(57)【要約】 【課題】  正面輝度を向上することができ、指向性を有する光を出射可能な導光体、および導光体を用いたバックライトシステムを提供する。【解決手段】  導光体２の出射面７の全域にわたって、複数のパターン９を形成し、各パターン９は、導光体２の厚み方向Ｚに交差する第１傾斜面１０ａおよび第２傾斜面１０ｂを有し、第１傾斜面１０ａは、厚み方向Ｚに対する第１傾斜角度α１が９０度未満７５度以上に設定され、第２傾斜面１０ｂは、厚み方向Ｚに対する第２傾斜角度α２が、第１傾斜角度α１未満０度より大きく設定される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体であって、
一方の主面および他方の主面の少なくともいずれか一方の全域にわたって、複数のパターンが形成され、
前記各パターンは、
導光体の厚み方向に交差する第１の傾斜面および第２の傾斜面を有し、
前記第１の傾斜面は、厚み方向に対する第１の傾斜角度が９０度未満７５度以上であり、
前記第２の傾斜面は、厚み方向に対する第２の傾斜角度が、前記第１の傾斜角度未満０度より大きいことを特徴とする導光体。
【請求項２】
一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体であって、
一方の主面および他方の主面の少なくともいずれか一方の全域にわたって、複数のパターンが形成され、
前記各パターンは、
導光体の厚み方向に交差する第１の湾曲面および第２の湾曲面を有し、
前記第１の湾曲面の接線のうち、少なくとも１つは、厚み方向に対する第１の傾斜角度が９０度未満７５度以上であり、
前記第２の湾曲面の接線のうち、少なくとも１つは、厚み方向に対する第２の傾斜角度が、前記第１の傾斜角度未満０度より大きいことを特徴とする導光体。
【請求項３】
前記各パターンは、略円錐形状、略半球形状、または略角錐形状を足し合わせた複合形状から形成されることを特徴とする請求項１または２記載の導光体。
【請求項４】
前記各パターンは、略円錐形状、略半球形状、または角錐形状の頂部分を、直線状あるいは円弧状に切り落とした形状であることを特徴とする請求項２記載の導光体。
【請求項５】
前記各パターンの高さ寸法は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項３または４記載の導光体。
【請求項６】
前記各パターンのピッチは、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項７】
前記各パターンの第１の傾斜角度は、導光体の主面と光学的な境界をなす層とで決定される全反射角よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項８】
前記各パターンの大きさおよびピッチは、互いに略等しいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項９】
前記各パターンの大きさは、互いに略等しく、ピッチは、導光体の一側部から他側部に向かうにつれて、変化することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項１０】
前記各パターンの大きさは、互いに略等しく、ピッチは、導光体の一側部から他側部に向かうにつれて、小さくなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項１１】
前記各パターンの第１の傾斜角度または第２の傾斜角度は、導光体の一側部から他側部に向かうにつれて、変化することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項１２】
前記各パターンの第１の傾斜角度または第２の傾斜角度は、導光体の一側部から他側部に向かうにつれて、小さくなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項１３】
前記各パターンの単位面積当たりの第１の傾斜角度または第２の傾斜角度の平均傾斜角度は、導光体の一側部から他側部に向かうにつれて、小さくなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項１４】
前記各パターンは、一方の主面の全域にわたって形成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の導光体。
【請求項１５】
光を出射する光源と、光源から出射される光が一側部から入射され、一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体とを含む面発光装置であって、
前記光源は、導光体の一側部に向かって光を出射し、
前記導光体は、
一方の主面および他方の主面の少なくともいずれか一方の全域にわたって、複数のパターンが形成され、
前記各パターンは、
導光体の厚み方向に交差する第１の傾斜面および第２の傾斜面を有し、
前記第１の傾斜面は、厚み方向に対する第１の傾斜角度が９０度未満７５度以上であり、
前記第２の傾斜面は、厚み方向に対する第２の傾斜角度が、前記第１の傾斜角度未満０度より大きいことを特徴とするバックライトシステム。
【請求項１６】
導光体の一方の主面に対向して設けられる少なくとも１つの光学シートと、
