JP2011034801A - 導光板、導光板の製造方法、面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

導光板、導光板の製造方法、面光源装置および液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた光学特性を有する導光板を提供する。
【解決手段】導光板30は、出光面30aと、出光面に対向する裏面30bと、側面の少なくとも一部分からなる入光面30cと、を有する。導光板は、本体部40と、電離放射線硬化型樹脂からなる出光側層50と、を備える。出光側層は、前記出光面を形成する光学要素部54を有する。光学要素部は、導光方向と交差する一方向に並べられた複数の単位形状要素55を含み、各単位形状要素は、一方向と交差する方向に線状に延びる。
【選択図】図2

Description

本発明は、出光面と、出光面に対向する裏面と、出光面と裏面との間を延びる側面の少なくとも一部分からなる入光面と、を有する導光板に係り、とりわけ、優れた光学特性を有する導光板に関する。また、本発明は、優れた光学特性を有する導光板の製造方法、並びに、優れた光学特性を有した導光板を有する面光源装置および表示装置に関する。
液晶表示パネルを、背面側から照明する面光源装置が広く普及している(例えば、特許文献1〜3)。面光源装置は、大別すると、光学部材の直下に光源を配置する直下型と、光学部材の側方に光源を配置するエッジライト型と、に分類される。エッジライト型の面光源装置は、直下型の面光源装置と比較して、面光源装置の厚さを薄くすることができるといった利点を有している。
エッジライト型の面光源装置では、光源の側方に導光板が設けられており、光源からの光は、導光板の側面(入光面)から導光板内に入射する。導光板へ入射した光は、導光板の対向する一対の主面において反射を繰り返し、入光面に略直交する方向(導光方向)に導光板内を進んでいく。導光板内を進む光は、導光板からの光学的な作用により、導光板内を進むにつれて少しずつ出光面から出射していくようになる。この結果、導光板の出光面からの出射光量が、導光方向に沿って、均一化されるようになる。具体的な構成の一例として、導光板内に光散乱剤が分散され、導光板内を進む光を少しずつ導光板から出射させるようにすることができる。
特開2007−227405 特開2008−296587 特開平9−145931
ところで、面光源装置には、出射光量の面内分布を均一化させることだけでなく、正面方向輝度を向上させること、さらには、光源光の利用効率を向上させること等も求められている。このため、通常の面光源装置では(例えば、特許文献1)、導光方向に沿った光の成分について輝度の角度分布を調節するための光学シート(プリズムシート)や、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について輝度の角度分布を調節するための光学シート(プリズムシート)等の種々の光学部材が、導光板の出光面側に配置されている。そこで、導光板に優れた光学特性を付与し、面光源装置に含まれる光学部材の数量を減ずることができれば、面光源装置の製造コストを低減すること、面光源装置の組み立てを容易にすること、面光源装置を薄型化すること等が可能となり、非常に好ましい。
その一方で、特許文献1〜3に開示されているように、従来の導光板は射出成型や熱転写加工により作製されている。このような従来の導光板は、昨今における表示装置の大画面薄型化にともなって、現状求められている機能を十分に発揮できる程度の精度で作製することすら困難となってきている。したがって、従来の製造方法で作製した導光板にさらなる光学特性を付与することは、現実的には、到底不可能である。
本発明はこのような観点からなされたものであり、優れた光学特性を有する導光板、および、この導光板を有する面光源装置並びに表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた光学特性を有する導光板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様による導光板は、出光面と、前記出光面に対向する裏面と、前記出光面と前記裏面との間の側面の少なくとも一部分からなる入光面と、を有する導光板であって、本体部と、前記本体部よりも前記出光面の側に設けられ、電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成された出光側層と、を備え、前記出光側層は、前記出光面を形成する光学要素部を有し、前記光学要素部は、前記入光面と前記側面のうちの前記入光面に対向する面とを結ぶ方向と交差する一方向に並べられた複数の単位形状要素を含み、各単位形状要素が、前記一方向と交差する方向に線状に延びていることを特徴とする。このような導光板によれば、入光面と側面のうちの入光面に対向する面とを結ぶ方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、光学要素部によって効果的に光学的作用を及ぼすことができる。とりわけ、光学要素部を含む出光側層が電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成されているので、光学要素部に十分に優れた光学特性を付与することができる。
本発明の一態様による導光板において、前記導光板の板面への法線方向に沿った前記導光板の平均厚さTに対する、前記入光面から前記側面のうちの前記入光面に対向する前記面までの前記導光板の長さLの比が、500以下であり、前記導光板の板面への法線方向に沿った前記本体部の平均厚さt1に対する、前記導光板の板面への法線方向に沿った前記出光側層の平均厚さt2の比が、0.1以下であるようにしてもよい。このような導光板によれば、出光面から出射する光が出光側層により変色するのを効果的に抑制することができる。
また、本発明の一態様による導光板において、前記単位形状要素は、その配列方向に沿った断面において、三角形形状を有するようにしてもよい。このような導光板によれば、入光面と側面のうちの入光面に対向する面とを結ぶ方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、優れた集光作用を及ぼすことができる。
さらに、本発明の一態様による導光板において、前記出光側層は、単一な樹脂材料から構成されているようにしてもよい。このような導光板によれば、出光面において期待された光学的作用を高効率で発現することができる。
さらに、本発明の一態様による導光板において、前記本体部は、光散乱剤を分散した樹脂からなるようにしてもよい。
