(57)【要約】【課題】光源が配置されない側の側端面からの漏れ光を極少化して光利用効率を高くできて、明暗のムラの生じない導光体を提供することを課題とする。【解決手段】光偏向要素としてレンチキュラーレンズ１７を備えており、前記レンチキュラーレンズは、断面視凹型または凸型でその表面は局所的な算術平均粗さＲaで０．１μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍを満たし、且つ、射出面１０ｂを上とし、光偏向面１０ａを下とする場合に、上下方向の高さをｈとした時に５μｍ≦ｈ≦２５μｍを満たし、且つ、前記レンチキュラーレンズの延在方向の全域に亘るｈの最大高さをｈｍａｘ、最小高さをｈｍｉｎとした時に１０μｍ≦ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ≦２０μｍを満たし、且つ、前記レンチキュラーレンズの延在方向にその高さｈが周期的に変化する場合の隣り合う山と山の頂点間の距離をλとした時に１００μｍ≦λ≦１０００μｍを満たすことを特徴とする導光体１０。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面である光偏向面と、それに対向する第２主面である射出面と、それらの面と直交する側端面に配置された光入射面を備えてなる照明装置用の導光体であって、
前記射出面には、前記導光体の側端面に配置される光源を構成する個々の点状の光源から前記導光体の内部に入射した光が扇状に広がらずに直進させるための光閉じ込めレンズを備えており、
前記光偏向面には、前記光入射面から入射した光を前記射出面に偏向させるための光偏向要素としてレンチキュラーレンズを備えており、
前記レンチキュラーレンズは、断面視凹型または凸型でその表面は局所的な算術平均粗さＲaで０．１μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍを満たし、
且つ、前記射出面を上とし、前記光偏向面を下とする場合に、レンチキュラーレンズの上下方向の高さをｈとした時に５μｍ≦ｈ≦２５μｍを満たし、
且つ、前記レンチキュラーレンズの延在方向の全域に亘るｈの最大高さをｈｍａｘ、最小高さをｈｍｉｎとした時に１０μｍ≦ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ≦２０μｍを満たし、
且つ、前記レンチキュラーレンズの延在方向にその高さｈが周期的に変化する場合の隣り合う山と山の頂点間の距離をλとした時に１００μｍ≦λ≦１０００μｍを満たすことを特徴とする導光体。
【請求項２】
請求項１に記載の導光体を使用したことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置を使用したことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路の光制御に使用される導光体、この導光体を備えた照明装置、そしてこの照明装置を備えた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビやフラットパネルディスプレイ等においては、主に直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置では、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側に規則的に配列されている。この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配置され、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、複数の冷陰極管やＬＥＤ等の光源が導光体と呼ばれる透光性の板の側端面に配置されている。一般的に、導光体の射出面（画像表示素子と対向する面）に対向する光偏向面には、導光体の側端面から入射する入射光を効率良く射出面へ導く光偏向要素が形成されている。現在、光偏向面に形成された光偏向要素としては、例えば特許文献１に開示されたように、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。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、導光体の射出面側への光取出し効率は低い。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導光体や、レーザーアブレーション法によって光偏向要素を形成する方法などが提案されている。白色インキと違い、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、白色インキに比べて光取出し効率の高い導光体を得ることができる。しかしながら、インクジェット法やレーザーアブレーション法による光偏向要素の形成は、白色インキの印刷と同様に導光体を平板成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減少するわけではない。むしろ、白色インキの印刷工程よりもタクトタイムが長く、また、設備のイニシャルコストが高いなど、高コストとなる問題がある。
【０００５】
