JP5617212B2 - 導光板、導光板の製造方法及びバックライトユニット - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）に用いられる導光板、導光板の製造方法及びバックライトユニットに関する。

液晶ディスプレイは、２枚の透明基板（液晶パネル）の間に液晶が封入された構造を有する表示装置である。この液晶パネル内の液晶に電圧が印加されると、液晶分子の向きが変わって光透過率が変化し、所望の映像が光学的に表示される。ここで、液晶パネル内の液晶はそれ自体が自発光しないため、液晶ディスプレイには液晶パネルの背面側から光を供給するバックライトユニットが備えられている。

バックライトユニットは、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等を光源として備え、平板状導光板（以下、導光板という）を介して液晶パネルの背面側から全面に亘って均一かつ安定した照明光を照射するものである。バックライトユニットには、導光板の背面に光源を配置する直下型方式と、導光板の側面に光源を配置するエッジライト（サイドライト）方式があるが、この中でも薄型化が可能なエッジライト方式は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）、ノートパソコン等の分野に数多く用いられている。

エッジライト方式のバックライトユニットでは、側面から導光板に入射した光がスネルの法則（屈折の法則）に従って反射・屈折を繰り返すため、その光を任意の方向に制御することが容易ではない。そこで、特許文献１に記載された導光板は、光の出射面（正面）側に多数の円柱体を規則的に配列し、当該円柱体と、円柱体間の空気層とでフォトニック結晶を形成する構成とした。また、光の反射面（背面）側に、入射面（側面）から入射した光を当該円柱体に導くための多数のＶ字状の溝を形成する構成とした。

このような構成を有する導光板は、導光板内に入射した光を多数のＶ字状の溝で反射し、円柱体と空気層とからなるフォトニック結晶に導くことで、光に指向性を持たせて任意の方向に制御することができた。なお、フォトニック結晶とは、屈折率の異なる媒質を交互に周期的に配列した多次元周期構造体であり、媒質同士の屈折率差と構造の周期性を調整することによって、光の進行方向（伝搬）を制御することができるものをいう。

特開２００８−１４０６８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された導光板は、導光板に入射した光が導光板の外部に漏出することで発光効率が低下するという問題があった。すなわち、特許文献１に記載された導光板は、周囲の面（入射面及び出射面以外の面）を反射シート等の反射材で覆うことで、導光板外部に透過した光を導光板内に再入射させる構成を有している。しかし、導光板とその周囲の反射材の間には、わずかな空気層（隙間）が形成されているため、導光板に入射した光が一旦導光板外部に透過すると、その空気層によって光エネルギーが減少することになる。従って、導光板の周囲の面を反射材で覆ったとしても、入射した光の全てを導光板内部に再入射させることができず、発光効率が悪かった。

本発明はこのような背景のもとになされたものであり、導光板に入射した光が導光板外部に漏出することを防止することで発光効率を向上させた導光板、導光板の製造方法及びバックライトユニット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に係る導光板は、エッジライト方式のバックライトユニット用の、一方の側面を入射面とし、前記入射面から入射した光を背面の主反射面で反射して、前記主反射面と対向する正面の出射面から出射する平板状の導光板であって、前記導光板の前記主反射面と、前記導光板の他方の側面と、前記他方の側面に隣接する左右の側面と、に沿って、前記導光板の内部にフォトニック結晶が形成され、前記出射面に沿った領域には前記フォトニック結晶が形成されず、前記フォトニック結晶は、複数の空孔が、前記入射面から入射する光の波長以下の所定の周期で多次元に配列されることで形成され、前記空孔の形状は、球形または擬似球形のいずれかであり、前記導光板は、前記一方の側面から前記他方の側面に向かって厚みが薄くなるように形成された構成とする。

このような構成を備える導光板は、導光板の主反射面に、フォトニック結晶が形成されているため、導光板内部に入射した光は当該フォトニック結晶により全反射される。従って、導光板内部の光が導光板の背面を越えて外部に漏出することがない。なお、全反射とは、屈折率の大きい媒質から小さい媒質に光が入射する際に、その光が媒質の境界面を透過せずに、全て反射する現象のことをいう。
また、導光板の他方の側面と、他方の側面に隣接する左右の側面と、に沿ってフォトニック結晶が形成されているため、導光板内部に入射した光は当該フォトニック結晶により全反射される。従って、導光板内部の光が導光板の側面を越えて外部に漏出することがない。
更にまた、フォトニック結晶が複数の空孔が所定の周期で多次元に配列されて形成され、かつ、その形状が三次元形状である球形または擬似球形であるため、三次元のあらゆる角度で入射する光を全反射することができる。

