(57)【要約】【課題】単体で従来より高い隠蔽性能を有する導光体を提供する。【解決手段】導光体７の第２主面７ｂに、畝状の延在方向に凹凸を連続して設けた複数の畝状の第２光偏向要素１９ａを形成する。これにより、第１主面７ａからの入射光を第２光偏向要素１９ａの延在方向にも散乱出射することができ、第１主面７ａに形成されている第１光偏向要素１８が視認されにくくなり（隠蔽性能が向上）、更には表示装置の輝度均一性も向上する。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の導光体であって、
第１主面、当該第１主面と対向する第２主面、及び当該第１主面と当該第２主面とを接続する４つ以上の側面を有し、
前記第１主面に形成された、前記導光体内の光を前記第２主面側へと偏向する複数の第１光偏向要素と、
前記第２主面に形成された、前記導光体内を伝播する光を前記第２主面から出射する複数の畝状の第２光偏向要素とを備え、
前記第１光偏向要素は、前記第１主面の表面からの深さ又は高さが５μｍ以上７０μｍ以下であり、
前記第２光偏向要素には、畝状の延在方向に、最大深さの差が０．２μｍ以上５μｍ以内である凹凸が連続して設けられていることを特徴とする、導光体。
【請求項２】
前記第２光偏向要素に設けられた前記凹凸は、畝状の延在方向の中心線平均粗さが０．５μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の導光体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の導光体を備える、照明装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の導光体、及び
プリズムシート又は規則性を有する光学シートを備える、照明装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の照明装置を備える、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路制御に使用される導光体、及び当該導光体を用いた照明装置並びに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等には、主に直下型方式の照明装置又はエッジライト方式の照明装置が採用されている。直下型方式の照明装置は、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Light Emitting Diode）が、液晶パネル等の画像表示素子の背面に規則的に配置される構造である。画像表示素子と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。
【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤが、導光体（又は導光板）と呼ばれる透光性のある板の側面に配置される構造である。一般的に、導光体の出射面（画像表示素子と対向する面）の逆側の面（光偏向面）には、導光体の側面から入射する入射光を効率良く出射面へと導く光偏向要素が形成される。現在、光偏向面に形成される光偏向要素としては、白色のインキがドット状に印刷されたものが一般的である（例えば、特許文献１を参照）。しかし、白色ドットに入射した光は、ほぼ無指向に拡散反射されるため、導光体の出射面側への光取り出し効率は低い。また、白色インキによる光吸収も無視することはできない。
【０００４】
そこで最近では、マイクロレンズによる光偏向要素をインクジェット法によって導光体の光偏向面に形成する方法や、光偏向要素をレーザアブレーション法によって導光体の光偏向面に形成する方法や、Ｖ字型やＵ字型の形状やその他様々な形状の溝からなる光偏向要素を導光体の光偏向面に一体形成する方法などが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。これらの方法で形成された光偏向要素は、白色インキ印刷で形成された光偏向要素とは違い、導光体の光偏向面における光偏向要素の部分で、導光体の樹脂と空気との屈折率差による反射、屈折、透過を利用しているため、光吸収はほとんど生じない。そのため、上述した光偏向要素を形成する方法は、白色インキをドット状に印刷して光偏向要素を形成する方法と比べて、光取り出し効率の高い導光板を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−２４１５９０号公報
【特許文献２】特開２０００−８９０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した白色インキ以外で形成された光偏向要素であっても、白色インキで形成された光偏向要素と同様に、光偏向面に配置される数や密度や形状によっては、光偏向面に形成された光偏向要素が出射面から輝点として視認されてしまう問題が残っている。つまり、光偏向要素の隠蔽性能が悪い。なお、この「隠蔽性能が悪い」とは、光源からの光が観察者に届く際に、光の明暗が透けて見えることによってその明暗がムラとして視認されてしまうことを指す。
