JP5485137B2 - 光源装置用導光体 - Google Patents

Description

本発明は光源装置用導光体及びその製造方法に関する。
本願は、２００８年１２月２５日に日本に出願された特願２００８−３２９８１０号、２００８年１２月２６日に日本に出願された特願２００８−３３４３５４号、２００９年７月３日に日本に出願された特願２００９−１５９０１７号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、携帯電話、ノートパソコン、液晶テレビ、ビデオカメラ等に使用される液晶表示装置、携帯電話のバックライトキー、パソコンのバックライトキーボード、電気機器の表示スイッチ等の表示装置に使用されている光源装置としては、ハウジング内に蛍光灯等の線状光源や発光ダイオード等の点光源を複数個配置した直下方式、板状の導光体の側面に線状光源あるいは点光源を配置したエッジライト方式がある。

エッジライト方式の光源装置は、通常、矩形板状のアクリル樹脂板等の透明材料を導光体とし、その側面に対向して配置された光源の光を側端面（光入射面）から導光体に入射させ、導光体の表面（光出射面）あるいは裏面に形成した出射機構や、導光体中に光拡散性粒子を含有させる等の光出射手段を設けることにより、入射した光を光出射面から出射する。このような導光体において、側端面から入射した光は、光出射面だけでなく、その裏面からの出射により光量の低下を招く。このため、光源装置において、導光体の光出射面の反対側に反射シートを配置し、裏面からの出射光を反射させ、導光体中に戻して再利用する。このように、光源からの光を高い効率で利用することで、優れた輝度を有する光源装置が得られる。

また、一般的にエッジライト方式の光源装置では、光出射面から出射する光が光出射面に対して導光方向に寝た方向に出射するため、実際に電気機器を使用する方向に対して出射光のピークにずれが生じ、光の利用効率が悪い。そのため、表示装置に使用する場合、出射機構の形状を緻密に制御したり、プリズムシートや拡散シートなどの光学シートを併用したりすることで出射方向を正面に調節している。

近年、携帯用ノートパソコンや携帯電話等、持ち運びすることの多い装置に用いられる液晶表示装置について、薄型化が要求されている。液晶表示装置への薄型化要求に伴い、光源装置も薄型化が要求されている。光源装置の厚みへの導光体の影響は大きく、液晶表示装置及び光源装置の薄型化には、導光体の薄型化が鍵を握っているといえる。一方、導光体は、光源装置の均一な面発光を目的とする用途の他、特定の位置に光を供給し発光する用途がある。いずれの用途においても、導光体には、導光体内に入射した光の損失を防止し、光源装置を高い輝度で発光することが要求される。例えば、ポリカーボネートシート単層を導光体とし、ポリカーボネートシート表面にホットスタンピング、射出成形、マイクロブラスト等の加工により凸形状のパターンを形成することで、薄型でありながら特定の位置に光を供給し高い輝度で発光できるキーパッドのバックライト用導光体や、（例えば、特許文献１）。ドットパターンを光出射面と対向する面の表面に設け、導光体内で導光された光を光出射面側に反射又は散乱して光を出射するキーボード用のバックライト用導光体が提案されている（例えば、特許文献２）。

コア層とコア層より屈折率の低いクラッド層を設けた平坦な光ファイバを導光体とし、コア−クラッド界面での全反射を利用して光を導光体内に効率的に閉じ込めると共に、光を出射したい位置に光出射面のクラッド層の途絶部分を形成し、光を出射させる導光体が提案されている（例えば、特許文献３）。かかるコア−クラッド構造を有する導光体は、導光体からの漏光を抑制し、光入射面から入射した光の利用効率が図れる。

特開２００７−８０８２４号公報 特開２００５−３２７０３号公報 特表２００８−５０８５５６号公報

しかしながら、光源装置に用いる導光体には、さらなる輝度の向上が求められている。上述のような単層樹脂を光源装置用導光体として用いた場合、本来、光出射手段によって光出射面から出射されるべき光が光出射面の反対面からも出射されてしまう。また、単層樹脂の表面に埃や汚れが付着した部分では、単層樹脂内に入射し伝播した光が漏光しやすくなる。この結果、導光体から光が漏光して光量が低下し、光源装置の輝度、特に導光体の光入射面から遠い位置での輝度が低下するおそれがある。

前記漏光を解決する手段としては、導光体の光出射面に対向する面に反射シートを配置する方法があるが、反射シートを配置する場合には、導光体表面に反射シートが光学密着してしまうとその部分で導光体内を伝播する光の散乱・吸収が起こり、輝度の低下を招いてしまうため、空気層を介して離間配置する必要がある。反射シートを離間配置するためには、導光体と反射シートの間のクリアランスを保ちながら位置あわせをするなど、煩雑な作業を要するため、反射シート自体のコストのみならず、組立作業のコストが増大してしまうという問題があった。

また、導光体には、キーボードやスイッチ等の電気機器の表示装置を効率的に照明し、光出射面の輝度をさらに上げることが求められている。光出射面の輝度を上げるには、出射光強度のピークを光出射面の垂直方向（法線方向）に合わせる方法があるが、従来の導光体では、光出射面の任意の位置で発光することができるものの、出射光の出射方向の制御が困難である。例えば、特許文献３の発明のように、クラッド層に途絶部分を設けて出射すると、該途絶部分から出射する光の出射方向は、前記途絶部分の側壁形状に支配される。このため、出射光の出射方向を制御するには、途絶部分の形状を緻密に制御する必要がある。出射光の出射方向を緻密に制御するには、途絶部分の加工が非常に複雑になり、生産性が悪く、高コストになるという問題が生じる。
また、プリズムシートや拡散シートなどの光学シートにより出射方向の制御を行う場合、部材点数が増大し、同じく生産性の悪化、コストの上昇を招いてしまう。
そこで、本発明は、簡便な方法で、生産性よく、安価に、出射光の出射方向を制御し、光出射面の輝度の向上が図れる光源装置用導光体及びその製造方法を目的とする。