また、本発明に係る導光板は、前記導光板の前記入射面において光源が当接する位置以外の当該入射面の位置に、前記フォトニック結晶が形成されることが好ましい。

このような構成を備える導光板は、導光板の入射面において光源が当接する位置以外の入射面の位置に、フォトニック結晶が形成されているため、導光板内部に入射した光は当該フォトニック結晶により全反射される。従って、導光板内部の光が入射面を越えて外部に漏出することがない。

さらに、本発明に係る導光板の製造方法は、請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット用の導光板の製造方法であって、透光性材料を加熱溶融するとともに、加圧しながら金型に充填し、前記導光板の素板を成形する工程と、前記導光板の素板の内部の前記主反射面、前記他方の側面、及び前記左右の側面となる位置にレーザー光を照射し、当該照射部位における光の屈折率を変化させて前記フォトニック結晶を形成する工程と、を有する構成とする。

このような構成を備える導光板の製造方法は、透光性材料を射出成形して導光板の素板を成形し、その導光板内部のフォトニック結晶を形成したい位置に焦点を合わせながらレーザー光を照射することで、当該照射部位の屈折率を変化させることができる。したがって、導光板の所望の部位にフォトニック結晶を容易に形成することができる。

また、本発明に係るバックライトユニットは、液晶パネルの背面側から光を供給するバックライトユニットであって、請求項１または請求項２に記載の導光板と、前記入射面に対向して配設される光源と、前記光源を包囲するように配設されるとともに、前記光源からの光を前記導光板の内部に向って反射するリフレクタと、前記出射面に対面して配設された拡散シートと、を備える構成とする。
また、本発明に係るバックライトユニットは、前記導光板の前記主反射面の外側に、反射シートを設けることが好ましい。

このような構成を備えるバックライトユニットは、光を反射するフォトニック結晶が内部に形成された導光板を備えている。従って、導光板に入射した光が導光板外部に漏出することがなく、液晶パネルに対して光を効率良く供給することができる。
また、反射シートを設けた場合は、エバネッセント場が発生した場合も、反射シートによってその光を導光板内部に再入射させることができる。

本発明に係る導光板によれば、導光板内部の主反射面にフォトニック結晶が形成されているため、当該光が導光板外部に漏出することを防止することができる。従って、導光板の発光効率を高めることができる。

また、本発明に係る導光板の製造方法によれば、導光板内部に焦点を合わせてレーザー光を照射することによって、導光板内部に入射した光を全反射する機能を有するフォトニック結晶を容易に形成することができる。そして、当該フォトニック結晶によって光が外部に漏出することを防止することができる。従って、従来の導光板と比較して発光効率が向上した導光板を容易に製造することができる。

本発明に係るバックライトユニットによれば、光を全反射する機能を有するフォトニック結晶が内部に形成された導光板を備えているため、光が導光板外部に漏出することを防止することができる。従って、バックライトユニットの発光効率を高めることができる。

実施形態に係るバックライトユニットの構成について、一部を省略及び分解して示す側面断面図である。 実施形態に係る導光板の構成を示す図であり、（ａ）は、導光板の正面図、（ｂ）は、導光板の側面図、（ｃ）は、導光板の側面を示す図２（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。 実施形態に係る導光板におけるフォトニック結晶の具体的構成を示す断面図であり、（ａ）は、図２（ｃ）のＡ部拡大図、（ｂ）は、図２（ｃ）のＢ部拡大図である。 実施形態に係るバックライトユニットに入射した光の進行の様子を示す概略図である。 実施形態に係る導光板の製造工程を示すフローチャートである。 実施形態に係る導光板の変形例を示す図であり、（ａ）は、フォトニック結晶を構成する屈折率変化部を板厚方向に３つずつ千鳥格子状に形成した導光板を示す拡大図、（ｂ）は、フォトニック結晶を構成する屈折率変化部を板厚方向に２つずつ形成した導光板を示す拡大図、（ｃ）は、フォトニック結晶を構成する屈折率変化部を板厚方向に１つずつ形成した導光板を示す拡大図である。 実施形態に係るバックライトユニットの変形例を示す図であり、（ａ）は、バックライトユニットの側面断面図、（ｂ）は、一部を省略したバックライトユニットの正面図である。

