JP5348960B2

JP5348960B2 - 面光源装置及びそれに用いる導光体

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Publication number: JP5348960B2
Application number: JP2008190956A
Authority: JP
Inventors: 厚志佐伯
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: JP2010027563A

Description

本発明は、エッジライト方式の面光源装置及びそれを構成するのに用いられる導光体に関するものであり、特に、光出射面に隣接して配置されるシート状光偏向素子の入光面との間の吸着または密着（スティッキング）の発生の防止を企図した面光源装置用導光体に関するものである。本発明の導光体を用いて構成される面光源装置は、例えば、携帯用ノートパソコン等のモニターや液晶テレビ等の表示部として使用される液晶表示装置のバックライトに、好適である。

液晶表示装置は、基本的にバックライトと液晶表示素子とから構成されている。バックライトとしては、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式のものが多用されている。エッジライト方式のバックライトにおいては、矩形板状の導光体の少なくとも１つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面から導光体内部へと導入し、該導光体の２つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるようにしている。

携帯電話機や携帯用ゲーム機などの携帯用電子機器あるいは各種電気機器また電子機器のインジケータなどの比較的小さな画面寸法の液晶表示装置については、とくに小型化とともに消費電力の低減が要望されている。そこで、消費電力低減のために、バックライトの一次光源として、点状光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されている。ＬＥＤを一次光源として用いたバックライトとしては、例えば特開平７−２７０６２４号公報［特許文献１］に記載されているように、線状の一次光源を用いるものと同様な機能を発揮させるために、複数のＬＥＤを導光体の光入射端面に沿って一次元に配列している。このような点状一次光源の使用は、近年では、小型の液晶表示装置のみならず、携帯用ノートパソコン等のモニターや液晶テレビ等の表示部その他の比較的大きな液晶表示装置においてもなされている。

ところで、近年の液晶表示装置等の各種機器の軽量化及び薄型化の要求に基づき、バックライトにおいても、導光体さらには光偏向素子としてのプリズムシートの薄型化が進められている。この場合、上記の様にプリズムシートの入光面がプリズム列形成面とされている場合であっても、合成樹脂等の誘電体からなる導光体とプリズムシートとの静電的吸引力その他の吸引力により両者間に吸着または密着（スティッキング）が不均一に発生することがある。このスティッキングが発生すると、面光源装置の発光機能上の欠陥となり、これを用いた表示装置の画像表示品位が低下するという問題点を有していた。

国際公開（ＷＯ）２００４−１６９８５号公報［特許文献２］には、エッジライト方式の面光源装置における導光体とプリズムシートとのスティッキング発生の防止のために、導光体の光出射面を平均傾斜角θａが０．３°〜３０°で十点平均粗さＲｚが０．７μｍ〜１０μｍの微細凹凸面からなるものとすることが開示されている。
特開平７−２７０６２４号公報国際公開（ＷＯ）２００４−１６９８５号公報

ところで、エッジライト方式の面光源装置において、ＬＥＤからなる一次光源を使用する場合には、冷陰極管等からなる線状の一次光源を使用する場合に比べて導光体が薄型となり、導光体の光出射面の光入射端面に近い側の領域からの光出射が顕著になり、この領域に対応する面光源装置発光面の輝度が高くなり輝度均斉度が低下し易いことが分かった。これに対処するために、光入射端面に近い側の光出射面領域からの光出射を抑制すべくこの領域の平均傾斜角を他の領域の平均傾斜角に比べて小さくすることが考えられる。

このようなＬＥＤからなる一次光源の使用に伴う導光体からの光出射の特殊性については、引用文献２に記載はない。すなわち、引用文献２には、一次光源としてＬＥＤを使用すること自体は記載されているが、それと組み合わせて使用される導光体は線状一次光源との組合せの場合と区別していない。

かくして、仮に、引用文献２の技術を上記ＬＥＤの場合の導光体光出射の特殊性に対処させるべく、光入射端面に近い側の光出射面領域の平均傾斜角を他の領域の平均傾斜角に比べて小さくすることを考慮する場合には、それにつれて十点平均粗さＲｚも小さくなると考えるのが通常である。従って、その場合には、とくに光入射端面に近い側の光出射面領域において、プリズムシートとのスティッキングが発生し易くなる。

そこで、本発明の第１の目的は、一次光源としてＬＥＤを使用した場合において、導光体及びシート状光偏向素子が薄型化しても、導光体のとくに光入射端面に近い側の光出射面領域と光偏向素子とのスティッキングの発生が防止され且つ輝度均斉度に優れた面光源装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、そのような面光源装置に用いられる導光体を提供することにある。