導光体の他方の主面に設けられる反射シートと、をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載バックライトシステム。
【請求項１７】
前記各パターンのピッチは、前記光学シートのピッチに対して整数倍、あるいは整数分の１倍の寸法であることを特徴とする請求項１６記載のバックライトシステム。
【請求項１８】
一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体であって、
一方の主面および他方の主面の少なくともいずれか一方の全域にわたって、複数のパターンが形成され、
前記各パターンは、導光体の厚み方向に交差する第１の傾斜面と、第１の傾斜面に連なる題意２の傾斜面を有し、
前記第１の傾斜面および第２の傾斜面の傾斜角度は、一側部から導光体の内部に導かれた光が各傾斜面に達することによって、各傾斜面にて全反射される光と、各傾斜面から出射する光との割合が、導光体の一側部から他側部に向かって、各傾斜面から出射する光の割合が大きくなるように形成されることを特徴とする導光体。
【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ための導光体、および前記導光体を用いた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、たとえば携帯電話装置、デジタルカメラ、携帯ゲーム機、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ている。エッジライト型バックライトは、冷陰極管またはＬＥＤといった光源を用い、導光板のエッジ部から入射させた光を、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、一方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では、導光板の他方の主面側には反射シートが積層され、一方の主面である出射面側には、１枚またはプリズムの方向が直交する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がある。
【０００３】
第１の従来の技術のバックライトシステムでは、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は、半球状などの様々な形状の凹凸部、梨地、ドット印刷などさまざまな表面形状が検討されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
また第２の従来の技術のバックライトシステムでは、光をランダムに散らして導光板からランダムな角度に出射させてプリズムシートで集光する方式ではなく、導光板の光出射面に複数の四角錐状の凹部を形成し、各凹部の大きさを光源から離れるにつれて段階的に大きくする構成が開示されている（たとえば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２０４８７号公報
【特許文献２】特開平１１−１０９１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１の従来の技術では、導光板内部で拡散させランダムに出射させた光を、その出射面側に積層した１枚ないしは２枚の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り、正面輝度を向上することができないという問題がある。
【０００７】
また第２の従来の技術では、装置のさらなる薄型化の要望や、光源が点状のＬＥＤになったときにも、輝度分布の均一性を保つことはできないという問題あがる。したがって導光板内部の光をいかに整えて指向性を持たせて出射させるかが課題となっている。
【０００８】
したがって本発明の目的は、正面輝度を向上することができ、指向性を有する光を出射可能な導光体、および導光体を用いた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】
【０００９】
本発明は、一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体であって、
一方の主面および他方の主面の少なくともいずれか一方の全域にわたって、複数のパターンが形成され、
前記各パターンは、
導光体の厚み方向に交差する第１の傾斜面および第２の傾斜面を有し、
前記第１の傾斜面は、厚み方向に対する第１の傾斜角度が９０度未満７５度以上であり、
前記第２の傾斜面は、厚み方向に対する第２の傾斜角度が、前記第１の傾斜角度未満０度より大きいことを特徴とする導光体である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、導光体の一方の主面および他方の主面の少なくともいずれか一方の全域にわたって、複数のパターンが形成される。各パターンは、厚み方向に交差する第１の傾斜面および第２の傾斜面を有する。第１の傾斜面は、厚み方向に対する第１の傾斜角度が９０度未満７５度以上である。また第２の傾斜面は、第１の傾斜角度未満０度より大きい。第１の傾斜面のように浅い傾斜面を有する複数のパターンによって、導光体を通過する光は、一側部から他側部に向かって、１回〜複数回パターンに到達し全反射を繰り返しつつ次第に光の導光体の厚み方向に対する角度が小さくなる。導光体を通過する光の角度が段階的にかえられ、全反射角まで角度を変えられた光が出射される。