【０００７】
この問題を改善するためには、例えば拡散シートなどの複数の光学シートを重ねる方法もあるが、部品の数が増えるためコストアップに繋がる。また、最適な部材の光学シートを重ねないと返って輝度の低下を引き起こしてしまうことは勿論、光学シートの積層による光のロスが避けられず、完全な解決策には至っていない。
【０００８】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、単体でも高い隠蔽性能を有する導光体、並びにその導光体を用いた照明装置及び表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る透光性の導光体は、第１主面、第１主面と対向する第２主面、及び第１主面と当該第２主面とを接続する４つ以上の側面を有し、第１主面に形成された、導光体内の光を第２主面側へと偏向する複数の第１光偏向要素と、第２主面に形成された、導光体内を伝播する光を第２主面から出射する複数の畝状の第２光偏向要素とを備え、第１光偏向要素は、第１主面の表面からの深さ又は高さが５μｍ以上７０μｍ以下であり、第２光偏向要素には、畝状の延在方向に、最大深さの差が０．２μｍ以上５μｍ以内である凹凸が連続して設けられていることを特徴とする。この第２光偏向要素に設けられた凹凸は、畝状の延在方向の中心線平均粗さが０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明の導光体は、照明装置に用いてもよいし、この照明装置を搭載して表示装置を構成してもよい。照明装置は、本発明の導光体とプリズムシート又は規則性を有する光学シートとを組み合わせて構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導光体の第２主面に、畝状の延在方向に凹凸を連続して設けた複数の畝状の第２光偏向要素を形成する。これにより、第１主面からの入射光を第２光偏向要素の延在方向にも散乱出射することができ、第１主面に形成されている第１光偏向要素が視認されにくくなり（隠蔽性能が向上）、更には表示装置の輝度均一性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る導光体を備えた表示装置の概略を示す図
【図２】本発明の一実施形態に係る導光体の透過斜視図
【図３】本発明の導光体の第１主面における第１光偏向要素の形成例を示す図
【図４Ａ】本発明の導光体の第２主面における第２光偏向要素の形成例を示す図
【図４Ｂ】従来の導光体の第２主面における第２光偏向要素の形成例を示す図
【図５】従来の第２光偏向要素（ａ）と本発明の第２光偏向要素（ｂ）との形状差異を説明する図
【図６】金型を説明する図
【図７】図６の金型の加工方法の一例を説明する図
【図８】押出機の概略構成を示す図
【図９】導光体を用いて実測により性能評価した結果を示す一覧表
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を使用して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る導光体を備えた表示装置１の概略を示す図である。図１に示す表示装置１は、液晶パネル２及び照明装置３から構成される。この表示装置１では、液晶パネル２の偏光板１０上に画像を表示して、図１のＦ方向にいる観察者に画像を提供する。
【００１４】
液晶パネル２は、複数の画素が配列され、各画素を切り替えることにより所望する画像を表示画像として表示することができるものであり、液晶素子１１を偏光板９及び１０で挟持した構成である。
照明装置３は、２つの光源６から出射した光を、液晶パネル２に向かう出射光Ｋに偏向する役割を担う。本発明の導光体７は、照明装置３の筐体５に収められている。また、導光体７と筐体５との間には反射シート４が設けられている。
【００１５】
１．導光体７の構造
図２は、本発明の一実施形態に係る導光体７の透過斜視図である。図２に示す導光体７は、第１主面７ａ、第１主面７ａと対向する第２主面７ｂ、及び第１主面７ａと第２主面７ｂとを接続する２つの側面７Ｌ（光入射面）及び２つの側面７Ｓ（光非入射面）を有する、透光性のある略直方体の板である。なお、側面７Ｌ及び７Ｓは、４つ以上であってもよい。第１主面７ａには、導光体７内の光を第２主面７ｂ側へと偏向するための、複数のドット状に配置された第１光偏向要素１８が形成されている。また、第２主面７ｂには、導光体７内を伝播する光を第２主面７ｂから観察者側（図２のＦ方向）へと出射する複数の畝状の第２光偏向要素１９ａが形成されている。
【００１６】