そこで、例えば特許文献２に記載されたように、導光体を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素を押出時にダイレクトに賦形する方法も提案されている。この製造方法であれば、導光体の成形と同時に光偏向要素も形成されるため、工程数が減ると共に低コスト化を実現できる。転写型を用いた射出成形法や押出成形法において、最も単純且つ高効率な光偏向要素として、レンチキュラーレンズやプリズムレンズの光偏向要素が挙げられる。例えば特許文献３には、光偏向要素として一方向に延在するプリズムレンズを形成した導光体が開示されている。
【０００６】
光偏向要素としてレンチキュラーレンズやプリズムレンズを形成した場合、両者は一方向に延在するレンズ形状であるため、光源が配置された側端面に対して直交する方向に延在する側端面からの漏れ光が少なく、光の利用効率が高いため、高輝度な照明装置を得ることが出来る。
【０００７】
しかしながら、一方向に延在するプリズムレンズやレンチキュラーレンズの光偏向要素を光偏向面に配置した導光体は次のような問題が生じる。すなわち、導光体に入射した光は、光が入射する側端面近傍ではその光量が多く、側端面から離れるほど光量が減少して
いくため、光偏向面において、側端面近傍では光偏向要素の間隔を大きくして疎に配置し、側端面から離れるほど光偏向要素の間隔を小さくして密に配置する疎密パターンで配置する必要がある。導光体を観察した際、光偏向要素が密に配置された部位では明るく視認され、光偏向要素が疎に配置された部位では暗く視認される。隣り合う光偏向要素の距離が短くて近接していれば、導光体の射出面側に拡散シートやプリズムシートなどを配置することで、上述した明暗差は解消されるが、ある距離を超えて長くなると導光体の射出面側に拡散シートなどを配置しても明暗差が残ってしまうため、表示装置用の照明装置として使用することが出来なくなる。この問題は導光体のサイズが大きくなるほど顕著に現れるため、テレビなどの大型サイズの表示装置にこの導光体の構成を適用することは難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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
【特許文献３】特開２００６−１５５９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような従来の問題点を解決するためになされたもので、光源が配置されない側の側端面からの漏れ光を極少化して光利用効率を高くできて、明暗のムラの生じない導光体、およびこの導光体を備えた照明装置、およびこの照明装置を用いた表示装置を、提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、第１主面である光偏向面と、それに対向する第２主面である射出面と、それらの面と直交する側端面に配置された光入射面を備えてなる照明装置用の導光体であって、
前記射出面には、前記導光体の側端面に配置される光源を構成する個々の点状の光源から前記導光体の内部に入射した光が扇状に広がらずに直進させるための光閉じ込めレンズを備えており、
前記光偏向面には、前記光入射面から入射した光を前記射出面に偏向させるための光偏向要素としてレンチキュラーレンズを備えており、
前記レンチキュラーレンズは、断面視凹型または凸型でその表面は局所的な算術平均粗さＲaで０．１μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍを満たし、
且つ、前記射出面を上とし、前記光偏向面を下とする場合に、レンチキュラーレンズの上下方向の高さをｈとした時に５μｍ≦ｈ≦２５μｍを満たし、
且つ、前記レンチキュラーレンズの延在方向の全域に亘るｈの最大高さをｈｍａｘ、最小高さをｈｍｉｎとした時に１０μｍ≦ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ≦２０μｍを満たし、
且つ、前記レンチキュラーレンズの延在方向にその高さｈが周期的に変化する場合の隣り合う山と山の頂点間の距離をλとした時に１００μｍ≦λ≦１０００μｍを満たすことを特徴とする導光体である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導光体を使用したことを特徴とする照明装置である。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の照明装置を使用したことを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による導光体によれば、第１主面（光偏向面）の光偏向要素としてレンチキュラーレンズを敷設することにより、その延在方向には光がほとんど漏れ出ることがなく第２主面（射出面）方向への偏向効率は高いが、一方で導光体全面を均一な明るさにするため、光源が設置されている側端面（光入射面）から離れるに従ってレンチキュラーレンズの間隔を疎から密に変化させながら敷設させるが、このことにより、疎に敷設された領域では筋状の明暗ムラが発生してしまう。