JPWO2005061957A1 - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

光源（２）、導光板（１）及びリフレクタ（１０）を少なくとも有し、導光板（１）は、光源（２）からの光を入射する入射面（５）と、入射面（５）に略垂直でかつリフレクタ（１０）と対向する下面（４）と、該下面（４）に対向する上面（３）とを有し、導光板（１）の上面（３）には、光を下面（４）からリフレクタ（１０）へ向けて出射させるように反射可能な反射素子（３）が設けてなり、光の利用効率を高めたバックライト装置及びかかるバックライト装置を備えた液晶表示装置を提供する。

Description

本発明は、液晶表示素子などを背面から照明するバックライト装置と、このバックライト装置及び液晶表示素子を備える液晶表示装置に関する。

従来、携帯電話機等の表示装置として液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示装置においては、液晶表示素子を背面から照明するため、光源と、この光源から出射された光を導く導光板とを備えるバックライト装置が用いられている。

図１は、従来の導光板の外観を示す図である。図１（ａ）は導光板の上面図、図１（ｂ）は導光板の側面図、図１（ｃ）は導光板の斜視図である。図中には、光源の発光ダイオード（１０２）も同時に示す。

導光板（１０１）は、例えばＰＭＭＡ又はポリカーボネートのような透明な材料からなり、略板状の平坦な形状を有している。そして、上面及び下面をそれぞれ出射面（１０３）及び反射面（１０４）とし、一つの側面を入射面（１０５）としている。反射面（１０４）には、入射面（１０５）から入射された光を出射面（１０３）に向けて反射するために反射素子（１０６）が形成されている。

光源の発光ダイオード（１０２）から出射された光は、入射面（１０５）から導光板（１０１）に入射し、出射面（１０３）と反射面（１０４）とのなす角が臨界角に達するまでは、出射面（１０３）と反射面（１０４）で全反射を繰り返しながら導光板（１０１）の内部を進む。反射面（１０４）に形成された反射素子（１０６）は、光を出射面（１０３）方向に偏向する役割を果たしている。導光板（１０１）内を進む光は反射素子（１０６）で反射するたびに出射面（１０３）方向に偏向され、出射面（１０３）となす角度が臨界角を超えると出射面（１０３）から出射される。このように、側面にある入射面（１０５）から入射された光を主面にある出射面（１０３）から出射する導光板（１０１）をサイドエッジ方式と称し、携帯電話機等において広く使用されている。

図２は、従来の導光板及びバックライト装置の使用態様を示す断面図である。

導光板（１０１）は、液晶表示素子（１０７）の直下に、出射面（１０３）が光学シート（１０８）を挟んで液晶表示素子（１０７）の下面（１０９）に対向するように配置される。導光板（１０１）には、発光ダイオード（１０２）から出射された光が入射面（１０５）から入射される。

入射面（１０５）から導光板（１０１）に入射された光は、出射面（１０３）と反射面（１０４）とのなす角が臨界角に達するまでは、出射面（１０３）と反射面（１０４）で全反射を繰り返しながら導光板（１０１）の内部を進む。反射面（１０４）に形成された反射素子（１０６）は、光を出射面（１０３）方向に偏向する役割を果たしている。導光板（１０１）内を進む光は反射素子（１０６）で反射するたびに出射面（１０３）方向に偏向され、出射面（１０３）となす角度が臨界角を超えると出射面（１０３）から出射される。

導光板（１０１）の出射面（１０３）から出射された光は、光学シート（１０８）を介して液晶表示素子（１０７）の下面（１０９）に入射される。光学シート（１０８）は、液晶表示素子（１０７）の下面（１０９）に光が垂直に入射されるように、導光板（１０１）から出射された光を液晶表示素子（１０７）の方向に立ち上げる。

また、導光板（１０１）に入射した光の一部は、反射面（１０４）となす角が臨界角に達して、反射面（１０４）から出射する。この漏れ光を再利用するために、導光板の反射面と対向する位置にリフレクタを設置する。導光板からの漏れ光は、リフレクタで反射されて再度導光板の反射面から入射し、導光板の出射面から出射する。

なお、かかる従来の技術を記載した特許文献には、例えば特開２０００−２２２９２４号公報、特開２０００−２１１４２６号公報がある。

従来の技術では、図１及び図２に示したように、導光板（１０１）に形成される反射素子（１０６）は液晶表示素子（１０７）側の出射面（１０３）と相対する反射面（１０４）に配置し、出射面（１０３）から出射された光は、光学シート（１０８）を介して液晶表示素子（１０７）の下面（１０９）に入射される構造が一般的であった。

図３は、従来の導光板から出射される光の分布を示す上面図である。

例えば光源の発光ダイオード（１０２）から出射された光は入射面（１０５）から導光板（１０１）に入射されるが、入射面（１０５）付近においては、点光源である発光ダイオード（１０２）からの光線が扇状に広がって導光板（１０１）内を導波していくため、隣接する発光ダイオード（１０２）間の領域に暗部（１１３）が発生してしまう。また発光ダイオード（１０２）からの光は入射面（１０５）付近では光線の強弱により、脈動明暗や目玉現象と呼ばれるホットスポット（１１１）・輝線（１１２）等が発生しやすい。

特にホットスポット（１１１）・輝線（１１２）について解析した結果、これらが主として、導光板の出射面と反射面とで全反射を繰り返して出射面から出射した光に起因しており、リフレクタを介して出射してくる導光板の反射面からの漏れ光は、これらのホットスポット（１１１）・輝線（１１２）への影響は弱いことを見出した。