本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、実施形態に係るバックライトユニット１００は、内部にフォトニック結晶５が形成された導光板１０と、光源２０と、反射シート３０と、拡散シート４０と、リフレクタ５０と、を主な構成として備えている。なお、以下に参照する図面では、フォトニック結晶５の縮尺を大きくすることで誇張して示す。

導光板１０は、入射面１から入射した光Ｆを出射面３から出射するものである。導光板１０は、図１及び図２（ａ）に示すように、透光性材料からなる略平板状の部材であり、平滑な６つの面を有する６面体である。すなわち、導光板１０は、一方の側面に位置する入射面１と、底面に位置する主反射面２と、底面と対向する正面に位置する出射面３と、一方の側面と対向する他方の側面に位置する第１副反射面４ａと、一方の側面と隣接する左右の側面に位置する第２副反射面４ｂ及び第３副反射面４ｃと、を有している。以下、各面について詳細に説明する。

入射面１は、光源２０から照射された光Ｆを、導光板１０内部に取り込むための面である。入射面１は、図２（ａ）に示すように、導光板１０における一方の側面に位置する。

主反射面２は、入射面１から入射した光Ｆを主に反射するための面である。主反射面２は、図２（ａ）に示すように、導光板１０の広面となる背面に位置する。また、主反射面２が位置する背面には、後記するようにフォトニック結晶５が形成されている。なお、フォトニック結晶５についての詳細は後記する。

出射面３は、導光板１０内部の光Ｆを出射するための面である。出射面３は、図２（ａ）に示すように、導光板１０における主反射面２に対向する正面に位置する。

第１副反射面４ａは、入射面１から入射した光Ｆを補助的に反射するための面である。第１副反射面４ａは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、導光板１０における入射面１に対向する他方の側面に位置する。また、第１副反射面４ａが位置する他方の側面には、後記するようにフォトニック結晶５が形成されている。

第２副反射面４ｂ及び第３副反射面４ｃは、入射面１から入射した光Ｆを補助的に反射するための面である。第２副反射面４ｂ及び第３副反射面４ｃは、図２（ａ）に示すように、導光板１０における第１副反射面４ａに隣接する左右の側面に位置する。また、第２副反射面４ｂ及び第３副反射面４ｃが位置する左右の側面には、後記するようにフォトニック結晶５が形成されている。

このような構成を備える導光板１０は、光源２０から照射された光Ｆを入射面１で取り込んだ後、主反射面２と、出射面３と、第１副反射面４ａと、第２副反射面４ｂと、第３副反射面４ｃと、の間で反射させながら、その内部の隅々まで光Ｆを導光する。そして、出射面３に対して光Ｆがなす角度が臨界角を超えると、その光Ｆは出射面３を透過して導光板１０外部に面状に出射することになる。なお、臨界角とは、屈折率の大きい媒質から小さい媒質に光が入射する際に、全反射が起きる入射角のことをいう。

導光板１０を構成する透光性材料は、光を透過する素材であれば特に限定されず、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリルスチレン、ポリ塩化ビニル等の透明樹脂、またはガラス等が挙げられる。また、導光板１０を構成するこれらの透光性材料の光の透過率は、導光板１０の発光効率を向上させるために、光源２０から照射される光Ｆの波長領域において、８５％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。

導光板１０の形状は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、一方の側面である入射面１から、他方の側面である第１副反射面４ａの側に近づくにつれて、徐々に厚みが薄くなるように形成することが好ましい。導光板１０をこのような形状に形成することで、光源２０から照射された光Ｆが、出射面３に対して全反射する角度（臨界角）で導光板１０内部に入射し易くなる。すなわち、導光板１０内部に入射した光Ｆを、その内部の隅々にまで導光することができ、厚さを均一にする場合と比較して、導光板１０の輝度をより向上させることができる。

以下、図１を参照しながらバックライトユニット１００の残りの構成について説明する。
光源２０は、バックライトユニット１００における光の供給源である。本実施形態では、図１に示すように、光源２０の一例として冷陰極蛍光ランプを用いているが、光源２０は、導光板１０に対して光を供給しうるものであれば特に限定されない。従って、冷陰極蛍光ランプ以外にも、発光ダイオード、熱陰極管（ＨＣＦＬ）及びエレクトロルミネセンスパネル（ＥＬＰ）等を用いることができる。なお、光源２０は、３００〜５００ｎｍの波長の光を照射するように構成することが好ましい。