光源６から発せられる光は、導光体７の側面７Ｌに入射される。入射された光は、第１主面７ａの第１光偏向要素１８で偏向され、第２主面７ｂの第２光偏向要素１９ａから出射される。出射光は、そのあと拡散性集光シート８、プリズムシート２０、偏光分離シート２８を透過し、出射光Ｋとして照明装置３から液晶パネル２に向けて出射される。拡散性集光シート８には、プリズムレンズ又はレンチキュラーレンズが形成されている。
【００１７】
導光体７の材料として、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＭＳ樹脂などの透明樹脂を用いることができる。また、導光体７を成形する手段として、射出成形や押し出し成形、キャストで四角い樹脂の板状に成形するなどの手段を採用することができる。
【００１８】
［第１光偏向要素１８］
導光体７の第１主面７ａに形成する第１光偏向要素１８は、複数の立体的なドット形状であればよく、凸状や凹状の様々なドット形状で形成することができる。すなわち、第１光偏向要素１８の形状は、半球状ドット、角錐状ドット、立方体などの形状で形成することもでき、第１光偏向要素１８の形状は特に限定されない。また、第１光偏向要素１８は、光源６からの距離によってドットのサイズ、形状、及び配置間隔のいずれかが異なり、その第１光偏向要素１８を二次元方向に連続的に配置することで、側面７Ｌから入射する入射光を効率良く出射面へと導くことができる。図３は、導光体７の第１主面７ａにおける第１光偏向要素１８の形成例を示す図である。
【００１９】
第１光偏光要素１８の第１主面７ａからの深さ又は高さは、５μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましい。何故ならば、５μｍ未満の場合は、第１光偏向要素１８を形成する際の加工精度の制御が困難で、深さ又は高さのバラツキが大きくなる可能性があり、これが光学設計で想定した特性からズレる大きな要因となるため好ましくない。一方、７０μｍ以上の場合は、第１光偏向要素１８のサイズが大きくなり過ぎて、第１光偏向要素１８による光の立ち上げが導光体７の第２主面７ｂ側から輝点として視認されてしまい、光偏向要素の隠蔽性を低下させることを招くために好ましくない。
【００２０】
［第２光偏向要素１９］
図４Ａは、本発明の導光体７の第２主面７ｂにおける第２光偏向要素１９ａの形成例を示す図である。第２主面７ｂに形成する第２光偏向要素１９ａは、様々な素材や形状を採用することができる。例えば、第２光偏向要素１９ａは、ＵＶ硬化性樹脂によって形成されたレンズでもよいし、機械加工によって形成された凸形状のレンズでもよいし、金型によって第２主面７ｂに形成された凹形状又は凸形状のレンズでもよい。レンズは、導光体７を形成する際に型に入れて作成してもよいし、導光体７を形成した後に熱した型で作成してもよい。レンズの形状としては、当該分野でよく知られたプリズムレンズ、レンチキュラーレンズ、台形レンズなどを採用することができる。
【００２１】
一般に、レンチキュラーレンズを形成する場合は、図４Ｂのように、シリンドリカル形状構造体を一次元方向に連続的に配置した第２光偏向要素１９を形成する。この場合、第２光偏向要素１９は畝状であることが好ましい。ここで、畝状とは、高低のある状態が水平に続くことを意味する。この畝状の第２光偏向要素１９により、その延在方向Ｄ（図５（ａ）を参照）と直交する方向に光を拡散させて出射させることができる。さらに、畝状の第２光偏向要素１９に入射する光を反射させながらその延在方向Ｄに導光させることで、光源６からの距離が離れた箇所に暗部が発生することを抑制し、出射光を拡散させると共に輝度ムラを低減でき、しかも高輝度な出射光を得ることができる。
【００２２】
しかしながら、導光体７の第２主面７ｂに複数の畝状の第２光偏向要素１９が水平に単純に形成されているだけであると、第１主面７ａに形成されている第１光偏光要素１８が輝点として視認されてしまうという課題がある。
【００２３】
そこで、本発明の導光体７では、第２主面７ｂに、畝状の延在方向Ｄに連続する凹凸を設けた複数の畝状の第２光偏向要素１９を形成している。この連続する凹凸を設けた第２光偏向要素１９ａは、第１主面７ａからの入射光を第２光偏向要素１９ａの延在方向Ｄ（図５（ｂ）を参照）にも光を散乱出射させる。これにより、第１主面７ａに形成された第１光偏光要素１８が輝点として視認され難くなり、更には表示装置１の輝度均一性も向上させることができる。
【００２４】
この第２光偏向要素１９ａの畝状の延在方向Ｄに設けた凹凸の最大深さの差は、０．２μｍ以上５μｍ以内であることが望ましい。その理由は、凹凸の最大深さの差が０．２μｍ以下では、第１主面７ａに形成された第１光偏光要素１８が輝点として視認されてしまう課題が解決できないこと、及び凹凸を形成する加工精度において制御することが困難となり結果的に所望の光学設計からズレてしまうことから、好ましくない。一方、凹凸の最大深さの差が５μｍ以上では、散乱光による光のロスが多くなってしまい輝度低下を招き、更には表示装置画面全体の輝度を均一にすることができず、好ましくない。つまり、所望の光学設計を乱してしまうことになる。
【００２５】