本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、光の利用効率を高めたバックライト装置及びかかるバックライト装置を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係るバックライト装置は、光源、導光板及びリフレクタを少なくとも有し、導光板は、側面に入射面を有し、液晶表示素子側の上面に反射素子を配置することを特徴とする。

このような配置とすることにより、従来の構成でホットスポットや輝線を発生させていたリフレクタを経由することなく出射面からの出射されていた光の一部を、一旦リフレクタに導くことが可能となる。一旦リフレクタに導かれた光は、リフレクタで反射され、導光板を通過して導光板の出射面から出射され、光学シートで偏向されて液晶表示素子に入射する。このように一旦リフレクタを経由する光の量を増加させることにより、ホットスポットや輝線を発生させていた光の強度むらが緩和される。

別の言い方をすると、上記導光板は、出射面から出射する全光量をＡ、そのうちいったん導光板下面からリフレクタに向かって出射する光の光量をＢとするとき、Ｂ≧０．２５Ａの関係式を満たすようにすると、ホットスポットや輝線を発生させていた光の強度むらが緩和されたバックライト装置を得ることができる。

つまり、従来のバックライト装置においては、導光板下面は反射面とされたため、導光板下面から出射する光は「漏れ光」とされ、したがってリフレクタを用いて漏れ光が無駄になるのを少しでも防ぐという考え方であった。これに対して本発明は、あえて導光板下面からリフレクタ方向に向かう光の量を増加させるという、これまでとは異なる技術思想の元に完成されたものである。

本発明に係るバックライト装置は、光源、導光板及びリフレクタを少なくとも有するものであって、上記導光板は、上記光源からの光を入射する入射面と、該入射面に略垂直でかつリフレクタと対向する下面と、該下面に対向する上面とを有し、上記導光板は、上記入射面から入射した光を上記上面及び下面で全反射して導き、上記上面には、光を下面から上記リフレクタへ向けて出射させるように反射する反射素子が、この導光板と一体成形されてなる。

上記リフレクタは、上記導光板の下面から出射した光を上記導光板側に反射する反射溝が表面に設けられたものであることが好ましい。

上記リフレクタは、表面に金属薄膜が設けられてなることが好ましい。

上記導光板は、ポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート又はこれらの混合物からなるものであることが好ましい。

上記導光板は、上面及び下面の間の距離が０．３〜３．０ｍｍであることが好ましい。

上記反射素子は、上記導光体の上面に入射面に略平行な多数のＶ字溝を設けることで形成されてなることが好ましい。

上記反射素子において、上記導光板内部からみて光源側に傾いた面を第１面、光源と逆側に傾いた面を第２面としたとき、上記第１面が上面となす角度θ１が０．２〜５°であり、上記第２面が上面となす角度θ２が９０°以下であることが好ましい。

上記導光板は、その下面に異方性拡散パターンが一体成形されたものであることが好ましい。

上記異方性拡散パターンがサーフェスリリーフホログラムであることが好ましい。

さらに、上記導光体の上面と対向する位置に、上記導光板から出射される光を該導光板の上面の法線方向により近づけるように偏向する光学シートを設けてなることが好ましい。

本発明に係る液晶表示装置は、前記バックライト装置と、このバックライト装置で照明される液晶表示素子と有してなる。

本発明によると、バックライト装置及び液晶表示装置における光の利用効率を高めることができる。

図１は、従来の導光板の外観を示す図である。 図２は、従来の導光板及びバックライト装置の使用態様を示す断面図である。 図３は、従来の導光板から出射される光の分布を示す上面図である。 図４は、本実施の形態の液晶表示装置の構成を示す図である。 図５は、導光板を示す図である。 図６は、リフレクタを示す図である。 図７は、導光板の各部の寸法を示す図である。 図８は、導光板における光路を示す図である。 図９は、比較例として、サーフェースリリースホログラムの異形拡散パターン層を用いない場合の状態のバックライト装置から出射される光の分布を示す上面図である。 図１０は、異形拡散パターン一体成形層に形成されたホログラムを示す図である。 図１１は、ホログラムを２００倍に拡大したものである。 図１２は、ホログラムの性質を説明する図である。 図１３は、マスターホログラムを作製する装置の構成を示すブロック図である。 図１４は、マスターホログラムを作製する装置の構成を示す斜視図である。 図１５は、導光板及び光学シートで構成されたバックライト装置の一部を示す図である。 図１６は、光学シートを示す図である。 図１７は、導光板から出射する光の総量を測定する測定装置の模式図である。 図１８は、導光板から出射する光のうち、リフレクタ方向に出射した光を除いた光の量を測定するための測定装置の模式図である。 図１９は、導光板の正面輝度を測定する位置を示す導光板の上面図である。

以下、本発明に係る導光板及びバックライト装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態においては、簡単のため、幾つかの異なる図面において共通の指示符号によって同一の部材を示すことにする。また、本実施の形態の図面は、本発明の内容を説明するために用いられるものであり、各部の寸法の比率を正確に反映するものではない。

また、参照の便宜上、図中にｘｙｚ直交座標系を設定する。導光板における光の進行方向に導光板の上面又は下面の２つの辺に沿ってｘ軸及びｙ軸を設定し、上面又は下面の法線方向にｚ軸を設定する。また、ｚ軸の正負方向を上下と称することにする。