本発明によれば、上記目的のいずれかを達成するものとして、
ＬＥＤからなる一次光源から発せられる光が入射する光入射端面、該光入射端面の反対側の反対端面、及び導光される光が出射する粗面からなる光出射面を有する導光体であって、
前記光出射面の平均傾斜角は、前記光入射端面との境界に隣接する第１の境界領域において０．１度以上１度以下であり、前記第１の境界領域から前記反対端面との境界に隣接する第２の境界領域に向かって次第に増加し、前記第２の境界領域において前記第１の境界領域より１度以上大きく、
前記光出射面の十点平均粗さは、前記第１の境界領域とこれに隣接する領域とを含み且つ前記光入射端面に沿って延びる光入射側帯状域において、０．７μｍ以上であることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記光出射面の平均傾斜角は、前記第２の境界領域において５度以下である。本発明の一態様においては、前記光出射面の平均傾斜角は、前記光入射側帯状域と前記第２の境界領域との間において、前記第１の境界領域から前記第２の境界領域に向かう方向の単位寸法あたりの増加率Ａが、前記第１の境界領域から前記第２の境界領域に向かって次第に増加しており、前記光入射側帯状域において、前記第１の境界領域から前記第２の境界領域に向かう方向の単位寸法あたりの増加率Ｂが、前記増加率Ａよりも小さい。本発明の一態様においては、前記光出射面の十点平均粗さは１０μｍ以下である。本発明の一態様においては、前記光出射面の平均傾斜角は、前記光入射側帯状域において略一定である。本発明の一態様においては、前記光出射面の十点平均粗さは、前記光入射側帯状域において前記第２の領域に向かって次第に減少する。

また、本発明によれば、上記目的のいずれかを達成するものとして、
上記の面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置された前記一次光源と、前記導光体の前記光出射面に隣接して配置された光偏向素子とを含んでなることを特徴とする面光源装置、
が提供される。

以上のような本発明によれば、一次光源としてＬＥＤを使用した面光源装置において、導光体及びシート状光偏向素子が薄型化しても、導光体のとくに光入射端面に近い側の光出射面の領域たる光入射側帯状域と光偏向素子とのスティッキングの発生が防止され且つ優れた輝度均斉度が得られる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的部分透視斜視図であり、図２はその模式的部分分解斜視図である。図１に示されているように、本実施形態の面光源装置は、Ｙ方向に適宜の距離を隔てて配置された点状の一次光源としての複数のＬＥＤ２と、該ＬＥＤから発せられる光を導光する板状の導光体４と、光偏向素子６と、光反射素子８とを備えている。また、複数のＬＥＤ２の配列体は、リフレクタ（反射器）１０を伴っている。但し、図２では、リフレクタ１０は図示を省略されている。複数のＬＥＤ２は、それらから発せられる光の最大強度光の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。

導光体４は、ＸＹ面と平行に配置され、全体として矩形板状をなしている。導光体４は、４つの側端面を有しており、そのうちのＹＺ面と略平行な１対の側端面のうちの一方が光入射端面４１とされ、該光入射端面と対向するようにＬＥＤ２が隣接配置されている。導光体４のＹＺ面と略平行な１対の側端面のうちの他方の側端面は、光入射端面と反対側の反対端面４２とされている。導光体４の光入射端面４１に略直交する２つの主面は、いずれもＺ方向と略直交するように配置されており、一方の主面である上面が光出射面４３とされている。該光出射面４３は、光出射制御機能構造としての微細凹凸構造を有する粗面からなる。このような粗面（マット面）の詳細については後述するが、光出射面４３からは、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び光入射端面４１と直交するＸ方向の双方を含むＸＺ面内の分布において指向性のある光を出射させる。この出射光分布のピークの方向が光出射面となす角度は例えば１０°〜４０°であり、出射光分布の半値全幅は例えば１０°〜４０°である。

導光体４の光出射面４３と反対側の主面（裏面）４４には、光出射面４３からの出射光のＬＥＤ２の配列方向と平行なＹＺ面内での指向性を制御するために、光入射端面４１を横切る方向例えば光入射端面４１に対して略垂直の方向（Ｘ方向）に互いに平行に延びる多数のレンズ列４４ａが形成されている。該レンズ列４４ａとしては、プリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等を用いることができるが、ＹＺ断面の形状が略三角形状のプリズム列を用いるのが好ましい。このプリズム列の頂角は、７０°〜８０°または１００°〜１５０°の範囲とすることが好ましい。これは、プリズム頂角をこの範囲とすることで、光出射面４３からの出射光を十分に集光させることができ、面光源装置としての輝度の一層の向上を図ることができるからである。即ち、プリズム頂角をこの範囲とすることで、出射光分布におけるピーク光を含みＸＺ面に垂直な面において出射光分布の半値全幅が３０°〜６５°である集光された出射光を出射させることができ、面光源装置としての輝度を向上させることができる。また、レンズ列４４ａの配列ピッチＰ１は、例えば１０μｍ〜１００μｍ、好ましくは１０μｍ〜８０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜７０μｍである。なお、導光体出射光のＹＺ面内での指向性を高めることがそれほど要求されない場合には、導光体裏面４４にレンズ列４４ａを形成しなくともよい。