光源２０は、図１に示すように、実施形態に係るバックライトユニット１００においては、導光板１０の入射面１に対向するように配設される。また、バックライトユニット１００に配設される光源２０の数は単数でも複数でもよく、導光板１０の大きさやバックライトユニット１００の用途に従って適宜調整される。

反射シート３０は、導光板１０の主反射面２を透過した光を、導光板１０外部から反射、あるいは乱反射し、導光板１０内部に再入射させる部材である。反射シート３０は、図１に示すように、薄いシート状の部材である。反射シート３０の素材としては、光を反射する素材であれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂に酸化チタン等の白色材料を混入した薄板状シート、熱可塑性樹脂にアルミニウム等を金属蒸着した薄板状シート、金属箔を積層したシート、あるいはシート状金属等が挙げられる。

反射シート３０は、図１に示すように、実施形態に係るバックライトユニット１００においては、主反射面２に対面するように配設される。また、反射シート３０は、主反射面２に接着固定しても、あるいは、他の部材を用いて主反射面２に固定してもよい。なお、反射シート３０は、振動や衝撃等によっても剥離しないように主反射面２に強固に固定されているため、導光板１０内の光が反射シート３０を超えて外部に漏出することはない。

ここで、図１に示すように、主反射面２に沿ってフォトニック結晶５が形成されており、導光板１０内部に入射した光は、このフォトニック結晶５によって出射面３の方向に全反射される。従って、バックライトユニット１００に反射シート３０を配設しない構成としても、導光板１０外部への光の漏出を防止するという本発明の課題は解決することができる。

しかし、フォトニック結晶５が光を全反射すると、エバネッセント場が発生してわずかな光がフォトニック結晶５を透過してしまう可能性がある。ここで、エバネッセント場とは、光の反射現象において、特定の条件下で反射する媒体の内部に光が透過してしまう現象のことをいう。従って、導光板１０の外側にさらに反射シート３０を設けることで、このようなエバネッセント場が発生した場合も、反射シート３０によってその光を導光板１０内部に再入射させることができる。すなわち、導光板１０内部の光の漏出をより有効に防止することができる。

拡散シート４０は、導光板１０の出射面３から出射した光を散乱・拡散させて均一に分布させるためのものである。拡散シート４０は、図１に示すように、薄いシート状の部材である。拡散シート４０の素材としては、光を均一に分布しうる素材であれば特に限定されず、例えば、光拡散物質がコーティングされたフィルム、乳白色の樹脂フィルム等が挙げられる。

拡散シート４０は、図１に示すように、実施形態に係るバックライトユニット１００においては、出射面３に対面するように配設される。また、拡散シート４０は、出射面３に接着固定しても、あるいは、他の部材を用いて出射面３に固定してもよい。実施形態に係るバックライトユニット１００は、このような拡散シート４０を備えることにより、輝度分布を滑らかにすることができる。

リフレクタ５０は、反射率の高い部材で形成された部材であり、光源２０から照射された光を導光板１０内部に向かって反射して、導光板１０内部に入射させるための部材である。リフレクタ５０は、図１に示すように、シート状部材がＵ字状に折り曲げられた形状をなしている。リフレクタ５０の素材としては、光を反射する素材であれば特に限定されず、例えば、白色の絶縁性材料からなるシート、アルミニウム等を金属蒸着したシート等が挙げられる。

リフレクタ５０は、図１に示すように、実施形態に係るバックライトユニット１００においては、光源２０の周囲を覆うように配設される。実施形態に係るバックライトユニット１００は、このようなリフレクタ５０を備えることにより、光源２０から導光板１０以外の方向に照射された光を、導光板１０の方向に反射することができる。

次に、図３を参照して、フォトニック結晶５について詳細に説明する。
フォトニック結晶５は、屈折率の異なる媒質が交互に所定の周期で配列された多次元周期構造体である。このようなフォトニック結晶５においては、前記したスネルの法則が成立せず、通常の光学材料を用いたレンズやプリズム等の光学部品では実現不可能な光の屈折・反射が現れる。

また、フォトニック結晶５は、所定の波長の光が伝播できない「フォトニックバンドギャップ（光の禁止帯）」を形成し、そのバンド内には光が存在、あるいは進行することができなくなる。すなわち、フォトニック結晶５に向って進む光は、当該フォトニック結晶５を透過することができず、全て全反射されることになる。従って、フォトニック結晶５を、導光板１０内における光の進行を防止したい部位に形成することで、その部位に進行する光を全反射することが可能となる。