このため、第１主面の光偏向要素を、一次元的に延在する断面視で凹型または凸型のレンチキュラーレンズとし、第２主面側を上、第１主面側を下としたときに、光入射面の延在方向に対し平行に、かつ上下方向に円弧状に緩やかにレンチキュラーレンズの高さ及び振幅を変化させながら延在させ、かつレンチキュラーレンズに局所的な表面算術平均粗さＲａを付与することで拡散性能が高まり、明暗のムラを視認し難くすることが可能となる。これにより光源が配置されない側の側端面からの漏れ光を極少化させ、光利用効率が高くなり、明暗のムラを生じないようにして、第２主面方向への光の偏向効率を向上させ、かつ、導光体全体で均一な明るさを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による導光体を備えた照明装置を含む表示装置の構成の一例を示す断面模式図。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態による導光体の構成の一例を示す斜視図であって、第１主面（光偏向面）の光偏向要素が凸型のレンチキュラーレンズの場合の斜視図、（ｂ）は、その光偏向要素であるレンチキュラーレンズの延在方向に沿う部分断面図の一例、（ｃ）は、その光偏向要素であるレンチキュラーレンズの延在方向に直交する即端面側から見たレンチキュラーレンズの部分断面図の一例、をそれぞれ示している。
【図３】本発明における第１主面（光偏向面）の光偏向要素として凹型のレンチキュラーレンズを設けた場合の導光体の光偏向面側から見た平面図に、光源からの光の導光の軌跡の例を示した説明図とその断面図。
【図４】（ａ）は、光閉じ込めレンズを有さない一般的な導光体における導光の軌跡を射出面側から見た例の説明図とそれを光入射面から見た説明図、（ｂ）は、本発明の実施形態による導光体における光閉じ込めレンズ内の導光の軌跡の例を射出面側から見た説明図とそれを光入射面から見た説明図。
【図５】本発明の導光体における第２主面側の光閉じ込めレンズの形状例を示す説明図であって、（ａ）は同じサイズのプリズムレンズが平行に形成されたところに半球形レンズが混在する例、（ｂ）は同じサイズのプリズムレンズが平行に形成された例、（ｃ）は同じサイズの蒲鉾状の凸レンズが平行に形成されたレンチキュラーレンズの例、（ｄ）はプリズムレンズが平行に形成されたものに、異なるサイズのプリズムレンズがそれに直交して平行に形成された例、をそれぞれ示している。
【図６】（ａ）は、本発明の実施形態による導光体の全体を示す斜視図の一例、（ｂ）は、光偏向要素である凹形状のレンチキュラーレンズの延在方向に直交する断面で見た部分拡大図の一例とその図の下に１つのレンチキュラーレンズの延在方向における算術平均粗さＲaを例示した図、（ｃ）は、レンチキュラーレンズの延在方向におけるその高さの変動の状況を示した断面図の例であり、その中に振幅λを図示した図、をそれぞれ示している。
【図７】押出機の構成例を示す説明図。
【図８】本発明の実施例における導光体の輝度ムラ評価測定位置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明による導光体は、透光性の導光体であって、導光体は、入射光を反射させる第１主面（光偏向面）と、第１主面に対向して配置されていて第１主面で反射された光を射出する第２主面と、第１主面及び第２主面を接続すると共に光源の光を入射させ得る側端面とを有し、第１主面には、導光体内を導光する光を第２主面側に偏向する光偏向要素が配
列されて形成され、第１主面の光偏向要素は、一次元的に延在する断面視凹型または凸型のレンチキュラーレンズ形状で、第２主面側を上、第１主面側を下としたときに、光源に臨む側端面の延在方向に対し平行に、かつ上下方向に円弧状に緩やかにその高さ及び振幅が変化しながら延在していることを特徴とする。
【００１６】
以下、本発明の実施形態による導光体の製造方法について説明する。まず、本発明に係る導光体を成形するための型を用意する。型材としては円筒状の金型ロールを用いれば、連続シート状の成型が可能であり、平板状の金型とすればプレス法やインジェクション法などによる板やシートの形成が可能となる。平型とした場合には枚葉となるものの、板材への形状転写が容易であり、小ロット多品種への対応に向いている。金型ロールの下地素材は、耐久性やハンドリングを加味し、鉄やＳＵＳ、アルミなどを下地とし、形状を形成する表面層として銅や真鍮をメッキするのが一般的である。
【００１７】
型の表面層の素材は転写成型できれば特に限定されるものではないが、光学用途に用いる場合にはある程度の平滑性が必要なことから、銅や真鍮を用いるのが好適である。高精度な精密切削機に金型ロールをセットし、ダイヤモンドバイトを使用し所望の位置、深さ、切込となるように形状を加工する。導光体を成型する際に使用する金型は、導光体の凹凸反転形状である。形状を加工した金型ロールは、耐擦性を考慮し、銅や真鍮の表面にＣｒメッキやＮｉメッキを施しても良い。
【００１８】
金型ロールの凹凸形状を反転した導光体は、押し出し法もしくはキャスト法、もしくはインジェクション法で製造される。
【００１９】
導光体の基材としては、当該分野でよく知られたアクリルが主材として使用される。
【００２０】
導光体の基材の中には分散した透明粒子を具備していてもよく、主材の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものが使用される。主材の屈折率と透明粒子の屈折率の差は０．０１以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、その屈折率差は０．５以下で十分である。
