(57)【要約】【課題】細かい最適設計を必要とせずに、均一な面内輝度と高い指向性を実現した導光体を提供する。【解決手段】本発明に係る導光体１は、エッジライト方式の導光体であって、導光板２と、導光板２の出射面側に設けられた薄膜１３とを備えている。薄膜１３は、出射面６に頂部を密着させた複数の凸形状を構成する凸部を備えている。また、導光板２における背面７側の面には、導光板２の厚さ方向に対して９０度より小さく７５度以上の傾斜角度の傾斜面を有するパターン１２が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の端面から入射された光を少なくとも一方の主面から出射する導光板と、
上記導光板のいずれか一方の上記主面である第１主面に設けられた薄膜とを備えており、
上記薄膜は、上記第１主面に頂部を密着させ、かつ上記第１主面から出射される光を当該第１主面の正面方向に向かわせる複数の凸部を形成しており、
上記導光板における上記第１主面の反対側の上記主面である第２主面には格子状の凹凸部が形成されており、
上記凹凸部がなす傾斜面は、上記導光板の厚み方向に対して９０度より小さく７５度以上に傾斜していることを特徴とする導光体。
【請求項２】
上記薄膜は、隣り合う上記凸部の間に配置され、かつ上記凸部に対応する複数の凹部をさらに形成しており、
上記凹部は、上記導光板の材料よりも低い屈折率を有する材料から成り、
上記凸部は、上記凹部の材料よりも高い屈折率を有する材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
【請求項３】
上記凹凸部は、四角錐もしくはその断面形状が台形である四角錐の一部の形状、または当該形状を上記厚み方向に垂直な平面に対して反転した形状の周期的な繰り返し構造を構成していることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
【請求項４】
上記凹部の構成する凹形状は、円形または多角形の開口を有しており、当該凹部の深さは、１μｍ以上２００μｍ以下であり、
上記凸部の構成する凸形状は、上記厚み方向に垂直な平面に対して１μｍ以上２００μｍ以下の周期で周期的に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の導光体。
【請求項５】
上記凹凸部の高さは０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、
上記凹凸部の構成する周期的な繰り返し構造の周期は０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の導光体と、
上記導光板の少なくとも一方の端面から光を入射する光源と、
上記第１主面または上記第２主面に対向して設けられた反射シートとを含むことを特徴とするバックライトシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイなどを面照明するために、側部から内部に導入された光を内部で方向転換し、出射面から出射する導光体およびバックライトシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、電子装置、たとえば携帯電話機、デジタルカメラ、携帯ゲーム機器、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、および薄型テレビジョンなどに設けられる。液晶表示装置は、自発光機能を持たない表示装置であるので、背面から光を照らすバックライトシステムと一体に用いられる。バックライトシステムとしては、光源を導光板のエッジ部に設けるエッジライト型バックライトと、光源を表示画面の直下に設ける直下型バックライトとが用いられる。
【０００３】
エッジライト型バックライトは、冷陰極管またはＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源を用い、導光板のエッジ部から入射される光を、導光板によって表示領域内で均一になるように拡散させて、導光板の対面する２つの主面のうち一つの主面から出射させる方式である。このようなエッジライト型バックライトは、導光板の他方の主面側に反射シートが積層され、光を出射する主面である出射面側に、１枚またはプリズムパターンの方向が直交する２枚のプリズムシートが積層される構成、さらには拡散シートが導光板とプリズムシートとの間、またはプリズムシートの上に積層される構成である。
【０００４】
第１の従来の技術としてのバックライトシステムに用いられる面照明装置は、高均一性かつ高輝度を実現するため、導光板の光反射面および光出射面に、酸化チタン粒子のごとき拡散反射率の大きな顔料を含有した塗料をドット状に印刷してなる光散乱層が設けられる。この光散乱層のパターンは、導光板の面内で輝度が均一になるように調整されている。さらに、この面照明装置は、導光板内部で拡散させてランダムに出射させる光を、その出射面側に積層させたプリズムシートを用いて正面方向に集光している（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
第２の従来の技術として、マイクロプリズムアレイを導光体に密着させたバックライトが提案されており、第１の従来の技術と比較してプリズムシートや拡散シートなどを必要とせず、部品点数を削減することができる。バックライトとして面内の輝度を均一にするために、マイクロプリズムのピッチを略連続的に変化させるなどの工夫が施されている（たとえば特許文献２参照）。
【０００６】
第３の従来の技術では、バックライトは第２の構成と類似しているが、面内の輝度を均一にするために、マイクロプリズムのピッチを変化させるのではなく、凸部の密着面積を光源に近い部分では小さく、光源から離れた部分では大きくなるように変化していることを特徴としている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３２０４８７号公報（１９９６年１２月３日公開）
【特許文献２】特開２００１−３１２９１３号公報（２００１年１１月９日公開）
