JP2014116264A - 導光板、照明装置、表示装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易で、しかも、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することを可能にする。
【解決手段】 フロントライトユニット３１は、写真等の不透明な被表示体３２を、前方から照射する照明装置３３と、照明装置３３の表面を保護する保護シート３４とを有する。照明装置３３は、導光板３５と、ＬＥＤ光源３６とを有している。ＬＥＤ光源３６の光が、導光板３５の端面部３７より導光板３５内部に照射される。導光板３５は、例えば透明なアクリル板からなる印刷基材を有する。印刷基材の両主面のうち、不透明な被表示体３２に対向する側とは反対の主面には、印刷により微細なドットパターン３８が形成されている。ドットパターン３８は、印刷用インキが塗布されたロール状の凸版材を、印刷基材の主面に沿って転動させることにより、印刷されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面に印刷ドットの群が形成された導光板、それを用いた照明装置、並びに当該照明装置を用いた表示装置及び照明器具に関する。

従来、液晶表示装置などの面状の照明を必要とする表示機器に対して、種々の面照明機能を発揮する照明装置が使用されている。特に、携帯電話やノートパソコンやＴＶの液晶表示パネルなどの被表示体の背面に配置する照明装置が、バックライトユニットとしてよく知られている。

図６は、従来技術による代表的なバックライトユニットの構成を示す概略図である。このバックライトユニット１は、透明の被表示体を有している。この被表示体２の背面には、第一拡散シート３と、プリズムシート４と、第二拡散シート５とを介して、照明装置６が設置されている。また、照明装置６のさらに背面には、反射シート７が配されている。照明装置６は、導光板８とＬＥＤ光源９とを有しており、ＬＥＤ光源９の光は、導光板８の端面部１０より導光板８内部に照射される構造となっている。また、導光板８の反射シート７側片面には、ドットパターン１１がスクリーン印刷により形成されている。

次に、このようなバックライトユニット１の構成における光の状態を説明する。導光板８の端面部１０からのＬＥＤ光源９の光は、入射光１２としてアクリル樹脂からなる導光板８内に入ると、折れ線で示すように全反射して内部に閉じこもろうとする。

しかし、入射光１２は、導光板８の片方主面に形成されたドットパターン１１の複数のドットに当たると乱反射する。その結果、導光板８から出射光１３が、振幅が大きく周期の長い光、すなわち光強度の均一性の観点における「粗い」光が飛び出すことになる。ここで、「振幅」という用語は、電磁波としての光の振幅を意味するのではなく、光の強度の空間的変動の幅、いわば強度のムラを意味するものとして用いている。また、「周期」という用語は、光の強度の空間的変動における空間的周期を意味するものとして用いている。「粗い」出射光１３の強度の空間的変動の様子は、図６の符号１３が付された周期的波形により、模式的に表現される。図６に示すように、出射光１３の周期は、ドットパターン１１の周期を反映した長いものとなり、振幅も視認し得る範囲の大きいものとなる。

下方に飛び出した出射光１３は、反射シート７に当たり上方に反射する。上方に向かう反射光は、プリズムシート４や第一・第二拡散シート３，５を通過することにより、振幅の小さな平均化された品質の良い調和光１４ａ、１４ｂとなる。反射光はさらに、透明の被表示体２を通過することにより、被表示体２の画面１５を明るく照らし出すことになる。

なお、このバックライトユニット１に使用されている導光板８は、特許文献１に記載されるように、ドットパターン１１をスクリーン印刷により形成するものが主流となっていた。しかし、この様な、バックライトユニット１の照明装置６の場合、不透明なメディアに適用するには大きな問題があった。

図７は、従来の導光板８を用いた照明装置６を、そのまま、不透明なメディアからなる被表示体１６の前方より照射するフロントライトユニット２０として、仮に用いた場合の構成を示す概略図である。ＬＥＤ光源９からの入射光１２は、導光板８の主面に形成されたドットパターン１１に当たると乱反射する。その結果、前記と同様に、導光板８から出射光１３が、振幅が大きく周期の長い「粗い」光として、上下に飛び出すことになる。

しかし、この構成では、直接上方に向かう光は、プリズムシートや拡散シートを通過することなく、直接可視光として目に入るため、強い逆光１８となり、不透明の被表示体１６を視認しづらくなる。下方に飛び出した光は、不透明の被表示体１６に当たり、画面１７を明るく照らし、上方に反射される。しかし、導光板８に印刷されたドットパターン１１が影となり、不透明の被表示体１６から照らしだされた画面１７の光を邪魔するため、上方に反射された光は途切れ途切れの画像１９となる。その結果、不透明の被表示体１６の画面１７を正しく認識することが困難となる。よって、不透明な被表示体１６には、前方照射に適したユニット、すなわち、フロントライトユニット（前方照明装置）が必要となる。

このような状況の中で、近年、液晶表示装置などの表示機器の前面に配置する照明装置が、数多く提案されている。例えば、特許文献２に開示される前方照明装置では、導光体の前方主面の一部に拡散反射部を形成し、該拡散反射部の形状を、表示体を誤認しない大きさとし、また、拡散反射部の前面に不透明材料層を形成している。

確かに、導光板主面上の拡散反射部によって、ある程度均一な照度を被表示体に与えることができ、不透明材料層により、強い逆光を防止することができるならば、それ以前のものに比べ、見やすくなると推測される。

