JP5438989B2

JP5438989B2 - 面光源装置用導光体および面光源装置

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Publication number: JP5438989B2
Application number: JP2009033897A
Authority: JP
Inventors: 康渡辺; 浩紀松本; 創平上木
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: JP2010192198A

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、該導光体は、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光を出射させるようにしている。

近年、ノートパソコンのモニター用途においてマルチメディア視聴用途の機会が増加し、その需要も高まっている。そこで、液晶表示装置に対する高解像度化および低消費電力化が求められている。従って、面光源装置に対して輝度性能の向上が求められている。

特公平７−２７１３７号公報（特許文献１）では、光出射面が粗面の導光体を用い、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム列形成面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、バックライトの消費電力を抑えるとともに、輝度も極力犠牲にしないように出射光の分布を狭くする方法が提案されている。しかし、このようなバックライトでは、低消費電力で或る程度の輝度性能の向上が得られるものの性能としては不足であった。

また、更なる輝度性能の向上を目的として、特開２０００−１０６０２２号公報（特許文献２）では、導光体の粗面化した光出射面の反対側の裏面に、前記光入射端面を横切る方向に延びた集光効率の高い断面形状の縦プリズム列を形成する技術が開示されている。

特公平７−２７１３７号公報特開２０００−１０６０２２号公報

しかし、特許文献２に開示されているような導光体を用いた面光源装置においては、全体としての輝度性能の向上は得られるものの、プリズムシートを通して光入射端面近傍領域での輝暗線及び輝度むらが視認されやすいものであった。

本発明は、エッジライト方式の面光源装置における以上のような問題を解決し、高輝度かつ高品位な面光源装置の実現を可能にする面光源装置用導光体を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、以上のような面光源装置用導光体を用いる面光源装置を提供することにある。

本発明によれば、上記の課題を解決するものとして、
一次光源と組み合わせて面光源装置を構成するのに使用され、前記一次光源から発せられる光を導光する面光源装置用導光体であって、
前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面及び該光出射面の反対側の裏面を有しており、前記光出射面および裏面の少なくとも一方には前記光入射端面を横切る方向に延在する縦プリズム列が互いに略平行に複数配列されており、
前記縦プリズム列の延在方向に垂直な面での前記縦プリズム列の断面形状は、前記光入射端面に隣接する第１の領域と該第１の領域より前記光入射端面から遠くに位置する第２の領域とで異なっており、
前記第１の領域において、前記縦プリズム列の断面形状は、半径５〜２５μｍの第１の円弧からなり、
前記第２の領域において、前記縦プリズム列の断面形状は、互いに１２０〜１４０°の角度をなす一対の斜辺と、該一対の斜辺の間に位置する半径５〜２５μｍの第２の円弧とからなり、
前記縦プリズム列の延在方向に関する前記第１の領域の寸法は、前記光入射端面における前記導光体の厚みの１〜２倍の範囲内にあり、
前記第１の領域において、前記縦プリズム列の高さは０．３〜３μｍの範囲内にあり、且つ前記第２の領域の前記縦プリズムの高さよりも低い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、前記第１の領域における前記縦プリズム列の配列ピッチは、前記第２の領域における前記縦プリズム列の配列ピッチの３分の１以下である。本発明の一態様においては、前記第１の円弧の半径と前記第２の円弧の半径とが等しい。

本発明の一態様においては、前記第１の領域と前記第２の領域との間に、前記縦プリズム列が該縦プリズム列の延在方向に関して断面形状の変化する形状変化領域が形成されており、前記縦プリズム列の延在方向に関する前記変化領域の寸法は１ｍｍ以下であり、前記縦プリズム列の延在方向に関する前記第１の領域と前記形状変化領域との総合寸法は前記光入射端面における前記導光体の厚みの２．５倍以下である。

また、本発明によれば、上記の課題を解決するものとして、
以上のような面光源装置用導光体と当該導光体の光入射端面に対向して配置された一次光源と前記導光体の光出射面上に配置された光偏向素子とを有することを特徴とする面光源装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記光偏向素子は前記導光体の光出射面に対向して位置する複数のプリズム列を備えており、該プリズム列は前記導光体の光入射端面に沿って延び且つ互いに平行に配列されており、前記プリズム列のそれぞれは前記導光体の光出射面からの光が入射する第１のプリズム面と入射した光が内面反射される第２のプリズム面とを有する。