これによって他側部へいっても光量が減ることが防ぐことができる。また第２の傾斜面によって、各パターンに入射する光が出射しやすくなるので、このような第２の傾斜面と、第１の傾斜面とを適宜組み合わせることによって、他側部へいっても光量が減ることがさらに防ぐことができる。また徐々に光は厚み方向に対する角度が小さくなるので、急激な角度変化はなく、出射光の指向性がすぐれている。これによって集光性が高まるので、正面輝度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施の形態の導光体２を示す斜視図である。図２は、導光体２を備えるバックライトシステム１を簡略化して示す斜視図である。バックライトシステム１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（図示せず）に備えられ、液晶表示パネル（図示せず）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１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１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されてもよい。バックライトシステム１は、導光体２と、光源３と、プリズムシート４と、反射シート５とを備える。本実施の形態のバックライトシステム１は、導光体２の一側部６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１である。
【００１３】
まず光源３に関して説明する。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２の一側部６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（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２の一側部６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７は、導光体２の一側部６に対向するように配置される。
【００１４】
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）とを有している。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。また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を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。また、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、次に示す一般式（Ｉ）のものが好適に用いられる。
ＩｎｉＧａｊＡｌｋＮ                                              …（Ｉ）
【００１５】
ここで（Ｉ）式中、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。
【００１６】
また、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種々選択することができる。また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。
【００１７】
また蛍光物質は、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で、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一方で付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などの無機蛍光体など種々好適に用いられる。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でき好ましい。
【００１８】
次に導光体２に関して説明する。導光体２は、透光性を有し、本実施形態では平板状であって、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２は、その厚み方向両側の表面が主面８である。導光体２は、一側部６から入射される光を拡散させて、２つの主面のうち、少なくとも一方の主面７，８、本実施形態では一方の主面８から出射する。以下、この光が出射される一方の主面７を出射面７といい、出射面７と反対側の他方の主面８を背面８という。
【００１９】
導光体２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２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２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。
【００２０】
