(57)【要約】【課題】液晶表示装置に装着され、実使用環境に曝されても使用中に反ることの無い導光体を提供することを課題とする。【解決手段】樹脂材料からなる透光性の導光体であって、前記導光体は、第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とに隣接する４つの側端面を有し、少なくとも１つの前記側端面に配置された光源が、該側端面の延在方向に並べて配置され、前記第１主面には、前記導光体内を導光する光を前記第２主面側へと偏向する光偏向要素が形成されている導光体において、前記導光体の厚み方向の１／２の厚みの位置を中心点として、前記中心点から前記第１主面および前記第２主面に向って表面に近い樹脂層の重量平均分子量が、表面に近い層より前記中心点側の樹脂層の重量平均分子量より小さいことを特徴とする導光体。【選択図】図１
2013114905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料からなる透光性の導光体であって、
前記導光体は、第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とに隣接する４つの側端面を有し、
少なくとも１つの前記側端面に配置された光源が、該側端面の延在方向に並べて配置され、
前記第１主面には、前記導光体内を導光する光を前記第２主面側へと偏向する光偏向要素が形成されている導光体において、
前記導光体の厚み方向の１／２の厚みの位置を中心点として、前記中心点から前記第１主面および前記第２主面に向って表面に近い樹脂層の重量平均分子量が、表面に近い層より前記中心点側の樹脂層の重量平均分子量より小さいことを特徴とする導光体。
【請求項２】
導光体の厚み方向の１／２の厚みの位置を中心点として、前記中心点から第１主面および第２主面に向って表面に近い樹脂層の重量平均分子量に対し、表面に近い層より中心点側の樹脂層の重量平均分子量が１．１倍〜１０００倍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】
光偏向要素は凹形状のレンズであり、光偏向要素以外の第１主面の平面にはスジ状の凹凸があ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】
第２主面には凹凸形状のレンズである光学要素を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項５】
４つの側端面の少なくとも１つの側端面に反射素材を具備してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項６】
画像表示素子の光入射側に、光源と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光体と、前記導光体から射出された拡散光を入射させる少なくとも１つの光学シートを備えていることを特徴とする照明装置。  
【請求項７】
少なくとも画像表示素子と、前記画像表示素子の背面に、請求項６に記載された照明装置を備える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、主に照明光路制御に使用される導光体（導光板と同じものを指すものとする。）、及び照明装置並びに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ディスプレイパネル等においては主に、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、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネル等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用いられ、散乱光の均一性を高めることにより、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が、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光板の光の射出面（画像表示素子と対向する面）の逆側の面（光偏向面）には、該導光板の端面から入射する入射光を効率良く射出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（例えば特許文献１参照）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、導光板の射出面側への光取出し効率は低い。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板の光偏向面に形成する方法や、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。マイクロレンズは白色インキと違い、導光板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、光吸収をほとんど生じない。そのため、白色インキに比べて光取出し効率の高い導光板を得ることができる。
【０００５】