本発明によれば、高輝度かつ高品位な面光源装置及びそれを使用する表示装置の提供が可能となる。

本発明による面光源装置の実施形態を示す模式的斜視図である。図１の面光源装置の部分断面図である。図１の面光源装置におけ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導光体の模式的四面図である。図１の面光源装置における導光体の縦プリズム列の各領域における断面形状を示す模式図である。本発明による面光源装置の実施例における導光体の模式的四面図である。図６の面光源装置における導光体の縦プリズム列の各領域における断面形状を示す図である。本発明による面光源装置の実施例における中央線上での法線輝度の分布を示すグラフである。

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斜視図であり、図２および図３はその部分断面図である。図３は、特に、光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。

図１に示されているように、本実施形態の面光源装置は、少なくとも一つの側端面を光入射端面３１とし、これと略直交する一つの表面を光出射面３３とする導光体３と、この導光体３の光入射端面３１に対向して配置され光源リフレクタ２で覆われた一次光源１と、導光体３の光出射面上に配置された光偏向素子４と、導光体３の光出射面３３とは反対側の裏面３４に対向して配置された光反射素子５とを含んで構成されている。

一次光源１としては、Ｙ方向に延在する線状の光源を用いてもよく、例えば蛍光ランプや冷陰極管（ＣＣＦＬ）を用いることができる。また、一次光源１としては、複数の発光ダイオード［ＬＥＤ］等の点状光源を配設したものを用いても良く、更に導光体光入射端面３１に沿って複数のＬＥＤを個別に適宜間隔にて配置したものを用いても構わない。一次光源１は、図１に示したように導光体３の一方の側端面３１に対向して設置する場合だけでなく、必要に応じて反対側の側端面３２等の他の側端面にもさらに設置することができる。

光源リフレクタ２は一次光源１の光のロスを少なく導光体３へ導くものである。その材質としては、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、光源リフレクタ２は、光偏向素子４を避けて、光反射素子５の端縁部外面から一次光源１の外面を経て導光体３の光出射面端縁部へと巻きつけられている。他方、光源リフレクタ２は、光反射素子５の端縁部外面から一次光源１の外面を経て光偏向素子４の出光面端縁部へと巻きつけることも可能である。このような光源リフレクタ２と同様な反射部材を、導光体３の光入射端面３１以外の側端面に付することも可能である。

導光体３は、ＸＹ面と平行に配置されており、全体として矩形板状をなしている。導光体３は４つの側端面を有しており、そのうちＹＺ面と平行な１対の側端面のうちの少なくとも一つの側端面を光入射端面３１とする。光入射端面３１は一次光源１と対向して配置されており、一次光源１から発せられた光は光入射端面３１に入射し導光体３内へと導入される。

導光体３の光入射端面３１に略直交した２つの主面は、それぞれＸＹ面と略平行に位置しており、いずれか一方の面（図では下面）が裏面３４となる。この裏面３４は、光出射面３３からの出射光の一次光源１と平行な面（ＹＺ面）での指向性を制御するために、光入射端面３１を横切る方向に、より具体的には光入射端面３１に対して略垂直の方向（Ｘ方向）に、延びる多数の縦プリズム列３４ａを配列した縦プリズム列形成面とされている。また、一次光源１としてＬＥＤまたはＬＥＤを含むものを用いる場合には、ＬＥＤから出射する出射光のピーク指向性の方向に沿って延びる多数の縦プリズム列３４ａを形成しても良い。

図４に導光体３の模式的四面図（即ち模式的な平面図［基本となる図：Ｘ方向およびＹ方向はこの基本図に対するものである］、正面図、背面図および側面図）を示し、図５に縦プリズム列３４ａの模式的断面図を示す。図４の模式的平面図には光出射面３３側から透視した裏面３４の様子を示し、図５には各領域における縦プリズム列３４ａの断面形状の変化の様子を示している。

本実施形態において、導光体３の裏面３４の縦プリズム列３４ａの断面形状（ＹＺ断面形状）は次のような特徴を有する。尚、縦プリズム列３４ａの断面形状は、該縦プリズム列の延在方向に垂直な面での断面形状を指す。