【００２１】
前記透明粒子の平均粒径は０．５μｍ〜３０．０μｍであることが望ましい。ここで平均粒径とは、レーザー回折法による体積平均径ＭＶを指している。透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体；メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら透明粒子は、２種以上を混合して使用してもよい。または、板状の部材は主となる材質中に空気を含む微細な空洞を有した構造をしており、主となる材質と空気の屈折率差で拡散性能を得ても良い。導光体の基材は単層構造でも複層構造でもよく、透明層を含んでいても良い。
【００２２】
光学シートや拡散板は、導光体と同様の主材を使用することができ、同様に前述した透明粒子を具備して構成されていてもよく、また、表面に反射パターンや幾何学構造が賦形されていても良い。本発明の導光体とあわせて使用する光学部材は、当該業界でよく知られた反射型偏光分離シート、拡散板、光学シートなどを適宜使用する。
【００２３】
次に、本発明における導光体とその導光体を備えた照明装置および表示装置を添付図面
に基づいて詳細に説明する。
図１に示す表示装置１は、例えば液晶表示装置であり、画像表示素子２と、この画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された照明装置３とを備えている。なお、各部位の縮図は実際とは一致しない。画像表示素子２は例えば液晶表示素子であり、液晶層５を表裏の偏光板６、７で挟んで構成されている。照明装置３は、下側から上方の画像表示素子２へ向けて、反射シート９、導光体１０、拡散シート１１、集光シート１２、拡散性光学シート１３を順次積層した積層体を備えており、導光体１０の側端面１０Ｒのうち、光入射面１０Ｌには光源１５が配置されている。この照明装置３は、拡散性光学シート１３の射出面を液晶表示素子２に臨ませている。
【００２４】
拡散シート１１は導光体１０から射出される光を拡散する機能を有しており、例えば透光性部材に拡散粒子が分散されている。集光シート１２は例えば複数のプリズムレンズが平行に配列されて形成されており、拡散シート１１によって拡散された光を観察者側Ｆへ射出して集光する機能を有している。拡散性光学シート１３は、集光シート１２によって集光された光を拡散し、また集光シート１２を保護する機能と集光シート１２に形成される周期構造と画像表示素子２の周期構造とによるモアレ干渉縞の発生を抑制する機能を有する。また、集光シート１２によって集光された光の偏光を分離する機能を有していても良い。
【００２５】
導光体１０の側端面に設けた光源１５は例えば点光源である。点光源としては、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）が挙げられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤや光の３原色である赤色、緑色、青色のチップで構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。または光源１５はＣＣＦＬ（冷陰極管）に代表される蛍光管であっても良い。図１では、光源１５は導光体１０の１つの側端面である光入射面１０Ｌに、その延在方向に沿って点光源が複数配列された例を示しているが、光源１５の配置はこの構成に限定されない。例えば、光源１５を導光体１０の対向する２つの側端面である光入射面１０Ｌとそれに対向する側端面１０Ｒに配置してもよく、或いは４つの側端面に配置させてもよい。そして、反射シート９は導光体１０の光偏向面１０a側と光源１５を配置した光入射面１０Ｌを囲うように形成されている。
【００２６】
また、導光体１０は、図１に示す例では長方形または正方形の平板形状としたが、これに限定されることなく、光入射面１０Ｌを底面とする楔形状等であっても良い。導光体１０は、反射シート９側の面が第１主面を構成する光偏向面１０ａであり、光偏向面１０ａに対向する観察者側Ｆの面が第２主面を構成する射出面１０ｂである。光偏向面１０ａと射出面１０ｂで挟まれた４つの側面は側端面１０Ｒである。このうち光源１５を臨ませた１つの光入射面１０Ｌと、光源１５を設けない他の３つの側端面１０Ｒとからなる場合を示している。光偏向面１０ａには、光源１５から光入射面１０Ｌを通って入射する入射光を射出面１０ｂ側へ偏向する光偏向要素が形成されている。第１主面側の光偏向要素として一方向に延在するレンチキュラーレンズ１７が形成されている場合を示している。
【００２７】
図２に示す導光体１０は１つの側端面を光入射面１０Ｌとし、他の側端面１０Ｒには光源１５を設けない構成である。図２に示す導光体１０の光偏向面１０ａにおいて、光偏光要素として、凸型のシリンドリカル形状のレンチキュラーレンズ１７が形成されている。ここで、凸型とは射出面１０ｂ側から光偏向面１０ａ側へ飛び出た形状として形成されたものをいう。別の言い方をすれば、光偏向面１０aの基準面より導光体１０の外側に凸な形状である。レンチキュラーレンズ１７は断面形状が例えば真円、楕円、または他の非円形の凸曲面等の一部分で筒状に延在した形状とする。