本発明は以下の態様を有する。
［１］屈折率ｎ_１の透明樹脂からなるコア層と、その両面に設けられコア層の屈折率ｎ_１より低い屈折率ｎ_２を持つクラッド層とを有し、一方のクラッド層の表面には光を散乱反射する光反射層が設けられ、他方のクラッド層の表面は光出射面とされており、一方のクラッド層の表面および他方のクラッド層の表面の少なくとも一方から、クラッド層を貫通しコア層に達する凹部が設けられている光源装置用導光体であって、
光出射面および光反射層が設けられる面に略垂直である、少なくとも一つの側端面が光入射面とされ、凹部は、光出射面に設けられており、凹部の光入射面側の傾斜角度θが、下記（１）式を満たすことを特徴とする、光源装置用導光体である。
θ≦９０＋ｃｏｓ^−１（ｎ_２／ｎ_１）−ｓｉｎ^−１（１／ｎ_１） ・・・（１）式
［２］光反射層は、凹部で反射した光を反射する位置に設けられている、［１］に記載の光源装置用導光体である。
［３］屈折率ｎ _１ の透明樹脂からなるコア層と、その両面に設けられコア層の屈折率ｎ _１ より低い屈折率ｎ _２ を持つクラッド層とを有し、一方のクラッド層の表面には光を散乱反射する光反射層が設けられ、他方のクラッド層の表面は光出射面とされており、一方のクラッド層の表面および他方のクラッド層の表面の少なくとも一方から、クラッド層を貫通しコア層に達する凹部が設けられている光源装置用導光体であって、
光出射面および光反射層が設けられる面に略垂直である、少なくとも一つの側端面が光入射面とされ、光反射層が設けられる面に凹部が設けられており、凹部の内部に、第二光反射層が設けられることを特徴とする、光源装置用導光体である。
［４］凹部の光入射面側の傾斜角度θが、下記（２）式を満たすことを特徴とする、［３］に記載の光源装置用導光体である。
θ≦９０＋ｃｏｓ ^−１ （ｎ _２ ／ｎ _１ ）−ｓｉｎ ^−１ （１／ｎ _１ ） ・・・（２）式
［５］光反射層は、一方のクラッド層の表面全体を覆うように設けられていることを特徴とする、［１］〜［４］の何れかに記載の光源装置用導光体である。
［６］光反射層は、白色の塗装膜であることを特徴とする、［５］に記載の光源装置用導光体である。
［７］凹部は、光入射面から離れるに従って、深さが大きくなることを特徴とする、［１］または［３］に記載の光源装置用導光体である。
［８］凹部は、光入射面から離れるに従って、隣接する凹部との距離が短くなることを特徴とする、［１］または［３］に記載の光源装置用導光体である。

本発明の導光体によれば、導光性能を低下させることなく導光体と反射シートを一体化することができ、光源装置の輝度向上と、光源装置の組立作業の簡素化が図れる。また、簡便な方法で、生産性よく、安価に、出射光の出射方向を制御し、光出射面の輝度の向上が図れる。

本発明の第一の実施形態にかかる光源装置用導光体を示す斜視図である。 本発明の第二の実施形態にかかる光源装置用導光体を示す斜視図である。 光源装置用導光体内の光の伝播状態を説明する模式図である。 光源装置用導光体内の光の伝播状態を説明する模式図である。 光源装置用導光体内の光の伝播状態を光入射面側の傾斜角度との関連で説明する図である。 本発明の第一の実施形態の導光体における裏面側光散乱部の配置パターンを説明する断面図である。 本発明の第三の実施形態の導光体を示す断面図である。 本発明の第六の実施形態の導光体を示す断面図である。 光学評価に用いた光源装置用導光体を示す斜視図である。 光学評価に用いた輝度測定系を示す模式図である。 出射光角度における輝度分布図である。 実施例２における導光体を説明する模式図である。 実施例２における法線輝度及び輝度分布の測定系を説明する模式図である。 実施例２における輝度分布の結果を示すグラフである。

本発明について、以下に実施形態を挙げて説明するが、本発明は、以下の実施形態に限られるものではない。
［第一の実施形態］
本発明の光源装置用導光体の第一の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、第一の実施形態にかかる光源装置用導光体１０の斜視図である。図１に示すように、光源装置用導光体１０は、コア層２０と、コア層２０の主面である上面と下面の両面に設けられたクラッド層３０とを有し、一方のクラッド層３０の表面には光反射層４０が設けられ、他方のクラッド層３０の表面が光出射面１４とされており、光出射面に光出射手段として凹部が設けられている。そして、光源装置用導光体１０は、側面の一つが光入射面１２とされている。なお、光源装置用導光体１０の形状は板状であれば特に限定されず、矩形、三角形等の多角形状の他、真円、楕円等の円形状等であってもよい。また、湾曲した形状であってもよい。

（コア層）
コア層２０は、透光性を有する透明な層である。コア層２０を形成する材料としては、公知の材料を用いることができ、例えば、メタクリル酸メチルの単独重合体（ＰＭＭＡ）又は共重合体を主成分として構成することができる。中でも、透明性、耐久性に優れると共に安価であることから、ＰＭＭＡを主成分として構成することが好ましい。なお、メタクリル酸メチルの共重合体を用いる場合には、メタクリル酸メチルの含有量は５０質量％以上とすることが好ましい。共重合可能な単量体としては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、ｎ−アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシル等のメタクリル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、スチレン等が挙げられる。

また、耐熱性に優れる観点から、ポリカーボネート系樹脂、脂環式ポリオレフィン系樹脂等を好適に用いることができる。特に、ポリカーボネート系樹脂はＰＭＭＡより屈曲率が高いため、開口数が大きくなる。この結果、光源装置用導光体１０が屈曲した際、漏光を低く抑えることができる。ここで、開口数とは、「光を集める性能」のことであり、開口数が大きいほど受光量を増やすことが可能となり、光源装置用導光体１０を屈曲させた際に光の漏れを抑えることができる。