しかし、一般的なスクリーン印刷によるドットや格子状の拡散反射部材の形成方法では、小さな円形ドットを作る場合であっても、スクリーン版に使用されるメッシュの太さや出来上がりのスクリーン版の厚みに起因して、図８の断面図に示すように、導光板２２上に印刷されたドット２１の形状は、表面が滑らかで盛り上がりの大きい断面弧状となる。微細なドット２１を形成しようとしても、直径が０．２ｍｍ、厚さは１５μｍが最小限界となる。よって、被表示体の画像は、厚みのあるドット２１の影に遮られて見にくく、数ミリほどの小さな文字に対しては判別が困難となる。また、拡散反射部としてドットや格子状の一次元的な配列を用いた場合には、導光板２２の光源の付近のみが明るくなり、中央部が暗くなるという問題点もあった。

また、特許文献３ではフロントライト装置として、導光板の一方の面に光量制御面を形成し、導光板のエッジ部に沿って冷陰極管を配置し、前記光量制御面は冷陰極管に近い位置は密になり、遠ざかるにつれて疎になるようにドット印刷したものや、ファインマットのようなものが提案されている。

確かに、ドット印刷を用いてドットの密度を変えることにより、導光板の照度を均一化することは可能である。しかし、フロントライトにおける、ドットの影や逆光による見にくさは解決されていない。

また、特許文献４においても、液晶表示パネルの上面に配置する照明装置が提案されている。この提案による照明装置は、薄型の液晶表示装置に組み込まれたもので、照明の点灯時および非点灯時共に、高いコントラストを確保することを目的としている。具体的には、薄型の照明装置を液晶表示体の上面（前面）に配置し、液晶表示体の背面には反射板を設置する。照明装置は、導光板と、この導光板の端面またはその近傍に配置された光源とを有する。導光板の出光側の主面には、この面に略平行な面と略垂直な面とからなる凹凸形状が形成されている。凹凸形状は、例えば、複数個のリブ、または、円柱状もしくは角柱状の突起により形成されている。

しかしながら、特許文献４の提案にかかる前面配置型の照明装置は、光源として棒状または線状の光源に適した構成になっている。このような光源としては、一般的には発光効率の高い蛍光管が使用されるが、蛍光管は一定以上の電力を必要とし、消費電力をそれ以下に下げられないという問題を有していた。また、ＬＥＤ、電球といった点光源を用いた場合、リブ状や角柱状の突起と出力光面とが形成する根元部の交線が直線であるため、規則的な反射に因る照明品質劣化が起こりやすいという問題があった。さらに点光源の場合、突起体のパターンの一次元的な分布を制御することによっては、輝度ムラを解消できないという問題を有していた。

また、写真や図画をそのままの状態で照射することにより表示する導光板を使った照明装置としては、特許文献５がある。この照明装置は、硬質のアクリルやポリカーボネート樹脂の表面に、軟質の塩化ビニルやシリコーン樹脂を一体的に形成した導光板を、フロントライトとして用いるものである。硬質の透明板と屈折率の異なる樹脂フィルムを全面に張ることで、面全体を照らすことは可能であり、この従来技術は、簡易的かつ安価な方法ではある。しかし、この従来技術では、光源の近傍で明るく、遠距離になると暗くなるという問題は、本来的に解決することができない。

さらに、特許文献１〜５に開示される技術が有する全ての問題点を考慮に入れ、被表示体の前面に配置する照明装置に改良が加えられたものとして、特許文献６に開示される液晶表示装置が存する。この従来技術は、点灯時、非点灯時のいずれにおいても視認性が高く、消費電力が低い前置式の面照明装置を提供するものである。この照明装置は、透明な平板状を成し、かつその表面にまたはその表面に対向する位置に微細な点状の光取り出し構造体を形成した導光板と、この導光板の端面に対向して配置した光源とを有している。その光源として、例えば点状のＬＥＤ光源が用いられる。光取り出し構造体は、例えば柱状突起であり、この突起が２次元的に配列されている。

この照明装置は、被表示体に前置された場合に、被表示体に光線を投射するとともに、被表示体によって反射した光線をほとんど分散することなく透過させる、という機能を発揮することが想定されている。この照明装置は又、照明非点灯時には、被表示体によって反射した光線をほとんど分散させることなく、外光を透過させる、という機能を発揮するものと記載されている。さらに、発光ダイオード（ＬＥＤ）や電球等の点光源が使用でき、低消費電力化が容易に達成できるものと記載されている。

特開平５−３２３１２４号公報 実開昭６１−１２４３０６号公報 登録実用新案第３００３４２７号公報 特開平６−３２４３３１号公報 特開２００８−３００３４５号公報 特開２００７−３１１３６５号公報

しかしながら、特許文献６に開示される導光板の表面に、傾斜角度や微細な直径が限定される光取り出し構造体を形成するのは、非常に困難である。特許文献６の実施例には、導光板を形成する透明材料として、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料、またはそれらの複合体が用いられ、射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムまたは樹脂層を接合する等の方法によって形成されると記載されている。

しかし、屈折率に由来する屈折角度の関係より、高さと幅の比は、１対１以下で性能を発揮すると記されていることから、一つ一つのドットの形状を精密に所定の形状に仕上げる必要がある。その製法は、透明の光硬化性注型樹脂を用いた、光ナノインプリントによる製法となる。しかし、この製法では、設備機器が非常に高価となり、イニシャルコストが高くなるのに加えて、生産性が悪く、そのために生産コストが高くなるという問題がある。また、大きなものへの対応が困難となるという問題もある。

