光の強度が連続的に変化する、これにより、所望の強度分布をもった光束を照射する。

グレースケールマスク５３を透過した紫外光は、レンズ５４を透過してレンズアレイ４に入射する。レンズアレイ４の焦点は感光性樹脂層１１内に位置するように設定されているため、紫外線はレンズアレイ４によって感光性樹脂層１１内に結像し、感光性樹脂層１１が感光される。このとき、強い紫外線により強く露光された地点は、感光性樹脂層１１の硬化が早いため、溶剤浸漬後、より厚く残り、一方弱い紫外線により弱く感光された地点では、感光性樹脂層１１は薄く残る。従って、この光量分布の調整、すなわちグレースケールマスク５３の透過率分布の制御を行うことにより、所望の形状の突起状構造物５を形成することができる。以上の露光方法は、レジスト層に対しても同様に行うことができる。

次に、別の感光手段を図５を参照して説明する。

図５は、紫外線照射光学系の別の構成を示している。図５の紫外線照射光学系は、図4の紫外線照射光学系と同様に超高圧水銀ランプ５１を備えているが、球面ミラー５５とコリメートレンズ５６により、紫外光平行光が透明基板３に向かって照射される構成となっている。透明基板３は２軸回転可能なステージ（図示せず）に搭載されており、回転ステージは自動制御される。

超高圧水銀ランプ５１から出射されたｉ線紫外光は、球面ミラー５５とコリメートレンズ５６によって平行光に変換され、透明基板３に導かれる。透明基板３は、Ｘ軸とＹ軸（基板面法線）とを中心に回転する２軸回転ステージに搭載されており、この回転ステージの回転角の制御によって、基板面法線と紫外線平行光の光軸との傾きを自在に変化させることができる。

透明基板３に紫外線平行光を照射すると、レンズアレイ４によって透明基板３の反対側の面に形成された感光性樹脂層１１（またはレジスト層）で一点に集光され、この集光スポットによって感光性樹脂層１１が感光される。透明基板３を回転させることにより紫外線平行光の入射角度を変えると、集光スポットの位置が変化し、感光されるポイントを変化させることができる。このとき、各ポイントで露光時間（あるいは照射光強度）を制御することで、所望の地点に所望の露光量の露光を行うことができる。この工程の繰り返しで所望のパターンに感光性樹脂層１１を感光する。

この紫外線照射光学系では、図４に示したグレースケールマスク５３が不要であり、マスク作製コストを削減できる。また自動制御のプログラムを変更することにより、様々な形状のパターニングを行うことができる。

上記した感光手段を用いた方法では、四角錐や円錐等任意の形状の突起状構造物５を形成することができる。また、これらの突起状構造物はセルフアライメントされてレンズ直下に形成されるため、レンズと突起状構造物との位置ずれは抑制される。突起状構造物がレンズ光軸上に位置するよう形成すれば、バックライトを構成したとき、各レンズからレンズ光軸に沿った方向に、広がり角度の小さな光が出射され、指向性の高い面光源が得られる。

また、これらの方法では、突起状構造物５をレンズ光軸から一定距離だけ離して配列して形成することも容易である。すなわち、露光の際にあらかじめ傾けて透明基板を配置し、傾けた軸を中心にしてパターニングを行うことにより、その軸上に突起状構造物を形成することができる。突起状構造物をレンズ光軸からシフトして配列するため、そのシフト量に応じてレンズからの出射角度が制御され、面光源の出射角度を調整することができる。

また、バックライトとして機能させた時に、導光体７から出射される光の光量分布を調整するため、場所によって突起状構造物のサイズを調整しなければならないが、この制御も容易である。上記した図４に示す作製方法では、紫外線照射光学系において、感光される透明基板３の直前にグレースケールマスク５３を配置する。このグレースケールマスク５３により光透過率を調整し、各レンズ４ａに入射する紫外光の光量を調整する。バックライトとして機能させた時の出射光量を増やしたいポイント、すなわち突起状構造物のサイズを大きくしたいポイントでは、マスクの光透過率を上げ、出射光量を減らしたいポイント、すなわち突起状構造物のサイズを小さくしたいポイントでは、マスクの光透過率を下げる。このようにして、面全体で均一な出射光量分布となるよう、グレースケールマスク５３の光透過率分布を設定し、各ポイントの突起状構造物サイズを調整する。