コア層２０の厚みＴ１は特に限定されないが、液晶表示装置、光源装置の薄型化を図る観点から、０．１〜６ｍｍの範囲で決定することが好ましい。

（クラッド層）
クラッド層３０は、透光性を有する透明な層であり、コア層２０の屈折率よりも低い屈折率のものである。クラッド層３０を形成する材料としては、コア層２０の屈折率を考慮して決定することができる。クラッド層３０の材料は、例えば、含フッ素オレフィン系樹脂を主成分とする樹脂組成物が挙げられる。含フッ素オレフィン系樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン単独重合体や、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの３元共重合体等のフッ化ビニリデン系共重合体を挙げることができる。

コア層２０の屈折率ｎ_１とクラッド層３０の屈折率ｎ_２との屈折率差は、下記（α）式で表され、０を超え、より好ましくは０．０１以上である。屈折率差が０を超えていれば、入射した光が光源装置用導光体１０内を全反射しながら損失なく遠くまで伝播し、導光板表面に光反射層を光学密着させても漏光が起こらず、輝度が高い発光が得られやすいためである。

屈折率差＝ｎ_１−ｎ_２ ・・・（α）

クラッド層３０の厚みＴ２は特に限定されないが、光源装置用導光体１０の取り扱い性、光閉じ込め効率の観点から３〜５００μｍの範囲で決定することが好ましい。かかる範囲であれば、光源装置用導光体１０は屈曲性を有し、取り扱い性が良好であるとともに、効率的に光源装置用導光体内に光を閉じ込めることができるためである。
コア層２０の厚みＴ１と、クラッド層３０の厚みＴ２との比率は、コア層２０とクラッド層３０の材質を勘案して決定することができる。また、光出射面側クラッド層の材質は、裏面側クラッド層の材質と同様である。光出射面側クラッド層と裏面側クラッド層の材質は同じものを用いてもよいし、異なっていてもよい。

（光出射手段）
光出射手段としては、コア層２０内を伝播する光を光出射面１４から出射できればよく、例えば、光の出射位置の制御のしやすさから、クラッド層３０を貫通しコア層２０に達する凹部が好ましい。
凹部は、クラッド層３０の光出射面１４に設けられている。前記凹部は、クラッド層３０を穿孔しコア層２０に達する貫通孔や溝状の亀裂等、いわゆる「傷」が挙げられる。かかる凹部を設けることで、光入射面１２からコア層２０内に入射した光が、凹部で反射し、凹部に対向する位置に設けられた光反射層４０に到達し、散乱反射することで光出射面１４から出射し、光源装置用導光体１０が発光できる。なお、コア層２０内を伝播する光を凹部で反射するためには、クラッド層３０を貫通しコア層２０に達する凹部の少なくとも一部がコア層２０の内部に達している必要がある。即ち、クラッド層３０の厚みよりも、凹部の深さの方が大きくなるように、凹部の深さを適宜設定する必要がある。クラッド層３０に設ける凹部の形状は、少なくとも凹部の一部がコア層２０に達しており、凹部の光入射面側の傾斜角度θが後述の（１）式を満足していれば特に限定されず、光源の光量や、光入射面１２から反対側までの距離、光源装置用導光体１０に求める発光の形態等を考慮して決定できる。

例えば、光出射手段の形状としては円錐形状、欠球形状、ライン形状等が挙げられる。また、これらの形状の内、１種を単独で用いてもよいし、２種以上の形状を組み合わせて用いてもよい。加えて、光出射手段の形状をライン形状とする場合には、そのラインの伸長方向は、光入射面１２から入射した光の導光方向と平行であってもよいし、垂直に交わるものであってもよいし、任意の角度で斜めに交わるものであってもよい。また例えば、複数の円形のラインを同心円状に配置したものであってもよい。

（光反射層）
光反射層４０は、クラッド層３０から漏光する光を光出射面１４側に散乱反射できるものであれば特に限定されないが、例えば、可視光を反射する塗装を施して形成した塗装膜が挙げられる。可視光を反射する塗装膜としては、例えば、ビニル系、ポリエステル系、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系のインクや、これらのインクにアルミニウム等の金属粉を含有させたインク等による塗装膜が挙げられる。可視光を反射する塗装膜は、可視光の全領域に対して反射率の高い、白色の塗装膜が好ましい。また、散乱性の強い塗料を用いれば、出射光のピーク方向を調整することができるためより好ましい。また、クラッド層３０とインクとの密着性を向上させるために、クラッド層３０にはコロナ放電処理やプラズマ放電処理等による改質が施されていてもよい。

また、例えば、光反射層４０として、金属蒸着により形成した金属蒸着膜や、金属薄膜の貼着により形成した金属膜等を用いることもできる。金属蒸着膜は、アルミニウム、ニッケル、金、白金、クロム、鉄、銅、インジウム、スズ、銀、チタニウム、鉛、亜鉛等からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属、又はこれらの合金、又は化合物で形成される。金属蒸着膜の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等の方法が挙げられる。
次に、光出射手段と、光反射層との配置とその作用について、図３、４を用いて説明する。

図３の光源装置用導光体は、クラッド層３０を貫通しコア層２０に達する孔である凹部７０が光出射面１４に設けられている。図３に示すように、コア層２０に光入射面から入射し、コア層２０とクラッド層３０の界面で全反射され伝播してきた光Ａは、凹部７０に至ると屈折し、その一部が出射光Ｂとして光出射面１４側に出射する。一方、凹部７０に至った光Ａの他の一部は、光Ｃのように光出射面１４の反対側に反射する。この際、光出射面１４の反対側に光反射層が設けられていないため、光Ｃはクラッド層３０を透過し光Ｄのように漏光する。

ここで、図４のように、凹部７０で反射し、光出射面１４と反対側に向かう光Ｃの角度に応じて、光出射面１４とは反対側のクラッド層３０の表面の一部に光反射層４０を設け、散乱反射させることで、光Ｃの一部を光出射面１４から出射させるとともに、残りをコア層２０内に戻し、光Ｄのような漏光による損失を防止できる。
なお、図４のように光反射層４０を光出射面１４の反対側の一部に設ける場合、光反射層４０の大きさや位置は、凹部７０の形状、コア層２０の材質、クラッド層３０の材質を勘案して決定することができる。即ち、光Ｃの反射角を勘案して、必要な大きさの光反射層４０を必要な位置に設けることで、漏光の減少を図り、高い輝度の発光を達成することができる。

