(57)【要約】【課題】高精細な回折格子からなる導光板、およびこの導光板を用いたバックライトユニットを、短期間で設計、開発、製造すること。【解決手段】本発明の導光板５は、複数の光源１（＃１〜＃３）からの光をそれぞれ導光する、それぞれの光源１（＃１〜＃３）に対応した導光路７（＃１〜＃３）を備え、各導光路７（＃１〜＃３）は、導光した光を回折することによって導光路７（＃１〜＃３）の外側へと射出させる回折格子３を備えている。また、本発明のバックライトユニットは、この導光板５と、複数の光源１（＃１〜＃３）とからなる。【選択図】      図１
2006114380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源からの光をそれぞれ導光する、それぞれの光源に対応した導光路を備え、
前記各導光路は、前記導光した光を回折することによって前記導光路の外側へと射出させる回折格子を備えた導光板。
【請求項２】
請求項１に記載の導光板において、
前記回折格子を、紫外線硬化樹脂で形成されたブレーズド回折格子とした導光板。
【請求項３】
複数の光源と、
前記複数の光源からの光をそれぞれ導光する、それぞれの光源に対応した導光路を備え、前記各導光路は、前記導光した光を回折することによって前記導光路の外側へ照明光として射出させる回折格子とを備えた導光板と
からなるバックライトユニット。
【請求項４】
請求項３に記載のバックライトユニットにおいて、
前記回折格子を、紫外線硬化樹脂で形成されたブレーズド回折格子としたバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光射出手段として回折格子を用いた導光板、およびこの導光板を用いたバックライトユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置のバックライトユニットは、高輝度化、薄型化と改良されてきている。現在は、以前の白色ドット印刷による導光板は姿を消しつつあり、代わって、数十μｍ程度のＶ字溝が配置されている導光板が主流になってきている。
【０００３】
しかし、高輝度・薄型化の要求は未だ強く、特に小型液晶表示装置（携帯電話・ＰＤＡ等）においては、導光板自体をクサビ状にすることや導光板の上にプリズムシートを重ねることで高輝度化し、また、射出成形技術の改良で0.5ｍｍ厚の導光板まで開発されてきている。
【０００４】
また、新しい技術として、特許文献１にて開示される技術は、導光板における光射出手段として回折格子を用いるものである。図７に示すように、回折格子３を使用した導光板５は、光源１から導入された光４を、平均導光方向Ｆに沿って導光する。なお、平均導光方向Ｆとは、導光板５によって導光される平均的な方向である。
【０００５】
この種の導光板５では、Ｖ字溝やドットパターンによる射出手段よりも、導光板５からの光射出角度を自由に制御できるため、従来から使用されているプリズムシートを省くことが出来、バックライト全体を薄型化できる。さらに回折格子３によって光の取出し効率を自在に調整できるため、バックライトの高輝度化及び輝度ムラの低減になる。
【０００６】
また、回折格子３の作製方法には、感光材料を使用した２光束干渉法、又は電子線（エレクトロン・ビーム＝ＥＢ）を用いて、ＥＢレジスト基板の表面に回折格子を直接描画する方法、金属等に直接、機械切削する方法などがある。
【０００７】
一般的なバックライトの構成は、光源１、導光板５、散乱板、プリズムシートから成っている。ここで、プリズムシートの役割は、導光板から約６０〜７０度傾いて射出する光を液晶パネル正面方向に偏向するために使用する。
【０００８】
しかし、幾何光学的な方法でなく、図７に示すように、回折現象を利用する回折格子３を備えた導光板５においては、回折格子パターンの空間周波数を２０００乃至３０００本／ｍｍに設定することで導光板５から射出する光２の方向を液晶パネル正面方向にすることが可能であるため、プリズムシートは不要となる。この時の回折格子３のピッチは１μｍ以下で、格子深さは０．５μｍ以下であり、幾何光学的に設計された導光板パターンよりも１／１０以下と高精細である。
【特許文献１】特開平７−２４８４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