【特許文献３】特開２０００−６６０３０号公報（２０００年３月３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、第１の従来の技術は、プリズムシートを用いて集光しているが、プリズムシートの特性上、光が正面に向かず非常に浅い角度で出射される成分が残るため、正面輝度を向上することができず、指向性を高くすることができないという問題がある。
【０００９】
また、第２、第３の従来の技術は、面内の輝度を均一にするために、ピッチを略連続的に変化させる、あるいは密着面積を変化させるといった分布をもたせる必要があるため、液晶表示装置の大きさやバックライトの厚み、導光体の材質、光源の種類や配置などの違いによって都度分布を最適化しなければならないという問題がある。特に第３の技術は、接着する面積によって輝度が変化するため、正確に接着面積を制御しなければならない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成によって輝度の均一性を向上させることができ、より望ましくは指向性の高い光を出射することができる導光体およびバックライトシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る導光体は、上記課題を解決するために、少なくとも一方の端面から入射された光を少なくとも一方の主面から出射する導光板と、上記導光板のいずれか一方の上記主面である第１主面に設けられた薄膜とを備えており、上記薄膜は、上記第１主面に頂部を密着させ、かつ上記第１主面から出射される光を当該第１主面の正面方向に向かわせる複数の凸部を形成しており、上記導光板における上記第１主面の反対側の上記主面である第２主面には格子状の凹凸部が形成されており、上記凹凸部がなす傾斜面は、上記導光板の厚み方向に対して９０度より小さく７５度以上に傾斜していることを特徴としている。
【００１２】
上記構成では、導光板の第１主面には、当該出射面に頂部を密着させた複数の凸部が配置されている。凸部は、第１主面から出射される光を当該第１主面の正面方向に向かわせる傾斜を有している。
【００１３】
一方、導光板の第２主面には格子状の凹凸部が形成されている。凹凸部は、導光板の厚さ方向に対して９０度より小さく７５度以上である浅い傾斜角度の傾斜面を有している。
【００１４】
上記構成によれば、端面から導光板の内部に入射された光は、１回〜複数回、凹凸部の傾斜面に到達し、導光板内で全反射を繰り返しつつ導光板内を進行する。この光は、凹凸部の傾斜面に到達することによって、導光板の厚さ方向に対する角度が徐々に小さくなっていく。
【００１５】
導光板内を進行する光は、導光板内の第１主面に到達した際、凸部との界面以外に到達したのであれば導光板内に再度反射する。一方、凸部との界面に到達したのであれば凸部側に出射される。これにより凸部内に入射した光は、凸部の傾斜面で反射することによって第１主面の正面方向に向かって導光体から出射する。
【００１６】
本発明に係る導光体では、導光板内を進行する光について、その導光板の厚さ方向に対する角度が徐々に小さくなるため、光が入射された端面から離れた他の端面近辺において光量が減ることを防ぐことができる。これによって、面内輝度の均一性が向上する。
【００１７】
さらに、本発明に係る導光体は、導光板を進行する光について急激な角度変化が起こることはないため、出射光の指向性に優れている。
【００１８】
したがって、本発明に係る導光体によれば、導光板に凹凸部を形成するという簡便な設計によって、面内輝度の均一性を向上し、さらに指向性の高い光を出射することができる。
【００１９】
また、本発明に係る導光体において、上記薄膜は、隣り合う上記凸部の間に配置され、かつ上記凸部に対応する複数の凹部を形成しており、上記凹部は、上記導光板の材料よりも低い屈折率を有する材料から成り、上記凸部は、上記凹部の材料よりも高い屈折率を有する材料から成ることを特徴とすることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、導光板内を進行する光が導光板内の第１主面に到達した際、凹部との界面において光を全反射し、凸部に選択的に入射させることが可能になる。これによって、導光体からの出射光の集光性を高めることができる。
【００２１】
また、本発明に係る導光体において、上記凹凸部は、四角錐もしくはその断面形状が台形である四角錐の一部の形状、または当該形状を上記厚み方向に垂直な平面に対して反転した形状の周期的な繰り返し構造を構成していることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、凹凸部が周期的な繰り返し構造を構成していることによって、導光板内を進行する光の角度を、同一の角度および同一の割合で段階的に変えることができる。これによって、出射光の指向性をより高めることができる。
【００２３】
また、凹凸部が四角錐またはその断面形状が台形である四角錐の一部の形状であることによって、導光板の作製時、導光板の背面側となる平面上において、Ｖ字バイトを用いて直交する２方向から等ピッチで加工を施すことによって、凹凸部を製作することができる。もしくは、凹凸部が上記形状を導光体の厚み方向に垂直な平面に対して反転した形状であることによって、導光板の作製時、Ｖ字バイトを用いて平面に直交する２方向から等ピッチで加工した金型を使用して、凹凸部を製作することができる。よって、凹凸部がこれらの形状のいずれかであれば、当該凹凸部を非常に簡便かつ高精度に製作することができる。
【００２４】
また、本発明に係る導光体において、上記凹部の複数の凹形状は円形または多角形の開口を有しており、当該凹形状の深さは１μｍ以上２００μｍ以下であり、上記複数の凸部は、上記厚み方向に垂直な平面に対して１μｍ以上２００μｍ以下の周期で周期的に配置されていることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係る導光体において、上記凹凸部の高さは、０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、上記凹凸部の構成する周期的な繰り返し構造の周期は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、一般的な樹脂材料から作製され、２インチから８インチ程度の主にモバイル用途で用いられる導光体に対して、好適に適用することができる。
