JPH1124587A - 面状発光装置用導光体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高輝度で画質感に優れた面状発光装置の実現
のために、偏光分離手段として用いる導光体を簡単に製
作することができ、しかも材料ロスが無い新規の製造方
法を提供する。 【解決手段】 導光体の入射面側とその反対側の端部と
なる透明樹脂製三角柱１０ａ，１０ｃと、屈折率の異な
る２種類の薄層状透明光学媒質Ａ、Ｂをそれぞれ所要数
づつ用意し、作製する導光体に対応する形状・寸法の空
間を備えた金属型Ｍ内に、導光体の入射面側またはその
反対側の端部となる透明樹脂製三角柱１０ａを配置し、
次いで２種類の薄層状透明光学媒質Ａ，Ｂを交互に積層
し、その端部にもう一方の透明樹脂製三角柱１０ｃを配
置した後、それらを加熱圧着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光灯等の出力光
のような、無偏光の光を光源とする面状発光装置におけ
る導光体の製造方法に関し、さらに詳しくは液晶表示装
置のバックライトに用いられる面状発光装置用導光体の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置のバックライトの出
射光は、光拡散シートやプリズムシート等によって拡散
・集光されるため、画面を見る人にとっては非常に明る
く、見やすいように設計されている。

【０００３】しかし、バックライトの出射光が画面を見
る人に直に飛び込んでくるわけではなく、偏光板や液晶
セルを通過する際に光の吸収があり、実際には、その透
過後の光を見ているわけで、バックライトの光と画面を
通して見る光にはその光量に大きな差が生じている。

【０００４】特に、偏光板を通過する際には、互いに直
交するＰ波及びＳ波のうちの一方だけが透過し、他方が
偏光板によって吸収されてしまうため、入射光のうち５
０％以上の光を損失する。

【０００５】これを解消するため、従来、偏光分離手段
と位相変換手段を用い、偏光板に入射させる光を予め偏
光させておくことで、その偏光板における光透過率を高
めて光利用効率を向上させる技術が提案されている。

【０００６】その一例として、特開平７−６４０８５号
公報には、プリズムアレイの凹凸面に誘電体干渉膜を１
層以上積層して偏光分離器を構成し、これを導光体の光
出射面側に配置したものが提案されている。この技術に
よれば、導光体から出射された光は、プリズムアレイと
誘電体干渉膜との界面、誘電体干渉膜とその上に積層さ
れた誘電体干渉膜との界面でＳ波とＰ波とに分離され、
そのうちの一方の偏光（Ｐ波）は偏光分離器を透過し、
他方の偏光（Ｓ波）は全反射を繰り返して導光体側に戻
され、さらにその戻された光が再び光拡散シートや導光
体のドット印刷部に当たって拡散され、その過程で偏光
が無偏光になって再利用される。従って、この提案技術
では、Ｓ波、Ｐ波の分離は完全ではないものの、一方の
偏光が多く出射されるので、偏光板を透過する光の量を
多くすることができる。

【０００７】また、特開平６−２７４２０号公報には、
入射光を偏光ビームスプリッタでＳ波とＰ波とに分離
し、このうちのＳ波を１／２波長板に通してＰ波に変換
した後、コンデンサレンズで元のＰ波と合成したうえで
凹面鏡により液晶セルに入射させるようにした技術が開
示されている。これによれば、入射光に含まれていたＳ
波がＰ波に変換されて元のＰ波と合成された上で液晶セ
ルに入射されるので、有効に利用される偏光（この場合
はＰ波）の割合を高めることができる。

【０００８】以上のように、これらの提案技術では、バ
ックライトの出射光が導光板を通過する際に、Ｐ波また
はＳ波のいずれか一方の偏光のみを透過し、他方の偏光
を吸収するという方法により、偏光板に入射する光を予
めＰ波またはＳ波に統一するか、あるいは大部分を片方
の偏光として偏光板に入射させることで、従来吸収され
ていた光を有効に利用し、高輝度化・低消費電力化をは
かっている。