図３は、導光体２の１つのパターン９を拡大して示す断面図である。図４は、導光体２の１つのパターン９を拡大して示す平面図である。図５は、導光体２を拡大して示す正面図である。導光体２は、図１に示すように、出射面７の全域にわたって、複数のパターン９が形成される。各パターン９は、Ｚ方向に交差する第１傾斜面１０ａ、および第１傾斜面１０ａに連なる第２傾斜面１０ｂを有する。第１傾斜面１０ａの第１傾斜角度α１および第２傾斜面１０ｂの第２傾斜角度α２は、図５に示すように、一側部６から導光体２の内部に導かれた光が第１傾斜面１０ａまたは第２傾斜面１０ｂに達することによって、第１傾斜面１０ａまたは第２傾斜面１０ｂにて全反射される光と、第１傾斜面１０ａまたは第２傾斜面１０ｂから出射する光との割合が、導光体２の一側部６から他側部１１に向かって、第１傾斜面１０ａまたは第２傾斜面１０ｂから出射する光の割合が大きくなるように形成される。換言すると、各パターン９は、ＸＹ平面に対して全反射角以下の第１傾斜角度α１を主成分として構成される形状であり、導光体２の内部を通過する光は、１回ないしは複数回、第１傾斜面１０ａに到達し、全反射を繰り返しつつ次第に角度を変えられながら導光体２内を進行し、全反射角まで角度を変えられた光が段階的に第１傾斜面１０ａまたは第２傾斜面１０ｂ、すなわち出射面７から出射される。各パターン９の第１傾斜面１０ａは、第１傾斜角度α１が導光体２の主面と光学的な境界をなす層、本実施の形態では空気層とで決定される全反射角未満なるよう設定される。
【００２１】
各パターン９の第１傾斜面１０ａは、Ｚ方向に対する第１傾斜角度α１が９０度未満７５度以上の範囲であることを特徴とし、第２傾斜面１０ｂは、Ｚ方向に対する第２傾斜角度α２が、第１傾斜角度未満０度より大きいことを特徴とするが、導光体２に用いられる材料の特性や導光体２のサイズによって最適な角度は決められ、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂等の一般的な材料で、２インチから８インチ程度の主にモバイル用途として用いられる大きさの場合、第１傾斜角度α１は好ましくは８４度以上９０度未満に設定され、第２傾斜角度α２は、好ましくは４５度以上８４度未満に設定される。
【００２２】
各パターン９は、背面８から導光体２のＺ方向一方Ｚ１に向かって凸となり、さらに中央部分が残余の部分よりＺ方向一方Ｚ１に向かって凸となり、いわゆる多段状に形成される。各パターン９は、Ｙ方向外方から見て、２段の略三角形状に形成される。各パターン９は、互いに略等しい形状であって、本実施の形態では２段の四角錐状、換言すると２段のピラミッド状に形成される。第１段目であるＺ方向他方Ｚ２の段が第１傾斜面１０ａを有し、第２段目であるＺ方向一方Ｚ１側の段が第２傾斜面１０ｂを有する。したがって第１傾斜面１０ａと第２傾斜面１０ｂとは連なっている。各パターン９の頂角は、第２傾斜角度α２の２倍の値に設定される。各パターン９は、互いに等しい大きさであり、Ｙ方向およびＸ方向に隣接してマトリクス状に複数形成される。各パターン９の高さ寸法は、１００μｍ以下、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の一般的な材料で、２インチから８インチ程度の主にモバイル用途として用いられる大きさの場合、好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下に設定される。また各パターン９のピッチは、０．５ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは７５μｍ以下に設定される。各パターン９のピッチは、好ましくはプリズムシート４に形成される凹凸のピッチに対して整数倍、あるいは整数分の１倍の寸法に設定される。
【００２３】
導光体２の背面８は、図１に示すように、導光体２内部から背面８に入射した光が、導光体２内部をＹ方向に沿って導くように構成される。導光体２の背面８は、Ｙ方向に略平行に延び、平均傾斜角度が１２０度以上１８０度以下の斜面からなる多数のプリズム列から構成される。
【００２４】
導光体２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によって形成される。これらの導光体２用の材料はそれぞれ屈折率が異なるが、導光体２に形成されるパターン９の、たとえば形状および数および角度など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ので、屈折率により制約を受けることはない。導光体２の屈折率は、一例をあげると、導光体２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、１．４９〜１．５９程度である。
【００２５】
次に、プリズムシート４に関して説明する。プリズムシート４は、図２に示すように、導光体２の出射面７に対向して設けられる。プリズムシート４は、導光体２の出射面７に対向する対向面には、導光体２の出射面７から出射される光を、導光体２のＺ方向に略平行になるように導くプリズム部（図示せず）を有する。プリズム部は、たとえばＹ方向に等間隔ピッチで、Ｘ方向に延びる三角柱を並べて実現される。Ｘ方向に略平行に延びる複数のプリズム部は、隣接するプリズム間の寸法であるプリズム単位ピッチが、たとえば２０μｍ以上５ｍｍ以下に設定され、プリズム頂角が、たとえば５０度以上１２０度以下に設定される。
【００２６】
プリズムシート４は、可視光透過率が高く、屈折率の比較的高い材料を用いて製造することが好ましく、たとえば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂などが用いられ、好ましくは、レンズシートの耐擦傷性、取扱い性、生産性等の観点から活性エネルギー線硬化型樹脂が用いられる。