さらに、本発明の一態様による導光板において、前記本体部は、押し出し成型により形成された板材からなるようにしてもよい。このような導光板は、導光板の平均厚さTに対する導光板の長さLの比が大きくて平たくとも、精度良く形成され得る。
本発明の一態様による面光源装置は、上述した本発明の一態様による導光板のいずれかと、前記導光板の前記入光面に対向して配置された光源と、前記導光板の前記裏面に対向して配置された反射シートと、前記導光板の前記出光面に対向して配置され、複数の単位プリズムを有する光学シートと、を備えることを特徴とする。本発明の一態様による表示装置は、上述した本発明の一態様による面光源装置のいずれかと、前記面光源装置に対向して配置された液晶パネルと、を備えることを特徴とする。このような表示装置および面光源装置によれば、導光板の入光面と側面のうちの入光面に対向する面とを結ぶ方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、導光板の光学要素部によって効果的に光学的作用を及ぼすことができる。とりわけ、光学要素部を含む出光側層が電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成されているので、この光学要素部に十分に優れた光学特性を付与することができる。
本発明の一態様による導光板の製造方法は、出光面と、前記出光面に対向する裏面と、前記出光面と前記裏面との間の側面の少なくとも一部分からなる入光面と、を有する導光板を製造する方法であって、本体部を準備する工程と、前記本体部上に、電離放射線硬化型樹脂を硬化してなる出光側層を賦型する工程と、を備え、前記賦型する工程において、前記光学要素部は、前記入光面と前記側面のうちの前記入光面に対向する面とを結ぶ方向と交差する一方向に並べられた複数の単位形状要素を含み、各単位形状要素が前記一方向と交差する方向に線状に延びている光学要素部であって、前記出光面を形成する光学要素部が、形成されることを特徴とする。このような導光板の製造方法によって製造された導光板によれば、入光面と側面のうちの入光面に対向する面とを結ぶ方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、光学要素部によって効果的に光学的作用を及ぼすことができる。すなわち、導光板に優れた光学特性を付与することができる。とりわけ、光学要素部を含む出光側層が電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成されているので、光学要素部に十分に優れた光学特性を付与することができる。
本発明の一態様による導光板の製造方法の前記本体部を準備する工程において、押し出し成型により前記本体部を作製するようにしてもよい。このような導光板の製造方法によれば、平均厚さTに対する一辺の長さLの比が大きくて、平たい導光板を、精度良く形成することができる。
本発明において、出光側層は出光面を形成する光学要素部を有している。光学要素部は、入光面と側面のうちの入光面に対向する面とを結ぶ方向と交差する一方向に並べられた複数の単位形状要素を含んでおり、各単位形状要素が、前記一方向と交差する方向に線状に延びている。したがって、本発明によれば、入光面と側面のうちの入光面に対向する面とを結ぶ方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、効果的に光学的作用を及ぼすことができる。とりわけ本発明によれば、光学要素部を含む出光側層が電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成されているので、光学要素部に十分に優れた光学特性を付与することができる。
本発明による一実施の形態を説明するための図であって、表示装置および面光源装置の概略構成を示す断面図である。 図2は、図1の面光源装置に組み込まれた導光板を示す斜視図である。 図3は、面光源装置の作用を説明するための図であって、図2のIII−III線に沿った断面において示した導光板とともに、光源及び光学シートを示す図である。 図4は、図2のIV−IV線に沿った断面図である。 図5は、導光板の出光側層を形成する方法の一具体例を説明するための図である。 図6は、図3に対応する図であって、導光板の一変形例を説明するための図である。 図7は、図1に対応する図であって、導光板の他の変形例を説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図1〜図5は本発明による一実施の形態を説明するための図である。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
図1に示すように、表示装置10は、液晶表示パネル15と、液晶表示パネル15の背面側に配置され液晶表示パネル15を背面側から面状に照らす面光源装置20と、を備えている。
図示した液晶表示パネルは、出光側に配置された上偏光板13と、入光側に配置された下偏光板14と、上偏光板13と下偏光板14との間に配置された液晶セル12と、を有している。このうち、液晶セル12は、ガラス等からなる一対の支持板と、支持板間に配置された液晶と、液晶分子の配向を一つの画素を形成する領域毎に電場によって制御する電極と、を有する部材である。支持板間の液晶は、一つの画素を形成する領域毎にその配向を変化させられ得るようになっている。この結果、液晶表示パネル15は、面光源装置20からの光の透過または遮断を画素毎に制御するシャッターとして機能し、画像を形成するようになる。液晶表示パネル15の詳細については、種々の公知文献(例えば、「フラットパネルディスプレイ大辞典(内田龍男、内池平樹監修)」2001年工業調査会発行)に記載されており、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
次に、面光源装置20について説明する。図1に示すように、面光源装置20は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板30と、導光板30の側方に配置された光源24と、を有している。導光板30は、一対の主面を有する四角形板状の部材として構成されている。導光板30は、液晶表示パネル15側の主面によって構成された出光面30aと、出光面30aに対向するもう一方の主面からなる裏面30bと、出光面30aおよび裏面30bの間を延びる四つの平らな側面と、を有している。本実施の形態においては、四つの側面のうちの、入光面30cをなす一つ側面に対向して、光源24が配置されている。また、面光源装置20は、導光板30の裏面30bに対向して配置された反射シート22と、導光板30の出光面30aに対向して配置された光学シート25と、をさらに有している。