【００２８】
また、レンチキュラーレンズ１７は、導光体１０の光入射面１０Ｌから入射される光を、光偏向面１０ａで射出面１０ｂ側へ偏向させる。レンチキュラーレンズ１７は、光入射面１０Ｌに近いほど疎となるように配置され、入射面１０Ｌから離れるほど密となるような疎密パターンで配置される。
【００２９】
次に、導光体１０の光偏向面１０ａについて、上述した構成を採用する理由について図３によって説明する。図３は光源１５の光が光入射面１０Ｌから導光体１０内に入射された光の導光を光偏向面１０ａ側から見た図である。図３はレンチキュラーレンズ１７が形成された導光体における光源１５の光の導光の軌跡を示す図である。導光体１０は、導光体１０を構成する材料の屈折率と空気の屈折率との屈折率差による臨界角内で入射した光を導光する。レンチキュラーレンズ１７は、光偏向面１０ａに入射した光の進路を偏向して射出面１０ｂへ導き、射出面１０ｂにおいて上記臨界角を超えた光は射出面１０ｂから導光体１０の外部へ射出される。
【００３０】
光偏向面１０ａに光入射面１０Ｌと平行にレンチキュラーレンズ１７を配置した導光体１０の場合、レンチキュラーレンズ１７は光入射面１０Ｌが延在する方向において、導光の進路を偏向する構造が無い。従って、光偏向面１０ａ側から見た際の斜め方向の進路が偏向されず、光入射面１０Ｌに対して垂直な方向の側端面１０Ｒにおいて、ほとんど光が漏れ出ることなく反射して導光する。
【００３１】
次に、導光体１０の射出面１０ｂについて光閉じ込めレンズ１８を敷設する理由について図４によって説明する。図４（ａ）で示すように、光閉じ込めレンズ１８を敷設されていない導光体では光源１５から導光体１０に入射した光が扇状に広がって導光し、光偏向面１０ａのレンチキュラーレンズ１７で反射させられて射出面１０ｂに向かう。その際、光源１５を構成する個々の点状の光源から導光体１０に入射した光が、扇状に広がることに起因して、光源１５が配置されない短辺側の側端面１０ｍからの光漏れが多く、射出面１０ｂ側から見た場合、高い輝度が得られない。一方、図４（ｂ）で示すように光源１５から導光体１０に入射した光は、光閉じ込めレンズ１８内において扇状に広がらないよう光入射面１０Ｌに直交する方向に、向きを変えながら反射を繰り返して光閉じ込めレンズ１８の範囲内を略直進するため、短辺側の側端面１０ｍ側の光漏れが少なく、光源１５に臨む光入射面１０Ｌに直交する方向に亘って高い輝度が得られる。
【００３２】
図５は導光体１０における光閉じ込めレンズ１８の形状例である。本発明における導光体１０の特性は、例示した光閉じ込めレンズ１８の形状には限定されず、図５に示した形状以外の形状を用いることも可能である。
【００３３】
このように導光体１０の光偏向要素としてレンチキュラーレンズ１７及び光閉じ込めレンズ１８を形成することにより、より多くの光を射出面１０ｂから射出可能であるため、高効率な導光体１０を得ることが出来る。しかしながら、上述したようにレンチキュラーレンズ１７を光偏向面１０ａに配置した導光体１０は、レンチキュラーレンズ１７が疎に配置された領域では間隙が大きいために、明暗のムラが観察者に視認されやすくなるという欠点が生じる。この場合、レンチキュラーレンズ１７は一方向に延在するレンズ群であるため、筋状の明暗ムラが生じる不具合がある。
【００３４】
この明暗ムラは、レンチキュラーレンズ１７または射出面１０ｂ側に敷設される光閉じ込めレンズ１８の形や大きさおよび導光体１０の厚みによって異なる。本発明者らが検討した結果、例えば側端面１０Ｒの厚みが４ｍｍの導光体１０においては、レンチキュラーレンズ１７または光閉じ込めレンズ１８を、そのレンズ幅に対しておよそ１５倍以上のピッチで配置した場合、導光体１０の射出面１０ｂ側に拡散シート１１、集光シート１２、そして拡散性光学シート１３を配置しても、レンチキュラーレンズ１７または光閉じ込レンズ１８に起因する明暗ムラが視認された。すなわち、レンチキュラーレンズ１７を疎密パターン配置設計する場合、その最大ピッチはレンチキュラーレンズ１７の幅の１５倍以下としなければならないことになる。しかしながら、例えば３２インチサイズの導光体１０を設計した場合、レンチキュラーレンズ１７の最大ピッチはレンチキュラーレンズ１７の幅の２０倍程度となる。
【００３５】
そこで、本発明の実施形態による導光体１０では、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、凹形状のレンチキュラーレンズ１７の深さに相当する高さをｈとし、個々のレンチキュラーレンズ１７の延在方向にその高さｈを緩やかに増減させる場合の隣り合う山の頂点間の距離を振幅λとした場合、光の射出面１０ｂを上、光偏光面１０ａを下としたときに、上下方向及び光源１５に臨む側端面である光入射面１０Ｌの延在方向に平行に、緩やかに増減する変化をさせながら延在させることにより（図６（ｃ）参照）、１つのレンチキュラーレンズ１７において局所的に光偏向が変化し、前述した明暗ムラは視認し難くなる。本発明の導光体１０において、レンチキュラーレンズ１７の上下方向の変化量である高さｈは、５μｍ≦ｈ≦２５μｍであることが望ましい。高さｈが５μｍより低いと、また２５μｍより高いと、製造が困難である。また、最大高さｈｍａｘ、最小高さｈｍｉｎとしたときに、１０μｍ≦ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ≦２０μｍであることが望ましい。前述したように２０μｍより大きい高さ差を付与するのは製造が困難であり、１０μｍより小さい高さ差では、局所的な光偏向変化が十分ではなく、本発明の明暗ムラを視認し難くする性能が得られなくなる。
