JPH09166712A - 導光体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 導光体に入射した１次光を効率良く出射面か
ら出射させるようにし、局所的輝度むらや発光面全体と
しての輝度むらがなく均一で薄型の大面積の導光体を提
供する。 【解決手段】 少なくとも１つの側端面から光を導く導
光体３であって、直線状光源の軸に直交する断面におけ
る凸頂辺が部分的に直線部を有する概略台形状の凸状パ
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
高密度に光出射面とは反対側である裏面に斑点状、実線
状または破線状に多数配置したことを特徴とする。ここ
で、凸状パターンが、直線状光源の軸に直交する断面に
おける凸頂辺の両端に対応する２つの角が丸くなってい
る概略台形状を有すること、凸状パターンにおける凸頂
辺を構成する面の表面粗さと、凸状パターン形成面にお
ける凸状パターンが設けられていない面の表面粗さとが
それぞれ０．２μｍ以下などであることが好ましい。

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。このような面光源
装置では、一般に、導光体の１つの側端面、直交する２
つの側端面、または互いに対向する２つの側端面に管状
光源が配置され、入射側端面および光出射面を除く導光
体の残りの面と、管状光源の裏側とを光反射体が覆うよ
うに構成されている。

【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させるため
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散乱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号公報など参照）または粗面粗さを変
化させたもの（特開昭６３−１６８６０４号公報など参
照）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４−１６２０
０２号公報など参照）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号公報参照）などで実
施される。

【０００５】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号公報など参照）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
印刷工程との２行程になる。

【０００６】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号公報など参照）が公開されてい
る。

【０００７】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 出射面またはその対向面に平面を基準として凹パターン
を配置したものがある。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
報参照）、矩形溝（特開平６−１２３８１０号公報、特
開平６−２６５７３１号公報など参照）、半円溝（実開
平５−７９５３７号公報参照）、破線状三角溝（特開平
５−１９６９３６号公報、特開平５−２１６０３０号公
報など参照）がある。また、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号公報参
照）、半球状の彫り込み（特開平６−２８９３９３号公
報など参照）、円柱状の彫り込み（実開平１−１４５９
０２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４−３５５４０８号公報、実開平
５−９４８０２号公報など参照）も提案されている。

【０００８】２）凸パターン 出射面またはその対向面に平面を基準として凸パターン
を配置したものがある。例えば、１次元の線状三角凸
（特開平５−３１３１６３号公報、特開平６−７５１２
３号公報参照）、矩形凸（実開平５−７９５３７号公報
参照）、半円凸（特開平６−２８１９２８号公報参照）
がある。また、２次元状では半球凸（特開平５−７９５
３７号公報、特開平６−２８１９２９号公報など参照）
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
など参照）もある。

【０００９】３）凹凸パターン 出射面またはその対向面に平面を持たず、１次元の鋸状
パターンまたは２次元格子目状パターンを配置したもの
がある。例えば１次元鋸状（特開昭６４−１１２０３号
公報、特開平６−２５００２４号公報など参照）、２次
元格子目状（特開昭６２−２７８５０５号公報、特開平
３−１８９６７９号公報など参照）、さらに、全体を粗
面化したもの（特開平６−３４２１５９号公報、特開平
６−１２３８８５号公報参照）がある。

【００１０】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型（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。

【００１１】

【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。の
一様粗面によるものは、金型を用いた射出成形法で量産
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。

【００１２】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
ンの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
率の高い拡散板また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）。

【００１３】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、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をパターン配
列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。

【００１４】によるものは射出成形等により量産可能
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、バルク散乱方式のみで輝度均
一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、均一に拡散剤が分布され
た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、他の均一輝度の達成手段を併用
する必要が生ずるなど複雑化したり、導光体の形状に対
する制約が大きな問題となる可能性がある。

【００１５】によるものは金型によるプレス法や射出
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程度までであり、
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。

【００１６】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にし、局所的輝度
むらや発光面全体としての輝度むらがなく均一で薄型の
大面積の導光体を提供することである。