光源24は、例えば、線状の冷陰極管等の蛍光灯や、点状のLED(発光ダイオード)や白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施の形態において、光源24は、入光面30cおよび導光板30の板面の両方と平行な方向に並べて配列された多数のLED発光部によって、構成されている。なお、図2には、光源24をなす多数の発光部の配置位置が示されている。
反射シート22は、導光板30の裏面から出射した光を反射して、再び導光板30内に入射させるための部材である。反射シート22は、白色の散乱反射シート、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜(例えば金属薄膜)を含んだシート等から構成され得る。
光学シート25は、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向の輝度を集中的に向上させるためのシート状部材である。図1および図3に示す例において、光学シート25は、そのシート面上のある方向(配列方向)、具体的には後述する導光板30の導光方向に沿って並べて配列された複数の単位プリズム27を有している。単位プリズム27は、光学シート30のシート面上において、その配列方向に直交する方向に直線状に延びている。単位プリズム27は、その長手方向に直交する断面において、三角形形状を有している。単位プリズム27の断面三角形形状の頂角によってなされる頂部28は、入光側、すなわち、導光板30の側に向けて突出している。
なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。
また、本明細書において「板面(シート面、フィルム面)」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面(凹凸面の場合は包絡面にも相当)のことを指す。そして、本実施の形態においては、導光板30の板面、光学シート25のシート面、反射シート22のシート面、液晶表示パネルのパネル面、表示装置10の表示面、および、面光源装置20の発光面は、互いに平行となっている。さらに、本明細書において「正面方向」とは、導光板の板面に対する法線の方向nd(図3および図4参照)であり、面光源装置20の発光面の法線方向等にも一致する。
さらに、本明細書において、「プリズム」や「レンズ」という用語は、入射光に対して種々の光学的作用(例えば、反射や屈折)を及ぼし得る形状要素(光学要素)を意味するものである。また、「プリズム」および「レンズ」等の用語は、形状要素(光学要素)として、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。
次に、図2〜4を主に参照して、導光板30についてさらに詳述する。図3および図4によく示されているように、導光板30は、光散乱剤45を含んだ本体部40と、本体部40よりも出光側に配置された出光側層50と、を有している。本体部40は、導光板30の裏面30bを構成し、出光側層50は、導光板30の出光面30aを構成している。
図3および図4に示すように、本体部40は、主部42と、主部42中に分散された光散乱剤(光拡散性粒子)45と、を有している。光散乱剤45は、本体部40内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼすようになっている。このような光散乱剤45の光拡散機能は、例えば、主部42をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から光散乱剤45を構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から光散乱剤45を構成することにより、付与することができる。
図3によく示されているように、本体部40は、出光面30aの側において、導光板30の板面と平行な平らな面46を有し、その一方で、裏面30bをなす側において、段差面48によって接続された斜面47を有している。この段差面48および斜面47は、導光板30の入光面30cの長手方向および入光面30cに対向する側面(反対面)30dの長手方向と、平行に延びている。すなわち、本体部40は、入光面30cおよび反対面30dを結ぶ方向(導光方向とも呼ぶ、また本実施の形態では入光面30cに直交する方向)および導光板30の板面の法線方向ndの両方向と平行な任意の断面、すなわち、図3に示す任意の断面において、同一の断面形状を有している。
次に、出光側層50について説明する。図3および図4に示すように、出光側層50は、本体部40上に形成された層であり、本体部40上に配置された支持部(ランド部)59と、支持部59上に設けられ、導光板30の出光面30aを形成する光学要素部54と、を有している。出光側層50は、裏面30bの側において、導光板30の板面と平行な平らな面を有し、その一方で、出光面30aをなす側において、導光板30の板面に対して傾斜した凹凸面を形成している。なお、本実施の形態において、出光側層50は、本体部40とは異なり、単一な樹脂材料から構成され、光散乱剤45を含んでいない。
光学要素部54は、入光面30cと入光面30cに対向する側面(反対面)30dとを結ぶ方向(導光方向)と交差する配列方向に並べられた複数の単位形状要素55を含んでいる。各単位形状要素55は、前記配列方向と交差する方向に線状に延びている。本実施の形態においては、図2および図4に示すように、複数の単位形状要素55は、導光方向に直交する導光板30の板面上の方向に、隙間無く並べて配列されている。また、各単位形状要素55は、その配列方向に直交する導光板30の板面上の方向、すなわち、導光方向に、直線状に延びている。また、各単位形状要素55は、柱状に形成され、その長手方向に沿って同一の断面形状を有するようになっている。
図4に示すように、本実施の形態において、各単位形状要素55の断面形状は、出光側に突出する三角形形状となっている。すなわち、各単位形状要素55はいわゆる三角柱から成る単位プリズムとして形成されている。とりわけ、本実施の形態では、単位形状要素55の配列方向と平行な面内での輝度の角度分布において、正面方向輝度を集中的に向上させるという観点から、図4の断面における単位形状要素55の形状が二等辺三角形形状となっており、且つ、単位形状要素55は、断面二等辺三角形状が正面方向ndを中心として左右対称的となるように、配置されている。また、単位形状要素55の出光側に突出する頂部56は、断面二等辺三角形状の等辺の間に位置する頂角によって構成されている。