導光板５の射出パターンに使用される回折格子３は、非常に微細（大きさ、高さともに１μｍ以下）であるものが多い。そこで、現在は、ＥＢ描画で回折格子パターンを作製することが必須になっている。しかし、ＥＢ描画は高精細であるため、作製速度が非常に遅い。例えば、２．５インチサイズのブレーズド型回折格子の導光板パターンを描画するには、２ヶ月もの時間がかかり、新商品開発に要する期間が長くなっている。
【００１０】
最近の携帯電話では、約３ヶ月で新機種が登場し、その度ごとにバックライトの寸法や仕様が変化しており、非常に商品開発サイクルが早く、ＥＢ描画装置を用いた商品開発に着手し難い状況である。
【００１１】
また、２ヶ月間、ＥＢ描画装置を連続運転して常に安定させることは難しく、ＥＢレジスト板も２ヶ月経過すると経時変化し、始めの描画条件と終わりの描画条件が実質異なり、設計した形状が得られない。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高精細な回折格子からなる導光板、およびこの導光板を用いたバックライトユニットを、短期間で設計、開発、製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明は、複数の光源からの光をそれぞれ導光する、それぞれの光源に対応した導光路を備え、各導光路は、導光した光を回折することによって導光路の外側へと射出させる回折格子を備えた導光板である。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の導光板において、回折格子を、紫外線硬化樹脂で形成されたブレーズド回折格子としている。
【００１６】
請求項３の発明は、複数の光源と、請求項１の発明の導光板とからなるバックライトユニットである。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３に記載のバックライトユニットにおいて、回折格子を、紫外線硬化樹脂で形成されたブレーズド回折格子としたバックライトユニットである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高精細な回折格子からなる導光板、およびこの導光板を用いたバックライトユニットを、短期間で設計、開発、製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
なお、以下の実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図７と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る導光板を備えたバックライトユニットについて図面を用いて説明する。
【００２２】
すなわち、同実施の形態に係るバックライトユニットは、図１に示すように、複数の光源１と、導光板５とからなる。図１は、３台の光源１（＃１〜＃３）を備えた例を示している。導光板５は、各光源１（＃１〜＃３）にそれぞれ対応した導光路７（＃１〜＃３）を備えている。そして、各導光路７（＃１〜＃３）は、対応する各光源１（＃１〜＃３）からの光を端面６からそれぞれ導き入れると、平均導光方向Ｆに向かってこの光を導光する。各導光路７（＃１〜＃３）は裏面８ｂに回折格子３を備えており、導光した光をこの回折格子３によって回折することによってそれぞれ導光路７の表面８ａまたは裏面８ｂから外側へ、照明光として射出させる。回折格子３は、例えば、紫外線硬化樹脂で形成されたブレーズド回折格子である。
【００２３】
次に、以上のように構成した導光板の具体例について説明する。
【００２４】
（実施例１）  
ここでは、寸法３６ｍｍ×５５ｍｍ×０．６ｍｍの導光板に、回折格子３としてブレーズド回折格子を作製した場合を例に説明する。
【００２５】
まず、ブレーズド回折格子を、光源１側の端面６における１０％の密度から、光源１から最も遠い側の端面９における９０％の密度までグラデーション変化させながら配置した１３ｍｍ×５５ｍｍの寸法の回折格子パターンを作製した。なお、ブレーズド回折格子の空間周波数は、３０００本／ｍｍとし、回折格子パターンの作製には、ＥＢ描画装置を２週間程度使用し、ＥＢレジスト上に描画した。
【００２６】
続いて現像した後、ニッケルをスパッタでＥＢレジスト上に薄膜形成させ、続いてニッケル電鋳で１００μｍ厚のニッケル製スタンパーとした。
【００２７】