以上のように、導光体からの射出光をレンズアレイにより放射角の小さい光、すなわち平行光に近い光として射出させることにより、不要な方向へ放射される光の損失を低減することができ、本実施形態１のバックライトを正面から見たときの輝度を従来のものよりも大幅に向上させることができる。

なお上記実施形態１では、各レンズ４ａに対し１つの突起状構造物５が形成されている例について説明したが、特に指向性が重要ではなく、広がり角度の大きな面光源が必要な場合は、各レンズ４ａについて複数個の突起状構造物５を形成してもよい。この場合、各レンズについて複数個の点光源が並ぶ形になるので、レンズにより平行光化した時に出射光の広がり角度が大きくなる。

＜実施形態２＞
図６は、実施形態２のバックライトの構成を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

本実施形態２では、面光源を生成する導光体部（第２導光体）は実施形態１と同じであるが、線状光源が発光ダイオードと第１導光体で形成されている点が実施形態１と異なっている。

実施形態１では、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤ等を用いて線状光源１を構成していたが、これらの構成では線状光源１からの出射光の放射角度を調整することができないため、広がり角度の大きな光が導光体７内に導かれていた。放射角度の大きな光線は、導光体７の反射面７ｃに設けられた突起状構造物５への入射角も大きいため、その反射光は隣接レンズ等にも入射し、その結果、導光体７の出射面７ｂから出射される光の平行度が劣化する結果を招いていた。すなわち、入射角θ１が大きい光が突起状構造物５に入射し、反射されると、その出射角度θ４も大きくなるため、光は隣接レンズやその隣のレンズに導かれる。隣接レンズに導かれた光線は、例えば、ｎ＝１．５、レンズ開口数０．２６の場合、レンズ面から出射角度３１°で出射され、これらの光線成分が多いと、面光源としての平行度が悪くなり、導光体７の出射面７ｂの正面に射出する光量が低下してしまう。

この改善のためには、導光体７内に入射する入射光の広がり角度を抑制する必要がある。

本実施形態２では、発光ダイオード２１と第１導光体２６との組み合わせにより、第２導光体３１（実施形態１の導光体７）への入射光の広がり角度を抑制している。この第１導光体２６は、第１導光体基材２２の一方の面（図６中右側の面）にレンズアレイ２３を、その面と対向する面（図６中左側の面）に突起状構造物２４をそれぞれ備え、突起状構造物２４が形成された面には反射膜２５が形成されており、上記実施形態１で説明した導光体７と同様の働きをする。

すなわち、突起状構造物２４内に入射し反射された光はレンズアレイ２３によって平行光に変換され、第１導光体２６からは略平行光化された光が出射され、第２導光体３１に導かれる。本実施形態２の第２導光体３１は、実施形態１の導光体７と同じものであり、第２導光体３１への入射光が平行光に近いため、第２導光体３１の出射面からはほぼ平行光が出射される。この構成により、指向性の高い面状光源が形成される。

また、第２導光体３１からの出射光の均一性を上げるためには、第１導光体２６の出射光もある程度の角度分布を必要とする。この角度分布は突起状構造物２４の配置で制御できる。すなわち、１個のレンズ２３ａに対応して複数の突起状構造物２４（図６では３個）を形成する。この結果、第１導光体２６の出射光の広がり角度を抑制しながらも、その範囲内で様々な角度の平行光が形成され、それが第２導光体３１に入射される。その結果、様々な角度をもった光が第２導光体３１内を伝搬するため、第２導光体３１からの出射光の均一性も向上させることができる。