フォトニック結晶５は、図３（ａ）に示すように、屈折率の異なる２種類の媒質、すなわち屈折率変化部５ａと、屈折率未変化部５ｂと、が光源２０から照射される光の波長と同等以下の周期で交互に配列されることで形成される。そして、実施形態に係る導光板１０は、主反射面２と、第１副反射面４ａと、第２副反射面４ｂと、第３副反射面４ｃと、が位置する各面に沿ってフォトニック結晶５が形成されている。

なお、本実施形態における屈折率とは、真空を１．０とした物質固有の絶対屈折率のことを指している。また、一方の媒質（物質）の屈折率が他方の媒質（物質）の屈折率よりも高いとは、媒質に対する入射角度が同じ場合において、一方の媒質中を進む光の速度が他方の媒質中を進む光の速度よりも遅いことを意味している。

屈折率変化部５ａは、導光板１０を構成する物質よりも屈折率が低い部分であり、真空状態の空孔で構成された部分である。屈折率変化部（空孔）５ａは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、導光板１０内部において、背面と、他方の側面と、に沿って形成されている。また図示は省略したが、屈折率変化部５ａは、導光板１０内部において、他方の側面に隣接する左右の側面にも形成されている。この屈折率変化部５ａは、後記するように、導光板１０の各面に沿って所定パルス幅のレーザー光を照射し、当該照射部位の屈折率を低下させることで、形成することができる。

屈折率未変化部５ｂは、導光板１０を構成する物質と屈折率が同じ部分であり、導光板１０と同じ物質で構成された部分である。すなわち、屈折率未変化部５ｂは、フォトニック結晶５において、屈折率変化部５ａと、これと隣接する屈折率変化部５ａとの間に位置する部分であり、後記するレーザー光が照射されていない部分である。従って、屈折率未変化部５ｂは、レーザー光によって屈折率が低下した前記屈折率変化部５ａと比較して屈折率が相対的に高く形成されている。

ここで、屈折率変化部５ａの径と、屈折率変化部５ａの配列間隔（屈折率未変化部５ｂの幅）は、光源２０が照射する光の波長を加味して決定される。すなわち、屈折率変化部５ａの径及び配列間隔は、光源２０が照射する光の波長と同等とすることが好ましく、光源２０が照射する光の波長以下とすることがさらに好ましい。従って、例えば光源２０が照射する光の波長を５００ｎｍとすると、屈折率変化部５ａの径及び配列間隔は５００ｎｍとすることが好ましく、４００ｎｍとすることがより好ましい。

屈折率変化部５ａの径及び配列間隔をこのような範囲とすることにより、導光板１０の内部にフォトニック結晶５を容易に形成することができる。なお、屈折率変化部５ａの径及び配列間隔が、光源２０が照射する光の波長よりも２倍程度大きい場合であっても光を反射する領域としては機能するものの、これらを光源２０の光の波長以下とすることで、光をより完全に反射するフォトニック結晶５を形成することができる。

屈折率変化部５ａ（空孔）は、図３（ｃ）に示すように球形に形成することが好ましい。このように屈折率変化部５ａを球形に形成することにより、三次元のあらゆる角度から入射する光を制御することができる。また、屈折率変化部５ａは、平面視した場合の形状が楕円球形等である擬似球形に形成することもでき、この場合も前記球形と同様の効果を奏する。なお、屈折率変化部５ａの形状を球形または擬似球形にするには、後記するフォトニック結晶５を導光板１０内に形成する工程において、レーザー光の照射条件を適宜調整すればよい。

屈折率変化部５ａ（空孔）は、図３（ａ）に示すように、導光板１０の板厚方向に３つずつ等間隔に配列することが好ましい。このように、屈折率変化部５ａを所定の個数及び間隔で形成することにより、入射面１から入射した光の外部への漏出を効果的に防止することができる。

なお、フォトニック結晶５は、導光板１０の各面と、一つ目の屈折率変化部５ａとの距離が、０．１〜１．０ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜０．５ｍｍとなるように、導光板１０内部に形成することが好ましい。フォトニック結晶５をこのような位置に形成することで、導光板１０内に入射した光を、導光板１０内部の最も外側で反射させることができる。従って、光Ｆが導光板１０内部を反射する角度を調整することができ、発光効率を向上させることができる。