【００２７】
また、本発明に係るバックライトシステムは、上記いずれかの導光体と、上記導光板の少なくとも一方の端面から光を入射する光源と、上記第１主面または上記第２主面に対向して設けられた反射シートとを含むことを特徴としている。
【００２８】
上記構成によれば、他の光学シートを必要とせず、正面輝度が向上し、指向性の高い光を出射することのできるバックライトシステムを、簡単な設計によって実現することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る導光体は、少なくとも一方の端面から入射される光を出射面から出射する導光板と、上記導光板の出射面に設けられた薄膜とを備えており、上記薄膜は、上記出射面に頂部を密着させ、かつ上記出射面から出射される光を当該出射面の正面方向に向かわせる複数の凸部を形成しており、上記導光板における上記出射面の反対側の表面には格子状の凹凸部が形成されており、上記凹凸部がなす傾斜面は、上記導光板の厚み方向に対して９０度より小さく７５度以上に傾斜しているため、簡便な設計によって、面内輝度の均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の一形態である導光体の斜視図である。
【図２】導光体を備えるバックライトシステムの分解状態を模式的に示す斜視図である。
【図３】凹部および凸部の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】凹部および凸部一部を拡大して示す平面図である。
【図５】他の態様の凹部および凸部の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】他の態様の凹部および凸部の一部を拡大して示す断面図である。
【図７】導光板に形成されるパターンの一つを拡大して示す断面図である。
【図８】導光板に形成されるパターンの一つを拡大して示す平面図である。
【図９】バックライトシステムの正面輝度のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】バックライトシステムの角度輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】バックライトシステムの角度輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の一形態である携帯電話機を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。各実施形態では、対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００３２】
（バックライトシステム３０の構成）
図１は、本発明の実施の一形態である導光体１の断面図である。図２は、導光体１を備えるバックライトシステム３０を分解した状態で模式化して示す斜視図である。
【００３３】
本実施形態に係るバックライトシステム３０は、導光体１、光源３、および反射シート４を含んで構成される。バックライトシステム３０は、導光体１の側部（端面）５に対向して光源３が設けられるエッジライト式のバックライトシステムである。
【００３４】
光源３は、少なくとも１つの発光素子（図示せず）および発光素子を支持する支持部とを備える。光源３が備える発光素子は、図示しない電源によって与えられる電力に基づいて、導光体１の側部５に向けて放射状に光を出射する。発光素子は、たとえば発光ダイオード（Light Emitting Diode；略称ＬＥＤ）によって実現される。支持部（図示せず）は、発光素子が光を出射する領域を除く残余の部分の外方を覆って設けられる。支持部は、発光素子を導光体１の側部５の予め定める位置に位置決めして固定するために用いられる。発光素子の出射面は、導光体１の側部５に対向するように配置される。
【００３５】
発光素子は、半導体素子（図示せず）と、これを被覆する透光性樹脂（図示せず）とを有しており、透光性樹脂は、半導体素子から発生する光を吸収して、その吸収した光とは異なる波長の光を発生する蛍光体を含有させることができる。半導体素子から発生する光が紫外線の場合は、この紫外線によって励起されて紫外線または可視光を発生する蛍光体を用いることができる。可視光の発光が可能な半導体素子を用いてもよく、半導体素子からの可視光を吸収してそれよりも長波長の可視光が発光可能な蛍光物質とを組み合わせてもよい。半導体素子を蛍光体と組み合わせて用いると、様々な色調の混合色を発光させることが可能となる。
【００３６】
半導体素子としては、たとえば窒化物系化合物半導体であって、一般式「ＩｎｉＧａｊＡｌｋＮ」が好適に用いられる。ここで、変数ｉ、ｊおよびｋは、それぞれＩｎ、ＧａおよびＡｌの原子比を表し、それぞれ０以上の値であり、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１を満足する値である。
【００３７】
窒化物系化合物半導体としては、ＩｎＧａＮおよび各種不純物がドープされたＧａＮをはじめ、種々のものがある。この半導体素子は、ＭＯＣＶＤ法などによって基板上にＩｎＧａＮおよびＧａＮなどの半導体を発光層として成長させることによって形成される。半導体素子の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合ならびにｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造およびダブルヘテロ構造のものが挙げられる。この窒化物半導体層は、材料および混晶度によって発光波長を選択することができる。半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜で形成した単一量子井戸構造および多量子井戸構造とすることもできる。