図４は、本実施の形態の液晶表示装置の構成を示す図である。図４（ａ）は光源の発光ダイオード側の側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）と垂直な方向から見た側面図である。

この液晶表示装置は、光源の発光ダイオード（２）と、発光ダイオード（２）から光線（１００）が入射され、この光線（１００）を導く導光板（１）と、導光板（１）から出射された光線（１００）を反射する、導光板（１）と略平行に設けられたリフレクタ（１０）と、導光板（１）を挟んで導光板（１）の直上にこの導光板（１）と略平行に設けられ、リフレクタ（１０）で反射され導光板（１）を透過した光線（１００）を液晶表示素子（７）方向に立ち上げる光学シート（８）と、光学シート（８）を挟んで導光板（１）と対向する位置に導光板（１）と略平行に設けられ、光学シート（８）からの光線（１００）が入射される液晶表示素子（７）と、を備えている。

この液晶表示装置の内、発光ダイオード（２）と、導光板（１）と、リフレクタ（１０）と、光学シート（８）とは、液晶表示素子（７）を背面から照明するバックライト装置を構成している。

図５は、導光板を示す図である。図５（ａ）は導光板の上面図であり、図５（ｂ）は導光板の側面図であり、図５（ｃ）は導光板の斜視図である。図中には、光源の発光ダイオード（２）も同時に示す。

導光板（１）は、一定の屈折率を有する透明な材料からなり、略矩形状の上面（３）及び下面（４）を有する略板状の形状をする。前記座標軸を参照すると、導光板（１）は、ｘｙ平面と略平行な上面（３）及び下面（４）間にあり端面から光線を入光させる部位を入射面（５）としている。

導光板（１）はホットスポットや輝線および光源となる発光ダイオード（２）間の黒ずみを改良するため、反射素子（６）からの反射光が直接液晶表示素子（７）方向へ出射することを低減又は回避するため反射素子（６）を液晶表示素子（７）に対向する上面（３）に設け、反射素子（６）により反射した光線（１００）を一旦リフレクタ（１０）の方向に偏向し、導光板（１）外に出射させる。即ち、導光板（１）は、リフレクタ（１０）面に光線を導く。

ｘｙ面内において発光ダイオード（２）から導光板（１）に入射された光線（１００）は、液晶表示素子（７）側の導光板（１）の上面（３）に一体成形された反射素子（６）により、−ｚ軸方向に反射偏向され、一部は上面（３）と相対する下面（４）を透過しリフレクタ（１０）面に到達する。

導光板（１）の上面（３）と相対する下面（４）は鏡面または粗面でも良いが、本実施の形態では異方性拡散が可能な異形拡散パターン層（１８）が一体成形されている。この異形拡散パターン層（１８）は、ホットスポットや輝線および光源の発光ダイオード（２）間の黒ずみを更に改良するためのものである。

異形拡散パターン層（１８）は、下面（４）に異方性を有するホログラム（異方性拡散パターン）が形成されたものである。このホログラムは、３次元的に形成されたホログラムと区別するためにサーフェースリリースホログラムと称されることがある。この異形拡散パターン層（１８）は、光源の発光ダイオード（２）間の方向（ｙ軸方向）に大きく、入射面（５）とこの入射面（５）に対向する反入射面（１５）間の方向（ｘ軸方向）には小さく、異方的に拡散するものである。また、前記異形拡散パターン層（１８）は、サーフェースリリースホログラムにより形成された凹凸パターンを導光板（１）に一体成形したものである。

導光板（１）の上面（３）に形成された反射素子（６）により反射偏向された光線（１００）は上面（３）と相対する下面（４）に一体成形された異形拡散パターン層（１８）に向かい反射され、一部は透過する、その際異形拡散パターン層（１８）により拡散され、リフレクタ（１０）表面に到達する。

反射素子（６）によって反射された光線（１００）は、前記ホログラムによって光源の発光ダイオード（２）間に発生する光線量不足を補うため、光源の発光ダイオード（２）間方向に大きく拡散され、異形拡散パターン層（１８）からは略楕円形状に拡散され、リフレクタ（１０）に向けて出射される。

このように反射素子（６）は、入射面（５）から入射した光を反射して異形拡散パターン層（１８）の方向に偏向する役割を果たしている。この反射素子（６）は、導光板（１）の一つの側面から他の側面まで連続してまたは不連続に形成され、反射素子（６）の大部分が光の反射に使用される。したがって、本実施の形態のような反射素子（６）を形成された上面（３）は、入射された光を異形拡散パターン層（１８）の方向に反射する効率が高く、この導光板（１）の光の利用効率の向上を高めている。

前述のような形状を有する導光板（１）は、ＰＭＭＡ、ポリオレフィン系又はポリカーボネートのような材料を金型に射出成型することによって製造することができる。

図６は、リフレクタを示す図である。図６（ａ）はリフレクタの一例を示す斜視図であり、図６（ｂ）はリフレクタの他の例を示す斜視図である。

リフレクタ（１０）は導光板（１）の反射素子（６）により導かれた光線を反射する機能を有するが、このリフレクタには導光板（１）の上面（３）側の所定方向へ光線を導くための反射溝（１６）が形成されている。また反射率を高めるためリフレクタ（１０）の反射溝形状の表面には銀等の金属蒸着層（１７）が形成されている。