【００２７】
反射シート５は、図２に示すように、導光体２の背面８に対向して設けられる。反射シート５は、導光体２の背面８から出射される光を、導光体２の内部に反射するような光反射性と有する。反射シート５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５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）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。反射シート５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５を設けることによって、背面８から光を不所望に出射することを防ぐことができる。
【００２８】
次に実施例を挙げ、本発明の第１の実施の形態を具体的に説明するけれども、本発明は以下の記載内容に限定されるものではない。２．４インチの携帯電話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１に好適な導光体２に関して説明する。図１に示す導光体２の実施例を製造し、製造した導光体２を用いた輝度測定を行った。導光体２は、Ｙ方向の寸法が約５５ｍｍ、Ｘ方向の寸法が約３９ｍｍ、およびＺ方向の寸法が約０．６ｍｍになるように作製した。導光体２の一側部６には光を拡散させるためのパターンを施しても良いが、ここでは光源３が十分に光源３近傍の輝度ムラを緩和できているものとして一側部６は平坦上である。
【００２９】
出射面７側にはＹ方向に対する第１傾斜面１０ａの傾斜角度が５度であり、第２傾斜面１０ｂの傾斜角度が７度の２段のピラミッド、したがって頂角が１６６度（α２＝８４度）の２段のピラミッドが縦横ともに１８μｍピッチで施されている。全面均一の多段ピラミッド形状、およびピッチであり１７０度のＶ字のバイトによって、をＸ方向およびＹ方向の２方向から等ピッチ（ここでは１８μｍ）で加工する。これによって第１傾斜面１０ａの傾斜角度が５度のピラミッドが制作される。次に、１６６度のＶ字バイトによって、１段目のピラミッドに、第２傾斜面１０ｂの傾斜角度が７度のピラミッドを制作する。これによって多段ピラミッドを製作することが可能となり非常に簡便で精度が出やすい。
【００３０】
背面８側にはＹ方向に向かう光を立ち上げる、または広げることを目的としてプリズム状のパターンを稜線が長辺方向と平行になるように配置する。ここでは背面８との傾斜角が２０度、プリズムのピッチが１８μｍで全面にプリズム加工を施している。
【００３１】
導光体２の比較例として、導光体の出射面７側には半球状のドットを設け、その粗密パターンで面内分布を確保するように構成した。比較例の導光体の残余の構成は、前述の実施例の導光体２の構成と同様である。
【００３２】
このような導光体２の背面８に反射シート５、出射面７に下向きプリズムシート４を積層し、光源３ならびに各シートをＮＩＴＴＯＤＥＮＫＯ製の遮光・反射両面接着テープによってパッケージし、バックライトシステム１とした。
【００３３】
ここでは１．５ｃｄの発光素子を４灯並べたタイプの線状光源３で、反射シート５は住友３Ｍ製反射シート(ＥＳＲ)、下向きプリズムシート４は三菱レイヨン製プリズムシート(Ｍ１６８ＹＳ)を用いた。
【００３４】
本実施例では、出射面８の全域の輝度測定を行った。正面輝度は、導光体２の他側部の角部２２から、Ｙ方向およびＸ方向に予め定める距離離間した測定位置ｐ１を基準として、Ｙ方向に所定間隔、およびＸ方向に所定間隔の位置において測定した。測定位置は、５箇×５箇所のマトリクス状に配置される２５箇所（ｐ１〜ｐ２５）である。輝度測定方法については、分光輝度測定機（トプコン製ＳＲ−３Ａ）を用いて、測定角０．１度、測定距離５００ｍｍの測定条件にて、複数点の輝度を測定した。また本実施では、導光体２のＹ方向およびＸ方向の中心位置に関する輝度を、Ｙ方向およびＸ方向に延びる軸線まわりに角変位した位置において、測定した。
【００３５】
図６は、本実施例および比較例の導光体２を用いた正面輝度２５点分布の一例を示すグラフである。図６に示すように、正面輝度２５点測定において、２５箇所の全てにおいて、輝度が比較例に比べて大きいことがわかる。図７は、本実施例および比較例の導光体２を用いて、Ｙ方向に延びる軸線まわりの角変位位置における輝度分布の一例を示すグラフである。図８は、本実施例および比較例の導光体２を用いて、Ｘ方向に延びる軸線まわりの角変位位置における輝度分布の一例を示すグラフである。図７および図８に示すように、０度、すなわち上方Ｚ１から見た輝度は、比較例の導光体２の輝度より大きく、０度の位置が突出して輝度が大きい。このように平均輝度は５，２００ｃｄ／ｍ２であり、従来比２０％増となった。
【００３６】
したがって実施例のように浅い傾斜角度のパターン９が連続的に続いていることにより、光源３から離れるほど、絶対的な光量は減るものの徐々に角度を変えられて全反射角を越えて出射される光の割合が増えることによりバランスされ、面内の分布を均一にすることができる。また角度を急激に変えることがないため出射される図７および図８に示すように光の指向性も高く、結果として正面輝度の高いバックライトシステム１になっている。