また、特許文献６の別の変形例として、導光板の反出光面側に光拡散部材層を印刷により形成するものも紹介されている。光拡散部材層は、任意のサイズ、形状をもち、その光拡散部材層に到達した光束を、導光板主面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有する、と記されている。すなわちこの光拡散部材層は、出光面側への光拡散機能と反出光面側への遮光性を持っており、遮光性を確保するためにさらに遮光層を設けることもできると記載されている。

しかし、この光拡散部材層に関しては、単なる印刷であれば、前記特許文献２および３に記載されるものと変わりはなく、規定した大きさや傾斜のある印刷は製法上困難であり、たとえできたとしてもドットの影が光を遮り、見にくくすることになる。また、フロントライトユニットにおいて、遮光性があると書かれているが、遮光性があれば、被表示体はより見にくいものとなり、逆効果となる。実際、近年においても印刷式の導光板をフロントライトとして使用しているものは見受けられない。その理由は、従来用いられている最も合理的なスクリーン印刷による製法での白色インキのドットでは、光を通しにくいため、きれいな画像とすることができないからであり、そのために工業化に至っていないといえる。

そこで、本発明は従来のこのような問題点を解決するため、製造が容易で、しかも、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することを可能にする導光板、それを用いた照明装置、並びに当該照明装置を用いた表示装置及び照明器具を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１の態様にかかる導光板は、両主面を有し光透過性の印刷基材と、微細凸状体の群が外表面に形成された凸版材を用いて印刷されることにより、前記印刷基材の一方主面に形成されている微細印刷ドットの群と、を備えている。

この構成によれば、印刷基材の一方主面に形成される印刷ドットの群が、微細凸状体の群を有する凸版材を用いた印刷によって形成されるので、当該印刷ドットが、微細凸状体と同等程度の微細な形状を持つものとして形成される。従って、導光板を通して文字、図柄等の被表示体を視認するのに適した解像度を実現する微細な形状の印刷ドットの群が、容易に形成される。さらに、凸版材を用いた印刷は、印刷時に版材と印刷ドットの上面とが着脱する工程を踏むことから、印刷ドットの厚みが低く抑えられるとともに、適度な表面粗度をもつ印刷ドット面を形成することができる。それにより、例えば、導光板の端面から光源の光を入射させ、導光板を通して文字、図柄等の被表示体を視認できるようにした用途において、入射光の拡散と被表示体の反射光による画像光のバランスを適度なものとすることができる。その結果、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。

なお、本発明において「導光板」という用語は、通常の意味での「板」状体に限らず、「シート」、「フィルム」など、厚みがより小さいもの、あるいは柔軟に屈曲するものをも包含するものとして用いられる。また、本発明において「光透過性」は、透明に限られるものではなく、例えば着色されつつも、なお光を透過するものなど、一般に光を部分的に散乱又は吸収しつつも、なお透過する性質を保持するものを広く包含する。

本発明の第２の態様にかかる導光板は、第１の態様にかかる導光板であって、前記凸版材がロール状であり、当該ロール状の凸版材を前記印刷基材の一方主面上で転動させることにより、前記印刷ドットの群が形成されているものである。

この構成によれば、ロール状の凸版材を用いた印刷により、印刷ドットの群が形成されるので、印刷ドットの群の形成がさらに容易となる。

本発明の第３の態様にかかる導光板は、第２の態様にかかる導光板であって、前記凸版材がフレキシブルな材質であるものである。

この構成によれば、凸版材がフレキシブルな材質であるために、適度な接触圧をもって、印刷ドットの群を印刷することが容易である。

本発明の第４の態様にかかる導光板は、第３の態様にかかる導光板であって、前記ロール状の凸版材が、前記微細凸状体の群が一主面に形成されたフレキシブルな材質の平板状の凸版を、前記微細凸状体の群を外側にして版胴に巻き付けることにより形成されたものである。

この構成によれば、ロール状の凸版材が、フレキシブルな材質の平板状の凸版を版胴に巻き付けることにより形成されたものであるので、ロール状の凸版材が容易に形成され、しかも、フレキシブルな凸版材が形成される。

本発明の第５の態様にかかる導光板は、第１ないし第４の何れかの態様にかかる導光板であって、前記印刷ドットの高さが０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であるものである。

この構成によれば、印刷ドットの高さが０．１μｍ以上であるので、望ましい光の拡散効果が得られる。また、印刷ドットの高さが１０μｍ以下であるので、導光板を通して文字、図柄等の被表示体を目視するときに、ドットの影により見にくくなることがない。すなわち、特に高いコントラスト、高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。

本発明の第６の態様にかかる導光板は、第１ないし第５の何れかの態様にかかる導光板であって、前記印刷ドットの表面粗度が、算術平均粗さであるＲａ値において、前記印刷ドットの平均高さの１０分の１以上の値であるものである。

この構成によれば、印刷ドットが特に望ましい光拡散性を発揮するので、導光板を通して文字、図柄等の被表示体を目視するときに、一層高いコントラスト、高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。

本発明の第７の態様にかかる導光板は、第１ないし第６の何れかの態様にかかる導光板であって、前記印刷ドットの群が、紫外線硬化型のインキにより形成されているものである。

この構成によれば、紫外線硬化型のインキが用いられるので、表面粗度の高い印刷ドットの群が、特に容易に形成される。

本発明の第８の態様にかかる導光板は、第１ないし第７の何れかの態様にかかる導光板であって、前記印刷ドットの群が、クリアーインキと、酸化ケイ素の粒子が混合されたインキとの、少なくとも一方のインキにより形成されている、請求項１ないし７の何れかに記載の導光板。

