JP3497934B2 - 導光体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置等に用
いられる面光源用導光体に関し、本発明の導光体はワー
ドプロセッサ、パーソナルコンピュータ、薄型テレビジ
ョンなどの液晶表示装置の背面照明装置として有効に使
用することができる。

【０００２】

【従来の技術】透明板の側端面から入射させ、その一方
の面（光出射面）から光を出射させて照明を行うように
した、いわゆるエッジライト方式の導光体を備えた面光
源装置が、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュー
タ、薄型テレビジョンなどに設けられる液晶表示装置の
背面照明装置として用いられている。

【０００３】導光体の側端面から入射した１次光を該導
光体の光出射面全体から均一に効率良く出射するために
は、導光体に導かれた光を、その進行方向に直交する方
向に、散乱反射させるに際し、光源付近の散乱反射能力
が低く、光源から最遠方部の拡散反射能力が高くなるよ
うにし、しかも入射した１次光のほとんどが出射面から
出射するように分布を付ける必要がある。このような散
乱反射能力を付与するための原理およびにその加工方法
については以下のように種々提案され、その一部は実用
化されている。

【０００４】粗面を主体とするもの 導光体の光出射面全体もしくはその対向面全体を一様に
粗面化させたもの（特開平３−１１８５９３号公報、平
６−１１８２４８号公報など）または粗面粗さを変化さ
せたもの（特開昭６３−１６８６０４号公報など）や、
斑点状もしくは線状の粗面パターンをその面積密度を変
えて配置し形成したもの（特開平４−１６２００２号公
報など）がある。粗面化の方法は金型のサンドブラスト
やケミカルエッチングによって、粗面パターンの形成方
法はフォトエッチングとサンドブラストとの組合せ（特
開平４−５２２８６号公報）などで実施する。 散乱反射体を塗布するもの 光出射面の対向する裏面にスクリーン印刷法等によって
白色塗料や微粒子を含有した散乱反射物質を網点状や線
状パターン状に塗布したもの（特開昭５７−１２８３８
号公報、特開平１−２４５２２０号公報など）で、製造
工程はパターンのない鏡面板の成形工程とパターン印刷
工程の２工程となる。 バルク拡散を主体とするもの 光拡散微粒子の混合や非相溶ポリマのブレンド、共重合
などにより導光体バルク樹脂自身を光拡散散乱体とする
もの（特開平１−１７２８０１号公報、特開平２−２２
１９２４号公報、特開平５−２４９３１９号公報、特開
平６−１８６５６０号公報など）が公開されている。 凹凸状パターンによるもの 以下の３種に大別される。製造方法は導光体自体または
成形金型を機械切削、レーザ加工、金型エッチングなど
によって加工するというものである。 １）凹パターン 出射面もしくはその対向面に平面を基準として凹パター
ンを配置したもの。例えば１次元の線状三角溝（特開平
２−１６５５０４号公報、特開平６−３５２６号公
報）、矩形溝（特開平６−１２３８１０号公報、特開平
６−２６５７３１号公報など）、半円溝（実開平５−７
９５３７号公報）、破線状三角溝（特開平５−１９６９
３６号公報、特開平５−２１６０３０号公報など）があ
る。２次元状の円錐もしくは角錐形状の彫り込み（特開
平４−２７８９２２号公報）、半球状の彫り込み（特開
平６−２８９３９３号公報など）、円柱状の彫り込み
（実開平１−１４５９０２号公報）がある。さらに、パ
ターン凹部の内面を粗面化したもの（特開平４ー３５５
４０８号公報、実開平５−９４８０２号公報など）も提
案されている。 ２）凸パターン 出射面もしくはその対向面に平面を基準として凸パター
ンを配置したもの。例えば、１次元の線状三角凸（特開
平５−３１３１６３号公報、特開平６−７５１２３号公
報）、矩形凸（実開平５−７９５３７号公報）、半円凸
（特開平６−２８１９２８号公報）がある。また、２次
元状では半球凸（特開平５−７９５３７号公報、特開平
６−２８１９２９号公報など）がある。さらにこれら凸
部を粗面化したもの（実開平５−９４８０２号公報、特
開平６−１８６５６２号公報など）もある。 ３）凹凸パターン 出射面もしくはその対向面に平面を持たず、１次元の鋸
状パターンもしくは２次元格子目状パターンを配置した
もの。例えば１次元鋸状（特開昭６４−１１２０３号公
報、特開平６−２５００２４号公報など）、２次元格子
目状（特開昭６２−２７８５０５号公報、特開平３−１
８９６７９号公報など）、さらに全体を粗面化したもの
（特開平６−３４２１５９号公報、特開平６−１２３８
８５号公報）がある。

【０００５】従来からの高輝度、高均整度の要求に加
え、近年では大画面、薄型、軽量、低消費電力への要求
がますます大きくなっており、従来のによる印刷パタ
ーンを主体にして実用化されてきた平板状導光体から、
より薄く軽量となるテーパ（楔）型導光体に移行しつつ
あり、上記の技術では必要なパターン印刷工程が不用
となり、散乱反射パターンをも同時に形成できる射出成
形法がコスト面で望ましいとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この見地から上記〜
の方法についてはそれぞれ以下の諸問題がある。に
よる一様粗面によるものは、金型による射出成形法で量
産できるが、面光源として均一輝度とするためには１次
光源入光部を充分厚くし、光源遠方を薄くするような複
雑な曲面の楔型とする必要から金型が複雑化すること、
導光体形状の自由度に制約があること、原理的に導光体
を大面積で薄型化することに限界があるなどの困難があ
る。また、粗面度を変化させる提案もあるが実現には困
難が大きい。一方、粗面を斑点や線状のパターンとして
分布を付ける方法は導光体の形状を自由にでき、パター
ン設計で輝度均一が図れる比較的優れた方法ではある
が、その金型を作成する際に、フォトエッチングのパタ
ーン形成精度と次工程のブラスト等の粗面化処理とのバ
ラツキなど金型作製における不安定要素のためにリスク
が高い。