【０００９】ところで、上記した提案技術のうち、特開
平７−６４０８５号公報に記載の技術では、導光体から
出た光がプリズムアレイに対して垂直に入射されること
が前提となっているが、実際には、導光体とプリズムア
レイとの間に配置された拡散シートを通過した光は拡散
光で、その拡散光の中にはプリズムアレイに垂直に入射
されないものが多く含まれているため、効率が非常に悪
い。また、界面でのＳ波とＰ波の分離は媒質の屈折率差
にもよるが、高々数％程度のＳ波を取り除いて再利用す
る程度にすぎない。すなわち、僅か数回の反射・透過を
繰り返すだけではＳ波とＰ波とを十分に分離することは
できない。

【００１０】一方、特開平６−２７４２０号公報に記載
の技術では、Ｓ波とＰ波を分離すること、及びＳ波をＰ
波に変換して元のＰ波と合成することはできるが、凹面
鏡とコンデンサレンズとの間、及び凹面鏡と液晶セルと
の間にそれぞれ一定の距離を確保する必要があるととも
に、ビームスプリッタやコンデンサレンズ等の高価な光
学部品が必要となるため、液晶表示装置のバックライト
には適さない。しかも、凹面鏡で反射する際に偏光がず
れるので、実用化する場合には偏光のずれを補正する位
相板が必要になる。

【００１１】さらにこれらの技術によれば、無偏光がＳ
波とＰ波に分離された後に媒質を通過する際、せっかく
分離した直線偏光であるＳ波とＰ波が媒質中の位相差に
よって楕円偏光や円偏光になってしまうという問題があ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この種の面状発光装置
において、例えば特開平６−２７４２０号公報に記載の
ような偏光分離器等は、少なくとも２層以上の屈折率の
異なる透明材料からなる多層積層体となっている。この
ような多層積層体（導光体）を製造する方法としては、
シート状の光学媒質を積層してブロックを構成し、そこ
から直方体状の積層体を切り出すという方法が考えらて
いるが、製造工程の簡便性及び材料ロス等の面について
改善の余地が残されている。

【００１３】そこで、本発明は面状発光装置に用いる偏
光分離手段（導光体）を簡単に製作することができ、し
かも基本的に材料ロスが無い新規の製造方法の提供を目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明の面状発光装置用導光体の製造方法は、屈折
率の異なる２種類の薄層状透明光学媒質が入射光の進行
方向に対して３０°〜６０°の傾斜で多数配置されてな
る直方体状の導光体を備えた面状発光装置において、上
記導光体を製造する方法であって、図１〜図３に例示す
るように、導光体の入射面側とその反対側の端部となる
透明樹脂製三角柱１０ａ，１０ｃと、屈折率の異なる２
種類の薄層状透明光学媒質Ａ，Ｂをそれぞれ所要数づつ
用意する。そして作製を行う導光体に対応する形状・寸
法の空間を備えた金属型Ｍを用いて、この金属型Ｍの内
部に、導光体の入射面側もしくはその反対側の端部とな
る透明樹脂製三角柱１０ａを配置し、次いで２種類の薄
層状透明光学媒質ＡとＢを交互に積層し、その端部にも
う一方の透明樹脂製三角柱１０ｃを配置した後、それら
を加熱圧着することによって特徴づけられる。

【００１５】ここで、本発明において導光体に使用する
材料としては、例えばポリカーボネート、各種アクリル
系材料、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ
エチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エポキシ樹脂；ＣＲ
−３９、ゼオネックスまたはＡＲＴＯＮ（商品名：日本
合成ゴム株式会社製）等のポリオレフィン、などの中か
ら透明性と熱融着性を満足する２種類（媒質Ａ，媒質
Ｂ）の組み合わせであれば、任意の材料を使用すること
ができる。＜作用＞本発明の製造方法によれば、金属型
の内部に透明樹脂製三角柱、２種類の薄層状透明光学媒
質（多数層）、及び透明樹脂製三角柱を順次に積層し
て、それらを加熱圧着するという作業を行うだけで、切
り出しや研磨等の複雑な作業を要することなく、簡単な
工程のもとに直方体状の導光体を得ることができる。し
かも材料ロスも無い。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。図４は本発明の製造方法を適用
する面状発光装置の構成を示す示す模式的断面図であ
る。