なお、本件明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状、さらには、三角形形状と概ね同一の光学的機能を期待することが可能な略三角形形状などを含む。一例として、種々の目的から頂角に面取り加工(例えば、10μm程度以下の角R)を施された略三角形形状も、ここでいう「三角形形状」に含むものとする。
このような導光板30は、次のようにして作製され得る。まず、光散乱剤45を含んだ本体部40を準備する。本体部40は、押し出し成型された板材として、準備され得る。すなわち、主部42をなすようになる熱可塑性樹脂中に光散乱剤45を分散させ、光散乱剤45を含む熱可塑性樹脂を押し出し成型することによって、上述した形状を有した本体部40を作製することができる。光散乱剤45の一例として、平均粒径が0.5〜100μm程度であるシリカ(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を、用いることができる。また、バインダー樹脂の一例として、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等を用いることができる。
その後、準備した本体部40上に、電離放射線硬化型樹脂を硬化してなる出光側層50を形成する。出光側層50をなすようになる電離放射線硬化型樹脂材料としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、エポキシ系等の単量体(モノマー)、プレポリマー、或いは、これらの混合系から成る紫外線(UV)硬化性樹脂、或いは、電子線(EB)硬化性樹脂を用いることができる。
具体的には、まず、図5(a)に示すように、作製されるべき光学要素部54の形状に対応した賦形面62を有する型60を、賦形面62が上方を向くようにして、配置する。次に、図5(b)に示すように、計量された電離放射線硬化型樹脂64、例えば紫外線硬化型樹脂を、賦形面62上の一辺に沿って点状に並べて塗布または線状に塗布する。その後、図5(c)に示すように、本体部40の出光側層50が形成されるべき面46が、型60の賦形面62に対面するようにして、別途に準備された本体部40を型60上に位置決めして配置する。そして、ゴムロール66によって型60と本体部40とを互いに向けて押圧しながら、当該ゴムロール66を、作製されるべき単位形状要素55の長手方向に転がすことにより、型60と本体部40との間に、略均一な厚みの電離放射線硬化型樹脂64の層を形成する。その後、図5(d)に示すように、電離放射線硬化型樹脂64に対して電離放射線を照射することによって、電離放射線硬化型樹脂64の層を硬化させ、電離放射線硬化型樹脂64から出光側層50を形成する。そして、本体部40上に形成された出光側層50を型60から剥がす。これにより、上述した導光板30が得られる。
なお、電離放射線硬化型樹脂64の層を硬化させる際、紫外線(UV)硬化性樹脂を用いた場合には、紫外線を照射することによって当該樹脂を硬化させることができ、また、電子線(EB)硬化性樹脂を用いた場合には、電子線を照射することによって当該樹脂を硬化させることができる。
また、電離放射線硬化型樹脂を硬化して出光側層50を形成する場合には、上述したように、単位形状要素55からなる光学要素部54とともに支持部(ランド部)59を電離放射線硬化型樹脂から作製することが好ましい。支持部59を形成しない場合には、導光板30を含む面光源装置20を表示装置10に組み込んだ際に、線状に延びる単位形状要素55に対応する筋が、視認されやすくなるためである。また、支持部59を形成しない場合には、成型された光学要素部54を離型する際、並びに、離型後の導光板の加工、取り扱い時に、単位形状要素55が本体部40から剥離してしまう可能性が高くなるためである。
以上のような構成からなる導光板30の各寸法を、一例として、以下のように設定することができる。まず、単位形状要素55の具体例として、支持部59の出光側面上における、導光板20の板面への法線方向ndに沿った単位形状要素55の突出高さH(図4参照)を、10μm〜50μmとすることが好ましい。すなわち、単位形状要素55の断面形状が直角二等辺三角形状である場合には、支持部59の出光側面上での単位形状要素55の配列方向に沿った、単位形状要素38の底面の幅W(図4参照)を、20μm〜100μmとすることが好ましい。単位形状要素55が大き過ぎると、視認されやすくなり、また、液晶表示パネル15の画素の配列と単位形状要素55の配列との干渉に起因したモアレ縞が視認されやすくなるためである。また、単位形状要素55の断面形状が二等辺三角形状である場合には、正面方向輝度を集中的に向上させる観点から、等辺の間に位置するとともに出光側に突出する頂角の角度θa(図4参照)が、60°以上120°以下となっていることが好ましく、90°であればさらに好ましい。さらに、導光板20の板面への法線方向ndに沿った支持部59の厚みts(図4参照)は、2μm〜20μmとすることが好ましく、5μm〜10μmとすることがさらに好ましい。
一方、本体部40の各寸法は、導光板30の全体的な寸法とともに、以下のようにして決定されることが好ましい。導光板30の板面への法線方向ndに沿った本体部40の平均厚さt1(図4参照)に対する、導光板30の板面への法線方向ndに沿った出光側層50の平均厚さt2(図4参照)の比(t2/t1)が、0.1以下であることが好ましい。また、導光板30の板面への法線方向ndに沿った導光板30の平均厚さT(図4参照)に対する、入光面30cから入光面30cに対向する側面(反対面)30dまでの導光板の長さL(図2参照)の比(L/T)が、500以下であることが好ましい。後に詳述するように、このような寸法で、導光板30が作製されている場合、出光側層50による出射光の変色を効果的に抑制することができる。ここで平均厚さとは、厚さの平均のことであり、例えば、本実施の形態にように対象物の表面が、同一に設計された複数の単位形状要素によって画定される凹凸形状からなる場合には、数カ所の凹凸形状の領域において測定された厚さの平均を、平均厚さとすることができる。とりわけ、単位形状要素の断面形状が三角形形状である場合には、凹部(頂部)と凸部(谷部)における厚さを数カ所ずつ測定し、測定された厚さの平均を、平均厚さとすることができる。また、厚さを実際に測定することによって平均厚さを算出するだけでなく、まず、導光板20の板面への放線方向ndに沿った断面において、測定対象となる部分の断面積を算出(または測定)し、次に、当該断面における断面積を求めた部分の放線方向ndに直交する方向に沿った長さで、算出された断面積を除すことにより得られた値を、平均厚さとして取り扱ってもよい。
次に、以上のような構成からなる表示装置10の作用について説明する。