なお、導光体４の光出射機能構造としては、上記の様な光出射面４３に形成した微細凹凸構造を有する粗面と併用して、導光体４の内部に光拡散性微粒子を混入分散することで形成したものを用いることができる。また、導光体４としては、図１及び図２に示される様な全体として一様な厚さ（光出射面４３の粗面の微細凹凸形状及び裏面４４のプリズム列形状を無視した場合の厚さ）の板状のものの他に、Ｘ方向に関して光入射端面４１から反対端面４２の方へと次第に厚さが小さくなる様なくさび状のもの等の、種々の断面形状のものを使用することができる。

導光体４の厚さは、例えば０．３〜１０ｍｍである。

光偏向素子６は、導光体４の光出射面４３上に配置されている。光偏向素子６の２つの主面は、それぞれ全体としてＸＹ面と略平行に位置する。２つの主面のうちの一方（導光体の光出射面４３と対向する主面）は入光面６１とされており、他方が出光面６２とされている。出光面６２は、導光体４の光出射面４３と平行な平坦面または粗面とされている。入光面６１は、多数のプリズム列６１ａが互いに平行に配列されたプリズム列形成面とされている。

入光面６１のプリズム列６１ａは、ＬＥＤ２の配列方向と略平行のＹ方向に延び、互いに平行に形成されている。プリズム列６１ａの配列ピッチＰ２は、１０μｍ〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜８０μｍ、さらに好ましくは２０μｍ〜７０μｍの範囲である。また、プリズム列６１ａの頂角は、３０°〜８０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは４０°〜７０°の範囲である。

光偏向素子６においては、所望の形状のプリズム列を精確に作製し、安定した光学性能を得るとともに、組立作業時や光源装置としての使用時におけるプリズム列頂部の摩耗や変形を抑止する目的で、プリズム列の頂部に頂部平坦部あるいは頂部曲面部を形成してもよい。この場合、頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は、３μｍ以下とすることが、面光源装置としての輝度の低下やスティッキングによる輝度の不均一パターンの発生を抑止する観点から好ましく、より好ましくは頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は２μｍ以下であり、さらに好ましくは１μｍ以下である。

光偏向素子６の厚さは、例えば３０〜３５０μｍである。

図３に、光偏向素子６による光偏向の様子を示す。この図は、ＸＺ面内での導光体４からのピーク出射光（出射光分布のピークに対応する光）の進行方向を示すものである。導光体４の光出射面４３から斜めに出射される光は、プリズム列６１ａの第１面へ入射し第２面により全反射されて、導光体４からの出射光の指向性をほぼ維持したまま出光面６２の略法線の方向に出射する。これにより、ＸＺ面内では、出光面６２の法線の方向において高い輝度を得ることができる。

光偏向素子６は、導光体４からの出射光を目的の方向に偏向（変角）させる機能を果たすものであり、上記の様な指向性の高い光を出射する導光体４と組み合わせる場合には、少なくとも一方の面に多数のレンズ単位が並列して形成されたレンズ面を有するレンズシートを使用することが好ましい。レンズシートに形成されるレンズ形状は、目的に応じて種々のものが使用され、例えば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、フライアイレンズ形状、波型形状等が挙げられる。中でも断面略三角形状の多数のプリズム列が並列に配置されたプリズムシートが特に好ましい。

導光体４及び光偏向素子６は、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、環状ポリオレフィン樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが８０重量％以上であるものが好ましい。導光体４及び光偏光素子６の粗面の表面構造やプリズム列等の表面構造を形成するに際しては、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、スクリーン印刷、押出成形や射出成形等によって成形と同時に形状付与してもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて構造面を形成することもできる。更に、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またレンズ列配列構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能（メタ）アクリル化合物、ビニル化合物、（メタ）アクリル酸エステル類、アリル化合物、（メタ）アクリル酸の金属塩等を使用することができる。

光反射素子８としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシートを用いることができる。本発明においては、光反射素子８として反射シートに代えて、導光体４の裏面４４に金属蒸着等により形成された光反射層等を用いることも可能である。尚、導光体４の光入射端面として利用される端面以外の端面にも反射部材を付することが好ましい。

ＬＥＤ２から発せられる光を少ないロスで導光体４の光入射端面４１へと導くために、リフレクタ１０が設けられている。該リフレクタ１０としては、例えば、表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックフィルムを用いることができる。図示されているように、リフレクタ１０は、光反射素子８の端縁部外面からＬＥＤ２の外側を経て光偏光素子６の出光面端縁部へと巻き付けられている。別法として、光源リフレクタ１０は、光偏光素子６を避けて、光反射素子８の端縁部外面からＬＥＤ２の外側を経て導光体４の光出射面端縁部へと巻き付けることも可能である。
以上の実施形態では、ＬＥＤなどの点状一次光源を複数用いている。この場合、複数の点状光源は、それらから発せられる光の最大強度光の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。