本発明の実施形態１に係るバックライトの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るバックライトの導光体内での光線の伝播を示す図である。 本発明の実施形態１に係るバックライトの導光体部の作製方法の工程を示す断面図である。 本発明のバックライトの導光体部の作製工程で用いられる紫外線照射光学系の構成を示す図である。 本発明のバックライトの導光体部の作製工程で用いられる紫外線照射光学系の別の構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係るバックライトの構成を示す図である。 従来例のバックライトの一構成例を示す断面図である。 従来例のバックライトの他の構成例を示す断面図である。 従来例のバックライトのさらに他の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１ 光源
２ 反射板
４ レンズアレイ
５ 突起状構造物
６ 反射膜
７ 導光体
２１ 発光ダイオード
２６ 第１導光体
２３ レンズアレイ
２４ 突起状構造物
３１ 第２導光体

Claims (16)

1. 光源と導光体とからなり、前記導光体は、前記光源に対向する入射面と、この入射面を透過した入射光を反射させる反射面と、この反射面で反射された光を出射する出射面とを備えており、かつ、前記反射面と出射面とが対向配置された構造のバックライトにおいて、
   前記導光体の反射面に前記出射面と反対側に突出した複数の突起状構造物が設けられ、前記導光体の出射面に前記突起状構造物に対応して複数のレンズが設けられ、前記突起状構造物が前記レンズの焦点を含む面上に配置されていることを特徴とするバックライト。
2. 前記光源が、線状光源と反射板とにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
3. 前記光源が、点状光源と第２の導光体とにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
4. 前記第２の導光体は、前記点状光源に対向する入射面と、この入射面を透過した入射光を反射させる反射面と、この反射面で反射された光を出射する反射面と対向配置された出射面とを備えており、かつ、前記反射面に前記出射面と反対側に突出した複数の突起状構造物が設けられ、前記出射面に前記突起状構造物に対応して複数のレンズが設けられ、前記突起状構造物が前記レンズの焦点を含む面上に配置されており、この第２の導光体の出射面と前記導光体の入射面とが対向配置されていることを特徴とする請求項３に記載のバックライト。
5. 前記突起状構造物が感光性樹脂で形成され、その表面に反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のバックライト。
6. 前記突起状構造物の中心位置が、この突起状構造物と対応するレンズの光軸上にあることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のバックライト。
7. 前記複数の突起状構造物のそれぞれの中心位置と、これら突起状構造物に対応する複数のレンズのそれぞれの光軸との間の距離がすべて同じであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のバックライト。
8. 前記突起状構造物のサイズが前記光源に近い側では小さく、前記光源から遠ざかるに従って次第に大きくなるように設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のバックライト。
9. 前記レンズの外形状が六角形または四角形に形成されて稠密に配列されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のバックライト。
10. 前記導光体の入射面と反射面とのなす角度が鋭角であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のバックライト
11. 前記突起状構造物の表面が斜面からなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のバックライト。
12. 透明基板の一方の面に複数のレンズを形成する工程と、前記透明基板の他方の面に感光性樹脂層を形成する工程と、前記レンズを通して光を前記感光性樹脂層に照射することにより、前記感光性樹脂層を用いて複数の突起状構造物を形成する工程と、を備えたことを特徴とする導光体の作製方法。
13. 前記感光性樹脂層が紫外線硬化樹脂であり、前記複数の突起状構造物を形成する工程は、前記紫外線硬化樹脂層を感光させ、未硬化部分を有機溶剤により除去して、複数の突起状構造物を形成することを特徴とする請求項１２に記載の導光体の作製方法。
14. 前記感光性樹脂層がレジストであり、前記複数の突起状構造物を形成する工程は、前記レジスト層に形成された複数の突起状構造物を前記基板に形状転写することを特徴とする請求項１２に記載の導光体の作製方法。
15. 前記感光性樹脂層に光を照射して複数の突起状構造物を形成する工程では、照射光が光源と、レンズと、前記光源とレンズとの間に配置された部分的に透過率を変化させたマスクとにより生成され、前記光源から出射され前記マスクと前記レンズとを通過した光を前記導光体のレンズ面に照射することを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の導光体の作製方法。
16. 前記感光性樹脂層に光を照射して複数の突起状構造物を形成する工程では、照射光が光源とコリメートレンズとにより生成され、前記光源から出射され前記コリメートマスクを通過した光の入射方向と光の強度または照射時間とを調整しながら前記導光体のレンズ面に光を照射することを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の導光体の作製方法。
    
    
    

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