【０００７】による印刷法は従来の平板タイプの導光
体で最も実用化された方法であるが、第１の問題はパタ
ーン印刷が別工程となるために射出成形法等でパターン
を同時に形成する方法に比べ、コストメリットがないこ
とである。また、印刷精度の限界（特開平４−２８９８
２２号公報参照）から散乱反射パターンのドットのピッ
チを１ｍｍ程度より小さくできない（特開平５−１００
１１８号公報参照）。また、この印刷精度の問題からパ
ターン印刷時において、最小点や最小線の再現性が低
く、生産歩留まりが低下してコスト増加を来す（特開平
３−９３０４号公報、特開平４−２７８９２２号公報参
照）。また、性能的には、パターンが粗いためにパター
ンがある部分とない部分とで局所的明暗差が生じて輝度
むらとなるので、導光体出射面側に拡散効率の高い拡散
板または拡散シートを設けてパターン粗さによる局所的
輝度むらを均一化するのが通常である。しかし、拡散効
率の高い拡散板もしくは拡散シートは全光線透過率が低
いのでロスが生じ、輝度の低下を来している（特開平５
−１００１１８号公報、特開平６−２６５７３２号公報
参照）。

【０００８】粗いパターンが規則的に配置されている場
合は、この局所的輝度むらに起因して、導光体出射面側
に垂直方向の輝度を高める目的で配置されるプリズムシ
ートや液晶パネルとの間でモアレを生じる。これを防止
するために、前述のような拡散効率の高い拡散板または
拡散シートが用いられているが、そのために輝度低下を
招いている。別の方法としてパターン間隔をランダムに
配置したり（特開平５−３１３０１７号公報、特開平６
−２４２４４２号公報参照）、プリズムシートの稜線方
向に対し、斜めに配置する（特開平５ー２５７１４４号
公報、特開平６−２３０２２８号公報参照）ことなどが
提案されてはいるが、設計や組立が困難になる。

【０００９】によるものは射出成形法等により量産可
能であり、原理的にパターンによる局所的輝度むらが全
くないものが期待されるが、バルク散乱方法のみで均一
輝度を達成するのは困難と思われる。また、導光体バル
ク自身に光拡散性能の分布を付けるのは容易でなく、量
産するのは困難である。さらに均一拡散剤の樹脂材料で
均一輝度を実現するには、テーパ形状等の厚みを変化さ
せる必要が生じたり、凹凸パターンの形成が必要となっ
たりして、他の輝度均一の達成手段を併用する必要が生
ずるなど複雑化したり、導光体形状への制約が大きな問
題となる可能性がある。

【００１０】によるものは金型を用いたプレス法や射
出成形法を前提とした量産性に優れた方法である。凹凸
パターンの達成手段としては、機械切削、レーザ加工、
ケミカルエッチングなどが開示されている。しかしなが
ら、いずれの加工方法もパターン形状精度、寸法精度、
パターン形成面の粗さについては、微細パターンで大面
積であるほど加工上における安定性、再現性、コストに
おいて困難が大きく、リスクが高い。現在までに実用化
されているものは数インチサイズの小型の導光体で、し
かもパターンのピッチはやはり１ｍｍ程度までで、に
おけるパターンの粗さの問題から回避できていない。ま
た比較的大きな凹凸面を形成した上にさらに凹凸面を粗
面化するものについても、凹凸面形成精度の問題の上に
粗面化処理のバラツキが加わり、金型作製上の不安定さ
が生じ、金型作製のためのコスト面で問題が生じる。

【００１１】本発明の目的は、導光体に入射した１次光
を効率良く出射面から出射させるようなパターンを出射
面側に配置し、しかもパターンを微細化することによっ
て、局所的輝度むらや発光面全体としての輝度むらがな
く、明るく均一で薄型の大面積の導光体を提供すること
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
本発明のエッジライト方式の導光体は以下の特徴を有す
る。すなわち、少なくとも１つの側端面から光を導く透
明な導光体であって、該側端面に近接して配置される直
線状の一次光源の軸に直交する断面における断面幅Ｗ
（μｍ）が１０≦Ｗ≦２００である斑点状、実線状また
は破線状の凸状パターンが、出射面からの出射光の輝度
分布が概略均一になるように、該１次光源に近い部分は
低密度に、遠い部分は高密度に光出射面に多数配置され
たことを特徴とする。ここで、上記凸状パターンの断面
が概略台形状であって、凸状物の断面幅をＷ、高さをＨ
でそれぞれ表すとき、Ｈ／Ｗの比が、０．２≦Ｈ／Ｗ≦
１．０であり、光出射面の法線と凸状物の斜面とが成す
角度δが、２°≦δ≦３０°の範囲内であること、また
は、上記凸状パターンの断面が概略円弧状であって、凸
状物の断面幅をＷ、高さをＨでそれぞれ表すとき、Ｈ／
Ｗの比が０．２≦Ｈ／Ｗ≦０．５であることが必要であ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の１実施形態であり、図１（ａ）は直線状
の１次光源の軸に直交する断面の断面図であって、透明
材料からなる導光体３の出射面である出射面３ａ、３ｂ
には概略台形状の凸状パターン３ａが１次光源１に近い
部分は低密度に、遠方では高密度に設けてある。光源の
配置は１灯式に限定されるものではなく、対向するよう
に配置した２灯式としてもよく、あるいはＬ字型の光源
を用いて直交する２端面から光を導くものでもよい。ま
た、光出射面３ａ、３ｂには空気層７を介して光拡散板
または拡散シート５が、裏面３ｃには反射板または反射
シート４が空気層７を介して配置されている。図１
（ｂ）は導光体３の出射面の平面図で、パターン３ａが
斑点状、鎖線状または直線状のものの例を示す。斑点と
しては円形に限定するものではなく、多角形としても良
い。鎖線としては両端が丸い実線を連結したもの、長方
形状の実線を連結したものでも良い。平面方向からみた
多数のパターン形状は同一形状に限定するものではなく
斑点、鎖線または直線の組み合わせでもよく、複数パタ
ーンの大きさや幅を変化させても良い。導光体の透明材
料としては、アクリルの他、ポリスチレン、ポリカーボ
ネート、ＡＢＳ樹脂等が、さらに異種ポリマを分散させ
た光散乱性樹脂等も用いられる。