【００３７】
以上説明したように本実施の形態のバックライトシステム１では、導光体２の出射面７の全域にわたって、複数のパターン９が形成される。各パターン９は、導光体２の厚み方向Ｚに交差する第１傾斜面１０ａおよび第２傾斜面１０ｂを有し、第１傾斜面１０ａは、厚み方向Ｚに対する第１傾斜角度α１が９０度未満７５度以上である。第２傾斜面１０ｂは、厚み方向Ｚに対する第２傾斜角度α２が、第１傾斜角度未満未満０度以上である。このように浅い第１傾斜面１０ａを有する複数のパターン９によって、導光体２を通過する光は、図５に示すように、一側部６から他側部１１に向かって、１回〜複数回パターン９に到達し全反射を繰り返しつつ次第に光の導光体２の厚み方向Ｚに対する角度が小さくなる。導光体２を通過する光の角度が段階的に変えられ、全反射角まで角度を変えられた光が出射される。これによって他側部１１であっても光量が減ることを防ぐことができる。
【００３８】
また第２傾斜面１０ｂによって、各パターンに入射する光が出射しやすくなるので、このような第２傾斜面１０ｂと、第１傾斜面１０ａとを適宜組み合わせることによって、他側部１１であっても光量が減ることをさらに防ぐことができる。また光は厚み方向Ｚに対する角度が徐々に小さくなるので、急激な角度変化はなく、出射光の指向性が優れている。これによって集光性が高まりので、正面輝度を向上することができる。
【００３９】
また本実施の形態では、導光体２に入射した光は、導光体２の一側部６と他側部１１との間を繰り返し行き来しながら、１回〜複数回パターン９に到達する。したがって各パターン９から出射される光は、導光体２内での進行距離がそれぞれ異なる。従来の技術の導光体２では、一側部６から入射した光は他側部１１に達するまでに、全て出射面７から出射するように構成されるので、一側部６と他側部１１とで出射される光の波長に偏りが生じて、色むら原因となっていが、本実施の形態では、前述のように進行距離にばらつきがあるので、様々な波長の光が同一のパターン９から出射される。したがって色むらを低減することができる。
【００４０】
また本実施の形態では、パターン９の形状は、２段のピラミッド状である。このようなピラミッド状のパターン９は、Ｖ字のバイトをＸ方向およびＹ方向の２方向から当ピッチで加工することで製作することが可能となり、非常に簡便で精度が出やすい。このように加工することによって、加工前の出射面７の全域を加工するようにバイトの加工ピッチを設定することで、加工前の出射面７の全ての領域が加工される。これによって加工前の出射面７の形状にかかわらず、一定の形状を有するパターン９を有する出射面７を形成することができる。
【００４１】
このように本発明の導光板は、高精度に加工しやすく、また第１傾斜角度α１も小さいので、射出成形による転写性も良い上、形状が単純なため、スケールの異なる液晶表示装置にあわせたバックライトシステム１の開発に非常に有効で、容易に高品質のバックライトシステム１を得ることができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態のバックライトシステム１Ａに関して説明する。図９は、本実施の形態のバックライトシステム１Ａを簡略化して示す斜視図である。本実施の形態では、導光体２Ａに形成されるパターン９Ａは、導光体２Ａの出射面７の全域ではなく、一部の領域に形成される。各パターン９Ａは、図９に示すように、導光体２Ａの一側部６から他側部１１に向かって、その数が多くなるように設定される。換言すると、各パターン９Ａの大きさは、互いに略等しく、ピッチは、導光体２Ａの一側部６から他側部１１に向かうにつれて、変化する。具体的にはピッチは、導光体２Ａの一側部６から他側部１１に向かうにつれて、小さくなる。
【００４３】
次に実施例を挙げ、本発明の第２の実施の形態を具体的に説明するけれども、本発明は以下の記載内容に限定されるものではない。
【００４４】
出射面７側には前述の実施例と同様の構成のパターン９Ａの多段ピラミッド形状（両底辺が１８μｍ）が多数形成される。パターン９Ａのピッチは導光体２Ａの一側部６に近いところでは３６μｍピッチであり、他側部１１に向かうにつれてピッチが狭まり、最も他側部１１側では１８μｍピッチと密な配列となっている。また一側部６では、光が出射しやすいように、光源３に対向する領域では、パターン９Ａの密度は疎であり、光源３の無いところでは密にパターン９Ａを形成している。
【００４５】
導光板の背面８には反射シート５、出射面７には拡散シート、上向きプリズムシート４を９０度回転させて２枚積層し、光源３ならびに各シートをＮＩＴＴＯＤＥＮＫＯ製の遮光・反射両面接着テープによってパッケージし、バックライトシステム１とした。ここでは１．５ｃｄの発光素子を４灯並べた、反射シート５は住友３Ｍ製反射シート５(ＥＳＲ)、上向きプリズムシート４は住友３Ｍ製プリズムシート４(ＴｈｉｎＢＥＦ)を用いた。前述したバックライトシステム１Ａについて、正面輝度を複数点にわたって測定した。その結果は、平均輝度は５，０００ｃｄ／ｍ２であり、面内分布も９０％という結果となった。
【００４６】
以上説明したように本実施の形態のバックライトシステム１Ａでは、パターン９Ａの密度を一側部６と他側部１１とで変化させているので、光源３から離れるほど、絶対的な光量は減るのに対しパターン９Ａの密度を変えて出射確率を上げることで面内の分布を均一にすることができる。
【００４７】