この構成によれば、印刷ドットの群が光の透過を遮断しないので、導光板を通して文字、図柄等の被表示体を目視するときに、一層高いコントラスト、高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。

本発明の第９の態様にかかる導光板は、第１ないし第８の何れかの態様にかかる導光板であって、前記印刷ドットの群は、前記印刷基材の前記一方主面において、端縁の特定部分から離れるのに従って、密度が高くなるように形成されているものである。

この構成によれば、一方主面の端縁の特定部分に対応する印刷基材の端面の部分から、光源の光を入射させたときに、導光板の輝度を全面にわたって均一なものとすることができる。

本発明の第１０の態様にかかる導光板は、両主面を有し光透過性の印刷基材と、前記印刷基材の一方主面に形成され、高さが０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下である微細印刷ドットの群と、を備えるものである。

この構成によれば、印刷ドットの高さが０．１μｍ以上であるので、望ましい光の拡散効果が得られる。また、印刷ドットの高さが１０μｍ以下であるので、導光板を通して文字、図柄等の被表示体を目視するときに、ドットの影により見にくくなることがない。すなわち、高いコントラスト、高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。

本発明の第１１の態様にかかる導光板は、両主面を有し光透過性の印刷基材と、前記印刷基材の一方主面に形成され、表面粗度が、算術平均粗さであるＲａ値において、平均高さの１０分の１以上の値である微細印刷ドットの群と、を備えるものである。

この構成によれば、印刷ドットが望ましい表面粗度を有するので、望ましい光拡散性を発揮する。そのため、導光板を通して文字、図柄等の被表示体を目視するときに、高いコントラスト、高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。

本発明の第１２の態様にかかる照明装置は、第１ないし第１１の何れかの態様にかかる導光板と、前記導光板の端面の少なくとも一部に対向するように配置された光源と、を備えるものである。

この構成によれば、導光板を、文字、図柄等の被表示体の上に配置することにより、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。また、被表示体を反射体に換えることにより、光源の光が導光板全体から出射する、まぶしさを抑えた照明器具としての使用も可能となる。また、ＬＣＤ表示装置のバックライトとしての利用にも適する。

本発明の第１３の態様にかかる照明装置は、第１２の態様にかかる照明装置であって、前記光源が単一又は複数のＬＥＤの点状光源であるものである。

この構成によれば、光源としてＬＥＤの点状光源が用いられるので、装置を安価に制作することができる。また、ＬＥＤの点状光源を光源としながらも、導光板の好ましい特性により、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、照明装置の背面に配置される被表示体を視認することが可能となる。さらに、被表示体を反射体に換えた場合には、ＬＥＤの点状光源を光源としながらも、光源の光が導光板全体から出射する、まぶしさを抑えた照明器具としての使用が可能となる。また、ＬＣＤ表示装置のバックライトとしての利用にも適する。

本発明の第１４の態様にかかる表示装置は、被表示体と、前記被表示体の前面に配置された、第１２又は第１３の態様にかかる照明装置と、を備えるものである。

この構成によれば、導光板の機能により、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。被表示体は、媒体に文字、絵柄等が印刷されたもの、ＬＣＤパネル、電子ブックの表示画面など、前面から受ける照射光の反射光により、表示内容を視認できるものであれば足り、印刷物に限定されず、また平面形状のものに限定されない。

本発明の第１５の態様にかかる表示装置は、第１４の態様にかかる表示装置であって、前記微細印刷ドットの群が形成される前記印刷基材の一方主面とは反対の主面が、前記表示体に対向しているものである。

この構成によれば、微細印刷ドットの群により拡散されてなる拡散光が、印刷基材の厚み分を通過した上で、被表示体に照射されるので、より均一な光での被表示体への照射が可能となる。それにより、より高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することが可能となる。

本発明の第１６の態様にかかる照明器具は、光を反射する反射体と、前記被表示体の前面に配置された、第１２又は第１３の態様にかかる照明装置と、を備えるものである。

この構成によれば、導光板と反射板との機能により、光源の光が導光板全体から前方へ出射する。それにより、例えば、まぶしさを抑えた照明器具としての利用が可能となる。また、ＬＣＤ表示装置のバックライトとしての利用にも適する。

以上の通り、本発明によれば、製造が容易で、しかも、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することを可能にする導光板、それを用いた照明装置、並びに当該照明装置を用いた表示装置及び照明器具が実現する。

本発明の一実施の形態による印刷式導光板を用いたフロントライトユニットの一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施の形態による印刷式導光板の横断面図である。 本発明の一実施の形態による印刷式導光板を用いたフロントライトユニットを搭載したフォトフレームの一例を示す縦断面図である。 本発明の一実施の形態による印刷式導光板のドットパターン印刷をするスタンピング印刷装置の一例を示す概略図である。 本発明の一実施の形態によるスタンピング印刷機により印刷したドット部のレーザー顕微鏡写真である。 従来技術による代表的なバックライトユニットの構成を示す概略図である。 従来技術によるバックライトをフロントライトとして用いた時の問題点を示す概略図である。 従来技術によるスクリーン印刷導光板の横断面図である。 従来技術によるスクリーン印刷を用いて形成したドット部のレーザー顕微鏡写真である。

以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。

図１は本発明の一実施の形態による印刷式導光板を用いたフロントライトユニットの一例を示す概略構成図であり、図２は本発明の一実施の形態による印刷式導光板のドット部を含む断面図である。

