JP2008235264A - 面光源装置用導光体および面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光体の光出射面に発生するカラーシフト現象を簡易な方法で低減した，色斑の小さな面光源装置，およびそれに用いる導光体を提供する。
【解決手段】コア層の少なくとも片面に，該コア層より屈折率が低いクラッド層が形成されている導光体であって，前記導光体は、少なくとも一つの側端面を光入射面とし，これと略直交する光出射面とを有し，前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の光入射面近傍側に，クラッドモードを消去させるための表面処理が施されていることを特徴とする面光源装置用導光体。
【選択図】図１

Description

本発明は，携帯電話，ノートパソコン，液晶テレビ，ビデオカメラ等に使用される液晶表示装置，携帯電話のバックライトテンキー，パソコンのバックライトキーボード，電気機器の表示スイッチ等の表示装置に使用する，クラッド付き導光体に関するものであり，さらに詳しくは，光出射面内で色斑の発生を制御することができる面光源装置および面光源装置用導光体に関するものである。

従来，液晶表示装置，表示装置等に使用されている背面光源装置としては，ハウジング内に蛍光灯等の線状光源や発光ダイオード等の点光源を複数個配置した直下方式と，板状の導光体の側端面に線状光源あるいは点光源を配置したエッジライト方式とがある。
しかし，直下方式の背面光源装置では，光源部の軽量化や薄型化を図ることが困難であるので，軽量で薄型化の可能な背面光源装置としてエッジライト方式のものが多用されてきている。

このようなエッジライト方式の背面光源装置とは，通常，アクリル樹脂板等の板状透明材料を導光体とし，この導光体の1つの側端面に対向して配置された光源からの光を、前記側端面（光入射面）より導光体中に入射させ，入射させた光を導光体のおもて面（光出射面）あるいは裏面に光散乱部を設けたり、あるいは導光体中に光拡散性微粒子を含有させる等の光出射機能を設けたりすることによって前記光出射面から出射させる面光源装置である。

ここで前記エッジライト方式の背面光源装置に使用される導光体としては，板状透明材料をコア層とし，そのコア層の周りにコア層の屈折率より低い屈折率の透明材料をクラッド層として形成したクラッド付き導光体が特許文献１において提案されている。
公開特許公報 特開平５−２７３４１４

しかしながら，このようなクラッド付き導光体を用いたエッジライト方式の面光源装置は，光出射面において光入射面近傍から導光体中心部にかけて青，緑，暗赤，白の順に色が変化して見えるカラーシフト現象が視認されるという問題を有している。
そこで本発明は，このような光出射面に発生するカラーシフト現象を簡易な方法で低減し，色斑の小さい面光源装置，およびそれに用いる導光体を提供することを目的とする。

本発明は，コア層の少なくとも片面に，該コア層の屈折率より低い屈折率をもつクラッド層が形成されている導光体であって，前記導光体は，少なくとも一つの側端面を光入射面とし，これと略直交する光出射面とを有し，前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の光入射面近傍側に，クラッドモードを消去させるための表面処理が施されていることを特徴とする面光源装置用導光体に関するものであり,この導光体を用いた面光源装置に関するものである。

本発明によれば，クラッド付き導光体の光出射面に発生するカラーシフトを簡易な方法で低減し，色斑の小さい面光源装置，それに用いる導光体を提供することができる。

以下に，本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は，第１の実施の形態に係る面光源装置用導光体１０の構成例を示す斜視図である。すなわち，本発明の実施の形態に係る面光源装置用導光体１０とは，コア層１１の少なくとも片面に，コア層１１の屈折率より低い屈折率をもつクラッド層１２が形成されてなる導光体であり、さらに，面光源装置用導光体１０は，光入射面となる少なくとも一つの側端面１４および，これと略直交する光出射面１５とを有し，光出射面１５およびその裏面１６の少なくとも一方の表面の光入射面１４近傍に，クラッドモードを消去させるための表面処理が施された表面処理層１７が施されている。

ここで面光源装置用導光体１０のクラッド層１２は，コア層１１の上下両面のうちの少なくとも片面に形成されていればよく，例えば，図１に示すように，コア層１１の上面にクラッド層１２が形成される場合や，変形例としては図２（１）に示すように、コア層１１の下面にクラッド層１２が形成されていてもよい。また、図２（２）に示すように，コア層１１の上下両面にクラッド層１２が形成される場合もある。さらに図２（３）に示すように，コア層１１全体を覆うように，その上面，下面および側面にクラッド層１２を形成する場合もある。