また、第２光偏向要素１９ａの延在方向Ｄの表面粗さ（Ｒａ）は、０．５μｍ以上３μｍ以下にすることが望ましい。その理由は、上記同様に、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下では、第１主面７ａに形成された第１光偏光要素１８が輝点として視認されてしまう課題が解決できないためである。一方、表面粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上では、散乱光による光のロスが多くなってしまい輝度低下を招き、更には表示装置画面全体の輝度を均一にすることができないためである。つまり、所望の光学設計を乱してしまうことになる。
【００２６】
２．第２主面７ｂの製造方法
以下では、第２主面７ｂを金型３０を用いて製造する方法を説明する。
製造には、図６に示すような略円筒形状の金型３０を用いる。そして、金型３０の表面に、下記の加工手法によって第２光偏向要素１９ａに対応した光学的構造体形成部３１を形成する。
【００２７】
円周方向への加工：図７（ａ）に示すように、所望の形状を有する切削工具４０と金型３０とを金型加工機に取り付ける。そして、金型３０を回転させながら切削工具４０を振幅させつつ押し当てることで、金型３０の表面の円周方向に所望の第２光偏向要素１９ａの凹版を加工する。
長手方向への加工：図７（ｂ）に示すように、所望の形状を有する切削工具４０と金型３０とを金型加工機に取り付ける。そして、金型３０は無回転のまま切削工具４０を振幅させつつ押し当てることで、金型３０の表面の長手方向に所望の第２光偏向要素１９ａの凹版を加工する。
【００２８】
こうして形成された金型３０を用いて図８のように導光体シートに転写することで、導光体７の第２主面７ｂに第２光偏向要素１９ａが形成された図４Ａに示すような導光体シートを作製できる。
【００２９】
導光体７を金型３０で成型して形成する際の導光体７の材料としては、光源部６から出射される光の波長に対して光透過性を有する材料を使用する。例えば、光学用部材に使用可能なプラスチック材料を使用することができ、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＭＳ（アクリルとスチレンの共重合体）樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の熱可塑性樹脂、あるいはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー又はアクリレート系等からなる放射線硬化性樹脂などの透明樹脂が挙げられる。
また、導光体７は、単層構造でも複層構造でもよく、複層構造には透明層を含んでいてもよい。そして、導光体７は、上述のような材料を金型に流し込み凝固させることで成型して製造する。
【００３０】
一方、導光体７は、ＵＶ硬化法で成型して製造してもよい。導光体７をＵＶ硬化法で成型する場合には、シート状の基材上にＵＶ硬化性の樹脂を塗布し、所望の形状の金型３０を押し当てながらＵＶ照射して、基材と光学突部及び光偏向要素からなる導光体７とを得る。シート状の基材としては、当該分野でよく知られたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレンのフィルムなどが使用できる。
【００３１】
なお、導光体７についての代表的な作製例を説明してきたが、本実施形態の光学特性を達成することができれば上記以外の材料や構造、プロセスなどを使用して作製することができる。また、導光体７の第１主面７ａの製造方法は、切削、レーザ描画、印刷、エッチング等が知られている。
【００３２】
３．実施例
以下、具体的な実施例について説明する。
まず、導光体７を作製するための母体となる金型３０の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、第２光偏向要素１９ａを次のように金型３０へ加工した。図７（ａ）に示すように、所望の形状を有する切削工具４０と金型３０とを金型加工機に取り付ける。そして、回転させた金型３０に切削工具４０を振幅させながら押し当てることで、金型３０の表面に所望の第２光偏向要素１９ａに対応した円周方向における凹版を加工した。また、図７（ｂ）に示すように、所望の形状を有する切削工具４０を金型加工機に取り付け、金型３０は無回転のまま切削工具４０を振幅させながら押し当てることで、金型３０の表面に所望の第２光偏向要素１９ａに対応した長手方向における凹版が加工した。
【００３４】
このように加工した金型３０を図８のように導光体シートに転写することで、導光体７の第２主面７ｂに第２光偏向要素１９ａが形成された図４Ａに示すような導光体シートを形成した。
【００３５】
（表面粗さの測定方法）