またパターン９Ａの形状が凹凸どちらにしても多段ピラミッド形状を粗密に配列することは加工状困難であるが、導光体２ＡのＹ方向およびＸ方向それぞれに平行にＶ溝加工を複数回施す際にピッチを変えて作成するだけでも形状はピラミッドにはならないが同様の効果は得られる。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施の形態のバックライトシステム１に関して説明する。図１０は、本実施の形態の導光体２Ｂを示す平面図である。図１１は、導光体２Ｂの一部を拡大して示す正面図である。図１２は、導光体２Ｂの１つのパターン９Ｂを拡大して示す断面図である。図１３は、導光体２Ｂの１つのパターン９Ｂを拡大して示す平面図である。本実施の形態では、導光体２Ｂに形成されるパターン９Ｂは、角錐形状の頂部分を、直線状に切り落とした形状である。したがって各パターン９Ｂは、多段ピラミッド状の頂部分をＸＹ平面にて切り落とした形状を有する。また各パターン９Ｂは、高さが導光体２Ｂの一側部６から他側部１１に向かって大きくなるように形成される。また各パターン９の第２傾斜角度α２は、導光体２Ｂの一側部６から他側部１１に向かうにつれて、変化する。具体的には、各パターン９Ｂの第２傾斜角度α２は、導光体２Ｂの一側部６から他側部１１に向かうにつれて、小さくなる。
【００４９】
次に実施例を挙げ、本発明の第３の実施の形態を具体的に説明するけれども、本発明は以下の記載内容に限定されるものではない。
【００５０】
出射面７側には２４μｍピッチで頂が切り落とされた多段ピラミッド形状が形成される。ピラミッドの一側部６に近いところではＸＹ平面に対してその第１傾斜面１０ａの第１傾斜角度α１が８７度に設定され、第２傾斜面１０ｂの第２傾斜角度α２が８０度に設定され、一側部６から他側部１１に向かって第２傾斜角度α２が小さくなり、最も他側部１１に近接しているパターン９では４５度と第２傾斜角度α２が段階的に変わっている。またさらに光源３を構成する発光素子に対向する領域では、第２傾斜面１０ｂが浅く、発光素子に対向していない領域では、第２傾斜面１０ｂが急峻な多段ピラミッド配置としてもよい。
【００５１】
以上説明したように本実施の形態のバックライトシステム１では、各パターン９Ｂの第２傾斜角度α２は、導光体２Ｂの一側部６から他側部１１に向かうにつれて、小さくなるように変化させているので、面内分布均一性を高めることができる。これは光源３から離れるほど、絶対的な光量は減るのに対し、傾斜角を変えることによって、出射面７から光が出射する確率を上げることで面内の分布を均一にしている。
【００５２】
またパターン９Ｂの形状が凹凸どちらにしてもピラミッド形状を段階的に変化させることが望ましいが、加工が困難であるので、導光体２ＢのＹ方向およびＸ方向それぞれに平行にＶ溝加工を施す際に複数段に変えていくのではなく、真ん中あたりで２段に分けるだけでもそれなりの効果が得られる。換言すると、各パターン９Ｂの単位面積当たりの平均の第２傾斜角度α２を、導光体２Ｂの一側部６から他側部１１に向かうにつれて、小さくなるように設定しても、同様に作用および効果を達成することができる。
【００５３】
また導光体２Ｂに形成されるパターン９Ｂは、出射面７の全域にランダムに配置してもよい。さらに各パターン９Ｂの第１傾斜角度α１は、一様ではなく、Ｚ方向に対する第１傾斜角度α１が９０度未満７５度以上の条件を満たす角度がランダムに形成してもよい。また各パターン９Ｂの第２傾斜角度α２は、一様ではなく、Ｚ方向に対する第２傾斜角度α２が第１傾斜角度α１未満０度以上の条件を満たす角度がランダムに形成してもよい。たとえば各パターン９Ｂの第１傾斜角度α１はランダムに配置され、第１側部付近の１ｍｍ四方の範囲では、第１傾斜角度α１が８７度のパターン９Ｂが８割を占め、残りが８５度のパターン９Ｂであったが、一側部６から他側部１１に向かうにつれて、第１傾斜角度α１がきついパターン９Ｂの比率が多くなり、最も遠い他側部１１付近ではほぼ全てのパターン９Ｃが８０度の第１傾斜角度α１を有するように構成される。また光源３を構成する発光素子に対向する領域では、角度が浅く、発光素子に対向していない領域では急峻な角度のピラミッド配置としてもよい。
【００５４】
前述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえばバックライトシステム１は、他の光学シートとして、さらに光拡散シート、およびプリズムシート４を複数枚含んで構成されてもよい。また光源３は、線状化ＬＥＤを光源３として用いる構成に限らず、個別のＬＥＤを複数台並べた構成、または冷陰極管を使用する等、光源３の種類には限定されない。また導光体２の一側部６は、平坦状に限らず、光源３の出射形態に応じて一側部６に凹凸を形成して輝度むら削減に利用してもよい。また導光体２の背面８は、用途に応じて任意の形状、例えば斜面が曲線からなる多数のレンズ列にて構成されてもよい。
【００５５】
また各パターン９は、出射面７に形成されているが、背面８だけに形成してもよい。また導光体２の出射面７に形成される各パターン９の形状は、前述の形状に限定されるものではなく、以下のような各例の形状のパターン９であってもよい。図１４は、第１の例の導光体２Ｃの１つのパターン９Ｃを拡大して示す断面図である。図１５は、第１の例の導光体２Ｃの１つのパターン９Ｃを拡大して示す平面図である。第１の例の導光体２のパターン９Ｃは、２段の三角錐形状に形成される。
【００５６】