【００３８】
蛍光物質は、発光素子からの光の波長を変換させるものであり、発光素子を被覆する透光性樹脂に蛍光物質を含有させることによって、外部へ出射される光を変換可能である。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、ペリレン形誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ならびにＹＡＧ：Ｃｅなどの有機蛍光体、およびＥｕならびにＣｒの少なくともいずれか１つで付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などの無機蛍光体などに用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を利用した場合は、その含有量によって青色発光を有する発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能となり、白色系が比較的簡単に信頼性良く形成することができるため好ましい。同様に、無機蛍光体を用いた場合は、その含有量によって青色光と、その光を一部吸収して補色となる赤色系が発光可能であるため、白色系が比較的簡単に信頼性よく形成することができ好ましい。
【００３９】
導光体１は、透光性を有し、平板状であって、その厚み方向に垂直な仮想平面であるＸＹ平面における断面形状が略矩形状、より詳細には略長方形状である。導光体１は、その厚み方向両側の表面が２つの主面である。導光体１は、側部５から入射される光を拡散させて、２つの主面のうちの一方の主面から出射する。以下、導光体１の２つの主面のうち、光が出射する面を出射面６とし、出射面６と反対側の主面を背面７とする。
【００４０】
導光体１は、平板状の導光板２と、導光板２の出射面６側に積層された薄膜１３とから構成される。導光板２と薄膜１３については後述にて詳細に説明する。なお、導光板２は導光体１と同様の２つの主面を備えるものであり、以下の説明では、導光板２の２つの主面のうち、光が導光板２の内側から初めに出射する面を導光板２の出射面（第１主面）といい、導光板２の出射面と反対側の主面を導光板２の背面（第２主面）という。
【００４１】
ここで、導光体１の厚み方向に平行な方向をＺ方向と定義し、Ｚ方向に垂直であって導光体１の短手方向に平行な方向をＸ方向と定義し、Ｚ方向およびＸ方向に垂直であって導光体１の長手方向に平行な方向をＹ方向と定義する。各図において、これらＸ、Ｙ、Ｚ方向を矢符Ｘ、Ｙ、Ｚで表す。
【００４２】
反射シート４は、図２に示すように、導光体１の背面７に対向して設けられる。反射シート４は、導光体１の背面７から出射される光を、導光体１の内部に反射するような光反射性を有する。反射シート４は、入射する光に対して、ほぼ１．０に近い反射率を有するように形成される。反射シート４の材料としては、光反射性が高く、反射率が１．０に近い材料が用いられ、このような材料としては、たとえば銀（Ａｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。反射シート４は、たとえば反射率が１．０に近い薄膜によって実現される。このような反射シート４を設けることによって、背面７側から光が漏れて出射することを防ぐことができる。
【００４３】
（薄膜１３の構成）
次に、導光体１の備える薄膜１３の構成について図３〜６を参照して詳細に説明する。図１に示すように、導光板２の出射面の全域にわたって薄膜１３が積層されている。薄膜１３は、複数の凹部１０および複数の凸部１１を形成している。
【００４４】
図３は、凹部１０および凸部１１の一部を拡大して示す導光体１の断面図である。図４は、凹部１０の一部を拡大して示す導光体１の平面図である。
【００４５】
図３に示すように、凹部１０は導光板２上に層状に積層されており、円形の開口部を有している。上記開口部の底部は、導光板２の出射面まで達している。凹部の深さは１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
なお、凹部１０の開口部は、円形に限られず、多角形または円形もしくは多角形の一部であってもよい。
【００４７】
また、図４に示すように、凹部１０は、導光板２の出射面全域にわたって形成されている。導光板２の出射面に平行な方向において、凹部１０のピッチはできる限り密に形成されることが望ましく、１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。隣り合う二つの凹部１０のギャップは、開口部の径に対して２割以下、好ましくは１割以下であることが好ましい。
【００４８】
一方、凸部１１は、凹部１０の開口部を埋める形状に作成されている。凸部１１の兆部は導光板２の出射面に密着している。凸部１１と凹部１０との界面は、導光板２の出射面から出射される光を、導光体１の出射面６の正面方向に向かわせる傾斜角度を形成しており、ＸＹ平面に対して６０度以上の斜面を主成分とすることが好ましい。
【００４９】
凹部１０、凸部１１、および導光板２の屈折率の関係について説明する。
【００５０】
凹部１０の屈折率Ｎａは、導光板２の屈折率Ｎｂと異なるように構成される。凹部１０の屈折率Ｎａは導光板２の屈折率Ｎｂよりも低いことが好ましく、屈折率Ｎｂに対して以下の式１を満たすことがさらに好ましい。さらには、凹部１０の屈折率Ｎａは、導光板２の屈折率Ｎｂとの差が大きいほど好適である。
【００５１】
【数１】
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【００５２】
一方、凸部１１の屈折率Ｎｃは、凹部１０の屈折率Ｎａと異なるように構成される。凸部１１の屈折率Ｎｃは凹部１０の屈折率Ｎａよりも高いことが好ましく、また、導光板２の屈折率Ｎｂよりも低いことが好ましい。
【００５３】
凹部１０、凸部１１、および導光板２が上述の屈折率を満たすように構成されれば、導光板２内を導かれた光は、凹部１０との界面では全反射され、凸部１１に対して選択的に入射する。凸部１１に入射した光は、凹部１０と凸部１１との界面に形成された斜面によって進行方向をＺ方向に変えられ、導光体１の出射面６から垂直に出射される。