表面粗さ測定には、触針式の粗さ測定器であるサーフテストＳＪ−２１０（株式会社ミツトヨ社製）を用いて、ＪＩＳ―Ｂ０６０１に基づき、金型３０に形成された第２光偏向要素１９ａのＲａ値（中心線平均粗さ）を測定した。具体的には、金型３０を作製した後、表面粗さ計を金型加工機に固定して、金型３０の第２光偏光要素１９ａの延在方向Ｄを測定した。また、本実施例では、凹凸は金型３０全面積に一定値の中心線平均粗さ（Ｒａ）を設けて検証を行っているが、本発明は０．５μｍ以上３μｍ以下であれば一定値である必要はない。
【００３６】
＜実施例１〜４＞
設定値として、第２主面７ｂの第２光偏向要素１９ａに設ける延在方向Ｄの凹凸最大深さの差／中心線平均粗さ（Ｒａ）がそれぞれ、０．２μｍ／０．５μｍ〔実施例１〕、１μｍ／１μｍ〔実施例２〕、３μｍ／２μｍ〔実施例３〕、５μｍ／３μｍ〔実施例４〕となるように、金型３０を作製した。
【００３７】
＜比較例１〜３＞
次に、比較例として、第２主面７ｂの第２光偏向要素１９ａに設ける延在方向Ｄの凹凸最大深さの差／中心線平均粗さ（Ｒａ）がそれぞれ、０．１μｍ／０．３μｍ〔比較例１〕、５μｍ／４μｍ〔比較例２〕、６μｍ／３μｍ〔比較例３〕となるように、金型３０を作製した。
【００３８】
次に、導光体７の作製方法について説明する。
今回の実験では押出法により導光体シートを作製した。図８に押出機３７の概略図を示す。実施例１〜４及び比較例１〜３で作製した金型３０と形成ロール３８とを押出機３７に設置した。Ｔダイ３６から溶融したアクリル樹脂を、金型３０と形成ロール３８との間に押し出し、この押し出されたアクリル樹脂の導光体シートが冷却されて硬化する前に、形成ロール３９によって成型した。これにより、所望の形状を有する導光体７を得た。導光体７の厚みは、すべて３２０μｍとした。
【００３９】
導光体７は、すべてアクリル樹脂による押出方式により作製している。本発明で使用したアクリル樹脂は、弾性率Ｅ＝２４００ＭＰａかつ比重＝１．１９ｇ／ｃｍ３である。この導光体７は、金型３０からの転写率が非常に良好であり、賦形率は９９％以上である。
【００４０】
上述した各条件（実施例１〜４、比較例１〜３）に基づいて作製した７種類の導光体７を使用して性能評価を行った。その評価結果を図９の一覧表に示す。各評価は、以下のようにして行った。
【００４１】
（隠蔽性評価）
各導光体７を、導光体の２長辺側に光源が配置されたＬＥＤエッジライト方式の液晶テレビと、導光体の２短辺側に光源が配置されたＬＥＤエッジライト方式の液晶テレビとに搭載し、課題となっている第１主面７ａの第１光偏向要素１８の隠蔽性評価を行った。隠蔽性評価方法は、外観目視検査にて第１光偏向要素１８が視認できなければ合格（○印）、視認できたならば不合格（×印）とした。なお、外観目視評価は個人差が生じるため３名で実施し、その中で１名でも不合格（×印）評価があれば不合格と評価した。すなわち、合格（○印）評価は、全員一致の評価となる。
【００４２】
（輝度均一性評価）
各導光体７を、導光体の２長辺側に光源が配置されたＬＥＤエッジライト方式の液晶テレビと、導光体の２短辺側に光源が配置されたＬＥＤエッジライト方式の液晶テレビとに搭載し、輝度測定器により評価した。輝度測定箇所は、縦均等３行・横均等３列の交点である９箇所とし、従来の導光体よりも輝度均一性が良好又は同値であれば合格（○印）、悪化であれば不合格（×印）とした。
【００４３】
図９の評価結果では、隠蔽性評価と輝度均一性評価との両方が合格である場合のみ、総合評価を合格（○印）としている。この総合評価が合格である条件が本発明の有効値であるので、本発明からなる第２主面７ｂの第２光偏向要素１９ａの延在方向Ｄに設けた凹凸の最大深さの差を０．２μｍ以上５μｍ以下に、中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以上３μｍ以下に設定することが望ましいことを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の導光板は、光源からの入射光を面方向に拡散する用途に対し広範に利用することができる。例えば、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置、３Ｄ用液晶表示装置、カラーノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）、照明具、建材、などの用途に適している。
【符号の説明】
【００４５】
１  表示装置
２  液晶パネル
３  照明装置
４  反射シート
５  筐体
６  光源
７  導光体
７ａ  第１主面
７ｂ  第２主面
７Ｌ  側面（光入射面）
７Ｓ  側面（光非入射面）
８  拡散性集光シート
９、１０  偏光板
１１  液晶素子
１８  第１光偏向要素
１９、１９ａ  第２光偏向要素
２０  プリズムシート
２８  偏光分離シート
３０  金型
３１  光学的構造体形成部
３６  Ｔダイ
３７  押出機
３８、３９  形成ロール
４０  切削工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図７】
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