まず、図3に示すように、光源25で発光された光は、入光面30cを介し、導光板30に入射する。図3に示すように、導光板30へ入射した光L31〜L33は、導光板30の出光面30aおよび裏面30bにおいて、反射、とりわけ導光板30をなす材料と空気との屈折率差に起因して全反射を繰り返し、導光板30の入光面30cと反対面30dとを結ぶ導光方向へ進んでいく。
ただし、導光板30の本体部40内には光散乱剤45が分散されている。このため、図3に示すように、導光板30内を進む光L31,L32は、光散乱剤45によって進行方向を不規則に変更され、全反射臨界角未満の入射角度で出光面30aおよび裏面30bに入射することもある。この場合、当該光は、導光板30の出光面30aおよび裏面30bから、出射し得るようになる。出光面30aから出射した光L31,L32は、導光板30の出光側に配置された光学シート25へと向かう。一方、裏面30bから出射した光は、導光板30の背面に配置された反射シート22で反射され再び導光板30内に入射して導光板30内を進むことになる。
導光板30内を進行する光と、導光板30内に分散された光散乱剤45と、の衝突は、導光板30内の導光方向に沿った各区域において、生じる。このため、導光板30内を進んでいる光は、少しずつ、出光面30aから出射するようになる。これにより、導光板30の出光面30aから出射する光の光量を、導光方向に沿って、均一化させることができる。
また、本実施の形態においては、導光板30の裏面30bは、入光面30cから反対面30dに向かうにつれて、出光面30aに対して接近するように傾斜した傾斜面47を有している。傾斜面47は段差面48を介して連結されているが、この段差面48は導光板30の板面の法線方向ndに延びている。したがって、導光板30内を入光面30cの側から反対面30dの側へと進む光の多くは、裏面30bのうち、段差面48に入射することなく、傾斜面47にて反射するようになる。このため、図3に示すように、出光面30aおよび裏面30bにて反射を繰り返しながら導光板30内を光L33が進む場合、当該光の出光面30aおよび裏面30bへの入射角度は、次第に小さくなっていき、全反射臨界角未満となる。この結果、導光板30内を進む光L33は、光散乱剤45に衝突しなくとも、入光面30cから離間した領域において、導光板30内から出射するようになり、これにより、出射光量が少なくなってしまう傾向がある入光面30cから離間した領域において、導光板30の出光面30aからの出射光量を十分に確保し、導光方向に沿った出射光量の均一化を図ることができる。
導光板30から出射した光L31〜33は光学シート25へ入射する。上述したように、光学シート25は、導光板30の側へ向けて頂角が突出する断面三角形状の単位プリズム27を有している。図3によく示されているように、単位プリズム27の長手方向は、導光方向と交差する方向、とりわけ本実施の形態では導光方向と直交する方向となっている。また、導光板30をなす材料と空気との屈折率差に起因し、導光板30の出光面30aから出射する光の導光方向成分の出射角度(出射光の導光方向成分と導光板20の板面への法線方向ndとがなす角度)θeは、特定の角度範囲(例えば、65°〜85°)内に偏る、傾向がある。
これらのことから、図3に示すように、導光板30の出光面30aから出射した光の多くが、光学シート25の単位プリズム27の一方のプリズム面27aを透過して当該単位プリズム27へ入射し、その後、当該単位プリズム27の他方のプリズム面27bで全反射するように、光学シート25を設計することができる。このようにして、光学シート25は、透過光の進行方向を、正面方向に対する角度が小さくなるように、変更することができる。すなわち、光学シート25は、透過光に対して偏向作用を及ぼすようになる。
以上のように、面光源装置20では、導光板30によって出射光量の導光方向に沿った分布を均一化するとともに出射光を集光させ、さらに、光学シート25によって光を偏向して正面方向輝度を向上させるようになっている。
面光源装置20を出光した光は、その後、液晶表示パネル15に入射する。液晶表示パネル15は、面光源装置20からの光を画素毎に選択的に透過させる。これにより、液晶表示装置10の観察者が、映像を観察することができるようになる。以上が、液晶表示装置10および面光源装置20の全体的な作用である。
ところで、上述した面光源装置20において、光学シート25による集光作用は、主として、単位プリズム27の配列方向(導光方向)に沿った光の成分に対して及ぼされる。また、光源24は、導光方向と平行に発光するのではなく、導光方向を中心として放射的に発光する。すなわち、導光板30を通過する光には、導光板30の板面への法線方向ndに沿った方向からの観察において、導光方向(入光面30cと反対面30dとを結ぶ方向)に進む光だけでなく、この導光方向に対して交差した方向に進む光も含まれている。そして、導光板30内を進む光の導光方向に交差した方向の成分に対し、光学シートは効果的な光学作用を及ぼすことはできない。このため、導光方向と交差する方向に沿った光の成分は集光されておらず、結果として、光源光の利用効率も十分とはならないことが予想される。
しかしながら、本実施の形態では、導光板30の出光面30aが光学要素部54として形成されている。この光学要素部54は、導光方向と交差する方向、とりわけ導光方向と直交する方向に並べられた複数の単位形状要素55を含んでいる。このような光学要素部54によれば、図4に示すように、導光方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、効果的に光学的作用を及ぼすことができる。
具体的には、図4に示すように、単位形状要素55を介して導光板30を出射する光L41,L42,L43は、導光板30の出光面30a、すなわち単位形状要素(単位光学要素、単位プリズム)55の出光側面(プリズム面)において屈折する。この屈折により、正面方向ndから傾斜した方向に進む光L41,L42,L43の進行方向(出射方向)は、主として、導光板30内を通過している際における光の進行方向と比較して、正面方向に対してなす角度が小さくなるように、曲げられる。このような作用により、単位形状要素55は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向nd側に絞り込むことができる。すなわち、単位形状要素55は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。