縦プリズム列３４ａの断面形状は、縦プリズム列延在方向（Ｘ方向）に関して定義される各領域において異なる。この領域としては、光入射端面３１に隣接する第１の領域（以下：領域ＲＣ１）、および該第１の領域ＲＣ１より光入射端面３１から遠くに位置する第２の領域（以下：領域ＲＣ２）がある。領域ＲＣ１は、縦プリズム列３４ａの延在方向に関する寸法（Ｘ方向寸法）が、光入射端面３１における導光体３の厚みｄの１〜２倍の範囲内にある。第１の領域ＲＣ１の寸法が１倍よりも小さいと、導光体３に入射した光が第１の領域ＲＣ１にて反射される回数が少なくなり、光の拡散効果が十分に発揮されないので、導光体３を面光源装置に組み込んだ際に光入射端面近傍に輝度むらが発生してしまう。また、第１の領域ＲＣ１の寸法が２倍を超えると、光入射端面近傍において光が拡散されすぎてしまうので、導光体３を面光源装置に組み込んだ際に光入射端面近傍に輝度むらが発生し、また光入射端面から離れた領域において輝度が低下してしまう恐れがある。

また、領域としては、領域ＲＣ１と領域ＲＣ２との間に存在し、Ｘ方向に関してＹＺ断面形状が連続的に変化する形状変化領域（以下：領域ＲＶ１）がある。領域ＲＶ１は、Ｘ方向寸法が１ｍｍ以下であって、領域ＲＣ１の領域のＸ方向寸法と総合して得られる総合寸法が光入射端面３１における導光体３の厚みｄの２．５倍以下である。即ち、縦プリズム列３４ａは、その延在方向（Ｘ方向）に光入射端面３１の側から順に位置する３つの領域（領域ＲＣ１、領域ＲＶ１、領域ＲＣ２）を有する。また、領域ＲＶ１は、更に形状変化の割合の値が互いに異なる複数のサブ領域に細分割化されても良い。これらの領域ＲＣ１，ＲＶ１，ＲＣ２に関しては、縦プリズム列３４ａについての各領域同士をそれぞれ総合して得られる３つの領域を、裏面３４についての領域とみなすこともできる。

領域ＲＣ１では、各縦プリズム列３４ａの断面形状は、半径（Ｒ）５〜２５μｍの第１の円弧３４ａ４からなる。縦プリズム列３４ａの高さＨは、０．３〜３μｍの範囲内にあり、且つ領域ＲＣ２での高さＨ’よりも小さいものとされる。高さＨが０．３μｍ〜３μｍの範囲外であると、導光体３を面光源装置に組み込んだ際に光入射端面近傍に輝度むらが発生する恐れがある。また、高さＨはそれぞれの縦プリズム列３４ａにおいて異なっていても良い。領域ＲＣ１での縦プリズム列３４ａの配列ピッチＰは、領域ＲＣ２での縦プリズム列の配列ピッチＰ’の３分の１以下とされる。また配列ピッチＰはそれぞれのプリズム列３４ａにおいて不等間隔としても良い。

領域ＲＣ２では、各縦プリズム列３４ａの断面形状は、互いに１２０〜１４０°の範囲の角度をなす一対の斜辺３４ａ１、３４ａ２と、該一対の斜辺の間に位置する半径（Ｒ）５〜２５μｍの第２の円弧３４ａ３とからなる。縦プリズム列３４ａの高さＨ’は、斜辺３４ａ１，３４ａ２の成す角度、円弧３４ａ３の半径及び縦プリズム列３４ａの配列ピッチＰ’から求められる。配列ピッチＰ’は、例えば１０μｍ〜１００μｍ、好ましくは２０μｍ〜８０μｍ、より好ましくは３０μｍ〜７０μｍである。

以上のように、前述の値を設定することで、輝度性能の向上を図りつつ、品位欠陥の発生を解消することが出来る。

また、第１の円弧３４ａ４の半径および第２の円弧３４ａ３の半径は、等しい値としてもよいし、互いに異なる値としてもよい。配列ピッチＰ’は、配列方向の全体にわたって等間隔としてもよいし、不等間隔としてもよい。但し、面光源装置を構成した時の輝度の均斉度の向上の観点から、第１の円弧３４ａ４の半径の値と第２の円弧３４ａ３の半径の値とを等しくし、配列ピッチＰ，Ｐ’をそれぞれ一定とすることが好ましい。