次に、凹部の光入射面側の傾斜角度θについて図５を参照して説明する。
本発明の光源装置用導光体におけるコア層の屈折率をｎ_１とし、その両面に設けられたコア層の屈折率ｎ_１より低い屈折率を持つクラッド層の屈折率をｎ_２とすると、光出射面および光反射層が設けられる面に略垂直である少なくとも一つの側端面が光入射面とされ、凹部が当該光出射面に設けられる場合は、当該凹部の光入射面側の傾斜角度θが、下記（１）式を満たすことが好ましい。
θ≦９０＋ｃｏｓ^−１（ｎ_２／ｎ_１）−ｓｉｎ^−１（１／ｎ_１） ・・・（１）式

この理由は、コア層の屈折率＝ｎ_１、クラッド層の屈折率＝ｎ_２のとき、下記（Ａ）式で表される角度範囲の成分のみが伝送モードとなり、光シート内を全反射により伝播することになる。
−ｃｏｓ^−１（ｎ_２／ｎ_１）≦ α ≦ ｃｏｓ^−１（ｎ_２／ｎ_１） ・・・（Ａ）
上記伝送モード光が傾斜角度θの光入射面を持つ凹部に到達したときの光入射角βは、下記（Ｂ）式で表される。
β＝９０−θ＋α ・・・（Ｂ）

一方、コア−空気界面での臨界角は下記（Ｃ）で示される。
臨界角＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ_１） ・・・（Ｃ）
従って、角度αで伝播する伝送モード光が凹部の光入射面で全反射を起こすための条件は、下記（Ｄ）式を満たす。
β≧ｓｉｎ^−１（１／ｎ_１） ・・・（Ｄ）
（Ｄ）式に（Ａ）、（Ｂ）式を代入すると、
θ≦９０±ｃｏｓ^−１（ｎ_２／ｎ_１）−ｓｉｎ^−１（１／ｎ_１）
となり、この条件のときに全反射することになる。

例えば、コア層がメタクリル酸メチルの単独重合体（ＰＭＭＡ）の場合は ｎ_１＝１．４９であり、クラッド層がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の場合は ｎ_２＝１．４２となるので、上記（１）式より、
θ≦９０±ｃｏｓ^−１（１．４２／１．４９）−ｓｉｎ^−１（１／１．４９）
⇔ θ≦９０±１７．６３−４２．１６
∴ θ≦６５．４７ または ３０．２１
となり、θの上限値は、６５．４７度となる。

光出射手段の大きさは、光源装置用導光体１０の材質や光反射層の材質を勘案し、光源装置用導光体１０を貫通しない範囲で決定することができる。即ち、図６に示す裏面２１４に対する裏面側光散乱部２３０の最深部までの距離Ｄ１は、光源装置用導光体２２０の厚みＴとの関係において、Ｄ１＜Ｔの関係を満たすものである。このような大きさを有することで、光源装置用導光体２２０内を伝播してきた光を十分に散乱反射することができる。
２以上の光出射手段を設ける場合には、裏面２１４に対する光出射手段の最深部までの距離Ｄ１がそれぞれ異なっていてもよい。例えば、光入射面２１６からの距離の長短にかかわらず、均一な輝度を得るためには、光入射面２１６から離れるに従って、裏面２１４に対する裏面側光散乱部２３０の最深部が深くなるように、裏面側光散乱部２３０を設けることが好ましい。ここで、光入射面２１６から離れるに従って裏面側光散乱部２３０の最深部が深くなるとは、例えば、図６に示すように、裏面２１４から裏面側光散乱部２３０ａ〜２３０ｄの最深部までの距離ｄ１〜ｄ４をｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４とする配置が挙げられる。また、例えば、任意の数の裏面側光散乱部を１単位とし、１単位毎に、光入射面２１６から離れるに従って裏面２１４から最深部までの距離を長くする配置が挙げられる。

裏面側光散乱部２３０の幅Ｗ１は、第二光反射層の材質、裏面側光散乱部２３０の数量、発光させる位置や範囲等を勘案して決定することができる。２以上の裏面側光散乱部２３０を設ける場合には、裏面側光散乱部２３０の幅Ｗ１がそれぞれ異なっていてもよい。なお、幅Ｗ１は、裏面側光散乱部２３０の最大幅を表すものとする。

２以上の裏面側光散乱部２３０を設ける場合、隣接する他の裏面側光散乱部２３０との距離は、裏面側光散乱部２３０の大きさ、形状、光を出射する位置や範囲を勘案して決定することができる。例えば、光入射面２１６からの距離の長短にかかわらず、均一な輝度を得るためには、光入射面２１６から離れるに従って、裏面側光散乱部２３０と、該裏面側光散乱部２３０と隣接する他の裏面側光散乱部との距離が短くなるように、裏面側光散乱部２３０を設けることが好ましい。ここで、光入射面２１６から離れるに従って裏面側光散乱部２３０と、該裏面側光散乱部２３０と隣接する他の裏面側光散乱部との距離が短くなるとは、例えば、図６に示すように、裏面側光散乱部２３０ａと裏面側光散乱部２３０ｂとの距離Ｌ１、裏面側光散乱部２３０ｂと裏面側光散乱部２３０ｃとの距離Ｌ２、裏面側光散乱部２３０ｃと裏面側光散乱部２３０ｄとの距離Ｌ３をＬ３＜Ｌ２＜Ｌ１とする配置が挙げられる。また、例えば、任意の数の光散乱部を１単位とし、各単位が光入射面２１６から離れるに従って他の単位との距離を短くする配置が挙げられる。

（製造方法）
光源装置用導光体１０は、コア層２０の両面にクラッド層３０を積層し、一方のクラッド層３０の表面に光反射層４０を設けることにより製造できる。
コア層２０の両面にクラッド層３０を積層する方法は特に限定されず、多層溶融押出によりコア層２０とクラッド層３０とを一体成形する方法や、コア層２０となる樹脂シートあるいは樹脂フィルムの両面に、クラッド層３０を形成する樹脂組成物をコーティング処理して製造する方法等が挙げられる。コーティング処理の方法としては特に限定されず、ダイコート法、グラビアコート法、スピンコート法、ディップコート法、バーコート法、スプレーコート法等、既存の方法を挙げることができる。