さて、本実施形態では、導光体４の光出射面４３の微細凹凸構造を有する粗面は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが、Ｘ方向に関して次のように変化している。すなわち、平均傾斜角θａは、光入射端面４１との境界に隣接してＹ方向に延びる第１の境界領域において０．１度以上１度以下であり、反対端面４２との境界に隣接してＹ方向に延びる第２の境界領域において第１の境界領域より１度以上大きく、しかも、第１の境界領域から第２の境界領域の方へと次第に増加する。ここで平均傾斜角θａについていう「増加」は、Ｘ方向に関する一部の領域において一定である場合をも含むものとする。

図４に、そのようなＸ方向に関する光出射面４３の粗面の平均傾斜角θａの分布の一例を示す。また、図５に、導光体光出射面４３における第１及び第２の境界領域を示す。図５において、第１の境界領域４３１は光入射端面４１との境界に隣接してＹ方向に延びるＸ方向寸法（幅）Ｗの領域として示されており、第２の境界領域４３２は反対端面４２との境界に隣接してＹ方向に延びるＸ方向寸法（幅）Ｗの領域として示されている。

図４は、Ｘ方向寸法が２２０ｍｍの導光体４に関するものである。図４において、Ｘ方向位置は、導光体光入射端面４１との境界の位置を原点として表示されている。尚、第１の境界領域４３１及び第２の境界領域４３２のＸ方向寸法Ｗは、平均傾斜角θａの測定に必要な最小限の寸法程度であればよいが、簡便には、有意な平均傾斜角θａの分布が得られるものであれば実際に測定が行われるとびとびのＸ方向位置の間隔と同一にしてもよい。すなわち、図４の場合には、Ｘ方向位置間隔５ｍｍごとに測定を行っているので、第１の境界領域４３１及び第２の境界領域４３２の幅Ｗを５ｍｍとすることができ、第１の境界領域４３１をＸ方向位置０〜５ｍｍの領域とし、第２の境界領域４３２をＸ方向位置２１５〜２２０ｍｍの領域とすることができる。図４において、光出射面４３におけるＸ方向位置が０〜３０ｍｍの範囲の領域４３３では、平均傾斜角θａがほぼ一定である。この領域４３３は、第１の境界領域（Ｘ方向位置０〜５ｍｍの領域）４３１とこれに隣接する領域（Ｘ方向位置５〜３０ｍｍの領域）とを含み且つ光入射端面４１に沿って延びる幅３０ｍｍの光入射側帯状域である。光入射側帯状域４３３の幅は、これに限定されるものではなく、たとえば１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。

また、光出射面４３の平均傾斜角θａは、第１の境界領域４３１から第２の境界領域４３２に向かうＸ方向の単位寸法（例えば上記のＸ方向位置間隔５ｍｍ）あたりの増加率が、第１の境界領域４３１から第２の境界領域４３２に向かって次第に増加している。ここで平均傾斜角θａの増加率についていう「増加」は、Ｘ方向に関する一部の領域において零（０）である場合をも含むものとする。

また、図４に示されるように、光入射側帯状域４３３におけるＸ方向の単位寸法あたりの平均傾斜角の増加率（Ｂ）は、光入射側帯状域４３３と第２の境界領域との間における平均傾斜角の増加率（Ａ）よりも小さいことが好ましい。

光出射面４３の平均傾斜角θａの分布を以上のようにすることが、一次光源としてＬＥＤ２を用いたエッジライト方式の面光源装置において上記指向性光出射に基づく輝度向上及び光出射面４３内での輝度均斉度の向上を図る点から好ましい。また、光出射面４３の平均傾斜角θａは、第２の境界領域４３２において５度以下であるのが好ましい。これにより、上記の平均傾斜角θａの増加率が過大にならないようにして、輝度均斉度の低下を防止することができる。

以上のように、一次光源としてＬＥＤを使用する場合には、とくに、光出射面からの光出射を全面に亘ってできるだけ均一化するために、平均傾斜角θａの分布を上記のようなグラデーションを有するものとすることが、重要である。このような平均傾斜角分布では、とくに、光入射端面４１に近い光入射側帯状域４３３における光偏向素子６とのスティッキングが発生しやすくなる傾向にあるが、本発明では、それを防止するために、粗面の凹凸構造を特化している。すなわち、平均傾斜角θａが小さい領域であっても、スティッキング発生の防止に有効な凸部を存在させるべく、この光入射側帯状域４３３での十点平均粗さＲｚの下限を設定している。これにより、概略的にいえば、平均傾斜角θａが小さい領域においても、スティッキング発生の防止に有効な高さの凸部を低分布密度ではあるが確実に存在させるようにしている。