領域ＲＶ１では、それぞれの縦プリズム列３４ａの断面形状は、プリズム列の延びる方向（Ｘ方向）に関して断面形状が連続的に変化する。

次に、光出射面３３に粗面やレンズ列からなる指向性光出射機構を付与することによって、光入射端面３１に入射した光を導光体３中を導光させながら光出射面３３から光入射端面３１および光出射面３３に直交する面（ＸＺ面）内において指向性のある光を出射させる。このＸＺ面内分布における出射光光度分布のピークの方向（ピーク光）が光出射面３３となす角度をαとする。角度αは例えば５０〜８０度であり、出射光光度分布の半値全幅は例えば１０〜４０度である。

導光体３の光出射面に形成する粗面やレンズ列は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜１５度の範囲のものとすることが、光出射面３３内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。平均傾斜角θａは、さらに好ましくは１〜１２度の範囲であり、より好ましくは１．５〜１１度の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体３の厚さ（ｄ）と入射光が伝搬する方向の長さ（Ｌ）との比（Ｌ／ｄ）によって最適範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体３としてＬ／ｄが２０〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜７．５度とすることが好ましく、さらに好ましくは１〜５度の範囲であり、より好ましくは１．５〜４度の範囲である。また、導光体３としてＬ／ｄが２０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを７〜１２度とすることが好ましく、さらに好ましくは８〜１１度の範囲である。

導光体３に形成され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）から次の式（１）および式（２）
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。

さらに、導光体３としては、その光出射率が０．５〜５％の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは１〜３％の範囲である。これは、光出射率が０．５％より小さくなると導光体３から出射する光量が少なくなり十分な輝度が得られなくなる傾向にあり、光出射率が５％より大きくなると一次光源１の近傍で多量の光が出射して、光出射面３３内でのＸ方向における出射光の減衰が著しくなり、光出射面３３での輝度の均斉度が低下する傾向にあるためである。このように導光体３の光出射率を０．５〜５％とすることにより、光出射面から出射する光の出射光光度分布（ＸＺ面内）におけるピーク光の角度が光出射面の法線に対し５０〜８０度の範囲にあり、光入射端面と光出射面との双方に垂直なＸＺ面における出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１０〜４０度であるような指向性の高い出射特性の光を導光体３から出射させることができ、その出射方向を光偏向素子４で効率的に偏向させることができ、高い輝度を有する面光源装置を提供することができる。

なお、導光体３の光出射機能構造としては、上記の様な光出射面３３及び／または裏面３４に形成した微細凹凸構造と併用して、導光体３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３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３３の粗面の微細凹凸形状及びレンズ列形状並びに裏面３４のレンズ列形状等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。更に、上記の光出射面３３の構造と裏面３４の構造とを逆にしても良い。導光体３の厚さは、例えば０．３〜１０ｍｍである。

光偏向素子４は、導光体３の光出射面３３上に配置されている。光偏向素子４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。図３に示されているように、２つの主面のうちの一方（導光体３の光出射面３３と対向する主面）は入光面４１とされており、他方が出光面４２とされている。出光面４２は、導光体３の光出射面３３と平行な平坦面または粗面とされている。入光面４１は、多数のプリズム列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４１のプリズム列は、一次光源１の方向と略平行のＹ方向に延び、互いに平行に形成されている（すなわち、入光面４１には導光体３の光入射端面３１に沿って互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されている）。プリズム列の配列ピッチは、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４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。また、光偏向素子４の厚さは、例えば３０〜３５０μｍである。

図３を参考に、光偏向素子４による光偏向の様子を示す。この図は、ＸＺ面内での導光体３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３の光出射面４３から斜めに出射される光は、プリズム列の第１面へ入射し第２面により全反射されて、導光体３からの出射光の指向性をほぼ維持したまま出光面４２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４２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４は、導光体３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。但し、プリズム列を構成する２つのプリズム面の少なくとも一方は、断面が複数の直線からなるものまたは１つ以上の曲線からなるもの或いは１つ以上の直線と１つ以上の曲線との組合せからなるものであっても良い。また、光偏向素子４の出光面４２と、液晶表示素子８との間に、光拡散シート（図示されず）が配置されても構わない。

導光体３及び光偏向素子４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５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５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３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。

以上のような一次光源１、光源リフレクタ２、導光体３、光偏向素子４及び光反射素子５を含んでなる面光源装置の発光面（光偏向素子５の出光面４２）上に、図２に示すように透過型の液晶表示素子８を配置することにより、本発明の面光源装置をバックライトとした液晶表示装置が構成される。液晶表示装置は、図２における上方から観察者により観察される。