【００１４】図２は図１断面の部分拡大図であり、１次
光源からの光線は導光体の出射面における平滑面３ｂと
対向する裏面３ｃとで全反射しながら導光体内を伝搬す
る。出射面の凸パターン３ａに入射した光線はパターン
によって、反射、屈折し、一部はパターンから直接出射
し、また、一部は裏面で反射したあと反射板４によって
再反射されて出射面３ａ、３ｂより出射する。

【００１５】パターン形状について 図３は断面が台形凸状であるパターンを一例にして、入
射した光線の単位パターンにおける反射屈折すなわち散
乱反射の挙動を分類したものである。図３（ａ）のよう
に断面が台形状パターン３ａ（台形ＡＢＣＤ）の辺ＡＤ
から入射した光線Ｌ0は辺ＡＢ、ＢＣ、ＣＤによって全
反射され、そのまま辺ＡＤを経て導光体内に戻り、裏面
３ｃでは全反射臨界角以内であって再び全反射され伝搬
光となるもので、この光線は出射しない。このようにパ
ターンに入射した全光線Ｌ0のうち、出射に寄与しない
光線Ｌ1の割合が大きいパターンは散乱出射効率が低い
パターンと言える。ただし、この光線Ｌ1は再び伝搬光
となるので後に述べるような損失を伴わないものであ
る。

【００１６】図３（ｂ）ではパターン入射光Ｌ0が台形
ＡＢＣＤによって全反射を繰り返し、辺ＡＤを経て導光
体３に戻るが、裏面３ｃから臨界角を越えて出射するよ
うな光線Ｌ2となるものである。裏面３ｃには空気層７
を介して反射シート４があるので、光線Ｌ2は反射シー
ト４によって反射され、導光体３を横切って出射面より
出射する有効な光線である。しかし、裏面に設けられた
反射シート４は拡散反射シートまたは金属蒸着などをし
た鏡面反射シートであって、このような反射体を用いる
場合は必ず光の損失を伴う。第一に、反射シート自体に
よる反射損失である。反射シートが拡散反射シートであ
る場合は、反射シートそのものの反射率が１００％では
なく、さらに反射シート垂直方向のみならず水平方向に
も均等に反射するので、反射光がすべて導光体へ再入射
できないための損失が生ずる。また、反射シートが金属
鏡面反射体である場合も、一般にその反射率は８０〜９
０％程度であって、反射体自身の吸収損失が大きい。第
二に、導光体３と空気層７の屈折率の異なる界面におけ
る反射損失の問題である。例えば、導光体がアクリル樹
脂（屈折率１．４９）と空気（屈折率１．００）の界面
を垂直に通過する光線の場合、少なくとも１つの界面で
約４％、２つの界面で約８％の反射となり、垂直でない
場合はさらに大きくなる。裏面に出射した光線Ｌ2が反
射シート４で反射して出射面に出射するとき、３つの界
面を経由することになる。この界面反射光のうち、出射
面に向かう光は有効に利用されるが、多くは方向性を失
った迷光となって利用できない損失となる。すなわち、
図４（ｂ）における光線Ｌ4は光線利用効率が低い散乱
反射光線であり、Ｌ4が多くなるパターン形状は光線利
用効率が低い損失が大きいパターンとなる。

【００１７】図３（ｃ）では入射光Ｌ0が台形ＡＢＣＤ
の辺ＣＤから屈折透過して空気層７に一旦出射するが、
下方に向いているので反射散乱面の平滑面３ｂに再入射
する。出射面３ｂと裏面３ｃはほぼ平行であるので、こ
の光線は裏面出射面３ｃから出射してＬ3となり、反射
シート４で再反射して出射面から出射する有効な光線で
ある。しかし、前述のＬ2と同様に反射シートでの損失
と異屈折率界面を５つ経由することのため、Ｌ2と同様
に損失が大きいものである。

【００１８】図３（ｄ）では入射光Ｌ0が台形ＡＢＣＤ
の辺ＣＤにて屈折透過してＬ4として出射面上方に向か
う有効な光線となるものである。この散乱反射光Ｌ4は
反射シートでの損失がなく、屈折率が異なる界面の通過
回数が最も少ない。すなわち、Ｌ4が出射面から直接出
射するので光線利用効率が最も高い散乱反射光線であ
り、この光線が多くなるようなパターンが最も好まし
い。