【００１７】この図４に示す面状発光装置に用いられる
導光体１は、屈折率が互いに異なる２種類のテープ状透
明光学媒質ＡとＢ（以下、媒質Ａ，媒質Ｂと称する）
を、入射光の進行方向（厚み方向）に対して４５°の傾
斜角度を持った状態で交互に多数積層し、両端部にそれ
ぞれ透明樹脂製三角柱１０ａと１０ｃを配置した直方体
形状の積層体で、その一側端面１ａが光の入射面となっ
ており、また、この入射面１ａと直交する４面のうちの
１つの面が光出射面１ｂとなっている。

【００１８】導光体１の入射面１ａの近傍には、線状光
源として蛍光管２が配置されている。この蛍光管２はラ
ンプリフクレクタ（銀シート）３によって覆われてい
る。導光体１の入射面１ａと反対側の側端面１ｃの近傍
には１／４波長板４が配置されており、この１／４波長
板４の外側に反射シート（銀シート）５が配置されてい
る。また、導光体１の光出射面１ｂの裏面に当たる底面
１ｄには、反射シートとして頂角がおおむね９０°のプ
リズムシート６が配置されており、さらに、光の進行方
向と平行なその他の２側端面には反射シート（図示せ
ず）が配置されている。

【００１９】そして、この実施の形態では、以上の構造
の導光体１を得る方法として、図１〜図３に示すよう
に、導光体１の形状・寸法に対応する直方体形状のテー
プ充填用穴（空間）Ｓを有する金属型Ｍに、導光板１の
端部（入射面側）となる透明樹脂製三角柱１０ａを配置
し、この三角柱１０ａ上に２種類の媒質Ａと媒質Ｂとを
交互に多数層積層し、さらに導光体１の入射面とは反対
側端部となる透明樹脂製三角柱１０ｃを配置した後、型
全体を面状発熱体Ｆ，Ｆ1,Ｆ2 等により均一に加熱し
て、２種類の媒質Ａと媒質Ｂ及び両端の透明樹脂製三角
柱１０ａ，１０ｃを相互に熱圧着する、という製造方法
を採用したところに特徴がある。

【００２０】次に、以上の構造の面状発光装置の作用を
述べる。まず、図４に示した構造の面状発光装置の導光
体１は、光源から入射した自然偏光（無偏光）をＳ波と
Ｐ波に分離する偏光分離手段の主要部として機能し、ま
た、１／４波長板４は、互いに直交する直線偏光の一方
（Ｐ波）を他方（Ｓ波）に変換する偏光変換手段として
機能する。

【００２１】以下に導光体１による偏光分離の原理を説
明する。図５（ａ）に示すように、媒質Ａに自然偏光が
垂直入射すると、この入射光は光進行方向に対して４５
°の傾斜で積層された媒質Ｂとの界面で反射されるかま
たは界面を透過する。その界面で反射された反射光は数
％程度であるが、界面に入射したときの角度が、下記の
式（１）に示すブリュースタ角φであればＳ偏光のみが
光出射面側に反射される。

【００２２】一方、媒質Ａ、Ｂの界面を透過した透過光
は、Ｓ波が若干減少したＳ波とＰ波の両方を含む自然偏
光であるが、次の媒質Ａと媒質Ｂの界面で再びＳ波だけ
が数％分離され下面側に反射され、下面の反射シートで
出射面側に再び反射される。これを繰り返してＳ波だけ
が光出射面に垂直な方向に出射され、透過光の方は順次
媒質Ａと媒質Ｂの界面でＳ波を減少させてゆくため、最
終的にはＰ波だけが、導光体の側端面１ｃに透過して残
る。こうしてＳ波とＰ波を完全に分離できたこととな
る。

