JP2011238566A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射防止機能を備え、かつ、簡素な製造工程により低コストで製造可能な面状照明装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る面状照明装置１０は、導光板１と、導光板１の側端面１ｃに配置される光源３とを備えるとともに、フェムト秒レーザー加工により作製され、反射防止機能を有するナノ周期構造の凹凸５を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置の照明手段として用いられるサイドライト型の面状照明装置に関する。

近年、携帯電話機等の表示部として、反射型液晶パネルの前面（視認側）に照明装置（所謂フロントライト）を配置し、観察者側から液晶パネルを照明するとともに、フロントライトを通じて画面を視認する構成の反射型液晶装置が広く用いられている。このようなフロントライトとして好適なサイドライト型の面状照明装置は、画面と略等しい大きさの主面を有する平板状の導光板と、導光板の側端面に配置された一次光源（例えば、冷陰極管または発光ダイオード）とを備え、導光板の側端面（以下、入光面ともいう）から入射した光を、一主面（以下、出射面ともいう）から出射させることにより、画面を均一に照明するものである。

従来、このような面状照明装置において、導光板内部を伝播する光を効率良く液晶パネル側に取り出すとともに、反射型の液晶パネルからの反射光が導光板表面で反射して減衰することを防ぐため、導光板の出射面に反射防止機能を有する微細な凹部又は凸部を備えた面状照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−７１４６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された面状照明装置は、導光板の出射面に微細な凹部又は凸部を転写するための金型を、電子ビーム描画装置を用いてパターニングし、その後エッチング処理を施すことにより形成するものであり、その製造工程が複雑であることから、製造コストの点で問題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、反射防止機能を備え、かつ、簡素な製造工程により低コストで製造可能な面状照明装置を提供することを目的とする。

以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）導光板と、該導光板の側端面に配置される光源とを備えるとともに、フェムト秒レーザー加工により作製され、反射防止機能を有するナノ周期構造の凹凸を備えることを特徴とする面状照明装置（請求項１）。

本項に記載の面状照明装置において、「フェムト秒レーザー加工」は、フェムト秒オーダーのパルス幅を有する超短パルスレーザー光を被加工物に照射することにより、被加工物表面に、レーザー波長と同程度以下の空間周期で凹凸を繰返す構造を形成する技術であり、このフェムト秒レーザ加工によれば、ナノ周期構造の凹凸を容易かつ高速に形成することができる。したがって、本項に記載の面状照明装置によれば、フェムト秒レーザー加工により作製されたナノ周期構造の凹凸を備えることによって、反射防止機能を有する面状照明装置を、簡素な製造工程により低コストで製造することが可能となる。

（２）（１）項に記載の前記面状照明装置において、前記ナノ周期構造の凹凸が、前記導光板の出射面に形成されているフロントライトであることを特徴とする面状照明装置（請求項２）。
本項に記載の面状照明装置によれば、ナノ周期構造の凹凸が導光板の出射面に形成されていることにより、光源から導光板内部に入光した光を効率よく出射面から取り出すとともに、液晶パネルからの反射光を導光板の出射面で反射することなく、観察者に到達させることが可能となり、本項に記載の面状照明装置をフロントライトとして備えた液晶表示装置において、高輝度かつ高コントラストの表示を実現することができる。
特に、フェムト秒レーザー加工によれば、高速にナノ周期構造の凹凸を形成することができるため、本項に記載の面状照明装置により、大面積の反射型液晶パネルを備える液晶表示装置のフロントライトを低コストで提供することが可能となる。

（３）（１）項に記載の面状照明装置において、前記ナノ周期構造の凹凸が、前記導光板の出射面側に積層される光学シートに形成されているバックライトであることを特徴とする面状照明装置。
本項に記載の面状照明装置によれば、導光板からの出射光の利用効率が向上し、高輝度のバックライトを提供することが可能となる。

（４）（１）〜（３）項に記載の面状照明装置において、前記ナノ周期構造の凹凸は、前記導光板の前記光源が配置される側端面に形成されていることを特徴とする面状照明装置。
本項に記載の面状照明装置によれば、光源と導光板との結合効率、ひいては光源からの出射光の利用効率が向上し、高輝度のフロントライトまたはバックライトを提供することが可能となる。

ここで、（２）〜（４）項に記載の面状照明装置において、ナノ周期構造の凹凸は、好ましくは、フェムト秒レーザー加工機を用いて固体材料（例えば、ステンレス鋼板等の金属板、または、Ｓｉ基板等の半導体基板）上にナノ周期構造の凹凸を形成し、この固体材料上に形成されたナノ周期構造の凹凸を、熱転写法を用いてナノ周期構造の形成面（例えば、導光板の出射面または入光面、あるいは、光学シートの表面）に転写することによって形成されるものである。