このように、実施形態に係る導光板１０は、主反射面２と、第１副反射面４ａと、第２副反射面４ｂと、第３副反射面４ｃと、に沿ってフォトニック結晶５が形成されている。ここで、フォトニック結晶５は、前記した「フォトニックバンドギャップ」により、あらゆる角度から入射する光Ｆを全反射する機能を有している。従って、このように導光板１０内部における光が漏れやすい部位にフォトニック結晶５を形成することにより、入射面１から入射した光が外部に漏出することを防止することができる。

次に、図４を参照して、実施形態に係るバックライトユニット１００の動作及び機能について詳細に説明する。なお、ここでは、バックライトユニット１００に反射シート３０を配設した場合を例にとって説明する。

まず光源２０が点灯すると、照射された光Ｆ_１は入射面１から導光板１０内部に入射する。導光板１０内部に入射した光Ｆ_１は、主反射面２及び第１副反射面４ａのフォトニック結晶５と、出射面３との間で全反射を繰り返しながら導光板１０内部を進行する。

なお、図４における光Ｆ_２のように、前記したエバネッセント場が原因で光Ｆ_２がフォトニック結晶５を透過した場合でも、その光Ｆ_２は反射シート３０によって出射面３側に反射される。従って、フォトニック結晶５及び反射シート３０を配設することで、導光板１０内の光Ｆ_１及び光Ｆ_２は、導光板１０の主反射面２及び第１副反射面４ａから外部に漏出することがない。

光Ｆ_１及び光Ｆ_２は、出射面３に対する全反射の臨界角を超えると、出射面３から導光板１０外部に面状に出射される。またその際、光Ｆ_１及び光Ｆ_２は、拡散シート４０によって均一な光となるように調整される。そして、光Ｆ_１及び光Ｆ_２は、バックライトユニット１００と対向するように配設された図示しない液晶パネルに供給されることになる。

このように、実施形態に係るバックライトユニット１００は、光Ｆ_１及び光Ｆ_２を全反射する機能を有するフォトニック結晶５が内部に形成された導光板１０を備えることで、導光板１０内部に入射した光Ｆ_１及び光Ｆ_２が導光板１０外部に漏出することを防止することができる。従って、バックライトユニット１００の発光効率を高めることができる。

また、実施形態に係るバックライトユニット１００は、導光板１０外部に加工を施さないため、導光板１０の各面が平滑に形成されている。従って、導光板１０を覆う部材（反射シート３０、拡散シート４０等）も平滑に形成することで、振動や衝撃等による導光板１０表面の傷つきを防止することができる。そして、導光板１０表面の傷つきを原因とするバックライトユニット１００の発光ムラや発光にじみを防止することができる。

次に、実施形態に係る導光板１０の製造方法について、詳細に説明する。図５に示すように、実施形態に係る導光板１０の製造方法は、大きく４つの工程に分類することができる。第１工程は、透光性材料を加熱・溶融する工程である（ステップＳ１）。ここで、透光性材料としては、前記したようにアクリル等の透明樹脂を用いる。また、加熱・溶融の際の条件については、導光板１０を製造する際に一般的に用いられる条件を用いる。

第２工程は、加熱・溶融した透光性材料を、金型に圧力を加えながら充填する工程である（ステップＳ２）。このように、透光性材料を金型で射出成形することよって、平板状の導光板１０の素板を容易に製造することができる。なお、金型に加える圧力等の条件は、導光板１０を製造する際に一般的に用いられる条件を用いる。

第３工程は、透光性材料を冷却・固化し、導光板１０の素板を金型から取り出す工程である（ステップＳ３）。また、第４工程は、導光板１０の素板の内部にレーザー光を照射してフォトニック結晶５を形成する工程である（ステップＳ４）。

ここで、実施形態に係る導光板１０の製造方法は、導光板１０内部にレーザー光を照射して当該照射部位の屈折率を変化させ、フォトニック結晶５を形成することを特徴としている。導光板１０に照射するレーザー光としては、導光板１０を構成する素材の屈折率を変化させるものであれば特に限定されないが、屈折率が変化した領域を連続して形成するには、なるべくエネルギーの高いレーザー光を用いることが好ましい。

このようなレーザー光としては、例えばフェムト秒チタンサファイアレーザー等のフェムト秒レーザーが挙げられる。フェムト秒レーザーを用いることで、短時間で屈折率変化部（空孔）５ａを形成することができる。また、レーザー光によって非熱加工を行なうため、導光板１０に与えるダメージも軽減することができる。