このような本実施の形態による導光板30によれば、導光板30からの出射光量の導光方向に沿った均一化を図るだけでなく、導光方向と交差する方向に沿った光の成分に対して集光作用を及ぼすことができる。とりわけ、本実施の形態においては、光学要素部54を含む出光側層50が、電離放射線硬化型樹脂を硬化させることによって、形成されている。電離放射線硬化型樹脂によれば、射出成型法や熱転写加工法と比較して、極めて高精度に光学要素部54を作製することができる。さらに、電離放射線硬化型樹脂によれば、射出成型法や熱転写加工法では精度よく作製することができない、尖鋭な外輪郭、具体的には、角R2μm以下の頂部56を有する単位形状要素55を精度よく作製することができる。したがって、光学要素部54に十分に優れた光学特性を付与することができ、これにより、面光源装置20に用いられる部材数を減ずることも可能となる。
とりわけ本実施の形態では、単位形状要素55が、その配列方向に直交する断面において、三角形形状を有している。このような単位形状要素55を配列してなる光学要素部54を、従来の熱転写や射出成型を用いて精度よく作るのは困難である。とりわけ、断面三角形形状の単位形状要素55が期待した光学特性を有するようにして、表示面の大型化に対応した導光板30を従来の熱転写や射出成型を用いて作製することは、不可能と言える。すなわち、熱転写や射出成型を用いて作製した導光板を用いる場合には、別途の集光作用を有した光学シートを面光源装置に組み込む必要がある。その一方で、本実施の形態によれば、電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成された光学要素部54の単位形状要素55は、上述したように、頂部56の角Rが2μm以下となるように、形成され得る。したがって、このような単位形状要素55によれば、プリズム面での屈折や再帰反射といった期待される光学的作用を高効率で発現することができる。このため、従来の導光板との比較において、本実施の形態によれば、面光源装置20に含まれる光学部材30の数量を減ずることを可能にし、これにより、面光源装置20の製造コストを低減すること、面光源装置20の組み立てを容易にすること、さらには、面光源装置20を薄型化することができる。
また、電離放射線硬化型樹脂を硬化させて光学要素部54の単位形状要素55を形成する場合、熱転写や射出成型と比較して、相似な断面形状を持つ小型化した単位形状要素55を作製することができる。そして、単位形状要素55を相似形状で小型化することにより、光学的作用を維持しながら、単位形状要素55の突出高さHを低くし、出光側層50の平均厚さt2を薄くすることができる。これにより、導光板20の厚さ、これにともなって面光源装置20の厚さを薄型化することができるだけでなく、後述する、電離放射線硬化型樹脂からなる出光側層50内を光が長距離にわたって透過することの不具合を低減することができる。
また、本実施の形態において、導光板30の出光側層50は、単一な樹脂材料から構成されている。すなわち、本体部40は、光散乱剤45を含有しているが、その一方で、本体部40に隣接し、導光板30の出光面30aをなす出光側層50は、光散乱剤45を含有していない。したがって、出光側層50は光散乱剤45を含んでいないことから、出光面30aは、可視光に対して光散乱作用を及ぼし得る程度の凹凸(例えば、可視光最短波長である400μmを超える大きさの凹凸)を含まず、平滑な面として形成され得る。さらに、出光側層50が電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成されているため、従来の熱転写や射出成型を用いて作製された導光板の出光面と比較しても、極めて滑らかな平坦面となる。このため、出光面30aをなす光学要素部54が設計された機能を果たすようになる。また、導光板30内を進んでいる光の意図しない導光板30からの出射を防止することができる。すなわち、導光板30内を進む光が予定した反射を繰り返して、導光板30内を入光面30cから反対面30bへと進むようになる。これにより、導光板30の出光面30aからの出射光量の導光方向に沿った均一化を効果的に図ることができる。
さらに、本実施の形態において、本体部40は、押し出し成型により形成された板材からなっている。したがって、導光板30の平均厚さTに対する導光板30の長さLの比(L/T)が大きく、平たい導光板30を、精度良く形成することができる。
ところで、電離放射線硬化型樹脂を用いた光学部材は、電離放射線硬化型樹脂の光吸収作用に起因した、透過光の変色の可能性を有している。典型的には、紫外線硬化型樹脂を用いた光学部材においては、黄色味がかってしまうといった、問題が生じ得る。とりわけ、導光板30に入射した光は、出光面30aおよび裏面30bにおいて反射を繰り返しながら、入光面30cから反対面30dに向けて進む。したがって、導光板30の出光側層50が電離放射線硬化型樹脂からなる場合には、入光面30cから入射した光が反対面30dに向けて進む間、当該光が、電離放射線硬化型樹脂内を長い距離にわたって通過することになり、変色の可能性が高くなる。
この点について、導光板30の板面への法線方向ndに沿った導光板30の平均厚さTに対する入光面30cに直交する方向に沿った導光板30の長さLの比(L/T)が、500以下であり、導光板30の板面への法線方向ndに沿った本体部40の平均厚さt1に対する導光板30の板面への法線方向ndに沿った出光側層50の平均厚さt2の比(t2/t1)が、0.1以下となっていることが好ましいことが、本件発明者らによって、知見された。本件発明者らが鋭意実験を行ったところ、この条件を満たす場合、目視にて認識可能な変色が、紫外線硬化型樹脂を硬化してなる出光側層50により生じることはなかった。
導光板30の平均厚さTに対する導光板30の長さLの比(L/T)が大きくなると、導光板30内を入光面30cから反対面30dに向けて所定の長さ進む際に、導光板30内の出光面30aと裏面30bとを往復する回数が増えてしまう。すなわち、導光板30内の出光面30aおよび裏面30bで多数回反射し、出光側層50へ多数回進入するようになる。一方、本体部40の平均厚さt1に対する出光側層50の平均厚さt2の比(t2/t1)が大きくなると、導光板30内で出光面30aと裏面30bとの間を移動する際に、出光側層40内を通過している距離が長くなる。そして、本件発明者らが、これらのパラメータ(比(L/T)および比(t2/t1))と、紫外線硬化型樹脂の黄変と、の関係を調べたところ、これらのパラメータを上述の範囲に設定することにより、紫外線硬化型樹脂の黄変を防止することができた。
なお、導光板30の平均厚さTに対する導光板30の長さLの比(L/T)が小さくなると、出光側層50による変色に対しては好適であるが、導光板30を含む面光源装置20の厚みが厚くなってしまう。この点から、導光板30の平均厚さTに対する導光板の長さLの比(L/T)は、100以上となっていることが好ましい。