コア層１１は，一般に透明性の高い光学材料であるアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂からなり，厚さｔとして光源の大きさにより０．１〜６ｍｍ程度のものが用いられる。

クラッド層１２は，コア層１１に光を閉じ込めるため，コア層１１の屈折率より低い屈折率をもつ材料を用いる。例えば，コア層１１がアクリル樹脂の場合，クラッド層１２として，フッ化ビニリデン重合体，テトラフルオロエチレン重合体，六フッ化プロピレン重合体，フッ素化アクリレート，そしてこれらの共重合体などのフッ素系樹脂が使用される。中でも，アクリル樹脂との密着性の良さと透明性から，フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体などが好ましく使用される。またコア層１１がポリカーボネート樹脂の場合は，クラッド層１２として，ポリカーボネート樹脂より低屈折率であるアクリル樹脂などが使用される。

クラッド層１２の厚みは，コア層１１に光を閉じ込めるため，薄くとも可視光の波長の数倍以上は必要である．しかし，あまり厚くすると導光体が厚くなりコスト高になるため，３〜５００μｍ程度が好ましい。

面光源装置用導光体１０の製造方法としては，特に制限されないが，多層溶融押出しによりコア層とクラッド層を一体成型する方法や，コア層にあたる樹脂シート（またはフィルム）に，クラッド層にあたる樹脂をコーティング処理して製造する方法等がある。

面光源装置用導光体１０は，少なくとも一つの側端面を光入射面１４とし，これと略直交する光出射面１５とを有するが，図３（１）に示すように，コア層１１の一つの側端面を光入射面１４にし，発光ダイオード３１などの光源の光を入射させる方法、また，図３（２）に示すように，コア層１１の二つの側端面を光入射面１４にし，両側から発光ダイオード３１などの光源の光を入射させる方法がある。ここで前記光源として，冷陰極管などの蛍光灯を用いても良い。

ここで，上記課題にて説明したような、光出射面１５において光入射面近傍から導光体中心部にかけて青，緑，暗赤，白の順に色が変化して見えるカラーシフト現象が発生する理由として，発明者らは，以下に説明するように，クラッドモードのレイリー散乱を考えている。

クラッド付きの面光源装置用導光体には，その断面図である図４に示すように，クラッドモード４２が発生する。クラッドモードとは，クラッド層１２と空気４４との界面で反射し，面光源装置用導光体１０の内部に閉じ込められる光の成分で，面光源装置用導光体１０の長手方向をｚ，面光源装置用導光体１０の光出射面１５に垂直な方向をｘとし，ｚからｘ方向に張る角度をθとしたとき，（式２）の範囲となる光線をさす。

ここに，ｎ_coreはコア層１１の屈折率，ｎ_claddはクラッド層１２の屈折率を示す。

このクラッドモード４２は，クラッド層を構成する樹脂の屈折率ゆらぎにより散乱し，散乱した一部が放射モード４３に変換され，面光源装置用導光体１０の光出射面１５から出射する。この散乱はクラッド層の結晶性などの波長より小さい範囲での屈折率ゆらぎに基づくレイリー散乱であるため，散乱強度は波長の４乗に反比例する。したがって，光入射面近傍では，波長の短い青色成分が強く散乱すると同時にクラッドモードの青色成分が減衰する。さらに，光入射面近傍から離れるに従い，緑色成分，赤色成分が散乱しクラッドモードの緑色成分，赤色成分が減衰し，ついには，クラッドモードが消去し，伝送モード４１が残る。

伝送モード４１は，通常の（クラッドの付いていない）面光源装置用導光体の光出射機構と同じで，導光体のおもて面（光出射面）あるいは裏面に形成した光散乱部や導光体中に光拡散性微粒子を含有させる等の光出射機能により，光の散乱強度に波長依存性のないミー散乱または幾何光学的な散乱を利用し，光出射面から白色で出射する。

以上の理由により，光出射面１５において光入射面近傍から導光体中心部にかけて青，緑，暗赤，白の順に色が変化して見えるカラーシフト現象は発生すると考えられる。

本発明者の検討によれば，面光源装置用導光体１０に，クラッドモードを消去させるための表面処理層１７を，光出射面１５およびその裏面１６の少なくとも一方の表面の光入射面１４近傍側に施すことにより，前記カラーシフトを防ぐことができる。