【００３６】
レンチキュラーレンズ１７の延在方向の高さｈが、緩やかに変化する場合の隣り合う山と山の頂点間の距離である振幅λは、１００≦λ≦１０００μｍであることが望ましい。振幅λが１００μｍより小さいと、また１０００μｍより大きいと、製造が困難である。導光体１０のレンチキュラーレンズ１７において前記範囲内であれば、少なくとも２種類以上の振幅λからなる形状でもよい。また、隣り合うレンチキュラーレンズ１７同士の上下方向及び延在方向の変化の周期は合わせる必要がなく、ランダムであることがより好ましい。ただし、同一レンチキュラーレンズ１７内の途中で振幅λを変化させるように製造することは困難である。
【００３７】
本発明の実施形態における導光体１０の拡散性能をより高めるために、レンチキュラーレンズ１７の表面に局所的な表面算術平均粗さＲａを付与する。局所的な表面算術平均粗さＲａは０．１≦Ｒａ≦１．０μｍであることが望ましく、０．１μｍより小さいと、また１．０μｍより大きいと、製造が困難である。レンチキュラーレンズ１７の局所的な表面算術平均粗さＲａの付与は、レンチキュラーレンズ１７を加工するダイヤモンドバイトバイトの先端形状及び超精密旋盤加工機の機械条件によって制御できる。局所的な表面算術平均粗さＲａの付与とは、表面に微細な凹凸を付与することであり、この微細な凹凸により局所的に光偏向が変化し、拡散性能がより高まり、本発明の明暗ムラを視認し難くなる性能が得られる。
なお、本発明において、局所的な表面算術平均粗さＲａは以下のようにして測定される。
１）レーザー顕微鏡により、３０００倍の視野で導光体の第１主面表面を観察する。
２−１）レンチキュラーレンズが凸状である場合には、観察画像において測定領域をレンチキュラーレンズの頂部をレンチキュラーレンズの延在方向に沿って２０μｍとし、表面算術平均粗さＲａを求める。
２−１）レンチキュラーレンズが凹状である場合には、観察画像において測定領域をレンチキュラーレンズの底部をレンチキュラーレンズの延在方向に沿って２０μｍとし、表面算術平均粗さＲａを求める。
【００３８】
レンチキュラーレンズ１７の断面輪郭形状は円孤形状でも非円弧形状でも良い。レンチキュラーレンズ１７の断面輪郭形状により、所望の角度への射出光を増やしたり、減らしたりするといった調整が可能となる。
【００３９】
図２及び図６に示すように、導光体１０の光偏向面１０ａに配置されるレンチキュラーレンズ１７は、凸状でも凹状でも本発明の性能を損なうことはない。
【００４０】
導光体１０を前述した構成とすることで、導光体１０の光入射面１０Ｌ以外の側端面１０Ｒから漏れる光を極少化し、発光効率の高い導光体１０を得ることができ、光偏向面１０ａの、光入射面１０Ｌに近い、レンチキュラーレンズ１７が疎に配置された領域で、顕著な筋状の明暗ムラを低減することができる。
【００４１】
ところで、図１に示す表示装置１の画像表示素子２は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、本発明の実施形態による導光体１０を用いた照明装置３により、観察者側Ｆへ射出する光の輝度が向上し、光強度の視角度依存性が低減し、さらに、筋状の明暗ムラの視認性が低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
【００４２】
画像表示素子２は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
画像表示素子２（液晶表示素子）は、液晶層を２つの偏光板で挟んで構成されている。
照明装置３は、拡散シート１１、集光シート１２、導光体１０、及び反射シート９の順に配置した積層体と、導光体１０の光入射面１０Ｌに配置された光源１５を少なくとも含んで構成される。さらに、集光シート１２上には、拡散性光学シート１３を設けることもできる。
【００４３】
拡散シート１１は、導光体１０から射出される光を拡散する機能を有する。集光シート１２は拡散シート１１によって拡散された光を、観察者側Ｆへと集光する機能を有する。偏光分離シート１３は、集光シート１２によって集光された光を拡散し、また集光シート１２を保護する機能、及び集光シート１２に形成された周期構造と画像表示素子２の周期構造とによるモアレ干渉縞の発生を抑制する機能を有する。あるいは、集光シート１３によって集光された光の偏光を分離する機能を有していても良い。集光シート１２は、例えば基材の表面に複数のプリズムが形成されたプリズムシートが一般的に良く用いられる。
また、拡散性光学シート１３としては、ＤＢＥＦ（スリーエム社登録商標）に代表されるような、一方の偏光を透過し、もう一方の偏光を反射する反射型偏光分離シートが一般的によく用いられる。
【００４４】
以上、画像表示素子２と導光体９との間に、拡散シート１１、集光シート１２、拡散性光学シート１３を有する場合の例で説明したが、これは一例であって、他の構成も可能である。