【００５４】
凹部１０および凸部１１は成形技術を用いて作製することができる。例えば、凹部１０を作成するためには、モールド（型）と基板となる導光板２とで樹脂を挟み込むなどのパターン転写技術を用いることができる。また、凸部１１は、凹部１０を形成した導光板２上に樹脂を塗布して硬化させることによって形成される。
【００５５】
上記作製方法において使用される樹脂は光硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂であり、例えば光硬化性樹脂は樹脂に含まれるモノマー（オリゴマー)成分が重合反応によって高分子化することによって硬化する材料である。光硬化性樹脂を使用する場合には、スピンコートやバーコート等を使用する塗布法、ならびに基板上にディペンスする滴下法のいずれかの方法を用いることが好ましい。
【００５６】
凹部１０を作成するためのモールド（型）としては、金属製のものでもガラス製のものでもよく、凹部１０を反転させた形状のパターンを形成したものであればよい。例えば、フォトリソグラフィー技術を利用して作製する場合には、まず、ＥＢリソグラフィ等を用いて円形のレジストパターンを描画したマスクを使用し、露光を行う際に焦点をぼかして円形の縁の露光量を調整することによって、凹部１０の斜面の形状を形成する。この斜面を形成したパターンを用いてＮｉ電鋳を行うことによって、凸形状に反転したモールドを作製することができる。ただし、本手法はほんの一例にすぎず、バイト加工やレーザ加工などの直接的な機械加工や、ＥＢリソグラフィ等で直接凹凸を作製しても良い。
【００５７】
凹部１０および凸部１１の材料としては、少なくとも光透過性を有し、好ましくは成形性に優れた材料、たとえばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン樹脂、およびファンクショナルノルボルネン系樹脂、フッ素樹脂などの透光性樹脂などの透光性材料を用いることができる。好ましくは、熱硬化性、あるいはＵＶ硬化性の材料が導光体１表面に形成しやすさからも適している。
【００５８】
（導光板２の構成）
次に、導光体１の備える導光板２の構成について図７および図８を参照して詳細に説明する。
【００５９】
導光板２は、平板状であって、その背面７側には、格子状のパターン（凹凸部）１２が形成されている。パターン１２は、図４に示すように、導光板２の背面７の全域にわたって形成されている。パターン１２は、導光体１のＺ方向に向かって複数の凸形状を有しており、パターン１２をＹ方向外方から見ると、パターン１２の各凸形状は略三角形状を形成している。
【００６０】
図７は、パターン１２の一部を拡大して示す導光体１の断面図である。図８は、パターン１２の一部を拡大して示す導光体１の平面図である。なお、図７では紙面上方が背面７側であり、紙面下方が出射面６側である。図８では、背面７側から見た導光体１が示されている。
【００６１】
図７に示すように、パターン１２の各凸形状はＺ方向に交差する傾斜面２０によって形成される。傾斜面２０はＺ方向に対して傾斜角度α１を有している。側部５から導光板２の内部に導かれる光は、傾斜面２０に達することによって、傾斜面２０にて全反射される光と、傾斜面２０から出射される光とに分かれるが、傾斜角度α１は、このときの傾斜面２０から出射される光の割合が導光板２の側部５から他側部１４に向かって増えるようにが設定されていればよい。すなわち、傾斜角度α１は、導光板２の背面７側と光学的な境界をなす層（例えば空気層）により決定される全反射角よりも小さくなるように設定されていればよく、その具体的な角度は、９０度より小さく７５度以上である。
【００６２】
傾斜角度α１は、導光板２に用いられる材料の特性および導光体１のサイズによって最適な角度に決められる。例えば、アクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂等の一般的な材料からなる導光板２について、サイズが主にモバイル用途として用いられる大きさの２インチから８インチ程度である場合、傾斜角度α１は９０度未満８０度以上に設定されることが好ましい。
【００６３】
パターン１２の各凸形状は、四角錐、すなわちピラミッド状に形成されることが好ましく、当該四角錐の頂角は１５０度以上１８０度未満に設定されることが好ましい。また、パターン１２の各凸形状は、互いに等しい形状および大きさであり、ＸＹ平面にマトリクス状、すなわち周期的な繰り返し構造を構成するように形成されることが好ましい。これによって、導光板２の作製時、導光板２となる平板のＸＹ平面上に、Ｖ字バイトを用いて直交する２方向から等ピッチで加工を施すことによって、パターン１２を非常に簡便かつ高精度に製作することができる。
【００６４】
具体的には、パターン１２の高さは１００μｍ以下であることが好ましい。例えば、アクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂等の一般的な材料からなる導光板２について、サイズが主にモバイル用途として用いられる大きさの２インチから８インチ程度である場合、パターン１２の高さは、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１０μｍ以下である。
【００６５】
また、パターン１２のピッチは、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下、さらに好ましくは７５μｍ以下に設定される。このように設定することによって、パターン１２の連続的なピッチに起因する輝度むらを防止することができる。さらに、反射シート４に形成される凹凸のピッチに対して、整数倍または整数分の１倍の寸法に設定されることが好ましい。
【００６６】