図１６は、第２の例の導光体２の１つのパターン９Ｄを拡大して示す断面図である。図１７は、第２の例の導光体２の１つのパターン９Ｄを拡大して示す平面図である。第２の例の導光体２のパターン９Ｄは、導光体２の厚み方向に交差する第１湾曲面および第２湾曲面を有する。第１湾曲面の接線のうち、少なくとも１つは、厚み方向に対する第１傾斜角度α１が９０度未満７５度以上である。第２湾曲面の接線のうち、少なくとも１つは、厚み方向に対する第２傾斜角度α２が第１傾斜角度α１未満０度以上である。本例のパターン９Ｄは、２段の略半球状に形成される。
【００５７】
図１８は、第３の例の導光体２の１つのパターン９Ｅを拡大して示す断面図である。図１９は、第３の例の導光体２の１つのパターン９Ｅを拡大して示す平面図である。第３の例の導光体２のパターン９Ｅは、角錐状であって、２段の６角錐状に形成される。
【００５８】
またこのような例以外のパターン９であってもよく、たとえば略円錐形状、略半球形状、または略角錐形状の頂部分を、直線状あるいは円弧状に切り落とした形状であってもよく、またたとえば各パターン９は、略円錐形状、略半球形状、または略角錐形状を３つ以上足し合わせた複合形状でもよい。
【００５９】
またプリズムシート４は、前述の実施の形態の構成に限定されるものではなく、少なくとも一方の面に多数のレンズ単位が平行に形成されたレンズ面を有し、その形状は、目的に応じて種々の形状のものが使用され、たとえば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、波型形状の構成であるレンズシートなどであってもよい。
【００６０】
また出射面７の全域にパターン９が形成されているが、全域に限らずほどんどの領域、たとえば９０％以上の領域にて前述のパターン９が形成されていれば、本発明の作用および効果を実現することができる。
【００６１】
また出射面７の全域に２段のパターン９が形成されているが、全域に限らず１つの領域だけに２段のパターン９を形成し、他の領域には１段のパターンを形成されていれば、本発明の作用および効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１の実施の形態の導光体２を示す斜視図である。
【図２】導光体２を備えるバックライトシステム１を簡略化して示す斜視図である。
【図３】導光体２の１つのパターン９を拡大して示す断面図である。
【図４】導光体２の１つのパターン９を拡大して示す平面図である。
【図５】導光体２を拡大して示す正面図である。
【図６】本実施例および比較例の導光体２を用いた正面輝度２５点分布の一例を示すグラフである。
【図７】本実施例および比較例の導光体２を用いて、Ｙ方向に延びる軸線まわりの角変位位置における輝度分布の一例を示すグラフである。
【図８】本実施例および比較例の導光体２を用いて、Ｘ方向に延びる軸線まわりの角変位位置における輝度分布の一例を示すグラフである。
【図９】第２の実施の形態のバックライトシステム１Ａを簡略化して示す斜視図である。
【図１０】第３の実施の形態の導光体２Ｂを示す平面図である。
【図１１】導光体２Ｂを示す正面図である。
【図１２】導光体２Ｂの１つのパターン９Ｂを拡大して示す断面図である。
【図１３】導光体２Ｂの１つのパターン９Ｂを拡大して示す平面図である。
【図１４】第１の例の導光体２Ｃのパターン９Ｃを拡大して示す断面図である。
【図１５】第１の例の導光体２Ｃのパターン９Ｃを拡大して示す平面図である。
【図１６】第２の例の導光体２のパターン９Ｄを拡大して示す断面図である。
【図１７】第２の例の導光体２のパターン９Ｄを拡大して示す平面図である。
【図１８】第３の例の導光体２のパターン９Ｅを拡大して示す断面図である。
【図１９】第３の例の導光体２のパターン９Ｅを拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，１Ａ  バックライトシステム
２，２Ａ〜２Ｃ  導光体
３      光源
４      プリズムシート
５      反射シート
６      一側部
７      出射面
８      背面
９，９Ａ〜９Ｅ      パターン
１０ａ    第１傾斜面
１０ｂ    第２傾斜面
１１    他側部
【図１】
2009212014.tif 000003
【図２】
2009212014.tif 000004
【図３】
2009212014.tif 000005
【図４】
2009212014.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009212014.tif 000008
【図７】
2009212014.tif 000009
【図８】
2009212014.tif 000010
【図９】
2009212014.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009212014.tif 000014
【図１３】
2009212014.tif 000015
【図１４】
2009212014.tif 000016
【図１５】
2009212014.tif 000017
【図１６】
2009212014.tif 000018
【図１７】
2009212014.tif 000019
【図１８】
2009212014.tif 000020
【図１９】
2009212014.tif 000021