【００１７】

【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導光体であって、直線
状光源の軸に直交する断面における凸頂辺が部分的に直
線部を有する概略台形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とは
反対側である裏面に斑点状、実線状または破線状に多数
配置されたことを特徴とする。ここで、凸状パターンが
直線状光源の軸に直交する断面における凸頂辺の両端に
対応する２つの角が丸くなっている概略台形状を有する
こと、凸状パターンにおける凸頂辺を構成する面の表面
粗さと、凸状パターン形成面における凸状パターンが設
けられていない面の表面粗さとがそれぞれ０．２μｍ以
下であること、凸状パターンの断面幅をＷ、高さをＨで
それぞれ表すとき、Ｈ／Ｗの比が０．１≦Ｈ／Ｗ≦０．
６であること、凸パターンの断面幅Ｗ（μｍ）が２０≦
Ｗ≦２００であることがそれぞれ好ましい。

【００１８】

【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、導光体３の
光出射面３ｃの反対側の裏面が散乱反射面３ａ、３ｂに
なっており、その凸頂辺が部分的に直線部を有する概略
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、散乱
反射面３ａ，３ｂ面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
の散乱反射面の平面図で、パターン３ａが斑点状、直線
状または破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
脂等の透明材料が、さらに異なる屈折率を持つ無機の光
散乱剤や異種ポリマを分散させるなどした光散乱性の半
透明材料も用いられる。

【００１９】図２は、図１に示す本発明の導光体の断面
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３ｃと、対向する散乱反射面の平滑面３ｂとで全反
射しながら導光体内を伝搬する。散乱反射面の凸パター
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、一部は反射
板４による反射を経て出射面３ｃより出射する。

【００２０】パターン形状について 図３は凸状パターンに入射した光線の単位パターンにお
ける反射屈折の挙動を分類したものである。図３（ａ）
のように断面が概略台形状のパターン３ａに入射した光
線Ｌ0が頂辺ＢＣ、場合によってはさらに斜辺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、出射面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。

【００２１】図３（ｂ）ではパターン入射光Ｌ0が頂辺
ＢＣ、斜辺ＣＤによって全反射され、辺ＡＤを経て導光
体３に戻るが、出射面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。このようなパターン
によって、全反射のみを経由し て出射する光線は損失
が最も少なく、光線利用効率が高いものである。

【００２２】図３（ｃ）では入射光Ｌ0が頂辺ＢＣで全
反射した後、または直接に、斜辺ＣＤから屈折透過して
空気層７に一旦出射するが、上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。平滑面３ｂと出射面
３ｃとはほぼ平行であるので、この光線Ｌ3は出射面３
ｃから出射する。この光線Ｌ3も光線Ｌ2と同様損失の小
さい光線であるが、屈折率の異なる２つの界面である
辺ＣＤと散乱出射平滑面３ｂとを余計に透過するために
２界面での反射損失が生じ、光線利用効率の低下を伴
う。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）との界面の場合、少なくとも
１つの界面で約４％、２つの界面で８％の反射損失が生
じ、特に３ｂ界面への入射は垂直ではないので反射損失
はさらに大きくなる。この８％以上の反射光のすべてが
損失になるわけではなく、一部は導光体中の逆方向に向
かう光線となって再利用され、一部は裏面の反射板また
は反射シート４によって反射されるので出射面から出光
して利用される。しかし、このような光線は方向性を失
なった迷光として大部分は損失となって利用できないも
のとなる。

【００２３】図３（ｄ）では入射光Ｌ0が直接斜辺ＣＤ
から屈折透過して空気層７に出射するが、屈折角が下向
きとなって反射シート４に入射する。反射シートは拡散
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、ここで反射した光線が散乱反射鏡面３ｂに当た
る限りにおいては、そのほとんどは導光体出射面から光
線Ｌ4として出射する。ただし、反射シートが拡散反射
シートである場合は、反 射シートの垂直方向のみなら
ず水平方向に近い方向にも反射して、導光体への再入射
することがないために生ずる損失や、拡散反射シートそ
のものによる反射損失が生ずる。また、反射シートが金
属鏡面反射体の場合も一般にその反射率が７０〜９０％
程度であって、反射体での吸収損失がある。したがっ
て、このような光線Ｌ4は光線利用効率の点で最も損失
が大きい。

【００２４】以上のように、断面が概略台形形状の単位
凸パターンに入射した光線Ｌ0がＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4に
散乱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、散乱光線Ｌ2＋Ｌ3＋Ｌ4の比率
が大きいパターンが散乱出射効率が高いパターンであ
り、さらに散乱光線Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4の順にその比率が大
きいほど損失が小さく、光線利用効率が高いパターンと
言える。