クラッドモードを消去させるための表面処理層１７を形成するには，可視光を吸収する色の塗装を施す方法や，可視光を散乱させるための粗面化加工を施す方法がある。
可視光を吸収する塗装の色としては，特に制限されないが，黒色が好ましい。黒色の塗装を行うには，カーボンブラック含有の印刷用インクが入手しやすく、かつ効果的である。塗装の厚みとしては，特に制限されず，クラッドモードの光が塗装を透過して空気中へ漏れない程度の厚み以上があればよい。
また，粗面化加工を施す方法としては，特に制限されず，例えば，研磨紙，研磨粉による研磨加工や，サンドブラスト加工，金型による微小凹凸面のプレス加工、レーザーによるエッチング加工などの方法がある。
粗面化の程度としては，特に制限されず，クラッドモードの光が空気中へ漏れていく状態であればよく，深さはクラッド層厚未満が好ましい。

この表面処理の範囲は，できる限り広くするとより効果的であるが，一方，有効な光出射面の面積を狭くしてしまう問題がある。そこで，少なくともクラッドモードを消去させるために最も効果のある範囲の光出射面近傍側に表面処理をすることが望ましい。つまり，光源部から出射した光が，面光源装置用導光体１０の上面と下面に最初に到達する部分から，数回反射を繰り返す範囲に表面処理を施すことが好ましい。

具体的には、導光体のコア層の屈折率をｎ_core ，コア層の厚さをｔ，光出射面およびその裏面における光入射面側端からの距離をａとしたとき，導光体の光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の光入射面近傍に，（式１）で示される範囲ａの範囲に亘って，クラッドモードを消去させるための表面処理が施すことが効果的である。表面処理の範囲は、少なくとも（式１）で示される範囲ａの範囲に亘っていればよく、この範囲を超えて表面処理が施されていてもよい。

（第２の実施の形態）
図５は，第２の実施の形態に係る面光源装置用導光体５０の構成例を示す斜視図である。第２の実施の形態に係る面光源装置用導光体５０の構成は，第１の実施の形態に係る面光源装置用導光体１０の光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面に，伝送モード４１を放射モード４３に変換する光出射機構５１が形成されている。

伝送モード４１とは，コア層１１とクラッド層１２の界面で反射し，面光源装置用導光体１０のコア層１１内部に閉じ込められる光の成分で，面光源装置用導光体１０の長手方向をｚ，面光源装置用導光体１０の光出射面１５に垂直な方向をｘとし，ｚからｘ方向に張る角度をθとしたとき，（式３）の範囲となる光線をさす。

ここに，ｎ_core はコア層１１の屈折率，ｎ_claddはクラッド層１２の屈折率を示す。

放射モード４３とは，面光源装置用導光体１０の内部に閉じ込められない光の成分で，同様に，（式４）を満たす光線をさす。

伝送モード４１を放射モード４３に変換する光出射機構５１とは，伝送モードの光に対して，散乱強度に波長依存性のないミー散乱または幾何光学的な散乱を与える機構である。例えば，可視光の波長範囲３８０〜７８０ｎｍよりも大きい傷または凹面形状をコア層まで到達する程度にクラッド層に形成することで，伝送モードの光に対して，散乱強度に波長依存性のないミー散乱または幾何光学的な散乱を与える機構を実現できる。（図４，図５）。一般に，光出射面での均斉度を高めるために，光入射面近傍では傷（凹面）の密度を低く，光入射面近傍から離れるに従い傷の密度を高く加工することを行う。

（カラーシフトの測定方法）
図６にカラーシフトの測定系の概略を示す。定電流電源６５により２０ｍＡで駆動される光源６１（日亜化学工業社製 ＮＳＳＷ０２０ＢＴ ３個使用）を被測定用の面光源装置用導光体６０の側端面に配置する。面光源装置用導光体６０の光出射面６４から出射する光を，色度測定システム６３（Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ社製 ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ ８）で測光する。なお，面光源装置用導光体６０の下面には反射シート６２（恵和製 レイラ）を設置する。測光した面全体の色度ｘおよびｙの最大値と最小値の差Δｘ，Δｙを算出する。ΔｘおよびΔｙが小さいものがカラーシフトの小さい導光体である。