【００１９】以上のように断面が台形凸状である場合に
ついて説明したが、断面が円弧凸状である場合も同様で
あって、一つの単位パターンについて入射した光線Ｌ0
がＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4に散乱反射される比率を考察する
ことで、単位パターンの散乱反射性能や光線有効利用効
率を評価できる。パターンへの全入射光線Ｌ0に対し、
散乱反射光線Ｌ2＋Ｌ3＋Ｌ4の比率が大きいパターンが
散乱反射効率が高いパターンであり、さらに散乱反射光
線Ｌ4の比率が大きいほど損失が小さく、光線利用効率
が高いパターンとなる。

【００２０】本発明者らは図４のようなアクリル導光体
（アクリル屈折率１．４９、空気屈折率１．００）の凸
状パターンについて単位パターンの散乱反射特性をシミ
ュレートした。（ａ）のように断面が台形ＡＢＣＤの場
合、（ｂ）のように断面が円弧ＡＢＣの場合について、
それぞれその幅Ｗに対して高さＨを変化させて計算し
た。台形（ａ）については台形斜面角度δも変化させて
計算した。台形（ａ）では入射辺ＡＤから、円弧（ｂ）
では入射辺ＡＣから入射するとし、入射角θ＝０゜から
臨界角θ＝θｃ（＝４７．８゜）まで均等に入射すると
して散乱光線がＬ1〜Ｌ4となる比率を計算した。入射光
線Ｌ0の入射位置は各々の入射辺を１００等分した各等
分点から、入射角はθ＝０〜θｃを１００等分した各等
分角度で、合計１万本の等強度光線を発生させて、各々
のパターンに入射させた。パターンを形成する空気界面
での正反射・屈折を計算して光線追跡を行い、散乱反射
光線Ｌ1〜Ｌ4として集計し、全光線Ｌ0に対する比率を
計算した。

【００２１】図４の各々の形状について、パターン幅Ｗ
と高さＨの比であるＨ／Ｗに対するＬ1、Ｌ2、Ｌ3等の
全入射光Ｌ0に対する比率を計算し、その結果を台形に
ついて図５〜１１に、円弧について図１２に示す。Ｌ1
＋Ｌ2＋Ｌ3なる各々の比率の和がパターン散乱反射効率
（以後、η１と表す。）であり、η１が大きいほど小さ
なパターンでも大きい散乱反射性能をもつ好ましいパタ
ーンである。η１はパターン高さを高くすなわちＨ／Ｗ
が大きくなると単調に増大するが、それぞれの場合に一
定のＨ／Ｗ以上で飽和する。一般に、パターンは低いほ
ど製造し易いので、製造上の都合も考慮に入れると最適
なＨ／Ｗが存在することを表している。

【００２２】断面が台形（図５〜１１）の場合につい
て、矩形（図５）ではＨ／Ｗを大きくしても散乱反射効
率η１は０．８８より上がらず散乱効率が低いが、斜面
角δ≧５゜である台形（図７〜１１）ではＨ／Ｗ≧０．
２であればη１＞０．８さらにはＨ／Ｗ≧０．３であれ
ば＞０．９５となり好ましいパターンとなる。断面が円
弧（図１２）の場合はＨ／Ｗ≧０．２でη１＞０．９さ
らにはＨ／Ｗ≧０．３でη１＞０．９５となり、高さが
低くても散乱反射効率が高く好ましいパターンである。

【００２３】光線利用効率の観点では、Ｌ4の比率（以
後、η２と表す。）が高いほど低損失で好ましい。η２
もＨ／Ｗが大きく、高さが高いパターンほど大きくな
る。矩形（図５）、台形（図６〜１１）の場合は台形斜
面角δ＝４０゜（図１１）を除き、Ｈ／Ｗ≧０．２にお
いてη２＞０．４となり、さらにＨ／Ｗ≧０．３におい
てη２＞０．６となり好ましいパターンである。円弧
（図１２）では、Ｈ／Ｗ≧０．２においてη２＞０．４
となり、さらにはＨ／Ｗ≧０．３においてη２＞０．６
となり好ましい。

【００２４】散乱反射性能η１が大きいことが望ましい
一方で、光線利用効率η２が低い場合は損失を伴い、高
輝度なパターン分布設計のためには好ましくない。すな
わち、η１とη２の両者が高くしかも両者の差が小さい
のが好適なパターンである。また、金型の切削、成形転
写性さらには金型と成形品の離型性を考慮すると、パタ
ーンが微細であってしかもパターン断面幅Ｗに対して高
さＨが低い、Ｈ／Ｗが小さいパターンは製造が容易であ
るが、おおよそＨ／Ｗが１に近いパターンは事実上製造
が不可能に近い。さらに台形斜面角δが小さく、特にδ
＝０゜の場合は、金型と成型品との離型が困難となり生
産に適さない。このように、光学的にも良好で製造上も
問題がない好適なパターンは以下のようなものである。

【００２５】一つは、断面が概略台形であって、その断
面幅Ｗと高さの比について０．２≦Ｈ／Ｗ≦１．０であ
る凸パターンである。より好ましいのは、０．３≦Ｈ／
Ｗ≦０．８のものである。Ｈ／Ｗ＜０．２であれば光線
利用効率η２が低いので明るい導光体ができず、Ｈ／Ｗ
＞１．０においては金型作製が困難で成形性も低化す
る。矩形（図５）もη１とη２の両者とも同様に高く、
光学的には望ましいが、斜面角がないので金型の切削
が、成形時においても金型と成形品の離型が困難とな
る。したがって、断面が概略台形であって、その斜面角
δは２゜≦δ≦３０゜が好ましく、さらには５゜≦δ≦
２０゜が好ましい。