次に５００μｍ厚のポリカーボネイトシートにアクリル系紫外線硬化樹脂を１００μｍ厚塗布し、その上に前記スタンパーを押し当て、ポリカーボネイトシート側に１０ｍｍ×５５ｍｍの寸法分のみ光が通るようなマスクを付けて、高圧水銀灯で約１Ｊ／ｃｍ＾２程度照射した。
【００２８】
続いてスタンパーからポリカーボネイトシートを剥離し、転写したパターンの右に移動し、紫外線硬化樹脂を塗布、転写パターンとスタンパーのパターンが１ｍｍ重なるようにスタンパーを貼り合わせ、マスクを用いて再度紫外線照射した。同様な転写・移動・剥離の工程を繰り返し、３７ｍｍ×５５ｍｍの寸法パターンが形成されたシートを得た。
【００２９】
続いて、３６ｍｍ×５５ｍｍ寸法の打ち抜き金型を使用して、図１に示すように３つの導光路７（＃１〜＃３）を備えた寸法３６ｍｍ×５５ｍｍ×０．６ｍｍの導光板５を得た。
【００３０】
ＥＢ描画の段階で３６ｍｍ×５５ｍｍ描画した場合、従来技術では、導光板５の作製に約２ヶ月の期間が必要であったが、上述したように製作することによって、約３週間で作製可能になり、大幅な納期短縮で、安価な導光板５を作製することが可能となった。
【００３１】
つまり、本実施の形態のように、複数の導光路７を備えるようにすれば、一つの回折格子パターンのみを作製すればよいために、導光板全体にわたった回折格子パターンを作製する場合に比べて、製作工期を短縮することが可能となる。
【００３２】
なお、回折格子パターンは各導光路７（＃１〜＃３）について全て同一である必要はない。たとえば、中央の導光路７（＃２）と、両端の導光路７（＃１），７（＃３）とで別の回折格子パターンとした場合であっても良く、少なくとも２つの導光路７において同一の回折格子パターンを用いることができれば、製作工期を短縮することが可能である。
【００３３】
（実施例２）  
ここでは、寸法３９ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍの導光板５を作製し、４灯の白色ＬＥＤを光源１（＃１〜＃４）として導光板５の端面６側に設置したバックライトユニット１１の場合を例に説明する。
【００３４】
まず、ブレーズド回折格子を、光源１側の端面６における１０％の密度から、光源１から最も遠い側の端面９における９０％の密度までグラデーション変化させながら配置した１０ｍｍ×５０ｍｍの寸法の回折格子パターンを作製した。なお、ブレーズド回折格子の空間周波数は、３０００本／ｍｍとし、回折格子パターンの作製には、ＥＢ描画装置を２週間程度使用し、ＥＢレジスト上に描画した。
【００３５】
続いて現像した後、ニッケルをスパッタでＥＢレジスト上に薄膜形成させ、続いてニッケル電鋳で１００μｍ厚のニッケル製スタンパーとした。
【００３６】
続いて２５０μｍ厚の易接着ＰＥＴフィルム（東洋紡製Ａ４３００）の表面にアクリル系紫外線硬化樹脂を１２５μｍ厚で塗布し、前記スタンパーを貼り合わせ、高圧水銀灯で１Ｊ／ｃｍ＾２程度、紫外線を照射して硬化後、剥離してパターン転写シートを得た。
【００３７】
同様に４面付けした後、前記転写シートの裏面にレンチキュラーシートを貼り合わせて０．５ｍｍ厚のシートとした。各々９ｍｍ×５０ｍｍの寸法で打ち抜きを行い、４つの導光路７（＃１〜＃４）を得た。
【００３８】
次いで、図２に示すように、バックライトパッケージ１０上に、各導光路７（＃１〜＃４）を、それぞれ間隔１ｍｍを空けて平行に配置するとともに、各導光路７（＃１〜＃４）の端面６側に、対応する光源（＃１〜＃４）である４つの白色ＬＥＤを配置することによって、バックライトユニット１１を構成する。
【００３９】
ここで前記導光路７を並べる間隔は１ｍｍとしたが、間隔１ｍｍを空けて導光路７を配置した場合でも、その上に拡散板（図示せず）等を重ねることで、ほぼ均一な光量分布の照明光を得ることができる。これを図３を用いて説明する。
【００４０】
図３は、図２におけるＡ−Ａ線に沿った位置にわたった相対光強度の分布を示している。図３中に示す１２（＃１〜＃４）はそれぞれ、単独の導光路７（＃１〜＃４）から得られる射出光による光強度分布であり、図３中に示す１３は、１２（＃１〜＃４）を合成して得られる、すなわち、バックライトユニット１１によって得られる光強度分布である。
【００４１】
また、図４に示すように、回折格子の配列２４と直交する方向から入射する光１９に対しては設計した方向２１へ回折するが、回折格子の配列２４と平行な方向から入射する光２０の場合では、２２および２３のように回折方向が大きく変化してしまい、設計した方向２１には回折しなくなってしまう。