【００２３】なお、ブリュースタ角とは、ある媒質から
別の媒質に光が入射する場合において入射光のうちＳ波
のみを反射する角度のことで、その角度は媒質の屈折率
によって決まる。すなわち、媒質Ａから媒質Ｂに光が入
射する場合において、媒質Ａの屈折率ｎ_A 、媒質Ｂの屈
折率ｎ_B とすると、これら屈折率とブリュースタ角φと
の間には、次式（１）の関係が成立する。

【００２４】ｔａｎφ＝ｎ_A ／ｎ_B ・・・・（１） ここで、本発明において、導光体の２つの媒体の界面の
傾斜角度は３０°〜６０°とする。その理由は、光源で
ある蛍光管からの光が広がりをもった光であるため、ブ
リュースタ角になる角度が１つに定まらないためであ
る。ただし、蛍光管からの光が一番多く導光体１内に入
射する角度は入射面１ａに垂直な方向であり、また光を
ディスプレイ垂直方向に出射するために媒体Ａ、Ｂの界
面の傾斜角度は４５°にすることが望ましい。

【００２５】次に、偏光変換手段について述べる。本発
明では、最終的に、液晶表示装置の入射側偏光板に入射
させる光をＳ波またはＰ波のいずれかに揃えるため偏光
変換手段として１／４波長板を用いる。

【００２６】一般に、Ｓ波またはＰ波の一方を他方に変
換するには１／２波長板を用いればよいが、本発明にお
いては、導光体の光出射面からＳ波を出射して、その光
出射面側に備えられる液晶表示装置の偏光板に入射させ
る必要があるため、図４に示したように、１／４波長板
４を導光体１の入射面１ａとは反対側の側端面に取り付
け、その外側に反射シート５を配置した構造とする。

【００２７】このようにすると、偏光分離層である媒質
Ａ，Ｂの界面を順次透過したＰ波は１／４波長板４を通
過した後に反射シート５で反射され、その反射光が再び
１／４波長板を通過するから、結局は１／２波長板を通
過することになる〔図５（ｂ）参照〕。

【００２８】そして、図５（ｃ）に示すように、１／４
波長板４でＳ波に変換された光は、導光体１の１／４波
長板４側の側端面から導光体１内に再び入射されるが、
このときの入射光はＳ波のみとなるので両媒質Ａ，Ｂの
界面で数％づつ反射されて直接光出射面１ｂから出射さ
れるか、その光出射面１ｂとは反対側に位置する導光体
裏面の反射シート６によって反射されたうえで光出射面
１ｂから出射される。

【００２９】ここで、この種の面状発光装置では、均一
な光の出光分布が必要であるとともに、光出射面の端部
と中央部での輝度差を１０％以内とすることが好まし
い。これらの点を実現する方法として、光を多く出射す
る入射面１ａ付近と導光体１の側端面１ｃ付近からそれ
ぞれ中央部にかけて、偏光分離層の媒質Ｂの厚みを連続
的に小さくするか、または媒質ＢとＢとの間の距離を段
階的に短くするという方法があり、このような方法を採
ることにより均一な出光分布を得ることができる。 ま
た、他の方法として、バックライト端部から中央にかけ
て媒質Ａ及び媒質Ｂの屈折率差を連続的または段階的に
大きくする方法が挙げられる。

【００３０】そして、以上のような偏光分離と偏光変換
手段を備えた構成とすることで、最終的にはディスプレ
イ正面方向に、おおむね偏光の揃った光が出射され、面
内の出光分布の均一性がとれた装置を実現できる。この
構成では、ビームスプリッタやコンデンサレンズ等の高
価な光学部品を用いることなく、大部分の光をＳ偏光と
して偏光板に入射させることが可能になる。