また、導光板２の材料としては、少なくとも光透過性を有し、好ましくは成形性に優れた材料、たとえばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン樹脂、およびファンクショナルノルボルネン系樹脂などの透光性樹脂などの透光性材料を用いることができる。これらの導光板２の材料はそれぞれ屈折率が異なるが、導光板２に形成されるパターン１２の形状、数および角度等を選定することによって、光の進む方向を制御することができるため、本発明は導光板２の材料の屈折率によって制約を受けることはない。例えば導光体１がアクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂から成る場合、導光体１の屈折率は１．４９〜１．５９程度である。
【００６７】
（バックライトシステム３０における光の出射）
次に、バックライトシステム３０における光の出射について説明する。
【００６８】
バックライトシステム３０では、光源３から出射された光は、側部５から導光板２の内部に入射される。導光板２内に入射された光は、１回〜複数回、パターン１２の傾斜面２０に到達し、導光板２内で全反射を繰り返しつつ次第に角度を変化させながら導光板２内を進行する。
【００６９】
導光板２内を進行する光は、導光板２内で全反射を繰り返しつつ、パターン１２によって次第に導光板２のＺ方向に対する光の角度が小さくなる。ここで、パターン１２の各凸形状の高さおよびピッチが互いに等しく形成されることによって、導光板２内を通過する光の角度は、同一の角度および同一の割合で段階的に変化する。すなわち、導光板２では、導光板２内を進行する光についてＺ方向に対する角度が徐々に小さくなるため、光が入射された側部５から離れた他側部１４近辺において光量が減ることを防ぐことができる。さらに、導光板２を通過する光では、急激な角度変化が起こることはないため、出射光の指向性に優れている。
【００７０】
また、上述したように、導光板２内の出射面に到達した光は、凹部１０との界面に到達した場合には全反射し、凸部１１との界面到達した場合には凸部１１側に出射される。凸部１１に入射した光は、凸部１１と凹部１０との界面による斜面で反射することによって、進行方向をＺ方向と平行に変えられ、導光体１の出射面６から垂直に出射される。
【００７１】
したがって、バックライトシステム３０は、均一な面内輝度を実現し、導光体１から出射する光についての高い集光性および正面輝度を実現することができる。
【００７２】
なお、導光板２内を通過する光は、全反射を繰り返しつつ段階的に角度が変えられる際、パターン１２の対向する両側の斜面のいずれで反射するかによって反射方向が逆になる。このため、導光板２内を通過する光は、全反射を繰り返すたびにＺ方向に対する角度が小さくなる（起される）のではなく、Ｚ方向に対する角度が大きくなる（寝かされる）こともある。よって、単純にパターン１２の傾斜角度を大きくすれば、光が導光板２の出射面から出射しやすくなるわけではない。また、パターン１２の四角錐（ピラミッド形状）の頂角の角度が同じであれば、ピッチ（上記四角錐の底辺の長さに対応）を変えても、効果はほとんど変わらない。
【００７３】
（傾斜角度の変化）
次に、パターン１２の傾斜角度α１と、導光板２の特性のとの関係について説明する。ここで、導光板２の特性とは、具体的には、光源３の光軸方向（Ｙ方向）における導光板２の長さ、導光板２の厚み、および導光板２の材質などであり、使用する導光板２毎にこれらの特性はそれぞれ異なる。そこで、パターン１２の傾斜角度α１については、導光板２の特性のパラメータに従って決定することが好ましい。
【００７４】
以下に、導光板２の特性と傾斜角度の変化量との関係を示す。ここで説明する「傾斜角度の変化量」とは、導光板２の厚み方向に直交する平面（ＸＹ平面）に対する傾斜面２０の角度の変化を意味している。
【００７５】
例えば、ある導光板２に対して最適な傾斜角度α１を設定した上で、特性の異なる他の導光板２を用いるときに、以下の式により計算される「傾斜角度の変化量」を考慮して、最適な傾斜角度α１を新たに設定すればよい。
【００７６】
まず、傾斜角度α１は、側部５から入射された光が伝わる方向の導光板２の長さに影響されるため、傾斜角度の変化量は、次式（２）によって算出され、好ましくは次式（３）によって算出される。
【００７７】
傾斜角度の変化量（度）＝０．０１２〜０．０２２×導光体の長さ（ｍｍ）・・・（２）
傾斜角度の変化量（度）＝０．０１５×長さ（ｍｍ）・・・（３）
また、傾斜角度の変化量は、導光板２の厚みに対しても比例関係を示すため、次式（３）によって算出され、好ましくは、次式（４）によって算出される。
【００７８】
傾斜角度の変化量（度）＝−４．５〜−５．５×導光体の厚さ（ｍｍ）    …（３）
傾斜角度の変化量（度）＝−５×厚み（ｍｍ）                          …（４）
さらに、傾斜角度の変化量は、導光板２の屈折率に対しても比例関係を示すとみなすことができるため、次式（５）によって算出され、好ましくは、次式（６）によって算出される。
【００７９】
傾斜角度の変化量（度）＝−８〜−９×導光体の屈折率                  …（５）
傾斜角度の変化量（度）＝−８．４７×屈折率                          …（６）
上述算出式に基づくことによって、導光板２の特性が傾斜角度α１に与える影響を容易に算出することができ、この影響を傾斜角度α１に反映することができる。
【００８０】
さらに、導光板２に関する特性について、側部５から入射された光が伝わる方向の導光体１の長さ、導光体１の厚さ、および導光体１の屈折率のうち、２つまたは３つを任意に組み合わせて、これら導光板２の特性による影響を傾斜角度α１に反映することができる。
【００８１】
なお、上述した式（１）〜（６）は、近似式として例示されるものであり、その適用範囲にはそれぞれ±１０％程度の幅を有していてもよい。上述した算出式によって算出された傾斜角度と完全に等しい角度を実現せずともよく、整数部分、あるいは小数点第一位で丸めた角度を採用しても大きな問題はない。
【００８２】
また、上述した式（１）〜（６）は、主にモバイル用途に使用される中小型液晶用バックライトシステムの導光体に適用され、特に８インチ以下に、好ましくは２〜５インチの液晶パネル用バックライトシステムの導光体に適用される。