（５）（１）〜（４）項に記載の面状照明装置において、前記ナノ周期構造の凹凸は、多条の線状凸部を含むことを特徴とする面状照明装置（請求項３）。

本項に記載の面状照明装置において、ナノ周期構造の凹凸は、可視光の波長域（約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）に対して良好な反射防止機能を実現するため、好ましくは、多条の線状凸部の、隣り合う２つの線状凸部間のピッチが、２００ｎｍ程度であることが好ましい。
本項に記載の面状照明装置において、多条の線状凸部は、例えば、複数の直線状の凸部を一定のピッチで平行に配列してなるものであってもよい。
また、本項に記載の面状照明装置において、多条の線状凸部は、各線状凸部が、ナノ周期構造の凹凸の形成範囲の一端から他端にわたって連続して延びるものであってもよい。または、多条の線状凸部は、ナノ周期構造の凹凸の形成範囲の一端から他端にわたって断続的に延びる短い線状凸部の集合体からなるものであってもよく、この場合、各線状凸部の長さは、多条の線状凸部の全体にわたって、不規則にばらつくように分布しているものであってもよい。

（６）（５）項に記載の面状照明装置において、前記多条の線状凸部を構成する各線状凸部は、蛇行していることを特徴とする面状照明装置（請求項４）。
本項に記載の面状照明装置は、多条の線状凸部を構成する各線状凸部が蛇行していることによって、特に、ナノ周期構造の凹凸が導光板の出射面に形成されているフロントライトである場合、ナノ周期構造の凹凸を要因とするモワレの発生を防止し、液晶表示装置の高い表示品位を実現することができる。

（７）（６）項に記載の面状照明装置において、前記線状凸部の蛇行の平均周期は、前記線状凸部間の平均ピッチの２倍以上かつ２０倍以下であることを特徴とする面状照明装置（請求項５）。
本項に記載の面状照明装置によれば、線状凸部の蛇行の平均周期を、線状凸部間の平均ピッチの２倍以上かつ２０倍以下とすることによって、特に、ナノ周期構造の凹凸が導光板の出射面に形成されているフロントライトである場合、モワレの発生を効果的に防止しつつ、良好な反射防止機能を発揮することが可能となる。

ここで、本項に記載の面状照明装置において、蛇行の周期は、一般には、任意の線状凸部の任意の位置における１回の蛇行毎に局所的に定義されるものであり、この局所的な周期は、好ましくは、多条の線状凸部の全体にわたって、不規則にばらつくように分布しているものである。同様に、本項に記載の面状照明装置において、線状凸部間のピッチは、一般には、任意の隣り合う線状凸部間の任意の位置毎に（例えば、これらの線状凸部の稜線間のその位置における間隔として）局所的に定義されるものであり、この局所的なピッチは、好ましくは、多条の線状凸部の全体にわたって、不規則にばらつくように分布しているものである。そして、本項に記載の面状照明装置における平均周期及び平均ピッチは、このような局所的な周期及び局所的なピッチの、多条の線状凸部の全体にわたる平均値をいう。
但し、本項に記載の面状照明装置において、多条の線状凸部は、共通の一定の周期で蛇行する複数の線状凸部からなるものであっても、または、互いに合同な複数の線状凸部を一定のピッチで平行に配列してなるものであっても、または、これらの両方の特徴を備えるものであってもよい。このような場合、本項に記載の面状照明装置における平均周期及び平均ピッチは、それぞれ、上記一定の周期及び上記一定のピッチに他ならないことは言うまでもない。
このようなナノ周期構造の凹凸において、可視光に対して良好な反射防止機能を有するため、線状凸部の平均ピッチは、２００ｎｍ程度であることが好ましい。

本発明は、以上のように構成したため、反射防止機能を備え、かつ、簡素な製造工程により低コストで製造可能な面状照明装置を提供することが可能となる。特に、本発明に係る面状照明装置を、ナノ周期構造の凹凸が導光板の出射面に形成されたフロントライトとすることにより、このフロントライトが適用される液晶表示装置において、高輝度かつコントラストな表示を実現することが可能となる。