また、本体部40の平均厚さt1に対する出光側層50の平均厚さt2の比(t2/t1)が小さくなると、出光側層50による変色に対しては好適である。ただし、光学要素部54を高精度に作製することが困難となり、また、支持部59が薄くなると、並列配置された単位形状要素55に対応した縞状の模様が視認され得るようになる。これらの点から、本体部40の平均厚さt1に対する出光側層50の平均厚さt2の比(t2/t1)は、0.01以上となっていることが好ましい。
以上のような本実施の形態によれば、導光板30に優れた光学特性を付与することができる。これにより、面光源装置20に含まれる光学部材の数量を減ずることが可能となり、面光源装置20の製造コストを低減すること、面光源装置20の組み立てを容易にすること、面光源装置20を薄型化すること等が可能となる。
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。
例えば、上述した実施の形態において、本体部40内に光散乱剤45を分散させること及び導光板30の出光面30aおよび裏面30bを互いに対して傾斜させることによって、導光板30に入射した光が導光板30から出射し得るようにした例を示したが、この例に限られない。一例として、図6に示すように、導光板30の出光面30aおよび裏面30bが互いに平行に形成されていてもよい。図6に示す変形例では、出光面30aおよび裏面30bで反射しながら導光板20内を導光方向に進む光L61,L62は、導光板30の本体部40内に分散された光散乱剤45と衝突して進行方向を変えることにより、導光板30から出射するようになる。光散乱剤45の粒径、密度、屈折率等を調節することにより、図6に図示された変形例による導光板30においても、出光面30aからの出射光量を導光方向に沿って均一化させることができる。
さらに、上述した実施の形態の例や図6に示す例に限られず、導光板30に入射した光を導光板30から出射させるための別の構成(別の光取り出し構成)を、既述の構成と代えて又は既述の構成に加えて、採用することができる。光散乱剤45を分散させる構成および出光面30aおよび裏面30bを互いに対して傾斜させる構成以外の、光取り出し構成としては、例えば、出光面30aおよび裏面30bの少なくとも一方を粗面とする構成や、裏面30b上に白色散乱層のパターンを設ける構成等が、挙げられる。また、上述した実施の形態において、導光板30の裏面30bが傾斜面47と段差面48とを有するようにした例を示したが、これに限られず、段差面48を省き、導光板30の裏面30bが一つの連続した平坦な傾斜面や一つの連続した曲面として構成されていてもよい。
また、上述した実施の形態において、光源24が、導光板30の入光面30cに沿って並べて配置された複数の点状光源(LED光源)から構成される例を示したが、これに限られず、エッジライト型の面光源装置に用いられ得る種々の光源、例えば、導光板30の入光面30cと平行に延びるように配置された冷陰極管から、光源24が構成されてもよい。
さらに、上述した実施の形態において、導光板30の側面のうちの一つの面だけが入光面30cを構成する例を示したが、これに限られない。例えば、図7に示す変形例のように、上述した導光板30の反対面30dにも対向して光源24が配置され、反対面30dも入光面として機能するようにしてもよい。図7に示す変形例においては、法線方向ndを中心として対称的に傾斜する二種類の傾斜面47a,47bによって、導光板30の裏面30bが形成されている。また、この変形例においては、光学シート25の単位プリズム27は、その長手方向に直交する断面において、対称的なプリズム面を有する二等辺三角形形状となっていることが好ましい。
さらに、上述した実施の形態において、複数の単位形状要素55の配列方向に沿った各単位形状要素55の断面形状が、三角形形状となっている例を示したが、これに限られない。単位形状要素55の断面形状が、三角形形状以外の形状、例えば台形等の四角形、五角形、或は六角形等の種々の多角形形状となるようにしてもよい。また、単位形状要素55の断面形状が、円または楕円形状の一部分に相当する形状を有するようにしてもよい。
さらに、上述した実施の形態において、導光板30の出光側に配置される光学シート25の一例を説明したが、上述した光学シート25は単なる例示に過ぎない。上述した光学シート25に代えて、種々の形態の光学シートを用いることができる。
例えば、出光側に単位プリズム27が突出した光学シートを用いることができる。また、単位プリズム27の断面形状が三角形形状以外の形状、例えば、三角形以外の多角形や楕円の一部分に相当する形状等となっている光学シートを用いることもできる。
さらに、上述した面光源装置20および表示装置10の構成は、単なる例示に過ぎず、種々の変更が可能である。例えば、透過光を拡散させる機能を有した光拡散シートや、特定の偏光成分のみを透過し、それ以外の偏光成分を反射する偏光分離機能を有した偏光分離シート等を、光学シート25の出光側に設けるようにしてもよい。
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<面光源装置>
まず、導光板と、光源と、反射シートと、光学シートとが、上述した態様と同様の位置関係で配置されてなる複数の面光源装置を準備した。以下に説明するように、準備された面光源装置間においては、導光板が互いに異なるだけで、光源、反射シートおよび光学シートは互いに同一のものを使用した。
(導光板)
導光板は、本体部と、本体部上に形成された出光側層と、を有するようにした。
出光側層は、図1〜図4を参照しながら説明した上述の出光側層40と同一の構成を有するようにした。すなわち、断面直角二等辺三角形状の単位形状要素を隙間なく並べてなる光学要素部を有するようにした。出光側層は、アクリル系紫外線硬化型樹脂を硬化させて作製した。
一方、本体部は、図6を参照しながら説明した導光板と同一に構成した。すなわち、導光板は、裏面と出光面とが平行で厚さが一定の平板状に形成された主部と、主部内に分散された光散乱剤と、を有する矩形状の板材として形成した。本体部は、光散乱剤入りポリメタクリル酸メチル(PMMA)から形成した。
導光板は、図7を参照しながら説明した変形例のように、対向する一対の側面がそれぞれ入光面をなすようにした。すなわち、一対の側面に対向して、それぞれ、後述する光源が配置されるようにした。
上記構成で各寸法が異なる多数の導光板を準備した。表1には、その一例が示されている。表1に示された各導光板においては、光学要素部を構成する単位形状要素の高さH(図4参照)、単位形状要素の幅W(図4参照)、出光側層の支持部の厚さts、出光側層の平均厚さt2(図4参照)、本体部の平均厚さt1(図4参照)、を種々変更した。その一方で、表1に記載されていない寸法は互いに同一とした。例えば、導光板の導光方向に沿った長さL(図2参照)は、500mmとした。また、入光面の長手方向に沿った長さは240mmとした。