上述のようにしてコア層２０の両面にクラッド層３０が設けられた積層体を得、得られた積層体を用途に応じた寸法に切断する。その後、前記積層体の一方の表面、即ち、一方のクラッド層３０の表面に、可視光を反射する塗装膜、あるいは、金属膜を設けて光反射層４０を形成し、光源装置用導光体１０を製造する。

次いで、クラッド層３０の光出射面１４に凹部を設ける。前記凹部を設ける方法は特に限定されず、例えば、レーザー加工、サンドペーパー加工、熱プレス等が挙げられる。

上述したように、光源装置用導光体１０は、コア層２０の両面にコア層２０より屈折率が低いクラッド層３０が設けられている。このため、光入射面１２から入射した光は、屈折率の異なるコア層２０とクラッド層３０との界面で生じる全反射により、漏光することなくコア層２０内の遠くまで伝播することができる。さらに、単層樹脂を光源装置用導光体とすると、埃や汚れが付着した部分は単層樹脂の屈折率と同等以上の屈折率となる場合があり、単層樹脂内を伝播した光が漏光しやすくなるが、光源装置用導光体１０は、コア層２０とクラッド層３０との界面で全反射が生じるため、該クラッド層３０の表面に埃等が付着しても、コア層２０内を伝播する光が漏光することがない。

加えて、光出射面１４の反対面に光反射層４０を有することで、凹部で光出射面１４の反対面に向かう光を光出射面１４側に散乱反射させることができる。散乱反射させることで、出射光の指向性をなくし、光入射面１２から入射した光を法線方向に出射できるとともに、出射できなかった光をコア層２０内に戻すことができるため、光量のロスを低減し、光出射面１４からの出射光の輝度の向上が図れる。
加えて光源装置用導光体１０は、導光体と反射シートとが一体化されているため、面光源装置の組立に必要な部材点数が減り、この分、光源装置の組立作業の簡素化が図れ、製造コストを軽減することができる。

［第二の実施形態］
本発明の光源装置用導光体の第二の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、第二の実施形態にかかる光源装置用導光体１００の斜視図である。図２に示すように、光源装置用導光体１００は、コア層１２０と、コア層１２０の主面である上面及び下面の両面と、光出射面１１４からその反対面に向かう２つの側面とを覆うように設けられたクラッド層１３０と、光出射面１１４の反対側のクラッド層１３０の表面に設けられた光反射層４０とを有するものであり、光源装置用導光体１００は、クラッド層１３０が設けられていない側面の１つが光入射面１１２とされている以外は第一の実施形態と同様である。

コア層１２０の材料はコア層２０と同様であり、コア層１２０の厚みｔ１はコア層２０の厚みＴ１と同様である。クラッド層１３０の材料はクラッド層３０と同様であり、クラッド層１３０の厚みｔ２はクラッド層３０の厚みＴ２と同様である。コア層１２０の屈折率とクラッド層１３０の屈折率との屈折率差は、コア層２０の屈折率とクラッド層３０の屈折率との屈折率差と同様である。

コア層１２０の体積Ｖ１とクラッド層１３０の体積Ｖ２との体積比は、コア層１２０とクラッド層１３０の材質を勘案して決定することができる。

（製造方法）
光源装置用導光体１００は、例えば溶融押出成形により一体成形して、コア層１２０の両主面と２つの側面とがクラッド層１３０で覆われた基材とし、該基材の一方の面に光反射層４０を設けることで製造できる。多層溶融押出により基材を一体成形する場合には、スリット状の吐出口から押し出されるクラッド層１３０の材料よりも、コア層１２０の材料の吐出幅を狭くして押し出すことで、コア層１２０の両主面及び２つの側面がクラッド層１３０で覆われた基材を成形できる。そして、得られた基材の一方の表面、即ち、クラッド層１３０の一方の表面に可視光を反射する塗装膜、あるいは、金属膜を設けて光反射層４０を形成し、光出射面１１４に凹部を設けることで光源装置用導光体１００を得ることができる。

このような構成とすることにより、光源装置用導光体１００は、コア層１２０の両主面及び２つの側面がクラッド層１３０で覆われているため、側面からの漏光を防ぎ、より輝度の高い発光ができる。

上述したとおり、本発明の光源装置用導光体は、携帯電話、ノートパソコン、液晶テレビ、ビデオカメラ等に使用される液晶表示装置、携帯電話のバックライトテンキー、パソコンのバックライトキーボード、電気機器の表示スイッチ等に用いる薄型の光源装置に好適に使用できる。
なお、第一及び第二の実施形態では、一方のクラッド層の表面の全体に光反射層が設けられている。しかしながら、光出射面に凹部を有する場合、光反射層は、光出射面の反対側であって少なくとも前記凹部で反射した光を反射する位置に設けられていればよい。

[第三の実施形態]
本発明の第三の実施形態の一例について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第三の実施形態にかかる導光体２１０の部分断面図である。図７のとおり、導光体２１０は、コア層２６４と、コア層２６４の主面である上面と下面の両面に設けられたクラッド層（２２４、２６２）とを有する板状の光源装置用導光体２１０の光出射面の反対側の裏面に、裏面側クラッド層２２４を貫通し、コア層２６４に達する凹部の内部に第二光反射層を設けることにより形成される裏面側光散乱部２３０が設けられたものである。なお、特に記載が無い部分については第一の実施形態と同様であるものとする。

＜光源装置用導光体＞
光源装置用導光体２２０は、一方のクラッド層の表面が、入射した光を出射する光出射面２１２とされており、光源からの光が入射する光入射面２１６が側面の１つに形成されている。光源装置用導光体２２０は、光出射面２１２が形成された面とは反対側のクラッド層の表面２１４から光出射面２１２に向かう形状の凹部の内部に第二光反射層を設けることにより形成された裏面側光散乱部２３０が設けられている。