本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態における面状照明装置のナノ周期構造の凹凸の一部を拡大して示す平面図であり、（ａ）は試料表面の写真、（ｂ）は（ａ）に示す凹凸構造を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態において、ナノ周期構造の凹凸を構成する線状凸部の断面形状の例を示す図であり、（ａ）は四角形状、（ｂ）は三角形状、（ｃ）は鋸歯状、（ｄ）半小判形状の場合をそれぞれ示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例におけるナノ周期構造の凹凸を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すナノ周期構造の凹凸について、入射偏光に対する透過率を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、図１〜図４を通じて、面状照明装置の全体または部分を示す各図は、説明のために特徴を強調して示す模式図であって、図示された各部分の相対的な寸法は、必ずしも実際の縮尺を反映するものではない。

図１は、本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を模式的に示す側面図である。図１に示す面状照明装置１０は、反射型液晶表示装置のフロントライトとして好適に用いられるものであり、導光板１と、光源３とを備えている。導光板１は、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材料を成形してなる板状の導光体である。光源３は、例えば白色発光ダイオードを含み、導光板１の一側端面である入光面１ｃに配置されている。また、導光板１は、その一主面を出射面１ａとし、出射面１ａに対向する主面を反射面１ｂとするように構成され、反射面１ｂには、通常、光源３から入光面１ｃを通じて導光板１の内部へと入射し反射面１ｂに到達した光を反射して、出射面１ａから照明光として出射させるための正反射手段（図示は省略する）が設けられている。

本実施形態における面状照明装置１０は、さらに、導光板１の出射面１ａに、反射防止機能を有するナノ周期構造の凹凸５が形成されている。図１に示す例では、このナノ周期構造の凹凸５は、導光板１の入光面１ｃに略平行な方向（紙面に直交する方向）に延びる多条の線状凸部５ａを、入光面１ｃに略直交する方向（紙面内左右方向）に配列してなるものである。

ここで、本実施形態におけるナノ周期構造の凹凸５は、フェムト秒レーザー加工により製作されている。フェムト秒レーザー加工は、フェムト秒オーダーのパルス幅を有する超短パルスレーザー光を被加工物に照射することにより、被加工物表面に、レーザー波長と同程度以下の空間周期で凹凸を繰返す構造を形成する技術であり、具体的には、フェムト秒レーザー加工機を用いて固体材料（例えば、ステンレス鋼板等の金属板、または、Ｓｉ基板等の半導体基板）上にナノ周期構造の凹凸を形成し、この固体材料上に形成されたナノ周期構造の凹凸を、熱転写法を用いて導光板１の出射面１ａに転写することによって形成されるものである。

図２は、本実施形態におけるナノ周期構造の凹凸５の詳細構造の好ましい一例を示す図である。図２（ａ）は、ナノ周期構造の凹凸５が形成された試料表面の一部を拡大して示す写真、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示された構造を模式的に示す図であり、各線状凸部５ａは、その稜線を連ねた曲線として表されている。
図２に示すように、本実施形態において、ナノ周期構造の凹凸５を構成する各線状凸部５ａは、配列方向（図２（ｂ）に矢印ｘで示す）の振れ幅を有して蛇行しつつ、所定の延在方向（図２（ｂ）に矢印ｙで示す）に延びるように構成されており、多条の線状凸部５ａの稜線は、途切れ途切れの不規則な曲線を呈している。

すなわち、本実施形態において、特定の線状凸部５ａの特定の位置における蛇行の局所的な周期Ｔを、その振れ幅の一方向（例えば、図２（ｂ）の矢印ｘの正方向）に関する特定の極大点からその隣の極大点までの、延在方向（図２（ｂ）のｙ方向）の距離として定義すれば、この局所的な周期Ｔは、多条の線状凸部５ａの全体にわたって、不規則にばらつくように分布している。
また、本実施形態において、隣り合う特定の線状凸部５ａ間の特定の位置における局所的なピッチＰを、その位置における稜線間の配列方向（図２（ｂ）のｘ方向）の距離として定義すれば、この局所的なピッチＰは、多条の線状凸部５ａの全体にわたって、不規則にばらつくように分布している。
さらに、各線状凸部５ａは、ナノ周期構造の凹凸５の形成範囲（例えば、導光板１の出射面１ａ全体）の一端から他端にわたって連続して延びるものではなく、図２に示すように、上記形成範囲の一端から他端にわたって断続的に延びる短い線状凸部５ａの集合体からなるものであり、各線状凸部５ａの長さは、多条の線状凸部５ａの全体にわたって、不規則にばらつくように分布している。