(光源)
発光部のサイズが1.6mm×0.8mmである多数のLEDチップを、各LEDチップの0.8mmの辺が導光板の厚み方向と平行となるようにして、2.0mmのピッチで入光面の長手方向に並べることによって、光源を構成した。上述したように導光板には二つの入光面が設けられており、LEDチップを多数配列してなる上記光源を、各入光面に対向するようにしてそれぞれ設けた。二つの光源は、導光板の対応する入光面との間に0.8mmの隙間が形成されるようにして配置した。
(反射シート)
導光板の裏面に対向するようにして、厚さ250μmの白色ポリエステルフィルムからなる反射シートを、配置した。
(光学シート)
導光板の出光面に対向するようにして、いわゆるプリズムシートとしての光学シートを配置した。光学シート(プリズムシート)は、厚さ125μmのポリエステルフィルム上に、アクリル系紫外線硬化型樹脂から複数の単位プリズムを形成してなるものとした。単位プリズムは、その長手方向に直交する断面において、頂角が65°の二等辺三角形形状を有するようにした。この光学シートは、上述した実施の形態の光学シートと同様に、単位プリズムが導光板へ向けて突出し、且つ、単位プリズムの配列方向が導光板の導光方向と平行になるようにして、配置した。
<評価方法>
光源が発光している状態の面光源装置を、当該面光源装置の発光面から導光板の法線方向に沿って1m離間した位置から、目視で観察した。各面光源装置について、目視で変色が観察されるか否かを確認した。色味の変化が目視で確認されたサンプルについて、表1の「評価」の「目視判断」の欄に×を付し、色味の変化が目視で確認されなかったサンプルについて、表1の「評価」の「目視判断」の欄に○を付した。また、上記目視による観察位置と同一の位置から、色彩輝度計BM−5A(TOPCON社製)を用い、各面光源装置の発光面での色度を測定した。導光板の出光面の中心位置に対応する位置での色度の測定結果を、表1に示す。
表1に示すように、導光板の平均厚さTに対する導光板の導光方向長さLの比(L/T)が500以下であり、且つ、本体部の平均厚さt1に対する出光側層の平均厚さt2の比(t2/t1)が0.1以下となっている導光板を含んだ実施例1〜3に係る面光源装置では、色味の変化は認識されず、良好であった。一方、本体部の平均厚さt1に対する出光側層の平均厚さt2の比(t2/t1)が0.1を超えている導光板を含んだ比較例1に係る面光源装置、並びに、導光板の平均厚さTに対する導光板の導光方向長さLの比(L/T)が500を超えている導光板を含んだ比較例2に係る面光源装置では、目視で黄色の着色が顕著に観察された。
Figure 2011034801
10 表示装置
15 液晶表示パネル
20 面光源装置
22 反射シート
24 光源
25 光学シート
30 導光板
30a 出光面
30b 裏面
30c 入光面
30d 反対面
40 本体部
45 光散乱剤
50 出光側層
54 光学要素部
55 単位形状要素
56 頂部

Claims (10)

  1. 出光面と、前記出光面に対向する裏面と、前記出光面と前記裏面との間の側面の少なくとも一部分からなる入光面と、を有する導光板であって、
    本体部と、
    前記本体部よりも前記出光面の側に設けられ、電離放射線硬化型樹脂を硬化して形成された出光側層と、を備え、
    前記出光側層は、前記出光面を形成する光学要素部を有し、
    前記光学要素部は、前記入光面と前記側面のうちの前記入光面に対向する面とを結ぶ方向と交差する一方向に並べられた複数の単位形状要素を含み、各単位形状要素が、前記一方向と交差する方向に線状に延びている、
    ことを特徴とする導光板。
  2. 前記導光板の板面への法線方向に沿った前記導光板の平均厚さTに対する、前記入光面から前記側面のうちの前記入光面に対向する前記面までの前記導光板の長さLの比が、500以下であり、
    前記導光板の板面への法線方向に沿った前記本体部の平均厚さt1に対する、前記導光板の板面への法線方向に沿った前記出光側層の平均厚さt2の比が、0.1以下である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
  3. 前記単位形状要素は、その配列方向に沿った断面において、三角形形状を有する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の導光板。
  4. 前記出光側層は、単一な樹脂材料から構成されている、
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の導光板。
  5. 前記本体部は、光散乱剤を分散した樹脂からなる、
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の導光板。
  6. 前記本体部は、押し出し成型により形成された板材からなる、
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の導光板。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の導光板と、
    前記導光板の前記入光面に対向して配置された光源と、
    前記導光板の前記裏面に対向して配置された反射シートと、
    前記導光板の前記出光面に対向して配置され、複数の単位プリズムを有する光学シートと、を備える、
    ことを特徴とする面光源装置。
  8. 請求項7に記載の面光源装置と、
    前記面光源装置に対向して配置された液晶パネルと、を備える、
    ことを特徴とする表示装置。
  9. 出光面と、前記出光面に対向する裏面と、前記出光面と前記裏面との間の側面の少なくとも一部分からなる入光面と、を有する導光板を製造する方法であって、
    本体部を準備する工程と、
    前記本体部上に、電離放射線硬化型樹脂を硬化してなる出光側層を賦型する工程と、を備え、
    前記賦型する工程において、前記光学要素部は、前記入光面と前記側面のうちの前記入光面に対向する面とを結ぶ方向と交差する一方向に並べられた複数の単位形状要素を含み、各単位形状要素が前記一方向と交差する方向に線状に延びている光学要素部であって、前記出光面を形成する光学要素部が、形成される、
    ことを特徴とする導光板の製造方法。
  10. 前記本体部を準備する工程において、押し出し成型により前記本体部を作製する、
    ことを特徴とする請求項9に記載の導光板の製造方法。
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