【００３１】また、画質感について述べると、従来、光
拡散シート（レンズシート）の凹凸や山や谷の部分を上
面から観察すると線状に見えており、この線と画素ピッ
チが干渉現象（モアレ縞と呼ぶ）を起こし、液晶ディス
プレイを観察する観察者に画質感の悪さを感じさせてい
た。本発明では、屈折率差が非常に少ない（屈折率差
０．０５以下）媒質を交互の積層するので凹凸の山谷の
ようには認識できず、画質感を悪くするような干渉は起
きない。従って、画質感を損ねることもない。

【００３２】

【実施例】本発明の実施例を比較例とともに以下に説明
する。 ＜実施例＞ (1) 媒質Ａ及び媒質Ｂ用の部材の準備 媒質Ａとしてフッ素含有アクリル系樹脂（屈折率ｎ＝
１．４７）からなる幅２．８ｍｍのテープを１３μｍ、
５２μｍ、１４３μｍ、３１２μｍの４種類の厚さで用
意し、これに対して媒質Ｂとして、オレフィン系樹脂；
ＡＲＴＯＮ（商品名：日本合成ゴム株式会社製，屈折率
ｎ＝１．５１）からなる厚さ２０μｍ、幅２．８ｍｍの
テープを用意した。 (2) 導光体の作製 図３に示すように、縦２２ｃｍ×横３ｍｍ×深さ１５ｃ
ｍの直方体形状の、テープ充填用穴（空間）Ｓを有し、
その内面の全てが鏡面加工された金属型Ｍを用い、この
金属型Ｍ内に、図１に示すように、導光板の端部となる
ＡＲＴＯＮ製三角柱１０ａと、導光体の光出射面となる
アクリル系樹脂板（縦２２ｃｍ×横１５ｃｍ×厚さ０．
５ｍｍ）１１、及び光出射面に対して裏面となるアクリ
ル系樹脂板（縦２２ｃｍ×横１５ｃｍ×厚さ０．５ｍ
ｍ）１１を配置したのち、あらかじめ用意しておいて厚
さ３１２μｍの媒質Ａのテープと媒質Ｂのテープとを交
互に３５組を、金属型Ｍ内のＡＲＴＯＮ製三角柱１０ａ
の上に配置し、次いで、厚さ１４３μｍの媒質Ａのテー
プと媒質Ｂのテープとを交互に１４０組、厚さ５２μｍ
の媒質Ａのテープと媒質Ｂのテープとを交互に１７５
組、厚さ１３μｍの媒質Ａのテープと媒質Ｂのテープと
を交互に３５０組、厚さ５２μｍの媒質Ａのテープと媒
質Ｂのテープとを交互に１７５組、厚さ１４３μｍの媒
質Ａのテープと媒質Ｂのテープとを交互に１４０組、厚
さ３１２μｍの媒質Ａのテープと媒質Ｂとを交互に３５
組を、以上列記した順で配置し、最後に、導光体の端部
となるＡＲＴＯＮ製三角柱１０ｃを配置した。

【００３３】次に、図１及び図２に示すように、金属型
Ｍの上面及び側面に蓋Ｆ1,Ｆ2 をし、その側面蓋Ｆ2 に
設けた排気口Ｄを通じて金属型Ｍ内を真空ポンプにより
排気するとともに、金属型Ｍの３面と上面蓋Ｆ1 及び２
枚の側面蓋Ｆ2 に内蔵した面状発熱体Ｈ，Ｈ1,Ｈ2 で型
全体を均一に加熱（約１２０℃）し、さらにこの状態で
上面蓋Ｆ1 に１ｋｇ／ｃｍ² の圧力を加えながら５分間
放置した。最後の型全体を常温にまで冷却した後に型を
分解開口して、完成した導光体を取り出した。 (3) 面状発光装置の作製 以上のようにして作製した導光体を用い、この導光体に
対して、図４に示したように、一側端面の近傍に光源と
なる蛍光管を配置するとともに、蛍光管のまわりには銀
シートのランプリフレクタを配置し、また光出射面以外
の４面に銀反射シートを配置した。さらに蛍光管を配置
した入射面と反対側に位置する側端面と反射シートの間
に１／４波長板を配置した。