【００２５】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）の台
形状の凸パターンＡＢＣＤについて、台形パターン幅
Ｗ、パターン高さＨ、パターン斜面角度δを変化させ、
入射辺ＡＤから入射角θ＝０゜から臨界角θ＝θｃ（＝
４７．８゜）で入射するとして散乱光がＬ1〜Ｌ4となる
比率を計算した。入射位置は入射辺ＡＤを１００等分し
た各等分点、入射角はθ＝０〜θｃを１００等分し、入
射光線Ｌ0として合計１万本の等強度光線を発生させ
て、辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＣＤでの正反射・屈折を計算
し、散乱光線Ｌ1〜Ｌ4として集計し、全光線Ｌ0に対す
る比率を計算した。

【００２６】パターン斜面角度δを変化させ、Ｈ／Ｗに
対するＬ2、Ｌ3、Ｌ4等の全入射光Ｌ0に対する各々の比
率を計算した結果を図５〜１１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、η
と表す。）であるが、台形の傾斜角δ≧５゜の場合（図
７〜１１）はいずれもＨ／Ｗ＝０．１でη＝０．５７、
Ｈ／Ｗ＝０．６０でη＝１．０となる。Ｈ／Ｗ＜０．１
すなわちパターン高さに対してパターン幅が１０倍以上
になるとη＜０．５７となるので、単位パターンとして
は散乱反射効率が低いものとなる。逆に、Ｈ／Ｗ＞０．
６では散乱反射効率ηは飽和してしまい、パターン幅に
対してパターン高さを極端に高くしても、金型の彫刻や
成形時の困難が増すばかりで、効果がないことを示して
いる。

【００２７】矩形（図５、δ＝０゜）や台形傾斜角が小
さいとき（図６、δ＝２゜）は、Ｈ／Ｗ≧０．６におい
ても散乱反射効率η＜１であって効率が悪い。これはパ
ターン入射角度θが大きい場合に矩形辺ＡＢ、ＢＣおよ
びＣＤにおいて全反射して、パターンへの入射角と同じ
角度で再度伝搬光となる光線が存在するためである。し
たがって、散乱反射効率ηの点で傾斜角δ≧５゜の台形
状パターンが良い。

【００２８】光線有効利用効率については入射光線Ｌ0
に対するＬ2、Ｌ3の比率が大きいものが良い。この観点
において、０．１≦Ｈ／Ｗ≦０．６の範囲でＬ2はδ＝
１０〜３０゜が、Ｌ2＋Ｌ3についてはδが大きいほど大
きく、光線利用効率が高く、損失が小さいパターンであ
ることを示す。矩形（δ＝０゜）の場合は、Ｌ2＝０で
あって、Ｌ3も台形より小さい。光線有効利用効率の観
点でも台形状パターンが優れているのは明らかである。

【００２９】Ｌ2の比率がδ＜１０゜（図５〜７）にお
いて小さいのは台形斜辺ＣＤの角度が矩形に近いので、
台形頂辺ＢＣと斜辺ＣＤで２度全反射する光線が角度変
化を起こすことなく、再び伝搬光となるからである。ま
た、δ＞３０゜（図１１）では台形パターン幅Ｗのうち
の頂辺ＢＣの長さの割合が減少し、パターンに入射して
最初に頂辺ＢＣに当たるものが少なくなるのでＬ2が減
少するのである。従って、光線利用効率が大きく、損失
が小さいものとして台形斜面角度δ＝１０〜３０゜が望
ましい。