図１及び図２に例示するフロントライトユニット３１は、例えば写真、絵画、あるいは反射板を有する液晶画面等である不透明な被表示体３２を、前方から照射する照明装置３３と、照明装置３３の表面を保護する保護シート３４とを含んでいる。

照明装置３３は、導光板３５と、ＬＥＤ光源３６とを有しており、ＬＥＤ光源３６の光が、導光板３５の端面部３７より導光板３５内部に照射される構造となっている。導光板３５は、例えば透明なアクリル板からなる印刷基材を有する。印刷基材の両主面のうち、不透明な被表示体３２に対向する側とは反対の主面には、印刷によりドットパターン３８が形成されている。印刷基材は、導光板３５の本体部であるので、時に、両者を区別することなく記載する場合がある点に注意されたい。以下の説明では、一例として、印刷基材は透明なアクリル板であるとする。

ドットパターン３８は、スタンピング印刷法により形成されている。スタンピング印刷法は、印刷用インキが塗布されたロール状の凸版材を、印刷対象物の表面に沿って転動させることにより、印刷対象物の表面に印刷する印刷法である。このスタンピング印刷に使用されるインキは、例えば、クリアーインキ、酸化ケイ素の粒子が混合されたインキ、あるいはそれら双方を混合したインキである。また、環境に配慮して紫外線硬化型のインキを使用するのが望ましい。

スタンピング印刷はスクリーン印刷とは異なり、ドットパターン３８を構成する一つ一つの微細なドット５１の表面が、凸版材であるスタンピング版の面に接した状態で導光板３５の面に軽く圧着して印刷される。そのため、図２に示すように、ドットパターン３８を構成するドット５１の形状を、扁平状態となるように非常に薄くすることができる。さらに、ドット５１の上面部５２は、スタンピング版の面が転写されることにより、適度な粗さを有することとなる。その結果、光が当たると、混合された酸化ケイ素の粒子面だけでなく、ドット５２界面においても乱反射が起こる。すなわち、効果的に光拡散するドット５１を形成することができる。

次に、このような構造のフロントライトユニット３１における光の動きを説明する。導光板３５の端面部３７から入射するＬＥＤ光源３６の光は、導光板３５内に進入した入射光４０として、折れ線で示すように、アクリル樹脂と空気との屈折率の関係に由来して、全反射を繰り返すことにより、通常はアクリル樹脂板内部に閉じこもろうとする。しかし、不透明な被表示体３２に対向する側とは反対側の導光板３５の主面に形成されたドットパターン３８を構成するドット５１の群に光が当たると、この光は乱反射し、導光板３５から出射光４１として導光板３５の上下に分散して飛び出すことになる。下方に飛び出した光は不透明の被表示体３２にあたり、被表示体３２の画面４２を明るく照らし、かつ上方に反射される。反射された光は、導光板３５を鋭角に通り抜けるので、またドット５１の厚みが薄いので、大きく減衰されることがなく、部分的な欠落もない。このため、反射された光は、被表示体３２全体のきれいな画像４８として視認される。

また、直接上方に向かう光は、プリズムシートや拡散シートを通過することなく、直接に逆光として目に入る。しかし、スタンピング印刷により形成されたドット５１は、適度な表面粗度を有しており、入射光４０はドット５１に比較的鈍角に入ることもあって、広範囲に拡散されながら通過するため、逆光４９としての強度は著しく弱められ、画像４８の視認性への影響が抑制される。また、スタンピング印刷のインキとして、酸化ケイ素の粒子を混合したインキを用いた場合には、ドット５１は特に望ましい表面粗度を有する。

以下に本発明の実証試験を行った結果について、図面を参照しつつ説明する。図３は本発明の実施の形態に相当するフロントライトユニット３１を組み込んだフォトフレーム５１の構成を示す断面図である。本願発明者は、フォトフレーム５１を試作した。

フォトフレーム５１は、フロントライトユニット３１と、それを囲むエンクロージャー５２と、電源部５３と、を有している。エンクロージャー５２は、表開口部５４と裏開口部５５とを有する枠５６を有している。表開口部５４には、硬質ガラスからなる保護カバー５７が設けられている。裏開口部５５には、裏板５８が留め金５９により枠５６に固定されることにより、カバーされている。裏板５８には、ポリエチフォームのスペーサー６０を介して、写真等の不透明な被表示体６１が、導光板６２の板面との間に密着して設置されている。被表示体６１は、交換できるように着脱可能となっている。

フロントライトユニット３１は、不透明な被表示体６１と照明装置６３とを有している。照明装置６３は、表面にスタンピング印刷により印刷ドットパターン６４が形成された厚み３ｍｍのアクリル板の導光板６２と、導光板６２の端面部６５に設置されたＬＥＤ光源６６とを有している。

電源部５３は、ＯＮ（オン）−ＯＦＦ（オフ）スイッチ６７と、プラグ端子６８と、商用電源の交流電圧を直流１２Ｖへ変換する変圧器６９とを含んでいる。プラグ端子６８を、例えば交流１００Ｖの商用電源につなぎ、スイッチ６７をＯＮにすることにより、１２Ｖの直流電源がＬＥＤ光源６６に供給される。