【００２６】もう一つは、断面が概略円弧であって、そ
の断面幅Ｗと高さＨの比について０．２≦Ｈ／Ｗ≦０．
５である凸状パターンが好ましい。さらに好ましくは、
η１とη２が高くしかもその差が小さい０．３≦Ｈ／Ｗ
≦０．５となるものである。Ｈ／Ｗ＜０．２であれば光
線利用効率η２が低く、高輝度な導光体とすることがで
きない。金型や成形性については、０．２≦Ｈ／Ｗ≦
０．５においては、Ｈ／Ｗが低いので容易に製造可能で
ある。

【００２７】出射面に散乱反射パターンを設けること 本発明は散乱反射パターンを出射面に設けるものである
が、従来のように出射面の対向面である裏面にパターン
を配置する場合より高輝度となる理由は以下の通りであ
る。図１〜４において導光体３を上下逆にしたものが裏
面にパターンを設けた場合に相当し、図３等でＬ2およ
びＬ3が裏面の反射シートを経由しないで出射する損失
の小さい光線利用効率η２が大きいものであり、Ｌ4が
反射シートを経由して出射する光線利用効率η２が低い
出射光となる。すなわち、光線利用効率η２について
は、本発明からなる出射面側にパターンを設ける場合は
Ｌ4が重要であるのに対し、裏面パターンの場合はＬ2＋
Ｌ3が重要となる。Ｌ2＋Ｌ3＋Ｌ4が単位パターンの散乱
出射効率η１を表す状況は同じである。図５〜１２によ
りＬ2＋Ｌ3は、断面が台形であるもの（図５〜１１）、
断面が円弧であるもの（図１２）、特にＨ／Ｗが０．２
〜０．３より大きい場合には、Ｌ2＋Ｌ3の比率よりＬ4
の比率が極めて大きい。したがって、出射面側にパター
ンを設けることで光線利用効率η２が高く、明るい導光
体となるのである。

【００２８】微細パターンであること 従来、ドット印刷の印刷精度や機械加工の加工精度の制
約から、散乱反射パターンのピッチが１ｍｍ程度と粗い
ために、出射面にパターンを設けると出射面側に拡散シ
ート等を配置しても個別のパターンによる局部的な輝度
むらを均一化することができず、その上に配置されるプ
リズムシートや液晶パネルとでモアレが生じる問題があ
った。そのためにも散乱反射パターンは光出射面に対向
する裏面に設けるのが通常であった。この問題は、微細
なパターンを微細なピッチで設けることにより回避で
き、本発明による凸パターンは、図１３のようなフォト
リソグラフィーを用いて微細化して形成でき、金型によ
って成形することができる。

【００２９】まず、（ａ）ガラス等の基板に所定の膜厚
になるようにレジストをスピンコートなどの方法で塗布
する。次に（ｂ）電子ビームやレーザ描画装置等で、所
定のパターンを直接描画するか、所定のパターンを描画
したフォトマスクをレジスト膜に重ねて紫外線露光する
などによって、レジスト膜にパターンを露光する。
（ｃ）パターンが露光されたレジスト膜を現像して、基
板上にレジストパターンが、断面が例えば台形凸状にな
るように形成される。このときのパターンの高さはスピ
ンコートの膜厚で決定される。（ｄ）断面が台形凸状の
場合は次工程である電鋳に移るが、断面が円弧凸状パタ
ーンを形成させる場合は、電鋳工程の前に、台形凸状の
レジストパターンを例えばオーブン等でポストベークす
ると台形状レジストパターンは容易に概略円弧状パター
ンに変形させることができる。（ｅ）このパターン面を
導電化処理した後、ニッケル電鋳などによってパターン
が設けられた成形用の金型１７を得る。この金型を用い
てアクリル等の透明材料を用いて射出成形法またはプレ
ス成形法を利用して精細な散乱反射パターンが形成され
た導光体が製造される。

【００３０】パターンの描画は電子ビーム描画法であれ
ば０．１μｍ程度の描画精度があり、レーザビーム描画
法も１〜２ミクロンの精度があるので、任意の平面状の
数１０μｍ程度の微細なパターンが形成された金型を高
精度にしかも容易に作成できる。パターンの幅Ｗは、数
μｍ以上で任意に可能であるが、微細構造による干渉色
（特開平６−１６０６３６公報参照）が出ないように充
分大きく、しかも輝度むらが目立たないように充分小さ
いことが好ましく、５〜３００μｍ程度、さらには１０
〜２００μｍが好ましい。レジストパターンの高さ、す
なわち円弧パターンの高さＨはスピンコートの膜厚で容
易にコントロール可能であり、例えば数μｍ〜３０μｍ
が可能である。また、台形斜面角度δはフォトマスクと
レジスト基板の間にスペーサを挟む等の露光条件、もし
くは現像条件によって、δ＝５〜４０゜は制御可能であ
り、それを熱処理することで断面が概略円弧状パターン
も形成することができる。

【００３１】本発明を実施するにあたって製造方法を限
定するものではないが、このようなフォトリソグラフィ
ー技術によって、従来の機械切削、レーザ加工、ケミカ
ルエッチングなどのパターン加工方法では容易になし得
なかったものが、断面が台形や円弧パターンで任意の平
面形状をもつ多数の精細パターンを大画面に高精度で再
現性良く、しかも容易に低コストで形成できるのであ
る。