光源装置用導光体２２０を形成するコア層・クラッド層の、材料、厚みおよび比率、屈折率および屈折率差は、前述の光源装置用導光体１０と同様である。

＜裏面側光散乱部＞
裏面側光散乱部２３０は、少なくとも光源装置用導光体２２０と接する境界面２３２が、光を散乱反射する第二光反射層により形成されているものである。従って、裏面側光散乱部２３０は、その全体が第二光反射層で形成されたものであってもよいし、前記境界面２３２に沿って第二光反射層が形成されたものであってもよい。
第二光反射層を形成する材料は光を散乱反射する機能を有すれば特に限定されず、前述の光反射層と同様の材料を用いることができる。

裏面側光散乱部２３０の数量は、導光体２１０に所望する機能に応じて決定することができる。
裏面側光散乱部２３０の形状は、第二光反射層が設けられる凹部の光入射面側の傾斜角度θが上述の（１）式を満足していれば特に限定されず、光を出射する位置や範囲を勘案して決定することができる。
また、第一の実施形態の光出射手段の場合と同様に、裏面側光散乱部２３０の形状、最深部、および／または２以上の裏面側光散乱部２３０を設ける場合の隣接する他の裏面側光散乱部２３０との距離、を適宜変更しても良い。

＜製造方法＞
導光体２１０は、例えば、次のような製造方法により製造することができる。
まず、光源装置用導光体２２０は前述の方法で製造する。次いで、光源装置用導光体２２０の裏面２１４に前述の方法で凹部を設ける（成形工程）。次いで、該凹部に第二光反射層を塗布して裏面側光散乱部２３０を設ける（塗布工程）ことで、導光体２１０を得ることができる。

成形工程における凹部の形状は、凹部の光入射面側の傾斜角度θが上記（１）式を満足していれば特に限定されず、所望する裏面側光散乱部２３０の形状に応じた形状であればよい。即ち、裏面２１４に対する最深部までの距離Ｄ１を有し、境界面２３２で区画された空間であればよい。

前記塗布工程は、成形工程で設けた凹部の少なくとも境界面２３２に第二光反射層を塗布して、散乱反射機能を持つ裏面側光散乱部２３０を形成する工程である。塗布工程における、塗布の方法は特に限定されず、スクリーン印刷、スプレー塗装、コーティング、インクジェット等、公知の印刷又は塗装方法を用いることができる。また、必要に応じ、光源装置用導光体２０と光散乱材との密着性を向上させるために、光源装置用導光体２２０にはコロナ放電処理やプラズマ放電処理等による改質を施してもよい。
凹部に対する第二光反射層の形態は、所望する裏面側光散乱部２３０の光散乱機能に応じて決定することができ、例えば、境界面２３２に第二光反射層を設けてもよいし、凹部全体に光散乱材を充填することで第二光反射層を形成してもよい。
本発明の、導光体２１０は、光源装置用導光体がコア層２６４とコア層２６４の主面である上面と下面の両面に設けられたクラッド層（２２４、２６２）とで構成され、光源装置用導光体２２０内の裏面２１４側に裏面側クラッド層２２４を貫通する裏面側光散乱部２３０が設けられている。このため、入射面２１６から入射した光は、コア層２６４とクラッド層２２４との界面で全反射しながらコア層２６４内を伝播するため、光出射面２１２で発光させる位置以外での漏光を防止できる。また、コア層を伝播してきた光は、裏面側光散乱部２３０に至ると境界面２３２で散乱反射し、あるいは、裏面側光散乱部２３０内で散乱し、裏面側光散乱部２３０近傍で光が散乱した状態となる。そして、光は散乱した状態で光出射面から出射するため、光出射面２１２の垂直（法線）方向を中心として、高い輝度での発光を容易かつ安定に達成することができる。加えて、従来のように、凹部の形状を緻密に制御する必要がなく、光源装置用導光体に設けた凹部に第二光反射層を塗布するという安価かつ簡便な方法で、出射光の出射方向を安定的に制御できる。このため、法線方向を中心に輝度の向上が図れる導光体を生産性よく製造できる。

[第四の実施形態]
図８を用いて本発明の第四の実施形態にかかる導光体を説明する。図８のとおり、導光体２８０は、裏面側光散乱部２３０が設けられた光源装置用導光体２６０の裏面２１４に光散乱層３６０が設けられている。なお、光散乱層３６０を形成する光散乱材は、裏面側光散乱部２３０を形成する光散乱材と同様である。光散乱層３６０を形成する光散乱材は、裏面側光散乱部２３０を形成する光散乱材と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。
光散乱層３６０の厚みｔ５は、光散乱層３６０を形成する光散乱材の種類を勘案して決定することができる。

導光体２８０は、光源装置用導光体２６０の裏面に光散乱層３６０が設けられている。このため、光出射面２１２からの漏光を防ぐと共に、裏面２１４からの漏光を最小限とし、光入射面２１６から入射した光を有効利用することができる。

第四の実施形態では、裏面の全面に光散乱層が設けられているが、本発明はこれに限られず、光散乱層は裏面の任意の場所に部分的に設けられていてもよい。光散乱層を裏面に部分的に設ける場合には、少なくとも光出射面の発光位置の裏面に設けることが好ましい。このように必要な大きさの光散乱層を必要な位置にだけ設けることで、光出射面側光散乱部又は裏面側光散乱部で散乱した光の裏面からの漏光を防ぐと共に、光散乱層の面積を最小限にできるため、製造コストの低減が図れる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で種々の変更が加えられても構わない。例えば、第一〜第四の実施形態では、光源装置用導光体の側面の１つを光入射面としているが、側面の２以上を光入射面としてもよい。