以上の実施形態においては、光出射面３３に指向性光出射機構が形成され、裏面３４に縦プリズム列が形成されているが、本発明においては、裏面３４に上述のような指向性光出射機構を形成し、光出射面３３に上述のような縦プリズム列を形成してもよい。

次に、以上のような面光源装置用導光体の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３３を転写形成する第１の転写面を有する第１の型部材及び裏面３４を転写形成する第２の転写面を有する第２の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３を製造する。

第１の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。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粒子のような多角形状のものを使用することができる。

第２の型部材を作製するに際して、型素材に対して切削加工を行う事により上記形状転写面を形成する。切削加工を行う工具として、加工の安定性及び加工面の仕上がり精度の点からダイヤモンドバイトを用いるのが一般的である。型素材としては、ステンレス系合金に焼き入れ処理を施したものに、ダイヤモンドに対する被削性および成形時の高い圧力に耐え得る形状安定性を考慮して、形状安定性と被削性とに優れる無電解ニッケルめっきを施したものを用いる事が一般的である。切削加工において、転写面形状はバイトの形状及びバイト動作軌跡をＮＣ制御する事で作成可能である。ＮＣ制御において、バイトの動作軌跡の設定は直線補間およびＲ補間のいずれの方式も可能であるが、プログラムの作成の簡便さからは直線補間方式を採用するのが好ましい。

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３が製造される。

以下、実施例によって本発明を説明する。

図６に本発明の一実施例における面光源装置用導光体３の模式的四平面図を示し、図７に本実施例における導光体裏面３４の縦プリズム列３４ａの各領域における断面形状の様子を示す。上記の図において、図１〜図５に関し説明した実施形態におけると同様の部材及び同様の部分には同一の符号が付されている。

図６に示すとおり、導光体は、光入射端面側の厚みが２ｍｍで、その反対の側端面側の厚みが０．７ｍｍとなる、クサビ形状のものとした。また、光出射面形状を転写する第１の転写面形成金型と裏面形状を転写する第２の転写面形成金型としては、それぞれ有効面積１９８ｍｍ（Ｘ方向寸法）×３０９ｍｍ（Ｙ方向寸法）のものを用いた。

まず、鏡面仕上げされた厚さ３ｍｍのステンレス板の加工面に、平均傾斜角が２度前後となるようにガラスビーズ（ポッターズバロティーニ社製）を用いブラスト処理を行い、加工面を粗面化して、光出射面形状を転写する第１の転写面形成金型とした。

一方で、厚さ３５ｍｍ程度のステンレス系合金材にニッケル−リンめっき処理され加工面が鏡面仕上げされた型素材に、ダイヤモンドバイトを用い切削加工により形状付与して、裏面形状を転写する第２の転写面形成金型とした。

ここで、第２の転写面形成金型の形状転写面の形状は、図７に示すような縦プリズム列３４ａの形状を反転したものであった。縦プリズム列３４ａの断面形状は、図７に示すとおり以下のようなものとした。

領域ＲＣ１では、第１の円弧３４ａ４の半径を１６μｍとし、配列ピッチＰを１０μｍ（Ｐ’＝５０μｍの５分の１）、高さを０．８μｍとした。また、領域ＲＣ１のＸ方向寸法を光入射端面での導光体厚みの１．５倍となる３ｍｍとした。

領域ＲＣ２では、斜辺３４ａ１，３４ａ２の成す角度を１３０°とし、第２の円弧３４ａ３の半径を切削加工における簡便さから第１の円弧３４ａ４と同じく１６μｍとした。配列ピッチＰ’は、５０μｍ（Ｐ＝１０μｍの５倍）とし、高さを１０μｍ程度となるようにした。

領域ＲＶ１のＸ方向寸法を１ｍｍとし、領域ＲＣ１と領域ＲＶ１のＸ方向寸法の和が光入射端面での導光体厚みの２倍の４ｍｍとなるようにした。

以上の第１の金型及び第２の金型を用いて射出成形を行い、光出射面が粗面からなり、裏面がプリズム面からなる透明アクリル樹脂製の導光体を作製した。

他方、以上の実施例における第２の金型に代えて、それと同一の型素材に対して、頂角１００°で先端に半径１５〜２０μｍの円弧形状を設けた断面形状のダイヤモンドバイトを用いて、ピッチ５０μｍで切削加工を行って、配列ピッチ５０μｍの縦プリズム列をＹ方向に平行に連設したプリズムパターンを有する金型を作製し、これを用いること以外は上記実施例と同様にして射出成形を行って導光体を作製し、これを比較品とした。