そして、本実施形態において、線状凸部５ａの蛇行の局所的な周期Ｔと、線状凸部５ａ間の局所的なピッチＰは、それぞれの多条の線状凸部全体にわたる平均値（平均周期及び平均ピッチ）について、平均周期が平均ピッチの２倍以上かつ２０倍以下となるように分布している。
この際、可視光の波長域（約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）に対して、良好な反射防止離機能を実現するために、平均ピッチは、２００ｎｍ程度であることが好ましく、さらに、好ましくは、各線状凸部５ａの（隣り合う線状凸部５ａを隔てる凹部からの）高さは、可視光の波長程度以下（例えば、２００ｎｍ程度）であることが好ましい。
尚、実際の平均周期及び平均ピッチは、例えば、ナノ周期構造の凹凸５の形成範囲から幾つかの測定点を選択し、これらの平均値により算出されるものであってもよい。

ここで、本実施形態において、各線状凸部５ａの断面形状は、任意の適切な形状とすることができ、例えば、図３に示すような、四角形状（図３（ａ））、三角形状（図３（ｂ））、鋸歯状（図３（ｃ））、または、基部の四角形部分とその上部に連接する円弧部分からなる半小判形状（図３（ｄ））であってもよい。

以上のように構成された本実施形態における面状照明装置１０によれば、光源３から導光板１内部に入光した光を効率よく出射面１ａから取り出すとともに、液晶パネルからの反射光を導光板１の出射面１ａで反射することなく、観察者に到達させることが可能となり、面状照明装置１０をフロントライトとして備えた液晶表示装置において、高輝度かつ高コントラストの表示を実現することができる。

また、本実施形態における面状照明装置１０は、フェムト秒レーザー加工により作製されたナノ周期構造の凹凸５を備えることによって、このような反射防止機能を備えた面状照明装置を、簡素な製造工程により低コストで製造することが可能となる。その際、面状照明装置１０は、ナノ周期構造の凹凸５を構成する各線状凸部５ａが蛇行しており、また、線状凸部５ａの蛇行の平均周期を、線状凸部５ａ間の平均ピッチの２倍以上かつ２０倍以下としたことによって、ナノ周期構造の凹凸５を要因とするモワレの発生を効果的に防止しつつ、良好な反射防止機能を達成することが可能となる。

本発明の実施例として、図４を参照して、ナノ周期構造の凹凸の一具体例について、その光学特性のシミュレーション結果を説明する。本実施例におけるナノ周期構造の凹凸は、ポリカーボネート樹脂（屈折率：１．５８５）上に形成されており、その多条の線状凸部を構成する各線状凸部の高さＨは２００ｎｍ、線状凸部間のピッチＰは２００ｎｍ、スリット幅（隣り合う線状凸部を隔てる凹部の幅）Ｌは、５０ｎｍである。また、本実施例における多条の線状凸部は、図４（ａ）の紙面に直交する方向に延びる断面四角形状の直線状凸部を、一定のピッチＰで平行に配列してなるものとした。

以上のように構成されたナノ周期構造の凹凸に対して、波長４００ｎｍの単色光を入射角度θ＝３０°で入射させた場合の、入射偏光（°）に対する透過率のグラフを図４（ｂ）に示す。ここで、入射偏光０°は、紙面に平行な偏光方向（線状凸部の延在方向に対して直交する方向）であり、入射偏光９０°は、紙面に直交する偏光方向（線状凸部の延在方向に平行な方向）を示す。
図４（ｂ）に示すように、本実施例におけるナノ周期構造の凹凸は、あらゆる偏光方向の光に対して９９．９％以上の高い透過率を有しており、この結果により、本実施例におけるナノ周期構造の凹凸が、良好な反射防止層として機能することが分かる。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明してきたが、本発明に係る面状照明装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、ナノ周期構造の凹凸が有する反射防止機能は、面状照明装置の様々な構成要素に適用して光の利用効率を向上させることが可能であり、液晶表示装置のバックライトと適用される面状照明装置の、導光板の出射面側に積層される光学シートに形成するものであってもよく、あるいは、バックライト及びフロントライトにおいて、導光板の光源が配置される側端面に形成するものであってもよい。

１：導光板、１ａ：出射面、１ｂ：反射面、１ｃ：入光面、５：ナノ周期構造の凹凸、５ａ：線状凸部

Claims (5)

1. 導光板と、該導光板の側端面に配置される光源とを備えるとともに、フェムト秒レーザー加工により作製され、反射防止機能を有するナノ周期構造の凹凸を備えることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記ナノ周期構造の凹凸が前記導光板の出射面に形成されているフロントライトであることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記ナノ周期構造の凹凸は、多条の線状凸部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
4. 前記多条の線状凸部を構成する各線状凸部は、蛇行していることを特徴とする請求項３に記載の面状照明装置。
5. 前記線状凸部の蛇行の平均周期は、前記線状凸部間の平均ピッチの２倍以上かつ２０倍以下であることを特徴とする請求項４に記載の面状照明装置。