図４は、スタンピング印刷装置７０の概略図である。導光板６２のドットパターン６４のスタンピング印刷方法について、図４を参照しつつ説明する。

スタンピング印刷装置７０は、一例として３ｍｍ厚であるアクリル樹脂の印刷基材７１をセットする移動テーブル７２と印刷機７３とを有している。

印刷機７３は、フレキシブルなスタンピング版７４と、このスタンピング版７４が外周に巻き付けられる版胴７５と、スタンピング版７４に一定の厚みのインキを付着させる膜厚調整ローラ７６と、一定量のインキが充填されたインキパン７７からインキをすくいあげ膜厚調整ローラ７６にインキを補給するゴムロール７８とを有している。

膜厚調整ローラ７６には、８００メッシュ程度の微細な凹部の格子加工が表面処理として施され、余分なインキを欠き取るブレード７９が取り付けられている。ここで使用したインキは、ＵＶ硬化型のアクリル系のインキである。特に、拡散材として酸化ケイ素の微粉末を、クリアーインキに重量で５％混入したものを用いた。

移動テーブル７２は、初期位置８０から完成位置８１までの間を、版胴７５の外周に貼られたスタンピング版７４の表面スピードに合致して移動するものである。スタンピング版７４と印刷基材７１とは、キスタッチで接触するように高さが調整されている。

ここで用いられるスタンピング版７４は、レーザーによる彫刻加工が容易にできる熱硬化性または光硬化性の樹脂を硬化させたものである。当該スタンピング版７４には、硬度がＪＩＳＡで８０程度のフレキシブルなものが適している。発明者らは、東洋紡績社のコスモライトＱＨシートを光硬化させた後、径が８０μｍの凸状のドットパターンをレーザー加工にて形成したものをスタンピング版７４として用いた。

ドットパターン６４の分布としては、ＬＥＤ光源６５の近傍では相対的に疎に分布させるとともに、ＬＥＤ光源６５から離れるに従って連続的に密に分布させるパターンとなるように設計した。スタンピング版７４には、レーザーによる彫刻加工を施した。

次に、フレキシブルなスタンピング版７４を用いたスタンピング印刷作業の手順について説明する。

まず、移動テーブル７２を初期位置８０において、導光板となるアクリル板を移動テーブル面の所定の位置に置き固定する。固定方法としては、通常、移動テーブル７２に取り付けた真空引き機能（図示せず）を用いてアクリル板を吸着することにより固定する。

膜厚調整ローラ７６の回転をスタートさせると、同時にゴムロール７８も回転し、インキパン７７のインキはゴムロール７８に付着して膜厚調整ローラ７６に供給される。膜厚調整ローラ７６に付着した余分なインキは、膜厚調整ローラ７６に密着して取り付けられたブレード７９により欠き取られ、インキパン７７に戻るようになっている。膜厚調整ローラ７６には１０００メッシュ程度の微細な凹部の格子加工が表面処理されているので、一定厚み量のインキがコートされた状態で保持される。

次に、移動テーブル７２の移動スイッチをオンすると、膜厚調整ローラ７６は版胴７３に巻き付けられた版材７４に密着され、版胴７３の回転も開始する。膜厚調整ローラ７６のインキは版胴７３の回転に合わせて版材７４の表面に転移し、版材７４の凸部に一定量のインキが付着して回転する。版材７４の先頭部が回転により移動テーブル７２上の印刷基材７１の所定の位置に接したときに、連続的に版材７４のインキが印刷基材７１面に転写される。

その後、ＵＶ照射ランプにあて、インキを硬化させることにより、スタンピング印刷方式による導光板が完成する。

本実施例のドットパターン６４の設計としては、径が約８０μｍのドットを１００μｍのピッチで平行に位置するようにした。導光板６２の主面上の一つのドット形状をレーザー顕微鏡で観察したところ、図５に示すように、ドット径が約８０μｍで高さが約０．５μｍであった。このドットについて、キーエンス社のレーザー顕微鏡による表面の粗さを測定した結果では、平均のドット高さが０．５μｍであるのに対して、算術平均粗さであるＲａ値は０．０８であった。多くのドットの平均高さと算術平均粗さであるＲａ値とを比べたところ、その比は、十分の一以上の値で推移することがわかった。

比較のため、スクリーン印刷技術を駆使して、できる限り小さなドット印刷したものは、径が０．２ｍｍであり、高さが１５μｍであるドット形状となった。代表的なスクリーン印刷でのドットの形状をレーザー顕微鏡で観察した結果を図９に示す。図９によれば、スタンピング印刷によるドットに比べてスクリーン印刷によるものは、表面が非常に滑らかで、光を拡散させにくい表面状態であることが判る。

次に、上記のスタンピング印刷法により形成された導光板６２を、フォトフレーム５１のフロントライトユニット３１として採用し、照明装置６３のＬＥＤ光源を点灯したときの光の状態を、図１及び図３を参照しつつ説明する。

プラグ端子６８を交流１００Ｖの商用電源につなぎ、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ６７をＯＮ（オン）にすると、変圧器６９から直流の電流の供給を受けることにより、ＬＥＤ光源６６が点灯する。ＬＥＤ光源６６として、指向性のあるＬＥＤランプを１２ｍｍピッチに配した市販の４ｍｍ厚みのＬＥＤライトバーを使用した。ＬＥＤ光源６６の光は、導光板６２の端面部６５からアクリル樹脂の導光板６２内に進入する。進入した入射光は、アクリル樹脂と空気との屈折率の関係で、全反射してアクリル樹脂板内部に閉じこもろうとする。