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、導光板を平板状に成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減る訳ではなく、むしろ、白色インキの印刷工程より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。
【０００６】
そこで、導光板を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素の成形を同時にダイレクトに賦形する方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。この方法では導光板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り、低コスト化が実現できる。
【０００７】
しかしながら、射出成形法で導光板を作製する場合、サイズが大きくなるほど射出成形機には高い圧力が必要となるため、携帯電話やノートパソコンなどの比較的小型な表示装置用の導光板作製には適しているものの、テレビ等の大型な表示装置への適用は難しい。一方、押出成形法は、難易度の高い円筒状のロール金型を作製する必要があるが、大型の液晶表示装置に使用される導光板を作製することが可能である。
【０００８】
しかしながら、この導光板を、液晶表示装置に装着して使用することにより、反りが発生し、バックライトの不均一化を引き起こすという問題を抱えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
本発明は、導光板が液晶表示装置に装着され、実使用環境に曝されても使用中に反ることの無い導光板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】
【００１１】
上記課題を解決する為の手段として、請求項１に記載の発明は、樹脂材料からなる透光性の導光体であって、
前記導光体は、第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とに隣接する４つの側端面を有し、
少なくとも１つの前記側端面に配置された光源が、該側端面の延在方向に並べて配置され、
前記第１主面には、前記導光体内を導光する光を前記第２主面側へと偏向する光偏向要素が形成されている導光体において、
前記導光体の厚み方向の１／２の厚みの位置を中心点として、前記中心点から前記第１主面および前記第２主面に向って表面に近い樹脂層の重量平均分子量が、表面に近い層より前記中心点側の樹脂層の重量平均分子量より小さいことを特徴とする導光体である。
【００１２】
また、請求項２に記載発明は、光体の厚み方向の１／２の厚みの位置を中心点として、前記中心点から第１主面および第２主面に向って表面に近い樹脂層の重量平均分子量に対し、表面に近い層より中心点側の樹脂層の重量平均分子量が１．１倍〜１０００倍であることを特徴とする請求項１に記載の導光体である。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、光偏向要素は凹形状のレンズであり、光偏向要素以外の第１主面の平面にはスジ状の凹凸があることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、第２主面には凹凸形状のレンズである光学要素を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光体である。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、４つの側端面の少なくとも１つの側端面に反射素材を具備してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光体である。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、画像表示素子の光入射側に、光源と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光体と、前記導光体から射出された拡散光を入射させる少なくとも１つの光学シートを備えていることを特徴とする照明装置である。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、少なくとも画像表示素子と、前記画像表示素子の背面に、請求項６に記載された照明装置を備えることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の導光体を採用することにより、導光体の反りが無くなり、そのことが起因した液晶表示装置のバックライトの照明光の不均一化問題が解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のエッジライト方式の照明装置の説明図
【図２】本発明の導光体の一例を示す説明図
【図３】本発明の導光体の断面構造の一例を示す説明図
【図４】第１主面の形状の例を模式的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について詳しく説明する。
説明の中で、導光体と導光板は同じものを指すものとする。