【００３２】面精度 導光体の平滑面３ｂが鏡面であることは、光を全反射し
て散乱による損失などなく光源遠方に導光させるために
重要である。この点でも、レジスト基板を鏡面精度の高
いガラス基板とすることによって、成形品の平滑面３ｂ
の出射面粗さを０．２μｍ以下とすることが好ましい。
また、パターンの散乱反射効率や光線利用効率もしくは
再現性において、円弧パターンの凸部面や台形凸頂辺の
直線部に対応する面の平滑度および再現性が重要である
が、スピンコート等によって形成した面は極めて平滑で
あり、露光、現像処理後もこの平滑度は保たれ、さらに
ポストベーク等を実施して凸状レジストパターンを円弧
状に変形する場合はさらに良好な平滑度が得られる。す
なわち、出射面粗さ０．２μｍ以下の良好な鏡面をもっ
た台形凸面および円弧凸面が容易に再現性よく形成でき
る。

【００３３】凸パターンの有利性 単位円弧凸および台形凸状パターンの散乱反射特性は、
すでに述べたように散乱反射面３ｂを基準として設けら
れた凸状パターンの開口部、すなわち図４（ａ）の台形
ＡＢＣＤの辺ＡＤおよび図４（ｂ）の円弧ＡＢＣの辺Ａ
Ｃに入射した光線のみを考慮すれば良く、パターンが密
に配置されても隣り合うパターンの影響は小さく、輝度
均一のためのパターン密度設計が容易である。しかる
に、凹状パターンの場合は複雑である。図１４は台形凹
状パターンを例にしての光線追跡の説明図であり、
（ａ）はパターンが低密度に配置された場合、（ｂ）は
高密度である場合を示す。それぞれ、単位パターンであ
る台形ＡＢＣＤに着目すると、散乱反射に有効なのは辺
ＡＢであって、辺ＡＢが前記凸パターンの開口すなわち
図４（ａ）における辺ＡＤに相当する。図１４（ａ）の
低密度の場合は、辺ＡＢのＡ点付近に入射し得る光線は
α１の角度範囲のものであり、Ｂ点付近ではα２の角度
範囲のものが入射する。辺ＡＢの中間部の各入射点も同
様である。辺ＡＢに入射し得るすべての光線の総和が凹
パターンＡＢＣの開口であるが、（ａ）に比較して
（ｂ）の開口がパターンが隣接するために小さくなるの
が明らかである。以上は、台形凹パターンの場合であっ
たが円弧凹パターンについても状況は同じである。すな
わち、パターン密度が低密度のときは単位パターンの散
乱反射性能が高効率で、高密度のときは低効率であり、
単位パターンの散乱反射性能がパターン配置密度によっ
て複雑に変化する。凹パターンにおいては、このような
複雑さを伴っているので、輝度均一とするためのパター
ン密度の設計が極めて困難となるのである。

【００３４】一般に空気を界面とする導光体平滑面に微
小凹凸を持つ拡散シートや散乱反射シートを接触させる
と、光は接触点で導光体系外に散乱し漏れ出る。この状
況は拡散シートや反射シートの微小凹凸出射面状態のみ
ならず、押し圧によっても大きく変化する。一般のバッ
クライトはこのような状況を含んだ構成であって、面光
源としての均一輝度が不安定となったりする。パターン
形成面においてパターンのない平滑面３ｂは導光された
光に対して重要で、かかる不安定がないのが望ましい
が、この点から凸パターンであれば平滑面３ｂが拡散シ
ートや反射シートに接触することがない。以上の理由で
凸パターンが良いのである。

【００３５】パターンの密度分布について 一般に、面光源として輝度を均一とするためには、１次
光源に近い部分はパターン密度を低く、光源遠方では高
くして密度分布を設計する。本発明はパターン分布につ
いて限定するものではないが、パターン分布設計におい
ては以下のことが重要である。

【００３６】第一に、斑点状、鎖線状、直線状の同一平
面形状の単位パターンをその間隔を変えて密度分布を設
ける方法が輝度均一化のパターン設計上有利なことであ
る。それは以下の理由による。まず導光体自身の形状の
問題があり、次に機械加工等でも、フォトリソグラフィ
ー法においてもパターンの形状加工精度の問題から理論
どおりにはならない。初期の段階では加工の再現性を向
上させて、試作と輝度分布の評価を繰り返して経験的に
パラメータを決定せざるを得ない。その際、同一の導光
体において、例えば図１（ｂ）のようにパターンの平面
形状を変えたり、図５〜１２のように断面形状や大きさ
を変化させる場合は個々のパターンでの散乱反射性能は
複雑に変化するので、加工精度と再現性の問題に加えて
不確定要素が増し、輝度を均一とする設計が困難となる
のである。

【００３７】第二に、個々のパターンに入射した総ての
光線が損失なく、できるだけ多く出射面から出射するよ
うな、散乱反射性能が高いパターンが良いが、それは以
下の理由による。散乱反射性能が低いパターンでも、損
失が小さくパターン入射光が再び伝搬光となるようなパ
ターンであれば、パターンの大きさを相対的に大きくす
ることで、導光体の散乱反射面の単位面積当たりに必要
な散乱反射性能を与えることはできる。しかし、１次光
源に遠いところでは特に単位面積当たりの散乱反射性能
を大きくして、導光体の伝搬光を無駄なく出光させる設
計が必要であるが、その際には散乱反射性能が不足する
ことになり、高効率のパターン分布設計が不可能とな
る。パターンの面積密度を１００％とすることはできな
いので、図５〜１２におけるＨ／Ｗが大きい高効率の単
位パターンを可能な限り高密度に配置しても、散乱反射
性能を１００％にすることはできない。高輝度のパター
ン設計のためには、光源に近いところから遠方部にかけ
て大部分の光を出射させ、遠方部では残りの光を１００
％に近い散乱反射分布をつけて出射させるような設計が
望ましい。金型作製や成形において、凹凸パターンを高
密度に配置できる限界は、パターンの高さに依存し、隣
接パターンの距離はパターン高さ程度までしか小さくで
きない。この制約のもとで高密度に配置するには、パタ
ーン高さＨに対するパターン幅Ｗを大きくして隣接させ
るのが良い。また、図１（ａ）の光源１の軸方向に平行
な方向での輝度むらを均一化するためにパターンを微調
整する際にも単位パターンの大きさおよび幅を増減する
ことで対応できるものである。