【００３０】以上のように、台形状パターンが散乱反射
効率ηと光線有効利用効率いずれの観点でも優れている
ことがわかる。

【００３１】断面形状と成形性 実際に導光体を製造する場合にはパターンが微細である
ほど、金型製造、パターン転写、成形における金型と成
形品との離型など製造上の困難が大きくなる。従って、
矩形状パターンより台形状パターンが、さらに台形頂辺
の両端の角が丸くなった台形であればより好ましい。例
えば１０μｍ幅の断面が矩形のパターンを斜面を垂直
（δ＝０゜）にしかも頂辺２両端の角度を精度良く切削
等で加工することは極めて困難であり、たとえ金型が可
能でも成形品と金型との離型性は極めて悪い。面角度δ
が大きい台形であるほど金型加工が容易で、成形性もよ
り優れたものとなり、さらに角が丸くなった台形である
ほど成形転写性、離型性がともに優れ、容易に生産する
ことができる。図１２は、本発明の導光体において、断
面が台形（ａ）および角が丸まった台形（ｂ〜ｄ）の説
明図である。前述のように、単位散乱パターンとして、
頂辺ＢＣおよび斜辺ＡＢおよび斜辺ＣＤからなる概略台
形形状であることが重要であって、頂辺ＢＣ直線部が存
在し（Ｗ０＞０）、斜面角δが大きい台形であるほど、
角が丸い台形であるほど成形時の転写性および離型性の
点で好適な断面凸パターンである。

【００３２】微細パターンであること 本発明の台形状、微細凸パターンは、図１３のようなフ
ォトリソグラフィー法を用いて作製した金型によって成
形することができる。

【００３３】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）電子ビーム描画装置やレーザ描画装置
を用いて、所望のパターンを直接描画するか、または、
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、図１２（ａ）のような台形凸状になる
ように形成する。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。ここで、（ｄ）例えば熱処理
を実施すると、断面が台形状のレジストは半溶融状態と
なり、角が丸まった台形凸形状（図１２（ｂ）〜（ｄ）
参照）に変形される。丸みの程度は温度と時間とでコン
トロール可能である。次に（ｅ）この表面を導電化処理
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（ｆ）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、射出成形またはプレス成形す
ることで、精細な凸状の散乱反射パターンが形成された
導光体が製造される。

【００３４】パターンの描画精度は電子ビーム描画によ
れば０．１μｍ程度の精度があり、レーザビーム描画に
よっても１〜２μｍの精度があるので、任意の平面形状
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号参照）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、１０〜３００μｍ程度、さらには２
０〜２００μｍの大きさが最適である。レジストパター
ンの高さ、すなわち台形パターンの高さＨはレジストの
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
マスクとレジストを塗布した基板との間にスペーサを挟
む等により露光条件を変更するか、または現像条件を変
更することによって、δ＝５〜４０゜の範囲で制御可能
である。

【００３５】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、上記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、断面が台形状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することができるのである。

【００３６】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、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、成型品の平滑面３ｂの
表面粗さを０．２μｍ以下とすることが好ましい。ま
た、パターンの反射散乱効率や光線利用効率または再現
性の点において、少なくとも台形パターンの頂辺ＢＣ面
の平滑度および再現性が重要であるが、レジスト膜の膜
表面を表面粗さ０．２μｍ以下とすることは容易に達成
可能でしかも再現性が高い。また、レジストパターンを
熱処理することで、台形頂辺ＢＣ面のみならず斜辺ＡＢ
面および斜辺ＣＤ面も表面粗さ０．２μｍ以下の平滑度
は容易に実現できるものである。

【００３７】凸パターンの有利性 単位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の台形ＡＢＣＤの辺ＡＤ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、均一輝度
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
ーンによる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、１つの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のみであっ
て、辺ＡＢが前記凸パターンの開口すなわち辺ＡＤに相
当する。（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ＡＢＣＤ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。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。

【００３８】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、導光された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
表面状態のみならず、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る。パ
ターン形成面における平滑面３ｂは導光光に対して重要
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、凸パターンが好
ましい。

【００３９】

【実施例】

（実施例１〜３）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＝２０、６０および
２００μｍとし、それぞれＨ／Ｗ＝０．６、０．３およ
び０．１としてパターン高さＨ＝１２、１８および２０
μｍの概略台形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（ａ）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（ピッチＰは図１５
（ｂ）に示す通りである。この３種のフォトマスクをパ
ターン１、２および３とする。）。ガラス基板にポジ型
のフォトレジストを設計通りの膜厚にスピンコートし、
このフォトマスクを重ね、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が
高さがそれぞれ１２、１８および２０μｍで斜面角δが
約２０゜の概略台形凸状のレジストパターンが形成され
る。次に、レジストパターン面に数１０ｎｍの厚さのニ
ッケルスパッタリングを行って導電化処理し、３００μ
ｍの厚さになるようにニッケル電鋳を実施して金型を作
成した。この金型によって射出成形を行い、１０．４イ
ンチサイズ、長辺側の入光端部の厚さが３．０ｍｍ、対
向端部の厚さ１．１ｍｍの断面がテーパ状であって、下
面に図１５のような概略台形で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。結果は各々表１の実
施例１、２および３のようであり、パターンの転写性や
金型との離型性は、特に微細でＨ／Ｗが大きいＷ＝２０
μｍのものでやや困難があったが成形は可能なものであ
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、散乱反射パターン裏面に反射シート
を置き上方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った。さら
に、出射表面に拡散シートおよびプリズムシートを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。