【００４２】
さらに、ブレーズド型回折格子の場合は、設計正面方向からの光１９に対しては非常に強く回折するが、それ以外の方向からの光２０では十分な回折効率が得られない。
【００４３】
ここで、図５のように、複数の光源１（♯１〜♯４）を備えているものの、単一の導光路７からなる導光板のＰ点では、複数の光源１（♯１〜♯４）から射出されたさまざまな光１４が射出パターン（回折格子）に入るようになるため、格子の設計が難しく、光輝度な導光板を実現しにくい。
【００４４】
一方、図６のように、各光源１（♯１〜♯４）に対応して分割した導光路７（♯１〜♯４）を備えた導光板において、分割した導光路のそれぞれの側面（図示せず）に射出面の均一性を高めるための拡散パターンを配置することや側面の反射性を高めるための反射材を設置することも可能であり、また、例えばＰ点では光源１（♯３）からの光１４のみが入るので、格子の設計が容易になり、射出面が明るく均一な導光板を実現しやすい。
【００４５】
また、サブミクロンサイズのパターンにおいて一般的な製造方法である射出成形では、転写が不完全であり、構造が丸みを帯びたり、全般に浅い構造となってしまう。しかし、室温で液状の紫外線硬化樹脂を使用すれば、高精細な回折格子パターンであっても高精度な転写性が可能である。
【００４６】
透明フィルムの一方の面に回折格子パターンを形成させた場合、回折光の分光で色変化が発生することがあり、もう一方の面には、回折格子パターンに合った拡散パターンが必ず必要とされる。また、導光板５の発光効率をより向上させるには、回折格子３として、回折効率の最も良いブレーズド回折格子とすることが望ましい。
【００４７】
なお、本実施例では易接着ＰＥＴフィルム及びポリカーボネイトシートを使用したが、使用可能な透明樹脂シートとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル、ポリエステル、ポリカーボネイト、シクロオレフィン等のシート及びフィルムが使用でき、高透明性や紫外線硬化樹脂との密着性を考慮するとポリエステル及びポリカーボネイトが良い。
【００４８】
さらに、ロールトゥロールで効率良く製造するのに適した基材は、十分な柔軟性及び打ち抜き加工適性が必要であり、そのフィルム厚みは、５００μｍ以下である。また、導光板として使用するには、光源から導光板への光取り込みを考慮する必要があり、２５０〜５００μｍ厚のフィルム基材が最も適当である。
【００４９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
例えば、光源１に応じた導光路７を有する独立した導光体を複数並べて、一枚の導光板を構成することも、本発明の主旨を逸脱するものではなく、本発明の導光板に含まれる。また、このような導光板を備えたバックライトもまた、本発明のバックライトに含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る導光板を備えたバックライトユニットの構成例を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係る導光板を備えたバックライトユニットの別の構成例を示す平面図。
【図３】図２に示すバックライトユニットによる相対光強度分布。
【図４】面付けした樹脂版を説明する図。
【図５】複数の光源に対して単一の導光路を備えた導光板における光の導光状態を説明するための図。
【図６】本発明の実施の形態に係る導光板における光の導光状態を説明するための図。
【図７】従来技術による、導光板を備えたバックライトユニットの構成例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５２】
１…光源、２，４，１４，１９，２０…光、３…回折格子、５…導光板、６…端面、７…導光路、８ａ…表面、８ｂ…裏面、９…端面、１０…バックライトパッケージ、１１…バックライトユニット、２１…設計した方向、２４…回折格子の配列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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