【００８３】
（他の構成）
本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、以下のような構成を有するものであってもよい。
【００８４】
例えば、上述した実施の形態では、光源３として線状化ＬＥＤを用いたが、これに限定されるものではなく、たとえば個別のＬＥＤを複数台並べた構成、あるいは冷陰極管を用いる構成も可能である。導光体１の側部５は、平坦状に限らず、光源３の出射形態に応じて側部５に凹凸を形成して、輝度むらをさらに削減するようにしてもよい。さらに、導光体１の背面７は、用途に応じて任意の形状、たとえば斜面が曲線からなる多数のレンズ列にて構成してもよい。
【００８５】
また例えば、上述した実施の形態では、凹部１０の開口部および凸部１１の凸形状を出射面６の全域にわたるように形成しているが、必ずしも全域の必要はなく、一部の領域に形成されるものであってもよい。例えば、出射面６の外周縁に近接する部分を除く残余の９０％以上の領域にわたるように上記開口部および上記凸形状を形成すれば、これらを全域に形成したものと同等の作用および効果を実現することができる。
【００８６】
また、凸部１１の高さは、図３に示すように凹部１０と同じ高さでもよく、図５に示すように凹部１０を完全に埋め込むように凹部１０の高さよりも高くてもよく、あるいは図６に示すように凹部の高さよりも低くてもよい。
【００８７】
さらに、凸部１１における凹部１０と接する面以外の表面には、微細な凹凸形状を付与し、拡散効果を持たせてもよい。図６のように凹部１０が出射面６側に露出している場合には、凹部１０の表面に微細な凹凸形状を付与し、拡散効果を持たせても良い。
【００８８】
また例えば、上述した実施の形態では、凹部１０の開口部および凸部１１の凸形状を略半球形状としてが、多角錐形状、あるいは多角錐の各辺に丸みを持たせた形状、あるいはその一部を切り落とした形状としてもよい。
【００８９】
また例えば、上述した実施の形態では、背面７の全域にパターン１２を形成したが、必ずしも全域に形成する必要はなく、一部の領域に形成されるものであってもよい。例えば、背面７の外周縁に近接する部分を除く残余の９０％以上の領域にパターン１２を形成すれば、これを全域に形成したものと同等の作用および効果を実現することができる。
【００９０】
さらに、光源３付近、あるいは導光板２の周縁付近に形成するパターンについては、上述したパターンに限定されず、鏡面もしくはドット状のパターンまたはランダムパターンなどを用いることも可能である。導光板２の周縁は、導光体１、光源３、反射シート４および拡散シート（図示しない）などを収納するフレーム、あるいはこれらを接合する遮光テープと接する部分である。その他の構成要素、例えば光源３の指向特性、入射部のパターン、遮光テープ、または導光板保持用フレームなどが特殊なものである場合には、その構成に合わせて適宜パターンを選択すればよい。
【００９１】
また例えば、上述した実施の形態では、パターン１２の凸形状をピラミッド形状として説明したが、本発明はこれに限られず、ピラミッド形状の頂部分を平面状に切り落とした台形の形状としてもよい。あるいは、ピラミッド形状、またはその頂部分を平面状に切り落とした形状を、ＸＹ平面に対して反転した形状としてもよい。なお、パターンを上記のようにＸＹ平面に対して反転した形状とした場合であっても、導光板の作製時、Ｖ字バイトを用いて直交する２方向から等ピッチで加工した金型を使用して、パターンを非常に簡便かつ高精度に製作することができる。
【００９２】
また、上述の説明では、反射シート４を導光板２の背面側に配置しているが、導光板２の出射面側、すなわち薄膜１３の上側に配置してもよい。この場合、一度、導光板２の出射面側の凸部で正面に立ち上げられた光は、反射シートで反射され、上記出射面から導光板２に再入射し、導光板２の背面側から出射する。このため、導光体１の主面のどちらに反射シートを配置するかに従って、導光体１の出射面を選択することができる。
【００９３】
また、上述した導光板２の他に、薄膜１３上に第２の導光体を載置してもよい。
【００９４】
本実施形態に係るバックライトシステム３０は、対象物を照明光によって照明するための面発光装置であって、たとえば透過型の液晶表示装置に備えられ、液晶表示パネルを照明するバックライト装置として用いられる。液晶表示装置においてバックライトシステム３０は、液晶表示パネルに対向して設けられ、液晶表示装置の操作者が表示画面を見る側とは反対側から、対象物である液晶表示パネルを照明する。バックライトシステム３０は、液晶表示パネルの照明に限定されず、他の対象物の照明またはイルミネーションなどに使用してもよい。
【００９５】
例えば、本実施形態に係るバックライトシステム３０は、例えば図８に示すような携帯電話機１００のバックライトシステムとして利用できる。図８は、本発明の実施の一形態である携帯電話機１００の外観図である。携帯電話機１００は、バックライトシステム３０を備えることによって、液晶パネルから指向性の高い光を出射することができる。
【００９６】
バックライトシステム３０は、携帯電話機１００だけに限定して利用されるものではなく、中小型の液晶パネルを備える他の機器に幅広く利用することができる。具体的には、携帯電話のほか、携帯ゲーム機器および携帯オーディオ機器などのモバイル機器、さらには、カーナビゲーション装置、携帯ＤＶＤプレーヤ、携帯ワンセグ機器、ならびに電子辞書など、幅広く挙げられる。
【実施例】
【００９７】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００９８】
バックライトシステム３０の実施例１として、２．４インチの携帯電話機などのモバイル機器に搭載される液晶用のバックライトシステムを作製した。
【００９９】
実地例１に用いる導光板２の寸法は、Ｙ方向を約５５ｍｍ、Ｘ方向を約３９ｍｍ、およびＺ方向を約０．６ｍｍとした。導光板２の材質はポリエチレンナフタレートとし、導光板２の屈折率は１．６４であった。導光板２の側部５は、光源３近傍の輝度むらを十分に緩和することができるようにするために平坦状にした。