また、リフレクタ（１０）の反射溝（１６）形状は、導光板（１）と液晶表示素子（７）との間に位置する光学シート（８）が正面輝度を向上できる方向に光線が効率よく入射できる形状となっている。このリフレクタ（１０）の表面に形成された反射溝（１６）およびその表面層である金属蒸着層（１７）へ到達した光線は、ミラー反射により入射光と異なる角度、または方向に偏向させることができる。

リフレクタ（１０）に形成する反射溝（１６）は全面同様な形状である必要がなく、導光板（１）の入射面（３）付近と他の部分の形状を変え、別の機能を付与する事も可能である。例えば、入射面（３）付近では主として光を拡散するような形状とし、他の部分では例えば導光板（１）からリフレクタ（１０）面に出射された光線を効率的に導光板（１）内に戻し、または導光板（１）に一体成形された反射素子（６）にその光線が効率的に当たる角度で反射させることも可能である。またリフレクタの反射溝（１６）形状を適正化させることにより、集光させて導光板（１）から液晶表示素子（７）方向に出射させる事も可能である。

上記構成より、本実施の形態は従来困難であった導光板（１）の入射面（３）付近のホットスポットや光源の発光ダイオード（２）間の黒ずみ等が改良できるバックライト装置及び液晶表示装置を提供するものである。

図７は、導光板の各部の寸法を示す図である。

上面（３）と異形拡散パターン層（１８）の距離ａは、一般的に光源の発光ダイオード（２）の種類（特性）により決められるがその距離範囲は０．３〜３．０ｍｍ、好ましくは０．５〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．６〜０．８ｍｍである。反射素子（６）の第１面（６_１）と上面（３）のなす角度θ１は、０．２〜５度であり、好ましくは０．３〜３．０度であり、さらに好ましくは０．３〜１．５度である。反射素子（６）の第２面（６_２）と上面（３）のなす角度θ２は、９０度以下であり、好ましくは５０〜８７度であり、さらに好ましくは７５から８０度である。ここで、第１面（６_１）は導光板（１）内部から見て光源の発光ダイオード（２）側に傾いたものであり、第２面（６_２）は発光ダイオード（２）とは逆側に傾いたものである。

隣接する反射素子（６）の間隔ｐは、一定であることが好ましく、その範囲は好ましくは５００〜５００μｍであり、さらに好ましくは５０〜２５０μｍであり、さらに好ましくは１００〜１５０μｍである。なお、前記間隔ｐを一定にすると液晶表示素子（７）のセル配置との干渉によってモアレの出現が現れることがあるので、前記間隔を意図的にランダムに設定することもできる。

図８は、導光板における光路を示す図である。

発光ダイオード（２）から導光板（１）の入射面（５）に入射した光線（１００）は、異形拡散パターン層（１８）または下面（４）となす角が臨界角に達するまでは異形拡散パターン層（１８）を一体成形した下面（４）と上面（３）で全反射を繰り返しながら導光板（１）の内部を進む。

反射素子（６）の第１面（６_１）は、反射される光を異形拡散パターン層（１８）方向に偏向する役割を果たしている。上面（３）と小さい角度をなして入射面（５）に入射された光は、反射素子（６）の第１面（６_１）で反射するたびに異形拡散パターン層（１８）方向に偏向され、異形拡散パターン層（１８）となす角度が臨界角を超えると異形拡散パターン層（１８）から出射される。なお、導光板（１）内を進む光の一部には反射面（６）の第１面（６_１）となす角が臨界角に達して、漏れ光として反射面（６）から出射されるものがある。

ここで、反射素子（６）の第１面（６_１）と異形拡散パターン層（１８）のなす角θ１が小さいほど、反射素子（６）第１の面（６_１）との反射により光が徐々に立ち上げられるので、異形拡散パターン層（１８）から出射される光の方向は整列している。整列した光は取り扱いが容易であるが、異形拡散パターン層（１８）から抜け出た光は、リフレクタ（１０）の表面に施された反射溝（１６）とその表面に形成された金属蒸着膜（１７）により更に偏向され、光線は、また導光板（１）の方向に反射される。

この光線は導光板（１）の異形拡散パターン層（１８）で更に拡散され上面（３）に向かい光線が進む。この際、異形拡散パターン層（１８）および反射素子（６）の面に対し全反射角以下の角度になるように設定する事により、リフレクタ（１０）の反射溝（１６）および金属蒸着膜（１７）により反射された光は、導光板（１）の上面（３）より出射される。導光板（１）から出射された光線は光学シート（８）により所定の偏向が行われ液晶表示素子（７）の下面（９）より入射する。

次に本発明の実施の形態について、より具体的な例を用いて説明する。ただし本発明はこの説明に用いた形態に限定するものではない。本実施の形態の導光板（１）においては、反射素子（６）の形状は図８に示すような形態のＶ字溝を用いた。

上面（３）となす角度（θ_１）は１．７°で入射面（５）と上面（３）の交わるコーナ部（１９）から１２０μｍピッチ（ｐ＝１２０μｍ）で反射素子（６）の間隔が一定になるように傾斜を設けた。傾斜角度は入射面（５）からの光を徐々に全反射角以下にさせるため、図８に示す通り、光源の発光ダイオード（２）に第１面（６_１）が面するような方向で反射素子（６）のＶ字溝加工した金型を製作し射出成形により導光板（１）を作った。また上面（３）相対する下面（４）には本実施の形態では、サーフェースリリースホログラムにより得られた異方性拡散する異形拡散パターン層（１８）を一体成形させた。