光出射面４３の十点平均粗さＲｚは、上記の光入射側帯状域（Ｘ方向位置が０〜３０ｍｍの範囲の領域）４３３では、０．７μｍ以上である。これにより、光出射制御機能構造としての微細凹凸構造を有する粗面の光出射制御機能を損なうことなく、導光体４の光出射面４３の光入射端面４１に近い低平均傾斜角の領域（光入射側帯状域４３３）と光偏向素子とのスティッキングを防止することができ、高品位の面光源装置を提供することができる。この光入射側帯状域４３３における十点平均粗さＲｚが０．７μｍ未満であると、導光体４の光出射面４３の光入射側帯状域４３３と光偏向素子６とのスティッキングの防止効果が低下する傾向にあり、面光源装置としての品位が損なわれる傾向にある。上記十点平均粗さＲｚは、より好ましくは０．８μｍ以上であり、さらに好ましくは１μｍ以上である。

また、光入射側帯状域４３３において、粗面の光出射機能を損なうことなく、効果的にスティッキングの発生を防止するために、光入射側帯状域４３３の平均傾斜角を略一定に保ちつつ、十点平均粗さＲｚが、第１の境界領域から第２の境界領域に向うに従って、徐々に減少するようにしても構わない。すなわち、光入射側帯状域４３３において、第１の境界領域側においては、比較的大きな凹凸（即ち比較的急峻な傾斜を持つ凹凸）を疎に設け、第２の境界領域に向かうに従って、凹凸を徐々に小さくしつつ（即ち凹凸の傾斜を徐々に小さくしつつ）凹凸を徐々に密に設けてもよい。これにより、光入射側帯状域４３３において平均傾斜角を略一定に保ちながら、第１の境界領域から第２の境界領域に向かうに従って、十点平均粗さＲｚを次第に減少させることができる。

また、光出射面４３の十点平均粗さＲｚは、好ましくは１０μｍ以下である。十点平均粗さＲｚが１０μｍを超えると、微細凹凸構造による適切な光出射制御機能が損なわれ輝度の均斉度が低下する傾向にあるとともに、微細凹凸が輝点となりギラツキ等により面光源装置としての品位が低下する傾向にある。この十点平均粗さＲｚは、より好ましくは８μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下である。

導光体４の光出射面４３に形成される光出射制御機能構造としての微細凹凸構造を有する粗面の平均傾斜角θａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をｘとして、得られた傾斜関数ｆ（ｘ）から次の（１）式および（２）式
Δａ＝（１／Ｌ）∫_０ ^Ｌ｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ・・・（１）
θａ＝ｔａｎ^−１（Δａ）・・・（２）
を用いて求めることができる。ここで、Ｌは測定長さであり、Δａは平均傾斜角θａの正接である。

粗面の十点平均粗さＲｚは、以上のような平均傾斜角θａを求める過程で得ることができる。

以上のようなＬＥＤ２、導光体４、光偏向素子６および光反射素子８からなる面光源装置の発光面（光偏光素子６の出光面６２）上に、液晶表示素子を配置することにより液晶表示装置が構成される。図１において、符号Ｆは、面光源装置と組み合わせて使用される液晶表示素子の有効表示領域に対応する当該面光源装置の発光面の有効発光領域を示す。

本実施形態では、リフレクタ１０は、有効発光領域Ｆ以外の領域の光偏向素子６、導光体４及び光反射素子８の積層体の端面部並びにＬＥＤ２を覆うように配置されている。これにより、積層体の端面部から出射する光及びＬＥＤ２のケースから漏れ出す光をＸＹ面内において良好に拡散させて反射させ導光体４へと再入射させることができ、導光体光出射面４３の広い領域へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度の向上に寄与することができる。

液晶表示装置は、図１における上方から液晶表示素子を通して観察者により観察される。十分にコリメートされた狭い分布の光を面光源装置から液晶表示素子に入射させることができるため、液晶表示素子での階調反転等がなく明るさ、色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利用効率を高めることができる。

なお、光偏向素子６の出光面６２上に、光拡散素子を隣接配置することができる。この光拡散素子により、画像表示の品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑などを抑止し、画像表示の品質を向上させることができる。光拡散素子は、光拡散材を混入したシート状のものとすることができ、光偏向素子６の出光面６２側にて該光偏向素子６に接合などにより一体化させてもよいし、光偏向素子６上に載置してもよい。光偏向素子６上に載置する場合には、光偏向素子６とのスティッキング防止のために、光拡散素子の光偏向素子６と対向する側の面（光入射側の面）に凹凸構造を付与することが好ましい。更に、光拡散素子の光出射側の面にも、その上に配置される液晶表示素子との間でのスティッキング防止のために、凹凸構造を付与することが好ましい。この凹凸構造は、平均傾斜角が好ましくは０．７°以上、更に好ましくは１．０°以上、より好ましくは１．５°以上となるような構造とすることができる。

次に、以上のような面光源装置用導光体を製造するための本発明による製造方法の実施形態を説明する。

本実施形態では、光出射面４３を形成するための形状転写面を有する成形用型部材を用いて透光性樹脂を成形することを含んで上記の面光源装置用導光体４を製造する。成形用型部材を作製するに際して、型素材をブラスト処理により粗面化して上記形状転写面を形成する。