【００３８】以上のように、パターン分布の設計におい
てはまず、反射散乱効率の高い同一形状の単位パターン
を間隔を変えて配置する設計が合理的であり、次に限界
までの高輝度化、わずかな輝度むらの修正のためにパタ
ーン形状およびパターン幅を増減させる方法が良い。

【００３９】かかる理由で、直線状光源の軸に直交する
断面における断面幅Ｗ（μｍ）が１０≦Ｗ≦２００であ
る斑点状、実線状または破線状の凸状パターンを多数配
置して設計するのが良く、さらに凸状物の断面が部分的
に直線部を有する概略台形状であって、凸状物の断面幅
をＷ、高さをＨでそれぞれ表すとき、Ｈ／Ｗの比が、
０．２≦Ｈ／Ｗ≦１．０であるもの、凸状物の断面が概
略円弧であって、凸状物の断面幅をＷ、高さをＨでそれ
ぞれ表すとき、Ｈ／Ｗの比が、０．２≦Ｈ／Ｗ≦０．５
であるあるものが合理的で好ましい。

【００４０】

【実施例】

（実施例１）本発明を実施例に基いてさらに詳しく説明
する。単位パターンの断面幅Ｗを２０μｍとし、Ｈ／Ｗ
を０．５としてパターン高さＨが１０μｍであり、断面
が概略台形状の散乱反射性能に適するパターン密度分布
を設計し、図１５に例示したようなパターンのガラス製
フォトマスクを作成した。ガラス基板にポジ型のフォト
レジストをスピンコートし、このフォトマスクをフォト
レジスト上に重ね、所定の光量で紫外線露光した。現像
液を用いて現像し、ガラス基板上にその断面の高さが１
０μｍの概略台形凸状のレジストパターンが形成され
た。このレジスト面に数１０ｎｍ厚さのニッケルスパッ
タリングを行って導電化処理し、３００μｍ厚みにニッ
ケル電鋳を実施し金型を作製した。この金型によって射
出成形を行い、１０．４インチサイズ、長辺側入光端部
の厚さが３．０ｍｍ、対向端部の厚さ１．１ｍｍの断面
テーパ状であって、下面に図１５のようなパターンがそ
の断面形状が設計高さとなった概略台形凸状のパターン
が多数設けられたアクリル製導光体を得た。結果は表１
（実施例１）のようであり、多数設けたパターンの断面
形状はほぼ同一であって、パターンの転写性は問題なく
金型との離型も容易であった。導光体肉厚長辺側の端面
に２．６ｍｍ径の冷陰極管を１次光源とし、裏面に反射
シートを置き、凸パターンが設けてある出射面側から目
視観察したところ、パターンの粗さによる局所的輝度む
らは観測できず均一であり、干渉による虹模様等も観測
されなかった。さらに、出射面に拡散シートさらにプリ
ズムシート１枚を配置して、輝度分布を測定したところ
表１のように面光源としての輝度均一性は良好で、平均
輝度も高い、明るく均一な導光体であった。

【００４１】（実施例２）単位パターンの断面幅Ｗを１
５０μｍとし、Ｈ／Ｗを０．２としてパターン高さＨが
３０μｍであり、断面が概略台形状の散乱反射性能に適
するパターン密度分布を設計し、ガラス製フォトマスク
作製した。実施例１と同様に金型を作製し、実施例１と
同じ１０．４インチサイズのアクリル導光体を成形し
た。結果は表１（実施例２）のように、転写性および離
型性は良好であった。実施例１と同様に１次光源をセッ
トして、凸パターンが設けてある出射面を観察するとパ
ターンの目がわずかに判別されたが、拡散シートとプリ
ズムシートとを１枚ずつ配置するとパターンの目は消失
し、導光体パターンとプリズムシートとのモアレも観測
されず、均一性および平均輝度も良好な導光体であっ
た。

【００４２】（実施例３）単位パターンの断面幅Ｗを２
０μｍとし、Ｈ／Ｗを０．５としてパターン高さＨが１
０μｍであり、断面が概略円弧状に適するパターン密度
分布を設計し、パターンのフォトマスクを作製した。実
施例１と同様にレジストを現像し、概略台形凸状のレジ
ストパターンが形成された。次に所定の温度および時間
によるポストベークによって、断面が概略円弧状のレジ
ストパターンを形成し金型を作製した。この金型によっ
て実施例１と同サイズのアクリル導光体を成形した。結
果は表１（実施例３）のように、転写性および離型性は
良好であり、輝度均一性および平均輝度ともに良好な導
光体であった。

【００４３】（実施例４）単位パターンの断面幅Ｗを１
５０μｍ、Ｈ／Ｗを０．２とし、Ｈが３０μｍの断面が
台形状の散乱反射性能に適するパターンを設計し、概略
円弧凸状のレジストパターンを形成し、金型を得たあ
と、成形した。成形性は良好であり、輝度均一性、平均
輝度ともに良好な導光体であった。