図９は、比較例として、サーフェースリリースホログラムの異形拡散パターン層（１８）を用いない場合の状態のバックライト装置から出射される光の分布を示す上面図である。導光板（１）の入射面（５）から入射され、異形拡散パターン層（１８）に代わって鏡面とされた下面（４）を透過し、リフレクタ（１）によって反射された光が導光板（１）を通過し出射された状態は図９のような輝線（１２）が発生する。そのため、反射素子（６）と相対する下面（４）には光を拡散できるパターン形成が好ましい。また、光源の発光ダイオード（２）間方向に大きく拡散し、反入光面（１５）と光源の発光ダイオード（２）間方向には小さな拡散とすることが正面輝度向上には望ましい。

本実施の形態の導光板（１）においては、異形拡散パターン層（１８）に形成されたホログラムは、光源の発光ダイオード（２）間方向に大きく拡散し、反入光面（１５）と光源の発光ダイオード（２）間方向には小さな拡散とした。また、各々の半値拡散角度は光源間方向は６０°、他方は１°の特性をもつパターンを用いた。

図１０は、異形拡散パターン一体成形層（１８）に形成されたホログラムを示す図である。図１１はホログラムを２００倍に拡大したものである。

図１０に示すように、ホログラムは、光源の発光ダイオード（２）間方向（ｙ軸方向）に大きく拡散し、反入光面（１５）と光源間方向（ｘ軸方向）には小さな拡散とするよう、光源の発光ダイオード（２）と反入射面（１５）間の方向、すなわち図中のｘ軸方向を長軸とする略楕円形状のスペックル（２１）が多数形成されてなる。

上面（３）に一体成形されたＶ字型の反射素子（６）により全反射し偏向された光線（１００）は異形拡散パターン層（１８）に当り一部の光線はリフレクタ（１０）側に出射される。Ｖ字型の反射素子（６）により全反射し偏向された光線（１００）が異形拡散パターン層（１８）に当たった場合、その異形拡散パターン（１８）が粗面（図１１参照）のため全反射角を失いリフレクタ（１０）側に一部透過して出射する。透過した光線（１００）が導光板（１）から出射される際、ホログラム拡散特性により異方的に拡散され光源の発光ダイオード（２）間方向に大きく光が拡散されリフレクタ（１０）に到達する。

図１２は、ホログラムの性質を説明する図である。

図１２（ａ）は、導光板（１）の異形拡散パターン層（１８）の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から出射された光の強度の角度依存性を示す上面図である。図１２（ｂ）は、導光板（１）の異形拡散パターン層（１８）の点Ｐ２から出射された光の強度分布を立体的に示す斜視図である。

導光板（１）の異形拡散パターン層（１８）の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から出射された光は、異形拡散パターン層（１８）に形成されたホログラムによって、楕円Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３に示すように前記光源の発光ダイオード（２）間方向に大きく拡散し、反入光面（１５）と光源の発光ダイオード（２）間方向には小さな拡散となるように拡散される。拡散された光の強度分布を示す楕円Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の長軸方向と短軸方向の比率は、可変可能であり本実施の形態では１：６０としたが、可変も可能である。

図１３は、マスターホログラムを作製する装置の構成を示すブロック図である。

異形拡散パターン層（１８）に形成されたホログラムは、マスターホログラムを転写したものであり、マスターホログラムと同一の光学的特性を有する。

この装置は、所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源（７１）と、例えば矩形形状の開口を有するマスク（７２）と、所望の領域のみ光を透過させるマスク（７３）と、フォトレジスト（７４）を平行移動可能に支持するテーブル（７５）を有している。

レーザ光源（７１）は、ＲＧＢのレーザ光を切り替えて出射することができるものである。これは、例えば携帯電話機の液晶表示装置の照明に必要な白色光を拡散するホログラムを作製するためには、ＲＧＢのレーザ光についてそれぞれフォトレジスト（７４）を露光する必要があるからである。なお、ＲＧＢのレーザ光をそれぞれ発する３個のレーザ光源を用い、これらのレーザ光源を切り替えて使用することもできる。

マスク（７２）は、矩形形状のディフューザによる開口を有している。このディフューザには、例えばすりガラスを使用することができる。前記矩形の長辺と短辺の寸法は、フォトレジスト（７４）に形成される略楕円状のスペックルの短軸と長軸の寸法にそれぞれ対応している。なお、前記長辺及び短辺と前記短軸及び長軸は、相互にフーリエ変換によって変換される関係にある。

マスク（７３）は、フォトレジスト（７４）を所望の部分のみ露光するために用いられる。本実施の形態のホログラムは、フォトレジスト（７４）を一度で全部露光することなく、各部分が所望の拡散特性を有するように該当部分についてのみ露光する。そして、このような露光を各部分について繰り返す多重露光を行い、フォトレジスト（７４）の全体を露光する。この多重露光は、ＲＧＢのそれぞれについて行う。このように露光したホログラムを現像するとマスターホログラムが得られる。

フォトレジスト（７４）は、微弱な光を感度よく検知してスペックルを忠実に再現できるように、高感度の感光体を均一に分散した厚膜のものである。

支持台（７５）は、フォトレジスト（７４）を平行移動させるために使用する。支持台（７５）は、フォトレジスト（７４）における露光位置を変更したり、マスク（７２，７３）とフォトレジスト（７４）の距離を調整したりする際に、フォトレジスト（７４）を移動する。