【００３４】こうして得られた面状発光装置を本発明の
実施例とした。 ＜比較例１＞ドット印刷パターン、拡散反射シート、螢
光管とランプリフレクタ、及びアクリル導光体を備えた
バックライト（液晶表示装置用面状発光装置）に、光拡
散シート（ビーズコーティングタイプ）と頂角がおおむ
ね９０°の２枚のプリズムシートをそれぞれの稜線が互
いに直交する状態で配置し、これを比較例１とした。 ＜比較例２＞特開平７−６４０８５号公報に記載の偏光
素子を使用した面状発光装置を比較例２とした。 ＜評価＞以上の実施例と比較例１、２で得られた各面状
表示装置に関し、次のような項目について評価した。 輝度 この輝度の評価は、各液晶表示装置用面状発光装置の上
に偏光板を光学軸を揃えて配置し、画面中央において偏
光板を透過した光の輝度を測定して評価を行った。 透過光量 同じく各液晶表示装置用面状発光装置の上に偏光板を光
学軸を揃えて配置し、偏光板を透過する光の透過光量を
測定し、偏光板の手前と後でどれだけの光が透過したか
の評価を行った。 画質感 同じく各液晶表示用面状発光装置に５種類の液晶セルを
組み合わせ、点灯時において人間の目で画質感（干渉縞
の発生の確認）を評価し、組み合わせによって１つでも
画質感が悪いものがあったときこの評価項目に対して不
適とみなすものとした。

【００３５】

【表１】

【００３６】この結果から明らかなように、本発明の実
施例における位相差を有する場合では、比較例１，２を
上回る光の有効利用を実現することができる。しかし、
比較例１と同程度の位相差を有するときには、従来と同
等レベルでしか光を有効利用することができず、これが
導光体の残留位相差の限界といえる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の面状発光
装置の製造方法によれば、導光体に対応する形状・寸法
の空間を備えた金属型内に、透明樹脂製三角柱、２種類
の薄層状透明光学媒質（多数層）及び透明樹脂製三角柱
を順次積層して、それらを加熱圧着することにより、２
種の媒質による多数の界面を形成するようにしたので、
偏光分離機能をもつ導光体を、簡便にかつ材料ロスなく
作製することができる。その結果、高輝度で画質感に優
れ、しかも構成が簡単な面状発光装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法に用いる金属型の構造を示す
模式的断面図

【図２】同じく金属型の構造を示す模式的正面図

【図３】同じく金属型の構造を示す斜視図

【図４】本発明の製造方法で得られた導光体を用いた面
状発光装置の一例を示す模式的断面図

【図５】図４に示す面状発光装置の作用説明図

【符号の説明】

１ 導光体 １ａ 入射面 １ｂ 光出射面 Ａ 媒質 Ｂ 媒質 ２ 蛍光管 ３ リフレクタ ４ １／４波長板 ５，６ 反射シート Ｍ 金属型 Ｆ1 上面蓋 Ｆ2 側面蓋 Ｈ，Ｈ1,Ｈ2 面状発熱体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率の異なる２種類の薄層状透明光学
   媒質が入射光の進行方向に対して３０°〜６０°の傾斜
   で多数配置されてなる直方体状の導光体を備えた面状発
   光装置における、上記導光体を製造する方法であって、
   導光体の入射面側とその反対側の端部となる透明樹脂製
   三角柱と、屈折率の異なる２種類の薄層状透明光学媒質
   をそれぞれ所要数づつ用意し、 作製を行う導光体に対応する形状・寸法の空間を備えた
   金属型を用いて、この金属型の内部に、上記導光体の入
   射面側またはその反対側の端部となる透明樹脂製三角柱
   を配置し、次いで２種類の薄層状透明光学媒質を交互に
   積層し、その端部にもう一方の透明樹脂製三角柱を配置
   した後、それらを加熱圧着することを特徴とする、面状
   発光装置用導光体の製造方法。