フェムト秒レーザーによる照射条件としては、例えば、パルス幅：１０００ｆｓ（フェムト秒）以下、発振波長：１０６４ｎｍ以下（より好ましくは８００ｎｍ以下）、スポット径：１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、レーザー光の発振方式は、断続的にレーザー光を出すパルスレーザーと、連続的にレーザー光を出すＣＷレーザー（Continuous Wave Laser）と、のどちらの方式でも構わない。

なお、例えば導光板１０に形成する屈折率変化部５ａの径及び配列間隔を８００ｎｍにするには、基本的にはフェムト秒レーザーの発振波長及びスポット径も同じ８００ｎｍに設定する必要がある。但し、導光板１０に形成する屈折率変化部５ａの径及び配列間隔は、使用するフェムト秒レーザー装置の性能に依存する。従って、高性能のフェムト秒レーザー装置を用いることで、設定された発振波長とスポット径よりも、導光板１０の屈折率変化部５ａの径及び配列間隔を小さくすることができる。すなわち、例えばフェムト秒レーザーの発振波長及びスポット径を８００ｎｍとして、屈折率変化部５ａの径及び配列間隔を６００ｎｍ前後に形成することもできる。

本実施形態では、このような高エネルギーのレーザー光を導光板１０内部に照射することで照射部位に空孔（屈折率変化部５ａ）を形成するが、例えば、導光板１０の素材をアクリル樹脂とした場合、その屈折率は約１．４である。一方、レーザー光の照射によって導光板１０内部に形成した空孔は真空であるため、その屈折率は１．０である。従って、レーザー光の照射によって、照射部位の屈折率が約２９％低下していることになる。本実施形態では、前記したようにこのような２種類の媒質の屈折率差を利用して、前記したようなフォトニック結晶５を導光板１０に形成する。

次に、図６を参照して、実施形態に係る導光板１０の変形例について詳細に説明する。なお、図６において、これまで説明したものと同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

第１の変形例に係る導光板１１は、図６（ａ）に示すように、フォトニック結晶７を構成する屈折率変化部（空孔）を板厚方向に３つずつ、千鳥格子状に形成したものである。ここで、千鳥格子状とは、図６（ａ）に示すように、直近の３つの屈折率変化部７ａ，７ｂ，７ｃが略正三角形の頂点となるように、少なくとも三方向に一定のピッチで形成された態様のことをいう。導光板１１内のフォトニック結晶７をこのような配列で構成することにより、導光板１１の出射面３からフォトニック結晶７の最上部までの距離ｌ_２が、前記した第１実施形態に係る導光板１０の出射面３からフォトニック結晶５の最上部までの距離ｌ_１（図３（ａ）参照）よりも長くなる。従って、光Ｆが導光板１１内部を反射する角度を調整することができ、発光効率をさらに向上させることができる。

第２の変形例に係る導光板１２は、図６（ｂ）に示すように、フォトニック結晶８を構成する屈折率変化部（空孔）を板厚方向に２つずつ等間隔で形成したものである。導光板１２内のフォトニック結晶８をこのような配列で構成することにより、導光板１２の出射面３からフォトニック結晶８の最上部までの距離ｌ_３が、前記した図６（ａ）に係る導光板１１の出射面３からフォトニック結晶７の最上部までの距離ｌ_２よりもさらに長くなる。従って、光Ｆが導光板１２内部を反射する角度を調整することができ、発光効率をさらに向上させることができる。また、フォトニック結晶８を板厚方向に２つずつ形成すればよいため、導光板１２の製造工程をより簡略化することができる。

第３の変形例に係る導光板１３は、図６（ｃ）に示すように、フォトニック結晶９を構成する屈折率変化部（空孔）を板厚方向に１つずつ形成したものである。導光板１３内のフォトニック結晶９をこのような配列で構成することにより、導光板１３の出射面３からフォトニック結晶９の最上部までの距離ｌ_４が、前記した図６（ｂ）に係る導光板１２の出射面３からフォトニック結晶８の最上部までの距離ｌ_３よりもさらに長くなる。従って、光Ｆが導光板１３内部を反射する角度を調整することができ、発光効率をさらに向上させることができる。また、フォトニック結晶９を板厚方向に１つずつ形成すればよいため、導光板１２の製造工程をより簡略化することができる。

なお、フォトニック結晶５を構成する屈折率変化部５ａの配置を図６（ａ）、（ｃ）、（ｅ）のようなものにするには、前記した導光板１０の製造方法におけるフォトニック結晶５の作成時において、レーザー光の出力及び照射時間を適時調節すればよい。

次に、図７を参照して、実施形態に係るバックライトユニット１００の変形例について詳細に説明する。なお、図７において、これまで説明したものと同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