図１４は、マスターホログラムを作製する装置の構成を示す斜視図である。

マスク（８１，８２）は、図１３に示した矩形状の開口を有するマスク（７２）に相当するものである。マスク（８１）は、スリット（８１ａ）を有している。矩形状の開口の短辺は、このスリット（８１ａ）の幅によって定められる。マスク（８２）は、三角形の開口（８２ａ）を有している。前記矩形状の開口の長辺は、マスク（８１）のスリット（８１ａ）を透過した光がスリット（８２）の開口（８２ａ）を透過する領域の長手方向の最大の長さによって決定される。なお、マスク（８１，８２）は、図示しないディフューザによって透過する光を拡散している。

マスク（８３）は、図１３に示したマスク（７３）に相当している。マスク（８３）は、四角形の開口（８３ａ）を有している。フォトレジスト（８４）が露光される領域は、この開口（８３ａ）を透過した光が到達する部分に制限される。フォトレジスト（８４）における前記部分を変更しつつ多重露光することにより、フォトレジスト（８４）の全面を露光することができる。

図１３及び図１４の装置を用いて露光したフォトレジストを現像すると、マスターホログラムが得られる。このように作製したマスターホログラムを導光板（１）の成型に用いる金型において、導光板（１）の下面（４）に対応する部分に凹凸として転写する。そして、マスターホログラムを転写した金型を用いて導光板（１）を射出成型することにより、導光板（１）の下面（４）にホログラムを異形拡散パターン層（１８）として一体成型することができる。

図１５は、導光板及び光学シートで構成されたバックライト装置の一部を示す図である。

導光板（１）及び光学シート（８）からなるバックライト装置において、導光板（１）の上面（３）から出射された光は、上面（３）となす角度が小さい成分の光Ｌ_１，Ｌ_２を含んでいる。光学シート（８）は、平坦な上面（５１）とプリズム状の下面（５２）を有し、導光板（１）の上面（３）となす角度が小さい光Ｌ_１，Ｌ_２が下面（５２）から入射されると、この光学シート（８）の上面（５１）と大きな角度をなすように角度を変更して出射する（Ｌ_１’，Ｌ_２’）。このように、光学シート（８）は、液晶表示素子（７）に出射される光の正面強度を向上させる。

図１６は、光学シートを示す図である。

光学シート（プリズムシート）（８）は、例えばＰＭＭＡ、ポリオレフィン又はポリカーボネート、光硬化型樹脂のような透明な材料からなり、上面（５１）に対向する下面（５２）に、連続するプリズム状の構造をなす反射溝（５３）を有している。この光学シート（８）は、導光板（１）の上面（３）上に設置される。

なお、上述の実施の形態は、本発明の一具体例を示すものであり、本発明はこれに限定されない。本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の対象に適用することができる。また、本実施の形態中に示した数値は、一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことはいうまでもない。

ところで、これまで説明してきた導光板は、出射面からの輝度が最大になる角度θｍａｘにおける輝度をＡとしたとき、導光板下面から出射する光の輝度Ｂが、Ｂ≧０．２５Ａの関係式を満たすことが好ましい。つまり、従来の導光板又はバックライト装置において「漏れ光」とされていたものの量を全出射光に対して２５％以上にすることが好ましい。

以下、上記光の輝度Ａ及びＢの測定方法について説明する。

（Ｉ）まず、図１７（ａ）に示すように、発光ダイオード（２０１）、導光板（２０２）、リフレクタ（２０３）及び光学シート（２０４）を用い、バックライト装置を組み立てる。次に、輝度計（２０５）を光学シートの出射面の中央部の上方に設置する。

（ＩＩ）輝度計を光学フィルムの出射面の中央部を回転中心として、出射面と導光板の入光面の双方に直交する面内で角度を変化させながら輝度を測定して、輝度が最大となる角度θｍａｘを求める。

（ＩＩＩ）上記で決定した角度で光学フィルムの出射面内の各点の輝度を測定する。この時の輝度をＡ（ｎ）とする。ｎは任意の５〜１０点の測定箇所を表し、輝度Ａは、それぞれのＡ（ｎ）の平均値である。このようにして測定される輝度Ａは図１７（ｂ）に示されるように、直接出射する光（２１０）とリフレクタ経由の光（２１１）の和の輝度である。

（ＩＶ）次に、図１８（ａ）に示すように、リフレクタを反射の少ない黒シートのような光吸収部材（２０６）に置換し、先ほどの角度θｍａｘにおいて、同様にｎ個の点における輝度Ｃ（ｎ）を測定し、その平均値として輝度Ｃを求める。この輝度Ｃは、図１８（ｂ）に示すように、いったんリフレクタを経由する光を含まず、導光板内から直接出射した光（２１０）のみであると考えることができる。