以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図９に本実施例で作製したサンプルの概略図を示す。
コア層にはアクリル樹脂（アクリペットＶＨ０００、屈折率ｎ１＝１．４９、三菱レイヨン株式会社製）を用い、クラッド層にはフッ化ビニリデン共重合体（ＫＹＮＡＲ７２０、屈折率ｎ２＝１．４２、アルケマ株式会社製）を用いた。幅１２００ｍｍのＴダイを持つ共押出シート製造装置を用いて、クラッド層／コア層／クラッド層の三層構造の積層体を幅９８０ｍｍ、厚み３００μｍに成形した。成形した積層体のクラッド層の厚みを測定したところ、上面側、下面側共に５μｍであった。積層体の全体の厚みは３００μｍであった。この積層体の片面に光反射層を設けた後、幅１１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの矩形に切り出し、光源装置用導光体７００を作製した。前記光反射層は、白色のスクリーン印刷インキ（＃２５００ １２０ホワイト、株式会社セイコーアドバンス製）をスクリーン印刷機により均一に塗装して形成した。この導光体７００の光出射面７１４の入光端面から１５０ｍｍの位置に、キーエンス社製 ＣＯ２レーザーマーカー ＭＬ−Ｚ９５２０Ｔを用いてレーザーエッチングを施し、凹部７７０を設けた。レーザーエッチングのパターンは、導光体７００の光入射面７１２に平行なライン形状とし、長さ５ｍｍのパターンを１本設けた。得られた凹部７７０の形状をレーザー共焦点顕微鏡（オリンパス社製 レーザー共焦点顕微鏡 ＯＬＳ−３０００）で評価したところ、幅２８２μｍ、深さ１３２μｍ、出射面側の傾斜角度が４３°である溝状の凹部が形成されていた。

＜光学評価＞
図１０は、光学評価に用いた測定系の模式図である。光源装置の光学特性は、下記の方法により評価した。定電流電源８４０により２０ｍＡで発光させた光源８２０（日亜化学工業社製 ＬＥＤ ＮＳＳＷ０２０ＢＴ ５個使用）を被測定用の導光体の光入射面８１２に配置し、輝度計８５０（TOPCON社製 輝度計ＢＭ−７）を用い、光出射手段を設けた部位を中心とした視野角２°のエリアの出射面から出射される光の法線方向（０°方向）の輝度、および導光方向と平行で導光体面に垂直な面の−９０°から９０°までの出射光角度における輝度分布を測定した。

（比較例１）
導光体表面に光反射層を設けず、反射シートを用いたこと以外は実施例１と同じ構成の導光装置用導光体を用い、実施例１と同様の方法で測定を行った。ただし、反射シートとして、東レ社製 Ｌｕｍｉｒｒｏｒ Ｅ２０を用いた。
各導光体の法線方向の輝度測定結果を表１に、出射光角度における輝度分布測定結果を図１１に示す。

図１１は第一の光出射機構での輝度分布を示すグラフであり、横軸が出射光の角度、縦軸がその角度における輝度を示しており、光出射機構から見て光入射面８１２の方向を−（マイナス）、その反対方向を＋（プラス）で示している。比較例１では、法線方向の輝度が３０１．３ｃｄ／ｍ^２、出射光のピークが法線方向から６４°の方向にずれているのに対し、実施例１では出射光のピークが法線方向とほぼ一致しており、法線方向の輝度が３９２．４ｃｄ／ｍ^２と、比較例１の約１．３倍に改善されていることがわかる。これは、出射機構として設けられた凹部で反射された光が光反射層に到達する際、光反射層が導光体表面に設けられているためロスなく反射されたことに加え、光反射層として用いた白色インクにより散乱したことにより、出射光の指向性が弱められた結果である。
以上の結果から、本発明に記載の導光体を用いることにより、光源装置に組み込んだ際に、特定の位置で高い輝度の発光ができるとともに、反射シートの機能を一体化した組立作業性が良好な光源装置用導光体を提供することができることが示された。

（実施例２）
図１２は、本実施例で作製した光源装置用導光体の模式図である。図１２に示すように、導光体６００は、光源装置用導光体６１０の光出射面と反対側の裏面６０６に３本の平行なライン形状を一組とする第一の光出射機能６１２、第二の光出射機能６１４、第三の光出射機能６１６が形成されている。

＜導光体の製造＞
実施例１と同様の方法で、クラッド層／コア層／クラッド層の三層構造の積層体を成形した。この積層体を幅１１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの長方形状に切り出し、光源装置用導光体６１０を作製した。
光源装置用導光体６１０の光出射面と反対側の裏面６０６に、光入射面６０２から第一の光出射機構６１２、第二の光出射機構６１４、第三の光出射機構６１６の端部までの距離がそれぞれ、Ｌ４：５０ｍｍ、Ｌ５：１５０ｍｍ、Ｌ６：２５０ｍｍとなるように、前述のＣＯ_２レーザーマーカーを用い、ライン形状のレーザーエッチングを施し、凹部を設けた。レーザーエッチングのパターンは、光源装置用導光体６１０の長手方向（入射光の導光方向）に平行な長さ５ｍｍのライン形状を２．５ｍｍ間隔で３本平行に設けた。得られたエッチング溝の形状をレーザー共焦点顕微鏡ＯＬＳ−３０００（オリンパス株式会社製）で評価した結果を表２に示す。表２に示すように、全てのエッチング溝において、光入射面側の傾斜角度が式（１）を満足しており、光入射面６０２から離れるに従って、裏面６０６に対するその最深部が深くなっている。

次いで、スクリーン印刷機を用い、光散乱材としてスクリーン印刷インキ（＃２５００ １２０ホワイト、株式会社セイコーアドバンス製）をエッチング溝が設けられた光源装置用導光体９１０の裏面の全面に均一に塗布し、エッチング溝に光散乱材を充填すると共に、厚み１０μｍの光反射層６４０を形成し、導光体６００を製造した。こうして、光源装置用導光体６１０に裏面側光散乱部である第一の光出射機構６１２、第二の光出射機構６１４及び第三の光出射機構６１６が設けられた導光体６００を得た。