【００４０】

【表１】

【００４１】（実施例４〜６）パターン１、２および３
のフォトマスクを用い、それぞれ実施例１、２および３
と同様に処理し、概略台形で凸状のレジストパターンを
形成した。これらを熱処理して、角が丸まった概略台形
で凸状のレジストパターンに変形させた。同様に、導電
化処理、電鋳金型を経て、１０．４インチサイズのアク
リル製導光体を成形した。結果は表１のようであり、転
写性および離型性はいずれも極めて良好であった。輝度
の均一性、平均輝度はいずれも実施例１、２および３と
それぞれ比較して遜色ないものであった。

【００４２】（比較例１）パターン１のフォトマスクを
用い、Ｗ＝２０μｍ、Ｈ／Ｗ＝０．６、Ｈ＝１２μｍと
して、露光、現像条件を変えて処理し、斜面角δ＜３゜
のほぼ断面が矩形で凸状のレジストパターンを得た。実
施例と同様に処理して金型を作成し、成形したところ、
パターンの転写性が悪くしかも金型との離型がきわめて
困難であった。輝度分布を測定したところ表１の比較例
１で示すように、単一パターンの散乱反射性能が低いた
めに光源付近の輝度が低く末端で高いような、均整度が
悪く、平均輝度も低いものであった。

【００４３】（比較例２）フォトマスク１の白黒パター
ンを逆転させたネガ型のフォトマスク４を用い、膜厚が
１２μｍになるようにスピンコートした他は実施例と同
様に処理して成形した。パターンは断面が概略台形で凹
型のものになっていたが、光源付近の輝度が高く末端で
低くなるような、輝度の均一度が悪く、平均輝度も低か
った。導光体に部分的に押し圧を加えるとその部分の輝
度が高くなったり、固定の仕方によって輝度の均一性が
失われたりして不安定で、導光体として適さないもので
あった。

【００４４】

【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の導光体を用い
た照明装置の１構成例である。

【図２】本発明によるエッジライト方式の導光体の部分
拡大説明図である。

【図３】断面台形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】断面が角の丸い台形凸パターンの形状説明図
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】断面台形凹状パターンを持つ導光体の光線追
跡の説明図である。

【図１５】本発明に基づ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…熱処理されたレジストパターン １７…ニッケル電鋳層 １８…金型（スタンパ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保田 浩三 茨城県鹿島郡神栖町大字東和田36番地 株 式会社クラレ内

Claims (5)

【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導光
   体であって、直線状光源の軸に直交する断面における凸
   頂辺が部分的に直線部を有する概略台形状の凸状パター
   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
   度に光出射面とは反対側である裏面に斑点状、実線状ま
   たは破線状に多数配置されたことを特徴とするエッジラ
   イト式の導光体。
2. 【請求項２】凸状パターンが、直線状光源の軸に直交す
   る断面における凸頂辺の両端に対応する２つの角が丸く
   なっている概略台形状を有することを特徴とする請求項
   １記載の導光体。
3. 【請求項３】凸状パターンにおける凸頂辺の直線部を構
   成する面の表面粗さと、凸状パターン形成面における凸
   状パターンが設けられていない面の表面粗さとがそれぞ
   れ０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載
   の導光体。
4. 【請求項４】凸状パターンの断面幅をＷ、高さをＨでそ
   れぞれ表すとき、Ｈ／Ｗの比が、０．１≦Ｈ／Ｗ≦０．
   ６であることを特徴とする請求項１記載の導光体。
5. 【請求項５】凸状パターンの該断面の断面幅Ｗ（μｍ）
   が２０≦Ｗ≦２００であることを特徴とする請求項１記
   載の導光体。