（Ｖ）上記輝度Ａ及び輝度Ｃから、リフレクタ方向にいったん出射される光（２１１）の輝度Ｂを求めることができる。すなわち、Ｂ＝Ａ−Ｃとなる。

このように輝度Ａ及びＢの値を決定することができるが、上記測定方法において使用することができる発光ダイオード及び光学シートとしては、すでに説明してきたものと同じものを使用することができる。また、リフレクタとしては、反射率が低すぎると正確な値が計算できないので、通常、バックライト装置に使用する反射率の高いリフレクタを使用する。本実施例においては（株）麗光製のルイルミラー７５Ｗ０５（製品名；ＲＥＩＫＯ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ＬＵＩＲＥ ＭＩＲＲＯＲ ７５Ｗ０５）を使用した。ルイルミラー７５Ｗ０５の反射率は、ミノルタ製分光測色計ＣＭ−２５００ｄで、Ｃ光源、２度視野の条件で測定して、９５．５％であった。ここで示した反射率は、ＸＹＺ表色系（別名ＣＩＥ１９３１表色系）におけるＹ値である。また、光吸収部材としては、反射率を低くする目的で使用されるシートを使用することが好ましく、本実施例では、米国Ｐｅｒｍａｃｅｌ社製写真用マスキングテープ型番Ｐ−７４３を用いた。Ｐ−７４３の反射率は、ルイルミラー７５Ｗ０５と同条件での測定で、３．５％であった。このシートは、幅が１２．７ｍｍであったので、ＰＥＴフィルムを台紙として、複数列並べて貼り付け、台紙ごと適当なサイズに切り出して使用した。

本発明において、このようにして求めた輝度Ｂは、輝度Ａの２５％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましい。２５％以下だと、輝線などが消えず入光部付近の見栄えが悪化する傾向がある。また、輝度Ｂの割合は、高ければ高いほど見栄えが向上する傾向があり、原理的には上限はない（１００％）。しかし、導光板に入射し、直接出射面から出射する光を完全になくすことは困難であり、現実的な上限は６０％〜７０％と類推される。

次に、バックライト装置から出射される光において、導光板から直接出射される光と一旦リフレクタで反射されてから出射される光の割合を測定した実施例を示す。

本実施例で用いた導光板（１）は、入射面（５）に平行方向の長さ４０ｍｍ、垂直方向５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのポリカーボネート製のものを用いた。この導光板（１）の上面（３）に形成される反射素子（６）は、図７においてθ１＝１．５度、θ２＝３５度、ｐ＝１５０μｍとした。導光版（１）の下面（４）には、異形拡散パターン層（１８）として６０度×１度のホログラムパターンを形成した。ここで、６０度×１度とは、このホログラム面に垂直に入射される光が入射方向に対して６０度×１度に非等方的に拡散されることを示す。
本実施例では、輝度計にトプコンＢＭ−５を用い、測定角として前記θｍａｘを導光板の出射面の法線方向に対して０．２度とした。光源には日亜化学製ＮＳＣＷ３３５を４個用いた。リフレクタは、（株）麗光製のルイルミラー７５Ｗ０５を用いた。光学シートには、頂角６３度のプリズムシートを用い、プリズムが下向きになるように設置した。また、リフレクタ側で光を吸収する場合には、リフレクタの位置にＰｅｒｍａｃｅｌ社製写真用マスキングテープＰ−７４３から作製したものを設置した。

図１９は、導光板の正面輝度を測定する位置を示す導光板の上面図である。本実施例では、図中に示すように、導光板２０２の出射面において略等間隔に設置した９個の点Ｐ１〜Ｐ９の位置において測定を行った。

表１は、正面輝度（ｃｄ／ｍ^２）の測定結果を示す表である。

第２行は、リフレクタにルイルミラー７５Ｗ０５を用いた場合の正面輝度を示す。第３行は、リフレクタの位置にＰ−７４３から作製した黒い吸収体を置いた場合の正面輝度を示す。第４行は、リフレクタがある場合の正面輝度から黒い吸収体を用いた場合の正面輝度を差し引いた値を示す。

この表１の平均の列に見られるように、前記Ａ＝２８６４（ｃｄ／ｍ^２）、Ｂ＝１７４７（ｃｄ／ｍ^２）、Ｃ＝１１１７（ｃｄ／ｍ^２）であり、前記Ｂ≧０．２５Ａの関係が満たされている。

表２は、表１に示した測定結果から算出したリフレクタを介さず導光板から直接出射される割合とリフレクタ経由で出射される割合を示す表である。

第２行に示す直接出射される割合は、表１の第３行に示した黒い吸収体を置いた場合の正面輝度の値を第２行に示したリフレクタがある場合の正面輝度の値で割り算すると得られる。第３行に示すリフレクタ経由で出射される割合は、表１の第３行に示した差の正面輝度の値を第１行に示したリフレクタがある場合の正面輝度の値で割り算すると得られる。

第３行に示すリフレクタ経由の光の割合は、点Ｐ１の位置で最小値０．３１をとり、Ｐ９の位置で最大値０．４７をとる。

次に、バックライト装置の実施例を説明する。

図４を参照すると、本実施例のバックライト装置は、光源（２）として日亜化学製の発光ダイオードＮＳＣＷ３３５を４個、導光板（１）としては実施例１で用いた導光板と同じものを用いた。

光学フィルム（８）は、プリズムフィルムによる三菱レイヨン製のＭ１６５を用い、プリズム面を導光板（１）側に向けて設置した。リフレクタ（１）は、頂角９０度、ピッチ５０μｍの断面が直角三角形のプリズムフィルムに銀を１０００Å蒸着したものを、プリズムの稜線方向が、入射面（５）と直交するように設置した。