【００４４】（比較例１）実施例１で成形された概略台
形凸パターンからなる導光体を、パターン面を裏面とし
て１次光源にセットし、裏面に実施例１と同じ反射シー
トを、出射面に拡散シートおよびプリズムシートをそれ
ぞれ配置して輝度を測定した。結果は表１（比較例１）
のように、実施例１より平均輝度が低いものであった。

【００４５】（比較例２）実施例３で成形された概略円
弧凸パターンからなる導光体を、比較例１と同様にパタ
ーン面を裏面として輝度を測定した。結果は表１（比較
例２）のように、実施例３より平均輝度は低いものであ
った。

【００４６】（比較例３）単位パターンの断面幅Ｗを５
μｍ、Ｈ／Ｗを０．６とし、Ｈが３μｍであり、断面が
台形状の散乱反射性能に適するパターンを設計し、実施
例１と同様に金型を作製し成形した。成形性は良好であ
ったが、１次光源をセットすると干渉色が観察され、拡
散シートを配置しても干渉色は完全には消失せず、白色
面光源として適さないものであった。

【００４７】（比較例４）単位パターンの断面幅Ｗを２
５０μｍ、Ｈ／Ｗを０．１とし、Ｈが２５μｍであり、
断面が台形状の散乱反射性能に適するパターンを設計
し、実施例１と同様に金型を作製し成形した。成形性は
良好であったが、１次光源にセットするとパターンの目
の粗さがめだち、拡散シートを配置しても局所的輝度む
らは消失せず、プリズムシートを置くとモアレが生じ
て、均一な面光源とならなかった。

【００４８】以上の結果をまとめると表１の通りであ
る。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、高輝度で輝度均一性に
優れた導光体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエッジライト方式導光体照明装置
の１構成例である。

【図２】本発明によるエッジライト方式導光体の部分拡
大説明図である。

【図３】断面円弧凸パターンの散乱反射光線の分類図で
ある。

【図４】断面台形凸、断面円弧凸および断面三角形パタ
ーンの光線追跡シミュレーションの説明図である。

【図５】断面矩形凸パターンの光線追跡シミュレーショ
ンの計算結果を示す図である。

【図６】断面矩形凸パターンの光線追跡シミュレーショ
ンの計算結果を示す図である。

【図７】断面台形凸パターンの光線追跡シミュレーショ
ンの計算結果を示す図である。

【図８】断面台形凸パターンの光線追跡シミュレーショ
ンの計算結果を示す図である。

【図９】断面台形凸パターンの光線追跡シミュレーショ
ンの計算結果を示す図である。

【図１０】断面台形凸パターンの光線追跡シミュレーシ
ョンの計算結果を示す図である。

【図１１】断面台形凸パターンの光線追跡シミュレーシ
ョンの計算結果を示す図である。

【図１２】断面円弧凸パターンの光線追跡シミュレーシ
ョンの計算結果を示す図である。

【図１３】フォトリソグラフィーを用いた断面凸パター
ンの金型作成法の説明図である。

【図１４】断面円弧凹パターンをもつ導光体の光線追跡
の説明図である。

【図１５】本発明に基ずく導光体のパターン設計の一例
を示す図である。

【符号の説明】

１ …１次光源 ２ …反射体 ３ …本発明による導光体の１実施例 ４ …反射板もしくは反射シート ５ …拡散板もしくは拡散シート ６ …プリズムシート ７ …空気層 １０…フォトレジスト １１…基板 １２…フォトマスク １３…レジスト露光部 １４…レジスト未露光部 １５…現像後に残ったレジストパターン １６…ニッケル電鋳層 １７…金型（スタンパ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−315621（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−194219（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−294746（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−104296（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−250024（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−208113（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186562（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−25802（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−16902（ＪＰ，Ｕ) 国際公開95／006889（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 331 F21V 8/00 601 G02F 1/13357

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの側端面から光を導く透
   明な導光体であって、該側端面に近接して配置される直
   線状の一次光源の軸に直交する断面における断面幅Ｗ
   （μｍ）が１０≦Ｗ≦２００である斑点状、実線状また
   は破線状の凸状パターンが、出射面からの出射光の輝度
   分布が概略均一になるように該１次光源に近い部分は低
   密度に、遠い部分は高密度に光出射面に多数配置され、
   該凸状パターンの断面が概略台形状であって、凸状物の
   断面幅をＷ、高さをＨでそれぞれ表すとき、Ｈ／Ｗの比
   が、０．２≦Ｈ／Ｗ≦１．０であり、光出射面の法線と
   凸状物の斜面とが成す角度δが、２°≦δ≦３０°の範
   囲内であることを特徴とするエッジライト式の導光体。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの側端面から光を導く透
   明な導光体であって、該側端面に近接して配置される直
   線状の一次光源の軸に直交する断面における断面幅Ｗ
   （μｍ）が１０≦Ｗ≦２００である斑点状、実線状また
   は破線状の凸状パターンが、出射面からの出射光の輝度
   分布が概略均一になるように該１次光源に近い部分は低
   密度に、遠い部分は高密度に光出射面に多数配置され、
   該凸状パターンの断面が概略円弧状であって、凸状物の
   断面幅をＷ、高さをＨでそれぞれ表すとき、Ｈ／Ｗの比
   が、０．２≦Ｈ／Ｗ≦０．５であることを特徴とするエ
   ッジライト式の導光体。