変形例に係るバックライトユニット１０１は、前方に対する指向性に優れたＬＥＤを光源２１として備え、当該光源２１が入射面１に当接するように複数配設されているものである。また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、導光板１４内部において、入射面１における光源２１が当接する位置以外の当該入射面１の位置に、フォトニック結晶６０が形成されている。

このような構成を備えるバックライトユニット１０１は、入射面１から導光板１４内部に入射した光が、当該入射面１から外部に漏出することがなくなる。従って、光源２１を覆うリフレクタ５０（図１参照）が不要となり、バックライトユニット１０１の省スペース化、薄型化、軽量化を図ることができる。

なお、バックライトユニット１００は、前記したように、反射シート３０を設けない構成としてもよい。バックライトユニット１００に反射シート３０を設けない構成とすれば、バックライトユニット１００の省スペース化、薄型化、軽量化を図ることができる。

また、フォトニック結晶５は、図２（ｂ）、（ｃ）、図３（ｂ）のように各面に沿って同じ厚さで形成する必要はなく、各面に対して進行する光の量に合わせて、適宜フォトニック結晶５の厚さに差を持たせることもできる。

さらに、フォトニック結晶５における屈折率変化部５ａは、空孔ではなく、導光板１０を構成する素材と屈折率差のあるイオンによって構成することもできる。すなわち、前記した導光板１０の製造工程において、集束イオンビームを走査することで導光板１０内部に屈折率の高い物質のイオンを注入し、フォトニック結晶５を形成することもできる。

１ 入射面
２ 主反射面
３ 出射面
４ａ 第１副反射面
４ｂ 第２副反射面
４ｃ 第３副反射面
５ フォトニック結晶
５ａ 屈折率変化部（空孔）
５ｂ 屈折率未変化部
７ フォトニック結晶
７ａ 屈折率変化部（空孔）
７ｂ 屈折率変化部（空孔）
７ｃ 屈折率変化部（空孔）
８ フォトニック結晶
９ フォトニック結晶
１０ 導光板
１１ 導光板
１２ 導光板
１３ 導光板
１４ 導光板
２０ 光源
２１ 光源（ＬＥＤ）
３０ 反射シート
４０ 拡散シート
５０ リフレクタ
６０ フォトニック結晶
Ｆ 光
Ｆ_１ 光
Ｆ_２ 光
Ｓ１ ステップＳ１
Ｓ２ ステップＳ２
Ｓ３ ステップＳ３
Ｓ４ ステップＳ４
１００ バックライトユニット
１０１ バックライトユニット

Claims (5)

1. 一方の側面を入射面とし、前記入射面から入射した光を背面の主反射面で反射して、前記主反射面と対向する正面の出射面から出射する平板状の導光板であって、
   前記導光板の前記主反射面と、前記導光板の他方の側面と、前記他方の側面に隣接する左右の側面と、に沿って、前記導光板の内部にフォトニック結晶が形成され、前記出射面に沿った領域には前記フォトニック結晶が形成されず、
   前記フォトニック結晶は、複数の空孔が、前記入射面から入射する光の波長以下の所定の周期で多次元に配列されることで形成され、前記空孔の形状は、球形または擬似球形のいずれかであり、
   前記導光板は、前記一方の側面から前記他方の側面に向かって厚みが薄くなるように形成されていることを特徴とするエッジライト方式のバックライトユニット用の導光板。
2. 前記導光板の前記入射面において光源が当接する位置以外の当該入射面の位置に、前記フォトニック結晶が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット用の導光板の製造方法であって、
   透光性材料を加熱溶融するとともに、加圧しながら金型に充填し、前記導光板の素板を成形する工程と、
   前記導光板の素板の内部の前記主反射面、前記他方の側面、及び前記左右の側面となる位置にレーザー光を照射し、当該照射部位における光の屈折率を変化させて前記フォトニック結晶を形成する工程と、
   を有することを特徴とする導光板の製造方法。
4. 液晶パネルの背面側から光を供給するバックライトユニットであって、
   請求項１または請求項２に記載の導光板と、
   前記入射面に対向して配設される光源と、
   前記光源を包囲するように配設されるとともに、前記光源からの光を前記導光板の内部に向って反射するリフレクタと、
   前記出射面に対面して配設された拡散シートと、
   を備えることを特徴とするバックライトユニット。
5. 前記導光板の前記主反射面の外側に、反射シートを設けることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。

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