まず、図１を使用して本発明の導光体を説明する。本発明の表示装置１は、照明装置３、液晶パネル２からなる。
照明装置３は、光源６から射出した光を入射し、液晶パネルに向かう射出光Ｋに偏向させる役割を担う。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の間には図示していない反射シートが設けられている。光源６からの光は、導光体７の側端面７Ｌに入射する。入射した光は第１主面７ａの光偏光要素１８で偏向され、第２主面７ｂより射出される。第２主面７ｂが光学要素１９を有するときは光学要素１９より射出される。光はそのあと拡散シート８、プリズムシート２０、偏光分離シート２８を透過し照明装置からの射出光Ｋとして射出される。
尚、図１において表示装置１の観察者はＦの方向にいる。
【００２１】
図２は本発明の導光体７の一部を示す説明図である。光が入射する側端面７Ｌ、第１主面７ａ、第２主面７ｂを有している。第１主面７ａには光偏向要素１８、第２主面７ｂには光学要素１９を有している。尚、光の入射のない側端面は７Ｓとする。光偏向要素１８は第１主面７ａの表面に配置されたドットである。第１主面７ａの表面には、光偏向要素１８以外は平面３２がある。光学要素１９は隙間なく並べられたレンズである。
導光体７はアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの透明樹脂でできている。
導光体７は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される。
【００２２】
光偏向要素１８は、型によって作製された第１主面７ａの凹もしくは凸形状のドットである。ドットは導光体７を形成する際に型に入れて作製されても良いし、形成後に熱した型を押し付けて作製されても良い。
ドットの形状は半球、角錐、立方体などが挙げられる。傷つきにくさの観点から、凹形状が好ましく、前記第１主面からの高低差が５μｍ以上７０μｍ以下の凹形状ドットであることがさらに好ましい。５μｍ未満では傷つき防止には浅すぎ、７０μｍより深い場合は異物が入ってしまった場合に取り除くのが非常に困難になる。
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、配置間隔いずれかが異なるものとして設計し、第２主面７ｂから出射する光の均一性を達成することができる。
【００２３】
図４は第１主面７ａの形状の例を模式的に示す上面図である。平面３２は光偏向要素１８に加え、スジ状の凹凸３３を有している。スジ状の凹凸３３は後述する水分の通り道となる。凹凸の高さは１ｎｍ以上１μｍ以内で、１ｎｍ以下では水分が充分に通り抜ける事が出来ず、１μｍ以上では光が散乱し、導光板から出射する光の明るさやその均一性などの性能に影響する。
【００２４】
光学要素１９は型によって作製された第２主面７ｂの凹もしくは凸形状のレンズである。レンズは導光体７を形成する際に型に入れて作製されても良いし、レンズ形成後に熱した型で作製されても良い。
光学要素１９は後述する水分の通り道となるため、凹凸のレンズ形状が必須となる。
レンズの形状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、台形レンズなどが挙げられる。凹凸の高さは１ｎｍ以上５００μｍ以内で、１ｎｍ未満では水分が充分に通り抜ける事が不十分になり、５００μｍを超えると、第１主面と第２主面で表面積の差が大きくなりすぎるため、反りが効果的に抑制できなくなる。
【００２５】
図３は本発明の導光体の断面構造の一例を示す説明図である。導光体７の厚み方向の中心部分は重量平均分子量が高い樹脂Ａ３０、第１主面および第２主面に近い部分は重量平均分子量が低い樹脂Ｂ３１となっている。二つの樹脂の重量平均分子量比、樹脂Ａ／樹脂Ｂは１．１倍から１０００倍が望ましい。１．１倍未満であると十分な反り抑制効果が得られない。また、１０００倍より大きいと差が大きすぎ、樹脂Ｂが柔らかすぎて成型出来ない。導光体７の両側の樹脂層Ｂの厚みは、それぞれ導光体全体の厚みの１％〜２０％、樹脂Ａの厚みは６０〜９８％が望ましい。樹脂Ａの厚みが６０％を下回ると、側端面７Ｌ、７Ｓからの水分の蒸発の割合が増え、反りが効果的に抑制できなくなり、９８％をこえると樹脂Ｂによる反り抑制効果が薄れる。
【００２６】
次に、本発明の導光体の反り抑制機構について説明する。
まず、反りが生じる機構について説明する。通常、導光体は反りがない状態で製造され、表示装置に組み込まれる。しかし表示装置の中で反りが発生し、外観の品位が低下する。その大きな原因としては、水分の影響が挙げられる。製造後、除湿して保管された導光体は反りは発生しないが、いったん表示装置に組み込まれ、輸送され、最終ユーザーが使う段階では、導光体を除湿した環境に保つのは非常に難しい。表示装置は高温多湿な環境でも使用される。表示装置内の導光体は使用される環境の中で吸湿しており、吸湿した状態で表示装置を点灯すると、光源の熱により、導光体表面から不均一に水分が蒸発するため、反りが発生する。特に現在の導光体は第１主面側は表示装置の筐体と密着しているため、密着していなかった従来より更に反りが発生し易い状況に置かれている。
【００２７】