面光源装置の作製のために、導光体光入射端面に沿って冷陰極管を配置し、該冷陰極管の導光体光入射端面側の部分以外を覆うように光源リフレクタを配置した。また、導光体の裏面側に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、光出射面側には、光偏向素子として頂角６８°でピッチ５０μｍのプリズム列が多数並列に形成された厚み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対向するように配置し、図１に示したような面光源装置を作製した。

上記面光源装置の輝度の測定および発光面の観察をしたところ、本発明の実施例による導光体では、図８に示すように、比較例に対し平均で１０％以上高い輝度性能の向上が得られるとともに輝度均斉度においても良好な結果が得られた。尚、この輝度測定は、面光源装置の発光面において、Ｙ方向に関する中央位置においてＸ方向に沿った中央線上での法線輝度を測定したものである。

また、本発明の実施例による導光体では、比較例に比べて、プリズムシートを通して観察される光入射端面近傍領域での輝暗線及び輝度むらが解消されており、面光源装置としての外観品位は良好なものであった。

１一次光源
２光源リフレクタ
３導光体
３１導光体光入射端面
３２導光体側端面
３３導光体光出射面
３４導光体裏面
３４ａ縦プリズム列
３４ａ１，３４ａ２縦プリズム列断面における斜辺
３４ａ３縦プリズム列断面における第２の円弧
３４ａ４縦プリズム列断面における第１の円弧
４光偏向素子
４１光偏向素子入光面
４２光偏向素子出光面
５光反射素子
８液晶表示素子

Claims

一次光源と組み合わせて面光源装置を構成するのに使用され、前記一次光源から発せられる光を導光する面光源装置用導光体であって、
前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面及び該光出射面の反対側の裏面を有しており、前記光出射面および裏面の少なくとも一方には前記光入射端面を横切る方向に延在する縦プリズム列が互いに略平行に複数配列されており、
前記縦プリズム列の延在方向に垂直な面での前記縦プリズム列の断面形状は、前記光入射端面に隣接する第１の領域と該第１の領域より前記光入射端面から遠くに位置する第２の領域とで異なっており、
前記第１の領域において、前記縦プリズム列の断面形状は、半径５〜２５μｍの第１の円弧からなり、
前記第２の領域において、前記縦プリズム列の断面形状は、互いに１２０〜１４０°の角度をなす一対の斜辺と、該一対の斜辺の間に位置する半径５〜２５μｍの第２の円弧とからなり、
前記縦プリズム列の延在方向に関する前記第１の領域の寸法は、前記光入射端面における前記導光体の厚みの１〜２倍の範囲内にあり、
前記第１の領域において、前記縦プリズム列の高さは０．３〜３μｍの範囲内にあり、且つ前記第２の領域の前記縦プリズムの高さよりも低いことを特徴とする面光源装置用導光体。
前記第１の領域における前記縦プリズム列の配列ピッチは、前記第２の領域における前記縦プリズム列の配列ピッチの３分の１以下であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
前記第１の円弧の半径と前記第２の円弧の半径とが等し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。
前記第１の領域と前記第２の領域との間に、前記縦プリズム列が該縦プリズム列の延在方向に関して断面形状の変化する形状変化領域が形成されており、前記縦プリズム列の延在方向に関する前記変化領域の寸法は１ｍｍ以下であり、前記縦プリズム列の延在方向に関する前記第１の領域と前記形状変化領域との総合寸法は前記光入射端面における前記導光体の厚みの２．５倍以下であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置用導光体と当該導光体の光入射端面に対向して配置された一次光源と前記導光体の光出射面上に配置された光偏向素子とを有することを特徴とする面光源装置。
前記光偏向素子は前記導光体の光出射面に対向して位置する複数のプリズム列を備えており、該プリズム列は前記導光体の光入射端面に沿って延び且つ互いに平行に配列されており、前記プリズム列のそれぞれは前記導光体の光出射面からの光が入射する第１のプリズム面と入射した光が内面反射される第２のプリズム面とを有することを特徴とする、請求項５に記載の面光源装置。