しかし、不透明な被表示体６１に対向する側とは反対側の導光板６２の主面に形成されたドットパターン６４の複数のドット５１に光が当たると、この光は乱反射し、導光板６２から出射光として導光板６２の上下に分散して飛び出すことになる。スタンピング印刷のドットは、ＬＥＤ光源からの横からの入射光に対しても適度な拡散性を有する。従って、スタンピング印刷により、光源の近傍ではドット５１を相対的に疎に分布させ、光源から離れるに従って連続的に密に分布させるパターン設計にすれば、光源がＬＥＤの点状光源であることにより放射線状に広がる光源の光であっても、導光板全面が均一な輝度となる様に輝度をコントロールすることが可能である。そうすることにより、ＬＥＤの点状光源を使用しても、不透明な被表示体の画像は、コントラストが高く視認性の高いものとなる。

下方に飛び出した光は不透明な被表示体６１にあたり、不透明な被表示体６１の画面を明るく照らし、上方に反射される。反射された光は、導光板６２を鋭角に通り抜けるので、またドット５１の厚みが薄いので、大きく減衰されることがなく、部分的な欠落もない。このため、被表示体６１の画面上の小さな文字も識別でき、きれいな全体の画像として認識される。

なお、比較のために、スクリーン印刷によりドットパターンを形成した導光板を用いた場合について、観察した結果では、細かな文字の認識ができなくなり、画像もゆがんで見え、ドットの影が邪魔して画像が見にくい状態であることが確認された。

また、直接上方に向いた光は、プリズムシートや拡散シートを通過することなく、直接に逆光として目に入るが、酸化ケイ素の粒子を混合したインキを用いたスタンピング印刷により形成したドット５１は、特に好ましい表面粗度を有しており、入射光はドット５１に比較的鈍角に入ることもあって、広範囲に拡散されながら通過する。また、ドットパターンが、不透明な被表示体と相対する面とは反対側の主面に配置されているので、逆光としての強度は極端に弱められる。その結果、画像の視認性への影響が抑制される。

よって、写真等の不透明な被表示体６１の画像として、逆光によるまぶしさもなく、ドットの影もなく、コントラストが高く視認性の高い画像が得られる。

本実施例で使用したインキは、クリアーのＵＶインキに５％の酸化ケイ素を混入したインキであった。しかし、このことにより、粉末の種類や混合量が限定されるものではなく、光を拡散させる他の顔料成分を用いても良い。ただし、スタンピング印刷による表面粗度の効果を発揮させ、光の拡散性と透過性を制御するには、クリアーインキか、または、透明度の高い酸化ケイ素の粉末を混合することが望まれる。特に酸化ケイ素は、インキの粘度を微調整するのにも効果がある。

また、導光板用のアクリル樹脂板の厚みを本実施例では３ｍｍとしたが、強度面での問題がなければ、低価格化と軽量化のためには薄くすることも可能であり、０．５ｍｍのアクリル樹脂板でもコントラストが高く視認性の高いフロントライトユニットとなる。すなわち、本実施例により板厚が限定されるものではない。

また、本実施例では、ＵＶインキを使用したが、溶剤インキに比べるとＵＶインキは、スクリーン印刷とスタンピング印刷でのドット形状、すなわちドット径、高さ、表面粗度で大きな違いが生まれ、光の拡散性と透過性への影響が大きいという効果がある。また、作業性や環境を考慮すればＵＶインキが望まれるが、スタンピング印刷でのドットの光分散効果は溶剤インキでも見られ、ＵＶインキに限定されるものではない。

また、膜厚調整ローラ７６を変更することにより、スタンピング印刷のドットの厚みを変化させて画像の状態を確認した結果、０．１μｍより小さいと、光の拡散が悪くなり、フロントライトユニットでの画像は暗くなった。また、１０μｍより大きいと、ドットの影が画像を遮るようになり、画像が見にくくなる。

また、成形条件を変化させて各種ドット形状を試作し、表面粗度をキーエンスのレーザー顕微鏡を用いて測定したところ、ドットの平均高さに対して、算術平均粗さであるＲａ値が、ドットの高さの十分の一以上の値となるものが、好ましい光拡散性と透過性とのバランスを維持することができ、特にコントラストが高く視認性の高いフロントライトユニットとなる。

ドットパターン６４を構成するドットの望ましい径について検討する。液晶パネルのドットの大きさは約２００μｍであることから、被表示体６１が液晶パネルである場合に、液晶の画面が歪んで視認されないためには、ドットパターン６４のドット径はそれ以下、すなわち約２００μｍ以下、例えば２００μｍ以下であることが望ましい。また、プリント印刷に広く使用される解像度は、３００ｄｐｉであり、これは約８５μのドット間隔に相当する。従って、被表示体６１がプリント印刷物である場合には、ドットパターン６４のドット径は、約１００μｍ以下、例えば１００μｍ以下であることが望ましい。また、スタンピング版７４を彫刻加工するレーザー加工の限度を考慮すると、ドットパターン６４のドット径は、約２０μｍ以上、例えば２０μｍ以上であることが望ましい。すなわち、ドットパターン６４のドット径は、約２０μｍ〜約２００μｍの範囲であること、例えば２０μｍ〜２００μｍの範囲であることが望ましく、さらには、約２０μｍ〜約１００μｍの範囲であること、例えば２０μｍ〜１００μｍの範囲であることが、より望ましい。