【０１００】
凹部１０の寸法については、導光板２の出射面からの高さを約５μｍとした。凹部１０の開口部について、開口径を約６μｍとし、各開口部間の間隔を約１μｍとして最密に配置した。凹部１０の材料には、ＵＶ光で硬化する光硬化性樹脂を使用し、そこに数ｎｍ〜数１００ｎｍの粒径の中空シリカ微粒子を混入させることで低い屈折率１．２４を実現させた。
【０１０１】
凹部１０の形成のためには、まず導光板２の出射面に、光硬化性樹脂をスピンコートによって約３μｍの高さで均一に塗布し、その後、凸型のＮｉ電鋳モールドを押し付け、導光板２側からＵＶを照射させて、光硬化性樹脂の硬化後にモールドを剥離した。なお、このときに場合によっては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によって残膜除去を行ってもよい。
【０１０２】
凸部１１は、導光板２に凹部１０を形成した後に作製した。ＵＶ光で硬化する光硬化性樹脂を凹部１０の上から滴下し、凹部１０の出射面６側の頂からさらにプラス３μｍの高さになるようにスピンコートによって均一に塗布した。次に、塗布面の上からＵＶを照射して、光硬化性樹脂を硬化させた。凸部１１の材料である光硬化性樹脂には、アクリル系のＵＶ硬化性樹脂を使用し、その屈折率は１．４９であった。
【０１０３】
パターン１２について、例えばある初期値から上記算出式を考慮すると傾斜角度の変化は３度となり、パターン１２のＺ方向に対する傾斜角度α１を８７度に設定した。
【０１０４】
すなわち、パターン１２は頂角が１７４度のピラミッド形状を形成するものとした。
【０１０５】
また、パターン１２のピッチを縦横ともに６０μｍとした。パターン１２のピラミッド形状については、導光板２の背面７側の面において、Ｖ字バイトを用いてＸ方向およびＹ方向の２方向から６０μｍの等ピッチで均一に加工した。
【０１０６】
光源３には、１．５ｃｄの発光素子を４灯並べたタイプの線状光源を用い、反射シート４には、住友スリーエム社製反射シート（商品名：ＥＳＲ反射シート）を用いた。導光板２の背面７側に反射シート４を積層した後、光源３、導光体１、および反射シート４を、ＮＩＴＴＯＤＥＮＫＯ社製の遮光・反射両面接着テープによってパッケージした。
【０１０７】
また、従来例のバックライトシステムとしては、実施例１の光源３と同様の光源を用い、導光体の背面側に反射シートが積層され、かつ導光体の出射面側に、導光体側から順に、拡散シート、プリズムシート、およびプリズムシートが積層積層されたものを用いた。これらの光源、ならびに導光体、プリズムシート２枚、反射シートおよび拡散シートは、ＮＩＴＴＯＤＥＮＫＯ社製の遮光・反射両面接着テープによってパッケージされている。また、導光体は反射シートが配置される側に光学シミュレーションによって最適にパターニングされたシボ形状を持つポリカーボネート樹脂製の薄板であり、２枚のプリズムシートはそれぞれ、拡散シートと反対側にある面に、稜線がＸ方向・Ｙ方向のプリズムパターンが形成されている。光源は、１．５ｃｄの発光素子を８灯並べたタイプの線状光源を用いた。反射シートには、住友スリーエム社製反射シート（商品名：ＥＳＲ反射シート）を用い、プリズムシートには、住友スリーエム製社プリズムシート（商品名：ＴｈｉｎＢＥＦ）を用いた。拡散シートには、ツジデン社製光拡散フィルムＤ１５０ＳIIIを用いた。
【０１０８】
実施例１および従来例を用いて、バックライトシステムの輝度測定を行った。輝度測定では、実施例１および従来例の各バックライトシステムを、出射面６において５箇×５箇所のマトリクス状に配置される２５箇所の測定点に分けて測定した。
【０１０９】
実施例１および従来例における正面輝度の結果を図９〜１１に示している。図９において、横軸は２５箇所の測定点あり、縦軸は正面輝度である。図１０および図１１では、横軸は、出射面６に垂直な方向に対する出射光の傾斜角度（度）であり、縦軸は正面輝度である。正面輝度の単位は、ｃｄ／ｍ２である。
【０１１０】
なお、図１０と図１１では、バックライトシステムの長辺を横向きに置いた場合において、０度の真正面から見たとき、あるいは斜め±９０度の方向から見たときの明るさとをそれぞれ示している。図１１がバックライトシステムを横または斜めから見たときの明るさを示すグラフであり、図１０がバックライトシステムを上または下から真正面に見たときの明るさを示すグラフである。バックライトシステムでは、できるだけ横に抜ける光を減らして、正面からの光にもってくることによって、輝度を稼げるため、消費電力を抑えることができる。
【０１１１】
図９によれば、実施例１は、出射面６のどの測定点においても従来例よりも高い正面輝度を実現できることが分かった。
【０１１２】
また図１０および図１１によれば、実施例１は、従来例よりも高い指向性を有する出射光を実現できることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、例えば透過型の液晶表示装置に備えられ、液晶表示パネルを照明するバックライト装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  導光体
２  導光板
３  光源
４  反射シート
５  側部
６  出射面
７  背面
１０  凹部
１１  凸部
１２  パターン
２０  傾斜面
３０  バックライトシステム
【図１】
2010225562.tif 000004
【図２】
2010225562.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010225562.tif 000009
【図７】
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【図８】
2010225562.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2010225562.tif 000013
【図１１】
2010225562.tif 000014
【図１２】
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