例えば、画像表示素子２と導光体９との間に、透光性発光部材を配置することもできる。
透光性発光部材は、透明樹脂に発光材料を分散させたシート状の構成を例示することができる。
【００４５】
発光材料としては、光源により励起され、異なる発光波長で発光する材料であればよく、例えばアルカリ土類元素Ｃａ、Ｓｒ、ＢａやＳｃ、Ｙ、Ｌａなどの化合物からなる蛍光材料や燐光材料、蓄光材料やＣｄＳｅ、ＩＩＩ族〜Ｖ族元素の化合物からなる量子ドットなどを挙げることが出来る。
発光材料として、蓄光を使用することで、ＬＥＤが消灯した後も、一定時間発光する照明装置とすることが可能である。また、光源として発光スペクトルが狭帯域な青色ＬＥＤ
を用い、発光材料として量子ドットを使用することで、色再現性に優れた画像表示装置することが可能である。
【００４６】
以上、本発明の実施形態による導光体１０を備えた照明装置３、並びにこの照明装置３を用いた表示装置１の実施形態について説明したが、本発明による照明装置３は、表示装置１のみに適用されるものではない。すなわち光源１５から射出された光を、導光体１０を用いて効率的に集光する機能を有する照明装置として、例えば各種の照明機器などにも使用できる。
【００４７】
本発明の照明装置３は、室内等を明るくする照明装置として使用することができる。また、液晶表示装置だけでなく、広告看板や案内看板のような表示装置、照明装置として用いることも可能である。繰り返しになるが、表示装置と組み合わせることも必須ではなく、単独の照明装置として使用することが可能である。
本発明の照明装置３は、拡散シート１１、導光体１０、及び反射シート９の順に配置した積層体と、拡散シート１１上に表面保護シートを備える。表面保護シートは、照明装置表面の傷つき等を防止するために設けられる。表面保護シートとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム等の基材フィルム上に、電離放射線で硬化する電離放射線硬化型材料を硬化して形成されるハードコート層を備えるハードコートフィルムを例示することができる。電離放射線としては、電子線、紫外線を用いることができ、電離放射線硬化型材料としては炭素―炭素不飽和に二重結合を備えるアクリル系材料を例示することができる。
本発明の照明装置は、シート状とすることができ、照明装置に可撓性を付与することもできる。また、反射シートを取り除くことにより両面発光照明装置とすることもできる。シート状の照明装置は、壁に貼り付けることもでき取り付け施工が容易である。
また、本発明の導光体１０の両面に拡散シート１１を配置することにより、両面から発光可能な両面発光照明装置とすることもできる。
【実施例】
【００４８】
（導光体の製造方法）
本発明の比較例０〜２と実施例１〜２の計５種の導光体を作製した。従来技術との比較のため導光体の第１主面側に白色印刷ドットがパターニングされた導光体を比較例０とした。比較例１、２及び実施例１、２用の導光体作製のため金型ロールをそれぞれ準備し、第１主面側に光学偏向要素を付与するためのレンチキュラーレンズの加工を行った。超精密旋盤加工機に、先端形状の幅が約７０μｍ、高さが約２０μｍの、断面輪郭が円の一部であるダイヤモンドバイトを設置し、隣り合うレンチキュラーレンズの最大ピッチは１５００μｍとし、以下は所望の光学特性が得られるようピッチを細かくして行き加工を行った。レンチキュラーレンズの配置はいずれの金型ロールにおいても同配置とした。比較例１用の金型ロールにおけるレンチキュラーレンズの加工の際は、ダイヤモンドバイトを高周波振動させることなく行い、高さｈは一定の２０μｍとし、振幅λは０μｍとした。比較例２用の金型ロールにおけるレンチキュラーレンズの加工の際は、ダイヤモンドバイトを高周波振動させ、かつ所望の形状になるよう金型ロールの回転速度を制御し、高さｈｍａｘは２０μｍ、ｈｍｉｎは１５μｍでｈｍａｘ−ｈｍｉｎ＝５μｍとし、振幅λは５００μｍとなるよう１つのレンチキュラーレンズの上下方向及び延在方向の形状を変化させた。実施例１の金型ロールにおけるレンチキュラーレンズの加工の際はダイヤモンドバイトを高周波振動させ、かつ所望の形状になるよう金型ロールの回転速度を制御し、高さｈｍａｘは２０μｍ、ｈｍｉｎは５μｍでｈｍａｘ−ｈｍｉｎ＝１５μｍとし、振幅λは５００μｍとなるよう１つのレンチキュラーレンズの上下方向及び延在方向の形状を変化させた。比較例１、２及び実施例１のレンチキュラーレンズ加工には同一のダイヤモンドバイトを用い、実施例２のレンチキュラーレンズ加工にはそれとは異なるダイヤモンドバイトを用い加工を行った。後述する賦形転写したそれぞれの導光体についてレーザー顕微鏡を用いレンチキュラーレンズの局所的な表面算術平均粗さＲａを測定した結果、比較例１、２及び実施例１は０．２μｍであったのに対し、実施例２は０．８μｍであった。実施例２のレンチキュラーレンズの形状は実施例１と同形状とした。以上をまとめて表１に示した。
【表１】
2015220114.tif 000003
【００４９】