反りを抑制するためには、水分を第１主面、第２主面から均一に蒸発させることが必要となる。本発明ではまず、第１主面と第２主面側の樹脂Ｂの重量平均分子量を、導光体の厚み方向の内部にある樹脂Ａより小さく、透湿度の高いものにすることで、適切な水分の蒸発を実現している。このことにより、導光体自体の反りが抑制される。本発明の導光体は第１主面の平面３２にスジ状の凹凸、第２主面に凹凸レンズ１９を設けている。蒸発した水分はこれらの凹凸で形成される溝を通り、表示装置の筐体内に拡散するので、導光体の片面に水分の蒸発が偏る事がない。本発明の導光体は表示装置に組み込んでも反り抑制効果を発現する。
【００２８】
さらに、本発明の導光体の断面は、殆どの面積を重量平均分子量が高く透湿度が低い樹脂Ａで占めているため、側端面からの蒸発を抑えてあるので、当業界で良く知られているように、輝度向上を目的として側端面に反射素材をつけても反り抑制効果が損なわれる事がないため、輝度性能と反り性能を両立した導光体が得られる。尚、反射素材としては白色のシートを粘着材を介して導光体に貼る方法や、導光体の側端面を白色インキで塗る方法が挙げられる。ここで、反射素材としては、微小な空隙を有する樹脂、白色インキ、白色インキをフィルム上に塗布・乾燥・固化させて得たテープ、可視光領域の反射率が高い蒸着材料の蒸着膜、などを使用することが可能である。
【実施例】
【００２９】
押し出し成形で導光体を作製した。光偏向要素１８と光学要素１９は押し出し成形中の型押しで作製した。特に断りがない場合、第２主面７ｂには光学要素１９はピッチ１５０μｍ、高さ５０μｍの台形レンズを隙間なく並べた。光偏向要素１８は深さ２０μｍの半球凹形状とし、配置間隔で占有密度を変えた。スジ状の凹凸の高さは０．５μｍとした。
樹脂Ａと樹脂Ｂは押し出しの際に３層構造になるように押出して作製した。重量平均分子量の組み合わせや厚みの割合を様々に変えて作製した。
作製した導光体サンプルは２５℃、相対湿度５０％の環境に１週間放置してから評価した。
反射素材は市販の白色シート（東レ（株）製、ルミラーＥ６ＳＲ）を両面テープで導光体に貼り付けた。
【００３０】
まずは導光体単体の反り抑制効果を確認するため、表示装置の筐体に入れず、単体で表１のサンプルを作製し評価した。評価方法としては、導光体を２本の紐で表示装置に入れる向きに宙吊りにし、導光体の下側の１辺に４０℃に熱したホットプレートを近づけ、そりの様子を観察した。反りが２ｍｍ以内のものを合格とした。サンプルの種類と結果を表１に示す。
【表１】
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以上の結果から、重量平均分子量比１．１倍から１０００倍、樹脂Ａの厚み６０〜９８％が反り抑制効果があることがわかった。なお、重量平均分子量比１００００では樹脂Ｂが成型できる条件がなかった。
【００３１】
次に、表示装置の筐体内でも反り抑制効果のある導光体を検討するため、実施例８の重量平均分子量比、樹脂Ａの厚みのもので、第１主面と第２主面の凹凸を変化させたサンプルを評価した。凹凸レンズは高さ１μｍ以下は、形の整った特定のレンズ形状ではなく単なる凹凸形状となっている。評価方法としては、導光体を３２インチの表示装置筐体にセットし、光源を点灯し、１時間以内の表示品位を確認した。表示は白い画面とした。評価は主観となるため、評価者１０名とし、全員が合格としたものを合格とした。評価結果を表２に示した。
【表２】
2013114905.tif 000004
以上の結果から、水分の通り道として、第１主面、第２主面いずれも１ｎｍ以上のスジ状の凹凸もしくは凹凸レンズ、第２主面については２５０μｍ以下の凹凸が必要な事がわかった。第１主面については反りの観点からはスジ状の凹凸の上限は見出せなかったが、輝度の観点からスジ状の凹凸が１μｍを超えると輝度が低下し、導光体としては使用に耐えないことが分かった。
【００３２】
また、反り抑制効果が見られた実施例１１から実施例１６および実施例１７から実施例２２に反射素材をつけて同様の評価をしたところ、いずれも反り抑制効果は維持されていた。
【００３３】
以上より、本発明を用いれば反りの発生が抑制された、外観の品位良好な導光体が得られる。また、本発明の導光体を使用すれば、高性能な輝度かつ反りによる外観不良が抑制された照明装置、表示装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…表示装置
２…液晶パネル
３…照明装置
５…筐体（反射シート）
６…光源
７…導光体
７ａ…第１主面
７ｂ…第２主面
７L…側端面（光入射面）
７Ｓ…側端面
８…拡散シート
９、１０…偏光板
１１…液晶パネル
１８…光偏光要素
１９…光学要素
２０…プリズムシート
２３…基材
２３ａ…光射出面
２３ｂ…光入射面
２４…プリズムレンズ
２８…偏光分離シート
３０…重量平均分子量が高い樹脂Ａ
３１…重量平均分子量が低い樹脂Ｂ
３２…平面
３３…スジ状の凹凸
Ｋ…照明装置からの射出光
Ｆ…観察者の方向
【図１】
2013114905.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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