図６は、成形用型部材の作製工程を説明するための模式図である。成形用型部材４’は、導光体４の光出射面４３を形成するための形状転写面４３’を有する。導光体光出射面４３の光入射端面４１との境界及び反対端面４２との境界に対応する形状転写面４３’の端縁を、それぞれ符号４１’及び４２’で示し、導光体光出射面４３の第１の境界領域４３１及び第２の境界領域４３２に対応する第１の転写面領域及び第２の転写面領域を、それぞれ符号４３１’及び４３２’で示す。

本実施形態では、型素材のブラスト処理において、第１の転写面領域４３１’を形成する工程から、順次Ｘ方向に関して隣接する複数の領域（第１の転写面領域４３１’と第２の転写面領域４３２’との間の複数の例えば幅Ｗの領域）を形成する（光入射側帯状域４３３に対応する光入射側転写面領域をも形成する）工程を経て、第２の転写面領域４３２’を形成する工程へと進む。ブラスト処理は、ブラストノズルからブラスト粒子を吐出圧力ＰＲ及び吐出量ＢＭで吐出させながら、型素材に対して相対的にブラストノズルを速度ＶでＹ方向に第１及び第２の向きに交互に移動させる第１走査と、これら第１の向きの第１走査と第２の向きの第１走査との合間に型素材に対して相対的にブラストノズルをＸ方向に端縁４２’の方へと走査ピッチＢＰで移動させる第２の走査とからなる。図６では、型素材に対する相対的ブラストノズル移動の経路が、模式的に矢印で示されている。ブラストノズルと型素材との間の距離は、ブラスト処理の簡便さの観点から、一定に維持されるのが好ましい。ブラスト粒子としては、ガラスビーズのような球形状のものやアルミナビーズのような多角形状のものを使用することができる。

本実施形態では、上記のようなグラデーションを有する平均傾斜角θａの分布を持ち且つ所要の十点平均粗さＲｚを持つ光出射面を転写形成するための形状転写面４３’を得るために、ブラスト処理を次のように実施する。すなわち、第１の転写面領域から第２の転写面領域に向かう方向にブラスト処理が進むに従い、
（ａ）次第にブラストノズル第２走査ピッチＢＰを低減する、及び／または、
（ｂ）次第にブラストノズル第１走査速度Ｖを低減する、及び／または、
（ｃ）次第にブラストノズルからのブラスト粒子の吐出量ＢＭを増大する、及び／または、
（ｄ）次第にブラストノズルからのブラスト粒子の吐出圧力ＰＲを増大する。

上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、型素材に対するブラスト粒子の衝突の密度を次第に高くすることで、平均傾斜角θａの分布におけるグラデーションを形成するものである。また、上記（ｄ）は、型素材に対するブラスト粒子の衝突のエネルギーを次第に高くすることで、平均傾斜角θａの分布におけるグラデーションを形成するものである。尚、第１の転写面領域４３１’を含む光入射側転写面領域を形成する工程においては、上記のブラストノズルの第２走査ピッチＢＰ及び第１走査速度Ｖ並びにブラスト粒子の吐出量ＢＭ及び吐出圧力ＰＲは、十点平均粗さ０．７μｍ以上の導光体光出射面の光入射側帯状域４３３を転写形成できる光入射側転写面領域が得られるように設定される。

とくに、本実施形態では、ブラスト処理において、光入射側帯状域４３３に対応する光入射側帯状転写面領域を形成するに際して、ブラストノズル走査ピッチ、ブラストノズル走査速度、ブラストノズルからのブラスト粒子の吐出量、及びブラストノズルからのブラスト粒子の吐出圧力を略一定に維持する。

また、上記のように、光入射側帯状域４３３において平均傾斜角を略一定に保ちながら、第１の境界領域から第２の境界領域に向かうに従って十点平均粗さＲｚを次第に減少させるために、上記（ａ）〜（ｄ）のうちの一部と、次の（ａ’）〜（ｄ’）
（ａ’）次第にブラストノズル第２走査ピッチＢＰを増加させる、及び／または、
（ｂ’）次第にブラストノズル第１走査速度Ｖを増加させる、及び／または、
（ｃ’）次第にブラストノズルからのブラスト粒子の吐出量ＢＭを減少させる、及び／または、
（ｄ’）次第にブラストノズルからのブラスト粒子の吐出圧力ＰＲを減少させる、
の一部との適宜の組み合わせを採用することができる。

以上のようにして作製された成形用型部材を用いて透光性樹脂（組成物）を成形することで、上記のような導光体が製造される。

以下、実施例及び比較例によって本発明を説明する。

尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角θａ及び十点平均粗さＲｚの測定は次のようにして行った。即ち、触針式表面粗さ計（東京精器社製サーフコム５７０Ａ型）にて、触針として１μｍＲ、５５°円錐ダイヤモンド針（０１０−２５２８）を用いて、駆動速度０．１５ｍｍ／秒で、表面粗さを測定した。測定長は５ｍｍとした。抽出曲線の
平均線の傾斜の補正を行った後、十点平均粗さＲｚの値を得、更に前記（１）式および（２）式に従ってその曲線を微分した曲線の中心線平均値を求めることで平均傾斜角θａの値を得た。