次に、導光体における第１主面側に光学偏向要素を付与するための金型ロールとして、図５（ｂ）に示すような金型ロールにプリズムレンズが彫刻されているものを準備した。本発明の導光体は、導光体における第１主面側用及び第２主面側用に所望の形状が加工された金型ロールを用い押出し法により作製した。図７は本発明の導光板の作製するために使用した押出機（製造装置）５０の構成を示す図である。図７に示すように、押出機５０には、第１主面側であるレンチキュラーレンズが加工された金型ロール５１と第２主面側であるプリズムレンズが加工された金型ロール５２が装着されており、押出し法により導光板を作製するように構成されている。すなわち、押出機５０では、ダイ５３内において溶融された光透過性の熱可塑性ポリカーボネート樹脂シートを溶融し、冷却固化する前に、裏面用金型ロール５１と表面用金型ロール５２とで挟持して押出すことで、本発明のような両面に賦形された導光板が得られた。熱可塑性ポリカーボネートは帝人化成（株）のＭ１２０１を使用した。各金型ロールを都度、装着させ、比較例１、２及び実施例１、２の導光体を作製した。比較例０の導光体は、前述したように第１主面側にパターニングされた白色ドットを印刷し作製した。各導光体は、光偏向面と射出面とが３１０ｍｍ×５４０ｍｍの２４インチサイズで、側端面の厚みを４ｍｍとした直方体形状である。導光体１０の長辺（５４０ｍｍ側）に沿う側端面の１つを光入射面とし、他の３つの側端面には光源を配置しない構成とした。
【００５０】
（導光体の輝度測定）
輝度ムラの測定は、導光体をディスプレイに組み込み行った。まずディスプレイに白画面を表示し、トプコン製ＳＲ−３Ａで画面の法線方向、５０ｃｍの距離から輝度を測定した。比較例０の最大輝度を１．００とし、比較例１、２及び実施例１、２のそれぞれの最大輝度との比を算出した。構成は帝人化成製拡散板６５ＨＬＷと光学シートとした。
輝度ムラの評価として、図８のように、画面の横の長さをＨ、縦の長さをＶとした時、それぞれ基準とする画面の辺からの距離によって決まる９点の画面上の座標およびそれに８点の画面上の座標を加えた１７点の座標において輝度測定を行い、それぞれ９点および１７点の中の最小値を最大値で除した値であるＭｉｎ／Ｍａｘの比を算出した。ここで、９点の画面上の座標とは、（Ｈ／４、Ｖ／４）、（Ｈ／２、Ｖ／４）、（３Ｈ／４、Ｖ／４）、（Ｈ／４、Ｖ／２）、（Ｈ／２、Ｖ／２）、（３Ｈ／４、Ｖ／２）、（Ｈ／４、３Ｖ／４）、（Ｈ／２、３Ｖ／４）、（３Ｈ／４、３Ｖ／４）である。８点の画面上の座標とは、（Ｈ／１２、Ｖ／１２）、（Ｈ／２、Ｖ／１２）、（１１Ｈ／１２、Ｖ／１２）、（Ｈ／１２、Ｖ／２）、（１１Ｈ／１２、Ｖ／２）、（Ｈ／１２、１１Ｖ／１２）、（Ｈ／２、１１Ｖ／１２）、（１１Ｈ／１２、１１Ｖ／１２）である。
また、明暗ムラの評価は、光源として左一辺配置のＬＥＤを使用し、輝度測定と同様の構成でディスプレイに組み込み、白画面を表示して目視観察した。目視評価は個人差があるため、被験者３名で実施し、多数を占める評価を採用した。その結果を表２に示す。
【表２】
2015220114.tif 000004
【００５１】
表２より本発明の実施例１、２の導光体における最大輝度比は、比較例１や２に劣るものの、比較例０に比べ高輝度となった。その一方で、輝度ムラの指標となる９点比及び１７点比（Ｍｉｎ／Ｍａｘ）の値は比較例０〜２に比べ高く、かつ、９点比及び１７点比の差も少ないことから画面全体の輝度ムラが低減され、導光体全体で均一な明るさを得ていることがわかった。また、ＬＥＤ光源の明暗差を目立たなくする明暗ムラも良好な結果であった。特に比較例１、２及び実施例１に比べレンチキュラーレンズの局所的な表面算術平均粗さＲａを増加させた実施例２では、拡散性能が高まることにより、実施例１に比べ輝度は下がるものの、輝度ムラや明暗ムラが最も少なく、導光体に求められる所望の光学性能によって適宜使い分ければよいことがわかった。この結果、本発明である実施例１及び２の導光体は光源が配置されない側の側端面からの漏れ光を極少化させ、光利用効率が高くなり、明暗のムラを生じないようにして、第２主面方向への光の偏向効率を向上させ、かつ、導光体全体で均一な明るさを得ることができた。実施例では最も単純な比較のためバックライトの構成は帝人化成製拡散板６５ＨＬＷと導光板としたが、本発明の導光板は他の光学部材と合わせて用いても、その特性が損なわれることは無い。
【符号の説明】
【００５２】
１      表示装置
２      画像表示素子
３      照明装置
５      液晶層
６      偏光板
７      偏光板
９      反射シート
１０    導光体
１０ａ  光偏向面
１０ｂ  射出面
１０Ｌ  光入射面
１０Ｒ  側端面
１０ｍ  側端面
１１    拡散シート
１２    集光シート
１３    拡散性光学シート
１５    光源
１７    レンチキュラーレンズ
１８    光閉じ込めレンズ
５０    押し出し機
５１    導光板裏面用金型ロール
５２    導光板表面用金型ロール
５３    ダイ
Ｋ      光
Ｆ      観察者側
【図１】
2015220114.tif 000005
【図２】
2015220114.tif 000006
【図３】
2015220114.tif 000007
【図４】
2015220114.tif 000008
【図５】
2015220114.tif 000009
【図６】
2015220114.tif 000010
【図７】
2015220114.tif 000011
【図８】
2015220114.tif 000012