＜法線輝度及び輝度分布の測定＞
輝度分布の測定方法について、図１２、１３を用いて説明する。図１２、１３のように光入射面６０２に、定電流電源６３０により２０ｍＡで駆動される光源６２０（ＬＥＤ ＮＳＳＷ０２０ＢＴ、日亜化学工業株式会社製）５個を配置した。導光体６００の第一の光出射機構６１２を中心に、光出射面６０４の法線方向に輝度計６５０（輝度計ＢＭ−７Ａ、株式会社トプコンテクノハウス製）を配置した。次いで、光源６２０で発光させた光を光入射面６０２から導光体６００に入射した。そして、光源６２０から最も近くに位置する第一の光出射機構６１２を中心とした視野角２°のエリアの光出射面６０４から出射される光の法線方向（０°方向）の輝度（法線輝度）、及び、導光方向と平行で導光体６００面に垂直な面の−９０°から９０°までの出射光角度における輝度分布を測定した。第二の光出射機構６１４、第三の光出射機構６１６についても、第一の光出射機構６１２と同様に、法線輝度を測定した。得られた法線輝度の測定結果を表３に示し、輝度分布の測定結果を図１４に示す。

（比較例２）
光散乱材を光源装置用導光体６１０の裏面６０６に塗布しなかった以外は、実施例２と同様にして導光体を製造した。即ち、第一の光出射機構６１２、第二の光出射機構６１４及び第三の光出射機構６１６は、光散乱材が塗布されていないエッチング溝とした。得られた導光体について、実施例２と同様にして法線輝度及び輝度分布を測定した。得られた法線輝度の測定結果を表３に示し、輝度分布の測定結果を図１４に示す。なお、本比較例に用いた導光体のエッチング溝の形状は、実施例２における導光体６００と同じである（表２参照）。また、法線輝度、輝度分布の測定に当たっては、導光体の裏面に反射シート（Ｌｕｍｉｒｒｏｒ Ｅ２０、東レ株式会社製）を、配置した。

表３の結果のとおり、実施例２では、光出射面のいずれの位置においても、法線輝度が９６．２〜１３２．３ｃｄ／ｍ^２であった。これに対し、比較例２では、法線輝度が３２．１〜４１．６ｃｄ／ｍ^２であった。このことから、光散乱材を充填した光出射機構を設けることで、法線輝度の向上が図れることが判った。
図１４は第一の光出射機構での輝度分布を示すグラフであり、横軸が出射光の角度、縦軸がその角度における輝度を示しており、光出射機構から見て光入射面８１２の方向を−（マイナス）、その反対方向を＋（プラス）で示している。図１４に示すように、実施例２では出射光のピークが法線方向とほぼ一致しているのに対し、比較例２では、出射光のピークが法線方向から６８°の方向にずれているため、法線方向の輝度が低くなっていた。このことから、実施例２では、法線輝度が大幅に向上していることが判った。

本発明の導光体は、導光性能を低下させることなく導光体と反射シートを一体化することができるので、光源装置の輝度向上と、光源装置の組立作業の簡素化を図ることが可能になる。また、簡便な方法で、生産性よく、安価に、出射光の出射方向を制御し、光出射面の輝度を向上することに適用可能である。

１０、１００、２１０、２２０、２６０、２８０、４００、６００ 光源装置用導光体
１２、１１２、２１６、６０２ 光入射面
１４、１１４、２１２、６０４ 光出射面
２０、１２０、２６４ コア層
３０、１３０、２２４、２６２ クラッド層
４０ 光反射層
７０ 凹部
２３０ 光散乱部
２３２ 境界面
４６０、６４０ 光散乱層
４７０ 光出射手段
６１２、６１４、６１６ 光出射機能

Claims (8)

1. 屈折率ｎ_１の透明樹脂からなるコア層と、その両面に設けられ前記コア層の屈折率ｎ_１より低い屈折率ｎ_２を持つクラッド層とを有し、一方のクラッド層の表面には光を散乱反射する光反射層が設けられ、他方のクラッド層の表面は光出射面とされており、前記一方のクラッド層の表面および前記他方のクラッド層の表面の少なくとも一方から、前記クラッド層を貫通し前記コア層に達する凹部が設けられている光源装置用導光体であって、
   前記光出射面および前記光反射層が設けられる面に略垂直である、少なくとも一つの側端面が光入射面とされ、前記凹部は、前記光出射面に設けられており、前記凹部の前記光入射面側の傾斜角度θが、下記（１）式を満たすことを特徴とする、光源装置用導光体。
   θ≦９０＋ｃｏｓ ^−１ （ｎ _２ ／ｎ _１ ）−ｓｉｎ ^−１ （１／ｎ _１ ） ・・・（１）式
2. 前記光反射層は、前記凹部で反射した光を反射する位置に設けられている、請求項１に記載の光源装置用導光体。
3. 屈折率ｎ _１ の透明樹脂からなるコア層と、その両面に設けられ前記コア層の屈折率ｎ _１ より低い屈折率ｎ _２ を持つクラッド層とを有し、一方のクラッド層の表面には光を散乱反射する光反射層が設けられ、他方のクラッド層の表面は光出射面とされており、前記一方のクラッド層の表面および前記他方のクラッド層の表面の少なくとも一方から、前記クラッド層を貫通し前記コア層に達する凹部が設けられている光源装置用導光体であって、
   前記光出射面および前記光反射層が設けられる面に略垂直である、少なくとも一つの側端面が光入射面とされ、前記光反射層が設けられる面に前記凹部が設けられており、前記凹部の内部に、第二光反射層が設けられることを特徴とする、光源装置用導光体。
4. 前記凹部の前記光入射面側の傾斜角度θが、下記（２）式を満たすことを特徴とする、請求項３に記載の光源装置用導光体。
   θ≦９０＋ｃｏｓ^−１（ｎ_２／ｎ_１）−ｓｉｎ^−１（１／ｎ_１） ・・・（２）式
5. 前記光反射層は、前記一方のクラッド層の表面全体を覆うように設けられていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の光源装置用導光体。
6. 前記光反射層は、白色の塗装膜であることを特徴とする、請求項５に記載の光源装置用導光体。
7. 前記凹部は、前記光入射面から離れるに従って、深さが大きくなることを特徴とする、請求項１または３に記載の光源装置用導光体。
8. 前記凹部は、前記光入射面から離れるに従って、隣接する前記凹部との距離が短くなることを特徴とする、請求項１または３に記載の光源装置用導光体。

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