本実施例のバックライト装置において、リフレクタ（１）経由の出射光を光学フィルム（８）の上面で観測した。その結果、入射面（５）近くで３０％がリフレクタ経由であることが測定された。入射面（５）近くには輝線やムラは認められず、良好な見栄えであった。
＜比較例１＞
前記実施例２のバックライト装置において、導光板（１）の向きを上下逆にして、異形拡散パターン層（１８）の形成された下面（４）が光学フィルム（８）に対向し、反射素子（６）の形成された上面（３）がリフレクタ（１０）に対向するように導光板（１）を設置した。このような導光板（１）の向きを除いて、他の構成は前記実施例２のバックライト装置と同様とした。

この比較例１のバックライト装置の出射光を光学フィルム（８）の上面で観測した。その結果、入射面（５）近くでわずかに輝線が認められた。
＜比較例２＞
前記実施例２のバックライト装置において、リフレクタ（１）にプリズム形状がない鏡面状のものを用いた。他の構成は、前記実施例２のバックライト装置と同様とした。

この比較例２のバックライト装置の出射光を光学フィルム（８）の上面で観測した。その結果、入射面（５）近くにはっきりと輝線が認められた。

Claims (21)

1. 光源、導光板及びリフレクタを少なくとも有するバックライト装置であって、
   上記導光板は、上記光源からの光を入射する入射面と、該入射面に略垂直でかつリフレクタと対向する下面と、該下面に対向する上面とを有し、
   上記導光板の上記上面には、光を下面から上記リフレクタへ向けて出射させるように反射可能な反射素子が設けられてなるバックライト装置。
2. 光源、導光板及びリフレクタを少なくとも有するバックライト装置であって、
   上記導光板は、上記光源からの光を入射する入射面と、該入射面に略垂直でかつリフレクタと対向する下面と、該下面に対向する上面とを有し、
   上記導光板は、上記バックライト装置の出射面からの輝度が最大になる角度θｍａｘにおける輝度をＡとしたとき、導光板下面から出射する光の輝度Ｂが、Ｂ≧０．２５Ａの関係式を満たすものであるバックライト装置。
3. 上記導光板の上記上面には、光を下面から上記リフレクタへ向けて出射させるように反射可能な反射素子が設けられてなる請求の範囲第２項記載のバックライト装置。
4. 上記反射素子は、上記導光板に一体成形されてなる請求の範囲第１項又は第３項記載のバックライト装置。
5. 上記リフレクタは、上記導光板の下面から出射した光を上記導光板側に反射する反射溝が表面に設けられたものである請求の範囲第１項又は第２項記載のバックライト装置。
6. 上記リフレクタは、表面に金属薄膜が設けられてなる請求の範囲第１項又は第２項記載のバックライト装置。
7. 上記導光板は、ポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート又はこれらの混合物からなるものである請求の範囲第１項又は第２項記載のバックライト装置。
8. 上記導光板は、上面及び下面の間の距離が０．３〜３．０ｍｍである請求の範囲第１項又は第２項記載のバックライト装置。
9. 上記反射素子は、上記導光体の上面に入射面に略平行な多数のＶ字溝を設けることで形成されてなる請求の範囲第１項又は第２項記載のバックライト装置。
10. 上記反射素子において、上記導光板内部からみて光源側に傾いた面を第１面、光源と逆側に傾いた面を第２面としたとき、上記第１面が上面となす角度θ_１が０．２〜５°であり、上記第２面が上面となす角度θ_２が９０°以下である請求の範囲第９項記載のバックライト装置。
11. 上記導光板は、その下面に異方性拡散パターンが一体成形されたものである請求の範囲第１項又は第２項記載のバックライト装置。
12. 上記異方性拡散パターンがサーフェスリリーフホログラムである請求の範囲第１１項記載のバックライト装置。
13. さらに、上記導光体の上面と対向する位置に、上記導光板から出射される光を該導光板の上面の法線方向により近づけるように偏向する光学シートを設けてなる請求の範囲第１項又は第２項記載のバックライト装置。
14. 光源、導光板及びリフレクタを少なくとも有するバックライト装置に用いる導光板であって、
    該導光板は、上記光源からの光を入射する入射面と、該入射面に略垂直でかつリフレクタと対向する下面と、該下面に対向する上面とを有し、
    上記バックライト装置の出射面からの輝度が最大になる角度θｍａｘにおける輝度をＡとしたとき、導光板下面から出射する光の輝度Ｂが、Ｂ≧０．２５Ａの関係式を満たすものである導光板。
15. 上記上面には、光を下面から上記リフレクタへ向けて出射させるように反射可能な反射素子が設けられてなる請求の範囲第１４項記載の導光板。
16. 上記反射素子は、上記導光板に一体成形されてなる請求の範囲第１４項記載の導光板。
17. 上記導光板は、ポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート又はこれらの混合物からなるものである請求の範囲第１４項記載の導光板。
18. 上記上面及び上記下面の間の距離が０．３〜３．０ｍｍである請求の範囲第１４項記載の導光板。
19. 上記導光板は、その下面に異方性拡散パターンが一体成形されたものである請求の範囲第１４項記載の導光板。
20. 上記異方性拡散パターンがサーフェスリリーフホログラムである請求の範囲第１４項記載の導光板。
21. 請求の範囲第１４項乃至第２０項のいずれかに記載の導光板を用いてなるバックライト装置と、このバックライト装置で照明される液晶表示素子と有してなる液晶表示装置。

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