（実施例１）
幅６００ｍｍのＴダイをもつ共押出シート製造機を用いて，クラッド層／コア層／クラッド層の３層構造の導光体シートを成型した。コア層にアクリル樹脂（三菱レイヨン製，アクリペットＭＦ００１，屈折率１．４９）を，クラッド層にテトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体（ダイキン工業製，ＶＰ−５０，屈折率１．４０）を用い，幅約６５０ｍｍ，厚さ０．３ｍｍの導光体シートを製造した。この導光体シートのクラッド層の厚みを膜厚計により測定したところ，上面側，下面側とも約１５μｍであった。この導光体シートから，幅１７０ｍｍ，長さ２００ｍｍの方形状のシートを４枚切り出し，導光体とした。

４枚のシートのうち１枚について，この導光体の光出射面および裏面を、入射側の端面から５ｍｍまでの範囲にわたってカーボンブラック入りのインク（寺西化学工業社製 マジックインキ（登録商標）Ｎｏ．５００黒）で塗りつぶして表面処理加工を施した。この導光体の表面処理加工を施した側の側端面から，上記測定方法のとおり発光ダイオード光を入光し測光した。表１のとおりΔｘ，Δｙともに小さく，目視においてもカラーシフトがほとんど検知できず，良好な結果を得た。

（実施例２）
実施例１で製作した４枚のシートのうち１枚について，この導光体の光出射面および裏面を、入射側の端面から５ｍｍまでの範囲にわたって#2000の紙やすりを使って粗面化し、表面処理加工を施した。この導光体の表面処理加工を施した側の側端面から，上記測定方法のとおり発光ダイオード光を入光し測光した。表１のとおりΔｘ，Δｙともに小さく，目視においてもカラーシフトがほとんど検知できず，良好な結果を得た。

（実施例３）
実施例１で製作したシートのうち１枚について，この導光体の光出射面および裏面を、ＣＯ２レーザーマーカ（キーエンス（株）ＭＬ−Ｚ９５２０Ｔ 出力２０Ｗ 波長９．３μｍ）を使用し、入射側の端面から５ｍｍまでの範囲を入射側の端面と平行に０．２５ｍｍ間隔で合計２０本の傷をつける、表面処理加工を施した。ＣＯ２レーザーマーカの出力は５０％、スキャン速度５００ｍｍ／ｓｅｃであった。この導光体の表面処理加工を施した側の側端面から，上記測定方法のとおり発光ダイオード光を入光し測光した。表１のとおりΔｘ，Δｙともに小さく，目視においてもカラーシフトがほとんど検知できず，良好な結果を得た。
（比較例）
実施例１で製作した４枚のシートのうち１枚について，何ら表面処理加工を施さずに，そのまま導光体として用いて，上記測定方法のとおり発光ダイオード光を入光し測光した。表１のとおりΔｘ，Δｙともに大きく，目視においても明瞭なカラーシフトが確認された。

第１の実施の形態に係る面光源装置要導光体の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る面光源装置要導光体の変形例を示す図である。 光入射位置を示す図である。 導光体内のモードを説明する図である。 第２の実施の形態に係る面光源装置要導光体の構成例を示す図である。 カラーシフトの測定系を示す図である。

符号の説明

１０，５０，６０ 面光源装置用導光体
１１ コア層
１２ クラッド層
１４ 側端面
１５，５４，６４ 光出射面
１６ 光出射面の裏面
１７ クラッドモードを消去するための表面処理
３１，６１ 発光ダイオード
４１ 伝送モード
４２ クラッドモード
４３ 放射モード
４４ 空気
５１ 光出射機構
６２ 反射シート
６３ 色度測定システム
６５ 定電流電源

Claims (6)

1. コア層の少なくとも片面に，該コア層の屈折率より低い屈折率をもつクラッド層が形成されている導光体であって，前記導光体は，少なくとも一つの側端面を光入射面とし，これと略直交する光出射面とを有し，前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の光入射面近傍側に，クラッドモードを消去させるための表面処理が施されていることを特徴とする面光源装置用導光体。
2. 前記クラッドモードを消去させるための表面処理が，可視光を吸収する色の塗装であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置用導光体。
3. 前記クラッドモードを消去させるための表面処理が，可視光を散乱させる粗面化加工であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置用導光体。
4. 導光体のコア層の屈折率をｎ_core，コア層の厚さをｔ，光出射面およびその裏面における光入射面側端からの距離をａとしたとき，前記導光体の光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の光入射面近傍に，（式１）で示される範囲ａの範囲に亘って，クラッドモードを消去させるための表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置用導光体。
   

   
5. 前記導光体の光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面に，伝送モードを放射モードに変換する光出射機構が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置用導光体。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の面光源装置用導光体を用いた面光源装置。

Images