［実施例１］
鏡面仕上げをした有効面積２２０ｍｍ（Ｘ方向寸法）×２９０ｍｍ（Ｙ方向寸法）、厚さ３ｍｍのステンレススチール板を型素材として用い、ガラスビーズ（ポッターズバロティーニ社製Ｊ２２０）を用いて、ステンレススチール板からブラストノズルまでの距離を３５ｃｍとして、図６に関し説明した第１走査及び第２走査を行った。

ブラストノズルからのブラスト粒子の吐出圧力ＰＲを０．０９ＭＰａとし、ブラスト粒子の吐出量ＢＭを１２ｇ／ｍｉｎとし、ブラストノズル走査速度Ｖを１６．４ｍ／ｍｉｎとし、走査ピッチＢＰを５ｍｍとして、光入射側転写面領域（幅３０ｍｍ）４３３を形成した。その後、ブラストノズル走査速度Ｖのみを、次第に低減させ、最終回には１．０ｍ／ｍｉｎとした。

一方、鏡面仕上げをした有効面積２２０ｍｍ（Ｘ方向寸法）×２９０ｍｍ（Ｙ方向寸法）、厚さ３ｍｍの別のステンレススチール板を型素材として用い、その表面に、図２に示すようなプリズム列形成面からなる導光体裏面４４を転写するための形状転写面を切削加工により形成した。プリズム列形成面のプリズム列は、頂角１００°、頂部先端曲率半径１５μｍ、配列ピッチ５０μｍであった。また、プリズム列の延びる方向は、上記ステンレス板の長辺と垂直の方向（Ｘ方向）になるようにした。

上記２つのステンレススチールからなる成型用型部材を用いて、透明アクリル樹脂組成物を射出成形することにより、短辺２２０ｍｍ、長辺２９０ｍｍの長方形で、厚みが０．９ｍｍと一定で、一方の面（光出射面４３）が粗面からなり、他方の面（裏面４４）がプリズム列形成面からなる透明アクリル樹脂製の導光体３を得た。

この導光体の光出射面４３のＸ方向位置に関する平均傾斜角θａの分布は、上記図４の通りであった。平均傾斜角θａは、第１の境界領域４３１を含む光入射側帯状域４３３で０．５７°であり、第２の境界領域４３２で３．４３°であった。また、十点平均粗さＲｚは、第１の境界領域４３１を含む光入射側帯状域４３３で１．０６μｍであり、第２の境界領域４３２で１．４８μｍであった。

導光体の長辺側端面（光入射端面４１）に対向するようにして、該長辺に沿って等間隔で６０個のＬＥＤ（豊田合成社製Ｅ１Ｓ６２−ＹＷＯＳ７−０７）を配置し、更に光源リフレクタ１０を配置した。また、導光体の裏面４４に対向するようにして光反射素子として光散乱反射シート（東レ社製Ｅ６ＳＰ）を配置し、光出射面４３に対向するようにして光偏向素子として頂角６５°でピッチ５０μｍのプリズム列が多数並列に形成された厚さ１５５μｍのプリズムシート（三菱レイヨン社製Ｍ１６８）を、そのプリズム列形成面が光出射面４３に対向するように配置し、図１及び図２に示したような面光源装置を作製した。

上記面光源装置の作製のための組み立てに際して除電ブローを行なって得られた面光源装置の発光面を観察したところ、導光体とプリズムシートとの間の距離のむらや光学密着等によるスティッキングに起因する光学的むらは観察されず、輝度均斉度も良好であった。

また、上記面光源装置の作製のための組み立てに際して除電ブローを行なわないことを除いて同様にして得た面光源装置の発光面を観察したところ、同様に、導光体とプリズムシートとの間の距離のむらや光学密着等によるスティッキングに起因する光学的むらは観察されず、輝度均斉度も良好であった。

［実施例２］
ブラスト処理を次のようにしたこと以外は実施例１と同様にして面光源装置を作製した。すなわち、ブラストノズルからのブラスト粒子の吐出圧力ＰＲを０．１５ＭＰａとし、ブラスト粒子の吐出量ＢＭを１２ｇ／ｍｉｎとし、ブラストノズル走査速度Ｖを２０．０ｍ／ｍｉｎとして、走査ピッチＢＰを１０ｍｍとして、光入射側転写面領域４３３を形成した。その後、走査ピッチＢＰのみを、次第に低減させ、最終回には１ｍｍとした。

得られた導光体の光出射面４３のＸ方向位置に関する平均傾斜角θａの分布は、上記図４のものと同様にグラデーションを持つものであった。平均傾斜角θａは、第１の境界領域４３１を含む光入射側帯状域（幅３０ｍｍ）４３３で０．５８°であり、第２の境界領域４３２で２．３０°であった。また、十点平均粗さＲｚは、第１の境界領域４３１を含む光入射側帯状域４３３で１．４０μｍであり、第２の境界領域４３２で１．８１μｍであった。