ドットパターン６４を構成するドットの望ましい間隔について検討する。導光板６２が被表示体６１の前面に置かれるフロントライト型の照明装置では、導光板６２の本体部をなすアクリル板等の印刷基材の厚さよりも大きくドット間隔、すなわち、隣接するドット同士の隙間を空けると、光が導光板６２の外部に飛び出さない部分が生じる。従って、ドット間隔は、印刷基材のおおよそ厚さ以下、例えば印刷基材の厚さ以下であることが望ましい。

なお、印刷法には、スクリーン印刷のほかに、グラビア印刷、凸版印刷、平板印刷、孔版印刷、オフセット印刷、パッド印刷、等があるが、いずれもインキ厚が厚く、被印刷物との接触圧力が大きいため、高いコントラスト、かつ高い視認性をもって、被表示体を視認することを可能にする導光板を実現するには、いずれも不適である。

本発明は、様々な製品に実施することができる。その例を列挙する。
（１）公共照明装置：交通標識、バス停標識、公共案内地図、バス・電車の時刻表示板、屋外時計、飛行機内読書用ライト、美術館展示ケース、等。
（２）電子機器関連：反射型液晶表示機器（ＴＶ・ＰＣ）、時計文字盤、携帯電話、小型情報機器、腕時計、等。
（３）業務用店舗機器：飾り棚、メニュー表示板、店かんばん、自動販売機、等。
（４）家庭用機器：三面鏡ライト、読書用文庫版照明、絵画・ポスターの額縁、テーブル・窓のガラス部のファッション用照明、フォトフレーム、玄関常夜灯、等。
（５）自動車関連：自動車のサンルーフ部、インパネ部などの照明装置、等。
（６）医療機器：歯科医用ミラーライト、レントゲン写真、観察ルーペ、等。

１・・・バックライトユニット、２・・・透明の被表示体、３・・・第一拡散シート、４・・・プリズムシート、５・・・第二拡散シート、６、３３、６３・・・照明装置、７・・・反射シート、８、３５、６２・・・導光板、９、３６、６６・・・ＬＥＤ光源、１０、３７、６５・・・端面部、１１、３８、６４・・・ドットパターン、１２、４０・・・入射光、１３、４１・・・出射光、１４ａ、１４ｂ・・・調和光、１５、４２・・・画面、１６、３２、６１・・・不透明な被表示体、１７、４８・・・画像、１８、４９・・・逆光、１９・・・画像、２０・・・仮フロントライトユニット、３４・・・保護シート、３１・・・フロントライトユニット、５１・・・フォトフレーム、５２・・・エンクロージャー、５３・・・電源部、５４・・・表開口部、５５・・・裏開口部、５６・・・枠、５７・・・保護カバー、５８・・・裏板、５９・・・留め金、６０・・・スペーサー、６７・・・ＯＮ−ＯＦＦスイッチ、６８・・・コンセント、６９・・・変圧器

Claims (16)

1. 両主面を有し光透過性の印刷基材と、
   微細凸状体の群が外表面に形成された凸版材を用いて印刷されることにより、前記印刷基材の一方主面に形成されている微細印刷ドットの群と、を備える導光板。
2. 前記凸版材はロール状であり、当該ロール状の凸版材を前記印刷基材の一方主面上で転動させることにより、前記印刷ドットの群が形成されている、請求項１に記載の導光板。
3. 前記凸版材はフレキシブルな材質である、請求項２に記載の導光板。
4. 前記ロール状の凸版材は、前記微細凸状体の群が一主面に形成されたフレキシブルな材質の平板状の凸版を、前記微細凸状体の群を外側にして版胴に巻き付けることにより形成されたものである、請求項３に記載の導光板。
5. 前記印刷ドットの高さが０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下である、請求項１ないし４の何れかに記載の導光板。
6. 前記印刷ドットの表面粗度が、算術平均粗さであるＲａ値において、前記印刷ドットの平均高さの１０分の１以上の値である、請求項１ないし５の何れかに記載の導光板。
7. 前記印刷ドットの群が、紫外線硬化型のインキにより形成されている、請求項１ないし６の何れかに記載の導光板。
8. 前記印刷ドットの群が、クリアーインキと、酸化ケイ素の粒子が混合されたインキとの、少なくとも一方のインキにより形成されている、請求項１ないし７の何れかに記載の導光板。
9. 前記印刷ドットの群は、前記印刷基材の前記一方主面において、端縁の特定部分から離れるのに従って、密度が高くなるように形成されている、請求項１ないし８の何れかに記載の導光板。
10. 両主面を有し光透過性の印刷基材と、
    前記印刷基材の一方主面に形成され、高さが０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下である微細印刷ドットの群と、を備える導光板。
11. 両主面を有し光透過性の印刷基材と、
    前記印刷基材の一方主面に形成され、表面粗度が、算術平均粗さであるＲａ値において、平均高さの１０分の１以上の値である微細印刷ドットの群と、を備える導光板。
12. 請求項１ないし１１の何れかに記載の導光板と、
    前記導光板の端面の少なくとも一部に対向するように配置された光源と、を備える照明装置。
13. 前記光源が単一又は複数のＬＥＤの点状光源である、請求項１２に記載の照明装置。
14. 被表示体と、
    前記被表示体の前面に配置された、請求項１２又は１３に記載の照明装置と、を備える表示装置。
15. 前記微細印刷ドットの群が形成される前記印刷基材の一方主面とは反対の主面が、前記表示体に対向している、請求項１４に記載の表示装置。
16. 光を反射する反射体と、
    前記被表示体の前面に配置された、請求項１２又は１３に記載の照明装置と、を備える照明器具。

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