組み立てに際して除電ブローを行なって得られた面光源装置の発光面を観察したところ、導光体とプリズムシートとの間の距離のむらや光学密着等によるスティッキングに起因する光学的むらは観察されず、輝度均斉度も良好であった。

また、組み立てに際して除電ブローを行なわないことを除いて同様にして得た面光源装置の発光面を観察したところ、同様に、導光体とプリズムシートとの間の距離のむらや光学密着等によるスティッキングに起因する光学的むらは観察されず、輝度均斉度も良好であった。

［比較例１］
ブラスト処理を次のようにしたこと以外は実施例１と同様にして面光源装置を作製した。すなわち、ブラストノズルからのブラスト粒子の吐出圧力ＰＲを０．０２８ＭＰａとし、ブラスト粒子の吐出量ＢＭを３８ｇ／ｍｉｎとし、ブラストノズル走査速度Ｖを１４．０ｍ／ｍｉｎとし、走査ピッチＢＰを２．５ｍｍとして、光入射側転写面領域４３３を形成した。その後、ブラストノズル走査速度Ｖのみを、次第に低減させ、最終回には１ｍ／ｍｉｎとした。

得られた導光体の光出射面４３のＸ方向位置に関する平均傾斜角θａの分布は、上記図４のものと同様にグラデーションを持つものであった。平均傾斜角θａは、第１の境界領域４３１を含む光入射側帯状域（幅３０ｍｍ）４３３で０．５８°であり、第２の境界領域４３２で１．７０°であった。また、十点平均粗さＲｚは、第１の境界領域４３１を含む光入射側帯状域４３３で０．５４μｍであり、第２の境界領域４３２で０．６４μｍであった。

組み立てに際して除電ブローを行なって得られた面光源装置の発光面を観察したところ、導光体とプリズムシートとの間の距離のむらや光学密着等によるスティッキングに起因する光学的むらが導光体のとくに光入射側帯状域４３３において観察され、その影響で輝度均斉度も良好でなかった。

また、組み立てに際して除電ブローを行なわないことを除いて同様にして得た面光源装置の発光面を観察したところ、導光体とプリズムシートとの間の距離のむらや光学密着等によるスティッキングに起因する光学的むらが導光体光出射面全体において観察され、その影響で輝度均斉度も良好でなかった。

本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的部分透視斜視図である。図１の面光源装置の模式的部分分解斜視図である。光偏向素子による光偏向の様子を示す模式図である。図１の面光源装置におけるＸ方向に関する光出射面の粗面の平均傾斜角θａの分布の一例を示す図である。導光体光出射面における第１及び第２の境界領域を示す模式図である。成形用型部材の作製工程を説明するための模式図である。

符号の説明

２ＬＥＤ
４導光体
４１光入射端面
４２反対端面
４３光出射面
４３１第１の境界領域
４３２第２の境界領域
４３３光入射側帯状域
４４裏面
４４ａレンズ列
６光偏向素子
６１入光面
６１ａプリズム列
６２出光面
８光反射素子
１０リフレクタ
Ｆ有効発光部
４’ 成形用型部材
４１’，４２’ 端縁
４３’ 形状転写面
４３１’ 第１の転写面領域
４３２’ 第２の転写面領域

Claims

ＬＥＤからなる一次光源から発せられる光が入射する光入射端面、該光入射端面の反対側の反対端面、及び導光される光が出射する粗面からなる光出射面を有する導光体であって、
前記光出射面の平均傾斜角は、前記光入射端面との境界に隣接する第１の境界領域において０．１度以上１度以下であり、前記第１の境界領域から前記反対端面との境界に隣接する第２の境界領域に向かって次第に増加し、前記第２の境界領域において前記第１の境界領域より１度以上大きいが、前記第２の境界領域において５度以下であり、
前記光出射面の十点平均粗さは、前記第１の境界領域とこれに隣接する領域とを含み且つ前記光入射端面に沿って延びる光入射側帯状域において、０．７μｍ以上であることを特徴とする面光源装置用導光体。
前記光出射面の平均傾斜角は、前記光入射側帯状域と前記第２の境界領域との間において、前記第１の境界領域から前記第２の境界領域に向かう方向の単位寸法あたりの増加率Ａが、前記第１の境界領域から前記第２の境界領域に向かって次第に増加しており、前記光入射側帯状域において、前記第１の境界領域から前記第２の境界領域に向かう方向の単位寸法あたりの増加率Ｂが、前記増加率Ａよりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
前記光出射面の十点平均粗さは１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の面光源装置用導光体。
前記光出射面の平均傾斜角は、前記光入射側帯状域において略一定であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の面光源装置用導光体。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置された前記一次光源と、前記導光体の前記光出射面に隣接して配置された光偏向素子とを含んでなることを特徴とする面光源装置。